(57)【要約】【課題】抜気弁を操作しなくとも、抜気管及び抜気弁の凍結防止を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。【解決手段】発熱体（給水ポンプ、蒸気タービン、タービン発電機等）を冷却する第一の冷却水（冷却水Ｗ）と、第一の冷却水を冷却する第二の冷却水（海水Ｓ）と、第一及び第二の冷却水を非混合状態で内部を通過させる容器１２と、一端開口５２ａが容器１２と連通接続されかつ他端開口５２ｂを外気と連通接続させることにより容器１２内部と外気とを連通させて第一の冷却水（Ｗ）を内部に導入する抜気管５２と、抜気管５２に設けられた抜気弁５４と、を備えた熱交換器において、抜気弁５４を抜気管５２の一端開口側５２ａであって容器１２の直近に配置した【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を冷却する第一の冷却水と、前記第一の冷却水を冷却する第二の冷却水と、前記第一及び第二の冷却水を非混合状態で内部を通過させる容器と、一端開口が前記容器内部と連通接続されかつ他端開口を外気と連通させることにより前記容器内部と外気とを連通させて前記第一の冷却水を内部に導入する抜気管と、前記抜気管に設けられた抜気弁と、を備えた熱交換器において、
前記抜気弁を抜気管の一端開口側であって前記容器の直近に配置したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
発熱体を冷却する第一の冷却水と、前記第一の冷却水を冷却する第二の冷却水と、前記第一及び第二の冷却水を非混合状態で内部を通過させる容器と、一端開口が前記容器内部と連通接続されかつ他端開口を外気と連通接続させることにより前記容器内部と外気とを連通させて前記第一の冷却水を内部に導入する抜気管と、前記抜気管に設けられた抜気弁と、を備えた熱交換器において、
前記抜気管の他端開口の上流側に一端開口を連通接続すると共に、他端開口を容器と連通接続した連通バイパス管を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記第二の冷却水を通水する前記第二の冷却水管が前記容器の軸方向に延びており、前記第一の冷却水は、前記第二の冷却水管に沿って流動するように前記容器内に通水されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の熱交換器を備えた発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汽力発電プラントにおける熱交換器に備えられたブロー管の凍結を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
汽力発電プラントでは、蒸気の持つ熱エネルギーを機械エネルギーに変換して発電機を駆動することにより発電を行っている。
例えば、火力発電所においては、給水ポンプを用いてボイラに水を供給し、ボイラは燃料を燃焼させて水蒸気を作り、蒸気タービンは高温高圧の水蒸気をより低い圧力に膨張させることにより、水蒸気の持つ熱エネルギーを回転エネルギーに変換してタービン発電機を駆動する。
上述の給水ポンプ、蒸気タービン、タービン発電機等の機器を正常に動作させるために、各機器にはタービン発電機用水素冷却器、タービン油冷却器といった冷却装置が備えられている（非特許文献１参照）。
これら冷却装置に使用される軸受冷却水は、さらに軸受冷却水冷却器によって冷却される。
【非特許文献１】瀬間徹監修「火力発電総論」社団法人電気学会、２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
軸受冷却水冷却器は、上述の各種機器を冷却して温度の上昇した軸受冷却水を、非回収冷却水（例えば海水、河川水など）によって、所定の温度まで冷却する熱交換器である。図６は、従来の軸受冷却水冷却器を示した模式的断面図である。
軸受冷却水冷却器１００は、容器１０１の内部に、軸受冷却水と海水との間で熱交換をして軸受冷却水を冷却する冷却室１０２と、容器１０１の側面（図中上部）に配置されて冷却室１０２内の空気を抜く抜気口１０３と、容器１０１の側面（図中下部）に配置されて冷却室１０２内の軸受冷却水を排出する抜水口１０４とを備える。抜気口１０３には、冷却室１０２内部と外気とを連通させる抜気管１０５が接続され、抜気管１０５には外気との連通状態を調整する抜気弁１０６が取り付けられている。また、抜水口１０４には抜水管１０７が接続され、抜水管１０７には抜水弁１０８が取り付けられている。
抜気弁１０６は通常時において閉止されており、抜気管１０５には常時軸受冷却水が充満している。このとき抜気管１０５内の軸受冷却水は流動しないため、外気温がある一定の温度より低下すると、抜気管１０５内の軸受冷却水及び抜気弁１０６が凍結して破損する虞がある。そのため、抜気管１０５内の軸受冷却水が凍結すると予想されるときには、予め抜気弁１０６をわずかに開放し、内部の軸受冷却水を少しずつ流出させるようにして凍結防止を図っていた。
しかしながら、上述の方法では外気温の状態に合わせて抜気弁１０６の手動操作をしなければならないので煩わしい。また、仮に抜気弁１０６を開放し忘れた場合には、抜気管１０５及び抜気弁１０６が凍結して破損するといった問題がある。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、抜気弁を操作しなくとも、抜気管及び抜気弁の凍結防止を図ることができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、発熱体を冷却する第一の冷却水と、前記第一の冷却水を冷却する第二の冷却水と、前記第一及び第二の冷却水を非混合状態で内部を通過させる容器と、一端開口が前記容器と連通接続されかつ他端開口を外気と連通接続させることにより前記容器内部と外気とを連通させて第一の冷却水を内部に導入する抜気管と、前記抜気管に設けられた抜気弁と、を備えた熱交換器において、前記抜気弁を抜気管の一端開口側であって前記容器の直近に配置したことを特徴とする。
請求項１の発明では、容器直近に配置された抜気弁に、容器内部を流れる第一の冷却水の保有熱が伝導する。
請求項２の発明は、発熱体を冷却する第一の冷却水と、前記第一の冷却水を冷却する第二の冷却水と、前記第一及び第二の冷却水を非混合状態で内部を通過させる容器と、一端開口が前記容器と連通接続されかつ他端開口を外気と連通接続させることにより前記容器内部と外気とを連通させて第一の冷却水を内部に導入する抜気管と、前記抜気管に設けられた抜気弁と、を備えた熱交換器において、前記抜気管の他端開口の上流側に一端開口を連通接続すると共に、他端開口を容器と連通接続した連通バイパス管を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明では、抜気管内部で第一の冷却水が流動する。
請求項３の発明は、前記第二の冷却水を通水する前記第二の冷却水管が前記容器の軸方向に延びており、前記第一の冷却水は、前記第二の冷却水管に沿って流動するように前記容器内に通水されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱交換器を備えた発電装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、抜気弁を抜気管の一端開口側であって容器の直近に配置したので、第一の冷却水の保有熱を利用することができるようになり、抜気弁の手動操作をしなくとも、抜気管及び抜気弁の凍結を防止することが可能となる。また、抜気管の保温が不要になる。
また、本発明によれば、抜気管に連通バイパス管を接続して抜気管内で第一の冷却水が流動するようにしたので、抜気弁の手動操作をしなくとも、抜気管及び抜気弁の凍結を防止することが可能となる。また、抜気管の保温が不要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態について図１乃至３に基づいて説明する。本実施形態では、抜気管に取り付けられた抜気弁の位置に特徴がある。図１は、軸受冷却水冷却器（以下、単に「冷却器」という）の一部を切り欠いて示した模式的正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図に示す冷却器１は、いわゆる表面接触冷却式横置直管形である。
冷却器１（熱交換器）は発電プラント（発電装置）に設置される装置である。本発明の第一の実施形態に係る冷却水１は、発電プラント内において給水ポンプ、蒸気タービン、タービン発電機等の発熱体と熱交換して温度が上昇した軸受冷却水Ｗ（第一の冷却水。以下単に「冷却水Ｗ」という。）を、冷却器本体である容器１２に流入させる冷却水入口１４と、冷却器１において冷却された冷却水Ｗを流出させる冷却水出口１６と、冷却水Ｗを冷却する海水Ｓ（第二の冷却水）を流入させる海水入口１８と、冷却水Ｗと熱交換して温度の上昇した海水Ｓを流出させる海水出口２０と、を備える。
【０００７】
本例においては、略円筒状の容器１２の内部は軸方向において３室に分割されている。軸方向一端部側（図中左側）には、海水入口１８と海水出口２０を有する第一海水室２２を備える。また、他端部側（図中右側）には海水Ｓの流動方向を変える第二海水室２４を備える。そして第一海水室２２と第二海水室２４との間に、海水Ｓが冷却水Ｗを冷却する冷却室２６が配置されている。
冷却室２６の内部には、海水Ｓを通水する多数の冷却管２８（第二の冷却水管）が並行して軸方向へ延びている。また、冷却水Ｗは海水Ｓの流れる冷却管２８に沿って冷却室２６内部を流動する。すなわち、冷却水Ｗは冷却室２６内部で冷却管２８を介して海水Ｓと接することにより冷却される。なお、冷却水入口１４と冷却水出口１６は、共に冷却室２６の第一海水室２２寄りに配置されている。
【０００８】
ここで、冷却水Ｗと海水Ｓの流れについて説明する。図４は、冷却器１内部における冷却水Ｗと海水Ｓの流れを示した模式図である。なお、図４では、冷却管２８の記載を省略している。
冷却水Ｗの流れについて説明する。図示するように、冷却室２６は冷却室２６ａ、２６ｂの上下２室に分かれている。冷却室２６の第二海水室２４側において冷却室２６ａと２６ｂは連通している。冷却水Ｗは、まず冷却水入口１４から上側の冷却室２６ａに流入して第二海水室２４方向へと流れる。その後、下側の冷却室２６ｂへ移動して第一海水室２２方向へと流れ、冷却水出口１６から流出する。
海水Ｓの流れについて説明する。第一海水室２２は、図示するように海水室２２ａ乃至２２ｄの４室に分かれている。また、第二海水室２４は、海水室２４ａ、２４ｂの上下２室に分かれている。
海水Ｓは、まず海水入口１８から海水室２２ａに流入し、冷却室２６ｂ内において図中手前側に配置されている冷却管２８内を海水室２４ａに向けて流れる。海水室２４ａで流れの方向を変え、冷却室２６ｂの図中奥側を第一海水室２２方向へ流れる。冷却室２６ｂから海水室２２ｂを経由して海水室２２ｃに入り、冷却室２６ａ内の図中奥側を海水室２４ｂに向けて流れる。海水室２４ｂで流れの方向を変え、冷却室２６ａの図中手前側を第一海水室２２方向へ流れる。そして、海水室２２ｄを経由して海水出口２０から流出する。
冷却水Ｗと海水Ｓは、以上説明したように非混合状態で容器１２内部を流れることによって、冷却水Ｗと海水Ｓの保有熱が交換される。
【０００９】
図１、図２に示すように、容器１２には、冷却室２６内部の気体を抜くための抜気口３０が上部に、冷却室２６内の冷却水Ｗを抜くための抜水口３２が下部に配置されている。抜気口３０には、容器１２内部と外気とを連通させる抜気管５２の一端開口５２ａが連通接続されている。
抜気管５２には、容器１２内部と外気との連通状態を調整する抜気弁５４が取り付けられている。冷却器１の稼働時に抜気弁５４を開放すると、冷却室２６内の空気と共に冷却水Ｗが排出される。その後に抜気弁５４を閉止すると、抜気弁５４から抜気管５２の他端開口５２ｂに入った冷却水Ｗは流出するが、抜気弁５４から冷却室２６側に位置する抜気管５２内には冷却水Ｗが残留する。
本実施形態において抜気弁５４は、抜気管５２の一端開口５２ａ側であって、容器１２の直近に取り付けられている。すなわち、抜気弁５４を、冷却水Ｗの保有熱を得ることができて凍らない位置に配置した。このように配置することで、抜気口３０と抜気弁５４との間に残留した冷却水Ｗと抜気弁５４は、冷却水Ｗの保有熱により凍ることがない。
【００１０】
このように、本実施形態では、抜気弁５４を容器１２側に近づけたので、冷却水Ｗの保有熱を利用することができるようになり、抜気弁５４の手動操作をしなくとも、抜気管５２及び抜気弁５４の凍結を防止することできる。また、抜気管５２は冷却水Ｗの保有熱により凍結しない程度の温度を保つことができるので、抜気管５２を保温する必要がなくなる。
また、本実施形態における冷却器１を発電プラントに取り付けることで、発電プラントの管理・保守が確実かつ容易となり、発電プラントの安全性を高めることができる。
【００１１】
〔第二の実施形態〕
本発明第二の実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態では、抜気管の内部で第一の冷却水が流動するようにした点に特徴がある。図５は、冷却器の要部を模式的に示した断面図である。図示方向は図１のＡ−Ａ断面である。なお、第一の実施形態と同一の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態における冷却器２における抜気管６２は、その一端開口６２ａが抜気口３０と連通接続されている。また、抜気管６２の他端開口６２ｂは、外気と連通接続される。また、他端開口６２ｂの直上流には、外気との連通状態を調整する抜気弁６４が取り付けられている。他端開口６２ｂのさらに上流側には、連通バイパス管６６の一端開口６６ａを連通接続し、連通バイパス管６６の他端開口６６ｂを抜水口３２と連通接続した。
すなわち、抜気口３０から抜気管６２に導入された冷却水Ｗは、連通バイパス管６６を通り、抜水口３２から冷却室２６に戻って、循環するようにした。
なお、連通バイパス管６６には、抜気管６２及び連通バイパス管６６内での冷却水Ｗの連通状態を調整する連通弁６８を取り付けた。
【００１２】
抜気管６２及び連通バイパス管６６内における冷却水Ｗの流動について説明する。
冷却器２の稼働時において、連通弁６８を閉止するとともに抜気弁６４を開放すると、冷却室２６ａ内の空気と共に冷却水Ｗが排出される。その後、抜気弁６４を閉止するとともに連通弁６８を開放すると、冷却室２６ａから流出した冷却水Ｗは、抜気口３０から抜気管６２に流入し、連通バイパス管６６を通って抜水口３２から冷却室２６ｂに流入する。すなわち、冷却水Ｗは抜気管６２内部で常時流動する。
このように、本実施形態では、抜気管６２の他端開口６２ｂ上流に連通バイパス管６６の一端開口６６ａを接続して、常時、冷却水Ｗが抜気管６２内で流動するようにしたので、抜気弁６４の手動操作をしなくとも、抜気管６２内の冷却水Ｗ及び抜気弁６４の凍結を防止することかできる。
また、本実施形態における冷却器２を発電プラントに取り付けることで、発電プラントの管理・保守が確実かつ容易となり、発電プラントの安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る冷却器の一部を切り欠いて示した模式的正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】冷却器内部における冷却水と海水の流れを示した模式図である。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る冷却器の要部を模式的に示した断面図である。
【図６】従来の冷却器を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
１、２…冷却器、１２…容器、１４…冷却水入口、１６…冷却水出口、１８…海水入口、２０…海水出口、２２…第一海水室、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…海水室、２４…第二海水室、２４ａ、２４ｂ…海水室、２６、２６ａ、２６ｂ…冷却室、２８…冷却管、３０…抜気口、３２…抜水口、５２…抜気管、５２ａ…一端開口、５２ｂ…他端開口、５４…抜気弁、６２…抜気管、６２ａ…一端開口、６２ｂ…他端開口、６４…抜気弁、６６…連通バイパス管、６６ａ…一端開口、６６ｂ…他端開口、６８…連通弁、１００…軸受冷却水冷却器、１０１…容器、１０２…冷却室、１０３…抜気口、１０４…抜水口、１０５…抜気管、１０６…抜気弁、１０７…抜水管、１０８…抜水弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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