(57)【要約】【課題】簡単な構成で、蒸気発生器等からブローダウンされた高温・高圧ドレンにおいて、熱疲労の原因となる二相臨界流を発生させないようにしたドレン回収装置を提供する。【解決手段】数個の減圧・蒸気分離器９が直列に連結され、復水器４に接続された構成において、図示しない蒸気発生器等からの高温・高圧ドレンが、ドレン管Ｄを通り矢印Ａの如く上流側先頭の減圧・蒸気分離器９に流入する。そして、ここで流体が減圧され、蒸気が分離される。分離された蒸気は流量制御弁１０を経て、矢印Ｂの如く復水器４へと導かれる。残った流体は次の減圧・蒸気分離器９に流入し、ここで同様の処理が行われる。これが各減圧・蒸気分離器９について行われ、最後に残った流体は、ほぼ水のみの状態で矢印Ｃの如く復水器４へと導かれる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温で高圧のドレンを複数の段階に分けて順次減圧し、各段で生じる蒸気を分離してそれぞれ復水器に導くことを特徴とするドレン回収装置。
【請求項２】
前記ドレンを減圧してこれにより生じた蒸気を分離する減圧・蒸気分離器を配管中に複数備え、該減圧・蒸気分離器各々を直列に連結して、前記復水器に接続したことを特徴とする請求項１に記載のドレン回収装置。
【請求項３】
前記減圧・蒸気分離器は、前記ドレンが流入する流入管と、該減圧・蒸気分離器から該ドレンが流出する流出管と、該ドレンから蒸気を分離して抽出する抽出管とを備え、前記流入管に減圧オリフィスを設けて成ることを特徴とする請求項２に記載のドレン回収装置。
【請求項４】
前記減圧・蒸気分離器は、前記ドレンが流通するドレン管内部の中心部に開口し該ドレンから蒸気を分離して抽出する抽出管を設けて成ることを特徴とする請求項２に記載のドレン回収装置。
【請求項５】
高温で高圧のドレンを冷却器により冷却し、該ドレンの比エンタルピを低下させた後に、これを復水器に導くことを特徴とするドレン回収装置。
【請求項６】
表面に噴出孔が開けられているドレン管を復水器内に設け、該噴出孔よりドレンを噴出させるドレン回収装置において、
前記噴出孔を覆うように前記ドレン管の外周にカバーを設け、更に該カバーの表面に噴出孔を開けたことを特徴とするドレン回収装置。
【請求項７】
表面に噴出孔が開けられているドレン管を復水器内に設け、該噴出孔よりドレンを噴出させるドレン回収装置において、
前記ドレン管の最下流部にドレン抜き管を設けたことを特徴とするドレン回収装置。
【請求項８】
表面に噴出孔が開けられているドレン管を復水器内に設け、該噴出孔よりドレンを噴出させるドレン回収装置において、
前記噴出孔にノズルを設けたことを特徴とするドレン回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生器ドレン等の高温・高圧ドレンを復水器に回収するドレン回収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば原子力発電プラントや火力発電プラントにおいては、復水給水系統が用いられている。図５は、このような従来の発電プラントにおける復水給水系統の一例を模式的に示す概略図である。同図において、図示しない原子炉或いはボイラーからの熱により蒸気発生器（ＳＧ）１で発生した蒸気は、蒸気タービン２を駆動し、これにより発電機３にて発電が行われる。
【０００３】
蒸気タービン２にて発電に寄与した蒸気は、復水器４にて図示しない海水と熱交換され、凝縮し復水となって復水器４内に一時貯蔵される。復水器４内に一時貯蔵された復水は、復水ポンプ５により抽出され、図示しない脱気器，加熱器等を経て最終的に蒸気発生器１へ戻される。一方、蒸気発生器１に不純物が蓄積して濃縮されるのを防止するため、一部の水をブローダウンして蒸気発生器１から排出し、ブローダウンした流体はドレン管Ｄを通り流量調節弁６で減圧して、復水器４に直接回収される。
【０００４】
ここでは、復水器４内に設けられたＳＧブロードレン管７（直径１５０〜２５０ｍｍ程度）の表面に開けられている多数の孔より流体を噴出させる。ちなみに、一例として、蒸気発生器１内における圧力は５０〜６０ａｔａ、温度は２７０℃となっている。さらに、復水器４からの復水は、水１００％，温度３３℃，圧力３８ｍｍＨｇとなっている。
【０００５】
このように、蒸気発生器ドレン等の高温・高圧ドレンを復水器に回収する場合、流量調節弁で減圧した流体を、いわゆる多孔管から噴出させる方式が採用されている。この場合、多孔管の噴出孔において流体が水と蒸気の二相臨界流となるため、高温の液体と断熱膨張した低温の気体が同時に流れることとなる。そして、これらの流体が接触する部分においては、激しい温度変動による（高サイクル）熱疲労が生じ、部材が損傷することがある。
【０００６】
この対策として、従来より、フラッシュタンクを設けるものがある。これは、図６に示すように、例えば上述した復水器４と流量調節弁６との間に、フラッシュタンク８を設け、ここで流体から蒸気を分離するものである。具体的には、同図において、上述した蒸気発生器１からの流体が、ドレン管Ｄを通り流量調節弁６を経て矢印ａの如くフラッシュタンク８に流入する。そして、ここで流体が減圧され、また蒸気が分離されて、矢印ｂの如く復水器４へと導かれる。残った流体は矢印ｃの如く別途復水器４へと導かれる。これにより、温度変動の激しい二相臨界流が発生しにくいようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、フラッシュタンクを設ける構成では、フラッシュタンク自身が大きなものであり、配置スペース上の制約があるとともに、二相臨界流を完全に無くすことはできないので、問題となっている。本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、蒸気発生器等からブローダウンされた高温・高圧ドレンにおいて、熱疲労の原因となる二相臨界流を発生させないようにしたドレン回収装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、高温で高圧のドレンを複数の段階に分けて順次減圧し、各段で生じる蒸気を分離してそれぞれ復水器に導くことを特徴とする。また、前記ドレンを減圧してこれにより生じた蒸気を分離する減圧・蒸気分離器を複数備え、その減圧・蒸気分離器各々を直列に連結して、前記復水器に接続したことを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記減圧・蒸気分離器は、前記ドレンが流入する流入管と、その減圧・蒸気分離器からそのドレンが流出する流出管と、そのドレンから蒸気を分離して抽出する抽出管とを備え、前記流入管に減圧オリフィスを設けて成ることを特徴とする。或いは、前記減圧・蒸気分離器は、前記ドレンが流通するドレン管内部の中心部に開口しそのドレンから蒸気を分離して抽出する抽出管を設けて成ることを特徴とする。
【００１０】
その他、高温で高圧のドレンを冷却器により冷却し、そのドレンの比エンタルピを低下させた後に、これを復水器に導くことを特徴とする。
【００１１】
また、表面に噴出孔が開けられているドレン管を復水器内に設け、その噴出孔よりドレンを噴出させる構成において、前記噴出孔を覆うように前記ドレン管の外周にカバーを設け、更にそのカバーの表面に噴出孔を開けたことを特徴とする。或いは、前記ドレン管の最下流部にドレン抜き管を設けたことを特徴とする。或いは、前記噴出孔にノズルを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るドレン回収装置の概略構成を模式的に示す図である。本実施形態のドレン回収装置は、高温・高圧ドレンを数段階に分けて順次減圧し、各段で生じる蒸気を分離してそれぞれ復水器に導くことで、温度変動の激しい二相臨界流を発生させないようにしている。
【００１３】
具体的には、同図に示すように、主として数個（同図では５個）の減圧・蒸気分離器９が直列に連結され、復水器４に接続された構成となっている。ここではまず、上述した蒸気発生器１からの流体が、ドレン管Ｄを通り矢印Ａの如く上流側先頭の減圧・蒸気分離器９に流入する。そして、ここで流体が減圧され、蒸気が分離される。分離された蒸気は流量制御弁１０を経て、矢印Ｂの如く復水器４へと導かれる。
【００１４】
残った流体は次の減圧・蒸気分離器９に流入し、ここで同様の処理が行われる。これが各減圧・蒸気分離器９について行われ、最後に残った流体は、望ましくはほぼ水のみの状態で矢印Ｃの如く復水器４へと導かれる。なお、減圧・蒸気分離器９の個数は、本実施形態のものに限定されるわけでは勿論無く、温度変動の激しい二相臨界流が発生しないように順次減圧可能であれば良い。
【００１５】
図２は、本実施形態における減圧・蒸気分離器の構成の一例を模式的に示す断面図である。同図に示すように、本例における減圧・蒸気分離器９は、太い短管より成る本体１１を用い、この下流側を絞って二相流流出管１１ａとして延ばした構成となっている。また、本体１１の上流側部分より、上方に向かって抽気管１１ｂが延びている。さらに、本体１１の上流側端部はリング状の壁１２により閉じられている。
【００１６】
ここで、壁１２には二相流流入管１３が貫通しており、本体１１内部まで達したその先端には、減圧オリフィス１４が設けられている。なお、この二相流流入管１３は、蒸気発生器１からの流体が通る上記ドレン管Ｄ、若しくは同図における上流側に配置されている図示しない減圧・蒸気分離器９の本体１１から延びる二相流流出管１１ａが、二相流流入管１３として延びたものである。
【００１７】
同図において、二相流流入管１３を通ってきた流体は、矢印Ａ１の如く減圧・蒸気分離器９へと導かれ、減圧オリフィス１４を経て本体１１内に噴出する。このとき、抽気管１１ｂ出口に設置された上記流量制御弁１０により、抽気流量を制御して減圧オリフィス１４の下流圧力を調整する。減圧オリフィス１４から流出した熱水は、密度が高く慣性が大きいため、その大部分が矢印Ａ２の如く二相流流出管１１ａへと流れ込む。
【００１８】
一方、減圧オリフィス１４によりフラッシュした蒸気は、抽気管１１ｂより矢印Ｂの如く抜き出され、上記復水器４へとバイパスブローされる。このようにして、図示しない下流側の減圧・蒸気分離器９へと流れ込む主流の温度，圧力レベルを低下させる。以上のような処理を、各減圧・蒸気分離器９において行う。最後に残った流体は、上述したように、望ましくはほぼ水のみの状態で復水器４へと導かれる。
【００１９】
図３は、本実施形態における減圧・蒸気分離器の構成の他の例を模式的に示す断面図である。同図に示すように、本例における減圧・蒸気分離器９は、ドレン管Ｄの途中に抽気管１５を設けた構成となっている。抽気管１５は略Ｌ字形状をしており、ドレン管Ｄ内で上流側に向かって延びる管１５ａと、ドレン管Ｄの表面を貫通して上方に向かって延びる管１５ｂとより成る。
【００２０】
管１５ａの下流側端部には、下流側に向かって縮径するテーパ状部１５ｃが設けられており、その先端には小孔１５ｄが開けられている。また、ドレン管Ｄ内には上流側と下流側を仕切るリング状の仕切り板１６が設けられており、これを管１５ａが貫通している。さらに、仕切り板１６の上流側と下流側とを連通させるバイパス管１７が、ドレン管Ｄの外側に迂回して設けられている。
【００２１】
蒸気発生器１から矢印Ａの如くドレン管Ｄを通ってきた流体は、その管内流動様式が環状流となっている。即ち液体が管の内周に沿って環状に流れている状態である。そこで、同図に示したように、管１５ａをドレン管Ｄ内部の中心部に開口させて配置し、ここから主として蒸気ｓを取り込んで、矢印Ｂの如く管１５ｂより抜き出す。抜き出された蒸気は、上記復水器４へとバイパスブローされる。このようにして、図示しない下流側の減圧・蒸気分離器９へと流れ込む主流の温度，圧力レベルを低下させる。
【００２２】
一方、ドレン管Ｄの内周に沿って環状に流れている水ｗは、矢印ｄの如くバイパス管１７に流入し、矢印ｅの如く流出することにより、仕切板１６の上流側から下流側へと導かれる。また、水ｗのうち、管１５ａに取り込まれたものは、テーパ状部１５ｃでトラップされ、矢印ｆの如く小孔１５ｄより吐き出されて、仕切板１６の下流側へと導かれる。
【００２３】
以上のような処理を、各減圧・蒸気分離器９において行う。最後に残った流体は、上述したように、望ましくはほぼ水のみの状態で復水器４へと導かれる。なお、ドレン管Ｄの上流側内周に螺旋状の溝を設けて旋回流を起こすことにより、より確実に環状流を生じさせることができ、液体が管の内周に沿って流れる割合を高くすることができるので、蒸気分離効率を改善することが可能となる。
【００２４】
図４は、本発明の他の実施形態に係るドレン回収装置の概略構成を模式的に示す図である。本実施形態のドレン回収装置は、冷却器により高温・高圧ドレンの比エンタルピを低下させた後に、これを復水器に導くことで、温度変動の激しい二相臨界流を発生させないようにしている。
【００２５】
具体的には、同図に示すように、ドレン管Ｄの途中に冷却器１８が設けられた構成となっている。ここではまず、上述した蒸気発生器１からの流体が、ドレン管Ｄを通り矢印Ａの如く冷却器１８に流入する。そして、ここで流体が冷却され、その比エンタルピが低下する。冷却器１８から出た流体は、望ましくはほぼ水のみの状態で矢印Ｃの如く復水器４へと導かれる。
【００２６】
ところで、上記各実施形態とは別の構成として、高温・高圧ドレンを復水器内で噴出する多孔管を所定の構造とすることにより、ここでの熱疲労を低減することができる。図７は、このような多孔管における種々の構造を示す縦断面図であり、従来技術で説明した、復水器４内に設けられたＳＧブロードレン管７に追加される構成を示している。
【００２７】
同図（ａ）では、ＳＧブロードレン管７の表面に多数開けられている噴出孔７ａを覆うように、ＳＧブロードレン管７の外周に略円筒状のカバー１９を設け、二重管構造としている。さらに、カバー１９の表面に噴出孔１９ａを多数開けた構成としている。これにより、矢印ａの如くＳＧブロードレン管７に流入した高温・高圧ドレンが各噴出孔より噴出する際の噴出孔での噴流の強さを減少させることができ、噴出孔部における熱的影響を減ずることができる。
【００２８】
同図（ｂ）では、ＳＧブロードレン管７の最下流部（先端部）に、ドレン抜き管２０を設置した構成としている。ドレン抜き管が無い場合は、破線ｇによる気液界面で示すように、先端に溜まった水ｗが上流側へと蒸気ｓに向かって迫り上がるので、特に下流側に開けられた噴出孔７ａから多量のドレンが噴出することとなる。そこで、ドレン抜き管２０を設けることにより、噴出孔７ａから噴出するドレンの量を低減させることができ、噴出孔部のメタル温度変動を低減させて、損傷を防止することが可能となる。
【００２９】
同図（ｃ）では、ＳＧブロードレン管７の噴出孔７ａに、略円筒状のノズル２１を設置した構成としている。ノズルは薄肉となるので、ここでの熱応力を低減させることができ、損傷を防止することが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、蒸気発生器等からブローダウンされた高温・高圧ドレンにおいて、熱疲労の原因となる二相臨界流を発生させないようにしたドレン回収装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るドレン回収装置の概略構成を示す図。
【図２】本実施形態における減圧・蒸気分離器の構成の一例を示す断面図。
【図３】本実施形態における減圧・蒸気分離器の構成の他例を示す断面図。
【図４】本発明の他の実施形態に係るドレン回収装置の概略構成を示す図。
【図５】従来の発電プラントにおける復水給水系統の一例を示す概略図。
【図６】フラッシュタンクによる高圧・高温ドレン復水器回収方法を示す図。
【図７】多孔管における種々の構造を示す縦断面図。
【符号の説明】
１　　蒸気発生器
２　　蒸気タービン
３　　発電機
４　　復水器
５　　復水ポンプ
６　　流量調節弁
７　　ＳＧブロードレン管
８　　フラッシュタンク
９　　減圧・蒸気分離器
１０　　流量制御弁
１１　　本体
１２　　壁
１３　　二相流流入管
１４　　減圧オリフィス
１５　　抽気管
１６　　仕切り板
１７　　バイパス管
１８　　冷却器
１９　　カバー
２０　　ドレン抜き管
２１　　ノズル
Ｄ　　ドレン管
【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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