JPS6248762B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力、原子力発電プラント用蒸気タ
ービンの給水加熱器に関するものである。

給水加熱部の熱交換部は、多くの場合、コンデ
ンシングゾーンとドレンクーラゾーンを組み合わ
せて作られる。

上記のコンデンシングゾーンは、加熱蒸気の潜
熱を給水に与えて給水を加熱する部分で、給水加
熱器の主要部である。なお、過熱度の高い蒸気を
用いて給水を飽和温度以上に加熱するためのデス
パヒータゾーンを併設することもある。

前記のドレンクーラゾーンは、飽和温度のドレ
ンが有している熱量を給水に与えることにより、
給水の温度を上昇させるとともにドレンを冷却し
て、ドレン配管内でのフラツシングを防止するた
めのものであつて、近時、火力、原子力発電プラ
ントの大形化に伴つてその重要性を増し、給水加
熱器胴体内に占める大きさの割合も増加する傾向
にある。

即ち、中圧および低圧側の給水加熱器におい
て、胴体内に供給される蒸気の条件が胴体内圧力
での飽和温度に近くなり、その上、高圧側の蒸気
機器からのドレン流入量が増加しているので、そ
の熱量回収を計るため、ドレンクーラゾーンの伝
熱面積を大きくする趨勢にある。このため、ドレ
ンクーラゾーンの長さが胴体長さの1/2を越える
ものが多くを占めるようになつた。

上述のようにドレンクーラゾーンの長さが長く
なるに伴い、給水加熱器の主要部であるコンデン
シングゾーンの内、ドレンクーラゾーンの上方に
位置する部分において、不凝縮ガスの排出が困難
となり、この不凝縮ガスの排出の良否が給水加熱
器の性能に著しく影響を及ぼすようになつた。次
に、その技術的問題点を略述する。

第１図は従来一般に用いられている給水加熱器
の一例で、第２図はその―断面図、第３図は
―断面図である。

給水加熱器は一般に球状の両端面を有する中空
中筒状の胴体９を備え、その一端付近を管板４で
仕切つて水室１を形成している。給水は矢印Ａの
ごとく給水入口管台２から水室１内に流入し、管
板４に貫通固着されたＵ字形の伝熱管５，５の中
を通つて胴体９内を長手方向に往復流動して矢印
Ｂ方向に給水出口管台３から流出する。

上記のＵ字形伝熱管５，５を収納している胴体
内部の構造は、胴体９の中央付近の横断面イーロ
を境にして管板４側（図の右方）と反対側（左
方）とに大別される。

左方に当たるＣ部はコンデンシングゾーンで、
Ｕ字形伝熱管５は管支持板２１，２１によつて支
承されている。７は上記の管支持板２１，２１を
支持するタイロツドである。

上記の各管支持板２１，２１は伝熱管５を支承
するとともにコンデンシングゾーン内をセクシヨ
ン３０、同３０、同３０…に仕切つている。

上記の仕切板である管支持板２１，２１の上端
縁は胴体９の天井面に達せず、胴体９内の上部に
長手方向の自由流動路２２を形成している。この
ため、蒸気入口管台１０から矢印Ｆ方向に流入し
た蒸気は矢印Ｇ、同Ｈ方向に分流し、各セクシヨ
ン３０，３０内を下降流動しつつ伝熱管５の表面
に接触して管内の給水との間で熱交換を行い、ド
レン１２となつて胴体９内の底部に溜まる。

コンデンシングゾーンの内、ドレンクーラゾー
ンの上方に当たらない個所（第１図のＣ区域）の
胴体９の中心線に沿つて不凝縮ガス排出母管２３
が配設されている。流入蒸気の中でドレンとなら
なかつた気体成分（以下、不凝縮ガスと呼ぶ）は
上記の不凝縮ガス排出母管２３の管壁に穿たれた
オリフイス孔２４を通つて管内に入り、（第２図
参照）不凝縮ガス誘導管２５を介して脱気器又は
復水器（共に図示せず）に吸引されて胴体９外に
排出される。２７は不凝縮ガス排出母管２３に誘
導するために設けられたバツフル、２８は不凝縮
ガスを排出母管２３に誘導するため伝熱管の管巣
に設けられたスリツトである。

胴体９内部のイーロ面よりも右方は上下に区分
されている。上半のＤ区域は前述のコンデンシン
グゾーンＣと連通するコンデンシングゾーンを形
成していて、伝熱管５は管支持板１５，１５で支
承されている。上記の管支持板１５は前記の管支
持板２１と類似の部材であるが、その上縁が胴体
９の天井面に達し、蒸気が胴体９の上部空間で長
手方向に自由に流動することを阻止している。こ
のため、蒸気入口管台１０から送入された蒸気の
一部が矢印Ｊのごとくこの区域に流入すると、矢
印Ｋ，Ｌ，Ｍのごとく各セクシヨンを左、右方向
に反転しつつ蛇行状に流動した後ベント座２６か
ら流出する。（第３図参照）たとえば、ある１個
の管支持板１５ｌは右方が切り欠かれ、これに隣
接する管支持板１５ｍは左方が切り欠かれてい
て、蒸気流は矢印Ｌ、同Ｍの如く左右に方向を変
えつつ蛇行する。また、高圧側の蒸気機器から供
給される高温ドレンはドレン入口管台１１から矢
印Ｎ方向に注入され、伝熱管５内の給水を加熱す
る。

胴体９内の右方下半部Ｅにドレンクーラゾーン
１３が設けられている。前述のドレン１２や、ド
レン入口管台１１から入つて流下したドレンは、
この部で伝熱管５に接触して給水を加熱し、ドレ
ン出口１４から排出される。

従前に於て、胴体９の長さに比してドレンクー
ラゾーンの長さが短いときは上述のような構造で
別段の不具合を生じなかつたが、近時、発電プラ
ントの大形化に伴つてドレンクーリングゾーンの
長さが増し、本例のように胴体の長さの1/2に達
するようになると、次記のような技術的問題を生
じた。

前述のごとく、ドレンクーラゾーンの上部に当
たるコンデンシングゾーンにおいて、蒸気流路が
矢印Ｋ，Ｌ，Ｍ…のように蛇行すると、管支持板
１５，１５によつて仕切られた各セクシヨン内の
換気が完全に行われ難く、Ｄ区域内で発生した不
凝縮ガスが蛇行流路の屈曲部に滞留し易い。

不凝縮ガスが滞留すると給水加熱器の熱効率が
低下するのみでなく、不凝縮ガス中の腐食性物質
（アンモニアガス等）が濃縮されて給水加熱器内
部の腐食が促進される。

本発明は、給水加熱器のドレンクーラゾーンの
拡大が要請されている技術的趨勢、並びにドレン
クーラゾーンを拡大した場合における前述の不具
合に鑑みて為され、胴体に比して大容積のドレン
クーラゾーンを設けた場合においても不凝縮ガス
の排出が円滑かつ充分に行われ、不凝縮ガスの滞
留による熱効率低下や腐食促進などの不具合を未
然に防止し得る給水加熱器を提供しようとするも
のである。

上記の目的を達成するため、本発明は、胴体内
の上部空間のほぼ全長にわたつて蒸気の直通流路
を設けて、胴体内に流入した加熱蒸気が管支持板
で仕切られた各セクシヨンに直接的に流入できる
ようにし、かつ、ドレンクーラゾーンの上方に当
たるコンデンシングゾーン、及び、ドレンクーラ
ゾーンの上当に当たらないコンデンシングゾーン
の双方に、それぞれ不凝縮ガス排出母管を設け
る。ただし、上記双方に設けた不凝縮ガス排出母
管は互いに異つた熱的条件下にあり、しかも仕切
板に対して固定されているので、該双方の不凝縮
ガス排出母管の熱膨脹収縮を吸収し得るよう、こ
れら双方の不凝縮ガス排出母管を同一軸心状に配
設するとともに、接続管を介して接続し、、か
つ、双方の不凝縮ガス排出母管中の少なくとも何
れか一方を接続管に対して摺動自在に嵌合して、
双方の不凝縮ガス排出母管が相互に接近、離間し
得る構造としたものである。

次に、本発明の一実施例を第４図及び第５図に
ついて説明する。

本実施例の給水加熱器は、第１図に示した従来
技術に係る給水加熱器を母体として、これに本発
明を適用したものである。本例において第１図乃
至第３図と同一の図面参照番号を付した部材は前
例と同様の構成部材である。ただし、本例におい
ては１個の胴体９に複数個の蒸気入口管台１０，
１０を設けている。

ドレンクーラゾーン１３の上方に当たるコンデ
ンシングゾーンに設けた管支持板５１，５１はそ
の上縁を切り欠いた形状とし、胴体９の天井面と
離間させる。これにより、胴体９の上部空間に胴
体のほぼ全長にわたつて蒸気流路が形成され、蒸
気管入口台１０から流入した蒸気は、管支持板５
１，５１を迂回しつつ蛇行することなく、管支持
板２１，２１及び同５１，５１によつて仕切られ
た各セクシヨンの中へ、矢印Ｐ、同Ｐのように直
通的に流入し得る構造にしてある。

ドレンクーラゾーン１３の上部に当たるＤ区域
のコンデンシングゾーンがドレンクーラゾーン１
３と接している個所に、胴体９の長手方向の不凝
縮ガス排出母管２０を固設する。第１図の―
断面を第５図に示す。上記の不凝縮ガス排出母管
２０を不凝縮ガス誘導管１８を介して胴体９外の
脱気器又は復水器（共に図示せず）に連通させ
る。

本発明は上記のようにして胴体９の上部空間に
ほぼ全長に亘る蒸気流路２２を設けているため、
蒸気入口管台１０から流入した蒸気は管支持板２
１，５１で仕切られた各セクシヨンに直通的に流
入できる。従つて、胴体９内の蒸気流路の中に換
気不良の滞留個所を生じる虞れ無く、円滑に流通
することができる。

本例においては、前述のドレンクーラゾーン１
３の上方に設ける不凝縮ガス排出母管２０を、前
述の不凝縮ガス排出母管２３と同一軸線上に配設
し、両者の間を接続スリーブ１７で接続する。こ
の個所の近傍を拡大して第６図に示す。本発明を
適用してドレンクーラゾーン１３の直上部に設け
た不凝縮ガス排出母管２０は、上記ドレンクーラ
ゾーンを取り囲んでいるドレンクーラ覆い板４９
に密接した位置となるため、その下縁をドレンク
ーラ覆い板４９に切り取られた形でかまぼこ形断
面形状Ｒをなしている。接続スリーブ１７は不凝
縮ガス排出母管２３と溶接し、不凝縮ガス排出母
管２３に対して嵌合面１６で摺動自在なように嵌
合する。このように、不凝縮排出母管２３と同２
０とを接続管を介して接近、離間可能なように接
続しておくと熱膨脹によるせり合い又は引張りを
この部で逃がすことができ、熱応力、熱歪による
変形や亀裂を防止し得る。

以上のように構成された給水加熱器における熱
量交換比について、第７図を参照しつつ次に述べ
る。第７図は一般的に管式熱交換器における温度
分布を示し、縦軸は温度、横軸は管の位置を表わ
している。

Ｔは飽和蒸気温度、t₁は入口部の給水温度、t₂
は出口部の給水温度である。

３４は入口部のセクシヨン、３５はこれに隣接
するセクシヨンであり、４５は出口部のセクシヨ
ンである。

温度t₁の給水はセクシヨン３４→同３５→同３
６と、順次に流動しつつ飽和曲線的に昇温し、セ
クシヨン４５から温度t₂で流出する。Δt₁は流入
部セクシヨン３４の中央部における飽和蒸気との
温度差、Δt₂は出口部セクシヨン４５の中央部に
おける飽和蒸気との温度差である。このように、
飽和蒸気と給水との温度差Δｔは各セクシヨンに
おいて異なる。そして、各セクシヨンにおける熱
交換量Ｑ（Kcal／hr）は、 Ｑ＝KSΔｔ で表わされる。

Ｋは熱貫流率（Kcal／m²hr℃）で、近似的に
各セクシヨンについて一定値とみなし得る。Ｓは
伝熱面積（m²）である。

従つて、各セクシヨンにおける熱交換量は、近
似的にΔｔに比例する。

Ｕ字形の伝熱管を用いた給水加熱器において
は、給水の流入部と給水の流出部とが胴体の同一
断面の上下に配設されるので、この部において
上、下管巣の熱交換量差が最大となる。

一方、Ｕ字形の伝熱管のＵ字形の底部に当たる
個所において上、下管巣の熱交換量差は最小とな
り、ほとんど零である。

前記の熱交換量が最大の個所（給水の流出、入
部、即ち、胴体内の管板側）における交換熱量比
は、原子力発電プラントにおいて約１：５、火力
発電プラントにおいて約１：20である。

前述の実施例（第４図）における管板４に近接
した個所の横断面を第８図に示す。この個所にお
いては前述のごとく上半部のコンデンシングゾー
ンの管巣５２の熱交換量と、下半部のドレンクー
ラゾーン１３の管巣の熱交換量に大きい差があ
る。蒸気入口管台１０から矢印Ｓ，Ｓ方向に流入
した蒸気は、胴体９の上部空間に形成された蒸気
流路２２を経てコンデンシングゾーン管巣５２の
間を矢印Ｕ，Ｕの如く流下しつつ管巣内の給水を
加熱し、生成されたドレンは矢印Ｗ，Ｗのように
胴体９内の底部に流下する。そして、凝縮しなか
つた気体成分（不凝縮ガス）は矢印Ｖ，Ｖのごと
く不凝縮ガス集合部５０に集まつて不凝縮ガス排
出母管２０に吸いこまれる。

本例においては上記の不凝縮ガス排出母管２０
がドレンクーラ覆い板４９の頂面に密接している
ので、上記の不凝縮ガス排出母管２０の斜下方の
Ｑ位置にバツフルを設けて不凝縮ガスを誘導する
ことができないが、矢印Ｕの如く流下した蒸気の
中で液化しなかつた気体成分はドレンクーラ覆い
板４９の頂面によつて流下を阻止されるので、不
凝縮ガス排出母管２０内の負圧に吸引されて排出
される。

以上説明したように、本発明は、加熱蒸気を導
入する配管を備えた胴体と、この胴体内の長手方
向に設けられた複数個のＵ字形伝熱管と、この伝
熱管を胴体長手方向に所定の間隔を置いて支持す
る管支持板とを備え、前記の伝熱管の給水入口側
近傍にドレンクーラゾーンを設けた給水加熱器に
おいて、上記の胴体内の上部に胴体のほぼ全長に
亘つて蒸気の直通流路を設けて、胴体内に流入し
た加熱用蒸気が管支持板によつて仕切られた各セ
クシヨンに直接的に流入するようにし、かつ、前
記の胴体内に設けられるコンデンシングゾーンの
内、ドレンクーラゾーンの上方に位置する個所、
及び、ドレンクーラゾーンの上方に位置しない個
所の双方に、それぞれ不凝縮ガス排出母管を設け
ると共に、上記双方の不凝縮ガス排出母管が互い
に接近、離間可能なように接続したので、不凝縮
ガスを胴体中に滞留せしめないで効率よく排出
し、不凝縮ガスの滞留による熱交換能力の低下、
および不凝縮ガスの滞留による胴体内部の腐食を
未然に防止することができ、しかも、当該給水加
熱器の稼働開始、稼働条件の変化、並びに稼働停
止に伴う熱的条件の変化を受けても、本発明を適
用して設けた不凝縮ガス排出母管に過大な熱応力
や熱歪を生じる虞れが無いという優れた実用的効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に用いられている給水加熱器
の縦断面図、第２図は上記給水加熱器の―断
面図、第３図は同―断面図、第４図は本発明
の一実施例における給水加熱器の縦断面図、第５
図は上記実施例の―断面図、第６図は上記実
施例の不凝縮ガス排出管接続スリーブ付近の拡大
断面図、第７図は管式熱交換器の温度分布図表、
第８図は第４図の実施例における管板に近い個所
の横断面図である。 ５……Ｕ字形の伝熱管、９……胴体、１３……
ドレンクーラゾーン、１５，２１，５１……管支
持板、１７……不凝縮ガス排出母管接続スリー
ブ、２０，２３……不凝縮ガス排出母管、２２…
…蒸気の直通流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱蒸気を導入する配管を備えた胴体と、こ
   の胴体内の長手方向に沿つて複数個設けられたＵ
   字形の伝熱管と、この伝熱管を胴体長手方向に所
   定間隔を置いて支持する管支持板とを備え、前記
   の伝熱管の給水入口側近傍にドレンクーラゾーン
   を設けた給水加熱器において、上記の胴体内の上
   部に胴体のほぼ全長に亘つて蒸気の直通流路を設
   けて、胴体内に流入した加熱用蒸気が前記の管支
   持板によつて仕切られた各セクシヨンに直接的に
   流入できるようにし、かつ、前記の胴体内に設け
   られるコンデンシングゾーンの内、ドレンクーラ
   ゾーンの上方にｉする個所、および、ドレンクー
   ラゾーンの上方に位置しない個所の双方に、それ
   ぞれ、不凝縮ガス排出母管を設け、かつ、上記の
   ドレンクーラゾーンの上方に位置する個所に設け
   た不凝縮ガス排出母管と、ドレンクーラゾーンの
   上方に位置しない個所に設けた不凝縮ガス排出母
   管とを同一軸心状に配設し、接続管を介して相互
   に接近、離間可能なように接続したことを特徴と
   する給水加熱器。