JP5971706B2 - 発電システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、発電システムに関する。
製鉄所の高炉などから排出されるスラグは、冷却した後にクラッシャーにより砕かれ、コンクリートやアスファルトの混合部材として利用されている。スラグの冷却方法としては、例えば水をスラグに噴霧して強制的に冷却する方法などが用いられている。スラグを冷却する際、大量の蒸気が間欠的に発生するが、従来この蒸気が熱利用されることはなく、そのまま大気へ放出されてエネルギーロスが発生していた。
特開２０１０−７１０９１
このように、従来、間欠的に発生する大量の蒸気が有効利用されず、エネルギーロスが発生するという問題があった。本発明の実施形態は、かかる問題を解決するためになされたもので、時系列的に供給が不安定な蒸気発生源を用いて効率よく電気エネルギーを得ることのできる発電システムを提供することを目的としている。
実施形態の発電システムは、供給された第１の熱媒体を第１の流路および第２の流路に分流する分流部と、前記第２の流路を介して送られた前記第１の熱媒体を蓄えるとともに、時間的に平準化した流量で送出する蓄熱部とを有している。また、実施形態の発電システムは、前記第１の流路を介して送られた前記第１の熱媒体および前記蓄熱部から送出された前記第１の熱媒体から、前記第１の熱媒体よりも沸点の低い第２の熱媒体へ熱伝達する熱交換部と、前記熱交換部により熱伝達された前記第２の熱媒体により回転運動するタービンとを有している。
第１の実施形態に係る発電システムの機能構成を示す図である。 第１の実施形態に係る発電システムにおける蒸気供給源を説明する図である。 第２の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第３の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第４の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第５の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第６の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第７の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第８の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第９の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第１０の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。 第１１の実施形態に係る発電システムの構成を示す図である。
実施形態の発電システムでは、例えば、高炉から出た排熱蒸気を蒸気発生源としている。この場合、蒸気発生源の蒸気を直接利用すると、排熱蒸気に混入する固形物、粉塵や汚れが発電システム全体に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、実施形態の発電システムでは、熱交換器を用いて排熱蒸気を低沸点媒体に熱回収し、これにより熱エネルギーを得た低沸点媒体を用いて発電用蒸気タービンを駆動する。かかるシステムでは、工場や高炉から発生する比較的低温度（例えば２００℃程度以下）の排エネルギーを有効利用することも可能となる。すなわち、排エネルギーとしての蒸気（第１の熱媒体）と、低沸点媒体（第１の熱媒体よりも沸点の低い第２の熱媒体）とを利用したバイナリ発電システムを実現する。
（第１の実施形態の構成）
以下、図面を参照して第１の実施形態の発電システムについて詳細に説明する。図１に示すように、この実施形態の発電システム１は、蒸気供給源１０から与えられた蒸気の供給量（エネルギー量）を時間的に平準化する第１の系（図中「Ｉ」）と、第１の系から受け取ったエネルギーにより仕事をする第２の系（同「ＩＩ」）とを有している。
第１の系は、蒸気供給源１０、蒸気分割部１１、蓄熱部１２、第１熱交換部１３、第２熱交換部１４および排水貯留部１５を含んでいる。蒸気供給源１０は、第１の系の熱媒体を生成して第１の系に供給する。第１の系の熱媒体（第１の熱媒体）は、例えば工場や高炉から発生する蒸気（水蒸気）を用いることができる。蒸気供給源１０により供給される蒸気の供給量は、必ずしも安定している必要はなく、時間的な供給量が不安定な蒸気発生源を用いることができる。蒸気供給源１０は、生成した蒸気を蒸気分割部１１へ送る。
蒸気分割部１１は、蒸気供給源１０から供給された蒸気を複数の経路に分割する。図１に示す例では、蒸気分割部１１は、蒸気供給源１０からの蒸気を二つの経路に分割し、それぞれ蓄熱部１２および第１熱交換部１３へ送る。また、蒸気分割部１１は、蒸気供給源１０からの蒸気の供給量を検出する機構と、分割したそれぞれの経路を開閉する弁機構とを備えている。具体的には、蒸気分割部１１は、蒸気供給源１０からの蒸気の供給量が所定の値を超えた場合に両方の経路を開放し、蒸気供給源１０からの蒸気の供給量が所定の値以下となった場合に蓄熱部１２への経路を閉じる。すなわち、蒸気供給源１０からの蒸気の供給量が基準を超える場合に、越えた分の蒸気を蓄熱部１２へ送る作用をする。
蓄熱部１２は、蒸気分割部１１からの蒸気を受け、例えば蒸気アキュムレータのように熱エネルギーを蓄える機能を有する。蓄熱部１２は、蒸気分割部１１から与えられた蒸気を蓄えることで、蒸気の供給量を時間的に平準化する作用をする。蓄熱部１２に蓄えられた蒸気は、第２熱交換部１４に送られる。
第１熱交換部１３は、蒸気分割部１１からの蒸気を受けて第２の系の媒体との間で熱交換する。第２熱交換部１４は、蓄熱部１２からの蒸気を受けて第２の系の媒体との間で熱交換する。すなわち、第１の系の熱エネルギーは、蒸気供給源１０からの蒸気により熱交換する第１熱交換部１３と、蓄熱部１２により時間的に平準化された蒸気により熱交換する第２熱交換部１４とにより第２の系に移動する。
排水貯留部１５は、第１熱交換部１３および第２熱交換部１４において熱交換した蒸気を回収する。排水貯留部１５により回収された蒸気（水）は、蒸気供給源１０において蒸気を発生させるための冷却水として再利用してもよいし、他の系において利用してもよい。
第２の系は、第１熱交換部１３、第２熱交換部１４、タービン部１６、第３熱交換部１７、発電部１８および冷却水系１９を含んでいる。第２の系は、第１の系で用いる蒸気よりも沸点の低い媒体（以下「低沸点媒体」「第２の熱媒体」という。）を循環させており、第１熱交換部１３および第２熱交換部１４は、第１の系から熱エネルギーを第２の系へ移転する。これにより、第１熱交換部１３および第２熱交換部１４は、第２の系の低沸点媒体の蒸気を生成する。第２の系の低沸点媒体は、例えば、ＨＦＣ等の代替フロンや、ブタン等の炭化水素系の物質を用いることができる。
タービン部１６は、第１の系から熱エネルギーを受けた低沸点媒体のエネルギーを回転運動エネルギーに変換する。すなわち、第１熱交換部１３および第２熱交換部１４により生成された低沸点媒体の蒸気によりタービン軸の回転運動が生み出される。発電部１８は、タービン部１６の回転軸と接続されており、当該回転軸の回転運動により発電する。
第３熱交換部１７は、タービン部１６において仕事をした低沸点媒体を冷却して第１熱交換部１３および第２熱交換部１４へ当該低沸点媒体を戻す作用をする。冷却水系１９は、第３熱交換部１７が低沸点媒体から熱エネルギーを回収するための冷却水を循環するシステムである。
（第１の実施形態の動作）
図１および図２を参照して、実施形態の発電システムの動作を説明する。蒸気供給源１０は、第１の系に蒸気を供給するが、図２の実線にて示すように、時間的に蒸気の供給量が一定しない特徴を持っている。
図２に示すような流量の蒸気を受けると、蒸気分割部１１は、例えば、受けた蒸気の流量が時間当たりの平均流量（図中「Ａｖｅ」）を越える場合に、当該受けた蒸気を第１熱交換部１３および蓄熱部１２の両方に供給し、受けた蒸気の流量が同じく時間当たりの平均流量を下回った場合に、当該受けた蒸気を第１熱交換部１３にのみ供給する。
第１熱交換部１３は、受けた蒸気から第２の系の低沸点媒体へ熱伝達して熱エネルギーを第２の系に移転させる。一方、蓄熱部１２は、蒸気分割部１１から間欠的に送られる蒸気を受け取って熱水として蓄え、減圧された蒸気を第２熱交換部１４に与える。すなわち、蓄熱部１２は、間欠的な蒸気の供給を時間的に平準化して第２熱交換部１４に渡す。第２熱交換部１４は、蓄熱部１２から受け取った蒸気から第２の系の低沸点媒体へ熱伝達して熱エネルギーを第２の系に移転させる。第１熱交換部１３および第２熱交換部１４は、熱交換した後の蒸気を排水貯留部１５へ送る。
このとき、第２熱交換部１４が熱交換する第１の系の蒸気は、蒸気分割部１１において平均流量を超えた蒸気が蓄熱部１２により時間的に平準化されたものであるから、図２の斜線部にて示すように、平均流量を超過した蒸気の熱エネルギーが遅延されて第２の系に移転されることになる。その結果、第２の系は、時間的に平準化された熱エネルギーを受け取ることができる。
第１熱交換部１３および第２熱交換部１４は、第２の系の低沸点媒体を蒸気へ変換してタービン部１６に送る。タービン部１６は、受け取った低沸点媒体の蒸気により仕事をし、それを受けて発電部１８は電力を発生する。タービン部１６で仕事をした低沸点媒体の蒸気は、第３熱交換部１７へ送られて冷却され、第１熱交換部１３および第２熱交換部１４へ戻される。冷却水系１９は、冷却水を第３熱交換部１７へ送って第２の系の低沸点媒体を冷却させる。
このように、この実施形態の発電システムによれば、与えられた蒸気を直接熱変換する経路と蓄熱部により時間的に供給量を平準化する経路とに分割する。また、この実施形態の発電システムによれば、蓄熱部を備えるので、与えられた蒸気の余剰分（または所定のレベルを超過する流量分）を平準化する。従って、時間的に不安定な蒸気供給源であっても、安定的な熱変換およびそれによる発電を実現することができる。
（第２の実施形態の構成）
続いて、図３を参照して、第２の実施形態の発電システムの構成を説明する。この実施形態の発電システムは、第１の実施形態の発電システムをより具体化したものである。以下の説明において、第１の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
この実施形態の発電システム１０２では、蒸気分割部１１は、蒸気供給源１０から受けた蒸気の流量を検出する検出部１１１と、分割した蒸気それぞれの流量を制御する圧力調整弁１１２，１１３とを有している。また、蓄熱部１２は、流入する蒸気の流量を制御する蒸気アキュムレータ調節弁１２１と、受け取った蒸気を蓄える蒸気アキュムレータ１２２と、送り出す蒸気の流量を制御する蒸気アキュムレータ調節弁１２３とを有している。
第１熱交換部１３は、蒸気分割部１１の圧力調節弁１１２から蒸気を受ける主蒸発器１３１と、主蒸発器１３１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１３２とを有している。同様に、第２熱交換部１４は、蓄熱部１２の蒸気アキュムレータ調節弁１２３から蒸気を受ける予熱器１４１と、予熱器１４１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１４２とを有している。なお、予熱器１４１および主蒸発器１３１は、第２の系の低沸点媒体が、まず予熱器１４１により予熱され、次いで主蒸発器１３１により蒸気へ変換されるよう、直列に接続されている。第１熱交換部１３および第２熱交換部１４の逆流防止弁１３２および１４２の出力は、ともに排水貯留部１５へと導かれている。
タービン部１６は、与えられた蒸気の流量を調節する蒸気加減弁１６１と、蒸気加減弁１６１から低沸点媒体の蒸気を受け仕事をする媒体タービン１６２とを有している。媒体タービン１６２は、発電部１８としての媒体タービン発電機１８１と同軸的に接続されており、媒体タービン１６２が回転することにより媒体タービン発電機１８１が発電する。
第３熱交換部１７は、媒体タービン１６２から排出された低沸点媒体の蒸気を受けて凝縮する凝縮器１７１と、凝縮器１７１により液化した低沸点媒体を予熱器１４１へと送る媒体ポンプ１７２とを有している。冷却水系１９は、凝縮器１７１が低沸点媒体から熱を回収した媒体（蒸気）を冷却する冷却塔１９１と、冷却塔１９１から出力される冷却水を再び凝縮器１７１へと送る冷却水ポンプ１９２とを有している。
（第２の実施形態の動作）
蒸気供給源１０から流量が時間的に不安定な蒸気を受けると、蒸気分割部１１の検出部１１１は、蒸気の流量を検出して圧力調整弁１１３を制御し、蓄熱部１２への蒸気流量を調節する。例えば、検出部１１１は、蒸気供給源１０から受けた蒸気が平均流量を超えた場合、圧力調整弁１１３を制御して蒸気を蓄熱部１２へ送り、平均流量を下回った場合、圧力調整弁１１３を制御して蓄熱部１２への蒸気を止める。この結果、主蒸発器１３１は、常に平均流量以下の蒸気を受けることになる。
蒸気アキュムレータ１２２は、蒸気アキュムレータ調節弁１２１を介して蒸気分割部１１からの蒸気を受けると、当該蒸気を熱水として蓄え、減圧された蒸気を蒸気アキュムレータ調節弁１２３を介して予熱器１４１へ送る。この結果、予熱器１４１は、蒸気供給源１０から受けた蒸気よりも減圧され時間的に平準化された蒸気を受けることになる。
この実施形態では、蒸気アキュムレータ１２２から出力される蒸気が、蒸気供給源１０から与えられる蒸気よりも減圧されているから、主蒸発器１３１が第２の系へ与える熱エネルギーよりも予熱器１４１が第２の系へ与える熱エネルギーの方が低くなる。そこで、予熱器１４１は、主蒸発器１３１よりも第２の系における上流側に配設される。すなわち、予熱器１４１は、凝縮器１７１により冷却された低沸点媒体を、蒸気アキュムレータ１２２から出力された蒸気を用いて予熱し、主蒸発器１３１へ送る。主蒸発器１３１は、予熱器１４１により予熱された低沸点媒体を、蒸気供給源１０から受けた蒸気により蒸発させて媒体タービン１６２へ送る。
媒体タービン１６２は、蒸気加減弁１６１を介して低沸点媒体の蒸気を受けて回転運動を発生させ、媒体タービン１６２に接続された媒体タービン発電機１８１は発電を行う。媒体タービン１６２から排出された低沸点媒体の蒸気は、凝縮器１７１により冷却され、媒体ポンプ１７２により予熱器１４１へ戻される。凝縮器１７１は、低沸点媒体から熱エネルギーを回収した冷却水を冷却塔１９１へ送り、冷却水ポンプ１９２は、冷却塔１９１により冷却された冷却水を凝縮器１７１へ戻す。
この実施形態の発電システムでは、検出部１１１および圧力調整弁１１３を備えたので、間欠的な蒸気発生パターンに対応して平均流量以上の余剰分蒸気を蒸気アキュムレータ１２２へ送っている。そして、蒸気アキュムレータ１２２は、主蒸発器１３１における蒸気不足分を、予熱器１４１を介して補う作用をする。従って、蒸気供給源１０から送られる蒸気が安定したものではなく間欠的なものであっても、安定した電気出力を得ることができる。
（第３の実施形態）
続いて、図４を参照して、第３の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム１０３は、第２の実施形態の発電システムにおける第３熱交換部１７の構成を変更したものである。以下の説明において、第２の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図４に示すように、この実施形態の発電システムにおける第３熱交換部３７は、凝縮器１７１および媒体ポンプ１７２に加えて、再生器１７３を有している。
再生器１７３は、媒体タービン１６２において仕事をした低沸点媒体を受けて、媒体ポンプ１７２により送られる低沸点媒体に熱エネルギーを伝達する。熱エネルギーを得た低沸点媒体は凝縮器１７１にて冷却され、媒体ポンプ１７２により再生器１７３に戻される。この実施形態の第３熱交換部３７は、第２の系において仕事をした低沸点媒体の冷却効率を高めることができるので、発電効率を向上することができる。
（第４の実施形態）
続いて、図５を参照して、第４の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム２０４は、第２の実施形態の発電システムにおける第１熱交換部１３および第２熱交換部１４の構成を変更したものである。以下の説明において、第２の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図５に示すように、この実施形態の発電システム２０４では、第１熱交換部４３は、蒸気分割部１１の圧力調節弁１１２から蒸気を受ける主蒸発器４３１と、主蒸発器４３１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１３２とを有している。同様に、第２熱交換部４４は、蓄熱部１２の蒸気アキュムレータ調節弁１２３を介して蒸気を受ける二次蒸発器４４１と、二次蒸発器４４１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１４２とを有している。第１熱交換部４３および第２熱交換部４４の逆流防止弁１３２および１４２の出力は、ともに排水貯留部１５へと導かれている。
この実施形態の発電システム２０４では、媒体ポンプ１７２から送り出される第２の系の低沸点媒体が、第１熱交換部４３の主蒸発器４３１に送られるとともに第２熱交換部４４の二次蒸発器４４１にも送られる。そして、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１が熱交換により生成した低沸点媒体の蒸気が、それぞれタービン部１６の蒸気加減弁１６１を介して媒体タービン１６２に送られるよう構成されている。すなわち、第１熱交換部４３および第２熱交換部４４は、第２の系に対して並列に接続されており、それぞれが独立して第２の系の低沸点媒体の蒸気を生成する。
この実施形態は、蒸気アキュムレータ１２２から出力される蒸気の圧力（熱エネルギー）と、蒸気供給源１０から与えられる蒸気の圧力（熱エネルギー）の差が比較的小さい場合に好適である。すなわち、蒸気供給源１０からの蒸気の流量が元々大きく、アキュムレータ１２２による減圧の影響が小さい場合、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１それぞれが熱交換することのできる容量が同等となる。かかる場合、第２の実施形態のように第２の系の低沸点媒体を、予熱器１４１および主蒸発器１３１の二段階構成により加熱する必要はない。この実施形態の発電システム２０４は、かかる場合に、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１それぞれが直接タービン部１６へ蒸気を送り込むことができる。
この実施形態の発電システムにおいても、蒸気供給源１０から発生する蒸気が安定したものではなく間欠的なものであっても、安定した電気出力を得ることができる。特に、蒸気供給源１０からの蒸気の流量が大きく蒸気アキュムレータ１２２からの出力を大きく取れる場合に有効である。
（第５の実施形態）
続いて、図６を参照して、第５の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム２０５は、第４の実施形態の発電システムにおける第３熱交換部１７の構成を変更したものである。以下の説明において、第４の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図６に示すように、この実施形態の発電システムにおける第３熱交換部３７は、凝縮器１７１および媒体ポンプ１７２に加えて、再生器１７３を有している。
再生器１７３は、媒体タービン１６２において仕事をした低沸点媒体を受けて、媒体ポンプ１７２により送られる低沸点媒体に熱エネルギーを伝達する。熱エネルギーを得た低沸点媒体は凝縮器１７１にて冷却され、媒体ポンプ１７２により再生器１７３に戻される。この実施形態の第３熱交換部３７は、第２の系において仕事をした低沸点媒体の冷却効率を高めることができるので、発電効率を向上することができる。
（第６の実施形態）
続いて、図７を参照して、第６の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム３０６は、第４の実施形態の発電システムにおけるタービン部１６の構成を変更したものである。以下の説明において、第４の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図７に示すように、この実施形態の発電システムにおけるタービン部６６は、主蒸発器４３１からの蒸気の流量を調節する蒸気加減弁６６１と、蒸気加減弁６６１から低沸点媒体の蒸気を受け仕事をする媒体タービン６６２とを有している。媒体タービン６６２は、発電部１８としての媒体タービン発電機１８１と同軸的に接続されており、媒体タービン６６２が回転することにより媒体タービン発電機１８１が発電する。媒体タービン６６２は、蒸気加減弁６６１の出力が接続された高圧蒸気入口部６６２ａに加えて、蒸気加減弁６６１を介して受ける蒸気よりも圧力が低い中圧蒸気入口部６６２ｂを備えている。
この実施形態の発電システム３０６では、媒体ポンプ１７２から送り出される第２の系の低沸点媒体が、第１熱交換部４３の主蒸発器４３１に送られるとともに第２熱交換部４４の二次蒸発器４４１にも送られる。そして、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１が熱交換により生成した低沸点媒体の蒸気が、それぞれ媒体タービン６６２の高圧蒸気入口部６６２ａおよび中圧蒸気入口部６６２ｂに送られるよう構成されている。すなわち、第１熱交換部４３の主蒸発器４３１および第２熱交換部４４の二次蒸発器４４１は、第２の系に対して並列に接続されており、それぞれが独立して第２の系の低沸点媒体の蒸気を生成する。そして、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１は、生成した低沸点媒体の蒸気をそれぞれ混圧タービンとしての媒体タービン６６２の高圧蒸気入口部６６２ａおよび中圧蒸気入口部６６２ｂに送る。
この実施形態では、蒸気アキュムレータ１２２から出力される蒸気の圧力と、蒸気供給源１０から与えられる蒸気の圧力の差が比較的大きい場合に好適である。すなわち、二次蒸発器４４１が生成する第２の系の低沸点媒体の圧力が、主蒸発器４３１が生成する第２の系の低沸点媒体の圧力よりも低い場合、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１それぞれが生成する蒸気を媒体タービン６６２の同一点に導入することができない。そこで、主蒸発器４３１が生成する低沸点媒体蒸気よりも圧力が低い二次蒸発器４４１が生成する蒸気を、媒体タービン６６２の中圧蒸気入口部６６２ｂに導入する。
この実施形態の発電システム３０６は、主蒸発器４３１および二次蒸発器４４１それぞれが媒体タービン６６２の適切な圧力の部分へ蒸気を導入することができる。この実施形態の発電システムにおいても、蒸気供給源１０から発生する蒸気が安定したものではなく間欠的であっても、安定した電気出力を得ることができる。
（第７の実施形態）
続いて、図８を参照して、第７の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム３０７は、第６の実施形態の発電システムにおける第３熱交換部１７の構成を変更したものである。以下の説明において、第６の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図８に示すように、この実施形態の発電システムにおける第３熱交換部３７は、凝縮器１７１および媒体ポンプ１７２に加えて、再生器１７３を有している。
再生器１７３は、媒体タービン６６２において仕事をした低沸点媒体を受けて、媒体ポンプ１７２により送られる低沸点媒体に熱エネルギーを伝達する。熱エネルギーを得た低沸点媒体は凝縮器１７１にて冷却され、媒体ポンプ１７２により再生器１７３に戻される。この実施形態の第３熱交換部３７は、第２の系において仕事をした低沸点媒体の冷却効率を高めることができるので、発電効率を向上することができる。
（第８の実施形態）
続いて、図９を参照して、第８の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム４０８は、第２の実施形態の発電システム１０２の第１の系に背圧蒸気タービン１１５を配設したものである。以下の説明において、第２の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図９に示すように、この実施形態の発電システム４０８は、圧力調整弁１１２を介して送られる蒸気供給源１０からの蒸気および調整弁１２４を介して送られる蒸気アキュムレータ１２２の出力からの蒸気を受ける背圧蒸気タービン１１５と、背圧蒸気タービン１１５の回転運動により発電する発電機１１６と、背圧蒸気タービン１１５において仕事をした蒸気の排出流量を調整する圧力調整弁１１７とを有している。圧力調整弁１１２と背圧蒸気タービン１１５の入力との間には、圧力調整弁１１２から送られる蒸気の流量を検出する第２検出部１１４が配設されており、検出結果に応じて調整弁１２４を通過する蒸気の流量を制御可能に構成されている。
第２検出部１１４は、圧力調整弁１１２からの蒸気の流量が、背圧蒸気タービン１１５を回転させるに足る流量以下であることを検出すると、調整弁１２４を開いて蒸気アキュムレータ１２２からの蒸気を背圧蒸気タービン１１５の入力に導く。すなわち、第２検出部１１４は、調整弁１２４を制御して背圧蒸気タービン１１５の回転を維持する作用をする。
第１熱交換部８３は、圧力調整弁１１７を介して背圧蒸気タービン１１５から送られた蒸気を受けて第２の系へ熱エネルギーを移転する主蒸発器８３１と、主蒸発器８３１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１３２とを有している。同様に、第２熱交換部８４は、蓄熱部１２の蒸気アキュムレータ調節弁１２３から蒸気を受ける予熱器８４１と、予熱器８４１において熱伝達した蒸気を排出するとともに蒸気の逆流を防止する逆流防止弁１４２とを有している。なお、予熱器８４１および主蒸発器８３１は、第２の系の低沸点媒体が、まず予熱器８４１により予熱され、次いで主蒸発器８３１により蒸気へ変換されるよう、直列に接続されている。第１熱交換部８３および第２熱交換部８４の逆流防止弁１３２および１４２の出力は、ともに排水貯留部１５へと導かれている。
蒸気供給源１０から流量が時間的に不安定な蒸気を受けると、蒸気分割部１１の検出部１１１は、蒸気の流量を検出して圧力調整弁１１３を制御し、蓄熱部１２への蒸気流量を調節する。蓄熱部１２の蒸気アキュムレータ１２２は、蒸気アキュムレータ調節弁１２１を介して蒸気を受けると、当該蒸気を蓄えて減圧する。これにより、蒸気アキュムレータ１２２は、蒸気供給源１０から受けた蒸気を時間的に平準化する作用をする。
この実施形態では、蒸気アキュムレータ１２２から出力される蒸気の圧力と、蒸気供給源１０から与えられる蒸気の圧力の差が生じている。そこで、蒸気供給源１０からの蒸気を背圧蒸気タービン１１５に供給して仕事をさせる。その結果、調整弁１１７を経て主蒸発器８３１に供給される蒸気の圧力と、蒸気アキュムレータ調節弁１２３を経て予熱器８４１に供給される蒸気の圧力とを近づけることが可能になる。これは、第１の系から第２の系への熱エネルギー伝達を効率化することに寄与する。
この実施形態の発電システムによれば、背圧蒸気タービン１１５を用いて蒸気供給源１０からの蒸気圧と蒸気アキュムレータ１２２からの蒸気圧とを近づけるので、発電システム全体の効率を高めることができる。
（第９の実施形態）
続いて、図１０を参照して、第９の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム４０９は、第８の実施形態の発電システムにおける第３熱交換部１７の構成を変更したものである。以下の説明において、第８の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図１０に示すように、この実施形態の発電システムにおける第３熱交換部３７は、凝縮器１７１および媒体ポンプ１７２に加えて、再生器１７３を有している。
再生器１７３は、媒体タービン１６２において仕事をした低沸点媒体を受けて、媒体ポンプ１７２により送られる低沸点媒体に熱エネルギーを伝達する。熱エネルギーを得た低沸点媒体は凝縮器１７１にて冷却され、媒体ポンプ１７２により再生器１７３に戻される。この実施形態の第３熱交換部３７は、第２の系において仕事をした低沸点媒体の冷却の効率を高めることができるので、発電効率を向上することができる。
（第１０の実施形態の構成）
続いて、図１１を参照して、第１０の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム５１０は、第８の実施形態の発電システムにおける主蒸発器および予熱器の構成を変更したものである。以下の説明において、第８の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。
図１１に示すように、この実施形態の発電システム５１０は、圧力調整弁１１２を介して送られる蒸気供給源１０からの蒸気および調整弁１２４を介して送られる蒸気アキュムレータ１２２の出力からの蒸気を受ける背圧蒸気タービン１１５と、背圧蒸気タービン１１５の回転運動により発電する発電機１１６と、背圧蒸気タービン１１５において仕事をした蒸気の排出流量を調整する圧力調整弁１１７とを有している。圧力調整弁１１２と背圧蒸気タービン１１５の入力との間には、圧力調整弁１１２から送られる蒸気の流量を検出する第２検出部１１４が配設されており、検出結果に応じて調整弁１２４を通過する蒸気の流量を制御可能に構成されている。
第２検出部１１４は、圧力調整弁１１２からの蒸気の流量が、背圧蒸気タービン１１５を回転させるに足る流量以下であることを検出すると、調整弁１２４を開いて蒸気アキュムレータ１２２からの蒸気を背圧蒸気タービン１１５の入力に導く。すなわち、第２検出部１１４は、調整弁１２４を制御して背圧蒸気タービン１１５の回転を維持する作用をする。
第１熱交換部９３は、圧力調整弁１１７を介して背圧蒸気タービン１１５から送られた蒸気および蒸気アキュムレータ調節弁１２３を介して蒸気アキュムレータ１２２から送られた蒸気を受けて第２の系へ熱エネルギーを移転する主蒸発器９３１を有している。第２熱交換部９４は、主蒸発器９３１において第２の系へ熱エネルギーを伝達した蒸気を受けて第２の系へ熱エネルギーを伝達する予熱器９４１を有している。予熱器９４１において第２の系の低沸点媒体を予熱した蒸気は、排水貯留部１５へ送られる。予熱器９４１および主蒸発器９３１は、第２の系の低沸点媒体が、まず予熱器９４１により予熱され、次いで主蒸発器９３１により蒸気へ変換されるよう、直列に接続されている。
（第１０の実施形態の動作）
蒸気供給源１０から流量が時間的に不安定な蒸気を受けると、蒸気分割部１１の検出部１１１は、蒸気の流量を検出して圧力調整弁１１３を制御して蓄熱部１２への蒸気流量を調節する。蓄熱部１２の蒸気アキュムレータ１２２は、蒸気アキュムレータ調節弁１２１から蒸気を受けると、当該蒸気を蓄えて減圧し、蒸気アキュムレータ調節弁１２３を介して主蒸発器９３１へ送る。この結果、主蒸発器９３１は、蒸気供給源１０から受けた蒸気よりも減圧され時間的に平準化された蒸気を受けることになる。
この実施形態では、蒸気アキュムレータ１２２から出力される蒸気の圧力と、蒸気供給源１０から与えられる蒸気の圧力の差が生じている。そこで、蒸気供給源１０からの蒸気を背圧蒸気タービン１１５に供給して仕事をさせる。このとき、背圧蒸気タービン１１５における仕事量を適切なものとすると、背圧蒸気タービン１１５にて仕事をして調整弁１１７を経て出力される蒸気の圧力を、蒸気アキュムレータ１２２にて時間的に平準化され蒸気アキュムレータ調節弁１２３を経て出力される蒸気の圧力と同程度にまで減圧することが可能になる。
主蒸発器９３１は、ほぼ同圧力に調整された背圧蒸気タービン１１５の出力蒸気と蒸気アキュムレータ１２２の出力蒸気とを用いて熱交換し、第２の系の低沸点媒体を蒸気に変換する。また、予熱器９４１は、主蒸発器９３１における熱交換により温度や圧力が低下した蒸気を用いて熱交換し、第２の系の低沸点媒体を予熱する。
予熱器９４１は、主蒸発器９３１よりも第２の系における上流側に配設されている。すなわち、予熱器９４１は、凝縮器１７１により冷却された低沸点媒体を、主蒸発器９３１にて熱伝達した蒸気を用いて予熱し、主蒸発器９３１へ送る。主蒸発器９３１は、予熱器９４１により予熱された低沸点媒体を、背圧蒸気タービン１１５から送られる蒸気および蒸気アキュムレータ１２２から送られる蒸気を用いて蒸発させ、媒体タービン１６２へ送る。
この実施形態の発電システムによれば、蒸気供給源１０から発生する蒸気が安定したものではなく間欠的なものであっても、安定した電気出力を得ることができる。
（第１１の実施形態）
続いて、図１２を参照して、第１１の実施形態の発電システムを詳細に説明する。この実施形態の発電システム５１１は、第１０の実施形態の発電システムにおける第３熱交換部１７の構成を変更したものである。以下の説明において、第１０の実施形態と共通する要素について共通の符号を付して示し、重複する説明を省略する。図１２に示すように、この実施形態の発電システムにおける第３熱交換部３７は、凝縮器１７１および媒体ポンプ１７２に加えて、再生器１７３を有している。
再生器１７３は、媒体タービン１６２において仕事をした低沸点媒体を受けて、媒体ポンプ１７２により送られる低沸点媒体に熱エネルギーを伝達する。熱エネルギーを得た低沸点媒体は凝縮器１７１にて冷却され、媒体ポンプ１７２により再生器１７３に戻される。この実施形態の第３熱交換部３７は、第２の系において仕事をした低沸点媒体の冷却効率を高めることができるので、発電効率を向上することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１…発電システム、１０…蒸気供給源、１１…蒸気分割部、１２…蓄熱部、１３…第１熱交換部、１４…第２熱交換部、１５…排水貯留部、１６…タービン部、１７…第３熱交換部、１８…発電部、１９…冷却水系、１１１…検出部、１１２，１１３…圧力調節弁、１２１，１２３…蒸気アキュムレータ調節弁、１２２…蒸気アキュムレータ、１３１…主蒸発器、１３２，１４２…逆流防止弁、１４１…予熱器、１６１…蒸気加減弁、１６２…媒体タービン、１７１…凝縮器、１７２…媒体ポンプ、１８１…媒体タービン発電機、１９１…冷却塔、１９２…冷却水ポンプ。

Claims (8)

  1. 供給された第１の熱媒体を第１の流路および第２の流路に分流する分流部と、
    前記第２の流路を介して送られた前記第１の熱媒体を蓄えるとともに、時間的に平準化した流量で送出する蓄熱部と、
    前記蓄熱部から送出された前記第１の熱媒体のみによって該第１の熱媒体よりも沸点の低い第２の熱媒体へと熱伝達する予熱器と、
    前記第１の流路を介して送られた前記第１の熱媒体のみによって前記予熱器により予熱された前記第２の熱媒体へと熱伝達する主蒸発器と、
    前記主蒸発器により熱伝達された前記第２の熱媒体により回転運動するタービンと
    を具備したことを特徴とする発電システム。
  2. 供給された第１の熱媒体を第１の流路および第２の流路に分流する分流部と、
    前記第２の流路を介して送られた前記第１の熱媒体を蓄えるとともに、時間的に平準化
    した流量で送出する蓄熱部と、
    前記第１の流路を介して送られた前記第１の熱媒体のみによって該第１の熱媒体よりも沸点の低い第２の熱媒体へと熱伝達する主蒸発器と、
    前記蓄熱部から送出された前記第１の熱媒体のみによって前記第２の熱媒体へと熱伝達する二次蒸発器と
    前記主蒸発器により熱伝達された前記第２の熱媒体および前記二次蒸発器により熱伝達された前記第２の熱媒体により回転運動するタービンと
    を具備したことを特徴とする発電システム。
  3. 前記タービンは、
    前記主蒸発器により熱伝達された前記第２の熱媒体を受ける高圧入口部と、
    前記高圧入口部よりも圧力の低い前記二次蒸発器により熱伝達された前記第２の熱媒体を受ける中圧入口部と、
    を具備したことを特徴とする請求項２記載の発電システム。
  4. 前記第１の流路における前記分流部および前記主蒸発器の間に配設され、前記第１の流路を介して送られた前記第１の熱媒体により回転運動する背圧タービンをさらに備え、
    前記主蒸発器は、前記背圧タービンにおいて仕事をした前記第１の熱媒体から前記第２の熱媒体へ熱伝達すること
    を特徴とする請求項１記載の発電システム。
  5. 供給された第１の熱媒体を第１の流路および第２の流路に分流する分流部と、
    前記第２の流路を介して送られた前記第１の熱媒体を蓄えるとともに、時間的に平準化
    した流量で送出する蓄熱部と、
    前記分流部から前記第１の流路を介して送られた前記第１の熱媒体により回転運動する背圧タービンと、
    前記背圧タービンにおいて仕事をした前記第１の熱媒体および前記蓄熱部から送出された前記第１の熱媒体のみによって前記第１の熱媒体よりも沸点の低い第２の熱媒体へと熱伝達する主蒸発器と、
    前記主蒸発器において熱伝達した前記第１の熱媒体から前記第２の熱媒体へと熱伝達する予熱器と、
    前記主蒸発器および前記予熱器により熱伝達された前記第２の熱媒体により回転運動するタービンと
    を具備し、
    前記主蒸発器は、前記予熱器により熱伝達された前記第２の熱媒体へと熱伝達すること
    を特徴とする発電システム。
  6. 前記分流部は、
    前記供給された第１の熱媒体の流量を検出する第１の検出部と、
    前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記供給された第１の熱媒体の流量が所定の値を超えた場合に前記第２の流路を開く分流調節弁と、
    を具備したことを特徴とする請求項１または２記載の発電システム。
  7. 前記タービンにおいて仕事をした前記第２の熱媒体を冷却する冷却部をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発電システム。
  8. 前記冷却部は、前記第２の熱媒体の熱エネルギーを熱交換する再生器を備えたことを特徴とする請求項７記載の発電システム。
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