(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の閉ループダクトを構成し、該閉ループダクト内に、同軸上に設けられた圧縮機とタービンで構成するガスタービンを設置し、且つ前記圧縮機の入口に冷却器を配設すると共に、前記ガスタービンの出口に再生熱交換器を配設し、前記圧縮機出口の加圧された中間媒体を前記再生熱交換器に供給する圧縮機出口管を前記閉ループダクト内に設け、更に前記冷却器に低温流体を供給する低温流体供給管と、冷却器により中間媒体を冷却した低温流体を導出する低温流体導出管と、前記再生熱交換器からの中間媒体を加熱器により加熱した後前記タービン入口に供給するタービン入口管とを前記閉ループダクトの外部に設け、前記閉ループダクト内の圧縮機とタービンとの間に、閉ループダクト２内を密閉するに至らず且つ圧縮機に吸引される中間媒体の伴流をタービンの出口側に流動させないようにするための仕切を設置したことを特徴とする冷熱発電設備。
【請求項２】
閉ループダクトを鋼製としていることを特徴とする請求項１記載の冷熱発電設備。
【請求項３】
閉ループダクトをコンクリート製としていることを特徴とする請求項１記載の冷熱発電設備。
【請求項４】
圧縮機出口管と閉ループダクトに接続した媒体貯蔵タンクを備えていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の冷熱発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ等の低温流体の冷熱を利用して発電を行うようにした冷熱発電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＬＮＧ等の低温流体の冷熱を利用して発電を行うようにした設備として、図４に示すような中間媒体を利用したランキンサイクルが考えられている。
【０００３】
図４に示す中間媒体を利用したランキンサイクルは、発電機ａを同軸に備えたタービンｂのタービン出口ｃとタービン入口ｄとの間を、プロパン等の炭化水素系の単一或いは混合した中間媒体ｅを循環させるようにした閉ループｆにて接続し、該閉ループｆにおける前記タービン出口ｃに、ＬＮＧ等の低温流体ｇを導入することにより前記中間媒体ｅを冷却して液化する凝縮器ｈを設け、該凝縮器ｈからの液状の中間媒体ｅを冷媒ポンプｉを介して前記凝縮器ｈに再度導いて冷却した後、海水ｊを導入するようにしてある蒸発器ｋに導いて海水ｊと熱交換することにより気化させ、気化した高圧の中間媒体ｅをタービン入口ｄに供給することにより発電機ａを駆動して発電を行わせるようにしている。又、前記凝縮器ｈにて中間媒体ｅに冷熱が奪われて気化された気化ガスｇ’は、海水ｊが供給されている加温器ｌにより常温まで昇温されて燃料等として火力発電所等の利用場所に供給されるようになっている。
【０００４】
前記した設備においては、閉ループｆ全体の圧力が高い圧力となっており、閉ループｆ内と大気との耐圧を確保するために、蒸発器ｋ、タービンｂ、凝縮器ｈ、冷媒ポンプの夫々を耐圧ケーシングで包囲する等により耐圧構造とし、更に前記蒸発器ｋとタービンｂとの間、タービンｂと凝縮器ｈとの間、凝縮器冷媒ポンプとの間、冷媒ポンプと蒸発器との間の夫々を、高圧配管ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4，ｆ5にて接続するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記図４に示したような設備では、閉ループｆを構成している蒸発器ｋ、タービンｂ、凝縮器ｈ、冷媒ポンプ等の夫々の装置を耐圧構造とすると共に、前記各装置の相互間を高圧配管ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4，ｆ5にて接続する必要があるために、装置構成が複雑となり設備全体が非常に高価になると共に、各装置に備えたケーシングや高圧配管ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4，ｆ5の接続部等から中間媒体ｅが漏洩する問題が生じやすいといった問題を有していた。
【０００６】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、構成を簡略化でき、しかも中間媒体が漏洩する問題も低減できて、低温流体の冷熱エネルギーの回収を効率的に行い得る冷熱発電設備を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷熱発電設備は、環状の閉ループダクトを構成し、該閉ループダクト内に、同軸上に設けられた圧縮機とタービンで構成するガスタービンを設置し、且つ前記圧縮機の入口に冷却器を配設すると共に、前記ガスタービンの出口に再生熱交換器を配設し、前記圧縮機出口の加圧された中間媒体を前記再生熱交換器に供給する圧縮機出口管を前記閉ループダクト内に設け、更に前記冷却器に低温流体を供給する低温流体供給管と、冷却器により中間媒体を冷却した低温流体を導出する低温流体導出管と、前記再生熱交換器からの中間媒体を加熱器により加熱した後前記タービン入口に供給するタービン入口管とを前記閉ループダクトの外部に設け、前記閉ループダクト内の圧縮機とタービンとの間に、閉ループダクト２内を密閉するに至らず且つ圧縮機に吸引される中間媒体の伴流をタービンの出口側に流動させないようにするための仕切を設置したことを特徴とするものである。
【０００８】
閉ループダクトは鋼製としたり、或いはコンクリート製としたりすることができ、又圧縮機出口管と閉ループダクトとに接続するようにした媒体貯蔵タンクを備えることができる。
【０００９】
本発明によれば、圧縮機とタービンを、鋼或いはコンクリート等にて形成した閉ループダクト内に設置するようにしているので、従来のオープンサイクルガスタービンシステムを、そのままクローズドサイクルガスタービンシステムに適用することができる。
【００１０】
又、冷却器と再生熱交換器も閉ループダクト内に設置されているので、熱交換を行うためのケーシングを設ける必要もない。
【００１１】
閉ループダクトは、地中に埋設することによって容易に内圧に耐え得る構造とすることができ、又地中に埋設することにより地上スペースを有効利用することができる。
【００１２】
更に、圧縮機出口管、閉ループダクトに接続した媒体貯蔵タンクを備えると、閉ループダクトのシステム圧の調整、中間媒体の貯蔵の他、ガスタービンを始動する時に用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００１４】
図１は、本発明を実施する形態の一例を示したもので、鋼或いはコンクリートにて環状に形成され、且つ内部に空気、窒素、ＣＯ2、Ａｒ、Ｈｅ等の反応性の低い中間媒体１を導入し得るようにした閉ループダクト２を構成し、該閉ループダクト２内に、同一軸上に備えるようにした圧縮機３とタービン４で構成するガスタービンと発電機５とを設置し、前記圧縮機３で圧縮した中間媒体１をタービン４に供給してタービン４を駆動し、タービン４出口の中間媒体１を再び前記圧縮機３の入口に戻すようにする。閉ループダクト２は、断面形状を図２に示すように矩形としたり、或いは円形の管状としても良い。
【００１５】
更に、前記閉ループダクト２内部における前記圧縮機３の入口部に冷却器６を配置すると共に、前記タービン４の出口に再生熱交換器７を配設する。
【００１６】
前記冷却器６には、外部からＬＮＧ等の低温流体１８を供給する低温流体供給管８と、冷却器６によって中間媒体１を冷却した低温流体（気化ガス）を導出して発電所等の目的場所に供給する低温流体導出管９とを閉ループダクト２を貫通させて設けると共に、圧縮機３出口の加圧された中間媒体１を前記再生熱交換器７に供給する圧縮機出口管１０を閉ループダクト２内部に設けるか、或いは閉ループダクト２を貫通させて外部に設け、更に前記再生熱交換器７からの中間媒体１を外部に設けた加熱器１１により加熱した後前記タービン４入口に供給するようにしたタービン入口管１２を閉ループダクト２を貫通させて設ける。
【００１７】
又、閉ループダクト２の外に、閉ループダクト２を貫通する配管１３と、弁１４を介して接続された媒体貯蔵タンク１５を備えている。
【００１８】
又、前記圧縮機３とタービン４との間に備えられている発電機５の位置には、図２に示すように、小孔１６等により閉ループダクト２内を密閉するに至らない仕切１７を設置し、圧縮機３に吸引される中間媒体１の伴流がタービン４の出口側に流動しないようにしている。
【００１９】
前記閉ループダクト２は、人が内部に入って充分作業できる断面の大きさを確保し、又必要に応じて内面を断熱することができる。
【００２０】
次に、図１の実施の形態の作用を説明する。
【００２１】
冷却器６に向う中間媒体１は、ＬＮＧ等の低温流体１８が供給されている冷却器６によって冷却された後、圧縮機３により圧縮されて高圧の中間媒体１となり、該高圧の中間媒体１は圧縮機出口管１０を介して再生熱交換器７に導かれることによりタービン４出口の中間媒体１によって予熱され、その後、タービン入口管１２に備えられた加熱器１１に導かれて加熱されることにより、更に高温の中間媒体１となる。
【００２２】
上記加熱器１１の加熱源としては、排ガス、蒸気、排水、海水等を用いることができ、更には燃焼装置を備えた加熱器１１とすることもできる。
【００２３】
加熱器１１で加熱されて更に高温となった高圧の中間媒体１は、タービン入口管１２によりタービン４に供給されてタービン４を駆動し、これにより同軸の圧縮機３を駆動すると共に、発電機５を駆動して電力を出力する。
【００２４】
圧縮機３とタービン４は、閉ループダクト２内に置かれるために加圧されることになるが、全体が加圧されるために外に晒される部分が不均一な圧力条件に置かれることがない。従って、クローズドサイクルに適用するための改良を特に要せず、よって圧縮機３とタービン４はたとえば航空機用のものをそのまま新たな耐圧ケーシング等を製作することなしに用いることができる。即ち、（再生型）オープンサイクルガスタービンシステムを、そのままクローズドサイクルガスタービンシステムに適用することができる。
【００２５】
又、冷却器６と再生熱交換器７も閉ループダクト２内に設置されているので、熱交換を行うためのケーシングを設ける必要もない。
【００２６】
前記閉ループダクト２は、地中に埋設することによって容易に内圧に耐え得る構造を得ることができ、又地中に埋設することにより地上スペースを有効利用することができる。
【００２７】
又、圧縮機出口管１０、閉ループダクト２に接続した媒体貯蔵タンク１５を備えているので、閉ループダクト２のシステム圧の調整、中間媒体１の貯蔵の他、タービン４を始動する時に用いることができる。
【００２８】
図３は、図１の変更例を示したもので、圧縮機３とタービン４を閉ループダクト２内に設置し、発電機５を閉ループダクト２の外部に設置して軸１９で接続した場合を示している。この場合、圧縮機３とタービン４で構成するガスタービンはそれらの間に発電機がなく直結され、通常のガスタービンと同一となる。又この例では、冷却器６の設置位置を軸１９と干渉しない上流側に設置し、又、前記圧縮機３とタービン４との間に仕切１７を備えるようにしているが、この例においても前記図１の場合と同様に作用することができる。又、逆に発電機５をこれとは反対のタービン後流側の閉ループダクト２外におくこともできる。この場合、再生熱交換器７を軸１９に干渉しない後流に移設する。更にこの場合、発電機５を閉ループダクト２内に置いておくことも可能である。
【００２９】
尚、前述においては、低温流体１８がＬＮＧの場合について説明したが、それ以外にも液体水素、液体窒素、液体酸素等を気化させて供給するようにしている設備の冷熱を回収して利用する場合にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の冷熱発電設備によれば、圧縮機とタービンを、閉ループダクト内に設置するようにしているので、加圧に伴う改良を特に要せず、よって従来のオープンサイクルガスタービンシステムを、そのままクローズドサイクルガスタービンシステムに適用することができる。
【００３１】
又、冷却器と再生熱交換器も閉ループダクト内に設置されているので、熱交換を行うためのケーシングを設ける必要もない。
【００３２】
閉ループダクトは、鋼或いはコンクリート等により容易に製作することができ、地中に埋設することによって容易に内圧に耐え得る構造とすることができ、又地中に埋設することにより地上スペースを有効利用することができる。
【００３３】
更に、圧縮機出口管、閉ループダクトに接続した媒体貯蔵タンクを備えると、閉ループダクトのシステム圧の調整、中間媒体の貯蔵の他、ガスタービンを始動する時に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】図１の変更例を示す斜視図である。
【図４】従来の中間媒体利用のランキンサイクルの系統図である。
【符号の説明】
１          中間媒体
２          閉ループダクト
３          圧縮機
４          タービン
６          冷却器
７          再生熱交換器
８          低温流体供給管
９          低温流体導出管
１０          圧縮機出口管
１１          加熱器
１２          タービン入口管
１５          媒体貯蔵タンク
１８          低温流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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