(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、
一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、
二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設け、
一段目の前記気水分離器において、
前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成されて、前記ライザとにより液膜分離空間を形成する内部コーンを設けたことを特徴とする多段気水分離装置。
【請求項２】
蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、
一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、
二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設け、
前記一段目の気水分離器の下流側に、前記二段目の気水分離器を複数並設し、前記一段目の気水分離器のライザに、各二段目の気水分離器のライザがそれぞれ集約されていることを特徴とする多段気水分離装置。
【請求項３】
一段目の前記気水分離器において、
前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設けたことを特徴とする請求項２に記載の多段気水分離装置。
【請求項４】
前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする請求項１又は３に記載の多段気水分離装置。
【請求項５】
前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項４に記載の多段気水分離装置。
【請求項６】
蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、
一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、
二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設け、
一段目の前記気水分離器において、
前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、この第一旋回ベーンよりも前記気液二相流を高速旋回させると共に、前記第二旋回ベーンよりも前記気液二相流を低速旋回させる第三旋回ベーンを設けたことを特徴とする多段気水分離装置。
【請求項７】
前記第三旋回ベーンは、
前記気液二相流が内部を通過可能な筒部と、
前記筒部の外周面に周方向に沿って複数設けられた羽根部とを有していることを特徴とする請求項６に記載の多段気水分離装置。
【請求項８】
少なくとも一段目の前記気水分離器には、前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の多段気水分離装置。
【請求項９】
蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器であって、
前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる旋回ベーンを設けると共に、この旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設け、
前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする気水分離器。
【請求項１０】
前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする請求項９に記載の気水分離器。
【請求項１１】
前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の気水分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流を気水分離するための多段気水分離装置、および気水分離器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タービン発電機のように水蒸気を用いて発電する設備を構成する蒸気発生器は、エロージョン防止とエネルギー伝達効率の防止のために、気水分離器を備えている。気水分離器としては、例えば、重力方向に延設され、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が上昇する筒状のライザと、このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルと、ライザ内に設けられたスワールベーンとを有しているものがある。
【０００３】
このような構成のもと、ライザの下端部から導入された気液二相流は、上昇時にスワールベーンにより旋回させられ、蒸気と熱水とに分離される。そして、蒸気はライザの上方へとそのまま旋回しながら上昇する一方、熱水はライザとダウンカマバレルとにより画成されたダウンカマ空間内を下降する。
ここで、気液二相流を旋回させることにより気水分離させるには限界があり、ダウンカマ空間内を下降する熱水が蒸気を同伴する、所謂キャリアンダが生じる。また、ライザの上方へと上昇する蒸気が熱水を同伴するキャリオーバが生じる。このため、キャリアンダやキャリオーバを低減すべく、さまざまな技術が開示されている。
【０００４】
例えば、スワールベーンに突設されている複数の翼を軸方向で互いに重なりあうように配置すると共に、ライザの上方にデッキプレートを設けたものがある。そして、デッキプレートとダウンカマバレル4との間に、スリット状の開口部を形成すると共に、ダウンカマ空間の出口に、ダウンカマバレルの外径とほぼ同一外径の中間デッキプレートをライザに設置している（例えば、特許文献１参照）。
これによれば、スワールベーンの各翼間から分離水を抜け出しにくくすることができる。また、上昇した蒸気をデッキプレートに衝突させることでキャリオーバの低減を図ると共に、中間デッキプレートに熱水を衝突させてキャリアンダの低減を図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４００８２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、スワールベーンの各翼間から分離水を抜け出しにくくしたり、蒸気をデッキプレートに衝突させたりする分、気水分離器を通過する蒸気の圧力損失が大きくなってしまい、エネルギー伝達効率が低下してしまうという課題がある。
また、中間デッキプレートを設けるので、この中間デッキプレートの径方向外側に、分離した蒸気と熱水とが通過可能な空間を形成する必要がある。このため、気水分離器の外径を大きく設定する必要があり、装置が大型化してしまうという課題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、エネルギー伝達効率を低下させることなく、効率的に気液二相流の気水分離を行うことができると共に、小型化を図ることが可能な多段気水分離装置、および気水分離器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の多段気水分離装置は、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設け、一段目の前記気水分離器において、前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成されて、前記ライザとにより液膜分離空間を形成する内部コーンを設けたことを特徴とする。
【０００９】
このように、気液二相流を旋回上昇させる旋回ベーンを、第一旋回ベーン、および第二旋回ベーンの二段構造とすることにより、各旋回ベーンを通過する蒸気にかかる負荷変化量を小さくすることができる。このため、蒸気の圧力損失を低減でき、エネルギー伝達効率を向上させることが可能な多段気水分離装置を提供することができる。
また、第一旋回ベーンを通過した旋回流が内部コーンに押し付けられ、内部コーンの内周面に液膜が形成される。すなわち、内部コーンの内周面に熱水が付着する。このため、蒸気の圧損を低減しつつ、より効率的に気水分離を行うことが可能になる。
【００１０】
請求項８に記載の多段気水分離装置は、少なくとも一段目の前記気水分離器には、前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする。
【００１１】
このように構成することで、旋回戻しベーンにより混合流の旋回が抑止され、キャリアンダを低減することが可能になる。しかも、混合流から分離した熱水は旋回戻しベーンを通過して下降するので、従来のように中間デッキプレートの径方向外側に空間を形成する必要がなく、多段気水分離装置の大型化を抑制することができる。
【００１２】
請求項３に記載の多段気水分離装置は、一段目の前記気水分離器において、前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設けたことを特徴とする。
【００１３】
このように構成することで、第一旋回ベーンを通過した旋回流が内部コーンに押し付けられ、内部コーンの内周面に液膜が形成される。すなわち、内部コーンの内周面に熱水が付着する。このため、蒸気の圧損を低減しつつ、より効率的に気水分離を行うことが可能になる。
【００１４】
請求項４に記載の多段気水分離装置は、前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする。
【００１５】
このように構成することで、液膜分離ベーンにより混合流の気水分離を行うことができる。このため、液膜分離空間を通過する混合流のキャリアンダを低減することができる。
【００１６】
請求項５に記載の多段気水分離装置は、前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする。
【００１７】
このように構成することで、ライザの液膜分離空間側に付着した熱水を、複数のスリットを介してダウンカマ空間側に速やかに流出させることができる。このため、さらに効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
【００１８】
請求項６に記載の多段気水分離装置は、一段目の前記気水分離器において、前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、この第一旋回ベーンよりも前記気液二相流を高速旋回させると共に、前記第二旋回ベーンよりも前記気液二相流を低速旋回させる第三旋回ベーンを設けたことを特徴とする。
【００１９】
このように構成することで、各旋回ベーンを通過する蒸気にかかる負荷変化量を小さくし、蒸気の圧力損失を低減しつつ、確実に気液二相流の気水分離を行うことができる。
【００２０】
請求項７に記載の多段気水分離装置は、前記第三旋回ベーンは、前記気液二相流が内部を通過可能な筒部と、前記筒部の外周面に周方向に沿って複数設けられた羽根部とを有していることを特徴とする。
【００２１】
このように構成することで、第三旋回ベーンを通過する蒸気の圧力損失を確実に低減することができる。
【００２２】
請求項２に記載の多段気水分離装置は、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設け、前記一段目の気水分離器の下流側に、前記二段目の気水分離器を複数並設し、前記一段目の気水分離器のライザに、各二段目の気水分離器のライザがそれぞれ集約されていることを特徴とする。
【００２３】
このように構成することで、二段目の気水分離器のライザの断面積を大きく設定することができ、二段目に導入される気液二相流の流速を確実に減速させることができる。そして、流速が減速された分、第二旋回ベーンによる気水分離効率を高めることが可能になる。
【００２４】
請求項９に記載の気水分離器は、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器であって、前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる旋回ベーンを設けると共に、この旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設け、前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする。
【００２５】
このように構成することで、旋回ベーンを通過した旋回流の熱水が内部コーンに押し付けられ、液膜になるので、効率的に気水分離を行うことが可能になる。また、液膜分離ベーンにより混合流の気水分離を行うことができるので、効率よくキャリアンダを低減することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の気水分離器は、前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする。
【００２７】
このように構成することで、小型化を図りつつ、ダウンカマ空間の混合流のキャリアンダを低減することができる。
【００２８】
請求項１１に記載の気水分離器は、前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする。
【００２９】
このように構成することで、ライザの液膜分離空間側に付着した熱水を複数のスリットを介してダウンカマ空間側に伝達させることができ、効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、気液二相流を旋回上昇させる旋回ベーンを、第一旋回ベーン、および第二旋回ベーンの二段構造とすることにより、各旋回ベーンを通過する蒸気にかかる負荷変化量を小さくすることができる。このため、蒸気の圧力損失を低減でき、エネルギー伝達効率を向上させることが可能な多段気水分離装置を提供することができる。
また、旋回戻しベーンにより混合流の旋回が抑止され、キャリアンダを低減することが可能になる。しかも、混合流から分離した熱水は旋回戻しベーンを通過して下降するので、旋回戻しベーンの径方向外側に空間を形成する必要がなく、多段気水分離装置の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一実施形態における多段気水分離装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態における出口湿り度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第二実施形態における多段気水分離装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態における多段気水分離装置の概略構成図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態における多段気水分離装置の概略構成図である。
【図７】図６のＢ矢視図である。
【図８】本発明の第五実施形態における気水分離器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第一実施形態）
（多段気水分離装置）
次に、この発明の第一実施形態を図１、図２に基づいて説明する。
図１は、多段気水分離装置１の概略構成図である。
図１に示すように、多段気水分離装置１は、例えば、タービン発電機のように水蒸気を用いて発電する設備を構成する蒸気発生器（不図示）に設けられ、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流を気水分離させるためのものである。多段気水分離装置１は、第一気水分離器２と、この第一気水分離器２よりも下流側（図１における上側）に設けられ、第一オリフィス４を介して第一気水分離器２に連結されている第二気水分離器３とを鉛直方向上下に二段に配置したものである。
【００３３】
（第一気水分離器）
第一気水分離器２は、蒸気発生器から上昇する気液二相流を導入可能な略円筒状の第一ライザ５を有している。第一ライザ５内には、気液二相流に対して旋回力を付与する第一旋回ベーン６が設けられている。この第一旋回ベーン６は、ハブを有さない、所謂ハブ無し旋回ベーンであって、放射状に設けられた複数の羽根６ａを備えている。第一旋回ベーン６としてハブ無し旋回ベーンを採用することにより、ハブ有り旋回ベーンを用いた場合に生じるハブ後流部の逆流を防止することができる。
【００３４】
第一ライザ５の周囲には、この第一ライザ５を取り囲むように第一ダウンカマバレル７が配置されている。そして、これら第一ライザ５と第一ダウンカマバレル７とにより、環状の第一ダウンカマ空間８が画成されている。この第一ダウンカマ空間８には、固定型の旋回戻しベーン９が設けられている。旋回戻しベーン９は、第一ダウンカマ空間８に導入された熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止するためのものであって、周方向に沿って並設された複数の羽根９ａを有している。複数の羽根９ａは、それぞれ混合流の旋回方向に対して交差するように、軸方向に対して傾斜した状態で配置されている。
【００３５】
第一ライザ５、および第一ダウンカマバレル７の上方には、所定の空間を確保しつつ第一デッキプレート１０が配設されている。この第一デッキプレート１０の第一ライザ５に対応する部位に、第一オリフィス４が設けられている。第一オリフィス４は、下流側、つまり、第二気水分離器３側に向かうに従って漸次拡径するように形成されている。
【００３６】
（第二気水分離器）
第二気水分離器３は、第一気水分離器２の第一旋回ベーン６を通過することによって旋回上昇する気液二相流を導入可能な円筒状の第二ライザ１１を有している。第一オリフィス４の先端側外周縁は、第二ライザ１１に内接した状態になっている。
第二ライザ１１内には、気液二相流に対して旋回力を付与する第二旋回ベーン１２が設けられている。第二旋回ベーン１２も第一旋回ベーン６と同様に、所謂ハブ無しベーンが採用されている。第二旋回ベーン１２も複数の羽根１２ａを備えている。
【００３７】
ここで、第二旋回ベーン１２の羽根１２ａの迎角は、第一旋回ベーン６の羽根６ａの迎角よりも大きく設定されている。すなわち、第二旋回ベーン１２は、第一旋回ベーン６より高速に回転し、気液二相流に対して第一旋回ベーン６よりも大きな旋回力を付与できるようになっている。
【００３８】
第二ライザ１１の周囲には、この第二ライザ１１を取り囲むように第二ダウンカマバレル１３が配置されている。そして、これら第二ライザ１１と第二ダウンカマバレル１３とにより、環状の第二ダウンカマ空間１４が画成されている。
第二ライザ１１、および第二ダウンカマバレル１３の上方には、所定の空間を確保しつつ第二デッキプレート１５が配設されている。この第二デッキプレート１５の第二ライザ１１に対応する部位に、第二オリフィス１６が設けられている。
【００３９】
（作用）
このような構成のもと、不図示の蒸気発生器から上昇した気液二相流は、第一気水分離器２の第一ライザ５に導入されると、第一旋回ベーン６を通過して低〜中速旋回しながら上昇する。すると、旋回による分離作用によって熱水を主成分とする混合流が第一ダウンカマ空間８に流出され、この第一ダウンカマ空間８を下降する。一方、蒸気を主成分とする混合流が第一オリフィス４へ流出される。
【００４０】
第一ダウンカマ空間８に流出された混合流は、旋回運動を維持したまま蒸気を同伴した状態で下降し、旋回戻しベーン９に到達する。
ここで、旋回戻しベーン９の羽根９ａは、混合流の旋回方向に対して交差するように配置されているので、混合流が旋回戻しベーン９の羽根９ａに衝突する形となって混合流の旋回運動が減衰する。このため、旋回戻しベーン９にて混合流の気水分離が行われ、混合流に含まれる熱水はそのまま羽根９ａ間を通って下降する。また、混合流に含まれる蒸気は第一ダウンカマ空間８を上昇する。
【００４１】
一方、第一オリフィス４へ流出された混合流も旋回運動しながら上昇するので、この混合流に含まれる熱水が第一オリフィス４の下半分の内周面に押し付けられ、液膜となる。液膜は第一オリフィス４内を上昇する混合流に同伴して上昇し、第二気水分離器３の第二ライザ１１の内周面を伝って第二ダウンカマ空間１４へと吹き飛ばされる。
また、第一オリフィス４を通過した混合流は、第二旋回ベーン１２を通過する。このとき、第二旋回ベーン１２の羽根１２ａの迎角は、第一旋回ベーン６の羽根６ａの迎角よりも大きく設定されているので、混合流が高速旋回しながら上昇する。
【００４２】
第二気水分離器３において、第二旋回ベーン１２を通過した混合流が高速旋回することにより、第一気水分離器２で気水分離しきれなかった熱水が分離される。そして、この熱水は、第二ダウンカマ空間１４に流出され、下降する。
一方、第二旋回ベーン１２により気水分離された蒸気は、第二オリフィス１６を介して上昇する。なお、第二気水分離器３から流出した蒸気にも僅かに熱水が含まれているが、この蒸気に含まれている微細の熱水は重力分離、および湿分分離器（不図示）により分離される。
【００４３】
（効果）
したがって、上述の第一実施形態によれば、多段気水分離装置１を、不図示の蒸気発生器から上昇された気液二相流を低〜中速旋回させて上昇させる第一旋回ベーン６を有する第一気水分離器２と、気液二相流を高速旋回させて上昇させる第二旋回ベーン１２を有する第二気水分離器３との二段構造とすることにより、各旋回ベーン６，１２を通過する気液二相流（蒸気）にかかる負荷変化量を小さくすることができる。このため、気液二相流の圧力損失を低減でき、エネルギー伝達効率を向上させることが可能になる。
【００４４】
図２は、縦軸を多段気水分離装置１から流出する蒸気の湿り度（出口湿り度）とし、横軸を多段気水分離装置１に導入される気液二相流の流量（入口気液二相流量）としたときの出口湿り度の変化を示すグラフである。
同図に示すように、従来の気水分離器では、流量が増加するに従って急激に出口湿り度が増加する（図２における破線参照）のに対し、本実施形態における多段気水分離装置１では、流量が増加した場合であっても出口湿り度の増加を抑制することが確認できる（図２における実線参照）。
【００４５】
また、第一気水分離器２において、第一ライザ５と第一ダウンカマバレル７とにより画成される第一ダウンカマ空間８に、旋回戻しベーン９を設けることにより、第一ダウンカマ空間８内に導入された混合流の旋回を抑止することができる。このため、旋回戻しベーン９にて混合流の気水分離が行われ、混合流に含まれる熱水はそのまま羽根９ａ間を通って下降する。よって、確実にキャリアンダを低減することができると共に、従来のように中間デッキプレートの径方向外側に空間を形成する必要がなく、多段気水分離装置１の大型化を抑制することができる。
【００４６】
（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図３に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する（以下の実施形態についても同様）。
図３は、第二実施形態における多段気水分離装置１０２の概略構成図である。
この第二実施形態において、多段気水分離装置１０２は、例えば、タービン発電機のように水蒸気を用いて発電する設備を構成する蒸気発生器（不図示）に設けられ、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流を気水分離させるためのものである点、多段気水分離装置１０２は、第一気水分離器２２と、この第一気水分離器２２よりも下流側に設けられ、第一オリフィス４２を介して第一気水分離器２に連結されている第二気水分離器３とを鉛直方向上下に配置したものである点、第一気水分離器２は、第一ライザ５２、および第一ダウンカマバレル７を有し、第一ライザ５２内に第一旋回ベーン６が設けられていると共に、第一ダウンカマ空間８に旋回戻しベーン９が設けられている点、第二気水分離器３は、第二ライザ１１、および第二ダウンカマバレル１３を有し、第二ライザ１１内に第二旋回ベーン１２が設けられている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である（以下、第四実施形態まで同様）。
【００４７】
（第一気水分離器）
ここで、第二実施形態の第一気水分離器２２には、第一ライザ５２内の第一旋回ベーン６よりも下流側に、内部コーン７２が設けられている。内部コーン７２は、下流側に向かうに従って漸次拡径するように形成されている。内部コーン７２を設けることにより、この内部コーン７２と第一ライザ５２との間には、液膜分離空間７３が画成される。
【００４８】
この液膜分離空間７３には、固定型の液膜分離ベーン７４が設けられている。液膜分離ベーン７４は、旋回戻しベーン９と基本的態様が同一である。すなわち、液膜分離ベーン７４は、液膜分離空間７３に導入された熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止するためのものであって、周方向に沿って並設された複数の羽根７４ａを有している。複数の羽根７４ａは、混合流の旋回方向に対して交差するように、軸方向に対して傾斜した状態で配置されている。
【００４９】
また、第一ライザ５２の液膜分離空間７３に対応する部位であって、かつ液膜分離ベーン７４の上方には、複数のスリット７５が形成されている。これらスリット７５は周方向に長く形成され、複数段（この第二実施形態においては三段）配置されている。
なお、この第二実施形態では、複数のスリット７５が周方向に長く形成され、複数段配置されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、各スリット７５が軸方向に長く形成され、かつ周方向に沿って複数配置されていてもよい。
【００５０】
さらに、第一ライザ５２の第一デッキプレート１には、第一オリフィス４２が設けられている。この第一オリフィス４２は、前述の第一実施形態のように下流側に向かうに従って漸次拡径するように形成されておらず、略円筒状に形成されている。
【００５１】
（作用）
このような構成のもと、不図示の蒸気発生器から上昇した気液二相流は、第一気水分離器２の第一ライザ５に導入されると、第一旋回ベーン６を通過して低〜中速旋回しながら上昇する。すると、この旋回上昇する気液二相流に含まれる熱水が内部コーン７２に押し付けられ、液膜となる。液膜は上昇する気液二相流に同伴して上昇し、液膜分離空間７３へと吹き飛ばされる。
【００５２】
また、液膜分離空間７３には、熱水を主成分とする混合流が旋回運動を維持したまま蒸気を同伴した状態で下降する。この混合流は、液膜分離ベーン７４にて気水分離され、混合流に含まれる熱水がそのまま羽根７４ａ間を通って下降する。
ここで、第一ライザ５２には、複数のスリット７５が形成されており、旋回力を受けて第一ライザ５２の内壁に付着している液膜が各スリット７５を介して速やかに第一ダウンカマ空間に流出される。
【００５３】
（効果）
したがって、上述の第二実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果に加え、第一気水分離器２２の第一ライザ５２内に内部コーン７２を設けることによって、より効率的に気液二相流の気水分離を行うことができる。
また、内部コーン７２と第一ライザ５２により画成された液膜分離空間７３内に液膜分離ベーン７４を設けることにより、より確実にキャリアンダを低減することが可能になる。
さらに、第一ライザ５２に複数のスリット７５を形成することにより、第一ライザ５２の液膜分離空間７３側に付着した熱水を速やかに第一ダウンカマ空間８側に流出させることができる。このため、さらに効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
【００５４】
（第三実施形態）
（第一気水分離器）
次に、この発明の第三実施形態を図４、図５に基づいて説明する。
図４は、第三実施形態における多段気水分離装置１０３の概略構成図である。図５は、図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図４、図５に示すように、多段気水分離装置１０３の第一気水分離器２３には、第一ライザ５内の第一旋回ベーン６よりも下流側に、第三旋回ベーン７６が設けられている。
第三旋回ベーン７６は、第一ライザ５よりも縮径された略円筒状の筒部７７と、筒部７７の外周面に、周方向に沿って複数並設された複数の羽根部７８とを有している。
【００５５】
第三旋回ベーン７６の筒部７７鉛直方向に沿って長く形成されており、内部を気液二相流が通過可能になっている。また、筒部７７の内径は、第一オリフィス４の入口周縁の内径と略同一に設定されている。
羽根部７８の迎角は、第一旋回ベーン６の羽根６ａの迎角よりも大きく、かつ第二旋回ベーン１２の羽根１２ａの迎角よりも小さくなるように設定されている。すなわち、第三旋回ベーン７６は、気液二相流を第一旋回ベーン６よりも高速に、かつ第二旋回ベーン１２よりも低速に旋回上昇させる。
【００５６】
（作用）
このような構成のもと、第一旋回ベーン６を通過して低〜中速旋回しながら上昇する気液二相流のうち、第三旋回ベーン７６の筒部７７よりも外側を通過する混合流は、第三旋回ベーン７６によってさらに旋回力が付与され気水分離が促進される。
一方、気液二相流のうち、第三旋回ベーン７６の筒部７７を通過する混合流は、この混合流に含まれる熱水が筒部７７の内周面に押し付けられ、液膜となる。
【００５７】
（効果）
したがって、上述の第三実施形態によれば、前述の第二実施形態と同様の効果に加え、第一気水分離器２３に第三旋回ベーン７６を設ける分、さらに効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
また、第三旋回ベーン７６を筒部７７と羽根部７８とで構成することにより、第三旋回ベーン７６通過時の混合流の圧力損失の低減を抑えることができる。
【００５８】
（第四実施形態）
（第二気水分離器）
次に、この発明の第四実施形態を図６、図７に基づいて説明する。
図６は、第四実施形態における多段気水分離装置１０４の概略構成図である。図７は、図６のＢ矢視図である。
図６、図７に示すように、多段気水分離装置１０４には、第一気水分離器２の下流側に複数の第二気水分離器３４が連結されている。
【００５９】
より具体的には、第一気水分離器２の下流側において、４つの第二気水分離器３４が４つ並設されている。各第二気水分離器３４の第二ライザ１１は、第一気水分離器２側に向かうに従って互いに近づくように形成されており、第一オリフィス４で集約されるようになっている。
ここで、この第四実施形態の第二気水分離器３４の大きさは、４つ並設する分、前述の第一実施形態の第二気水分離器３と比較して小型に設定されている。しかしながら、各第二気水分離器３４の構成は前述の第一実施形態と同様である。
【００６０】
（作用）
このような構成のもと、第一気水分離器２から第一オリフィス４を介して流出された混合流は、各第二気水分離器３に分配される。ここで、第二気水分離器３を並設する分、第二ライザ１１全体としての断面積が増大した状態になる。このため、第一オリフィス４を通過して混合流は、第二ライザ１１内で減速された状態で第二旋回ベーン１２を通過する。
【００６１】
（効果）
したがって、上述の第四実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果に加え、第一実施形態よりも減速された状態で第二気水分離器３に導入されるので、減速される分第二旋回ベーン１２による気水分離効率を高めることができる。
【００６２】
なお、上述の第四実施形態では、第二気水分離器３を４つ並設した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、第二気水分離器３を２つ以上、複数並設すればよい。また、第二気水分離器３の大きさは、この第二気水分離器３の設置数に応じて変更してもよいし、所望の気水分離効率に応じて変更してもよい。
【００６３】
（第五実施形態）
（気水分離器）
次に、この発明の第五実施形態を図８に基づいて説明する。
図８は、第五実施形態における気水分離器２５の概略構成図である。
ここで、図３、図８に示すように、この第五実施形態と第二実施形態との相違点は、第二実施形態が第一気水分離器２２と、この第一気水分離器２２よりも下流側に設けられた第二気水分離器３とにより二段の気水分離器２２，３で構成されているのに対し、第五実施形態は、第二実施形態の多段気水分離装置１０２から第二気水分離器３を取り除いた構成になっているという点にある。
【００６４】
すなわち、気水分離器２５は、第一ライザ５２と、第一ダウンカマバレル７とを有し、第一ライザ５２内、第一旋回ベーン６と内部コーン７２とが設けられている。また、第一ライザ５２と第一ダウンカマバレル７とにより画成された第一ダウンカマ空間８に旋回戻しベーン９が設けられている。さらに、内部コーン７２と第一ライザ５２とにより画成された液膜分離空間７３に液膜分離ベーン７４が設けられている。また、第一ライザ５２には、液膜分離ベーン７４よりも上側に複数のスリット７５が形成されている。
【００６５】
そして、第一ライザ５２、および第一ダウンカマバレル７の上方に配置されている第一オリフィス４２を介して第一旋回ベーン６により旋回上昇する蒸気が流出する。
このように構成した場合であっても、第一旋回ベーン６の上方に内部コーン７２が設けられていると共に、スリット７５が形成されているので、従来の気水分離器と比較して気液二相流の気水分離効率を高めることができる。
【００６６】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の第四実施形態において、第一気水分離器２の下流側に４つの第二気水分離器３４を並設した場合について説明した。しかしながら、この構成を上述した第二実施形態、第三実施形態に適用することも可能である。
また、上述の第一実施形態から第四実施形態では、第一ダウンカマ空間８に旋回戻しベーン９を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、第一ダウンカマ空間８に加え、第二ダウンカマ空間１４に旋回戻しベーン９を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１，１０２，１０３，１０４  多段気水分離装置
２，２２，２３  第一気水分離器（一段目の気水分離器）
３，３４  第二気水分離器（二段目の気水分離器）
５，５２  第一ライザ（ライザ）
６  第一旋回ベーン
７  第一ダウンカマバレル（ダウンカマバレル）
８  第一ダウンカマ空間（ダウンカマ空間）
９  旋回戻しベーン
９ａ，１２ａ  羽根
１１  第二ライザ（ライザ）
１２  第二旋回ベーン
１３  第二ダウンカマバレル（ダウンカマバレル）
１４  第二ダウンカマ空間（ダウンカマ空間）
２５  気水分離器
７２  内部コーン
７３  液膜分離空間
７４  液膜分離ベーン
７５  スリット
７６  第三旋回ベーン
７７  筒部
７８  羽根部
【図１】
0005550318.tif 000002
【図２】
0005550318.tif 000003
【図３】
0005550318.tif 000004
【図４】
0005550318.tif 000005
【図５】
0005550318.tif 000006
【図６】
0005550318.tif 000007
【図７】
0005550318.tif 000008
【図８】
0005550318.tif 000009