(57)【要約】【課題】多量の水分を含む蒸気中から効率よく水分を除去することのできる配管用液膜分離装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明に係る配管用液膜分離装置は、液滴Ｃを含むガス流Ａを移送する配管２の内周に環状に配設された捕捉手段４と、前記配管２の内部において前記捕捉手段４より下流側に配設された減圧手段１０と、前記捕捉手段４により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管２の外部へ排出する排出手段１６と、前記捕捉手段４により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段１０より下流側へ戻すガス流返還手段１８とを備えることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された捕捉手段と、
前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段と、
前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管の外部へ排出する排出手段と、
前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段より下流側へ戻すガス流返還手段と
を備える配管用液膜分離装置。
【請求項２】
さらに、前記配管の外部に配置され、前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流を回収すると共に、該液滴を含むガス流を液滴とガス流とに分離するための分離回収手段を備え、前記排出手段と前記蒸気返還手段とは、該分離回収手段に接続されている請求項１に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項３】
前記捕捉手段は、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造になっている請求項１に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項４】
前記配管は、液体回収用タンクに接続されており、前記排出手段により排出された液滴は、該液体回収用タンクに回収される請求項１乃至３の内のいずれか１項に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項５】
前記捕捉手段は、前記配管に複数段配設されている請求項１乃至３の内のいずれか１項に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項６】
最終段以外の各段の対応する前記ガス流返還手段は、より下流側に配設された次段の前記捕捉手段の下流側にガス流を戻すように配設されている請求項５に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項７】
前記減圧手段は、オリフィスである請求項１乃至６の内のいずれか１項に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項８】
該配管用液膜分離装置は、前記配管における湾曲部の下流側に設置されている請求項１乃至７の内のいずれか１項に記載の配管用液膜分離装置。
【請求項９】
液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された捕捉手段により前記配管の内壁に沿った前記液滴を含むガス流を引き込む段階と、
前記捕捉手段により引き込まれた前記液滴を含むガス流から液滴を分離して前記配管の外部へ排出すると共に、液滴を分離された前記ガス流を前記捕捉手段より下流側のより圧力の低い位置へ返還する段階とからなる配管用液膜分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内において多量の水分を含むガス流から該水分を除去するための装置及び方法に関し、特に、蒸気発生器のブローダウン熱回収用タンクの出口配管内において蒸気中に含まれる水分を除去するための液膜分離装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くのプラントにおいて多量の水分を含む蒸気を移送するに当たり、移送先の工程の都合や配管の構造上の問題から、蒸気中に含まれる水分を除去する必要がある。例えば、加圧水型原子力プラントの蒸気発生器に接続されたブローダウン熱回収用タンクの出口配管では、蒸気中に多量の水分が含まれる場合があり、この水分量が多いと、配管系に圧力脈動が生じてタンクを含む系全体が不安定になる可能性がある。また、本来熱回収用タンクで水と蒸気とが分離しているはずなのに、多量の水分が蒸気に含まれたままとなり、熱回収用タンク内での分離効率が悪かったり、プラントの浄化能力が低下する場合がある。このように、圧力変動のない安定した系や浄化効率低下を防止すると共に、さらに、熱回収用タンクの小型化などの要求から、蒸気中に含まれる水分を除去することが望まれていた。
【０００３】
そこで、例えば、図５に示すように、ガス移送配管内１００の内部に、複数の三角形状のガイド板１０２を、頂部が配管の軸方向上流側に向いた略円錐形状になるように、かつ各板が配管の直径に対して斜め向きとなるように、配管の中心軸の周りに互いに周方向に間隔を介して配列して構成された遠心力型分離部材１０１を配設し、この遠心力型分離部材１０１の下流側に、環状の液捕集部材１０３を設けてなるような液滴を含むガスから液滴を分離するための液捕集装置がある（例えば、特許文献１参照）。このようにすると、液滴を含むガスＡは、遠心力型分離部材１０１により旋回しながら流れ、遠心力が与えられる。この際、液滴は、ガイド板１０２に衝突して液膜Ｃとなって配管の内壁に沿って下流側へ流れていき、液捕集部材１０３によって捕集されて、排出管１０４を介してトラップ１０５に排出される。なお、ガスは、点線Ｂで示すように液捕集部材１０３の開口部分を通過して、さらに下流側に通流していき、これにより、液滴を含むガス流から液滴が除去されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１２８０２４号公報　（要約、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配管１００の内壁に沿って流れる液膜Ｃは、ガス流Ａ及びＢの流れに伴った自然の流れのままで液捕集部材１０３に流入して捕集されるだけであり、液膜の除去効率が劣るという問題点があった。また、液捕集部材１０３の入口部に液膜Ｃが衝突したり、入口部を乗り越えたりして、液膜Ｃが主流側に飛散してしまい、液膜の除去効率がさらに悪くなるという問題点があった。
【０００６】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、多量の水分を含むガス流から効率よく水分を除去することのできる配管用液膜分離装置及び方法を提供することを主な目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明に係る配管用液膜分離装置は、液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された捕捉手段と、前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段と、前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管の外部へ排出する排出手段と、前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段より下流側へ戻すガス流返還手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
さらに、前記配管の外部に配置され、前記捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流を回収すると共に、該液滴を含むガス流を液滴とガス流とに分離するための分離回収手段を配設し、前記排出手段と前記蒸気返還手段とを該分離回収手段に連設することも好ましい。また、前記捕捉手段を、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造にすることもできる。さらに、前記配管を液体回収用タンクに接続し、前記排出手段により排出された液滴を該液体回収用タンクに回収するようにすることも望ましい。またさらに、前記捕捉手段を前記配管に複数段配設することも好ましい。この場合には、最終段以外の各段の対応する前記ガス流返還手段は、より下流側に配設された次段の前記捕捉手段の下流側にガス流を戻すように配設する。なお、前記減圧手段をオリフィスにしたり、配管用液膜分離装置を前記配管における湾曲部の下流側に設置することも好ましい。
【０００９】
また、本発明の別の局面によると、配管用液膜分離方法は、（ｉ）液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された捕捉手段により前記配管の内壁に沿った前記液滴を含むガス流を引き込む段階と、（ｉｉ）前記捕捉手段により引き込まれた前記液滴を含むガス流から液滴を分離して前記配管の外部へ排出すると共に、液滴を分離された前記ガス流を前記捕捉手段より下流側のより圧力の低い位置へ返還する段階とからなることを特徴としている。
【００１０】
【作用】
捕捉手段に連接されたガス流返還手段が配管内に配設された減圧手段より下流側へ連通しているために、ガス流引き込み位置とガス流返還位置との間で圧力差が生じ、この圧力差により捕捉手段において液滴を含むガス流が強制的に吸引され、液膜の除去効率が上がる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
図１は、本発明に係る配管用液膜分離装置１の第１の実施の形態を示す概要図である。この図において、配管２には、捕捉手段として機能する捕捉装置４が配設されている。捕捉装置４は、配管２の内壁に沿って環状に取り付けられており、配管と同心円状に配設された円環部６により、この円環部６と配管２の内壁との間に環状の捕捉部８が画成される。配管２のガス流の流れ方向の下流側（図１においては紙面に対して右側）には、減圧部材として機能するオリフィス１０が配設されている。
【００１２】
捕捉装置４の一部には、配管１２が連接されており、この配管１２を介して、捕捉装置４で捕捉した液滴を含むガス流は、分離回収手段として機能する回収容器１４に回収される。回収容器１４は、配管２の外部に位置している。液滴を含むガス流は、回収容器１４において、液滴と液滴を除去したガス流とに分離させられ、液滴は、排出手段として機能する配管１６を介して排出され、一方、液滴を除去したガス流は、ガス流返還手段として機能する配管１８を介して配管２の内部へ返還される。ここで、配管１８は、オリフィス１０よりもガス流れ方向の下流側において、配管２へ連通するように構成されている。
【００１３】
以上のように構成された配管用液膜分離装置１の作用を説明する。配管２の内部において、ガス流Ａに含まれている液滴から種々の作用により形成された配管の内壁に沿って流れる液膜Ｃは、ガス流Ａの流れ方向と同一の方向に流れるため、捕捉装置４の環状の捕捉部８に引き込まれる。この際、液膜Ｃと一緒に主流であるガス流Ａの一部分も同時に環状の捕捉部８から引き込む。捕捉装置４により引き込まれたガス流Ａの一部と液膜Ｃとは、配管１２を介して回収容器１４へ回収される。そして、回収容器１４は、液滴を含むガス流Ａと液膜Ｃとを液体と液体を除去されたガス流とに分離し、液体を配管１６を介して外部に排出すると共に、ガス流を配管１８を介して配管２へ返還する。
【００１４】
ここで、配管１８が配管２へ接続する位置は、環状の捕捉装置自体の圧力損失に加えてオリフィスでの減圧効果があるため、捕捉装置４が配設された位置と比較して充分に低い圧力になっている。すなわち、捕捉部８では、ガス流Ａ及び液膜Ｃは、配管２の内部の主流たるガス流Ａの流れによって自然に流入するのではなく、配管１２及び配管１８を介して連通している低圧部との圧力差により強制的に吸引されるようになる。そのため、従来の装置と比較して、液膜Ｃの除去効率が上がる。なお、配管２の内壁側へ液膜を流すためには、ガイドベーンを用いるとより効率的である。また、Ｌ字状などの湾曲部を有する配管を利用して、この湾曲部の下流に本発明に係る配管用液膜分離装置を取り付ければ、湾曲部における遠心力の作用によりガス流内部に含まれる液滴が壁面に張り付いて液膜状になるので、ガイドベーンと同様の効果がある。
【００１５】
次に、図２を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第２の実施の形態を説明する。第一の実施の形態では、ガス流及び液膜を捕捉する捕捉装置４を１段設置しただけであるが、この第２の実施形態においては、配管用液膜分離装置２０は、捕捉装置４ａ及び４ｂを直列に２段配設してある、すなわち多段型配管用液膜分離装置である。各段部の構成は、基本的には、第１の実施形態と同様であり、捕捉装置４ａ及び４ｂは、配管１２ａ及び１２ｂを介して回収容器１４ａ及び１４ｂに連通しており、回収容器１４ａ及び１４ｂ内で分離された水分は、配管１６ａ及び１６ｂを介して外部に排出される。第２段部の回収容器１４ｂ内で水分を除去されたガス流は、第１の実施形態と同様に、配管１８ｂを介して本流たる配管２のオリフィス１０の下流側に返還される。しかしながら、第１段部の回収容器１４ａ内で水分を除去されたガス流は、配管１８ａを介して第２段部の捕捉装置４ｂの下流側で配管２へ返還される。すなわち、第２段部の捕捉装置４ｂ自体の圧力損失を利用することにより、第１段部の捕捉装置４ａの設置位置とガス流返還手段たる配管１８ａの配管２への連通位置との間で圧力差が生じ、その結果、捕捉装置４ａの捕捉部における吸引作用が発生するのである。従って、例えば３段以上の多段にする場合には、ｎ段部のガス流返還手段たる配管１８（ｎ）は、次のｎ＋１段部の捕捉装置４（ｎ＋１）の下流側で配管２へ接続させ、最終段部のガス流返還手段たる配管１８（最終）をオリフィス１０の下流側で配管２へ接続させれば、各段部における捕捉装置の捕捉部で、所定の吸引作用が生じる。
【００１６】
この第２の実施形態では、多段型配管用液膜分離装置２０の最終段部のガス流返還手段たる配管１８（最終）をオリフィス１０の下流側で配管２へ接続させるようにしたが、図３に示すように、多段型配管用液膜分離装置２０’の第１及び第２段部の配管１８ａ及び１８ｂを総てオリフィス１０の下流側で配管２へ接続させるようにすることもできる。また、図４に示すように、多段型配管用液膜分離装置２０’’の第１及び第２段部の配管１８ａ及び１８ｂを最終的に一本に合流させてからオリフィス１０の下流側で配管２へ接続させてもよい。
【００１７】
次に、図５を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第３の実施の形態を説明する。この図に示した案内吸気付液膜分離装置３０は、捕捉装置３２の捕捉部が二重引込構造になっている。すなわち、配管２の内壁に沿って環状に形成された液膜用の外側環状捕捉手段として機能する外側環状捕捉部３４と、この外側環状捕捉部３４のさらに内側に環状に形成された主たるガス流用の内側環状捕捉手段として機能する内側環状捕捉部３６とが捕捉装置３２に配設されている。外側環状捕捉部３４には、その一部から水分を排出するための排出手段として機能する配管３８が接続している。一方、内側環状捕捉部３６には、その一部からガス流を返還するための返還手段として機能する配管４０が接続してあり、この配管４０は、オリフィス１０の下流側で配管２へ接続している。
【００１８】
このように構成された案内吸気付液膜分離装置３０の作用を説明する。配管２の内壁に沿って下流に移動する液膜Ｃを外側環状捕捉部３４のみで引き込む場合には、この捕捉部３４を画成する部材の上に乗り上げてしまい、主たるガス流Ａの作用で液膜が飛散してガス流が不安定になってしまうが、二重引込構造によって液膜の直ぐ上側に位置する主たるガス流Ａの一部を内側環状捕捉部３６へ引き込むことにより、ここに吸引されるガス流の影響により液膜Ｃが外側環状捕捉部３４に安定して引き込まれる。外側環状捕捉部３４に吸引された液膜Ｃは、配管３８を介して外部に排出され、内側環状捕捉部３６に吸引されたガス流Ａの一部は、配管４０を介して配管２へ返還される。なお、この実施形態においては、従前の実施形態と異なり配管２の外部に分離手段を備えていないので、液膜の除去効率を上げるためには、ガス流Ａに含まれている液滴を確実に配管２の内壁に沿った液膜にしておく必要があるため、ガイドベーンや配管の湾曲部を利用することが好ましい。
【００１９】
最後に、図６を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第４の実施の形態を説明する。配管用液膜分離装置５０は、加圧水型原子炉プラントの蒸気発生器（図示せず）に接続されたブローダウン熱回収用タンク５２の出口配管５４に配設されている。捕捉装置４は、出口配管の湾曲部の下流側に設置されている。捕捉装置４に配管１２を介して接続された回収容器１４から水を排出する配管１６は熱回収用タンク５２へ接続されており、一方、配管１８は、蒸気を返還するために出口配管５４へ接続されている。
【００２０】
このように構成された配管用液膜分離装置５０の作用を説明する。基本的な作用は、第１の実施形態と同じであるが、蒸気発生器から移送されたブローダウン水ＢＤＷが熱回収用タンク５２に流入すると、サイクロンセパレータ方式で水分がタンク内壁を流下すると共に、水分を含んだ蒸気が出口配管５４を通じて次の場所へ移送されていく。この時、出口配管５４の内部の蒸気に含まれた水分は、湾曲部を通過することにより遠心力の作用で内壁に沿って張り付いて液膜状になり、蒸気と伴に捕捉装置４に吸引される。吸引された液膜及び蒸気は、配管１２を介して回収容器１４に回収され、ここで、水と蒸気とに分離される。分離された水は、熱回収用タンク５２に回収され、蒸気は、出口配管５４へ返還される。
【００２１】
以上のように、出口配管５４内の水分を含む蒸気から水分を分離回収して熱回収用タンク５２に戻すことにより、熱回収用タンクにおける水と蒸気との分離効率が結果として上昇するとともに、出口配管における圧力脈動を防止して熱回収用タンク及び配管系の安定化を図ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係る配管用液膜分離装置は、液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された捕捉手段と、前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段とを配管系で連通させることにより、ガス流引き込み位置とガス流返還位置との間で圧力差が生じ、この圧力差により捕捉手段において液滴を含むガス流が強制的に吸引されるため、結果として液膜の除去効率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配管用液膜分離装置の第１の実施形態を示す概要図である。
【図２】本発明に係る配管用液膜分離装置の第２の実施形態を示す概要図である。
【図３】図２に示した第２の実施形態の変形例を示す概要図である。
【図４】図２に示した第２の実施形態のさらに別の変形例を示す概要図である。
【図５】本発明に係る配管用液膜分離装置の第３の実施形態を示す概要図である。
【図６】本発明に係る配管用液膜分離装置の第４の実施形態を示す概要図である。
【図７】従来の液捕集装置の概要を示す概略図である。
【符号の説明】
１…配管用液膜分離装置、２…配管、４…捕捉装置（捕捉手段）、６…円環部、８…捕捉部、１０…オリフィス（減圧手段）、１２…配管、１４…回収容器（分離回収手段）、１６…配管（排出手段）、１８…配管（ガス流返還手段）、２０，２０’，２０’’…多段型配管用液膜分離装置、３０…案内吸気付液膜分離装置、３２…捕捉装置、３４…外側環状捕捉部（外側環状捕捉手段）、３６…内側環状捕捉部（内側環状捕捉手段）、３８，４０…配管、５０…配管用液膜分離装置、５２…ブローダウン熱回収用タンク、５４…出口配管、１００…ガス移送配管、１０１…遠心力型分離部材、１０２…ガイド板、１０３…液捕集部材、１０４…排出管、１０５…トラップ。
【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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