JP2006514257A - 複合型空冷凝縮器 - Google Patents

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Abstract

本発明は、外表面にフィンが取付けられた複数のチューブ（２）から成る大気（４）によって蒸気（１）を凝縮するための蒸気−空気熱交換器（３）を備えた空冷凝縮器システムに関する。この熱交換器（３）は、上部分配チャンバ（２４）から蒸気（１）を受け容れ、一端に凝縮液（８）および凝縮しなかった蒸気（２７）を収集する下部チャンバ（２５）が設けられている。蒸気−空気熱交換器（３）で凝縮していない蒸気（２２）は、空冷凝縮器の蒸気−空気部で空冷凝縮器の水−空気冷却部（７）からの水を噴霧することにより凝縮され、非凝縮性気体もまたそこで除去される。ダイレクトコンタクト型凝縮器（９）内で昇温した水（１３）は水−空気熱交換器（７）で再び冷却される。

Description

本発明の主題は発電所または産業用サイクルの空冷システムに関する。該システムは、特許請求の範囲に記載されているように蒸気状態の媒体（一般的に水蒸気）を凝縮させる。
多くの産業用発電所、主として火力発電所のプロセスを実現するために、通常、蒸気状態のプロセス作動媒体を凝縮させることによって、プロセスから熱を周囲温度レベルへ除去しなければならない。従来の解決方法は多量の水を使用すること（蒸発冷却または貫流冷却）を含み、このことは、環境保全の観点から或いは必要量の水を確保できないことから問題となることが多い。この問題を克服するために、様々な周知かつ試行された乾式冷却システムが開発されている。
最も広く用いられている冷却システムは、ダイレクト乾式冷却と称されている。この冷却方法では、発電サイクルで用いる場合、真空に置かれた蒸気タービンで膨張した水蒸気は、タービンから大径の蒸気管を介して上部分配チャンバへ排気され、次いで、いわゆる蒸気−空気熱交換器へ供給される。熱交換器のフィンチューブ内を流通して、外部すなわち熱交換器のフィンが配設されている側を流通する冷却空気の効果によって次第に凝縮する。媒体を介することなく凝縮および除熱が直接なされるので、これはダイレクト乾式冷却と称されている。技術的に満足できる制御性のよい空気によって直接冷却は、これより非常に複雑なプロセスである。乾式冷却におけるプロセスは、一年を通じて周囲温度が大きく変動するので、一般的な水冷と比較して明らかに広い温度範囲で行われる。つまり、蒸気サイドでは、凝縮器の圧力が非常に変化し、すなわち、タービン背圧が生じる。このように変化する温度および圧力状態を経済性の観点から考慮すると、運用の信頼性を確実にする必要があることは言うまでもなく、機器の選択および操作を最適化しなければならない。
最良の周知のダイレクト乾式冷却は、凝縮プロセスを２つの容易に分割できる段階に分けることによって、こうした要求を満たしている。これによれば、蒸気−空気熱交換器は、いわゆる凝縮器部と二次凝縮器の２つの部分から成り、専門書では二次凝縮器はアフタークーラまたはデフレグメータと称されている。
蒸気は、蒸気分配管から凝縮器部の分配チャンバを介してフィン付き熱交換器チューブへ流入する。冷却空気は、外部のフィン側を管の長手の軸線に関して直角に、つまり蒸気の流れの方向に対して垂直に流れる。凝縮器は、空気の方向に多重管(multi-tube)のみならず単一の長い管により形成することができる。空気の冷却効果により、チューブ内で蒸気は次第に凝縮する。凝縮液は、一部がチューブの内壁沿いに、一部が蒸気と共に重力によって下方へ蒸気と同じ方向に流れ、配管の底部に配置されている凝縮液収集蒸気伝達チャンバ内に流入する。そこから、凝縮液は、個別の熱交換管巣から凝縮液管へ流れる。凝縮しなかった蒸気（最初の量の３０−１５％）および蒸気中の望ましくない非凝縮性気体は、アフタークーラまたはデフレグメータと称される熱交換器の他の部分へ流入する。
凝縮の度合いの大きな差、および、非凝縮性気体の濃度が、時間および空間の双方に関して、特定のパイプ内に増加することである。外部空気の温度変化および蒸気側の負荷および空気流量の変化によって、時間を追って変化が生じる。空間に関する変化は、熱交換器チューブを位置決めすることによって測定される。蒸気または空気の流れの不均一性によって、冷却空気の流れ方向に垂直な平面内で、個々のチューブ間で大きな差異が生じる。更に、冷却空気は次第に昇温して、蒸気の凝縮量が次第に低下するので、空気の流れ方向に不均一性が生じる。この効果は、多チューブの場合に流れ方向に生じるのみならず、空気の流れ方向に延設された単列凝縮器チューブの場合にも（その程度は低いが）生じる。非凝縮性気体は、熱交換器の特定の場所に集中され、いわゆるエアープラグ(air plug)を生じて蒸気の流れを阻害し、従って、熱交換器の当該チューブ部分は効果的に冷却しなくなる。この性能低下に加えて、凍結温度条件では、熱交換器が凍結して重大な機能停止を生じる。直接空気冷却のこうした問題は、技術情報誌から知ることができる（例えば、１９９８年のテックプレス(TECPRESS) 第８章の８．２掲載の、クレーガーD.G.による空冷熱交換器および冷却塔）。
不均一な凝縮により生じる問題は、本質的にアフタークーラとして作用するデフレグメータを称される熱交換器部分を挿入した、広範に用いられているダイレクト空冷システムにより低減されている。
設計上保証された値と比較すると、不均一性を克服するために、非常の多量の蒸気が凝縮器部からデフレグメータ部分に供給されている。デフレグメータ部分は、凝縮部と同様のタイプの熱交換器を用いているが、蒸気は、上方からではなく、下部分配チャンバから供給されている点が大きく異なっている。下部分配チャンバから、蒸気は、熱交換器チューブ内を上方に流通し、その間、凝縮液は重力の効果により下部蒸気分配、凝縮液収集チャンバ内へ反対方向に流れる。凝縮部における不均一性を生ずる状況がここにも存在する。この部分の１つの典型的な問題は、蒸気側の過負荷によって重力によって流下する凝縮液が保持されて、水プラグ(water plug)を生じ、チューブ部分の残りの部分が熱交換器として作用しなくなってしまうことである。性能低下に加えて、これによって、寒冷気候で凍結問題を含め他の問題も生じる。これによれば、デフレグメータ部分は、非常に大型に設計する必要がある。ゴールドシャグH.B.による研究は、存在する最新のダイレクト空冷システムの１つの問題を分析している（１９９３年３月ワシントンで開催された化石発電所用技術の改良における電力研究所(EPRI)国際シンポジュームでの論文）。
不必要な蒸気中に存在する主として空気から成る非凝縮性気体は、真空により排出しなければならない。蒸気−気体混合物中の気体の比率が最大の部分で排出を行えば、排出仕事は低減される。デフレグメータの下部チャンバに到達した蒸気は、ここで１０〜５０パーセントの非凝縮性気体を含んでおり、蒸気−気体混合物は、エゼクタを用いた公知の排出手段に適している。デフレグメータ部分では蒸気流量が低いので、熱伝達係数が比較的低くなる。これは、対流熱伝達により著しく悪化し、増加する非凝縮性気体の分圧のために、凝縮に代わって増大する役割を受ける。熱伝達率に加えて、非凝縮性気体の分圧が増加することにより、蒸気の飽和蒸気圧および温度が低下し、かつ、対数温度差がますます小さくなって、更なる性能低下を生じる。増大する過冷却は、凍結問題の更なる原因である。この危険性は、１９９４年１月に刊行された刊行物「パワー(POWER)」（スワネカンプRの空冷凝縮器の最新の知見からの利益）を分析することにより低減される。
凝縮の間、ダイレクト空冷で生じる更なる減少は、凝縮デフレグメータの熱交換器チューブ内を流通する蒸気（または蒸気−気体混合物）の圧力低下であり、そしてそれは、当然、流路長に依存している。この摩擦による圧力損失は、また、冷却媒体（空気）と被冷却媒体（蒸気）との間の熱輸送の観点から駆動力として作用する対数温度差を小さくする。同時に、所定の大きさのダイレクト空冷凝縮器で外部空気の温度が低下する場合において、大きな比体積のために、増加する流量損失のために、冷却空気温度が低下してもお冷却性能の更なる改善が得られないこともある（所謂チョーク）。標準的な発電所或いは一層大型の発電所の場合、凝縮デフレグメータの熱交換器部のチューブ長さは１０メートルとなる。言い換えると、デフレグメータ部分のためにチューブの全長は２倍となる。
凝縮器およびデフレグメータの双方での不均一性のために、運転上の信頼性の問題および制御性の困難さは、本質的にいわゆる直接凝縮の事実から生じる。冷却システム全体で広い範囲に亘ってのチューブ内の凝縮は、相当量の蒸気−非凝縮性気体混合物或いは非凝縮性気体−蒸気混合物を形成し、流れを低減または遮断してしまう障害によって凝縮が低減または停止してしまう。凝縮媒体側で強制循環させないと、プロセスの制御が困難となり、介入は熱交換器の外側、つまり冷却空気側でのみ生じうる。このことは、今日まで、ダイレクト空冷凝縮器がファンを備えている理由となっている。ここで、冷却空気の強制循環は、少なくとも空気の流れを調整することを可能とする。自然通風式のダイレクト凝縮器の場合、両媒体側で流れは「自然対流」であり、言い換えれば、流れはプロセスそれ自体によって生起し、従って、プロセスは殆ど制御不能である。これが、自然通風式空冷システムが建設されてこなかった理由である。
デフレグメータ部が独立した熱交換器バンドルに配設されておらず、空気の流れの方向に延設されたチューブの１つをデフレグメータとした他のダイレクト空冷システムも存在し、所謂「疑似単チューブ(quasi-single tube)」システムでは、壁で分離した１本のチューブの一部をデフレグメータとしている。こうした場合、個々のチューブ間の不均一性は更に増大し、従来の独立した凝縮器−デフレグメータ熱交換器バンドルを用いた構成よりも、プロセス全体の制御が一層困難となる。これら全ては、公知の動作可能なダイレクト空冷技術を変えるものではなく、凝縮器部およびその下流の所謂デフレグメータ部（実際上、内部で凝縮作用が継続する同様のダイレクト蒸気−空気熱交換器である）は必要である。
最も非効率な、言い換えると相対的に最も高価な部分はデフレグメータであり、同時に、デフレグメータは、許容できる運用信頼性および制御性が要求される。フィン付き空冷チューブの冷却面に水を噴霧したり、同表面に連続水膜を形成することによって、空冷性能、特にピーク性能を高めることが必要である。これらは、既述した刊行物「パワー(POWER)」のスワネカンプの刊行物に記載されている。
国際特許公開WO 98/33038号公報 １９９８年のテックプレス(TECPRESS) 第８章の８．２掲載のクレーガーD.G.による「空冷熱交換器および冷却塔」 １９９３年３月ワシントンで開催された化石発電所用技術の改良における電力研究所(EPRI)国際シンポジュームでのゴールドシャグH.B.による論文 １９９４年１月に刊行された刊行物「パワー(POWER)」掲載のスワネカンプRによる「空冷凝縮器の最新の知見からの利益」
本発明の目的は、公知のダイレクト空冷システムと比較して、費用効果の面で改善すると共に、同時に、運転上の柔軟性を含めた動作信頼性を非常に高め、極端な運転条件でもシステムを制御可能で、更に、運転開始時の起動信頼性を高めた空冷システムを提供することである。
本発明による空冷システムは、周囲の空気によって蒸気状態の媒体を部分的に直接凝縮するのに適した外部にフィンが取付けられた複数のチューブから成る蒸気−空気熱交換器であって、上部分配チャンバから蒸気を受け容れ、蒸気の凝縮による凝縮液および凝縮しなかった蒸気を収集する下部チャンバにより終端される蒸気−空気熱交換器を具備し、該空冷システムは少なくともダイレクトコンタクト型凝縮器を有しており、前記蒸気−空気熱交換器の下部収集チャンバからの前記凝縮しなかった残存蒸気は、水−空気熱交換器で冷却され複数のノズルから噴霧される冷却水（１２）の効果によって、前記ダイレクトコンタクト型凝縮器内で凝縮し、同時に、非凝縮性気体が、適当に構成されたトレー型または充填型のアフタークーラを通じて、前記ダイレクトコンタクト型凝縮器から除去される。
フィン付き統合熱交換器チューブは、ファンによって形成された冷却空気の流れ、または、自然通風を提供する冷却塔によって冷却される。共通ファンによって形成された冷却空気の流れに配置された熱交換器バンドルは、通常、セル(cell)と称され、また、一連のセルは「ベイ(bay)」と称される。
公知のダイレクト空冷システムと同様に、フィンチューブは、チューブバンドルの端部で、下部蒸気凝縮液収集チャンバに連結されている。空冷システムの蒸気−空気部内の凝縮していない残存蒸気は、水−空気熱交換器内で冷却された冷却空気により前記水−空気熱交換器内で凝縮する。１または複数のダイレクトコンタクト型凝縮器が、１または複数の前記水−空気熱交換器に直列に連結され、また、互いに直接連結されている。凝縮液は、重力の効果により、凝縮液収集パイプ内に流通する。
ダイレクトコンタクト型凝縮器内に流入する蒸気は、水−空気熱交換器内で冷却され凝縮器ジェットを通じて噴霧される冷却水により凝縮し、昇温した冷却水と共にダイレクトコンタクト型凝縮器の貯留部（温水溜め）内に流入する。ダイレクトコンタクト型凝縮器空間から非凝縮性気体が排出される。
本発明による冷却システムは、上述した公知のシステムで用いられいる最も非効率なデフレグメータ部を除去して、より効率的で簡単に制御可能で信頼性のある本発明による空冷システムの水−空気冷却部に置き換えている。こうして、デフレグメータよりも非常に小さな空間、小型のダイレクトコンタクト型凝縮器内で残存蒸気が凝縮する。デフレグメータと比較して、ダイレクトコンタクト型凝縮器は、非凝縮性気体を排出する理想的な条件に近い条件を提供する。外気温レベルでの熱の除去は、後述する強制循環式の水−空気熱交換器で行われ、該水−空気熱交換器へは、水の流れと比較して少量の非凝縮性気体のみが流通する。このために、部分的に強制循環、部分的に非凝縮性気体の不存在のために、デフレグメータよりも格段に効率的で、制御性がよく、運転条件に一層敏感ではない熱交換器が実現される。同時に、本発明による冷却システムは、また、一層効率的な凝縮部を有する。これは、もちろん、今日まで使用されているデフレグメータの機械的な置換を意味するものではなく、凝縮部と従来技術のデフレグメータを置換する構成との最適な比率を必要とするものである。応用例の状況によって、凝縮部は、初期の大きさの３０〜４０パーセントまで低減されるが、同時に「凝縮部−デフレグメータ」の比率を超えることもあり得る。
凝縮部で凝縮しなかった蒸気をダイレクトコンタクト型凝縮器の小さな蒸気空間へ直接流入するようにした本発明による空冷システムの実施形態では、公知技術において用いられている更に他の蒸気分配システムを省略することが可能となる。同様に、凝縮の結果、増加する非凝縮性気体を含む蒸気を、更に、長く狭い熱交換器チューブ内を流通させる必要がない。これによって、蒸気側の圧力低下およびそれに伴う温度低下が著しく低減される。蒸気と非凝縮性気体の混合物に代わって、冷却すべき媒体として水−空気熱交換器内には水が存在する。これは、強制循環によって、熱交換器チューブ内での完全に均一な媒体の分布を可能とする。また、従来技術において増大する空気の分圧の結果生じる増大する過冷却も防止される。チューブ内の熱伝達率は、非凝縮性気体の濃度が高い蒸気を凝縮させる場合よりも著しく好ましくなる。これら全てによって、一層効率的で表面積が小さな熱交換器、つまり安価な熱交換器が提供される。過冷却を低減することによって、発電所サイクルの効率がかなり改善される。非凝縮性気体は、より好ましい状況で、単一の空間内で、ダイレクトコンタクト型凝縮器から除去され、排出すべき非凝縮性気体の量は少なくなり、小型のエゼクタを使用可能となり、補助エネルギを低減可能となる。デフレグメータ部を省略することによって、外気温が低いときの冷却システムの「チョーク」を排除することにより、真空度が改善されて蒸気タービンの性能が改善される。蒸気と非凝縮性気体との混合物を凝縮させる表面熱交換器を省略することによって、問題となる種々の運転状況（様々な大きさの気体閉塞(gas blockage)や滞留(holdups)の結果、水プラグが形成されること）がなくなる。これによって、多くの運転上の問題を排除することが可能となり、信頼性および制御性が一層高い運転が可能となる。
より大型の空冷システムでは、タービンから排気される膨張した蒸気が、平行に連結された複数の蒸気−空気熱交換器を流通して凝縮される。こうした場合、残存蒸気を凝縮させるために１つのダイレクトコンタクト型凝縮器のみならず、複数のダイレクトコンタクト型凝縮器を用いることができ、該ダイレクトコンタクト型凝縮器は、蒸気−空気熱交換器の各熱交換器バンドルに直接接続され、次いで、蒸気通路を短くするために水側に接続されている。
フィン付き熱交換器チューブより成る蒸気−空気熱交換器バンドルおよび水−空気熱交換器バンドルは、互いに独立したセル状に配設されているのみならず、（共通ファンを有する）同じセル内に組まれている。ここで、個々の蒸気−空気熱交換器バンドが、独立した個々のダイレクトコンタクト型凝縮器の空間に直接接続された構成が実際的である。
空冷システムの２つの直列に接続された部分の蒸気側で、「後方の」デフレグメータ部を、本明細書で開示される一層制御可能な構成に置換することにより、プロセス全体の制御性が促進される。本発明による実施形態では、冷却空気の流れを提供するファンに変えて、運転上の信頼性を損なうことなく、自然通風を誘導するタワーを使用することができる（従来技術に関連して説明したように、純粋に直接的な空冷凝縮器の場合には不可能である）。
本発明の更に他の特徴では、凝縮しなかった残存蒸気のみならず、大型の主蒸気管から分岐する弁を備えた分岐管路またはその分岐管路からの蒸気が、ダイレクトコンタクト型凝縮器内に流入して凝縮器を迂回する。これによれば、蒸気−空気熱交換器と水−空気熱交換器との間の最適な負荷分配によって、システムの制御および運転要求に従った最も効率的な運転モードの選択が一層容易になる。外気温が低い場合には、バイパス管路を開き、該バイパス管路を通じて負荷をダイレクトコンタクト型凝縮器へ導き、「チョーク」現象を一様なタービン背圧へ向かって押し、これを通じて発電所の性能を更に改善することに寄与する。冷却空気の流れに曝される水−空気熱交換器のフィン付き熱交換器チューブの表面に水を噴霧したり、連続スプレーによって該表面に水膜を形成することにより、本発明の空冷システムの性能のピーク期間が増加する。そうしたときに、バイパス管路の弁を開くことにより、熱の除去を、蒸気−空気熱交換器部から濡れた水−空気熱交換器へ移動可能となり、これにより冷却システムの全性能を高め、これを通じて発電所の性能が高められる。
蒸気遮断装置を主蒸気管路部においてバイパス管路への分岐点の下流のバイパス管路の蒸気側に設けることができる。氷点よりも低い温度において、ダイレクト空冷システムを使用する発電所を起動する際、凍結の危険を排除するために、最低蒸気量（５〜１０パーセント）を得た後にのみ、蒸気をダイレクトコンタクト型凝縮器へ通すことが可能となる。この限界値まで、蒸気は空気中にブローされる。本発明による実施形態では、蒸気量が零であっても起動プロセスが可能となる。蒸気バイパス弁を開き、主蒸気管弁を閉じることにより、直列に接続された冷却システムの「後方」部（ダイレクトコンタクト型凝縮器および水−空気熱交換器）を通じて起動プロセスが可能となる。水サイクルバイパス弁を開くことにより、ダイレクトコンタクト型凝縮器を通じて冷却水を加熱可能となるからである。このとき、水−空気熱交換器には水は充満されておらず、従って、冷却水を循環させるポンプは、熱交換器をバイパスする管路を通じて（該管路に装着した弁が開いているとき）冷却水を循環させる。蒸気流量が安全値を著しく超過する場合には、蒸気−空気熱交換器（凝縮器）は、主蒸気管弁を開いた後にのみ作動する。
本発明の更に有利な実施形態では、空冷システムの第１の部分における蒸気−空気熱交換器（凝縮器）の下部凝縮蒸気収集チャンバが、該チャンバから残存蒸気が独立のダイレクトコンタクト型凝縮器の本体へ供給されないように変更される。その代わり、水−空気熱交換器において霊薬された水を下部チャンバ内（の全長に亘って或いは特定の部分）に配置されたジェットへ供給することにより、下部収集チャンバがそれ自体ダイレクトコンタクト型凝縮器空間として作用する。それにより、凝縮器内で凝縮器チューブからの出口の直近において残存蒸気が凝縮する。前記チャンバの適当に形成された部分、好ましくはトレー型のアフタークーラを備えた部分で非凝縮性気体の排出が行われる。１または複数の部位に複合作用（凝縮、残存蒸気収集チャンバ、ダイレクトコンタクト型凝縮器空間および非凝縮性気体の除去に適した空間）をなすように形成されたチャンバの大きさを制限するために、昇温した冷却水および蒸気凝縮液のためのダイレクトコンタクト型凝縮器の貯留部（温水溜め）として作用する容器を設置する必要がある。この実施形態は、残存蒸気の凝縮を導くための通路を著しく低減し、これによって、その間生じる不均一性はもとより、蒸気の摩擦により生じる圧力低下、およびその結果としての温度低下が低減される。蒸気−空気熱交換器バンドルおよび水−空気熱交換器バンドルを共通のバンドルに配置してもよい。
蒸気−空気熱交換器および水−空気熱交換器を統合することによって、更に好ましい実施形態を形成することができる。すなわち、１つの熱交換器バンドルのみならず、個々の熱交換器チューブ内に、蒸気−空気熱交換と水−空気熱交換を行う部位を設けることができる。これには、熱交換器チューブを空気の流れの方向に引き延ばし、かつ、複数の作用をなす多機能下部チャンバを必要とする。下部チャンバは、凝縮液および水−空気熱交換器部からの残存蒸気を収集し、残存蒸気のためのダイレクトコンタクト型凝縮器空間として作用する。同一空間内に、非凝縮性気体の除去を補助するトレー型または充填型のアフタークーラが配設される。下部チャンバ内の空間の一部は、また、水−空気熱交換器の水分配チャンバとして作用し、これによって、冷却水は複数のジェットノズルへ供給される。下部チャンバから延びる統合熱交換器チューブの内部において、一部、好ましくは冷却空気の入口側へよった部分が、空気の流れの方向に垂直な平面内に設けられた側壁によって区分され、水−空気熱交換器パイプ部分が適切に形成される。この部分が、チューブの中心軸線に垂直な平面内に配置された閉蓋部材によって決定される熱交換器チューブの長手方向の中間点まで延設されるようにすることが実際的ある。このようにして形成された水−空気熱交換器チューブは、１または複数の内部分離壁によって、更なるチャンネルに分割することができる。上部の閉蓋部材の手前で終端された１つの分離壁のみを用いて、二通路型の交差向流熱交換器(two-pass cross countercurrent heat exchanger)が形成され、空気の流れの方向に関して、昇温した冷却水は内側のチャンネルを上方へ流れ、分離壁の端部で方向を変えて空気が流入する方の外側のチャンネルを下方へ流れ、その間、フィン付き熱交換器表面の冷却効果によって冷却される。タービンからの蒸気は、上部蒸気分配チャンバから熱交換器チューブの全断面を通じて蒸気−空気熱交換器チューブへ流通する。蒸気−空気熱交換のために残された部分で蒸気は部分的に凝縮し、その間、蒸気の流量が低下するが、ある位置から水−空気熱交換器部が存在するために、この流れのために利用可能な断面も小さくなる。凝縮液および残存蒸気は、上記した複合作用をなす熱交換器バンドルの下部チャンバへ流入する。外側チャンネル部分で冷却された冷却水は、下部チャンバ内に配設された複数のジェットノズルから下部チャンバの混合凝縮器空間へ噴霧される。ここで、冷却液は、全長に亘って蒸気−空気熱交換器として作用する前記チャンネルからの残存蒸気と接触し、その大部分を凝縮させる。下部チャンバ内、または、下部チャンバに接近した空間に、向流トレー型または充填型のアフタークーラ部を形成し、該アフタークーラ部から非凝縮性気体を好ましい条件下で排出可能とすることが実際的である。
更に他の実施形態では、空気の流れの方向に引き延ばし外側にフィンを取付けた熱交換器チューブは、複数の分離壁により複数のチャンネルに分割される。タービンからの上記は、また、熱交換器の全断面を通じて流入する。言い換えれば、蒸気は、全てのチャンネルを通じて前記熱交換器へ流入する。この蒸気凝縮チャンネルの一部は、上部分配チャンバから下部収集チャンバまで全長に亘って延設されており、蒸気凝縮チャンネルの残りの部分は、上部チャンバから熱交換器チューブの中間の位置まで延設されている。これらのチャンネルの終点の前に、分離壁を貫通して隣接する蒸気凝縮チャンネルへ開口する通路が形成されている。他の実施形態では、蒸気凝縮のために用いられるチャンネル間の分離壁に複数の小孔または開口部が形成されており、これらの小孔によって、凝縮部は（WO 98/33038の特許と同様に）、疑似的な単一チャンネルとなる。多チャンネル熱交換器パイプの２以上の偶数のチャンネル（全部で４つのチャンネルのうち２つのチャンネルの場合）が、下端から所定の高さ（好ましくは冷却空気の入口側）まで蒸気空間から分離され、水−空気熱交換器部として作用する。
ここで説明する実施形態およびその機能を組合せ統合した変形例およびその構造上の単位は、媒体の移動距離が短くして、一層費用効果が高くまた効率的なプロセスを提供する。上述したように、蒸気は熱交換器を形成する全てのチューブの全チューブ断面を通じて流入する。蒸気−空気熱交換器は真空シールする必要があることは言うまでもない。蒸気−空気部分と一体化された一様な水−空気熱交換器もまた真空シールするおうに形成されている。これにより、昇温された冷却水の再循環が可能となり、かつ、熱交換器チューブ間で分配するために必要な圧力増加をサイクルの摩擦に打ち勝つためにのみ必要な程度とすることが可能となり、水−空気熱交換器の所定部分を大気圧より低くすることが可能となる。こうして形成された熱交換器では、１つの熱交換器本体内で４つの段階で凝縮が行われる。
すなわち、蒸気−空気熱交換器部内で部分的に、個々の熱交換器チューブの蒸気と水の流れを分する壁沿いにより少ない程度に、ダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する下部収集チャンバ内で冷却水の噴射によって、そして、最後に同じ場所で空気を除去する部位につながるトレー型のアフタークーラ部において凝縮がなされる。
既述した実施形態に部分的に類似する統合された熱交換器を用いる例において、個々のチューブ内に、たとえ丁度１つのチャンネルであっても、奇数のチャンネルを水−空気熱交換器として形成する場合には、更に好ましい形態となる。次いで、ダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する収集チャンバから昇温した冷却水が貯留空間へ流動し、そこから、ポンプによって外部分配冷却水パイプへ輸送される。分配冷却水パイプをＡ形に形成した熱交換器バンドル間に延設して、熱交換器バンドルを形成するチューブの中間部分において、個々のチューブの空気の流れの方向に関して入口側へ分岐するようにする。入口からチューブ部分の全長に亘って下方へ流れる冷却水は再び冷却され、ダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する下部収集チャンバ内に噴流を形成するのに適した複数のノズルから噴射される。
統合熱交換器の更に他の実施形態では、加熱された冷却水は、下部収集チャンバ内に形成された分配部において分配され、そこから冷却すべき冷却水は、１つのチャンネル内を該チャンネルの中間部分まで上方に流れる。冷却された冷却水は、チャンネルの上方部分に形成された複数の章句尾またはノズルから隣接するチャンネル内に噴射され、そこで、下部収集チャンバを介して凝縮器チャンネルからから該混合空間へ流入した残存蒸気を凝縮させる。チャンネルの断面よりも非常に小さな断面のパイプが、水冷却チャンネルに「隣接する」混合空間として作用するチャンネル部の各々に導入され、その端部まで延設されている。これらのパイプを通じて混合空間の上方部分において一層濃縮された非凝縮性気体が吸引され、エゼクタシステムの収集パイプに供給される。この実施形態によれば、熱交換において蒸気−空気凝縮が水−空気熱交換と比べて支配的な役割をなす場合には、好ましい結果をもたらす。
図１の空冷システムは、蒸気−空気熱交換器バンドル、水−空気熱交換器バンドル、直接接触熱交換器およびこれらを接続するための管路とを具備している。タービン内で膨張した凝縮すべき蒸気１は、上部蒸気分配チャンバ２４を介して蒸気−空気熱交換器バンドル３へ流入する。上部蒸気分配チャンバ２４から、凝縮すべき蒸気２１は既述した蒸気−空気熱交換器バンドルのフィンチューブへ流入し、該フィンチューブが空冷凝縮器２として作用する。フィン付きの蒸気−空気熱交換器バンドル２を流通して、蒸気の一部が、ファン５（または他の空気流動装置）によって流動する冷却外気４の冷却効果によって凝縮する。凝縮液８および残存蒸気の流れ２２は、蒸気−空気熱交換器チューブ２から下部の収集チャンバ２５へ流入する。集められた残存蒸気２は、更なる蒸気−空気熱交換器へ流入させて凝縮させるのではなく、下部収集チャンバ２５に接続されている小型のダイレクトコンタクト型凝縮器９へ流入する。複数のノズル１０からダイレクトコンタクト型凝縮器９内に噴射される冷却水が、残存蒸気２３を凝縮させる表面として作用する。凝縮によって暖められる冷却水とダイレクトコンタクト型凝縮器９内で凝縮した蒸気の混合物が、貯留部１５（温水溜め）内に溜められる。非凝縮性気体の除去を補助するトレー型または充填型のアフタークーラ３７が、ダイレクトコンタクト型凝縮器９の適所に配設されている。非凝縮性気体は、排出ポンプ(ejector pump)によってアフタークーラ３７から空気除去管１１を通って排気される。ダイレクトコンタクト型凝縮器の貯留部１５から、凝縮した蒸気量に比例する量の水、および、蒸気−空気熱交換器３の下部収集チャンバ２５からの凝縮液は凝縮液管内に流入する。昇温した冷却水１３は、ダイレクトコンタクト型凝縮器９の貯留部１５から、冷却水抽出循環ポンプ１４によって、水−空気熱交換器バンドル７へ輸送される。昇温した冷却水１３は、ファン５によって流動する冷却空気４水−空気熱交換器７のフィンチューブ６内で再び冷却される。実際上は、再冷却は二通路型の交差向流熱交換器(two-pass cross countercurrent heat exchanger)によって行われる。水−空気熱交換器７において再冷却された冷却水の流れ１２は、前記ノズル１２からダイレクトコンタクト型凝縮器９内に噴射される。このような循環過程によって、公知のデフレグメータによる解決手段は不要となる。
一層多くの除熱が必要となる場合には、図１の空冷システムにおいて、タービン２０からの膨張蒸気は、互いに並行に連結された複数の蒸気−空気熱交換器３、すなわち、複数の凝縮器へ分配される。こうした場合、１つのダイレクトコンタクト型凝縮器９を使用可能のみならず、ダイレクトコンタクト型凝縮器９の各々を水側に接続できるように蒸気−空気熱交換器３のバンドルの各々に間接的に連結して、蒸気通路を短くすることもできる。
図１において、蒸気−空気熱交換器バンドル３および水−空気熱交換器バンドル７は互いに独立し、別個のファン５を有しているように図示されている。蒸気−空気熱交換器バンドル３および水−空気熱交換器バンドル７は単一のチャンバ(cell)内に組み合わせて配設して、共通のファン５を備えるようにしてもよい。
図２は、図１と同様の実施形態を示しているが、該実施形態では、図１において冷却空気４を流動させるために使用されているファン５が、自然通気５ａを誘導する冷却塔により置換されている。該実施形態では、空気の強制循環に替えて、強制循環水−空気熱交換器バンドル７およびダイレクトコンタクト型凝縮器９とが中側に配設され、多くの臨界的な段階で自然通気を利用することができ、残存蒸気２３の凝縮および非凝縮性気体の除去が、小型とみなすことのできるダイレクトコンタクト型凝縮器９内で或いは同凝縮器から行われる。その結果、外的な条件（空気の温度、風速等）の影響が小さくなり、プロセスが制御可能となる。
図３の実施形態では、凝縮すべき蒸気１は、蒸気−空気熱交換器バンドル３を通じた残存蒸気２３として、および、バイパス蒸気管路２６および該管路に設けられた蒸気弁２７を介して直接にダイレクトコンタクト型凝縮器９へ供給される。これにより、冷却システム全体の制御性および最適動作モードの選択性が著しく改善される。遮断弁２８を主蒸気分配管路に配設して、該弁を閉じることにより、発電所区画が起動したときに、温度が０（零）よりも低くなった場合に望ましい条件を確実にし、冷却システムを安全に起動可能とすると共に、水を節約可能となる。こうした場合、直列に接続された冷却システムの後部、つまり、ダイレクトコンタクト型凝縮器９および水−空気熱交換器７から起動させる。発電所区画が起動したとき、水−空気熱交換器は満たされておらず、冷却水は、適当な温度に昇温されるまで１つのバイパス管路のみを流通する。その後にのみ、水−空気熱交換器７は満たされて作動を開始する。蒸気−空気熱交換器３は、蒸気の流れ１が霜の付かない動作のために必要な安全値を十分に越えたとき、遮断弁２８を操作することにより作動させることができる。
図４は、好ましい更なる実施形態を示しており、蒸気−空気熱交換器バンドル３の下部凝縮液および残存蒸気を収集するチャンバ２９は、また、ダイレクトコンタクト型凝縮器の凝縮空間を提供する。こうして、図１、２、３の実施形態とは異なり、独立したダイレクトコンタクト型凝縮器９は必要なくなる。その代わり、冷却された水の流れ１２が、下部収集チャンバ２９内に列状に配設されたノズル１０から噴射される。こうして、蒸気−空気熱交換器チューブ２から排気される残存蒸気の流れ２２の凝縮、および、非凝縮性気体１１の除去は、単純に独立には行われずに、移動することなく小型のダイレクトコンタクト型凝縮器の空間および下部収集チャンバ２９内で行われ、移動による損失が低減される。チャンバ２９の大きさを制限するために、ダイレクトコンタクト型凝縮器１５の温水溜めとして作用する容器は、昇温された冷却水１３および蒸気の凝縮液８ａを収容するように形成されなければならない。
図５ａ、ｂ、ｃ、図６ａ、ｂ、ｃおよび図７ａ、ｂ、ｃは、高いレベルで機能統合した実施形態およびそのプロセスを示している。これらの実施形態の主眼とする特徴は、蒸気−空気熱交換器３および水−空気熱交換器７を組み合わせて、１つの熱交換器バンドル内に統合するのみならず、該熱交換器バンドルのフィン付き熱交換器チューブ内に統合した点である。こうして、空冷式統合熱交換器バンドルのフィン付き熱交換器チューブ３９は、蒸気−空気熱交換するチューブ部分３５ａと、水−空気熱交換するパイプ部分３５ｂとを有している。
また、蒸気−空気冷却ユニットと水−空気冷却ユニットとの統合性を高める他の重要な要素は機能統合下部チャンバ３０であり、蒸気−空気熱交換部分３５ａからの残存蒸気２２および凝縮水８ａが該チャンバ内に集めらる。該チャンバは、また、該チャンバ内に配設された複数のノズル１０から冷却後の冷却水を噴射すると共に、非凝縮性気体の除去を補助するアフタークーラ３７並びに水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂを該チャンバ内（または接近して接続された空間内）に配設することによって、ダイレクトコンタクト型凝縮器空間として作用する。実際的には、アフタークーラ３７は、対抗流式の熱質量輸送(heat and mass transfer)に適したトレー型または充填型の装置である。統合熱交換器チューブ３９の２つの部分は、同様の外径の熱交換面を有し、これにより、蒸気−空気熱交換器パイプ部分３５ａと同様に、水−空気熱交換器部３５ｂは、真空気密(vacuum tight)とすることができる。こうして、昇温した冷却水の循環のために用いられるポンプ１４は、いわゆる抽出循環ポンプに替えて単純な循環ポンプとすることができる。
統合熱交換器チューブ３９内では、水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂは、冷却空気４が流入する側の部分が、空気流４の流れの方向に垂直な平面内で側壁３２によってチューブの他の部分から区画されるように、統合下部チャンバ３０から形成されている。特に、該水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂは、統合熱交換器チューブ３９の長手方向の中間点で終端されており、熱交換器チューブ３９の中心軸に垂直な平面に配置された閉蓋部材によって頂部で区切られている。その結果、上部の蒸気分配チャンバ２４から蒸気流が、統合熱交換器チューブ３９の全断面を用いて蒸気−空気熱交換器チューブ部分へ流入可能となる。
フィン付き熱交換器チューブ内には、蒸気−空気熱交換器部３９と水−空気熱交換器部３５ｂとの分離かつ統合された構造が、冷却空気の流れ方向に延設されたフィン付き熱交換器チューブを適用し、かつ、与えられた断面３９内で分離壁によってチャンネルを形成することにより好ましく形成することができ、前記チャンネルによって熱交換器チューブには２つの通路が画成され、既述した作用に従い蒸気−空気冷却部の蒸気媒体および水−空気冷却部の水媒体が対流する。
図５ａ、５ｂ、５ｃに示す例では、本発明による熱交換器パイプが上述したように複数のチャンネルに分割される。
上述のように構成された水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂが、分離壁によって複数のチャンネルに分割される。分離壁３４（分離壁３４の端部は、閉蓋部材３４に到達していない）が１つの場合には、二通路型の交差向流熱水−空気熱交換器が形成され、昇温した冷却水１３が空気４の流れの方向に関して内側のチャンネルを上方に流通し、次いで、分離壁３４と閉蓋部材３３との間の空間で反転し、空気が流入する側である外側のチャンネル内を下方に流通する。その間、フィン付き統合型熱交換器チューブ３９の表面の冷却効果によって、冷却水が冷却される。
他の分離壁３４を配置することにより、水−空気熱交換器部３５ｂは、更に多くの偶数の通路に分割することができる。
図５ａ、５ｂ、５ｃに示す上述した例では、統合熱交換器チューブ３９は、蒸気−空気熱交換器部３５ａと、閉蓋部材３３および側壁３２により画成される水−空気熱交換器部３５ｂとを含んでいる。水−空気熱交換器部３５ｂは、分離壁３４によって２つの通路に分割される。冷却される水は、冷却空気の流れ方向に関して内側のチャンネルを上方に流通し、外側のチャンネルを下方に流通する（図５ｃでは、水媒体は線分で、紙面に関して上方への流れの方向は「−」の記号で、そして下方への流れの方向が「＋」の記号で示されている）。統合熱交換器チューブ３９の残りの空間部分３５ａにより蒸気−空気熱交換器チューブ部分が形成され、凝縮すべき蒸気が内部を下方に流通する（図５ｃでは、蒸気媒体は線分では示されておらず、また、流れの方向は紙面に関して下方であり「＋」の記号にて示されている）。既述したように、上部蒸気分配チャンバ２４から、蒸気２１が、統合熱交換器チューブ３９の全断面を通じて蒸気−空気熱交換器チューブ部分３５ａに流入する。蒸気２１は、全断面から流入して次第に凝縮し、水−空気熱交換器部３５ｂの頂部（閉蓋部材３３）において、蒸気−空気熱交換器部３５ａの断面は明確に小さくなるが、そこでは、蒸気の体積流量が著しく低減する。蒸気−空気熱交換器部３５ａから流出する残存蒸気は、水−空気熱交換器部３５ｂからノズル１０を通じて噴射される冷却後の水によって凝縮される。蒸気−空気熱交換器部から流入して水噴射の結果生成される凝縮水と冷却水との混合物は、ダイレクトコンタクト型凝縮器３０として作用する統合収集チャンバに到達して貯留空間１５内に流入する。非凝縮性気体は、アフタークーラ３７を介して真空気密チャンバ３０から除去される。冷却水に比例する量が、循環ポンプによって、チャンバ３０および貯留空間１５に集められた冷却水−凝縮水混合物から分配空間３６へ輸送され、そこから、水−空気熱交換器部３５ｂへ戻される。
図５ａ、５ｂ、５ｃの実施例の変形例を図６ａ、６ｂ、６ｃに示す。蒸気−空気熱交換器部３５ａは、更なる分割壁３１によって、冷却空気の流れの方向に垂直に配置された平行なチャンネルに分割される。蒸気−空気熱交換器部３５ａの特定のチャンネルは、チャンネルの全体の長さに亘って延設されておらず、水−空気熱交換器部３５ｂの閉蓋部材３３の位置で終端されている。これらチャンネルの分離壁３１の端部には開口部４１が設けられている。これらのチャンネル内を流通する蒸気または凝縮水は、該開口部４１から隣接するチャンネル内に流入することができる。
図５ａ、５ｂ、５ｃの実施例の変形例を図７ａ、７ｂ、７ｃに示す。該実施例では、蒸気−空気熱交換器部を内蔵する統合熱交換器チューブ３９の内部空間が、分離壁３１ａによって、冷却空気の流れの方向に垂直に配置された平行なチャンネルに、同冷却空気の流れ方向に分割されている。蒸気−空気熱交換器チューブ部分３５ａの特定のチャンネルを分離する分離壁３１ａには孔が形成されており、凝縮空間を単一のチャンネル空間としている。
図８ａ、８ｂは、好ましい実施形態を示しており、図５ａ、５ｂ、５ｃ、図６ａ、６ｂ、６ｃおよび図７ａ、７ｂ、７ｃと同様に、熱交換器バンドル４０、および、その熱交換器チューブ３９ａの各々は、蒸気凝縮および水冷却の統合を実現する要素である。同時に、Ａ形に配置された熱交換器バンドル４０の間に該熱交換器バンドルの平面に平行、かつ、上部蒸気分配チャンネル２４の中心線に平行に延在する冷却水分配パイプ４２から、昇温された冷却水１３が、熱交換器チューブ３９ａの外側のチャンネルに配設された水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂに供給される。冷却水は下方へ流れて水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂで再び冷却され、ノズル１０から下部収集チャンバとダイレクトコンタクト型凝縮器との統合空間２９ａ内に噴射される。これにより、蒸気−空気熱交換と水−空気熱交換の比率に関して、この実施形態は一層大きな比率の場合に特に適している。水−空気熱交換器パイプ部分２５ｂは、冷却水が上述したように下方へ流れ、そして、チャンネルの終端でノズル１０から統合空間２９ａ内に噴射されるように、２またはそれ以上の偶数の分離プレートにより更に複数の通路に分割することができる。
図９ａ、９ｂは、更に他の実施形態を示しており、図５ａ、５ｂ、５ｃ、図６ａ、６ｂ、６ｃ、図７ａ、７ｂ、７ｃおよび図８ａ、８ｂと同様に、機能統合熱交換器チューブ部分３９ｂを具備している。図８ａ、８ｂと同様に、熱交換器チューブ部分３９ｂ内では、水−空気熱交換器部３５ｂは、１つの冷却チャンネル３５ｂのみを利用する。このチャンネルは、また、冷却空気が流入する側に配設された熱交換器パイプ部分３９ｂの外側のチャンネルである。更に、水−空気熱交換器部３５ｂは、この場合には、熱交換器チューブの全長に亘っては延設されておらず、所定の中間高さで、上部閉蓋部材３３によって蒸気−空気熱交換部分３５ａから区画される。然しながら、昇温された冷却水１３は、熱交換器バンドルの外側の分配パイプを通じては流入せずに、下部収集チャンバ２５ａに形成された水分配空間部分３６ａから流入する。更に、図８の実施形態の場合とは異なり、本実施形態では、冷却水は上方に流れ、該冷却水が水−空気熱交換器部３５ｂの上方部分に到達したとき、再冷却プロセスは終了する。そこから、冷却水は、ノズル１０から隣接した蒸気−空気凝縮器とダイレクトコンタクト型凝縮器との統合空間３５ｃを形成する熱交換器パイプ部分内に噴射される。蒸気凝縮器と混合凝縮器との統合空間３５ｃとして作用する部分は、また、上部閉蓋部材３３によって制限され、一方の側部において分離壁３２によって水−空気熱交換器チューブ部分３５ｂから分離され、他方の側部において他の分離壁４３によって蒸気−空気熱交換器パイプ部分３５ａから分離される。残存蒸気は、その全長に亘って延設された蒸気−空気熱交換器チューブ部分（凝縮器部）３５ａの下部収集チャンバ２５ａに流入し、前記ノズルを介して水−空気熱交換器部３５ｂから噴射される冷却水によって凝縮するまで、蒸気凝縮器と混合凝縮器との統合空間３５ｃとして作用する部分を上方に流れる。非凝縮性気体は、凝縮空間３５ｃを形成する熱交換器チューブ部分の上方部で凝縮する。この気体は、凝縮空間３５ｃを形成する部分に沿って延設された小径の空気除去パイプ４４によって除去される。空気除去パイプは、機能統合収集チャンバ２５ａに配設された空気除去収集パイプ４５に接続されており、そこから、空気除去管１１を介してエゼクタシステムに接続される。
フィン付き熱交換器チューブから成る蒸気−空気冷却部と、フィン付き熱交換器チューブから成る直列に接続された水−空気冷却部とを含む本発明による空冷システムによれば、通常の蒸気−空気熱交換器のみから成る直接空気冷却と比較して、以下の点から利点がある。
外部状況への適合性
デフレグメーターを省略可能である点
運用の柔軟性および安全性を高める点
制御性を高める点
建設コストを低減可能である点
本発明による空冷システムでは、蒸気−空気冷却部と水−空気冷却部とをフィン付き熱交換器チューブ部分で統合することにより、上記利点が著しく高まる。
蒸気−空気熱交換器、水−空気熱交換器およびダイレクトコンタクト型凝縮器を備えた空冷システムを示す図である。 自然通風空冷システムを示す図である。 蒸気−空気熱交換器の残存蒸気に加えて、タービンで膨張した蒸気の一部をダイレクトコンタクト型凝縮器により直接凝縮可能な空冷システムを示す図である。 蒸気−空気熱交換器の下部収集チャンバがダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する空冷システムを示す図である。 蒸気−空気熱交換器チューブ部分と、その長手方向に中間位置で終端された二通路型の交差向流水−空気熱交換器パイプ部分とを含む統合熱交換器チューブを備えた空冷システムを示す図である。 図５ａの矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図５ｂの矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 分離壁壁により複数のチャンネルに分割されチューブの中間位置におけるチャンネルの端部に通路開口部が設けられた蒸気−空気熱交換器チューブ部分を含み、また、二通路型の交差向流水−空気熱交換器チューブ部分を含む統合熱交換器チューブを備えた空冷システムを示す図である。 図６ａの矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図６ｂの矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 一連の複数の小孔が形成された分離壁壁を備えた蒸気−空気熱交換器チューブ部分と、チューブの中間位置におけるチャンネルの端部に通路開口部が設けられた二通路型の交差向流水−空気熱交換器チューブ部分とを含む統合熱交換器チューブを備えた空冷システムを示す図である。 図７ａの矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図７ｂの矢視線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。 蒸気−空気熱交換器チューブ部分と、Ａ形に形成された熱交換器バンドル間に延設された外部水分配パイプから水が供給されるようにした単一通路型の交差水−空気熱交換器チューブ部分とを含む統合熱交換器チューブを備えた空冷システムを示す図である。 図８ａの矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。 蒸気−空気熱交換器チューブ部分と、下部チャンバからから水が供給されるようにした単一通路型の交差水−空気熱交換器チューブ部分と、該２つの部分間に配設されダイレクトコンタクト型凝縮器空間として作用するたパイプ部分とを含む統合熱交換器チューブを備えた空冷システムを示す図である。 図９ａの矢視線Ａ−Ａに沿う断面図である。

Claims (17)

  1. 周囲の空気によって蒸気状態の媒体を部分的に直接凝縮するのに適した外部にフィンが取付けられた複数のチューブから成る蒸気−空気熱交換器であって、上部分配チャンバから蒸気を受け容れ、蒸気の凝縮による凝縮液および凝縮しなかった蒸気を収集する下部チャンバにより終端される蒸気−空気熱交換器を具備した空冷システムにおいて、
    前記空冷システムが、前記蒸気−空気熱交換器（３）の下部収集チャンバ（２５）からの前記凝縮しなかった残存蒸気（２３）が、水−空気熱交換器（７）で冷却され複数のノズル（１０）から噴霧される冷却水（１２）の効果で凝縮するダイレクトコンタクト型凝縮器（９）を少なくとも有し、同時に、非凝縮性気体（１１）が、適当に構成されたトレー型または充填型のアフタークーラ（３７）を通じて、前記ダイレクトコンタクト型凝縮器（９）から除去されるようにしたことを特徴とする空冷システム。
  2. 前記凝縮しなかった残存蒸気（２３）が、前記水−空気熱交換器（７）で冷却された冷却水（１２）により１または複数のダイレクトコンタクト型凝縮器（９）で凝縮され、前記１または複数のダイレクトコンタクト型凝縮器（９）が、１または複数の水−空気熱交換器に直列に接続され、かつ、互いに直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の空冷システム（図１）。
  3. 前記蒸気−空気熱交換器（３）および水−空気熱交換器（７）が、フィン付き熱交換器チューブ部分から成る管バンドル（３、７）を具備し、該管バンドルが、冷却空気の流れ（４）系の中でセル状に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空冷システム。
  4. 前記蒸気−空気熱交換器バンドル（３）および水−空気熱交換器バンドル（７）は、同一セル内で組合せられており、前記蒸気−空気熱交換器バンドルは、個別の独立したダイレクトコンタクト型凝縮器（９）に直接接続されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の空冷システム。
  5. 前記前記蒸気−空気熱交換器（３）および水−空気熱交換器（７）を形成するフィン付き熱交換器チューブ（２）の外側で、ファン（５）または自然通気（５ａ）を誘導するタワー構造によって冷却空気（４）の流れが形成されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の空冷システム。
  6. 前記前記蒸気−空気熱交換器バンドル（３）の後に、前記１または複数のダイレクトコンタクト型凝縮器（９）内で、下部収集チャンバ（２５）から流入する残存蒸気流れ（２３）に加えて、タービンで膨張した蒸気の流れ（１）の一部が、バイパスパイプ（２６）の弁（２７）を開くことにより直接的に凝縮可能となっていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の空冷システム。
  7. 前記蒸気−空気熱交換器（３）には、また、ダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する大型の下部収集チャンバ（２９）が設けられており、該下部収集チャンバ内には、区分配置または連続配置された前記水−空気熱交換器（７）で冷却された冷却水（１２）を噴霧するのに適した複数のノズル（１０）が配設されており、残存蒸気（２２）が熱交換器チューブ（２）から流出した後に直接的に凝縮し、これによって、非凝縮性気体（１１）が下部収集チャンバとダイレクトコンタクト型凝縮器との統合空間（２９）から除去されることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の空冷システム（図４）。
  8. 空冷システムのピーク時性能を高めるために、前記蒸気−空気熱交換器（３）に直列的に連結された水−空気熱交換器（７）の表面が、冷却空気（４）内に噴霧された水により濡れている、或いは、該表面に連続水膜によって濡れていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の空冷システム。
  9. 前記空冷システムが空冷式の熱交換器（４０）を具備し、該熱交換器のフィン付き熱交換器チューブが、蒸気−空気熱交換を行う部分（３５ａ）と、水−空気熱交換を行う部分（３５ｂ）とを有し、該部分の各々は、ダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する空間（３０）に直接接続されている請求項１から８の何れか１項に記載の空冷システム。
  10. 蒸気−空気熱交換器部と水−空気熱交換器部とを形成する前記統合熱交換器（３９）は、冷却空気の流れの方向に伸ばした複数のチャンネル通路に分割される複数のフィンチューブから成ることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の空冷システム。
  11. フィン付き統合熱交換器チューブ（３９）内に配設された水−空気熱交換器（３５ｂ）となる部分は、統合型下部収集チャンバ空間（３０）から統合熱交換器チューブ（３９）の長さの中間点までのみ延在しており、その一部が複数のチャンネルに分割され、熱交換器チューブの中心軸に垂直な平面内に配設された閉蓋部材（３３）によって前記部分は境界を画し、かつ、冷却空気の流れの方向に、該部分はフィン付き統合熱交換器チューブ（３９）の全幅の一部を占め（外部空気の流れの方向に垂直な平面内に配設された分離プレート（３２）により境界を画している）、その結果、凝縮すべき蒸気は、統合熱交換器パイプ（３９）の断面全体を通じて蒸気−空気熱交換器となる部分（３５ａ）に流入し、中間点以降は、収集チャンバとダイレクトコンタクト型凝縮器の統合空間（３０）へ向けて、前記断面の一部を流通するようになっていることを特徴とした請求項９または１０に記載の空冷システム（図５ａ、５ｂ、５ｃ）。
  12. 水−空気熱交換器部（３５ｂ）は、フィン付き統合熱交換器チューブ（３９）内において、分離壁（３４）によって２つの通路に分割され、水−空気熱交換器部（３５ｂ）に流入する冷却水が内側の通路内を上方に流れ、冷却空気が流入する側である外側の通路内を下方に流れるようになっており、更なる分離壁（３４）を配置することにより、水−空気熱交換器部（３５ｂ）が更に多くの偶数の通路に分割可能となっている請求項９から１１の何れか１項に記載の空冷システム（図５ｂ、５ｃ）。
  13. 前記空冷システムがダイレクトコンタクト型凝縮器として作用する機能統合下部チャンバ（３０）を有しており、該機能統合下部チャンバ内において、前記水−空気熱交換器部（３５ｂ）から前記下部チャンバ（３０）内に配設されたノズル（１０）を介して流入する冷却水（１２ａ）の効果によって、蒸気−空気熱交換器部（３５ａ）から流入する残存蒸気が凝縮し、凝縮液が収集され、
    前記アフタークーラ（３７）によって、非凝縮性気体の除去が促進され、前記水−空気熱交換器パイプ部分の冷却空気分配空間（３６）が、また、同じ下部チャンバ（３０）内に配設されている請求項９から１１の何れか１項に記載の空冷システム（図５ｂ）。
  14. 前記フィン付き統合熱交換器チューブ（３９）の内部空間は、冷却空気の流れの方向に垂直な平面に配設された複数の分離壁（３１）によって、冷却空気の流れの方向に複数の平行チャンネルに分割され、かつ、蒸気−空気熱交換器部（３５ａ）の端部において、開口部（４１）を画成する中間点で愁嘆されており、前記開口部から蒸気および凝縮液が前記熱交換器チューブ（３９）の全長に亘って延在するチャンネル内に流入可能となっている請求項９または１０に記載の空冷システム（図６ｂ、６ｃ）。
  15. 前記統合熱交換器チューブ（３９）の内部空間は、冷却空気の流れの方向に垂直な平面に配設された複数の分離壁（３１）によって、冷却空気の流れの方向に複数の平行チャンネルに分割されており、前記蒸気−空気熱交換器パイプ部分（３５ａ）の特定のチャンネルを分割する前記壁（３１）は、連続的に小孔が形成されている請求項９または１０に記載の空冷システム（図７ｂ、７ｃ）。
  16. 前記空冷システムが、フィン付き統合熱交換器チューブ（３９ａ）により形成されたＡ形の管バンドル（４０）の間に延在する外部冷却分配管（４２）を有し、ダイレクトコンタクト型凝縮器（２９ａ）として作用する空間で昇温された冷却水が前記外部冷却分配管から、空気の流れ側に配設された水−空気熱交換器部（３５ｂ）内に供給され、そこから、前記水は、下方に流れて冷却され、前記部分の端部に配設された複数のノズル（１０）から収集チャンバダイレクトコンタクト型凝縮器の統合空間（２９ａ）内に噴霧されることを特徴とした請求項９または１０に記載の空冷システム（図８ａ、８ｂ）。
  17. 前記フィン付き統合熱交換器チューブ（３９ｂ）は、複数の分離壁により分離された３つの部分、すなわち、蒸気−空気熱交換器チューブ部分（３５ａ）、機能統合下部チャンバ（２５ａ）の前記水分配チャンバ部（３６ａ）から上方に流れる冷却液が前記水−空気熱交換器チューブ部分に配設された複数のノズル（１０）から噴霧されるようにした水−空気熱交換器チューブ部分（３５ｂ）、および、混合凝縮器空間として作用する第３の隣接する熱交換器チューブ部分（３５ｃ）の３つの部分を有し、ダイレクトコンタクト型凝縮器空間として作用する部分（３５ｃ）の上端から、細い除去パイプ（４４）が、該部分の全長に沿って統合下部チャンバ（２５ａ）内に延設されており、非凝縮性気体を除去するようになっていることを特徴とする請求項９または１０に記載の空冷システム（図９ａ、９ｂ）。
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