(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体又は液体の燃料を燃焼させて発電する発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、
前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、
前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、
前記発電ユニットからの排ガス中の残留酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記バーナに燃焼用空気を補充可能な吸気手段とを設け、
前記酸素濃度検出手段で検出された残留酸素の濃度が所定濃度以下の場合に、前記吸気手段を起動させるように構成したことを特徴とするハイブリッド熱電供給システム。
【請求項２】
前記発電ユニットは、発電ユニット及び吸収式冷温水機の所用電力とほぼ同じ量の電力を発電するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項３】
外部の電力系統から供給された電力で充電可能な蓄電池を備え、前記吸収式冷温水機に、その所要電力の一部を外部の電力系統又は蓄電池から供給するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項４】
前記吸収式冷温水機の所要電力が、発電ユニットにおける発電量を上回るときには、前記蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給し、蓄電池の蓄電量が所定量以下に減少したときには、外部の電力系統から吸収式冷温水機に電力を供給するとともに、外部の電力系統から供給された電力で蓄電池を充電するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項５】
前記発電ユニットは、気体燃料又は液体燃料を用いるガスタービンで発電機を駆動するガスタービン式発電ユニットであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項６】
前記ガスタービン式発電ユニットの排ガスの全量をバーナに供給するように構成したことを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項７】
前記ガスタービン式発電ユニットの排ガスの保有熱の一部を回収する排熱回収用再生器を設けたことを特徴とする請求項５又は６に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項８】
気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、
前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、
前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、
前記バーナに供給する排ガスの流量を調節可能な排ガス流量調節手段と、バーナに供給する排ガスの流量を検知する排ガス流量検知手段とを設けたことを特徴とするハイブリッド熱電供給システム。
【請求項９】
前記排ガス流量調節手段は、ガスタービンの回転数を変化させて排ガス流量を調節することを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１０】
前記排ガス流量検知手段は、ガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とガスタービンの燃焼器内の圧力とに基づいて排ガス流量を検知することを特徴とする請求項９に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１１】
前記排ガス流量調節手段は、ガスタービンの吸気流量を変化させて排ガス流量を調節することを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１２】
前記排ガス流量検知手段は、ガスタービンの吸気流量とガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて排ガス流量を検知することを特徴とする請求項１１に記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と排ガス流量検知手段で検知した排ガス流量に基づいて、排ガス流量調節手段を制御することを特徴とする請求項８〜１２の何れかに記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１４】
前記排ガス流量調節手段は、吸収式冷温水機から排出される排ガス流量に含まれる酸素濃度が所定値以下になるように、排ガス流量を調節することを特徴とする請求項８〜１３の何れかに記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１５】
前記排ガス流量調節手段は、バーナに供給される燃料と、同じくバーナに供給される排ガス中の酸素との比率が、所定の範囲内から外れたときに、排ガス流量を調整することを特徴とする請求項８〜１４の何れかに記載のハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１６】
気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、
前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、
前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、
前記制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と発電ユニットでの発電量とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて、バーナに供給する燃料流量を調節することを特徴とするハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１７】
気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、
前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、
前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、
前記ガスタービン式発電ユニットは、ガスタービンに気体燃料を供給する為の燃料ガス圧縮機を備え、この燃料ガス圧縮機の回転数を変化させてガスタービンに供給する燃料ガス流量を制御するように構成したことを特徴とするハイブリッド熱電供給システム。
【請求項１８】
気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、
前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、
前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、
前記吸収式冷温水機のバーナとガスタービン式発電ユニットとを連結して、一体的なユニットに構成したことを特徴とするハイブリッド熱電供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド熱電供給システムにおいて、特に、発電ユニットからの排ガスの残留酸素及び保有熱を吸収式冷温水機でより効率よく活用できるように構成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ビル等の建物内の空調用に、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）と冷媒（例えば、水）との間における一連の吸収サイクルを利用して冷水又は温水を供給する吸収式冷温水機が用いられることがある。この吸収式冷温水機から冷水を供給する場合の吸収サイクルについて簡単に説明すると、先ず、ほぼ真空状態に維持された蒸発器において、冷媒は建物内を循環して還流してきた水から熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒は吸収器で吸収液に吸収され、この冷媒を吸収して濃度のうすくなった吸収液は低温熱交換器、高温熱交換器で加熱され、吸収液に吸収された冷媒の一部が、低温再生器及び高温再生器で冷媒蒸気となって吸収液から分離される。この冷媒蒸気は、凝縮器で凝縮した後に再び蒸発器へ送られる。
【０００３】
ここで、高温再生器においては、低温再生器で一部の冷媒が分離して濃度が少し濃くなった吸収液から、さらに冷媒を分離蒸発させて回収する為に、十分な熱量を与える必要がある。そのためには、単に都市ガス等の燃料をバーナで燃焼させて熱量を供給してもよいが、近年では、比較的小型のガスタービンやガスエンジン等を備えた発電ユニットを吸収式冷温水機に並設し、発電ユニットからの高温の排ガスを用いて高温再生器で吸収液を加熱するように構成して、排ガスの保有熱を有効利用可能な排熱利用型の吸収式冷温水機も提案され、あるいは実用化されつつある。ここで、発電ユニットで発電された電力は、冷水又は温水を建物で循環させる循環ポンプや吸収液循環用のポンプ等、発電ユニット及び吸収式冷温水機内の種々の機器の動力として主に利用される。
【０００４】
例えば、本願出願人は、ガスタービン式発電ユニットからの排ガスを高温再生器に供給し、高温再生器において排ガスと吸収液との間で熱交換を行い、排ガスの顕熱を回収するように構成した排熱利用型の吸収式冷温水機を提案している  （例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３０４２７４号公報（第３，４頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単にバーナで燃料を燃焼させて吸収液を加熱する場合には、バーナに吸い込まれる燃焼用空気の温度は外気温度に等しく、バーナでの燃料の燃焼中に燃焼用空気の温度を上昇させるのに熱量の一部が余分に消費されるため、その分熱効率は低くなってしまう。また、前記特許文献１に記載の吸収式冷温水機においては、排ガスの顕熱を回収するだけであり、排ガスと吸収液との間の熱交換効率の程度にもよるが、一般的には、熱効率の大幅な向上は期待できない、さらには、排ガス中に残留する酸素や未燃焼ガスを高温の状態で大気へ放散してしまうことにもなり、燃焼効率の向上もあまり望めない。
【０００７】
そのために、高温の排ガス中の残留酸素を用いて、吸収式冷温水機内に設けたバーナでさらに燃料を追焚き燃焼させて、排ガス中の残留酸素も有効利用することも考えられる。しかし、吸収式冷温水機に要求される空調用の冷熱又は温熱の負荷は、季節により、また、１日の間でもその時間帯により、大きく変動するため、発電ユニットからの排ガスを全量バーナへ供給すると、吸収式冷温水機の負荷が小さい場合には、燃料に対して排ガス（排ガス中の酸素）を過剰に供給してしまうこともあり、バーナの火炎が不安定になったり、場合によっては失火する虞もある。一方、発電ユニットの排ガスの一部を大気に放散すれば、放散された排ガスの保有熱を利用できなくなり、熱効率の向上が望めない。
本発明の目的は、排ガス中の残留酸素をも有効に活用すること、発電ユニット又は吸収式冷温水機の負荷状態に応じて排ガス流量を調整して熱効率を高めること、等である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１のハイブリッド熱電供給システムは、気体又は液体の燃料を燃焼させて発電する発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、前記発電ユニットからの排ガス中の残留酸素の濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記バーナに燃焼用空気を補充可能な吸気手段とを設け、前記酸素濃度検出手段で検出された残留酸素の濃度が所定濃度以下の場合に、前記吸気手段を起動させるように構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
このハイブリッド熱電供給システムは、発電ユニットによりシステム内で必要な電力を発電するとともに、発電ユニットの排ガスを活用して吸収式冷温水機により建物内の空調用の冷水又は温水を供給する。
発電ユニットは、発電機と、都市ガス等の気体燃料や軽油等の液体燃料を燃焼させて発電機を駆動するガスタービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジン等の発電機駆動手段とを有する。一方、吸収式冷温水機は、冷媒を蒸発させることにより建物内を循環する循環水を冷やす蒸発器、蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器、吸収液から冷媒を分離回収する為の低温再生器及び高温再生器等を有する。
【００１０】
尚、低温再生器で冷媒の一部を分離した後、さらに、高温再生器において吸収液から冷媒を蒸発させて回収する為には、吸収液には十分な熱量を与える必要があるために、燃料を追焚きするバーナも設けられている。ここで、発電ユニットの排ガス中には、１０％以上（重量％、以下同じ）の酸素が残留している場合が多い。そこで、バーナに、追焚き用の燃料と発電ユニットからの高温の排ガスを供給して、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させる。ここで、酸素濃度検出手段により発電ユニットからの排ガス中の残留酸素の濃度が検出され、残留酸素の濃度が所定濃度（例えば、１０％）以下の場合には、吸気手段が起動されて、バーナに燃焼用空気が補充される。残留酸素の濃度が所定濃度以上の場合には、外部から燃焼用空気を供給する場合のように、燃焼用空気を加温するのに余分な熱量が消費されることがないし、排ガス中の残留未燃焼ガスをバーナで燃焼させることができるため燃焼効率が向上する。
【００１１】
請求項２のハイブリッド熱電供給システムは、請求項１の発明において、前記発電ユニットは、発電ユニット及び吸収式冷温水機の所用電力とほぼ同じ量の電力を発電するように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
ハイブリッド式熱電供給システムの運転状態では、吸収式冷温水機内で、空調用の冷水又は温水を循環させる循環ポンプや吸収液を循環させる為の吸収液ポンプ、冷媒を循環させる為の冷媒ポンプ等、種々の付随機器を駆動する電力が必要であるが、発電ユニットは、これらの吸収式冷温水機の所用電力とほぼ同じ量の電力を発電するので、ハイブリッド熱電供給システムの運転時にシステム外の電力系統から電力を受電するのを極力抑えられるし、一方で、余剰電力が生じずシステム外に送電する必要がなくなるため、電力系統に関する構成を簡略化することも可能になる。
【００１３】
ここで、吸収式冷温水機の負荷が小さく、電力が余分に発電されてしまうような場合には、発電機の回転数を減少させたり、発電ユニットに供給する燃料の量を制御したりして、発電量を調整するように構成してもよいし、蓄電池等に蓄えるように構成してもよい。逆に、吸収式冷温水機の起動／停止時など、発電量が十分確保できない場合には、発電ユニット及び吸収式冷温水機の付随機器の回転数を制御するなどして、システム全体の所用電力を減少させることで対応可能である。
【００１４】
請求項３のハイブリッド熱電供給システムは、請求項１又は２の発明において、外部の電力系統から供給された電力で充電可能な蓄電池を備え、前記吸収式冷温水機に、その所要電力の一部を外部の電力系統又は蓄電池から供給するように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
吸収式冷温水機には、発電ユニットで発電された電力が供給されるが、吸収式冷温水機の負荷変動等により、発電ユニットの発電量が吸収式冷温水機の所要電力を下回った場合には、電力が不足することになる。このような状態のときに、その不足電力を、外部の電力系統から供給したり、外部の電力系統からの電力で予め充電された状態の蓄電池から供給することができる。
【００１６】
請求項４のハイブリッド熱電供給システムは、前記吸収式冷温水機の所要電力が、発電ユニットにおける発電量を上回るときには、前記蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給し、蓄電池の蓄電量が所定量以下に減少したときには、外部の電力系統から吸収式冷温水機に電力を供給するとともに、外部の電力系統から供給された電力で蓄電池を充電するように構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
吸収式冷温水機の負荷変動等により、吸収式冷温水機の所要電力が発電ユニットにおける発電量を上回っている状態では、吸収式冷温水機に供給する電力が不足することになるが、その不足分だけ、蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給する。さらに蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給し続けると、蓄電池に蓄えられている電力量が減少していくため、その場合には、外部の電力系統から吸収式冷温水機に電力を供給し、同時に外部の電力系統から供給された電力で蓄電池を充電する。
【００１８】
請求項５のハイブリッド熱電供給システムは、請求項１〜４の何れかの発明において、前記発電ユニットは、気体燃料を用いるガスタービンで発電機を駆動するガスタービン式発電ユニットであることを特徴とするものである。このガスタービン式発電ユニットの排ガスには、比較的多量（例えば、１８％）の酸素が残留しているため、燃料ガスを追焚きするのに十分な酸素を排ガスとともにバーナに供給することができる。
【００１９】
請求項６のハイブリッド熱電供給システムは、請求項５の発明において、前記発電ユニットの排ガスの全量をバーナに供給するように構成したことを特徴とするものである。従って、高温の排ガスを大気に放散することなく、全て吸収式冷温水機で有効に活用することができる。
【００２０】
請求項７のハイブリッド熱電供給システムは、請求項５又は６の発明において、前記ガスタービン式発電ユニットの排ガスの保有熱の一部を回収する排熱回収用再生器を設けたことを特徴とするものである。従って、排熱回収用再生器で、発電ユニットの排ガスの一部によりガスタービンの燃焼用空気を予め加温することで発電効率を高めることができる。また、排ガスの排熱の一部を回収することで、吸収式冷温水機に供給される排ガスの温度が下がる。従って、吸収式冷温水機に供給される排ガスの保有熱が低下するため、吸収式冷温水機の負荷が少ない場合でも、排ガスを大気放散する必要がない。
【００２１】
請求項８のハイブリッド熱電供給システムは、気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、前記バーナに供給する排ガスの流量を調節可能な排ガス流量調節手段と、バーナに供給する排ガスの流量を検知する排ガス流量検知手段とを設けたことを特徴とするものである。排ガス流量調節手段には、制御装置からの指令に基づいてガスタービンの回転数を制御して燃焼用空気の吸入量を変化させることにより排ガスの流量を調節するような構成や、排ガスの流量を直接調節可能な排ガスダンパー等が含まれる。また、排ガス流量検知手段としては、ガスタービンの回転数や燃料ガスの流量、燃焼器の圧力等の計測値から排ガスの流量を演算して求めるような構成などが考えられる。
【００２２】
吸収式冷温水機の負荷が変動する場合には、バーナで追焚きする燃料ガスの量を流量調整弁等で調整することになる。このときに、発電ユニットの排ガスが全量バーナに供給されると、追焚き用の燃料ガスの流量が少ない場合には、過剰な酸素がバーナに供給されてしまうこともあり、バーナの火炎が不安定になったり、場合によっては失火する虞もある。そこで、排ガス流量検知手段によりバーナに供給する排ガスの流量を検知しつつ、必要に応じて排ガス流量調節手段によりバーナに供給する排ガスの流量を調節する。その他は基本的に請求項１と同様の作用を奏する。
【００２３】
請求項９のハイブリッド熱電供給システムは、請求項８の発明において、前記排ガス流量調節手段は、ガスタービンの回転数を変化させて排ガス流量を調節することを特徴とするものである。従って、吸収式冷温水機の負荷が変動する場合でも、排ガス流量調節手段がガスタービンの回転数を変化させて排ガス流量を調節することで、適切な量の排ガスをバーナに供給することができ、安定してバーナで燃料を燃焼させることができる。
【００２４】
請求項１０のハイブリッド熱電供給システムは、請求項９の発明において、前記排ガス流量検知手段は、ガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とガスタービンの燃焼器内の圧力とに基づいて排ガス流量を検知することを特徴とするものである。このように、ガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とガスタービンの燃焼器内の圧力とに基づいて排ガス流量を検知することで、排ガス流量調節手段により排ガス流量を適切な量に調節することができるようになる。
【００２５】
請求項１１のハイブリッド熱電供給システムは、請求項８の発明において、前記排ガス流量調節手段は、ガスタービンの吸気流量を変化させて排ガス流量を調節することを特徴とするものである。従って、吸収式冷温水機の負荷が変動する場合でも、排ガス流量調節手段がガスタービンの吸気流量を変化させて排ガス流量を調節することで、適切な量の排ガスをバーナに供給することができ、安定してバーナで燃料を燃焼させることができる。ここで、ガスタービンの吸気流量を変化させる構成としては、ガスタービンの回転数を変化させる構成や、ガスタービンの圧縮機に吸気ダンパ等の吸気流量調節手段を設け、この吸気流量調節手段により圧縮機に吸入される吸気流量を直接調節するような構成などが考えられる。
【００２６】
請求項１２のハイブリッド熱電供給システムは、請求項１１の発明において、前記排ガス流量検知手段は、ガスタービンの吸気流量とガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて排ガス流量を検知することを特徴とするものである。このように、ガスタービンの吸気流量とガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて排ガス流量を検知することで、排ガス流量調節手段により排ガス流量を適切な量に調節することができるようになる。
【００２７】
請求項１３のハイブリッド熱電供給システムは、請求項８〜１２の何れかの発明において、前記制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と排ガス流量検知手段で検知した排ガス流量に基づいて、排ガス流量調節手段を制御することを特徴とするものである。吸収式冷温水機の負荷変動に対応して調整された燃料ガスの量に対して、燃料ガスと排ガス中の残留酸素が所定の範囲から外れた比率でバーナに供給されてしまうような場合には、適切な比率で酸素が供給されるように、制御装置は排ガス流量調節手段を制御する。ここで、排ガス中の残留酸素濃度をＯ2 濃度計等により測定するように構成すれば、燃料ガスと排ガス中の酸素の比率が適切な値になるように、さらに精度よく排ガスの流量を制御することが可能になる。
【００２８】
請求項１４のハイブリッド熱電供給システムは、請求項８〜１３の何れかの発明において、前記排ガス流量調節手段は、吸収式冷温水機から排出される排ガス流量に含まれる酸素濃度が所定値以下になるように、排ガス流量を調節することを特徴とするものである。従って、バーナで追焚き燃焼に使用されず、吸収式冷温水機３から無駄に排出されてしまう高温の排ガスを極力抑えて、熱損失を少なくすることができる。
【００２９】
請求項１５のハイブリッド熱電供給システムは、請求項８〜１４の発明において、前記排ガス流量調節手段は、バーナに供給される燃料と、同じくバーナに供給される排ガス中の酸素との比率が、所定の範囲内から外れたときに、排ガス流量を調整することを特徴とするものである。従って、バーナにおいて適切な比率で追焚き用の燃料を燃焼させることができるので、排ガスを大気へ放散する必要がなく熱効率の大幅な向上が図れるし、排ガス中の酸素がバーナに過剰に供給されることがなく、バーナの火炎が不安定になって振動燃焼が生じたり、失火したりするのを防止することもできる。
【００３０】
請求項１６のハイブリッド熱電供給システムは、気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、前記制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と発電ユニットでの発電量とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて、バーナに供給する燃料流量を調節することを特徴とするものである。つまり、バーナに供給される排ガスの保有熱を、ガスタービンに供給される燃料流量と発電ユニットでの発電量とに基づいて求め、吸収式冷温水機の負荷に対して排ガスの保有熱だけでは不足する熱量に相当する適切な量だけ、追焚き用の燃料をバーナに供給することができる。その他は基本的に請求項１と同様の作用を奏する。
【００３１】
請求項１７のハイブリッド熱電供給システムは、気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、前記ガスタービン式発電ユニットは、ガスタービンに気体燃料を供給する為の燃料ガス圧縮機を備え、この燃料ガス圧縮機の回転数を変化させてガスタービンに供給する燃料ガス流量を制御するように構成したことを特徴とするものである。従って、燃料ガス圧縮機の回転数を変化させることにより、燃料ガスの流量を制御して、ガスタービン式発電ユニットの発電量を調整することができる。その他は基本的に請求項１と同様の作用を奏する。
【００３２】
請求項１８のハイブリッド熱電供給システムは、気体又は液体の燃料を燃焼させガスタービンで発電機を駆動して発電するガスタービン式の発電ユニットと、吸収液から冷媒を分離する高温再生器を有する吸収式冷温水機と、発電ユニットと吸収式冷温水機の運転を制御する制御装置とを備え、発電ユニットの排ガスの少なくとも一部を吸収式冷温水機で活用するように構成したハイブリッド熱電供給システムにおいて、前記吸収式冷温水機の高温再生器中の吸収液を加熱するために燃料を追焚きするバーナを設け、前記バーナは、燃料と発電ユニットからの排ガスの供給を受け、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料を燃焼させるように構成し、前記吸収式冷温水機のバーナとガスタービン式発電ユニットとを連結して、一体的なユニットに構成したことを特徴とするものである。従って、ハイブリッド熱電供給システム全体をコンパクトにすることができるし、バーナとガスタービン式発電ユニットとの連結部が短くなり、ガスタービン式発電ユニットの排ガスの外部への熱損失を極力抑えることができる。その他は基本的に請求項１と同様の作用を奏する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、ガスタービン式発電ユニットにより発電するとともに、吸収式冷温水機でビル等の建物内に空調用の冷水又は温水を供給するように構成されたハイブリッド熱電供給システムに本発明を適用したものである。
【００３４】
図１に示すように、ハイブリッド熱電供給システム１（以下、熱電供給システム１という）は、燃料ガスを燃焼させて発電するガスタービン式発電ユニット２（以下、発電ユニット２という）と、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）から冷媒（例えば、水）を分離する高温再生器３７（図２参照）を有する吸収式冷温水機３と、発電ユニット２及び吸収式冷温水機３とそれらに付随する種々の機器に電力を供給するとともに、発電ユニット２と吸収式冷温水機３の運転を制御する動力制御盤４（制御装置に相当する）とを備え、発電ユニット２の排ガスを吸収式冷温水機３で活用するように構成したものである。
【００３５】
このハイブリッド熱電供給システム１においては、発電ユニット２に燃料ガス（例えば、都市ガス）が供給され、発電ユニット２で燃料ガスを燃焼させて発電した電力は動力制御盤４に送られて、動力制御盤４から発電ユニット２や吸収式冷温水機３等の機器に対して必要な電力が供給される。一方、吸収式冷温水機３からは、冷房用の冷水又は暖房用の温水が供給され、冷水又は温水は建物内の空調に使用された後に再び吸収式冷温水機３に戻るように構成されている。
【００３６】
先ず、発電ユニット２について説明する。
図１に示すように、発電ユニット２は、発電機１０と、この発電機１０を駆動するガスタービン１１と、燃料ガスを加圧してガスタービン１１の燃焼器１９に送り込む為の燃料ガス圧縮機１２と、発電ユニット２全体を制御する制御ユニット１３などを備えている。この発電ユニット２は、その発電容量が３０ｋｗ程度の比較的小型のものである。
【００３７】
発電機１０は、ガスタービン１１の回転軸１４に減速機１５を介して連結されており、発電機１０で発電された交流の電力は、整流器で直流に変換されてから動力制御盤４へ送られる。また、ガスタービン１１の起動用のモータ１６と、このモータ１６を駆動する為のバッテリー１７も設けられており、このバッテリー１７は、発電機１０で発電された電力の一部を用いて充電される。尚、この発電ユニット２は、通常運転時における発電ユニット２、吸収式冷温水機３及びそれらに付随する機器の所要電力とほぼ同じ量の電力を発電するように構成されている。
【００３８】
ガスタービン１１は、圧縮機１８、燃焼器１９、膨張器２０を備えた一般的なものであり、圧縮機１８で圧縮された燃焼用空気と燃料ガスを燃焼器１９で燃焼させ、その高圧の燃焼排ガスを膨張器２０で膨張させて、排ガスの膨張エネルギーを回転軸１４から取り出すように構成されている。回転軸１４には、ガスタービン１１の回転数を検出するロータリエンコーダ２１が設けられている。さらに、燃焼器１９には燃焼器１９内の圧力を検出する圧力センサ２９も設けられている。
【００３９】
燃焼器１９には燃料ガスを供給する為のガス供給管２２が接続され、このガス供給管２２には、燃料ガス圧縮機１２と、燃料ガスの流量を検出する流量センサ２３と、燃料ガスの流量を調節する流量調整弁２４が設けられている。また、燃料ガス圧縮機１２の冷却用の冷却ファン２５も設けられている。
膨張器２０で膨張した排ガスは、後述するように、排ガスダクト２６を通って吸収式冷温水機３へ送られる。排ガスダクト２６には、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 濃度センサ２７と、排ガスの温度を検出する温度センサ２８が設けられている。
【００４０】
制御ユニット１３には、動力制御盤４からの信号や、ロータリエンコーダ２１からのガスタービン１１の回転数の信号が入力され、それらの信号に基づいて、制御ユニット１３は、流量調整弁２４や燃料ガス圧縮機１２等を制御する。また、ガスタービン１１の回転数の信号等、発電ユニット２の運転状態を逐次動力制御盤４へ出力する。この制御ユニット１３により、流量調整弁２４を制御して燃焼器１９に供給する燃料ガスを調整することで、回転軸１４の回転数を変化させ、ガスタービン１１の出力、つまり、発電機１０における発電量を調整することができる。
【００４１】
次に、吸収式冷温水機３について説明する。
図１に示すように、吸収式冷温水機３は、冷温水機本体３０と、吸収式冷温水機３の高温再生器３７の中の吸収液を加熱するために燃料ガスを追焚きするバーナ３１と、吸収式冷温水機３全体を制御する制御ユニット３２等を備えている。
図２に示すように、冷温水機本体３０は、蒸発器３３、吸収器３４、凝縮器３５、低温再生器３６、高温再生器３７、低温熱交換器３８、高温熱交換器３９等を備えている。
【００４２】
吸収式冷温水機３から冷水を供給する際の、冷温水機本体内３０での吸収液及び冷媒の一連のサイクルを説明すると、先ず、ほぼ真空状態に保持された蒸発器３３に冷媒が冷媒ポンプ４０で送られ、蒸発器３３内で冷媒が蒸発して冷媒蒸気（水蒸気）となり、このときに建物内を循環する空調用の循環水が冷やされる。蒸発器３３で蒸発した冷媒蒸気は、吸収器３４で吸収液が冷却水で冷やされる際に、吸収液に吸収される。吸収器３４で冷媒を吸収した濃度の低い吸収液（例えば、濃度５６％）は、吸収液ポンプ４１により低温熱交換器３８へ送られ、低温熱交換器３８で加熱された後、さらに低温再生器３６へ送られて、低温再生器３６で吸収液から冷媒の一部が分離回収される。
【００４３】
低温再生器３６で冷媒の一部が分離されてやや濃度が高くなった中間濃度の吸収液（例えば、濃度５８％）は、吸収液ポンプ４２により高温熱交換器３９へ送られ、高温熱交換器３９で加熱された後、さらに高温再生器３７へ送られる。この高温再生器３７には、バーナ３１からの高温（例えば、約１０００℃）の排ガスが導入されて高温になった状態で、吸収液からさらに冷媒が分離されて、吸収液の濃度が高くなる（例えば、濃度６３％）。
【００４４】
この高濃度の吸収液は、高温熱交換器３９、低温熱交換器３８で、夫々中間濃度の吸収液と低濃度の吸収液との間で熱交換を行った後、吸収器３４内で散布されて再び冷媒蒸気を吸収する。また、低温再生器３６及び高温再生器３７で分離回収された冷媒蒸気は、凝縮器３５で凝縮してから再び蒸発器３３へ送られる。
【００４５】
一方、吸収式冷温水機３から温水を供給する場合は、冷暖切換弁４３を開にすることで、高温再生器３７及び低温再生器３６から分離された比較的高温（７０〜８０℃）の冷媒蒸気が蒸発器３３内へ導入されて、蒸発器３３内で循環水が加温される。尚、吸収式冷温水機３の起動／停止時には、高濃度の吸収液が外気で冷えて冷温水機本体３０内で結晶化するのを防止するために、後述するように、吸収液ポンプ４１，４２で冷温水機本体３０内の吸収液を循環させて濃度を一定に保つ。
【００４６】
図１に示すように、バーナ３１には、追焚き用の燃料ガスを供給する為のガス供給管４３ａが接続され、このガス供給管４３ａには、燃料ガスの流量を検出する流量センサ４４と、燃料ガスの流量を調節する流量調整弁４５が設けられている。
ところで、ガスタービン１１の排ガスは高温（例えば、約４００℃）であり、しかも、多くの酸素が残留している（例えば、残留酸素濃度約１８％）。さらには、未燃焼の燃料ガスも含まれている。従って、排ガス中の残留酸素及び排ガスの保有熱を有効に利用してシステム全体の熱効率を向上させることが望まれる。そのために、バーナ３１とガスタービン１１の膨張器２０を排ガスダクト２６で接続し、この排ガスダクト２６を介してバーナ３１に発電ユニット２の排ガスの全量を導入するように構成されている。
【００４７】
従って、バーナ３１は、燃料ガスと発電ユニット２の排ガスの供給を受け、追焚き用の燃料ガスを、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃焼させることができる。このバーナ３１には、外気から燃焼用空気を導入する為の吸気ファン４６（吸気手段に相当する）が設けられており、Ｏ2 濃度センサ２７で検出された排ガス中の残留酸素が所定濃度（例えば、１０％）以下の場合には、不足する酸素を補うために、動力制御盤４により吸気ファン４６を駆動してバーナ３１に燃焼用空気を供給するように構成されている。
【００４８】
一方、バーナ３１からの排ガスは、高温再生器３７で吸収液との間で熱交換をした後、排ガスダクト５２を通って外気へ放散される。この排ガスダクト５２には、外気へ放散される排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2 濃度センサ５３が設けられている。
尚、発電ユニット２とバーナ３１を含む吸収式冷温水機３とは１つのパッケージユニットとして一体的に連結されており、バーナ３１と発電ユニット２とを連結する排ガスダクト２６の長さが短くなるため、発電ユニット２の排ガスの外部への熱損失を極力抑えることができる。
【００４９】
制御ユニット３２には、動力制御盤４からの信号、循環水の入口と出口の温度を夫々検出する温度センサ４７，４８からの信号、循環水の流量を検出する流量センサ４９からの信号等が入力され、これらの信号に基づいて、制御ユニット３２は、冷媒ポンプ４０、吸収液ポンプ４１，４２等の吸収式冷温水機３内の機器や、吸収液用冷却水を循環させる為の冷却水ポンプ４９ａ、冷却水を冷やす為の冷却塔５０、循環水を建物内で循環させる為の循環ポンプ５１等の機器類を制御する。
【００５０】
次に、動力制御盤４について説明する。
この動力制御盤４は、受電した電力を発電ユニット２や吸収式冷温水機３等に供給するという動力供給ユニットとしての構成と、発電ユニット２と吸収式冷温水機３の運転を制御する制御ユニットとしての構成とを備えている。
先ず、動力供給ユニットとしての構成について説明する。図１に示すように、動力制御盤４には、発電機１０及び商用電源６０（外部の電力系統）が接続されている。発電機１０から動力制御盤４へは、発電ユニット２で発電された直流の電力が供給されて、この直流の電力は、動力制御盤４内の変換器により交流に変換される。一方、商用電源６０と動力制御盤４とはスイッチ６５を介して接続され、スイッチ６５がＯＮのときには、商用電源６０から交流の電力が動力制御盤に供給される。
【００５１】
図示しないが、動力制御盤４には、発電ユニット２及び吸収式冷温水機３や、それらに付随する循環ポンプ５１、冷却塔５０のファン等の種々の機器とケーブルで接続されており、ケーブルを介してこれらの機器に交流の電力を供給するように構成されている。
さらに、動力制御盤４には、変換器６１及び充・放電コントローラ６２を介して、太陽電池６３、蓄電池６４が接続されている。この蓄電池６４は、商用電源６０から熱電供給システム１に電力が供給されたときには、その供給された電力の一部により充電される。
【００５２】
前述のように、発電ユニット２は、通常運転時に吸収式冷温水機３の所用動力とほぼ同じ量の電力を発電できるように構成されているので、動力制御盤４は、通常は、商用電源６０からの電力や蓄電池６４に蓄えられた電力を受電する必要はない。しかし、後述するように、吸収式冷温水機３の起動／停止時や、吸収式冷温水機３の負荷によってガスタービン１１の回転数を制御する場合には、発電ユニット２からの発電量だけでは電力が不足することもある。このようなときには、その不足した電力は、まず蓄電池６４から動力制御盤４を介して供給される。このような状態が続いて、蓄電池６４の蓄電量が所定量以下に減少したときには、商用電源６０から発電ユニット２や吸収式冷温水機３に対して、前記の不足した電力が供給される。その一方で、蓄電池６４は、商用電源６０から供給された電力の一部で充電される。
【００５３】
次に、動力制御盤４の制御ユニットとしての構成について説明する。図１に示すように、動力制御盤４には、制御ユニット１３，３２からの信号、Ｏ2 濃度センサ２７，５３、及び排ガス用の温度センサ２８からの信号等が入力され、これらの信号に基づいて、動力制御盤４は直接若しくは制御ユニット１３，３２を介して、次述のように発電ユニット２、吸収式冷温水機３、流量調整弁４５等を制御する。
【００５４】
まず、動力制御盤４による熱電供給システム１全体の制御について図３、図４を参照して詳述する。尚、図３において、ガスタービン１１を適宜ＧＴと略称している。また、図３において、ＳＶは設定値、ＰＶはプロセス値（計測値または計測値から演算で求められた値）、ＭＶは操作出力値を夫々示す。
動力制御盤４は、発電ユニット２や吸収式冷温水機３の運転状態を示す種々の検出値に基づいて、ガスタービン１１の回転数を調整する為の電力変換器１１ａ、ガスタービン１２への燃料ガス流量を調整する流量調整弁２４、バーナ３１への燃料ガス流量を調整する流量調整弁４５を夫々制御する。
【００５５】
最初に、電力変換器１１ａを制御してガスタービン１１の回転数を調整する一連の制御について説明する。図３の左側部分に示すように、まず、冷温水機排ガスＯ2 制御において、Ｏ2 濃度センサ５３で検出された吸収式冷温水機３から排出される排ガス中のＯ2 濃度が所定値以下になるような、ガスタービン１１からの排ガス流量の設定値をＰＩＤ制御により求める。次に、ＧＴ排ガス流量制御において、前述のようにして求められた排ガス流量の設定値になるような、ガスタービン１１の回転数の設定値をＰＩＤ制御により求める。
【００５６】
ここで、このＧＴ排ガス流量制御を行う際には、ガスタービン１１から実際に排出される排ガス流量を求める必要があるが、熱電供給システム１において、排ガス流量は、ロータリエンコーダ２１で検出されるガスタービン１１の回転数と、流量センサ２３で検出されるガスタービン１１への燃料ガス流量と、圧力センサ２９で検出される燃焼器１９内の圧力と、外気の気温とに基づいて、所定のテーブルＴ1 により求められる。
そして、ＧＴ回転数制御において、ガスタービン１１の回転数が所定の設定値になるようにＰＩＤ制御が行われ、その信号が電力変換器１１ａに送られて、ガスタービン１１が所定の回転数に調節される。
【００５７】
次に、ガスタービン１１用の流量制御弁２４を制御してガスタービン１１への燃料ガス流量を調整する制御について説明する。図３の中央部分に示すように、まず、ロータリエンコーダ２１で検出された回転数と所定のテーブルＴ2 とに基づいて、ガスタービン１１の出口における排ガス温度の設定値が求められ、ＧＴ出口温度制御において、温度センサ２８で検出される排ガス温度がこの設定値になるような、ガスタービン１１への燃料ガス流量の設定値をＰＩＤ制御により求める。そして、ＧＴ燃料流量制御において、その設定値になるようにＰＩＤ制御が行われ、その信号が流量制御弁２４に送られて、ガスタービン１１への燃料ガス流量が調節される。
【００５８】
次に、バーナ３１用の流量制御弁４５を制御して、バーナ３１への追焚き用燃料ガス流量を調整する制御について説明する。図３の右側部分に示すように、まず、冷温水機入熱制御において、温度センサ４７，４８で検出された冷水温度に基づいて、吸収式冷温水機３に必要な入熱（吸収式冷温水機３の負荷）がＰＩＤ制御により求められる。一方、バーナ３１に供給される排ガスの保有熱は、ガスタービン１１に供給された燃料ガス流量と、発電ユニット２における発電量とを用いて求めることができる。バーナ３１には、吸収式冷温水機３に必要な入熱に対して排ガスの保有熱だけでは不足する熱量に相当する燃料ガスを供給すればよいので、バーナ３１への燃料ガス流量の設定値は、吸収式冷温水機３の必要入熱と、発電ユニット２における発電量と、ガスタービン１１に供給される燃料ガス流量に基づいて求められる。
【００５９】
そして、追焚きバーナ燃料流量制御において、流量センサ４４で検出されたバーナ３１への燃料ガス流量が、前述のようにして求められた燃料ガス流量の設定値になるようにＰＩＤ制御が行われ、その出力信号が流量制御弁４５に送られて、バーナ３１への燃料ガス流量が調整される。
尚、ここで、万が一、Ｏ2 濃度センサ２７で検出された排ガス中の酸素濃度が所定濃度以下である場合には、吸気ファン４６を起動してバーナ３１に燃焼用空気を補充する。
【００６０】
ところで、この熱電供給システム１は、発電ユニット２からの排ガスの全量がバーナ３１に供給するように構成されているため、吸収式冷温水機３の負荷が少ないときには、バーナ３１において、追焚き用の燃料ガスに対して排ガス中の酸素が過剰に供給されてしまうこともあり、バーナ３１の火炎が不安定になって振動燃焼が生じたり、場合によっては失火したりする虞がある。そこで、図４に示すように、燃料ガスと酸素の混合比率が適切な範囲に収まるように、ガスタービン１１の回転数を制御することで排ガス流量を調整して混合比率を所定の範囲内に維持する混合比率維持制御を所定制御時間毎の割り込み処理にて行う。但し、Ｓｉ（ｉ＝１０，１１・・・）はステップ番号を示す。
【００６１】
この混合比率維持制御がスタートすると、先ず、予め設定された追焚き用燃料ガスに対する排ガス中の残留酸素の最大混合比率Ｒmax と最小混合比率Ｒmin を読込む（Ｓ１０）。これら最大混合比率Ｒmax と最小混合比率Ｒmin は、安定して燃料ガスをバーナ３１で燃焼させることのできる、燃料ガスと酸素の混合比率の範囲を定めるものである。
【００６２】
次に、前述したように、ロータリエンコーダ２１で検出されたガスタービン１１の回転数、流量センサ４４で検出された燃料ガス流量、及び圧力センサ２９で検出された燃焼器１９内の圧力と、外気の気温と、所定のテーブルＴ1 とに基づいて排ガス流量を求め（Ｓ１１）、この排ガス流量の算出値とＯ2 濃度センサ２７で検出された排ガス中の残留酸素濃度とにより排ガス中の残留酸素量を演算により求める（Ｓ１２）。次に、図３の追焚きバーナ燃料流量制御における追焚き用燃料ガスの設定値と、先ほど演算された残留酸素量とにより、混合比率Ｒを演算する（Ｓ１３）
【００６３】
ここで、混合比率ＲがＲmax とＲmin との間の値であれば（Ｓ１４：Yes ）、燃料ガスに対して供給される酸素の比率が適切な範囲内にあると判定して、ガスタービン１１の回転数をそのままの値で一定に保つように制御ユニット１３に指令を送るとともに、流量調整弁４５により燃料ガスの流量を設定値に制御して（Ｓ１５）、リターンする。一方、混合比率ＲがＲmax とＲmin との間の値でなければ（Ｓ１４：No）、燃料ガスに対して供給される酸素の比率が適切でないと判定して、制御ユニット１３に対して、ガスタービン１１の回転数を制御する指令を送り、図３のＧＴ回転数制御において、混合比率が適切な値になるように排ガス流量を調整する（Ｓ１６）。
【００６４】
このとき、Ｓ１６においてガスタービン１１の回転数を低下させた場合、当然発電機１０による発電量が減少することになるが、その場合でも、熱電供給システム１全体における消費電力を発電ユニット２の発電量だけでまかなうことができるように、動力制御盤４により熱電供給システム１内の循環ポンプ５１、吸収液ポンプ４１，４２、冷却塔５０のファン等の回転機類の回転数を制御することで、これら回転機類における消費電力を抑制する。但し、それでも電力が足りない場合には、動力制御盤４は、商用電源６０から電力を受電することになる。
【００６５】
逆に、吸収式冷温水機３の負荷が小さく、万が一、発電ユニット２で過剰の電力が発電されてしまうような場合には、ＧＴ回転数制御やＧＴ燃料制御において、ガスタービン１１の回転数やガスタービン１１に供給する燃料ガス流量を減少させて、発電量を調整するようにすればよい。
【００６６】
尚、吸収式冷温水機３の起動／停止時には、冷温水機本体３０内の吸収液の濃度が不均一になって吸収液が結晶化するのを防ぐ必要がある。そのため、吸収式冷温水機３の起動時には、停止した吸収式冷温水機３に高温の排ガスが流入して吸収液の濃度が不均一になるのを防止するために、ガスタービン１１よりも先に吸収式冷温水機３を起動して吸収液ポンプ４１，４２により吸収液を循環させてから、ガスタービン１１を起動すると同時にバーナ３１で追焚き燃焼を行う。このとき、ガスタービン１１においては、ガスタービン１１の出力（発電量）が安定するまでは流量調整弁２４の開度を固定する。
【００６７】
一方、吸収式冷温水機３の停止時にも、停止した吸収式冷温水機３に高温の排ガスが流入するのを防止するため、ガスタービン１１を停止させた後又は同時に、吸収式冷温水機３を停止させる。ここで、冷温水機内部での吸収液の濃度を均一にするために、ガスタービン１１停止後に吸収液ポンプ４１，４２により吸収液を循環させることが望ましい。
このように、吸収式冷温水機３の起動／停止時には、ガスタービン１１が停止している場合でも吸収式冷温水機３を運転する場合があるため、そのような場合には、前述のように、動力制御盤４は、蓄電池６４又は商用電源６０から電力を受電して吸収式冷温水機３に電力を供給することになる。
【００６８】
尚、以上の説明において、図３の左側部分に示すガスタービン１１の回転数を制御する部分と制御ユニットとしての動力制御盤４が排ガス流量調節手段に相当し、ロータリエンコーダ２１、流量センサ２３及び圧力センサ２９と、これらセンサ類により検出された検出値とテーブルＴ1 とに基づいて排ガス流量を検知する制御ユニットとしての動力制御盤４が、排ガス流量検知手段に相当する。
【００６９】
次に、以上説明した熱電供給システム１の一例として、200 ＲＴ（冷凍トン）の能力の吸収式冷温水機３を備えた熱電供給システム１における熱量及び電力のバランスについて、図５を参照して説明する。尚、以下の説明における熱量及び電力の各値について、吸収式冷温水機３の冷熱又は温熱（吸収熱量）の最大負荷に対する割合もカッコ書きで併記することにする。
図５に示すように、この吸収式冷温水機３における、吸収熱量の最大負荷は455.5kW （100%）である。これに対し、吸収式冷温水機３を単独で使用した場合に、最大負荷を吸収式冷温水機３から供給するために必要な熱量は、500kW （109.8%）となる。
【００７０】
一方、吸収式冷温水機３をガスタービン式発電ユニット２と組み合わせた熱電供給システム１においては、ガスタービン１１の燃焼器１９に供給する燃料ガスの発熱量175kW （38.4% ）に対して、発電ユニット２で発電される電力は22kW（4.8%）、発電ユニット２からの排ガスの熱量は131.7kW （28.9% ）である。
この排ガスとともに、372.8kW （81.8% ）の発熱量分の追焚き用燃料ガスがバーナ３１に供給されて、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用してバーナ３１で追焚きを行うことで、吸収式冷温水機３から最大負荷状態での吸収熱量455.5kW （100%）が供給されることになる。
【００７１】
つまり、この熱電供給システム１に供給された燃料ガスの発熱量の総量は547.8kW （120.2%）となる。従って、吸収式冷温水機３を単独で使用した場合に対して、（120.2 −109.8 ）% ＝10.4% だけ余分に燃料ガスを供給したことになる。ここで、この余分に供給された燃料ガスに対する発電量4.8%との比（発電効率）を求めると、46.2% となる。
【００７２】
このことは、この熱電供給システム１において、吸収式冷温水機３の熱効率が従来の単独使用の場合と同じであると仮定した場合に、発電ユニット２での発電効率が46.2% になるということを意味する。一般的なガスタービン式発電ユニット２の発電効率が10% 〜20% 程度であることを考えると、この熱電供給システム１においては、全体の熱（発電）効率が格段に向上していることがわかる。
【００７３】
以上説明した熱電供給システム１によれば、次のような効果が得られる。
１）バーナ３１に、追焚き用の燃料ガスと発電ユニット２からの高温の排ガスを供給して、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料ガスを燃焼させるので、外部から燃焼用空気を供給する場合のように、燃焼用空気を加温するための余分な熱量が不要であるし、排ガス中の残留未燃焼ガスをもバーナ３１で燃焼させるので、システム全体の熱効率を向上させることができる。さらに、排ガスの総量も抑制できる。
２）発電ユニット２の排ガスの全量をバーナ３１に供給するように構成したので、高温の排ガスを大気に放散することなく全て吸収式冷温水機３で有効に活用することができ、熱効率を大幅に向上させることができる。
【００７４】
３）発電ユニット２は、熱電供給システム１の通常運転時において、発電ユニット２、吸収式冷温水機３及びそれらに付随する機器の所要電力とほぼ同じ量の電力を発電するので、システム外から電力を受電するのを極力抑えられるし、一方で、余剰電力が生じずシステム外に送電する必要がなくなるため、電力系統に関する構成を簡略化することも可能になる。ここで、吸収式冷温水機の負荷が小さく、電力が余剰に発電されてしまうような場合には、発電ユニットに供給する燃料の量を制御するなどして発電量を調整することで対応できる。
【００７５】
４）動力制御盤４は、Ｏ2 濃度センサ５３で検出された吸収式冷温水機３から排出される排ガス中のＯ2 濃度が所定値以下になるように、ガスタービン１１から排出される排ガス流量を制御するので、バーナ３１で追焚き燃焼に使用されず、吸収式冷温水機３から無駄に排出されてしまう高温の排ガスを極力抑えて、熱損失を少なくすることができる。
【００７６】
５）動力制御盤４は、吸収式冷温水機３の負荷と、ガスタービン１１の回転数等から求められる排ガス流量により算出された、追焚き用の燃料ガスに対する排ガス中の酸素の比率が所定の範囲内から外れたときには、ガスタービン１１の回転数を制御して排ガス流量を調整するように構成されたので、排ガスをバーナ３１に全量供給しつつ、適切な比率で追焚き用の燃料ガスを燃焼させることができる。従って、排ガスを大気へ放散することがないため熱効率の大幅な向上が図れるし、酸素がバーナ３１に過剰に供給されることがなく、バーナ３１の火炎が不安定になって振動燃焼が生じたり、失火したりするのを防止することもできる。
【００７７】
６）吸収式冷温水機３の負荷変動等により、熱電供給システム１全体の所要電力が発電ユニット２における発電量を上回っている状態では、不足する電力を蓄電池６４から吸収式冷温水機３に供給することができる。さらに蓄電池６４から吸収式冷温水機３に電力を供給し続けることにより、蓄電池６４に蓄えられている電力量が所定量以下に減少した場合には、商用電源６０から吸収式冷温水機３に電力を供給するとともに、同時に商用電源６０から供給された電力で蓄電池６４を充電することができる。
【００７８】
７）吸収式冷温水機３のバーナ３１と発電ユニット２とを連結して、一体的なユニットに構成したので、熱電供給システム１をコンパクトにすることができるし、バーナ３１と発電ユニット２とを連結する排ガスダクト２６の長さを短くして、発電ユニット２の排ガスの外部への熱損失を極力抑えることもできる。
【００７９】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。尚、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］ガスタービン１１の圧縮機１８への吸気流量を調整可能な吸気ダンパを設け、動力制御盤４が、圧縮機１８へ吸入される吸気流量を変化させてバーナ３１に供給される排ガスの流量を制御するように構成してもよい。
また、このときに、ガスタービン１１の吸気流量とロータリエンコーダ２１で検出されるガスタービン１１の回転数と流量センサ２３で検出される燃料ガス流量とに基づいて、所定のテーブルを用いて排ガス流量を検知するように構成してもよい。その場合には、ロータリエンコーダ２１と、流量センサ２３と、これらセンサ類により検出された検出値と所定のテーブルとに基づいて排ガス流量を検知する制御ユニットとしての動力制御盤４が、排ガス流量検知手段に相当する。
【００８０】
２］前記実施形態においては、吸収式冷温水機３における負荷を優先してガスタービン１１の回転数を制御するように構成しているが、発電ユニット２の発電量を優先するように構成することもできる。即ち、動力制御盤４からの要求電力量になるように、制御ユニット１３は動力制御盤４からの指令に基づいて、燃焼器１９へ供給する燃料ガス流量を流量調整弁２４で調整して、ガスタービン１１の回転数を制御する。
【００８１】
ガスタービン１１の回転数が変動すると、それに伴って発電ユニット２の排ガス流量も変動することになる。このとき、動力制御盤４は、ガスタービン１１の回転数から推測される排ガス流量と、Ｏ2 濃度センサ２７で検出される排ガス中の残留酸素濃度に基づいて、バーナ３１に供給される排ガス中の酸素量を算出する。
【００８２】
さらに、動力制御盤４は、温度センサ４７，４８からの検出値に基づいて求められた吸収式冷温水機３の負荷と、温度センサ２８で検出される排ガス温度とから、追焚き用の燃料ガスの流量を算出し、追焚き用の燃料ガスと排ガス中の酸素量の比率が、所定の範囲にあれば吸収式冷温水機３を運転させ、所定の範囲から外れていれば吸収式冷温水機３を停止させる、いわゆるＯＮ−ＯＦＦ運転を行う。
【００８３】
３］図６に示すように、熱電供給システム１Ａにおいて、発電ユニット２からの排ガスをバーナ３１へ供給するための主排ガスダクト７０から分岐排ガスダクト７１を分岐させ、この分岐排ガスダクト７１に、排ガスの保有熱の一部を回収する排熱回収用再生器７２と、この排熱回収用再生器７２へ送る排ガス流量を調整する排ガスダンパ７３を設けてもよい。排熱回収用再生器７２においては、排ガスの一部とガスタービン１１へ吸入される燃焼用空気との間で熱交換が行われ、圧縮機１８に吸入する前に燃焼用空気を加温して熱効率を向上させることができる。
【００８４】
また、このように構成することで、バーナ３１に供給される排ガスの温度は、排熱回収用再生器で排ガスの保有熱の一部が回収されることから、排ガスの温度が低下することになる。従って、吸収式冷温水機３の負荷が少ない場合などには、排ガスダンパ７３により排熱回収式再生器７２へ送る排ガス流量を調整して、バーナ３１に供給される排ガスの温度をより低い値に制御することができる。従って、吸収式冷温水機３に与えられる排ガスの保有熱が低下し、排ガスを大気放散する必要がない。
【００８５】
さらに、排熱回収式再生器７２へ送られて温度の低下した排ガスは、主排ガスダクト７０へ戻さずに大気へ放散するように構成してもよい。この場合には、排ガスダンパ７３によりバーナ３１へ供給する排ガス流量を調整することになり、排ガスダンパ７３は排ガス流量調節手段に相当する。
【００８６】
４］前記実施形態では、Ｏ2 濃度センサ２７により排ガス中の残留酸素濃度を検出するようにしたが、発電ユニット２の発電量とガスタービン１１の回転数から推測される吸気流量より、排ガス中の酸素濃度を推測することもできる。
５］制御ユニット１３により、燃料ガス圧縮機１２の回転数を制御して、燃料ガス圧縮機１２からの燃料ガス吐出流量、つまり、燃焼器１９へ供給する燃料ガス流量を制御するように構成してもよい。この場合には、燃料ガス圧縮機１２の回転数をロータリエンコーダ等の回転数検出手段で検出し、この検出された回転数に基づいて燃料ガス流量を算出して、この算出された燃料ガス流量とガスタービン１１の吸入空気量より、排ガス中の酸素濃度を推測することもできる。
６］発電ユニットにおいて、発電機を駆動する手段としては、ガスエンジンやディーゼルエンジン等、気体又は液体の燃料を燃焼させて排ガスを放出するものであれば、種々の機器を使用できる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、バーナに、追焚き用の燃料と発電ユニットからの高温の排ガスを供給して、排ガス中の残留酸素と排ガスの保有熱を利用して燃料ガスを燃焼させることができる。そして、酸素濃度検出手段により発電ユニットからの排ガス中の残留酸素の濃度を検出し、その残留酸素の濃度が所定濃度（例えば、１０％）以下の場合には、不足する酸素を補うために、吸気手段を起動して、バーナに燃焼用空気を補充することができる。残留酸素の濃度が所定濃度以上の場合には、外部から燃焼用空気を供給する場合のように、燃焼用空気を加温する余分な熱量が不要になるし、排ガス中の残留未燃焼ガスをもバーナで燃焼させるので、システム全体の熱効率を向上させることができるし、排ガスの総量も抑制できる。
【００８８】
請求項２の発明によれば、発電ユニットは、発電ユニット及び吸収式冷温水機の所用電力とほぼ同じ量の電力を発電するので、ハイブリッド熱電供給システムの通常運転時にシステム外から電力を受電するのを極力抑えられるし、一方で、余剰電力が生じずシステム外に送電する必要がなくなるため、電力系統に関する構成を簡略化することも可能になる。ここで、吸収式冷温水機の負荷が小さく、電力が余剰に発電されてしまうような場合には、発電ユニットに供給する燃料の量を制御するなどして発電量を調整することで対応できる。逆に、吸収式冷温水機の起動／停止時など、発電量が十分確保できない場合には、発電ユニット及び吸収式冷温水機の付随機器の回転数を制御するなどして、システム全体の所用電力を減少させることで対応可能である。
【００８９】
請求項３の発明によれば、吸収式冷温水機の負荷変動等により、発電ユニットの発電量が吸収式冷温水機の所要電力を下回った場合に、その不足電力を、外部の電力系統から供給したり、外部の電力系統からの電力で予め充電された状態の蓄電池から供給することができる。
【００９０】
請求項４の発明によれば、吸収式冷温水機の負荷変動等により、吸収式冷温水機の所要電力が、発電ユニットにおける発電量を上回った場合に、その不足電力を蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給することができる。さらに蓄電池から吸収式冷温水機に電力を供給し続けて、蓄電池に蓄えられている蓄電量が所定量以下に減少したときには、外部の電力系統から吸収式冷温水機に電力を供給するとともに、同時に外部の電力系統から供給された電力で蓄電池を充電することができる。
【００９１】
請求項５の発明によれば、発電ユニットは、気体燃料を用いるガスタービンで発電機を駆動するガスタービン式発電ユニットであるので、多くの酸素が残留するガスタービン式発電ユニットの排ガスをバーナに供給して、十分な酸素で燃料ガスをバーナで追焚きすることができる。
請求項６の発明によれば、発電ユニットの排ガスの全量をバーナに供給するように構成したので、高温の排ガスを大気に放散することなく全て吸収式冷温水機で有効に活用することができ、熱効率が大幅に向上する。
【００９２】
請求項７の発明によれば、ハイブリッド熱電供給システムに、ガスタービン式発電ユニットの排ガスの保有熱の一部を回収する排熱回収用再生器を設けたので、排熱回収用再生器で、発電ユニットの排ガスの一部によりガスタービンの燃焼用空気を予め加温して発電効率を高めることができる。また、排ガスの排熱の一部を回収することで、吸収式冷温水機に供給される排ガスの温度が下がる。従って、吸収式冷温水機に与えられる排ガスの保有熱が低下するため、吸収式冷温水機の負荷が少ない場合でも、排ガスを大気放散する必要がない。
【００９３】
請求項８の発明によれば、ハイブリッド熱電供給システムに、バーナに供給する排ガスの流量を調節可能な排ガス流量調節手段と、バーナに供給する排ガスの流量を検知する排ガス流量検知手段とを設けたので、吸収式冷温水機の負荷が変動してバーナで追焚きする燃料ガスの量を調整する際に、排ガス流量検知手段によりバーナに供給する排ガスの流量を検知しつつ、燃料ガスと排ガス中の酸素が適切な比率となるように、必要に応じて排ガス流量調節手段によりバーナに供給する排ガスの流量を調節することができる。その他は基本的に請求項１と同様の効果を奏する。
【００９４】
請求項９の発明によれば、吸収式冷温水機の負荷が変動する場合でも、排ガス流量調節手段がガスタービンの回転数を変化させて排ガス流量を調節することで、適切な量の排ガスをバーナに供給することができ、安定してバーナで燃料を燃焼させることができる。
【００９５】
請求項１０の発明によれば、排ガス流量検知手段は、ガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とガスタービンの燃焼器内の圧力とに基づいて排ガス流量を検知することができるので、排ガス流量調節手段により排ガス流量を適切な量に調節することができるようになる。
【００９６】
請求項１１の発明によれば、吸収式冷温水機の負荷が変動する場合でも、排ガス流量調節手段がガスタービンの吸気流量を変化させて排ガス流量を調節することで、適切な量の排ガスをバーナに供給することができ、安定してバーナで燃料を燃焼させることができる。
【００９７】
請求項１２の発明によれば、排ガス流量検知手段は、ガスタービンの吸気流量とガスタービンの回転数とガスタービンに供給される燃料流量とに基づいて排ガス流量を検知することができるので、排ガス流量調節手段により排ガス流量を適切な量に調節することができるようになる。
【００９８】
請求項１３の発明によれば、制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と排ガス流量検知手段で検知した排ガス流量に基づいて、排ガス流量調節手段を制御するので、制御装置で排ガス流量調節手段を制御して排ガス流量を調節することにより、吸収式冷温水機の負荷変動に対応して燃料ガスの量が調整された場合にも、適切な比率で酸素を供給することができ、バーナの火炎が不安定になって振動燃焼が生じたり、失火したりするのを防止できる。
【００９９】
請求項１４の発明によれば、排ガス流量調節手段が、吸収式冷温水機から排出される排ガス流量に含まれる酸素濃度が所定値以下になるように、排ガス流量を調節するので、バーナで追焚き燃焼に使用されず、吸収式冷温水機から無駄に排出されてしまう高温の排ガスを極力抑えて、熱損失を少なくすることができる。
【０１００】
請求項１５の発明によれば、排ガス流量調節手段は、バーナに供給される燃料と、同じくバーナに供給される排ガス中の酸素との比率が、所定の範囲内から外れたときに、排ガス流量を調整するので、バーナにおいて適切な比率で追焚き用の燃料を燃焼させることができるので、排ガスを大気へ放散する必要がなく熱効率の大幅な向上が図れるし、排ガス中の酸素がバーナに過剰に供給されることがなく、バーナの火炎が不安定になって振動燃焼が生じたり、失火したりするのを防止することもできる。
【０１０１】
請求項１６の発明によれば、制御装置は、吸収式冷温水機の負荷と発電ユニットでの発電量とガスタービンとに供給される燃料流量に基づいて、バーナに供給する燃料流量を調節するので、バーナに供給される排ガスの保有熱を、ガスタービンに供給される燃料流量と発電ユニットでの発電量から求めてから、吸収式冷温水機において排ガスの保有熱だけでは不足する熱量に相当する適切な量だけ、追焚き用の燃料をバーナに供給することができる。その他は基本的に請求項１と同様の効果を奏する。
【０１０２】
請求項１７の発明によれば、燃料ガス圧縮機の回転数を変化させることにより、燃料ガスの流量を制御して、ガスタービン式発電ユニットの発電量を調整して、バーナに供給する排ガスの流量を適切な量に制御することができる。その他は基本的に請求項１と同様の効果を奏する。
請求項１８の発明によれば、吸収式冷温水機のバーナとガスタービン式発電ユニットとを連結して、一体的なユニットに構成したので、ハイブリッド熱電供給システム全体をコンパクトにすることができるし、バーナとガスタービン式発電ユニットとの連結部が短くなり、ガスタービン式発電ユニットの排ガスの外部への熱損失を極力抑えることができる。その他は基本的に請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るハイブリッド熱電供給システムの全体構成図である。
【図２】吸収式冷温水機の概略構成図である。
【図３】ハイブリッド熱電供給システムの動作説明図である。
【図４】混合比率維持制御のフローチャートである。
【図５】ハイブリッド熱電供給システムの熱電バランスの一例を示す説明図である。
【図６】変更形態の図１相当図である。
【符号の説明】
１，１Ａ    ハイブリッド熱電供給システム
２    ガスタービン式発電ユニット
３    吸収式冷温水機
４    動力制御盤
１１  ガスタービン
１２  燃料ガス圧縮機
１９  燃焼器
２１  ロータリエンコーダ
３１  バーナ
３７  高温再生器
６０  商用電源
６４  蓄電池
７２  排熱回収式再生器
７３  排ガスダンパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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