JP2002199761A - 熱電素子発電装置 - Google Patents
熱電素子発電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のガスタービンを用いた発電及び動力シ
ステムでは、せっかく加熱された空気や蒸気の熱源、或
いは排気熱エネルギーを十分に有効利用できていない。
また、排熱回収ボイラやスチームタービン等の大型設備
を用いて排気熱エネルギー等を回収しているため、設備
費用が膨大となっている。 【解決手段】 本発明は、ガスタービンを用いた再生サ
イクルシステム、温水利用するシステム、コンバインド
サイクルシステム等のガスタービンを用いた発電及び動
力システムの系に配設した発電装置であって、熱電素子
を介して高温流体が持つ熱エネルギーが低温流体に伝わ
る際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する
熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側に
排ガス等の高温流体を使用し、前記熱電素子の低温面側
に吸気等の低温流体を使用した熱電素子発電装置であ
る。
ステムでは、せっかく加熱された空気や蒸気の熱源、或
いは排気熱エネルギーを十分に有効利用できていない。
また、排熱回収ボイラやスチームタービン等の大型設備
を用いて排気熱エネルギー等を回収しているため、設備
費用が膨大となっている。 【解決手段】 本発明は、ガスタービンを用いた再生サ
イクルシステム、温水利用するシステム、コンバインド
サイクルシステム等のガスタービンを用いた発電及び動
力システムの系に配設した発電装置であって、熱電素子
を介して高温流体が持つ熱エネルギーが低温流体に伝わ
る際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する
熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側に
排ガス等の高温流体を使用し、前記熱電素子の低温面側
に吸気等の低温流体を使用した熱電素子発電装置であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンを用
いた発電及び動力システムの系に配設した発電装置であ
って、熱電素子により熱エネルギーを電気エネルギーに
変換する熱電素子発電装置に関するものである。
いた発電及び動力システムの系に配設した発電装置であ
って、熱電素子により熱エネルギーを電気エネルギーに
変換する熱電素子発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンエンジン等を用いた発電及
び動力システムは、コンパクトで低騒音、排気ガスが比
較的クリーンで環境負荷が小さい等の理由から近年急速
に普及しており、今後の分散型電源の主流として注目さ
れている。従来のガスタービン発電及び動力システムの
最も基本的なサイクルの構成を図６に示す。図におい
て、ガスタービン発電及び動力システムは空気圧縮機１
１とガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３を備え
ており、空気圧縮機１１で吸い込んだ大気１４を圧縮し
て高圧空気にし、該高圧空気を燃料２３と共にガスター
ビン燃焼器１２に供給し、ここで燃焼ガスを生成して該
燃焼ガスをガスタービン１３で膨張仕事をさせて、動力
を取り出したり発電機を駆動して発電１９を行ってい
る。出力が数百ｋｗ以下の小型及び超小型のガスタービ
ン発電及び動力システムでは、この基本的なサイクルの
構成が多用されているが、ガスタービンからの排気を廃
熱回収していないため熱効率は１８〜２０％程度となっ
ている。
び動力システムは、コンパクトで低騒音、排気ガスが比
較的クリーンで環境負荷が小さい等の理由から近年急速
に普及しており、今後の分散型電源の主流として注目さ
れている。従来のガスタービン発電及び動力システムの
最も基本的なサイクルの構成を図６に示す。図におい
て、ガスタービン発電及び動力システムは空気圧縮機１
１とガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３を備え
ており、空気圧縮機１１で吸い込んだ大気１４を圧縮し
て高圧空気にし、該高圧空気を燃料２３と共にガスター
ビン燃焼器１２に供給し、ここで燃焼ガスを生成して該
燃焼ガスをガスタービン１３で膨張仕事をさせて、動力
を取り出したり発電機を駆動して発電１９を行ってい
る。出力が数百ｋｗ以下の小型及び超小型のガスタービ
ン発電及び動力システムでは、この基本的なサイクルの
構成が多用されているが、ガスタービンからの排気を廃
熱回収していないため熱効率は１８〜２０％程度となっ
ている。
【０００３】図７は、上記基本サイクルに再生器２４と
呼ばれる熱交換器を配設した、従来の再生サイクルの構
成を示すものである。本サイクルでは、空気圧縮機１１
とガスタービン燃焼器１２の間に再生器２４を備えてい
る。図において、ガスタービン１３より排気された排ガ
スと空気圧縮機１１より送られた吸気を、再生器２４と
呼ばれる熱交換器によって熱交換して、前記吸気を加熱
することにより熱効率の向上が図られている。この場合
の熱効率は２５〜３０％程度である。
呼ばれる熱交換器を配設した、従来の再生サイクルの構
成を示すものである。本サイクルでは、空気圧縮機１１
とガスタービン燃焼器１２の間に再生器２４を備えてい
る。図において、ガスタービン１３より排気された排ガ
スと空気圧縮機１１より送られた吸気を、再生器２４と
呼ばれる熱交換器によって熱交換して、前記吸気を加熱
することにより熱効率の向上が図られている。この場合
の熱効率は２５〜３０％程度である。
【０００４】また、図８は上記基本サイクルに温水熱交
換器２５を配設した、従来の温水利用サイクルの構成を
示すものである。図において、本サイクルでは、ガスタ
ービン１３より排気された高温の排ガス１５と低温水１
８を温水熱交換器２５によって熱交換して、温水を暖房
等に利用している。
換器２５を配設した、従来の温水利用サイクルの構成を
示すものである。図において、本サイクルでは、ガスタ
ービン１３より排気された高温の排ガス１５と低温水１
８を温水熱交換器２５によって熱交換して、温水を暖房
等に利用している。
【０００５】図９は、従来のコンバインドサイクルの構
成を示すものである。図において、本サイクルでは、基
本サイクルに加えて温水熱交換器２５、スチームタービ
ン２２及び復水器２６を配設しており、場合によっては
温水熱交換器２５とスチームタービン２２の間に追い炊
きボイラ２１を配設するものもある。本サイクルでは、
温水熱交換器２５で昇温させた温水を膨張させて、スチ
ームタービン２２で動力を取り出したり発電１９したり
するもので、数百ｋｗ以上の大型及び中型のシステムと
して用いられており、全体の熱効率が５０％を越えるも
のもある。
成を示すものである。図において、本サイクルでは、基
本サイクルに加えて温水熱交換器２５、スチームタービ
ン２２及び復水器２６を配設しており、場合によっては
温水熱交換器２５とスチームタービン２２の間に追い炊
きボイラ２１を配設するものもある。本サイクルでは、
温水熱交換器２５で昇温させた温水を膨張させて、スチ
ームタービン２２で動力を取り出したり発電１９したり
するもので、数百ｋｗ以上の大型及び中型のシステムと
して用いられており、全体の熱効率が５０％を越えるも
のもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】基本的なガスタービン
エンジンの熱効率は、中型、小型及び超小型ではディー
ゼルエンジンよりも低く、大型のものでもスチームター
ビンと同等程度であり、再生サイクルやコンバインドサ
イクル等による廃熱回収が必要となるが、小型及び超小
型ガスタービン発電及び動力システムでは、再生器を配
設しても充分な熱効率の向上を図ることはできない。ま
た、大型及び中型に用いられるコンバインドサイクルで
は、廃熱回収ボイラやスチームタービン等の設備が大型
になるだけでなく、定期的な保守点検等も必要となる。
エンジンの熱効率は、中型、小型及び超小型ではディー
ゼルエンジンよりも低く、大型のものでもスチームター
ビンと同等程度であり、再生サイクルやコンバインドサ
イクル等による廃熱回収が必要となるが、小型及び超小
型ガスタービン発電及び動力システムでは、再生器を配
設しても充分な熱効率の向上を図ることはできない。ま
た、大型及び中型に用いられるコンバインドサイクルで
は、廃熱回収ボイラやスチームタービン等の設備が大型
になるだけでなく、定期的な保守点検等も必要となる。
【０００７】以上のように、従来のガスタービン発電及
び動力システムでは、せっかく加熱された空気や蒸気の
熱源、或いは排気熱エネルギーを十分に有効利用できて
いない。また、排熱回収ボイラやスチームタービン等の
大型設備を用いて排気熱エネルギー等を回収しているた
め、設備費用が膨大となっている。そこで、本発明で
は、ガスタービン発電及び動力システムの系に熱電素子
発電装置を配設することにより、排気熱エネルギー等の
一部を直接電気エネルギーに変換して回収すると共に、
電気エネルギーとして未回収の排気熱エネルギーについ
ては熱エネルギーとして再利用しようとするものであ
る。
び動力システムでは、せっかく加熱された空気や蒸気の
熱源、或いは排気熱エネルギーを十分に有効利用できて
いない。また、排熱回収ボイラやスチームタービン等の
大型設備を用いて排気熱エネルギー等を回収しているた
め、設備費用が膨大となっている。そこで、本発明で
は、ガスタービン発電及び動力システムの系に熱電素子
発電装置を配設することにより、排気熱エネルギー等の
一部を直接電気エネルギーに変換して回収すると共に、
電気エネルギーとして未回収の排気熱エネルギーについ
ては熱エネルギーとして再利用しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、請求項１においては、ガ
スタービンを用いた再生サイクルの発電及び動力システ
ムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により高
温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝わ
る際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する
熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側に
ガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の
低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用するよう
に構成した熱電素子発電装置としている。
決するためになされたもので、請求項１においては、ガ
スタービンを用いた再生サイクルの発電及び動力システ
ムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により高
温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝わ
る際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する
熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側に
ガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の
低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用するよう
に構成した熱電素子発電装置としている。
【０００９】また、請求項２においてはガスタービンを
用いた温水利用する発電及び動力システムの系に配設し
た発電装置であって、熱電素子により高温面側の排ガス
の熱エネルギーが低温面側の温水に伝わる際に、熱エネ
ルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電素子発電装
置において、前記熱電素子の高温面側にガスタービンの
高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の低温面側に低温
の温水を使用するように構成した熱電素子発電装置トし
ている。
用いた温水利用する発電及び動力システムの系に配設し
た発電装置であって、熱電素子により高温面側の排ガス
の熱エネルギーが低温面側の温水に伝わる際に、熱エネ
ルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電素子発電装
置において、前記熱電素子の高温面側にガスタービンの
高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の低温面側に低温
の温水を使用するように構成した熱電素子発電装置トし
ている。
【００１０】また、請求項３においてはガスタービンを
用いた再生サイクル且つ温水利用する発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用する第
１熱電素子発電装置と、該第１熱電素子発電装置を通過
した高温の排ガスを熱電素子の高温面側に使用し、前記
熱電素子の低温面側に低温の温水を使用する第２熱電素
子発電装置とより構成した熱電素子発電装置としてい
る。
用いた再生サイクル且つ温水利用する発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用する第
１熱電素子発電装置と、該第１熱電素子発電装置を通過
した高温の排ガスを熱電素子の高温面側に使用し、前記
熱電素子の低温面側に低温の温水を使用する第２熱電素
子発電装置とより構成した熱電素子発電装置としてい
る。
【００１１】更に、請求項４においてはガスタービンを
用いたコンバインドサイクルの発電及び動力システムの
系に配設した発電装置であって、熱電素子により高温面
側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝わる際
に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電
素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側にガス
タービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の低温
面側に低温の温水を使用する第１熱電素子発電装置と、
スチームタービンの下流側の温水を熱電素子の高温面側
に使用し、前記熱電素子の低温面側に低温の温水を使用
する第２熱電素子発電装置としている。
用いたコンバインドサイクルの発電及び動力システムの
系に配設した発電装置であって、熱電素子により高温面
側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝わる際
に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する熱電
素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側にガス
タービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子の低温
面側に低温の温水を使用する第１熱電素子発電装置と、
スチームタービンの下流側の温水を熱電素子の高温面側
に使用し、前記熱電素子の低温面側に低温の温水を使用
する第２熱電素子発電装置としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面に
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに何ら限定さ
れるものではなく適宜変更して実施が可能である。図１
は本発明の熱電素子発電装置の一例を示す概略図であ
る。図において、熱電素子発電装置１６は４面に開口部
を有する略六面体に形成し、該六面体に複数枚の熱電素
子７を適宜の間隔を設けて内設している。
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに何ら限定さ
れるものではなく適宜変更して実施が可能である。図１
は本発明の熱電素子発電装置の一例を示す概略図であ
る。図において、熱電素子発電装置１６は４面に開口部
を有する略六面体に形成し、該六面体に複数枚の熱電素
子７を適宜の間隔を設けて内設している。
【００１３】熱電素子７は、ｐ型半導体とｎ型半導体を
接合したもので環状回路をつくり、その両接合部の一方
を高温に他方を低温にすると電流が流れるものであり、
可動部が無くメインテナンスが不要でコンパクトな板状
であることが特徴である。次に、熱電素子発電装置１６
の機能について図に基づいて説明する。高温ガス又は高
温水１は高温ガス又は高温水流入口２より流入し高温ガ
ス又は高温水出口３より流出する。一方、低温ガス又は
低温水は低温ガス又は低温水流入口４より流入し低温ガ
ス又は低温水出口６より流出する。高温ガス又は高温水
は、低温ガス又は低温水と熱電素子７の壁を挟んで流れ
るので、前記熱電素子７の両面に温度差が生じ、これに
より高温ガス又は高温水の持つ熱エネルギーが低温ガス
又は低温水に伝わる際に電気エネルギーに直接変換され
て発電するものである。また、熱電素子７を効率的に発
電させるためには、熱電素子７の全面域において高温部
と低温部の温度差を維持することが重要であり、熱電素
子７の壁を挟んで高温流体と低温流体を対向流とするこ
とが望ましい。
接合したもので環状回路をつくり、その両接合部の一方
を高温に他方を低温にすると電流が流れるものであり、
可動部が無くメインテナンスが不要でコンパクトな板状
であることが特徴である。次に、熱電素子発電装置１６
の機能について図に基づいて説明する。高温ガス又は高
温水１は高温ガス又は高温水流入口２より流入し高温ガ
ス又は高温水出口３より流出する。一方、低温ガス又は
低温水は低温ガス又は低温水流入口４より流入し低温ガ
ス又は低温水出口６より流出する。高温ガス又は高温水
は、低温ガス又は低温水と熱電素子７の壁を挟んで流れ
るので、前記熱電素子７の両面に温度差が生じ、これに
より高温ガス又は高温水の持つ熱エネルギーが低温ガス
又は低温水に伝わる際に電気エネルギーに直接変換され
て発電するものである。また、熱電素子７を効率的に発
電させるためには、熱電素子７の全面域において高温部
と低温部の温度差を維持することが重要であり、熱電素
子７の壁を挟んで高温流体と低温流体を対向流とするこ
とが望ましい。
【００１４】なお、本実施形態では熱電素子発電装置１
６を略六面体としたが、該熱電素子発電装置１６を円筒
型に形成し、円筒状に形成した熱電素子７を同心円状に
間隙を設けて積層して、一端面より高温流体を流し、他
端面より低温流体を流した対向流とすることにより、前
記と同様の機能を発揮させることが可能である。
６を略六面体としたが、該熱電素子発電装置１６を円筒
型に形成し、円筒状に形成した熱電素子７を同心円状に
間隙を設けて積層して、一端面より高温流体を流し、他
端面より低温流体を流した対向流とすることにより、前
記と同様の機能を発揮させることが可能である。
【００１５】図２は本発明の第１実施形態の一例を示す
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いた再生サイクルの発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮機１１と
ガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３とを備えて
おり、前記空気圧縮機１１と前記ガスタービン燃焼器１
２の間に熱電素子発電装置１６を配設している。図２に
おいて、空気圧縮機１１は大気１４を吸い込んで圧縮し
て高圧空気にするものであり、ガスタービン燃焼器１２
は前記高圧空気と燃料２３とにより燃焼ガスを生成する
ものであり、ガスタービン１３は生成された前記燃焼ガ
スを膨張仕事させて、動力を取り出したり発電機を駆動
して発電１９したりするものである。
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いた再生サイクルの発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮機１１と
ガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３とを備えて
おり、前記空気圧縮機１１と前記ガスタービン燃焼器１
２の間に熱電素子発電装置１６を配設している。図２に
おいて、空気圧縮機１１は大気１４を吸い込んで圧縮し
て高圧空気にするものであり、ガスタービン燃焼器１２
は前記高圧空気と燃料２３とにより燃焼ガスを生成する
ものであり、ガスタービン１３は生成された前記燃焼ガ
スを膨張仕事させて、動力を取り出したり発電機を駆動
して発電１９したりするものである。
【００１６】また、熱電素子発電装置１６は熱電素子１
７の高温面側にガスタービンの高温の排ガス１５を通過
させ、前記熱電素子１７の低温面側に空気圧縮機を出た
低温の吸気を通過させる。これにより、高温の排気ガス
と低温の吸気との温度差により境界面に設置した熱電素
子１７が発電して電力を取り出すことができる。さら
に、電気エネルギーとして回収されなかった排気ガスの
熱エネルギーは、空気圧縮機１１を出た低温の圧縮空気
へ伝わり該圧縮空気を昇温するため、ガスタービンの燃
費向上に寄与する。したがって、従来の再生サイクルの
発電及び動力システムと比較して、全体的な熱効率が向
上する。
７の高温面側にガスタービンの高温の排ガス１５を通過
させ、前記熱電素子１７の低温面側に空気圧縮機を出た
低温の吸気を通過させる。これにより、高温の排気ガス
と低温の吸気との温度差により境界面に設置した熱電素
子１７が発電して電力を取り出すことができる。さら
に、電気エネルギーとして回収されなかった排気ガスの
熱エネルギーは、空気圧縮機１１を出た低温の圧縮空気
へ伝わり該圧縮空気を昇温するため、ガスタービンの燃
費向上に寄与する。したがって、従来の再生サイクルの
発電及び動力システムと比較して、全体的な熱効率が向
上する。
【００１７】図３は本発明の第２実施形態の一例を示す
主要部の系統図である。図に示すよように、本実施形態
はガスタービンを用いた温水利用する発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮機１１と
ガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３とを備えて
おり、ガスタービン１３の排ガス１５出口側に熱電素子
発電装置１６を配設している。図３において、熱電素子
発電装置１６は熱電素子１７の高温面側にガスタービン
の高温の排ガス１５を通過させ、前記熱電素子１７の低
温面側には低温の温水１８を通過させる。これにより、
高温の排気ガスと低温の温水との温度差により境界面に
設置した熱電素子１７が発電して電力を取り出すことが
できる。
主要部の系統図である。図に示すよように、本実施形態
はガスタービンを用いた温水利用する発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮機１１と
ガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３とを備えて
おり、ガスタービン１３の排ガス１５出口側に熱電素子
発電装置１６を配設している。図３において、熱電素子
発電装置１６は熱電素子１７の高温面側にガスタービン
の高温の排ガス１５を通過させ、前記熱電素子１７の低
温面側には低温の温水１８を通過させる。これにより、
高温の排気ガスと低温の温水との温度差により境界面に
設置した熱電素子１７が発電して電力を取り出すことが
できる。
【００１８】また、発電に寄与しなかった高温の排気ガ
スの熱エネルギーは、冷温水を暖めるために使用され
て、昇温された該温水は暖房や給湯等に利用できる。し
たがって、本実施形態は発電及び給湯を目的とした装置
に最適であり、従来の廃熱を温水利用するガスタービン
発電及び動力システムよりも、熱効率をさらに向上させ
ることができる。なお、空気圧縮機１１、ガスタービン
燃焼器１２及びガスタービン１３の構成及び機能につい
ては、前記第１実施形態の一例と同様である。
スの熱エネルギーは、冷温水を暖めるために使用され
て、昇温された該温水は暖房や給湯等に利用できる。し
たがって、本実施形態は発電及び給湯を目的とした装置
に最適であり、従来の廃熱を温水利用するガスタービン
発電及び動力システムよりも、熱効率をさらに向上させ
ることができる。なお、空気圧縮機１１、ガスタービン
燃焼器１２及びガスタービン１３の構成及び機能につい
ては、前記第１実施形態の一例と同様である。
【００１９】図４は本発明の第３実施形態の一例を示す
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いた再生サイクル且つ温水利用システ
ム発電及び動力システムの系に配設した発電装置であ
り、空気圧縮機１１とガスタービン燃焼器１２とガスタ
ービン１３とを備えており、前記空気圧縮機１１と前記
ガスタービン燃焼器１２の間に第１熱電素子発電装置１
６ａを配設すると共に、該第１熱電素子発電装置１６ａ
の排ガス出口側に第２熱電素子発電装置１６ｂを配設し
ている。
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いた再生サイクル且つ温水利用システ
ム発電及び動力システムの系に配設した発電装置であ
り、空気圧縮機１１とガスタービン燃焼器１２とガスタ
ービン１３とを備えており、前記空気圧縮機１１と前記
ガスタービン燃焼器１２の間に第１熱電素子発電装置１
６ａを配設すると共に、該第１熱電素子発電装置１６ａ
の排ガス出口側に第２熱電素子発電装置１６ｂを配設し
ている。
【００２０】図４において第１熱電素子発電装置１６ａ
は第１熱電素子１７ａの高温面側にガスタービンの高温
の排ガス１５を通過させ、前記熱電素子１７ａの低温面
側に空気圧縮機１１を出た低温の吸気を通過させる。ま
た、第２熱電素子発電装置１６ｂは第２熱電素子１７ｂ
の高温面側に前記第１熱電素子発電装置１６ａより出た
高温の排ガスを通過させ、前記第２熱電素子１７ｂの低
温面側に低温の温水を通過させる。これにより、第１熱
電素子発電装置１６ａからは高温の排気ガスと低温の吸
気との温度差により境界面に設置した第１熱電素子１７
ａが発電して電力を取り出すことができる。また、第２
熱電素子発電装置１６ｂからは高温の排気ガスと低温の
温水との温度差により境界面に設置した第２熱電素子１
７ｂが発電して電力を取り出すことができる。
は第１熱電素子１７ａの高温面側にガスタービンの高温
の排ガス１５を通過させ、前記熱電素子１７ａの低温面
側に空気圧縮機１１を出た低温の吸気を通過させる。ま
た、第２熱電素子発電装置１６ｂは第２熱電素子１７ｂ
の高温面側に前記第１熱電素子発電装置１６ａより出た
高温の排ガスを通過させ、前記第２熱電素子１７ｂの低
温面側に低温の温水を通過させる。これにより、第１熱
電素子発電装置１６ａからは高温の排気ガスと低温の吸
気との温度差により境界面に設置した第１熱電素子１７
ａが発電して電力を取り出すことができる。また、第２
熱電素子発電装置１６ｂからは高温の排気ガスと低温の
温水との温度差により境界面に設置した第２熱電素子１
７ｂが発電して電力を取り出すことができる。
【００２１】さらに、発電に寄与しなかった高温の排気
ガスの熱エネルギーは、冷温水１８を暖めるために使用
されて、昇温された該温水は暖房や給湯等に利用でき
る。したがって、本実施形態は発電及び給湯を目的とし
た装置に最適であり、従来の再生サイクルで且つ廃熱を
温水利用するガスタービン発電及び動力システムより
も、熱効率をさらに向上させることができる。なお、空
気圧縮機１１、ガスタービン燃焼器１２及びガスタービ
ン１３の構成及び機能については、前記第１実施形態の
一例と同様である。
ガスの熱エネルギーは、冷温水１８を暖めるために使用
されて、昇温された該温水は暖房や給湯等に利用でき
る。したがって、本実施形態は発電及び給湯を目的とし
た装置に最適であり、従来の再生サイクルで且つ廃熱を
温水利用するガスタービン発電及び動力システムより
も、熱効率をさらに向上させることができる。なお、空
気圧縮機１１、ガスタービン燃焼器１２及びガスタービ
ン１３の構成及び機能については、前記第１実施形態の
一例と同様である。
【００２２】図５は本発明の第４実施形態の一例を示す
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いたコンバインドサイクルの発電及び
動力システムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮
機１１とガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３と
の系と、スチームタービン２２と第２熱電素子発電装置
１６ｂとの系を備えている。ここでスチームタービン２
２と第２熱電素子発電装置１６ｂとの間に追い炊きボイ
ラ２１が配設される場合もある。また、前記ガスタービ
ンの排ガス出口側に第１熱電素子発電装置１６ａを配設
すると共に、該第１熱電素子発電装置１６ａと前記スチ
ームタービン２２の間に第２熱電素子発電装置１６ｂを
配設している。
主要部の系統図である。図に示すように、本実施形態は
ガスタービンを用いたコンバインドサイクルの発電及び
動力システムの系に配設した発電装置であり、空気圧縮
機１１とガスタービン燃焼器１２とガスタービン１３と
の系と、スチームタービン２２と第２熱電素子発電装置
１６ｂとの系を備えている。ここでスチームタービン２
２と第２熱電素子発電装置１６ｂとの間に追い炊きボイ
ラ２１が配設される場合もある。また、前記ガスタービ
ンの排ガス出口側に第１熱電素子発電装置１６ａを配設
すると共に、該第１熱電素子発電装置１６ａと前記スチ
ームタービン２２の間に第２熱電素子発電装置１６ｂを
配設している。
【００２３】図５において第１熱電素子発電装置１６ａ
は第１熱電素子１７ａの高温面側にガスタービンの高温
の排ガス１５を通過させ、前記第１熱電素子１７ａの低
温面側には低温の温水を通過させる。また、第２熱電素
子発電装置１６ｂは第２熱電素子１７ｂの高温面側に前
記スチームタービンより出た高温の温水を通過させ、前
記第２熱電素子１７ｂの低温面側には低温水１８を通過
させる。
は第１熱電素子１７ａの高温面側にガスタービンの高温
の排ガス１５を通過させ、前記第１熱電素子１７ａの低
温面側には低温の温水を通過させる。また、第２熱電素
子発電装置１６ｂは第２熱電素子１７ｂの高温面側に前
記スチームタービンより出た高温の温水を通過させ、前
記第２熱電素子１７ｂの低温面側には低温水１８を通過
させる。
【００２４】これにより、第１熱電素子発電装置１６ａ
からは高温の排気ガスと低温の温水との温度差により境
界面に設置した第１熱電素子１７ａが発電して電力を取
り出すことができる。また、第２熱電素子発電装置１６
ｂは高温の温水と低温の温水とを熱交換させることによ
り第１熱電素子発電装置１６ａに低温の温水を供給して
いる。この温水を追い炊きボイラでさらに加熱し、スチ
ームタービンで発電することにより従来のコンバインド
サイクルに比べて、全体の熱効率をさらに向上させるこ
とができる。なお、空気圧縮機１１、ガスタービン燃焼
器１２及びガスタービン１３の構成及び機能について
は、前記第１実施形態の一例と同様である。
からは高温の排気ガスと低温の温水との温度差により境
界面に設置した第１熱電素子１７ａが発電して電力を取
り出すことができる。また、第２熱電素子発電装置１６
ｂは高温の温水と低温の温水とを熱交換させることによ
り第１熱電素子発電装置１６ａに低温の温水を供給して
いる。この温水を追い炊きボイラでさらに加熱し、スチ
ームタービンで発電することにより従来のコンバインド
サイクルに比べて、全体の熱効率をさらに向上させるこ
とができる。なお、空気圧縮機１１、ガスタービン燃焼
器１２及びガスタービン１３の構成及び機能について
は、前記第１実施形態の一例と同様である。
【００２５】
【発明の効果】本発明では、ガスタービン発電及び動力
システムの系に熱電素子発電装置を配設したので、排気
熱エネルギー等の一部を直接電気エネルギーに変換して
回収すると共に、電気エネルギーとして未回収の排気熱
エネルギーについては熱エネルギーとして再利用するこ
とが可能となる。したがって、従来のガスタービン発電
及び動力システムが捨てていた排気ガスの熱エネルギー
を、熱電素子を用いることによって比較的容易に電気エ
ネルギーとして回収することが可能となり、電力分散化
によるガスタービン発電及び動力システムの重要が拡大
する中、ガスタービンの規模に関係なく全ての機種に対
応でき、全体として大幅なエネルギー効率の改善に寄与
することができる。
システムの系に熱電素子発電装置を配設したので、排気
熱エネルギー等の一部を直接電気エネルギーに変換して
回収すると共に、電気エネルギーとして未回収の排気熱
エネルギーについては熱エネルギーとして再利用するこ
とが可能となる。したがって、従来のガスタービン発電
及び動力システムが捨てていた排気ガスの熱エネルギー
を、熱電素子を用いることによって比較的容易に電気エ
ネルギーとして回収することが可能となり、電力分散化
によるガスタービン発電及び動力システムの重要が拡大
する中、ガスタービンの規模に関係なく全ての機種に対
応でき、全体として大幅なエネルギー効率の改善に寄与
することができる。
【図１】本発明の熱電素子発電装置の一例を示す概略図
である
である
【図２】本発明の第１実施形態の一例を示す主要部の系
統図である。
統図である。
【図３】本発明の第２実施形態の一例を示す主要部の系
統図である。
統図である。
【図４】本発明の第３実施形態の一例を示す主要部の系
統図である。
統図である。
【図５】本発明の第４実施形態の一例を示す主要部の系
統図である。
統図である。
【図６】従来のガスタービン発電及び動力システムの最
も基本的なサイクルの構成図である。
も基本的なサイクルの構成図である。
【図７】従来の再生器を配設した再生サイクルの構成図
である。
である。
【図８】従来の温水熱交換器を配設した温水利用サイク
ルの構成図である。
ルの構成図である。
【図９】従来のコンバインドサイクルの構成図である。
１ 高温ガス又は高温水 ２ 高温ガス又は高温温水流入口 ３ 高温ガス又は高温温水出口 ４ 低温ガス又は低温水流入口 ５ 低温ガス又は低温水 ６ 低温ガス又は低温水出口 ７ 熱電素子 ８ 発電 １１ 空気圧縮機 １２ ガスタービン燃焼器 １３ ガスタービンエンジン １４ 吸気 １５ 排気 １６ 熱電素子発電装置 １６ａ 第１熱電素子発電装置 １６ｂ 第２熱電素子発電装置 １７ 熱電素子 １７ａ 第１熱電素子 １７ｂ 第２熱電素子 １８ 冷温水 １９ 動力又は電気 ２０ 電気 ２１ 追い炊きボイラ ２２ スチームタービン ２３ 燃料 ２４ 再生器 ２５ 温水熱交換器 ２６ 復水器
Claims (4)
- 【請求項１】 ガスタービンを用いた発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用するよ
うに構成したことを特徴とする熱電素子発電装置。 - 【請求項２】 ガスタービンを用いた発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の温水に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に低温の温水を使用するように構成したこと
を特徴とする熱電素子発電装置。 - 【請求項３】 ガスタービンを用いた発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に空気圧縮機を出た低温の吸気を使用する第
１熱電素子発電装置と、該第１熱電素子発電装置を通過
した高温の排ガスを熱電素子の高温面側に使用し、前記
熱電素子の低温面側に低温の温水を使用する第２熱電素
子発電装置とより構成したことを特徴とする熱電素子発
電装置。 - 【請求項４】 ガスタービンを用いた発電及び動力シス
テムの系に配設した発電装置であって、熱電素子により
高温面側の排ガスの熱エネルギーが低温面側の吸気に伝
わる際に、熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換す
る熱電素子発電装置において、前記熱電素子の高温面側
にガスタービンの高温の排ガスを使用し、前記熱電素子
の低温面側に低温の温水を使用する第１熱電素子発電装
置と、スチームタービンの下流側の温水を熱電素子の高
温面側に使用し、前記熱電素子の低温面側に低温の温水
を使用する第２熱電素子発電装置とより構成したことを
特徴とする熱電素子発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000398401A JP2002199761A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 熱電素子発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000398401A JP2002199761A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 熱電素子発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002199761A true JP2002199761A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18863378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000398401A Pending JP2002199761A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 熱電素子発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002199761A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006220005A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Mitsubishi Motors Corp | 車両の熱電発電装置 |
| JP2007503197A (ja) * | 2003-08-18 | 2007-02-15 | ビーエスエスティー エルエルシー | 熱電発電システム |
| JP2008232086A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン発電システム |
| JP2009081970A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Ihi Marine United Inc | 熱電発電装置及び該熱電発電装置を用いた発電システム |
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| US8445772B2 (en) | 2005-06-28 | 2013-05-21 | Bsst, Llc | Thermoelectric power generator with intermediate loop |
| US8578696B2 (en) | 2010-08-03 | 2013-11-12 | General Electric Company | Turbulated arrangement of thermoelectric elements for utilizing waste heat generated from turbine engine |
| US8656710B2 (en) | 2009-07-24 | 2014-02-25 | Bsst Llc | Thermoelectric-based power generation systems and methods |
| CN104410328A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 上海翌先信息科技有限公司 | 低温差发电散热新技术 |
| US9006557B2 (en) | 2011-06-06 | 2015-04-14 | Gentherm Incorporated | Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems |
| US9293680B2 (en) | 2011-06-06 | 2016-03-22 | Gentherm Incorporated | Cartridge-based thermoelectric systems |
| US9306143B2 (en) | 2012-08-01 | 2016-04-05 | Gentherm Incorporated | High efficiency thermoelectric generation |
| WO2016136246A1 (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 千代田化工建設株式会社 | 発電システム |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000398401A patent/JP2002199761A/ja active Pending
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