特許 7086821 直接接触式復水装置

(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】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】直接接触式復水装置

(51)【国際特許分類】

   F01K 9/00 20060101AFI20220613BHJP

   F28B 3/04 20060101ALI20220613BHJP

   F28B 9/04 20060101ALI20220613BHJP

   F28B 3/06 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

F01K9/00 B

F28B3/04

F28B9/04

F28B3/06

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018210374

(22)【出願日】2018-11-08

(65)【公開番号】P2020076368

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2021-03-01

(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】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梅本 靖子

(72)【発明者】

【氏名】川口 尭

【審査官】中村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５３－１４６００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７０３６４５４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０８４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４８２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０８７６６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｋ １／００－２１／０６

Ｆ２８Ｂ １／００－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蒸気タービンからのタービン排気が流入するタービン排気入口部と前記タービン排気入口部を介して前記タービン排気を受け入れる復水器本体容器とを有し、前記タービン排気を受け入れて冷却水を噴射して前記タービン排気中の蒸気を凝縮させ復水とする復水器と、
前記復水器で凝縮した前記復水を受け入れて冷却し前記冷却水として保持する冷却塔と、
前記復水を前記復水器から前記冷却塔に移送するための復水戻り管および前記復水戻り管に設けられた少なくとも１台の循環水ポンプと、
前記冷却塔から前記冷却水を前記復水器に移送するための冷却水供給管および前記冷却水供給管に設けられた冷却水供給弁と、
前記復水器の器内の圧力を大気圧にするための復水器外気供給系と、
を備えた直接接触式復水装置であって、
前記復水器は、前記復水器の前記器内に前記冷却水を散布して前記器内の圧力を負圧に維持する冷却水散布部を有し、
前記復水器外気供給系は、
通常外気供給管および前記通常外気供給管に設けられた通常真空破壊弁を有し前記蒸気タービンの停止の際に前記器内の圧力を大気圧にまで復帰させるために用いられる通常真空破壊系と、
緊急外気供給管および前記緊急外気供給管に設けられた緊急外気供給弁を有し前記通常真空破壊系の動作にもかかわらず前記復水器の水位が予め設定された水位を超えた場合に前記通常真空破壊系に加えて動作し前記通常真空破壊系よりも容量が大きな緊急外気供給系と、
を具備することを特徴とする直接接触式復水装置。

【請求項2】

前記通常外気供給管の第１の端部は前記タービン排気入口部に接続され、前記通常外気供給管の第２の端部は大気に開放されており、
前記緊急外気供給管の第１の端部は前記通常外気供給管の前記第１の端部と前記通常真空破壊弁との間において前記通常外気供給管に接続され、前記緊急外気供給管の第２の端部は大気に開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の直接接触式復水装置。

【請求項3】

前記通常外気供給管の第１の端部は前記タービン排気入口部に接続され、前記通常外気供給管の第２の端部は大気に開放されており、
前記緊急外気供給管の第１の端部は前記タービン排気入口部に接続され、前記緊急外気供給管の第２の端部は大気に開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の直接接触式復水装置。

【請求項4】

前記通常外気供給管の第１の端部は前記タービン排気入口部に接続され、前記通常外気供給管の第２の端部は大気に開放されており、
前記緊急外気供給管の第１の端部は前記復水器本体容器に接続され、前記緊急外気供給管の第２の端部は大気に開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の直接接触式復水装置。

【請求項5】

前記通常外気供給管の第１の端部は前記復水器本体容器に接続され、前記通常外気供給管の第２の端部は大気に開放されており、
前記緊急外気供給管の第１の端部は前記通常外気供給管の前記第１の端部と前記通常真空破壊弁との間において前記通常外気供給管に接続され、前記緊急外気供給管の第２の端部は大気に開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の直接接触式復水装置。

【請求項6】

前記通常外気供給管の第１の端部は前記復水器本体容器に接続され、前記通常外気供給管の第２の端部は大気に開放されており、
前記緊急外気供給管の第１の端部は前記復水器本体容器に接続され、前記緊急外気供給管の第２の端部は大気に開放されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の直接接触式復水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、直接接触式復水装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地熱発電プラントは、地熱により発生した蒸気を利用して蒸気タービンを回転させ、蒸気タービンで仕事を終えたタービン排気蒸気は、蒸気タービンに接続された復水装置により凝縮されるシステムである。一般に、地熱発電プラントで採用される復水器には、凝縮した復水を再利用する必要がないため熱交換率のよい直接接触式復水器が用いられ、復水器の冷却水を冷却する上では、冷却塔による直接接触式空気冷却方式が採用される場合が多い。

【0003】

徒来の復水式蒸気タービンにおいては、タービン排気をタービン回転軸に垂直な方向の下方向または上方向へ排出して、復水器へ流入させるのが一般的であったが、タービン排気を軸流方向へ排出し軸流方向において復水器を直結することによって、排気損失を低減することができエネルギー効率の大幅な向上が図られている。

【0004】

また、従来の方式の場合には、下方向または上方向に大きなスペースが必要であるが、軸流排気型タービンにおいては、軸方向で復水器と接続することにより、レイアウトが容易となり建設コストの低減効果が大きい。また、蒸気タービンの設置位置と復水器の設置位置が平面的に分離している、すなわち、たとえば互いに上下に配されているなど平面的位置が重複していることはないため、保守点検の面でも、工程短縮、コスト低減を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００１－１９３４１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

軸流排気タービンの場合、通常の直接接触式復水器では、直接接触式復水器からみてタービン排気の入口部であるタービン排気ダクト（タービン排気入口部）を通じて復水が蒸気タービン内に逆流しタービン損傷を起こすウォータインダクションと言われる事象によるリスクが、相対的に高くなる。復水器内が真空状態であるかぎり、循環水ポンプが停止し、さらに冷却水管の復水器入口弁が故障した場合には、冷却水が復水器に流入し続ける。

【0007】

このような事態を回避するために、冷却水供給系統にサイフォンブレーカを設置して、冷却水の蒸気タービンへの流入を防止する方法がある。しかしながら、循環水配管は一般的に大口径であるため、サイフォンブレーカを設置するためには広い施工面積を要する。

【0008】

また、プラント停止後に復水器内へのアクセスを可能とするために、復水器の器内圧を大気圧に戻す必要があり、このための手段として真空破壊弁が設置される。しかしながら、急激に外気を導入するとタービン最終段の温度の急上昇を招き好ましくないため、復水器の器内圧を真空から大気圧にするのに数分間を要するように、真空破壊弁の口径が選定される。

【0009】

復水の蒸気タービンへの逆流は、復水器の器内圧が大気圧まで早期に復帰することによっても防止することが可能である。しかしながら、この真空破壊弁を使用しても復水器の器内圧が大気圧まで復帰するには数分間を要することから、軸流排気タービンの場合、この数分間のうちに復水器内の復水の水位が上昇し、蒸気タービンに到達してしまう。

【0010】

他の方法として、冷却水供給系統にサイフォンブレーカを設置し、循環水ポンプトリップ時にこれを開とすることによって、復水器への冷却水流入を阻止する方法が知られている。しかしながら、この方法では、循環水ポンプトリップのたびにサイフォンブレーカを作動させることになる一方で、必ずしも、復水器水位との対応で作動させるものとはなっていない。

【0011】

そこで、本発明の実施形態は、循環水ポンプトリップ時において、復水器から蒸気タービンへのウォータインダクションを確実に防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る直接接触式復水装置は、蒸気タービンからのタービン排気が流入するタービン排気入口部と前記タービン排気入口部を介して前記タービン排気を受け入れる復水器本体容器とを有し、前記タービン排気を受け入れて冷却水を噴射して前記タービン排気中の蒸気を凝縮させ復水とする復水器と、前記復水器で凝縮した前記復水を受け入れて冷却し前記冷却水として保持する冷却塔と、前記復水を前記復水器から前記冷却塔に移送するための復水戻り管および前記復水戻り管に設けられた少なくとも１台の循環水ポンプと、前記冷却塔から前記冷却水を前記復水器に移送するための冷却水供給管および前記冷却水供給管に設けられた冷却水供給弁と、前記復水器の器内の圧力を大気圧にするための復水器外気供給系と、を備えた直接接触式復水装置であって、前記復水器は、前記復水器の器内に前記冷却水を散布して前記器内の圧力を負圧に維持する冷却水散布部を有し、前記復水器外気供給系は、通常外気供給管および前記通常外気供給管に設けられた通常真空破壊弁を有し前記蒸気タービンの停止の際に前記器内の圧力を大気圧にまで復帰させるために用いられる通常真空破壊系と、緊急外気供給管および前記緊急外気供給管に設けられた緊急外気供給弁を有し前記通常真空破壊系の動作にもかかわらず前記復水器の水位が予め設定された水位を超えた場合に前記通常真空破壊系に加えて動作し前記通常真空破壊系よりも容量が大きな緊急外気供給系と、を具備することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明の実施形態によれば、循環水ポンプトリップ時において、復水器から蒸気タービンへのウォータインダクションを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【図2】第１の実施形態に係る直接接触式復水装置における復水器内の復水の水位の設定値の説明図である。

【図3】第１の実施形態に係る直接接触式復水装置における復水器外気供給制御部の構成を示すブロック図である。

【図4】第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の作用を説明する復水器の器内圧の時間的変化を示すグラフである。

【図5】第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の作用を説明する復水器水位の時間的変化を示すグラフである。

【図6】第２の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【図7】第３の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【図8】第４の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【図9】第５の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る直接接触式復水装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。

【0016】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。

【0017】

直接接触式復水装置１００は、タービン排気入口部１０１、復水器１１０、復水戻り系１２０、冷却塔１３０、冷却水供給系１４０、および復水器外気供給系２００を有する。

【0018】

復水器１１０は、タービン排気入口部１０１を介して蒸気タービン１０からのタービン排気を受け入れて、冷却水を噴射し、受け入れたタービン排気を冷却水と直接に接触させることによりタービン排気中の蒸気を凝縮させて復水とし、タービン排気圧力を所定の負圧に維持する。

【0019】

復水器１１０は、タービン排気入口部１０１からタービン排気を受け入れる閉空間１１１ｓを形成する復水器本体容器１１１、閉空間１１１ｓ内に冷却水を散布する冷却水散布部１１２、および冷却塔１３０から供給されて冷却水散布部１１２に移送される冷却水を一時的に保持する復水器水室１１３を有する。

【0020】

復水器本体容器１１１は、冷却水散布部１１２を内蔵し、タービン排気入口部１０１を介して蒸気タービン１０からのタービン排気を受け入れる。復水器本体容器１１１は、タービン排気の流れに沿って、タービン回転軸方向に延びかつ上下に拡がっている。復水器本体容器１１１の底部には、冷却水と接触して冷却された蒸気が凝縮した復水、および蒸気の凝縮に使用されなかった散布された冷却水を保持するホットウェル１１１ｗが形成されている。

【0021】

ホットウェル１１１ｗから復水器本体容器１１１の外側に流出する復水は、さらに深い位置まで掘り下げられた吸い込み側ピット１１５に流入する。

【0022】

復水戻り系１２０は、復水器１１０から冷却塔１３０に復水を移送する系統であり、復水器１１０と冷却塔１３０を接続する復水戻り管１２１と、復水戻り管１２１に互いに並列に設けられた２台の循環水ポンプ１２２と、それぞれの循環水ポンプ１２２の出口側の復水戻り管１２１に設けられた循環水ポンプ出口弁１２３を有する。循環水ポンプ１２２は、吸い込み側ピット１１５内の復水を昇圧し、復水を大気圧状態の冷却塔１３０に圧送する。循環水ポンプ１２２は、２台に限定せず、１台あるいは３台以上の場合であってもよい。

【0023】

冷却塔１３０は、復水器１１０で生じた復水を受け入れて冷却し、復水器１１０に冷却水として供給する。冷却水は、冷却塔１３０内の圧力（大気圧）と復水器１１０内の圧力（負圧）との差圧と、冷却塔１３０および復水器１１０のそれぞれの高さ位置の差による静水頭とに基づく駆動力により、復水器１１０に供給される。

【0024】

冷却塔１３０は、上部開口１３１ａにより外気と連通し内部が大気圧である開放容器１３１、復水を開放容器１３１の内部に散布する散水管１３２、散布されている復水に外気を送風する冷却ファン１３３を有する。開放容器１３１の径方向の外側には、堰１３４が設けられている。堰１３４の内部は、開放容器１３１の下部開口１３１ｂを介して開放容器１３１の底部と連通している。散水管１３２により開放容器１３１内に散布された復水は、冷却ファン１３３から送られる外気により蒸発潜熱を奪われ冷却され、開放容器１３１の底部および堰１３４内に保持される。

【0025】

冷却水供給系１４０は、冷却塔１３０から復水器１１０に冷却水を移送する系統である。冷却水供給系１４０は、堰１３４内と復水器水室１１３とを接続する冷却水供給管１４１と、冷却水供給管１４１に設けられた冷却水供給弁１４２を有する。冷却水供給弁１４２は、冷却水供給管１４１を経て移送される冷却水の流量を調節可能である。なお、冷却水移送の駆動力は、堰１３４から復水器本体容器１１１の閉空間１１１ｓに噴射されるまで、大気圧Ｐａと器内圧との差圧から、堰１３４の高さ位置と復水器本体容器１１１内の冷却水散布部１１２とのヘッド差を減じた値となる。

【0026】

復水器外気供給系２００は、通常真空破壊系２１０、緊急外気供給系２２０、復水器水位測定系２３０および復水器外気供給制御部２４０を有する。通常真空破壊系２１０および緊急外気供給系２２０は、タービン排気入口部１０１に接続されている。

【0027】

通常真空破壊系２１０は、通常外気供給管２１１、および通常真空破壊弁２１２を有する。通常外気供給管２１１は、レデューサ２１１ｃを介して互いに直列に接続されている通常外気供給大径管２１１ａおよび通常外気供給小径管２１１ｂを有する。通常真空破壊弁２１２は、通常外気供給小径管２１１ｂに設けられている。通常真空破壊弁２１２は、オンオフ弁である。なお、通常真空破壊弁２１２は、調節弁であってもよい。

【0028】

通常外気供給大径管２１１ａの第１の端部は、タービン排気入口部１０１に接続され、第２の端部はレデューサ２１１ｃの大径側に接続されている。また、通常外気供給小径管２１１ｂの第１の端部はレデューサ２１１ｃの小径側に接続されており、第２の端部は外気に開放されている。

【0029】

緊急外気供給系２２０は、緊急外気供給管２２１、および緊急外気供給管２２１に設けられた緊急外気供給弁２２２を有する。緊急外気供給管２２１の第１の端部は、通常外気供給大径管２１１ａに接続されており、第２の端部は、外気に開放されている。緊急外気供給弁２２２は、オンオフ弁である。なお、通常真空破壊弁２１２は、調節弁であってもよい。

【0030】

通常真空破壊系２１０の通常外気供給大径管２１１ａおよび緊急外気供給系２２０の緊急外気供給管２２１は、通常真空破壊系２１０の通常外気供給小径管２１１ｂの口径よりも大きな口径を有する。また、緊急外気供給系２２０の緊急外気供給弁２２２は、通常真空破壊系２１０の通常真空破壊弁２１２の容量よりも大きな容量を有する。この結果、緊急外気供給系２２０の動作による復水器１１０への外気の流入速度は、通常真空破壊系２１０の動作による復水器１１０への外気の流入速度よりも大きくなるように形成される。

【0031】

なお、上記の構成に代えて、緊急外気供給系２２０の緊急外気供給管２２１の端部が直接にタービン排気入口部１０１に接続され、通常真空破壊系２１０は通常外気供給大径管２１１ａを有さずに通常外気供給小径管２１１ｂが緊急外気供給管２２１に接続されている構成としてもよい。

【0032】

通常真空破壊系２１０は、蒸気タービン１０の通常停止過程において復水器１１０の真空を破壊する。すなわち、復水器１１０の復水器本体容器１１１内の閉空間１１１ｓ内を外気に導通させて、閉空間１１１ｓの圧力を、蒸気タービン１０の運転状態における大気圧より十分に低い真空状態から大気圧にまで、数分間の時間をかけて復帰させる。

【0033】

緊急外気供給系２２０は、緊急に復水器１１０の真空を破壊する必要が生じた場合に、短時間で外気を復水器１１０の閉空間１１１ｓ内に導入し、閉空間１１１ｓの圧力を、短時間で真空状態から大気圧にまで復帰させる。この時間は、通常真空破壊系２１０による大気圧までの復帰時間に比べて十分に短く設定される。

【0034】

緊急に復水器１１０の真空を破壊する必要が生じた場合の例としては、復水器１１０内の水位が急速に上昇する事象が発生した場合がある。具体的には、たとえば、循環水ポンプ１２２の１台が不調により停止し、あるいは電源喪失等により全台が停止し、かつ、冷却水供給弁１４２が閉止できなかった場合がある。少なくとも１台の循環水ポンプ１２２が停止すると、復水器１１０内でタービン排気が冷却されることにより発生し続ける復水を復水器１１０から排出する能力が低下する。この場合、冷却塔１３０から復水器１１０に供給される冷却水の流量を低下させるために、冷却水供給弁１４２の開度を絞る、あるいは冷却水供給弁１４２が複数の場合は一部の冷却水供給弁１４２を閉止する必要がある。この状況で、冷却水の流量を減少させられない場合は、復水器１１０内の復水の水位は上昇し続けることになる。

【0035】

復水器１１０内の復水水位は、復水器水位測定系２３０により測定され、復水器水位信号が出力される。ただし、水位測定の目的が、蒸気タービン１０へのウォータインダクションの防止にあることから、水位の位置を正確に把握する必要がある。

【0036】

水位の測定は、図１に示すような差圧式によることでもよいが、差圧式の場合は、温度補正次第で、実際の水位と異なる結果が得られる場合もあり、温度補正を注意して行う。あるいは、透明な水位ゲージを復水器本体容器１１１の外側に設け、光学的に水位を測定することでもよい。

【0037】

以下に、本実施形態による直接接触式復水装置１００の作用について説明する。

【0038】

図２は、第１の実施形態に係る直接接触式復水装置における復水器内の復水の水位の設定値の説明図である。復水器１１０内の復水の水位（以下、復水器水位）に関しては、通常水位（ＮＷＬ）、復水器水位高（ＨＬ）、復水器水位高高（ＨＨＬ）、復水器水位高高高（ＨＨＨＬ）、および復水器緊急水位（ＥＷＬ）の各レベルに水位設定がされている。設定された復水器水位は、復水器外気供給制御部２４０の後述する設定値記憶部２４１に記憶される。

【0039】

通常水位（ＮＷＬ）は、ホットウェル１１１ｗにおける復水の通常の水位であり、復水器水位の制御設定値である。蒸気タービン１０の通常運転中は、ホットウェル１１１ｗの水位は、たとえば冷却水供給弁１４２の開度調整等により通常水位（ＮＷＬ）となるように制御されるため、ホットウェル１１１ｗの水位は通常水位（ＮＷＬ）を中心としたある幅の範囲内にあると考えられる。

【0040】

復水器水位高（ＨＬ）は、警報設定値である。たとえば、蒸気タービン１０の蒸気量が変化する等の外乱により、復水器１１０の水位がこの制御状態を逸脱して上昇した場合に、運転員の注意を喚起するために発せられる。

【0041】

復水器水位高高（ＨＨＬ）として設定された水位は、通常真空破壊系２１０を動作させるための設定水位である。復水器水位高高（ＨＨＬ）の水位は、復水器１１０内の下方に設けられた気液分離の機構（図示せず）が水没する状態に対応する水位である。この状態になると、通常の運転時において復水器１１０が担うべき機能の一部が損なわれたものとして、通常は、蒸気タービン１０の出力を低下させる、あるいは、蒸気タービン１０を停止するなどの措置が取られる。また、直接接触式復水装置１００においては、蒸気タービン１０へのウォータインダクションを防止する観点からも、通常真空破壊系２１０により外気を復水器１１０に導入し、復水器１１０の真空を破壊する。

【0042】

復水器緊急水位（ＥＷＬ）は、たとえば、タービン排気入口部１０１と復水器本体容器１１１との接続部の下端のレベルに設定され、実際に、蒸気タービン１０へのウォータインダクションが生じ始めるとされる水位である。

【0043】

復水器水位高高高（ＨＨＨＬ）として設定された水位は、復水器１１０内の水位が、復水器緊急水位（ＥＷＬ）に到達するのを防止するために、緊急外気供給系２２０を動作させるための設定水位である。

【0044】

図３は、直接接触式復水装置における復水器外気供給制御部の構成を示すブロック図である。復水器外気供給制御部２４０は、設定値記憶部２４１、照合部２４２、判定部２４３、および指令部２４４を有する。

【0045】

設定値記憶部２４１は、前述の復水器水位高（ＨＬ）などの復水器水位のそれぞれの設定値を記憶するメモリである。

【0046】

照合部２４２は、復水器水位測定系２３０からの水位信号２３１ａを受け入れるとともに、その水位を、設定値記憶部２４１から読み出した復水器水位の各設定値と比較照合する。

【0047】

判定部２４３は、照合部２４２で照合した内容から、復水器水位が各設定値に到達したか否かを判定する。

【0048】

指令部２４４は、判定部２４３により、復水器水位がある設定値に到達したと判定された場合に、その設定値に対応した指定を対象部に出力する。たとえば、復水器水位高（ＨＬ）に到達したと判定された場合は、制御盤に警報出力を指令する。あるいは、復水器水位高高高（ＨＨＨＬ）に到達したと判定された場合には、緊急外気供給系２２０に動作指令２４０ｂを出力する。すなわち、具体的には、緊急外気供給弁２２２に開指令を出力する。また、通常のタービントリップ時には、通常真空破壊系２１０に動作指令２４０ａを出力する。

【0049】

以上の復水器外気供給制御部２４０の構成は、計算機あるいはＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いて実現してもよいし、メモリとハードのリレーロジックの組み合わせで実現してもよい。なお、計算機を用いる場合も、分散制御システム（ＤＣＳ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）により実現する方式、計算機がアクチュエータに直接指令を出力する直接制御（ＤＤＣ：）Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）方式、あるいはアナログ制御系に計算機が動作指令のキック信号を出力する方式等、適宜選択することでよい。

【0050】

図４は、第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の作用を説明する復水器の器内圧の時間的変化を示すグラフである。横軸は時間を、また、縦軸は復水器１１０の器内圧を示す。また、図５は、第１の実施形態に係る直接接触式復水装置の作用を説明する復水器水位の時間的変化を示すグラフである。横軸は時間を、また、縦軸は復水器水位を示す。

【0051】

今、蒸気タービン１０の通常運転中は、復水器１１０の器内圧は正常な負圧ｐ０であり、復水器水位は通常水位（ＮＷＬ）であったとする。ここで、時刻ｔ１に、循環水ポンプ１２２の１台が停止し、かつ、冷却水供給弁１４２が閉止しない事象が発生したとする。この結果、蒸気タービン１０から復水器１１０への排気蒸気の流入量と冷却塔１３０から復水器１１０への冷却水の流入量の合計が、循環水ポンプ１２２による復水器１１０から冷却塔１３０への復水の排出流量と均衡していた状態から、復水器１１０への流入量の合計が復水器１１０からの排出流量より大きい状態に移行する。

【0052】

これにより、復水器１１０内の復水のインベントリが増加し続けるため、図５の曲線ＬＡで示すように、水位はほぼ直線的に上昇する。復水器１１０内の水位は上昇し、時刻ｔ２において復水器水位高（ＨＬ）の水位に到達し、警報が発せられ運転員に異常の発生を知らせるが、復水器水位はそのまま上昇し続ける。なお、この間、復水器１１０の器内圧はｐ０のままである。

【0053】

時刻ｔ３において復水器水位が、復水器水位高高（ＨＨＬ）の水位に到達すると、通常真空破壊系２１０が動作し、通常真空破壊弁２１２を介して外気が復水器１１０内に流入し、復水器１１０の閉空間１１１ｓの真空度が低下する。すなわち、図４の曲線ＰＢに示すように、復水器１１０の器内圧が上昇する。この結果、冷却塔１３０と復水器１１０の器内圧との差圧が減少するので、冷却水供給弁１４２にかかる差圧も低下する。

【0054】

冷却水供給弁１４２を通過する流量は、差圧の低下に応じて低下する。なお、冷却塔１３０において冷却水に空気が混入していることにより冷却水が完全な非圧縮性流体の挙動を取らない場合、あるいは、熱的なバランスが崩れるなどして冷却水供給弁１４２の出口側で冷却水のフラッシュが発生するような場合には、冷却水供給弁１４２の出口側の圧力の入口側の圧力に対する圧力の比が低い領域では、圧縮性流体の臨界流と同様に、冷却水供給弁１４２を通過する流量は、冷却水供給弁１４２の出口側（復水器１１０側）の圧力によらず入口側の圧力（大気圧に近い）にのみ依存し、ほぼ一定となる可能性が考えられる。しかしながら、このような場合でも、圧力の比が所定の値以上となれば、冷却水供給弁１４２前後の差圧の低下に応じて、冷却水供給弁１４２を通過する流量は低下する。

【0055】

以上の結果、水位の上昇の様相は、曲線ＬＡの延長線である曲線ＬＡ０に沿って上昇する代わりに、曲線ＬＢに沿って上昇速度が次第に低下する。

【0056】

しかしながら、通常真空破壊系２１０による真空破壊は、蒸気タービン１０を中心とするシステムの通常停止過程での動作であるので、復水器１１０の器内圧の上昇速度は小さい。この状態が図５の曲線ＬＢ０のように継続すれば、時刻ｔ５で復水器緊急水位（ＥＷＬ）に到達してしまうが、その前に、時刻ｔ４で、復水器水位高高高（ＨＨＨＬ）に到達し、緊急外気供給系２２０が動作する。

【0057】

緊急外気供給系２２０が動作すると、緊急外気供給弁２２２が開き、それまでの通常真空破壊弁２１２に加えて緊急外気供給弁２２２を介して外気が復水器１１０内の閉空間１１１ｓに流入する。この際、緊急外気供給弁２２２の容量が通常真空破壊弁２１２の容量より大きいため、図４の曲線ＰＣに示すように、復水器１１０の器内圧が、時刻ｔ４における器内圧ｐ１から急激に上昇する。この結果、冷却水供給弁１４２の差圧が急激に低下し、冷却水供給弁１４２を通過する流量も急激に低下するので、復水器水位も、図５の曲線ＬＣに示すように上昇速度が急激に低下する。

【0058】

最終的には、復水器１１０の器内圧が外気圧ｐａと平衡する状態では、復水器１１０の水位も復水器緊急水位（ＥＷＬ）に至ることなく、それよりも低い水位に留まり、蒸気タービン１０へのウォータインダクションは回避される。

【0059】

なお、冷却塔１３０から復水器１１０への冷却水の供給を確実に止める他の方策として、冷却水供給弁１４２を２台直列に配する方法も考えられる。しかしながら、この構成は、２台の冷却水供給弁１４２のいずれかが閉止すれば通常運転時の復水器１１０への冷却水の供給が停止することになり、通常運転時の復水器１１０への冷却水の供給の信頼性を低下させることになる。冷却水供給の信頼性を確保しつつ、かつ不具合発生時には冷却水の停止を確実に行うには、直列に配された２台の冷却水供給弁１４２を並列に配する必要があり、設備上の過剰な負担が生ずる。

【0060】

一方、本実施形態の場合は、緊急外気供給弁２２２を２台並列に配する構成とすれば、ウォータインダクション回避の信頼性を上げることが可能である。

【0061】

以上のように、本実施形態によれば、循環水ポンプトリップ時において、復水器から蒸気タービンへのウォータインダクションを確実に防止することができる。

【0062】

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形であり、第１の実施形態における復水器外気供給系２００に代えて復水器外気供給系３００が設けられている。復水器外気供給系３００は、通常真空破壊系３１０および緊急外気供給系３２０を有しており、通常真空破壊系３１０および緊急外気供給系３２０は、互いに独立に、それぞれが、タービン排気入口部１０１に接続されている点が第１の実施形態とは異なる。その他の点では、第１の実施形態と同様である。

【0063】

通常真空破壊系３１０は、通常外気供給管３１１と、通常外気供給管３１１に設けられた通常真空破壊弁３１２を有する。通常外気供給管３１１の第１の端部は、タービン排気入口部１０１に接続されており、第２の端部は外気に開放されている。通常外気供給管３１１は、第１の実施形態における通常外気供給小径管２１１ｂの口径と同程度の口径を有する。また、通常真空破壊弁３１２は、第１の実施形態における通常真空破壊弁２１２と同程度の容量を有する。

【0064】

緊急外気供給系３２０は、緊急外気供給管３２１と、緊急外気供給管３２１に設けられた緊急外気供給弁３２２を有する。緊急外気供給管３２１は、第１の実施形態における緊急外気供給管２２１の口径と同程度の口径を有する。また、緊急外気供給弁３２２は、第１の実施形態における緊急外気供給弁２２２と同程度の容量を有する。

【0065】

このように、通常真空破壊系３１０および緊急外気供給系３２０は、互いに独立に、それぞれが、タービン排気入口部１０１に接続されている。

【0066】

本第２の実施形態における復水器外気供給系３００は、特に、通常真空破壊系３１０が設置されているプラントに、緊急外気供給系３２０を増設しようとする場合に有効である。

【0067】

すなわち、通常真空破壊系３１０が設置されているプラントに、第１の実施形態に係る復水器外気供給系２００の形態を実現するためには、既設の通常真空破壊系３１０のうちの新たに設ける緊急外気供給系３２０との接続部より上流側を、大口径の通常外気供給大径管２１１ａに交換する必要がある。

【0068】

一方、本第２の実施形態においては、新たに緊急外気供給系３２０を設置するに際して、既設の通常真空破壊系３１０を変更する必要が無く、錯綜した状況を避けることができ、施工上および品質管理上のメリットを有する。

【0069】

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。本実施形態は、第２の実施形態の変形である。

【0070】

第３の実施形態における復水器外気供給系４００は、通常真空破壊系３１０および緊急外気供給系４２０を有する。通常真空破壊系３１０は、第２の実施形態における通常真空破壊系３１０と同一である。本第３の実施形態においては、第２の実施形態における緊急外気供給系３２０に代えて、緊急外気供給系４２０が設けられている。これ以外は、第２の実施形態と同様である。

【0071】

緊急外気供給系４２０は、緊急外気供給管４２１と、緊急外気供給管４２１に設けられた緊急外気供給弁４２２を有する。緊急外気供給管４２１は、第１の端部が復水器本体容器１１１に接続されている。また、緊急外気供給管４２１の第２の端部は、外気に開放されている。

【0072】

緊急外気供給管４２１は、第２の実施形態における緊急外気供給管３２１の口径と同程度の口径を有する。また、緊急外気供給弁４２２は、第２の実施形態における緊急外気供給弁３２２と同程度の容量を有する。

【0073】

以上のように、第２の実施形態における通常真空破壊系３１０と緊急外気供給系３２０は、本第３の実施形態における通常真空破壊系３１０と緊急外気供給系４２０とは、互いに同様の構成でかつそれぞれの容量も同様の組み合わせである。両者の違いは、第２の実施形態における通常真空破壊系３１０と緊急外気供給系３２０が、いずれもタービン排気入口部１０１に接続されているのに対して、本第３の実施形態においては、通常真空破壊系３１０はタービン排気入口部１０１に接続される一方、緊急外気供給系４２０は復水器本体容器１１１に接続されている点である。

【0074】

このような違いは、復水器外気供給系３００および復水器外気供給系４００による構成の自由度を増し、配置調製上の対応範囲の増加をもたらす。また、通常真空破壊系３１０と緊急外気供給系４２０による外気の流入箇所が近接している場合には、流入箇所での互いの流れの干渉が圧力損失となり流量を低下させる要因ともなり得るが、本実施形態においては、そのような影響はない。

【0075】

［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態においては、復水器外気供給系２００がタービン排気入口部１０１に接続しているが、本第４の実施形態においては、復水器外気供給系５００が復水器本体容器１１１に接続している点が異なる。その他の点では、本第４の実施形態は、第１の実施形態と同様である。

【0076】

本第４の実施形態における復水器外気供給系５００は、通常真空破壊系５１０および緊急外気供給系５２０を有する。

【0077】

通常真空破壊系５１０は、通常外気供給管５１１、および通常真空破壊弁５１２を有する。通常外気供給管５１１は、レデューサ５１１ｃを介して互いに直列に接続されている通常外気供給大径管５１１ａおよび通常外気供給小径管５１１ｂを有する。通常真空破壊弁５１２は、通常外気供給小径管５１１ｂに設けられている。

【0078】

通常外気供給大径管５１１ａの第１の端部は、復水器本体容器１１１に接続され、第２の端部はレデューサ５１１ｃの大径側に接続されている。また、通常外気供給小径管５１１ｂの第１の端部はレデューサ５１１ｃの小径側に接続されており、第２の端部は外気に開放されている。

【0079】

緊急外気供給系５２０は、緊急外気供給管５２１、および緊急外気供給管５２１に設けられた緊急外気供給弁５２２を有する。緊急外気供給管５２１の第１の端部は、通常外気供給大径管５１１ａに接続されており、第２の端部は、外気に開放されている。

【0080】

ここで、通常真空破壊系５１０は、復水器本体容器１１１への外気の導入について、第１の実施形態における通常真空破壊系２１０と同様の容量を有する。また、緊急外気供給系５２０は、復水器本体容器１１１への外気の導入について、第１の実施形態における緊急外気供給系２２０と同様の容量を有する。

【0081】

本第４の実施形態においては、復水器外気供給系５００が接続している対象が、復水器本体容器１１１であり、タービン排気の最下流の部分である。すなわち、最も圧力が低い部分である点では、外気との差圧が最も大きい箇所である。この結果、外気の流入流量確保上、有利である。

【0082】

［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態に係る直接接触式復水装置の構成を示す系統図である。本第５の実施形態は、第４の実施形態の変形であり、第４の実施形態における復水器外気供給系５００に代えて復水器外気供給系６００が設けられている。復水器外気供給系６００は、通常真空破壊系６１０および緊急外気供給系４２０を有しており、通常真空破壊系６１０および緊急外気供給系４２０は、互いに独立に、それぞれが、復水器本体容器１１１に接続されている点が第４の実施形態とは異なる。その他の点では、第４の実施形態と同様である。

【0083】

通常真空破壊系６１０は、通常外気供給管６１１と、通常外気供給管６１１に設けられた通常真空破壊弁６１２を有する。通常外気供給管６１１の第１の端部は復水器本体容器１１１に接続されており、第２の端部は外気に開放されている。通常外気供給管６１１は、第４の実施形態における通常外気供給小径管５１１ｂの口径と同程度の口径を有する。また、通常真空破壊弁６１２は、第４の実施形態における通常真空破壊弁５１２と同程度の容量を有する。

【0084】

緊急外気供給系４２０は、第３の実施形態と同様である。

【0085】

本実施形態においては、通常真空破壊系６１０および緊急外気供給系４２０が、互いに独立に構成されている点による効果は、第２の実施形態と同様である。また、本実施形態においては、復水器外気供給系６００が復水器本体容器１１１に接続されている点による効果は、第４の実施形態と同様である。すなわち、本第５の実施形態は、第２の実施形態および第４の実施形態の効果を併せ持っている。

【符号の説明】

【0086】

１０…蒸気タービン、１００…直接接触式復水装置、１０１…タービン排気入口部、１１０…復水器、１１１…復水器本体容器、１１１ｓ…閉空間、１１１w…ホットウェル、１１２…冷却水散布部、１１３…復水器水室、１１５…吸い込み側ピット、１２０…復水戻り系、１２１…復水戻り管、１２２…循環水ポンプ、１２３…循環水ポンプ出口弁、１３０…冷却塔、１３１…開放容器、１３１ａ…上部開口、１３１ｂ…下部開口、１３２…散水管、１３３…冷却ファン、１３４…堰、１４０…冷却水供給系、１４１…冷却水供給管、１４２…冷却水供給弁、２００…復水器外気供給系、２１０…通常真空破壊系、２１１…通常外気供給管、２１１ａ…通常外気供給大径管、２１１ｂ…通常外気供給小径管、２１１ｃ…レデューサ、２１２…通常真空破壊弁、２２０…緊急外気供給系、２２１…緊急外気供給管、２２２…緊急外気供給弁、２３０…復水器水位測定系、２４０…復水器外気供給制御部、２４１…設定値記憶部、２４２…照合部、２４３…判定部、２４４…指令部、３００…復水器外気供給系、３１０…通常真空破壊系、３１１…通常外気供給管、３１２…通常真空破壊弁、３２０…緊急外気供給系、３２１…緊急外気供給管、３２２…緊急外気供給弁、４００…復水器外気供給系、４２０…緊急外気供給系、４２１…緊急外気供給管、４２２…緊急外気供給弁、５００…復水器外気供給系、５１０…通常真空破壊系、５１１…通常外気供給管、５１１ａ…通常外気供給大径管、５１１ｂ…通常外気供給小径管、５１１ｃ…レデューサ、５１２…通常真空破壊弁、５２０…緊急外気供給系、５２１…緊急外気供給管、５２２…緊急外気供給弁、６００…復水器外気供給系、６１０…通常真空破壊系、６１１…通常外気供給管、６１２…通常真空破壊弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】