特許 7002420 直接接触式復水器及び発電プラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-04

(45)【発行日】2022-01-20

(54)【発明の名称】直接接触式復水器及び発電プラント

(51)【国際特許分類】

   F28B 3/06 20060101AFI20220113BHJP

   F28B 9/10 20060101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

F28B3/06

F28B9/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018152533

(22)【出願日】2018-08-13

(65)【公開番号】P2020026932

(43)【公開日】2020-02-20

【審査請求日】2021-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100164688

【弁理士】

【氏名又は名称】金川 良樹

(72)【発明者】

【氏名】津田 将太

(72)【発明者】

【氏名】古屋 修

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０３５９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０６３８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１４２５７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特公昭４６－００８７３２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭５８－１６９３６７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－０６７３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３８３４１３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９３８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６３１３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｂ ３／０６

Ｆ２８Ｂ ９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タービンからのタービン排気が流入するタービン排気ダクトと、
前記タービン排気ダクトに接続され、前記タービン排気ダクトからのタービン排気を側方又は上方から受け入れる本体胴容器と、
前記本体胴容器の内部に冷却水を供給する冷却水供給管と、
前記本体胴容器が側方からタービン排気を受け入れる場合には、前記本体胴容器における前記タービン排気ダクト側とは反対の側に設けられて水平方向に開口し、前記本体胴容器が上方からタービン排気を受け入れる場合には、前記タービン排気ダクトから水平方向に離間した位置で前記本体胴容器に設けられて水平方向に開口するガス入口部と、
前記ガス入口部を介して前記本体胴容器に接続されるガス冷却室と、
前記ガス入口部に対向するように前記本体胴容器の内部に配置されるバッフル板と、を備え、
前記バッフル板の上部と、当該バッフル板の上部と上下方向に対向する前記本体胴容器の内壁面との間に、タービン排気が通過する通流開口が形成される、直接接触式復水器。

【請求項2】

前記バッフル板と前記本体胴容器の側壁部とが、前記ガス入口部側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２、前記ガス入口部においてタービン排気が通過する部分の鉛直面における断面積をＳ３、前記ガス冷却室の水平面における断面積をＳ４としたとき、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立つ、請求項１に記載の直接接触式復水器。

【請求項3】

前記バッフル板の上部と、当該バッフル板の上部と上下方向に対向する前記本体胴容器の内壁面との間の前記通流開口の鉛直面における断面積をＳ１、前記バッフル板と前記本体胴容器の側壁部とが、前記ガス入口部側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２としたとき、Ｓ１≧Ｓ２の関係が成り立つ、請求項１又は２に記載の直接接触式復水器。

【請求項4】

前記バッフル板に水平方向に貫通する空隙部が設けられ、
前記バッフル板の上部と、当該バッフル板の上部と上下方向に対向する前記本体胴容器の内壁面との間の前記通流開口の鉛直面における断面積をＳ１、前記バッフル板と前記本体胴容器の側壁部とが、前記ガス入口部側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２、前記空隙部の鉛直面における断面積をＳ５としたとき、Ｓ１＋Ｓ５≧Ｓ２の関係が成り立つ、請求項１又は２に記載の直接接触式復水器。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかに記載の直接接触式復水器を備える、発電プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、直接接触式復水器及び発電プラントに関する。

【背景技術】

【0002】

地熱エネルギーは環境に与える影響の少ない再生可能エネルギーの一つとして注目されており、近時、地熱エネルギーを利用した地熱発電プラントが普及しつつある。

【0003】

地熱発電プラントでは、タービンの排気圧力を負圧（真空）に保つべくタービン排気中の高温の水蒸気と低温の冷却水とを復水器により熱交換させて、水蒸気を凝縮させる場合がある。地熱発電プラントでは、水蒸気が凝縮した復水を火力発電等のように再利用する必要がないため、構造が簡単で熱交換を効率的に実施できる直接接触式復水器が用いられることが多い。

【0004】

直接接触式復水器は、タービン排気と冷却水とを直接接触させる機器であり、主にトレイ（多孔板）式と、液滴噴霧式（スプレー式）とに分類される。トレイ式は、復水器内部に流入したタービン排気の動圧によりトレイから落下する冷却水を微細化してタービン排気中に導入する方式である。スプレー式は、スプレーノズルを用いて冷却水を微細化してタービン排気中に噴射する方式である。また、この種の復水器では、タービン排気の導入形式として、下方排気型（上方流入型）か又は水平排気型（水平流入型）が多くの場合に採用されている。

【0005】

地熱発電で利用される地熱の生産井からの蒸気には一般に、二酸化炭素などの不凝縮ガスが含まれており、不凝縮ガスの濃度は生産井にもよるが、一般に０．３～１０．０ｗｔ％程度である。この不凝縮ガスの濃度の値は、一般的な火力又は原子力プラントで利用される蒸気の１０００倍以上の値に相当する。このような不凝縮ガスは、復水器における水蒸気と冷却水との間の伝熱を阻害して水蒸気の凝縮を阻害しうるため、復水器では、不凝縮ガスを滞留させることなく排出することがタービンの排気圧力を負圧（真空）に保つために重要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平１１－６３８５７号公報

【文献】特許第５４０４１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、地熱発電用のスプレー式の復水器は、タービン排気ダクトと、冷却水供給手段として例えばスプレーノズルを収容する蒸気凝縮部と、不凝縮ガス冷却部と、を主要部分として備える。タービンから排出されたタービン排気は、タービン排気ダクトを通過した後、蒸気凝縮部に導かれて、そこで自身に含まれる水蒸気を凝縮される。そして、蒸気凝縮部で凝縮しない二酸化炭素などの不凝縮ガスと、それに随伴する水蒸気は、不凝縮ガス冷却部に導かれ、更に冷却された後に復水器から排出される。なお、不凝縮ガス冷却部では、その冷却によって凝縮した復水が復水用の排出口から排出されるとともに、不凝縮ガスは別の排出口から排出されることになる。

【0008】

このような復水器では、蒸気凝縮部に流入したタービン排気が冷却水と接触し、タービン排気に含まれる水蒸気が凝縮することで、蒸気凝縮部内を流れるタービン排気の流速が徐々に減少していく。そのため、復水器内部の流れにおいては、蒸気凝縮部のタービン排気ダクト側では流速が速い状態であるが、不凝縮ガス冷却部側では水蒸気がほとんど凝縮することで流速が遅くなり、流れの滞留が生じやすい状態になる。このように復水器内部で流れの滞留が生じてしまうと、滞留領域に不凝縮ガスが集まることで、復水器内部における水蒸気と冷却水との間の伝熱効率が悪化し、復水器内部の真空度が悪化してしまう虞がある。復水器内部の真空度が悪化すると、プラントの発電効率が低下してしまう。

【0009】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、復水器内部における流れの滞留を抑制することで、復水器内部の真空度を所望の状態に安定的に保つことができる直接接触式復水器及び発電プラントを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

一実施の形態に係る直接接触式復水器は、タービンからのタービン排気が流入するタービン排気ダクトと、前記タービン排気ダクトに接続され、前記タービン排気ダクトからのタービン排気を側方又は上方から受け入れる本体胴容器と、前記本体胴容器の内部に冷却水を供給する冷却水供給管と、前記本体胴容器が側方からタービン排気を受け入れる場合には、前記本体胴容器における前記タービン排気ダクト側とは反対の側に設けられて水平方向に開口し、前記本体胴容器が上方からタービン排気を受け入れる場合には、前記タービン排気ダクトから水平方向に離間した位置で前記本体胴容器に設けられて水平方向に開口するガス入口部と、前記ガス入口部を介して前記本体胴容器に接続されるガス冷却室と、前記ガス入口部に対向するように前記本体胴容器の内部に配置されるバッフル板と、を備えている。前記バッフル板の上部と、当該バッフル板の上部と上下方向に対向する前記本体胴容器の内壁面との間には、タービン排気が通過する通流開口が形成されている。
また、一実施の形態に係る発電プラントは、上記直接接触式復水器を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、復水器内部における流れの滞留を抑制することで、復水器内部の真空度を所望の状態に安定的に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施の形態に係る直接接触式復水器の鉛直方向における概略断面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

【図3】図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】第１の実施の形態に係る直接接触式復水器の内部におけるタービン排気の流速ベクトルを示す図である。

【図6】第１の実施の形態に係る直接接触式復水器からバッフル板を取り外した場合の当該復水器内部におけるタービン排気の流速ベクトルを示す図である。

【図7】（Ａ）は、第２の実施の形態の形態に係る直接接触式復水器が備えるバッフル板を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、第２の実施の形態の変形例を示す図である。

【図8】第３の実施の形態に係る直接接触式復水器の鉛直方向における概略断面図である。

【図9】図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、添付の図面を参照して各実施の形態を詳細に説明する。

【0014】

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態に係る直接接触式復水器１（以下、復水器１と略す。）の鉛直方向における概略断面図である。また、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図であり、図３は図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図であり、図４は図１のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【0015】

図１に示す復水器１は、図示省略するタービンからのタービン排気が流入するタービン排気ダクト１０と、タービン排気ダクト１０に接続され、タービン排気ダクト１０からのタービン排気を側方から受け入れる本体胴容器１１と、本体胴容器１１の内部に冷却水を供給する冷却水供給管１２と、本体胴容器１１におけるタービン排気ダクト１０側とは反対の側に設けられて水平方向に開口するガス入口部１３と、ガス入口部１３を介して本体胴容器１１に接続されるガス冷却室１４と、ガス入口部１３に対向するように本体胴容器１１の内部に配置されるバッフル板１５と、冷却水供給管１２が供給した冷却水とタービン排気から凝縮した凝縮水との混合水を本体胴容器１１から排出するための混合水出口ノズル１６と、を備えている。

【0016】

タービン排気ダクト１０はタービンからのタービン排気を水平方向に通流させるように延びており、本体胴容器１１の第１側壁部１１Ａに接続されている。本体胴容器１１は、矢印Ａに示すようにタービン排気ダクト１０からの排気を側方から水平方向に沿って流入させ、タービン排気と、冷却水供給管１２から供給される冷却水とを直接的に接触させることで、タービン排気に含まれる水蒸気を凝縮させるように構成されている。すなわち、本実施の形態に係る復水器１は、いわゆる水平流入側の直接接触式復水器である。また、本実施の形態に係る復水器１は発電プラントに組み込まれるものであり、具体的には地熱発電プラント用の復水器として構成されている。

【0017】

本実施の形態における本体胴容器１１は、タービン排気ダクト１０が接続される第１側壁部１１Ａと水平方向で対向する第２側壁部１１Ｂの上部が湾曲状に形成されるが、タービン排気ダクト１０内をタービン排気が流れる水平方向に対して直交する鉛直面での断面形状が矩形状となり、且つ、水平面での断面形状も矩形状となるように形成されている（図２及び図４参照）。なお、本体胴容器１１の形状は本実施の形態における形状に特に限られるものではなく、例えば鉛直面での断面形状が円形になっていてもよい。

【0018】

冷却水供給管１２はスプレー式の冷却水供給手段であり、タービン排気を凝縮させるための冷却水を通流させる配管部１２Ａと、配管部１２Ａ内の冷却水を本体胴容器１１の内部に導入するためのスプレーノズル１２Ｂと、を有している。配管部１２Ａは、本体胴容器１１の第１、第２側壁部１１Ａ，１１Ｂが対向する方向に対して直交する方向で互いに対向する本体胴容器１１の第３、第４側壁部１１Ｃ，１１Ｄに跨る状態で設けられている（図４参照）。また、スプレーノズル１２Ｂは、配管部１２Ａの上面及び下面において長手方向に間隔を空けて複数設けられる。本実施の形態では、このような冷却水供給管１２が複数設けられ、本体胴容器１１の内部でマトリックス状に配列されている。

【0019】

ガス入口部１３は第２側壁部１１Ｂに設けられ、詳しくは第２側壁部１１Ｂにおいて鉛直方向に平行となる部分である下部に設けられており、タービン排気ダクト１０に対しては斜め下方に位置する。図３に示すように、本実施の形態におけるガス入口部１３は鉛直面での断面形状が矩形状となっており、また図１に示すように、その下側辺部は本体胴容器１１の底壁部分と面一になっている。また、本実施の形態におけるガス入口部１３は矩形状の断面部分が一定の長さだけ連なるダクト形状をなしているが、ガス入口部１３は本体胴容器１１の第２側壁部１１Ｂに形成される単なる開口であってもよい。また、ガス入口部１３の断面形状は円形等であってもよい。

【0020】

ガス冷却室１４は、タービン排気、詳しくは本体胴容器１１内で凝縮されなかったタービン排気をガス入口部１３を介して受け入れて冷却するための空間を形成するものであり、本実施の形態では直方体状をなしている。ガス冷却室１４はその側壁部でガス入口部１３に接続し、ガス入口部１３から流入したタービン排気を上方に向けて通流させるべく上下方向に延びている。

【0021】

ガス冷却室１４の内部には図示省略する冷却水供給管が設けられ、ガス冷却室１４に流入したタービン排気は、ガス冷却室１４の内部の冷却水供給管から供給される冷却水によって冷却されて凝縮するか又は気体状態のまま降温される。なお、ガス冷却室１４内部の冷却水供給管は、本体胴容器１１の内部の冷却水供給管１２と同様のものであってもよい。また、ガス冷却室１４の上部にはガス出口部１４Ａが設けられ、気体状態のままのタービン排気はガス出口部１４Ａから排出されるようになっている。

【0022】

一方で、本実施の形態におけるガス冷却室１４の底壁部はガス入口部１３の下側辺部（底壁部分）及び本体胴容器１１の底壁部分と面一になっている。ここで、本実施の形態では本体胴容器１１、ガス入口部１３及びガス冷却室１４の各下部によりホットウェル１７が形成される。ホットウェル１７は、本体胴容器１１及びガス冷却室１４に供給された冷却水とタービン排気から凝縮した凝縮水との混合水ＭＷを溜めるための部分である。本実施の形態では、ホットウェル１７に混合水ＭＷが一定量で溜まるようになっている。混合水ＭＷの水位は、図示しないポンプによって調整されるようになっている。

【0023】

バッフル板１５は、厚み方向に対向する一対の主面が鉛直方向に平行となり、且つ主面の一方がガス入口部１３と水平方向に対向するように配置されている。またバッフル板１５は、タービン排気ダクト１０の下流側開口に対して水平方向に離間した位置に配置され、より詳しくはガス入口部１３に最も近い位置にある冷却水供給管１２の近傍、本例ではガス入口部１３に最も近い位置にある冷却水供給管１２よりもタービン排気ダクト１０側に配置されている。なお、バッフル板１５は必ずしも鉛直方向に対して平行でなくてもよく、鉛直方向に対して傾斜する状態で配置されてもよい。

【0024】

図２に示すように、本実施の形態におけるバッフル板１５は水平方向に長尺となる板体であり、本体胴容器１１の第３側壁部１１Ｃと第４側壁部１１Ｄとに跨る状態で固定され、自身が位置する第３側壁部１１Ｃ及び第４側壁部１１Ｄとの間にはタービン排気の通流部分を形成していない。一方で、バッフル板１５の上部１５Ａと、当該上部１５Ａと上下方向に対向する本体胴容器１１の内壁面との間にはタービン排気が通過する通流開口１８が形成されている。また、バッフル板１５は本体胴容器１１の底壁部に対して浮いた状態であり、バッフル板１５の下部と本体胴容器１１の底壁部との間にも隙間が形成されている。この隙間が形成されることで、本体胴容器１１で生じた凝縮水等とガス冷却室１４で生じた凝縮水等とが混合されてホットウェル１７に溜まり、これらをまとめて混合水出口ノズル１６から排出することが可能となる。

【0025】

本実施の形態では、ホットウェル１７に混合水ＭＷが一定量で溜まるように制御されるが、具体的に混合水出口ノズル１６は、混合水ＭＷの水面高さがバッフル板１５の下部よりも高くなるようにその開閉を制御される。したがって、バッフル板１５の下部と本体胴容器１１の底壁部との間の隙間は、タービン排気の通過のための使用を意図されていない。なお、バッフル板１５の下部と本体胴容器１１の底壁部とは接していてもよく、この場合、バッフル板１５に凝縮水を通過させるための貫通孔が形成されてもよい。

【0026】

また、図１、図２及び図４を参照し、本実施の形態では、上記通流開口１８の鉛直面における断面積をＳ１、バッフル板１５と本体胴容器１１の側壁部（詳しくは第２～第４側壁部１１Ｂ～１１Ｄ）とが、ガス入口部１３側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２としたとき、Ｓ１≧Ｓ２の関係が成り立つ。なお、図２においては、通流開口１８の範囲を濃度の薄いドットを付した領域によって示しており、図４においては、バッフル板１５と本体胴容器１１の側壁部とが形成する上述の空間の範囲を濃度の濃いドットを付した領域によって示している。また、断面積Ｓ２を求める際にバッフル板１５に対向する壁部が存在しない場合には、ガス入口部１３が形成されている壁部の延長面をガス入口部１３内に仮想的に引き延ばした上で、当該延長面及びバッフル板１５と、これらの両側方に位置する一対の壁部とで囲まれる空間から、断面積Ｓ２を求めるようにする。

【0027】

また、図３及び図４を参照し、ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分の鉛直面における断面積をＳ３、ガス冷却室１４の水平面における断面積をＳ４としたとき、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立っており、詳しくは、Ｓ２≧Ｓ３、及び、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立ち、加えて、Ｓ３≧Ｓ４の関係も成り立っている。つまり、Ｓ１≧Ｓ２≧Ｓ３≧Ｓ４の関係が成り立っている。なお、本実施の形態における「ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分」は、ガス入口部１３における混合水ＭＷの水面よりも上方の部分に対応する。ガス入口部１３において混合水ＭＷが溜まる部分が形成されない場合には、ガス入口部１３の全体が、タービン排気が通過する部分になる。また、図３においては、「ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分」の範囲をハッチングを付した領域によって示しており、図４においては、ガス冷却室１４の範囲をハッチングを付した領域によって示している。

【0028】

本実施の形態では、バッフル板１５の上方に通流開口１８が形成されることで本体胴容器１１に流入したタービン排気が、通流開口１８、バッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間、ガス入口部１３、ガス冷却室１４の順に流れる。ここで、上述のようなＳ１～Ｓ４の関係が成り立つことで、本体胴容器１１からガス冷却室１４に至るまでのタービン排気の流速の低下が抑制される。タービン排気の流速の低下を抑制する観点では、本実施の形態のように、Ｓ１≧Ｓ２≧Ｓ３≧Ｓ４の関係が成り立つことが好ましいが、Ｓ１～Ｓ４の関係は、本実施の形態の態様に限られるものではない。

【0029】

次に、本実施の形態の作用について説明する。

【0030】

本実施の形態に係る復水器１では、図示しないタービンが駆動された際に、タービンからのタービン排気が、図１の矢印Ａに示すようにタービン排気ダクト１０から本体胴容器１１に流入する。そして本体胴容器１１に流入したタービン排気は、冷却水供給管１２のスプレーノズル１２Ｂから散水された冷却水と直接接触することで、自身に含まれる水蒸気を凝縮される。ここで、タービン排気に水蒸気および二酸化炭素などの不凝縮ガスが含まれる場合、本体胴容器１１で凝縮しない不凝縮ガスと、これに随伴する水蒸気とを含む凝縮されていないタービン排気は、ガス入口部１３を介してガス冷却室１４に導かれ、そこで更に冷却されて外部に排出される。

【0031】

タービン排気ダクト１０とガス入口部１３とが水平方向で対向する位置関係となる水平流入側の直接接触式復水器においては、タービン排気ダクト１０側ではタービン排気の流速が速い状態であるが、ガス入口部１３側では水蒸気がほとんど凝縮することで、タービン排気の流速が遅くなっており、流れの滞留が生じやすい状態になる。とりわけガス入口部１３が形成される第２側壁部１１Ｂ側の上方側領域において流れの滞留が広範囲で生じやすくなる傾向が生じる。

【0032】

これに対して、本実施の形態ではガス入口部１３に対向するバッフル板１５を設けることで、図１の矢印Ｂに示すように、タービン排気ダクト１０からのタービン排気の一部がバッフル板１５で転向され、上方に向かう流れが生じる。これにより、ガス入口部１３が形成される第２側壁部１１Ｂ側の上方側領域で滞留しようとする流れに、バッフル板１５で転向された流れが干渉（衝突）することで、流れが滞留する範囲を縮小及び抑制することができる。これにより本実施の形態では、タービン排気ダクト１０から本体胴容器１１に流入したタービン排気（詳しくは、凝縮されていないタービン排気）が、矢印Ｃに示すようにガス入口部１３側に向けてスムーズに流れるようになる。

【0033】

ここで、図６は、復水器１からバッフル板１５を取り外した場合の当該復水器内部におけるタービン排気の流速ベクトルを示す図であり、流速ベクトルは矢印で示されている。図中の流速ベクトルは、矢印の向きによって流れの向きを示し、矢印の長さが長いほど流速が大きいことを意味する。図６に示される流速ベクトルは、本件発明者によるシミュレーションに基づき特定されたものである。

【0034】

上述したようにタービン排気ダクト１０とガス入口部１３とが水平方向で対向する位置関係となる水平流入側の直接接触式復水器においては、タービン排気ダクト１０側ではタービン排気の流速が速い状態であるが、ガス入口部１３側では水蒸気がほとんど凝縮することで、タービン排気の流速が遅くなっており、流れの滞留が生じやすい状態になる。とりわけガス入口部１３が形成される第２側壁部１１Ｂ側の上方側領域において流れの滞留が広範囲で生じやすくなる傾向が生じる。このような傾向から図６に示すシミュレーション結果では、ガス入口部１３が形成される第２側壁部１１Ｂ側の上方側領域において種々の方向を向く遅い流れが広範囲に分布し、広範囲にわたり流れの滞留が生じている。

【0035】

これに対して、図５はバッフル板１５が設けられた復水器１の内部におけるタービン排気の流速ベクトルを示す図であり、図６の場合と同様のシミュレーションに基づき速度ベクトルが特定されている。バッフル板１５を設けた場合には、図５の結果と図６のバッフル板１５が無い場合の結果とを対比して明らかなように、本体胴容器１１の内部における流れの滞留が抑制されている。具体的には、種々の方向を向く遅い流れの分布が図６よりも縮小している。このようなシミュレーション結果からも、バッフル板１５を設けた場合には、本体胴容器１１に流入したタービン排気がガス入口部１３側に向けてスムーズに流れるようになることが分かる。

【0036】

そして、ガス入口部１３側に向けて流れるタービン排気は、バッフル板１５の上方の通流開口１８から、バッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間、ガス入口部１３、ガス冷却室１４の順に流れ、気体状態のままのタービン排気は矢印Ｄに示すように外部に排出される。ここで、本実施の形態では、上記通流開口１８の鉛直面における断面積をＳ１、バッフル板１５と本体胴容器１１の側壁部（詳しくは第２～第４側壁部１１Ｂ～１１Ｄ）とが、ガス入口部１３側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２としたとき、Ｓ１≧Ｓ２の関係が成り立つ。これにより、通流開口１８からバッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間にかけて流れるタービン排気の流速の低下が抑制され、タービン排気の圧力損失が抑制される。これにより、通流開口１８からバッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間においても流れの滞留が抑制されるようになる。

【0037】

また、ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分の鉛直面における断面積をＳ３、ガス冷却室１４の水平面における断面積をＳ４としたとき、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立つ。これにより、バッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間からガス入口部１３、ガス冷却室１４にかけて流れるタービン排気の流速の低下も抑制され、タービン排気の圧力損失が抑制される。これにより、バッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間からガス入口部１３、ガス冷却室１４においても流れの滞留が抑制される。より詳しくは、本実施の形態では、Ｓ１≧Ｓ２≧Ｓ３≧Ｓ４の関係が成り立つことで、タービン排気の流速の低下が効果的に抑制され、通流開口１８以降の流れの滞留が効果的に抑制されるようになる。

【0038】

したがって、本実施の形態によれば、復水器内部における流れの滞留を抑制することで、復水器内部の真空度を所望の状態に安定的に保つことができる。

【0039】

すなわち、地熱発電プラントにおいてタービンから排出されるタービン排気は水蒸気と不凝縮ガスとの混合流体であり、この場合、本体胴容器１１では水蒸気のみが凝縮するため、タービン排気は下流側に流れるに従い、徐々に流速が低下すると共に不凝縮ガス濃度が上昇する。そのため、本体胴容器１１のガス冷却室１４側では不凝縮ガス濃度が高くなり且つタービン排気の流速も遅くなるため、流れの滞留が生じやすくなる。このような流れの滞留が生じてしまうと、復水器１から不凝縮ガスが排出されにくくなり、伝熱性能が低下し復水器内部の真空度が悪化してしまう場合がある。これに対し、本実施の形態ではガス入口部１３に対向するバッフル板１５を設けることで、復水器内部における流れの滞留を抑制でき、復水器内部での不凝縮ガスの滞留が抑制される。これにより、不凝縮ガスをスムーズに排出することが可能となるため、復水器内部の真空度を所望の状態に安定的に保つことができる。

【0040】

とりわけ、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係や、Ｓ１≧Ｓ２の関係が成り立つ。これにより、通流開口１８以降の流れの滞留も抑制されて不凝縮ガスが効果的に排出されるため、復水器内部の真空度を効果的に改善することができる。

【0041】

＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る直接接触式復水器について図７を用いて説明する。本実施の形態に係る復水器の構成部分のうちの第１の実施の形態の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0042】

図７（Ａ）に示すように、本実施の形態は、バッフル板１５に水平方向に貫通する空隙部１５Ｓが設けられる点で第１の実施の形態と異なっている。空隙部１５Ｓは複数設けられ、水平方向に長尺となるスリット形状に形成されている。

【0043】

また図２乃至図４も参照し、本実施の形態では、通流開口１８の鉛直面における断面積をＳ１、バッフル板１５と本体胴容器１１の側壁部（詳しくは第２～第４側壁部１１Ｂ～１１Ｄ）とが、ガス入口部１３側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２、ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分の鉛直面における断面積をＳ３、ガス冷却室１４の水平面における断面積をＳ４、空隙部１５Ｓの鉛直面における断面積（複数の空隙部１５Ｓの断面積の総合計）をＳ５としたときに、Ｓ１＋Ｓ５≧Ｓ２の関係が成り立つ。また、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立つ。

【0044】

以上のような第２の実施の形態に係る復水器では、バッフル板１５の空隙部１５Ｓを通過してタービン排気がガス入口部１３側に流れるようになり、バッフル板１５の前、つまりバッフル板１５のタービン排気ダクト１０側において流れの滞留が生じにくくなる。

【0045】

上述の第１の実施の形態ではバッフル板１５を設置することにより、本体胴容器１１の内部の流れの滞留を抑制したが、バッフル板１５が自身に衝突する流れの水平方向の通過を完全に遮断する場合には、バッフル板１５の前（タービン排気ダクト１０側）に流れの滞留が生じやすくなる虞がある。これに対し、本実施の形態ではバッフル板１５に空隙部１５Ｓを設けることでタービン排気が空隙部１５Ｓを通過できるため、バッフル板１５の前に流れの滞留が生じることを抑制できる。これにより、不凝縮ガスをスムーズに排出することが可能となるため、復水器内部の真空度を所望の状態により確実に保つことができる。

【0046】

また、上述のようにＳ１＋Ｓ５≧Ｓ２の関係が成り立つことで、通流開口１８及び空隙部１５Ｓからバッフル板１５と第２側壁部１１Ｂとの間に向けて流れるタービン排気の流速の低下を抑制でき、タービン排気の圧力損失を抑制できる。これにより、通流開口１８及び空隙部１５Ｓ以降の流れの滞留を抑制できるため、所望の真空度を一層確実に得ることができるようになる。

【0047】

なお、図７（Ａ）では、空隙部１５Ｓが水平方向に長尺となるスリット形状に形成されるが、空隙部１５Ｓの形状は特に限られるものではない。例えば空隙部１５Ｓの形状の変形例として、図７（Ｂ）に示すような上下方向に長尺な形状や、図７（Ｃ）に示すような円形が挙げられる。また空隙部１５Ｓは楕円形などであってもよい。

【0048】

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る直接接触式復水器について図８及び図９を用いて説明する。本実施の形態に係る復水器の構成部分のうちの第１及び第２の実施の形態の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0049】

本実施の形態に係る復水器は、上方流入型の直接接触式復水器である点で第１の実施の形態と異なる。詳しくは、図８に示す本実施の形態に係る復水器は、タービンからのタービン排気が流入するタービン排気ダクト１０と、タービン排気ダクト１０に接続され、タービン排気ダクト１０からのタービン排気を上方から受け入れる本体胴容器１１と、本体胴容器１１の内部に冷却水を供給する冷却水供給管１２と、タービン排気ダクト１０から水平方向に離間した位置で本体胴容器１１に設けられて水平方向に開口するガス入口部１３と、ガス入口部１３を介して本体胴容器１１に接続されるガス冷却室１４と、ガス入口部１３に対向するように本体胴容器１１の内部に配置されるバッフル板１５と、を備えている。そして、バッフル板１５の上部１５Ａと当該上部１５Ａと上下方向に対向する本体胴容器１１の内壁面との間に、タービン排気が通過する通流開口１８が形成されている。

【0050】

本体胴容器１１は水平方向に長尺に形成され、その上部の長手方向の中央位置にタービン排気ダクト１０を接続させている。本体胴容器１１は、矢印Ａ’に示すようにタービン排気ダクト１０からの排気を上方から鉛直方向に沿って流入させ、その内部で冷却水供給管１２からの冷却水をタービン排気に直接的に接触させることにより、タービン排気に含まれる水蒸気を凝縮させる。本実施の形態では、本体胴容器１１の長手方向中央位置に対して一方側及び他方側のそれぞれに、ガス入口部１３、ガス冷却室１４及びバッフル板１５が設けられている。つまり、本体胴容器１１には、一対のガス入口部１３、一対のガス冷却室１４、及び一対のバッフル板１５が設けられている。また、図９は図８のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図であり、同図に示すように、本体胴容器１１の長手方向に直交する鉛直面での断面形状は円形になっている。

【0051】

本実施の形態においてもバッフル板１５は、厚み方向に対向する一対の主面が鉛直方向に平行となり、且つ主面の一方がガス入口部１３と水平方向に対向するように配置される。ただし、本実施の形態においても、バッフル板１５は鉛直方向に対して傾斜する状態で配置されてもよい。また図９に示すように、本体胴容器１１の鉛直面での断面形状は円形であるため、バッフル板１５の側部は本体胴容器１１の円弧に沿うように湾曲している。また本実施の形態におけるバッフル板１５は、タービン排気ダクト１０の下流側開口に対して水平方向に離間した位置に配置され、より詳しくは冷却水供給管１２の端部よりもガス入口部１３側に配置されている。なお、本実施の形態では、冷却水供給管１２が本体胴容器１１の長手方向に沿う状態で配置されている。

【0052】

そして本実施の形態においても、図８に示すように、バッフル板１５の上方に形成される通流開口１８の鉛直面における断面積をＳ１、バッフル板１５と本体胴容器１１の側壁部とが、ガス入口部１３側に形成する空間の水平面における断面積をＳ２としたとき、Ｓ１≧Ｓ２の関係が成り立つ。

【0053】

また、ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分の鉛直面における断面積をＳ３、ガス冷却室１４の水平面における断面積をＳ４としたとき、Ｓ２≧Ｓ３、及び／又は、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立っており、詳しくは、本実施の形態でも、Ｓ２≧Ｓ３、及び、Ｓ２≧Ｓ４の関係が成り立ち、さらには、Ｓ３≧Ｓ４の関係も成り立っている。つまり、Ｓ１≧Ｓ２≧Ｓ３≧Ｓ４の関係が成り立っている。なお、本実施の形態においても、「ガス入口部１３においてタービン排気が通過する部分」は、ガス入口部１３における混合水ＭＷの水面よりも上方の部分に対応する。また、本実施の形態においてもバッフル板１５に第２の実施の形態で説明したような空隙部１５Ｓが設けられてもよく、この場合、Ｓ１＋Ｓ５≧Ｓ２の関係が成り立ってもよい。

【0054】

以上のような第３の実施の形態に係る復水器においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。本実施の形態に係る復水器のような上方流入型の直接接触式復水器は、出力１０ＭＷ以下の比較的小型のプラントで用いられることが多い。このような上方流入型の直接接触式復水器では、タービン排気が上方から流入した後、左右に分岐する流れになるため、凝縮の効率化を図るべく本実施の形態のようにガス冷却室１４が左右に設置されることが一般的である。本実施の形態では、各ガス冷却室１４のそれぞれに対応して、バッフル板１５が設けられることで、左右に生じ得る流れの滞留を効果的に抑制できる。

【0055】

以上、各実施の形態を説明したが、上記の各実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0056】

１…直接接触式復水器、１０…タービン排気ダクト、１１…本体胴容器、１１Ａ…第１側壁部、１１Ｂ…第２側壁部、１１Ｃ…第３側壁部、１１Ｄ…第４側壁部、１２…冷却水供給管、１２Ａ…配管部、１２Ｂ…スプレーノズル、１３…ガス入口部、１４…ガス冷却室、１４Ａ…ガス出口部、１５…バッフル板、１５Ａ…上部、１５Ｓ…空隙部、１６…混合水出口ノズル、１７…ホットウェル、１８…通流開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】