JP6059849B2 - 中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム、及びその制御方法 - Google Patents

中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム、及びその制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム、及びその制御方法に係り、特に、中低廃温廃熱を用いて吸収式ヒートポンプによって暖房熱源または電気を選択的に生産することが可能であって廃熱回収効率を改善することができる、暖房熱源または電気生産システム、及びその制御方法に関する。
最近、発電所や産業設備などで捨てられる廃熱を回収するための手段として、吸収式ヒートポンプが活用されている。
たとえば、韓国登録特許公報第１０−９７５２７６号（登録日：２０１０年８月５日）と韓国登録特許公報第１０−１０５２７７６号（登録日：２０１１年７月２５日）は、吸収式ヒートポンプを利用した地域暖房水供給システムを提案している。
ところが、このように吸収式ヒートポンプを利用した暖房の水供給は、季節的に暖房の需要が多い冬季には効果的でありうるが、暖房の需要が少ない夏季にはヒートポンプの稼働率が低いため、発電所や産業設備などから発生する廃熱の回収に効果的であるとはいえない。
韓国登録特許公報第１０−９７５２７６号（登録日：２０１０年８月５日） 韓国登録特許公報第１０−１０５２７７６号（登録日：２０１１年７月２５日）
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するためのもので、その目的は、中低温廃熱を用いて吸収式ヒートポンプによって加熱熱源と電気を選択的に生産することが可能であって廃熱回収効率を改善することができる、暖房熱源または電気生産システムおよびその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システムは、再生器、凝縮器、蒸発器および吸収器を含み、駆動熱源と熱源水が供給されて吸収器の吸収熱と凝縮器の凝縮熱によって低温の熱媒体を高温に昇温して吐出する吸収式ヒートポンプと；中低温廃熱による前記再生器に駆動熱源を供給する再生器用熱交換部と；前記蒸発器に熱源水を供給する蒸発器用熱交換部と；前記吸収器と前記凝縮器を経て昇温される熱媒体の循環のために設けられる閉ループ構造の熱媒体循環ラインと；前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換行われて有機ランキンサイクルによって蒸気タービンを駆動して電気を発生させる発電ユニットと；前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて熱需要先に暖房熱源を供給する熱生産ユニットと；前記発電ユニットまたは前記熱生産ユニットへ供給される熱媒体の流れを選択的に制御するように前記熱媒体循環ラインに設けられる切替弁ユニットと；を含んでなる。
好ましくは、本発明において、前記蒸発器用熱交換部は海水との熱交換が行われることを特徴とする。
好ましくは、本発明において、前記熱生産ユニットは、前記蒸気タービンを通過した蒸気を凝縮させる凝縮器との熱交換が行われるＬＮＧ気化器を含む。
好ましくは、本発明において、前記再生器用熱交換部は、発電所の煙突から排出される排気ガスとの熱交換が行われ、より好ましくは、駆動熱源を再生器に循環供給する第１熱交換部と；発電所の煙突から排出される排気ガスと前記第１熱交換部とを間接熱交換する第２熱交換部と；を含む。
好ましくは、本発明において、前記再生器用熱交換部と前記ヒートポンプの再生器との間で駆動熱源を循環供給する駆動熱源循環ライン上に第３熱交換部をさらに含むが、該第３熱交換部は発電所の煙突から排出される排気ガスを用いて熱回収が行われる排熱回収ボイラーの抽気によって熱交換が行われることを特徴とする。
より好ましくは、本発明において、前記第３熱交換部は、前記駆動熱源循環ライン上に前記再生器用熱交換部と直列連結されるように配置され、抽気の流れを断続することができる制御弁をさらに含む。
好ましくは、本発明において、前記切替弁ユニットは、前記発電ユニットへの熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第１切替弁モジュールと；前記熱生産ユニットへの熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第２切替弁モジュールとからなるが、前記第１切替弁モジュールと前記第２切替弁モジュールは、前記熱媒体循環ライン上に直列配置され、互いに連動して開閉が行われることを特徴とする。
一方、本発明に係る中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システムの制御方法は、再生器、凝縮器、蒸発器および吸収器を含み、駆動熱源と熱源水が供給されて吸収器の吸収熱と凝縮器の凝縮熱によって低温の熱媒体を高温に昇温して吐出する吸収式ヒートポンプと；中低温廃熱による前記再生器に駆動熱源を供給する再生器用熱交換部と；前記蒸発器に熱源水を供給する蒸発器用熱交換部と；前記吸収器と前記凝縮器を経て昇温される熱媒体の循環のために設けられる閉ループ構造の熱媒体循環ラインと；前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて有機ランキンサイクルによって蒸気タービンを駆動して電気を発生させる発電ユニットと；前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて熱需要先に暖房熱源を供給する熱生産ユニットと；前記発電ユニットまたは熱生産ユニットへ供給される熱媒体の流れを選択的に制御するように前記熱媒体循環ラインに設けられる切替弁ユニットと；を含む暖房熱源または電気生産システムの制御方法において、前記切替弁ユニットは、熱需要先の熱源需要に応じて切替が行われ、熱需要量が所定の熱源需要量以上である場合には前記熱生産ユニットから暖房熱源を供給し、熱需要量が所定の熱源需要量以下である場合には前記発電ユニットを介して電気を生産することを特徴とする。
好ましくは、本発明の制御方法において、前記ヒートポンプから前記熱媒体循環ラインに沿って吐出される水温を検出し、検出水温を設定水温と比較判定して、検出水温が設定水温より低い場合には前記再生器用熱交換部から前記ヒートポンプへ供給される駆動熱源の流量を増加させる段階を含む。
好ましくは、本発明の制御方法において、前記ヒートポンプから熱媒体循環ラインに沿って吐出される水温を検出し、検出水温を設定水温と比較判定して、検出水温が設定水温より低い場合には前記蒸発器用熱交換部から前記ヒートポンプへ供給される熱源水の流量を増加させる段階を含む。
本発明に係る暖房熱源または電気生産システムは、中低温廃熱を用いて高温の熱媒体を発生させる吸収式ヒートポンプと、ヒートポンプから発生した高温の熱媒体を用いて暖房熱源を熱需要先へ供給することができるように設けられた熱生産ユニットと、ヒートポンプから発生した高温の熱媒体を用いて有機ランキンサイクルによって発電が行われる発電ユニットと、高温の熱媒体を熱生産ユニットまたは発電ユニットへ選択的に供給することができるように設けられた切替弁ユニットとを含むことにより、暖房熱源の需要が少ない季節には電気の生産が可能であって、発電設備または産業設備から発生する廃熱を年中活用することができて廃熱回収効率を高めることができるという効果がある。
本発明に係る暖房熱源または電気生産システムの構成図である。 本発明に係る暖房熱源または電気生産システムにおいて、吸収式ヒートポンプの好ましい一例を示す図である。 本発明に係る暖房熱源または電気生産システムと連携できる実施例として、ＬＮＧ複合火力発電設備の構成を示す図である。 本発明に係る暖房熱源または電気生産システムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明のシステムにおける熱源生産モード運転の作動例を示す図である。 本発明のシステムにおける熱源生産モード運転の制御方法を示すフローチャートである。 本発明のシステムにおける電気生産モード運転の作動例を示す図である。 本発明のシステムにおける電気生産モード運転の制御方法を示すフローチャートである。
本発明の実施例で提示される特定の構造ないし機能説明は単に本発明の概念による実施例を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の概念による実施例は様々な形態で実施できる。また、本明細書に説明された実施例に限定されるものと解釈されてはならず、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更物、均等物ないし代替物も含むものと理解されるべきである。
本明細書において、「第１」および／または「第２」等の用語は多様な構成要素の説明に使用できるが、これらの構成要素はこのような用語に限定されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使われる。例えば、本発明の概念による権利範囲から逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素と命名でき、同様に第２構成要素も第１構成要素とも命名できる。
ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いる或いは「接続されて」いると言及された場合には、該他の構成要素に直接連結または接続されていることも意味するが、それらの間に別の構成要素が介在する場合も含むと理解されるべきである。一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いる或いは「直接接続されて」いると言及された場合には、それらの間に別の構成要素が介在しないと理解されるべきである。構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち「〜間に」と「すぐに〜間に」または「〜に隣り合う」と「〜に直接隣り合う」等も同様に解釈されるべきである。
本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は実施された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組み合わせの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されるべきである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説明する。
図１を参照すると、本発明は、駆動熱源と熱源水が供給され、熱媒体を高温に昇温して吐出する吸収式ヒートポンプ１００と、中低温廃熱を用いて吸収式ヒートポンプ１００に駆動熱源を供給する再生器用熱交換部２１０と、吸収式ヒートポンプ１００に熱源水を供給する蒸発器用熱交換部２２０と、吸収式ヒートポンプ１００によって昇温される熱媒体の循環のために設けられた閉ループ構造の熱媒体循環ライン３１０と、熱媒体循環ライン３１０から分岐し、熱媒体との熱交換を用いてランキンサイクルを介して電気を発生させる発電ユニット４００と、熱媒体循環ライン３１０から分岐し、熱媒体との熱交換を用いて熱需要先に暖房熱源を供給する熱生産ユニット５００と、発電ユニット４００または熱生産ユニット５００へ供給される熱媒体の流れを選択的に制御するように熱媒体循環ライン３１０に設けられる切替弁ユニット６００とを含む。
吸収式ヒートポンプ１００は、熱媒体、吸収剤、または熱媒体と吸収剤との混合溶液を循環物質として、高温の駆動熱エネルギーと低温の廃熱エネルギーを用いて中間温度のエネルギーを生産するか、或いは中温の廃熱エネルギーを駆動熱エネルギーとして用いて高温のエネルギーと低温のエネルギーを生産することが可能である。
一般に、吸収式ヒートポンプは、高い温度まで昇温が可能な冷媒として水を使用し、吸収剤として臭化リチウム（ＬｉＢｒ）を使用する。
具体的には、図２を参照すると、吸収式ヒートポンプ１００は、廃熱を駆動熱源として冷媒蒸気を発生させる再生器１１０と、再生器１１０から発生した冷媒蒸気を凝縮させるための凝縮器１２０と、凝縮器１２０で凝縮した冷媒を熱源水を用いて蒸発させる蒸発器１３０と、蒸発器１３０から発生した冷媒蒸気を吸収剤に吸収させることにより吸収熱が発生する吸収器１４０とを含む。
吸収器１４０で冷媒蒸気を吸収した稀溶液は、吸収液ポンプ１５２を経て加圧されて再生器１１０へ伝達される。このとき、サイクル効率を高めるために、再生器１１０から流れ込む高温の濃溶液によって予熱され、稀溶液が再生器１１０へ伝達できるように溶液熱交換器１５１をさらに含むことができる。
このように構成された吸収式ヒートポンプ１００の作動例を考察すると、廃熱を用いた駆動熱源が再生器１１０に供給されて稀溶液から冷媒蒸気が発生し、この冷媒蒸気は凝縮器１２０で熱媒体との熱交換が行われて凝縮する。
凝縮器１２０で凝縮した冷媒は、蒸発器１３０で熱源水の熱を吸収することにより蒸発する。
一方、蒸発器１３０で蒸発した冷媒蒸気は吸収器１４０へ伝達され、吸収器１４０では再生器１１０から供給される濃溶液に吸収されて吸収熱が発生し、この吸収熱は外部から供給される熱媒体によって吸収され、熱媒体の昇温に伴い、吸収器１４０内には稀溶液が生成され、吸収器１４０の稀溶液は吸収液ポンプ１５２によって再生器１１０へ伝達される。かかるサイクルが繰り返し行われる。
このような過程で吸収式ヒートポンプ１００へ供給される熱媒体は、吸収器１４０からの吸収熱を吸収することにより１次昇温が行われ、凝縮器１２０を経て冷媒蒸気を凝縮させることにより２次昇温が行われて、吸収式ヒートポンプ１００から排出される。
再び図１を参照すると、吸収式ヒートポンプ１００によって昇温される熱媒体は、閉ループ構造の熱媒体循環ライン３１０に沿って循環が行われる。
再生器用熱交換部２１０は、中低温廃熱を用いて吸収式ヒートポンプ１００の再生器に駆動熱源を供給し、このときに活用される中低温廃熱としては、発電所、燃料電池および産業設備から発生する排気ガスまたは蒸気が活用できる。
好ましくは、再生器用熱交換部２１０は、駆動熱源を吸収式ヒートポンプ１００の再生器に循環供給する第１熱交換部２１１と、発電所の煙突から排出される排気ガスと第１熱交換部２１１を間接熱交換する第２熱交換部２１２とを含む。
再生器用熱交換部２１０は、吸収式ヒートポンプ１００の再生器に駆動熱源を提供するにあたり、第１、２熱交換部２１１、２１２を介して間接熱交換が行われるから、排気ガス（または蒸気）を排出する設備（発電所）の運転に影響を与えずに安定した運転が行われ得る。
好ましくは、再生器用熱交換部２１０と吸収式ヒートポンプ１００の再生器との間で駆動熱源を循環供給する駆動熱源循環ライン３２０上に第３熱交換部２３１をさらに含み、この第３熱交換部２３１は、発電所の煙突から排出される排気ガスを用いて熱回収が行われる排熱回収ボイラーの抽気によって熱交換が行われることを特徴とする。
より好ましくは、第３熱交換部２３１は、駆動熱源循環ライン３２０上に再生器用熱交換部２１０と直列連結されるように配置され、抽気の流れを断続することが可能な制御弁２３２をさらに含み、制御弁２３２の操作によって駆動熱源循環ライン３２０に抽気によって追加の熱エネルギーを供給することができる。
したがって、吸収式ヒートポンプ１００の駆動熱源は、再生器用熱交換部２１０を介して廃熱との熱交換が行われて提供でき、或いは補助熱源として第３熱交換部２３１と共に駆動熱源が提供できる。
このような本発明は、複合火力発電設備と連携され、複合火力発電設備から発生する廃熱を回収して熱需要先に暖房熱源を供給し或いは電気を生産することができる。
蒸発器用熱交換部２２０は、吸収式ヒートポンプ１００の蒸発器に低温（１０〜４０℃）の廃熱を熱源水として供給し、このような熱源水は、発電所または産業設備から排出される冷却水と、下水、廃水または海水が使用できる。
したがって、本発明において、蒸発器用熱交換部２２０は、連携される発電設備または産業設備の海水熱交換器または冷却塔などが活用できる。
発電ユニット４００は、熱媒体循環ライン３１０から分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われてランキンサイクルによって蒸気タービンを駆動して電気を発生させる。
発電ユニット４００は、熱媒体循環ライン３１０に沿って流れる高温の熱媒体との熱交換が行われて蒸気を発生させる蒸気発生器４１０と、蒸気発生器４１０によって駆動が行われて発電機を駆動する蒸気タービン４２０と、蒸気タービン４２０を通過した蒸気を凝縮させる凝縮器４３０と、作動流体を循環供給する給水ポンプ４４０とを含むことができる。
好ましくは、発電ユニット４００は、有機熱媒体を作動流体とする有機ランキンサイクル（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｇ Ｃｙｃｌｅ）によって蒸気タービン４２０の駆動が行われることを特徴とする。
有機熱媒体は、沸点が水よりも低く、これにより低い温度で気化が行われるため、低い温度条件の熱源を用いて発電が行われ得る。
有機熱媒体の選択は、サイクルの温度範囲／熱効率特性を考慮して決定でき、例えば、低い温度条件の熱源ではフレオン系（Ｒ−２４５ｆａなど）が使用でき、高い温度条件の熱源では炭化水素系（プロパンなど）が使用できる。
好ましくは、発電ユニット４００は、蒸気タービン４２０を通過した蒸気を凝縮させる凝縮器４３０との熱交換が行われるＬＮＧ気化器４３１をさらに含むことができる。
ＬＮＧ気化器４３１は、ＬＮＧ複合火力発電設備からガスタービンへ供給される天然ガスを高温に加熱するためのもので、本発明ではＬＮＧ複合火力発電設備と連携されて天然ガスを高温に加熱するための手段であって、発電ユニット４００の凝縮器４３０との熱交換が行われ得る。
発電ユニット４００の凝縮器４３０との熱交換が行われるようにＬＮＧ気化器４３１を設けることにより、本発明は、ＬＮＧ複合火力発電設備と連携されてエネルギーを節減することができる。
熱生産ユニット５００は、熱媒体循環ライン３１０から分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて熱需要先に暖房熱源を供給し、熱媒体との間接熱交換が行われる熱交換器５１０によって提供でき、前述した抽気によって追加の熱交換が行われる補助熱交換器５２０をさらに含むことができる。
抽気供給ラインには、抽気の供給を制御することが可能な制御弁２３２が設けられてもよい。
切替弁ユニット６００は、熱媒体循環ライン３１０に設けられ、発電ユニット４００または熱生産ユニット５００へ供給される熱媒体の流れを選択的に制御することができる。
好ましくは、切替弁ユニット６００は、発電ユニット４００への熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第１切替弁モジュール６１０、６２０と；熱生産ユニット５００への熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第２切替弁モジュール６３０、６４０とからなり、第１切替弁モジュール６１０、６２０と第２切替弁モジュール６３０、６４０は、熱媒体循環ライン３１０上に直列配置され、互いに連動して開閉が行われることを特徴とする。
各切替弁モジュールは２つの三方弁によって提供でき、各弁は制御盤７００によって流路の切替が自動制御できる。
図３は本発明に係る暖房熱源または電気生産システムと連携できる実施例として、ＬＮＧ複合火力発電設備の構成を示す図である。
先立って部分的に説明された本発明のシステムと連携可能な実施例として、ＬＮＧ複合火力発電設備を考察すると、天然ガスが高温高圧状態で燃焼してガスタービン１０へ供給され、ガスタービン１０の駆動によって１次発電が行われる。ガスタービン１０から排出された排気ガスは、排熱回収ボイラー２０を経由して主煙突２２を介して排出され、排熱回収ボイラー２０の高圧、中圧、低圧ドラム２０ａ、２０ｂ、２０ｃに貯留された流体は、ガスタービン１０から排出された排気ガスの排熱によって加熱されて蒸気状態に変換された後、給水ポンプ２１によって蒸気管を介して蒸気タービン３０へ供給される。
蒸気タービン３０の駆動により２次発電が行われ、蒸気タービン３０から排出された蒸気は、復水器３１で凝縮した後、復水ポンプ３２によって排熱回収ボイラー２０の高圧、中圧、低圧ドラム２０ａ、２０ｂ、２０ｃへさらに伝達される。
復水器３１は、海水引き揚げポンプおよび循環ポンプによって海水が循環しながら熱交換が行われ、蒸気タービン３０から排出された蒸気を凝縮させる。
このようなＬＮＧ複合火力発電設備には、発電ユニットの凝縮器４３０がＬＮＧ気化器４３１と熱交換するように設けられることにより、天然ガスを高温に加熱するために別途のヒーターを設置することなく、発電ユニットの運転時に発生する凝縮熱を用いて天然ガスを加熱することができる。
一方、図１を一緒に参照すると、本発明において、再生器用熱交換部２１０の中低温廃熱は、ＬＮＧ複合火力発電設備から排熱回収ボイラー２０へ伝達される排気ガス、または排熱回収ボイラー２０のドラムから発生した蒸気が使用されるので、廃熱を活用することができる。
次に、本発明において、蒸発器用熱交換部２２０は、海水との熱交換が行われて吸収式ヒートポンプ１００に熱源水を供給することができ、第３熱交換部２３１との熱交換が行われる抽気は、排熱回収ボイラー２０から発生した蒸気が活用できる。
このように、本発明のシステムは、ＬＮＧ複合火力発電設備と連携されることにより、発電設備の運転中に発生する廃熱を積極的に活用して廃熱回収を行うことができる。
図４は本発明に係る暖房熱源または電気生産システムの制御方法を示すフローチャートである。
図４に示すように、本発明のシステムは、熱需要先の熱需要量に応じて、熱源生産モード（Ｓ２１０）と電気生産モード（Ｓ２２）が選択的に行われ得る。
すなわち、本発明のシステムは、熱需要先の熱需要量Ｑを判断（Ｓ１００）し、一定の需要量Ｑ０以上の場合には熱源生産モード（Ｓ２１０）で運転が行われ、一定の需要量Ｑ０以下の場合には電気生産モード（Ｓ２２０）で運転が行われ得る。
例えば、熱需要先の熱需要量は季節によって大きく影響を受けるので、冬季と夏季に応じて暖房熱源と電気を選択的に生産することができる。年中４０％の期間に相当する冬季（１１月〜３月）には暖房需要が多く発生する。よって、冬季にはヒートポンプを用いて熱需要先に暖房熱源を供給することができる。
具体的には、図５を参照すると、冬季には吸収式ヒートポンプ１００が作動して熱媒体循環ライン３１０に沿って高温の熱媒体が流れ、この高温の熱媒体は、熱生産ユニット５００へ伝達されて熱交換が行われ、熱需要先に暖房熱源を供給することができる（熱源生産モード）。
より具体的には、図６を一緒に参照すると、熱媒体循環ライン３１０に沿って流れる吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を検出し、検出水温と第１設定水温Ｔ０とを比較判断（Ｓ２１１）し、検出水温が第１設定水温Ｔ０以上の場合にはその温水を熱生産ユニット５００へ供給する（Ｓ２１２）。
一方、検出水温が第１設定水温Ｔ０以下の場合には、吸収式ヒートポンプ１００の再生器の入口および／または出口の温度を検出し、検出水温と第２設定水温Ｔ１とを比較判断（Ｓ２１３）し、検出水温が第２設定水温Ｔ１以下の場合には、再生器用熱交換部２１０および／または第３熱交換部２３１の流量制御を行い（Ｓ２１４）、駆動熱源循環ライン３２０を介して再生器へ供給される駆動熱源の供給量を増加させて吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を高めることができるだろう。
他方、吸収式ヒートポンプ１００の再生器の入口および／または出口温度の検出水温が第２設定水温Ｔ１以上の場合には、次に吸収式ヒートポンプ１００の蒸発器の入口および／または出口の水温を第３設定水温Ｔ２と比較判断し（Ｓ２１５）、検出水温が第３設定水温Ｔ２以下の場合には、蒸発器用熱交換部２２０の流量制御を行い（Ｓ２１６）、吸収式ヒートポンプ１００の熱源水供給量を増加させて吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を高めることができるだろう。
このように熱媒体循環ライン３１０に沿って熱生産ユニット５００へ供給される温水の水温が第１設定水温Ｔ０よりも低い場合には、吸収式ヒートポンプ１００へ供給される再生器側の駆動熱源または蒸発器側の熱源水の流量を能動制御し、熱生産ユニット５００へ供給される温水は一定の水温以上に昇温して供給できる。
次に、図７に例示されたように、暖房需要が少ない夏季（４月〜１０月）には、吸収式ヒートポンプ１００が作動して熱媒体循環ライン３１０に沿って高温の熱媒体が流れ、この高温の熱媒体は発電ユニット４００へ伝達されて熱交換が行われ、蒸気タービンを駆動して電気を生産することができる（電気生産モード）。
より具体的には、図８を一緒に参照すると、電気生産モード（Ｓ２２０）は、発電ユニット４００を介して発電が行われて電気を供給し（Ｓ２２２）、このとき、発電量を判定して（Ｓ２２１）、基準発電量以下の場合には、熱媒体循環ライン３１０に沿って流れる吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を検出し、検出水温と第１設定水温Ｔ０とを比較判断し（Ｓ２２３）、検出水温が第１設定水温Ｔ０以上の場合には、発電ユニット４００に沿って流れる冷媒の流量を制御して基準発電量以上に発電することができる（Ｓ２２４）。このとき、発電ユニット４００の冷媒流量の制御は給水ポンプ４４０を制御して行うことができる。
一方、検出水温が第１設定水温Ｔ０以下の場合には、吸収式ヒートポンプ１００の再生器の入口および／または出口温度を検出し、検出水温と第２設定水温Ｔ１とを比較判断し（Ｓ２２５）、検出水温が第２設定水温Ｔ１以下の場合には、再生器用熱交換部２１０の流量制御を行い（Ｓ２２６）、駆動熱源循環ライン３２０を介して再生器へ供給される駆動熱源の供給量を増加させて吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を高めることができるだろう。
他方、吸収式ヒートポンプ１００の再生器の入口および／または出口温度の検出水温が第２設定水温Ｔ１以上の場合には、吸収式ヒートポンプ１００の蒸発器の入口および／または出口の水温を第３設定水温Ｔ２と比較判断し（Ｓ２２７）、検出水温が第３設定水温Ｔ２以下の場合には、蒸発器用熱交換部２２０の流量制御を行い（Ｓ２２８）、吸収式ヒートポンプ１００の熱源水供給量を増加させて吸収式ヒートポンプ１００の温水吐出口の水温を高めることができるだろう。
このように発電ユニット４００で生産される発電量を判定し、基準発電量以下の場合には、発電ユニット４００を循環する冷媒の流量制御を行うか、或いは熱媒体循環ライン３１０に沿って発電ユニット４００へ供給される温水の水温が第１設定水温Ｔ０よりも低い場合には、吸収式ヒートポンプ１００へ供給される再生器側の駆動熱源または蒸発器側の熱源水の流量を能動制御することにより、発電ユニット４００へ供給される温水は一定の水温以上に昇温した状態で供給され、安定的に電気生産が行われ得る。
一方、本実施例において、各配管系統で水温を検出するための温度検出手段と、各配管系統で流量を制御することが可能なポンプまたは弁などを別途示してはいないが、このような温度検出手段と流量制御手段は、この技術分野では必要に応じて各配管系統に適切に設けられ、運転に必要な温度データを得るか或いは流量制御を行うことができるのは自明に理解できるであろう。
このように冬季または夏季による暖房熱源または電気の生産は制御盤７００の操作により切替弁ユニット６００の流路の切替によって行われ得る。
本実施例では、夏季と冬季に区分して暖房熱源生産モードまたは電気生産モードが選択できるものと例示したが、熱需要量を昼間／夜間の日単位で区分し、熱源生産モードまたは電気生産モードが選択的に運転できる。
また、熱需要先の暖房熱源に対する使用量、外部温度条件、または電力需要量などのデータを制御盤７００が受信し、これに基づいて、プログラムされた手続きに従って制御盤７００によって自動的に切替弁ユニット６００の切替が行われる。また、制御盤７００は、各運転モードでの配管系統の水温を検出し、効率的な運転が行われるように自動化された流量制御が行われてもよい。
以上で説明した本発明は、前述した実施例及び添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱することなく様々な置換、変形及び変更を加え得ることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明らかであろう。たとえば、本実施例ではＬＮＧ複合火力発電設備と連携されるものと例示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電設備または産業設備から発生する中低温廃熱が活用できることを理解すべきである。
１０ ガスタービン
２０ 排熱回収ボイラー
２１ 給水ポンプ
２２ 主煙突
３０、４２０ 蒸気タービン
３１ 復水器
１００ 吸収式ヒートポンプ
１１０ 再生器
１２０ 凝縮器
１３０ 蒸発器
１４０ 吸収器
１５１ 溶液熱交換器
１５２ 吸収液ポンプ
２１０ 再生器用熱交換部
２２０ 蒸発器用熱交換部
３１０ 熱媒体循環ライン
３２０ 駆動熱源循環ライン
４００ 発電ユニット
４１０ 蒸気発生器
４３０ 凝縮器
４３１ ＬＮＧ気化器
４４０ 給水ポンプ
５００ 熱生産ユニット
６００ 切替弁ユニット
７００ 制御盤

Claims (9)

  1. 再生器、凝縮器、蒸発器および吸収器を含み、駆動熱源と熱源水が供給されて吸収器の吸収熱と凝縮器の凝縮熱によって低温の熱媒体を高温に昇温して吐出する吸収式ヒートポンプと；
    中低温廃熱による前記再生器に駆動熱源を供給する再生器用熱交換部と；
    前記蒸発器に熱源水を供給する蒸発器用熱交換部と；
    前記吸収器と前記凝縮器を経て昇温される熱媒体の循環のために設けられる閉ループ構造の熱媒体循環ラインと；
    前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて有機ランキンサイクルによって蒸気タービンを駆動して電気を発生させる発電ユニットと；
    前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて熱需要先に暖房熱源を供給する熱生産ユニットと；
    前記発電ユニットまたは前記熱生産ユニットへ供給される熱媒体の流れを選択的に制御するように前記熱媒体循環ラインに設けられる切替弁ユニットと；を含んでなり、
    前記熱生産ユニットは、前記蒸気タービンを通過した蒸気を凝縮させる凝縮器との熱交換が行われるＬＮＧ気化器を含む、中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  2. 前記蒸発器用熱交換部は海水との熱交換が行われることを特徴とする、請求項１に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  3. 前記再生器用熱交換部は、発電所の煙突から排出される排気ガスとの熱交換が行われることを特徴とする、請求項１に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  4. 前記再生器用熱交換部は、
    駆動熱源を再生器に循環供給する第１熱交換部と；
    発電所の煙突から排出される排気ガスと前記第１熱交換部を間接熱交換する第２熱交換部と；を含む、請求項３に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  5. 前記再生器用熱交換部と前記吸収式ヒートポンプの再生器との間で駆動熱源を循環供給する駆動熱源循環ライン上に第３熱交換部をさらに含み、該第３熱交換部は、発電所の煙突から排出される排気ガスを用いて熱回収が行われる排熱回収ボイラーの抽気によって熱交換が行われることを特徴とする、請求項１または４に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  6. 前記第３熱交換部は、前記駆動熱源循環ライン上に前記再生器用熱交換部と直列連結されるように配置され、抽気の流れを断続することが可能な制御弁をさらに含む、請求項５に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  7. 前記切替弁ユニットは、
    前記発電ユニットへの熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第１切替弁モジュールと、
    前記熱生産ユニットへの熱媒体の循環が行われるように熱媒体の流れを制御する第２切替弁モジュールとからなり、
    前記第１切替弁モジュールと前記第２切替弁モジュールは、前記熱媒体循環ライン上に直列配置され、互いに連動して開閉が行われることを特徴とする、請求項１に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システム。
  8. 再生器、凝縮器、蒸発器および吸収器を含み、駆動熱源と熱源水が供給されて吸収器の吸収熱と凝縮器の凝縮熱によって低温の熱媒体を高温に昇温して吐出する吸収式ヒートポンプと；
    中低温廃熱による前記再生器に駆動熱源を供給する再生器用熱交換部と；
    前記蒸発器に熱源水を供給する蒸発器用熱交換部と；
    前記吸収器と前記凝縮器を経て昇温される熱媒体の循環のために設けられる閉ループ構造の熱媒体循環ラインと；
    前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて有機ランキンサイクルによって蒸気タービンを駆動して電気を発生させる発電ユニットと；
    前記熱媒体循環ラインから分岐し、高温の熱媒体との間接熱交換が行われて熱需要先に暖房熱源を供給する熱生産ユニットと；
    前記発電ユニットまたは前記熱生産ユニットへ供給される熱媒体の流れを選択的に制御するように前記熱媒体循環ラインに設けられる切替弁ユニットと；を含む暖房熱源または電気生産システムの制御方法において、
    前記切替弁ユニットは、熱需要先の熱源需要に応じて切替が行われ、熱需要量が所定の熱源需要量以上である場合には前記熱生産ユニットから暖房熱源を供給し、熱需要量が所定の熱源需要量以下である場合には前記発電ユニットを介して電気を生産することを特徴とし、
    前記吸収式ヒートポンプから前記熱媒体循環ラインに沿って吐出される水温を検出し、検出水温を設定水温と比較判定して、検出水温が設定水温より低い場合には前記再生器用熱交換部から前記吸収式ヒートポンプへ供給される駆動熱源の流量を増加させる段階を含む、中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システムの制御方法。
  9. 前記吸収式ヒートポンプから熱媒体循環ラインに沿って吐出される水温を検出し、検出水温を設定水温と比較判定して、検出水温が設定水温より低い場合には前記蒸発器用熱交換部から前記吸収式ヒートポンプへ供給される熱源水の流量を増加させる段階を含む、請求項８に記載の中低温廃熱を活用した暖房熱源または電気生産システムの制御方法。
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