JP3291508B2 - ガスタービン・コ・ジェネシステム - Google Patents

ガスタービン・コ・ジェネシステム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば３０ｋＷ
〜６０ｋＷ程度の小型発電機などに用いられるガスター
ビン・コ・ジェネシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年小型のガスタービンが開発され、非
常用電源やコ・ジェネ用発電機として注目されている。
これは、価格の安さや排気ガスの清浄度が高いことなど
が理由である。
【０００３】また長時間保守を行わずに連続運転が可能
なガスタービン発電機が開発され、非常用電源として設
置した場合であっても日常連続運転を行い、通常時には
通常電源ラインへ電力の供給を行い、停電時にはその出
力を瞬間的に非常電源ラインに切替えるような使用がな
されている。
【０００４】このような日常連続運転を行うことによっ
て、起動に数分掛かるガスタービンであっても、停電が
発生した時に瞬間的に非常電源ラインに電力を供給で
き、また日常は通常電源ラインに電力を供給することに
よって、電力会社との契約電力を小さくし経費削減を行
えるというものである。
【０００５】ここで従来の小型ガスタービン発電機の例
を図４に沿って説明する。１はガスタービンユニット
で、この中に外気を圧縮する圧縮機２、圧縮機と軸結合
されたタービン３、またタービン３の軸と軸結合されそ
の回転力によって発電する発電機４が設けられている。
【０００６】また圧縮機２によって圧縮された外気とタ
ービン３の排気ガスとの間で熱交換を行い、排気ガスの
熱によって圧縮機２からタービン３へ送られる空気を加
熱し、効率を高めるための熱交換機５が設けられてい
る。
【０００７】ガスタービンユニット１の熱効率すなわち
投入された燃料の持つエネルギーに対して発電機４によ
って発電される電力の割合は３０％程度であり、エネル
ギー変換効率が悪いためにボイラー６を設け、排気ガス
の持つ熱エネルギーを温水として回収するようにしてい
る。これによって総合的なエネルギー効率は７０％程度
まで改善される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし小型のガスター
ビンは最高回転数が９６,０００回／分にもなり、高い
周波数の騒音が出るという問題がある。ガスタービンを
騒音防止ケースに入れると、この騒音の音圧レベルは１
ｍ離れて６０ｄｂ程度まで下がり、絶対値としては大き
なものではないのであるが、上述のように高い周波数の
騒音であり金属音がするため、人によっては極めて不快
に感じるものであった。
【０００９】特に上記のように連続運転を行うものにあ
っては、夜間など周囲の騒音が少なくなった場合には高
い周波数の騒音が問題となっていた。
【００１０】また上記のようにボイラーで温水を発生さ
せることによって廃熱を回収しているのであるが、夏場
は多量の温水の用途がなく、結果として廃熱の回収効果
が出ないという問題があった。
【００１１】本発明はガスタービンを動力源として使用
しながら騒音が小さくかつエネルギー効率の高いガスタ
ービン・コ・ジェネシステムを提供しようとするもので
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本件発明は以上のような
課題を解決するため、ガスタービンの排気をチャンバー
に導入するようにし、チャンバーからの排気をハニカム
状吸音材を通過させた後、大気へ放出させるようにし
た。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、圧縮手段とタービンとこのタービンの回転出力によ
って駆動される発電手段を有するガスタービンを備え、
ガスタービンの排気をチャンバーに導入するようにし、
チャンバーからの排気をシート材をハニカム状の吸音材
に通過させた後、大気へ放出するようにしたものであ
り、排気中に含まれる特に高い周波数の騒音がハニカム
状の吸音材によって吸収されるという作用を有する。
【００１４】
【実施例】以下本発明のガスタービン・コ・ジェネシス
テムの実施例について図に沿って詳細に説明する。図１
は本発明のガスタービン・コ・ジェネシステムのフロー
図である。
【００１５】この図１に示された本発明のガスタービン
・コ・ジェネシステムと図４に示された従来のガスター
ビン・コ・ジェネシステムに関して、ガスタービンユニ
ット１、圧縮機２、タービン３、発電機４、熱交換機５
については共通のものであり、説明の冗長性を回避する
ため重複した説明は避ける。
【００１６】７はミキシングチャンバーで、外気とガス
タービンユニット１の排気とを混合するものであり、外
気の導入量を調節するバルブ８を有している。ミキシン
グチャンバー７の出口は、デシカント空調ユニット９に
連通している。この連通場所の詳細については後述す
る。
【００１７】以下デシカント空調ユニットについて図２
に沿って説明する。１０は湿気吸着ローターであり、例
えば特公平６−７７６６８号公報に開示されたようなも
ので、ハニカム状に形成されたセラミック紙上にシリカ
ゲルを合成したものである。
【００１８】そしてこの湿気吸着ローター１０はモータ
ー（図示せず）によって連続的に回転駆動される。また
湿気吸着ローター１０は仕切板１１によって吸着ゾーン
１２と脱着ゾーン１３とに分割されている。
【００１９】１４は顕熱交換ローターで、アルミ箔をハ
ニカム状かつディスク状に形成したもので、例えば特公
昭６２−１９３０２号公報に記載のものから湿気吸着剤
を除いたものである。
【００２０】そしてこの顕熱交換ローター１４はモータ
ー（図示せず）によって連続的に回転駆動される。また
顕熱交換ローター１４は仕切板１１によって放熱ゾーン
１５と吸熱ゾーン１６とに分割されている。また放熱ゾ
ーン１５を通過した空気は室内に空調の製品空気として
供給され、室内からの空気は吸熱ゾーン１６を通過して
室外へ放出される。
【００２１】１７及び１８はブロアであり、ブロア１７
はデシカント空調ユニット９の吸着ゾーン１２側に外気
を圧送するもので、ブロア１８はデシカント空調ユニッ
ト９の脱着ゾーン１３から空気を吸い込み大気へ放出す
るものである。
【００２２】またミキシングチャンバー７の出口は、デ
シカント空調ユニット９の仕切板１１、湿気吸着ロータ
ー１０、顕熱交換ローター１４に囲まれたチャンバー１
９に連通している。
【００２３】本発明のガスタービン・コ・ジェネシステ
ムは以上のように構成され、以下その動作について説明
する。先ず最初に夏場の運転について説明する。ガスタ
ービンユニット１を動作させると、大気が圧縮機２によ
って圧縮され、熱交換機５によって加熱されてタービン
３に入る。ここで混合された燃料が燃焼し、タービン３
を回転させる。
【００２４】タービン３を出た数１００℃の高温の排気
ガスは熱交換機５で熱を奪われて２５０℃程度まで温度
が低下する。そしてミキシングチャンバー７に入り、外
気と混合されて２００℃程度まで温度が低下し、チャン
バー１９に入る。ミキシングチャンバー７からチャンバ
ー１９に供給される空気の量より、ブロア１８が吸い込
む空気の量が多いように設定しておくと、チャンバー１
９内の圧が負圧になり、室内の空気が顕熱交換ローター
１４の放熱ゾーン１６を通過してチャンバー１９内に入
る。
【００２５】またチャンバー１９内の圧が負圧である
と、ミキシングチャンバー７内も負圧になる。ここでバ
ルブ８の開度を調節すると、ミキシングチャンバー７で
混合される外気の混合率を調節することができる。
【００２６】室内の空気が顕熱交換ローター１４の放熱
ゾーン１６に入るということは、冷房され低温である室
内の空気が顕熱交換ローター１４の放熱ゾーン１６を通
過することであり、室内の低温空気が顕熱交換ローター
１４を冷却し、逆に放熱ゾーン１６を通過した空気は温
度が上がってチャンバー１９内に入る。
【００２７】チャンバー１９にはミキシングチャンバー
７を介して約２００℃になったガスタービンユニット１
からの排気ガスが入り、放熱ゾーン１６を通過した空気
と混合されて１４０℃程度の温度になる。
【００２８】湿気吸着ローター１０を２〜３分間に１回
の低速の回転数で回転させると、この１４０℃程度の空
気が脱着ゾーン１３を通過して湿気吸着ローター１０に
吸着されている湿分を脱着して、多湿空気となってブロ
ア１８により大気へ放出される。湿気吸着ローター１０
はこのようにして吸着した湿気が脱着ゾーン１３で脱着
され、回転に伴って吸着ゾーン１２へ移動し外気の湿気
吸着を行う。
【００２９】ブロア１７によってデシカント空調ユニッ
ト９に入った外気は、湿気吸着ローター１０の吸着ゾー
ン１２を通過して乾燥空気となる。この時、吸着熱によ
って多少温度が上昇する。
【００３０】温度の上昇した乾燥空気は、顕熱交換ロー
ター１４の吸熱ゾーン１５を通過して熱を顕熱交換ロー
ター１４に与え、温度が低下する。温度が下がった乾燥
空気は室内に供給される。
【００３１】このようにしてデシカント空調ユニット９
で乾燥した空気を室内に供給し、室内を快適な空気条件
とするとともに、室内の湿気が減少するため夏場にあっ
ては冷房装置の潜熱負荷即ち冷房装置が除湿を行うため
に消費されるエネルギーを減少させることができる。一
般に日本の夏の条件では空調装置の負荷エネルギーの内
で、この潜熱負荷が６０％程度を占めており、潜熱負荷
を軽減すると空調装置の消費エネルギーは格段に小さく
なる。
【００３２】次に冬場は顕熱交換ローター１４の回転を
止め、湿気吸着ローター１０を１分間に２０〜３０回の
高速の回転数で回転させる。すると、ミキシングチャン
バー７の１４０℃の空気が脱着ゾーン１３を通過して湿
気吸着ローター１０の温度を上げる。この時、湿気吸着
ローター１０の回転数が高いため湿気吸着ローター１０
は脱着温度まで温度が上昇せず脱着されない。
【００３３】吸着ゾーン１２を通過した外気は、湿気吸
着ローター１０の温度が高いために温度が上昇する。し
かし湿気吸着ローター１０は脱着ゾーン１３で脱着され
ていないために湿気の吸着は発生せず、乾燥せずに温度
が上昇する。
【００３４】その後温度が上昇した空気は顕熱交換ロー
ター１０を通過するが、顕熱交換ローター１０は回転し
ていないために熱交換作用は生じない。従って温度が高
いまま室内に供給され、暖房作用を発揮する。
【００３５】このようにして、デシカント空調ユニット
は空調作用を発揮する。一方、ガスタービンユニット１
からの排気ガスはミキシングチャンバー７を介してチャ
ンバー１９に入るため、ガスタービンユニット１の高音
の排気音はチャンバー１９に入る。
【００３６】そして排気音は顕熱交換ローター１４を通
過して室内に入り、また湿気吸着ローター１０を通して
外部へ放出される。顕熱交換ローター１４及び湿気吸着
ローター１０はハニカム状であり、断面は図３に示すよ
うに小さな連通孔２０が多数形成された状態である。
【００３７】従って、ガスタービンユニット１の高音の
排気音は図３に示すように連通孔２０の壁面に衝突しな
がら外部へ出る。そして衝突の度に減衰を繰り返し、最
終的には小さな音となって外部へ出る。また高音の音波
ほど、直進性が強いためこの効果が強く出る。従って不
快な高音の金属音ほど減衰率が高くなる。
【００３８】
【発明の効果】本発明のガスタービン・コ・ジェネシス
テムは上記の如く構成したので、ガスタービンユニット
１の不快な高音の排気音を大幅に減衰することができる
ものである。
【００３９】さらに本発明のガスタービン・コ・ジェネ
システムは、排気音の減衰手段が湿気吸着ローターであ
るため、単に排気音を減衰させるだけでなく、排気ガス
の有する余熱で除湿を行うことができる。
【００４０】日本の場合は夏場に電力消費ピークが大き
い。これは日本の夏が高温・多湿であり、冷房装置に消
費する電力が大きいためである。そのために社会インフ
ラとして大きな電力供給設備が必要であるのであるが、
本発明のガスタービン・コ・ジェネシステムは夏場の電
力消費の大きな時期に稼動させることによって、単に発
電するだけでなく冷房装置の消費電力まで減少させるこ
とが可能であり、発電と省エネの両面より夏場の電力消
費ピークを押さえることができる。
【００４１】このように本発明のものは、電力需要の大
きな夏場に余熱を有効利用できるため設備投資効果が高
いものである。
【００４２】また、本発明のものはハニカム状の熱交換
ローターと湿気吸着ローターとに挟まれた空間にガスタ
ービンの排気を通すようにしているため、消音効果をさ
らに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン・コ・ジェネシステムの
実施例１を示すフロー図である。
【図２】本発明のガスタービン・コ・ジェネシステムに
用いられるデシカント空調ユニットの斜視図である。
【図３】本発明に用いられるガスタービン・コ・ジェネ
システムに用いられるハニカム体の一例を示す断面図で
ある。
【図４】従来のガスタービン・コ・ジェネシステムの例
を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ ガスタービンユニット ２ 圧縮機 ３ タービン ４ 発電機 ５ 熱交換機 ７ ミキシングチャンバー ８ バルブ ９ デシカント空調ユニット １０ 湿気吸着ローター １１ 仕切板 １２ 吸着ゾーン １３ 脱着ゾーン １４ 顕熱交換ローター １５ 吸熱ゾーン １６ 放熱ゾーン １７，１８ ブロア

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧縮手段とタービンとこのタービンの回転
    出力によって駆動される発電手段を有するガスタービン
    を備え、前記ガスタービンの排気をチャンバーに導入す
    るようにし、前記チャンバーからの排気を湿気吸着剤を
    担持したシートがハニカム状である湿気吸着ローターに
    通過させて吸音させた後、大気へ放出するようにしたガ
    スタービン・コ・ジェネシステム。
  2. 【請求項２】湿気吸着ローターは回転しながら湿気吸着
    と脱着とが同時に行われるようにした請求項１記載のガ
    スタービン・コ・ジェネシステム。
  3. 【請求項３】ハニカム状の熱交換ローターと湿気吸着ロ
    ーターとに挟まれた空間にガスタービンの排気を通すよ
    うにした請求項１記載のガスタービン・コ・ジェネシス
    テム。
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