JP2002089366A - コジェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービンの排熱で冷凍機を駆動して電力
と冷熱とを出力するコジェネレーションシステムにおい
て、利用側で必要とされない余剰の冷熱を有効に利用し
てガスタービンの効率向上を図り、コジェネレーション
システム全体の効率の向上を図る。 【解決手段】 ガスタービン（11）によって発電機（1
2）を駆動し、発生した電力を利用側へ供給する。ガス
タービン（11）の燃焼排ガスを冷凍機（20）へ導入し、
ガスタービン（11）の排熱で冷凍機（20）を駆動する。
冷凍機（20）の冷熱により冷却した熱媒体を利用側へ供
給し、冷房を行う。冷凍機（20）は、冷房負荷のない中
間期においても運転される。この中間期には、冷却した
熱媒体を冷却器（64）へ送り込む。そして、余剰の冷熱
を利用して、ガスタービン（11）へ供給する燃焼用空気
を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コジェネレーショ
ンシステムに関し、排熱により駆動される冷凍機を備え
て冷熱の供給を行うものに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、日本冷凍協会発行「冷凍空調
便覧 新版・第５版 ３巻 空気調和編」の８９，９０
ページに開示されているように、コジェネレーションシ
ステムが知られている。このコジェネレーションシステ
ムは、一般に、ディーゼルエンジン・ガスエンジン・ガ
スタービンなどの熱機関で発電機を駆動して発電を行う
と共に、熱機関の排熱を利用して暖房や給湯を行うシス
テムである。また、熱機関の排熱によって吸収式冷凍機
などを駆動し、冷熱を生成して冷房などを行うものもあ
る。

【０００３】ここで、例えば排熱を利用して冷房を行う
システムの場合、電力需要については一年を通じて存在
するのに対し、冷房を要するのは夏期のみである。つま
り、中間期や冬期において冷房は不要となるため、排熱
によって冷凍機を駆動しても、生成した冷熱が利用され
ないこととなる。このため、従来のコジェネレーション
システムでは、冷房が不要な期間には冷凍機の運転を行
わないようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように冷凍機を停止させたのでは、その間において熱機
関から出る排熱が充分に利用されないこととなる。例え
ば、オフィスビルにコジェネレーションシステムを設置
した場合には、この問題が特に深刻となる。つまり、オ
フィスビルにおいては給湯の需要が少ないため、とりわ
け中間期においては排熱がほとんど利用されず、そのま
ま捨てざるを得ない状況となる。このため、エネルギの
有効利用が図られず、また運転費用の低減による設備費
の回収も困難となるおそれがある。

【０００５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、利用側で必要とされ
ない余剰の冷熱を有効に利用して熱機関の効率向上を図
り、コジェネレーションシステム全体の効率の向上を図
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第１の解
決手段は、燃料と燃焼用空気とを供給されて動力を発生
させる熱機関（11）と、該熱機関（11）の動力により駆
動される発電機（12）と、上記熱機関（11）の排熱によ
り駆動されて冷熱を生成する冷凍機（20）とを備えて、
電力と冷熱とを利用側へ供給するコジェネレーションシ
ステムを対象とする。そして、利用側における冷熱需要
の有無に拘わらず冷凍機（20）を運転し、利用側へ供給
されない余剰の冷熱によって冷却した上記燃焼用空気を
上記熱機関（11）へ供給するように構成されるものであ
る。

【０００７】本発明が講じた第２の解決手段は、上記第
１の解決手段において、冷凍機（20）の冷熱で冷却した
熱媒体を利用側へ送ることにより冷熱の供給を行うと共
に、利用側へ送られない冷却後の熱媒体との熱交換によ
って燃焼用空気を冷却するように構成されるものであ
る。

【０００８】本発明が講じた第３の解決手段は、上記第
１の解決手段において、冷凍機（20）の冷熱で冷却した
熱媒空気を利用側へ送ることにより冷熱の供給を行うと
共に、利用側へ送られない冷却後の熱媒空気を燃焼用空
気として熱機関（11）へ供給するように構成されるもの
である。

【０００９】本発明が講じた第４の解決手段は、上記第
１の解決手段において、利用側に対する冷熱の供給量を
利用側の冷熱需要に応じて変更可能に構成されるもので
ある。

【００１０】本発明が講じた第５の解決手段は、上記第
１の解決手段において、熱機関（11）へ供給される燃焼
用空気に水を噴霧する給水手段（80）を備えるものであ
る。

【００１１】本発明が講じた第６の解決手段は、上記第
１の解決手段において、冷凍機（20）は、熱機関（11）
の排熱だけでなく、燃料の燃焼熱によっても駆動可能に
構成されるものである。

【００１２】−作用− 上記第１の解決手段では、熱機関（11）によって発電機
（12）を駆動して発電が行われる。この熱機関（11）
は、燃料及び燃焼用空気の供給を受け、燃料を燃焼させ
て機械的な動力を出力するものであり、例えば、ディー
ゼルエンジン・ガスエンジン・ガスタービン等の内燃機
関がこれに該当する。熱機関（11）から出る排熱は、冷
凍機（20）に送り込まれる。この排熱は、例えば、熱機
関（11）から排出される冷却水や燃焼排ガスのかたちで
冷凍機（20）へ供給される。冷凍機（20）は、例えば吸
収式冷凍機のように、電気エネルギではなく熱エネルギ
によって駆動される。この冷凍機（20）は、熱機関（1
1）の排熱の供給を受けて冷熱を生成する。そして、コ
ジェネレーションシステムは、発電機（12）で生じた電
力と冷凍機（20）で生じた冷熱とを利用側へ供給する。
尚、このコジェネレーションシステムは、必要に応じて
熱機関（11）の排熱を温熱として出力するものであって
もよい。

【００１３】本解決手段において、冷凍機（20）は、利
用側における冷熱の需要の如何に拘わらず、運転を継続
して冷熱を生成する。従って、利用側で必要とされる以
上の冷熱を生成した場合や、利用側で冷熱が全く必要と
されていない場合には、利用側へ供給されない余剰の冷
熱が生じる。そこで、本解決手段に係るコジェネレーシ
ョンシステムでは、この余剰の冷熱を利用して燃焼用空
気を冷却し、冷却後の燃焼用空気を熱機関（11）へ供給
する。燃焼用空気を冷却するとその密度が高まるため、
高い密度の燃焼用空気が熱機関（11）に送り込まれるこ
ととなる。また、ガスタービン等では燃焼用空気を圧縮
しているが、供給される燃焼用空気の温度を下げること
によって、燃焼用空気の圧縮に要する動力が削減され
る。このため、燃焼用空気を冷却することによって、熱
機関（11）の出力が増大し、その熱効率も向上する。

【００１４】上記第２の解決手段では、冷凍機（20）で
生じた冷熱が、熱媒体によって利用側へ搬送される。つ
まり、本解決手段に係るコジェネレーションシステム
は、冷凍機（20）で生じた冷熱によってブライン等の熱
媒体を冷却し、冷却後の熱媒体を利用側へ供給する。利
用側では、供給された低温の熱媒体によって、対象物の
冷却等が行われる。このコジェネレーションシステムに
おいて、例えば、利用側で必要とされる以上の冷熱を生
成した場合には、冷却した熱媒体の一部だけが利用側へ
送られる。また、利用側で冷熱が全く必要とされていな
い場合には、冷却した熱媒体は利用側へ送られない。そ
して、本解決手段では、利用側へ送られなかった熱媒体
と燃焼用空気とを熱交換させて燃焼用空気の冷却を行
い、冷却後の燃焼用空気を熱機関（11）へ供給する。

【００１５】上記第３の解決手段では、冷凍機（20）で
生じた冷熱が、熱媒空気によって利用側へ搬送される。
つまり、本解決手段に係るコジェネレーションシステム
は、冷凍機（20）で生じた冷熱によって熱媒空気を冷却
し、冷却後の熱媒空気を利用側へ供給する。利用側で
は、供給された低温の熱媒空気によって、対象物の冷却
等が行われる。例えば、冷房を行う場合には、低温の熱
媒空気を室内へ送り込み、熱媒空気と室内空気の直接接
触熱交換によって室内空気を冷却する。このコジェネレ
ーションシステムにおいて、例えば、利用側で必要とさ
れる以上の冷熱を生成した場合には、冷却した熱媒空気
の一部だけが利用側へ送られる。また、利用側で冷熱が
全く必要とされていない場合には、冷却した熱媒空気は
利用側へ送られない。そして、本解決手段では、利用側
へ送られなかった冷却後の熱媒空気を、燃焼用空気とし
て熱機関（11）へ供給する。

【００１６】上記第４の解決手段では、利用側における
冷熱の需要に対応して、利用側に対する冷熱の供給量が
変更される。例えば、冷房負荷の増大等によって冷熱需
要が増した場合には冷熱供給量を増加させ、冷房負荷の
低下等によって冷熱需要が減った場合には冷熱供給量を
削減する。この冷熱供給量の変更は、例えば、熱媒体を
介して冷熱を供給する場合には、利用側に対する熱媒体
の供給量を変更することにより行われる。また、冷凍機
（20）における冷熱の発生量を変更してもよい。

【００１７】上記第５の解決手段では、給水手段（80）
が燃焼用空気に対して水を噴霧する。燃焼用空気に水を
噴霧すると、噴霧された水が蒸発することによって燃焼
用空気の温度が低下する。つまり、燃焼用空気は、余剰
の冷熱による冷却に加えて水の噴霧によっても冷却さ
れ、一層温度の低い状態とされた後に熱機関（11）へ導
入される。このため、熱機関（11）においては、その出
力が一層増大すると共に、その熱効率が一層向上する。

【００１８】上記第６の解決手段では、熱機関（11）の
排熱のみならず、燃料の燃焼熱によっても冷凍機（20）
が駆動される。例えば、利用側での需要に見合った冷熱
を生成しようとすると、熱機関（11）の排熱だけでは冷
凍機（20）への入力として不充分な場合もある。そこ
で、このような場合には、熱機関（11）の排熱に加えて
燃料の燃焼熱をも冷凍機（20）へ投入し、排熱と燃焼熱
の両方によって冷凍機（20）を駆動することにより、利
用側での需要に応じた冷熱を生成するようにする。

【００１９】

【発明の効果】本発明では、従来は冷熱の需要が無いと
の理由で排熱を利用せずに捨てていたのに対し、冷熱需
要に拘わらず冷凍機（20）で冷熱を生成して余剰の冷熱
で燃焼用空気の冷却を行っている。このように、燃焼用
空気を冷却すると、熱機関（11）の出力や熱効率を向上
させることができる。つまり、従来は単に捨てられてい
た排熱を、熱機関（11）の出力や熱効率を向上させるた
めに、有効に活用することができる。また、熱機関（1
1）の出力や熱効率が向上すると、発電機（12）におけ
る発電量を増大させることができ、あるいは熱機関（1
1）における燃料消費量を削減できる。従って、排熱の
有効利用に加えて、出力電力の増大あるいは燃料消費量
の削減によって、コジェネレーションシステム全体の効
率の向上を図ることが可能となる。

【００２０】ここで、例えば冷凍機（20）を吸収式冷凍
機としたような場合には、冷凍機（20）を立ち上げるた
めにある程度の時間を要する。つまり、冷凍機（20）を
起動してから充分な冷熱の生成が可能となるまでに、あ
る程度の時間が必要となる。これに対し、本発明におい
ては、利用側での冷熱需要の有無に拘わらず、常に冷凍
機（20）を運転することとなる。従って、利用側で冷熱
が必要となった場合には、これに対応して充分な冷熱を
素早く利用側へ供給することが可能となる。

【００２１】特に、上記第５の解決手段によれば、余剰
冷熱の利用に加えて、比較的簡素な構成の給水手段（8
0）を付加することにより、燃焼用空気の温度を一層低
下させることができる。このため、熱機関（11）におけ
る出力や効率を向上させ、出力電力の増大あるいは燃料
消費量の削減を図ることによって、コジェネレーション
システム全体の効率を一層向上させることができる。

【００２２】また、上記第６の解決手段によれば、燃焼
熱による冷凍機（20）の駆動も可能となるため、熱機関
（11）からの排熱量に拘わらず、充分な冷熱を利用側へ
供給できる。

【００２３】

【発明の実施の形態１】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１に示すように、本実施形態に係るコジ
ェネレーションシステム（10）には、熱機関であるガス
タービン（11）、発電機（12）、冷凍機（20）、及び熱
媒水回路（60）が設けられている。このコジェネレーシ
ョンシステム（10）は、オフィスビルに設置されてい
る。そして、コジェネレーションシステム（10）は、ガ
スタービン（11）で発電機（12）を駆動して電力を出力
すると共に、ガスタービン（11）の排熱で冷凍機（20）
を駆動して冷熱を生成し、この冷熱によって冷房を行う
ように構成されている。

【００２５】上記ガスタービン（11）には、給気管（1
3）が接続され、これを通じて燃焼用空気が供給され
る。給気管（13）には、冷却器（64）が設けられてい
る。この冷却器（64）については後述する。ガスタービ
ン（11）には、燃料として天然ガスが供給される。ま
た、ガスタービン（11）は、図示しないが、圧縮機、燃
焼器、及びタービンで構成されている。

【００２６】上記発電機（12）は、上記ガスタービン
（11）の出力軸と連結されている。この発電機（12）
は、ガスタービン（11）により回転駆動されて発電を行
う。発電機（12）で発生した電力によって、オフィスビ
ルにおける電力需要の全部又は一部が賄われる。

【００２７】上記冷凍機（20）は、水を冷媒として臭化
リチウム水溶液を吸収溶液とする二重効用の吸収式冷凍
機である。この冷凍機（20）は、排ガス管（14）を介し
て上記ガスタービン（11）と接続され、ガスタービン
（11）の排熱で駆動される。また、この冷凍機（20）
は、燃料として天然ガスの供給を受け、天然ガスの燃焼
熱によっても駆動可能に構成されている。尚、冷凍機
（20）を駆動する際には、ガスタービン（11）の排熱が
主として用いられ、天然ガスの燃焼熱は補助的に必要な
場合にだけ用いられる。

【００２８】図２に示すように、上記冷凍機（20）に
は、蒸発器（21）、吸収器（23）、高温発生器（25）、
低温発生器（26）、及び凝縮器（28）が設けられる。ま
た、冷凍機（20）には、高温熱交換器（32）及び低温熱
交換器（31）の他、排ガス熱交換器（33）が設けられ
る。更に、冷凍機（20）には、上記熱媒水回路（60）が
接続されると共に、冷却水回路（57）が接続されてい
る。

【００２９】上記蒸発器（21）には、伝熱管（22）と冷
媒撒布器（51）とが設けられる。蒸発器（21）の伝熱管
（22）には、熱媒水回路（60）が接続されている。冷媒
撒布器（51）は、伝熱管（22）の上方に配置されると共
に、冷媒循環路（52）に接続される。冷媒循環路（52）
は、冷媒ポンプ（53）を備え、蒸発器（21）の底に溜ま
った液冷媒（水）を冷媒撒布器（51）へ送り込む。冷媒
撒布器（51）は、送り込まれた液冷媒（水）を、伝熱管
（22）に撒布する。蒸発器（21）は、伝熱管（22）の内
部を流れる熱媒水とその外部に撒布された液冷媒（水）
とを熱交換させる。この蒸発器（21）は、低圧蒸気管
（43）によって吸収器（23）と接続されている。蒸発器
（21）のガス冷媒（水蒸気）は、低圧蒸気管（43）を通
じて吸収器（23）へ送られる。

【００３０】上記吸収器（23）には、伝熱管（24）と溶
液撒布器（55）とが設けられる。吸収器（23）の伝熱管
（24）には、冷却水回路（57）が接続される。溶液撒布
器（55）は、伝熱管（24）の上方に配置され、伝熱管
（24）に濃度の高い臭化リチウム水溶液（濃溶液）を撒
布する。つまり、伝熱管（24）の内部を冷却水が流れ、
その外部に濃溶液が撒布される。この撒布された濃溶液
が、蒸発器（21）からのガス冷媒（水蒸気）を吸収す
る。この吸収器（23）は、希溶液管（34）を介して高温
発生器（25）と接続される。

【００３１】上記希溶液管（34）は、その一端が吸収器
（23）の底部に接続されている。希溶液管（34）には、
吸収器（23）から高温発生器（25）に向かって順に、溶
液ポンプ（54）と低温熱交換器（31）とが設けられてい
る。また、希溶液管（34）は、低温熱交換器（31）の下
流部において、第１分岐管（34a）と第２分岐管（34b）
とに分岐されている。第１分岐管（34a）と第２分岐管
（34b）とは、共に高温発生器（25）に接続されてい
る。第１分岐管（34a）には、排ガス熱交換器（33）が
設けられている。一方、第２分岐管（34b）には、高温
熱交換器（32）が設けられている。

【００３２】上記排ガス熱交換器（33）には、排ガス管
（14）が接続されている。この排ガス熱交換器（33）
は、ガスタービン（11）から排出された燃焼排ガスと、
希溶液管（34）の第１分岐管（34a）を流れる希溶液と
を熱交換させて、該希溶液を加熱するためのものであ
る。

【００３３】上記高温発生器（25）には、希溶液管（3
4）の第１分岐管（34a）及び第２分岐管（34b）を通じ
て、希溶液が送り込まれる。高温発生器（25）では、送
り込まれた希溶液から水分が蒸発する。つまり、高温発
生器（25）では、送り込まれた希溶液が、中程度の濃度
の臭化リチウム水溶液（中溶液）と水蒸気とに分離され
る。

【００３４】また、高温発生器（25）には、ガスバーナ
（56）が設けられる。ガスバーナ（56）は、天然ガスを
燃焼させて高温発生器（25）の臭化リチウム水溶液を加
熱するためのものである。ここで、ガスタービン（11）
が出力を絞った運転を行う場合には、ガスタービン（1
1）からの排熱量が不足し、臭化リチウム水溶液の加熱
が不充分となる。そこで、このような場合にガスバーナ
（56）へ天然ガスを供給し、その燃焼熱をも用いて臭化
リチウム水溶液を加熱する。

【００３５】上記高温発生器（25）は、中溶液管（35）
と高圧蒸気管（41）とを介して低温発生器（26）と接続
される。中溶液管（35）には、高温発生器（25）から低
温発生器（26）に向かって順に、高温熱交換器（32）と
絞り弁（36）とが設けられる。この中溶液管（35）を通
じて、高温発生器（25）の中溶液が低温発生器（26）へ
送り込まれる。

【００３６】上記高温熱交換器（32）には、希溶液管
（34）の第２分岐管（34b）を流れる希溶液と、中溶液
管（35）を流れる中溶液とが送り込まれる。高温熱交換
器（32）は、送り込まれた希溶液と中溶液とを熱交換さ
せる。また、中溶液管（35）の絞り弁（36）は、高温熱
交換器（32）から低温発生器（26）へ送られる中溶液を
減圧するためのものである。

【００３７】上記低温発生器（26）には、伝熱管（27）
が設けられる。低温発生器（26）の伝熱管（27）には、
その入口端に上記高圧蒸気管（41）が接続される。この
伝熱管（27）には、高温発生器（25）で生じた水蒸気が
高圧蒸気管（41）を通じて送り込まれる。低温発生器
（26）では、伝熱管（27）の内部を流れる水蒸気とその
外部の中溶液とが熱交換を行う。この熱交換により、中
溶液が加熱されて水分が蒸発し、その濃度が高まって濃
溶液となる。

【００３８】上記低温発生器（26）は、濃溶液管（37）
を介して吸収器（23）と接続されている。濃溶液管（3
7）には、低温発生器（26）から吸収器（23）に向かっ
て順に、低温熱交換器（31）と絞り弁（38）とが設けら
れる。また、濃溶液管（37）の終端は、吸収器（23）の
溶液撒布器（55）に接続されている。低温発生器（26）
の濃溶液は、濃溶液管（37）を通じて吸収器（23）の溶
液撒布器（55）に送られ、吸収器（23）の伝熱管（24）
に撒布される。

【００３９】上記低温熱交換器（31）には、希溶液管
（34）を流れる希溶液と、濃溶液管（37）を流れる濃溶
液とが送り込まれる。低温熱交換器（31）は、送り込ま
れた希溶液と濃溶液とを熱交換させる。また、濃溶液管
（37）の絞り弁（38）は、低温熱交換器（31）から吸収
器（23）へ送られる濃溶液を減圧するためのものであ
る。

【００４０】また、上記低温発生器（26）は、第１液冷
媒管（44）と中圧蒸気管（42）とを介して凝縮器（28）
と接続される。第１液冷媒管（44）は、低温発生器（2
6）の伝熱管（27）の終端に接続されている。また、第
１液冷媒管（44）には、絞り弁（45）が設けられる。低
温発生器（26）の伝熱管（27）において凝縮した冷媒
は、絞り弁（45）で減圧された後に凝縮器（28）へ送り
込まれる。一方、低温発生器（26）のガス冷媒（水蒸
気）は、中圧蒸気管（42）を通じて凝縮器（28）へ送り
込まれる。

【００４１】上記凝縮器（28）には、伝熱管（29）が設
けられる。凝縮器（28）の伝熱管（29）には、冷却水回
路（57）が接続され、吸収器（23）の伝熱管（24）を通
過した冷却水が送り込まれる。凝縮器（28）では、伝熱
管（24）の内部を流れる冷却水とその外部のガス冷媒
（水蒸気）とが熱交換を行い、このガス冷媒（水蒸気）
が凝縮する。

【００４２】また、上記凝縮器（28）は、第２液冷媒管
（46）を介して蒸発器（21）と接続されている。凝縮器
（28）の液冷媒（水）は、この第２液冷媒管（46）を通
じて蒸発器（21）に送られる。第２液冷媒管（46）に
は、絞り弁（47）が設けられている。この絞り弁（47）
は、第２液冷媒管（46）を流れて蒸発器（21）に送られ
る液冷媒（水）を減圧するためのものである。

【００４３】上記冷却水回路（57）は、吸収器（23）の
伝熱管（24）と、凝縮器（28）の伝熱管（29）と、図外
の冷却塔とを順に配管接続して構成される閉回路であ
り、その内部で冷却水が循環する。この冷却水回路（5
7）において、冷却塔で冷却された冷却水は、先ず吸収
器（23）の伝熱管（24）へ導入され、その後に凝縮器
（28）の伝熱管（29）を流れて冷却塔へと戻される。

【００４４】上記熱媒水回路（60）は、主回路（61）と
副回路（62）とにより構成される閉回路である（図１参
照）。この熱媒水回路（60）では、熱媒水が循環する。

【００４５】上記主回路（61）には、冷凍機（20）にお
ける蒸発器（21）の伝熱管（22）と、図外のファンコイ
ルユニットにおける室内熱交換器とが接続されている。
主回路（61）は、蒸発器（21）の伝熱管（22）とファン
コイルユニットの室内熱交換器との間で、熱媒水を循環
させる。ファンコイルユニットは、室内に設置されてい
る。このファンコイルユニットは、取り込んだ室内空気
を室内熱交換器で熱媒水と熱交換させ、冷却した後に室
内へ吹き出す。

【００４６】上記副回路（62）は、その一端が三方弁
（63）を介して主回路（61）における蒸発器（21）の下
流側に接続され、その他端が主回路（61）における蒸発
器（21）の上流側に接続されている。また、副回路（6
2）には、上記冷却器（64）が設けられている。この副
回路（62）は、蒸発器（21）の伝熱管（22）と冷却器
（64）との間で熱媒水を循環させる。上記三方弁（63）
は、蒸発器（21）で冷却された熱媒水のうち、ファンコ
イルユニットへ送られる量と冷却器（64）へ送られる量
の割合を変更するためのものである。

【００４７】上記冷却器（64）には、給気通路を流れる
燃焼用空気と、熱媒水回路（60）の副回路（62）を流れ
る熱媒水とが送り込まれる。冷却器（64）は、送り込ま
れた燃焼用空気と熱媒水とを熱交換させて、燃焼用空気
の冷却を行う。つまり、冷却器（64）は、ガスタービン
（11）に送られる燃焼用空気を予め冷却するためのもの
である。

【００４８】−運転動作− 本実施形態に係るコジェネレーションシステム（10）の
運転動作について説明する。

【００４９】上記ガスタービン（11）には、燃焼用空気
と、燃料である天然ガスとが供給される。ガスタービン
（11）では、供給された燃焼用空気が空気圧縮機で圧縮
されて燃焼器へ導入される。燃焼器では、燃焼用空気と
天然ガスとを混合して燃焼させる。燃焼器で生じた燃焼
ガスは、タービンへ送られて膨張し、タービンを回転さ
せる。タービンから出た燃焼ガスは、燃焼排ガスとして
排出される。このようにして、天然ガスの燃焼エネルギ
が、機械的な回転動力に変換される。

【００５０】ガスタービン（11）において得られた動力
は、発電機（12）に伝達される。発電機（12）は、伝達
された動力によって駆動されて発電を行う。発電機（1
2）で得られた電力は、オフィスビルへと供給される。

【００５１】上述のように、ガスタービン（11）からは
燃焼排ガスが排出される。この燃焼排ガスは、依然とし
てかなりの高温であり、多量の熱エネルギを保有してい
る。つまり、ガスタービン（11）からは、燃焼排ガスの
かたちで排熱が排出される。ガスタービン（11）の燃焼
排ガスは、排ガス管（14）を通じて冷凍機（20）へ送り
込まれる。

【００５２】上記冷凍機（20）は、送り込まれた燃焼排
ガスが有する熱エネルギ、即ちガスタービン（11）の排
熱によって駆動され、冷熱を生成する。また、冷凍機
（20）は、冷房負荷の有無に拘わらず常時運転される。
この冷凍機（20）の動作について、図２を参照しながら
説明する。

【００５３】蒸発器（21）の伝熱管（22）には、熱媒水
回路（60）を循環する熱媒水が送り込まれる。一方、冷
媒ポンプ（53）を運転すると、冷媒撒布器（51）によっ
て伝熱管（22）の外部に液冷媒（水）が撒布される。撒
布された液冷媒（水）は、伝熱管（22）の内部を流れる
熱媒水から吸熱して蒸発する。蒸発器（21）で蒸発した
冷媒は、低圧蒸気管（43）を通って吸収器（23）へ導入
される。

【００５４】吸収器（23）では、濃溶液管（37）を通じ
て送り込まれた濃溶液が、溶液撒布器（55）によって伝
熱管（24）の外部に撒布される。吸収器（23）に導入さ
れたガス冷媒（水蒸気）は、この撒布された濃溶液に吸
収される。この濃溶液は、ガス冷媒（水蒸気）を吸収す
ることにより、その濃度が低下して希溶液となる。一
方、吸収器（23）の伝熱管（24）の内部には、図外の冷
却塔で冷却された冷却水が導入される。この冷却水は、
ガス冷媒（水蒸気）が濃溶液に吸収される際の吸収熱を
吸熱する。

【００５５】吸収器（23）の希溶液は、溶液ポンプ（5
4）により希溶液管（34）を流れて高温発生器（25）へ
送られる。希溶液管（34）を流れる希溶液は、先ず低温
熱交換器（31）へ導入される。低温熱交換器（31）で
は、送り込まれた希溶液と濃溶液とが熱交換を行う。こ
の熱交換によって、濃溶液の保有する熱エネルギが希溶
液に回収され、希溶液が加熱される。

【００５６】低温熱交換器（31）で加熱された希溶液
は、その後に二手に分流されて、一方が第１分岐管（34
a）へ流入し、他方が第２分岐管（34b）へ流入する。そ
の際、この希溶液の大部分を第１分岐管（34a）へ流す
ようにする。尚、第１分岐管（34a）と第２分岐管（34
b）に対する希溶液の分配割合は、固定されたものでは
なく、運転状況に応じて適宜変更される。例えば、ガス
タービン（11）の出力が絞られて燃焼排ガスの流量が減
少した場合は、希溶液の大部分を第２分岐管（34b）へ
流すと共に、後述のようにガスバーナ（56）で天然ガス
を燃焼させる。

【００５７】第１分岐管（34a）へ流入した希溶液は、
排ガス熱交換器（33）へ導入される。排ガス熱交換器
（33）は、導入された希溶液とガスタービン（11）の燃
焼排ガスとを熱交換させる。この熱交換によって、燃焼
排ガスの保有する熱エネルギ、即ちガスタービン（11）
の排熱が希溶液に付与され、希溶液が更に加熱される。
排ガス熱交換器（33）で加熱された希溶液は、高温発生
器（25）へ導入されてフラッシュする。

【００５８】第２分岐管（34b）へ流入した希溶液は、
高温熱交換器（32）へ導入される。高温熱交換器（32）
は、導入された希溶液と中溶液管（35）を流れる中溶液
とを熱交換させる。この熱交換によって、中溶液の保有
する熱エネルギが希溶液に回収される。高温熱交換器
（32）で吸熱した希溶液は、その後に高温発生器（25）
へ導入される。

【００５９】高温発生器（25）では、導入された臭化リ
チウム水溶液（希溶液）から水分が蒸発し、この臭化リ
チウム水溶液の濃度が上昇して中溶液となる。また、高
温発生器（25）では、燃料である天然ガスをガスバーナ
（56）で燃焼させ、この天然ガスの燃焼熱をも用いて臭
化リチウム水溶液の水分を蒸発させる場合もある。つま
り、電力需要が小さい等の理由からガスタービン（11）
の出力を絞ると、ガスタービン（11）からの燃焼排ガス
の流量が減少し、高温発生器（25）において臭化リチウ
ム水溶液の濃度を充分に高められないことも想定され
る。そこで、このような場合には、天然ガスの燃焼熱を
も利用して、臭化リチウム水溶液の加熱を行うようにす
る。

【００６０】高温発生器（25）の中溶液は、中溶液管
（35）を通じて低温発生器（26）へと導入される。その
際、中溶液は、高温熱交換器（32）で希溶液に放熱し、
更には絞り弁（36）で減圧された後に低温発生器（26）
へ送り込まれる。一方、高温発生器（25）のガス冷媒
（水蒸気）は、高圧蒸気管（41）を通じて低温発生器
（26）の伝熱管（27）に導入される。低温発生器（26）
では、伝熱管（27）に導入されたガス冷媒（水蒸気）が
凝縮し、その凝縮熱によって臭化リチウム水溶液が加熱
される。そして、低温発生器（26）では、臭化リチウム
水溶液から水分が蒸発し、その濃度が更に上昇して濃溶
液となる。

【００６１】低温発生器（26）の濃溶液は、濃溶液管
（37）を通じて吸収器（23）へ送られる。その際、濃溶
液は、低温熱交換器（31）で希溶液に放熱し、更には絞
り弁（38）で減圧された後に、吸収器（23）の溶液撒布
器（55）に導入される。そして、この濃溶液は、溶液撒
布器（55）によって撒布され、ガス冷媒（水蒸気）を吸
収するために用いられる。

【００６２】低温発生器（26）のガス冷媒（水蒸気）
は、中圧蒸気管（42）を通じて凝縮器（28）へ導入され
る。一方、凝縮器（28）の伝熱管（29）の内部には、吸
収器（23）で吸熱した後の冷却水が導入される。凝縮器
（28）では、導入されたガス冷媒（水蒸気）と伝熱管
（29）内の冷却水とが熱交換を行い、ガス冷媒（水蒸
気）が凝縮する。その際、冷却水はガス冷媒（水蒸気）
の凝縮熱を吸熱する。

【００６３】低温発生器（26）の伝熱管（27）で凝縮し
た冷媒は、第１液冷媒管（44）を通じて凝縮器（28）へ
導入される。その際、この冷媒は、絞り弁（45）で減圧
された後に凝縮器（28）へ送り込まれる。第１液冷媒管
（44）を通じて送り込まれた液冷媒（水）は、凝縮器
（28）で凝縮した冷媒と共に、第２液冷媒管（46）を通
じて蒸発器（21）へ送られる。その際、この液冷媒
（水）は、絞り弁（47）で減圧された後に蒸発器（21）
へ導入される。

【００６４】上記熱媒水回路（60）では、熱媒水が循環
する。この熱媒水は、蒸発器（21）の伝熱管（22）を流
れる間に、液冷媒（水）に対して放熱する。この放熱に
よって、熱媒水が冷却される。

【００６５】冷房負荷の大きい夏期において、三方弁
（63）は、冷却後の熱媒水の全てを利用側であるファン
コイルユニットへ送るように切り換えられる。この場
合、冷凍機（20）で生成した冷熱は、その全てが室内を
冷房するために利用される。

【００６６】一方、冷房負荷のない中間期や冬期におい
て、三方弁（63）は、冷却後の熱媒水の全てを冷却器
（64）へ送るように切り換えられる。この場合、冷凍機
（20）で生成した冷熱は冷房に利用されない余剰の冷熱
となるが、この余剰の冷熱が冷却器（64）で燃焼用空気
を冷却するために利用される。

【００６７】また、冷房負荷がさほど大きくない場合に
は、この冷房負荷に見合った量の熱媒水をファンコイル
ユニットへ送り、残りの熱媒水を冷却器（64）へ送るよ
うにする。つまり、冷房に利用されない余剰の冷熱が、
冷却器（64）で燃焼用空気を冷却するために利用され
る。

【００６８】冷却器（64）において燃焼用空気を冷却す
ると、ガスタービン（11）に導入される燃焼用空気の温
度が低下し、これによって燃焼用空気の密度が高くな
る。また、ガスタービン（11）の圧縮機入口における燃
焼用空気の温度が低くなるため、燃焼用空気の圧縮に要
する動力が減少する。従って、燃焼用空気を冷却する
と、その密度の上昇や圧縮動力の低下によって、ガスタ
ービン（11）の熱効率が向上する。このため、ガスター
ビン（11）の出力が上昇し、あるいはガスタービン（1
1）における燃料消費量が減少する。

【００６９】−実施形態１の効果− 本実施形態１では、利用側での冷熱需要、即ち室内の冷
房負荷の有無に拘わらず、冷凍機（20）の運転を行って
いる。つまり、本実施形態１では、ガスタービン（11）
の排熱を利用して常に冷凍機（20）を運転し、冷房に利
用されない余剰の冷熱が生じた場合には、この余剰冷熱
を利用して燃焼用空気を冷却している。上述のように、
燃焼用空気を予め冷却すると、ガスタービン（11）の熱
効率を向上させることができる。

【００７０】従って、本実施形態１によれば、冷房負荷
の小さい場合や冷房負荷の全くない場合であっても、ガ
スタービン（11）の排熱をガスタービン（11）の効率向
上のために有効利用することが可能となる。このため、
ガスタービン（11）に投入する天然ガスの燃焼エネルギ
を有効に活用でき、コジェネレーションシステム（10）
全体の効率の向上を図ることが可能となる。

【００７１】また、本実施形態１では、冷凍機（20）を
吸収式冷凍機により構成しているが、この吸収式冷凍機
には、起動から充分な冷熱を発生させるまでの立ち上げ
時間が長いという特性がある。これに対し、本実施形態
１では、冷房負荷の有無とは無関係に冷凍機（20）を常
に運転している。従って、冷房負荷が急激に増大した場
合であっても、増大した冷房負荷に見合った冷熱を短時
間のうちに利用側へ供給することが可能となる。

【００７２】

【発明の実施の形態２】本発明の実施形態２は、上記実
施形態１における熱媒水回路（60）に代えて熱媒空気通
路（70）を設け、冷凍機（20）で生成した冷熱を熱媒空
気によって室内へ供給するものである。ここでは、上記
実施形態１と異なる部分について説明する。

【００７３】図３に示すように、熱媒空気通路（70）
は、主通路（71）と副通路（72）とによって構成され
る。 上記主通路（71）には、冷凍機（20）の蒸発器
（21）が接続される。本実施形態２において、蒸発器
（21）は熱媒空気を冷却するように構成される。即ち、
この蒸発器（21）では、冷媒と熱媒空気との熱交換が行
われる。そして、主通路（71）は、蒸発器（21）におい
て冷却された熱媒空気を室内へ送り込む。この冷却され
た熱媒空気の供給によって、室内の冷房が行われる。

【００７４】上記副通路（72）は、その一端が切換ダン
パ（73）を介して主通路（71）における蒸発器（21）の
下流側に接続され、その他端がガスタービン（11）に接
続されている。切換ダンパ（73）は、蒸発器（21）で冷
却された熱媒空気のうち、室内へ送られる量とガスター
ビン（11）へ送られる量の割合を変更するためのもので
ある。この切換ダンパ（73）を操作することにより、冷
却後の熱媒空気の全部又は一部が、副通路（72）を通じ
てガスタービン（11）へ供給される。

【００７５】冷房負荷の大きい夏期において、切換ダン
パ（73）は、冷却後の熱媒空気の全てを利用側である室
内へ送るように切り換えられる。この場合、冷凍機（2
0）で生成した冷熱は、その全てが室内を冷房するため
に利用される。また、この場合には、室外空気がそのま
ま燃焼用空気としてガスタービン（11）へ供給される
（図３参照）。

【００７６】一方、冷房負荷のない中間期や冬期におい
て、切換ダンパ（73）は、冷却後の熱媒空気の全てをガ
スタービン（11）へ送るように切り換えられる。この場
合、冷凍機（20）で生成した冷熱は冷房に利用されない
余剰の冷熱となるが、この余剰の冷熱で冷却された熱媒
空気が燃焼用空気としてガスタービン（11）に供給され
る。

【００７７】また、冷房負荷がさほど大きくない場合に
は、この冷房負荷に見合った量の熱媒空気を室内へ送
り、残りの熱媒空気をガスタービン（11）へ送るように
する。つまり、冷房に利用されない余剰の冷熱で冷却さ
れた熱媒空気が、燃焼用空気としてガスタービン（11）
へ供給される。

【００７８】

【発明の実施の形態３】本発明の実施形態３は、上記実
施形態１において、給水器（80）を設けるものである。
ここでは、上記実施形態１と異なる部分について説明す
る。

【００７９】図４に示すように、給水器（80）は、給気
管（13）における冷却器（64）の上流側に設けられてい
る。給水器（80）には、給水管（81）を通じて水道水が
供給されている。そして、この給水器（80）は、給気管
（13）を流れる燃焼用空気に対して水（水道水）を霧状
に噴霧するものであり、給水手段を構成している。燃焼
用空気に噴霧された水は、燃焼用空気から吸熱して蒸発
する。つまり、給水器（80）で燃焼用空気に水を噴霧す
ることにより、燃焼用空気が冷却される。

【００８０】このように、本実施形態３によれば、冷却
器（64）における燃焼用空気の冷却に加え、給水器（8
0）で水を噴霧することによって何ら新たなエネルギを
投入することなく燃焼用空気の温度を一層低くすること
ができる。従って、本実施形態３によれば、ガスタービ
ン（11）の熱効率を更に向上させて、コジェネレーショ
ンシステム（10）全体の効率を一層向上させることがで
きる。

【００８１】尚、ここでは、給水器（80）を冷却器（6
4）の上流側に設けているが、冷却器（64）の下流側に
給水器（80）を設けてもよい。この場合、給水器（80）
は、冷却器（64）で冷却された後の燃焼用空気に対して
水を噴霧する。

【００８２】−実施形態３の変形例−本実施形態３で
は、上記実施形態１に給水器（80）を付加しているが、
上記実施形態２に給水器（80）を設けるようにしてもよ
い。この場合には、図５に示すように、熱媒空気通路
（70）の副通路（72）に給水器（80）が設けられる。こ
の給水器（80）は、燃焼用空気として副通路（72）を流
れる熱媒空気に対して水を噴霧する。

【００８３】

【発明のその他の実施の形態】上記の各実施形態では、
発電機（12）を駆動する熱機関としてガスタービン（1
1）を設けているが、これに代えて、ガスエンジンやデ
ィーゼルエンジンによって発電機（12）を駆動するよう
にしてもよい。この場合には、エンジンの排気ガスや冷
却水のかたちで排熱が冷凍機（20）に投入される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係るコジェネレーションシステム
の概略構成図である。

【図２】実施形態１に係る冷凍機の配管系統図である。

【図３】実施形態２に係るコジェネレーションシステム
の概略構成図である。

【図４】実施形態３に係るコジェネレーションシステム
の概略構成図である。

【図５】実施形態３の変形例に係るコジェネレーション
システムの概略構成図である。

【符号の説明】

（11） ガスタービン（熱機関） （12） 発電機 （20） 冷凍機 （80） 給水器（給水手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と燃焼用空気とを供給されて動力を
   発生させる熱機関（11）と、該熱機関（11）の動力によ
   り駆動される発電機（12）と、上記熱機関（11）の排熱
   により駆動されて冷熱を生成する冷凍機（20）とを備え
   て、電力と冷熱とを利用側へ供給するコジェネレーショ
   ンシステムであって、 利用側における冷熱需要の有無に拘わらず冷凍機（20）
   を運転し、利用側へ供給されない余剰の冷熱によって冷
   却した上記燃焼用空気を上記熱機関（11）へ供給するよ
   うに構成されているコジェネレーションシステム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコジェネレーションシス
   テムにおいて、 冷凍機（20）の冷熱で冷却した熱媒体を利用側へ送るこ
   とにより冷熱の供給を行うと共に、利用側へ送られない
   冷却後の熱媒体との熱交換によって燃焼用空気を冷却す
   るように構成されているコジェネレーションシステム。
3. 【請求項３】 請求項１記載のコジェネレーションシス
   テムにおいて、 冷凍機（20）の冷熱で冷却した熱媒空気を利用側へ送る
   ことにより冷熱の供給を行うと共に、利用側へ送られな
   い冷却後の熱媒空気を燃焼用空気として熱機関（11）へ
   供給するように構成されているコジェネレーションシス
   テム。
4. 【請求項４】 請求項１記載のコジェネレーションシス
   テムにおいて、 利用側に対する冷熱の供給量を利用側の冷熱需要に応じ
   て変更可能に構成されているコジェネレーションシステ
   ム。
5. 【請求項５】 請求項１記載のコジェネレーションシス
   テムにおいて、 熱機関（11）へ供給される燃焼用空気に水を噴霧する給
   水手段（80）を備えているコジェネレーションシステ
   ム。
6. 【請求項６】 請求項１記載のコジェネレーションシス
   テムにおいて、 冷凍機（20）は、熱機関（11）の排熱だけでなく、燃料
   の燃焼熱によっても駆動可能に構成されているコジェネ
   レーションシステム。