JP4616768B2

JP4616768B2 - 復水器

Info

Publication number: JP4616768B2
Application number: JP2005379481A
Authority: JP
Inventors: 一作藤田; 二郎笠原; 隆中村; 隆雄中川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP2007178101A

Description

本発明は、蒸気タービンからの蒸気を凝縮する軸流排気型の復水器に関する。

蒸気タービンシステムでは、ボイラで燃料を燃焼させ、発生した燃焼ガスの熱エネルギをボイラ水に伝達することにより蒸気を発生させ、この蒸気を過熱器で加熱して過熱蒸気とし、この過熱蒸気によりタービンを回転させることで、発電機を駆動して発電する。タービンを回転させる仕事をした蒸気は、復水器にて、例えば、海水と熱交換して冷却することで凝縮し、冷却水（復水）に戻り、復水ポンプによってボイラに戻される。

このような蒸気タービンシステムにて、復水器は、タービンの排出口と連通する容器を有し、この容器内に冷却水が流通する多数の冷却管からなる冷却管群が水平方向に沿って配設されて構成されている。そして、タービンから排出された蒸気が冷却管群に導入され、この蒸気と各冷却管内の冷却水との間で熱交換が行われることで、蒸気が凝縮されて復水となる。

蒸気タービンシステムに適用される復水器としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された復水器は、流入口から容器内に流入した蒸気を凝縮する複数の冷却管によって構成される管巣３を設け、この管巣を冷却管内を流通する冷却水の入口側と出口側とに分割した２折流の復水器であって、冷却水入口側と出口側の管巣幅の比を、冷却水入口側及び出口側の管巣における蒸気の凝縮量の比にほぼ応じたものになるようにこれらの管巣を構成して配置するものである。

特開２００３−２５４６７６号公報

上述した従来の復水器にあっては、管巣の前面部、つまり、蒸気の流入側に複数の流路を設けることで、復水器に流入した蒸気の大部分を吸い込み凝縮させることで、少ない圧力損失で凝縮性能を向上させるようにしている。

ところで、タービンから復水器に流入する蒸気は旋回流であるため、この旋回流の蒸気は外側への慣性力を有している。この場合、春や秋などの気温や湿度がそれほど高くない季節では、旋回流の蒸気が管巣の前面部、つまり、複数の流路に効率良く流入するため、復水器に流入した蒸気の大部分を吸い込み凝縮させ、少ない圧力損失で凝縮性能を向上することができる。ところが、夏の気温や湿度が高い季節では、空気密度が高いため、旋回流の蒸気は外側への慣性力が大きくなり、管巣の前面部に十分な蒸気が到達せず、管巣の上方や下方を回りこんで逆流してしまう。また、この管巣の上方や下方を回りこんだ蒸気が複数の流路に沿って冷却管の長手方向に流動してしまい、圧力分布が均一にならずに凝縮性能が大幅に低下してしまう。一般に、大量の電力を必要とする夏には、発電効率の向上が望まれている。

本発明は上述した課題を解決するものであり、凝縮性能を向上することで季節を問わず安定した凝縮性能を確保可能とした復水器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の復水器は、旋回流の蒸気がほぼ水平方向に流入する流入口を有する容器に、前記旋回流の蒸気の流入方向とほぼ直行する方向に沿った複数の冷却管からなる冷却管群が配設された復水器において、前記冷却管群は、少なくとも外周部にて、前記複数の冷却管がほぼ均等間隔に配置されて、１方向のみに粗散部を設けずに全方位の全密集型をなし、前記複数の冷却管同士の間隔は、該冷却管の直径より小さく設定されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明の復水器では、前記冷却管群は、前記複数の冷却管がほぼ円形状に配置されたことを特徴としている。

請求項１の発明の復水器によれば、旋回流の蒸気がほぼ水平方向に流入する流入口を有する容器に、この旋回流の蒸気の流入方向とほぼ直行する方向に沿った複数の冷却管からなる冷却管群を配設し、この冷却管群を少なくともその外周部にて複数の冷却管がほぼ均等間隔に配置して、１方向のみに粗散部を設けずに全方位の全密集型とし、複数の冷却管同士の間隔をこの冷却管の直径より小さく設定したので、例えば、夏の気温や湿度が高い季節に空気密度が高くなっても、旋回流の蒸気の一部が冷却管群の前面に到達せずに外側へ回り込んでも、冷却管群は複数の冷却管がほぼ均等間隔に配置した全密集型であるため、外側へ回り込んだ蒸気が冷却管群の後面に到達し、蒸気の大部分を吸い込んで凝縮させることとなり、蒸気の逆流や偏流による圧力分布の不均一化を抑制し、凝縮性能を向上することで季節を問わず安定した凝縮性能を確保することができる。また、複数の冷却管同士間隔をこの冷却管の直径より小さく設定したので、旋回流の蒸気を効率良く取り込んで凝縮することができる。

請求項２の発明の復水器によれば、冷却管群を複数の冷却管がほぼ円形状に配置されて構成したので、冷却管群の外側へ回り込んだ蒸気を効率良くこの冷却管群の後面に到達させることで、凝縮性能を向上することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る復水器の好適な実施例を詳細に説明する。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。

図１は、本発明の一実施例に係る復水器における冷却管群の配列図、図２は、本実施例の復水器における一部切欠平面の概略図、図３は、本実施例の復水器における一部切欠正面図である。

本実施例の復水器は蒸気タービンに装着された軸流排気型復水器であって、図２及び図３に示すように、容器１１は中空の箱型形状をなし、前部に流入口１２が設けられ、この流入口１２に中間胴１３を介して図示しない蒸気タービンの排気室１４が連結されており、この排気室１４には、蒸気タービンの低圧最終動翼からの旋回流の蒸気が排出される。従って、蒸気タービンからの旋回流の蒸気は、排気室１４及び中間胴１３を介して、流入口１２から容器１１にほぼ水平方向に流入することとなる。

容器１１内には、流入口１２から流入する旋回流の蒸気の流入方向とほぼ直行する水平方向に沿って４つの冷却管群２１，３１，４１，５１が配設されている。上段に位置する冷却管群２１，３１は、容器１１内に水平方向に沿って配設された複数の冷却管２２，３２によって構成され、各端部が容器１１の側壁に支持されている。そして、一方の各冷却管２２の一端部に冷却水入口部２３が連結される一方、他方の各冷却管３２の一端部に冷却水出口部３３が連結されている。また、各冷却管２２の他端部と各冷却管３２の他端部とは、折り返し水室１５により連結されている。従って、冷却水が冷却水入口部２３から冷却管群２１の各冷却管２２に流入すると、この冷却水は各冷却管２２から折り返し水室１５を通って冷却管群３１の各冷却管３２に流入し、冷却水出口部３３から排出される。

また、各冷却管群２１，３１の中心部及び折り返し水室１５には、先端部が閉塞したＵ字形状をなす空気管１６が設けられており、この空気管１６には多数のノズル孔（図示略）が形成されている。そして、この空気管１６の基端部には図示しない真空ポンプが連結されており、蒸気に混入した不凝縮ガスを抽出することができる。

一方、下段に位置する冷却管群４１，５１は、上段の冷却管群２１，３１とほぼ同様の構成をなしており、容器１１内に水平方向に沿って配設された複数の冷却管４２，５２によって構成されている。そして、一方の各冷却管４２の一端部に冷却水入口部４３が連結され、他方の各冷却管５２の一端部に冷却水出口部５３が連結されており、各冷却管４２の他端部と各冷却管５２の他端部とは、折り返し水室（図示略）により連結されている。従って、冷却水が冷却水入口部４３から冷却管群４１の各冷却管４２に流入すると、この冷却水は各冷却管４２から折り返し水室を通って冷却管群５１の各冷却管５２に流入し、冷却水出口部５３から排出される。また、各冷却管群４１，５１の中心部及び折り返し水室に、図示しない空気管が設けられており、蒸気に混入した不凝縮ガスを抽出することができる。

ところで、上述した各冷却管群２１，３１，４１，５１は、少なくとも外周部にて、複数の冷却管２２，３２，４２，５２がほぼ均等間隔に配置された全密集型をなしている。即ち、図１に示すように、冷却管群２１，３１にて、空気管１６の外側には所定の隙間をもって内部管群２１ａ，３１ａが位置し、この内部管群２１ａ，３１ａの外側に所定の空間部をもって外部管群２１ｂ，３１ｂが位置している。本実施例では、冷却管群２１，３１の側面視、つまり、断面形状にて、内部管群２１ａ，３１ａがほぼ６角形状をなし、外部管群２１ｂ，３１ｂがほぼ円形状をなしている。従って、各冷却管群２１，３１は、この外部管群２１ｂ，３１ｂにより外周部が全密集型しなっている。

この場合、内部管群２１ａ，３１ａ及び外部管群２１ｂ，３１ｂにて、各冷却管２２，３２同士間隔は、この冷却管２２，３２の直径より小さく設定されている。

また、各冷却管群２１，３１は、前面及び後面が平坦面となっており、前方の冷却管群２１は後方の冷却管群３１より上下の幅が若干小さくなっている。更に、後方の冷却管群３１の後面と容器１１の内壁面との隙間は、各冷却管群２１，３１の上面と容器１１の内壁面との隙間より小さく設定されている。

なお、ここでは、上段の各冷却管群２１，３１について詳細に説明したが、下段の各冷却管群４１，５１もほぼ同様の構成となっている。

ここで、上述した本実施例の復水器の作用について説明する。図１乃至図３に示すように、蒸気タービンからの旋回流の蒸気が流入口１２から容器１１にほぼ水平方向に流入すると、この旋回流の蒸気は各冷却管群２１，３１，４１，５１に到達し、多数の冷却管２２，３２，４２，５２と接触する。すると、この蒸気と各冷却管２２，３２，４２，５２内の冷却水との間で熱交換が行われることで、蒸気が冷却されて凝縮し、復水となって下降して容器の下部に溜まる。

また、各冷却管群２１，３１，４１，５１内に配置された空気管１６により内部空気が吸引されることで、蒸気が冷却されて凝縮するときに発生する不凝縮ガスがこの空気管１６により抽出される。

このとき、例えば、春や秋などの気温や湿度が低高い季節で、空気密度が低いときには、旋回流の蒸気は各冷却管群２１，３１，４１，５１の前面に到達し、蒸気が多数の冷却管２２，３２，４２，５２の間に入り込んで接触し、蒸気の大部分を凝縮させることで、蒸気の逆流や偏流による圧力分布が不均一になることはない。また、非凝縮性ガスは各冷却管群２１，３１，４１，５１を通過して空気管１６に吸引され、系外へ排出されるため、非凝縮ガスが逆流することはない。

一方、夏の気温や湿度が高い季節で、空気密度が高くなって、旋回流の蒸気の一部が各冷却管群２１，３１，４１，５１の前面に到達せずに外側へ回り込んでも、各冷却管群２１，３１，４１，５１は複数の冷却管２２，３２，４２，５２がほぼ均等間隔に配置された全密集型であるため、外側へ回り込んだ一部の蒸気は冷却管群２１，３１，４１，５１の後面に到達し、蒸気が多数の冷却管２２，３２，４２，５２の間に入り込んで接触し、蒸気の大部分を凝縮させることで、蒸気の逆流や偏流による圧力分布の不均一化を抑制し、凝縮性能を向上することができる。そのため、冷却管群２１，３１，４１，５１の後面側では１方向のみに粗散部を設ける方法は得策とは言えず、むしろ全密集型の方が効果的（全方位という意味で）といえる。また、各冷却管群２１，３１，４１，５１に、粗散部を設けずに全密集型としているのは、旋回流として後面側に回った蒸気が冷却管群２１，３１，４１，５１の中心に向かう流れが前面側よりも弱いため、管群中に粗散部を設けると、非凝縮性ガスの流れが不安定となり、非凝縮性ガスが滞留し易くなってしまう。

このように本実施例の復水器にあっては、中空形状をなす容器１１に蒸気タービンからの旋回流の蒸気がほぼ水平方向に流入する流入口１２を設け、この容器１１内に旋回流の蒸気の流入方向とほぼ直行する方向に沿った複数の冷却管２２，３２，４２，５２からなる冷却管群２１，３１，４１，５１を配設し、この冷却管群２１，３１，４１，５１を、少なくともその外周部にて複数の冷却管２２，３２，４２，５２がほぼ均等間隔に配置された全密集型としている。

従って、旋回流の蒸気の一部が冷却管群２１，３１，４１，５１の前面に到達せずに外側へ回り込んでも、この外側へ回り込んだ蒸気が冷却管群２１，３１，４１，５１の後面に到達し、蒸気の大部分を吸い込んで凝縮させることとなり、蒸気の逆流や偏流による圧力分布の不均一化を抑制し、凝縮性能を向上することで季節を問わず安定した凝縮性能を確保することができる。

また、本実施例では、冷却管群２１，３１，４１，５１を複数の冷却管２２，３２，４２，５２がほぼ円形状に配置されて構成しており、冷却管群２１，３１，４１，５１の外側へ回り込んだ蒸気を効率良くこの冷却管群２１，３１，４１，５１の後面に到達させることで、凝縮性能を向上することができる。

また、本実施例では、複数の冷却管２２，３２，４２，５２同士間隔をこの冷却管２２，３２，４２，５２の直径より小さく設定しており、旋回流の蒸気を効率良く取り込んで凝縮することができる。

なお、上述した本実施例の復水器では、各冷却管群２１，３１，４１，５１を、前面及び後面が平坦面となったほぼ円形状に形成したが、完全な円形状に配列しても良く、必要に応じて楕円形状や一部に平坦部を設けても良い。

また、上述した本実施例の復水器では、容器１１内に４つの冷却管群２１，３１，４１，５１を設けて構成したが、４つに限定されるものではなく、その数は復水器の大きさや性能などに応じて適宜設定すればよいものである。

本発明に係る復水器は、冷却管群を複数の冷却管がほぼ均等間隔に配置された全密集型とすることで凝縮性能の向上を図ったものであり、いずれの復水器にも適用することができる。

本発明の一実施例に係る復水器における冷却管群の配列図である。本実施例の復水器における一部切欠平面の概略図である。本実施例の復水器における一部切欠正面図である。

符号の説明

１１容器
１２吸入口
１６空気管
１７折り返し水室
２１，３１，４１，５１冷却管群
２２，３２，４２，５２冷却管

Claims

旋回流の蒸気がほぼ水平方向に流入する流入口を有する容器に、前記旋回流の蒸気の流入方向とほぼ直行する方向に沿った複数の冷却管からなる冷却管群が配設された復水器において、前記冷却管群は、少なくとも外周部にて、前記複数の冷却管がほぼ均等間隔に配置されて、１方向のみに粗散部を設けずに全方位の全密集型をなし、前記複数の冷却管同士の間隔は、該冷却管の直径より小さく設定されていることを特徴とする復水器。
請求項１に記載の復水器において、前記冷却管群は、前記複数の冷却管がほぼ円形状に配置されたことを特徴とする復水器。