(57)【要約】【課題】管巣における抽出管の周囲の部分の圧力損失を低減し更なる高性能化を図ることができる復水器を提供する。【解決手段】蒸気タービンで仕事をした蒸気を流入させる流入口２ａと、この流入口２ａから流入した蒸気Ｓを凝縮する冷却液を流通させる複数の冷却管３及び蒸気Ｓに混入した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一本の抽出管７を有する管巣４と、この管巣４によって凝縮された凝縮液Ｃを流出させる流出口６とを備え、上記管巣４は、抽出管７を取り囲むように形成した本体部４ａ、及びこの本体部４ａの流入口２ａ側に形成した導入部４ｂを有し、本体部４ａにおける冷却管３の占有率が導入部４ｂにおける冷却管３の占有率よりも低くなるように複数の冷却管３を配置して形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンで仕事をした蒸気を流入させる流入口と、
この流入口から流入した蒸気を凝縮する冷却液を流通させる複数の冷却管及び蒸気に混入した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一本の抽出管を有する管巣と、
この管巣によって凝縮された凝縮液を流出させる流出口とを備え、
前記管巣は、前記抽出管を取り囲むように形成した本体部、及びこの本体部の前記流入口側に形成した導入部を有し、前記本体部における前記冷却管の占有率が前記導入部における前記冷却管の占有率よりも低くなるように前記複数の冷却管を配置して形成されていることを特徴とする復水器。
【請求項２】
請求項１の復水器において、前記導入部は、前記冷却管と直交する断面における外形線が櫛状に形成されており、前記流入口から前記本体部に向かう複数の流路を有していることを特徴とする復水器。
【請求項３】
請求項１の復水器において、前記管巣は、前記冷却管の配列を各部で一様に形成した場合と比較して、前記冷却管と直交する断面における外形寸法の変化が最小限となるように前記導入部における前記冷却管の配列が調整してあることを特徴とする復水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタービン排気蒸気を凝縮させる復水器に関する。
【背景技術】
【０００２】
復水器は、一般に流入口を介してタービン排気蒸気を容器内に流入させ、容器内に設けた多数の冷却管からなる管巣に蒸気を導いて凝縮する。また、蒸気に混入する不凝縮ガスを抽出するために、管巣の内部には抽出管が設けられ、未凝縮の蒸気と不凝縮ガスは抽出管よりエゼクターや真空ポンプによって系外に排気される。
【０００３】
復水器の管巣では通常１０００〜１００００本の多数の冷却管が用いられているため、管巣の内部に蒸気を導くには冷却管の密集による管巣内部の圧力損失の低減が重要な課題である。一方、蒸気には途中経路の配管や溶接構造物の隙間から大気中の空気等といった不凝縮ガスが混入し、蒸気の凝縮に伴い不凝縮ガスが濃縮されて管巣の低圧部に集まる。管巣内部に停滞した不凝縮ガスは、冷却管表面をシールドして蒸気の凝縮を著しく阻害する。このため、不凝縮ガスの除去も重要な課題となる。管巣の圧力損失及び不凝縮ガスの停滞域の発生は、冷却管に直交する断面の管巣形状に大きく依存するため、管巣の断面形状は様々に工夫されている。
【０００４】
この種の復水器の一つに、吸い込み点に不凝縮ガスの抽出口を配置するとともに、管巣の蒸気流入口に近い部分の断面の外形線を放射状に形成し蒸気を管巣内部に導く流路を形成し流路を抜けた先の抽出管の周囲の部分に冷却管を密集させることにより、不凝縮ガスが抽出管に向かうような圧力勾配を付けて不凝縮ガスの停滞を抑制したものがある（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２２６７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、管巣の蒸気の流入口に近い部分に管巣内部に蒸気を導く流路を形成したことによって不凝縮ガスの停滞抑制を図ったが、流路を抜けた先の冷却管が密集する抽出管の周囲の部分では圧力損失が依然として高く、更なる性能向上への余地が残されている。
本発明の目的は、管巣における抽出管の周囲の部分の圧力損失を低減し更なる高性能化を図ることができる復水器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンで仕事をした蒸気を流入させる流入口と、この流入口から流入した蒸気を凝縮する冷却液を流通させる複数の冷却管及び蒸気に混入した不凝縮ガスを抽出する少なくとも一本の抽出管を有する管巣と、この管巣によって凝縮された凝縮液を流出させる流出口とを備え、前記管巣は、前記抽出管を取り囲むように形成した本体部、及びこの本体部の前記流入口側に形成した導入部を有し、前記本体部における前記冷却管の占有率が前記導入部における前記冷却管の占有率よりも低くなるように前記複数の冷却管を配置して形成されていることを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記導入部は、前記冷却管と直交する断面における外形線が櫛状に形成されており、前記流入口から前記本体部に向かう複数の流路を有していることを特徴とする。
【０００９】
（３）上記（１）において、また好ましくは、前記管巣は、前記冷却管の配列を各部で一様に形成した場合と比較して、前記冷却管と直交する断面における外形寸法の変化が最小限となるように前記導入部における前記冷却管の配列が調整してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、管巣の抽出管を有する本体部における冷却管の占有率を管巣の導入部のそれよりも低くしてあるので、本体部では各冷却管の間に形成される蒸気の流路が十分に確保される。これにより、本体部における圧力損失が大幅に低減され、復水器の性能向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る復水器の概略構成を表す透視正面図、図２は透視側面図である。図１及び図２ではいわゆる上方排気復水器に本発明を適用した場合を例示しているが、本発明の適用対象となる復水器がこれに限定される訳ではない。
図１及び図２に示した復水器１は、火力発電や原子力発電等で発電機を駆動する蒸気タービン、或いはポンプ等の負荷機器を駆動する蒸気タービンで仕事をした蒸気をその容器（本体）２内に導いて冷却水と熱交換させて凝縮させるものであり、特に図示していないが、復水器１で凝縮された復水は蒸気を生成する蒸気発生装置に循環供給される。
【００１２】
復水器１は、冷却管３を密集させた複数の管巣４（単数でも良い）を容器２に収容して概略構成されている。容器２は、蒸気タービンの排気口（図示せず）に接続する連結胴（流入口）２ａ、管巣４を収容する下部胴２ｃ、連結胴２ａから流入させた蒸気タービンからの蒸気Ｓを下部胴２ｃに案内する上部胴２ｂから構成される。下部胴２ｃの図１中の左右両側には、各冷却管３を支持する管板（図示せず）を介して下部胴２ｃの内部空間と区画された入口側（図１中右側）及び出口側（図１中左側）の水室５ａ，５ｂが備えられている。本例において、蒸気Ｓの流れは図１及び図２における上から下へ向かい、流入口２ａは容器２の上方に開口して設けられており、下部胴２ｃの底部には管巣４によって凝縮された凝縮液Ｃを流出させる流出口６が少なくとも１つ備えられている。流出口６は蒸気発生装置に接続する復水管（図示せず）に接続される。
【００１３】
図３は管巣４の冷却管に直交する断面を表した断面図、図４は本発明の比較対照である一比較例の復水器に備えられた管巣４’の冷却管に直交する断面を表した断面図である。
図３及び図４では、各冷却管は特に図示せず、最外周の冷却管の中心を結ぶ線（以下、本明細書ではこれを管巣の外形線とする）で管巣の断面形状を表してある。
【００１４】
管巣４は、複数の冷却管３と少なくとも１本の抽出管７とからなっており、抽出管７を取り囲むように複数の冷却管３を配置して形成した本体部４ａ、及びこの本体部４ａの流入口２ａ側に複数の冷却管３を配置して形成した導入部４ｂで構成されている。図３では本体部４ａと導入部４ｂとの境界線を一点鎖線で表しており、一点鎖線の上側の部分が導入部４ｂ、下側の部分（ハッチング部）が本体部４ａである。但し、図３では簡単のために境界線を直線状に表したが、これに限られず、例えば本体部４ａと導入部４ｂの境界が曲線状となるようにしても良い。例えば、流路８（後述）の最下端を結ぶ線を境界線としても良い。
【００１５】
管巣４を構成する各冷却管３は流入口２ａから流入する蒸気Ｓの流れを横切る方向（概ね直交する方向、本例では水平方向）に配置されており、冷却管３には、蒸気Ｓを冷却し凝縮するための冷却液（例えば海水や工業用水等）が入口側の水室５ａから出口側の水室５ｂへと流通する。
【００１６】
抽出管７は管巣４の本体部４ａ内に設置されており、蒸気Ｓに混入した不凝縮ガス及び未凝縮の蒸気を抽出する（吸い込む）複数のノズル孔（図示せず）を外周部に有している。この抽出管７は、解析により求められた容器２内における蒸気Ｓの吸い込み点等に配置されている。本実施の形態では、抽出管７を１本設けた場合を図示してあるが、複数設けても良い。
【００１７】
上記した管巣４の導入部４ｂは、本体部４ａ側から蒸気Ｓの流入口２ａに向かって伸びる複数の流路８を形成すべく外形線が櫛状に描かれるように冷却管３が配置されている。導入部４ｂの各流路８は、冷却管３が伸びる方向から見たとき（つまり図２のように見たとき）、容器２（下部胴２ｃ）の側壁にほぼ平行に形成されている。また、流路８の流路幅は冷却管３の直径よりも大きく設定してある。
【００１８】
以上の点においては、図３に示した管巣４と図４の比較例に示した管巣４’とはほぼ同様に構成されているが、管巣４’では冷却管３の占有率が各部で一様なのに対し、本発明の復水器に備えられた管巣４では本体部４ａにおける冷却管３の占有率が導入部４ｂにおける冷却管３の占有率よりも低くなるように冷却管３を配列してある。つまり、本体部４ａは導入部４ａに対して冷却管３が疎になっている。
【００１９】
図５（ａ）は管巣４の本体部４ａにおける冷却管３の配列を表す拡大図、図５（ｂ）は管巣４の導入部４ｂにおける冷却管３の配列を表す拡大図である。
本実施の形態では、図５（ａ）に示したように本体部４ａの冷却管３の配列の縦方向ピッチＹ２を導入部４ｂの冷却管３の配列の縦方向ピッチＹ１よりも大きく設定することで、本体部４ａの冷却管３の占有率を導入部４ｂに対して低下させてある。なお、本実施の形態では本体部４ａの冷却管３の縦方向ピッチＹ２を導入部４ｂの冷却管３の縦方向ピッチＹ１よりも広く設定した（Ｙ２＞Ｙ１）のに対し、横方向ピッチについては本体部４ａと導入部４ｂとで同じピッチＸ１としてある。しかしながら、冷却管３の配列の縦方向ピッチを変えて本体部４ａと導入部４ｂの冷却管占有率に差をつけるのに限らず、冷却管３の配列の横方向ピッチを変えて冷却管占有率に差をつけても良いし、両方を変化させた結果、冷却管占有率に大小関係が生じるようにしても良い。
【００２０】
このとき、本実施の形態では、本体部４ａの冷却管３の占有率が疎になった分、導入部４ｂ側の冷却管３の本数を増加させてある。つまり、管巣４全体の冷却管３の本数は仕様上の要求性能により決定されるため、本体部４ａの冷却管本数が減少した分は導入部６ｂ側で調整してある。またこのとき、本体部４ａ側の冷却管３の占有率を低下させた結果、仮に本体部４ａ及び導入部４ｂにおける冷却管３の配列を一様にした場合に形成される管巣（例えば図４の管巣４’）と比較して断面の外径寸法の差が最小限となるように、導入部４ｂ側の冷却管本数を調整する（つまり管巣４’に対して導入部４ｂにおける冷却管本数を増やす）ことが望ましい。
【００２１】
また、本体部４ａの冷却管ピッチを広げ、導入部４ｂの冷却管３の本数を増加させることで、管巣４内に形成される低圧部の中心は本体部と導入部とで冷却管３の占有率を一様にした管巣４’（図４）に比べて流入口２ａ側へ移動するので、図４の管巣４’に対し、本実施の形態における管巣４では抽出管７の配列が流入口２ａ側に所定距離移動している。具体的には、本実施の形態の抽出管７の配置は、図３で見た場合、抽出管７を通る垂直線上において抽出管７よりも下側に配置された冷却管３の本数が図４の管巣４’の場合とほぼ同数となるように設定してある。つまり、直下にある冷却管３の本数とその縦方向ピッチの偏差の積だけ本発明の復水器における抽出管７の位置は流入口２ａ側に移動している。
【００２２】
以上のように構成された本実施の形態の復水器１では、流入口２ａより流入した蒸気タービンからの蒸気Ｓは、主に流路８や各冷却管５の間隙を通りつつ管巣４を構成する冷却管３の外表面で凝縮され、凝縮された凝縮液Ｃは下部胴２ｃの底部に滞留し流出口６から流出される。また冷却管３の外表面で凝縮されない蒸気Ｓ及び蒸気Ｓ中に混入している不凝縮ガスは、抽出管７のノズル孔（図示せず）から抽出され、エゼクターや真空ポンプ等の空気抽出装置（図示せず）により空気抜ダクト（図示せず）内を搬送され復水器１の外に排出される。排出された不凝縮ガスや未凝縮の蒸気は空気抽出装置（図示せず）へ導かれる。
【００２３】
以上の本実施の形態によれば、管巣４の抽出管７を有する本体部４ａにおける冷却管３の占有率を導入部４ｂのそれよりも低くしてあるので、本体部４ａでは各冷却管３の間に形成される蒸気の流路が十分に確保される。これにより、本体部４ａにおける圧力損失が大幅に低減され、図４の比較例と比べても復水器１の更なる性能向上を図ることができる。勿論、抽出管７を囲むように冷却管３を密集して配置してあるため、不凝縮ガス等を抽出管７に集める機能は損なわれない。
【００２４】
また、導入部４ｂの外形線を櫛状に形成し複数の流路８を形成したことにより、蒸気タービンからの蒸気Ｓの大部分を吸い込み管巣４の本体部４ａに円滑に導入することができるので、少ない圧力損失で高い凝縮性能が確保される。
【００２５】
また、冷却管３を管巣の各部で一様に配列した場合に対し本発明に係る管巣４は最外周寸法の変化が最小限になるように、本体部４ａの冷却管３の配列調整と同時に導入部４ｂの冷却管３の配列を調整することにより、コンパクト性を損なうこともない。
【００２６】
ここで、図６（ａ）は本発明の一実施形態に係る復水器の内圧の解析結果を表す圧力分布図、図６（ｂ）は図４の比較例における同様の圧力分布図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した解析の結果、図３の本発明の復水器では管巣４の頂部Ｈの圧力が４７８２Ｐａ、図４の復水器では管巣４’の頂部Ｈ’の圧力が４８４０Ｐａとなった。つまり、この解析結果では、本発明の復水器では図４の比較例に対して管巣の頂部における圧力が５８Ｐａ低下しており、真空度換算で０．４ｍｍＨｇの圧力損失低減の効果が見込まれた。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、同数の等圧線により圧力勾配が表されているが、本発明の場合は比較例に対して急激な圧力降下が抑制されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る復水器の概略構成を表す透視正面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る復水器の概略構成を表す透視側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る復水器に備えられた管巣の冷却管に直交する断面を表した断面図である。
【図４】本発明の比較対照である一比較例の復水器に備えられた管巣の冷却管に直交する断面を表した断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る復水器に備えられた管巣の本体部における冷却管の配列を表す拡大図、及び導入部における冷却管の配列を表す拡大図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る復水器の内圧の解析結果を表す圧力分布図、及び本発明の比較対照である一比較例の復水器における同様の圧力分布図である。
【符号の説明】
【００２８】
１        復水器
２ａ      流入口
２ｂ      上部胴
２ｃ      下部胴
３        冷却管
４        管巣
４ａ      本体部
４ｂ      導入部
５ａ，ｂ  水室
６        流出口
７        抽出管
８        流路
Ｃ        凝縮液
Ｓ        蒸気
【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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