JP6578609B2 - 復水器、及びこれを備える蒸気タービンプラント - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンから排気された蒸気を凝縮させる復水器、及びこれを備える蒸気タービンプラントに関する。
本願は、２０１６年２月２５日に日本国に出願された特願２０１６−０３４２３１号、及び、２０１６年８月２日に国際出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１６／０７２６２３に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。

蒸気タービンプラントは、蒸気で駆動する蒸気タービンと、この蒸気タービンから排気された蒸気を凝縮させて水に戻す復水器と、を備える。

このような蒸気タービンプラントとしては、例えば、以下の特許文献１に記載されている蒸気タービンプラントがある。この蒸気タービンプラントは、軸流排気型の蒸気タービンと、この蒸気タービンから排気された蒸気を水に戻す復水器と、を備える。この復水器は、複数の伝熱管群と、複数の伝熱管群を覆う本体胴と、蒸気タービンからの蒸気を本体胴内に導く中間胴と、を備える。

中間胴は、実質的に水平な仮想軸を中心として筒状に形成されている。この筒状の中間胴の一方の端には中間胴入口が形成され、他方の端には中間胴出口が形成されている。中間胴には、この中間胴入口から蒸気タービンからの蒸気が流入する。本体胴は、底板と、この底板の縁から上方に延びる複数の側板と、天板と、を有する。本体胴における蒸気タービン側の側板には、本体胴入口が形成されている。本体胴には、この本体胴入口から中間胴からの蒸気が流入する。言い換えると、本体胴には、実質的に水平方向から蒸気が流入する。本体胴内には、水平方向に並ぶ複数の伝熱管群と、上下方向に並ぶ複数の伝熱管群が配置されている。

特開平９−２７３８７５号公報

上記特許文献１に記載の復水器は、前述したように、上下方向に並ぶ複数の伝熱管群を有する。このため、伝熱管群を構成する複数の伝熱管に冷却水を供給する冷却水ポンプは、最も上方向の伝熱管群のうちで、最も上部に配置されている伝熱管に冷却水を供給できる能力が必要になる。従って、上記特許文献１に記載の技術では、揚程の高い冷却水ポンプが必要になり、イニシャルコスト及びランニングコストがかさむ。

そこで、本発明は、イニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる復水器、及びこれを備える蒸気タービンプラントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための発明に係る第一態様としての復水器は、蒸気と熱交換する冷却水が内部を通る複数の伝熱管で構成される複数の伝熱管群と、複数の前記伝熱管群を覆う本体胴と、前記本体胴に連結し、蒸気を前記本体胴内に導く中間胴と、を備える。前記中間胴は、内部から水平方向に開口して蒸気が流入する中間胴入口と、内部から下方に開口して蒸気を排気する中間胴出口と、前記中間胴入口と前記中間胴出口とを接続し、前記中間胴入口から流入した蒸気を、水平方向で前記中間胴入口から遠ざかる側に向かわせつつ次第に下方に向わせて、前記中間胴出口に至らせる流路と、を有する。前記本体胴は、内部から上方に開口し、前記中間胴出口に接続され、前記中間胴からの蒸気が流入する本体胴入口を有する。複数の前記伝熱管群は、水平方向に並んで、前記本体胴内に配置されている。前記中間胴出口であって水平方向における前記中間胴入口に近い側の縁である近側出口縁が、複数の前記伝熱管群中で最も上の位置よりも下に位置する。

当該復水器では、複数の伝熱管群が水平方向に並んで、本体胴内に配置されているので、複数の伝熱管群中で最も上の位置と伝熱管群に供給される冷却水の水源とのレベル差を小さくすることができる。よって、当該復水器では、伝熱管に水源からの冷却水を供給する冷却水ポンプの揚程を低くすることができる。このため、当該復水器は、冷却水ポンプの設置コスト及びランニングコストを抑えることができる。

さらに、当該復水器では、中間胴出口の近側出口縁が、複数の伝熱管群中で最も上の位置よりも下に位置する。このため、当該復水器では、この復水器に接続される蒸気タービンの設置位置を低くすることができる。よって、当該復水器では、蒸気タービンの設置コストを抑えることができる。

第二態様の復水器は、前記第一態様の復水器において、前記中間胴の前記流路を形成する前記中間胴の内面であって、前記近側出口縁を含む近側内面は、前記近側出口縁から上方に向いつつ前記中間胴入口に近づく側に向かう面である。

当該復水器では、中間胴の流路中で、中間胴出口側の流路の流路面積を大きくすることができる。このため、当該復水器では、伝熱管群に流入する蒸気の平均流速を抑えることができ、伝熱管のエロージョン抑制に一定の効果があると考えられる。

第三態様の復水器は、前記第一又は前記第二態様の復水器において、前記中間胴出口であって水平方向における前記中間胴入口から遠い側の縁である遠側出口縁が、複数の前記伝熱管群中で最も上の位置よりも上に位置する。

当該復水器では、中間胴出口縁が遠側出口縁から近側出口縁に向って傾斜することになる。よって、当該復水器では、中間胴出口の開口面積を大きくすることができる。このため、当該復水器では、伝熱管群に流入する蒸気の平均流速を抑えることができ、伝熱管のエロージョン抑制に一定の効果があると考えられる。

また、第四態様の復水器は、前記第一態様から前記第三態様のうちのいずれかの復水器において、複数の前記伝熱管群は、前記本体胴内で、前記中間胴入口の下端より下方の位置に配置されている。

当該復水器では、蒸気タービンから水平方向に直進してきた蒸気が直接伝熱管群に流入することが無くなるため、伝熱管のエロージョン抑制に一定の効果があると考えられる。

また、第五態様の復水器は、前記第一態様から前記第四態様のうちのいずれかの復水器において、前記伝熱管群を構成する複数の伝熱管のうちで最も外側に位置する複数の伝熱管に外接する仮想面で形成される管群外形の上下方向の寸法は、前記管群外形の水平方向の寸法よりも大きい。

当該復水器では、管群外形の底面を小さくすることができる。このため、当該復水器では、複数の伝熱管群を本体胴内に水平方向に並べて配置しても、復水器の占有面積の増大を抑えることができる。

第六態様の復水器は、前記第五態様の復水器において、前記管群外形は、上方を向く上面と下方を向く底面とを有し、前記管群外形における前記上面を含む上部は、水平方向の断面積が下方に向うに連れて次第に大きくなる。

中間胴を通った蒸気は、本体胴入口から本体胴内に流入する。この蒸気は、本体胴内を主として下方に向って流れる。蒸気は、本体胴内を流れる過程で、各伝熱管群を構成する複数の伝熱管内を流れる冷却水と熱交換する。

本体胴内で蒸気が下向に流れる場合、この流れに対向する管群外形の上面の面積が広いほど、蒸気と伝熱管群を構成する伝熱管内の冷却水との熱交換の効率が高まる。当該復水器では、管群外形の上面の一部が傾斜面になるため、上面の全てが水平な面である場合よりも、上面の面積を広くすることができる。よって、当該復水器では、管群外形の上面の全てが水平な面である場合よりも、蒸気と伝熱管群を構成する伝熱管内の冷却水との熱交換の効率を高めることができる。

第七態様の復水器は、前記第六態様の復水器において、少なくとも一の前記伝熱管群の前記管群外形は、前記上面のうちで最も上の位置の頂面の中心が、同管群外形における前記底面の中心よりも水平方向における前記中間胴入口側に位置する偏心外形である。

当該復水器では、一の伝熱管群に流入する蒸気の流れ方向成分のうち、水平方向成分の割合が多い場合でも、蒸気と一の伝熱管群を構成する伝熱管内の冷却水との熱交換の効率を高めることができる。

第八態様の復水器は、前記第七態様の復水器において、複数の前記伝熱管群は、水平方向であって前記中間胴入口に対する遠近方向に並んでおり、複数の前記伝熱管群のうち、前記遠近方向で前記中間胴入口に最も近い前記伝熱管群の前記管群外形が、前記偏心外形である。

遠近方向で中間胴入口に最も近い伝熱管群に流入する蒸気の流れ方向成分は、他の伝熱管群に流入する蒸気の流れ方向成分に比べて、水平方向成分の割合が多くなる。よって、遠近方向で中間胴入口に最も近い伝熱管群の管群外形を偏心外形にすることで、この伝熱管群を構成する伝熱管内の冷却水との熱交換の効率を高めることができる。

第九態様の復水器は、前記第五態様又は前記第六態様の復水器において、前記中間胴内に配置され、前記中間胴入口から流入した蒸気の流れの向きを次第に下方に向ける蒸気ガイドを備える。

当該復水器では、複数の伝熱管群に流入する蒸気の流れ方向成分のうち、下方成分を多くすることができる。このため、当該復水器では、蒸気と伝熱管群を構成する伝熱管内の冷却水との熱交換の効率を高めることができる。

上記目的を達成するための発明に係る第十態様としての蒸気タービンプラントは、前記第一態様から前記第九態様のうちのいずれかの復水器と、前記復水器中に蒸気を排気する蒸気タービンと、を備える。

第十一態様の蒸気タービンプラントは、前記第十態様の蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気タービンは、軸流排気型の蒸気タービンである。

第十二態様の蒸気タービンプラントは、前記第十態様の蒸気タービンプラントにおいて、前記蒸気タービンは、側方排気型の蒸気タービンである。

本発明の一態様によれば、蒸気タービンプラントのイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態における蒸気タービンプラントの系統図である。 本発明に係る第一実施形態における蒸気タービン及び復水器の模式的な断面図である。 本発明に係る第一実施形態における復水器と比較例の復水器との構成の違い説明図である。 本発明に係る第二実施形態における蒸気タービン及び復水器の模式的な断面図である。 本発明に係る第一変形例における復水器の模式的な断面図である。 本発明に係る第二変形例における復水器の模式的な断面図である。 本発明に係る第三変形例における復水器の模式的な断面図である。 本発明に係る第四変形例における復水器の模式的な断面図である。

以下、本発明に係る蒸気タービンプラントの各種実施形態及び各種変形例について、図面を用いて説明する。

「第一実施形態」
図１〜図３を参照して、本発明に係る蒸気タービンプラントの第一実施形態について説明する。

本実施形態の蒸気タービンプラントは、図１に示すように、ボイラー等の蒸気発生器１７と、蒸気発生器１７で発生した蒸気により駆動する蒸気タービン２０と、蒸気タービン２０の駆動で発電する発電機１９と、蒸気タービン２０から排気された蒸気Ｓを凝縮させる復水器３０と、復水器３０中の水を蒸気発生器１７に戻す給水ポンプ１５と、復水器３０に蒸気冷却用の冷却水を供給する冷却水ポンプ１１と、を備える。

蒸気発生器１７と蒸気タービン２０とは、主蒸気ライン１８で接続されている。蒸気発生器１７で発生した蒸気は、この主蒸気ライン１８を経て、蒸気タービン２０に供給される。復水器３０と蒸気発生器１７とは、給水ライン１６で接続されている。給水ポンプ１５は、この給水ライン１６に設けられている。復水器３０内で蒸気Ｓから液体に戻った水は、この給水ライン１６を経て、蒸気発生器１７に供給される。

蒸気タービン２０は、タービン軸線Ａｔを中心として回転するロータ２１と、このロータ２１を覆う本体ケーシング２２と、本体ケーシング２２内からの蒸気を排気する排気ケーシング２５と、を有する。タービン軸線Ａｔは、実質的に水平方向に延びている。なお、以下では、タービン軸線Ａｔが延びる方向を軸線方向Ｄａ、この軸線方向Ｄａの一方側を軸線上流側Ｄａｕ、他方側を軸線下流側Ｄａｄとする。

蒸気タービン２０のロータ２１は、発電機１９のロータに接続されている。本体ケーシング２２及び排気ケーシング２５は、タービン軸線Ａｔ回りに筒状に形成されている。筒状の本体ケーシング２２の軸線上流側Ｄａｕには、蒸気入口２３が形成されている。また、本体ケーシング２２の軸線下流側Ｄａｄの端には、蒸気出口２４が形成されている。この蒸気出口２４は、本体ケーシング２２内から軸線下流側Ｄａｄに向って開口している。排気ケーシング２５の軸線上流側Ｄａｕの端には、排気蒸気入口２６が形成されている。この排気蒸気入口２６は、排気ケーシング２５内から軸線上流側Ｄａｕに向って開口している。この排気蒸気入口２６は、本体ケーシング２２の蒸気出口２４に接続されている。排気ケーシング２５の軸線下流側Ｄａｄの端には、排気蒸気出口２７が形成されている。この排気蒸気出口２７は、排気ケーシング２５内から軸線下流側Ｄａｄに向って開口している。よって、この蒸気タービン２０は、軸線方向Ｄａに排気する軸流排気型である。

復水器３０は、図２に示すように、複数の伝熱管群４１と、複数の伝熱管群４１を覆う本体胴３５と、蒸気タービン２０からの蒸気Ｓを本体胴３５内に導く中間胴３１と、を備える。

中間胴３１には、内部から水平方向に向かって開口して蒸気Ｓが流入する中間胴入口３２と、内部から下方に向けって開口して蒸気Ｓを排気する中間胴出口３３と、中間胴入口３２と中間胴出口３３とを接続する流路３４と、が形成されている。中間胴３１内の流路３４は、中間胴入口３２から、水平方向であって中間胴入口３２に対する遠近方向Ｄｆに延びつつ、中間胴入口３２から遠ざかるに連れて次第に下方に延びて、中間胴出口３３に至る。中間胴入口３２は、蒸気タービン２０の排気蒸気出口２７に接続されている。よって、中間胴入口３２に対する遠近方向Ｄｆは、蒸気タービン２０の軸線方向Ｄａに一致する。

本体胴３５は、底板３６ｂと、この底板３６ｂの縁から上方に延びる側板３６ｓを有する。本体胴３５内は、図示されていないが、凝縮室３７と、冷却水入口室（不図示）と、冷却水出口室（不図示）と、に仕切られている。凝縮室３７の上部は、開口している。この開口は、本体胴入口３８を成す。よって、この本体胴入口３８は、凝縮室３７から上方に向って開口している。この本体胴入口３８は、中間胴出口３３に接続されている。凝縮室３７内の下部は、蒸気Ｓが凝縮して液体になった水が溜まるホットウェル３９を構成する。

複数の伝熱管群４１は、水平方向に並んで、凝縮室３７内に配置されている。複数の伝熱管群４１のうち、いずれか２以上の伝熱管群４１は、前述の遠近方向Ｄｆに並んでいる。

複数の伝熱管群４１は、いずれも、複数の伝熱管４２で構成されている。各伝熱管４２は、水平方向に延びている。

ここで、伝熱管群４１を構成する複数の伝熱管４２のうちで最も外側に位置する複数の伝熱管４２に外接する仮想面で形成される立体形状を管群外形４３とする。この管群外形４３は、下方を向く底面４４と、底面４４の縁から上方に延びる側面４５と、上方を向く上面４６と、を有する。管群外形４３の上下方向の寸法は、管群外形４３の水平方向の寸法よりも大きい。この管群外形４３の上面４６を含む上部は、水平方向の断面積が下方に向うに連れて次第に大きくなっている。よって、この上面４６は、側面４５に近づくに連れて次第に下方に下がる傾斜面４７を有する。本実施形態では、この上面４６のうちで、最も高い位置の点の集まりである頂面４８の中心Ｃｔと、底面４４の中心Ｃｂとは、水平方向の位置が一致している。

また、ここで、遠近方向Ｄｆで中間胴入口を基準にして本体胴の側を遠い側Ｄｆｆとし、遠近方向Ｄｆで本体胴を基準にして中間胴入口の側を近い側Ｄｆｎとする。

中間胴出口３３であって遠近方向Ｄｆにおける近い側Ｄｆｎの縁である近側出口縁３３ｎは、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置よりも下に位置する。より具体的に、近側出口縁３３ｎは、上下方向における伝熱管群４１の中間位置近傍に位置する。一方、中間胴出口３３であって遠近方向Ｄｆにおける遠い側Ｄｆｆの縁である遠側出口縁３３ｆは、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置よりも上に位置する。このため、中間胴出口３３の縁の位置は、遠側出口縁３３ｆから近い側Ｄｆに向うに連れて、次第に下方に位置することになる。なお、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置とは、管群外形４３の頂面４８の位置である。

中間胴３１の流路３４を形成する中間胴３１の内面であって、近側出口縁３３ｎを含む近側内面３４ｎは、近側出口縁３３ｎから上方に向いつつ遠近方向Ｄｆにおける近い側Ｄｆｎに向かう面である。また、中間胴３１の内面であって、遠側出口縁３３ｆを含む遠側内面３４ｆは、遠側出口縁３３ｆから上方に向いつつ遠近方向Ｄｆにおける近い側Ｄｆｎに向かう面である。

給水ライン１６は、復水器３０のホットウェル３９に接続されている。冷却水ポンプ１１は、本体胴３５内の冷却水入口室（不図示）を介して、複数の伝熱管群４１を構成する各伝熱管４２と冷却水ライン１２で接続されている。この冷却水ポンプ１１は、海や河川等の水源Ｗから水を汲み上げて、この水を複数の伝熱管群４１を構成する各伝熱管４２に供給する。複数の伝熱管群４１を構成する各伝熱管４２は、本体胴３５内の冷却水出口室（不図示）を介して、排水ライン１３に接続されている。排水ライン１３は、排水ピット１４内又は直接水源Ｗまで延びている。排水ピット１４は、例えば、前述の水源Ｗまで延びている。

蒸気発生器１７で発生した蒸気は、主蒸気ライン１８を介して、蒸気タービン２０の本体ケーシング２２内に流入する。この蒸気は、本体ケーシング２２内を流れる過程で、ロータ２１を回転させる。この結果、発電機１９のロータが回転し、発電機１９が発電する。

本体ケーシング２２内に流入した蒸気は、排気ケーシング２５内を経て、この排気ケーシング２５の排気蒸気出口２７から軸線下流側Ｄａｄに排気される。蒸気タービン２０から排気された蒸気Ｓは、中間胴入口３２から復水器３０の中間胴３１内に流入する。蒸気タービン２０の排気蒸気出口２７は、前述したように、排気ケーシング２５内から水平方向（軸線下流側Ｄａｄ）に向って開口している。また、排気蒸気出口２７に接続されている中間胴入口３２は、中間胴３１内から水平方向に向かって開口している。従って、中間胴３１に流入する蒸気Ｓの流れ方向成分は、水平方向成分が大きい。中間胴３１内に流入した蒸気Ｓは、この中間胴３１内を中間胴入口３２から中間胴出口３３に向かうに連れて、蒸気Ｓの流れの方向成分のうち下方成分が次第に大きくなる。言い換えると、中間胴３１内に流入した蒸気Ｓは、この中間胴３１内を中間胴入口３２から中間胴出口３３に向かうに連れて、次第に下向の流れになる。

中間胴３１を通った蒸気Ｓは、本体胴入口３８から本体胴３５の凝縮室３７内に流入する。この蒸気Ｓは、凝縮室３７内を主として下方に向って流れる。蒸気Ｓは、凝縮室３７内を流れる過程で、各伝熱管群４１を構成する複数の伝熱管４２内を流れる冷却水と熱交換する。

蒸気Ｓは、各伝熱管群４１を構成する複数の伝熱管４２内を流れる冷却水との熱交換で凝縮して、液体に水になる。この水は、凝縮室３７内の下方のホットウェル３９に溜まる。ホットウェル３９に溜まった水は、給水ライン１６及び給水ポンプ１５を介して、蒸気発生器１７に戻る。

本実施形態では、複数の伝熱管群４１が、本体胴３５内で水平方向に並んで配置されている。このため、本実施形態では、伝熱管群が上下方向に並んで配置された復水器と比較して、最も高い位置の伝熱管４２と水源Ｗの水面とのレベル差を相対的に小さくすることができる。よって、本実施形態では、冷却水ポンプ１１の揚程を低くすることができる。このため、本実施形態では、冷却水ポンプ１１の設置コスト及びランニングコストを抑えることができる。

伝熱管４２の位置が高い場合、この伝熱管４２から流出した冷却水が水源Ｗに至る過程で、減圧沸騰するおそれがある。このため、このような場合、伝熱管群４１と水源Ｗとの間の排水ピット１４の水位をあげて、最も高い位置の伝熱管４２と排水ピット１４の水面とのレベル差を小さくする方法がとられる。本実施形態では、前述したように、最も高い位置の伝熱管４２の高さを下げることができるので、排水ピット１４の設置コストを抑えることができる。

従って、本実施形態では、蒸気タービンプラントのイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

また、本実施形態の管群外形４３は、水平方向の寸法が上下方向の寸法より小さい。よって、本実施形態では、管群外形４３の底面４４を小さくすることができる。このため、本実施形態では、複数の伝熱管群４１を本体胴３５内に水平方向に並べて配置しても、復水器３０の占有面積の増大を抑えることができる。

さらに、図３を参照して、本実施形態の蒸気タービンプラントの効果について、比較例の蒸気タービンプラントと比較しつつ説明する。

比較例の蒸気タービンプラントも、図３中、二点鎖線で示す蒸気タービン２０と、蒸気タービン２０から排気された蒸気を凝縮させる復水器３０ｘと、を備える。比較例の蒸気タービン２０は、本実施形態の蒸気タービン２０と同一である。一方、比較例の復水器３０ｘは、本実施形態の復水器３０と異なる。

比較例の復水器３０ｘも、複数の伝熱管群４１と、複数の伝熱管群４１を覆う本体胴３５ｘと、蒸気タービン２０からの蒸気Ｓを本体胴３５ｘ内に導く中間胴３１ｘと、を備える。

中間胴３１ｘには、内部から水平方向に向かって開口して蒸気Ｓが流入する中間胴入口３２ｘと、内部から下方に向けって開口して蒸気Ｓを排気する中間胴出口３３ｘと、中間胴入口３２ｘと中間胴出口３３ｘとを接続する流路３４ｘと、が形成されている。中間胴３１ｘ内の流路３４ｘは、中間胴入口３２ｘから、水平方向であって中間胴入口３２ｘに対する遠近方向Ｄｆに延びつつ、中間胴入口３２ｘから遠ざかるに連れて次第に下方に延びて、中間胴出口３３ｘに至る。中間胴入口３２ｘは、蒸気タービン２０の排気蒸気出口２７に接続されている。中間胴出口３３ｘは、本体胴３５ｘの本体胴入口３８ｘに接続されている。比較例の中間胴３１ｘに関する以上の構成は、本実施形態の中間胴３１の構成と同様である。

しかしながら、比較例では、中間胴出口３３ｘであって遠近方向Ｄｆにおける近い側Ｄｆｎの縁である近側出口縁３３ｎｘと、中間胴出口３３ｘであって遠近方向Ｄｆにおける遠い側Ｄｆｆの縁である遠側出口縁３３ｆｘとは、上下方向の位置が同じである。しかも、比較例では、中間胴出口３３ｘの縁全体が複数の伝熱管群４１中で最も上の位置よりも上に位置する。なお、比較例の遠側出口縁３３ｆｘと本実施形態の遠側出口縁３３ｆとは、上下方向の位置が同じである。

仮に、比較例の中間胴入口３２ｘの下端３２ｂｘから中間胴出口３３ｘの近側出口縁３３ｎｘまでの上下方向の距離が、本実施形態の中間胴入口３２の下端３２ｂから中間胴出口３３の近側出口縁３３ｎまでの上下方向の距離と同じであるとする。この場合、上下方向において、本実施形態の近側出口縁３３ｎの方が比較例の近側出口縁３３ｎｘよりも下方に位置することになるため、本実施形態の中間胴入口３２の下端３２ｂの方が比較例の中間胴入口３２ｘの下端３２ｂｘよりも下方に位置することなる。

よって、本実施形態において、中間胴入口３２に接続される蒸気タービン２０が、比較例において、中間胴入口３２ｘに接続される蒸気タービン２０よりも、下方に位置することになる。このため、本実施形態では、比較例よりも蒸気タービン２０の設置コストを抑えることができる。しがって、本実施形態では、この観点からも、蒸気タービンプラントのイニシャルコストを抑えることができる。

また、本実施形態では、中間胴出口３３の縁の位置が、遠側出口縁３３ｆから近い側Ｄｆに向うに連れて、次第に下方に位置する。言い換えると、本実施形態では、中間胴出口３３の縁が遠側出口縁３３ｆから近側出口縁３３ｎに向って傾斜している。よって、本実施形態では、中間胴出口３３の開口面積を大きくすることができる。また、本実施形態では、中間胴出口３３の近側出口縁３３ｎが複数の伝熱管群４１中で最も上の位置よりも下に位置する上に、中間胴３１の近側内面３４ｎが近側出口縁３３ｎから上方に向いつつ遠近方向Ｄｆにおける近い側Ｄｆｎに向かっている。このため、本実施形態では、複数の伝熱管群４１のうち、最も近い側Ｄｆｎの伝熱管群４１には、上方からのみならず側方からも蒸気が流入する。言い換えると、本実施形態では、中間胴３１内の流路３４中で中間胴出口３３側の流路の流路面積が大きくなる。この結果、本実施形態では、伝熱管群４１に流入する蒸気の平均流速を比較例よりも抑えることができ、伝熱管４２のエロージョン抑制に一定の効果があると考えられる。

「第二実施形態」
図４を参照して、本発明に係る蒸気タービンプラントの第二実施形態について説明する。

本実施形態の蒸気タービンプラントも、第一実施形態の蒸気タービンプラントと同様、蒸気タービン２０ａと、復水器３０とを備える。

本実施形態の蒸気タービン２０ａも、第一実施形態の蒸気タービン２０と同様、タービン軸線Ａｔを中心として回転するロータ２１と、このロータ２１を覆う本体ケーシング２２ａと、本体ケーシング２２ａ内からの蒸気を排気する排気ケーシング２５ａと、を有する。本体ケーシング２２ａは、タービン軸線Ａｔ回りに筒状に形成されている。筒状の本体ケーシング２２ａの軸線上流側には、蒸気入口（不図示）が形成されている。筒状の本体ケーシング２２ａの軸線下流側には、蒸気出口２４ａが形成されている。但し、この蒸気出口２４ａは、第一実施形態の蒸気出口２４と異なり、本体ケーシング２２ａ内から側方に向って開口している。

排気ケーシング２５ａは、タービン軸線Ａｔに対して垂直で且つ水平方向を向く軸線回りに筒状に形成されている。排気ケーシング２５ａにおける軸線方向の一方の端には、排気蒸気入口２６が形成されている。また、排気ケーシング２５ａにおける軸線方向の他方の端には、排気蒸気出口２７が形成されている。排気蒸気入口２６及び排気蒸気出口２７は、いずれも、排気ケーシング２５ａ内から水平方向に向かって開口している。排気蒸気入口２６は、本体ケーシング２２ａの蒸気出口２４ａに接続されている。

よって、本実施形態の蒸気タービン２０ａは、タービン軸線Ａｔに対して垂直な側方に蒸気を排気する側方排気型の蒸気タービンである。

本実施形態の復水器３０は、上記第一実施形態の復水器３０と同様、複数の伝熱管群４１と、複数の伝熱管群４１を覆う本体胴３５と、蒸気タービン２０ａからの蒸気Ｓを本体胴３５内に導く中間胴３１と、を備える。本実施形態における複数の伝熱管群４１、本体胴３５、中間胴３１は、それぞれ、上記第一実施形態における複数の伝熱管群４１、本体胴３５、中間胴３１と基本的に同一である。よって、本実施形態の中間胴３１も、内部から水平方向に向かって開口して蒸気Ｓが流入する中間胴入口３２と、内部から下方に向けって開口して蒸気Ｓを排気する中間胴出口３３と、中間胴入口３２と中間胴出口３３とを接続する流路３４と、が形成されている。中間胴３１内の流路３４は、中間胴入口３２から、水平方向であって中間胴入口３２に対する遠近方向Ｄｆに延びつつ、中間胴入口３２から遠ざかるに連れて下方に延びて、中間胴出口３３に至る。中間胴入口３２は、蒸気タービン２０ａの排気蒸気出口２７に接続されている。よって、中間胴入口３２に対する遠近方向Ｄｆは、上記第一実施形態と異なり、タービン軸線Ａｔに対して垂直な水平方向になる。

以上のように、本実施形態の復水器３０も、上記第一実施形態の復水器３０と同じである。従って、本実施形態でも、蒸気タービンプラントのイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

また、本実施形態でも、管群外形４３は、水平方向の寸法が上下方向の寸法より小さい。よって、本実施形態でも、復水器３０の占有面積の増大を抑えることができる。

すなわち、蒸気タービン２０ａが側方排気型であっても、上記第一実施形態と同構造の復水器３０を採用することで、上記第一実施形態と同様の効果を得ることができる。

「第一変形例」
図５を参照して、上記第一実施形態における復水器３０の第一変形例について説明する。

本変形例の復水器３０ｂでは、複数の伝熱管群４１のうち、中間胴入口３２に対する遠近方向Ｄｆで、最も近側Ｄｆｎに配置されている伝熱管群４１ａの管群外形４３ａを変形されている。本変形例では、近側Ｄｆｎの伝熱管群４１ａの管群外形４３ａにおける頂面４８ａの中心Ｃｔを、この管群外形４３ａにおける底面４４の中心Ｃｂよりも近側Ｄｆｎに位置させている。よって、この管群外形４３ａは、偏心外形になる。

中間胴入口３２の開口中、上部から中間胴３１内に流入した蒸気Ｓａは、その多くが本体胴入口３８の開口中、遠側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する。一方、中間胴入口３２の開口中、下部から中間胴３１内に流入した蒸気Ｓｔは、その多くが本体胴入口３８の開口中、近側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する。よって、近側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓｔの多くは、中間胴入口３２から本体胴入口３８に至るまでの上下方向の距離が、遠側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓａよりも短い。このため、蒸気Ｓの流れ方向成分のうちで下方成分は、近側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓｔの方が遠側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓａよりも小さい。言い換えると、蒸気Ｓの流れ方向成分のうちで水平方向成分は、近側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓｔの方が遠側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓａよりも大きい。

また、複数の伝熱管群４１のうちで、近側Ｄｆｎに配置されている伝熱管群４１ａは、遠側Ｄｆｎの部分から本体胴３５に流入した蒸気Ｓｔよりも、近側Ｄｆｎの部分から本体胴３５内に流入した蒸気Ｓｔとの接触量が多い。

そこで、本変形例では、近側Ｄｆｎに配置されている伝熱管群４１ａの管群外形４３ａを前述したように、偏心外形にすることで、この伝熱管群４１ａを構成する伝熱管４２内の冷却水と蒸気Ｓとの熱交換の効率を高めている。

なお、本変形例は、第一実施形態の変形例であるが、上記第二実施形態の近側Ｄｆｎの伝熱管群４１を本変形例と同様に構成してもよい。

「第二変形例」
図６を参照して、上記第一実施形態における復水器３０の第二変形例について説明する。

上記第一変形例の復水器３０ｂでは、複数の伝熱管群４１のうち、最も近側Ｄｆｎの伝熱管群４１ａのみを偏心外形にしている。しかしながら、本変形例の復水器３０ｃのように、遠側Ｄｆｎの伝熱管群４１ｂも偏心外形にしてもよい。

ここで、近側Ｄｆｎの伝熱管群４１ａの管群外形４３ａにおける底面４４の中心Ｃｂから管群外形４３ａの頂面４８ａの中心Ｃｔまでの遠近方向Ｄｆの距離を偏心量Δａとする。また、遠側Ｄｆｎの伝熱管群４１ｂの管群外形４３ｂにおける底面４４の中心Ｃｂから管群外形４３ｂの頂面４８ｂの中心Ｃｔまでの遠近方向Ｄｆの距離を偏心量Δｂとする。

本変形例のように、遠側Ｄｆｎの伝熱管群４１ｂも偏心外形にする場合、この伝熱管群４１ｂの管群外形４３ｂにおける偏心量Δｂを、近側Ｄｆｎの伝熱管群４１ａの管群外形４３ａにおける偏心量Δａより小さくするとよい。言い換えると、近側Ｄｆｎの伝熱管群４１ａの管群外形４３ａにおける偏心量Δａを、遠側Ｄｆｎの伝熱管群４１ｂの管群外形４３ｂにおける偏心量Δｂより大きくするとよい。

なお、本変形例は、第一実施形態の変形例であるが、上記第二実施形態の複数の伝熱管群４１を本変形例と同様に構成してもよい。

「第三変形例」
図７を参照して、上記第一実施形態における復水器３０の第三変形例について説明する。

本変形例の復水器３０ｄは、中間胴３１内に配置され、中間胴入口３２から流入した蒸気Ｓの流れの向きを次第に下方に向ける蒸気ガイド５１を備える。この蒸気ガイド５１は、遠近方向Ｄｆの遠側Ｄｆｎに向うに連れて次第に下方に曲がっている。

よって、本変形例では、本体胴入口３８から本体胴３５内に流入する蒸気Ｓの流れ方向成分のうちで下方成分を上記第一実施形態における同成分より大きくすることができる。このため、本変形例では、各伝熱管群４１を構成する伝熱管４２内の冷却水と蒸気Ｓとの熱交換の効率を高めることができる。

なお、本変形例は、第一実施形態の変形例であるが、上記第二実施形態の復水器も本変形例と同様に構成してもよい。

「第四変形例」
図８を参照して、上記第一実施形態における復水器３０の第四変形例について説明する。

上記第一実施形態では、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置が、中間胴入口３２の下端３２ｂよりも上方である。一方、本変形例の復水器３０ｅでは、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置が、中間胴入口３２の下端３２ｂよりも上方である。言い換えると、複数の伝熱管群４１は、中間胴入口３２の下端３２ｂより下方の位置に配置されている。

本変形例では、複数の伝熱管群４１の上記配置を実現するため、中間胴３１ｅにおける中間胴出口３３の近側出口縁３３ｎｅの位置を上記第一実施形態の中間胴出口３３の近側出口縁３３ｎの位置より高くしている。この関係で、本変形例の本体胴３５ｅの形状も、上記第一実施形態の本体胴３５の形状と若干異なる。さらに、これに併せて、蒸気タービン２０の設置位置を高くしている。なお、本変形例において、中間胴出口３３の遠側出口縁３３ｆｅの位置は、上下方向で、上記第一実施形態の中間胴出口３３の遠側出口縁３３ｆの位置と同じである。

以上、本変形例では、複数の伝熱管群４１が、中間胴入口３２の下端３２ｂより下方の位置に配置されているため、蒸気タービン２０から水平方向に直進してきた蒸気が直接伝熱管群４１に流入することが無くなり、上記第一実施形態よりも、伝熱管４２のエロージョンの発生を抑えることができると考えられる。但し、本変形例では、前述したように、蒸気タービン２０の設置位置が高くなる。よって、複数の伝熱管群４１中で最も上の位置が、中間胴入口３２の下端３２ｂよりも上方にするか下方にするかは、伝熱管４２のエロージョン発生を抑えることと、蒸気タービン２０の設置位置を低くすることとのうち、いずれに重点をおくかで定めるべきである。

ところで、ガスタービンコンバインドサイクルプラントは、蒸気タービン及び復水器を備える蒸気タービンプラントを備える。よって、ガスタービンコンバインドサイクルの復水器に本発明を適用してもよい。

本発明の一態様によれば、蒸気タービンプラントのイニシャルコスト及びランニングコストを抑えることができる。

１１：冷却水ポンプ
１２：冷却水ライン
１３：排水ライン
１４：排水ピット
１５：給水ポンプ
１６：給水ライン
１７：蒸気発生器
１８：主蒸気ライン
１９：発電機
２０，２０ａ：蒸気タービン
２１：ロータ
２２，２２ａ：本体ケーシング
２３：蒸気入口
２４，２４ａ：蒸気出口
２５，２５ａ：排気ケーシング
２６：排気蒸気入口
２７：排気蒸気出口
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ：復水器
３１，３１ｅ：中間胴
３２：中間胴入口
３２ｂ：下端
３３：中間胴出口
３３ｆ，３３ｆｅ：遠側出口縁
３３ｎ，３３ｎｅ：近側出口縁
３４：流路
３４ｆ：遠側内面
３４ｎ：近側内面
３５，３５ｅ：本体胴
３６ｂ:底板
３６ｓ：側板
３７：凝縮室
３８：本体胴入口
３９：ホットウェル
４１，４１ａ，４１ｂ：伝熱管群
４２：伝熱管
４３，４３ａ，４３ｂ：管群外形
４４：底面
４５：側面
４６：上面
４７：傾斜面
４８，４８ａ，４８ｂ：頂面
５１：蒸気ガイド
Ａｔ：タービン軸線
Ｄａ：軸線方向
Ｄａｄ：軸線下流側
Ｄａｕ：軸線上流側
Ｄｆ：遠近方向
Ｄｆｆ：遠い側
Ｄｆｎ：近い側
Ｓ：蒸気
Ｗ：水源

Claims (12)

1. 蒸気と熱交換する冷却水が内部を通る複数の伝熱管で構成される複数の伝熱管群と、
   複数の前記伝熱管群を覆う本体胴と、
   前記本体胴に連結し、蒸気を前記本体胴内に導く中間胴と、
   を備え、
   前記中間胴は、内部から水平方向に開口して蒸気が流入する中間胴入口と、内部から下方に開口して蒸気を排気する中間胴出口と、前記中間胴入口と前記中間胴出口とを接続し、前記中間胴入口から流入した蒸気を、水平方向で前記中間胴入口から遠ざかる側に向かわせつつ次第に下方に向わせて、前記中間胴出口に至らせる流路と、を有し、
   前記本体胴は、内部から上方に開口し、前記中間胴出口に接続され、前記中間胴からの蒸気が流入する本体胴入口を有し、
   複数の前記伝熱管群は、水平方向に並んで、前記本体胴内に配置され、
   前記中間胴出口であって水平方向における前記中間胴入口に近い側の縁である近側出口縁が、複数の前記伝熱管群中で最も上の位置よりも下に位置する、
   復水器。
2. 請求項１に記載の復水器において、
   前記中間胴の前記流路を形成する前記中間胴の内面であって、前記近側出口縁を含む近側内面は、前記近側出口縁から上方に向いつつ前記中間胴入口に近づく側に向かう面である、
   復水器。
3. 請求項１又は２に記載の復水器において、
   前記中間胴出口であって水平方向における前記中間胴入口から遠い側の縁である遠側出口縁が、複数の前記伝熱管群中で最も上の位置よりも上に位置する、
   復水器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の復水器において、
   複数の前記伝熱管群は、前記本体胴内で、前記中間胴入口の下端より下方の位置に配置されている、
   復水器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の復水器において、
   前記伝熱管群を構成する複数の伝熱管のうちで最も外側に位置する複数の伝熱管に外接する仮想面で形成される管群外形の上下方向の寸法は、前記管群外形の水平方向の寸法よりも大きい、
   復水器。
6. 請求項５に記載の復水器において、
   前記管群外形は、上方を向く上面と下方を向く底面とを有し、
   前記管群外形における前記上面を含む上部は、水平方向の断面積が下方に向うに連れて次第に大きくなる、
   復水器。
7. 請求項６に記載の復水器において、
   少なくとも一の前記伝熱管群の前記管群外形は、前記上面のうちで最も上の位置の頂面の中心が、同管群外形における前記底面の中心よりも水平方向における前記中間胴入口の側に位置する偏心外形である、
   復水器。
8. 請求項７に記載の復水器において、
   複数の前記伝熱管群は、水平方向であって前記中間胴入口に対する遠近方向に並んでおり、
   複数の前記伝熱管群のうち、前記遠近方向で前記中間胴入口に最も近い前記伝熱管群の前記管群外形が、前記偏心外形である、
   復水器。
9. 請求項５又は請求項６に記載の復水器において、
   前記中間胴内に配置され、前記中間胴入口から流入した蒸気の流れの向きを次第に下方に向ける蒸気ガイドを備える、
   復水器。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の復水器と、
    前記復水器中に蒸気を排気する蒸気タービンと、
    を備える蒸気タービンプラント。
11. 請求項１０に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
    前記蒸気タービンは、軸流排気型の蒸気タービンである、
    蒸気タービンプラント。
12. 請求項１０に記載の蒸気タービンプラントにおいて、
    前記蒸気タービンは、側方排気型の蒸気タービンである、
    蒸気タービンプラント。

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