JP2011174694A - 発電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】流体継手から排出される作動流体から排熱を回収することにより流体継手のすべり損失熱を回収し、回収された排熱（すべり損失熱）を発電のために利用することができる発電システムを提供する。
【解決手段】給水ポンプＢＰによりボイラ１に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービン２を駆動して発電し、蒸気タービン２から排出された蒸気を復水器４で復水させ復水を給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給するようにした発電システムにおいて、給水ポンプＢＰと給水ポンプＢＰを駆動する駆動機Ｍとの間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手１０を設け、流体継手１０から排出される作動流体により復水器４から供給される復水を加熱するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電システムに係り、特に流体継手の作動流体から排熱を回収し、回収された排熱を発電のために利用することができる発電システムに関するものである。
従来から駆動軸（入力軸）にインペラを結合するとともに被動軸（出力軸）にランナを結合し、ケーシング内部に満たされた作動油を介して駆動源から被動源に動力の伝達を行う流体継手が知られている。流体継手は、火力発電プラントや原子力発電プラントなどにおいて給水ポンプや送風機を可変速駆動するために用いられており、また製鉄所などにおいてポンプや送風機を可変速駆動するために用いられている。流体継手を用いてポンプや送風機を可変速制御する場合、すくい管を使用して負荷側（被動機）の回転速度を最低回転速度から最高回転速度まで無段階に変化させることができるが、原動機と被動機との間の回転速度の差であるすべりはすべり損失となる。
被動機の回転速度を低回転速度にするとすべり損失が大きくなってしまい、流体継手の損失動力は最大で被動機の定格動力の１４．８％になってしまう場合もあり、大きなエネルギーロスとなる。
流体継手においては、すべり損失によって作動流体である作動油の温度が上昇する。このため、流体継手から排出された作動油をオイルクーラ（油冷却器）によって冷却した後に流体継手に戻すようにしている。したがって、流体継手においてすべり損失によって生じたすべり損失熱は、オイルクーラを介して外部へ放出している。
特開平８−１３５９０７号公報
上述したように、流体継手においてはすべり損失によって作動流体である作動油の温度が上昇するが、流体継手は、オイルクーラを補機として備えており、流体継手から排出された昇温した作動油をオイルクーラによって冷却して流体継手に戻すようにしている。したがって、流体継手において発生したすべり損失熱は、回収されることなく外部に放出されていた。
本発明者らは、流体継手および流体継手によって駆動される被動機を含むシステムの全体について省エネルギー化という観点から検討をすすめた結果、従来にあっては外部に放出されていた流体継手のすべり損失熱を回収してシステム全体の省エネルギーを図るという課題を見出したものである。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、流体継手から排出される作動流体から排熱を回収することにより流体継手のすべり損失熱を回収し、回収された排熱（すべり損失熱）を発電のために利用することができる発電システムを提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させ該復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、前記給水ポンプと該給水ポンプを駆動する駆動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手を設け、前記流体継手から排出される作動流体により前記復水器から供給される復水を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、駆動機により流体継手を介して給水ポンプを駆動して蒸気発生器に給水し、蒸気発生器で高温の蒸気を発生させ、高温の蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器に供給して復水させ、復水器の復水を流体継手から排出される作動流体により加熱し、加熱された復水を蒸気発生器に再供給する。このように流体継手から排出される作動流体により復水を加熱することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。
本発明の一態様によれば、前記流体継手から排出される作動流体と前記復水器から供給される復水との間で熱交換を行うことにより復水を加熱する熱交換器を設けたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、前記流体継手から排出される作動流体と熱交換媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記熱交換媒体と復水器から供給される復水との間で熱交換を行う第２熱交換器とを設け、前記第１熱交換器において作動流体と熱交換媒体との間で熱交換を行って熱交換媒体を加熱し、前記第２熱交換器において前記第１熱交換器で加熱された前記熱交換媒体と復水との間で熱交換を行って復水を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、作動油の循環系路と復水の循環系路とが完全に切り離されているため、復水が作動流体により汚染される可能性が低下する。
本発明の一態様によれば、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設け、前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に前記復水器から復水を供給し復水を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒は蒸発器において流体継手の作動流体から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機により圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧になった冷媒ガスは、凝縮器で復水と熱交換することにより熱を放出し、復水を加熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）を通る間に膨張して減圧され、もとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器に送られる。このように流体継手から排出される作動流体を熱源とし、復水を冷却源としたヒートポンプサイクルを構成して作動流体により復水を加熱することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。
本発明の一態様によれば、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設けるとともに前記復水器から供給される復水と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器を設け、前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に熱交換媒体を供給し熱交換媒体を加熱し、前記熱交換器において前記凝縮器で加熱された熱交換媒体と前記復水器から供給される復水との間で熱交換を行って復水を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒は蒸発器において作動流体から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機により圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧になった冷媒ガスは、凝縮器において熱交換器から供給される熱交換媒体と熱交換することにより熱を放出し、熱交換媒体を加熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）を通る間に膨張して減圧されてもとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器に送られる。凝縮器において加熱された熱交換媒体は、熱交換器に戻って復水器から供給される復水との間で熱交換を行って復水を加熱する。このように流体継手から排出される作動流体を熱源とし、復水を冷却源としたヒートポンプサイクルを構成して作動流体により復水を加熱することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。また、ヒートポンプサイクルの冷媒の循環系路と、復水の循環系路とが完全に切り離されているため、復水が冷媒により汚染される可能性が低下する。
本発明の第２の態様は、給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させ該復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、前記給水ポンプと該給水ポンプを駆動する駆動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手と、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設け、前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に前記蒸気タービンから排出された蒸気の一部を供給するようにし、前記流体継手から排出される作動流体によって加熱された前記冷媒により前記蒸気タービンから排出された蒸気を加熱するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、駆動機により流体継手を介して給水ポンプを駆動して蒸気発生器に給水し、蒸気発生器で高温の蒸気を発生させ、高温の蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器に供給して復水させる。ヒートポンプサイクルの蒸発器に流体継手から昇温した作動油が供給され、凝縮器に蒸気タービンから排出される低圧蒸気の一部が供給される。冷媒は蒸発器において作動油から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機により圧縮されて高温・高圧のガスになり、凝縮器に供給される。一方、蒸気タービンから排出された低圧蒸気の一部は圧縮機で加圧されて凝縮器の冷却側（被加熱側）に供給される。凝縮器において、高温・高圧の冷媒は、加圧された低圧蒸気と熱交換することにより熱を放出し、低圧蒸気を加熱、即ち、過熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）を通る間に膨張して減圧され、もとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器に送られる。一方、凝縮器で過熱された蒸気は、蒸気タービンの中段に投入され、蒸気タービンの駆動に寄与する。
本発明の一態様によれば、前記凝縮器で加熱された前記蒸気タービンから排出された蒸気を前記蒸気タービンの中段に投入することを特徴とする。
本発明の第３の態様は、駆動機と被動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手を設け、前記流体継手から排出される作動流体を蒸気発生器に供給し、前記作動流体により蒸気発生器内の冷媒を加熱して蒸発させ、発生した冷媒蒸気を用いてタービンを駆動して発電し、前記タービンから排出された冷媒蒸気を凝縮器に導き冷却媒体により冷却して凝縮させ、凝縮した冷媒液を前記蒸気発生器に再供給するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、流体継手から排出された作動流体は蒸気発生器に供給され、蒸気発生器内の冷媒は、作動流体との間で熱交換を行って加熱され、一部の冷媒は蒸発して高温の冷媒蒸気となる。そして、冷媒蒸気はタービンに導入されてタービンを駆動して発電する。タービンから排出された冷媒蒸気は、凝縮器に導入されて冷却水により冷却されて凝縮液化し、液化した冷媒は蒸気発生器に再供給される。このように流体継手の作動流体の排熱を利用して冷媒を蒸発させ、冷媒の蒸気を用いてタービンを駆動して発電することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、流体継手を用いて被動機を駆動して液体や気体等の流体を圧送するシステム全体の熱効率を高めることができ、省エネルギーを図ることができる。
本発明の一態様によれば、前記冷媒は、ジクロロトリフルオロエタン（ＨＣＦＣ１２３）又はトリフルオロエタノール（ＣＦ３ＣＨ２ＯＨ）からなることを特徴とする。
本発明の第１の態様によれば、給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させて復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、給水ポンプを駆動する流体継手から排出される作動流体により復水を加熱することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。流体継手の損失動力は、最大で給水ポンプの定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分を回収することができるため、発電システム全体の発電効率を飛躍的に高めることができる。
本発明の第２の態様によれば、給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させて復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、給水ポンプを駆動する流体継手から排出される作動油を熱源とし、蒸気タービンから排出される低圧蒸気を冷却源としたヒートポンプサイクルを構成して作動油を熱源として低圧蒸気を加熱することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。
本発明の第３の態様によれば、流体継手の作動油の排熱を利用して冷媒を蒸発させ、冷媒の蒸気を用いてタービンを駆動して発電することにより流体継手のすべり損失熱を回収することができるため、流体継手を用いて被動機を駆動して液体や気体等の流体を圧送するシステム全体の熱効率を高めることができ、省エネルギーを図ることができる。流体継手の損失動力は、最大で被動機の定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分を排熱発電システムにおいて電力として回収することができるため、流体継手を用いてシステム全体の熱効率を飛躍的に高めることができる。
図１は、本発明の発電システムの第１実施形態を示す図であり、蒸気タービン発電システムを示す模式図である。 図２は、流体継手の概略の構成を示す模式図である。 図３は、本発明の蒸気タービン発電システムの第２実施形態を示す模式図である。 図４は、本発明の蒸気タービン発電システムの第３実施形態を示す模式図である。 図５は、図４に示す蒸気タービン発電システムの変形例を示す模式図である。 図６は、本発明に係る発電システムの他の態様を示す模式図である。 図７は、本発明に係る発電システムの他の態様を示す模式図である。
以下、本発明に係る発電システムの実施形態について図１乃至図７を参照して説明する。図１乃至図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の発電システムの第１実施形態を示す図であり、蒸気タービン発電システムを示す模式図である。図１は火力発電プラントに設置されている蒸気タービン発電システムを示し、蒸気発生器としてボイラを用いている。
図１に示すように、蒸気タービン発電システムは、ボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に給水し、ボイラ１で高温の蒸気（高圧蒸気）を発生させ、高温の蒸気を用いて蒸気タービン２を駆動して、蒸気タービン２に連結された発電機３により発電し、蒸気タービン２から排出された蒸気（低圧蒸気）を復水器（コンデンサー）４に供給して復水させ、復水器４の復水を復水ポンプ（コンデンセートポンプ）ＣＰにより昇圧して給水加熱ヒータ５に供給し、給水加熱ヒータ５で加熱された復水をボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給するように構成している。蒸気タービン２は、多段の翼を備えており、各段の翼は、蒸気タービン２に投入直後の高圧蒸気から、排出直前の低圧蒸気まで、変化する蒸気の圧力に対してそれぞれ最適化されている。
図１に示すように、本発明の蒸気タービン発電システムにおいては、ボイラ給水ポンプＢＰとボイラ給水ポンプＢＰを駆動するモータＭとの間に流体継手１０が設置されており、モータＭのトルクは流体継手１０の作動油（作動流体）を介してボイラ給水ポンプＢＰに伝達されるようになっている。
図２は、流体継手１０の概略の構成を示す模式図である。図２に示すように、羽根車室内に流入した作動油はインペラ１１によって与えられる遠心力により外周へ送られ、ランナ側に流入してランナ１２を回転させる。すくい管室１３では遠心力により円筒状の油層を形成し、すくい管１４の先端から作動油をすくい取り、すくい管１４の位置を任意に変えることにより、インペラ１１とランナ１２の回転速度比を変え、被動機の回転速度を無段階に制御することができるようになっている。流体継手１０においては、インペラ１１とランナ１２の回転速度差であるすべりは、すべり損失となり、すべり損失によって作動油の温度が上昇する。
そのため、本発明においては、図１に示すように、流体継手１０の作動油と復水器４から供給される復水との間で熱交換を行うことにより復水を加熱する熱交換器２０を設置している。すなわち、流体継手１０からすくい管１４を介して排出される作動油を作動油管路２１によって熱交換器２０に導入するとともに復水器４の復水を復水ポンプＣＰによって熱交換器２０に導入することにより、作動油と復水との間で熱交換を行って復水を加熱する。作動油は、熱交換器２０の入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、熱交換器２０における熱交換によって５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。一方、復水は、熱交換器２０の入口側において３０〜３５℃程度の温度を有しており、熱交換器２０における熱交換によって昇温された後に給水加熱ヒータ５に供給されるようになっている。そして、給水加熱ヒータ５で加熱された復水は、上述したように、ボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給される。
本発明の蒸気タービン発電システムによれば、流体継手１０から排出される作動油により復水を加熱することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。流体継手の損失動力は、最大でボイラ給水ポンプＢＰの定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分を熱交換器２０において回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の発電効率を飛躍的に高めることができる。
図３は、本発明の蒸気タービン発電システムの第２実施形態を示す模式図である。図３に示す実施形態においては、流体継手１０の作動油と熱交換媒体との熱交換を行う第１熱交換器３０と、前記熱交換媒体と復水器４から供給される復水との間で熱交換を行う第２熱交換器４０とを設置している。熱交換媒体としては、清浄な水が用いられる。すなわち、流体継手１０からすくい管１４を介して排出された作動油を作動油管路２１によって第１熱交換器３０に導入するとともに熱交換媒体管路３１によって熱交換媒体を第１熱交換器３０に導入することにより、作動油と熱交換媒体との間で熱交換を行って熱交換媒体を加熱する。熱交換媒体管路３１には循環ポンプ３２が設置されている。そして、第１熱交換器３０において加熱された熱交換媒体を熱交換媒体管路３１によって第２熱交換器４０に導入するとともに復水器４の復水を復水ポンプＣＰによって第２熱交換器４０に導入することにより、熱交換媒体と復水との間で熱交換を行って復水を加熱する。
流体継手１０から排出される作動油は、第１熱交換器３０の入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、第１熱交換器３０における熱交換によって５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。一方、熱交換媒体は、第１熱交換器３０における熱交換によって作動油の温度に近い温度まで昇温された後に第２熱交換器４０に供給されるようになっている。また、復水は、第２熱交換器４０の入口側において３０〜３５℃程度の温度を有しており、第２熱交換器４０における熱交換によって昇温された後に給水加熱ヒータ５に供給されるようになっている。そして、給水加熱ヒータ５で加熱された復水は、図１に示す実施形態と同様に、ボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給される。
本発明の蒸気タービン発電システムによれば、流体継手１０から排出される作動油により復水を加熱することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。流体継手の損失動力は、最大でボイラ給水ポンプＢＰの定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分を２つの熱交換器３０，４０を利用して回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の発電効率を飛躍的に高めることができる。
図３に示す実施形態においては、作動油の循環系路と復水の循環系路とが完全に切り離されているため、復水が作動油により汚染される可能性が低下する。たとえ、熱交換媒体管路３１が破損したとしても、熱交換媒体管路３１内を流れる熱交換媒体には、復水と同等の清浄度を持つ水が用いられているため、復水が汚染されることはない。
図４は、本発明の蒸気タービン発電システムの第３実施形態を示す模式図である。図４に示す実施形態においては、流体継手１０の作動油を熱源とし、復水を冷却源としたヒートポンプサイクルを構成することにより、作動油により復水を加熱するようにしている。すなわち、ヒートポンプサイクルＨＰは、蒸発器Ｅ、圧縮機Ｃｏｍｐ、凝縮器Ｃ、膨張弁（減圧弁）Ｖを備えており、蒸発器Ｅに流体継手１０から昇温した作動油が供給され、凝縮器Ｃに復水器４の復水が供給されるようになっている。ヒートポンプサイクルＨＰの冷媒には代替フロン等を用いている。
図４に示すヒートポンプサイクルＨＰを備えた蒸気タービン発電システムにおいては、冷媒は蒸発器Ｅにおいて作動油から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機Ｃｏｍｐにより圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧になった冷媒ガスは、凝縮器Ｃで復水と熱交換することにより熱を放出し、復水を加熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）Ｖを通る間に膨張して減圧され、もとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器Ｅに送られる。
流体継手１０から排出された作動油は、蒸発器Ｅの入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、蒸発器Ｅにおいて熱を奪われて５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。一方、復水は、凝縮器Ｃの入口側において３０〜３５℃程度の温度を有しており、凝縮器Ｃにおける熱交換によって昇温された後に給水加熱ヒータ５に供給されるようになっている。そして、給水加熱ヒータ５で加熱された復水は、図１に示す実施形態と同様に、ボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給される。
本発明の蒸気タービン発電システムによれば、流体継手１０から排出される作動油を熱源とし、復水を冷却源としたヒートポンプサイクルＨＰを構成して作動油により復水を加熱することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。流体継手の損失動力は、最大でボイラ給水ポンプＢＰの定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分をヒートポンプサイクルＨＰを利用して回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の発電効率を飛躍的に高めることができる。
図５は、図４に示す蒸気タービン発電システムの変形例を示す模式図である。図４に示す実施形態においては、ヒートポンプサイクルＨＰの凝縮器Ｃにおいて復水を直接に加熱したが、図５に示す実施形態においては、復水器４から供給される復水と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器５０を設置し、熱交換器５０から供給される熱交換媒体をヒートポンプサイクルＨＰの凝縮器Ｃにおいて加熱するようにしている。熱交換媒体は、熱交換媒体管路５１と熱交換媒体管路５１に設置された循環ポンプ５２とにより凝縮器Ｃと熱交換器５０との間を循環するようになっている。熱交換媒体としては、清浄な水が用いられる。すなわち、冷媒は蒸発器Ｅにおいて作動油から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機Ｃｏｍｐにより圧縮されて高温・高圧のガスになる。高温・高圧になった冷媒ガスは、凝縮器Ｃにおいて熱交換媒体管路５１を介して熱交換器５０から供給される熱交換媒体と熱交換することにより熱を放出し、熱交換媒体を加熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）Ｖを通る間に膨張して減圧されてもとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器Ｅに送られる。凝縮器Ｃにおいて加熱された熱交換媒体は、熱交換器５０に戻って復水器４から供給される復水との間で熱交換を行って復水を加熱する。
図５に示す実施形態においては、ヒートポンプサイクルＨＰの冷媒の循環系路と、復水の循環系路とが完全に切り離されているため、復水が冷媒により汚染される可能性が低下する。たとえ、熱交換媒体管路５１が破損したとしても、熱交換媒体管路５１内を流れる熱交換媒体には、復水と同等の清浄度を持つ水が用いられているため、復水が汚染されることはない。
流体継手１０から排出された作動油は、蒸発器Ｅの入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、蒸発器Ｅにおいて熱を奪われて５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。一方、復水は、熱交換器５０の入口側において３０〜３５℃程度の温度を有しており、熱交換器５０における熱交換によって昇温された後に給水加熱ヒータ５に供給されるようになっている。そして、給水加熱ヒータ５で加熱された復水は、図１に示す実施形態と同様に、ボイラ給水ポンプＢＰによりボイラ１に再供給される。
本発明の蒸気タービン発電システムによれば、流体継手１０から排出される作動油を熱源とし、復水を冷却源としたヒートポンプサイクルＨＰを構成して作動油により復水を加熱することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。
図６は、本発明に係る発電システムの他の態様を示す模式図である。図１乃至図５に示す蒸気タービン発電システムが、流体継手１０から排出される作動油を熱源として復水を加熱することで流体継手１０のすべり損失熱を回収する構成であるのに対して、図６に示す態様は、流体継手１０から排出される作動油を熱源として蒸気タービン２から排出される低圧蒸気を加熱して蒸気タービン２の低圧段に投入することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収する構成である点で異なる。そして、低圧蒸気を加熱できるだけの高温を得るために、図６に示す実施形態においては、図４に示す実施形態と同様にヒートポンプサイクルを利用し、流体継手１０の作動油を熱源とし、蒸気タービンから排出される低圧蒸気を冷却源としたヒートポンプサイクルを構成するようにしている。すなわち、ヒートポンプサイクルＨＰは、蒸発器Ｅ、圧縮機Ｃｏｍｐ、凝縮器Ｃ、膨張弁（減圧弁）Ｖを備えており、蒸発器Ｅに流体継手１０から昇温した作動油が供給され、凝縮器Ｃに蒸気タービン２から排出される低圧蒸気の一部が供給されるようになっている。ヒートポンプサイクルＨＰの冷媒には代替フロン等を用いている。
図６に示すヒートポンプサイクルＨＰを備えた蒸気タービン発電システムにおいては、冷媒は蒸発器Ｅにおいて作動油から熱を奪って蒸発して低温・低圧のガスになった後に、圧縮機Ｃｏｍｐにより圧縮されて高温・高圧のガスになり、凝縮器Ｃに供給される。一方、蒸気タービン２から排出された低圧蒸気の一部は圧縮機Ｃｏｍｐ２で加圧されて凝縮器Ｃの冷却側（被加熱側）に供給される。凝縮器Ｃにおいて、高温・高圧の冷媒は、加圧された低圧蒸気と熱交換することにより熱を放出し、低圧蒸気を加熱、即ち、過熱する。このとき、冷媒は高圧下で凝縮液化する。この高圧液は、膨張弁（減圧弁）Ｖを通る間に膨張して減圧され、もとの低温・低圧の液体に戻り、再び蒸発器Ｅに送られる。一方、凝縮器Ｃで過熱された蒸気は、蒸気タービン２の中段に投入され、蒸気タービン２の駆動に寄与する。
流体継手１０から排出された作動油は、蒸発器Ｅの入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、蒸発器Ｅにおいて熱を奪われて５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。一方、低圧蒸気は、凝縮器Ｃにおける熱交換によって過熱され、蒸気タービン２の中段に供給されるようになっている。蒸気タービン２を駆動して温度の下がった低圧蒸気は、再びその一部が圧縮機Ｃｏｍｐ２で加圧されて凝縮器Ｃに供給され、残りの低圧蒸気は復水器４に戻り復水となる。
なお、凝縮器Ｃで過熱された蒸気を蒸気タービン２の中段に投入するのではなく、蒸気タービン２とは別に設けた蒸気タービンに投入して、その別の蒸気タービンにより動力を回収するように構成しても良い。この場合も、動力回収後の蒸気は、復水器４に戻されて復水となる。
本発明の蒸気タービン発電システムによれば、流体継手１０から排出される作動油を熱源とし、蒸気タービン２から排出される低圧蒸気を冷却源としたヒートポンプサイクルＨＰを構成して作動油を熱源として低圧蒸気を加熱することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の熱効率を高めることができ、発電効率を高めることができる。流体継手の損失動力は、最大でボイラ給水ポンプＢＰの定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分をヒートポンプサイクルＨＰを利用して回収することができるため、蒸気タービン発電システム全体の発電効率を飛躍的に高めることができる。
図１乃至図６に示す蒸気タービン発電システムにおいては、火力発電プラントに設置される蒸気タービンサイクルを説明したが、原子力発電プラントの場合には、ボイラが蒸気発生器に代わるだけであり、流体継手の作動油から熱回収する構成は同様である。
図７は、本発明に係る発電システムの他の態様を示す模式図である。図７に示す態様は、流体継手１０の作動油を熱源とし、冷却水を冷却源として発電する排熱発電システムであり、流体継手の作動油の排熱で冷媒を蒸発させ、冷媒の蒸気を用いてタービンを駆動して発電する排熱発電システムである。冷媒としては低沸点（沸点が４０℃前後）の冷媒、例えばジクロロトリフルオロエタン（ＨＣＦＣ１２３）或いはトリフルオロエタノール（ＣＦ３ＣＨ２ＯＨ）等を用いる。
図７に示すように、駆動機６０と被動機６１との間に流体継手１０が設置されている。駆動機６０はモータやエンジンからなり、被動機６１は送風機やポンプからなっている。流体継手１０は、図２に示したものと同様の構成である。流体継手１０から排出された作動油は蒸気発生器６３に供給される。蒸気発生器６３内の冷媒は、作動油との間で熱交換を行って加熱される。そのため、一部の冷媒は蒸発して高温の冷媒蒸気となる。そして、冷媒蒸気は、タービン６４に導入されてタービン６４を駆動し、タービン６４に連結された発電機６５により発電する。タービン６４から排出された冷媒蒸気は、凝縮器６６に導入されて冷却水により冷却され、凝縮液化する。液化した冷媒は、冷媒ポンプ６７により蒸気発生器６３に再供給される。流体継手１０から排出された作動油は、蒸気発生器６３の入口側において７０〜９０℃程度の温度を有しており、蒸気発生器６３において熱を奪われて５０℃程度まで冷却された後に流体継手１０に戻るようになっている。
図７に示す排熱発電システムによれば、流体継手１０の作動油の排熱を利用して冷媒を蒸発させ、冷媒の蒸気を用いてタービン６４を駆動して発電することにより流体継手１０のすべり損失熱を回収することができるため、流体継手１０を用いて被動機６１を駆動して液体や気体等の流体を圧送するシステム全体の熱効率を高めることができ、省エネルギーを図ることができる。流体継手の損失動力は、最大で被動機６１の定格動力の１４．８％になってしまう場合があるが、この損失動力の大部分を排熱発電システムにおいて電力として回収することができるため、システム全体の熱効率を飛躍的に高めることができる。
図７に示す実施形態においては、被動機６１を送風機またはポンプとして説明したが、被動機６１はブロワや圧縮機等の回転機械であってもよく、本発明によれば、これらの回転機械を備えたシステム全体の熱効率を向上させることができる。
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。
例えば、上述の実施形態では、熱回収する作動油の温度は７０〜９０℃程度としたが、作動油の循環流量を調整することによって作動油の温度をより低い温度、又は、より高い温度にすることもできる。作動油の温度を１００℃以上に高めることもでき、温度を高めれば復水や熱交換媒体、冷媒との熱交換効率が向上する。
１ ボイラ
２ 蒸気タービン
３ 発電機
４ 復水器（コンデンサー）
５ 給水加熱ヒータ
１０ 流体継手
１１ インペラ
１２ ランナ
１３ すくい管室
１４ すくい管
２０，５０ 熱交換器
２１ 作動油管路
３０ 第１熱交換器
３１，５１ 熱交換媒体管路
３２，５２ 循環ポンプ
４０ 第２熱交換器
６０ 駆動機
６１ 被動機
６３ 蒸気発生器
６４ タービン
６５ 発電機
６６ 凝縮器
６７ 冷媒ポンプ
Ｃ 凝縮器
Ｃｏｍｐ 圧縮機
Ｅ 蒸発器
Ｖ 膨張弁（減圧弁）
Ｍ モータ
ＢＰ ボイラ給水ポンプ
ＣＰ 復水ポンプ
ＨＰ ヒートポンプサイクル

Claims (9)

  1. 給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させ該復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、
    前記給水ポンプと該給水ポンプを駆動する駆動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手を設け、
    前記流体継手から排出される作動流体により前記復水器から供給される復水を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
  2. 前記流体継手から排出される作動流体と前記復水器から供給される復水との間で熱交換を行うことにより復水を加熱する熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１記載の発電システム。
  3. 前記流体継手から排出される作動流体と熱交換媒体との間で熱交換を行う第１熱交換器と、前記熱交換媒体と復水器から供給される復水との間で熱交換を行う第２熱交換器とを設け、前記第１熱交換器において作動流体と熱交換媒体との間で熱交換を行って熱交換媒体を加熱し、前記第２熱交換器において前記第１熱交換器で加熱された前記熱交換媒体と復水との間で熱交換を行って復水を加熱するようにしたことを特徴とする請求項１記載の発電システム。
  4. 蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設け、前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に前記復水器から復水を供給し復水を加熱するようにしたことを特徴とする請求項１記載の発電システム。
  5. 蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設けるとともに前記復水器から供給される復水と熱交換媒体との間で熱交換を行う熱交換器を設け、前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に熱交換媒体を供給し熱交換媒体を加熱し、前記熱交換器において前記凝縮器で加熱された熱交換媒体と前記復水器から供給される復水との間で熱交換を行って復水を加熱するようにしたことを特徴とする請求項１記載の発電システム。
  6. 給水ポンプにより蒸気発生器に給水して蒸気を発生させ、発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動して発電し、蒸気タービンから排出された蒸気を復水器で復水させ該復水を給水ポンプにより蒸気発生器に再供給するようにした発電システムにおいて、
    前記給水ポンプと該給水ポンプを駆動する駆動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手と、
    蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備えたヒートポンプサイクルを設け、
    前記蒸発器に前記流体継手から排出される作動流体を供給し前記ヒートポンプサイクルの冷媒を加熱し、前記凝縮器に前記蒸気タービンから排出された蒸気の一部を供給するようにし、前記流体継手から排出される作動流体によって加熱された前記冷媒により前記蒸気タービンから排出された蒸気を加熱するようにしたことを特徴とする発電システム。
  7. 前記凝縮器で加熱された前記蒸気タービンから排出された蒸気を前記蒸気タービンの中段に投入することを特徴とする請求項６記載の発電システム。
  8. 駆動機と被動機との間に、羽根車室内を満たす作動流体を介してトルクを伝達する流体継手を設け、
    前記流体継手から排出される作動流体を蒸気発生器に供給し、前記作動流体により蒸気発生器内の冷媒を加熱して蒸発させ、発生した冷媒蒸気を用いてタービンを駆動して発電し、前記タービンから排出された冷媒蒸気を凝縮器に導き冷却媒体により冷却して凝縮させ、凝縮した冷媒液を前記蒸気発生器に再供給するようにしたことを特徴とする発電システム。
  9. 前記冷媒は、ジクロロトリフルオロエタン（ＨＣＦＣ１２３）又はトリフルオロエタノール（ＣＦ３ＣＨ２ＯＨ）からなることを特徴とする請求項８記載の発電システム。
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