JP2000002790A - 原子力コンビナート - Google Patents

原子力コンビナート

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JP2000002790A
JP2000002790A JP10171502A JP17150298A JP2000002790A JP 2000002790 A JP2000002790 A JP 2000002790A JP 10171502 A JP10171502 A JP 10171502A JP 17150298 A JP17150298 A JP 17150298A JP 2000002790 A JP2000002790 A JP 2000002790A
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carbon dioxide
nuclear power
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Arata Ito
藤 新 伊
Hideji Hirono
野 秀 治 廣
Tatsuo Miyazawa
沢 竜 雄 宮
Takayuki Marume
目 隆 之 丸
Masafumi Fukuda
田 雅 文 福
Mikio Takayanagi
柳 幹 男 高
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Toshiba Corp
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    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
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    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
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    • F25J3/04563—Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
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    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力供給量のピーク時と非ピーク時の負荷平
準化を図るために、非ピーク時の余剰なエネルギーを低
温媒体の形で貯蔵しておき、ピーク時に電力出力を増強
する原子力コンビナートを提供すること。 【解決手段】 本発明は、原子力発電システム６と、原
子力発電システム６により生じたエネルギの一部を用い
て駆動され、酸素、窒素および空気のうち少なくともい
ずれか１つを冷却する吸収式冷凍システム７とを備えて
いる。また、吸収式冷凍システム７により冷却された気
体を液化する気体液化システム８が設けられ、液化され
た気体を気化させる貯蔵冷熱変換システム１３が設けら
れている。さらに、貯蔵冷熱変換システム１３により気
化される酸素、窒素および空気の少なくともいずれか１
つを用いて発電するガスタービン複合発電システム５０
が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力コンビナー
トにおいて電力供給量のピーク時と非ピーク時との平準
化を図るために、夜間や休日等の非ピーク時の余剰な電
気エネルギーや熱エネルギーを低温媒体の形で貯蔵して
おき、昼間等のピーク時に電力出力を増強する蓄冷サイ
クルと化石燃料発電システムとを有する原子力コンビナ
ートに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の経済発展は、家電機器の大型化や
冷暖房の普及などの個人消費に支えられた経済発展であ
り、電力需要は産業用・民生用とも着実な増加を続けて
いる。もっとも、最大電力は年々増加しているが、年負
荷率については低下の傾向がある。すなわち、最大電力
の伸びが著しく、電力量の伸びを上回っているため、電
力需要はピーク化し、季節間や昼夜間の需要差が拡大し
ている。一例として、東京電力の昼夜間の電力需要格差
の最大値は５７％に達している。
【０００３】負荷率の向上のための、供給サイドの電力
供給量向上手段として、揚水式発電や、超電導、フライ
ホイール、空気圧縮などの電力貯蔵技術がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】揚水発電は、遠隔地に
立地しなくてはいけないこと、立地点に制約があるこ
と、工期が長いことおよび環境破壊を伴うこと等の問題
がある。
【０００５】また、超電導、フライホイール利用電力貯
蔵法は、大容量のものは製造困難である。
【０００６】また、空気圧縮利用の電力貯蔵は、海底や
地下空間こ電力貯蔵する方式が検討されているが、規模
が非常に大きいものになる。
【０００７】そこで、深夜電力で液体空気を製造し、冷
熱の形で電力貯蔵をし、昼間のピーク需要には液体空気
を加圧後気化してガスタービン発電機の燃焼機に供給し
て対応することでコンプレッサの動力を削減して送電端
出力を増大させる特許出願がされている（特開平９−２
５０３６０号公報参照）。この方式では、揚水発電と同
程度の約７０％のエネルギー貯蔵効率が得られると言わ
れている。
【０００８】また、深夜電力で液体空気を製造して冷熱
の形で電力貯蔵し、昼間のピーク需要時に液体空気を加
圧したものを順次加熱して大気温度になるまでの低温領
域での熱のカスケード的利用に、常温超電導システム、
冷凍庫、氷蓄熱等を用いて、最終的にガスタービン発電
機の燃焼機に高圧空気を供給することにより空気圧縮機
用の動力が削減されることになり送電端出力が増大する
特許出願がされている（特開平９−１３９１８号公報参
照）。
【０００９】また、冷熱貯蔵として深夜電力を用いて海
水を凍らせて氷の型で電力貯蔵をし、解氷冷熱を地域熱
供給に供給して負荷平準化と造水とを同時に行う特許出
願がされている（特開平９−８５２３２号公報参照）。
【００１０】また、別の冷熱貯蔵法として、深夜電力を
用いて低温のアンモニアあるいは炭酸ガスの型で電力貯
蔵をして、昼間のピーク需要時には蒸気タービンの排気
で加熱して膨脹タービンを駆動して発電を行う特許出願
がされている（特開平６−２７２５１７号公報参照）。
【００１１】低圧の圧力下で作動する低圧精留塔および
中圧の圧力下で作動する中圧精留塔を有する複式精留塔
を用いての液体酸素、液体窒素および液体空気の製造法
の一例として、エネルギー効率を改良した特許出願があ
る（特開平６−２４９５７４号公報参照）。
【００１２】しかしながら、原子力発電プラントのよう
に運転経費が安いプラントの夜間の熱を直接冷熱の型で
貯蔵して原子力発電プラントの負荷平準化に用いるもの
はない。
【００１３】一方、水・アンモニア混合媒体サイクルを
複合させた高熱効率の発電プラントに関する特許出願が
ある（特開平９−２０９７１６号公報および特公平４−
２７３６７号公報参照）。このような高熱効率の発電プ
ラントは、熱源で生成された水蒸気で駆動される蒸気タ
ービンと、蒸気タービンからの排気を凝縮させる復水器
と、復水器で生成された復水を熱源に輸送する復水輸送
手段とを有する水蒸気系と、蒸気タービンからの排気と
混合媒体との間で熱交換を行う熱交換手段と、熱交換手
段で加熱された混合媒体を液体と気体とに分離する分離
手段と、分離手段で分離された低沸点媒体濃度が高い気
体状の混合媒体で駆動される混合媒体タービンと、混合
媒体タービンからの排気と分離手段で分離された低沸点
媒体濃度が低い液体状の混合媒体を混合させる混合手段
と、混合された混合媒体を凝縮させるが低い復液手段
と、復液手段で生成された復液を熱交換手段に輸送する
復液輸送手段とを備えている。
【００１４】この混合媒体サイクルは、吸収式冷凍機の
冷媒製造部に混合媒体タービンを取り付けて発電を行う
ようにしたものであるために、冷媒製造部も併設するこ
とにより発電を行いながら冷媒製造が可能なシステムで
ある。
【００１５】また、石炭ガス化トッピングサイクル発電
で、酸素を酸化剤とした噴流層式のガス化炉とすること
で高温での反応を行え、石炭のガス化率が高くなり、ま
た高い脱硫率となることを特徴とする特許出願がある
（特開平９−２６８２９４号公報参照）。
【００１６】また、プラントから発生する排ガス中の炭
酸ガスを分離回収してこれを石炭ガス化炉へ再循環して
石炭の搬送用媒体ならびにガス化剤として用いることに
より石炭のガス化効率の向上と発熱量の高い生成ガスの
製造に関する特許出願がある（特公平６−６７１０号公
報参照）。
【００１７】さらに、気体化石燃料を、酸素と不活性ガ
スとしてプラントで発生する排ガス中から分離回収した
炭酸ガスと混合させてから燃焼させてガスタービンを駆
動し、廃熱回収タービンを駆動するコンバインドサイク
ルを構成し、高い発電効率と容易かつ経済的な炭酸ガス
の除去ができるシステムに関する特許出願がある（特開
平９−２５０３５９号公報参照）。
【００１８】ここで、原子力発電プラントは、化石燃料
火力発電プラントと比較して、建設コストは高いが、燃
料費が安いため運転コストが安いという特徴が有り、ト
ータルで発電コストが安い発電システムである。そのた
め、定格出力で連続運転を行うことが運用上有利であ
る。そこで現在は、昼間の電力のピーク需要に対しては
化石燃料火力発電プラントを併用起動させて対応してい
る。
【００１９】しかしながら、地球温暖化防止のために炭
酸ガスの排出量を減らす要求があるため、昼間の電力需
要のピーク対応の際においても、化石燃料火力発電プラ
ントの使用量を減らしてゆく必要がある。
【００２０】化石燃料火力発電プラントでは、前述のよ
うに、夜間電力で液体空気を製造して電力貯蔵し、昼間
のピーク需要に対して液体空気を加圧して燃焼機に供給
することによりコンプレッサーで消費する電力を無くし
て供給電力量を増やすことが検討がされている。しかし
ながら、原子力発電プラントにおいて、冷熱製造および
電力貯蔵をして負荷平準化を図る発電システムについて
は何ら検討されていないのが実情である。
【００２１】原子力発電プラントでは、ＬＮＧガスター
ビン複合発電のようなコンプレッサー動力に相当するも
のが無い。そこで本件発明者は、液体空気を気化すると
きの冷熱を利用して原子力発電プラントの復水器の冷却
を行いタービン効率を向上させる方法や、膨脹タービン
を駆動して発電を行う方法で対応することを検討した。
また、本件発明者は、原子力発電プラントに隣接して化
石燃料火力発電プラントを設置し、原子力発電プラント
が発電した夜間電力と発生熱エネルギを用いて液体空気
を製造し、電力貯蔵したものを用いて化石燃料火力発電
プラントで昼間のピーク電力需要の発電を行なう時の燃
焼器への供給用高圧空気製造のコンプレッサ動力を削減
し、送電端の出力電力を増大することで負荷平準化に対
応することを検討した。
【００２２】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたものであり、原子力コンビナートにおいて電力供給
量のピーク時と非ピーク時の負荷平準化を図るために、
夜間や休日等の非ピーク時の余剰な電気エネルギーや熱
エネルギーを低温媒体の形で貯蔵しておき、昼間等のピ
ーク時に電力出力を増強する蓄冷サイクルと化石燃料発
電システムとを有する原子力コンビナートを提供するこ
とを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、原子力発電シ
ステムと、原子力発電システムにより生じたエネルギの
一部を用いて駆動され、空気を冷却する吸収式冷凍シス
テムと、吸収式冷凍システムにより冷却された空気を液
化して酸素と窒素に分離にする気体液化システムと、液
化された酸素、窒素および空気のいずれかを気化させる
貯蔵冷熱変換システムと、貯蔵冷熱変換システムにより
気化される酸素および空気のいずれかを用いて発電する
ガスタービン複合発電システムと、を備えたことを特徴
とする原子力コンビナートである。
【００２４】本発明によれば、電力受容の非ピーク時の
原子力発電システムによる余剰電力エネルギを、吸収式
冷凍システムを介して気体液化システムに導入して液化
された気体の冷熱として貯蔵し、電力需要のピーク時に
液化された気体を貯蔵冷熱変換システムを介して気化さ
せてガスタービン複合発電システムに導入して発電する
ため、ピーク時の電力供給量と非ピーク時の電力供給量
との負荷平準化が図れる。
【００２５】なお、通常化石燃料の燃焼器は、不活性気
体として空気の構成気体である窒素が供給されている
が、排気ガスに含まれる炭酸ガスを一部分離回収して供
給することにより、排気ガスに含まれるガスの組成が水
蒸気と炭酸ガスになるため、炭酸ガスを容易に回収でき
るようになる。このような燃焼をさせる時には、液体空
気を分離して得られる液体窒素は必要がなくなるため、
排気ガスの大部分をしめる炭酸ガスを分離回収する時の
冷却用に用いる。また、炭酸ガスを燃焼器に供給するこ
とにより、排気ガスに含まれる炭酸ガス濃度は１００％
近くなるため、分離回収が容易に行えるようになる。
【００２６】また、原子力発電プラントに隣接して石炭
ガス化発電プラントを設置し、原子力発電プラントの夜
間電力と発生熱エネルギを用いて液体空気、液体酸素と
液体窒素を製造し、昼間液体酸素を石炭ガス化炉の酸化
剤として用い、排気ガスに含まれる炭酸ガスを液体窒素
を用いて液化して分離回収し、炭酸ガスの一部を燃焼器
に不活性気体として供給し、燃焼後の排気ガスに含まれ
る炭酸ガス濃度を１００％近くなるようにしたことによ
り、分離回収が容易に行えるようになる。
【００２７】また本発明は、原子力発電システムと、原
子力発電システムにより生じたエネルギの一部を用いて
水・アンモニア混合媒体からアンモニア濃度の高い気体
状媒体を分離した一部で混合媒体タービンを用いて発電
を行う水・アンモニア混合媒体サイクル発電システム
と、残りのアンモニア濃度の高い気体状媒体で貯蔵用ア
ンモニア媒体を冷却する冷媒製造システムと、冷却され
たアンモニア媒体を貯蔵するアンモニア冷媒貯蔵槽と、
を備えたことを特徴とする原子力コンビナートである。
【００２８】本発明によれば、電力需要の非ピーク時の
原子力発電システムによる余剰エネルギでアンモニア冷
媒を生成し、エネルギをアンモニア冷媒の冷熱の型で貯
蔵し、電力需要のピーク時に貯蔵しているアンモニア冷
媒を水・アンモニア混合媒体サイクル発電システムの混
合媒体の復液部の直接冷却に利用することができ、これ
により熱変換効率を高めて発電量を増やして負荷の平準
化に対応する。
【００２９】さらに本発明は、原子力発電システムと、
原子力発電システムにより生じたエネルギの一部を用い
て水・アンモニア混合媒体からアンモニア濃度の高い気
体状の媒体を分離した一部で混合媒体タービンを用いて
発電を行う水・アンモニア混合媒体サイクル発電システ
ムと、残りのアンモニア濃度の高い気体状媒体で冷熱移
送用のアンモニア媒体を冷却して、酸素、空気のいずれ
かを液化する気体液化システムと、液化された酸素、窒
素および空気のうち少なくともいずれか１つを気化させ
てエネルギを取出す貯蔵冷熱変換システムと、を備えた
ことを特徴とする原子力コンビナートである。
【００３０】本発明によれば、電力需要の非ピーク時の
原子力発電システムによる余剰エネルギで気体を液化
し、エネルギを液化された気体の冷熱の型で貯蔵し、電
力需要のピーク時に貯蔵している液化された気体を気化
して水・アンモニア混合媒体サイクル発電システムの混
合媒体の復液部の冷却に利用することができ、これによ
り熱変換効率を高めて発電量を増やして負荷の平準化に
対応する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
【００３２】第１の実施の形態 図１乃至図３は、本発明による第１の実施の形態の原子
力コンビナートを示す図である。本実施の形態の原子力
コンビナートは、原子力発電システム６ａと、原子力発
電システム６ａにより生じたエネルギの一部を用いて駆
動し、空気を冷却する吸収式冷凍システム７とを備えて
いる。また、吸収式冷凍システムで冷却された空気から
酸素、窒素および空気をそれぞれ液化する気体液化シス
テム８と、液化された気体をそれぞれ気化させる貯蔵冷
熱変換システム１３とが設けられている。さらに、気化
された気体を発電に利用するＬＮＧガスタービン複合発
電システム５０が設けられている。
【００３３】また、本実施の形態の原子力コンビナート
は、気体液化システム８と貯蔵冷熱変換システム１３と
の間に、両者の熱交換を行う熱変換機構１５０が設けら
れ、液化された気体が気化する時に解放される冷熱を気
体液化システム８に還元するようになっている。
【００３４】このうち原子力発電システム６ａは、図１
に示すように、原子炉１、水蒸気タービン２、復水器
３、循環ポンプ４等で構成されている。水蒸気タービン
２と発電機５が同軸に結合されている。
【００３５】また、原子力発電システム６ａには、サプ
レッションプール２３と、サプレッションプール２３に
氷を供給する氷貯蔵冷却システム２２とが取り付けられ
ている。このうち氷貯蔵冷却システム２２は、吸収式冷
凍システム７からの冷媒が循環するようになっている。
【００３６】その他、水蒸気タービン２の中段より抽気
される中圧ガスは、吸収式冷凍システム７に供給され、
吸収式冷凍システム７から冷却された後、循環ポンプ４
の入り口側に戻るようになっている。復水器３は、海水
２１で冷却する構成になっている。
【００３７】また、ＬＮＧガスタービン複合発電システ
ム５０は、図１に示すように、コンプレッサ１４、燃焼
器１６、ガスタービン１７、廃熱ボイラ１８、水蒸気タ
ービン１９、復水器２０で構成されている。コンプレッ
サ１４、ガスタービン１７および水蒸気タービン１９
が、発電機２４と同軸に結合されている。
【００３８】コンプレッサ１４は大気１５を圧縮するよ
うになっている。燃焼器１６には、貯蔵冷熱変換システ
ム１３で加圧・気化・昇温された空気が供給されるよう
になっている。また、ガスタービン１７より燃焼ガスが
廃熱ボイラ１８に導かれ、復水器２０で復水された水を
加熱・蒸気化するように熱交換を行って大気に放出され
る。復水器２０は、復水器３と同様に、海水２１で冷却
する構成になっている。
【００３９】次に、吸収式冷凍システム７の構成を図２
を用いて説明する。吸収式冷凍システム７は、図２に示
すように、加熱器２５、分離器２６、凝縮器２７、冷熱
器２８、吸収器２９、復液器３０、ポンプ３１、熱交換
器３２、膨脹弁３３および絞り弁３４を有している。ま
た、加熱器２５の熱交換部３５と、水蒸気タービン２の
中段および循環ポンプ４の入り口側とが結合されてい
る。
【００４０】ポンプ３１を出た混合媒体は、熱交換器３
２で熱交換を行なって加熱器２５に流入するようになっ
ている。分離器２６の混合媒体の溶液は、熱交換器３２
で熱交換を行なって絞り弁３４を経由して吸収器２９に
流入するようになっている。凝縮器２７では、分離器２
６の混合媒体の蒸気が海水等で冷却されて復液し、膨張
弁３３で断熱膨張をして冷熱器２８に流入するようにな
っている。冷熱器２８の蒸気が吸収器２９に流入し、絞
り弁３４を経由して流入する液と吸収器２９内で混合吸
収した後に復液器３０に流入する。復液器３０では、海
水等の冷却作用によって、復液が生成されるようになっ
ている。
【００４１】また、冷熱器２８と気体液化システム８の
冷却器３７，４０とが、熱輸送配管系で接続されてい
る。冷熱器２８では、膨張弁３３を経由してきた液と熱
交換を行って蒸気になる。
【００４２】次に、図３を用いて、気体液化システム８
の詳細と、貯蔵冷熱システム１３の詳細と、両者の間に
設けられた熱変換機構１５０の詳細とを説明する。図３
に示すように、液体酸素や液体窒素や液体空気を製造す
る気体液化システム８は、圧縮機３６，３９、冷却器３
７，４０、熱交換器４１，４２、膨脹タービン４３、モ
ータ４４、低温空気分離器４５等で構成される。圧縮機
３９で加圧された大気９との熱交換のための媒体（例え
ば、プロパンおよびアンモニア冷媒）が、熱貯蔵槽４
６，４７（高温用と低温用の貯蔵槽が組みになってい
る）に貯蔵され、熱交換器４１，４２において大気９と
媒体との熱交換が行われるようになっている。最終的に
は、液体酸素貯蔵槽１０、液体窒素貯蔵槽１１および液
体空気貯蔵槽１２に、低温空気分離器４５より液体酸
素、液体窒素および液体空気が導かれる。
【００４３】低温空気分離器４５は、中圧精留塔５２と
低圧精留塔５３とを有する複式精留塔５１、過冷却器５
６、気液分離器５４，５５、膨脹弁５８，５９，６０，
６１，６２等で構成される。
【００４４】貯蔵冷熱変換システム１３は、加圧ポンプ
４８、蒸発器４９等で構成されており、液体酸素貯蔵槽
１０、液体窒素貯蔵槽１１あるいは液体空気貯蔵槽１２
からの液体酸素、液体窒素および液体空気を、加圧ポン
プ４８で加圧し、蒸発器４９に導き、蒸発器４９内で高
温用の熱貯蔵槽４６，４７に貯蔵された媒体と熱交換さ
せて加熱し、さらに大気１５との熱交換によって加熱さ
せて蒸発させるようになっている。熱交換を行った媒体
は低温用の熱貯蔵槽４６、４７に貯蔵される。
【００４５】冷却された大気１５は、ＬＮＧガスタービ
ン複合発電システム５０のコンプレッサ１４に導かれる
ようになっている。
【００４６】次に、以上のような構成からなる本実施の
形態の作用について以下に説明する。
【００４７】まず原子力発電システム６ａにおいて、軽
水よりなる冷却材は、原子炉１において加熱されて飽和
状態の水蒸気となり、この水蒸気は主蒸気管を経由して
（経路のみ矢印で図示）水蒸気タービン２に送られる。
水蒸気タービン２に送られた水蒸気は水蒸気タービン２
を駆動し、タービンの回転エネルギーが発電機５におい
て電気エネルギーに変換されて発電が行なわれる。水蒸
気タービン２からの排気は、排気管を経由して（経路の
み矢印で図示）復水器３内の熱交換部内を流れる海水２
１と熱交換を行って復水となる。復水器３において生成
された復水は循環ポンプ４て原子炉１に還流される。
【００４８】電力需要の少ない夜間等においては、水蒸
気タービン２の中段より抽気が行われ、この中圧ガス
は、吸収式冷凍システム７の加熱器２５の熱交換部３５
で水・アンモニアの混合媒体と熱交換を行い、循環ポン
プ４の入り口側に環流される。加熱器２５で加熱された
水・アンモニアの混合媒体は、分離器２６でアンモニア
濃度の高い蒸気と低い溶液に分離される。このアンモニ
ア濃度の高い蒸気は、凝縮器２７で海水等の冷却水と熱
交換をして凝縮させられる。
【００４９】この凝縮液は、膨脹弁３３を通って断熱膨
張で低温の冷媒となり、冷熱器２８に流入して、気体液
化システム８の冷却器３７，４０で熱交換を行う冷却サ
イクルの媒体の冷却を行い、加熱されて蒸気を発生し、
吸収器２９に導かれる。分離器２６で分離されたアンモ
ニア濃度の低い液は、熱交換器３２内でポンプ３１によ
り輸送される、低温の復液で冷却された後で絞り弁３４
を経由して吸収器２９に流入し、冷熱器２８よりのアン
モニア濃度の高い蒸気を混合吸収する。混合吸収した混
合媒体は、復液器３０に流入して海水等の冷却水と熱交
換をして凝縮させられ、復液となる。この復液は、ポン
プ３１で加圧されて熱交換器３２経由して加熱器２５に
環流する。
【００５０】一方、気体液化システム８の圧縮器３６で
大気９を圧縮し、冷却器３７で吸収式冷凍システム７の
冷熱器２８の冷媒を用いて冷却し、精製装置３８で水お
よび二酸化炭素を除去精製し、圧縮器３９で高圧に過圧
縮される。さらに、過圧縮された大気９を、冷却器４０
で吸収式冷凍システム７の冷熱器２８の冷媒を用いて冷
却し、熱交換器４１，４２で酸素気化の階段部以下の温
度まで冷却し、膨脹タービン４３、膨脹弁６２，５８で
膨脹冷却して、中圧精留塔５２、低圧精留塔５３内に導
く。
【００５１】液体酸素は、低圧精留塔５３の塔底部より
取り出され、過冷却器５６で過冷却、および膨脹弁５９
で膨脹後、液体酸素貯蔵槽１０に貯蔵される。液体窒素
は中圧精留塔５２の頂部で取り出され、過冷却器５６で
過冷却され、膨脹弁６０で大気圧に膨脹され、気液分離
器５４に導かれ、液相部は液体窒素貯蔵槽１１に貯蔵さ
れる。空気（不純窒素）は、低圧精留塔５３の頂部で取
り出され膨脹弁６１で大気圧に膨脹され、気液分離器５
５に導かれ、液相部は液体空気貯蔵槽１２に貯蔵され
る。気液分離器５４，５５で分離された蒸気は、過冷却
器５６で熱交換を行い、気体窒素および空気５７となり
放出される。
【００５２】ピークの電力需要が発生する昼間等におい
ては、原子炉システムの水蒸気タービン２の中段よりの
抽気を行わず、吸収式冷凍システム７の稼動も停止す
る。そして、液体空気貯蔵層１２、液体酸素貯蔵槽１
０、液体窒素貯蔵槽１１より液体空気、液体酸素、液体
窒素を取り出し、貯蔵冷熱変換システム１３の加圧ポン
プ４８で加圧して蒸発器４９に導く。
【００５３】蒸発器４９においては、液体空気、液体酸
素、液体窒素を製造した時に発生し気体液化システム８
の熱貯蔵槽４６，４７の媒体に貯蔵されている高温の熱
エネルギを利用して、液化された気体を気化させ、気化
後さらに大気１５と熱交換させて大気温度近くまで上昇
させる。そして、大気温度近くまでなった気化した空
気、酸素、窒素は、燃焼器１６に導かれる。一方、図１
に示すように、貯蔵冷熱変換システム１３で冷却された
大気１５をコンプレッサ１４で加圧して燃焼器１６に導
き、燃銃器１６では供給されたＬＮＧを燃焼させて燃焼
ガスを発生させる。燃焼ガスはガスタービン１７を駆動
して廃熱ボイラ１８に導かれ、復水器２０で復液した水
と熱交換を行い、大気中に放出される。
【００５４】復水器２０の復水は、廃熱ボイラ１８で水
蒸気となり、水蒸気タービン１９に導かれ、これを回転
駆動した後で復水器２０に導かれ、海水２１と熱交換を
行って復液する。ガスタービン１７および水蒸気タービ
ン１９の駆動で発電機２４が回転して発電を行う。また
駆動力の一部は、コンプレッサ１４を駆動するのに用い
られる。
【００５５】以上のように、本実施の形態によれば、深
夜等の電力の非ピーク需要時における原子力発電の電力
と熱エネルギーを利用して液体酸素、液体窒素および液
体空気を製造して液体空気、液体酸素、液体窒素を加圧
し、気化させて、ＬＮＧガスタービン複合発電システム
の燃焼器に供給して燃焼ガスを発生させ、これによって
ガスタービンの駆動を行うことにより大気をコンプレッ
サで加圧して燃焼器に供給するための動力を減らすこと
ができ、結果的に送電端の出力電力量を増やすことがで
きる。すなわち、原子力発電プラントの負荷平準化に寄
与できる。
【００５６】第２の実施の形態 次に図４および図５により、本発明による第２の実施の
形態による原子力コンビナートについて説明する。図４
および図５において、本実施の形態の原子力コンビナー
トは、吸収式冷凍システム７が、第１の水・アンモニア
混合媒体サイクル複合発電システム６３ａと冷媒製造シ
ステム６５とからなる点が異なるのみであり、その他の
構成は図１乃至図３に示した第１の実施の形態と同様で
ある。第２の実施の形態において、図１乃至図３に示す
第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。
【００５７】本実施の形態において、第１の混合媒体サ
イクル複合発電システム６３ａは、混合媒体システム６
３と混合媒体タービン６４と発電機６６とで構成されて
いる。
【００５８】水蒸気タービン２の排気は、混合媒体シス
テム６３に導かれ、冷却され、復液したものが循環ポン
プ４の入り口側に戻るようになっている。混合媒体シス
テム６３で生成されたアンモニア濃度の高い蒸気は、分
流されて、混合媒体タービン６４と冷媒製造システム６
５に導かれるようになっている。
【００５９】混合媒体タービン６４に導入された混合媒
体蒸気は、タービンを駆動し、同軸に結合された発電機
６６で発電を行うようになっている。混合媒体タービン
６４の排気は、混合媒体システム６３に戻るようになっ
ている。冷媒製造システム６５に導かれた混合媒体蒸気
は、冷却されて再び混合媒体システム６３に戻るように
なっている。混合媒体システム６３は、海水２１で冷却
されるようになっている。
【００６０】また、冷媒製造システム６５は、気体液化
システム８と冷熱を交換する熱回路で結合されている。
また、原子力発電システム６ｂの氷貯蔵冷却システム２
２とも冷熱を交換する熱回路で結合されている。
【００６１】一方、図５は、混合媒体システム６３と冷
媒製造システム６５の構成を示すものである。混合媒体
システム６３は、混合媒体加熱器７８、高圧分離器７
９、低圧復液器６８、高圧ポンプ６７、熱交換器８２、
中圧分離器６９、絞り弁７０および減圧弁８３，８４よ
り構成されている。低圧復液器６８は、吸収器８０およ
び凝縮器８１で構成されている。
【００６２】混合媒体加熱器７８で水蒸気タービン２の
排気と熱交換が行われ、高圧分離器７９でアンモニア濃
度の高い蒸気と、アンモニア濃度の低い液に分離される
ようになっている。このうち蒸気は、分岐されて混合媒
体タービン６４に導かれ、混合媒体タービン６４を駆動
して発電を行い、その排気は吸収器８０に導かれるよう
になっている。
【００６３】吸収器８０では、前記排気が、中圧分離器
６９で分離された液で熱交換をして減圧したものと混合
（吸収）され、凝縮器８１に導かれ、海水が流れる熱交
換部７３で熱交換を行って凝縮し、低圧復液となるよう
になっている。この低圧復液は、高圧ポンプ６７で加圧
され、熱交換器８２の熱交換部７７で中圧分離器６９の
分離液と熱交換を行い、分流されて混合媒体加熱器７８
へ環流されるとともに、減圧弁８３で減圧されて中圧分
離器６９に流入するようになっている。
【００６４】高圧分離器７９で分離した液は、減圧弁８
４で減圧されて中圧分離器６９に流入されるようになっ
ている。中圧分離器６９で分離された蒸気は、分岐され
て混合媒体タービン６４の中圧段に導かれ、分離された
液は、熱交換器８２の熱交換部７７で冷却され、絞り弁
７０を経由して吸収器８０に導かれるようになってい
る。
【００６５】また、冷媒製造システム６５は、凝縮器７
１，８５、蒸発器７２、膨脹弁７４，８６等で構成され
る。高圧分離器７９で分離されたアンモニア濃度の高い
蒸気は、分流され、凝縮器７１に導かれ、海水が流れる
熱交換部７５で凝縮され液となり、膨脹弁７４で断熱膨
張させて冷媒を製造し、蒸発器７２に導かれるようにな
っている。
【００６６】中圧分離器６９で分離されたアンモニア濃
度の高い蒸気は、分流され、凝縮器８５に導かれ、海水
が流れる熱交換部８７で凝縮され液となり、膨脹弁８６
で断熱膨張させて冷媒を製造し、蒸発器７２に導かれ
る。蒸発器７２は、気体液化システム８の冷却器３７，
４０と冷熱交換を行う熱回路で結合されており、蒸発器
７２の熱交換部７６で熱交換が行われ混合媒体蒸気が生
成され、生成した蒸気は低圧復液器６８に導かれるよう
になっている。
【００６７】本実施の形態の作用は、第１の実施の形態
の作用と略同様であるが、以下に示す点で異なる。すな
わち、本実施の形態においては、水蒸気タービン２の排
気は混合媒体加熱器７８で復水され、循環ポンプ４で加
圧され、原子炉１に循環する。
【００６８】夜間等の電力需要の少ない時には、混合媒
体加熱器７８で水・アンモニア混合媒体が加熱され、蒸
発したアンモニア濃度の高い混合媒体は、分流され、混
合媒体タービン６４と冷媒製造システム６５の凝縮器７
１に導かれる。
【００６９】混合媒体タービン６４を駆動して低温、低
圧になった混合媒体の排気は、低圧復液器６８へ導か
れ、中圧分離器６９で作られたアンモニア濃度の低い混
合媒体に混合吸収され、海水で冷却されて低圧復液にな
る。この低圧復液は、高圧ポンプ６７で加圧され、熱交
換器８２で熱交換を行って加熱され、混合媒体加熱器７
８と減圧弁８３を経由して中圧分離器６９へ導かれる流
れに分流される。
【００７０】また、高圧分離器７９で分離された液は、
減圧弁８４を経由して中圧分離器６９へ導かれる。中圧
分離器６９で分離された蒸気は、分流して冷媒製造シス
テム６５の凝縮器８５と混合媒体タービン６４の中段に
導かれる。
【００７１】一方、液は熱交換器８２に導かれ、熱交換
部７７で冷却され、絞り弁７０を経由して吸収器８０に
導かれ、混合媒体タービン６４の排気および冷媒製造シ
ステム６５の蒸発器７２からの混合媒体蒸気と混合吸収
する。
【００７２】一方、冷媒製造システム６５に導かれた混
合媒体蒸気は、凝縮器７１，８５で海水で冷却されて液
となり、膨脹弁７４，８６で冷媒を断熱膨張をさせて生
成し、蒸発器７２に導かれる。蒸発器７２では、熱回路
で結合されている気体液化システム８の冷却器３７，４
０と冷熱交換を行い、蒸発器７２の冷媒は熱交換部７６
で熱交換で加熱され混合媒体蒸気が生成される。
【００７３】昼間等の電力需要の多いときには、混合媒
体加熱器７８で生成されたアンモニア濃度の高い混合媒
体蒸気を冷媒製造システム６５に導くことをせずに、全
て混合媒体タービン６４に導いて、混合媒体タービン６
４を駆動して発電を行う。同様に中圧分離器６９で分離
されたアンモニア濃度の高い混合媒体蒸気を冷媒製造シ
ステム６５に導くことをせずに、全て混合媒体タービン
６４の中段に導いて、混合媒体タービン６４を駆動して
発電を行う。
【００７４】以上のように本実施の形態によれば、第１
の混合媒体サイクル複合発電システムを原子力発電シス
テムのボトムサイクルに付けているために、低温度の熱
利用効率が向上し、熱変換効率を向上できるようにな
る。また、混合媒体サイクルと冷媒製造システムとによ
って冷凍機システムを構成することにより、少ないコス
トで発電および冷媒製造を行える付加平準化原子力コン
ビナートを構築できる。
【００７５】第３の実施の形態 次に図６および図７により、本発明による第３の実施の
形態による原子力コンビナートについて説明する。図６
および図７において、本実施の形態の原子力コンビナー
トは、原子力発電システム６ｂと、第１の混合媒体サイ
クル複合発電システムとしての第１の水・アンモニア混
合媒体サイクル複合発電システム６３ａと、冷媒製造シ
ステム６５と、気体液化システム８と、貯蔵冷熱変換シ
ステム１３と、ＬＮＧガスタービン複合発電システム５
０と、海水凍結氷貯蔵冷却システム８８と、を備えてい
る。
【００７６】すなわち、本実施の形態の原子力コンビナ
ートは、混合媒体システム６３とＬＮＧガスタービン複
合発電システム５０の復水器２０の冷却用海水系に海水
凍結貯蔵冷却システム８８が設けられている点が異なる
のみであり、その他の構成は図４および図５に示した第
２の実施の形態と同様である。第３の実施の形態におい
て、図４および図５に示す第２の実施の形態と同一の部
分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７７】海水凍結氷貯蔵冷却システム８８は、海水
が導入され、貯蔵冷熱変換システム１３の冷熱を利用し
て導入された海水を凍結し氷を製造して貯蔵するととも
に、冷却用の海水を解氷水で冷却し、使用後の解氷水を
淡水として利用するシステムである。
【００７８】本実施の形態において、貯蔵冷熱変換シス
テム１３の蒸発器４９と海水凍結氷貯蔵冷却システム８
８との間は、冷熱を輸送する熱回路９４で結合されてい
る。
【００７９】この熱回路９４は、原子力発電システム６
ｂの氷貯蔵冷却システム２２とも並列回路で結合されて
いる。海水凍結氷貯蔵冷却システム８８で製造される淡
水は、淡水貯蔵槽８９に貯蔵されるようになっている。
【００８０】図７は、ハーベスト方式を用いた海水凍結
淡水製造システムを組み込んだ海水凍結氷貯蔵冷却シス
テム８８の構成図である。図７に示すように、海水凍結
淡水製造システムは、製氷槽９５、製氷パネル９６、熱
交換器９７，９８，９９、混合器１００および熱回路１
０３，１０４等で構成されている。
【００８１】海水２１は、熱交換器９８で冷却されて製
氷槽９５の製氷パネル９６の上部に供給され、製氷パネ
ル９６の外部を流下しながら製氷パネル９６内を流れる
冷媒と熱交換を行い、凍結するようになっている。一
方、廃液は、熱交換器９８で熱交換を行って排出される
ようになっている。製氷パネル９６表面に一定厚さの氷
層が形成されると、熱回路１０３の冷媒循環と海水の供
給を停止し、別の製氷槽９５での製氷作業を行うように
なっている。
【００８２】混合媒体システム６３と復水器２０の冷却
用海水２１を冷却するときには、製氷パネル９６の表面
に氷が付着した状態の製氷槽９５の製氷パネル９６上部
に淡水を供給して、製氷パネル９６に付着した氷の表面
の塩分を洗い流して、熱交換器９９を経由して廃液とし
て排出するようになっている。塩分の洗い流しが終了す
ると、熱交換器９９で熱交換を行った淡水は、淡水貯蔵
槽８９に導かれるようになっている。
【００８３】本実施の形態の作用は、第２の実施の形態
の作用と略同様であるが、以下に示す点で異なる。すな
わち、本実施の形態においては、貯蔵冷熱変換システム
１３の蒸発器４９の冷熱を、海水凍結氷貯蔵冷却システ
ム８８の熱交換器９７に熱回路９４を経由して輸送し、
氷蓄熱槽９５の製氷パネル９６表面に、海水より一定厚
さの氷を形成し、海水の流下をやめ、引き続き淡水を流
下させて表面を一定割合解凍して付着している海水を除
去し、氷蓄熱槽９５にそのまま貯蔵を行う。
【００８４】昼間等のピーク電力需要の発生する時に
は、氷蓄熱槽９５の製氷パネル９６表面に淡水を流下さ
せて冷却された淡水を製造し、冷却された淡水を混合媒
体システム６３の低圧復液器６８（図５参照）の冷却用
の海水を冷却する熱交換器９９に搬送し、熱交換を行っ
て海水を冷却する。熱交換器９９で熱交換を行った淡水
の一部は氷蓄熱槽９５へ環流させ、残りは淡水貯蔵槽８
９へ輸送する。
【００８５】以上のように本実施の形態によれば、貯蔵
冷熱変換システム１３の冷熱で海水を凍結して氷を製造
（例えば、スタティック方式やハーペスト方式等の間接
方式製氷サイクルを使用する）し、これを貯蔵しておい
て昼間等のピーク電力需要発生時に混合媒体システム６
３の低圧復液器６８およびＬＮＧガスタービン複合発電
システム５０の復水器２０の冷却用海水の冷却に用い、
冷却に利用した後に解凍で得られた水を淡水として利用
することができる。
【００８６】すなわち、本実施の形態によれば、海水よ
り製造した氷を氷蓄熱槽９５に貯蔵し、昼間等のピーク
電力需要が発生する時に氷蓄熱槽９５の氷に淡水を掛け
て冷水を造り、混合媒体システム６３の低圧復液器６８
の冷却用海水を冷却してタービン効率を向上するのと同
時に、熱交換に用いた淡水を淡水貯蔵槽に貯蔵して、農
業用あるいは電気分解による水素製造用の淡水供給に寄
与することができる。
【００８７】また、本実施の形態によれば、ＬＮＧガス
タービン複合発電システムの復水器の冷却用海水温度を
氷貯蔵の冷熱を利用して下げることにより、タービン効
率が向上し、夜間等に電力貯蔵効率を向上させることが
でき、負荷平準化システムの効率を向上させることがで
きる。
【００８８】第４の実施の形態 次に図８により、本発明による第４の実施の形態による
原子力コンビナートについて説明する。図８において、
本実施の形態の原子力コンビナートは、ＬＮＧガスター
ビン複合発電システムが、復水器の代わりに第２の混合
媒体サイクル発電システムとしての第２の水・アンモニ
ア混合媒体サイクル発電システム６３ｂを有している点
が異なるのみであり、その他の構成は図４および図５に
示した第２の実施の形態と同様である。第４の実施の形
態において、図４および図５に示す第２の実施の形態と
同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。
【００８９】本実施の形態では、ＬＮＧガスタービン複
合発電システム１２５の水蒸気タービン１９の排気は、
混合媒体システム１６３の混合媒体加熱器７８で冷却さ
れて復液し、廃熱ボイラ１８に戻るようになっている。
また、混合媒体システム１６３の混合媒体加熱器７８で
熱交換された熱で高濃度のアンモニア蒸気が作られ、混
合媒体タービン１６４が駆動され、同軸に結合される発
電機１６６で発電が行われるようになっている。
【００９０】本発明によれば、ＬＮＧガスタービン複合
発電システム１２５の水蒸気タービン１９の排気を用い
て混合媒体サイクル複合発電を行うことにより、低温度
の熱まで利用でき、このためＬＮＧを燃焼させての発電
システム全体の熱効率を向上させることができる。従っ
て冷熱貯蔵効率の向上ができ、負荷平準化システムの効
率を向上させることができる。
【００９１】第５の実施の形態 次に図９により、本発明による第５の実施の形態による
原子力コンビナートについて説明する。図９において、
本実施の形態の原子力コンビナートは、ＬＮＧガスター
ビン複合発電システムが、復水器の代わりに第１の混合
媒体サイクル発電システムとしての第１の水・アンモニ
ア混合媒体サイクル発電システム６３ａを復水サイクル
として利用する点が異なるのみであり、その他の構成は
図４および図５に示した第２の実施の形態と同様であ
る。第５の実施の形態において、図４および図５に示す
第２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。
【００９２】本実施の形態では、水蒸気タービン１９の
排気が水蒸気タービン２の出口に導かれ、循環ポンプ４
の入り口側に流入する復液が分流されて廃熱ボイラ１８
に導かれるようになっている。
【００９３】本実施の形態によれば、原子力発電システ
ム６ｂの水蒸気タービン２の排気を熱源とした第１の水
・アンモニア混合媒体サイクル発電システム６３ａの混
合媒体システム６３が、循環する混合媒体流量を２種類
扱えるようにすることにより、ピーク電力需要の発生す
る昼間等と電力需要の少ない夜間等とで取り扱う熱量が
変化するような運転を行うことができる。また、混合媒
体システム６３を構成する機器の量が半減するため、建
設費の削減が図れる。
【００９４】第６の実施の形態 次に図１０により、本発明による第６の実施の形態によ
る原子力コンビナートについて説明する。図１０におい
て、本実施の形態の原子力コンビナートは、ＬＮＧガス
タービン複合発電システムが、復水器と水蒸気タービン
と廃熱ボイラ１８との代わりに第２の混合媒体サイクル
発電システムとしての第２の水・アンモニア混合媒体サ
イクル発電システム６３ｂを利用する点が異なるのみで
あり、その他の構成は図４および図５に示した第２の実
施の形態と同様である。第６の実施の形態において、図
４および図５に示す第２の実施の形態と同一の部分には
同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】本実施の形態では、ＬＮＧガスタービン複
合発電システム１２６のガスタービン１７の廃ガスが混
合媒体システム１２７の混合媒体加熱器（図５参照）の
加熱を行い、混合媒体の加熱蒸気で混合媒体タービン１
６４が駆動される。
【００９６】本実施の形態によれば、ＬＮＧガスタービ
ン複合発電システム１２６のボトミングサイクルを第２
の水アンモニア混合媒体サイクル発電システム６３ｂで
行うため、高温から低温までの熱変換を行うことがで
き、結果的に熱効率を向上させ、電力貯蔵効率を向上さ
せることができる。
【００９７】第７の実施の形態 次に図１１により、本発明による第７の実施の形態によ
る原子力コンビナートについて説明する。図１１におい
て、本実施の形態の原子力コンビナートは、ＬＮＧガス
タービン複合発電システム１２８が、廃熱ボイラ１８の
廃ガスの一部をコンプレッサ１４に導き、残りを炭酸ガ
ス回収装置１０８に導くようになっている点が異なるの
みであり、その他の構成は図４および図５に示した第２
の実施の形態と同様である。第７の実施の形態におい
て、図４および図５に示す第２の実施の形態と同一の部
分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９８】図１１に示すように、燃焼器１６には貯蔵
冷熱変換システム１３で気化した酸素が導かれるように
なっている。貯蔵冷熱変換システム１３で気化した窒素
および空気１０７は、膨脹タービン１０５に導かれ、発
電機１０６を駆動して発電を行うようになっている。炭
酸ガス回収装置１０８では、モノエタノールアミンある
いはメチルジエタノールアミン等のアミン系吸収液で炭
酸ガスが吸収され、廃ガス１０９は煙突（図示せず）に
導かれるようになっている。
【００９９】本実施の形態では、貯蔵冷熱変換システム
１３で気化した酸素が、ＬＮＧガスタービン発電システ
ム１２８の燃焼器１６に導かれ、また燃焼器１６には、
不活性ガスの炭酸ガスを多量に含む廃熱ボイラ１８から
の廃ガスの分流した一部およびＬＮＧガス１１３も導か
れ、燃焼器１６内で燃焼が行われる。また、廃熱ボイラ
１８の廃ガスの一部がコンプレッサ１４に導かれ、残り
が炭酸ガス回収装置１０８に導かれ、モノエタノールア
ミンあるいはメチルジエタノールアミン等のアミン系吸
収液で炭酸ガスを吸収・除去される。貯蔵冷熱変換シス
テム１３で気化した窒素・空気１０７は、膨脹タービン
１０５に導かれ、発電機１０６を駆動して発電を行う。
【０１００】本実施の形態によれば、ＬＮＧガスタービ
ン発電システムの燃焼器に、大気の代わりに炭酸ガスを
注入して酸素燃焼をさせることにより、廃ガスは炭酸ガ
スと水蒸気で構成されるため容易に炭酸ガスの除去が行
える。
【０１０１】また、本実施の形態によれば、液体窒素・
空気を気化して得られる高圧窒素・空気ガスが膨脹ター
ビンに導かれることにより、発電を行うことができる。
【０１０２】第８の実施の形態 次に図１２により、本発明による第８の実施の形態によ
る原子力コンビナートについて説明する。図１２におい
て、本実施の形態の原子力コンビナートは、図１１の炭
酸ガス回収装置１０８が液体窒素または液体空気の冷熱
を利用する炭酸ガス液化装置１１１である点が異なるの
みであり、その他の構成は図１１に示した第７の実施の
形態と同様である。第８の実施の形態において、図１１
に示す第７の実施の形態と同一の部分には同一の符号を
付して詳細な説明は省略する。
【０１０３】図１２に示すように、ＬＮＧガスタービン
複合発電システム１２８の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一
部はコンプレッサ１４に導かれるようになっており、残
りはコンプレッサ１１０で加圧されて炭酸ガス液化装置
１１１に導かれ、貯蔵冷熱変換システム１３で気化され
た窒素および空気１０７によって冷却され、断熱膨脹し
て冷却・液化するようになっている。液体炭酸ガスは、
液体炭酸ガス貯蔵槽１１２に導かれるようになってい
る。また、炭酸ガス液化装置１１１で加熱された高圧窒
素および空気は、膨脹タービンに導かれ、発電機１０６
を駆動するようになっている。
【０１０４】本実施の形態では、ＬＮＧガスタービン発
電システム１２８の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一部をコ
ンプレッサ１４に導き、残りをコンプレッサ１１０で加
圧して炭酸ガス液化装置１１１に導き、貯蔵冷熱変換シ
ステム１３で気化した窒素冷媒と熱交換を行い、断熱膨
脹を行い、冷却・液化させて液体炭酸ガスを精製して液
体炭酸ガス貯蔵槽１１２に移送・貯蔵する。そして、炭
酸ガス液化装置１１１で加熱された高圧窒素および空気
を膨脹タービンに導き、発電機１０６を駆動して発電を
行う。
【０１０５】本実施の形態によれば、液体窒素を用いて
炭酸ガスを液化回収することにより、廃棄が容易にな
り、炭酸ガスによる環境破壊の無い負荷平準化原子力コ
ンビナートが構成できる。
【０１０６】第９の実施の形態 次に図１３により、本発明による第９の実施の形態によ
る原子力コンビナートについて説明する。図１３におい
て、本実施の形態の原子力コンビナートは、ガスタービ
ン複合発電システムとして、ＬＮＧガスタービン複合発
電システム５０の代わりに石炭ガス化炉９２と石炭ガス
タービン複合発電システム１２９とが設けられた点が異
なるのみであり、その他の構成は図４および図５に示し
た第２の実施の形態と同様である。第９の実施の形態に
おいて、図４および図５に示す第２の実施の形態と同一
の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０７】図１３に示すように、石炭ガスタービン複
合発電システム１２９は、ＬＮＧガスタービン複合発電
システム５０の構成と類似した構成となっており、燃焼
器１６には、石炭ガス化炉９２より石炭ガスが石炭ガス
貯蔵槽１３２を経由して供給されるようになっている。
石炭ガス化炉９２は、酸素を酸化剤とした加圧型の噴流
層式のガス化炉であり、トッピングサイクルによる複合
サイクルが形成されている。トッピングサイクルによる
複合発電システムの石炭ガス化部は、石炭を加圧下のガ
ス化炉でガス化し、生成する燃料ガスからチャーを分離
した後、トッピング燃焼器（燃焼器１６）にて燃焼させ
るようになっている。
【０１０８】また、分離されたチャーは、同じく加圧下
の酸化炉において空気にて燃焼され、灰およびダストが
分離されてから、燃焼ガスをトッピング燃焼器に導いて
燃焼をさせるようになっている。
【０１０９】ここで、噴流層式の石炭ガス化炉とは、ガ
ス化部で、石炭を酸素と高温下で反応させて石炭中の灰
分の一部を溶融スラッグとして炉底より取り出すもの
で、残りの灰分は石炭中の未然炭素と共に、チャーとし
てガス化炉から生成ガスと共に飛散する。炉内は石炭中
の灰分を溶融させるために灰の流動点以上である１２０
０℃以上で運転が行われる。また、高温で反応させるた
めに生成する燃料ガス中にタールを含まないと同時に、
石炭のガス化率が高く、チャーの発生量が少ない炉であ
る。
【０１１０】さらに、石炭ガスタービン複合発電システ
ム１２９の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一部はコンプレッ
サ１４に導かれるようになっており、残りはコンプレッ
サ１１０で加圧されて炭酸ガス液化装置１１１に導か
れ、また貯蔵冷熱変換システム１３で気化された窒素お
よび空気１０７によって冷却され、断熱膨脹して冷却・
液化するようになっている。そして、液体炭酸ガスは、
液体炭酸ガス貯蔵槽１１２に導かれるようになってい
る。
【０１１１】炭酸ガス液化装置１１１で加熱された高圧
気体窒素は、膨脹タービンに導かれ、発電機１０６を駆
動するようになっている。
【０１１２】本実施例では、石炭ガス化炉９２に微粉炭
１１５が、石炭供給ホッパ（図示せず）より供給され、
また貯蔵冷熱変換システム１３でガス化された酸素が供
給されて１２００℃以上で運転が行われ、燃料ガスが生
成される。生成された燃料ガスは燃焼器１６に導かれ、
燃焼が行なわれる。
【０１１３】貯蔵冷熱変換システム１３で気化した酸素
は、石炭ガスタービン複合発電システム１２９の燃焼器
１６に導かれ、また燃焼器１６には、不活性ガスの炭酸
ガスを多量に含む廃熱ボイラ１８からの廃ガスの分流さ
れた一部と石炭ガス化燃料ガスとが、石炭ガス貯蔵槽１
３２を経由して導かれ、燃焼を行う。
【０１１４】その後、石炭ガスタービン複合発電システ
ム１２９の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一部がコンプレッ
サ１４に導かれ、残りがコンプレッサ１１０で加圧され
て炭酸ガス液化装置１１１に導かれ、貯蔵冷熱変換シス
テム１３で気化された窒素冷媒と熱交換を行い、断熱膨
脹して冷却・液化して液体炭酸ガスが生成され、液体炭
酸ガス貯蔵槽１１２に移送・貯蔵される。炭酸ガス液化
装置１１１で加熱された高圧気体窒素は、膨脹タービン
に導かれ、発電機１０６を駆動して発電を行う。
【０１１５】本実施の形態によれば、石炭ガス化の酸化
剤に酸素を用いることにより、空気を用いる場合に比較
して運転で取り扱うガス量が１／３程度でよくなり、機
器の小型が行える。また、ガス化温度が高いため炉内脱
硫を行って高い脱硫が行え、脱硫のための燃料ガスの冷
却が不要であり、発電効率を高くすることができる。
【０１１６】また本実施の形態によれば、石炭ガスター
ビン複合発電システム１２９の燃焼器１６に、大気の代
わりに炭酸ガスを注入して酸素燃焼をさせることによ
り、廃ガス中は、水蒸気と炭酸ガスで構成されるため容
易に炭酸ガスの除去が行える。また、液体窒素を気化し
て得られる高圧窒素ガスが膨脹タービンに導かれ、発電
機が駆動されて発電を行うことができる。さらに、液体
窒素を用いて炭酸ガスを液化回収することにより、炭酸
ガスの廃棄が容易になり、炭酸ガスによる環境破壊のな
い負荷平準化原子力コンビナートが構成できる。
【０１１７】第１０の実施の形態 次に図１４により、本発明による第１０の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１４にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、更に燃料
電池システム１３３とインバータシステム１３４とが設
けられた点、および第１の混合媒体サイクル発電システ
ム６３ａの代わりに吸収式冷凍システム７を用いている
点が異なるのみであり、その他の構成は図１３に示した
第９の実施の形態と同様である。第１０の実施の形態に
おいて、図１３に示す第９の実施の形態と同一の部分に
は同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１８】図１４に示すように、燃料電池システム１
３３には、石炭ガス化炉９２より石炭ガスが石炭ガス貯
蔵槽１３２を経由して供給されるとともに、貯蔵冷熱変
換システム１３を経由して酸素が供給されるようになっ
ている。燃料電池システム１３３では直流発電が行わ
れ、インバータシステム１３４で交流に変換されて送電
されるようになっている。
【０１１９】本実施の形態では、電力需要の多い時間帯
に、石炭ガス化炉９２より石炭ガス貯蔵槽１３２を経由
して石炭ガスが燃料電池システム１３３に供給され、一
方貯蔵冷熱変換システム１３を経由して酸素が燃料電池
システム１３３に供給され、燃料電池システム１３３で
直流発電を行い、インバータシステム１３４で交流に変
換して送電する。
【０１２０】本実施の形態によれば、燃料電池システム
１３３を導入することにより、負荷変動に対して効率良
く追従発電を行うことが容易に行えるようになる。
【０１２１】第１１の実施の形態 次に図１５により、本発明による第１１の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１５にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、更に冷凍
破砕システム１２３と分別システム１２４とが設けら
れ、石炭ガスタービン複合発電システム１２９および石
炭ガス化炉９２がゴミ燃焼対応の機器に変更されてゴミ
ガスタービン複合発電システム１３０とゴミガス化炉９
２となっている点が異なるのみであり、その他の構成は
図１３に示した第９の実施の形態と同様である。第１１
の実施の形態において、図１３に示す第９の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
【０１２２】図１５に示すように、本実施の形態の原子
力コンビナートは、ゴミ１２２が、冷凍破砕システム１
２３に投入され、一方貯蔵冷熱変換システム１３でガス
化された窒素冷媒も冷凍破砕システム１２３に注入さ
れ、ゴミ１２２が冷凍破砕システム１２３で冷凍破砕さ
れ、その後分別システム１２４に移送され、可燃物と不
燃物１３１とに分別され、可燃物はゴミガス化炉９２に
移送され、不燃物１３１はリサイクルセンタ等に移送さ
れるようになっている。冷凍破砕システム１２３で熱交
換されたガス化された窒素冷媒は、炭酸ガス液化装置１
１１に移送されるようになっている。
【０１２３】本実施の形態では、ゴミ１２２が、貯蔵冷
熱変換システム１３でガス化された窒素冷媒とともに冷
凍破砕システム１２３に投入されて冷凍破砕され、分別
システム１２４に移送されて可燃物と不燃物１３１に分
別され、可燃物はゴミガス化炉９２に移送され、不燃物
１３１はリサイクルセンタ等に移送される。ゴミガス化
炉９２に移送された可燃物は、ガス化されて燃焼器１６
に移送される。冷凍破砕システム１２３で熱交換された
ガス化された窒素冷媒は、炭酸ガス液化装置１１１に移
送され、炭酸ガスと熱交換を行って膨脹タービン１０５
に導かれ、発電機１０６を駆動して発電を行う。
【０１２４】本実施の形態によれば、夜間電力で製造さ
れた液体窒素でゴミの冷凍破砕を行い、可燃物と不燃物
に分別し、可燃物はガス化炉でガス化されて燃焼器で燃
焼させてガスタービンを駆動して発電を行い、不燃物は
金属ガラス等の分別を行ってリサイクルを行うことによ
り、地球環境の保護に貢献するのと同時に負荷平準化に
寄与する原子力コンビナートが構成できる。
【０１２５】第１２の実施の形態 次に図１６により、本発明による第１２の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１６にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、更に水電
解装置としての、固体高分子電解システム１１８、酸素
加圧・冷却システム１１９および液体水素製造システム
１２０を有する点が異なるのみであり、その他の構成は
図１２に示した第８の実施の形態と同様である。第１２
の実施の形態において、図１２に示す第８の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
【０１２６】図１６に示すように、本実施の形態の原子
力コンビナートは、固体高分子電解システム１１８に、
純水１１７および直流電流１１６が供給されて、固体高
分子電解膜を用いて水素と酸素ガスが製造されるように
なっている。
【０１２７】酸素ガスは、酸素加圧・冷却システム１１
９に導かれ、コンプレッサで加圧され、冷媒製造システ
ム１３でガス化した窒素冷媒で冷却され、断熱膨脹して
酸素冷媒とされ、液体酸素・液体窒素・液体空気製造シ
ステム８に送られ、液体酸素として貯蔵されるようにな
っている。
【０１２８】水素ガスは、液体水素製造システム１２０
に導かれ、コンプレッサで加圧され、冷媒製造システム
１３でガス化した窒素冷媒で冷却され、断熱膨脹して液
体水素とされ、液体水素貯蔵槽１２１に導かれて貯蔵さ
れるようになっている。
【０１２９】冷媒製造システム１３から酸素加圧・冷却
システム１１９あるいは液体水素製造システム１２０に
導かれて熱交換を行った高圧気体窒素は、膨脹タービン
１０５に導かれて、発電機１０６を駆動して発電を行う
ようになっている。
【０１３０】本実施の形態では、固体高分子電解システ
ム１１８に純水１１７および直流電流１１６が供給さ
れ、固体高分子電解膜を用いて水素と酸素ガスを製造す
る。酸素ガスは、酸素加圧・冷却システム１１９に導か
れ、コンプレッサで加圧され、冷媒製造システム１３で
ガス化した窒素冷媒で冷却され、断熱膨脹して酸素冷媒
とされ、液体酸素・液体窒素・液体空気製造システム８
に送られ、液体酸素として貯蔵される。水素ガスは、液
体水素製造システム１２０に導かれ、コンプレッサで加
圧され、冷媒製造システム１３でガス化した窒素冷媒で
冷却され、断熱膨脹して液体水素が生成され、液体水素
貯蔵槽１２１に導かれて貯蔵される。
【０１３１】本実施の形態によれば、夜間電力で水素お
よび酸素が製造され、また原子力プラントの熱エネルギ
を用いてこれらの液化、貯蔵を行うことにより、石炭液
化等に用いられる水素を低コストで製造できる。また、
酸素は昼間のピーク負荷発生時のＬＮＧガスタービン発
電システムの燃焼器に供給して発電を行うことに用いる
ことができ、これにより高い電力貯蔵効率を達成でき
る。
【０１３２】第１３の実施の形態 次に図１７により、本発明による第１３の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１７にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、原子力発
電システム６ａと、吸収式冷凍システム７と、気体液化
システムとしての深冷式炭酸ガス・酸素液化システム１
３７と、液体炭酸ガス貯蔵槽１１２と、貯蔵冷熱変換シ
ステム１３と、ガスタービン複合発電システムとしての
メタノールガスタービン複合発電システム１３８と、メ
タノール合成システム１３５と、水電解システム１１８
と、を備えている。
【０１３３】すなわち、本実施の形態の原子力コンビナ
ートは、気体液化システムとして深冷式炭酸ガス・酸素
液化システム１３７が用いられ、ガスタービン複合圧電
システムとしてＬＮＧガスタービン複合発電システムの
代わりにメタノールガスタービン複合発電システム１３
８が用いられ、液化された炭酸ガスを貯蔵する液体炭酸
ガス貯蔵槽と、液化された気体の冷熱で水素ガスと酸素
ガスとを生成する水電解装置と、水素と炭酸ガスとから
メタノールを合成するメタノール合成システム１３５と
が設けられている点が異なるのみであり、その他の構成
は図４および図５に示した第２の実施の形態と同様であ
る。第１３の実施の形態において、図４および図５に示
す第２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。
【０１３４】本実施の形態においては、夜間に純水１１
７が固体高分子を利用した水電解システム１１８に供給
されて電気分解され、電気分解で得られる水素がメタノ
ール合成システム１３５に送られ、酸素が深冷式炭酸ガ
ス・酸素液化システム１３７に送られて液化され液体酸
素貯蔵槽１０に貯蔵されるようになっている。
【０１３５】メタノールガスタ一ビン複合発電システム
１３８は、ＬＮＧガスタービン複合発電システム５０の
構成と類似した構成となっている。燃焼器１６には、メ
タノール貯蔵槽１３６よりメタノールが供給されるよう
になっている。
【０１３６】メタノールガスタービン複合発電システム
１３８の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一部は、コンプレッ
サ１４に導かれ、残りは深冷式炭酸ガス・酸素液化シス
テム１３７で炭酸ガスが液化されて液体炭酸ガス貯蔵槽
１１２に貯蔵されるようになっている。
【０１３７】メタノール合成システム１３５では、貯蔵
冷熱変換システム１３を経由して送られた液体炭酸ガス
と水電解システム１１８から送られた水素とでメタノー
ルが合成され、これをメタノール貯蔵槽１３６に貯蔵す
るようになっている。
【０１３８】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。一例として電気出力１１０万ｋＷｅ級の原子力プラ
ントの定格運転出力が最大負荷の約８９％を供給するシ
ステムの場合を考える。
【０１３９】夜間等の電力需要の少ない１０時間は、原
子力プラントの定格出力の２９％を冷媒製造に、７時間
は原子力プラントの定格出力の９％を冷媒製造に用い
る。水電解システム１１８で純水を電気分解して水素と
酸素を製造し、酸素を深冷式炭酸ガス・酸素液化システ
ム１３７に送って約４９４トンの液体酸素にして液体酸
素貯蔵槽１０に貯蔵し、６．９２×１０5 （Ｎｍ3 ）の
水素をメタノール合成システム１３５に送り、またメタ
ノール合成システム１３５には液体炭酸ガス貯蔵槽１１
２に貯蔵されている液体炭酸ガスを貯蔵冷熱変換システ
ム１３を経由して２．３１×１０5 （Ｎｍ3 ）の炭酸ガ
スを送る。
【０１４０】メタノール合成システム１３５では、炭酸
ガスと水素とから触媒を用いて約３３０トンのメタノー
ル合成を行い、これをメタノール貯蔵槽１３６に貯蔵す
る。
【０１４１】昼間等の電力需要の多い時には、液体酸素
貯蔵槽１０に貯蔵される４９４トンの液体酸素を貯蔵冷
熱変換システム１３で加圧・気化して燃焼器１６に導
き、またメタノール貯蔵槽１３６に貯蔵されるメタノー
ル３３０トンを加圧して燃焼器１６に導き、燃焼器１６
では噴霧化されたメタノールと酸素を混合燃焼させ、燃
焼ガスをガスタービン１７に導き、これを駆動してその
排気を廃熱ボイラ１８に導き、そこで水蒸気を生成して
水蒸気タービン１９に導いてこれを駆動する。
【０１４２】メタノールガスタービン１７と水蒸気ター
ビン１９の駆動により、１２５ＭＷの発電を７時間行
う。水蒸気タービン１９の排気は、復水器２０で復水さ
れて廃熱ボイラ１８に環流する。
【０１４３】廃熱ボイラ１８で熱交換を行った廃棄ガス
（炭酸ガス）の一部は、コンプレッサ１４で加圧されて
不活性ガスとして燃焼器１６に導かれる。残りの廃棄ガ
スは、水蒸気を除去して炭酸ガスを深冷式炭酸ガス・酸
素液化システム１３７に導き、これを液化して液体炭酸
ガス貯蔵槽１１２に貯蔵する。水蒸気は、水電解システ
ム１１８の純水供給系に循環する。
【０１４４】以上のように本実施の形態によれば、原子
力発電プラントの夜間電力で水を電気分解して水素と酸
素を製造し、酸素は液化して貯蔵し、水素は貯蔵してい
る炭酸ガスと反応させてメタノールを合成してこれを貯
蔵し、昼間の電力需要の多い時には貯蔵しているメタノ
ールと酸素とでメタノールガス発電を行ってこれに対応
することにより、負荷を平準化した原子力発電コンビナ
ートを提供することができる。
【０１４５】原子力発電プラントで発生する熱エネルギ
ーを吸収式冷凍機で冷熱を発生するのに用い、生成した
冷熱で炭酸ガスおよび酸素を液化して貯蔵することによ
り、熱効率の向上ができるうえに貯蔵設備の容量を減ら
すことができ、また圧力を低くすることができるために
貯蔵槽を耐圧構造にする必要がなく、製作コストを安く
することができる。
【０１４６】また、炭酸ガスを循環して用いるシステム
であるため、地球温暖化の無いシステムで、かつ負荷変
動にも対応できる電力供給システムを提供することがで
きる。
【０１４７】第１４の実施の形態 次に図１８により、本発明による第１４の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１８にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、原子力発
電システム６と、吸収式冷凍システム７、気体液化シス
テム８と、炭酸ガス液化装置１１１と、液体炭酸ガス貯
蔵槽１１２と、貯蔵冷熱変換システム１３と、石炭ガス
化炉９２と、石炭ガスタービン複合発電システム１２９
と、メタノール合成システム１３５と、水電解システム
１１８と、が設けられている。
【０１４８】すなわち、本実施の形態の原子力コンビナ
ートは、ガスタービン複合発電システムとしてＬＮＧガ
スタービン複合発電システムの代わりに石炭ガス化炉９
２と石炭ガスタービン複合発電システム１２９が用いら
れ、炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化装置と、液化され
た炭酸ガスを貯蔵する液体炭酸ガス貯蔵槽１１２と、水
素ガスと酸素ガスとを生成する水電解装置と、水素と炭
酸ガスとからメタノールを合成するメタノール合成シス
テム１３５とが設けられている点が異なるのみであり、
その他の構成は図４および図５に示した第２の実施の形
態と同様である。第１３の実施の形態において、図４お
よび図５に示す第２の実施の形態と同一の部分には同一
の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１４９】本実施の形態においては、純水１１７が固
体高分子を利用した水電解システム１１８に供給されて
電気分解され、電気分解で得られる水素がメタノール合
成システム１３５に送られ、酸素が気体液化システム８
に送られて液化され液体酸素貯蔵槽１０に貯蔵されるよ
うになっている。
【０１５０】石炭ガスタービン複合発電システム１２９
の構成は、ＬＮＧガスタービン複合発電システム５０の
構成と類似した構成となっている。燃焼器１６には、石
炭ガス化炉９２で製造される石炭ガスが供給されるよう
になっている。
【０１５１】石炭ガスタービン複合発電システム１２９
の廃熱ボイラ１８の廃ガスの一部は、コンプレッサ１４
に導かれるようになっており、残りはコンプレッサ１１
０に導かれて加圧され、炭酸ガス液化装置１１１におい
て貯蔵冷熱変換システム１３で気化された窒素ガスと熱
交換をした後に断熱膨脹し、液体炭酸ガスとなって液体
炭酸ガス貯蔵槽１１２に貯蔵されるようになっている。
【０１５２】メタノール合成システム１３５には、液体
炭酸ガス貯蔵槽１１２に貯蔵された炭酸ガスが送られ、
また水電解システム１１８から水素が送られ、これらを
反応させてメタノールが合成され、これをメタノール貯
蔵槽１３６に貯蔵するようになっている。
【０１５３】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。夜間等の電力需要の少ない時、水電解システム１１
８で純水１１７を電気分解して水素と酸素を製造し、酸
素を気体液化システム８に送って液体酸素にして液体酸
素貯蔵槽１０に貯蔵する。一方、水素はメタノール合成
システム１３５に送られ、またメタノール合成システム
１３５には液体炭酸ガス貯蔵槽１１２に貯蔵されている
液体炭酸ガスが送られる。そしてメタノール合成システ
ム１３５において、炭酸ガスと水素とから触媒を用いて
メタノール合成を行い、合成されたメタノールをメタノ
ール貯蔵槽１３６に貯蔵する。
【０１５４】また、水蒸気タービン２の中段より抽気し
た蒸気を用いて吸収式冷凍システム７で冷熱を作り、こ
の冷熱を利用して気体液化システム８で大気９をコンプ
レッサで加圧するときに発生する熱を除去して液体酸素
や液体窒素を製造し、これらを液体窒素貯蔵槽１１ある
いは液体酸素貯蔵槽１０に貯蔵する。
【０１５５】昼間等の電力需要の多い時には、液体酸素
貯蔵槽１０に貯蔵された液体酸素を貯蔵冷熱変換システ
ム１３で加圧・気化して燃焼器１６に導き、また石炭ガ
ス化炉９２に導き微粉炭１１５を部分燃焼させて石炭ガ
スを製造し、これを燃焼器１６に導く。
【０１５６】燃焼器１６では、石炭ガスと酸素を混合燃
焼させ、燃焼ガスをガスタービン１７に導き、これを駆
動してその排気を廃熱ボイラ１８に導き、そこで水蒸気
を生成して水蒸気タービン１９に導いてこれを駆動す
る。水蒸気タービン１９の排気は、復水器２０で復水さ
れて廃熱ボイラ１８に環流する。
【０１５７】廃熱ボイラ１８で熱交換を行った廃棄ガス
（炭酸ガス）の一部は、コンプレッサ１４で加圧されて
不活性ガスとして燃焼器１６に導かれる。残りの廃棄ガ
ス（炭酸ガス）は、コンプレッサ１１０に導かれて加圧
され、炭酸ガス液化装置１１１において貯蔵冷熱変換シ
ステム１３で気化された窒素ガスと熱交換をして断熱膨
脹し、液体炭酸ガスとなって液体炭酸ガス貯蔵槽１１２
に貯蔵される。
【０１５８】以上のように本実施の形態によれば、原子
力発電プラントの夜間電力で水を分解して水素と酸素と
を製造し、酸素は液化して貯蔵し、水素は貯蔵している
炭酸ガスと反応させてメタノールを合成するため、炭酸
ガスの有効利用を行うことができる。
【０１５９】また、原子力発電プラントで発生する夜間
等の熱エネルギーを吸収式冷凍機において冷熱を発生す
るのに用いることにより、液体酸素や液体窒素を熱効率
良く製造して貯蔵することができ、昼間等の電力需要の
多い時に液体酸素を加圧気化して石炭ガスタービン複合
発電システムによって発電を効率良く行うことができ、
結果的に負荷の平準化を達成することができる。
【０１６０】さらに、加圧気化して石炭ガスタービン複
合発電システムでの石炭ガスの燃焼に酸素を供給し、不
活性ガスとして炭酸ガスを用いているため、燃焼後の廃
ガスの組成を炭酸ガスと水蒸気とすることにより、容易
に炭酸ガスを回収することができる。
【０１６１】なお、本実施の形態において、石炭ガス化
炉９２と石炭ガスタービン複合発電システム１２９の代
わりに、ＬＮＧガスタービン複合発電システムを用いる
ことが可能である。
【０１６２】第１５の実施の形態 次に図１９により、本発明による第１５の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図１９にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、メタノー
ル合成システムが、炭酸ガスと水素とからメタノールを
合成する代わりに石炭ガスと水素とからメタノールを合
成するようになっている点が異なるのみであり、その他
の構成は図１８に示した第１４の実施の形態と同様であ
る。第１５の実施の形態において、図１８に示す第１４
の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細
な説明は省略する。
【０１６３】図１９に示すように、本実施の形態のメタ
ノール合成システム１３５には、石炭ガス化炉９２より
石炭ガスが送られ、また水電解システム１１８から水素
が送られ、これらを用いてメタノールが合成され、これ
をメタノール貯蔵槽１３６に貯蔵するようになってい
る。
【０１６４】本実施例では、夜間等の電力需要の少ない
時、水電解システム１１８で純水１１７を電気分解して
水素と酸素とを製造し、酸素を液体酸素・窒素製造シス
テム８に送って液体酸素にして液体酸素貯蔵槽１０に貯
蔵し、水素をメタノール合成システム１３５に送り、ま
た石炭ガス化炉９２で製造される石炭ガスをメタノール
合成システム１３５に送る。メタノール合成システム１
３５では、石炭ガスと水素とから触媒を用いてメタノー
ルの合成を行い、これをメタノール貯蔵槽１３６に貯蔵
する。
【０１６５】本実施例によれば、夜間等に石炭ガスを製
造し、この石炭ガスをメタノールを合成する際に用い、
昼間のピーク電力需要には石炭ガスタービン複合発電を
行うことにより、石炭ガス化炉を１日中連続運転させて
石炭ガス化炉の起動・停止に伴う熱損失の削減および温
度変動による設備の熱疲労を軽減することができるた
め、設備の長期的な健全性を確保することができるとと
もに、負荷平準化原子力コンビナートを構成できる。
【０１６６】第１６の実施の形態 次に図２０により、本発明による第１６の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図２０にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、原子力発
電システム６ｂと、原子力発電システム６ｂにより生じ
たエネルギの一部を用いて駆動され、水・アンモニア混
合媒体を用いて発電するとともに、水・アンモニア混合
媒体から水媒体とアンモニア媒体とを分離する水・アン
モニア混合媒体サイクル６３と、水・アンモニア混合媒
体サイクル６３から分離されたアンモニア媒体を用いて
アンモニア冷媒を冷却する冷媒製造システム６５と、冷
却されたアンモニア冷媒を貯蔵するアンモニア冷媒貯蔵
槽１４０とを備えている。
【０１６７】図２０に示すように、本実施の形態におい
て、原子力発電システム１４１（６ｂ）の水蒸気タービ
ン２の排気は、水・アンモニア混合媒体システム６３に
導かれ、熱交換を行い復水して循環ポンプ４に循環され
るようになっている。
【０１６８】水・アンモニア混合媒体システム６３で
は、水蒸気と熱交換を行って高濃度のアンモニア蒸気と
低濃度のアンモニア水溶液とが作られ、高濃度のアンモ
ニア蒸気は、混合媒体タービン６４と冷媒製造システム
６５に分流され、混合媒体タービン６４を駆動、あるい
は冷媒を製造して水・アンモニア混合媒体システム６３
に循環し、低濃度のアンモニア水溶液と混合吸収されて
復液するようになっている。
【０１６９】冷媒製造システム６５は、アンモニア冷媒
貯蔵槽１４０に貯蔵される高温度のアンモニア冷媒を冷
却してアンモニア冷媒貯蔵槽１３９に貯蔵し、アンモニ
ア冷媒貯蔵槽１４０の高温度のアンモニア冷媒を全て冷
却し終わると、弁１４２を開放してアンモニア冷媒をア
ンモニア冷媒貯蔵槽１３９からアンモニア冷媒貯蔵槽１
４０に移送し、弁１４４を閉じて低温のアンモニア冷媒
製造が終わる。弁１４５，１４３を開いて低温のアンモ
ニア冷媒をアンモニア冷媒貯蔵槽１４０から水・アンモ
ニア混合媒体システム６３の復液部の熱交換部に移送し
て熱交換を行わせ、再びアンモニア冷媒貯蔵槽１４０に
循環させて冷却を行うようになっている。復液部から循
環するアンモニア冷媒を、アンモニア冷媒貯蔵槽１３９
に返すようにしてもよい。
【０１７０】次に本実施の形態の作用について説明す
る。一例として、電気出力１１０万ｋＷｅ級の原子力プ
ラントの定格運転出力が最大負荷の約９０％を供給する
システムを考える。夜間等の電力需要の少ない１０時間
は、原子力プラントの定格出力の３０％を冷媒製造に、
７時間は定格出力の１０％を冷媒製造に用いる。
【０１７１】水・アンモニア混合媒体システム６３で製
造された高濃度のアンモニア蒸気の一部を冷媒製造シス
テム６５に分流して、約−８℃のアンモニア冷媒を製造
するのに用いる。次に、弁１４５，１４２を閉じ、弁１
４４を開いてアンモニア冷媒貯蔵槽１４０より温度の高
いアンモニア冷媒を冷媒製造システム６５に送り、冷媒
製造システム６５で製造された冷媒と熱交換をして温度
の低いアンモニア冷媒としてアンモニア冷媒貯蔵槽１３
９に移送する。アンモニア冷媒貯蔵槽１４０の貯蔵アン
モニア冷媒が無くなると弁１４４を閉じ、弁１４２を開
いてアンモニア冷媒貯蔵槽１３９からアンモニア冷媒貯
蔵槽１４０へ約−８℃の温度のアンモニア冷媒を移して
これを貯蔵する。
【０１７２】昼間等の電力需要の多い時には、水・アン
モニア混合媒体システム６３で製造された高濃度のアン
モニア蒸気の全てを混合媒体タービン６４に流して、こ
れを駆動して発電を行う。
【０１７３】そして弁１４２，１４４を閉じ、弁１４
５，１４３を開いて約−８℃の温度のアンモニア冷媒を
アンモニア冷媒貯蔵槽１４０から水・アンモニア混合媒
体システム６３に導き、混合媒体タービン６４からの排
気を冷却して復液を行う、熱交換後の約２０℃のアンモ
ニア冷媒は、アンモニア冷媒貯蔵槽１４０に循環する、
アンモニア冷媒貯蔵槽１４０では、温度が約２０℃のア
ンモニア冷媒が、温度が約−８℃のアンモニア冷媒の上
に温度成層を形成するように流入させる。
【０１７４】本実施例によれば、夜間等の熱エネルギー
および電力で低温のアンモニア冷媒を製造・貯蔵し、昼
間等の電力需要の多い時には貯蔵した低温のアンモニ冷
媒で水・アンモニア混合媒体システム６３の復液部の冷
却を行い、これにより熱変換効率を高めて発電量を増や
して負荷の平準化に対応することができる。
【０１７５】また、水・アンモニア混合媒体システム６
３で発電を行う高濃度のアンモニア蒸気を用いて冷媒を
製造するシステムとすることにより、熱効率が高められ
た発電を行うのと、冷媒を製造してエネルギー貯蔵を行
うことも設備費用を多くかけずに実現することができ
る。
【０１７６】第１７の実施の形態 次に図２１により、本発明による第１７の実施の形態に
よる原子力コンビナートについて説明する。図２１にお
いて、本実施の形態の原子力コンビナートは、原子力発
電システム６ｂと、原子力発電システム６ｂにより生じ
たエネルギの一部を用いて駆動され、水・アンモニア混
合媒体を用いて発電するとともに、水・アンモニア混合
媒体から水媒体とアンモニア媒体とを分離する水・アン
モニア混合媒体サイクル６３とを備えている。さらに本
実施の形態の原子力コンビナートには、水・アンモニア
混合媒体サイクル６３から分離されたアンモニア媒体を
用いて空気を冷却して液化する液体空気製造システム１
４６と、液体空気を気化させる貯蔵冷熱変換システム１
３とが設けられている。
【０１７７】図２１に示すように、本実施の形態におい
て、冷媒製造システム６５で製造された冷媒は、液体空
気製造システム１４６の空気圧縮の時に発生する熱の除
熱を行うようになっている。液体空気製造システム１４
６で生成された液体空気は、液体空気貯蔵槽１２に貯蔵
され、貯蔵冷熱変換システム１３で加圧・気化されて水
・アンモニア混合媒体システム６３の復液部の冷却に用
いられ、膨脹タービン１０５を駆動して発電を行い、海
水冷却熱交換システム１４７で直接海水を冷却して大気
に放出するようになっている。
【０１７８】本実施の形態では、夜間等の電力需要の少
ない時、冷媒製造システム６５で冷媒を製造し、液体空
気製造システム１４６で空気を圧縮する時に発生する熱
の除熱を行う際にこれを利用して液体空気を製造する。
液体空気は、液体空気貯蔵槽１２に貯蔵される。
【０１７９】一方、昼間等の電力需要の多い時には、液
体空気貯蔵槽１２に貯蔵された液体空気を貯蔵冷熱変換
システム１３で加圧・気化して水・アンモニア混合媒体
システム６３の復液部で混合媒体タービン６４の排気を
冷却して復液し、加熱・加圧された空気を膨脹タービン
１０５に導いてこれを駆動して発電を行い、断熱膨脹後
の空気を海水冷却熱交換システム１４７に導いて直接海
水との熱交換を行い、大気に放出する。
【０１８０】本実施の形態によれば、冷熱を液体空気に
して貯蔵するため、冷熱貯蔵槽の容量を少なくすること
ができ、建設費用を低減することができる。
【０１８１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電力受容
の非ピーク時の原子力発電システムによる余剰電力エネ
ルギを、吸収式冷凍システムを介して気体液化システム
に導入して液化された気体の冷熱として貯蔵し、電力需
要のピーク時に液化された気体を貯蔵冷熱変換システム
を介して気化させてガスタービン複合発電システムに導
入して発電するため、ピーク時の電力供給量と非ピーク
時の電力供給量との負荷平準化が図れる。
【０１８２】また本発明によれば、夜間等の熱エネルギ
ーおよび電力で低温の冷媒を製造・貯蔵し、昼間等の電
力需要の多い時には貯蔵した低温の冷媒で水・アンモニ
ア混合媒体システムの復液部の冷却を行い、これにより
熱変換効率を高めて発電量を増やして負荷の平準化に対
応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による原子力コンビ
ナートを示すブロック図。
【図２】図１に示す原子力コンビナートにおける吸収式
冷凍システムおよび気体液化システムの詳細を示す部分
ブロック図。
【図３】図１に示す原子力コンビナートにおける気体液
化システムおよびＬＮＧガスタービン複合発電システム
の詳細を示す部分ブロック図。
【図４】本発明の第２の実施の形態による原子力コンビ
ナートを示すブロック図。
【図５】図４に示す原子力コンビナートにおける第１の
水・アンモニア混合媒体サイクル発電システムの詳細を
示す部分ブロック図。
【図６】本発明の第３の実施の形態による原子力コンビ
ナートを示すブロック図。
【図７】図３に示す原子力コンビナートの製氷サイクル
部分を示すブロック図。
【図８】本発明の第４の実施の形態による原子力コンビ
ナートを示すブロック図。
【図９】本発明の第５の実施の形態による原子力コンビ
ナートを示すブロック図。
【図１０】本発明の第６の実施の形態による原子力コン
ビナートを示すブロック図。
【図１１】本発明の第７の実施の形態による原子力コン
ビナートを示すブロック図。
【図１２】本発明の第８の実施の形態による原子力コン
ビナートを示すブロック図。
【図１３】本発明の第９の実施の形態による原子力コン
ビナートを示すブロック図。
【図１４】本発明の第１０の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図１５】本発明の第１１の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図１６】本発明の第１２の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図１７】本発明の第１３の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図１８】本発明の第１４の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図１９】本発明の第１５の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図２０】本発明の第１６の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【図２１】本発明の第１７の実施の形態による原子力コ
ンビナートを示すブロック図。
【符号の説明】
６ａ、６ｂ 原子力発電システム ７ 吸収式冷凍システム ８ 気体液化システム １３ 貯蔵冷熱変換システム １４ コンプレッサ １６ 燃焼器 １７ ガスタービン １８ 廃熱ボイラ １９ 水蒸気タービン ２０ 復水器 ５０ ＬＮＧガスタービン複合発電システム ６３ａ、６３ｂ 混合媒体システム ６５ 冷媒製造システム ８８ 海水凍結氷貯蔵変換システム ９２ 石炭ガス化炉 １０８ 炭酸ガス回収装置 １１１ 炭酸ガス液化装置 １１２ 液体炭酸ガス貯蔵槽 １１８ 水電解システム １２３ 冷凍破砕システム １２４ 分別システム １２９ 石炭ガスタービン複合発電システム １３０ ゴミガスタービン複合発電システム １３３ 燃料電池システム １３５ メタノール合成システム １３７ 深冷式炭酸ガス・酸素液化システム １５０ 熱変換機構 １６３ 水・アンモニア混合媒体サイクル発電システム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮 沢 竜 雄 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 丸 目 隆 之 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 福 田 雅 文 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 高 柳 幹 男 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 3G081 BA04 BA16 BB00 BC00 BC07 BC30 BD00

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】原子力発電システムと、 原子力発電システムにより生じたエネルギの一部を用い
    て駆動され、空気を冷却する吸収式冷凍システムと、 吸収式冷凍システムにより冷却された空気を液化して酸
    素と窒素に分離する気体液化システムと、 液化された酸素、窒素および空気のいずれかを気化させ
    る貯蔵冷熱変換システムと、 貯蔵冷熱変換システムにより気化される酸素および空気
    のいずれかを用いて発電するガスタービン複合発電シス
    テムと、を備えたことを特徴とする原子力コンビナー
    ト。
  2. 【請求項２】気体液化システムと貯蔵冷熱変換システム
    との間に、両者の熱変換を行う熱変換機構が設けられ、 貯蔵冷熱変換システムにより液化された気体が気化する
    時に解放される冷熱を熱変換機構を介して気体液化シス
    テムに還元するようになっていることを特徴とする請求
    項１に記載の原子力コンビナート。
  3. 【請求項３】吸収式冷凍システムは、 第１の混合媒体サイクル発電システムと、 第１の混合媒体サイクル発電システムによって分離され
    る媒体から冷媒を製造する冷媒製造システムからなるこ
    とを特徴とする請求項１または２に記載の原子力コンビ
    ナート。
  4. 【請求項４】海水が導入され、貯蔵冷熱変換システムの
    冷熱を利用して導入された海水を凍結し氷を製造して貯
    蔵するとともに、復水器あるいは復液器の冷却用の海水
    貯蔵した氷の解氷水で冷却し、使用後の解氷水を淡水と
    して利用する海水凍結氷貯蔵冷却システムを更に備えた
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の原
    子力コンビナート。
  5. 【請求項５】ガスタービン複合発電システムに、第２の
    混合媒体サイクル発電システムが設けられたことを特徴
    とする請求項１乃至４のいずれかに記載の原子力コンビ
    ナート。
  6. 【請求項６】ガスタービン複合発電システムは、第１の
    混合媒体サイクル発電システムを復水サイクルとして利
    用するようになっていることを特徴とする請求項３に記
    載の原子力コンビナート。
  7. 【請求項７】ガスタービン複合発電システムは、ガスタ
    ービンの廃ガスの冷却に第２の混合媒体サイクル発電シ
    ステムを利用するようになっていることを特徴とする請
    求項５に記載の原子力コンビナート
  8. 【請求項８】吸収式冷凍システムは、少なくとも酸素を
    冷却するようになっており、 気体液化システムは、酸素を液化するようになってお
    り、 貯蔵冷熱変換システムは、液化された酸素を気化させる
    ようになっており、 ガスタービン複合発電システムは、燃焼器と、コンプレ
    ッサと、膨張タービンと、廃熱ボイラとを有し、炭酸ガ
    ス回収装置が接続されており、 燃焼器に、貯蔵冷熱変換システムから気化された酸素が
    供給され、コンプレッサには廃熱ボイラの廃ガスの一部
    が大気の代わりに供給され、残りの廃ガスは炭酸ガスを
    除去されて廃棄されることを特徴とする請求項１乃至６
    のいずれかに記載の原子力コンビナート。
  9. 【請求項９】炭酸ガス回収装置は、気体液化システムに
    よって液化された気体の冷熱を利用する炭酸ガス液化装
    置からなることを特徴とする請求項７に記載の原子力コ
    ンビナート。
  10. 【請求項１０】原子力発電システムと、 原子力発電システムにより生じたエネルギの一部を用い
    て駆動され、水・アンモニア混合媒体を用いて発電する
    とともに、水・アンモニア混合媒体から水媒体とアンモ
    ニア媒体とを分離する水・アンモニア混合媒体サイクル
    と、 水・アンモニア混合媒体サイクルから分離されたアンモ
    ニア媒体を用いてアンモニア冷媒を冷却する冷媒製造シ
    ステムと、 冷却されたアンモニア冷媒を貯蔵するアンモニア冷媒貯
    蔵槽と、を備えたことを特徴とする原子力コンビナー
    ト。
  11. 【請求項１１】原子力発電システムと、 原子力発電システムにより生じたエネルギの一部を用い
    て駆動され、水・アンモニア混合媒体を用いて発電する
    とともに、水・アンモニア混合媒体から水媒体とアンモ
    ニア媒体とを分離する水・アンモニア混合媒体サイクル
    と、 水・アンモニア混合媒体サイクルから分離されたアンモ
    ニア媒体を用いて、空気を液化する気体液化システム
    と、 液化された空気を気化させてエネルギを取出す貯蔵冷熱
    変換システムと、を備えたことを特徴とする原子力コン
    ビナート。
  12. 【請求項１２】液化された気体の冷熱で水素ガスと酸素
    ガスとを生成して液化する水電解装置を更に備えたこと
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の原子
    力コンビナート。
  13. 【請求項１３】ガスタービン複合発電システムは、ＬＮ
    Ｇガスタービン複合発電システムからなることを特徴と
    する請求項１乃至９のいずれかに記載の原子力コンビナ
    ート。
  14. 【請求項１４】ガスタービン複合発電システムは、石炭
    ガス化炉と石炭ガスタービン複合発電システムとからな
    ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の
    原子力コンビナート。
  15. 【請求項１５】更に、石炭ガスを燃料とする燃料電池シ
    ステムが併設されていることを特徴とする請求項１４に
    記載の原子力コンビナート。
  16. 【請求項１６】ガスタービン複合発電システムは、冷凍
    破砕システムと、分別システムと、ゴミガスタービン複
    合発電システムとからなることを特徴とする請求項１乃
    至９のいずれかに記載の原子力コンビナート。
  17. 【請求項１７】液化された炭酸ガスを貯蔵する液体炭酸
    ガス貯蔵槽と、 水素ガスと酸素ガスとを生成する水電解装置と、 水素と炭酸ガスとからメタノールを合成するメタノール
    合成システムとを更に備え、 気体液化システムは、深冷式炭酸ガス・酸素液化システ
    ムからなり、 ガスタービン複合発電システムは、メタノールガスター
    ビン複合発電システムからなる、ことを特徴とする請求
    項１乃至９のいずれかに記載の原子力コンビナート。
  18. 【請求項１８】炭酸ガスを液化する炭酸ガス液化装置
    と、 液化された炭酸ガスを貯蔵する液体炭酸ガス貯蔵槽と、 水素ガスと酸素ガスとを生成する水電解装置と、 水素と炭酸ガスとからメタノールを合成するメタノール
    合成システムとを更に備えたことを特徴とする請求項１
    ３乃至１５に記載の原子力コンビナート。
  19. 【請求項１９】メタノール合成システムは、石炭ガスが
    供給されるようになっており、石炭ガスと水素とからメ
    タノールを合成するようになっていることを特徴とする
    請求項１８に記載の原子力コンビナート。
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