JP2005527730A - 冷熱発生用原動所 - Google Patents

Abstract

本発明に基づく原動所（１）は、冷熱を発生すべく少なくとも１つの吸収式冷凍機（１０）に接続された少なくとも１つの蒸気タービン（５）および／又はガスタービン（５２）を有し、前記冷凍機（１０）は、蒸気タービン（５）から取り出された蒸気（１２）或いはガスタービン（５２）の廃熱（ＡＨ、ＡＨ′）によって運転される。吸収式冷凍機は、圧縮式冷凍機のように気体の圧縮を行わないため高々液体循環ポンプを設けるだけですみ、殆ど点検を要せず、更に電力消費も僅かである。

Description

本発明は、少なくとも１つの蒸気タービンおよび／又は少なくとも１つのガスタービンを備えた原動所に関する。

現代における最も重要な技術的課題の一つに、エネルギ発生時およびエネルギ消費時における有用なエネルギ担体についての節約がある。

電気エネルギを発生し、かつ熱を切り離して取り出し遠隔暖房用熱として供給すべく、通常、その仕様出力に関し、大形原動所が利用されている。該原動所は、電気エネルギと遠隔暖房用熱を、多数の負荷（消費機器）と広い地域に中央供給することを保証する。

電気および熱エネルギのそのような中央供給は、多数の小形個別設備による分散供給に比べて、コスト的に有利であり、特に経済的に運転できる。

この公知の所謂動力、温熱共用発生は、実際、採用される原動所の形式、大きさおよび利用する燃料に左右されない。重要なのは、唯一加熱媒体を加熱するのに適した一次側温度を持つ熱源を用いることである。今日、加熱媒体として、通常温水が利用されている。

公知の動力、温熱共用発生を実現すべく、通常原動所プロセスから、さもなければ全部或いは少なくとも大部分が利用されずに廃熱として大気に放出されてしまう熱を、切り離して利用する。

そのような動力、温熱共用発生に対する熱源として、例えば蒸気タービンの蒸気が利用され、該蒸気は例えば蒸気タービンの低圧部から取り出される。その際、加熱媒体は抽気蒸気によって、抽気蒸気がその中に含まれる凝縮熱を熱交換器によって加熱媒体に伝達することで加熱される。

上述した動力、温熱共用発生によるそのような熱の供給は、さもなければ利用されないプロセス熱を、例えば建屋の暖房のために利用きるので、特に経済的である。

電気エネルギおよび熱エネルギの上述した中央供給と異なって、今日において冷熱を発生するために、冷熱を、通常は専ら分散して、通常はブロック火力原動所で、或いは現地で直接、普通は家庭自体で発生することが知られている。

かかる分散冷熱供給は、非常に大きなコストとエネルギを要する。それは大きな需要冷熱を負荷に供給すべく固有のブロック火力原動所を設置せねばならず、かつ家庭で直接冷熱を供給する場合、所望量の冷熱を発生するために、多量の電気エネルギを利用せねばならないからである。

本発明の課題は、経済的な冷熱発生方式を提供することにある。

この課題を解決するため、機械的、一般的には電気的エネルギについての需要の他に、大きな冷熱需要にも経済上有利に対応でき、その際、柔軟に採用でき、特に公知の冷熱発生装置の上述した欠点を解消した原動所が計画される。

この課題は、本発明に基づき少なくとも１つの蒸気タービンを有する原動所において、冷熱の発生のため、少なくとも１つの吸収式冷凍機が蒸気タービンに接続され、該冷凍機が、蒸気タービンから取り出された蒸気、好適には蒸気タービンの低圧部からの抽気蒸気により運転されることで解決される。

本発明は、クラウジウスランキンサイクルを有する原動所が、冷熱発生装置の統合に対して非常に良好な前提条件を提供するという考えから出発している。

水・蒸気回路を備えたそのような原動所は、系統上から、吸収式冷凍機を連結するために簡単に利用できる一連の系統を含んでいる。

冷熱の発生のために、通常、液状冷熱媒体（例えばアンモニア）が循環する回路を利用する。その場合、液状冷熱媒体は、蒸気相に転移するように膨張し、その際冷却塔、冷却水回路或いは他の設備からの熱を吸収する。続いて、冷熱媒体の蒸気は圧縮され、その熱は上述の設備部分の外で冷却によって再び放出される。空調設備では、通常冷熱媒体として水を利用している。これは、水が真空に近い圧力では約４℃で蒸発し、冷却水回路に約６℃の循環冷水流を準備できるからである。

吸収式冷凍機の原理に基づいて、冷熱媒体蒸気は、それが溶液（例えば水が冷熱媒体として用いる際は臭化リチウム水溶液）に吸収されるように圧縮され、そして該水溶液の加熱により再び追い出され、液相に変換される。即ち、機械的ないし電気的エネルギを消費し、摩耗作用を受ける機械式圧縮機の代わりに、主に（或いは専ら）熱エネルギで運転されるエキスペラ（Austreiber）が利用される。その場合、いまや、蒸発時および追い出し時に吸収される熱の排出が重要な役割を演ずる。

この熱放出は、冷却塔或いは多くの原動所、例えば復水形原動所に元々存在するハニカム形冷却器で行える。

即ち、吸収式冷凍機を運転すべく、温熱を発生する際と同様に、好適には約１００〜１２０℃の温度を持つ熱源が利用される。本発明の場合、熱源として、蒸気タービンからの抽気蒸気が利用される。

本発明をガスタービン設備や蒸気ガス複合タービン設備に利用する際、熱源としてガスタービンの高温排気ガスも利用できる。該ガスは、例えば排気ガスの流れ方向に見て廃熱ボイラの下流や廃熱ボイラ端の範囲で取り出され、加熱媒体と熱交換すべく利用される。

従って本発明は、少なくとも１つのガスタービンを有し、冷熱を発生すべく、少なくとも１つの吸収式冷凍機がガスタービンに接続され、該冷凍機が、ガスタービンの廃熱によって運転される原動所をも提供する。

更にそのような原動所において、吸収式冷凍機は、或る冷熱負荷を冷却する他に、或いはその代わりに、ガスタービンの吸込み空気を冷却するためにも利用される。

蒸気タービンを持つ既存の非常に多くの原動所で、蒸気タービンから蒸気を簡単に切り離して取り出し、もって吸収式冷凍機を運転できる。従って、非常に多くの場合、既存の原動所を、中央冷熱供給作用だけの安価な経費で、機能を拡張できる。

吸収式冷凍機は、その運転に必要な熱源の他に、冷却を要する構成要素をも含む。該要素は、例えば上述した臭化リチウム水溶液を収容し、冷却せねばならない真空下にある容器或いは真空ポンプに前置接続された復水器である。

吸収式冷凍機のそのような冷却すべき構成要素に、例えば同時に、蒸気タービンに元々存在し冷却水が供給される復水器と一緒に、冷却水を供給する。該冷却水は、大気温度の影響下にあり、従って上述の冷却目的に対し、十分に低い温度を有している。その水は、原動所の近くに存在する河川や湖沼から取り出した水である。従って、大気は、冷却を必要とする構成要素に対し冷熱源となり、このため該冷熱源に導かれて冷却すべき構成要素に供給される冷却水は、冷却水を低温にする別の処置を施す必要なしに、冷却目的に利用できる。ここにも本発明での大きな利点がある。即ち公知の分散形冷熱供給装置の場合、通常冷却すべき構成要素の冷却時に十分なエネルギを吸収できる適当な冷却媒体を用意せねばならないという問題が生ずる。

本発明の他の利点は、吸収式冷凍機が頑丈で鈍感な技術であることにある。即ち、吸収式冷凍機の場合、せいぜい液体循環ポンプを備えるだけで済み、公知の圧縮式冷凍機のように、気体圧縮は行わない。従って、吸収式冷凍機は、その主要な構成部品に可動部品が存在せず、従って、殆ど点検が要らない。

更に、吸収式冷凍機は、その固有電力需要がほんの僅かである。

本発明の有利な実施態様では、蒸気タービンから取り出した蒸気の少なくとも一部を、加熱媒体、好適には温水を加熱するために供給する。

本発明のこの実施態様では、原動所は、冷熱を発生する他に、温熱を発生する。その際蒸気タービンから取り出した蒸気で、吸収式冷凍機の他に、熱交換器も運転し、この熱交換器によって、加熱負荷に熱エネルギを供給する。この負荷は、例えば温水流で運転される建屋用暖房装置である。温水流を加熱するために必要な熱エネルギは、蒸気タービンから取り出した蒸気から熱交換により取り出せる。

本発明のこの実施態様では、明らかに、電気エネルギ、冷熱および温熱を、それらの負荷に中央供給するための動力、温熱および冷熱を併せて発生できる。

吸収式冷凍機のエキスペラは、抽気蒸気で直接運転するか、エキスペラ加熱媒体、例えば水との熱交換によって間接的にも運転できる。抽気蒸気は空調設備にも供給でき、その場合、空調設備は切換スイッチを備える。該スイッチによって抽気蒸気を選択的に、例えば夏季に冷却目的で冷熱を発生すべく吸収式冷凍機のエキスペラに導くか、或いは例えば冬期に暖房目的で温熱を発生するために熱交換器に導く。その吸収式冷凍機および／又は熱交換器は、空調設備に含まれる。

本発明の他の有利な実施態様では、原動所は更に、少なくとも１つのガスタービンを有し、該タービンの廃熱が、蒸気タービンの運転蒸気を発生するために利用され、吸収式冷凍機が、或る冷熱負荷を冷却する他に、或いはその代わりに、ガスタービンの吸込み空気を冷却するためにも利用される。

本発明のこの実施態様に係わる原動所は、冷熱を発生するために吸収式冷凍機を有する所謂ガス蒸気複合タービン設備である。

ガスタービンの運転中、空気を吸い込み、この空気を、出力を増大すべく冷却するとよい。本発明のこの実施態様では、吸収式冷凍機の発生冷熱を、少なくとも部分的におよび／又は一時的に、その空気の冷却のために利用する。即ち、吸収式冷凍機に接続された被冷却負荷が吸収式冷凍機の全冷却力を利用し尽くさず、余剰冷却力が有用な原動所の運転状態において、その余剰冷却力をガスタービンの吸込み空気を冷却するために用いる。

これによって、ガスタービンの出力増大が達成される。更に、これによって、冷熱消費量の変動も減少され、従って、特に吸収式冷凍機の定常運転が保証される。

本発明の上述した全ての実施態様は、例えば住宅地域、大形アパート群、オフィスビル、工業団地、ホテル、病院、公共施設等を空調するのに適している。本発明の優れた利用場所は、特に空調が必要であるか望まれるような大気温度が高い気候風土の土地にある。

他に考えられる利用場所は、例えば熱帯および亜熱帯地方のリゾート地にある。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

１図は、蒸気タービン５とガスタービン３０とを有する蒸気ガス複合タービン設備として構成された本発明に基づく原動所を概略的に示す。

蒸気タービン５の運転蒸気Ｂは、ガスタービン３０の廃熱Ａによって用意される。

蒸気タービン５は、高圧部７並びに低圧部９を有している。

吸収式冷凍機１０は、熱源として用いる抽気蒸気１２で運転される。該蒸気１２は、吸収式冷凍機１０の吸収過程を起す吸収式冷凍機１０のエキスペラ１４に導入される。エキスペラ１４の出口はポンプ４１を経て伝熱器３８に接続されている。伝熱器３８は、蒸気タービン５の運転に必要な運転蒸気を発生すべく、ガスタービン３０の廃熱Ａで加熱される。ガスタービン３０の排気ガスは、伝熱器３８での熱交換後、冷却塔３６に導かれる。

この実施例の場合、吸収式冷凍機１０は臭化リチウム水溶液の回路で運転される。その水溶液は回路内を導かれ、液状水を追い出すべくエキスペラ１４で抽気蒸気により加熱され、続いて水蒸気を吸収すべく水蒸気吸出し機１６で再び冷却される。即ち水蒸気吸出し機１６は、冷却を必要とする構成要素であり、冷却水Ｋが供給され、該冷却水Ｋは、例えば蒸気タービン５の復水器１５を冷却するために並行して利用され、例えば冷却塔２５から取り出される。

蒸気タービン５の高圧部７および低圧部９は、この実施例の場合、例えば部分膨張した蒸気を再熱すべく、加熱器３９を介して互いに接続されている。

電気エネルギを発生すべく、蒸気タービン５とガスタービン３０は夫々発電機Ｇに連結している。吸収式冷凍機１０での冷熱の発生は、特に真空に近い非常に低圧の蒸発器１３で起る。その結果、蒸発器１３で蒸発する水は、非常に低い温度、例えば４℃で既に蒸発する。その際生じた蒸気は、水蒸気吸出し機１６で、蒸発器１３から吸い出される。その結果、蒸発器１３を経て流れる水は、蒸発器内が実際上一定の低温故、その低温に近い値に冷却される。この結果、一定の低温で冷熱負荷３２を冷却する冷却水流４５が生ずる。

本発明のこの実施例では、吸収式冷凍機１０を、前進冷却水流４５により更に冷却器３４を運転するために利用し、もってガスタービン３０用の吸込み空気Ｌを冷却する。このため、ガスタービンの出力を増大できる。更に、前記の両処置の組合せ、即ち冷熱負荷３２への供給と吸込み空気Ｌの冷却により、吸収式冷凍機１０の吸収力の一定した冷熱消費が達成される。

蒸気タービン５の低圧部９からの抽気蒸気１２は、更に熱交換器２０で加熱媒体２８の加熱に利用される。この結果加熱媒体２８で、加熱負荷２７に熱エネルギを供給できる。

即ち、図１に示す本発明の実施例により、多数の負荷に上述した種類のエネルギを中央供給するために適用される動力、冷熱、温熱の共用発生が実現する。

周知の遠隔暖房網で知られた動力、温熱の共用発生に類似して、本発明によって、更に中央冷熱供給のための遠隔冷熱網を実現し、もって、例えば大きな冷熱需要を持つ大形集合建屋の空調を実施できる。

これは特に、大きな冷熱、空調需要が存在する高温気候風土の土地で価値がある。本発明の採用により、電気エネルギ、熱エネルギ、冷熱エネルギの供給が保証される。

図２は、廃熱ＡＨが廃熱ボイラＡＨＫに供給されるガスタービン５２を備えた本発明に基づく原動所５０を示す。廃熱ボイラＡＨＫから出た廃熱ＡＨ′を、ここでは、吸収式冷凍機１００の運転に利用する。その実施形状や廃熱ボイラの他の接続についての詳細並びに原動所５０の他の詳細は、ここでは示さない。

ガス、蒸気複合タービン設備として形成した本発明に基づく原動所の配管系統図。 ガスタービン付きの本発明に基づく原動所の概略構成図。

符号の説明

１ 原動所、５ 蒸気タービン、９ 蒸気タービンの低圧部、１０ 吸収式冷凍機、１２ 抽気蒸気、２０ 熱交換器、２８ 加熱媒体、３０ ガスタービン、３２ 冷熱負荷、５０ 原動所、５２ ガスタービン、１００ 吸収式冷凍機

Claims (5)

1. 少なくとも１つの蒸気タービン（５）を有する原動所（１）であって、冷熱を発生すべく、少なくとも１つの吸収式冷凍機（１０）が蒸気タービン（５）に接続され、前記冷凍機（１０）が、蒸気タービン（５）から取り出された蒸気、好適には蒸気タービン（５）の低圧部（９）からの抽気蒸気（１２）により運転されることを特徴とする原動所。
2. 蒸気タービン（５）から取り出された蒸気の少なくとも一部が、加熱媒体（２８）、好適には温水を加熱すべく利用されることを特徴とする請求項１記載の原動所。
3. 原動所（１）が更に、少なくとも１つのガスタービン（３０）を有し、該タービン（３０）の廃熱が、蒸気タービン（５）の運転蒸気（Ｂ）を発生すべく利用され、吸収式冷凍機（１０）が、或る冷熱負荷（３２）を冷却する他に、或いはその代わりに、ガスタービン（３０）の吸込み空気（Ｌ）の冷却用にも利用されることを特徴とする請求項１又は２記載の原動所。
4. 原動所（５０）が少なくとも１つのガスタービン（５２）を有し、冷熱を発生すべく少なくとも１つの吸収式冷凍機（１０）がガスタービン（５２）に接続され、該冷凍機（１００）が、ガスタービン（５２）の廃熱（ＡＨ、ＡＨ′）により運転されることを特徴とする原動所。
5. 吸収式冷凍機（１００）が、或る冷熱負荷（３２）を冷却する他に、或いはその代わりに、ガスタービン（３０）の吸込み空気（Ｌ）を冷却するためにも利用されることを特徴とする請求項４記載の原動所。

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