JP6699900B2 - 整流装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、整流装置に関する。

ランキンサイクルを利用する発電システムは、主に、作動流体を液体から気体へ加熱する蒸発器、蒸発器で生成した気体状の作動流体によって駆動する蒸気タービン、蒸気タービンから排出されたタービン排気を凝縮する復水器、および作動流体を循環する循環ポンプから構成される。また、蒸気タービンと復水器とは、連結流路によって接続される。

復水器が地熱発電システムなどに用いられる直接接触式復水器の場合、蒸気タービンから排出されたタービン排気に含まれる水蒸気が復水器の凝縮部に導入されると、凝縮部に均一に設けられているノズル配管から噴射ノズルに供給された冷却水が水蒸気に噴射される。そして、水蒸気は、冷却水によって凝縮されて液化される。水蒸気の凝縮によって生成した水は、復水器内のホットウェルに流れる。

発電システムの稼働時には、復水器および連結流路の内部圧力は、大気圧よりも低い状態になり、これらの内部圧力と大気圧との圧力差に由来する力が、復水器および連結流路の外側から内側にかかる。このような圧力差に由来する力に対して、復水器および連結流路の構造形状を維持するため、復水器や連結流路の内部には、支持部材が設けられている。支持部材は、復水器や連結流路の内面に突き当たるように設けられ、上記の圧力差に由来する力に対向するように、復水器および連結流路の壁面を内側から外側に向かって支持している。

特開２０１４−２１９１６０号公報

上記のように、蒸気タービンから排出された水蒸気は、連結流路を介して復水器へ流入し、冷却水と熱交換することによって凝縮される。ここで、蒸気タービンに設けられるタービン翼やディフューザを通過した後のタービン排気では、タービン排気の流れ方向に垂直な断面において、タービン排気の流れ方向の流速分布が生じる。そのため、復水器に供給されるタービン排気は、このような流速分布を有する。その一方で、一般的に、復水器の内部において、噴射ノズルを備えたノズル配管は、発電システムの幅広い運転への対応や設置の容易さなどを考慮して、凝縮部内に一様に配置されている。

つまり、流速分布を有さないタービン排気が復水器に流入した場合、一様に配置されているノズル配管は、流速分布を有さないタービン排気を効率的に凝縮することができる。しかしながら、流速分布を有するタービン排気が復水器に流入すると、一様に配置されているノズル配管は、流速分布を有するタービン排気を凝縮できないことがある。

復水器がこのような流速分布を有するタービン排気を効率的に凝縮するために、例えば、タービン排気の流速分布を予測し、流速の大きな領域にノズル配管を新たに設置することが考えられる。しかしながら、ノズル配管を新たに設置するためには、ノズル配管を支持するための構造物を復水器内に別途設置する必要がある。新たに設置されたノズル配管や構造物は、タービン排気の流動を阻害して復水器内におけるタービン排気の流動抵抗を増加したり、既設の噴射ノズルから噴射された冷却水の分散を妨げたりするので、復水器の性能低下を引き起こすことがある。

本発明が解決しようとする課題は、復水器の上流側に設けられた連結流路内を流れるタービン排気の流速分布を平準化することによって、復水器の性能の低下を抑制することができる整流装置を提供することである。

実施の形態の整流装置は、蒸気タービンと前記蒸気タービンからのタービン排気から復水を生成する復水器とを連結する連結流路の内部に設けられ、前記連結流路の内面の少なくとも２点に突き当たる形で取り付けられる中空な支持部材と、前記支持部材に接続され、前記支持部材に冷却水を供給する給水管と、前記支持部材に設けられ、前記支持部材から前記連結流路内に前記冷却水を噴射する貫通孔とを備える。

第１の実施の形態の整流装置を備える発電システムの一部を模式的に示す概略図である。 第１の実施の形態の整流装置を構成する連結流路におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。 第１の実施の形態の整流装置を構成する支持部材の他の例を模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態の整流装置を構成する連結流路におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。 第２の実施の形態の整流装置を構成する支持部材の他の例を模式的に示す断面図である。 第２の実施の形態の整流装置を構成する連結流路の他の例におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。 第３の実施の形態の整流装置を構成する連結流路におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。 第４の実施の形態の整流装置を備える発電システムの一部を模式的に示す拡大図である。 第４の実施の形態の整流装置の他の例を備える発電システムの一部を模式的に示す拡大図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の整流装置５０を備える発電システム１の一部を模式的に示す概略図である。図２は、第１の実施の形態の整流装置５０を構成する連結流路３におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。なお、図２は、連結流路３の内部を流れるタービン排気の流れ方向の下流側から見た図であって、図１のＡ−Ａ線に沿った連結流路３の断面図である。

図１に示すように、発電システム１は、蒸気によって駆動される蒸気タービン２と、蒸気タービン２のタービン排気に含まれる水蒸気を凝縮して復水を生成する復水器４と、蒸気タービン２および復水器４を連結する連結流路３と、連結流路３および復水器４に冷却水を供給する冷却塔５とを備えている。ここでは、蒸気タービン２が地熱発電用の軸流排気型の蒸気タービンである一例について説明するが、蒸気タービン２の構成は特には限定されるものではない。また、Ｘ軸方向は連結流路３の内部を流れるタービン排気の流れ方向、Ｙ軸方向は上下方向、Ｚ軸方向は幅方向である。

不図示の蒸気井で発生する地熱蒸気から熱水を分離した蒸気は、図１に示すように、蒸気タービン２に供給される。蒸気タービン２では、蒸気が膨張仕事を行い、膨張仕事を行った際に発生する動力によって、不図示の発電機が駆動される。ここで、蒸気タービン２は、不図示のタービン翼などのタービン部に加えて、最終段のタービン段落を通過した蒸気を排出する不図示のディフューザも備える。換言すると、蒸気タービン２は、タービン部とディフューザとから構成される。ディフューザの下流側の端部には、連結流路３の上流側の端部が接続される。

膨張仕事を終えたタービン排気は、蒸気タービン２から連結流路３に排出され、連結流路３の内部を流れる。連結流路３の下流側の端部には、復水器４のタービン排気導入口８が接続される。連結流路３を排出したタービン排気は、タービン排気導入口８から復水器４に導入される。

図１に示すように、第１の実施の形態の整流装置５０は、発電システム１において、蒸気タービン２から排出されたタービン排気が復水器４の凝縮部９で凝縮されるまでの間に設けられる。

整流装置５０は、図１および図２に示すように、連結流路３の内部に設けられる支持部材５１と、支持部材５１に接続される給水管５２と、支持部材５１に設けられる貫通孔５３とを備える。

図１および図２に示すように、支持部材５１は、蒸気タービン２と復水器４とを連結する連結流路３の内部に設けられており、連結流路３の内面の少なくとも２点に突き当たる形で取り付けられている。

支持部材５１は、連結流路３の上下方向に沿って直線的に延設され、連結流路３の内面の２点に突き当たる。すなわち、支持部材５１は、連結流路３の内面の２点を突っ張る。支持部材５１の一方の端部は、連結流路３の上側の内面と接続されると共に、開口している。また、支持部材５１の他方の端部は、連結流路３の下側の内面と接続されると共に、閉口している。

また、支持部材５１は中空の管状体である。ここでは、連結流路３の内部を流れるタービン排気の流れ方向に平行な支持部材５１の断面形状が円環状である一例を示すが、支持部材５１の当該断面形状は、多角環状であってもよいし、翼型の環状であってもよいし、これらを組み合わせた形状であってもよい。連結流路３を流れるタービン排気の流動抵抗を低下させるという観点から、支持部材５１の上記断面形状は、円環状または翼型の環状であることが好ましい。また、支持部材５１の内部構造の形状は、冷却水が支持部材５１の内部を流通することができれば、特には限定されるものではない。

ここで、発電システム１の稼働時には、連結流路３の内部圧力は、連結流路３の外部圧力、すなわち大気圧よりも低いので、連結流路３の内部圧力と大気圧との圧力差に由来する力が、連結流路３の外側から内側にかかる。そのため、支持部材５１は、当該圧力差に由来する力に対向するように、連結流路３の内壁面を内部から外側に向かって支持している。このように、支持部材５１は、連結流路３の構造の強度を高める。

ここでは、図１および図２に示すように、連結流路３の内面の２点に突き当てられる支持部材５１が連結流路３の上下方向に沿って直線的に延設される一例を示すが、支持部材５１の延設方向は、特には限定されるものではない。例えば、上記の支持部材５１は、連結流路３の幅方向に沿って直線的に延設されてもよい。

また、ここでは、支持部材５１が連結流路３の内面の２点に突き当てられる一例を示すが、支持部材５１が連結流路３の内面に突き当てられる箇所は３点以上であってもよい。例えば支持部材５１の流路断面積が均一な場合、支持部材５１が連結流路３の内面に突き当てられる箇所は２点であると、タービン排気の流れ方向に垂直な断面（以下、連結流路３の流路断面ともいう）に占める支持部材５１の面積は小さい。連結流路３の流路断面に占める支持部材５１の面積が小さいほど、連結流路３を流れるタービン排気の流動抵抗は低下する。

また、ここでは、図２に示すように、連結流路３の形状は、中空の角柱形状であるが、特に限定されるものではなく、中空の円柱形状であってもよい。

連結流路３の上側の内面と接続している支持部材５１の一方の端部は、給水管５２の下流側の端部と接続している。具体的には、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の上面を貫通し、開口している支持部材５１の一方の端部と連結している。給水管５２の上流側の端部は、図１に示すように、冷却水を貯留している冷却塔５と接続している。冷却塔５は、冷却水を給水管５２に供給する。給水管５２は、冷却塔５から排出された冷却水を支持部材５１の内部に供給する。

ここでは、図１および図２に示すように、支持部材５１の上側の端部が給水管５２に接続されている一例を示すが、支持部材５１の下側の端部が給水管５２に接続されていてもよく、支持部材５１の上下の両端部が給水管５２に接続されていてもよい。なお、支持部材５１の下側の端部が給水管５２に接続される場合、支持部材５１の下側の端部は開口しており、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の下面を貫通し、開口している支持部材５１の下側の端部と連結している。

また、給水管５２の内部構造の形状は、冷却水が給水管５２の内部を流通することができれば、特には限定されるものではない。

図１および図２に示すように、支持部材５１に形成される貫通孔５３は、支持部材５１の一部分を開孔している。具体的には、貫通孔５３は、支持部材５１の一か所を、支持部材５１の径方向に、支持部材５１の内面から外面まで貫通する。また、貫通孔５３は、支持部材５１の内部を流れる冷却水を、支持部材５１の内部から連結流路３内に噴射する。

冷却塔５内の冷却水は、例えば、冷却塔５と支持部材５１との圧力ヘッドを利用して、支持部材５１に供給され、貫通孔５３から噴射される。貫通孔５３から噴射される冷却水の噴射圧力は、冷却塔５の設置場所の大気圧、冷却塔５の設置場所と貫通孔５３の設置場所との高低差に基づく圧力差、および冷却水が給水管５２および支持部材５１の内部を流れる際の圧力降下量の和に概ね等しい。

後述するように、貫通孔５３から噴射される冷却水がタービン排気に接触すると、冷却水と接触したタービン排気は凝縮され、タービン排気の流速が減少する。そのため、タービン排気における流速の速い領域に冷却水を噴射できるように、貫通孔５３を配置することによって、タービン排気の流速分布を効率的に平準化することができる。

例えば、数値解析や経験則などを基に、連結流路３内を流れるタービン排気の流速分布を予測する。そして、タービン排気における流速の速い領域に冷却水を噴射できるように、貫通孔５３から噴射される冷却水の噴射量、貫通孔５３の配置位置、貫通孔５３の設置数などを適宜設定する。冷却水の噴射量は、支持部材５１に形成される貫通孔５３の流路断面積、貫通孔５３から噴射される冷却水の噴射圧力などによって決定される。

なお、ここでは、図１および図２に示すように、貫通孔５３が支持部材５１の上半側部分、中間部分、下半側部分の３か所に設けられる一例を示すが、貫通孔５３の配置位置や設置数は、特に限定されるものではなく、タービン排気の流速分布に応じて適宜設定される。

図３は、第１の実施の形態の整流装置５０を構成する支持部材５１ｂの他の例を模式的に示す断面図である。なお、図３は、連結流路３の上下方向における上方から見た支持部材５１ｂの断面図であって、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図３では、タービン排気は、左側から右側に流れる。

図３に示すように、貫通孔５３の開孔方向５３ｒと連結流路３の上流側から下流側に延びる中心軸３ａとの間の角度θは−９０°以上９０°以下であることが好ましい。なお、貫通孔５３の開孔方向５３ｒとは、貫通孔５３の中心を通り、支持部材５１ｂの中心軸５１ａに直交する直線の方向である。

具体的には、図２に示すように、貫通孔５３の開孔方向５３ｒが連結流路３の中心軸３ａに沿ってタービン排気の流れ方向の下流側を向いているとき、θは０である。また、図３に示すように、貫通孔５３の開孔方向５３ｒが図２における連結流路３の右側を向いているとき、θは正である。また、貫通孔５３の開孔方向５３ｒが図２における連結流路３の左側を向いているとき、θは負である。

貫通孔５３の開孔方向５３ｒと連結流路３の中心軸３ａとの間の角度θを−９０°以上９０°以下の範囲であると、連結流路３の流路断面において、タービン排気の様々な領域に冷却水を選択的に噴射できるので、タービン排気の流速分布をさらに効率的に平準化することができる。

また、角度θが上記範囲外であると、貫通孔５３から噴射された冷却水は、蒸気タービン２から排出されたタービン排気に対向する。そのため、冷却水およびタービン排気の流動抵抗が増加する。さらに、貫通孔５３から噴射された冷却水は、噴射方向と逆向きの力をタービン排気から受けて、タービン排気の流れ方向に押し戻されることがある。このとき、押し戻された冷却水と新たに貫通孔５３から噴射された冷却水とが干渉すると、冷却水の分散性が減少し、タービン排気の整流の効率は低下する。

また、図１に示すように、連結流路３の下流側の端部と接続している復水器４は、例えば直接接触式復水器であり、本体胴容器６と、本体胴容器６に隣接しているガス冷却部７とを備えている。本体胴容器６の上流側の端部には、タービン排気導入口８が形成されている。

本体胴容器６内には、タービン排気に含まれる水蒸気を凝縮する凝縮部９が構成されている。また、本体胴容器６の底部には、凝縮水や冷却水を貯めるホットウェル１０が設けられている。

凝縮部９には、タービン排気を導入する水平方向に延設された複数のノズル配管１１が設けられている。ノズル配管１１には、水蒸気に冷却水を噴射するための噴射ノズル１２が設けられている。

また、ノズル配管１１は、凝縮部９におけるタービン排気の流入方向に対して垂直かつ水平な方向である本体胴容器６の幅方向に、所定の間隔をあけて複数設けられ、ノズル配管列を構成している。さらに、このノズル配管列は、本体胴容器６の上下方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。

また、各ノズル配管１１のガス冷却部７側の端部は、給水管１３の下流側の端部と接続している。給水管１３の上流側の端部は、冷却塔５と接続している。給水管１３には、ノズル配管１１に供給される冷却水の流量を調整する流量調整部２１が設けられている。冷却塔５に貯留されている冷却水は、給水管１３を介して、ノズル配管１１に供給される。

このような構成を備える凝縮部９では、噴射ノズル１２から噴射された冷却水によって、タービン排気導入口８から導入されたタービン排気に含まれる水蒸気が凝縮される。

ガス冷却部７は、凝縮部９に連通するガス冷却流路１４を備えている。ガス冷却流路１４には、凝縮部９を通過したタービン排気が流れる。ガス冷却流路１４は、例えば下方から上方に向かう方向に形成される。

ガス冷却流路１４の出口１４ａには、冷却された不凝縮ガスを排出する不凝縮ガス排出管１５が接続される。不凝縮ガス排出管１５の出口は、不図示のエジェクタポンプや真空ポンプに連通される。そのため、発電システム１の稼働時では、連結流路３および復水器４の内部は、大気圧よりも圧力の低い真空状態に維持されている。

ガス冷却流路１４には、ガス冷却部７の幅方向に水平にノズル配管１６が設けられている。ノズル配管１６には、冷却水を噴射するための噴射ノズル１７が設けられている。ノズル配管１６の端部は、不図示の給水管を介して、冷却塔５と接続している。

このような構成を備えるガス冷却部７では、噴射ノズル１７から冷却水を噴射して、凝縮部９を通過したタービン排気に残存する蒸気および不凝縮ガスを冷却する。冷却された蒸気は、凝縮して水滴となり下方に落下して、ホットウェル１０に流れ込む。冷却された不凝縮ガスは、ガス冷却流路１４の出口１４ａから不凝縮ガス排出管１５に排出される。

また、ホットウェル１０の下部には、凝縮された水や冷却水などから構成される貯水を排出する排出管１８が接続される。例えば、ホットウェル１０内の水量がほぼ一定となるように、貯水が排出管１８から適宜排出される。

排出管１８には、貯水の一部を冷却塔５に供給する給水管１９が接続される。給水管１９の下流側は、冷却塔５に接続される。排出管１８を流れる貯水の一部は、給水管１９を介し、給水管１９に設けられている給水ポンプ２０によって、冷却塔５に再び供給される。冷却塔５に再び供給された冷却水は、外気によって冷却された後、連結流路３内の支持部材５１および復水器４に再び供給されて、タービン排気の凝縮に用いられる。

また、図１に示すように、整流装置５０は、支持部材５１の内部に供給される冷却水の流量を調整し、冷却塔５と支持部材５１とを連結する給水管５２に設けられる流量調整部５４をさらに備えてもよい。流量調整部５４は、例えば、流量調整弁から構成される。流量調整部５４は、給水管５２を流れる冷却水の流量を調整することができるので、貫通孔５３を介して支持部材５１の内部から連結流路３内に噴射される冷却水の排出量を調整することができる。

また、図１に示すように、整流装置５０は、支持部材５１の内部に供給される冷却水を支持部材５１に加圧供給し、給水管５２に設けられる加圧部５５をさらに備えてもよい。加圧部５５は、例えば、加圧ポンプから構成される。加圧部５５は、給水管５２を流れる冷却水を加圧するので、貫通孔５３から噴射される冷却水の噴射圧力を増加することができる。そのため、冷却水の噴射量が増えると共に、冷却水のペネトレーションが増加するので、冷却水を連結流路３内の広範囲に多量に噴射することができる。加圧部５５は、例えば、流量調整部５４よりも上流側に設けられる。

次に、整流装置５０が連結流路３を流れるタービン排気を整流する流れについて説明する。

発電システム１の稼働時において、膨張仕事を終えたタービン排気は、蒸気タービン２のディフューザから連結流路３に排出される。ここで、ディフューザを通過したタービン排気では、タービン排気の流れ方向に垂直な断面において、タービン排気の流れ方向の流速分布が生じる。そのため、連結流路３の内部を流れるタービン排気は、連結流路３の流路断面において、流れ方向における流速分布を有する。

一方、冷却塔５に貯留している冷却水は、給水管５２から支持部材５１の内部に導入された後、貫通孔５３から連結流路３内に噴射される。貫通孔５３から噴射された冷却水は、上記の流速分布を有するタービン排気と接触する。なお、冷却水の温度は、連結流路３内を流れるタービン排気の温度よりも低い。

冷却水とタービン排気とが接触すると、タービン排気は凝縮され、冷却水の温度は上昇する。そして、タービン排気が凝縮されると、凝縮されたタービン排気の流速が減少する。このように、冷却水と接触したタービン排気の領域は凝縮され、冷却水と接触したタービン排気の当該領域における流速は減少する。なお、このタービン排気の凝縮は、タービン排気と接触している冷却水の温度がタービン排気の温度と等しくなるまで継続する。

例えば、連結流路３内を流れるタービン排気の流速分布の予測を基に、冷却水の噴射量、冷却水の噴射圧力、貫通孔５３の配置位置、貫通孔５３の設置数、貫通孔５３の開孔方向５３ｒなどを適宜設定し、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速の速い領域に冷却水を選択的に噴射すると、冷却水と接触した当該領域の流速は部分的に遅くなる。そのため、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速分布は効率的に平準化される。すなわち、タービン排気は整流される。

タービン排気と熱交換してタービン排気を凝縮させた冷却水は、連結流路３の内面を伝いながら復水器４の内面に排出した後、連結流路３側の復水器４の壁面を伝ってホットウェル１０に流れ込んだり、連結流路３の内面や復水器４の壁面を介さずに、連結流路３の内部空間から復水器４に排出した後、復水器４の内部空間からホットウェル１０へ直接落下したりする。

流速分布を平準化したタービン排気は、連結流路３から復水器４内に流入する。凝縮部９において、噴射ノズル１２から噴射される冷却水は、整流されたタービン排気を効率的に凝縮することができる。このように、流速分布を平準化したタービン排気が復水器４に供給されるので、従来のような流速分布を有するタービン排気が復水器に供給される場合に比べて、復水器４の性能の低下は抑制される。

凝縮部９を通過したタービン排気は、ガス冷却部７に流入する。ガス冷却部７において、噴射ノズル１７から噴射された冷却水は、タービン排気に残存する蒸気および不凝縮ガスを冷却する。冷却された蒸気は、凝縮して水滴となり、ホットウェル１０に流れ込む。また、冷却された不凝縮ガスは、ガス冷却流路１４の出口１４ａから不凝縮ガス排出管１５に排出される。

上記したように、第１の実施の形態の整流装置５０によれば、連結流路３内に設けられた支持部材５１の貫通孔５３から連結流路３内に、冷却水を噴射することができる。そして、流速分布を有するタービン排気が冷却水と接触すると、タービン排気の流速分布は平準化される。連結流路３内を流れるタービン排気の流速分布の予測に基づいて、冷却水の噴射条件や貫通孔５３の設置条件を適宜設定すると、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速の速い領域に冷却水を選択的に噴射することができるので、タービン排気の流速分布はさらに平準化される。整流されたタービン排気が復水器４に供給されると、凝縮部９は整流されたタービン排気を効率的に凝縮することができる。そのため、復水器４の性能の低下は抑制される。

さらに、支持部材５１は、連結流路３の構造を維持するために、連結流路３内に既設されている。このように、タービン排気の流速分布を平準化するための支持部材を新たに設置せずに、既設の支持部材５１を用いて、タービン排気の流速分布を平準化することができる。そのため、支持部材を新たに設置した場合に生じる、連結流路３の内部におけるタービン排気の流動抵抗の増加を回避することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の整流装置１５０において、支持部材１５１および貫通孔１５３の構成が異なる以外は、第１の実施の形態の整流装置５０の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態の整流装置５０の構成と重複する説明を省略または簡略する。

図４は、第２の実施の形態の整流装置１５０を構成する連結流路３におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。なお、図４は、連結流路３内を流れるタービン排気の流れ方向の下流側から見た連結流路３の断面図である。

図４に示すように、第２の実施の形態の整流装置１５０は、連結流路３の内面の２点以上に突き当てられる支持部材１５１と、支持部材１５１に接続される給水管５２と、支持部材１５１に設けられる貫通孔１５３とを備える。

支持部材１５１は、連結流路３の内面の４点に突き当てられる。具体的には、支持部材１５１は、十字状であり、連結流路３の上下方向に沿って延設される第１支持部材１５１ａと、連結流路３の幅方向に沿って延設される第２支持部材１５１ｂとから構成される。第１支持部材１５１ａと第２支持部材１５１ｂとは、互いに連通している。

第１支持部材１５１ａは、連結流路３の上下両面の２点に突き当てられる。第１支持部材１５１ａの一方の端部は、連結流路３の上側の内面と接続されると共に、開口している。また、第１支持部材１５１ａの他方の端部は、連結流路３の下側の内面と接続されると共に、閉口している。

第２支持部材１５１ｂは、連結流路３の両側面の２点に突き当てられる。第２支持部材１５１ｂの一方の端部は、図４における連結流路３の右側の内面と接続されると共に、閉口している。また、第２支持部材１５１ｂの他方の端部は、図４における連結流路３の左側の内面と接続されると共に、閉口している。

ここでは、図４に示すように、第１支持部材１５１ａが連結流路３の上下方向に沿って延設されると共に、第２支持部材１５１ｂが連結流路３の幅方向に沿って延設される一例を示すが、第１支持部材１５１ａおよび第２支持部材１５１ｂの延設方向は、特には限定されるものではない。例えば、第１支持部材１５１ａおよび第２支持部材１５１ｂは、それぞれ異なる連結流路３の対角線に沿って延設されてもよい。また、支持部材１５１が連結流路３の内面に突き当てられる箇所は４点でなくてもよく、例えば３点であってもよい。

図４に示すように、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の上側の内面と接続している第１支持部材１５１ａの上側の端部と接続している。具体的には、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の上面を貫通し、開口している第１支持部材１５１ａの上側の端部と連結している。

なお、給水管５２の下流側の端部は、第１支持部材１５１ａの下側の端部に接続されてもよい。また、給水管５２の下流側の端部は、第１支持部材１５１ａではなく、第２支持部材１５１ｂの端部に接続されてもよく、第１支持部材１５１ａおよび第２支持部材１５１ｂの両方に接続されてもよい。

なお、第１支持部材１５１ａの下側の端部が給水管５２に接続される場合、支持部材５１の下側の端部は開口しており、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の下面を貫通し、開口している第１支持部材１５１ａの下側の端部と連結している。また、第２支持部材１５１ｂの端部が給水管５２に接続される場合、第２支持部材１５１ｂの当該端部は開口しており、給水管５２の下流側の端部は、連結流路３の側面を貫通し、開口している第２支持部材１５１ｂの端部と連結している。

支持部材１５１には、複数の貫通孔１５３が設けられている。図４に示すように、複数の貫通孔１５３は、第１支持部材１５１ａの上半側部分に設けられる第１貫通孔１５３ａと、第２支持部材１５１ｂの右半側部分に設けられる第２貫通孔１５３ｂとから構成される。

第１貫通孔１５３ａおよび第２貫通孔１５３ｂの配置位置や設置数は、特に限定されるものではなく、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速分布に応じて適宜設定される。

例えば、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速分布が連結流路３の上下方向にある場合、第１支持部材１５１ａに設けられる第１貫通孔１５３ａは複数であることが好ましい。また、タービン排気の流れ方向の流速分布が連結流路３の幅方向にある場合、第２支持部材１５１ｂに設けられる第２貫通孔１５３ｂは複数であることが好ましい。

また、図４では、第１貫通孔１５３ａの開孔方向は、連結流路３の中心軸３ａに沿ってタービン排気の流れ方向の下流側を向いているが、特に限定されるものではない。上述したように、貫通孔５３の開孔方向と同様に、第１貫通孔１５３ａの開孔方向を適宜設定してもよい。

図５は、第２の実施の形態の整流装置を構成する支持部材の他の例を模式的に示す断面図である。なお、図５は、第２支持部材１５１ｂの上下方向における断面図であって、図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図５では、タービン排気は、左側から右側に流れる。

貫通孔５３と基本的に同様に、第２貫通孔１５３ｂの開孔方向１５３ｒと連結流路３の中心軸３ａとの間の角度θ’は−９０°以上９０°以下であることが好ましい。第２貫通孔１５３ｂの開孔方向１５３ｒとは、第２貫通孔１５３ｂの中心を通り、第２支持部材１５１ｂの中心軸１５１ｃに直交する直線の方向である。

具体的には、図４に示すように、第２貫通孔１５３ｂの開孔方向１５３ｒが中心軸３ａに沿ってタービン排気の流れ方向の下流側を向いているとき、θ’は０である。また、図５に示すように、第２貫通孔１５３ｂの開孔方向１５３ｒが連結流路３の上側を向いているとき、θ’は正である。また、第２貫通孔１５３ｂの開孔方向１５３ｒが連結流路３の下側を向いているとき、θ’は負である。

角度θ’が−９０°以上９０°以下の範囲であると、連結流路３の流路断面において、タービン排気の様々な領域に冷却水を選択的に噴射できるので、タービン排気の流速分布をさらに効率的に平準化することができる。一方、角度θ’が上記範囲外であると、第２貫通孔１５３ｂから噴射された冷却水と蒸気タービン２から排出されたタービン排気との流動抵抗が増加する。さらには、冷却水の分散性が減少し、タービン排気の整流の効率は低下する。

図６は、第２の実施の形態の整流装置を構成する連結流路の他の例におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。支持部材１５１に複数設けられる貫通孔１５３について、複数の貫通孔１５３の少なくとも１つの貫通孔の流路断面積は、他の貫通孔の流路断面積よりも大きくてもよい。

例えば、図６に示すように、貫通孔１５３は、第１支持部材１５１ａの上半側上部に設けられる第１貫通孔１５３ｃと、上半側中部に設けられる第２貫通孔１５３ｄと、上半側下部に設けられる第３貫通孔１５３ｅとから構成され、第２貫通孔１５３ｄの流路断面積は、第１貫通孔１５３ｃおよび第３貫通孔１５３ｅの流路断面積よりも大きい。連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速分布が連結流路３の上下方向にあって一定でない場合、特に、タービン排気の流速の速い領域が第１支持部材１５１ａの上半側中部の近傍である場合、図６に示すような貫通孔１５３の配置構成は、タービン排気の流速分布をさらに効率的に平準化することができる。

また、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速分布が連結流路３の幅方向にあって一定でない場合、複数の貫通孔１５３は第２支持部材１５１ｂに設けられ、タービン排気の流速の速い領域に冷却水を噴射する貫通孔の流路断面積は、他の貫通孔の流路断面積よりも大きいことが好ましい。

次に、整流装置１５０が連結流路３を流れるタービン排気を整流する流れについて説明する。

冷却塔５に貯留している冷却水は、図４に示すように、給水管５２から第１支持部材１５１ａの内部に導入される。第１支持部材１５１ａと第２支持部材１５１ｂとは互いに連通しているので、冷却水は第２支持部材１５１ｂの内部にも導入される。そして、冷却水は、第１貫通孔１５３ａおよび第２貫通孔１５３ｂから連結流路３内に噴射される。

第１貫通孔１５３ａおよび第２貫通孔１５３ｂから噴射された冷却水は、流速分布を有するタービン排気と接触する。冷却水とタービン排気とが接触すると、タービン排気は凝縮され、凝縮されたタービン排気の流速が減少する。

数値解析や経験則などを基に、連結流路３の内部を流れるタービン排気の流速分布に対応するように、複数の貫通孔の配置位置や設置数、各々の貫通孔の流路断面積や開孔方向を適宜設定することによって、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速の速い領域に冷却水を選択的に多く噴射することができる。そして、タービン排気の流速分布は、さらに平準化される。平準化したタービン排気は、復水器４内の凝縮部９において、効率的に凝縮される。そのため、復水器４の性能の低下は、さらに抑制される。

上記したように、第２の実施の形態の整流装置１５０によれば、支持部材１５１に設けられる複数の貫通孔１５３から、連結流路３内に冷却水を噴射することができる。そして、複数の貫通孔の配置位置や設置数、各々の貫通孔の流路断面積や開孔方向を適宜設定することによって、タービン排気の流れ方向の流速の速い領域に冷却水を選択的に多く噴射することができる。そのため、タービン排気の流速分布はさらに平準化され、復水器４の性能の低下は抑制される。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の整流装置２５０において、微粒化部２５６をさらに備える以外は、第１の実施の形態の整流装置５０の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

図７は、第３の実施の形態の整流装置２５０を構成する連結流路３におけるタービン排気の流れ方向に垂直な断面を模式的に示す概略図である。なお、図７は、連結流路３内を流れるタービン排気の流れ方向の下流側から見た連結流路３の断面図である。

図７に示すように、第３の実施の形態の整流装置２５０は、連結流路３の内部に設けられる支持部材５１と、支持部材５１に接続される給水管５２と、支持部材５１に設けられる貫通孔５３と、貫通孔５３の出口に設けられる微粒化部２５６とを備える。

微粒化部２５６は、例えば、支持部材５１の外側から貫通孔５３の出口に設けられる。また、微粒化部２５６は、貫通孔５３から連結流路３内に噴射される冷却水を微粒化する。この微粒化部２５６は、例えばスプレーノズルから構成され、冷却塔５と支持部材５１との圧力ヘッドや加圧部５５によって、冷却水を液滴に微粒化する。ここでは、微粒化部２５６が貫通孔５３の全てに設けられる一例を示すが、微粒化部２５６の設置数は特に限定されるものではなく、微粒化部２５６は貫通孔５３の１つに設けられていてもよい。

また、貫通孔５３の開孔方向５３ｒと基本的に同様に、微粒化部２５６の開孔方向と連結流路３の中心軸３ａとの間の角度θ’’は−９０°以上９０°以下であることが好ましい。微粒化部２５６の開孔方向とは、微粒化部２５６の中心および支持部材５１の中心軸５１ａを通る直線の方向である。

具体的には、図７に示すように、微粒化部２５６の開孔方向が中心軸３ａに沿ってタービン排気の流れ方向の下流側を向いているとき、θ’’は０である。また、微粒化部２５６の開孔方向が図７における連結流路３の右側および上側を向いているとき、θ’’は正である。また、微粒化部２５６の開孔方向が連結流路３の左側および下側を向いているとき、θ’’は負である。

貫通孔５３に微粒化部２５６を設けることによって、連結流路３内に噴射される冷却水が液滴状になる。そして、微粒化部２５６を設けない貫通孔から噴射された冷却水に比べて、微粒化した冷却水（以下、微粒化冷却水ともいう）とタービン排気との接触面積は増加し、微粒化冷却水とタービン排気との単位時間当たりの交換熱量は増加する。そのため、整流装置２５０が微粒化部２５６を備えることによって、タービン排気を短時間で凝縮できる。連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流速の速い領域が支持部材５１の近傍に存在するとき、微粒化部２５６からの微粒化冷却水の噴射は、タービン排気を効率的に凝縮することができる。

また、微粒化部２５６を設けない貫通孔から噴射された冷却水の形状は、柱状である。その一方、微粒化部２５６を設けた貫通孔５３から噴射された微粒化冷却水の形状は、円錐状や扇状など、タービン排気の流速分布の状態に応じて、適宜選択することができる。連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流速の速い領域が広範囲であるとき、タービン排気を効率的に凝縮できる。

上記したように、第３の実施の形態の整流装置２５０によれば、貫通孔５３の出口に設けられる微粒化部２５６によって、支持部材５１の貫通孔５３から連結流路３内に噴射される冷却水を微粒化することができる。微粒化した冷却水は、タービン排気を短時間で凝縮することができる。そのため、タービン排気の流速分布はさらに平準化され、復水器４の性能の低下は抑制される。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の整流装置３５０において、支持部材３５１および給水管３５２の構成が異なり、圧力計測部３５７をさらに備える以外は、第１の実施の形態の整流装置５０の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。

図８は、第４の実施の形態の整流装置３５０を備える発電システムの一部を模式的に示す拡大図である。図８に示すように、第４の実施の形態の整流装置３５０は、連結流路３におけるタービン排気の流れ方向に複数設けられる支持部材３５１と、支持部材３５１に接続される給水管３５２と、支持部材３５１に設けられる貫通孔５３とを備える。

図８に示すように、連結流路３の上流側から下流側にかけて、複数の支持部材３５１が設けられている。ここでは、複数の支持部材３５１は、タービン排気の流れ方向における上流側に設けられている第１支持部材３５１ａと、第１支持部材３５１ａよりも下流側に設けられている第２支持部材３５１ｂと、第２支持部材３５１ｂよりも下流側に設けられている第３支持部材３５１ｃとから構成されている。なお、ここでは、支持部材３５１の設置数は３つであるが、特に限定されるものではない。

給水管３５２は、例えば第１給水管３５２ａと第２給水管３５２ｂと第３給水管３５２ｃとに分岐され、第１給水管３５２ａは第１支持部材３５１ａに接続され、第２給水管３５２ｂは第２支持部材３５１ｂに接続され、第３給水管３５２ｃは第３支持部材３５１ｃに接続されている。

第１支持部材３５１ａ、第２支持部材３５１ｂ、および第３支持部材３５１ｃには、貫通孔５３が設けられている。

また、整流装置３５０は、支持部材３５１における貫通孔５３よりも上流側に設けられる圧力計測部３５７をさらに設けてもよい。圧力計測部３５７は、連結流路３内を流れるタービン排気の圧力を計測する。タービン排気の圧力の高い領域は、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流れ方向の流速の速い領域である。

圧力計測部３５７は、連結流路３内を流れるタービン排気の流れ方向に向き合うように、支持部材３５１におけるタービン排気の上流側の表面に設けられる。また、圧力計測部３５７は、図８に示すように圧力計測部３５７は貫通孔５３の全てに対して設けられてもよいし、貫通孔５３の一部に対して設けられてもよい。

また、図８に示すように、第１給水管３５２ａ、第２給水管３５２ｂ、および第３給水管３５２ｃには、流量調整部５４や加圧部５５が適宜設けられていてもよい。

また、整流装置３５０は、入力部３６１と、演算部３６２と、出力部３６３とを具備する制御部３６０を備えてもよい。入力部３６１は圧力計測部３５７と接続し、圧力計測部３５７で計測されたタービン排気の圧力が入力部３６１に入力される。演算部３６２は、入力部３６１に入力されたタービン排気の圧力からタービン排気の流速を算出する。出力部３６３は流量調整部５４や加圧部５５と接続し、演算部３６２で算出されたタービン排気の流速値を基に、流量調整部５４や加圧部５５を適宜調整する。

次に、整流装置３５０が連結流路３を流れるタービン排気を整流する流れについて説明する。

冷却水は、第１給水管３５２ａから第１支持部材３５１ａに導入され、第２給水管３５２ｂから第２支持部材３５１ｂに導入され、第３給水管３５２ｃから第３支持部材３５１ｃに導入される。そして、冷却水は、第１支持部材３５１ａと第２支持部材３５１ｂと第３支持部材３５１ｃとに設けられた各貫通孔５３から連結流路３内に噴射される。

このように、タービン排気の流れ方向の上流側から下流側にかけて複数の支持部材３５１が設けられると、複数の支持部材３５１から噴射された冷却水によって、タービン排気の流れ方向における広い範囲で、タービン排気を整流することができる。例えば、連結流路３が長い場合、複数の支持部材３５１を設けることによって、各支持部材３５１の貫通孔５３から噴射される冷却水は、タービン排気を広範囲に効率的に整流することができる。

また、圧力計測部３５７は、タービン排気の圧力を計測する。したがって、圧力計測部３５７で計測されたタービン排気の圧力のデータを基に、圧力計測部３５７の近傍におけるタービン排気の流速を算出することができる。例えば、支持部材３５１の複数に設けられる圧力計測部３５７の配置位置は、タービン排気の流れ方向に垂直な方向において互いに異なると、連結流路３を流れるタービン排気の流速分布をリアルタイムで正確に把握することができる。

また、制御部３６１は、圧力計測部３５７で得られたタービン排気の圧力のデータから算出したタービン排気の流速分布を基に、各給水管３５２に設けられた流量調整部５４や加圧部５５を適宜制御することによって、冷却水の噴射量や噴射圧力をリアルタイムで調整してもよい。そして、支持部材３５１の複数に設けられる貫通孔５３の配置位置や開孔方向５３ｒが、タービン排気の流れ方向に垂直な方向において互いに異なると、連結流路３の流路断面におけるタービン排気の流速の速い領域に冷却水を局所的に多く噴射できるので、タービン排気の流速分布をさらに平準化することができる。

図９は、第４の実施の形態の整流装置の他の例を備える発電システムの一部を模式的に示す断面拡大図である。図９に示すように、連結流路３０３におけるタービン排気の流れ方向が水平ではなく傾斜している場合、換言すると、蒸気タービン２に接続している連結流路３０３の上流側の端部の高さに比べて、復水器４に接続している連結流路３０３の下流側の端部の高さが低い場合であっても、整流装置は傾斜している連結流路３０３内を流れるタービン排気の流速分布を平準化することができる。

上記したように、第４の実施の形態の整流装置３５０によれば、連結流路３の上流側から下流側にかけて支持部材３５１を複数設けることによって、タービン排気の流れ方向における広い範囲にわたって、タービン排気の流速分布を平準化することができる。さらに、支持部材３５１に圧力計測部３５７を設けることによって、タービン排気の流速分布をリアルタイムで算出することができる。さらに、制御部３６１は、圧力計測部３５７で得られたタービン排気の圧力のデータに応じて、各給水管３５２に設けられた流量調整部５４や加圧部５５をリアルタイムで適宜制御することによって、タービン排気の流速分布はさらに平準化される。

以上説明した実施の形態によれば、復水器の上流側に設けられた連結流路内を流れるタービン排気の流速分布を平準化することによって、復水器の性能の低下を抑制することができる整流装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…発電システム、２…蒸気タービン、３，３０３…連結流路、３ａ…中心軸、４…復水器、５…冷却塔、６…本体胴容器、７…ガス冷却部、８…タービン排気導入口、９…凝縮部、１０…ホットウェル、１１，１６…ノズル配管、１２，１７…噴射ノズル、１４…ガス冷却流路、１４ａ…出口、１５…不凝縮ガス排出管、１８…排出管、２０…給水ポンプ、２１，５４…流量調整部、５０，１５０，２５０，３５０…整流装置、５１，５１ｂ，１５１，３５１…支持部材、５１ａ…中心軸、１３，１９，５２，３５２…給水管、５３，１５３…貫通孔、５３ｒ，１５３ｒ…開孔方向、５５…加圧部、１５１ａ，３５１ａ…第１支持部材、１５１ｂ，３５１ｂ…第２支持部材、３５１ｃ…第３支持部材、１５１ｃ…中心軸、１５３ａ，１５３ｃ…第１貫通孔、１５３ｂ，１５３ｄ…第２貫通孔、１５３ｅ…第３貫通孔、２５６…微粒化部、３５２ａ…第１給水管、３５２ｂ…第２給水管、３５２ｃ…第３給水管、３５７…圧力計測部、３６０…制御部、３６１…入力部、３６１…制御部、３６２…演算部、３６３…出力部。

Claims (9)

1. 蒸気タービンと前記蒸気タービンからのタービン排気から復水を生成する復水器とを連結する連結流路の内部に設けられ、前記連結流路の内面の少なくとも２点に突き当たる形で取り付けられる中空な支持部材と、
   前記支持部材に接続され、前記支持部材に冷却水を供給する給水管と、
   前記支持部材に設けられ、前記支持部材から前記連結流路内に前記冷却水を噴射する貫通孔と
   を備えることを特徴とする整流装置。
   
2. 前記支持部材は、前記連結流路における前記タービン排気の流れ方向に、複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の整流装置。
   
3. 前記給水管に設けられ、前記支持部材に供給される前記冷却水の流量を調整する流量調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の整流装置。
4. 前記給水管に設けられ、前記支持部材に供給される前記冷却水を前記支持部材に加圧供給する加圧部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の整流装置。
5. 前記貫通孔は、前記支持部材に複数設けられ、
   少なくとも１つの前記貫通孔の流路断面積は、他の前記貫通孔の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の整流装置。
6. 前記貫通孔の開孔方向と前記連結流路の上流側から下流側に延びる中心軸との間の角度は、−９０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の整流装置。
7. 前記貫通孔の出口に設けられ、前記連結流路内に噴射される前記冷却水を微粒化する微粒化部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の整流装置。
8. 前記支持部材における前記貫通孔よりも上流側に設けられ、前記連結流路内を流れる前記タービン排気の圧力を計測する圧力計測部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の整流装置。
9. 前記支持部材の複数に設けられる前記貫通孔の配置位置は、前記タービン排気の流れ方向に垂直な方向において互いに異なることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の整流装置。

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