(57)【要約】【課題】熱発電システムを低コスト化し、発電効率を向上する。【解決手段】本実施形態に係る熱発電システムは、循環水が、高温部と低温部に流れることにより、水蒸気と熱交換を行う復水器からの排熱を利用して発電を行う熱発電システムであって、高温部を通過した循環水を排出する第１温水排出管路と、水中からの循環水が循環する循環水循環管路と、第１温水排出管路を流れる循環水の温度と、循環水循環管路を流れる循環水の温度との温度差により発電する熱発電ユニットと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環水が、高温部と低温部に流れることにより、水蒸気と熱交換を行う復水器からの排熱を利用して発電を行う熱発電システムであって、
前記高温部を通過した循環水を排出する第１温水排出管路と、
水中からの循環水が循環する循環水循環管路と、
前記第１温水排出管路を流れる循環水の温度と、前記循環水循環管路を流れる循環水の温度との温度差により発電する熱発電ユニットと、
を備える熱発電システム。
【請求項２】
前記復水器には、第１ポンプによって水中から汲み上げられた循環水が供給され、
前記循環水循環管路は、前記第１ポンプと前記復水器との間に敷設され、循環水を前記復水器に供給する循環水供給管路から分岐する分岐管路を含む請求項１に記載の熱発電システム。
【請求項３】
前記復水器には、第１ポンプによって水中から汲み上げられた循環水が供給され、
前記循環水循環管路に循環水を循環させる、前記第１ポンプとは異なる第２ポンプを備える請求項１に記載の熱発電システム。
【請求項４】
前記第１温水排出管路は、前記低温部を通過した循環水を排出する第２温水排出管路に接続される請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱発電システム。
【請求項５】
前記熱発電ユニットは、
水中からの冷水が流れる複数の冷水流路と、
前記第１温水排出管路からの温水が流れ、前記冷水流路に、熱電変換素子を介して隣接する温水流路と、
を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱発電システム。
【請求項６】
前記熱発電ユニットは、
前記熱電変換素子と、
前記熱電変換素子の一側に配置され、一側の面に前記冷水流路が形成される第１流路部材と、
前記熱電変換素子の他側に配置され、他側の面に前記温水流路が形成される第２流路部材と
を備える流路モジュールを積層することにより形成される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱発電システム。
【請求項７】
前記熱電変換素子は、有機熱電変換素子である請求項５又は６に記載の熱発電システム。
【請求項８】
前記熱電変換素子は、プレート式熱交換型の素子である請求項５乃至７のいずれか一項に記載の熱発電システム。
【請求項９】
前記復水器は、発電機を駆動する蒸気タービンからの蒸気を復水し、
前記熱発電ユニットは、前記蒸気タービンが設置される建屋の外であって、前記復水器へ供給される循環水が取水される海の防潮堤の内側に設置される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所や火力発電所などでは、タービンを駆動する水蒸気は、復水器を循環する海水によって冷却されている。水蒸気を冷却することによって熱エネルギーを受け取った海水は、海へ排水される。これによって、熱エネルギーも、海水とともに海に排出される。そこで、海へ排出される熱エネルギーを再利用するための技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば、復水器から海水を排水するための配管を海中に敷設し、配管を流れる海水の温度と、海中の海水の温度との差を用いて発電を行う熱発電システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
復水器を循環する海水は、復水器の高温部から低温部を通過して排水される。従来の熱発電システムでは、低温部を通過した海水が持つ熱エネルギーを用いて発電が行われる。このため、復水器から排水される海水の温度と、海中の海水の温度との差が比較的小さく、効率よく発電を行うことが困難であった。したがって、従来の熱発電システムは、発電効率が低く、得られる発電量も、排水に含まれる熱エネルギーの量に比べて少なかった。
【０００６】
また、環境への負荷を低減する観点から、復水器からの海水を海中へ排水する場合には、排水の温度と海中の海水の温度との差を７度以内にする必要がある。従来の熱発電システムでは、復水器からの配管が海中に敷設されていた。したがって、高温の排水を用いた発電を行うのが困難であった。
【０００７】
更に、従来の熱発電システムでは、復水器からの配管や熱電変換素子が海中に敷設されているため、装置の設置コストが大きくなる。また、メンテナンスが困難であるため、装置のランニングコストも大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、熱発電システムの低コスト化と、発電効率の向上を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本実施形態に係る熱発電システムは、循環水が、高温部と低温部に流れることにより、水蒸気と熱交換を行う復水器からの排熱を利用して発電を行う熱発電システムであって、高温部を通過した循環水を排出する第１温水排出管路と、水中からの循環水が循環する循環水循環管路と、第１温水排出管路を流れる循環水の温度と、循環水循環管路を流れる循環水の温度との温度差により発電する熱発電ユニットと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る熱発電システムの概略構成を示す図である。
【図２】発電設備を構成する機器の配置を概略的に示す図である。
【図３】発電ユニットの斜視図である。
【図４】支持板を示す斜視図である。
【図５】発電モジュールの平面図である。
【図６】発電モジュールのＡＡ断面を示す図である。
【図７】発電モジュールのＢＢ断面を示す図である。
【図８】発電モジュールのＣＣ断面を示す図である。
【図９】熱電変換素子の概略構成を示す側面図である。
【図１０】熱電変換素子の概略構成を示す平面図である。
【図１１】流路部材を示す図である。
【図１２】流路部材の溝に嵌合するＯリングを示す図である。
【図１３】発電モジュールと支持板が一体化されることにより形成される流路を示す図である。
【図１４】実施例に係る熱発電システムの系統図である。
【図１５】比較例に係る熱発電システムの系統図である。
【図１６】変形例に係る熱発電システムを示す図である。
【図１７】変形例に係る熱発電システムを示す図である。
【図１８】変形例に係る熱発電システムを示す図である。
【図１９】直列に接続された発電ユニットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る熱発電システム２０と、熱発電システム２０が併設される発電設備１０の概略構成を示す図である。熱発電システム２０は、発電設備１０から排出される排熱を利用して発電を行うシステムである。発電設備１０は、例えば、原子力や火力によって蒸気を発生させるボイラ１１、発電機１４、発電機１４の回転軸Ｓを回転させるための高圧タービン１２と低圧タービン１３、蒸気を復水する復水器１５を備える商用の発電設備である。高圧タービン１２と低圧タービン１３は、発電機１４の回転軸に設けられている。発電機１４は、例えば、同期発電機である。
【００１３】
発電設備１０では、ボイラ１１によって生成される蒸気が、高圧タービン１２と低圧タービン１３に供給される。これによって、高圧タービン１２及び低圧タービン１３が回転し、発電機１４の回転軸Ｓが回転する。発電機１４は、回転軸Ｓが定格回転数で回転すると、送電が可能となる。
【００１４】
高圧タービン１２及び低圧タービン１３を駆動する水蒸気は、高圧タービン１２及び低圧タービン１３から排出された後に、復水器１５に排気される。復水器１５は、蒸気と海水との間で熱交換を行うことで、蒸気を冷却して復水する装置である。本実施形態に係る復水器１５は、例えば高温の蒸気を冷却する高温冷却部１５ａと、低温の蒸気を冷却する低温冷却部１５ｂを備えている。高温冷却部１５ａは、管路Ｐ１によって海水ポンプ２２と接続され、低温冷却部１５ｂは、管路Ｐ１と、管路Ｐ１から分岐する管路Ｐ３によって、海水ポンプ２２と接続されている。
【００１５】
海水ポンプ２２が運転されると、管路Ｐ１を介して、高温冷却部１５ａに海水などの循環水が供給され、管路Ｐ１，Ｐ３を介して、低温冷却部１５ｂに海水が供給される。高温冷却部１５ａに供給された海水は、高圧タービン１２及び低圧タービン１３から排出される水蒸気と熱交換を行って、管路Ｐ４を介して海中へ排出される。また、低温冷却部１５ｂに供給された海水も、同様に、高圧タービン１２及び低圧タービン１３から排出される水蒸気と熱交換を行って、管路Ｐ５を介して海中へ排出される。このように、海水ポンプ２２によって、高温冷却部１５ａ及び低温冷却部１５ｂと海の間を、海水が循環する。そして、復水器１５に供給される蒸気は、高温冷却部１５ａと低温冷却部１５ｂを順に通過することで、冷却され復水される。
【００１６】
図２は、発電設備１０を構成する機器の配置を概略的に示す図である。図２に示されるように、ボイラ１１、高圧タービン１２、低圧タービン１３、発電機１４は、防潮堤１２０の近傍に設置された発電設備建屋１３０の内部に設置されている。また、海水ポンプ２２は、防潮堤１２０に設置され、オイルフェンスＯＦを介して海水を取水し、取水した海水を復水器１５等へ供給する。
【００１７】
熱発電システム２０は、海中からの海水の温度と、高温冷却部１５ａから排出される海水の温度の差を利用して発電を行うシステムである。熱発電システム２０は、発電ユニット３０を備えている。
【００１８】
図３は、発電ユニット３０の斜視図である。発電ユニット３０は、温水と冷水とが通水されることで発電を行うユニットである。発電ユニット３０は、複数の発電モジュール３３と、発電モジュール３３を支持する一対の支持板３１，３２を有している。
【００１９】
例えば冷水としての海水は、１０〜３０℃であり、温水としての海水は、１７〜３７℃程度である。冷水と温水の温度差は、おおよそ７℃程度である。
【００２０】
図４は、支持板３１，３２を示す斜視図である。図４に示されるように、支持板３１，３２は、長手方向をＺ軸方向とする長方形板状の部材である。支持板３１，３２は、例えばチタン、ステンレス、樹脂など、海水に対する耐食性が高い素材からなる。支持板３１，３２には、４つのコーナーと、上部中央及び下部中央にＹ軸方向に貫通する円形の開口３１ｅ，３２ｅが形成されている。
【００２１】
また、支持板３１の−Ｘ側の上部コーナー及び下部コーナーに、それぞれ温水が給水される給水口３１ａと、温水が排水される排水口３１ｂが設けられている。そして、支持板３１の＋Ｘ側の上部コーナー及び下部コーナーに、それぞれ冷水が排水される排水口３１ｃと、冷水が給水される給水口３１ｄが設けられている。給水口３１ａ，３１ｄと、排水口３１ｂ，３１ｃは、支持板３１をＹ軸方向に貫通している。
【００２２】
図５は、発電モジュール３３の平面図である。発電モジュール３３は、長手方向をＺ軸方向とする部材である。発電モジュール３３には、４つのコーナーに、支持板３１に設けられた給水口３１ａ，３１ｄと排水口３１ｂ，３１ｃに対応する開口３５ａが設けられている。
【００２３】
図６は、図５における発電モジュール３３のＡＡ断面を示す図である。また、図７は、図５における発電モジュール３３のＢＢ断面を示す図であり、図８は、図５における発電モジュール３３のＣＣ断面を示す図である。図６乃至図８に示されるように、発電モジュール３３は、熱電変換素子３４と、熱電変換素子３４の上面及び下面に配置される１組の流路部材３５Ａ，３５Ｂから構成される。
【００２４】
流路部材３５Ａは、例えば熱伝導率の高い金属や、海水に対して耐食性の高い樹脂などからなる板状の部材である。図５に示されるように、流路部材３５Ａの４つのコーナーには、Ｙ軸方向に貫通する４つの開口３５ａが形成されている。また、流路部材３５Ａの上端部と下端部には、Ｕ字状の切欠き３５ｈが形成されている。
【００２５】
流路部材３５Ａの一側の面（−Ｙ側の面）には、−Ｘ側の２つの開口３５ａを含む台形の凹部３５ｅが形成されている。凹部３５ｅの周りには、凹部３５ｅの外縁に沿って溝３５ｆが形成されている。また、＋Ｘ側の２つの開口３５ａの周りには、開口３５ａの外縁に沿って溝３５ｇが形成されている。流路部材３５Ａの他側の面（＋Ｙ側の面）は、平らな平坦面になっている。流路部材３５Ａの平坦面には、熱電変換素子３４が接着される。なお、図には示されていないが、流路部材３５Ａの凹部３５ｅには、凹部３５ｅを流れる海水を撹拌するためのフィンや突起部などが適宜配置される。流路部材３５Ｂも、流路部材３５Ａと同等の構成を有している。
【００２６】
熱電変換素子３４は、板状のプレート式熱交換型素子である。熱電変換素子３４は、流路部材３５Ａ，３５Ｂよりも一回り小さくなるように整形されている。図９は、熱電変換素子３４の概略構成を示す側面図である。また、図１０は、熱電変換素子３４の概略構成を示す平面図である。図９及び図１０を参照するとわかるように、熱電変換素子３４は、２枚の基板３４０Ａ，３４０Ｂと、Ｎ型半導体素子３４１及びＰ型半導体素子３４２等を備えている。
【００２７】
基板３４０Ａ，３４０Ｂは、例えばセラミックからなり、長手方向をＺ軸方向とする長方形の基板である。図９に示されるように、Ｎ型半導体素子３４１及びＰ型半導体素子３４２は、２枚の基板３４０Ａ，３４０Ｂの間に配置される。図１０に示されるように、Ｎ型半導体素子３４１及びＰ型半導体素子３４２は、Ｘ軸方向とＹ軸方向にマトリクス状に配置される。Ｎ型半導体素子３４１及びＰ型半導体素子３４２としては、例えば、ビスマス・テルル系の無機物、導電性高分子などの有機物の半導体等を用いることができる。
【００２８】
Ｎ型半導体素子３４１とＰ型半導体素子３４２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に交互に配置され、極性が異なる半導体同士が隣接した状態になっている。また、Ｘ軸に沿って並ぶＮ型半導体素子３４１とＰ型半導体素子３４２は、基板３４０Ａ，３４０Ｂの表面に設けられる導体３４３によって、交互に接続される。これにより、複数本の素子列３４５が形成される。導体３４３は、例えば銅（Ｃｕ）からなる。
【００２９】
素子列３４５の＋Ｘ側端の導体３４３と−Ｘ側端の導体３４３は、ケーブル等（不図示）を介して、例えばパワーコンディショナーなどの交直変換器に接続される。各素子列３４５には、基板３４０Ａ側の温度と、基板３４０Ｂ側の温度との差に応じた起電力が生じる。この状態のときには、各素子列３４５からは、直流の電力（パワー）が出力される。
【００３０】
上述のように構成される流路部材３５Ａ，３５Ｂ、及び熱電変換素子３４は、図６乃至図８に示されるように、流路部材３５Ａの平坦面と、流路部材３５Ｂの平坦面とが、熱電変換素子３４を挟んだ状態で接着されることで一体化される。これにより、発電モジュール３３が形成される。
【００３１】
図１１には、発電モジュール３３の流路部材３５Ａが実線で示され、流路部材３５Ｂが破線で示されている。図１１に示されるように、流路部材３５Ａと流路部材３５Ｂの間で、凹部３５ｅの向きが反対になっている。具体的には、流路部材３５Ａと流路部材３５Ｂの間で、凹部３５ｅのＺ軸に平行な長辺と短辺の位置が、Ｚ軸に平行な中心線Ｌに対して反対になっている。そして、流路部材３５Ａの開口３５ａと、流路部材３５Ｂの開口３５ａとが一致し、流路部材３５Ａの切欠き３５ｈと、流路部材３５Ｂの切欠き３５ｈとが一致した状態になっている。
【００３２】
図１２に示されるように、発電モジュール３３は、３つの溝３５ｆ，３５ｇにＯリング５０が嵌合された状態で、図３に示されるように、重ね合わされた状態で組み合わされる。発電モジュール３３を組み合わせる際には、隣接する発電モジュール３３の間で、凹部３５ｅが重なるように発電モジュール３３が配置される。
【００３３】
重ね合わされた発電モジュール３３は、図３に示されるように、支持板３１，３２に挟まれた状態で、支持板３１，３２の開口３１ｅ，３２ｅに挿入された６本のボルト４０と６個のナット４１が締結されることで、一体的に支持される。発電モジュール３３それぞれは、各発電モジュール３３を構成する流路部材３５Ａ，３５Ｂの切欠き３５ｈの内側に配置されるボルト４０によって、位置が固定された状態になる。
【００３４】
図１３は、発電モジュール３３と支持板３１，３２が一体化されることにより形成される流路を示す図である。図１３に示されるように、発電ユニット３０では、流路部材３５Ａ，３５Ｂの凹部３５ｅによって、鉛直方向に１２の流路Ｖ１〜Ｖ１２が形成され、流路部材３５Ａ，３５Ｂの開口３５ａによって、水平方向に４つの流路Ｈ１〜Ｈ４が形成される。鉛直方向の流路Ｖ１〜Ｖ６と、流路Ｖ７〜Ｖ１２は交互に配置された状態になっている。
【００３５】
流路Ｈ１は、給水口３１ａに連絡し、流路Ｈ２は、排水口３１ｂに連絡する。また、流路Ｈ３は、給水口３１ｄに連絡し、流路Ｈ４は、排水口３１ｃに連絡する。そして、流路Ｖ１〜Ｖ１２のうち、流路Ｖ１〜Ｖ６が、流路Ｈ１，Ｈ２に並列に接続される。そして、流路Ｖ７〜Ｖ１２が、流路Ｈ３，Ｈ４に並列に接続される。
【００３６】
上述のように構成される発電ユニット３０は、図１に示されるように、給水口３１ａに管路Ｐ４が接続され、給水口３１ｄに管路Ｐ２が接続される。図２に示されるように、発電ユニット３０は、発電設備建屋１３０と海の間にある防潮堤１２０に設置される。
【００３７】
次に、熱発電システム２０の動作について説明する。発電設備１０の発電機１４が稼働しているときには、ボイラ１１から発生した蒸気は、高圧タービン１２或いは低圧タービン１３と復水器１５を循環する。また、発電機１４が稼働しているときには、海水ポンプ２２が運転され、管路Ｐ１，Ｐ３を介して復水器１５に海水が供給される。
【００３８】
復水器１５を蒸気が通過するときに、復水器１５の高温冷却部１５ａと低温冷却部１５ｂを循環する海水と蒸気との間で熱交換が行われる。低温冷却部１５ｂを循環する海水は、熱交換を行った後に海へ排水される。高温冷却部１５ａを循環する海水は、蒸気と熱交換を行うことによって昇温される。海水が昇温されることに生成される温水は、発電ユニット３０の給水口３１ａに供給される。この温水は、図１３に実線で表される矢印に示されるように、流路Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１〜Ｖ６を循環する。
【００３９】
また、海水ポンプ２２が運転されているときには、管路Ｐ１から分岐する管路Ｐ２を介して、海中からの海水が発電ユニット３０の給水口３１ｄに供給される。この海水は、復水器１５を循環した海水に比較して低温の冷水である。この冷水は、図１３に破線で表される矢印に示されるように、流路Ｈ３，Ｈ４，Ｖ７〜Ｖ１２を循環する。
【００４０】
温水が流路Ｈ１，Ｈ２，Ｖ１〜Ｖ６を循環し、冷水が流路Ｈ３，Ｈ４，Ｖ７〜Ｖ１２を循環することにより、流路Ｖ１〜Ｖ６と流路Ｖ７〜Ｖ１２に挟まれる熱電変換素子３４の一側と他側に温度差が生じる。これによって、熱電変換素子３４で発電が行われる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る熱発電システム２０の復水器１５は、図１に示されるように、高温の蒸気を冷却する高温冷却部１５ａと、低温の蒸気を冷却する低温冷却部１５ｂとを備えている。そして、復水器１５の高温冷却部１５ａを通過することにより昇温された海水と、海中から海水ポンプ２２によって汲み上げられた海水とが、それぞれ温水及び冷水として、発電ユニット３０に供給される。このため、復水器１５の低温冷却部１５ｂを通過した海水を用いて発電する場合と比較して、発電量を増加させることができる。したがって、発電効率を向上することが可能となる。
【００４２】
一般に、復水器へ供給されるべき冷却水の一部を、熱発電などの他の用途に用いると、高圧タービン及び低圧タービンの出力が低下する。また、復水器で昇温された海水が発電ユニットを通過する時に生じる圧力損失を補うために海水ポンプの消費電力が増加する。そのため、上記熱発電を行う場合には、タービンの出力の低下分と、海水ポンプの消費電力の増加分とに起因する発電電力の低下分を、熱発電で少なくとも補う必要がある。
【００４３】
例えば、タービン出力の低下にともなう発電機の出力電力の低下をΔＰｔ（ＭＷ）、海水ポンプの消費電力の増加分をΔＰｐ（ＭＷ）、熱発電ユニットでの発電量をΔＰｈ（ＭＷ）とすると、熱発電を行わなかったときの発電量と、熱発電を行ったときの発電量の差Ｐｔｏｔａｌは、以下の式（１）で示される。したがって、熱発電を行う場合には、差Ｐｔｐｔａｌが０を上回る必要がある。また、熱発電ユニット等の製造コストやランニングコストを考慮すると、差Ｐｔｏｔａｌは、１ＭＷ以上であることが好ましい。
【００４４】
ΔＰｔｏｔａｌ＝ΔＰｈ−ΔＰｔ−ΔＰｐ  …（１）
【００４５】
《実施例》
図１４には、本実施形態に係る熱発電システム２０における各管路Ｐ１〜Ｐ５での海水の流量が示されている。海水ポンプ２２は、例えば２８℃の海水を毎分３，３２４ｍ３吐出する。海水ポンプ２２から吐出した海水のうち一部の海水が管路Ｐ２を介して熱電変換素子３４を冷却する。また、残りの海水が復水器１５に供給される。本実施例では、毎分１，３８５ｍ３の海水が管路Ｐ２を介して熱電変換素子３４を冷却し、毎分１，９３９ｍ３の海水が復水器１５に供給される。復水器１５に供給された海水の半分が、復水器１５の高温冷却部１５ａで熱交換を行った後、管路Ｐ４を介して排出される。管路Ｐ４からは、毎分９６９．５ｍ３の海水が排出される。この海水は４５℃に昇温されており、熱電変換素子３４を加熱する。上述のように、熱電変換素子３４が２８℃の海水により冷却され、同時に４５℃の海水によって加熱されることで、熱電変換素子３４では、海水の温度差に応じた電力が発電される。
【００４６】
熱電変換素子３４の素子面積が３３，３８４ｍ２であり、単位面積あたりの出力が平均３４０Ｗ／ｍ２であるとすると、熱電変換素子３４の発電電力ΔＰｈは、１１．３６［ＭＷ］である。一方、この場合のタービン出力の低下にともなう発電機の出力電力の低下ΔＰｔは、７．０［ＭＷ］であり、海水ポンプの消費電力の増加分ΔＰｐは、１．０３［ＭＷ］である。このため、本実施形態に係る熱発電システムを備える発電設備における、熱発電を行わなかったときの発電量と、熱発電を行ったときの発電量の差Ｐｔｏｔａｌは、＋３．３４［ＭＷ］となる。
【００４７】
《比較例》
図１５には、比較例に係る熱発電システムにおける各管路Ｐ１〜Ｐ５での海水の流量が示されている。比較例に係る熱発電システムは、復水器１５の低温冷却部１５ｂを循環する海水と、海中の海水との温度差によって発電する点で、本実施形態に係る熱発電システム２０と相違している。
【００４８】
比較例に係る熱発電システムでは、海水ポンプ２２は、例えば２８℃の海水を毎分３，３２４ｍ３吐出する。海水ポンプ２２から吐出した海水は復水器１５に供給される。復水器１５に供給された海水の半分が、復水器１５の高温冷却部１５ａで熱交換を行った後、管路Ｐ４を介して排出される。また、残りの海水の半分が、復水器１５の低温冷却部１５ｂで熱交換を行った後、管路Ｐ５を介して排出される。管路Ｐ４からは、毎分１，６６２ｍ３の海水が排出される。この海水は４５℃に昇温されている。同様に、管路Ｐ５からも、毎分１，６６２ｍ３の海水が排出される。この海水は３５℃に昇温されている。管路Ｐ５は一部が海中に敷設されており、周囲には熱電変換素子３００が配置されている。この熱電変換素子３００は、管路Ｐ５を流れる３５℃の海水によって加熱されるとともに、海中の２８℃の海水によって冷却される。これによって、熱電変換素子３００では、海水の温度差に応じた電力が発電される。
【００４９】
この熱電変換素子３００は、管路Ｐ５の周囲に配置されるため、素子面積が２００ｍ２と小さい。一方、単位面積あたりの出力は平均３０Ｗ／ｍ２である。比較例では、熱電変換素子３００の発電電力ΔＰｈは、０．００６［ＭＷ］である。一方、この場合のタービン出力の低下にともなう発電機の出力電力の低下ΔＰｔは、０［ＭＷ］であり、海水ポンプの消費電力の増加分ΔＰｐは、０．１１５［ＭＷ］である。このため、比較例に係る熱発電システムを備える発電設備における、熱発電を行わなかったときの発電量と、熱発電を行ったときの発電量の差Ｐｔｏｔａｌは、−０．１０９［ＭＷ］となる。
【００５０】
このため、海水を用いて熱発電を効率よく行うためには、比較的温度の高い海水を用いることが重要であるが、環境への負荷を低減する観点から難しい。
【００５１】
また、本実施形態では、比較例とは異なり、熱電変換素子３４を備える発電ユニット３０が、図２に示されるように、防潮堤１２０に設置される。このため、比較例に示す熱発電システムとは異なり、装置の設置やメンテナンスが容易となる。したがって、発電ユニットの設置コストやランニングコストを削減することができる。
【００５２】
更に、発電ユニット３０は、図３に示されるように、ボルト４０によって連結される支持板３１，３２によって、複数の発電モジュール３３が保持される構造となっている。このため、発電モジュール３３を１つ１つ分解してメンテナンスを行うことができる。また、組み合わせる発電モジュール３３の数を増減させることで、発電ユニット３０の発電容量を容易に調整することができる。
【００５３】
本実施形態に係る発電ユニット３０は、陸上に配置されている。このため、発電ユニット３０を通過した温水を、海中の海水の温度に応じて冷却した後に排水することができる。図１に示されるように、管路Ｐ４を流れる温水と、管路Ｐ２を流れる冷水とを混合することにより、海中に排水される海水の温度と、海中の海水の温度との差を７度以内にすることが好ましい。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。
【００５５】
《変形例１》
図１６は、変形例１に係る熱発電システム２０Ａを示す図である。図１６に示されるように、熱発電システム２０Ａでは、管路Ｐ２，Ｐ４が、管路Ｐ５に接続される。管路Ｐ４を流れる海水の温度よりも、管路Ｐ５を流れる海水の温度の方が低い。このため、発電ユニット３０からの排水を冷却して排水することができる。これにより、環境への負荷を低減することが可能となる。
【００５６】
《変形例２》
図１７は、変形例２に係る熱発電システム２０Ｂを示す図である。図１７に示されるように、熱発電システム２０Ｂでは、管路Ｐ２が、海水ポンプ２２とは異なる海水ポンプ２３に接続される。このため、海水ポンプ２２から吐出される海水のすべてを、復水器１５に供給することができる。したがって、高圧タービン１２及び低圧タービン１３の出力を低下させることなく、熱発電システム２０での発電が可能となる。
【００５７】
《変形例３》
図１８は、変形例３に係る熱発電システム２０Ｃを示す図である。図１８に示されるように、熱発電システム２０Ｃでは、管路Ｐ４に、海水ポンプ２２，２３とは異なる海水ポンプ２４が設けられる。これにより、海水の循環に用いられる海水ポンプそれぞれの容量を小さくすることができる。その結果、海水を循環させるために用いられる電力を小さくすることができる。
【００５８】
上記実施形態では、熱発電システム２０が、１つの発電ユニット３０を備えている場合について説明した。これに限らず、熱発電システム２０は、複数の発電ユニット３０を備えていてもよい。また、図１９に示されるように、発電ユニット３０を直列に接続して使用してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、熱発電システム２０の発電ユニット３０が１１個の発電モジュール３３を有していることとした。これに限らず、発電ユニット３０が有する発電モジュール３３は、１３以上或いは１０以下であってもよい。
【００６０】
上記実施形態では、復水器１５が、高温冷却部１５ａと低温冷却部１５ｂに２分割されていることとした。これに限らず、復水器１５は、複数の部分に分割されていてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、復水器１５を循環する循環水が海水である場合について説明した。これに限らず、河川を流れる水や、湖及びため池などから汲み上げた水を、循環水として用いてもよい。また、復水器１５には、例えば冷却器などによって冷却された液体などが循環水として供給されることとしてもよい。また、循環水の循環とは、システム内の閉じられた流路を循環水が循環する場合や、復水器と海や河川などの開かれた流路を循環水が循環する場合等、広義に解釈される。
【００６２】
本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  発電設備
１１  ボイラ
１２  高圧タービン
１３  低圧タービン
１４  発電機
１５  復水器
２０，２０Ａ〜２０Ｃ  熱発電システム
２２〜２４  海水ポンプ
３０  発電ユニット
３１，３２  支持板
３３  発電モジュール
３４  熱電変換素子
４０  ボルト
４１  ナット
１５ａ  高温冷却部
１５ｂ  低温冷却部
３１ａ，３１ｄ  給水口
３１ｂ，３１ｃ  排水口
３１ｅ，３２ｅ  開口
３５Ａ，３５Ｂ  流路部材
３５ａ  開口
３５ｅ  凹部
３５ｆ，３５ｇ  溝
３５ｈ  切欠き
５０  Ｏリング
１２０  防潮堤
１３０  発電設備建屋
３４０Ａ，３４０Ｂ  基板
３４１  Ｎ型半導体素子
３４２  Ｐ型半導体素子
３４３  導体
３４５  素子列
Ｈ１〜Ｈ４  流路
ＯＦ  オイルフェンス
Ｐ１〜Ｐ５  管路
Ｓ  回転軸
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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