(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
復水器で生じた不凝縮ガスをエジェクタにより抽出してエジェクタ駆動蒸気と共に冷却器に導き、冷却水によってエジェクタ駆動蒸気を凝縮させ、ここで分離された不凝縮ガスを系外に放出する一方、得られた凝縮水をドレンとして集合し、このドレンをドレン系統を通して前記復水器に回収するようにしたものにおいて、前記ドレン系統が前記復水器にかけてＵシール部を介してドレンを導くように構成され、前記Ｕシール部を含むように該ドレン系統に次のフルード数に従い決められる内径を有する気水分離管を設けたことを特徴とする冷却器ドレン回収系統。
【数１】
0003593398.tif 000004
ここで、Ｆｒ＝フルード数
ｕ＝管内のドレン流速（ｍ／ｓ２  ）
ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ２  ）
ｄ＝ドレン管内径（ｍ）
【請求項２】
前記気水分離管のフルード数が０．６以下であることを特徴とする請求項１記載の冷却器ドレン回収系統。
【請求項３】
前記冷却器と前記気水分離管とを結ぶ該ドレン系統の出口を定常運転時の気水分離管内水位よりも高く、かつ該気水分離管の接線方向に一致させて接続すると共に、整流板を定常運転時の気水分離管内水位に対し、少なくとも一部が水面下に没するように配置したことを特徴とする請求項１記載の冷却器ドレン回収系統。
【請求項４】
前記気水分離管内に分離された不凝縮ガスを前記冷却器または該冷却器のベント管に導くガス放出管を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷却器ドレン回収系統。
【請求項５】
前記冷却器から前記復水器にかけて流れるドレンの流量を開度を変化させて調節する調節弁と、検出された前記気水分離器内の水位と、設定値との間で偏差を求め、偏差に応じて前記調節弁に開度信号を出力する水位調節計とを備えることを特徴とする請求項１記載の冷却器ドレン回収系統。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気動力プラントの復水器に係り、特にエジェクタの排気を冷却する冷却器に付設される冷却器ドレン回収系統に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気動力プラントの復水器は蒸気タービンの排気を凝縮させて復水として回収し、あるいは地熱蒸気動力プラントにおいては蒸気タービンの排気を凝縮させ、冷却塔への循環水として利用するために蒸気タービンにとって重要な補機である。また、この復水器は、通常、蒸気タービンの排気口と連通しており、蒸気タービン運転中、背圧を可能な限り下げ（真空度７２２ｍｍＨｇ）、タービン入口と排気口との間の圧力差を大きくして蒸気タービンの出力を増加させる働きがある。
【０００３】
しかしながら、蒸気タービンの排気中には不凝縮ガスおよび空気が含まれていることから、復水器からこうした不凝縮ガス等を排出しなければ、器内にこれらのガス等が溜まり、復水器の真空度が低下する。このため、復水器には器内の不凝縮ガス等を抽出して器外に排出する空気抽出装置が付設されている。
【０００４】
空気抽出装置を備えた復水器の一例を図８を参照して説明する。復水器１内とエジェクタ２とが空気抽出管３により連通しており、また、エジェクタ２と冷却器４とが作動蒸気管５により連通している。エジェクタ２の入口側から供給される作動蒸気がエジェクタ２内に高速で吹き出し、このとき空気抽出管３と連通している復水器１から不凝縮ガス等が抽出されて冷却器４に排出されるようになっている。
【０００５】
随伴蒸気と共に冷却器４に流れた不凝縮ガスは外部から供給される冷却水によって冷却され、冷却器４の上部から器外に放出される。随伴蒸気は冷却水によって凝縮し、冷却水と共に冷却器４の底部に落下する。以下、この随伴蒸気の凝縮水と冷却水とをドレンと呼ぶものとする。このドレンは冷却器４のドレン出口６からドレン管７によって復水器１に回収される。復水器１には蒸気タービン（図示せず）の排気が冷却水によって冷却されて生じる凝縮水、この排気の冷却水、冷却器４からのドレンおよびその他の各種冷却器からの冷却水等が集まる。これらの水はすべて復水ポンプ（図示せず）によって抽出され、冷却された後、再び冷却水として復水器１に導かれる。
【０００６】
ところで、プラントの起動時には復水器１および冷却器４の内部と共に大気のもとにあり、両者の間に圧力差がないことから、冷却器４のドレン出口部６よりも復水器１のドレン入口８を低い位置に設けて冷却器４から復水器１にかけてドレンが落差で流れるようにしている。
【０００７】
一方、プラントの定常運転時においては復水器１内が真空に保たれることで、ほぼ大気圧の冷却器４との圧力差が大きくなり、冷却器４の不凝縮ガス等がドレンと共に復水器１に流入するのを防ぐためにドレン管７はＵ字状に構成され、そこにＵシール部が保持されるようになっている。なお、図中、符号９は不凝縮ガスを大気中に排出するベント管を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の冷却器ドレンの排出系統においてはプラントの定常運転時にＵ字状のドレン管７の底部近くに冷却器側の水位が形成されるために冷却器４から落下してきたドレンが水面よりも下方に不凝縮ガスを巻き込む可能性がある。このため、ドレン内に滞留する不凝縮ガスがドレンと共にＵシール部を通過し、復水器１に運ばれてしまい、結果的にＵシール部が十分に機能しない状況を呈する。  この状況下においては復水器１は高い真空度を維持できず、タービン出力が低下してしまう可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は冷却器から復水器にかけてドレンを回収するドレン管のＵシール部で不凝縮ガスの巻き込みが生じるのを効果的に防止するようにした冷却ドレン回収系統を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は復水器で生じた不凝縮ガスをエジェクタにより抽出してエジェクタ駆動蒸気と共に冷却器に導き、冷却水によってエジェクタ駆動蒸気を凝縮させ、ここで分離された不凝縮ガスを系外に放出する一方、得られた凝縮水をドレンとして集合し、このドレンをドレン系統を通して復水器に回収するようにしたものにおいて、ドレン系統が復水器にかけてＵシール部を介してドレンを導くように構成され、Ｕシール部を含むようにドレン系統に次のフルード数に従い決められる内径を有する気水分離管を設けたことを特徴とするものである。
【数２】
0003593398.tif 000002
ここで、Ｆｒ＝フルード数
ｕ＝管内のドレン流速（ｍ／ｓ２  ）
ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ２  ）
ｄ＝ドレン管内径（ｍ）
さらに、請求項２に係る発明は気水分離管のフルード数が０．６以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は冷却器と気水分離管とを結ぶドレン系統の出口を定常運転時の気水分離管内水位よりも高く、かつ気水分離管の接線方向に一致させて接続すると共に、整流板を定常運転時の気水分離管内水位に対し、少なくとも一部が水面下に没するように配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、請求項４に係る発明は気水分離管内に分離された不凝縮ガスを冷却器、または冷却器のベント管に導くガス放出管を設けたことを特徴とするものである。  また、請求項５に係る発明は冷却器から復水器にかけて流れるドレンの流量を開度を変化させて調節する調節弁と、検出された気水分離器内の水位と、設定値との間で偏差を求め、偏差に応じて調節弁に開度信号を出力する水位調節計とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
ドレン管内で発生するガスの巻き込みはドレン管内を落下するドレンの流速がドレン管内を上昇するガスの流速よりも速いことから生じるものも考えられる。このドレンの流速を抑えるために本発明においてはフルード数に従い、気水分離管の内径を決定する。フルード数は次の式によって求めることができる。
【００１４】
【数３】
0003593398.tif 000003
ここで、Ｆｒ＝フルード数
ｕ＝管内のドレン流速（ｍ／ｓ２  ）
ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ２  ）
ｄ＝ドレン管内径（ｍ）
望ましくは、フルード数が０．６以下となるように気水分離管の内径を定める。このフルード数としたとき、ドレンの流速がガスの流速以下に遅くなることが確かめられている。
【００１５】
しかし、ドレン管の全域にわたりフルード数に従い内径を決めると、内径が従来のものよりも大きくなり、ドレン管の引き回しのための設置スペースが必要となる。また、内径が増すことは配管重量の増加につながり、従来よりも製造コストがかさみ、ドレン管用ピット（一般に、ドレン管は１０ｍ程度の高さが必要とされている。）を掘削するための建設コストも増加させることになる。
【００１６】
本発明においてはＵシール部に合わせてフルード数から決められた内径の気水分離管を設けているので、不凝縮ガスを巻き込んで流入してきたドレンが気水分離管内を通り抜けるとき、不凝縮ガスだけを分離することができる。
【００１７】
望ましくは、ドレン系統を定常運転時の気水分離管内水位よりも高く、かつ気水分離管の接線方向に一致させて接続する。このように構成することで気水分離管内に流入するドレンが旋回流として流れ、ドレン中の不凝縮ガスを効果的に分離することができる。
【００１８】
さらに、望ましくは、整流板を定常運転時の気水分離管内水位に対し一部が水面下に没するように配置する。このように構成することにより、気水分離管内に流入したドレンの旋回流に起因する水面下でのドレンの旋回および渦の発生を防止することが可能になる。
【００１９】
また、望ましくは、気水分離管に不凝縮ガスを冷却器または冷却器のベント管に導くガス放出管を設ける。たとえば、地熱蒸気中には硫化水素ガス等の生物等に有毒なガスが含まれており、これらのガスが復水器、エジェクタおよび冷却器を通ってドレン系統に流入する。このガスをそのまま大気中に放出することは環境の汚染につながり、好ましくない。こうした有毒ガスは冷却器または冷却器のベント管に導き、その先の冷却塔において十分に希釈した後に大気中に放出する。勿論、有毒なガスを含まないときはこうした希釈は不要であり、そのまま大気中に放出することも可能である。
【００２０】
さらに、望ましくは、復水器にかけてのドレン系統にドレンの流量を調節する調節弁を設け、水位調節計からの信号で調節弁を制御するように構成する。このように構成するならば、プラントの起動時から定常運転時までを通じて気水分離管内水位を一定に保つことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、図８に示した従来技術によるものと同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図１において、冷却器４から復水器１にかけてドレンを導く経路がドレン管によって形成されるから、このドレン管の経路の途中に気水分離管１１が設けられる。ドレン管は気水分離管１１までのドレン管７ａと、気水分離管１１から復水器１にかけてのドレン管７ｂとからなる。この気水分離管１１の上部にはガス放出管１２が接続されている。
【００２３】
ここで、気水分離管１１はフルード数が０．６以下になるようにその内径を決めている。また、気水分離管１１は定常運転時、器内に冷却器４と復水器１との圧力差により生じる水面Ｈを形成するように配置している。
【００２４】
さらに、図２に示すように、ドレン管７ａは気水分離管１１の接線方向と一致する方向に接続されている。気水分離管１１には図３に示すように内部にその一部が水面下に没した十字状の整流板１３が備えられる。
【００２５】
次に、上記構成による作用を説明する。プラントの起動にあたり、エジェクタ２に作動蒸気が供給されると、復水器１内の不凝縮ガスおよび蒸気がエジェクタ２内のノズルで発生した高速蒸気の動圧と、復水器１の器内圧力との圧力差により空気抽出管３を通してエジェクタ２内に吸い込まれる。この不凝縮ガスおよび蒸気は作動蒸気と混合して作動蒸気管５を経て冷却器４に流入し、そこに導かれる冷却水と直接接触し、蒸気だけが凝縮する。
【００２６】
この凝縮水は冷却水と混合して冷却器４の底部に落下してドレンとなる。このドレンはドレン出口６からドレン管７ａにかけて流動するが、プラント起動時には復水器１と冷却器４との間の圧力差はあまり大きくなく、Ｕシール部の水面Ｈがドレン管７ａ内に形成される。
【００２７】
このため、ドレンはこの水面Ｈにて不凝縮ガスを巻き込みながら、ドレン管７ａ内を流れて気水分離管１１に流入する。気水分離管１１に流れたドレンはその内径が決められたフルード数であることから、流速が低下し、ドレン中に滞留している不凝縮ガスが再びドレンから分離される。このドレンから分離された不凝縮ガスはガス放出管１２を通って大気中に放出される。一方、不凝縮ガスが除かれたドレンは気水分離管１１からドレン管７ｂを通って復水器１に回収される。エジェクタ２の作動により復水器１の器内圧力は次第に下がり、冷却器４と復水器１との圧力差によりドレン管７ａ内に形成された水面Ｈは低下し、復水器１が所定の圧力になったとき、ドレン管７ａ内に保たれた水面が気水分離管１１内に形成される。ここで、ドレン管７ａは水面Ｈよりも高い位置に、かつ気分離管１１の接線方向に一致させて接続されているので、ドレンは気水分離管１１内を旋回しつつ落下し、遠心力により不凝縮ガスが分離され、ガス放出管１２を通して大気中に放出される。
【００２８】
一方、不凝縮ガスが分離されて気水分離管１１の底部に集まったドレンは整流板１３により流入するドレンの旋回力の影響を受けることなく、つまり、渦を発生し、再びガスを巻き込むことなく、ドレン管７ｂを通って復水器１に回収される。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、プラント起動時、ならびに定常運転時に冷却器４からドレン管７ａ内に運ばれた不凝縮ガスを気水分離管１１においてほぼ完全に分離することができ、不凝縮ガスがＵシール部を通過して復水器１に運ばれるのを確実に防止することが可能である。
【００３０】
さらに、本発明の他の実施の形態を図４を参照して説明する。
【００３１】
本実施の形態のガス放出管１２の出口は冷却器４のベント管９に接続されている。たとえば、地熱蒸気動力プラントに本実施の形態のようなガス放出管１２を用いる場合、不凝縮ガス中に含まれる硫化水素ガス等が直接大気中に放出されず、ベント管９を通って冷却塔（図示せず）により希釈されることで、万一多量の硫化水素ガスが含まれるような場合も環境への悪影響が少なく、より望ましい。また、ガス放出管１２をベント管９に接続しない場合、冷却器４または冷却塔に接続してもよい。これらのやり方も本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００３２】
さらに、他の実施の形態を図５を参照して説明する。気水分離管１１には水位調節計１４が設置される。また、ドレン管７ｂの経路には調節弁１５が介装されており、水位調節計１４からの開度信号を受けてその開度を変えられるようになっている。本実施の形態は、何らかの理由によりＵシール部高さが冷却器４と復水器１との間の圧力差まで取れないような場合に有効である。
【００３３】
ここで、水位調節計１４において、検出される水位と設定値との間で偏差が求められ、その値に応じて調節弁１５に開度信号が出力される。水位が上昇し、水位調節計１４の水位信号が設定値を超えたとき、調節弁１５は開度が開かれる。逆に検出された水位が設定値を下まわったとき、調節弁１５は開度が絞られて復水器１に回収されるドレンが減少する。これにより、気水分離管１１内の水位を一定した水位に保つことができる。
【００３４】
本実施の形態ではプラントの起動時から定常運転時まで水位が一定に保たれるが、他の実施の形態と同様に気水分離管１１にてドレン中の不凝縮ガスを効果的に分離することができ、不凝縮ガスがＵシール部を通過して復水器１に運ばれるのを確実に防止することが可能である。
【００３５】
さらに、本発明の他の実施の形態を図６を参照して説明する。
【００３６】
本実施の形態のドレン管７ｂは気水分離管１１の定常運転時の水面Ｈよりも下方の側壁に接続されている。また、ガス放出管１２は水面よりも上方の側壁に接続されている。
【００３７】
このようにドレン管７ｂおよびガス放出管１２を気水分離管１１の底部以外の箇所に接続しても不凝縮ガスの分離機能については図１の実施の形態におけるものと何ら変わることがなく、同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、図７も上記と異なる実施の形態を示している。本実施の形態においてはエジェクタおよび冷却器が２基ずつ備えられる。１段目はエジェクタ２Ａおよび冷却器４Ａからなり、２段目はエジェクタ２Ｂおよび冷却器４Ｂからなる。冷却器４Ｂから復水器１にかけてのドレン排出経路に図１ないし図３に示した実施の形態と同様な気水分離管１１が設置される。１段目の冷却器４Ａから復水器１にかけてのドレン排出経路はドレン管７により構成される。
【００３９】
本実施の形態においては排出されるドレンが多量であり、しかも冷却器４Ｂと復水器１との器内圧力差が大きいためにドレン中に不凝縮ガスが巻き込まれやすい２段目のドレン排出経路に気水分離管１１を設けるのが望ましい。勿論、さらに、ドレン量が多くなれば１段目のドレン排出経路に同様な気水分離管を設けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１および請求項２に係る発明はドレン系統にフルード数に従い決められる内径を有する気水分離管を設けているので、不凝縮ガスを巻き込んで流れるドレンが気水分離管内を通過するとき、不凝縮ガスだけを分離することができ、復水器にかけて不凝縮ガスが運ばれるのを防ぐことが可能である。
【００４１】
さらに、請求項３に係る発明においては気水分離管に結ぶドレン系統の出口を定常運転時の気水分離管内水位よりも高く、かつ気水分離管の接線方向に一致させて接続し、また、整流板を定常運転時の気水分離管内水位に対し、一部が水面下に没するように配置したので、気水分離管内に流入するドレン中に巻き込まれた不凝縮ガスを効果的に分離することができ、また、水面下でのドレンの旋回および渦の発生を防止することができ、ドレンの流動を安定に保つことが可能である。
【００４２】
また、請求項４に係る発明は気水分離管に不凝縮ガスを冷却器または冷却器のベント管に導くガス放出管を設けているので、有害な硫化水素ガス等を冷却塔に導き、十分に希釈して大気中に放出することができ、環境への悪影響をなくすことが可能である。
【００４３】
さらに、請求項５に係る発明は復水器にかけてのドレン系統にドレンの流量を調節する調節弁を設け、水位調節計からの信号で調節弁を制御するようにしたので、気水分離管内水位を一定に保持することができ、プラントの起動時から定常運転時を通してより効果的に不凝縮ガスを分離することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による冷却器ドレン回収系統の実施の形態を示す系統図。
【図２】図１に示される気水分離管とドレン管との接続部分を示す断面図。
【図３】図１に示される気水分離管の詳細を示す斜視図。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図８】従来の空気抽出装置の一例を示す系統図。
【符号の説明】
１  復水器
２、２Ａ、２Ｂ  エジェクタ
４、４Ａ、４Ｂ  冷却器
７、７ａ、７ｂ  ドレン管
１１  気水分離管
１２  ガス放出管
１３  整流板
【図１】
0003593398.tif 000005
【図２】
0003593398.tif 000006
【図３】
0003593398.tif 000007
【図４】
0003593398.tif 000008
【図５】
0003593398.tif 000009
【図６】
0003593398.tif 000010
【図７】
0003593398.tif 000011
【図８】
0003593398.tif 000012