(57)【要約】【課題】  作動流体を効率的に蒸気化する。【解決手段】  蒸気発電装置は、液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、高圧化された前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、
前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、
前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、
を備える蒸気発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記第１加熱部を介して前記噴射ノズルに供給する前の前記液相の作動流体を保持し、前記液相の作動流体に対して加圧する圧力タンクを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気発電装置であって、
前記噴射タンクの中の気体を吸引して前記噴射タンクを負圧化する負圧タンクを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気発電装置であって、
前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて負圧を発生し、前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空エジェクタを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項５】
請求項３に記載の蒸気発電装置であって、
前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空ポンプを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項６】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて送風を行う送風部と、
前記送風によって前記気相の作動流体を冷却して前記液相の作動流体に変換する復水部と、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項７】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記噴射ノズルから噴射された前記液相の作動流体を加熱するために前記噴射タンクの内部に設けられた第２加熱部を、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項８】
請求項２に記載の蒸気発電装置であって、
前記タービンを経た前記気相の作動流体が有する熱量を用いて前記圧力タンクの中の前記液相の作動流体を加熱する第３加熱部を、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項９】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射する
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記第１加熱部と前記噴射ノズルとは、一体化されており、
前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱された霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射する
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記第１加熱部は、前記噴射ノズルから噴射された霧状の前記液相の作動流体を加熱する
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記作動流体は、水、空気、二酸化炭素、アンモニア、アルコール、ペンタン、または代替フロンである
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、水等の作動流体を加熱して得られる蒸気によって発電用のタービンを回転駆動させる蒸気発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電や原子力発電に代表される汽力発電では、水を加熱、沸騰させて得られる水蒸気によって発電用タービンを駆動している。火力発電では、石炭、石油、液化天然ガス等の化石燃料を燃焼させることによって水を加熱しているが、地球資源の保護や排気による大気汚染等を考慮した場合、化石燃料の使用は今後減少させてゆくことが望ましい。
【０００３】
また原子力発電では、原子炉における核分裂を制御する高度な技術が必要であり、想定外の事象に起因する事故の影響は計り知れないものがある。また、使用済核廃棄物の処理の問題も完全には解決されていない。
【０００４】
そこで従来、化石燃料や原子炉の使用を削減できるように汽力発電を効率化させる様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、発電用のタービンを回転駆動させた水蒸気を復水させる際に生じた熱の利用方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１８０４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
汽力発電では、いかにして作動流体を効率的に蒸気化させることができるかが課題となっている。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、作動流体を効率的に蒸気化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係る蒸気発電装置は、液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、を備える。
【０００９】
蒸気発電装置は、前記第１加熱部を介して前記噴射ノズルに供給する前の前記液相の作動流体を保持し、前記液相の作動流体に対して加圧する圧力タンクを、備えることができる。
【００１０】
蒸気発電装置は、前記噴射タンクの中の気体を吸引して前記噴射タンクを負圧化する負圧タンクを、備えることができる。
【００１１】
蒸気発電装置は、前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて負圧を発生し、前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空エジェクタを、備えることができる。
【００１２】
蒸気発電装置は、前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空ポンプを、備えることができる。
【００１３】
蒸気発電装置は、前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて送風を行う送風部と、前記送風によって前記気相の作動流体を冷却して前記液相の作動流体に変換する復水部と、を備えることができる。
【００１４】
蒸気発電装置は、前記噴射ノズルから噴射された前記液相の作動流体を加熱するために前記噴射タンクの内部に設けられた第２加熱部を、備えることができる。
【００１５】
蒸気発電装置は、前記タービンを経た前記気相の作動流体が有する熱量を用いて前記圧力タンクの中の前記液相の作動流体を加熱する第３加熱部を、備えることができる。
【００１６】
前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射することができる。
【００１７】
前記第１加熱部と前記噴射ノズルとは、一体化することができ、前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱された霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射することができる。
【００１８】
前記第１加熱部は、前記噴射ノズルから噴射された霧状の前記液相の作動流体を加熱することができる。
【００１９】
前記作動流体は、水、空気、二酸化炭素、アンモニア、アルコール、ペンタン、または代替フロンとすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、作動流体を効率的に蒸気化することができる。
【００２１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る一実施の形態である蒸気発電装置の構成例示すブロック図である。
【図２】蒸気発電装置の状態遷移図である。
【図３】蒸気発電装置の各フェーズにおける各ソレノイドバルブの状態を表す図である。
【図４】初期フェーズ及び第１フェーズに対応する蒸気発電装置を表す図である。
【図５】第２フェーズに対応する蒸気発電装置を表す図である。
【図６】第３フェーズに対応する蒸気発電装置を表す図である。
【図７】蒸気発電装置の第１の変形例を表すブロック図である。
【図８】蒸気発電装置の第２の変形例を表すブロック図である。
【図９】蒸気発電装置の第３の変形例を表すブロック図である。
【図１０】蒸気発電装置の第４の変形例を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る一実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。
【００２４】
＜作動流体の一例である水の特性＞
はじめに、本発明に係る一実施の形態である蒸気発電装置が作動流体として用いる水の特性について説明する。
【００２５】
ただし、該蒸気発電装置が用いる作動流体は水に限られず、空気、二酸化炭素、アンモニア、アルコール、ペンタン、または代替フロン等の可燃性、非可燃性の液体、気体等であってもよい。なお、作動流体を選択するに際しては、蒸発熱の低い物質の方がより効率が良いが、排気が地球環境や人体への健康等に与え得る影響も考慮すべきである。
【００２６】
一般に、水は１００℃で蒸気化する（液相から気相に遷移する）とされている。しかしながら厳密には、水が１００℃で蒸気化するのは、圧力が１．０ａｔｍの場合であり、圧力が１．０ａｔｍよりも高い場合、水は１００℃に達しても蒸気化しない。反対に、圧力が１．０ａｔｍよりも低い場合、水は１００℃に達していない温度であっても蒸気化する。
【００２７】
よって、水を蒸気化する場合、圧力をより下げれば、より蒸気化し易くすることができると言える。
【００２８】
また、一般に、物質の相を遷移させる場合には潜熱が必要であり、特に水の潜熱は大きいことが知られている。具体的には、水を液相から気相に遷移させるには、２２５８ＫＪ／Ｋｇの潜熱が必要とされる。
【００２９】
よって、水を蒸気化する場合、潜熱を越える熱量を与える必要があり、潜熱を越える十分な熱量を与えれば、より蒸気化し易くすることができると言える。
【００３０】
したがって、以下に説明する実施の形態では、作動流体としての水を蒸気化する際、周囲の圧力を下げるとともに十分な熱量を与えることができる構成を有している。
【００３１】
＜本発明に係る一実施の形態である蒸気発電装置の構成例＞
図１は、本発明に係る一実施の形態である蒸気発電装置１０の構成例を示すブロック図である。
【００３２】
なお、図１における実線は、液相に遷移している作動流体の経路を表し、破線は、気相に遷移している作動流体の経路を表している。以下、液相に遷移している作動流体を作動液体と略称し、気相に遷移している作動流体を作動気体と略称する。
【００３３】
蒸気発電装置１０は、液体タンク１１、フィルタ１２、汲み上げポンプ１３、圧力タンク１４、第１ソレノイドバルブ１７、加熱部１８、断熱材１９、温度センサ２０、噴射ノズル２１、噴射タンク２２、第３ソレノイドバルブ２５、タービン２６、発電部２７、真空エジェクタ２８、２連羽根車２９、及び復水部３０を有する。さらに、蒸気発電装置１０は、第２ソレノイドバルブ３１、負圧タンク３２、真空ポンプ３３、逆止弁３４、及び制御部３５を有する。
【００３４】
液体タンク１１には作動液体が保持されている。また、液体タンク１１には、復水部３０にて作動気体から遷移した作動液体が供給される。フィルタ１２は、液体タンク１１から汲み上げられる作動液体の不純物を排除する。汲み上げポンプ１３は、液体タンク１１に保持されている作動液体を、フィルタ１２を介して汲み上げて圧力タンク１４に供給する。
【００３５】
圧力タンク１４は、タンク内の圧力を所定値以下に保つ安全弁１５と、タンク内の圧力を検知する圧力センサ１６を有する。圧力タンク１４は、制御部３５からの制御に従い、タンク内の圧力を上げて、第１ソレノイドバルブ１７、及び加熱部１８を介して噴射ノズル２１に供給する作動液体に対して加圧する。圧力センサ１６は、検出した圧力タンク１４の圧力を制御部３５に通知する。
【００３６】
第１ソレノイドバルブ１７は、制御部３５からの制御に従い、圧力タンク１４と加熱部１８とを繋ぐ作動液体の経路を開閉する。
【００３７】
加熱部１８は、第１ソレノイドバルブ１７が開放されたときに圧力タンク１４から供給される高圧の作動液体が所定の温度となるように、電気を用いて該作動液体を瞬時に加熱して噴射ノズル２１に供給する。
【００３８】
加熱部１８には、例えば、電気を用いた抵抗加熱、マイクロ波加熱、ＩＨ(Induction Heating)加熱、赤外線加熱、アーク加熱等を採用することができる。電気を用いる加熱部１８は、燃焼加熱に比較して極めて高い温度を得られる、真空中でも加熱できる（酸素を要しない）、温度制御が容易、燃料が不要、大気を汚染しない、部分加熱が可能、選択加熱が可能、燃料火災の危険性が無い、作動液体の内部から加熱可能等の特徴が有る。加熱部１８は、本発明の第１加熱部に相当する。
【００３９】
断熱材１９は、加熱部１８を保温できるように加熱部１８の周囲に配置されている。温度センサ２０は、加熱部１８によって加熱された作動液体の温度を検知して制御部３５に通知する。
【００４０】
上述した圧力タンク１４及び加熱部１８の構成により、噴射ノズル２１には高温高圧の作動液体が供給されることになる。
【００４１】
噴射ノズル２１は、作動液体を噴射するノズルの先端が噴射タンク２２に挿入されており、前段から供給された高温高圧の作動液体を、ノズルの先端に形成された細小穴を通すことにより流路を狭めて粒子化することにより、霧状の作動液体を噴射タンク２２の中に噴射する。
【００４２】
噴射タンク２２は、タンク内の圧力を所定値以下に保つ安全弁２３と、タンク内の圧力を検知する圧力センサ２４を有する。噴射タンク２２は、第２ソレノイドバルブ３１を介して接続される負圧タンク３２による気体の吸引により負圧とされ、負圧とされた噴射タンク２２に対して、噴射ノズル２１から高温高圧で霧状の作動液体が噴射される。
【００４３】
負圧化されている噴射タンク２２においては、噴射された高温高圧で霧状の作動液体が全体に拡散されて作動気体に遷移される。なお、噴射タンク２２が負圧化されていることにより、噴射された作動液体の圧力を瞬時下げることができるので、噴射タンク２２が負圧とされない場合に比較して、作動液体をより低い温度で作動気体に遷移させることができる。換言すれば、作動液体を作動気体により遷移し易くすることができる。
【００４４】
作動液体から遷移した作動気体は、作動液体の状態に比較してその体積が増大するので、噴射タンク２２の中は高圧となる。噴射タンク２２は、作動液体から遷移した高圧の作動気体を、第３ソレノイドバルブ２５を介してタービン２６に供給する。圧力センサ２４は、検出した噴射タンク２２の圧力を制御部３５に通知する。
【００４５】
第３ソレノイドバルブ２５は、制御部３５からの制御に従い、噴射タンク２２とタービン２６とを繋ぐ作動気体の経路を開閉する。
【００４６】
タービン２６は、噴射タンク２２から第３ソレノイドバルブ２５を介して噴射される作動気体によって回転駆動される。発電部２７は、タービン２６の回転駆動を電力に変換して発電を行う。
【００４７】
真空エジェクタ２８は、入力端がタービン２６側に、出力端が２連羽根車２９側に接続されており、入力端と出力端の間に逆止弁３４に繋がる経路が接続されている。真空エジェクタ２８は、ベルヌーイ効果を利用し、タービン２６を経た作動気体が入力端から出力端まで通過する際、逆止弁３４に繋がる流路に負圧を発生させるように形成されている。
【００４８】
２連羽根車２９は、真空エジェクタ２８を経た作動気体によって一方の羽根車が回転駆動し、その回転軸に接続された他方の羽根車が送風を行うことにより復水部３０を冷却する。２連羽根車２９は、本発明の送風部に相当する。復水部３０は、２連羽根車２９を経た作動気体を冷却することにより、作動気体を作動液体に遷移させる。遷移された作動液体は、液体タンク１１に戻される。
【００４９】
第２ソレノイドバルブ３１は、制御部３５からの制御に従い、噴射タンク２２と負圧タンク３２とを繋ぐ気体（作動気体や空気）の経路を開閉する。負圧タンク３２は、真空ポンプ３３及び逆止弁３４を介した真空エジェクタ２８の少なくとも一方からの気体の吸引により、常時、負圧とされている。第２ソレノイドバルブ３１が開放された場合、噴射タンク２２の中の気体は負圧タンク３２に吸引される。これにより、噴射タンク２２を負圧とすることができる。
【００５０】
真空ポンプ３３は、負圧タンク３２及び第２ソレノイドバルブ３１を介して噴射タンク２２の中の気体を吸引する。また、真空ポンプ３３は、負圧タンク３２の中の気体を吸引する。ただし、真空ポンプ３３を稼働させるためには電力を要するので、真空ポンプ３３の稼働時間はできる限り短くすることが望ましい。
【００５１】
逆止弁３４は、負圧タンク３２から真空エジェクタ２８への一方向にのみ、気体を通過させるように形成されている。これにより、真空エジェクタ２８は、逆止弁３４を介して負圧タンク３２の中の気体を吸引することができる。
【００５２】
制御部３５は、蒸気発電装置１０の各部を制御する。例えば、制御部３５は、汲み上げポンプ１３の駆動を制御する。また、制御部１３は、圧力タンク１４の圧力を制御する。また、制御部３５は、圧力センサ１６が検知する圧力タンク１４の圧力や、圧力センサ２４が検知する噴射タンク２２の圧力に基づき、第１ソレノイドバルブ１７、第２ソレノイドバルブ３１、及び第３ソレノイドバルブ２５の開閉を制御する。また、制御部３５は、加熱部１８による作動液体の加熱を制御する。さらに、制御部３５は、真空ポンプ３３のオン・オフを制御する。ただし、制御部３５から第１ソレノイドバルブ１７等に対する制御ラインの図示は省略する。
【００５３】
＜蒸気発電装置１０の動作＞
次に、蒸気発電装置１０の動作について説明する。
【００５４】
図２は、蒸気発電装置１０の状態遷移図を示している。蒸気発電装置１０は、動作開始時には、初期フェーズを経て第１フェーズ、第２フェーズ、第３フェーズを順に実行する。そして、第３フェーズの後は、第１フェーズに戻り、それ以降、第１フェーズから第３フェーズまでを順に繰り返し実行する。
【００５５】
初期フェーズは、圧力タンク１４の高圧化と、噴射タンク２２の負圧化を実行するフェーズである。ただし、噴射タンク２２の負圧化は、第２ソレノイドバルブ３１及び負圧タンク３２を介した真空ポンプ３３による吸引によって実現される。
【００５６】
第１フェーズは、初期フェーズと同様、圧力タンク１４の高圧化と、噴射タンク２２の負圧化を実行するフェーズである。ただし、噴射タンク２２の負圧化は、初期フェーズと異なり、第２ソレノイドバルブ３１を介した負圧タンク３２による吸引によって実現される。
【００５７】
第２フェーズは、噴射タンク２２に対し、噴射ノズル２１から高温高圧で霧状の作動液体を噴射して作動気体に遷移させ、噴射タンク２２を高圧化するフェーズである。
【００５８】
第３フェーズは、第３ソレノイドバルブ２５を開放し、噴射タンク２２から作動気体を噴射させ、タービン２６及び発電部２７による発電と、真空エジェクタ２８による負圧タンク３２の吸引と、２連羽根車２９及び復水部３０による作動気体から作動液体への遷移を行うフェーズである。
【００５９】
次に、図３は、各フェーズにおける各ソレノイドバルブの開閉状態と真空ポンプ３３の稼動状態を示している。図４は、初期フェーズ及び第１フェーズにおける作動液体の移動を示している。図５は、第２フェーズにおける作動液体の移動を示している。図６は、第３フェーズにおける作動気体の移動を示している。なお、図４〜図６において、太線矢印は作動液体又は作動気体の移動を表し、各バルブ上に経路に直交する線分が描画されている場合には閉鎖状態を表し、各バルブ上に経路に沿った矢印が描画されている場合には開放状態を表している。
【００６０】
はじめに、初期フェーズでは、圧力タンク１４の高圧化と、噴射タンク２２の負圧化が行われる。具体的には、図４に示すように、制御部３５の制御により、第１ソレノイドバルブ１７が閉鎖された状態で、液体タンク１１の作動液体が汲み上げポンプ１３によりフィルタ１２を介して圧力タンク１４に供給され、圧力タンク１４の圧力が上げられる。
【００６１】
また、これと並行して、制御部３５の制御により、第３ソレノイドバルブ２５が閉鎖され、第２ソレノイドバルブ３１が開放された状態で、真空ポンプ３３が稼働される。これにより、噴射タンク２２は、第２ソレノイドバルブ３１及び負圧タンク３２を介して真空ポンプ３３に吸引されて負圧化される。
【００６２】
そして、制御部３５が圧力センサ２４の検出結果に基づき、噴射タンク２２の圧力が、作動液体から作動気体への遷移に適した所定の圧力まで低下したと判断した場合、第１のフェーズが実行される。具体的には、制御部３５が、真空ポンプ３３を停止する。
【００６３】
次に、制御部３５が圧力センサ１６の検出結果に基づき、圧力タンク１４の圧力が、噴射ノズル２１から作動液体を噴射するのに適した所定の圧力に達したと判断した場合、第２のフェーズが実行される。具体的には、図５に示すように、制御部３５の制御により、第２ソレノイドバルブ３１が閉鎖されてから、第１ソレノイドバルブ１７が開放される。これにより、圧力タンク１４からの高圧の作動液体が加熱部１８にて加熱されて噴射ノズル２１に供給され、噴射ノズル２１が高温高圧で霧状の作動液体を、負圧化された噴射タンク２２に噴射する。これにより、噴射タンク２２にて作動液体が作動気体に遷移して、噴射タンク２２が高圧化する。
【００６４】
次に、制御部３５が圧力センサ２４の検出結果に基づき、噴射タンク２２の圧力が、作動気体がタービン２６を回転駆動させるのに適した所定の圧力に達したと判断した場合、第３のフェーズが実行される。具体的には、図６に示すように、制御部３５の制御により、第１ソレノイドバルブ１７が閉鎖され、第３ソレノイドバルブ２５が開放される。
【００６５】
これにより、噴射タンク２２から高圧の作動気体が第３ソレノイドバルブ２５を介してタービン２６に噴射され、タービン２６が回転駆動されて、発電部２７により発電が行われる。また、タービン２６を経た作動気体が真空エジェクタ２８を通過することにより、負圧タンク３２の中の気体が吸引されて、負圧タンク３２が負圧化される。さらに、真空エジェクタ２８を経た作動気体が、２連羽根車２９を回転駆動させた後、復水部３０にて、作動液体に遷移される。遷移された作動液体は、液体タンク１１に戻される。
【００６６】
この後、処理は、第１のフェーズに戻り、第１〜第３のフェーズに順に繰り返し実行される。
【００６７】
なお、第３のフェーズの後の第１のフェーズでは、真空ポンプ３３が停止しているので、噴射タンク２２の負圧化は、負圧タンク３２が、噴射タンク２２の中の気体を吸引することによって実現される。しかしながら、真空エジェクタ２８による負圧タンク３２の中の気体の吸引が不足している場合、負圧タンク３２だけでは噴射タンク２２を十分に負圧化することができない場合も起こり得る。そのような場合には、真空ポンプ３３を適時稼働して噴射タンク２２を負圧化するようにすればよい。
【００６８】
以上説明したように、蒸気発電装置１０によれば、化石燃料を燃焼消費せず、作動流体を効率的に加熱、蒸気化し、タービン２６を回転駆動させて発電を行うことができる。よって、大気汚染等を発生させないクリーンな汽力発電を実現することが可能となる。
【００６９】
＜蒸気発電装置１０の変形例＞
次に、図７は、蒸気発電装置１０の第１の変形例を示している。該第１の変形例は、図１に示された構成例に対して、噴射タンク２２の内部に加熱部５１を追加したものである。加熱部５１以外の構成要素については、図１に示された構成例と共通であり、同一の符号を付しているので、その説明は省略する。
【００７０】
加熱部５１は、電気を用い、噴射ノズル２１から噴射タンク２２に噴射される高温高圧で霧状の作動液体をさらに加熱するものである。加熱部５１は、本発明の第２加熱部に相当する。
【００７１】
加熱部５１により、該作動流体をさらに加熱することによって、噴射タンク２２に噴射された作動液体を作動気体により遷移し易くすることができる。
【００７２】
次に、図８は、蒸気発電装置１０の第２の変形例を示している。該第２の変形例は、図１に示された構成例に対して、圧力タンク１４の内部に加熱部６１を追加したものである。加熱部６１以外の構成要素については、図１に示された構成例と共通であり、同一の符号を付しているので、その説明は省略する。
【００７３】
加熱部６１には、タービン２６及び真空エジェクタ２８を経た高温高圧の作動気体が供給され、該作動気体が有する熱量により、圧力タンク１４の作動液体を加熱する。加熱部６１を経た作動気体は、２連羽根車２９を経て復水部３０に戻される。加熱部６１は、本発明の第３加熱部に相当する。
【００７４】
加熱部６１により、圧力タンク１４の作動液体を加熱することによって、噴射ノズル２１から噴射される作動液体の温度をより高温化することができる。よって、噴射タンク２２に噴射された作動液体を作動気体により遷移し易くすることができる。また、タービン２６を経た作動気体が有する熱量を有効に利用することができる。
【００７５】
次に、図９は、蒸気発電装置１０の第３の変形例を示している。該第３の変形例は、図１に示された構成例における第１ソレノイドバルブ１７、噴射ノズル２１、並びに、加熱部１８、断熱材１９、及び温度センサ２０の配置を変更したものであり、その他の構成要素については図示を適宜省略する。
【００７６】
すなわち、第３の変形例は、加熱部１８が噴射ノズル２１と一体化され、加熱部１８が噴射ノズル２１に供給される作動液体を加熱するように形成されている。断熱材１９は、加熱部１８及び噴射ノズル２１を取り囲むように配置されている。
【００７７】
第３の変形例による第２のフェーズでは、圧力タンク１４からの高圧の作動液体が第１ソレノイドバルブ１７を介して噴射ノズル２１に供給されて、加熱部１８によって加熱され、噴射ノズル２１から高温高圧で霧状の作動液体が、負圧化された噴射タンク２２に噴射される。これにより、噴射タンク２２にて作動液体が作動気体に遷移して、噴射タンク２２が高圧化する。
【００７８】
第３の変形例によれば、加熱部１８によって加熱した作動液体を、図１の構成例に比較してより速やかに霧状の作動液体として噴射タンク２２に噴射することができる。
【００７９】
次に、図１０は、蒸気発電装置１０の第４の変形例を示している。該第４の変形例は、図１に示された構成例における第１ソレノイドバルブ１７、噴射ノズル２１、並びに、加熱部１８、断熱材１９、及び温度センサ２０の配置を変更したものであり、その他の構成要素については図示を適宜省略する。
【００８０】
すなわち、第４の変形例は、加熱部１８、断熱材１９、及び温度センサ２０が噴射ノズル２１の後段に配置されている。
【００８１】
第４の変形例による第２のフェーズでは、圧力タンク１４からの高圧の作動液体が第１ソレノイドバルブ１７を介して噴射ノズル２１に供給され、噴射ノズル２１から噴射された高圧で霧状の作動液体が、加熱部１８によって加熱された後、負圧化された噴射タンク２２に供給される。これにより、噴射タンク２２にて、高温高圧で霧状の作動液体が作動気体に遷移して、噴射タンク２２が高圧化する。
【００８２】
第４の変形例によれば、加熱部１８は霧状の作動液体を加熱することになるので、該霧状の作動液体はより高温になり易い。したがって、図１の構成例に比較して、より高温で霧状の作動液体を噴射タンク２２に噴射することができ、作動気体へより確実に遷移させることができる。
【００８３】
なお、上述した第１〜４の変形例は、適宜組み合わせて実行することができる。その場合、噴射タンク２２に噴射された作動液体を作動気体により遷移し易くすることができる。
【００８４】
＜実施の形態の利用例＞
上述した本実施の形態は、例えば、モータを駆動源とする気動車等の乗り物の発電機の動力源に用いたり、小・中・大規模発電所の発電システムに供したりすることができる。
【００８５】
なお、上記した本実施形態では本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８６】
１０・・・蒸気発電装置、１１・・・液体タンク、１２・・・フィルタ、１３・・・ポンプ、１４・・・圧力タンク、１５・・・安全弁、１６・・・圧力センサ、１７・・・第１ソレノイドバルブ、１８・・・加熱部、１９・・・断熱材、２０・・・温度センサ、２１・・・噴射ノズル、２２・・・噴射タンク、２３・・・安全弁、２４・・・圧力センサ、２５・・・第３ソレノイドバルブ、２６・・・タービン、２７・・・発電部、２８・・・真空エジェクタ、２９・・・２連羽根車、３０・・・復水部、３１・・・第２ソレノイドバルブ、３２・・・負圧タンク、３３・・・真空ポンプ、３４・・・逆止弁、３５・・・制御部、５１・・・加熱部、６１・・・加熱部
【図１】
2019196706.tif 000003
【図２】
2019196706.tif 000004
【図３】
2019196706.tif 000005
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月11日(2018.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、
前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、
前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、
前記噴射タンクの中の気体を吸引して前記噴射タンクを負圧化する負圧タンクと、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気発電装置であって、
前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて負圧を発生し、前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空エジェクタを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気発電装置であって、
前記負圧タンクの中の気体を吸引して前記負圧タンクを負圧化する真空ポンプを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項４】
液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、
前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、
前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、
前記噴射ノズルから噴射された前記液相の作動流体を加熱するために前記噴射タンクの内部に設けられた第２加熱部と、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気発電装置であって、
前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射する
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気発電装置であって、
前記第１加熱部と前記噴射ノズルとは、一体化されており、
前記噴射ノズルは、前記第１加熱部によって加熱された霧状の前記液相の作動流体を前記噴射タンクに噴射する
ことを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項７】
液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルから噴射された霧状の前記液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、
前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、
前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の蒸気発電装置であって、
前記噴射ノズルに供給する前の前記液相の作動流体を保持し、前記液相の作動流体に対して加圧する圧力タンクを、
備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項９】
液相の作動流体を加熱する第１加熱部と、
前記液相の作動流体を噴射する噴射ノズルと、
前記第１加熱部を介して前記噴射ノズルに供給する前の前記液相の作動流体を保持し、前記液相の作動流体に対して加圧する圧力タンクと、
前記噴射ノズルから噴射された、前記第１加熱部によって加熱済みで霧状の前記液相の作動流体を気相の作動流体に遷移させ、前記気相の作動流体をタービンに噴射する噴射タンクと、
前記タービンの回転駆動に応じて発電を行う発電部と、
前記タービンを経た前記気相の作動流体が有する熱量を用いて前記圧力タンクの中の前記液相の作動流体を加熱する第３加熱部と、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の蒸気発電装置であって、
前記タービンを経た前記気相の作動流体の流れを用いて送風を行う送風部と、
前記送風によって前記気相の作動流体を冷却して前記液相の作動流体に変換する復水部と、
を備えることを特徴とする蒸気発電装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の蒸気発電装置であって、
前記作動流体は、水、空気、二酸化炭素、アンモニア、アルコール、ペンタン、または代替フロンである
ことを特徴とする蒸気発電装置。