JP2010038157A - 熱回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ機械システム２により失われる熱を利用してターボ機械効率を向上させること。
【解決手段】ターボ機械システム（２）用の熱回収システム（２０）は、熱除去システム（２０）及び冷却システム（２８）を含む。熱回収システムは、ターボ機械システム（２）の少なくとも１つの部品（１２）に流体接続される。熱除去システムは、冷却流体を少なくとも１つの部品（１２）に通して熱を吸収する。冷却システム（２８）は、熱除去システム（２０）に動作可能に接続される。冷却システム（２８）は、ターボ機械システム（２）の少なくとも１つの部品（１２）を通過する冷却流体から熱を抽出して冷却効果をもたらす。
【選択図】 図１

Description

本発明の例示的な実施形態は、熱回収システムの分野に関し、より詳細には、ターボ機械システムの熱回収システムに関する。

作動中、特にガスタービン及び蒸気タービン複合システムに関連して利用される発電機は、大量の熱を発生する。熱の量を低減するために、ほとんどの発電機は冷却システムを備えている。場合によっては空気冷却で十分である。他の場合には、特に大型の発電システムでは、冷却媒体として水が利用される。より具体的には、水は、例えばステータ巻線を通して導入され、発電機から離れる熱を取り込み誘導する。次いで、水は、冷却タワーを通り、吸収された熱が除去された後、再度発電機を通り抜ける。これは効果的ではあるが、水から取り込まれた熱は損失するので、結果として発電プラントの全体の効率が低くなる。更に、水を冷却タワーに通すのに必要な付加的な仕事は、発電プラントの非効率性の一因となる。

米国特許第５５５５７３８号明細書 米国特許第６１７０２６３号明細書 米国特許第７１７８３４８号明細書

本発明の１つの例示的な実施形態によれば、熱回収システムは、熱除去システム及び冷却システムを含む。熱回収システムは、少なくとも１つの発熱部品に流体接続される。熱除去システムは、冷却流体を少なくとも１つの発熱部品に通して熱を吸収する。冷却システムは、熱除去システムに動作可能に接続される。冷却システムは、少なくとも１つの発熱部品を通過する冷却流体から熱を抽出して冷却効果をもたらす。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、熱回収システムを運転する方法は、流体の流れを少なくとも１つの発熱部品に導く段階を含む。流体は、少なくとも１つの発熱部品から熱を吸収して加熱流体を形成する。本方法は更に、冷却システムに加熱流体を通す段階を含む。冷却システムは、加熱流体から熱を抽出して冷却効果をもたらす。

本発明の例示的な実施形態による熱回収システムの概略図。 図１の熱回収システムの熱除去システム部及び冷却システム部の概略図。

最初に図１を参照すると、本発明の例示的な実施形態に従って構成されたターボ機械システムが全体的に参照符号２で示されている。ターボ機械システム２は、圧縮機取り入れ口５を有し、シャフト８を介してタービン６に動作可能に接続された圧縮機４を含む。次いで、タービン６は、シャフト１４を介して発電機１２に動作可能に結合される。図示の例示的な実施形態によれば、ターボ機械システム２は、熱除去システム２４及び冷却システム２８を有する熱回収システム２０を備える。以下でより詳細に検討するように、熱回収システム２０は、限定ではないが発電機１２などのターボ機械システム２の１以上の部品から通常は大気に向けて失われる熱を回収する。この熱は、冷却システム２８で再利用されて、限定ではないが、圧縮機吸気口５又は他の作動流体流（図示せず）などのターボ機械システム部品に追加の冷却を提供する。勿論、追加の冷却はまた、他のシステム／構造体への空調制御としても利用することができる。

図２に最もよく示されているように、熱除去システム２４は、発電機１２に流体接続されている。熱除去システム２４は、例えば、発電機１２のステータ部分（図示せず）を通って流体を導く第１の冷却回路４２を含む。ここで、用語「流体」とは、液体及び気体の両方を含むように解釈すべきである点に留意されたい。発電機１２を通る流体は、ステータから熱を吸収して、所望の作動温度を維持するようにする。より具体的には、発電機１２を通る流体は、熱を吸収して加熱流体に変わる。加熱流体は、以下でより詳細に検討するように冷却システム２８により利用される。

図２で更に示されるように、冷却システム２８は、凝縮器４６、冷媒発生器４７、吸収装置４９，及び蒸発器５３を含む、蒸気吸収システム（ＶＡ）４４の形態をとる。蒸発器５３は、冷却コイル５５に流体接続される。蒸気吸収システム４４は、凝縮器４６、吸収装置４９、及び冷却タワー（図示せず）を流体的に接する第２の冷却回路６０を含む。より詳細には、第２の冷却回路６０は、熱除去システム２４において熱を吸収することにより形成される加熱流体から熱を吸収する流体を収容する。次いで、冷却流体は、凝縮器４６及び配管６２を通って冷却タワーに向かって流れる。冷却タワーから流れる流体は、追加の配管６３を通って吸収装置４９に戻った後、凝縮器４６に再度流入し、熱除去システム２４内に存在する加熱流体から更に熱を取り込む。

同時に、蒸気吸収機械４４は、吸収サイクル運転により、冷却コイル５５に通る冷却流体流れを発生する。空気流は冷却コイル５５を流れる。空気流は、冷却流体に熱を奪われて冷却空気流を形成する。次いで、冷却空気流は、圧縮機吸気口５、或いは、他のターボ機械システム部品及び／又は関連の構造体に導かれる。より具体的には、蒸発器５３は、第３の流体回路６９を介して冷却コイル６６に流体接続される。第３の冷却回路６９は、蒸発器５３と冷却コイル６９との間を循環する流体を収容する。冷却コイル６６にわたって流れる空気は、第３の冷却回路６９を通過し、第３の冷却回路６９内の冷却流体に熱を奪われる。従って、第１の温度で冷却コイル６６に流入する空気は、第２のより低い温度で出ていく。第３の冷却回路６９内の冷却流体は、蒸発器５３を通過し、冷媒との間で、冷却コイル６６を通って流れる空気流により取り込まれた熱を交換する。

上記のことに基づくと、本発明の熱回収システムは、通常ターボ機械システム２により失われる熱を利用して、冷却空気を他のターボ機械システム部品に提供することは明らかであろう。このようにしてターボ機械効率が向上する。ターボ機械システム部品により失われる熱を動力源とした冷却システムに接続される冷却コイルにわたって空気を導くことで、このターボ機械システム２により、約１３メガワットのターボ機械システム出力の増大が達成される。この出力増大により約０．１％の効率向上がもたらされる。従って、通常は失われる熱が回収され、発電プラント効率の向上に利用される。

一般に、本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること並びにあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定められ、当業者に想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

２ ターボ機械システム
４ 圧縮機
５ 圧縮機吸気口
６ タービン
８ シャフト
１２ 発電機
１４ シャフト
２０ 熱回収システム
２４ 熱除去システム
２８ 冷却システム
３０ 発電機冷却システム
４１ 第１の冷却回路
４４ 蒸気吸収システム（ＶＡ）
４６ 凝縮器
４９ 吸収装置
５３ 蒸発器
６０ 第２の冷却回路
６６ 冷却コイル
６９ 第３の冷却回路

Claims (5)

1. 少なくとも１つの発熱部品（１２）に流体接続され、冷却流体を前記発熱部品（１２）に通して熱を吸収するようにする熱除去システム（２４）と、
   前記熱除去システム（２４）に動作可能に接続され、前記少なくとも１つの発熱部品（１２）を通過する前記冷却流体から熱を抽出して冷却効果をもたらす冷却システム（２８）と、
   を備える熱回収システム（２０）。
2. 前記少なくとも１つの発熱部品（１２）が発電機である、請求項１記載の熱回収システム（２０）。
3. 前記冷却システム（２８）が蒸気吸収システムである、請求項１記載の熱回収システム（２０）。
4. 吸気口（５）を有する圧縮機（９）を含むターボ機械システム（２）を更に備えており、前記冷却システム（２８）が前記ターボ機械システム（２）に動作可能に結合される、請求項１記載の熱回収システム（２０）。
5. 前記ターボ機械システム（２）が、吸気口（５）を有する圧縮機（４）を含み、前記圧縮機（４）の吸気口（５）に流れる空気流を冷却するために前記冷却効果が利用される、請求項４記載の熱回収システム（２０）。

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