JPS6014097A - ガス冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガス冷却器に係り、特に復水器からの不凝縮
ガスを抽出する地熱発電プラントの不凝縮ガス抽出シス
テムに使用されるガス冷却器に関するＯ 〔発明の技術的背景〕 地熱エネルギーである地熱蒸気を利用する地熱発電は、
近年特に重要性が大きくなっている。この地熱発電の地
熱タービンとしては、エネルギーの有効利用の点からタ
ービン排気を真空域に保っ復水タービンが多く用いられ
ている。しかしながら地熱蒸気中には全タービン排気量
の１〜１０％に達する不凝縮ガスが含まれており、この
不凝縮ガスが復水タービンの効率を低下させる装置とな
っている。具体的には復水タービンは真空を作り出すた
めに蒸気の凝縮による大きな比容積変化を利用している
が、蒸気中に不凝縮ガスが存在すると大きな比容積変化
が生じないばかりでなく、蒸気と冷却水との伝熱が妨げ
られ、復水器の伝熱効率が悪化してしまう。

そこで、地熱発電プラントには、第１図に示されるよう
な不凝縮ガス抽出システムが採用されている。

同図において、タービンエの排気蒸気は復水器２によっ
て凝縮復水される。凝縮されなかった不凝縮ガスは、ガ
ス抽出管３を通って低圧圧縮機４で圧縮される。この低
圧圧縮機４で圧縮された高温の排出ガスは、ガス導管５
を介してガス冷却器６に流入し、ここで冷却されて比容
積と温度とを低下された後、高圧圧ｍ機７により大気圧
まで圧縮され、大気中に放出される。この中間ガス冷却
器６としては従来シェルアンドチューブ型熱交換器が用
いられている。この熱交換器は、−次側流体と二次側流
体が伝熱管を境として間接的に熱交換するので、二つの
流体の混合がなく、また伝熱面積も一定で、伝熱特性も
比較的よく調べられているため信頼性が高いという利点
がある。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、地熱発電プラントでは、地熱蒸気中に、
腐食性成分が含まれており、これが熱交換器の伝熱管等
の内部構造物を腐食するので、これらの構造物を、比較
的高価な耐食性材料により構成しなければならないとい
った問題がある。また、地熱蒸気から上記伝熱管内部に
ＣａＣＯ３やＮａＣ１などの熱伝導率の低いスケールが
析出し、これは冷却性能の低下および、管のつまりなど
を招くため、保守に多大な労力と費用を要するといった
欠点もある。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み、たとえ腐食
性成分を含んだガスやスケールを生じさせるガスであっ
ても、その影響を受けずに保守が容易でかつ安価なガス
冷却器を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本願の第１の発明によるガ
ス冷却器はガスの入口部と出口部とを連絡するガス流路
を内部に形成した冷却器本体と、上記ガス流通路内に蛇
行したガス流通路を形成するように上下に複数段にわた
って架設され、底部に散水孔を開口させた冷却水散水ト
レイと、上記散水孔の直下に架設され散水孔から流出す
る冷却水を衝突させて微粒化する衝突板と、最上段の冷
却水散水トレイ内に冷却水を供給する冷却水供給管とを
備えることを特徴としている。

また、本願の第２の発明による虜ス冷却器は、ガスの入
口部と出口部とを連絡するガス流路を内部に形成した冷
却器本体と、上記ガス流通路内に蛇行したガス流通路を
形成するように上下に複数段にわたって架設され、底部
に散水孔を開口させた冷却水散水トレイと、上記散水孔
の直下に架設され散水孔から流出する冷却水を衝突させ
て微粒化する衝突板と、最上段の冷却水散水トレイ内に
冷却水を供給する冷却水供給管と、上記最下段の冷却水
散水トレイの直下であって、ガスの入口部より冷却器本
体内に向って延出した仕切板と、この仕切板の上面に設
けられた冷却水飛散用突起とを備えることを特徴として
いる。

〔発明の実施例〕

以下本発明によるガス冷却器の一実施例を第２図乃至第
９図を参照して説明する。

第２図において、ガス冷却器本体８の側方にはガス人口
９が設けられると共に上部にはガス出口ｌＯが設けられ
ている。また、ガス冷却器本体８の上部には冷却水供給
管１１が接続される一方、下部には冷却水出口管１２が
接続されている。上記ガス冷却器本体８の内部であって
冷却水供給管１１の直下には上段冷却水散水トレイ１３
がガス冷却器本体の図において右側の内壁より突設され
ている。このイレイ１３の下方には、これと先端部がオ
ーバーラツプするようにして中段冷却水散水トレイ１４
が本体左側内壁より突設され、さらに、このトレイ１４
の下方にはこれと先端部がオーバーラツプするようにし
て下段冷却水散水トレイ１５が本体右側内壁より突設さ
れている。これらの各トレイ１３　、１４　。

１５は底板１３ａ　、　１４ａ　、１５ａの先端付近に
多数の散水孔１３ｂ　、　１４ｂ　、　１５ｂが穿孔さ
れており各トレイに供給された冷却水は、これらの散水
孔１３ｂ　、　１４ｂ　。

１５ｂより次段のトレイに散水され、流束となって落下
する。上記下段冷却水散水トレイ１５の下方であって、
ガス人口９の延長には上記トレイ１５との間に所定の間
隔をおいて対向した仕切板１６が本体右側内壁より突設
されている。この仕切板１６と下段冷却水散水トレイ１
５との間の空間１７は」＝記ガス入口９に通じている。

このようにして仕切板１６と下段冷却水散水トレイ１５
とで形成される空間１７と、下段冷却水散水トレイ１５
と中段冷却水散水トレイ１４で形成される空間１８と、
中段冷却水散水トレイ１４と上段冷却水散水トレイ１３
で形成される空間１９とは互に蛇行状に接続されてガス
流通路が形成され、ガス人口９から流入したガスを蛇行
しながらガス出口１０に導くようになっている。また仕
切板１６の下方にはホットウェル２０が形成されている
。

次に本発明によるガス冷却器の作用を説明する。

低圧圧縮機により圧縮された高温の排出ガスは、白抜矢
印に示すようにガス人口９よりガス流通路内に流入し、
蛇行したガス流通路１７　、１８　、１９を通り、ガス
出口１０から流出し高圧圧縮機に流入する。

冷却水供給管１１から流入した冷却水は上段冷却水散水
トレイ１３の底板１３ａの散水孔１３ｂより下方に向っ
て流下しガス流通路１９を横切り、中段冷却水散水トレ
イ１４に自−熱流下する。このトレイ１４に流下した冷
却水はその散水孔１４ｂよりさらに落下し、ガス流通路
１８を横切り下段冷却水散水トレイ１５に至り、更にこ
のトレイ１５の散水孔１５ｂより落下し、ガス流通路１
７を横切って仕切板１６に至り、仕切板１６の上面を流
れて、ホットウェル２０内に流入し、冷却水出口１２に
より排出される。したがってガス流通路１７　、１８　
、１９を流通するガスは順次下段、中段および上段冷却
トレイ１５　、１４　、１３から落下する冷却水と直接
接触し、熱交換し冷却される。

このように、本発明によれば、ガス流通路内を流れるガ
スは冷却散水と直接接触し冷却されるので、伝熱管をは
じめとして、内部構造物が不要となり、腐食やスケール
の析出に起因する保守の必要性が無くなると共に、スケ
ールの析出による伝熱性能の低下を防止できる。またこ
の冷却器は、ガス流量の変動に応じて自動的に冷却容量
が変化する特性を有する。すなわち、ガス中の冷却水は
その表面張力とガス動圧との関係で、ガス動圧が高い程
、球形を保ち得る最大径が小さくなるため、ガス動圧が
高くなる程、冷却水は微細化し、表面積が増大する。し
たがってガス流量が増加し、これにより動圧が高（なる
と、自動的に冷却水は一層微細化し伝熱面積が増加する
。このような特性は、地中から噴出する地熱蒸気量が、
経時に変化する地熱発電プラントにとっては極めて好都
合である。

機械式圧縮機は、吸込流体に液滴等が混入していると、
羽根の腐食や効率低下などの問題が生ずるが、第２図に
点線で示されたようにガス出口１０の付近のガス流通路
に湿分分離器２１を設けることにより、上記問題を解決
できる。

次に、上述の散水冷却水の液滴化の様子を説明する。第
３図は中段冷却水散水トレイ１４の一部を拡大して示し
た断面図であって、矢印方向にガスが流れているとき、
トレイ１４上に滞溜した冷却水２２は、そのトレイ１４
内の水頭に応じて、成る流速で、底板１４ａの散水孔１
４ｂから液柱２３となって流下する。この液柱２３は、
ガス流により次第にガス流の下流側に向きを変え、分裂
し液滴２４となる。

ガス流は、液柱２３を分裂させるのにエネルギーを消費
し、圧力損失を生ずるので、図示のように液柱２３の長
さは下流はど長（なる。換言すると下流側はど、液滴為
となるのが遅くなる。液柱２３の表面積は液滴２４に比
べて著しく小さいので、液滴化の時期が遅くなる程、伝
熱面積が減少し熱交換量が低下する。この液滴化の時期
を早くするためには、ガス流の動圧を増加すればよい。

しかしながらガス流の動圧を大きくすると、それに伴い
圧力損失も増大する。一般に熱交換器で許容される圧力
損失には限界があり、圧力損失は小さい方が望マシイの
で、冷却水の液滴化、微粒化のためにガスの動圧を大き
くできない場合がある。

そこで、ガス動圧を増大することなく、冷却水の微粒化
を促進させるために、本発明では第４図に示したように
、トレイ底板１４ａの散水孔１４ｂの真下に冷却水衝突
板２５が斜設されている。この衝突板２５の傾き方向は
、散水孔１４ｂがらの液柱２３をガス流の下流側へ偏向
させるように定められている。

このような構成であるので、散水孔１４ｂがら流出した
冷却水液柱２３は、直ちに衝突板部に衝突し、液柱２３
が崩れガス流による微粒化が促進される。

このように衝突板部の設置により、冷却水は、上流側は
もちろん下流側であっても直ちに液滴化し低いガス動圧
にも拘らず、大きい伝熱面積を得ることができる。

なお、この衝突板部としては、上記例のように平板が好
ましいが、それに限ることなく、液柱部を崩せるもので
あれば、丸棒等任意の形状のものを使用できる。

第５図乃至第７図は散水孔１４ｂから流下する冷却水の
微粒化を促進させるために、衝突板部の下端付近に平板
状の突起２６を突設した例である。この突起２６は、衝
突板δ上を流れる冷却水を分断し、液滴化をさらに助長
するように作用し、第６図に示した突起は平板であり、
第７図は、突起２７として三角柱を用いた例である。実
験によれば、これらの突起としては、三角柱より平板の
方が効果的であり、三角柱では頂角を鈍角とした方が効
果的であることが判明した。

以上の例では中段冷却水散水トレイ１４について衝突板
２５の設置や、突起２６　、２７の突設の効果を説明し
たが、これらの説明は、他の冷却水散水トレイ１３　、
１５についても全く同様である。

再び、第２図において、ガス人口９に流入する冷却前の
ガスと仕切板１６上を流れる冷却済冷却水との温度差は
、かなり太きく５００〜１ｏｏ０Ｃ程度にも達し、仕切
板１６上の冷却水は大きな冷却能力を有している。そこ
で、この冷却水とガス人口９から流入した直後の高温の
ガスとの間で熱交換できるようにした例が第８図および
第９図に示した例である。

すなわち、第８図および第９図において、最下段冷却水
散水トレイ四における底板２８ａの散水孔２８ｂは、ガ
ス入口９０近くに穿設されており、この散水孔２８ｂか
らの冷却水は仕切板１６土の、ガス入口９に近い領域に
落下する。ガス人口９がら遠い方の仕切板１６の上面に
は、冷却水の流れ方向に２ケ所、その流れに直角に冷却
水飛散用突起器。

（資）が突設されている。これらの突起２９　、３０は
横断面が矩形であってその長手方向の長さは、仕切板１
６の幅よりも小さく定められている。その他の構成は第
１図と同一である。

このように構成された実施例に゛おいて、最下段の冷却
水散水トレイ襲から自然落下する冷却水は、ガス流によ
り、その流れ方向に加速されて仕切板１６に落下するた
め、仕切板１６を流れる冷却水はかなり速い流速を有し
ている。したがって、冷却水は、点線で示すようにかな
りの流速で冷却水飛散用突起２９　、３０に衝突し、空
間１７の方へ激しく飛散し、微粒化し再び、ガス流と熱
交換する。このように、仕切板上の冷却水の飛散、微粒
化は、その冷却水自身の運動量を利用しているので、単
に突起の突設のみで達成でき、ポンプやノズル等を必要
としない。

第９図（ａ）　、　（ｂ）は上記冷却水飛散用突起の別
の例の断面形状を示すもので第９図（掲の突起３１は、
冷却水の流れに直角な面を持ち、第９図（ｂ）の突起３
２は、冷却水流れに傾斜した曲面を有する。

上記説明では、第４図乃至第７図の衝突板は、第２図の
ガス冷却器に適用したが、第８図のガス冷却器に適用し
てもよく、同様の効果を程するものである。また本発明
は、特に地熱発電プラントの不凝縮ガス抽出システムに
最適であるが必ずしもこれに限るものでない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、冷却
水散水トレイから流下する冷却水を衝突板上に衝接させ
て微粒化したから、ガスと接触する冷却水の面積を増大
させて熱交換性能を高めることができ、また、従来のよ
うに伝熱管がガス流通路内に存在しないからスケールの
付着による影響を受けず、保守を極めて簡易化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は地熱発電プラントの不凝縮ガス抽出システムを
示すブロック図、第２図は本発明を適用するガス冷却器
を示した概略図、第３図は冷却水散水トレイから流出す
る冷却水の状態を示した説明図、第４図は本発明の一実
施例を示した横断面図、第５図は衝突板によって微粒化
される状態を示した側断面図、第６図および第７図はそ
れ治れ本発明の他の実施例を示した斜視図、第８図は本
発明によるガス冷却器の他の実施例を示した概略図、第
９図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ冷却水飛散用突起の
断面形状を示した断面図である。 ８・・・ガス冷却器本体、９・・・ガス入口、１０・・
・ガス出口、１３　；　１４　；　１５　；　２８・・
・冷却水散水トレイ、１７゜１８　、１９・・・ガス流
通路、２１・・・湿分分離器、部・・・衝突板、２６　
；　２７・・・突起、２９　’、　３０　；　３１　；
　３２・・・冷却水飛散用突起。 出願人代理人　猪　股　情 熱１目 名２目 躬３図 豹４Ａ ＄５襄１ ８６目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガスの入口部と出口部とを連絡するガス流路を内部
   に形成した冷却器本体と、上記ガス流通路内に蛇行した
   ガス流通路を形成するように上下に複数段にわたって架
   設され、□底部に散水孔を開口させた冷却水散水トレイ
   と、上記散水孔の直下に架設され散水孔から流出する冷
   却水を衝突させて微粒化する衝突板と、最上段の冷却水
   散水トレイ内に冷却水を供給する冷却水供給管とを備え
   てなるガス冷却器。 ２、上記衝突板は、流出した冷却水を側方へ偏向させる
   ように傾斜させられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のガス冷却器。 ３、上記衝突板は、表面に沿って流れる冷却水を分岐さ
   せるための突起を下端付近に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のガス冷
   却器。 ４、ガスの入口部と出口部とを連゛絡するガス流路を内
   部に形成した冷却器本体と、上記ガス流通路内に蛇行し
   たガス流通路を形成するように上下に複数段にわたって
   架設され１、底部に散水孔を開口させた冷却水散水トレ
   イと、上記散水孔の直下に架設され散水孔から流出する
   冷却水を衝突させて微粒化する衝突板と、最上段の冷却
   水散水トレイ内に冷却水を供給する冷却水供給管と、上
   記最下段の冷却水散水トレイの直下であって、ガスの入
   口部より冷却器本体内に向って延出した仕切板と、この
   仕切板の上面に設けられた冷却水飛散用突起とを備えて
   なるガス冷却器。