JP2006153425A - 復水器 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸気の圧力損失を抑え、管群内で蒸気を滞留させることなくスムーズにガス冷却部へと導くことができる復水器とする。
【解決手段】 容器内に収容されて蒸気タービンから排出される蒸気を、その容器内で凝縮させる復水器である。内部に冷却媒体が流通する複数の伝熱管が、容器内で蒸気タービンの下方に配列される。伝熱管は、水平に延び、複数の上部伝熱管群と、複数の下部伝熱管群とを有し、各伝熱管間に間隙を有する。各伝熱管群は複数の伝熱管が格子状に配列されてなる。下部伝熱管群同士の間の下部に、蒸気の流れを妨げる邪魔板が水平方向に延びている。上部伝熱管群と下部伝熱管群の間に、管群間イナンデーション防止板が水平方向に延びている。各伝熱管群内に、囲い板部が延びていて、囲い板部のガスはガス抽出ダクトを経て容器の外へ導かれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は復水器に係り、特に管群を構成する伝熱管の配置を改良した復水器に関する。

復水器は蒸気タービンからの排出蒸気を凝縮させて復水として回収する機能を有し、蒸気タービン発電プラントにおいて広く使われている。一般に復水器は、蒸気タービンの蒸気排出口と連通する容器を有し、その容器内に冷却媒体が流通する多数の伝熱管の配列からなる伝熱管群（以下管群と略称する）を有している。

蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器の容器内を流下して管群と接触し、伝熱管内を流れる冷却媒体に潜熱を奪われることにより凝縮して、復水として回収される。従来の復水器においては、蒸気と冷却媒体との温度差で蒸気の凝縮が進行する。凝縮する際の蒸気の温度は凝縮面における蒸気の分圧に対する飽和温度となる。

しかし、蒸気の分圧は大まかに２つの要因で低下し、それに伴う温度差の減少で凝縮性能（熱交換効率）が低下する。一つの要因は、蒸気の流動に伴う圧力損失であり、もう一つの要因は、蒸気中に混入している不凝縮ガスの濃縮による不凝縮ガス分圧の増大である。したがって、復水器では、蒸気の圧力損失の低減と、不凝縮ガスの濃縮を抑制することが性能向上を達成する上で重要である。

一般に蒸気タービンの排気圧力は復水器の圧力損失および復水器内の不凝縮ガス濃度と関係している。蒸気タービンの排気圧力は、蒸気が凝縮する管群での圧力に、復水器における蒸気の圧力損失を加えた圧力になる。したがって、復水器における蒸気の圧力損失が大きい場合、蒸気タービンの排気圧力が高くなり、タービン出力が低下して発電効率が悪くなる。

蒸気の流れが滞留する部分があると、その部分で不凝縮ガス濃度が上昇して分圧が上がるため、蒸気分圧が低下して凝縮量が低下する。この場合にも、全体として凝縮量を確保するために、タービン排気圧力が高くなる。

このように、復水器内における蒸気の圧力損失を低く抑えることと、管群内で蒸気を滞留させることなくスムーズにガス冷却部へと導くことは、復水器の性能指標として重要な技術上の課題になっている。

この課題に対して従来の復水器では、主として２つの異なる手段で対応してきた。その一つの手段は、例えば特許文献１に示すように、比較的集中して配列した管群の周囲に十分広い蒸気通路空間を設けることである。

もう一つの手段は、例えば特許文献２に示すように、広い範囲にわたって全体として疎に配列した管群中に蒸気の通路を十分に設けることである。
特開平8-226776号公報 特公昭55-36915号公報

従来の復水器において、新たに管群のみを交換するリプレース適用にあたっては、タービン建屋運転床開口部、或いは壁開口部のどちらからでも、管群の一体搬入が困難な場合がある。このため、管群は搬入可能な大きさに分割構造とする必要があるが、分割型管群を構成する際に問題となるのが、タービン排気流速分布に起因する管群への偏った蒸気流入である。

一般に、復水器の容器に流入するタービン排気は、タービン主軸から遠ざかるほど流速が速く、主軸に近いほど流速は遅くなる。したがって、復水器上部から復水器下部へ導かれた蒸気流は復水器容器の側壁に沿った流れが最も速くなる。

このため、管群を分割型とし、流路や管群中にイナンデーション（凝縮水滴による熱伝達低下）対策のために凝縮水を受けるためのイナンデーション防止板を複数設置することが考えられる。しかもその場合には、局部的な低圧部発生や、イナンデーション防止板に沿った流路において流速の速い蒸気による管群内側から外側への蒸気の逆流が生じることが考えられ、局部的な淀み発生によるガスの滞留や圧力損失増大により復水器性能を低下させてしまう恐れがある。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、昨今の高精度な流動解析手法により最適化を施し、分割型の管群構成として、流路や管群中にイナンデーション対策のために凝縮水を受けるためのイナンデーション防止板を設置しても、蒸気の圧力損失を抑え、管群内で蒸気を滞留させることなくスムーズにガス冷却部へと導くことができ、高性能でコンパクトな復水器を提供することを目的とする。

この発明は上記目的を達成するものであって、本発明の一つの態様によれば、蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器において、少なくとも二つの側壁を有し、前記蒸気タービンから蒸気が流下するように構成された容器と、前記容器内で前記蒸気タービンの下方に配列され、内部に冷却媒体が流通し、前記流下してきた蒸気と接して蒸気を凝縮させる、水平方向に延びる複数の伝熱管であって、前記容器内で水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の上部伝熱管群と、前記上部伝熱管群のそれぞれの下方位置に水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の下部伝熱管群とを有し、前記各伝熱管群は前記複数の伝熱管が格子状に配列されてなるその複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管を支持する複数の管板と、前記下部伝熱管群同士の間の下部に配置されて水平方向に延びて蒸気の流れを妨げる邪魔板と、前記上部伝熱管群と前記下部伝熱管群がそれぞれ互いに上下に対向する間の位置に配置されて水平方向に延びて上方から流下する凝縮水を水平方向に導く管群間イナンデーション防止板と、前記各伝熱管群内で前記伝熱管に平行にほぼ水平に延びるように配置されてガス抽出孔を有する上板と、前記ガス抽出孔をはさんでしかも複数の前記伝熱管をはさんで前記上板から互いに間隔をあけて下方にかつ前記伝熱管に平行に延びる２枚の側板とを有する囲い板部と、前記ガス抽出孔に接続されて前記囲い板部のガスを前記容器の外へ導くガス抽出ダクトと、を有する。

また、本発明のもう一つの態様によれば、軸を水平にした蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器において、少なくとも二つの側壁を有し、前記蒸気タービンから蒸気が流下するように構成された容器と、前記容器内で前記蒸気タービンの下方に配列され、内部に冷却媒体が流通し、前記流下してきた蒸気と接して蒸気を凝縮させる、水平方向に延びる複数の伝熱管であって、前記容器内で水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の上部伝熱管群と、前記上部伝熱管群のそれぞれの下方位置に水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の下部伝熱管群とを有し、前記各伝熱管群は前記複数の伝熱管が格子状に配列されてなるその複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管の端部を固定して鉛直方向に延びる複数の管板と、前記下部伝熱管群同士の間の下部に配置されて水平方向に延びて蒸気の流れを妨げる邪魔板と、前記上部伝熱管群と前記下部伝熱管群がそれぞれ互いに上下に対向する間の位置に配置されて水平方向に延びて上方から流下する凝縮水を水平方向に導く管群間イナンデーション防止板と、前記各下部伝熱管群内で前記伝熱管に平行に水平に延びるように配置されてガス抽出孔を有する第１の上板と、前記ガス抽出孔をはさんでしかも複数の前記伝熱管をはさんで前記上板から互いに間隔をあけて下方にかつ前記伝熱管に平行に延びる２枚の側板とを有する下部管群囲い板部と、前記各上部伝熱管群の下端部の前記容器の側壁側で前記管群間イナンデーション防止板から前記上部伝熱管群の外側端部に沿って立ち上がり、ガス抽出孔を有する外側端板と、前記外側端板の上端に接続されて前記管群間イナンデーション防止板に平行に延びる第２の上板とを有して前記管群間イナンデーション防止板との間に複数の前記伝熱管をはさみこむ上部管群囲い板部と、前記下部管群囲い板部の第１の上板および上部管群囲い板部の外側端板の前記ガス抽出孔に接続されて前記下部管群囲い板部および上部管群囲い板部のガスを前記容器の外へ導くガス抽出ダクトと、を有する。

本発明によれば、流路や管群中にイナンデーション対策のために凝縮水を受けるためのイナンデーション防止板を設置しても、蒸気の圧力損失を抑え、管群内で蒸気を滞留させることなくスムーズにガス冷却部へと導くことができ、高性能でコンパクトな復水器を提供することができる。

［第１の実施形態］
初めに、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態による復水器の正面立断面図を示し、図２は同じく側面立断面図である。また、図３は図１における管群部を拡大して示す正面図、図４は図１における下部管群内のイナンデーション防止板端部付近を拡大して示す正面図である。

本実施形態による復水器は、図１、図２に示すように、平面形状がほぼ矩形をした容器１を有し、容器１内上部には軸を水平にした蒸気タービン２が設置されている。

容器１の内下部には、例えば２万本ないし３万本に及ぶ多数の伝熱管３が、タービン２の軸に平行な向きで直交格子（正方格子、inline grid）状または傾斜格子（千鳥格子、staggered grid）状に配列して収められている。なお、タービン軸と伝熱管長手方向とは平行な向きに限らず、直角な向きであってもよい。伝熱管３は、その長手方向に所定間隔ごとに配置された複数の支え板４により支持固定され、４個の管群５（５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２）を構成している。支え板４は、伝熱管３に平行な梁７０によって水平方向に支持されている。

伝熱管３の長手方向両端部は、鉛直方向に延びる管板６ａ、６ｂに固定され、管板６ａ、６ｂの伝熱管３と反対側には、それぞれ複数本の伝熱管３と連通する水室７ａ、７ｂが設けられている。水室７ａには、冷却媒体である冷却水（通常は海水や冷却塔水）の入口８が取り付けられ、反対側の水室７ｂに冷却水の出口９が取り付けられている。容器１内の底部には、管群５の下方にホットウエル(復水溜め)１０が設けられている。ホットウエル１０の上にはホットウェルカバー３６が配置されている。

設置スペースの節約と配管の簡素化のため、大型発電プラントの復水器では容器１内の上部に給水加熱器１１などが設置されている場合もある。

上記のような構成の復水器において、蒸気タービン２から流出した高温の蒸気は容器１内を管群５に向かって流下する。管群５の表面に達した蒸気は、そこで伝熱管３と接し、水室７ａを経て伝熱管３内を通過する冷却水との間で熱の授受を行なう。蒸気はその潜熱を奪われて凝縮し、容器１の底部にあるホットウエル１０に復水として集められる。

他方、蒸気から熱を吸収した冷却水は伝熱管３の他端の水室７ｂを経て冷却水出口９から容器１外に排出され、海洋等に戻される。

このように、蒸気タービン２から流出した高温の蒸気は、管群５を通過する間に冷却水に潜熱を奪われて次第に凝縮するが、その際、管群５によって凝縮しきれなかった残留蒸気と、蒸気中に微量含まれていた空気など凝縮されない不凝縮ガスが残留し、その不凝縮ガスは管群５内での流れ方向に、徐々にその濃度が上昇する。

このため、不凝縮ガス濃度の高い蒸気をガス冷却部１２に導き、ここでさらに蒸気を凝縮させ、不凝縮ガス濃度をできるだけ高めた後にガス抽出ダクト２８Ａ、２８Ｂを介して図示しない真空ポンプなどを含むガス抽出装置によって容器１外に抽出するようになっている。

ここで、管群５の詳細について説明する。伝熱管３の管群５は、二つの上部管群５Ａ１、５Ａ２と、二つの下部管群５Ｂ１、５Ｂ２に分かれている。上部管群５Ａ１、５Ａ２は互いの間に間隔をおいて同じ高さに配置され、下部管群５Ｂ１および下部管群５Ｂ２は、それぞれ、上部管群５Ａ１および上部管群５Ａ２の下方に配置されている。二つの上部管群５Ａ１、５Ａ２と、二つの下部管群５Ｂ１、５Ｂ２はそれぞれ、容器１の中央を対称面としてほぼ対称に配置され、各管群内の伝熱管３の配置も同じ対称面に対してほぼ対称である。上部管群５Ａ１、５Ａ２の間および下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の間に鉛直方向に延びる中央蒸気流路１４３が形成されている。

伝熱管３を支持固定する支え板４は、図１に示すように、上下方向に並んだ上部管群５Ａ１と下部管群５Ｂ１を共通に支持する１群の支え板４と、上部管群５Ａ２と下部管群５Ｂ２を共通に支持する他の１群の支え板４とで構成してもよいし、これらを１群の一体の支え板４で構成してもよい。

下部管群５Ｂ１と下部管群５Ｂ２の間のそれぞれの下端を結ぶ面を塞ぐように、すなわち中央蒸気流路１４３の下端を塞ぐように、水平方向に延びる邪魔板(baffle plate)２２が配置されている。下部管群５Ｂ１と下部管群５Ｂ２の下端および邪魔板２２の下面はホットウェルカバー３６の上面よりも上方に位置している。また、上部管群５Ａ１、５Ａ２と下部管群５Ｂ１、５Ｂ２はいずれも、容器１の側壁２１から間隔をおいて配置されている。

図３では一方の列の管群５Ａ２、５Ｂ２のみ示している。他方の列の管群５Ａ１、５Ｂ１は管群５Ａ２、５Ｂ２と面対称の関係にあるので図示および説明を省略する。

上部管群５Ａ１と下部管群５Ｂ１との間、および上部管群５Ａ２と下部管群５Ｂ２との間には、管群間のほぼ中央位置に、水平に配置された管群間イナンデーション防止板２３が伝熱管３の長手方向に沿って設けられている。

管群間イナンデーション防止板２３は、中央蒸気通路１４３側２３ｂの方が、容器１の側壁２１側２３ａよりも長くなっている。

中央蒸気通路１４３側２３ｂについてはその上部管群５Ａ２端部よりもタービン排気口の中心線寄りに長くし、側壁２１側２３ａについてはその上部管群５Ａ２の端部と同等か、または中央通路１４３側程ではないが上部管群５A２の端部より少し長くしている。

管群間イナンデーション防止板２３の両端部には伝熱管３の長手方向に延びる立ち上がり部４０が形成されている。

図３に示すように、上部管群５Ａ２の内部には、３枚のイナンデーション防止板２４ａ、２４ｂ、２４ｃが配置され、また、下部管群５Ｂ２の内部には、２枚のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂが配置されている。これらのイナンデーション防止板はいずれも、水平に配置されて、それぞれの端部に、伝熱管３の長手方向に延びる立ち上がり部４０を有する。

上部管群５Ａ２内の外側のイナンデーション防止板２４ａ、２４ｃはほぼ同一高さに配置され、中央のイナンデーション防止板２４ｂはこれらよりも高い位置に配置されている。下部管群５Ｂ２内のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂはほぼ同じ高さに配置され、これらの間に間隙が設けられている。

下部管群５Ｂ２の内部のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの位置は、下部管群５Ｂ２の高さの中央より上にすることが好ましい。

下部管群５Ｂ２の内部のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの、下部管群５Ｂ２外側端部には、図４に示すように、伝熱管３の長手方向に延びる立ち上がり部４０が形成されているほか、立ち上がり部４０の反対向きに立下り部４１が形成されていて、全体として横倒しのＴ字形を成している。

図３に示すように、上部管群５Ａ２の上部中央には、伝熱管３の長手方向および鉛直方向に延びる蒸気通路２６Ａ形成され、蒸気通路２６Ａの出口部（下端部）には、下方に開口し、伝熱管３の長手方向に延びる囲い板部２７Ａが形成されている。囲い板部２７Ａは、伝熱管３の長手方向に延びて水平に配置された上板２７Ａｃと、上板２７Ａｃの両端から下方および伝熱管３の長手方向に延びる外側板２７Ａａおよび内側板２７Ａｂとからなる。外側板２７Ａａは容器１の側壁２１に近い側にあり、内側板２７Ａｂは中央蒸気通路１４３寄りにあって、内側板２７Ａｂの方が外側板２７Ａａよりも下方まで延びている。

外側板２７Ａａおよび内側板２７Ａｂの間には複数の伝熱管３が配置されていて、ガス冷却部１２Ａが形成されている。囲い板部２７Ａの上板２７Ａｃには、貫通孔であるガス抽出孔４２が形成され、ガス抽出孔４２の上方にガス抽出ダクト２８Ａが接続されている。ガス抽出ダクト２８Ａは蒸気通路２６Ａ内を鉛直に延び、伝熱管３の長手方向に延びるガス集合管４３に接続されている。ガス集合管４３は、容器１の外側に配置された図示しない真空装置に接続されている。

上部管群５Ａ２内に形成された囲い板部２７Ａは、上部管群５Ａ２の高さ方向のほぼ中央部の位置に配置するのが好ましい。

下部管群５Ｂ２においても、上部管群５Ａ２とほぼ同様に、上部中央に蒸気通路２６Ｂが形成され、蒸気通路２６Ｂの出口部（下端部）に、下方に開口した囲い板部２７Ｂが設けられている。囲い板部２７Ｂは、上板２７Ｂｃと、上板２７Ｂｃの両端から下方に延びる外側板２７Ｂａおよび内側板２７Ｂｂとからなる。外側板２７Ｂａと内側板２７Ｂｂの寸法はほぼ等しい。

下部管群５Ｂ２内に形成された囲い板２７Ｂ部の配置は、下部管群５Ｂ２の高さ方向の長さの上から２５％以内の位置に配置するのが好ましい。

下部管群５Ｂ２におけるガス抽出ダクト２８Ｂおよびガス集合管４３などの構造は上部管群５Ａ２の場合と同様である。

下部管群５Ｂ１、５Ｂ２内の伝熱管３の本数は、上部管群５Ａ１、５Ａ２内の伝熱管３の本数よりも多い。

上部管群５Ａ２の上部周囲には、蒸気が斜め下方に向かって外側から内側に通過する外部レーン２０が複数個形成されている。また、下部管群５Ｂ２の下部周囲には、蒸気が斜め上方に向かって外側から内側に通過する外部レーン３４が複数個形成されている。

ここで、「レーン」とは管群の中にあって、伝熱管配列がスリット上に欠けていて蒸気通路が形成されたものをいう。

上部管群５Ａ２内部に設けられた水平なイナンデーション防止板２４ａの上方の管群中には、蒸気通路２６Ａと連通し、イナンデーション防止板２４ａの下方にまで延びる第１の内部レーン３０が設けられ、イナンデーション防止板２４ｃの上方の管群中には、イナンデーション防止板２４ｃより上方にある管群の中ほどからイナンデーション防止板２４ｃの下方にまで延びる第２の内部レーン３１が設けられている。これらの内部レーン３０、３１はいずれも蒸気の通路となる。

上部管群５Ａ２の下端の形状は、中央蒸気通路１４３寄りの側で少なくとも１水平列の伝熱管３が下方に突出して突出部４５を形成している。突出部４５の位置は、上部管群５Ａ２の囲い板部２７Ａの内側板２７Ａｂよりも中央蒸気通路１４３寄りであり、突出部４５の容器１の側壁２１寄りには大きな窪み４６が形成されている。

上部管群５Ａ２中のイナンデーション防止板２４ａより上方の容器１の側壁２１に面した管群外形は、複数の外部レーン２０ごとに木の葉状に出っ張らせ、イナンデーション防止板２４ａは、管群の出っ張りの最短面より長くして設けている。

上部管群５Ａ２内のイナンデーション防止板２４ａより下の部分の外形は、容器１の側壁２１に向かって膨らんだほぼ半円形であって、容器１の側壁２１に対向する位置から内側に向かって水平に延びる第２の外部レーン３２が設けられている。

下部管群５Ｂ２のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの上方には、外部流路に通じた水平な、第１の外部レーン３３が複数設けられ、イナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの下には管群の下隅から６０°のラインに沿って外部流路に通じる第２の外部レーン３４が設けられている。

この場合、第１の外部レーン３３および第２の外部レーン３４とも、下部管群５Ｂ２の横幅のほぼ１／４程度まで形成されるのが好ましい。

また、上部管群５Ａ２の上面の外周部ならびに容器１の側壁２１に面した外周部、および下部管群５Ｂ２の容器１の側壁２１に面した外周部には、凝縮を担わない保護管列が複数列設けられている。

さらに、上部管群５Ａ１、５Ａ２および下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の中に設けた下向きに開口した囲い板部２７Ａ、２７Ｂの内部の圧力（ガス冷却部内圧力）を、上部管群５Ａ１、５Ａ２で相対的に低く、下部の管群５Ｂ１、５Ｂ２で相対的に高く設定した運転を行なう。このような圧力設定は、囲い板部２７Ａ、２７Ｂの開口部の反対側に設けたガス抽出ダクト２８Ａ、２８Ｂに適当なオリフィスを設けることによって行なえる。

以上説明した本発明の第１の実施形態による復水器では、容器１内に設けられた４個の管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２の内、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２間の下方に邪魔板２２が伝熱菅３の長手方向に沿って設けられている。そのため、タービン２からの排出蒸気流が、容器１の側壁２１沿いに下向きに流れ、ホットウェルカバー３６と下部管群５Ｂ１、５Ｂ２との間を容器１中央に向かって流れて中央蒸気通路１４３を上方へ流れるような旋回流を抑制できる。それによって、蒸気の圧力損失を抑制することができる。もともと容器１の壁に近いほど高速な流れとなるため、邪魔板２２がない場合は上記旋回流が発生し、圧力損失が大きくなる。

また、上部管群５Ａ１、５Ａ２と下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の間に、上部管群５Ａ１、５Ａ２の最下面と同じ寸法か、或いは長く、端部に立ち上がり部４０を有する管群間イナンデーション防止板２３を設け、さらに上部管群５Ａ１、５Ａ２内にイナンデーション防止板２４ａ〜２４ｃを設け、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２内にイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂを設けているので、管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２内で凝縮した凝縮水が管群内を下に垂れる事(inundation)による熱伝達率低下を抑制することができる。

さらに、管群間イナンデーション防止板２３の表面上は、タービン２の偏った流速分布のために多くの蒸気が流れて高速流となり、その流れに流体の粘性力により上部管群から流路へ引きずられる。しかし、上部管群５Ａ１、５Ａ２内のガス冷却部１２Ａは上部管群５Ａ１、５Ａ２のほぼ中央としてガス冷却部１２Ａより下の管群に厚みを持たせ、ガス冷却部１２Ａを構成する上部管群５Ａ１、５Ａ２のガス冷却部１２Ａを囲む囲み板部２７Ａの外側板２７Ａａは内側板２７Ａｂよりも短いので、上部管群５Ａ１の凝縮による蒸気引き寄せ力が増し、スムーズに不凝縮ガスをガス冷却部１２Ａに導くことができる。

一方、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２においては、ガス冷却部１２Ｂの位置を下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の高さ方向中央より上側としているので、ガス冷却部１２Ｂの位置が、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２エリアの最も低圧となる場所に近く、淀みなくスムーズに不凝縮ガスをガス冷却部１２Ｂに導くことができる。

また、淀みの生じやすい上部管群５Ａ１、５Ａ２内のイナンデーション防止板２４ａと管群間イナンデーション防止板２３の間の部分の管群はその大きさを小さく、外形を半円形とし、容器１の側壁２１から水平な蒸気通路の外部レーン３２を設けたことも、淀みなくスムーズに不凝縮ガスをガス冷却部１２Ｂに導く効果を高めている。

また、上部管群５Ａ１、５Ａ２は、周囲に複数の外部レーン２０、３２を有し、内部に、蒸気通路２６Ａと連通しイナンデーション防止板２４ａの下方にまで延びる第1の内部レーン３０が設けられ、イナンデーション防止板２４ｃの上方には、管群の中ほどからイナンデーション防止板２４ｃの下方にまで延びる第２の内部レーン３１が設けられている。このため、蒸気通路２６Ａから蒸気を上部管群５Ａ１、５Ａ２の内部に取り込みやすく、スムーズに蒸気を上部管群５Ａ１、５Ａ２の上方から下方へ送り込むことができる。

さらに、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２それぞれに、水平な２枚のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの上下に、外部レーン３３、３４を設けているので、スムーズに不凝縮ガスをガス冷却部１２Ｂに導くことがきる。

また、上部管群５Ａ１、５Ａ２の最下端で、容器１の中心に近い側で水平な列が複数下方に突出した突出部４５を形成し、その容器１の側壁２１に近い側で下部管群５Ａ１、５Ａ２の下端部に大きな窪み４６を設けているので、管群間イナンデーション防止板２３の上面に沿った高速な流れに引きずられ勝ちな管群内の流れを上昇流とし、不凝縮ガスをスムーズにガス冷却部１２Ａに流入させることができる。

また、上部管群５Ａ１、５Ａ２内のイナンデーション防止板２４ａが、その上方の管群外周部より外側に突出しているので、イナンデーション防止板２４ａの上方から上部管群５Ａ１、５Ａ２に流入する蒸気を多くでき、イナンデーション防止板２４ａの下部に生じやすい渦の発生を抑制する効果がある。

さらに、管群間イナンデーション防止板２３は、タービン排気口の中心線に近い方２３ｂが、タービン排気口の中心線から遠い側２３ａよりも長く水平に突出している。このため、タービンの主軸と復水器容器１の中心線の水平方向ずれに起因して管群間イナンデーション防止板２３に沿って流入する蒸気流量のアンバランスが、緩和される。

また、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２それぞれの高さ方向ほぼ中央に設置された２枚のイナンデーション防止板２５ａ、２５ｂの流路側の端部には、立ち上がり部４０が設けられているのに加えて立ち下がり部４１も設けられて全体としてＴ字形を成しているので、管群外部の流路より大量の蒸気が管表面を経ないで流入することを抑制することができる。

さらに、各管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２の容器１の側壁２１に面した部分と、上部管群５Ａ１、５Ａ２の上面の管群外周に沿って、凝縮を担わない保護管列が配置されているので、蒸気タービンの高速流に載って加速された水滴による管群や構成部材の損傷を防ぐことができる。

また、各管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２内に設けた下向きに開口した囲い板部２７Ａ、２７Ｂ内部の圧力を、上部管群５Ａ１、５Ａ２の囲い板部２７Ａでは相対的に低く、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の囲い板部２７Ｂでは相対的に高く設定して運転する。このため、もともと容器１内の下方ほど圧力が相対的に高く、容器１の上部ほど圧力が相対的に低くなる圧力分布傾向に合致した運転ができ、効率的に不凝縮ガスをガス冷却部１２Ａ、１２Ｂに導くことができる。

さらに、既存の容器１を利用して新たな伝熱管に取り替える工事を行なう場合、伝熱管が複数個の管群に分割されているので、タービン建屋運転床開口部、或いは壁開口部のどちらからでも分割された各管群の一体搬入が可能となり、取替え工事を容易に行なえる。

［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。なお以下の実施形態の説明において、第１の実施形態と同一または類似の部分には同一の符号を付して、重複説明は省略する。

図５に示すように、上部管群５Ａ１、５Ａ２のそれぞれの中心線５０が、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２のそれぞれの中心線５１に比べて、容器１内の中央に近い位置にある。

本実施形態では、タービン排気の高速流が通過する容器１の側壁２１に沿った流路の幅が、特に上部管群５Ａ１、５Ａ２の横の位置で広い。そのため、管群間イナンデーション防止板２３と上部管群５Ａ１、５Ａ２内のイナンデーション防止板２４ａの間に生じがちな淀みを抑制でき、スムーズにガス冷却部１２Ａ、１２Ｂに蒸気を導くことができる。

［第３の実施形態］
次に本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。この実施形態では、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２のガス冷却部１２Ｂが第１の実施形態よりも上方に設けられている。好ましくは、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２の高さの上から１０％以内の位置とすると良い。

本実施形態によれば、下部管群５Ｂ１、５Ｂ２のガス冷却部１２Ｂと下部管群５Ｂ１、５Ｂ２内のイナンデーション防止板２５との間の距離が長くなる。このため、イナンデーション防止板２５とガス冷却部１２Ｂとの間に生じやすい淀みを抑制することができ、スムーズにガス冷却部１２Ｂに不凝縮ガスを導く効果が得られる。

［第４の実施形態］
次に本発明の第４の実施形態について図７を参照して説明する。この実施形態では、管群間イナンデーション防止板２３が第１の実施形態よりも下方に設けられている。好ましくは、上部管群５Ａ１、５Ａ２と下部管群５Ｂ１、５Ｂ２との間の中心線より下方に設けるようにすると良い。

本実施形態によれば、上部管群５Ａ１、５Ａ２の下端と管群間イナンデーション防止板２３の間の距離が長くなる。このため、管群間イナンデーション防止板２３面の上方を流れる蒸気速度が比較的遅く、管群間イナンデーション防止板２３とイナンデーション防止板２４との間の管群に生じがちな淀みを抑制することができ、スムーズにガス冷却部１２Ａに不凝縮ガスを導く効果が得られる。

［第５の実施形態］
次に本発明の第５の実施形態について図８〜図１０を参照して説明する。図８は本発明の第５の実施形態の復水器の正面立断面図、図９は管群部を拡大して示す図、図１０は上部管群のガス冷却部の斜視図である。

本実施形態の復水器は、第１の実施形態と比べて下部管群５Ｂ１、５Ｂ２は同じであるが、上部管群５Ａ１、５Ａ２は異なる。

上部管群５Ａ１、５Ａ２のガス冷却部１２Ａは、それぞれの上部管群５Ａ１、５Ａ２の下側で、かつ、容器１の側壁２１寄りに位置していて、伝熱管３の長手方向に延びている。ガス冷却部１２Ａは、側壁２１の反対向きに横方向に開口した囲い板部２７Ａで囲まれている。囲い板部２７Ａは、管群間イナンデーション防止板２３の上面から上方に立ち上がって伝熱管３の長手方向に延びる外側端板１３５と、外側端板１３５の上端から上部管群５Ａ１、５Ａ２の内側に向かって水平に延びる上板１３６とを有し、管群間イナンデーション防止板２３の端部付近が、囲い板部２７Ａの構成要素の一部として共用されている。

外側端板１３５にはガス抽出孔４２が設けられ、ガス抽出孔４２の外側にガス抽出ダクト２８Ａが接続されている。ガス抽出ダクト２８Ａは容器１の側壁２１に向かって水平に延び、伝熱管３の長手方向に延びるガス集合管４３に接続されている。ガス集合管４３は、容器１の外側に配置された図示しない真空装置に接続されている。

また、管群間イナンデーション防止板２３の上面から上方に向かって、また、伝熱管３方向に、ショートパス防止板１３９が延びている。ショートパス防止板１３９は、管群間イナンデーション防止板２３と上部管群５Ａ１、５Ａ２との隙間１３７よりも高く、ショートパス防止板１３９の上端は上部管群５Ａ１、５Ａ２内に挿入されている。図１０に示すように、ショートパス防止板１３９の伝熱管３方向側面には、切り欠き１４０が設けられている。切り欠き１４０は、互いに隣接する支え板４のほぼ中央に配置されている。

図８および図９に示すように、上部管群５Ａ１、５Ａ２の上端中央から下方に向けて蒸気通路レーン１４２が設けられ、上部管群５Ａ１、５Ａ２の中ほど水平に上部管群５Ａ１、５Ａ２内のイナンデーション防止板１３３、１３４が設置されている。

本実施形態の復水器は、上部管群５Ａ１、５Ａ２内のガス冷却部１２Ａの位置を上部管群５Ａ１、５Ａ２の下端かつ側壁２１寄りとし、管群間イナンデーション防止板２３と接して設置したので、蒸気タービン２から排出され、側壁２１を伝って流れ降りて来た蒸気は、上部管群５Ａ１、５Ａ２内で凝縮しながら、淀みなくガス冷却部１２Ａへ向かって流れる。

管群間イナンデーション防止板２３の上に、管群間イナンデーション防止板２３と上部管群５Ａ１、５Ａ２との隙間１３７よりも高いショートパス防止板１３９が設けられているので、中央蒸気流路１４３より下向きに流れ込んだ蒸気が管群間イナンデーション防止板２３と上部管群５Ａ１、５Ａ２の間の隙間１３７を、伝熱管３の周辺を通らず直接ガス冷却部１２Ａに流入することを防止できる。さらに、各支え板４の間中央にショートパス防止板１３９の切り欠き１４０を設けたので、上部管群５Ａ１、５Ａ２で凝縮して管群間イナンデーション防止板２３の上に溜まった凝縮水を、ガス冷却部１２Ａから中央蒸気通路１４３へ流し落とすことができる。

また、上部管群５Ａ１、５Ａ２の上端中央から下方に向けて蒸気通路レーン１４２を設けたので、上部管群５Ａ１、５Ａ２の上方から流れて来た蒸気をスムーズに上部管群５Ａ１、５Ａ２内に導くことができ、さらに上部管群５Ａ１、５Ａ２内の中ほどにイナンデーション防止板１３３、１３４を設置したので、イナンデーション防止板１３３、１３４より上方で凝縮した凝縮水をここで受け、下方へ落ちないようにすることより、イナンデーション防止板１３３、１３４より下方の伝熱管３の熱伝達率劣化を抑制することができる。

［第６の実施形態］
図１１は本発明の第６の実施形態の復水器の正面立断面図である。

本実施形態の復水器は、第１の実施形態に比べて下部管群は同じであるが、上部管群５Ａ１、５Ａ２は異なり、第５の実施形態の上部管群５Ａ１、５Ａ２のそれぞれの内側と外側を反転した構成である。

本実施形態の復水器では、ガス冷却部１２Ａの位置を上部管群５Ａ１、５Ａ２の下端の中央蒸気流路１４３側とし、管群間イナンデーション防止板２３と接して設置している。タービン２から排出された蒸気は、側壁２１に沿って下方に流れ、上部管群５Ａ１、５Ａ２内で凝縮しながら、管群間イナンデーション防止板２３に沿って淀みなくガス冷却部１２Ａへと流入する。

また、管群間イナンデーション防止板２３の上に、管群間イナンデーション防止板２３と上部管群５Ａ１、５Ａ２との隙間１３７よりも高いショートパス防止板１３９が設置されているので、側壁２１に沿って流れて来た蒸気が管群間イナンデーション防止板２３と上部管群間の隙間１３７を流れて伝熱管３の周辺を通らずに直接ガス冷却部１２Ａに流入することを抑制できる。さらに互いに隣接する支え板４の間の中央位置でショートパス防止板１３９に切り欠き１４０を設けたので、上部管群５Ａ１、５Ａ２で凝縮し管群間イナンデーション防止板２３の上に溜まった凝縮水を、ガス冷却部１２Ａから中央蒸気通路１４３へ流し落とすことができる。

上部管群５Ａ１、５Ａ２の上端中央から下方に向けて蒸気通路レーン１４２を設置したので、上部管群上方から流れて来た蒸気をスムーズに管群内に導くことができ、さらに上部管群内中ほど水平に上部管群内のイナンデーション防止板１３３、１３４を設置したので、イナンデーション防止板１３３、１３４より上方で凝縮した凝縮水をここで受け、下方へ落ちないようにすることより、イナンデーション防止板１３３、１３４より下方の伝熱管３の熱伝達率劣化を抑制することができる。

［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、上下方向に２段、水平方向に２列の管群を備えた復水器としたが、管群は３段以上かつ／または３列以上あってもよい。３段の場合、中段の管群は、最上段の管群に対しては下部管群となり、最下段の管群に対しては上部管群となる。

また、上記実施形態では、４つの管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２の両端部を２対の管板６ａ、６ｂで支持するものとしたが、１対の管板で４つの管群５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２の両端を固定するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。 図１の復水器を示す側面立断面図である。 図１の復水器の伝熱管群を示す正面立断面図である。 図１の復水器の伝熱管群の要部を示す拡大正面立断面図である。 本発明の第２の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。 本発明の第３の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。 本発明の第４の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。 本発明の第５の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。 図８の復水器の伝熱管群を示す正面立断面図である。 本発明の第５および第６の実施形態の復水器の上部管群のガス冷却部付近を示す拡大斜視図である。 本発明の第６の実施形態による復水器を示す正面立断面図である。

符号の説明

１：容器、２：蒸気タービン、３：伝熱管、５Ａ１、５Ａ２、５Ｂ１、５Ｂ２：伝熱管群、６ａ、６ｂ：管板、７ａ、７ｂ：水室、１０：ホットウエル、１２Ａ、１２Ｂ：ガス冷却部、２０：外部レーン、２１：側壁、２２：邪魔板、２３：管群間イナンデーション防止板、２４ａ〜２５ｂ：イナンデーション防止板、２６Ａ、２６Ｂ：蒸気通路、２７：囲い板、２８Ａ、２８Ｂ：ガス抽出ダクト、３０：第１の内部レーン、３１：第２の内部レーン、３２：第２の外部レーン、３３：第１の外部レーン、３４：第２の外部レーン、４０：立ち上がり部、４１：立ち下がり部、４２：ガス抽出孔４２：ガス集合管、４５：突出部、４６：窪み、５０、５１：中心線、１３５：外側端板、１３６：上板、１３７：隙間、１３９：ショートパス防止板、１４０：切欠き、１４３：中央蒸気通路

Claims (19)

1. 蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器において、
   少なくとも二つの側壁を有し、前記蒸気タービンから蒸気が流下するように構成された容器と、
   前記容器内で前記蒸気タービンの下方に配列され、内部に冷却媒体が流通し、前記流下してきた蒸気と接して蒸気を凝縮させる、水平方向に延びる複数の伝熱管であって、前記容器内で水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の上部伝熱管群と、前記上部伝熱管群のそれぞれの下方位置に水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の下部伝熱管群とを有し、前記各伝熱管群は前記複数の伝熱管が格子状に配列されてなるその複数の伝熱管と、
   前記複数の伝熱管を支持する複数の管板と、
   前記下部伝熱管群同士の間の下部に配置されて水平方向に延びて蒸気の流れを妨げる邪魔板と、
   前記上部伝熱管群と前記下部伝熱管群がそれぞれ互いに上下に対向する間の位置に配置されて水平方向に延びて上方から流下する凝縮水を水平方向に導く管群間イナンデーション防止板と、
   前記各伝熱管群内で前記伝熱管に平行にほぼ水平に延びるように配置されてガス抽出孔を有する上板と、前記ガス抽出孔をはさんでしかも複数の前記伝熱管をはさんで前記上板から互いに間隔をあけて下方にかつ前記伝熱管に平行に延びる２枚の側板とを有する囲い板部と、
   前記ガス抽出孔に接続されて前記囲い板部のガスを前記容器の外へ導くガス抽出ダクトと、
   を有することを特徴とする復水器。
2. 前記各下部伝熱管群の伝熱管の数よりも前記各上部伝熱管群の伝熱管の数の方が少ないことを特徴とする請求項１記載の復水器。
3. 前記伝熱管の方向に延びる前記管群間イナンデーション防止板の端部に立ち上がり部が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の復水器。
4. 前記各上部伝熱管群の中の前記複数の伝熱管の間にそれぞれ配置されて、水平方向に延びて、上方から流下する凝縮水を水平方向に導く３枚の上部管群内イナンデーション防止板であって、互いに隙間をあけて配置された上部管群内イナンデーション防止板と、
   前記各下部伝熱管群の中の前記複数の伝熱管の間にそれぞれ配置されて、水平方向に延びて、上方から流下する凝縮水を水平方向に導く複数の下部管群内イナンデーション防止板であって、互いに隙間をあけて配置された下部管群内イナンデーション防止板と、
   をさらに有し、
   前記３枚の上部管群内イナンデーション防止板の内の中央の上部管群内イナンデーション防止板が前記上板の上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の復水器。
5. 前記少なくとも二つの上部伝熱管群のうちの前記容器の側壁に隣接する二つの上部伝熱管群内の前記上部管群内イナンデーション防止板の前記容器側壁に近い側の下方の前記上部伝熱管配列の伝熱管に垂直な断面で見た形状が、前記容器側壁に向かって膨らんだほぼ半円形状であって、
   このほぼ半円形状の部分に、前記容器の側壁に向かって水平に延びて前記上部伝熱管群の中心方向に向けて蒸気を導く少なくとも一つの蒸気通路レーンが設けられていることを特徴とする請求項４記載の復水器。
6. 前記下部管群内イナンデーション防止板の上方に、前記下部伝熱管群の外側より水平方向に蒸気を導入する少なくとも一つの蒸気通路レーンが設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の復水器。
7. 前記下部管群内イナンデーション防止板の下方に、前記下部伝熱管群の外側より斜め上方に蒸気を導入する少なくとも一つの蒸気通路レーンが設けられていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか記載の復水器。
8. 前記下部管群内イナンデーション防止板の前記下部伝熱管群の外側の端部に、前記伝熱管の方向に延びる立ち上がり部および立ち下り部が形成されていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか記載の復水器。
9. 前記下部伝熱管内イナンデーション防止板は、前記下部伝熱管群の高さ方向中央より上の位置に設けられていることを特徴とする請求項４ないし８のいずれか記載の復水器。
10. 前記下部伝熱管群内に配置された前記囲い板部の上板は、前記下部伝熱管群内の高さ方向の上から１０％以内の位置に設置されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の復水器。
11. 前記上部伝熱管群内の前記囲い板部は、前記上部伝熱管群の高さ方向の中央よりも高い位置に設置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載の復水器。
12. 前記少なくとも二つの上部伝熱管群のうちの前記容器の側壁に隣接する二つの上部伝熱管群内の前記囲い板部それぞれを構成する前記２枚の側板は、前記容器の壁に近い側の外側板と、この外側板よりも内側にあって外側板よりも下方まで延びる内側板とからなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載の復水器。
13. 前記少なくとも二つの上部伝熱管群のうちの前記容器の側壁に隣接する二つの上部伝熱管群それぞれについて、側壁から遠い側の下端部に沿って少なくとも水平１列の前記伝熱管からなる突出部が形成され、その突出部の前記側壁から近い側に少なくとも水平２列の前記伝熱管に相当する深さの、伝熱管が設置されていない窪み領域が形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載の復水器。
14. 前記少なくとも二つの上部伝熱管群のうちの前記容器の側壁に隣接する二つの上部伝熱管群に隣接する前記管群間イナンデーション防止板は、前記側壁に対向する外側端部とその外側端部の反対側の内側端部とを有し、前記外側端部と前記側壁との距離は前記上部伝熱管群と前記側壁との距離と等しいか短く、前記内側端部は前記下部伝熱管群の内側端部よりも容器の中心線寄りにあることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか記載の復水器。
15. 前記上部伝熱管群のうちの前記容器の側壁に隣接する二つの上部伝熱管群は、それぞれに対向する前記下部伝熱管群よりも、内側に配置されていて、前記上部伝熱管群と前記側壁との間の距離が前記下部伝熱管群と前記側壁との間の距離よりも大きいこと特徴とする請求項１ないし１４のいずれか記載の復水器。
16. 前記管群間イナンデーション防止板は、前記上部伝熱管群と前記下部伝熱管群の間の隙間の中央よりも下方にあることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか記載の復水器。
17. 軸を水平にした蒸気タービンから排出される蒸気を凝縮させる復水器において、
    少なくとも二つの側壁を有し、前記蒸気タービンから蒸気が流下するように構成された容器と、
    前記容器内で前記蒸気タービンの下方に配列され、内部に冷却媒体が流通し、前記流下してきた蒸気と接して蒸気を凝縮させる、水平方向に延びる複数の伝熱管であって、前記容器内で水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の上部伝熱管群と、前記上部伝熱管群のそれぞれの下方位置に水平方向に互いに間隔をあけて配置された少なくとも２個の下部伝熱管群とを有し、前記各伝熱管群は前記複数の伝熱管が格子状に配列されてなるその複数の伝熱管と、
    前記複数の伝熱管の端部を固定して鉛直方向に延びる複数の管板と、
    前記下部伝熱管群同士の間の下部に配置されて水平方向に延びて蒸気の流れを妨げる邪魔板と、
    前記上部伝熱管群と前記下部伝熱管群がそれぞれ互いに上下に対向する間の位置に配置されて水平方向に延びて上方から流下する凝縮水を水平方向に導く管群間イナンデーション防止板と、
    前記各下部伝熱管群内で前記伝熱管に平行に水平に延びるように配置されてガス抽出孔を有する第１の上板と、前記ガス抽出孔をはさんでしかも複数の前記伝熱管をはさんで前記上板から互いに間隔をあけて下方にかつ前記伝熱管に平行に延びる２枚の側板とを有する下部管群囲い板部と、
    前記各上部伝熱管群の下端部の前記容器の側壁側で前記管群間イナンデーション防止板から前記上部伝熱管群の外側端部に沿って立ち上がり、ガス抽出孔を有する外側端板と、前記外側端板の上端に接続されて前記管群間イナンデーション防止板に平行に延びる第２の上板とを有して前記管群間イナンデーション防止板との間に複数の前記伝熱管をはさみこむ上部管群囲い板部と、
    前記下部管群囲い板部の第１の上板および上部管群囲い板部の外側端板の前記ガス抽出孔に接続されて前記下部管群囲い板部および上部管群囲い板部のガスを前記容器の外へ導くガス抽出ダクトと、
    を有することを特徴とする復水器。
18. 前記管群間イナンデーション防止板上から立ち上がって前記伝熱管の方向に延び、その上端が前記上部管群内に挿入されている、ショートパス防止板をさらに有することを特徴とする請求項１７記載の復水器。
19. 前記ショートパス防止板は、前記管群間イナンデーション防止板上の凝縮水を水平方向に流すための切り欠きを有することを特徴とする請求項１８記載の復水器。
    

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