JP2009530579A - 空気負荷される凝縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は空気負荷された凝縮機であって、冷却空気を搬送する送風機（２）を有し、該送風機（２）が特にＡ字形に配置された凝縮エレメント（４，５）の下側に配置されかつ吸込んだ冷却空気を送風機（２）と凝縮エレメント（４，５）とによって制限された３角形の内室（６）内へ圧送する形式のものに関する。付加的に冷却空気を断熱式に冷却する手段が設けられており、この断熱式に冷却する手段が蒸発させようとする水を供給可能な接触体（７）であって、該接触体（７）が冷却空気流（３）の領域に配置されている。

Description

本発明は、空気負荷される凝縮機であって、該凝縮機に、冷却空気流を生ぜしめるために凝縮エレメントの領域にて少なくとも１つの送風機が対応配置されておりかつ冷却空気流を断熱的に冷却する手段が設けられている形式のものに関する。

冷却空気をあらかじめ湿らすことで、つまりいわゆる断熱的な冷却によって、空気冷却された凝縮機の冷却力を、特に夏期運転にて著しく高めることは公知である。特に発電分野における大きな設備においては従来、前記問題の実際的でかつ確実な解決策は見い出すことはできなかった（例えば H.B.Goldschagg が" Lessons learned from the world’s largest forced draft direct air cooled condenser "，EPRI Conference,Washington D.C.,01.-03.03.1993に記述）。他面においては前記設備の運転からは、機能的でかつ出力的な予備湿し装置に対する要求が次第に課されている。

公知の断熱的な冷却の重要な欠点は、冷却エレメントと支持構造と冷却エレメントの下側にある他の設備構成部材とが濡らされることである。冷却エレメントが濡らされることは長期的には、除去できない物質の不都合な堆積をもたらすのに対し、電気的な構成部分、例えばトラフォースは短絡を回避するために湿気の到達に対し完全に保護されていなければならない。正確な水の調量も水の分配も計算することはきわめて困難である。何故ならば特に水滴の分配は風向きと湿度分布とに関連するからである。不均等な分配は必然的に局所的な濡れ、ひいては水滴形成をもたらす。つまり水は凝縮機及び支持構造体に滴下する。これは脱鉱物化された水を使用した場合ですら、不都合な腐蝕をもたらす。

これから出発して本発明の課題は空気負荷される凝縮機を改善して、凝縮エレメントが、冷却空気の断熱的な冷却のために設けられた手段により濡らされず、断熱的な冷却を行なう手段がわずかな費用で後装備され得るようにすることである。

この課題は特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決された。

本発明の核心は、断熱的に冷却するための手段が、蒸発させようとする水を供給可能である接触体であって、該接触体が冷却空気流の領域に配置されていること、つまり凝縮エレメントに冷却空気が流入する側に配置されていることである。接触体は、接触体内にもたらされた水を蒸発させることのできる大きな表面を有している。水は、ノズルで噴射した場合のようにはどの時点でも冷却空気流内にフリーに存在することはない。噴霧又は噴射の場合とは異なって過剰水は必要とされない。何故ならば接触体に吸収された水は物質移行、つまり蒸発だけで冷却空気流に引渡されるからである。これによって近くにある構成部分、例えば送風機における不都合な湿りによる腐蝕損傷の回避も保証される。

本発明によって構成された空気冷却された凝縮機の場合には、投資のほどほどの上昇で、明らかな出力増強が期待される。新しく構成された設備においては、接触体を用いた断熱的な冷却が行なわれるようになっていると規定された出力でより小さく構成することができる。これによって新しい設備の製作費用が減じられることが見込まれる。別の利点は例えば熱風の再循環に基づく出力不足を減少できるほかに、発電設備の出力がタービン蒸発圧の減少によって数１０kpa上昇させられることができる。

本発明の思想の有利な構成は従属請求項の対象である。

本発明の空気負荷された凝縮機は有利には水蒸気を凝縮させるために設けられている。特に本発明の凝縮機は発電設備のタービンからの排出蒸気流を凝縮するための凝縮機である。しかしながら根本的には空気負荷された凝縮機は他の物質を凝縮するために、例えばプロパンを凝縮するために設けられていることも考えられる。本発明の思想は水蒸気の凝縮に限定されるものではない。同様に本発明による空気負荷された凝縮機は、凝縮機の所定の構成形態に限定されるものではない。原則的には蒸発させようとする水が供給可能な接触体はＡ字形、Ｖ字形、垂直又は水平に配置された凝縮エレメントとの組合わせで使用することができる。特に有利であると見なされることはこのような接触体をＡ字形又は屋根形に配置された凝縮エレメントと関連して用いることである。

冷却空気流の領域における接触体の配置に関しては種々のヴァリエーションがある。接触体は第１実施例では凝縮エレメントの前に接続された送風機の吸込領域に配置されていることができる。つまり接触体は流れ方向で送風機の前に位置している。このような形式であらかじめ湿らされた空気は送風機を通って流れ、次いでＡ字形に配置された凝縮エレメントの間の３角形の内室へ侵入する。接触体は例えば送風機の前に固定される保護グリッドと関連して取付けられることができる。

第２の変化実施例においては接触体は送風機からの冷却空気流の流出領域に、つまり冷却空気流の方向で送風機の下流に配置されていることができる。

原則的には、断熱的な冷却手段を、冷却空気が凝縮エレメントによって圧縮されず、吸込まれるところに用いることもできる。この場合には送風機は凝縮エレメントの下流側に接続されている。これは断熱的な冷却の有効性を何ら変化させることはない。

別の変化実施例では、接触体は凝縮エレメントの直前に配置されており、凝縮エレメントの流入面の少なくとも１部を覆っている。この場合、接触体は凝縮エレメントの流入面の全体を覆うか又はその部分面を覆うこともできる。又、例えば凝縮エレメントの若干だけが接触体を備え、他の凝縮エレメントが接触体を備えていないことも考えられる。凝縮エレメントの部分的な覆いは例えば上方、中間又は下方の３分の１で行なうことができる。接触体のその都度の覆い度及び正確な位置決めは場所的な所与条件に関連して行なわれなければならない。これに関してはきまった法則はない。

特に有利であるのは流入面の覆い度が接触体の移動によって調節可能であることである。接触体が不活性である場合、つまり冷却空気流をあらかじめ湿らすことが望まれない場合には、接触体は例えば旋回させられかつある程度冷却空気流の外へ取外され、純然たる乾燥冷却のために凝縮エレメントのより大きな流入面が解放される。しかも外への旋回には、接触体によって付加的な圧力損失が発生しないという利点がある。

接触体が旋回させられる軸線は空間的な所与に関連する。例えばＡ字形に配置された凝縮エレメントの場合には旋回軸線は稜領域にて、つまりほぼ水平に延びているがしかし少なくとも凝縮エレメントの間に張設された平面に平行に延びていることができる。つまりＡ字形に配置された凝縮エレメントの場合には凝縮エレメントの傾きに相応して延びている。空間的な所与条件が許すと、接触体は並進的に移動可能に配置されていることもできる。

特に有利であると想われることは接触体が直接凝縮エレメントに、送風機に向いた側で固定されることである。接触体は例えば側面にリブを備えた凝縮エレメントの管の端面に固定されていることができる。接触体を凝縮エレメントに直接固定することは流動抵抗を無視できる程度にしか上昇させないので圧力損失は発生しない。それでも接触体は完全に冷却空気流の内部にある。接触体が流動方向で凝縮エレメントの前に配置されている場合でもそうであるように、凝縮エレメントに直接固定された接触体は部分領域にだけ設けられていることができる。例えば凝縮エレメントの１つおきの管は接触体を備えていることができる。

接触体は有利には、フリース、織布又は多孔質のプラスチックである。適宜の接触体が有する重要な特性は、水のための高い貯え容積と、水の迅速な蒸発を可能にする大きな表面とである。さらに使用される材料は冷却空気流の内部の配置に応じて、圧力損失を制限するためには十分な空気透過性を有していなければならない。自己支持性の材料は特に有利であると想われる。この場合には組合わされた多層の材料を使用することもできる。この場合、接触体の１つの層は支持作用を有し、少なくとも１つの別の層は水吸収のためと高い蒸発のために構成されている。一般的でかつ安価に入手可能な物質はgeotextilien又は所望の吸引性と良好な水蒸発性を提供するフリースである。前記材料は耐老化性が高く、機械的に十分な耐性を有している。接触体は所定の使用時間後に浄化し、次いで再び使用されることができることが有利である。したがって接触体は空気と水との影響のもとではできるだけ崩壊しないようにしたい。適宜な材料選択によって高い機械的な負荷性と共に所望される相応の吸水性が達成される。これら両方の条件はいずれも、空気冷却された凝縮機にて冷却空気流の内部で使用するための前提条件である。接触体は有利には平らな板として構成されている。もちろん、平らな板とは異なる幾何学的形状を有する単層又は多層の接触体も可能である。つまり接触体に波形の形状が与えられるか又は接触体に与えられる輪郭は空気冷却される凝縮機の流動状態に適合させられるか又はその位置決めと輪郭とが流動状態に目的とした影響を与えるように付与されることができる。つまり、接触体は位置決めと輪郭付与とに応じて冷却空気流に関して所定の案内又は変向作用を持つことができる。

本発明の凝縮機にて重要なことは接触体内へ供給しようとする水の量が、設備の漏れをもたらすであろう明らかな過剰量が生じないように選択されることである。したがって接触体内に供給しようとする水の量を制御する調量システムが設けられている。この調量システムは与えられた季候的な条件と当該設備の運転状態のもとで、接触体の領域に最大の蒸発を保証するために供給されなければならない水量を正確に目的に合わせて供給する。この場合には適当な測定装置を備えた制御回路又は調整回路であることもできる測定装置は接触体の外側の所定の測定点にて、接触体に蒸発させるために多すぎる水が供給されたことを結論付ける水が存在するか否かを検出する。

接触体の内部における水の分配を改善するためには、接触体に接触して、多数の開口を有する調量導管が延びており、該調量導管によって蒸発させようとする水が接触体内へ導入可能である。この場合には調量導管は接触体の縁部領域に延在する剛性の又はフレキシブルな導管であることができる。このような調量導管は重力を活用して水を例えば上から接触体に導入することができる。水は接触体の内部を下へ移動し、接触体の表面を濡らし、冷却空気流の内部で蒸発する。水の量は接触体を通るその行程でちょうど下端まで達しかつ部分的にすでに途中で蒸発するように調量されている。又、調量導管を接触体の、冷却空気流に向いた面又は冷却空気流とは反対の面に配置することも考えられる。これによって、板状の輪郭が与えられた接触体の内部を水が進まなければならない行程が短くなり、冷却水の均等な分配が保証され、調量も簡易化される。この場合、特に有利であることは調量導管が接触体に埋め込まれていることである。これは例えばメアンダ形状に敷設された調量導管で実現される。この調量導管は例えば、フリースとして構成された２つの接触体の間に位置決めされる。調量導管によって両方の接触体は均等に水で濡らされる。これにより、水がコントロールされずにフリースから流出するリスクは低減させられる。

さらに有利であることは蒸発させようとする水が調量導管内で予熱され、しかもこれが凝縮エレメントから調量導管への熱伝達によって行なわれることである。このためには調量導管は凝縮エレメントの端面と該端面に固定された接触体との間を延びることができる。このような形式で予熱された水は凝縮エレメントからわずかな範囲で熱を吸収しかつこれによって接触体の領域にてより迅速に蒸発する。これによって、このように空気負荷された凝縮機の出力は高められる。

以下、概略的な図に示された実施例に基づき本発明を説明する。

図１には基本形が公知技術によって公知であるＡ形構造形式の、空気負荷可能な凝縮機が示されている。このような、空気冷却された凝縮機１は図示されていない鋼フレームの上に取付けられるので、冷たい冷却空気は冷却空気流３で送風機２で下から吸込まれかつ凝縮エレメント４，５により制限された３角形の内室６へ圧送されることができる。冷却空気はリブ付き管束として構成された凝縮エレメント４，５を通って流れ、その際に加熱される。同時に凝縮エレメント４，５を流過する水蒸気が冷却されかつ凝縮される。この第１の実施例では接触体７は送風機２の吸込領域８に配置されている。冷却空気は接触体７のそばを流れる際に湿される。冷却空気は図示されていない形式で水が供給される接触体７を通して流れる。接触体７は有利にはフリースであるか又はプラスチックから成る多孔質組織である。導入された水は物質交換によって冷却空気に伝達される。したがって空気冷却された凝縮機１の冷却効率は特に夏季運転にて著しく上昇させられる。

図２の実施例においては接触体７ａは送風機２からの冷却空気流３の流出領域９にある。つまり接触体７ａは凝縮エレメント４，５の間の内室６に配置されている。

第３の実施例は図３に示されている。この場合には２つの位置Ａ，Ｂの間で旋回させられることのできる接触体７ｂが設けられている。このような形式で凝縮エレメント４，５の流入面１０の被覆度は変化させられることができる。これによって接触体７ｂを流過する場合に必然的に発生する圧力損失は変化させられることができる。特に接触体７ｂの接続が必要でないと接触体７ｂは位置Ａから位置Ｂに移動させられることができる。

図４には旋回軸Ｓを中心として旋回可能である接触体７ｃを有する実施例が示されている。これによって接触体７ｃは破線で記入された位置に移動させられることができる。図３の実施例とは異なって図４に示された実施例では場合によっては流動状態に対するより少ない影響を考慮することができる。記入された旋回軸線Ｓはこの実施例では凝縮エレメント５に対し平行に延びている。もちろん、接触体７ｃを他方の凝縮エレメント４に配置することも考えられる。この場合には旋回軸線Ｓはもちろんこの凝縮エレメント４に対し平行に延びることになる。

特に有利な実施例は図５に示されている。図５には凝縮エレメント４を内室６から見た斜視図が示されている。凝縮エレメント４は水蒸気が流過する並べて配置された一列の管１１を有している。管１１は細長いほぼ長方形の横断面を有している。この場合、管１１の互いに向き合った側面１２の間にはリブ１３が存在する。このリブ１３の周囲を冷却空気流３が流れる。図示された凝縮エレメント１４における特殊性は、リブを有していない各端面側１４に接触体７ｄが固定されていることである。このような接触体７ｄは例として記入された交差線で示されている。このような接触体７ｄは側方で、リブの付けられた中間室に突出していない。つまり、接触体７ｄは管１１の間の流れ横断面を減少しない。それでも流過する冷却空気との強い交換が行なわれる。この冷却空気は流過に際して湿らされる。

先に述べたすべての図において、接触体に水を供給するための単数又は複数の調量導管の図示は省略した。図６から８までには面状の接触体が種々異なる図で示されている。この図は主として調量導管１５の配置に関連している。図６に示された調量導管１５は、図示された接触体７ｅの表面に延在している。調量導管１５は蒸発させようとする水を接触体７ｅに導入する多数の図示されていない開口を有している。メアンダ形状の延在は接触体７ｅへの一様な水の侵入を保証する。

図７には図５の接触体７ｅが縦断面図で示されている。図面５からはこの実施例における調量導管１５が概略的に示された凝縮エレメント４に直接的に境界を接し、したがって凝縮エレメント４に発生している熱が調量導管１５に、ひいては蒸発させようとする水に伝達される。

これとは異なって、図８の実施例では調量導管１５は図示された接触体のほぼ中央に存在する。この変化実施例は蒸発させようとする水が強制されて、接触体７ｅの表面に達する前にまず図示の接触体７ｅを通過しなければならないという利点を有している。接触体７ｅの外側の表面への行程で接触体７ｅは濡らされる。又、調量導管を２つの接触体の間に埋め込むことができる。この場合には蒸発させようとする水は調量導管の両側に与えられる。

Ａ字形もしくは屋根形構造の、空気で負荷される凝縮機を水を蒸発させるための付加的な接触体と共に概略的に示した図。 別の接触体配置を有する屋根形構造形式の乾燥冷却機の別の実施例を示した図。 別の接触体配置を有する屋根形構造形式の乾燥冷却機の別の実施例を示した図。 別の接触体配置を有する屋根形構造形式の乾燥冷却機の別の実施例を示した図。 凝縮エレメントをそれに固定された接触体と共に示した斜視図。 メアンダ状に延在する調量導管を有する接触体の１実施例の平面図。 図１の接触体の縦断面図。 調量導管を有する接触体の別の実施例を示した図。

符号の説明

１ 凝縮機、 ２ 送風機、 ３ 冷却空気、 ４ 凝縮エレメント、 ５ 凝縮エレメント、 ６ 内室、 ７ 接触体、 ７ａ 接触体、 ７ｂ 接触体、 ７ｃ 接触体、 ７ｄ 接触体、 ７ｅ 接触体、 ８ 吸込領域、 ９ 流出領域、 １０ 流入面、 １１ 管、 １２ 側面、 １３ リブ、 １４ 端面、 １５ 調量導管

Claims (18)

1. 空気負荷される凝縮機であって、該凝縮機に、冷却空気流を生ぜしめるために凝縮エレメント（４，５）の領域にて少なくとも１つの送風機（２）が対応配置されておりかつ冷却空気流（３）を断熱的に冷却する手段が設けられている形式のものにおいて、断熱的に冷却する手段が蒸発させようとする水を供給可能な接触体（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ）であって、該接触体（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ）が冷却空気流（３）の領域に配置されていることを特徴とする、空気で負荷可能な凝縮機。
2. 前記凝縮エレメント（４，５）が水蒸気の凝縮のために設けられている、請求項１記載の凝縮機。
3. 前記送風機（２）が冷却空気流（３）の流動方向で前記凝縮エレメント（４，５）の上流側に接続されており、前記接触体（７）が前記送風機（２）の吸込領域（８）に配置されている、請求項１又は２記載の凝縮機。
4. 前記接触体（７ａ）が前記少なくとも１つの送風機（２）からの冷却空気流（３）の出口領域に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の凝縮機。
5. 前記少なくとも１つの送風機が前記凝縮エレメントの下流側に接続されている、請求項１又は２記載の凝縮機。
6. 前記接触体（７ｂ，７ｃ）が前記凝縮エレメント（４，５）の直前に配置されており、凝縮エレメント（４，５）の流入面（１０）の少なくとも１部を覆っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の凝縮機。
7. 前記流入面（１０）を覆う程度が前記接触体（７ｂ，７ｃ）の移動によって調節可能である、請求項６記載の凝縮機。
8. 前記接触体（７ｂ，７ｃ）が旋回可能である、請求項４又は５記載の凝縮機。
9. 前記接触体（７ｄ）が前記凝縮エレメント（４，５）に流入する冷却空気流（３）に向いた側に固定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の凝縮機。
10. 前記接触体（７ｄ）が、凝縮エレメント（４，５）の、側面（１２）にリブ（１３）を備えた管（１１）の端面（１４）に固定されている、請求項９記載の凝縮機。
11. 接触体がフリースである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の凝縮機。
12. 接触体が多孔質のプラスチックである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の凝縮機。
13. 接触体内へもたらそうとする水の量を制御する調量システムが設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の凝縮機。
14. 調量システムから接触体内へもたらされる水の量が、蒸発させようとする水の量よりも大きくない、請求項１３記載の凝縮機。
15. 接触体（７ｅ）に近隣して、多数の開口を有する調量導管（１５）が延在しており、前記開口を通して蒸発させようとする水が接触体（７ｅ）内へ導入可能である、請求項１３又は１４記載の凝縮機。
16. 接触体（７ｅ）に調量導管（１５）が埋め込まれており、該調量導管（１５）が多数の開口を有しており、該開口を通して蒸発させようとする水が接触体（７ｅ）内へ導入可能である、請求項１３又は１４記載の凝縮機。
17. 調量導管（１５）における蒸発させようとする水が凝縮エレメント（４）から調量導管（１５）への熱伝達によって予熱される、請求項１５又は１６記載の凝縮機。
18. 調量導管（１５）が凝縮エレメントの端面（１４）と該端面（１４）に固定された接触体（７ｅ）との間を延びている、請求項１７記載の凝縮機。

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