专利名称：热电联供系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将燃气轮机发电机和排热回收热交换器相结合且同时供给电和热水等的热电联供系统(热电并行供给系统)。
背景技术：
在以往，公知的并提供于实际应用的热电联供系统(热电并行供给系统)是通过燃气轮机发电机获取电能，同时由排热回收热交换器回收从燃气轮机排出的高温废气的热，从而获得热水。此外，这种系统中，使用15～300KW左右的较小容量的系统作为微型燃气轮机热电联供系统(参考特开2002-4945号公报)。
已知的是在所述热电联供系统中，在将来自燃气轮机的废气导入到排热回收热交换器中的废气通路中设置有旁通通路，在需要电能而不需要热时，切换操作在该旁通通路的入口部设置的旁通阻尼器(dumper)，将来自燃气轮机的废气导入到旁通通路内，使其通过烟囱排放到大气中，从而使燃气轮机不停止而继续发电。因此，所述旁通阻尼器直接通过电动马达的驱动力，或经由连杆机构而被驱动。此外，驱动该旁通阻尼器的电动马达，一般通过燃气轮机发电机的输出或来自燃气轮机的内部动力的电力来驱动。
但是，在系统停止动作时，对于包括所述旁通阻尼器的热电联供系统，将旁通阻尼器切换到旁通通路一侧之后，使燃气轮机停止，但是在如所述现有系统那样由电动马达来驱动旁通阻尼器的系统中，会存在下列问题在发生异常时，向电动马达的供电就会被切断，就不可能对旁通阻尼器进行切换操作。
此外，在这种现有系统中，如果对旁通阻尼器进行切换操作并达到规定位置，则为了防止马达绕组的烧损，会进行使限位开关等动作并切断马达电源的控制，但是，由于马达轴没有被完全固定，所以阀体和阀座之间就会因废气风力或旁通阻尼器的弹性等而产生间隙，从而造成废气泄漏的问题。
进而，对于所述现有系统，如果使旁通阻尼器大型化，则用于操作该阻尼器的所需转矩也变大，对应于此，就需要大型的电动马达，所以成本提高是在所难免的。
发明内容
为了解决所述问题而提出本发明，本发明的目的在于提供一种热电联供系统，即使在异常时切断供电，也能够可靠地对旁通阻尼器进行切换操作，而且不会造成废气泄漏，且即使设备大型化，也对成本有利。
为了达到所述目的，本发明的热电联供系统包括对燃烧用空气进行加压的压缩机、使通过该压缩机加压后的燃烧用空气和燃料燃烧的燃烧器、将该燃烧器排出的燃料气体转换成旋转能的燃气轮机、通过该燃气轮机的旋转能发电的发电机、以及回收来自所述燃气轮机的废气的热的排热回收热交换器，其特征在于，在将来自所述燃气轮机的废气导入到所述排热回收热交换器的废气通路上设置有旁通通路，同时在该旁通通路的入口部设置有旁通阻尼器，通过由来自所述压缩机的压缩空气驱动的气缸，来对该旁通阻尼器进行开闭控制。
根据本发明，由于在旁通通路的入口部设置的旁通阻尼器，通过由来自压缩机的压缩空气驱动的气缸来开闭控制，所以即使在发生异常时而切断供电的情况下，也总是可以利用压缩空气将旁通阻尼器切换操作到合适的方向上，就能够预先防止由于该旁通阻尼器不能切换而产生故障。此外，由于和使用电动马达时不同，总是能够向一定方向推压旁通阻尼器，所以也可以解决废气泄漏的问题。进而，即使在使用大型的旁通阻尼器的系统中，虽然气缸的本体变大了一些，但因为附属设备几乎不变，所以相比使用电动马达的系统，就能够以低成本来构成系统。
在本发明中，在从所述压缩机到所述气缸的空压回路中，最好是设置有阻止压缩空气向所述压缩机侧逆流的止回阀、暂时存储压缩空气的储气罐、以及切换向所述气缸供给的压缩空气的方向的方向控制阀。
根据于此，通过设置止回阀，即使在燃气轮机紧急停止时，也可以可靠地防止压缩空气逆流，另外通过设置储气罐，即使在燃气轮机紧急停止时而来自压缩机的压缩空气的压力不足的情况下，也可以保证驱动气缸的足够的空气量。
在此，所述方向控制阀为电磁式切换阀，在切断对该电磁式切换阀的供电时，最好是操作所述旁通阻尼器，使得关闭所述排热回收热交换器侧的通路，并打开所述旁通通路。
因此，即使在切换向气缸供给的压缩空气的方向的方向控制阀没有通电的情况下，旁通阻尼器被切换到关闭排热回收热交换器侧的通路并打开旁通通路的安全方向，从而能够进一步提高系统的可靠性。
图1是本发明的一个实施方式的微型燃气轮机热电联供系统的系统结构图；图2是驱动旁通阻尼器的气缸驱动回路的回路结构图；图3是另一实施方式的气缸驱动回路的回路结构图；图4是其他另一实施方式的气缸驱动回路的回路结构图。
具体实施例方式
下面，参考附图来说明本发明中热电联供系统的具体的实施方式。
在图1中，示出了本发明的一个实施方式的微型燃气轮机热电联供系统的系统结构图。另外，在图2中，示出了驱动旁通阻尼器的气缸驱动回路的回路结构图。
在本实施方式的热电联供系统1中，燃烧用空气A被供给到和燃气轮机2直接相连的压缩机3，并由该压缩机3加压后经由再生器4供给到燃烧器5。在所述再生器4内，燃烧用空气(压缩空气)A通过和燃气轮机2的出口气体(高温废气)G1进行热交换而被预热。在所述燃烧器5内，将被所述再生器4预热的燃烧用空气A和供给该燃烧器5的燃料气体F进行混合燃烧，产生高温燃烧气体。该高温燃烧气体被导入到燃气轮机2，转换为旋转能，由该旋转能驱动压缩机3以及和压缩机3相连的发电机6，由电力负载7输出电力。
此外，所述燃气轮机2的高温废气G1被送到再生器4中，借助于该再生器4和燃烧用空气A进行热交换后，变为涡轮机废气G2。该涡轮机废气G2被导入到排热回收热交换器8中，产生热水W后，作为废气G0排到大气中。而且该产生的热水W在热负载9被输出。
在从所述燃气轮机2经由再生器4导入到所述排热回收热交换器8的涡轮机废气G2的废气通路10上，设置有旁通所述排热回收热交换器8的旁通通路11，在该旁通通路11的入口部设置有旁通阻尼器12。在需要电能而不需要热时，该旁通阻尼器12进行切换操作，将涡轮机废气G2引导到旁通通路11一侧。由此，可以不停止燃气轮机2而继续发电。
对于本实施方式的热电联供系统1，为了开闭操作所述旁通阻尼器12，使用来自所述压缩机3的压缩空气(燃烧用空气A)，该压缩空气经由气缸驱动回路13被供给到气缸14，通过该气缸14的伸缩动作，开闭控制所述旁通阻尼器12。下面，说明所述气缸驱动回路13的详细结构。
在图1中，来自压缩机3的燃烧用空气A被分支供给到导出通路15。在该导出通路15上设置有常闭的紧急放泄阀16，同时分支通路17和该紧急放泄阀16的正上游部相连，该分支通路17连接在所述气缸驱动回路13上。而且所述紧急放泄阀16的下游侧，连接有未示出的消音器，或朝向大气开口。所述紧急放泄阀16在燃气轮机2产生异常时被打开，用以将气压泄压为大气压。
如图2所示，在导入来自所述压缩机3的压缩空气的所述分支通路17上，从上游侧依次设置有常开的电磁阀(不限于电磁阀)18、止回阀19、由针阀构成的调速阀(调速器)20和储气罐21，所述压缩空气通过电磁阀18、止回阀19和调速阀20而存储在储气罐21内。此处，所述电磁阀18在对气缸驱动回路13进行维护时关闭。此外，设置所述止回阀19是用于在燃气轮机2紧急停止等时而打开所述紧急放泄阀16，从而使压缩机3内的压力减小，在这种情况下维持储气罐21内的压力。进而，设置所述调速阀20是用于在气缸14动作时，防止空气从压缩机3向储气罐21剧烈流入而对燃气轮机2造成恶劣影响，使通过的空气流量恒定，且使储气罐21内的气压可以缓慢上升。此外，储气罐21的容量被设定成即使在燃气轮机2紧急停止时等、压缩机3的气压不足的情况下，也至少能够保持只驱动一次气缸14的足够的空气量。而且为了去除因所述储气罐21内的温度降低而产生的冷凝水，该储气罐21与一个自动泄水分离器(未示出)相连接。
所述分支通路17在所述储气罐21的后游侧，经由起防止压力变化的作用的调节器22，分支为气缸14的底侧通路23和顶侧通路24。此外，这些底侧通路23和顶侧通路24分别经由电磁式的第一三通切换阀25和第二三通切换阀26，和气缸14的底侧室14a、顶侧室14b相连，同时各个三通切换阀25、26经由排出通路27彼此相连，该排出通路27经由孔28和未示出的消音器相连，或通向大气。
更具体的，所述第一三通切换阀25包括压缩机侧端口25a、气缸侧端口25b和排出通路侧端口25c，通过将排出通路侧端口25c关闭，并且使压缩机侧端口25a和气缸侧端口25b连通，压缩空气被导入气缸14的底侧室14a内，另外，通过将压缩机侧端口25a关闭，并且使气缸侧端口25b和排出通路侧端口25c连通，气缸14的底侧室14a内的压缩空气通过排出通路27和孔28排到大气中。同样地，所述第二三通切换阀26包括压缩机侧端口26a、气缸侧端口26b和排出通路侧端口26c，通过将排出通路侧端口26c关闭，并使压缩机侧端口26a和气缸侧端口26b连通，压缩空气被导入气缸14的顶侧室14b内，另外，通过将压缩机侧端口26a关闭，并且使气缸侧端口26b和排出通路侧端口26c连通，气缸14的顶侧室14b内的压缩空气通过排出通路27和孔28排到大气中。
所述旁通阻尼器12经由将气缸14的杆14c的直线运动转换为旋转运动的连杆机构(未示出)而被驱动，本实施方式中在杆14c伸展动作时，旁通通路11关闭，涡轮机废气G2被导入到废气通路10侧，在杆14c收缩动作时，旁通通路11打开，涡轮机废气G2被导入到旁通通路11侧。
下面，对于形成上述结构的气缸驱动回路13的动作进行说明。
首先，在三通切换阀25、26没有通电时，第一三通切换阀25处于如下状态排出通路侧端口25c关闭，同时压缩机侧端口25a和气缸侧端口25b连通，第二三通切换阀26处于如下状态压缩机侧端口26a关闭，同时气缸侧端口26b和排出通路侧端口26c连通。即，气缸14的杆14c处于收缩动作的状态下，旁通通路11打开，废气通路10关闭。
如果系统从该状态开始运转，则在燃气轮机2开始运转之前，所述三通切换阀25、26保持上述的位置，涡轮机废气G2被引导到旁通通路11侧。此外，如果经过燃气轮机2开始运转所需的规定的时间，则三通切换阀25、26通电，第一三通切换阀25关闭压缩机侧端口25a，同时连通气缸侧端口25b和排出通路侧端口25c，另一方面，第二三通切换阀26关闭排出通路侧端口26c，同时连通压缩机侧端口26a和气缸侧端口26b，来自储气罐21的压缩空气通过第二三通切换阀26的压缩机侧端口26a和气缸侧端口26b，被导入气缸14的顶侧室14b，而且底侧室14a内的压缩空气通过第一三通切换阀25的气缸侧端口25b和排出通路侧端口25c，从排出通路27和孔28排出。这样，气缸14的杆14c伸展动作，旁通通路11关闭，涡轮机废气G2被引导到废气通路10一侧，从而从热负载9输出热水W。
在上述正常运转时，在不需要热时，通过切断对三通切换阀25、26的供电，第一三通切换阀25关闭排出通路侧端口25c，同时连通压缩机侧端口25a和气缸侧端口25b，第二三通切换阀26关闭压缩机侧端口26a，同时连通气缸侧端口26b和排出通路侧端口26c，由此，气缸14的杆14c进行收缩动作，旁通通路11打开而废气通路10关闭，涡轮机废气G2被引导到旁通通路11侧。
此外，在系统停止运转时，如果按压操作燃气轮机2的停止钮，则切断对三通切换阀25、26的供电，和所述同样地，气缸14的杆14c进行收缩动作，旁通通路11打开而废气通路10关闭。这样，由于在燃气轮机2冷却的规定时间的期间，涡轮机废气G2被引导到旁通通路11，所以在该冷却中，就不需要在热负载9中流动热水W。
另一方面，在运转中燃气轮机2紧急停止时，和系统停止时相同，第一三通切换阀25关闭排出通路侧端口25c，同时连通压缩机侧端口25a和气缸侧端口25b，第二三通切换阀26关闭压缩机侧端口26a，同时连通气缸侧端口26b和排出通路侧端口26c。此时，即使在压缩机3的压力不足的情况下，通过被蓄积在储气罐21中的气压也能够使气缸14的杆14c收缩动作，从而打开旁通通路11。
综上所述，根据本实施方式的热电联供系统1，由于旁通阻尼器12总是被来自压缩机3的压缩空气切换操作到合适的方向上，所以就能够预先防止由于该旁通阻尼器12不能切换而产生的故障。此外，与通过电动马达来使该旁通阻尼器12动作的情况相比，由于总是能够通过压缩空气向一定方向按压旁通阻尼器12，所以也可以解决废气泄漏的问题。进而，即使在使用大型的旁通阻尼器12的系统中，虽然气缸14的本体变大了一些，但三通切换阀25、26等的附属设备也几乎没有变化，所以相比使用电动马达的系统，就具有低成本且经济性良好的优点。
此外，在本实施方式的系统中，即使在用于没有和商用电源系统地联系的单机式的热电联供系统的情况下，在燃气轮机2紧急停止时，由于切断对三通切换阀25、26的供电，并在打开旁通通路11的方向上使气缸14动作，所以也不会产生旁通阻尼器12不能切换的问题。
在本实施方式中，尽管叙述的是由电磁式的方向控制阀构成三通切换阀25、26的情况，但是该三通切换阀也可以是弹簧式的方向控制阀。
在图3中，示出了气缸驱动回路的另一实施方式的回路结构图。
在前一个实施方式中，气缸14的底侧通路23、顶侧通路24分别经由三通切换阀25、26和气缸14的底侧室14a、顶侧室14b相连，并且经由排出通路27相互连接各三通切换阀25、26，但是，在本实施方式中，形成如下的结构分别在所述底侧通路23和顶侧通路24上设置有二位置切换式的开闭阀29、30，同时分别在各开闭阀29、30的从气缸14侧分支的各排出通路27a、27b上，设置有二位置切换式的开闭阀31、32。通过这样的结构，也能够获得和前面的实施方式相同的作用效果。
在图4中，示出了气缸驱动回路的其他的另一实施方式的回路结构图。
在本实施方式中，和前面的实施方式相比，形成如下的结构分别在各开闭阀29、30的从气缸14侧分支的各排出通路27a、27b上，设置有二位置切换式的开闭阀31、32，同时各排出通路27a、27b分别经由各个的孔28a、28b和消音器相连，或通向大气。通过这样的结构，也能够获得和前面的各个实施方式相同的作用效果。
权利要求
1.一种热电联供系统，其包括对燃烧用空气进行加压的压缩机、使通过该压缩机加压后的燃烧用空气和燃料燃烧的燃烧器、将该燃烧器排出的燃料气体转换成旋转能的燃气轮机、通过该燃气轮机的旋转能发电的发电机、以及回收来自所述燃气轮机的废气的热的排热回收热交换器，其特征在于，在将来自所述燃气轮机的废气导入到所述排热回收热交换器的废气通路上设置有旁通通路，同时在该旁通通路的入口部设置有旁通阻尼器，通过由来自所述压缩机的压缩空气驱动的气缸，来对该旁通阻尼器进行开闭控制。
2.如权利要求1所述的热电联供系统，其特征在于，在从所述压缩机到所述气缸的空压回路中，设置有阻止压缩空气向所述压缩机侧逆流的止回阀、暂时存储压缩空气的储气罐、以及切换向所述气缸供给的压缩空气的方向的方向控制阀。
3.如权利要求2所述的热电联供系统，其特征在于，所述方向控制阀为电磁式切换阀，在切断对该电磁式切换阀的供电时，操作所述旁通阻尼器，使得关闭所述排热回收热交换器侧的通路，并打开所述旁通通路。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种热电联供系统，即使在异常时切断供电的情况下，也能够可靠地对旁通阻尼器进行切换操作，而且不会造成废气泄漏，且即使设备大型化，也对成本有利，在将来自燃气轮机(2)的废气导入排热回收热交换器(8)的废气通路(10)上，设置有旁通通路(11)，同时在该旁通通路(11)的入口部设置有旁通阻尼器(12)，通过由来自压缩机(3)的压缩空气驱动的气缸，来对该旁通阻尼器(12)进行开闭控制。
文档编号F02G5/02GK1836098SQ20048002369
公开日2006年9月20日 申请日期2004年2月6日 优先权日2003年8月22日
发明者岸田宽之, 白垣宋, 柴田聪 申请人:株式会社田熊