(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の飽和蒸気を発生させる高圧蒸気ボイラ、この高圧蒸気ボイラで発生する蒸気を過熱する高圧蒸気過熱器、この高圧蒸気過熱器で過熱された蒸気で作動する凝縮タービンおよびこの凝縮タービンに連結された発電機を含む高圧蒸気発電ラインと、低圧の飽和蒸気を発生させる低圧蒸気ボイラ、この低圧蒸気ボイラで発生する蒸気を過熱する低圧蒸気過熱器、この低圧蒸気過熱器で過熱された蒸気で作動する背圧タービンおよびこの背圧タービンに連結された発電機を含む低圧蒸気発電ラインと、凝縮タービンに接続された給湯加熱用吸収式ヒートポンプ、この給湯加熱用吸収式ヒートポンプに接続された蒸気圧縮機を含む給湯ラインと、背圧タービンに接続された給水加熱用吸収式ヒートポンプを含むボイラ給水ラインとを備えたことを特徴とする発電・給湯システム。
【請求項２】
前記給水加熱用吸収式ヒートポンプは、前記凝縮タービンの排気を低熱源とし、前記背圧タービンの抽気を高熱源としたことを特徴とする請求項１に記載の発電・給湯システム。
【請求項３】
前記給湯加熱用吸収式ヒートポンプに低温給湯ラインを接続し、前記蒸気圧縮機に高温給湯ラインを接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の発電・給湯システム。
【請求項４】
前記蒸気圧縮機を多段圧縮機に構成し、多段圧縮機の各段から抽気して前記高温給湯ラインの給湯を加熱することを特徴とする請求項３に記載の発電・給湯システム。
【請求項５】
前記高圧蒸気過熱器および前記低温蒸気過熱器は溶融金属からなる熱媒を用いた熱媒ボイラを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電・給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高効率の発電を行い、その廃熱でボイラ給水加熱を行い、且つ給湯を行うことのできる発電・給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ごみ焼却施設や石油、化学処理施設等では、省エネルギ化を推進する観点から、廃熱を利用した発電や給湯等が盛んに行われている。例えば、廃熱回収型の蒸気発電プラントでは、廃熱を廃熱ボイラに導いて高温の蒸気を生成し、この蒸気により発電用の蒸気タービンを駆動する。
【０００３】
また、蒸気タービン駆動後の排気は、復水器に送給されて凝縮・液化して復水となり、これにより蒸気タービンの排圧が減少して熱効率の向上が図られると同時に、復水もボイラへの給水として利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した蒸気発電プラントでは、復水器での冷却に海水や河川水等が用いられるため、排気の熱エネルギーは海洋や河川等に放出されることになる。蒸気タービン駆動後の蒸気は比較的低温・低圧であり、動力や給湯等として利用し難いが、熱エネルギーの有効利用の観点からはその利用も望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、蒸気タービン駆動後の排気の有効利用を図り、全熱エネルギーを有効利用することのできる発電・給湯システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、高圧の飽和蒸気を発生させる高圧蒸気ボイラ、この高圧蒸気ボイラで発生する蒸気を過熱する高圧蒸気過熱器、この高圧蒸気過熱器で過熱された蒸気で作動する凝縮タービンおよびこの凝縮タービンに連結された発電機を含む高圧蒸気発電ラインと、低圧の飽和蒸気を発生させる低圧蒸気ボイラ、この低圧蒸気ボイラで発生する蒸気を過熱する低圧蒸気過熱器、この低圧蒸気過熱器で過熱された蒸気で作動する背圧タービンおよびこの背圧タービンに連結された発電機を含む低圧蒸気発電ラインと、凝縮タービンに接続された給湯加熱用吸収式ヒートポンプ、この給湯加熱用吸収式ヒートポンプに接続された蒸気圧縮機を含む給湯ラインと、背圧タービンに接続された給水加熱用吸収式ヒートポンプを含むボイラ給水ラインとを備えたものである。
【０００７】
この発明では、前記凝縮タービンからの排気または抽気により給湯加熱用吸収式ヒートポンプ、或いは蒸気圧縮機を用いて給湯が行われ、前記背圧タービンからの排気または抽気により給水加熱用吸収式ヒートポンプを用いてボイラ給水の加熱が行われるので、全熱エネルギーが有効利用される。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１に記載のものにおいて、前記給水加熱用吸収式ヒートポンプは、前記凝縮タービンの排気を低熱源とし、前記背圧タービンの抽気を高熱源としたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載のものにおいて、前記給湯加熱用吸収式ヒートポンプに低温給湯ラインを接続し、前記蒸気圧縮機に高温給湯ラインを接続したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４の発明では、請求項３に記載のものにおいて、前記蒸気圧縮機を多段圧縮機に構成し、多段圧縮機の各段から抽気して前記高温給湯ラインの給湯を加熱することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のものにおいて、前記高圧蒸気過熱器および前記低温蒸気過熱器は溶融金属からなる熱媒を用いた熱媒ボイラを含むことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１３】
図１において、１は高圧の飽和蒸気を発生させるごみ焼却ボイラ（以下、「高圧蒸気ボイラ」という。）を示している。この高圧蒸気ボイラ１には、図示は省略したが、排ガス温度を下げてボイラ効率を上げるためのプレヒーターその他の備品一式が設備されてる。この高圧蒸気ボイラ１で発生する蒸気は高圧蒸気過熱器３に送られ、この高圧蒸気過熱器３には、熱媒ボイラ５から例えばナトリウム、カリウム等の溶融金属からなる熱媒が送られ、この熱媒と高圧の飽和蒸気との間で熱交換が行われ、この高圧の飽和蒸気は過熱蒸気となって凝縮タービン７に送られる。凝縮タービン７には発電機９が連結されている。これらは高圧蒸気による発電ラインを構成している。
【００１４】
高圧蒸気過熱器３では燃焼熱のほとんどを吸収できるナトリウム、カリウム等の溶融金属からなる熱媒を用いるので、この熱媒の得た熱を過熱器３において蒸気に与えることにより、過熱蒸気が生成される。
【００１５】
１１は低圧の飽和蒸気を発生させるごみ焼却ボイラ（以下、「低圧蒸気ボイラ」という。）を示している。この低圧蒸気ボイラ１１で発生する蒸気は低圧蒸気過熱器１３に送られる。この低圧蒸気過熱器１３は高圧蒸気過熱器３とほぼ同様の構成であり、低圧蒸気過熱器１３には、熱媒ボイラ５から例えばナトリウム、カリウム等の溶融金属からなる熱媒が送られ、この熱媒と低圧の飽和蒸気との間で熱交換が行われ、この低圧の飽和蒸気は過熱蒸気となって背圧タービン１７に送られる。背圧タービン１７には発電機１９が連結されている。これらは低圧蒸気による発電ラインを構成している。
【００１６】
前記凝縮タービン７で仕事をした最終排気は、給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の蒸発器Ｅに低熱源として送られ、この再生器Ｇには前記凝縮タービン７の抽気が高熱源として送られる。
【００１７】
給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の吸収器Ａおよび凝縮器Ｃには低温水槽６１からの温水が供給され、ここで当該温水は蒸気となる。吸収器Ａおよび凝縮器Ｃの出口には三方弁２３，２５が設けられ、三方弁２３，２５の一方が開放されると、吸収器Ａおよび凝縮器Ｃからの蒸気は、直列に接続されたバロメトリックコンデンサー２７，２９を介して低温水槽３１に送られる。そして、低温水槽３１には略８０℃程度の低温水が貯留され、この低温水は冷暖房、洗濯、風呂システム１００等に供される。これらは低温給湯ラインを構成する。
【００１８】
前記三方弁２３，２５の他方が開放されると、吸収器Ａおよび凝縮器Ｃからの蒸気は、蒸気圧縮機３３に送られる。この蒸気圧縮機３３は多段圧縮機で構成されており、多段圧縮機で圧縮された蒸気は、直列に接続されたバロメトリックコンデンサー３５，３７，３９を介して高温水槽４１に送られ、高温水槽４１には略１８０℃程度の高温水が貯留され、この高温水は炊事システム２００等に供される。これらは高温給湯ラインを構成する。
【００１９】
蒸気圧縮機３３の各段には抽気した蒸気で温水を加熱する加熱槽４３，４５，４７が接続され、蒸気圧縮機３３における総圧縮動力を削減しつつ、略１８０℃程度の高温水を多量に製造できるように構成されている。
【００２０】
この実施形態では、凝縮タービン７の抽気を高熱源として給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の再生器Ｇに供給し、残りの最終排気を低熱源として蒸発器Ｅに供給し、熱バランスさせると、試算により、例えば高圧蒸気ボイラ１におけるごみの焼却（或いは「化石燃料」）２２，７００ＭＣに対して発電１８，８００ＭＣ、略８０℃の温水５６，０００ＭＣを得ることができる。
【００２１】
ちなみに給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の運転を停止して、凝縮タービン７の最終排気を、例えばクーリングタワー６３で全量捨てたとすると、高圧蒸気ボイラ１におけるごみの焼却（或いは「化石燃料」）２９，３００ＭＣに対して発電２９，３００ＭＣを得ることができる。
【００２２】
一方、給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の吸収器Ａおよび凝縮器Ｃからの蒸気を蒸気圧縮機３３に送り、ここで圧縮して途中一部を抽気順に高温水化して最終的に略１８０℃の高温水を得る場合、試算によると例えばごみの焼却（或いは「化石燃料」）２２，７００ＭＣに対して発電が−３４０ＭＣ、但し背圧タービン１７での発電があるのでトータルでは発電２，０００ＭＣ、略１８０℃の温水７５，３００ＭＣを得ることができる。
【００２３】
前記背圧タービン１７で仕事をした排気は給水加熱用吸収式ヒートポンプ５１の再生器Ｇに高熱源として送られ、この蒸発器Ｅには凝縮タービン７の最終排気が低熱源として送られる。給水加熱用吸収式ヒートポンプ５１の吸収器Ａおよび凝縮器Ｃは直列に接続され、これらには温水が供給され、この温水は蒸気となりこの蒸気は第一給水加熱器５３を介して脱気器５５に送られ、ここで略１８０℃程度の高温水となる。この脱気器５５からの高温水は第二、第三給水加熱器５７，５９に送られる。第二、第三給水加熱器５７，５９には背圧タービン１７の抽気が送られ、この高温水は抽気と熱交換し、更に昇温されて各ボイラ１，１１に送られる。これらはボイラ給水ラインを構成している。
【００２４】
この実施形態では、背圧タービン１７における抽気を第二、第三給水加熱器５７，５９および給水加熱用吸収式ヒートポンプ５１に送り、最終排気を第一給水加熱器５３に送りつつ背圧タービン１７で発電する場合、試算により、例えば低圧蒸気ボイラ１１におけるごみの焼却３，７００ＭＣに対して発電２，３００ＭＣを得ることができ、その他は給水加熱に貢献する。
【００２５】
別の実施形態として、給湯加熱用吸収式ヒートポンプ２１の再生器Ｇに背圧タービン１７の抽気を導くことは可能である。凝縮タービン７の抽気が不要になるので、凝縮タービン７の発電量を増大させることができる。
【００２６】
以上説明したように、この実施形態では、従来廃棄されていた蒸気タービンの排気エネルギを利用して高温水や温水を生成し、これを調理や空調等に用いるようにしたため、成績係数（ＣＯＰ）の大幅な向上が実現されると共に、発電のために化石燃料等を燃焼させることがなくなるため、地球温暖化の要因となる二酸化炭素等の排出量も低減させることができる。
【００２７】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものでないことは明らかである。
【００２８】
例えば、上記実施形態ではごみ焼却ボイラについて説明したが、ボイラの熱源としてはごみ焼却施設の他、石油処理施設、化学処理施設等の廃熱や太陽熱を利用することができる。また吸収式ヒートポンプや蒸気圧縮機等の組合せやそれらの接続形態を始め、高温水槽等のレイアウト等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
【００２９】
【発明の効果】
これらの発明では、凝縮タービンおよび背圧タービンにおいて発電を行いつつ、凝縮タービンからの排気または抽気により給湯加熱用吸収式ヒートポンプ、或いは蒸気圧縮機を用いて給湯が行われ、背圧タービンからの排気または抽気により給水加熱用吸収式ヒートポンプを用いてボイラ給水の加熱が行われるので、全熱エネルギーが極めて有効に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電・給湯システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  ごみ焼却ボイラ（「高圧蒸気ボイラ」）
３  高圧蒸気過熱器
５  熱媒ボイラ
７  凝縮タービン
９  発電機
１１  ごみ焼却ボイラ（「低圧蒸気ボイラ」）
１３  低圧蒸気過熱器
１７  背圧タービン
１９  発電機
２１  給湯加熱用吸収式ヒートポンプ
２７，２９  バロメトリックコンデンサー
３１  低温水槽
３３  蒸気圧縮機
３５，３７，３９  バロメトリックコンデンサー
４１  高温水槽
５１  給水加熱用吸収式ヒートポンプ
５３，５７，５９  給水加熱器
【図１】
0003905967.tif 000002