JPS5815705B2 - 発電設備における熱回収方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発電設備の廃熱を回収利用する熱回収方法に関
するものである。

従来発電設備においては単に必要な電力を得ることのみ
が目的とされ、発電設備１の発電機原動機からの廃熱は
第１図に示す如く徒らに大気や冷却水に放熱されていた
。

しかし発電設備１の熱効率は１０〜４０％程度であり、
残りの６０〜９０％ものエネルギーは廃熱として棄てら
れていた。

この為小規模の発電設備においては電力コストは非常に
高く、とうてい買電にたちうちできるものではなく、電
力の供給を受けられない地域用や、非常用発電設備程度
にしか使用されなかった。

この廃熱を有効利用するために、併設した吸収冷凍機に
供給して利用をはかることが考えられているが、制御が
複雑であったり、運転が不安定であったり、また機器が
大型になり設備費がかさむ、などの欠点があった。

発明者らは、これらの欠点を除くため研究を重ね、小規
模の発電設備においては給電対象の区域内の需要電力の
うち、変動電力は殆んど冷房装置の消費電力により占め
られ、他の動力や照明などの消費電力はほぼ一定であり
、従って発電量の増減は、はぼ冷房装置の消費電力の増
減に対しリニヤ−に行なわれることに着目し、検討を重
ね本発明に想到するに致つだものである。

本願発明の技術的思想は、冷熱媒流体の流れに対し、高
温側に配備した吸収冷凍機の加熱源を、系外からではな
く、同じ系内の、低温側に配備した圧縮式冷凍機の動力
をまかなう発電設備の廃熱よりの回収熱に求めることに
あり、これを具体化した構成を備えることにより、従来
のものの上記の欠点を除き、制御機構を簡略化し、かつ
系の安定化をはかり、さらに吸収冷凍機を小型化し、設
備費の低減をはかることができ、小規模の発電設備にお
いても、実用的、経済的な運転が可能となる、発電設備
における熱回収方法を提供することを目的としている。

本発明は、圧縮式冷凍機の動力金倉む電力需要をまかな
う発電設備の熱回収方法において、該発電設備からの廃
熱を回収して吸収冷凍機の発生器の加熱源として用い、
冷房負荷からの戻り冷熱媒体を先ず前記吸収冷凍機に導
いて冷却し、次に前記圧縮式冷凍機に導いて冷却し、そ
の後に前記冷房負荷に供給することを特徴とする発電設
備における熱回収方法である。

本発明を実施例につき図面を参照して説明する第２図に
は、発電設備１の原動機、発電機などの廃熱（排気ガス
および冷却水に吸収器れた熱）を熱回収装置２によって
回収し、熱源として利用し熱効率の改善をはかった場合
の熱収支の例を示す。

第３図は実施例の主な構成を示すもので、発電設備１は
発電機３と原動機４とより成り、該発電設備１より生ず
る廃熱を回収する熱回収装置２と共に発電セットを形成
し、吸収冷凍機５と、該吸収冷凍機５の下流側に直列に
連絡した圧縮式冷凍機６とで冷凍機セットを形成し、熱
交換器Ｔを主体とする加熱、給湯セットを備え、冷却塔
８、循環ポンプ９などの附属機器と適当なパイピングで
連絡しエネルギー回収システムを形成したものである。

区域内の電力負荷に必要な電力を得るために、発電設備
１の原動機４、発電機３を運転する場合発生する廃熱は
、排気ガス、冷却水、冷却風などにより運ばれ熱回収装
置２において熱媒に移動し熱媒の蒸気を発生する。

冷房時にはこの蒸気は配管１１を経て吸収冷凍機５に導
かれ、発生器１２に入り熱源として利用され、受液器２
１を経て再び熱回収装置２に戻される 即ち、吸収冷凍機５の加熱源として、系外でなく、同じ
系内の、低温側に配備した圧縮式冷凍機の動力をまかな
う発電設備の廃熱よりの回収熱を用いている。

吸収冷凍機５には凝縮器１３と吸収器１４との間に液冷
媒をバイパスするバイパス１５と配管１１の圧力により
作動するバイパス弁１６とを備えている。

発電セットで回収する廃熱量が、冷房・負荷のために吸
収冷凍機５で消費する熱量よりも犬である場合には、配
管１１内の蒸気圧が上昇する。

この圧力上昇によりバイパス弁１６を開き、吸収冷凍機
５の見掛は上の負荷を増加させて廃熱を吸収する。

従来発電セットの廃熱と吸収冷凍機の熱消費との間には
不平衡があり、この余しよう廃熱を系外に排出するのに
別の熱交換器、冷却塔などを必要とし、また、吸収冷凍
機の負荷に見合う熱量のほかに、系外へ排出する分の熱
量を制御する制御機器を要した。

このため余分な専用の熱交換器、冷却塔および非常に複
雑で高価な制御装置を必要とし、設備費の上昇の原、因
となっていた。

これに対し本実施例では従来の吸収冷凍機に安価な制御
弁および少々の配管を設けたバイパス弁付吸収冷凍機（
既設の冷凍機にも容易に設けられる）を応用することに
より、発電セラ、トの余しよう廃熱を、吸収冷凍機の余
った能力を充分に利用して（吸収冷凍機が部分負荷状態
であれば吸収冷凍機は全能力を持つ）吸収冷凍機のサイ
クルケ通して吸収冷凍機の冷却塔より糸外へ排出可能と
なり、排熱専用の熱交換器、冷却塔、制御機器を必要と
せず経済的であり、かつ運転制御も容易となるメリット
を有する。

冷凍負荷用の冷熱媒流体（冷水）系統においては、第４
図に示す如く、吸収冷凍機５と圧縮式冷凍機６とが直列
に挿入され、吸収冷凍機５は圧縮式冷凍機６よりも、冷
水の売りに関し高温側（上流側）に配備されている。

これにより、次の如き効果を奏することができる。

（１）吸収冷凍機５の小型化がはかれる。

吸収冷凍機５は冷水出口温度の高低により冷凍容量が増
減する。

一定冷凍容量を確保することに対し、冷水出口温度が高
い方が吸収冷凍機５のサイズを小さくすることができる
。

冷熱媒流体の流れに対して圧縮式冷凍機６よりも吸収式
冷凍機５を上流側に配置することにより、冷水出口温度
は高温となり、小型化をはかることができる。

（２）吸収冷凍機５において、負荷回路からの制御機構
即ち、冷水出口温度制御機構の省略が可能となり、制御
機構が簡単となり、しかも系７５Ｅ６己平衡型となり極
めて安定である。

冷房負荷がある場合、安定した冷房運転を行なうには、
負荷状態に応じて冷凍機セットの容量制御を行なうこと
が必要である。

直列に二つの冷凍機が配備されている場合には負荷に供
給される冷水の温度は制御せねばならぬので、少なくと
も下流側（低温側）の圧縮式冷凍機６に卦いては容量制
御による冷水出口温度制御が行なわれなければならず、
この冷水出自温度制御により、冷房負荷の増減に応じて
圧縮式冷凍機６の容量が増減し、その消費動力が増減す
る。

一方、小規模の発電設備においては、給電対象の区域内
の需要電力は、冷房装置の電力以外例えば他の動力、照
明などはほぼ一定であるので、発電量の増減は、はぼ圧
縮式冷凍機６の消費動力の増減によりおこる。

即ち、冷房負荷の増減があれば、圧縮式冷凍機６の消費
動力に増減があり、従って発電量の増減を起“こす。

発電量が増減すれば排熱量も増減し、従って熱回収装置
２における発生蒸気圧も昇降し、吸収冷凍機５へ供給さ
れる蒸気の圧力及び温度が昇降する。

このときの発電機３の負荷変動と発生蒸気圧との関係は
第５図に示す如く、はぼ直線関係となる。

一方、吸収冷凍機５は、圧縮式冷凍機６と共に冷房負荷
を負担するものであるカ・ら、冷房負荷の増減に応じて
吸収冷凍機５の冷凍容量も増減させる必要がある。

吸収冷凍機５の冷凍容量を増減させるには加熱用の蒸気
圧（温度）の昇降を行なう。

この場合吸収冷凍機５に負担せしめるべき負荷変動と、
それに必要な蒸気圧との関係は、第５図に示す如くほぼ
直線関係となるしかして発電機負荷変動二発生蒸気圧の
関係の直線は、吸収冷凍機負荷変動：必要蒸気圧の関係
の直線（吸収冷凍機負荷特性）によくマツチする。

負荷１７の増減があると、先ず圧縮式冷凍機６の容量が
制御され（後述の如く、吸収冷凍機５においては、冷水
温度制御などの如き負荷回路からの制御を行なわない）
、圧縮式冷凍機６の消費動力が増減し、発電量が増減し
、排熱量が増減し、発生蒸気圧が増減し、吸収冷凍機５
の冷凍容量が増減する。

しかして吸収冷凍機の負荷特性は前述の如く発電機負荷
変動（即ち圧縮式冷凍機６の負荷変動）と発生蒸気圧と
の関係とよくマツチするから、吸収冷凍機５においては
負荷回路からの容量制御を全く行なわなくとも、適正な
冷凍容量が自動的に得られ、系の自己平衡が保たれる。

従って吸収冷凍機における複雑な制御機構が極めて簡単
となり、設備費も低減するばかりでなく、系が自己安定
型となり、運転が著しく安定となる。

若し、吸収冷凍機５を圧縮式冷凍機６の下流側（低温側
）に配備した場合を仮定すれば、上述の利点と逆の欠点
を生ずる。

即ち、（１）に関しては吸収冷凍機５のサイズが大きく
なる。

（２）に関しては、吸収冷凍機５が下流側に配備される
と、負荷変動に対しても、所定の温度の冷水を安定して
負荷に供給せねばならぬために、二つの冷凍機セットの
出口即ち下流側の吸収冷凍機５の冷水出口温度を検出し
て、吸収冷凍機５の容量制御（例えば発生器１２への加
熱蒸気の大口弁流量制御など）が行なわれなければなら
ない。

しかしてこの場合に圧縮式冷凍機６は負荷回路からの制
御は行なわないと仮定してみる。

・このような状態で負荷が増減すると吸収冷凍
機５への蒸気の供給量を増減して、冷凍能力を増減する
ような操作が行なわれようとする。

しかしながら、圧縮式冷凍機６は負荷回路からの制御を
行なっていないので、冷凍容量の増減はなく、従って消
費動力、発電量、排熱量の増減もなく一定のエネルギが
吸収冷凍機５に与えられる。

負荷増の場合、吸収冷凍機５に送るエネルギは増大せし
めねばならない。

しかしながらこのエネルギは一定であるので不足を生じ
、自己平衡を保つことができない。

従って高温側の圧縮式冷凍機６に対しても負荷回路から
の制御を行なう必要があり、結局吸収冷凍機５にも、圧
縮式冷凍機６にも共に負荷回路からの制御機構即ち冷水
出口温度制御機構が必要となり構造が複雑となる。

また、逆に負荷域の場合も、圧縮式冷凍機の容量が一定
ならば、消費動力、発電量、排熱量の減少がなく、吸収
冷凍機５に与えるエネルギは依然として減少せず、吸収
冷凍機５に負担せしめるべき冷凍容量に対し過大のエネ
ルギを与え続けることになる。

この過大のエネルギは、負荷に対して過剰の電力を供給
して生じたもので、この過大エネルギは系外に排出され
るので、無駄なエネルギロスを生ずることになる。

このロスを防ぐためには圧縮式冷凍機６に対しても負荷
回路からの制御を行なう必要があり、結局両冷凍機とも
負荷回路からの制御機構即ち冷水出口温度制御機構を必
要とし、また、負荷に応じた両者の切り換え機構も必要
となり、構造が極めて複雑となる。

以上が（１）及び（２）の効果に関する説明である。

暖房負荷や温水負荷用の糸路につき説明する。

加熱、給湯時には、熱回収装置２からの蒸気は熱交換器
７に導かれ、熱回収装置２にて回収した熱を、暖房負荷
としての負荷１８、或いは温水負荷としての給湯１９用
の温水に与える。

熱媒を直接負荷側に流すことは熱媒の管理上好ましくな
いし、また熱媒の種類によって社人畜に有害なケースも
考えられるので、上述の如く熱交換器Ｔを用いて間接式
とすることが望ましい。

この熱交換器７にはヒートバランサが設けられ管路２０
により冷却塔８と連絡される。

負荷が減少し廃熱量とのバランスが失われた場合温水ま
だは温風などの２次側熱媒の温度が過昇するので、この
ヒートバランサにより放熱をする。

本実施例のシステムにおいては、発電設備１の廃熱を熱
回収装置２で回収し、これを吸収冷凍機５、給湯１９、
空気調和設備やプロセス用の負荷１８の熱源として利用
、あるいは間接的に冷房や冷凍などの負荷１７の冷熱源
として利用して総合効率が高められ、最高７５係程度に
まで高めることもできるものである。

また、発電負荷が増大し、発電設備よりの廃熱が増大し
ても、冷却サイクルの場合は吸収冷凍機５に設けたバイ
パス１５により、また加熱サイクルの場合にはヒートバ
ランサにより自動的に過負荷を防ぐことができ安全円滑
に運転が行なえ、る。

一般に発電用原動機の廃熱は、普通、温水（９０℃前後
）としてしか利用していないが、本実施例システムでは
原動機の加熱された冷却水を原動機の排気で再加熱して
廃熱を蒸気として回収し、廃熱の回収率を入力に対する
割合で１５％から４０チに大巾に増大させることが可能
となり、しかも廃熱を蒸気として回収することができだ
ため廃熱を加熱、暖房用としてだけでなく、吸収冷凍機
を運転できるのでターボ冷凍機の容量並びに発電機の容
量を小さくすることができ、全体の設備を低減すること
ができ、従来必要としていた余分な専用の熱交換器、冷
却器および非常に複雑で高価な制御装置を不要とし発電
設備の余剰廃熱を吸収冷凍機の余った能力を充分に利用
して吸収冷凍機のサイクルを通して吸収冷凍機の冷却塔
より糸外へ排出可能となり排熱専用の熱交換器、冷却器
、制御機器を省略し、且つ運転管理も容易となって、し
かも総合的な効率を７５チまで高めることができ省エネ
ルギー、低公害にもなり、従来棄てていた廃熱のうち可
成りの量を給湯、暖房、プロセス用などの熱源として用
いたり、冷房や冷凍のだめの冷熱源として間接的に利用
したり、総合効率を高め、運転費の低減が図れ、従って
小規模な発電設備に対しても充分経済的に引合う。

本発明により、吸収冷凍機の小型化がはかれ、吸収冷凍
機における負荷回路からの制御が不要となり、制御機構
が簡単となり、しかも系が自己平衡型となって運転が安
定化する発電設備における熱回収システムを提供するこ
とができ、実用上極めて大なる効果を奏することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発電設備における熱収支である。 第２図ないし第５図は本発明の実施例に関する図面で、
第２図は基本サイクルの熱収支図、第３図はシステム全
体の構成を示す構成図、第４図は冷１水系路における冷
凍セットの構成図、第５図は発電負荷と蒸気圧、吸収冷
凍機負荷と蒸気圧との関係を示すグラフである。 １・・・・・・発電設備、２・・・・・・熱回収装置、
３・・・・・・発電機、４・・・・・・原動機、５・・
・・・・吸収冷凍機、６・・・・・・圧縮式冷凍機、Ｔ
・・・・・・熱交換器、１２・・四発生器、１３・・・
・・・凝縮器、１４・・・・・・吸収器、１５・・・・
市くイパス、１６・・・・・・バイパス弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮式冷凍機の動力を含む電力需要をまかなう発電
   設備の熱回収方法において、該発電設備からの廃熱を回
   収して吸収冷凍機の発生器の加熱源□として用い、冷房
   負荷からの戻り冷熱媒体を先ず前記吸収冷凍機に導いて
   雨却し、次に前記圧縮式冷凍機に導いて階動し、その後
   に前記冷房負荷に襖絵することを特徴とする発電設備に
   おける熱回収方法。 ２ 圧縮式冷凍機の動力を含む電力需要をまかなう発電
   設備の熱回収方法において、該発電設備からの廃熱を回
   収して吸収冷凍機の発生器の加熱源として用い、冷房負
   荷からの戻り冷熱媒体を先ず前記吸収冷凍機に導いて冷
   却し、次に前記圧縮式冷凍機に導いて冷却し、その後に
   前記冷房負荷に供給し、さらに、前記発電設備からの廃
   熱を、暖房負荷からの温熱媒体と熱交換せしめて該温熱
   媒体を加熱することを特徴とする発電設備における熱回
   収方法。