JPH03156105A

JPH03156105A - 複流体タービンプラント

Info

Publication number: JPH03156105A
Application number: JP21496590A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Nakamura; 吉秀中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1990-08-16
Publication date: 1991-07-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、一般用動力発生タービンプラント。

複数のタービンを有する場合の低温低圧側タービンプラ
ント、コンバインドサイクルのタービンプラント、温水
熱源タービンプラントなどの用途で、複数の作動流体を
一緒に使用するタービンプラントに関する。

（従来の技術）複数の作動流体をタービンに同時に使用して、かつ流体
間の凝縮比率を変化させる従来技術としては特開昭６３
−１５９６０７号、特開昭６３−１７０５０８号があっ
た。これらの技術は、タービンから抽気した混合蒸気で
給液を加熱するのにそのまま一緒に凝縮させていた。

（発明が解決しようとする問題点）前記の従来技術では、第１流体の凝縮熱の利用が十分で
なく、単流体使用タービンと比べて、熱効率の向上は極
めて大きいとは言えなかった。本発明は、給液加熱時に
流体間の凝縮比率を利用して熱効率を向上させるもので
ある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、第１流体の蒸気と、第１流体より凝縮熱が小
さい第２流体の蒸気とをタービン内で一緒に用いる複流
体タービンプラントにおいて、タービンを出た蒸気が、
第１流体及び若しくは第２流体を加熱し、加熱に伴い第
１流体の比率が小さくなってタービン及び若しくは凝縮
器及び若しくは別の給液加熱器に入ることを特徴とする
複流体タービンプラントからなる。

（作用）本発明プラントのタービンにおいては、少なくとも一度
膨張（本明細書では、膨脹とは、損失が０の等エントロ
ピー膨張、若しくは損失をできるだけ小さく押さえた実
際的な膨脹のことを言う）して仕事をした混合蒸気を循
環流体の加熱に用い、そしてこの加熱には主として凝縮
熱が大きい第１流体の凝縮熱を充てることで熱効率を上
げようとするものである。この加熱で第１流体が多く凝
縮して混合蒸気から外れるので、次の段階に入る蒸気は
、第１流体の比率が、より小さくなっている。

ここで、循環流体の加熱の際に、第１流体を優先的に凝
縮させるには、その温度で、第２流体単独の蒸気圧を第
１流体単独の蒸気圧より大きくすると容易である。

また、単位質量当たりの蒸気腫脹エネルギーが、第１流
体（単体）が、第２流体（単体）より大きければ、膨脹
の際に第１流体が第２流体も加速することになり、第１
流体の速度エネルギーは、第１流体単体の膨脹時よりも
小さくなり、見掛上のエネルギー低下が小さくなる。言
い換えると、第１流体は膨脹時にエネルギーの一部を第
２流体から受けることになる（第１流体が水の場合は、
膨脹時の凝縮すなわち湿りが水単独の膨脹時よりも減少
するが、その減少分に略匹敵するエネルギーを第２流体
から受けることになる）。その受けたエネルギーは給液
加熱器で凝縮させて給液の加熱エネルギーに充てること
ができる。そうすると、凝縮器を通らないサイクルのエ
ネルギーの割合が大きくなり、すなわち凝縮器で捨てる
エネルギーが少なくなるので好ましい。

そして、第１流体が水の場合は、膨脹時の凝縮すなわち
湿りが水単独の膨脹時よりも減少するが、それは、湿り
損失が小さい（効率的には有利）ことを意味する。さら
に、第１流体が、水の場合では、タービン入り口の条件
としては、ｉｓ線図で言えば低エントロピー側（向かっ
て左側）に位置するほうが効率的には有利である。

また、単位質量当たりで、［液体加熱エネルギー／蒸気
膨脹エネルギー］比が、第２流体が第１流体より大きけ
れば、給液の加熱の際に、実質的により多くのエネルギ
ーを与えることができる（給液側から見れば、より多く
のエネルギーを受けることができる）ので、凝縮器を通
らないサイクルのエネルギーの割合が大きくなり、すな
わち凝縮器で捨てるエネルギーが少なくなるのでより好
ましい。

また、第１流体と第２流体とは相互に溶解したり化合し
たりしないで物理的に分離できる（例えば比重による分
離・・・連続的に分離が可能）と、分離が容易に行なえ
るので好ましい。

また、第１流体、第２流体は、単一の物質でも複数の物
質でも構わないのは当然である。

（実施例）第１図は２本発明の実施例である。タービン１から出た
流体の一部は、給液加熱器２で第１流体（液体）と第２
流体（液体）を加熱するが、このとき主に第１流体（蒸
気）がここで凝縮する。この凝縮液は給液加熱器３に送
られる。給液加熱器２で凝縮しなかった蒸気も給液加熱
器３に送られる。給液加熱器３では主に第２流体（蒸気
）が凝縮する。給液加熱器２と給液加熱器３で凝縮した
凝縮液は給液加熱器４に入る。そしてタービン１から出
た別の流体の一部は、給液加熱器４で第１流体（液体）
と第２流体（液体）を加熱するが、このとき主に第１流
体（蒸気）がここで凝縮する。

この凝縮液は給液加熱２．３の凝縮液とまとめて給液ポ
ンプ１１に送られる。給液加熱器４で凝縮しなかった主
に第２流体からなる蒸気はタービン６におくられる。タ
ービン６の後端から出た流体は凝縮器７に入り、そこで
凝縮した流体は、凝縮ポンプ８で送られる。一方、ター
ビン１の後端から出た蒸気は給液加熱器５に入る。給液
加熱器５で凝縮した流体は凝縮ポンプ１０で送られる。

そして給液加熱器５で凝縮しなかった蒸気は凝縮器９（
凝縮器７より凝縮圧力が低い）に入り凝縮される。凝縮
された液体は、凝縮ポンプ１０で送られる。

凝縮ポンプ８と凝縮ポンプ１０から送られた液体は、給
液ポンプ１１で加圧され、給液加熱器を経て分離器（比
重による方式）１２に入る。分離器で分けられた第１流
体と第２流体は、ボイラー１３に入り、それぞれ別の経
路で蒸気となり、蒸気混合器１４で混合され、再びター
ビン１に入る。

ここで、第１流体には水（凝縮熱が５８０　ｋｃａｌ／
ｋｇ　）を用い、第２流体にはヘキサン（Ｃ，、Ｈ，４
、凝縮熱が８７　ｋｃａｌ／ｋｇ　）を用いている。水
とヘキサンは、共に同圧力、約同温度（約２２０℃）の
飽和蒸気で蒸気混合器１４に入ってタービン１に入る。

そして、タービン入り口を過ぎてからの温度では、ヘキ
サン単独の蒸気圧は水単独の蒸気圧より大きく、その比
率はタービン出口側はど大きく、したがって、タービン
出口側はど水（第１流体）を優先的に凝縮させることが
できる。

単位質量当たりの蒸気膨脹エネルギー（エンタルピー差
）では、水（２３，７ｋｇ／ａ（〜０．２ｋｇ／ｃｄ）
が１７７　ｋｃａｌ／ｋｇ　、　ヘキサン（同圧力差）
が４０　ｋｃａｌ／ｋｇであり、水のほうが明らかに大
きい。

単位質量当たりで、［２５〜２２０℃間の液体加熱エネ
ルギー／上記の蒸気膨脹エネルギー］比では、水は、１
．１．ヘキサンは、４．１でヘキサンのほうが明らかに
大きい。したがって、給液加熱では、同じ膨張エネルギ
ーで比べてヘキサンが多くのエネルギーを吸収できる。

なお、上記のヘキサンの状態は、臨界点に極めて近い状
態にあり、このことも、給液加熱での吸収エネルギーを
大きくしている。

この実施例では、タービンに入る水及びヘキサンの質量
比は１対４である。タービン内では、水はヘキサンから
熱を受けつつヘキサンを加速する。

そのため、水（蒸気）単独の膨張では多量の凝縮が起こ
るところが、この場合は、凝縮は大幅に減少する。そし
て、凝縮が大幅に減少しているこの水（蒸気）のエネル
ギーの多くは、凝縮器で捨てられることは少なく、給液
加熱器で給液を加熱する。すなわち、水（蒸気）の膨張
時にヘキサンから受けたエネルギーを、給液加熱時にヘ
キサンに返すことになる。

また、この実施例では抽気は２系統だが給液加熱器を増
して抽気系統を増すことは当然可能であり、熱効率的に
もちろん好ましい。

また、上記のプロセスで、水、ヘキサンでない他の流体
も当然使用できる。

第２図も本発明の実施例である。１次タービン２１を出
た蒸気は、給液加熱器２２に入り第１流体（液体）と第
２流体（液体）を加熱し、第１流体（蒸気）の一部が凝
縮し混合器３３に入り、凝縮していない蒸気は２次ター
ビン２３に入る。２次タービン２３を出た蒸気は、バイ
パス路２４と給液加熱器２５に入り、第１流体（液体）
と第２流体（液体）を加熱し、そこで第１流体（蒸気）
の一部は凝縮して給液加熱器２７に入り、凝縮していな
い蒸気は３次タービン２６に入る。３次タービン２６か
ら出た蒸気は給液加熱器２７に入り、第１流体（液体）
と第２流体（液体）を加熱し、第１流体（蒸気）の一部
または全部は凝縮し、凝縮していない蒸気は凝縮器２８
に入りここで凝縮される。凝縮器２８内の流体は凝縮ポ
ンプ２９で吸引され、分離器３０に入り第１流体と第２
流体とに分離される。分離器３０を出た第１流体は、混
合器３１で、給液加熱器２７から来た第１流体と混合さ
れ、給液ポンプ３２で圧送され、給液加熱器２７に入る
。給液加熱器２７で加熱された第１流体は、給液加熱器
２５で加熱され、混合器３３で給液加熱器２２から来た
第１流体と混合され、給液ポンプ３４で加圧され給液加
熱器２２に送られる。

給液加熱器２２で加熱された第１流体は、ボイラー３５
で蒸気になり蒸気混合器３８におくられる。一方、分離
器３０で分離された第２流体は、給液ポンプ３６で加圧
されて給液加熱器２７．２５．２２で加熱され、さらに
ボイラー３７で蒸気になり蒸気混合器３８に入る。蒸気
混合器３８で、第１流体と第２流体は、混合され、混合
蒸気は、１次タービン２１に入る。

また、１次タービン２１を出た蒸気は、給液加熱器２２
を経て２次タービン２３に入る過程では、抽気とは異な
り全量が流れているので第１流体と第２流体の再混合に
は好ましい。

そして、この実施例では、給液加熱器２２．２５．２７
では、第１流体だけが凝縮しているが、各々でも第２流
体も凝縮させて新たな分離器で分離して流すこともでき
る。

第３図は、本発明の実施例である。第２図との相違点は
、分離器５１をボイラー５２の手前に配置したことであ
る。１次タービン４１を出た蒸気は、給液加熱器４２に
入り第１流体（液体）と第２流体（液体）を加熱し、そ
こでは主に第１流体（蒸気）が凝縮し、凝縮液は給液加
熱器４５に入り、凝縮しない蒸気は２次タービン４３に
入る。２次タービン４３を出た蒸気は、バイパス路４４
と給液加熱器４５に入り、第１流体（液体）と第２流体
（液体）を加熱し、そこでは主に第１流体（蒸気）が凝
縮し、凝縮液は給液ポンプ５０に入り、凝縮しない蒸気
は３次タービン４６に入る。３次タービン４６から出た
蒸気は給液加熱器４７に入り、第１流体（液体）と第２
流体（液体）を加熱し、第１流体（蒸気）の一部または
全部は凝縮し、凝縮液は凝縮ポンプ４９に入り、凝縮し
ていない蒸気は凝縮器４８に入りここで凝縮される。凝
縮器内の流体は凝縮ポンプ４９で吸引され、給液加熱器
４７に入る。給液加熱器４７で加熱された流体は、給液
加熱器４５から来た流体と混合され、給液ポンプ５０で
加圧され給液加熱器４２に送られる。給液加熱器４２で
加熱された流体は、分離器５１で分離さボイラー５２で
蒸気になり蒸気混合器５３におくられる。蒸気混合器５
３で混合された蒸気は、１次タービン４１に入る。

第４図は２本発明の実施例である。１次タービン６１か
ら出た流体は、給液加熱器６２で第１流体（液体）と第
２流体（液体）を加熱するが、このとき第１流体（蒸気
）の少なくとも一部は、ここで凝縮する。この凝縮液は
混合器７１で混合され、給液ポンプ７２でボイラー７３
に送られる。ここで凝縮しなかった蒸気は、２次タービ
ン６３に入り、２次タービンの途中からは給液加熱器６
４に入り、給液加熱器６４で凝縮した第１流体は給液加
熱器６５に入り、そして凝縮しなかった蒸気は２次ター
ビン６３に戻る。２次タービンの後端からは給液加熱器
６５に入り、そこで凝縮した第１流体は、混合器６９で
混合され給液ポンプ７０で送られる。そして給液加熱器
６５で凝縮しなかった蒸気は凝縮器６６に入り凝縮され
る。凝縮された液体は、凝縮ポンプ６７で加圧され、分
離器６８（比重による方式）に入る。

分離器で分けられた第１流体は、混合器６９を経て給液
ポンプ７０で加圧され、給液加熱器６５．同６４で加熱
され、混合器７１を経て給液ポンプ７２で加圧され、給
液加熱器６２で加熱され、ボイラー７３で蒸気となり、
蒸気混合器７６で混合され、１次タービン６１に入る。

一方、分離器６８を出た第２流体は、給液ポンプ７４で
加圧され、給液加熱器６５．同６４で加熱され、給液加
熱器６２で蒸気になり、加熱器７５で加熱されて、蒸気
混合器７６で第１流体の蒸気と混合されて１次タービン
６１に入る。なおこの例では、１次タービンで仕事をし
た蒸気で第２流体を蒸発させている。

そして、１次タービン６１を出た蒸気は、給液加熱器６
２を経て２次タービン６３に入る過程では、抽気とは異
なり全量が流れているので第１流体と第２流体の再混合
には好ましい。

また、この実施例では、給液加熱器６２．６４．６５で
は、第１流体だけが凝縮しているが、各々でも第２流体
も凝縮させて新たな分離器で分離して流すこともできる
。

上記第２、第３、第４実施例における流体の組合わせ例
としては、第１流体が水で、それに対する第２流体が炭
化水素類、フロン類−等、また、第１流体がアンモニア
でそれに対する第２流体がフロン類等である。

また、上記第２、第３、第４実施例では、タービンが３
個からなるが、これは３基のタービンでも或いは１本の
シャフトに３室タービンでも構わない。

そして、以上の実施例では、給液加熱器で第１流体と第
２流体を一緒に加熱しているが、加熱はどちらか一方の
流体でももちろん構わない。

（発明による効果）本発明によれば、外部に捨てる凝縮エネルギーを少なく
するために、凝縮熱が大きい第１流体の凝縮エネルギー
を有効に利用とすることにより、熱効率を大幅に高める
ことができる。

言い換えれば、第１流体単独短所と第２流体単独の短所
を補って、それらの長所を生かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、この発明による実施例。１、　６．２１．２３．２６．４１．４３．４６．６１
．６３．６６・・・タービン、　２．　３．　４．　５
．　２２．　２５．２７．　４２゜４５、４７．６２．
６４．６５・・・給液加熱器、７．　９．２８゜４８、
６６・・・凝縮器、８．１０．２９．４９．６７・・・
凝縮ポンプ、１１．３２．３４．３６．５０．７０．７
２．７４・・・給液ポンプ、１３．３５．３７．５２．
７３・・・ボイラー手続補正書（自発）平成２年１１月１８日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１流体の蒸気と、第１流体より凝縮熱が小さい
第２流体の蒸気とをタービン内で一緒に用いる複流体タ
ービンプラントにおいて、タービンを出た蒸気が、第１
流体及び若しくは第２流体を加熱し、加熱に伴い第１流
体の比率が小さくなってタービン及び若しくは凝縮器及
び若しくは別の給液加熱器に入ることを特徴とする複流
体タービンプラント。
（２）単位質量当たりの蒸気膨脹エネルギーが、第１流
体が、第２流体より大きいことを特徴とする第１項記載
の複流体タービンプラント。
（３）単位質量当たりで、［液体加熱エネルギー／蒸気
膨脹エネルギー］比が、第２流体が第１流体より大きい
ことを特徴とする第１項記載の複流体タービンプラント
。