JPH08145305A

JPH08145305A - 給水加熱器及び発電プラント

Info

Publication number: JPH08145305A
Application number: JP28641694A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Takamori; 和英高森; Michio Murase; 道雄村瀬; Takeshi Aihara; 剛相原; Yoshikazu Baba; 芳和馬場; Shoji Amezutsumi; 祥二雨堤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-11-21
Filing date: 1994-11-21
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】全体の伝熱量が向上し、かつ小型化された給水
加熱器、及びこの給水加熱器を用いた発電プラントを提
供する。【構成】給水が管内を流れる伝熱管群が給水入口側の伝
熱管群と給水出口側との伝熱管群で構成されるＵ字形伝
熱管群２、Ｕ字形伝熱管群２を収納する円筒状の胴体
１、給水を加熱する蒸気用の蒸気入口管４、蒸気と水と
の二相流用の二相流入口管５、蒸気入口管４と二相流入
口管５との下方にそれぞれ設けている穴あきバッフル板
１１、及びＵ字形伝熱管群２を胴体１に支持するための
伝熱管支持板３を有する給水加熱器において、二相流入
口管５と穴あきバッフル板１１との間に、二相流入口管
５の入口を囲むように多孔を有する筒１２を設け、この
多孔のそれぞれの孔の周りに二相流の上流側に向けて円
筒状の突起を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボイラ又は原子炉など
の発電プラントで使用される給水加熱器に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連する発電プラント、及び発
電プラントの給水加熱器の公知技術が、例えば、日立評
論ＶＯＬ.７２、ＮＯ.７、ｐ.１５〜１８(１９９０−
７)に記載されているので、この例を図１４〜図１７を
用いて説明する。

【０００３】図１４は発電プラントの系統図である。発
電プラントは、ボイラ又は原子炉２８で発生した蒸気１
６を使用してタービン２９を回転させ、発電機３０を駆
動する。タービン２９から流出した蒸気は、凝縮器３１
で給水３２に戻された後、再びボイラ又は原子炉２８へ
流入して加熱され、サイクルが形成される。

【０００４】この場合、凝縮器３１から流出した給水３
２は低温であるので、熱交換器である給水加熱器３９
を、例えば、３９ａ、３９ｂ、３９ｃのように数段設
け、タービン２９から抽出された抽気蒸気８によって給
水３２を加熱し、熱効率を向上させる。すなわち、後段
側の給水加熱器３９ｃの高温のドレン３５ｃは、前段の
給水加熱器３９ｂの加熱源として利用され、給水加熱器
３９ｂの高温のドレン３５ｂは、更に前段の給水加熱器
３９ａの加熱源として利用される。そして、給水加熱器
３９ａのドレン３５ａは低温となるので、外部に排出さ
れる。

【０００５】ドレン３５ｃ、３５ｂは、より低圧の給水
加熱器３９ｂ、３９ａに流入するので、減圧沸騰によっ
て蒸気が発生し、水と蒸気との気液混合流である二相流
となる。この二相流の流動状態は、給水加熱器３９ｂ、
３９ａの伝熱特性に大きく影響する。

【０００６】図１５は、図１４の給水加熱器３９の拡大
図である。給水加熱器３９の胴体１は、横置きの円筒形
状である。上部の蒸気入口管４から抽気蒸気８が流入
し、流入した抽気蒸気８は、伝熱管支持板３によって支
持されているＵ字形伝熱管群２における各伝熱管の管内
を流れる低温の給水との熱交換によって冷却され、凝縮
する。すなわち、給水は、給水入口管６から各伝熱管の
管内に流入し、抽気蒸気８との熱交換によって加熱され
て高温水となり、給水出口管７から流出する。一方、抽
気蒸気８が凝縮して生じた凝縮水は、下部のドレン出口
管１０から給水加熱器３９外へ導かれる。

【０００７】蒸気入口管４の直下には抽気蒸気８によ
り、また、二相流入口管５の各直下には二相流９により
発生する衝撃を緩和するための、穴あきバッフル板１１
が、それぞれ設けられている。

【０００８】図１５のＤ−Ｄ断面図を図１６に示す。図
１６は左右対称である。二相流９は、二相流入口管５か
ら給水加熱器３９内に流入し、穴あきバッフル板１１を
経て、Ｕ字形伝熱管群２の管内を流れる低温の給水との
熱交換により冷却されて凝縮し、ドレン水出口管１０か
ら給水加熱器３９外へ導かれる。

【０００９】また、抽気蒸気８に混入している防錆用の
不凝縮性ガスを抜くためのベント管１４が、胴体１内の
ほぼ中央部に設けられ、更に、ベント管１４には、不凝
縮性ガスの流れを制御するためのベント管用案内板１５
が取り付けられている。

【００１０】図１５の領域の拡大図を図１７に示す。
伝熱管支持板３は、複数個設けられ、給水加熱器３９
は、給水加熱器３９の長手方向に、例えば６領域に分割
されている。伝熱管支持板３と胴体１との間には隙間１
３が設けられ、二相流入口管５の直下の領域から他の領
域に、二相流９のうちの蒸気が隙間１３を経て流れ、Ｕ
字形伝熱管群２の管内を流れる低温の給水と熱交換する
構造となっている。

【００１１】また、二相流入口管５の直下には、Ｕ字形
伝熱管群２への二相流による衝撃を緩和するための穴あ
きバッフル板１１が設けられている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の公知技術の場合
は、二相流入口管から流入する二相流の蒸気と水のう
ち、水は液滴となって穴あきバッフル板に衝突した後、
反射して他の領域へ流出する。また、蒸気流も他の領域
へ流出するが、この場合、液滴は蒸気流に引き込まれる
形で、他の領域へ流出する。このため、液滴が他の領域
におけるＵ字形伝熱管群の伝熱管外面に付着し、液膜の
厚さを増大させ、伝熱特性を悪化させる。このことは、
本発明者が実施した「気液二相流に関する伝熱実験と数
値シミュレーション」により、初めて明確にすることが
できた。

【００１３】このほか、特開昭５７−６２３０５号公
報、特開昭５５−１３７４０６号公報、特開昭５５−９
６８０３号公報、特開昭５８−１２９１５号公報、及び
特開昭５７−１９８９０３号公報にも、関連技術が開示
されている。

【００１４】これらの関連技術では、液滴飛散防止機構
の開発、すなわち流入ドレンの反射を防止すること、又
は流入ドレンの運動エネルギを吸収し、このエネルギの
散乱を防止することにより、給水加熱器の胴内面の侵食
作用を減少させることを目的としている。しかし、いず
れの場合も、入口から流入する液滴の慣性に着目し、液
滴の反射及び散乱による胴内面への液滴衝突の防止を図
っているが、蒸気のせん断力により液膜から分離して発
生する液滴の飛散については配慮されていない。

【００１５】したがって、従来では、液滴が、伝熱管支
持板で仕切って得られる複数の領域のうち、他の領域の
伝熱管まで飛散して、伝熱管の表面に付着し、伝熱効率
を悪化させていた。すなわち、液膜から液滴が飛散する
ことにより、伝熱量が低下するという細かい現象まで
は、配慮されていなかった。

【００１６】例えば、特開昭５７−６２３０５号公報で
は、バッフル板にガードを設置しており、流れの一部の
液滴分離は可能であるが、全ての流れについての液滴分
離は不可能である。特開昭５５−１３７４０６号公報で
は、バッフル板の曲面化によりバッフル板に衝突する液
滴の分離は可能であるが、胴に沿った流れについての液
滴分離は不可能である。特開昭５５−９６８０３号公報
では、バッフル板にデミスタを設置しているが、液滴速
度が低下するのみで、液滴は再び流出し、胴に沿った流
れについての液滴分離は不可能である。

【００１７】特開昭５８−１２９１５号公報では、バッ
フル板にフィルタを設置しているが、上述の特開昭５５
ー９６８０３号公報と同様の理由で、液滴分離は不可能
である。特開昭５７ー１９８９０３号公報では、ドレン
入口管にドレンダクトと衝突箱とを設置しており、気水
分離機能はあるが、ドレン入口管を端部に設置している
ので、給水加熱器が大型化する。

【００１８】上述のように、従来では、二相流入口管か
ら流入した液滴、及び給水加熱器の内部構造物に付着し
た液膜から飛散した液滴が、給水加熱器を長手方向に仕
切って得られる複数の領域のうちの他領域へと飛散し、
二相流入口管の直下の領域のみならず、他領域の伝熱管
の外面にも付着して、伝熱特性を悪化させていた。これ
は、従来、二相流の伝熱特性の詳細が未解明であったこ
とも一因していると考えられる。

【００１９】本発明の目的は、液滴を含んだ蒸気流によ
る他の領域への液滴の流入を防止することにより、全体
の伝熱量が向上し、小型化された給水加熱器、及びこの
給水加熱器を用いた発電プラントを、それぞれ提供する
ことにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００２１】（１）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、この二相流入口
管よりも二相流の下流側に設けている穴あきバッフル
板、蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレ
ン出口管、及びＵ字形伝熱管群を円筒状の胴体で支持す
るための複数個の伝熱管支持板を有する給水加熱器にお
いて、二相流入口管からＵ字形伝熱管群又は穴あきバッ
フル板までの二相流の流路の途中にあって、複数個の伝
熱管支持板で仕切って得られる複数の領域のうち、二相
流入口管の入口が位置する１領域のみの内部に、蒸気と
水とを分離し、液滴の飛散を防止する気水分離・液滴飛
散防止装置を設け、１領域のみに液滴を集中してドレン
させる構成になること。

【００２２】（２）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、この二相流入口
管よりも二相流の下流側に設けている穴あきバッフル
板、蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレ
ン出口管、及びＵ字形伝熱管群を円筒状の胴体で支持す
るための複数個の伝熱管支持板を有する給水加熱器にお
いて、二相流入口管と穴あきバッフル板との隙間に、多
孔を有する筒を二相流入口管の入口を囲むように設け、
この多孔のそれぞれの孔の周りに二相流の上流側に向け
て円筒状の突起を形成していること。

【００２３】（３）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、この二相流入口
管よりも二相流の下流側に設けている穴あきバッフル
板、蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレ
ン出口管、及びＵ字形伝熱管群を円筒状の胴体で支持す
るための複数個の伝熱管支持板を有する給水加熱器にお
いて、二相流入口管と穴あきバッフル板との隙間に、多
孔を有する仕切り板の一組を、二相流入口管の入口を囲
むように相対して設け、この多孔のそれぞれの孔の周り
に二相流の上流側に向けて円筒状の突起を形成している
こと。

【００２４】（４）(２)又は(３)において、二相流入口
管の内部、又は二相流入口管へ流入する二相流の導管の
内部に、旋回翼を設けていること。

【００２５】（５）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、蒸気の一部が凝
縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口管、及びＵ字
形伝熱管群を円筒状の胴体で支持するための複数個の伝
熱管支持板を有する給水加熱器において、伝熱管支持板
同士、又は伝熱管支持板と胴体とで仕切って得られる複
数の領域のうち、Ｕ字形伝熱管群の曲管部が位置する領
域に二相流入口管を設け、二相流入口管の内部、又は二
相流入口管に二相流が流入する導管の内部に板状の遠心
翼を取り付け、二相流入口管よりも二相流の下流側に、
二相流の上流側に向けて円筒状の突起を周りに持つ孔を
複数個有する多孔板からなる傾斜したドレンガイドを設
けていること。

【００２６】（６）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、蒸気の一部が凝
縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口管、Ｕ字形伝
熱管群を円筒状の胴体で支持するための複数個の伝熱管
支持板を有する給水加熱器において、伝熱管支持板同
士、又は伝熱管支持板と胴体とで仕切って得られる複数
の領域のうち、蒸気入口管が位置する領域とは別の領域
に、二相流入口管を向きを水平にして設け、二相流入口
管の内部、又は二相流入口管に二相流が流入する導管の
内部に板状の遠心翼を取り付け、二相流入口管とＵ字形
伝熱管群との隙間に、二相流の上流側に向けて円筒状の
突起を周りに持つ穴を複数個有する穴あきバッフル板を
設けていること。

【００２７】（７）管内を給水が流れる伝熱管群が給水
入口側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成され
ているＵ字形伝熱管群、Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を流
れ、給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、蒸気と
水との二相流が流入する二相流入口管、蒸気の一部が凝
縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口管、及びＵ字
形伝熱管群を円筒状の胴体で支持するための複数個の伝
熱管支持板を有する給水加熱器において、Ｕ字形伝熱管
群における給水入口側と給水出口側との間に、二相流の
上流側に向けて円筒状の突起を周りに持つ穴を複数個有
する傾斜板を設けていること。

【００２８】（８）(１)〜(７)において、二相流入口管
の内部、又は二相流入口管に二相流が流入する導管の内
部に、旋回翼を持つ気水分離器を設け、旋回翼の設置個
所より二相流の下流側から二相流入口管までの間を二重
管にしていること。

【００２９】（９）(１)〜(８)において、タービン、発
電機、凝縮器及び給水加熱器を備えたボイラ又は原子炉
の発電プラントにおいて、給水加熱器に、(１)〜(８)の
いずれか１項に記載の給水加熱器を用いていること。

【００３０】

【作用】本発明では、給水加熱器を長手方向に仕分けし
て得られた複数の領域のうち、二相流入口管の入口が位
置する１領域のみの、二相流入口管からＵ字形伝熱管群
又は穴あきバッフル板に達するまでの二相流流路の途中
に、蒸気と水とを分離し、液滴の飛散を防止する気水分
離・液滴飛散防止装置を設けている。

【００３１】したがって、従来より多く液滴が捕集され
て、１領域にのみ集中してドレンされ、他の領域には流
れにくくなり、他の領域のＵ字形伝熱管の管外面への液
滴の付着量が減少するので、液膜の熱抵抗が減少して蒸
気凝縮が促進される。また、従来より全体の蒸気凝縮が
大きくなるので、給水加熱器を小型化することができ
る。

【００３２】また、二相流入口管と穴あきバッフル板と
の間に、二相流入口管の入口を囲むように、多孔を有す
る筒を設け、多孔のそれぞれの孔の周りには、二相流の
上流側に向けて円筒状の突起を取り付けている。

【００３３】したがって、二相流入口管から多孔を有す
る筒に流入した液滴は、この突起により筒外への流出が
抑制され、筒内に捕集される。そして、捕集された液滴
は、この突起によって飛散が防止されて液膜となるの
で、１領域のみに集中してドレンされ、液滴は他の領域
に流れにくくなる。このため、他の領域のＵ字形伝熱管
の管外面に付着する量が減少することにより、液膜の熱
抵抗が減少して、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の
蒸気凝縮が大きくなるので、給水加熱器を小型化するこ
とができる。

【００３４】また、胴体と伝熱管支持板との隙間に、二
相流入口管を両側から挾むように、相対する１組の、多
孔を有する仕切り板を設け、多孔のそれぞれの孔の周り
には、二相流の上流側に向けて円筒状の突起を取り付け
ている。

【００３５】したがって、二相流入口管から、相対する
１組の、多孔を有する仕切り板の間に流入した液滴は、
この突起によって飛散が防止されて液膜となり、１領域
のみに集中してドレンされ、液滴は他の領域に流れにく
くなる。このため、他の領域のＵ字形伝熱管の管外面に
付着する量が減少することにより、液膜の熱抵抗が減少
して、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の蒸気凝縮が
大きくなるので、給水加熱器を小型化することができ
る。

【００３６】また、二相流入口管の内部、又は二相流入
口管へ二相流が流入する導管の内部に旋回翼を取り付け
ているので、この旋回翼により二相流は旋回流となる。
このため、二相流入口管から給水加熱器内に二相流が流
入するとき、蒸気と液滴は、遠心力により分離された
後、上述の多孔を有する筒の内部、又は上述の多孔を有
する１組の仕切り板の間に流入する。

【００３７】この場合、液滴は、旋回翼を設けていない
場合に比べて、他の領域へ流れにくくなるので、従来よ
り全体の蒸気凝縮が一層大きくなる。この結果、給水加
熱器を、より小型化することができる。

【００３８】また、隣接する伝熱管支持板同士、又は伝
熱管支持板と胴体とで仕切って得られる複数の領域のう
ち、Ｕ字形伝熱管群の曲管部分が位置する領域に二相流
入口管を設け、また、二相流入口管、又は二相流入口管
に流入する二相流の導管の内部に板状の遠心翼を取り付
け、更に、二相流入口管よりも二相流の下流側に、多孔
板からなる傾斜したドレンガイドを設けており、多孔板
における多孔のそれぞれの孔の周りには、二相流の上流
側に向けて突起を取り付けている。

【００３９】したがって、他領域のＵ字形伝熱管群の管
外面に液滴を付着させることなく、集中してドレンさ
れ、伝熱管の管外面に付着する量が減少することによ
り、液膜の熱抵抗が減少して、蒸気凝縮が促進され、従
来より全体の蒸気凝縮が大きくなる。この結果、給水加
熱器全体での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大きく
なるので、給水加熱器を小型化することができる。

【００４０】また、隣接する伝熱管支持板同士、又は伝
熱管支持板と胴体により仕切って得られる複数の領域の
うち、蒸気入口管の入口が位置する領域とは異なる領域
に、二相流入口管を向きを水平にして設け、二相流入口
管の内部、又は二相流入口管へ二相流が流入する導管の
内部に板状の遠心翼を取り付け、また、二相流入口管と
Ｕ字形伝熱管群との間には、複数の穴を有する穴あきバ
ッフル板を設け、これらの穴の周りには、二相流の上流
側に向けて円筒状の突起を取り付けている。

【００４１】したがって、液滴の蒸気から分離が極めて
効果的に行われ、他領域のＵ字形伝熱管群の管外面に液
滴を付着させることなく、集中してドレンされるので、
管外面に付着する量が減少することにより、液膜の熱抵
抗が減少して、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の蒸
気凝縮が大きくなる。この結果、給水加熱器全体での蒸
気凝縮量が大きくなり、給水加熱器を小型化することが
できる。

【００４２】更に、Ｕ字形伝熱管群における給水入口側
と給水出口側との間に、多孔を有する傾斜板を設け、多
孔のそれぞれの孔の周りには、二相流の上流側に向けて
円筒状の突起を取り付けている。このため、液滴は給水
出口側伝熱管群で凝縮され、凝縮水となって落下して、
傾斜板で捕集される。すなわち、凝縮水は、突起により
凝縮水の飛散が防止され、傾斜板に沿ってドレンされ
る。

【００４３】したがって、給水入口側伝熱管群の管外面
に付着する量が減少することにより、液膜の熱抵抗が減
少し、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の蒸気凝縮が
大きくなる。この結果、給水加熱器全体での蒸気凝縮量
が大きくなり、給水加熱器を小型化することができる。

【００４４】また、本発明では、発電プラントにおい
て、上述のような給水加熱器により二相流を蒸気と水と
に分離するか、又は、それに加えて、高温のドレンを蒸
気と水とに分離する旋回翼を取り付けた気水分離器を設
けているので、分離した蒸気を、効率よく給水加熱器の
加熱源として効率良く利用することができる。

【００４５】

【実施例】本発明の第１実施例を図１〜図５により説明
する。図１は本実施例の給水加熱器の構造図、図２は図
１の領域の拡大図、図３は図１のＡ−Ａ断面図、図４
は入口クオリテイと伝熱量との関係線図、図５は液滴を
分散する領域数と伝熱量との関係線図である。

【００４６】本実施例(図１)が、前述の従来例(図１５)
と比較して異なる点は、本実施例では、多孔を有する筒
１２を設けていることである。すなわち、二相流入口管
５と穴あきバッフル板１１の間には、二相流入口管５の
入口を囲むように、多孔を有する筒１２を設け、多孔の
それぞれの孔の周りには、二相流の上流側に向けて円筒
状の突起１９を取り付けている。

【００４７】二相流入口管５から流入する液滴１７は慣
性が大きく、流れ方向が変化しにくいため、穴あきバッ
フル板１１や多孔を有する筒１２に衝突し捕集され、液
膜１８を形成して重力によって流下し、穴あきバッフル
板１１から流出する。

【００４８】一方、蒸気１６は慣性が小さいため容易に
流れ方向が変化し、多孔を有する筒１２や穴あきバッフ
ル板１１から流出する。このとき、液膜１８は蒸気１６
の流れに引き込まれて、再び液滴１７となって飛散しや
すい。

【００４９】しかし、本実施例では、このような液滴の
飛散を、多孔を有する筒１２における多孔のそれぞれの
孔の周囲に、二相流の上流側に向けて突起１９を設ける
ことにより防止している。本発明者が行った実験では、
突起１９を設けていない場合は、流入した液滴の８６％
が蒸気流に引き込まれて、他の領域に流入するのに対
し、突起１９を設けている場合は、流入した液滴の８６
％以上が、多孔を有する筒１２内に捕集される結果が得
られた。

【００５０】本実施例では、上述のように、気水の分
離、及び液滴の飛散防止に加えて、蒸気流に引き込まれ
た液膜から発生する液滴の飛散を防止することができ
た。すなわち、液膜が蒸気流に引き込まれないようにし
た、したがって、液滴は１領域のみに集中してドレンさ
れ、他の領域に流れにくくなり、他の領域の伝熱管の管
外面に付着する量が減少することによって、液膜の熱抵
抗が減少し、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の蒸気
凝縮量が大きくなった。この結果、給水加熱器全体での
蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大きくなり、給水加
熱器を小型化することができた。

【００５１】入口クオリテイと伝熱量との関係線図を図
４に示す。この線図は、本実施例で得られた効果を、二
相流伝熱実験と解析とにより確かめたものである。ここ
で、入口クオリテイとは、二相流入口での二相流全質量
流量に占める気相の質量流量の比率のことであり、入口
クオリテイ１００％のときの伝熱量を１００％とした。

【００５２】入口クオリテイが小さくなるにつれて、伝
熱量も小さくなることが分かる。本実施例では、給水加
熱器の胴体は伝熱管支持板により６領域に仕切ってい
る。また、実機では入口クオリテイの平均値は約５０％
である。したがって、このような実機の場合を想定し
て、蒸気を各領域へ均一に分配し、更に液滴を分配した
ときの６領域のクオリテイを計算した。

【００５３】図５には、液滴を分散する領域数と伝熱量
との関係線図を示す。この線図は解析に基づくものであ
る。また、入口クオリテイ１００％のときの伝熱量を１
００％とした。すなわち、液滴を６領域に均一に分配し
たときは、伝熱量は小さく、液滴を１領域に集中させた
ときは、液滴を均一に分配したときの約１０％伝熱量が
大きくなる。また、当然ながら、液滴のない蒸気だけの
ときは、液滴を均一に分配したときの約２０％伝熱量が
大きい。

【００５４】すなわち、本実施例のように、多孔を有す
る筒に突起を設けて、液滴の飛散を防止した場合は、従
来より伝熱量が約１０％大きくなる効果があり、したが
って、給水加熱器を小型化することができる。

【００５５】本発明の第２実施例を図６により説明す
る。図６は本実施例の給水加熱器の断面図である。

【００５６】穴あきバッフル板１１は、多孔を有する傾
斜板で、多孔のそれぞれの孔の周りには、二相流の上流
側に向けて円筒状の突起１９を設けている。このよう
に、突起１９を有する穴あきバッフル板１１を設けてい
るので、二相流入口管５から流入した液滴は、穴あきバ
ッフル板１１に衝突して捕集され、更に、突起１９によ
って液滴の再飛散を防止することができた。

【００５７】すなわち、液滴１７は、液膜１８となって
流下し、他の領域に流れにくくなるので、他の領域の伝
熱管の管外面に付着する量が減少することにより、液膜
の熱抵抗が減少し、蒸気凝縮が促進され、全体の蒸気凝
縮が従来より大きくなった。この結果、給水加熱器全体
での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大きくなった。
本実施例の場合、従来より伝熱量が約１０％大きくなる
効果があり、給水加熱器を小型化することができた。

【００５８】本発明の第３実施例を図７により説明す
る。図７の(ａ)は本実施例の給水加熱器の要部拡大図、
図７の(ｂ)は図７の(ａ)の要部説明図である。

【００５９】胴体１と伝熱管支持板３との間に、二相流
入口管５の入口を両側から挾むように相対する、一組の
多孔を有する仕切り板２０を設け、多孔のそれぞれの孔
の周りには、二相流の上流側に向けて突起１９を取り付
けている。

【００６０】したがって、二相流入口管５から流入した
液滴１７は、多孔を有する仕切板２０に衝突して捕集さ
れ、突起１９によって液滴１７が再び飛散するのが防止
され、他の領域に流れにくくなるので、他の領域の伝熱
管の管外面に付着する量が減少する。したがって、液膜
の熱抵抗が減少して、蒸気凝縮が促進され、従来より全
体の蒸気凝縮が大きくなった。この結果、給水加熱器全
体での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大きくなっ
た。本実施例の場合、伝熱量が従来より約１０％大きく
なる効果があり、給水加熱器を小型化することができ
た。

【００６１】本発明の第４の実施例を図８により説明す
る。図８の(ａ)は、本実施例の給水加熱器の要部拡大
図、図８の(ｂ)は図８の(ａ)のＢ−Ｂ断面図である。

【００６２】本実施例は、第３実施例に加えて、二相流
入口管５の内部に旋回翼２１を設けた場合である。した
がって、二相流９は旋回流となり、二相流入口管５から
流入する蒸気と液滴とが遠心力により分離され、液滴は
慣性により二相流入口管５の入口直下に落下し、１領域
のみに集中してドレンされる。

【００６３】すなわち、液滴は他の領域に流れにくくな
るので、他の領域の伝熱管の管外面に付着する量が減少
することにより、液膜の熱抵抗が減少し、蒸気凝縮が促
進され、全体の蒸気凝縮が従来より大きくなった。この
結果、給水加熱器全体での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝
熱量が大きくなった。本実施例の場合、伝熱量が、第３
実施例よりも約数％大きくなり、給水加熱器を、より小
型化することができた。

【００６４】なお、本実施例の旋回翼を、第１実施例及
び第２実施例のいずれに採用しても、同様な効果を得る
ことができる。

【００６５】本発明の第５実施例を図９により説明す
る。図９の(ａ)は本実施例の給水加熱器の説明図、図９
の(ｂ)は図９の(ａ)の要部拡大図である。

【００６６】隣接する伝熱管支持板３同士、及び伝熱管
支持板３と胴体１とで仕切って得られる複数の領域のう
ち、Ｕ字形伝熱管群２の曲管部が位置する領域に二相
流入口管５を設け、また、二相流入口管５の内部に板状
の遠心翼２３を取り付け、更に、二相流入口管５の下方
に、多孔板からなる傾斜したドレンガイド２２を設け、
多孔板における多孔のそれぞれの孔の周りには、二相流
の上流側に向けて円筒状の突起１９を取り付けている。

【００６７】したがって、Ｕ字形伝熱管群２における他
の伝熱管群の管外面に液滴が付着することなく、ドレン
が生じ、伝熱管の管外面に付着する量が減少することに
より、液膜の熱抵抗が減少して、蒸気凝縮が促進され、
全体の蒸気凝縮が従来より大きくなった。この結果、給
水加熱器全体での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大
きくなった。本実施例の場合、従来より伝熱量が約１３
％大きくなり、給水加熱器を小型化することができた。

【００６８】本発明の第６実施例を図１０により説明す
る。図１０は、本実施例の給水加熱器の断面図である。

【００６９】隣接する伝熱管支持板３(図９参照)同士、
又は伝熱管支持板３と胴体１とで仕切って得られる複数
の領域のうち、蒸気入口管４(図９参照)を設けた領域と
は別の領域に、二相流入口管５を向きを水平にして設
け、また、二相流入口管５の管内に板状の遠心翼２３を
取り付け、更に、二相流入口管５とＵ字形伝熱管群２と
の間に、多孔を有する円弧状バッフル板２４を設け、多
孔のそれぞれの孔の周りには、二相流の上流側に向けて
円筒状の突起１９を取り付けている。

【００７０】したがって、Ｕ字形伝熱管群２における他
の伝熱管群の管外面に液滴が付着することなく、ドレン
が生じ、伝熱管の管外面に付着する量が減少することに
より、液膜の熱抵抗が減少し、蒸気凝縮が促進され、全
体の蒸気凝縮が従来より大きくなった。この結果、給水
加熱器全体での蒸気凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大き
くなった。本実施例の場合、従来より伝熱量が約１３％
大きくなり、給水加熱器を小型化することができた。

【００７１】本発明の第７実施例を図１１により説明す
る。図１１は本実施例の給水加熱器の断面図である。

【００７２】本実施例は、Ｕ字形伝熱管群２における給
水入口側伝熱管群２５と給水出口側伝熱管群２６との間
に傾斜した多孔板２７を設けた場合であり、傾斜した多
孔板２７における多孔のそれぞれの孔の周りには、二相
流の上流側に向けて円筒状の突起１９を取り付けてい
る。

【００７３】したがって、給水出口側伝熱管群２６で凝
縮し落下してくる液滴を、傾斜した多孔板２７により捕
集することにより、給水入口側伝熱管群２５の管外面に
液滴の付着する量が減少した。このため、液膜の熱抵抗
が減少し、蒸気凝縮が促進され、従来より全体の蒸気凝
縮が大きくなった。この結果、給水加熱器全体での蒸気
凝縮量、すなわち凝縮伝熱量が大きくなった。本実施例
の場合、従来より伝熱量が１２％大きくなり、給水加熱
器を小型化することができた。なお、傾斜した多孔板２
７には、代わりに網状のワイヤを用いることもできる。

【００７４】本発明の第８実施例を図１２及び図１３に
より説明する。図１２は本実施例の発電プラントの系統
図、図１３の(ａ)は図１２の要部拡大図、図１３の(ｂ)
は図１３の(ａ)のＣ−Ｃ断面図である。

【００７５】本実施例は、発電プラントの給水加熱器
に、第１〜第７の各実施例における給水加熱器のうち、
第１実施例における給水加熱器を用いた場合である。こ
の給水加熱器を、本実施例では給水加熱器３３(３３
ａ、３３ｂ、３３ｃ)で示している。

【００７６】本実施例は、給水加熱器３３を３基設けて
いるが、二相流を直接、給水加熱器３３に流入させたと
きは、伝熱管回りの液膜の熱抵抗を増加させ、伝熱量を
悪化させるため、蒸気を次段の給水加熱器３３の加熱源
として、すなわち給水加熱器３３ｃは次段の給水加熱器
３３ｂ、給水加熱器３３ｂは給水加熱器３３ａのそれぞ
れの加熱源として利用した場合である。これは、従来と
同じである。

【００７７】しかし、本実施例では、給水加熱器３３
は、第１実施例で効果が実証された給水加熱器であるの
で、本実施例の発電プラントでも、液膜の熱抵抗を減少
させて、伝熱量を向上させ、発電プラントの全熱効率の
向上に寄与することができた。

【００７８】本実施例は、そのほかに、給水加熱器３３
への二相流の入口部に、二相流を蒸気と水とに分離する
気水分離器３４(３４ａ、３４ｂ)を設け、気水分離器３
４内に旋回翼２１を取り付け、また、気水分離器３４の
出口側を二重管３６にした場合である。

【００７９】したがって、二相流９の蒸気と水は、旋回
翼２１で発生する遠心力により分離され、分離された水
３７は気水分離器３４の出口側に設けられた二重管３６
内の外側を流れ、一方、分離された蒸気３８は二重管３
６内の内側を流れ、それぞれ給水加熱器３３の胴体１内
に流入する。

【００８０】これにより、給水加熱器３３だけの場合よ
りも、液膜の熱抵抗を減少させて、給水加熱器３３の伝
熱量を増加させ、発電プラントの性能を一層向上させる
ことができた。なお、本実施例では、第１実施例の給水
加熱器を用いたが、そのほかの第２〜第７実施例のいず
れの給水加熱器を用いても、発電プラントの性能を向上
に寄与することができる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、蒸気流の引っ込みによ
る液滴の他の領域への流入を防止することにより、全体
の伝熱量が向上し、小型化された給水加熱器、及びこの
給水加熱器を用いた発電プラントを、それぞれ提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の給水加熱器の説明図であ
る。

【図２】図１の領域の拡大図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】入口クオリテイと伝熱量との関係線図である。

【図５】液滴を分散する領域数と伝熱量との関係線図で
ある。

【図６】本発明の第２実施例の給水加熱器の断面図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例の給水加熱器の説明図であ
る。

【図８】本発明の第４実施例の給水加熱器の説明図であ
る。

【図９】本発明の第５実施例の給水加熱器の説明図であ
る。

【図１０】本発明の第６実施例の給水加熱器の断面図で
ある。

【図１１】本発明の第７実施例の給水加熱器の断面図で
ある。

【図１２】本発明の第８実施例の発電プラントの系統図
である。

【図１３】図１２の要部の拡大図である。

【図１４】従来の発電プラントの系統図である。

【図１５】従来の給水加熱器の説明図である。

【図１６】図１５のＤーＤ断面図である。

【図１７】図１５の領域の拡大図である。

【符号の説明】

１…胴体、２…Ｕ字形伝熱管群、３…伝熱管支持板、４
…蒸気入口管、５…二相流入口管、６…給水入口管、７
…給水出口管、８…抽気蒸気、９…二相流、１０…ドレ
ン出口管、１１…穴あきバッフル板、１２…多孔を有す
る筒、１３…隙間、１４…ベント管、１５…ベント管用
案内板、１６…蒸気、１７…液滴、１８…液膜、１９…
突起、２０…多孔を有する仕切り板、２１…旋回翼、２
２…ドレンガイド、２３…板状の遠心翼、２４…円弧状
バッフル板、２５…給水入口側伝熱管群、２６…給水出
口側伝熱管群、２７…傾斜した多孔板、２８…ボイラ又
は原子炉、２９…タービン、３０…発電機、３１…凝縮
器、３２…給水、３３(３３ａ、３３ｂ、３３ｃ)…本発
明の給水加熱器、３４(３４ａ、３４ｂ)…本発明の気水
分離器、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…ドレン、３６…二重
管、３７…分離された水、３８…分離された蒸気、３９
(３９ａ、３９ｂ、３９ｃ)…給水加熱器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者馬場芳和茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者雨堤祥二茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、この二相
流入口管よりも二相流の下流側に設けている穴あきバッ
フル板、前記蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出
するドレン出口管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒
状の胴体で支持するための複数個の伝熱管支持板を有す
る給水加熱器において、前記二相流入口管から前記Ｕ字
形伝熱管群又は前記穴あきバッフル板までの二相流の流
路の途中にあって、複数個の前記伝熱管支持板で仕切っ
て得られる複数の領域のうち、前記二相流入口管の入口
が位置する１領域のみの内部に、蒸気と水とを分離し、
液滴の飛散を防止する気水分離・液滴飛散防止装置を設
け、前記１領域のみに前記液滴を集中してドレンさせる
構成になることを特徴とする給水加熱器。
【請求項２】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、この二相
流入口管よりも二相流の下流側に設けている穴あきバッ
フル板、前記蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出
するドレン出口管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒
状の胴体で支持するための複数個の伝熱管支持板を有す
る給水加熱器において、前記二相流入口管と前記穴あき
バッフル板との隙間に、多孔を有する筒を前記二相流入
口管の入口を囲むように設け、この多孔のそれぞれの孔
の周りに二相流の上流側に向けて円筒状の突起を形成し
ていることを特徴とする給水加熱器。
【請求項３】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、この二相
流入口管よりも下流側に設けている穴あきバッフル板、
前記蒸気の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレ
ン出口管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒状の胴体
で支持するための複数個の伝熱管支持板を有する給水加
熱器において、前記二相流入口管と前記穴あきバッフル
板との隙間に、多孔を有する仕切り板の一組を、前記二
相流入口管の入口を囲むように相対して設け、この多孔
のそれぞれの孔の周りに二相流の上流側に向けて円筒状
の突起を形成していることを特徴とする給水加熱器。
【請求項４】前記二相流入口管の内部、又は前記二相
流入口管へ流入する二相流の導管の内部に、旋回翼を設
けている請求項２又は３記載の給水加熱器。
【請求項５】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、前記蒸気
の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口
管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒状の胴体で支持
するための複数個の伝熱管支持板を有する給水加熱器に
おいて、前記伝熱管支持板同士、又は前記伝熱管支持板
と前記胴体とで仕切って得られる複数の領域のうち、前
記Ｕ字形伝熱管群の曲管部が位置する領域に前記二相流
入口管を設け、前記二相流入口管の内部、又は前記二相
流入口管に二相流が流入する導管の内部に板状の遠心翼
を取り付け、前記二相流入口管よりも二相流の下流側
に、二相流の上流側に向けて円筒状の突起を周りに持つ
孔を複数個有する多孔板からなる傾斜したドレンガイド
を設けていることを特徴とする給水加熱器。
【請求項６】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、前記蒸気
の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口
管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒状の胴体で支持
するための複数個の伝熱管支持板とを有する給水加熱器
において、前記伝熱管支持板同士、又は前記伝熱管支持
板と前記胴体とで仕切って得られる複数の領域のうち、
前記蒸気入口管が位置する領域とは別の領域に、前記二
相流入口管を向きを水平にして設け、前記二相流入口管
の内部、又は前記二相流入口管に二相流が流入する導管
の内部に板状の遠心翼を取り付け、前記二相流入口管と
前記Ｕ字形伝熱管群との隙間に、二相流の上流側に向け
て円筒状の突起を周りに持つ穴を複数個有する穴あきバ
ッフル板を設けていることを特徴とする給水加熱器。
【請求項７】管内を給水が流れる伝熱管群が給水入口
側伝熱管群と給水出口側伝熱管群とにより構成されてい
るＵ字形伝熱管群、前記Ｕ字形伝熱管群を収納した円筒
状の胴体、前記Ｕ字形伝熱管群における各伝熱管の間を
流れ、前記給水を加熱する蒸気が流入する蒸気入口管、
蒸気と水との二相流が流入する二相流入口管、前記蒸気
の一部が凝縮して生じた凝縮水を排出するドレン出口
管、及び前記Ｕ字形伝熱管群を前記円筒状の胴体で支持
するための複数個の伝熱管支持板とを有する給水加熱器
において、前記Ｕ字形伝熱管群における給水入口側と給
水出口側との間に、二相流の上流側に向けて円筒状の突
起を周りに持つ穴を複数個有する傾斜板を設けているこ
とを特徴とする給水加熱器。
【請求項８】前記二相流入口管の内部、又は前記二相
流入口管に二相流が流入する導管の内部に、旋回翼を持
つ気水分離器を設け、前記旋回翼の設置個所より二相流
の下流側から前記二相流入口管までの間を二重管にして
いる請求項１〜７記載の給水加熱器。
【請求項９】タービン、発電機、凝縮器及び給水加熱
器を備えたボイラ又は原子炉の発電プラントにおいて、
前記給水加熱器に、請求項１〜８のいずれか１項に記載
の給水加熱器を用いている発電プラント。