(57)【要約】  外部環境に排出される温排水による廃熱量を低減できる熱併給発電プラントを提供する。熱併給発電プラントは、沸騰水型原子力発電プラント及び熱水発生装置を備える。原子炉で発生した蒸気が高圧タービン、低圧タービンに供給され、発電機を回転させて発電が行われる。熱水発生装置は、低圧タービンの排出蒸気を凝縮する復水器の冷却水排出管に接続された熱水管を有し、この熱水管に複数の加熱器及び蒸気ヒートポンプ装置を設置する。低圧タービンからの抽気蒸気が複数の加熱器にそれぞれ供給され、熱水管で導かれた冷却水を加熱する。高圧タービンからの抽気蒸気が熱水管に設けられた他の加熱器に供給され、この加熱器で熱水がさらに加熱され、この熱水が亜臨界水になる。蒸気ヒートポンプ装置では、高圧タービンからの抽気蒸気が圧縮され、この圧縮蒸気で熱水がさらに加熱される。
2011033559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を蒸気にする蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置から前記蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排気された前記蒸気を凝縮する復水器と、熱水発生装置とを備え、
前記熱水発生装置が、水を導く第１配管と、前記タービンから抽気された前記蒸気を導く第２配管と、前記第２配管に接続されて前記第１配管に設けられ、前記第１配管で導かれる前記水を前記第２配管で供給される前記蒸気で加熱する複数の加熱装置とを有することを特徴とする熱併給発電プラント。
【請求項２】
前記第２配管が、前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第１抽気管、及び前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第２抽気管を含み、
前記複数の加熱装置に含まれる第１加熱装置が前記第１抽気管に接続されており、前記複数の加熱装置に含まれる第２加熱装置である蒸気ヒートポンプ装置が、前記第１加熱装置よりも下流で前記第１配管に設けられ、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記第２抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記加熱された水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されている請求項１に記載の熱併給発電プラント。
【請求項３】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記タービンに接続されて前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記第３抽気管が接続された位置より上流の位置で前記タービンに接続されて前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項２に記載の熱併給発電プラント。
【請求項４】
前記タービンが、前記蒸気発生装置から前記蒸気が供給される高圧タービン、及び前記高圧タービンから排気される前記蒸気が供給される低圧タービンを含み、
前記第２配管が、前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第１抽気管、及び前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第２抽気管を含み、
前記複数の加熱装置に含まれる第１加熱装置が前記第１抽気管に接続されており、前記複数の加熱装置に含まれる第２加熱装置が、前記第１加熱装置よりも下流で前記第１配管に設けられ、さらに、前記第２抽気管に接続されている請求項１に記載の熱併給発電プラント。
【請求項５】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記低圧タービンに接続されて前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記高圧タービンに接続されて前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項４に記載の熱併給発電プラント。
【請求項６】
前記複数の加熱装置のうちの１つが蒸気ヒートポンプ装置であり、前記蒸気ヒートポンプ装置が前記第２加熱装置よりも下流に配置され、前記第２配管がさらに前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第５抽気管を含んでおり、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記第５抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記加熱された水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されている請求項４に記載の熱併給発電プラント。
【請求項７】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記低圧タービンに接続されて前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記高圧タービンに接続されて前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管及び前記第５抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項６に記載の熱併給発電プラント。
【請求項８】
前記第１加熱装置と前記給水配管を接続する第１凝縮水配管と、前記蒸気ヒートポンプ装置の各々の前記蒸気冷却装置と前記給水配管を接続する第２凝縮水配管とを備えた請求項３に記載の熱併給発電プラント。
【請求項９】
前記第１加熱装置と前記給水配管を接続する第１凝縮水配管と、前記第２加熱装置と前記給水配管を接続する第２凝縮水配管とを備えた請求項５に記載の熱併給発電プラント。
【請求項１０】
前記第１加熱装置と前記給水配管を接続する第１凝縮水配管と、前記第２加熱装置と前記給水配管を接続する第２凝縮水配管と、前記蒸気ヒートポンプ装置の各々の前記蒸気冷却装置と前記給水配管を接続する第３凝縮水配管とを備えた請求項７に記載の熱併給発電プラント。
【請求項１１】
水を蒸気にする蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置に接続されて前記蒸気を導く主蒸気配管、及び前記主蒸気配管により前記蒸気が供給されるタービンを有する主蒸気系と、前記タービンから排気された前記蒸気を凝縮する復水器と、熱水発生装置とを備え、
前記熱水発生装置が、水を導く第１配管と、前記第１配管に設けられた蒸気ヒートポンプ装置とを有し、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記主蒸気系のある位置、及び前記復水器の蒸気空間のいずれかに接続された抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されていることを特徴とする熱併給発電プラント。
【請求項１２】
前記第１配管が、前記復水器に接続され、前記復水器で前記蒸気を凝縮する冷却水を供給する冷却水供給管、及び前記復水器に接続され、前記復水器で前記蒸気を凝縮して前記復水器から排出される前記冷却水を導く冷却水排出管のいずれかに接続された請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の熱併給発電プラント。
【請求項１３】
前記第１配管が接続されて前記熱水発生装置で生成される熱水が前記第１配管によって供給される熱水利用設備に接続され、前記熱利用設備から排出された、前記熱水の少なくとも一部である排水を導く第３配管が、前記熱水発生装置より上流で前記第１配管に接続される請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の熱併給発電プラント。
【請求項１４】
前記熱水発生装置が、温度が１２０℃から３７０℃の範囲にある前記熱水を生成する熱水発生装置である請求項１に記載の熱併給発電プラント。
【請求項１５】
水を蒸気にする蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置から前記蒸気が供給されるタービンと、前記タービンから排気された前記蒸気を凝縮する復水器と、熱水発生装置と、前記熱水発生装置で生成された亜臨界水である熱水が供給されるバイオマス改質装置とを備え、
前記熱水発生装置が、前記復水器に接続されて前記復水器で前記蒸気を凝縮する冷却水を供給する冷却水供給管、及び前記復水器に接続されて前記復水器で前記蒸気を凝縮して前記復水器から排出される前記冷却水を導く冷却水排出管のいずれかに接続され、冷却水を導く第１配管と、前記タービンから抽気された前記蒸気を導く第２配管と、前記第２配管に接続されて前記第１配管に設けられ、前記第１配管で導かれる前記冷却水を前記第２配管で供給される前記蒸気で加熱する複数の加熱装置とを有することを特徴とするバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項１６】
前記第２配管が、前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第１抽気管、及び前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第２抽気管を含み、
前記複数の加熱装置に含まれる第１加熱装置が前記第１抽気管に接続されており、前記複数の加熱装置に含まれる第２加熱装置である蒸気ヒートポンプ装置が、前記第１加熱装置よりも下流で前記第１配管に設けられ、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記第２抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記加熱された冷却水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されている請求項１５に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項１７】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記タービンに接続されて前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記第３抽気管が接続された位置より上流の位置で前記タービンに接続されて前記タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項１６に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項１８】
前記タービンが、前記蒸気発生装置から前記蒸気が供給される高圧タービン、及び前記高圧タービンから排気される前記蒸気が供給される低圧タービンを含み、
前記第２配管が、前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第１抽気管、及び前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第２抽気管を含み、
前記複数の加熱装置に含まれる第１加熱装置が前記第１抽気管に接続されており、前記複数の加熱装置に含まれる第２加熱装置が、前記第１加熱装置よりも下流で前記第１配管に設けられ、さらに、前記第２抽気管に接続されている請求項１５に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項１９】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記低圧タービンに接続されて前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記高圧タービンに接続されて前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項１８に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２０】
前記複数の加熱装置のうちの１つが蒸気ヒートポンプ装置であり、前記蒸気ヒートポンプ装置が前記第２加熱装置よりも下流に配置され、前記第２配管がさらに前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第５抽気管を含んでおり、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記第５抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記加熱された冷却水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されている請求項１８に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２１】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記低圧タービンに接続されて前記低圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第３抽気管と、前記高圧タービンに接続されて前記高圧タービンから抽気される前記蒸気を導く第４抽気管と、前記給水配管に設けられて前記第３抽気管が接続された第１給水加熱器と、前記給水配管に設けられて前記第４抽気管が接続され、前記第１給水加熱器よりも下流に配置された第２給水加熱器とを備え、
前記第１抽気管が前記第３抽気管に接続され、前記第２抽気管及び前記第５抽気管が前記第４抽気管に接続されている請求項２０に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２２】
水を蒸気にする蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置に接続されて前記蒸気を導く主蒸気配管、及び前記主蒸気配管により前記蒸気が供給されるタービンを有する主蒸気系と、前記タービンから排気された前記蒸気を凝縮する復水器と、熱水発生装置と、前記熱水発生装置で生成された亜臨界水である熱水が供給されるバイオマス改質装置とを備え、
前記熱水発生装置が、前記復水器に接続されて前記復水器で前記蒸気を凝縮する冷却水を供給する冷却水供給管、及び前記復水器に接続されて前記復水器で前記蒸気を凝縮して前記復水器から排出される前記冷却水を導く冷却水排出管のいずれかに接続され、前記冷却水を導く第１配管と、前記第１配管に設けられた蒸気ヒートポンプ装置とを有し、
前記蒸気ヒートポンプ装置が、前記主蒸気系のある位置、及び前記復水器の蒸気空間のいずれかに接続された抽気管で導かれる前記蒸気を順番に圧縮するように配置された複数段の圧縮機と、前記複数段の圧縮機ごとに対を形成して前記第１配管に設けられ、対を形成した前記圧縮機で圧縮された前記蒸気を導く蒸気供給管が接続されて、この蒸気によって前記第１配管内を流れる前記加熱された冷却水をさらに加熱する複数の蒸気冷却装置とを有し、
最終段の前記圧縮機から圧縮された前記蒸気が供給される前記蒸気冷却装置を除いて、前記蒸気供給管が接続された前記蒸気冷却装置が、この蒸気供給管が接続された前記圧縮機以外の他の１つの前記圧縮機に、蒸気排気管によって接続されていることを特徴とするバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２３】
前記復水器と前記蒸気発生装置を接続し、前記復水器で前記蒸気を凝縮することによって生成された給水を前記蒸気発生装置に導く給水配管と、前記蒸気ヒートポンプ装置の各々の前記蒸気冷却装置と前記給水配管を接続する凝縮水配管とを備えた請求項２２に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２４】
前記バイオマス改質装置が、前記熱水が供給され、この熱水によってバイオマスを改質する反応器、及び前記反応器に接続され、前記熱水及び改質によって生成される複数の生成物が供給される分離器を有する請求項１５または２２に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２５】
前記バイオマス改質装置から排出された、前記熱水の少なくとも一部である排水を導く第３配管が、前記熱水発生装置より上流で前記第１配管に接続される請求項１５ないし２４のいずれか１項に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【請求項２６】
前記熱水発生装置が、温度が１２０℃から３７０℃の範囲にある前記熱水を生成する熱水発生装置である請求項１５または２２に記載のバイオマス改質複合発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱併給発電プラント及び熱併給発電バイオマス改質複合プラントに係り、特に、火力発電プラント及び原子力発電プラントを用いるのに好適な熱併給発電プラント及びバイオマス改質複合発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電プラント及び原子力発電プラント等の外熱機関はランキンサイクルを基本とする。ランキンサイクルは、凝縮性の蒸気を作動媒体とするサイクルであり、次の４つの過程からなる。（１）給水を加熱し熱水を生成する。（２）熱水をさらに加熱して蒸気を生成する。（３）蒸気をタービンに送り膨張させて動力を得る。（４）蒸気を凝縮して給水とする。通常の発電プラントでは、これらの４つの過程を、次のように各機器に割り当てる。発電プラントでは、（１）及び（２）をボイラー、及び沸騰水型原子力発電プラントの原子炉等の蒸気発生装置が担い、（３）を蒸気タービンが担い、（４）を復水器が担っており、作動媒体を定常的に循環させる。【０００３】
ランキンサイクルの効率を向上する方法として、通常、再生過程が用いられている。再生過程では、過程（１）での給水の加熱がタービンから抽気した蒸気を用いて行われ、タービンからの抽気により熱が回収される。抽気に伴いタービン出力は減少するが、回収した熱が給水の加熱に有効に使われるため、熱効率が向上する。また、タービン内の湿り度を抑制するため、過程（３）における蒸気の膨張の途中で、蒸気を再加熱する再熱過程が、通常、用いられる。付加的な効果として熱効率及び出力が増加する。【０００４】
凝縮性の蒸気を作動媒体に用いる外燃機関に対しても、より効率の高いカルノーサイクルを実現する蒸気機関が、岩波講座  基礎工学８  熱力学III、２３１頁〜２５２頁（小野  周、岩波書店、（１９７１年１月７日発行））に記載されている（特に、２３４頁〜２３６頁、図６．３参照）。この蒸気機関は、ランキンサイクルの過程（１）に代わり、蒸気の凝縮により生成された給水、及び未凝縮な蒸気を一緒に圧縮して熱水を生成している。この過程を圧縮液化過程と称する。【０００５】
以上に述べた従来技術のうち、再生過程では、タービンからの蒸気の抽気点を無数にとって連続抽気にすることによって、理論上、最大の熱効率を得ることができる。しかしながら、実用上は、蒸気の抽気点を有限にせざるを得ず、再生過程では熱効率を向上させる余地が残されている。【０００６】
特開２００８−２４１３号公報は、図９に蒸気ヒートポンプシステムの例を記載している。この蒸気ヒートポンプは、蒸発器、複数の圧縮機及び複数の冷却塔を備えている。複数の圧縮機は、上流に位置する圧縮機の蒸気吐出口に下流に位置する圧縮機の蒸気流入口を接続することによって、互いに直列に接続される。各冷却塔は、圧縮機と圧縮機の間に配置される。蒸発器で発生した蒸気は、最も上流の圧縮機で圧縮されて温度が上昇し、冷却塔で冷却される。冷却塔で冷却された蒸気は、下流に位置する他の圧縮機で圧縮されて温度が上昇し、他の冷却塔に供給されて冷却される。このように、蒸気ヒートポンプでは、圧縮機による蒸気の圧縮及び冷却塔による圧縮された蒸気の冷却が繰り返される。【０００７】
特開平５−６５８０８号公報は、熱併給蒸気タービンプラントを記載している。この熱併給蒸気タービンプラントは、ボイラーで発生した蒸気をタービンに供給して発電機を回転させて電力を発生し、そのタービンから排気された蒸気を高圧プロセス蒸気供給先及び低圧プロセス蒸気供給先にそれぞれ供給する。高圧プロセス蒸気供給先に供給される蒸気は、タービンから排気された蒸気を圧縮機で圧縮している。【０００８】
実開平１−１２３００１号公報は、復水器から供給した蒸気を一段の圧縮機で圧縮し、圧縮された蒸気を、圧縮機の、軸方向における複数箇所から４段の給水加熱器に供給する火力発電プラントを記載している。【０００９】
近年、バイオマス及び廃棄物の改質に高温高圧の亜臨界水または超臨界水の利用が注目されている。特に、亜臨界水は単位体積中のイオン積が最も高く、バイオマス及び廃棄物の改質に向いているとされる。【００１０】
特開２００８−２９６１９２号公報は循環型連続式亜臨界水反応処理装置を記載している。この循環型連続式亜臨界水反応処理装置では、原料タンク内の液状、固形状及びゲル状の原料を含むスラリー液を、撹拌機を有する供給タンクから、亜臨界水反応器の加熱器部に供給する。このスラリー液が、加熱器部材で、ボイラーから供給される加熱媒体によって加熱され、亜臨界水状態になる。このスラリー液は、亜臨界水反応器の気液分離器部に導かれる。【００１１】
米国特許第７４７６２９６号明細書は、有機材料及び廃棄物材料を有用な生成物へ転換するための装置を記載している。この装置は、臓物、家畜糞尿、都市下水汚泥、タイヤ及びプラスチックなどといった様々な廃棄物を、悪臭を発生することなく、受容可能な費用及び高いエネルギー効率で、気体、油、スペシャルティーケミカル及び炭素固体を含む有用な材料を生成する。その装置は、有機液から液体及び気化油の混合物を生成する加熱器、混合物を炭素固体及び炭化水素／気体混合物に転換する反応器、炭素固体を受容する第１冷却器、及び炭化水素／気体混合物を受容する第２冷却器を備える。【００１２】
特開昭５９−１２６００５号公報には原子炉を用いた熱併給発電システムが提案されている。この熱併給発電システムは、原子炉で発生した高温の冷却水を蒸気発生器に導いて蒸気を発生させ、この蒸気を高圧タービン及び低圧タービンに導いて発電を行っている。低圧タービンから排気された蒸気は、復水器で凝縮されて水になる。この水は、給水配管を通して蒸気発生器に供給されるが、途中で、５段の給水加熱器により加熱される。これらの給水加熱器には、高圧タービンまたは低圧タービンから抽気された蒸気が、各給水加熱器に加熱源として供給される。低圧タービンからの抽気蒸気が供給される２段の低圧給水加熱器及び他の熱交換器を連絡する閉ループを形成し、この閉ループ内を循環する熱媒体で熱交換器に供給される他の熱媒体を加熱している。【００１３】
また、亜臨界水反応による廃棄物処理と資源・エネルギー化（吉田弘之、シーエムシー出版（２００７））には、亜臨界水の温度範囲が１２０℃〜３７０℃（５頁、図４）であり、２５０℃付近で体積当たりのイオン積が最大となり（４頁、図３）、改質反応に適すると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−２４１３号公報
【特許文献２】特開平５−６５８０８号公報
【特許文献３】実開平１−１２３００１号公報
【特許文献４】特開２００８−２９６１９２号公報
【特許文献５】米国特許第７４７６２９６号明細書
【特許文献６】特開昭５９−１２６００５号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】岩波講座  基礎工学８  熱力学III、２３１頁〜２５２頁（小野  周、岩波書店、（１９７１年１月７日発行））
【非特許文献２】亜臨界水反応による廃棄物処理と資源・エネルギー化（吉田弘之、シーエムシー出版（２００７））、４頁及び５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
圧縮液化過程では、理論上の最大熱効率が得られる可能性がある。しかしながら、熱力学III、２３４頁〜２３６頁及び図６．３（小野  周、岩波書店、（１９７１年１月７日発行））に記載された、カルノーサイクルを実現する蒸気機関では、気体である蒸気及び液体である給水を混合した状態で圧縮している。このように気体と液体を混合した状態で圧縮した場合には、気体と液体の密度比が大きく、密度の均一性が保たれず圧縮効率が低下する。図６．３に記載された蒸気機関では、圧縮液化過程のみで熱水を得るため、混合された蒸気及び給水を、高い圧力比での圧縮する必要がある。このため、その蒸気機関では、シリンダー式の圧縮機が用いられている。これは、シリンダー内のピストンの往復運動の一方でのみ圧縮するため、脈動により定常的な作動が不可能である。また、シリンダー式は、大容量化が難しく、事業用の発電プラントへの適用は容量的にも困難である。【００１７】
特開２００８−２４１３号公報及び実開平１−１２３００１号公報は、熱併給発電プラントについて言及していない。特開平５−６５８０８号公報に記載された熱併給蒸気タービンプラントは、タービンから排気された蒸気を高圧プロセス蒸気供給先及び低圧プロセス蒸気供給先にそれぞれ供給する。しかしながら、特開平５−６５８０８号公報は熱水の供給には言及していない。【００１８】
熱併給発電プラントにおいて再生過程で生成される熱水、さらには圧縮液化過程で生成される熱水、すなわち、亜臨界水をバイオマスの改質に利用することができれば、熱併給発電プラントの排熱を低減することができ、電力及び利用価値の高い熱水を供給することができる。【００１９】
特開２００８−２９６１９２号公報及び米国特許第７４７６２９６号明細書は、ボイラーで生成された亜臨界水を用いた改質プロセスについて説明しているが、熱併給発電プラントについて言及していない。また、特開昭５９−１２６００５号公報に記載された原子炉を用いた熱併給発電システムでは、２段の低圧給水加熱器及び他の熱交換器を連絡して形成した閉ループ内を循環する熱媒体によって、熱交換器に供給される他の熱媒体を加熱している。このようなシステム構成では、他の熱媒体の加熱効率が悪く、他の熱媒体の温度を高くすることができない。【００２０】
本発明の目的は、復水器から外部環境に排出される廃熱量を低減でき、熱水を供給できる熱併給発電プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、水を蒸気にする蒸気発生装置と、蒸気発生装置から蒸気が供給されるタービンと、タービンから排気された蒸気を凝縮する復水器と、熱水発生装置とを備え、
熱水発生装置が、水を導く第１配管と、タービンから抽気された蒸気を導く第２配管と、第２配管に接続されて第１配管に設けられ、第１配管で導かれる水を、第２配管で供給される蒸気で加熱する複数の加熱装置とを有することにある。【００２２】
タービンから抽気されて、第１配管に設けられた各加熱装置に供給された蒸気によって、水が加熱され、亜臨界水である熱水が生成される。第１配管に設けられた各加熱装置の供給される蒸気がタービンから抽気されるので、復水器に排気される蒸気の量が減少し、復水器から外部環境に排出される冷却水（温排水）による廃熱量が低減される。【００２３】
好ましくは、熱水発生装置が、復水器で蒸気を凝縮して復水器から排出される冷却水を導く第１配管と、第１配管に設けられてタービンから抽気された蒸気を導く第２配管と、第２配管に接続されて第１配管に設けられ、第１配管で導かれる冷却水を、第２配管で供給される蒸気で加熱する複数の加熱装置とを有することにある。復水器から排出される冷却水を熱水にしているので、外部環境に排出される冷却水による廃熱量がさらに低減される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、外部環境に排出される温排水による廃熱量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の熱併給発電プラントの構成図である。
【図２】図１に示す蒸気ヒートポンプ装置の詳細構成図である。
【図３】単純なランキンサイクルに関するＴ−Ｓ線図である。
【図４】単純なランキンサイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図である。
【図５】再生ランキンサイクルに関するＴ−Ｓ線図である。
【図６】再生ランキンサイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図である。
【図７】熱水併給サイクルに関するＴ−Ｓ線図である。
【図８】熱水併給サイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の熱併給発電プラントの構成図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例３の熱併給発電プラントの構成図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４のバイオマス改質複合発電プラントの構成図である。
【図１２】図１１に示すバイオマス改質装置の詳細構成図である。
【図１３】本発明の他の実施例である実施例５の熱併給発電プラントの構成図である。
【図１４】本発明の他の実施例である実施例６の熱併給発電プラントの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
発明者らは、排出される温排水の廃熱量を低減でき、その分、得られる熱水の温度を上昇できる熱併給発電プラントについて検討した。
【００２７】
発明者らは、まず、単純なランキンサイクル及び再生ランキンサイクルの各理論を、冷却水温度を陽に扱える熱水併給に拡張することを考えた。単純なランキンサイクルに関するＴ−Ｓ線図を図３に示し、単純なランキンサイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図を図４に示す。再生ランキンサイクルに関するＴ−Ｓ線図を図５に示し、再生ランキンサイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図を図６示す。さらに、熱水併給サイクルに関するＴ−Ｓ線図を図７に示し、熱水併給サイクルに関するＴ−ｑ・Ｓ線図を図８示す。図４及び図６では、横軸の冷却水のエントロピーと蒸気のエントロピーの原点が異なっている。図８では、横軸の冷却水のエントロピーと蒸気のエントロピーの原点は同じである。
【００２８】
Ｔ−Ｓ線図は、温度Ｔと単位質量の蒸気のエントロピー、すなわち比エントロピーの変化を表している。Ｔ−ｑ・Ｓ線図は、比エントロピーＳに代え、比流量ｑを掛けたエントロピーｑ・Ｓを用いたＴ−ｑ・Ｓ線図を示している。ここで、比流量ｑはボイラーで発生する蒸気量を１として規格化した。図６及び図８では、抽気に伴うタービン段落の流量減少が考慮され、ＡＢＣＤの面積がボイラー（蒸気発生装置）で発生する蒸気量を１としたときの発電出力を表す。なお、図６及び図８において冷却水の比流量は同様にボイラーで発生する蒸気量を１とし規格化した。
【００２９】
まず、単純なランキンサイクルを、図３及び図４を用いて説明する。Ｔ−Ｓ線図（図３）に復水器における冷却水の状態を書き加えると、冷却水流入が点Ｘｃ、冷却水流出が点Ｘｈとなる。図３は形式的に表したものであり、このままでは物理的な意味を持たない。一方、Ｔ−ｑ・Ｓ線図（図４）では、冷却水の比流量はボイラーで発生する蒸気量を1として規格化した。経路ＸｃＸｈは経路ＤＡにほぼ一致する。これは、タービンから排出される蒸気による復水器への排熱量Ｑｄａがエントロピーｑ・Ｓの変化幅と温度の積となるが、冷却水温度が凝縮温度にほぼ等しく、熱の受け手である、復水器に供給される冷却水のエントロピーｑ・Ｓの変化幅が排熱側に一致するためである。
【００３０】
再生ランキンサイクルでは、図５に示された経路ＣＤの、蒸気の断熱膨張の途中から、蒸気の抽気があり、抽気された蒸気により経路ＡＢで給水を加熱するため、Ｔ−ｑ・Ｓ線図（図６）の蒸気側が平行四辺形に近づく。電気出力は経路ＡＢＣＤの面積に比例する。比流量が同じである場合、再生ランキンサイクルは、単純なランキンサイクルに比べて、出力が減少するが、熱効率が向上する。再生ランキンサイクルの経路ＤＡが単純なランキンサイクルよりも短縮される。これにより、再生ランキンサイクルでは復水器への排熱量が減少する。
【００３１】
再生ランキンサイクルでは、経路ＣＤからの蒸気の抽気量を増やすことによって、単純なランキンサイクルに比べて復水器への排熱量をさらに低減できた。経路ＣＤでの蒸気の抽気量をさらに増加すれば、タービンから排気される蒸気による復水器への排熱量をさらに低減できる。
【００３２】
図７及び図８に示す熱水併給サイクルの例は、蒸気発生装置に供給する給水とは別に熱水を作って外部へ熱水を併給し、この熱水の加熱に、給水の加熱と同様に、蒸気の断熱膨張の途中から抽気された蒸気を使用している。この例では、復水器への排熱を全て回収し、かつ蒸気発生装置の温度と同一の熱水を得ている。この熱水併給サイクルでは、Ｔ−Ｓ線図（図７）に示すように、熱水と給水は共に液相にあり、温度Tが等しければ、比エントロピーが一致する。このために、熱水併給サイクルでは、復水器に供給される冷却水量を再生ランキンサイクルに比べ減少させてほぼ給水量並みとする。タービンから排気される蒸気による復水器への排熱量で、復水器に供給される冷却水（例えば、海水）が、温度Ｔ０まで加熱された後、給水と同様に、抽気蒸気により加熱される。
【００３３】
この過程をＴ−ｑ・Ｓ線図（図８）に示す。経路ＣＤの途中での蒸気の抽気によりタービンから復水器への排熱量は僅かとなり、点Ｄは点Ａにほぼ一致する。すなわち、経路ＡＢＣＤＡに囲まれた、ほぼ三角形の面積が、得られる電気出力である。このＡＢＣＤの面積は再生ランキンサイクルの約１／２であり、電気出力も１／２になる。しかしながら、図７及び図８に示された熱水併給サイクルは、復水器に供給される冷却水から生成された熱水を供給することができる。これは、復水器の冷却水を蒸気の断熱膨張の途中からの抽気蒸気で加熱して熱水を生成し、生成された熱水を外部に供給することによりなされる。すなわち、熱水は加熱される過程で蒸気発生装置の蒸気温度より低温であり、蒸気発生装置で発生した蒸気を高温熱源とし、復水器に供給される冷却水を低温熱源として発電を行うと共に、その蒸気を高温熱源とし、断熱膨張の途中から抽気された蒸気を凝縮する冷却水を低温熱源として発電を行っている。熱水併給サイクルでは、断熱膨張の途中から抽気された蒸気を凝縮する冷却水が、発電プラントでの発電に貢献すると共に、熱水になっている。再生過程に代え圧縮液化過程を用いても理論上は同じである。
【００３４】
さらに、上記した熱水併給サイクルで得られた熱水は、亜臨界水（１２０℃〜３７０℃）であって、バイオマス等の改質に用いることができる。この改質の方法は、熱併給発電に適したセミバッチを適用し、固体、溶解物、油脂またはガスの状態の全ての生成物を回収する。改質反応は、一般に吸熱反応であり回収された排熱は改質された生成物に蓄えられる。
【００３５】
以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００３６】
本発明の好適な一実施例である実施例１の熱併給発電プラントを、図１及び図２に基づいて説明する。本実施例の熱併給発電プラント１は、沸騰水型原子力発電プラント２及び熱水発生装置２１を備えている。【００３７】
沸騰水型原子力プラント２は、蒸気発生装置である原子炉３、高圧タービン（第１タービン）４、高圧タービン４よりも圧力が低い低圧タービン（第２タービン）５、復水器８、低圧給水加熱器９，１０、高圧給水加熱器１１及び給水ポンプ１３を備えている。原子炉３は、主蒸気管７によって高圧タービン４及び低圧タービン５に接続される。再熱器６が高圧タービン４と低圧タービン５の間の主蒸気管７に設けられる。原子炉３に接続された配管２０が再熱器６に接続される。給水配管１２が復水器８と原子炉３を接続する。給水配管１２には、上流から下流に向って、低圧給水加熱器９，１０、給水ポンプ１３及び高圧給水加熱器１１がこの順に設けられる。抽気管１７が、低圧タービン５のタービンケーシング（図示せず）に接続され、さらに、低圧給水加熱器９にも接続される。抽気管１８が、低圧タービン５のタービンケーシング及び低圧給水加熱器１０に接続される。抽気管１７は、抽気管１８よりも低圧タービン５の後段側でそのタービンケーシングに接続される。抽気管１９が、高圧タービン４のタービンケーシング（図示せず）及び高圧給水加熱器１１に接続される。復水器８には多数の伝熱管１４が設けられている。冷却水供給管１５及び冷却水排出管１６がそれぞれの伝熱管１４に連絡される。【００３８】
熱水発生装置２１は、ポンプ２３、熱交換器である加熱器（加熱装置）２４，２５，２６及び蒸気ヒートポンプ装置（加熱装置）３６を有する。ポンプ２３、熱交換器である加熱器２４，２５，２６及び蒸気ヒートポンプ装置３６は、上流よりこの順序で、熱水管（第１配管）２２に設けられる。加熱器２４は、抽気管（第２配管）２７によって抽気管１７に接続され、低圧タービン５に連絡される。加熱器２５は、抽気管（第２配管）２８によって抽気管１８に接続され、低圧タービン５に連絡される。加熱器２６は、抽気管（第２配管）２９によって抽気管１９に接続され、高圧タービン４に連絡される。加熱器２４に接続された凝縮水配管３０が、低圧給水加熱器９と低圧給水加熱器１０の間で給水配管１０に接続される。低圧給水加熱器９に接続された凝縮水配管３１が凝縮水配管３０に接続される。加熱器２５に接続された凝縮水配管３２が、低圧給水加熱器１０と給水ポンプ１３の間で給水配管１０に接続される。低圧給水加熱器１０に接続された凝縮水配管３３が凝縮水配管３２に接続される。加熱器２６に接続された凝縮水配管３４が、高圧給水加熱器１１よりも下流で給水配管１０に接続される。高圧給水加熱器１１に接続された凝縮水配管３５が凝縮水配管３４に接続される。【００３９】
蒸気ヒートポンプ装置３６は、図２に示すように、圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄ、モータ（駆動装置）３８、凝縮器４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ及び４１Ｄ及び湿分分離器４３Ａ，４３Ｂ及び４３Ｃを有する。圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄは回転する動翼を有する、回転式圧縮機であるターボ圧縮機である。圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄの、動翼を有するローター（図示せず）は、回転軸４０に連結されている。回転軸４０は、歯車３９を介してモータ３８に連結される。【００４０】
凝縮器４１Ａは排気管４４Ａによって一段目の圧縮機３７Ａに接続される。凝縮器４１Ａは、湿分分離器４３Ａが設けられた供給管４５Ａによって二段目の圧縮機３７Ｂに接続される。凝縮器４１Ｂは排気管４４Ｂによって圧縮機３７Ｂに接続される。凝縮器４１Ｂが供給管４５Ｂによって三段目の圧縮機３７Ｃに接続される。湿分分離器４３Ｂが供給管４５Ｂに設けられる。凝縮器４１Ｃは排気管４４Ｃによって圧縮機３７Ｃに接続される。凝縮器４１Ｃは供給管４５Ｃによって最終段である四段目の圧縮機３７Ｄに接続される。湿分分離器４３Ｃが供給管４５Ｃに設けられる。凝縮器４１Ｄは排気管４４Ｄによって圧縮機３７Ｄに接続される。蒸気ヒートポンプ装置３６においては、圧縮機と凝縮器が対になって設けられている。最上流に位置する一段目の圧縮機３７Ａは、開閉弁５４が設けられた抽気管（第２配管）４８によって高圧タービン４のタービンケーシングに接続される。【００４１】
伝熱管４２Ａが凝縮器４１Ａ内に設けられ、伝熱管４２Ｂが凝縮器４１Ｂ内に設けられる。伝熱管４２Ｃが凝縮器４１Ｃ内に設けられ、伝熱管４２Ｄが凝縮器４１Ｄ内に設けられる。熱水管２２に設けられたポンプ５５の下流で熱水管２２が伝熱管４２Ａの入口に接続される。ポンプ５５が加熱器２６の下流に配置されている。熱水管２２は、伝熱管４２Ａの出口と伝熱管４２Ｂの入口、伝熱管４２Ｂの出口と伝熱管４２Ｃの入口、伝熱管４２Ｃの出口と伝熱管４２Ｄをそれぞれ接続している。伝熱管４２Ｄの出口も熱水管２２に接続される。凝縮器４１Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ及び４３Ｄは、各圧縮機から排気される蒸気に着目すれば凝縮器であるが、熱水管２２内を流れる液体に着目すれば加熱器である。【００４２】
ポンプ４６Ａが設けられる凝縮水配管４７Ａが、凝縮器４１Ａの底部及び凝縮器４１Ｂに接続される。ポンプ４６Ｂが設けられる凝縮水配管４７Ｂが、凝縮器４１Ｂの底部及び凝縮器４１Ｃに接続される。ポンプ４６Ｃが設けられる凝縮水配管４７Ｃが、凝縮器４１Ｃの底部及び凝縮器４１Ｄに接続される。ポンプ４６Ｄが設けられる凝縮水配管４７Ｄが、凝縮器４１Ｄの底部に接続される。凝縮水配管４７Ｄが、凝縮水配管３４と給水配管１２の接続点より下流で給水配管１２に接続される。【００４３】
原子炉３で発生した蒸気は、主蒸気管７を通って高圧タービン４に供給され、さらに、再熱器６及び低圧タービン５に導かれる。高圧タービン４から排出された蒸気が、再熱器６内で、配管２０で供給される、原子炉３で発生した蒸気によって、加熱される。再熱器６内で温度が上昇した蒸気が低圧タービン５に供給される。高圧タービン４及び低圧タービン５に供給された蒸気は、互いに回転軸が連結されている高圧タービン４及び低圧タービン５を回転させる。これらのタービンの回転軸に連結されている発電機（図示せず）が回転し、発電が行われる。【００４４】
低圧タービン５から排気された蒸気は、復水器８で凝縮されて水となる。復水器８内での蒸気の凝縮は、復水器８内の伝熱管１４に冷却水供給管１５によって冷却水（例えば、海水）を供給することによって行われる。蒸気を凝縮することによって温度が上昇した伝熱管１４内の冷却水は、冷却水排出管１６を通して海に排出される。【００４５】
復水器８内で蒸気の凝縮により生成された水は、給水として給水配管１２を通って原子炉３に供給される。復水器８から排出された給水は、低圧給水加熱器９に導かれる。低圧タービン４から抽気された蒸気が、抽気管１７を通って低圧給水加熱器９に供給され、低圧給水加熱器９に供給された給水を加熱する。低圧給水加熱器９から排出された給水が、低圧給水加熱器１０に供給される。この給水は、低圧タービン４から抽気されて抽気管１８を通って低圧給水加熱器１０に供給された蒸気によってさらに加熱される。低圧給水加熱器１０で加熱された給水は、高圧給水加熱器１１に導かれる。この給水は、高圧タービン４から抽気されて抽気管１９を通って高圧給水加熱器１１に供給された蒸気によって加熱され、原子炉３に供給される。【００４６】
低圧給水加熱器９に供給された蒸気は、給水の加熱により凝縮され、凝縮水になる。この凝縮水は凝縮水配管３１，３０を通って給水配管１２に導かれる。低圧給水加熱器１０に供給された蒸気は、給水の加熱により凝縮されて凝縮水になる。この凝縮水は、凝縮水配管３３，３２を通って給水配管１２に導かれる。高圧給水加熱器１１に供給された蒸気は、給水の加熱により凝縮されて凝縮水になる。この凝縮水は、凝縮水配管３５，３４を通って給水配管１２に導かれる。【００４７】
ポンプ２３，５５が駆動されており、復水器８から冷却水排出管１６に排出された冷却水の一部は、熱水管２２内に流入し、加熱器２４に導かれる。抽気管１７内を流れる蒸気の一部は、抽気管２７によって加熱器２４に供給され、加熱器２４内でその冷却水を加熱する。加熱された冷却水が加熱器２５に供給される。抽気管１８内を流れる蒸気の一部は、抽気管２８によって加熱器２５に供給され、加熱器２５内でその冷却水を加熱する。この加熱された冷却水は、さらに、加熱器２６に供給される。抽気管１９内を流れる蒸気の一部は、抽気管２９によって加熱器２６に供給され、加熱器２６内でその冷却水を加熱する。抽気管１７，１８，１９内を流れる各蒸気の温度は、抽気管１７、抽気管１８及び抽気管１９の順に高くなるので、熱水管２２に流入した冷却水は、加熱器２４，２５及び２６による加熱によって温度が次第に高くなり、亜臨界水である熱水になる。【００４８】
加熱器２４，２５，２６は内部に伝熱管を設けている。熱水管２２によって導かれる冷却水が伝熱管内を流れ、該当するタービンから抽気された蒸気が各加熱器のシェル側に供給される。伝熱管を通して蒸気の熱が伝熱管内を流れる冷却水に伝わり、冷却水が加熱される。加熱器２４，２５，２６及び蒸気ヒートポンプ装置３６は共に加熱装置であるが、加熱器２４，２５，２６と蒸気ヒートポンプ装置３６は、構造が異なっている。【００４９】
加熱器２６から排出された熱水は、蒸気ヒートポンプ装置３６に供給され、さらに温度が高められる。蒸気ヒートポンプ装置３６による熱水の加熱について、詳細に説明する。【００５０】
圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄのそれぞれでは、モータ３８の駆動によって動翼を有するローターが回転している。高圧タービン４から抽気された蒸気は、抽気管４８を通って一段目の圧縮機３７Ａに供給される。このとき、開閉弁５４は開いている。蒸気は、圧縮機３７Ａで圧縮されて温度が上昇する。圧縮された蒸気は、排気管４４Ａを通って凝縮器４１Ａ内に導かれ、凝縮器４１Ａの伝熱管４２Ａ内を流れる熱水によって冷却される。この冷却によって凝縮器４１Ａ内の一部の蒸気が凝縮されて凝縮水５３になって凝縮器４１Ａの底部に落下する。凝縮器４１Ａに供給される蒸気は、伝熱管４２Ａ内を流れる熱水の温度よりも高くなっているので、伝熱管４２Ａの外面で凝縮される。【００５１】
熱水管２２によって供給されて伝熱管４２Ａ内を流れる熱水は、凝縮器４１Ａ内で蒸気を冷却しさらに一部の蒸気を凝縮することによって加熱され、温度が上昇する。凝縮器４１Ａ内の蒸気の温度と伝熱管４２Ａ内の熱水の温度はほぼ等しく、蒸気と熱水の間で近似的に熱的平衡が保たれる。【００５２】
凝縮器４１Ａ内の未凝縮の蒸気は、湿分分離器４３Ａで湿分が除去された後、供給管４５Ａを通って圧縮機３７Ｂに導かれる。凝縮器４１Ａから圧縮機３７Ｂに供給される蒸気の体積流量は、凝縮器４１Ａによる蒸気の冷却により減少している。蒸気は、圧縮機３７Ｂで再度圧縮されて温度が上昇する。圧縮機３７Ｂから排気される蒸気の温度は、圧縮機３７Ａから排気された蒸気の温度よりも高くなっている。圧縮機３７Ｂで圧縮された蒸気は、排気管４４Ｂを通って凝縮器４１Ｂ内に導かれ、凝縮器４１Ｂの伝熱管４２Ｂ内を流れる熱水によって冷却される。この冷却によって凝縮器４１Ｂ内の一部の蒸気が凝縮されて凝縮水５３になって凝縮器４１Ｂの底部に落下する。凝縮器４１Ｂに供給される蒸気は、伝熱管４２Ｂ内を流れる熱水の温度よりも高くなっているので、伝熱管４２Ｂの外面で凝縮される。【００５３】
伝熱管４２Ａから排出されて伝熱管４２Ｂ内を流れる熱水は、凝縮器４１Ｂ内で蒸気を冷却しさらに一部の蒸気を凝縮することによって加熱され、温度がさらに上昇する。凝縮器４１Ｂ内の蒸気の温度と伝熱管４２Ｂ内の熱水の温度はほぼ等しく、近似的に熱的平衡が保たれる。【００５４】
凝縮器４１Ｂ内の未凝縮の蒸気は、湿分分離器４３Ｂで湿分が除去された後、供給管４５Ｂを通って圧縮機３７Ｃに導かれる。凝縮器４１Ｂから圧縮機３７Ｃに供給される蒸気の体積流量は、凝縮器４１Ｂによる蒸気の冷却により減少している。蒸気は、圧縮機３７Ｃで再度圧縮されて温度が上昇する。圧縮機３７Ｃから排気される蒸気の温度は、圧縮機３７Ｂから排気された蒸気の温度よりも高くなっている。圧縮機３７Ｃで圧縮された蒸気は、排気管４４Ｃを通って凝縮器４１Ｃ内に導かれ、凝縮器４１Ｃの伝熱管４２Ｃ内を流れる熱水によって冷却される。この冷却によって凝縮器４１Ｃ内の一部の蒸気が凝縮されて凝縮水５３になって凝縮器４１Ｃの底部に落下する。凝縮器４１Ｃに供給される蒸気は、伝熱管４２Ｃ内を流れる熱水の温度よりも高いので、伝熱管４２Ｃの外面で凝縮される。【００５５】
伝熱管４２Ｂから排出されて伝熱管４２Ｃ内を流れる熱水は、凝縮器４１Ｃ内で蒸気を冷却しさらに一部の蒸気を凝縮することによって加熱され、温度がさらに上昇する。凝縮器４１Ｃ内の蒸気の温度と伝熱管４２Ｃ内の熱水の温度はほぼ等しく、近似的に熱的平衡が保たれる。【００５６】
凝縮器４１Ｃ内の未凝縮の蒸気は、湿分分離器４３Ｃで湿分が除去された後、供給管４５Ｃを通って圧縮機３７Ｄに導かれる。凝縮器４１Ｃから圧縮機３７Ｄに供給される蒸気の体積流量は、凝縮器４１Ｃによる蒸気の冷却により減少している。蒸気は、圧縮機３７Ｄで再度圧縮されて温度が上昇する。圧縮機３７Ｄから排気される蒸気の温度は、圧縮機３７Ｃから排気された蒸気の温度よりも高くなっている。圧縮機３７Ｄで圧縮された蒸気は、排気管４４Ｄを通って凝縮器４１Ｄ内に導かれ、凝縮器４１Ｄの伝熱管４２Ｄ内を流れる熱水によって冷却される。この冷却によって凝縮器４１Ｄ内の蒸気が凝縮されて凝縮水５３になって凝縮器４１Ｄの底部に落下する。凝縮器４１Ｄに供給される蒸気は、伝熱管４２Ｄ内を流れる熱水の温度よりも高いので、伝熱管４２Ｄの外面で凝縮される。凝縮器４１Ｄ内に供給された全ての蒸気が凝縮器４１Ｄ内で凝縮される。【００５７】
伝熱管４２Ｃから排出されて伝熱管４２Ｄ内を流れる熱水は、凝縮器４１Ｄ内で蒸気を凝縮することによって加熱され、温度がさらに上昇する。凝縮器４１Ｄ内の蒸気の温度と伝熱管４２Ｄ内の熱水の温度はほぼ等しく、近似的に熱的平衡が保たれる。この伝熱管４２Ｄから排出された熱水（亜臨界水）が熱水管２２を通してこの熱水を必要とする熱水利用設備（例えば、バイオマス改質装置、またはナノチューブ及びゼオライト等の無機材料の水熱合成装置）に導かれる。【００５８】
ポンプ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄが駆動されている。凝縮器４１Ａの底部に溜まった凝縮水５３は、ポンプ４６Ａによって昇圧され、凝縮水配管４７Ａを通って凝縮器４１Ｂ内に導かれる。凝縮器４１Ｂの底部に溜まった凝縮水５３は、ポンプ４６Ｂによって昇圧され、凝縮水配管４７Ｂを通って凝縮器４１Ｃ内に導かれる。凝縮器４１Ｃの底部に溜まった凝縮水５３は、ポンプ４６Ｃによって昇圧され、凝縮水配管４７Ｃを通って凝縮器４１Ｄ内に導かれる。凝縮器４１Ｄの底部に溜まった凝縮水５３は、ポンプ４６Ｄによって昇圧され、凝縮水配管４７Ｄを通って給水配管１０内に供給される。凝縮器４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ及び４１Ｄ内の温度の高い凝縮水５３は、給水と共に原子炉３に供給される。【００５９】
本実施例は、沸騰水型原子力発電プラント２を用いているので、発電を行うことができる。【００６０】
本実施例では、復水器８から排出された冷却水を熱水管２２により加熱器２４，２５，２６に導いて加熱器２４，２５，２６において加熱して亜臨界水である熱水を生成している。この熱水の生成には低圧タービン５及び高圧タービン４から抽気された蒸気を利用している。高圧給水加熱器１１に導かれる抽気蒸気量以外に加熱器２６に供給する抽気蒸気量をまかなう必要があるので、高圧タービン４から抽気される蒸気量は、後者の抽気蒸気量の分だけ多くなる。低圧給水加熱器９，１０に導かれる抽気蒸気量に加えて加熱器２４，２５に供給する抽気蒸気量が必要になるので、低圧タービン５から抽気される蒸気量も、後者の抽気蒸気量の分だけ多くなる。この結果、低圧タービン５から復水器８に排気される蒸気の量が減少し、復水器８から外部環境（例えば、海）に排出される冷却水（温排水）による廃熱量が低減される。この廃熱量の低減分が、加熱器２４，２５，２６による熱水の生成に利用される。さらに、本実施例では、低圧タービン５から復水器８に排気された蒸気を凝縮して温度が上昇した冷却水の一部を熱水にしているので、外部環境に排出される温排水の量が減少し、温排水による廃熱量がさらに低減される。この復水器８から排出された冷却水の利用も、熱水の生成に貢献している。熱水の原料となる、復水器８から冷却水排出管１６に排出された冷却水（温排水）は、復水器８内で蒸気凝縮による加熱で温度が上昇しているので、その冷却水の温度を熱水としての所定温度まで高めるために加熱器２４，２５，２６に供給される抽気蒸気の量を低減できる。【００６１】
熱水管２２で供給される冷却水によって加熱器２４，２５，２６で低圧タービン５及び高圧タービン４から抽気されたそれぞれの蒸気を凝縮している本実施例の熱併給発電プラント１は、以下に述べる新たな概念で発電を行っていると言える。【００６２】
沸騰水型原子力発電プラント２は、原子炉３、すなわち、蒸気発生装置で発生した蒸気を高温熱源とし、冷却水供給管１５で復水器８に供給される冷却水を低温熱源として発電を行うと共に、その蒸気を高温熱源とし、タービンから抽気された蒸気を凝縮するために加熱器２４，２５，２６に供給される冷却水を低温熱源として発電を行っている。熱併給発電プラント１では、加熱器２４，２５，２６に供給される冷却水が、沸騰水型原子力発電プラント２における発電に貢献すると共に、熱水になっている。熱併給発電プラント１におけるこのような新たな発電の概念が、復水器８から外部環境に排出される温排水の廃熱量を低減し、熱水の生成をもたらしている。【００６３】
本実施例では、加熱器２４，２５，２６でそれぞれ発生した凝縮水を、給水配管１２に導いて、原子炉３に供給している。このため、これらの凝縮水が保有する熱量を、沸騰水型原子力発電プラント２で利用することができる。蒸気ヒートポンプ装置３６の各凝縮器で発生した凝縮水も、給水配管１２に導いて、原子炉３に供給している。このため、この凝縮水が保有する熱量を、沸騰水型原子力発電プラント２で利用することができる。このように、熱水発生装置２１で発生した凝縮水を原子炉３に戻しているので、沸騰水型原子力発電プラント２の熱効率が向上する。【００６４】
加熱器２４，２５，２６のそれぞれに抽気蒸気を供給する抽気管２７，２８，２９が、該当するタービンのケーシングに直接接続されていなく、前述したように、低圧給水加熱器９に抽気蒸気を供給する抽気管１７に、低圧給水加熱器１０に抽気蒸気を供給する抽気管１８に、高圧給水加熱器１１に抽気蒸気を供給する抽気管１９に接続されている。このため、低圧タービン５及び高圧タービン４における抽気点の数が少なくなり、抽気構造を簡素化できる。また、抽気管２７，２８，２９のそれぞれの長さが短くなり、これらの抽気管の設置作業に要する時間を短縮できる。【００６５】
本実施例の熱併給発電プラント１は、蒸気ヒートポンプ装置３６を有している。蒸気ヒートポンプ装置３６の設置により、以下に示す各効果を得ることができる。【００６６】
第１に、蒸気ヒートポンプ装置３６を設けることによって蒸気ヒートポンプ装置３６から熱水管２２に排出する熱水の温度を容易に調節することができる。すなわち、モータ３８の回転数を変えることによって各圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄのそれぞれで圧縮された各蒸気の温度を変えることができる。具体的には、モータ３８の回転数が小さい場合には各蒸気の温度が低くなり、その回転数が大きくなると、各蒸気の温度が低くなる。この結果、蒸気ヒートポンプ装置３６の凝縮器４１Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ及び４３Ｄそれぞれで加熱される熱水の温度は、各凝縮器に供給される蒸気の温度を変えることによって調節できる。【００６７】
第２に、高圧タービン４及び低圧タービン５での蒸気の抽気点の数に制約を受けずに、熱水発生装置２１における加熱器（凝縮器を含む）の数を増加することができ、熱水の加熱効率を向上できる。蒸気ヒートポンプ装置３６に供給される蒸気は、高圧タービン４のタービンケーシングに形成された１つの抽気点から抽気される。この１つの抽気点に対して複数段の圧縮機（例えば、圧縮機３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ及び３７Ｄ）を設け、それぞれの圧縮機に対して加熱器である凝縮器（例えば、凝縮器４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ及び４１Ｄ）を設けることができる。このように、蒸気ヒートポンプ装置３６を設けることによって、複数段の圧縮機、及び複数の凝縮器を設けることができるので、熱水発生装置２１における加熱器の数を増加することができ熱水の加熱効率を向上させることができる。さらに、加熱器２４，２５，２６で生成された熱水の温度を、蒸気ヒートポンプ装置３６によってさらに高めることができる。【００６８】
加熱器２４，２５，２６の設置は、高圧タービン４及び低圧タービン５での蒸気の抽気点の数に制約を受ける。これらの加熱器に抽気蒸気を供給する抽気管は、タービンの効率低下を避けるために、タービンの軸方向において動翼間の位置でタービンケーシングに接続する必要がある。複数の抽気点からそれぞれ異なる温度の抽気蒸気を得るためには、異なる動翼間の位置に抽気点を設定しなければならない。これに対して、蒸気ヒートポンプ装置３６では、上記したように、圧縮機の段数及び凝縮器の個数をタービンに設けられる抽気点の数とは関係なく増やすことができる。
【実施例２】
【００６９】
本発明の他の実施例である実施例２の熱併給発電プラントを、図９を用いて説明する。本実施例の熱併給発電プラント１Ａは、沸騰水型原子力発電プラント２及び熱水発生装置２１Ａを備えている。【００７０】
熱水発生装置２１Ａは、実施例１で用いられた熱水発生装置２１において加熱器２５，２６、抽気管２８，２９及び凝縮水配管３２，３４を取り除いた構成を有する。熱水発生装置２１Ａの他の構成は熱水発生装置２１と同じである。熱水発生装置２１Ａに用いられる蒸気ヒートポンプ装置３６は、加熱器２５，２６を設置していない関係上、熱水発生装置２１に用いられる蒸気ヒートポンプ装置３６よりも圧縮機の段数及び圧縮機に付随する凝縮器の個数が多くなっている。本実施例では、蒸気ヒートポンプ装置３６において、一段目の圧縮機３７Ａに接続された抽気管４８は、低圧タービン５のタービンケーシングに接続された抽気管１８に接続される。凝縮水配管４７Ｄが最終段の圧縮機に接続された凝縮器の底部に接続される。開閉弁５１が凝縮水配管４７Ｄに設けられる。開閉弁５１の上流で凝縮水配管４７Ｄに接続された凝縮水配管４９が低圧給水加熱器１０と給水ポンプ１３の間で、給水配管１２に接続される。低圧給水加熱器１０に接続された凝縮水配管５２が給水配管１２に接続される。高圧給水加熱器１１に接続された凝縮水配管５６が給水配管１２に接続される。【００７１】
熱水管２２に流入する冷却水は、加熱器２４で加熱され、さらに、蒸気ヒートポンプ装置３６の各凝縮器で、各圧縮機で圧縮された蒸気によって加熱されて所定温度の熱水（亜臨界水）になる。蒸気ヒートポンプ装置３６の一段目の圧縮機３７Ａに供給される蒸気は、抽気管１８で低圧タービン５より抽気された蒸気の一部である。蒸気ヒートポンプ装置３６から排出された熱水は、熱水管２２を通して熱水を必要とする設備に導かれる。【００７２】
本実施例も実施例１で生じる各効果を得ることができる。実施例１と同様に、モータ３８の回転数を制御することによって各圧縮機で圧縮する蒸気の温度を変更することができる。制御装置（図示せず）が、最終段の圧縮機に接続される凝縮器から凝縮水配管４７Ｄに排出される凝縮水５３の温度に基づいて、開閉弁５０及び５１の開閉制御を行う。開閉弁５０が閉じられるときには開閉弁５１が開き、開閉弁５０が開くときには開閉弁５１が閉じる。凝縮水配管４７Ｄに排出される凝縮水５３の温度が設定温度以下であれば、開閉弁５０を開いて開閉弁５１を閉じ、凝縮水５３を、凝縮水配管４９を通して給水配管１２に導く。凝縮水配管４７Ｄに排出される凝縮水５３の温度が設定温度を超えて入れば、開閉弁５０を閉じて開閉弁５１を開き、凝縮水５３を、凝縮水配管４７Ｄを通して給水配管１２に導く。このように、蒸気ヒートポンプ装置３６から排出される凝縮水５３の温度に基づいて、凝縮水５３の排出先を変えることができる。【００７３】
本実施例は、熱水発生装置２１Ａが、熱水発生装置２１で設けられた加熱器２５，２６を有していないので、これらの加熱器、及びこれらの加熱器に付随して設けられる抽気管２８，２９及び凝縮水配管３２，３４が不要になる。このため、抽気管及び凝縮水配管の引き回しが少なくなるので、熱水発生装置２１Ａの建設に要する時間が熱水発生装置２１よりも短縮される。
【実施例３】
【００７４】
本発明の他の実施例である実施例３の熱併給発電プラントを、図１０を用いて説明する。本実施例の熱併給発電プラント１Ｂは、沸騰水型原子力発電プラント２及び熱水発生装置２１Ｂを備えている。【００７５】
熱水発生装置２１Ｂは、実施例２で用いられる熱水発生装置２１Ａにおいて加熱器２４、抽気管２７及び凝縮水配管３０を取り除いた構成を有する。熱水発生装置２１Ｂの他の構成は熱水発生装置２１Ａと同じである。熱水発生装置２１Ｂに用いられる蒸気ヒートポンプ装置３６は、加熱器２４を設置していない関係上、熱水発生装置２１Ａに用いられる蒸気ヒートポンプ装置３６よりも圧縮機の段数及び圧縮機に付随する凝縮器の個数が多くなっている。本実施例では、蒸気ヒートポンプ装置３６において、一段目の圧縮機３７Ａに接続された抽気管４８は、復水器８内の蒸気空間に接続される。低圧給水加熱器９に接続された凝縮水配管５７が給水配管１２に接続される。【００７６】
抽気管４８は、復水器８内の蒸気空間ではなく、高圧タービン４、低圧タービン５及び主蒸気管７を有する主蒸気系のある位置（例えば、高圧タービン４または低圧タービン５のケーシングに設けられた抽気点）に接続してもよい。【００７７】
復水器８から抽気されて抽気管４８で導かれた蒸気が、蒸気ヒートポンプ装置３６の各圧縮機で順次圧縮される。熱水管２２に流入する冷却水は、蒸気ヒートポンプ装置３６の各凝縮器で、各圧縮機で圧縮された蒸気によって加熱されて所定温度の熱水（亜臨界水）になる。蒸気ヒートポンプ装置３６から排出された熱水は、熱水管２２を通して熱水を必要とする設備に導かれる。【００７８】
本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、実施例２に比べて加熱器２４が不用になるので、熱水発生装置２１Ｂの建設に要する時間が熱水発生装置２１Ａよりもさらに短縮される。
【実施例４】
【００７９】
本発明の他の実施例であるバイオマス改質複合発電プラントを、図１１及び図１２を用いて説明する。本実施例のバイオマス改質複合発電プラント６０は、熱併給発電プラント１及びバイオマス改質装置６１を備えている。本実施例で用いられる熱併給発電プラント１は、実施例１の熱併給発電プラント１である。バイオマス改質複合発電プラント６０において、熱併給発電プラント１の替りに、前述した熱併給発電プラント１Ａ及び１Ｂのいずれかを用いてもよい。【００８０】
バイオマス改質複合発電プラント６０では、バイオマス改質装置６１が、熱併給発電プラント１に含まれる熱水発生装置２１の蒸気ヒートポンプ装置３６の出口側に接続された熱水管２２に接続される。【００８１】
バイオマス改質装置６１は、反応器６２、分離器６３及び冷却器７６を備えている。反応器６２が熱水管２２に接続される。分離器６３が、弁６３が設けられた配管６５によって反応器６２に接続される。バイオマス供給管８４が反応器６２に接続され、回収配管６７，６８，６９が分離器６３にそれぞれ接続される。冷却器７６が分離器６３に接続され、冷却水配管８０、凝縮水配管８１及び回収配管８２が冷却器７６に接続される。【００８２】
バイオマス改質装置６１の詳細構成を、図１２を用いて説明する。バイオマス改質装置６１は、複数の反応器６２（例えば、反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）、複数の分離器６３（例えば、分離器６３ａ，６３ｂ，６３ｃ）及び複数の冷却器７６（例えば、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ）を備えている。反応器６３ａ，６３ｂ，６３ｃは弁６４ａ，６４ｂ，６４ｃを介して熱水管２２に接続される。バイオマス供給管８４が、弁８５ａを介して反応器６３ａに接続され、弁８５ｂを介して反応器６３ｂに接続され、弁８５ｃを介して反応器６３ｃに接続される。【００８３】
分離器６３ａは弁６６ａが設けられた配管６５ａによって反応器６３ａに接続され、分離器６３ｂは弁６６ｂが設けられた配管６５ｂによって反応器６３ｂに接続され、分離器６３ｃは弁６６ｃが設けられた配管６５ｃによって反応器６３ｃに接続される。回収配管６７，６８及び６９が分離器６３ａに接続される。図示されていないが、別の回収配管６７，６８及び６９が分離器６３ｂに接続され、さらに別の回収配管６７，６８及び６９が分離器６３ｃに接続される。【００８４】
分離器６３ａは、弁７３ａを介して配管７０に接続され、弁７３ｂを介して配管７１に接続され、さらに、弁７３ｃを介して配管７２に接続される。分離器６３ｂは、弁７４ａを介して配管７０に接続され、弁７４ｂを介して配管７１に接続され、さらに、弁７４ｃを介して配管７２に接続される。分離器６３ｃは、弁７５ａを介して配管７０に接続され、弁７５ｂを介して配管７１に接続され、さらに、弁７５ｃを介して配管７２に接続される。【００８５】
冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃは内部に伝熱管８３ａ，８３ｂ，８３ｃを設けている。冷却水配管８０が、上流から下流に向って、伝熱管８３ａ，８３ｂ，８３ｃをこの順番に接続している。冷却器７６ａのシェル側が配管７７によって配管７０に接続され、冷却器７６ｂのシェル側が配管７８によって配管７１に接続され、冷却器７６ｃのシェル側が配管７９によって配管７２に接続される。凝縮水配管８１ａが冷却器７６ａに接続される。凝縮水配管８１ｂが冷却器７６ａ及び冷却器７６ｂに接続される。凝縮水配管８１ｃが冷却器７６ｂ及び冷却器７６ｃに接続される。回収配管８２が冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃのそれぞれのシェル側に接続される。【００８６】
バイオマスとしては、木材、草木、種子、海草及びプラスチックなど固体状のバイオマスを想定する。バイオマスの特徴は、単一成分ではなく複数成分を含んでいることである。木材を例にとれば、木材は、主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンの高分子化合物を含んでおり、これらに、湿分及び微量な金属元素も加わっている。このようなバイオマスが反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃ内にそれぞれ充填される。充填されたこのバイオマスは、通常、木材、草木及び種子等が混在した状態になっている。【００８７】
バイオマスの、亜臨界水による改質は、主に、第１及び第２のプロセスを含んでいる。第１のプロセスは、バイオマスである高分子化合物を含むこれらの雑多な成分を、高温高圧の亜臨界水で低分子化し、かつ、亜臨界水に溶解させるプロセスである。第２のプロセスが、高温高圧の亜臨界水を減温減圧し、低分子化され溶解している生成物を分離し回収するプロセスである。【００８８】
このバイオマスの改質方法を、図１２に示されたバイオマス改質装置６１を用いて具体的に説明する。弁８５ａを開いて弁８５ｂ及び８５ｃを閉じ、予め粒状に粉砕された固体バイオマスをバイオマス供給管８４により一基の反応器６２ａに充填する。反応器６２ａ内にバイオマスを充填した後、弁８５ａを閉じ、弁６４ａを開いて熱水管２２から亜臨界水である熱水を、固体バイオマスを充填した反応器６２ａに供給する。弁６６ａは閉じている。反応器６２ａでは、熱水による固体バイオマスの改質反応が生じる。この改質反応が終了する所定時間を経過したとき、弁６４ａを閉じて弁６６ａを開き、熱水及び溶解した生成物を分離器６３ａに導入する。分離器６３ａ内に供給することによって熱水及び溶解した生成物の体積が膨張し、熱水は減圧され沸騰する。併せて、揮発性の生成物が分離器６３ａ内でガス化される。【００８９】
弁６４ａを閉じる前に、弁８５ｂを開いてバイオマス供給管８４により粉砕された固体バイオマスを反応器６２ｂに供給する。反応器６２ｂ内にバイオマスを充填した後、弁８５ｂを閉じる。上記したように弁６６ａを開くために弁６４ａを閉じたとき、弁６４ｂを開いて熱水管２２から熱水を反応器６２ｂに供給する。弁６６ｂは閉じている。反応器６２ｂ内で、反応器６２ａと同様に、固体バイオマスの改質反応が生じる。【００９０】
分離器６３ａに接続された３本の配管に設けられた弁７３ａ，７３ｂ，７３ｃを開く。分離器６３ａ内で生成された揮発性ガス、及び減圧沸騰で熱水から生じた蒸気が、分離器６３ａ内の熱水及び生成物から分離され、弁７３ａを通り、配管７０，７７を経て冷却器７６ａに供給される。分離器６３ａ内の分離された揮発性ガス及び蒸気が、弁７３ｂを通り、配管７１，７８を経て冷却器７６ｂに供給される。さらに、分離器６３ａ内の分離された揮発性ガス及び蒸気が、弁７３ｃを通り、配管７２，７９を経て冷却器７６ｃに供給される。冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内の伝熱管８３ａ，８３ｂ，８３ｃ内に、冷却水配管８０により冷却水が供給される。このため、揮発性ガスと共に流入した蒸気が、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内でその冷却水によってそれぞれ凝縮される。この凝縮によって生成された凝縮水は、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内でそれぞれの底部に溜まる。分離器６３ａから揮発性ガス及び蒸気を各冷却器に排出しているとき、弁７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃは閉じている。【００９１】
冷却器７６ｃ内の凝縮水は、凝縮水配管８１ｃにより冷却器７６ｂに集められ、さらに、冷却器７６ｂで生じた凝縮水と共に、凝縮水配管８１ｂにより冷却器７６ａ内に集められる。冷却器７６ａで生じた凝縮水、及び冷却器７６ａに集められた凝縮水は、凝縮水配管８１ａに排出される。冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内の各揮発性ガスは回収配管８２によって回収される。【００９２】
揮発性ガス及び蒸気の各冷却器への排出によって、分離器６３ａの内圧が低下し、分離器６３ａが低圧状態に保たれる。揮発性ガス及び蒸気の排出後においても、熱水及び生成物は分離器６３ａ内に残留している。時間が経過すると、分離器６３ａ内の熱水及び生成物の温度が冷却水配管８０で冷却器７６ａに供給される冷却水の温度付近まで低下する。分離器６３ａでは、温度の低下に伴い、熱水に溶解している生成物が油脂及び固体として析出する。分離器６３ａ内の油脂が分離器６３ａに接続された回収配管６７によって回収され、固体が分離器６３ａに接続された回収配管６９によって回収される。分離器６３ａ内に残った熱水及び溶解物が分離器６３ａに接続された回収配管６８によって回収される。冷却水配管８０によって供給される冷却水は、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃのそれぞれで加熱され、温水となる。このように供給した熱水の熱は、冷却器により温水として回収できる。【００９３】
反応器６２ｂ内での固体バイオマスの改質反応が終了したとき、弁６４ｂが閉じられて弁６６ｂが開き、熱水及び溶解した生成物を分離器６３ｂに導入する。分離器６３ｂ内でも、分離器６３ａと同様に、揮発性ガス及び蒸気が生成される。分離器６３ａ内の揮発性ガス及び蒸気の冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃへの排出が終了した後、弁７３ａ，７３ｂ，７３ｃを閉じて弁７４ａ，７４ｂ，７４ｃを開く。分離器６３ｂ内の揮発性ガス及び蒸気が該当する配管を通って、冷却水配管８０により冷却水が供給されている冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃにそれぞれ供給される。各冷却器で蒸気が凝縮されて凝縮水が凝縮水配管８１ａに排出される。冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内の各揮発性ガスは回収配管８２によって回収される。分離器６３ｂ内の油脂が分離器６３ｂに接続された回収配管６７によって回収され、固体が分離器６３ｂに接続された回収配管６９によって回収される。分離器６３ｂ内に残った熱水及び溶解物が分離器６３ｂに接続された回収配管６８によって回収される。【００９４】
弁６４ｂを閉じる前に、弁８５ｃを開いてバイオマス供給管８４により粉砕された固体バイオマスを反応器６２ｃに供給する。反応器６２ｃ内にバイオマスを充填した後、弁８５ｃを閉じる。弁６６ｂを開くために弁６４ｂを閉じたとき、弁６４ｃを開いて熱水管２２から熱水を反応器６２ｃに供給する。弁６６ｃは閉じている。反応器６２ｃ内で、反応器６２ａと同様に、固体バイオマスの改質反応が生じる。【００９５】
反応器６２ｃ内での固体バイオマスの改質反応が終了したとき、弁６４ｃが閉じられて弁６６ｃが開き、熱水及び溶解した生成物を分離器６３ｃに導入する。分離器６３ｃ内でも、分離器６３ａと同様に、揮発性ガス及び蒸気が生成される。分離器６３ｂ内の揮発性ガス及び蒸気の冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃへの排出が終了した後、弁７４ａ，７４ｂ，７４ｃを閉じて弁７５ａ，７５ｂ，７５ｃを開く。分離器６３ｃ内の揮発性ガス及び蒸気が該当する配管を通って、冷却水配管８０により冷却水が供給されている冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃにそれぞれ供給される。各冷却器で蒸気が凝縮されて凝縮水が凝縮水配管８１ａに排出される。冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃ内の各揮発性ガスは回収配管８２によって回収される。分離器６３ｃ内の油脂が分離器６３ｃに接続された回収配管６７によって回収され、固体が分離器６３ｃに接続された回収配管６９によって回収される。分離器６３ｃ内に残った熱水及び溶解物が分離器６３ｃに接続された回収配管６８によって回収される。【００９６】
弁６４ｃを閉じる前に、例えば、弁８５ａを開いてバイオマス供給管８４により粉砕された固体バイオマスを反応器６２ａに供給する。反応器６２ａ内にバイオマスを充填した後、弁８５ａを閉じる。弁６６ｃを開くために弁６４ｃを閉じたとき、弁６４ａを再び開いて熱水管２２から熱水を反応器６２ａに供給する。弁６６ａは閉じている。このように、熱水発生装置２１で生成された熱水を用いた固体バイオマスの改質反応が反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃで順番に行われる。【００９７】
回収配管８２により回収される揮発性ガスは、例えば、高分子が分解したメタンである。回収配管６８で回収される熱水に含まれた溶解物は、例えば、糖類である。回収配管６９で回収される固体は、例えば、微量成分の金属類である。回収配管６７で回収された油脂、及び回収配管６８で回収された糖類等の有機化合物は、別のプロセスでエタノールなどに改質される。【００９８】
本実施例は、熱併給発電プラント１において実施例１で生じる効果を得ることができる。【００９９】
本実施例に用いられるバイオマス改質装置６１は、第１のプロセスを、バッチ処理、すなわち、反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃを切り替えて行うことができる。このため、熱水発生装置２１で生成された熱水（亜臨界水）を反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃに順番に供給することができ、熱水発生装置２１で生成された熱水を有効に利用することができる。【０１００】
冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃを直列に接続している理由について説明する。分離器６３ａ，６３ｂ，６３ｃからの各生成物の回収は常温で行うことが好ましい。しかしながら、熱を回収する観点からは、できるだけ高温であることが望ましい。したがって、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃを直列に接続し、一つの分離器（例えば、分離器６３ａ）内の揮発性ガス及び温度の高い蒸気を、３つの弁（例えば、弁７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）を実質的に同時に開いて、冷却水配管８０で冷却水が供給されている冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃに供給する。冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃでの蒸気の凝縮によって冷却水を加熱することができ高温の温水を得ることができる。上記した３つの弁（例えば、弁７３ａ，７３ｂ，７３ｃ）の開閉は、１つの反応器の入口弁及び出口弁（例えば、反応器６２ｃに対する弁６４ｃ、６６ｃ）の切り替え操作に同調して行われる。これによって、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃには、分離器６３ａ，６３ｂ，６３ｃのいずれか１つの分離器が接続される。このように１つの分離器を冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃに接続することによって、この分離器を早く常温にし、最も下流に位置する冷却器７６ｃから排出される温水の温度を高くすることができる。【０１０１】
本実施例のバイオマス改質複合発電プラント６０で用いるバイオマス改質装置は、バッチ処理のバイオマス改質装置６１の替りに、米国特許第７４７６２９６号明細書に記載されたバイオマス改質装置のように他のタイプのバイオマス改質装置を用いてもよい。
【実施例５】
【０１０２】
本発明の他の実施例である熱併給発電プラントを、図１３を用いて説明する。本実施例の熱併給発電プラント１Ｃは、沸騰水型原子力発電プラント２及び熱水発生装置２１Ｃを備えている。熱水発生装置２１Ｃは、実施例１で用いられた熱水発生装置２１において熱水管２２を冷却水排出管１６ではなく冷却水供給管１５に接続した構成を有する。熱水発生装置２１Ｃの他の構成は熱水発生装置２１と同じである。【０１０３】
実施例１と異なる部分について説明する。熱水管２２が冷却水供給管１５に接続されているので、熱併給発電プラント１Ｃの運転中において、復水器８の伝熱管１４に供給される前の温度の低い冷却水が、冷却水供給管１５から熱水管２２に供給される。加熱器２４，２５，２６で、低圧タービン５及び高圧タービン４等の、沸騰水型原子力発電プラント２の主蒸気系から抽気された蒸気により実施例１と同様に加熱される。本実施例では、温度の低い冷却水が熱水管２２に供給されるので、抽気管２７，２８，２９によって該当する加熱器に供給されるそれぞれの蒸気の温度は、実施例１において抽気管２７，２８，２９によって該当する加熱器に供給されるそれぞれの蒸気の温度よりも高くすることが望ましい。このため、加熱器２４に接続された抽気管２７は、抽気管１７ではなく、抽気管１７の低圧タービン５への接続位置よりも上流の位置で低圧タービン５に接続されている。加熱器２５に接続された抽気管２８は、抽気管１８ではなく、抽気管２７の低圧タービン５のその新たな接続位置よりも上流で抽気管１８の低圧タービン５への接続位置よりも上流の位置で低圧タービン５に接続されている。加熱器２６に接続された抽気管２９は、抽気管１９ではなく、抽気管１９の高圧タービン４への接続位置よりも上流の位置で高圧タービン４に接続されている。このように、抽気管２７，２８，２９の該当するタービンへの接続位置を、実施例１におけるそれらの接続位置も上流側に移動させることによって、より温度の高い抽気蒸気を該当する加熱器に供給することができる。蒸気ヒートポンプ装置３６の蒸気圧縮機３７Ａに接続される抽気管４８が、抽気管２９に接続される。本実施例において、蒸気圧縮機３７Ａに供給される蒸気の温度は、実施例１におけるその温度よりも高くなる。【０１０４】
本実施例でも、加熱器２６から熱水管２２に熱水（亜臨界水）が排出される。この熱水は、蒸気ヒートポンプ装置３６で加熱されてさらに温度の高い熱水（亜臨界水）になる。【０１０５】
本実施例は、復水器８から排出される冷却水を熱水の原料に用いることによって生じる廃熱量の低減効果、及び抽気管２７の抽気管１７への接続等による抽気点の低減効果を除いて、実施例１で生じる各効果を得ることができる。【０１０６】
前述した実施例２〜４において、熱水管２２の冷却水排出管１６への接続を、本実施例と同様に、熱水管２２の冷却水供給管１５への接続に変更してもよい。
【実施例６】
【０１０７】
本発明の他の実施例である熱併給発電プラントを、図１４を用いて説明する。本実施例の熱併給発電プラント１Ｄは、沸騰水型原子力発電プラント２及び熱水発生装置２１Ｄを備えている。熱水発生装置２１Ｄは、実施例１で用いられた熱水発生装置２１において、熱水管２２により熱水が供給される熱水利用設備９０で利用された熱水の排水を戻す戻り配管８６を、熱水管２２に接続した構成を有する。さらに、熱水発生装置２１Ｄは、流量調節弁８７、流量計８８及び制御器８９を有している。熱水発生装置２１Ｄの他の構成は熱水発生装置２１と同じである。【０１０８】
実施例１と異なる部分について説明する。熱水管２２に接続された熱水利用設備（例えば、バイオマス改質装置、または水熱合成装置）９０に接続された戻り配管８６がポンプ２３よりも上流で熱水管２２に接続される。流量調節弁８７が、戻り配管８６と熱水管２２の接続点よりも上流で、熱水管２２に設けられる。流量計８８がポンプ２３と加熱器２４の間で熱水管２２に設けられる。制御器８９が流量調節弁８７及び流量計８８に接続される。【０１０９】
熱併給発電プラント１Ｄの運転中に、実施例１と同様に、加熱器２４，２５，２６及び蒸気ヒートポンプ装置３６によって、亜臨界水である熱水が生成される。この熱水は、熱水管２２によって熱水利用設備９０に供給され、熱水利用設備９０で利用される。熱水利用設備９０で利用された熱水は、温度が低下し、排水として戻り配管８６に排出される。この排水は、戻り配管８６を通して熱水管２２に戻され、熱水管２２内を流れる、復水器８から冷却水排出管１６に排出された冷却水に混合される。この冷却水に混合された排水は、ポンプ２３で昇圧されて加熱器２４，２５等に供給され、冷却水と共に加熱される。戻り配管８６内を流れる排水の温度は、冷却水供給管１５によって復水器８に供給される冷却水の温度よりも高くなっている。【０１１０】
熱水管２２によって熱水利用設備９０に供給する熱水の流量を熱水利用設備９０が必要とする熱水の流量に調節するためには、戻り配管８６により熱水管２２に供給される排水の流量だけ、冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される冷却水の流量を低減させる必要がある。ポンプ２３から吐出された、その冷却水と排水の混合水の流量が、流量計８８によって計測される。制御器８９は、流量計８８で計測した流量を入力し、この流量に基づいて熱水利用設備９０に供給される熱水の流量が流量設定値になるように流量調節弁８７の開度を調節する。流量調節弁８７の開度制御によって、戻り配管８６から熱水管２２に供給される排水の流量が多いときには、冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される冷却水の流量が減少され、戻り配管８６から熱水管２２に供給される排水の流量が少ないときには、冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される冷却水の流量が増加される。冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される冷却水の流量は、熱水管２２により熱水利用設備９０に供給された熱水の流量と熱水利用設備９０から戻り配管８６に排出された排水の流量との差であり、熱水利用設備９０内で消費された熱水の量である。【０１１１】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、戻り配管８６から熱水管２２に排水が供給されるので、冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される冷却水の流量が実施例１よりも減少する。このため、本実施例は、実施例１に比べて、復水器８から外部環境に排出される廃熱量が増大する。【０１１２】
図１４に示された熱水利用設備９０がバイオマス改質装置（例えば、図１１及び図１２に示されたバイオマス改質装置６１）であるとき、図１４に示された、熱併給発電プラント１Ｄを含むシステムは、熱併給発電プラント１Ｄ及びバイオマス改質装置６１を備えたバイオマス改質複合発電プラントになる。このバイオマス改質複合発電プラントでは、熱併給発電プラント１Ｄの熱水管２２が、図１２に示すように、バイオマス改質装置６１の反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃにそれぞれ接続され、凝縮水配管８１ａ（図１２参照）が戻り配管８６としてポンプ２３と流量調節弁８７の間で熱水管２２に接続される。【０１１３】
反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃにそれぞれ供給された熱水の一部は、回収される生成物（油、溶解物及び固体等）と共に分離器６３ａ，６３ｂ，６３ｃから回収配管６７，６８，６９にそれぞれ排出される。分離器６３ａ，６３ｂ，６３ｃから冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃに排出された残りの熱水の蒸気が、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃで凝縮されて凝縮水になり、この凝縮水が排水として戻り配管８６を通って熱水管２２に供給される。反応器６２ａ，６２ｂ，６２ｃにそれぞれ供給された熱水の流量から、冷却器７６ａ，７６ｂ，７６ｃのそれぞれから戻り配管８６に排出された凝縮水の流量を差し引いた流量の冷却水が、流量調節弁８７の開度制御によって、冷却水排出管１６から熱水管２２に供給される。【０１１４】
本バイオマス改質複合発電プラントは、熱併給発電プラント１Ｄで得られる前述の各効果、及び実施例４においてバイオマス改質装置６１によってもたらされる各効果を得ることができる。【０１１５】
図１４に示された熱併給発電プラント１Ｄにおいて、熱水管２２の冷却水排出管１６への接続を、実施例５と同様に、熱水管２２の冷却水供給管１５への接続に変更してもよい。【０１１６】
図１４に示された熱水利用設備９０が、熱水供給管２２で供給された熱水の熱だけを利用する熱水利用設備である場合には、この熱水利用設備から戻り配管８６に排出される排水の流量は、熱水管２２によって供給される熱水の流量と同じである。このような熱水利用設備を用いた場合には、熱併給発電プラント１Ｄの熱水発生装置２１Ｄでは、熱水管２２は、戻り配管８６に接続され、冷却水供給管１５及び冷却水排出間１６には接続されない。【０１１７】
実施例１から実施例６において、沸騰水型原子力発電プラント２を、加圧水型原子力発電プラント等の他のタイプの原子力発電プラント、及び火力発電プラントのいずれかに替えてもよい。加圧水型原子力発電プラントでは蒸気発生装置が蒸気発生器であり、火力発電プラントでは蒸気発生装置がボイラーである。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、原子力発電プラント、及び火力発電プラント等の発電プラントを用いた熱併給発電プラントに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…熱併給発電プラント、２…沸騰水型原子力発電プラント、３…原子炉（蒸気発生装置）、４…高圧タービン、５…低圧タービン、８…復水器、９，１０…低圧給水加熱器、１１…高圧給水加熱器、１２…給水配管、１４…伝熱管、１５…冷却水供給管、１６…冷却水排出管、１７，１８，１９，２７，２８，２９…抽気管、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…熱水発生装置、２２…熱水管、２４，２５，２６…加熱器、３６…蒸気ヒートポンプ装置、３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄ…圧縮機、３８…モータ、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ…凝縮器、４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…湿分分離器、６０…バイオマス改質複合発電プラント、６１…バイオマス改質装置、６２，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ…反応器、６３，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ…分離器、７６，７６ａ，７６ｂ，７６ｃ…冷却器、８６…戻り配管、９０…熱水利用設備。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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