(57)【要約】  本発明は、蒸気入口（８）及び蒸気出口（１０）を具備する蒸気のための流れチャネル（２）と、蒸気入口（８）と蒸気出口（１０）との間に配置されている噴射ノズル（１２）とを備えている、発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置（１）であって、技術的に特に簡便な手段によって凝集器の損傷を防止するために特に満足することができる冷却作用を有している水噴射装置（１）に関する。この目的を達成するために、噴射ノズル（１２）は、概略的にガスが流れる方向に延在していると共に流れチャネル（２）の内壁（６）から離隔している、壁（２０）に配置されている。
2015511168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置（１）であって、蒸気入口（８）及び蒸気出口（１０）を有している蒸気のための流れダクト（２）と、前記蒸気入口（８）と前記蒸気出口（１０）との間に配置されている噴射ノズル（１２）と備えている前記水噴射装置（１）において、
前記噴射ノズル（１２）が、実質的にガスが流れる方向に延在しており、前記流れダクト（２）の内壁（６）から離隔して配置されており、
隔壁（２０）が、前記内壁（６）に面している前記隔壁（２０）の側面に平坦な外形を有していることを特徴とする水噴射装置（１）。
【請求項２】
前記噴射ノズル（１２）が、前記内壁（６）から離隔して面している前記隔壁（２０）の側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射装置（１）。
【請求項３】
前記噴射ノズル（１２）が、前記隔壁（２０）の所定の区間に配置されており、
前記隔壁（２０）が、前記蒸気入口（８）に向かう方向において前記内壁（６）に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の水噴射装置（１）。
【請求項４】
前記隔壁（２０）が、前記内壁（６）から離隔して面している前記隔壁（２０）の側面に湾曲した外形を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）。
【請求項５】
前記内壁（６）が、円筒状区間（１８）を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）。
【請求項６】
前記隔壁（２０）が、前記内壁（６）と同軸に配置されている円筒状区間を形成していることを特徴とする請求項５に記載の水噴射装置（１）。
【請求項７】
複数の前記噴射ノズル（１２）が、ラジアル方向において対称に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の水噴射装置（１）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）を有していることを特徴とする発電所のためのバイパス蒸気システム。
【請求項９】
請求項８に記載のバイパス蒸気システムを有していることを特徴とする発電所。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置であって、蒸気入口及び蒸気出口を有している蒸気のための流れダクトと、蒸気入口と蒸気出口との間に配置されている噴射ノズルとを備えている水噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギを発生させるための発電所は、通常、燃焼プロセスから得られた熱的エネルギを利用することによって、機械的エネルギを発生させ、その後に発電機内において電気的エネルギに変換する。このために、蒸気タービンのために蒸気を発生させる直接燃焼式蒸気発生器が利用される場合がある。しかしながら、蒸気を発生させるための熱的エネルギは、例えば核エネルギのような他のエネルギ源からも得ることができる。蒸気の発生を介したバイパスをなくすための他の可能性は、例えばガスタービン内において直接変換することである。しかしながら、この場合にも、ガスタービンの高温の排出ガスが、蒸気を発生させるために排熱ボイラー内で利用される場合がある。従って、結論として、蒸気は、大部分の発電所内で発電するために利用されている。
【０００３】
蒸気タービンを動作させるために必要な蒸気は、事前に精製及び調製された水からボイラー内で発生される。過熱器内で蒸気をさらに過熱することによって、蒸気の温度及び比体積が大きくなる。蒸気は、ボイラーから配管を介して蒸気タービン内に流れる。蒸気タービンにおいて、蒸気は、その事前に吸収されたエネルギの一部分を運動エネルギとしてタービンに放出される。機械的出力を電気的出力に変換する発電機は、タービンに結合されている。従って、膨張し冷却された蒸気が凝集器の内部に流入する。凝集器内において、蒸気は、熱を外部環境に伝達させることによって凝集され、凝集器の最深部において液体水として収集される。水は、復水ポンプ及び予熱器によって吸水容器内に一時的に格納された後に、給水ポンプによってボイラーに再び供給される。
【０００４】
特定の動作状態では、例えば蒸気タービンを始動した場合やトリップさせた場合には、すなわち蒸気タービンロータの加速が幾分制御不能になった場合には、出力を低減するために、タービンを通過する高温の蒸気流を案内する必要がある。一般に、凝集器はこのように過熱された蒸気のために構成されていないので、新鮮な蒸気が膨張し、水を噴射することによって冷却される特別なバイパス蒸気システムが必要とされる。そうでなければ、凝集器が損傷してしまう。
【０００５】
このような状況に応じて、典型的には、水噴射装置は、入口と出口との間に配置されている複数の噴射ノズルを備えている。これら噴射ノズルは共に、水噴射装置の蒸気ダクトの筐体壁に配置されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、導入部で述べたタイプの発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置であって、技術的に特に簡便な手段によって凝集器に対する損傷を防止するために、特に良好な冷却効果を有している水噴射装置を提供することである。
【０００７】
本発明における当該目的は、実質的にガスが流れる方向に延在していると共に流れダクトの内壁から離隔している隔壁に配置されている噴射ノズルによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
隔壁は、内壁に面している隔壁の側面に平坦な外形を有している。その結果として、内壁と隔壁との間における蒸気の流れに対する阻害が最小限度に抑えられ、その流速及び温度に関してほとんど影響を受けない。一方において、このことが上述の剪断層の形成を最大化するが、他方において、内壁の領域が特に高温の状態を維持するので、内壁に向かって輸送された水が、内壁において特に十分に蒸発し、内壁に溜まらず、内壁において利用されない。
【０００９】
本発明は、蒸気噴流内における水の分布を一層一様にすることができるならば、特に良好な冷却効果を達成することができるという前提から得られる。より一様な分布によって、特に噴射された水がより完全に蒸発されるので、凝集器の入口における蒸気温度をより均一にすることができる。このような状況に応じて、蒸気入口と蒸気出口との間における内壁での射出が、今までは一般的であったが、内壁が噴射点において狭窄されていることによって蒸気噴流の中心に近づいていたとしても、縁部において噴射された水が蒸気噴流の中心に至るまで侵入することができない点において不利である。このことについての理由は、蒸気の速度が高いことである。この理由のために、噴射ノズルは、内壁から離隔している流れダクトの隔壁に配置されている必要がある。これにより、噴射ノズルの位置が蒸気流の中心に一層近接する。蒸気流が２つの流れに分割された結果として、蒸気流の既に分割された部分が、隔壁と内壁との間に案内されるので、噴射ノズル自体が、流速が同一であるにもかかわらず、蒸気流の中心に一層近接して配置されているためである。
【００１０】
優位な構成では、噴射ノズルが、内壁から離隔してすなわち流れの中心に向かって面している隔壁の側面に配置されている。一方において、このことは、水の一部分が内壁に溜まり、蒸発せず、ひいては冷却に貢献しないということを回避することができる。他方において、隔壁と内壁との間における部分蒸気流が、噴射することなく残存し、隔壁と内壁との間に流れる部分蒸気流と隔壁の反対側において流れる部分蒸気流との流速の差及び温度の差が発生する。これら部分蒸気流が、噴射ノズルの後方において隔壁の端部領域で再合流する。流速の差の結果として、強い剪断層が隔壁の端部領域で発達するので、乱流によって水と２つの部分流とが一層良好に混合される。
【００１１】
優位には、噴射ノズルは、蒸気入口に向かう方向において内壁に向かって傾斜している隔壁の区間に、すなわち内壁から離隔して面している隔壁の側面において流れている部分蒸気流のための利用可能な断面を広げている領域に配置されている。さらに、優位には、隔壁は、内壁から離隔して面している隔壁の側面に湾曲した外形を有しているので、噴射ノズルの上述の配置と共に、噴射ノズルは、流れ方向において湾曲部分の後方に配置されている。高い蒸気の速度ひいては低減された蒸気の圧力が、当該領域において支配的であり、水の噴射にとって都合が良い。さらに、高い蒸気の速度を考慮して、水は、特に細かく霧化されている。
【００１２】
優位には、内壁は、円筒状区間を形成している。このような構成の水噴射装置は、特に簡単な構成を有しており、ラジアル方向において対称であることによつて、特に均一な蒸気の流れを実現することができる。
【００１３】
同様に、隔壁は、内壁と同心状に配置されている円筒状区間を形成しているので、隔壁は、円筒状筐体を形成しており、例えば適切なストラットによって内壁に取り付け可能とされる。ストラットは、流れ方向で見ると、蒸気の流れを可能な限り阻害しない断面を有している必要がある。噴射用水の供給路がストラット内に配置されている場合がある。従って、上述の構成によって、蒸気流が、中央の主流れと周囲のバイパス流れとに分割される。従って、剪断層も、円筒状の形態を形成しており、対称性を有している円筒状の形態によって、特に均一な混合が可能となる。
【００１４】
混合の均一性をさらに改善するために、優位には、複数の噴射ノズルがラジアル方向において対称に配置されている。
【００１５】
優位には、発電所のためのバイパス蒸気システムは、このような水噴射装置を備えており、優位には、発電所は、このようなバイパス蒸気システムを備えている。
【００１６】
特に蒸気流を分割し、一の部分流のみに水を噴射することによって、剪断層が形成され、これにより両側からの薄膜霧化（film atomization）による噴射された水の混合及び霧化を実質的に改善することができ、バイパス蒸気システムにおいて特に良好な冷却効果を得ることができる本発明によって、利点が実現される。さらに、内壁を通過して流れる部分的な蒸気流の温度が高いことによって、水が内壁に溜まることを回避することができる。
【００１７】
本発明について、図面を参照しつつ詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】内壁に配置された噴射ノズルを具備する従来技術に基づく水噴射装置を表わす。
【図２】内壁から所定距離で離隔した隔壁に配置されている噴射ノズルを具備する水噴射装置を表わす。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
すべての図面において、同一の部品には同一の参照符号が付されている。
【００２０】
図１に表わす水噴射装置１は、内壁６によって囲まれている流れダクト２を備えており、内壁６は、ラジアル方向において軸線４に関して対称に配置されている。図１において、蒸気入口８は左側に配置されており、蒸気出口１０は右側に配置されている。蒸気入口８の断面は、蒸気出口１０の断面より小さい。従って、結果的にラバルノズル１４の下流に発生する不足膨張噴流は、内壁６に接触しない。
【００２１】
水噴射装置１は、詳細には図示しない発電所のバイパス蒸気システムの一の構成部品である。バイパス弁は、蒸気入口８の上流に接続されている。図示しないが、バイパス弁によって、蒸気流が、発電所の蒸気発生器から、蒸気タービンを通過してバイパス蒸気システムを通じて、蒸気出口１０の下流に接続されている凝縮器の内部に直接案内される。このことは、所定の動作状態において、例えば蒸気タービンを始動させる場合に又はトリップさせた後に必要とされる。
【００２２】
蒸気は、水噴射装置１内で冷却されるので、凝縮器を損傷させることなく凝縮器の内部に送られる。このために、水を蒸気流の内部に噴射する噴射ノズル１２は、水噴射装置１内に且つ狭窄区間１４の出口に配置されている。図１に表わす実施例では、狭窄区間１４における蒸気の流速が高い（典型的には超音速）にもかかわらず、水は軸線４ひいては蒸気流の中心に到達しない。さらに、水の一部分は、蒸発していない状態で内壁６に到達し、内壁６に溜まる。
【００２３】
逆に、図２に表わす水噴射装置１では、水と蒸気との混合及び水の霧化が改善される。流れ方向で見ると最初に、内壁６は、拡幅した錐状区間１６を蒸気出口８の下流に形成しており、拡幅した錐状区間１６には、円筒状区間１８が接続されている。円筒状区間１８に移行した直後に、略円筒状筐体の形態とされる隔壁２０が、内壁６から離隔して且つ軸線４に関して対称に配置されている。
【００２４】
隔壁２０は、内壁６に面している平坦な外形を有している。隔壁２０は、軸線４に向かって湾曲している。噴射ノズル１２は、蒸気出口１０に面している湾曲部分２２の側面にラジアル方向において対称に配置されている。隔壁２０は、ストラット２４によって内壁６に取り付けられている。ストラット２４の断面及び外形は、蒸気流が可能な限り阻害されないように構成されている。また、水供給路２６は、ストラット２４に配置されている。
【００２５】
図２に表わす構成によって、蒸気流は、隔壁２０と内壁６との間における一の部分流と、隔壁２０の内側における一の部分流とに分割される。水は内部部分流の内部のみに噴射されるので、内部部分流が冷却される。流れ方向で見た場合に隔壁２０の後方には、２つの部分流が再合流した場合に剪断層２８が形成される。これにより、２つの部分流が特に良好に混合されるので、水と蒸気とのさらなる霧化及び混合が実現される。
【符号の説明】
【００２６】
１  水噴射装置
２  流れダクト
４  軸線
６  内壁
８  蒸気入口
１０  蒸気出口
１２  噴射ノズル
１４  ラバルノズル（狭窄区間）
１６  拡幅した錐状期間
１８  円筒状区間
２０  隔壁
２２  湾曲部分
２４  ストラット
２６  水供給路
２８  剪断層
【図１】
2015511168.tif 000003
【図２】
2015511168.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月22日(2014.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電所のバイパス蒸気システムのための水噴射装置（１）であって、蒸気入口（８）及び蒸気出口（１０）を有している蒸気のための流れダクト（２）と、前記蒸気入口（８）と前記蒸気出口（１０）との間に配置されている噴射ノズル（１２）と備えている前記水噴射装置（１）において、
前記噴射ノズル（１２）が、ガスが流れる方向に延在しており、前記流れダクト（２）の内壁（６）から離隔して配置されており、
隔壁（２０）が、前記内壁（６）に面している前記隔壁（２０）の側面に平坦な外形を有していることを特徴とする水噴射装置（１）。
【請求項２】
前記噴射ノズル（１２）が、前記内壁（６）から離隔して面している前記隔壁（２０）の側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水噴射装置（１）。
【請求項３】
前記噴射ノズル（１２）が、前記隔壁（２０）の所定の区間に配置されており、
前記隔壁（２０）が、前記蒸気入口（８）に向かう方向において前記内壁（６）に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の水噴射装置（１）。
【請求項４】
前記隔壁（２０）が、前記内壁（６）から離隔して面している前記隔壁（２０）の側面に湾曲した外形を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）。
【請求項５】
前記内壁（６）が、円筒状区間（１８）を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）。
【請求項６】
前記隔壁（２０）が、前記内壁（６）と同軸に配置されている円筒状区間を形成していることを特徴とする請求項５に記載の水噴射装置（１）。
【請求項７】
複数の前記噴射ノズル（１２）が、ラジアル方向において対称に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の水噴射装置（１）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の水噴射装置（１）を有していることを特徴とする発電所のためのバイパス蒸気システム。
【請求項９】
請求項８に記載のバイパス蒸気システムを有していることを特徴とする発電所。
【国際調査報告】
2015511168.tif 000005
2015511168.tif 000006
2015511168.tif 000007
2015511168.tif 000008