JPS5823205A - ト−タルフロ−タ−ビン発電装置 - 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】 本発明はアキュムレータに貯蔵した熱水で回転する熱水
タービンとこの熱水タービンにより熱水から分離でｎた
蒸気で回転する蒸気タービンとで発電を行なうトータル
フロータ−ビン発電装置に関するものでるる。

蒸気タービン発電装置には、ピーク負荷時や不時の発電
に備えて低負荷時等に熱エネルギを貯蔵しておく之めの
蒸気アキュムレータを設けることがある。第１図（、）
は従来におけるこの種蒸気アキュ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６って、ボイラ１から
主タービン２へ向う蒸気配管３にはパルプ４．５ｔ−備
えた配管６が分岐さｎており、この配管６内には、アキ
ュムレータＴとアキュムレータタービン８とが設けられ
ている。また、主タービン２とアキュムレータタービン
８とには、それぞれ発電機９，１０と復水器１１．１２
とが接続盲ｎている。常時は、主タービン２によって発
電が行なわｎ、排出蒸気は復水器で復水さ扛てボイラ１
へ供給式ｎる。また、夜間の低負荷時等には、パルプ４
が開かれて蒸気の一部がアキュムレータＴへ導か扛、同
圧の熱水１３と蒸気１４となって貯蔵さｎる。そして、
ピーク負荷時等には、パルプ５ｆ：開くとアキュムレー
タＴ内の蒸気１４がアキュムレータタービン８へ供給さ
ｎて発電が行なわｎ５その電力が主タービン２による発
電電力に付加式れる。ｔｆＣ，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、アキュムレータ
７の蒸気を主タービン２の低圧域へ送入する場合もめる
。

第２図は、この種従来のアキュムレータ付き蒸気タービ
ン発電装置におけるアキュ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って、横軸には、蒸気消費
？初期熱水量に対する発生蒸気証の割合（％）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、発電のために蒸気全消費するにし
たがってタンク内の温度と圧力が降下し、例えば満夕、
のときのタンク内温度か２９４℃で圧力が８０．５　ｋ
ｆ／　ｃｗｒ　２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２０　ｋｇ／ｃｍ”程度に制限され、また、最低使
用圧力は発電用の場合０．５ｋｇ／Ｃ１ｎ２（８０℃）
、工場用の場合２〜６梅Ａ♂（１２０℃〜１５０℃）で
あるから、最高が２１２℃、２０．２ｋｙ／ｍ”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、従来のアキュ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
悪いばかヤでなく、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扛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ｎるという欠点があった。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は圧力
が低下するにつｎてこ扛ヲ切換えて仕事をてせるという
構造が採らｎているので、構造および制御かきわめて複
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式せるという欠点があった。

本発明は以上のような点に鑑みなされたもので、アキュ
ムレータの熱水取出口金熱水タービンに接続してその蒸
気取出口を蒸気タービンに接続し、アキュムレータから
取出した熱水で回転する熱水タービンと、この熱水ター
ビンによシ熱水から分離さｎｆＣ，蒸気で回転する蒸気
タービンとで発電を行なわせるとともに、アキュムレー
タに圧力補給手段を付設して熱水消費によるアキュムレ
ータ内の圧力、温度降下を補填させるように構成するこ
とによ〕、貯蔵した熱エネルギの１１とんど全量を使用
することを可能ならしめてアキュムレータの容器利用率
を向上させ、圧力変動の繰返しによるアキュムレータ容
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、タービンの入口条件を
一定にしてタービンの効率を向上させその構造の簡累化
を計ったトータルフロータ−ビン発電装置を提供するも
のでるる。以下、本発明の一実施例を図面に基いて詳細
に説明する。

第３図は本発明に係るトータルフロータ−ビン発電装置
の一実施例の概要構成図を示・丈。図において、ボイラ
から発電用の王タービンへ向う配管２１から分岐てｔた
配管２２は、アキュムレータ２３の蒸気供給口２４と接
続さｎてお９、この配ｖ２２内にはバルブ２５が設けら
ｎ、ている。アキュムレータ２３は、円筒状に形成でｆ
た密閉容器であって、その内部には、バルブ２５の開放
によって供給される蒸気で加熱さｒｔ、た熱水２６が貯
蔵されるように構成さｔておシ、このアキエムレータ２
３の熱水取出口２Ｔはバルブ２８ｔ−備えた配管２９に
よって熱水タービン３０に接続さｎている。この熱水タ
ービン３０は、バルブ２８の開放によりアキエムレータ
から供給テ扛た熱水２６を中温水と蒸気とに分離する機
能を有しておシ、その蒸気取出口３１は、配管３２によ
って蒸気タービン３３に接続さｎているとともに、中温
水取出口３４は、温水タンク（図示せず）に接続δ扛て
いる。さらに、蒸気タービン８３には発電機３５に接続
されておシ、蒸気タービン３３とこれに接続さｎた熱水
タービン３０とでいわゆるトータルフロー発電が行なわ
ｎる。また、蒸気タービン３３の蒸気吐出口３６は、図
示しない復水器會介して温水タンク等に接続式ｎでいる
。

一方、アキュムレータ２３には、圧力流体補給手段とし
て、配管２２と接続されてバルブ３１を備えた配管３８
が付設系れてお９、熱水取出口２Ｔから取出される熱水
に応じた童の蒸気が補填ぢ扛るように構成さ扛ている。

また、配管３８内には、アキュムレータ２３内の圧力を
検出して開閉する調節弁３９が設けらｎている。

以上のように構成式ｎ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
によって発電が行なわｎる。そして、夜間の低負荷時等
には、バルブ２５が開か扛、配管２１を通る蒸気の一部
は配管２２を通って蒸気供給口２４からアキュムレータ
２３へ供給式ｒＬることにより、同温回出の蒸気と熱水
として貯蔵で７Ｌる。ぞして、ピーク負荷時等には、バ
ルブ２８を開いてアキュムレータ２３と熱水タービン３
０とを連通さぜるとともに、アキュムし／−夕２３へ蒸
気を補填する配管３８のバルブ３７を開いて蒸気源とア
キュムレータ２３とを連通ぜせ、また、熱水貯蔵用のバ
ルブ２５を閉じる。このような状態で配管２１全通って
蒸気全送り続けると、主タービンによる発電が続けら扛
るとともに、アキュムレータ２３から熱水２６が取出ざ
ｇ熱水タービン３０に供給さｎるので、この熱水２６が
熱水タービン３０によって中温水と蒸気とに分離式ｎ、
このうちの蒸気が蒸気タービン３３に供給式れる。

供給ざｎた蒸気による蒸気タービｙ３３の回転と熱水タ
ービン３０の回転とで発電機３５が回転してトータル７
０−発電が行なわ扛、とｎが主タービンによる発電容量
に付加さｎるので、ビーブ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、復水器で復水場ｔ′
Ｌ、之のちボイラ給水等に用いらｎｌまた、熱水タービ
ン３０で熱水から分離された温水は、温水取出口３４か
ら排出さｎ、ボイラ給水に用いらｎたシロるいはアキュ
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、アキュムレータ２３から熱水２６が取出
てルることにより、アキュムレータ２３内の温度、圧力
が降下しようどするが、アキュムレータ２３へは蒸気源
と接続ｇｎ＋配管３８會通シ調節弁３７で調節された熱
水取出量に応じた量の蒸気が供給す扛て龜るので、アキ
ュムレータ２８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、アキュムレ
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アための蒸発に
よって発生するものであるから、従来のようにアキュム
レータ２３から蒸気を取出ｊ′場合と比較してその量が
少ないので、蒸気の補填は少量ずつでよい。

第４図はアキュムレータ２３の熱水消費とタンク内温度
変化との関係全第２図に対応１〜て示テ線図であって、
横軸には熱水消費（！−初期熱水量に対する発生蒸気量
の割合（２）で示しており、縦軸にはタンク内温度全℃
で示している。但しこの場合はＵτ２図の配管３ｊによ
る蒸気の補填を行なわない場合を示しでいる。図におい
て明らかなように、熱水金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８との温度、圧力降下も縞２
図の蒸気取出し式と比較してそのカーブが緩やかでるる
。すなわち蒸気の補填を行なわなくても、熱水消費に対
するアキュムレータ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不埒くなり、タンクの容量
を大きくすることができる。

さらに、第５図はこのアキュムレータ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ピの
比との関係線図で６って、横軸にｄ、アキュムレータ内
温度℃ｔとり、縦軸には飽和熱水対飽和蒸気の比容積比
、エンタルピを、熱水を１として倍数で貴わしている。

１らに、第６図はアキュムレータ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ろって、
横軸にはアキュムレータ内温度℃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
異わしている。第５図において例えば２００℃のアキュ
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
って、アキュムレータ２３から取出す熱水の１７１、ｏ
の重量、流量の蒸気を補充すればアキュムレータ２３内
の圧力會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、熱水による工熱水
を熱水タービン３０へ導いて蒸気を発生式せる場合の発
生蒸気量は条件により異なるが熱水のし４程度でめり、
補給蒸気と発生蒸気との比はなお、本実施例においては
アキュムレータ２３における熱水消費に対して補充する
圧力流体として蒸気音用いた例を示したが圧縮空気でも
よいし、圧縮窒素などの流体を用いてもよい。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。

以上の説明により明らかなように、本発明によ扛ば、熱
エネルギーを貯蔵するアキュムレータの熱水取出口を熱
水タービンに接続してその蒸気取出口を蒸気タービンに
接続し、アキュムレータから取出した熱水で回転する熱
水タービンと、この熱水タービンにより熱水から分離て
れた蒸気で回転する蒸気タービンとで発１！１を行なわ
せるとともに、アキュムレータに圧力補給手段全付設し
て熱水消費によるアキュムレータ内の圧力、温度降下を
補填てせるように構成することにより、常に一定状態に
近い熱水と蒸気を発生することができるので、タービン
の構造が簡素化さ扛その効率を向上させることができる
とともに、ピーク時には補給蒸気の数倍ないし数百倍の
蒸気全発生させることができ、きわめて効率的でろる。

また、アキュムレータ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、蓄熱効果が高く容器
の利用率が向上するとともに、圧力変動の繰返しによる
アキュムレータ容器の応力変動がなくなるので、こｆＬ
金大容量とすることができ取出す熱エネルギの高温高圧
化金計ることができる。

【図面の簡単な説明】

ｉｉ図および第２図は従来の蒸気タービン発電装置を示
し、第１図（ａ）　、　（ｂ）はそｎ（Ｊｒｔその概要
構成図、第２図はアキュ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
係るトータルフロータ−ビン発電装置を示し、第３図は
その概要構成図、第４図はアキュ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５図はアキュムレー
タの内部温度と飽和熱水対飽和蒸気の比容積の比および
エンタルピの比との関係線図、第６図はアキュムレータ
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
線図でめる。 ２３・・・・アキュムレータ、２７・・・・熱水取出口
、３０・・・・熱水タービン、３１・・・・蒸気取出口
、３３・・・・蒸気タービン、３５・・・・発電機、３
８・・・・配管。 特許出願人　　三井造船株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱エネルギを貯蔵するアキュムレータの熱水取出口を熱
   水タービンに接続し、この熱水タービンの蒸気取出口を
   蒸気タービンに接続するとともに、前記アキュムレータ
   の熱水消費による圧力降下を補填する圧力流体補給手段
   を設けたことを特徴とするトータルフロータ−ビン発電
   装置。