特開 2022-184925 小型チューブ空冷式工業用蒸気凝縮器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022184925

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】小型チューブ空冷式工業用蒸気凝縮器

(51)【国際特許分類】

   F28B 1/06 20060101AFI20221206BHJP

   F28B 7/00 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

F28B1/06

F28B7/00

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022143922

(22)【出願日】2022-09-09

(62)【分割の表示】P 2018566517の分割

【原出願日】2017-06-21

(31)【優先権主張番号】62/353,030

(32)【優先日】2016-06-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/438,142

(32)【優先日】2016-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/624,587

(32)【優先日】2017-06-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】518276368

【氏名又は名称】エバプコ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｅｖａｐｃｏ， Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(74)【代理人】

【識別番号】100100479

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 三喜夫

(72)【発明者】

【氏名】トム・バグラー

(72)【発明者】

【氏名】ジャン‐ピエール・リベール

(72)【発明者】

【氏名】マーク・フーバー

(57)【要約】      （修正有）

【課題】熱容量を著しく増加させる一方で、材料を削減することができる野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器（ＡＣＣ）を提供する。
【解決手段】Ｖ字型に５対で配置されたセルあたり１０個の熱交換器バンドルを有し、各熱交換器バンドルが４つの一次熱交換器および４つの二次熱交換器を有し、各二次熱交換器が単一の一次熱交換器と対になっている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器である。チューブが水平になるように４つの一次凝縮器６が配置される一方で、チューブの一端の入口蒸気マニホールド１２は、一次凝縮器チューブに対して垂直、すなわち、バンドルの横軸に対して平行である。蒸気は、下方から小さな入口蒸気マニホールドに入る。チューブの断面寸法は、幅２００ｍｍであり、高さ１０ｍｍのフィンを有する１０ｍｍ未満の断面高さを有し、インチあたり９から１２個のフィンで配置されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工業用蒸気生成設備に接続された大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器において、
各対の熱交換器バンドルがＶ字型構成で配置され、各熱交換器バンドルが縦軸とその縦軸に垂直な横軸とを有する複数対の熱交換器バンドルを備え、
各前記熱交換器バンドルが、複数の蒸気入口マニホールドと、複数の一次凝縮器セクションと、複数の出口凝縮液ヘッダと、少なくとも１つの二次凝縮器セクションとを備え、
各一次凝縮器が、対応する熱交換器バンドルの縦軸と平行な縦軸をそれぞれ有する複数のフィン付きチューブを備え、
各二次凝縮器が、対応する前記熱交換器の横軸と平行な縦軸をそれぞれ有する複数のフィン付きチューブを備え、
前記蒸気入口マニホールドのそれぞれが、対応する熱交換器の横軸と平行な縦軸を有し、各蒸気入口マニホールドが、前記熱交換バンドルの下方に位置する蒸気分配マニホールドから蒸気を受け取り、対応する前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブの第１の端部に蒸気を分配するように構成され、
前記出口凝縮液ヘッダのそれぞれが、対応する前記熱交換器の横軸と平行な縦軸を有し、そこからの凝縮液、未凝縮蒸気、および非凝縮性ガスを収集するために、第１の側において対応する一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブの第２の端部に接続され、
各前記出口凝縮液ヘッダが、底端において前記少なくとも１つの二次凝縮器セクションの底端に接続され、前記出口凝縮液ヘッダのそれぞれがまた、底端において凝縮液収集チューブに接続され、
各前記二次凝縮器セクションが上端において非凝縮性収集チューブに接続された、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項2】

同数の一次および二次凝縮器を備え、各第２段凝縮器が単一の一次凝縮器と対になっている、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項3】

各熱交換器バンドルが、４つの一次凝縮器と４つの二次凝縮器とを備え、
熱交換器バンドル内の前記蒸気入口マニホールドのうちの最初の２つが互いに直接隣接し、同じ熱交換器バンドル内の前記蒸気入口マニホールドのうちの第２の２つが互いに隣接するように、前記各一次凝縮器／二次凝縮器の対の左右の向きが、隣接する一次凝縮器／二次凝縮器の対に対して反転されている、請求項２に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項4】

第１の熱交換バンドルの前記蒸気入口マニホールドの底端が、熱交換バンドルの対における第２の熱交換器バンドル内の蒸気入口マニホールドの底端に隣接している、請求項３に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項5】

熱交換バンドルの対における第１の熱交換バンドルからの前記２つの隣接する蒸気入口マニホールドの底端および第２の熱交換バンドルからの２つの隣接する蒸気入口マニホールドの底端が、１対４の蒸気マニホールドアダプタの第１の端部に接続され、前記１対４の蒸気マニホールドアダプタの第２の端部が蒸気供給マニホールドに接続されている、請求項４に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項6】

前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブが、２．０ｍから２．８ｍの長さ、２００ｍｍの断面幅、および４～１０ｍｍの断面の高さを有する、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項7】

前記チューブが５．２～７ｍｍの断面高さを有する、請求項６に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項8】

前記チューブが６．０ｍｍの断面高さを有する、請求項７に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項9】

前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブが、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンが１０ｍｍの高さを有し、インチあたり９から１２個のフィンで離隔されている、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項10】

前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブが、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンが１８ｍｍから２０ｍｍの高さを有し、隣接するチューブ間の空間にまたがって隣接するチューブと接触し、前記フィンがインチあたり９から１２個のフィンで離隔されている、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項11】

熱交換バンドル内の全ての二次凝縮器の表面積が、同じ熱交換バンドル内の全ての一次凝縮器の表面積の１０～２０％を占める、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項12】

２つの一次凝縮器／二次凝縮器の対が互いに隣接し、双方の対の前記二次凝縮器が互いに隣接し、前記２つの二次凝縮器が単一の二次凝縮器に統合される、請求項４に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大規模な野外設置型(field erected)空冷式工業用蒸気凝縮器(condenser)に関する。

【背景技術】

【0002】

ほとんどの大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器（ＡＣＣ）で使用されている現在のフィン付きチューブは、長さ約１１メートル×幅２００ｍｍ（「空気移動長」とも呼ばれる）の半円形の前縁および後縁、ならびに（空気移動長に垂直な）１８．７ｍｍの外高を有する扁平チューブを使用している。チューブ壁厚は、１．３５ｍｍである。フィンは、各チューブの両平坦面にろう付けされている。フィンは、通常、１８．５ｍｍの高さであり、インチあたり１１個のフィンで離隔されている。フィン表面は、熱伝達を高めてフィンの剛性を助けるために波状パターンを有する。チューブ間の標準的な中心間距離は、５７．２ｍｍである。チューブ自体は、（空気の流れ方向に対して垂直な）断面積の約３分の１を占めるのに対して、フィンは、断面積の約３分の２を占めている。隣接するフィンの先端間には、１．５ｍｍの小さな空間がある。夏季の周囲条件では、チューブ内の最大蒸気速度は、通常、高くて２８ｍｐｓ、より一般的には２３から２５ｍｐｓである。これらのチューブとフィンを組み合わせた単一のＡ－フレームの設計は、チューブの長さ、フィンの間隔、フィンの高さと形状、および空気移動長に基づいて最適化されている。フィン付きチューブは、熱交換器バンドル、典型的には熱交換器バンドルあたり３９本のチューブに組み立てられ、１０から１４個のバンドルは、ファンごとに単一のＡ－フレームにともに配置された２個のバンドルに配置される。ファンは、通常、Ａ－フレームの下方にあり、空気をバンドル内に押し上げる。チューブとフィンの全体的な設計、およびチューブとフィンの組み合わせの空気圧降下はまた、２００から２５０ｈｐで動作する大型（最大直径３８フィート）のファンの空気移動能力に合わせて最適化されている。この最適化された構成は、２０年以上前に単列楕円チューブの概念が導入されて以来、多くの異なる製造業者にわたって比較的変わっていないままである。

【0003】

上述した典型的なＡ－フレームＡＣＣは、第１段または「一次」凝縮器バンドルと、第２段または「二次」バンドルの双方を含む。熱交換器バンドルの約８０％から９０％が第１段または一次凝縮器である。蒸気は一次凝縮器バンドルの頂部および凝縮液に入り、いくらかの蒸気は底部から出る。第１段構成は、熱的に効率的である。しかしながら、それは、非凝縮性ガスを除去するための手段を提供しない。非凝縮性ガスを第１段のバンドルを通して掃引するために、１０％から２０％の熱交換器バンドルは、典型的には下方凝縮液マニホールドから蒸気を引き出す一次凝縮器の間に散在する第２段または二次凝縮器として構成される。この構成では、蒸気および非凝縮性ガスは、それらが二次凝縮器の底部に引き込まれるときに第１段凝縮器を通って移動する。ガスの混合物が二次凝縮器を通って上昇するにつれて、残りの蒸気が凝縮し、非凝縮性ガスを濃縮する。二次凝縮器の頂部は、システムから非凝縮性ガスを除去する真空マニホールドに取り付けられている。

【0004】

標準的な従来技術のＡＣＣ構成に対する変形例は、例えば、米国特許出願公開第２０１５／０２０４６１１号明細書および米国特許出願公開第２０１５／０３３０７０９号明細書に開示されている。これらの特許出願は、同じフィン付きチューブを示しているが、劇的に短くされ、そして、一連の小さなＡ－フレーム、典型的にはファンごとに５つのＡ－フレームに配置されている。論理の一部は、蒸気の圧力降下を低減することであり、これは、夏季条件では全体的な能力に小さな効果しか与えないが、冬季条件ではより大きな効果をもたらす。論理の他の部分は、工場で上部蒸気マニホールドダクトを各バンドルに溶接してまとめて出荷し、したがって、費用のかかる現場での溶接作業を省くことである。この構成の正味の効果は、蒸気マニホールドが工場で取り付けられてチューブバンドルとともに出荷されるとき、標準的な立方体の高い輸送用コンテナにマニホールドを収容するためのチューブ長の削減である。チューブが短く、したがって全体の表面積量が減少することから、夏季条件での同様の全体寸法の標準的な単一のＡ－フレーム設計に対する比較容量は約３％減少する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書に提示される発明は、１）これに限定されるものではないが、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器を含む熱交換器システムにおいて使用される新規のチューブ設計、および２）発電所などの大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器についての新規な設計であり、これらは、双方とも、ＡＣＣの熱容量を著しく増加させる一方で、いくつかの構成では材料を削減する。本発明の様々な態様および／または実施形態が以下に記載される。

【0006】

チューブ設計発明の好ましい実施形態によれば、チューブの断面寸法は、従来技術と同様に２００ｍｍ幅（空気移動長）であるが、（空気移動長に対して垂直な）断面高さが１０ｍｍ未満の高さ、好ましくは４～１０ｍｍ、より好ましくは５．０～９ｍｍ、さらにより好ましくは５．２～７ｍｍ、最も好ましくは６．０ｍｍの高さ（「外側チューブ幅」ともいう）を有し、８～１２ｍｍの高さ、好ましくは１０ｍｍの高さのフィンを有し、インチあたり８～１２個のフィン、好ましくはインチあたり１１個のフィンで配置される。さらなる好ましい実施形態によれば、実際のフィンは、高さが１６～２２ｍｍ、好ましくは高さが１８．５ｍｍとすることができ、２つの隣接するチューブの間の空間にまたがることができ、各側の各チューブに対して８～１１ｍｍのフィンを有効に利用可能とする。

【0007】

大規模発電所から出力される大容積の蒸気に適応させるために、そしてより大きなチューブはコストを下げることから、より小さな断面のチューブ（同じ空気移動長であるが著しくより低い高さ）の製造は、チューブは可能な限り大きな断面で製造されるべきであるという当該技術分野における現在の一般的見解に直接反する。この構成のコストは従来技術のチューブ構成よりもかなり大きいが、発明者らは、コストの増加を補うよりも、より低い高さのチューブによる効率の向上（最も好ましい実施形態では従来技術のチューブと比較して３０％高い効率を超える）を予想外に発見した。この新規なチューブ設計は、（例えば、背景技術の項で説明したように）従来技術の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器において使用されることができ、あるいは以下に説明する新規なＡＣＣ設計と組み合わせて使用されることができる。

【0008】

大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の新規な設計に目を向けると、本発明の第１の特徴は、複数の一次および二次凝縮器が、蒸気マニホールドのコストを削減し、また、熱容量を著しく増加させると同時に、コンテナ化された容易な出荷および最小限の現場溶接を可能にする新規な設計で配置されるということである。

【0009】

本発明の一実施形態によれば、この設計は、「Ｖ」（標準的な従来技術のＡＣＣ構成と比較して反転した構成）としての５対で配置されたセルあたり１０個の熱交換器バンドルを特徴とする。代替実施形態によれば、バンドルは、Ａ－フレーム構成で配置されることができるが、そのような実施形態は、追加のダクト工事を必要とし、したがって費用がかかる。

【0010】

好ましい構成では、各熱交換器バンドルは、４つの一次熱交換器と、４つの二次熱交換器とを有し、各二次熱交換器は、単一の一次熱交換器と対になっている。代替実施形態によれば、熱交換器コアあたり１つの二次熱交換器のみが設けられるが、各二次熱交換器を単一の一次熱交換器に適合させることは、凝縮器の配管／ヘッダ構成を最小限にするという利点を有する。さらなる代替実施形態によれば、その後の容量およびコストのトレードオフを有し、熱交換器コアあたり３つ、さらには２つまたは５つ以上の熱交換器を設けることができる。

【0011】

好ましい実施形態によれば、チューブが水平になるように４つの一次凝縮器が配置される一方で、チューブの一端における入口蒸気マニホールドは、バンドルの横軸と平行に整列している。この構成は、蒸気が下方から小さい入口蒸気マニホールドに入ることを可能にする。代替実施形態によれば、蒸気は上方から導入されることができるが、この実施形態は、より多くのダクト工事を必要とする。

【0012】

好ましい実施形態によれば、各バンドルの垂直幅は、９１インチ（２．３ｍ）から１０１インチ（２．５７ｍ）である。

【0013】

好ましいバンドルの長さは、４１フィートから４３フィートであるが、３８フィートを含む様々な他のより短い長さが提供されることができる。一実施形態によれば、２つの小型二次凝縮器は、非常に少ない追加の現場溶接費用しかかからずに、現場で一次凝縮器に取り付けられることができる。この実施形態は、所望のコアの長さが出荷用コンテナの長さよりも長い場合に特に有用である。

【0014】

好ましい実施形態によれば、４つの一次凝縮器を有するバンドルの場合、各水平バンドル長は、２．２ｍから２．８ｍのチューブ長を有する。バンドルあたり５つの一次凝縮器を有するバンドルの場合、各水平バンドルの長は、１．７５ｍから２．２５ｍ、好ましくは２．０ｍのチューブ長を有する。蒸気マニホールドおよび出口マニホールドは、０．０６５ｍから０．１０ｍ、好ましくは０．０７５ｍの（マニホールドの垂直方向の長さに対して垂直な）好ましい幅を有する。各一次凝縮器は、好ましくは、バンドルの横軸と平行に整列し、底部から蒸気を受けるように構成され、好ましくはその対応する一次凝縮器の表面積の１０％から２０％の表面積を有するように寸法決めされた長手方向軸を有するフィン付きチューブを有する二次凝縮器に直接取り付けられ、２．３ｍ×２．４ｍの寸法を有する一次凝縮器の場合、二次凝縮器は、例えば幅０．２０ｍから０．４５ｍ、好ましくは幅０．３１ｍである。

【0015】

好ましい実施形態によれば、熱交換器バンドルは、以下の一端から他端まで、バンドルの横軸に平行に整列されたチューブを有する小型の二次凝縮器（対応する一次コイルの表面積の１０～２０％）と、それに続いて、（バンドルの縦軸に平行に整列された）水平チューブを有するフルサイズの一次凝縮器と、残っている蒸気および非凝縮性ガスを直接二次凝縮器に送るためにその側面に沿って一次凝縮器のチューブの出口に接続され且つその底部において二次凝縮器の入口に接続された一次凝縮器と二次凝縮器との間の凝縮液ヘッダとからなる。蒸気入口マニホールドは、第１の一次凝縮器の遠端にある。第２の一次および第２の二次凝縮器は、第１の凝縮器からミラーリング(mirror)され、熱交換器バンドルの第１の半体を完成する。熱交換器の第２の半体は、第１の半体をミラーリングする。

【0016】

そして、バンドルは、好ましくはＶ－フレームでともに対にされる。これは、２つのセットの４つの蒸気入口を２つの単一の小領域にもたらす。これら４つの入口は、下方の大きな蒸気ダクトから発する単一の蒸気ライザー(riser)に接合されることができ、１対４のアダプタを介してともに接続されることができる。バンドルの長さにわたって蒸気マニホールドを溶接する必要はない。上述したように、Ａ－フレームが使用されることができるが、従来のＡ－フレームＡＣＣ構造は、蒸気ダクトが下方ではなくコイル／バンドルの上方に配置されることを必要とすることから費用効果が低い。

【0017】

蒸気は、蒸気ダクトを介して熱交換器バンドルに送られる。ライザーは、蒸気ダクトからの蒸気を熱交換器の入口に送り、熱交換器の入口は、次に蒸気を蒸気入口マニホールドに送る。蒸気入口マニホールドは、一次凝縮器の水平方向のチューブに蒸気を送る。大部分の蒸気は、それが一次凝縮器のチューブを横切るときに液体水に凝縮する。一次凝縮器のチューブは、凝縮液および残りの蒸気（非凝縮性ガスを含む）を受け取る凝縮液ヘッダで終端する。凝縮液ヘッダの底部は、二次凝縮器の底部の下方に延在してその内部に開口する「足」部を有する。凝縮液は、凝縮液ヘッダの底部に集まり、そこで凝縮液収集チューブに送られる。一方、非凝縮性ガスを含む残りの蒸気は、二次凝縮器を通って凝縮液ヘッダから上方に引き出される。残りの蒸気が凝縮すると、凝縮液は、二次凝縮器を通って凝縮液ヘッダの足および凝縮液収集チューブの内部へ戻る。非凝縮性ガスは、非凝縮性収集チューブを介して二次凝縮器を出る。

【0018】

説明したように、この新規なＡＣＣ設計は、従来技術の断面構成および面積（２００ｍｍ×１８．７ｍｍ）を有するチューブとともに使用されることができ、その場合、効率の増加は約５％である。あるいは、この新規なＡＣＣ設計は、本明細書に記載された新規な設計（２００ｍｍ×１０ｍｍ未満）を有するチューブとともに使用されることができ、標準的なチューブ構成を有する従来技術のＡ－フレームと比較した効率の向上は約２２％である。

【0019】

さらなる代替実施形態によれば、本発明の新規なＡＣＣ設計は、オフセットフィンを有する１００ｍｍ×５ｍｍから７ｍｍのチューブとともに使用されてもよい。この実施形態は、標準的なチューブを有する標準的なＡＣＣ構成と比較して１７．５％の総容量の増加をもたらし、支持されたバンドルの重量を同時に削減することによってチューブおよびフィンのコストを約４０％削減する。この実施形態によれば、バンドルはまた、従来技術のバンドルの約６０％の重量であり、したがって、新規なＡＣＣ構造内でより容易に支持されるであろう。

【0020】

さらなる実施形態によれば、本発明の新規なＡＣＣ設計は、インチあたり９．８フィンで配置された「矢じり(arrowhead)」型フィンを有する２００ｍｍ×５ｍｍから７ｍｍのチューブとともに使用されることができる。この実施形態は、標準的なチューブを有する標準的なＡＣＣ構成と比較して３０％を超える総容量の増加をもたらす。

【0021】

さらなる実施形態によれば、本発明の新規なＡＣＣ設計は、インチあたり９．８フィンで配置された「矢じり」型フィンを有する１２０ｍｍ×５ｍｍから７ｍｍのチューブとともに使用されることができる。この実施形態は、標準的なチューブを有する標準的なＡＣＣ構成と比較して１７％を超える総容量の増加をもたらす。なおさらなる実施形態によれば、本発明の新規なＡＣＣ設計は、インチあたり９．８フィンで配置された「矢じり」型フィンを有する１４０ｍｍ×５ｍｍから７ｍｍのチューブとともに使用されることができる。この実施形態は、標準的なチューブを有する標準的なＡＣＣ構成と比較して２３％を超える総容量の増加をもたらす。１２０ｍｍおよび１４０ｍｍの構成は、２００ｍｍの構成と全く同じ容量の増加はないが、１２０ｍｍおよび１４０ｍｍの構成は、双方とも、２００ｍｍの設計と比較して材料および重量が削減されている。

【0022】

上述した矢じり型フィンの構造の開示については、２０１７年２月６日に出願された米国特許出願第１５／４２５，４５４号の開示がその全体において本明細書に組み込まれる。

【0023】

さらに別の実施形態によれば、本発明の新規なＡＣＣ設計は、オフセットフィンとほぼ同様に機能し、より容易に利用可能であり且つ製造が容易である「ルーバー付き」フィンを有するチューブとともに使用されることができる。

【0024】

従来技術では、熱交換器フィンおよびチューブは、一度に１本のチューブとともにろう付けされる。本発明によれば、これらのより小さなバンドルおよびより小さなチューブを用いて、複数のフィン付きチューブを単一のアセンブリとしてろう付けすることができ、製造コストを削減し、性能を損なうフィン付きチューブ間の空隙をなくし、隣接するチューブ壁間に強い構造を提供して真空下でのそれらの崩壊を防止する。さらに、特に熱伝達のための総面積が輸送用コンテナのドアの大きさによって制限されるため、本発明の構成を有するフィンおよびチューブについてかなりの表面積が得られる。チューブ長またはバンドル幅は、他の設計で必要とされる蒸気マニホールドによっては減少されないため、この構成は、いかなる他の設計よりも輸送コンテナサイズのユニットあたりより効果的な熱交換領域を提供する。

【0025】

要約すると、従来技術の同等サイズの装置と比較した本発明の蒸気凝縮能力およびコスト削減の総利得は、ファンあたり一定のファン出力で３３％もの大きさである。マルチセルＡＣＣの場合、各セルはより高い容量を有し、蒸気凝縮デューティを行うために必要とされるセルがより少ないことから、ファンの数を削減することができ、総ファン電力は、２５％を超えて削減されることができる。

【0026】

さらに、本発明のＡＣＣ設計は、より容易に配置されることができ、発電所内の全体的なスペースも少なくてすむ。

【0027】

したがって、本発明の実施形態によれば、工業用蒸気生成設備に接続された大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器において、各対の熱交換器バンドルがＶ字型構成で配置され、各熱交換器バンドルが縦軸とその縦軸に垂直な横軸とを有する複数対の熱交換器バンドルを備え、各熱交換器バンドルが、複数の蒸気入口マニホールドと、複数の一次凝縮器セクションと、複数の出口凝縮液ヘッダと、少なくとも１つの二次凝縮器セクションとを備え、各一次凝縮器が、対応する熱交換器バンドルの縦軸と平行な縦軸をそれぞれ有する複数のフィン付きチューブを備え、各二次凝縮器が、対応する熱交換器の横軸と平行な縦軸をそれぞれ有する複数のフィン付きチューブを備え、前記蒸気入口マニホールドのそれぞれが、対応する熱交換器の横軸と平行な縦軸を有し、各蒸気入口マニホールドが、前記熱交換バンドルの下方に位置する蒸気分配マニホールドから蒸気を受け取り、対応する一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブの第１の端部に蒸気を分配するように構成され、前記出口凝縮液ヘッダのそれぞれが、対応する熱交換器の横軸と平行な縦軸を有し、そこからの凝縮液、未凝縮蒸気、および非凝縮性ガスを収集するために、第１の側において対応する一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブの第２の端部に接続され、各前記出口凝縮液ヘッダが、底端において前記少なくとも１つの二次凝縮器セクションの底端に接続され、前記出口凝縮液ヘッダのそれぞれがまた、底端において凝縮液収集チューブに接続され、各前記二次凝縮器セクションが上端において非凝縮性収集チューブに接続された、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器が提供される。

【0028】

本発明の実施形態によれば、同数の一次および二次凝縮器を備え、各第２段凝縮器が単一の一次凝縮器と対になっている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0029】

また、本発明の実施形態によれば、各熱交換器バンドルが、４つの一次凝縮器と４つの二次凝縮器とを備え、熱交換器バンドル内の前記蒸気入口マニホールドのうちの最初の２つが互いに直接隣接し、同じ熱交換器バンドル内の前記蒸気入口マニホールドのうちの第２の２つが互いに隣接するように、前記各一次凝縮器／二次凝縮器の対の左右の向きが、隣接する一次凝縮器／二次凝縮器の対に対して反転されている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0030】

本発明の実施形態によれば、第１の熱交換バンドルの前記蒸気入口マニホールドの底端が、熱交換バンドルの対における第２の熱交換器バンドル内の蒸気入口マニホールドの底端に隣接している、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0031】

本発明の実施形態によれば、熱交換バンドルの対における第１の熱交換バンドルからの前記２つの隣接する蒸気入口マニホールドの底端および第２の熱交換器バンドルからの２つの隣接する蒸気入口マニホールドの底端が、１対４の蒸気マニホールドアダプタの第１の端部に接続され、前記１対４の蒸気マニホールドアダプタの第２の端部が蒸気供給マニホールドに接続されている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0032】

また、本発明の実施形態によれば、前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブが、２．０ｍから２．８ｍの長さ、２００ｍｍの断面幅、および４～１０ｍｍの断面の高さを有する、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0033】

本発明の実施形態によれば、一次凝縮器内のチューブが、５．２～７ｍｍの断面高さを有する、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0034】

本発明の実施形態によれば、一次凝縮器内のチューブが、５．９ｍｍの断面高さを有する、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0035】

本発明の実施形態によれば、前記一次凝縮器内の複数のフィン付きチューブが、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンが１０ｍｍの高さを有し、インチあたり９から１２個のフィンで離隔されている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0036】

本発明の実施形態によれば、前記一次凝縮器内の前記複数のフィン付きチューブが、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンが１８ｍｍから２０ｍｍの高さを有し、隣接するチューブ間の空間にまたがって隣接するチューブと接触し、前記フィンがインチあたり９から１２個のフィンで離隔されている、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0037】

本発明の実施形態によれば、熱交換バンドル内の全ての二次凝縮器の表面積が、同じ熱交換バンドル内の全ての一次凝縮器の表面積の１０～２０％を占める、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【0038】

本発明の実施形態によれば、２つの一次凝縮器／二次凝縮器の対が互いに隣接し、双方の対の二次凝縮器が互いに隣接し、前記２つの二次凝縮器が単一の二次凝縮器に統合される、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器も提供される。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1A】従来技術の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の熱交換部の斜視図表現である。

【図1B】蒸気分配マニホールドに対するチューブの向きを示す、従来技術の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の熱交換部の部分拡大図である。

【図2A】本発明の第１の実施形態に係る大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器（「ＡＣＣ」）の熱交換部の斜視図表現である。

【図2B】一次凝縮器内のチューブの向きを示す、図２Ａに示される装置の部分拡大図である。

【図3】本発明の好ましい実施形態に係るＡＣＣの熱交換部の側面図表現である。

【図4】本発明の実施形態に係るＡＣＣの熱交換部の底部における蒸気ライザーと対応する蒸気ヘッダとの間の接続部の拡大側面図である。

【図5】本発明の実施形態に係るＡＣＣについての蒸気ライザー／移行要素／蒸気マニホールドアセンブリの端面図である。

【図6】従来技術のＡＣＣチューブおよびフィンの断面の斜視図である。

【図7】本発明に係る小型チューブおよびフィンの第１の実施形態の斜視図である。

【図8】図２Ａに示す一次および二次凝縮器構成を有するＶ字型熱交換バンドル対を有する本発明の実施形態に係る大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の側面図である。

【図9】図８に示す大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の端面図である。

【図10】図８に示す大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器の平面図である。

【図11】本発明の実施形態に係る一次凝縮器フィン付きチューブバンドルの斜視図である。

【図12】図１１の図面に描かれた一次凝縮器フィン付きチューブバンドルの斜視図写真である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

水平一次凝縮器および垂直二次凝縮器を有するＶ字型ＡＣＣ

【0041】

図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照すると、バンドル対２は、２つのバンドル４をＶ字型に接合することによって構成されることができる。各バンドル４は、４つの一次凝縮器６および４つの二次凝縮器８から構成され、各二次凝縮器８は、単一の一次凝縮器６と対になっている。一次凝縮器６内のチューブ１０は、チューブ１０が水平になるように配置される一方で、チューブの一端の入口蒸気マニホールド１２は、バンドルの横軸に平行に整列している。この構成は、蒸気が下方から小さい入口蒸気マニホールド１２に入ることを可能にする。二次凝縮器８のチューブ１４も同様にバンドルの横軸に平行に整列している。各バンドルの好ましい垂直高さは、９１インチ（２．３ｍ）から１０１インチ（２．５７ｍ）であり、好ましいバンドルの長さは、３８フィートから４５フィートである。

【0042】

好ましい実施形態によれば、バンドルの長さに沿って測定すると、各一次凝縮器６は、２．６ｍの長さを占め、各蒸気マニホールド１２および凝縮液出口ヘッダ１６は、０．３ｍの長さを占め、各二次バンドル８は、０．４ｍの長さを占める。いずれにしても、各二次バンドル８は、熱交換器バンドル全体のフィン付きチューブの表面積の１０％から２０％を占める。

【0043】

引き続き図２Ａおよび図３を参照すると、本発明に係る好ましい熱交換器バンドルは、以下の一端から他端まで、その縦軸がバンドルの横軸に平行に向いたチューブ１４を有する二次凝縮器８と、それに続いて、二次凝縮器８に隣接し且つ一次凝縮器６から直接二次凝縮器８に蒸気を送る出口凝縮液ヘッダ１６（約３インチサイズ）と、それに続いて、水平チューブ１０を有するフルサイズの一次凝縮器６とからなる。好ましい実施形態によれば、各凝縮液ヘッダ１６は、対応する二次凝縮器８の下方に延在してその内部に開口する足２８をその底部に有する。蒸気入口マニホールド１２（辺あたり約０．２０から０．２５ｍ）は、第１の一次凝縮器６の遠端にある。第２のセットの一次および第２の二次凝縮器は、第１の凝縮器からミラーリングされ、熱交換器の第１の半体を完成する。熱交換器の第２の半体は、第１の半体をミラーリングする。図２Ａおよび図３の中央に示されているような隣接する二次凝縮器は、単一の二次凝縮器に統合できる。凝縮液ヘッダ１６の底部に集められた凝縮液は、凝縮液収集チューブ３０に流入する。非凝縮性ガスは、二次凝縮器８の頂部から非凝縮性収集チューブ３２内に引き込まれる。

【0044】

そして、バンドルは、好ましくはＶ－フレームでともに対にされる。この構成は、図２Ａおよび図３に示されるように、２つのセットの４つの蒸気入口１８を２つの単一の小領域にもたらす。これら４つの入口は、大きな蒸気ダクト２２から出ている単一の蒸気ライザー２０に接合されることができ、そして１対４のアダプタ２４を介してともに接続されることができる。図４および図５を参照のこと。バンドルの長さにわたって蒸気マニホールドを溶接する必要はない。Ａ－フレームが使用されてもよいが、それほど費用効果的ではない。

【0045】

図８～図１０は、図２Ａに示す一次および二次凝縮器構成を有するＶ字型熱交換バンドル対を有する本発明の実施形態に係る代表的な大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器を示している。図８～図１０に示される装置は、３６セル（６セル×６セル）ＡＣＣであり、セルあたり５つのバンドル対または「ストリート」の最も好ましい実施形態を有するが、本発明は、任意のサイズのＡＣＣとともに使用されてもよく、セルあたり任意数のバンドル対またはストリートとともに使用されてもよい。

【0046】

米国特許出願公開第２０１３／０３１２９３２号明細書、米国特許出願第２０１５／０２０４６１１号明細書、および米国特許出願公開第２０１５／０３３０７０９号明細書に開示されている設計と比較して、本発明の上述した実施形態は、熱容量を１３％増大させる。

【0047】

現在の標準的なＡ－フレーム技術と比較して、標準的な断面形状および面積（２００ｍｍ×１８．７ｍｍ）を有する一次チューブを使用する本発明の上述した実施形態（例えば図６を参照のこと（チューブ長を除く））は、熱容量を５％増大させ、実質的に設置コストを同程度削減する。

【0048】

最も好ましい実施形態によれば、上述した新規なＡＣＣ設計は、８～１２ｍｍの高さ、好ましくは１０ｍｍの高さのフィンを有し、インチあたり８～１２個のフィン、好ましくはインチあたり１１個のフィンで配置された（図７）、（０．８ｍｍのチューブ厚および４．４ｍｍのチューブ内径を有する）１０ｍｍ未満、好ましくは４～１０ｍｍ、より好ましくは５．０～９ｍｍ、さらにより好ましくは５．２～７ｍｍ、最も好ましくは６．０ｍｍの（空気移動長に対して垂直な）断面高さを有する２００ｍｍ幅（空気移動長）の断面寸法を有する一次凝縮器チューブとともに使用されることができる。図１１および図１２は、本発明の実施形態に係る一次凝縮器バンドルに組み立てられた複数の一次凝縮器チューブおよびフィンを示している。この好ましい実施形態によれば、１７％の容量の追加の増加が提供され、一定のファン出力での単一セルについて、３０％の標準的なチューブを有する従来技術のＡ－フレーム設計を上回る複合増加をもたらす。

【0049】

さらなる好ましい実施形態によれば、実際のフィンは、高さが１６～２２ｍｍ、好ましくは高さが１８．５ｍｍとすることができ、２つの隣接するチューブの間の空間にまたがることができ、各側の各チューブに対して８～１１ｍｍのフィンを有効に利用可能とする。

【0050】

上記のフィンの種類および寸法の説明は、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書に記載された本発明のチューブは、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の種類のフィンとともに使用されることができる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2022-10-07

【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】

工業用蒸気生成設備に接続された大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器において、
複数対の熱交換器バンドルを備え、各対の熱交換器バンドルはＶ字型構成で配置され、各熱交換器バンドルは縦軸およびその縦軸に垂直な横軸を有し、
各熱交換器バンドルは、列状に配置された複数の平行なフィン付きチューブを有する少なくとも１つの凝縮器セクションを備え、各フィン付きチューブは、第１の端部で前記フィン付きチューブの縦軸に対して垂直に配置されたマニホールドに取り付けられ、
前記複数のフィン付きチューブは、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１４０ｍｍまたは２００ｍｍの断面幅、および、ある断面高さを有し、
蒸気ダクトが、熱交換器バンドルの中間点の下に延びており、各前記蒸気ダクトは、前記熱交換器バンドルの縦軸に対して垂直な縦軸を有し、各熱交換器バンドルの下面に接続される、大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項2】

前記複数のフィン付きチューブは、１０ｍｍ未満の断面高さを有する、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項3】

前記チューブは、５．２～７ｍｍの断面高さを有する、請求項２に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項4】

前記チューブは、６．０ｍｍの断面高さを有する、請求項３に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項5】

前記複数のフィン付きチューブは、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンは、９ｍｍから１０ｍｍの高さを有し、２５．４ｍｍあたり６個から１２個のフィンで離隔されている、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【請求項6】

前記複数のフィン付きチューブは、前記チューブの平坦側面に取り付けられたフィンを有し、前記フィンは、１８ｍｍから２０ｍｍの高さを有し、隣接するチューブ間の空間にまたがって、隣接するチューブと接触し、２５．４ｍｍあたり６個から１２個のフィンで離隔されている、請求項１に記載の大規模な野外設置型空冷式工業用蒸気凝縮器。

【外国語明細書】