(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流の入口管を胴部に対して接線方向に接続し、胴部内に流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器において、
上記気水分離器の胴部内壁に環状の水平邪魔板を設け、さらに、その水平邪魔板よりも下の気水分離器の胴部内壁に矩形の鉛直邪魔板を放射状に複数設けた、ことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
気液二相流の入口管を胴部に対して接線方向に接続し、胴部内に流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器において、
上記気水分離器の底部の水出口管に複数の鉛直平板を互いに交差させてなる下部邪魔板の下端部を挿入して設け、その下部邪魔板の上に水平円板を固着し、さらに、その水平円板の上に複数の鉛直平板を放射状に固着して上部邪魔板を設けた、ことを特徴とする気水分離器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントにおいては、気水分離器を有する起動バイパス系統を採用して、プラント起動時、蒸発器から十分な過熱蒸気が発生するまでの間タービンをバイパスする運転が行われる。
図５は、発電設備の系統図の一例であり、格納容器内の原子炉と内部熱交換器を有する１次系統と、内部熱交換器、格納容器外のエバポレータ及びスーパーヒータを有する２次系統と、エバポレータ、スーパーヒータ、タービン、復水器、ポンプおよび給水予熱器を有する水蒸気系統と、気水分離器１を有する起動バイパス系統とから構成されている。水蒸気系統では、復水器を出た給水がエバポレータで蒸発し、さらにスーパーヒータで過熱されて過熱蒸気となり、この過熱蒸気でタービンを駆動して発電し、タービンで膨張した蒸気が復水器で凝縮されている。しかし、プラント起動時には、エバポレータは徐々に温まるため、復水器を出た給水を十分に蒸発させることができず、スーパーヒータにおいても十分に過熱されない。そこで、プラント起動時には、気水分離器１を有する起動バイパス系統にバイパスし、気液二相流を蒸気と水に分離し、その蒸気を給水予熱器で熱交換して熱回収を行っていた。また、分離された水（以下、ドレンという）はそのまま系外へと排出されていた。
【０００３】
図６は従来の気水分離器１の概念図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその平面図である。図に示す気水分離器１は、気液二相流の入口管２が胴部３に対して接線方向に接続され、胴部３内に流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離するものである。分離された蒸気は蒸気出口管１１から排出され、ドレンは水出口管７から排出される。この水出口管７には、ドレンの吸い込みによって生じる吸い込み渦を抑制するための整流板１２が設けられている。この整流板１２は、例えば２枚の平板を互いに直交させたものであり、その先端部は水出口管７に挿入されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した気水分離器１は、気液二相流の入口管２が水平に対して傾斜して接続されているため、気液二相流の旋回力が液相に伝わりやすく、液相で旋回渦が発生しやすい。さらに、ドレンの吸い込みによって生じる吸い込み渦を助長して吸い込み渦の流速を速め、整流板１２が設けられていたとしても、吸い込みが発生し、ドレンに蒸気が混入してしまう。図５に示したように、ドレンをそのまま系外へと排出する場合には、ドレンに蒸気が混入しても何の問題もなかったが、図７に示すように、ドレンを復水器とポンプとの間に設けられた脱気器へ送り、熱回収することにより設備の効率を向上させる場合には、気水分離器１と脱気器との間に減圧弁が必要になるため、気水分離器１の水出口管７においてガス巻き込み渦が発生してドレンに蒸気が混入すると、ドレンに混入した蒸気より圧力損失が上昇し、ドレンが脱気器に流れにくくなってしまう。そうすると、復水器のドレン回収量が低下し、これを補うために、蒸気の消費量が増加する。この結果、気水分離器１内の圧力が低下して必要な蒸気量が給水予熱器へ流れなくなってしまう。したがって、十分な熱回収をすることができず、プラントを起動することができない、などの問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために創案されたものである。すなわち、ガス巻き込みを抑制することができ、かつ分離性能を向上させることができる気水分離器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、気液二相流の入口管を胴部に対して接線方向に接続し、胴部内に流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器において、上記気水分離器の胴部内壁に環状の水平邪魔板を設け、さらに、その水平邪魔板よりも下の気水分離器の胴部内壁に矩形の鉛直邪魔板を放射状に複数設けた、ことを特徴とする気水分離器が提供される。
【０００７】
上述した本発明の構成によれば、上記水平邪魔板を設けたことにより、胴部内に流入する気液二相流の回転遠心力による液相の旋回渦の発生を抑制し、さらに、上記鉛直邪魔板を設けたことにより、ドレンの吸い込みによって生じる吸い込み渦の発生を抑制する。したがって、水出口管におけるガス巻き込みを抑制することができる。
【０００８】
また本発明によれば、気液二相流の入口管を胴部に対して接線方向に接続し、胴部内に流入する気液二相流の回転遠心力を利用して、気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器において、上記気水分離器の底部の水出口管に複数の鉛直平板を互いに交差させてなる下部邪魔板の下端部を挿入して設け、その下部邪魔板の上に水平円板を固着し、さらに、その水平円板の上に複数の鉛直平板を放射状に固着して上部邪魔板を設けた、ことを特徴とする気水分離器が提供される。
【０００９】
上述した本発明の構成によれば、上記水平円板を設けたことにより、水出口管の上方で圧力抵抗を形成して渦底が水出口管に接近するのを抑制し、さらに、上記上部邪魔板を設けたことにより、ドレンの吸い込みによって生じる吸い込み渦の発生を抑制する。したがって、水出口管におけるガス巻き込みを抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図１から図４を参照して説明する。なお、各図において従来と共通する部分には同一の符号を付して説明する。
【００１１】
図１は本発明による気水分離器の第１の実施の形態を示す図であり、（Ａ）はその側面断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図に示す気水分離器１は、その胴部内壁４に環状の水平邪魔板５を設け、さらに、その水平邪魔板５よりも下の胴部内壁４に矩形の鉛直邪魔板６を放射状に８枚設けたものである。
【００１２】
一般に気水分離器１には標準水位が定められており、常にその標準水位を維持するように圧力や流量などをコントロールしている。上記水平邪魔板５は、その標準水位とほぼ同位置に固着されている。したがって、気水分離器１の胴部３内に流入した気液二相流は、水平邪魔板５に衝突して下向きの推進力を喪失し、気液二相流の旋回力による液相の旋回渦の発生が抑制されるとともに、気水分離器１の分離性能を向上させることができる。なお、この水平邪魔板５の環状幅は、気水分離器１の内径の０．１〜０．１５倍程度であることが好ましい。
【００１３】
また、上記鉛直邪魔板６は、気水分離器１の胴部内壁４に固着されるとともに、その上端が水平邪魔板５の下面に固着されている。このように鉛直邪魔板６を設けることにより、液相内の流れを邪魔して渦の流速を減速し、吸い込み渦の発生を抑制するとともに、気水分離器１の補強材としても有効に作用する。この鉛直邪魔板６の幅は、気水分離器１の内径の０．１倍程度であることが好ましい。なお、鉛直邪魔板６の枚数は、気水分離器１の大きさやドレン水の流出速度などの条件により定められる。
【００１４】
図２は本発明による気水分離器の第２の実施の形態を示す図であり、気水分離器の底部の斜視図である。なお、水出口管７については一点鎖線で図示している。図に示す気水分離器１は、その底部の水出口管７に２枚の鉛直平板を互いに交差させてなる下部邪魔板８の下端部１３を挿入して設け、その下部邪魔板８の上に水平円板９を固着し、さらに、その水平円板９の上に４枚の矩形の鉛直平板を放射状に固着して上部邪魔板１０を設けたものである。
【００１５】
上記下部邪魔板８は従来の整流板に相当するものであり、その上に水平円板９を設けたことにより、水出口管７の上方で圧力抵抗を形成して、ドレンの吸い込みによって生じる吸い込み渦の渦底が水出口管７に接近するのを抑制する。なお、下部邪魔板８の幅と水平円板９の径は、共に水出口管７の内径の２倍程度であることが好ましい。
【００１６】
さらに、水平円板９の上に上部邪魔板１０を設けたことにより、液相内の流れを邪魔して渦の流速を減速し、吸い込み渦の発生を抑制する。なお、上部邪魔板１０の高さは水出口管７の内径とほぼ同じであることが好ましい。また、上部邪魔板１０を下部邪魔板８と４５°ずらして配置することにより、攪拌効果を向上させることができる。
【００１７】
図３は本発明による気水分離器の第３の実施の形態を示す断面図である。図に示す気水分離器１は、図１に示す第１の実施の形態と、図２に示す第２の実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、気水分離器１の胴部内壁４に環状の水平邪魔板５を設け、その下に矩形の鉛直邪魔板６を放射状に８枚設け、さらに、水出口管７に下部邪魔板８を設け、その下部邪魔板８の上に水平円板９を固着し、その水平円板９の上に上部邪魔板１０を設けたものである。
【００１８】
したがって、水平邪魔板５による液相の旋回渦の発生抑制効果と、鉛直邪魔板６による吸い込み渦の発生抑制効果と、水平円板９による圧力抵抗の形成と、上部邪魔板１０による吸い込み渦の発生抑制効果のすべてを具備し、水出口管７におけるガス巻き込みを効果的に抑制することができる。
【００１９】
図４は、図１に示す本発明の気水分離器の水出口管７におけるボイド率を超音波ボイド計を用いて計測し、そのエコーレベルと気水分離器の水位との関係を示したグラフである。このグラフは、発明者が本発明の効果を確認するために、水出口管７における吸い込み流量（流速）を変化させて、鉛直邪魔板６の下端近傍の水位に対するボイド率を計測した結果をまとめたものである。グラフの縦軸はボイド率に起因する超音波ボイド計のエコーレベル（％）を示し、横軸は気水分離器の水位を示している。ここで、ボイド率とは気液二相流における気体の占める流路断面積割合のことである。したがって、ボイド率が０％（すなわちエコーレベルが１００％）であればガス巻き込みが完全に発生していないことになる。また、鉛直邪魔板６の設置部の範囲を破線で示し、水出口管７の位置をグラフの左端としている。なお、○は流量が最も多いとき（最多流量）、□は流量が最も少ないとき（最少流量）、◆は流量が中間のとき（中間流量）の実験結果を示している。
【００２０】
図に示すように、この実験結果の顕著な特徴は、最多流量および最少流量のときには鉛直邪魔板６の下端付近で急激に超音波ボイド計のエコーレベルが低下し、鉛直邪魔板６の下端ではエコーレベルが０％となっていることである。つまり、気水分離器の水位が鉛直邪魔板６の下端より下にあるときには、激しくガス巻き込みを発生していることが分かる。また、中間流量の場合においても、気水分離器の水位が鉛直邪魔板６の下端を少し過ぎた辺りで急激に超音波ボイド計のエコーレベルが低下し、水出口管７に至る前でエコーレベルが０％となっており、激しくガス巻き込みが発生している。一方、気水分離器の水位が鉛直邪魔板６の設置部の範囲にあるときには高いエコーレベルを示し、効果的にガス巻き込みの発生を抑えていることが分かる。以上のことから、鉛直邪魔板６の効果が確認される。
【００２１】
上述したように、本発明によれば、気水分離器におけるガス巻き込みを抑制することができるため、発電設備などにおいて、効率のよい運転を実現することができる。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の気水分離器によれば、▲１▼水平邪魔板により液相の旋回渦の発生を抑制し、鉛直邪魔板により吸い込み渦の発生を抑制して、水出口管におけるガス巻き込みを抑制することができる。▲２▼さらに、気水分離器の補強材としても有効に作用するため、気水分離器の小型化、附属配管などの最適化も図ることができる。▲３▼また、下部邪魔板上の水平円板により圧力抵抗を形成し、上部邪魔板により吸い込み渦の発生を抑制して、水出口管におけるガス巻き込みを抑制することができる。▲４▼さらに、気液二相流を上述した種々の邪魔板に衝突させることにより、気水分離器の分離性能を向上させることができる、などの優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による気水分離器の第１の実施の形態を示す図であり、（Ａ）はその側面断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図２】本発明による気水分離器の第２の実施の形態を示す図であり、気水分離器の底部の斜視図である。
【図３】本発明による気水分離器の第３の実施の形態を示す断面図である。
【図４】図１に示す本発明の気水分離器の鉛直邪魔板の下端近傍のガス巻き込み抑制効果を示したグラフである。
【図５】発電設備の系統図の一例である。
【図６】従来の気水分離器１の概念図であり、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図７】発電設備の系統図の他の一例である。
【符号の説明】
１  気水分離器
２  入口管
３  胴部
４  胴部内壁
５  水平邪魔板
６  鉛直邪魔板
７  水出口管
８  下部邪魔板
９  水平円板
１０  上部邪魔板
１１  蒸気出口管
１２  整流板
１３  下端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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