JPH0718532B2 - 湿分分離再熱器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば原子力発電プラントなどにおいて、湿
り度の高い蒸気から湿分を除去した後の蒸気を過熱蒸気
に加熱する湿分分離再熱器に関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型や加圧水型の軽水炉あるいは新型転換
炉を用いる原子力発電プラントにおいては蒸気タービン
に供給される蒸気は、化石燃料を用いる火力発電プラン
トにおける蒸気と比較して湿分がはるかに多い、いわゆ
る湿り蒸気である。

この湿分は蒸気タービンの羽根を浸食するばかりでな
く、蒸気タービンの効率低下を招くため可能な限り除去
せねばならない。そこで、原子力発電プラントでは、高
圧タービンと低圧タービンとの間に、例えばシェブロン
型のようなドレンポケット付き波板形状の湿分分離装置
を設けて、高圧タービン排蒸気中に含まれている10％程
度の湿分を１％あるいはそれ以下まで減少させるように
している。

さらに、こうした湿分の除去と共に、蒸気を高圧タービ
ンからの抽気蒸気あるいは原子炉で発生する蒸気を用い
て加熱装置で加熱し、過熱蒸気として低圧タービンに供
給するいわゆる再熱サイクル方式を採用する場合があ
る。これはなお一層低圧タービンの効率向上に寄与する
ばかりでなく、湿り蒸気による低圧タービンの浸食を緩
和することになる。

通常、上記の湿分分離装置と加熱装置は１つの容器の中
に収容されており、こうした構成のものを湿分分離再熱
器と呼んでいる。

従来の湿分分離再熱器を第６図ないし第８図を参照して
説明する。

第６図において、横方向に長い円筒形状のハウジンク１
の両端はそれぞれ鏡板2a、2bにより密閉されており、こ
のハウジング１の下部には一対の蒸気入口管３、３が軸
方向に間隔を保って設けられている。また、蒸気入口管
３、３間のハウジング１にはドレン排出管４が設けられ
ている。

一方、前記ハウジング１の上部には、一対の蒸気出口管
５、５が蒸気入口管３、３と対応するようにハウジング
１の軸方向に間隔を保って設けられている。

ハウジング１内にはそれぞれ鏡板2a、2bの近傍にそれぞ
れ円形の仕切板6a、6bが備えられ、また双方の仕切板6
a、6bの間に水平に延びる底板７が設けられている。

さらに、ハウジング１の軸線よりも下方に底板７と平行
に並ぶように双方の仕切板6a、6bにわたされる天井板８
が設けられている。この天井板８の幅方向中間位置の下
面には底板７からそれぞれ斜め上方に延在する多数の透
孔を有する一対の蒸気分配板９、９が備えられる。この
蒸気分配板９、９は軸方向に長く延びて双方の仕切板6
a、6bに達する長さを有する。なお図中、断面三角形の
空間は蒸気流動域に囲われた蒸気分配室10であって、ま
た、蒸気分配板９、９の外側に一対の湿分分離器11、11
が設けられる。これは底板７の上に載せられ、天井板８
に達する垂直方向な長さを有する。

さらに、天井板８の上面には断面三角形をなす一対の分
割板12、12がそれぞれ傾斜して設けられており、この双
方の分割板12、12と平行にハウジング１に固定された一
対のダクト仕切板13、13が設けられている。このダクト
仕切板13、13の主要部は傾斜配置されているが、上端部
は垂直方向に配置されており、従ってハウジング１内に
はほぼ逆Ｙ字状のサイクル蒸気流動域が形成され、通路
14として働く。

一方、鏡板2a、2bと仕切板6a、6bとの間空間15a、15bに
は第１段加熱装置の第１段加熱蒸気ヘッダ16aと、第２
段加熱装置の第２段加熱蒸気ヘッダ16bとがそれぞれ設
けられている。

第８図の想像線は第６図の右側の空間15b内にある一対
の加熱蒸気ヘッダ16a、16bを示している。そして、各加
熱蒸気ヘッダ16a、16bの複数本のＵ字状伝熱管17、17が
通路14まで延びている。このうち第７図の下方に示す２
つの伝熱管束18a、18bが第１段加熱装置のものであり、
また第７図の上方に示す２つの伝熱管束18a、18bが第２
段加熱装置のものである。

加熱蒸気ヘッダ16内は隔壁19により高温室20および低温
室21に区画されており、高温室20には加熱蒸気入口管22
が接続され、低温室21にはドレン排出管23が接続されて
いる。

上記構成において、サイクル蒸気は蒸気入口管３から器
内に流入し、蒸気分配室10に導かれて軸方向へ流れ、蒸
気分配板９で２分され、その後例えばドレンポケット付
き波板からなる湿分分離器11を通過する間に湿分を除去
される。ここで除去された湿分（ドレン）は、重力によ
って湿分分離器11内を流下し、ドレンダクト（図示せ
ず）に集められてドレン排出管４により排出され、図示
しないドレンタンクに集められる。この後、蒸気は通路
14に達して第１段および第２段のＵ字状の伝熱管17の外
側を流れる間に伝熱管17内を流れる加熱蒸気と熱交換し
て加熱蒸気となり、最終的に蒸気出口管５より流出して
低圧タービン（図示せず）に送られる。

一方、高圧タービンからの抽気蒸気あるいは原子炉発生
蒸気である加熱蒸気は、加熱蒸気入口管22を通して加熱
蒸気ヘッダ16の高温室20に流入し、ついで複数本の伝熱
管17に分配されて管内を流れる。この間に加熱蒸気は前
述のように伝熱管17外を流れるサイクル蒸気と熱交換す
るため徐々に凝縮し、伝熱管17内を流れる間に環状流、
波状流、層状流といったように２相流で流れ、流動様式
が変動する。

そのため伝熱管17の入口付近では、気体重量比すなわち
クオリティがほぼ１で気相うであるのに対し、伝熱管17
の出口付近ではほぼ零となりほとんどがドレンタンク
（図示せず）に集められる。また凝縮しきらなかった加
熱蒸気はベンド蒸気排出管（図示せず）より流出する。
このような加熱蒸気の流れは、第１段加熱装置、第２段
加熱装置ともほぼ同じである。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように構成された湿分分離再熱器では、飽和温度
の湿り蒸気がハウジング１の下部から流入し、ハウジン
グ１内部で数10度加熱されてハウジング１上部から流出
する。このためハウジングには上部と下部とで数10度の
温度差が生じ、ハウジング１の熱膨張差により第９図お
よび第10図に示すような変形をする。すなわち、これら
の図に実線で示す停止時円筒形のハウジング1aは、運転
中横方向から見ると、第９図に２点鎖線1bで示すように
ハウジング１の中央部が盛り上がり、いわゆる猫背変形
を生じている。また軸方向から見ると、第10図に実線で
示すように停止時円形のハウジング1aは、運転中は２点
鎖線1bで示すように上部がふくらんだ卵型となる。

このようなハウジング１の熱変形はハウジング１内の内
部構造物にも作用し、特にハウジング１と直接接合して
いるダクト仕切板13、13および仕切板6a、6bに大きな熱
応力を生じさせ、場合によってはこれらの部材に損傷等
の不具合が発生する。

本発明の目的はハウジングに熱変形が生じてハウジング
と接合しているダクト仕切板等の部材に過大な熱応力が
もたらされるのを効果的に抑制することのできる湿分分
離再熱器を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の課題を解決するために本発明は密閉された筒状の
ハウジングの内部をサイクル蒸気が蒸気入口管から蒸気
出口管にかけて下から上に流れるように仕切部材をもっ
て区画し、この区画されたサイクル蒸気流動域の下方に
蒸気入口管と通じるように湿分分離器および流動域の上
方に蒸気出口管と通じるように加熱装置をそれぞれ設け
てなる湿分分離再熱器において、加熱装置が備えられ
る。サイクル蒸気流動域を区画する仕切部材をハウジン
グ内面の連結部材に遊嵌させて連結したことを特徴とす
るものである。

また、別の発明は仕切部材をハウジング内面の連結部材
に伸縮継手を介して設けたことを特徴とするものであ
る。

（作用） 軸方向に長大な寸法を有するハウジングは運転中に猫背
変形を生じる。この猫背変形に伴う変位が仕切部材の変
位を大きく上回り、双方の間に延び差が発生して過大な
熱応力が仕切部材にもたらされる。この熱応力を抑制す
ることを主眼におく本発明はサイクル蒸気流動域を区画
する仕切部材をハウジング内面の連結部材に遊嵌させて
連結する。この遊嵌させた部分には一定の隙間が設けら
れ、猫背変形によるハウジングの変位は仕切部材によっ
ては少しも妨げられない。仕切部材はハウジングとの間
に拘束部分がないので、双方の伸び差に起因するところ
の熱応力が生じない。遊嵌させた部分に一定の隙間を与
える変わりな双方の間で生じる伸び差を吸収し得る手段
を用いてもよく、もう一つの発明は仕切部材とハウジン
グ内面の連結部材との間に伸縮継手を介装している。こ
の伸縮継手により伸び差の吸収が可能となり、併せて気
密性が向上し、サイクル蒸気の漏洩防止を果たすことが
できる。

（実施例） 以下、本発明の各実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、ハウジング１の内面に開口部を下に向
けて２枚の連結プレート31が設けられる。この連結プレ
ート31の開口部にダクト仕切板13が双方の連結プレート
31との間に隙間を保って延びている。ダクト仕切板13は
ハウジング１の内面との間にも隙間があり、互いに変位
を拘束しないようになっている。図示は省略されている
が、反対面のダクト仕切板13も同様に構成されている。

次に、上記構成によるところの作用を説明する。通常運
転時、第９図に示すようにハウジング１は熱膨張により
猫背状に中央部が盛り上がってくる。このとき、ダクト
仕切板13も熱膨張により上方に伸長するが、ハウジング
１の変位がより大きく（第10参照）、両者の伸び量に差
が生じる。ハウジング１およびダクト仕切板13の双方が
結合されている場合、この伸び差に起因する熱応力が繰
り返し材料にもたらされ、そこに疲労を生じさせるが、
上記構成のものは互いの変位が拘束されないので、ダク
ト仕切板13にこうした熱応力はもたらされない。ハウジ
ング１の軸方向に長い結合部を持たせている従来のダク
ト仕切板13ではハウジング１の猫背状の変形で特に軸方
向中央部が熱応力のために損傷を受け易いが、こうした
熱応力を効果的に抑制できる上記構成のものはこうした
不具合をすべてなくすことが可能である。

本発明の他の実施例を第２図ないし第４図を参照して説
明する。

第２図において、本実施例は上記実施例の２枚の連結プ
レートによる開口部とダクト仕切板との関係を逆にした
もので、ダクト仕切板13の先端に開口部を上に向けて断
面コ字状のダクト延長材32が設けられ、ハウジング１の
内面から下に向かって１枚の連結プレート33がその開口
部に延びている。開口部の各面と連結プレート33との間
には隙間があり、互いの変位を拘束しないようになって
いる。なお図中、符号34は充填材としてのウール材を示
している。

本実施例の構成による熱応力の抑制上の働きは前記実施
例のものと同様である。ダクト延長材32にグラスウール
材34を詰めることができる本実施例はサイクル蒸気が隙
間を通り抜けるのを最小に抑える効果がある。

次に、第３図において、本実施例は前記実施例を変形さ
せたもので、１枚の連結プレート35の先端に開口部を横
に向けて断面コ字状の連結プレート延長材36が設けられ
る。ダクト仕切板13はこの横向きの開口部に向かって延
びており、連結プレート延長材36の各面との間には隙間
が保たれている。

本実施例の構成による熱応力の抑制上の働きは第１図の
構成によるものとほぼ同様である。

次に、第４図において、本実施例は連結プレートとダク
ト仕切板との間の密封効果を高める手段を示すもので、
ハウジング１の内面に１枚の連結プレート37が設けられ
る。ダクト仕切板13はこの連結プレート37の外側の面に
当接可能に延ばされ、双方が合わされる面にボルトを緩
く挿入できる貫通孔が穿たれている。貫通孔は連結プレ
ート37にも穿たれ、連結プレート37の内側よりボルト38
が挿入され、反対側でボルト38のねじ部と螺合している
ナット39によって緩く止められている。双方に穿たれる
貫通孔はどちらか一方、あるいは双方がボルト38に対し
て充分な隙間を保っており、そこで結合される連結プレ
ート37およびダクト仕切板13の自由な変位を拘束しない
ようになっている。なお図中、符号40は密封のためのパ
ッキンを示している。

本実施例においても上記した各実施例と同様に貫通孔の
隙間を適切に保つことでハウジング１は自由な変位を妨
げられず、またダクト仕切板13も同様に変位が自由であ
る。さらに、本実施例においてはサイクル蒸気の漏洩を
複数のパッキン40により確実に止めることができ、密封
効果を上げることが可能である。

次に、第５図を参照してもう一つの発明の実施例を説明
する。

本実施例は上記本発明の第４図の実施例と同様に密封効
果を高める手段を示すものである。連結プレート41がハ
ウジング１内面から下方に延ばされ、ハウジング１に向
かって延びるダクト仕切板13と、この連結プレート41と
の間をベローズ42でつないで気密性を高めるようにして
いる。なお図中、符号43はベローズ42の片面を覆う保護
プレートを示している。

本実施例によれば、延び差の吸収するベローズ42により
運転中のハウジング１およびダクト仕切板13の変位が自
由に果たされる。このベローズ42の密封効果は上記第２
図および第４図のものと比べてより完全であり、サイク
ル蒸気の漏洩をなくすことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明においては加熱装置が備えら
れるサイクル蒸気流動域を区画する仕切部材をハウジン
グ内面の連結部材に遊嵌させて連結しあるいは伸縮継手
を介して設けているので、ハウジングと仕切部材との間
で互いの変位が拘束されることがない。従って仕切部材
に繰り返し過大な熱応力がもたらされ、これらの部材が
疲労して損傷を受けるなどの不具合を防止できるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による湿分分離再熱器の一実施例を示す
断面図、第２図ないし第４図は本発明の他の実施例を示
す断面図、第５図はもう一つの発明の実施例を示す断面
図、第６図は従来の湿分分離再熱器の一例を示す断面
図、第７図および第８図は第６図のVII−VII線およびVI
II−VIII線に沿う断面図。第９図はハウジングの猫背変
形を示す説明図、第10図はハウジングの変位する様子を
示す説明図である。 １……ハウジング 13……ダクト仕切板 31、33、35、37、41……連結プレート 32……ダクト延長材 36……連結プレート延長材 38……ボルト 39……ナット 42……ベローズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉された筒状のハウジングの内部をサイ
   クル蒸気が蒸気入口管から蒸気出口管にかけて下から上
   に流れるように仕切部材をもって区画し、この区画され
   たサイクル蒸気流動域の下方に該蒸気入口管と通じるよ
   うに湿分分離器および該流動域の上方に前記蒸気出口管
   と通じるように加熱装置をそれぞれ設けてなる湿分分離
   再熱器において、前記加熱装置が備えられるサイクル蒸
   気流動域を区画する仕切部材を該ハウジング内面の連結
   部材に遊嵌させて連結したことを特徴とする湿分分離再
   熱器。
2. 【請求項２】密閉された筒状のハウジングの内部をサイ
   クル蒸気が蒸気入口管から蒸気出口管にかけて下から上
   に流れるように仕切部材をもって区画し、この区画され
   たサイクル蒸気流動域の下方に該蒸気入口管と通じるよ
   うに湿分分離器および該流動域の上方に前記蒸気出口管
   と通じるように加熱装置をそれぞれ設けてなる湿分分離
   再熱器において、前記加熱装置が備えられるサイクル蒸
   気流動域を区画する仕切部材を該ハウジング内面の連結
   部材に伸縮継手を介して設けたことを特徴とする湿分分
   離再熱器。