JP2021088977A - 排熱蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】需要に応じた効率のよい運転が可能な排熱蓄熱システムを提供する。【解決手段】高温ガスを発生する高温ガス発生装置２と、当該高温ガスの熱又は前記高温ガスの熱を用いて生成された蒸気の熱を蓄える蓄熱装置４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、排熱蓄熱システムに関する。

下記特許文献１には、燃焼排ガス（高温ガス）を生成するガスタービンと、この排ガスの熱を回収して蒸気を発生する排熱回収ボイラと、発生した蒸気によって駆動する蒸気タービンとを有するガスタービンシステムが開示されている。排熱回収ボイラ及び蒸気タービンを設けることで、システム全体の熱効率を向上させている。なお、このシステムでは、ガスタービンの圧縮機への吸気を冷却するために、吸気に対する水の噴霧が行われている。冷却においては噴霧される水の粒子が細かいことが蒸発しやすく好ましいため、当該システムでは、太陽熱を用いて噴霧前の水を、微粒子化に適した温度まで昇温させている。

特開２０１４−１９０２８３号公報

ところで、排ガスの熱を回収して利用する排熱回収ボイラや蒸気タービンを設けていても、排ガスの熱の有効利用という観点からは改善の余地がある。例えば、システムに対する電力や熱エネルギーの需要が低い場合には、ガスタービンの排ガスは有効活用されないまま排出される可能性がある。一方、システムに対するエネルギー需要が高くなると、設けられている排熱回収ボイラや蒸気タービンが生成するエネルギーのみではその需要に応えられない可能性もある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、生成される高温ガスの熱エネルギーを無駄なく利用することで、需要に応じた効率のよい運転が可能な排熱蓄熱システムの提供を目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、排熱蓄熱システムに係る第１の解決手段として、高温ガスを発生する高温ガス発生装置と、前記高温ガスの熱又は前記高温ガスの熱を用いて生成された蒸気の熱を蓄える蓄熱装置とを備える、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記高温ガスの熱を回収して熱媒の蒸気を生成する排熱回収ボイラを備える、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第３の解決手段として、上記第１又は第２の解決手段において、前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって熱媒の蒸気を生成する、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって熱媒の蒸気を生成し、前記蓄熱装置で生成された蒸気が供給される蒸気タービンを備える、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、前記高温ガス発生装置は、燃焼器を有するガスタービンであり、前記蓄熱装置は、熱媒の蒸気を生成して前記燃焼器に供給する、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第６の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって外気を加熱して前記排熱回収ボイラに供給する、という手段を採用する。

本発明では、排熱蓄熱システムに係る第７の解決手段として、上記第６の解決手段において、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気が供給される蒸気タービンを備える、という手段を採用する。

本発明によれば、高温ガス発生装置が発生した高温ガスの熱又は当該高温ガスを用いて加熱された熱媒の熱を蓄える蓄熱装置によって、生成される高温ガスの熱エネルギーを無駄なく利用できるので、需要に応じた効率のよい運転が可能な排熱蓄熱システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第５実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第６実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第７実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第８実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。 本発明の第９実施形態に係る排熱蓄熱システムを示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態に係る排熱蓄熱システム１は、図１に示すように、ガスタービン２（高温ガス発生装置）、排熱回収ボイラ３及び蓄熱装置４を備えている。排熱蓄熱システム１は、排熱回収ボイラ３や蓄熱装置４によって生成されたプロセス蒸気を外部に供給可能なコジェネレーションシステムである。

ガスタービン２は、圧縮機２ａ、燃焼器２ｂ及びタービン２ｃを備えている。圧縮機２ａは、吸気（外部から導入される空気）を圧縮して燃焼器２ｂに供給する装置である。燃焼器２ｂは、圧縮機２ａから供給される圧縮空気と不図示の燃料供給装置から供給される燃料とを内部で燃焼させて燃焼ガスを発生する装置であって、この燃焼ガスをタービン２ｃに供給する。タービン２ｃは、燃焼器２ｂから供給される燃焼ガスによって回転駆動される装置であって、動力回収後の燃焼ガスを高温の排ガス（高温ガス）として排気する。タービン２ｃからの排ガスは排熱回収ボイラ３に供給される。タービン２ｃは圧縮機２ａと軸結合されており、圧縮機２ａを回転駆動する。また、タービン２ｃと圧縮機２ａは発電機５とも軸結合されており、タービン２ｃの駆動力によって発電機５を回転駆動し、発電することが可能である。

排熱回収ボイラ３は、ガスタービン２のタービン２ｃから供給される排ガスの熱を回収して、外部から供給される熱媒を加熱し、この熱媒の蒸気を生成する装置である。排熱回収ボイラ３で熱回収された排ガスは、所定の清浄化処理を経て外部に放出される。本実施形態では熱媒として水が用いられている。排熱回収ボイラ３で生成された熱媒の蒸気は、三方弁１４を介して三方弁１５に供給され、ガスタービン２の燃焼器２ｂに供給（噴霧）されるか、若しくは三方弁１６を介してプロセス蒸気として外部に供給される。すなわち、排熱蓄熱システム１には、三方弁１４，１５及び１６が設けられている。三方弁１４は、排熱回収ボイラ３から導入される蒸気を、三方弁１５だけでなく蓄熱装置４にも分配して供給することが可能である。すなわち、三方弁１４は、排熱回収ボイラ３から導入される蒸気を、三方弁１５と蓄熱装置４とに分配可能な弁であり、三方弁１５は、三方弁１４から導入される蒸気を、ガスタービン２の燃焼器２ｂと三方弁１６とに分配可能な弁である。

蓄熱装置４は、排熱回収ボイラ３から三方弁１４を介して供給された蒸気の熱を蓄える装置である。言い換えれば、蓄熱装置４は、タービン２ｃから供給される排ガスの熱を用いて生成された蒸気の熱を蓄える装置である。蓄熱装置４は蓄熱材を備えており、この蓄熱材は特に限定されないが、例えば、所定の蓄熱温度範囲において固相と液相との間で相変化を生じる合金等の相変化材料（ＰＣＭ）を用いてもよい。蓄熱装置４は、その内部に流路を１つのみ有しており、この流路を流体が一方向（図１の紙面右方向）に流れることで、この流体の熱を蓄え、蓄熱時とは異なる時点（放熱時）に流体を上記一方向と同じ方向に流すことで、蓄えた熱を用いて流体を加熱することが可能である。排熱回収ボイラ３から三方弁１４を介して蓄熱装置４に導入された蒸気は、蓄熱装置４の通過後に三方弁１６に供給され、三方弁１５から供給される蒸気と共にプロセス蒸気として外部に供給される。三方弁１６は、三方弁１５から供給される蒸気と蓄熱装置４から供給される蒸気とを合流して外部に供給可能な弁である。

三方弁１４，１５及び１６は、不図示の制御装置によって制御されている。三方弁１４は、三方弁１５と蓄熱装置４とに供給される蒸気の割合を調節可能であり、三方弁１５は、排熱回収ボイラ３から三方弁１４を介して供給される蒸気の、燃焼器２ｂへの供給分とプロセス蒸気としての供給分との割合を調節可能である。

本実施形態のガスタービン２における燃焼器２ｂには、上述したように三方弁１５を介して熱媒の蒸気（すなわち水蒸気）を供給可能である。熱媒の蒸気を燃焼器２ｂに供給することで、燃焼器２ｂからタービン２ｃに供給される作動流体の量を増やすことができ、よってガスタービン２の出力を向上させることができる。なお、燃焼器２ｂに供給される蒸気の圧力は例えば約２０気圧であり、少なくとも燃焼器２ｂ内の圧力である約１２気圧以上の圧力とする必要がある。タービン２ｃから排出される排ガスの温度は例えば５５０〜６００℃であり、排熱回収ボイラ３で熱回収されて排出される排ガスの温度は例えば１５０〜２００℃である。なお、燃焼器２ｂに熱媒の蒸気を供給することで燃焼温度が下がり、副次的にＮＯｘの低減効果が得られる場合もある。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１の動作を説明する。
蓄熱装置４の蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４の蓄熱時において、三方弁１４は、排熱回収ボイラ３から供給される熱媒の蒸気を三方弁１５だけでなく蓄熱装置４にも供給する。蓄熱装置４に蒸気が供給されることで、蓄熱装置４は蒸気の熱を蓄える。三方弁１５は、三方弁１４から導入された蒸気を、燃焼器２ｂと三方弁１６とに、その分配の割合を適宜調節しつつ供給する。三方弁１４から蓄熱装置４を介した蒸気は三方弁１６に供給され、三方弁１５から導入される蒸気と共にプロセス蒸気として外部に供給される。

一方、蓄熱装置４の放熱時においては、三方弁１４から蓄熱装置４に供給された蒸気は蓄熱装置４の放熱によってさらに加熱されて、三方弁１６を介してプロセス蒸気として外部に供給される。なお、排熱回収ボイラ３から三方弁１４を介して液体の熱媒が蓄熱装置４に供給された場合であっても、蓄熱装置４の放熱によってこの熱媒の蒸気を生成でき、三方弁１６に供給できる。すなわち、蓄熱装置４が放熱によって蒸気（熱媒）を加熱することで、外部に供給するプロセス蒸気量やその熱量（熱エネルギー量）を増加させることができる。

外部からのエネルギー需要（電力需要や熱エネルギー需要）に応じて、例えば蓄熱装置４や三方弁１４に関する運転の態様（蓄熱と放熱）は、適宜調整すればよい。特に外部からのエネルギー需要が増加した場合には、蓄熱装置４の放熱によって熱媒の蒸気を加熱し、排熱回収ボイラ３が生成した蒸気と合わせることで、排熱蓄熱システム１が生成可能な蒸気量を従来に比べて増やすことができ、よって高いエネルギー需要にも応えることができる。すなわち、本実施形態の排熱蓄熱システム１によれば、外部からの電気や熱の需要に応じて、その運転範囲（電気及び熱の供給割合）を拡大することができ、さらに運転範囲拡大による高い効率での運転を実現することができる。

また、本実施形態においては、蓄熱装置４は排熱回収ボイラ３から供給される蒸気の熱を蓄える構成であり、例えばタービン２ｃからの排ガスの熱を蓄える構成ではない。このため、タービン２ｃからの排ガスの流路には、排ガスを分岐させるための三方弁等は設けられておらず、よって排ガスの流路における圧損を従来の設備と同程度に低く抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。本実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態に係る排熱蓄熱システム１Ａは、図２に示すように、閉じられた経路内を流動する熱媒によって駆動される蒸気タービン９を備える。排熱蓄熱システム１Ａは、発電機５だけでなく、蒸気タービン９の後述する発電機９ｂによっても発電可能な、コンバインドサイクルシステムである。本実施形態では、蒸気タービン９を駆動する熱媒として水が用いられているが、これに限定されず、水以外の熱媒が用いられてもよい。蒸気タービン９は、タービン９ａ、発電機９ｂ及びポンプ／復水器９ｃを備える。

タービン９ａは、上記閉じられた経路内を流動する熱媒の蒸気によって回転駆動される装置である。タービン９ａには、排熱回収ボイラ３で生成された熱媒の蒸気が三方弁１０を介して供給される。発電機９ｂはタービン９ａと軸結合されており、タービン９ａの駆動力によって回転駆動され、発電することが可能である。ポンプ／復水器９ｃは、タービン９ａで動力回収された蒸気を液体に戻し、液体の熱媒を三方弁１１を介して再び排熱回収ボイラ３に送り出す装置である。すなわち、排熱蓄熱システム１Ａには、三方弁１０及び１１が設けられている。

蓄熱装置４は、その内部に流路を１つのみ有しており、この流路を流体が一方向（図２の紙面右方向）に流れることで、この流体の熱を蓄え、蓄熱時とは異なる時点（放熱時）に流体を上記一方向と逆の方向に流すことで、蓄えた熱を用いて流体を加熱することが可能である。

三方弁１０は、排熱回収ボイラ３から供給された熱媒の蒸気を、タービン９ａと蓄熱装置４とに分配可能であると共に、蓄熱装置４から供給された熱媒の蒸気を、排熱回収ボイラ３に供給せずにタービン９ａに供給可能な弁である。三方弁１１は、ポンプ／復水器９ｃから供給された液体の熱媒と蓄熱装置４から供給された熱媒とを合流して排熱回収ボイラ３に供給可能であると共に、ポンプ／復水器９ｃから供給された液体の熱媒を、排熱回収ボイラ３に供給せずに蓄熱装置４のみに供給可能な弁である。すなわち、蓄熱装置４は、蓄えた熱によって熱媒の蒸気を生成し、この蒸気を三方弁１０を介してタービン９ａに供給可能である。

三方弁１０及び１１は、不図示の制御装置によって制御されている。三方弁１０は、排熱回収ボイラ３から供給された熱媒の蒸気を、タービン９ａと蓄熱装置４とに分配可能な状態と、蓄熱装置４から供給された熱媒の蒸気を、排熱回収ボイラ３に供給せずにタービン９ａに供給する状態と、を切換可能である。また、三方弁１０は、排熱回収ボイラ３から供給された蒸気の、タービン９ａと蓄熱装置４とに供給される蒸気の割合を調節可能である。三方弁１１は、ポンプ／復水器９ｃから供給された液体の熱媒と蓄熱装置４から供給された熱媒とを合流して排熱回収ボイラ３に供給する状態と、ポンプ／復水器９ｃから供給された液体の熱媒を、排熱回収ボイラ３に供給せずに蓄熱装置４のみに供給する状態と、を切換可能である。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ａの動作を説明する。
蓄熱装置４の蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４の蓄熱時は排熱蓄熱システム１Ａの通常運転時、すなわち蒸気タービン９が運転している状態であって、三方弁１０は、排熱回収ボイラ３から供給された熱媒の蒸気をタービン９ａと蓄熱装置４とに分配する。排熱回収ボイラ３で生成された蒸気がタービン９ａに供給され、発電機９ｂで発電が行われる。タービン９ａで動力回収された蒸気は、ポンプ／復水器９ｃで液体の熱媒となり、三方弁１１に供給される。また、蓄熱装置４に排熱回収ボイラ３で生成された熱媒の蒸気が供給されることで、蓄熱装置４はこの蒸気の熱を蓄え、熱回収された熱媒は三方弁１１に供給される。三方弁１１は、ポンプ／復水器９ｃから供給された液体の熱媒と蓄熱装置４から供給された熱媒とを合流して排熱回収ボイラ３に供給する。

一方、排熱蓄熱システム１Ａが停止状態から起動する際、すなわち蒸気タービン９が起動する際には、ガスタービン２は運転していないので排熱回収ボイラ３は熱媒の蒸気を生成することができない。この場合、三方弁１１は、ポンプ／復水器９ｃから供給される液体の熱媒を、排熱回収ボイラ３には供給せず蓄熱装置４のみに供給する。蓄熱装置４は放熱によって、三方弁１１から供給される液体の熱媒を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を三方弁１０を介してタービン９ａに供給する。熱媒の蒸気がタービン９ａに供給されることで、タービン９ａは加熱される。その後、ガスタービン２が起動することで、排熱回収ボイラ３からも熱媒の蒸気が三方弁１０を介してタービン９ａに供給され始める。ガスタービン２の起動前から、蓄熱装置４の放熱によって生成された蒸気を用いて蒸気タービン９を加熱できるので、蒸気タービン９の起動時間を従来に比べて短縮することができる。すなわち、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ａにおいては、蒸気タービン９の起動時間を短縮することで、排熱蓄熱システム１Ａ全体の起動時間も短縮でき、よって設備全体の稼働効率（熱効率）を向上させることができる。

また、本実施形態においては、蓄熱装置４は排熱回収ボイラ３から供給される蒸気の熱を蓄える構成であり、例えばタービン２ｃからの排ガスの熱を蓄える構成ではない。このため、タービン２ｃからの排ガスの流路には、排ガスを分岐させるための三方弁等は設けられておらず、よって排ガスの流路における圧損を従来の設備と同程度に低く抑えることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。本実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態に係る排熱蓄熱システム１Ｂは、図３に示すように、前記第１実施形態の蓄熱装置４に代えて、蓄熱装置４Ａを備える。ガスタービン２のタービン２ｃから排出される排ガスは、三方弁６を介して排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配して供給される。すなわち、三方弁６は、タービン２ｃから供給される排ガスを、排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配可能な弁である。

外部から供給される熱媒は、三方弁７を介して排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配して供給される。三方弁７は、外部から供給される熱媒を、排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配可能な弁である。排熱回収ボイラ３で生成された熱媒の蒸気は、三方弁８を介して、ガスタービン２の燃焼器２ｂに供給されるか、若しくはプロセス蒸気として外部に供給される。なお、本実施形態では熱媒として水が用いられている。すなわち、排熱蓄熱システム１Ｂには、三方弁６，７及び８が設けられている。

蓄熱装置４Ａは、ガスタービン２から三方弁６を介して供給される排ガスの熱を蓄える装置である。また、蓄熱装置４Ａは、蓄えた熱によって、外部から三方弁７を介して供給される熱媒を加熱して、熱媒の蒸気を生成する。蓄熱装置４Ａは蓄熱材を備えており、この蓄熱材は特に限定されないが、例えば、所定の蓄熱温度範囲において固相と液相との間で相変化を生じる合金等の相変化材料（ＰＣＭ）を用いてもよい。蓄熱装置４Ａで熱回収された排ガスは、所定の清浄化処理を経て外部に放出されるが、これに代えて、排熱回収ボイラ３の排気ガス入口に戻す構成であってもよい。蓄熱装置４Ａで生成された蒸気は、排熱回収ボイラ３で生成された蒸気が流動する流路に合流して三方弁８に導入される。すなわち、蓄熱装置４Ａで生成された熱媒の蒸気も、三方弁８を介して、ガスタービン２の燃焼器２ｂに供給されるか、若しくはプロセス蒸気として外部に供給されることが可能である。三方弁８は、排熱回収ボイラ３及び蓄熱装置４Ａから供給される蒸気を、燃焼器２ｂとプロセス蒸気の外部供給先とに分配可能な弁である。

三方弁６，７及び８は、不図示の制御装置によって制御されている。三方弁６は、排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配される排ガスの割合を調節可能である。三方弁７は、排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配される外部からの熱媒の割合を調節可能である。三方弁８は、排熱回収ボイラ３及び蓄熱装置４Ａから供給される熱媒の蒸気の、燃焼器２ｂへの供給分とプロセス蒸気としての供給分との割合を調節可能である。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｂの動作を説明する。
蓄熱装置４Ａの蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４Ａの蓄熱時において、三方弁６は、タービン２ｃからの排ガスを排熱回収ボイラ３だけでなく蓄熱装置４Ａにも供給する。蓄熱装置４Ａに排ガスが供給されることで、蓄熱装置４Ａは排ガスの熱を蓄える。

一方、蓄熱装置４Ａの放熱時において、三方弁７は、外部からの熱媒を少なくとも蓄熱装置４Ａに供給し、三方弁６は、タービン２ｃからの排ガスを運転の態様に合わせて排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとに分配する。三方弁７から蓄熱装置４Ａに供給された熱媒は、蓄熱装置４Ａの放熱によって加熱されて蒸気となり、三方弁８に供給される。

外部からのエネルギー需要（電力需要や熱エネルギー需要）に応じて、例えば蓄熱装置４に関する運転の態様（蓄熱と放熱）は適宜調整すればよいが、特に外部からのエネルギー需要が増加した場合には、蓄熱装置４Ａの放熱によって熱媒の蒸気を生成し、排熱回収ボイラ３が生成した蒸気と合わせることで、排熱蓄熱システム１Ｂが生成可能な蒸気量を従来に比べて増やすことができ、よって高いエネルギー需要にも応えることができる。すなわち、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｂによれば、外部からの電気や熱の需要に応じて、その運転範囲（電気及び熱の供給割合）を拡大することができ、さらに運転範囲拡大による高い効率での運転を実現することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態において、前記第１〜第３実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態に係る排熱蓄熱システム１Ｃは、図４に示すように、閉じられた経路内を流動する熱媒によって駆動される蒸気タービン９を備える。本実施形態では熱媒として水が用いられているが、これに限定されず、水以外の熱媒が用いられてもよい。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｃの動作を説明する。
蓄熱装置４Ａの蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４Ａの蓄熱時は排熱蓄熱システム１Ｃの通常運転時、すなわち蒸気タービン９が運転している状態であって、三方弁６は、タービン２ｃからの排ガスを排熱回収ボイラ３だけでなく蓄熱装置４Ａにも供給する。蓄熱装置４Ａに排ガスが供給されることで、蓄熱装置４Ａは排ガスの熱を蓄える。三方弁１０は、排熱回収ボイラ３から供給された熱媒の蒸気をタービン９ａに供給する。排熱回収ボイラ３で生成された蒸気がタービン９ａに供給され、発電機９ｂで発電が行われる。タービン９ａで動力回収された蒸気は、ポンプ／復水器９ｃで液体の熱媒となり、三方弁１１を介して排熱回収ボイラ３に戻る。

一方、排熱蓄熱システム１Ｃが停止状態から起動する際、すなわち蒸気タービン９が起動する際には、ガスタービン２は運転していないので排熱回収ボイラ３は熱媒の蒸気を生成することができない。この場合、三方弁１１は、ポンプ／復水器９ｃから供給される液体の熱媒を、排熱回収ボイラ３には供給せず蓄熱装置４Ａのみに供給する。蓄熱装置４Ａは放熱によって、三方弁１１から供給される液体の熱媒を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を三方弁１０を介してタービン９ａに供給する。熱媒の蒸気がタービン９ａに供給されることで、タービン９ａは加熱される。その後、ガスタービン２が起動することで、排熱回収ボイラ３からも熱媒の蒸気が三方弁１０を介してタービン９ａに供給され始める。ガスタービン２の起動前から、蓄熱装置４Ａの放熱によって生成された蒸気を用いて蒸気タービン９を加熱できるので、蒸気タービン９の起動時間を従来に比べて短縮することができる。すなわち、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｃにおいては、蒸気タービン９の起動時間を短縮することで、排熱蓄熱システム１Ｃ全体の起動時間も短縮でき、よって設備全体の稼働効率（熱効率）を向上させることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について、図５を参照して説明する。本実施形態において、前記第１及び第３実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態に係る排熱蓄熱システム１Ｄは、図５に示すように、上記第３実施形態の蓄熱装置４Ａに代えて、蓄熱装置４を備えている。蓄熱装置４は、その内部に流路を１つのみ有しており、この流路を第１の流体が一方向（図５の紙面右方向）に流れることで、この第１の流体の熱を蓄え、この流路を第２の流体が上記一方向と逆の方向（図５の紙面左方向）に流れることで、蓄えた熱を用いて第２の流体を加熱することが可能である。

本実施形態の三方弁６は、上記第３実施形態と同様に、タービン２ｃから排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４とに分配される排ガスの割合を調節可能である。さらに三方弁６は、タービン２ｃから排出された排ガスを排熱回収ボイラ３に向けて流動させると共に、蓄熱装置４から供給される流体（後述する外気）を排熱回収ボイラ３に向けて流動させることが可能である。すなわち三方弁６は、タービン２ｃから排出された排ガスと蓄熱装置４から供給される流体とを合流して排熱回収ボイラ３に向けて流動させることが可能である。

排熱蓄熱システム１Ｄには、三方弁１２及び１３が設けられている。三方弁１２及び１３は、不図示の制御装置によって制御されている。三方弁１２は、タービン２ｃから排出され三方弁６を介して供給された排ガスと、蓄熱装置４から供給された排ガスとを合流して排熱回収ボイラ３に供給可能である。三方弁１３は、外部から導入された空気（外気）を蓄熱装置４介して三方弁６に向けて流動させたり、三方弁６から蓄熱装置４を介して供給される排ガスを三方弁１２に向けて流動させたりすることが可能である。すなわち、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｄは、蓄熱装置４並びに三方弁６，１２及び１３を繋いでいる経路において、紙面時計回りに流体を流動させる状態と、紙面反時計回りに流体を流動させる状態とを選択可能である。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｄの動作を説明する。
蓄熱装置４の蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４の蓄熱時において、三方弁６は、タービン２ｃからの排ガスを、三方弁１２を介して排熱回収ボイラ３に供給するだけでなく、蓄熱装置４にも供給する。蓄熱装置４に排ガスが供給されることで、蓄熱装置４は排ガスの熱を蓄える。蓄熱装置４を経た排ガスは三方弁１３及び１２を介して排熱回収ボイラ３に供給される。

一方、蓄熱装置４の放熱時において、三方弁１３は、外気を三方弁１２には供給せず蓄熱装置４に供給する。三方弁１３から供給された外気は、蓄熱装置４の放熱によって加熱され、その後、三方弁６及び１２を介してタービン２ｃからの排ガスと共に排熱回収ボイラ３に供給される。

外部からのエネルギー需要（電力需要や熱エネルギー需要）に応じて、例えば蓄熱装置４に関する運転の態様（蓄熱と放熱）は適宜調整すればよいが、特に外部からのエネルギー需要が高くなった場合には、蓄熱装置４の放熱によって外気を加熱し、タービン２ｃからの排ガスと共に排熱回収ボイラ３に供給することで、排熱回収ボイラ３が生成可能な蒸気量を従来に比べて増やすことができ、よって高いエネルギー需要にも応えることができる。すなわち、外部からの電気や熱の需要に応じて、排熱蓄熱システム１Ｄの運転範囲（電気及び熱の供給割合）を拡大することができ、さらに運転範囲拡大による高い効率での運転を実現することができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態において、上記第１〜第５実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｅは、図６に示すように、上記第２実施形態で説明した蒸気タービン９を上記第５実施形態の排熱蓄熱システム１Ｄに組み合わせた構成を有している。排熱蓄熱システム１Ｄに設けられていた三方弁８は、排熱蓄熱システム１Ｅには設けられていない。

次に、本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｅの動作を説明する。
蓄熱装置４の蓄熱時と放熱時とに分けて説明すると、蓄熱装置４の蓄熱時は排熱蓄熱システム１Ｅの通常運転時、すなわち蒸気タービン９が運転している状態であって、三方弁６は、タービン２ｃからの排ガスを排熱回収ボイラ３だけでなく蓄熱装置４にも供給する。蓄熱装置４に排ガスが供給されることで、蓄熱装置４は排ガスの熱を蓄える。蓄熱装置４を経た排ガスは三方弁１３及び１２を介して排熱回収ボイラ３に供給される。

一方、排熱蓄熱システム１Ｅが停止状態から起動する際、すなわち蒸気タービン９が停止状態から起動する際に、蓄熱装置４は放熱によって、三方弁１３から供給された外気を加熱して、その後、加熱された外気は三方弁６及び１２を介して排熱回収ボイラ３に供給される。排熱回収ボイラ３は、供給された加熱後外気の熱によって熱媒の蒸気を生成し、この蒸気をタービン９ａに供給する。熱媒の蒸気がタービン９ａに供給されることで、タービン９ａは加熱され、よって蒸気タービン９の起動時間を短縮することができる。このように、蒸気タービン９の起動時間を短縮することで、排熱蓄熱システム１Ｅ全体の起動時間も短縮でき、よって設備全体の稼働効率（熱効率）を向上させることができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態において、上記第１及び第３実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｆにおいて、排熱回収ボイラ３と蓄熱装置４Ａとを流動する熱媒の流路は、互いに独立している。本実施形態の熱媒はいずれも水であるが、蓄熱装置４Ａに供給される熱媒は特に限定されない。排熱回収ボイラ３は、タービン２ｃから三方弁６を介して供給される排ガスの熱を回収して、外部から供給される熱媒を加熱し高圧の蒸気を生成する。蓄熱装置４Ａは、タービン２ｃから三方弁６を介して供給される排ガスの熱によって、外部から供給される熱媒を加熱し低圧の蒸気を生成する。本実施形態においては、排熱回収ボイラ３を介する高圧の系統と蓄熱装置４Ａを介する低圧の系統とを分けているため、排熱蓄熱システム１Ｄのコストを低減させることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態において、上記第１及び第３実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｇは、上記第３実施形態の排熱蓄熱システム１Ｂから、排熱回収ボイラ３並びに三方弁６及び７を除外した構成となっている。本実施形態においては、蓄熱装置４Ａの熱容量が排熱回収ボイラ３と比べて大きいため、タービン２ｃからの排ガスの供給によって、熱媒の蒸気を高い追従性で発生することが難しくなる場合があるが、これは言い換えれば、排ガスの熱を蓄熱装置４Ａが蓄えているということである。このため、例えばガスタービン２の出力を低下させ供給される排ガス量が減少した場合であっても、蓄熱装置４Ａから放熱させることで、外部から供給される熱媒を適切に加熱し十分な量の蒸気を生成することが可能となる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態において、上記第１〜第８実施形態と同様の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態の排熱蓄熱システム１Ｈは、上記第４実施形態の排熱蓄熱システム１Ｃから、排熱回収ボイラ３並びに三方弁６，１０及び１１を除外した構成となっている。本実施形態においては、蓄熱装置４Ａの熱容量が排熱回収ボイラ３と比べて大きいため、タービン２ｃからの排ガスの供給によって、熱媒の蒸気を高い追従性で発生することが難しくなる場合があるが、これは言い換えれば、排ガスの熱を蓄熱装置４Ａが蓄えているということである。このため、例えばガスタービン２の出力を低下させ供給される排ガス量が減少した場合であっても、蓄熱装置４Ａから放熱させることで、外部から供給される熱媒から十分な量の蒸気を生成して、蒸気タービン９に供給することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記第１及び第２実施形態では、蓄熱材を有する蓄熱装置４が用いられているが、本発明はこれに限定されない。例えば蓄熱装置４が、蒸気アキュムレータであってもよい。

（２）上記第１，第３，第５及び第６〜第８実施形態では、熱媒として水が使用され、熱媒の蒸気、すなわち水蒸気がガスタービン２の燃焼器２ｂに噴霧されているが、本発明はこれに限定されない。燃焼器２ｂに熱媒の蒸気が供給されない構成であってもよい。この場合、熱媒は水に限定されない。

（３）上記実施形態では、高温ガス発生装置としてガスタービンが採用されているが、本発明はこれに限定されない。本発明の高温ガス発生装置は、高温ガスを発生する装置であればよく、例えば燃焼ガスを発生する燃焼装置であってもよい。

（４）上記実施形態では、発電機５や発電機９ｂが用いられているが、本発明はこれに限定されない。発電機５や発電機９ｂに代えて、ガスタービン２や蒸気タービン９の出力軸に連結して回転駆動される装置を設けてもよく、このような装置としては、例えばポンプやファンが挙げられる。また、これらの装置や上記発電機を、減速機等の調速機を介して出力軸に連結してもよい。

１ 排熱蓄熱システム
１Ａ 排熱蓄熱システム
１Ｂ 排熱蓄熱システム
１Ｃ 排熱蓄熱システム
１Ｄ 排熱蓄熱システム
１Ｅ 排熱蓄熱システム
１Ｆ 排熱蓄熱システム
１Ｇ 排熱蓄熱システム
１Ｈ 排熱蓄熱システム
２ ガスタービン
２ａ 圧縮機
２ｂ 燃焼器
２ｃ タービン
３ 排熱回収ボイラ
４ 蓄熱装置
４Ａ 蓄熱装置
５ 発電機
６ 三方弁
７ 三方弁
８ 三方弁
９ 蒸気タービン
９ａ タービン
９ｂ 発電機
９ｃ 復水器
１０ 三方弁
１１ 三方弁
１２ 三方弁
１３ 三方弁
１４ 三方弁
１５ 三方弁
１６ 三方弁

Claims (7)

1. 高温ガスを発生する高温ガス発生装置と、
   前記高温ガスの熱又は前記高温ガスの熱を用いて生成された蒸気の熱を蓄える蓄熱装置と
   を備えることを特徴とする排熱蓄熱システム。
2. 前記高温ガスの熱を回収して熱媒の蒸気を生成する排熱回収ボイラを備えることを特徴とする請求項１に記載の排熱蓄熱システム。
3. 前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって熱媒の蒸気を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱蓄熱システム。
4. 前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって熱媒の蒸気を生成し、
   前記蓄熱装置で生成された蒸気が供給される蒸気タービンを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排熱蓄熱システム。
5. 前記高温ガス発生装置は、燃焼器を有するガスタービンであり、
   前記蓄熱装置は、熱媒の蒸気を生成して前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の排熱蓄熱システム。
6. 前記蓄熱装置は、蓄えた熱によって外気を加熱して前記排熱回収ボイラに供給することを特徴とする請求項２に記載の排熱蓄熱システム。
7. 前記排熱回収ボイラで生成された蒸気が供給される蒸気タービンを備えることを特徴とする請求項６に記載の排熱蓄熱システム。

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