JP2019210866A - 熱併給発電プラントとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントの排熱を利用して冷却または加熱を実行し、発電と冷却または加熱の実行とを独立に行うことができる熱併給発電プラントを提供する。【解決手段】発電プラントの熱で吸収液５２を再生する再生器２１と、再生された吸収液５１を貯蔵する高濃度吸収液タンク３１と、水５０を生成する凝縮器２２と、水５０を蒸発させる蒸発器２３と、タンク３１から吸収液５１が供給される熱交換器３３と、熱交換器３３からの吸収液５１に蒸発器２３からの蒸気を吸収させる吸収器２０と、蒸気を吸収した吸収液５２を貯蔵する低濃度吸収液タンク３２を備える。熱交換器３３は、タンク３１から供給され吸収器２０に供給される前の吸収液５１と、吸収器２０から供給されタンク３２に貯蔵される前の吸収液５２とで熱交換を行う。タンク３２には、蒸気を吸収した吸収液５２が熱交換器３３から供給される。再生器２１は、タンク３２からの吸収液５２を再生する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱併給発電プラントとその運転方法に関する。

熱併給発電プラントは、発電プラントの排熱などを熱源とした吸収式冷凍機を利用して、冷却または加熱を実行するプラントである。

特許文献１には、熱を利用して冷却を実行する吸収式冷凍機の例が記載されている。吸収式冷凍機は、再生器と吸収器と蒸発器を備え、冷媒（例えば、水）と冷媒を吸収する吸収液を用いて低温を得る。吸収式冷凍機において、吸収器で水蒸気を吸収し濃度が下がった吸収液は、再生器で加熱され、水蒸気が蒸発することにより濃度が再び高くなって再生される。再生器で加熱された吸収液は、温度が高い。吸収器では、再生器で再生された吸収液が、蒸発器から供給された水蒸気を吸収し、吸収器と蒸発器の内部の蒸気の圧力を低下させる。このため、蒸発器では、水の蒸発が促進され、冷却が実行される。この吸収過程では、吸収液は、温度が低く保たれることが好ましいので、吸収器内の冷却管の外表面を流下する。水蒸気を吸収した吸収液は、濃度が低く、タンクに貯められる。このタンクから排出された低濃度の吸収液は、再生された直後の高濃度で高温の吸収液から熱を回収し、再生器に送られる。

特開２００８−９５９７６号公報

近年増加している風力などの自然エネルギーを利用した発電は、出力の変動が大きいので、ガスタービン発電などの発電プラントの出力を用いて、出力の変動を抑制することが求められる。このため、ガスタービン発電は、自然エネルギー発電の出力の変動に追従して出力を変動させることが求められる。

ガスタービンの排熱は、概ね発電出力に比例する。しかし、冷却に対する需要、例えば冷水の需要は、変動するガスタービン発電の出力に通常は依存しない。すなわち、ガスタービンの排熱の発生と冷水の需要との間には、時間的な不適合が生じる。従って、例えば、ガスタービンの排熱を吸収式冷凍機の熱源に利用して冷却を行う（例えば、冷水を生成する）場合には、発生する排熱量と冷水の需要量との時間的な不適合を解消することが課題である。

冷水を蓄えることは、この課題の解決策の１つであるが、蓄エネルギー密度が小さいことが難点である。エネルギーを吸収液の濃度差に置き換えて吸収液を蓄えれば、等価的な蓄エネルギー密度を大幅に増やすことが可能である。

特許文献１には、吸収液を貯めるタンクが記載されている。しかし、特許文献１に記載の技術では、低濃度の吸収液が低温のままタンクに貯められ、ガスタービンでの発電（すなわち、発電で発生した排熱を利用した吸収液の再生）と冷却の実行（例えば、冷水の生成）とを独立に行うことが困難である。例えば、ガスタービンが停止しているときに冷水を供給したい場合には、再生された高濃度の吸収液は、タンクに蓄えられた低濃度の吸収液と熱交換した後で吸収器に導かれる一方、熱交換により高温となった低濃度の吸収液は、ガスタービンが停止しているため再生されず、増え続けることになるという課題がある。また、冷却の実行を停止してガスタービンを稼動するときにも、同様の課題がある。このような課題があるため、特許文献１の技術では、発電と冷却の実行とを独立に行うことが困難である。

さらに、一般には、吸収液を貯めるタンクでは、吸収液の体積の変動に対応した自由液面を持つが、自由液面の上方の空間に不凝縮ガス（例えば、空気）が漏れ入ると、自由液面を通して吸収液に不凝縮ガスが溶解する。吸収液から不凝縮ガスが再放出されると、吸収や凝縮の伝熱特性が極端に低下する。

本発明は、発電プラントの排熱を利用して冷却または加熱を実行する熱併給発電プラントであって、発電と冷却または加熱の実行とを独立に行うことができる熱併給発電プラントと、その運転方法を提供することを目的とする。

本発明による熱併給発電プラントは、発電プラントの熱を熱源として吸収液を加熱して、前記吸収液を再生する再生器と、前記再生器で再生された前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する高濃度吸収液タンクと、前記再生器で生成された蒸気を冷却して水を生成する凝縮器と、前記凝縮器から供給された前記水を蒸発させる蒸発器と、前記高濃度吸収液タンクから前記吸収液が供給される熱交換器と、前記熱交換器から供給された前記吸収液に、前記蒸発器から供給された蒸気を吸収させる吸収器と、前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する低濃度吸収液タンクとを備える。前記熱交換器は、前記高濃度吸収液タンクから供給され前記吸収器に供給される前の前記吸収液と、前記吸収器から供給され前記低濃度吸収液タンクに貯蔵される前の前記吸収液とで熱交換を行う。前記低濃度吸収液タンクには、前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液が前記熱交換器から供給される。前記再生器は、前記低濃度吸収液タンクから供給された前記吸収液を再生する。

本発明によると、発電プラントの排熱を利用して冷却または加熱を実行する熱併給発電プラントであって、発電と冷却または加熱の実行とを独立に行うことができる熱併給発電プラントと、その運転方法を提供することができる。

本発明の実施例１による熱併給発電プラントの構成図。 本発明の実施例２による熱併給発電プラントの構成図。 本発明の実施例３による熱併給発電プラントの構成図。 本発明の実施例４による熱併給発電プラントの吸収・蒸発装置の横断面図。 本発明の実施例４による熱併給発電プラントの吸収・蒸発装置の縦断面図。 本発明の実施例４による熱併給発電プラントの吸収・蒸発装置の使用方法例の概略を示す図。

本発明による熱併給発電プラントは、発電プラントの排熱を熱源とした吸収式冷凍機を利用して冷却を実行する、または加熱を実行することができる。発電プラントでの発電と冷却または加熱の実行は、独立に行うことができる。冷却の実行とは、例えば冷水や冷風を生成することであり、加熱の実行とは、例えば温水や温風を生成することである。発電プラントの排熱には、例えば、ガスタービンの排熱、蒸気タービンの排熱、及びガスタービンによる発電と蒸気タービンによる発電とを組み合わせたコンバインドサイクル発電の排熱を利用することができる。以下では、発電プラントとして、主に、ガスタービン発電プラントを例示する。また、以下では、冷却の実行と加熱の実行うち、主に、冷却の実行である冷水の生成を例示する。

本発明による熱併給発電プラントは、高濃度吸収液タンクと低濃度吸収液タンクという自由液面を有する２つのタンクを備える。高濃度吸収液タンクは、再生器で再生された直後の高濃度の吸収液（高濃度吸収液）を高温で蓄える。低濃度吸収液タンクは、吸収器で生じた低濃度の吸収液（低濃度吸収液）を、低濃度吸収液が高温の高濃度吸収液から熱を回収した後で蓄える。

本発明による熱併給発電プラントは、冷却の実行期間（例えば、冷水の供給期間）をガスタービンの稼動期間と分離することが可能である。また、エネルギー利用効率を向上する効果と、吸収液を貯蔵するタンク内に空気が漏れ入って吸収液に空気が溶解するのを抑制する効果が得られる。

本発明による熱併給発電プラントでは、冷却の実行が必要なとき（例えば、冷水の需要が生じたとき）に、高温の高濃度吸収液が、高濃度吸収液タンクから取り出され、低濃度吸収液と熱交換して減温し吸収器に導かれる。吸収器では、高濃度吸収液が、蒸発器で冷水が生成されるときに発生した水蒸気を吸収して、低濃度吸収液になる。高濃度吸収液は、減温したので効率良く水蒸気を吸収できる。また、吸収器で生じた低濃度吸収液は、高温の高濃度吸収液と熱交換して昇温された後で低濃度吸収液タンクに蓄えられるため、再生に必要な熱エネルギーが低減される。本発明による熱併給発電プラントでは、このようにして、エネルギー利用効率を向上できる。

本発明による熱併給発電プラントでは、冷却の実行（蒸発器での水蒸気の発生と、吸収器での高濃度吸収液による水蒸気の吸収というプロセスの実行）は、ガスタービンが稼動していなくても、低濃度吸収液タンクの容量に余裕がある限り行うことができる。ガスタービンが稼動しているときに、高温の低濃度吸収液は、低濃度吸収液タンクから取り出されて再生器に導かれ、ガスタービンによる発電の排熱を利用して再生器で再生された後、高濃度吸収液タンクに蓄えられる。本発明による熱併給発電プラントは、このように動作することで、冷水の生成と発電とを独立に行うことができ、冷水の供給期間とガスタービンの稼動期間とを分離することができる。

さらに、低濃度吸収液と高濃度吸収液が昇温されてタンクに蓄えられるので、これらのタンクは、自由液面の上方の空間が蒸気で満たされ、タンク内に不凝縮ガス（例えば、空気）が漏れ入るリスクを低減でき、吸収液に空気が溶解するのを抑制することができる。

以下では、本発明の実施例による熱併給発電プラントとその運転方法を説明する。本発明の実施例による熱併給発電プラントは、人が運転することもでき、コンピュータが制御して運転することもできる。なお、以下の実施例では、冷媒を水とし吸収液を臭化リチウムとするが、冷媒と吸収液は、他の物質（例えば、冷媒がアンモニアで吸収液が水）でもよい。また、以下の実施例では、主に、熱併給発電プラントが冷却を実行して冷水を生成する例を説明する。

図１は、本発明の実施例１による熱併給発電プラントの構成図である。本実施例による熱併給発電プラントは、圧縮機１１、燃焼器１２、ガスタービン１３、排熱回収ボイラ１４、再生器２１、高濃度吸収液タンク３１、吸収器２０、蒸発器２３、熱交換器３３、低濃度吸収液タンク３２、凝縮器２２、加圧ポンプ３５、純水タンク４０、放熱器４１、冷却用の蒸発器９０、及び復水器９１を備える。

圧縮機１１、燃焼器１２、ガスタービン１３、及び排熱回収ボイラ１４は、ガスタービン発電プラントを構成する。圧縮機１１は、空気を圧縮する。燃焼器１２は、燃料を圧縮機１１で圧縮した空気と混合して燃焼させる。ガスタービン１３は、燃焼器１２で発生した高温で高圧のガスにより回転する。排熱回収ボイラ１４は、ガスタービン１３の排ガスから熱エネルギーを回収する。

再生器２１、高濃度吸収液タンク３１、吸収器２０、蒸発器２３、熱交換器３３、低濃度吸収液タンク３２、凝縮器２２、加圧ポンプ３５、純水タンク４０、及び放熱器４１は、吸収式冷凍機を構成する。吸収式冷凍機は、冷媒と吸収液を用いて冷却を実行し、冷水を生成する。

再生器２１は、排熱回収ボイラ１４が回収した熱を熱源として、吸収器２０で水蒸気を吸収して濃度が下がった吸収液（低濃度吸収液５２）を加熱することで、吸収液を再生する。吸収液は、水蒸気が蒸発して濃度が再び高くなることで再生される。再生された吸収液（高濃度吸収液５１）は、加熱されたため温度が高い。

高濃度吸収液タンク３１は、再生器２１で再生された高温で高濃度の吸収液（高濃度吸収液５１）を貯蔵する。高濃度吸収液タンク３１は、保温性を高くするため、その体積に対し表面積が小さい形状であるのが好ましい。高濃度吸収液タンク３１の外壁を保温材で覆うと、高濃度吸収液タンク３１の保温性が一層高まる。

吸収器２０は、熱交換器３３から供給された高濃度吸収液５１（再生器２１で再生されて高濃度吸収液タンク３１に貯蔵された吸収液）に、蒸発器２３から供給された蒸気（水蒸気）を吸収させ、水蒸気を回収する。この吸収過程では、吸収液は、効率良く水蒸気を吸収するために、温度が低く保たれることが好ましい。このため、高濃度吸収液タンク３１から供給された高濃度吸収液５１は、熱交換器３３で放熱して減温した後、吸収器２０に導かれ、吸収器２０の内部の冷却管の外表面を流下して水蒸気を吸収する。吸収器２０で水蒸気を吸収した高濃度吸収液５１は、濃度が低くなり、低濃度吸収液５２となる。

吸収器２０で吸収液が水蒸気を吸収することで、吸収器２０と蒸発器２３の内部の蒸気の圧力が低下する。

蒸発器２３では、内部の蒸気の圧力が低下すると、凝縮器２２から供給された水５０の蒸発が促進され、冷却が実行される。蒸発器２３は、熱併給発電プラントの外部から水６０が供給され、水５０を蒸発させて外部から供給された水６０を冷却することで、冷水を生成することができる。

吸収器２０で水蒸気を吸収した吸収液は、濃度が低く、温度が低い。この低濃度吸収液５２は、加圧ポンプ３５で加圧されて、熱交換器３３に供給される。

熱交換器３３は、高濃度吸収液タンク３１から供給されて吸収器２０に供給される前の高温の高濃度吸収液５１と、吸収器２０から供給されて低濃度吸収液タンク３２に貯蔵される前の低温の低濃度吸収液５２とで熱交換を行う。吸収器２０で水蒸気を吸収した低濃度吸収液５２は、熱交換器３３で、再生器２１で再生された高濃度吸収液５１から熱を回収し、昇温する。

低濃度吸収液タンク３２には、熱交換器３３から低濃度吸収液５２が供給される。低濃度吸収液タンク３２は、熱交換器３３で昇温した低濃度吸収液５２（すなわち、吸収器２０で水蒸気を吸収した吸収液）を貯蔵する。低濃度吸収液タンク３２に貯蔵された低濃度吸収液５２は、再生器２１に供給される。低濃度吸収液タンク３２は、上部に弁３２１を備える。低濃度吸収液タンク３２の外壁を保温材で覆うと、低濃度吸収液タンク３２の保温性が一層高まる。

再生器２１は、低濃度吸収液タンク３２から供給された低濃度吸収液５２を加熱することで吸収液を再生し、高濃度吸収液５１を生成する。

凝縮器２２は、再生器２１での吸収液の再生（低濃度吸収液５２の加熱）で生成された水蒸気を冷却して凝縮させる。凝縮器２２は、この水蒸気から熱Ｑ_Ｈを奪って水蒸気を凝縮させ、水５０を生成する。

凝縮器２２で生成された水５０（純水）は、純水タンク４０に貯蔵され、放熱器４１で放熱して、蒸発器２３に供給される。

吸収器２０での吸収過程で生じた吸収熱は、冷却用の蒸発器９０を経由して復水器９１に排出され、復水器９１から海水に放熱される。

冷水の需要が生じたときなどで冷水を生成する場合には、高濃度吸収液タンク３１は、貯蔵している高温の高濃度吸収液５１を熱交換器３３に供給する。高濃度吸収液５１は、熱交換器３３を経由して吸収器２０に供給される。吸収器２０は、熱交換器３３から供給された高濃度吸収液５１に蒸発器２３から供給された蒸気を吸収させ、低濃度吸収液５２を生成する。低濃度吸収液５２は、熱交換器３３で昇温されて低濃度吸収液タンク３２に貯蔵される。このプロセスは、排熱回収ボイラ１４から熱が供給されていても供給されていなくても、高濃度吸収液タンク３１が高濃度吸収液５１を貯蔵しており、低濃度吸収液タンク３２が低濃度吸収液５２を貯蔵できる余裕がある限り作動することができる。

ガスタービン１３が稼動しているときには、低濃度吸収液タンク３２に貯蔵された高温の低濃度吸収液５２は、再生器２１に供給される。再生器２１は、供給された低濃度吸収液５２を排熱回収ボイラ１４からの熱により再生し、再生された高濃度吸収液５１を高濃度吸収液タンク３１に貯蔵する。

本実施例による熱併給発電プラントは、このように動作することで、冷水の生成と発電（ガスタービン１３の稼動）とを切り離して独立に行うことができる。このため、本実施例による熱併給発電プラントは、冷水の供給期間とガスタービン１３の稼動期間とを分離し、ガスタービン１３が稼動しているか否かに関わらず、需要に応じて冷水を供給することができる。

さらに、吸収器２０で生成された低濃度吸収液５２が熱交換器３３で昇温されて低濃度吸収液タンク３２に貯蔵されるため、低濃度吸収液タンク３２は、自由液面の上方の空間が蒸気で満たされる。高濃度吸収液タンク３１は、再生器２１で再生された直後の高温の高濃度吸収液５１を貯蔵するので、自由液面の上方の空間が蒸気で満たされる。すなわち、高濃度吸収液タンク３１と低濃度吸収液タンク３２は、それぞれ高温度の高濃度吸収液５１と低濃度吸収液５２を貯蔵するので、吸収液５１、５２の飽和蒸気圧力が高くなり、タンク３１、３２の内部での空気の滞留を防止できる。このため、高濃度吸収液タンク３１と低濃度吸収液タンク３２は、それぞれの内部に空気が漏れ入るリスクを低減でき、吸収液５１、５２に空気が溶解するのを抑制することができる。

なお、タンク３１、３２の内部では、吸収液５１、５２の飽和蒸気圧力を大気圧力より高くするのが好ましい。吸収液５１、５２の飽和蒸気圧力は、設計条件によって決定される。

高濃度吸収液タンク３１は、高濃度吸収液５１を積極的に脱気するための脱気機構３４を備えることができる。図１に示す高濃度吸収液タンク３１は、脱気機構３４を備え、高濃度吸収液タンク３１の内部での空気の滞留を防止でき、高濃度吸収液５１に空気が溶解するのを防止できる。低濃度吸収液タンク３２に脱気機構３４を設けても、高濃度吸収液タンク３１に脱気機構３４を設けた場合と同様の効果が低濃度吸収液タンク３２で得られる。脱気機構３４には、例えば、沸騰水型原子力発電所で用いられているスプレー脱気方式の脱気器を用いることができる。このような脱気機構の例は、特開昭６３−２１７１０９号公報に開示されている。

以下、脱気機構３４の例について説明する。本実施例での脱気機構３４は、放熱器と噴霧器と真空ポンプとを備える。

再生器２１から高濃度吸収液タンク３１に供給される高濃度吸収液５１は、２つに分岐する。一方の高濃度吸収液５１は、高温を保ったまま、高濃度吸収液タンク３１の液溜まりに流れ込む。他方の高濃度吸収液５１は、脱気機構３４に流れ込み、放熱器で放熱して減温され、高濃度吸収液タンク３１の液面の上方の空間に噴霧器によって噴霧される。噴霧された高濃度吸収液５１の液滴は、温度が低いため、凝縮（または吸収）が生じ加熱される。高濃度吸収液タンク３１は、液面の上方の空間が減圧され、液溜まりに存在する高濃度吸収液５１が減圧沸騰する。

高濃度吸収液５１の脱気は、次の２つのプロセスで進む。第１は、噴霧された高濃度吸収液５１の液滴が加熱されて空気が放出されるプロセスである。第２は、高濃度吸収液タンク３１の液溜まりの液の減圧沸騰のプロセスである。高濃度吸収液タンク３１の内部では、下部で液溜まりの液が沸騰し、上部で液滴への凝縮が生じるので、液面の上方の空間で下部から上部に向かう蒸気の流れが生じる。高濃度吸収液５１から脱気された空気は、この蒸気の流れに乗って上部に集まる。上部に集まった空気は、最終的には、高濃度吸収液タンク３１の上部に設置された真空ポンプで高濃度吸収液タンク３１から排気される。

なお、図１において、蒸発器２３に供給される純水は、再生器２１で生成した水蒸気を凝縮させた水５０を用いているが、これは、吸収液５１、５２の溶媒と溶質が全て閉ループ内を循環することを想定した例である。蒸発器２３に供給される純水には、別の方法で供給された純水を用いることもできる。また、吸収器２０からの熱は、最終的に復水器９１から海水に放熱されるが、復水器９１の代わりにクーリングタワーなどを用いて放熱することもできる。

図２は、本発明の実施例２による熱併給発電プラントの構成図である。図２において、図１と同一の符号は、実施例１と同一または共通する要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

本実施例による熱併給発電プラントは、高濃度吸収液５１を複数の地点に供給し、これら複数の地点で冷却または加熱を実行する（例えば、冷水を生成する）。図２は、２つの互いに異なる地点Ａ、Ｂに高濃度吸収液５１を供給する例を示している。

本実施例による熱併給発電プラントは、吸収器２０、蒸発器２３、加圧ポンプ３５、冷却用の蒸発器９０、及び復水器９１を備える装置群を複数備える。これらの装置群は、地点Ａ、Ｂのそれぞれに１つまたは複数が配置される。

本実施例による熱併給発電プラントでは、熱交換器３３は、地点Ａ、Ｂのそれぞれの装置群の吸収器２０に、熱交換器３３で放熱して減温した高濃度吸収液５１を供給する。それぞれの装置群では、吸収器２０は、熱交換器３３から供給された高濃度吸収液５１に蒸発器２３から供給された蒸気を吸収させる。熱交換器３３には、それぞれの装置群の吸収器２０から低濃度吸収液５２が供給される。

また、凝縮器２２は、それぞれの装置群の蒸発器２３に水５０を供給する。それぞれの装置群では、蒸発器２３は、凝縮器２２から供給された水５０を蒸発させて、外部から供給された水６０を冷却することで、冷水を生成する。

本実施例による熱併給発電プラントは、冷水の需要が複数の地点で生じても、それぞれの地点で冷水を生成することができる。また、冷水の需要が生じた複数の地点が熱交換器３３から遠方にあっても、高濃度吸収液５１と水５０は、常温（環境によって決まる温度、例えば１０〜２０℃）に近い温度で熱ロスがなくそれぞれの地点に供給することができる。低濃度吸収液５２が常温に近い温度で遠方から回収されても、熱バランスに大きな影響を与えない。このように、本実施例による熱併給発電プラントは、広域に点在する複数の地点で冷却または加熱を実行することが可能である。

図３は、本発明の実施例３による熱併給発電プラントの構成図である。図３において、図１と同一の符号は、実施例１と同一または共通する要素を示し、これらの要素については説明を省略する。

本実施例による熱併給発電プラントは、再生器２１が吸収液を再生するときの熱源として、コンバインドサイクル発電プラントの排熱を利用する。コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンと蒸気タービンとを備え、ガスタービンによる発電と蒸気タービンによる発電とを組み合わせて発電する発電プラントである。本実施例による熱併給発電プラントは、コンバインドサイクル発電プラントの構成要素として、圧縮機１１、燃焼器１２、ガスタービン１３、及び排熱回収ボイラ１４の他に、蒸気タービン１５、蒸気ドラム１４１、蒸発管１４２、及びエコノマイザ１４３を備える。

本実施例による熱併給発電プラントでは、排熱回収ボイラ１４から蒸気タービン１５に供給される蒸気の一部を抽気し、再生器２１の熱源とする。再生器２１、凝縮器２２、蒸発器２３、吸収器２０、高濃度吸収液タンク３１、低濃度吸収液タンク３２、及び熱交換器３３など、本実施例による熱併給発電プラントのその他の主な構成は、実施例１による熱併給発電プラントと同じである。

本実施例による熱併給発電プラントは、既に稼動しているコンバインドサイクル発電プラントを利用して、冷却または加熱を実行することができるという利点がある。既存のコンバインドサイクル発電プラントを利用する際には、コンバインドサイクル発電プラントの改造を小さく留めることができる。

本発明の実施例４による熱併給発電プラントを説明する。本実施例による熱併給発電プラントは、実施例１から実施例３による熱併給発電プラントにおいて、吸収器２０と蒸発器２３を備えず、吸収器２０と蒸発器２３の機能を一体化して１つのパッケージとした吸収・蒸発装置を備える。吸収・蒸発装置は、冷却または加熱を実行する装置である。

図４Ａは、吸収・蒸発装置２００の横断面図であり、図４Ｂは、吸収・蒸発装置２００の縦断面図である。吸収・蒸発装置２００は、円筒状であり、互いに径が異なる円筒状の伝熱管２０１、伝熱管２０２と、互いに径が異なる円筒状の気体透過膜２０３、気体透過膜２０４とを備える。気体透過膜２０３、２０４は、気体を透過させるが、液体を透過させない膜である。

伝熱管２０１は、吸収・蒸発装置２００の外周部に位置し、吸収・蒸発装置２００の外周面を構成する。

伝熱管２０２は、伝熱管２０１より径が小さく、吸収・蒸発装置２００の径方向中央部に位置する。伝熱管２０２の内部の空間は、熱媒体流路２０５である。

気体透過膜２０３は、伝熱管２０１と伝熱管２０２との径方向の間に位置する。気体透過膜２０３と伝熱管２０１との間の空間は、吸収液流路２０８である。

気体透過膜２０４は、気体透過膜２０３と伝熱管２０２との径方向の間に位置する。伝熱管２０２と気体透過膜２０４との間の空間は、純水流路２０６である。気体透過膜２０４と気体透過膜２０３との間の空間は、隙間２０７であり、空洞である。

すなわち、吸収・蒸発装置２００は、径方向の中央部から外側に向かって、熱媒体流路２０５、伝熱管２０２、純水流路２０６、気体透過膜２０４、隙間２０７、気体透過膜２０３、吸収液流路２０８、及び伝熱管２０１を備える。熱媒体流路２０５、純水流路２０６、及び吸収液流路２０８は、両端部が開口している。隙間２０７は、両端部が閉じている。

吸収・蒸発装置２００は、実施例１による熱併給発電プラント（図１）の吸収器２０と蒸発器２３の機能を備え、これらの機能を簡易な構成で実現する。吸収・蒸発装置２００には、高濃度吸収液５１、水５０（純水）、及び熱媒体６１が供給される。熱媒体６１は、例えば、水や空気である。

吸収液流路２０８には、高濃度吸収液タンク３１から供給されて熱交換器３３で低濃度吸収液５２と熱交換をした高濃度吸収液５１が、熱交換器３３から流入する。高濃度吸収液５１は、気体透過膜２０３によって伝熱管２０１の内表面に接触し保持される。純水流路２０６には、凝縮器２２で生成された水５０が流入する。水５０は、気体透過膜２０４によって伝熱管２０２の外表面に接触し保持される。熱媒体流路２０５には、熱媒体６１が流入する。

熱媒体流路２０５に流入した熱媒体６１は、純水流路２０６の水５０を加熱する。水５０は、加熱されると、気体透過膜２０４の内面で蒸発して蒸気となる。これは、後述するように隙間２０７の蒸気が高濃度吸収液５１に吸収され、隙間２０７の蒸気分圧が低く保たれるためである。このようにして、純水流路２０６は、流入した水５０を熱媒体６１で加熱して蒸気を生成し、生成された蒸気は、気体透過膜２０４を通過して隙間２０７を満たす。これにより、熱媒体６１は、減温する。熱媒体６１が水であれば、冷水が生成される。

隙間２０７の蒸気は、気体透過膜２０３を透過し、吸収液流路２０８の高濃度吸収液５１に吸収される。すなわち、吸収液流路２０８は、純水流路２０６で生成されて気体透過膜２０４と気体透過膜２０３を透過した蒸気を、高濃度吸収液５１に吸収させる。蒸気が高濃度吸収液５１に吸収されると、吸収熱が生じる。生じた吸収熱は、隙間２０７の蒸気にも伝わるが、主に吸収液流路２０８の高濃度吸収液５１に伝わる。高濃度吸収液５１に伝わった吸収熱Ｑは、伝熱管２０１に伝わり、伝熱管２０１の外表面から周囲の環境に放熱される。隙間２０７の蒸気を吸収した高濃度吸収液５１は、濃度が低くなり、低濃度吸収液５２となる。低濃度吸収液５２は、吸収液流路２０８を流れて吸収・蒸発装置２００から流出し、熱交換器３３に供給される。

図５は、吸収・蒸発装置２００の使用方法例の概略を示す図である。なお、吸収・蒸発装置２００の周囲には、常温の熱源（熱媒体６１）が豊富にあるのが好ましい。また、複数の地点に吸収・蒸発装置２００を配置し、実施例２に示したように複数の地点に高濃度吸収液５１を供給し、これらの複数の地点で冷却または加熱を実行する（例えば、冷水を生成する）こともできる。

吸収・蒸発装置２００は、長さ方向の両端部にヘッダ部２１０を備える。一端部のヘッダ部２１０は、吸収・蒸発装置２００に流入する流体（例えば、熱媒体６１、水５０、及び高濃度吸収液５１）を分配して流路２０５、２０６、２０８に供給する。他端部のヘッダ部２１０は、吸収・蒸発装置２００から流体（例えば、熱媒体６１、及び低濃度吸収液５２）を流出させる。水５０は、純水流路２０６で蒸発し消費されて吸収・蒸発装置２００から流出しないが、吸収・蒸発装置２００から流出してもよい。

一端部のヘッダ部２１０により、高濃度吸収液５１は、吸収液流路２０８に供給され、水５０は、純水流路２０６に供給され、熱媒体６１は、熱媒体流路２０５に供給される。なお、熱媒体６１は、吸収・蒸発装置２００の周囲から集めることができる。

吸収・蒸発装置２００は、上述したような吸収と蒸発を一体化したプロセスを実行すると、外表面が吸収熱Ｑで発熱し、常温の熱媒体６１（例えば、外部から供給された水６０）から冷却された熱媒体６１（例えば、冷水）を得ることができる。

また、吸収・蒸発装置２００は、純水流路２０６と吸収液流路２０８の位置が入れ替わってもよい。吸収・蒸発装置２００は、純水流路２０６と吸収液流路２０８の位置が入れ替わると、径方向の中央部から外側に向かって、熱媒体流路２０５、伝熱管２０２、吸収液流路２０８、気体透過膜２０４、隙間２０７、気体透過膜２０３、純水流路２０６、及び伝熱管２０１を備え、外表面から吸熱し、常温の熱媒体６１から加熱された熱媒体６１を得ることができる。

吸収・蒸発装置２００で、純水流路２０６と吸収液流路２０８の位置が入れ替わり、常温の熱媒体６１から加熱された熱媒体６１を得るプロセスを説明する。気体透過膜２０３と伝熱管２０１との間の空間が純水流路２０６であり、純水流路２０６には、凝縮器２２で生成された水５０が流れる。伝熱管２０２と気体透過膜２０４との間の空間が吸収液流路２０８であり、吸収液流路２０８には、高濃度吸収液５１が流れる。

純水流路２０６の水５０は、吸収・蒸発装置２００の外表面の熱で加熱され、蒸発して蒸気となる。この蒸気は、気体透過膜２０３を透過して隙間２０７を満たす。隙間２０７の蒸気は、気体透過膜２０４を透過し、吸収液流路２０８の高濃度吸収液５１に吸収され、吸収熱を生じる。生じた吸収熱は、主に吸収液流路２０８の高濃度吸収液５１に伝わる。高濃度吸収液５１に伝わった吸収熱Ｑは、熱媒体流路２０５に流入した常温の熱媒体６１を加熱する。このようにして、加熱された熱媒体６１を得ることができる。熱媒体６１が水であれば、温水を生成することができる。

本実施例による熱併給発電プラントは、吸収器２０と蒸発器２３が１つのパッケージとなった簡易な構成の吸収・蒸発装置２００を備えるので、広域の複数の地点で冷却または加熱を実行するのに便利であり、例えば、農業やメタンハイドレート回収の熱源としても利用することができる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１１…圧縮機、１２…燃焼器、１３…ガスタービン、１４…排熱回収ボイラ、１５…蒸気タービン、２０…吸収器、２１…再生器、２２…凝縮器、２３…蒸発器、３１…高濃度吸収液タンク、３２…低濃度吸収液タンク、３３…熱交換器、３４…脱気機構、３５…加圧ポンプ、４０…純水タンク、４１…放熱器、５０…水、５１…高濃度吸収液、５２…低濃度吸収液、６０…外部から供給された水、６１…熱媒体、９０…冷却用の蒸発器、９１…復水器、１４１…蒸気ドラム、１４２…蒸発管、１４３…エコノマイザ、２００…吸収・蒸発装置、２０１、２０２…伝熱管、２０３、２０４…気体透過膜、２０５…熱媒体流路、２０６…純水流路、２０７…隙間、２０８…吸収液流路、２１０…ヘッダ部、３２１…弁。

Claims (9)

1. 発電プラントの熱を熱源として吸収液を加熱して、前記吸収液を再生する再生器と、
   前記再生器で再生された前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する高濃度吸収液タンクと、
   前記再生器で生成された蒸気を冷却して水を生成する凝縮器と、
   前記凝縮器から供給された前記水を蒸発させる蒸発器と、
   前記高濃度吸収液タンクから前記吸収液が供給される熱交換器と、
   前記熱交換器から供給された前記吸収液に、前記蒸発器から供給された蒸気を吸収させる吸収器と、
   前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する低濃度吸収液タンクと、
   を備え、
   前記熱交換器は、前記高濃度吸収液タンクから供給され前記吸収器に供給される前の前記吸収液と、前記吸収器から供給され前記低濃度吸収液タンクに貯蔵される前の前記吸収液とで熱交換を行い、
   前記低濃度吸収液タンクには、前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液が前記熱交換器から供給され、
   前記再生器は、前記低濃度吸収液タンクから供給された前記吸収液を再生する、
   ことを特徴とする熱併給発電プラント。
2. 前記蒸発器は、前記凝縮器から供給された前記水を蒸発させることで、前記熱併給発電プラントの外部から供給された水を冷却して冷水を生成可能であり、
   前記冷水を生成する場合には、前記高濃度吸収液タンクは、前記熱交換器に前記吸収液を供給し、前記吸収器は、前記熱交換器から供給された前記吸収液に、前記蒸発器から供給された蒸気を吸収させ、前記低濃度吸収液タンクは、前記熱交換器から供給された前記吸収液を貯蔵し、
   前記発電プラントが稼動しているときには、前記再生器は、前記低濃度吸収液タンクに貯蔵された前記吸収液が供給され、前記吸収液を再生する、
   請求項１に記載の熱併給発電プラント。
3. 前記高濃度吸収液タンクは、前記吸収液を脱気するための脱気機構を備える、
   請求項１または２に記載の熱併給発電プラント。
4. 前記発電プラントは、ガスタービン発電プラントであり、
   前記再生器は、ガスタービンの排熱を熱源として前記吸収液を加熱する、
   請求項１または２に記載の熱併給発電プラント。
5. 前記発電プラントは、蒸気タービンを備えるコンバインドサイクル発電プラントであり、
   前記再生器は、前記蒸気タービンに供給される蒸気の一部を熱源として前記吸収液を加熱する、
   請求項１または２に記載の熱併給発電プラント。
6. 前記蒸発器と前記吸収器を備える装置群を複数備え、
   前記熱交換器は、それぞれの前記装置群の前記吸収器に前記吸収液を供給し、それぞれの前記装置群の前記吸収器から前記吸収液が供給され、
   前記凝縮器は、それぞれの前記装置群の前記蒸発器に前記水を供給する、
   請求項１または２に記載の熱併給発電プラント。
7. 発電プラントの熱を熱源として吸収液を加熱して、前記吸収液を再生する再生器と、
   前記再生器で再生された前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する高濃度吸収液タンクと、
   前記再生器で生成された蒸気を冷却して水を生成する凝縮器と、
   前記高濃度吸収液タンクから前記吸収液が供給される熱交換器と、
   円筒状の吸収・蒸発装置と、
   前記吸収・蒸発装置で蒸気を吸収した前記吸収液を貯蔵し、自由液面を有する低濃度吸収液タンクと、
   を備え、
   前記吸収・蒸発装置は、
   外周部に位置する第１の伝熱管と、
   径方向中央部に位置する第２の伝熱管と、
   前記第１の伝熱管と前記第２の伝熱管との径方向の間に位置する円筒状の第１の気体透過膜と、
   前記第１の気体透過膜と前記第２の伝熱管との径方向の間に位置する円筒状の第２の気体透過膜と、
   を備え、
   前記第２の伝熱管の内部の空間である熱媒体流路には、熱媒体が流入し、
   前記第２の伝熱管と前記第２の気体透過膜との間の空間が純水流路であり、前記純水流路には、前記凝縮器で生成された前記水が流入し、
   前記第１の気体透過膜と前記第１の伝熱管との間の空間が吸収液流路であり、前記吸収液流路には、前記熱交換器から前記吸収液が流入し、
   前記純水流路は、流入した前記水を前記熱媒体で加熱して蒸気を生成し、前記熱媒体を減温させ、
   前記吸収液流路は、前記純水流路で生成されて前記第２の気体透過膜と前記第１の気体透過膜を透過した蒸気を、前記吸収液に吸収させ、
   前記熱交換器は、前記高濃度吸収液タンクから供給され前記吸収・蒸発装置に供給される前の前記吸収液と、前記吸収・蒸発装置から供給され前記低濃度吸収液タンクに貯蔵される前の前記吸収液とで熱交換を行い、
   前記低濃度吸収液タンクには、前記吸収・蒸発装置で蒸気を吸収した前記吸収液が前記熱交換器から供給され、
   前記再生器は、前記低濃度吸収液タンクから供給された前記吸収液を再生する、
   ことを特徴とする熱併給発電プラント。
8. 前記第１の気体透過膜と前記第１の伝熱管との間の空間が純水流路であり、前記純水流路には、前記凝縮器で生成された前記水が流入し、
   前記第２の伝熱管と前記第２の気体透過膜との間の空間が吸収液流路であり、前記吸収液流路には、前記熱交換器から前記吸収液が流入し、
   前記純水流路は、流入した前記水を前記吸収・蒸発装置の外表面の熱で加熱して蒸気を生成し、
   前記吸収液流路は、前記純水流路で生成されて前記第１の気体透過膜と前記第２の気体透過膜を透過した蒸気を、前記吸収液に吸収させ、生じた吸収熱で、前記熱媒体流路に流入した前記熱媒体を加熱する、
   請求項７に記載の熱併給発電プラント。
9. 再生器で、発電プラントの熱を熱源として吸収液を加熱して、前記吸収液を再生し、
   自由液面を有する高濃度吸収液タンクで、前記再生器で再生された前記吸収液を貯蔵し、
   凝縮器で、前記再生器で生成された蒸気を冷却して水を生成し、
   蒸発器で、前記凝縮器から供給された前記水を蒸発させ、
   熱交換器に、前記高濃度吸収液タンクから前記吸収液を供給し、
   吸収器で、前記熱交換器から供給された前記吸収液に、前記蒸発器から供給された蒸気を吸収させ、
   自由液面を有する低濃度吸収液タンクで、前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液を貯蔵し、
   前記熱交換器で、前記高濃度吸収液タンクから供給され前記吸収器に供給される前の前記吸収液と、前記吸収器から供給され前記低濃度吸収液タンクに貯蔵される前の前記吸収液とで熱交換を行い、
   前記低濃度吸収液タンクに、前記吸収器で蒸気を吸収した前記吸収液を前記熱交換器から供給し、
   前記再生器で、前記低濃度吸収液タンクから供給された前記吸収液を再生する、
   ことを特徴とする熱併給発電プラントの運転方法。

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