JP4895903B2 - 冷却システム、及びこの冷却システムを備える発電所 - Google Patents

Description

本発明は、高温蒸気を冷却する冷却システム、及び冷却システムを備える発電所に関する。

発電施設は、高温蒸気を発生するボイラを備え、この高温蒸気でタービンを回転させ発電を行っている。タービンを回転させた高温蒸気は、冷却されて復水し、循環して再びボイラで高温蒸気となって再利用される。そこで、発電所には、高温蒸気を冷却し復水させるための復水器と、この復水器には高温蒸気を冷却するための冷却システムとが設けられている。

従来、冷却システムは、内部を冷却水が流通し、この冷却水と復水器内の高温蒸気との間で熱交換を行う熱交換部を備える。この熱交換部は、熱交換効率を高めるために、多数の細管で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、原子力発電所や火力発電所といった大規模施設では、膨大な量の高温蒸気が発生するため、相当量の冷却水が必要とされる。このため、これら大規模施設は海浜地帯に設置され、海水を冷却水として採用することが一般的である。

しかし、海水中には多数の海生生物が存在し、これら海生生物が冷却システムに付着して、冷却システムを流通する単位時間あたり海水量を低減させる。すると、高温蒸気との熱交換が充分に行われず、復水器の真空度が低下するために、発電施設全体としての発電効率が低下することになる。

そこで、冷却システムへの海生生物の付着を抑制するため、次亜塩素酸ナトリウムやニ酸化塩素等の塩素系薬剤を冷却システム内に注入する技術が知られている（特許文献２参照）。
特開平１０−１０３８８０号公報 特開平１１−３７６６６号公報

しかしながら、特許文献２に示されるような技術では、塩素系薬剤が、冷却システム、とりわけ細管の内壁を腐食し、強度を低下させる。そこで、硫酸鉄（ＩＩ）を冷却システムに供給して、その内壁に被膜を形成することで、塩素系薬剤による腐食を抑制する対策が考えられる。

しかし、硫酸鉄（ＩＩ）を供給する技術では、形成された被膜の影響で、海水と高温蒸気との熱交換が一部阻害され、発電効率が低下することが懸念される。また、定期点検等で冷却システムの内壁強度を測定する際には、被膜を除去する洗浄手順の後に内壁を採取する必要があり、作業が煩雑となる。このようなシステム維持の問題は、多数の細管で構成されている熱交換部についてとりわけ重大である。

また、特許文献２に示される技術では、熱交換部を経て外界へと排出される海水中に塩素系薬剤が含有されるため、環境保全の観点で向上する余地が残されている。

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、システム維持作業の簡素化、内壁の腐食の抑制、並びに環境保全及び冷却効率の向上を併せて満足できる冷却システム及び発電所を提供することを目的とする。

本発明者らは、熱交換部よりも上流側に微細気泡を供給することで、冷却システムへの腐食を及ぼすことなく海生生物の付着を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 高温蒸気を冷却するための冷却システムであって、
内部を海水が流通し、この海水と前記高温蒸気との間で熱交換を行う熱交換部を有する流水系と、
前記熱交換部よりも上流側の前記流水系の内部に微細気泡を供給する気泡供給手段と、を備える冷却システム。

（１）の発明によれば、流水系を設けたので、海水が熱交換部において高温蒸気との間で熱交換を行う。これにより、高温蒸気は冷却される。
流水系の内部には海水が流通するため、この海水中に存在する海生生物が、流水系、とりわけ熱交換部の内壁へと付着することが懸念される。しかし、気泡供給手段を設けたので、熱交換部よりも上流側の流水系に微細気泡が供給され、海水中に噴出される。これにより、流水系、とりわけ熱交換部の内壁に付着することが抑制されるので、冷却効率を向上できる。
また、以上のように微細気泡により海生生物の付着の大部分が抑制されるので、塩素系薬剤の使用量を低減でき、腐食抑制目的の保護膜を内壁に形成する必要性も薄れる。よって、システム維持作業を簡素化でき、内壁の腐食を抑制でき、且つ環境保全を向上できる。

（２） 前記気泡供給手段を所定時間をあけて間欠的に稼動させる制御手段を更に備える（１）記載の冷却システム。

流水系の内部へと供給される微細気泡量は、不足すると、内壁への海生生物の付着が充分に抑制されない一方、過剰であると、熱交換部の内壁に微細気泡が付着し、海水と高温蒸気との間の熱交換を阻害したり、流水系に設けられたポンプのキャビテーションを誘発したりすることが懸念される。
そこで、（２）の発明によれば、更に制御手段を設けたので、気泡供給手段は所定時間をあけて間欠的に稼動する。所定時間を適宜設定することにより、流水系の内部へと供給される微細気泡量が適正化するため、冷却効率及び環境保全をより向上でき、システム維持作業をより簡素化できる。

（３） 高温蒸気が供給される復水器と、（１）又は（２）記載の冷却システムと、を備え、
前記復水器に供給された高温蒸気が、前記冷却システムによって冷却され復水する発電所。

（３）の発明によれば、（１）又は（２）の発明と同様の効果が得られる。

（４） 高温蒸気を冷却するための冷却システムの運用方法であって、
内部を海水が流通し、この海水と高温蒸気との間で熱交換を行う熱交換部を有する流水系について、前記熱交換部よりも上流側の前記流水系の内部に微細気泡を供給することで、前記流水系への海生生物の付着を抑制する運用方法。

（４）の発明によれば、（１）の発明と同様の効果が得られる。

本発明によれば、熱交換部よりも上流側の流水系の内部に微細気泡が供給されるので、システム維持作業の簡素化、内壁の腐食の抑制、並びに環境保全及び冷却効率の向上を併せて満足できる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る発電所１の部分概略構成図である。発電所１は、発電をする発電系１０と、この発電系を維持する冷却システム２０と、を備える。

発電系１０は、図示しないボイラに連通するタービン１１と、このタービン１１に同軸状に設けられた発電機１３と、タービン１１に連通する復水器１５と、を備える。ボイラから導入された高温蒸気は、タービン１１を回転させ、この回転力によって発電機１３が発電する。タービン１１を通過した高温蒸気は、復水器１５へと移動し、復水した後にボイラへと循環される。

冷却システム２０は、内部を海水が流通する流水系３０と、この流水系３０の内部に微細気泡を供給する気泡供給手段としての気泡供給部４０と、を備える。

流水系３０は、海水を取水する取水部３１と、復水器１５の内部を通る熱交換部３２とを備える。取水部３１で取水された海水は、第１移送部３３を介して熱交換部３２へと移送され、復水器１５内の高温蒸気との熱交換を行う。また、流水系３０は、海水を外界へと放出する放水部３４を備える。熱交換部３２を通過した海水は、第２移送部３５を介して放水部３４へと移送され、やがて外界へと放出される。

取水部３１は、外洋から海水を吸引する取水管３１１と、この取水管３１１からの海水を一時的に貯蔵する取水貯蔵部３１２と、を有する。この取水貯蔵部３１２には、クラゲ等の大型海洋生物を処理するための図示しない剪断ミキサ等が設けられていてよい。

第１移送部３３は、一端が取水貯蔵部３１２内に沈められた第１移送管３３１と、この第１移送管３３１の他端に接続され且つ復水器１５の外壁に設けられた入口水室３３２と、を有する。第１移送管３３１には、移送ポンプ３３３が設けられ、この移送ポンプ３３３が取水貯蔵部３１２内の海水を吸引し、第１移送管３３１を介して入口水室３３２へと移送する。

熱交換部３２は、多数の冷却細管３２１で構成され、これら冷却細管３２１は、入口水室３３２と後述する出口水室３５１とを連通する。冷却細管３２１は、入口水室３３２からの海水を出口水室３５１へと流通する過程で、復水器１５内部の高温蒸気との間で熱交換させる。図１では、冷却細管３２１は２本の管として表現されているが、これに限られない。また、冷却細管３２１は、高温蒸気との接触面積を増やして熱交換効率を向上できるよう、螺旋状に巻回された形状とされてよい。

第２移送部３５は、復水器１５の外壁に設けられた出口水室３５１と、この出口水室３５１と後述する放水貯蔵部３４１とを連通する第２移送管３５２とを有する。この第２移送管３５２は、海水を出口水室３５１から放水貯蔵部３４１へと移送する。また、出口水室３５１の上部には真空ポンプ３５３が設けられ、この真空ポンプ３５３によって、出口水室３５１に滞留する空気が外界へと排出される。

なお、出口水室３５１、第２移送管３５２には、熱交換部３２を通過して高温蒸気から海水に付与された熱エネルギーを回収する熱回収機構が適宜設けられていてよい。熱回収機構は、例えば、回収した熱エネルギーをボイラにおいて再利用する形式であってよい。

放水部３４は、海水を貯蔵する放水貯蔵部３４１と、この放水貯蔵部３４１と外洋とを連通する放水管３４２とを備える。これにより、放水貯蔵部３４１に貯蔵された海水は、放水管３４２を介して外洋へと放出される。

気泡供給部４０は、微細気泡の構成ガスを発生するガス発生部４１と、このガス発生部４１で発生されたガスを流水系３０へと流通し海水中に微細気泡を噴出する噴出部４２と、を備える。この４２は、冷却システム２０における熱交換部３２よりも上流側に設けられている。

設置場所は、具体的には、図１に示すように、取水管３１１、取水貯蔵部３１２、第１移送管３３１、入口水室３３２、移送ポンプ３３３等の部位であってよい。これらのうち、設置部位としては、流水系３０全体を洗浄、殺菌、保護できる点では取水管３１１の先端部が好ましく、移送ポンプ３３３でのキャビテーションを防止できる点では移送ポンプ３３３が好ましい。また、噴出部４２は、微細気泡が流水系３０内を流通する海水の全体と混合されるよう、取水管３１１、取水貯蔵部３１２、第１移送管３３１、入口水室３３２、移送ポンプ３３３等の下部に設けられていることが好ましい。

供給された微細気泡は、海水中の海生生物が流水系３０の内壁に付着することを抑制する。ここで、微細気泡は、空気、オゾン、二酸化炭素等、任意組成の気体で構成されてよく、また、直径１０〜５００μｍ程度のマイクロバブルが通常使用できるが、これに限られず、更に小径の気泡（例えば、ナノバブル）も使用できる。

冷却システム２０は、図示しない制御手段としての制御部を更に備えている。この制御部は、所定時間をあけて気泡供給部４０を間欠的に稼動させる。間欠的に稼動させる方式は、例えば、ガス発生部４１を起動及び停止する方式でもよいし、噴出部４２を開放及び閉止する方式でもよい。

ここで、所定時間は、流水系３０の内壁への海生生物の付着を抑制するために必要充分に長い時間である。即ち、所定時間は、供給される微細気泡の組成、径、及び量、取水される海水中の海生生物の量及び種類、流水系３０内部を流通する海水の量及び温度、並びに流水系３０の内壁の組成等に基づいて、適宜設定されてよい。

このような発電所１は、以下のように動作する。

まず、冷却システム２０を起動する。即ち、海水を取水管３１１から取水し取水貯蔵部３１２に貯蔵する。取水貯蔵部３１２に貯蔵された海水は、移送ポンプ３３３の吸引力で第１移送管３３１に吸引され、入口水室３３２に移送される。ここまでのいずれかの段階で、ガス発生部４１で発生された構成ガスが、噴出部４２から海水中へと微細気泡として噴出される。

入口水室３３２内の海水は、冷却細管３２１を経て出口水室３５１へ、続いて出口水室３５１から第２移送管３５２を経て放水貯蔵部３４１に移送され、貯蔵される。放水貯蔵部３４１内の海水は、所定温度にまで放冷された後、放水管３４２を経て外洋へと放出される。

ここで、発電系１０を起動する。即ち、ボイラを稼動させ、高温蒸気を発生させる。この高温蒸気は、タービン１１を回転させ、発電機１３で発電させるとともに、復水器１５へと移動する。復水器１５に移動した高温蒸気は、冷却細管３２１内を流通する海水と熱交換し、冷却して復水する。復水した水は、ボイラへと循環し、再利用されることになる。

本実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。

流水系３０を設けたので、海水は、熱交換部３２において、復水器１５内部の高温蒸気との間で熱交換を行う。これにより、高温蒸気は冷却される。

更に気泡供給部４０を設けたので、熱交換部３２よりも上流側である取水管３１１、取水貯蔵部３１２、第１移送管３３１、入口水室３３２に微細気泡が供給され、海水中に噴出される。これにより、流水系３０、とりわけ熱交換部３２の冷却細管３２１の内壁に付着することが抑制されるので、冷却効率を向上できる。

また、微細気泡により海生生物の付着の大部分が抑制されるので、塩素系薬剤の使用量を低減でき、腐食抑制目的の保護膜を内壁に形成する必要性も薄れる。よって、冷却システム２０の維持作業を簡素化でき、内壁の腐食を抑制でき、且つ環境保全を向上できる。

更に制御部を設けたので、気泡供給部４０は所定時間をあけて間欠的に稼動する。所定時間を適宜設定することにより、流水系３０の内部へと供給される微細気泡量が適正化するため、冷却効率及び環境保全をより向上でき、冷却システム２０の維持作業をより簡素化できる。

本発明の一実施形態に係る発電所の部分概略構成図である。

符号の説明

１ 発電所
１５ 復水器
２０ 冷却システム
３０ 流水系
３２ 熱交換部
４０ 気泡供給部（気泡供給手段）

Claims (5)

1. 高温蒸気を冷却するための冷却システムであって、
   内部を海水が流通し、この海水と前記高温蒸気との間で熱交換を行う熱交換部を有し、
   外洋から海水を吸引する取水管と、該取水管からの海水を一時的に貯蔵する取水貯蔵部と、を含む取水部と、
   一端が前記取水貯蔵部内に沈められた第１移送管と、該第１移送管の他端に接続された前記熱交換部への入口水室と、前記取水貯蔵部内の海水を吸引し前記第１移送管を介して前記入口水室へと海水を移送するための移送ポンプと、を含む第１移送部と、
   前記熱交換部を通過した海水を流通させる出口水室と、一端が該出口水室に接続され前記熱交換部を通過した海水を移送する第２移送管と、を含む第２移送部と、
   前記出口水室の上部に設けられ、該出口水室に滞留する空気を外界へと排出する真空ポンプと、
   前記第２移送管により移送された前記熱交換部を通過した海水を貯蔵する放水貯蔵部と、該放水貯蔵部と外洋とを連通する放水管と、を含む放水部と、
   を有する流水系と、
   前記熱交換部よりも上流側の前記流水系の内部に設けられ、空気のナノバブル噴出部を有する気泡供給手段と、を備える冷却システム。
2. 前記気泡供給手段は、前記取水管、前記取水貯蔵部、前記第１移送管、前記入口水室、前記移送ポンプに設けられ、前記噴出部が前記取水管、前記取水貯蔵部、前記第１移送管、前記入口水室、前記移送ポンプそれぞれの下部に設けられる請求項１記載の冷却システム。
3. 前記気泡供給手段を、所定時間をあけて間欠的に稼動させる制御手段を更に備える請求項１又は２記載の冷却システム。
4. 高温蒸気が供給される復水器と、請求項１〜３いずれかに記載の冷却システムと、を備え、
   前記復水器に供給された高温蒸気が、前記冷却システムによって冷却され復水する発電所。
5. 高温蒸気を冷却するための冷却システムの運用方法であって、
   内部を海水が流通し、この海水と高温蒸気との間で熱交換を行う熱交換部を有し、
   外洋から海水を吸引する取水管と、該取水管からの海水を一時的に貯蔵する取水貯蔵部と、を含む取水部と、
   一端が前記取水貯蔵部内に沈められた第１移送管と、該第１移送管の他端に接続された前記熱交換部への入口水室と、前記取水貯蔵部内の海水を吸引し前記第１移送管を介して前記入口水室へと海水を移送するための移送ポンプと、を含む第１移送部と、
   前記熱交換部を通過した海水を流通させる出口水室と、一端が該出口水室に接続され前記熱交換部を通過した海水を移送する第２移送管と、を含む第２移送部と、
   前記出口水室の上部に設けられ、該出口水室に滞留する空気を外界へと排出する真空ポンプと、
   前記第２移送管により移送された前記熱交換部を通過した海水を貯蔵する放水貯蔵部と、該放水貯蔵部と外洋とを連通する放水管と、を含む放水部と、
   を有する流水系について、前記熱交換部よりも上流側の前記流水系の内部において流通する海水の下部から、空気のナノバブルを噴出する気泡供給工程と、
   前記気泡供給工程が所定時間をあけて稼働され、前記流水系へ間欠的に空気のナノバブルを供給する制御工程と、を備え、
   前記流水系への海生生物の付着を抑制する運用方法。

Images