JP3057018B2 - 一体の積層通気凝縮器を備える蒸気凝縮モジュール - Google Patents
一体の積層通気凝縮器を備える蒸気凝縮モジュールInfo
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- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に熱伝達装
置に関し、特定すると熱交換目的のための空気冷却式真
空蒸気凝縮器に関する。
置に関し、特定すると熱交換目的のための空気冷却式真
空蒸気凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術、発明が解決しようとする課題】発電工業
においては、熱力学的ランキンパワーサイクルの断熱部
分を提供するために、蒸気凝縮器が使用される。これを
遂行するためには、低圧力タービンの排出口に蒸気凝縮
器が結合され、この排出蒸気を液体に凝縮し、それをパ
ワーサイクルにおいて最使用のためにパワーサイクルに
戻す。蒸気凝縮器の主たる機能は、タービン排出口に、
普通1.0 ないし6.0 インチ(2.54 ないし15.24cm)Hg絶対
値間の低背圧を提供することである。低背圧を維持する
ことは、発電所の熱効率を最大化する。
においては、熱力学的ランキンパワーサイクルの断熱部
分を提供するために、蒸気凝縮器が使用される。これを
遂行するためには、低圧力タービンの排出口に蒸気凝縮
器が結合され、この排出蒸気を液体に凝縮し、それをパ
ワーサイクルにおいて最使用のためにパワーサイクルに
戻す。蒸気凝縮器の主たる機能は、タービン排出口に、
普通1.0 ないし6.0 インチ(2.54 ないし15.24cm)Hg絶対
値間の低背圧を提供することである。低背圧を維持する
ことは、発電所の熱効率を最大化する。
【０００３】蒸気凝縮器の二つの主たる形式は、水冷式
表面型凝縮器と空冷式凝縮器である。水冷式表面凝縮器
は、近代発電所において優勢な技術である。他方、空冷
式蒸気型凝縮器は、厳密な環境要件に応ずるように採用
されることが多くなりつつある。
表面型凝縮器と空冷式凝縮器である。水冷式表面凝縮器
は、近代発電所において優勢な技術である。他方、空冷
式蒸気型凝縮器は、厳密な環境要件に応ずるように採用
されることが多くなりつつある。
【０００４】空気冷却式蒸気凝縮器は、1930年台以来使
用されてきた。この種の凝縮器に関して今日存する主た
る技術的挑戦は、タービン背圧を最小化しながら、凝縮
物を効率的に排出する手法および非凝縮性ガス（典型的
には系内に漏れた空気）を捕捉し除去する態様に関する
ものである。これらの空気冷却式蒸気凝縮器は、普通Ａ
字形フレーム構造に配置され、そしてファンが基部に水
平に配置され、その上に別個の凝縮器管モジュールが包
含されて成り、空気がそれらのモジュールを通って流れ
る。これらの蒸気器管モジュールに対する蒸気入口は、
頂部または頂点に配置され、蒸気と何らかの生じた凝縮
物がモジュール内を一緒に下方へと流れるようになって
いる。
用されてきた。この種の凝縮器に関して今日存する主た
る技術的挑戦は、タービン背圧を最小化しながら、凝縮
物を効率的に排出する手法および非凝縮性ガス（典型的
には系内に漏れた空気）を捕捉し除去する態様に関する
ものである。これらの空気冷却式蒸気凝縮器は、普通Ａ
字形フレーム構造に配置され、そしてファンが基部に水
平に配置され、その上に別個の凝縮器管モジュールが包
含されて成り、空気がそれらのモジュールを通って流れ
る。これらの蒸気器管モジュールに対する蒸気入口は、
頂部または頂点に配置され、蒸気と何らかの生じた凝縮
物がモジュール内を一緒に下方へと流れるようになって
いる。
【０００５】代表的空気冷却式蒸気凝縮器の各モジュー
ルは、一般に、その中に積層された４列またはその程度
の管列より成っている。空気がこれらの積層列の回りを
上方に流れるとき、その温度は上昇して、この空気と次
の管列内の蒸気との間の温度差に対応する減少をもたら
す。このように各逐次の管列に対して温度差はより低く
なるので、その管列に関して起こる蒸気流および凝縮物
流は低減することとなる。各逐次の管列に対して凝縮物
流および水蒸気流はより少ないから、２相流圧降下も管
列ごとにより低くなる。
ルは、一般に、その中に積層された４列またはその程度
の管列より成っている。空気がこれらの積層列の回りを
上方に流れるとき、その温度は上昇して、この空気と次
の管列内の蒸気との間の温度差に対応する減少をもたら
す。このように各逐次の管列に対して温度差はより低く
なるので、その管列に関して起こる蒸気流および凝縮物
流は低減することとなる。各逐次の管列に対して凝縮物
流および水蒸気流はより少ないから、２相流圧降下も管
列ごとにより低くなる。
【０００６】簡単な凝縮器の場合、全管列は、最高の
（第４または最上位管列の）出口圧力に等しい圧力にあ
る共通の下部ヘッダ中に放出する。したがって、共通下
部ヘッダ内の蒸気および非凝縮性ガスは、これらの第１
の３列の管列の放出端部に入る。水蒸気はここで１本の
管の両端部に入って、非凝縮ガス（空気）はその中に捕
捉される。寒い天候中凝縮物が凍結するのはこれらのエ
アポケット内においてである。これらのエアポケットは
また熱伝達表面領域を覆い、それにより熱い天候中凝縮
器効率を減ずる。捕捉されない非凝縮ガスは、一般に、
真空ポンプまたはイゼクタで底部ヘッダから廃棄され
る。
（第４または最上位管列の）出口圧力に等しい圧力にあ
る共通の下部ヘッダ中に放出する。したがって、共通下
部ヘッダ内の蒸気および非凝縮性ガスは、これらの第１
の３列の管列の放出端部に入る。水蒸気はここで１本の
管の両端部に入って、非凝縮ガス（空気）はその中に捕
捉される。寒い天候中凝縮物が凍結するのはこれらのエ
アポケット内においてである。これらのエアポケットは
また熱伝達表面領域を覆い、それにより熱い天候中凝縮
器効率を減ずる。捕捉されない非凝縮ガスは、一般に、
真空ポンプまたはイゼクタで底部ヘッダから廃棄され
る。
【０００７】蒸気凝縮器の問題の理想的な解決法は、各
管列を出る流体流の完全な分離を維持することである。
これは、米国特許第4,129,180 号における蒸気凝縮器の
基本的な手法である。この特許は、共通の下部ヘッダで
なく、下部ヘッダの各部分に対して別個の凝縮物および
通気管をもつ分割された下部ヘッダを開示している。こ
のような独立管の場合、種々の列間に圧力交差路はな
い。下部ヘッダの各部分からの凝縮物管は、それらの間
の異なる圧力を平行させるようにウォーターレッグシー
ルを備える共通の排出ポットに流れる。下部ヘッダの各
部分からの通気管も、大気への究極的放出のための個々
の真空ポンプまたはイゼクターと独立に経路を定められ
る。この手法は理想的であるが、排出管および通気パイ
プの複雑なシステムに起因して製造および架設費がより
高価となる。
管列を出る流体流の完全な分離を維持することである。
これは、米国特許第4,129,180 号における蒸気凝縮器の
基本的な手法である。この特許は、共通の下部ヘッダで
なく、下部ヘッダの各部分に対して別個の凝縮物および
通気管をもつ分割された下部ヘッダを開示している。こ
のような独立管の場合、種々の列間に圧力交差路はな
い。下部ヘッダの各部分からの凝縮物管は、それらの間
の異なる圧力を平行させるようにウォーターレッグシー
ルを備える共通の排出ポットに流れる。下部ヘッダの各
部分からの通気管も、大気への究極的放出のための個々
の真空ポンプまたはイゼクターと独立に経路を定められ
る。この手法は理想的であるが、排出管および通気パイ
プの複雑なシステムに起因して製造および架設費がより
高価となる。
【０００８】一般的に使用される代わりの設計は、２段
階凝縮器である。主凝縮器においては、水蒸気および凝
縮物流は、蒸気を凝縮するに必要な熱交換機表面積の約
2/3を通って一緒に下方に流れる。主凝縮器の表面積は
完全な凝縮のためには不十分であるから、各列からの過
剰の蒸気は、主凝縮器の共通の下部ヘッダに流入せしめ
られる。これは、水蒸気および非凝縮ガスの逆流がこれ
らの管列中に逆流するのを防ぐ。
階凝縮器である。主凝縮器においては、水蒸気および凝
縮物流は、蒸気を凝縮するに必要な熱交換機表面積の約
2/3を通って一緒に下方に流れる。主凝縮器の表面積は
完全な凝縮のためには不十分であるから、各列からの過
剰の蒸気は、主凝縮器の共通の下部ヘッダに流入せしめ
られる。これは、水蒸気および非凝縮ガスの逆流がこれ
らの管列中に逆流するのを防ぐ。
【０００９】この過剰の蒸気はついで、別個の二次凝縮
器、代表的にはデフレグメータに流入するが、この二次
凝縮器は全凝縮器表面積の残り（約1/3)を構成する。こ
の種のデフレグメータは主凝縮器と同様に構成され、そ
の各束には複数の（通常４程度の）垂直積層管列が組み
込まれている。しかしながら、デフレグメータにおいて
は、この過剰の水蒸気および非凝縮性ガスは、その中の
ガスが放出される前に、下部の共通ヘッダからこれらの
管列内を上方に流れる。この上動する過剰水蒸気流から
生ずる凝縮物は、重力により、これらの管列への供給を
行う共通下部ヘッダに向かって向流的に下方に流れる。
かくして、この共通の下部ヘッダは、これらの管列に過
剰の水蒸気および非蒸発性ガスを供給し、同時にこれら
の管列から凝縮物を収集する。
器、代表的にはデフレグメータに流入するが、この二次
凝縮器は全凝縮器表面積の残り（約1/3)を構成する。こ
の種のデフレグメータは主凝縮器と同様に構成され、そ
の各束には複数の（通常４程度の）垂直積層管列が組み
込まれている。しかしながら、デフレグメータにおいて
は、この過剰の水蒸気および非凝縮性ガスは、その中の
ガスが放出される前に、下部の共通ヘッダからこれらの
管列内を上方に流れる。この上動する過剰水蒸気流から
生ずる凝縮物は、重力により、これらの管列への供給を
行う共通下部ヘッダに向かって向流的に下方に流れる。
かくして、この共通の下部ヘッダは、これらの管列に過
剰の水蒸気および非蒸発性ガスを供給し、同時にこれら
の管列から凝縮物を収集する。
【００１０】主凝縮器の下流にあるこの種の別個の通気
凝縮器（またはデフレグメータ）は、主凝縮器が非凝縮
性ガスがそこに捕捉されるのを防ぐように設計される。
しかしながら、通気凝縮器それ自体が複数列より成る場
合（通常そうである）この種の通気凝縮器は、そのそれ
自体の下部管列において逆流に遭遇する。かくして、水
蒸気の下部列への逆流に起因する非凝縮性ガス捕捉の問
題は、主凝縮器から通気凝縮器に単にシフトされたに過
ぎない。
凝縮器（またはデフレグメータ）は、主凝縮器が非凝縮
性ガスがそこに捕捉されるのを防ぐように設計される。
しかしながら、通気凝縮器それ自体が複数列より成る場
合（通常そうである）この種の通気凝縮器は、そのそれ
自体の下部管列において逆流に遭遇する。かくして、水
蒸気の下部列への逆流に起因する非凝縮性ガス捕捉の問
題は、主凝縮器から通気凝縮器に単にシフトされたに過
ぎない。
【００１１】米国特許第4,177,859 号は、下部ヘッダが
バッフルを備えた空気冷却式蒸気凝縮器を開示してい
る。この下部ヘッダはまた、第１のすなわち最下位の管
列から凝縮物を収集する別個の検査井戸を合体してい
る。この第１すなわち最下位の管列は、そこを流れる蒸
気を完全に凝縮するものである。また、この検査井戸
は、この第１管列からの凝縮物の温度をチェックするの
に使用される。しかしながら、この特許は、検査井戸内
の凝縮物が凍結温度に近づく場合、凍結を如何に防ぐか
を開示していない。またこの特許は、非凝縮性ガスの累
積を避けるために管中への逆流の除去について論述して
いない。
バッフルを備えた空気冷却式蒸気凝縮器を開示してい
る。この下部ヘッダはまた、第１のすなわち最下位の管
列から凝縮物を収集する別個の検査井戸を合体してい
る。この第１すなわち最下位の管列は、そこを流れる蒸
気を完全に凝縮するものである。また、この検査井戸
は、この第１管列からの凝縮物の温度をチェックするの
に使用される。しかしながら、この特許は、検査井戸内
の凝縮物が凍結温度に近づく場合、凍結を如何に防ぐか
を開示していない。またこの特許は、非凝縮性ガスの累
積を避けるために管中への逆流の除去について論述して
いない。
【００１２】他の代替的設計上の解決法は、管列間の圧
力降下を等化するために固定オリフィスまたはフラッパ
弁を含む。さらに他の設計では、水蒸気圧力降下の平衡
化を達成する試みとして、管のフィン間隔、フィン高
さ、またはフィン長さを変えることができる。米国特許
第4,513,813 号に記載される他の新規な解決法は、複数
パスと平行に管を配置する。この配置では、各管中の流
れは、類似の冷却ポテンシャルに遭遇し、したがって同
様な凝縮速度および圧力降下を有する。しかしながら、
これらの代替的解決法もすべて、蒸気凝縮器設計動作条
件でしかよくその性能を発揮しないか、あるいは価額的
に競争性がないか、あるいはその両者である。
力降下を等化するために固定オリフィスまたはフラッパ
弁を含む。さらに他の設計では、水蒸気圧力降下の平衡
化を達成する試みとして、管のフィン間隔、フィン高
さ、またはフィン長さを変えることができる。米国特許
第4,513,813 号に記載される他の新規な解決法は、複数
パスと平行に管を配置する。この配置では、各管中の流
れは、類似の冷却ポテンシャルに遭遇し、したがって同
様な凝縮速度および圧力降下を有する。しかしながら、
これらの代替的解決法もすべて、蒸気凝縮器設計動作条
件でしかよくその性能を発揮しないか、あるいは価額的
に競争性がないか、あるいはその両者である。
【００１３】一体の通気凝縮器に対する重要な設計上の
制限は、向流流れ限界蒸気速度である。この臨界速度に
て、通気凝縮器に入る水蒸気は、向流凝縮物（重力によ
り流れる）を通気凝縮器中に上昇ないし逆流せしめそれ
が排出されるのを妨げるに十分の速度にある。ここで捕
捉されるこの液体の逆流は、通気凝縮器の圧力降下を大
幅に増大し、空気除去系の効率を減じるとともに、ター
ビン背圧を増大させる。
制限は、向流流れ限界蒸気速度である。この臨界速度に
て、通気凝縮器に入る水蒸気は、向流凝縮物（重力によ
り流れる）を通気凝縮器中に上昇ないし逆流せしめそれ
が排出されるのを妨げるに十分の速度にある。ここで捕
捉されるこの液体の逆流は、通気凝縮器の圧力降下を大
幅に増大し、空気除去系の効率を減じるとともに、ター
ビン背圧を増大させる。
【００１４】それゆえ、本発明の目的は、従来周知の空
気流凝縮器よりも維持および構造において低価額の空気
冷却式凝縮器を提供することである。
気流凝縮器よりも維持および構造において低価額の空気
冷却式凝縮器を提供することである。
【００１５】本発明の他の目的は、熱交換器の種々の管
列への非凝縮性ガスの蓄積を実質的に排除することであ
る。
列への非凝縮性ガスの蓄積を実質的に排除することであ
る。
【００１６】本発明の他の目的は、二つの凝縮器が、別
個のただし隣接するモジュールとしてでなく単一のモジ
ュールに合体ないし統合されるように通気凝縮器を主凝
縮器上に積層することによって、凝縮管内の凝縮物の凍
結を実質的に除去することである。
個のただし隣接するモジュールとしてでなく単一のモジ
ュールに合体ないし統合されるように通気凝縮器を主凝
縮器上に積層することによって、凝縮管内の凝縮物の凍
結を実質的に除去することである。
【００１７】本発明のさらに他の目的は、空気温度が水
の凍結点以上の温度に加熱される領域に、通気凝縮器を
配置することである。
の凍結点以上の温度に加熱される領域に、通気凝縮器を
配置することである。
【００１８】本発明のさらに他の目的は、全主凝縮器管
列から一定蒸気流を流出させ、コレラの管列から非凝縮
性ガスを連続的に駆逐することによって、非凝縮性ガス
を蓄積を防ぐことである。
列から一定蒸気流を流出させ、コレラの管列から非凝縮
性ガスを連続的に駆逐することによって、非凝縮性ガス
を蓄積を防ぐことである。
【００１９】本発明のさらに他の目的は、向流流れ限界
値を増しそれにより熱交換器に対して許容される容量お
よび流量を増すような、デフレグメータの入口形態に対
する設計を提供することである。
値を増しそれにより熱交換器に対して許容される容量お
よび流量を増すような、デフレグメータの入口形態に対
する設計を提供することである。
【００２０】本発明、その動作上の利点およびその使用
により達成される特定の目的を一層よく理解するために
は、図面を参照して行った後続の説明を参照されたい。
により達成される特定の目的を一層よく理解するために
は、図面を参照して行った後続の説明を参照されたい。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、一体の通気凝
縮器を有する空気冷却式蒸気凝縮器モジュールに関す
る。この蒸気凝縮器は、蒸気ヘッダを合体しており、そ
して該蒸気ヘッダは、それに結合される少なくとも１列
の細長の凝縮管に蒸気を供給するように設計されてい
る。共通の凝縮物ヘッダが蒸気ヘッダから離間して配置
され、そしてこの別個の凝縮物ヘッダは、凝縮管の第２
のすなわち反対の端部領域に結合されている。凝縮管を
通過する蒸気の一部は凝縮され、残りの非凝縮または過
剰の蒸気部分は、凝縮管中を連続的に流れて共通の凝縮
物ヘッダに至る。この凝縮物ヘッダは、凝縮管列を分離
または分割するようなバッフルや仕切りを備えていな
い。少なくとも１列の通気凝縮器が、１または複数列の
凝縮管と一体に配置されており、そしてこの通気凝縮管
の各々の底端部領域は、凝縮物ヘッダに結合されてい
る。これらの通気凝縮器管は凝縮管とほぼ平行に配向さ
れており、非凝縮すなわち過剰の蒸気部分はその完全な
凝縮のためこれらの通気凝縮器管中を通過する。通気凝
縮器管の上部領域には通気ヘッダが結合されており、そ
して凝縮モジュールに冷却用空気を供給するための手段
が設けられている。
縮器を有する空気冷却式蒸気凝縮器モジュールに関す
る。この蒸気凝縮器は、蒸気ヘッダを合体しており、そ
して該蒸気ヘッダは、それに結合される少なくとも１列
の細長の凝縮管に蒸気を供給するように設計されてい
る。共通の凝縮物ヘッダが蒸気ヘッダから離間して配置
され、そしてこの別個の凝縮物ヘッダは、凝縮管の第２
のすなわち反対の端部領域に結合されている。凝縮管を
通過する蒸気の一部は凝縮され、残りの非凝縮または過
剰の蒸気部分は、凝縮管中を連続的に流れて共通の凝縮
物ヘッダに至る。この凝縮物ヘッダは、凝縮管列を分離
または分割するようなバッフルや仕切りを備えていな
い。少なくとも１列の通気凝縮器が、１または複数列の
凝縮管と一体に配置されており、そしてこの通気凝縮管
の各々の底端部領域は、凝縮物ヘッダに結合されてい
る。これらの通気凝縮器管は凝縮管とほぼ平行に配向さ
れており、非凝縮すなわち過剰の蒸気部分はその完全な
凝縮のためこれらの通気凝縮器管中を通過する。通気凝
縮器管の上部領域には通気ヘッダが結合されており、そ
して凝縮モジュールに冷却用空気を供給するための手段
が設けられている。
【００２２】
【発明の実施の形態】図１〜３を参照すると、この図に
は空気冷却式凝縮器すなわち熱交換器１０が示されてい
る。この具体例においては、蒸気は熱交換器１０の上部
蒸気ヘッダ１２に供給される。蒸気ヘッダ１２は、複数
の管列１４を含む主凝縮器に結合されている。図１はヘ
ッダ１２から蒸気を受け取る３列のこの主の管列１４を
開示しているが、もし望むならば、それより大いかそれ
より少ない数の管列１４を設けてよい。各管列１４の各
管１６には、一般に、一連の離間したフィン１８が固定
されている。これらのフィン１８は、管１６と、ファン
２２により強制されて管列１４中を上昇する空気２０と
の間の熱交換の効率を高める。他の具体例として、この
空気流は、強制される必要なしに自然に自然にに起こる
ものでよく、それによりファン２２の必要を潜在的に排
除する。
は空気冷却式凝縮器すなわち熱交換器１０が示されてい
る。この具体例においては、蒸気は熱交換器１０の上部
蒸気ヘッダ１２に供給される。蒸気ヘッダ１２は、複数
の管列１４を含む主凝縮器に結合されている。図１はヘ
ッダ１２から蒸気を受け取る３列のこの主の管列１４を
開示しているが、もし望むならば、それより大いかそれ
より少ない数の管列１４を設けてよい。各管列１４の各
管１６には、一般に、一連の離間したフィン１８が固定
されている。これらのフィン１８は、管１６と、ファン
２２により強制されて管列１４中を上昇する空気２０と
の間の熱交換の効率を高める。他の具体例として、この
空気流は、強制される必要なしに自然に自然にに起こる
ものでよく、それによりファン２２の必要を潜在的に排
除する。
【００２３】図１は、垂直平面交叉中心線２４に沿って
切断された熱交換器１０の一側のみを例示しており、残
りは図示されたものの鏡像となるであろう。また、熱交
換器１０は、各々図示の断面図と類似の断面図を有する
一般的に複数の隣接モジュール２５より構成されるであ
ろう。これらの種々のモジュール２５は、蒸気ヘッダ１
２と共通の凝縮物ヘッダ２６により平行関係に相互接続
され、種々のモジュール２５間に圧力差は全然または殆
どないようになされている。凝縮器１０に必要とされる
モジュール２５の実際の数は、蒸気ヘッダ１２に流入す
る蒸気の容積と、タービン排出口（図示しないが蒸気ヘ
ッダ１２に結合される）に起こる所望の背圧とにより決
定される。
切断された熱交換器１０の一側のみを例示しており、残
りは図示されたものの鏡像となるであろう。また、熱交
換器１０は、各々図示の断面図と類似の断面図を有する
一般的に複数の隣接モジュール２５より構成されるであ
ろう。これらの種々のモジュール２５は、蒸気ヘッダ１
２と共通の凝縮物ヘッダ２６により平行関係に相互接続
され、種々のモジュール２５間に圧力差は全然または殆
どないようになされている。凝縮器１０に必要とされる
モジュール２５の実際の数は、蒸気ヘッダ１２に流入す
る蒸気の容積と、タービン排出口（図示しないが蒸気ヘ
ッダ１２に結合される）に起こる所望の背圧とにより決
定される。
【００２４】図面において、凝縮器ヘッダ２６は、種々
の管列１４を分離、分割するような仕切りまたはバッフ
ルのない点において共通形式より成るものとして構成さ
れる。ヘッダ２６はまた、蒸気ヘッダ１２の下または下
方にある物として示されているが、これは必ずしもそう
であることを要しない。いずれにしても、管列１４を流
れる蒸気は、それが下部凝縮物ヘッダ２６に入る前に、
全動作条件で完全に凝縮されない。過剰蒸気はここで各
間列１４から連続的に流出するから、かかる列１４間の
圧力は下部ヘッダ２６において等化される。列１４のこ
の連続駆逐は、下部ヘッダ２６から管列１４中への逆流
が起こらないことを保証する。このような状態が起こる
と、空気はそこに捕捉することとなり、そしてこれは凝
縮物の凍結、および１または複数の管１６の一つの破裂
をもたらすこととなろう。
の管列１４を分離、分割するような仕切りまたはバッフ
ルのない点において共通形式より成るものとして構成さ
れる。ヘッダ２６はまた、蒸気ヘッダ１２の下または下
方にある物として示されているが、これは必ずしもそう
であることを要しない。いずれにしても、管列１４を流
れる蒸気は、それが下部凝縮物ヘッダ２６に入る前に、
全動作条件で完全に凝縮されない。過剰蒸気はここで各
間列１４から連続的に流出するから、かかる列１４間の
圧力は下部ヘッダ２６において等化される。列１４のこ
の連続駆逐は、下部ヘッダ２６から管列１４中への逆流
が起こらないことを保証する。このような状態が起こる
と、空気はそこに捕捉することとなり、そしてこれは凝
縮物の凍結、および１または複数の管１６の一つの破裂
をもたらすこととなろう。
【００２５】下部凝縮物ヘッダ２６は矩形形状として示
されているが、他の形態も適当である。また、種々の管
列１４に、したがって熱交換器１０に凝縮物ヘッダ２６
を固定する態様は、必要に応じてあるいは所望に応じて
変えることができる。さらに、熱交換器１０の種々のモ
ジュール２５からの凝縮物ヘッダ２６を相互接続するこ
とによって、単一のあるいは少数の凝縮物排出管２７し
か採用することを要しない。
されているが、他の形態も適当である。また、種々の管
列１４に、したがって熱交換器１０に凝縮物ヘッダ２６
を固定する態様は、必要に応じてあるいは所望に応じて
変えることができる。さらに、熱交換器１０の種々のモ
ジュール２５からの凝縮物ヘッダ２６を相互接続するこ
とによって、単一のあるいは少数の凝縮物排出管２７し
か採用することを要しない。
【００２６】図１に示されるように、一体の上部管列す
なわち通気凝縮器２８は、管列１４にほぼ並列に配向さ
れるが、この上部管列２８は通気凝縮器として作用し、
凝縮物ヘッダ２６に入る非凝縮性ガスを排気し過剰の蒸
気を凝縮する。下部ヘッダ２６から上部管列２８を通る
非凝縮過剰蒸気の上向きの流れのため、生じた凝縮物は
かかる蒸気の流れと反対に下向きに流れる。かくして、
かかる蒸気流の容量および速度は、上部管列２８内のこ
の凝縮物を捕捉ないし連行するように大きくすべきでな
いことが重要である。基本的には、熱交換器１０は、通
気凝縮器の一体の管列２８内において完全な凝縮が起こ
るように主凝縮器の管列１４中に過剰の蒸気流を保証す
るようにすることによって動作する。この形態の場合、
先述したように過剰の蒸気を別個の凝縮器またはデフレ
グメータに供給する必要はない。代わりに、各モジュー
ル２５は、それ自体の通気凝縮器管列２８を合体してい
る。
なわち通気凝縮器２８は、管列１４にほぼ並列に配向さ
れるが、この上部管列２８は通気凝縮器として作用し、
凝縮物ヘッダ２６に入る非凝縮性ガスを排気し過剰の蒸
気を凝縮する。下部ヘッダ２６から上部管列２８を通る
非凝縮過剰蒸気の上向きの流れのため、生じた凝縮物は
かかる蒸気の流れと反対に下向きに流れる。かくして、
かかる蒸気流の容量および速度は、上部管列２８内のこ
の凝縮物を捕捉ないし連行するように大きくすべきでな
いことが重要である。基本的には、熱交換器１０は、通
気凝縮器の一体の管列２８内において完全な凝縮が起こ
るように主凝縮器の管列１４中に過剰の蒸気流を保証す
るようにすることによって動作する。この形態の場合、
先述したように過剰の蒸気を別個の凝縮器またはデフレ
グメータに供給する必要はない。代わりに、各モジュー
ル２５は、それ自体の通気凝縮器管列２８を合体してい
る。
【００２７】図２は、管列１４および上部排通気管列２
８の代表的配置を例示する。この配置では、種々の管１
６の寸法は全部同じである。しかしながら、図３に見ら
れるように、上部管列２８内の管の寸法は、主凝縮器の
管列１４内の管よりも大きく作ることができる。上部管
列２８に対してこのような大きな管寸法を使用すること
は、この管列２８中の蒸気速度を緩速にすることにな
り、それにより凝縮物がかかる管２８の管内に保持ない
し捕捉される機会を減ずる。凍結保護は、空気の流れ２
０を変化させるようにファンパワーまたはブレードピッ
チを調節することによっても提供できる。必要とされる
実際の制御量は、他の変数もあるが凝縮器圧力に依存す
る。
８の代表的配置を例示する。この配置では、種々の管１
６の寸法は全部同じである。しかしながら、図３に見ら
れるように、上部管列２８内の管の寸法は、主凝縮器の
管列１４内の管よりも大きく作ることができる。上部管
列２８に対してこのような大きな管寸法を使用すること
は、この管列２８中の蒸気速度を緩速にすることにな
り、それにより凝縮物がかかる管２８の管内に保持ない
し捕捉される機会を減ずる。凍結保護は、空気の流れ２
０を変化させるようにファンパワーまたはブレードピッ
チを調節することによっても提供できる。必要とされる
実際の制御量は、他の変数もあるが凝縮器圧力に依存す
る。
【００２８】一体の通気凝縮器管列２８に対する重要な
設計上の制限は、向流流れ限界(CCFL)蒸気速度である。
この臨界速度では、上部管列２８に入る蒸気は、そこに
含まれる凝縮物がヘッダ２６に向かって下降するのを妨
げるに十分の速度にある。この状態は、通気凝縮器（す
なわち管列２８）にかかる圧力降下を増大し、それによ
り凝縮器１０の効率を減ずる。これはまた、タービンの
背圧を増すが、これは望ましくない。
設計上の制限は、向流流れ限界(CCFL)蒸気速度である。
この臨界速度では、上部管列２８に入る蒸気は、そこに
含まれる凝縮物がヘッダ２６に向かって下降するのを妨
げるに十分の速度にある。この状態は、通気凝縮器（す
なわち管列２８）にかかる圧力降下を増大し、それによ
り凝縮器１０の効率を減ずる。これはまた、タービンの
背圧を増すが、これは望ましくない。
【００２９】このような出来事を避けるために、図３に
示される管のサイズ設定を行う。これらの上部管列２８
はその冷却能力を増すためにその上にフィンを合体して
いるだけでなく、管列１４内の管１６よりも大型とされ
る。これらの大型の管列２８の管は、主凝縮器内の管列
１４の管の表面積よりも大きな表面積を各々有する（そ
れらの直径の比に比例して）。さらに、大きな管列２８
の各管は、管１６の流れ面積より大きな流れ面積を有す
る（それらの直径の平方に比例）。それゆえ、上部管列
２８中の蒸気速度を減ずる。
示される管のサイズ設定を行う。これらの上部管列２８
はその冷却能力を増すためにその上にフィンを合体して
いるだけでなく、管列１４内の管１６よりも大型とされ
る。これらの大型の管列２８の管は、主凝縮器内の管列
１４の管の表面積よりも大きな表面積を各々有する（そ
れらの直径の比に比例して）。さらに、大きな管列２８
の各管は、管１６の流れ面積より大きな流れ面積を有す
る（それらの直径の平方に比例）。それゆえ、上部管列
２８中の蒸気速度を減ずる。
【００３０】図３はまた、主凝縮器の各管列１４がすべ
て同じ直径を有する管１６より成ることを例示してい
る。この必要は必ずしもその通りではない。何故なら
ば、これらの管列１４の内の１列が他の隣接する管列１
４の直径と異なる直径を有する管より構成されることも
可能であるからである。例えば、下から２列は約２イン
チ外径を有する管１６より成ってよく、次の高位の列１
４は約1.5 インチの外径を有する管１６より成ってもよ
い。また、上部すなわち通気凝縮器管列１８は、約２イ
ンチ外径を有する管１６より成っていてもよい。第２管
列１４のこの直径の減少は、通気凝縮器管列２８の必要
な通気容量を減ずるのを助ける。
て同じ直径を有する管１６より成ることを例示してい
る。この必要は必ずしもその通りではない。何故なら
ば、これらの管列１４の内の１列が他の隣接する管列１
４の直径と異なる直径を有する管より構成されることも
可能であるからである。例えば、下から２列は約２イン
チ外径を有する管１６より成ってよく、次の高位の列１
４は約1.5 インチの外径を有する管１６より成ってもよ
い。また、上部すなわち通気凝縮器管列１８は、約２イ
ンチ外径を有する管１６より成っていてもよい。第２管
列１４のこの直径の減少は、通気凝縮器管列２８の必要
な通気容量を減ずるのを助ける。
【００３１】上部通気凝縮器列２８の出口端部にはパイ
プ３０が配置されており、上部管列２８中の流れの非凝
縮性ガスの残部を受け取る。このパイプ３０は、このよ
うな非凝縮性ガスを空気除去系（図示せず）に移送し、
それによりヘッダ１２に供給される蒸気内に連行される
あるいは熱交換器１０に漏洩する非凝縮性ガスを排気す
る。また、もし必要ならば、空気除去パイプを蒸気ヘッ
ダ内に配置することによって、凍結保護を提供すること
も可能である。
プ３０が配置されており、上部管列２８中の流れの非凝
縮性ガスの残部を受け取る。このパイプ３０は、このよ
うな非凝縮性ガスを空気除去系（図示せず）に移送し、
それによりヘッダ１２に供給される蒸気内に連行される
あるいは熱交換器１０に漏洩する非凝縮性ガスを排気す
る。また、もし必要ならば、空気除去パイプを蒸気ヘッ
ダ内に配置することによって、凍結保護を提供すること
も可能である。
【００３２】図１は、通気凝縮器の管列２８を主凝縮器
の管列１４上に積層されたものとして例示している。し
かしながら、もし望むならば、これらの通気凝縮器の管
列２８は、主凝縮器の管列１４内または間に配置しても
よい。かくして、図１は、ファン空気流２０が上部管列
２８に達する前にまず管列１４上を通過する状態を示し
ているが、これは変更できる。換言すれば、熱交換器１
０は、空気２０がまず主凝縮器の管列１４の２管列を通
過し、ついで通気凝縮器の管列２８を通り、最後に主凝
縮の最後の管列１４上を通るように構成できる。いずれ
にしても、一体の通気凝縮器管列２８は、そこを流れる
空気の温度が凍結温度以上であるところに配置され、空
気が主凝縮器の管列１４中の事前の通過により加熱され
るようになされる。
の管列１４上に積層されたものとして例示している。し
かしながら、もし望むならば、これらの通気凝縮器の管
列２８は、主凝縮器の管列１４内または間に配置しても
よい。かくして、図１は、ファン空気流２０が上部管列
２８に達する前にまず管列１４上を通過する状態を示し
ているが、これは変更できる。換言すれば、熱交換器１
０は、空気２０がまず主凝縮器の管列１４の２管列を通
過し、ついで通気凝縮器の管列２８を通り、最後に主凝
縮の最後の管列１４上を通るように構成できる。いずれ
にしても、一体の通気凝縮器管列２８は、そこを流れる
空気の温度が凍結温度以上であるところに配置され、空
気が主凝縮器の管列１４中の事前の通過により加熱され
るようになされる。
【００３３】熱交換器１０の一つの主たる利点は、凝縮
物ヘッダ２６からの凝縮物の除去およびパイプ３０から
の非凝縮性ガスの除去が簡単なことである。これは、各
管列に対して個々の凝縮物ドレインおよび空気除去パイ
プを合体する設計に比してコストを相当に減ずる。ま
た、記述されるように主凝縮器の管列１４に隣接してま
たは管列内に通気凝縮器管列２８を配置することによっ
て、この通気凝縮器管列２８は凍結を保護され、管列１
４中に何らかの局部的逆流が起こる可能性はまったくな
い。また、主凝縮器管１４と通気凝縮器管２８を同じモ
ジュール２５内に合体することによって、別個の部品は
もはや必要とされないし、両者間に過剰の蒸気を供給す
る必要はないから、節約が実現される。
物ヘッダ２６からの凝縮物の除去およびパイプ３０から
の非凝縮性ガスの除去が簡単なことである。これは、各
管列に対して個々の凝縮物ドレインおよび空気除去パイ
プを合体する設計に比してコストを相当に減ずる。ま
た、記述されるように主凝縮器の管列１４に隣接してま
たは管列内に通気凝縮器管列２８を配置することによっ
て、この通気凝縮器管列２８は凍結を保護され、管列１
４中に何らかの局部的逆流が起こる可能性はまったくな
い。また、主凝縮器管１４と通気凝縮器管２８を同じモ
ジュール２５内に合体することによって、別個の部品は
もはや必要とされないし、両者間に過剰の蒸気を供給す
る必要はないから、節約が実現される。
【００３４】ここに示される具体例は主凝縮器内に３列
の管列１４を合体したが、遭遇する条件に依存して、そ
れ以上またはそれ以下の数の管列を実際に採用し得る
（個々の管１６の直径も変えることができる）。また、
通気管列２８の数および直径も必要に応じて変えること
ができる。さらに、使用者の要件に順応するように、凝
縮器１０の種々の部品の幅、長さおよび深さを変えるこ
とができる。さらに、感の直径、壁厚、構造体の材料、
およびフィン１８または種々の管および／または管列１
４，１６および２８の熱伝達特性は、本発明から逸脱す
ることなく多くの仕様で構成できる。
の管列１４を合体したが、遭遇する条件に依存して、そ
れ以上またはそれ以下の数の管列を実際に採用し得る
（個々の管１６の直径も変えることができる）。また、
通気管列２８の数および直径も必要に応じて変えること
ができる。さらに、使用者の要件に順応するように、凝
縮器１０の種々の部品の幅、長さおよび深さを変えるこ
とができる。さらに、感の直径、壁厚、構造体の材料、
およびフィン１８または種々の管および／または管列１
４，１６および２８の熱伝達特性は、本発明から逸脱す
ることなく多くの仕様で構成できる。
【００３５】熱交換器１０の他の具体例特に管列２８
が、図４〜６に示されている。この具体例においては、
下部ヘッダ２６に結合される管列２８内の管列の端部
は、図４においては直線切断されているが、図５および
６においては図示されるようにある角度で切断されてい
る。この態様においては、通気凝縮器管列２８中の各管
中への大きな開口３２が、個々の管の全直径を増すこと
なしに遂行される。このより大きな開口はより大きなCC
FL値をもたらし、それにより熱交換器がより大きな負荷
状態で働くことを可能にする。かくして、通気凝縮器管
列２８の寸法や直径に拘りなく、向流流れ限界は開口３
２の斜角により最大化される。図４に示されるより典型
的な垂直角度でなく斜め角度で開口３２を切断すること
によって、開口３２中への蒸気速度は減ぜられる。それ
ゆえ、全蒸気流量は、新しいより高い向流流れ限界に達
するまで増大し得る。
が、図４〜６に示されている。この具体例においては、
下部ヘッダ２６に結合される管列２８内の管列の端部
は、図４においては直線切断されているが、図５および
６においては図示されるようにある角度で切断されてい
る。この態様においては、通気凝縮器管列２８中の各管
中への大きな開口３２が、個々の管の全直径を増すこと
なしに遂行される。このより大きな開口はより大きなCC
FL値をもたらし、それにより熱交換器がより大きな負荷
状態で働くことを可能にする。かくして、通気凝縮器管
列２８の寸法や直径に拘りなく、向流流れ限界は開口３
２の斜角により最大化される。図４に示されるより典型
的な垂直角度でなく斜め角度で開口３２を切断すること
によって、開口３２中への蒸気速度は減ぜられる。それ
ゆえ、全蒸気流量は、新しいより高い向流流れ限界に達
するまで増大し得る。
【００３６】想像されるように、下部ヘッダ２６内に配
置される通気凝縮器の管列２８への入口では、過剰蒸気
速度および凝縮物速度は、過剰蒸気の凝縮がその入口の
下流で起こるから、その最大値にある。また、この入口
では、通常の直線切断管に入る過剰の蒸気により惹起さ
れる内部流の分離は、有効流れ面積を減ずる。しかしな
がら、通気凝縮器管列２８に対する入口を図５および図
６に示されるように構成することによって、入口流れ面
積は増大され、これが開口３２における管中への蒸気速
度を減ずる。このような斜め切断開口３２はまた、CCFL
値を増し、向流凝縮物が通気凝縮器の管列２８内で捕捉
される前により高速の過剰蒸気流を可能にする。
置される通気凝縮器の管列２８への入口では、過剰蒸気
速度および凝縮物速度は、過剰蒸気の凝縮がその入口の
下流で起こるから、その最大値にある。また、この入口
では、通常の直線切断管に入る過剰の蒸気により惹起さ
れる内部流の分離は、有効流れ面積を減ずる。しかしな
がら、通気凝縮器管列２８に対する入口を図５および図
６に示されるように構成することによって、入口流れ面
積は増大され、これが開口３２における管中への蒸気速
度を減ずる。このような斜め切断開口３２はまた、CCFL
値を増し、向流凝縮物が通気凝縮器の管列２８内で捕捉
される前により高速の過剰蒸気流を可能にする。
【００３７】図５および６は、45°角度を有する斜め開
口３２を開示しているが、他の角度で構成された角度も
上述の改良をもたらすであろう。
口３２を開示しているが、他の角度で構成された角度も
上述の改良をもたらすであろう。
【００３８】以上、本発明を好ましい具体例について説
明したが、当技術に精通したものであれば、特許請求の
範囲記載される本発明の技術思想から逸脱することな
く、種々の変化、変更をなし得るものであることが理解
されるであろう。
明したが、当技術に精通したものであれば、特許請求の
範囲記載される本発明の技術思想から逸脱することな
く、種々の変化、変更をなし得るものであることが理解
されるであろう。
【図１】本発明の装置の内部部品を例示する部分断面図
である。
である。
【図２】図１の装置の２−２線による断面図で、凝縮器
内の管の配置を例示するものである。
内の管の配置を例示するものである。
【図３】図２に示される管の代わりの配置を例示する断
面図である。
面図である。
【図４】デフレグメータ内の管の代表的な入口開口を示
す側面図である。
す側面図である。
【図５】デフレグメータ管の斜め切断の入口開口を示す
側面図である。
側面図である。
【図６】デフレグメータ管の斜め遮断の入口開口を示す
側面図である。
側面図である。
１０ 空気冷却式凝縮器または熱交換器 １２ 上部蒸気ヘッダ １４ 管列 １６ 管 １８ フィン ２０ 上昇空気 ２２ ファン ２４ 垂直面交差中心線 ２５ モジュール ２６ 共通凝縮物ヘッダ ２８ 管列
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ジョーゼフ・オーバージョ ン アメリカ合衆国オハイオ州アライアン ス、ラムボー・アベニュー3645 (72)発明者 トマス・ウェイン・ストロック アメリカ合衆国オハイオ州カントン、サ ンダバ・アベニュー6303、ノースウエス ト (56)参考文献 特開 昭54−158750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−85405（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28B 1/06
Claims (14)
- 【請求項１】 一体の通気凝縮器を備える空気冷却式蒸
気凝縮器モジュールであって、 (a) 蒸気を通過させるため蒸気ヘッダに結合された第１
の端部領域を有する少なくとも１列の細長の凝縮管と、 (b) 前記蒸気ヘッダから離間されかつ前記凝縮管の第２
の端部領域に結合される共通の凝縮物ヘッダであって、
前記凝縮管列を分離または分割するバッフルまたは仕切
りを備えず、前記凝縮管中で部分的に凝縮されつつある
該凝縮管中を通る前記蒸気が、残りの非凝縮の過剰蒸気
部分とともに前記凝縮管を経て当該共通の凝縮物ヘッダ
中に連続的に流れ込む凝縮物ヘッダと、 (c) 前記凝縮器モジュール内の前記凝縮管に隣接してか
つ該凝縮器管にほぼ平行に配置された少なくとも１列の
通気凝縮器管であって、非凝縮過剰蒸気の完全な凝縮の
ために該非凝縮過剰蒸気を通過させるため前記共通凝縮
物ヘッダに結合される底端部領域を有し、前記通気凝縮
器管の前記底端部領域が、傾斜切断または先細とされ、
前記通気凝縮器管の長手軸線に関してある角度を形成し
ている少なくとも１列の通気凝縮器管と、 (d) 前記通気凝縮器管の上部領域に結合された通気ヘッ
ダと、 (e) 冷却用空気を凝縮器モジュールに通すための手段と
を備え、 (f) 前記通気凝縮器管内の蒸気速度を減少させ、前記通
気凝縮器管内で形成される凝縮物が前記凝縮物ヘッダに
戻ることを可能にするために、前記通気凝縮器管に入る
蒸気が前記通気凝縮器管に対する向流流れ限界蒸気速度
より低くなるように、前記凝縮管、前記凝縮物ヘッダ、
前記通気凝縮器管、及び前記通気ヘッダの寸法が定めら
れ、 (g) 前記凝縮管の直径より大きな直径を有するように前
記通気凝縮器管の寸法が定められることを特徴とする空
気冷却式蒸気凝縮器モジュール。 - 【請求項２】 前記通気凝縮器管の前記底端部領域が、
前記通気凝縮管の長手方向軸線に関して45°に切断され
ている請求項１記載の空気冷却式蒸気凝縮器モジュー
ル。 - 【請求項３】 前記共通の凝縮物ヘッダが前記蒸気ヘッ
ダの下または下方にある請求項２記載の空気冷却式蒸気
凝縮器モジュール。 - 【請求項４】 前記凝縮器モジュールの複数が、前記蒸
気ヘッダおよび前記共通凝縮物ヘッダを介して平行関係
で一緒に接続されている請求項３記載の空気冷却式蒸気
凝縮器モジュール。 - 【請求項５】 前記モジュール内に３列の前記凝縮管と
１列の前記通気凝縮器管とを含む請求項３記載の空気冷
却式蒸気凝縮器モジュール。 - 【請求項６】 前記通気凝縮器管列が、前記凝縮管列上
に配置されている請求項３記載の空気冷却式蒸気凝縮器
モジュール。 - 【請求項７】 前記通気凝縮器管列が前記凝縮管の中間
に配置されている請求項３記載の空気冷却式蒸気凝縮器
モジュール。 - 【請求項８】 前記通気凝縮器管の直径が前記凝縮管の
最大直径に等しい請求項３記載の空気冷却式蒸気凝縮器
モジュール。 - 【請求項９】 前記通気凝縮器管の直径が、前記凝縮管
の直径より大きい請求項３記載の空気冷却式蒸気凝縮器
モジュール。 - 【請求項１０】 前記通気凝縮器管の直径が前記凝縮管
の直径の２倍である請求項９記載の空気冷却式蒸気凝縮
器モジュール。 - 【請求項１１】 前記共通凝縮物管ヘッダに接続されて
いて、前記共通凝縮物ヘッダから収集される凝縮物を除
去するように寸法設定されている凝縮物ドレインを備え
る請求項３記載の空気冷却式蒸気凝縮器モジュール。 - 【請求項１２】 前記通気ヘッダが、前記蒸気ヘッダと
ほぼ平行に延びている請求項１１記載の空気冷却式蒸気
凝縮器モジュール。 - 【請求項１３】 前記通気ヘッダが前記蒸気ヘッダの外
部に延びている請求項１２記載の空気冷却式蒸気凝縮器
モジュール。 - 【請求項１４】 前記通気ヘッダが、前記蒸気ヘッダの
内部に延びている請求項１３記載の空気冷却式蒸気凝縮
器モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US575927 | 1990-08-31 | ||
| US08/575,927 US5653281A (en) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | Steam condensing module with integral, stacked vent condenser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09236393A JPH09236393A (ja) | 1997-09-09 |
| JP3057018B2 true JP3057018B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=24302269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8354632A Expired - Fee Related JP3057018B2 (ja) | 1995-12-20 | 1996-12-20 | 一体の積層通気凝縮器を備える蒸気凝縮モジュール |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5653281A (ja) |
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