JP2015178937A - 復水器及びタービン設備 - Google Patents

Abstract

【課題】抽気管による空気等の不凝縮性ガスの抽気性能を維持することができる復水器等を提供する。
【解決手段】本発明の復水器は、蒸気が内部に流入する容器と、容器の内部に設けられ、蒸気を冷却して復水とする冷却管２５と、容器の内部に含まれる空気を抽気するための抽気管１３と、抽気管１３に形成され、抽気管１３の内部と容器の内部とを連通する抽気孔３１と、抽気管１３と所定の隙間Ｃを空けて設けられ、復水の抽気孔３１への流入を規制するように、抽気孔３１を覆う円筒カバー１４と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、不凝縮性ガスを抽気する抽気管を備える復水器及びタービン設備に関するものである。

従来、不凝縮性ガスを含有する蒸気を凝縮し、不凝縮性ガスを排気する復水器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この復水器には、排気口が形成されており、空気等の不凝縮性ガスは、排気口から空気冷却部に排気される。空気冷却部は、空気冷却部管群が設けられており、空気冷却部に排気された不凝縮性ガスは、空気冷却部管群によって未凝縮の蒸気が凝縮され、外部に排気される。

特開平４−２４４５８９号公報

特許文献１のように、復水器の内部は、外部よりも圧力が低くなることから、外部から空気等の不凝縮性ガスが漏入する。復水器の内部に不凝縮性ガスがあると、復水器の内部で凝縮される蒸気等の凝縮性ガスの凝縮を阻害する。このため、復水器の外部に不凝縮性ガスを排出する必要がある。

ここで、復水器の内部には、不凝縮性ガスを抽気する抽気管が設けられる場合がある。この抽気管には、復水器の内部と抽気管の内部とを連通する抽気孔が形成されている。この抽気孔は、抽気管の長手方向（管軸方向）における圧力分布に応じた開口率となるように調整して形成される。

しかしながら、抽気管には、復水器の内部で凝縮した凝縮液（復水）が降り掛かり、これにより、抽気孔を閉塞する可能性がある。抽気孔が凝縮液によって閉塞すると、抽気管の長手方向における圧力分布に応じた抽気孔の調整が、無駄なものになってしまい、これにより、抽気管による不凝縮性ガスの抽気の効率が低減してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、抽気流路による不凝縮性ガスの抽気性能を維持することができる復水器及びタービン設備を提供することを課題とする。

本発明の復水器は、凝縮性ガスが内部に流入する容器と、前記容器の内部に設けられ、前記凝縮性ガスを冷却して凝縮液とする冷却管と、前記容器の内部に含まれる不凝縮性ガスを抽気するための抽気流路と、前記抽気流路に形成され、前記抽気流路の内部と前記容器の内部とを連通する抽気孔と、前記抽気流路と所定の隙間を空けて設けられ、前記凝縮液の前記抽気孔への流入を規制するように、前記抽気孔を覆うカバーと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、冷却管によって凝縮液が生成されても、カバーにより凝縮液の抽気孔への流入を規制することができるため、凝縮液による抽気孔の閉塞を抑制することができる。このため、抽気流路の長手方向における圧力分布に応じて、抽気孔から不凝縮性ガスを適切に抽気することができるため、抽気管による不凝縮性ガスの抽気性能を維持することができる。

また、前記抽気流路は、抽気管であり、前記抽気孔は、前記抽気管の周囲に複数形成され、前記カバーは、前記抽気管と所定の隙間を空けて径方向の外側に設けられる円筒カバーであることが好ましい。

この構成によれば、抽気流路が抽気管である場合、抽気管の外側を円筒カバーで覆うことにより、凝縮液の抽気孔への流入を簡易な構成で抑制することができる。

また、前記円筒カバーは、その軸方向が水平方向となっており、前記円筒カバーの鉛直方向の下方側となる部位には、開口部が形成されており、前記円筒カバーの中心と前記円筒カバーの周方向における前記開口部の一端部とを結ぶ線を第１結線とし、前記円筒カバーの中心と前記円筒カバーの周方向における前記開口部の他端部とを結ぶ線を第２結線とし、前記第１結線と前記第２結線とが為す角度を開口角度θとすると、前記開口角度θは、４５°≦θ≦１２０°の範囲であることが好ましい。

この構成によれば、開口部の開口角度を適切な角度とすることができるため、不凝縮性ガスの抽気管への流入を許容しつつ、凝縮液の抽気管への流入を抑制することができる。

また、前記抽気管と前記円筒カバーとの径方向における隙間は、前記抽気管と前記円筒カバーとの間の流路面積が、前記抽気管に形成される複数の前記抽気孔の開口面積よりも大きくなるように形成されることが好ましい。

この構成によれば、抽気孔を介して抽気管の内部に取り込まれる不凝縮性ガスの抽気量に対して、抽気管と円筒カバーとの間を流通する不凝縮性ガスの流量を大きくすることができるため、抽気管と円筒カバーとの間における圧損を低減することができる。

また、前記抽気流路は、抽気箱であり、前記抽気孔は、前記抽気箱の鉛直面となる側面に形成され、前記カバーは、前記抽気孔の上方側における前記抽気箱の側面から突出すると共に、前記抽気箱の側面と所定の隙間を空けて、前記抽気孔を覆う上部カバーを有することが好ましい。

この構成によれば、抽気流路が抽気箱である場合、抽気箱の側面に形成される抽気孔を上部カバーで覆うことにより、凝縮液の抽気孔への流入を抑制することができる。

また、前記カバーは、前記抽気孔の下方側における前記抽気箱の側面から突出すると共に、前記上部カバーと所定の隙間を空けて、前記上部カバーを覆う下部カバーをさらに有することが好ましい。

この構成によれば、不凝縮性ガスは、下部カバーと上部カバーとの間を流通した後、上部カバーと抽気箱の側面との間を流通して、抽気孔から抽気箱の内部に流入する。このため、下部カバーをさらに設けることで、凝縮液の抽気孔への流入をより好適に抑制することができる。

また、前記下部カバーには、前記凝縮液を排出するドレン孔が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、下部カバーに溜まる凝縮液をドレン孔を介して排出することができる。

本発明のタービン設備は、凝縮液を加熱して凝縮性ガスを発生させる加熱器と、前記加熱器において発生した前記凝縮性ガスにより回転するタービンと、前記タービンから排出された前記凝縮性ガスを凝縮する、上記の復水器と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、復水器内部の不凝縮性ガスを好適に抽気することができるため、凝縮性ガスの凝縮を効率よく行うことができ、これにより、タービンの背圧側における低圧状態を維持することができる。よって、タービンの仕事の効率を好適に維持することができる。

図１は、実施例１に係るタービン設備の模式図である。 図２は、実施例１に係る復水器を模式的に表した斜視図である。 図３は、実施例１に係る復水器を模式的に表した断面図である。 図４は、長手方向に直交する面で切った実施例１の抽気管回りの断面図である。 図５は、長手方向に直交する面で切った実施例２の抽気箱回りの断面図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

図１は、実施例１に係るタービン設備の模式図である。図２は、実施例１に係る復水器を模式的に表した斜視図である。図３は、実施例１に係る復水器を模式的に表した断面図である。図４は、長手方向に直交する面で切った実施例１の抽気管回りの断面図である。

実施例１のタービン設備１は、凝縮性ガスとしての蒸気Ｓを発生させ、発生させた蒸気Ｓによりタービン６を回転させる蒸気タービン設備である。このタービン設備１には、タービン６の背圧を低下させるべく、復水器７が設けられている。先ず、図１を参照して、タービン設備１について説明する。

タービン設備１は、加熱器５と、タービン６と、復水器７と、循環ポンプ８と、発電機９とを備えており、循環ラインＬによって接続されている。

加熱器５は、例えば、ボイラであり、水（復水）Ｗを加熱することで、蒸気Ｓを発生させている。加熱器５には、後述する復水器７で凝縮された復水が流入する。また、加熱器５で発生させた蒸気Ｓは、循環ラインＬを通ってタービン６に供給される。

タービン６は、加熱器５から供給される蒸気Ｓによって回転する。このタービン６には、発電機９が接続されており、タービン６の回転動力により発電機９が駆動されることで、発電機９は、電力を発生させる。タービン６から排出された蒸気Ｓは、循環ラインＬを通って復水器７に流入する。

復水器７は、タービン６から流入する蒸気Ｓを凝縮して復水Ｗとすることで、タービン７の背圧を低下させている。なお、復水器７の詳細については後述する。そして、復水器７で発生させた復水Ｗは、循環ラインＬを通って循環ポンプ８に供給される。循環ポンプ８は、復水器７から供給された復水Ｗを加熱器５へ向けて供給している。

従って、タービン設備１は、加熱器５で復水Ｗを加熱して蒸気Ｓを発生させ、発生させた蒸気Ｓによりタービン６を回転させて発電機９により発電する。また、タービン設備１は、タービン６で使用された蒸気Ｓを復水器７によって復水Ｗに戻し、この復水Ｗを循環ポンプ８によって加熱器５に供給する。

次に、図２から図４を参照して、復水器７について説明する。復水器７は、内部に蒸気Ｓが流入する容器１１と、容器１１の内部に設けられる冷却管群１２と、冷却管群１２の中央に設けられる抽気管１３と、抽気管１３を覆う円筒カバー１４とを備えている。

図２に示すように、容器１１は、中空の箱形形状をなし、蒸気Ｓが流入する蒸気流入部２１と、冷却管群１２を収容する本体部２２とを有している。この蒸気流入部２１と本体部２２とは、内部が連通している。蒸気流入部２１は、端部に蒸気Ｓの流入口２３が設けられており、この流入口２３には、タービン６と復水器７とを接続する循環ラインＬの一端が接続される。本体部２２は、蒸気流入部２１から流入する蒸気Ｓを凝縮することによって生成される復水Ｗを、下部に貯留している。なお、本体部２２には、復水Ｗを排出する排出口（図３参照）２４が設けられており、この排出口２４には、復水器７と循環ポンプ８とを接続する循環ラインＬの一端が接続される。

冷却管群１２は、鉛直方向及び水平方向に並べて４つ設けられている。冷却管群１２は、複数の冷却管２５の長手方向（管軸方向）が水平方向となるように平行に配置されることで構成される。このとき、冷却管群１２は、冷却管２５の長手方向と、蒸気Ｓの流れ方向とが直交するように配置される。

また、図３に示すように、冷却管群１２は、その両端部が、容器１１の側壁に支持され、その中間部が複数の管支持板２６によって支持されている。この冷却管群１２を構成する複数の冷却管２５は、その一端部が、容器１１の側壁の外側に設けられた入口水室２８に連通して接続され、その他端部が、容器１１の側壁の外側に設けられたで出口水室２９に連通して接続されている。この入口水室２８は、冷却水が供給される一方で、出口水室２９は、冷却水が排出される。

図３及び図４に示すように、抽気管１３は、冷却管群１２の中央内部に設けられ、複数の冷却管２５と平行に配置されている。このため、抽気管１３は、その長手方向が水平方向となっている。抽気管１３は、復水器７内部に含まれる不凝縮性ガスである空気Ａを抽気するための管である。この抽気管１３は、その一端が図示しない吸引装置に接続されており、この吸引装置によって、抽気管１３の内部を吸引することにより、復水器７内部の空気Ａを抽気している。なお、抽気管１３は、複数の冷却管群１２にそれぞれ設けられており、複数の抽気管１３は、接続管３４によって相互に接続されている。

抽気管１３は、その内部に空気Ａが流通する円筒管となっており、その周囲に抽気孔３１が複数形成されている。複数の抽気孔３１は、抽気管１３の長手方向における復水器７内部の圧力分布に応じて、調整して形成されている。つまり、抽気管１３の長手方向において、復水器７内部の圧力が高い部位に形成される抽気孔３１は、低い部位に形成される抽気孔３１に比べて、抽気管１３の内部に空気Ａが流入しやすい。このため、復水器７内部の圧力が高い部位に形成される抽気孔３１は、低い部位に形成される抽気孔３１に比して少なく形成される。

図４に示すように、円筒カバー１４は、抽気管１３と所定の隙間Ｃを空けて径方向の外側に設けられる。この円筒カバー１４は、抽気管１３と同軸上に設けられていることから、抽気管１３と同様に、水平方向に配置されている。この円筒カバー１４は、図示しないステーを介して抽気管１３に取り付けてもよいし、復水器７内部に設けられる図示しない支持棒（いわゆるタイロッド）に取り付けてもよく、特に限定されない。

また、円筒カバー１４は、鉛直方向の下方側となる部位に開口部３５が形成されている。この開口部３５は、円筒カバー１４の中心Ｐを通って鉛直方向に延びる中心線Ｉを挟んで、周方向の両側に広がるように形成される。また、この開口部３５は、円筒カバー１４の長手方向に沿って延びて形成されている。

ここで、円筒カバー１４の中心Ｐと、円筒カバー１４の周方向における開口部３５の一端部とを結ぶ線を第１結線Ｌ１とする。また、円筒カバー１４の中心Ｐと、円筒カバー１４の周方向における開口部３５の他端部とを結ぶ線を第２結線Ｌ２とする。第１結線Ｌ１と第２結線Ｌ２とが為す角度を開口角度θとすると、開口角度θは、４５°≦θ≦１２０°の範囲となっている。

また、抽気管１３と円筒カバー１４との径方向における隙間Ｃは、抽気管１３と円筒カバー１４との間に形成される空気Ａが流通する流路面積が、抽気管１３に形成される複数の抽気孔３１の合算した開口面積よりも大きくなるように形成されている。

このように構成された復水器７において、容器１１の蒸気流入部２１から蒸気Ｓが、容器１１の内部に流入すると、蒸気Ｓは、冷却管群１２によって凝縮され復水Ｗとなる。このとき、冷却管群１２を構成する複数の冷却管２５には、入口水室２８から供給された冷却水が流通する。そして、冷却管２５を流通した冷却水は、出口水室２９に流入する。つまり、蒸気Ｓは、冷却管の内部を流通する冷却水との間で熱交換されることにより凝縮されて復水Ｗとなる。

冷却管群１２によって凝縮された復水Ｗは、鉛直方向の下方側に滴下する。このとき、抽気管１３の上方側において滴下する復水Ｗは、円筒カバー１４によって、抽気管１３を避けて、容器１１の下部に案内される。このため、凝縮された復水Ｗは、容器１１の下部に溜まる。そして、容器１１の下部に溜まった復水Ｗは、排出口２４から循環ポンプ８へ向けて流出する。

以上のように、実施例１によれば、冷却管２５によって復水Ｗが生成されても、円筒カバー１４により復水Ｗの抽気孔３１への流入を規制することができるため、復水Ｗによる抽気孔３１の閉塞を抑制することができる。このため、抽気管１３の長手方向における圧力分布に応じて、抽気孔３１から空気Ａを適切に抽気することができるため、抽気管１３による空気Ａの抽気性能を維持することができる。

また、実施例１によれば、抽気管１３の外側を円筒カバー１４で覆うことにより、復水Ｗの抽気孔３１への流入を簡易な構成で抑制することができる。

また、実施例１によれば、開口部３５の開口角度θを適切な角度とすることができるため、空気Ａの抽気管１３への流入を許容しつつ、復水Ｗの抽気管１３への流入を抑制することができる。

また、実施例１によれば、抽気孔３１を介して抽気管１３の内部に取り込まれる空気Ａの抽気量に対して、抽気管１３と円筒カバー１４との隙間Ｃを流通する空気Ａの流量を大きくすることができるため、抽気管１３と円筒カバー１４との間の流路における圧損を低減することができる。

また、実施例１によれば、復水器７内部の空気Ａを好適に抽気することができるため、蒸気Ｓの凝縮を効率よく行うことができ、これにより、タービン６の背圧側における低圧状態を好適に維持することができる。よって、タービン６の仕事の効率を好適に維持することができる。

次に、図５を参照して、実施例２に係る復水器５０について説明する。図５は、長手方向に直交する面で切った実施例２の抽気箱回りの断面図である。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分について説明し、実施例１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。実施例１では、抽気管１３を用いて空気Ａを抽気したが、実施例２では、抽気箱５１を用いて空気Ａを抽気している。

具体的に、図５に示すように、実施例２の復水器５０は、内部に蒸気Ｓが流入する容器１１と、容器１１の内部に設けられる冷却管群１２と、容器１１に付設される抽気箱５１と、容器１１の側壁に設けられる上部カバー５６及び下部カバー５７とを備えている。なお、容器１１及び冷却管群１２については、実施例１とほぼ同様であるため、説明を省略する。

抽気箱５１は、中空の箱形形状となっており、容器１１の側壁の外側に設けられている。このため、容器１１の側壁が、抽気箱５１の側面となっており、抽気箱５１の側面は、鉛直面となっている。抽気箱５１は、その長手方向が水平方向となっており、その一端が図示しない吸引装置に接続され、この吸引装置によって、抽気箱５１の内部を吸引することにより、復水器７内部の空気Ａを抽気している。

抽気箱５１の側面には、抽気孔５３が複数形成されている。複数の抽気孔５３は、水平方向に所定の隙間を空けて並べて形成されている。複数の抽気孔５３は、実施例１の複数の抽気孔３１と同様に、抽気箱５１の長手方向における復水器７内部の圧力分布に応じて、調整して形成されている。

上部カバー５６は、抽気孔５３の上方側における抽気箱５１の側面から復水器７の内部へ向かって突出すると共に、抽気箱５１の側面と所定の隙間を空けて、鉛直方向の下方側に延びて形成される。そして、この上部カバー５６は、抽気箱５１の側面に形成される複数の抽気孔５３を覆っている。

下部カバー５７は、抽気孔５３の下方側における抽気箱５１の側面から復水器７の内部へ向かって突出すると共に、上部カバー５６と所定の隙間を空けて、鉛直方向の上方側に延びて形成される。そして、この下部カバー５７は、上部カバー５６を覆っている。つまり、上部カバー５６と下部カバー５７とは、水平方向において重複するように形成される。

このとき、抽気箱５１の側面と上部カバー５６との隙間、及び上部カバー５６と下部カバー５７との隙間は、実施例１と同様に、各隙間に形成される空気Ａが流通する流路面積が、抽気箱５１の側面に形成される複数の抽気孔５３の合算した開口面積よりも大きくなるように形成されている。

また、下部カバー５７には、下部カバー５７に溜まる復水Ｗを排出するドレン孔６１が形成されている。ドレン孔６１から排出された復水Ｗは、容器１１の下部に溜まる。

以上のように、実施例２によれば、抽気箱５１の側面に形成される複数の抽気孔５３を上部カバー５６で覆うことにより、復水Ｗの抽気孔５３への流入を抑制することができる。

また、実施例２によれば、上部カバー５６を下部カバー５７で覆うことにより、空気Ａは、下部カバー５７と上部カバー５６との間を流通した後、上部カバー５６と抽気箱５１の側面との間を流通して、抽気孔５３から抽気箱５１の内部に流入する。このため、下部カバー５７をさらに設けることで、復水Ｗの抽気孔５３への流入をより好適に抑制することができる。

また、実施例２によれば、下部カバー５７にドレン孔６１を形成することで、下部カバー５７に溜まる復水Ｗをドレン孔６１を介して排出することができる。

なお、実施例２では、上部カバー５６及び下部カバー５７を設けたが、少なくとも上部カバー５６を設ければよく、下部カバー５７を省いた構成であってもよい。

１ タービン設備
５ 加熱器
６ タービン
７ 復水器
８ 循環ポンプ
９ 発電機
１１ 容器
１２ 冷却管群
１３ 抽気管
１４ 円筒カバー
２１ 蒸気流入部
２２ 本体部
２３ 流入口
２４ 排出口
２５ 冷却管
２６ 管支持板
２８ 入口水室
２９ 出口水室
３１ 抽気孔
３４ 接続管
３５ 開口部
５０ 復水器
５１ 抽気箱
５３ 抽気孔
５６ 上部カバー
５７ 下部カバー
６１ ドレン孔
Ｓ 蒸気
Ｗ 復水
Ａ 空気
Ｌ 循環ライン
Ｃ 隙間
Ｉ 中心線
Ｌ１ 第１結線
Ｌ２ 第２結線

Claims (8)

1. 凝縮性ガスが内部に流入する容器と、
   前記容器の内部に設けられ、前記凝縮性ガスを冷却して凝縮液とする冷却管と、
   前記容器の内部に含まれる不凝縮性ガスを抽気するための抽気流路と、
   前記抽気流路に形成され、前記抽気流路の内部と前記容器の内部とを連通する抽気孔と、
   前記抽気流路と所定の隙間を空けて設けられ、前記凝縮液の前記抽気孔への流入を規制するように、前記抽気孔を覆うカバーと、を備えることを特徴とする復水器。
2. 前記抽気流路は、抽気管であり、
   前記抽気孔は、前記抽気管の周囲に複数形成され、
   前記カバーは、前記抽気管と所定の隙間を空けて径方向の外側に設けられる円筒カバーであることを特徴とする請求項１に記載の復水器。
3. 前記円筒カバーは、その軸方向が水平方向となっており、
   前記円筒カバーの鉛直方向の下方側となる部位には、開口部が形成されており、
   前記円筒カバーの中心と前記円筒カバーの周方向における前記開口部の一端部とを結ぶ線を第１結線とし、
   前記円筒カバーの中心と前記円筒カバーの周方向における前記開口部の他端部とを結ぶ線を第２結線とし、
   前記第１結線と前記第２結線とが為す角度を開口角度θとすると、
   前記開口角度θは、４５°≦θ≦１２０°の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の復水器。
4. 前記抽気管と前記円筒カバーとの径方向における隙間は、前記抽気管と前記円筒カバーとの間の流路面積が、前記抽気管に形成される複数の前記抽気孔の開口面積よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の復水器。
5. 前記抽気流路は、抽気箱であり、
   前記抽気孔は、前記抽気箱の鉛直面となる側面に形成され、
   前記カバーは、前記抽気孔の上方側における前記抽気箱の側面から突出すると共に、前記抽気箱の側面と所定の隙間を空けて、前記抽気孔を覆う上部カバーを有することを特徴とする請求項１に記載の復水器。
6. 前記カバーは、前記抽気孔の下方側における前記抽気箱の側面から突出すると共に、前記上部カバーと所定の隙間を空けて、前記上部カバーを覆う下部カバーをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の復水器。
7. 前記下部カバーには、前記凝縮液を排出するドレン孔が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の復水器。
8. 凝縮液を加熱して凝縮性ガスを発生させる加熱器と、
   前記加熱器において発生した前記凝縮性ガスにより回転するタービンと、
   前記タービンから排出された前記凝縮性ガスを凝縮する、請求項１から７のいずれか１項に記載の復水器と、を備えることを特徴とするタービン設備。

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