(57)【要約】【課題】窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供すること。【解決手段】空気圧縮機１と、水素燃料と圧縮空気とを燃焼する燃焼器２と、マイクロガスタービン３と、マイクロ蒸気タービン４と、発電機５と、ボイラ６、熱交換器７，９，１０と、吸収冷凍機８等とを備え、吸収冷凍機８によって冷却された排ガスを空気圧縮機１の吸気に加えるようにした。水素をマイクロガスタービン３の燃料としたので、燃焼器２での燃焼温度を上げ、かつ、吸気中の酸素濃度を低減でき、窒素酸化物と二酸化炭素の発生を低減できる。また、排ガスを再循環し、吸収冷凍機８を経て吸気に加えることにより、マイクロガスタービン３の入り口温度を上昇させることができ、出力効率を増加できる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、空気を圧縮する圧縮機と、
水素または改質ガスその他不純物の少ない燃料と前記圧縮機による圧縮空気とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、
前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるマイクロガスタービンと、前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの熱を利用して生成した蒸気によって駆動されるマイクロ蒸気タービンと、
前記マイクロガスタービンおよび前記マイクロ蒸気タービンに連結されて発電する発電機と、
を備え、
前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却して前記圧縮機の吸気に加えるようにしたことを特徴とするマイクロコンバインド発電システム。
【請求項２】
マイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を吸収冷凍機によって回収し、この吸収冷凍機によってマイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロコンバインド発電システム。
【請求項３】
マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を吸収冷凍機によって冷却し、この吸収冷凍機による冷却系統と独立させてマイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を冷却するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロコンバインド発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロコンバインド発電システムに関し、さらに詳しくは、水素を燃料とすることにより窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率であるマイクロコンバインド発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力市場の部分自由化が始まり、特定規模以上の電力使用者は、誰でも自由に電力を売れるようになった。そして近い将来、さらなる規制緩和により、上記規模制限の緩和が実施されれば、電力市場の自由化対象範囲が拡大し、小規模の原動機の市場がさらに拡大する可能性が高い。これを受けて、近年、分散型電源としてのマイクロガスタービン発電装置や、コージェネレーションシステムの利用による発電システムが注目され、種々のものが提供されている。
【０００３】
また、近年、地球温暖化防止等の環境問題がクローズアップされており、窒素酸化物や二酸化炭素の排出規制が要請されているため、これらの排出規制をクリアでき、しかも高効率である原動機が必要とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマイクロガスタービンによる発電システムでは、出力効率が２９％弱程度と低いため、これを改善し、さらなる効率アップが必要であるという課題があった。
【０００５】
また、マイクロガスタービンをコージェネレーションシステムに採用した発電システムでは、効率が７５％程度となるものの、コージェネレーションシステムを一年中利用できる地域もしくはシステムは限られており、市場規模の拡大という観点からは現実的でないという課題があった。
【０００６】
そこで、本願出願人は、水素を燃料とするマイクロガスタービンとマイクロ蒸気タービンとのマイクロコンバインド発電システムに着目し、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減できるとともに、これらタービンの排熱を有効利用することにより高効率を実現でき、分散型電源に適したマイクロコンバインド発電システムを構築するに至った。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項１にかかるマイクロコンバインド発電システムは、少なくとも、空気を圧縮する圧縮機と、水素または改質ガスその他不純物の少ない燃料と前記圧縮機による圧縮空気とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるマイクロガスタービンと、前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの熱を利用して生成した蒸気によって駆動されるマイクロ蒸気タービンと、前記マイクロガスタービンおよび前記マイクロ蒸気タービンに連結されて発電する発電機とを備え、前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却して前記圧縮機の吸気に加えるようにしたものである。
【０００９】
したがって、たとえば水素をマイクロガスタービンの燃料とすることにより、燃焼器での燃焼温度を上げ、かつ、吸気中の酸素濃度を低減できるので、窒素酸化物と二酸化炭素の発生を低減できる。
【００１０】
また、この発明の請求項２にかかるマイクロコンバインド発電システムは、マイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を吸収冷凍機によって回収し、この吸収冷凍機によってマイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却するようにしたものである。
【００１１】
したがって、マイクロガスタービンからの排ガスやマイクロ蒸気タービンからの蒸気を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分でない場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。特に、吸収冷凍機を設けたことにより、熱回収率が向上するので、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【００１２】
また、この発明の請求項３にかかるマイクロコンバインド発電システムは、マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を吸収冷凍機によって冷却し、この吸収冷凍機による冷却系統と独立させてマイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を冷却するようにしたものである。
【００１３】
したがって、マイクロ蒸気タービンからの蒸気を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分な場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるマイクロコンバインド発電システムの実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。本マイクロコンバインド発電システムは、空気を圧縮する空気圧縮機１と、水素燃料と空気圧縮機１による圧縮空気とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器２と、この燃焼器２で発生した燃焼ガスによって駆動されるマイクロガスタービン３と、このマイクロガスタービン３駆動後の排ガスの熱を利用して生成した蒸気によって駆動されるマイクロ蒸気タービン４と、これらマイクロガスタービン３およびマイクロ蒸気タービン４に連結されて発電する発電機５と、マイクロガスタービン３駆動後の排ガスと吸収冷凍機８からの水とを熱交換器するボイラ（熱交換器）６と、このボイラ６を経た排ガスとマイクロ蒸気タービン４駆動後の蒸気とを熱交換器する熱交換器７と、これらマイクロガスタービン３からの排ガスとマイクロ蒸気タービン４からの蒸気とを用いて当該排ガスの一部を冷却するための吸収冷凍機８や各熱交換器９，１０およびポンプ１１，１２，１３等を備え、この冷却された排ガスを空気圧縮機１の吸気に加えるようにしたものである。
【００１６】
このように、水素をマイクロガスタービン３の燃料としているので、燃焼器２での燃焼温度を上げ、かつ、吸気中の酸素濃度を低減できるので、窒素酸化物と二酸化炭素の発生を低減できる。また、排ガスを再循環し、吸収冷凍機８を経て吸気に加えることにより、マイクロガスタービン３の入り口温度を上昇させることができ、出力効率を増加できる。
【００１７】
たとえば、このマイクロコンバインド発電システムによれば、コンバインド効率で約４０％、二酸化炭素濃度がほぼゼロ、窒素酸化物濃度が４ｐｐｍ程度の実現が期待できる。なお、このマイクロコンバインド発電システムは、たとえば発電出力が１ＭＷ以下のマイクロガスタービン３に適用して上述の効果を奏することができ、５００ＫＷ以下の場合ではさらなる効果を期待できる。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１にかかるマイクロコンバインド発電システムによれば、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。特に、このマイクロコンバインド発電システムは、排ガス等を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分でない場合に好適である。
【００１９】
なお、上記実施の形態１においては、水素をマイクロガスタービン３の燃料とするものとして説明したが、これに限定されず、上述したように、排ガスの再循環に悪影響を及ぼさないような不純物の少ない燃料であればよく、たとえばそのように形成された改質天然ガスでもよい。
【００２０】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。
【００２１】
この実施の形態２にかかるマイクロコンバインド発電システムは、マイクロガスタービン３からの排ガスの冷却やマイクロ蒸気タービン４からの蒸気の冷却における給水環境が十分な場合に、冷却水によって冷却するように構成したものである。すなわち、上記排ガス等を冷却水により冷却する熱交換器１４，１５を備えたものである。マイクロ蒸気タービン４からの蒸気は、熱交換器１４により復水され、その水はポンプ１６によりボイラ６に供給されるようになっている。
【００２２】
以上のように、この実施の形態２にかかるマイクロコンバインド発電システムによれば、排ガス等を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分な場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【００２３】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。この実施の形態３にかかるマイクロコンバインド発電システムは、マイクロガスタービン３からの排ガスの冷却やマイクロ蒸気タービン４からの蒸気の冷却における給水環境が十分な場合に、それぞれ熱交換器１７，１４を設け、冷却水によって冷却するように構成したものである。また、熱交換器７と吸収冷凍機８との間にポンプ１８を設けている。
【００２４】
以上のように、この実施の形態３にかかるマイクロコンバインド発電システムによれば、排ガス等を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分な場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるマイクロコンバインド発電システム（請求項１）によれば、少なくとも、空気を圧縮する圧縮機と、水素または改質ガスその他不純物の少ない燃料と前記圧縮機による圧縮空気とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスによって駆動されるマイクロガスタービンと、前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの熱を利用して生成した蒸気によって駆動されるマイクロ蒸気タービンと、前記マイクロガスタービンおよび前記マイクロ蒸気タービンに連結されて発電する発電機とを備え、前記マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却して前記圧縮機の吸気に加えるようにしたので、燃焼器での燃焼温度を上げ、かつ、吸気中の酸素濃度を低減でき、窒素酸化物と二酸化炭素の発生を低減できる。
【００２６】
また、この発明にかかるマイクロコンバインド発電システム（請求項２）によれば、マイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を吸収冷凍機によって回収し、この吸収冷凍機によってマイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を冷却するようにしたので、マイクロガスタービンからの排ガスやマイクロ蒸気タービンからの蒸気を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分でない場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。特に、吸収冷凍機を設けたことにより、熱回収率が向上するので、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【００２７】
また、この発明にかかるマイクロコンバインド発電システム（請求項３）によれば、マイクロガスタービン駆動後の排ガスの一部を吸収冷凍機によって冷却し、この吸収冷凍機による冷却系統と独立させてマイクロ蒸気タービン駆動後の蒸気を冷却するようにしたので、マイクロ蒸気タービンからの蒸気を冷却するにあたり、冷却水の給水環境が十分な場合に好適であり、窒素酸化物や二酸化炭素の排出を低減でき、高効率のマイクロコンバインド発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。
【図２】この発明の実施の形態２にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。
【図３】この発明の実施の形態３にかかるマイクロコンバインド発電システムを示す系統図である。
【符号の説明】
１　空気圧縮機
２　燃焼器
３　マイクロガスタービン
４　マイクロ蒸気タービン
５　発電機
６　ボイラ
７　熱交換器
８　吸収冷凍機
９、１０、１４、１５、１７　熱交換器
１１、１２、１３、１６、１８　ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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