JP4562853B2 - 給水加熱器 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、給水加熱器に関し、さらに詳しくは、不凝縮ガスを効率良く抽出して伝熱性能を向上させることができるとともに、アンモニアアタックを防止できる給水加熱器に関する。
【0002】
【従来の技術】
蒸気タービンを駆動する蒸気の一部は、給水加熱蒸気として蒸気タービンから抽気され、給水加熱器に導入される。給水加熱器に導入された蒸気は、伝熱管内を流れる給水と熱交換してドレンとなるが、このとき蒸気中に含まれる不凝縮ガスは給水加熱器の胴体内に残留し、当該熱交換作用を妨げる。したがって、この残留不凝縮ガスを、効率良く器外に抽出し、排出することができるか否かが、給水加熱器の性能に大きな影響を及ぼすこととなる。
【0003】
かかる従来における給水加熱器の一例を図面を参照しつつ説明する。図9は、従来における給水加熱器を模式的に示す部分縦断面図、図10は、従来における給水加熱器を模式的に示す横断面図、図11は、不凝縮ガス箱による不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図、図12は、管長手方向における各部の圧力を示すグラフ図である。
【0004】
胴体1は、図9に示すように、軸線がほぼ水平な筒状に形成され、内部に仕切板を有した水室2、タービン抽気を導入する蒸気入口管台3、給水入口管台4、給水出口管台5を備えている。また、胴体1内には、図示しない複数の管支持板によって支持され、多数のUベンドチューブよりなる伝熱管群6を備えている。この伝熱管群6の軸線方向中央部には、不凝縮ガスを器外に抽出する不凝縮ガス抽出通路7が貫設されている。この不凝縮ガス抽出通路7の水室2側端部には、捕集された不凝縮ガスを路外に導出する不凝縮ガス抽出ダクト8が設けられている。
【0005】
また、不凝縮ガス抽出通路7は、図10および図11に示すように、断面コ字状に形成された不凝縮ガス箱9と伝熱管群6とによって形成されている。なお、不凝縮ガス箱9をこのような形状にしたのは、蒸気の下降流が上昇流よりも優勢であり、不凝縮ガス抽出通路7に効率良く不凝縮ガスを抽出させるためである。また、図10には、蒸気の伝熱管群6外面(外郭)の圧力P1と、伝熱管群6内面(内郭)の圧力P2と、不凝縮ガス抽出通路7内の圧力P3とを示してある。
【0006】
このように構成された給水加熱器において、給水は、給水入口管台4から水室2内に入り、伝熱管群6を流通して給水出口管台5から流出する。一方、蒸気は、蒸気入口管台3から胴体1内に流入し、伝熱管群6内に流入する。そして、この蒸気は、伝熱管群6を介した給水との熱交換によってドレンとなって胴体1内の底部に溜まり、図示しないドレン出口管台から排出される。
【0007】
また、蒸気中に随伴して胴体1内に流入した不凝縮ガスは、蒸気の流れに伴って胴体1内を流動し、不凝縮ガス抽出通路7によって捕集され、不凝縮ガス抽出ダクト8から給水加熱器外に排出される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の給水加熱器では、図12に示すように、不凝縮ガス抽出通路7と伝熱管群6の内・外面との圧力差が大きくないために、不凝縮ガス抽出通路7内の圧力が不凝縮ガス抽出ダクト8に向かって下がっていない場合があり、不凝縮ガスの抽出不良によって不凝縮ガス溜まり10(図9参照)が生じ、伝熱性能が劣化するとともに、銅系の伝熱管群6ではアンモニアアタックが発生してしまうという問題点があった。
【0009】
かかる要因を、図12を参照して詳細に説明する。蒸気の伝熱管群6外面の圧力P1のうち、給水入口管台3に対応する箇所には、圧力のピーク11,12が生じている。これに起因して、不凝縮ガス抽出通路7内にも圧力分布にピーク11,12が存在する。確実な不凝縮ガス抽出のためには、不凝縮ガス抽出通路7内の圧力は、抽出点(水室2側)に向かって下がっていかなければならない。このピークの存在は、当該ピークより下流側の不凝縮ガスの抽出を不確実なものとする。
【0010】
なお、他の従来技術として、特開昭58−86302号公報、特開昭55−38410号公報、特開平6−147406号公報に開示されたものがある。
【0011】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不凝縮ガスを効率良く抽出して伝熱性能を向上させるとともに、アンモニアアタックを防止できる給水加熱器を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明の請求項1にかかる給水加熱器は、
軸線がほぼ水平な筒状の胴体と、前記胴体内に設けられ複数の管支持板によって支持された伝熱管群と、前記伝熱管群の前記軸線方向中央部に貫設され不凝縮ガスを器外に抽出する不凝縮ガス抽出路と、を備えた給水加熱器において、
前記伝熱管群内に伝熱管の未配置箇所を設け、前記不凝縮ガス抽出路への蒸気流量分布を均一にする圧力バランスゾーンを形成すると共に、
前記不凝縮ガス抽出路は、水平に設置され、下面に開放部を有する不凝縮ガス箱と、前記開放部に固設される平板とからなり、
前記平板は、ドレン排出口に向って下降傾斜し、その下端端部にドレン排出口が設けられると共に長手方向に沿って不凝縮ガス抽出用の複数の小孔が備えられ、
当該不凝縮ガス抽出路が不凝縮ガス抽出ダクトの接続部に向ってその断面積が次第に拡大して不凝縮ガスが滞留しにくく構成したことを特徴とする。
【0013】
給水は、給水入口管台から水室内に入り、伝熱管群を流通して給水出口管台から流出する。一方、蒸気は、蒸気入口管台から胴体と伝熱管群との隙間に流入し、伝熱管群内に流入する。そして、この蒸気は、伝熱管群を介した給水との熱交換によってドレンとなって胴体内の底部に溜まり、ドレン出口管台から排出される。
【0014】
また、蒸気中に随伴して胴体内に流入した不凝縮ガスは、蒸気の流れに伴って胴体内を流動し、不凝縮ガス抽出路によって捕集され、不凝縮ガス抽出ダクトから給水加熱器外に排出される。このとき、不凝縮ガス抽出路は小孔によってチョークされ、所望の管内圧力に下げられているので、不凝縮ガスを確実に抽出し伝熱不作用管の発生を防止して伝熱性能が劣化するのを回避し、伝熱管群が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止する。
【0016】
また、この発明の請求項にかかる給水加熱器は、軸線がほぼ水平な筒状の胴体と、前記胴体内に設けられ複数の管支持板によって支持された伝熱管群と、前記伝熱管群の前記軸線方向中央部に貫設され不凝縮ガスを器外に抽出する不凝縮ガス抽出路と、を備えた給水加熱器において、
前記伝熱管群内に伝熱管の未配置箇所を設け、前記不凝縮ガス抽出路への蒸気流量分布を均一にする圧力バランスゾーンを形成すると共に、
前記不凝縮ガス抽出路は、断面屋根型又は山型の上部覆いを構成する傾斜板の下部にドレン排出口に向って下降傾斜すると共に長手方向に沿って複数の小孔を備えた平板を固設して形成したことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる給水加熱器の実施の形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0022】
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1にかかる給水加熱器を模式的に示す部分縦断面図、図2は、不凝縮ガス抽出管を示す横断面図、図3は、管長手方向における各部の圧力を示すグラフ図である。なお、既に説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略もしくは簡略化する。
【0023】
図1および図2に示すように、不凝縮ガス抽出管20は、上述した不凝縮ガス抽出通路7を内部に形成するために、丸パイプ部材により形成され、その底部には長手方向に沿って多数の小孔21が設けられている。なお、図1においては、説明の便宜上、不凝縮ガス抽出管20の手前側の側面に小孔21を図示してある。この小孔21の径、配設ピッチ、個数等は、凝縮量の大きな箇所では大きく、あるいは密に形成することが好ましい。
【0024】
このように形成された不凝縮ガス抽出管20の水室2側の端部には、オリフィス8aを有した不凝縮ガス抽出ダクト8が設けられ、図示しない復水器あるいは脱気器に接続されている。そして、この不凝縮ガス抽出管20は、当該小孔21によってチョークし、管内圧力を下げて所望の抽出量を得られるように形成されている。すなわち、図3に示すように、小孔21によってチョークさせることで、伝熱管群6内面の圧力P2と不凝縮ガス抽出通路7内の圧力P3の差を大きくとることによって、不凝縮ガス溜まり10が生じるのを防止したものである(図12および図9も併せて参照)。
【0025】
なお、図示しないその他の構成部材は、周知・慣用技術によって形成されているので、説明を省略する。
【0026】
このように構成された給水加熱器において、給水は、給水入口管台4から水室2内に入り、伝熱管群6を流通して給水出口管台5から流出する。一方、蒸気は、蒸気入口管台3から胴体1と伝熱管群6との隙間に流入し、伝熱管群6内に流入する。そして、この蒸気は、伝熱管群6を介した給水との熱交換によってドレンとなって胴体1内の底部に溜まり、ドレン出口管台22から排出される。
【0027】
また、蒸気中に随伴して胴体1内に流入した不凝縮ガスは、蒸気の流れに伴って胴体1内を流動し、不凝縮ガス抽出管20によって捕集され、不凝縮ガス抽出ダクト8から給水加熱器外に排出される。このとき、不凝縮ガス抽出管20は、小孔21によってチョークされ、所望の管内圧力に下げられているので、伝熱管群6内面の圧力P2の圧力と不凝縮ガス抽出通路7内の圧力P3の差を大きくとることができ、これによって、不凝縮ガスを確実に抽出でき、不凝縮ガス溜まり10が生じるのを防止できる。
【0028】
以上のように、この実施の形態1にかかる給水加熱器によれば、不凝縮ガスたる不凝縮ガスを効率良く抽出して伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。また、小孔21を不凝縮ガス抽出管20の底面に設けたので、下降流よりも劣勢な上昇流中の不凝縮ガスをバランス良く抽出できるとともに、ドレンの不凝縮ガス抽出部への流れ込みを容易に防止できる。
【0029】
(実施の形態2)
図4は、この発明の実施の形態2にかかる給水加熱器の伝熱管未配置部を模式的に示す横断面図である。本実施の形態2は、上記実施の形態1における伝熱管群6内に伝熱管未配置部25(伝熱管を同心円状に間引いた部分)を形成し、これによって不凝縮ガス抽出管20への蒸気流量分布を均一にする圧力バランスゾーンを形成したものである。
【0030】
すなわち、この圧力バランスゾーンによって、伝熱管群6内に不凝縮ガス溜まりが生じにくくなり、伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。
【0031】
なお、本実施の形態2においては、上記実施の形態1における伝熱管群6内に伝熱管未配置部25を形成するものとして説明したが、これに限定されず、従来の不凝縮ガス箱9による不凝縮ガス抽出通路7を備えた給水加熱器に適用してもよく、上記と同様の効果を期待できる。
【0032】
(実施の形態3)
図5は、この発明の実施の形態3にかかる傾斜板を設けた不凝縮ガス抽出通路を示す斜視図、図6は、図5に示した不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図である。本実施の形態3は、長手方向に沿って複数の小孔21を備えた平板20aの上部を覆うように屋根型の傾斜板27を設けることによって不凝縮ガス抽出通路を形成したものであり、上方からの蒸気流量(下降流量)を調節し、下方からの蒸気流量(上昇流)との圧力バランスをとることによって、当該不凝縮ガス抽出通路への蒸気流量分布が均一となるようにしたものである。
【0033】
これによって、伝熱管群6内に不凝縮ガス溜まりが生じにくくなり、伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。
【0034】
(実施の形態4)
図7は、この発明の実施の形態4にかかる不凝縮ガス抽出通路を示す側面図、図8は、図7に示した不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図である。本実施の形態4は、断面コ字状の不凝縮ガス箱9の下面開放部を、長手方向に沿って複数の小孔21を備えた平板20aで覆うと共に該平板20aをドレン出口側が下向きになるように長手方向に傾斜させることによって不凝縮ガス抽出通路を形成したものであり、伝熱管群6の最内周部の圧力変化が不凝縮ガス箱9内の圧力(不凝縮ガス抽出通路内圧力)に影響を及ばさないようにすると共に不凝縮ガス箱9内で発生するドレンを確実に排出してドレンが小孔21に溜まって不凝縮ガス抽出に悪影響がないようにしたものである。
【0035】
これによって、伝熱管群6内に不凝縮ガス溜まりが生じにくくなり、伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。
【0036】
(実施の形態5)
本実施の形態5は、上記実施の形態1における管支持板(図示せず)に、蒸気流量分配を調節する流量分配調節孔(図示せず)を設け、不凝縮ガス抽出管20等への蒸気流量分布が所定のものとなるようにしたものである。
【0037】
これによって、伝熱管群6内に不凝縮ガス溜まりが生じにくくなり、伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。なお、本発明は、上記実施の形態2〜4にも適用でき、同様の効果を期待できる。
【0038】
(実施の形態6)
本実施の形態6は、図1に示した受衝板28に、蒸気流量分配を調節する流量分配調節孔28aを設け、入口蒸気の圧力バランスを調節することによって、不凝縮ガス抽出管20等への蒸気流量分布が所定のものとなるようにしたものである。
【0039】
これによって、伝熱管群6内に不凝縮ガス溜まりが生じにくくなり、伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群6が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。なお、本発明は、上記実施の形態2〜5にも適用でき、同様の効果を期待できる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる給水加熱器(請求項1)によれば、軸線がほぼ水平な筒状の胴体と、前記胴体内に設けられ複数の管支持板によって支持された伝熱管群と、前記伝熱管群の前記軸線方向中央部に貫設され不凝縮ガスを器外に抽出する不凝縮ガス抽出路と、を備えた給水加熱器において、前記伝熱管群内に伝熱管の未配置箇所を設け、前記不凝縮ガス抽出路への蒸気流量分布を均一にする圧力バランスゾーンを形成すると共に、前記不凝縮ガス抽出路は、水平に設置され、下面に開放部を有する不凝縮ガス箱と、前記開放部に固設される平板とからなり、前記平板は、ドレン排出口に向って下降傾斜し、その下端端部にドレン排出口が設けられると共に長手方向に沿って不凝縮ガス抽出用の複数の小孔が備えられ、当該不凝縮ガス抽出路が不凝縮ガス抽出ダクトの接続部に向ってその断面積が次第に拡大して不凝縮ガスが滞留しにくく構成したので、伝熱管群内に不凝縮ガス溜まりを生じることなく不凝縮ガスを効率良く抽出して伝熱性能を向上させることができるとともに、伝熱管群が銅系金属にて形成されていてもアンモニアアタックを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1にかかる給水加熱器を模式的に示す部分縦断面図である。
【図2】不凝縮ガス抽出管を示す横断面図である。
【図3】管長手方向における各部の圧力を示すグラフ図である。
【図4】この発明の実施の形態2にかかる給水加熱器の伝熱管未配置部を模式的に示す横断面図である。
【図5】この発明の実施の形態3にかかる傾斜板を設けた不凝縮ガス抽出通路を示す斜視図である。
【図6】図5に示した不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図である。
【図7】この発明の実施の形態4にかかる不凝縮ガス抽出通路を示す側面図である。
【図8】図7に示した不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図である。
【図9】従来における給水加熱器を模式的に示す部分縦断面図である。
【図10】従来における給水加熱器を模式的に示す横断面図である。
【図11】不凝縮ガス箱による不凝縮ガス抽出通路を示す横断面図である。
【図12】管長手方向における各部の圧力を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 胴体
2 水室
3 蒸気入口管台
4 給水入口管台
5 給水出口管台
6 伝熱管群
7 不凝縮ガス抽出通路
8 不凝縮ガス抽出ダクト
9 不凝縮ガス箱
P1 伝熱管群外面の圧力
P2 伝熱管群内面の圧力
P3 不凝縮ガス抽出通路内の圧力
20 不凝縮ガス抽出管
20a 平板
21 小孔
22 ドレン出口管台
25 伝熱管未配置部
27 傾斜板
28 受衝板
28a 流量分配調節孔

Claims (1)

  1. 軸線がほぼ水平な筒状の胴体と、前記胴体内に設けられ複数の管支持板によって支持された伝熱管群と、前記伝熱管群の前記軸線方向中央部に貫設され不凝縮ガスを器外に抽出する不凝縮ガス抽出路と、を備えた給水加熱器において、
    前記伝熱管群内に伝熱管の未配置箇所を設け、前記不凝縮ガス抽出路への蒸気流量分布を均一にする圧力バランスゾーンを形成すると共に、
    前記不凝縮ガス抽出路は、水平に設置され、下面に開放部を有する不凝縮ガス箱と、前記開放部に固設される平板とからなり、
    前記平板は、ドレン排出口に向って下降傾斜し、その下端端部にドレン排出口が設けられると共に長手方向に沿って不凝縮ガス抽出用の複数の小孔が備えられ、
    当該不凝縮ガス抽出路が不凝縮ガス抽出ダクトの接続部に向ってその断面積が次第に拡大して不凝縮ガスが滞留しにくく構成したことを特徴とする給水加熱器。
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