(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービン建屋の階数を削減しコンパクトな蒸気タービン建屋に収納できる蒸気タービン発電プラントを提供する。【解決手段】この蒸気タービン発電プラントは、供給される地熱の蒸気を流入させる第１の流入口と、第１の流入口から流入される蒸気のエネルギーで回転して発電機を駆動するタービンロータ１１ａと、タービンロータを回転させた蒸気をタービンロータ軸方向に流出させる流出口１１ｃと、を有する蒸気タービン１１と、蒸気を液体に凝縮する凝縮部１７ａと、流出口から流出された蒸気を凝縮部に流入させる第２の流入口１７ｃと、凝縮部の下方に配置され、凝縮部で凝縮された液体を一時貯水する貯水部１７ｂと、を有する復水器１７と、を具備し、流出口と第２の流入口が、タービンロータ軸に沿って配置されることを特徴とする。【選択図】図２
2013148017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される地熱の蒸気を流入させる第１の流入口と、前記第１の流入口から流入される前記蒸気のエネルギーで回転して発電機を駆動するタービンロータと、前記タービンロータを回転させた前記蒸気を前記タービンロータ軸方向に流出させる流出口と、を有する蒸気タービンと、
蒸気を液体に凝縮する凝縮部と、前記流出口から流出された前記蒸気を前記凝縮部に流入させる第２の流入口と、前記凝縮部の下方に配置され、前記凝縮部で凝縮された液体を一時貯水する貯水部と、を有する復水器と、
を具備し、前記流出口と前記第２の流入口が、前記タービンロータ軸に沿って配置される
ことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項２】
前記蒸気タービンの流出口と前記復水器の第２の流入口とが直接接続される
ことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項３】
前記蒸気タービンの流出口と前記復水器の第２の流入口とが流路を介して接続され、
前記流路が、前記タービンロータ軸に沿って配置される
ことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項４】
前記流出口の中心が、前記タービンロータ軸の中心線に対応して配置され、
前記第２の流入口が、前記流出口より下方に配置される
ことを特徴とする請求項３記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項５】
前記流路が、略一定の傾きを有し、
前記流出口が、前記タービンロータ軸の中心線を含み、
第２の流入口が、前記タービンロータ軸の中心線に沿って配置される
ことを特徴とする請求項４記載の蒸気タービン発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、地熱蒸気を利用した蒸気タービン発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電プラントでは、例えば流量制御された地熱蒸気を蒸気タービンに取り込み、この地熱蒸気の蒸気エネルギーでタービンロータを回転させ、このタービンロータの回転エネルギーを発電機に伝えるものがある。この蒸気タービンにおいて、上記エネルギー変換の仕事を終えて排出される蒸気（以下、「排気蒸気」という）は、排気蒸気の下流側に配置された復水器で冷却、凝縮されて液体（温水）に変化され、冷却塔等を介して冷却水として地中へ注入される。
【０００３】
このような蒸気タービン発電プラントでは、地熱蒸気の腐食成分に対する耐腐食性、蒸気の乾き度の問題から、翼長が短い複流型の蒸気タービンが採用されている。この複流型の蒸気タービンは、寿命の観点から有利である。
【０００４】
このような複流型の蒸気タービンを備えた蒸気タービン発電プラントでは、蒸気タービンからの排気蒸気を排出する目的で、この蒸気タービンに発電機をカップリングで接続して蒸気タービン建屋の例えば２階に配置する。さらに、この蒸気タービンと復水器とを、タービンロータ軸方向から垂直下方に曲げられた排気流路（接続部）に接続する配置とした、いわゆる下方排気型の蒸気タービンを用いたものが提案されている。この構造により、復水器は、蒸気タービン建屋内において、蒸気タービンよりも下方の低階層（例えば蒸気タービン建屋の１階）に配置されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２２０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した先行技術には、蒸気タービンの垂直下方に復水器を配置していたため、蒸気タービン建屋を多階構造とする必要があり、階層的に設置スペースが広くなっていた。また、蒸気の排気方向を、蒸気タービンのタービンロータの軸方向から垂直下方に変更する必要があることから、蒸気の排気損失が大きくなり、排気の効率が低下していた。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、蒸気タービン建屋の階数を削減しコンパクトな蒸気タービン建屋に収納できる蒸気タービン発電プラント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】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明の蒸気タービン発電プラントは、供給される地熱の蒸気を流入させる第１の流入口と、前記第１の流入口から流入される前記蒸気のエネルギーで回転して発電機を駆動するタービンロータと、前記タービンロータを回転させた前記蒸気を前記タービンロータ軸方向に流出させる流出口と、を有する蒸気タービンと、蒸気を液体に凝縮する凝縮部と、前記流出口から流出された前記蒸気を前記凝縮部に流入させる第２の流入口と、前記凝縮部の下方に配置され、前記凝縮部で凝縮された液体を一時貯水する貯水部と、を有する復水器と、を具備し、前記流出口と前記第２の流入口が、前記タービンロータ軸に沿って配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蒸気タービン発電プラントを蒸気タービン建屋の階数を削減しコンパクトな蒸気タービン建屋に収納できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の蒸気タービン発電プラントの構成を示す図である。
【図２】図１に示した蒸気タービンと復水器の配置構成の一実施形態を示す正面図である。
【図３】復水器側からみた蒸気タービンと復水器の配置構成を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態の蒸気タービンと下方排気型の蒸気タービンの排気流速とドライ排気損失の関係を示す図である。
【図５】図１に示した蒸気タービンと復水器の配置構成の他の実施形態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の蒸気タービン発電プラント１０の構成を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、この蒸気タービン発電プラント１０は、蒸気タービン１１、蒸気管１２、発電機１３、電気制御盤１４、主変圧器１５、補助変圧器１６、復水器１７、トランジションピース（流路）１８、ホットウェルポンプ１９等から構成されている。
【００１３】
蒸気タービン１１は、復水器１７を後述するタービンロータ１１ａ（図２参照）の軸方向に配置する、いわゆる軸流排気型の蒸気タービンからなる。この蒸気タービン１１は、蒸気タービン建屋１の１階内部に収納されている。この蒸気タービン１１は、蒸気管１２、流入口１１ｂを介して地中より得られた地熱蒸気の蒸気エネルギーでタービンロータ１１ａを回転させる。さらに、このタービンロータ１１ａの回転エネルギーで発電機１３を駆動させている。蒸気タービン１１は、復水器１７側のタービンロータ１１ａの軸方向に、後述する排気蒸気の流出口１１ｃが設けられている。
【００１４】
発電機１３は、蒸気タービン１１のタービンロータ１１ａの軸方向（蒸気の流入側）に配設されている。この発電機１３は、蒸気タービン１１と同様、蒸気タービン建屋１の１階内部に収納されている。この発電機１３は、蒸気タービン１１のタービンロータ１１ａとカップリング接続され、蒸気タービン１１で得られた回転エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電する。
【００１５】
電気制御盤１４は、蒸気タービン建屋１と隣接して配置された蒸気タービン建屋２の１階内部に収納されている。この電気制御盤１４を蒸気タービン１１が収納されたこの蒸気タービン建屋１と別体の蒸気タービン建屋２に収納させるのは、例えば蒸気タービン１１の蒸気などの湿気や水分が電気制御盤１４に与える影響を防ぐためである。この電気制御盤１４は、発電機１３と電気的に接続され、発電機１３からの電圧が一定に保たれるように制御している。
【００１６】
主変圧器１５は、電気制御盤１４および図示しない外部の送電系統と電気的に接続されている。この主変圧器１５は、これら蒸気タービン建屋１，２の屋外に配設されている。この主変圧器１５は、発電所所外の送電用に発電機１３の電圧を昇圧した後、発電所所外の送電系統に送電している。
【００１７】
補助変圧器１６は、電気制御盤１４と主変圧器１５の接続経路から分岐するとともに、図示しない発電所所内の送電系統と電気的に接続されており、蒸気タービン建屋１，２の屋外に配設されている。この補助変圧器１６は、発電所所内の送電用に発電機１３の電圧を昇圧した後、発電所所内の送電系統に送電している。
【００１８】
復水器１７は、排気蒸気の流出側で、蒸気タービン１１のタービンロータ１１ａの軸に沿って配設されている。この復水器１７は、トランジションピース１８を介して蒸気タービン１１と接続されている。この復水器１７は、蒸気タービン建屋１の屋外で、かつ蒸気タービン建屋１に隣接されて配置されている。
【００１９】
この復水器１７は、蒸気タービン１１において蒸気エネルギーを回転エネルギーへ変換する仕事を終えた排気蒸気を、例えば図示しない冷却塔からの水で冷却する。この冷却によって、蒸気は温水に凝縮される。この温水は、ホットウェルポンプ１９によって、後述する貯水部１７ｂから温度を下げるために冷却塔に送られる。
【００２０】
ホットウェルポンプ１９は、復水器１７と隣接して配置された蒸気タービン建屋３に収納されている。このホットウェルポンプ１９は、復水器１７の貯水部１７ｂと図示しない配管を介して接続されている。このホットウェルポンプ１９は、この貯水部１７ｂ内の温水が一定量を維持するように温水の水量を調整している。この貯水部１７ｂから取り出された温水は、上述した冷却塔に流入される。
【００２１】
このように、地熱蒸気は、例えば図示しない制御弁によって流入蒸気量が制限されて、蒸気タービン建屋１内の蒸気タービン１１へ送られる。流入口１１ｂを介して蒸気タービン１１に流入された地熱蒸気は、自己の蒸気エネルギーで蒸気タービン１１のタービンロータ１１ａを回転させる。このように、蒸気タービン発電プラント１０では、蒸気エネルギーを回転エネルギーに変換することで、このタービンロータ１１ａにカップリング接続された発電機１３を駆動させることができる。
【００２２】
発電機１３は、蒸気タービン１１で得られた回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。この発電機１３は、蒸気タービン建屋２内の電気制御盤１４の制御によって、一定の電力を主変圧器１５と補助変圧器１６に送電する。
【００２３】
主変圧器１５及び補助変圧器１６は、蒸気タービン建屋２近傍の屋外に配置されている。これら主変圧器１５及び補助変圧器１６は、発電所所外及び所内の送電用に発電機１３の電圧を昇圧するものである。この昇圧された電圧（電力）は、発電所所外及び所内の送電系統にそれぞれ送電される。
【００２４】
また、蒸気タービン１１で仕事を終えた排気蒸気は、下流側の復水器１７へ排出される。この排気蒸気は、この復水器１７で冷却塔（図示せず）からの水で冷却されて温水に凝縮される。この温水は、貯水部１７ｂに貯水された後、ホットウェルポンプ１９によって、温度を下げるために貯水部１７ｂから冷却塔（図示せず）に送られる。復水器１７では、蒸気の凝縮による体積の減少で復水器１７内部の真空度が上げられて排気蒸気が引き込まれるので、蒸気タービン１１の効率向上を図ることができる。
【００２５】
図示しない冷却塔は、復水器１７から送られた温水を蒸発冷却し、蒸気タービン発電プラント全体の冷却水を作る。この冷却水は、例えば復水器１７等を冷却するが、再度冷却塔へ送られ冷却され再利用される。この工程で余剰となった水（以下、「余剰水」という）は、図示しない還元弁より地中へ注入される。この余剰水は、地中の熱により再び蒸気となり、循環再利用される。
【００２６】
次に、蒸気タービン１１と復水器１７の配置構成について説明する。
図２は、図１に示した蒸気タービン１１と復水器１７の配置構成の一実施形態を示す正面図である。図３は、復水器１７側からみた蒸気タービン１１と復水器１７の配置構成を示す側面図である。
【００２７】
図２に示すように、蒸気タービン１１は、復水器１７側のタービンロータ１１ａの軸に沿って、排気蒸気の流出口１１ｃが設けられている。この流出口１１ｃは、一定半径の円形状で構成され、その中心がタービンロータ１１ａの中心線Ａと略一致して配置されている。
【００２８】
図２、図３に示すように、復水器１７は、凝縮部１７ａと、貯水部１７ｂと、流入口１７ｃとを備える。
凝縮部１７ａは、復水器１７の上方に配設されている。この凝縮部１７ａは、蒸気タービン１１において仕事を終えて排出された排気蒸気を、冷却塔（図示せず）からの水を散布して冷却し、液体（温水）に凝縮する。
【００２９】
貯水部１７ｂは、凝縮された温水を一時貯水する領域である。この貯水部１７ｂは、上述した凝縮部１７ａの下方に配設されている。この貯水された温水は、ホットウェルポンプ１９によって、貯水部１７ｂ下方から配管を介して冷却塔に送られる。
【００３０】
流入口１７ｃは、上述した凝縮部１７ａに配設されている。この流入口１７ｃは、蒸気タービン１１の流出口１１ｃと対向し、かつこの流出口１１ｃより下方に配置されるように、例えば凝縮部１７ａの側面を貫通して設けられている。この流入口１７ｃは、例えば上記流出口１１ｃと略同径の円形状で構成され、タービンロータ１１ａの中心線Ａに沿って配置されている。
【００３１】
この流出口１１ｃと流入口１７ｃとは、トランジションピース１８を介して接続されている。このトランジションピース１８は、蒸気を流す流路を構成する。以下では、このトランジションピース１８を流路１８として説明する。
【００３２】
図２に示すように、この流路１８は、流出口１１ｃと流入口１７ｃ間を一定の傾き角度θを持って接続している。この流路１８は、流出口１１ｃ側の中心がタービンロータ１１ａの中心線Ａと一致し、かつ流入口１７ｃ側がタービンロータ１１ａの中心線Ａを上方に含むように配置されている。
【００３３】
この傾き角度θは、流入口１７ｃがタービンロータ１１ａの中心線Ａを、上方に含む範囲に配置されるように設定される。言い換えれば、タービンロータ１１ａの中心線Ａが、流入口１７ｃの中心と一致する位置より上方で、かつ流入口１７ｃ内に含まれるように、流路１８の傾き角度θを設定する。
【００３４】
また、この流入口１７ｃは、貯水部１７ｂよりも上方に配置されている。
このような構成により、凝縮部１７ａで凝縮された温水が、この流路１８から蒸気タービン１１へ逆流することを防ぐことができる。
【００３５】
流出口１１ｃから流出された排気蒸気は、流路１８を斜め下方向に流れ、流入口１７ｃから復水器１７の凝縮部１７ａに流入する。この排気蒸気は、凝縮部１７ａで冷却塔からの水で冷却され、温水に凝縮されて貯水部１７ｂに一時貯水される。
【００３６】
このような蒸気タービン発電プラントでは、蒸気の凝縮による体積の減少で復水器１７の真空度を上げるので、蒸気タービン１１内と復水器１７内とで蒸気に圧力差が生じる。この結果、蒸気を復水器１７に引き込みやすくなり、蒸気タービン１１の効率向上を図ることができる。
貯水部１７ｂに貯水された温水は、温度を下げるために、ホットウェルポンプ１９（図１参照）によって、冷却塔（図示せず）に送られる。
【００３７】
これにより、この実施形態では、凝縮部１７ａで凝縮された温水は蒸気タービン１１に流れることなしに、凝縮部１７ａ下方の貯水部１７ｂに貯水される。この貯水部１７ｂに貯水された温水は、ホットウェルポンプ１９によって、冷却塔に送られて冷却される。
【００３８】
図４は、本発明の一実施形態の蒸気タービンと下方排気型の蒸気タービンの排気流速とドライ排気損失の関係を示す図である。図４に示す曲線のうち、実線は本発明の一実施形態の蒸気タービンの場合で、点線は下方排気型の蒸気タービンの場合である。
【００３９】
図４に示すように、流速が定格運転の場合、本発明の一実施形態の蒸気タービン１１ではドライ排気損失が下方排気型の蒸気タービンと比較して約８％低くなる。これは、タービン効率に対して約０．１％の改善となる。
【００４０】
例えば、発電量が５万（ｋＷ）〜６万（ｋＷ）の蒸気タービンプラントの場合、５０（ｋＷ）〜６０（ｋＷ）発電量に相当する。これは、例えば補助変圧器１６から送電される発電所所内の消費電力の約２％に当たる。
【００４１】
このように、この実施形態では、蒸気タービン１１の流出口１１ｃと復水器１７の流入口１７ｃがタービンロータ１１ａの軸に沿って配置されるので、蒸気タービン１１の設置位置の高さを下方排気型の蒸気タービンに比べ５〜６（ｍ）程低くできる。この結果、蒸気タービン１１および発電機１３を蒸気タービン建屋の１階に配置可能となり、蒸気タービン建屋１の階数を削減してコンパクトな蒸気タービン建屋を提供できる。
【００４２】
また、この実施形態では、流路１８がタービンロータ１１ａの軸に沿って配置されるので、蒸気タービン１１の排気損失が下方排気型の蒸気タービンに比べて低減され、この結果タービン効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、この実施形態では、流路１８の傾きをθに設定したが、これに限らず、流路１８の傾きを、「０」に設定することも可能である。この場合には、流出口１１ｃおよび流入口１７ｃの中心を、タービンロータ１１ａの中心線Ａとそれぞれ一致させることが好ましい。
【００４４】
また、復水器１７の流入口１７ｃの口径の大きさを、蒸気タービン１１の流出口１１ｃの口径より大きくまたは小さく設定することも可能である。この場合には、流路１８の口径も、この蒸気タービン１１の流出口１１ｃに向って大きくまたは小さく設定されこととなる。すなわち、この流路１８を、中空のテーパー状の円筒形に形成させることも可能である。
【００４５】
（実施の形態２）
図５は、図１に示した蒸気タービン１１と復水器１７の配置構成の他の実施形態を示す正面図である。
【００４６】
図５に示すように、この実施形態では、この蒸気タービン１１の流出口１１ｃとこの復水器１７の流入口１７ｃとを、図２に示した流路１８を介在させることなしに直接接続させている。
【００４７】
すなわち、この実施形態では、流出口１１ｃの中心がタービンロータ１１ａの中心線Ａと一致するとともに、流入口１７ｃの中心もタービンロータ１１ａの中心線Ａと一致するように、蒸気タービン１１と復水器１７を接続させる。
【００４８】
流入口１７ｃは、例えば上記流出口１１ｃと略同径の円形状で構成されるとともに、上記蒸気タービン１１の流出口１１ｃと対向して配置されるように、凝縮部１７ａ、例えばこの凝縮部１７ａの側面に設けられている。
【００４９】
また、この実施形態でも、流入口１７ｃは貯水部１７ｂよりも上方に配置されている。
このような構成により、凝縮部１７ａで凝縮された温水が、この流路１８から蒸気タービン１１へ逆流することを防ぐことができる。
【００５０】
このような構成により、蒸気タービン１１で仕事を終えた排気蒸気は、流出口１１ｃから復水器１７へ直接排出され、この復水器１７で冷却塔（図示せず）からの水で冷却されて温水に凝縮される。この温水は、ホットウェルポンプ１９（図１参照）によって、温度を下げるために冷却塔（図示せず）に送られる。
【００５１】
このように、この実施形態では、蒸気タービン１１の流出口１１ｃと復水器１７の流入口１７ｃとを直接接続させるので、蒸気タービン１１の設置位置の高さを実施形態１よりさらに低くできる。この結果、蒸気タービン１１および発電機１３を蒸気タービン建屋の１階に配置可能となり、蒸気タービン建屋１の階数を削減してコンパクトな蒸気タービン建屋を提供できる。
【００５２】
また、この実施形態では、蒸気タービン１１の流出口１１ｃと復水器１７の流入口１７ｃとを直接接続させるので、蒸気タービン１１の排気損失がさらに低減され、この結果タービン効率をさらに向上させることができる。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，２，３…蒸気タービン建屋、１０…蒸気タービン発電プラント、１１…蒸気タービン、１１ａ…タービンロータ、１１ｂ…流入口、１１ｃ…流出口、１２…蒸気管、１３…発電機、１４…電気制御盤、１５…主変圧器、１６…補助変圧器、１７…復水器、１７ａ…凝縮部、１７ｂ…貯水部、１７ｃ…流入口、１８…トランジションピース（流路）、１９…ホットウェルポンプ、Ａ…中心線、θ…傾き角度。
【図１】
2013148017.tif 000003
【図２】
2013148017.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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