CN100580360C - 冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种冷凝器，排列有上部管群(51)和下部管群(52)的传热管的部分，在与上部管群(51)和下部管群(52)的纵向方向的垂直的断面形状形成大致“U”字形，不冷凝气体抽出导管(11)，配置在冷却水先流动的上游的上部管群(51)的“U”字中央连接部位之上。在上下管群间未排列有传热管的部分，配置有蒸气流通防止板(53)，位于不冷凝气体抽出导管(11)的左右两侧。

Description

冷凝器

本发明基于并主张2003年7月30日提出的日本专利申请2003-203462，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种冷凝器，该冷凝器安装在发电设备等上，使汽轮机的排气冷凝。

背景技术

图6和图7表示的是以往冷凝器的大致结构，分别是冷凝器的俯视图和侧视图。冷凝器拥有大致方形的非常大的箱体1，在该箱体1的上部设有汽轮机2。在箱体1的内部，收纳有很多传热管，构成大的管群3。

这个管群3如图7所示，被沿传热管纵向设置的多个支撑板4支撑，在传热管两端部垂直设有管板5，在管板5连接设有水箱6。而且，在水箱6设有冷却介质(通常使用海水或冷却塔水等冷却水)向传热管内的出入口7、8。

拥有上述结构的冷凝器，如图6箭头所示，从汽轮机流向箱体的蒸气，经过水箱6，与从传热管群3内通过的冷却水之间进行热交换，蒸气的潜热被吸收后冷凝，被集结在位于箱体1底部的热水箱。而且，吸收了热量的冷却水，经过传热管另一端水箱6被排向外部。

如上所述，蒸气在通过管群3的过程中，被冷却水将潜热吸收后即冷凝，此时，由于包含在蒸气中的不冷凝气体浓度随之上升，不冷凝气体浓度高的蒸气进入冷却部10，在这里进一步冷凝，在尽可能提高不冷凝气体浓度之后，不冷凝气体通过抽出导管11，依靠气体抽出装置(无图示)，被抽到冷凝器外。

下面，就冷凝器技术上的课题和以往冷凝器课题的解决方法进行说明。

冷凝器利用蒸气与冷却水的温度差使蒸气冷凝。冷凝时的蒸气温度为对于冷凝面的蒸气分压的饱和温度。但是，蒸气分压大致会因为两个原因而降低，一个原因是伴随蒸气流动的压力损失，另一个原因是由于混入蒸气中的不冷凝气体的浓缩，而使不冷凝气体的分压增大。伴随蒸气分压的降低，温度差减少，因此，使冷凝性能(热交换率)下降。

所以，减少压力损失和防止不冷凝气体的滞留，是提高冷凝器性能的重要方面。

一般，汽轮机的排气压力与冷凝器的压力损失以及冷凝器内不冷凝气体的浓度有关。汽轮机的排气压力为冷凝蒸气的冷凝器管群的压力加上冷凝器蒸气的压力损失部分以后的压力。因此，冷凝器蒸气压力损失大，汽轮机的排气压力就大，气轮机输出功率下降，发电效率降低。这样，控制冷凝器蒸气的压力损失，使其降低；与防止蒸气在传热管群内滞留，使其顺利进入气体冷却部；是提高冷凝器性能指标的重要技术课题。

以往的冷凝器，针对这一课题主要采取两种不同的对应方式。一种，是在比较集中排列的传热管群的周围，设置十分宽阔的蒸气通道空间(例如：参考专利公开1996-226776号公报)。

另一种，是在大范围整体稀疏排列的管群中，设置足够的蒸气通道(参考专利公开1980-36915号公报)。

在这些方式当中，前者的缺点是：周围的蒸气通道空间扩大后，冷凝器体积会加大；再加上由于蒸气在到达气体冷却部之前通过的传热管列数较多，所以使压力损失比较大。另外，后者的缺点是：由于管群内的蒸气到达气体冷却部的路线复杂，所以在管群中易产生蒸气的滞留区域。

上述图6、7所示的冷凝器，为冷却水从一侧的水箱6流入，从另一侧的水箱6流出的单路径形式；在一侧的水箱具有冷却水入口、出口，在另一侧的水箱冷却水返回的双路径形式的冷凝器也是很普遍的。

图8表示上下管群分开的双路径形式冷凝器中，一个事例的断面结构。

这种冷凝器的结构是，冷却水从设置在上部的上部管群31流入，从设置在下部的下部管群32流出。或者，与其相反，冷却水从下部管群32流入，从上部管群31流出。而且，上下管群通过隔板33相隔(例如：参考专利公开2001-153569号公报)。

象这样的双路径冷凝器，通过将管群分为两部分，与一个管群相比，由于管群最外围长度增加了，使流入管群的蒸气运行速度降低。因此，可以获得控制管群内蒸气压力损失的效果。但是，由于将管群分为两部分，气体冷却部10及不冷凝气体抽出导管11分别需要各自的管群，使冷凝器内部结构复杂，具有增加制造成本的缺点。

发明内容

因此，鉴于上述的问题点，本发明的目的在于：提供一种冷凝器，不使结构复杂化，而能减少蒸气的压力损失及不冷凝气体的滞留，制造成本低且热交换性能良好。

为了解决上述课题，本发明所涉及的冷凝器，将多个传热管排列而形成的管群收纳在与外部隔绝的箱体内，让冷却介质在上述传热管内流通，使导入到箱体内的汽轮机排气在上述传热管外表面冷凝，上述管群由上部管群及设置在上部管群下部的下部管群构成，并且上述冷却介质在上述上部管群内的上述传热管内和上述下部管群内的上述传热管内分别在相反方向流通，从而构成返回双路径结构的冷凝器，其特征在于，

在上述上部管群和上述下部管群中，只在位于上述冷却介质的流向方向的上游侧一方的管群上，在与该管群纵向方向相垂直的断面的横向大致中央部位，设置有不冷凝气体抽出导管，并且，在上述上部管群和上述下部管群之间未排列上述传热管的部分，配置有蒸气流通防止板，该防止板位于上述不冷凝气体抽出导管的左右两侧，其上下端到达上述上部管群和上述下部管群。

本发明所涉及的冷凝器，将多个传热管排列而形成的管群收纳在与外部隔绝的箱体内，让冷却介质在上述传热管内流通，使导入到箱体内的汽轮机排气在上述传热管外表面冷凝，上述管群由上部管群及设置在上部管群下部的下部管群构成，并且上述冷却介质在上述上部管群内的上述传热管内和上述下部管群内的上述传热管内分别在相反方向流通，从而构成返回双路径结构的冷凝器，其特征在于，

在上述上部管群和上述下部管群中，只在位于上述冷却介质的流动方向上游侧一方的管群上，设置有开口部朝向该管群中央方向的不冷凝气体抽出导管，该不冷凝气体抽出导管在与该管群的纵向方向相垂直断面的垂直断面形状，形成大致

字形，并且，在上述上部管群和上述下部管群之间未排列上述传热管的部分，配置有蒸气流通防止板，该防止板位于上述不冷凝气体抽出导管的左右两侧，其上下端到达上述上部管群和上述下部管群。

附图说明

图1是表示本发明第1种实施方式所涉及的冷凝器管群部的断面概略图。

图2是表示本发明所涉及的冷凝器的蒸气流通防止板的位置与传热系数之间关系的示意图。

图3是表示本发明第2种实施方式所涉及的冷凝器管群部的断面概略图。

图4是表示本发明第3种实施方式所涉及的冷凝器管群部的断面概略图。

图5是表示本发明第4种实施方式所涉及的冷凝器管群部的断面概略图。

图6是表示以往冷凝器正面的断面概略图。

图7是表示以往冷凝器侧面的断面概略图。

图8是表示以往双路径冷凝器管群部的断面概略图。

具体实施方式

以下，参照图纸就本发明的实施方式进行详细说明。

图1表示本发明第1种实施方式所涉及的冷凝器管群的断面结构。

如该图表示的那样，本实施方式所涉及的冷凝器，由多个传热管按照水平方向排列构成管群，分为上部管群51和配置在该上部管群51下部的下部管群52，从而形成冷却水双路径的冷凝器。冷却水先在上部管群(路径1管群)51的各传热管内流动，经过设置在管群一端端部的返回水箱(无图示)，反方向在下部管群(路径2管群)52的各传热管内流动。

上述上部管群51及下部管群52的传热管被排列的部分，其在与上述上部管群51及下部管群52的纵向方向垂直的剖面的垂直剖面形状，大致形成“U”字形。而且，这些上部管群51及下部管群52中，只有在冷却水先流动的上游一侧的上部管群51上，安装有不冷凝气体抽出导管11。这个不冷凝气体抽出导管11，位于整体排列成“U”字形的上部管群51的“U”字中央连接部的上方，即：被设置在与上部管群51的纵向方向垂直的断面的宽度方向的大致中央位置，其宽度方向的垂直断面形状呈大致字形，开口朝下设置。

而且，在上部管群51和下部管群52之间未排列传热管的部分，其水平方向的位置在上述不冷凝气体抽出导管11的左右两侧，在每侧各设置1块共计2块的蒸气流通防止板53。这些蒸气流通防止板53，沿着上部管群51和下部管群52的纵向方向，其纵向方向两端部到达传热管两端部被固定的管板，上下方向的端部到达上部管群51的下端部和下部管群52的上端部，大致垂直放置。

并且，上述蒸气流通防止板53如图1所示，在与上部管群51和下部管群52纵向方向垂直的断面，将不冷凝气体抽出导管11左右两侧的上部管群51的宽度设定为L，从上部管群51的外侧到蒸气流通防止板53的距离设定为1，设置在

0.3≤1/L≤0.7

的位置。在本实施例中，设置成上述1/L大约为0.5。

还有，在上部管群51的内部，未设置传热管，而是留出空隙，形成蒸气通道54，其构成为形成从上部管群51的内部向不冷凝气体抽出导管11的蒸气流。

另外，上述构造管群与图6和图7所示的冷凝器一样，被收纳在箱体内，通过沿传热管纵向方向设置的多个支撑板4支撑，在传热管两端部设有管板5。

上述结构的本实施方式的冷凝器，由于只在冷却水入口侧的上部管群51内设置不冷凝气体抽出导管11，所以，与图8所示结构的以往冷却水双路径冷凝器相比，能够使构造简单化，还能够降低制造成本。

再有，通过在冷却水入口侧的冷却水温度低的上部管群51，设置不冷凝气体抽出导管11，使不冷凝气体抽出导管11内的压力能够在管群断面内保持最低值。因此，由于蒸气流向不冷凝气体抽出导管11，所以，可以控制在蒸气中浓缩的不冷凝气体在管群内部滞留。

进而，本实施方式的冷凝器，通过设置蒸气流通防止板53，能够限定蒸气向不冷凝气体抽出导管11流动的气流方向。即：假设不设置蒸气流通防止板53，由于蒸气也会从上部管群51和下部管群52之间流入下部管群52内，在下部管群52中来自上部的蒸气流与来自下部的蒸气流相互碰撞，所以，会阻碍蒸气流向不冷凝气体抽出导管11。本实施方式由于设置了蒸气流通防止板53，使来自上部管群51和下部管群52之间要流入的蒸气被蒸气流通防止板53阻挡住，因此，在下部管群52中来自上部的蒸气流的产生被得到控制，通过了下部管群52的蒸气，易向上方流向不冷凝气体抽出导管11，从而能够控制不冷凝气体在下部管群52中滞留。而且，由于蒸气流通防止板53的上下端到达了上部管群51的下端和下部管群52的上端，使流向不冷凝气体抽出导管11的蒸气必须通过上部管群51和下部管群52，从而使蒸气直接流向不冷凝气体抽出导管11的这种所谓“短距离路径”得到控制。

除此之外，图2是表示当把纵轴设定为传热系数，将横轴设定为1与L的比，即：1/L的值时，1/L与传热系数关系的演算结果示意图。如该图所示，1/L的值大致为0.5，即：将蒸气流通防止板53的位置定在不冷凝气体抽出导管11左右的管群宽的大致中央处时，传热系数最大，将1/L的值设定在0.3≤1/L≤0.7的范围内，可构成控制传热系数降低，提高冷凝器的热交换性能的冷凝器。

如上述那样，传热系数因蒸气流通防止板53的水平方向位置的不同而变化，无论是将蒸气流通防止板53放置在偏重于管群外侧，还是偏重于管群内侧，都会容易使稍稍通过了上部管群51和下部管群52的蒸气流进入上下管群间，进而流向不冷凝气体抽出导管11，形成“短距离路径”，使不冷凝气体抽出导管11下方的上下管群间的压力比下部管群52内部的压力高，从而造成阻碍通过下部管群52的蒸气的流动。

而且，根据本实施方式，由于不冷凝气体抽出导管11被设置在上部管群51的左右横向中央的位置，从左右流入管群的蒸气以均等流量在中央合流，再流入不冷凝气体抽出导管11内。因此，在使管群内蒸气压力损失减少的同时，还可以防止不冷凝气体在管群内滞留。

进而，根据本实施方式，上部管群51和下部管群52的传热管被排列的部分，在与上部管群51和下部管群52的纵向方向相垂直的断面的横向垂直断面形状为“U”字形结构。于是，在上部管群51的“U”字形中央连接部，配置上述横向的纵断面形状呈大致“コ”字形的不冷凝气体抽出导管11，并将其开口部朝下。因此，位于不冷凝气体抽出导管11下部的上部管群51作为气体冷却部而发挥作用。同时，通过将上部管群51和下部管群52构成“U”字形，能够增加上部管群51和下部管群52的蒸气流入面积，所以，可降低蒸气流入速度，使上部管群51和下部管群52内的蒸气压力损失减少。而且，通过将不冷凝气体抽出导管11的开口部朝下配置，可防止冷凝液流入不冷凝气体抽出导管11。

在上述上部管群51，蒸气在左右管群内向下方流动，经过不冷凝气体抽出导管11和蒸气流通防止板53之间，在不冷凝气体抽出导管11的下方管群进一步被冷却后，流向不冷凝气体抽出导管11。这时，由于蒸气流通防止板53的位置从不冷凝气体抽出导管11适当分开，不会在不冷凝气体抽出导管11和蒸气流通防止板53之间造成压力损失浪费。而且，经过下部管群52流向不冷凝气体抽出导管11的蒸气流，尽管通过左右蒸气流通防止板53之间，由于蒸气流通防止板53之间相隔距离适当，所以不会使通过这里的气流造成压力损失浪费。

下面，就本发明的第2种实施方式进行说明。图3表示本发明第2种实施方式所涉及的冷凝器管群的断面结构。

本实施方式所涉及的冷凝器，与上述实施方式一样，为由上部管群61和配置在该上部管群61下部的下部管群62组成的冷却水双路径冷凝器。冷却水先在下部管群(路径1管群)62的各传热管内流动，经过设置在管群的一方端部的返回水箱(无图示)，反向在上部管群(路径2管群)61的各传热管内流动。于是，这些上部管群61和下部管群62当中，只在冷却水先流动的上游方向的下部管群62，设置有不冷凝气体抽出导管11。

上述不冷凝气体抽出导管11，位于整体排列成“U”字形的下部管群62的“U”字中央连接部的上方，即：被设置在与下部管群62的纵向方向垂直的断面的横向大致中央位置，其横向断面形状呈大致“コ”字形，开口朝下设置。

而且，在上部管群61和下部管群62之间未排列传热管的部分，设置有与第1种实施方式一样结构的两块蒸气流通防止板53。

并且，上述蒸气流通防止板53如图3所示，在与上部管群61和下部管群62纵向方向垂直的断面，将不冷凝气体抽出导管11左右两侧的下部管群62的宽度设定为L，从下部管群62的外侧到蒸气流通防止板53的距离设定为1，设置在

0.3≤1/L≤0.7

的位置。本实施方式，设置成上述1/L大致为0.5。

还有，在上部管群61的内部，未设置传热管，而是留出空隙，形成蒸气通道54，其构成形成从上部管群61的内部向不冷凝气体抽出导管11的蒸气流。

根据上述结构的这种实施方式，下部管群62成为冷却水入口侧(路径1管群)这一点与第1种实施方式不同，通过只在冷却水入口侧的下部管群62内设置不冷凝气体抽出导管11，可以获得与上述实施方式同样的效果。

下面，就本发明的第3种实施方式进行说明。图4表示本发明第3种实施方式所涉及的冷凝器的断面结构。

本实施方式所涉及的冷凝器，与上述第1种实施方式一样，冷却水先在上部管群(路径1管群)71的各传热管内流动，经过设置在管群的一方端部的返回水箱(无图示)，反向在下部管群(路径2管群)72的各传热管内流动。而且，在上下管群之间，与上述第1、第2种实施方式一样，在左右两侧各设1块共计2块蒸气流通防止板53。

不冷凝气体抽出导管11，在与上部管群(路径1管群)71和下部管群(路径2管群)72的纵向方向相垂直断面，其垂直断面形状为大致“コ”字形结构。不冷凝气体抽出导管11，其开口部朝向管群中央方向，被设置在冷却水入口侧上部管群(路径1管群)71内的下部管群横向(与上部管群(路径1管群)71的纵向方向相垂直的断面的横向)一方的端部，在其开口部设置有气体冷却部10。而且，在不冷凝气体抽出导管11的上面和上部管群71之间不留大的空隙。

上述结构的这种实施方式，由于只在冷却水入口侧的上部管群(路径1管群)71内设置有不冷凝气体抽出导管11，所以，与图8所示结构的以往冷却水双路径冷凝器相比，可以使结构简化，还可以降低制造成本。

而且，通过在冷却水入口侧的冷却温度低的上部管群71设置不冷凝气体抽出导管11，可以使不冷凝气体抽出导管11内的压力在管群断面内保持最低值。因此，由于蒸气向不冷凝气体抽出导管11流动，所以可以使在蒸气中浓缩的不冷凝气体在管群内部滞留得到控制。

并且，本实施方式的冷凝器，通过设置蒸气流通防止板53，可以限定蒸气朝向不冷凝气体抽出导管11气流的方向，如上述那样，可以使蒸气直接朝向不冷凝气体抽出导管11流动的“短距离路径”的产生得到控制。

还有，本实施方式的不冷凝气体抽出导管11被横向设置在上部管群71的上述管群横向端部。因此，可以使从该不冷凝气体抽出导管11排出不冷凝气体的配管，不从上下方向通过管群内，而是可以在横向拉出配置。使其制造过程容易实现，可实质性地降低成本。

下面，就本发明的第4种实施方式进行说明。图5表示本发明第4种实施方式所涉及冷凝器管群的断面结构。

本实施方式所涉及的冷凝器，与上述第3种实施方式相反，冷却水先在下部管群(路径1管群)82的各传热管内流动，通过设置在管群一方端部的返回水箱(无图示)，反向在上部管群(路径2管群)81的各传热管内流动。

不冷凝气体抽出导管11，在与上部管群(路径2管群)81和下部管群(路径1管群)82的纵向方向相垂直断面，其垂直断面成大致“コ”字形结构。该不冷凝气体抽出导管11，其开口部朝向管群中央方向，被设置在冷却水入口侧下部管群(路径1管群)82内的上部管群横向(与下部管群(路径1管群)82的纵向方向相垂直断面的横向)一方的端部。而且，在不冷凝气体抽出导管11的下面与下部管群82之间不留大的空隙。

这种结构的本实施方式，也可以取得与上述第3种实施方式同样的效果。

从上述说明可知，本发明不是使结构复杂化，而是可以提供一种使蒸气压力损失和不冷凝气体滞留得到控制、制造成本低廉且热交换性能良好的冷凝器。

Claims (8)

1、一种冷凝器，将多个传热管排列而形成的管群收纳在与外部隔绝的箱体内，让冷却介质在上述传热管内流通，使导入到箱体内的汽轮机排气在上述传热管外表面冷凝，上述管群由上部管群及设置在上部管群下部的下部管群构成，并且上述冷却介质在上述上部管群内的上述传热管内和上述下部管群内的上述传热管内分别在相反方向流通，从而构成返回双路径结构的冷凝器，其特征在于，

在上述上部管群和上述下部管群中，只在位于上述冷却介质的流向方向的上游侧一方的管群上，在与该管群纵向方向相垂直的断面的横向大致中央部位，设置有不冷凝气体抽出导管，并且，

在上述上部管群和上述下部管群之间未排列上述传热管的部分，配置有蒸气流通防止板，该防止板位于上述不冷凝气体抽出导管的左右两侧，其上下端到达上述上部管群和上述下部管群，

其中，在与上述管群的纵向方向相垂直的断面，将上述不冷凝气体抽出导管左右两侧的上部管群的宽度设定为L，将从该上部管群的外侧到蒸气流通防止板的距离设定为1，在

0.3≤1/L≤0.7

的位置，设置有上述蒸气流通防止板。

2、根据权利要求1记载的冷凝器，其特征为：

上述上部管群位于上述冷却介质的上游，

排列有上述上部管群的上述传热管的部分的上述横向的垂直断面的形状，形成大致“U”字形，上述不冷凝气体抽出导管位于该“U”字形的中央连接部位，该不冷凝气体抽出导管的上述横向的垂直断面形状形成大致

字形，开口部朝下设置。

3、根据权利要求1记载的冷凝器，其特征为：

上述下部管群位于上述冷却介质上游，

排列有上述下部管群的传热管的部分的上述横向的垂直断面形状，形成大致“U”字形，上述不冷凝气体抽出导管位于该“U”字形的中央开口部位，该不冷凝气体抽出导管的上述横向的垂直断面形状形成大致

字形，开口部朝下设置。

4、根据权利要求1记载的冷凝器，其特征为：

上述上部管群位于上述冷却介质上游，

排列有该上部管群的上述传热管的部分的上述横向的垂直断面形状，形成大致“U”字形，不冷凝气体抽出导管位于该“U”字形的中央连接部位，该不冷凝气体抽出导管的上述横向的垂直断面形状形成大致字形，开口部朝下设置。

5、根据权利要求1记载的冷凝器，其特征为：

上述下部管群位于上述冷却介质上游，

排列有该下部管群的传热管的部分的上述横向的垂直断面形状形成大致“U”字形，不冷凝气体抽出导管位于该“U”字形的中央开口部位，该不冷凝气体抽出导管的上述横向的垂直断面形状形成大致

字形，开口部朝下设置。

6、一种冷凝器，将多个传热管排列而形成的管群收纳在与外部隔绝的箱体内，让冷却介质在上述传热管内流通，使导入到箱体内的汽轮机排气在上述传热管外表面冷凝，上述管群由上部管群及设置在上部管群下部的下部管群构成，并且上述冷却介质在上述上部管群内的上述传热管内和上述下部管群内的上述传热管内分别在相反方向流通，从而构成返回双路径结构的冷凝器，其特征在于，

在上述上部管群和上述下部管群中，只在位于上述冷却介质的流动方向上游侧一方的管群上，设置有开口部朝向该管群中央方向的不冷凝气体抽出导管，该不冷凝气体抽出导管在与该管群的纵向方向相垂直断面的垂直断面形状，形成大致

字形，并且，

在上述上部管群和上述下部管群之间未排列上述传热管的部分，配置有蒸气流通防止板，该防止板位于上述不冷凝气体抽出导管的左右两侧，其上下端到达上述上部管群和上述下部管群，

其中，在与上述管群的纵向方向相垂直的断面，将上述不冷凝气体抽出导管左右两侧的上部管群的宽度设定为L，将从该上部管群的外侧到蒸气流通防止板的距离设定为1，在

0.3≤1/L≤0.7

的位置，设置有上述蒸气流通防止板。

7、根据权利要求6记载的冷凝器，其特征为：

上述上部管群位于上述冷却介质上游，

排列有上述上部管群的上述传热管的部分，在与上述管群的纵向方向垂直的断面的垂直断面形状形成大致“U”字形，不冷凝气体抽出导管位于该上部管群的左右任意一侧的下侧部位。

8、根据权利要求6记载的冷凝器，其特征为：

上述下部管群位于上述冷却介质上游，

排列有上述下部管群的上述传热管的部分在与上述管群的纵向方向垂直的断面的垂直断面形状，形成大致“U”字形，不冷凝气体抽出导管位于该下部管群的左右任意一侧的上侧部位。

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