JP5184211B2 - 復水器及び発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンの排気圧力を保持する復水器と、その復水器を用いた発電設備に関するものである。

復水器は、蒸気タービンの最終段から排気される飽和蒸気を凝縮し、排気圧力を真空に保つ機器である。復水器には多数の冷却管が用いられており、復水器に導かれた蒸気は冷却管の外表面に凝縮する。冷却管内に導入された海水やクリ−ングタワーからの水などの冷却水は、蒸気から凝縮潜熱を奪って排気圧力を真空に維持する。しかし、季節変化等で冷却水の温度が変化すると、凝縮温度および飽和蒸気圧力が変動して復水器の真空度（復水器真空度）が変動することがある。

蒸気タービンの出力は復水器の真空度によって変化する。真空度の低下（すなわち、飽和蒸気圧力の上昇）は、タービン段落を通過する熱落差を減少させ、蒸気タービンの出力を低下させる。一方、真空度を向上させると、熱落差が増加するので出力が向上する傾向がある。しかし、蒸気の比体積の増加によりタービン最終段の軸流速度が音速に達すると、タービンによって得られる動力が飽和し、その後は真空度を向上しても出力は向上しない。このように動力が飽和に達した後に真空度を向上させると、凝縮液の温度が低下して再加熱に要する熱が増加するので、システムとして見た蒸気タービンの出力は低下する。これらの理由により、発電プラントでは出力が最大となる復水器真空度（以下、最適真空度と称する）が存在する。

しかし、復水器真空度は、上記のように冷却水温度の季節変化などに伴い変動するため、必ずしも最大出力を得られる条件で保持されていないという問題があった。この点の改良を図った技術の１つとしては、複数ある冷却水ポンプの運転台数を変更して水源（例えば、海）からの取水量を調節し、復水器に供給される冷却水量を制御することで真空度の最適化を図ろうとしたものがある（特開２００７−１０７７６１号公報等参照）。

特開２００７−１０７７６１号公報

ところで、発電プラントでは、その立地条件によって、冷却水に関して種々の条件が課せられる。例えば、冷却水として海水を用いる場合には、環境保全の観点から、海水の取水量の上限や、冷却水の上昇温度の上限などに制約がある。さらに、伝熱面の健全性を保つために、冷却管内の冷却水の流速にも下限値がある。したがって、上記技術でもこれらの条件を満たすことが必要であり、取水量を調節することで真空度の保持を図ろうとしても、実際に調整可能な範囲は僅かである。

本発明の目的は、冷却水に関する条件を満たしながら復水器真空度の変動を抑制できる復水器及び発電設備を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、蒸気タービン発電プラントに用いられる復水器において、水源から取水された冷却水が流通する給水管と、この給水管からの冷却水が流通する複数の冷却管から成り、その複数の冷却管内の冷却水で蒸気タービンからの水蒸気を凝縮させる管巣と、この管巣から排出された冷却水が流通する排水管と、前記給水管と前記排水管に架け渡されたバイパス管と、このバイパス管に設けられ、前記給水管から前記排水管に供給される冷却水の流量を調節する流量調節手段と、前記排水管と前記給水管に架け渡された循環管と、この循環管に設けられ、前記排水管から前記給水管に供給される冷却水の流量を調節する昇圧手段とを備え、水源における冷却水の温度が変化して前記復水器内における蒸気温度が最適蒸気温度から上昇又は低下した場合に、前記管巣に流入される冷却水の温度と流量のうち少なくとも一方は、前記流量調節手段と前記昇圧手段によって、水源からの冷却水の温度及び流量に対して偏差をつけられており、さらに、前記給水管を介して水源から取水する流量と前記排水管を介して水源に排出する際の水温の両方を一定に保持しながら、前記復水器内における蒸気温度が前記最適蒸気温度に近づくように調節されているものとする。

本発明によれば、水源における冷却水温度が変化しても、取水量と排水温度を保持しながら復水器真空度の変動を抑制することができるので、発電プラントの出力低下を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態である復水器の全体図である。

この図に示す復水器１は、給水管１１０と、管巣１０と、排水管１２０と、バイパス管５０と、流量調節弁（流量調節手段）５と、循環管４０と、ブースタポンプ（昇圧手段）４を備えている。

給水管１１０は、水源から取水された冷却水が流通するもので、例えば、海やクーリングタワーの冷却水等の水源と接続されている。給水管１１０を流通する冷却水は、ポンプ（図示せず）によって水源から汲み上げられている。また、排水管１２０は、管巣１０から排出された冷却水が流通するもので、その下流側は水源と接続されている。

管巣１０は、蒸気タービン（低圧タービン）３０からの蒸気（水蒸気）を冷却して凝縮させるもので、複数（例えば、数千本）の冷却管が集合して形成されている。管巣１０を構成する各冷却管は、冷却水の流通方向の上流側に設けられた入口水室１１を介して給水管１１０と接続されており、給水管１１０から冷却水を供給されている。また、冷却管は、冷却水の流通方向の下流側に設けられた出口水室１２を介して排水管１２０と接続されており、蒸気を冷却した冷却水を排水管１２０に排出している。

バイパス管５０は、給水管１１０と排水管１２０に架け渡されている。バイパス管５０には給水管１１０から排水管１２０に向かって冷却水が流通しており、バイパス管５０は給水管１１０中の冷却水の一部を管巣１０に通すことなく排水管１２０にバイパスさせている。これにより、バイパス管５０を通過した冷却水は、管巣１０で熱交換されることなく熱交換後の冷却水と混合される。

流量調節弁（流量調節手段）５は、給水管１１０から排水管１２０にバイパスされる冷却水の流量を調節するもので、バイパス管５０に取り付けられている。流量調節弁５を開くと、給水管１１０を介して水源から取水した水量と比較して、管巣１０に供給される冷却水量を低減することができる。なお、このように流量調節弁５を開いても、バイパスされた冷却水が排出管１２０で合流するので、最終的に外部へ排出される水量は取水量と変化することはない。

循環管４０は、排水管１２０と給水管１１０に架け渡されている。循環管４０には排水管１２０から給水管１１０に向かって冷却水が流通しており、循環管４０は管巣１０を通過した排水管１２０中の冷却水の一部を外部に排出することなく給水管１１０に戻している。なお、本実施の形態の循環管４０は、蒸気によって加熱された冷却水の熱を効率良く利用するために、バイパス管５０が給水管１１０及び排水管１２０に接続されている位置よりも管巣１０側に接続されている。本実施の形態は、上記のように循環管４０とバイパス管５０によって閉じられた系を構成するので、水源に排出される際の冷却水温は従前と変化することがない。

ブースタポンプ（昇圧手段）４は、排水管１２０から給水管１１０に戻される冷却水の流量を調節するもので、循環管４０に取り付けられている。ブースタポンプ４は、排水管１２０側（下流側）の冷却水を給水管１１０側（上流側）の圧力まで昇圧しつつ、循環管４０を流通する冷却水の流量を調節している。ブースタポンプ４のこのような機能は、可変翼の開度、回転数などを変更することによって実現される。

次に図２及び図３を用いて、復水器１の内部構成について説明する。図２は復水器１の上面図、図３はその正面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する（後の図も同様に扱う）。

復水器１には、低圧タービン排気室２が接続されている。低圧タービン排気室２には、蒸気入口２５（図１参照）と接続された車室２０が設けられている。車室２０内には、低圧タービン３０が配置されている。

低圧タービン３０は、蒸気入口２５から導入される蒸気によって回転されるロータ２３を備えている。ロータ２３にはタービン動翼が取り付けられており、ロータ２３と車室２０の間には蒸気が流通するフローパスが形成されている。フローパスの終端にはタービン最終段動翼２１が設けられており、最終段動翼２１の周囲に出口環帯２２が形成されている。出口環帯２２からは低圧タービン３０を回転駆動させた蒸気が排出されている。この蒸気は管巣１９中を流通する冷却水によって凝縮される。

また、図３において、管巣１０は、空気抽出口１３を内包している。空気抽出口１３からは、空気と未凝縮の蒸気が抽出されている。管巣１０によって凝縮した凝縮液は、凝縮液溜まり１４に流下し、復水器１の下部に接続された凝縮液出口１５を介して排出される。本実施の形態の復水器１には、図２及び図３に示すように、２式の管巣１０が内包されている。各管巣１０に接続された給水管１１０と排水管１２０には、バイパス管５０と循環管４０が接続されている。なお、管巣１０の数は図示した２式のみに限られない。すなわち、例えば１つでも良いし、３つ以上でも良い。また、本実施の形態では、２つの管巣１０を流通する冷却水の流れが互いに対向しているが、同一の方向に向かって冷却水が流れるように構成しても良い。

次に上記のように構成される本実施の形態の復水器１の作用について説明する。

図１に戻り、復水器１内の蒸気温度をＴｓとする。復水器１内において蒸気は飽和状態にあり、蒸気温度が定まると飽和蒸気圧、即ち復水器１内の真空度（復水器真空度）が定まる。ここでは、復水器１内の真空度が最適真空度に設定される蒸気温度（最適蒸気温度）をＴｓｏとする。また、図１に示すように、給水管１１０の上流（Ｆ１）における冷却水の温度をＴｃ、流量をＱｃとし、管巣１０に流入する直前（Ｆ２）における冷却水の温度をＴｃ’、流量をＱｃ’とし、管巣１０を通過した直後（Ｆ３）における冷却水の温度をＴｄ’とし、排水管１２０の下流（Ｆ４）における冷却水の温度をＴｄとする。なお、Ｆ３における流量はＦ２と同じＱｃ’に、Ｆ４における流量はＦ１と同じＱｃになる。さらに、管巣１０において冷却水の流れ方向に沿ってＦ２から進んだ距離をｘとし、Ｆ２から距離ｘの位置（Ｆ(ｘ)）における冷却水の温度をＴｃ’(ｘ)とする（なお、Ｔｃ’(０)＝Ｔｃ’）。

一般的に、水源における冷却水温度（Ｔｃ）が変化すると、管巣１０に導入される際の冷却水温度（Ｔｃ’）も変化するので、冷却水温度の変化によって蒸気温度Ｔｓが変化する。そのため、冷却水温度が変化する環境下では、最適蒸気温度Ｔｓｏに保持することが難しく、発電プラントの出力Ｗが変動してしまう。すなわち、図４（後述）のように、冷却水温度変化ΔＴｃに追従して蒸気温度変化ΔＴｓが生じ、結果的に発電プラントの出力変動ΔＷが生じてしまう。

これに対して、本実施の形態のＦ２における冷却水の温度Ｔｃ’と流量Ｑｃ’のうち少なくとも一方は、水源における冷却水の温度Ｔｃが変化した場合に、流量調節弁５とブースタポンプ４によって、Ｆ１における冷却水の温度Ｔｃ及び流量Ｑｃに対して偏差をつけられている。別の言い方をすれば、本実施の形態のＦ２における冷却水の温度Ｔｃ’及び流量Ｑｃ’は、流量調節弁５とブースタポンプ４によって、蒸気温度Ｔｓを最適蒸気温度Ｔｓｏに近づけるために調節されている。例えば、流量調節弁５を開くと、水源からの冷却水の一部は、管巣１０に供給されることなく排水管１２０に直接供給されるので、Ｆ２における冷却水はＦ１における冷却水に対して主に流量において偏差をつけることができる。一方、ブースタポンプ４を運転すると、管巣１０で加熱された冷却水の一部が給水管１１０に再度供給されることになるので、Ｆ２における冷却水はＦ１における冷却水に対して温度及び流量において偏差をつけることができる。

このように流量調節弁５とブースタポンプ４を利用して、Ｆ２における冷却水の温度Ｔｃ’及び流量Ｑｃ’を調節すると、給水管１１０を介して水源から取水する流量（Ｑｃ）と、排水管１２０を介して水源に排出する際の水温（Ｔｄ）の両方を一定に保持しながら、蒸気温度Ｔｓを最適蒸気温度Ｔｓｏに近づけることができる。

次に、Ｆ２において温度Ｔｃ’、流量Ｑｃ’に調節された冷却水が蒸気温度Ｔｓに与える作用について説明する。

図４は本実施の形態の復水器１を備えた発電プラントの冷却水温度（Ｔｃ，Ｔｃ’）、蒸気温度（Ｔｓ）、及び出力（Ｗ）の関係図である。

この図の最上段に示されたグラフは、発電プラントの蒸気温度Ｔｓと出力Wの関係図である。この関係図における出力曲線が示すように、出力Ｗは、復水器１の真空度を定める蒸気温度Ｔｓに依存している。すなわち、出力Ｗは、最適真空度を示す最適蒸気温度Ｔｓｏにおいて最大となり、Ｔｓｏから離れるほど低下する。

本実施の形態において冷却水温度Ｔｃが変化した場合には、流量調節弁５とブースタポンプ４を利用して、冷却水温度Ｔｃに対して偏差をつけて冷却水温度Ｔｃ’を調節する。このように冷却水の温度Ｔｃ’を調節すると、冷却水温度Ｔｃが変化したときにも、図４の中段に示すように冷却水の温度変動幅ΔＴｃ’をΔＴｃより小さくすることができる。これに追従してＴｓの変動幅ΔＴｓも小さくなるので、出力差ΔＷを小さくすることができる。この場合の具体例としては、例えば、管内面への汚れの付着を防止するために給水管１１０内の冷却水の流量を一定に保持しながら、その温度を調節することが求められる場合がある。この場合には、バイパス管５０と循環管４０に同量の冷却水を流通させれば、流量を保持しながら温度偏差を増加させることができる。

さらに、本実施の形態では、冷却水温度Ｔｃ’の調節だけでなく、冷却水量Ｑｃに対して偏差をつけて冷却水量Ｑｃ’も調節する。この冷却水の流量Ｑｃ’も温度Ｔｃ’と同様に、流量調節弁５とブースタポンプ４によって調節される。

図４の最下段に示されたグラフは、管巣１０内における冷却水の温度Ｔｃ’(ｘ)と蒸気温度Ｔｓの関係図である。この図に示すように、Ｆ２における冷却水量Ｑｃ’をＱｃより大きくすると（すなわち、Ｑｃ’−Ｑｃ＞０）、第１に、「Ｑｃ’−Ｑｃ≦０」の場合と比較して管巣１０内における冷却水の温度Ｔｃ’(ｘ)の上昇を縮小し、平均温度を低減することができる（すなわち、Ｔｃ’に近づけることができる）。第２に、冷却水量が増加することにより熱貫流率が増加するので、「Ｑｃ’−Ｑｃ≦０」の場合と比較して蒸気温度Ｔｓを低減することができる（すなわち、冷却水温度Ｔｃ’(ｘ)の平均温度に近づけることができる）。なお、本実施の形態において流量偏差をつけると、Ｆ２における冷却水温度Ｔｃ’を上昇させる逆の効果もある。しかし、冷却水温度上昇（Ｔｃ’(ｘ) −Ｔｃ’）に対して、冷却水温度と蒸気温度の差（Ｔｓ−Ｔｃ’(ｘ)）が大きいとき、熱貫流率の向上により蒸気温度Ｔｓが下がり真空度が向上する。したがって、蒸気温度Ｔｓが最適蒸気温度Ｔｓｏより高い場合には、Ｑｃ’をＱｃより大きくすると蒸気温度ＴｓをＴｓｏに近づけることができる。逆に、蒸気温度ＴｓがＴｓｏより低い場合には、Ｑｃ’をＱｃより小さくすると蒸気温度ＴｓをＴｓｏに近づけることができる。これにより、当初ΔＴｓだった蒸気温度変動をΔＴｓ’まで小さくすることができるので、出力変動をΔＷからΔＷ’まで小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｆ１における冷却水温度Ｔｃが変化しても、水源からの取水量（Ｑｃ）と水源への排水温度（Ｔｄ）を保持しながら、流量調節弁５とブースタポンプ４によってＦ２における冷却水の温度Ｔｃ’及び流量Ｑｃ’を変化させることができる。これにより、蒸気温度変化ΔＴｓを低減することができるので、発電プラントの出力変動ΔＷを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、図４に示すように、復水器１内の水蒸気が管巣１０に冷却されて蒸気温度Ｔｓが変動する範囲ΔＴｓ’に最適蒸気温度Ｔｓｏが含まれるように復水器を構成することが好ましい（すなわち、蒸気温度Ｔｓが変動する範囲に復水器１内の真空度が最適真空度に達する点が含まれるように構成することが好ましい）。このように復水器を構成すれば、発電プラントの出力を最大に保持しながら、その変動幅を抑制することができる。また、このように構成すれば、下記のように従来の慣例と反した設計を復水器に適用することもできる。

参考文献（原子炉安全小委員会、原子力安全・保安部会報告書：「定格熱出力一定運転の安全性について」：ｐ２、図２（平成１３年１２月７日））などに示されるように、蒸気タービンを備えた発電プラントは、通常、冷却水温度の低い冬季に出力がピークとなるように計画される。復水器の真空度を向上するためには復水器における冷却面積の増加が必要となるが、先に示したように、真空度を向上させ過ぎても得られる動力は増加しない。そればかりか、凝縮液の温度が低下して再加熱に要する熱が増えるために、出力が逆に低下する。このため、冬季に出力がピークになるように計画することは、コストを抑え、出力を最大化することを狙っており一定の合理性があると考えられる。

本実施の形態では、このような従来の慣例に反し、図４に示した出力曲線のピーク（蒸気温度Ｔｓが最適蒸気温度Ｔｓｏとなるとき）を水源の冷却水温度Ｔｃが高くなる夏季に近づけることができる。このように出力曲線のピークを変更する場合には、例えば、復水器の冷却面積を増加させる方法等がある。季節変化によって冷却水温度Ｔｃが低下した場合には、管巣１０で加熱された冷却水を循環管４０を介して給水管１１０に混入し、管巣１０に入る冷却水温度Ｔｃ’を向上させれば良い。このように復水器１を構成すれば、出力の変動を抑制しながら、最大出力近傍での運転が可能となる。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。

図５は本発明の第２の実施の形態である復水器の全体図である。

本実施の形態の復水器１Ａは、２式の管巣１０Ａ，１０Ｂ間で冷却水を交換している点で第１の実施の形態のものと異なる。

この図に示す復水器１Ａは、第１管巣１０Ａと、第２管巣１０Ｂと、第１給水管１１０Ａと、第２給水管１１０Ｂと、第１排水管１２０Ａと、第２排水管１２０Ｂと、第１バイパス管５０Ａと、第２バイパス管５０Ｂと、第１流量調節弁５Ａと、第２流量調節弁５Ｂと、第１循環管４０Ａと、第２循環管４０Ｂと、第１ブースタポンプ４Ａと、第２ブースタポンプ４Ｂとを備えている。

第１管巣１０Ａ及び第２管巣１０Ｂは、復水器１に内包されている。第１管巣１０Ａには、第１給水管１１０Ａと第１排水管１２０Ａが接続されており、第２管巣１０Ｂには、第２給水管１１０Ｂと第２排水管１２０Ｂが接続されている。第１給水管１１０Aと第２給水管１１０Ｂには、水源から冷却水を汲み上げる給水ポンプ３が設けられている。第１給水管１１０Ａと第２排水管１２０Ｂには、第１バイパス管５０Ａ及び第１循環管４０Ａが架け渡されており、第２給水管１１０Ｂと第１排水管１２０Ａには、第２バイパス管５０Ｂと第２循環管４０Ｂが架け渡されている。第１バイパス管５０Ａには、第１流量調節弁５Ａが取り付けられており、第１循環管４０Ａには、第１ブースタポンプ４Ａが取り付けられている。また、第２バイパス管５０Ａには、第２流量調節弁５Ｂが取り付けられており、第２循環管４０Ｂには、第２ブースタポンプ４Ｂが取り付けられている。

本実施の形態では、第１バイパス管５０Ａと第２バイパス管５０Ｂにおける冷却水の流量は、第１流量調節弁５Ａと第２流量調節弁５Ｂによって同一に調節されており、第１循環管４０Ａと第２循環管４０Ｂにおける冷却水の流量は、第１ブースタポンプ４Ａと第２ブースタポンプ４Ｂによって同一に調節されている。このように、冷却水の流量を調節すると、第１管巣１０Ａと第２管巣１０Ｂの冷却能力を同等にできる。

また、本実施の形態において、第１循環管４０Ａは、第１バイパス管５０Ａと比較して第１管巣１０Ａ及び第２管巣１０Ｂ側に位置するように第１給水管１１０Ａと第２排水管１２０Ｂに架け渡されている。また、第２循環管４０Ｂは、第２バイパス管５０Ｂと比較して第１管巣１０Ａ及び第２管巣１０Ｂ側に位置するように第１排水管１２０Ａと第２給水管１１０Ｂに架け渡されている。このように構成すると、第１の実施の形態で説明した例のように、蒸気によって加熱された冷却水の熱を効率良く利用することができる。

本実施の形態のように復水器１Ａを構成しても、第１の実施の形態同様に、水源からの取水量および水源への排水温度を保持しながら、各管巣１０Ａ，１０Ｂに流入する冷却水の温度及び流量を調節することができる。したがって、第１の実施の形態同様、水源における冷却水温度が変化しても、発電プラントの出力変動ΔＷを低減することができる。

なお、本実施の形態では、２式の管巣を有する復水器について説明したが、より多数の管巣を備える場合でも勿論適用可能である。また、上記の例では、管巣１０Ａ，１０Ｂに流れ込む冷却水の流れが対向するものを挙げたが、冷却水が管巣１０Ａ，１０Ｂに同一の方向に流れ込むように構成しても良い。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。

図６は本発明の第３の実施の形態である発電設備の全体図である。

この図に示された発電設備は、第２の実施の形態で説明した復水器１Ａと、タービン７と、第１凝縮器８Ａと、第２凝縮器８Ｂと、第１蒸発器６Ａと、第２蒸発器６Ｂを備えている。

タービン７は、低圧タービン３０からの水蒸気よりも飽和蒸気密度の大きい凝縮性媒体によって駆動されるものである。第１凝縮器８Ａは、タービン７からの凝縮性媒体を冷却水で凝縮させるもので、第１バイパス管５０Ａにおける第１流量調節弁５Ａの上流側に設けられている。第２凝縮器８Ｂは、タービン７からの凝縮性媒体を冷却水で凝縮させるもので、第２バイパス管５０Ｂにおける第２流量調節弁５Ｂの上流側に設けられている。第１蒸発器６Ａは、タービン７に供給するために第１凝縮器８Ａからの凝縮性媒体を冷却水で蒸発させるもので、第１循環管４０Ａにおける第１ブースタポンプ４Ａの下流側に設けられている。第２蒸発器６Ｂは、タービン７に供給するために第２凝縮器８Ｂからの凝縮性媒体を冷却水で蒸発させるもので、第２循環管４０Ｂにおける第２ブースタポンプ４Ｂの下流側に設けられている。

このような構成によって、低圧タービン３０（蒸気タービン発電プラント）の作動流体である水蒸気よりも飽和蒸気密度の大きい凝縮性媒体による熱サイクルが構成される。飽和蒸気密度が水蒸気より大きい凝縮性媒体としては、例えば、海洋温度差発電などで用いられるアンモニアやフロン等がある。このように飽和蒸気密度が水蒸気より大きい媒体を利用すると、蒸気タービン発電プラントより小規模な発電設備を構築することができる。

上記のように構成される発電設備において、蒸発器６Ａ，６Ｂでは、管巣１０Ａ，１０Ｂから排出された冷却水（温熱源）によって、凝縮器８Ａ，８Ｂから供給された凝縮性媒体が加熱されて蒸気が生成される。このように生成された蒸気は、蒸発器６Ａ，６Ｂとタービン７を接続する蒸気配管６７を介してタービン７に供給され、タービン７を回転させる。タービン７を経由した蒸気は、タービン７と凝縮器８Ａ，８Ｂを接続する蒸気配管７８を介して凝縮器８Ａ，８Ｂに送られる。凝縮器８Ａ，８Ｂに送られた蒸気は、バイパス管５０Ａ，５０Ｂを流通する冷却水（冷熱源）によって冷却されて凝縮する。このように得られた凝縮液は、ポンプ（図示せず）によって吐出され、蒸発器６Ａ，６Ｂに供給される。

このように、本実施の形態によれば、バイパス管５０Ａ，５０Ｂを流れる冷却水と、循環管４０Ａ，４０Ｂを流れる冷却水の温度差を利用して、タービン７による発電出力を得ることができる。これにより、復水器１Ａにおいて冷却水の温度及び流量を調節したことによる出力上昇分に加えて、凝縮性媒体による出力を得られるので、発電プラントの全体出力をさらに向上させることができる。また、本実施の形態では、水源における冷却水温度（Ｔｃ）が下がるほど、バイパス管５０Ａ，５０Ｂと循環管４０Ａ，４０Ｂを流れる冷却水の温度差が大きくなる。これにより、より大きな発電出力を得ることができる。

なお、本実施の形態では、第２の実施の形態の復水器１Ａを利用した例について説明したが、第１の実施の形態の復水器１を利用しても発電出力を得ることができる。

次に本発明の第４の実施の形態について説明する。

図７は本発明の第４の実施の形態である発電設備の全体図である。

この図に示された発電設備は、復水器１Ａと、タービン７と、凝縮器８Ｃと、第１蒸発器６Ａと、第２蒸発器６Ｂを備えている。

凝縮器８Ｃは、復水器１Ａの冷却水の水源における温度Ｔｃより低温の冷熱源でタービン７からの凝縮性媒体を凝縮させるもので、その冷熱源が流通する冷熱源配管８００が凝縮器８Ｃ内を通過している。また、凝縮器８Ｃは、凝縮液配管８６を介して、第１蒸発器６Ａおよび第２蒸発器６Ｂと接続されている。凝縮器８Ｃを流通する冷熱源としては、例えば、４℃の温度とされる海洋深層水や、液化天然ガスを用いることができる。

このように構成した発電設備によっても、凝縮性媒体によってタービン７を回転させることができるので、第３の実施の形態のように発電プラントの出力を向上させることができる。特に、本実施の形態は、第３の実施の形態と異なり次のような特徴を有する。

図８に本実施の形態の発電設備を有する発電プラントの出力曲線を示す。なお、この図では、先の図４と異なり、出力Ｗと冷却水温度Ｔｃ’の関係を示しており、また、冷却水の流量増加による蒸気温度低下効果は冷却水の温度低減による蒸気温度低下効果に換算して示した。

本実施の形態では、管巣１０Ａ，１０Ｂに導入される冷却水のうち、給水管１１０Ａ，１１０Ｂを介して水源から直接導入されるものの温度と、循環管４０Ａ，４０Ｂを介して導入されるものの温度では、後者の方が低温になる。そのため、出力曲線のピークが位置する最適蒸気温度Ｔｓｏを、水源の冷却水温度Ｔｃが低下する時期（冬季）に設定することが好ましい。本実施の形態によれば、夏季等に冷却水温度Ｔｃが上昇しても、循環管４０Ａ，４０Ｂから温度の低い冷却水を管巣１０Ａ，１０Ｂに供給することができるので、冷却水温度Ｔｃ’を常に低く保持することができる。これにより、発電プラントの出力を出力曲線のピーク付近に近づけることができるので、発電出力を向上させることができる。

なお、本実施の形態についても、第２の実施の形態の復水器１Ａを利用した例を取りあげたが、第１の実施の形態の復水器１を利用しても勿論発電出力を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態である復水器の全体図。 本発明の第１の実施の形態である復水器の上面図。 本発明の第１の実施の形態である復水器の正面図。 本発明の第１の実施の形態の復水器を備えた発電プラントの冷却水温度Ｔｃ，Ｔｃ’、蒸気温度Ｔｓ、及び出力Ｗの関係図。 本発明の第２の実施の形態である復水器の全体図。 本発明の第３の実施の形態である発電設備の全体図。 本発明の第４の実施の形態である発電設備の全体図。 本発明の第４の実施の形態の発電設備を有する発電プラントの出力曲線を示す図。

符号の説明

１ 復水器
４ ブースタポンプ
５ 流量調節弁
６ 蒸発器
７ タービン
８ 凝縮器
１０ 管巣
３０ 低圧タービン
４０ 循環管
５０ バイパス管
６７ 蒸気配管
７８ 蒸気配管
８６ 凝縮液配管
１１０ 給水管
１２０ 排出管

Claims (13)

1. 蒸気タービン発電プラントに用いられる復水器において、
   水源から取水された冷却水が流通する給水管と、
   この給水管からの冷却水が流通する複数の冷却管から成り、その複数の冷却管内の冷却水で蒸気タービンからの水蒸気を凝縮させる管巣と、
   この管巣から排出された冷却水が流通する排水管と、
   前記給水管と前記排水管に架け渡されたバイパス管と、
   このバイパス管に設けられ、前記給水管から前記排水管に供給される冷却水の流量を調節する流量調節手段と、
   前記排水管と前記給水管に架け渡された循環管と、
   この循環管に設けられ、前記排水管から前記給水管に供給される冷却水の流量を調節する昇圧手段とを備え、
   前記給水管から取水される冷却水の取水量及び前記排水管から排出される冷却水の上昇温度は、それぞれ、環境保全の観点から定められた上限値以下に保持されており、
   水源における冷却水の温度が変化して前記復水器内における蒸気温度が最適蒸気温度から上昇又は低下した場合に、前記管巣に流入される冷却水の温度と流量のうち少なくとも一方は、前記流量調節手段と前記昇圧手段によって、水源からの冷却水の温度及び流量に対して偏差をつけられており、さらに、前記給水管を介して水源から取水する流量と前記排水管を介して水源に排出する際の水温の両方を一定に保持しながら、前記復水器内における蒸気温度が前記最適蒸気温度に近づくように調節されていることを特徴とする復水器。
2. 請求項１記載の復水器において、
   前記管巣に流入される冷却水の温度及び流量は、前記流量調節手段と前記昇圧手段によって、前記復水器内の蒸気温度を前記蒸気タービン発電プラントの出力が最大になる値に近づけるために調節されていることを特徴とする復水器。
3. 請求項１記載の復水器において、
   前記復水器内の水蒸気が前記管巣に冷却されて蒸気温度が変動する範囲には、前記蒸気タービンの出力が最大となる最適蒸気温度が含まれていることを特徴とする復水器。
4. 請求項１記載の復水器において、
   前記循環管は、前記バイパス管よりも前記管巣側において前記給水管と前記排水管に架け渡されていることを特徴とする復水器。
5. 請求項１記載の復水器において、
   前記管巣は、複数の管巣から形成されており、
   その複数の管巣は、前記給水管及び前記排水管とそれぞれ接続されていることを特徴とする復水器。
6. 請求項１記載の復水器において、
   前記昇圧手段は、前記排水管側の冷却水を前記給水管側の圧力まで昇圧するブースタポンプであることを特徴とする復水器。
7. 請求項１記載の復水器において、
   前記管巣は、水源から取水された冷却水が流通する給水管と、水蒸気に加熱された冷却水が流通する排水管とがそれぞれ接続された２つの管巣であり、
   この２つの管巣のうち一方の管巣の給水管の冷却水を、前記２つの管巣のうち他方の管巣の排水管にバイパスさせる第１バイパス管と、
   この第１バイパス管に設けられ、前記一方の管巣の給水管から前記他方の管巣の排水管に供給される冷却水の流量を調節する第１流量調節手段と、
   前記他方の管巣の給水管の冷却水を、前記一方の管巣の排水管にバイパスさせる第２バイパス管と、
   この第２バイパス管に設けられ、前記他方の管巣の給水管から前記一方の管巣の排水管に供給される冷却水の流量を調節する第２流量調節手段と、
   前記他方の管巣の排水管の冷却水を、前記一方の管巣の給水管に戻す第１循環管と、
   この第１循環管に設けられ、前記他方の管巣の排水管から前記一方の管巣の給水管に供給される冷却水の流量を調節する第１昇圧手段と、
   前記一方の管巣の排水管の冷却水を、前記他方の管巣の給水管に戻す第２循環管と、
   この第２循環管に設けられ、前記一方の管巣の排水管から前記他方の管巣の給水管に供給される冷却水の流量を調節する第２昇圧手段とを備え、
   前記２つ管巣に流入される冷却水の温度、流量、又は温度及び流量のいずれかは、前記第１流量調節手段、前記第２流量調節手段、前記第１昇圧手段及び前記第２昇圧手段によって、水源からの冷却水の温度及び流量に対して偏差をつけられていることを特徴とする復水器。
8. 請求項７記載の復水器において、
   前記第１バイパスと前記第２バイパス管における冷却水の流量は、前記第１流量調節手段と前記第２流量調節手段によって同一に調節され、
   前記第１循環管と前記第２循環管における冷却水の流量は、前記第１昇圧手段と前記第２昇圧手段によって同一に調節されていることを特徴とする復水器。
9. 水源から取水された冷却水が流通する給水管、この給水管からの冷却水が流通する複数の冷却管から成り、その複数の冷却管内の冷却水で蒸気タービンからの水蒸気を凝縮させる管巣、この管巣から排出された冷却水が流通する排水管、前記給水管と前記排水管に架け渡されたバイパス管、このバイパス管に設けられ、前記給水管から前記排水管に供給される冷却水の流量を調節する流量調節手段、前記排水管と前記排水管に架け渡された循環管、及びこの循環管に設けられ、前記排水管から前記給水管に供給される冷却水の流量を調節する昇圧手段とを備える復水器と、
   この復水器に導入される水蒸気よりも飽和蒸気密度の大きい凝縮性媒体によって駆動されるタービンと、
   このタービンからの凝縮性媒体を冷熱源で凝縮させる凝縮器と、
   前記循環管における前記昇圧手段の下流側に設けられ、前記タービンに供給するために前記凝縮器からの凝縮性媒体を冷却水で蒸発させる蒸発器とを備え、
   前記給水管から取水される冷却水の取水量及び前記排水管から排出される冷却水の上昇温度は、それぞれ、環境保全の観点から定められた上限値以下に保持されており、
   水源における冷却水の温度が変化して前記復水器内における蒸気温度が最適蒸気温度から上昇又は低下したした場合に、前記管巣に流入される冷却水の温度、流量、又は温度及び流量のいずれかは、前記流量調節手段と前記昇圧手段によって、前記給水管の上流側での冷却水の温度及び流量に対して偏差をつけられており、さらに、前記給水管を介して水源から取水する流量と前記排水管を介して水源に排出する際の水温の両方を一定に保持しながら、前記復水器内における蒸気温度が前記最適蒸気温度に近づくように調節されていることを特徴とする発電設備。
10. 請求項９記載の発電設備において、
    前記凝縮器は、前記バイパス管における前記流量調節手段の上流側に設けられ、前記タービンからの凝縮性媒体を冷却水で凝縮させることを特徴とする発電設備。
11. 請求項９記載の発電設備において、
    前記凝縮器は、前記復水器の冷却水の水源における温度より低温の冷熱源で前記タービンからの凝縮性媒体を凝縮させることを特徴とする発電設備。
12. 請求項１１記載の発電設備において、
    前記凝縮器の冷熱源は、海洋深層水、または液化天然ガスであることを特徴とする発電設備。
13. 請求項９記載の発電設備において、
    前記凝縮性媒体は、アンモニア、またはフロンであることを特徴とする発電設備。

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