JPH0454205A

JPH0454205A - 発電・冷凍複合サイクル装置

Info

Publication number: JPH0454205A
Application number: JP16290190A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sekiya; 関矢　英士
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-02-21

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は中・低温の熱源を利用する発電と、夜間の余剰
電力を利用する冷熱発生に関するものである。

（従来の技術）地熱や産業廃熱のような中・低温の熱を利用して動力や
電力を得る手法として、フロンや揮発性の炭化水素等の
低沸点有機媒体をこれらの熱で蒸発させ、その蒸発で原
動機、たとえば有機媒体タービンを駆動する技術がある
。

また、夜間の余剰電力を利用して、電動の冷凍機により
冷熱を発生させ、この冷熱を蓄えておき。

昼間の冷房等に使用する技術がある。

従来技術の概要を第８図で説明すると、地熱や産業廃熱
のような中・低温の熱源流体１は、蒸発器２ａで低沸点
の作動媒体３ａを加熱し、蒸発させた後、予熱器４で作
動媒体３ａを予熱してプラントの系外に排出される。液
体の状態である作動媒体３ａは予熱器４で蒸発温度近く
まで加熱された後、蒸発＠２ａで蒸発し高エネルギーの
媒体蒸気となる。

この媒体蒸気はタービン５に導かれてタービン５を駆動
し、タービン５に結合された発電機６により、電力が得
られる。タービン５にエネルギーを与えて圧力、温度の
下がった媒体蒸気は凝縮器７ａに入り、冷却水８ａで冷
やされて凝縮し液体に戻った後、媒体ポンプ９で再度予
熱器４に送られ、この系統を循環する。媒体蒸気を冷や
すことによす温度の上がった冷却水８ａは、　冷却水ポ
ンプ１０ａにより冷却塔１１ａに送られて空気により冷
却され、凝縮器７ａへ循環する。なお、媒体ポンプ９の
出口には媒体ポンプ出口弁２５が、タービン５の入口に
は主蒸気止め弁２６がある。

一方、冷媒とも言わ九る作動媒体３ｂの蒸気は。

凝縮器７ｂで冷却水８ｂにより冷やされて凝縮し、膨張
機構１２で減圧された後、蒸発器２ｂで冷熱媒体Ｉ３か
ら気化熱を奪った蒸発し、低温・低圧の媒体蒸気になる
。この低温・低圧の媒体蒸気は、電動機１４で駆動され
る圧縮機１５で圧縮され、凝縮器７ｂへと循環する。凝
縮器７ｂで媒体蒸気を冷却する冷却水８ｂは、冷却水ポ
ンプＩＯｂにより冷却塔１１ｂに送られて空気により冷
却され、凝縮器７ｂへと循環する。

凝縮器７ｂで冷やされた冷熱媒体１３は、冷熱媒体循環
ポンプ１６により蓄熱槽１７内の蓄熱材を冷却し、ここ
に冷熱が蓄えられることになる。この冷熱は必要に応じ
て、冷水１８等に与えられ、冷房等に利用される。

この他にも各種の付属機器があるが、本発明の説明に直
接関係ないものは、図示を省略する。

このように、従来の技術では発電、冷凍の両サイクルが
、似たような機器をいくつも持ちながら。

それぞれ単独に構成されていた。

（発明が解決しようとする謀Ｍ）本発明の目的とするところは、低沸点の有機媒体を作動
媒体とする発電サイクルと、冷凍サイクルの両方の設備
を設置する場合に、設備機器の重複を避け、よって設置
面積、設備費等が節約可能な設備を提供しようとするも
のである。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段）本発明では、発電サイクルと冷凍サイクルとで、共用可
能な機器を共有させることにより、上記目的を達する。

（作用）発電サイクルと冷凍サイクルは凝縮器７ａ、７ｂでの作
動媒体３ａ、　３ｂの凝縮温度がほぼ等しいことから、
両作動媒体３ａ、　３ｂを共用とすることが考えられる
。また、凝縮器７ａ、７ｂ、冷却水ポンプ１０ａ。

１０ｂ、冷却塔１１ａ、　ｌｌｂの共用が考えられる。

　さらに、発電機６と電動機１４、タービン５と圧縮機
１５の共用も考えられる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。

本実施例では１作動媒体３．冷却水８．冷却水ポンプ１
０、冷却塔ＩＩを共用とし１発電機６と電動機１４の両
方の機能を有する電動発電機Ｉ９を、クラッチ２０ａ、
　２０ｂを介してタービン５および圧縮機１５に結合し
ている。その他、発電サイクルと冷凍サイクルの作動媒
体３ａ、　３ｂの系統を結合する媒体連絡管２１ａ、　
２１ｂを設けている。

本実施例において発電サイクルの運転を行う場合には、
クラッチ２０ａは結合、２０ｂは解放の状態とし、電動
発電機Ｉ９は発電機６の状態にして発電を行う。冷却水
系統は冷却水切替弁２２ａを開、２２ｂを閉とし、冷却
水８は冷却塔１１．冷却水？フプ１０゜冷却水切替弁２
２ａ、凝縮器７ａ、冷却塔１１の順に循環する。

電力よりも冷熱を発生したい状態となって冷凍サイクル
運転を行う場合には、　クラック２０ａは解放、　２０
ｂは結合とし、電動発電機１９は電動機１４として圧縮
機１５を駆動する。冷却水系統は冷却水切替弁２２ａを
閉、２２ｂを開とし、冷却水８は冷却塔１１゜冷却水ポ
ンプ１０．冷却水切替弁２２ｂ、凝縮器７ａ。

冷却塔１１の順に循環する。

もし必要とあらば、クラッチ２０ａ、　２０ｂの両方を
結合して全系統を生かし、発電サイクルで発生した動力
で直接圧縮機１５を駆動して冷凍サイクルを機能させる
ことも可能である。この場合電動機発電機１９は、ター
ビン５の出力と圧縮機１５の入力が等しければ、空回し
の状態となり、差があるならが、差分に等しい電力出力
を発生、または電気入力を消費する。

媒体連絡管２１ａ、　２１ｂは両サイクルの作動媒体の
保有量を調整するためのもので、冷凍サイクルの方の保
有量を増やしたい場合には、媒体連絡弁２３ａを開いて
、媒体ポンプ９により媒体液を冷凍サイクル側に移送す
る。逆に発電サイクルの方の保有量を増やしたい場合に
は、媒体連終弁２３ｂを開いて、圧縮機１５により媒体
蒸気を発電サイクル側に移送する。

両サイクルにおける媒体の状態を第２図に示す。

第２図は媒体の圧力（Ｐ）−エンタルピ（ｉ）線図であ
り、凝縮器７ａ、　７ｂで媒体が凝縮し飽和液となった
状態がＡの点である。発電サイクルでは、媒体は媒体ポ
ンプ９で加圧されてＢ、予熱器４、蒸発器２ａで蒸発し
てＣ、タービン５で膨張してＤとなり、凝縮器７ａで凝
縮してＡに戻る。冷凍サイクルでは、Ａの状態から膨張
機構１２で膨張・減圧してＥ、蒸発器２ｂで蒸発してＦ
、圧縮機１５で昇圧されてＧとなり、凝縮器７ｂで凝縮
してＡに戻る。

このように、両サイクルの凝縮圧力、よって凝縮温度も
、を同じ値としてシステムを構築することにより、本発
明のように両サイクルを融合させることが可能である。

第３図には第２の実施例を示す。本実施例では作動媒体
３、凝縮器７、冷却水８、冷却水ポンプ１０、冷却塔１
１を共用としている。本実施例において発電サイクルの
運転を行う場合には、止め弁２４ａ、　２４ｂを全閉と
し、電動機１４を停止させておくことにより、冷凍サイ
クルが切り眉された状態となる。一方冷凍サイクルの運
転を行う場合には、媒体ポンプ９を停止させ、媒体ポン
プ出口弁２５、主蒸気止め弁２６を全閉、止め弁２４ａ
　、　２４ｂを全開の状態として、電動機１４で圧縮機
１５を駆動することにより実現できる。両サイクルの同
時運転も可能であり、その場合には止め弁２４ａ、　２
４ｂの開度を制御して雨サイクルの作動媒体３ａ、３ｂ
の流量を調整しながら運転する。

第４図には第３の実施例を示す。本実施例では作動媒体
３、凝縮器７、冷却水８、冷却水ポンプ１０、冷却塔１
１を共用としている。また、発電機６と電動機１４の両
方の機能を有する電動発電機１９を、クラッチ２０ａ、
　２０ｂを介してタービン５および圧縮機１５に結合し
ている。本実施例において発電サイクルの運転を行う場
合には、止め弁２４ａ、　２４ｂを全閉、クラッチ２０
ａは結合、２０ｂは解放とし、電動発電機１９は発電機
６の状態とする。冷凍サイクルの運転を行う場合には、
媒体ポンプ９を停止させ。

媒体ポンプ出口弁２５、主蒸気止め弁２６を全閉、止め
弁２４ａ、　２４ｂを全開、クラッチ２０ａは解放、２
０ｂは結合とし、電動発電機１９は電動機１４の状態と
して圧縮機１５を駆動することにより実施する。

クラッチ２０ａ、　２０ｂの両方を結合することにより
両サイクルの同時運転も可能であり、その場合には止め
弁２４ａ、　２４ｂの開度を制御して両サイクルの作動
媒体３ａ、３ｂの流量を調整しながら運転する。

電動発電機１９は、タービン５の出力と圧縮機１５の入
力が等しければ、空回しの状態となり、差があるならば
、差分に等しい電気出力を発生、または電気入力を消費
する。

第５図には第４の実施例を示す。本実施例では作動媒体
３、凝縮器７．冷却水８、冷却水ポンプ１０、冷却塔１
１を共用としている。また、タービン５と圧縮機１５の
両方の機能を有するタービン・圧縮機２７、発電機６と
電動機１４の両方の機構を有する電動発電機１９を設け
る。

本実施例において発電サイクルの運転を行う状態を第６
図の実線で示す、この場合、良め弁２４ａ。

２４ｃは全閉とすることにより、冷凍サイクルは切り離
された状態となる。そしてタービン・圧縮機２７をター
ビン５の機能、電動発電機１９を発電機６の機能とする
ことにより、発電が行われる。

本実施例において冷凍サイクルの運転を行う状態を第７
図の実線で示す。この場合、媒体ポンプ出口弁２５、主
蒸気止め弁２６は全閉とすることにより、発電サイクル
は切り離された状態となる。そして止め弁２４ａ、　２
４ｃは全開とし、タービン・圧縮機２７を圧縮機１５の
機能、電動発電機１９を電動機１４の機能とすることに
より、蒸発器２ｂに冷熱を発生することができる。

以上の例では、冷熱を蓄熱する設備を有するシステムの
場合を説明した。本発明はこのようなシステムへの適用
が効果的であるが、冷熱蓄熱設備を有しないシステムに
対しても、同様に適用可能である。

なお、発電サイクルと冷凍サイクルの容量は同一である
必要はない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低沸点の有機媒体を作動媒体とする発
電サイクルと冷凍サイクルとで、共用可能な機器を共有
させることにより、設備機器の重複を避け、よってプラ
ントの設置面積、設−費等が節約可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発電・冷凍複合サイクル装置の第
１の実施例の系統図、第２図は発電、冷凍面サイクルの
作動媒体の状態を示す圧力−エンタルピ線図、第３図は
本発明の第２の実施例の系統図、第４図は本発明の第３
の実施例の系統図、第５図は本発明の第４の実施例の系
統図、第６図は第４の実施例において発電サイクルの運
転を行っている状態を示す図、第７図は第４の実施例に
おいて冷凍サイクルの運転を行っている状態を示す図、
第８図は従来技術の系統図である。ｌ・・・熱源流体　　　　　２．２ａ、　２ｂ・・・蒸
発器３、３ａ、　３ｂ・・・作動媒体　４・・・予熱器
５・・・タービン　　　　　６・・・発電機７、７ａ、
　７ｂ−凝縮器　　８．８ａ、　８ｂ−冷却水９・・・
媒体ポンプ１０、　ＩＯａ、　１０ｂ・＝冷却ポンプ１１、　ｌｌ
ａ、　Ｉｌｂ・・・冷却塔　１２・・・膨張機構１３・
・・冷熱媒体　　　　　１４・・・電動機１５・・・圧
縮機１６・・・冷熱媒体循環ポンプ１７・・・蓄熱槽　　　　　　１８・・・冷水１９・・
・電動機発電機　　　２０・・・クラッチ２１・・・媒
体連絡管２２ａ、　２２ｂ・・・冷却水切替弁２３・・・媒体連絡弁２４ａ、　２４ｂ、　２４ｃｍ止め弁２５・・・媒体ポンプ出口弁２６・・・主蒸気止め弁　　　２７・・・タービン・圧
縮機代理人　弁理士　則　近　憲　佑第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発電サイクル用の蒸発器、原動機、凝縮器、媒体
ポンプおよび発電機と、冷凍サイクル用の蒸発器、圧縮
機、凝縮器、膨張機構および電動機とを有し、両サイク
ル共通の作動媒体が両サイクル内を融合的に流動するこ
とを特徴とする発電・冷凍複合サイクル装置。
（２）発電サイクル用の蒸発器、原動機、凝縮器および
媒体ポンプと、冷凍サイクル用の蒸発器、圧縮機、凝縮
器および膨張機構とを有し、上記原動機および上記圧縮
機それぞれにクラッチを介して結合される電動発電機を
具備し、上記二つのサイクル共通の作動媒体が両サイク
ル内を融合的に流動することを特徴とする発電・冷凍複
合サイクル装置。
（３）上記蒸発器または凝縮器は、発電サイクル用およ
び冷凍サイクル用でそれぞれ兼用されるものであること
を特徴とする請求項１または２に記載の発電・冷凍複合
サイクル装置。
（４）上記原動機および圧縮機は兼用のタービン・圧縮
機であり、上記発電機および電動機は兼用の電動発電機
であって、発電サイクル運転時には、上記タービン・圧
縮機はタービンとして、電動発電機は発電機としてそれ
ぞれ機能し、冷凍サイクル運転時には、上記タービン・
圧縮機は圧縮機として、電動発電機は電動機としてそれ
ぞれ機能するように構成されたことを特徴とする請求項
１に記載の発電・冷凍複合サイクル装置。