(57)【要約】【課題】送風手段の動力を低減でき、かつ設置面積を低減することができる空冷復水器を提供する。【解決手段】空冷により蒸気を凝縮させる空冷復水器１において、下方に空間３が形成されるように配置された熱交換器１０と、熱交換器１０に前記空間３より空気を流入させて熱交換器１０の上方へ排出する空気流れを形成する送風手段５とを備え、前記熱交換器１０は、空気流れに沿って延設された複数の冷却管１１と、複数の冷却管１１の上流側端部に連結された上流側連結管と、複数の冷却管の下流側端部に連結された下流側連結管とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空冷により蒸気を凝縮させる空冷復水器において、
下方に空間が形成されるように配置された熱交換器と、
前記熱交換器に前記空間より空気を流入させて前記熱交換器の上方へ排出する空気流れを形成する送風手段とを備え、
前記熱交換器は、
前記空気流れに沿って延設された複数の冷却管と、
前記複数の冷却管の上流側端部に連結された上流側連結管と、
前記複数の冷却管の下流側端部に連結された下流側連結管とを有することを特徴とする空冷復水器。
【請求項２】
前記複数の冷却管は、鉛直方向に延設されていることを特徴とする請求項１に記載の空冷復水器。
【請求項３】
前記冷却管は、前記上流側連結管と前記下流側連結管との間に配設されて前記空気流れ方向に延設された複数の直管部と、隣り合う前記直管部同士を上部または下部で接続する屈曲管部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の空冷復水器。
【請求項４】
前記冷却管は、前記空気流れ方向に延設された複数の直管部と、前記複数の直管部の上部を連結し、前記上流側連結管及び前記下流側連結管の連結管のうちいずれか一方に接続された上部連結部と、前記複数の直管部の下部を連結し、前記連結管のうち他方に接続された下部連結部とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の空冷復水器。
【請求項５】
前記熱交換器が水平方向に複数隣接して配置されており、
前記隣接した前記熱交換器の間に、前記空気流れの方向に配設された仕切り板を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空冷復水器。
【請求項６】
前記熱交換器と前記送風手段とがケーシングで一体化されたユニットを複数備え、前記複数のユニットを隣接配置したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空冷復水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空冷により蒸気を凝縮させる空冷復水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気が流れる冷却管を空気と接触させることにより冷却し、管内の蒸気を凝縮して復水させる空冷復水器が各種冷却装置に適用されている。空冷復水器は、海水、河川水等の冷却水の利用が困難な場所であっても使用可能であり、例えばバイナリ地熱発電システム等にも多く用いられている。バイナリ発電は、蒸気や熱水または高温ガスと媒体とを熱交換し、低温でも高圧力下で気化する媒体の特性から、媒体によりタービンを駆動して電力を得る方法であり、このバイナリ発電では、一旦気化した媒体を再液化するために空冷復水器が用いられている。このように、空冷復水器は冷却水資源の多少に関わらず様々な設備で利用されている。
【０００３】
図６及び図７に従来の空冷復水器の構成を示す。空冷復水器は、下方に空間が存在するように支持梁５５で支持された複数の冷却管５１と、冷却管５１の上部に設けられた円形の排気口５６と、排気口５６ごとに設置されたファン５７とを備える。冷却管５１は水平方向に延設され、複数の冷却管５１同士が互いに平行に配列されており、端部がそれぞれ上流側連結管５２及び下流側連結管５３に連結している。
【０００４】
図示される空冷復水器において、例えば、発電に利用されて熱エネルギの低減した蒸気は、不図示の蒸気管を通って上流側連結管５２で分岐され、各冷却管５１を通過する際に、空気により冷却されて凝縮し、下流側連結管５３で集められて不図示の復水タンクに送られる。一方、空気は、ファン５７により下方空間から吸引され、隣接して配置された複数の冷却管５１の間を上昇する際に冷却管５１を流れる蒸気を冷却した後、排気口５６より排出される。
【０００５】
このような空冷復水器においては、円滑に蒸気を凝縮させるために十分な冷却効率を確保する必要がある。そこで、特許文献１（特開平１１−３７６６５号公報）には、多列型空冷復水器の外周縁に沿って配設された吸気口のそれぞれに、外周縁より内方に向けて下降する傾斜角を設けた構成が開示されている。このように、空冷復水器の外周縁に傾斜を設けることにより、風向に関わらず吸気量を確保することができ、熱交換効率を向上させることが可能となる。
また、特許文献２（特開２００６−２８４１７１号公報）には、冷却管が側壁に鉛直方向に配列され、冷却管列が全側面を取り囲む多角形状の閉じたジャケットを形成する空冷復水器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３７６６５号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１等に開示される従来の空冷復水器では、図７に示されるように、下方から上方に向けて流れる空気流れに対して冷却管が水平方向に配置されているため、空気流れの圧力損失が大きく、ファンの負荷が高くなり高さ方向の冷却管段数を多くすることができなかった。したがって、交換熱量を増加するためには、冷却管の長さあるいは空気流れに直角な管本数を増やす必要があり、空冷復水器の設置面積が大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示される空冷復水器は、側面のみに冷却管を配設し、冷却管の間を水平方向に空気が通過した後に冷却管で囲まれた中心部より空気が排出される構成となっており、冷却管に対して直角方向から空気が通過するため、やはり圧力損失は大きくなってしまう。また、複数の空冷復水器を隣接して配置すると空気の吸入量を確保できず冷却効率が低下してしまうという問題もあった。
【０００９】
したがって、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、送風手段の動力を低減でき、かつ設置面積を低減することができる空冷復水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】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の空冷復水器は、空冷により蒸気を凝縮させる空冷復水器において、下方に空間が形成されるように配置された熱交換器と、前記熱交換器に前記空間より空気を流入させて前記熱交換器の上方へ排出する空気流れを形成する送風手段とを備え、前記熱交換器は、前記空気流れに沿って延設された複数の冷却管と、前記複数の冷却管の上流側端部に連結された上流側連結管と、前記複数の冷却管の下流側端部に連結された下流側連結管とを有することを特徴とする。このとき、前記複数の冷却管は、鉛直方向に延設されていることが好ましい。
【００１１】
本発明によれば、熱交換器の下方から上方に流れる空気流れに沿って冷却管を配置しているため、空気流れに直角に冷却管が配置された熱交換器に比べて空気流れの圧力損失を小さくすることができ、送風手段の動力を低減できる。また、空気流れの圧力損失を小さくできることから、冷却管の長さを長くして伝熱面積を増大することができ、冷却能力に応じて自在に拡張することが可能となる。さらにまた、伝熱面積を大きくする際には冷却管の長さを上下方向に長くすればよいため、水平方向に延設した冷却管に比べて設置面積（底面積）を低減できる。特に、既設のプラントへの排熱回収設備の設置などのように、使用可能な設備面積に制限がある場合においてより有用である。
【００１２】
また、前記冷却管は、前記上流側連結管と前記下流側連結管との間に配設されて前記空気流れ方向に延設された複数の直管部と、隣り合う前記直管部同士を上部または下部で接続する屈曲管部とを含むことが好ましい。
このように、上流側連結管と下流側連結管との間を、直管部と屈曲管部とで連結した構成とすることにより、熱交換器を通過する空気流れの圧力損失を最小限に抑えることが可能である。
【００１３】
また、前記冷却管は、前記空気流れ方向に延設された複数の直管部と、前記複数の直管部の上部を連結し、前記上流側連結管及び前記下流側連結管の連結管のうちいずれか一方に接続された上部連結部と、前記複数の直管部の下部を連結し、前記連結管のうち他方に接続された下部連結部とを含むことが好ましい。
このように、複数の直管部を上部連結部と下部連結部とで連結した構成とすることにより、直線状の管のみで熱交換器を構成できるため、製造コストを安価にできる。
【００１４】
さらに、前記熱交換器が水平方向に複数隣接して配置されており、前記隣接した前記熱交換器の間に、前記空気流れの方向に配設された仕切り板を備えることが好ましい。
このように、仕切り板を備えることにより、熱交換器に流入する空気が下方から上方に向けて整流されるため空気流入量のアンバランスを低減出来る。
【００１５】
さらにまた、前記熱交換器と前記送風手段とがケーシングで一体化されたユニットを複数備え、前記複数のユニットを隣接配置することが好ましい。
このように、熱交換器と送風手段とがケーシングで一体化されたユニットを複数隣接配置することにより、設置面積または冷却能力に応じて簡単に空冷復水器を拡張または縮小することが可能となる。なお、一つのユニットが、複数の熱交換器と複数の送風手段とを有する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上記載のように本発明によれば、熱交換器の下方から上方に流れる空気流れに沿って冷却管を配置しているため、空気流れに直角に冷却管が配置された熱交換器に比べて空気流れの圧力損失を小さくすることができ、送風手段の動力を低減できる。また、空気流れの圧力損失を小さくできることから、冷却管の長さを長くして伝熱面積を増大することができ、冷却能力に応じて自在に拡張することが可能となる。さらにまた、伝熱面積を大きくする際には冷却管の長さを上下方向に長くすればよいため、水平方向に延設した冷却管に比べて設置面積を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る空冷復水器の斜視図である。
【図２】図１に示した空冷復水器の冷却管を示す斜視図である。
【図３】熱交換器の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【図４】図３の変形例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【図５】仕切り板を設けた空冷復水器の斜視図である。
【図６】従来の空冷復水器の斜視図である。
【図７】従来の空冷復水器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１乃至図３を参照して、本実施形態に係る空冷復水器の構成を説明する。図１は本発明の実施形態に係る空冷復水器の斜視図で、図２は図１に示した空冷復水器の冷却管を示す斜視図、図３は熱交換器の一例を模式的に示す図である。
本実施形態の空冷復水器１は、主に、複数の支持梁２で支持され、下方に空間３が形成されるように設置された熱交換器１０と、熱交換器１０を囲むように配置されたケーシング４と、熱交換器１０の上方または下方に設置される複数の送風手段５とを備える。なお、本実施形態では一例として、送風手段５が熱交換器１０の上方に設置された場合を示している。また、ケーシング４はその一部を図示しており、熱交換器１０の全側面を囲むように配置されていてもよい。
【００２０】
送風手段５は、ケーシング４の上面に形成された円形ダクト６と、円形ダクト６に配置されたファン７とを有し、熱交換器１０の下方の空間３から熱交換器１０に空気を流入させ、熱交換器１０の上方に空気を排出する空気流れ（図１及び図２の矢印で示す向き）を形成する。
【００２１】
熱交換器１０は、長手方向が空気流れに沿うように延設された複数の冷却管１１と、複数の冷却管１１の上流側端部に連結された上流側連結管１５と、複数の冷却管１１の下流側端部に連結された下流側連結管１６とを有する。なお、本実施形態において上流側とは冷却管１１内を流れる流体の流れに対して上流側をいい、同様に下流側は流体の流れに対して下流側をいう。
複数の冷却管１１は、隣り合う冷却管１１同士の間に空気が流れる間隙が形成されるように、互いに平行に配置される。好適には、複数の冷却管１１は鉛直方向に配置される。また、冷却管５には、熱交換率を向上させるためにフィン（不図示）を設けてもよい。
【００２２】
上記した構成を備える空冷復水器１において、蒸気タービン等により使用された蒸気は蒸気管（不図示）を介して上流側連結管１５に供給され、上流側連結管１５から複数の冷却管１１に送り込まれる。一方、送風手段１０により熱交換器１０の下部より流入した空気は、冷却管１１に沿って熱交換器１０内部を通過した後に熱交換器１０上方へ排出される。冷却管１１内に送り込まれた蒸気は、冷却管１１に沿って流れる空気により冷却されて凝縮する。凝縮により生成した水は、下流側連結管１６を介して復水タンク等に送られ、再度加熱されて蒸気タービン等に用いられる。
【００２３】
このように本実施形態に係る空冷復水器１によれば、熱交換器１０の下方から上方に流れる空気流れに沿って冷却管１１が配置されているため、空気流れに直角に冷却管が配置された熱交換器に比べて空気流れの圧力損失を小さくすることができ、送風手段５の動力を低減できる。また、空気流れの圧力損失を小さくできることから、冷却管１１の長さを長くして伝熱面積を増大することができ、冷却能力に応じて自在に拡張することが可能となる。さらにまた、伝熱面積を大きくする際には冷却管１１の長さを上下方向に長くすればよいため、水平方向に延設した冷却管に比べて設置面積（底面積）を低減できる。特に、既設のプラントへの排熱回収設備の設置などのように、使用可能な設備面積に制限がある場合においてより有用である。
【００２４】
次に、熱交換器１０の具体的な構成例について、以下に説明する。
図３は熱交換器１０の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は熱交換器１０の側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
この熱交換器１０は、一側の側面の下部に直線状の上流側連結管１５が水平方向に配置され、前記一側の側面に対向する側の側面の下部に直線状の下流側連結管１６が水平方向に配置されている。上流側連結部１５と下流側連結部１６との間には、空気流れに沿って延設される直線状の直管部１１ａが複数配置されており、隣接する直管部１１ａの上部を上部屈曲管部１１ｂで、下部を下部屈曲管部１１ｃで交互に連通させ、上流側連結管１５と下流側連結管１６を連結している。この直管部１１ａと上部屈曲管部１１ｂと下部屈曲管部１１ｃとが接続された冷却管１１が、上流側連結管１５及び下流側連結管１６に複数連結されて熱交換器１０が形成されている。
【００２５】
このように、上流側連結管１５と下流側連結管１６との間を、直管部１１ａと上部屈曲管部１１ｂと下部屈曲管部１１ｃとで連結した構成とすることにより、熱交換器１０を通過する空気流れの圧力損失を最小限に抑えることが可能である。
【００２６】
図４は図３の変形例を示す図であり、（ａ）は熱交換器１０の側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
この熱交換器１０は、一側の側面の上部に直線状の上流側連結管１５が水平方向に配置され、前記一側の側面に対向する側の側面の下部に直線状の下流側連結管１６が水平方向に配置されている。上流側連結管１５には、水平方向に且つ該上流側連結管１５に対して直角方向に、直線状の上部連結部１２が複数連結されている。同様に、下流側連結部１５には、水平方向に且つ該下流側連結管１６に対して直角方向に、直線状の下部連結部１３が複数連結されている。上部連結部１２と下部連結部１３との間には、空気流れに沿って複数の直管部１１が配設されている。
【００２７】
上流側連結管１５を流れる蒸気は複数の上部連結部１２に分岐され、上部連結部１２からさらに複数の直管部１１に分岐される。複数の直管部１１内を下降する蒸気は空気により冷却され、凝縮して水となり下部連結部１３を介して下流側連結管１６に集められる。
なお、ここでは熱交換効率を考慮して空気と蒸気が対向して流れるように、上部連結部１２が上流側連結管１５に接続される構成としたが、装置構成に応じて下部連結部１３が上流側連結管１５に接続されるようにしてもよい。
【００２８】
また、図１に示すように、熱交換器１０を水平方向に複数隣接して配置した場合、この隣接した熱交換器１０の間に、図５に示すように仕切り板２０を設けてもよい。仕切り板２０は空気流れ方向に配設する。また、仕切り板２０の下端は、冷却管１１の下端と同一位置またはその近傍に位置させることが好ましい。
このように、仕切り板２０を備えることにより、熱交換器１０に流入する空気が下方から上方に向けて整流されるため各ファンに流入する空気流入量のアンバランスを低減出来る。
【００２９】
さらにまた、熱交換器１０と送風手段５とをケーシング４で一体化したユニットを複数隣接配置した空冷復水器１としてもよい。ケーシング４同士は、締結手段で固定することが好ましい。このとき、上流側連結管１５は連絡管を介して蒸気管（不図示）に連結され、同様に下流側連結管１６は連絡管を介して凝縮水管（不図示）に連結される。また、一つのユニットが、複数の熱交換器１０と複数の送風手段５とを有する構成としてもよい。このように、熱交換器１０と送風手段５とがケーシング４で一体化されたユニットを複数隣接配置することにより、設置面積または冷却能力に応じて簡単に空冷復水器を拡張または縮小することが可能となる。
【００３０】
上記した変形例を含む本実施形態の空冷復水器１は、例えばバイナリ地熱発電システムに好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、各種冷却装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１    空冷復水器
２    支持梁
３    空間
４    ケーシング
５    送風手段
６    円形ダクト
７    ファン
１０  熱交換器
１１  冷却管
１１ａ  直管部
１１ｂ  上部屈曲管部
１１ｃ  下部屈曲管部
１２  上部連結部
１３  下部連結部
１５  上流側連結管
１６  下流側連結管
２０  仕切り板
【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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【図７】
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