JPH07158411A - 発電プラント - Google Patents

発電プラント

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JPH07158411A
JPH07158411A JP5304987A JP30498793A JPH07158411A JP H07158411 A JPH07158411 A JP H07158411A JP 5304987 A JP5304987 A JP 5304987A JP 30498793 A JP30498793 A JP 30498793A JP H07158411 A JPH07158411 A JP H07158411A
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JP
Japan
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turbine
water
steam
condenser
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
JP5304987A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Hatamiya
重雄 幡宮
Koichi Chino
耕一 千野
Yasuko Ajiro
泰子 網代
Harumi Wakana
晴美 若菜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】水素と酸素を燃焼させ、水蒸気が混入される燃
焼器と、水蒸気によって駆動されるタービンと、排出さ
れた水蒸気を導き、冷却水との直接接触により凝縮させ
る凝縮器と、凝縮水を昇圧するポンプと、タービンによ
り駆動される発電機とから構成される発電プラント。 【効果】タービンの圧力比を現状のガスタービンとそれ
ほど違わない値にすることができ、翼設計の困難さを緩
和できる。また、液体で昇圧を行うため、昇圧に要する
仕事が小さくて済み、温排水として、利用価値の大きい
比較的高温の100℃程度の温排水を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素を燃料とし、酸素
を酸化材として燃焼させ、これにより発生した水蒸気を
作動流体としてタービンを駆動して発電する発電プラン
トに関する。
【0002】
【従来の技術】水素を酸素と完全燃焼させた場合には水
蒸気が発生するだけであり、近年地球環境問題として話
題にのぼる事の多い二酸化炭素や他の有害物質を発生し
ない。水素は燃焼させたときの単位重量あたりの発生熱
量が大きいため、容易に高温を発生できるという特徴が
あり、発電プラントにおいてプラントの効率向上という
観点からも注目すべき燃料である。この水素を利用した
タービンに関する技術は、例えば、特開昭63−32110 号
及び特開平4−66703号公報に記載のものがある。図2は
特開昭63−32110 号公報による、水素を利用した発電プ
ラントの一例で、燃焼器1に水素と酸素が供給されて燃
焼し、これに蒸気が混入され、これにより所定の温度と
圧力に調整された水蒸気がタービン2に流入し、発電機
3が駆動される。そしてタービンから排出された蒸気は
復水器8に流入して凝縮し、その水の一部が給水ポンプ
5を介して昇圧され、給水注入装置9により前述の燃焼
器1に供給されるようになっている。このような発電プ
ラントは、通常の火力発電プラントで行われているボイ
ラの伝熱管を介して水蒸気を発生させる方式とは異な
り、燃焼により直接水蒸気を発生できることから、高温
の蒸気を得ることが容易であり、プラントの熱効率を著
しく向上できる可能性がある。
【0003】また、特開平4−66703号公報に示されるよ
うに、水素と酸素が燃焼して生成した水蒸気を蒸気のま
ま利用し、凝縮することにより復水器の冷却水に持ち去
られる熱エネルギ損失を無くし、高いプラント効率を達
成させようという方式がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開昭63−32110 号公
報による水素燃焼によるタービンでは、タービンを経由
した水蒸気は、最終的には復水器で凝縮させて水とする
ため、タービン出口の圧力は大気圧以下の真空となり、
タービン入口と出口の圧力比が極めて大きくなる。ま
た、水蒸気は比熱が大きいため、他の作動流体に比べ同
じ圧力比でも、タービンを設計する際の翼段数が多くな
る。従って、タービン翼の設計は極めて複雑なものとな
ってしまう。
【0005】一方、特開平4−66703号公報による発電プ
ラントでは、タービンを出た水蒸気は凝縮させずに、蒸
気のままでコンプレッサにより加圧し燃焼器に送るが、
加圧を水の状態で行う方式に比べ、加圧を水蒸気の状態
で行う方式は加圧の際の仕事量が大きくなり、効率的に
不利であるという問題点がある。
【0006】本発明の目的は、このような従来技術の課
題を解決するためになされたもので、タービンの圧力比
が小さいままでも高い効率を達成できる水素燃焼の発電
プラントを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の目的を解決するた
めに本発明による発電プラントは、水素と酸素を燃焼さ
せ、水蒸気が混入される燃焼器と、この燃焼器からの水
蒸気によって駆動されるタービンと、このタービンから
排気される水蒸気を水中に導いて凝縮させる凝縮器と、
凝縮水を昇圧するポンプと、前記タービンにより駆動さ
れる発電機とを含んでいる。また、タービンの後流に凝
縮水を昇温する少なくとも一段の熱回収装置を備えても
よく、更に、燃焼器に供給される酸素および水素を熱回
収装置により加熱してもよい。
【0008】
【作用】本発明の作用を以下に説明する。通常の復水器
では常温の冷却水を使用した場合、復水器内は冷却水温
度に対応した水蒸気の飽和圧力、例えば5kPaから1
0kPa程度の真空になってしまうのに対し、上記の手
段による凝縮器を使用すれば、凝縮器内の圧力を大気圧
(100kPa)前後の値に設定することは容易であ
る。タービンの排気圧は、復水器あるいは凝縮器内の圧
力とほぼ等しくなるため、例えば燃焼器における圧力が
2MPaの場合を考えれば、凝縮器を使用した場合はタ
ービンの入口と出口の圧力比は20であり、通常のガス
タービンとそう違いはない。しかし、通常の復水器を使
用した場合には、この圧力比はタービンの排気圧が10
kPaの場合は200、5kPaの場合は400にな
り、タービン翼の設計は通常のガスタービンとはかなり
異なったものとなる。なお、蒸気タービンの場合は圧力
比は4000をこえる大きな値の場合もあるが、蒸気の
温度は600℃に満たない程度であり、水素を燃焼させ
て得られる水蒸気の温度として、例えば、1300℃以
上を考慮するとなれば、蒸気タービンよりも高温で使用
される、ガスタービンを基準に考えるのが妥当である。
【0009】本発明で考えている凝縮器は、水蒸気を水
中に導いて直接凝縮させる形式のもので、凝縮の際の熱
抵抗は小さく、凝縮器内で凝縮に伴う潜熱の放出がある
ため、凝縮器内の水温を100℃を超える値に維持する
ことは、そう困難ではない。凝縮器内の大きな容積全体
がほぼ一様な温度になっているため、この凝縮器に常温
の冷却水を流入させても、すぐに平均化されてしまい、
例えば、100℃といった所定の温度に維持することが
できる。凝縮器内の温度は冷却水と蒸気の流入流出流量
の熱バランスから決まり、冷却水流量を調整することに
より、凝縮器内の水温を任意に設定できる。タービンの
圧力比を通常のガスタービンとそう違いはない値に設定
するには、凝縮器内の温度を100℃を超える値に設定
できることが重要であり、本発明で考えている凝縮器は
それが可能である。
【0010】タービンを使用したクローズドサイクルを
考える場合、タービンで膨張した流体はどこかで昇圧す
る必要がある。本発明では、この昇圧を水の状態で行っ
ている。水は水蒸気のような気体に比べると、ほとんど
非圧縮性流体とみなせるほどであり、圧力と体積変化の
積として表される加圧仕事は小さく、水の状態で行う加
圧はエネルギ効率の面からは原理的にすぐれている。た
だしその反面、液体で扱うために蒸気を一度凝縮させる
必要があり、その凝縮の際に凝縮潜熱を冷却水側に捨て
ることになり熱損失になるため、このことが、水の状態
で加圧を行う際の短所である。本発明では、水の状態で
加圧を行うこととし、加圧仕事を少なくしてプラント効
率の向上に努めた。なお、凝縮の際冷却水に持ち去られ
る熱エネルギは、大気圧における水の飽和温度(100
℃)前後の値とし、この冷却水を熱のまま利用する際に
利用しやすい温度に設定した。あるいはこの冷却水を高
温側の熱源として発電に利用することもできる。
【0011】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図1を例にして説
明する。燃焼器1に水素供給装置11から供給された水
素と、酸素および水蒸気の混合物が供給されて燃焼し、
この水蒸気の混入量により温度と圧力が調整される。燃
焼器1で発生した水蒸気はタービン2に導入され、発電
機3を駆動して発電する。そしてタービン2から排出さ
れた蒸気は凝縮器4に導かれ、凝縮器の水中で凝縮す
る。この時の凝縮器内の温度は、例えば、100℃ない
しは110℃という温度に設定することができ、タービ
ンの排気圧力はこの温度における飽和蒸気圧にほぼ等し
くなる。凝縮器を経由して水はポンプ5に行き、ここで
昇圧される。ポンプ5で昇圧された水は熱交換器7で加
熱され蒸気の状態になる。この蒸気に、酸素−水蒸気混
合装置12から供給された酸素が混入され、水蒸気と酸
素の混合気体が過熱器6を通過する間に過熱されて高温
になり、燃焼器1に供給される。なお、凝縮器4では、
燃焼に伴って発生する水蒸気を凝縮させるのに必要な流
量の冷却水が冷却水流入口41から注入され、流入冷却
水量と凝縮した蒸気量の合計が冷却水流出口42から流
出する。このときの温度は、例えば、100℃ないしは
110℃という比較的高い値とすることができる。
【0012】本発明の第二の実施例を図3に示す。図1
の実施例との違いは、酸素は水蒸気と混合されずに、直
接燃焼器に供給され、水蒸気がそれらとは別に燃焼器に
供給されている点である。
【0013】本発明の第三の実施例を図4に示す。図1
の実施例との違いは、凝縮器4の冷却水流出口42から
流出した高温の冷却水を、熱のまま利用するのではな
く、この熱エネルギを発電に利用するため、熱交換器7
を介して、タービン2,発電機3,復水器8,ポンプ5
からなるループを構成している点である。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、水素と酸素を燃焼させ
るタービンプラントにおいて、タービンから排出された
蒸気の圧力を大気圧の前後で自由に設定でき、タービン
の圧力比を現状のガスタービンとそれほど違わない値に
することができ、タービン翼設計の困難さを緩和でき
る。また、液体の状態で昇圧を行うため、昇圧に要する
仕事が小さくて済み、温排水として、利用価値の大きい
比較的高温の100℃程度の温排水を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の系統図。
【図2】水素燃焼型タービン発電プラントの従来例の系
統図。
【図3】本発明の第二の実施例の系統図。
【図4】本発明の第三の実施例の系統図。
【符号の説明】
1…燃焼器、2…タービン、3…発電機、4…凝縮器、
5…昇圧ポンプ、11…水素供給装置、12…酸素−水
蒸気混合装置、41…冷却水流入口、42…冷却水流出
口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若菜 晴美 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水素と酸素を燃焼させ、水蒸気が混入され
    る燃焼器と、前記燃焼器からの水蒸気によって駆動され
    るタービンと、前記タービンから排気される水蒸気を水
    中に導いて凝縮させる凝縮器と、凝縮水を昇圧するポン
    プと、前記タービンにより駆動される発電機とを含むこ
    とを特徴とする発電プラント。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記タービンの後流に
    凝縮水,酸素,水素のうちの少なくとも一種類の流体を
    昇温する、少なくとも一段の熱回収装置を備えた発電プ
    ラント。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、酸素が
    水蒸気と混合された状態で前記燃焼器に供給される発電
    プラント。
JP5304987A 1993-12-06 1993-12-06 発電プラント Pending JPH07158411A (ja)

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