JP4913206B2 - ２管路式管巣体構造の復水器 - Google Patents

Description

本発明は、発電プラントまたは化学プラント内で蒸気を凝縮させるための復水器に関するものである。本発明は、特に、第１管路区画と第２管路区画の首尾よく定められた接続関係での最適配置を可能にする。具体的に云うと、本発明は、蒸気圧損失を減らすための、少なくとも一つの改良された管巣体構造を有する緻密な２管路式管巣体復水器に関するものである。

復水器は、巣形に構成された多数の管から成っている。管の数は大型の動力装置復水器では３００００に達することがある。復水器の熱性能は、これらの管の配置に大きく依存する。この管巣体構造によって、蒸気側圧力損失の低減と、蒸気中の非凝縮性ガスの効率的な除去とが可能になる。２管路式復水器は、復水器の長さを制限するために広く使用される。２管路式復水器内では、全蒸気のほぼ３分の２が第１管路区画の管上で凝縮し、管内を通過する冷却媒体の温度が比較的低く、蒸気の残りが第２管路区画の管に凝縮するため、熱水力学は複雑である。米国特許第５６４９５９０号では、放射スパイク形状をなす管配置について記載されている。スパイク形状体の幾つかは分岐する。分岐スパイク体は基幹部を含み、該基幹部は、その厚さが１．５倍〜２倍に達すると、直ちに、末広がりをなす等しい厚さの２つの分岐体に別れる。この形式の配置により、所定面積の管プレートに多数の管を設けることができる。

米国特許第５９６０８６７号には別の形式の管巣体構造が開示されている。この管巣体は、容器の底面と側壁から間隔を置いて配置されており、それによって、あらゆる方向から蒸気が管巣体内に速度を落として流入できる。抽出口が外周の重心に配置され、各流路の幅が外側開放端に向って大きくなっている。面積比と流路の長さは管巣体の中心軸線に向って増大している。請求されている利点は、圧力損の低減および非凝縮性ガスの効率的除去が可能な緻密な復水器である。
米国特許第６２６９８６７Ｂ１号で説明されている管巣体は、冷却管密集領域と、流路を含む複数の管束とを有する。非凝縮性ガス抽出管は、前記密集領域に配置されている。排出流路が形成される場合、少なくとも部分的に管巣体内に形成されることにより、非凝縮性ガスを冷却ユニットまたは蒸気復水チャンバから復水器の外部に排出でき、これによって冷却ユニットまたは蒸気復水チャンバに流入する非凝縮性ガスに含まれる蒸気の効率的な凝縮が改善される。

教会窓原理に基づく復水器管巣体構造について、米国特許出願第１００１／００２５７０３Ａ１号に記載されている。この復水器は、互いに平行に配置された多数の管を有する少なくとも一つの管束から成り、該管束が、上部と下部とに細分割されている。凝縮物排出部材が、上部と下部との間で管束内に配置されている。この構成は、凝縮物が降り注ぐことによる蒸気通路の過度の詰りを防ぐ助けとなる。
しかしながら、これら全ての先行技術の管巣体構造は、主として単一管路式復水器用に開発されたもので、２管路式復水器には最適使用できない。米国特許第５６４９５９０号は、分岐スパイク型という概念には適用できるが、蒸気がスパイクの両側から流入するので、欠点として、スパイク内にエアポケットが生じがちである。

米国特許第５９６０８６７号の場合、複数の管路が外周部から抽出口に向かって延在しているが、通気路のないことが欠点である。
教会窓という概念に基づいて開発され、ＵＳ２００１／００２５７０３に開示された管巣体は、広い管幅を有する結果、蒸気の側圧降下が大きくなる。
２管路式復水器の場合、蒸気と冷却水との間の利用可能な平均温度ポテンシャルは、第１管路の管と第２管路の管との間で、著しく異なっている。この現象のため、第１管路における蒸気の凝縮は約６６％であり、第２管路では３４％である。先行技術の場合、いずれも、この現象を考慮していないため、基本的には単一管路式復水器に適用可能なだけである。

したがって、本発明の目的は、全ての管に蒸気をより良好に接近させることを含めて、管巣体の周囲に均一な蒸気分配を可能にすることによって蒸気圧損失を低減化するための、少なくとも一つの改良された管巣体構造を有する緻密な２管路式復水器を提案することである。
本発明の別の目的は、蒸気圧損失を低減するための少なくとも一つの改良管巣体の構成を有する、先行技術の欠点が除去された緻密な２管路復水器を提案することである。

本発明の更に別の目的は、蒸気圧損失を低減するための少なくとも一つの改良された管巣体構造を有する緻密な２管路式復水器であって、空気冷却帯を通過する非凝縮物の効果的排出を含む、非凝縮物の適切な排気を行なう前記復水器を提案することである。
本発明の別の目的は、蒸気圧損失を低減化するための少なくとも一つの改良された管巣体構造を有する、凝縮物のより良好な脱気を促進させる緻密な２管路式復水器を提案することである。
本発明の更に別の目的は、蒸気圧損失を低減化するための少なくとも一つの改良された管巣体構造を有する、管シートが最適利用された緻密な２管路式復水器を提案することである。

前記目的の下で、本発明によれば、蒸気を受け入れる蒸気入口と、前記蒸気入口を通じて受け入れた蒸気を凝縮するための複数の冷却管と、該冷却管によって作られる凝縮物を排出するための凝縮物出口と、蒸気に含まれる非凝縮性ガスを抽出するための少なくとも一つの抽出手段とを含む緻密な復水器が提供される。

図１に示すように、管プレート２に、複数の冷却管１が２つの束として配設され、復水器の冷却管1を流れる相対的に高い温度の冷却水を伴なう第2管路である上部管束３が、管巣体の冷却管１の総数の５０％を占め、残りの冷却管１が、復水器の冷却管１を流れる相対的に低い温度の冷却水伴なう第1管路である下部管束１０として配設されている。管路の仕切り９が第1管路１０と第2管路３とを分離している。空気冷却帯１１が第１管路１０内に配置されている。少なくとも２つの蒸気通路４，１２が設けられ、第２および第１の管路１０，３における少なくとも２つの蒸気通路４，１２の幅が、管巣体の配管領域内に蒸気が流入するにつれて漸減している。蒸気通路の輪郭は、蒸気通路４，１２内で均一な速度が維持されるようになされている。

蒸気通路４，１２の幅は、第１および第２管路１０，３の蒸気通路４，１２で比較可能な速度が維持されるように、蒸気量に基づいて選択される。蒸気は、中央通路６を通って第１管路１０に入る。複数の通気路５、１３が、第１および第２の管路１０，３に設けられ、非凝縮物濃度の高い蒸気を空気冷却帯１１に案内する。第１バッフル板７は、蒸気が、上部から直接、空気冷却帯１１に流入しないようにする。複数の第２バッフル板８が管路の仕切り９に配置され、蒸気が直接に仕切り９を貫通して空気冷却帯１１へ流入するのを防止する。複数の第３バッフル板１４が、空気冷却帯の配管領域に非凝縮物を指向させるために配設され、非凝縮物の吸引ポンプ１８への直接的バイパスを制限する。第４バッフル板１５は、管巣体１の下部から空気冷却帯１１への蒸気の通過を制限する。

図２に、蒸気流の流線が示されている。管巣体３，１０の構造により、管巣体周囲の均一な蒸気配分が可能であり、全ての冷却管１に対する蒸気の接近が改善され、これによって蒸気圧損失が極小化される。蒸気が横切る冷却管１の列数もまた、管巣体３，１０に流入する蒸気量に基づいて選択される。第１管路１０への蒸気量が約６６％であり、第１管路１０で横切られる冷却管１の数は、第２管路３での冷却管１の数に比べて少なく選択される。したがって、本発明により、低蒸気圧損失を含む圧力バランスが達成される。管巣体３，１０は容器１７によって包囲される。

図３は、高濃度の非凝縮性ガスを含む蒸気の流れを示す図である。蒸気は、入口１９から入り、冷却管１を通過するにつれて凝縮し、非凝縮性ガス濃度が高まる。複数の通気路５，１３を設けることによって、管巣体のあらゆる部分からの、高濃度非凝縮性ガスを含む蒸気が、空気冷却帯１１へ向けられる。空気冷却帯１１は第１管路１０内に配置されているが、これは、非凝縮性ガスの冷却と非凝縮性混合物内の蒸気の凝縮とが、第１管路１０内でのほうが、より効率的に行われるからである。冷却管によって凝縮せしめられた凝縮物を排出するために、凝縮物出口１６が設けられている。空気冷却帯１１は出口に向って収束する形状になされており、このため、より良好な熱伝達接続が得られ、非凝縮性混合物の冷却が改善される。非凝縮性混合物の適切な冷却により、その体積流量の低減化が助けられ、空気冷却帯の出口に接続された吸引ポンプ１８またはエジェクタによる効果的な排出が保証される。

本発明の特徴は、復水器の、より良好な脱気が助成される点である。図４に示すように、前記管巣体の複数の冷却管１は、水平部分として構成され、凝縮物流に対して向流の蒸気流を有する。この特徴によって、凝縮物の加熱が助けられ、その結果、凝縮物からの溶解酸素の遊離が助けられる。生蒸気が、中央蒸気通路６を通って温水溜め表面に直接に当ることで、脱気がより効率的に行われる。既述のように、通気路５，１３を介して非凝縮性ガスを確実に排出することで、蒸気からの脱気の改善に役立つ。
単一の管巣体は、単一区画の復水器に使用できるが、図５に示すように、２つの管巣体を互いに左右対称に配置することで、２重区画の復水器に使用できる。
本発明による典型的な動力装置用復水器では、蒸気圧損失の低減化と通気系の改善とにより、従来の設計に比して熱流束が１５％改善される。このことにより、タービンの排出圧が低減化され、その結果、動力発生が改善される。あるいはまた、蒸気タービンの排出圧が等しい場合にも、本発明により、冷却管数が低減化され、材料費が節約される。

本発明による小型復水器の模式図であり、管プレート上の冷却管配置を示す。 本発明による復水器内の蒸気流の流線を示す図。 本発明による、高濃度の非凝縮性ガスを含む蒸気流を示す図。 本発明による小型復水器内の管巣体の水平部分を示す図。 凝縮物出口を示す図（温水溜め）

符号の説明

１ 冷却管
２ 管プレート
３ 上部管束、第２管路
３，１０ 管巣体
４，１２ 蒸気通路
５，１３ 通気路
６ 中央（蒸気）通路
７，８，１４，１５ バッフル板
９ 仕切り
１０ 下部管束、第１管路
１１ 空気冷却帯
１７ 容器
１８ 吸引ポンプ、排出管
１９ 蒸気入口

Claims (3)

1. 少なくとも一つの改良型管巣体構成体を有する緻密な２通路式復水器であって、蒸気が流入する蒸気入口（１９）と、該蒸気入口から流入する蒸気を凝縮させるための複数の冷却管（１）を各々有する上部管束（３）及び下部管束（１０）から成る少なくとも一つの管巣体（３，１０）と、前記下部管束（１０）内で前記冷却管（１）を流れる冷却水の流れと、吸引ポンプ（１８）に接続された、蒸気中の非凝縮性ガスを排出する少なくとも一つの非凝縮性ガス抽出管と、冷却管（１）によって凝縮された凝縮物を排出する凝縮物出口（１６）と、管巣体（３，１０）を取り囲む容器（１７）とを含む形式の前記２通路式復水器において、
   前記冷却管（１）が、管路の仕切り空間（９）で隔てられた前記上部管束（３）及び前記下部管束（１０）として配設され、
   前記上部管束（３）及び前記下部管束（１０）が、前記管巣体内の深い位置に配置された前記冷却管に蒸気を接近させるために幅が漸減する複数の蒸気通路（４，１２）を有するとともに、前記管巣体の異なる領域から空気冷却帯（１１）へ非凝縮性ガスの濃度が高い蒸気を案内するために幅が漸増する複数の通気路（５，１３）を有し、前記上部管束（３）が鉛直流路を有し、前記下部管束（１０）が水平流路を有しており、幅が漸減する前記蒸気通路（４，１２）と幅が漸増する前記通気路（５，１３）とを組み合わせることによって蒸気が横切る冷却管列の数を減少させ、結果として蒸気の圧力損失を減少させ、
   前記上部管束（３）が、前記蒸気入口（１９）から、直接、蒸気を受け入れ、前記下部管束（１０）が、前記入口（１９）から２重区画の復水器における中央帯（６）、又は、単一区画の復水器における前記容器（１７）と少なくとも一つの前記管巣体（３，１０）との間の通路、を通して、蒸気を受け入れ、
   前記冷却管（１）の５〜１０％が、前記下部管束（１０）内の分離された領域に配設されて、主冷却ユニットからの非凝縮性ガスを冷却するための空気冷却帯（１１）を形成し、
   非凝縮性ガスの冷却と非凝縮性ガスの混合物内の蒸気の凝縮とがより効率的に行われるように、前記空気冷却帯が、冷却水の平均温度が前記上部管束よりも低くなっている下部管束内に配置されている緻密な２通路式復水器。
2. 前記空気冷却帯（１１）が、前記容器（１７）に近接して配置されることによって、通気管の長さを短くして、排出される蒸気と空気の混合物の再加熱量ができるだけ少なくなるようになされ、
   前記空気冷却帯（１１）が、蒸気流方向で収束形状にされていることによって、蒸気と空気の混合体が前記空気冷却帯を通過する際の流速を高く維持して、熱伝達量を多くするとともに非凝縮性ガスを効果的に冷却するようになされ、
   １番目の複数のバッフル板（１４）が、前記容器（１７）の側壁と前記空気冷却帯（１１）との間に配設されることによって、蒸気と空気の混合物を前記空気冷却帯（１１）に方向づけて、蒸気と空気の混合物が前記空気冷却帯を迂回して直接に吸引ポンプ（１８）に流入することを防止するようになされ、
   ２番目の複数のバッフル板（７，８，１５）が、選択箇所に配設されることによって、蒸気が前記空気冷却帯を迂回することを制限するようになされている、請求項１に記載された緻密な２通路式復水器。
3. 前記仕切り空間は、蒸気通路として適合することによって、管シートの面積を減少させるようになっている、請求項１に記載された緻密な２通路式復水器。

Images