JP2576292B2 - 復水器及びそれを用いた発電プラント - Google Patents
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- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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- F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
- F28F1/325—Fins with openings
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は復水器，熱交換器等の凝
縮性のガスの凝縮装置において、不凝縮性ガスを除くの
に好適な凝縮装置に関する。
縮性のガスの凝縮装置において、不凝縮性ガスを除くの
に好適な凝縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】凝縮装置の代表として復水器を用いて説
明する。復水器は、多数の伝熱管からなっている。復水
器において、伝熱管による圧力損失の低減および管群中
の不凝縮性ガスの除去は伝熱性能向上のために不可欠で
ある。すなわち、圧力損失を低減することにより、管群
の内部に蒸気が到達でき、管群の内部でも蒸気が凝縮す
る。また、不凝縮性ガスを除去することにより、伝熱管
表面と蒸気間の熱抵抗が小さくなるため、凝縮が促進さ
れる。
明する。復水器は、多数の伝熱管からなっている。復水
器において、伝熱管による圧力損失の低減および管群中
の不凝縮性ガスの除去は伝熱性能向上のために不可欠で
ある。すなわち、圧力損失を低減することにより、管群
の内部に蒸気が到達でき、管群の内部でも蒸気が凝縮す
る。また、不凝縮性ガスを除去することにより、伝熱管
表面と蒸気間の熱抵抗が小さくなるため、凝縮が促進さ
れる。
【０００３】圧力損失の低減および不凝縮性ガスの除去
に配慮した復水器が、特開昭61−114087号に提案されて
いる。管巣は、管群と蒸気流路を交互に設けた放射部お
よび管群だけを設けた密集部に区分され、放射部が外側
に密集部が内側に配置される。さらに、密集部の内側に
不凝縮性ガスの排気口が設けられる。この復水器では、
蒸気は放射部流路を通り管群に流入するため全て密集部
から構成される復水器よりも圧力損失が低減される。ま
た、内側に設けられた密集部では蒸気が凝縮し低圧にな
るため蒸気および不凝縮性ガスが密集部に吸い寄せら
れ、密集部で蒸気がさらに凝縮し、不凝縮性ガスが排気
される。
に配慮した復水器が、特開昭61−114087号に提案されて
いる。管巣は、管群と蒸気流路を交互に設けた放射部お
よび管群だけを設けた密集部に区分され、放射部が外側
に密集部が内側に配置される。さらに、密集部の内側に
不凝縮性ガスの排気口が設けられる。この復水器では、
蒸気は放射部流路を通り管群に流入するため全て密集部
から構成される復水器よりも圧力損失が低減される。ま
た、内側に設けられた密集部では蒸気が凝縮し低圧にな
るため蒸気および不凝縮性ガスが密集部に吸い寄せら
れ、密集部で蒸気がさらに凝縮し、不凝縮性ガスが排気
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、蒸
気流路に沿ってのみ蒸気が流れるという考えに基づいて
おり、放射部で凝縮しきれなかった蒸気を凝縮するため
に、全ての蒸気流路の終端は密集部に接している。その
ため、次ぎの２つの問題点がある。
気流路に沿ってのみ蒸気が流れるという考えに基づいて
おり、放射部で凝縮しきれなかった蒸気を凝縮するため
に、全ての蒸気流路の終端は密集部に接している。その
ため、次ぎの２つの問題点がある。
【０００５】第１に、不凝縮性ガスは密集部で均等に集
まるのではなく、蒸気の流れや凝縮によって影響される
低圧部に集まるが、上記従来技術では不凝縮性ガスの停
滞域は不明である。このため、不凝縮性ガスを効率良く
排気することが困難であり、不凝縮性ガスの停滞を解消
できず、また不凝縮性ガスに混在して蒸気も排気される
問題がある。
まるのではなく、蒸気の流れや凝縮によって影響される
低圧部に集まるが、上記従来技術では不凝縮性ガスの停
滞域は不明である。このため、不凝縮性ガスを効率良く
排気することが困難であり、不凝縮性ガスの停滞を解消
できず、また不凝縮性ガスに混在して蒸気も排気される
問題がある。
【０００６】第２に、密集部は蒸気流路の流出口に対応
する広い領域に設けられており、密集部での圧力損失に
よって伝熱性能が低下する問題があった。
する広い領域に設けられており、密集部での圧力損失に
よって伝熱性能が低下する問題があった。
【０００７】本発明の目的は、不凝縮性ガスを効率良く
排気することができる復水器及びそれを用いた発電プラ
ントを提供することにある。
排気することができる復水器及びそれを用いた発電プラ
ントを提供することにある。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第１の発明は、複数の管群を有し、流入口から流入し
た蒸気を凝縮させ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、
前記複数の管群の間に形成された複数の流路とを備え、
前記抽出口に近い流路ほど流路断面積が小さくなるよう
に構成する。 上記目的を達成するための第２の発明は、
複数の管群を有し、流入口から流入した蒸気を凝縮さ
せ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、前記複数の管群
の間に形成された複数の流路とを備え、前記抽出口に近
い管群ほど管の数が多くなるように構成する。
の第１の発明は、複数の管群を有し、流入口から流入し
た蒸気を凝縮させ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、
前記複数の管群の間に形成された複数の流路とを備え、
前記抽出口に近い流路ほど流路断面積が小さくなるよう
に構成する。 上記目的を達成するための第２の発明は、
複数の管群を有し、流入口から流入した蒸気を凝縮さ
せ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、前記複数の管群
の間に形成された複数の流路とを備え、前記抽出口に近
い管群ほど管の数が多くなるように構成する。
【００１０】上記目的を達成するための第３の発明は、
流入口から流入した蒸気を凝縮させる管が密集して設け
られた密集部と、該密集部の周りに位置し、前記管の集
合である管群と蒸気流路が交互に設けられた放射部と、
前記管で凝縮されない不凝縮ガスを抽出する抽出口とを
備え、前記抽出口に近い蒸気流路ほど流路断面積が小さ
くなるように構成する。
流入口から流入した蒸気を凝縮させる管が密集して設け
られた密集部と、該密集部の周りに位置し、前記管の集
合である管群と蒸気流路が交互に設けられた放射部と、
前記管で凝縮されない不凝縮ガスを抽出する抽出口とを
備え、前記抽出口に近い蒸気流路ほど流路断面積が小さ
くなるように構成する。
【００１１】
【作用】一般的に、復水器など凝縮装置は複数の伝熱管
により管巣が構成される。管巣は伝熱管を密に配置した
管群（従来の放射部や密集部に当たる）と、伝熱管のな
いあるいは粗に配置した蒸気流路に区分される。管群に
おいても伝熱管と伝熱管との間にすきまがあり、少量の
蒸気が流れることができる。また、熱交換器等において
も、複数の伝熱管が、例えば平面に複数配置されその平
面間に蒸気流路を設けるといったように規則的に並べら
れている。このような装置において、管群内は大きな流
れ抵抗をもつために、大量の蒸気は管群内を流れること
はできない。したがって、蒸気は主に蒸気流路を通って
管巣の中に入り、伝熱管表面で凝縮する。
により管巣が構成される。管巣は伝熱管を密に配置した
管群（従来の放射部や密集部に当たる）と、伝熱管のな
いあるいは粗に配置した蒸気流路に区分される。管群に
おいても伝熱管と伝熱管との間にすきまがあり、少量の
蒸気が流れることができる。また、熱交換器等において
も、複数の伝熱管が、例えば平面に複数配置されその平
面間に蒸気流路を設けるといったように規則的に並べら
れている。このような装置において、管群内は大きな流
れ抵抗をもつために、大量の蒸気は管群内を流れること
はできない。したがって、蒸気は主に蒸気流路を通って
管巣の中に入り、伝熱管表面で凝縮する。
【００１２】発明者らは、このような凝縮装置におい
て、凝縮装置内部の静圧は、内部の流速によって定まる
という点に着眼し、本発明に至った。例えば、復水器で
はタービンの流出口が狭く、ほぼ一様に流路に流出する
ため、流入蒸気の全圧（静圧に動圧を加算）は均一とみ
なせる。また、蒸気流路において、圧力損失はわずかで
あるため、蒸気流路内の全圧は、いたるところで流入部
の全圧に等しいとみなすことができる。したがって、蒸
気流路内の静圧は蒸気速度の変化による動圧の変化に依
存する。管群内の静圧は、管群に接する蒸気流路の静圧
に近い。そこで、管群内の蒸気流、例えば蒸気流路の動
圧を工夫することにより、不凝縮ガスの排気口の静圧が
実質的に他の部分より低くなるように凝縮装置内部の静
圧分布を定める。この結果、凝縮されない不凝縮性ガス
は、静圧の勾配の方向の流れにのって、静圧の低い排気
口近傍に集まる。言い替えれば、蒸気流速の速い蒸気流
路の近傍に排気口を設け、不凝縮性ガスを排気すること
により、効率よく不凝縮性ガスを排気できる。
て、凝縮装置内部の静圧は、内部の流速によって定まる
という点に着眼し、本発明に至った。例えば、復水器で
はタービンの流出口が狭く、ほぼ一様に流路に流出する
ため、流入蒸気の全圧（静圧に動圧を加算）は均一とみ
なせる。また、蒸気流路において、圧力損失はわずかで
あるため、蒸気流路内の全圧は、いたるところで流入部
の全圧に等しいとみなすことができる。したがって、蒸
気流路内の静圧は蒸気速度の変化による動圧の変化に依
存する。管群内の静圧は、管群に接する蒸気流路の静圧
に近い。そこで、管群内の蒸気流、例えば蒸気流路の動
圧を工夫することにより、不凝縮ガスの排気口の静圧が
実質的に他の部分より低くなるように凝縮装置内部の静
圧分布を定める。この結果、凝縮されない不凝縮性ガス
は、静圧の勾配の方向の流れにのって、静圧の低い排気
口近傍に集まる。言い替えれば、蒸気流速の速い蒸気流
路の近傍に排気口を設け、不凝縮性ガスを排気すること
により、効率よく不凝縮性ガスを排気できる。
【００１３】凝縮装置内部の静圧は次のように定めるこ
とができる。伝熱管表面での凝縮量を近似的に一定と仮
定すると、蒸気流路を通る蒸気量は伝熱面積に比例す
る。これから、蒸気流路を通る蒸気速度は、伝熱面積に
比例し、蒸気流路の流路断面積に反比例する。そこで、
伝熱面積が徐々に大きくなるように、又は蒸気流路の幅
（流路断面積）が徐々に小さくなるように伝熱管を構成
すれば、蒸気流路内の蒸気速度は排気口に向かって速く
なる。言い替えれば、排気口に向かって静圧を低くで
き、不凝縮性ガスを低圧部である排気口に集めることが
できる。このことは、例えば、複数の蒸気流路を並列に
設け、蒸気流路の流路断面積あるいは管群における伝熱
管の本数を変えて蒸気流路間の伝熱面積を変えることに
より、蒸気流路を流れる蒸気の速度が隣の蒸気流路を流
れる蒸気の速度よりも速く又は遅くなるように伝熱管を
配置することで達成できる。具体的には、第１の発明の
ように、複数の管群の間に形成された複数の流路のう
ち、抽出口に近い流路ほど流路断面積が小さくなるよう
に構成すれば良い。また、第２の発明のように、複数の
管群の間に複数の流路を形成し、抽出口に近い管群ほど
管の数が多くなるように構成すれば良い。また、第３の
発明のように、管群と蒸気流路が交互に設けられた放射
部のうち、抽出口に近い蒸気流路ほど流路断面積が小さ
くなるように構成すれば良い。
とができる。伝熱管表面での凝縮量を近似的に一定と仮
定すると、蒸気流路を通る蒸気量は伝熱面積に比例す
る。これから、蒸気流路を通る蒸気速度は、伝熱面積に
比例し、蒸気流路の流路断面積に反比例する。そこで、
伝熱面積が徐々に大きくなるように、又は蒸気流路の幅
（流路断面積）が徐々に小さくなるように伝熱管を構成
すれば、蒸気流路内の蒸気速度は排気口に向かって速く
なる。言い替えれば、排気口に向かって静圧を低くで
き、不凝縮性ガスを低圧部である排気口に集めることが
できる。このことは、例えば、複数の蒸気流路を並列に
設け、蒸気流路の流路断面積あるいは管群における伝熱
管の本数を変えて蒸気流路間の伝熱面積を変えることに
より、蒸気流路を流れる蒸気の速度が隣の蒸気流路を流
れる蒸気の速度よりも速く又は遅くなるように伝熱管を
配置することで達成できる。具体的には、第１の発明の
ように、複数の管群の間に形成された複数の流路のう
ち、抽出口に近い流路ほど流路断面積が小さくなるよう
に構成すれば良い。また、第２の発明のように、複数の
管群の間に複数の流路を形成し、抽出口に近い管群ほど
管の数が多くなるように構成すれば良い。また、第３の
発明のように、管群と蒸気流路が交互に設けられた放射
部のうち、抽出口に近い蒸気流路ほど流路断面積が小さ
くなるように構成すれば良い。
【００１４】更に、上記の第１及び第２の発明の場合、
従来技術でいう放射部のみで構成できるため、すなわち
密集部を用いる必要がないため、圧力損失を低減でき簡
単な構造とすることもできる。
従来技術でいう放射部のみで構成できるため、すなわち
密集部を用いる必要がないため、圧力損失を低減でき簡
単な構造とすることもできる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【００１６】先ず初めに、原子力発電プラント等の発電
プラントの復水器に本発明を提供した例を説明する。
プラントの復水器に本発明を提供した例を説明する。
【００１７】図１は沸騰水型原子力発電プラントの構成
を示し、図２は本発明の復水器の一実施例の構成図であ
り、伝熱管１１内を流れる冷却水の流れに対し垂直な断
面を示す。図１において、１３は炉心、１４はタービ
ン、１５は復水器、１６は給水加熱器を表わす。炉心で
発生した蒸気はタービンを通り、復水器で凝縮される。
凝縮水は給水加熱器１６を通り、炉心にもどされる。発
電効率はタービンの炉心側と復水器側の圧力比が高いほ
ど、効率が良い。従って、不凝縮ガスの排気効率の高い
或いは圧力損失の少ない復水器を用いることにより、復
水器側の圧力を低くでき、発電効率を上げることができ
る。火力などの他の発電プラントでも同様である。
を示し、図２は本発明の復水器の一実施例の構成図であ
り、伝熱管１１内を流れる冷却水の流れに対し垂直な断
面を示す。図１において、１３は炉心、１４はタービ
ン、１５は復水器、１６は給水加熱器を表わす。炉心で
発生した蒸気はタービンを通り、復水器で凝縮される。
凝縮水は給水加熱器１６を通り、炉心にもどされる。発
電効率はタービンの炉心側と復水器側の圧力比が高いほ
ど、効率が良い。従って、不凝縮ガスの排気効率の高い
或いは圧力損失の少ない復水器を用いることにより、復
水器側の圧力を低くでき、発電効率を上げることができ
る。火力などの他の発電プラントでも同様である。
【００１８】図２に示す本実施例は、伝熱管の構成，管
群の幅等の各管群１の構成はほぼ同じとして管群１内の
伝熱面積を均一にし、蒸気流路３の幅を下部になるほど
狭くなるように、管群１を並列に配置した例を示してい
る。図２において、１は多数の伝熱管１１で構成される
管群で従来の放射部に相当する。２は管巣、３は蒸気流
路、４は容器壁、５は蒸気の流入部、６は空気冷却部、
７は空気冷却部管群、８は凝縮液溜、９は凝縮液流出
口、１０は排気口（抽出口）である。タービン１４に接
続されている流入部５より流入した蒸気は管巣２に入
り、蒸気流路３を通り、管群１の伝熱管１１の表面で凝
縮する。また、空気などの不凝縮性ガス及び未凝縮の蒸
気は、排気口１０より空気冷却部６に排気され、空気冷
却部管群７で未凝縮の蒸気が凝縮され、不凝縮性ガスが
外部へ排気される。また、凝縮した液は凝縮液溜８にた
まり、外部へ流出される。図２において、管群１，蒸気
流路３は紙面の垂直方向に伸びている。今、紙面上で蒸
気流路３を横切る方向を蒸気流路に垂直な方向（図２の
上下方向）といい、以下同様に呼ぶ。管群１の伝熱面積
は均一のため、管群１内での蒸気の凝縮量は近似的に均
一と考えることができ、蒸気流路３に対し垂直方向の管
群１の幅が一定のため、蒸気流路３が狭いほど蒸気流路
３を流れる蒸気の速度は速くなる。流入部５の全圧を一
定とすると、蒸気流路３内の静圧は蒸気流路３が狭い下
部になるにしたがって低くなる。管群１内の静圧は隣接
する蒸気流路３の静圧とバランスしており、蒸気流路３
より管群１へ入る蒸気の速度成分が小さければ、管群１
内の静圧は隣接する蒸気流路３の静圧に近い。したがっ
て、管巣２中の静圧は下部になるほど低くなり、蒸気流
路３を横切る方向に圧力勾配が誘起される。この圧力勾
配により、蒸気流路３を横切り上部から下部へ向う流れ
が生じ、蒸気に混入する不凝縮性ガスが上部から下部へ
向う流れにのって下部に集まる。排気口１０は下部に設
けられているので、不凝縮性ガスの濃度が最も高い下部
から不凝縮性ガスを効率良く排気できる。
群の幅等の各管群１の構成はほぼ同じとして管群１内の
伝熱面積を均一にし、蒸気流路３の幅を下部になるほど
狭くなるように、管群１を並列に配置した例を示してい
る。図２において、１は多数の伝熱管１１で構成される
管群で従来の放射部に相当する。２は管巣、３は蒸気流
路、４は容器壁、５は蒸気の流入部、６は空気冷却部、
７は空気冷却部管群、８は凝縮液溜、９は凝縮液流出
口、１０は排気口（抽出口）である。タービン１４に接
続されている流入部５より流入した蒸気は管巣２に入
り、蒸気流路３を通り、管群１の伝熱管１１の表面で凝
縮する。また、空気などの不凝縮性ガス及び未凝縮の蒸
気は、排気口１０より空気冷却部６に排気され、空気冷
却部管群７で未凝縮の蒸気が凝縮され、不凝縮性ガスが
外部へ排気される。また、凝縮した液は凝縮液溜８にた
まり、外部へ流出される。図２において、管群１，蒸気
流路３は紙面の垂直方向に伸びている。今、紙面上で蒸
気流路３を横切る方向を蒸気流路に垂直な方向（図２の
上下方向）といい、以下同様に呼ぶ。管群１の伝熱面積
は均一のため、管群１内での蒸気の凝縮量は近似的に均
一と考えることができ、蒸気流路３に対し垂直方向の管
群１の幅が一定のため、蒸気流路３が狭いほど蒸気流路
３を流れる蒸気の速度は速くなる。流入部５の全圧を一
定とすると、蒸気流路３内の静圧は蒸気流路３が狭い下
部になるにしたがって低くなる。管群１内の静圧は隣接
する蒸気流路３の静圧とバランスしており、蒸気流路３
より管群１へ入る蒸気の速度成分が小さければ、管群１
内の静圧は隣接する蒸気流路３の静圧に近い。したがっ
て、管巣２中の静圧は下部になるほど低くなり、蒸気流
路３を横切る方向に圧力勾配が誘起される。この圧力勾
配により、蒸気流路３を横切り上部から下部へ向う流れ
が生じ、蒸気に混入する不凝縮性ガスが上部から下部へ
向う流れにのって下部に集まる。排気口１０は下部に設
けられているので、不凝縮性ガスの濃度が最も高い下部
から不凝縮性ガスを効率良く排気できる。
【００１９】本発明の原理が妥当であることを、基本的
な管巣形状での数値解析結果を用いて示す。この数値解
析では、流れに関して、質量と運動量の保存則を解き、
管群における凝縮量を実験式に基づいて求めている。こ
の解析モデルの詳細は、Proceeding of the Second Int
ernational Symposium on Condensors andCondensation
（１９９０），Ｐ２３５〜Ｐ２４４に示されている。図
２の放射部の一部を取り出して解析した結果を図３，図
４に示す。図３は従来の管配列を模擬し蒸気流路幅およ
び管群の幅をそれぞれ一定とした結果である。図４は本
発明の実施例に対応し、管群１の幅を一定とし、蒸気流
路３の幅を下部になる程等差的に小さくした結果であ
る。解析体系は図２の管巣の一部を切り出し、蒸気は水
平に流入するとした。解析条件として流入蒸気に対して
０.１ｗｔ％の不凝縮性ガスが混入し流入し、排気口か
らは排気系の特性から定まる量が排気されるとした。な
お、排気量は流入蒸気に対して１ｗｔ％程度である。図
３，図４において（ａ）は蒸気流の状態を示し、矢印の
長さが長いほど速度が速いことを示す。また（ｂ）は静
圧分布を、（ｃ）は不凝縮性ガス分圧分布を示す。
な管巣形状での数値解析結果を用いて示す。この数値解
析では、流れに関して、質量と運動量の保存則を解き、
管群における凝縮量を実験式に基づいて求めている。こ
の解析モデルの詳細は、Proceeding of the Second Int
ernational Symposium on Condensors andCondensation
（１９９０），Ｐ２３５〜Ｐ２４４に示されている。図
２の放射部の一部を取り出して解析した結果を図３，図
４に示す。図３は従来の管配列を模擬し蒸気流路幅およ
び管群の幅をそれぞれ一定とした結果である。図４は本
発明の実施例に対応し、管群１の幅を一定とし、蒸気流
路３の幅を下部になる程等差的に小さくした結果であ
る。解析体系は図２の管巣の一部を切り出し、蒸気は水
平に流入するとした。解析条件として流入蒸気に対して
０.１ｗｔ％の不凝縮性ガスが混入し流入し、排気口か
らは排気系の特性から定まる量が排気されるとした。な
お、排気量は流入蒸気に対して１ｗｔ％程度である。図
３，図４において（ａ）は蒸気流の状態を示し、矢印の
長さが長いほど速度が速いことを示す。また（ｂ）は静
圧分布を、（ｃ）は不凝縮性ガス分圧分布を示す。
【００２０】等間隔の蒸気流路１とした図３の結果で
は、同図（ｂ）に示すように排気口１０に向かって、言
い替えれば蒸気流路３を横切る圧力勾配がついていな
い。このため同図（ｃ）に示すように、不凝縮性ガスが
管巣上から二番目，三番目の管群１に停滞している。解
析結果では不凝縮性ガスの停滞域は固定されず、時間的
に変動している。実際にもこのような管配列では不凝縮
性ガスの停滞域は確定しないと考える。従って、排気口
１０から不凝縮性ガスは効率的に排気できない。一方本
発明を示す図４の結果では、すなわち蒸気流路３を下部
になるほど狭めた時の結果では、同図（ｂ）に示すよう
に排気口１０に向かってすなわち上部が高く下部が低い
圧力分布が形成されている。この結果、同図（ｃ）に示
すように、不凝縮性ガスも、下部に集まっており、不凝
縮性ガスを効率的に排気できる。以上述べたように、本
発明の復水器によれば、凝縮性の蒸気に混入する不凝縮
性ガスを特定の領域に集め効率的に排気できため、熱伝
達が向上され、復水器の流入圧力を低く保つことができ
るので、発電プラントの発電効率を向上できる。また、
密集部のない簡単な構造の復水器を提供できる。
は、同図（ｂ）に示すように排気口１０に向かって、言
い替えれば蒸気流路３を横切る圧力勾配がついていな
い。このため同図（ｃ）に示すように、不凝縮性ガスが
管巣上から二番目，三番目の管群１に停滞している。解
析結果では不凝縮性ガスの停滞域は固定されず、時間的
に変動している。実際にもこのような管配列では不凝縮
性ガスの停滞域は確定しないと考える。従って、排気口
１０から不凝縮性ガスは効率的に排気できない。一方本
発明を示す図４の結果では、すなわち蒸気流路３を下部
になるほど狭めた時の結果では、同図（ｂ）に示すよう
に排気口１０に向かってすなわち上部が高く下部が低い
圧力分布が形成されている。この結果、同図（ｃ）に示
すように、不凝縮性ガスも、下部に集まっており、不凝
縮性ガスを効率的に排気できる。以上述べたように、本
発明の復水器によれば、凝縮性の蒸気に混入する不凝縮
性ガスを特定の領域に集め効率的に排気できため、熱伝
達が向上され、復水器の流入圧力を低く保つことができ
るので、発電プラントの発電効率を向上できる。また、
密集部のない簡単な構造の復水器を提供できる。
【００２１】第２の復水器の実施例として、先の実施例
が上部からの流入に対して管群１を縦方向に並べて実施
例であるのに、横方向に立てて並べた実施例を図５に示
す。図２の実施例と同様に、管群１の幅を一定に、蒸気
流路３の幅を徐々に狭めた。図２の実施例では、管群１
の下端を凝縮液溜８に接するようにした点である。これ
によって、蒸気流路３のうち幅の広い蒸気流路３を通り
管巣２の下部へ蒸気がまわり込むのを防いでいる。凝縮
液溜に代えて、隔壁を設け蒸気のまわり込みを防いでも
良い。本実施例においても、第１の実施例と同様に排気
口に向かって、静圧分布ができるので、不凝縮性ガスを
効率的に排気でき、密集部のない簡単な構造の復水器を
提供できる。
が上部からの流入に対して管群１を縦方向に並べて実施
例であるのに、横方向に立てて並べた実施例を図５に示
す。図２の実施例と同様に、管群１の幅を一定に、蒸気
流路３の幅を徐々に狭めた。図２の実施例では、管群１
の下端を凝縮液溜８に接するようにした点である。これ
によって、蒸気流路３のうち幅の広い蒸気流路３を通り
管巣２の下部へ蒸気がまわり込むのを防いでいる。凝縮
液溜に代えて、隔壁を設け蒸気のまわり込みを防いでも
良い。本実施例においても、第１の実施例と同様に排気
口に向かって、静圧分布ができるので、不凝縮性ガスを
効率的に排気でき、密集部のない簡単な構造の復水器を
提供できる。
【００２２】第３の復水器の実施例として、蒸気流路３
の幅を一定とし、管群１の幅を下部になる程厚くした実
施例を図６に示す。管群１の伝熱面積を下部ほど増やす
ことにより、凝縮量が増え、蒸気流路３を流れる蒸気量
は下部の蒸気流路３ほど大きい。蒸気流路３の幅が一定
のため、下部の蒸気流路３ほど流速が高い。したがっ
て、上部が高く下部が低い静圧分布が形成される。従っ
て、本実施例においても不凝縮性ガスを効率的排気で
き、密集部のない簡単な構造の復水器を提供できる。
の幅を一定とし、管群１の幅を下部になる程厚くした実
施例を図６に示す。管群１の伝熱面積を下部ほど増やす
ことにより、凝縮量が増え、蒸気流路３を流れる蒸気量
は下部の蒸気流路３ほど大きい。蒸気流路３の幅が一定
のため、下部の蒸気流路３ほど流速が高い。したがっ
て、上部が高く下部が低い静圧分布が形成される。従っ
て、本実施例においても不凝縮性ガスを効率的排気で
き、密集部のない簡単な構造の復水器を提供できる。
【００２３】第４の復水器の実施例として、放射部と密
集部を有する従来の復水器に本発明の概念を適用した例
を図７に示す。図７は、復水器の放射部２Ａと密集部１
２の一部分を示す。図７においては、放射部２Ａの流路
３の幅を下部にいくほど狭めるとともに、密集部１２で
は下部にいくほど伝熱管を密に実装している。密集部１
２において、伝熱管は管群としてではなく、管列として
実装され、上下方向のピッチを下部にいくほど小さくす
ることにより、流速が上がり、静圧が減少する。本実施
例では、放射部２Ａと密集部１２においてそれぞれ排気
口に向かって静圧の低い分布ができるので、不凝縮性ガ
スを効率的に排気できる効果がある。尚、本実施例で
は、放射部２Ａと密集部１２の両方に本発明の概念を適
用したが、どちらか一方のみでも不凝縮性ガスの排気効
率を改善できる。
集部を有する従来の復水器に本発明の概念を適用した例
を図７に示す。図７は、復水器の放射部２Ａと密集部１
２の一部分を示す。図７においては、放射部２Ａの流路
３の幅を下部にいくほど狭めるとともに、密集部１２で
は下部にいくほど伝熱管を密に実装している。密集部１
２において、伝熱管は管群としてではなく、管列として
実装され、上下方向のピッチを下部にいくほど小さくす
ることにより、流速が上がり、静圧が減少する。本実施
例では、放射部２Ａと密集部１２においてそれぞれ排気
口に向かって静圧の低い分布ができるので、不凝縮性ガ
スを効率的に排気できる効果がある。尚、本実施例で
は、放射部２Ａと密集部１２の両方に本発明の概念を適
用したが、どちらか一方のみでも不凝縮性ガスの排気効
率を改善できる。
【００２４】以上においては、復水器を例において説明
したが、次ぎに熱交換器、例えばフロン発電プラントの
フロン凝縮に使われる熱交換器に本発明を適用した例を
図８に示す。図８は、本発明をフィン付の伝熱管を有す
る熱交換器に適用した例を示し、図９はフィン付の伝熱
管の部分を示す図である。水蒸気のように潜熱が大きい
場合、フィン効率が低いため、通常伝熱促進の効果がな
い。しかし、フロン等の潜熱の小さい凝縮性のガスに対
して有効である。図８，図９において、１１は伝熱管、
１０２はフィン、１０３は孔、３は蒸気流路である。孔
１０３は、フィン１０２が伝熱管１１に沿った流れを妨
げしまうので、これを低減するためのものである。この
例では、蒸気流路３の中にも伝熱管１１が通っており、
蒸気流路３にも流路抵抗が生じる。しかし、伝熱管の配
置をまばらにまたは正方格子に配置することにより抵抗
をわずかにしている。蒸気５は、蒸気流路３を通り伝熱
管１１およびフィン１０２の表面で凝縮する。本実施例
では、蒸気流路３の幅、すなわちフィン１０２間の間隔
が下部ほど狭い。各々のフィン１０２での凝縮量は均一
と考えられるので、蒸気速度は下部ほど速くなり、下部
の静圧が低い。フィン１０２に設けられた孔１０３を通
り蒸気が静圧の高い上部より静圧の低い下部へ流れる。
不凝縮性ガスは、上部から下部への流れにより下部に集
まり、下部に排気口を設けた構造とすることで、不凝縮
性ガスを効率的に排気できる。
したが、次ぎに熱交換器、例えばフロン発電プラントの
フロン凝縮に使われる熱交換器に本発明を適用した例を
図８に示す。図８は、本発明をフィン付の伝熱管を有す
る熱交換器に適用した例を示し、図９はフィン付の伝熱
管の部分を示す図である。水蒸気のように潜熱が大きい
場合、フィン効率が低いため、通常伝熱促進の効果がな
い。しかし、フロン等の潜熱の小さい凝縮性のガスに対
して有効である。図８，図９において、１１は伝熱管、
１０２はフィン、１０３は孔、３は蒸気流路である。孔
１０３は、フィン１０２が伝熱管１１に沿った流れを妨
げしまうので、これを低減するためのものである。この
例では、蒸気流路３の中にも伝熱管１１が通っており、
蒸気流路３にも流路抵抗が生じる。しかし、伝熱管の配
置をまばらにまたは正方格子に配置することにより抵抗
をわずかにしている。蒸気５は、蒸気流路３を通り伝熱
管１１およびフィン１０２の表面で凝縮する。本実施例
では、蒸気流路３の幅、すなわちフィン１０２間の間隔
が下部ほど狭い。各々のフィン１０２での凝縮量は均一
と考えられるので、蒸気速度は下部ほど速くなり、下部
の静圧が低い。フィン１０２に設けられた孔１０３を通
り蒸気が静圧の高い上部より静圧の低い下部へ流れる。
不凝縮性ガスは、上部から下部への流れにより下部に集
まり、下部に排気口を設けた構造とすることで、不凝縮
性ガスを効率的に排気できる。
【００２５】このように、本実施例によれば水蒸気だけ
でなく、不凝縮性ガスを含んだ一般の蒸気を凝縮させる
熱交換器の伝熱性能を向上できる。
でなく、不凝縮性ガスを含んだ一般の蒸気を凝縮させる
熱交換器の伝熱性能を向上できる。
【００２６】最後に、吸収式冷凍機の吸収器に本発明の
概念を提供した例を図１０，図１１を用いて示す。図１
０は吸収式冷凍機の構成を示す。吸収式冷凍機は、蒸発
器２０，吸収器２１，発生器２２，凝縮器２３から構成
される。蒸発器２０では蒸気を生成する。吸収器２１で
は濃度が高い吸収液２４に蒸気２５を吸収させる働きが
あり、発生器２２は、吸収器２１で希釈された吸収液２
６を加熱して蒸気を発生し、吸収液を濃縮する。蒸発器
２０で発生した蒸気は吸収器２１で吸収液に吸収され発
生器２２に入り、再び蒸気となり凝縮器２３で凝縮され
蒸発器２０に戻される。このとき、蒸発器２０と吸収器
２１の圧力を低圧に保持することにより、蒸発温度を常
温より低くしている。温水２８は蒸発潜熱により冷却さ
れる。すなわち、吸収器２１での吸収圧力を低く保つこ
とができ冷水２７の温度を低くすることができる。な
お、このシステムでは温水２８から奪った熱で冷水２９
を加熱するシステムとなっており、吸収器２１の吸収圧
力が低いほど、移動する熱量を大きくとれる。図１１
は、本発明の特徴点である吸収器の一実施例を示し、新
たに吸収液散布口３３が設けられている。ここで、吸収
とは吸収液を媒体とした凝縮である。吸収液は通常Ｌｉ
Ｂｒ（リチウムブロマイド）の水溶液が用いられ、吸収
液散布口３３より管巣２に散布され、伝熱管表面で冷却
される。蒸気は流入部５より流入し、蒸気流路３を通り
管群１に入り、伝熱管の表面にある吸収液に吸収され液
体になる。蒸気が液体に凝縮する際に放出される凝縮潜
熱は伝熱管に吸熱される。蒸気の吸収量は、吸収液の濃
度と温度に依存するが、今、一定となると仮定する。蒸
気流路３の流路幅を下部になる程小さくすれることによ
り、下部に低圧部が生じ、不凝縮性ガスは下部に集ま
る。集められた不凝縮性ガスは下部に設けられた排気口
１０より排気される。
概念を提供した例を図１０，図１１を用いて示す。図１
０は吸収式冷凍機の構成を示す。吸収式冷凍機は、蒸発
器２０，吸収器２１，発生器２２，凝縮器２３から構成
される。蒸発器２０では蒸気を生成する。吸収器２１で
は濃度が高い吸収液２４に蒸気２５を吸収させる働きが
あり、発生器２２は、吸収器２１で希釈された吸収液２
６を加熱して蒸気を発生し、吸収液を濃縮する。蒸発器
２０で発生した蒸気は吸収器２１で吸収液に吸収され発
生器２２に入り、再び蒸気となり凝縮器２３で凝縮され
蒸発器２０に戻される。このとき、蒸発器２０と吸収器
２１の圧力を低圧に保持することにより、蒸発温度を常
温より低くしている。温水２８は蒸発潜熱により冷却さ
れる。すなわち、吸収器２１での吸収圧力を低く保つこ
とができ冷水２７の温度を低くすることができる。な
お、このシステムでは温水２８から奪った熱で冷水２９
を加熱するシステムとなっており、吸収器２１の吸収圧
力が低いほど、移動する熱量を大きくとれる。図１１
は、本発明の特徴点である吸収器の一実施例を示し、新
たに吸収液散布口３３が設けられている。ここで、吸収
とは吸収液を媒体とした凝縮である。吸収液は通常Ｌｉ
Ｂｒ（リチウムブロマイド）の水溶液が用いられ、吸収
液散布口３３より管巣２に散布され、伝熱管表面で冷却
される。蒸気は流入部５より流入し、蒸気流路３を通り
管群１に入り、伝熱管の表面にある吸収液に吸収され液
体になる。蒸気が液体に凝縮する際に放出される凝縮潜
熱は伝熱管に吸熱される。蒸気の吸収量は、吸収液の濃
度と温度に依存するが、今、一定となると仮定する。蒸
気流路３の流路幅を下部になる程小さくすれることによ
り、下部に低圧部が生じ、不凝縮性ガスは下部に集ま
る。集められた不凝縮性ガスは下部に設けられた排気口
１０より排気される。
【００２７】以上説明したように、本実施例においても
不凝縮性ガスを効率的に排気することができるので、吸
収式冷凍機の性能が向上する。
不凝縮性ガスを効率的に排気することができるので、吸
収式冷凍機の性能が向上する。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、抽出口に近づくほど蒸
気の流路断面積が小さくなるように又は伝熱面積が大き
くなるように伝熱管を構成することにより、抽出口に向
かって静圧を低くできるので、不凝縮性ガスを効率良く
排気することができる。
気の流路断面積が小さくなるように又は伝熱面積が大き
くなるように伝熱管を構成することにより、抽出口に向
かって静圧を低くできるので、不凝縮性ガスを効率良く
排気することができる。
【００２９】
【００３０】
【図１】本発明の沸騰水型原子力発電プラントの構成図
である。
である。
【図２】本発明の復水器の一実施例の構成図であり、伝
熱管１１内を流れる冷却水の流れに対し垂直な断面を示
す。
熱管１１内を流れる冷却水の流れに対し垂直な断面を示
す。
【図３】従来技術による復水器内の流れに関する数値解
析結果を示す図である。
析結果を示す図である。
【図４】本発明による復水器内の流れに関する数値解析
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図５】管群を垂直に配置する本発明の復水器の実施例
の断面図である。
の断面図である。
【図６】管群の幅を変える本発明の復水器の実施例の断
面図である。
面図である。
【図７】放射部と密集部を有する本発明の復水器の実施
例の断面図である。
例の断面図である。
【図８】本発明による一実施例のフィン付熱交換器の鳥
かん図である。
かん図である。
【図９】図８の熱交換器のフィン付の伝熱管の部分を示
す図である。
す図である。
【図１０】本発明の吸収式冷凍機の一実施例を示す図で
ある。
ある。
【図１１】本発明の吸収式冷凍機の吸収器の断面図であ
る。
る。
１…管群、２…管巣、３…蒸気流路、４…容器壁、５…
流入部、６…空気冷却部、７…空気冷却部管群、８…凝
縮液溜、９…凝縮液流出口、１０…排気口、１１…伝熱
管、１４…タービン、１５…復水器、１６…熱交換器、
２１…冷却材、３３…吸収液散布口、１０１…伝熱管、
１０２…フィン、１０３…孔。
流入部、６…空気冷却部、７…空気冷却部管群、８…凝
縮液溜、９…凝縮液流出口、１０…排気口、１１…伝熱
管、１４…タービン、１５…復水器、１６…熱交換器、
２１…冷却材、３３…吸収液散布口、１０１…伝熱管、
１０２…フィン、１０３…孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相沢 直彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭52−73206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−125594（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−10569（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】複数の管群を有し、流入口から流入した蒸
気を凝縮させ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、前記
複数の管群の間に形成された複数の流路とを備え、前記
抽出口に近い流路ほど流路断面積が小さいことを特徴と
する復水器。 - 【請求項２】複数の管群を有し、流入口から流入した蒸
気を凝縮させ、不凝縮ガスを抽出口に導く管巣と、前記
複数の管群の間に形成された複数の流路とを備え、前記
抽出口に近い管群ほど管の数が多いことを特徴とする復
水器。 - 【請求項３】流入口から流入した蒸気を凝縮させる管が
密集して設けられた密集部と、該密集部の周りに位置
し、前記管の集合である管群と蒸気流路が交互に設けら
れた放射部と、前記管で凝縮されない不凝縮ガスを抽出
する抽出口とを備え、前記抽出口に近い蒸気流路ほど流
路断面積が小さいことを特徴とする復水器。 - 【請求項４】蒸気発生部と、該蒸気発生部で発生した蒸
気で回転するタービンと、該タービンを回転させた蒸気
を凝縮する復水器と、該復水器で凝縮された凝縮水を前
記蒸気発生部に戻す給水系とを備えた発電プラントにお
いて、前記復水器として請求項１乃至３の何れかに記載
の復水器を用いたことを特徴とする発電プラント。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008913A JP2576292B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 復水器及びそれを用いた発電プラント |
| CA002059759A CA2059759C (en) | 1991-01-29 | 1992-01-21 | Heat exchanger for condensing vapor into liquid phase, power generating plant using the heat exchanger and absorption refrigerator using the heat exchanger |
| DE4201637A DE4201637C3 (de) | 1991-01-29 | 1992-01-22 | Kondensator zur Verflüssigung von Dampf |
| US07/827,934 US5205352A (en) | 1991-01-29 | 1992-01-29 | Heat exchanger for condensing vapor into liquid phase, power generating plant using the heat exchanger and absorption refrigerator using the heat exchanger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008913A JP2576292B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 復水器及びそれを用いた発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04244589A JPH04244589A (ja) | 1992-09-01 |
| JP2576292B2 true JP2576292B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=11705902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3008913A Expired - Fee Related JP2576292B2 (ja) | 1991-01-29 | 1991-01-29 | 復水器及びそれを用いた発電プラント |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5205352A (ja) |
| JP (1) | JP2576292B2 (ja) |
| CA (1) | CA2059759C (ja) |
| DE (1) | DE4201637C3 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6269867B1 (en) | 1994-12-02 | 2001-08-07 | Hitachi, Ltd | Condenser and power plant |
| US5960867A (en) * | 1994-12-02 | 1999-10-05 | Hitachi, Ltd. | Condenser and power plant |
| DE60130544T2 (de) * | 2000-03-13 | 2008-06-26 | Biocure, Inc. | Embolische zusammensetzungen |
| DE10108768C2 (de) * | 2001-02-23 | 2003-11-20 | Polymer Eng Gmbh | Absorptionskälteanlage mit Niedertemperaturnutzung |
| CN101031767B (zh) * | 2006-03-27 | 2012-01-25 | 布哈拉特强电有限公司 | 两通路蒸汽冷凝器 |
| CN101403574B (zh) * | 2007-11-30 | 2011-08-31 | 冼泰来 | 双功能非凝结性气体清除器 |
| JP6116113B2 (ja) * | 2011-04-07 | 2017-04-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 凝縮器、及びこれを備えた凝縮システム |
| US9541314B2 (en) * | 2012-04-23 | 2017-01-10 | Daikin Applied Americas Inc. | Heat exchanger |
| JP2015068612A (ja) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | 株式会社東芝 | 直接接触式復水器 |
| DE102014223040A1 (de) * | 2013-11-13 | 2015-05-13 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Sorptionswärmeübertrager-Modul, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug |
| JP6262040B2 (ja) | 2014-03-19 | 2018-01-17 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 復水器及びタービン設備 |
| US9739179B2 (en) | 2015-03-13 | 2017-08-22 | International Business Machines Corporation | Working fluid for a device, device and method for converting heat into mechanical energy |
| ES2943503A1 (es) * | 2021-12-13 | 2023-06-13 | Greene Entpr S L | Sistema de condensacion y recuperacion termica modular |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1704484A (en) * | 1925-08-05 | 1929-03-05 | Worthington Pump & Mach Corp | Condensing apparatus |
| US1662186A (en) * | 1926-11-10 | 1928-03-13 | Worthington Pump & Mach Corp | Condenser |
| US1718466A (en) * | 1927-11-02 | 1929-06-25 | Ingersoll Rand Co | Surface condenser |
| US1845546A (en) * | 1930-12-05 | 1932-02-16 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Condenser |
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