(57)【要約】【課題】別の高温蒸気がない場合であっても低コストで効率的に飽和蒸気を過熱蒸気として動力回収できる動力回収方法および装置を提供する。【解決手段】飽和蒸気を導入して圧縮する蒸気圧縮機１と、蒸気圧縮機１で圧縮された過熱蒸気を導入して回転駆動することで動力回収を行う蒸気タービン３と、を備えた。また、蒸気圧縮機１の回転軸と蒸気タービン３の回転軸を同軸駆動とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和蒸気を圧縮して過熱蒸気とする工程と、該過熱蒸気によって蒸気タービンを駆動して動力回収を行う工程と、を備えたことを特徴とする動力回収方法。
【請求項２】
飽和蒸気を導入して圧縮する蒸気圧縮機と、該蒸気圧縮機で圧縮された過熱蒸気を導入して回転駆動することで動力回収を行う蒸気タービンと、を備えたことを特徴とする動力回収装置。
【請求項３】
蒸気圧縮機の回転軸と蒸気タービンの回転軸を同軸駆動としたことを特徴とする請求項２に記載の動力回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和蒸気を過熱蒸気とし、該過熱蒸気の熱エネルギーを動力エネルギーとして回収する動力回収方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場などの排熱回収方法として、排熱を熱水で回収してフラッシャでフラッシュして飽和蒸気とし、これを蒸気タービンに導入して動力回収が行われる場合がある。
飽和蒸気を導入して蒸気タービンを駆動する場合、導入した蒸気はタービン出口で湿り蒸気（乾き度低下）となる。
しかし、湿り度が高くなる（乾き度が低くなる）とタービン回転翼の浸食が問題となるため、乾き度にはその下限の制約が設定される。この下限乾き度の制約のため、タービンで回収できる動力が小さくなる。
【０００３】
そこで、タービン入口蒸気（飽和状態）を過熱して過熱蒸気とすることにより、タービン出口湿り度を抑制することが可能であり、このための種々の方法が開示されている。
例えば、高温蒸気ラインまた中圧蒸気ラインから抽気した蒸気によって飽和蒸気を過熱して過熱蒸気にする方法がある（特許文献１参照）。
また、飽和蒸気の一部を抽気して外部動力で駆動される圧縮機で圧縮し、その圧縮された蒸気の凝縮熱を利用して飽和蒸気を過熱蒸気にする方法がある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８２５１２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された方法は、別の高温蒸気によりタービンに導入する飽和蒸気を過熱しているが、別の高温蒸気がない場合には適用できないという問題がある。
また、特許文献２に開示された方法は、飽和蒸気を過熱するための熱交換器が必要であり、蒸気の圧力損失が避けられないと同時にコストも高くなるという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、別の高温蒸気がない場合であっても低コストで効率的に飽和蒸気を過熱蒸気として動力回収できる動力回収方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る動力回収方法は、飽和蒸気を圧縮して過熱蒸気とする工程と、該過熱蒸気によって蒸気タービンを駆動して動力回収を行う工程と、を備えたものである。
【０００７】
（２）また、本発明に係る動力回収装置は、飽和蒸気を導入して圧縮する蒸気圧縮機と、該蒸気圧縮機で圧縮された過熱蒸気を導入して回転駆動することで動力回収を行う蒸気タービンと、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
（３）また、上記（２）に記載の蒸気圧縮機の回転軸と蒸気タービンの回転軸を同軸駆動としたことを特徴とするものである。
同軸駆動とは、蒸気圧縮機の駆動軸と蒸気タービンの駆動軸とが直結または減速機やクラッチを介して連結されており、一方の駆動軸を回転すると他方の駆動軸が回転する機構になっていることをいう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、飽和蒸気を圧縮して過熱蒸気とし、この過熱蒸気によって蒸気タービンを駆動して動力回収するようにしたので、別の高温蒸気が不要であり、また熱交換器なども不要であることから、低コストで効率的に飽和蒸気を過熱蒸気として動力回収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態に係る動力回収装置の系統図である。以下、図１に基づいて本実施の形態を説明する。
本実施の形態に係る動力回収装置は、飽和蒸気を導入して圧縮して過熱蒸気を生成する蒸気圧縮機１と、蒸気圧縮機１で生成された過熱蒸気を導入して回転駆動することで動力回収を行う蒸気タービン３と、蒸気タービン３によって駆動されて発電を行う発電機５と、を備えている。
以下、主な構成を詳細に説明する。
【００１１】
＜蒸気圧縮機＞
蒸気圧縮機１は飽和蒸気を導入して圧縮し、過熱蒸気を生成するものである。蒸気圧縮機１の形式は、スクリュー式、レシプロ式、ターボ式、いずれの形式のものも適用できる。
本実施の形態の蒸気圧縮機１は蒸気タービン３と同軸駆動となっており、蒸気タービン３で動力回収された動力の一部を利用して駆動される。
【００１２】
＜蒸気タービン＞
蒸気タービン３は、蒸気圧縮機１で生成された過熱蒸気を導入して駆動される。この蒸気タービン３によって導入された飽和蒸気の熱エネルギーが動力回収され、この回収動力を利用して発電機５が駆動されて発電が行われる。
蒸気タービン３で動力回収された蒸気は、復水器７で復水されて復水ポンプ９で図示しない蒸気生成装置、例えばボイラ、フラッシャ等に送水される。
【００１３】
次に、上記のように構成された本実施の形態の動作を説明する。
図示しない飽和蒸気生成装置、例えばボイラで飽和蒸気を生成し、この飽和蒸気を蒸気圧縮機１に導入する。導入された飽和蒸気は蒸気圧縮機１で断熱圧縮されて過熱蒸気となる。生成された過熱蒸気は蒸気タービン３に導入されてタービンを駆動して動力回収される。蒸気タービン３によって発電機５が駆動されて発電が行われ、電気エネルギーとしてエネルギー回収される。
【００１４】
本発明によれば、蒸気圧縮機１で圧縮して過熱蒸気として導入するようにしたので、飽和蒸気を直接蒸気タービン３に導入するよりも、動力回収されるエネルギーが増大することになる。以下、その理由を説明する。
【００１５】
図２は蒸気圧縮機１で飽和蒸気を圧縮して過熱蒸気とすることによって動力回収されるエネルギーが増大することの原理説明図である。図２においては、縦軸が比エンタルピ、横軸が比エントロピの座標面に飽和蒸気線（太い曲線）と蒸気タービンで許容される乾き度（制約下限乾き度）の蒸気線（細い曲線）を示している。
【００１６】
蒸気タービンに飽和蒸気を導入した場合、ａ１の比エンタルピを持つ飽和蒸気が、蒸気タービンで膨張して動力回収されてａ２の比エンタルピを持つ蒸気となる。このとき蒸気はａ１−ａ２＝Ａ（図２参照）のエネルギーを放出して動力として回収される。ここで、ａ２よりさらに低い比エンタルピまで動力回収しようとした場合、タービン出口蒸気の乾き度がさらに低下し、制約下限乾き度（例えば0.86）以下となってしまうため、好ましくない。
他方、飽和蒸気を蒸気圧縮機によって断熱圧縮して蒸気タービンに導入した場合、ａ１の比エンタルピを持つ飽和蒸気が断熱圧縮によってｂ１の比エンタルピを持つ蒸気とされて蒸気タービンに導入され、蒸気タービンで膨張して動力回収されてｂ２の比エンタルピを持つ蒸気となる。このとき蒸気はｂ１−ｂ２＝Ｂ（図２参照）のエネルギーを放出して動力として回収される。すなわち、蒸気タービン出口の制約下限乾き度が同じ（例えば0.86）でも、従来の出口比エンタルピａ２に比べてさらに低い出口比エンタルピｂ２まで動力を回収できることになる。
したがって、飽和蒸気を蒸気圧縮機によって断熱圧縮したことによって、蒸気圧縮機で圧縮するのに要するエネルギー：Ｃ（＝ｂ１−ａ１）を差し引いても、Ｂ−Ｃ−Ａ＝Ｄ（図２参照）だけ動力回収できるエネルギーが増加する。
【００１７】
増加する回収動力の大きさは蒸気圧縮機の圧力比（=吐出圧力/吸込圧力）によって変化する。そこで、蒸気圧縮機の圧力比をパラメータとして増加する回収動力量（軸出力比＝（Ａ＋Ｄ）／Ａ）を試算した。試算の結果を、軸出力比を縦軸にとり、蒸気圧縮機の圧力比（=吐出圧力/吸込圧力）を横軸にとってグラフ表示した図３に示す。
なお、試算に用いた蒸気圧縮機、導入する蒸気、蒸気タービンの各条件は以下の通りである。
(a)圧縮機
・圧縮機圧力比(=吐出圧力/吸込圧力)をパラメータ
・圧縮効率(指示効率)：0.8
(b)オリジナル蒸気：  200℃飽和
(c)蒸気タービン
・効率：  0.8
・許容乾き度：0.86
【００１８】
図３に示すように、蒸気圧縮機で飽和蒸気を圧縮した後、蒸気タービンに導入することにより、動力回収できるエネルギーが増大していることがわかる。また、蒸気圧縮機の圧力比が増大するにしたがって、軸出力比が増大していることが分かり、１０％以上動力回収できるエネルギーが増加している。
【００１９】
以上のように本実施の形態によれば、蒸気圧縮機１を駆動するのに要するエネルギー以上のエネルギーを回収できる。
なお、蒸気圧縮機１の駆動エネルギー以上に回収エネルギーが増大しているが、これはタービン出口蒸気のエネルギー状態（比エンタルピ）が低くなっているため、すなわち蒸気の保有エネルギーを低エネルギー状態まで利用できるようになったためであり、熱力学第一法則や第二法則に反しているわけではない。
【００２０】
また、飽和蒸気を過熱蒸気とする手段として蒸気タービン３と同軸で駆動する蒸気圧縮機１を用いたので、過熱蒸気を生成するために外部から燃料や電力、動力を供給する必要が無く、過熱蒸気を得ることができる。
さらに、蒸気圧縮機１で生成された過熱蒸気をそのまま蒸気タービン３に導入しているので、例えば特許文献２に示された蒸気圧縮機で飽和蒸気を圧縮し、その圧縮された蒸気の凝縮熱を利用して過熱する方式の場合に必要となる熱交換器などが必要ない。
なお、蒸気圧縮機１は、本システムにおける最も高圧で比容積の小さな蒸気を圧縮するものであり、容積的にも小さなもので済む。
【００２１】
蒸気圧縮機１は蒸気圧縮機１の駆動開始時には、発電機５をモータとして機能させて蒸気タービン３のタービン軸を回転させることで蒸気圧縮機１を駆動し、蒸気タービン３の駆動が安定してから発電機５に切り替えるようにしてもよい。
また、蒸気圧縮機１を蒸気タービン３による同軸駆動とせず、他の駆動手段、例えば電動モータ等で駆動するようにしてももちろん良い。
【００２２】
なお、上記実施の形態の蒸気タービン３は、蒸気圧縮機１で生成した過熱蒸気のみを導入する形式のものを示したが、過熱蒸気と共に飽和蒸気を導入する混圧式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る動力回収装置の系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態の原理説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態の効果を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  蒸気圧縮機、３  蒸気タービン、５  発電機。
【図１】
2007255350.tif 000003
【図２】
2007255350.tif 000004
【図３】
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