JP2019184169A - 凝縮器 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な除熱量を維持しつつ小型化が可能な凝縮器を提供する。【解決手段】凝縮器は、上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管１０と、複数の伝熱管１０を取り囲むケーシング２０とを備える。ケーシング２０は、複数の伝熱管１０の最上部よりも上側の位置に設けられた第１開口部３１と、複数の伝熱管１０の最下部よりも下側の位置に設けられた第２開口部３２と、複数の伝熱管１０の最上部と最下部との間の位置に設けられた第３開口部３３とを有する。第３開口部３３を閉塞するように気体分離膜４０が設けられている。気体分離膜４０は、特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、その特定の凝縮性ガスよりも分子径の大きい非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、非凝縮性ガスと凝縮性ガスを含む混合ガスを冷却するための凝縮器に係り、更に詳しくは、動的機器による強制循環でなく自然循環により混合ガスを冷却する凝縮器に関する。

凝縮器は、一般的に、水平方向及び鉛直方向に配置された複数の伝熱管を備えており、伝熱管内に冷媒を流して伝熱管外表面で凝縮性ガスを凝縮させるものである。凝縮器では、通常、必要な除熱量に応じて伝熱管の本数及び長さが決定される。

ところで、原子力プラントの事故時における原子炉格納容器の冷却に凝縮器を適用する場合を考える。沸騰水型原子力プラントでは、通常運転時に格納容器内に窒素が充填されているので、非凝縮性ガスとしての窒素と事故時に格納容器内に移行した凝縮性ガスとしての水蒸気とを含む混合ガスを凝縮器によって凝縮させることになる。また、過酷事故等を考慮すると、電動ファン等の動的機器を使用することなく自然循環力を利用して水蒸気を凝縮器によって凝縮させることが望ましい。自然循環力を利用して混合ガスを冷却する凝縮器として、上面および下面が開放されたケーシングと、ケーシング内の上部空間に配置され冷媒が流入流出する複数の伝熱管とを備え、ケーシング内の下部空間に伝熱管が配置されていない下部チムニ空間を設けているものが提案されている（例えば、特許文献１の第４実施例を参照）。

特開２０１７−２６５４１号公報

特許文献１に記載の凝縮器のように、非凝縮性ガスを含む混合ガスを自然循環力を用いて冷却する凝縮器では、上流側に位置する伝熱管で混合ガスの凝縮性ガスが凝縮すると、その分、下流側の混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度が上昇する。混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度の上昇により、下流側に位置する伝熱管での熱伝達率が低下する。すなわち、凝縮器内では、混合ガスの下流側に位置する伝熱管ほど熱伝達率が低下していく。したがって、自然循環力を利用して混合ガスを冷却する凝縮器では、混合ガスの下流側での熱伝達率の低下分、必要な除熱量を維持するためには、伝熱管の本数や長さを増加させる必要があり、凝縮器が大型化するという問題がある。特に、原子炉格納容器内に凝縮器を設置する場合、設置可能な空間が限られており、凝縮器を小型化することが望ましい。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、必要な除熱量を維持しつつ小型化が可能な凝縮器を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管を取り囲むケーシングとを備え、前記ケーシングは、前記複数の伝熱管の最上部よりも上側の位置に設けられた第１開口部と、前記複数の伝熱管の最下部よりも下側の位置に設けられた第２開口部と、前記複数の伝熱管の最上部と最下部との間の位置に設けられた第３開口部とを有し、前記第３開口部を閉塞するように気体分離膜が設けられ、前記気体分離膜は、特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、前記特定の凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有することを特徴とする。

本発明によれば、ケーシングの第３開口部に特定の凝縮性ガスを選択的に透過させる特性を有する気体分離膜を設けることで、特定の非凝縮性ガスの第３開口部を介したケーシング内への流入を防止しつつ特定の凝縮性ガスの第３開口部を介したケーシング内の流入を可能としたので、特定の凝縮性ガスと非凝縮性ガスとで構成された混合ガスを冷却する場合に、凝縮器内の第３開口部よりも下流側の混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度を、第３開口部を介した凝縮性ガスの流入により低下させることができる。その結果、第３開口部よりも下流側に位置する伝熱管における伝熱効率（熱伝達率）が従来構成の凝縮器と比較して向上するので、必要な除熱量を維持しつつ伝熱管の本数の削減や長さの短縮が可能となる。すなわち、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器の小型化が可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の凝縮器の第１の実施の形態を適用する沸騰水型原子力プラントを示す概略図である。 本発明の凝縮器の第１の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の凝縮器の第１の実施の形態の作用・機能を示す説明図である。 本発明の凝縮器の第２の実施の形態を示す斜視図である。 本発明の凝縮器の第３の実施の形態におけるケーシングの一部分の構造を示す断面図である。 本発明の凝縮器のその他の実施の形態を示す斜視図である。

以下、本発明の凝縮器の実施の形態について図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
まず、本発明の凝縮器の第１の実施の形態を適用する原子力プラントの構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の凝縮器の第１の実施の形態を適用する沸騰水型原子力プラントを示す概略図である。

図１において、沸騰水型原子力プラント１００（以下、原子力プラントという）は、炉心１０１を内蔵する原子炉圧力容器１０２と、原子炉圧力容器１０２を格納する原子炉格納容器１０３とを備えている。原子炉格納容器１０３の内部空間は、原子炉圧力容器１０２を配置するドライウェル１０４と、冷却水を貯留するサプレッションチャンバ１０５とに区画されている。ドライウェル１０４内には、原子炉圧力容器１０２に接続された主蒸気管を含む各種の配管（図示せず）や後述のドライウェル冷却器としての凝縮器１を含む各種の機器（図示せず）等が配置されている。また、ドライウェル１０４内には、グレーチングと称する網状の鋼板により床１０７が形成されており、各種の配管や機器等の点検時に作業者が歩行可能となっている。ドライウェル１０４には、通常運転時、窒素ガスが充填される。

原子力プラント１００は、また、原子炉格納容器１０３に水蒸気が移行するような事故が発生した際の原子炉格納容器１０３の過圧を防止するための冷却システム１１０を備えている。冷却システム１１０は、ドライウェル１０４内の床１０７上に設置されたドライウェル冷却器としての凝縮器１と、凝縮器１で除熱された熱を外部に放出する外部熱交換器１１２とを有している。凝縮器１と外部熱交換器１１２は、外部熱交換器１１２の冷媒出口から凝縮器１の冷媒入口へ冷媒（例えば、冷却水）を運ぶ入口側配管１１３と、凝縮器１の冷媒出口から流出した冷媒を外部熱交換器１１２の冷媒入口へ運ぶ出口側配管１１４とで接続されている。出口側配管１１４には、冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ１１５が設置されている。外部熱交換器１１２には、例えば、外部ポンプ１１７によって冷媒として海水が引き込まれている。外部熱交換器１１２は、凝縮器１から運ばれた熱を海水に伝達して最終的に除熱した熱を海に放出する。

原子力プラント１００に適用する本実施の形態の凝縮器１は、原子炉格納容器１０３内に流出した凝縮性ガスとしての水蒸気と通常運転時に原子炉格納容器１０３内に充填された非凝縮性ガスとしての窒素ガスとの混合ガスＭを冷却して水蒸気を凝縮させるものである。また、この凝縮器１は、電動ファン等の動的機器による強制循環ではなく、自然循環によって水蒸気（凝縮性ガス）を凝縮させるものである。

次に、発明の凝縮器の第１の実施の形態の構成について図２を用いて説明する。図２は本発明の凝縮器の第１の実施の形態を示す斜視図である。

図２において、凝縮器１は、水平方向および上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管１０と、複数の伝熱管１０を取り囲んで収容するケーシング２０とを備えている。複数の伝熱管１０の一端側には入口ヘッダ１１が、複数の伝熱管１０の他端側には出口ヘッダ１２が接続されている。

複数の伝熱管１０は、例えば、水平方向（図２中、左右方向）に延在してＵ字状の折返部を複数有する管路が上下方向に複数段（（図２では、１２段）並置されるように構成されている。入口ヘッダ１１は、上述の入口側配管１１３（図１参照）に接続され、複数の伝熱管１０に冷媒を分配して供給するものである。出口ヘッダ１２は、上述の出口側配管１１４（図１参照）に接続され、複数の伝熱管１０からの冷媒を合流させて回収するものである。入口ヘッダ１１及び出口ヘッダ１２は、ケーシング２０外の側方に配置されている。

ケーシング２０は、例えば、上下方向に貫通する角筒状の側壁２１で構成されている。ケーシング２０の高さは、複数の伝熱管１０を収容可能なように、複数の伝熱管１０で構成された伝熱管群の高さよりも幾分大きくなるように設定されている。ケーシング２０は、複数の伝熱管１０の最上部よりも上側に位置する側壁２１の上端において上下方向に開口する第１開口部３１と、複数の伝熱管１０の最下部よりも下側に位置する側壁２１の下端において上下方向に開口する第２開口部３２とを有している。凝縮性ガスとしての水蒸気と非凝縮性ガスとしての窒素ガスの混合ガスＭを冷却する場合、詳細は後述するが、第１開口部３１が混合ガスＭの流入口として機能し、第２開口部３２が混合ガスＭの排出口として機能する。

ケーシング２０の側壁２１には、側方に開口してケーシング２０の内外を連通させる第３開口部３３が複数（図２では、例えば２つ）設けられている。第３開口部３３は、複数の伝熱管１０の最上部と最下部との間の位置に設けられている。第３開口部３３は、混合ガスＭを構成する水蒸気の凝縮により混合ガスＭ中の窒素ガス濃度が上昇して伝熱管１０と混合ガスＭの伝熱効率が大きく低下する領域に設けることが好ましい。すなわち、上下方向に多段に配置されている伝熱管１０のうち、上段側ではなく、中段や下段側の伝熱管１０の位置に第３開口部３３を設けることが好ましい。

各第３開口部３３にはそれぞれ、第３開口部３３を閉塞するように気体分離膜４０が設けられている。気体分離膜４０は、分子レベルの網目構造を有しており、細孔よりも大きな分子径を有する分子を透過させない構造となっている。本実施の形態では、水蒸気と窒素ガスの混合ガスＭを冷却することを想定している。そこで、気体分離膜４０は、凝縮性ガスとしての水蒸気分子が透過しやすい一方、水蒸気分子よりも分子径が大きい非凝縮性ガスとしての窒素ガス分子が透過しにくい特性を有している。水蒸気分子の分子径は例えば約０．２６４ｎｍであり、窒素ガス分子の分子径は約０．３８ｎｍである。したがって、気体分離膜４０は、例えば、その網目構造の網目（細孔）の大きさを０．２６４ｎｍよりも大きく０．３８ｎｍよりも小さくすることで、水蒸気分子を選択的に透過させることができる。

次に、本発明の凝縮器の第１の実施の形態を原子力プラントの原子炉格納容器内に設置した場合の作用・機能を図１乃至図３を用いて説明する。図３は本発明の凝縮器の第１の実施の形態の作用・機能を示す説明図である。なお、図３において、図１及図２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１に示す原子力プラント１００の原子炉圧力容器１０２や図示しない主蒸気配管等の配管の一部が損傷してドライウェル１０４内に水蒸気が放出される事故が発生した場合を想定する。ドライウェル１０４内に放出された水蒸気によりドライウェル１０４内の圧力が上昇するので、原子炉格納容器１０３の過圧破損を防ぐ必要がある。本実施の形態では、ドライウェル１０４内に充填されていた窒素とドライウェル１０４内に流出した水蒸気の混合ガスＭを凝縮器１により冷却して水蒸気を凝縮させることで、原子炉格納容器１０３の過圧を防止する。

事故時には、図２に示す凝縮器１の複数の伝熱管１０に入口ヘッダ１１から冷媒としての冷却水が供給される。窒素と水蒸気の混合ガスＭが凝縮器１のケーシング２０内に取り込まれると、混合ガスＭよりも温度の低い伝熱管１０の外表面で水蒸気が凝縮して水蒸気の潜熱が伝熱管１０を流れる冷却水に移動する。混合ガスＭとの熱交換により温度が上昇した冷却水は、出口ヘッダ１２で回収されて図１に示す出口側配管１１４を介して外部熱交換器１１２で冷却され、入口側配管１１３を介して再び入口ヘッダ１１に送られる。

図２に示す凝縮器１内に取り込まれた混合ガスＭが冷却されて凝縮性ガスとしての水蒸気が凝縮すると、非凝縮性ガスとしての窒素ガスが伝熱管１０の周囲に残留し、ケーシング２０内の混合ガスＭにおける窒素ガス濃度が増加する。窒素ガスは水蒸気よりも密度が大きいので、ケーシング２０内の混合ガスＭの密度はケーシング２０外の周囲の混合ガスＭの密度よりも大きくなる。このため、ケーシング２０内の混合ガスＭは下向きに流れてケーシング２０の下端の第２開口部３２から排出される。ケーシング２０の第２開口部３２から混合ガスＭが排出されると、凝縮器１の周囲の混合ガスＭが新たにケーシング２０の上端の第１開口部３１からケーシング２０内に流入する。

このように、混合ガスＭ中に水蒸気よりも密度の大きな窒素ガスが含まれると、ケーシング２０内には、水蒸気と窒素ガスの密度差に起因したケーシング２０の内外の混合ガスＭの密度差を駆動力として、上から下に向かう自然循環流が生じる。したがって、凝縮器１は、水蒸気を含む混合ガスＭを継続的に取り込んで冷却し水蒸気を凝縮することができる。

ところで、凝縮器１内では、混合ガスＭに含まれる水蒸気が自然循環流により上方から下方へ向かって流れていくにしたがって上下方向に配置された複数の伝熱管１０との熱交換により凝縮するので、下流側の混合ガスＭほど窒素ガス濃度が高くなっていく。混合ガスＭ中の窒素ガス濃度が高くなると、その分、水蒸気の分圧が下がるので、混合ガスＭの温度が低下する。その結果、ケーシング２０内の下側（混合ガスＭの下流側）に位置する伝熱管１０内を流れる冷却水と混合ガスＭとの温度差が小さくなり、その分、伝熱管１０と混合ガスＭの伝熱効率（熱伝達率）が低下する。すなわち、ケーシング２０内の下側（混合ガスＭの下流側）に位置する伝熱管１０では、混合ガスＭ中の窒素ガス濃度の上昇により伝熱効率が低下してしまう。

このことから、水蒸気と窒素ガスの混合ガスＭを冷却する凝縮器１では、設置場所に制約がなければ、上下方向に配置する伝熱管の本数を減らして水平方向に配置する伝熱管の本数を増やす構成の方が凝縮器全体の伝熱効率が向上する。しかし、図１に示す原子炉格納容器１０３のドライウェル１０４内に凝縮器１を設置する場合には、凝縮器１の設置可能な空間に制約がある。設置空間の制約により上下方向に伝熱管を多数配置せざる得ない場合、必要な除熱量を維持するためには、ケーシング２０の下側（混合ガスＭの下流側）に位置する伝熱管１０において伝熱効率が低下する分、水平方向に伝熱管を多数配置する構成の凝縮器と比べて、伝熱管の本数や長さを増加させる必要があるので、凝縮器１が大型化する。

そこで、本実施の形態においては、図２に示すように、ケーシング２０の側壁２１における複数の伝熱管１０の最上部と最下部との間の位置に設けた第３開口部３３に、混合ガスＭのうち水蒸気のみを選択的に透過させる特性を有する気体分離膜４０を設置している。図３に示す凝縮器１のケーシング２０内に混合ガスＭｃの自然循環流が発生すると、自然循環流の速度に応じた動圧分、ケーシング２０内の混合ガスＭｃの静圧が低下するので、ケーシング２０の内外の混合ガスＭｃ、Ｍｓに静圧差が生じる。この静圧差を駆動力として、ケーシング２０外の混合ガスＭｓがケーシング２０の第３開口部３３を介してケーシング２０内へ流入しようとする。しかし、第３開口部３３に設置されている気体分離膜４０によって、水蒸気と窒素ガスの混合ガスＭｓのうち水蒸気Ｓのみがケーシング２０内に流入する。ケーシング２０内に流入した水蒸気Ｓは、水蒸気の一部が凝縮して窒素ガス濃度が高くなったケーシング２０内の混合ガスＭｃと合流して混合される。第３開口部３３を介して流入した水蒸気Ｓと混合された混合ガスＭｃは、流入した水蒸気Ｓの分、窒素ガス濃度が低下する。したがって、凝縮器１では、第３開口部３３よりも下流側（下側）の混合ガスＭｃ中の窒素ガス濃度の低下により、第３開口部３３よりも下側（混合ガスＭｃの下流側）に位置する伝熱管１０での伝熱効率が従来構成の凝縮器よりも向上し、その伝熱量が増加する。

なお、気体分離膜４０を透過できなかった窒素ガスＮは、凝縮器１の周囲の混合ガスＭｓよりも密度が大きいので、重力によってケーシング２０の側壁２１に沿って下方に流れていく。したがって、気体分離膜４０は、窒素ガス分子による目詰まりが発生することなく、凝縮器１の周囲の混合ガスＭｓのうち水蒸気Ｓのみを継続的にケーシング２０内へ流入させることができる。

上述した本発明の凝縮器の第１の実施の形態によれば、ケーシング２０の第３開口部３３に水蒸気（凝縮性ガス）を選択的に透過させる特性を有する気体分離膜４０を設けることで、窒素ガス（非凝縮性ガス）の第３開口部３３を介したケーシング２０内への流入を防止しつつ水蒸気（凝縮性ガス）の第３開口部３３を介したケーシング２０内の流入を可能としたので、水蒸気（凝縮性ガス）と窒素ガス（非凝縮性ガス）とで構成された混合ガスＭを冷却する場合に、凝縮器１内の第３開口部３３よりも下流側（下側）の混合ガスＭ中の窒素ガス（非凝縮性ガス）の濃度を、第３開口部を介した水蒸気（凝縮性ガス）の流入により低下させることができる。その結果、第３開口部３３よりも下流側に位置する伝熱管１０における伝熱効率（熱伝達率）が従来構成の凝縮器と比較して向上するので、必要な除熱量を維持しつつ伝熱管１０の本数の削減や長さの短縮が可能となる。すなわち、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器１の小型化が可能である。凝縮器１の小型化により、設置の自由度の向上やコストの低減も可能となる。

また、本実施の形態によれば、上下方向に貫通する筒状の側壁２１によってケーシング２０を構成することで、ケーシング２０の上端で上下方向に開口する第１開口部３１が混合ガスＭの流入口として機能すると共に、ケーシング２０の下端で上下方向に開口する第２開口部３２が混合ガスＭの排出口として機能するので、凝縮器１の内外の密度差を駆動力として自然循環する混合ガスＭのケーシング２０への流入及びケーシング２０からの排出に伴う混合ガスＭの圧力損失を抑制することができる。混合ガスＭの圧力損失の抑制分、より多くの混合ガスＭが凝縮器１内に流入するので、凝縮器１での伝熱量が増加する。したがって、凝縮器１の更なる小型化が可能である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の凝縮器の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。図４は本発明の凝縮器の第２の実施の形態を示す斜視図である。なお、図４において、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図４に示す本発明の凝縮器の第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、混合ガスＭの自然循環流の駆動力を増加させるために、ケーシング２０Ａ内の下部空間に伝熱管が配置されないチムニ領域Ｒ２を設けていることである。具体的には、ケーシング２０Ａの高さを、複数の伝熱管１０で構成された伝熱管群の高さに加えて、設置スペースの許容可能な範囲の任意の位置まで延ばすように設定する。ケーシング２０Ａの内部空間は、複数の伝熱管１０が配置されている第１空間としての凝縮領域Ｒ１と、凝縮領域Ｒ１の下側に位置し、伝熱管が配置されない第２空間としてのチムニ領域Ｒ２と有している。ケーシング２０Ａの第２開口部３２は、チムニ領域Ｒ２の下端に位置しており、チムニ領域Ｒ２の排出口を構成している。

本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、ケーシング２０Ａの内外の混合ガスＭの密度差を駆動力とした混合ガスＭの自然循環流が形成されるので、混合ガスＭを凝縮器１内へ取り込んで継続的に混合ガスＭの水蒸気を凝縮することができる。また、第１の実施の形態と同様に、ケーシング２０Ａの第３開口部３３に設置した気体分離膜４０により混合ガスＭｓのうち水蒸気Ｓのみが第３開口部３３を介してケーシング２０Ａ内に流入するので、第３開口部３３よりも下流側の混合ガスＭｃ中の窒素ガス濃度が低下し、第３開口部３３よりも下側（混合ガスＭｃの下流側）に位置する伝熱管１０での伝熱効率が向上する（図３参照）。

また、本実施の形態においては、複数の伝熱管１０よりも下側（混合ガスの下流側）にチムニ領域Ｒ２を設けたので、複数の伝熱管１０での水蒸気の凝縮により窒素ガス濃度が上昇して密度が大きくなった混合ガスＭの煙突効果により、チムニ領域Ｒ２の高さの分、自然循環流の駆動力が増加する。その結果、凝縮器１Ａに流入する混合ガスＭの流量が増加するので、その分、凝縮器１Ａの伝熱量が増加する。

上述した本発明の凝縮器の第２の実施の形態によれば、チムニ領域Ｒ２の煙突効果を阻害することなく、ケーシング２０Ａの第３開口部３３から気体分離膜４０を通して水蒸気をケーシング２０Ａ内に流入させることができるので、凝縮器１Ａに流入する混合ガスＭの流量が増加する分、凝縮器１Ａの伝熱効率を更に向上させることができる。したがって、チムニ領域Ｒ２による大型化を伝熱効率の向上による伝熱管の本数等の削減により相殺することで、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器１Ａの小型化が可能である。また、必要な除熱量を維持するために複数の凝縮器を設置している場合、凝縮器１Ａの設置数を削減することが可能である。したがって、凝縮器１Ａのコスト低減が可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の凝縮器の第３の実施の形態について図５を用いて説明する。図５は本発明の凝縮器の第３の実施の形態におけるケーシングの一部分の構造を示す断面図であるである。なお、図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図５に示す本発明の凝縮器の第３の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、伝熱管１０での水蒸気の凝縮により生じた水滴Ｗの気体分離膜４０への付着を抑制するバイザー２５をケーシング２０Ｂの内面側に設けていることである。バイザー２５は、例えば、ケーシング２０Ｂの側壁２１の内面側における第３開口部３３の上縁部に取り付けられており、第３開口部３３を覆うようにケーシング２０Ｂの内部側に気体分離膜４０に対して間隔をあけて配置されている。具体的には、バイザー２５は、側壁２１の内面における第３開口部３３の上縁部からケーシング２０Ｂの内部へ張り出した張出部２６と、張出部２６の先端部から第３開口部３３の下端縁の位置まで垂下して気体分離膜４０に対向する垂下部２７とで構成されており、少なくとも下端部が開口している。

本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、周囲の混合ガスＭｓが凝縮器１Ｂ内へ取り込まれて混合ガスＭｃの水蒸気が伝熱管１０の外表面で継続的に凝縮される。水蒸気の凝縮により生じた水滴Ｗは、重力によりケーシング２０Ｂ内を落下する。落下した水滴Ｗが下方側に位置する伝熱管１０に衝突すると、水滴Ｗが飛散してケーシング２０の側壁２１の内面に付着することがある。側壁２１の内面に付着した水滴Ｗは、自重により側壁２１の内面を伝って流下する。

第１の実施の形態においては、落下した水滴Ｗが伝熱管１０に衝突して飛散すると、側壁２１の第３開口部３３に設けた気体分離膜４０に付着する虞がある（図３参照）。また、側壁２１の内面を伝って流下した水滴Ｗが気体分離膜４０に到達して気体分離膜４０上を流れる虞もある。気体分離膜４０上に水滴Ｗが付着すると、気体分離膜４０の網目を塞いでしまい、ケーシング２０の外部の混合ガスＭｓの水蒸気Ｓが気体分離膜４０を部分的に透過できなくなる虞がある。その結果、第３開口部３３を介した水蒸気Ｓのケーシング２０内への流入量が低減し、その分、凝縮器１の伝熱量の増加量が低減する可能性がある。

それに対して、本実施の形態においては、ケーシング２０Ｂの内部側の位置で第３開口部３３を覆うようにバイザー２５を設けているので、落下した水滴Ｗが伝熱管１０に衝突して飛散しても、バイザー２５によって水滴Ｗが気体分離膜４０に付着することを抑制することができる。

また、本実施の形態においては、第３開口部３３の上縁部を取り囲むようにバイザー２５を設けているので、側壁２１の内面を伝って流下する水滴Ｗは、バイザー２５に到達すると、バイザー２５上を伝って流れるので、水滴Ｗの気体分離膜４０上の流下を防止することができる。したがって、気体分離膜４０上の水滴Ｗの付着や流下による水蒸気Ｓの透過の阻害を回避することができる。

上述した本発明の凝縮器の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器１Ｂを小型化することができ、コストの低減が可能となる。

また、本実施の形態によれば、第３開口部３３の上縁部を取り囲むと共に第３開口部３３を覆うようにケーシング２０の内部側に配置されたバイザー２５を備えているので、伝熱管１０での水蒸気の凝縮により生じた水滴Ｗの気体分離膜４０への付着及び流下を抑制することができる。したがって、水蒸気Ｓの気体分離膜４０の透過が阻害されず、第３開口部３３を介したケーシング２０Ｂ内への水蒸気Ｓの流入量の低減を回避することができる。その結果、第３開口部３３の下流側（下側）に位置する伝熱管１０での伝熱効率が第１の実施の形態の場合と比較して向上するので、凝縮器１Ｂの更なる小型化が可能で、コストの低減も可能となる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上述した本発明の凝縮器の第１乃至第３の実施の形態においては、水蒸気（凝縮性ガス）と窒素ガス（非凝縮性ガス）の混合ガスＭを冷却するための構成の凝縮器１、１Ａ、１Ｂの例を示した。しかし、本発明を、水蒸気分子よりも分子径の大きい任意の非凝縮性ガス（窒素ガス以外の非凝縮性ガス）を含む混合ガスを冷却する場合に適用することが可能である。例えば、非凝縮性ガスとしての空気と水蒸気との混合ガスを冷却する場合に適用可能である。また、水蒸気以外の特定の凝縮性ガスとこの凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスとの混合ガスを冷却する場合にも適用可能である。この場合、気体分離膜４０は、この特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、当該凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有するものである。

また、上述した本発明の凝縮器の実施の形態においては、ケーシング２０、２０Ａ、２０Ｂを上下方向に貫通する角筒状の側壁２１で構成した凝縮器１、１Ａ、１Ｂの例を示したが、横断面が円形や楕円、矩形を除く多角形等の任意形状の筒状のケーシングを備えた凝縮器が可能である。

また、上述した本発明の凝縮器の実施の形態においては、ケーシング２０、２０Ａ、２０Ｂを上下方向に貫通する角筒状の側壁２１で構成することで、ケーシング２０、２０Ａ、２０Ｂが側壁２１の上端で上下方向に開口する第１開口部３１と、側壁２１の下端で上下方向に開口する第２開口部３２とを有する構成の凝縮器１、１Ａ、１Ｂの例を示した。しかし、上下方向を閉塞した容器状のケーシングを備える凝縮器も可能である。このようなケーシングを備える凝縮器の構成について図６を用いて説明する。図６は本発明の凝縮器のその他の実施の形態を示す斜視図である。なお、図６において、図１〜図５に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

ケーシング２０Ｃは、図６に示すように、角筒状の側壁２１と、側壁２１の上端の開口部を閉塞する天板２２と、側壁２１の下端の開口部を閉塞する底板２３とで構成されている。側壁２１における複数の伝熱管１０の最上部よりも上側に位置する上端部には、側方に開口してケーシング２０Ｃの内外を連通させる第１開口部３１Ｃが複数（図６中、２つ）設けられている。また、側壁２１における複数の伝熱管１０の最下部よりも下側に位置する下端部には、側方に開口してケーシング２０Ｃの内外を連通させる第２開口部３２Ｃが複数（図６中、２つ）設けられている。この第１開口部３１Ｃと第２開口部３２Ｃの間に気体分離膜４０を備えた第３開口部３３が複数（図６中、２つ）設けられている。このような構成のケーシング２０Ｃを備える凝縮器１Ｃでも、上述した第１乃至第３の実施の形態のケーシング２０、２０Ａ、２０Ｂを備える凝縮器１、１Ａ、１Ｂと同様な機能を発揮する。また、図６に示すケーシング２０Ｃの変形例として、天板２２側を閉塞し底板２３側を開放するケーシングの構成や天板２２側を開放し底板２３側を閉塞するケーシングの構成も可能である。

ただし、ケーシング２０Ｃでは、混合ガスＭが、第１開口部３１Ｃを介して側方から流入した後、転向して下方向に向かい、再び転向して第２開口部３２Ｃを介して側方に排出される。したがって、第１乃至第３の実施の形態の上下方向に貫通するケーシング２０、２０Ａ、２０Ｂと比較して、混合ガスＭのケーシング２０Ｃへの流入及びケーシング２０Ｃからの排出に伴う圧力損失の抑制効果が小さくなる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…凝縮器、 １０…伝熱管、 ２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…ケーシング、 ２１…側壁、 ３１、３１Ｃ…第１開口部、 ３２、３２Ｃ…第２開口部、 ３３…第３開口部、 ４０…気体分離膜、 ２５…バイザー、 Ｒ１…凝縮領域（第１空間）、 Ｒ２…チムニ領域（第２空間）

Claims (6)

1. 上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管と、
   前記複数の伝熱管を取り囲むケーシングとを備え、
   前記ケーシングは、
   前記複数の伝熱管の最上部よりも上側の位置に設けられた第１開口部と、
   前記複数の伝熱管の最下部よりも下側の位置に設けられた第２開口部と、
   前記複数の伝熱管の最上部と最下部との間の位置に設けられた第３開口部とを有し、
   前記第３開口部を閉塞するように気体分離膜が設けられ、
   前記気体分離膜は、特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、前記特定の凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有する
   ことを特徴とする凝縮器。
2. 請求項１に記載の凝縮器において、
   前記気体分離膜は、水蒸気分子が透過しやすい特性を有する
   ことを特徴とする凝縮器。
3. 請求項２に記載の凝縮器において、
   前記気体分離膜は、窒素ガス分子が透過しにくい特性を有する
   ことを特徴とする凝縮器。
4. 請求項１に記載の凝縮器において、
   前記ケーシングは、上下方向に貫通する筒状の側壁で構成され、
   前記第１開口部は、前記側壁の上端の上下方向に開口する開口部であり、
   前記第２開口部は、前記側壁の下端の上下方向に開口する開口部であり、
   前記第３開口部は、前記側壁に設けられた側方に開口する開口部である
   ことを特徴とする凝縮器。
5. 請求項１に記載の凝縮器において、
   前記ケーシングの内部空間は、
   前記複数の伝熱管が配置されている第１空間と、
   前記第１空間の下側に位置し、伝熱管が配置されない第２空間とを有し、
   前記第２開口部が前記第２空間の下端部に位置している
   ことを特徴とする凝縮器。
6. 請求項１に記載の凝縮器において、
   前記ケーシングの内面側における前記第３開口部の上縁部に取り付けられ、前記第３開口部を覆うように前記ケーシングの内部側に配置されたバイザーを備えている
   ことを特徴とする凝縮器。

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