(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動機を駆動するエンジンと、
供給される水を前記エンジンの排ガスにより加熱して水蒸気を生成するボイラが設けられ、
そのボイラにて生成された水蒸気によって、発電機に連動連結されたタービンが駆動されるように構成された発電装置であって、
複数のタービンが前記発電機に連動連結され、
前記タービンから排出された水蒸気を前記ボイラを通過させた前記エンジンの排ガスにより加熱する熱交換器が設けられ、
前記複数のタービンが、前記ボイラにて生成された水蒸気、及び、前記熱交換器で加熱された水蒸気によって駆動されるように構成され、
前記複数のタービンとして、１段目タービンと２段目タービンとの２台が設けられ、
前記１段目タービンが、前記ボイラにて生成された水蒸気によって駆動され、
前記熱交換器が、前記１段目タービンから排出された水蒸気を加熱するように構成され、
前記２段目タービンが、前記熱交換器にて加熱された水蒸気にて駆動されるように構成されるとともに、復水式タービンにて構成され、
前記１段目タービンに供給される水蒸気が飽和蒸気である発電装置。
【請求項２】
前記１段目タービンに供給される水蒸気の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下である請求項１記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被駆動機を駆動するエンジンと、
供給される水を前記エンジンの排ガスにより加熱して水蒸気を生成するボイラが設けられ、
そのボイラにて生成された水蒸気によって、発電機に連動連結されたタービンが駆動されるように構成された発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる発電装置は、エンジンにて被駆動機を駆動して、その被駆動機から出力を得るとともに、エンジンの排熱を利用して発電機を駆動して、その発電機から電力出力を得るものである。
かかる発電装置において、従来は、図２に示すように、タービンＳＴとして１台のタービン３１を発電機２に連動連結し、ボイラ４にて生成された水蒸気によって、タービン３１を駆動するように構成していた。
説明を加えると、ボイラ４をエンジン３からの排ガスの煙道１４に介装し、そのボイラ４によって、ボイラ給水路１７を通じて供給される水を排ガスによって加熱して水蒸気を生成し、その生成水蒸気をタービン給気路３２を通じてタービン３１に供給して、タービン３１を駆動する。タービン３１から排出された水蒸気をタービン排気路３３を通じて復水器１５に供給して凝縮し、その凝縮水をボイラ給水路１７を通じてボイラ４に供給するようにしてある。
図２中、１はエンジン３にて駆動される被駆動機、１６はボイラ給水路１７に介装した給水ポンプである。
【０００３】
あるいは、図３に示すように、タービンＳＴとして１台のタービン３４を発電機２に連動連結し、ボイラ４にて生成された水蒸気を過熱する過熱機３５を設け、その過熱機３５にて生成された過熱蒸気によって、タービン３４を駆動するように構成していた。
説明を加えると、過熱機３５をボイラ４よりも上流に位置させて煙道１４に介装し、その過熱機３５において、ボイラ４から供給される水蒸気を、燃料供給路３６を通じて供給される燃料を燃焼させて生じる熱、及び、エンジン３からの排ガスの熱によって過熱して、その過熱蒸気をタービン給気路３７を通じてタービン３４に供給して、タービン３４を駆動する。タービン３４から排出された水蒸気は、タービン排気路３８を通じて復水器１５に供給する。
尚、図３においては、図２に示す発電装置を構成する構成要素と同様のものについては、図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。
タービン３４に供給される過熱蒸気は、温度が例えば３００°Ｃ程度で、圧力が例えば２４ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ程度の高温高圧の水蒸気である。
【０００４】
図３に示す従来の発電装置（以下、第２従来装置と称する場合がある）は、図２に示す従来の発電装置（以下、第１従来装置と称する場合がある）に比べて、タービンに供給される水蒸気の温度及び圧力が高い分、発電機の発電出力が大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の発電装置のいずれにおいても、ボイラを通過したエンジンの排ガスには比較的多くの熱エネルギーが保有されているにも係わらず、その熱エネルギーは発電機での発電に利用されていなかった。
従って、従来の発電装置では、発電効率を向上するうえで改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの排ガスの保有熱エネルギーの利用構成を合理的に改善して、発電効率を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の特徴構成によれば、熱交換器において、タービンから排出された水蒸気がボイラを通過させたエンジンの排ガスにより加熱され、発電機に連動連結された複数のタービンが、ボイラにて生成された水蒸気及び熱交換器で加熱された水蒸気によって駆動される。
従って、ボイラを通過した排ガスが保有している熱エネルギーが熱交換器において回収されて、その回収熱エネルギーが発電機での発電に利用されることになるので、従来の各装置に比べて発電効率を向上することができるようになった。
【０００８】
又、複数のタービンとして、１段目タービンと２段目タービンとの２台が設けられ、１段目タービンがボイラにて生成された水蒸気によって駆動され、その１段目タービンから排出された水蒸気が熱交換器で再加熱され、２段目タービンがその熱交換器にて再加熱された水蒸気にて駆動される。又、２段目タービンは復水式タービンにて構成されているので、エンジンの排ガスが保有している熱エネルギーのうちの可及的に多くを発電機での発電に利用することができる。
【０００９】
ちなみに、３台以上のタービンを発電機に連動連結し、１段目タービンをボイラにて生成された水蒸気によって駆動し、１段目タービンから排出された水蒸気をボイラを通過させたエンジンの排ガスにより加熱する１段目熱交換器を設け、その１段目熱交換器にて加熱された水蒸気にて２段目タービンを駆動し、２段目タービンから排出された水蒸気を１段目熱交換器を通過させたエンジンの排ガスにより加熱する２段目熱交換器を設け、その２段目熱交換器にて加熱された水蒸気にて３段目タービンを駆動するように構成してもよい。
しかしながら、タービンを多段に設けるほど、段位が増える側のタービンから排出される水蒸気の保有熱エネルギーは小さくなるとともに、段位が増える側の熱交換器を通過する排ガスの保有熱エネルギーが小さくなるので、タービンを多数設けたわりには、発電効率の向上における効果は余り期待できない。
【００１０】
これに対して、請求項１に記載の特徴構成によれば、複数のタービンを設けるにしてもその設置台数を可及的に少なくしながら、且つ、熱交換器の設置台数も可及的に少なくしながら、エンジンの排ガスから可及的に多くの熱エネルギーを回収して、その回収熱エネルギーを発電機での発電に利用することができる。
従って、装置価格を可及的に低減しながら、発電効率を可及的に向上することができるようになった。
【００１１】
更に、１段目タービンに供給される水蒸気が飽和蒸気である。つまり、上記の第２従来装置において設けていたような過熱機を設けることなく、ボイラにて生成された水蒸気をその儘、１段目タービンに供給するのである。
ちなみに、ボイラにて生成された水蒸気を過熱する過熱機を設けて、その過熱機にて生成された過熱蒸気により１段目タービンを駆動する構成が想定されるが、その場合、過熱機の設置コストに対する発電効率の向上の効果が小さく、コストパフォーマンスの面で不利となる。
従って、請求項１に記載の特徴構成によれば、コストパフォーマンスを更に向上することができる。
【００１２】
請求項２に記載の特徴構成によれば、１段目タービンに供給される水蒸気の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下であるので、１段目タービンから排出された水蒸気を熱交換器で加熱するにしても、その加熱水蒸気の圧力は１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下である。
従って、過熱機が不要であることに加えて、ボイラは圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下の規格のものを採用することができるので、そのような１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下の規格のボイラは低価格であり、更に、タービンや熱交換器等も扱う水蒸気の圧力、温度が低いため低価格のものを採用することができ、これらが相まって、装置価格を更に低減することができる。
【００１３】
これに対して、上記の第２従来装置では、タービンに供給される過熱蒸気の圧力は２４ｋｇ／ｃｍ2Ｇ程度と高圧であるので、ボイラは圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇを越える規格のものが必要となり、そのような規格のボイラは高価格であり、更に、タービンも扱う水蒸気の圧力、温度が高いため高価格となり、これらが相まって、装置価格が極めて高くなる。
更に、圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇを越えるボイラは、圧力が１０ｋｇ／ｃｍ2Ｇ以下のボイラに比べて、設置時及び使用中における検査や、使用中における管理等の法的規制が厳しくなることから、上記の第２従来装置では、検査に要する費用、保守点検に要する費用及び管理者の人件費等の管理コストが高くなる。
従って、請求項２に記載の特徴構成を採用すると、上記の第２従来装置に比べて、発電効率の向上ばかりでなく、管理コストの面でも極めて有利となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、発電装置は、被駆動機としての第１発電機１を駆動するガスエンジン３と、供給される水をガスエンジン３の排ガスにより加熱して水蒸気を生成する排熱ボイラ４を設け、その排熱ボイラ４にて生成された水蒸気によって、第２発電機２に連動連結したタービンＳＴを駆動するように構成して、第１発電機１及び第２発電機２夫々から電力が出力されるように構成してある。
【００１５】
本発明においては、複数のタービンＳＴを第２発電機２に連動連結し、タービンＳＴから排出された水蒸気を排熱ボイラ４を通過させたガスエンジン３の排ガスにより加熱する排ガス熱交換器５を設け、複数のタービンＳＴを、排熱ボイラ４にて生成された水蒸気、及び、排ガス熱交換器５で加熱された水蒸気によって駆動するように構成してある。
【００１６】
具体的には、複数のタービンＳＴとして、１段目タービン６と２段目タービン７との２台を設け、１段目タービン６を排熱ボイラ４にて生成された水蒸気にて駆動し、排ガス熱交換器５を、１段目タービン６から排出された水蒸気を加熱するように構成し、２段目タービン７を、排ガス熱交換器５で加熱された水蒸気にて駆動するように構成するとともに、復水式タービンにて構成してある。
【００１７】
ガスエンジン３には、燃料供給路８を通じて都市ガス等の燃料ガスを供給する。
ガスエンジン３のエンジンジャケット９と冷却水熱交換器１０とを冷却水循環路１１にて接続し、冷却水熱交換器１０において、冷却水循環路１１を通じて供給される冷却水と、給水路１２を通じて供給される水とを熱交換させることにより、ガスエンジン３を冷却するとともに、温水回収路１３を通じて温水を得るようにしてある。
【００１８】
ガスエンジン３から排出された排ガスの煙道１４に、排熱ボイラ４及び排ガス熱交換器５を排ガス熱交換器５が排熱ボイラ４よりも排ガス通流方向下流側に位置する状態で介装して、ガスエンジン３から排出された排ガスが排熱ボイラ４を通過してから排ガス熱交換器５を通過するようにしてある。
【００１９】
復水式の２段目タービン７から排出された水蒸気を２段目タービン排気路２１を通じて復水器１５に供給して凝縮し、その凝縮水をボイラ給水路１７を通じて給水ポンプ１６によって排熱ボイラ４に供給するようにしてある。
排熱ボイラ４にて生成された水蒸気を１段目タービン給気路１８を通じて１段目タービン６に供給して、１段目タービン６を排熱ボイラ４にて生成された水蒸気にて駆動するようにしてある。
１段目タービン６から排出された水蒸気を１段目タービン排気路１９を通じて排ガス熱交換器５に供給して、その供給水蒸気を排ガス熱交換器５にて排ガスによって加熱し、その排ガス熱交換器５にて加熱された水蒸気を２段目タービン給気路２０を通じて２段目タービン７に供給して、２段目タービン７を排ガス熱交換器５にて加熱された水蒸気にて駆動するようにしてある。
２段目タービン７から排出された水蒸気は、上述のように復水器１５にて凝縮されて、その凝縮水が排熱ボイラ４に供給される。
【００２０】
従って、排熱ボイラ４にて生成された水蒸気が１段目タービン給気路１８を通じてその儘の状態で１段目タービン６に供給されるので、１段目タービン６に供給される水蒸気は飽和水蒸気である。
ガスエンジン３は、高効率の希薄燃焼型であり、排ガスの温度は４００〜４６０°Ｃ程度である。
又、１段目タービン６に供給される水蒸気の圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇ以下になるようにしてある。
又、１段目タービン６から排出される水蒸気は湿り蒸気である。
又、排ガス熱交換器５における供給湿り蒸気の加熱においては、湿り蒸気の状態を維持してもよいし、過熱蒸気にまで過熱してもよい。
【００２１】
次に、上述のように構成した本発明による発電装置と、図２及び図３の夫々に示す従来の発電装置とを用いて性能を比較した結果を説明する。
本発明による発電装置において、１段目タービン６へ供給される水蒸気（図１及び表１において６ｉにて示す）、１段目タービン６から排出される水蒸気（同じく６ｏにて示す）、２段目タービン７へ供給される水蒸気（同じく７ｉにて示す）、及び、２段目タービン７から排出される水蒸気（同じく７ｏにて示す）夫々の流量、温度、圧力は表１に示す通りである。又、ガスエンジン３から排出された排ガスの温度は４００°Ｃ、排熱ボイラ４を通過した排ガスの温度は１８０°Ｃである。このときの第２発電機２の発電出力は８７ｋＷである。
【００２２】
又、図２に示す従来の発電装置において、タービン３１へ供給される水蒸気（図２及び表２において３１ｉにて示す）、及び、タービン３１から排出される水蒸気（同じく３１ｏにて示す）夫々の流量、温度、圧力は表２に示す通りであり、このときの発電機２の発電出力は７０ｋＷである。
【００２３】
又、図３に示す従来の発電装置において、タービン３４へ供給される水蒸気（図３及び表３において３４ｉにて示す）、及び、タービン３４から排出される水蒸気（同じく３４ｏにて示す）夫々の流量、温度、圧力は表３に示す通りであり、このときの発電機２の発電出力は８２ｋＷである。
従って、本発明による発電装置は、図２及び図３の夫々に示す従来の発電装置に比べて、発電出力が大きく発電効率に優れていることが分かる。
【００２４】
【表１】
0003778690.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003778690.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003778690.tif 000004
【００２７】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
【００２９】
（イ）  ガスエンジン３にて駆動する被駆動機の具体例としては、上記の実施形態において例示した第１発電機１に限定されるものではなく、例えば、圧縮機でもよい。
【００３０】
（ロ）  １段目タービン６及び２段目タービン７に供給する水蒸気の流量、温度及び圧力は、上記の実施形態において例示した流量、温度及び圧力に限定されるものではなく、適宜設定可能である。
又、排ガス熱交換器５に供給する水蒸気の圧力を常圧程度、温度を１２０〜１８０°Ｃ程度とすると、排ガス熱交換器５の一層のコストダウンを図れるので好ましい。
【００３１】
（ハ）  ガスエンジン３は、上記の実施形態において例示した希薄燃焼型に限定されるものではない。
又、ガスエンジン３としては、上記の実施形態において例示した都市ガスを燃料とするものに代えて、プロパンガス等種々のガス燃料を燃料とするものを使用することができる。
又、エンジンとしては、上記の実施形態において例示したようなガス燃料を燃料とするものに代えて、ガソリン、軽油等の液体燃料を燃料とするものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発電装置のブロック図
【図２】従来の発電装置のブロック図
【図３】従来の発電装置のブロック図
【符号の説明】
１    被駆動機
２    発電機
３    エンジン
４    ボイラ
５    熱交換器
６    １段目タービン
７    ２段目タービン
ＳＴ  タービン
【図１】
0003778690.tif 000005
【図２】
0003778690.tif 000006
【図３】
0003778690.tif 000007