JPS6187908A - 発電及び冷凍又はヒ−トポンプサイクルの複合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン発電装置において排出される高
温排ガスを有効利用して圧縮式冷凍サイクル及びヒート
ポンプサイクルを駆動して更に吸数式冷凍機と吸収式ヒ
ートポンプを紺み合わせて発電の他の高効率の冷却とヒ
ートポンプ（加熱）装置を１りるものに関する。

〔従来の技術） 従来のガスタービンを用いた発電システムにおいでは、
」Ｕネレーションの熱利用の見地からコミユニディ・エ
ネルギー・システム（Ｃ，Ｅ、Ｓ）等の小規模熱１ノ（
給琵電り法がある。第３図によって説明する。

これは、前記方法に用いられているガスタービン発電と
その燃焼排ガスをリボイラーに導入して蒸気（低圧）を
作り、これを吸収式冷凍機の駆動用熱源に利用して冷水
を作る方法である。八はガスタービン系であり、Ｃは吸
収式冷凍機系である。

１はガスタービン設備で、燃料は供給管２８から供給さ
れる。ガスタービンによる回転力は駆動軸４０により発
電設備２の発電機を回転させる。燃焼排ガスは管２９よ
りリボイラー３に導入されて低圧蒸気又は温水を発生さ
せた後、管１６から排出される。約９　Ｋ’ｊ　／　ｃ
ｍの低圧蒸気又は温水は、管１４を経て再生器３１に導
入され、放熱して液化し、再び給水ポンプ２２によりリ
ボイラー３に還流させられる。

再生器３１において低圧蒸気により蒸発した水蒸気は、
隣りの凝縮器３０の熱交換器の冷却コイル中の冷却水に
より凝縮し、凝縮した真水は蒸発器３２内の冷水コイル
上にＩＱ霧され魚発し、これにより管４１から導入され
る流体を冷却し、例えば、７℃位までの低温流体を得る
。再生器３１内のリチウムブロマイド（ＬｉＢｒ）の濃
液が、熱交換器３４を経て吸収器３３内の冷却コイル上
に噴霧され、蒸発器３２からの真水が濃液に吸収される
。希釈液は、ポンプ３９によって熱交換器３４を経て再
生器３１内に還流させられる。凝縮器３０、吸収器３３
にそれぞれ設けられる熱交換器（冷却器）は、直列に接
続され、流体（水）はクーリングタワー３７で放熱した
後、ポンプ３８、管３６を経て還流１゛るようになって
いる。

この方法によれば、リボイラー３から再生器３１に投入
される駆動熱源を１．０とするとき、蒸発器３２から出
てくる冷熱の吊はせいぜい０．６５の効率の冷水である
。

次に、従来技術ではないが吸収式冷凍機を吸収式ヒート
ポンプに利用して加熱目的に使用するコゼネレーション
の省エネルギーシステムを想定することができる。これ
を第４図により説明する。

Ａはガスタービン系であり、Ｃは吸収式ヒートポンプ（
第１種）系である。

ガスタービン系Ａは第３図と同一の作動であり、吸収式
ヒートポンプ系Ｃは、第３図の吸収式冷凍機系と大体に
おいて作動が同じであるが、クーリングタワー３７を有
せず、蒸発器３０、吸収器３３内の熱交換器を直列に連
結する流体通路が形成され、ポンプ３８により取出温水
は管３６から入り、管４２から出るように循環される点
が相違している。

前記の第３図の方法は吸収式冷凍機を用いる冷却目的の
従来技術の実例であり、第４図の方法は吸収式冷凍（頂
をヒートポンプとして加熱目的に使用するために想定し
た（従来技術ではないので実例もないが）方法であるが
、このような両方法は、近年エネルギーの高騰により、
一般には熱利用されていなかった燃焼排ガスを省エネル
ギーのため利用するようにし、熱併給発電とリボイラー
を付けて吸収式冷凍機又は吸収式ヒートポンプを熱併給
して利用する方法として一応考慮に入れられてしかるべ
きものである。なお吸収式ヒートポンプには第１Ｆｉと
第２種とがある。第１種の吸収式ヒートポンプでは発生
器で吸収溶液を濃縮するために温度の高い熱エネルギー
が必要で、一般には蒸気、高温水または高温の排ガス等
が使用される。

また第２種の吸収式ヒートポンプでは特に価値の高い駆
動エネルギー源を使用せずに排熱と低温の冷却水の間の
温度差を利用して、排熱の一部をそれより高い温度まで
くみ上げるものである。

（発明が解決しようとする問題点） 前記第３図の従来方法は、熱併給発電における燃焼排ガ
スを吸収式冷凍機に利用しているので、排ガス温度より
上にはなり得す半分の熱量の利用が精一杯であり、又冷
水温度も７℃以下にすると効率が悪くなるのでそれ以下
の運転することはなく、更にＯ’Ｃ以下とすることは不
可能のことである。排熱利用率も悪い。冷却水を作るた
めにクーリングタワーから半分の熱が棄てられている。

得られる冷水は、リボイラーの熱を１．０とすれば、０
６５以下であり、１．０を越えることはない。

また、吸収式ヒートポンプを併設した第４図の方法は、
クーリングタワーから放熱しないで与えられる駆動熱源
温度より低い温度で加温用温湯で伯から汲み上げられる
排熱源があるとして駆動用熱源の１．５倍程度の熱０は
得ることができる。すなわち、第３図のクーリングタワ
ーで巣てられる熱を加熱と考え、放熱しないで負荷側に
放出するように循環回路として加熱目的に使用し、蒸発
器から外部の廃熱を与えるようにすると、これは３５％
が汲み上げられるものとして、再生器の駆動熱は６５％
、出ノ〕（ｏｕｔ　ｐｕｔ）として加熱熱量は１００％
となり、駆動熱（ｉｎｐｕｔ）との熱の割合は１５４％
位にはなる。

また、第３図の冷房のための冷水と冬の暖房は吸収式装
置は、共通にできない欠点があり、暖房のときは、吸収
式冷凍機は停止し、リボイラーで加熱するものであるか
ら、加熱はボイラー効率以上には出ない。また逆に、吸
収式ヒートポンプで初めから設甜されたものは、そのま
ま吸収式冷凍機として兼用できないという欠点がある。

また、ガスタービンの燃焼排ガスの温度が切角高い割り
には吸収式の冷却の駆動源としてはもう少し価値を上げ
たいと考える。年間の稼動時間が冷房の吸収式冷凍機の
運転だけでは効率的に悲い。

冬は冷房は必要でなく、加熱の場合は、リボイラーの効
率以上の加熱効率は出ない。排熱利用の冷房冷水と加温
の場合の効率が低いので、更に上げ度いと言う省エネル
ギー策が求められている。

本発明は、冷房の場合には、成績係数を第３図より高（
１，０６位とし、加熱の場合には、成績係数を第４図よ
り高く　１９０位とし、従来型のコピネレーションより
更に良い効率のシステムを（７ることを目的とするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、発電及び冷凍又はヒートポンプサイクルの複
合装置であって、発電機を駆動するガスタービン、この
ガスタービンの排気ガスを利用するリボイラー、このリ
ボイラーにより発生する蒸気により運転され圧縮式の冷
凍又はじ−トボンプサイクルを駆動する膨張機、この膨
張機の復水器の熱を利用する吸収式の冷凍又はヒートポ
ンプサイクルよりなる。圧縮式の冷凍又はヒートポンプ
サイクルと吸収式の冷凍又はヒートポンプサイクルとを
使用目的に応じ熱的に種々に組み合わせる。

〔作用〕

ガスタービンにより発電機を駆動し、ガスタービンから
燃焼排ガスをリボイラーに導入して蒸気を発生させ、こ
の蒸気によって膨張機を駆動して圧縮式の冷凍又はヒー
トポンプサイクルを運転するとともに、膨１　ｅｍｌか
ら排出されて復水器に導入される排気の熱を利用して吸
収式の冷凍又はヒートポンプサイクルを運転することに
より、発電と同時に効率の良い冷却又は加熱目的を達成
する。

〔実施例） 本発明の第１の実施例を第１図によって説明する。

Ａはガスタービン系、Ｂは冷凍またはビー１〜ポンプボ
イラー系、Ｃは吸収式冷凍機系で構成されている。リボ
イラー３からの９　Ｋｇ　／　ｃｉ前後の蒸気は膨張機
４に導通し、これど連結１７された圧縮機５と更に連結
１８された二相流膨服４１６とによって冷凍サイクル又
はヒートポンプサイクルを形成する。９は蒸発器、８は
凝縮器、１９．２０はそれぞれ熱交換器である。１０は
膨張弁、一方、７は復水器で、膨張機より出た蒸気は、
熱交換器２１により温水を作り、１００℃前後の温水を
吸収式冷凍機に駆動熱源として送る。ガスタービン系Ａ
１吸収式冷凍礪系Ｃは第３図の場合と同一の構成、作用
である。圧縮式冷凍サイクルでは蒸発器１９は０℃以下
の温度が得られる。

吸収式冷凍機では、管４２からは７℃以下の温度は効率
よく得られないが、この冷水出口温度を１２℃位に高く
とると吸収式冷凍機の効率がよくなり、この冷水を圧縮
式冷凍機の蒸発器９の管１９に導入するように直列に連
通ずることによって、吸収式冷凍機単独では得られない
冷水温度を効率よく取出すことができる。

また、吸収式冷凍機で得られる冷水を１０’Ｃ以上で取
出せば、吸収式冷凍機は約２倍に近い冷却能力が出せる
ことになる。また、この冷水を管４２から取出して圧縮
式冷凍機の凝縮器の管４３に流入させるようにして、凝
縮器用の冷却水に使用することもでき、これにより０℃
より低い温度を通常より圧縮比が小となるため効率よく
得ることもでき、冷凍サイクルの能力を人と７゛ること
ができる。

また、圧縮式冷凍機を７℃とし、また吸収式冷凍機も７
℃で合わせて併列に運転することもできる。これにより
冷凍能力の増加をはかることができる。

また、圧縮式のサイクルをヒートポンプとして使うこと
もできる。この場合は、凝縮器８は渇水を作ることにな
る。更にまた、吸収式の勺イクルのクーリングタワー３
７を圧縮式のサイクルの蒸発器９の熱交換器１９と結合
することにより高い熱源がｊ′７られ、圧縮式ヒートポ
ンプの凝縮２Ｓ８の管２０における温水の出口温度を高
くとることができる。

次に、本発明の第２の実施例を第２図によって説明する
。この場合は、圧縮機サイクルは主としてヒートポンプ
サイクルで、吸収式ヒートポンプ系にはクーリングタワ
ーはない。温湯を得るしのであり圧縮式ヒートポンプの
凝縮器８と吸収式ヒートポンプの蒸発器３２を導水管で
直列に連通し、管４３から流入させ管４２から流出させ
ることにより取出温水熱を増加させる。

また、圧縮機ヒートポンプの蒸発器９にｎい熱源３０℃
以上を与えると、凝縮器８の熱交換器の熱は９０℃以上
となり、この渇水と復水器７の熱交換器２１と直列に連
通し、合わけた熱を吸収式ヒートポンプ又は吸収式冷凍
機の駆動熱源とすることができる。これにより効率のよ
い加熱温湯と冷却水を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ガスタービン発電装置にｊｌＪ帯して
燃焼排ガスを有効に利用できることになり、排熱入力（
ｉｎｐｕｔ）を１００％と仮定すると、従来装置では冷
凍能力が１００％以下で６５％止まりであったのが１０
６％も得ることができる。また、ヒートポンプの加熱目
的において従来装置で１５０％前後であったので１９０
％程度の成績係数が得られる。

更に、冷却の場合は、吸収式だけでは得られない冷水温
度Ｏ℃又はそれ以下の温度も得ることができる。吸収式
冷凍機で７℃の冷水と圧縮式冷凍機の蒸発器側と直列に
連通ずることで７℃から０℃までの冷水が冑られ、また
０℃以下の温度も圧縮機サイクルから得られる。

また膨石機の動力発生機と圧縮式冷凍及びヒートポンプ
サイクルが形成され、更に膨張機復水器と吸収式冷凍機
ど吸収式ヒートポンプが組み合わされるもので、ハイブ
リッドに複合組み合わせができるものである。

このように、圧縮式の冷凍及びヒートポンプサイクルと
吸収式冷凍機及び吸収式ヒートポンプの種々な組み合わ
せが考えられ、効率のよい使用目的に合致する冷７ＪＩ
と加熱の熱量とがタービン設備の燃焼排ガスより得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の２つの異なる実施例のフロ
ーシートダイヤグラム、第３図は従来技術のフローシー
トダイヤグラム、第４図は従来技術より想定できるフロ
ーシートダイヤグラムである。 １・・ガスタービン設備、２・・発電設面、３・・リボ
イラー、４・・膨張機、７・・復水器、Ｂ・・冷凍又は
ヒートポンプボイラー系、Ｃ・・吸収式冷凍又はヒート
ポンプ系。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）発電機を駆動するガスタービン、前記ガスタービ
   ンの排気ガスを利用するリボイラー、前記リボイラーに
   より発生する蒸気により運転され圧縮式の冷凍又はヒー
   トポンプサクルを駆動する膨脹機、前記膨脹機の復水器
   の熱を利用する吸収式の冷凍又はヒートポンプサイクル
   よりなる光電及び冷凍又はヒートポンプサイクルの複合
   装置。
2. （２）吸収式の冷凍サイクルの蒸発器により冷却された
   液体を圧縮式の冷凍サイクルの凝縮器の冷却用として利
   用するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の発電及び冷凍サイクルの複合装置。
3. （３）吸収式の冷凍サイクルの蒸発器により冷却された
   液体を圧縮式の冷凍サイクルの蒸発器により更に冷却す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の発電及び冷凍サイクルの複合装置。
4. （４）圧縮式のヒートポンプサイクルの凝縮器により加
   熱された液体を吸収式のヒートポンプサイクルの蒸発器
   の熱源として利用するようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の発電及びヒートポンプサイクル
   の複合装置。
5. （５）圧縮式のヒートポンプサイクルの蒸発器に高い熱
   源を与えることによって凝縮器に一層高い温度を得るよ
   うにするとともに、前記凝縮器で加熱された液体を復水
   器に導入して更に加熱するようにし吸収式の冷凍サイク
   ルの再生器の熱源として利用するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の発電及び冷凍又はヒ
   ートポンプサイクルの複合装置。