JP3753760B2 - 液体リングポンプシール液の冷却器システムにおける熱回収 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、発電装置の効率を増大する方法および装置に関する。更に詳細には、本発明は、流体（典型的には水）を加熱して気相態（ｇａｓｅｏｕｓ ｐｈａｓｅ）（典型的には蒸気）を生成するボイラと、気相態から電力を発生する発電機と、気相態が発電機を通過した後に気相態を液相態（ｌｉｑｕｉｄ ｐｈａｓｅ）（典型的には再び水）に部分的に凝縮する凝縮器と、凝縮器から非凝縮（ｕｎｃｏｎｄｅｎｓｅｄ）気相態を排出する液体リング真空ポンプと、および液体リングポンプから排出されるシール液（典型的には水）を液体リングポンプ内で再使用するよう冷却する冷却器とを有する発電装置において、冷却器の作動中に発生される熱を利用してボイラへ供給される流体の一部分を加熱することにより、電力を発生する流体の気相態を生成するためにボイラから供給されるべき熱量を減少する装置を提供する。冷却器から回収される熱には、（１）真空ポンプ内における蒸気凝縮、（２）真空ポンプ内におけるガス圧縮、および（３）冷却器の圧縮作動によって発生される熱が含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
タービン駆動発電装置の凝縮器内圧力を低下するために、従来の発電装置では、凝縮器から非凝縮蒸気および漏入空気を部分的に排出すべく液体リングポンプが使用されている。液体リングポンプから排出されるシール液は、一般的には冷却された後液体リングポンプ内で再使用される。液体リングポンプに冷却シール液を備えると、液体リングポンプの効率が増大される。米国特許第４，３５９，３１３号公報（これは、ここで参考資料として取入れられる）に記載されるように、排出されたシール液は冷却器（例えば、冷媒蒸発器形式の機械的冷却器）を使用して冷却されることができ、そしてこの使用は液体リングポンプの効率を更に増大することができるが、このことは、前記使用によって、排出されるシール液が、冷却水を使用して前記排出されるシール液から熱を吸収する通常の受動システムの場合よりも更に低温に冷却され得るからである。シール液の冷却において冷却器は熱を発生するが、この熱は、従来のシステムでは、冷却水で除去されるか或いは冷却器の周囲空気へ廃棄されていた。
【０００３】
発電装置の効率を最大限にするためには、冷却器から発生される熱を用いてボイラへ供給される流体の一部分を加熱することにより、前記流体を気相態に変換して電力を発生するためにボイラから供給されるべきエネルギ量を減少することが望まれる。
【０００４】
【発明の概要】
従って、本発明の１つの目的は、冷却器から発生される熱を利用してボイラで使用される流体の一部分を加熱することにより、流体を気相態に変換するためにボイラで必要とされる残余のエネルギ量を減少しそしてこれにより発電装置の効率を増大することにある。前記目的を達成するために、本発明は、発電装置の凝縮器内で凝縮される液の所定部分を冷却器の作動中に発生される熱で加熱できるよう、前記液の所定部分を冷却器へ移送する導管を備える。前記加熱された液は、次いでボイラへ移送され電力が発生され得るまでに更に加熱される。このように、本発明は、従来の発電装置では廃棄されていた熱を使用できるようにすることにより、発電装置の効率を増大する。
【０００５】
本発明の前記およびその他の目的は、添付図面を参照しながら以下述べる詳細な説明から明らかとなるであろう。
【０００６】
【実施例】
本発明は、好適実施例において、タービン駆動用の蒸気を発生する水加熱用のボイラを備えた発電装置に適用される。電力は、タービンに機械的に連結される発電機で発電される。蒸気は、タービンを通過した後で凝縮器内で部分的に水に凝縮され、そしてボイラに返還されることにより発電サイクル内で再使用される。液体リング真空ポンプが、非凝縮蒸気（およびシステム内に漏入された空気）を排出するために適用される。液体リングポンプから排出されたシール液（典型的には水）は、冷却器で冷却された後液体リングポンプに返還されそしてこのポンプ内で再使用される。本発明においては、凝縮器内に収集される水の所定部分は、冷却器へ導入されそしてここで冷却器の作動中に発生される熱を吸収する。加熱された水は、その後ポイラに導入されそして蒸気を発生すべく更に加熱される。凝縮水の一部分を、これがポイラに返還される前に冷却器の発生熱を用いて加熱することにより、発電装置の効率が増大される。
【０００７】
図１に、本発明に従って構成された発電装置の略ダイヤグラムを示す。流体（好適には水）が、ポイラ３０で加熱されそしてこの流体の気相態（好適には蒸気）に生成される。気相態は、導管３５を経て、タービン４０とこのタービン４０に機械接手４２で接続される発電機６０とからなる電力発生装置に供給される。タービン４０を通過した後、気相態は、導管４５を経て凝縮器５０へ導入される。この凝縮器５０内において、気相態は、導管５１を経て凝縮器５０内へ導入され、そして導管５２を経て凝縮器５０から排出される冷却水を介して部分的に液相態に凝縮される。
【０００８】
シール液（好適には水）を有する液体リングポンプ１０は、凝縮器５０から非凝縮ガスを所定割合で排出するよう設けられている。この目的のために、液体リングポンプ１０の取入れ口８が導管１８を介して凝縮器５０に接続されている。凝縮器５０内に存在するガスの主要部分は、ボイラ３０で発生される非凝縮気相態であるが、しかしながらこのガス中には、システム内に漏入される空気も含まれることができる。ここで、前記空気は排除さるべきであるが、このことは、前記空気が凝縮器内の凝縮作用を阻害すると共にボイラ構造物の腐蝕をも促進するからである。また、凝縮器５０からの前記ガスの排出は凝縮器内の圧力を低下してその効率を増大し、更に前記圧力の低下はタービン４０の出力をも増大する。
【０００９】
（液体リングポンプ１０内でその蒸気凝縮およびガス圧縮に伴う発生熱を吸収した）シール液は、液体リングポンプ１０からその圧縮工程中に排出される。排出されたシール液は、導管１５を経て受器１６内に収集される。受器１６の排気１７は、ガスを、シール液が受器１６の貯蔵部（図示せず）内に収集される間に大気中に放出させる。受器１６内に収集されたシール液は、ポンプ３により導管１９を経て、シール液を冷却する冷却器２０へ送出される。冷却器２０は、通常形式の冷却器のいずれであっても良く、例えばこの冷却器２０は、冷媒蒸発器形式の通常の機械的シェルーチューブ型冷却器であって良い。（米国特許第４，３５９，３１３号公報には、液体リングポンプのシール液を冷却する冷却器の使用に関し詳細に記載されている）。冷却されたシール液は、その後導管１３ａを経て液体リングポンプ１０へ返還され、この液体リングポンプ１０内で再使用される。冷却されたシール液を液体リングポンプ１０へ供給することにより、そのポンプ効率が増大される。
【００１０】
液体リングポンプ１０の取入れ口８は、導管１３ｂに接続されるノズル９を含む。導管１３ｂからの冷却されたシール液は、ノズル９から取入れ口８内へ噴霧されることにより、液体リングポンプ１０内へ流入される非凝縮気相態（好適実施例では蒸気）を部分的に凝縮する。これにより、前記液の噴霧は、凝縮器５０からのガス蒸発率を増大する。更に、液体リングポンプ１０内における非凝縮気相態の前記凝縮の発生において、非凝縮気相態は、ポンプ１０のシール液に対しその表面上に部分的に凝縮された後これに混合される。
【００１１】
シール液の冷却工程中には、冷却器２０によって熱が発生される。この熱には、（１）シール液から排除される熱と、および（２）シール液から熱を排除するよう冷却器の成分が作動することによる発生熱（例えば、冷却器内における冷媒ガス圧縮による発生熱）とが含まれる。シール液から排除される熱には、液体リングポンプ内における蒸気凝縮およびガス圧縮による発生熱が含まれる。
【００１２】
本発明によれば、冷却器２０によって発生される熱は、凝縮器５０からボイラ３０へ移送される液の所定部分の加熱用に使用されることにより、前記液を気相態に変換するためにボイラ３０から供給されるべき熱量を減少する。これを達成するため、液は、導管２２を介して凝縮器５０から導管２５および２５ａへ移送されている。導管２５ａは液の所定部分を冷却器２０へ移送し、これにより、液の所定部分が冷却器２０の作動中に排除或いは発生される熱によって加熱されるよう構成されている。加熱された液は、その後導管２５ｂを経て導管２５内の液へ合流される。合流された液は、その後ボイラ３０へ移送され更に加熱されることにより、タービン４０で使用される気相態に生成される。発電装置の効率は、このように冷却器で発生される熱を環境内へ放出することなく、液から気相態への生成のために利用することにより増大される。
【００１３】
ここで、冷却器で発生される熱を発電装置のボイラへ供給される液の一部分の加熱に使用する装置を示したが、この装置は本発明の原理を説明するためのみのものであり、そして当業者には本発明の精神を逸脱することなく多くの変更が可能であることは理解されるであろう。例えば、ボイラ３０へ流体を補給するに際し、１つの導管を、新鮮流体（すなわち、好適実施例では補給水）を導入するために導管２５ａへ接続するようにすれば、新鮮流体をボイラ３０へ補給する前にこれを冷却器２０で加熱することができる。また、当業者には、ボイラ３０は、適宜の燃料（例えば、石炭或いは石油）の燃焼或いは制御熱核反応により熱を発生され得ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された発電装置を示す簡略ダイヤグラムである。
【符号の説明】
３ ポンプ
８ 取入れ口
９ ノズル
１０ 液体リングポンプ
１６ 受器
１７ 排気
２０ 冷却器
３０ ボイラ
４０ タービン
４２ 機械接手
５０ 凝縮器
６０ 発電機

Claims (8)

1. 流体を加熱して前記流体の気相態を生成するボイラと、
   前記気相態から電力を発生する発電機であって、前記気相態を前記ボイラから当該発電機へ移送する第１の導管を有する発電機と、
   前記気相態が前記発電機を通過した後に前記気相態を前記流体の液相態に部分的に凝縮する凝縮器であって、前記気相態を前記発電機から当該凝縮器へ移送する第２の導管を有する凝縮器と、
   液体リングポンプであって、当該液体リングポンプと前記凝縮器とを接続する第３の導管を介して前記凝縮器から非凝縮気相態を所定の割合で排出する液体リングポンプと、
   前記液体リングポンプから排出されるシール液を冷却する冷却器であって、前記液体リングポンプから排出されたシール液を当該冷却器へ移送する第４の導管と、前記シール液が当該冷却器によって冷却された後にこのシール液を前記液体リングポンプ内で再使用するようこのシール液を当該冷却器から前記液体リングポンプへ移送する第５の導管とを有する冷却器と、
   第６の導管であって、前記液相態の所定部分を前記冷却器の作動中に発生される熱を介して加熱するよう前記液相態の前記所定部分を前記凝縮器から前記冷却器へ移送する第６の導管と、
   第７の導管であって、前記液相態の所定部分が前記冷却器を介して加熱された後に前記液相態の前記所定部分を前記冷却器から前記ボイラへ移送す−なお、前記液相態の前記所定部分は、前記ボイラ内で更に加熱されて電力を発生するよう再使用される−第７の導管と
   からなることを特徴とする発電装置。
2. 前記電力発生機はタービンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記冷却器は機械的冷却器からなることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記冷却器の作動中に発生される前記熱には、前記冷却器により前記シール液から除去される熱が含まれることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記冷却器の作動中に発生される前記熱には、前記冷却器から熱を除去するよう前記冷却器が作動することにより発生される熱が含まれることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記シール液は実質的に水であることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記流体は実質的に水であることを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 流体を加熱して前記流体の気相態を生成するボイラと、前記気相態から電力を発生する発電機と、前記気相態が前記発電機を通過した後に前記気相態を液相態に部分的に凝縮する凝縮器と、前記凝縮器から非凝縮気相態を排出するシール液を有する液体リングポンプと、および前記液体リングポンプから排出される前記シール液を前記液体リングポンプ内で再使用するよう冷却する冷却器とを有する発電装置において、
   前記凝縮器内で凝縮される前記液相態の所定部分を前記凝縮器から前記冷却器へ移送し、
   前記液相態の前記所定部分を冷却器の作動中に発生される熱を介して加熱し、
   前記液相態の前記所定部分を前記冷却器から前記ボイラへ移送する−なお、前記液相態の前記所定部分は、前記ボイラ内で更に加熱されて電力を発生するよう再使用される−
   工程を含むことを特徴とする、冷却器の作動中に発生される熱を利用する方法。

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