JPS63253102A - 複合発電装置 - 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、環境熱を主又は補助熱源とする、ヒートポン
プ装置、蓄熱装置及び発電装置が複合化された複合発電
装置に関する。

従来の技術 近来、工業設備はもとより、例えば一般事業所や家庭用
向けの空調用設備等の急速な普及により最大電力需要は
増加し続けている一方で、負荷率は逆に低下を続けてい
る。これが、発電設備の利用率の低下あるいは新たな電
源開発が必要となる原因ともなっている。

また、消費されている１次エネルギーのうち約半分は、
排熱の形で使われることなく環境に放出されている。こ
の排出されているエネルギーを有効に回収して利用する
ことは重要なことである。

そこで、これらの対策の一つとして、例えば、夜間の低
床な余剰電力を利用して、昼間の尖頭負荷（Ｐｅａｋ　
Ｌｏａｄ）時に発＠（放電）する装置が技術的に知られ
ている。

すなわち、この発電装置の大規模なものとしては揚水発
電、及び小規模なものとしては蓄電池がある。

これらを簡単に説明すると、萌者の揚水発電においては
、落差のある調整池間にポンプ兼用ができる水力タービ
ン発電機を設け、夜間に火力の余剰電力を利用して下部
調整池から上部調整池へ水を汲み上げておき、前述の如
く昼間の尖頭負荷時にこの水を下部調整池へ放出して発
電する装置である。

一方、後者の蓄電池においては、夜間の余剰電力（エネ
ルギ）をその蓄電池内に化学的エネルギとして貯えてお
き、前者と同様に昼間の尖頭負荷時にこの化学的エネル
ギを可逆的に再び電気エルネギとして外に取出す装置で
ある。

発明が解決しようとする問題点 以上述べた従来の発電装置は、しかし、次のような問題
点かあっに。

このような揚水発電や蓄電池の夜間電力の利用効率とし
ては、夜間に加えた電力のインプット（人力エネルギ）
に対して、昼間の取出し時のアウトプット（出力エネル
ギ）が、実際に生じる各損失によりどちらも約６０〜７
０％程度となっているのが現状である。

しかして、揚水発電においては、落差及び水資源を得る
必要があるために、その設置点が非常に限定され、かっ
、一般的に電力の大需要地から離れている欠点があった
。しかも、殊に大容量化しなければ効率的にも経済的に
もメリットが出ないという欠点かあった。

一方、蓄電池においては、小容量で、かつ耐用年数ら短
ずぎるために、実用上、電力需要を常時賄うまでには至
っていないのが現状であり、しかも、コストが高いとい
う欠点があった。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような従来の問題点を解決するために、
複合発電装置において、産業排熱または地熱水の熱ｍを
回収し汲み上げるヒートポンプ装置と、このヒートポン
プ装置により温度レベルを上げた高温の蓄熱へ体を貯え
る蓄熱装置と、この蓄熱装置からの熱量を電力にエネル
ギ変換する発電装置とを具備したものである。

作用 このような手段によれば、環境熱量からヒートポンプ装
置の運転により、その熱量を回収し汲み上げて蓄熱装置
に常時貯えておけるので、この蓄熱装置に接続している
発電装置に、その蓄熱量を適宜、供給して電力にエネル
ギ変換することができる。

実施例 以下、第１図及び第２図を参照して、本発明による又実
施例について詳述する。

しかして、本発明によれば、第１図に示す第１の実施例
としては、環境熱潰すなわち例えば産業排熱や地熱（水
）等の適当な熱量を回収し汲み上げるヒートポンプ装置
ｌが設けられている。このヒートポンプ装置において、
２は環境熱（量）の取入口、３はその排出口、４は第１
加熱管、５は蒸発器、６は主配管、７はコンプレッサ、
８はモータ（？ＩＩ動機）、９は凝縮器、ＩＯは膨張弁
とされている。

そして、ヒートポンプ装置１により温度レベルを上げる
高温の蓄熱体、例えば水やケミカル（液、ガス）等を貯
える蓄熱装置１１が設けられている。

この蓄熱装置において、１２は高温槽、１３は低温槽、
１４は蓄熱体の第１移送管、１５は低温ポンプ、１６は
高温ポンプ及び１７は蓄熱体の第２移送管とされている
。

更に、この蓄熱装置からの環境熱量を電力にエネルギ変
換する発電装置、すなわち第１実施例として有機ランキ
ンサイクル発電装置１８が設けられている。この発電装
置と蓄熱装置１１とは、第２移そして、発電装置１８に
おいて、１９はヒートポンプ装置ｌ側の第１加熱管４の
途中に接続している第２加熱管、２０は予熱器、２１は
主配管、２２は蒸発器、２３は（有機媒体）タービン、
２４は発電機、２５は凝縮器、２６は冷却水管、２７は
冷却水取入口、２８は排水口及び２９は給液ポンプとさ
れている。

また、第２図に示す第２実施例としては、ヒートポンプ
装置１及び蓄熱装置１１は前述の第１実施例で示したも
のと一部の構成機器及び配管を除いている。この発電装
置と蓄熱装置１１とは第２移送管１７の途中に設けたフ
ラッシュ装置３１、すなわち第１フラツシヤ３２、及び
第２フラツシヤ３３を介して接続されている。

そして、前述の如く第１実施例と異なる点は、まず、ヒ
ートポンプ装置ｌにおいては、第１加熱管に接続されて
いた第２加熱管１９が廃止されておリ、次に、蓄熱装置
１１においては、高温槽１２の上ンプ３４に変更されて
いる。

一方、フラッシュ装置３１において、前記第１及び２フ
ラッシャ３２．３３間には主配管２１が設けられており
、更に第２フラツシヤの下流側にはドレンポンプ３４が
設けられている。

また、タービン発電装置３０において、３５は（フラッ
ノユ蒸気）タービン、２４は発電機、３６は復水器、３
７は復水ポンプ、そして、２６は冷却水管、２７は冷却
水取入口及び２８は排水口とされる。

以上のような構成により、第１段階として、ヒートポン
プ装置ｌを夜間に駆動させることとなる。

まず、第１実施例（第１図参照）においては、熱源とし
て、環境熱（量）例えば産業排熱や地熱（水）等をガス
や液体のまま直接（又は、他の熱媒体を配管６を通過す
る作動流体例えば有機媒体等に熱回収させる。なお、熱
（倉を伝達し終えたガスや液体等の環境熱媒体は、第１
加熱管４の鼾排出口３を経て系外へ捨てている。

そこで、夜間における低床な余剰電力を受電して、モー
タ８を駆動することにより、このモータに直結したコン
プレッサ７にて、前述の如く蒸発器５内で高温高熱化し
た作動流体（蒸気）を圧縮する。このコンプレッサの圧
縮仕事により、作動流体を凝縮器９内に吐出させる一方
、凝縮器９内に接続する第１移送管１４の途中に設けた
低温ポンプＩ５により、低温槽１３に貯えていた蓄熱体
を通過させる。

このことにより、作動流体は、低温低熱の蓄熱体により
冷却されながら、その保有する熱量（環境熱）を放出す
ることとなる。そして、熱量を受は取り高温高熱化した
蓄熱体は、第１移送管１４を通して、高温槽１２内に貯
えられ、環境熱量を蓄熱する。

それから、熱量を伝達し終えた作動流体（液体）は、主
配管６を経て、膨張弁１０にて、その圧力及び流量を適
当に下げた後、蒸発器５内に戻す。

このようにヒートポンプ装置ｌは、環境熱を回収し汲み
上げて一つのサイクル（系統）を完結する。

そして、昼間においては、このヒートポンプ装運転する
こととなる。

この発電装置１８は、主熱源として予熱器２０側の第２
加熱管１９を介して、第１加熱管４側の環境熱取入口２
から環境熱を取入れる。とともに、予熱器２０内にて、
主配管２１を通過する有機媒体にその環境熱を熱回収さ
せる。なお、熱量を伝達し終えた環境熱媒体は、第２加
熱管１９を通り、第１加熱管４の排出口３を経て系外へ
捨てている。

更に、この予熱器２０内で蒸発した有機媒体を蒸発器２
２に導入させる一方、この蒸発器に接続する第２移送管
１７の途中に設けた高温ポンプ１６により、高温槽１２
に夜間のうちに貯えていた補助熱源としての蓄熱体を通
過させる。

このことにより、有機媒体は高温高熱の蓄熱体により過
熱されながら、熱量（環境熱）を受は取ることとなる。

また、熱量を与えて低温低熱化Ｉ７た蓄熱体は、第２移
送管１７を通して、低温槽→に戻す。

このような熱交換の後、有機媒体は、タービンＳ２３内
に導入され、その膨張仕事により、このタービンに直結
した発電機２４を駆動させて電力を起こさせることとな
る。

そして、この膨張仕事を終えて熱量を放出した有機媒体
は凝縮器２５内に導入され、この凝縮器に接続する冷却
水管２６の冷却水取入口２７から取入れられた冷却水に
より、冷却されて液化する。なお、その冷却水は、冷却
水管２６の排出口２８を経て系外へ捨てている。

この後、液化し低温低熱となった有機媒体は、給液ポン
プ２９にて、その圧力及び流量を適当に高めた後、予熱
器２０に戻して−サイクルの行程を終述の第１実施例と
同様に、夜間のうちにヒートボンプ装置ｌにより蓄熱装
置１１の高温槽１２に環境熱を蓄熱しておく。

そして、昼間においては、やはり、このヒートポンプ装
置を適宜、停止又は作動させておき、タービン発電装置
３０をフラッシュ装置３１を介して運転することとなる
。

この発電装置３０の場合には、第１実施例のような蓄熱
体から有機媒体への熱交換ではなく、主熱源として蓄熱
装置１１で前述の如く貯えられた蓄熱体をそのまま使用
することとなる。

々 すなわち、との蓄熱体は第１フラツシヤ３２内に適当量
導入されるとともに、この第１フラツシヤ内で蒸発（フ
ラッシュ）させて、高温高熱の蒸気が取出され、主配管
２１を介してタービン３５内に導入され、その膨張仕事
により、このタービンに直結した発電機８を駆動させて
電力を起こさせることとなる。

この場合、第１フラツシヤ３２内では蓄熱体は全部蒸発
されず気相と液…の二相状態となっており、このうち器
内に残ったまだ高温高熱の蓄熱体は、続いて第２フラツ
シヤ３３に導入され、更にフラッシュを緑返す。

一方、タービン３５内にて膨張仕事を終えて熱量を放出
した蓄熱体は復水器３６内に導入され、この復水器に接
続する冷却水管２６の冷却水取入口２７から取入れられ
た冷却水により液化する。なお、その冷却水は、排出口
２８を経て系外へ捨てている。

この後、液化し低温低熱となった蓄熱体は、復水ポンプ
３７にて、その圧力及び流量を適当に高めた後、低温槽
１３に戻す。と同時に、前記第２フラツシヤ３３内の蓄
熱体は、その大部分は蒸発して、第１フラツシヤでの作
用と同じく、タービン３５の今度は低圧側（途中）に導
入され、膨張過程で再熱させる。そして、それは、第１
フラツンヤ３２側からのフラッシュ蒸気とともに膨張し
終えて、復水器３６に導入させている。このような行程
を経ても、なお第２フラツシヤ３３内に残った低温低熱
の蓄熱体、いいかえればドレンは、第２移送管１７を介
して、ドレンポンプ３４により低温槽１３内に戻して、
−サイクルの行程を終了する。なお、低温槽１３から高
温槽１２に蓄熱体を再循環させるよう、循環ポンプ３３
を使用することどなる。

かくして、以上の第１及び第２実施例のような発電装置
を形成することができる。

続いて、（夜間での）ヒートポンプ装置ｌ運転時の駆動
電力と成績係数との関係について説明する。

このヒートポンプ装置運転の駆動電力すなわちコンプレ
ッサ７（の駆動）用モータ８への電力は結果的にポンプ
によって汲み上げられた産業排熱や地熱等の環境熱に入
熱として加わるため、従って汲み上げられる蓄熱債はヒ
ートポンプ装置１の成績係数（ＣＯＰｈ）倍となる。つ
まり、ヒートポンプ装なって作動流体を圧縮する仕事の
ために利用（／！！１費）され、作動流体はその仕事に
相当する熱量を受けとってサイクルを形成する。従って
、凝縮器９でその作動流体が放出する凝縮熱は、蒸発器
５で回収した環境熱とコンプレッサ７で作動流体に加え
られた仕事量に相当する熱量（モータの消費電力で１　
ｋｗｈ当たり８６０　ｋｃａｌに換算した熱量）との和
であり、Ｃ０Ｐｈは通常、２．５〜４倍位の値となる。

すなわち、ＩＫＮの夜間の電力を使用して２．５〜４Ｋ
Ｗ分の熱が得られることになり、省エネルギ及び経済性
の両方に有効な手段であることがわかる。

以上のように、蓄熱装置１１に十分貯えられた高温高圧
の蓄熱体を発電装置１８又は３０に適宜、供給すること
により、効率の良い有機ランキンサイクル発電（第１実
施例）又は（フラッシュ蒸気）タービン発電（第２実施
例）を夫々、行うことができる。

これらの場合、少なくとも揚水発ｉ！（図示せず）の利
用効率６０〜７０％程度は確実に確保できる。

ただし、前者の有機ランキンサイクル発電においては、
後音のタービン発電の主熱源がフラッシュ装置３１から
の環境熱だけに比べて主熱源を予熱器２０からの環境熱
とし、しかも補助熱源を蒸発器２２からの蓄熱として同
時に供給することは述べるまでもない。従って、この発
電運転時にその環境熱を平行して連続的に利用すれば、
電力の取出し時のアウトプット（出力エネルギ）を更に
増加でき、利用効率は８０〜９０％となり、揚水発電を
超える値とすることができる。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば、ヒートポンプ装置
と有機ランキンサイクル発電装置又は（フラッシュ蒸気
）タービン発電装置との複合により、どちらの発電装置
にしても、それらの設置点Ｉｔ” は産業排熱や地熱（水）等の熱源のある地点なりどこで
も良いため、よって現在実用化されている揚水発電より
も自由度が大きく、また、利用効率も十分に高めること
ができる。

更に、夜間の低床な電力をヒートポンプ装置の運転に有
効利用するため、省エネルギ及び経済性を向上させるこ
とができる。

しかも、蓄熱装置に貯えられた高温高熱の環境熱量を主
熱源又は補助熱源として、いずれも効率的に取込むこと
ができることにより、よって昼間の尖頭負荷時における
発電運転を十分に賄うようにすることができる。そして
、昼夜間の電力負荷差を効果的に緩和し、平準化させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合発電装置の一例を示す系統図
、第２図はその他の例を示す系統図である。 １・・ヒートポンプ装置、１１・・蓄熱装置、１８・・
有機ランキンサイクル発電装置、３０・・　（フラッシ
ュ蒸気）タービン発電装置、３１・・フラッ（ほか１名
）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 産業排熱または地熱水の熱量を回収し汲み上げるヒート
   ポンプ装置と、このヒートポンプ装置により温度レベル
   を上げた高温の蓄熱体を貯える蓄熱装置と、この蓄熱装
   置からの熱量を電力にエネルギ変換する発電装置とを具
   備してなる複合発電装置。