JPS58140409A - 蒸気循環システム - Google Patents

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】 不尭明は熱サイクル途中において気液二相流状−となる
作動媒体を駆動する蒸気微積システムに関するつ 従来、ＩＩＩＩＩＩＩＡ性蒸気を作動媒体とし比熱サイ
クル機関の代表力として蒸気タービ／発電システムがる
る。第１図は１検抽気サイクルの説明図でろ９図中でｌ
Ｏはボイラ、２０ｒｉタービン、４０は復水機、ＳＯは
給水加熱器でめる。このような熱サイクルではボイラで
蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを駆動する。その
際、タービン出口においては蒸気のｆｉ！＊度が増大し
気欣二相流の状態にある。従来のシステムではタービン
出口側の真９１に確保する目的で復水器を設置し、気液
二相流を冷却してすべて液相に戻してい几。このため復
水器において大量の熱管排出することになる。この時の
熱損失を防ぐ友め、従来は第１図に示すようにタービン
２０から抽気ライン８０１に設け、七の抽気を用いて給
水加熱器５０で給水を加熱するようにし、熱サイクル効
率の増大を図っていた。この場合にも復水器における熱
損失は存在する。原理的には無限段抽気システムにすれ
ば熱損失を最小にすることが可能であるが、実際上は実
現できない。

一部、廃熱回収プラントに使用されている低温度差発電
システムではタービン中の断熱熱落差が小さく抽気点の
選定が困難な場合がめる。このよりなｔ＠度走差発電シ
ステムはその発電出力に対する所内動力比が扁いという
難点がめる。これはタービン中での熱落差が小さいこと
から所定の出力を得るために多量の作動媒体を流さなけ
ればならず、それに伴ない復水器での冷却水量が多量に
一部　　　必要となり、これに要するポンプ動力が大き
な割合を占めることになるからでめる。Ｃれを防ぐため
には抽気方式が有効であるが、抽気点をとれない場合は
別の方法を考える必要がめる。

不発明の目的は、気相の＃縮に伴なう熱損失を鍛小にす
る熱サイクルシステムを実現する友めの漂気微積システ
ムｔ−徒供することにある。

本発明の基本的考え方１ｒ総括的に説明する。従来のラ
ンキンサイクル等の熱サイクルにおいて熱損失の大部分
は復水器で気相′ｆｒ＃縮するときに生じる。従ってこ
の気相成分ｔ−凝縮させずに熱サイクル中で循環させる
手段かえられれば、この熱損失を蛾小にすることが可能
となる。

循水暢の役割りは、（１）タービン出口圧を十分低くと
ること、（２）作動媒体をｌＩｌ給することによシボン
ブ動力でボイラー圧まで昇圧することを可能にすること
、の２点である。現在の復水器では前記（１）を実現す
るため、低−の冷却水を流しており、その温度に対応し
た飽和圧力が復水器圧力である。

本発明の袂点は、ジェットポンプ金柑いて前記（１）と
（２）の一部、父は全部のｍ耗を行わせることにある。

ジェットポンプの特徴は、熱損失ｔ−伴なわず、凝縮性
の気相を駆動することが可能である点にめる。反面、通
常の液体を駆動するポンプと異なり、水鎮圧を十分にと
れない面がある。

第２図はジェットポンプの構成を示す。図中で９０はノ
ズル部、１００Ｆｉ、スロート部、ｌｌ０Ｆｉデイフユ
ーず部である。駆動流１２０はノズル部で高速となり、
七の動圧で吸込流１３０％−駆動する。ジェットポンプ
ではノズルを出九駆動流によって低静圧を作りだし、こ
れにより吸込流を吸引する。従って低圧状態を容易に実
現する仁とができる。

第３図に本発明の蒸気循環システムの基本構成を示す。

図中で実線は液相、破線は気相を嵌わしている。図中で
１５０がジェットポンプ、１４０が気歇分ｌｌｌ！装置
である。１６０が気相成分、１７０が液相成分である。

本図ではタービンを用いたシステムの例で説明し友が、
タービンの替りに熱交換器であってもよい。図に示した
ように、タービンから山皮気液二相流を気液分離装置１
４０で二相に分離し、液相５ｉ４ｏｔ−ポンプで昇圧後
、ボイラで再び蒸気とし次のち、ジェットポンプの駆動
流とする。気相部１６０はこの駆動流によシ吸引加圧す
る。

通常のタービンでは出口での蒸気の湿り度は高島１２％
１１屓であり、ジェットポンプの駆動流トして少なすぎ
る次め冷却水により一部の蒸気を凝縮させる必要がめる
。この凝ａｔはジェットポンプの特性、およびシステム
の特性により決まる。

累４図はジェットポンプの流量比（駆動流量に対する吸
込流量の比）を変えたときの圧力上昇比（吸込側圧力に
対するジェットポンプ出口圧力の比）の変化を示す。図
かられかるように、高流量比では圧力上昇幅は低く、ジ
ェットポンプでは１段めたりの圧力上昇幅に限度がある
。

このためタービン入口圧と出口圧との圧力差が大きいタ
ービンシステムには第３図で説明したシステム金七のま
ま適用することは困−となる。従ってこのような場合に
はタービン出口で蒸気を吸引してジェットポンプで加熱
、昇圧した恢、給水加熱に用いることが考えられる。

しかし、大規模火力発電所にみられるような高圧、ＴＩ
％諷蒸気プラントでは、復水器圧力が低く（０，０５に
＃／ｃＩＲ’）ジェットポンプによる昇圧効果が小名い
ことから、タービン出口で十分な蒸気を吸引することが
できず、タービン途中で抽気し給水加熱する場合に比べ
て熱効率の向上は少ない。

逆に、海洋！走差発電に見られるような低圧力差（低−
走差）＠電システムでは、その熱効率はカルノーサイク
ルの熱効率とほぼ同等であり、本システムを用いても効
率向上は望めない。

従って本発明の最適な適用例は、タービン人口圧と出口
圧の差が、海洋温匿差発電の場合よりも大きく、大型火
力発電の場合よりも小さい場合となる。このような具体
例としては省エネルギーを目的としｆｃ廃熱回収システ
ムかめる。鉄鋼業、セメント業等のプラントから排出さ
れる熱から、ゴｉ（Ｄ＠却に伴なう熱にい九る広範囲の
低温度熱源が考えられる。１度領域としては１００〜４
００Ｃに分布している。これらの廃熱を回収するシステ
ムとしてフロンを用いｆｃ７ステムが実用化されている
。フロンタービンを用いたシステムではタービン人口圧
が１０〜４０　ｋＪ　／ｃａｒ”　、出口圧がα８〜８
ｈ　／ｃＩ１１’の軸回となっている。

以ｆ本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

本発明の一実施例を累５図に示す。不実施例では発電端
出力が３０００ＫＷ根廣のプラントを対象としている。

用い友作動媒体は７０ン２２である。

熱源のａ度は２０（ｌｌｉｊｌ彼を仮定し、タービン入
口蒸気圧力は３９．４に＃／備２、蒸気温度は９０Ｃと
する。又タービン出口圧力は７．８７　Ｋ＃／ｃＩＩＩ
”であり、これは娘度が１４Ｃ’に対応している。ター
とン人ロ蒸気はわずかに過熱状態となっている。

本実施例では蒸気ジェットポンプの流量比としてａ４を
とり、圧力上昇比としてｚＯｔ−とってありこれから、
圧力ｔ　１５．７４　Ｋｌ／　ｃｍ”　１で昇圧させて
給水加熱を実行する。この時、給水圧力は加熱器に流入
する以前にボイラー圧力まで上昇させる。給水加熱器は
ドレンをポンプ昇圧して給水に加える方式としている。

本実施例で用いた蒸気条件の下では通常のランキンサイ
クルの熱効率は約１６．４％でめるのに対し、本実施例
の場合には約１７．１％となり、サイクル熱効率は絶対
値でα７％、相対値で４．３％増大する。さらに本実施
例によれば同一出力で比較すると、通常のランキンサイ
クルに対して復水器で凝縮する蒸気量が約４．３％減少
する。

廃熱回収システムのような低＠度熱源を利用している発
電システムでは、その発電出力に対する所内動力比が大
となる。これは復水器で蒸気が凝縮する際放出される熱
量に対する、タービン内での熱落差の比が小さいことに
起因している。本実施例によれば熱効率が向上した分だ
け復水器での蒸気の凝縮量が減少し、冷却水量の減少に
つながる。従って冷却水量の減少分に対応して所内動力
比が減少する。

第６図には原子力発電プラントの飽和蒸気を過熱する九
めのシステムとして本発明を適用した例を示す。図中で
２１０は原子炉、１４０は気液分離ドラム、２３０は過
熱器である。通常、沸騰水型のような原子炉で発生し主
蒸気は飽和蒸気であり、これを用いてタービンを駆動す
ると熱効率は３３％程度で、火力発電プラントに比べて
低い効率となっている。これを改善するには蒸気全過熱
してやれば良いが、直接サイクル型の沸騰水原子力発電
プラントでは放射性物質が主蒸気中に存在している友め
、直接過熱するのは問題がある。この友め、不実施例に
示したよりな間接過熱方式を採用し、ボイラと主蒸気を
隔てている。このような過熱システムの効率を向上させ
るため本発明によるシステムを組み込む。熱源は石炭等
の化石燃料である。

本実施例のような過熱システムを採用することにより発
電プラント全体の熱効率は約３％増大する。なお本実施
例の場合には気液分離ドラム１４０における冷却水を用
いた蒸気の凝縮は不要でるる。

本実施例は沸騰水型原子炉の主蒸気を過熱するシステム
であるか、一般に蒸気會熱媒体とする熱交換システム、
例えば蒸気暖房システムにも適用することができる。

本実施例のように単に蒸気を循環させるのみの場合には
圧力上昇幅は小さくてよく、流量比を大きくとれる。本
実施例では約２１７となる。

本発明によれば、熱サイクルシステムにおいて気相の凝
縮に伴なう熱損失を敵小眼にとどめることが可能となる
ため、サイクルの熱効率が向上する。特に、廃熱回収用
のプラントに適用し友場合には熱効率を４．３％（相対
値）程度増加させることが可能である。本発明ではサイ
クルの作動媒質は特に指定しておらず、凝縮性の物質で
めればすべて適用可能でるる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発電プラントの構成を説明した図、第２
図はジェットポンプの構成図、第３図は本発明の蒸気循
環システム概念図、第４図は蒸気ジェットポンプＣＤ％
性図、第５図、４ｇ図は本発明の実施例である。 １０・・・ボイラー、２０・・・タービン、３０・・・
発電機、４０・・・復水器、５０・・・給水加熱器、６
０・・・ポンプ、９０・・・ノズル、１００・・・スロ
ー）、１１０・・・ティフユーザ、１４０・・・気液分
離装置、１５０・・・ジェットポンプ、２１Ｏ・・・原
子炉、２３０・・・過熱器。 Ｊ１２１ ′！ｆＪｚ凹 １５３図 ￥Ｊ５Ｉ２）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ｓ気を作動媒体とする熱負荷装置と蒸気発生の為の
   加熱装置を肩する熱サイクルからなり、熱ティクルの一
   部で気液二相流状態が発生する蒸気循環システムにおい
   て、前記気液二相流を気相と液相に分離する気液分離装
   置と、分ｍされ友液体をポンプで昇圧したのち卯熱し蒸
   気を発生させる装置と、分離されｆＩ−蒸気ｔ−削記蒸
   気発生装置で発生した蒸気によって駆動するジェットポ
   ンプよりなること１−％像とする蒸気循環システム。