(57)【要約】【課題】冷却水の水管理や冷却水に混入する空気を除去することを不要にでき、発電用媒体の冷却を効率的にできる空冷式冷却装置を備えた発電装置を提供する。【解決手段】熱源流体の熱で発電用媒体を蒸発させる蒸発器３と、前記蒸発器３から排出された発電用媒体で回転するタービン４と、前記タービン４に接続された発電機５と、前記タービン５から排出された発電用媒体を液状の発電用媒体で冷却して凝縮させる冷却塔６と、前記冷却塔６の下部に貯留された液状の発電用媒体を前記冷却塔６の上部へ環流させる冷却ポンプ１０と、前記冷却塔６で凝縮された液状の発電用媒体を空気で冷却する冷却器１１と、前記冷却塔６の液状の発電用媒体を前記蒸発器３に送る循環ポンプ１２と、前記冷却ポンプ１０の流量を制御する制御装置４０を備える。【選択図】図１
2012102626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源流体の熱で発電用媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から排出された発電用媒体で回転するタービンと、
前記タービンに接続された発電機と、
前記タービンから排出された発電用媒体を液状の発電用媒体で冷却して凝縮させる冷却塔と、
前記冷却塔の下部に貯留された液状の発電用媒体を前記冷却塔の上部へ環流させる冷却ポンプと、
前記冷却塔で凝縮された液状の発電用媒体を空気で冷却する冷却器と、
前記冷却塔の液状の発電用媒体を前記蒸発器に送る循環ポンプと、
前記冷却ポンプの流量を制御する制御装置
を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、
前記冷却器が、前記冷却塔下部から前記冷却塔上部へ環流させる流路に設置されていることを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発電装置において、
前記冷却器が、前記冷却塔の下部から液状の発電媒体を取り込み、前記冷却器で冷却した液状の発電用媒体を前記冷却塔の下部に返送することを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発電装置において、
冷却媒体を冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却された前記冷却媒体で前記冷却塔の下部の液状の発電用媒体を冷却し、加熱された前記冷却媒体を前記冷却器へ返送する流路を形成する冷却媒体伝熱配管を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記冷却器が前記冷却塔の発電用媒体の水位より下に配置されていることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記冷却塔内部に気体の発電用媒体と液体の発電用媒体との接触面積を増加させる充填材を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電装置において、
前記タービンから排出される発電媒体の圧力を測定する圧力計を備え、
前記制御装置が、前記圧力計が出力する値に基づいて前記冷却塔へ環流させる液状の発電用媒体の流量を制御することを特徴とする発電装置。
【請求項８】
請求項６に記載の発電装置において、
前記冷却器は、フィンチューブ型の熱交換器またはヒートポンプであることを特徴とする発電装置。
【請求項９】
請求項８に記載の発電装置において、
前記蒸発器から排出された熱源流体で前記冷却塔から排出された発電用媒体を加熱する予熱器を備えることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の発電装置において、
前記冷却器で冷却された前記液状の発電用媒体を散布する複数のシャワーヘッドを前記冷却塔内部の前記充填材の上方に円形に配置することを特徴とする発電装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉循環流路を通流する発電用媒体を空気で冷却する発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
媒体に水を用い、熱源で水を加熱して生じた蒸気でタービンを回し、タービンに連結された発電機で発電を行い、タービンから排出された低温蒸気を凝縮器で液化し、液化した水を前記熱源で気化するサイクルを備えた発電装置が知られている。従来の発電装置では、媒体である水を外気と接触させ、水の気化熱による冷却効果で水自身を冷やしていた。例えば、特許文献１は、復水器と、空気抽出器と、復水器冷却器と、復水器冷却器に冷却水を送る循環水ポンプと、循環水ポンプ用電動機と、復水器冷却器の冷却能力を調整するべく循環水ポンプの回転数を制御する制御手段と、を有する復水器システムを開示している。
上記のような、水と外気を直接接触させて冷却する方式とは別の冷却方式として、特許文献２は、発電用その他に利用される蒸気タービンより排気される蒸気を排気管により復水器本体内に形成された風洞に導き、復水器本体に設けられた空気入口部より風洞に導入された空気との熱交換により蒸気を凝縮させて復水する空冷復水器において、復水器本体の空気入口部に設けられた吸気冷却器と、この吸気冷却器に冷却配管を介して接続され冷媒を循環させて空気入口部より風洞に流入する空気を冷却する放熱器と、吸気冷却器より放熱器に戻る冷媒を凝縮させる圧縮機を備える空冷復水器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４３２１１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような水と外気を直接接触させて冷却する方式では、水が蒸発するため補給水が必要であり、さらに水の濃縮によりスケールが発生するため、水質管理をしなければならない問題点があった。この問題点を克服する冷却方式として、特許文献２に記載のような空冷方式の冷却器が開発されている。しかし、特許文献２のように吸気冷却器で冷却された空気によって発電用媒体である蒸気を冷却する方式ではガスとガスの間の熱交換になるので熱伝導の効率が悪く、熱交換配管の長さが長くなり、設備費が高くなるという問題があった。
【０００５】
また、発電用媒体ガスを冷却する冷却器において、冬季に外気温度が発電用媒体の沸点より低下すると発電用媒体ガス流路が大気に比べて陰圧になるために、発電用媒体流路の配管接続部分から空気が混入するという問題があった。
【０００６】
上記の課題を解決するべく、本発明は、冷却水の水質管理を不要にでき、伝熱効率を向上した空冷式冷却装置を備えた発電装置を提供することを目的とする。さらに、本発明の一実施態様においては、発電用媒体流路に空気が混入することを防止できる発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る発電装置は、熱源流体の熱で発電用媒体を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から排出された発電用媒体で回転するタービンと、前記タービンに接続された発電機と、前記タービンから排出された発電用媒体を液状の発電用媒体で冷却して凝縮させる冷却塔と、前記冷却塔の下部に貯留された液状の発電用媒体を前記冷却塔の上部へ環流させる冷却ポンプと、前記冷却塔で凝縮された液状の発電用媒体を空気で冷却する冷却器と、前記冷却塔の液状の発電用媒体を前記蒸発器に送る循環ポンプと、前記冷却ポンプの流量を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような構成にすれば、タービンから排出されたガス状の発電用媒体と液状の発電用媒体が直接接触するので、伝熱効率を向上することができる。
上記の発電装置に加えて、前記冷却器が、前記冷却塔下部から前記冷却塔上部へ環流させる流路に設置されていることが望ましい。
【０００９】
このような構成にすれば、冷却ポンプの動力のみで、冷却器および冷却塔へ発電用媒体を送液することができる。
また、上記の発電装置の別の態様としては、前記冷却器が、前記冷却塔の下部から液状の発電媒体を取り込み、前記冷却器で冷却した液状の発電用媒体を前記冷却塔の下部に返送することとしてもよい。
【００１０】
このような構成にすれば、冷却器による液状の発電用冷媒の冷却機能と、冷却された液状の発電用媒体とガス状の発電用媒体との接触を促進させる機能とを分離することができるので、冷却ポンプの流量増加による圧力損失の増大が回避できる。
【００１１】
また、上記の発電装置の別の態様としては、冷却媒体を冷却する冷却器と、前記冷却器で冷却された前記冷却媒体で前記冷却塔の下部の液状の発電用媒体を冷却し、加熱された前記冷却媒体を前記冷却器へ返送する流路を形成する冷却媒体伝熱配管を備えることとしてもよい。
【００１２】
このような構成にすれば、冷却器による液状の発電用冷媒の冷却機能と、冷却された液状の発電用媒体とガス状の発電用媒体との接触を促進させる機能とを分離することができるので、冷却ポンプの流量増加による圧力損失の増大が回避できる。
【００１３】
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記冷却器が前記冷却塔の発電用媒体の水位より下に配置されていることが望ましい。
このような構成にすれば、冷却器の発電用媒体流路が液体で満たされているので、大気に比べて陰圧になることがない。そのため、発電用媒体流路に空気が混入することを防止できる。
【００１４】
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記冷却塔内部に気体の発電用媒体と液体の発電用媒体との接触面積を増加させる充填材を備えることとしてもよい。
このような構成にすれば、冷却ポンプで冷却塔に戻された液状の発電用媒体が充填材に散布されることで、冷却塔に流入したガス状の発電用媒体と充填材の表面を濡らしている液状の発電用媒体の接触面積が増加するので、凝縮が進行し易くなる。充填材の材質としては、タービンから排出される発電用媒体の温度、圧力に耐性があり、発電用媒体による腐食を受けない材質が望ましい。例えば、発電用媒体がペンタンであれば、ポリプロピレン、ステンレスが望ましい。充填材の構造は、表面積が大きい構造が望ましい。例えば、多孔性プラスチック構造体、金属などの表面積が大きい構造が望ましい。充填材表面で凝縮した発電用媒体が流下することを妨げないような充填材の空隙率を適宜選択する。充填材の下部には、充填材粒子の外形より小さい孔があいた板が敷かれており、充填材が流出しないようにしている。
【００１５】
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記タービンから排出される発電媒体の圧力を測定する圧力計を備え、前記制御装置が、前記圧力計が出力する値に基づいて前記冷却塔へ環流させる液状の発電用媒体の流量を制御することとしてもよい。制御方式としては、タービンから排出される発電媒体の圧力の目標値を予め定め、その目標値に近づくように冷却塔へ環流させる液状の発電用媒体の流量を制御する。例えば、比例制御、積分制御、ＰＩＤ制御のいずれか１つを選択して用いればよい。圧力計で計測した値は、複数回計測した値の平均値が圧力値として出力され、平均化された値を上記の制御に用いることが望ましい。
【００１６】
このような構成にすれば、冷却塔内の圧力を目標値の近くに安定させることができる。
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記冷却器は、フィンチューブ型の熱交換器またはヒートポンプであることが望ましい。
【００１７】
このような構成にすれば、前記冷却塔で凝縮された液状の発電用媒体が、熱交換器またはヒートポンプの隔壁を介して空気に伝熱する面積を増やすことができ、冷却器をコンパクトにできる。
【００１８】
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記蒸発器から排出された熱源流体で前記冷却塔から排出された発電用媒体を加熱する予熱器を備えることが望ましい。
このような構成にすれば、熱源流体からより多くの熱を回収することができるようになり、発電量を増加させることができる。
【００１９】
上記のこれら発電装置のいずれかにおいて、前記冷却器で冷却された前記液状の発電用媒体を散布する複数のシャワーヘッドを前記冷却塔内部の前記充填材の上方に円形に配置する。
【００２０】
このような構成にすれば、前記液状の発電用媒体を充填材に均一に散布できるようになり、気液接触面積を増加できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷却水の水質管理を不要にでき、伝熱効率を向上した空冷式冷却装置を備えた発電装置を提供できる。さらに、本発明の一実施態様においては、発電用媒体流路に空気が混入することを防止できる発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る構成図である。
【図４】本発明の各実施形態に係るシャワーヘッドの設置状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る発電装置の実施形態を図面を参照しながら説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
【００２４】
本発明に係る第１の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、第１の実施形態における発電装置の主な構成図である。熱源流体入口１から流入した熱源流体は、配管を通って蒸発器３、予熱器１４を通流後、熱源流体出口１５へ排出される。熱源流体入口１の近傍の配管に熱源流体の流量を測定する流量計と、温度計が設置されている。冷却塔６の下部は発電用媒体貯留部９であり、液状の発電用媒体が貯留されている。冷却塔６下部は、循環ポンプ１２、予熱器１４、蒸発器３の順に配管で接続されており、発電用媒体貯留部９の液状の発電用媒体は、循環ポンプ１２で予熱器１４、蒸発器３へ順に押し出される。予熱器１４では、蒸発器３から排出された熱源流体で冷却塔から排出された液状の発電用媒体を加熱している。冷却塔６と循環ポンプ１２を接続する配管には、液状の発電用媒体の温度を測定する温度計が配置されている。
【００２５】
液状の発電用媒体は、蒸発器３で気化され、ガス状の発電用媒体がタービン４へ供給される。蒸発器３とタービン４を接続する配管には気化した発電用媒体の温度と圧力をそれぞれ測定する温度計２２と圧力計２３が設置されている。タービン４は、ガス状の発電用媒体の圧力で回転する。タービン４の回転軸は、発電機５に連結されており、タービン５の回転により発電する。タービンの回転数を計測する回転数計２５が設置されている。発電機５の出力は、電力変換器３１に入力され、制御装置４０の指令に基づいて所定の電圧の直流電力、または所定の電圧と周波数の交流電力へ変換され、外部へ出力される。
【００２６】
タービン４から排出された発電用媒体は、冷却塔６へ導入される。タービン４と冷却塔６を接続する配管には温度計２０と圧力計２１が設置されている。冷却ポンプ１０は、冷却塔６の下部に貯留された液状の発電用媒体を冷却塔６の上部へ環流させる。冷却ポンプ１０と冷却塔６上部とを接続する配管の途中に冷却器１１が設置されている。この冷却器１１は、フィンチューブ型の熱交換器またはヒートポンプである。フィンチューブ型の熱交換器の場合は、外部からの電力の供給なしに、外気と液状の発電用媒体の熱交換が行われる。一方、ヒートポンプである場合は、冷却器１１内に備えた圧縮器により外気を取り込み、圧縮して冷却器１１外部へ放熱した後、圧縮された空気を膨張させて温度を下げる。そして、配管壁を介して低温になった空気で液状の発電用媒体を冷却する。冷却器１１の下流の配管には、温度計を備えている。冷却器１１から冷却塔６の上部へ延びた配管は、冷却塔６内部まで延長して設けられており、この冷却塔内部の配管部分には、シャワーヘッド８が備えられている。シャワーヘッド８から冷却された液状の発電用媒体を散布されると、タービン４から流入したガス状の発電用媒体と低温の液状の発電用媒体が直接接触し、ガス状の発電用媒体が凝縮して液状になる。冷却塔６内部には、充填材が備えられている。なお、設計者は、充填材に均一に液状の発電用媒体を散布するためにシャワーヘッドの数や配置を任意に配置すればよい。例えば、充填材の上方に大きいシャワーヘッドを１つのみ設置してもよいし、充填材の上方に小さなシャワーヘッドを複数備えて円形に配置してもよい。シャワーヘッドから降った液状の発電用媒体が充填材表面に付着した状態になると、ガス状の発電用媒体と液状の発電用媒体との接触面積を増加させることができる。充填材としては、ポリプロピレン製の立体的な網目状構造物を用いた。充填材の下部には、充填材粒子の外形より小さい孔があいた板が敷かれており、充填材が流出しないようにした。冷却器１１、冷却ポンプ１０は、冷却塔６の発電用媒体貯留部の水位より下に配置されている。
温度計、圧力計、流量計、回転数計の各値は、信号線を通して制御装置４０に入力されている。また、制御装置４０は、発電装置が外部へ出力する電圧や周波数に関する指令を電力変換器３１へ出力している。
【００２７】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図面を用いて説明する。図２は、第２の実施形態における発電装置の主な構成図である。上記第１の実施形態との相違点は、次の通りである。図１の冷却ポンプ１０の下流にあった冷却器１１は、図２では、別に設けたポンプ１３の下流に設けてある。冷却塔６の下部から排出された液状の発電用媒体は、ポンプ１３で冷却器１１に流され、冷却される。冷却器１１の装置構成は、第１の実施形態と同じである。冷却された液状の発電用媒体は再び冷却塔６に戻される。
【００２８】
このような構成にすると、冷却器１１による液状の発電用冷媒の冷却機能と、冷却された液状の発電用媒体とガス状の発電用媒体との接触を促進させる機能とを分離することができるので、冷却ポンプ１０の流量増加による冷却器１１の圧力損失の増大が回避できる。
【００２９】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図面を用いて説明する。図３は、第３の実施形態における発電装置の主な構成図である。上記第１の実施形態との相違点は、次の通りである。図１の冷却ポンプ１０の下流にあった冷却器１１は、取り外されている。そして、冷却塔６の発電媒体貯留部９に、冷却媒体伝熱配管３２が設けられ、冷却媒体伝熱配管３２の両端に冷却器３３とポンプ１３が接続され、環状流路を形成している。この環状流路には、冷却媒体が入っており、発電媒体貯留部９では、冷却冷媒が冷却媒体伝熱配管３２の管壁を介して液状の発電用媒体を冷却し、高温になった冷却冷媒は、冷却器３３で冷却される。この冷却器３３は、フィンチューブ型の熱交換器またはヒートポンプである。フィンチューブ型の熱交換器の場合は、外部からの電力の供給なしに、外気と冷却媒体の熱交換が行われる。一方、ヒートポンプである場合は、冷却器３３内に備えた圧縮器により外気を取り込み、圧縮して冷却器３３外部へ放熱した後、圧縮された空気を膨張させて温度を下げる。そして、配管壁を介して低温になった空気で冷却媒体を冷却する。
【００３０】
このような構成にすると、冷却器３３による液状の発電用冷媒の冷却機能と、冷却された液状の発電用媒体とガス状の発電用媒体との接触を促進させる機能とを分離することができるので、冷却ポンプ１０の流量増加による冷却器１１の圧力損失の増大が回避できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  熱源流体入口
３  蒸発器
４  タービン
５  発電機
６  冷却塔
７  充填材
８  シャワーヘッド
９  発電用媒体貯留部
１０, １３  冷却ポンプ
１１  冷却器
１２  循環ポンプ
１３  ポンプ
１４  予熱器
１５  熱源流体出口
１６  流量計
１７，１８，１９，２０，２２，２４  温度計
２１，２３，  圧力計
２５  回転数計
３１  電力変換器
３２  冷却媒体伝熱配管
４０，４１，４２  制御装置
４３  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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