JP3314599B2

JP3314599B2 - 凝縮装置及び発電プラント

Info

Publication number: JP3314599B2
Application number: JP31029095A
Authority: JP
Inventors: 文夫高橋; ▲巌▼ 原田; 康男藤谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-02
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: JPH08226776A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は凝縮装置に係り、特
に原子力及び火力発電プラントの復水器，化学プラント
の凝縮器などに用いるのに好適な凝縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、原子力や火力発電プラントの復
水器では、冷却管の両端に冷却水導入用の水室が設けら
れ蒸気の流入口が冷却管に直交するように設けられるた
め、蒸気は冷却管に直交して流れる。復水器の管巣では
通常１０００本から１００００本の多数の冷却管が用い
られているため、管巣の内部に蒸気を導くためには冷却
管による圧力損失の低減が重要な課題である。

【０００３】一方、蒸気には大気中の空気などの不凝縮
ガスが混入しており、蒸気の凝縮に伴い不凝縮ガスが濃
縮されて管巣の低圧部に集まる。不凝縮ガスが管巣内部
に停滞すると、冷却管表面をシールドして蒸気の凝縮を
著しく阻害する。このため、不凝縮ガスの除去も重要課
題である。

【０００４】管巣の圧力損失及び不凝縮ガスの停滞域は
蒸気の流れに影響されるため、冷却管に直交する断面で
の管巣形状に大きく依存する。このため、様々な管巣形
状が提案されている。

【０００５】第１の従来例として、特開昭61−114087
号，ＵＳ1,704,484，ＤＥ7,539,721の公報には、圧力損
失を低減する流路を管巣の外周部に設け、不凝縮ガスを
抽出する抽出管又は開口部（以下、抽出領域という）に
不凝縮ガスを導くための均圧域を設けた管巣が記載され
ている。

【０００６】これらの形状は様々であるが、均圧域の周
りに冷却管をほぼ一定の厚さの層状に配置しており、以
下の共通の概念に基づいている。即ち、均一に流入する
蒸気に対して流入方向に垂直な層に冷却管を配置すれば
蒸気の流れは１次元的であり、蒸気は層の表面から凝縮
し、不凝縮ガスは層の裏に濃縮され層の背後に設けた均
圧域により抽出管に導かれる。但し、この形状では管巣
の表面積が蒸気の開口幅で制限され圧力損失が増えるた
め、層の厚さを維持しながら２次元的に変形させてい
る。

【０００７】また、第２の従来例として、特開平4−244
589 号公報には、層に複数の流路を設け流路幅を等差数
列的に縮小することで不凝縮ガスを低圧部に集める管巣
形状が記載されている。

【０００８】また、第３の従来例として、特開平2−242
088 号公報には、層を流路によって複数の管巣に分割
し、一つの流路の断面積の変化によって不凝縮ガスを低
圧部に集める管巣形状が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来例では、２
次元的に変形させたとき不凝縮ガスが層の背後の均圧域
に集まるとは限らず、また抽出領域から離れて不凝縮ガ
スが停滞する場合は均圧域は有効に働かない。更に、均
圧域が設けられている管巣内部は蒸気速度が遅く、均圧
域は圧力損失の低減には効果がない。

【００１０】第２及び第３の従来例では、不凝縮ガスは
低圧部に集まるが流路が不可欠であり、流路には冷却管
を配置できないので、コンパクトな復水器には不向きで
ある。また、不凝縮ガスの濃度は蒸気流のパスによって
異なるため、低圧部で不凝縮ガスが混合し、不凝縮ガス
の停滞域を十分に小さくできない。更に、第２の従来例
では流路長が長くなると流路方向に不凝縮ガスを集める
のが困難となり、第３の従来例では細分した個々の管巣
に空気抽出系を設けるスペースが必要となるので、付帯
設備が増加する。これら従来技術の問題点は１次元理論
に基づいた形状を用いていることにある。

【００１１】本発明の目的は、圧力損失を低減し不凝縮
ガスを効率良く除去できるコンパクトな凝縮装置及びこ
れを用いた発電プラントを提供することにある。

【００１２】

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、蒸気を流入させる流入口と、該流入口か
ら流入した蒸気を凝縮する複数の冷却管及び蒸気に混入
した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一つの抽出管を有
する管巣と、該管巣による凝縮で生じた凝縮液を流出さ
せる流出口とを備える凝縮装置において、前記抽出管は
管巣外周の重心に対して前記流入口と反対側に位置し、
前記管巣は、前記抽出管の近傍に該抽出管を囲むように
前記冷却管が密集して配置された管群からなる密集部
と、前記冷却管が密集して配置された複数の管群及び該
複数の管群間に形成された複数の流路を有する放射部と
を備え、前記放射部は前記密集部の前記流入口側に設け
られている。好ましくは、前記複数の流路は、蒸気の主
流方向にほぼ平行である。

【００１４】好ましくは、前記管巣は該管巣を囲む容器
の側壁から離れて配置され、該容器の側壁と前記管巣外
周の間隔が前記流路の幅よりも大きい。また、好ましく
は、前記密集領域を構成する冷却管の一部が、前記抽出
管で抽出された未凝縮の蒸気を凝縮するための冷却部を
構成している。

【００１５】また、本発明は、蒸気を流入させる流入口
と、該流入口から流入した蒸気を凝縮する複数の冷却管
及び蒸気に混入した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一
つの抽出管を有する管巣と、該管巣による凝縮で生じた
凝縮液を流出させる流出口とを備える凝縮装置におい
て、前記管巣は、前記抽出管の近傍に該抽出管を囲むよ
うに前記冷却管が密集して配置された管群からなる密集
部と、前記冷却管が密集して配置された複数の管群及び
該複数の管群間に形成された複数の流路を有する放射部
とを備え、各流路を流れる蒸気の流量が実質的に等しく
なるように、前記複数の流路が形成されている。

【００１６】また、本発明は、蒸気を用いて発電を行う
蒸気タービンと、該蒸気タービンから排出された蒸気を
凝縮する復水器とを備えた発電プラントにおいて、前記
復水器として、上記の凝縮装置を備えたものである。

【００１７】本発明は、凝縮装置の２次元管巣形状を直
接表せる２次元理論に基づいて、管巣における流路及び
抽出領域の位置を最適化して得られたものである。ま
ず、原子力や火力発電プラントの復水器を例に取り、本
発明の原理を説明する。原子力や火力発電プラントにお
いて、タービン内の回転する翼列周りを通過した蒸気流
はタービン排気室を経て復水器に流入し、復水器の管巣
で凝縮する。このため、復水器流入部での流れは複雑な
分布となるが、通常、タービン排気室は復水器流入部で
の偏流を低減できる構造となっているので、ここでは単
純化して復水器流入部での流れをほぼ一様と仮定する。

【００１８】図３に２次元理論の基本となる吸い込み流
れモデルの概念を示す。蒸気は管巣を構成する複数の冷
却管表面で凝縮するが、蒸気に混入している不凝縮ガス
を抽出領域に集めるために、冷却管表面での凝縮を抽出
領域での吸い込みで置換した吸い込みを伴う流れを考え
る。図３で流線は流入部で一定間隔に描いており、流入
部での流れは一様であるから、隣合う流線間の流量は全
て同一である。

【００１９】図４に示すように、流線間の流量を凝縮す
るために必要となる冷却管の設置面積を求める。即ち、
流線間毎に吸い込み点を起点として面積分して、一定面
積となる形状を求め、終点を結んだ包絡線（等面積線）
を求める。例えば、図４で二つの斜線部の面積は等し
い。この等面積線は、図形上で求めることもできるし、
数学的には面積分の一つの変数を流線に対応する流れ関
数として選び、一方の変数を流線に直交する流れポテン
シャルとして求めることもできる。

【００２０】冷却管の凝縮量は１本毎に異なり、管巣で
の圧力損失に伴い低下する飽和蒸気温度及び蒸気速度
と、不凝縮ガス濃度により変化する熱伝達率との影響を
受ける。しかし、ここでの最終目的は圧力損失の低減及
び不凝縮ガスの除去であり、また不凝縮ガスを微量しか
含まない蒸気の凝縮の場合、熱伝達率は管表面の液膜が
支配し蒸気速度の影響は小さいので、均一の凝縮量を仮
定できる。従って、一定流量の蒸気を凝縮するためには
一定本数の冷却管が必要であり、先に求めた面積は冷却
管を規則的な千鳥または正方の管群として密集配置した
ときに要する面積であり、等面積線は管巣の外周形状を
表わす。以下、この管巣を密集部のみからなる管巣と呼
ぶ。

【００２１】大型の復水器に密集部のみからなる管巣を
用いる場合、圧力損失が大きく管巣中心部に蒸気が到達
できないので、管巣に流路を設ける必要がある。図５に
密集部のみからなる管巣に流路を設ける方法を示す。流
路の設け方としては、密集部の管群の一部を管巣の外側
に移し、吸い込み流れに対する抵抗を低減するために、
流線に沿って流路を設ける。このとき、流線間で一定流
量の蒸気を凝縮するために流線間の冷却管の本数を一定
とする。即ち、流線間の管群の面積を一定とする。

【００２２】流線の間隔には任意性があるが、管巣全体
としての形状、即ち冷却管の分布を崩さないことが必要
であり、ある程度間隔を狭くとる必要がある。しかし、
管群のピッチ以下には狭められず、また流線の間隔を狭
めて多数の流路を設けた場合、流路側面に並んだ冷却管
表面での摩擦が増えるため得策でない。このような点を
考慮すると、図５に示すように１０本前後の流線によっ
て分割される間隔とすることが妥当である。

【００２３】密集部のみからなる管巣の外周では蒸気速
度は一様でなく流線の間隔に反比例するため、間隔の狭
い上部で蒸気速度が速い。また、上部でも中心軸（蒸気
の主流方向に平行で抽出領域から流入口側に向かう基準
線）に近いほど蒸気速度が速い。圧力損失は速度の２乗
に比例して増大するため、蒸気速度が速い上部に流路を
設け、更に蒸気速度に比例させて中心軸に近いほど流線
間の流路の比率を増やす。一定の流線間隔を基本単位と
しているため、中心軸に近いほど流路長が長くなり、ま
た管群の先端も上に延びる。管群の先端が上に延びる
と、管群の抵抗により流線が変形されて圧力損失を生じ
るが、流速の速い管巣上部ほど管群を疎にすることによ
り流線の変形を微小に留めることができる。

【００２４】次に流路を吸い込み点近傍まで延ばすこと
を考える。通常、復水器の管群では千鳥又は正方の規則
的な配置が用いられるが、規則的な管群を用いて流路を
曲線である吸い込み流れの流線に沿わせることは容易で
ない。このため、図６に示すように流路を直線で延ばす
方法を考える。

【００２５】流路の形状は現実の流線を規定することに
なるが、図６ではこれまでと同様に理想的な吸い込み流
れの流線を表わしている。同図の１３ａ〜１３ｍは、対
応する流線間からの一定流量の蒸気を凝縮するための管
群を表わす。流路を延ばしても一定流量の蒸気量は変わ
らないため、１３ａ〜１３ｍの各管群の面積を一定にし
ている。流路が存在する管巣上部では、理想的な吸い込
み流れの流線に合わせて管群を配置することが困難なた
め、図６に示すように、流線を外側に変形させたような
折線で流路を近似し、このような流路を形成するように
管群を配置する。

【００２６】一方、流路が存在しない管巣下部では、流
路により流れが規定されることはないが、上記した管巣
上部の変形に伴い上部の管群が下部に入り込むため、各
管群の面積を一定とするように、管群を等面積線の外側
までずらして配置する。このような管群配置を用いて
も、管巣下部では流速が極めて遅く管群形状の圧力損失
への影響は小さいため、面積を一定にすればある程度自
由な形状を取ることができる。

【００２７】以上のように決めた管巣形状では、管巣上
部に流入した蒸気流を乱さずに蒸気を凝縮できる流路を
構成できるので、圧力損失を低減することができる。ま
た、不凝縮ガスを吸い込み流れの終端である吸い込み点
に集めることができるので、不凝縮ガスを効率良く除去
し伝熱性能を大幅に向上することができる。更に、従来
の均圧域がないのでコンパクトな復水器（凝縮器）とす
ることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図を用いて説明する。図２に本発明を適用した復水器を
示す。本復水器は、蒸気流入口２，蒸気を凝縮させる管
巣１，不凝縮ガスを抽出する不凝縮ガスの抽出管３０，
復水流出口６，容器側壁４などから構成される。管巣１
は水平方向（図２のｘ方向）に延びた１０００〜１００
００本の冷却管（図示せず）で構成され、支持板１４で
支持される。冷却水は冷却水流入口８０から流入し、水
室８１を経て管巣１の冷却管内を流れる。管巣１は１ａ
及び１ｂの２系統からなり、どちらか１系統に不具合が
生じても復水器としての性能を維持できるようにしてい
る。

【００２９】タービン（図示せず）から排気された蒸気
は蒸気流入口２の上側から復水器に流入し、管巣１で凝
縮し、凝縮で生じた復水は重力で下方に落下し、復水流
出口６から流出する。一方、管巣１で凝縮しきれなかっ
た未凝縮の蒸気及び不凝縮ガスは、表面に多数の孔を有
しｘ方向に延びた抽出管３０に取り込まれ、ｘ方向の一
端に位置する不凝縮ガス冷却部１３１に流入する。不凝
縮ガス冷却部１３１は内部にｘ方向に延びた複数の冷却
管を有し、この冷却管により未凝縮の蒸気のほとんどが
凝縮され、残った不凝縮ガスが不凝縮ガス排気管１３２
を通して復水器外部に排気される。即ち、不凝縮ガス冷
却部１３１は管巣１で凝縮しきれなかった未凝縮の蒸気
を凝縮させる役割を果たす。

【００３０】尚、不凝縮ガス冷却部１３１は、本実施例
のようにｘ方向の一端にのみ設ける以外にも、ｘ方向の
全域に設けたり、或いは抽出管３０を復水器の外部まで
延ばし復水器とは別に不凝縮ガス冷却部１３１を設けて
もよい。

【００３１】次に、管巣のアスペクト比（管巣高さ／管
巣幅）の決定法について説明する。前述した吸い込み理
論により求めた管巣のアスペクト比を図７に示す。同図
で、縦軸は管巣のアスペクト比を、横軸は容器幅に対す
る管巣幅の比を表わす。尚、図２のように容器内に２系
統の管巣を設けた場合、容器幅としては、容器側壁４と
２系統ある管巣の対称面との距離とする。同図に示した
二つの曲線のうち、下側は密集部のみからなる管巣のア
スペクト比を表わし、上側は流路を有する管巣のアスペ
クト比を表わす。このように吸い込み理論により求めた
図７を用いて、容器幅に対する管巣のアスペクト比を定
めることができる。

【００３２】例えば、管巣幅が容器幅に比べて十分に小
さい場合、容器側壁の影響が小さいので、密集部のみか
らなる管巣の形状は同心円に近づき、密集部のみからな
る管巣のアスペクト比は約１となる。また、このとき密
集部外周での蒸気速度の不均一性は小さいので、圧力損
失のバランスを保ち吸い込み点を低圧とするためには、
周方向に均一に流路を設けるのが好ましい。この条件を
考慮すると、流路を有する管巣のアスペクト比も約１と
なる。一方、容器幅に対する管巣幅の比が0.5を超える
と、容器側壁の影響が現われ密集部のみからなる管巣の
アスペクト比は１より大きくなる。この場合、密集部外
周での蒸気速度の不均一性が増大し、特に上部での蒸気
速度が増大するので、図５及び図６で説明した方法で流
路を設けるためには、流路を有する管巣のアスペクト比
を、密集部のみからなる管巣よりも急激に大きくする必
要がある。

【００３３】ここで、流路を有する管巣のアスペクト比
の最適値について検討する。前述したように、管巣幅に
より容器壁の影響が現われ、この結果蒸気速度が不均一
となり、密集部のみからなる管巣のアスペクト比が定ま
る。従って、蒸気速度の不均一性を表わす指標として、
密集部のみからなる管巣のアスペクト比を用いることが
できる。以下、流路を有する管巣のうち、流路が存在す
る上部領域を放射部と呼ぶ。

【００３４】管巣上部での蒸気速度は、密集部のみから
なる管巣のアスペクト比にほぼ比例して増大すると考え
られる。また、圧力損失は管巣の抵抗係数と蒸気速度の
２乗との積に比例する。よって、管巣上部での圧力損失
を管巣下部と同等に抑えるためには、管巣上部の抵抗係
数を蒸気速度の２乗に逆比例させる必要がある。言い換
えれば、管巣上部の抵抗係数を密集部のみからなる管巣
のアスペクト比の２乗に逆比例させる必要がある。

【００３５】このために、冷却管の本数を一定にして、
放射部の面積を密集部のみからなる管巣のアスペクト比
の２乗に比例させて増大し、放射部における冷却管の占
有率を密集部のみからなる管巣のアスペクト比の２乗に
逆比例させる。管巣上部の抵抗係数は放射部における冷
却管の占有率に比例するので、これにより管巣上部の抵
抗係数を密集部のみからなる管巣のアスペクト比の２乗
に逆比例させて低減できる。また、流路を有する管巣に
占める放射部の割合が大きければ、流路を有する管巣の
アスペクト比を密集部のみからなる管巣のアスペクト比
の２乗にするのが好ましい。

【００３６】以上の検討は定性的であり、最適値には適
切な幅を持たせる必要があるが、流路を有する管巣のア
スペクト比として、密集部のみからなる管巣のアスペク
ト比の２乗にした曲線を図７に示す。

【００３７】実用的には、容器幅に配置上の制限があ
り、また容器幅を極端に小さくして管巣のアスペクト比
を増大させると、管巣外周での蒸気速度の不均一性が著
しく増大し放射部を設けても圧力損失を均一化すること
が困難となるので、容器幅に対する管巣幅の比として
は、０.５〜０.８程度の範囲が好ましい。これは、密集
部のみからなる管巣のアスペクト比にして１.１３〜１.
７５の範囲に、流路を有する管巣のアスペクト比にして
１.２８〜３.０６の範囲に当る。一方、小型の復水器で
は、冷却管の本数が少ないため、管巣のアスペクト比を
１未満にすることもあり得る。

【００３８】以下、点状の吸い込みを設け管巣のアスペ
クト比が１を超える実施例、および管巣のアスペクト比
が１未満の実施例について説明する。

【００３９】図１に本発明を適用した管巣の第１の実施
例の断面を示す。同図で、１は管巣、１１は管巣外周、
１２は流路、１３は管群、２は蒸気流入口、３は不凝縮
ガスの抽出口、５は容器底面を表わす。容器内に１系統
の管巣を設ける場合、４は容器側壁を表わし、容器内に
２系統の管巣を設ける場合、４は容器側壁と２系統の管
巣の対称面を表わす。図１は図６で決めた管巣形状をそ
のまま用い、吸い込み点の位置に抽出口３を設けたもの
である。

【００４０】管巣１は蒸気を四方から取り込み、蒸気速
度を低減できるように、容器側壁４及び容器底面５から
離れて位置している。抽出口３は管巣外周１１の重心よ
り下方にあり、抽出口３の上方には管巣外周１１から抽
出口３に向かう複数の流路１２が形成されている。流路
１２は管巣外周１１に先端を有し、流路幅は先端ほど広
くなっている。言い換えれば、流路１２は管巣外周１１
に流入口を有し、抽出口３に近いほど流路幅が狭くなっ
ている。更に、流路の面積比率および長さは管巣の中心
軸に近いほど大きい。

【００４１】このような構成にしたことにより、蒸気は
蒸気流入口２から流入するため管巣上部での蒸気速度が
速いが、速度が速い上部ほど流路の比率が大きいので、
圧力損失を低減することができる。また、蒸気に混入し
た不凝縮ガスが蒸気の凝縮により濃縮されて集まる吸い
込み点に抽出口３を配置しているので、不凝縮ガスの停
滞が生じない。

【００４２】次に、図８を用いて本発明を適用した管巣
の第２の実施例を説明する。図８は第２の実施例の断面
を示しており、第１の実施例と同じ構成には同じ符号を
付けている。本実施例では、流速が遅い管巣１の下部に
も補助的な流路１２ａを設ける。即ち、蒸気速度の速い
上部では流路１２を一定流量毎に設けているが、下部で
は蒸気速度が極めて遅いので、遅い蒸気速度に応じて管
群が密集した領域での圧力損失を低減するために、一定
流量に対して短い流路１２ａを複数設けている。

【００４３】管巣１の下部では蒸気速度がもともと遅い
ため、下部の流路１２ａの流路幅の先端での広がりは僅
かでよく、本実施例では一定幅としている。また、蒸気
速度の遅い下部では、管群の面積を一定に保てば管巣外
周１１の形状を自由にとれるので、長方形の復水器容器
に最もコンパクトに配置できるように、本実施例では下
部の管巣形状を長方形に近い形状にしている。

【００４４】本実施例の流路１２の形状の特徴をまとめ
ると、管巣外周１１から抽出口３に向かって形成され、
管巣外周１１を先端として流路幅は先端ほど広く、流路
の面積比率および長さは抽出口３上方の中心軸（蒸気流
入口側の中心軸）に近いほど大きく、蒸気流入口側の中
心軸から抽出口３下方の中心軸(容器底面側の中心軸)に
かけて周方向に減少している。また、抽出口３の近傍に
は、抽出口３を囲む同心円状の密集した管群１３を設け
ている。このような構成にすることで、管巣下部でも圧
力損失を低減し、さらに性能を向上できる。

【００４５】次に、図９を用いて本発明を適用した管巣
の第３の実施例を説明する。図９は第３の実施例の断面
を示しており、第２の実施例と同じ構成には同じ符号を
付けている。本実施例では、抽出口３の近傍に管群１３
を設けず、空間１４を設けている。空間１４は抽出口３
を冷却管の支持板に溶接するためのもので、通常冷却管
直径の３〜５倍の距離（例えば、冷却管直径３cmの場
合、９〜１５cm）を溶接スペースとして確保している。
同図のように、空間１４を同心円状に構成することによ
り、コンパクトな復水器とすることができる。

【００４６】次に、図１０を用いて本発明を適用した管
巣の第４の実施例を説明する。図１０は第４の実施例の
断面を示しており、第２の実施例と同じ構成には同じ符
号を付けている。本実施例では、抽出口３上方の蒸気流
入口側の中心軸上にも流路１２を設けている。通常、復
水器の蒸気流入口２は重力方向の上側に設けられ、蒸気
が凝縮して生じる凝縮液は重力で下向きに落下する。従
って、蒸気流入口側の中心軸上を管群１３ではなく流路
１２とすることにより、凝縮液の落下量を減らして、落
下した凝縮液が抽出口３を塞ぐことを防止できるので、
より確実に不凝縮ガスを抽出することができる。

【００４７】次に、図１１を用いて本発明を適用した管
巣の第５の実施例を説明する。図１１は第５の実施例の
断面を示しており、第２の実施例と同じ構成には同じ符
号を付けている。本実施例では、抽出口３の上側に不凝
縮ガス冷却部１３１を設け、抽出口３から抽出した不凝
縮ガスを冷却するようにしている。不凝縮ガス冷却部１
３１は冷却管の長さ方向（図２のｘ方向）の一部の領域
に設けられ、抽出口３で抽出した不凝縮ガスが流入する
ように構成される。抽出口３で抽出した不凝縮ガスおよ
び未凝縮の蒸気は不凝縮ガス冷却部１３１へ流入し、こ
こで冷却されることにより未凝縮の蒸気が凝縮され、不
凝縮ガスのみが不凝縮ガス排気系（図示せず）に排気さ
れる。

【００４８】また、本実施例では、管群１３の配列とし
て正三角形を基本要素とした千鳥配列を用いることによ
り、冷却管１３０を密集でき多くの流路をとれるように
している。更に、冷却管１３０が配置される正三角形の
一辺を蒸気の流入方向（図１１の上下方向）とすること
により、流路の比率を小さくしても一定の流路幅を確保
できるので、復水器のコンパクト化に大いに寄与する。

【００４９】次に、図１２を用いて本発明を適用した管
巣の第６の実施例を説明する。図１２は第６の実施例の
断面を示しており、第５の実施例と同じ構成には同じ符
号を付けている。本実施例では、流速が遅い抽出口３の
下側に不凝縮ガス冷却部１３１を設ける。このように配
置することで、不凝縮ガス冷却部１３１によって冷却管
の配列が不規則となることに基づく影響を最小に抑える
ことができる。

【００５０】以上の実施例における管巣の形状はアスペ
クト比が１以上の縦長形状である。これは、蒸気の吸い
込み点が限られた復水器容器内にあり、密集部のみから
なる管巣のアスペクト比が１を越え、さらに縦長の（蒸
気の流入方向に長い）流路を設けた結果である。しか
し、発電プラント全体の配置条件から、アスペクト比が
１以下の管巣にする必要も生じる。

【００５１】アスペクト比が１以下の管巣に本発明を適
用した第７の実施例を、図１３及び図１４を用いて説明
する。図１３に示すように、吸い込み点を横長の吸い込
み領域として分布させることにより、アスペクト比が１
以下の管巣形状を求めることができる。図１３に示す吸
い込み流れモデルに基づいて求めた管巣形状は図１４の
ようになる。図１４で図８と同じ構成には同じ符号を付
けている。本実施例によれば、横長の復水器が必要とさ
れる発電プラントに対しても十分に適用できる。

【００５２】以下、本実施例の管巣形状について詳しく
説明する。図１５は、吸い込み点を水平な線分（吸い込
み線）として分布させたときの吸い込み流れを表わす。
図５に示したような吸い込み点への吸い込みの場合、吸
い込み点の近傍では、流線が吸い込み点を中心として放
射状に広がっており、吸い込み流れはほぼ等速度に分布
していた。これに対して、図１５の吸い込み線への吸い
込みの場合、流線の間隔は吸い込み線の上方で狭く、吸
い込み線の下方で広くなっており、吸い込み線を挟んで
吸い込み流れの速度が不連続に変化している。

【００５３】管巣での凝縮を考慮すると、流線の終端
（吸い込み線の近傍）では速度が０に漸近するため速度
の不連続性は生じないが、終端から離れると吸い込み線
の上方と下方で大きな速度差が生じる。管巣では、その
抵抗により速度に応じて圧力損失を生じるが、吸い込み
流れの流線の終端位置を吸い込み線上に保つためには、
吸い込み線の上方及び下方での圧力損失を等しくする必
要がある。即ち、吸い込み線の上方では速度が速いが、
流路を調整して抵抗を減らすことにより、圧力損失を吸
い込み線の下方と同程度に低減して吸い込み線を低圧に
保つ。この結果、実際の流線の終端位置を吸い込み線に
一致させ、不凝縮ガスを吸い込み線に集めることができ
る。

【００５４】図１５の等面積線に基づいた管巣形状を図
１６に示す。図１６に示す第８の実施例では、スペース
効率を考慮して、吸い込みの中心に一個の抽出口３を設
けている。吸い込み線に集まる不凝縮ガスを更に抽出口
３に集めるために、抽出口３を最も低圧にする必要があ
る。このために、抽出口３の上部における密集部の鉛直
方向（図１６の上下方向）の厚さ（流路１２の下端と抽
出口３との鉛直方向の距離）を抽出口３に近づくほど厚
くして、圧力損失を増やしている。

【００５５】図１７は、図１６を変形し管巣の下部を直
線状にした第９の実施例である。図１５の吸い込み流れ
の流線は、吸い込み線近傍の上方及び下方で近似的に鉛
直方向を向いており、鉛直方向の流れが支配的である。
この場合、水平方向（図１６の左右方向）の流れは小さ
いので、流路１２により水平方向に領域分けされている
管群１３毎に、水平方向に管巣を領域分けすると、各々
の領域を独立した領域とみなすことができる。図１７の
実施例では、これらの独立した領域を、抽出口３から離
れるほど下方に移動させた構成となっている。このよう
な管巣の変形により、吸い込み線は上に凸な曲線に変形
される。この曲線そのものを規定することは難しいが、
抽出口３の位置を図１６と同様に密集部のほぼ中心に位
置させ、吸い込み線の上方及び下方の両方を含めた密集
部の鉛直方向の厚さ（流路１２の下端と管巣の下端との
鉛直方向の距離）を抽出口３に近づくほど厚くすること
により、不凝縮ガスを抽出口３に集めることができる。

【００５６】次に、図１８を用いて本発明の復水器を沸
騰水型原子力発電プラント（ＢＷＲプラント）に用いた
実施例を説明する。本ＢＷＲプラントは、圧力容器７１
内に設けた炉心７０，高圧タービン６０，低圧タービン
６１，復水器１０などから構成され、復水器として第１
から第７の実施例の何れかのものを用いる。炉心７０で
発生した蒸気は、高圧タービン６０に入り、低圧タービ
ン６１を経て復水器１０に流入する。復水器１０に流入
した蒸気は凝縮されて凝縮水となり、凝縮水が再び炉心
７０に流入する。蒸気は高圧タービン６０と低圧タービ
ン６１で膨張して復水器に入るが、膨張した多量の蒸気
を凝縮するために、復水器１０には大きな凝縮能力が要
求される。

【００５７】第１から第７の実施例で説明した復水器を
用いることにより、コンパクトな復水器で大きな凝縮能
力を得られるので、ＢＷＲプラント全体をコンパクトに
し、建設コストを低減することができる。また、本復水
器では圧力損失が小さいため、タービンの排気圧力を低
下できるので、タービンの前後での圧力比を大きく取り
発電効率を向上することができる。例えば、タービンの
排気圧力について比較すると、従来のＢＷＲプラントで
約５０００Ｐａであったものが、４７００〜４８００程
度に低減できることになる。

【００５８】尚、本実施例ではＢＷＲプラントの復水器
に本発明を用いたものについて説明したが、本発明は火
力プラントの復水器や、化学プラントの凝縮器などに用
いても同様な効果を得ることができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、凝縮器に流入した蒸気
流を乱さずに蒸気を凝縮できるので、圧力損失を低減す
ることができる。また、不凝縮ガスを吸い込み流れの終
端である抽出管（吸い込み点）に集めることができるの
で、不凝縮ガスを効率良く除去し伝熱性能を大幅に向上
することができる。これに伴い発電プラントの発電効率
を向上することもできる。更に、従来の均圧域がないの
でコンパクトな凝縮器とすることができ、発電プラント
の建設コストを低減できる効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した管巣の第１の実施例の断面
図。

【図２】本発明を適用した復水器を示す図。

【図３】本発明の原理を示す吸い込み流れモデルの摸式
図。

【図４】本発明の原理を示す吸い込み流れモデルの摸式
図。

【図５】本発明の原理を示す吸い込み流れモデルの摸式
図。

【図６】本発明の原理を示す吸い込み流れモデルの摸式
図。

【図７】吸い込み流れモデルにより求めた容器幅と管巣
のアスペクト比の関係を示す図。

【図８】本発明を適用した管巣の第２の実施例の断面
図。

【図９】本発明を適用した管巣の第３の実施例の断面
図。

【図１０】本発明を適用した管巣の第４の実施例の断面
図。

【図１１】本発明を適用した管巣の第５の実施例の断面
図。

【図１２】本発明を適用した管巣の第６の実施例の断面
図。

【図１３】アスペクト比が１以下の管巣に対する吸い込
み流れモデルの摸式図。

【図１４】本発明を適用した管巣の第７の実施例の断面
図。

【図１５】アスペクト比が１以下の管巣に対する吸い込
み流れモデルの摸式図。

【図１６】本発明を適用した管巣の第８の実施例の断面
図。

【図１７】本発明を適用した管巣の第９の実施例の断面
図。

【図１８】本発明の復水器を沸騰水型原子力発電プラン
トに用いた実施例を示す図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…管巣、２…蒸気流入口、３…抽出口、
４…容器側壁、５…容器底面、６…復水流出口、１０…
復水器、１１…管巣外周、１２，１２ａ…流路、１３…
管群、３０…不凝縮ガス抽出管、１３０…冷却管、１３
１…不凝縮ガス冷却部、１３２…不凝縮ガス排気管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤谷康男茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特公昭56−40272（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28B 1/00 - 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気を流入させる流入口と、該流入口から
流入した蒸気を凝縮する複数の冷却管及び蒸気に混入し
た不凝縮ガスを抽出する少なくとも一つの抽出管を有す
る管巣と、該管巣による凝縮で生じた凝縮液を流出させ
る流出口とを備える凝縮装置において、前記抽出管は管巣外周の重心に対して前記流入口と反対
側に位置し、前記管巣は、前記抽出管の近傍に該抽出管
を囲むように前記冷却管が密集して配置された管群から
なる密集部と、前記冷却管が密集して配置された複数の
管群及び該複数の管群間に形成された複数の流路を有す
る放射部とを備え、前記放射部は前記密集部の前記流入
口側に設けられていることを特徴とする凝縮装置。
【請求項２】請求項１において、前記複数の流路は、蒸
気の主流方向にほぼ平行であることを特徴とする凝縮装
置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記管巣を囲む
容器の側壁と前記管巣外周の間隔が前記流路の幅よりも
大きいことを特徴とする凝縮装置。
【請求項４】請求項３において、前記流入口に近い位置
の前記間隔が、前記流入口から遠い位置の前記間隔より
も大きいことを特徴とする凝縮装置。
【請求項５】請求項１乃至４の何れかにおいて、前記密
集部を構成する冷却管の一部が、前記抽出管で抽出され
た未凝縮の蒸気を凝縮するための冷却部を構成している
ことを特徴とする凝縮装置。
【請求項６】請求項５において、前記冷却部が、前記冷
却管の長さ方向における一部の領域に設けられているこ
とを特徴とする凝縮装置。
【請求項７】請求項６において、前記冷却部が、前記抽
出管の冷却水流入側の一端に設けられていることを特徴
とする凝縮装置。
【請求項８】請求項１乃至７の何れかにおいて、前記抽
出管を溶接するための空間が該抽出管の周りに設けられ
ていることを特徴とする凝縮装置。
【請求項９】請求項１乃至８の何れかにおいて、前記管
巣を囲む容器の幅に対する前記管巣の幅の比が０.５〜
０.８の範囲であることを特徴とする凝縮装置。
【請求項１０】請求項１乃至９の何れかにおいて、前記
流路の流路幅が前記管巣外周の先端ほど広くなっている
ことを特徴とする凝縮装置。
【請求項１１】蒸気を流入させる流入口と、該流入口か
ら流入した蒸気を凝縮する複数の冷却管及び蒸気に混入
した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一つの抽出管を有
する管巣と、該管巣による凝縮で生じた凝縮液を流出さ
せる流出口とを備える凝縮装置において、前記管巣は、前記抽出管の近傍に該抽出管を囲むように
前記冷却管が密集して配置された管群からなる密集部
と、前記冷却管が密集して配置された複数の管群及び該
複数の管群間に形成された複数の流路を有する放射部と
を備え、各流路を流れる蒸気の流量が実質的に等しくなるよう
に、前記複数の流路が形成されていることを特徴とする
凝縮装置。
【請求項１２】蒸気を用いて発電を行う蒸気タービン
と、該蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮する復水
器とを備えた発電プラントにおいて、前記復水器として、請求項１乃至１１の何れかに記載の
凝縮装置を備えたことを特徴とする発電プラント。