JP2011007394A - 多段圧復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】再熱の構造を簡素化しつつ、低圧側の復水器の復水と高圧側の復水器から送られてくる蒸気とを効果的に混合させることが可能な多段圧復水器を提供すること。
【解決手段】器内圧力が低い順に低圧復水器１、中圧復水器２、高圧復水器３が配置されている多段圧復水器において、低圧復水器１および中圧復水器２は、それぞれ、流入する冷却水によりタービン排気を凝縮して得られる復水を流下させる多孔群５Ｐが復水器中心部よりも冷却水流入側に寄せて設けられている多孔板５と、多孔群５Ｐから流下する復水の再熱を行うための再熱室を冷却水の流入方向に対して垂直方向に仕切る復水仕切板６とを備え、多孔板５および復水仕切板６とにより仕切られる再熱室７へ高圧復水器３内の加熱蒸気を供給する加熱蒸気流路８が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気を冷却水で凝縮させて復水にする多段圧復水器に関する。

原子力発電プラントや火力発電プラントなどに適用される復水器は、蒸気タービンで膨張仕事を終えたタービン排気を冷却水で凝縮させて復水にするものである。復水は、給水加熱器を経て蒸気発生器に送られて使用される。復水器の器内は、タービン排気を復水に凝縮させる際にタービン排気の持つ熱エネルギーをより多く回収できるよう、真空に維持されている。このように器内を真空に維持し、タービン排気を復水に凝縮させる復水器は、通常、頭部側に蒸気タービンを載設する形式を採っている。

復水器の真空度が高いほど蒸気タービンの出力が増し、プラント効率が高くなる一方で、復水器で凝縮した復水を給水加熱器に送る際、復水の温度が高いほどプラント効率が改善される。これに有効な方式として、従来から器内圧力が異なる複数の復水器からなる多段圧復水器（「複圧式復水器」ともいう。）が用いられている。多段圧復水器でプラント効率が改善される理由は以下の通りである。

１）複圧式とすることでタービン排気圧力の平均値が全ての復水器の圧力を同じとした単圧式に比べて低くなり、タービン熱落差が増加する。

２）復水器内で凝縮した低圧復水器および中圧復水器の復水を飽和温度の高い高圧復水器内に流すことにより再熱を行うので、温度の高い復水を給水加熱器に送ることができ、タービン抽気量が減少するので出力は増加する。

３）各復水器の飽和温度と冷却水出口温度との差、即ち、終端温度差を大きくすることができるので、復水器冷却面積を小さくすることができる。

また、低圧復水器の復水を高圧復水器の蒸気で加熱する方法が、例えば特許文献１や特許文献２により提案されている。

特許第３７０６５７１号公報 特開平１１−１７３７６８号公報

特許文献１は、圧力隔壁によって仕切られた低圧復水器の再熱室内にトレイを設け、高圧復水器からの蒸気を用いて、多孔板からなる圧力隔壁から滴下する復水を加熱するとともに、トレイからオーバーフローした復水によって再熱室内の復水に循環流を生じさせ、復水表面で表面乱流熱伝達を起こすようにしたものである。

しかしながら、特許文献１では、多孔板の下にトレイを設けているため、内部の構造が複雑となり、製造時間が増加する。また、低圧復水器の復水に循環流形成促進手段が使用されているものの、高圧復水器から供給される蒸気と低圧復水器の復水とを効果的に接触させる手法については記載がなく、蒸気と復水とが十分に混合されないことが考えられる。

特許文献２は、低圧復水器のホットウェル底に多孔板を設け、多孔板の小孔から流下する液体が円錐形障害物の頂点の中心に一致するように、その頂点を上側に向けて配置されており、円錐形障害物に復水が接触することで液膜状になるという特徴を有するものである。

しかしながら、特許文献２では、多孔板以下に障害物を設けているため、構造が複雑となり、溶接等の作業が増え、製造時間が増大する。

多段圧復水器の復水の再熱については多くの提案がなされているものの、再熱の構造が複雑であり、また、低圧側の復水器の復水と高圧側の復水器から送られてくる蒸気とを効果的に混合させているとは言えない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、再熱の構造を簡素化しつつ、低圧側の復水器の復水と高圧側の復水器から送られてくる蒸気とを効果的に混合させることが可能な多段圧復水器を提供することを目的とする。

本発明の一態様による多段圧復水器は、器内圧力が低い順に第１の復水器、第２の復水器、第３の復水器が配置されている多段圧復水器において、前記第１の復水器および前記第２の復水器は、それぞれ、流入する冷却水によりタービン排気を凝縮して得られる復水を流下させる多孔群が復水器中心部よりも冷却水流入側に寄せて設けられている第１の仕切板と、前記多孔群から流下する復水の再熱を行うための再熱室を冷却水の流入方向に対して垂直方向に仕切る第２の仕切板とを備え、前記第１の仕切板および前記第２の仕切板により仕切られる再熱室へ前記第３の復水器内の加熱蒸気を供給する加熱蒸気流路が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、再熱の構造を簡素化しつつ、低圧側の復水器の復水と高圧側の復水器から送られてくる蒸気とを効果的に混合させることが可能な多段圧復水器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す正面図。 上記多段圧復水器の構成を示す上面図。 本発明の第２の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図。 オリフィスを有するベント管の構成を示す上面図および正面図。 オリフィスを有するベント管が多孔板に設置された状態を示す構成図。 オリフィスを有するベント管の変形例を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図。 本発明の第４の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図。 図８の多段圧復水器の変形例を示す上面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す正面図である。また、図２は、上記多段圧復水器の構成を示す上面図である。なお、各図においては、本発明をより理解し易いものとするため、外側からは本来見えない主要な部分についても図示している。

本実施形態の多段圧復水器は、器内圧力が低い順に低圧復水器１、中圧復水器２、高圧復水器３が配置されたものとなっている。低圧復水器１、中圧復水器２、および高圧復水器３は、図示しない低圧蒸気タービン、中圧蒸気タービン、および高圧蒸気タービンで膨張仕事を終えたタービン排気をそれぞれ冷却水で凝縮させて復水にする。

これら低圧復水器１、中圧復水器２、および高圧復水器３には、それぞれ、冷却水が流れる冷却管群４が設けられている。冷却水は、多段圧復水器の外部から最初に低圧復水器１の冷却管群４に流入し、流出した後、Ｕ字型の配管を経て、次に中圧復水器２の冷却管群４に流入し、流出した後、Ｕ字型の配管を経て、最後に高圧復水器３の冷却管群４に流入し、流出する。

低圧復水器１および中圧復水器２には、それぞれ、圧力隔壁としての多孔板（第１の仕切板）５、復水仕切板（第２の仕切板）６、および再熱室７が設けられている。なお、高圧復水器３には、上述の要素５〜７が設けられておらず、簡素な構造が実現されている。

また、低圧復水器１と中圧復水器２との間、および、中圧復水器２と高圧復水器３との間には、加熱蒸気流路８が設けられている。具体的には、加熱蒸気流路８は、高圧復水器３から中圧復水器２を貫通して低圧復水器１に至る流路と、高圧復水器３から中圧復水器２に至る流路とを有している。この構造により、加熱蒸気流路８は、高圧復水器３内の加熱蒸気を、中圧復水器２の再熱室７および低圧復水器１の再熱室７へそれぞれ最短距離で効果的に供給することができる。

また、加熱蒸気流路８は、高圧復水器３と中圧復水器２との間、および中圧復水器２と低圧復水器１との間に、それぞれ、勾配を有する。このような勾配を設けることにより、流路の途中で加熱蒸気の一部が凝縮したとしても留まらずに供給先へ流れるようになっている。

低圧復水器１および中圧復水器２にそれぞれ設けられている多孔板５は、従来のものとは異なり、流入する冷却水によりタービン排気を凝縮して得られる復水を流下させる多孔群５Ｐが復水器中心部よりも冷却水流入側に寄せて設けられている板である。すなわち、多孔板５上の全領域のうち、復水仕切板６の位置から冷却水流出側には多孔群は全く穿孔されおらず、一方、復水仕切板６の位置から冷却水流入側には、領域５Ａに多孔群５Ｐが均等間隔で穿孔されている。このように限られた領域５Ａに多孔群５Ｐを穿孔することにより、高圧復水器３から供給される加熱蒸気が多孔群５Ｐから流下する復水全体に直接かつ十分に接触するようになっている。

復水仕切板６は、多孔群５Ｐから流下する復水の再熱を行うための再熱室を冷却水の流入方向に対して垂直方向に仕切る板である。すなわち、多孔板５および復水仕切板６により、従来よりも狭まった再熱室７が形成されている。このように多孔板５および復水仕切板６により仕切られた再熱室７を形成することにより、高圧復水器３から供給される加熱蒸気と多孔群５Ｐから流下する復水とが万遍なく混合されるようになっている。また、中圧復水器２内の再熱室７と、中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８とは、別々の空間にあるため、多孔群５Ｐから流下する復水が中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８に接触することがなく、加熱蒸気流路８内を流れる加熱蒸気を冷やしてしまうことがないようになっている。

また、多孔群５Ｐが占める領域５Ａ内の中心位置には、多孔板５の上下の圧力差により加熱蒸気を下方から上方へ通すためのベント穴５Ｑが穿孔されている。このとき、ベント穴５Ｑの上方に復水よけのための傘を設けるようにしてもよい。このように領域５Ａ内にベント穴５Ｑを設けることにより、高圧復水器３から供給される加熱蒸気がベント穴５Ｑに導かれる過程で、多孔板５から流下する復水全体に加熱蒸気が十分に接触して混合が促進するようになっている。

このような構成の多段圧復水器において、冷却水が低圧復水器１、中圧復水器２、および高圧復水器３の各冷却管群４を順次流れると、各復水器内では蒸気タービン排気が冷却され、凝縮した復水が流下する。低圧復水器１および中圧復水器２においては、多孔板５の領域５Ａに穿孔されている多孔群５Ｐから復水が再熱室７に流下する。一方で、高圧復水器３からは、加熱蒸気が加熱蒸気流路８を通じて低圧復水器１および中圧復水器２の再熱室７に流入する。再熱室７に流入した加熱蒸気は、加熱蒸気がベント穴５Ｑに導かれる過程で、多孔板５から流下する復水全体に加熱蒸気が十分に接触し、混合が促進する。このようにして低圧復水器１および中圧復水器２にて効果的に再熱処理が行われた復水は、それぞれの液相部に溜められた後、高圧復水器３の液相部へ送られ、温度が高い状態で図示しない給水加熱器へと送られる。

この第１の実施形態によれば、内部構造の簡素化を実現しつつ、低圧復水器１および中圧復水器２において流下する復水と高圧復水器３から供給される加熱蒸気とを効率良く混合させることができ、低圧復水器１および中圧復水器２における復水の温度を高めることができるので、高い温度の復水を給水加熱器に送ることができ、給水加熱器で復水の加熱に使用していたタービン抽気量を減少させることができ、発電機出力を増加させることができる。

また、第１の実施形態によれば、加熱蒸気流路８は、高圧復水器３から中圧復水器２を貫通して低圧復水器１に至る流路を有しているので、高圧復水器３内の加熱蒸気を低圧復水器１の再熱室７へ最短距離で効果的に供給することができる。

また、第１の実施形態によれば、加熱蒸気流路８は、高圧復水器３と中圧復水器２との間、および中圧復水器２と低圧復水器１との間に、それぞれ、勾配を有しているので、流路の途中で加熱蒸気の一部が凝縮したとしても留まらずに供給先へ流れるようにすることができる。

また、第１の実施形態によれば、多孔板５は、限られた領域５Ａに多孔群５Ｐを穿孔したものであるため、高圧復水器３から供給される加熱蒸気が多孔群５Ｐから流下する復水全体に直接かつ十分に接触させることができる。

また、第１の実施形態によれば、多孔板５および復水仕切板６により、従来よりも狭まった再熱室７が形成されているため、高圧復水器３から供給される加熱蒸気と多孔群５Ｐから流下する復水とを万遍なく混合させることができる。

また、第１の実施形態によれば、中圧復水器２内の再熱室７と、中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８とは、別々の空間にあるため、多孔群５Ｐから流下する復水が中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８に接触することがなく、加熱蒸気流路８内を流れる加熱蒸気を冷やしてしまうことを防止することができる。

また、第１の実施形態によれば、高圧復水器３から供給される加熱蒸気がベント穴５Ｑに導かれる過程で、多孔板５から流下する復水全体に十分に接触させて混合を促進させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図３〜図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

なお、この第２の実施形態においては、図１および図２に示した第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図である。

この第２の実施形態では、低圧復水器１および中圧復水器２の多孔群５Ｐの領域５Ａ内の中心位置に、加熱蒸気を通すためのオリフィス（絞り穴）９Ｑを有するベント管９が設けられる。図４（ａ），（ｂ）に、それぞれ、オリフィス９Ｑを有するベント管９の上面図および正面図を示す。

オリフィス９Ｑを有するベント管９は、前述の図２中に示されるベント穴５Ｑの位置に設置される。すなわち、図５に示されるように、多孔板５のベント穴５Ｑを通る加熱蒸気がベント管９の内部を通り、オリフィス９Ｑから抜け出るように設置する。このとき、オリフィス９Ｑの上方に復水よけのための傘を設けるようにしてもよい。あるいは、図６に示されるように、オリフィス９Ｑに復水が入り込むことを防ぐためにベント管９の本体の一部をＵ字型にしたものを採用してもよい。

オリフィス９Ｑの口径などを含むベント管９の寸法や形状は、復水と加熱蒸気とが最も効率良く混合する値を見出して設計することが望ましい。その際、例えば多孔板５の上下の圧力差や加熱蒸気の量などの各種パラメータを考慮する。また、オリフィス９Ｑの口径などの寸法が異なる複数種のベント管９を適宜交換して、復水と加熱蒸気とが最も効率良く混合するものを選定するようにしてもよい。

この第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様な効果が得られるほか、高圧復水器３から供給される加熱蒸気がオリフィス９Ｑを有するベント管９に導かれる過程で、多孔板５から流下する復水全体に加熱蒸気を十分に接触させることができ、さらに、ベント管９に備えられるオリフィス９Ｑの口径などの寸法を適切に設定することにより、復水と加熱蒸気との混合を一層促進させることができるという効果が得られる。

（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。

なお、この第３の実施形態においては、図３に示した第２の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図である。

この第３の実施形態では、低圧復水器１および中圧復水器２において、前述のオリフィス９Ｑを有するベント管９が、多孔板５上の多孔群５Ｐ中心位置ではなく、これよりも加熱蒸気流入側から最も離れた側に寄せて設けられている。この場合のベント管９は、１個にしても良いし複数個にしても良い。また多孔群５Ｐは、多孔板５上の加熱蒸気流入側とベント管９との間の領域５Ｂに均等間隔で穿孔されている。さらに、再熱室７には、高圧復水器３から供給される加熱蒸気が再熱室７の両側部を通過することを妨げるガイド部材１１が設けられている。この構成により、高圧復水器３から供給される加熱蒸気が再熱室７の両側部に集中して流れることがなく、再熱室７の中ほどを経由して、ベント管９へと導かれるようになっている。

この第３の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様な効果が得られるほか、高圧復水器３から供給される加熱蒸気が再熱室７の両側部に集中して流れず、再熱室７の中ほどを通ってオリフィス９Ｑを有するベント管９へと導かれるため、加熱蒸気を復水全体にむら無く混合させることができるという効果が得られる。

（第４の実施形態）
次に、図８および図９を参照して、本発明の第４の実施形態について説明する。

なお、この第４の実施形態においては、図３に示した第２の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第２の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る多段圧復水器の構成を示す上面図である。

この第４の実施形態では、低圧復水器１および中圧復水器２において、再熱室７を形成していた復水仕切板６が設けられておらず、復水器の水平方向全域にわたって再熱室７’が形成されている。また、多孔板５には、多孔群５Ｐが複数の領域５Ｃに分けて設けられている。また、オリフィス９Ｑを有するベント管９が、多孔板５上の複数の領域５Ｃのそれぞれの多孔群５Ｐ中心位置に設けられている。

なお、高圧復水器３内の加熱蒸気を再熱室７’へ供給する加熱蒸気流路８は、図８に示される形態に限らず、適宜、変形させるようにしてもよい。例えば、図８の例では、高圧復水器３から中圧復水器２を貫通して低圧復水器１に至る加熱蒸気流路８が１つだけしか示されておらず、また、高圧復水器３から中圧復水器２に至る加熱蒸気流路８も１つだけしか示されていないが、それぞれの加熱蒸気流路８を３本ずつ設けるようにしてもよい。

その場合、例えば図９に示されるように、中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８が、中圧復水器２内の多孔群５Ｐが占める領域５Ｃの下を避けて通るように構成することが望ましい。このような構成により、多孔群５Ｐから流下する復水が、中圧復水器２を貫通する加熱蒸気流路８に接触することがなく、加熱蒸気流路８内を流れる加熱蒸気を冷やしてしまうことを防ぐことができる。

この第４の実施形態によれば、内部構造の更なる簡素化を実現しつつ、前述の第２の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、各実施形態では、３胴構成の多段圧復水器について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば２胴構成の多段圧復水器、もしくは４胴以上の構成の多段圧復水器にも適用することが可能である。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…低圧復水器、２…中圧復水器、３…高圧復水器、４…冷却管群、５…多孔板（第１の仕切板）、５Ａ，５Ｂ…多孔群が占める領域、５Ｐ…多孔群、５Ｑ…ベント穴、６…復水仕切板（第２の仕切板）、７，７’…再熱室、８…加熱蒸気流路、９…ベント管、９Ｑ…オリフィス、１１…ガイド部材。

Claims (10)

1. 器内圧力が低い順に第１の復水器、第２の復水器、第３の復水器が配置されている多段圧復水器において、前記第１の復水器および前記第２の復水器は、それぞれ、流入する冷却水によりタービン排気を凝縮して得られる復水を流下させる多孔群が復水器中心部よりも冷却水流入側に寄せて設けられている第１の仕切板と、前記多孔群から流下する復水の再熱を行うための再熱室を冷却水の流入方向に対して垂直方向に仕切る第２の仕切板とを備え、前記第１の仕切板および前記第２の仕切板により仕切られる再熱室へ前記第３の復水器内の加熱蒸気を供給する加熱蒸気流路が設けられていることを特徴とする多段圧復水器。
2. 請求項１に記載の多段圧復水器において、前記加熱蒸気流路は、前記第３の復水器から前記第２の復水器を貫通して前記第１の復水器に至る流路と、前記第３の復水器から前記第２の復水器に至る流路とを有することを特徴とする多段圧復水器。
3. 請求項２に記載の多段圧復水器において、前記第２の復水器内の再熱室と、前記第２の復水器を貫通する加熱蒸気流路とは、別々の空間にあることを特徴とする多段圧復水器。
4. 請求項２又は３に記載の多段圧復水器において、前記加熱蒸気流路は、前記第３の復水器と前記第２の復水器との間、および前記第２の復水器と前記第１の復水器との間に、それぞれ、勾配を有することを特徴とする多段圧復水器。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多段圧復水器において、加熱蒸気を通すための穴が前記第１の仕切板上の多孔群が占める領域に設けられていることを特徴とする多段圧復水器。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多段圧復水器において、加熱蒸気を通すための穴を有する管が前記第１の仕切板上の多孔群が占める領域に設けられていることを特徴とする多段圧復水器。
7. 請求項６に記載の多段圧復水器において、前記管は、前記穴に復水が入り込むことを防ぐ構造を有することを特徴とする多段圧復水器。
8. 請求項６又は７に記載の多段圧復水器において、加熱蒸気を通すための穴を有する管が前記第１の仕切板上の多孔群中心位置よりも加熱蒸気流入側から離れた側に寄せて設けられていることを特徴とする多段圧復水器。
9. 請求項８に記載の多段圧復水器において、加熱蒸気が前記仕切られた室の側部を通過することを妨げる部材が設けられていることを特徴とする多段圧復水器。
10. 器内圧力が低い順に第１の復水器、第２の復水器、第３の復水器が配置されている多段圧復水器において、前記第１の復水器および前記第２の復水器は、それぞれ、流入する冷却水によりタービン排気を凝縮して得られる復水を流下させる多孔群が複数の領域に分けて設けられている仕切板を備え、前記複数の領域には加熱蒸気を通すための穴を有する管がそれぞれ設けられ、前記多孔群から流下する復水の再熱を行うための再熱室へ前記第３の復水器内の加熱蒸気を供給する加熱蒸気流路が設けられていることを特徴とする多段圧復水器。

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