JP3327543B1 - ガスタービン・コジェネ空調装置 - Google Patents

ガスタービン・コジェネ空調装置

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Abstract

【要約】 【課題】除湿ローターからの臭気の発生が少なく、かつ
冷房効果の高いガスタービン・コジェネ空調装置を提供
しようとするものである。 【解決手段】本件発明はガスタービンエンジン発電機１
の排熱によって駆動される空調部１３を有し、空調部１
３は除湿ローター１６を用いて乾燥空気を供給するモー
ドとガスタービンエンジン発電機１の排熱で作った温風
を供給するモードとを有し、２つのモードの切り替えは
ガスタービンエンジン発電機１の排ガスを湿気吸着剤に
送るか熱交換器に送るか切替ダンパー１０で選択するこ
とによって行うようにし、切替ダンパー１０から除湿ロ
ーター１６に至る流路内の圧力が切替ダンパー１０から
熱交換器２２に至る流路内の圧力より低くなるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばマイクロ
ガスタービンの排熱を用いて空調を行うガスタービン・
コジェネ空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年発電の分散化が進められ小形ガスタ
ービンを用いた発電装置がその目的に用いられるように
なった。小形ガスタービンは熱効率が悪いためコジェネ
システムを構成することによって、熱効率の悪さを解消
するようにしている。
【０００３】このコジェネシステムの中でガスタービン
・コジェネ空調装置はガスタービンの排熱の利用期間が
長く総合的に省エネ効果が高いため、極めて現実的なシ
ステムとして注目されている。
【０００４】一般的なガスタービン・コジェネ空調装置
は、ガスタービン発電機の排熱で熱湯をつくり、その熱
湯を熱交換器に通して熱風を発生させて固体の湿気吸着
剤に吸着された湿気を脱着したり、あるいは熱湯を熱交
換器に通して塩化リチウム溶液などの湿気吸収溶液から
水分を飛ばすようにしている。
【０００５】ところが以上のような排熱エネルギーを一
旦熱湯に変換する空調装置は、変換時の熱効率が悪く総
合的なエネルギー効率が悪いため、ガスタービンの排ガ
スを直接空調装置に入れ固体の湿気吸着剤に吸着された
湿気を脱着するようにしたガスタービン・コジェネ空調
装置を出願人自身が開発した。
【０００６】このようなガスタービン・コジェネ空調装
置は熱効率が高くかつ構造が簡単でありメンテナンスも
容易であり、さらに空気の流れを少し変更するだけで冷
暖房の両方に使用できるという特徴を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一般に空調機に乾燥空
気を発生させる必要があるのは、梅雨の時期や夏場であ
る。しかし湿気吸着剤で外気中の湿気を吸着させ乾燥空
気を発生させると、吸着熱によって乾燥空気の温度は上
昇する。従って乾燥空気を室内に供給する前に温度を下
げる必要がある。
【０００８】このため、水の気化熱を利用して冷風を発
生させ、この冷風と顕熱交換することによって乾燥空気
の湿度を上げることなく温度を下げるようにしている。
この場合に少しでも乾燥空気の温度を下げるために顕熱
交換器の効率を極力上げるようにしている。
【０００９】しかしガスタービンの排ガスの温度は２５
０℃から２９０℃程度もあり、冷房時に冷暖房の切り替
え用ダンパーから少しでも高温の排ガスが漏れると、供
給空気の温度が簡単に上昇してしまうという問題があ
る。このため、長期の使用の後にダンパーの気密性が低
下したり、ダンパーの部分にゴミが付着して気密性が低
下した場合には供給空気の温度が容易に上昇する問題が
あった。
【００１０】本発明は冷暖房両用のガスタービン・コジ
ェネ空調装置であって、冷房運転時にダンパーの気密性
が低下しても供給空気の温度が低下しない空調装置を提
供しようとするものである。
【００１１】
【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、ガスタービンエンジンの排熱によ
って駆動される空調部を有し、空調部は湿気吸着剤を用
いて乾燥空気を供給するモードとガスタービンエンジン
の排熱で作った温風を供給するモードとを有し、２つの
モードの切り替えはガスタービンエンジンの排ガスを湿
気吸着剤に送るか熱交換器に送るか切替ダンパーで選択
することによって行うようにし、切替ダンパーから湿気
吸着体に至る流路内の圧力が切替ダンパーから熱交換器
に至る流路内の圧力より低くなるようにした。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は
ガスタービンエンジンとこのガスタービンエンジンの排
熱によって駆動される空調部とを備え、空調部は湿気吸
着剤を有し乾燥空気を供給するモードと熱交換器を有し
ガスタービンエンジンの排熱で作った温風を供給するモ
ードとを有し、乾燥空気を供給するモードでは湿気吸着
剤に吸着された湿気をガスタービンエンジンの排熱によ
って脱着しながら湿気吸着体によって空気中の湿気を吸
着し乾燥空気をつくるようにし、温風を供給するモード
ではガスタービンエンジンの排ガスと熱交換して温風を
つくるようにし、２つのモードの切り替えはガスタービ
ンエンジンの排ガスを湿気吸着剤に送るか熱交換器に送
るか切替ダンパーで選択することによって行うように
し、切替ダンパーから湿気吸着体に至る流路内の圧力が
切替ダンパーから熱交換器に至る流路内の圧力より低く
なるようにしたものであり、排ガスが湿気吸着体に行く
ように切替ダンパーを切り替えていた時に切替ダンパー
に漏れが発生しても熱交換の方に排ガスが行かず、冷房
時に顕熱負荷の増大が防止されるという作用を有する。
【００１３】
【実施例】以下本発明のガスタービン・コジェネ空調装
置の実施例１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・コジェネ空調装置の斜視図で
あり、図２はマイクロガスタービン発電機の斜視図であ
る。
【００１４】１はマイクロガスタービン発電機であり、
ケーシング２内に発電機を一体に有するマイクロガスタ
ービンエンジン３が設けられている。またケーシング２
内には停電時のバックアップ用のバッテリー４や電力会
社の電力線から供給される電力との系統連携を行うパワ
ーコントローラ５が設けられている。
【００１５】６はファンであり、ケーシング２内部に設
けられた以上の構成物の冷却を行うために外気をケーシ
ング２内に送るものである。７は排ガス管でありマイク
ロガスタービンエンジン３の排ガスを送る管である。排
ガス管７の周囲にはファン６によってケーシング２内に
送り込まれケーシング２内部を冷却した後の冷却後外気
がミキシングチャンバーへ送られるための大径の送気管
（図示せず）が設けられている。
【００１６】またマイクロガスタービン発電機１の天面
にはミキシングチャンバー９と電動式の切替ダンパー１
０が取り付けられている。ミキシングチャンバー９には
排ガス管７と送気管とが連通しており、この中で排ガス
と冷却後外気とが混合される。
【００１７】切替ダンパー１０はミキシングチャンバー
９と連通し、この中にはミキシングチャンバー９を通過
した空気と排ガスとの混合ガスが送られる。また切替ダ
ンパー１０は電気信号に応じて２つの流路を切り替える
もので一般に市販されているものである。そしてミキシ
ングチャンバー９を通過した混合ガスは切替ダンパー１
０によって第１管路１１あるいは第２管路１２とに選択
的に送られる。
【００１８】第２管路１２は第１管路１１よりも屈曲部
分が多く形成され、管路内の流体抵抗は第２管路１２の
方が第１管路１１より大きい。
【００１９】１３は除湿空調装置であり、マイクロガス
タービン発電機１と並べて設置されている。１６は除湿
ローターであり、セラミック紙などの無機繊維紙でハニ
カム（蜂の巣）体を形成し、そのハニカム体にシリカゲ
ル等の湿気吸着剤を担持したものである。
【００２０】この除湿ローター１６は回転自在に軸支さ
れており、モーター（図示せず）によって１分間に３０
回転程度の速度で回転している。また除湿ローター１６
の外周縁両面にはシール材１７，１８が設けられ気密が
保たれている。
【００２１】つまり除湿ローター１６はシール材１７，
１８および仕切板１９によって吸着ゾーン２０と脱着ゾ
ーン２１とに分割されている。そして脱着ゾーン２１は
吸着ゾーン２０に対して下に設けられている。
【００２２】２２は直交型顕熱交換器であり、互いに直
交する２つの流体通路を有し、その２つの流路間で顕熱
交換を行う。２３は水スプレーであり直交型顕熱交換器
２２の一方の流路に水を噴霧するものである。またここ
には第２管路１２が連通している。
【００２３】２４は脱着チャンバーであり、第１管路１
１が連通しており、マイクロガスタービンエンジン３の
排ガスと冷却後外気が混合される。ここで冷却後外気と
はファン６によってケーシング２内に送られ、ケーシン
グ２内の機器を冷却した後の空気である。２５は処理ブ
ロアであり、外気を除湿ローター１６の吸着ゾーン２０
に送るものである。また吸着ゾーン２０に送られた空気
は直交型顕熱交換器２２の他方の流路を通って供給先へ
送られる。
【００２４】２６は脱着ブロアであり、脱着チャンバー
２４すなわち脱着ゾーン２１の空気を除湿ローター１６
に通して大気へ放出するものである。２７は還気ブロア
であり、供給先からの空気を直交型顕熱交換器２２の一
方の流路に通して大気に放出するものである。また脱着
ブロア２６と還気ブロア２７とはほぼ同程度の能力を有
する。
【００２５】本発明のガスタービン・コジェネ空調装置
は上記の如く構成され、以下その夏季動作について説明
する。マイクロガスタービンエンジン３を起動し、発電
を開始する。この時パワーコントローラー５が動作し、
需要側で電力会社から供給される電力が所定値確保でき
るように発電電力量を調節する。
【００２６】またこの時、マイクロガスタービンエンジ
ン３やパワーコントローラー５の発熱を冷却するようフ
ァン６が動作し外気をケーシング１内に供給する。そし
て冷却によって外気は３０℃程度温度が上昇し、送気管
より送り出される。
【００２７】マイクロガスタービンエンジン３の排ガス
は排ガス管７を通ってミキシングチャンバー９に入り、
送気管を通って送られる３０℃から６０℃の冷却後外気
と混合される。これによって２５０℃から２９０℃の排
ガスは１４０℃程度の温度になり、切替ダンパー１０に
入る。
【００２８】ここで夏季モードの場合には切替ダンパー
１０は第１管路１１のみにガスを送るようになってお
り、１４０℃の排ガスは脱着チャンバー２４に送られ
る。ここで１４０℃の排ガスは除湿ローター１６に吸着
された湿気を脱着し、脱着後の高湿空気は脱着ブロア２
６によって大気へ放出される。
【００２９】マイクロガスタービンエンジン３の起動と
同時に処理ブロア２５、脱着ブロア２６、還気ブロア２
７も起動する。また除湿ローター１６も回転させ、水ス
プレー２３より水を噴霧する。
【００３０】外気は処理ブロア２５によって除湿ロータ
ー１６の吸着ゾーン２０へ送られ、除湿ローター１６を
通過することによって乾燥空気となり、吸着熱で温度が
上昇する。この温度の上がった乾燥空気は直交型顕熱交
換器２２の他方の流路を通って冷却され、快適な空気と
なって部屋などの供給先へ送られる。
【００３１】部屋からの空気は還気ブロア２７によって
除湿空調装置１３へ吸い込まれ、水スプレー２３で冷却
され直交型顕熱交換器２２の一方の流路に入る。水スプ
レー２３で噴霧された水はこの直交型顕熱交換器２２の
一方の流路内でも気化し、他方の通路内を通過する空気
を冷却する。
【００３２】直交型顕熱交換器２２の一方の流路を出た
多湿空気は送気管の周囲を通り抜けて還気ブロア２７に
よって大気へ放出される。
【００３３】以上の夏季モードで切替ダンパー１０に漏
れが発生し高温の排ガスが第２管路１２にも入るような
状態になった場合、第２管路１２は屈曲部が多く流体抵
抗が大きいため第２管路１２への漏れは少ない。
【００３４】このため高温の排ガスが直交型顕熱交換器
２２に多量に流れることはなく、よって冷却効果が損な
われることはない。
【００３５】次に冬季モードについて説明する。冬季に
は切替ダンパー１０によって高温の排ガスを第２管路の
みに供給するようにするとともに、水スプレー２３及び
脱着ブロア２６の動作を停止させる。これによって高温
の排ガスは直交型顕熱交換器２２の一方の流路を通過す
る。
【００３６】そして処理ブロア２５によって送られた外
気が直交型顕熱交換器２２を通過する間に暖められ、室
内へと供給される。室内からの還気は排ガスとともに直
交型顕熱交換器２２の一方の流路を通過し還気ブロア２
７によって外気へ放出される。
【００３７】以上の冬季モードで切替ダンパー１０に漏
れが発生し高温の排ガスが第１管路１１にも入るような
状態になった場合、第１管路１１は屈曲部が少なく流体
抵抗が小さいため第１管路１１への漏れは多いが、これ
による不都合はない。
【００３８】また第１管路１１へ漏れた高温の排ガスが
除湿ローター１６に吸着された物質例えばアンモニアな
どを脱着するため、夏季モードへ移行した場合に急にア
ンモニアなどが脱着されて臭気が発生することがない。
【００３９】図３は本発明の実施例２を示す。この実施
例２のものは第１管路１１と第２管路１２との屈曲部の
数はほぼ同じであり、管路の流体抵抗はほぼ同じである
が、脱着ブロア２６の能力が還気ブロア２７より大き
い。その他の構成は上記の実施例１のものと全く同一で
ある。
【００４０】このため、切替ダンパー１０に漏れが発生
した場合、夏季モードにおいて高温の排ガスは脱着チャ
ンバー側に漏れ、直交型顕熱交換器２２の一方の流路側
には漏れない。よってこの実施例２のものも上記実施例
１のものと同様、夏季モードにおいて冷却効果が損なわ
れることなく、冬季モードにおいては除湿ローター１６
に吸着された物質を脱着する効果を期待することができ
る。
【００４１】
【発明の効果】本発明のガスタービン・コジェネ空調装
置は以上のようにガスタービンエンジンの排熱によって
駆動される空調部を有し、空調部は湿気吸着剤を用いて
乾燥空気を供給するモードとガスタービンエンジンの排
熱で作った温風を供給するモードとを有し、２つのモー
ドの切り替えはガスタービンエンジンの排ガスを湿気吸
着剤に送るか熱交換器に送るか切替ダンパーで選択する
ことによって行うようにし、切替ダンパーから湿気吸着
体に至る流路内の圧力が切替ダンパーから熱交換器に至
る流路内の圧力より低くなるようにしたので、夏季モー
ドにおいて切替ダンパーに漏れが発生した場合にも冷却
効果が損なわれることがない。
【００４２】また冬季モードで切替ダンパーに漏れが生
じた場合に漏れた高温の排ガスは除湿ローターの脱着作
用を行うため、除湿ローターに吸着された臭気成分など
が脱着され、夏季モードに移行した場合に臭気が発生す
ることを防止することができる。
【００４３】しかも本発明を実施するに際して、管路の
流体抵抗の設定やブロアの能力の選択で実現でき、特別
な部材は不要であり、コストの上昇の要因にならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン・コジェネ空調装置の実
施例１を示す斜視図である。
【図２】本発明のガスタービン・コジェネ空調装置に用
いられるマイクロガスタービン発電機の斜視図である。
【図３】本発明のガスタービン・コジェネ空調装置の実
施例２を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ マイクロガスタービン発電機 ２ ケーシング ３ マイクロガスタービンエンジン ４ バッテリー ５ パワーコントローラ ６ ファン ７ 排ガス管 ９ ミキシングチャンバー １０ 切替ダンパー １１ 第１管路 １２ 第２管路 １３ 除湿空調装置 １６ 除湿ローター １７，１８ シール材 １９ 仕切板 ２０ 吸着ゾーン ２１ 脱着ゾーン ２２ 直交型顕熱交換器 ２３ 水スプレー ２４ 脱着チャンバー ２５ 処理ブロア ２６ 脱着ブロア ２７ 還気ブロア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ２４Ｆ 1/02 ４５１ Ｆ２４Ｆ 1/02 ４５１ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02G 5/02 F02C 6/18 F02G 5/04 F24F 1/02 446 F24F 1/02 451

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ガスタービンエンジンとこのガスタービン
    エンジンの排熱によって駆動される空調部とを備え、前
    記空調部は湿気吸着剤を有し乾燥空気を供給するモード
    と熱交換器を有し前記ガスタービンエンジンの排熱で作
    った温風を供給するモードとを有し、乾燥空気を供給す
    るモードでは前記湿気吸着剤に吸着された湿気を前記ガ
    スタービンエンジンの排熱によって脱着しながら前記湿
    気吸着体によって空気の湿気を吸着し乾燥空気をつくる
    ようにし、温風を供給するモードでは前記ガスタービン
    エンジンの排ガスと熱交換して温風をつくるようにし、
    前記２つのモードの切り替えは前記ガスタービンエンジ
    ンの排ガスを前記湿気吸着剤に送るか前記熱交換器に送
    るか切替ダンパーで選択することによって行うように
    し、前記切替ダンパーから前記湿気吸着体に至る流路内
    の圧力が前記切替ダンパーから前記熱交換器に至る流路
    内の圧力より低くなるようにしたガスタービン・コジェ
    ネ空調装置。
  2. 【請求項２】切替ダンパーから前記湿気吸着体に至る流
    路の圧力損失が前記切替ダンパーから熱交換器に至る流
    路内の圧力損失より低くなるようにした請求項１記載の
    ガスタービン・コジェネ空調装置。
  3. 【請求項３】ガスタービンエンジンの排ガスを湿気吸着
    体を通して外気へ放出する脱着ブロアと、ガスタービン
    エンジンの排ガスを熱交換器を通して外気へ放出する還
    気ブロアとを設け、前記脱着ブロアと還気ブロアとの能
    力によって切替ダンパーから前記湿気吸着体に至る流路
    内の圧力が前記切替ダンパーから前記熱交換器に至る流
    路内の圧力より低くなるようにした請求項１記載のガス
    タービン・コジェネ空調装置。
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