(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水通路を通じて供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸気発生器と、
前記蒸気発生器にて生成された水蒸気によって回転して動力を発生する蒸気タービンと、
前記蒸気タービンを通過した水蒸気を復水として前記給水通路に戻す復水器と、を備える蒸気プラントに用いられる水圧システムであって、
前記蒸気タービンの回転によって駆動され、前記復水器から戻された復水を吸込通路を通じて吸い込んで吐出する水圧ポンプと、
前記水圧ポンプから吐出された加圧水によって作動し、前記蒸気プラントの補機を駆動する水圧駆動アクチュエータと、
前記吸込通路を流れる水の熱を前記給水通路を流れる水に移動させるヒートポンプと、を備えることを特徴とする蒸気プラントの水圧システム。
【請求項２】
前記蒸気発生器に供給される水と前記水圧ポンプに吸い込まれる水とが溜められるとともに、前記復水器からの復水が戻される水タンクを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気プラントの水圧システム。
【請求項３】
前記ヒートポンプは、熱媒体が循環する循環通路を備え、前記循環通路を流れる熱媒体を介して前記吸込通路の水の熱を前記給水通路の水に移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気プラントの水圧システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプは、
前記吸込通路を流れる水との間で熱交換を行い、前記循環通路内の熱媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器にて蒸発した前記循環通路内の熱媒体を圧縮する圧縮機と、
前記給水通路を流れる水との間で熱交換を行い、前記圧縮機にて圧縮された前記循環通路内の熱媒体を凝縮する凝縮器と、
前記凝縮器にて凝縮された前記循環通路内の熱媒体を膨張させて前記蒸発器に導く膨張器と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の蒸気プラントの水圧システム。
【請求項５】
前記補機は、前記蒸気タービンに供給される水蒸気量を調整する蒸気加減弁であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の蒸気プラントの水圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気プラントにて水圧駆動アクチュエータを駆動する水圧システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、火力発電や原子力発電などの蒸気プラントでは、水を蒸発させて生成した水蒸気を利用して蒸気タービンを回転させている。蒸気タービンの上流には蒸気加減弁が配設され、蒸気タービンを通過する水蒸気の流量を調節することによって、蒸気タービンの回転数を一定に制御している。
【０００３】
特許文献１には、蒸気加減弁の開閉を水圧駆動アクチュエータによって制御する蒸気加減弁の開閉装置が開示されている。この蒸気加減弁の開閉装置では、蒸気タービンの回転によって駆動される水圧ポンプから吐出された加圧水によって水圧駆動アクチュエータを駆動している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６１３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の蒸気加減弁の開閉装置では、蒸気タービンから復水器に戻る復水は高温であり、復水を水圧ポンプに供給するためには、復水を冷却するための冷却装置を別途設ける必要があった。そのため、復水を冷却する際の温度差によるエネルギロスが発生するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、復水を水圧ポンプに供給可能とするとともに、蒸気プラントのエネルギ効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、給水通路を通じて供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸気発生器と、前記蒸気発生器にて生成された水蒸気によって回転して動力を発生する蒸気タービンと、前記蒸気タービンを通過した水蒸気を復水として前記給水通路に戻す復水器と、を備える蒸気プラントに用いられる水圧システムであって、前記蒸気タービンの回転によって駆動され、前記復水器から戻された復水を吸込通路を通じて吸い込んで吐出する水圧ポンプと、前記水圧ポンプから吐出された加圧水によって作動し、前記蒸気プラントの補機を駆動する水圧駆動アクチュエータと、前記吸込通路を流れる水の熱を前記給水通路を流れる水に移動させるヒートポンプと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、水圧ポンプが吸い込む水が流れる吸込通路の水の熱を、蒸気発生器に供給される水が流れる給水通路の水に移動させるヒートポンプが設けられる。よって、吸込通路を流れる水が冷却されるため、復水器からの復水の水圧ポンプへの供給が可能となる。また、ヒートポンプによる熱の移動で給水通路を流れる水が加熱されるため、蒸気発生器に供給される水をより高温にすることができる。よって、蒸気発生器にて水を蒸発させるために必要なエネルギを小さくできる。したがって、復水を水圧ポンプに供給可能とするとともに、蒸気プラントのエネルギ効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る蒸気プラントの水圧システムの水圧回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る蒸気プラントの水圧システム１００について説明する。
【００１１】
まず、水圧システム１００が適用される蒸気プラントしての蒸気発電プラント１について説明する。
【００１２】
蒸気発電プラント１は、水が溜められる水タンク２と、水タンク２から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸気発生器４と、蒸気発生器４にて生成された水蒸気によって回転して動力を発生する蒸気タービン３と、蒸気タービン３を通過した水蒸気を水タンク２に復水として戻す復水器５とを備える。
【００１３】
水タンク２は、蒸気発生器４に給水される水と、後述する水圧システム１００の水圧ポンプ９に吸い込まれる水とが溜められるタンクである。また、水タンク２には、蒸気タービン３を通過した水蒸気が復水器５から復水として戻される。
【００１４】
同様に、水タンク２には、水圧ポンプ９から吐出され後述する水圧駆動アクチュエータ１１の駆動に供された水が戻される。このように、水タンク２に貯められた水は、蒸気発電プラント１と水圧システム１００とで共用されている。なお、水タンク２を設けずに、復水器５から戻された復水を、蒸気発生器４と水圧ポンプ９とに直接供給するようにしてもよい。
【００１５】
蒸気発生器４は、化石燃料を燃焼させたときに発生する熱によって水を蒸発させるボイラである。蒸気発生器４は、水タンク２から給水通路６を通じて供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する。蒸気発生器４にて生成された水蒸気は、蒸気タービン３に送られる。蒸気発生器４では、化石燃料を燃焼させる火力に代えて、原子力など他のエネルギを用いることも可能である。
【００１６】
蒸気タービン３は、蒸気発生器４で生成された水蒸気を利用して回転する。蒸気タービン３は、その回転軸と同軸に設けられる後述する水圧システム１００の水圧ポンプ９を回転駆動する。また、蒸気タービン３は、水圧ポンプ９とともに発電機（図示省略）を回転駆動する。
【００１７】
復水器５は、高温の水蒸気を冷却して復水を生成する。復水器５にて生成された復水は、復水通路７を通じて水タンク２に戻される。水タンク２に戻される復水は、復水器５にて冷却されてもなお、比較的高い温度を維持している。
【００１８】
次に、水圧システム１００の構成について説明する。
【００１９】
水圧システム１００は、水タンク２から吸込通路８を通じて水を吸い込んで吐出する水圧ポンプ９と、水圧ポンプ９から吐出された加圧水の圧力を調整する圧力制御弁１０と、水圧ポンプ９から吐出された加圧水によって作動する水圧駆動アクチュエータ１１と、吸込通路８を流れる水の熱を給水通路６を流れる水に移動させるヒートポンプ２０とを備える。
【００２０】
水圧ポンプ９は、蒸気タービン３の回転によって駆動される回転ポンプである。水圧ポンプ９は、蒸気タービン３の回転軸に連結される回転軸９ａを有する。これにより、水圧ポンプ９は、蒸気タービン３と同期して回転することとなる。
【００２１】
圧力制御弁１０は、水圧ポンプ９から吐出された加圧水の圧力が所定の圧力を超えると開状態となる。圧力制御弁１０は、開状態となったときに、水圧ポンプ９から吐出された加圧水の一部を戻り通路１２に導いて水タンク２に還流する。
【００２２】
水圧駆動アクチュエータ１１は、蒸気発電プラント１の補機（図示省略）を駆動するものである。ここでは、水圧駆動アクチュエータ１１によって駆動される補機は、給水通路６に設けられ、蒸気タービン３に供給される水蒸気量を調整する蒸気加減弁（図示省略）である。水圧駆動アクチュエータ１１の駆動に供された加圧水は、戻り通路１２を通じて水タンク２に戻される。なお、蒸気加減弁に代えて、水圧駆動アクチュエータ１１によって他の一般産業機械装置を駆動してもよい。
【００２３】
ヒートポンプ２０は、熱媒体が循環する循環通路２１を備える。ヒートポンプ２０は、循環通路２１を流れる熱媒体を介して、吸込通路８を流れる水の熱を給水通路６を流れる水に移動させるものである。
【００２４】
熱媒体は、圧力や温度によって液体と気体とに状態を変化しながら循環通路２１内を循環して熱を移動させるものである。熱媒体は、図１では、循環通路２１を時計回りに循環する。
【００２５】
ヒートポンプ２０は、循環通路２１内の熱媒体を蒸発させる蒸発器２２と、蒸発器２２にて蒸発した循環通路２１内の熱媒体を圧縮する圧縮機２３と、圧縮機２３にて圧縮された循環通路２１内の熱媒体を凝縮する凝縮器２４と、凝縮器２４にて凝縮された循環通路２１内の熱媒体を膨張させて蒸発器２２に導く膨張器２５とを備える。
【００２６】
蒸発器２２は、吸込通路８を流れる水との間で熱交換を行う熱交換機である。蒸発器２２は、吸込通路８を流れる水から熱を吸収して熱媒体を蒸発させる。蒸発器２２では、熱媒体が蒸発するときの気化熱を利用して吸込通路８を流れる水を冷却している。
【００２７】
圧縮機２３は、蒸発器２２にて蒸発した熱媒体を圧縮して高温高圧の状態にするコンプレッサである。圧縮機２３は、給水通路６を流れる水と比較して高い温度になるように熱媒体を圧縮する。
【００２８】
凝縮器２４は、給水通路６を流れる水との間で熱交換を行う熱交換機である。凝縮器２４では、給水通路６を流れる水に熱媒体から熱を放出する。これにより、凝縮器２４では、熱媒体は、給水通路６を流れる水によって冷却され、気体から液体の状態に変化する。
【００２９】
膨張器２５は、熱媒体を急激に膨張させるバルブである。膨張器２５は、断熱膨張によって熱媒体を低温低圧の状態にする。膨張器２５にて低温低圧の状態にされた熱媒体は、蒸発器２２に再び導かれることとなる。
【００３０】
次に、蒸気発電プラント１及び水圧システム１００の作用について説明する。
【００３１】
蒸気発電プラント１では、水タンク２に溜められた水は、蒸気発生器４に供給されて蒸発して水蒸気となる。蒸気発生器４にて発生した水蒸気は、蒸気タービン３を回転させて復水器５へと導かれる。このとき、蒸気タービン３の回転によって発電機が回転駆動され、発電が行われる。復水器５では、水蒸気が冷却されて復水となる。この復水は、復水通路７を通じて水タンク２に戻される。
【００３２】
一方、水圧ポンプ９は、水タンク２から水を吸い上げて吐出する。このとき、水タンク２内の水は、復水器５から戻された復水によって比較的高い温度を維持している。そこで、水圧ポンプ９に吸い込まれる水の温度を、ヒートポンプ２０を利用して低下させている。
【００３３】
ヒートポンプ２０では、膨張器２５にて断熱膨張して低温低圧となった熱媒体が、蒸発器２２で吸込通路８を流れる水から熱を吸収して蒸発する。蒸発器２２にて蒸発した熱媒体は、圧縮機２３によって高温高圧の状態とされ、凝縮器２４に導かれる。そして、凝縮器２４にて、給水通路６を流れる水に熱媒体から熱を放出する。
【００３４】
このように、ヒートポンプ２０は、熱媒体の状態を圧力や温度によって液体と気体とに変化させながら循環通路２１内を循環させて熱を移動させることで、水圧ポンプ９が吸い込む水が流れる吸込通路８の水の熱を、蒸気発生器４に供給される水が流れる給水通路６の水に移動させる。よって、吸込通路８を流れる水が冷却されるため、復水器５からの復水の水圧ポンプ９への供給が可能となる。
【００３５】
また、ヒートポンプ２０による熱の移動で給水通路６を流れる水が加熱されるため、蒸気発生器４に供給される水をより高温にすることができる。よって、蒸気発生器４にて水を蒸発させるために必要なエネルギを小さくでき、排熱によるエネルギロスを低減することができる。
【００３６】
したがって、復水を水圧ポンプ９に供給可能とするとともに、蒸気発電プラント１のエネルギ効率を向上することができる。
【００３７】
水圧ポンプ９から吐出された加圧水は、水圧駆動アクチュエータ１１に供給される。水圧駆動アクチュエータ１１は、水圧ポンプ９から吐出された加圧水を用いて、蒸気タービン３に供給される水蒸気量を調整する蒸気加減弁を開閉する。そして、水圧駆動アクチュエータ１１の駆動に供された加圧水は、戻り通路１２を通じて水タンク２に戻されることとなる。
【００３８】
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００３９】
水圧ポンプ９が吸い込む水が流れる吸込通路８の水の熱を、蒸気発生器４に供給される水が流れる給水通路６の水に移動させるヒートポンプ２０が設けられる。よって、吸込通路８を流れる水が冷却されるため、復水器５からの復水の水圧ポンプ９への供給が可能となる。また、ヒートポンプ２０による熱の移動で給水通路６を流れる水が加熱されるため、蒸気発生器４に供給される水をより高温にすることができる。よって、蒸気発生器４にて水を蒸発させるために必要なエネルギを小さくできる。したがって、復水を水圧ポンプ９に供給可能とするとともに、蒸気発電プラント１のエネルギ効率を向上することができる。
【００４０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００４１】
例えば、上記の実施の形態では、水圧システム１００が蒸気発電プラント１に適用される場合を説明したが、蒸気発電プラント１に代えて、蒸気タービン３の回転を動力源とする船舶や生産設備など、他の蒸気プラントに水圧システム１００を適用してもよい。その場合、発電機を設けず、蒸気タービン３によって水圧ポンプ９のみを回転駆動してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１００    水圧システム
１        蒸気発電プラント（蒸気プラント）
２        水タンク
３        蒸気タービン
４        蒸気発生器
５        復水器
９        水圧ポンプ
１１      水圧駆動アクチュエータ
２０      ヒートポンプ
２１      循環通路
２２      蒸発器
２３      圧縮機
２４      凝縮器
２５      膨張器
【図１】
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