(57)【要約】  本発明は、流れ誘導ユニット(16)をよりゆっくりと冷却させるための方法に関する。流れ誘導ユニット(16)を効率的によりゆっくりと冷却させるために、流れ誘導ユニット(16)は、保持ユニット(36)を備え、熱伝達媒体によって通過させられ、熱伝達媒体の温度が、流れ誘導ユニット(16)の壁(40、50)が冷たくなるように低下させられ、保持ユニット(36)は、壁(40、50)がよりゆっくりと冷たくなるように熱エネルギーを発散する。
2018524536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ誘導ユニット(16)の冷却を減速させるための方法であって、
前記流れ誘導ユニット(16)は熱保持ユニット(36)を備え、且つ熱伝達媒体によって通過流に曝され、
前記熱伝達媒体の温度が低下させられ、その結果として、前記流れ誘導ユニット(16)の壁(40、50)が冷たくなり、
前記熱保持ユニット(36)は熱エネルギーを放出し、その結果として、前記壁(40、50)の冷却が減速させられることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱保持ユニット(36)は、熱エネルギーを特に前記壁(40、50)へと放出する加熱装置(48)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記壁(40、50)の温度は、前記加熱装置(48)を用いて所定の温度閾値に、またはそれよりも高く保持されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記熱保持ユニット(36)は相変化材料(38)を備え、
前記相変化材料(38)は第1の相から第2の相への相変化を受け、
前記相変化材料(38)は前記相変化の間に熱エネルギーを放出し、その結果として、前記壁(40、50)の前記冷却が減速させられる
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記相変化の間に前記相変化材料(38)によって放出される前記熱エネルギーは、前記熱エネルギーを前記熱伝達媒体へと伝達する前記壁(40、50)へと放出されること、および/または前記相変化の間に前記相変化材料(38)によって放出される前記熱エネルギーは、前記熱エネルギーを前記壁(40、50)へと伝達する前記熱伝達媒体へと放出されること、を特徴とする、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
特に前記相変化材料(38)の温度が所定の最低温度未満に下がる場合、熱エネルギーが加熱装置(48)を用いて前記相変化材料(38)へと供給されることを特徴とする、請求項4または5に記載の方法。
【請求項７】
発電設備(2)を動作させるための方法であって、前記発電設備(2)の流れ誘導ユニット(16)の冷却が、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法により減速させられ、前記流れ誘導ユニット(16)を通じて流れる前記熱伝達媒体の前記温度は、前記発電設備(2)の出力の低下の結果として低下させられる、方法。
【請求項８】
壁(40、50)と、前記壁(40、50)の冷却を減速させるために熱エネルギーを放出するように設計された熱保持ユニット(36)と、を備える流れ誘導ユニット(16)。
【請求項９】
前記熱保持ユニット(36)は相変化材料(38)を備え、前記相変化材料(38)は、前記壁(40、50)の冷却を減速させるために第1の相から第2の相への相変化を受けるように、および前記相変化の間に熱エネルギーを放出するように、設計されていることを特徴とする、請求項8に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１０】
断熱材(42)と、特には電気加熱装置(48)である加熱装置(48)と、によって特徴付けられ、前記加熱装置(48)は前記壁(40、50)と前記断熱材(42)との間に配置され、前記断熱材(42)は前記壁(40、50)、前記相変化材料(38)、および前記加熱装置(48)を包囲する、請求項9に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１１】
前記第1の前述した壁(40、50)を包囲するさらなる壁(52)によって特徴付けられ、前記熱保持ユニット(36)は少なくとも1つの空洞(46)を備え、前記少なくとも1つの空洞(46)は前記さらなる壁(52)と前記第1の前述した壁(40、50)との間に配置され、且つ当該空洞の内部には前記相変化材料(38)が位置決めされることを特徴とする、請求項9または10に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１２】
前記熱保持ユニット(36)は複数のカプセル(56)を備え、当該カプセルの内部には前記相変化材料(38)が位置決めされ、且つ前記カプセルは前記流れ誘導ユニット(16)の内部空間(44)に配置されることを特徴とする、請求項9から11のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１３】
前記相変化材料(38)は金属合金および/または塩混合物を含み、前記相変化材料(38)の相変化温度は、300℃より高く、特には400℃より高く、且つ800℃より低く、特には600℃より低いことを特徴とする、請求項9から12のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１４】
前記壁(40、50)は、前記熱保持ユニット(36)を向く側において、および/または前記熱保持ユニット(36)から離れた方を向く側において、複数のリブ(54)を有することを特徴とする、請求項8から13のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１５】
請求項8から14のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)を備えた、特には火力発電設備である発電設備(2)であって、前記流れ誘導ユニット(16)は、パイプライン(10)、蒸気ヘッダ(6)、蒸気タービン(8)、または熱伝達媒体(12)である、発電設備(2)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流れ誘導ユニットの冷却を減速させるための方法に関する。本発明は、流れ誘導ユニットにも関する。
【背景技術】
【０００２】
数多くの技術的な設備が、高温の熱伝達媒体による通過流に曝される流れ誘導ユニットを有している。このような設備の動作の進行の間に、熱伝達媒体の冷却が、変化した過程の状態の結果として起こり、流れ誘導ユニットも冷たくなる。流れ誘導ユニットの冷却を減速し、それによって設備の熱エネルギー損失を低減するために、既知の流れ誘導ユニットは、今日まで低い熱伝導率または低い熱伝達率を伴う断熱材を含んでいた。
【０００３】
このような断熱材にも拘らず、流れ誘導ユニットは、大きな熱エネルギーをその周囲環境へと放出し、過程において冷たくなり、そのため、熱伝達媒体の新たな加熱の間に、大きな熱エネルギーが熱伝達媒体によって流れ誘導ユニットへと放出される。これは、設備のエネルギー効率の良い動作を妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流れ誘導ユニットの冷却が効率的な手法で減速させられ得る方法を明示することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、流れ誘導ユニットの冷却を減速させるための方法であって、流れ誘導ユニットは熱保持ユニットを備え、熱伝達媒体によって通過流に曝され、熱伝達媒体の温度が低下させられ、その結果として、流れ誘導ユニットの壁が冷たくなり、熱保持ユニットは熱エネルギーを放出し、その結果として、壁の冷却が減速させられる、方法を用いることで、本発明によって達成される。
【０００６】
冷却を減速させることは、この文脈では、温度減衰の減速であるとして理解され得る。つまり、流れ誘導ユニットの冷却が減速させられる場合、その温度損失率またはその冷却率が必然的な理由のため低下する。
【０００７】
熱保持ユニットは、熱エネルギーを壁へと間接的または直接的に放出できる。これは壁の冷却を妨げる。結果として、壁の冷却が減速できる。それによって、設備はエネルギー効率の良い手法で動作させられ得る。
【０００８】
本発明のある有利な実施形態では、熱保持ユニットは加熱装置を備える。加熱装置は熱エネルギーを、特には壁へと放出できる。さらに、加熱装置は熱エネルギーを壁へと間接的または直接的に放出できる。加熱装置の場合には、例えば特にはオーム加熱器である電気加熱装置であり得る。
【０００９】
本発明の好ましいさらなる発展によれば、壁の温度は、加熱装置の補助により、特には400℃以上である所定の温度閾値以上で保持される。
【００１０】
熱保持ユニットは、好ましくは相変化材料を備える。相変化材料は第1の相から第2の相への相変化を受けてもよい。また、相変化材料は、相変化の間に熱エネルギーを放出できる。結果として、壁の冷却が減速できる。
【００１１】
熱伝達媒体の冷却の間、相変化材料の一部または相変化材料全体が、便宜上相転移とも呼ばれる相変化を受ける。
【００１２】
相変化材料の助けで、流れ誘導要素の熱質量または熱慣性が増加され得る。その結果、温度保持が向上できる。
【００１３】
原理上は、熱伝達媒体は蒸気または液体であり得る。熱伝達媒体は好ましくは水蒸気である。
【００１４】
相変化の間に相変化材料によって放出される熱エネルギーは、好ましくは壁へと放出される。壁は次に熱エネルギーを熱伝達媒体へと伝達できる。さらに、相変化の間に相変化材料によって放出される熱エネルギーは熱伝達媒体へと放出され得る。熱伝達媒体は次に熱エネルギーを壁へと伝達できる。相変化材料の相変化の結果として、便宜上熱伝達媒体の冷却は減速させられもする。
【００１５】
本発明の有利な実施形態では、第1の相は液相である。第2の相は、便宜上固相である。さらに、相変化材料全体または一部の相変化材料は、熱伝達媒体の冷却の間に凝固してもよい。必然的な理由による液相から固相への相変化は、相変化材料の凝固温度の範囲内で起こる。凝固の間、相変化材料は便宜上融解エンタルピの形態で熱エネルギーを放出する。
【００１６】
相変化材料が第1の相から第2の相へと相変化を受けることができるように、相変化材料は、便宜上先ず第1の相にさせられる必要がある。相変化材料は、好ましくは加熱されることによって、特には融解により第2の相から第1の相へとさせられる。
【００１７】
代替で、液相から固相への相変化と異なる相変化が用いられてもよい。そのため、例えば第1の相は固相であり得る。第2の相は別の固相であってもよい。固相から別の固相への相変化は、例えば、相変化材料の結晶構造の変化によって特徴付けられてもよい。相変化材料全体または相変化材料の一部は、熱伝達媒体の冷却の間に結晶構造を変化させてもよい。結晶構造の変化の間、相変化材料は便宜上熱エネルギーを放出する。
【００１８】
相変化の間に相変化材料によって放出または吸収される熱エネルギーは、便宜上潜熱である。そのため、相変化材料は蓄熱器として、特には潜熱蓄熱器として考えられてもよい。
【００１９】
相変化材料が壁より小さい熱伝導率を有する場合、有利である。結果として、相変化材料は壁を断熱できる。しかしながら、便宜上相変化材料の熱伝導率は、相変化材料から壁への十分に大きい熱流束が確保されるような程度である。
【００２０】
本発明の有利な実施形態では、特に相変化材料の温度が所定の最小温度未満に下がる場合、熱エネルギーが加熱装置を用いて相変化材料へと供給される。最後に言及した加熱装置は、特には先に言及した加熱装置であり得る。相変化材料は、加熱装置を用いて直接的または間接的に加熱されてもよい。具体的には、加熱装置を用いることで、壁は加熱され、熱エネルギーを相変化材料へと伝達できる。
【００２１】
本発明の有利なさらなる発展では、方法は、特には火力発電設備である発電設備を動作させるときに用いられてもよい。例えば、発電設備の流れ誘導ユニットの冷却は、前述した方法に従って減速させられてもよい。結果として、発電設備の開始プロセスはより効率的とでき、特にはよりエネルギー効率よくでき、時間効率よく設計されてもよい。必然的な理由のため、発電設備の流れ誘導ユニットは、先に言及した流れ誘導ユニットである。流れ誘導ユニットを通って流れる熱伝達媒体の温度は、好ましくは発電設備の出力の低減の結果として低減される。
【００２２】
発電設備の出力は、例えば発電設備の燃焼室への燃料供給が低減されることで低減できる。さらに、熱伝達媒体の温度は、特には発電設備が運転停止されることで低減できる。
【００２３】
発電設備の運転停止の間、流れ誘導ユニットは冷却できる。発電設備の蒸気タービンが動作させられ、発電設備がエネルギーを電気供給網へと供給できる前、最初に温度閾値を超える発電設備の（再）始動の間、流れ誘導ユニットを加熱することが必要な可能性もある。
【００２４】
そのため、発電設備の運転停止の間、流れ誘導ユニットの冷却を減速させることは実用的である。上記の方法を用いることで、特には発電設備の運転停止後の24〜48時間以内において、発電設備の（再）始動の間により高い温度を有する発電設備の流れ誘導ユニットの効果を得ることができる。結果として、特にはその壁である流れ誘導ユニットが温度閾値まで加熱されるまでの時間が、次に短縮され得る。その結果、発電設備の始動過程の期間が短縮され得る。
【００２５】
具体的には、より素早い始動の結果として、発電設備はより効率的に動作され得る。さらに、減速させられた冷却のおかげによるより小さい温度変動の結果として、流れ誘導ユニットにおける熱機械的な負荷が低減できる。その結果、発電設備は、熱機械的な負荷の低減のおかげで、材料を保全する手法で動作させることができる。これは、流れ誘導ユニットの耐用年数を増加させることができる。結果として、発電設備は少ない摩耗で、延いては少ない保守の形で動作させることができる。さらに、発電設備の効率は、熱保持ユニットの使用によって改善できる。そのため、全体として、発電設備はより経済的に動作させることができる。
【００２６】
本発明は、流れ誘導ユニットにも関する。流れ誘導ユニットの冷却が効率的な手法で減速できるように、流れ誘導ユニットは、本発明によれば、壁と、壁の冷却を減速させるために熱エネルギーを放出するように設計される熱保持ユニットと、を備える。
【００２７】
流れ誘導ユニットは、特には前述した方法で用いられる流れ誘導ユニットであり得る。さらに、方法との関連で言及されているコンクリート要素が、この流れ誘導ユニットの構成部品であってもよい。
【００２８】
熱保持ユニットは、有利には相変化材料を備える。相変化材料は、壁の冷却を減速させるために、第1の相から第2の相への相変化を受けるように設計され得る。さらに、相変化材料は、相変化の間に熱エネルギーを放出するように設計され得る。
【００２９】
代替または追加で、熱保持ユニットは加熱装置を備えてもよい。加熱装置は、熱エネルギーを、特には壁へと放出するように設計されてもよい。加熱装置は、例えば壁を、特には400℃以上である所定の温度閾値以上で保持するために使用され得る。
【００３０】
流れ誘導ユニットは、好ましくは断熱材を備える。さらに、流れ誘導装置が、特には電気加熱装置である加熱装置を備えることが提案される。加熱装置は、例えば先に言及した加熱装置とできる。加熱装置は、例えば壁と断熱材との間に配置されてもよい。断熱材は、便宜上壁を包囲する。さらに、断熱材は、有利には相変化材料を包囲する。さらに、断熱材は加熱装置を包囲できる。
【００３１】
熱保持ユニットは、便宜上少なくとも1つの空洞を備える。この空洞は、例えば壁と断熱材との間に配置されてもよい。相変化材料は、有利には空洞に位置決めされる。
【００３２】
本発明の有利な実施形態では、流れ誘導ユニットは、第1の前述した壁に加えて、さらなる壁を有する。さらなる壁は、便宜上第1の前述した壁を包囲する。そのため、流れ誘導ユニットは二重壁の設計とできる。第1の前述した壁は内側壁とでき、さらなる壁は外側壁とできる。熱保持ユニットは、第1の前述した壁とさらなる壁との間に配置される少なくとも1つの空洞を備えてもよい。空洞は、例えば第1の前述した壁とさらなる壁とによって画定されてもよい。相変化材料は、便宜上空洞に位置決めされる。相変化材料は、マイクロカプセル化されているとして考えられてもよい。
【００３３】
流れ誘導ユニットの内部空間を画定する壁は、内側壁であるとして理解できる。熱伝達媒体が誘導されるのに通る空間は、流れ誘導ユニットの内部空間であるとして理解できる。必然的な理由のため、内部空間は第1の前述した壁によって側方で画定される。
【００３４】
本発明のさらなる有利な実施形態では、熱保持ユニットが複数の空洞を有することが提供される。複数の空洞は、例えばスポンジ状の構造で、特には多孔質金属または炭スポンジで配置されてもよい。さらに、相変化材料は、スポンジ状の構造の空洞に位置決めされ得る。スポンジ状の構造は、相変化材料と共に複合材料であるとして考えられてもよい。代替または追加で、熱保持ユニットは、相変化材料を伴う金属微小粒子、カーボン粒子、および/またはセラミック粒子の分散を含んでもよい。
【００３５】
本発明のさらなる有利な実施形態では、熱保持ユニットが複数のカプセルを備えることが提案される。さらに、相変化材料は、カプセルに位置決めされてもよく、特にはカプセルに閉じ込められてもよい。カプセルは相変化バルク材料であると理解できる。さらに、カプセルは、例えば流れ誘導ユニットの内部空間に配置されてもよい。内部空間は、特には先に言及された内部空間であり得る。
【００３６】
相変化材料は、好ましくは金属合金および/または塩混合物を含む。例えばこのような金属合金は、アルミニウム、マグネシウム、および亜鉛を含み得る。このような塩混合物は、例えば塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、および/またはフッ化リチウムを含み得る。
【００３７】
相変化材料の相変化温度は、有利には300℃より高く、特には400℃より高い。さらに、相変化材料の相変化温度は、便宜上800℃より低く、特には600℃より低い。
【００３８】
相変化が起こる温度は、相変化温度であるとして理解できる。相変化は、好ましくは相変化材料の温度が所定の温度値を有する場合、および/または相変化材料の温度が所定の温度間隔内にある場合に起こり得る。所定の温度値または所定の温度間隔は、相変化材料の化学的組成に依存してもよい。液相から固相への相変化の間、必然的な理由による相変化温度は凝固温度である。
【００３９】
本発明の有利な発展では、壁は複数のリブを有する。壁は、好ましくは熱保持ユニットを向く側において複数のリブを有する。リブは、特には相変化材料から壁への熱伝達、および/または壁から熱保持ユニットへの、特には相変化材料への熱伝達である、熱保持ユニットからの熱伝達を向上する目的を持っていてもよい。熱伝達は、特には壁と熱保持ユニットとの間のより大きい接触面の結果として向上され、より大きい接触面はリブのおかげとされ得る。
【００４０】
さらに、壁は、熱保持ユニットから離れる方を向く側において複数のリブを有してもよい。熱保持ユニットから離れる方を向く側は、必然的な理由のため、流れ誘導ユニットの内部空間を向く。最後に言及したリブは、熱伝達媒体から壁への熱伝達、および/または壁から熱伝達媒体への熱伝達を向上する目的を持っていてもよい。具体的には、熱伝達は、壁と熱伝達媒体との間のより大きい接触面の結果として向上され、より大きい接触面はリブのおかげとされ得る。
【００４１】
さらに、特には先に言及したその発展のうちの1つである、本発明による流れ誘導ユニットは、特には火力発電設備である発電設備の要素であり得る。
【００４２】
流れ誘導ユニットは、有利にはパイプライン、蒸気ヘッダ、蒸気タービン、または特には蒸気発生器の熱交換器である、熱交換器である。発電設備は、好ましくは前述した種類の流れ誘導ユニットを複数備える。流れ誘導ユニットのうちの1つはパイプラインであり得る。流れ誘導ユニットのうちの別のものは蒸気ヘッダであり得る。流れ誘導ユニットのうちのなおも別のものは熱交換器であり得る。流れ誘導ユニットのうちの別のものは蒸気タービンであり得る。
【００４３】
本発明の有利な実施形態の先に提供された記述は、いくつかの別のものを形成するために、部分的に組み合わされる手法によって個別の従属請求項において再生される多くの特徴を含んでいる。しかしながら、これらの特徴は、便宜上個別に検討されてもよいか、または実用的な追加の組み合わせを形成するために組み合わされてもよい。これらの特徴は、特には各々の場合で個別に組み合わせることができ、本発明による方法および本発明による流れ誘導ユニットとの任意の適切な組み合わせで組み合わせることができる。そのため、具体的に述べられた方法の特徴は、対応する装置ユニットの特性であるとして考えられるものでもあり、その逆も然りである。
【００４４】
特定の用語が、各々の場合において単数形で、または数詞との組み合わせで、本記述または特許請求の範囲において使用されたとしても、本発明の範囲は、これらの用語について、単数またはそれぞれの数詞に限定されることはない。さらに、不定冠詞の「1つ(aまたはan)」も、単数形に何らかの制限を課すことはまったくない。
【００４５】
この発明の前述の特性、特徴、および利点と、またこれらが達成される方法と、は図面との組み合わせでより詳細に説明されている例示の実施形態の以下の記述との組み合わせで、より明確になり、明らかに理解可能となる。例示の実施形態は、本発明の説明に寄与し、本発明を、開示した特徴の組み合わせに限定せず、機能的な特徴に関して限定もしない。さらに、このために、明確に分離された手法で検討された例示の実施形態の各々1つの適切な特徴は、1つの例示の実施形態から除去されてもよく、その補足のための別の例示の実施形態に導入されてもよく、任意の他の請求項と組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】複数の流れ誘導ユニットを伴う発電設備を示す図である。
【図２】流れ誘導ユニットの壁と断熱材との間に配置された相変化材料を備える流れ誘導ユニットのうちの1つの断面図である。
【図３】図2からの流れ誘導ユニットの長手方向の断面図である。
【図４】外側壁と内側壁とを備え、外側壁と内側壁との間に配置された相変化材料も備える代替の流れ誘導ユニットの長手方向の断面図である。
【図５】相変化材料を伴うカプセルが内部空間に位置決めされるさらなる代替の流れ誘導ユニットの長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図1は、ガスおよび蒸気の発電設備として構築されている火力発電設備2を概略的に示している。発電設備2は、蒸気発生器4と、蒸気ヘッダ6と、蒸気タービン8と、を有している。さらに、発電設備2は、蒸気発生器4と蒸気タービン8とを相互に連結するパイプライン10を有している。蒸気発生器4は熱伝達媒体12を備えている。発電設備2は、燃料供給配管を伴う燃料予加熱器14も備えている。蒸気ヘッダ6、蒸気タービン8、パイプライン10、熱伝達媒体12、および燃料予加熱器14は、発電設備2の流れ誘導ユニット16である。
【００４８】
発電設備2は、シャフト20を介して蒸気タービン8に連結されている発電機18も備えている。シャフトは、発電機18と蒸気タービン8との間にクラッチ22を有している。さらに、ガスタービン24が、シャフト20を介して発電機18にしっかりと連結されている。燃料予加熱器14は、ガスタービン24の入口側に配置されている。燃焼室26がガスタービン24と燃料予加熱器14との間に配置されてもいる。ガスタービン24は、出口側において、排気ガス配管28を介して蒸気発生器4に連結されてもいる。発電設備2は、さらに凝縮器30と、凝縮器30を蒸気発生器4に連結し且つ凝縮ポンプを有する戻り配管32と、を備えている。
【００４９】
発電設備2の動作の間、特には天然ガスである燃料が、燃料供給配管を介して燃料予加熱器14へと導入され、前記燃料予加熱器14において予加熱される。予加熱された燃料は次に燃焼室26で燃焼され、高温の加圧された排気ガスがガスタービン24へと供給されてそこで膨張させられ、機械的仕事を実施する。なおも高温の排気ガスは、次に排気ガス配管28を通って蒸気発生器4へと供給される。排気ガスは、最終的に蒸気発生器4の排気ガス出口34を通って大気へと放出されるまで、蒸気発生器4を通って流れもする。蒸気発生器4を通る経路において、蒸気発生器4の熱伝達媒体12における排気ガスは、水を処理するためにその熱を放出する。熱を吸収することによって、処理水は蒸発し、過程において生成される蒸気は、排気ガスによって加熱される熱伝達媒体を形成する。
【００５０】
熱伝達媒体（つまり、蒸気）は、蒸気発生器4の下流に連結されている蒸気ヘッダ6において回収される。パイプライン10を介して、熱伝達媒体は蒸気タービン8へと方向付けられる。
【００５１】
蒸気タービン8を通じて誘導される熱伝達媒体は、蒸気タービン8を駆動し、過程において膨張し、機械的仕事を実施する。シャフト20を介して、ガスタービン24および蒸気タービン8（クラッチ２２が噛み合わされている状態）は、電気エネルギーを生成する発電機18を駆動する。
【００５２】
膨張した熱伝達媒体は、蒸気タービン8の下流に連結されている凝縮器30において凝縮させられ、過程において生成される（液体の）処理水は、戻り配管32を介して蒸気発生器4へと供給される。処理水は再加熱され得、前述した過程は循環で繰り返される。
【００５３】
発電設備2が運転停止される場合、燃焼室26へと供給される燃料が止められる。ガスタービン24は、熱を処理水と熱伝達媒体とに伝達する高温の排気ガスをもはや送らず、その結果として、熱伝達媒体は冷たくなる。冷却のため、前記流れ誘導ユニット16(つまり、蒸気ヘッダ6、蒸気タービン8、パイプライン10、熱伝達媒体12、および燃料予加熱器14)も冷たくなる。
【００５４】
流れ誘導ユニット16は、各々の場合で、発電設備2の動作の間に液体の形態で存在する相変化材料38を伴う熱保持ユニット36を備えている（図2および以下を参照）。相変化材料38の温度が、熱伝達媒体の冷却の間に所定の温度未満に下がる場合、相変化材料38は凝固する。ここでの例示の実施形態では、所定の温度は500℃である。凝固するとき、相変化材料38は、熱エネルギーをそれぞれの流れ誘導ユニット16の壁40に放出する（図2および以下を参照）。さらに、凝固するとき、熱エネルギーは、それぞれの流れ誘導ユニット16に含まれる熱伝達媒体に放出される。その結果、壁40および熱伝達媒体のさらなる冷却が減速させられる。
【００５５】
特には運転停止後24〜48時間以内での発電設備2の再始動の間、流れ誘導ユニット16は、温度閾値が達成される加熱局面が十分により短くなるように、相変化材料のない流れ誘導要素より、相当に高い温度を有する。結果として、発電設備2は、より経済的に効率の良い手法で動作させることができる。さらに、より少ない冷却によって引き起こされるより小さい温度変動の結果として、流れ誘導ユニット16における熱機械的な負荷は、発電設備2がより材料を保全する手法で動作されるように低減され、これは、発電設備2の利益性および効率にとって有益なものでもある。
【００５６】
図2は、例を用いて、先に言及した流れ誘導ユニット16のうちの1つの単純化された断面図を示している。
【００５７】
描写した流れ誘導ユニット16は、壁40と、壁40を包囲する断熱材42と、熱伝達媒体が誘導されるのに通る内部空間44と、熱保持ユニット36と、を備えている。熱保持ユニット36は、次に壁40と断熱材42との間に配置され、相変化材料38を収容する空洞46を備えている。
【００５８】
さらに、熱保持ユニット36は、相変化材料38と断熱材42との間に配置されている電気加熱装置48を備えている。
【００５９】
（発電設備2の運転停止の間の）先に言及した熱伝達媒体の冷却の結果として、相変化材料38は液相から固相へと、相転移とも呼ばれる相変化を受け、相変化は相変化材料38の凝固温度の範囲内で起こる。相変化（凝固）の間、相変化材料38は、特には融解エンタルピの形態で、壁40へ熱エネルギーを放出し、その結果として、壁40の冷却が減速される。壁は次に熱エネルギーを熱伝達媒体へと伝達する。結果として、次に熱伝達媒体の冷却が減速される。
【００６０】
発電設備2の（再）始動の間、相変化材料38は固相から液相にさせられる。この場合、融解エンタルピの形態での熱エネルギーは、狭い温度範囲内で相変化材料38によって吸収される。
【００６１】
原理上は、液相から固相への相変化と異なる相変化、特には固相から別の固相への相変化（固体−固体相変化）が、用いられてもよい。
【００６２】
相変化材料38は、例えば金属合金または塩混合物を含んでもよい。例えば、相変化材料38は特には59%のアルミニウム比率、35%のマグネシウム比率、および6%の亜鉛比率で、アルミニウム、マグネシウム、および亜鉛から成る金属合金であり得る。代替で、相変化材料38は、例えば特には48%の塩化ナトリウム比率および52%の塩化マグネシウム比率で、塩化ナトリウムおよび塩化マグネシウムから成る塩混合物であり得る。相変化材料38は、例えば特には12%のフッ化ナトリウム比率、59%のフッ化カリウム比率、および29%のフッ化リチウム比率で、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、およびフッ化リチウムから成る別の塩混合物であってもよい。
【００６３】
相変化材料38の温度が例えば450℃の所定の最小温度未満に下がる場合、熱エネルギーが、電気加熱装置48を用いて相変化材料38に供給される。この場合、相変化材料38は、加熱装置48を用いて直接的に加熱される。相変化材料38は、熱エネルギーを壁40へと伝達する。結果として、壁40は始動の間、特には壁40である流れ誘導ユニット16を、温度閾値を上回るように加熱するための待機時間が短縮されるように、特には400℃を上回って、所定の温度閾値を上回って保持される。
【００６４】
図2に同じく示されているのは、点線の形態での切断平面III-IIIである。
【００６５】
図3は、切断平面III-IIIに沿っての図2からの流れ誘導ユニット16の長手方向の断面図を示している。この図は追加の特徴をまったく示していない。むしろ、図3はより良い理解のために、流れ誘導ユニット16を別の見方から示している。後に描写した代替の流れ誘導ユニット16は同じ見方から示されている。
【００６６】
図4は、代替で設計された流れ誘導ユニット16の長手方向の断面図を示している。図4および図5の以下の記述は、概してそれぞれ不変の特徴および機能が言及されている、図2からの例示の実施形態への違いに制限されている。概して、不変の要素は基本的に同じ符号によって特定され、言及されていない特徴は、それらが再び記述されることなく、以下の例示の実施形態において前提とされている。
【００６７】
図4に示した流れ誘導ユニット16は、内側壁50と外側壁52とを有している。ここでの場合、相変化材料38が位置決めされている空洞46は、内側壁50と外側壁52との間に配置されている。
【００６８】
内側壁50は、相変化材料38を向く側において複数のリブ54を有する。リブ54は、相変化材料38から壁50への熱伝達、および/または壁50から相変化材料38への熱伝達を向上する目的を有する。具体的には、熱伝達は、相変化材料38と内側壁50との間のより大きい接触面積の結果として向上される。
【００６９】
内側壁50は、相変化材料38から離れる方を向く側において複数のリブ54を有してもいる。相変化材料38から離れる方を向く内側壁の側は、熱伝達媒体を誘導する内部空間44を向いている。最後に言及したリブ54は、熱伝達媒体から壁50への熱伝達、および壁50から熱伝達媒体への熱伝達を向上する目的も有する。具体的には、熱伝達は、熱伝達媒体と内側壁50との間のより大きい接触面積の結果として向上される。
【００７０】
内側壁50のリブ54は任意選択である。原理上は、リブ54は、相変化材料38を向く側において、および/または相変化材料38から離れる方を向く側において、省略されてもよい。（図2および図3による）単一の壁とされた設計の流れ誘導ユニット16の場合、リブ54が、相変化材料38を向く壁40の側において、および/または相変化材料38から離れる方を向く側において、設けられてもよい。
【００７１】
ここでの場合、加熱装置48は外側壁52と断熱材42との間に配置されている。相変化材料38の温度が所定の最小温度未満に下がる場合、熱エネルギーが、電気加熱装置48を用いて相変化材料38に供給される。この場合、相変化材料は間接的に加熱される。電気加熱装置48は流れ誘導ユニット16の外側壁52を加熱する。過程において外側壁52によって吸収される熱エネルギーは、相変化材料38に伝達され、相変化材料38から内側壁50へと伝達される。
【００７２】
図5は、相変化材料38を伴うさらに代替で設計された流れ誘導ユニット16の長手方向の断面図を示している。この場合、相変化材料38は壁40と断熱材42との間で包囲されていないが、流れ誘導ユニット16の内部空間44に位置決めされている複数のカプセル56に包囲されている。別の言い方をすれば、この場合の熱保持ユニット36は、加熱装置48に加えて、相変化材料38を伴うカプセル56を備えている。
【００７３】
相変化材料38は、特には凝固の間である相変化の間、熱エネルギーを熱伝達媒体へと放出する。熱伝達媒体は次に熱エネルギーを壁40へと伝達する。
【００７４】
相変化材料38の温度が所定の最小温度未満に下がる場合、熱エネルギーが、電気加熱装置48を用いて相変化材料38に供給される。この場合、相変化材料は間接的に加熱される。加熱装置48は流れ誘導ユニット16の壁40を加熱する。過程において壁40によって吸収される熱エネルギーは、熱伝達媒体へと伝達される。熱伝達媒体は、次に熱エネルギーを、カプセル56と、カプセル56において包囲されている相変化材料38とに伝達する。
【００７５】
先に記述した例示の実施形態の場合、相変化材料は、原理上は省かれ得る。このような場合、加熱装置は、熱エネルギーを壁へと直接的に放出でき、結果として壁の冷却は減速できる。
【００７６】
本発明は、好ましい例示の実施形態を用いて完全に図示されて詳細に記述されているが、開示した例によって限定されることはなく、他の変形が当業者によって、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、その例から導き出されてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
2  火力発電設備
4  蒸気発生器
6  蒸気ヘッダ
8  蒸気タービン
10  パイプライン
12  熱伝達媒体
14  燃料予加熱器
16  流れ誘導ユニット
18  発電機
20  シャフト
22  クラッチ
24  ガスタービン
26  燃焼室
28  排気ガス配管
30  凝縮器
32  戻り配管
34  排気ガス出口
36  熱保持ユニット
38  相変化材料
40  壁
42  断熱材
44  内部空間
46  空洞
48  電気加熱装置
50  内側壁
52  外側壁
54  リブ
56  カプセル
【図１】
2018524536.tif 000003
【図２】
2018524536.tif 000004
【図３】
2018524536.tif 000005
【図４】
2018524536.tif 000006
【図５】
2018524536.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月23日(2018.2.23)
【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】
流れ誘導ユニット(16)の冷却を減速させるための方法であって、
前記流れ誘導ユニット(16)は熱保持ユニット(36)を備え、且つ熱伝達媒体によって通過流に曝され、
前記熱伝達媒体の温度が低下させられ、その結果として、前記流れ誘導ユニット(16)の壁(40、50)が冷たくなり、
前記熱保持ユニット(36)は熱エネルギーを放出し、その結果として、前記壁(40、50)の冷却が減速させられることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記熱保持ユニット(36)は、熱エネルギーを前記壁(40、50)へと放出する加熱装置(48)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記壁(40、50)の温度は、前記加熱装置(48)を用いて所定の温度閾値に、またはそれよりも高く保持されることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記熱保持ユニット(36)は相変化材料(38)を備え、
前記相変化材料(38)は第1の相から第2の相への相変化を受け、
前記相変化材料(38)は前記相変化の間に熱エネルギーを放出し、その結果として、前記壁(40、50)の前記冷却が減速させられる
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記相変化の間に前記相変化材料(38)によって放出される前記熱エネルギーは、前記熱エネルギーを前記熱伝達媒体へと伝達する前記壁(40、50)へと放出されること、および/または前記相変化の間に前記相変化材料(38)によって放出される前記熱エネルギーは、前記熱エネルギーを前記壁(40、50)へと伝達する前記熱伝達媒体へと放出されること、を特徴とする、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記相変化材料(38)の温度が所定の最低温度未満に下がる場合、熱エネルギーが加熱装置(48)を用いて前記相変化材料(38)へと供給されることを特徴とする、請求項4または5に記載の方法。
【請求項７】
発電設備(2)を動作させるための方法であって、前記発電設備(2)の流れ誘導ユニット(16)の冷却が、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法により減速させられ、前記流れ誘導ユニット(16)を通じて流れる前記熱伝達媒体の前記温度は、前記発電設備(2)の出力の低下の結果として低下させられる、方法。
【請求項８】
壁(40、50)と、前記壁(40、50)の冷却を減速させるために熱エネルギーを放出するように設計された熱保持ユニット(36)と、を備える流れ誘導ユニット(16)。
【請求項９】
前記熱保持ユニット(36)は相変化材料(38)を備え、前記相変化材料(38)は、前記壁(40、50)の冷却を減速させるために第1の相から第2の相への相変化を受けるように、および前記相変化の間に熱エネルギーを放出するように、設計されていることを特徴とする、請求項8に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１０】
断熱材(42)と、加熱装置(48)と、によって特徴付けられ、前記加熱装置(48)は前記壁(40、50)と前記断熱材(42)との間に配置され、前記断熱材(42)は前記壁(40、50)、前記相変化材料(38)、および前記加熱装置(48)を包囲する、請求項9に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１１】
前記第1の前述した壁(40、50)を包囲するさらなる壁(52)によって特徴付けられ、前記熱保持ユニット(36)は少なくとも1つの空洞(46)を備え、前記少なくとも1つの空洞(46)は前記さらなる壁(52)と前記第1の前述した壁(40、50)との間に配置され、且つ当該空洞の内部には前記相変化材料(38)が位置決めされることを特徴とする、請求項9または10に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１２】
前記熱保持ユニット(36)は複数のカプセル(56)を備え、当該カプセルの内部には前記相変化材料(38)が位置決めされ、且つ前記カプセルは前記流れ誘導ユニット(16)の内部空間(44)に配置されることを特徴とする、請求項9から11のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１３】
前記相変化材料(38)は金属合金および/または塩混合物を含み、前記相変化材料(38)の相変化温度は、300℃より高く、且つ800℃より低いことを特徴とする、請求項9から12のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１４】
前記壁(40、50)は、前記熱保持ユニット(36)を向く側において、および/または前記熱保持ユニット(36)から離れた方を向く側において、複数のリブ(54)を有することを特徴とする、請求項8から13のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)。
【請求項１５】
請求項8から14のいずれか一項に記載の流れ誘導ユニット(16)を備えた発電設備(2)であって、前記流れ誘導ユニット(16)は、パイプライン(10)、蒸気ヘッダ(6)、蒸気タービン(8)、または熱伝達媒体(12)である、発電設備(2)。
【国際調査報告】
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2018524536.tif 000009
2018524536.tif 000010
2018524536.tif 000011
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