JP2007205169A - エネルギー供給システム及びエネルギー供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、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とともに、熱利用施設の空気処理系を簡素化したエネルギー供給システム及びエネルギー供給方法を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービンと、ガスタービンから排出した燃焼ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、ボイラからの蒸気により駆動する蒸気タービン及び外部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、蒸気タービン及び熱交換器から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統から供給された蒸気によって対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設と、熱利用施設で使用された空気をガスタービンに供給する吸気系統を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エネルギー供給システム及びエネルギー供給方法に関する。

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、特許文献１の技術では、ヒートポンプで生成した温水や冷水を熱利用施設内の洗浄水や冷却水等としてそれぞれ利用している。そして、熱利用施設には自動車ボディの塗膜を乾燥させる塗装用乾燥炉がある（特許文献２参照）。

特公平７−４２１２号公報 特開２００４−１０１００１号公報

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、特許文献１の技術を適用し、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。また、高温空気を用いて脱水や乾燥を行う熱利用施設では、対象物に異物が付着することを防止するため、使用する高温空気を清浄化する必要や、環境保護のために使用後の空気に含まれる揮発性有機化合物等を除去する必要がある。

そこで本発明では、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とともに、熱利用施設の空気処理系を簡素化したエネルギー供給システム及びエネルギー供給方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービンと、ガスタービンから排出した燃焼ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、ボイラからの蒸気により駆動する蒸気タービン及び外部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、蒸気タービン及び熱交換器から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、蒸気供給系統から供給された蒸気によって対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設と、熱利用施設で使用された空気をガスタービンに供給する吸気系統を備えることを特徴とする。

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とともに、熱利用施設の空気処理系を簡素化したエネルギー供給システム及びエネルギー供給方法を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明を適用するエネルギー供給システム及びエネルギー供給方法の実施例について説明する。

図１は実施例１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。図示するように、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（排熱回収ボイラ）３０と、ボイラ３０からの蒸気で駆動するヒートポンプ５０と、ヒートポンプを駆動する蒸気タービン５１で膨張仕事をした蒸気およびヒートポンプ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。

次に各機器の構成について説明すると、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からの燃焼ガスにより回転動力を得るタービン１３を備えている。本実施例では、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は発電機１４で電気エネルギーに変換され、熱利用施設１または他の施設で利用することが可能である。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。

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から排出される排出ガスは煙突４３を通じて外部に排出される。

ボイラ３０には、燃焼ガスの流れ方向下流側から大きく分類して、低圧側熱交換器３１と高圧側熱交換器３４が備えられている。ボイラ３０では、これらの熱交換器によってガスタービン１０からの排出ガスに含まれる熱エネルギーを回収し、圧送ポンプ３５によって供給された熱媒体Ｄを加熱する。なお、本実施例の熱媒体Ｄとして水を用いることができる。

圧送ポンプ３５によりボイラ３０に導かれた熱媒体Ｄは、低圧側熱交換器３１，高圧側熱交換器３４の順に流通する。低圧側熱交換器３１の熱媒体の流れ方向下流側（即ち、ボイラ３０内の燃焼ガス流れ方向から見た場合には、低圧側熱交換器３１の上流側）には、分岐３６を介して分岐した配管３７及び３８を接続する。配管３７は高圧ポンプ３９を介して高圧側熱交換器３４に接続し、配管３８はヒートポンプ５０に接続している。また、高圧側熱交換器３４とヒートポンプ５０との間は、蒸気配管４２を介して接続している。

ヒートポンプ５０は、蒸気配管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、配管３８を介してボイラ３０から供給される熱媒体を外部の熱（熱利用施設１の排水や大気等）を利用して加熱する熱交換器（蒸発器）５４とを有する。

低圧側熱交換器３１からの配管３８は、二相流膨張タービン５２に接続している。二相流膨張タービン５２は熱交換器５４を介して圧縮機５３に接続している。ここで、熱交換器５４内には、熱利用施設１等の排水や大気等を通す配管８３が設けられている。

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。本実施例において、蒸気供給系統７０は、蒸気タービン５１の出口と蒸気タービン５１及び圧縮機５３からの蒸気を合流させる点までを接続した配管７１，圧縮機５３の出口と蒸気タービン５１及び圧縮機５３からの蒸気を合流させる点までを接続した配管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。本実施例において、蒸気タービン５１で膨張仕事をした蒸気、圧縮機５３により圧縮された蒸気は、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。

熱利用施設１は、吸気フィルター２，熱交換器３，乾燥室４を有する。前述の圧縮機
１１によって吸引される大気Ａは、吸気フィルター２によって異物が除去された後、熱交換器３において蒸気供給系統７０から供給される蒸気と熱交換され高温空気５となる。続いて乾燥室４内で対象物６を乾燥した後、吸気系統７を介して圧縮機１１に吸い込まれる。なお、熱利用施設１において、蒸気供給系統７０から供給される蒸気を対象物６に直接吹き付けることも可能である。この場合も、対象物６を乾燥後の蒸気は吸気系統７を介して圧縮機１１に供給される。

次に本実施例におけるエネルギー供給システムの動作を説明する。なお、以下では熱媒体Ｄが水の場合について説明する。大気Ａが熱利用施設１および吸気系統７を介して圧縮機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０.８［ＭＰａ］) 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２６０［℃］程度）まで加熱される。圧縮機１１からの圧縮空気は、燃料Ｂと共に燃焼器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。

ボイラ３０には、タービン１３から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に供給される燃焼ガスは、タービン１３の出口付近では高温（例えば６４０［℃］程度）であるが、煙突４３から排出されるまでに高圧側熱交換器３４，低圧側熱交換器３１を通過する際、圧送ポンプ３５により供給された熱媒体Ｄと順次熱交換し温度が低下する。

熱媒体Ｄである水は、まず圧送ポンプ３５で設定圧力（例えば０.６ ［ＭＰａ］程度）に加圧される。その後、低圧側熱交換器３１に供給されて設定温度（例えば１２０［℃］程度）に昇温した高温水の熱媒体は、低圧側熱交換器３１の圧力損失で所定圧力（例えば０.５ ［ＭＰａ］程度）に圧力を下げ、分岐３６を介して配管３７，３８に分流する。

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７.４ ［ＭＰａ］程度）に加圧され、更に加熱されて蒸気に相変化する。高圧側熱交換器３４で設定の温度及び圧力（例えば５００［℃］程度，７.０ ［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。

高圧側熱交換器３４を出た設定圧力（例えば７.０ ［ＭＰａ］程度）の熱媒体（過熱蒸気）は蒸気タービン５１を駆動し、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。

一方、低圧側熱交換器３１を出た熱媒体は、飽和蒸気に近い１２０［℃］，０.５
［ＭＰａ］程度の高温水であり、その熱媒体が二相流膨張タービン５２によって０.０２ ［ＭＰａ］，６０［℃］程度まで減圧される。熱交換器５４に供給される熱媒体は、二相流膨張タービン５２での膨張過程で所定割合が蒸発し二相流をなしている。そして、蒸気相と分離した液相は配管８３を流れる６０〜８０［℃］程度の工場排熱により加熱されて蒸発する。

熱交換器５４を出た蒸気は、圧縮機５３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。

蒸気タービン５１から排出された蒸気と圧縮機５３から排出された蒸気は、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１４０［℃］程度の蒸気として熱利用施設１に供給され大気Ａの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（例えば６０［℃］程度）は熱利用施設１から排出される（図１中のＥ）。

一方、大気Ａは、前述の圧縮機１１によって吸引される過程で、吸気フィルター２によって異物が除去された後、熱交換器３において蒸気供給系統７０によって供給される蒸気と熱交換され高温空気５となる。続いて乾燥室４内で対象物６を乾燥した後、吸気系統７を介して圧縮機１１に吸い込まれる。このとき乾燥室４内で対象物６から蒸発した揮発性有機化合物等が空気中に混合し、共に圧縮機１１に吸い込まれる。この揮発性有機化合物は燃焼器内で高温（例えば１２００［℃］程度）の燃焼ガスによって酸化され、二酸化炭素（ＣＯ₂）や水蒸気（Ｈ₂Ｏ）等の無害な物質に浄化される。

次に本実施例における作用効果について説明する。

本実施例では、空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービン１０と、ガスタービン１０から排出した燃焼ガスにより熱媒体Ｄを加熱して蒸気を生成するボイラ３０と、ボイラ３０からの蒸気により駆動する蒸気タービン５１及び外部から得られる熱により熱媒体Ｄを加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器５４を有するヒートポンプ５０と、蒸気タービン５１及び熱交換器５４から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設１に供給する蒸気供給系統７０と、蒸気供給系統７０から供給された蒸気によって対象物６である対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設１と、熱利用施設１で使用された空気をガスタービン１０に供給する吸気系統７とを備えている。

このように、ボイラ３０からの蒸気により駆動する蒸気タービン５１及び外部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５４を有するヒートポンプ５０と、蒸気タービン５１及び熱交換器５４から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設１に供給する蒸気供給系統７０とを備えることにより、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、熱媒体内の熱を輸送する動力が小さくできるため、本システムの設置場所は熱利用施設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に供給する蒸気の生成にヒートポンプ５０を利用することにより、ボイラ３０の熱エネルギー、即ちガスタービン１０に供給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の排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。

ここで、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。ＣＯＰ値をパラメータとして、燃焼器１２に供給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、熱交換器５４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で圧送ポンプ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。

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、それに比較して本実施例のシステム総合効率は極めて高く、ＣＯＰ値を４程度まで向上し、総合効率を１２５％まで高めることができる。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３６％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熱交換器５４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。

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。更に、蒸気タービン５１を駆動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。

本実施例では更に、上記のような高効率エネルギー供給システムと、高温空気を用いて脱水や乾燥を行う熱利用施設とを組み合わせることにより、熱利用施設の空気処理系を簡素化できる。熱利用施設１では対象物６に異物が付着することを防止するために、使用する高温空気を清浄化する吸気フィルター２を必要とする。一方、原動機であるガスタービン１０にも圧縮機１１に異物が吸引され翼やケーシングが損傷することを防止するためフィルターが取り付けられている。そのため、熱利用施設１に備えられた吸気フィルター２により浄化された空気を用いて乾燥室４で対象物６を脱水・乾燥させ、対象物６を乾燥後の空気をガスタービン１０に供給する吸気系統７とを備えたことにより、吸気フィルターを共通化し熱利用施設の空気処理系を簡素化することができる。

また、熱利用施設１においては、環境保護のために対象物６を乾燥した後の空気に含まれる揮発性有機化合物等を除去する必要があり、通常は燃焼炉や触媒による分解装置を設置して対応している。しかし、本実施例のように、熱利用施設１で使用された空気をガスタービン１０に供給する吸気系統７を備えることで、揮発性有機化合物等を含む空気をガスタービン１０の燃焼器１２で燃焼処理することができ、熱利用施設１に分解装置を設置しなくても排気の浄化が可能となる。

図２は本実施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、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、本実施例が実施例１と相違する点は、吸気系統７に吸気冷却装置８を設けたことにある。

大気Ａは熱交換器３によって高温となっているため密度が小さくなっている。そのため、ガスタービン１０の圧縮機１１にそのまま吸引されると、ガスタービン作動空気の減少により発電機１４の電気出力が小さくなる。即ち、必要なガスタービン出力に対して、設置されるガスタービンが相対的に大型化する。また、大気Ａの高温化により圧縮機１１の圧縮動力が増加するため、ガスタービン１０の効率が低下してしまう。

そこで本実施例においては、吸気系統７において吸引する大気Ａを冷却する吸気冷却装置８を備えることで、ガスタービン出力と効率の維持が達成できる。吸気冷却装置８は熱交換器を用いて大気や河川水，海水等の冷媒により吸気を冷却することも考えられる。また、図２に示すように、供給系統８ａ，高圧ポンプ８ｂ，噴霧装置８ｃにより吸気冷却装置８を構成し、空気中で熱媒体を蒸発させ熱媒体の蒸発熱を利用することで、熱交換器が無いコンパクトな構造にすることができる。

その他の構成については、前述した実施例１と同様であり、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図３は実施例３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２と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。図３に示すように、本実施例が実施例２と相違する点は、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６０［℃］程度）の熱媒体Ｅを吸気冷却装置８に供給するとともに、ボイラ３０に再利用するための循環系統を設けことにある。

具体的には、熱利用施設１の熱交換器３から排出された熱媒体は一旦、回収タンク９に貯留される。そして、回収タンク９から排出された熱媒体はガスタービン１０の吸気系統７に供給するとともに、ボイラ３０の低圧側熱交換器３１に供給する。従って、熱利用施設１内の熱交換器３と回収タンク９との間に熱媒体を流通させる系統を備える。また、回収タンク９と吸気冷却装置８の高圧ポンプ８ｂとの間に熱媒体を流通させる系統を備えるとともに、この系統から分岐された系統がボイラ３０の低圧側熱交換器３１に熱媒体を供給する圧送ポンプ３５へ連絡する。ここで、高圧ポンプ８ｂは、熱媒体（蒸気）がヒートポンプ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Ｅを吸気冷却装置８に供給する役割を果たす。また同様に、圧送ポンプ３５は、熱媒体Ｅをボイラ３０に循環供給する役割を果たす。

このように熱利用施設１で熱利用されて凝縮された熱媒体を吸気冷却装置８で蒸発させているため、凝縮した所定温度（例えば６０［℃］程度）の熱媒体Ｅの持つ熱エネルギーをエネルギー供給システムに再度供給することができ、システム全体の熱効率が向上する。また、熱媒体の再利用が可能となるため、熱媒体の消費量が大幅に低減できランニングコストが抑制できる。

その他の構成については、前述した実施例１，２と同様であり、これらと同様の効果を得ることができる。

なお、以上の各実施形態では、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てきた。しかし、閉じた系を構成し熱媒体が外部に流出することがない場合には、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よい。もちろん、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く、特に限定されるものではない。

ただし、上述の各実施形態のように熱利用施設に供給する熱媒体に水を用いる場合は、従来のボイラあるいはコジェネレーションシステムから供給される蒸気を利用した熱利用施設がそのまま使用できるため、機器，材料，製造設備，設計方法等が従来と同様に利用できる利点がある。

図４は、実施例４におけるエネルギー供給システムの全体構成を示すシステムフロー図である。この図において、図３と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施例では、熱利用施設１，ガスタービン１０，ボイラ３０をＸ地点に設置し、ヒートポンプ
５０をＸ地点から遠方に離れたＹ地点に設置している。そして、蒸気が流れる配管７４，４２，温水が流れる配管３８の配管の長さを引き伸ばしている。

このように、熱利用施設１と配管８３を通じて熱交換器５４に熱を供給する熱源の距離が離れている場合にも、ヒートポンプ５０から熱利用施設１に蒸気を供給することで、Ｘ地点とＹ地点を遠方に離した設置が可能となる。

なお、熱利用施設１と熱源との距離が離れている場合、熱利用施設１とガスタービン
１０間の吸気系統７、及びガスタービン１０とボイラ３０間の燃焼ガス系統で構成されるガスタービン１０の空気系統の一部を引き伸ばすことも考えられる。しかし、ボイラ３０とヒートポンプ５０間の配管３８，４２及びヒートポンプ５０と熱利用施設１間の蒸気供給系統７０は、ガスタービン１０の空気系統に比較して管径が小さい。そこで、本実施例のように、ボイラ３０とヒートポンプ５０間の配管３８，４２及びヒートポンプ５０と熱利用施設１間の蒸気供給系統７０の距離を長くすることで、設置スペース及びコスト面で有利となる。また、ガスタービン１０の空気系統は、空気が圧縮性流体であるため圧縮機動力を多大に消費して圧縮している。一方、ボイラ３０とヒートポンプ５０間の配管３８，４２及びヒートポンプ５０と熱利用施設１間の蒸気供給系統７０といった温水・蒸気系の圧力は、水が非圧縮性であるため圧送ポンプ３５の動力消費で済む。そのため、エネルギー効率の面からも有利である。

図５は、実施例５におけるエネルギー供給システムの全体構成を示すシステムフロー図である。この図において、図４と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施例では、ヒートポンプ５０に二相流膨張タービン５２を設けないとともに、ボイラ３０に熱媒体Ｄを供給する圧送ポンプ３５の上流側で分岐した熱媒体の配管をヒートポンプ５０内の熱交換器５４に接続している点が、実施例４と異なっている。

実施例４のように、配管３８が長くなると、低圧側熱交換器３１により得られた熱媒体の熱が配管３８により二相流膨張タービン５２に供給するまでの熱損失が大きくなる。そのため、低圧側熱交換器３１の上流側に分岐３６を設け、配管３８内を流れる熱媒体の温度を下げてヒートポンプ５０に輸送することが望ましい。このように、低圧側熱交換器
３１の上流側に分岐３６を設け、その分岐３６からヒートポンプ５０に熱媒体を供給することで配管３８の熱損失を抑制することができる。

また、圧送ポンプ３５より上流側に熱媒体供給系統を分岐させる分岐流路を設けることで、配管３８内の熱媒体の圧力を下げてヒートポンプ５０に供給することも可能となる。この場合、ヒートポンプ５０の二相流膨張タービン５２を省略することもできる。なお、配管３８の途中に調整用のオリフィス１５（またはバルブ等）を設け、配管３８に流れる熱媒体の流量および圧力を調整してもよい。

図６は、実施例６におけるエネルギー供給システムの全体構成を示すシステムフロー図である。この図において、図４と同様の部分には同符号を付し説明を省略する。本実施例では、図４と比較して、ヒートポンプ５０を構成していた蒸気タービン５１を熱利用施設１が配置されているＸ地点に設置し、蒸気タービン５１の発電機１６を駆動して得られる電気がヒートポンプ５０内の圧縮機５３を駆動するモータ１７に伝達する点が異なっている。

ボイラ３０とヒートポンプ５０内の蒸気タービン５１間の蒸気を供給する配管４２が長くなると、配管４２の圧力損失及び熱損失が増加する。そこで、本実施例では、Ｘ地点に設置されたボイラ３０の近傍に、蒸気タービン５１と蒸気タービン５１により駆動される発電機１６を配置し、ヒートポンプ５０は二相流膨張タービン５２，外部の熱源と熱媒体とを熱交換させる熱交換器５４，熱交換器５４によって熱交換された熱媒体を圧縮する圧縮機５３、圧縮機５３を駆動するモータ１７によって構成されている。そして、発電機
１６とモータ１７間は電気を送電する電力線１８を設ける。このように、蒸気タービン
５１から得られた電力によって熱交換器５４から排出された蒸気を圧縮することで、発電機１６による発電，電力線１８による送電，モータ１７による駆動のエネルギー損失の合計が、配管４２を長くしたことによる圧力損失および熱損失よりも小さい場合には、エネルギー効率向上が達成できる。また、本構成の場合、蒸気供給系統７０の大部分はＸ地点とＹ地点とをまたぐ配管７２である。この配管７２は、配管７４に比べて小径で済むため配管コストを低下させることが可能である。

なお、本実施例では二相流膨張タービン５２を備えるヒートポンプ５０（実施例４）において、蒸気タービン５１と圧縮機５３とを遠隔配置した。しかし、二相流膨張タービン５２を備えないヒートポンプ５０（実施例５）においても、蒸気タービン５１と圧縮機
５３とを遠隔配置するために蒸気タービン５１の駆動力を電力によって圧縮機５３に伝達することもできる。このように、二相流膨張タービン５２を備えないヒートポンプ５０
（実施例５）においても、蒸気タービン５１から得られた電力によって熱交換器５４から排出された蒸気を圧縮する圧縮機５３を備えることで、実施例５の効果を併せて得ることが可能である。

高温空気を用いた脱水，乾燥装置にエネルギーを供給するシステムとして、ガスタービンとヒートポンプを組み合わせたコジェネレーションシステムに適用可能である。

実施例１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。 実施例２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。 実施例３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。 実施例４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。 実施例５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。 実施例６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。

符号の説明

１…熱利用施設、２…吸気フィルター、３，５４…熱交換器、４…乾燥室、５…高温空気、６…対象物、７…吸気系統、８…吸気冷却装置、８ａ…供給系統、８ｂ，３９…高圧ポンプ、８ｃ…噴霧装置、９…回収タンク、１０…ガスタービン、１１，５３…圧縮機、１２…燃焼器、１３…タービン、１４…発電機、３０…ボイラ、３１…低圧側熱交換器、３４…高圧側熱交換器、３５…圧送ポンプ、３６…分岐、３７，３８，４２，７１，７２，７４，８３…配管、４３…煙突、５０…ヒートポンプ、５１…蒸気タービン、５２…二相流膨張タービン、７０…蒸気供給系統、７３…合流器。

Claims (7)

1. 空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービンと、
   該ガスタービンから排出した燃焼ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
   該ボイラからの蒸気により駆動する蒸気タービン及び外部から得られる熱により前記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、
   前記蒸気タービン及び前記熱交換器から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
   該蒸気供給系統から供給された蒸気によって対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設と、
   該熱利用施設で使用された空気を前記ガスタービンに供給する吸気系統とを備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。
2. 請求項１に記載のエネルギー供給システムであって、前記ガスタービン吸気系統に空気を冷却する吸気冷却装置を備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。
3. 請求項２に記載の吸気冷却装置は、空気中で熱媒体を蒸発させることにより、熱媒体の蒸発熱を利用することを特徴とするエネルギー供給システム。
4. 請求項２に記載のエネルギー供給システムであって、
   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吸気冷却装置で蒸発させることを特徴とするエネルギー供給システム。
5. 外部から空気を吸気し燃料と混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービンと、
   該ガスタービンから排出した燃焼ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
   該ボイラへ該熱媒体を供給する熱媒体供給系統に圧送ポンプを設け、
   該圧送ポンプより上流側に該熱媒体供給系統を分岐させる分岐流路を設け、
   前記ボイラからの蒸気により駆動する蒸気タービン及び外部から得られる熱により該分岐流路の前記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、
   前記蒸気タービン及び前記熱交換器から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
   該蒸気供給系統から供給された蒸気によって対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設と、
   該熱利用施設で使用された空気を前記ガスタービンの吸気として供給する吸気系統とを備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。
6. 空気と燃料を混合燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービンと、
   該ガスタービンから排出した燃焼ガスにより熱媒体を加熱して蒸気を生成するボイラと、
   前記ボイラからの蒸気により駆動する蒸気タービンと、
   外部から得られる熱により前記熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成する熱交換器及び該蒸気タービンから得られた電力によって該熱交換器から排出された蒸気を圧縮する圧縮機とを有するヒートポンプと、
   前記蒸気タービン及び該圧縮機から排出した蒸気を、蒸気の熱を利用する熱利用施設に供給する蒸気供給系統と、
   該蒸気供給系統から供給された蒸気によって対象物を脱水及び乾燥させる熱利用施設と、
   該熱利用施設で使用された空気を前記ガスタービンの吸気として供給する吸気系統とを備えたことを特徴とするエネルギー供給システム。
7. ボイラにガスタービンが排出する燃焼ガスを供給することで蒸気を生成し、
   外部から得られる熱により熱交換器で熱媒体を加熱して設定温度の蒸気を生成し、
   前記ボイラ及び前記熱交換器で生成された蒸気を熱利用施設に供給し、
   前記熱利用施設で該蒸気により対象物を脱水及び乾燥させ、
   前記熱利用施設で使用された空気を前記ガスタービンに供給するエネルギー供給方法。
   
   

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