JPS5824713B2 - プレ−ト型凝縮器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプレート型の伝熱素子の性能を十分に発揮させ
ることができるプレート型凝縮器に関するものである。

一般に蒸気のような作動流体を循環させて動力を発生せ
しめる発電プラントや、物質を精製する化学プラント等
においては必らず凝縮器が使用されている。

そして、これらのプラントに使用されている凝縮器の伝
熱部は滑らかな表面を有する円筒を多数水平に、或いは
垂直に配置するか、または、外表面にフィン加工を施し
た多数のフィン付管を水平に配置したシェルアンドチュ
ーブ型式のものが多く用いられている。

しかしながら、このシェルアンドチューブ型の凝縮器は
次のような欠点を有している。

すなわち、（５）多数の伝熱管が配置されている構造か
ら、狭い空間を有する凝縮器にあっては、蒸気は伝熱部
で凝縮できるだけの量が流入するため、伝熱面上部では
蒸気はかなり早い流速で流れて凝縮性能は向上するとい
う長所がある反面、蒸気の圧力損失は大きい。

一方、伝熱面の下方において凝縮器に流入した蒸気の大
部分は上部伝熱面で凝縮するため、蒸気の流速は少さく
圧力損失は少くなるものの、凝縮性能は良くならないと
いう欠点が生じる。

（Ｂ） 上記（５）の欠点に加えて、伝熱管を水平に
配置する構成においては、上部伝熱管で凝縮した蒸気ド
レインが下方の伝熱管に落下して、下部伝′熱管の凝縮
液膜が厚くなるため、ますます下部伝熱管の凝縮性能は
低下する。

同様にして、伝熱管を垂直に配置する構成では、垂直の
伝熱管上部で凝縮しだドレンが下方の伝熱面に流下して
凝縮液膜が厚くなるため凝縮性能はさらに悪化する。

上述したシェルアンドチューブ型の凝縮器の有する種々
の欠点を除去するものとしてプレート型の凝縮器が案出
され、公知となっているが、この従来のプレート型凝縮
器の一例を図面により説明する。

まず、第１図において、符号１０は凝縮器本体であり、
凝縮すべき蒸気は蒸気人口１２より流入し、冷却水と熱
交換を行いドレンとなってドレン出口１３より外部に排
出される。

冷却水は冷却水人口１４より凝縮器１０内に導かれ、冷
却水出口１５から排出される。

この凝縮器１０における蒸気および冷却水の通路構成に
ついては第３図により後述する。

このプレート型凝縮器１０の凝縮面は蒸気の流速が比較
的高い領域で作用する強制対流凝縮部１６と、蒸気の流
速がほとんどなくなった領域で作用する体積力対流凝縮
部１７とから構成されている。

この強制対流凝縮部１６は、第１図に示すように、美形
をした数多くの凝縮部１８ａ１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと
、これらの凝縮部１８ａ〜１８ｄの間に設けた凝縮ドレ
ン排除溝１９ａ。

１９ｂ 、１９ｃ 、１９ｄとから構成されており、さ
らに凝縮器１８ａ〜１８ｄの両側には凝縮部１８ａ〜１
８ｄで凝縮したドレンをドレン出口１３に導くだめのド
レン流下路２０ａ 、２０ｂが設けられている。

前記体積力対流凝縮部１１は、例えば第２図にその断面
を示すように、伝熱面は凝縮部２１と凝縮部２２から構
成され、凝縮部２１で凝縮させたドレンを表面張力で凝
縮部２２に導き、さらに、ドレンを重力でドレン出口１
３に導いている。

このプレート型凝縮器１０は、凝縮に関与する伝熱面を
強制対流凝縮部１６と体積力対流凝縮部１７に分割し、
凝縮現象の特徴を巧みに利用することによってその凝縮
性能の向上を図っているものである。

すなわち、強制対流凝縮部１６では凝縮すべき蒸気の体
積流量が十分に大きい領域であり、蒸気流速を利用する
とともに、適宜設けた凝。

縮ドレン排除溝１９ａ〜１９ｄによシ効果的にドレン液
膜の厚さを薄くして凝縮性能を向上させている。

また、体積力対流凝縮部１７では伝熱面に凹凸を設け、
凸状の凝縮部２１にある凝縮ドレンを表面張力の作用に
よって凹状の凝縮部２２に導。

き、前記凝縮部２１のドレン液膜の厚さを薄くすること
で伝熱面全体の凝縮性能を向上させている。

つぎに、第１図、第２図で示したプレート型伝熱素子を
使用するプレート型凝縮器１０における蒸気導入方法、
凝縮ドレンの排出方法、および冷Ｊ却水の取水排出方法
を第３図によって説明する。

第３図Ａに示すように、蒸気人口１２を介して伝熱部へ
導かれた蒸気は、通路２５ａ 、２５ｂ 。

２５ｃ 、２５ｄ 、２５ｅを流下する際、第３図Ｂに
示す冷却水通路２６ａ 、２６ｂ 、２６ｃ 、２６ｄ
、４２６ｅ 、２６ｆを上昇する冷却水と熱交換をする
。

熱交換により凝縮したドレンはドレン出口１３より系外
に排出される。

プレート型凝縮器１０は上述のように構成され、作用す
るものであり、数々の特徴を有している。

しかし、このプレート型凝縮器１０は発電プラントか化
学プラントの単機容量増大に伴う凝縮器の大型化に対し
てはつぎのような欠点がある。

まず、第１図に示したプレート型伝熱素子の大きな構成
部分を分類すると、 （１）伝熱に関して有効に作用する強制対流凝縮部１６
と体積力対流凝縮部１７、 （２）プレート上部に位置する蒸気人口１２と冷却；
水出口１５が占拠する部分２３、 （３）プレート下部に位置するドレン出口１３と冷却水
人口１４が占拠する部分２４゜ ０３部分に分けられる。

ここで、上記部分２３．２４は伝熱の作用面から考えれ
ば無効部分に属するものであり、しかも、この無効部分
は凝縮器１０の容積が増大すると蒸気量および冷却水量
が増加するため、その容積が増大することになる。

特に、蒸気人口１２は蒸気量が増加すればする程大きく
なり、無効部分の増大傾向は著しいものとなる。

また、第１図に示すようなプレート型伝熱素子は普通プ
レス機械によって成形加工されるが、プレス機械の容積
にはおのずと限界があり、プレート型伝熱素子の大きさ
はプレス機械の容量によって制限されるため、凝縮器１
０の容量が増大すると、いきおいプレート型伝熱素子の
枚数が増加することになる。

そして、第１図に示すプレート型伝熱素子は、蒸気が各
プレート間に均一に分配されたときに初めてその最高の
性能が発揮されるのであるため、凝縮器単体の容積増大
に伴ってプレート枚数が増加すると、蒸気が各プレート
間に均一に分配されることは困難となり、本来意図した
強制対流凝縮部１６、および体積力対流凝縮部１７の効
果が薄れ、凝縮器１０の性能は低下することになる。

このようにして、従来のプレート型凝縮器１０の有する
欠点、特に上記の如く容積の大型化に対処するにあたっ
て、各プレート間に均一に蒸気を分配することの困難性
という欠点を除去し、しかもプレート型伝熱素子の有す
る優れた特徴を有する高性能の凝縮器が要望されていた
。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、蒸気及び冷却水を各プレート間に
均一に分配し、プレート型伝熱素子の大型化に対処でき
るプレート型凝縮器を提供するものである。

以下、本発明を図面に示す実施例により説明する。

まず、第４図は凝縮器３０全体を側面から切断したもの
で、凝縮器３０は上部でやや口広に開口した蒸気人口３
２と、この蒸気人口３２に接続して下方に放射状に拡大
する形状の接続胴３４と、断面が矩形状で上端が接続胴
３４に接続され下端が閉鎖した凝縮器シェル３１と、こ
の凝縮器シェル３１の下部に開口された蒸気およびドレ
ン出口３３とより凝縮器本体が形成されている。

この凝縮器シェル３１内部の下部の対向部位には、第５
図に示すように一対の支持板３６が同一平面に固着され
ており、この支持板３６上には上下方向に延在する複数
枚のプレート型伝熱素子３５が間隔を置いて平行に載置
されている。

このプレート型伝熱素子３５の１つ置きの各間隔には外
囲より気密になった冷却水通路４０ａ 、４０ｂ 、４
０ｃ 。

・・・・・・が形成されており、プレート型伝熱素子３
５の他の間隔は蒸気通路３８ａ 、３８ｂ 、３８ ｃ
。

・・・・・・となっている。

そして、前記支持板３６より少し上部に位置して冷却水
入ロバイブ４７と冷却水出ロバイブ５１が平行に貫通さ
れており、各パイプ４７．５１の冷却水通路４０ａ 、
４０ｂ 。

４０ｃ・・・・・・に相当する位置にはそれぞれスリッ
ト４８．５２が開口されている。

この冷却水入ロバイブ４７の端部、冷却水出ロバイブ５
１の端部のそれぞれは冷却水人口３９、冷却水出口４１
となっている。

つぎに、第６図は蒸気通路３８であるプレート型伝熱素
子３５を示すもので、長方形板状の一対のプレート型伝
熱素子３５．３５は微少間隔を置いて配置され、その間
の両側端に細長形状の一対の隔離板４５ａ、４５ｂがサ
ンドイッチ状に挟込まれている。

このプレート型伝熱素子３５の下部で中央線から左右対
称位置にはそれぞれ開口が形成されており、この開口に
は環形状の挿通パイプ４６ａ 、４６ｂが気密に固着さ
れている。

この挿通パイプ４６ａ 、４６ｂの内径はそれぞれ冷却
水入ロバイブ４７、冷却水出ロバイブ５１の外径より少
し大径にしておく。

また、第７図は前記冷却水通路４６を示すもので、プレ
ート型伝熱素子３５の背にはこのプレート型伝熱素子３
５の外形をその内形とした隔離枠５３が固着されており
、この隔離枠５３の中央にはその下部から上方に向けて
延在し、その上端が隔離枠５３と接触しないようにした
分離壁４９が固着されている。

この隔離枠５３と分離壁４９にはそれぞれ隣接する一組
の蒸気通路３８の各プレート型伝熱素子３５の背が密着
し、コ字形状の冷却水の流路を形成することになる。

つぎに、本実施例の作用を説明する。

冷却水人口３９より冷却水入ロバイブ４７に冷却水を流
入を注入すると、この冷却水はスリット４８から各冷却
水通路４０に分配されて流入し、分離壁４９に案内され
て矢印５０方向に流れ、スリット５２から冷却水出ロバ
イブ５１に流入し、冷却水出口４１から排出される。

この冷却水の循環によってプレート型伝熱素子３５は冷
却される。

この状態において、蒸気人口３２より蒸気を凝縮器３０
内に流入すると、蒸気は接続胴３４を経て矢印３１に示
すように流動し第６図の矢印４２に示すように各蒸気通
路３８ａ 、３８ｂ 。

３８ｃ・・・・・・に導かれ、前記の冷却水とプレート
型伝熱素子３５を介して熱交換し、その潜熱を奪われて
凝縮しトンとなる。

ドレンは矢印４３に示すように落下して、第４図の凝縮
器３０下部の部屋４４に導かれ、蒸気およびドレン出口
３３より凝縮しなかったドレンとといえ系外に排出され
る。

なお、蒸気通路３８はプレート型伝熱素子３５と隔離板
４５ａ 、４５ｂ、挿通パイプ４６ａ。

４６ｂによって気密に保たれており、冷却水通路は隔離
枠５３とプレート型伝熱素子３５によって蒸気通路３８
側と気密に保たれている。

本発明は上述のように構成したため、凝縮する蒸気は蒸
気入口より接続胴を介してプレート型伝熱素子の蒸気通
路に均一に分配されるため、従来の凝縮器では対処でき
なかった大型化に対する欠点を排除することができる。

そして、凝縮現象の特徴を最大限に利用するよう案出さ
れたプレート型伝熱素子の性能を最大限に発揮すること
ができるものである。

また、冷却水をプレート型伝熱素子の冷却水通路で流通
させる構造のだめ、凝縮器の冷却水入ロバイブ、出口バ
イブをプレート型伝熱素子の下部に設けることができる
。

この構成のだめ、プレート型伝熱素子の蒸気通路におい
ては、凝縮初期の段階では体積流量が大きいため蒸気流
速が高いものであるが、この蒸気流速の高い蒸気通路の
上部に障害がない構成を可能上し、圧力損失を極力少く
することができる。

一方、凝縮が終了する蒸気通路の下部では、気体から液
体に相変化するため体積流量がほとんどなくなり、蒸気
通路に冷却水入ロバイブ、出口バイブ等の構造物の設置
によって蒸気通路の断面積が減少しても圧力損失は無視
でき、圧力損失が少なくなる等の優れた特徴を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプレート型凝縮器に使用される伝熱面形
状を示す側面図、第２図は第１図のｎ−■線による断面
図、第３図は第１図の蒸気および冷却水通路を示す説明
図、第４図は本発明の実施例を示す縦断面図、第５図は
第４図のＶ−ｖ線による断面図、第６図は第４図の蒸気
通路を示す斜視図、第７図は第４図の冷却水通路を示す
斜視図である。 ３０・・・凝縮器、３５・・・プレート型伝熱素子、３
８・・・蒸気通路、４０・・・冷却水通路、４Ｔ・・・
冷却水入ロバイブ、５１・・・冷却水出ロバイブ、４８
゜５２・・・スリット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上端に位置する蒸気入口、この蒸気入口に接続され
   下方に放射状に拡大する形状の接続胴、この接続胴に上
   端が接続され下端が閉鎖された凝縮器シェル、およびこ
   のシェルの下端に開口された蒸気およびドレン出口から
   なる凝縮器本体と；この凝縮器本体内に上下方向に延在
   するように間隔を置いて平行配置され、１つ置きの各間
   隔を密閉された冷却水通路とする一方、他の各間隔を蒸
   気通路とする複数枚のプレート型伝熱素子と；前記の各
   伝熱素子の下部を素子の配列方向に貫通する冷却水入ロ
   バイブおよび冷却水出ロバイブと；これらの各パイプに
   形成され、前記冷却水通路と各パイプ内部とを連通ずる
   スリットと：を有することを特徴とするプレート型凝縮
   器。