表面式凝汽器とは何か
表面蒸気凝縮器は、火力発電所や他の蒸気を使用するアプリケーションで蒸気タービンからの排気蒸気を冷却し凝縮する装置です。表面蒸気凝縮器の主な目的は、タービン出口に低圧環境を作り出し、タービンの効率を向上させることと、蒸気から純粋な水を取り出してボイラー給水として再利用することです。
表面蒸気凝縮器は、冷却水が流れる多数のチューブを含むシェルで構成されています。排気蒸気はチューブの上を通過し、その熱を冷却水に移します。これにより、蒸気が液体の水に凝縮されます。凝縮した水（コンデンセートとも呼ばれます）はシェルの底に集められ、コンデンセート抽出ポンプによって排出されます。蒸気から熱を受け取った冷却水は、シェルから出て冷却塔や他の熱放出システムを介して循環されます。
表面蒸気凝縮器には、シェル内の空気や他の非凝縮性ガスを取り除くための空気抽出ポンプも必要です。これにより、シェル内に真空が生じ、排気蒸気の圧力と温度が下がり、熱伝導と凝縮過程が強化されます。
表面蒸気凝縮器には、蒸気と冷却水の流れ方向、冷却水のパス数、その他の要因によって異なる種類と設計があります。この記事では、いくつかの一般的な表面蒸気凝縮器のタイプとその長所と短所について説明します。
二重流れ表面凝縮器
二重流れ表面凝縮器は、冷却水がチューブを通って2回流れ、一端からもう一端まで、そしてもう一端から元の一端まで戻るタイプの表面凝縮器です。排気蒸気はシェルの上部から入り、図のようにチューブの上を流れます。
二重流れ表面凝縮器の利点は以下の通りです：
シンプルな設計と構造を持っています。
蒸気と冷却水の逆流配置により高い熱伝導係数があります。
チューブが短いため、チューブ間の圧力損失が低いです。
二重流れ表面凝縮器の欠点は以下の通りです：
同じ量の蒸気に対して単一流れ表面凝縮器よりも多くの冷却水が必要です。
冷却水とチューブ壁との接触時間が長いため、チューブ詰まりのリスクが高いです。
入口と出口の冷却水の温度差が大きいため、真空効率が低いです。
多流れ表面凝縮器
多流れ表面凝縮器は、冷却水が複数のパス並列で異なるセクションのチューブを通過するタイプの表面凝縮器です。排気蒸気はシェルの一側から入り、すべてのセクションのチューブの上を流れます。
多流れ表面凝縮器の利点は以下の通りです：
蒸気と冷却水との接触面積が大きいため、二重流れ表面凝縮器よりも高い熱伝達率があります。
各パスのチューブが短いため、チューブ間の圧力損失が低いです。
入口と出口の冷却水の温度差が小さいため、真空効率が高いです。
多流れ表面凝縮器の欠点は以下の通りです：
二重流れ表面凝縮器よりも設計と構造が複雑です。
同じ量の蒸気に対して二重流れ表面凝縮器よりも多くの冷却水が必要です。
冷却水流路が多いため、チューブ詰まりのリスクが高いです。
下降流表面凝縮器
下降流表面凝縮器は、排気蒸気がシェルの上部から入り、チューブの上を下向きに流れるタイプの表面凝縮器です。冷却水はシェルの一端から入り、一つの方向にチューブを通過します。凝縮水はシェルの底に集められ、コンデンセート抽出ポンプによって排出されます。空気抽出ポンプはシェルの最も低い位置に配置されています。
中央流表面凝縮器
中央流表面凝縮器は、排気蒸気がシェルの上部から入り、チューブネストの中心に向かって放射状に流入するタイプの表面凝縮器です。冷却水はシェルの一端から入り、一つの方向にチューブを通過します。
中央流表面凝縮器の利点は以下の通りです：
蒸気がチューブ全体の周囲にアクセスできるため、下降流表面凝縮器よりも蒸気の分布が良いです。
空気がチューブネストの中心から抽出されるため、下降流表面凝縮器よりも空気の蓄積と腐食のリスクが低いです。
チューブが短いため、下降流表面凝縮器よりもチューブ間の圧力損失が低いです。
中央流表面凝縮器の欠点は以下の通りです：
下降流表面凝縮器よりも設計と構造が複雑であり、蒸気の流れを放射状に導くためにチューブネスト周りにボリュートキャスティングが必要です。
蒸気と冷却水が並流で流れるため、二重流れまたは多流れ表面凝縮器よりも熱伝導係数が低いです。
冷却水が一度だけチューブを通過するため、二重流れまたは多流れ表面凝縮器よりもチューブ詰まりのリスクが高いです。
逆流表面凝縮器
逆流表面凝縮器は、排気蒸気がシェルの底部近くから入り、チューブの上を上向きに流れるタイプの表面凝縮器です。冷却水はシェルの一端から入り、一つの方向にチューブを通過します。凝縮水はシェルの底に集められ、コンデンセート抽出ポンプによって排出されます。空気抽出ポンプはシェルの上部に配置されています。
逆流表面凝縮器の利点は以下の通りです：
蒸気と冷却水が逆流で流れるため、中央流または下降流表面凝縮器よりも熱伝導係数が高いです。
空気が密度が低く湿度が低いシェルの上部から抽出されるため、中央流または下降流表面凝縮器よりも真空効率が高いです。
空気がシェルの上部から抽出されるため、凝縮液と混合しにくいため、中央流または下降流表面凝縮器よりも空気の蓄積と腐食のリスクが低いです。
逆流表面凝縮器の欠点は以下の通りです：
