JP2012189279A - 復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失を抑えて伝熱管へ蒸気を円滑に導くことが可能な復水器を提案する。
【解決手段】復水器１は、上方に位置する蒸気タービン３１に接続して蒸気タービン３１が排気する蒸気を下方へ導く容器３と、蒸気タービン３１の下方に位置する給水加熱器４１を覆って前記蒸気の流れから隔離するとともに容器３の内面３ａとの隙間６に蒸気の流路７を仕切る隔壁８と、容器３内にあり隔壁８よりも下方に位置して隙間６を通過した蒸気を凝縮する伝熱管１１と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明に係る実施形態は、復水器に関する。

復水器は、蒸気タービンが排出する蒸気を凝縮して復水を回収する機能を有し、原子力発電プラントや火力発電プラントなどの蒸気タービン発電プラントに広く適用される。従来の復水器は、蒸気タービンの出口と流体的に接続する容器と、この容器内に延びる多数の伝熱管からなる管束と、を備える。管束は、それぞれの伝熱管内に海水などの冷却媒体を流通するとともに、容器内を流れる蒸気流に伝熱管外面を晒し、蒸気と冷却媒体との熱交換によって蒸気を凝縮して復水にする。

ところで、大型の蒸気タービン発電プラントでは、プラント内の空間を有効利用するために、復水器を貫通するように給水加熱器を配置する例がある。この場合、給水加熱器の円筒形状の胴体が復水器の容器内を横切ることになり、復水器内の蒸気の流れに対する圧力損失を生じる。そこで、復水器は、容器内を横切る給水加熱器に起因する圧力損失を低減するため、給水加熱器の周囲に整流板を備え、給水加熱器近傍の蒸気の流れを整流する。

特開２００３−１４３８１号公報

近年、蒸気タービンプラント、特に原子力発電プラントは、蒸気タービンを大型化してタービン性能の高効率化を求める傾向にある。復水器は、蒸気タービンの大型化、タービン性能の高効率化に応じるため、給水加熱器の保持および容器の強度保証を行うトラスや給水加熱器等を密に収容する必要性を生じている。

一方、容器内に給水加熱器やトラスが密集化することは、容器内の蒸気の流れを阻害して復水器の凝縮性能に著しい悪影響を与える。

ところで、復水器に接続する蒸気タービンが、車室の中央に位置する蒸気の入口を有し、タービン軸に沿って二方向へ蒸気を流す複流排気式の蒸気タービンである場合、蒸気の出口は車室の両端部に位置することになる。この場合、タービンが排出する蒸気は、高流スワール流れや、転向にともなう偏流を引き起こし、容器の内面近傍で極めて流速が早く、容器の中央側で極端に流速が遅い偏りのある流速分布を呈する。

これら、給水加熱器やトラスの密集化および偏りのある流速分布によって、復水器は、圧力損失（偏りのある速度分布による剪断流圧力損失）の増大、給水加熱器やトラス等の障害物による流体抵抗の増大、容器内の拡開流路不適合による静圧の回復率低下などを招いてしまうため、従来の復水器よりもさらに広範囲に蒸気の流れを円滑化する必要性がある。

そこで、本発明は、圧力損失を抑えて伝熱管へ蒸気を円滑に導くことが可能な復水器を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る復水器は、上方に位置する蒸気タービンに接続して前記蒸気タービンが排気する蒸気を下方へ導く容器と、前記蒸気タービンの下方に位置する給水加熱器を覆って前記蒸気の流れから隔離するとともに前記容器内面との隙間に前記蒸気の流路を形成する隔壁と、前記容器内にあり前記隔壁よりも下方に位置して前記隙間を通過した蒸気を凝縮する伝熱管と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、圧力損失を抑えて伝熱管へ蒸気を円滑に導くことが可能な復水器を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る復水器を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る復水器の他の例を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る復水器の他の例を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る復水器を示す断面図。

本発明に係る復水器の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る復水器の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る復水器を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る復水器１は、上方に位置する蒸気タービン３１に接続して蒸気タービン３１が排気する蒸気を下方へ導く容器３と、蒸気タービン３１の出口縁３２ａに連接する整流板部５と、蒸気タービン３１の下方に位置する給水加熱器４１を覆って蒸気の流れから隔離するとともに整流板部５に連接して容器３の内面３ａとの隙間６に蒸気の流路７を形成する隔壁８と、容器３内にあり隔壁８よりも下方に位置して隙間６を通過した蒸気を凝縮する伝熱管１１と、を備える。

先ず、蒸気タービン３１は、例えば蒸気タービン発電プラント（図示省略）の低圧タービンであり、膨張仕事を終えた蒸気を出口３２から復水器１内へ排気する。蒸気タービン３１は、タービン軸３３、タービンノズル（図示省略）、タービン動翼（図示省略）等を収容するタービンケーシング３５を備える。タービンケーシング３５内のタービン排気室３６は、容器３に接続して蒸気を復水器１へ送る。出口３２は、図１の左右方向へ延びるタービン軸３３の端部近傍にあり、復水器１の容器３の内面３ａに近接する。蒸気タービン３１の出口縁３２ａは、案内板３７を備え、排出する蒸気の流れを滑らかに容器３の内面３ａへ向ける。案内板３７は整流板部５に連接する。

蒸気タービン３１の排気は、タービン軸３３の回転軸線方向へ流れて膨張仕事を終えた後、タービン排気室３６でほぼ直角に曲がり復水器１へと流れ込む転向流になる。

次いで、給水加熱器４１は、例えば蒸気タービン発電プラントの低圧給水加熱器であり、原子炉やボイラに供給する給水を加熱して蒸気タービン発電プラントの熱効率を向上する。給水加熱器４１は、蒸気タービン３１の下方に複数、例えば４つある。具体的には、給水加熱器４１は、復水器１の上下方向にみて蒸気タービン３１に近く、上段側に位置する一対の上段側給水加熱器４１ａと、蒸気タービン３１に遠く、下段側に位置する一対の下段側給水加熱器４１ｂと、を備える。

給水加熱器４１は、プラント内の空間を有効利用するために、復水器１の容器３を横切るように貫き延びる長尺な円筒形状の胴体４２を備える（図１中は、紙面を表裏に貫く方向へ延びる。）。

復水器１は、原子力発電プラントや火力発電プラントなどの蒸気タービン発電プラント（図示省略）に適用される。復水器１は、蒸気タービン３１が排出する蒸気を凝縮して復水を回収し、蒸気タービン発電プラントの熱効率を向上する。

容器３は、蒸気タービン３１に接続する接続胴体１５と、接続胴体１５の下方に接続する主胴体１６と、を備える。

接続胴体１５は、給水加熱器４１が容器３を貫く部分でもある。接続胴体１５は、給水加熱器４１が容器３の内外へ貫く一対の側面板（図示省略）を備える。また、接続胴体１５は、側面板によって隔壁８を容器３内に支える。

主胴体１６は、給水加熱器４１と同方向へ延びる（すなわち、図１中は、紙面を表裏に貫く方向へ延びる）複数の管束１７を収容する。それぞれの管束１７は、数多くの伝熱管１１を密集して束ねられている。

整流板部５は、蒸気タービン３１の出口縁３２ａおよび隔壁８の両方に連接し、蒸気タービン３１が排気する蒸気を隔壁８へ滑らかに案内する。

隔壁８は、相対する接続胴体１５の側面板間に架かり、給水加熱器４１を容器３内の空間から分かつとともに蒸気タービン３１が排出する蒸気が給水加熱器４１の周囲に流れ込むことのないように遮る壁である。また、隔壁８は、容器３の内面３ａと協働して蒸気タービン３１が排出する蒸気の流路７を隙間６に形成する。

また、隔壁８は、接続胴体１５の側面板に溶接などの接合方法によって固定される。隔壁８は、容器３内（より詳しくは接続胴体１５内）から蒸気タービン３１側へ張り出すように整流板部５に連接する。

さらに、隔壁８は、給水加熱器４１の全てを囲む管状の構造物である。隔壁８の断面形状は、整流板部５に連接する頂部から下方へ向かうほど、換言すれば蒸気流れの下流に向かうほど徐々に幅を狭め、容器３の内面３ａから遠ざかり流路７の断面積を増加する。隔壁８は、略水平に延びる略平坦な下端部８ａを有する。

隔壁８の内側、すなわち、給水加熱器４１が延びる空間は、容器３の外部空間から遮断されていても良く、容器３の外部空間に繋がっていても良い。すなわち、隔壁８と接続胴体１５の側面板とが連接する部分において、隔壁８の内側を接続胴体１５の側面板で閉じても良いし、隔壁８の内側に接続する開口を側面板に開き隔壁８の内側を開放しても良い。隔壁８の内側に接続する開口を側面板に開く場合、隔壁８は、容器３を貫いて容器３の外部空間に開放し、給水加熱器４１が通過するトンネル状の空間を仕切ることになる。

多数の伝熱管１１は管束１７となり、管束１７は、復水器１の上下方向にみて隔壁８に近く、上段側に位置する一対の上段側管束１７ａと、隔壁８に遠く、下段側に位置する一対の下段側管束１７ｂと、を備える。管束１７は、隔壁８の下端よりも下方に有り、流路７よりも下方に有る。また、管束１７は、流路７から流れ出る蒸気の流れに晒されやすいように、上段側管束１７ａおよび下段側管束１７ｂのそれぞれを一つずつ主胴体１６の内面１６ａ（図１中は、左右の壁面）の近くに配置する。各伝熱管１１は、管内に海水等の冷却水を流通し、管外を蒸気流に晒すことによって、冷却水と蒸気との熱交換を行い、蒸気を凝縮して復水を生成する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る復水器の他の例を示す断面図である。

なお、図２に示す復水器１Ａにおいて図１に示す復水器１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図２に示すように、本実施形態に係る復水器１Ａは、蒸気タービン３１の下方に位置する給水加熱器４１を覆って蒸気の流れから隔離するとともに整流板部５に連接して容器３の内面３ａとの隙間６に蒸気の流路７を仕切る隔壁８Ａを備える。

隔壁８Ａは、相対する接続胴体１５の側面板間に架かり、給水加熱器４１を容器３内の空間から分かつとともに蒸気タービン３１が排出する蒸気が給水加熱器４１の周囲に流れ込むことのないように遮る壁である。また、隔壁８Ａは、容器３の内面３ａと協働して蒸気タービン３１が排出する蒸気の流路７を隙間６に形成する。

また、隔壁８Ａは、接続胴体１５の側面板に溶接などの接合方法によって固定される。隔壁８Ａは、容器３内（より詳しくは接続胴体１５内）から蒸気タービン３１側へ張り出すように整流板部５に連接する。

さらに、隔壁８Ａは、給水加熱器４１の全てを囲む管状の構造物である。隔壁８Ａの断面形状は、整流板部５に連接する頂部から下方へ向かうほど、換言すれば蒸気流れの下流に向かうほど徐々に幅を狭め、容器３の内面３ａから遠ざかり流路７の断面積を増加する。隔壁８Ａは、下方へ延びる翼形状である。

隔壁８Ａの内側、すなわち、給水加熱器４１が延びる空間は、容器３の外部空間から遮断されていても良く、容器３の外部空間に繋がっていても良い。すなわち、隔壁８Ａと接続胴体１５の側面板とが連接する部分において、隔壁８Ａの内側を接続胴体１５の側面板で閉じても良いし、隔壁８Ａの内側に接続する開口を側面板に開き隔壁８Ａの内側を開放しても良い。隔壁８Ａの内側に接続する開口を側面板に開く場合、隔壁８Ａは、容器３を貫いて容器３の外部空間に開放し、給水加熱器４１が通過するトンネル状の空間を仕切ることになる。

図３は、本発明の第１実施形態に係る復水器の他の例を示す断面図である。

なお、図３に示す復水器１Ｂにおいて図１に示す復水器１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態に係る復水器１Ｂは、隔壁８に相対して隔壁８の内面３ａにあり隙間６を流れる蒸気を整流する整流板２１を備える。

整流板２１は、蒸気流れの方向へ延びる翼形状である。整流板２１は、容器３の内面３ａおよび隔壁８、８Ａが協働して形成する蒸気の流路７を流れる蒸気を容器３の中央方向へ向け、より一様に管束１７へ案内する。

復水器１、１Ａ、１Ｂは、蒸気タービン３１の出口３２、次いで整流板部５から流れ込む蒸気の転向流を、整流板部５に連接する隔壁８、８Ａによってその転向流に逆らうことなく流路７へ滑らかに導く。この後、復水器１、１Ａ、１Ｂは、次第に拡開する流路７によって蒸気の流速を減速し、かつ流速分布をほぼ一様にして接続胴体１５の下方、次いで主胴体１６へと案内する。特に、復水器１Ｂは、隙間６を通過する蒸気の流線を容器３の中央方向へ向けつつ主胴体１６へと案内する（図１から図３中に、蒸気流を矢印で示す）。

このようにして、復水器１、１Ａ、１Ｂは主胴体１６内の管束１７へ蒸気を案内し、伝熱管１１内の冷却水と蒸気とを熱交換して復水を生成する。この蒸気の行程において、復水器１、１Ａ、１Ｂは、給水加熱器４１を蒸気の流れに晒すことがなく、従来の復水器のように給水加熱器４１の周囲に発生する渦等による損失を生じない。

すなわち、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂは、膨張仕事を終えて蒸気タービン３１の出口３２から流れ込む蒸気を伝熱管１１へ円滑に導き、効率的に凝縮して復水を得ることが可能である。

また、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂは、隔壁８、８Ａの内側に給水加熱器４１を貫通するため、容器３の内側に給水加熱器４１を支える支持構造物（例えばトラスやラーメン）を必要とせず、給水加熱器４１に起因する圧力損失のみならず支持構造物に起因する圧力損失についてもその発生を抑制し、凝縮性能をさらに発揮することができる。

さらに、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂは、容器３内に隔壁８、８Ａが横断するため、装置全体の剛性および強度が向上し、容器３の内側に作用する負圧の影響を軽減することが可能であり、容器３の強度保証の観点からも支持構造物（例えばトラスやラーメン）を削減することが可能になり、支持構造物に起因する圧力損失を抑制することができる。

ところで、従来の復水器を貫通する給水加熱器は、容器内の蒸気の流れに胴体を晒すので、胴体内を流通する給水に起因する高い内圧および胴体外を流れる蒸気に起因する真空によって、胴体に大きな内外圧力差が生じ、強度を保証するために相応の肉厚を要する。

一方、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂは、給水加熱器４１を隔壁８、８Ａで覆い容器３内の蒸気の流れから隔離することによって、給水加熱器４１の周囲（すなわち、隔壁８、８Ａの内側）の圧力低下を抑制し、給水加熱器４１内外の圧力差を低減することが可能であり、ひいては給水加熱器４１外殻の薄肉化に寄与できる。

また、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂは、隔壁８、８Ａの内側と容器３の外部空間とをトンネル状に繋ぐことによって、給水加熱器４１に対するアクセス性を向上し、蒸気タービン発電プラントの運転最中においても給水加熱器４１の保守、点検の実施を可能にできる。

さらに、本実施形態に係る復水器１Ｂは、整流板２１によって蒸気の流線を容器３の中央へ向け、より一様に管束１７へ案内することによって蒸気の凝縮を促進することができる。

［第２の実施形態］
本発明に係る復水器の第２実施形態について、図４を参照して説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る復水器を示す断面図である。

本実施形態に係る復水器１Ｃにおいて第１実施形態の復水器１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態に係る復水器１Ｃは、上方に位置する蒸気タービン３１に接続して蒸気タービン３１が排気する蒸気を下方へ導く容器３Ｃと、蒸気タービン３１の下方に位置する給水加熱器４１を覆って蒸気の流れから隔離するとともに容器３Ｃの内面３ａとの隙間６に蒸気の流路７を形成する隔壁８Ｃと、蒸気タービン３１の下方に位置するとともに容器３Ｃを貫いて容器３Ｃの外部空間に開放し給水加熱器４１が通過するトンネル状の空間を仕切りかつ容器３Ｃの内面３ａとの隙間６に蒸気の流路７を仕切る隔壁８Ｃと、容器３内にあり隔壁８Ｃよりも下方に位置して隙間６を通過した蒸気を凝縮する伝熱管１１と、を備える。

容器３Ｃは、蒸気タービン３１に接続する接続胴体１５Ｃと、接続胴体１５の下方に接続する主胴体１６と、を備える。

接続胴体１５Ｃは、給水加熱器４１が容器３Ｃを貫く部分でもある。接続胴体１５Ｃは、給水加熱器４１が容器３の内外へ貫く一対の側面板（図示省略）を備える。また、接続胴体１５Ｃは、側面板によって隔壁８Ｃを容器３Ｃ内に支える。

隔壁８Ｃは、容器３Ｃを貫いて給水加熱器４１が通過するトンネル状の空間を仕切る。隔壁８Ｃは、相対する接続胴体１５Ｃの側面板間に架かり、給水加熱器４１を容器３内の空間から分かつとともに蒸気タービン３１が排出する蒸気が給水加熱器４１の周囲に流れ込むことのないように遮る壁である。ここで、隔壁８Ｃの内側を接続胴体１５の側面板で閉じても良いし、隔壁８Ｃの内側に接続する開口を側面板に設けて外部空間と連通させても良い。また、隔壁８Ｃは、容器３Ｃの内面３ａと協働して蒸気タービン３１が排出する蒸気の流路７を隙間６に形成する。

また、隔壁８Ｃは、接続胴体１５の側面板に溶接などの接合方法によって固定される。隔壁８Ｃは、給水加熱器４１の全てを囲む管状の構造物である。隔壁８の断面形状は、蒸気タービン３１に近い頂部から下方へ向かうほど、換言すれば蒸気流れの下流に向かうほど徐々に幅を狭め、容器３Ｃの内面３ａから遠ざかり流路７の断面積を増加する。隔壁８Ｃは、略水平に延びる略平坦な下端部８ａを有する。

復水器１Ｃは、蒸気タービン３１の出口３２から流れ込む蒸気の転向流を、隔壁８Ｃによってその転向流に逆らうことなく流路７へ滑らかに導く。この後、復水器１Ｃは、次第に拡開する流路７によって蒸気の流速を減速し、かつ流速分布をほぼ一様にして接続胴体１５Ｃの下方、次いで主胴体１６へと案内する（図４中に、蒸気流を矢印で示す）。

このようにして、復水器１Ｃは主胴体１６内の管束１７へ蒸気を案内し、伝熱管１１内の冷却水と蒸気とを熱交換して復水を生成する。この蒸気の行程において、復水器１Ｃは、給水加熱器４１を蒸気の流れに晒すことがなく、従来の復水器のように給水加熱器４１の周囲に発生する渦等による損失を生じない。

すなわち、本実施形態に係る復水器１Ｃは、膨張仕事を終えて蒸気タービン３１の出口３２から流れ込む蒸気を伝熱管１１へ円滑に導き、効率的に凝縮して復水を得ることが可能である。

また、本実施形態に係る復水器１Ｃは、隔壁８Ｃの内側に給水加熱器４１を貫通するため、容器３Ｃの内側に給水加熱器４１を支える支持構造物（例えばトラスやラーメン）を必要とせず、給水加熱器４１に起因する圧力損失のみならず支持構造物に起因する圧力損失を抑制することができる。

さらに、本実施形態に係る復水器１Ｃは、容器３Ｃ内に隔壁８Ｃが横断するため、装置全体の剛性および強度が向上し、容器３Ｃの内側に作用する負圧の影響を軽減することが可能であり、容器３Ｃの強度保証の観点からも支持構造物（例えばトラスやラーメン）を削減することが可能になり、支持構造物に起因する圧力損失の発生を抑制することができる。

さらにまた、本実施形態に係る復水器１Ｃは、給水加熱器４１を隔壁８Ｃで覆い容器３Ｃ内の蒸気の流れから隔離することによって、給水加熱器４１の周囲（すなわち、隔壁８Ｃの内側）の圧力低下を抑制し、給水加熱器４１内外の圧力差を低減することが可能であり、ひいては給水加熱器４１外殻の薄肉化に寄与できる。

また、本実施形態に係る復水器１Ｃは、隔壁８Ｃの内側と容器３Ｃの外部空間とをトンネル状に繋ぐことによって、給水加熱器４１に対するアクセス性を向上し、蒸気タービン発電プラントの運転最中においても給水加熱器４１の保守、点検の実施を可能にできる。

したがって、本実施形態に係る復水器１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、圧力損失を抑えて伝熱管１１へ蒸気を円滑に導くことが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 復水器
３、３Ｃ 容器
３ａ 内面
５ 整流板部
６ 隙間
７ 流路
８、８Ａ、８Ｃ 隔壁
８ａ 下端部
１１ 伝熱管
１５、１５Ｃ 接続胴体
１６ 主胴体
１６ａ 内面
１７ 管束
１７ａ 上段側管束
１７ｂ 下段側管束
２１ 整流板
３１ 蒸気タービン
３２ 出口
３２ａ 出口縁
３３ タービン軸
３５ タービンケーシング
３６ タービン排気室
３７ 案内板
４１ 給水加熱器
４１ａ 上段側給水加熱器
４１ｂ 下段側給水加熱器
４２ 胴体

Claims (8)

1. 上方に位置する蒸気タービンに接続して前記蒸気タービンが排気する蒸気を下方へ導く容器と、
   前記蒸気タービンの下方に位置する給水加熱器を覆って前記蒸気の流れから隔離するとともに前記容器内面との隙間に前記蒸気の流路を形成する隔壁と、
   前記容器内にあり前記隔壁よりも下方に位置して前記隙間を通過した蒸気を凝縮する伝熱管と、を備えることを特徴とする復水器。
2. 前記蒸気タービンの出口縁および前記隔壁に連接する整流板部を備えることを特徴とする請求項１に記載の復水器。
3. 前記隔壁は、前記容器を貫いて前記容器の外部空間に開放し前記給水加熱器が通過するトンネル状の空間を仕切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. 前記隔壁は、前記蒸気流れの下流に向かうほど前記容器内面から遠ざかり前記流路の断面積を増加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の復水器。
5. 前記隔壁は、略水平に延びる略平坦な下端部を有することを特徴とする請求項４に記載の復水器。
6. 前記隔壁は、下方へ延びる翼形状であることを特徴とする請求項４に記載の復水器。
7. 前記隔壁に相対して前記隔壁の内面にあり前記隙間を流れる蒸気を整流する整流板を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の復水器。
8. 前記整流板は、前記蒸気流れの方向へ延びる翼形状であることを特徴とする請求項７に記載の復水器。

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