| 【発明の名称】 |
内燃機関プラント |
| 【発明者】 |
【氏名】柚木 晃広
【氏名】伊藤 邦憲
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| 【要約】 |
【課題】ディーゼルエンジンなどの内燃機関と、その排ガスが導入される排ガスボイラを有する内燃機関プラントにおいて、更なる高効率化と、低ＮＯX 化を可能とした内燃機関プラントを提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１、このディーゼルエンジン１の排ガスで駆動される過給機２、及び同過給機２を出た排ガス５が導入される排気ボイラ７を有する内燃機関プラントである。排気ボイラ７で得られた蒸気９はディーゼルエンジン１の筒内に注入されるように構成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関、同内燃機関の排ガスで駆動される過給機、及び同過給機をでた排気が導入される排気ボイラを有する内燃機関プラントであって、前記排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを有することを特徴とする内燃機関プラント。
【請求項２】 内燃機関、同内燃機関の排ガスと他の燃料が供給されて燃焼する追焚装置、同追焚装置を出た燃焼ガスで駆動されるガスタービン、同ガスタービンの排気が導入される排気ボイラ、及び同排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを有することを特徴とする内燃機関プラント。
【請求項３】 追焚装置を出た燃焼ガスの一部で駆動されるリカバリタービンを追設したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関プラント。
【請求項４】 前記排気ボイラで得られた蒸気の一部で駆動される蒸気タービンを追設したことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関プラント。
【請求項５】 前記内燃機関がディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関プラント。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に排気ボイラを組み合わせて更なる効率の向上をはかった複合プラントとしての内燃機関プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境保護の観点などから、コジェネレーション形プラントや分散型エネルギプラントなどの開発が進められている。一方で、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスエンジンなどの内燃機関単体の効率はガスタービンの効率より高いが、ガスタービン原動機プラントでは、ガスタービンの排気ボイラで得られた過熱蒸気をガスタービン側へ注入することによって効率を向上させるようにした、いわゆるチェンサイクルシステムが注目されている。
【０００３】従って、例えば、５０００kWクラスのディーゼルエンジンの機関単体効率は４５％程度であるが、上記のような環境の中でディーゼルエンジンなどの内燃機関の活用をはかっていく上ではこれをプラント化して効率を更に向上させていくとともにＮＯX 発生の少い内燃機関プラントを提供することが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関と、その排ガスが導入される排気ボイラを備えた内燃機関プラントにおいて、更なる高効率化と、低ＮＯX 化などの排ガス浄化を可能とした内燃機関プラントを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明は、内燃機関、同内燃機関の排ガスで駆動される過給機、及び同過給機を出た排気が導入される排気ボイラを有する内燃機関プラントであって、前記排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを設けた内燃機関プラントを提供する。
【０００６】このように構成した本発明の内燃機関プラントにおいては、内燃機関排ガスの排熱を排気ボイラで回収して発生した蒸気が内燃機関の筒内に注入されることによって内燃機関において仕事をする媒体量が増え効率が向上する。また、蒸気をディーゼルエンジンなど内燃機関の筒内に注入することによってサイクルの燃焼並びにＮＯX 発生モードが変化し、ＮＯX 発生が抑えられる。
【０００７】また、本発明は前記した課題を解決するため、内燃機関、同内燃機関の排ガスと他の燃料が供給されて燃焼させる追焚装置、同追焚装置を出た燃焼ガスで駆動されるガスタービン、同ガスタービンの排気が導入される排気ボイラ、及び同排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを有する内燃機関プラントを提供する。
【０００８】本発明のこの内燃機関プラントでは、内燃機関に、その排ガスを追焚した燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、そのガスタービンの排気による排気ボイラを組み合わせて効率を向上させるとともに、その排気ボイラで得られた蒸気を内燃機関の筒内に注入して内燃機関において仕事をする媒体量を増やし、効率を向上する。また、内燃機関筒内への水蒸気注入によってサイクルの燃焼並びにＮＯX 発生モードが変化し、ＮＯX 発生が抑えられる。
【０００９】また、本発明によるこの内燃機関プラントにおいて、前記した追焚装置を出た燃焼ガスの一部で駆動されるリカバリタービンを設置した構成にすると、追焚装置で発生する燃焼ガスが余剰の場合、そのリカバリタービンによって余剰な燃焼ガスのエネルギを仕事に変えて回収することができる。
【００１０】同様に、以上の内燃機関プラントにおいて、前記した排気ボイラで得られた蒸気の一部で駆動される蒸気タービンを設けると、排気ボイラで発生した蒸気が内燃機関の筒内注入量を上回るとき、その余剰な蒸気をその蒸気タービンで有効に仕事に変えうるので効率向上となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明による内燃機関プラントを図１〜図４に示された実施の形態に基づいて具体的に説明する。
【００１２】（第１実施形態）まず、図１に示した第１実施形態による内燃機関プラントについて説明する。図において、１はディーゼルエンジンを示し、このディーゼルエンジン１で発電機１０が駆動される。２は過給機で、ディーゼルエンジン１の排ガス３によって駆動回転される。過給機２で加圧された空気４はディーゼルエンジン１に供給される。
【００１３】過給機２を出た排気５は排気ボイラ７へ送られるように構成されている。排気ボイラ７には、給水ポンプ８によって給水されるように構成され、排気ボイラ７で給水を加熱した後のエンジン排ガス６は外部へ排出される。排気ボイラ７で発生した蒸気９は、ディーゼルエンジン１の筒内に注入されるように構成されている。
【００１４】以上の構成をもつ図１のプラントでは、ディーゼルエンジン１と排気ボイラ７を組み合わせたコンバインドサイクルで発生させた蒸気９をディーゼルエンジン１の筒内に注入して、排気ボイラ７で発生した蒸気をディーゼルエンジン１で仕事に変える。
【００１５】以上のように構成した内燃機関プラントによると、一例として５０００kW級で単体効率４５．２％のものが、排気ボイラを用い３００℃×２４００kg/hの蒸気を生成し、これを気筒への蒸気注入することで＋２００kWの出力増を達成でき、ディーゼルエンジン単体に比べて最大約２％の効率向上を期待できる。
【００１６】（第２実施形態）次に、図２に示した第２実施形態による内燃機関プラントについて説明する。図２において、２０はガスタービン、３０は追焚装置である。２１は、ガスタービン２０で駆動回転される圧縮機である。ディーゼルエンジン１の排ガス３は追焚装置３０に導入されて、燃料３１と空気３２が供給されて燃焼される。
【００１７】追焚装置３０の燃焼ガスは、ガスタービン２０に供給されてガスタービン２０を駆動し、ガスタービン２０に直結された圧縮機２１と発電機２２を回転させる。その他の構成は、図１に示した第１実施形態による内燃機関プラントの構成と実質同じであり、その重複する説明を省略する。
【００１８】以上説明した第２実施形態による内燃機関プラントではディーゼルエンジン１の排ガスに追焚を加えて、その燃焼ガスでガスタービン２０を駆動することができ、いわゆるディーゼルガスタービンコンバインドを構成する。そしてガスタービン２０の排気による排気ボイラ７における生成蒸気の質と量を向上させ、その蒸気９をディーゼルエンジン１の気筒に注入したときの効果が大きくなる。
【００１９】一例として、追焚装置３０への追加燃料をディーゼルエンジン１への燃料の３０％相当量を加えると、ディーゼルエンジン１が５０００kW級で単体効率４５．２％の場合、本実施形態によると排気ボイラ７で得られる蒸気は３００℃×３２００kg/hであり、また、ガスタービン２０のコンバインと蒸気注入により表１に示すように出力増を達成することができる。
【００２０】
【表１】
【００２１】（第３実施形態）次に、図３に示した第３実施形態による内燃機関プラントについて説明する。図３において、４０はリカバリタービンを示し、発電機４１が直結されている。リカバリタービン４０には、追焚装置３０を出た燃焼ガスの一部４２が導入される。その他の構成は、図２に示した第２実施形態によるプラントと実質同じであり、その重複する説明を省略する。
【００２２】この第３実施形態によるプラントでは、追焚装置３０で生じた燃焼ガスの一部４２からリカバリタービン４０で動力を回収して更に効率向上をはかっている。一例として、ディーゼルエンジン１が５０００kW級で単体効率４５．２％の場合、本実施形態によると排気ボイラ７で得られる蒸気は３００℃×３２００kg/hであり、プラント効率は表２に示すように向上される。
【００２３】
【表２】
【００２４】（第４実施形態）次に、図４に示す第４実施形態による内燃機関プラントについて説明する。図４において５０はスチームタービンを示し、このスチームタービン５０には、排気ボイラ７で発生した蒸気９の一部が供給される。５１はコンデンサを示している。その他の構成は、図２に示した第２実施形態によるプラントと実質同じであり、その重複する説明を省略する。この第４実施形態によるプラントでは、排気ボイラ７で発生し、ディーゼルエンジン気筒への注入量より多い蒸気をスチームタービン５０で動力に回収できる利点がある。
【００２５】以上、本発明を図示した実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００２６】例えば、上記実施形態では、内燃機関１がディーゼルエンジンの場合を説明しているが、これはガソリンエンジンまたはガスエンジンであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明は、内燃機関、同内燃機関の排ガスで駆動される過給機、及び同過給機を出た排気が導入される排気ボイラを有する内燃機関プラントであって、前記排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを設けた内燃機関プラントを提供する。
【００２８】本発明の内燃機関プラントにおいては、内燃機関排ガスの排熱を排気ボイラで回収して得た蒸気を内燃機関の筒内に注入することによって、内燃機関において仕事をする媒体量が増え効率が向上する。また、蒸気をディーゼルエンジンなど内燃機関の筒内に注入するのでサイクルの燃焼並びにＮＯX 発生モードが変化し、ＮＯX 発生が抑えられる。
【００２９】また、本発明は、内燃機関、同内燃機関の排ガスと他の燃料が供給されて燃焼させる追焚装置、同追焚装置を出た燃焼ガスで駆動されるガスタービン、同ガスタービンの排気が導入される排気ボイラ、及び同排気ボイラで得られた蒸気を前記内燃機関の筒内に注入する蒸気注入ラインを有する内燃機関プラントを提供する。
【００３０】本発明のこの内燃機関プラントでは、内燃機関に、その排ガスを追焚した燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、そのガスタービンの排気による排気ボイラを組み合わせて効率を向上させるとともに、その排気ボイラで得られた蒸気を内燃機関の筒内に注入するので内燃機関において仕事をする媒体量が増え、効率が向上する。また、内燃機関筒内への水蒸気注入によって筒内の燃焼温度が下がり、ＮＯX 発生が抑えられる。また、水蒸気によりシリンダ後のエネルギも増加し余剰分が生じる。
【００３１】また、本発明によるこの内燃機関プラントにおいて、前記した追焚装置を出た燃焼ガスの一部で駆動されるリカバリタービンを設置した構成としたものでは、追焚装置で発生する燃焼ガスが余剰の場合、そのリカバリタービンによって余剰な燃焼ガスのエネルギを仕事に変えて回収することができる。
【００３２】同様に、前記した本発明の内燃機関プラントにおいて、前記排気ボイラで得られた蒸気の一部で駆動される蒸気タービンを設けたものでは、排気ボイラで発生した蒸気が内燃機関の筒内注入量を上回るとき、その余剰な蒸気をその蒸気タービンで有効に仕事に変え効率を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２４日（１９９９．８．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５４１０（Ｐ２００１−６５４１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３６９３４ |
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