JPS6354882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えば、火力発電所や原子力発電所
のように、ランキンサイクルを構成する蒸気原動
装置（火力発電装置又は蒸気原動所ともいう）と
例えばアンモニヤやフロンによる媒体及び冷水を
利用した温度差発電装置とで構成される組合せ発
電装置に関する。 従来、火力発電所或は原子力発電所等（以下、
蒸気原動装置と云う）は、ボイラや原子炉で生成
した蒸気を蒸気タービンへ移送して、ここで蒸気
タービンを回転して発電機を回わし、仕事を了え
た蒸気を復水器で凝縮して復水すると共に、この
復水器で蒸気を復水するために、大量の冷却水を
必要とするから、河川、湖、海等の沿岸に設置さ
れる。従つて、復水器で生じた温排水による環境
公害が問題にされている。 そこで、上記復水器に使用される熱交換用の取
水量を少くし、しかも、如何にして排水温度の上
昇を低く抑えるか、重要な課題とされている。 しかし、上記蒸気原動装置の熱効率の向上が限
界に達した現在の技術では、復水器の冷却水に捨
てられる熱量を減少させる手段が難しく、排水温
度を低温にするために、大量の冷却水を使用する
ことを余儀なくされている。 又一方、火力発電所や原子力発電所は冷却水と
して海水を使用する場合、季節的な温度の変化が
ある。即ち、夏季には海水温度が上昇して復水器
の真空度が悪化することにより、蒸気タービン駆
動の発電機の定格出力を保つためには、より多く
の蒸気量を蒸気タービンに必要とされるので、蒸
気タービンも復水器も定格出力の決定に当り夏季
の最高温度を考慮して設計製作をすることにな
る。 このようにすると、春秋期ばかりでなく、特に
冬季では、海水温度が非常に低温度になるため、
蒸気タービンや復水器には、必要以上の余裕が生
じる結果となり、建設費や最設備投資が増大する
ばかりでなく、しかも、利用効率は低下するおそ
れがある。 しかし、これを回避しようとすれば、夏季時に
は、定格電気出力が得られない等の欠点がある。 このように、季節的な海水温度の変化による設
備利用効率の低下は、アンモニヤやフロンによる
媒体及び冷水を利用する上記温度差発電所の場合
も同じである。海洋温度差発電装置は、海岸の表
層の比較的温度の高い海水と、深海の温度の低い
海水との温度差を利用して発電を行う発電装置で
あり、動作流体としては例えばフロン、アンモニ
ヤ等が用いられる。蒸発器に海洋の表層の20℃程
度の海水を導入して動作流体を蒸発させて蒸気を
得、この蒸気により発電機を駆動する媒体タービ
ンを回転させ発電を行なう。媒体タービンから排
出された動作流体蒸気は、凝縮器に導かれ、深海
から汲み上げた７℃程度の海水により冷却されて
液化し、媒体ポンプにより蒸発器に圧送され、再
び気化され媒体タービンに送られる。 以上が海洋温度差発電装置の概要であるが、こ
のように海洋の表層と約500〜600ｍ程度の深海の
温度差は利用する海用温度差発電装置は、深海の
海水は四季を通じて一定温度に維持されているけ
れども、海洋の表層温度は、冬季には低下してし
まうため、一般に日本近海では、発電を経済的に
行うに必要な温度差約20℃に達せず、冬季は発電
所の機能を失うおそれがある。 本発明は、蒸気原動装置と温度差発電装置とを
組合せた場合、両装置から排棄される温排水によ
つて、両装置の冷却水用の取水源に、極力熱害を
与えないようにし、その反射的効果として蒸気原
動装置が使用する復水器用冷却水量を節減できる
ようにする組合せ発電装置の冷却水処理方法を提
供することを目的とする。 上記目的を達成するために本発明においては、
凝縮器１、媒体供給ポンプ２、蒸発器３、及び発
電機４を駆動する媒体タービン５で閉囲路を形成
する温度差発電装置に、復水器７、復水ポンプ
８、ボイラ１０及び発電機１１を駆動する蒸気タ
ービン１２で閉囲路を形成する蒸気原動装置を
組合せたものにおいて、凝縮器１で熱交換後の冷
却水T₁₆を混合タンク１７に送り出して、一度こ
こで貯める一方で、その冷却水T₁₆の余剰水を冷
却管１６から分岐して余剰排水管２０に結ぶバイ
パス２１を経て系外に排棄するとともに、混合タ
ンク１７に貯水される冷却水に、蒸気原動装置
の復水器７から温度差発電装置の蒸発器３を経
て混合タンク１７に送り出される温排水T_19bを合
流せしめ、合流後、循環水T₁₉として循環水系１
９で結ばれる上記復水器７、蒸発器３に連続的に
供し、この間、復水器７で熱交換後、生成される
温排水Ｔ１９ａが温度高のとき、その一部を余剰
排水管２０を経て系外に排棄する一方、残余の温
排水T_19aをそのまま上記蒸発器３を経て混合タン
ク１７に送り出すようにして、上記温度差発電装
置と上記蒸気原動装置との冷却水を共用する
構成にしたものである。 以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。 第１図において、符号１は温度差発電装置であ
つて、この温度差発電装置は例えばアンモニヤ
又はフロン等による媒体を熱交換によつて凝縮す
る凝縮器、媒体供給ポンプ２、媒体を蒸発させて
気化する蒸発器３及び発電機４を備えた媒体ター
ビン５を媒体循環系６で接続して構成されてい
る。尚、発電機４の電気系統の図示は省略する。 又一方、上記温度差発電装置に近接した位置
には、例えば、火力発電装置又は原子力発電装置
のような蒸気原動装置が設置されており、この
蒸気原動装置は仕事を了えた蒸気を復水する復
水器７、復水ポンプ８、給水加熱器９、ボイラ
（又は原子炉）１０及び発電機１１を備えた蒸気
タービン１２を蒸気循環系１３で接続して構成さ
れている。尚、発電機１１の電気系統の図示は省
略する。 他方、上記温度差発電装置の凝縮器１には、
海、河川又は湖沼等の冷却水T₁₅を供給する取水
ポンプ１４を備えた供給管１５が設けられてお
り、上記凝縮器１で熱交換した後の冷却水T₁₆を
介して混合タンク１７に供給されるようになつて
いる。又、この混合タンク１７には上記復水器７
及び蒸発器３を通る循環水ポンプ１８を備えた循
環水系１９が設けられており、しかも、この復水
器７と蒸発器３との間に位置する上記循環水系１
９には余剰排水管２０が附設されている。さら
に、上記冷却管１６と上記余剰排水管２０との間
にはバイパス（側路）２１が設けられており、こ
のバイパス２１は上記冷却管１６の余剰冷却水を
系外へ上記余剰排水管２０を通して排棄するよう
になつている。 以下、本発明の作用について説明する。 本発明による組合せ発電装置は温度差発電装置
と蒸気原動装置とを混合タンク１７に接続し
た冷却管１６及び循環水系１９とによつて連結し
たものであり、両者は有機的に一体に構成されて
いる。 従つて、今、上記取水ポンプ１４によつて例え
ば深海から汲み上げられた冷却水T₁₅は、先づ、
上記凝縮器１に供給され、この凝縮器１でアンモ
ニヤ等による二次動作流体としての媒体を熱交換
によつて冷却して凝縮せしめる。しかして、僅か
に温度上昇した冷却水T₁₆は、冷却管１６を通し
て上記混合タンク１７へ圧送され、ここで、一担
貯水される。こうして、冷却水T₁₆を貯水する混
合タンク１７には、蒸発器３から送り出される、
温排水T_19bも冷却水用として受け入れられてい
る。すなわち、上記混合タンク１７には蒸発器３
で熱交換後、生成される温排水T_19bを、循環水系
１９を経て受け入れており、ここで合流して、冷
却水用として適正な温度に調整される。この場
合、合流水が温度高であると、その一部は温排水
としてパイパス２１から余剰排水管２０を経て系
外に排出される。 一方、混合タンク１７で、適正な温度に調整さ
れた冷却水としての循環水T₁₉は、循環水ポンプ
１８によつて上記復水器７へ圧送される。圧送さ
れた循環水T₁₉は蒸気タービン１２で仕事をした
蒸気と熱交換し、熱交換後、温排水T_19aに生成さ
れる。 このようにして生成された温排水T_19bは、その
水温が温度高のとき、その一部が余剰冷却水
T₂₀，T_20aとして余剰排水管２０を経て系外に排
出され、こうして蒸発器３への加熱源用としての
温排水T_19aが確保される。蒸発器３に供された温
排水T_19aは、液化している媒体を加熱して気化さ
せ、この気化された媒体を用いて媒体タービン５
を回転させ、発電機４を回わすエネルギ源に使用
される。 他方、上記蒸発器３で仕事をした温排水T_19b
は、再び、上記冷却水T₁₆の流入する混合タンク
１７に還流して適正な温度に調整される。 一方、上記復水器７で生成された復水は、復水
ポンプ８によつて給水加熱器９及びボイラ１０へ
移送される。このボイラ１０に移送された復水
（給水）は加熱されて蒸気を生成する。しかして、
このボイラ１０で生成された高温高圧の蒸気は蒸
気タービン１２へ供給され、ここで、この蒸気タ
ービン１２を回転して、これを直結した発電機１
１を駆動するようになつている。 次に、本発明を375000KWの火力発電所に適用
した具体例について数字を挙げて説明する。 火力発電所単独の場合には、復水器７の冷却水
は、海水を直接そのまま使用されるので季節によ
つて変動する。例えば、関東地区を例にすると、
海水の平均的な温度は22℃程度である。これを復
水器７の設計水温に採用すれば、復水器７の温排
水の温度を決定することにより、所要冷却水量が
決定する。この排水温度と冷却水量の関係は、逆
比例するから、温度が低下すれば、冷却水量は増
加する。 一般に現在わが国では上記復水器７における温
度上昇値（温排水T_19aの温度−循環水T₁₉の温
度）を約７℃程度にとることがが多い。これは、
上記復水器７の構造的な制限もあり、あまり、小
さく構成することはできず、これを小さく構成す
ると、冷却水量が増大する等の不具合を生じる。 そこで、上記温度上昇値を約７℃とすると、温
排水の温度は約29℃程度となり、必要冷却水量は
約60000t／ｈとなる。 このように設計された復水器７は、夏季になつ
て水温が上昇すると、前述したように、真空度が
悪化し、蒸気タービン１２の出力が低下する。
又、夏季は、冷房需要期であり、電力が不足気味
となるため、水温が上つて、電気出力が低下する
関係にあるので、火力発電所等における復水器
７、ボイラ１０、蒸気タービン１２、その他の附
帯機器は、夏季にも最大出力を出せるように設計
されており、この設計水温（下記の第１表では22
℃）時の出力や設備容量に対する余裕は６〜10％
にも及ぶ。 即ち、夏季の最高水温時に定格水力を保つため
に、他の季節には部分負荷で余裕のある運転をし
ているのが現状である。従つて、設備の利用率が
低く、資金投資効率も悪い。上記復水器７の冷却
水温度が一年中一定温度であれば、これらの問題
はなくなる。

【表】 そこで、上述した点を解決する手段の一例が、
上記第１表の“ケースＩ”である。このケースＩ
はバイパス２１の余剰冷却水（放水）を使用しな
い場合の例である。即ち、深層海水から約6.5℃
の冷水を得られるものとする。この冷却T₁₅は前
記凝縮器１で熱交換によつて２℃の温度上昇を与
えられるとすれば、冷却管１６の冷却水T₁₆は8.5
℃となる。この冷却水T₁₆を混合タンク１７で蒸
発器３からの27℃の循環水T_19bと混合して、17.9
℃の循環水T₁₉を生成し、これを循環ポンプ１８
によつて復水器７に供給する。この復水器７から
の温排水T_19aの温度を、火力発電所単独のケース
と同じ29℃（第１表参照）とすれば、上記復水器
７における温度上昇値は、29℃−17.9℃＝11.1℃
となり、火力発電所単独のケースの７℃より大き
くとれるので、循環水T₁₉の水量は、火力発電所
単独に場合の60000t／ｈよりも減少して、約
37700t／ｈでよい。 このように、上記循環水T₁₉はそのまま蒸発器
３の加熱用として使用されるのであるが、このケ
ースＩでは、蒸発器３における温度低下（温排水
T_19a−循環水T_19b）を凝縮器１と同じく２℃とす
れば、蒸発器３の加熱用の流量は、19200t／ｈ程
度となり、これだけの流量が循環水となつて上記
混合タンク１７へ循環し、残余の水の37700−
19200＝18500t／ｈは、余剰排水として系外へ排
棄される。 又、この余剰排水量は、当然ながら、系内に取
入れられた冷水の量と等しいけれども、火力発電
所単独ケースの取・排水量が60000t／ｈであるの
に比較して、ケースでは約30％の18500t／ｈし
か必要としないのである。そして、この結果、温
度差発電装置では、1300KWの出力を得ると共
に、火力発電所側の蒸気原動装置側も復水器７
の冷却水温度が17.9℃と低いことにより、上記復
水器７の真空度が改善されるから、蒸気タービン
１２の出力が約1000KW増加することができる。 又一方、深層海水の温度は一年中、一定である
から、循環水T₁₉や温排水T_19aの温度も一年中一
定であり、従つて、上記蒸気原動装置側の諸設
備は夏季のための余裕を設ける必要もなくなり、
又、温度差発電装置側は冬季でも運転を継続でき
るという相乗効果がある。 なお、上述した復水器７用の循環水量は、
37000t／ｈ必要であるのに対し、取水ポンプ１４
の取水量は、18500t／ｈで済むのは、その差
19200t／ｈ、つまり、循環水相当量が系内で復水
ポンプ７と蒸発器３との間を循環使用されている
ためであり、この循環水T₁₉は、復水器７からの
熱エネルギーを蒸発器３に熱交換する熱媒体の機
能を有するものである。 従つて、上記復水器７と上記蒸発器３とを繋ぐ
循環水系１９は、水温の自由に調整し得るように
なつている。 しかして、上記ケーは系外へ排棄する放水の
温度を、火力発電所単独のケースと同じ29℃とし
た場合、つまり、バイパス２１を使用しないケー
スであつたけれども、このバイパス２１を使用す
るケースの例を説明する。この場合、放水温度
は22℃に選定してあるが、この放水温度は任意に
調整できる。このケースでは温排水の温度を希
釈して排棄することになるので、系内へ取入れる
冷水量が僅かに増加して27000t／ｈとなり、温度
差発電装置の発生電力も約2000KWに増大す
る。 又一方、他の部分の温度や流量は、それぞれ上
記第１表の通りである。なお、このケースで
は、海水の表層と全く同じ22℃とで系外へ放水す
ることができると共に、放水量は火力発電装置単
独の場合の1/2以下にすることができる。 因に、上記復水器７の構造やチユーブの製作限
界などで制限を受けるならば、温排水T_19aの温度
は、さらに高くすることができる。従つて、上記
温度差発電装置の出力を増加させることができ
る。そして、この意味するところは、温度差発電
装置の入熱が、一義的に火力発電装置からの温
排水T_19aに依存しないことから、つまり、海水表
層等、他の熱源に依存していることからら、上記
温度差発電装置の立地条件を大幅に緩和するこ
とができる。又、温度差発電装置の高・低熱源
の温度差（第１表で示せば、温排水T_19aと冷水
T₁₅の温度差）は、実用的に約20℃以上が必要条
件であるため、海水表層温度が27℃程度以上の期
間が一年間で極力多いことが利用率からみた立地
条件であつたけれども、本発明は、水温の点から
立地を制約するのは、如何に温度の低い冷水T₁₅
が得られるのかということになり、海水表層温度
の低い寒冷地が立地条件とされる。 次に、第２図に示される実施例は、本発明の他
の実施例であつて、これは、冷却管１６の管路上
に管路上に混合タンク１７及び循環水ポンプ１８
を列設したものであり、上述した具体例と同じ内
容をなすものである。 以上述べたように、本発明は混合タンク１７に
凝縮器１からの冷却水を一担貯め、しかる後復水
器７から蒸発器３を経た温排水を上記冷却水と合
流せしめ、この合流水が温度高のときバイパス２
１を経て系外に排棄させて温度調節し、その余の
合流水は温度差発電装置と蒸気原動装置との
冷却用として共用したもので、この発明によれ
ば、温排水が海洋等に放出されることが極めて少
なくなり、熱害から海洋等の自然環境を保護でき
ることと併させ、蒸気原動装置が使用する復水器
用冷却水量を節減できる効果がある。因みに、復
水器用冷却水量は、従来の火力発電所または原子
力発電所に使用されている単独取扱量にくらべて
約50％以下に低減できる。さらに、本発明は、年
間を通して一定の冷却水を使用し得るから、設備
余裕が不要となり、約６〜10％程度の建設費を下
げることができると共に、復水器７の冷却水温度
上昇を大きく取れるため、循環水T₁₉の水量が少
なくなり、循環水ポンプ１８のポンプ動力を火力
発電装置単独の場合の約80％以下に低減すること
ができる。さらに循環水T₁₉の温度が低いので、
上記復水器７の真空度を上げることができ、この
ため、蒸気タービン１２の出力を約0.3〜１％程
度上昇させることができるし、復水器７を小型に
構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による組合せ発電装置の系統
図、第２図は本発明の他の実施例を示す図であ
る。 １……凝縮器、２………媒体供給ポンプ、３…
…蒸発器、４……発電機、５……媒体タービン、
７……復水器、８……復水ポンプ、１０……ボイ
ラ、１１……発電機、１２……蒸気タービン、１
４……取水ポンプ、１７……混合タンク、１８…
…循環水ポンプ、２０……余剰排水管、２１……
バイパス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 凝縮器１、媒体供給ポンプ２、蒸発器３、及
   び発電機４を駆動する媒体タービン５で閉囲路を
   形成する温度差発電装置に、復水器７、復水ポ
   ンプ８、ボイラ１０及び発電機１１を駆動する蒸
   気タービン１２で閉囲路を蒸気原動装置を組合
   せたものにおいて、凝縮器１で熱交換後の冷却水
   T₁₆を混合タンク１７に送り出して、一度ここで
   貯める一方で、その冷却水T₁₆の余剰水を冷却管
   １６から分岐して余剰排水管２０に結ぶバイパス
   ２１を経て系外に排棄するとともに、混合タンク
   １７に貯水される冷却水に、蒸気原動装置の復
   水器７から温度差発電装置の蒸発器３を経て混
   合タンク１７に送り出される温排水T_19bを合流せ
   しめ、合流後、循環水T₁₉として循環水系１９で
   結ばれる上記復水器７、蒸発器３に連続的に供
   し、この間、復水器７で熱交換後、生成される温
   排水Ｔ１９ａが温度高のとき、その一部を余剰排
   水管２０を経て系外に排棄する一方、残余の温排
   水T_19aをそのまま上記蒸発器３を経て混合タンク
   １７に送り出すようにして、上記温度差発電装置
   と上記蒸気原動装置との冷却水を共用にする
   ことを特徴とする組合せ発電装置の冷却水処理方
   法。