(57)【要約】【課題】始動期間をさらに短縮することができる非常用ディーゼル発電設備を提供する。【解決手段】非常用ディーゼル発電設備１はディーゼル機関２及び発電機１３を有する。ディーゼル機関２は、所内電源及び外部電源からの電流の供給が断たれたとき、空気貯槽１９内の圧縮空気をシリンダ３内に供給して始動される。潤滑油供給ポンプ３９は、その圧縮空気の供給により駆動され、潤滑油タンク３０内の潤滑油を軸受１１，１２，１６，１７に供給する。軸受１１，１２はディーゼル機関２の、シリンダ３内のビストン６の往復動により回転するクランク軸１０を支持し、軸受１６，１７は、クランク軸１０に連結される、発電機１３のロータ１４を支持する。空気駆動発電機４８は、上記の圧縮空気によって駆動され、電力を発生する。この電力は、潤滑油加熱器４０の電気ヒータ５２に供給され、各軸受に供給される潤滑油を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関の回転軸に連結されるロータを有する第１発電機と、圧縮空気を用いて前記ディーゼル機関を始動させる始動装置と、前記回転軸を支持する第１軸受及び前記ロータを支持する第２軸受に潤滑油を供給し、前記回転軸の回転によって駆動されて前記潤滑油を昇圧する第１潤滑油供給ポンプを有する潤滑油供給装置と、前記ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動され、前記第１及び第２軸受に供給される前記潤滑油を昇圧する第２潤滑油供給ポンプと、前記ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動される第２発電機と、前記第２発電機で発生した電力が供給され、前記第２潤滑油供給ポンプによって前記第１及び第２軸受に供給される前記潤滑油を加熱する加熱装置とを備えたことを特徴とする非常用ディーゼル発電設備。
【請求項２】
前記ディーゼル機関を始動させる前記圧縮空気、前記第２潤滑油供給ポンプを駆動させる前記圧縮空気、及び前記第２発電機を駆動させる前記圧縮空気を蓄える貯槽を備えた請求項１に記載の非常用ディーゼル発電設備。
【請求項３】
前記圧縮空気を前記ディーゼル機関に供給する第１配管に設けられた第１弁、前記圧縮空気を前記第２潤滑油供給ポンプに供給する第２配管に設けられた第２弁、及び前記圧縮空気を前記第２発電機に供給する第３配管に設けられた第３弁を制御する制御装置を設けた請求項１または２に記載の非常用ディーゼル発電設備。
【請求項４】
ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関の回転軸に連結されるロータを有する第１発電機と、圧縮空気を用いて前記ディーゼル機関を始動させる始動装置と、前記回転軸を支持する第１軸受及び前記ロータを支持する第２軸受に潤滑油を供給し、前記回転軸の回転によって駆動されて前記潤滑油を昇圧する第１潤滑油供給ポンプを有する潤滑油供給装置とを備えた非常用ディーゼル発電設備の運転方法において、
前記ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により第２潤滑油供給ポンプを駆動してこの第２潤滑油供給ポンプで昇圧された前記潤滑油を前記第１及び第２軸受に供給し、
前記ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により第２発電機を駆動して電力を発生させ、
前記第２潤滑油供給ポンプによって前記第１及び第２軸受に供給される前記潤滑油を加熱する加熱装置に前記第２発電機から電力を供給し、
前記加熱された潤滑油が前記第１及び第２軸受に供給された後、前記ディーゼル機関を始動させることを特徴とする非常用ディーゼル発電設備の運転方法。
【請求項５】
前記ディーゼル機関を始動させる前記圧縮空気、前記第２潤滑油供給ポンプを駆動させる前記圧縮空気、及び前記第２発電機を駆動させる前記圧縮空気が１つの貯槽から供給される請求項４に記載の非常用ディーゼル発電設備の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常用ディーゼル発電設備及び非常用ディーゼル発電設備の運転方法に係り、特に、原子力発電プラントに適用するのに好適な非常用ディーゼル発電設備及び非常用ディーゼル発電設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントである原子力発電プラントは、この原子力発電プラントからの電力（所内電源）及び他の発電プラントからの電力（外部電源）が途絶えた停電状態において非常用電源として用いる非常用ディーゼル発電設備を備えている。この非常用ディーゼル発電設備は、その停電状態において電力を発生し、原子力発電プラントにその電力を供給する。非常用ディーゼル発電設備の一例が特開２００７−９２６４０号公報に記載されている。
【０００３】
特開２００７−９２６４０号公報に記載された非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関及び発電機を有し、ディーゼル機関と発電機を軸受で支持されるクランク軸で連結している。原子力発電プラントが運転されて電力を発生しているとき、非常用ディーゼル発電設備は電力を発生する必要がないので待機状態にある。非常用ディーゼル発電設備では、この待機状態においても、停電時におけるディーゼル機関の始動期間を短縮するために、潤滑油プライミングポンプを駆動して上記の軸受に潤滑油を供給している。潤滑油プライミングポンプは所内電源によって駆動される。原子力発電プラントの運転が停止されて所内電源が使用できない場合には、潤滑油プライミングポンプは外部電源によって駆動される。
【０００４】
非常用ディーゼル発電設備は、所内電源が停電になったときに駆動されるが、ディーゼル機関の始動を補助するための圧縮空気を蓄えた空気貯槽を備えている。所内電源が停電したとき、空気貯槽内の圧縮空気がディーゼル機関のシリンダ内に供給され、圧縮空気の膨張力によりピストンを作動させる。燃料油がシリンダ内に供給されて着火が始まり、ディーゼル機関が始動する。このとき、外部電源も停電した場合には、潤滑油プライミングポンプが駆動されず、軸受への潤滑油の供給ができなくなる。
【０００５】
軸受への潤滑油の供給停止を避けるために、非常用ディーゼル発電設備は、空気貯槽内の圧縮空気を用いて駆動する潤滑油供給ポンプを有している。所内電源が停電して非常用ディーゼル発電設備を駆動させるとき、外部電源が停電状態になっていときには、空気貯槽内の圧縮空気をその潤滑油供給ポンプに供給して潤滑油供給ポンプを駆動し、軸受に潤滑油を供給する。この潤滑油供給ポンプの構造は、特開２００７−９２６４０号公報の図２に示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−９２６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸受に供給する潤滑油は、ディーゼル機関の始動時間を短縮するために、非常用ディーゼル発電設備を待機状態においても加熱する必要がある。このため、その待機状態においては、所内電源（または外部電源）に接続される電気ヒータを設置し、この電気ヒータにより潤滑油を加熱することが提案されている。
【０００８】
特開２００７−９２６４０号公報に記載された非常用ディーゼル発電設備は、軸受に供給する潤滑油の加熱装置を備えていない。上記の電気ヒータを潤滑油の供給配管に設置することが考えられる。しかしながら、この場合でも、所内電源が停電して非常用ディーゼル発電設備を駆動させるとき、外部電源が停電状態になっているときには、圧縮空気により駆動された潤滑油供給ポンプにより軸受に供給される潤滑油の温度が設定温度よりも低下する。このため、ディーゼル機関の始動に要する時間が長くなる。
【０００９】
本発明の目的は、始動期間をさらに短縮することができる非常用ディーゼル発電設備及び非常用ディーゼル発電設備の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ディーゼル機関と、ディーゼル機関の回転軸に連結されるロータを有する第１発電機と、圧縮空気を用いてディーゼル機関を始動させる始動装置と、その回転軸を支持する第１軸受及びロータを支持する第２軸受に潤滑油を供給し、その回転軸の回転によって駆動されて潤滑油を昇圧する第１潤滑油供給ポンプを有する潤滑油供給装置と、ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動され、第１及び第２軸受に供給される潤滑油を昇圧する第２潤滑油供給ポンプと、ディーゼル機関を始動させる際に、圧縮空気により駆動される第２発電機と、第２発電機で発生した電力が供給され、第２潤滑油供給ポンプによって第１及び第２軸受に供給される潤滑油を加熱する加熱装置とを備えたことにある。
【００１１】
圧縮空気により駆動される第２発電機が設けられているので、所内電源及び外部電源が停電したときに、この第２発電機によって発電することができる。この発電によって発生した電力は加熱装置に供給され、第１及び第２軸受に供給される潤滑油が加熱装置によって加熱される。圧縮空気により駆動される第２潤滑油供給ポンプを設置しているので、所内電源及び外部電源の停電時において、加熱装置で加熱された潤滑油を、第２潤滑油供給ポンプによって、第１及び第２軸受に供給することができる。このため、ディーゼル機関をより早く始動させることができ、非常用ディーゼル発電設備の始動期間をさらに短縮することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非常用ディーゼル発電設備の始動期間をさらに短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な一実施例である非常用ディーゼル発電設備を、図１を用いて説明する。本実施例の非常用ディーゼル発電設備１は、ディーゼル機関２、発電機（第１発電機）１３、始動空気系（始動装置）１８、燃料油系（燃料油供給装置）２１、冷却水系（冷却水供給装置）２４、潤滑油系（潤滑油供給装置）２９及び始動補助装置３７を備えており、原子力発電プラントである沸騰水型原子力発電プラントに設けられている。
【００１４】
ディーゼル機関２は、シリンダ３、ピストン６、ピストンロッド７及びクランク軸１０を有する。シリンダ３は入口側のシリンダ冷却室４及び出口側のシリンダ冷却室５を有する。シリンダ３内に配置されるピストン６がピストンロッド７に連結され、ピストンロッド７は軸受１１，１２で支持されるクランク軸１０に連結される。シリンダ３には、さらに、吸気パイプ８及び排気パイプ９が接続される。
【００１５】
発電機１３は、ロータ１４及びステータ１５を有する。ロータ１４は、軸受１６，１７で支持され、クランク軸１０に連結されている。始動空気系１８は圧縮空気が蓄えられた空気貯槽１９を有する。空気貯槽１９は開閉弁６３が設けられた空気配管２０によってシリンダ３に接続される。燃料油系２１は燃料油を蓄える燃料タンク２２を有する。燃料タンク２２は開閉弁６２が設けられた燃料配管２３によりシリンダ３に接続される。燃料タンク２２はシリンダ３よりも高い位置に配置され、燃料タンク２２内の燃料油が重力によりシリンダ３内に供給できるようになっている。
【００１６】
冷却水系２４は、清水が充填された清水タンク２５及び清水ポンプ２６を有している。清水タンク２５には、冷水が流れる伝熱管である冷却器６０が設けられる。清水タンク２５に接続された清水供給管２７がシリンダ冷却室４に接続される。清水ポンプ２６が清水供給管２７に設けられる。シリンダ冷却室４に連絡されるシリンダ冷却室５に接続された清水戻り管２８が清水タンク２５に接続される。清水ポンプ２６は、クランク軸１０に連結されており、クランク軸１０の回転によって回転される。
【００１７】
潤滑油系２９は、潤滑油タンク３０、潤滑油ポンプ（第１潤滑油供給ポンプ）３１、冷却器３２及び逆止弁３３を有する。潤滑油供給管３４が潤滑油タンク３０と冷却器３２を接続する。潤滑油ポンプ３１が潤滑油供給管３４に設けられる。冷却器３２に接続された潤滑油供給管３５が、クランク軸１０を支持する軸受１１，１２及びロータ１４を支持する軸受１６，１７に接続される。逆止弁３３が潤滑油供給管３５に設けられる。軸受１１，１２，１６，１７に接続された潤滑油戻り管３６が、潤滑油タンク３０に接続される。潤滑油ポンプ３１も、クランク軸１０に連結されており、クランク軸１０の回転によって回転される。
【００１８】
始動補助装置３７は、潤滑油補助装置３８及び空気駆動発電機（第２発電機）４８を有する。潤滑油補助装置３８は、電気ヒータ５２が設置された潤滑油加熱器４０、潤滑油供給ポンプ（第２潤滑油供給ポンプ）３９及び逆止弁４１を有する。潤滑油供給ポンプ３９は、特開２００７−９２６４０号公報の図２に示す構成を有している。潤滑油加熱器４０に接続された潤滑油供給管４３が潤滑油タンク３０に接続される。潤滑油加熱器４０は潤滑油供給管４４によって潤滑油供給ポンプ３９に接続される。逆止弁４１を設けた潤滑油供給管４５が、潤滑油供給ポンプ３９と潤滑油供給管３５を接続する。開閉弁４２が設けられた空気供給管４６が空気貯槽１９と潤滑油供給ポンプ３９を接続する。電気ヒータ（加熱装置）５２が潤滑油加熱器４０に設置されている。
【００１９】
空気駆動発電機４８を、図２に基づいて説明する。空気駆動発電機４８は、ケーシング４９、空気タービン５０、回転軸５１、回転子５２及び固定子５３を有している。空気タービン５０、回転軸５１、回転子５２及び固定子５３は、ケーシング４９内に配置される。回転軸５１は、ケーシング４９に設置された軸受５４によって支持される。空気タービン５０及び回転子５２が回転軸５１に取り付けられる。ケーシング４９に設置された環状の固定子５３は回転子５２の周囲を取り囲んでいる。回転子５２の界磁には永久磁石が使用されるので、回転子５２に対する励磁電源は不要となる。
【００２０】
ケーシング４９に設置されたシール部材５５は、ケーシング４９内の、空気タービン５０が配置された空間と回転子５２及び固定子５３が配置された空間をシールしている。空気貯槽１９に接続された空気供給管５７が、ケーシング４９の、空気タービン５０の空気入口側に接続される。開閉弁５６が空気供給管５７に設置される。空気排出管５８が、ケーシング４９の、空気タービン５０の空気排出側に接続される。空気駆動発電機４８は支持部材５９によって架台６１に設置される。
【００２１】
開閉弁４２，５６，６２，６３は、制御装置６４で開閉が制御される。この制御装置６４にはバッテリが接続されている。
【００２２】
非常用ディーゼル発電設備１が待機状態にあるときには、ディーゼル機関２が作動していないので、クランク軸１０が回転していなく清水ポンプ２６及び潤滑油タンク３０も停止している。このため、非常用ディーゼル発電設備１の待機時には、潤滑油が軸受１１，１２，１６，１７に供給されていない。
【００２３】
沸騰水型原子力発電プラントの運転が停止されて所内電源が停電になり、外部電源も停電になっているとき、非常用ディーゼル発電設備１が起動される。非常用ディーゼル発電設備１の起動について説明する。
【００２４】
所内電源及び外部電源が停電状態になったとき、制御装置６４に停電信号が入力される。制御装置６４は、停電信号を入力したとき、開閉弁４２，５６，６２，６３に開信号をそれぞれ出力し、閉じているこれらの開閉弁を開く。制御装置６４は、開閉弁４２，５６に同時に開信号を出力し、その後、開閉弁６２及び開閉弁６３の順に開信号を出力する。
【００２５】
開閉弁５６が開くと、空気貯槽１９内の圧縮空気が空気供給管５７を通って空気駆動発電機４８内に供給される。空気タービン５０が、この圧縮空気によって回転され、回転子５２を回転させる。空気タービン５０を回転させた圧縮空気は空気排出管５８に排出される。回転子５２の回転によって発電され、発生した電力が固定子５３から取り出される。この電力が電気ヒータ５２に供給される。このため、所内電源及び外部電源が停電になったときには、後述するように、潤滑油供給ポンプ３９が駆動され、潤滑油タンク３０内の潤滑油が潤滑油加熱器４０に導かれる。この潤滑油は、潤滑油加熱器４０内において、空気駆動発電機４８で発電された電力が供給される電気ヒータ５２によって設定温度まで加熱される。空気駆動発電機４８内に設置されたシール部材５５は、空気タービン５０に供給された圧縮空気がケーシング４７内の、回転子５２及び固定子５３が配置された空間に漏洩することを防止している。
【００２６】
開閉弁４２が開くので、空気貯槽１９内の圧縮空気が空気供給管４６を通って潤滑油供給ポンプ３９に供給され、潤滑油供給ポンプ３９が駆動される。これにより、潤滑油タンク３０内の潤滑油が、潤滑油加熱器４０に導かれ、前述したように、設定温度に加熱される。電気ヒータ５２によって設定温度に加熱された潤滑油が、潤滑油供給管４４によって潤滑油加熱器４０から潤滑油供給ポンプ３９に供給され、潤滑油供給ポンプ３９によって昇圧される。この潤滑油は、潤滑油供給管４５，３５を通って軸受１１，１２，１６，１７にそれぞれ供給される。軸受１１，１２，１６，１７から排出された潤滑油は、潤滑油戻り管３６を通って潤滑油タンク３０に戻される。潤滑油タンク３０内の潤滑油は、潤滑油供給管４３を通って潤滑油加熱器４０に導かれ、電気ヒータ５２で加熱される。潤滑油タンク３０、潤滑油加熱器４０、潤滑油供給ポンプ３９、軸受１１，１２，１６，１７及び潤滑油タンク３０を流れる潤滑油の循環流は、潤滑油供給ポンプ３９が駆動している間、発生する。潤滑油供給ポンプ３９の駆動によって潤滑油が軸受１１，１２，１６，１７に供給されるので、ディーゼル機関２が始動する前に、クランク軸１０と軸受１１，１２の間、及びロータ１４と軸受１６，１７の間に、電気ヒータ５２で暖められた潤滑油の膜を形成することができる。
【００２７】
潤滑油供給ポンプ３９が駆動された後に制御装置６４から出力された開信号に基づいて開閉弁６３が開く。開閉弁６３が開くと、空気貯槽１９内の圧縮空気が空気配管２０を通ってシリンダ３内に供給される。シリンダ３内に供給された圧縮空気は、シリンダ３内で膨張し、ピストン６を作動させる。ピストン６の往復動がピストンロッド７によってクランク軸１０に伝えられ、クランク軸１０が回転する。
【００２８】
クランク軸１０の回転後に制御装置６４から開閉弁６２に開信号が出力される。この開信号により開閉弁６２が開くので、燃料タンク２２内の燃料油が、重力の作用により、燃料配管２３を通ってシリンダ３内に供給される。シリンダ３内には、吸気パイプ８を通して燃焼空気が供給される。シリンダ３内で燃料油が着火され、ディーゼル機関２が始動する。その後、ディーゼル機関２は燃料油の供給によって駆動される。シリンダ３内で発生した排気ガスは、排気パイプ９を通して外部に排出される。
【００２９】
クランク軸１０の回転によって、クランク軸１０に連結されたロータ１４が回転し、ステータ１５から発生した電力が取り出される。この電力は、沸騰水型原子力発電プラントの必要な箇所に供給される。
【００３０】
ディーゼル機関２が始動してクランク軸１０が回転されたとき、開閉弁４２，５６，６３が閉じられる。このため、空気貯槽１９からシリンダ３への圧縮空気の供給が停止される。空気貯槽１９から潤滑油供給ポンプ３９への圧縮空気の供給が停止され、潤滑油供給ポンプ３９の駆動が停止される。さらに、空気貯槽１９から空気駆動発電機４８への圧縮空気の供給が停止され、空気駆動発電機４８の駆動が停止される。これにより、空気駆動発電機４８から電気ヒータ５２への電流の供給が停止される。
【００３１】
潤滑油供給ポンプ３９が停止された後における潤滑油の軸受１１，１２，１６，１７への供給は、潤滑油ポンプ３１によって行われる。クランク軸１０に連結された潤滑油ポンプ３１は、クランク軸１０の回転によって駆動される。潤滑油タンク３０内の潤滑油は、潤滑油ポンプ３１で昇圧されて潤滑油供給管３４により冷却器３２に導かれる。冷却器３２で所定温度に冷却された潤滑油は、潤滑油供給管３５を経て軸受１１，１２，１６，１７に供給される。軸受１１，１２，１６，１７から排出された潤滑油は、潤滑油戻り管３６を通って潤滑油タンク３０に戻される。クランク軸１０及びロータ１４の回転によって軸受１１，１２，１６，１７の温度が上昇するので、軸受１１，１２，１６，１７には冷却器３２による冷却で温度が低下した潤滑油を供給する必要がある。
【００３２】
ディーゼル機関２が始動してクランク軸１０が回転されたとき、シリンダ３を冷却する必要がある。このシリンダ３の冷却は、冷却水系２４によって行われる。クランク軸１０に連結された清水ポンプ２６は、クランク軸１０の回転によって駆動される。冷却器６０で冷却された、清水タンク２５内の清水は、清水ポンプ２６によって昇圧され、シリンダ冷却室４に供給される。この清水は、シリンダ冷却室４からシリンダ冷却室５に流出し、清水戻り管２８によって清水タンク２５に戻される。シリンダ３は、シリンダ冷却室４及びシリンダ冷却室５に供給された清水によって冷却される。
【００３３】
本実施例は、非常用ディーゼル発電設備の待機状態では潤滑油が軸受１１，１２，１６，１７に供給されなく、所内電源及び外部電源が停電になったときに、圧縮空気によって潤滑油供給ポンプ３９が駆動されて潤滑油を軸受１１，１２，１６，１７に供給することができ、ディーゼル機関２の始動前に、軸受１１，１２，１６，１７に油膜を形成することができる。このため、従来技術に設けられて待機状態において軸受１１，１２，１６，１７に潤滑油を供給する潤滑油プライミングポンプが不要になり、非常用ディーゼル発電設備をコンパクト化することができる。
【００３４】
本実施例では、所内電源及び外部電源からの電流の供給が停止されたとき、圧縮空気が空気駆動発電機４８に供給され、空気駆動発電機４８によって電力が発生する。この電力が電気ヒータ５２に供給されるので、軸受１１，１２，１６，１７に供給する潤滑油を設定温度に加熱することができる。このため、軸受１１，１２，１６，１７の温度が上昇し、ディーゼル機関２の始動時間をさらに短縮することができる。
【００３５】
本実施例では、非常用ディーゼル発電設備の待機時において、電気ヒータ５２に電流が供給されず、潤滑油が加熱されない。このため、非常用ディーゼル発電設備の待機時における非常用ディーゼル発電設備での消費電力が０になる。
【００３６】
本実施例の非常用ディーゼル発電設備１は、加圧水型原子力発電プラント等の他の原子力発電プラントに適用することができる。さらに、本実施例の非常用ディーゼル発電設備１は、火力発電プラント及び化学プラントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の好適な一実施例である非常用ディーゼル発電設備の構成図である。
【図２】図１に示す空気駆動発電機の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…非常用ディーゼル発電設備、２…ディーゼル機関、３…シリンダ、６…ピストン、１０…クランク軸、１１，１２，１６，１７…軸受、１３…発電機、１４…ロータ、１５…ステータ、１８…始動空気系、１９…空気貯槽、２１…燃料油系、２２…燃料タンク、２４…冷却水系、２５…清水タンク、２６…清水ポンプ、２９…潤滑油系、３０…潤滑油タンク、３１…潤滑油ポンプ、３７…始動補助装置、３８…潤滑油補助装置、３９…潤滑油供給ポンプ、４０…潤滑油加熱器、４８…空気駆動発電機、４９…ケーシング、５０…空気タービン、５２…回転子、５３…固定子。
【図１】
2010077856.tif 000003
【図２】
2010077856.tif 000004