JP5511429B2 - 熱利用システム - Google Patents

Description

この発明は、熱利用システムに関し、さらに詳しくは、復水器の排熱を有効利用できる熱利用システムに関する。

近年では、タービンの復水器の排熱を利用して加温対象水を加温する熱利用システムが知られている。このような熱利用システムでは、復水器の排熱により加温された熱源水をヒートポンプで汲み上げて加温対象水の加温に用いている。このような熱利用システムには、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開平４−１９８６７３号公報

この発明は、復水器の排熱を有効利用できる熱利用システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる熱利用システムは、復水器の排熱を利用して加温対象水を加温する熱利用システムであって、冷媒と熱源水とを熱交換させる蒸発器と、冷媒を圧縮して供給する圧縮機と、冷媒と加温対象水とを熱交換させる凝縮器とを有すると共に、前記圧縮機の駆動により前記蒸発器と前記凝縮器との間に冷媒を循環させて熱源水の熱エネルギーを用いた加温対象水の加温を行うターボ式ヒートポンプと、前記凝縮器を通過した加温対象水を前記蒸気タービンサイクルの作動流体として供給する系統とを備え、且つ、前記ターボ式ヒートポンプが前記復水器の排熱により加温された熱源水を前記蒸発器に導入して加温対象水の加温を行うことを特徴とする。

この熱利用システムは、復水器の排熱を利用して加温対象水を加温できるので、復水器の排熱を有効利用できる利点がある。
また、この熱利用システムは、ターボ式ヒートポンプ（凝縮器）にて加温された加温対象水を蒸気タービンサイクルの作動流体として利用できる。これにより、蒸気タービンサイクルに熱を供給する排ガス熱交換器やボイラへの給水を再熱加熱することができるので、蒸気タービンサイクルの稼動効率が向上する利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、前記蒸発器に導入される熱源水の温度に基づいて、前記圧縮機の回転数が制御される。

この熱利用システムでは、熱源水の温度が変化したときに、圧縮機の回転数が制御されてターボ式ヒートポンプの出力が制御される。これにより、加温対象水を一定の供給温度にて安定的に供給できる利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、前記熱源水として海水が用いられるときに、前記ターボ式ヒートポンプの上流側にフィルタおよび脱塩装置が配置される。

この熱利用システムでは、海水によるターボ式ヒートポンプ（蒸発器）の腐食が抑制される利点がある。また、ターボ式ヒートポンプを通過した熱源水（フィルタ処理および脱塩処理後の熱源水）を工業用水として再利用できる利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、前記復水器とタービンとを有すると共に、前記タービンを通過した蒸気を前記復水器にて冷却する蒸気タービンサイクルを備える。

この熱利用システムは、蒸気タービンサイクルの復水器の排熱を利用して加温対象水を加温できるので、蒸気タービンサイクル（復水器）の排熱を有効利用できる利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、複数の前記ターボ式ヒートポンプが相互に並列に配置される。

この熱利用システムでは、熱源水の流量に応じてターボ式ヒートポンプの駆動台数を調整できる。これにより、熱利用システムの省エネルギー運転が可能となる利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、ガスタービンの排熱を用いて前記蒸気タービンサイクルの作動流体を加熱する。

この熱利用システムは、ガスタービンの排熱により蒸気タービンサイクルの蒸気が形成されて蒸気タービンサイクルが駆動される。そして、この蒸気タービンサイクルの排熱が用いられて熱源水が加温される。これにより、ガスタービンの排熱を有効利用できる利点がある。

また、この発明にかかる熱利用システムは、前記復水器が原子力発電所あるいは火力発電所の復水器である。

この発明にかかる熱利用システムは、復水器の排熱を利用して加温対象水を加温できるので、復水器の排熱を有効利用できる利点がある。

図１は、この発明の実施の形態にかかる熱利用システムを示す構成図である。 図２は、図１に記載した熱利用システムのターボ式ヒートポンプを示す構成図である。 図３は、図１に記載した熱利用システムの作用を示す説明図である。 図４は、図１に記載した熱利用システムの作用を示す説明図である。 図５は、図１に記載した熱利用システムの変形例を示す構成図である。 図６は、図１に記載した熱利用システムの変形例を示す構成図である。 図７は、図１に記載した熱利用システムの変形例を示す構成図である。 図８は、図１に記載した熱利用システムの変形例を示す構成図である。 図９は、図１に記載した熱利用システムの変形例を示す構成図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［熱利用システム］
図１は、この発明の実施の形態にかかる熱利用システムを示す構成図である。図２は、図１に記載した熱利用システムのターボ式ヒートポンプを示す構成図である。この熱利用システム１は、復水器の排熱を利用して加温対象水を加温するシステムであり、例えば、ＣＨＰ（Combined Heat and Power）システムに適用される。この実施の形態では、熱利用システム１が、ガスタービン２と蒸気タービンサイクル３とターボ式ヒートポンプ４とを備え、蒸気タービンサイクル３の復水器３４の排熱を利用して温水を供給する場合について説明する。

ガスタービン２は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有する（図１参照）。このガスタービン２では、まず、圧縮機２１が取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成する。次に、燃焼器２２がこの圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。次に、タービン２３がこの燃焼ガスの熱エネルギーを回転エネルギーに変換して駆動力を発生する。そして、この駆動力がタービン２３に連結された発電機２６に伝達されて、発電が行われる。なお、タービン２３を通過した燃焼ガスは、排気通路２５を介して後段の排ガス処理装置（図示省略）に排出される。

蒸気タービンサイクル３は、給水ポンプ３１と、熱交換器３２と、タービン３３と、復水器３４とを有する。熱交換器３２は、ガスタービン２（タービン２３）の排気通路２５上に配置されて、ガスタービン２の排気と蒸気タービンサイクル３の作動流体である水とを熱交換させる。この蒸気タービンサイクル３では、まず、給水ポンプ３１が水を昇圧して熱交換器３２に供給する。次に、熱交換器３２がこの水とガスタービン２の排気とを熱交換させて、高温高圧の蒸気を発生させる。次に、タービン３３がこの蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変換して駆動力を発生する。そして、この駆動力がタービン３３に連結された発電機３６に伝達されて、発電が行われる。その後に、復水器３４がタービン３３を通過した蒸気を冷却して給水ポンプ３１に戻す。

ターボ式ヒートポンプ４は、熱源である熱源水の熱エネルギーを用いて、加温対象である加温対象水の加温を行うヒートポンプである（図１参照）。このターボ式ヒートポンプ４は、蒸発器４１と、圧縮機４２と、凝縮器４３と、膨張弁４４とを有し、これらが配管４５を介して接続されて構成される（図２参照）。蒸発器４１は、冷媒と熱源水とを熱交換させる機器である。この蒸発器４１には、熱源水配管５１を介して熱源水が導入される。圧縮機４２は、冷媒を圧縮して供給する機器である。この圧縮機４２は、例えば、電動式であり、外部の制御ユニットに接続されて駆動制御（特に、回転数Ｎの制御）される。凝縮器４３は、冷媒と加温対象水とを熱交換させる機器である。この凝縮器４３には、加温対象水配管６１を介して加温対象水が導入される。膨張弁４４は、冷媒の流路を絞る弁である。

このターボ式ヒートポンプ４では、まず、冷媒が圧縮機４２で圧縮されて高温高圧となり、凝縮器４３に供給される（図２参照）。次に、この冷媒が凝縮器４３で加温対象水と熱交換し、凝縮液化して熱を放出する。これにより、加温対象水が加温されて温水となる。次に、この冷媒が膨張弁４４を介して蒸発器４１に供給され、蒸発気化して熱源水の熱を吸収する。そして、この冷媒が圧縮機４２に帰還して循環することにより、加温対象水の加温が連続的に行われる。また、蒸発器４１にて、熱源水が用いられることにより、ヒートポンプの加温効率が向上する。

この熱利用システム１では、まず、熱源水がポンプ５２により汲み上げられ、熱源水配管５１を介して蒸気タービンサイクル３の復水器３４に供給される（図１参照）。そして、この熱源水が復水器３４の排熱を吸収して加温されて、ターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１に導入される。また、加温対象水がポンプ６２により加温対象水配管６１を介してターボ式ヒートポンプ４の凝縮器４３に導入される。そして、ターボ式ヒートポンプ４にて、熱源水の熱エネルギーが有効利用されて、加温対象水の加温が行われる（図２参照）。例えば、この実施の形態では、常温の熱源水が復水器３４の排熱により約４０［℃］に加温され、この熱源水の熱エネルギーが用いられて、加温対象水が常温から約８０［℃］に加温されている。なお、加温されて温水となった加温対象水は、例えば、地域の暖房用途などに用いられる。

［フィルタおよび脱塩装置］
なお、この実施の形態では、熱源水として海水が用いられている（図１参照）。具体的には、海水がポンプ５２により汲み上げられて蒸気タービンサイクル３の復水器３４に供給されている。また、ターボ式ヒートポンプ４を通過して低温となった海水が、海に放出されて還元されている。かかる構成では、蒸気タービンサイクル３の復水器３４を通過した海水をそのまま海に放出する構成と比較して、海に放出される海水の温度を低減できる。したがって、海への環境影響を抑制できる点で好ましい。

ここで、熱源水として海水が用いられる構成では、ターボ式ヒートポンプ４の上流側に、海水中のゴミを濾過するためのフィルタ（濾過槽）７１と、海水を脱塩処理するための脱塩装置７２とが配置されることが好ましい（図１参照）。これにより、海水によるターボ式ヒートポンプ４の腐食を抑制できる。例えば、この実施の形態では、フィルタ７１および脱塩装置７２が、熱源水配管５１上であって蒸気タービンサイクル３の復水器３４の下流側かつターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１の上流側に配置されている。

しかし、これに限らず、熱利用システム１では、熱源水として海水以外の水が用いられても良い（図示省略）。例えば、河川水が用いられても良い。

［ターボ式ヒートポンプの圧縮機の回転数制御］
ここで、ターボ式ヒートポンプに供給される熱源水の温度は、海から取り込まれる海水の温度や蒸気タービンサイクルの出力によって変化する。すると、この熱源水の温度変化により、ターボ式ヒートポンプの出力（加温対象水の供給温度）が変動するおそれがある。

そこで、この熱利用システム１では、ターボ式ヒートポンプ４が、蒸発器４１に導入される熱源水の温度Ｔｉｎに基づいて圧縮機４２の回転数Ｎを制御することが好ましい（図２および図３参照）。かかる構成では、熱源水の温度Ｔｉｎが変化したときに圧縮機４２の回転数Ｎが制御されることにより、ターボ式ヒートポンプ４の出力が制御されて、加温対象水の供給温度が適正化される。これにより、加温対象水を一定の供給温度にて安定的に供給できる。

例えば、この実施の形態では、蒸発器４１の入口温度（熱源水の温度）Ｔｉｎを計測する入口温度センサ（図示省略）と、この入口温度センサの出力値に基づいて圧縮機４２の回転数Ｎを制御する制御ユニット（図示省略）とが設けられている。そして、入口温度センサの出力値に基づいて圧縮機４２の回転数Ｎが制御されることにより、ターボ式ヒートポンプ４の出力が調整されて、加温対象水の供給温度が一定に維持されている。

具体的には、蒸発器４１の入口温度Ｔｉｎが低下すると、冷媒の圧力Ｐが減少して、ターボ式ヒートポンプ４の出力が低下する（図４参照）。そこで、蒸発器４１の入口温度Ｔｉｎが低下したときに、圧縮機４２の回転数Ｎを増加させて冷媒の圧縮比を増加させる制御が行われている（図３参照）。これにより、ターボ式ヒートポンプ４の出力が一定に維持されている。

また、蒸発器４１の入口温度Ｔｉｎが上昇したときには、圧縮機４２の回転数Ｎを減少させる制御が行われている。例えば、春季や秋季には、温水の需要温度（加温対象水の供給温度に対する要求温度）が低下する傾向にある。このとき、圧縮機４２の回転数Ｎを減少させることにより、加温対象水の供給温度を容易に低下させ得る。これにより、圧縮機４２の消費電力を低減できるので、ターボ式ヒートポンプ４の省エネルギー運転が可能となる。

［蒸気タービンサイクルの熱源としてボイラを用いた構成］
なお、この熱利用システム１では、蒸気タービンサイクル３がガスタービン２の排気通路２５上に熱交換器３２を有し、この熱交換器３２にて作動流体である蒸気を発生させてタービン３３を駆動している（図１参照）。かかる構成では、ガスタービン２の排熱を有効利用できる点で好ましい。

しかし、これに限らず、蒸気タービンサイクル３がボイラ３７を有し、このボイラ３７にて蒸気を発生させてタービン３３を駆動しても良い（図５参照）。かかる構成としても、蒸気タービンサイクル３が適正に稼動し、その復水器３４の排熱を利用して加温対象水を加温できる。

［熱源水を再利用する構成］
また、この熱利用システム１では、ターボ式ヒートポンプ４の熱源水として海水が用いられ、ターボ式ヒートポンプ４を通過して低温となった熱源水がそのまま海に放出されている（図１参照）。かかる構成では、既存の蒸気タービンサイクル３の構成（海水を用いて復水器３４を冷却する構成）にターボ式ヒートポンプ４を設置して復水器３４の排熱を利用できる点で好ましい。

しかし、これに限らず、熱源水として海水以外の流体（例えば、海水を脱塩処理した水）が用いられ、この熱源水が蒸気タービンサイクル３の復水器３４とターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１との間を循環する構成が採用されても良い（図６参照）。かかる構成では、熱源水として海水を用いる構成（図１参照）と比較して、フィルタ７１や脱塩装置７２を省略できる点で好ましい。

例えば、この実施の形態では、ターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１の出口側（熱源水の出口側）と、蒸気タービンサイクル３の復水器３４の入口側（熱源水の入口側）とが接続されている。これにより、熱源水が蒸発器４１と復水器３４との間を循環できるように構成されている。

［加温対象水を蒸気タービンサイクルに用いる構成］
また、この熱利用システム１は、ターボ式ヒートポンプ４の凝縮器４３を通過した加温対象水を、蒸気タービンサイクル３の作動流体として供給する系統を備えることが好ましい（図６参照）。かかる構成では、ターボ式ヒートポンプ４（凝縮器４３）にて加温された加温対象水を、蒸気タービンサイクル３の作動流体として利用できる。これにより、蒸気タービンサイクルに熱を供給する排ガス熱交換器やボイラへの給水を再熱加熱することができるので、蒸気タービンサイクル３の稼動効率が向上する。

例えば、この実施の形態では、加温対象水配管６１と蒸気タービンサイクル３の作動流体の配管３５とを接続する一対の分岐配管８１、８２が設けられている（図６参照）。一方の分岐配管８１は、ターボ式ヒートポンプ４の凝縮器４３の下流側にて加温対象水配管６１から分岐し、蒸気タービンサイクル３の熱交換器３２の上流側かつ復水器３４の下流側にて作動流体の配管３５に接続されている。他方の分岐配管８２は、一方の分岐配管８１と蒸気タービンサイクル３の配管３５との接続部よりも上流側かつ復水器３４の下流側にて蒸気タービンサイクル３の配管３５から分岐し、ターボ式ヒートポンプ４の凝縮器４３の上流側にて加温対象水配管６１に接続されている。また、これらの分岐配管８１、８２、加温対象水配管６１および蒸気タービンサイクル３の配管３５には、加温対象水（蒸気タービンサイクル３の作動流体）の流路を切り替えるための流量調整弁８３〜８７が設けられている。これらの流量調整弁８３〜８７は、外部の制御ユニット（図示省略）により開閉制御および開度制御される。

かかる構成において、加温対象水を蒸気タービンサイクル３に供給する場合には、一部の流量調整弁８３、８４、８７が閉止され、他の流量調整弁８５、８６が開放される（図６参照）。すると、ターボ式ヒートポンプ４（凝縮器４３）にて加温された加温対象水（温水）が加温対象水配管６１から分岐配管８１を通って蒸気タービンサイクル３の熱交換器３２に供給される。そして、この加温対象水が蒸気タービンサイクル３の作動流体として用いられて蒸気が生成される。これにより、蒸気タービンサイクル３が効率的に駆動される。また、復水器３４にて冷却された加温対象水が分岐配管８２を通ってターボ式ヒートポンプ４に還元される。そして、加温対象水がターボ式ヒートポンプ４と蒸気タービンサイクル３との間を循環することにより、温水である加温対象水が蒸気タービンサイクル３に継続的に供給される。

一方、加温対象水を蒸気タービンサイクル３に供給しない場合には、一部の流量調整弁８５、８６が閉止され、他の流量調整弁８３、８４、８７が開放される（図示省略。図６参照。）。これにより、温水である加温対象水を外部に供給できる。なお、流量調整弁８３〜８７の開度制御により、ターボ式ヒートポンプ４から蒸気タービンサイクル３に供給される温水の流量と、外部に供給される温水の流量との比を調整できる。

かかる構成では、例えば、夏季などに温水の需要が低下したときに、温水の一部がターボ式ヒートポンプ４から蒸気タービンサイクル３に供給される。これにより、蒸気タービンサイクル３の駆動効率が高められる。一方、温水の需要がある冬季などには、温水が外部の地域暖房用途などに用いられる。特に、熱源水が蒸気タービンサイクル３の復水器３４とターボ式ヒートポンプ４との間を循環する構成（図６参照）では、蒸気タービンサイクル３の稼働時にて、ターボ式ヒートポンプ４が常時運転される。このとき、温水の余剰分を蒸気タービンサイクル３の作動流体として流用できるので、熱エネルギーを無駄なく利用できる点で好ましい。

［複数のターボ式ヒートポンプを用いた構成］
また、この実施の形態では、単一のターボ式ヒートポンプ４のみが設置されている（図１参照）。しかし、これに限らず、複数のターボ式ヒートポンプ４が相互に並列に設置されても良い（図７参照）。かかる構成では、熱源水の流量（蒸気タービンサイクル３の出力）に応じてターボ式ヒートポンプ４の駆動台数を調整できる。これにより、熱利用システム１の省エネルギー運転が可能となるので好ましい。

例えば、図７の実施の形態では、複数のターボ式ヒートポンプ４、４が並列に設置されている。また、各ターボ式ヒートポンプ４、４への熱源水の流路を開閉する開閉弁９１〜９４が配置されている。これらの開閉弁９１〜９４は、外部の制御ユニット（図示省略）により開閉制御される。かかる構成では、例えば、蒸気タービンサイクル３の要求出力が大きく、大量の熱源水が復水器３４の冷却水として用いられるときは、すべての開閉弁９１〜９４が開放されて、複数のターボ式ヒートポンプ４、４が同時に駆動される。したがって、大量の熱源水を複数のターボ式ヒートポンプ４により処理できるので、蒸気タービンサイクル３の排熱を効率的に利用できる。一方、蒸気タービンサイクル３の要求出力が小さく、熱源水の流量が小さいときは、一部の開閉弁９１、９２のみが開放されて、一部のターボ式ヒートポンプ４のみが駆動される。熱源水の流量が小さいときにターボ式ヒートポンプ４の駆動台数を少なくできるので、熱利用システム１の省エネルギー運転が可能となる。

また、上記の構成は、加温対象水の一部を蒸気タービンサイクル３の作動流体として用いる構成（図６参照）と併用されることが好ましい（図８参照）。かかる構成では、蒸気タービンサイクル３の要求出力が大きく、大量の熱源水が復水器３４の冷却水として用いられるときに、熱源水の余剰分を蒸気タービンサイクル３の作動流体として転用できる。これにより、蒸気タービンサイクル３が効率的に駆動され、また、蒸気タービンサイクル３の排熱が有効利用される。

［原子力発電プラント等の排熱利用］
また、この熱利用システム１は、原子力発電所や火力発電所などのプラント１０の復水器１１の排熱を利用して加温対象水を加温しても良い（図９参照）。かかる構成では、プラント１０の排熱を有効利用できる点で好ましい。また、復水器１１の冷却に用いられた海水を熱源水とすることにより、海に放出される海水の温度を低減できる。これにより、海の環境への影響を低減できる点で好ましい。

例えば、この実施の形態では、海水が取水口１２に設置された循環水ポンプ１３から汲み上げられ、熱源水配管５１を介してプラント１０の復水器１１に供給されている（図９参照）。そして、この海水が復水器１１で冷却に用いられた後、放水口１４から海に還元されている。また、復水器１１の冷却後の排水がターボ式ヒートポンプ４の熱源水として用いられている。具体的には、復水器１１の下流側の熱源水配管５１にバイパス配管５３（５４）が設けられ、このバイパス配管５３（５４）上にターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１が配置されている。また、ターボ式ヒートポンプ４、４への熱源水の流路を開閉する開閉弁５５（５６）が設けられている。この開閉弁５５（５６）は、外部の制御ユニット（図示省略）により開閉制御される。また、ターボ式ヒートポンプ４への熱源水の流量を調整するための流量調整弁５７（５８）が設けられている。これにより、復水器１１からの熱源水をターボ式ヒートポンプ４の蒸発器４１に導入できるように構成されている。また、熱源水配管５１を流れる熱源水の一部のみをバイパス配管５３（５４）に導入できるように構成されている。

ここで、原子力発電所や火力発電所などのプラントでは、復水器における熱源水（循環水）の流量が非常に多いため、そのすべてをターボ式ヒートポンプで処理することはできない。

そこで、この実施の形態では、熱源水配管５１に複数のバイパス配管５３、５４が設けられ、これらのバイパス配管５３、５４にターボ式ヒートポンプ４がそれぞれ設置されている（図９参照）。また、各バイパス配管５３、５４に対応して開閉弁５５、５６および流量調整弁５７、５８が設置されている。そして、これらの開閉弁５５、５６および流量調整弁５７、５８の開閉制御および開度制御により、各ターボ式ヒートポンプ４、４への熱源水の流量を調整している。これにより、必要に応じて複数のターボ式ヒートポンプ４、４を同時に稼動させ得るように構成されている。

［効果］
以上説明したように、この熱利用システム１は、冷媒と熱源水とを熱交換させる蒸発器４１と、冷媒を圧縮して供給する圧縮機４２と、冷媒と加温対象水とを熱交換させる凝縮器４３とを有すると共に、圧縮機４２の駆動により蒸発器４１と凝縮器４３との間に冷媒を循環させて熱源水の熱エネルギーを用いた加温対象水の加温を行うターボ式ヒートポンプ４を備える（図２参照）。そして、このターボ式ヒートポンプ４が蒸気タービンサイクル３の復水器３４の排熱により加温された熱源水を蒸発器４１に導入して加温対象水の加温を行う（図１および図５〜図９参照）。これにより、復水器３４の排熱を利用して加温対象水を加温できるので、復水器３４の排熱を有効利用できる利点がある。

また、この熱利用システム１では、蒸発器４１に導入される熱源水の温度Ｔｉｎに基づいて、圧縮機４２の回転数Ｎが制御される（図２および図３参照）。かかる構成では、熱源水の温度Ｔｉｎが変化したときに、圧縮機４２の回転数Ｎが制御されてターボ式ヒートポンプ４の出力が制御される。これにより、加温対象水を一定の供給温度にて安定的に供給できる利点がある。

また、この熱利用システム１では、熱源水として海水が用いられるときに、ターボ式ヒートポンプ４の上流側にフィルタ７１および脱塩装置７２が配置される（図１、図５、図７および図８参照）。これにより、海水によるターボ式ヒートポンプ４（蒸発器４１）の腐食が抑制される利点がある。また、ターボ式ヒートポンプ４を通過した熱源水（フィルタ処理および脱塩処理後の熱源水）を工業用水として再利用できる利点がある。

また、この熱利用システム１は、復水器３４とタービン３３とを有すると共に、タービン３３を通過した蒸気を復水器３４にて冷却する蒸気タービンサイクル３を備える（図１および図５〜図８参照）。かかる構成では、蒸気タービンサイクル３の復水器３４の排熱を利用して加温対象水を加温できるので、蒸気タービンサイクル３（復水器３４）の排熱を有効利用できる利点がある。

また、この熱利用システム１は、ターボ式ヒートポンプ４の凝縮器４３を通過した加温対象水を蒸気タービンサイクル３の作動流体として供給する系統を備える（図６および図８参照）。かかる構成では、ターボ式ヒートポンプ４（凝縮器４３）にて加温された加温対象水を蒸気タービンサイクル３の作動流体として利用できる。これにより、蒸気タービンサイクル３に熱を供給する排ガス熱交換器やボイラへの給水を再熱加熱することができるので、蒸気タービンサイクル３の稼動効率が向上する利点がある。

また、この熱利用システム１では、複数のターボ式ヒートポンプ４が相互に並列に設置されても良い（図７および図８参照）。かかる構成では、熱源水の流量に応じてターボ式ヒートポンプ４の駆動台数を調整できる。これにより、熱利用システム１の省エネルギー運転が可能となる利点がある。

また、この熱利用システム１は、ガスタービン２の排熱を用いて蒸気タービンサイクル３（タービン３３）の作動流体を加熱する（図１および図５〜図８参照）。かかる構成では、ガスタービン２の排熱により蒸気タービンサイクル３の蒸気が形成されて蒸気タービンサイクル３が駆動される。そして、この蒸気タービンサイクル３の排熱が用いられて熱源水が加温される。これにより、ガスタービン２の排熱を有効利用できる利点がある。

また、かかる構成では、ターボ式ヒートポンプ４が蒸気タービンサイクル３の復水器３４の排熱を利用して加温対象水を加温するので、冬季に温水を供給するために蒸気タービンサイクル３を停止させる必要がない。これにより、蒸気タービンサイクル３を通年運転して発電できる利点があり、また、ターボ式ヒートポンプ４により温水を通年供給できる利点がある。例えば、冬季に温水を供給するためにガスタービンの排熱を用いて加温対象水を加温する構成では、その時期にガスタービンの排熱を蒸気タービンサイクルに用いることができないため、好ましくない。

以上のように、この発明にかかる熱利用システムは、復水器の排熱を有効利用できる点で有用である。

１ 熱利用システム
２ ガスタービン
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２５ 排気通路
２６ 発電機
３ 蒸気タービンサイクル
３１ 給水ポンプ
３２ 熱交換器
３３ タービン
３４ 復水器
３５ 配管
３６ 発電機
３７ ボイラ
４ ターボ式ヒートポンプ
４１ 蒸発器
４２ 圧縮機
４３ 凝縮器
４４ 膨張弁
４５ 配管
５１ 熱源水配管
５２ ポンプ
５３、５４ バイパス配管
５５、５６ 開閉弁
５７、５８ 流量調整弁
６１ 加温対象水配管
６２ ポンプ
７１ フィルタ
７２ 脱塩装置
１０ プラント
１１ 復水器
１２ 取水口
１３ 循環水ポンプ
１４ 放水口
８１、８２ 分岐配管
８３〜８７ 流量調整弁
９１〜９４ 開閉弁

Claims (7)

1. 復水器の排熱を利用して加温対象水を加温する熱利用システムであって、
   冷媒と熱源水とを熱交換させる蒸発器と、冷媒を圧縮して供給する圧縮機と、冷媒と加温対象水とを熱交換させる凝縮器とを有すると共に、前記圧縮機の駆動により前記蒸発器と前記凝縮器との間に冷媒を循環させて熱源水の熱エネルギーを用いた加温対象水の加温を行うターボ式ヒートポンプと、
   前記凝縮器を通過した加温対象水を前記蒸気タービンサイクルの作動流体として供給する系統とを備え、且つ、
   前記ターボ式ヒートポンプが前記復水器の排熱により加温された熱源水を前記蒸発器に導入して加温対象水の加温を行うことを特徴とする熱利用システム。
2. 前記蒸発器に導入される熱源水の温度に基づいて、前記圧縮機の回転数が制御される請求項１に記載の熱利用システム。
3. 前記熱源水として海水が用いられるときに、前記ターボ式ヒートポンプの上流側にフィルタおよび脱塩装置が配置される請求項１または２に記載の熱利用システム。
4. 前記復水器とタービンとを有すると共に、前記タービンを通過した蒸気を前記復水器にて冷却する蒸気タービンサイクルを備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱利用システム。
5. 複数の前記ターボ式ヒートポンプが相互に並列に配置される請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱利用システム。
6. ガスタービンの排熱を用いて前記蒸気タービンサイクルの作動流体を加熱する請求項１〜５のいずれか一つに記載の熱利用システム。
7. 前記復水器が原子力発電所あるいは火力発電所の復水器である請求項１〜６のいずれか一つに記載の熱利用システム。

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