(57)【要約】【課題】復水器内から不凝縮ガスをスムースに排出できる直接接触式復水器を提供する。【解決手段】直接接触式復水器は、蒸気タービンから排出される蒸気及び不凝縮ガスの混合ガスが下向きに導入される凝縮室（２）と、凝縮室の下部に連結された水平な第１方向（Ｘ）に延びるガス冷却室（３）とを備える。凝縮室及びガス冷却室には第１及び第２スプレーノズル（１２）がそれぞれ設けられている。凝縮室とガス冷却室とは凝縮室とガス冷却室とを仕切る壁体に設けられた連通口（６）により連通している。ガス冷却室の第１方向の端部においてガス冷却室の側部に排気口（７）が設けられている。排気口は吸引されており、凝縮室から連通口（６）を通ってガス冷却室に流入した混合ガスは、排気口へと流れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンから排出される蒸気及び不凝縮ガスの混合ガスが下向きに導入される導入口を有する凝縮室と、
前記凝縮室内に冷却水を噴霧する第１スプレーノズルと、
前記凝縮室の下部に連結され、水平な第１方向に延びるガス冷却室と、
前記凝縮室と前記ガス冷却室とを仕切る壁体に設けられ、前記凝縮室と前記ガス冷却室とを連通させる連通口と、
前記ガス冷却室内に冷却水を噴霧する第２スプレーノズルと、
前記ガス冷却室の前記第１方向の端部において前記ガス冷却室の側部に設けられた排気口と、
を備え、
前記排気口は吸引されており、前記凝縮室から前記連通口を通って前記ガス冷却室に流入した混合ガスが、前記排気口へと流れることを特徴とする、直接接触式復水器。
【請求項２】
前記連通口は、前記凝縮室と前記ガス冷却室とを仕切る壁体のうちの前記第１方向に関して中央部に設けられ、前記排気口は、前記ガス冷却室の前記第１方向の両端部において前記ガス冷却室の側部に設けられている、請求項１記載の直接接触式復水器。
【請求項３】
前記連通口は、前記凝縮室と前記ガス冷却室とを上下方向に連通するように、前記凝縮室と前記ガス冷却室とを上下に仕切る壁体に設けられており、前記連通口から前記ガス冷却室に下向きに流入した不凝縮ガスは、水平方向に向きを変えて前記排気口に向かって流れる、請求項２記載の直接接触式復水器。
【請求項４】
前記第１方向と直交する水平方向を第２方向としたとき、前記ガス冷却室の前記第２方向の幅は前記凝縮室の前記第２方向の幅よりも小さく、かつ、前記ガス冷却室は、前記第２方向に関して前記凝縮室の中央部に設けられている、請求項３記載の直接接触式復水器。
【請求項５】
前記第１スプレーノズル及び前記第２スプレーノズルの少なくとも一部は同じ１つの管状体に設けられ、前記管状体は前記底壁体を貫通して鉛直方向に延び、前記管状体のうち、前記底壁体の上方にある部分に前記第１スプレーノズルが設けられ、前記底壁体の下方にある前記管状体の部分に前記第２スプレーノズルが設けられている、請求項３または４記載の直接接触式復水器。
【請求項６】
前記第１スプレーノズルは、水平方向に延びる管状体に設けられ、前記管状体は、前記凝縮室の対向する側壁体同士を連結する補強部材としても機能する、請求項３または４記載の直接接触式復水器。
【請求項７】
前記第１方向と直交する水平方向を第２方向としたとき、前記凝縮室は仕切り部材により前記第２方向に２つの室に分割され、これらの室を第１凝縮室及び第２凝縮室と呼ぶこととした場合、前記ガス冷却室は前記第１凝縮室と前記第２凝縮室との間に設けられ、前記連通口は、前記ガス冷却室と前記第１凝縮室との間の第１壁体及び前記ガス冷却室と前記第２凝縮室との間の第２壁体にそれぞれ設けられ、前記連通口から前記ガス冷却室に前記第２方向に流入した混合ガスは、前記第１方向に向きを変えて前記排気口に向かって流れる、請求項１または２記載の直接接触式復水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の実施形態は、直接接触式復水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱発電プラントにおいて、蒸気タービンの排気蒸気は復水器に導入される。地熱発電プラント用の復水器としては、冷却管を用いた表面接触式の復水器と、冷却水スプレーを用いる直接接触式の復水器とがあり、特別な要求が無い限りは後者が用いられることが多い。直接接触式の復水器は、冷却水スプレーノズルから噴霧された冷却水を、蒸気に直接接触させることにより、蒸気を凝縮させるものである。
【０００３】
地熱蒸気には、火力プラント、原子力プラント等において用いられる蒸気とは異なり、二酸化炭素等の不凝縮ガスが非常に多く含まれている。高濃度の不凝縮ガスは蒸気の凝縮を阻害する要因の一つであるため、復水器内において不凝縮ガスを効率良く冷却して復水器外部にスムースに排出することが、復水器のタイプに関わらず復水器性能を高める上で重要である。このために、復水器内における不凝縮ガスの滞留防止及びスムースな流れの実現が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１２１９７９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明の実施形態は、復水器内から不凝縮ガスをスムースに排出することができる直接接触式復水器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、蒸気タービンから排出される蒸気及び不凝縮ガスの混合ガスが下向きに導入される導入口を有する凝縮室と、凝縮室内に冷却水を噴霧する第１スプレーノズルと、凝縮室の下部に連結され、水平な第１方向に延びるガス冷却室と、ガス冷却室内に冷却水を噴霧する第２スプレーノズルと、を備えた直接接触式復水器が提供される。凝縮室とガス冷却室とは凝縮室とガス冷却室とを仕切る壁体に設けられた連通口により連通している。また、ガス冷却室の前記第１方向の端部において、ガス冷却室の側部には排気口が設けられている。この排気口は吸引されており、凝縮室から連通口を通ってガス冷却室に流入した混合ガスは、排気口へと流れる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】復水器の第１実施形態を示す図であって、凝縮室及びガス冷却室を構成する壁体のみを示す斜視図。
【図２】図１におけるII-II断面を示す図。
【図３】図２におけるIII-III断面を示す図。
【図４】復水器の第２実施形態を示す図であって、図２と同様の断面を示す図。
【図５】復水器の第２実施形態を示す図であって、凝縮室及びガス冷却室を構成する壁体のみを示す斜視図。
【図６】図５におけるVI-VI断面を示す図。
【図７】図６におけるVII-VII断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面を参照して、下方排気型の直接接触式復水器（スプレー式復水器）の実施形態について以下に説明する。各実施形態において、同一ないし類似の機能を有する部材には同一の符号を付して、重複説明は省略するものとする。
【０００９】
［第１実施形態］
まず、図１〜図３を参照して第１実施形態について説明する。方向についての説明を容易にするため、図面にＸＹＺ直交座標形を設定した。Ｚ方向は鉛直方向であり、ＸＹ平面は水平面である。
【００１０】
復水器は、復水器胴体１を有している。復水器胴体１は、凝縮室２と、凝縮室２の下部に連結されたガス冷却室３とを有している。ガス冷却室３は、復水器の奥行き方法（Ｙ方向）中央部において、復水器の幅方向（Ｘ方向）を第１の方向として延びている。なお、図１に示すように凝縮室２とガス冷却室３は同一の幅であるだけでなく、例えばガス冷却室３を凝縮室２より狭くすることもできる。
【００１１】
凝縮室２とガス冷却室３との間は、凝縮室２の底壁２ａの一部をなすと同時にガス冷却室３の天井壁をなす仕切り壁４すなわち壁体によって上下に仕切られている。底壁２ａと仕切り壁４は、同一の板材によって構成することができる。
【００１２】
凝縮室２の底壁２ａの中央部（Ｘ方向中央部であってかつＹ方向中央部）、すなわち仕切り壁４のＸ方向中央部には、凝縮室２とガス冷却室３とを連通させる連通口６が設けられている。
【００１３】
凝縮室２の上端には、図２に概略的に示した蒸気タービン５からの排気が流入するタービン排気流入口２ｂが設けられている。蒸気タービン２の軸方向はＸ方向と一致している。
【００１４】
ガス冷却室３の長手方向（Ｘ方向）両端側部にある壁体３ａには、それぞれ一つの排気口７が設けられている。各排気口７には、図示しない排気管が接続されており、また、この図示しない排気管には図示しない真空ポンプまたはエゼクタが介設され、ガス冷却室３を吸引している。
【００１５】
復水器胴体２の内部には、多数の冷却水供給パイプ１０が、水平方向に互いに間隔を空けて、鉛直方向（Ｚ方向）に延びている。各冷却水供給パイプ１０には、複数のスプレーノズル１２（図２にはその一部のみ図示した）が取り付けられている。
【００１６】
スプレーノズル１２は水平方向の様々な向き（ＸＹ平面内の様々な向き）を向けて設置することができるが、図２にはＸ正方向とＸ負方向を向いているもののみが示されている。スプレーノズル１２の向きは水平方向以外であってもよい。
【００１７】
冷却水供給パイプ１０にはヘッダー１４を介して冷却水が供給され、この冷却水は各スプレーノズル１２から噴霧される。
【００１８】
冷却水供給パイプ１０に穿たれた孔それ自体によりスプレーノズルを構成することも可能である。
【００１９】
複数の冷却水供給パイプ１０の一部（図３において一点鎖線で囲んだもの）は、図２に示すように底壁２ａを貫通して凝縮室２及びガス冷却室３内を連続的に延びており、当該冷却水供給パイプ１０に設けられた複数のスプレーノズル１２の内の一部が凝縮室２内に冷却水を噴霧し、また、他のスプレーノズル１２がガス冷却室３内に冷却水を噴霧する。この構成により、冷却水供給パイプ１０の設置コストを低減することができる。
【００２０】
複数の冷却水供給パイプ１０の残余の部分（図３において一点鎖線で囲まれていないもの）は、凝縮室２内にあるがガス冷却室３内には無い。すなわち、当該冷却水供給パイプ１０は、凝縮室２の底壁２ａのうちのガス冷却室３が設けられていない領域に設けられている。当該冷却水供給パイプ１０に設けられたスプレーノズル１２は、凝縮室２内だけに冷却水を噴霧する。
【００２１】
複数のスプレーノズル１２のうちの凝縮室２内にあるものを第１スプレーノズル、ガス冷却室３内にあるもの第２スプレーノズルと呼ぶこともある。
【００２２】
第１実施形態に係る復水器の動作について以下に説明する。
【００２３】
蒸気タービン５からの排気が、図２中白抜き矢印で示すようにタービン排気流入口２ｂから凝縮室２内に流入する。この排気は、蒸気と、二酸化炭素等の不凝縮ガスとの混合ガスである。
【００２４】
凝縮室２内にあるスプレーノズル１２から水平方向に冷却水が噴霧され、噴霧された冷却水のミストは、重力により下方に落下してゆく。凝縮室２内を流下する混合ガス中の蒸気は、冷却水ミストと接触することにより冷却され凝縮する。凝縮水（復水）は、連通口６を通ってガス冷却室３に落ち、ガス冷却室３の底壁３ｂに設けられたドレン管路８を介してガス冷却室３から排出される。
【００２５】
凝縮室２内における混合ガスの流速は均一ではない、図示した実施形態においては、蒸気タービン５との接続関係に起因して、混合ガスの流入速度は図２におけるＸ方向両端部において比較的大きく、Ｘ方向中央部において比較的小さい傾向にある。
【００２６】
凝縮室２内で凝縮が進み混合ガス中に含まれる蒸気量が減少してゆくに従って、混合ガスの流速が低下してゆく。このため、もともと流速の低いＸ方向中央部において、混合ガスの流速は特に低くなり、混合ガス（特にその中に含まれる凝縮ガス）の滞留が生じ易くなる（連通口６が図示した位置に無い場合）。
【００２７】
しかしながら、この第１実施形態においては、凝縮室２の底壁２ａの中央部に連通口６を設けているため、上記の滞留が生じやすい領域に存在する混合ガスが、滞留することなくガス冷却室３内に吸い込まれる。また、連通口６から離れた部位にある混合ガスも、連通口６を介してガス冷却室３内に吸い込まれる。このように不凝縮ガスが凝縮室２で滞留することなくガス冷却室３にスムースに流出するので、凝縮室２内での不凝縮ガスの滞留による蒸気凝縮効率の低下を防止することができる。
【００２８】
凝縮室２内にて多くの蒸気が凝縮により除去されて不凝縮ガスの比率が高まった混合ガスは、連通口６を通って、ガス冷却室３内へ概ね下向きに排出される。
【００２９】
ガス冷却室３内は排気口７を介して吸引されているため、ガス冷却室３内に流入した混合ガスは、図２において実線矢印で示すように概ね水平方向（Ｘ正方向及びＸ負方向）に向きを変え、排気口７に向かってガス冷却室３内を概ね水平方向に流れ、排気口７から概ね水平方向に排出される。
【００３０】
ガス冷却室３内にあるスプレーノズル１２からも水平方向に冷却水が噴霧されており、混合ガスと冷却水またはスプレーノズル噴射液滴が接触することにより、凝縮室２内で凝縮しきれなかった蒸気が凝縮され、また、混合ガス中の不凝縮ガスもさらに冷却される。
【００３１】
この第１実施形態では、混合ガスがガス冷却室３内を水平方向に流れながら冷却水ミストと接触するので、ガス冷却室３内での圧損を小さくすることができ、混合ガス特に不凝縮ガスをスムースにガス冷却室３外に排出することができる。その理由は以下の通りである。
【００３２】
ガス冷却室３内にあるスプレーノズル１２から噴霧された冷却水ミストは、水平方向の様々な向きに噴霧されるが、このミストが水平方向に進行するのは噴霧直後のごく短時間であり、その後は重力により下向きに落下してゆく。下向きに落下してゆく冷却水ミストが、水平方向に流れる混合ガスの流れの抵抗となる度合いは小さく、このためガス冷却室３内における圧損を小さくすることができる。
【００３３】
これに対して、ガス冷却室３内で混合ガスを上向きに流した場合には、重力により下向きに落下してゆく冷却水ミストの流れが混合ガスの流れに対向する対向流となり、この第１実施形態の場合と比較して圧損が大きくなってしまう。
【００３４】
なお、ガス冷却室３内において冷却水ミストの流れが混合ガスの流れに対向する対向流となることを回避するだけならば、冷却水ミストの流れ及び混合ガスの流れの両方を下向きにすることも考えられるが、この場合は、ガス冷却室３の高さが高くなり、復水器胴体１の全高が大きくなり、復水器の設置の自由度（例えば建屋の堀下げ等の条件）が低下するので好ましくない。
【００３５】
ある一定量の冷却水ミストが混合ガスからより多くの熱を奪う（冷却水ミストが多くの仕事をする）ことができるようにするためには、冷却水ミストと混合ガスとの熱交換時間を十分に長くする必要があり、このためには冷却水ミストの長い落下距離を確保する必要がある。実際のところ、蒸気の凝縮が主に行われる凝縮室２はこのような観点で設計されており、冷却水ミスト及び混合ガスの両方が比較的長い上下方向距離を移動するようになっている。さらに、混合ガスは冷却水により温度が下がり、冷却水との温度差が小さくなっていくために温度交換効率が小さくなるという理由からも、凝縮室２は上下方向に長く設計される。
【００３６】
しかしながら、ガス冷却室３に流入する混合ガスは、既に凝縮室２内で多くの蒸気が除去されており、蒸気分圧、蒸気温度ともに低くなっている。そして不凝縮ガスの冷却には相変化が伴わないため、冷却水ミストが不凝縮ガスから多くの熱量を奪う必要はない。従って、冷却水ミスト及び混合ガスを比較的長い上下方向距離にわたって移動させる必要性は低い。よって、ガス冷却室３内に混合ガスを水平方向に流すことによるデメリットは殆ど無い。さらに、ガス冷却室３において冷却水が蒸気を凝縮させるのは、噴射後のごく短時間であるため、冷却室３は高さ方向に長く設計されず、混合ガスを水平方向に流して噴射後の冷却水と混合ガスとの接触時間を確保する。
【００３７】
上述したように、上記の第１実施形態によれば、不凝縮ガスをスムースにガス冷却室３外に排出することができる。このため、ガス冷却室３内でのガス滞留によるガス冷却性能の低下を防止することができる。また、ガス冷却室３内でのガス滞留が防止されることにより、凝縮室２からガス冷却室３へのガスの流入がよりスムースになるため、凝縮室２内における蒸気の凝縮性能も向上させることができる。
【００３８】
なお、上記の第１実施形態では、ガス冷却室３の長手方向（第１の方向）がＸ方向であったが、これに限定されるものではなく、Ｙ方向が長手方向（第１の方向）となるようにガス冷却室３を設置してもよい。このガス冷却室３の設置方向（Ｘ、Ｙ方向）は、以下の実施形態においても同様である。
【００３９】
［第２実施形態］
図４に復水器の第２実施形態を示す。第２実施形態は、冷却水供給パイプ１０を、凝縮室２及びガス冷却室３内に水平（例えばＸ方向）に設置している。凝縮室２内に設置された各冷却水供給パイプ１０の両端部は、凝縮室２を構成する対向する側壁に堅固に固定されている。なお、この第２実施形態においては、縦型のヘッダー１４が用いられる。
【００４０】
上記構成によれば、冷却水供給パイプ１０は復水器胴体１の補強部材としても機能する。このため、復水器胴体１に設ける必要があった補強部材の少なくとも一部を削減することができ、復水器胴体１の構造を簡素化することができる。
【００４１】
冷却水供給パイプ１０に設けるスプレーノズル１２の噴射方向は、真下に限定されるものではなく、様々な向き（水平方向、斜め上（下）方向等）とすることができる。
【００４２】
この第２実施形態における凝縮室２及びガス冷却室３の形状、並びにこれら室内における混合ガスの流れは第１実施形態と同じであり、第２実施形態も第１実施形態と同様に不凝縮ガスをスムースに復水器胴体２から排出することができるので、復水器の効率を向上させることができる。
【００４３】
［第３実施形態］
次に、図５〜図７を参照して第３実施形態について説明する。
【００４４】
この第３実施形態では、凝縮室２が仕切り部材２０により２つの室２Ａ，２Ｂに分割される。以下、室２Ａを第１凝縮室２Ａ、室２Ｂを第２凝縮室２Ｂとも呼ぶこととする。
【００４５】
第１凝縮室２Ａの下部と第２凝縮室２Ｂの下部との間に、ガス冷却室３が設けられている。ガス冷却室３は、復水器の幅方法（Ｘ方向）中央部において、復水器の幅方向（Ｙ方向）に延びている。なお、図５に示すように凝縮室２とガス冷却室３は同一の幅であるだけでなく、例えばガス冷却室３を凝縮室２より狭くすることもできる。
【００４６】
仕切り部材２０のうちの第１凝縮室２Ａとガス冷却室３との間の部分（すなわち第１凝縮室２Ａとガス冷却室３とを仕切る壁体３ｃ）のＹ方向中央部には、第１凝縮室２Ａとガス冷却室３とを連通させる連通口６Ａ（６）が設けられている。同様に、仕切り部材２０のうちの第２凝縮室２Ｂとガス冷却室３との間の部分（すなわち第２凝縮室２Ｂとガス冷却室３とを仕切る壁体３ｃ）のＹ方向中央部には、第２凝縮室２Ｂとガス冷却室３とを連通させる連通口６Ｂ（６）が設けられている。
【００４７】
図６に示すように、第１凝縮室２Ａ、第２凝縮室２Ｂ及びガス冷却室３の内部には、多数の冷却水供給パイプ１０が、水平方向に互いに間隔を空けて、鉛直方向（Ｚ方向）に延びている。第１実施形態と同様に、各冷却水供給パイプ１０には、複数のスプレーノズル１２（図６にはその一部のみ図示した）が取り付けられている。
【００４８】
第３実施形態に係る復水器の動作について以下に説明する。
【００４９】
蒸気タービン５からの排気（混合ガス）が、タービン排気流入口２ｂから第１及び第２凝縮室２Ａ、２Ｂ内に流入する。
【００５０】
この第３実施形態においては、最も混合ガスの流速が遅いＸ方向中央部に仕切り部材２０が設けられ、これによって凝縮室のＸ方向中央部分が無くなっている。そして、第１及び第２凝縮室２Ａ，２ＢのＸ方向の総流路幅は、第１実施形態の凝縮室２のＸ方向の総流路幅より狭い。
【００５１】
このため、第１実施形態の凝縮室２のＸ方向中央部ほどに混合ガスの流速が遅い部分は、第３実施形態の凝縮室２（第１及び第２凝縮室２Ａ，２Ｂ）内には存在しない。このため、第１実施形態と比較して、凝縮室内における滞留が生じ難い。
【００５２】
但し、第１及び第２凝縮室２Ａ、２Ｂ内においても流速分布があり、仕切り部材２０に近い領域における混合ガスの流速は、仕切り部材２０から遠い領域における混合ガスの流速よりも小さい。従って、当該領域では、ガスの滞留が相対的に生じやすい傾向にある。
【００５３】
しかしながら、この第３実施形態においては、混合ガスの流速が小さくなる傾向にある仕切り部材２０に近い領域の下端部において、第１及び第２凝縮室２Ａ，２Ｂとガス冷却室３とを仕切る壁体（仕切り部材２０の下端部）のＹ方向中央部に連通口６Ａ，６Ｂが設けられているため、上記の滞留が生じやすい領域に存在する混合ガスが、滞留することなくガス冷却室３内に吸い込まれる。
【００５４】
第１及び第２凝縮室２Ａ，２Ｂ内にて多くの蒸気が凝縮により除去されて不凝縮ガスの比率が高まった混合ガスは、連通口６Ａ，６Ｂを通って、ガス冷却室３内に概ね水平方向（Ｘ方向）に流入する。
【００５５】
ガス冷却室３内は排気口７を介して吸引されているため、ガス冷却室３内に流入した混合ガスは、図７において実線矢印で示すように概ね９０度向きを変えて、排気口７に向かってガス冷却室３内を概ね水平方向（Ｙ方向）に流れ、排気口７から概ね水平方向に排出される。
【００５６】
この第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１及び第２凝縮室２Ａ，２Ｂ内、並びにガス冷却室３内において、スプレーノズル１２から噴霧された冷却水ミストにより混合ガスが冷却される。
【００５７】
この第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、連通口６Ａ，６Ｂを設けることによる凝縮室２（第１及び第２凝縮室２Ａ，２Ｂ）内における滞留防止効果が得られ、水平方向に延びるガス冷却室３を設けることによる圧損低減効果および復水器胴体の全高抑制効果が得られる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、実施形態は例示的なものであり、本発明の範囲は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５９】
２，２Ａ，２Ｂ  凝縮室
３  ガス冷却室
６，６Ａ，６Ｂ  連通口
７  排気口
１０  管状体（冷却水供給パイプ）
１２  スプレーノズル
【図１】
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【図２】
2015068612.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015068612.tif 000008
【図７】
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