JP4659601B2 - Energy supply system, energy supply method, and energy supply system remodeling method - Google Patents

Energy supply system, energy supply method, and energy supply system remodeling method Download PDF

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Description

本発明は、熱利用施設に熱エネルギーを供給するエネルギー供給システム、エネルギー供給方法、既設の設備を利用したエネルギー供給システムの改造方法に関する。   The present invention relates to an energy supply system for supplying thermal energy to a heat utilization facility, an energy supply method, and a method for remodeling an energy supply system using existing facilities.

システムのエネルギー効率の向上を狙ったものの1つとして、コジェネレーションシステムにヒートポンプを利用したものがある(特許文献1等参照)。ヒートポンプは大気の熱や廃熱等を取り込むものであり、上記従来技術では、ヒートポンプで生成した温水や冷水を設備内の洗浄水や冷却水等としてそれぞれ利用している。   One of the systems aimed at improving the energy efficiency of the system is to use a heat pump in a cogeneration system (see Patent Document 1, etc.). The heat pump takes in atmospheric heat, waste heat, and the like. In the above-described conventional technology, hot water and cold water generated by the heat pump are respectively used as cleaning water and cooling water in the facility.

また、電力発生を伴わないヒートポンプ単独のシステムでは、従来のフレオン系に代わり、水を媒体として利用することも提案されている(特許文献2等参照)。   In addition, in a system with only a heat pump that does not generate electric power, it has been proposed to use water as a medium instead of the conventional freon system (see Patent Document 2, etc.).

特公平7−4212号公報Japanese Patent Publication No. 7-4212 特開2001−147055号公報JP 2001-147055 A

しかしながら、熱利用施設に熱エネルギーを供給する場合、温水や冷水を熱媒体としても媒体重量当りに搬送できるエネルギー量を十分に確保することは難しい。そのため、上記従来技術を適用し、ヒートポンプを利用して得た温水や冷水を熱媒体として熱利用施設に供給する構成を採ったとしても、エネルギー供給システムの設置場所が熱利用施設に近い範囲に限定されてしまう。   However, when supplying heat energy to a heat utilization facility, it is difficult to secure a sufficient amount of energy that can be transported per medium weight even when hot water or cold water is used as a heat medium. Therefore, even if the conventional technology is applied and a configuration in which hot water or cold water obtained using a heat pump is supplied as a heat medium to a heat utilization facility, the installation location of the energy supply system is in a range close to the heat utilization facility. It will be limited.

また、ヒートポンプの熱媒体として水を利用すれば、エネルギー密度の高い水蒸気を熱媒体として用いられることが知られているが、密度が低い水蒸気を圧縮するのに必要な動力が大きく、実用化が限定されている。   In addition, it is known that if water is used as the heat medium of the heat pump, water vapor having a high energy density can be used as the heat medium. Limited.

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、エネルギー効率及びエネルギー供給効率を飛躍的に向上させることができるエネルギー供給システム、エネルギー供給方法、エネルギー供給システムの改造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an energy supply system, an energy supply method, and an energy supply system remodeling method capable of dramatically improving energy efficiency and energy supply efficiency. .

上記目的を達成するために、本発明は、熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、このボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービンと、外部熱により熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、上記蒸気タービンから排出された蒸気及び上記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給する蒸気供給系統とを備える。 In order to achieve the above object, the present invention provides a boiler that generates steam by heating a heat medium, a steam turbine that is driven by steam from the boiler, and a steam having a set temperature by heating the heat medium by external heat. And a steam supply system that combines the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger, and mixes them by a combiner and supplies them to a heat utilization facility.

本発明によれば、エネルギー効率及びエネルギー供給効率を飛躍的に向上させることができる。   According to the present invention, energy efficiency and energy supply efficiency can be dramatically improved.

以下、図面を用いて本発明のコジェネレーションシステムの実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the cogeneration system of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)第1の実施の形態
図1は本発明の第1の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。
図示したように、本システムは、燃焼エネルギーを駆動力に変換する原動機であるガスタービン10と、ガスタービン10から排出される燃焼ガス(排出ガス)を加熱源とするボイラ(廃熱回収ボイラ)30と、ボイラ30からの蒸気で駆動するヒートポンプ50と、ヒートポンプ50で生成した蒸気を熱利用施設1に供給する蒸気供給系統70とを備えている。
(1) 1st Embodiment FIG. 1: is a system flow figure showing the whole structure of the energy supply system which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
As shown in the figure, this system includes a gas turbine 10 that is a prime mover that converts combustion energy into driving force, and a boiler (waste heat recovery boiler) that uses combustion gas (exhaust gas) discharged from the gas turbine 10 as a heating source. 30, a heat pump 50 driven by steam from the boiler 30, and a steam supply system 70 that supplies steam generated by the heat pump 50 to the heat utilization facility 1.

(1−1.1)ガスタービン10の構成
ガスタービン10は、大気Aを吸い込んで圧縮する圧縮機11、圧縮機11からの圧縮空気とともに燃料Bを燃焼させて高温・高圧の燃焼ガスを生じさせる燃焼器12、燃焼器12からの燃焼ガスの膨張仕事により回転動力を得るタービン13を備えている。燃焼器12で用いる燃料には、天然ガスの他、天然ガスを主成分とする都市ガス、或いは灯油や軽油、A重油等を用いることができる。本実施の形態では、圧縮機11と同軸上に発電機14が連結してあり、タービン13で得られた回転動力が発電機14に伝達され、電気エネルギーに変換される。但し、ガスタービン10には、発電機に限らず、ポンプ等といった他の負荷機器が連結される場合もある。
(1-1.1) Configuration of Gas Turbine 10 The gas turbine 10 generates high-temperature and high-pressure combustion gas by combusting the fuel B together with the compressor 11 that sucks and compresses the atmosphere A and the compressed air from the compressor 11. A combustor 12 to be rotated, and a turbine 13 for obtaining rotational power by expansion work of combustion gas from the combustor 12. The fuel used in the combustor 12 may be natural gas, city gas containing natural gas as a main component, or kerosene, light oil, A heavy oil, or the like. In the present embodiment, a generator 14 is connected coaxially with the compressor 11, and the rotational power obtained by the turbine 13 is transmitted to the generator 14 and converted into electrical energy. However, the gas turbine 10 is not limited to the generator and may be connected to other load devices such as a pump.

(1−1.2)ボイラ30の構成
ボイラ30は、ガスタービン10から排出された燃焼ガス(排出ガス)により熱媒体を加熱して蒸気を生成する。ボイラ30の排出ガスの出口は、煙突43に接続されている。煙突43から大気放出される排出ガスC中の窒素濃度を低減する必要がある場合は、ボイラ30に触媒を充填した脱硝装置(図示せず)を設け、ガスC中に含まれる窒素酸化物濃度の大部分を無害の酸素と窒素に分解することが好ましい。
(1-1.2) Configuration of Boiler 30 The boiler 30 generates steam by heating the heat medium with the combustion gas (exhaust gas) discharged from the gas turbine 10. The outlet of the exhaust gas of the boiler 30 is connected to the chimney 43. When it is necessary to reduce the nitrogen concentration in the exhaust gas C discharged from the chimney 43 to the atmosphere, a denitration device (not shown) in which the catalyst is filled in the boiler 30 is provided, and the concentration of nitrogen oxides contained in the gas C It is preferable to decompose most of it into harmless oxygen and nitrogen.

ボイラ30には、燃焼ガスの流れ方向下流側から低圧節炭器31、高圧節炭器32、高圧蒸発器33、高圧過熱器34の順で4つの熱交換器が備えられている。ボイラ30では、これら4つの熱交換器31〜34によって排出ガスに含まれる熱エネルギーを回収し、循環ポンプ35によって供給された熱媒体を加熱する。循環ポンプ35は、ヒートポンプ50から熱利用施設1に供給された後、熱利用施設1で熱源として利用され凝縮した熱媒体をボイラ30に循環供給する役割を果たす。熱利用施設1での蒸気の使用条件や配管での腐食によって、熱媒体を浄化する必要がある場合は、循環ポンプ35の前段にイオン交換樹脂を充填した脱塩装置(図示せず)等を設けることが好ましい。   The boiler 30 includes four heat exchangers in the order of a low-pressure economizer 31, a high-pressure economizer 32, a high-pressure evaporator 33, and a high-pressure superheater 34 from the downstream side in the combustion gas flow direction. In the boiler 30, the heat energy contained in the exhaust gas is recovered by the four heat exchangers 31 to 34, and the heat medium supplied by the circulation pump 35 is heated. The circulation pump 35 plays a role of circulating and supplying the heat medium condensed as a heat source in the heat utilization facility 1 after being supplied from the heat pump 50 to the heat utilization facility 1. If it is necessary to purify the heat medium due to the use conditions of steam at the heat utilization facility 1 or corrosion in the piping, a desalinator (not shown) filled with ion exchange resin in the previous stage of the circulation pump 35 is used. It is preferable to provide it.

循環ポンプ35によりボイラ30に導かれた熱媒体は、低圧節炭器31、高圧節炭器32、高圧蒸発器33、高圧過熱器34の順に流通する。低圧節炭器31の熱媒体の流れ方向下流側には、分岐36を介して分岐した配管37,38が接続している。配管37は高圧ポンプ39を介して高圧節炭器32に接続し、配管38は調整弁40を介してヒートポンプ50に接続している。高圧節炭器32と高圧蒸発器33は蒸気ドラム41を介して接続され、さらに蒸気ドラム41は最下流に位置する高圧過熱器34に接続されている。また、高圧過熱器34とヒートポンプ50との間は、配管42を介して接続してある。   The heat medium guided to the boiler 30 by the circulation pump 35 flows in the order of the low-pressure economizer 31, the high-pressure economizer 32, the high-pressure evaporator 33, and the high-pressure superheater 34. Pipes 37 and 38 branched through a branch 36 are connected to the downstream side of the low-pressure economizer 31 in the flow direction of the heat medium. The piping 37 is connected to the high-pressure economizer 32 via a high-pressure pump 39, and the piping 38 is connected to the heat pump 50 via a regulating valve 40. The high pressure economizer 32 and the high pressure evaporator 33 are connected via a steam drum 41, and the steam drum 41 is further connected to a high pressure superheater 34 located on the most downstream side. The high pressure superheater 34 and the heat pump 50 are connected via a pipe 42.

なお、熱交換器34,33,32,31で熱媒体と熱交換し排出ガスが低温になると、排出ガス中に含まれる水蒸気が低圧節炭器31の伝熱面等に凝縮して配管腐食を引き起こす可能性があるため、低圧節炭器31等は耐食性に優れたステンレスやプラスチック材を配管材料に使用することが好ましい。場合によっては低圧節炭器31等を排出ガスの流れ方向の上流側と下流側とに分割し、より低温になる下流側のみをステンレス製にしても良い。必要に応じてボイラ30の排出ガス出口部分や煙突43の内壁表面にステンレス又はプラスチック材を張っても良い。   When the heat exchanger 34, 33, 32, 31 exchanges heat with the heat medium and the exhaust gas becomes low temperature, the water vapor contained in the exhaust gas condenses on the heat transfer surface of the low-pressure economizer 31, etc. Therefore, it is preferable that the low-pressure economizer 31 and the like use stainless steel or plastic material having excellent corrosion resistance for the piping material. In some cases, the low pressure economizer 31 or the like may be divided into an upstream side and a downstream side in the flow direction of the exhaust gas, and only the downstream side where the temperature becomes lower may be made of stainless steel. If necessary, stainless steel or a plastic material may be stretched on the exhaust gas outlet portion of the boiler 30 or the inner wall surface of the chimney 43.

(1−1.3)ヒートポンプ50の構成
ヒートポンプ50は、配管42を介して供給されるボイラ30からの熱媒体(蒸気)で駆動する蒸気タービン51と、それぞれ蒸気タービン51と同軸上に連結された二相流膨張タービン52及び圧縮機53と、ボイラ30において低圧節炭器31によって予熱され分岐36を介し配管38に分流した熱媒体(高温水)を外部の熱(熱利用施設1の廃熱や周囲環境から得られる熱等)を利用して加熱する熱交換器(蒸発器)54とを有する。蒸気タービン51には配管42を介して高圧過熱器34が接続し、熱交換器54には配管38を介して低圧節炭器31が接続している。
(1-1.3) Configuration of Heat Pump 50 The heat pump 50 is connected to the steam turbine 51 driven by the heat medium (steam) supplied from the boiler 30 via the pipe 42 and coaxially with the steam turbine 51. The heat medium (high temperature water) preheated by the low pressure economizer 31 in the boiler 30 and diverted to the pipe 38 via the branch 36 in the boiler 30 is externally heated (the waste of the heat utilization facility 1). And a heat exchanger (evaporator) 54 for heating using heat or heat obtained from the surrounding environment. A high pressure superheater 34 is connected to the steam turbine 51 via a pipe 42, and a low pressure economizer 31 is connected to the heat exchanger 54 via a pipe 38.

熱交換器54内には、熱利用施設1に供給する熱媒体を加熱する加熱媒体を流通する配管55が配設されている。配管55は、加熱媒体の流れ方向下流側が二相流膨張タービン52に、上流側が圧縮機53にそれぞれ接続している。また、二相流膨張タービン52は配管56を介して蒸発器57に接続し、蒸発器57は配管58を介して圧縮機53に接続しており、加熱媒体が閉じた系で循環するようになっている。本実施の形態において、加熱媒体には例えばトリフルオロエタノール(TFE)を用いれば良いが、二相流膨張タービン52や圧縮機53での圧力調整によって、熱利用施設1に供給する熱媒体を設定温度まで加熱させるに十分な温度まで昇温するのであれば、大気や水(例えば河川水)で代替しても良い。   In the heat exchanger 54, a pipe 55 for circulating a heating medium for heating the heating medium supplied to the heat utilization facility 1 is disposed. The piping 55 is connected to the two-phase flow expansion turbine 52 on the downstream side in the flow direction of the heating medium and to the compressor 53 on the upstream side. The two-phase flow expansion turbine 52 is connected to an evaporator 57 via a pipe 56, and the evaporator 57 is connected to a compressor 53 via a pipe 58 so that the heating medium circulates in a closed system. It has become. In the present embodiment, for example, trifluoroethanol (TFE) may be used as the heating medium, but the heat medium supplied to the heat utilization facility 1 is set by adjusting the pressure in the two-phase flow expansion turbine 52 or the compressor 53. If the temperature is raised to a temperature sufficient for heating to the temperature, it may be replaced with air or water (for example, river water).

上記蒸発器57は、熱交換器54に流通させる加熱媒体に外部の熱を取り込む役割を果たす。これにより熱交換器54は、外部熱を回収した加熱媒体と熱交換させることによりボイラ30からの熱媒体(高温水)を加熱する。例えば大気等を熱源とする場合等、熱源の熱伝達率が低いときは、図示したようにファン59を設けて周囲環境と加熱媒体との熱交換効率を向上させるようにすることが考えられる。   The evaporator 57 plays a role of taking external heat into the heating medium to be circulated through the heat exchanger 54. Thereby, the heat exchanger 54 heats the heat medium (high temperature water) from the boiler 30 by exchanging heat with the heating medium from which the external heat is recovered. For example, when the heat transfer rate of the heat source is low, such as when the air is used as a heat source, it is conceivable to provide a fan 59 as shown to improve the heat exchange efficiency between the surrounding environment and the heating medium.

(1−1.4)蒸気供給系統70の構成
蒸気供給系統70は、ヒートポンプ50からの蒸気を熱利用施設1に適宜供給するための配管系統である。本実施の形態において、蒸気供給系統70は、蒸気タービン51の出口(又は抽気口)に上流側が接続した配管71、熱交換器54を介して配管38に上流側が接続した配管72、配管71,72の下流側に接続した合流器73、合流器73と熱利用施設1を接続する配管74を有している。本実施の形態において、蒸気タービン51から排出された蒸気、熱交換器54で加熱された蒸気は、それぞれ配管71,72を流通し、合流器73で合流して混合され熱利用施設1に供給される。
(1-1.4) Configuration of Steam Supply System 70 The steam supply system 70 is a piping system for appropriately supplying the steam from the heat pump 50 to the heat utilization facility 1. In the present embodiment, the steam supply system 70 includes a pipe 71 connected upstream to the outlet (or extraction port) of the steam turbine 51, a pipe 72 connected upstream to the pipe 38 via the heat exchanger 54, a pipe 71, A confluencer 73 connected to the downstream side of 72, and a pipe 74 connecting the confluencer 73 and the heat utilization facility 1. In the present embodiment, the steam discharged from the steam turbine 51 and the steam heated by the heat exchanger 54 are respectively circulated through the pipes 71 and 72, merged and mixed by the merger 73, and supplied to the heat utilization facility 1. Is done.

(1−1.5)本システムの構築
本システムを構築する場合、勿論、システム全体を新たに構築しても良いが、既設の原動機やボイラ等が存在する場合、それら既存設備を利用して改造することも可能である。
(1-1.5) Construction of this system When constructing this system, of course, the whole system may be newly constructed. However, if there are existing prime movers or boilers, use these existing facilities. It is also possible to modify it.

例えば、ガスタービン10が既に存在している場合、ガスタービン10にボイラ30を取り付け、ガスタービン10の排出ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するようになす。そしてヒートポンプ50を追設してボイラ30に接続し、ボイラ30からの蒸気で蒸気タービン51が駆動するとともに、ボイラ30で予熱した熱媒体が熱交換器によって加熱されて蒸気を生成されるようにする。次にヒートポンプ50と熱利用施設1とを蒸気供給系統70で接続し、蒸気タービン51から排出された蒸気と熱交換器54で加熱した蒸気とが熱利用施設に供給されるように構成し、熱利用施設1で熱利用されて凝縮した熱媒体が循環ポンプ35によってボイラ30に循環されるように構成する。   For example, when the gas turbine 10 already exists, the boiler 30 is attached to the gas turbine 10, and the heat medium is heated by the exhaust gas of the gas turbine 10 to generate steam. Then, a heat pump 50 is additionally installed and connected to the boiler 30 so that the steam turbine 51 is driven by the steam from the boiler 30 and the heat medium preheated by the boiler 30 is heated by the heat exchanger to generate steam. To do. Next, the heat pump 50 and the heat utilization facility 1 are connected by the steam supply system 70 so that the steam discharged from the steam turbine 51 and the steam heated by the heat exchanger 54 are supplied to the heat utilization facility, The heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility 1 is configured to be circulated to the boiler 30 by the circulation pump 35.

また、ボイラ30(或いは他のボイラ)が既に存在する場合は、既存のボイラに熱媒体を流通させるようになし、上記と同じ要領で、ヒートポンプ50、蒸気供給系統70、循環ポンプ35を設ければ良い。また、本例では、ヒートポンプ50の熱交換器54に供給する熱媒体に、蒸気タービン51を駆動する熱媒体から分流した熱媒体を使用しているが、他に熱媒体の供給源がある場合は両者の熱媒体の供給源を別々にしても良い。   When the boiler 30 (or another boiler) already exists, the heat medium is circulated through the existing boiler, and the heat pump 50, the steam supply system 70, and the circulation pump 35 are provided in the same manner as described above. It ’s fine. In this example, the heat medium supplied to the heat exchanger 54 of the heat pump 50 is a heat medium that is diverted from the heat medium that drives the steam turbine 51, but there is another heat medium supply source. May be configured such that the supply sources of the two heat media are separate.

次に上記構成の本実施の形態におけるエネルギー供給システムの動作を説明する。
(1−2.1)ガスタービン10の動作
フィルタ(図示せず)を通して異物を除去された大気Aが圧縮機11に吸い込まれると、圧縮機11によって圧縮されて設定圧力(例えば8気圧程度)に加圧される。圧縮機11に吸い込まれた空気は、加圧されることで設定温度(例えば250[℃]程度)まで加熱される。圧縮機11からの圧縮空気は、燃料Bとともに燃焼器12で燃焼され、これにより高温・高圧の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスがタービン13に供給されると、燃焼ガスの膨張仕事によりタービン13の回転動力が得られ、回転動力が発電機14に伝達されて電気エネルギーが得られる。
Next, the operation of the energy supply system in the present embodiment having the above configuration will be described.
(1-2.1) Operation of Gas Turbine 10 When the atmosphere A from which foreign matter has been removed through a filter (not shown) is sucked into the compressor 11, it is compressed by the compressor 11 and set pressure (for example, about 8 atmospheres). Pressure. The air sucked into the compressor 11 is heated to a set temperature (for example, about 250 [° C.]) by being pressurized. The compressed air from the compressor 11 is combusted in the combustor 12 together with the fuel B, thereby generating high-temperature and high-pressure combustion gas. When this combustion gas is supplied to the turbine 13, the rotational power of the turbine 13 is obtained by the expansion work of the combustion gas, and the rotational power is transmitted to the generator 14 to obtain electrical energy.

(1−2.2)ボイラ30の動作
ボイラ30には、タービン13で膨張仕事をして排出された燃焼ガス(排出ガス)が熱源として供給される。ボイラ30に供給される排出ガスは、タービン13の出口付近では高温(例えば560[℃]程度)であるが、煙突43から排出されるまでに熱交換器34,33,32,31を通過する際、循環ポンプ35により供給された熱媒体と順次熱交換し温度が低下する。
(1-2.2) Operation of the boiler 30 The boiler 30 is supplied with combustion gas (exhaust gas) discharged by the expansion work in the turbine 13 as a heat source. The exhaust gas supplied to the boiler 30 has a high temperature (for example, about 560 [° C.]) in the vicinity of the outlet of the turbine 13, but passes through the heat exchangers 34, 33, 32, and 31 before being discharged from the chimney 43. At this time, heat is sequentially exchanged with the heat medium supplied by the circulation pump 35, and the temperature decreases.

熱利用施設1で熱源として利用されて凝縮した所定温度(例えば30[℃]程度)の熱媒体は、まず循環ポンプ35で設定圧力(例えば0.6[MPa]程度)に加圧される。その後、低圧節炭器31に供給されて設定温度(例えば100[℃]程度)に昇温した高温水の状態の熱媒体は、低圧節炭器31の圧力損失で所定圧力(例えば0.5[MPa])に圧力を下げ、分岐36を介して配管37,38に分流する。このときの配管37,38に分流する熱媒体の流量割合は調整弁40の開度により調整される。   A heat medium having a predetermined temperature (for example, about 30 [° C.]) condensed as a heat source in the heat utilization facility 1 is first pressurized to a set pressure (for example, about 0.6 [MPa]) by the circulation pump 35. Thereafter, the heat medium in the state of high-temperature water supplied to the low-pressure economizer 31 and heated to a set temperature (for example, about 100 [° C.]) has a predetermined pressure (for example, 0.5 The pressure is reduced to [MPa], and the flow is branched to the pipes 37 and 38 via the branch 36. At this time, the flow rate of the heat medium that is divided into the pipes 37 and 38 is adjusted by the opening degree of the adjusting valve 40.

配管37に導かれた熱媒体は、高圧ポンプ39で設定圧力(例えば5.4[MPa]程度)に加圧され、更に高圧節炭器32で飽和温度(269[℃])近くまで加熱される。蒸気ドラム41に供給されると、飽和水となった熱媒体は、高圧蒸発器33において自然循環方式で排出ガスの熱エネルギーによって加熱され蒸気に相変化する。蒸気ドラム41内では、密度差によって飽和水と飽和蒸気とが区分され、上部の気相部分から高温過熱器34に飽和蒸気が移送される。高温過熱器34で設定の温度及び圧力(例えば450[℃]程度、5.0[MPa]程度)に昇温昇圧され過熱蒸気となった熱媒体は、ヒートポンプ50の動力源である蒸気タービン51に供給される。   The heat medium guided to the pipe 37 is pressurized to a set pressure (for example, about 5.4 [MPa]) by a high-pressure pump 39 and further heated to a saturation temperature (269 [° C.]) by a high-pressure economizer 32. The When supplied to the steam drum 41, the heat medium that has become saturated water is heated by the heat energy of the exhaust gas in a high-pressure evaporator 33 in a natural circulation manner, and changes in phase to steam. In the steam drum 41, saturated water and saturated steam are separated by the density difference, and the saturated steam is transferred from the upper gas phase portion to the high-temperature superheater 34. The heat medium heated and heated to a set temperature and pressure (for example, about 450 [° C.], about 5.0 [MPa]) by the high-temperature superheater 34 to become superheated steam is a steam turbine 51 that is a power source of the heat pump 50. To be supplied.

(1−2.3)ヒートポンプ50の動作
高圧過熱器34を出た設定圧力(例えば5.0[MPa]程度)の熱媒体(過熱蒸気)は、蒸気タービン51から排出されて膨張仕事をし、熱利用施設1で熱源として用いられる際の設定圧力(例えば0.4[MPa]程度)まで減圧される。蒸気タービン51で得られた回転動力は、二相流膨張タービン52及び圧縮機53に伝達されそれらを駆動する。
(1-2.3) Operation of the heat pump 50 The heat medium (superheated steam) having a set pressure (for example, about 5.0 [MPa]) exiting the high-pressure superheater 34 is discharged from the steam turbine 51 and performs expansion work. The pressure is reduced to a set pressure (for example, about 0.4 [MPa]) when used as a heat source in the heat utilization facility 1. Rotational power obtained by the steam turbine 51 is transmitted to the two-phase flow expansion turbine 52 and the compressor 53 to drive them.

配管58を流れる所定圧力(例えば0.03[MPa]程度)の加熱媒体(TFE等)は、圧縮機53によって圧縮され設定圧力(例えば1.1[MPa]程度)まで加圧される。圧縮に伴って昇温した加熱媒体は、配管38を介してボイラ30から供給された所定温度(例えば100[℃]程度)の熱媒体と熱交換器54で熱交換する。これによって熱媒体は蒸発し、設定の温度及び圧力(例えば140[℃]、0.4[MPa]程度)の飽和蒸気となる。   A heating medium (TFE or the like) having a predetermined pressure (for example, about 0.03 [MPa]) flowing through the pipe 58 is compressed by the compressor 53 and pressurized to a set pressure (for example, about 1.1 [MPa]). The heating medium heated with the compression exchanges heat with the heat exchanger 54 having a predetermined temperature (for example, about 100 [° C.]) supplied from the boiler 30 through the pipe 38. As a result, the heat medium evaporates and becomes a saturated vapor having a set temperature and pressure (for example, about 140 [° C.] and about 0.4 [MPa]).

熱交換器54で熱媒体と熱交換した加熱媒体は凝縮して液体となり、二相流膨張タービン52で設定圧力(例えば0.03[MPa])まで断熱膨張するとき、一部が蒸発した二相流となって設定温度(例えば45[℃]程度)まで温度を低下させる。ヒートポンプ50の加熱媒体は、このようにして低圧に膨張して温度低下することで、外部からの熱を極めて効率的に吸収できるようになる。二相流の状態の加熱媒体は、蒸発器57で熱利用施設1の所定温度(例えば50[℃]程度)の廃熱等で加熱され蒸気に相変化する。適切な工場廃熱が存在しない場合には更に圧力を下げ、前述したように大気の熱で蒸発させることも考えられる。大気等の気体は伝熱効率が低いので、図示したようにファン59を設けて伝熱を促進してやると、蒸発器57での熱交換が効率向上する。   The heat medium exchanged with the heat medium in the heat exchanger 54 condenses to become a liquid, and when the two-phase flow expansion turbine 52 adiabatically expands to a set pressure (for example, 0.03 [MPa]), a part of which has evaporated. It becomes a phase flow and the temperature is lowered to a set temperature (for example, about 45 [° C.]). The heating medium of the heat pump 50 expands to a low pressure and decreases in temperature in this way, so that heat from the outside can be absorbed very efficiently. The heating medium in a two-phase flow state is heated by the evaporator 57 with waste heat or the like at a predetermined temperature (eg, about 50 [° C.]) in the heat utilization facility 1 and changes into a vapor phase. If there is no suitable factory waste heat, the pressure can be further reduced and evaporated with atmospheric heat as described above. Since gas such as the atmosphere has low heat transfer efficiency, if the fan 59 is provided as shown to promote heat transfer, the heat exchange in the evaporator 57 is improved.

(1−2.4)蒸気供給系統70の動作
蒸気タービン51から排出された蒸気と熱交換器54で得られた蒸気は、それぞれ配管71,72を流通し合流器73で混合された後、配管74を介して熱利用施設1に供給され加熱源として利用される。そして、熱利用施設1内で熱を放出して凝縮した熱媒体は熱利用施設1から排出され、適宜浄化処理された上で循環ポンプ35に戻り、再び循環ポンプ35によってボイラ30に循環供給される。
(1-2.4) Operation of Steam Supply System 70 After the steam discharged from the steam turbine 51 and the steam obtained by the heat exchanger 54 are mixed in the confluence 73 through the pipes 71 and 72, respectively. It is supplied to the heat utilization facility 1 via the pipe 74 and used as a heating source. Then, the heat medium that releases and condenses heat in the heat utilization facility 1 is discharged from the heat utilization facility 1, is appropriately purified, returns to the circulation pump 35, and is circulated and supplied to the boiler 30 by the circulation pump 35 again. The

(1−3)作用効果
本実施の形態においては、熱利用施設1に対して蒸気の状態の熱媒体を供給することにより、熱媒体を液体の状態のまま供給する場合に比べ、媒体重量当りに搬送できるエネルギー量を飛躍的に向上させることができる。したがって、熱を輸送する動力を小さくできるので、本システムの設置場所は対応の熱利用施設1に近い範囲に限定されることもなく、幅広い適用が可能となる。また、熱利用施設1に供給する蒸気を生成するのにヒートポンプ50を利用することにより、ボイラ50の熱エネルギー、言い換えればガスタービン10に投入する燃料エネルギーに加えて、利用されることなく放出される熱利用施設1の廃熱や無限に存在する周囲環境の熱エネルギーを系内に取り込むことができ、エネルギー効率も飛躍的に向上させることができる。
(1-3) Operational Effects In the present embodiment, by supplying the heat medium in the vapor state to the heat utilization facility 1, the heat medium per unit weight of the medium is compared with the case where the heat medium is supplied in the liquid state. The amount of energy that can be transported can be dramatically improved. Accordingly, since the power for transporting heat can be reduced, the installation location of the present system is not limited to the range close to the corresponding heat utilization facility 1 and can be widely applied. Further, by using the heat pump 50 to generate the steam to be supplied to the heat utilization facility 1, in addition to the thermal energy of the boiler 50, in other words, the fuel energy input to the gas turbine 10, it is released without being used. It is possible to take in waste heat from the heat utilization facility 1 and the thermal energy of the infinite surrounding environment into the system, and the energy efficiency can be dramatically improved.

例えば、熱利用施設1で要求される熱媒体温度が50[℃]だとして、ヒートポンプ50から搬送されるまでの温度低下を考慮して100[℃]の高温水を生成する場合、輸送する媒体重量当りの熱エネルギー量は計算上では0.21[MJ/kg]である。それに対し、100[℃]の蒸気を生成する場合、潜熱が大きいので媒体重量当たりの熱エネルギー量は計算上では2.7[MJ/kg]となる。この場合、蒸気の状態で熱利用施設1に熱媒体を供給することにより、高温水を用いる場合に比べて輸送する媒体重量当たりの熱エネルギーが13倍も大きくなる。   For example, assuming that the heat medium temperature required in the heat utilization facility 1 is 50 [° C.], in the case where high temperature water of 100 [° C.] is generated in consideration of the temperature drop until it is conveyed from the heat pump 50, the medium to be transported The amount of heat energy per weight is calculated to be 0.21 [MJ / kg]. On the other hand, when steam of 100 [° C.] is generated, since the latent heat is large, the amount of heat energy per medium weight is 2.7 [MJ / kg] in calculation. In this case, by supplying the heat medium to the heat utilization facility 1 in a vapor state, the heat energy per weight of the medium to be transported is 13 times larger than when high temperature water is used.

また、ボイラ30において、例えば高温蒸発器34で熱媒体を完全に気化させて設定の温度及び圧力(例えば450[℃]、5.0[MPa]程度)の蒸気を生成する場合を考える。この場合、低圧節炭器31に供給される熱媒体の温度が30[℃]だとすると、そのエンタルピは125[kJ/kg]である。対して、450[℃]の過熱蒸気のエンタルピは3315[kJ/kg]なので、熱媒体を450[℃]まで昇温させるには、ボイラ30において熱媒体に3190[kJ/kg]の熱量を加える必要がある。高圧蒸発器33に流入する時点の熱媒体が269[℃]の飽和水だとすると、その状態から450[℃]の過熱蒸気に相変化するまで熱媒体を加熱するのに要する熱量は2137[kJ/kg]となり、ボイラ30全体で必要となる交換熱量(3190[kJ/kg])の67%を占める。   In the boiler 30, a case is considered in which, for example, the heat medium is completely vaporized by the high temperature evaporator 34 to generate steam at a set temperature and pressure (for example, about 450 [° C.] and 5.0 [MPa]). In this case, if the temperature of the heat medium supplied to the low-pressure economizer 31 is 30 [° C.], the enthalpy is 125 [kJ / kg]. On the other hand, since the enthalpy of superheated steam at 450 [° C.] is 3315 [kJ / kg], in order to raise the temperature of the heat medium to 450 [° C.], the heat amount of 3190 [kJ / kg] is applied to the heat medium in the boiler 30. Need to add. Assuming that the heat medium at the time of flowing into the high-pressure evaporator 33 is 269 [° C.] saturated water, the amount of heat required to heat the heat medium from that state until it changes to superheated steam at 450 [° C.] is 2137 [kJ / kg] and occupies 67% of the exchange heat amount (3190 [kJ / kg]) required by the boiler 30 as a whole.

このとき、高圧蒸発器33にて排出ガスから熱媒体(飽和水)へ伝熱するためには、高圧蒸発器33付近の排出ガスは、飽和温度(269[℃])より10[℃]以上高くなければならず、少なくとも279[℃]の温度が必要である。この場合、タービン13から排出された直後の排出ガスが560[℃]だとすると、高圧蒸発器33付近で279[℃]までに281[℃]温度が低下する。   At this time, in order to transfer heat from the exhaust gas to the heat medium (saturated water) in the high-pressure evaporator 33, the exhaust gas in the vicinity of the high-pressure evaporator 33 is 10 [° C.] or more from the saturation temperature (269 [° C.]). It must be high and a temperature of at least 279 [° C.] is required. In this case, if the exhaust gas immediately after being exhausted from the turbine 13 is 560 [° C.], the temperature is reduced by 281 [° C.] by 279 [° C.] in the vicinity of the high-pressure evaporator 33.

一方、ボイラ30に供給された30[℃]の熱媒体を高温蒸発器33に流入するまで269[℃]に加熱するのに必要な熱量は1178[kJ/kg]である。この熱量は、熱媒体を269[℃]から450[℃]まで昇温させるのに要する熱量(2137[kJ/kg])の50%程度と小さく、ボイラ30の排出ガス出口において排出ガス温度は140[℃]程度までしか下がらない。この場合、ボイラ30の出口付近での排出ガス温度(140[℃])と大気温度との差分の熱エネルギーが未利用のまま大気放出され、その分がエネルギーロスとなってしまう。   On the other hand, the amount of heat required to heat the 30 [° C.] heat medium supplied to the boiler 30 to 269 [° C.] until it flows into the high temperature evaporator 33 is 1178 [kJ / kg]. This amount of heat is as small as about 50% of the amount of heat (2137 [kJ / kg]) required to raise the temperature of the heat medium from 269 [° C.] to 450 [° C.], and the exhaust gas temperature at the exhaust gas outlet of the boiler 30 is It only drops to about 140 [° C]. In this case, the thermal energy corresponding to the difference between the exhaust gas temperature (140 [° C.]) near the outlet of the boiler 30 and the atmospheric temperature is released to the atmosphere without being used, and that amount of energy is lost.

そこで本実施の形態においては、大気放出される排出ガスCの未利用の熱量を有効活用するために、低圧節炭器31で高温水となった熱媒体(例えば100[℃]程度)のうちの45%を分流してヒートポンプ50の熱交換器54に供給する。これにより、大気放出される排出ガスCの未利用分の熱量を利用してヒートポンプ50で加熱する熱媒体を予熱することができ、ヒートポンプ50のエネルギー効率をさらに向上させることができる。また、大気放出される排出ガスCの温度も低下させることができ、熱的なエネルギーロスも低減することができる。例えばボイラ30に供給される30[℃]の熱媒体を低圧節炭器31で100[℃]程度に加熱する場合、大気放出される排出ガスCの温度は140[℃]から大気温度近く(例えば60[℃]以下程度)に低下し、燃焼器12に投入した燃料エネルギーがほぼ全て回収される。   Therefore, in the present embodiment, in order to effectively utilize the unused heat amount of the exhaust gas C released into the atmosphere, of the heat medium (for example, about 100 [° C.]) that has become high-temperature water in the low-pressure economizer 31. 45% of the water is divided and supplied to the heat exchanger 54 of the heat pump 50. As a result, the heat medium heated by the heat pump 50 can be preheated using the amount of heat of the exhaust gas C released into the atmosphere, and the energy efficiency of the heat pump 50 can be further improved. In addition, the temperature of the exhaust gas C released into the atmosphere can be lowered, and thermal energy loss can be reduced. For example, when a 30 [° C.] heating medium supplied to the boiler 30 is heated to about 100 [° C.] by the low pressure economizer 31, the temperature of the exhaust gas C released to the atmosphere is from 140 [° C.] to near the atmospheric temperature ( For example, almost all of the fuel energy input to the combustor 12 is recovered.

また、ヒートポンプ50の性能を示すエネルギー消費効率(COP)は、圧縮機53でヒートポンプ50に与えられる動力と熱交換器54で生成する蒸気に与えられる熱量との比で定義される。熱交換器54で熱媒体の加熱に用いられる熱量は、蒸発器57で加熱媒体中に回収した外部からの熱量と圧縮機53で加熱媒体を加圧する際の動力の合計で表される。COP値をパラメータとして、燃焼器12に投入された燃料のエネルギーを分母とし、発電機14の発電量と熱利用施設1に供給される熱量の合計を分子とすると、システム各所の熱媒体や排出ガス温度が先に挙げたような挙動を示す場合、COP値が1.7を超えるとシステムの総合効率は100%を超え、COP値を5まで向上させると128%になる。これは、燃焼器12に投入される燃料のエネルギーとは別に、蒸発器57で外部から熱エネルギーを取り込んでいる効果である。また、ボイラ30で循環ポンプ35と高圧ポンプ39で用いる動力も熱媒体の加熱に寄与している。   The energy consumption efficiency (COP) indicating the performance of the heat pump 50 is defined by the ratio between the power given to the heat pump 50 by the compressor 53 and the amount of heat given to the steam generated by the heat exchanger 54. The amount of heat used to heat the heat medium by the heat exchanger 54 is expressed as the sum of the amount of heat from the outside collected in the heat medium by the evaporator 57 and the power when the compressor 53 pressurizes the heat medium. Using the COP value as a parameter, the energy of the fuel input to the combustor 12 as the denominator, and the sum of the amount of power generated by the generator 14 and the amount of heat supplied to the heat utilization facility 1 as a numerator, When the gas temperature shows the behavior as mentioned above, the total efficiency of the system exceeds 100% when the COP value exceeds 1.7, and becomes 128% when the COP value is increased to 5. This is an effect that heat energy is taken in from the outside by the evaporator 57 separately from the energy of the fuel input to the combustor 12. The power used by the circulation pump 35 and the high-pressure pump 39 in the boiler 30 also contributes to the heating of the heat medium.

一般的なコジェネレーションシステムの総合効率は80%程度であるが、それに比較して本システムの総合効率は極めて高く、計算上、総合効率80%のシステムに対して本システムでは地球温暖化に影響するCO2の発生量を37%程度も削減することが可能である。本システムにおける熱的損失は、ボイラ30から大気放出される排出ガスCと圧縮機11に吸い込まれる大気Aとの温度差分の熱量である。したがって、この熱損失よりも大きな熱量を蒸発器57で外部から取り込めば本システムの総合効率は100%を超える。   The overall efficiency of a general cogeneration system is about 80%, but compared with that, the overall efficiency of this system is extremely high, and this system has an impact on global warming compared to a system with an overall efficiency of 80%. It is possible to reduce the amount of generated CO2 by as much as 37%. The thermal loss in this system is a heat amount of a temperature difference between the exhaust gas C released from the boiler 30 to the atmosphere and the atmosphere A sucked into the compressor 11. Therefore, if an amount of heat larger than this heat loss is taken in from the outside by the evaporator 57, the total efficiency of this system exceeds 100%.

また、本実施の形態では、蒸気タービン51で得られた動力を電力に変換することなく、全てヒートポンプ50の圧縮機53や二相流膨張タービン52の駆動力に用いられるので、ヒートポンプ50において電力変換に伴う損失もない。また、蒸気タービン51で膨張仕事をした後の蒸気とヒートポンプ50で生成した蒸気とを混合し共通の蒸気配管74で熱利用施設1に輸送することで、無駄なくより多くの熱媒体を熱利用施設1に供給することができる。これらの点も本システムの大きなメリットである。   Further, in the present embodiment, the power obtained by the steam turbine 51 is not converted into electric power, but is used for the driving force of the compressor 53 and the two-phase flow expansion turbine 52 of the heat pump 50. There is no loss associated with conversion. Further, by mixing the steam after the expansion work by the steam turbine 51 and the steam generated by the heat pump 50 and transporting them to the heat utilization facility 1 by the common steam pipe 74, more heat medium can be utilized without waste. It can be supplied to the facility 1. These points are also significant advantages of this system.

さらには、利用されることのない廃熱を大気放出する原動機設備、或いはボイラ設備等が既に存在している場合、そうした既存の設備を利用して容易にシステムを構築することができることも、本システムの大きなメリットである。   Furthermore, if there is already a prime mover facility or boiler facility that releases waste heat that will not be used, the system can be easily constructed using such existing facility. This is a major merit of the system.

(2)第2の実施の形態
図2は本発明の第2の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。この図において、図1と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
図2に示したように、本実施の形態が、第1の実施の形態と相違する点は、ヒートポンプ50Aの構成にあり、前述したTFE等といった加熱媒体を用いずに加熱媒体のサイクルにボイラ30からの熱媒体を供給し、そのサイクルにより得られた蒸気を熱利用施設1に供給するようにした点である。その結果、熱利用施設1に供給される熱媒体とそれを加熱する加熱媒体との間で熱交換するための熱交換器(図1の熱交換器54)が省略されている。
(2) Second Embodiment FIG. 2 is a system flow diagram showing the overall configuration of an energy supply system according to a second embodiment of the present invention. In this figure, parts similar to those in FIG.
As shown in FIG. 2, this embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the heat pump 50A, and the boiler is used for the heating medium cycle without using the heating medium such as TFE described above. The heat medium from 30 is supplied, and the steam obtained by the cycle is supplied to the heat utilization facility 1. As a result, the heat exchanger (heat exchanger 54 in FIG. 1) for exchanging heat between the heat medium supplied to the heat utilization facility 1 and the heat medium that heats the heat medium is omitted.

ヒートポンプ50Aは、配管42を介して供給されるボイラ30からの熱媒体(蒸気)で駆動する蒸気タービン51と、蒸気タービン51と同軸上に連結された二相流膨張タービン52A及び圧縮機53A,53Bと、配管38を介してボイラ30から供給される熱媒体(高温水)を外部の熱(熱利用施設1の廃水や大気等)を利用して加熱する熱交換器(蒸発器)54Aとを有する。   The heat pump 50A includes a steam turbine 51 that is driven by a heat medium (steam) supplied from a boiler 30 that is supplied via a pipe 42, a two-phase flow expansion turbine 52A and a compressor 53A that are coaxially connected to the steam turbine 51. 53B, and a heat exchanger (evaporator) 54A that heats the heat medium (high-temperature water) supplied from the boiler 30 via the pipe 38 by using external heat (waste water, air, etc. of the heat utilization facility 1) Have

本実施の形態において、低圧節炭器31からの配管38は、二相流膨張タービン52Aに接続している。二相流膨張タービン52Aは熱交換器54Aを介して前段の圧縮機53Aに接続し、圧縮機53Aは配管60、混合機61、配管62を介して後段の圧縮機53Bに接続している。また、低圧節炭器31と二相流膨張タービン52Aを結ぶ配管38には分岐80が設けられており、この分岐80を介して配管38から分岐した配管81が先の混合機61に接続している。配管81には調整弁82が設けられており、この調整弁82の開度によって配管38,81に分流する熱媒体の流量割合が調整されるようになっている。   In the present embodiment, the pipe 38 from the low pressure economizer 31 is connected to the two-phase flow expansion turbine 52A. The two-phase flow expansion turbine 52A is connected to the upstream compressor 53A via the heat exchanger 54A, and the compressor 53A is connected to the downstream compressor 53B via the pipe 60, the mixer 61, and the pipe 62. Further, a branch 80 is provided in the pipe 38 connecting the low pressure economizer 31 and the two-phase flow expansion turbine 52 </ b> A, and a pipe 81 branched from the pipe 38 is connected to the previous mixer 61 through the branch 80. ing. An adjustment valve 82 is provided in the pipe 81, and the flow rate ratio of the heat medium to be divided into the pipes 38 and 81 is adjusted by the opening degree of the adjustment valve 82.

熱交換器54Aには、熱利用施設1等の廃水や大気等を通す配管83が設けられている。熱交換器54A内部には仕切り84が設けられており、二相流膨張タービン52A側と圧縮機53A側とで上部空間が区画されている。   The heat exchanger 54A is provided with a pipe 83 through which waste water, the atmosphere, and the like of the heat utilization facility 1 and the like pass. A partition 84 is provided inside the heat exchanger 54A, and an upper space is partitioned on the two-phase flow expansion turbine 52A side and the compressor 53A side.

その他の構成については、前述した第1の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができ、また同様にして既設の原動機やボイラを利用してシステムを構築することができる。加えて、本実施の形態においては、以下に述べるような作用効果がある。   Other configurations are the same as those of the first embodiment described above, and in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the existing prime mover and boiler are similarly configured. The system can be constructed using In addition, the present embodiment has the following operational effects.

本実施の形態のようにヒートポンプ50Aの媒体にボイラ30から供給される熱媒体を利用することにより、例えば、ほぼ飽和条件まで加熱された熱媒体が二相流膨張タービン52Aに流入するようにシステムを設計すると、二相流膨張タービン52Aで大きな動力を得ることができる。   By using the heat medium supplied from the boiler 30 as the medium of the heat pump 50A as in the present embodiment, for example, the system is configured so that the heat medium heated to almost the saturation condition flows into the two-phase flow expansion turbine 52A. In this way, large power can be obtained with the two-phase flow expansion turbine 52A.

そこで、例えばボイラ30の低圧節炭器31の出口で熱媒体が飽和条件に近い130[℃],0.5[MPa]程度の高温水となるようにした場合、調整弁82の開度を調整することで分岐80を介して80%の割合で二相流膨張タービン52Aに熱媒体が供給され、その熱媒体が二相流膨張タービン52Aによって0.01[MPa],46[℃]程度まで減圧されるようにする。熱交換器54Aに供給される熱媒体は、二相流膨張タービン52Aでの膨張過程で所定割合(例えば14%程度)が蒸発し二相流をなしており、蒸気相と分離した液相が熱交換器54Aの下部に滞留する。この場合には、50〜60[℃]程度の工場廃熱や都市廃熱を利用することで液相は加熱されて蒸発する。二相流膨張タービン52Aの出口圧力をさらに(例えば0.002[MPa]程度まで)低下させた場合、それに伴って熱交換器54Aの内部の温度がさらに(例えば18[℃]程度まで)低下するので、この場合、無限に存在する大気の熱を利用して熱媒体を蒸発させることも可能である。   Therefore, for example, when the heat medium is high-temperature water of approximately 130 [° C.] and 0.5 [MPa] close to the saturation condition at the outlet of the low pressure economizer 31 of the boiler 30, the opening degree of the adjustment valve 82 is By adjusting, the heat medium is supplied to the two-phase flow expansion turbine 52A through the branch 80 at a rate of 80%, and the heat medium is about 0.01 [MPa] and 46 [° C.] by the two-phase flow expansion turbine 52A. Until the pressure is reduced. The heat medium supplied to the heat exchanger 54A evaporates a predetermined ratio (for example, about 14%) in the expansion process in the two-phase flow expansion turbine 52A to form a two-phase flow, and the liquid phase separated from the vapor phase is It stays in the lower part of the heat exchanger 54A. In this case, the liquid phase is heated and evaporated by using factory waste heat or city waste heat of about 50 to 60 [° C.]. When the outlet pressure of the two-phase flow expansion turbine 52A is further decreased (for example, to about 0.002 [MPa]), the temperature inside the heat exchanger 54A is further decreased (for example, to about 18 [° C]). Therefore, in this case, it is also possible to evaporate the heat medium using the heat of the atmosphere that exists infinitely.

熱交換器54A上部空間に存在する所定圧力(例えば0.01[MPa]程度)の蒸気は、圧縮機53A,53Bによって(例えば0.4[MPa]程度まで)加圧され熱源として熱利用施設1に供給される。前段の圧縮機53Aと後段の圧縮機53Bとの間の混合器61では、分岐80から分岐した配管81を介して高温水の状態の熱媒体が噴霧され、圧縮機53Aから圧縮機53Bに供給される熱媒体を温度低下させる。   Steam at a predetermined pressure (for example, about 0.01 [MPa]) existing in the upper space of the heat exchanger 54A is pressurized by the compressors 53A and 53B (for example, up to about 0.4 [MPa]) to use heat as a heat source. 1 is supplied. In the mixer 61 between the former compressor 53A and the latter compressor 53B, the heat medium in the state of high-temperature water is sprayed through the pipe 81 branched from the branch 80, and supplied from the compressor 53A to the compressor 53B. The temperature of the heated heat medium is lowered.

これは、例えば0.01[MPa]の蒸気を0.4[MPa]まで圧縮する場合、仮に圧縮効率が100%であったとしても途中で冷却しないと蒸気温度が490[℃]程度に達し、圧縮効率が85%程度であれば蒸気温度は約550[℃]にもなってしまうためである。この場合、0.01[MPa]の熱媒体(水)の飽和温度46[℃]から550[℃]の温度差に相当するエネルギーが圧縮機53A,53Bの動力として必要になる。気体の圧縮では、気体密度が低いほど所要の圧縮動力が増加する。そこで、調整弁82で流量を制御して分岐80から分岐させ、0.5[MPa]の高温水を混合器61に注入し、圧縮過程の蒸気に噴霧して温度を低下させる。   For example, when 0.01 [MPa] steam is compressed to 0.4 [MPa], even if the compression efficiency is 100%, the steam temperature reaches about 490 [° C] unless it is cooled in the middle. If the compression efficiency is about 85%, the steam temperature will be about 550 [° C.]. In this case, energy corresponding to a temperature difference between the saturation temperature 46 [° C.] and 550 [° C.] of the heat medium (water) of 0.01 [MPa] is required as power for the compressors 53A and 53B. In gas compression, the required compression power increases as the gas density decreases. Therefore, the flow rate is controlled by the regulating valve 82 to branch from the branch 80, and 0.5 [MPa] high-temperature water is injected into the mixer 61 and sprayed on the steam in the compression process to lower the temperature.

本実施の形態では、2つの圧縮機53A,53Bを設けてその間に混合器61を設けているが、圧縮機の動力を低下させるためには、圧縮機を3つ以上設けて隣接する圧縮機の間毎に混合器を設ける構成とすることも考えられる。   In the present embodiment, the two compressors 53A and 53B are provided and the mixer 61 is provided therebetween. However, in order to reduce the power of the compressor, three or more compressors are provided and adjacent compressors are provided. It is also conceivable to provide a mixer for every interval.

このように、本実施の形態においては、圧縮機53Aから流出する過熱蒸気の状態の熱媒体に水蒸気を噴霧することで、過熱蒸気の温度を飽和温度まで容易に低下させることができる。また熱媒体を噴霧する場合、若干湿り蒸気になるまで熱媒体を噴霧することも考えられる。この場合、後段の圧縮機53Bの入口では熱媒体は湿り蒸気の状態であるが、圧縮機53Bの内部で水滴は蒸発する。こうして圧縮機53Bの内部の温度上昇が抑制できるので、全体として圧縮機動力を低減することができる。圧縮機53Bの出口で水蒸気温度が熱利用施設1で利用する温度(例えば140[℃]程度)になるように、合流器61での熱媒体の噴霧量を調整すると効率が良い。   As described above, in the present embodiment, the temperature of the superheated steam can be easily lowered to the saturation temperature by spraying the steam on the heat medium in the state of the superheated steam flowing out from the compressor 53A. Moreover, when spraying a heat medium, it is also considered to spray a heat medium until it becomes a slightly wet steam. In this case, the heat medium is in a state of wet steam at the inlet of the subsequent compressor 53B, but water droplets evaporate inside the compressor 53B. Thus, since the temperature rise inside the compressor 53B can be suppressed, the compressor power can be reduced as a whole. It is efficient to adjust the spray amount of the heat medium in the merger 61 so that the water vapor temperature at the outlet of the compressor 53B becomes the temperature used in the heat utilization facility 1 (for example, about 140 [° C.]).

また、圧縮機53A,53Bで使用する動力は、蒸気タービン51と二相流膨張タービン52Aによって供給される。ヒートポンプ50の媒体に熱利用施設1に供給する熱媒体を用いたことで、圧縮機53A,53Bの中間で熱媒体を直接噴霧して冷却することが可能となり、TFE等の専用の加熱媒体を用いて熱媒体を間接冷却する場合に必要となる大型の熱交換器(図1の例では熱交換器54)が不要となる。先の図1でヒートポンプ50重量の半分以上は2つの蒸発器54,57の重量が占めるので、本実施の形態のようにその一方を省略できることは設備の簡素化に大いに役立つ。また、熱媒体をTFE等の他の加熱媒体と熱交換して熱媒体を加熱する場合、加熱される熱媒体と加熱する加熱媒体との温度差が必要であったが、それも不要となり効率が向上する。   The power used in the compressors 53A and 53B is supplied by the steam turbine 51 and the two-phase flow expansion turbine 52A. By using the heat medium supplied to the heat utilization facility 1 as the medium of the heat pump 50, it is possible to cool the medium by directly spraying the heat medium between the compressors 53A and 53B, and a dedicated heating medium such as TFE can be used. A large heat exchanger (in the example of FIG. 1, the heat exchanger 54) that is necessary when the heat medium is indirectly cooled by using it becomes unnecessary. Since the weight of the two evaporators 54 and 57 occupies more than half of the weight of the heat pump 50 in FIG. 1, being able to omit one as in this embodiment is very useful for simplification of equipment. Moreover, when the heat medium is heated by exchanging heat with the other heat medium such as TFE, a temperature difference between the heat medium to be heated and the heat medium to be heated is necessary. Will improve.

また、本実施の形態の場合、熱交換器54Aの圧力が低く(例えば0.01[MPa]程度)、二相流膨張タービン52Aの出口及び圧縮機53Aの入口における流体密度が小さくなる。そこで、図示したように、二相流膨張タービン52Aの出口と圧縮機53Aの入口を熱交換器54Aの上部空間と連結することで、途中で流体を高速化しなければならないような配管を不要とすることができる。また、熱交換器54Aの内部を仕切り84で区画することにより、二相流膨張タービン52A出口での水滴が圧縮機53Aに直接流入することを防止することができる。熱交換器54Aの内部で液相部分は静止するが、液相と配管83との間で熱交換効率が悪い場合、液相を強制的に流動させる攪拌機(図示せず)と内部仕切り(図示せず)を設けて均質な流れを作って伝熱を促進するとなお良い。   In the case of the present embodiment, the pressure of the heat exchanger 54A is low (eg, about 0.01 [MPa]), and the fluid density at the outlet of the two-phase flow expansion turbine 52A and the inlet of the compressor 53A is reduced. Therefore, as shown in the drawing, by connecting the outlet of the two-phase flow expansion turbine 52A and the inlet of the compressor 53A to the upper space of the heat exchanger 54A, piping that has to speed up the fluid on the way is unnecessary. can do. Further, by partitioning the inside of the heat exchanger 54A with the partition 84, it is possible to prevent water droplets at the outlet of the two-phase flow expansion turbine 52A from directly flowing into the compressor 53A. The liquid phase portion is static inside the heat exchanger 54A, but when the heat exchange efficiency is poor between the liquid phase and the pipe 83, an agitator (not shown) for forcibly flowing the liquid phase and an internal partition (see FIG. It is even better to create a homogeneous flow to promote heat transfer.

(3)第3の実施の形態
図3は本発明の第3の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。この図において、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
図3に示したように、本実施の形態が前述した各実施の形態と相違する点は、発電出力と熱出力の割合を可変に構成した点にあり、可変減速機85を介して蒸気タービン51と圧縮機53Bの駆動軸を連結した点である。
(3) Third Embodiment FIG. 3 is a system flow diagram showing the overall configuration of an energy supply system according to a third embodiment of the present invention. In this figure, parts similar to those in the previous figures are given the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 3, this embodiment is different from the above-described embodiments in that the ratio between the power generation output and the heat output is configured to be variable, and a steam turbine is connected via a variable speed reducer 85. 51 and the drive shaft of the compressor 53B.

また、蒸気タービン51の出口には、蒸気タービン51から排出されて膨張仕事をした蒸気を復水させる復水器86が配管87を介して接続されている。復水器86は、熱利用施設1と循環ポンプ35とを接続する配管88に設けた合流器89に配管90を介して接続している。配管88,90には調整弁91,92がそれぞれ設けられている。さらに、蒸気タービン51の抽気口と合流器73を接続する配管71には、調整弁93が設けられている。   Further, a condenser 86 for condensing steam discharged from the steam turbine 51 and performing expansion work is connected to the outlet of the steam turbine 51 through a pipe 87. The condenser 86 is connected via a pipe 90 to a merger 89 provided in a pipe 88 that connects the heat utilization facility 1 and the circulation pump 35. The pipes 88 and 90 are provided with adjusting valves 91 and 92, respectively. Further, an adjustment valve 93 is provided in the pipe 71 connecting the extraction port of the steam turbine 51 and the merger 73.

その他の構成については、前述した第2の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても第2の実施の形態と同様の効果を得ることができ、また同様にして既設の原動機やボイラを利用してシステムを構築することができる。加えて、本実施の形態においては、以下に述べるような作用効果がある。   Other configurations are the same as those in the second embodiment described above, and in this embodiment, the same effects as those in the second embodiment can be obtained, and the existing prime mover and boiler are similarly configured. The system can be constructed using In addition, the present embodiment has the following operational effects.

まず、圧縮機53A,53Bは、二相流膨張タービン52Aと蒸気タービン51の他にガスタービン10とも同軸上に連結されているので、圧縮機53A,53Bの動力にタービン13で得た回転動力を利用することができる。圧縮機53A,53Bを駆動してなお余る動力は、発電機14によって電気エネルギーに変換される。   First, since the compressors 53A and 53B are coaxially connected to the gas turbine 10 in addition to the two-phase flow expansion turbine 52A and the steam turbine 51, the rotational power obtained by the turbine 13 is used as the power of the compressors 53A and 53B. Can be used. The remaining power after driving the compressors 53A and 53B is converted into electric energy by the generator 14.

また、熱利用施設1等で必要となる熱と電力の割合は変動する。それに対し、本システムではトータルのエネルギー供給量に占める熱供給の割合を0%(電力供給100%)から100%(電力供給0%)まで連続的に変化させることができる。   Further, the ratio of heat and electric power required in the heat utilization facility 1 etc. varies. On the other hand, in this system, the ratio of heat supply to the total energy supply amount can be continuously changed from 0% (power supply 100%) to 100% (power supply 0%).

電力のみを供給する場合、調整弁40を閉じてヒートポンプ50A(熱交換器54A)で生成する蒸気流量を0(ゼロ)にする。この状態としたらボイラ30において高圧過熱器34により最終的に生成される過熱蒸気条件に合致するように循環ポンプ35の回転数を制御して、ボイラ30に対する熱媒体の供給量を調整する。このように調整弁40を閉止して配管38に熱媒体を流通させない場合、ボイラ30から排出される排出ガスCの温度は上昇する。   When supplying only electric power, the regulating valve 40 is closed and the flow rate of steam generated by the heat pump 50A (heat exchanger 54A) is set to 0 (zero). If it is in this state, the rotation speed of the circulation pump 35 is controlled so that the superheated steam conditions finally produced | generated by the high pressure superheater 34 in the boiler 30 may be controlled, and the supply amount of the heat medium with respect to the boiler 30 will be adjusted. Thus, when the regulating valve 40 is closed and the heat medium is not circulated through the pipe 38, the temperature of the exhaust gas C discharged from the boiler 30 rises.

ここで、循環ポンプ35によるボイラ30への熱媒体の供給量は、ボイラ30において熱媒体に与えられる熱量を、単位流量当りに必要な熱量で除算することで決定できる。なお、ボイラ30において熱媒体に与えられる熱量は、タービン13出口及びボイラ30出口における排出ガスの温度差とタービン13から排出される排出ガス流量とから計算できる。また単位流量当りに必要な熱量は、循環ポンプ35出口での熱媒体のエンタルピと高圧過熱器34出口での熱媒体のエンタルピの差から分かる。   Here, the supply amount of the heat medium to the boiler 30 by the circulation pump 35 can be determined by dividing the heat amount given to the heat medium in the boiler 30 by the heat amount required per unit flow rate. The amount of heat given to the heat medium in the boiler 30 can be calculated from the temperature difference between the exhaust gas at the turbine 13 outlet and the boiler 30 outlet and the flow rate of the exhaust gas discharged from the turbine 13. The amount of heat required per unit flow rate can be determined from the difference between the enthalpy of the heat medium at the outlet of the circulation pump 35 and the enthalpy of the heat medium at the outlet of the high-pressure superheater 34.

調整弁93を閉じ、蒸気タービン51から抽気した熱媒体の熱利用施設1への供給を遮断して調整弁92を開くと、蒸気タービン51を駆動した熱媒体は全て復水器86に供給され凝縮して水に戻る。二相流膨張タービン52A及び圧縮機53A,53Bには熱媒体が流れないので、可変減速機85を切り離し蒸気タービン51との連結を解くことで、エネルギーロスを軽減することができる。   When the regulating valve 93 is closed and the supply of the heat medium extracted from the steam turbine 51 to the heat utilization facility 1 is shut off and the regulating valve 92 is opened, all the heat medium that has driven the steam turbine 51 is supplied to the condenser 86. Condensate back to water. Since a heat medium does not flow through the two-phase flow expansion turbine 52A and the compressors 53A and 53B, energy loss can be reduced by disconnecting the variable speed reducer 85 and disconnecting from the steam turbine 51.

一方、電力と熱を同時に熱利用施設1に供給する場合、調整弁40の開度と循環ポンプ35の回転数を制御することにより、分岐36を介してヒートポンプ50と高圧節炭器32に供給される熱媒体の流量割合を調整する。圧縮機53A,53Bの中間点で過熱蒸気の状態の熱媒体に噴霧する熱媒体流量は、調整弁82の開度を調整することにより、圧縮機53Bに流入する熱媒体の流量に対して一定割合となるようにする。   On the other hand, when electric power and heat are supplied to the heat utilization facility 1 at the same time, the heat pump 50 and the high-pressure economizer 32 are supplied via the branch 36 by controlling the opening degree of the regulating valve 40 and the rotational speed of the circulation pump 35. The flow rate of the heat medium to be adjusted is adjusted. The flow rate of the heat medium sprayed onto the heat medium in the superheated steam state at the midpoint between the compressors 53A and 53B is constant with respect to the flow rate of the heat medium flowing into the compressor 53B by adjusting the opening of the adjustment valve 82. Try to be a proportion.

ヒートポンプ50Aの性能は蒸発器54Aの圧力で決まるので、所定の圧力になるように圧縮機53A,53Bの回転数を可変減速機85で制御する。熱需要が少ない間は調整弁93を閉じて蒸気タービン51の出力を最大にする。蒸発器54Aでの熱媒体の蒸発能力が十分に発揮されるまで二相流膨張タービン52Aの流量を増加させた後、更に熱出力を増加させる需要がある場合には、調整弁93の開度を大きくし、合流器73に導かれる熱媒体を増加させる。調整弁93の開度を大きくしていくと、合流器73に導かれる熱媒体流量が増加し、それに伴って蒸気タービン51の出力が低下して発電機14の発電量が低下する。発電量が0(ゼロ)になった時点でシステム全体での熱出力が最大となる。   Since the performance of the heat pump 50A is determined by the pressure of the evaporator 54A, the rotational speeds of the compressors 53A and 53B are controlled by the variable speed reducer 85 so that the predetermined pressure is obtained. While the heat demand is low, the regulating valve 93 is closed to maximize the output of the steam turbine 51. After increasing the flow rate of the two-phase flow expansion turbine 52A until the evaporation capacity of the heat medium in the evaporator 54A is fully exhibited, when there is a demand for further increasing the heat output, the opening degree of the regulating valve 93 Is increased, and the heat medium guided to the merger 73 is increased. When the opening degree of the regulating valve 93 is increased, the flow rate of the heat medium guided to the merger 73 increases, and accordingly, the output of the steam turbine 51 decreases and the power generation amount of the generator 14 decreases. When the power generation amount becomes 0 (zero), the heat output of the entire system becomes maximum.

蒸気タービン51から排出される蒸気を復水器86に導いて凝縮させると、その凝縮熱は冷却水に回収されて外部へ放出される。したがって、煙突43から排出される排出ガスCの持つ熱量とこの凝縮熱がシステムの熱損失となる。熱エネルギー最大の条件で調整弁92を閉じて復水器86に熱媒体が流れないようにすると、システムの総合エネルギー効率は最も高い値を示すことになる。   When the steam discharged from the steam turbine 51 is led to the condenser 86 and condensed, the heat of condensation is recovered in the cooling water and released to the outside. Therefore, the amount of heat of the exhaust gas C discharged from the chimney 43 and this heat of condensation become the heat loss of the system. If the regulating valve 92 is closed under the maximum heat energy condition so that the heat medium does not flow to the condenser 86, the total energy efficiency of the system will show the highest value.

熱出力のみのエネルギー供給とする場合、熱利用施設1に供給できる熱媒体のエネルギーと燃焼器12に供給する燃料のエネルギーの比率は、蒸発器54Aで利用できる廃熱の温度と圧縮機53A,53Bの効率によっては180〜220%の範囲になる。一般のボイラでは利用できる蒸気のエネルギーは、投入される燃料エネルギーの90%程で100%を超えることはないが、本システムにおいては、ガスタービン10で得られる動力もヒートポンプ50Aの駆動力に用いることにより、熱利用施設1に供給可能なトータルのエネルギー量は、燃焼器12に供給される燃料エネルギーの他に蒸発器54Aで大気や廃熱のエネルギーを利用できることで、条件によって200%を超えることも可能となる。   In the case of energy supply with only heat output, the ratio of the energy of the heat medium that can be supplied to the heat utilization facility 1 and the energy of the fuel that is supplied to the combustor 12 is the temperature of the waste heat that can be used in the evaporator 54A and the compressor 53A, Depending on the efficiency of 53B, it will be in the range of 180-220%. In a general boiler, the steam energy that can be used is about 90% of the input fuel energy and does not exceed 100%. However, in this system, the power obtained by the gas turbine 10 is also used as the driving force of the heat pump 50A. As a result, the total amount of energy that can be supplied to the heat utilization facility 1 exceeds 200% depending on conditions because the evaporator 54A can use the energy of the atmosphere and waste heat in addition to the fuel energy supplied to the combustor 12. It is also possible.

(4)参考例
図4は参考例に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。この図において、先の各図と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。
図4に示したように、本が前述した各実施の形態と相違する点は、蒸気タービン51から排出されて膨張仕事をした蒸気と熱交換器54Aで加熱した蒸気とをそれぞれ異なる対応の熱利用施設1A,1Bに供給するように構成した点である。
(4) Reference Example FIG. 4 is a system flow diagram showing the overall configuration of an energy supply system according to a reference example . In this figure, parts similar to those in the previous figures are given the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 4, this example is different from the above-described embodiments in that the steam exhausted from the steam turbine 51 and subjected to expansion work and the steam heated by the heat exchanger 54A are different from each other. It is the point comprised so that it might supply to heat utilization facilities 1A and 1B.

において、蒸気供給系統70は、蒸気タービン51と工場等の熱利用施設1Aとを接続する配管75と、圧縮機53Bと温水プール等の別の熱利用施設1Bとを接続する配管76とを備えており、蒸気タービン51を駆動した熱媒体と熱交換器54Aで加熱された熱媒体とをそれぞれ配管75,76を介して熱利用施設1A,1Bに供給するようになっている。熱利用施設1A,1Bで利用されて凝縮した熱媒体は、それぞれ熱利用施設1A,1Bから排出された後、合流器94で合流して循環ポンプ35に戻される。 In this example , the steam supply system 70 includes a pipe 75 that connects the steam turbine 51 and a heat utilization facility 1A such as a factory, and a pipe 76 that connects the compressor 53B and another heat utilization facility 1B such as a hot water pool. The heat medium that drives the steam turbine 51 and the heat medium heated by the heat exchanger 54A are supplied to the heat utilization facilities 1A and 1B via the pipes 75 and 76, respectively. The heat medium condensed in the heat utilization facilities 1A and 1B is discharged from the heat utilization facilities 1A and 1B, and then merged by the merger 94 and returned to the circulation pump 35.

その他の構成については、前述した第2の実施の形態と同様であり、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、複数の熱利用施設に適宜熱媒体を供給することができる。また、同様にしてシステムを構築することもできる。本では、第2の実施の形態のシステムで複数の熱利用施設にエネルギー供給する場合を例にとって説明したが、先に説明した他の実施の形態によって複数の熱利用施設にエネルギー供給する場合にも適用可能である。 About another structure, it is the same as that of 2nd Embodiment mentioned above, and while being able to acquire the effect similar to 2nd Embodiment, supplying a heat medium to several heat utilization facilities suitably. it can. Similarly, a system can be constructed. In this example , the case where energy is supplied to a plurality of heat utilization facilities in the system of the second embodiment has been described as an example. However, the case where energy is supplied to a plurality of heat utilization facilities according to the other embodiments described above. It is also applicable to.

(5)第4の実施の形態
図5は本発明の第4の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。この図において、先の各図と同様の部分及び同様の役割を果たす部分には同符号を付し説明を省略する。
図5に示したように、本実施の形態が前述した各実施の形態と相違する点は、ヒートポンプ50を駆動する蒸気(熱媒体)を発生させる熱源として、原動機(ガスタービン10等)の廃熱でなく、例えば清掃工場等といった各種施設に設置されているボイラ30Aを用いている点である。ボイラ30Aには、清掃工場の焼却炉ボイラ等が挙げられるが、これに限らず、その他重油や古タイヤを燃料とするボイラ等、熱媒体を加熱して蒸気に変換できるものであれば足りる。本実施の形態では、ヒートポンプ50Aで熱媒体を加熱する加熱媒体として、ポンプ95によって河川96から汲み上げた水を熱交換器54Aに導いている。本システムでは、このような構成によって、ボイラ30Aに設けた熱交換器30Aaで得られる熱量に河川水から得た熱量を加え、温水プール等の熱利用施設1に高効率で熱エネルギーを供給するようになっている。
(5) Fourth Embodiment FIG. 5 is a system flow diagram showing the overall configuration of an energy supply system according to a fourth embodiment of the present invention. In this figure, parts similar to those in the previous figures and parts having similar functions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 5, the present embodiment is different from the above-described embodiments in that the prime mover (gas turbine 10 or the like) is discarded as a heat source that generates steam (heat medium) that drives the heat pump 50. Instead of heat, the boiler 30A installed in various facilities such as a cleaning factory is used. The boiler 30A includes an incinerator boiler of a cleaning factory, but is not limited to this, and any boiler that can heat a heat medium and convert it into steam, such as a boiler that uses heavy oil or old tires as fuel, is sufficient. In the present embodiment, water pumped from the river 96 by the pump 95 is guided to the heat exchanger 54A as a heating medium for heating the heat medium by the heat pump 50A. In this system, with such a configuration, the amount of heat obtained from river water is added to the amount of heat obtained by the heat exchanger 30Aa provided in the boiler 30A, and heat energy is supplied to the heat utilization facility 1 such as a hot water pool with high efficiency. It is like that.

熱利用施設1から戻される熱媒体は循環ポンプ35で設定圧力(例えば7[MPa]程度)まで加圧してからボイラ30Aに供給し、熱交換器30Aaで加熱する。高温高圧水となった熱媒体は配管38を介して膨張タービン52Aに供給され、ヒートポンプ50Aを駆動する蒸気タービン73には高圧の過熱蒸気となった熱媒体が配管42を介して供給される。熱媒体が水の場合、膨張タービン52Aで0.002[MPa]程度まで膨張すると、飽和温度が17.5[℃]となるので河川96の保有する無制限の熱で蒸発する。河川96の水はポンプ79により配管83を介して熱交換器54Aに供給される。河川水の汚染度合が高い場合には、配管83の途中にフィルタを設けて不溶性物質を除去する。   The heat medium returned from the heat utilization facility 1 is pressurized to a set pressure (for example, about 7 [MPa]) by the circulation pump 35, then supplied to the boiler 30A, and heated by the heat exchanger 30Aa. The heat medium that has become high-temperature and high-pressure water is supplied to the expansion turbine 52A through the pipe 38, and the heat medium that has become high-pressure superheated steam is supplied to the steam turbine 73 that drives the heat pump 50A through the pipe 42. When the heat medium is water, when it expands to about 0.002 [MPa] by the expansion turbine 52A, the saturation temperature becomes 17.5 [° C.], so that it evaporates with the unlimited heat of the river 96. The water of the river 96 is supplied to the heat exchanger 54A through the pipe 83 by the pump 79. When the degree of pollution of river water is high, a filter is provided in the middle of the pipe 83 to remove insoluble substances.

蒸発した飽和蒸気は圧縮機53A,53Bで設定圧力(例えば0.4[MPa]程度)まで圧縮される。圧縮機53A,53Bの圧縮動力を削減するために、圧縮機53A,53Bの中間で高温水の状態の熱媒体を噴霧して冷却する。圧縮機53A,53Bを駆動する動力には、蒸気タービン51で設定圧力(例えば7[MPa]程度)の過熱蒸気の状態の熱媒体を熱利用施設1で使用する圧力(例えば0.4[MPa]程度)まで減圧する際のエネルギーが利用される。蒸気タービン51を出た蒸気と圧縮機53Bを出た蒸気は合流器73で混合され、熱利用施設1に熱源として供給される。   The evaporated saturated steam is compressed to a set pressure (for example, about 0.4 [MPa]) by the compressors 53A and 53B. In order to reduce the compression power of the compressors 53A and 53B, a heat medium in the state of high-temperature water is sprayed and cooled between the compressors 53A and 53B. As power for driving the compressors 53A and 53B, a pressure (for example, 0.4 [MPa) for using a heat medium in a superheated steam state at a set pressure (for example, about 7 [MPa]) in the steam turbine 51 in the heat utilization facility 1 is used. The energy at the time of depressurization to a degree is used. The steam that exits the steam turbine 51 and the steam that exits the compressor 53 </ b> B are mixed by the merger 73 and supplied to the heat utilization facility 1 as a heat source.

本実施の形態においても、前述した各実施の形態と同様の効果を得ることができ、また同様にして既設のボイラを利用してシステムを構築することができる。既設のボイラ30Aで発生する蒸気のみを熱利用施設1に供給するのと比較して、河川96の熱をも利用することにより、条件によっては同一のボイラ30Aから供給できる熱量を1.8倍程度に増加することも可能である。   Also in the present embodiment, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained, and a system can be constructed using an existing boiler in the same manner. Compared to supplying only the steam generated in the existing boiler 30A to the heat utilization facility 1, by using the heat of the river 96, the amount of heat that can be supplied from the same boiler 30A is 1.8 times depending on the conditions. It is also possible to increase to a certain extent.

なお、以上の各実施の形態では、熱利用施設に供給する熱媒体に水を用いる場合を説明したが、熱媒体は閉じた系を循環し外部に流出することがないので、例えば二酸化炭素やアンモニア、トリフルオロエタノール等といった他の媒体を熱媒体に使用しても良い。勿論、こうした他の媒体を単独で熱媒体として用いても良いが、場合によっては複数種類を混合しても良いし、水と混合して使用しても良い。また、熱媒体に無害かつ混合可能な媒体を用いる場合、必ずしも閉じた系にする必要はなく、その場合には蒸気タービン51を駆動する熱媒体とヒートポンプ50,50Aで過熱する熱媒体を異なる供給源から供給するように構成しても良い。さらに、複数の熱媒体を用いる場合、蒸気タービン51を駆動する熱媒体とヒートポンプ50,50Aで加熱する熱媒体を異なる熱利用施設に供給し、それぞれを閉じた系で循環させる場合には、必ずしも両熱媒体は混合可能なものでなくても良い。   In each of the above embodiments, the case where water is used as the heat medium supplied to the heat utilization facility has been described. However, since the heat medium does not circulate through the closed system and flow out to the outside, for example, carbon dioxide or Other media such as ammonia or trifluoroethanol may be used as the heat medium. Of course, these other media may be used alone as a heat medium, but depending on the case, a plurality of types may be mixed or used by mixing with water. When a harmless and mixable medium is used as the heat medium, it is not always necessary to use a closed system. In that case, the heat medium that drives the steam turbine 51 and the heat medium that is heated by the heat pumps 50 and 50A are supplied differently. You may comprise so that it may supply from a source. Furthermore, in the case of using a plurality of heat mediums, when the heat medium that drives the steam turbine 51 and the heat medium that is heated by the heat pumps 50 and 50A are supplied to different heat utilization facilities and each is circulated in a closed system, it is not always necessary. Both heat media may not be miscible.

(6)第5の実施の形態
図1では熱利用施設1で利用された熱媒体は、凝縮して循環ポンプ35に戻る構成になっている。しかし、本実施の形態では、熱利用施設1で熱源として利用され凝縮した熱媒体をボイラ30に循環供給する配管を設けず、熱利用施設1以外から循環ポンプ35に熱媒体を供給することを特徴とする。
(6) Fifth Embodiment In FIG. 1, the heat medium used in the heat utilization facility 1 is condensed and returned to the circulation pump 35. However, in the present embodiment, the heat medium that is used as a heat source in the heat utilization facility 1 is not provided with a piping that circulates and supplies the heat medium to the boiler 30, and the heat medium is supplied from other than the heat utilization facility 1 to the circulation pump 35. Features.

熱利用施設1では、蒸気供給系統70から供給される水蒸気(熱媒体)の熱のみを利用するだけでなく、水蒸気を反応プロセスに用いることも想定される。反応プロセスに用いた後の水蒸気は直接ヒートポンプに循環利用することが困難である。そこで、本実施の形態では熱利用施設1で熱源として利用され凝縮した熱媒体をボイラ30に循環供給する配管を設けず、河川や地下水といった熱利用施設1以外からの水を浄化して循環ポンプ35に供給する。このようなシステム構成であれば、熱利用施設1から循環ポンプ35への戻り配管を設置する必要が無いので、ヒートポンプ50と熱利用施設1との距離が遠いほど設備費用を低減できる効果が大きい。   In the heat utilization facility 1, not only the heat of the water vapor (heat medium) supplied from the steam supply system 70 but also the use of water vapor for the reaction process is assumed. It is difficult to circulate and use the water vapor after the reaction process directly in the heat pump. Therefore, in the present embodiment, a circulation pump that purifies water from other than the heat utilization facility 1 such as a river or ground water without providing a piping that circulates and supplies the condensed heat medium used as a heat source in the heat utilization facility 1 to the boiler 30. 35. With such a system configuration, there is no need to install a return pipe from the heat utilization facility 1 to the circulation pump 35. Therefore, the farther the distance between the heat pump 50 and the heat utilization facility 1, the greater the effect that the equipment cost can be reduced. .

(7)第6の実施の形態
第2の実施の形態に示す図2では、ヒートポンプ50の熱媒体に熱利用施設1に供給する熱媒体を用いる構成になっている。そこで、本実施の形態では熱媒体に水を用いた場合について説明する。
(7) Sixth Embodiment In FIG. 2 shown in the second embodiment, the heat medium supplied to the heat utilization facility 1 is used as the heat medium of the heat pump 50. Therefore, in this embodiment, a case where water is used as a heat medium will be described.

ここで、従来のヒートポンプと同一構成であって、単に熱媒体を水に替えたときのシステム構成と比較して説明する。図6は、従来のヒートポンプであって、熱媒体に水を利用したエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。既に説明した図2と比較すると、ヒートポンプ50Aの圧縮機53が1つであり、低圧節炭器31と二相流膨張タービン52Aを結ぶ配管38から分岐させて接続された混合機61を備えていない。図6の場合、ヒートポンプ50Aの圧縮機53で気体を圧縮するときの温度上昇は、気体密度が小さいほど大きくなる。例えば、0.01[MPa]46[℃]における水蒸気の密度は0.068kg/mとなり、冷媒の一つであるR−11の0.52kg/mの13%しかない。従って、R-11の場合0.4[MPa]まで圧縮しても185[℃]までしか温度が上昇しないが、水蒸気では490[℃]まで上昇する。そして、水の0.4[MPa]における飽和温度は144[℃]であるため、144[℃]から490[℃]まで温度上昇させる動力は単に熱に変わるのみであり、システム効率は大幅に低下する。従って、従来のヒートポンプと同一構成で、単に熱媒体を水に替えるだけでは効率低下が大きくなりすぎ、実用化が困難である。 Here, it is the same structure as the conventional heat pump, Comprising: It demonstrates in comparison with the system structure when a heat medium is only replaced with water. FIG. 6 is a system flow diagram showing an overall configuration of an energy supply system that is a conventional heat pump and uses water as a heat medium. Compared with FIG. 2 that has already been described, the heat pump 50A has one compressor 53, and includes a mixer 61 that is branched and connected from a pipe 38 that connects the low-pressure economizer 31 and the two-phase flow expansion turbine 52A. Absent. In the case of FIG. 6, the temperature rise when the gas is compressed by the compressor 53 of the heat pump 50A increases as the gas density decreases. For example, the density of water vapor at 0.01 [MPa] 46 [° C.] is 0.068 kg / m 3 , which is only 13% of 0.52 kg / m 3 of R-11, which is one of the refrigerants. Therefore, in the case of R-11, even if compressed to 0.4 [MPa], the temperature rises only to 185 [° C.], but with steam, it rises to 490 [° C.]. Since the saturation temperature of water at 0.4 [MPa] is 144 [° C.], the power for raising the temperature from 144 [° C.] to 490 [° C.] is merely changed to heat, and the system efficiency is greatly improved. descend. Therefore, simply changing the heat medium to water with the same configuration as that of the conventional heat pump makes the efficiency drop too large and practical application is difficult.

そこで、本実施の形態の図2に示すように、ヒートポンプ50Aの圧縮機53を複数段に分割し、その中間で水蒸気を冷却して密度を増加させることで圧縮動力を低下させることが、ヒートポンプの熱媒体に水を用いる際に必要な構成となる。   Therefore, as shown in FIG. 2 of the present embodiment, the compressor 53 of the heat pump 50A is divided into a plurality of stages, and the compression power is reduced by cooling the water vapor and increasing the density in the middle to reduce the compression power. This structure is necessary when water is used as the heat medium.

なお、複数段配置された圧縮機の中間で水蒸気を冷却する方式として、水蒸気中に水をスプレーする方式の他に、熱交換器を設けて冷却する方式も考えられる。熱交換器は圧縮機53A,53Bの容器外に設けることになり装置は大きくなるが、高精度で水蒸気温度を調整することが可能となる。   As a method for cooling water vapor in the middle of compressors arranged in a plurality of stages, in addition to a method for spraying water into the water vapor, a method for cooling by providing a heat exchanger is also conceivable. Although the heat exchanger is provided outside the containers of the compressors 53A and 53B and the apparatus becomes large, the water vapor temperature can be adjusted with high accuracy.

また、熱利用施設1における蒸気の利用形態として、単に蒸気を凝縮させて熱として利用する他に以下の利用法がある。第一に、熱利用施設にリチウムブロマイドを媒体とする吸収冷凍機を設けて冷媒の蒸発に高温の蒸気を利用することで、施設の冷却に設けることが出来る。第二に、化学プロセスや乾燥プロセスでは蒸気を製品に直接注入又は吹き付けることも可能である。この場合、蒸気を凝縮させる復水器を熱利用施設1に必要とせずに済む。   Further, as a form of use of steam in the heat utilization facility 1, there are the following utilization methods in addition to simply condensing the steam and using it as heat. First, an absorption refrigerator using lithium bromide as a medium is provided in a heat utilization facility, and high-temperature steam is used for evaporation of the refrigerant, so that the facility can be cooled. Second, in chemical and drying processes, steam can be injected or sprayed directly onto the product. In this case, it is not necessary to provide the heat utilization facility 1 with a condenser that condenses the steam.

本発明の第1の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the whole energy supply system composition concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the whole structure of the energy supply system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the whole structure of the energy supply system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 参考例に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the whole energy supply system composition concerning a reference example . 本発明の第4の実施の形態に係るエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a system flow figure showing the whole structure of the energy supply system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 従来のヒートポンプであって、熱媒体に水を利用したエネルギー供給システムの全体構成を表すシステムフロー図である。It is a conventional heat pump, Comprising: It is a system flow figure showing the whole structure of the energy supply system using water for the heat medium.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B 熱利用施設
10 ガスタービン
30,30A ボイラ
50,50A ヒートポンプ
51 蒸気タービン
52,52A 二相流膨張タービン
53,53A,53B 圧縮機
54,54A 熱交換器
70 蒸気供給系統
73 合流器
85 可変減速機
1, 1A, 1B Heat utilization facility 10 Gas turbine 30, 30A Boiler 50, 50A Heat pump 51 Steam turbine 52, 52A Two-phase expansion turbine 53, 53A, 53B Compressor 54, 54A Heat exchanger 70 Steam supply system 73 Merger 85 Variable speed reducer

Claims (13)

熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
このボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン、及び廃熱又は周囲環境から得られる熱により熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を熱利用施設に供給する蒸気供給系統とを備え
前記蒸気供給系統は、前記蒸気タービンから排出された蒸気と前記熱交換器で加熱した蒸気とを合流させ混合する合流器を有することを特徴とするエネルギー供給システム。
A boiler that generates steam by heating a heat medium;
A steam turbine driven by steam from the boiler, and a heat pump having a heat exchanger that heats a heat medium with waste heat or heat obtained from the surrounding environment to generate steam at a set temperature;
A steam supply system that supplies steam discharged from the steam turbine and steam heated by the heat exchanger to a heat utilization facility ,
The steam supply system includes a merger that merges and mixes the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger .
熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
このボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン、及び前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱により加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮された熱媒体を前記ボイラに循環させる循環ポンプとを備え
前記蒸気供給系統は、前記蒸気タービンから排出された蒸気と前記熱交換器で加熱した蒸気とを合流させ混合する合流器を有することを特徴とするエネルギー供給システム。
A boiler that generates steam by heating a heat medium;
A steam turbine driven by steam from the boiler, and a heat pump having a heat exchanger that generates heat at a set temperature by heating the heat medium preheated by the boiler with waste heat or heat obtained from the surrounding environment;
A steam supply system for supplying steam discharged from the steam turbine and steam heated by the heat exchanger to a heat utilization facility;
A circulation pump for circulating a heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility, to the boiler ;
The steam supply system includes a merger that merges and mixes the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger .
燃焼エネルギーを駆動力に変換する原動機と、
この原動機の排出ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
このボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン、及び前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱により加熱して設置温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮した熱媒体を前記ボイラに循環させる循環ポンプとを備え
前記蒸気供給系統は、前記蒸気タービンから排出された蒸気と前記熱交換器で加熱した蒸気とを合流させ混合する合流器を有することを特徴とするエネルギー供給システム。
A prime mover that converts combustion energy into driving force;
A boiler that generates steam by heating the heat medium with the exhaust gas of the prime mover;
A steam turbine driven by steam from the boiler, and a heat pump having a heat exchanger that heats a heat medium preheated by the boiler with waste heat or heat obtained from the surrounding environment to generate steam at an installation temperature;
A steam supply system for supplying steam discharged from the steam turbine and steam heated by the heat exchanger to a heat utilization facility;
A circulation pump that circulates the heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility to the boiler ,
The steam supply system includes a merger that merges and mixes the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger .
請求項1〜3のいずれかに記載のエネルギー供給システムにおいて、前記ヒートポンプは、廃熱又は周囲環境の熱を回収した媒体と前記熱交換器で熱交換させることにより前記熱媒体を加熱することを特徴とするエネルギー供給システム。   In the energy supply system in any one of Claims 1-3, the said heat pump heats the said heat medium by carrying out heat exchange with the medium which collect | recovered waste heat or the heat of the surrounding environment with the said heat exchanger. A featured energy supply system. 請求項1〜3のいずれかに記載のエネルギー供給システムにおいて、前記ヒートポンプは、廃熱又は周囲環境の熱を前記熱交換器で直接流入させることで前記熱媒体を加熱することを特徴とするエネルギー供給システム。   The energy supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat pump heats the heat medium by directly flowing waste heat or ambient environment heat through the heat exchanger. Supply system. 請求項3に記載のエネルギー供給システムにおいて、前記ヒートポンプは、前記蒸気タービンとこの蒸気タービンで得られた動力により駆動する圧縮機又はタービンとを連結する可変減速機を備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。   The energy supply system according to claim 3, wherein the heat pump includes a variable speed reducer that connects the steam turbine and a compressor or a turbine that is driven by power obtained by the steam turbine. Supply system. ボイラで熱媒体を加熱して得た蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、廃熱又は周囲環境から得られる熱によりヒートポンプに設けられた熱交換器で熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成し、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給する
ことを特徴とするエネルギー供給方法。
The steam turbine is driven by steam obtained by heating the heat medium with a boiler, and steam at a set temperature is generated by heating the heat medium with a heat exchanger installed in the heat pump by waste heat or heat obtained from the surrounding environment. And
An energy supply method characterized in that the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger are merged and mixed by a merger and supplied to a heat utilization facility.
ボイラで熱媒体を加熱して得た蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱によりヒートポンプに設けられた熱交換器で熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成し、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給し、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮された熱媒体を前記ボイラに循環させる
ことを特徴とするエネルギー供給方法。
The steam turbine is driven with steam obtained by heating the heat medium with a boiler, and the heat medium preheated with the boiler is heated with a heat exchanger provided in the heat pump by waste heat or heat obtained from the surrounding environment. To generate steam at the set temperature,
The steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger are merged and mixed by a merger and supplied to a heat utilization facility,
An energy supply method comprising circulating a heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility to the boiler.
原動機の排出ガスによりボイラで熱媒体を加熱して蒸気を生成し、
前記ボイラからの蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱によりヒートポンプに設けられた熱交換器で加熱して設定温度の蒸気を生成し、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給し、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮された熱媒体を前記ボイラに循環させる
ことを特徴とするエネルギー供給方法。
Steam is generated by heating the heat medium in the boiler with the exhaust gas from the prime mover,
A steam turbine is driven by steam from the boiler, and a heat medium preheated by the boiler is heated by a heat exchanger provided in a heat pump by waste heat or heat obtained from the surrounding environment to generate steam at a set temperature. ,
The steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger are merged and mixed by a merger and supplied to a heat utilization facility,
An energy supply method comprising circulating a heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility to the boiler.
蒸気を生成する既存のボイラに熱媒体を流通させるようになし、
このボイラで熱媒体を加熱して得た蒸気で駆動する蒸気タービンと廃熱又は周囲環境から得られる熱により熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器とを有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給する蒸気供給系統と
を追設することを特徴とするエネルギー供給システムの改造方法。
The heat medium is distributed to the existing boiler that generates steam,
A heat pump having a steam turbine driven by steam obtained by heating the heat medium with this boiler, and a heat exchanger that generates heat at a set temperature by heating the heat medium with waste heat or heat obtained from the surrounding environment;
Remodeling of the energy supply system, wherein a steam supply system for adding the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger to the heat utilization facility by mixing and mixing by a combiner Method.
蒸気を生成する既設のボイラに熱媒体を流通させるようになし、
このボイラで熱媒体を加熱して得た蒸気で駆動する蒸気タービン、及び前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱により加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮された熱媒体を前記ボイラに循環させる循環ポンプと
を追設することを特徴とするエネルギー供給システムの改造方法。
The heat medium is distributed to the existing boiler that generates steam,
Steam turbine driven by steam obtained by heating a heat medium with this boiler, and heat exchanger for generating steam at a set temperature by heating the heat medium preheated with the boiler with waste heat or heat obtained from the surrounding environment A heat pump having
A steam supply system in which steam discharged from the steam turbine and steam heated by the heat exchanger are combined and mixed by a combiner and supplied to a heat utilization facility;
A method for remodeling an energy supply system, comprising additionally installing a circulation pump for circulating a heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility to the boiler.
燃焼エネルギーを駆動力に変換する既設の原動機に、この原動機の排出ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラを取り付け、さらに、
前記ボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン、及び前記ボイラで予熱した熱媒体を廃熱又は周囲環境から得られる熱により加熱して設置温度の蒸気を生成する熱交換器を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記熱交換器で加熱した蒸気を合流器によって合流させ混合して熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
前記熱利用施設で熱利用されて凝縮した熱媒体を前記ボイラに循環させる循環ポンプと
を追設することを特徴とするエネルギー供給システムの改造方法。
A boiler that heats a heat medium with exhaust gas from the prime mover and generates steam is attached to an existing prime mover that converts combustion energy into driving force.
A steam turbine driven by steam from the boiler, and a heat pump having a heat exchanger that heats a heat medium preheated by the boiler with waste heat or heat obtained from the surrounding environment to generate steam at an installation temperature;
A steam supply system in which steam discharged from the steam turbine and steam heated by the heat exchanger are combined and mixed by a combiner and supplied to a heat utilization facility;
A method for remodeling an energy supply system, comprising additionally installing a circulation pump that circulates a heat medium condensed by heat utilization in the heat utilization facility to the boiler.
水を加熱して蒸気を生成するボイラと、
このボイラからの蒸気で駆動する蒸気タービン、廃熱又は周囲環境から得られる熱により水を加熱し蒸気を生成する熱交換器、この熱交換器で生成した蒸気を圧縮する複数段の圧縮機、及びこれら圧縮機間で蒸気を流通させる経路上に水を供給する混合機を有するヒートポンプと、
前記蒸気タービンから排出された蒸気及び前記圧縮機から排出された蒸気を熱利用施設に供給する蒸気供給系統とを備え
前記蒸気供給系統は、前記蒸気タービンから排出された蒸気と前記熱交換器で加熱した蒸気とを合流させ混合する合流器を有することを特徴とするエネルギー供給システム。
A boiler that generates steam by heating water;
A steam turbine driven by steam from this boiler, a heat exchanger for generating steam by heating water with waste heat or heat obtained from the surrounding environment, a multi-stage compressor for compressing steam generated by this heat exchanger, And a heat pump having a mixer for supplying water on a path through which steam flows between these compressors,
A steam supply system for supplying steam discharged from the steam turbine and steam discharged from the compressor to a heat utilization facility ,
The steam supply system includes a merger that merges and mixes the steam discharged from the steam turbine and the steam heated by the heat exchanger .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5387263B2 (en) * 2009-09-15 2014-01-15 株式会社Ihi Steam reheating device
JP5672703B2 (en) * 2010-01-18 2015-02-18 東京電力株式会社 Industrial heating system and control method thereof
JP5633731B2 (en) * 2010-05-14 2014-12-03 三浦工業株式会社 Heat pump steam generator
JP5652371B2 (en) * 2010-05-14 2015-01-14 三浦工業株式会社 Heat pump steam generator
JP5931827B2 (en) * 2013-09-25 2016-06-08 三菱重工業株式会社 Quattro Generation System
JP6267028B2 (en) 2014-03-24 2018-01-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Exhaust heat recovery device, gas turbine plant equipped with the same, and exhaust heat recovery method
CN104329127B (en) * 2014-11-10 2016-03-30 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 Multicomputer associating capacity-enlarging system
JP6554751B2 (en) * 2015-03-31 2019-08-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Boiler, steam generating plant equipped with the same, and boiler operating method
JP6405589B2 (en) * 2017-12-21 2018-10-17 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Waste heat recovery device
CN109854315B (en) * 2019-02-02 2023-09-08 华电电力科学研究院有限公司 Heating system for gas-steam combined cycle unit steam extraction integration and operation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993010335A1 (en) * 1991-11-19 1993-05-27 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Combined gas-steam turbine power station

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993010335A1 (en) * 1991-11-19 1993-05-27 Elin Energieversorgung Gesellschaft M.B.H. Combined gas-steam turbine power station

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