JP2004044533A - タービン設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】タービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とする。
【解決手段】圧縮機１１で圧縮された多原子分子の作動流体を加熱する熱交換器３と、熱交換器３で加熱された作動流体が供給されるタービン１２と、高温ガス炉１からの媒体を熱交換器３に循環させる循環流路２とを備え、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを有効に回収してタービン１２の作動流体を加熱し、タービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とする。
【選択図】 図２
【解決手段】圧縮機１１で圧縮された多原子分子の作動流体を加熱する熱交換器３と、熱交換器３で加熱された作動流体が供給されるタービン１２と、高温ガス炉１からの媒体を熱交換器３に循環させる循環流路２とを備え、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを有効に回収してタービン１２の作動流体を加熱し、タービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機からの圧縮流体により作動するタービンを備えたタービン設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
圧縮機と燃焼器及びタービンとを有するガスタービンにおいて、圧縮機で圧縮された流体をガスタービンからの高温の排気ガスで予め加熱（再生）し、燃焼器に導入される燃料を少なくして効率よく燃焼ガスを得る再生ガスタービンが実用されている。
【０００４】
一方、原子力発電プラントにおいては、安定した気ガスであるヘリウムにより炉を冷却し、炉から熱を取り出す高温ガス炉が知られている。炉から送給される高温のヘリウムは別途設備で熱利用を行い、熱回収によって低温になったヘリウムは再び高温ガス炉に循環されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複合発電プラントや原子力発電プラントにおいては、常に出力や効率の向上を目指して様々な技術が提案されている。発電プラントの熱効率の向上（熱エネルギーの有効利用）等のためには、技術分野を越えたシステムの複合が試みられているが、現在は模索の段階であるのが実情である。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高温ガス炉からの一次系媒体からの熱を利用するが、その物性や条件に支配されることなく運用できるタービン設備（ガスタービン設備）を提供することを特徴とする。
【０００７】
つまり、一次系の媒体の熱エネルギーを一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体に効率よく回収使用する高温ヘリウム熱交換設備を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が独立して循環されて熱源となる複数の熱交換手段と、それぞれの熱交換手段で熱交換された二次系の流体がそれぞれ使用される複数の設備とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換器に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第１熱交換手段ち、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第２熱交換手段と、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第１熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段及び第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が二次系の流体として第２熱交換手段に送られる給水系とを備えたことを特徴とするタービン設備。
【００１４】
そして、原子炉からの一次系の媒体はヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であることを特徴とする。
【００１５】
また、タービンに供給される二次系の流体である圧縮流体は多原子分子の流体であることを特徴とする。
【００１６】
また、二次系の流体である圧縮流体はタービンで仕事を終えた後熱回収されて圧縮機の圧縮流体とされることを特徴とする。
【００１７】
また、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、作動流体が導入されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼器の燃焼ガスをタービンに導入することを特徴とする。
【００１９】
また、圧縮機は低圧圧縮機と高圧圧縮機で構成され、低圧圧縮機からの圧縮流体を冷却して高圧圧縮機に導入する冷却手段を備え、タービンは高圧タービンと低圧タービンとで構成され、燃焼器には、高圧タービンからの排気流体が導入され、燃焼器の燃焼ガスは低圧タービンに導入されることを特徴とする。
【００２０】
また、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とする。
【００２１】
また、圧縮機には二次系の流体として空気が導入され、圧縮空気が熱交換されてタービンに供給されると共にタービンで仕事を終えた排気空気が供給される排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、熱交換された圧縮空気が供給され燃料と共に燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を熱交換する第３熱交換手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
そして、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼ガスの燃焼ガスが作動流体としてタービンに供給されることを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を第２熱交換手段に供給する蒸気供給系と、第２熱交換手段で熱交換された過熱蒸気により作動する蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が排熱回収ボイラに送られるボイラ給水系とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を第２給水系の合流部の上流側で熱交換する第３熱交換手段とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されることを特徴とする。
【００２９】
上記目的を達成するための本発明の高温ガス炉設備は、高温ガス炉からの一次系の媒体を熱交換手段に循環させる循環流路と、一次系の媒体とは異なる種類の二次系の作動流体が熱交換手段で熱交換されて供給されることで仕事を行なう設備とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
そして、一次系の媒体は、高温ガス炉の冷却を行なうヘリウムであり、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態例に係る原子炉設備の概略構成を示す。
【００３２】
本願発明の原子炉設備は、図１に示すように、原子炉である高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（例えば、ヘリウム）が循環路２により熱交換手段としての熱交換器３に循環され、熱交換器３では一次系の媒体とは異なる種類の多原子分子の作動流体（例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素）が加熱される。加熱された作動流体は循環路４により設備５に導入されて仕事が行なわれる。また、熱交換器３ａで処理された作動流体は流体通路６ａから設備７に送られ、その後、熱交換器３ａに戻される。つまり、複数の設備が備えられている。
【００３３】
「高温ガス炉１を一定条件」あるいは「最低安定負荷を下限」とした運用をすることを可能とし、高温ガス炉１の急激な変化を避けて徐々に操作して高温ガス炉１とシステム全体の安全を確保する。その際は、設備５と設備７の一方を「低負荷」あるいは「停止させたとき」は他方をバランスさせて負荷を負担させる。
【００３４】
熱交換器３及び設備５の側が、例えばコア技術となり、熱交換器３ａ及び設備７の側が、例えば補助技術と位置付けされる。
【００３５】
このため、高温ガス炉設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーから間接的に熱回収して一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体を効率よく生成することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、図面に基づいて、作動流体により駆動されるタービン設備を設備５として適用し、設備７を蒸気タービン系として適用した実施例を説明する。
【００３７】
図２には本発明の第１実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図１に示した高温ガス炉設備と同一部材には同一符号を付してある。
【００３８】
原子力設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器３に送られ、熱交換器３（第１熱交換手段）で熱回収された後媒体ｈ２が高温ガス炉１に循環される。高温ガス炉１からの一次系の媒体ｈ１は同様に熱交換器３ａ（第２熱交換手段）に供給され、熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（第２蒸気供給系）から蒸気タービン７（設備７：第２蒸気タービン系）に送られ、蒸気タービン７で仕事をした蒸気は復水器５１で復水されて熱交換器３ａに戻される（第２給水系）。
【００３９】
尚、図中の符号で５２は給水ポンプ、５３、５４は循環ブロアである。
【００４０】
圧縮機１１及びタービン１２及び発電機１０を有するガスタービン１３が備えられ、圧縮機１１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３で加熱され、加熱された作動流体ａ２がタービン１２に供給される。作動流体ａは多原子分子で構成され、作動流体ａは、例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素（メタン等）もしくは二酸化炭素のうちいずれか少なくとも一つを含むもので構成されている。
【００４１】
タービン１２で仕事を終えた排気ガス（作動流体ａ３）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された作動流体ａ４は圧縮機１１に供給される作動流体とされる（圧縮流体供給ライン）。その際、必要に応じて熱交換器３ｂによって必要な圧縮機吸気温度を得る。
【００４２】
つまり、ガスタービン１３の作動流体ａは一次系の媒体ｈとの間で熱交換される循環流体とされ、ガスタービン１３は排出ガスが外部に放出されない閉サイクルの系を構成している。排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気タービン１５（蒸気タービン系）に送られ（蒸気供給系）、蒸気タービン１５で仕事を終えた蒸気は復水されて排熱回収ボイラ１４に給水される（給水系）。
【００４３】
上記構成のガスタービン設備では、圧縮機１１で圧縮された多原子分子の作動流体ａが熱交換器３に送られ、熱交換器３では高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１との間で多原子分子の作動流体ａが熱交換される。熱交換器３で加熱（熱交換）された作動流体ａはタービン１２に導入され、タービン１２で膨張された後排気されて排熱回収ボイラ１４に送られる。排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気タービン１５に送られて仕事が行われる。
【００４４】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。原子炉設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈの熱エネルギーはガスタービン及びその後流の排熱回収ボイラ１４、蒸気タービン１５により有効に出力に転換することができる。
【００４５】
また、ガスタービン設備の作動流体として多原子分子の作動流体ａを用いていると共に、排出ガスを外部に放出しない閉サイクルの系としたガスタービン１３を用いているので、量産型のガスタービンを適用することによって、高い経済性を得ることができる。そして、多原子分子の作動流体ａを用いてガスタービン１３を作動させるようにしているので、容積流量作動が制限されるタービン１２においては通過流体重量を多くすることができ、単原子分子の流体に比べてタービン１２等が量産型の仕様であっても高い出力が確保され、高性能のガスタービン１３とすることができる。
【００４６】
上述したガスタービン設備における総熱量効率（いわゆるコジェネ効率）は、閉サイクル系のガスタービン１３の出力をＰとし、排熱回収ボイラ１４の回収熱をＱとし、熱交換器３に投入される一次系の媒体ｈの熱量をＪとすると、
総熱量効率＝（Ｐ＋Ｑ）／Ｊ
となり、高い総熱量効率（例えば、９５％以上）が得られる。
【００４７】
圧縮機１１入口の流体温度は排熱回収ボイラ１４と熱交換器３ｂの熱交換要素によって所定値を確保する。流体通路６は蒸気供給系Ａとして蒸気タービン１５を共用し、給水系Ｂからの戻り給水を活かして熱交換器３ａを構成してもよい。その場合は、蒸気タービン７の系統を省略することが可能で、これにより、高温ガス炉１の運用を保持しながら自由にガスタービン１３を起動・停止することができる。ガスタービン１３及び排熱回収ボイラ１４が安定すれば、熱交換器３ａは停止あるいは小容量運転に移行する。熱交換器３ａの系を有しない形態は、本願発明における最小のコア技術である。
【００４８】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００４９】
図３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００５０】
図３には本発明の第２実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図２に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５１】
図３に示した第２実施例のタービン設備は、第１実施例に対し、熱交換器３で加熱された作動流体ａ２が導入される燃焼器１８が備えられ、燃焼器１８には炭化水素系の燃料ｆ（例えば、ＬＮＧ気化ガス等）及び酸素が投入される。燃焼器１８では作動流体ａ２が燃料ｆ及び酸素と共に燃焼され、燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）がタービン１２に導入される。
【００５２】
上述したタービン設備では、タービン１２の作動流体ａ５（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）は混合ガスとし、タービン１２の入口温度を高温（例えば、１３５０℃〜１５００℃）に制御する。尚、燃料ｆとして水素を適用した場合、ガスタービン１３の作動流体は水蒸気（Ｈ２ Ｏ）である。また、（燃料＋Ｏ２ ）の投入量に見合って排気を系外に排出する。
【００５３】
従って、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。その温度はまだ低温のため、燃料ｆで燃焼器１８を用いてタービン１２の入口温度を所定の高温に制御する。熱交換器３を用いない通常のガスタービンに比べると、燃料ｆを節約でき燃料よりも安価な熱を熱交換器３から導入する分経済的に有利（発電単価が安い）となる。
【００５４】
尚、図３の例では、原子炉−循環流体・水蒸気でも適用可能である。つまり、高温ガス炉１−ヘリウム循環に限定されるものではない。
【００５５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００５６】
図４に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００５７】
図４には本発明の第３実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図３に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５８】
図４に示した第３実施例のタービン設備は、第２実施例に対し、圧縮機が低圧圧縮機２１と高圧圧縮機２２で構成され、タービンが高圧タービン２３と低圧タービン２４で構成されている。そして、低圧圧縮機２１と高圧圧縮機２２の間には中間冷却器２５が備えられ、燃焼器１８が高圧タービン２３と低圧タービン２４の間に備えられている。即ち、再熱タービンが構成されている。
【００５９】
蒸気タービン系である蒸気タービン１５は、排気系が直列とされる高圧タービン１５ａ及び中圧タービン１５ｂ及び低圧タービン１５ｃを備え、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気が高圧タービン１５ａに供給されると共に、熱交換器３ａで熱交換された蒸気が中圧タービン１５ｂに投入され、低圧タービン１５ｃの排出蒸気が復水器５６で復水されて排熱回収ボイラ１４及び熱交換器３ａに給水される。尚、上記蒸気タービン系は一例であり、自由に構成することができる。
【００６０】
低圧圧縮機２１で圧縮された作動流体ａ１１を中間冷却器２５で冷却し、冷却された作動流体ａ１１は高圧圧縮機２２で圧縮する。そして、高圧圧縮機２２で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３に送られる。熱交換器３で加熱された作動流体ａ２は高圧タービン２３に供給され、高圧タービン２３で仕事を終えた作動流体ａ２１は燃焼器１８に投入される。
【００６１】
また、図中に点線で示すように、必要に応じて熱交換器３を追加して設け、熱交換器３を経由して予熱した後燃焼器１８に投入する。また、（燃料＋Ｏ２ ）の投入量に見合って排気を系外に抽出する他、熱交換器３ｂで所定の温度に冷却して低圧圧縮機２１へ再循環させる。再循環流体は（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）の混合ガスである。
【００６２】
燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）が低圧タービン２４に導入される。
【００６３】
上述したタービン設備では、高温ガス炉１（または軽水炉）を冷却した一次系の媒体ｈまたは水蒸気からの給熱により高圧タービン２３が作動し、燃焼器１８に炭化水素系の燃料ｆ（例えば、ＬＮＧ気化ガス等）もしくは水素及び酸素を用いて低圧タービン２４を作動させる。低圧圧縮機２１で圧縮された作動流体ａ１１は中間冷却器２５で減温され、高圧圧縮機２２の動力が低減されている。尚、中間冷却器２５での回収熱は、燃料ｆ及び酸素、もしくは水素の加熱や水蒸気生成に活用（利用）できる。
【００６４】
熱交換器３ａで生成する蒸気は、蒸気タービン１５の中間段の中圧タービン１５ｂに投入して発電出力を得る。ガスタービン系が起動・停止のときに熱交換器３ａを併用して高温ガス炉１を安定、最低負荷で運用できる。ガスタービン１３−排熱回収ボイラ１４−蒸気タービン１５の系が安定すれば、熱交換器３ａでの蒸気を低減（あるいは停止）する。
【００６５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００６６】
図５に基づいて本発明の第４実施例を説明する。
【００６７】
図５には本発明の第４実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図１に示した高温ガス炉設備と同一部材には同一符号を付してある。
【００６８】
原子炉設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器３に送られ、熱交換器３で熱回収された一次系の媒体ｈ２は高温ガス炉１に循環される。高温ガス炉１と熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（過熱蒸気の通路ＡＡ）から蒸気タービン１５に送られ、蒸気タービン１５で仕事をした蒸気は復水されてボイラ供給系５７から排熱回収ボイラ１４に戻される。
【００６９】
圧縮機３１及びタービン３２及び発電機３０を有するガスタービン３３が備えられ、圧縮機３１には外部から作動流体ａ（多原子分子である空気）が導入される。圧縮機３１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３で加熱され、加熱された作動流体ａ２がタービン３２に導入される。タービン３２で仕事を終えた排気ガス（作動流体ａ３）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された排気ガスは煙突３５から大気に放出される。
【００７０】
上記構成のガスタービン設備では、圧縮機３１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３に送られ、熱交換器３では高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１との間で作動流体ａ１と熱交換される。熱交換器３で加熱（熱交換）された作動流体ａ２はタービン３２に導入され、タービン３２で膨張された後排熱回収ボイラ１４に送られる。
【００７１】
排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気供給系５８から主蒸気Ｃとして熱交換器３ａに送られ、熱交換器３ａで過熱（Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔ）されたのち蒸気タービン１５に送られて仕事が行われる。熱交換器３ａを用いない運用では、主蒸気は排熱回収ボイラ１４から蒸気タービン１５へ直接供給される。
【００７２】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウム）ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。このため、高温ガス路設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウム）ｈの熱エネルギーを有効に回収することができる。
【００７３】
また、ガスタービン設備の作動流体として多原子分子の作動流体ａ（空気）を用いていると共に、排出ガスを外部に放出する開サイクルの系となっているガスタービン３３を用いているので、通常型のガスタービンを最小限の改良で適用することができ、高い経済性を得ることができる。そして、多原子分子の作動流体ａを用いてガスタービン３３を作動させるようにしているので、タービン３２においては所定の容積で作動流体の分子重量を高く（単原子分子の流体に比べて）選定できる。この場合、タービン３２等を大型化することなく高い出力が確保され、高性能のガスタービン３３とすることができる。
【００７４】
また、主蒸気を熱交換器３ａで過熱蒸気とするので、復水器損失を増大させることなく、高温ガス炉１からの熱を蒸気タービン１５の出力に変換できる。
【００７５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、主蒸気の過熱により原子力設備からの熱を復水器の損失を増加させることなく発電出力に転換することができる。
【００７６】
図６に基づいて本発明の第５実施例を説明する。
【００７７】
図６には本発明の第５実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図３乃至図５に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００７８】
図６に示した第５実施例のタービン設備は、図５に示した第４実施例に対し、熱交換器３で加熱された作動流体ａ２が供給される燃焼器３７が備えられ、燃焼器３７には燃料ｆが投入される。燃焼器３７では作動流体ａ２が燃料ｆと共に燃焼され、燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）がタービン３２に導入される。タービン３２からの排気ガスは熱回収にて蒸気タービン１５を作動させる。
【００７９】
蒸気タービン１５は、図４に示した第３実施例と同様に、排気系が直列とされる高圧タービン１５ａ及び中圧タービン１５ｂ及び低圧タービン１５ｃを備え、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気が中圧タービン１５ｂに供給されると共に、熱交換器３ａで熱交換された過熱蒸気が高圧タービン１５ａに投入され、低圧タービン１５ｃの排出蒸気が復水器５６で復水されて排熱回収ボイラ１４及び熱交換器３ａ側に給水される。尚、上記蒸気タービン系は一例であり、自由に構成することができる。
【００８０】
また、図３に示した第２実施例と同様に、高温ガス炉１からの一次系の媒体ｈ１が熱交換器３ａ（第２熱交換手段）に供給され、熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（第２蒸気供給系）から蒸気タービン７（設備７：第２蒸気タービン系）に送られ、蒸気タービン７で仕事をした蒸気は復水器５１で復水されて給水Ｂ側に戻される（第２給水系）。
【００８１】
また、軽水炉６１が備えられ、軽水炉６１からの一次系の媒体（蒸気）ｋ１が第３熱交換手段としての熱交換器３ｃに送られる。熱交換器３ｃでは給水Ｂ（蒸気タービン系の二次系の流体）が加熱され、熱交換器３ｃで給水Ｂと熱交換した流体ｋ２（液体）はポンプ６２により加圧されて軽水炉６１に給水される。蒸気タービン７で仕事をした後復水器５１で復水された給水は熱交換器３ｃの上流側で給水Ｂに合流される。
【００８２】
従って、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウムまたは水蒸気）ｈ（ｓｈ）により、ガスタービン設備の作動流体である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱されているので、少ない燃料ｆで燃焼器３７を用いてタービン３２の入口温度を所定の高温に制御することができる。熱交換器３を用いない通常のガスタービン（オープンサイクル）に比べて、燃料ｆを節約した状態でタービンを運転することが可能になる。
【００８３】
軽水炉６１と高温ガス炉１を用いて熱交換器３ｃ及び熱交換器３ａで過熱蒸気を生成し、蒸気タービン７を高性能に作動させることを基本としている。コンバインドサイクル系の蒸気タービン１５と給水Ｂから過熱蒸気ＡＡのラインで連結して、蒸気タービン７（及び復水系）は使用しない場合も可能である。
【００８４】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、軽水炉６１、高温ガス炉１の過熱蒸気を主蒸気とすることで、蒸気タービン系を高性能化することができる。
【００８５】
図７に基づいて本発明の第６実施例を説明する。
【００８６】
図７には本発明の第６実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。第６実施例は、コア技術の一例を示したもので、図２に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。技術的な特徴内容は、図４の一軸構成に代えて別軸とした点にある。
【００８７】
低圧圧縮機７１及び低圧タービン７２が発電機６９と共に同軸に設けられた低圧ガスタービン７３が備えられ、高圧圧縮機７４及び高圧タービン７５が発電機７０と共に同軸に設けられた高圧ガスタービン７６が備えられている。低圧ガスタービン７３及び高圧ガスタービン７６は、例えば、起動時には機械的に連結された起動手段により同軸状態で起動される。低圧ガスタービン７３及び高圧ガスタービン７６を同軸状態に配置することも可能である。
【００８８】
低圧圧縮機７１で圧縮された圧縮流体（多原子分子で構成され、例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素（メタン等）もしくは二酸化炭素のうちいずれか少なくとも一つを含むもの）は第１吸気冷却装置７７で冷却された後高圧圧縮機７４で圧縮される。高圧圧縮機７４で圧縮された流体（作動流体）は第１熱交換手段である熱交換器８１で加熱（熱交換）されて高圧タービン７５に供給される。
【００８９】
作動流体は高圧タービン７５で膨張され、仕事を終えた排気ガスは第１熱交換手段である熱交換器８２で加熱（熱交換）されて低圧タービン７２に供給される。低圧タービン７２で仕事を終えた排気ガス（作動流体）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された作動流体は第２吸気冷却装置７８で吸気冷却されて低圧圧縮機７１に供給される。
【００９０】
原子力設備における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器８１、８２側に送られ、熱交換器８１、８２側（第１熱交換手段）で熱回収された後媒体ｈ２が高温ガス炉１に循環される。即ち、循環路２は熱交換器８１側の高圧熱交ライン８５と熱交換器８２側の低圧熱交ライン８６とに分岐されている。熱交換器８１で熱交換した一次系の媒体ｈ１はモータ駆動の圧縮機８８で圧縮されると共に、熱交換器８２で熱交換した一次系の媒体ｈ１はモータ駆動の圧縮機８９で圧縮される。圧縮された一次系の媒体ｈ１は合流して高温ガス炉１に循環される。
【００９１】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、再熱型で閉サイクルのガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体が間接熱交換により加熱される。高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈの熱エネルギーはガスタービン及びその後流の排熱回収ボイラ１４、蒸気タービン１５により有効に出力に転換することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを設備側で回収利用する場合の二次系流体選択の自由度が高い。
【００９３】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が独立して循環されて熱源となる複数の熱交換手段と、それぞれの熱交換手段で熱交換された二次系の流体がそれぞれ使用される複数の設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを複数の設備側で自由に利用することができる。
【００９４】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換器に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンとを備えたので、原子炉を冷却した回収熱でタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９５】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと設備とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９６】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第１熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体を蒸気タービン系との流量使用配分の調整をすることができる。
【００９７】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が二次系の流体として第２熱交換手段に送られる給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９８】
そして、原子炉からの一次系の媒体はヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であるので、不活性の安定した媒体である。
【００９９】
また、タービンに供給される二次系の流体である圧縮流体は多原子分子の流体であるので、所定の容積で作動流体の分子量を多くして高い出力を確保することができ、従来仕様のガスタービンとすることができる。
【０１００】
また、二次系の流体である圧縮流体はタービンで仕事を終えた後熱回収されて圧縮機の圧縮流体とされるので、閉サイクルの設備とすることができる。
【０１０１】
また、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる（熱回収する）排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンとを備え、効率のよいコンバインドサイクルとすることができる。
【０１０２】
また、作動流体が導入されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼器の燃焼ガスをタービンに導入するようにしたので、従来ガスタービンよりも少ない燃料でタービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１０３】
また、圧縮機は低圧圧縮機と高圧圧縮機で構成され、低圧圧縮機からの圧縮流体を冷却して高圧圧縮機に導入する冷却手段を備え、タービンは高圧タービンと低圧タービンとで構成され、燃焼器には、高圧タービンからの排気流体が導入され、燃焼器の燃焼ガスは低圧タービンに導入されるようにした。燃焼器は用いないで再熱タービンを構築することができるが、燃焼器を用いることで自由に性能を調整できるようにしている。ただし、この場合は（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）の混合ガスを作動流体としている。
【０１０４】
また、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つであるので、排気無排出プラントとすることができる。
【０１０５】
また、圧縮機には二次系の流体として空気が導入され、圧縮空気が熱交換されてタービンに供給されると共にタービンで仕事を終えた排気空気が供給される排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンを備えたので、排出ガスを煙突から放出する通常の開サイクルの系としたときガスタービンを最小の変更で適用することができ、高い経済性を発揮することができる。
【０１０６】
また、熱交換された圧縮空気が供給され燃料と共に燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器を備えたので、タービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１０７】
また、軽水炉からの一次系媒体を熱源として蒸気タービン系の二次系の流体を加熱する第３熱交換手段を備えたので、軽水炉からの一次系の媒体の熱を回収するこ。
【０１０８】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１０９】
そして、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼ガスの燃焼ガスが作動流体としてタービンに供給されるので、タービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１１０】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されるので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１１】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を第２熱交換手段に供給する蒸気供給系と、第２熱交換手段で熱交換された過熱蒸気により作動する蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が排熱回収ボイラに送られるボイラ給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１２】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を第２給水系の合流部の上流側で熱交換する第３熱交換手段とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されるので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１３】
本発明の高温ガス炉設備は、高温ガス炉からの一次系の媒体を熱交換手段に循環させる循環流路と、一次系の媒体とは異なる種類の二次系の作動流体が熱交換手段で熱交換されて供給されることで仕事を行なう設備とを備えたので、高温ガス炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを有効に回収して一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体を効率よく使用することができる。
【０１１４】
そして、一次系の媒体は、高温ガス炉の冷却を行なうヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であり、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含む流体とし、熱バランス上適切な高い性能（出力・効率）が得られる作動流体を選定する。一次系の媒体は、水蒸気その他不活性流体が使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る高温ガス炉設備の概略構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図３】本発明の第２実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図４】本発明の第３実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図５】本発明の第４実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図６】本発明の第５実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図７】本発明の第６実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【符号の説明】
１ 高温ガス炉
２ 循環炉
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，８１，８２ 熱交換器
４ 循環炉
５ 設備
６ 蒸気流路
７ 蒸気タービン（設備）
８ 原子炉設備
１０，６９，７０ 発電機
１１ 圧縮機
１２ タービン
１３ ガスタービン
１４ 排熱回収ボイラ
１５ 蒸気タービン
１８ 燃焼器
２１ 圧縮機
２２ 高圧圧縮機
２３ 高圧タービン
２４ 低圧タービン
２５ 中間冷却機
３０ 発電機
３１ 圧縮機
３２ タービン
３３ ガスタービン
５１，５６ 復水器
５２ 給水ポンプ
５３，５４ 循環ブロア
５７ ボイラ供給系
６１ 軽水炉
６２ ポンプ
７１ 低圧圧縮機
７２ 低圧タービン
７３ 低圧ガスタービン
７４ 高圧圧縮機
７５ 高圧タービン
７６ 高圧ガスタービン
７７ 第１吸気冷却装置
７８ 第２吸気冷却装置
８５ 高圧熱交ライン
８６ 低圧熱交ライン
８８，８９ モータ駆動の圧縮機
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機からの圧縮流体により作動するタービンを備えたタービン設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラで蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
圧縮機と燃焼器及びタービンとを有するガスタービンにおいて、圧縮機で圧縮された流体をガスタービンからの高温の排気ガスで予め加熱（再生）し、燃焼器に導入される燃料を少なくして効率よく燃焼ガスを得る再生ガスタービンが実用されている。
【０００４】
一方、原子力発電プラントにおいては、安定した気ガスであるヘリウムにより炉を冷却し、炉から熱を取り出す高温ガス炉が知られている。炉から送給される高温のヘリウムは別途設備で熱利用を行い、熱回収によって低温になったヘリウムは再び高温ガス炉に循環されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複合発電プラントや原子力発電プラントにおいては、常に出力や効率の向上を目指して様々な技術が提案されている。発電プラントの熱効率の向上（熱エネルギーの有効利用）等のためには、技術分野を越えたシステムの複合が試みられているが、現在は模索の段階であるのが実情である。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高温ガス炉からの一次系媒体からの熱を利用するが、その物性や条件に支配されることなく運用できるタービン設備（ガスタービン設備）を提供することを特徴とする。
【０００７】
つまり、一次系の媒体の熱エネルギーを一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体に効率よく回収使用する高温ヘリウム熱交換設備を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が独立して循環されて熱源となる複数の熱交換手段と、それぞれの熱交換手段で熱交換された二次系の流体がそれぞれ使用される複数の設備とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換器に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第１熱交換手段ち、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第２熱交換手段と、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第１熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段及び第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が二次系の流体として第２熱交換手段に送られる給水系とを備えたことを特徴とするタービン設備。
【００１４】
そして、原子炉からの一次系の媒体はヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であることを特徴とする。
【００１５】
また、タービンに供給される二次系の流体である圧縮流体は多原子分子の流体であることを特徴とする。
【００１６】
また、二次系の流体である圧縮流体はタービンで仕事を終えた後熱回収されて圧縮機の圧縮流体とされることを特徴とする。
【００１７】
また、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、作動流体が導入されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼器の燃焼ガスをタービンに導入することを特徴とする。
【００１９】
また、圧縮機は低圧圧縮機と高圧圧縮機で構成され、低圧圧縮機からの圧縮流体を冷却して高圧圧縮機に導入する冷却手段を備え、タービンは高圧タービンと低圧タービンとで構成され、燃焼器には、高圧タービンからの排気流体が導入され、燃焼器の燃焼ガスは低圧タービンに導入されることを特徴とする。
【００２０】
また、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とする。
【００２１】
また、圧縮機には二次系の流体として空気が導入され、圧縮空気が熱交換されてタービンに供給されると共にタービンで仕事を終えた排気空気が供給される排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、熱交換された圧縮空気が供給され燃料と共に燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を熱交換する第３熱交換手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
そして、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼ガスの燃焼ガスが作動流体としてタービンに供給されることを特徴とする。
【００２６】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を第２熱交換手段に供給する蒸気供給系と、第２熱交換手段で熱交換された過熱蒸気により作動する蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が排熱回収ボイラに送られるボイラ給水系とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するための本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を第２給水系の合流部の上流側で熱交換する第３熱交換手段とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されることを特徴とする。
【００２９】
上記目的を達成するための本発明の高温ガス炉設備は、高温ガス炉からの一次系の媒体を熱交換手段に循環させる循環流路と、一次系の媒体とは異なる種類の二次系の作動流体が熱交換手段で熱交換されて供給されることで仕事を行なう設備とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
そして、一次系の媒体は、高温ガス炉の冷却を行なうヘリウムであり、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態例に係る原子炉設備の概略構成を示す。
【００３２】
本願発明の原子炉設備は、図１に示すように、原子炉である高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（例えば、ヘリウム）が循環路２により熱交換手段としての熱交換器３に循環され、熱交換器３では一次系の媒体とは異なる種類の多原子分子の作動流体（例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素）が加熱される。加熱された作動流体は循環路４により設備５に導入されて仕事が行なわれる。また、熱交換器３ａで処理された作動流体は流体通路６ａから設備７に送られ、その後、熱交換器３ａに戻される。つまり、複数の設備が備えられている。
【００３３】
「高温ガス炉１を一定条件」あるいは「最低安定負荷を下限」とした運用をすることを可能とし、高温ガス炉１の急激な変化を避けて徐々に操作して高温ガス炉１とシステム全体の安全を確保する。その際は、設備５と設備７の一方を「低負荷」あるいは「停止させたとき」は他方をバランスさせて負荷を負担させる。
【００３４】
熱交換器３及び設備５の側が、例えばコア技術となり、熱交換器３ａ及び設備７の側が、例えば補助技術と位置付けされる。
【００３５】
このため、高温ガス炉設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーから間接的に熱回収して一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体を効率よく生成することができる。
【００３６】
【実施例】
以下、図面に基づいて、作動流体により駆動されるタービン設備を設備５として適用し、設備７を蒸気タービン系として適用した実施例を説明する。
【００３７】
図２には本発明の第１実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図１に示した高温ガス炉設備と同一部材には同一符号を付してある。
【００３８】
原子力設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器３に送られ、熱交換器３（第１熱交換手段）で熱回収された後媒体ｈ２が高温ガス炉１に循環される。高温ガス炉１からの一次系の媒体ｈ１は同様に熱交換器３ａ（第２熱交換手段）に供給され、熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（第２蒸気供給系）から蒸気タービン７（設備７：第２蒸気タービン系）に送られ、蒸気タービン７で仕事をした蒸気は復水器５１で復水されて熱交換器３ａに戻される（第２給水系）。
【００３９】
尚、図中の符号で５２は給水ポンプ、５３、５４は循環ブロアである。
【００４０】
圧縮機１１及びタービン１２及び発電機１０を有するガスタービン１３が備えられ、圧縮機１１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３で加熱され、加熱された作動流体ａ２がタービン１２に供給される。作動流体ａは多原子分子で構成され、作動流体ａは、例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素（メタン等）もしくは二酸化炭素のうちいずれか少なくとも一つを含むもので構成されている。
【００４１】
タービン１２で仕事を終えた排気ガス（作動流体ａ３）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された作動流体ａ４は圧縮機１１に供給される作動流体とされる（圧縮流体供給ライン）。その際、必要に応じて熱交換器３ｂによって必要な圧縮機吸気温度を得る。
【００４２】
つまり、ガスタービン１３の作動流体ａは一次系の媒体ｈとの間で熱交換される循環流体とされ、ガスタービン１３は排出ガスが外部に放出されない閉サイクルの系を構成している。排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気タービン１５（蒸気タービン系）に送られ（蒸気供給系）、蒸気タービン１５で仕事を終えた蒸気は復水されて排熱回収ボイラ１４に給水される（給水系）。
【００４３】
上記構成のガスタービン設備では、圧縮機１１で圧縮された多原子分子の作動流体ａが熱交換器３に送られ、熱交換器３では高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１との間で多原子分子の作動流体ａが熱交換される。熱交換器３で加熱（熱交換）された作動流体ａはタービン１２に導入され、タービン１２で膨張された後排気されて排熱回収ボイラ１４に送られる。排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気タービン１５に送られて仕事が行われる。
【００４４】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。原子炉設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈの熱エネルギーはガスタービン及びその後流の排熱回収ボイラ１４、蒸気タービン１５により有効に出力に転換することができる。
【００４５】
また、ガスタービン設備の作動流体として多原子分子の作動流体ａを用いていると共に、排出ガスを外部に放出しない閉サイクルの系としたガスタービン１３を用いているので、量産型のガスタービンを適用することによって、高い経済性を得ることができる。そして、多原子分子の作動流体ａを用いてガスタービン１３を作動させるようにしているので、容積流量作動が制限されるタービン１２においては通過流体重量を多くすることができ、単原子分子の流体に比べてタービン１２等が量産型の仕様であっても高い出力が確保され、高性能のガスタービン１３とすることができる。
【００４６】
上述したガスタービン設備における総熱量効率（いわゆるコジェネ効率）は、閉サイクル系のガスタービン１３の出力をＰとし、排熱回収ボイラ１４の回収熱をＱとし、熱交換器３に投入される一次系の媒体ｈの熱量をＪとすると、
総熱量効率＝（Ｐ＋Ｑ）／Ｊ
となり、高い総熱量効率（例えば、９５％以上）が得られる。
【００４７】
圧縮機１１入口の流体温度は排熱回収ボイラ１４と熱交換器３ｂの熱交換要素によって所定値を確保する。流体通路６は蒸気供給系Ａとして蒸気タービン１５を共用し、給水系Ｂからの戻り給水を活かして熱交換器３ａを構成してもよい。その場合は、蒸気タービン７の系統を省略することが可能で、これにより、高温ガス炉１の運用を保持しながら自由にガスタービン１３を起動・停止することができる。ガスタービン１３及び排熱回収ボイラ１４が安定すれば、熱交換器３ａは停止あるいは小容量運転に移行する。熱交換器３ａの系を有しない形態は、本願発明における最小のコア技術である。
【００４８】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００４９】
図３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００５０】
図３には本発明の第２実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図２に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５１】
図３に示した第２実施例のタービン設備は、第１実施例に対し、熱交換器３で加熱された作動流体ａ２が導入される燃焼器１８が備えられ、燃焼器１８には炭化水素系の燃料ｆ（例えば、ＬＮＧ気化ガス等）及び酸素が投入される。燃焼器１８では作動流体ａ２が燃料ｆ及び酸素と共に燃焼され、燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）がタービン１２に導入される。
【００５２】
上述したタービン設備では、タービン１２の作動流体ａ５（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）は混合ガスとし、タービン１２の入口温度を高温（例えば、１３５０℃〜１５００℃）に制御する。尚、燃料ｆとして水素を適用した場合、ガスタービン１３の作動流体は水蒸気（Ｈ２ Ｏ）である。また、（燃料＋Ｏ２ ）の投入量に見合って排気を系外に排出する。
【００５３】
従って、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。その温度はまだ低温のため、燃料ｆで燃焼器１８を用いてタービン１２の入口温度を所定の高温に制御する。熱交換器３を用いない通常のガスタービンに比べると、燃料ｆを節約でき燃料よりも安価な熱を熱交換器３から導入する分経済的に有利（発電単価が安い）となる。
【００５４】
尚、図３の例では、原子炉−循環流体・水蒸気でも適用可能である。つまり、高温ガス炉１−ヘリウム循環に限定されるものではない。
【００５５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００５６】
図４に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００５７】
図４には本発明の第３実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図３に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５８】
図４に示した第３実施例のタービン設備は、第２実施例に対し、圧縮機が低圧圧縮機２１と高圧圧縮機２２で構成され、タービンが高圧タービン２３と低圧タービン２４で構成されている。そして、低圧圧縮機２１と高圧圧縮機２２の間には中間冷却器２５が備えられ、燃焼器１８が高圧タービン２３と低圧タービン２４の間に備えられている。即ち、再熱タービンが構成されている。
【００５９】
蒸気タービン系である蒸気タービン１５は、排気系が直列とされる高圧タービン１５ａ及び中圧タービン１５ｂ及び低圧タービン１５ｃを備え、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気が高圧タービン１５ａに供給されると共に、熱交換器３ａで熱交換された蒸気が中圧タービン１５ｂに投入され、低圧タービン１５ｃの排出蒸気が復水器５６で復水されて排熱回収ボイラ１４及び熱交換器３ａに給水される。尚、上記蒸気タービン系は一例であり、自由に構成することができる。
【００６０】
低圧圧縮機２１で圧縮された作動流体ａ１１を中間冷却器２５で冷却し、冷却された作動流体ａ１１は高圧圧縮機２２で圧縮する。そして、高圧圧縮機２２で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３に送られる。熱交換器３で加熱された作動流体ａ２は高圧タービン２３に供給され、高圧タービン２３で仕事を終えた作動流体ａ２１は燃焼器１８に投入される。
【００６１】
また、図中に点線で示すように、必要に応じて熱交換器３を追加して設け、熱交換器３を経由して予熱した後燃焼器１８に投入する。また、（燃料＋Ｏ２ ）の投入量に見合って排気を系外に抽出する他、熱交換器３ｂで所定の温度に冷却して低圧圧縮機２１へ再循環させる。再循環流体は（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）の混合ガスである。
【００６２】
燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）が低圧タービン２４に導入される。
【００６３】
上述したタービン設備では、高温ガス炉１（または軽水炉）を冷却した一次系の媒体ｈまたは水蒸気からの給熱により高圧タービン２３が作動し、燃焼器１８に炭化水素系の燃料ｆ（例えば、ＬＮＧ気化ガス等）もしくは水素及び酸素を用いて低圧タービン２４を作動させる。低圧圧縮機２１で圧縮された作動流体ａ１１は中間冷却器２５で減温され、高圧圧縮機２２の動力が低減されている。尚、中間冷却器２５での回収熱は、燃料ｆ及び酸素、もしくは水素の加熱や水蒸気生成に活用（利用）できる。
【００６４】
熱交換器３ａで生成する蒸気は、蒸気タービン１５の中間段の中圧タービン１５ｂに投入して発電出力を得る。ガスタービン系が起動・停止のときに熱交換器３ａを併用して高温ガス炉１を安定、最低負荷で運用できる。ガスタービン１３−排熱回収ボイラ１４−蒸気タービン１５の系が安定すれば、熱交換器３ａでの蒸気を低減（あるいは停止）する。
【００６５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、原子力設備の一定負荷においてガスタービンを起動・定格運転・停止と自由に運用することができる。
【００６６】
図５に基づいて本発明の第４実施例を説明する。
【００６７】
図５には本発明の第４実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図１に示した高温ガス炉設備と同一部材には同一符号を付してある。
【００６８】
原子炉設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器３に送られ、熱交換器３で熱回収された一次系の媒体ｈ２は高温ガス炉１に循環される。高温ガス炉１と熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（過熱蒸気の通路ＡＡ）から蒸気タービン１５に送られ、蒸気タービン１５で仕事をした蒸気は復水されてボイラ供給系５７から排熱回収ボイラ１４に戻される。
【００６９】
圧縮機３１及びタービン３２及び発電機３０を有するガスタービン３３が備えられ、圧縮機３１には外部から作動流体ａ（多原子分子である空気）が導入される。圧縮機３１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３で加熱され、加熱された作動流体ａ２がタービン３２に導入される。タービン３２で仕事を終えた排気ガス（作動流体ａ３）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された排気ガスは煙突３５から大気に放出される。
【００７０】
上記構成のガスタービン設備では、圧縮機３１で圧縮された作動流体ａ１は熱交換器３に送られ、熱交換器３では高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１との間で作動流体ａ１と熱交換される。熱交換器３で加熱（熱交換）された作動流体ａ２はタービン３２に導入され、タービン３２で膨張された後排熱回収ボイラ１４に送られる。
【００７１】
排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気は蒸気供給系５８から主蒸気Ｃとして熱交換器３ａに送られ、熱交換器３ａで過熱（Ｓｕｐｅｒ Ｈｅａｔ）されたのち蒸気タービン１５に送られて仕事が行われる。熱交換器３ａを用いない運用では、主蒸気は排熱回収ボイラ１４から蒸気タービン１５へ直接供給される。
【００７２】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウム）ｈにより、ガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱される。このため、高温ガス路設備８における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウム）ｈの熱エネルギーを有効に回収することができる。
【００７３】
また、ガスタービン設備の作動流体として多原子分子の作動流体ａ（空気）を用いていると共に、排出ガスを外部に放出する開サイクルの系となっているガスタービン３３を用いているので、通常型のガスタービンを最小限の改良で適用することができ、高い経済性を得ることができる。そして、多原子分子の作動流体ａを用いてガスタービン３３を作動させるようにしているので、タービン３２においては所定の容積で作動流体の分子重量を高く（単原子分子の流体に比べて）選定できる。この場合、タービン３２等を大型化することなく高い出力が確保され、高性能のガスタービン３３とすることができる。
【００７４】
また、主蒸気を熱交換器３ａで過熱蒸気とするので、復水器損失を増大させることなく、高温ガス炉１からの熱を蒸気タービン１５の出力に変換できる。
【００７５】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、主蒸気の過熱により原子力設備からの熱を復水器の損失を増加させることなく発電出力に転換することができる。
【００７６】
図６に基づいて本発明の第５実施例を説明する。
【００７７】
図６には本発明の第５実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。図３乃至図５に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００７８】
図６に示した第５実施例のタービン設備は、図５に示した第４実施例に対し、熱交換器３で加熱された作動流体ａ２が供給される燃焼器３７が備えられ、燃焼器３７には燃料ｆが投入される。燃焼器３７では作動流体ａ２が燃料ｆと共に燃焼され、燃焼器１８からの燃焼ガス（作動流体ａ５）がタービン３２に導入される。タービン３２からの排気ガスは熱回収にて蒸気タービン１５を作動させる。
【００７９】
蒸気タービン１５は、図４に示した第３実施例と同様に、排気系が直列とされる高圧タービン１５ａ及び中圧タービン１５ｂ及び低圧タービン１５ｃを備え、排熱回収ボイラ１４で発生した蒸気が中圧タービン１５ｂに供給されると共に、熱交換器３ａで熱交換された過熱蒸気が高圧タービン１５ａに投入され、低圧タービン１５ｃの排出蒸気が復水器５６で復水されて排熱回収ボイラ１４及び熱交換器３ａ側に給水される。尚、上記蒸気タービン系は一例であり、自由に構成することができる。
【００８０】
また、図３に示した第２実施例と同様に、高温ガス炉１からの一次系の媒体ｈ１が熱交換器３ａ（第２熱交換手段）に供給され、熱交換器３ａで発生した蒸気は流体通路６（第２蒸気供給系）から蒸気タービン７（設備７：第２蒸気タービン系）に送られ、蒸気タービン７で仕事をした蒸気は復水器５１で復水されて給水Ｂ側に戻される（第２給水系）。
【００８１】
また、軽水炉６１が備えられ、軽水炉６１からの一次系の媒体（蒸気）ｋ１が第３熱交換手段としての熱交換器３ｃに送られる。熱交換器３ｃでは給水Ｂ（蒸気タービン系の二次系の流体）が加熱され、熱交換器３ｃで給水Ｂと熱交換した流体ｋ２（液体）はポンプ６２により加圧されて軽水炉６１に給水される。蒸気タービン７で仕事をした後復水器５１で復水された給水は熱交換器３ｃの上流側で給水Ｂに合流される。
【００８２】
従って、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体（ヘリウムまたは水蒸気）ｈ（ｓｈ）により、ガスタービン設備の作動流体である多原子分子の作動流体ａが間接熱交換により加熱されているので、少ない燃料ｆで燃焼器３７を用いてタービン３２の入口温度を所定の高温に制御することができる。熱交換器３を用いない通常のガスタービン（オープンサイクル）に比べて、燃料ｆを節約した状態でタービンを運転することが可能になる。
【００８３】
軽水炉６１と高温ガス炉１を用いて熱交換器３ｃ及び熱交換器３ａで過熱蒸気を生成し、蒸気タービン７を高性能に作動させることを基本としている。コンバインドサイクル系の蒸気タービン１５と給水Ｂから過熱蒸気ＡＡのラインで連結して、蒸気タービン７（及び復水系）は使用しない場合も可能である。
【００８４】
原子力設備においてはガスタービン系と蒸気タービン系の２つの熱交換器を組み合わせて使用することにより、軽水炉６１、高温ガス炉１の過熱蒸気を主蒸気とすることで、蒸気タービン系を高性能化することができる。
【００８５】
図７に基づいて本発明の第６実施例を説明する。
【００８６】
図７には本発明の第６実施例に係るタービン設備の概略構成を示してある。第６実施例は、コア技術の一例を示したもので、図２に示したタービン設備と同一構成部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。技術的な特徴内容は、図４の一軸構成に代えて別軸とした点にある。
【００８７】
低圧圧縮機７１及び低圧タービン７２が発電機６９と共に同軸に設けられた低圧ガスタービン７３が備えられ、高圧圧縮機７４及び高圧タービン７５が発電機７０と共に同軸に設けられた高圧ガスタービン７６が備えられている。低圧ガスタービン７３及び高圧ガスタービン７６は、例えば、起動時には機械的に連結された起動手段により同軸状態で起動される。低圧ガスタービン７３及び高圧ガスタービン７６を同軸状態に配置することも可能である。
【００８８】
低圧圧縮機７１で圧縮された圧縮流体（多原子分子で構成され、例えば、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素（メタン等）もしくは二酸化炭素のうちいずれか少なくとも一つを含むもの）は第１吸気冷却装置７７で冷却された後高圧圧縮機７４で圧縮される。高圧圧縮機７４で圧縮された流体（作動流体）は第１熱交換手段である熱交換器８１で加熱（熱交換）されて高圧タービン７５に供給される。
【００８９】
作動流体は高圧タービン７５で膨張され、仕事を終えた排気ガスは第１熱交換手段である熱交換器８２で加熱（熱交換）されて低圧タービン７２に供給される。低圧タービン７２で仕事を終えた排気ガス（作動流体）は排熱回収ボイラ１４に送られ、排熱回収ボイラ１４で熱回収された作動流体は第２吸気冷却装置７８で吸気冷却されて低圧圧縮機７１に供給される。
【００９０】
原子力設備における高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈ１が循環路２より熱交換器８１、８２側に送られ、熱交換器８１、８２側（第１熱交換手段）で熱回収された後媒体ｈ２が高温ガス炉１に循環される。即ち、循環路２は熱交換器８１側の高圧熱交ライン８５と熱交換器８２側の低圧熱交ライン８６とに分岐されている。熱交換器８１で熱交換した一次系の媒体ｈ１はモータ駆動の圧縮機８８で圧縮されると共に、熱交換器８２で熱交換した一次系の媒体ｈ１はモータ駆動の圧縮機８９で圧縮される。圧縮された一次系の媒体ｈ１は合流して高温ガス炉１に循環される。
【００９１】
上述したガスタービン設備では、高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈにより、再熱型で閉サイクルのガスタービン設備の作動流体（再循環流体）である多原子分子の作動流体が間接熱交換により加熱される。高温ガス炉１を冷却した一次系の媒体ｈの熱エネルギーはガスタービン及びその後流の排熱回収ボイラ１４、蒸気タービン１５により有効に出力に転換することができる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを設備側で回収利用する場合の二次系流体選択の自由度が高い。
【００９３】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が独立して循環されて熱源となる複数の熱交換手段と、それぞれの熱交換手段で熱交換された二次系の流体がそれぞれ使用される複数の設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを複数の設備側で自由に利用することができる。
【００９４】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、熱交換器に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンとを備えたので、原子炉を冷却した回収熱でタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９５】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと設備とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９６】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第１熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体を蒸気タービン系との流量使用配分の調整をすることができる。
【００９７】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が二次系の流体として第２熱交換手段に送られる給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【００９８】
そして、原子炉からの一次系の媒体はヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であるので、不活性の安定した媒体である。
【００９９】
また、タービンに供給される二次系の流体である圧縮流体は多原子分子の流体であるので、所定の容積で作動流体の分子量を多くして高い出力を確保することができ、従来仕様のガスタービンとすることができる。
【０１００】
また、二次系の流体である圧縮流体はタービンで仕事を終えた後熱回収されて圧縮機の圧縮流体とされるので、閉サイクルの設備とすることができる。
【０１０１】
また、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる（熱回収する）排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンとを備え、効率のよいコンバインドサイクルとすることができる。
【０１０２】
また、作動流体が導入されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼器の燃焼ガスをタービンに導入するようにしたので、従来ガスタービンよりも少ない燃料でタービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１０３】
また、圧縮機は低圧圧縮機と高圧圧縮機で構成され、低圧圧縮機からの圧縮流体を冷却して高圧圧縮機に導入する冷却手段を備え、タービンは高圧タービンと低圧タービンとで構成され、燃焼器には、高圧タービンからの排気流体が導入され、燃焼器の燃焼ガスは低圧タービンに導入されるようにした。燃焼器は用いないで再熱タービンを構築することができるが、燃焼器を用いることで自由に性能を調整できるようにしている。ただし、この場合は（ＣＯ２ 、Ｈ２ Ｏ）の混合ガスを作動流体としている。
【０１０４】
また、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つであるので、排気無排出プラントとすることができる。
【０１０５】
また、圧縮機には二次系の流体として空気が導入され、圧縮空気が熱交換されてタービンに供給されると共にタービンで仕事を終えた排気空気が供給される排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンを備えたので、排出ガスを煙突から放出する通常の開サイクルの系としたときガスタービンを最小の変更で適用することができ、高い経済性を発揮することができる。
【０１０６】
また、熱交換された圧縮空気が供給され燃料と共に燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器を備えたので、タービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１０７】
また、軽水炉からの一次系媒体を熱源として蒸気タービン系の二次系の流体を加熱する第３熱交換手段を備えたので、軽水炉からの一次系の媒体の熱を回収するこ。
【０１０８】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１０９】
そして、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼ガスの燃焼ガスが作動流体としてタービンに供給されるので、タービンの入口温度を所定の高温に制御することができる。
【０１１０】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されるので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１１】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気を第２熱交換手段に供給する蒸気供給系と、第２熱交換手段で熱交換された過熱蒸気により作動する蒸気タービン系と、蒸気タービン系からの給水が排熱回収ボイラに送られるボイラ給水系とを備えたので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１２】
本発明のタービン設備は、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と、軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を第２給水系の合流部の上流側で熱交換する第３熱交換手段とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水されるので、原子炉を冷却した一次系の媒体をタービンと蒸気タービン系とで有効に回収してタービンの作動流体を加熱しタービン性能を向上させてエネルギーの有効利用が可能なタービン設備とすることができる。
【０１１３】
本発明の高温ガス炉設備は、高温ガス炉からの一次系の媒体を熱交換手段に循環させる循環流路と、一次系の媒体とは異なる種類の二次系の作動流体が熱交換手段で熱交換されて供給されることで仕事を行なう設備とを備えたので、高温ガス炉を冷却した一次系の媒体の熱エネルギーを有効に回収して一次系の媒体とは異なる二次系の作動流体を効率よく使用することができる。
【０１１４】
そして、一次系の媒体は、高温ガス炉の冷却を行なうヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であり、二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含む流体とし、熱バランス上適切な高い性能（出力・効率）が得られる作動流体を選定する。一次系の媒体は、水蒸気その他不活性流体が使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る高温ガス炉設備の概略構成図。
【図２】本発明の第１実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図３】本発明の第２実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図４】本発明の第３実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図５】本発明の第４実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図６】本発明の第５実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【図７】本発明の第６実施例に係るタービン設備の概略構成図。
【符号の説明】
１ 高温ガス炉
２ 循環炉
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，８１，８２ 熱交換器
４ 循環炉
５ 設備
６ 蒸気流路
７ 蒸気タービン（設備）
８ 原子炉設備
１０，６９，７０ 発電機
１１ 圧縮機
１２ タービン
１３ ガスタービン
１４ 排熱回収ボイラ
１５ 蒸気タービン
１８ 燃焼器
２１ 圧縮機
２２ 高圧圧縮機
２３ 高圧タービン
２４ 低圧タービン
２５ 中間冷却機
３０ 発電機
３１ 圧縮機
３２ タービン
３３ ガスタービン
５１，５６ 復水器
５２ 給水ポンプ
５３，５４ 循環ブロア
５７ ボイラ供給系
６１ 軽水炉
６２ ポンプ
７１ 低圧圧縮機
７２ 低圧タービン
７３ 低圧ガスタービン
７４ 高圧圧縮機
７５ 高圧タービン
７６ 高圧ガスタービン
７７ 第１吸気冷却装置
７８ 第２吸気冷却装置
８５ 高圧熱交ライン
８６ 低圧熱交ライン
８８，８９ モータ駆動の圧縮機
Claims (23)
- 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、
熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が独立して循環されて熱源となる複数の熱交換手段と、
それぞれの熱交換手段で熱交換された二次系の流体がそれぞれ使用される複数の設備と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる熱交換手段と、
熱交換器に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、
第２熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて加熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、
蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、
第１熱交換手段で熱交換された二次系の流体が使用される設備と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、
第２熱交換手段で熱交換された水蒸気が二次系の流体として供給される蒸気タービン系と、
蒸気タービン系からの給水が二次系の流体として第２熱交換手段に送られる給水系と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載のタービン設備において、原子炉からの一次系の媒体はヘリウムもしくは他の単原子分子あるいはＣＯ２ ・Ｈ２ Ｏの多原子分子であることを特徴とするタービン設備。
- 請求項３及び請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載のタービン設備において、
タービンに供給される二次系の流体である圧縮流体は多原子分子の流体であることを特徴とするタービン設備。 - 請求項８に記載のタービン設備において、
二次系の流体である圧縮流体はタービンで仕事を終えた後熱回収されて圧縮機の圧縮流体とされることを特徴とするタービン設備。 - 請求項９に記載のタービン設備において、
タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンとを備えたことを特徴とするタービン設備。 - 請求項１０に記載のタービン設備において、
作動流体が導入されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼器の燃焼ガスをタービンに導入することを特徴とするタービン設備。 - 請求項１１に記載のタービン設備において、
圧縮機は低圧圧縮機と高圧圧縮機で構成され、
低圧圧縮機からの圧縮流体を冷却して高圧圧縮機に導入する冷却手段を備え、
タービンは高圧タービンと低圧タービンとで構成され、
燃焼器には、高圧タービンからの排気流体が導入され、燃焼器の燃焼ガスは低圧タービンに導入される
ことを特徴とするタービン設備。 - 請求項９乃至請求項１２のいずれか一項に記載のタービン設備おいて、
二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とするタービン設備。 - 請求項８に記載のタービン設備において、
圧縮機には二次系の流体として空気が導入され、圧縮空気が熱交換されてタービンに供給されると共にタービンで仕事を終えた排気空気が供給される排熱回収ボイラを備え、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンを備えたことを特徴とするタービン設備。 - 請求項１４に記載のタービン設備において、
熱交換された圧縮空気が供給され燃料と共に燃焼ガスをタービンに供給する燃焼器を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 請求項５もしくは請求項６のいずれかに記載のタービン設備において、
軽水炉からの一次系媒体を熱源として蒸気タービン系の二次系の流体を加熱する第３熱交換手段を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、
タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、
排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、
第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、
第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 請求項１７に記載のタービン設備において、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器を備え、燃焼ガスの燃焼ガスが作動流体としてタービンに供給されることを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、
燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、
タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、
排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と
を備え、
蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、
排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、
低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水される
ことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が作動流体として供給されるタービンと、
タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気を第２熱交換手段に供給する蒸気供給系と、
第２熱交換手段で熱交換された過熱蒸気により作動する蒸気タービン系と、
蒸気タービン系からの給水が排熱回収ボイラに送られるボイラ給水系と
を備えたことを特徴とするタービン設備。 - 原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第１熱交換手段と、
原子炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となる第２熱交換手段と、
第１熱交換手段に二次系の流体として圧縮流体を供給する圧縮機と、
第１熱交換手段で熱交換された圧縮流体が供給されて燃料と共に燃焼される燃焼器と、
燃焼器の燃焼ガスが作動流体として供給されるタービンと、
タービンで仕事を終えた作動流体が送られる排熱回収ボイラと、
排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービン系と、
排熱回収ボイラで熱回収された流体を圧縮機に供給する圧縮流体供給ラインと、第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気タービン系に供給する蒸気供給系と、蒸気タービン系からの給水が第２熱交換手段に送られる給水系と、
第２熱交換手段で熱交換された流体を蒸気供給系から分岐して第２蒸気タービン系に供給する第２蒸気供給系と、
第２蒸気タービン系からの給水が給水系に送られる第２給水系と、
軽水炉からの一次系の媒体が循環されて熱源となると共に蒸気タービン系の二次系の流体を第２給水系の合流部の上流側で熱交換する第３熱交換手段とを備え、蒸気タービン系は、排気系が直列とされる高圧タービン及び中圧タービン及び低圧タービンを備え、
排熱回収ボイラで発生した蒸気が高圧タービンに供給されると共に第２熱交換手段で熱交換された流体が中圧タービンに供給され、
低圧タービンの排出蒸気が復水されて給水系に送られると共に排熱回収ボイラに給水される
ことを特徴とするタービン設備。 - 高温ガス炉からの一次系の媒体を熱交換手段に循環させる循環流路と、
一次系の媒体とは異なる種類の二次系の作動流体が熱交換手段で熱交換されて供給されることで仕事を行なう設備と
を備えた
ことを特徴とする高温ガス炉設備。 - 請求項２２に記載の高温ガス炉設備において、
一次系の媒体は、高温ガス炉の冷却を行なうヘリウムであり、
二次系の作動流体は、水蒸気もしくは空気もしくは窒素もしくは酸素もしくは炭化水素もしくは二酸化炭素のいずれか少なくとも一つを含むものであることを特徴とする高温ガス炉設備。
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