JP3631107B2 - マイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロガスタービンから発生する廃熱ガスを利用して、効率的に冷熱出力を得ることができる廃熱ガス駆動コジェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、分散型電源としてマイクロガスタービン発電装置が注目されており、該装置では、天然ガスやバイオガスを燃料とし、これを燃焼させて小型のガスタービンを稼働することによって電力を発生させている。しかし、この装置におけるエネルギ効率は十分に高いものとは言えず、多くのエネルギが排ガス中への廃熱としてロスしているため、廃熱を回収して有効に利用するコジェネレーションシステムとしての利用が有効とされている。従来、このような観点から廃熱によって温水を得るコジェネレーションシステムが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の温水を得るコジェネレーションシステムでは、温水を必要としない場合には総合効率が低く、利用価値が低くなる。
一方、特に、夏場における冷凍・冷房分野における電力需要は多く、電力平準化の点からも冷熱供給の可能なコジェネレーションシステムが期待されている。このような観点から、廃熱ガスをもとに蒸気を発生させて、臭化リチウムを利用した冷凍機を稼働させる方法が考えられる。ただし、この方法は原理的に冷媒として水を利用するため、５℃以下の温度の冷媒を得ることができず、冷凍への適用が困難である。一方、蒸気を利用して冷凍温度域における冷媒が得られるアンモニア吸収式冷凍機に適用することが考えられる。
しかし、この冷凍機で冷媒として利用するアンモニアは、人体に有害であること、利用する材料などの選択を誤ると腐食などが起こり外部への漏洩などが起きることが考えられる。一旦、外部へのアンモニア漏洩が起きると、人体への甚大な損傷等に至らしめるか、周囲の品物への悪臭の付着、特に食品などは使用不可となるなどの損害が懸念される問題があり、分散型電源として期待される小型産業用、民間での適用などには適しているとはいえず、特に民間地区および食品分野での適用は事実上困難と考えられる。
【０００４】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、マイクロガスタービンから発生する排ガスの廃熱から熱エネルギを効果的に得て、これを駆動源として冷凍・冷房用の冷熱を発生させることができる廃ガス駆動コジェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するため本発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムのうち第１の発明は、マイクロガスタービンと、高温側の水素吸蔵合金容器を有し該容器と前記マイクロガスタービンからの廃熱ガスおよび冷却用熱媒との直接または間接的な熱交換により稼働して水素を吸放出する駆動部と、低温側の水素吸蔵合金容器を有し前記駆動部の稼働に従って該容器で水素を吸放出して冷熱を発生し、該冷熱を冷熱用熱媒に伝えて外部に供給する冷熱出力部とを備えており、前記駆動部と冷熱出力部とを多段に有し、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させており、前記前段の駆動部ではマイクロガスタービンからの廃熱ガスと前段の高温側容器との熱交換を熱媒によって間接的に行い、前記後段の駆動部では前記熱交換後の廃熱ガスと後段の高温側容器との間で直接に熱交換することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムは、第１の発明において、前記熱媒が廃熱ガスとの熱交換により発生する蒸気であることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムは、第１および２の発明において、駆動部で熱交換された後の廃熱ガスと熱交換して温水を得る温水発生器を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、マイクロガスタービンから発生する廃熱を駆動源として利用するものであり、廃熱利用に際しては該廃熱を有する排ガス、すなわち廃熱ガスと高温側の水素吸蔵合金容器との間で直接または間接的に熱交換して熱エネルギを回収する。
なお、マイクロガスタービンにおいては、エネルギー効率の向上のため、タービンの吸気を廃熱ガスと熱交換して昇温させることによって発電効率を上げることが行われており、この結果、マイクロガスタービンから最終的に排出される廃熱ガス温度は、約３００℃と低くなる。前述したように、マイクロガスタービン装置ではエネルギー効率を上げるために、廃熱ガスより熱を回収して利用するコジェネレーションシステムが検討されているが、このように廃熱ガス温度が低いため、現状では温水を得ることしかできない。このため、特に夏場に必要となる冷房・冷凍に利用する冷熱は得られない。
【００１１】
本発明では、従来の熱駆動方式の冷房システムでは稼動できない、マイクロガスタービンよりの廃熱ガスを導入し、水素吸蔵合金容器と直接に熱交換させて、冷熱を発生させている。これにより、小型産業用、民生用および食品工業などに利用可能な冷凍温度域の冷凍出力を得ることが可能になり、電力とともに冷凍出力が利用されている食品工場、コンビニ、スーパー、病院、ホテルなどにおいてエネルギ効率の高い装置として活用することができる。しかも漏れによる悪臭などの問題もないマイクロガスタービン利用コジェネレーションとすることが可能になる。
【００１２】
また、本発明は、マイクロガスタービンとしての発電効率は下がるが、吸気との熱交換を行わずに高温のままの廃熱ガスを利用してエネルギー利用効率の向上を図ることができる。すなわち、マイクロガスタービンの高温廃熱ガスと熱媒との間で熱交換して、熱エネルギを得た熱媒によって本発明の駆動部を稼働させることができる。
本発明の第２の発明では、上記熱媒として蒸気を用い、廃熱ガスと高温側の水素吸蔵合金容器との間で間接的な熱交換が行われる。この形態においても廃熱ガスを駆動源として水素吸蔵合金利用冷凍システムを駆動させ、小型産業用、民生用および食品工業などに利用可能な冷凍出力を得ることができる。なお、このシステムでは、廃熱エネルギを他の熱媒に移動させるので、熱マイクロガスタービンの起動停止運転などにより廃ガスの発生条件が変動する場合にも、熱エネルギを蓄熱して一旦貯蔵するなどの手段を講じることによって該変動による冷熱出力の不安定性を排除できるという利点がある。
【００１３】
本発明では、駆動部と冷熱発生部とを多段に設け、前段の駆動部で熱交換した廃熱ガスをさらに後段の駆動部で熱交換する。
前段で利用した廃熱ガスに残存する熱エネルギをさらに利用できるので、全体の効率が向上し、取り出すことができる冷凍出力も増大する。廃熱ガス温度が比較的高く、前段の駆動部で蒸気等の熱媒によって間接的に合金容器と熱交換した後、排出される比較的低い廃熱ガスで後段の駆動部と直接に熱交換する。
【００１４】
さらに、第３の発明は、駆動部で熱交換した廃熱ガスを利用して、温水発生器で温水を得るものであり、冷熱出力に加えて温水を得ることにより全体の効率が一層向上する。
【００１５】
なお、本発明では、いずれの発明においても高温側の水素吸蔵合金容器と、低温側の水素吸蔵合金容器とを有しており、該容器にはそれぞれの動作に適する水素吸蔵合金が収容される。すなわち、高温側では廃熱ガスによって水素を放出し、冷却用熱媒によって水素を吸蔵できるものであることが必要であり、低温側では水素の放出によって所望の冷熱が生じるものであることが必要である。これらの要求を満たすものであれば、本発明としては上記各水素吸蔵合金が特定の種別に限定されるものではなく、適宜の合金を選定することができる。
【００１６】
これら水素吸蔵合金は、合金容器に水素の吸放出が可能な状態で収容される。水素の吸放出は容器内に通気材を配置したり、通気路を確保することにより水素の移動を可能とすることによって達成し得る。上記合金容器は、マイクロガスタービン廃熱ガスおよび冷却用熱媒との間で熱交換するため、通常は熱交換に適した形状や熱伝導が良好な材質で構成する。また、廃熱ガスとの熱交換が、直接になされるか間接的になされるかによってもその構成が考慮される。
【００１７】
駆動部は上記した容器のうち、高温側の容器を有しており、該容器において廃熱ガスおよび冷却用熱媒と直接または間接的に熱交換する。このため、駆動部では、廃熱ガスまたは廃熱ガスに変わる熱媒および冷却用熱媒が導入されるように構成されており、これら熱媒は上記容器と接触して熱交換する。駆動部では、これらの熱交換によって稼働し水素を吸放出する。吸放出される水素は、駆動力として、後述する冷熱発生部との間で移動する。このため、通常は、駆動部と冷熱発生部とは、水素移動路によって連結される。
【００１８】
一方、冷熱発生部では、上記した容器のうち、低温側の容器を有しており、該容器において、冷熱が発生した際に冷熱用熱媒に冷熱が伝達される。冷熱はこの熱媒または、さらに熱交換した熱媒によって外部の熱利用部に送られる。冷熱利用部としては食品保存用の冷凍庫が例示されるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、冷房、冷凍が必要とされるあらゆるものに適用が可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明装置の一実施形態を、図１に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施形態では、連続して冷熱を発生させるために駆動部と冷熱発生部とが２対設けられている。以下、詳述する。
ガスタービン発電装置１では、内部にガスタービン、発電機を有しており、ガスタービンで発生した排ガスを排出する排気ダクト２を有している。
該排気ダクト２は、切り替え装置３ａ、３ｂを介して駆動部４ａ、４ｂにそれぞれ接続されている。該駆動部４ａ、４ｂは容器形状を有しており、その内部に、高温側の水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金容器５ａ、５ｂが配置され、該容器５ａ、５ｂに連結した水素移動路６ａ、６ｂが駆動部４ａ、４ｂ外に伸張している。
【００２０】
また駆動部４ａ、４ｂには、前記合金容器５ａ、５ｂに接触させる冷却水を冷却用熱媒として導入、排出するための冷却水管１０ａ、１０ｂが接続されている。
これら冷却水管１０ａ、１０ｂの返流側は冷却水回収タンク１１に接続され、合流した冷却水管は冷却水ポンプ１２を介して外部のクーリングタワー１３に接続されている。一方、冷却水管１０ａ、１０ｂの送流側は合流した状態で冷却水ポンプ１４を介して前記クーリングタワー１３に接続されている。
さらに、駆動部４ａ、４ｂには、上記容器５ａ、５ｂで熱交換した後の排ガスを排出して移動させる排ガス移動管１５ａ、１５ｂが接続されており、該排ガス移動管１５ａ、１５ｂは合流して外部の温水発生器２０に接続されている。該発生器２０には、タンク２１からポンプ２２によって供給される水と排ガス移動管で供給される廃熱ガスとの間で熱交換する熱交換器２３を有している。
【００２１】
また、上記駆動部４ａ、４ｂに対応して二つの冷熱発生部２５ａ、２５ｂが設けられており、該冷熱発生部２５ａ、２５ｂにはそれぞれ低温側の水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金容器２６ａ、２６ｂが配置されており、該容器２６ａ、２６ｂには、それぞれ前記した水素移動路６ａ、６ｂが接続されている。
また、冷熱発生部２５ａ、２５ｂには、容器２６ａ、２６ｂに冷熱用熱媒または冷却用熱媒を接触させるために、該熱媒を導入、排出する熱媒管３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂがそれぞれ接続されている。
これら熱媒管３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは外部に伸張し、図示しない弁制御回路に接続されている。該弁制御回路では、熱媒管３０ａに、三方弁３５の１ポートが接続され、他ポートの一つは冷却水との熱交換器４５の返流側に接続され、さらに他のポートには冷熱用熱媒タンク４６の返流側に接続されている。熱媒管３０ｂは、三方弁３６、３７の１ポートにそれぞれ接続され、三方弁３６の他ポートの一つは熱媒ポンプ４２を介して前記冷熱用熱媒タンク４６の送流側に接続され、さらに他のポートには熱媒管３１ｂが接続されている。また、三方弁３７の他の一つのポートには同じく熱媒管３１ｂが接続され、さらに他のポートには、冷却液ポンプ４３を介して冷却水との熱交換器４５の送流側が接続されている。また、熱媒管３１ａは、三方弁３８の１ポートに接続されており、三方弁３８の他の一つのポートには冷却水との熱交換器４５の返流側が接続され、さらに他のポートは冷熱用熱媒タンク４６の返流側に連結されている。また、熱媒管３０ａと熱媒管３１ａとは、バルブ３９を介して顕熱回収管４０が接続されている。
【００２２】
以下に、上記装置の動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１では、天然ガス等の燃料を導入し、これを燃焼させてガスタービンを作動させ、その出力によって発電機を駆動して発電する。この電力は適宜の電気機器、設備等に供給される。この際には、廃熱ガスと給気との熱交換が行われている。ガスタービンで発生した廃熱ガスは、この熱交換後には３００℃程度となっており、排気ダクト２を通して外部に排出される。このとき、切り替え装置３ａ、３ｂの動作により、排気を駆動部４ａ側にのみ移動させる。また、このとき、高温側の容器５ａおよび低温側の容器２６ｂ内の水素吸蔵合金には水素が吸蔵されており、高温側容器５ｂおよび低温側容器２６ａ内の水素吸蔵合金では水素が放出された状態にあるものとする。
【００２３】
駆動部４ａに導入された廃熱ガスは、容器５ａと接触し、容器５ａとの間で熱交換した後、排ガス移動管１５ａから排出される。
容器５ａでは、上記廃熱ガスとの接触すなわち熱交換によって加熱され、容器壁を通して内部の水素吸蔵合金が加熱される。加熱された水素吸蔵合金では、吸蔵されていた水素が放出され、水素移動路６ａを通して冷熱発生部２５ａの低温側容器２６ａへと移動し、容器２６ａ内の水素吸蔵合金によって吸蔵される。なお、この際には、三方弁３５〜３８の操作によって熱媒管３０ａ、３０ｂを冷却水との熱交換器４５に接続し、冷却液を冷熱発生部２５ａ内に導入して容器２６ａ内の水素吸蔵合金を冷却し、該合金での水素吸蔵を促がす。この工程は、低温側の水素吸蔵合金を再生する工程に当たり、後工程で冷熱を発生させる準備段階に当たる。
【００２４】
一方、駆動部４ｂ側では、上記工程が前工程として水素吸蔵合金より水素が放出された状態にあり、水素は容器２６ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵されている状態にある。
駆動部４ｂでは、上記と同様にして廃熱ガスで加熱された後の状態にあり、容器５ｂおよび内部の水素吸蔵合金も高温の状態にある。この状態で、上記工程と並行して、クーリングタワー１３より冷却水ポンプ１４によって冷却水を送流し、冷却水管１０ｂを通して駆動部４ｂに冷却水を導入し、容器５ｂを冷却する。容器５ｂにかけられた冷却水は、冷却水回収タンク１１に回収され、冷却水管を通してポンプ１２によってクーリングタワー１３に返流される。
【００２５】
容器５ｂでは、上記冷却によって内部の水素吸蔵合金の水素平衡圧が下がり、水素の吸引力が発生する。この吸引力は、水素移動管６ｂを通して低温側の容器２６ｂへと伝わる。容器２６ｂでは、この吸引力によって水素を吸蔵している水素吸蔵合金から水素が放出され、この水素は水素移動管６ｂを通して高温側の容器５ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵される。容器２６ｂでは、上記水素の放出によって冷熱が発生する。冷熱発生部２５ｂでは、三方弁３５〜３８の操作によって熱媒管３１ａ、３１ｂを冷熱熱媒タンク４６に接続し、熱媒管３１ａ、３１ｂを介して循環する冷熱用熱媒に冷熱を伝達する。この熱媒は熱媒タンク４６に還流するので、これを冷凍庫等の冷凍出力部（図示しない）に供給して冷凍出力を発生させる。
【００２６】
駆動部４ａ、４ｂおよび冷熱出力部２５ａ、２５ｂにおいて上記動作を交互に行うことによって冷凍出力を連続して得ることができる。
なお、冷熱出力部２５ａ、２５ｂで動作を切り換える際に、弁３９を開いて冷熱出力部２５ａ、２５ｂを顕熱回収管４０で連結し、該出力部間で冷熱用熱媒を循環させることによって容器および水素吸蔵合金の顕熱を回収する。
また、駆動部４ａ、４ｂから熱交換後に排出される排気ガスは、排ガス移動管１５ａ、１５ｂを通して外部温水発生器２０に送られ、該発生器２０の熱交換器２３でタンク２１から供給される水に熱を伝達し、温水化する。温水は、タンク２１に戻され、適宜利用される。また、熱交換された廃熱ガスは、発生器２０から取り出され、適宜の方法によって排気される。
【００２７】
上記のように、この冷凍装置では、比較的温度の低い廃熱ガスにおいても冷凍出力を効率よく発生させることができ、マイクロガスタービン発電装置に付設すれば、全体としてエネルギ利用効率が非常に大きなエネルギ発生装置を得ることができる。また、環境面においても環境を害すことなく冷凍出力を得ることができ、環境性が優れたマイクロガスタービン発電装置と相まって環境面においても優れた装置といえる。
【００２８】
（実施形態２）
次に、本発明装置の他の実施形態を図２に基づいて説明する。
なお、この実施形態のマイクロガスタービン発電装置１００は、廃熱ガスと給気との熱交換が行われておらず、発電装置１００から排出される廃熱ガスは比較的温度が高いものである。
なお、この実施形態で上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００２９】
ガスタービン発電装置１００には、該装置１００から排出される排ガスを移動させる排気ダクト１０２が設けられており、該ダクト１０２はボイラ５０に接続されている。該ボイラ５０内には熱交換器が配置されており、上記排気ダクト１０２から供給される廃熱ガスと水との間で熱交換して蒸気を発生させる。ボイラ５０には該蒸気を外部に供給する蒸気管５２の一端が接続されており、該蒸気管５２の他端は三方弁５３のポートの一つに接続されている。該三方弁５３の他のポートの一つは駆動部１０４ａの熱媒出入部の一つに接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの熱媒出入部の一つに接続されている。また、駆動部１０４ａの他の熱媒出入部は三方弁５４の一ポートに接続されており、該三方弁５４の他ポートは蒸気廃棄管６０に接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの他の熱媒出入部に接続されている。また、駆動部１０４ａの一つの熱媒出入部は、さらに三方弁５５の一ポートに接続されており、該三方弁５５の他ポートはクーリングタワー１３の返流側に接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの一つの熱媒出入部に接続されている。また、駆動部１０４ａの他の熱媒出入部はさらに、三方弁５６の一ポートに接続されており、該三方弁５６の他のポートにはポンプ１４を介してクーリングタワー１３の送流側が接続されており、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの他の熱媒出入部に接続されている。
【００３０】
上記駆動部１０４ａ、１０４ｂは、水素吸蔵合金容器１０５ａ、１０５ｂを有しており、該容器１０５ａ、１０５ｂは、前記実施形態１と同様に冷熱発生部２５ａ、２５ｂの水素吸蔵合金容器２６ａ、２６ｂに水素移動路６ａ、６ｂによって接続されている。該容器２６ａ、２６ｂは、熱媒３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂおよび弁制御回路を介して冷却水との熱交換器４５および冷熱熱媒タンク４６に接続されている。
【００３１】
以下に、本実施形態の装置の動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１００で廃熱ガスは、排気ダクト１０２を通してボイラ５０に導入され、ここで熱交換器によって水との間で熱交換され、その後の廃熱ガスは排気される。熱交換器で熱交換された水は蒸気になり、蒸気管５２を通し三方弁５３を介して駆動部１０４ａに導入され、駆動部１０４ａを通過した蒸気は三方弁５４を介して蒸気廃棄管６０より廃棄される。駆動部１０４ａでは、蒸気と容器１０５ａとの熱交換によって容器１０５ａ内の水素吸蔵合金から水素が放出され、該水素は前記実施形態１と同様に、水素移動路６ａを通して冷熱発生部２５ａに移動し、低温側の再生処理がなされる。一方、駆動部１０４ｂでは、クーリングタワー１３からポンプ１４を通して三方弁５６を介して冷却水が導入され、容器１０５ｂおよびその内部の水素吸蔵合金が冷却される。冷却水は、その後、容器１０５ｂの熱媒出入部から排出され、三方弁５４を介してクーリングタワー１３に返流される。容器１０５ａでは上記冷却によって水素の吸引力が生じ、その結果、水素を吸蔵している低温側の容器２６ｂから水素を放出させ、この水素を高温側の容器１０５ｂ内の水素吸蔵合金で吸蔵する。容器２６ｂでは上記水素の放出によって冷熱が発生しており、この冷熱を実施形態１と同様に冷熱用熱媒に伝達して冷熱利用部に供給する。
駆動部１０４ａ、１０４ｂ、冷熱発生部２５ａ、２５ｂでは、各三方弁５３〜５６、３５〜３９の切換によって実施形態１と同様に上記動作を交互に切り替えつつ繰り返して冷熱を連続して取り出す。
【００３２】
（実施形態３）
この実施形態は、駆動部と冷熱発生部を多段（２段）に設けたものであり、各段の駆動部および冷熱発生部は上記実施形態１、２と同様に２対で構成されている。また、この実施形態では、前段の駆動部および冷熱発生部は実施形態２と同様の構成を有しており、後段の駆動部および冷熱発生部は実施形態１と同様の構成を有している。以下に本実施形態３を具体的に説明する。なお、本実施形態においても、前記実施形態１、２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この実施形態では、マイクロガスタービン発電装置１００で発生する比較的高温の廃熱ガスは、ボイラ５０で熱交換され、該熱交換によって発生した蒸気で前段の駆動部１０４ａまたは駆動部１０４ｂの容器１０５ａまたは容器１０５ｂを加熱して駆動部１０４ａ、１０４ｂを稼働させ、前段の冷熱発生部２５ａまたは２５ｂで冷熱を発生させて冷熱利用部に冷熱を供給する。
さらに、上記ボイラ５０で熱交換して温度が低下した廃熱ガスは、廃熱ガス供給管２００によって後段の駆動部４ａまたは４ｂに送られ、一方の駆動部で熱交換される。後段の駆動部で熱交換された廃熱ガスは、さらに温水発生器２０に送られ、ここで熱交換されて温水を発生させた後、廃熱ガスは廃棄される。
この実施形態では、多段に設けた駆動部と冷熱発生部とによって冷熱を得ることができるの、高い効率で冷熱を得ることができ、全体の効率が大幅に向上する。
また、この実施形態では、前段で廃熱ガスから蒸気を得て、これによって前段の駆動部で間接的な熱交換により駆動部を稼働させ、前段で熱交換した後の廃熱ガスは、後段の駆動部で直接に熱交換して駆動部を稼働させているので、廃熱ガスの熱エネルギを効果的に回収して利用することを可能にしている。
【００３３】
以上説明したように、本発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムによれば、マイクロガスタービンと、高温側の水素吸蔵合金容器を有し該容器と前記マイクロガスタービンからの廃熱ガスおよび冷却用熱媒との直接または間接的な熱交換により稼働して水素を吸放出する駆動部と、低温側の水素吸蔵合金容器を有し前記駆動部の稼働に従って該容器で水素を吸放出して冷熱を発生し、該冷熱を冷熱用熱媒に伝えて外部に供給する冷熱出力部とを備えており、前記駆動部と冷熱出力部とを多段に有し、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させており、前記前段の駆動部ではマイクロガスタービンからの廃熱ガスと前段の高温側容器との熱交換を熱媒によって間接的に行い、前記後段の駆動部では前記熱交換後の廃熱ガスと後段の高温側容器との間で直接に熱交換することにより、マイクロガスタービンで発生する廃熱ガスを利用して安全かつ効率的に冷熱を得ることができ、効率のよいコジェネレーションシステムを得ることができる。
【００３４】
また、前記駆動部と冷熱出力部とを多段にして、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させるものとすれば、廃熱ガスをより有効に利用することができ、全体の効率が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体システム図である。
【図２】同じく他の実施形態を示す全体システム図である。
【図３】同じくさらに他の実施形態を示す全体システム図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン発電装置
２ 排気ダクト
３ａ 切り替え装置
３ｂ 切り替え装置
４ａ 駆動部
４ｂ 駆動部
５ａ 水素吸蔵合金容器
５ｂ 水素吸蔵合金容器
１０ａ 冷却水管
１０ｂ 冷却水管
１３ クーリングタワー
２０ 温水発生器
２１ タンク
２５ａ 冷熱発生部
２５ｂ 冷熱発生部
２６ａ 水素吸蔵合金容器
２６ｂ 水素吸蔵合金容器
４５ 熱交換器
４６ 冷熱用熱媒タンク
５０ ボイラ
１００ ガスタービン発電装置
１０２ 排気ダクト
１０４ａ 駆動部
１０４ｂ 駆動部
１０５ａ 水素吸蔵合金容器
１０５ｂ 水素吸蔵合金容器
２００ 廃熱ガス供給管
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロガスタービンから発生する廃熱ガスを利用して、効率的に冷熱出力を得ることができる廃熱ガス駆動コジェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、分散型電源としてマイクロガスタービン発電装置が注目されており、該装置では、天然ガスやバイオガスを燃料とし、これを燃焼させて小型のガスタービンを稼働することによって電力を発生させている。しかし、この装置におけるエネルギ効率は十分に高いものとは言えず、多くのエネルギが排ガス中への廃熱としてロスしているため、廃熱を回収して有効に利用するコジェネレーションシステムとしての利用が有効とされている。従来、このような観点から廃熱によって温水を得るコジェネレーションシステムが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の温水を得るコジェネレーションシステムでは、温水を必要としない場合には総合効率が低く、利用価値が低くなる。
一方、特に、夏場における冷凍・冷房分野における電力需要は多く、電力平準化の点からも冷熱供給の可能なコジェネレーションシステムが期待されている。このような観点から、廃熱ガスをもとに蒸気を発生させて、臭化リチウムを利用した冷凍機を稼働させる方法が考えられる。ただし、この方法は原理的に冷媒として水を利用するため、５℃以下の温度の冷媒を得ることができず、冷凍への適用が困難である。一方、蒸気を利用して冷凍温度域における冷媒が得られるアンモニア吸収式冷凍機に適用することが考えられる。
しかし、この冷凍機で冷媒として利用するアンモニアは、人体に有害であること、利用する材料などの選択を誤ると腐食などが起こり外部への漏洩などが起きることが考えられる。一旦、外部へのアンモニア漏洩が起きると、人体への甚大な損傷等に至らしめるか、周囲の品物への悪臭の付着、特に食品などは使用不可となるなどの損害が懸念される問題があり、分散型電源として期待される小型産業用、民間での適用などには適しているとはいえず、特に民間地区および食品分野での適用は事実上困難と考えられる。
【０００４】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、マイクロガスタービンから発生する排ガスの廃熱から熱エネルギを効果的に得て、これを駆動源として冷凍・冷房用の冷熱を発生させることができる廃ガス駆動コジェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するため本発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムのうち第１の発明は、マイクロガスタービンと、高温側の水素吸蔵合金容器を有し該容器と前記マイクロガスタービンからの廃熱ガスおよび冷却用熱媒との直接または間接的な熱交換により稼働して水素を吸放出する駆動部と、低温側の水素吸蔵合金容器を有し前記駆動部の稼働に従って該容器で水素を吸放出して冷熱を発生し、該冷熱を冷熱用熱媒に伝えて外部に供給する冷熱出力部とを備えており、前記駆動部と冷熱出力部とを多段に有し、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させており、前記前段の駆動部ではマイクロガスタービンからの廃熱ガスと前段の高温側容器との熱交換を熱媒によって間接的に行い、前記後段の駆動部では前記熱交換後の廃熱ガスと後段の高温側容器との間で直接に熱交換することを特徴とする。
【０００６】
第２の発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムは、第１の発明において、前記熱媒が廃熱ガスとの熱交換により発生する蒸気であることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムは、第１および２の発明において、駆動部で熱交換された後の廃熱ガスと熱交換して温水を得る温水発生器を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、マイクロガスタービンから発生する廃熱を駆動源として利用するものであり、廃熱利用に際しては該廃熱を有する排ガス、すなわち廃熱ガスと高温側の水素吸蔵合金容器との間で直接または間接的に熱交換して熱エネルギを回収する。
なお、マイクロガスタービンにおいては、エネルギー効率の向上のため、タービンの吸気を廃熱ガスと熱交換して昇温させることによって発電効率を上げることが行われており、この結果、マイクロガスタービンから最終的に排出される廃熱ガス温度は、約３００℃と低くなる。前述したように、マイクロガスタービン装置ではエネルギー効率を上げるために、廃熱ガスより熱を回収して利用するコジェネレーションシステムが検討されているが、このように廃熱ガス温度が低いため、現状では温水を得ることしかできない。このため、特に夏場に必要となる冷房・冷凍に利用する冷熱は得られない。
【００１１】
本発明では、従来の熱駆動方式の冷房システムでは稼動できない、マイクロガスタービンよりの廃熱ガスを導入し、水素吸蔵合金容器と直接に熱交換させて、冷熱を発生させている。これにより、小型産業用、民生用および食品工業などに利用可能な冷凍温度域の冷凍出力を得ることが可能になり、電力とともに冷凍出力が利用されている食品工場、コンビニ、スーパー、病院、ホテルなどにおいてエネルギ効率の高い装置として活用することができる。しかも漏れによる悪臭などの問題もないマイクロガスタービン利用コジェネレーションとすることが可能になる。
【００１２】
また、本発明は、マイクロガスタービンとしての発電効率は下がるが、吸気との熱交換を行わずに高温のままの廃熱ガスを利用してエネルギー利用効率の向上を図ることができる。すなわち、マイクロガスタービンの高温廃熱ガスと熱媒との間で熱交換して、熱エネルギを得た熱媒によって本発明の駆動部を稼働させることができる。
本発明の第２の発明では、上記熱媒として蒸気を用い、廃熱ガスと高温側の水素吸蔵合金容器との間で間接的な熱交換が行われる。この形態においても廃熱ガスを駆動源として水素吸蔵合金利用冷凍システムを駆動させ、小型産業用、民生用および食品工業などに利用可能な冷凍出力を得ることができる。なお、このシステムでは、廃熱エネルギを他の熱媒に移動させるので、熱マイクロガスタービンの起動停止運転などにより廃ガスの発生条件が変動する場合にも、熱エネルギを蓄熱して一旦貯蔵するなどの手段を講じることによって該変動による冷熱出力の不安定性を排除できるという利点がある。
【００１３】
本発明では、駆動部と冷熱発生部とを多段に設け、前段の駆動部で熱交換した廃熱ガスをさらに後段の駆動部で熱交換する。
前段で利用した廃熱ガスに残存する熱エネルギをさらに利用できるので、全体の効率が向上し、取り出すことができる冷凍出力も増大する。廃熱ガス温度が比較的高く、前段の駆動部で蒸気等の熱媒によって間接的に合金容器と熱交換した後、排出される比較的低い廃熱ガスで後段の駆動部と直接に熱交換する。
【００１４】
さらに、第３の発明は、駆動部で熱交換した廃熱ガスを利用して、温水発生器で温水を得るものであり、冷熱出力に加えて温水を得ることにより全体の効率が一層向上する。
【００１５】
なお、本発明では、いずれの発明においても高温側の水素吸蔵合金容器と、低温側の水素吸蔵合金容器とを有しており、該容器にはそれぞれの動作に適する水素吸蔵合金が収容される。すなわち、高温側では廃熱ガスによって水素を放出し、冷却用熱媒によって水素を吸蔵できるものであることが必要であり、低温側では水素の放出によって所望の冷熱が生じるものであることが必要である。これらの要求を満たすものであれば、本発明としては上記各水素吸蔵合金が特定の種別に限定されるものではなく、適宜の合金を選定することができる。
【００１６】
これら水素吸蔵合金は、合金容器に水素の吸放出が可能な状態で収容される。水素の吸放出は容器内に通気材を配置したり、通気路を確保することにより水素の移動を可能とすることによって達成し得る。上記合金容器は、マイクロガスタービン廃熱ガスおよび冷却用熱媒との間で熱交換するため、通常は熱交換に適した形状や熱伝導が良好な材質で構成する。また、廃熱ガスとの熱交換が、直接になされるか間接的になされるかによってもその構成が考慮される。
【００１７】
駆動部は上記した容器のうち、高温側の容器を有しており、該容器において廃熱ガスおよび冷却用熱媒と直接または間接的に熱交換する。このため、駆動部では、廃熱ガスまたは廃熱ガスに変わる熱媒および冷却用熱媒が導入されるように構成されており、これら熱媒は上記容器と接触して熱交換する。駆動部では、これらの熱交換によって稼働し水素を吸放出する。吸放出される水素は、駆動力として、後述する冷熱発生部との間で移動する。このため、通常は、駆動部と冷熱発生部とは、水素移動路によって連結される。
【００１８】
一方、冷熱発生部では、上記した容器のうち、低温側の容器を有しており、該容器において、冷熱が発生した際に冷熱用熱媒に冷熱が伝達される。冷熱はこの熱媒または、さらに熱交換した熱媒によって外部の熱利用部に送られる。冷熱利用部としては食品保存用の冷凍庫が例示されるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、冷房、冷凍が必要とされるあらゆるものに適用が可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明装置の一実施形態を、図１に基づいて説明する。
なお、以下に説明する実施形態では、連続して冷熱を発生させるために駆動部と冷熱発生部とが２対設けられている。以下、詳述する。
ガスタービン発電装置１では、内部にガスタービン、発電機を有しており、ガスタービンで発生した排ガスを排出する排気ダクト２を有している。
該排気ダクト２は、切り替え装置３ａ、３ｂを介して駆動部４ａ、４ｂにそれぞれ接続されている。該駆動部４ａ、４ｂは容器形状を有しており、その内部に、高温側の水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金容器５ａ、５ｂが配置され、該容器５ａ、５ｂに連結した水素移動路６ａ、６ｂが駆動部４ａ、４ｂ外に伸張している。
【００２０】
また駆動部４ａ、４ｂには、前記合金容器５ａ、５ｂに接触させる冷却水を冷却用熱媒として導入、排出するための冷却水管１０ａ、１０ｂが接続されている。
これら冷却水管１０ａ、１０ｂの返流側は冷却水回収タンク１１に接続され、合流した冷却水管は冷却水ポンプ１２を介して外部のクーリングタワー１３に接続されている。一方、冷却水管１０ａ、１０ｂの送流側は合流した状態で冷却水ポンプ１４を介して前記クーリングタワー１３に接続されている。
さらに、駆動部４ａ、４ｂには、上記容器５ａ、５ｂで熱交換した後の排ガスを排出して移動させる排ガス移動管１５ａ、１５ｂが接続されており、該排ガス移動管１５ａ、１５ｂは合流して外部の温水発生器２０に接続されている。該発生器２０には、タンク２１からポンプ２２によって供給される水と排ガス移動管で供給される廃熱ガスとの間で熱交換する熱交換器２３を有している。
【００２１】
また、上記駆動部４ａ、４ｂに対応して二つの冷熱発生部２５ａ、２５ｂが設けられており、該冷熱発生部２５ａ、２５ｂにはそれぞれ低温側の水素吸蔵合金を収容した水素吸蔵合金容器２６ａ、２６ｂが配置されており、該容器２６ａ、２６ｂには、それぞれ前記した水素移動路６ａ、６ｂが接続されている。
また、冷熱発生部２５ａ、２５ｂには、容器２６ａ、２６ｂに冷熱用熱媒または冷却用熱媒を接触させるために、該熱媒を導入、排出する熱媒管３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂがそれぞれ接続されている。
これら熱媒管３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは外部に伸張し、図示しない弁制御回路に接続されている。該弁制御回路では、熱媒管３０ａに、三方弁３５の１ポートが接続され、他ポートの一つは冷却水との熱交換器４５の返流側に接続され、さらに他のポートには冷熱用熱媒タンク４６の返流側に接続されている。熱媒管３０ｂは、三方弁３６、３７の１ポートにそれぞれ接続され、三方弁３６の他ポートの一つは熱媒ポンプ４２を介して前記冷熱用熱媒タンク４６の送流側に接続され、さらに他のポートには熱媒管３１ｂが接続されている。また、三方弁３７の他の一つのポートには同じく熱媒管３１ｂが接続され、さらに他のポートには、冷却液ポンプ４３を介して冷却水との熱交換器４５の送流側が接続されている。また、熱媒管３１ａは、三方弁３８の１ポートに接続されており、三方弁３８の他の一つのポートには冷却水との熱交換器４５の返流側が接続され、さらに他のポートは冷熱用熱媒タンク４６の返流側に連結されている。また、熱媒管３０ａと熱媒管３１ａとは、バルブ３９を介して顕熱回収管４０が接続されている。
【００２２】
以下に、上記装置の動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１では、天然ガス等の燃料を導入し、これを燃焼させてガスタービンを作動させ、その出力によって発電機を駆動して発電する。この電力は適宜の電気機器、設備等に供給される。この際には、廃熱ガスと給気との熱交換が行われている。ガスタービンで発生した廃熱ガスは、この熱交換後には３００℃程度となっており、排気ダクト２を通して外部に排出される。このとき、切り替え装置３ａ、３ｂの動作により、排気を駆動部４ａ側にのみ移動させる。また、このとき、高温側の容器５ａおよび低温側の容器２６ｂ内の水素吸蔵合金には水素が吸蔵されており、高温側容器５ｂおよび低温側容器２６ａ内の水素吸蔵合金では水素が放出された状態にあるものとする。
【００２３】
駆動部４ａに導入された廃熱ガスは、容器５ａと接触し、容器５ａとの間で熱交換した後、排ガス移動管１５ａから排出される。
容器５ａでは、上記廃熱ガスとの接触すなわち熱交換によって加熱され、容器壁を通して内部の水素吸蔵合金が加熱される。加熱された水素吸蔵合金では、吸蔵されていた水素が放出され、水素移動路６ａを通して冷熱発生部２５ａの低温側容器２６ａへと移動し、容器２６ａ内の水素吸蔵合金によって吸蔵される。なお、この際には、三方弁３５〜３８の操作によって熱媒管３０ａ、３０ｂを冷却水との熱交換器４５に接続し、冷却液を冷熱発生部２５ａ内に導入して容器２６ａ内の水素吸蔵合金を冷却し、該合金での水素吸蔵を促がす。この工程は、低温側の水素吸蔵合金を再生する工程に当たり、後工程で冷熱を発生させる準備段階に当たる。
【００２４】
一方、駆動部４ｂ側では、上記工程が前工程として水素吸蔵合金より水素が放出された状態にあり、水素は容器２６ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵されている状態にある。
駆動部４ｂでは、上記と同様にして廃熱ガスで加熱された後の状態にあり、容器５ｂおよび内部の水素吸蔵合金も高温の状態にある。この状態で、上記工程と並行して、クーリングタワー１３より冷却水ポンプ１４によって冷却水を送流し、冷却水管１０ｂを通して駆動部４ｂに冷却水を導入し、容器５ｂを冷却する。容器５ｂにかけられた冷却水は、冷却水回収タンク１１に回収され、冷却水管を通してポンプ１２によってクーリングタワー１３に返流される。
【００２５】
容器５ｂでは、上記冷却によって内部の水素吸蔵合金の水素平衡圧が下がり、水素の吸引力が発生する。この吸引力は、水素移動管６ｂを通して低温側の容器２６ｂへと伝わる。容器２６ｂでは、この吸引力によって水素を吸蔵している水素吸蔵合金から水素が放出され、この水素は水素移動管６ｂを通して高温側の容器５ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵される。容器２６ｂでは、上記水素の放出によって冷熱が発生する。冷熱発生部２５ｂでは、三方弁３５〜３８の操作によって熱媒管３１ａ、３１ｂを冷熱熱媒タンク４６に接続し、熱媒管３１ａ、３１ｂを介して循環する冷熱用熱媒に冷熱を伝達する。この熱媒は熱媒タンク４６に還流するので、これを冷凍庫等の冷凍出力部（図示しない）に供給して冷凍出力を発生させる。
【００２６】
駆動部４ａ、４ｂおよび冷熱出力部２５ａ、２５ｂにおいて上記動作を交互に行うことによって冷凍出力を連続して得ることができる。
なお、冷熱出力部２５ａ、２５ｂで動作を切り換える際に、弁３９を開いて冷熱出力部２５ａ、２５ｂを顕熱回収管４０で連結し、該出力部間で冷熱用熱媒を循環させることによって容器および水素吸蔵合金の顕熱を回収する。
また、駆動部４ａ、４ｂから熱交換後に排出される排気ガスは、排ガス移動管１５ａ、１５ｂを通して外部温水発生器２０に送られ、該発生器２０の熱交換器２３でタンク２１から供給される水に熱を伝達し、温水化する。温水は、タンク２１に戻され、適宜利用される。また、熱交換された廃熱ガスは、発生器２０から取り出され、適宜の方法によって排気される。
【００２７】
上記のように、この冷凍装置では、比較的温度の低い廃熱ガスにおいても冷凍出力を効率よく発生させることができ、マイクロガスタービン発電装置に付設すれば、全体としてエネルギ利用効率が非常に大きなエネルギ発生装置を得ることができる。また、環境面においても環境を害すことなく冷凍出力を得ることができ、環境性が優れたマイクロガスタービン発電装置と相まって環境面においても優れた装置といえる。
【００２８】
（実施形態２）
次に、本発明装置の他の実施形態を図２に基づいて説明する。
なお、この実施形態のマイクロガスタービン発電装置１００は、廃熱ガスと給気との熱交換が行われておらず、発電装置１００から排出される廃熱ガスは比較的温度が高いものである。
なお、この実施形態で上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００２９】
ガスタービン発電装置１００には、該装置１００から排出される排ガスを移動させる排気ダクト１０２が設けられており、該ダクト１０２はボイラ５０に接続されている。該ボイラ５０内には熱交換器が配置されており、上記排気ダクト１０２から供給される廃熱ガスと水との間で熱交換して蒸気を発生させる。ボイラ５０には該蒸気を外部に供給する蒸気管５２の一端が接続されており、該蒸気管５２の他端は三方弁５３のポートの一つに接続されている。該三方弁５３の他のポートの一つは駆動部１０４ａの熱媒出入部の一つに接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの熱媒出入部の一つに接続されている。また、駆動部１０４ａの他の熱媒出入部は三方弁５４の一ポートに接続されており、該三方弁５４の他ポートは蒸気廃棄管６０に接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの他の熱媒出入部に接続されている。また、駆動部１０４ａの一つの熱媒出入部は、さらに三方弁５５の一ポートに接続されており、該三方弁５５の他ポートはクーリングタワー１３の返流側に接続され、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの一つの熱媒出入部に接続されている。また、駆動部１０４ａの他の熱媒出入部はさらに、三方弁５６の一ポートに接続されており、該三方弁５６の他のポートにはポンプ１４を介してクーリングタワー１３の送流側が接続されており、さらに他のポートは駆動部１０４ｂの他の熱媒出入部に接続されている。
【００３０】
上記駆動部１０４ａ、１０４ｂは、水素吸蔵合金容器１０５ａ、１０５ｂを有しており、該容器１０５ａ、１０５ｂは、前記実施形態１と同様に冷熱発生部２５ａ、２５ｂの水素吸蔵合金容器２６ａ、２６ｂに水素移動路６ａ、６ｂによって接続されている。該容器２６ａ、２６ｂは、熱媒３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂおよび弁制御回路を介して冷却水との熱交換器４５および冷熱熱媒タンク４６に接続されている。
【００３１】
以下に、本実施形態の装置の動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１００で廃熱ガスは、排気ダクト１０２を通してボイラ５０に導入され、ここで熱交換器によって水との間で熱交換され、その後の廃熱ガスは排気される。熱交換器で熱交換された水は蒸気になり、蒸気管５２を通し三方弁５３を介して駆動部１０４ａに導入され、駆動部１０４ａを通過した蒸気は三方弁５４を介して蒸気廃棄管６０より廃棄される。駆動部１０４ａでは、蒸気と容器１０５ａとの熱交換によって容器１０５ａ内の水素吸蔵合金から水素が放出され、該水素は前記実施形態１と同様に、水素移動路６ａを通して冷熱発生部２５ａに移動し、低温側の再生処理がなされる。一方、駆動部１０４ｂでは、クーリングタワー１３からポンプ１４を通して三方弁５６を介して冷却水が導入され、容器１０５ｂおよびその内部の水素吸蔵合金が冷却される。冷却水は、その後、容器１０５ｂの熱媒出入部から排出され、三方弁５４を介してクーリングタワー１３に返流される。容器１０５ａでは上記冷却によって水素の吸引力が生じ、その結果、水素を吸蔵している低温側の容器２６ｂから水素を放出させ、この水素を高温側の容器１０５ｂ内の水素吸蔵合金で吸蔵する。容器２６ｂでは上記水素の放出によって冷熱が発生しており、この冷熱を実施形態１と同様に冷熱用熱媒に伝達して冷熱利用部に供給する。
駆動部１０４ａ、１０４ｂ、冷熱発生部２５ａ、２５ｂでは、各三方弁５３〜５６、３５〜３９の切換によって実施形態１と同様に上記動作を交互に切り替えつつ繰り返して冷熱を連続して取り出す。
【００３２】
（実施形態３）
この実施形態は、駆動部と冷熱発生部を多段（２段）に設けたものであり、各段の駆動部および冷熱発生部は上記実施形態１、２と同様に２対で構成されている。また、この実施形態では、前段の駆動部および冷熱発生部は実施形態２と同様の構成を有しており、後段の駆動部および冷熱発生部は実施形態１と同様の構成を有している。以下に本実施形態３を具体的に説明する。なお、本実施形態においても、前記実施形態１、２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この実施形態では、マイクロガスタービン発電装置１００で発生する比較的高温の廃熱ガスは、ボイラ５０で熱交換され、該熱交換によって発生した蒸気で前段の駆動部１０４ａまたは駆動部１０４ｂの容器１０５ａまたは容器１０５ｂを加熱して駆動部１０４ａ、１０４ｂを稼働させ、前段の冷熱発生部２５ａまたは２５ｂで冷熱を発生させて冷熱利用部に冷熱を供給する。
さらに、上記ボイラ５０で熱交換して温度が低下した廃熱ガスは、廃熱ガス供給管２００によって後段の駆動部４ａまたは４ｂに送られ、一方の駆動部で熱交換される。後段の駆動部で熱交換された廃熱ガスは、さらに温水発生器２０に送られ、ここで熱交換されて温水を発生させた後、廃熱ガスは廃棄される。
この実施形態では、多段に設けた駆動部と冷熱発生部とによって冷熱を得ることができるの、高い効率で冷熱を得ることができ、全体の効率が大幅に向上する。
また、この実施形態では、前段で廃熱ガスから蒸気を得て、これによって前段の駆動部で間接的な熱交換により駆動部を稼働させ、前段で熱交換した後の廃熱ガスは、後段の駆動部で直接に熱交換して駆動部を稼働させているので、廃熱ガスの熱エネルギを効果的に回収して利用することを可能にしている。
【００３３】
以上説明したように、本発明のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステムによれば、マイクロガスタービンと、高温側の水素吸蔵合金容器を有し該容器と前記マイクロガスタービンからの廃熱ガスおよび冷却用熱媒との直接または間接的な熱交換により稼働して水素を吸放出する駆動部と、低温側の水素吸蔵合金容器を有し前記駆動部の稼働に従って該容器で水素を吸放出して冷熱を発生し、該冷熱を冷熱用熱媒に伝えて外部に供給する冷熱出力部とを備えており、前記駆動部と冷熱出力部とを多段に有し、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させており、前記前段の駆動部ではマイクロガスタービンからの廃熱ガスと前段の高温側容器との熱交換を熱媒によって間接的に行い、前記後段の駆動部では前記熱交換後の廃熱ガスと後段の高温側容器との間で直接に熱交換することにより、マイクロガスタービンで発生する廃熱ガスを利用して安全かつ効率的に冷熱を得ることができ、効率のよいコジェネレーションシステムを得ることができる。
【００３４】
また、前記駆動部と冷熱出力部とを多段にして、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させるものとすれば、廃熱ガスをより有効に利用することができ、全体の効率が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体システム図である。
【図２】同じく他の実施形態を示す全体システム図である。
【図３】同じくさらに他の実施形態を示す全体システム図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン発電装置
２ 排気ダクト
３ａ 切り替え装置
３ｂ 切り替え装置
４ａ 駆動部
４ｂ 駆動部
５ａ 水素吸蔵合金容器
５ｂ 水素吸蔵合金容器
１０ａ 冷却水管
１０ｂ 冷却水管
１３ クーリングタワー
２０ 温水発生器
２１ タンク
２５ａ 冷熱発生部
２５ｂ 冷熱発生部
２６ａ 水素吸蔵合金容器
２６ｂ 水素吸蔵合金容器
４５ 熱交換器
４６ 冷熱用熱媒タンク
５０ ボイラ
１００ ガスタービン発電装置
１０２ 排気ダクト
１０４ａ 駆動部
１０４ｂ 駆動部
１０５ａ 水素吸蔵合金容器
１０５ｂ 水素吸蔵合金容器
２００ 廃熱ガス供給管
Claims (3)
- マイクロガスタービンと、高温側の水素吸蔵合金容器を有し該容器と前記マイクロガスタービンからの廃熱ガスおよび冷却用熱媒との直接または間接的な熱交換により稼働して水素を吸放出する駆動部と、低温側の水素吸蔵合金容器を有し前記駆動部の稼働に従って該容器で水素を吸放出して冷熱を発生し、該冷熱を冷熱用熱媒に伝えて外部に供給する冷熱出力部とを備えており、前記駆動部と冷熱出力部とを多段に有し、前段の駆動部との間で熱交換した廃熱ガスを、後段の駆動部での熱交換に供して後段駆動部を稼働させており、前記前段の駆動部ではマイクロガスタービンからの廃熱ガスと前段の高温側容器との熱交換を熱媒によって間接的に行い、前記後段の駆動部では前記熱交換後の廃熱ガスと後段の高温側容器との間で直接に熱交換することを特徴とするマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステム。
- 前記熱媒は、廃熱ガスとの熱交換により発生する蒸気であることを特徴とする請求項１記載のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステム。
- 駆動部で熱交換された後の廃熱ガスと熱交換して温水を得る温水発生器を有することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロガスタービン廃熱ガスを用いたコジェネレーションシステム。
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