JPS6239642B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はピーク負荷時等に備えて熱エネルギを
貯蔵する蒸気アキユムレータに関するものであ
る。

蒸気は、これで発電用タービンを駆動したりコ
ンプレツサ・ポンプなど一般動力源用のタービン
を駆動したりするために広く用いられるととも
に、化学工場などのプロセス用や、機械清掃用な
どにも広く用いられている。これら蒸気を使用す
る装置においては、負荷の変動が大きく、ことに
発電所の発電装置においては昼間と夜間との電力
需要の差が益々大きくなる傾向にあり、また、バ
ルブ工場のプロセスなどでは一時的に大量の蒸気
が使用され、ピーク負荷と平常負荷との差がきわ
めて大きい。そこで従来、蒸気源と装置との間に
蒸気アキユムレータを付設し、低負荷時または変
動負荷時にボイラからの余剰蒸気を貯蔵してピー
ク負荷時に使用することが行なわれている。

第１図ａは従来におけるこの種蒸気アキユムレ
ータを備えた蒸気タービン発電装置の概要構成図
であつて、ボイラ１から主タービン２へ向う蒸気
配管３にはバルブ４，５を備えた配管６が分岐さ
れており、この配管６内には、アキユムレータ７
とアキユムレータタービン８とが設けられてい
る。また、主タービン２とアキユムレータタービ
ン８とには、それぞれ発電機９，１０と復水器１
１，１２とが接続されている。常時は、主タービ
ン２によつて発電が行なわれ、排出蒸気は復水器
で復水されてボイラ１へ供給される。また、夜間
の低負荷時等には、バルブ４が開かれて蒸気の一
部がアキユムレータ７へ導かれ、同圧の熱水１３
と蒸気１４となつて貯蔵される。そして、ピーク
負荷時等には、バルブ５を開くとアキユムレータ
７内の蒸気１４がアキユムレータタービン８へ供
給されて発電が行なわれ、その電力が主タービン
２による発電電力に付加される。また、第１図ｂ
に示すように、タービンを主タービン２のみと
し、アキユムレータ７の蒸気を主タービン２の低
圧域へ送入する場合もある。

第２図は、この種従来のアキユムレータ付き蒸
気タービン発電装置におけるアキユムレータの蒸
気消費とタンク内温度変化との関係線図であつ
て、横軸には、蒸気消費を初期熱水量に対する発
生蒸気量の割合（％）で示しており、縦軸にはタ
ンク内温度を℃で示している。図において明らか
なように、発電のために蒸気を消費するにしたが
つてタンク内の温度と圧力が降下し、例えば満タ
ンのときのタンク内温度が294℃で圧力が80.5
Kg／cm²の場合、40％程度消費するとタンク内温度
が100℃となる。実際には、圧力変化による応力
変動で生じるタンク材料の疲労を考慮して最高使
用圧力は20Kg／cm²程度に制限され、また、最低使
用圧力は発電用の場合、0.5Kg／cm²（80℃）、工場
用の場合２〜６Kg／cm²（120℃〜150℃）であるか
ら、最高が212℃，20.2Kg／cm²の線図で明らかな
ように、20％程度消費するだけで最低使用圧力ま
で低下してしまう。

このように、従来のアキユムレータにおいて
は、大容量のタンクを用いてもわずか20％の蒸気
を消費するだけで発電が終ることになるので、容
器の利用率がきわめて悪いばかりでなく、前述し
たようにタンク内に大幅な圧力変化が頻繁に繰返
されることにより大きな応力変動が生ずるので、
これに基づく材料の疲労を避けるためにタンクの
容量が制限されるという欠点があつた。また、蒸
気タービン側においては、蒸気消費に伴なう圧力
変動を避けるために、通常、タービンの羽根を数
段に分け圧力が低下するにつれてこれを切換えて
仕事をさせるという構造が採られているので、構
造および制御がきわめて複雑になり、さらに発電
可能容量が時間の経過とともに減少してタービン
効率を低下させるという欠点があつた。

以上は発電装置に付設された蒸気アキユムレー
タについて説明したが、前述した一般動力源用タ
ービンやプロセス機器に付設する場合も同様であ
り、ことにピーク負荷が大きい装置の場合には、
一時的な負荷のために大容量のアキユムレータを
設置しなければならず、莫大な設備費を必要とし
ていた。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもの
で、プロセス内蒸気配管との間を蒸気供給管で接
続してこの蒸気供給管で供給される蒸気と熱水と
を蓄え、給水取出口をフラツシヤタンクに接続す
るとともに、前記プロセス内蒸気配管との間を、
自らの内部の圧力を検出して開閉する調節弁を備
えた蒸気補給管で接続するように構成することに
より、貯蔵した熱エネルギのほとんど全量を使用
することを可能ならしめて容器の利用率を向上さ
せ、圧力変動の繰返しによる容器の応力変動をな
くしてその大容量化と取出す熱エネルギの高温高
圧化を計るとともに、負荷当りの容量を小さくし
て設備費の節減を計り、かつ少量の蒸気で熱水消
費により低下した内部圧力の補填を可能にした蒸
気アキユムレータを提供するものである。以下、
本発明の一実施例を図面に基いて詳細に説明す
る。

本実施例は本発明をピーク負荷発電装置に実施
した例を示し、第３図はこれを実施したピーク負
荷発電装置の概要構成図である。図においてボイ
ラから発電用の主タービンへ向う配管２１から分
岐された配管２２は、アキユムレータ２３の蒸気
供給口２４と接続されており、この配管２２内に
はバルブ２５が設けられている。アキユムレータ
２３は、円筒状に形成された密閉容器であつて、
その内部には、バルブ２５の開放によつて供給さ
れる蒸気で加熱された熱水２６とこれから蒸発し
た蒸気２７とが貯蔵されるように構成されてお
り、このアキユムレータ２３の熱水取出口２８は
バルブ２９を備えた配管３０によつてフラツシヤ
タンク３１に接続されている。このフラツシヤタ
ンク３１は、バルブ２９の開放によりアキユムレ
ータから供給された熱水２６を温水３２と蒸気３
３とに分離する機能を有しており、その蒸気取出
口３４は、配管３５によつて蒸気タービン３６に
接続されているとともに、温水取出口３７は、温
水タンク（図示せず）と接続されている。さらに
蒸気タービン３６には、これとともに回転して発
電を行なう発電機３８が接続されており、また、
蒸気タービン３６の蒸気吐出口３９は、図示しな
い復水器を介して温水タンク等に接続されてい
る。

一方、アキユムレータ２３には、圧力流体補給
手段として、蒸気発生源と接続されバルブ４０を
備えた配管４１が付設されており、熱水取出口２
８から取出される熱水２６に応じた量の蒸気が補
填されるように構成されている。また、配管４１
内には、アキユムレータ２３内の圧力を検出して
開閉する調節弁４２が設けられている。

以上のように構成された発電装置の動作を説明
する。常時は、ボイラから配管２１を経て主ター
ビンに向う蒸気によつて発電が行なわれる。そし
て、夜間の低負荷時等には、バルブ２５が開か
れ、配管２１を通る蒸気の一部は配管２２を通つ
て蒸気供給口２４からアキユムレータ２３へ供給
されることにより、同温同圧の蒸気２７と熱水２
６として貯蔵される。そして、ピーク負荷時等に
は、バルブ２９を開いてアキユムレータ２３とフ
ラツシヤタンク３１とを連通させるとともに、ア
キユムレータ２３へ蒸気を補填する配管４１のバ
ルブ４０を開いて蒸気源とフラツシヤタンク３１
とを連通させバルブ２５を閉じる。このような状
態で蒸気を送り続けると、主タービンによる発電
が続けられるとともに、アキユムレータ２３から
熱水２６が取出されフラツシヤタンク３１に供給
されるので、この熱水２６が所定の飽和温度、圧
力に膨張して蒸気を発生させ、この蒸気は蒸気タ
ービン３６に供給される。供給された蒸気は蒸気
タービンを回転させこれと接続された発電機の回
転によつて発電が行なわれるので、これが主ター
ビンによる発電容量に付加されピーク負荷に対応
することができる。蒸気タービン３６の吐出蒸気
は復水器で復水されたのちボイラ給水等に用いら
れ、また、フラツシヤタンク３１での蒸気発生の
結果残つた温水３２は、温水取出口３７から排出
されてボイラ給水に用いられたりあるいはアキユ
ムレータ２３に蒸気を貯蔵する際の冷却源として
利用される。そして、アキユムレータ２３から熱
水が取出されることにより、アキユムレータ２３
内の温度、圧力が降下しようとするが、アキユム
レータ２３へは蒸気源と接続された配管４１を通
り調節弁４２で調節された熱水取出量に応じた量
の蒸気が供給されているので、アキユムレータ２
３内の熱水と蒸気とが常に一定の温度と圧力を保
持することができる。なおこの場合、アキユムレ
ータ２３内で起きようとする温度、圧力の低下
は、熱水消費によるタンク内の空間を蒸気が満た
すための蒸発によつて発生するものであるから、
従来のようにアキユムレータ２３から蒸気を取出
す場合と比較してその量が少ないので、蒸気の補
充は少量ずつでよい。

第４図はアキユムレータ２３の熱水消費とタン
ク内温度変化との関係を第２図に対応して示す線
図であつて、横軸には熱水消費を初期熱水量に対
する発生蒸気量の割合（％）で示しており、縦軸
にはタンク内温度を℃で示している。但しこの場
合は第２図の配管４１による蒸気の補填を行なわ
ない場合を示している。図において明らかなよう
に、熱水を50％程度消費するまではタンク内温
度、圧力の降下が少なく、そのあとの温度圧力降
下も第２図の蒸気取出し式と比較してそのカーブ
が緩やかである。すなわち蒸気の補填を行なわな
くても、熱水消費に対するアキユムレータ２３内
の温度、圧力降下が少ないので、タンク容量の利
用率が向上するとともに、タンクの応力変動によ
る材料の疲労が小さくなり、タンクの容量を大き
くすることができる。

さらに、第５図はこのアキユムレータ２３の内
部温度と、飽和熱水対飽和蒸気の比容積の比およ
びエンタルビの比との関係線図であつて、横軸に
はアキユムレータ内温度℃をとり、縦軸には飽和
熱水対飽和蒸気の比容積比、エンタルピ比を、熱
水を１として倍数で表わしている。さらに、第６
図はアキユムレータ２３の内部温度と、飽和熱水
対飽和蒸気のエネルギ比との関係線図であつて、
横軸にはアキユムレータ内温度℃をとり、縦軸に
は飽和熱水対飽和蒸気のエネルギ比を、蒸気を１
として倍数で表わしている。第５図において例え
ば200℃のアキユムレータでは、同一温度、圧力
の蒸気を補給する場合、蒸気の比容積が熱水の比
容積の110倍である。したがつて、アキユムレー
タ２３から取出す熱水の1/110の重量、流量の蒸
気を補充すればアキユムレータ２３内の圧力を一
定に保つことができる。この場合両者のエンタル
ピ比が3.274であるから、第６図に示すように蒸
気によるエネルギの補給は、熱水によるエネルギ
補給の３．２７４／１１０＝１／３３．６である。さら
にこの熱水をフ ラツシヤタンク３１へ導いて蒸気を発生させる場
合の発生蒸気量は条件により異なるが熱水の1/4
程度であり、補給蒸気と発生蒸気との比は１／１１０÷
１／４ ＝１／２７．５程度までと考えることができる。

また、この発電装置はピーク負荷用に限らず、
不時の発電や工場用動力と作業用蒸気との時間的
過不足の平均化などに用いることができる。さら
に、本発明に係る蒸気アキユムレータは発電装置
用のタービンに付設されるだけでなく、コンプレ
ツサやポンプなど一般動力源駆動用のタービンに
付設してもよいし、また、タービンを介すること
なく、取出した蒸気を直接使用する化学工場など
のプロセス機器と蒸気源との間に設けてもよい。

以上の説明により明らかなように、本発明によ
れば蒸気アキユムレータを、蒸気供給管でプロセ
ス内蒸気配管に接続してこの蒸気供給管で供給し
た蒸気と熱水を内部に蓄え、熱尚取出口をフラツ
シヤタンクに接続するとともに、前記プロセス内
蒸気配管との間を、自らの内部圧力を検出して開
閉する調節弁を備えた蒸気補給管で接続するよう
に構成したことにより、内部に貯蔵した熱エネル
ギのほとんど全量を使用することができるので、
蓄熱効率が高く容器の利用率が向上するととも
に、圧力変動の繰返しによる容器の応力変動がな
くなるので、これを大容量とすることができ、取
出す熱エネルギの高温高圧化を計ることができ
る。また、熱水消費により低下する内部圧力を蒸
気で補填するように構成したので、熱水を蒸気と
の重量比が大きいことにより、少量の蒸気の補給
で圧力の補填が可能になるとともに、ピーク時に
は補給蒸気の数倍ないし数百倍の蒸気を発生させ
ることができ、負荷当りの容量を小さくすること
ができるので、きわめて効率的であるとともに、
設備費を大幅に節減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはそれぞれ従来の蒸気アキユムレ
ータを用いた発電装置の概要構成図、第２図は同
じく蒸気アキユムレータの蒸気消費とタンク内温
度変化との関係線図、第３図ないし第６図は本発
明に係る蒸気アキユムレータを示し、第３図はそ
の概要構成図、第４図は蒸気消費とタンク内温度
変化との関係線図、第５図は内部温度と飽和熱水
対飽和蒸気の比容積の比およびエンタルピの比と
の関係線図、第６図は内部温度と飽和熱水対飽和
蒸気のエネルギ比との関係線図である。 ２３…アキユムレータ、２６…熱水、２８…熱
水取出口、３０…配管、３１…フラツシヤタン
ク、３２…温水、３３…蒸気、４１…配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プロセス内蒸気配管との間を蒸気供給管で接
   続されてこの蒸気供給管で供給される蒸気と熱水
   とを蓄え、熱水取出口をフラツシヤタンクに接続
   された蒸気アキユムレータであつて、前記プロセ
   ス内蒸気配管との間を、自らの内部の圧力を検出
   して開閉する調整弁を備えた蒸気補給管で接続さ
   れていることを特徴とする蒸気アキユムレータ。