Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6967484B2 - Condenser - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6967484B2 - Condenser - Google Patents

Condenser Download PDF

Info

Publication number
JP6967484B2
JP6967484B2 JP2018076282A JP2018076282A JP6967484B2 JP 6967484 B2 JP6967484 B2 JP 6967484B2 JP 2018076282 A JP2018076282 A JP 2018076282A JP 2018076282 A JP2018076282 A JP 2018076282A JP 6967484 B2 JP6967484 B2 JP 6967484B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
condenser
opening
heat transfer
casing
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018076282A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019184169A (en
Inventor
直行 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi GE Vernova Nuclear Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd filed Critical Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Priority to JP2018076282A priority Critical patent/JP6967484B2/en
Publication of JP2019184169A publication Critical patent/JP2019184169A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6967484B2 publication Critical patent/JP6967484B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、非凝縮性ガスと凝縮性ガスを含む混合ガスを冷却するための凝縮器に係り、更に詳しくは、動的機器による強制循環でなく自然循環により混合ガスを冷却する凝縮器に関する。 The present invention relates to a condenser for cooling a mixed gas containing a non-condensable gas and a condensable gas, and more particularly to a condenser for cooling the mixed gas by natural circulation instead of forced circulation by a dynamic device.

凝縮器は、一般的に、水平方向及び鉛直方向に配置された複数の伝熱管を備えており、伝熱管内に冷媒を流して伝熱管外表面で凝縮性ガスを凝縮させるものである。凝縮器では、通常、必要な除熱量に応じて伝熱管の本数及び長さが決定される。 The condenser generally includes a plurality of heat transfer tubes arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and a refrigerant is passed through the heat transfer tubes to condense the condensable gas on the outer surface of the heat transfer tubes. In a condenser, the number and length of heat transfer tubes are usually determined according to the amount of heat removed.

ところで、原子力プラントの事故時における原子炉格納容器の冷却に凝縮器を適用する場合を考える。沸騰水型原子力プラントでは、通常運転時に格納容器内に窒素が充填されているので、非凝縮性ガスとしての窒素と事故時に格納容器内に移行した凝縮性ガスとしての水蒸気とを含む混合ガスを凝縮器によって凝縮させることになる。また、過酷事故等を考慮すると、電動ファン等の動的機器を使用することなく自然循環力を利用して水蒸気を凝縮器によって凝縮させることが望ましい。自然循環力を利用して混合ガスを冷却する凝縮器として、上面および下面が開放されたケーシングと、ケーシング内の上部空間に配置され冷媒が流入流出する複数の伝熱管とを備え、ケーシング内の下部空間に伝熱管が配置されていない下部チムニ空間を設けているものが提案されている(例えば、特許文献1の第4実施例を参照)。 By the way, consider the case where a condenser is applied to cool the reactor containment vessel in the event of an accident in a nuclear power plant. In a boiling water type nuclear power plant, the storage container is filled with nitrogen during normal operation, so a mixed gas containing nitrogen as a non-condensable gas and water vapor as a condensable gas transferred into the storage container at the time of an accident is used. It will be condensed by the condenser. Further, in consideration of severe accidents, it is desirable to condense water vapor by a condenser by utilizing natural circulation force without using a dynamic device such as an electric fan. As a condenser that cools the mixed gas by utilizing the natural circulation force, a casing having an open upper surface and a lower surface and a plurality of heat transfer tubes arranged in the upper space inside the casing into which the refrigerant flows in and out are provided in the casing. It has been proposed that the lower space is provided with a lower chimni space in which a heat transfer tube is not arranged (see, for example, the fourth embodiment of Patent Document 1).

特開2017−26541号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-26541

特許文献1に記載の凝縮器のように、非凝縮性ガスを含む混合ガスを自然循環力を用いて冷却する凝縮器では、上流側に位置する伝熱管で混合ガスの凝縮性ガスが凝縮すると、その分、下流側の混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度が上昇する。混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度の上昇により、下流側に位置する伝熱管での熱伝達率が低下する。すなわち、凝縮器内では、混合ガスの下流側に位置する伝熱管ほど熱伝達率が低下していく。したがって、自然循環力を利用して混合ガスを冷却する凝縮器では、混合ガスの下流側での熱伝達率の低下分、必要な除熱量を維持するためには、伝熱管の本数や長さを増加させる必要があり、凝縮器が大型化するという問題がある。特に、原子炉格納容器内に凝縮器を設置する場合、設置可能な空間が限られており、凝縮器を小型化することが望ましい。 In a condenser that cools a mixed gas containing a non-condensable gas by using a natural circulation force like the condenser described in Patent Document 1, when the condensable gas of the mixed gas is condensed by a heat transfer tube located on the upstream side. By that amount, the concentration of the non-condensable gas in the mixed gas on the downstream side increases. Due to the increase in the concentration of the non-condensable gas in the mixed gas, the heat transfer coefficient in the heat transfer tube located on the downstream side decreases. That is, in the condenser, the heat transfer coefficient decreases as the heat transfer tube is located on the downstream side of the mixed gas. Therefore, in a condenser that cools the mixed gas by utilizing the natural circulation force, the number and length of heat transfer tubes are required to maintain the required amount of heat removal due to the decrease in the heat transfer rate on the downstream side of the mixed gas. There is a problem that the size of the condenser becomes large. In particular, when installing the condenser in the reactor containment vessel, the space that can be installed is limited, and it is desirable to reduce the size of the condenser.

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、必要な除熱量を維持しつつ小型化が可能な凝縮器を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a condenser capable of miniaturization while maintaining a required amount of heat removal.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管と、前記複数の伝熱管を取り囲むケーシングとを備え、前記ケーシングは、前記複数の伝熱管の最上部よりも上側の位置に設けられた第1開口部と、前記複数の伝熱管の最下部よりも下側の位置に設けられた第2開口部と、前記複数の伝熱管の最上部と最下部との間の位置に設けられた第3開口部とを有し、前記第3開口部を閉塞するように気体分離膜が設けられ、前記気体分離膜は、特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、前記特定の凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有することを特徴とする。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems. For example, a plurality of heat transfer tubes arranged in the vertical direction and through which a refrigerant flows and a casing surrounding the plurality of heat transfer tubes are provided. The casing has a first opening provided at a position above the uppermost portion of the plurality of heat transfer tubes, and a second opening provided at a position below the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes. It has a third opening provided at a position between the uppermost portion and the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes, and a gas separation film is provided so as to close the third opening, and the gas separation is performed. The film is characterized in that while molecules of a specific condensable gas are easily permeated, molecules of a non-condensable gas having a larger molecular diameter than the specific condensable gas are less likely to permeate.

本発明によれば、ケーシングの第3開口部に特定の凝縮性ガスを選択的に透過させる特性を有する気体分離膜を設けることで、特定の非凝縮性ガスの第3開口部を介したケーシング内への流入を防止しつつ特定の凝縮性ガスの第3開口部を介したケーシング内の流入を可能としたので、特定の凝縮性ガスと非凝縮性ガスとで構成された混合ガスを冷却する場合に、凝縮器内の第3開口部よりも下流側の混合ガス中の非凝縮性ガスの濃度を、第3開口部を介した凝縮性ガスの流入により低下させることができる。その結果、第3開口部よりも下流側に位置する伝熱管における伝熱効率(熱伝達率)が従来構成の凝縮器と比較して向上するので、必要な除熱量を維持しつつ伝熱管の本数の削減や長さの短縮が可能となる。すなわち、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器の小型化が可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, by providing a gas separation film having a property of selectively permeating a specific condensable gas in the third opening of the casing, the casing through the third opening of the specific non-condensable gas is provided. Since the inflow of the specific condensable gas into the casing through the third opening is allowed while preventing the inflow to the inside, the mixed gas composed of the specific condensable gas and the non-condensable gas is cooled. In this case, the concentration of the non-condensable gas in the mixed gas downstream of the third opening in the condenser can be reduced by the inflow of the condensable gas through the third opening. As a result, the heat transfer efficiency (heat transfer coefficient) in the heat transfer tube located downstream of the third opening is improved as compared with the condenser of the conventional configuration, so that the number of heat transfer tubes is maintained while maintaining the required heat removal amount. Can be reduced and the length can be shortened. That is, it is possible to reduce the size of the condenser while maintaining the required amount of heat removal.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の凝縮器の第1の実施の形態を適用する沸騰水型原子力プラントを示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the boiling water type nuclear power plant to which the 1st Embodiment of the condenser of this invention is applied. 本発明の凝縮器の第1の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 1st Embodiment of the condenser of this invention. 本発明の凝縮器の第1の実施の形態の作用・機能を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation | function of the 1st Embodiment of the condenser of this invention. 本発明の凝縮器の第2の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 2nd Embodiment of the condenser of this invention. 本発明の凝縮器の第3の実施の形態におけるケーシングの一部分の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the part of the casing in the 3rd Embodiment of the condenser of this invention. 本発明の凝縮器のその他の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other embodiment of the condenser of this invention.

以下、本発明の凝縮器の実施の形態について図面を用いて説明する。
[第1の実施の形態]
まず、本発明の凝縮器の第1の実施の形態を適用する原子力プラントの構成について図1を用いて説明する。図1は本発明の凝縮器の第1の実施の形態を適用する沸騰水型原子力プラントを示す概略図である。
Hereinafter, embodiments of the condenser of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the configuration of a nuclear power plant to which the first embodiment of the condenser of the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a boiling water reactor to which the first embodiment of the condenser of the present invention is applied.

図1において、沸騰水型原子力プラント100(以下、原子力プラントという)は、炉心101を内蔵する原子炉圧力容器102と、原子炉圧力容器102を格納する原子炉格納容器103とを備えている。原子炉格納容器103の内部空間は、原子炉圧力容器102を配置するドライウェル104と、冷却水を貯留するサプレッションチャンバ105とに区画されている。ドライウェル104内には、原子炉圧力容器102に接続された主蒸気管を含む各種の配管(図示せず)や後述のドライウェル冷却器としての凝縮器1を含む各種の機器(図示せず)等が配置されている。また、ドライウェル104内には、グレーチングと称する網状の鋼板により床107が形成されており、各種の配管や機器等の点検時に作業者が歩行可能となっている。ドライウェル104には、通常運転時、窒素ガスが充填される。 In FIG. 1, the boiling water type nuclear power plant 100 (hereinafter referred to as a nuclear power plant) includes a reactor pressure vessel 102 including a core 101 and a reactor containment vessel 103 for accommodating a reactor pressure vessel 102. The internal space of the reactor containment vessel 103 is divided into a dry well 104 in which the reactor pressure vessel 102 is arranged and a suppression chamber 105 for storing cooling water. Inside the drywell 104, various pipes (not shown) including a main steam pipe connected to the reactor pressure vessel 102 and various devices including a condenser 1 as a drywell cooler described later (not shown). ) Etc. are arranged. Further, in the dry well 104, a floor 107 is formed by a mesh steel plate called grating, so that an operator can walk when inspecting various pipes and equipment. The dry well 104 is filled with nitrogen gas during normal operation.

原子力プラント100は、また、原子炉格納容器103に水蒸気が移行するような事故が発生した際の原子炉格納容器103の過圧を防止するための冷却システム110を備えている。冷却システム110は、ドライウェル104内の床107上に設置されたドライウェル冷却器としての凝縮器1と、凝縮器1で除熱された熱を外部に放出する外部熱交換器112とを有している。凝縮器1と外部熱交換器112は、外部熱交換器112の冷媒出口から凝縮器1の冷媒入口へ冷媒(例えば、冷却水)を運ぶ入口側配管113と、凝縮器1の冷媒出口から流出した冷媒を外部熱交換器112の冷媒入口へ運ぶ出口側配管114とで接続されている。出口側配管114には、冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ115が設置されている。外部熱交換器112には、例えば、外部ポンプ117によって冷媒として海水が引き込まれている。外部熱交換器112は、凝縮器1から運ばれた熱を海水に伝達して最終的に除熱した熱を海に放出する。 The nuclear plant 100 also includes a cooling system 110 for preventing overpressure of the reactor containment vessel 103 in the event of an accident such as the transfer of water vapor to the reactor containment vessel 103. The cooling system 110 includes a condenser 1 as a dry well cooler installed on the floor 107 in the dry well 104, and an external heat exchanger 112 that releases the heat removed by the condenser 1 to the outside. doing. The condenser 1 and the external heat exchanger 112 flow out from the inlet side pipe 113 for carrying the refrigerant (for example, cooling water) from the refrigerant outlet of the external heat exchanger 112 to the refrigerant inlet of the condenser 1 and the refrigerant outlet of the condenser 1. It is connected to an outlet side pipe 114 that carries the generated refrigerant to the refrigerant inlet of the external heat exchanger 112. A refrigerant circulation pump 115 for circulating a refrigerant is installed in the outlet side pipe 114. Seawater is drawn into the external heat exchanger 112 as a refrigerant by, for example, an external pump 117. The external heat exchanger 112 transfers the heat carried from the condenser 1 to the seawater and finally releases the deheated heat to the sea.

原子力プラント100に適用する本実施の形態の凝縮器1は、原子炉格納容器103内に流出した凝縮性ガスとしての水蒸気と通常運転時に原子炉格納容器103内に充填された非凝縮性ガスとしての窒素ガスとの混合ガスMを冷却して水蒸気を凝縮させるものである。また、この凝縮器1は、電動ファン等の動的機器による強制循環ではなく、自然循環によって水蒸気(凝縮性ガス)を凝縮させるものである。 The condenser 1 of the present embodiment applied to the nuclear power plant 100 is steam as a condensable gas flowing out into the reactor storage container 103 and as a non-condensable gas filled in the reactor storage container 103 during normal operation. The mixed gas M with the nitrogen gas is cooled to condense the water vapor. Further, the condenser 1 condenses water vapor (condensable gas) by natural circulation instead of forced circulation by a dynamic device such as an electric fan.

次に、発明の凝縮器の第1の実施の形態の構成について図2を用いて説明する。図2は本発明の凝縮器の第1の実施の形態を示す斜視図である。 Next, the configuration of the first embodiment of the condenser of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a first embodiment of the condenser of the present invention.

図2において、凝縮器1は、水平方向および上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管10と、複数の伝熱管10を取り囲んで収容するケーシング20とを備えている。複数の伝熱管10の一端側には入口ヘッダ11が、複数の伝熱管10の他端側には出口ヘッダ12が接続されている。 In FIG. 2, the condenser 1 is arranged in the horizontal direction and the vertical direction, and includes a plurality of heat transfer tubes 10 through which a refrigerant flows, and a casing 20 that surrounds and accommodates the plurality of heat transfer tubes 10. An inlet header 11 is connected to one end side of the plurality of heat transfer tubes 10, and an outlet header 12 is connected to the other end side of the plurality of heat transfer tubes 10.

複数の伝熱管10は、例えば、水平方向(図2中、左右方向)に延在してU字状の折返部を複数有する管路が上下方向に複数段((図2では、12段)並置されるように構成されている。入口ヘッダ11は、上述の入口側配管113(図1参照)に接続され、複数の伝熱管10に冷媒を分配して供給するものである。出口ヘッダ12は、上述の出口側配管114(図1参照)に接続され、複数の伝熱管10からの冷媒を合流させて回収するものである。入口ヘッダ11及び出口ヘッダ12は、ケーシング20外の側方に配置されている。 The plurality of heat transfer tubes 10 have, for example, a plurality of pipe lines extending in the horizontal direction (horizontal direction in FIG. 2) and having a plurality of U-shaped folded portions in the vertical direction ((12 steps in FIG. 2)). The inlet header 11 is configured to be juxtaposed. The inlet header 11 is connected to the above-mentioned inlet-side pipe 113 (see FIG. 1), and distributes and supplies the refrigerant to the plurality of heat transfer tubes 10. The outlet header 12. Is connected to the above-mentioned outlet side pipe 114 (see FIG. 1), and the refrigerants from the plurality of heat transfer pipes 10 are merged and recovered. The inlet header 11 and the outlet header 12 are lateral to the outside of the casing 20. Is located in.

ケーシング20は、例えば、上下方向に貫通する角筒状の側壁21で構成されている。ケーシング20の高さは、複数の伝熱管10を収容可能なように、複数の伝熱管10で構成された伝熱管群の高さよりも幾分大きくなるように設定されている。ケーシング20は、複数の伝熱管10の最上部よりも上側に位置する側壁21の上端において上下方向に開口する第1開口部31と、複数の伝熱管10の最下部よりも下側に位置する側壁21の下端において上下方向に開口する第2開口部32とを有している。凝縮性ガスとしての水蒸気と非凝縮性ガスとしての窒素ガスの混合ガスMを冷却する場合、詳細は後述するが、第1開口部31が混合ガスMの流入口として機能し、第2開口部32が混合ガスMの排出口として機能する。 The casing 20 is composed of, for example, a square tubular side wall 21 penetrating in the vertical direction. The height of the casing 20 is set to be slightly larger than the height of the heat transfer tube group composed of the plurality of heat transfer tubes 10 so as to accommodate the plurality of heat transfer tubes 10. The casing 20 is located below the first opening 31 that opens in the vertical direction at the upper end of the side wall 21 located above the uppermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10 and below the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10. It has a second opening 32 that opens in the vertical direction at the lower end of the side wall 21. When cooling the mixed gas M of water vapor as a condensable gas and nitrogen gas as a non-condensable gas, the first opening 31 functions as an inlet of the mixed gas M and the second opening, which will be described in detail later. 32 functions as an outlet for the mixed gas M.

ケーシング20の側壁21には、側方に開口してケーシング20の内外を連通させる第3開口部33が複数(図2では、例えば2つ)設けられている。第3開口部33は、複数の伝熱管10の最上部と最下部との間の位置に設けられている。第3開口部33は、混合ガスMを構成する水蒸気の凝縮により混合ガスM中の窒素ガス濃度が上昇して伝熱管10と混合ガスMの伝熱効率が大きく低下する領域に設けることが好ましい。すなわち、上下方向に多段に配置されている伝熱管10のうち、上段側ではなく、中段や下段側の伝熱管10の位置に第3開口部33を設けることが好ましい。 The side wall 21 of the casing 20 is provided with a plurality of third openings 33 (for example, two in FIG. 2) that open laterally to communicate the inside and outside of the casing 20. The third opening 33 is provided at a position between the uppermost portion and the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10. The third opening 33 is preferably provided in a region where the concentration of nitrogen gas in the mixed gas M increases due to the condensation of water vapor constituting the mixed gas M and the heat transfer efficiency of the heat transfer tube 10 and the mixed gas M greatly decreases. That is, it is preferable to provide the third opening 33 at the position of the heat transfer tube 10 on the middle or lower stage side, not on the upper stage side, among the heat transfer tubes 10 arranged in multiple stages in the vertical direction.

各第3開口部33にはそれぞれ、第3開口部33を閉塞するように気体分離膜40が設けられている。気体分離膜40は、分子レベルの網目構造を有しており、細孔よりも大きな分子径を有する分子を透過させない構造となっている。本実施の形態では、水蒸気と窒素ガスの混合ガスMを冷却することを想定している。そこで、気体分離膜40は、凝縮性ガスとしての水蒸気分子が透過しやすい一方、水蒸気分子よりも分子径が大きい非凝縮性ガスとしての窒素ガス分子が透過しにくい特性を有している。水蒸気分子の分子径は例えば約0.264nmであり、窒素ガス分子の分子径は約0.38nmである。したがって、気体分離膜40は、例えば、その網目構造の網目(細孔)の大きさを0.264nmよりも大きく0.38nmよりも小さくすることで、水蒸気分子を選択的に透過させることができる。 Each third opening 33 is provided with a gas separation membrane 40 so as to close the third opening 33. The gas separation film 40 has a network structure at the molecular level, and has a structure that does not allow molecules having a molecular diameter larger than the pores to permeate. In this embodiment, it is assumed that the mixed gas M of water vapor and nitrogen gas is cooled. Therefore, the gas separation film 40 has a characteristic that water vapor molecules as a condensable gas are easily permeated, while nitrogen gas molecules as a non-condensable gas having a larger molecular diameter than the water vapor molecules are not easily permeated. The molecular diameter of the water vapor molecule is, for example, about 0.264 nm, and the molecular diameter of the nitrogen gas molecule is about 0.38 nm. Therefore, the gas separation membrane 40 can selectively permeate water vapor molecules, for example, by making the size of the mesh (pores) of the network structure larger than 0.264 nm and smaller than 0.38 nm. ..

次に、本発明の凝縮器の第1の実施の形態を原子力プラントの原子炉格納容器内に設置した場合の作用・機能を図1乃至図3を用いて説明する。図3は本発明の凝縮器の第1の実施の形態の作用・機能を示す説明図である。なお、図3において、図1及図2に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, the operation and function when the first embodiment of the condenser of the present invention is installed in the reactor containment vessel of a nuclear power plant will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation / function of the first embodiment of the condenser of the present invention. In FIG. 3, those having the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 and 2 have the same reference numerals, and therefore detailed description thereof will be omitted.

図1に示す原子力プラント100の原子炉圧力容器102や図示しない主蒸気配管等の配管の一部が損傷してドライウェル104内に水蒸気が放出される事故が発生した場合を想定する。ドライウェル104内に放出された水蒸気によりドライウェル104内の圧力が上昇するので、原子炉格納容器103の過圧破損を防ぐ必要がある。本実施の形態では、ドライウェル104内に充填されていた窒素とドライウェル104内に流出した水蒸気の混合ガスMを凝縮器1により冷却して水蒸気を凝縮させることで、原子炉格納容器103の過圧を防止する。 It is assumed that a part of the piping such as the reactor pressure vessel 102 of the nuclear power plant 100 shown in FIG. 1 and the main steam piping (not shown) is damaged and steam is released into the dry well 104. Since the pressure inside the dry well 104 rises due to the steam released into the dry well 104, it is necessary to prevent overpressure damage to the reactor containment vessel 103. In the present embodiment, the mixed gas M of the nitrogen filled in the dry well 104 and the water vapor flowing out into the dry well 104 is cooled by the condenser 1 to condense the water vapor, thereby condensing the water vapor in the reactor containment vessel 103. Prevent overpressure.

事故時には、図2に示す凝縮器1の複数の伝熱管10に入口ヘッダ11から冷媒としての冷却水が供給される。窒素と水蒸気の混合ガスMが凝縮器1のケーシング20内に取り込まれると、混合ガスMよりも温度の低い伝熱管10の外表面で水蒸気が凝縮して水蒸気の潜熱が伝熱管10を流れる冷却水に移動する。混合ガスMとの熱交換により温度が上昇した冷却水は、出口ヘッダ12で回収されて図1に示す出口側配管114を介して外部熱交換器112で冷却され、入口側配管113を介して再び入口ヘッダ11に送られる。 At the time of an accident, cooling water as a refrigerant is supplied from the inlet header 11 to the plurality of heat transfer tubes 10 of the condenser 1 shown in FIG. When the mixed gas M of nitrogen and water vapor is taken into the casing 20 of the condenser 1, the water vapor is condensed on the outer surface of the heat transfer tube 10 having a temperature lower than that of the mixed gas M, and the latent heat of the water vapor flows through the heat transfer tube 10. Move to the water. The cooling water whose temperature has risen due to heat exchange with the mixed gas M is recovered by the outlet header 12, cooled by the external heat exchanger 112 via the outlet side pipe 114 shown in FIG. 1, and passed through the inlet side pipe 113. It is sent to the entrance header 11 again.

図2に示す凝縮器1内に取り込まれた混合ガスMが冷却されて凝縮性ガスとしての水蒸気が凝縮すると、非凝縮性ガスとしての窒素ガスが伝熱管10の周囲に残留し、ケーシング20内の混合ガスMにおける窒素ガス濃度が増加する。窒素ガスは水蒸気よりも密度が大きいので、ケーシング20内の混合ガスMの密度はケーシング20外の周囲の混合ガスMの密度よりも大きくなる。このため、ケーシング20内の混合ガスMは下向きに流れてケーシング20の下端の第2開口部32から排出される。ケーシング20の第2開口部32から混合ガスMが排出されると、凝縮器1の周囲の混合ガスMが新たにケーシング20の上端の第1開口部31からケーシング20内に流入する。 When the mixed gas M taken into the condenser 1 shown in FIG. 2 is cooled and the water vapor as the condensable gas is condensed, the nitrogen gas as the non-condensable gas remains around the heat transfer tube 10 and is inside the casing 20. The concentration of nitrogen gas in the mixed gas M of the above increases. Since the nitrogen gas has a higher density than the water vapor, the density of the mixed gas M in the casing 20 is higher than the density of the mixed gas M around the outside of the casing 20. Therefore, the mixed gas M in the casing 20 flows downward and is discharged from the second opening 32 at the lower end of the casing 20. When the mixed gas M is discharged from the second opening 32 of the casing 20, the mixed gas M around the condenser 1 newly flows into the casing 20 from the first opening 31 at the upper end of the casing 20.

このように、混合ガスM中に水蒸気よりも密度の大きな窒素ガスが含まれると、ケーシング20内には、水蒸気と窒素ガスの密度差に起因したケーシング20の内外の混合ガスMの密度差を駆動力として、上から下に向かう自然循環流が生じる。したがって、凝縮器1は、水蒸気を含む混合ガスMを継続的に取り込んで冷却し水蒸気を凝縮することができる。 As described above, when the mixed gas M contains a nitrogen gas having a density higher than that of water vapor, the density difference between the mixed gas M inside and outside the casing 20 due to the density difference between the water vapor and the nitrogen gas is generated in the casing 20. As a driving force, a natural circulating flow from top to bottom is generated. Therefore, the condenser 1 can continuously take in the mixed gas M containing water vapor and cool it to condense the water vapor.

ところで、凝縮器1内では、混合ガスMに含まれる水蒸気が自然循環流により上方から下方へ向かって流れていくにしたがって上下方向に配置された複数の伝熱管10との熱交換により凝縮するので、下流側の混合ガスMほど窒素ガス濃度が高くなっていく。混合ガスM中の窒素ガス濃度が高くなると、その分、水蒸気の分圧が下がるので、混合ガスMの温度が低下する。その結果、ケーシング20内の下側(混合ガスMの下流側)に位置する伝熱管10内を流れる冷却水と混合ガスMとの温度差が小さくなり、その分、伝熱管10と混合ガスMの伝熱効率(熱伝達率)が低下する。すなわち、ケーシング20内の下側(混合ガスMの下流側)に位置する伝熱管10では、混合ガスM中の窒素ガス濃度の上昇により伝熱効率が低下してしまう。 By the way, in the condenser 1, the water vapor contained in the mixed gas M is condensed by heat exchange with a plurality of heat transfer tubes 10 arranged in the vertical direction as it flows from the upper side to the lower side by the natural circulation flow. The nitrogen gas concentration increases as the mixed gas M on the downstream side increases. When the concentration of nitrogen gas in the mixed gas M increases, the partial pressure of water vapor decreases by that amount, so that the temperature of the mixed gas M decreases. As a result, the temperature difference between the cooling water flowing in the heat transfer tube 10 located on the lower side (downstream side of the mixed gas M) in the casing 20 and the mixed gas M becomes smaller, and the heat transfer tube 10 and the mixed gas M are correspondingly reduced. The heat transfer efficiency (heat transfer coefficient) of the That is, in the heat transfer tube 10 located on the lower side (downstream side of the mixed gas M) in the casing 20, the heat transfer efficiency is lowered due to the increase in the nitrogen gas concentration in the mixed gas M.

このことから、水蒸気と窒素ガスの混合ガスMを冷却する凝縮器1では、設置場所に制約がなければ、上下方向に配置する伝熱管の本数を減らして水平方向に配置する伝熱管の本数を増やす構成の方が凝縮器全体の伝熱効率が向上する。しかし、図1に示す原子炉格納容器103のドライウェル104内に凝縮器1を設置する場合には、凝縮器1の設置可能な空間に制約がある。設置空間の制約により上下方向に伝熱管を多数配置せざる得ない場合、必要な除熱量を維持するためには、ケーシング20の下側(混合ガスMの下流側)に位置する伝熱管10において伝熱効率が低下する分、水平方向に伝熱管を多数配置する構成の凝縮器と比べて、伝熱管の本数や長さを増加させる必要があるので、凝縮器1が大型化する。 For this reason, in the condenser 1 that cools the mixed gas M of steam and nitrogen gas, if there are no restrictions on the installation location, the number of heat transfer tubes arranged in the vertical direction is reduced to the number of heat transfer tubes arranged in the horizontal direction. The heat transfer efficiency of the entire condenser is improved by increasing the configuration. However, when the condenser 1 is installed in the dry well 104 of the reactor containment vessel 103 shown in FIG. 1, there is a limitation in the space in which the condenser 1 can be installed. When a large number of heat transfer tubes must be arranged in the vertical direction due to the limitation of the installation space, in order to maintain the required heat removal amount, in the heat transfer tube 10 located on the lower side of the casing 20 (downstream side of the mixed gas M). Since it is necessary to increase the number and length of heat transfer tubes as compared with a condenser having a configuration in which a large number of heat transfer tubes are arranged in the horizontal direction as the heat transfer efficiency decreases, the size of the condenser 1 becomes large.

そこで、本実施の形態においては、図2に示すように、ケーシング20の側壁21における複数の伝熱管10の最上部と最下部との間の位置に設けた第3開口部33に、混合ガスMのうち水蒸気のみを選択的に透過させる特性を有する気体分離膜40を設置している。図3に示す凝縮器1のケーシング20内に混合ガスMcの自然循環流が発生すると、自然循環流の速度に応じた動圧分、ケーシング20内の混合ガスMcの静圧が低下するので、ケーシング20の内外の混合ガスMc、Msに静圧差が生じる。この静圧差を駆動力として、ケーシング20外の混合ガスMsがケーシング20の第3開口部33を介してケーシング20内へ流入しようとする。しかし、第3開口部33に設置されている気体分離膜40によって、水蒸気と窒素ガスの混合ガスMsのうち水蒸気Sのみがケーシング20内に流入する。ケーシング20内に流入した水蒸気Sは、水蒸気の一部が凝縮して窒素ガス濃度が高くなったケーシング20内の混合ガスMcと合流して混合される。第3開口部33を介して流入した水蒸気Sと混合された混合ガスMcは、流入した水蒸気Sの分、窒素ガス濃度が低下する。したがって、凝縮器1では、第3開口部33よりも下流側(下側)の混合ガスMc中の窒素ガス濃度の低下により、第3開口部33よりも下側(混合ガスMcの下流側)に位置する伝熱管10での伝熱効率が従来構成の凝縮器よりも向上し、その伝熱量が増加する。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the mixed gas is formed in the third opening 33 provided at the position between the uppermost portion and the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10 on the side wall 21 of the casing 20. A gas separation membrane 40 having a property of selectively permeating only water vapor among M is installed. When a natural circulating flow of the mixed gas Mc is generated in the casing 20 of the condenser 1 shown in FIG. 3, the static pressure of the mixed gas Mc in the casing 20 decreases by the dynamic pressure corresponding to the speed of the natural circulating flow. There is a static pressure difference between the mixed gases Mc and Ms inside and outside the casing 20. Using this static pressure difference as a driving force, the mixed gas Ms outside the casing 20 tends to flow into the casing 20 through the third opening 33 of the casing 20. However, due to the gas separation membrane 40 installed in the third opening 33, only the water vapor S out of the mixed gas Ms of water vapor and nitrogen gas flows into the casing 20. The water vapor S flowing into the casing 20 is mixed with the mixed gas Mc in the casing 20 in which a part of the water vapor is condensed and the nitrogen gas concentration is increased. The nitrogen gas concentration of the mixed gas Mc mixed with the water vapor S flowing in through the third opening 33 decreases by the amount of the water vapor S flowing in. Therefore, in the condenser 1, due to the decrease in the nitrogen gas concentration in the mixed gas Mc on the downstream side (lower side) of the third opening 33, the lower side (downstream side of the mixed gas Mc) than the third opening 33. The heat transfer efficiency in the heat transfer tube 10 located in is improved as compared with the condenser of the conventional configuration, and the heat transfer amount is increased.

なお、気体分離膜40を透過できなかった窒素ガスNは、凝縮器1の周囲の混合ガスMsよりも密度が大きいので、重力によってケーシング20の側壁21に沿って下方に流れていく。したがって、気体分離膜40は、窒素ガス分子による目詰まりが発生することなく、凝縮器1の周囲の混合ガスMsのうち水蒸気Sのみを継続的にケーシング20内へ流入させることができる。 Since the nitrogen gas N that could not pass through the gas separation membrane 40 has a higher density than the mixed gas Ms around the condenser 1, it flows downward along the side wall 21 of the casing 20 due to gravity. Therefore, the gas separation membrane 40 can continuously flow only the water vapor S out of the mixed gas Ms around the condenser 1 into the casing 20 without causing clogging due to nitrogen gas molecules.

上述した本発明の凝縮器の第1の実施の形態によれば、ケーシング20の第3開口部33に水蒸気(凝縮性ガス)を選択的に透過させる特性を有する気体分離膜40を設けることで、窒素ガス(非凝縮性ガス)の第3開口部33を介したケーシング20内への流入を防止しつつ水蒸気(凝縮性ガス)の第3開口部33を介したケーシング20内の流入を可能としたので、水蒸気(凝縮性ガス)と窒素ガス(非凝縮性ガス)とで構成された混合ガスMを冷却する場合に、凝縮器1内の第3開口部33よりも下流側(下側)の混合ガスM中の窒素ガス(非凝縮性ガス)の濃度を、第3開口部を介した水蒸気(凝縮性ガス)の流入により低下させることができる。その結果、第3開口部33よりも下流側に位置する伝熱管10における伝熱効率(熱伝達率)が従来構成の凝縮器と比較して向上するので、必要な除熱量を維持しつつ伝熱管10の本数の削減や長さの短縮が可能となる。すなわち、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器1の小型化が可能である。凝縮器1の小型化により、設置の自由度の向上やコストの低減も可能となる。 According to the first embodiment of the condenser of the present invention described above, the gas separation film 40 having a property of selectively permeating water vapor (condensable gas) is provided in the third opening 33 of the casing 20. , Nitrogen gas (non-condensable gas) can flow into the casing 20 through the third opening 33 while preventing the inflow of water vapor (condensable gas) into the casing 20 through the third opening 33. Therefore, when cooling the mixed gas M composed of water vapor (condensable gas) and nitrogen gas (non-condensable gas), it is downstream (lower side) than the third opening 33 in the condenser 1. ), The concentration of the nitrogen gas (non-condensable gas) in the mixed gas M can be reduced by the inflow of water vapor (condensable gas) through the third opening. As a result, the heat transfer efficiency (heat transfer coefficient) in the heat transfer tube 10 located on the downstream side of the third opening 33 is improved as compared with the condenser of the conventional configuration, so that the heat transfer tube is maintained while maintaining the required heat removal amount. It is possible to reduce the number of 10 pieces and shorten the length. That is, the condenser 1 can be miniaturized while maintaining the required amount of heat removal. By downsizing the condenser 1, it is possible to improve the degree of freedom of installation and reduce the cost.

また、本実施の形態によれば、上下方向に貫通する筒状の側壁21によってケーシング20を構成することで、ケーシング20の上端で上下方向に開口する第1開口部31が混合ガスMの流入口として機能すると共に、ケーシング20の下端で上下方向に開口する第2開口部32が混合ガスMの排出口として機能するので、凝縮器1の内外の密度差を駆動力として自然循環する混合ガスMのケーシング20への流入及びケーシング20からの排出に伴う混合ガスMの圧力損失を抑制することができる。混合ガスMの圧力損失の抑制分、より多くの混合ガスMが凝縮器1内に流入するので、凝縮器1での伝熱量が増加する。したがって、凝縮器1の更なる小型化が可能である。 Further, according to the present embodiment, by forming the casing 20 by the tubular side wall 21 penetrating in the vertical direction, the first opening 31 that opens in the vertical direction at the upper end of the casing 20 is the flow of the mixed gas M. In addition to functioning as an inlet, the second opening 32 that opens in the vertical direction at the lower end of the casing 20 functions as a discharge port for the mixed gas M, so that the mixed gas naturally circulates using the density difference between the inside and outside of the condenser 1 as a driving force. It is possible to suppress the pressure loss of the mixed gas M due to the inflow of M into the casing 20 and the discharge from the casing 20. Since a larger amount of the mixed gas M flows into the condenser 1 due to the suppression of the pressure loss of the mixed gas M, the amount of heat transfer in the condenser 1 increases. Therefore, the condenser 1 can be further miniaturized.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の凝縮器の第2の実施の形態について図4を用いて説明する。図4は本発明の凝縮器の第2の実施の形態を示す斜視図である。なお、図4において、図1乃至図3に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the condenser of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the condenser of the present invention. In FIG. 4, those having the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 3 have the same reference numerals, and therefore detailed description thereof will be omitted.

図4に示す本発明の凝縮器の第2の実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、混合ガスMの自然循環流の駆動力を増加させるために、ケーシング20A内の下部空間に伝熱管が配置されないチムニ領域R2を設けていることである。具体的には、ケーシング20Aの高さを、複数の伝熱管10で構成された伝熱管群の高さに加えて、設置スペースの許容可能な範囲の任意の位置まで延ばすように設定する。ケーシング20Aの内部空間は、複数の伝熱管10が配置されている第1空間としての凝縮領域R1と、凝縮領域R1の下側に位置し、伝熱管が配置されない第2空間としてのチムニ領域R2と有している。ケーシング20Aの第2開口部32は、チムニ領域R2の下端に位置しており、チムニ領域R2の排出口を構成している。 The second embodiment of the condenser of the present invention shown in FIG. 4 differs from the first embodiment in that the lower portion in the casing 20A is used to increase the driving force of the natural circulation flow of the mixed gas M. The chimni region R2 in which the heat transfer tube is not arranged is provided in the space. Specifically, the height of the casing 20A is set so as to extend to an arbitrary position within an allowable range of the installation space in addition to the height of the heat transfer tube group composed of the plurality of heat transfer tubes 10. The internal space of the casing 20A is a condensed region R1 as a first space in which a plurality of heat transfer tubes 10 are arranged, and a chimni region R2 as a second space in which the heat transfer tubes are not arranged and is located below the condensed region R1. I have. The second opening 32 of the casing 20A is located at the lower end of the chimni region R2 and constitutes the discharge port of the chimni region R2.

本実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に、ケーシング20Aの内外の混合ガスMの密度差を駆動力とした混合ガスMの自然循環流が形成されるので、混合ガスMを凝縮器1内へ取り込んで継続的に混合ガスMの水蒸気を凝縮することができる。また、第1の実施の形態と同様に、ケーシング20Aの第3開口部33に設置した気体分離膜40により混合ガスMsのうち水蒸気Sのみが第3開口部33を介してケーシング20A内に流入するので、第3開口部33よりも下流側の混合ガスMc中の窒素ガス濃度が低下し、第3開口部33よりも下側(混合ガスMcの下流側)に位置する伝熱管10での伝熱効率が向上する(図3参照)。 In the present embodiment, as in the first embodiment, a natural circulating flow of the mixed gas M is formed by using the density difference of the mixed gas M inside and outside the casing 20A as a driving force, so that the mixed gas M is used. The water vapor of the mixed gas M can be continuously condensed by being taken into the condenser 1. Further, as in the first embodiment, only the water vapor S of the mixed gas Ms flows into the casing 20A through the third opening 33 by the gas separation membrane 40 installed in the third opening 33 of the casing 20A. Therefore, the concentration of nitrogen gas in the mixed gas Mc on the downstream side of the third opening 33 decreases, and the heat transfer tube 10 located on the lower side of the third opening 33 (downstream side of the mixed gas Mc) The heat transfer efficiency is improved (see FIG. 3).

また、本実施の形態においては、複数の伝熱管10よりも下側(混合ガスの下流側)にチムニ領域R2を設けたので、複数の伝熱管10での水蒸気の凝縮により窒素ガス濃度が上昇して密度が大きくなった混合ガスMの煙突効果により、チムニ領域R2の高さの分、自然循環流の駆動力が増加する。その結果、凝縮器1Aに流入する混合ガスMの流量が増加するので、その分、凝縮器1Aの伝熱量が増加する。 Further, in the present embodiment, since the chimni region R2 is provided below the plurality of heat transfer tubes 10 (downstream side of the mixed gas), the nitrogen gas concentration increases due to the condensation of water vapor in the plurality of heat transfer tubes 10. Due to the chimney effect of the mixed gas M having an increased density, the driving force of the natural circulation flow increases by the height of the chimni region R2. As a result, the flow rate of the mixed gas M flowing into the condenser 1A increases, and the heat transfer amount of the condenser 1A increases by that amount.

上述した本発明の凝縮器の第2の実施の形態によれば、チムニ領域R2の煙突効果を阻害することなく、ケーシング20Aの第3開口部33から気体分離膜40を通して水蒸気をケーシング20A内に流入させることができるので、凝縮器1Aに流入する混合ガスMの流量が増加する分、凝縮器1Aの伝熱効率を更に向上させることができる。したがって、チムニ領域R2による大型化を伝熱効率の向上による伝熱管の本数等の削減により相殺することで、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器1Aの小型化が可能である。また、必要な除熱量を維持するために複数の凝縮器を設置している場合、凝縮器1Aの設置数を削減することが可能である。したがって、凝縮器1Aのコスト低減が可能となる。 According to the second embodiment of the condenser of the present invention described above, water vapor is transferred into the casing 20A from the third opening 33 of the casing 20A through the gas separation membrane 40 without disturbing the chimney effect of the chimni region R2. Since the gas can flow in, the heat transfer efficiency of the condenser 1A can be further improved by the amount that the flow rate of the mixed gas M flowing into the condenser 1A increases. Therefore, by offsetting the increase in size due to the chimni region R2 by reducing the number of heat transfer tubes by improving the heat transfer efficiency, it is possible to reduce the size of the condenser 1A while maintaining the required heat removal amount. Further, when a plurality of condensers are installed in order to maintain the required amount of heat removal, it is possible to reduce the number of condensers 1A installed. Therefore, the cost of the condenser 1A can be reduced.

[第3の実施の形態]
次に、本発明の凝縮器の第3の実施の形態について図5を用いて説明する。図5は本発明の凝縮器の第3の実施の形態におけるケーシングの一部分の構造を示す断面図であるである。なお、図5において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the condenser of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a part of the casing according to the third embodiment of the condenser of the present invention. In FIG. 5, those having the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 have the same reference numerals, and therefore detailed description thereof will be omitted.

図5に示す本発明の凝縮器の第3の実施の形態が第1の実施の形態と相違する点は、伝熱管10での水蒸気の凝縮により生じた水滴Wの気体分離膜40への付着を抑制するバイザー25をケーシング20Bの内面側に設けていることである。バイザー25は、例えば、ケーシング20Bの側壁21の内面側における第3開口部33の上縁部に取り付けられており、第3開口部33を覆うようにケーシング20Bの内部側に気体分離膜40に対して間隔をあけて配置されている。具体的には、バイザー25は、側壁21の内面における第3開口部33の上縁部からケーシング20Bの内部へ張り出した張出部26と、張出部26の先端部から第3開口部33の下端縁の位置まで垂下して気体分離膜40に対向する垂下部27とで構成されており、少なくとも下端部が開口している。 The third embodiment of the condenser of the present invention shown in FIG. 5 is different from the first embodiment in that water droplets W generated by condensation of water vapor in the heat transfer tube 10 adhere to the gas separation membrane 40. The visor 25 is provided on the inner surface side of the casing 20B. The visor 25 is attached to, for example, the upper edge of the third opening 33 on the inner surface side of the side wall 21 of the casing 20B, and is attached to the gas separation membrane 40 on the inner side of the casing 20B so as to cover the third opening 33. On the other hand, they are arranged at intervals. Specifically, the visor 25 has an overhanging portion 26 projecting from the upper edge portion of the third opening portion 33 on the inner surface of the side wall 21 to the inside of the casing 20B, and a third opening portion 33 from the tip end portion of the overhanging portion 26. It is composed of a hanging portion 27 that hangs down to the position of the lower end edge and faces the gas separation membrane 40, and at least the lower end portion is open.

本実施の形態においては、第1の実施の形態と同様に、周囲の混合ガスMsが凝縮器1B内へ取り込まれて混合ガスMcの水蒸気が伝熱管10の外表面で継続的に凝縮される。水蒸気の凝縮により生じた水滴Wは、重力によりケーシング20B内を落下する。落下した水滴Wが下方側に位置する伝熱管10に衝突すると、水滴Wが飛散してケーシング20の側壁21の内面に付着することがある。側壁21の内面に付着した水滴Wは、自重により側壁21の内面を伝って流下する。 In the present embodiment, as in the first embodiment, the surrounding mixed gas Ms is taken into the condenser 1B, and the water vapor of the mixed gas Mc is continuously condensed on the outer surface of the heat transfer tube 10. .. The water droplet W generated by the condensation of water vapor falls in the casing 20B due to gravity. When the dropped water droplet W collides with the heat transfer tube 10 located on the lower side, the water droplet W may scatter and adhere to the inner surface of the side wall 21 of the casing 20. The water droplet W adhering to the inner surface of the side wall 21 flows down along the inner surface of the side wall 21 due to its own weight.

第1の実施の形態においては、落下した水滴Wが伝熱管10に衝突して飛散すると、側壁21の第3開口部33に設けた気体分離膜40に付着する虞がある(図3参照)。また、側壁21の内面を伝って流下した水滴Wが気体分離膜40に到達して気体分離膜40上を流れる虞もある。気体分離膜40上に水滴Wが付着すると、気体分離膜40の網目を塞いでしまい、ケーシング20の外部の混合ガスMsの水蒸気Sが気体分離膜40を部分的に透過できなくなる虞がある。その結果、第3開口部33を介した水蒸気Sのケーシング20内への流入量が低減し、その分、凝縮器1の伝熱量の増加量が低減する可能性がある。 In the first embodiment, if the dropped water droplet W collides with the heat transfer tube 10 and scatters, it may adhere to the gas separation membrane 40 provided in the third opening 33 of the side wall 21 (see FIG. 3). .. Further, there is a possibility that the water droplet W flowing down along the inner surface of the side wall 21 may reach the gas separation membrane 40 and flow on the gas separation membrane 40. If water droplets W adhere to the gas separation membrane 40, the mesh of the gas separation membrane 40 may be blocked, and the water vapor S of the mixed gas Ms outside the casing 20 may not be able to partially permeate the gas separation membrane 40. As a result, the amount of water vapor S flowing into the casing 20 through the third opening 33 may be reduced, and the amount of increase in the heat transfer amount of the condenser 1 may be reduced accordingly.

それに対して、本実施の形態においては、ケーシング20Bの内部側の位置で第3開口部33を覆うようにバイザー25を設けているので、落下した水滴Wが伝熱管10に衝突して飛散しても、バイザー25によって水滴Wが気体分離膜40に付着することを抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, since the visor 25 is provided so as to cover the third opening 33 at the position on the inner side of the casing 20B, the dropped water droplet W collides with the heat transfer tube 10 and scatters. However, the visor 25 can prevent the water droplet W from adhering to the gas separation membrane 40.

また、本実施の形態においては、第3開口部33の上縁部を取り囲むようにバイザー25を設けているので、側壁21の内面を伝って流下する水滴Wは、バイザー25に到達すると、バイザー25上を伝って流れるので、水滴Wの気体分離膜40上の流下を防止することができる。したがって、気体分離膜40上の水滴Wの付着や流下による水蒸気Sの透過の阻害を回避することができる。 Further, in the present embodiment, since the visor 25 is provided so as to surround the upper edge portion of the third opening 33, the water droplet W flowing down along the inner surface of the side wall 21 reaches the visor 25 when it reaches the visor 25. Since it flows along the 25, it is possible to prevent the water droplet W from flowing down on the gas separation membrane 40. Therefore, it is possible to avoid the adhesion of the water droplet W on the gas separation membrane 40 and the obstruction of the permeation of the water vapor S due to the flow.

上述した本発明の凝縮器の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、必要な除熱量を維持しつつ凝縮器1Bを小型化することができ、コストの低減が可能となる。 According to the third embodiment of the condenser of the present invention described above, the condenser 1B can be miniaturized while maintaining the required heat removal amount, and the cost can be reduced, as in the first embodiment. Is possible.

また、本実施の形態によれば、第3開口部33の上縁部を取り囲むと共に第3開口部33を覆うようにケーシング20の内部側に配置されたバイザー25を備えているので、伝熱管10での水蒸気の凝縮により生じた水滴Wの気体分離膜40への付着及び流下を抑制することができる。したがって、水蒸気Sの気体分離膜40の透過が阻害されず、第3開口部33を介したケーシング20B内への水蒸気Sの流入量の低減を回避することができる。その結果、第3開口部33の下流側(下側)に位置する伝熱管10での伝熱効率が第1の実施の形態の場合と比較して向上するので、凝縮器1Bの更なる小型化が可能で、コストの低減も可能となる。 Further, according to the present embodiment, since the visor 25 is provided on the inner side of the casing 20 so as to surround the upper edge portion of the third opening 33 and cover the third opening 33, the heat transfer tube is provided. It is possible to suppress the adhesion and flow of water droplets W generated by the condensation of water vapor in No. 10 to the gas separation membrane 40. Therefore, the permeation of the gas separation membrane 40 of the water vapor S is not hindered, and it is possible to avoid a decrease in the inflow amount of the water vapor S into the casing 20B through the third opening 33. As a result, the heat transfer efficiency in the heat transfer tube 10 located on the downstream side (lower side) of the third opening 33 is improved as compared with the case of the first embodiment, so that the condenser 1B is further miniaturized. It is possible to reduce the cost.

[その他の実施の形態]
なお、本発明は上述した第1乃至第3の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the first to third embodiments described above, and includes various modifications. The above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. For example, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

また、上述した本発明の凝縮器の第1乃至第3の実施の形態においては、水蒸気(凝縮性ガス)と窒素ガス(非凝縮性ガス)の混合ガスMを冷却するための構成の凝縮器1、1A、1Bの例を示した。しかし、本発明を、水蒸気分子よりも分子径の大きい任意の非凝縮性ガス(窒素ガス以外の非凝縮性ガス)を含む混合ガスを冷却する場合に適用することが可能である。例えば、非凝縮性ガスとしての空気と水蒸気との混合ガスを冷却する場合に適用可能である。また、水蒸気以外の特定の凝縮性ガスとこの凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスとの混合ガスを冷却する場合にも適用可能である。この場合、気体分離膜40は、この特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、当該凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有するものである。 Further, in the first to third embodiments of the condenser of the present invention described above, the condenser is configured to cool the mixed gas M of water vapor (condensable gas) and nitrogen gas (non-condensable gas). Examples of 1, 1A and 1B are shown. However, the present invention can be applied when cooling a mixed gas containing an arbitrary non-condensable gas (non-condensable gas other than nitrogen gas) having a molecular diameter larger than that of water vapor molecules. For example, it can be applied when cooling a mixed gas of air and water vapor as a non-condensable gas. It is also applicable when cooling a mixed gas of a specific condensable gas other than water vapor and a non-condensable gas having a larger molecular diameter than this condensable gas. In this case, the gas separation membrane 40 has a property that the molecules of the specific condensable gas are easily permeated, while the molecules of the non-condensable gas having a larger molecular diameter than the condensable gas are less likely to permeate.

また、上述した本発明の凝縮器の実施の形態においては、ケーシング20、20A、20Bを上下方向に貫通する角筒状の側壁21で構成した凝縮器1、1A、1Bの例を示したが、横断面が円形や楕円、矩形を除く多角形等の任意形状の筒状のケーシングを備えた凝縮器が可能である。 Further, in the above-described embodiment of the condenser of the present invention, examples of the condensers 1, 1A and 1B composed of the rectangular tubular side wall 21 penetrating the casings 20, 20A and 20B in the vertical direction are shown. , A condenser having a tubular casing having an arbitrary shape such as a circular cross section, an ellipse, or a polygon other than a rectangle is possible.

また、上述した本発明の凝縮器の実施の形態においては、ケーシング20、20A、20Bを上下方向に貫通する角筒状の側壁21で構成することで、ケーシング20、20A、20Bが側壁21の上端で上下方向に開口する第1開口部31と、側壁21の下端で上下方向に開口する第2開口部32とを有する構成の凝縮器1、1A、1Bの例を示した。しかし、上下方向を閉塞した容器状のケーシングを備える凝縮器も可能である。このようなケーシングを備える凝縮器の構成について図6を用いて説明する。図6は本発明の凝縮器のその他の実施の形態を示す斜視図である。なお、図6において、図1〜図5に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Further, in the above-described embodiment of the condenser of the present invention, the casings 20, 20A, and 20B are formed of the side wall 21 by the square tubular side wall 21 penetrating the casings 20, 20A, and 20B in the vertical direction. An example of the condensers 1, 1A and 1B having a structure having a first opening 31 that opens vertically at the upper end and a second opening 32 that opens vertically at the lower end of the side wall 21 is shown. However, a condenser with a container-shaped casing that is closed in the vertical direction is also possible. The configuration of the condenser provided with such a casing will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the condenser of the present invention. In FIG. 6, those having the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 have the same reference numerals, and therefore detailed description thereof will be omitted.

ケーシング20Cは、図6に示すように、角筒状の側壁21と、側壁21の上端の開口部を閉塞する天板22と、側壁21の下端の開口部を閉塞する底板23とで構成されている。側壁21における複数の伝熱管10の最上部よりも上側に位置する上端部には、側方に開口してケーシング20Cの内外を連通させる第1開口部31Cが複数(図6中、2つ)設けられている。また、側壁21における複数の伝熱管10の最下部よりも下側に位置する下端部には、側方に開口してケーシング20Cの内外を連通させる第2開口部32Cが複数(図6中、2つ)設けられている。この第1開口部31Cと第2開口部32Cの間に気体分離膜40を備えた第3開口部33が複数(図6中、2つ)設けられている。このような構成のケーシング20Cを備える凝縮器1Cでも、上述した第1乃至第3の実施の形態のケーシング20、20A、20Bを備える凝縮器1、1A、1Bと同様な機能を発揮する。また、図6に示すケーシング20Cの変形例として、天板22側を閉塞し底板23側を開放するケーシングの構成や天板22側を開放し底板23側を閉塞するケーシングの構成も可能である。 As shown in FIG. 6, the casing 20C is composed of a square cylindrical side wall 21, a top plate 22 that closes the opening at the upper end of the side wall 21, and a bottom plate 23 that closes the opening at the lower end of the side wall 21. ing. At the upper end portion of the side wall 21 located above the uppermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10, there are a plurality of first openings 31C that open laterally to communicate the inside and outside of the casing 20C (two in FIG. 6). It is provided. Further, at the lower end portion of the side wall 21 located below the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes 10, there are a plurality of second openings 32C that open laterally to communicate the inside and outside of the casing 20C (in FIG. 6). 2) It is provided. A plurality of third openings 33 (two in FIG. 6) provided with a gas separation membrane 40 are provided between the first opening 31C and the second opening 32C. The condenser 1C provided with the casing 20C having such a configuration also exhibits the same functions as the condensers 1, 1A and 1B provided with the casings 20, 20A and 20B of the first to third embodiments described above. Further, as a modification of the casing 20C shown in FIG. 6, it is possible to configure a casing in which the top plate 22 side is closed and the bottom plate 23 side is opened, or a casing in which the top plate 22 side is opened and the bottom plate 23 side is closed. ..

ただし、ケーシング20Cでは、混合ガスMが、第1開口部31Cを介して側方から流入した後、転向して下方向に向かい、再び転向して第2開口部32Cを介して側方に排出される。したがって、第1乃至第3の実施の形態の上下方向に貫通するケーシング20、20A、20Bと比較して、混合ガスMのケーシング20Cへの流入及びケーシング20Cからの排出に伴う圧力損失の抑制効果が小さくなる。 However, in the casing 20C, the mixed gas M flows in from the side through the first opening 31C, then turns downward and turns again, and is discharged to the side through the second opening 32C. Will be done. Therefore, as compared with the casings 20, 20A, and 20B penetrating in the vertical direction of the first to third embodiments, the effect of suppressing the pressure loss due to the inflow of the mixed gas M into the casing 20C and the discharge from the casing 20C is achieved. Becomes smaller.

1、1A、1B、1C…凝縮器、 10…伝熱管、 20、20A、20B、20C…ケーシング、 21…側壁、 31、31C…第1開口部、 32、32C…第2開口部、 33…第3開口部、 40…気体分離膜、 25…バイザー、 R1…凝縮領域(第1空間)、 R2…チムニ領域(第2空間) 1, 1A, 1B, 1C ... Condenser, 10 ... Heat transfer tube, 20, 20A, 20B, 20C ... Casing, 21 ... Side wall, 31, 31C ... First opening, 32, 32C ... Second opening, 33 ... 3rd opening, 40 ... gas separation membrane, 25 ... visor, R1 ... condensed region (first space), R2 ... chimni region (second space)

Claims (6)

上下方向に配置され、冷媒が流通する複数の伝熱管と、
前記複数の伝熱管を取り囲むケーシングとを備え、
前記ケーシングは、
前記複数の伝熱管の最上部よりも上側の位置に設けられた第1開口部と、
前記複数の伝熱管の最下部よりも下側の位置に設けられた第2開口部と、
前記複数の伝熱管の最上部と最下部との間の位置に設けられた第3開口部とを有し、
前記第3開口部を閉塞するように気体分離膜が設けられ、
前記気体分離膜は、特定の凝縮性ガスの分子が透過しやすい一方、前記特定の凝縮性ガスよりも分子径の大きな非凝縮性ガスの分子が透過しにくい特性を有する
ことを特徴とする凝縮器。
Multiple heat transfer tubes arranged in the vertical direction and through which the refrigerant flows,
A casing that surrounds the plurality of heat transfer tubes is provided.
The casing is
A first opening provided at a position above the uppermost portion of the plurality of heat transfer tubes, and a first opening.
A second opening provided at a position below the bottom of the plurality of heat transfer tubes, and
It has a third opening provided at a position between the uppermost portion and the lowermost portion of the plurality of heat transfer tubes.
A gas separation membrane is provided so as to close the third opening, and the gas separation membrane is provided.
The gas separation membrane is characterized in that it is easy for molecules of a specific condensable gas to permeate, while it is difficult for molecules of a non-condensable gas having a larger diameter than the specific condensable gas to permeate. vessel.
請求項1に記載の凝縮器において、
前記気体分離膜は、水蒸気分子が透過しやすい特性を有する
ことを特徴とする凝縮器。
In the condenser according to claim 1,
The gas separation membrane is a condenser characterized in that it has the property of easily allowing water vapor molecules to permeate.
請求項2に記載の凝縮器において、
前記気体分離膜は、窒素ガス分子が透過しにくい特性を有する
ことを特徴とする凝縮器。
In the condenser according to claim 2,
The gas separation membrane is a condenser characterized in that nitrogen gas molecules do not easily permeate.
請求項1に記載の凝縮器において、
前記ケーシングは、上下方向に貫通する筒状の側壁で構成され、
前記第1開口部は、前記側壁の上端の上下方向に開口する開口部であり、
前記第2開口部は、前記側壁の下端の上下方向に開口する開口部であり、
前記第3開口部は、前記側壁に設けられた側方に開口する開口部である
ことを特徴とする凝縮器。
In the condenser according to claim 1,
The casing is composed of a cylindrical side wall that penetrates in the vertical direction.
The first opening is an opening that opens in the vertical direction at the upper end of the side wall.
The second opening is an opening that opens in the vertical direction at the lower end of the side wall.
The third opening is a condenser provided on the side wall and is a side opening.
請求項1に記載の凝縮器において、
前記ケーシングの内部空間は、
前記複数の伝熱管が配置されている第1空間と、
前記第1空間の下側に位置し、伝熱管が配置されない第2空間とを有し、
前記第2開口部が前記第2空間の下端部に位置している
ことを特徴とする凝縮器。
In the condenser according to claim 1,
The internal space of the casing is
The first space in which the plurality of heat transfer tubes are arranged and
It has a second space located below the first space and in which a heat transfer tube is not arranged.
A condenser characterized in that the second opening is located at the lower end of the second space.
請求項1に記載の凝縮器において、
前記ケーシングの内面側における前記第3開口部の上縁部に取り付けられ、前記第3開口部を覆うように前記ケーシングの内部側に配置されたバイザーを備えている
ことを特徴とする凝縮器。
In the condenser according to claim 1,
A condenser attached to an upper edge portion of the third opening on the inner surface side of the casing and provided with a visor arranged on the inner side of the casing so as to cover the third opening.
JP2018076282A 2018-04-11 2018-04-11 Condenser Active JP6967484B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018076282A JP6967484B2 (en) 2018-04-11 2018-04-11 Condenser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018076282A JP6967484B2 (en) 2018-04-11 2018-04-11 Condenser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019184169A JP2019184169A (en) 2019-10-24
JP6967484B2 true JP6967484B2 (en) 2021-11-17

Family

ID=68340593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018076282A Active JP6967484B2 (en) 2018-04-11 2018-04-11 Condenser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6967484B2 (en)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005200245A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Honda Motor Co Ltd Nitrogen production apparatus, ammonia synthesis system, nitrogen production method, and ammonia synthesis method
JP2006162559A (en) * 2004-12-10 2006-06-22 Toshiba Corp Method and apparatus for preventing overpressure of reactor containment vessel
JP2012052823A (en) * 2010-08-31 2012-03-15 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd Operation method of static container cooling equipment and boiling-water nuclear power plant
JP6487290B2 (en) * 2015-07-27 2019-03-20 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Condenser and cooling system and method of operation
JP6670700B2 (en) * 2016-07-12 2020-03-25 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 Condenser

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019184169A (en) 2019-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5463196B2 (en) Nuclear power plant with reactor containment cooling equipment
SK105796A3 (en) A system for passive dissipating heat from the interior of a nuclear reactor containment structure
JP6487290B2 (en) Condenser and cooling system and method of operation
WO2017040217A1 (en) Immersion cooling system with low fluid loss
CN107210071A (en) Passive heat removal system inside containment
JP3507547B2 (en) Pressure suppression containment system
CN105122376A (en) Ventilation systems for reactor enclosures in nuclear facilities
JPH1089859A (en) Water vapor condensing device using aeration type condenser having freezing protecting device
RU2733911C2 (en) Spiral-coil heat exchanger with inserts between jacket and last tubular layer
JP6967484B2 (en) Condenser
JPH07269800A (en) Plumbing equipment
JP6771402B2 (en) Nuclear plant
JP7057852B2 (en) Static reactor containment heat removal system and nuclear plant
US9984778B2 (en) Cooling system of nuclear reactor containment structure
JP6670700B2 (en) Condenser
JP7045966B2 (en) Nuclear plant and its operation method
JP5646276B2 (en) Sealing oil supply device for rotating electrical machines
EP1548383B1 (en) Condenser
CN110573817A (en) Cooling Tower
JP2003240888A (en) Reactor containment cooling system
JP2014238239A (en) Blowdown tank
TWI251839B (en) Safety-vessel of a nuclear power equipment
JP7261776B2 (en) Reactor containment venting system
JPH0476494A (en) Emergency condenser for nuclear reactor
JP5625952B2 (en) Intercooler

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210917

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211019

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211025

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6967484

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350