(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を駆動するガスタービンの排気から熱を回収して該ガスタービンの燃焼器に流入する空気を予熱するためのタービン側再生器を有し、前記タービン側再生器を通過したガスタービンの排気から熱を冷凍機側再生器により回収して熱駆動式冷凍機を駆動する熱電供給システムにおいて、
前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して水分を回収し、この回収した水分を前記ガスタービンのタービン吸気側の空気中に供給する水分回収供給装置を設け、
前記熱駆動式冷凍機として空気調和機に冷却水を供給するための水・臭化リチューム系の吸収式冷凍機を用い、
前記空気調和機から前記吸収式冷凍機に戻る冷水を前記水分の回収の冷熱に使用する前記水分回収供給装置としたことを特徴とする熱電供給システム。
【請求項２】
発電機を駆動するガスタービンの排気から熱を回収して該ガスタービンの燃焼器に流入する空気を予熱するためのタービン側再生器を有し、前記タービン側再生器を通過したガスタービンの排気から熱を冷凍機側再生器により回収して熱駆動式冷凍機を駆動する熱電供給システムにおいて、
前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して水分を回収し、この回収した水分を前記冷凍機側再生器から大気に放出されるガスタービンの排気により加熱し、この加熱された水分を前記ガスタービンのタービン吸気側の空気中に供給する水分回収供給装置を設け、
前記熱駆動式冷凍機として空気調和機に冷却水を供給するための水・臭化リチューム系の吸収式冷凍機を用い、
前記空気調和機から前記吸収式冷凍機に戻る冷水を前記水分の回収の冷熱に使用する前記水分回収供給装置としたことを特徴とする熱電供給システム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記回収した水分を供給する位置を前記タービン側再生器の上流側としたことを特徴とする熱電供給システム。
【請求項４】
請求項１または２において、前記水分回収供給装置は、前記冷凍機側再生器から大気に至る放出路に連通する水分回収器と、前記水分回収器内に前記熱駆動式冷凍機の冷水流路から冷水を導く水分凝縮熱交換器と、前記水分回収器内に回収された冷水を前記ガスタービンのタービン吸気側の空気中に供給するポンプとを備えたことを特徴とする熱電供給システム。
【請求項５】
請求項４において、前記水分回収供給装置は軟水化装置や脱気装置などで処理した補給水を前記水分回収器に補給する補給手段を備えたことを特徴とする熱電供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電供給システムおよびその運転方法に係わり、特にガスタービンと熱駆動式冷凍機とを組み合わせた熱電供給システムおよびその運転方法に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電併給設備としては、特開２００１−２５４６３２号公報に開示されているように、再生式ガスタービンの排熱で駆動する吸収式冷凍機を備え、該吸収式冷凍機で冷却した冷水をガスタービンのタービン吸気側の空気中（圧縮機の吐出側の空気中）に直接噴霧する加湿器を設けるようにしたものがある（従来技術１）。
【０００３】
また、従来の小容量のガスタービンコージェネレーションシステムとしては、特開２００２−４９４６号公報に開示されているように、ガスタービンと発電機と排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気の一部を燃焼器へ供給するようにしたものがある（従来技術２）。
【０００４】
これらの従来技術１、２は、タービンに流入する空気を加湿することにより、タービンに流入する空気の質量流量を増大してガスタービンの出力を増加するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術１、２において、ガスタービンで圧縮した空気に噴霧する冷水や、燃焼器に噴霧する蒸気は、装置内のスケール付着や装置の腐食等を防止してシステムの信頼性を確保するため、イオン交換樹脂を充填した軟水化装置で軟水化すると共に脱気器や脱酸素剤を使用して溶存酸素を除去したものを用いることが必要である。
【０００６】
しかし、従来技術１、２では、冷水や蒸気としてガスタービンに注入したこれらの処理水は、ガスタービンの排気と共に無駄に大気中に放出されてしまうため、貴重な処理水が有効に利用されず、新たにイオン交換樹脂を充填した軟水化装置で軟水化すると共に脱気器や脱酸素剤を使用して溶存酸素を除去した処理水を生成して供給し、システムの信頼性を確保する必要があるという課題があった。
【０００７】
また、従来技術１では、吸収式冷凍機で冷却した温度の低い冷水をガスタービンの吸気側の空気中に直接噴霧するようにしているため、加湿量を増大してガスタービンの出力を増大させようとすると、噴霧した冷水が完全に蒸発できず、燃焼器に水滴が流入して燃焼を維持できなくなり、ガスタービンの出力増加に限界を生じるという課題もあった。
【０００８】
本発明の第１の目的は、ガスタービンの排気に含まれる水分を回収し、水の有効利用とシステムの信頼性確保を図りつつガスタービンの出力の増大が図れる熱電供給システムおよびその運転方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、ガスタービンの排気に含まれる水分を回収すると共にこの回収した水分を排気を利用して加熱し、排気の水および熱の有効利用とシステムの信頼性確保を図りつつガスタービンの格段の出力増大が図れる熱電供給システムを提供することにある。
【００１０】
なお、本発明のその他の目的と有利点は以下の記述から明らかにされる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するための本発明の熱電供給システムは、発電機を駆動するガスタービンの排気から熱を回収して該ガスタービンの燃焼器に流入する空気を予熱するためのタービン側再生器を有し、前記タービン側再生器を通過したガスタービンの排気から熱を冷凍機側再生器により回収して熱駆動式冷凍機を駆動する熱電供給システムにおいて、前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して水分を回収し、この回収した水分を前記ガスタービンの吸気側の空気中に供給する水分回収供給装置を設け、前記熱駆動式冷凍機として空気調和機に冷却水を供給するための水・臭化リチューム系の吸収式冷凍機を用い、前記空気調和機から前記吸収式冷凍機に戻る冷水を前記水分の回収の冷熱に使用する前記水分回収供給装置としたことにある。
【００１３】
前記第２の目的を達成するための本発明の熱電供給システムは、発電機を駆動するガスタービンの排気から熱を回収して該ガスタービンの燃焼器に流入する空気を予熱するためのタービン側再生器を有し、前記タービン側再生器を通過したガスタービンの排気から熱を冷凍機側再生器により回収して熱駆動式冷凍機を駆動する熱電供給システムにおいて、前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して前記熱駆動式冷凍機により生成される冷熱を利用して水分を回収し、この回収した水分を前記冷凍機側再生器から大気に放出されるガスタービンの排気により加熱し、この加熱された水分を前記ガスタービンのタービン吸気側の空気中に供給する水分回収供給装置を設け、前記熱駆動式冷凍機として空気調和機に冷却水を供給するための水・臭化リチューム系の吸収式冷凍機を用い、前記空気調和機から前記吸収式冷凍機に戻る冷水を前記水分の回収の冷熱に使用する前記水分回収供給装置としたことにある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱電供給システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る熱電供給システムの一実施例を示す図である。
【００１６】
熱電供給システム２０は、ガスタービン設備２１と、冷凍機設備２２と、水分回収供給装置２３とを備えて構成されている。
【００１７】
ガスタービン設備２１は、圧縮機１、加湿器３、タービン側再生器４、燃焼器５およびタービン２を備えて構成されている。これらの構成要素は流路を介してこの順に接続されている。
【００１８】
圧縮機１は、タービン２と発電機６の間に回転軸を共通にして配置され、外気を吸い込んで所定の圧力まで圧縮して圧縮空気を生成するものである。加湿器３は、タービン２の吸気中に水分を供給して蒸発させるものであり、この実施例では、圧縮機１から吐出された圧縮空気中で、タービン側再生器４の流入前に水分を供給するようになっている。タービン側再生器４は、タービン２の吸気と排気とを熱交換させるものであり、この実施例では、加湿器３と燃焼器５との間の加湿された圧縮空気と、タービン２から出た直後の排気との熱交換を行なうようになっている。燃焼器５は、圧縮機１から吐出された圧縮空気に燃料を混合して燃焼させ、高温・高圧ガスをタービン２に供給するものである。タービン２は、供給された高温・高圧ガスにより駆動され、圧縮機１および発電機６を駆動するものである。
【００１９】
冷凍機設備２２は、冷凍機側再生器１３を有する熱駆動式冷凍機１２と、冷水循環ポンプ１４と、流量調整弁１５とを備えて構成されている。熱駆動式冷凍機１２は、空気調和機（図示せず）に冷却水を供給するためのものであり、この実施例では水・臭化リチューム系冷凍機が用いられている。冷水循環ポンプ１４は熱駆動式冷凍機１２で生成された冷却水を空気調和機に供給するものである。流量調整弁１５は空気調和機から熱駆動式冷凍機１２に戻る冷水の流量を調整するものである。
【００２０】
水分回収供給装置２３は、水分回収装置８、循環ポンプ１０、加熱器７および補給手段を備えて構成されている。水分回収装置８は、冷凍機側再生器１３から大気に至る放出路に連通する水分回収器８ａと、水分回収器８ａ内に熱駆動式冷凍機１２の冷水流路から冷水を導く水分凝縮熱交換器８ｂとを備えて構成されている。この実施例では、水分回収器８ａは加熱器７を介して冷凍機側再生器１３に接続されており、水分凝縮熱交換器８ｂは流量調整弁１５の両側に接続されている。循環ポンプ１０は、水分回収器８ａ内に回収された冷水９をタービン２の吸気側の空気中に供給するものであり、この実施例では、水分回収器８ａの底面から冷水を取り出し、加熱器７を通して加湿器３に供給するように構成されている。加熱器７は、冷凍機側再生器１３からの排気と冷水９とを熱交換させて冷水を温水にするためのものであり、冷凍機側再生器１３と水分回収装置８との間で、かつ循環ポンプ１０と加湿器３との間に設けられている。補給手段は、軟水化装置や脱気装置などで処理した補給水を水分回収器８ａに補給するためのものである。
【００２１】
係る熱電供給システム２０において、圧縮機１に吸入された外気は圧縮・昇圧された後、加湿器３に至る。水分回収装置８から循環ポンプ１０で搬送されて加熱器７で加熱された温水１１は、加湿器３内の空気中に噴霧される。これによって、加湿器３を通過する際に加湿される。例えば夏場の場合、３５℃程度の外気は圧縮機１で圧縮され２００℃程度まで温度が上昇するが、冷凍機側再生器１３から排出された加熱器７に流入する排気の温度は１６０℃程度であるので、水分回収装置８の冷水は１００〜１４０℃程度まで加熱された温水となって、加湿器３で噴霧され完全に蒸発する。なお、圧縮機１で圧縮された空気の圧力は４００ｋＰａ程度であるので、１００〜１４０℃に加熱された温水は液体の状態で加湿器３内に噴霧される。
【００２２】
加湿器７で加湿された空気は、タービン側再生器４でタービン２の排気と熱交換して６００℃以上に加熱された後、燃焼器５に送られ燃料と混合して燃焼し高温・高圧ガスとなる。この高温・高圧ガスはタービン２内で膨張する際にタービン２を回転させ、圧縮機１と発電機６を駆動する。
【００２３】
ここで、圧縮機１で圧縮した空気を加湿し、タービン２に流入する作動流体（空気）の質量流量を増加するようにしているので、タービン２の出力が増加する。特に、加湿する水は、冷凍機側再生器１３から大気に放出されるタービン２の排気により加熱されているので、排気熱を有効に利用できると共に、加湿器３への供給量を増加しても完全に蒸発させることができ、燃焼器５の燃焼維持できる。これによって、タービン２の出力を効率よく格段に増大することができる。
【００２４】
タービン２の排気は、タービン側再生器４で加湿器３からの空気と熱交換して３００℃弱まで温度が低下した後、冷凍機側再生器１３に流入し、熱駆動式冷凍機１２を駆動して冷熱を発生させる。熱駆動式冷凍機１２で発生した７℃程度の冷熱は、冷却水として冷水循環ポンプ１４により空気調和機へ搬送され、冷房に使用された後に１５℃程度の冷水となって熱駆動式冷凍機１２に戻ってくる。この１５℃程度の戻り冷水の流量を流量調整弁１５により調整して、水分回収器８ａ内の水分凝縮熱交換器８ｂに循環させる。
【００２５】
ここで、冷凍機側再生器１３から流出した１６０℃程度の排気は、加熱器７において加湿器３で噴霧する温水を加熱して温度が１００℃程度に低下しているが、１５℃程度の冷水を使用することにより、水分凝縮熱交換器８ｂ表面に水分を凝縮・結露させることができる。水分凝縮熱交換器８ｂ表面で凝縮・結露した水分は、水分回収器８ａ内に回収水９として蓄えられ、循環ポンプ１０により、加熱器７に搬送され加熱された後、再び加湿器３で空気中に噴霧される。
なお、水分回収器８ａには、軟水化装置や脱気器装置で処理した補給水を補給できる補給手段が接続されている。
【００２６】
このように、冷凍機側再生器１３を通過して大気に放出される排気から熱駆動式冷凍機１２により生成される冷熱を利用して水分を回収し、この回収した水分をタービン２の吸気側の空気中に供給するようにしているので、ガスタービンの排気に含まれる貴重な処理水を回収でき、水の有効利用とシステムの信頼性確保を図りつつガスタービンの出力の増大が図れる。
【００２７】
さらには、熱駆動式冷凍機１２により生成される冷熱を利用して水分を回収しているので、簡単に水分の回収を行なうことができる。特に、熱駆動式冷凍機１２として空気調和機に冷却水を供給するための水・臭化リチューム系の吸収式冷凍機を用い、空気調和機から吸収式冷凍機１２に戻る冷水を水分の回収の冷熱に使用しているので、低温の冷水を空気調和機の冷凍能力に直接的に影響を与えることなく水分回収に利用できる。
【００２８】
図２は本発明の他の実施例であり、加熱器７の下流に燃料を燃焼させ加熱器７で加熱された温水を蒸発させる蒸気発生器１６を設置した点が図１に示した実施例と異なる。このように構成することにより、蒸気となった水で加湿できるので燃焼を損なうことなく加湿量を増加でき、タービンの出力を増大できる。
【００２９】
図３は本発明の更に他の実施例であり、空気調和機へ搬送される７℃程度の冷水を、流量調整弁１７で流量を調整して水分回収器８ａ内の水分凝縮熱交換器８ｂに循環させるように構成した点が図１および図２に示した実施例と異なる。このように構成することにより、更に低温の冷水で排気中の水分を凝縮・結露できるので水分回収器８ａの性能を向上できる。
【００３０】
図４は本発明のさらに他の実施例であり、ガスタービンのタービン側再生器４の下流に加湿器３を設置した点が図１に示した実施例と異なる。このように構成することにより、図１に示した実施例に比べタービン側再生器４を通過する空気の流量が減少するので、タービン側再生器４における圧力損失を低減でき、タービン２の出力を増加できる。
【００３１】
図５は本発明の更に他の実施例であり、加熱器７の下流に燃料を燃焼させ加熱器７で加熱された温水を蒸発させる蒸気発生器１６を設置し、更に加湿器３をガスタービンのタービン側再生器４の下流に設置した点が図１から図４に示した実施例と異なる。このように構成することにより、蒸気となった水で加湿できると共に、タービン側再生器４を通過する空気量を増加させることなく加湿できるので、加湿量を増加させても燃焼を損なうことなく、またタービン側再生器４における圧力損失も増加せずタービンの出力を更に増加できる。
【００３２】
図６は本発明の更に他の実施例であり、加熱器７の下流に設置した燃料を燃焼させ加熱器７で加熱された温水を蒸発させる蒸気発生器１６の排気を、冷凍機側再生器１３から排出される排気と合流し、加熱器７に循環させるようにした点が図５に示した実施例と異なる。このように構成することにより、蒸気発生器１６の排熱も回収でき、更にシステムの効率を向上できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、ガスタービンの排気に含まれる水分を回収し、水の有効利用とシステムの信頼性確保を図りつつガスタービンの出力の増大が図れる熱電供給システムおよびその運転方法を得ることができる。
【００３４】
また、本発明によれば、ガスタービンの排気に含まれる水分を回収すると共にこの回収した水分を排気を利用して加熱し、排気の水および熱の有効利用とシステムの信頼性確保を図りつつスタービンの格段の出力増大が図れる熱電供給システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【図３】本発明の更に他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【図４】本発明の更に他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【図５】本発明の更に他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【図６】本発明の更に他の実施例に係る熱電供給システムの構成図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…タービン、３…加湿器、４…タービン側再生器、５…燃焼器、６…発電機、７…加熱器、８…水分回収装置、８ａ…水分回収器、８ｂ…水分凝縮熱交換器、１１…温水、１２…熱駆動式冷凍機、１３…冷凍機側再生器、冷水循環ポンプ、１５…流量調整弁、１６…蒸気発生器、２０…熱電供給システム、２１…ガスタービン設備、２２…冷凍機設備、２３…水分回収供給装置。
【図１】
0003924489.tif 000002
【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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