JPH11343865A - 深冷タービン発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 深冷タービン発電システムに関し、その出力
を増大させることを課題とする。 【解決手段】 深冷設備（Ａ）では低圧、高圧圧縮機１
ａ，１ｂの空気から圧縮熱をインタークーラ５，６で復
水を加熱して回収し、その空気は更にＬＮＧ空冷熱交換
器２４で−１００℃（程度）に冷却され、例えば膨張タ
ービン４で膨張させ、−２３０℃の低温とする。この空
気は凝縮器２５で一部を液化して液空タンク２６に貯蔵
し、残りは冷却空気ａとして複合サイクル発電設備
（Ｂ）に送り、吸気混合冷却器１５に導き、吸気室１４
からの大気と混合し、又、必要に応じ、液体空気を直接
噴射し、圧縮機１０に供給しガスタービン１２の出力を
増大させる他液体空気をＧＴ給気他で蒸発させてＣＡＥ
Ｓ用空気源とする。ガスタービン１２の排気は排熱回収
ボイラ１６で蒸気を発生させ、この蒸気とインタークー
ラ５からの圧縮熱を回収した蒸気とにより蒸気タービン
１７の出力も増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は深冷設備で低温の冷
却空気を得て、この冷却空気でガスタービンと蒸気ター
ビンの複合サイクル発電設備を運転するようにした深冷
タービン発電システムに関し、圧縮機の吸気温度を下げ
ると共に深冷設備での圧縮熱を回収して蒸気タービンで
利用し、ガスタービン及び蒸気タービンの出力増加を計
るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にガスタービンにおいては圧縮機へ
の吸気温度が高い程空気吸込流量が減少するので、出
力、効率が低下するが、その対策として圧縮機の空気系
統に吸気冷却器、蒸発器等からなる熱交換器を設け、冷
却媒体として冷水又はブラインを熱交換器に流して空気
系統を流れる空気の温度を低下させることが試みられて
いる。又、ガスタービンの出力、効率を上げるためには
ガスタービンの入口温度を下げたり、空気液化装置と組
合せたりする方法も試みられている。

【０００３】図４は上記に説明の圧縮機の空気系統にタ
ーボ式冷凍機を組合せて空気系統を冷却する例を示して
いる。図４（ａ）は冷媒を循環する例、図４（ｂ）は、
冷水を利用した例である。図４（ａ）において、３１は
圧縮機、３２は燃焼器、３３はガスタービン、３４は発
電機であり、圧縮機３１で圧縮した空気ｂは燃焼器３２
に入り、燃料ｃと共に燃焼してガスタービン３３に流
れ、ガスタービン３３を駆動して発電機３４を回し、電
力を得ている。３１ａは圧縮機３１入口の空気ラインで
あり蒸発器３５、デミスタ３８が接続されている。３５
ａは蒸発器３５の伝熱管、３５ｂは気液分離ドラムであ
る。

【０００４】４０はターボ式冷凍機であり、モータ３７
により駆動され、冷媒供給ライン３６ａより冷媒ｐを気
液分離ドラム３５ｂに供給し、戻りライン３６ｂより蒸
発した蒸気ｑを回収している。なお、モータ３７は発電
機３４から電力系統３９により電力を得て駆動される。
このように、圧縮機３１の空気ライン３１ａの途中に蒸
発器１１を設け、ターボ式冷凍機４０から冷媒ｐを蒸発
器３１に送り、空気を冷却して圧縮機３１の吸気温度を
下げてガスタービンの出力、効率を向上するようにして
いる。

【０００５】図４（ｂ）は上記（ａ）と基本的サイクル
は同じであるが、ターボ式冷凍機４０から冷水ｈ（５〜
７℃）を作り、冷水を供給する方式である。従ってター
ボ式冷凍機４０からは冷水供給ライン４２ａ、冷水戻り
ライン４２ｂから吸収冷却器４１へ冷水が流れ、空気ラ
インａの空気を冷却している。その他の構成は上記
（ａ）と同じである。

【０００６】図５は空気液化プラントと発電プラントと
を組合せて発電プラントの効率を上げるようにしたプラ
ントの系統図であり、５１は圧縮機、５２はモータ、５
３は発電機、５４はガスタービン、５５は燃焼器であ
る。５６は液化設備であり、モータ５２を駆動して空気
ａを圧縮機１で圧縮し、圧縮空気ｂを導き、液化して液
体空気ｃとして５７の液体タンクに貯蔵する。５８は蓄
熱槽であり、液化設備５６で空気を液化する過程で発生
した熱を蓄熱する。５９は気化設備であり、液体空気を
液体タンク５７から配管６０、ポンプ６１，６２により
導き、気化させて空気ｅとして燃焼器５５へ供給し、燃
料ｆと共に燃焼させ、ガスタービン５４に高温燃焼ガス
ｇを供給し、ガスタービン５４を駆動して発電機５３を
回し、電力を得ている。

【０００７】６２は併設発電プラントであり、ガスター
ビン５４の排気ｈを導き、その排熱により電力を得るも
のである。６３は液体タンク６１からの配管で、６４の
地域冷暖房等の冷熱プラントに液体空気を供給する。６
６は圧縮機１からの圧縮空気を蓄熱槽５８へ供給する配
管、６７，６８は蓄熱槽５８から気化設備５９、併設発
電プラント６２へ加熱空気ｉを供給する配管である。

【０００８】このように図５に示すシステムでは、空気
ａを圧縮機１で圧縮し、液化設備５６で液化し、液化タ
ンク５７で貯蔵する空気液化プラント６０と、気化設備
５９、燃焼器５５、ガスタービン５４、発電機５３及び
併設発電プラント６２からなる発電プラント７０あるい
は他の冷熱利用プラント６４とを蓄熱貯５８で接続する
ように構成されている。

【０００９】上記のシステムにおいては、昼間は燃焼器
５５に燃料ｆを供給すると共に、蓄熱槽５８を介して圧
縮機５１からの圧縮熱を導き、ガスタービンを運転し、
発電機５３を駆動して電力を供給し、あるいは併設発電
プラント６２を運転したり、冷熱利用プラント６４を運
転する。負荷の少い夜間においては、その余剰電力で液
化設備５６を駆動して空気を液化し、液化タンク５７に
液体空気を貯えておき、負荷のピーク時において、この
液体空気を配管６０より気化設備５９に導き、ガスター
ビンの発電に供する。あるいはこの液体空気を配管６３
より冷熱利用プラント６４に導き、活用する。このよう
に蓄熱槽５８の温熱を利用したり、液体空気を利用した
り、組合せることにより発電プラントの効果的に運転
し、効率を高めることが行なわれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述のように発電プラ
ントの出力、効率を向上させるために、圧縮機の吸気を
ターボ式冷凍機を用いて冷却したり、あるいは低負荷時
に空気を液化して貯蔵しておき、負荷のピーク時にこの
液体空気を利用したり、あるいはこの液体空気を他の併
設プラントや冷熱利用プラントへ供給し、発電効率を向
上させることが試みられている。しかし、ターボ式冷凍
機を用いて吸気を冷却する方式では冷凍機等の大がかり
な設備を必要とし、更に近年の環境問題となっているフ
ロンを使用することになり、好ましくない。又、近年で
は吸気温度を下げるために氷蓄熱方式も検討されている
が、氷蓄熱ではガスタービン吸冷温度がせいぜい０℃程
度であり、そのために多量の氷貯槽を必要とする。更に
氷蓄熱方式では減温量が小さく、夏季に使用が限られ、
稼働率が低い。

【００１１】又、空気液化設備を使用するシステムで
は、液化量の１０倍近くの空気の循環ラインに空気圧縮
機を設置するために設備が大がかりとなり、その動力も
大きく、特に液体空気を全量貯蔵する液体タンクを必要
とし、このタンクもできるだけ小型にすることが望まれ
ていた。

【００１２】そこで本発明では、空気を膨張させること
により冷却空気を得ると共に液体空気を得ることができ
る深冷設備と、ガスタービンと蒸気タービンとを組合せ
た複合サイクル発電設備とを接続することにより従来の
ようなターボ式冷凍機等を用いずに複合サイクル発電設
備におけるガスタービンの吸気温度を液体空気を利用し
て下げると共に、深冷設備での圧縮熱も回収してこれを
利用し、ガスタービンと蒸気タービンの効率を向上させ
るようにした深冷タービン発電プラントを提供すること
を課題としている。

【００１３】

【課題を解決しようとする手段】本発明は前述の課題を
解決するために次の（１），（２），（３）の手段を提
供する。

【００１４】（１）低温冷却空気と液体空気を発生させ
ると共に液体空気を製造する深冷設備と複合サイクル発
電設備とを接続した深冷タービン発電システムであっ
て、前記深冷設備は、空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機
からの空気を冷却することにより圧縮熱を回収するクー
ラ、同クーラで冷却された空気を更に冷却するＬＮＧ空
冷熱交換器、同ＬＮＧ空冷熱交換器からの空気を膨張さ
せ低温の冷却空気を得る膨張タービン、同膨張タービン
排気からの液体空気を抽出する凝縮器、同凝縮器からの
液体空気を貯蔵するタンク及び前記圧縮機を膨張タービ
ンと共に駆動する電動機から構成され；前記複合サイク
ル発電設備は、前記深冷設備の凝縮器からの低温空気を
受け大気からの空気と混合すると共に前記タンクから液
体空気を直接噴射する手段を有する吸気混合冷却器、同
吸気混合冷却器からの低温空気を吸気する圧縮機を有す
るガスタービン、同ガスタービンの排気から排熱を回収
し蒸気を発生させる排熱回収ボイラ、同排熱回収ボイラ
からの蒸気及び前記深冷設備のクーラが回収した圧縮熱
（加熱水又は蒸気）の参入にて駆動される蒸気タービン
及び同蒸気タービンの排気を復水し、前記排熱回収ボイ
ラと前記深冷設備の前記クーラとに戻す復水器から構成
されていることを特徴とする深冷タービン発電システ
ム。

【００１５】（２）上記（１）の発明において、前記深
冷設備の電動機を発電電動機とし、前記圧縮機から前記
膨張タービンとの間には空気を貯蔵するタンクを備え、
同タンクからの空気により前記膨張タービンを駆動する
と共に前記発電電動機を用いて圧縮機駆動ならびにター
ビン発電可能とすることを特徴とする深冷タービン発電
システム。

【００１６】（３）上記（１）又は（２）の発明におい
て、前記、液体空気貯蔵タンクからの液体空気を加圧す
るポンプと、昇圧後加熱する熱交換器と再生器を設け、
同再生器を出た高温、高圧の気体の空気を燃焼用空気と
する燃焼器とその燃焼ガスでタービンを回転しその排気
を再生器熱源とすることを特徴とする深冷タービン発電
システム。

【００１７】本発明の（１）においては、圧縮機からの
空気はクーラで冷却され、ＬＮＧ空冷熱交換器で更に冷
却され−１００℃程度の空気となり、この空気を膨張タ
ービンで膨張させることにより−１９０℃以下（−２３
０℃程度）の低温の冷却空気を得ることができる。この
低温冷却空気は凝縮器で一部（例えば１／３〜１／１
０）を液化させ液体空気としてタンクに貯蔵する。残り
の低温空気は複合サイクル発電設備の吸気混合冷却器に
導かれ、大気から取込んだ空気と混合されて低温の吸気
を得るのみならず、必要に応じてタンクから液体空気を
吸気混合冷却器に直接噴射し、この吸気を更に低温とす
る。この低温空気は圧縮機に吸込まれ、圧縮機の吸気温
度が低温となるのでガスタービンの出力が増大する。こ
の冷却空気温度は低温であり、大気温度が高い夏場およ
び冬季においても冷却能力があり年間を通じて運用する
ことができる。

【００１８】又、深冷設備における圧縮機で生ずる圧縮
熱をクーラで回収し複合サイクル発電設備の復水器から
の復水を加熱し、この加熱された水又は蒸気を（蒸気タ
ービン〜ボイラ）系に供給し、蒸気タービンの蒸気量を
増加させるので蒸気タービンの出力も増大する。タンク
に液体空気を溜めて貯蔵する液体空気生産を行い、この
液体空気は電力負荷のピークカット等に適宜吸気冷却増
強用として用い、ガスタービンの能力を向上させること
ができる。

【００１９】本発明の（２）では、空気タンクを備えて
いるので、夜間等の低負荷時においては発電電動機で圧
縮機を駆動し、空気を空気タンクに貯蔵しておき、昼間
の電力負荷ピーク時あるいは夜間の必要時にこれを活用
して膨張タービン〜発電電動機および複合発電の吸気冷
却で発電することができる。従って上記（１）の発明の
深冷タービン発電システムの幅広い運用が可能である。

【００２０】従来のＣＡＥＳプラントでは燃料を燃焼さ
せるが、本発明の深冷設備では燃料を燃焼させることな
く膨張タービンによる冷却空気と、圧縮熱を回収し、こ
れらを複合サイクル発電設備で活用し、ガスタービンや
蒸気タービンの出力を増大させることができる。

【００２１】（３）上記（１）（２）の発明において
は、液体空気の活用先に液体空気ＣＡＥＳ発電を加え、
燃料を消費した積極的発電を行うことができる。 深冷
設備のエアクーラ（インタークーラ、アフタークーラ）
で回収した温熱と膨張タービン排気の冷気更には液体空
気を複合発電側で使用する以外にこの液体空気を液体空
気ＣＡＥＳ発電側に用いて、発電方法の自由度を高め
る。

【００２２】液体空気は昇圧ポンプで自由な高圧（例え
ば１００ａｔａ以上）とすることができるため膨張（Ｃ
ＡＥＳ側）タービンで動力を大幅に回収することができ
る。まず第１次に複合サイクル発電の吸気室で大気を予
冷しておき、ＧＴ吸気冷却の前処理（予冷）を行ったあ
と大規模にＣＡＥＳタービン排気から再生器にて加熱す
るという２段階の昇温を行う。 燃焼器では膨張比に見
合ったタービン入口温度を得るために燃焼を投入する。
ＣＡＥＳタービン排気にＨＲＳＧを設けて蒸気を作り、
複合サイクル発電と連結したり、ＳＴ排気の復水器の一
部で空気の蒸発・加熱を行うなど、複合サイクル発電〜
ＣＡＥＳの複合も行える。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の第１形態に係る深冷タービン発電プラントの系統図
である。図１において１ａ，１ｂは高圧圧縮機、低圧圧
縮機、２は吸気室であり、フィルター及び消音器で構成
される。３はモータ、４は膨張タービンで高圧圧縮機１
ａ，低圧圧縮機１ｂからの圧縮空気を膨張させて低温の
空気を得るものである。５，６はインタークーラ，アフ
タークーラであり、それぞれ低圧圧縮機１ｂからの高温
となった空気、高圧圧縮機１ａからの高温空気を後述す
る複合発電設備からの復水と熱交換し、空気温度を下げ
る。

【００２４】２４はＬＮＧ空冷熱交換基で、ＬＮＧの気
化熱により空気を冷却するものである。２５は凝縮器で
膨張タービン４で膨張した低温冷却空気の一部（約１／
３〜１／１０）を液化させて液体空気とするもの、２６
は液空タンクであり、凝縮器２５で液化した液体空気を
貯蔵する。これらの各機器により深冷設備（Ａ）が構成
されている。

【００２５】上記に説明の深冷設備（Ａ）において、モ
ータ３により高圧圧縮機１ａ、低圧圧縮機１ｂを駆動
し、圧縮機からの空気は温度が上昇するが、低圧圧縮機
１ｂからの空気はインタークーラ５に導かれ、後述する
複合発電設備（Ｂ）からの復水で冷却され、高圧圧縮機
１ａに流入し、高圧圧縮機１ａからの空気は２００〜３
００℃前後に温度が上昇するが、この空気もインターク
ーラ６に流入し、同様に複合発電設備（Ｂ）の復水で冷
却され、０〜５０℃程度の温度となり、ＬＮＧ空冷熱交
換器２４に導かれ、ここでＬＮＧの気化により更に−１
００℃程度にまで冷却され、膨張タービン４に導かれ
る。

【００２６】膨張タービン４ではこの−１００℃の低温
空気を膨張させることにより−２３０℃程度の低温冷却
空気を得て凝縮器２５に導入する。凝縮器２５では、こ
の低温冷却空気の一部、約１／３〜１／１０程度が液化
して液体空気として液空タンク２６に貯蔵され、液化し
ない残りの空気は低温冷却空気ａとして後述する複合発
電プラント（Ｂ）へ供給する。又、インタークーラ５、
インタークーラ６で低圧圧縮機１ｂ、高圧圧縮機１ａか
らの空気より熱を得て加熱された復水は加熱水又は蒸気
となり複合発電設備（Ｂ）の蒸気タービンに供給され
る。

【００２７】複合発電設備（Ｂ）は、次のような機器か
ら構成されている。即ち、１０は圧縮機、１１は燃焼
器、１２はガスタービン、１３は発電機である。１４は
吸気室であり、フィルター及び消音器で構成される。１
５は吸気混合冷却器で、図では３系統のガスタービンを
併設した形で示しており、大気から吸込む空気に前述の
深冷設備（Ａ）の凝縮器２５からの低温冷却空気ａある
いは必要に応じて液体空気ａｌを混入するものである。

【００２８】１６は排熱回収ボイラであり、図では同じ
く３系統からなり、ガスタービン１２の排気から熱を回
収し蒸気を得るもの、１６ａは煙突であり、排熱回収済
の排気を大気に放出する。１７は蒸気タービンであり、
排熱回収ボイラ１６で生成した熱により発生した蒸気及
び前述の深冷設備（Ａ）のインタークーラ５，６で加熱
された蒸気が供給され、発電機１８を回して電力を得る
ものである。（インタークーラ５，アフタークーラ６で
熱水を得るときは排熱回収ボイラの入口に給水あるいは
節炭器にて合流させる。）１９は復水器であり、蒸気タ
ービン１７からの排気を海水等で冷却し、復水させ、こ
の復水の一部は排熱回収ボイラ１６に戻り、残りの一部
は深冷設備のインタークーラ６へ循環する。

【００２９】上記構成の深冷タービン発電システムにお
いて、深冷設備（Ａ）では高圧圧縮機１ａからの空気は
インタークーラ６で冷却され、更にＬＮＧ空冷熱交換器
２４でＬＮＧによって冷却されて約−１００℃程度に冷
却されて膨張タービン４に入る。膨張タービン４で膨張
した空気は低温冷却空気（例えば−２３０℃）となり、
凝縮器２５に入り、ここで一部（１／３〜１／１０）が
恐縮液化し、液空タンク２６に貯蔵される。

【００３０】液化しない残りの空気は低温冷却空気ａと
して複合発電プラント（Ｂ）に入り、吸気混合冷却器１
５に供給される。吸気混合冷却器１５では大気からの空
気を吸気室１４から取込み、この低温冷却空気ａと混合
して大気温度以下の低温として圧縮機へ供給する。夏季
の吸気温度は３０℃前後であるが、本実施の形態では例
えば１７℃程度に低下する。又、この吸気温度を更に低
下させてガスタービンの出力増加を計りたい場合には、
液空タンク２６からの液体空気を吸気混合冷却器１５へ
直接噴射する。

【００３１】複合発電プラント（Ｂ）においては、圧縮
機１０が吸気混合冷却器１５で冷却された空気を吸気
し、燃焼器１１に供給し、燃料ｆと共に燃焼してガスタ
ービン１２に供給され、ガスタービン１２が駆動されて
発電機１３を回し、電力を得る。従ってガスタービン１
２では圧縮機１０の吸気温度が例えば３０℃程度の温度
から１７℃程度まで冷却され、低温となるので従来のも
のよりも出力、効率共大きくなる。又、前述のように吸
気冷却の増強を計り、更にガスタービンの出力向上を求
める場合には、吸気混合冷却器１５に液空タンク２６か
らの液体空気を直接導き、噴射させて吸気温度を低下さ
せることができる。

【００３２】一方、ガスタービン１２の排気は排熱回収
ボイラ１６に導かれ、排熱を回収して発生した蒸気は蒸
気タービン１７に供給され、更に、深冷設備（Ａ）のイ
ンタークーラ５，アフタークーラ６の熱を吸収して得ら
れた加熱水又は蒸気も参入し、発電機１８を回して電力
を得る。この蒸気タービン１７でも深冷設備（Ａ）から
の圧縮熱をインタークーラ５，アフタークーラ６で回収
して加えるために出力が増大する。

【００３３】蒸気タービン１７からの排気は復水器１９
に導かれ、海水等で冷却することにより復水し、一部は
深冷設備（Ａ）のインタークーラ６へ戻り、残りは排熱
回収ボイラ１６へ戻り再びここで加熱され蒸気となり循
環する。

【００３４】以上説明の実施の第１形態によれば、深冷
設備（Ａ）と複合発電設備（Ｂ）とを組合せ、深冷設備
（Ａ）のインタークーラ５，アフタークーラ６で高圧圧
縮機１ａ、低圧圧縮機１ｂで発生する圧縮熱を回収して
複合発電設備（Ｂ）のボイラー〜蒸気タービン系に加え
て蒸気タービンの蒸気量を増加させて蒸気タービン１７
での出力を増大させる。

【００３５】更に、高圧圧縮機１ａからの空気はアフタ
ークーラ６で冷却され、更にＬＮＧ空冷熱交換器２４で
−１００℃程度にまで冷却され、膨張タービン４で膨張
させ−２３０℃の低温空気とし、凝縮器で一部を液体空
気として液空タンク２６に貯蔵される。複合発電設備
（Ｂ）の吸気混合冷却器１５では残りの低温冷却空気ａ
を大気に混合して低温の吸気を得て圧縮機１０が吸気す
るので、ガスタービンの出力が増加する。しかもこの低
温冷却空気ａは−１９０℃程度の低温であるため外気温
度が高い夏場に限らず冬季においても低温の吸気が得ら
れるので、年間を通して連続運転が可能となる。

【００３６】又、ガスタービン１２の出力を更に増加さ
せたい場合には液体空気を吸気混合冷却器１５に直接噴
射させて吸気温度を更に低下させることができるのでガ
スタービンの出力を負荷の状態に応じて調整することが
できる。更にプラントの出力状態に応じて低負荷時に液
体空気を生産し、貯蔵しておくことができる。

【００３７】図２は本発明の実施の第２形態に係る深冷
タービン発電システムの系統図である。図において図１
の実施の第１形態と異る部分は、深冷設備（Ａ）におけ
る符号２０の発電電動機、２１，２２の嵌脱装置、２３
の空気タンクの部分にあり、その他の構成は図１と同じ
である。

【００３８】上記の構成においては、昼間と夜間とでの
運転形態を変えて運用することができる。即ち、まず夜
間においては、嵌脱装置２１を嵌，２２を脱とし電動機
側に接続させ、発電電動機２０で高圧圧縮機１ａ、低圧
圧縮機１ｂを駆動して空気を空気タンク２３に送る。夜
間は図１と同様の作用を空気タンク以降で行い膨張ター
ビン４からの膨張により−２３０℃程度の低温冷却空気
ａを得る。又、インタークーラ５，アフタークーラ６で
低圧圧縮機１ｂ、高圧圧縮機１ａからの圧縮熱を回収す
る。

【００３９】複合発電設備（Ｂ）では、図１と同じく低
温冷却空気ａを吸気混合冷却器１５に導き、吸気室１４
からの大気と混合し、又必要に応じて液体空気ａｌを直
接噴射して低温の吸気を得て圧縮機１に導き、ガスター
ビン４の出力を増大させると共に、インタークーラ５，
アフタークーラ６からの回収熱をボイラ〜蒸気タービン
系に加え、蒸気量を増加させて蒸気タービンの出力を増
大させるように深冷タービンシステムを運用する。

【００４０】一方、夜間等の低負荷時においては、嵌脱
装置２１を嵌，２２を脱とし電動機側として発電電動機
２０で低圧、高圧圧縮機１ｂ，１ａを駆動し、圧縮空気
を空気タンク２３に導き、圧縮空気を貯蔵することがで
きる。この夜間に貯蔵された空気は、夜間あるいは昼間
のいずれにおいても使用して発電に供することができ
る。即ち、嵌脱装置２１を脱，２２を嵌とし発電機側に
接続し、空気タンク２３より圧縮空気を膨張タービン４
に導き、膨張タービン４を駆動して発電電動機２０を回
し、発電を行うと共に、膨張により得られた低温冷却空
気ａおよび液体空気ａｌを複合発電設備（Ｂ）に導き、
吸気混合冷却器１５で吸気室１４からの大気と混合して
低温の吸気を得て圧縮機１０に供給し、ガスタービン１
２の出力を増大させるように運転することができる。

【００４１】以上説明の実施の第２形態においては時間
差運用と同時運用がある。時間差運用では、夜間には深
冷設備（Ａ）で空気タンク２３に空気を貯蔵し、圧縮熱
の回収利用で蒸気タービン出力の増大を図る。昼間には
この空気を用いて膨張タービン４と発電機２０を回し、
発電することができ、同時に複合発電設備（Ｂ）におい
て深冷設備（Ａ）で得られた低温冷却空気ａおよび液体
空気ａｌにより低温の吸気を圧縮機１０に供給し、ガス
タービン１２の出力を増大させることができる。

【００４２】又、同時運用においては、実施の第１形態
と同じくインタークーラ５，アフタークーラ６による圧
縮熱の回収による蒸気を蒸気タービン１７に加えて蒸気
タービン１７の出力を増大させることができ、更に前述
のように冷却空気ａおよび液体空気ａｌにより低温の吸
気を圧縮機１０へ供給し、ガスタービンの出力を増大さ
せることが同時に行える。

【００４３】又、更に、通常のＣＡＥＳ（圧縮空気貯蔵
発電）では燃焼器を設けて燃料を燃焼させてタービンを
駆動する方式であるが、本実施の第２形態の深冷設備
（Ａ）では、空気タンク２３からの空気により膨張ター
ビン４で発電機２０を回すことができ、通常のＣＡＥＳ
のような燃料が不要となるものである。

【００４４】図３は本発明の実施の第３形態に係る発電
システムの系統図であり、 図１，図２のシステムに液
体空気ＣＡＥＳ発電の設備を併設した。図３ではＬＡＴ
Ｋからのａｌ液体空気の使用先としてＣＡＥＳと接続し
ているが、吸気混合冷却器１５へのａｌ噴射も機能とし
て併用して良い。

【００４５】液体空気ＣＡＥＳはタービンＴでの入口圧
力を得るために昇圧ポンプＰ（液相）で加圧し、そのの
ち熱交換器で加熱して液体空気ａｌを蒸気（気体）とし
たのち加温（顕熱）する能力を持つことが特長である。
燃焼器ＣＣで空気と燃料ｆを燃焼させタービンＴの入口
温度を所定値にしてタービン動力を取り出す点は通常の
ＣＡＥＳと同じである。図３では図１，図２に対して液
空ＣＡＥＳが追加機能となっており、それだけ発電対応
の融通性を高めたものとなっている。つまり燃料を増量
しないで増出力する図１，図２の運用以外に積極的に燃
料（および液体空気）をＣＡＥＳに投入して大幅な増出
力を狙った図３の運用を適宜組み合わせることができ
る。

【００４６】図１，図２と共通の所は前記を参照すると
してここでは液体空気ＣＡＥＳの系統について述べる。
液空タンクに貯留している液体空気ａｌはまず、昇圧ポ
ンプＰで加圧し、複合サイクルのＧＴ吸気室１４内に設
けた熱交換器にて大気で加熱する。この際１４出口空気
は予冷されるので複合サイクル発電での吸気冷却が増加
する。

【００４７】１４を出たａｌはＣＡＥＳの再生器ＲＥＣ
で本格的に加熱され、気体になるとともに加熱されて温
度も上昇する。ＲＥＣの熱源はタービンＴの排気でその
大もとは燃焼器ＣＣで空気に燃料ｆを投入してタービン
入口温度を上昇させたものである。Ｔでの発生出力は発
電機で取り出すがその量に見合ってタービン排気は減温
している。ＲＥＣを出た排気は煙突ＳＴＣＫから放出す
る。

【００４８】次に液体空気の気化昇温のさせ方について
第２の方法を述べる。タービン排気出口に排熱回収ボイ
ラを設け、ここで発生させた蒸気は複合サイクル発電の
蒸気としてＳＴ発電に活用する。従って前記と異なり液
体空気はＳＴ排気（その潜熱）を熱源として加熱するこ
ととする。このＣＡＥＳ側復水器はその復水ラインを複
合サイクル発電の復水系と合流させておく。この第２の
方法では液体空気ＣＡＥＳ発電〜複合サイクル発電の間
で（蒸気〜復水）のやりとりを行うことが特徴である。

【００４９】

【発明の効果】本発明の（１）の深冷タービンプラント
は、低温冷却空気と液体空気を発生させると共に液体空
気を製造する深冷設備と複合サイクル発電設備とを接続
した深冷タービン発電システムであって、前記深冷設備
は、空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの空気を冷却
することにより圧縮熱を回収するクーラ、同クーラで冷
却された空気を更に冷却するＬＮＧ空冷熱交換器、同Ｌ
ＮＧ空冷熱交換器からの空気を膨張させ低温の冷却空気
を得る膨張タービン、同膨張タービン排気からの液体空
気を抽出する凝縮器、同凝縮器からの液体空気を貯蔵す
るタンク及び前記圧縮機を膨張タービンと共に駆動する
電動機から構成され；前記複合サイクル発電設備は、前
記深冷設備の凝縮器からの低温空気を受け大気からの空
気と混合すると共に前記タンクから液体空気を直接噴射
する手段を有する吸気混合冷却器、同吸気混合冷却器か
らの低温空気を吸気する圧縮機を有するガスタービン、
同ガスタービンの排気からの排熱を回収し蒸気を発生さ
せる排熱回収ボイラ、同排熱回収ボイラからの蒸気及び
前記深冷設備のクーラが回収した圧縮熱（加熱水又は蒸
気）の参入にて駆動される蒸気タービン及び同蒸気ター
ビンの排気を復水し、前記排熱回収ボイラと前記深冷設
備の前記クーラとに戻す復水器から構成されていること
を特徴としている。このような構成により、深冷設備か
らの低温冷却空気や液体空気を用いて、圧縮機の吸気温
度が低温となるのでガスタービンの出力が増大する。こ
の吸気温度は低温であり、大気温度が高い夏場〜低い冬
場にかかわらず年間を通じて運用することができる。更
に、深冷設備における圧縮機で生ずる圧縮熱をクーラで
回収し複合サイクル発電設備の復水器からの復水を加熱
し、この加熱された水又は蒸気をボイラ〜蒸気タービン
系に供給し、蒸気タービンの蒸気量を増加させるので蒸
気タービンの出力も増大する。

【００５０】更に本発明の（１）では、タンクに液体空
気を溜めて貯蔵することができるので、液体空気生産も
行うことができ、この液体空気は負荷のピーク時におい
て適宜吸気冷却増強用として用い、ガスタービンの能力
を向上させることができる。

【００５１】本発明の（２）では、上記（１）の発明に
おいて、前記深冷設備の電動機を発電電動機とし、前記
圧縮機から前記膨張タービンとの間には空気を貯蔵する
タンクを備え、同タンクからの空気により前記膨張ター
ビンを駆動すると共に前記発電電動機を用いて圧縮機駆
動ならびにタービン発電可能とすることを特徴としてい
る。このような構成により夜間等の低負荷時においては
発電電動機で圧縮機を駆動し、空気を空気タンクに貯蔵
しておき、昼間の負荷時に活用することができるので深
冷タービン発電プラントの幅広い運用が可能となる。更
に、従来のＣＡＥＳプラントでは燃料を燃焼させるか、
本発明の深冷設備では燃料を燃焼させることなく、圧縮
空気を得、これを活用することができる。

【００５２】本発明の（３）では、（１）（２）の基本
機能にＣＡＥＳ発電（燃料ｆを用いる）を併設したもの
である。 これにより液体空気（ａｌ）の使用方法に選
択支を持たせることができる。つまりａｌを吸気混合器
に投入するときのＧＴ・ＳＴの増出力よりも大幅な増出
力が燃料投入の結果可能となる。

【００５３】ａｌを使用する場合はポンプで昇圧するが
液相加圧のため例えば１００（あるいは〜２００）ａｔ
ａ迄の高圧が自由に行え、膨張タービン（Ｔ）での膨張
比（および入口温度）を適宜しかも最良の条件で取り決
めることができる。またポンプ動力はタービン出力
（Ｔ）に比べ相対的に小さいため発電効率は７０〜８０
％もの高さを実現できる。

【００５４】次にａｌの蒸発・加熱のための熱源である
が、膨張タービンＴ排気での再生器；ＳＴ排気での
復水器（ＣＡＥＳ内）；複合サイクル発電の吸気室で
の予冷熱交の３通りを活用できる。共通に使用する本発
明の（３）はＧＴ吸気を予冷するのでＥＴ出口／つまり
ＬＣＯＮ出口排気による吸気冷却を補助する能力を持
つ。事例としては、 事例１：とを組み合わせる場
合はＣＡＥＳの独立性が高いので運用は複合発電の制約
をほとんど受けない。 事例２：とを組み合わせる
場合は複合発電と（蒸気・復水）で連係するためエネル
ギー利用をより幅広く行える。 ＳＴ排気；通常は複合
発電側の温排水となるがＣＡＥＳに分配する量は有効に
回収利用するのでその分温排水が少くなる（通常利用価
値のないＳＴ排気を有効利用する）。 膨張タービンＴ
排気；排熱回収ボイラで蒸気に転換し、複合サイクル発
電でのＳＴの出力増加に活用する。

【００５５】このＣＡＥＳは、液体空気で常温・常圧か
つ高密度に作動空気を貯留できる。／所望の高温・高圧
の膨張タービンを自由に構成できる。（とくに圧力の自
由度の高いのが通常のＣＡＥＳと異なる）／蒸気サイク
ルとの連係が可能でＳＴ排気の温排水を減らし、その温
熱を系内に回収利用する、等の利点を持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る深冷タービン発
電システムの系統図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る深冷タービン発
電システムの系統図である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る深冷タービン発
電システムの系統図である。

【図４】従来のガスタービンのターボ冷凍機を用いた吸
気冷却方式を示し、（ａ）は冷媒としてブライン、
（ｂ）は冷媒として冷水を用いる例である。

【図５】従来の空気液化プラントと発電プラントを組合
せた装置の系統図である。

【符号の説明】

１ａ 高圧圧縮機 １ｂ 低圧圧縮機 ２，１４ 吸気室 ３ 電動機 ４ 膨張タービン ５ インタークーラ ６ アフタークーラ １０ 圧縮機 １１ 燃焼器 １２ ガスタービン １３，１８ 発電機 １５ 吸気混合冷却器 １６ 排熱回収ボイラ １６ａ 煙突 １７ 蒸気タービン １９ 復水器 ２０ 発電電動機 ２１，２２ 嵌脱装置 ２３ 空気タンク ２４ ＬＮＧ空冷熱交換器 ２５ 凝縮器 ２６ 液空タンク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温冷却空気と液体空気を発生させると
   共に液体空気を製造する深冷設備と複合サイクル発電設
   備とを接続した深冷タービン発電システムであって、前
   記深冷設備は、空気を圧縮する圧縮機、同圧縮機からの
   空気を冷却することにより圧縮熱を回収するクーラ、同
   クーラで冷却された空気を更に冷却するＬＮＧ空冷熱交
   換器、同ＬＮＧ空冷熱交換器からの空気を膨張させ低温
   の冷却空気を得る膨張タービン、同膨張タービン排気か
   らの液体空気を抽出する凝縮器、同凝縮器からの液体空
   気を貯蔵するタンク及び前記圧縮機を膨張タービンと共
   に駆動する電動機から構成され；前記複合サイクル発電
   設備は、前記深冷設備の凝縮器からの低温空気を受け大
   気からの空気と混合すると共に前記タンクから液体空気
   を直接噴射する手段を有する吸気混合冷却器、同吸気混
   合冷却器からの低温空気を吸気する圧縮機を有するガス
   タービン、同ガスタービンの排気から排熱を回収し蒸気
   を発生させる排熱回収ボイラ、同排熱回収ボイラからの
   蒸気及び前記深冷設備のクーラが回収した圧縮熱（加熱
   水又は蒸気）の参入にて駆動される蒸気タービン及び同
   蒸気タービンの排気を復水し、前記排熱回収ボイラと前
   記深冷設備の前記クーラとに戻す復水器から構成されて
   いることを特徴とする深冷タービン発電システム。
2. 【請求項２】 前記深冷設備の電動機を発電電動機と
   し、前記圧縮機から前記膨張タービンとの間には空気を
   貯蔵するタンクを備え、同タンクからの空気により前記
   膨張タービンを駆動すると共に前記発電電動機を用いて
   圧縮機駆動ならびにタービン発電可能とすることを特徴
   とする請求項１記載の深冷タービン発電システム。
3. 【請求項３】 前記、液体空気貯蔵タンクからの液体空
   気を加圧するポンプと、昇圧後加熱する熱交換器と再生
   器を設け、同再生器を出た高温、高圧の気体の空気を燃
   焼用空気とする燃焼器とその燃焼ガスでタービンを回転
   しその排気を再生器熱源とすることを特徴とする請求項
   １又は２記載の深冷タービン発電システム。