JP2010071485A - 復水器 - Google Patents

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Abstract

【課題】凝縮性能の向上を図ることができる復水器を提供する。
【解決手段】蒸気が導入される筐体内に配置され、蒸気と熱交換する冷却水が内部を流れる複数の冷却管と、上下方向に延びるとともに、周囲を複数の冷却管に囲まれる内部流路と、複数の冷却管が延びる方向に間隔をあけて配置され、複数の冷却管を支持する複数の管支持板5と、複数の管支持板5の間にわたって配置されるとともに、一の管支持板5から他の管支持板5に向かって下方へ傾斜する水受け部37と、が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図5

Description

本発明は、復水器に関する。
一般に、蒸気タービンを駆動した後に、蒸気タービンから排出された蒸気に含まれる水分は復水器において凝縮され、復水として回収されている。
上述の復水器の内部には冷却水が流れる冷却管群が配置されており、復水器の内部に導かれた蒸気を、冷却管群の内部を流れる冷却水により冷却して凝縮している(例えば、特許文献1参照。)。
上述のように蒸気を凝縮して得られた復水は復水器の下部から回収される一方で、凝縮後の蒸気の残存分や、空気などの非凝縮性気体は、空気抽出部から復水器外部に配置された真空ポンプへ導かれる。
具体的には、蒸気タービンから排気された蒸気は、復水器の冷却管群の間に流れ込み、冷却水との熱交換により冷却され、冷却管の表面で凝縮される。
そして、残存蒸気と空気等の非凝縮性気体は、冷却管群の内部に形成された内部蒸気通路を流れ、空気冷却部を通過した後に、空気抽出部へと流れ込む。このようにすることで、冷却管群の内部において蒸気がスムーズに流れる。
特許第3907894号公報
上述のように、冷却管の表面で凝縮した復水は内部蒸気通路の内部を落下する。すると、落下した復水が、内部蒸気通路の下方に配置された冷却管群に付着し、当該冷却管群における蒸気の冷却を妨げる、言い換えると、復水器における蒸気の凝縮性能の向上を妨げるという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、凝縮性能の向上を図ることができる復水器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、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の復水器は、蒸気が導入される筐体内に配置され、該蒸気と熱交換する冷却水が内部を流れる複数の冷却管と、上下方向に延びるとともに、周囲を前記複数の冷却管に囲まれる内部流路と、前記複数の冷却管が延びる方向に間隔をあけて配置され、前記複数の冷却管を支持する複数の管支持板と、前記複数の管支持板の間にわたって配置されるとともに、一の管支持板から他の管支持板に向かって下方へ傾斜する水受け部と、が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、冷却管から落下する水を水受け部により受け止め、管支持板をつたって下方に流れ落とすことにより、下方に配置された冷却管における熱交換性能の低下を抑制することができる。
具体的には、筐体内に導入された蒸気は、冷却管の表面で冷却水と熱交換して冷却され、凝縮して水となる。凝縮した水は冷却管の表面から下方に落下して、水受け部に受け止められる。受け止められた水は、水受け部の傾斜にしたがって他の管支持板に向かって流れ、他の管支持板の表面をつたって下方に流れ落ちる。
そのため、下方に配置された冷却管に、上方に配置された冷却管によって凝縮された水が付着することが防止される。つまり、下方に配置された冷却管に、付着した水による皮膜が形成されることが防止され、当該皮膜による熱交換性の悪化が防止される。
上記発明においては、前記水受け部は、前記内部流路の内部に設けられていることが望ましい。
本発明によれば、内部流路の上方に配置された冷却管の表面から内部流路に落下した水は、水受け部に受け止められる。そのため、内部流路の下方に配置された冷却管における熱交換性能の低下が防止される。
上記発明においては、前記水受け部は、前記管支持板と略平行な断面視において略V字状に折り曲げられた板状部材であることが望ましい。
本発明によれば、水受け部により受け止められた水は、略V字状の断面の最も低い所に集まり、他の管支持板に向かって流れる。そのため、水受け部により受け止められた水を、確実に他の管支持板に導くことができる。
上記発明においては、前記水受け部の板状部材には、上下方向に貫通した貫通孔と、該貫通孔の周囲から上方に突出した突出部と、が設けられていることが望ましい。
本発明によれば、水受け部が配置された領域を上方から下方へ、または、下方から上方へ流れる蒸気などの流体は、貫通孔を通過して流れる。そのため、貫通孔が設けられていない場合と比較して、蒸気などの流体が流れやすい。
その一方で、水受け部に受け止められた水は、水受け部の板状部材の上を流れる際に、突出部により貫通孔を迂回して流れる。
そのため、筐体の内部における蒸気流れの阻害を抑制するとともに、水受け部の下方に配置された冷却管における熱交換性能の低下を防止できる。
上記発明においては、前記水受け部は、前記管支持板と略平行な断面視において、上下方向に延びるとともに波状に折り曲げられた複数の波板部が左右方向に並んで配置され、該波板部の頂部の近傍に、前記波板部から離れる方向、かつ、上方に向かって延びる分岐部と、を有することが望ましい。
本発明によれば、水受け部が配置された領域を上方から下方へ、または、下方から上方へ流れる蒸気などの流体は、波板部の間を通過して流れる。
その一方で、水受け部の上方に配置された冷却管の表面から落下した水は、波板部に受け止められ、その表面をつたって波板部と分岐部との間に流入する。
あるいは、直接、波板部と分岐部との間に受け止められる。そして、波板部と分岐部との間の水は、他の管支持板に向かって流れ、他の管支持板をつたって下方に流れ落ちる。
本発明の復水器によれば、冷却管から落下する水を水受け部により受け止め、管支持板をつたって下方に流れ落とすことにより、下方に配置された冷却管における熱交換性能の低下を抑制し、復水器における凝縮性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態について図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態の復水器の構成を説明する模式図である。図2は、図1の復水器の構成を説明するA−A断面視図である。
復水器1は、蒸気タービンの駆動に用いられた蒸気を凝縮して水に戻し、復水として再び蒸気を生成するボイラなどに供給するものである。本実施形態では、火力発電プラントや、原子力発電プラントなどに用いられ復水器1に適用して説明する。
復水器1には、図1および図2に示すように、復水器1の外形を構成する胴(筐体)2と、蒸気を冷却する冷却管3の集合である冷却管群3Gと、が設けられている。
胴2には、図1および図2に示すように、冷却管群3Gとともに冷却水が循環する経路を形成する水室21と、蒸気から凝縮した水である復水が一時的に溜まるホットウェル22と、が設けられている。
さらに、胴2の上部には、蒸気タービンのタービン部4が配置され、タービン部4の下方には冷却管群3Gが配置されている。
タービン部4は、蒸気タービンにおける複数のタービン部のうち、最後に蒸気が流入するタービン部であり、例えば、低圧タービンを挙げることができる。
水室21は、冷却管群3Gと連通され、冷却管群3Gに冷却水を供給、または、冷却管群3Gから冷却水が流入するものである。冷却水としては、蒸気よりも温度の低い水、例えば海水などを例示することができ、特に限定するものではない。
ホットウェル22は、冷却管群3Gの下方に配置され、蒸気から凝縮した復水が一時的に溜まるものである。ホットウェル22の復水は復水ポンプ23によりボイラなどの蒸気を発生させる蒸気発生部に給水される。
冷却管群3Gは、図1および図2に示すように、胴2の内部に複数配置されている。それぞれの冷却管群3Gは、タービン部4とホットウェル22との間に、胴2の長手方向、言い換えると、タービン部4の回転軸線が延びる方向に沿って延びるように配置され、かつ、左右方向(図2の左右方向)に並んで配置されている。
なお、冷却管群3Gは、タービン部4の回転軸線に直角方向に延びる様に配置してもよい。冷却管群3Gの配置方法として、上述の冷却管群3Gが回転軸線に対して直角方向に延びる配置、又は、回転軸線に対して平行方向に延びる配置を適宜選ぶことにより、タービン建屋における配置上の制約を克服することができる。
さらに、冷却管群3Gには、図1に示すように、冷却管3を支持する複数の管支持板5が設けられている。管支持板5は、冷却管3の延びる方向に間隔をあけて配置され、冷却管群3Gが後述の形状を保つように支持している。
図3は、図2の冷却管群の構成を説明する断面視図である。図3におけるハッチングが施されている領域は、冷却管3が配置されている領域を示している。
冷却管群3Gは、図3に示すように、左右方向の長さに対して上下方向の長さが長い形状とされている。さらに、冷却管群3Gは上方に向かうにしたがい、左右方向の長さが短くなる先細りの形状ともされている。
本実施形態では、冷却管群3Gの左右方向の長さを1とした場合に、上下方向の長さが3から4となる冷却管群3Gの形状に適用して説明する。
冷却管群3Gにおける冷却管3が配置されている領域は、図3に示すように、上方から順に上部熱交換部31と、空気冷却部32と、下部熱交換部33と、に分割されている。上部熱交換部31と空気冷却部32との間には、上部トレイ34が配置され、空気冷却部32と下部熱交換部33との間には下部トレイ35が配置されている。
さらに冷却管群3Gの内部には、図3に示すように、周囲が冷却管3に囲まれた内部蒸気通路(内部流路)36と、水受けトレイ(水受け部)37と、空気抽出部38と、が設けられている。
上部熱交換部31および下部熱交換部33は、蒸気を冷却することにより、蒸気を凝縮して水(復水)とするものである。
上部熱交換部31は冷却管群3Gの上方に配置され、蒸気は上部熱交換部31の外側から内部蒸気通路36に向かって、かつ、上方から下方に向かって流れている。下部熱交換部33は冷却管群3Gの下方に配置され、蒸気は下部熱交換部33の外側から内部蒸気通路36に向かって、かつ、下方から上方に向かって流れている。
空気冷却部32は、上部熱交換部31および下部熱交換部33を通過した蒸気や、空気などの非凝縮性気体を冷却するものである。
空気冷却部32は、上部熱交換部31および下部熱交換部33の間であって、内部蒸気通路36と空気抽出部38との間に配置されたものである。内部蒸気通路36を流れてきた未凝縮の蒸気や、非凝縮性の気体は、空気冷却部32を通過して空気抽出部38に流入する。
上部トレイ34は、冷却管3の延びる方向(図3の紙面に対して垂直方向)に延びる板状の部材であり、上部熱交換部31と空気冷却部32とを分けるものである。
下部トレイ35は、上部トレイ34と同様に、冷却管3の延びる方向(図3の紙面に対して垂直方向)に延びる板状の部材であり、空気冷却部32と下部熱交換部33とを分けるものである。
内部蒸気通路36は、周囲を冷却管3に囲まれ、上下方向に延びるとともに、冷却管3が延びる方向(図3の紙面に対して垂直な方向)に延びる流路である。内部蒸気通路36は、上部熱交換部31および下部熱交換部33を通過した未凝縮の蒸気や、非凝縮性気体が流入する流路であり、かつ、これら未凝縮の蒸気等を空気冷却部32に導く流路でもある。
図4は、図3の水受けトレイの形状を説明する模式図である。図5は、図3の水受けトレイの配置を説明する模式図である。
水受けトレイ37は、図3から図5に示すように、内部蒸気通路36における上部熱交換部31に囲まれた領域に配置されたものである。
水受けトレイ37は断面が略V字状に形成された板部材であり、V字の開口が上方に向くように配置されたものである。さらに、水受けトレイ37は、隣り合う管支持板5の間を繋いで配置され、一の管支持板5から他の管支持板5に向かって、水受けトレイ37が下方に傾斜して配置されている。
図5に示すように、水受けトレイ37における下方に配置された端部(図5の右側の端部)には、水受けトレイ37の上を流れた復水を、管支持板5をつたって下方に流出させる排出部37Aが設けられている。
空気抽出部38は、図3に示すように、空気冷却部32を通過した未凝縮の蒸気や、空気などの非凝縮性気体を外部に導く流路である。
空気抽出部38は冷却管3に沿って延びる流路であり、上部熱交換部31と下部熱交換部33との間であって、空気冷却部32の外側に配置されている。
次に、上記の構成からなる復水器1における作用について説明する。
図1および図2に示すように、蒸気タービンのタービン部4の駆動に用いられた蒸気は、胴2の内部を、タービン部4から冷却管群3Gに向かって流れる。
蒸気は、図3に示すように、冷却管群3Gにおける上部熱交換部31および下部熱交換部33に流入し、冷却管3の内部を流れる冷却水により冷却される。冷却された蒸気は、冷却管3の表面において凝縮して水となる。
上部熱交換部31における冷却管3の表面で凝縮した水は、重力により下方に落下する。特に、内部蒸気通路36の上方で凝縮した水は、内部蒸気通路36内を下方に落下する。
内部蒸気通路36内を落下した水は、水受けトレイ37に受け止められ、図5に示すように、水受けトレイ37の上を管支持板5に向かって流れる。水受けトレイ37の上を流れた水は、排出部37Aにおいて水受けトレイ37から下方に流れ落ちるとともに、管支持板5をつたって下方に流れ落ち、ホットウェル22まで落下する。
下部熱交換部33における冷却管3の表面で凝縮した水も、同様に重力により下方に落下して、ホットウェル22まで落下する。
ホットウェル22に落下した水は、図2に示すように、復水ポンプ23によりボイラなどに送水される。
その一方、上部熱交換部31および下部熱交換部33と通過した未凝縮の蒸気や、空気などの非凝縮性気体は、図3に示すように、内部蒸気通路36に流入する。
上部熱交換部31から内部蒸気通路36に流入した未凝縮の蒸気等は、内部蒸気通路36の内部と下方に向かって流れ、空気冷却部32に流入する。下部熱交換部33から内部蒸気通路36に流入した未凝縮の蒸気等は、内部蒸気通路36の内部を上方に向かって流れ、空気冷却部32に流入する。
空気冷却部32に流入した未凝縮の蒸気等は、空気冷却部32の冷却管3を流れる冷却水によりさらに冷やされる。未凝縮の蒸気の一部は凝縮されて水となり、ホットウェル22に落下する。
空気冷却部32においても凝縮されなかった蒸気や、非凝縮性気体は、空気冷却部32から空気抽出部38に流入し、胴2から外部に排気される。
上記の構成によれば、冷却管3から落下する水を水受けトレイ37により受け止め、管支持板5をつたって下方に流れ落とすことにより、下方に配置された冷却管3における熱交換性能の低下を抑制することができる。つまり、復水器1における凝縮性能の向上を図ることができる。
具体的には、胴2内に導入された蒸気は、冷却管3の表面で冷却水と熱交換して冷却され、凝縮して水となる。凝縮した水は冷却管3の表面から下方に落下して、水受けトレイ37に受け止められる。受け止められた水は、水受けトレイ37の傾斜にしたがって管支持板5に向かって流れ、管支持板5の表面をつたって下方に流れ落ちる。
そのため、下方に配置された冷却管3に、上方に配置された冷却管3によって凝縮された水が付着することが防止される。つまり、下方に配置された冷却管3に、付着した水による皮膜が形成されることが防止され、当該皮膜による熱交換性の悪化が防止される。
水受けトレイ37の断面を略V字状に形成することで、水受けトレイ37により受け止められた水は、略V字状の断面の最も低い所に集まり、管支持板5に向かって流れる。そのため、水受けトレイ37により受け止められた水を、確実に管支持板5に導くことができる。
図6は、図4の水受けトレイの他の実施例を説明する部分断面図である。
なお、上述の実施形態のように、水受けトレイ37を略V字状に折り曲げた板状の部材から形成してもよいし、図6に示すように、略V字状に折り曲げた板状の部材に複数の貫通孔37Bおよび貫通孔37Bの周囲を上方に突出させた突出部37Cを設けてもよく、特に限定するものではない。
このようにすることで、水受けトレイ37が配置された領域を上方から下方へ流れる未凝縮の蒸気などの流体は、貫通孔37Bを通過して流れる。そのため、貫通孔37Bが設けられていない場合と比較して、蒸気などの流体が内部蒸気通路36を流れ易くできる。
その一方で、水受けトレイ37に受け止められた水は、水受けトレイ37の板状部材の上を流れる際に、突出部37Cにより貫通孔37Bを迂回して流れる。
そのため、胴2の内部における蒸気流れの阻害を抑制するとともに、水受けトレイ37の下方に配置された冷却管3における熱交換性能の低下を防止できる。
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図7から図9を参照して説明する。
本実施形態の復水器の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、水受けトレイの構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図7から図9を用いて水受けトレイの周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図7は、本実施形態に係る復水器の冷却管群の構成を説明する模式図である。図7におけるハッチングが施されている領域は、冷却管3が配置されている領域を示している。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
復水器101の冷却管群103Gは、図7に示すように、上方から順に上部熱交換部31と、空気冷却部32と、下部熱交換部33と、に分割されている。上部熱交換部31と空気冷却部32との間には、上部トレイ34が配置され、空気冷却部32と下部熱交換部33との間には下部トレイ35が配置されている。
さらに冷却管群103Gの内部には、図7に示すように、周囲が冷却管3に囲まれた内部蒸気通路36と、水受けトレイ(水受け部)137と、空気抽出部38と、が設けられている。
図8は、図7の水受けトレイの配置を説明する模式図である。図9は、図7の水受けトレイの構成を説明する模式図である。
水受けトレイ137は、図8に示すように、内部蒸気通路36における上部熱交換部31に囲まれた領域に配置されたものである。
水受けトレイ137には、図8および図9に示すように、シェブロンベーン138と、枠部139と、排出部37Aとが設けられている。
シェブロンベーン138は、図9に示すように、管支持板と略平行な断面視において、上下方向(図9の上下方向)に延びるとともに波状に折り曲げられ、左右方向(図9の左右方向)に並んで配置された複数の波板部138Aと、波板部138Aの近傍に、波板部138Aから離れる方向、かつ、上方に向かって延びる分岐部138Bとを有するものである。
シェブロンベーン138は、図8に示すように、隣り合う管支持板5の間を繋ぐように配置され、一の管支持板5から他の管支持板5に向かって、シェブロンベーン138が下方に傾斜して配置されている。
枠部139は、図8および図9に示すように、管支持板5とシェブロンベーン138との間に配置され、管支持板5に取り付けられるとともに、シェブロンベーン138を管支持板5に固定する部材である。
排出部37Aは、シェブロンベーン138における下方に配置された端部側(図8の右側の端部側)の枠部139に配置され、シェブロンベーン138から流れてきた復水を、管支持板5をつたって下方に流出させる部材である。
次に、上記の構成からなる復水器101における作用について説明する。
蒸気は、図7に示すように、冷却管群103Gにおける上部熱交換部31および下部熱交換部33に流入し、冷却管3の内部を流れる冷却水により冷却される。冷却された蒸気は、冷却管3の表面において凝縮して水となる。
内部蒸気通路36の上方で凝縮した水は、内部蒸気通路36内を下方に落下する。
内部蒸気通路36内を落下した水は、図8および図9に示すように、水受けトレイ137の波板部138Aに受け止められる。波板部138Aに受け止められた水は、波板部138Aをつたって下方に流れ落ち、波板部138Aと分岐部138Bとの間の空間に流入し、当該空間を管支持板5に向かって流れる。管支持板5に向かって流れた水は、排出部37Aにおいて水受けトレイ37から下方に流れ落ちるとともに、管支持板5をつたって下方に流れ落ち、ホットウェル22まで落下する。
下部熱交換部33における冷却管3の表面で凝縮した水も、同様に重力により下方に落下して、ホットウェル22まで落下する。
ホットウェル22に落下した水は、図2に示すように、復水ポンプ23によりボイラなどに送水される。
その一方、上部熱交換部31および下部熱交換部33と通過した未凝縮の蒸気や、空気などの非凝縮性気体は、図7に示すように、内部蒸気通路36に流入する。
上部熱交換部31から内部蒸気通路36に流入した未凝縮の蒸気等は、内部蒸気通路36の内部と下方に向かって流れ、水受けトレイ137を通過して空気冷却部32に流入する。下部熱交換部33から内部蒸気通路36に流入した未凝縮の蒸気等は、内部蒸気通路36の内部を上方に向かって流れ、空気冷却部32に流入する。
ここで、未凝縮の蒸気等は、図9に示すように、上下方向に延びる波板部138Aの間を通って水受けトレイ137を通過する。
空気冷却部32に流入した未凝縮の蒸気等は、空気冷却部32の冷却管3を流れる冷却水によりさらに冷やされる。未凝縮の蒸気の一部は凝縮されて水となり、ホットウェル22に落下する。
空気冷却部32においても凝縮されなかった蒸気や、非凝縮性気体は、空気冷却部32から空気抽出部38に流入し、胴2から外部に排気される。
上記の構成によれば、水受けトレイ137が配置された領域を上方から下方へ流れる蒸気などの流体は、波板部138Aの間を通過して流れる。
その一方で、水受けトレイ137の上方に配置された冷却管3の表面から落下した水は、波板部138Aに受け止められ、その表面をつたって波板部138Aと分岐部138Bとの間に流入する。
あるいは、直接、波板部138Aと分岐部138Bとの間に受け止められる。そして、波板部138Aと分岐部138Bとの間の水は、他の管支持板5に向かって流れ、他の管支持板5をつたって下方に流れ落ちる。
なお、上述のように枠部139を用いてシェブロンベーン138を管支持板5に固定しても良いし、シェブロンベーン138を、直接、管支持板5に溶接などの方法を用いて固定してもよく、特に限定するものではない。
本発明の第1の実施形態に係る復水器の構成を説明する模式図である。 図1の復水器の構成を説明するA−A断面視図である。 図2の冷却管群の構成を説明する断面視図である。 図3の水受けトレイの形状を説明する模式図である。 図3の水受けトレイの配置を説明する模式図である。 図4の水受けトレイの他の実施例を説明する部分断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る復水器の冷却管群の構成を説明する模式図である。 図7の水受けトレイの配置を説明する模式図である。 図7の水受けトレイの構成を説明する模式図である。
符号の説明
1,101 復水器
2 胴(筐体)
3 冷却管
5 管支持板
36 内部蒸気通路(内部流路)
37,137 水受けトレイ(水受け部)

Claims (5)

  1. 蒸気が導入される筐体内に配置され、該蒸気と熱交換する冷却水が内部を流れる複数の冷却管と、
    上下方向に延びるとともに、周囲を前記複数の冷却管に囲まれる内部流路と、
    前記複数の冷却管が延びる方向に間隔をあけて配置され、前記複数の冷却管を支持する複数の管支持板と、
    前記複数の管支持板の間にわたって配置されるとともに、一の管支持板から他の管支持板に向かって下方へ傾斜する水受け部と、
    が設けられていることを特徴とする復水器。
  2. 前記水受け部は、前記内部流路の内部に設けられていることを特徴とする請求項1記載の復水器。
  3. 前記水受け部は、前記管支持板と略平行な断面視において略V字状に折り曲げられた板状部材であることを特徴とする請求項1または2に記載の復水器。
  4. 前記水受け部の板状部材には、上下方向に貫通した貫通孔と、該貫通孔の周囲から上方に突出した突出部と、が設けられていることを特徴とする請求項3記載の復水器。
  5. 前記水受け部は、前記管支持板と略平行な断面視において、上下方向に延びるとともに波状に折り曲げられた複数の波板部が左右方向に並んで配置され、
    該波板部の頂部の近傍に、前記波板部から離れる方向、かつ、上方に向かって延びる分岐部と、
    を有することを特徴とする請求項1または2に記載の復水器。
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