CN1904476B - 排出分离器 - Google Patents

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Abstract

驱动部分(40)设置用于壳体(36)。风扇(38)通过驱动部分(40)在壳体(36)中旋转。通过由风扇(38)向饱和蒸汽(A)施加离心力以便使得饱和蒸汽(A)经过柱形分离壁(42)，供给壳体(36)的饱和蒸汽(A)将分离成液体组分和气体组分。液体组分通过分离壁(42)和屏蔽部分(44)从壳体(36)的出口(50)排出。另一方面，气体组分从形成于壳体(36)的上部部分中的排出口(48)排出。

Description

排出分离器
发明领域
本发明涉及一种排出分离器，用于从包含气体和液体的混合物流体中分离气体组分和液体组分。
背景技术
气体/液体分离器(排出分离器)已经公知，其中，例如分离器用于蒸汽产生单元(该蒸汽产生单元用于产生包含水的蒸汽)，这样由蒸汽产生单元产生的气体-水混合物流体将分离成气体组分(蒸汽)和液体组分(水)。
在图6所示的蒸汽产生单元2(气体/液体分离器用于该蒸汽产生单元2)中，具有多个叶片的旋转叶片4可旋转地布置成在柱形气体-水上行管3中。柱形水下落筒5环绕气体-水上行管3并覆盖该气体-水上行管3。空间6形成于水下落筒5和气体-水上行管3之间。而且，用于排出分离的水的排出口形成于水下落筒5的底侧。
当气体-水混合物流体能够沿气体-水上行管3从底侧向上侧流动时，旋转叶片4根据气体-水混合物流体的流量或流速而旋转预定量，从而在气体-水混合物流体中产生旋流。因此，气体-水混合物流体在离心力作用下分离成蒸汽和水。蒸汽组分从气体-水上行管3进一步向上运动，以便通过柱形孔8而流入内部柱体9中。热水压靠气体-水上行管3，并通过空间6而向下流动。然后，热水通过排出口7而返回蒸汽产生单元2的供水部分(例如见日本专利申请公开No.11-141802)。
气体/液体分离器1构成为这样，即旋转叶片在流体流过气体-水上行管3的气体-水混合物的作用下旋转。因此，当气体-水混合物流体的流量或流速很小时，旋转叶片4的旋转降低，从而不能使旋转叶片4合适旋转。因此，不能在旋转叶片4的旋转作用下使得包含于气体-水混合物流体中的蒸汽和水进行离心分离。
下面的措施用于即使当气体-水混合物流体的流量或流速很小时(如上所述)也能够可靠分离气体-水混合物流体。也就是，例如驱动源向旋转叶片4提供旋转力的气体/液体分离器能够通过由驱动源驱动的旋转叶片4来分离气体-水混合物流体。
如图7所示，这样的气体/液体分离器10包括布置在外壳11下面的电马达12。与电马达12的旋转轴13连接的转子在电马达的驱动作用下旋转。内部翅片15布置在转子14内。液体排出流动通道16形成于内部翅片15的外周侧，从气体-液体混合物气流中分离的液体通过该液体排出流动通道16排出。转子14有气体可渗透膜18，只有气体可透过该膜18，该气体可渗透膜用于朝着外壳11的内壁表面开口的气体排出通道17。
当气体-液体混合器气流从安装于外壳11中的入口管19引入时，电马达12驱动，使得气体-液体混合物气流在转子14的旋转作用下在外壳11中产生旋流，从而使得气体和液体离心分离。气体通过气体可渗透膜而从外壳11的气体出口管20向外排出。分离的液体根据离心力而径向向外流动，然后通过液体排出流动通道16而向着外壳11外部排出(例如见日本专利申请公开No.2003-80114)。
在日本专利申请公开No.2003-80114所述的普通技术中，内部翅片15和液体排出流动通道16与连接电马达12的转子14成一体.因此，缺点是用于使转子14旋转的电马达12可能为很大尺寸，且转子14的结构可能复杂.
而且，因为液体排出流动通道16的形状复杂，因此当从气体-液体混合物气流中分离的液体流动时，将由于包含在液体中的灰尘等而将发生堵塞。而且，当发生堵塞时，气体-液体混合物气流的分离效率降低。
发明内容
本发明的总目的是提供一种排出分离器，该排出分离器有简单结构，它不管混合物流体的流动状态如何都能够一直使气体组分和液体组分可靠和稳定地从混合物流体中分离。
通过下面的说明并结合附图，将更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中通过所示实例表示了本发明的优选实施例。
附图的简要说明
图1是表示蒸汽产生单元的示意纵剖图，本发明第一实施例的排出分离器用于该蒸汽产生单元；
图2是表示第二实施例的排出分离器的放大纵剖图；
图3是表示第三实施例的排出分离器的放大纵剖图；
图4是表示第四实施例的排出分离器的放大纵剖图；
图5是表示第五实施例的排出分离器的放大纵剖图；
图6是表示蒸汽产生单元的示意纵剖图，普通技术的气体/液体分离器用于该蒸汽产生单元；以及
图7是表示另一普通技术的气体/液体分离器的示意纵剖图。
具体实施方式
参考图1，参考标号30表示蒸汽产生单元，本发明第一实施例的排出分离器用于该蒸汽产生单元。
蒸汽产生单元30用于产生饱和蒸汽以便驱动例如加压水反应堆中的涡轮。蒸汽产生单元30包括沿垂直方向延伸的蒸汽流动管32。排出分离器34布置在蒸汽流动管32的上端。作为蒸汽和热水的混合物气流的饱和蒸汽A向上流过蒸汽流动管32。
排出分离器34包括：壳体(本体)36，该壳体36与蒸汽流动管32的上端连接；风扇(旋转部件)38，该风扇可旋转地布置在壳体36中；驱动部分40，该驱动部分40安装在壳体36中，该驱动部分驱动风扇38旋转；柱形分离壁42，该柱形分离壁42布置在与风扇38的外周分开预定距离的位置处；以及屏蔽部分44，该屏蔽部分44基本垂直于风扇38轴线地布置在风扇38的下面。
壳体36例如由树脂材料形成，以便有柱形形状。壳体36有：引入口46，该引入口46形成于壳体36的、与蒸汽流动管32连接的一端侧36b上，用于引入作为混合物气流的饱和蒸汽A；以及气体排出口(第一排出口)48，该气体排出口48形成于另一相对端36C上，用于排出从饱和蒸汽中分离的气体组分(蒸汽)。出口(第二排出口)50形成于壳体36的侧部，从饱和蒸汽A中分离的液体组分(热水)从该出口50排出。
引入口46与形成于壳体36轴线上的引入管52连通，并朝着蒸汽流动管32开口。引入管52成管形朝着壳体36内部延伸。引入管52从壳体36的底壁表面(倾斜表面)54凸出预定长度。
另一方面，驱动部分40安装在壳体36的另一端36c的基本中心部分中。驱动部分40的驱动轴40a通过壳体36的通孔36a而插入壳体36内。驱动部分40例如包括DC马达，该DC马达由从未示出的电源供给的电流而驱动旋转。
气体排出口48与在壳体36的另一端36c处的驱动部分40相邻地形成。气体排出口48沿壳体36的轴向方向穿透另一端36c。因此，壳体36的外部和内部通过气体排出口48而相互连通。而且，分离的蒸汽通过与气体排出口48连接的管56而向壳体外部排出。气体排出口48基本形成为平行于通孔36a，同时沿径向方向与该通孔36c分离预定距离。
出口50开口成使得该出口50基本垂直于壳体36的轴线。出口50形成为在靠近壳体36一端36b的侧部凸出预定长度。管形管58与出口50连接。也就是，壳体36的内部和外部通过出口50而相互连通。而且，分离的热水通过与出口50连接的管58而向壳体外部排出。
另一方面，壳体36的底壁表面54形成为基本圆形，且相对于壳体36的轴线朝着出口50倾斜，并靠近蒸汽流动管32，该蒸汽流动管32从与出口50对称的位置向下布置。换句话说，底壁表面54从最远离出口50的位置处朝着出口50逐渐向下倾斜。在出口50附近，底壁表面54的高度基本与出口50的内周表面相同，并与它平滑连接。
也就是，在壳体36中分离的热水导向出口50，这样，热水在重力作用下滴向底壁表面54，然后沿倾斜的底壁表面54集中。因此，分离的液体组分(热水)能够高效地从出口50向外排出。壳体36布置成使得形成引入口46和出口50的一端侧36b是靠近蒸汽流动管32的底侧，而布置有驱动部分40和排出口48的另一端侧36c是上侧。
风扇38有沿风扇38的径向方向向外伸出的多个叶片60。风扇38与驱动部分40的驱动轴40a连接，并布置在壳体36的基本中心部分处。风扇38布置在壳体36的轴线上。也就是，它定位成与壳体36的引入管52和引入口46同轴。
分离壁42例如由金属材料(例如不锈钢)形成为柱形，具有布置在周边表面中的多个孔(未示出)。分离壁42布置成覆盖风扇38的外周部分。分离壁42的外周侧和内周侧通过多个孔而相互连通。分离壁42布置成与风扇38的外周表面分离基本恒定距离。分离壁42的一端42a固定在壳体36的内壁表面上并在靠近驱动部分40的一端36b侧。而且，另一端42b相对于风扇38的下端朝着壳体36的底壁表面54凸出预定长度。
分离壁42并不特别限制为具有多个孔的金属材料，而是可以为例如树脂材料、纤维材料或烧结材料的多孔部件。也就是，它可以为任意结构，只要其使得包含于饱和蒸汽中的气体组分能够通过，且提供了能够捕获液体组分的多个孔。
屏蔽部分44例如由树脂材料组成的板部件而形成，以便有基本盘形形状。屏蔽部分44通过形成于屏蔽部分44的基本中心部分处的孔45而固定在引入管52的上端。屏蔽部分44布置成对着风扇38的下端表面。
屏蔽部分44沿逐渐离开风扇38的方向从固定于引入管52上的支承点逐渐倾斜，因此，屏蔽部分44的外端部分44a定位成靠近分离壁42的内周表面.换句话说，屏蔽部分绕固定部分的中心径向向外朝着壳体36的一端36b逐渐倾斜.也就是，具有预定尺寸的间隙62形成于分离壁42和屏蔽部分44的外端部分44a之间.
因为屏蔽部分44从引入管52朝着壳体36的底壁表面54逐渐倾斜，如上所述，因此，通过风扇38而在屏蔽部分44上分离的热水沿倾斜屏蔽部分44落下，以便从外边缘部分44a滴落至底壁表面54上。
本发明第一实施例的排出分离器34的基本结构如上所述。下面将介绍它的工作、功能和效果。
由蒸汽产生单元30产生的饱和蒸汽A通过蒸汽流动管32而向上流动，然后从排出分离器34的引入口46而引入壳体36中。这时，布置在壳体36中的风扇38通过由未示出的电源供给驱动部分40的电流而预先旋转，以便驱动驱动部分40。
引入壳体36的饱和蒸汽A进行流动，这样，饱和蒸汽A径向向外扩散，同时在风扇38的旋转作用下在壳体36中产生旋流。当饱和蒸汽A径向向外流动以便通过分离壁42时，作为包含在饱和蒸汽A中的气体组分的蒸汽经过分离壁42的多个孔(未示出)，而热水作为液体组分由孔捕获而留在这里。也就是，液体组分不会流向分离壁42的外周侧。
保留在分离壁42中的热水在重力作用下沿分离壁表面向下流动，然后滴向底壁表面54。在屏蔽部分44上的热水也沿倾斜的屏蔽部分44而从引入管52侧逐渐径向向外流动。热水从屏蔽部分44的外边缘部分44a滴向底壁表面54。
热水沿壳体36的倾斜底壁表面流动。热水朝着出口50集中，然后从出口50向外排出。热水例如通过与出口50连接的管58而供给蒸汽产生单元30的供水池(未示出)。
另一方面，以及包含于饱和蒸汽A中的液体组分(热水)在它经过分离壁42时由分离壁42的孔从蒸汽A中除去。在经过的蒸汽流向壳体36的内周侧后，它通过管56而从气体排出口48排出。
如上所述，在第一实施例中，能够通过施加电流而驱动的驱动部分40用于壳体36，以便驱动布置在壳体36中的风扇38旋转。引入壳体36中的饱和蒸汽A在风扇38的旋转作用下通过离心力而分离成气体组分和液体组分。
如上所述，作为混合物气流的饱和蒸汽A在风扇38的旋转作用下(风扇38由驱动部分40驱动)通过饱和蒸汽A的旋流(以便向饱和蒸汽A施加离心力)而被迫分离成蒸汽和热水。因此，离心力能够总是稳定地施加在饱和蒸汽A上，以便使饱和蒸汽A离心分离，而与引入壳体36中的饱和蒸汽A的流量或流速无关。因此，饱和蒸汽A能够总是通过风扇38而可靠和稳定地分离成气体组分(蒸汽)和液体组分(热水)。
在该排出分离器34中，饱和蒸汽能够通过提供有驱动部分40、由该驱动部分40驱动旋转的风扇38和布置在风扇38外周侧的分离壁42的简单装置而可靠和稳定地分离成气体组分和液体组分。
在该结构中，因为只有风扇38由驱动部分40驱动旋转，因此与包括包含于转子14中的液体排出流动通道16的普通气体/液体分离器(排出分离器)10相比，它能够压低施加在驱动部分40上的负载。因此，可以使驱动部分40小型化，并简化排出分离器34的结构。
因为在壳体36中分离的热水能够通过分离壁42或屏蔽部分44而沿底壁表面54流动，并能够从出口50排出，因此与普通气体/液体分离器10(其中，排出通过具有复杂路线的液体排出流动通道16来进行)相比，热水向壳体36外部的排出能够方便和高效地实现.
下面，图2中表示了第二实施例的排出分离器100。在如后面所述的第二至第五实施例的排出分离器100、120、140、160中，与上述第一实施例的排出分离器34中相同的结构部件由相同参考标号表示，并将省略对它们的详细说明。
第二实施例的排出分离器100与第一实施例的排出分离器34的区别在于，彼此分离预定距离的多个分离壁102a至102c布置在壳体36中。
如图2中所示，排出分离器100包括多个(例如三个)柱形的第一至第三分离壁102a至102c，它们有不同直径，并布置在风扇38的外周侧。
特别是，在第一至第三分离壁102a至102c中，第一分离壁102a具有最小直径，并布置成最靠近风扇38。在第一至第三分离壁102a至102c中，第三分离壁102c具有最大直径，并布置成最远离风扇38，同时对着壳体36的内侧表面。第二分离壁102b的直径在第一和第三分离壁102a、102c之间，并布置在第一和第三分离壁102a、102c之间。也就是，第一至第三分离壁102a至102c布置为等间距。
因为多个第一至第三分离壁102a至102c用于排出分离器100，因此饱和蒸汽A流入壳体36中，这样它在离心力作用下以该顺序经过第一至第三分离壁102a至102c，包含于饱和蒸汽A中的液体组分能够逐渐分离。因此，饱和蒸汽A能够更可靠地分离成气体组分和液体组分。因此，可以进一步降低在分离蒸汽中的液体含量。前述说明设想了当提供第一至第三分离壁102a至102c以便在壳体36中形成三层时的实例。不过，该数目并不局限于此，只要多个分离壁彼此分开预定距离，并布置成覆盖风扇38的外周部分。
下面，图3表示了第三实施例的排出分离器120。
第三实施例的排出分离器120与第一实施例的排出分离器34的区别在于，排出阀122用于出口50，在壳体36中分离的热水从该出口50排出。
排出阀122布置在出口50和管58之间，用于向外排出热水，并用作转换机构，用于转换出口50和管58之间的连通状态。当排出阀122处于阀打开状态，以便使出口50与管58连通时，由排出分离器120分离的热水能够通过排出阀122而从出口50排出至管58。
另一方面，当排出阀122处于阀关闭状态，以便切断在出50和管58之间的连通时，由排出分离器120分离的热水不能通过排出阀122而排出至管58，从而使预定量的热水留在壳体36和出口50中。也就是，通过提供排出阀122，可以控制从壳体36的出口50排出的热水量。
因此，可以避免热水从壳体36的出口50持续排出。而且，通过由排出阀122任意转换在出口50和管58之间的连通状态，热水能够在合适时间向外排出。在预定压力下打开以便提供连通状态的止回阀可以用作转换机构，以代替排出阀122。
下面，图4表示了第四实施例的排出分离器140。
第四实施例的排出分离器140与第一实施例的排出分离器的区别在于，第二分离壁144布置在壳体36的另一端36c，这样，第二分离壁144对着风扇38的上端表面，该第二分离壁144与布置在风扇38的外周侧的第一分离壁142不同。
排出分离器140包括：柱形的第一分离壁142，该第一分离壁142环绕风扇38的外周布置；以及盘形的第二分离壁144，该第二分离壁144布置在壳体36的另一端36c的内壁表面上，并在驱动部分40和风扇38的上端表面之间.驱动轴40a穿过第二分离壁144的基本中心部分，该第二分离壁144由多孔金属材料以与第一分离壁142相同的方式形成.
当多个(例如)第一和第二分离壁142、144布置在壳体36中时，如上所述，当蒸汽也通过排出口48而从壳体36中排出时，蒸汽经过第二分离壁144，以便使得残留在蒸汽中的液体组分进一步与蒸汽分离。因此，包含于蒸汽中的液体组分能够更可靠地在排出分离器140中分离，从而能够降低包含于蒸汽中的液体组分的含量。
最后，图5表示了第五实施例的排出分离器160。
第五实施例的排出分离器160与第一实施例的排出分离器34的区别在于，加热单元162用于排出口48，在壳体36中分离的蒸汽通过该排出口48而排出。
加热单元162例如由加热器构成，当供电时，该加热器加热至预定温度。因为从排出口48排出的蒸汽通过加热单元162而在预定温度下加热，残留于蒸汽中的液体组分能够蒸发和除去。因此，可以在排出分离器160中降低包含于蒸汽中的液体组分含量。
前述第一至第五实施例的排出分离器34、100、120、140、160已经通过当在蒸汽产生单元30中产生的饱和蒸汽A分离成作为气体组分的蒸汽和作为液体组分的热水时的实例来示例说明。不过这并不是特别限制，而是即使当排出分离器34、100、120、140、160用于使得气体组分(例如氢气、氮气、氧气)和液体组分(例如水)的混合物流体流过的装置或系统(例如燃料电池系统)中时，也能够使得气体组分和液体组分彼此可靠分离。
尽管已经详细表示和介绍了本发明的一些优选实施例，但是应当知道，在不脱离附加权利要求的范围的情况下，可以进行各种变化和改变。

Claims (13)

1.一种排出分离器，用于将气体和液体的混合物流体引入其中，以便使所述混合物流体分离成所述气体和所述液体，所述排出分离器包括：
本体(36)，该本体包括：引入口(46)，用于将所述混合物流体引入其中；以及第一和第二排出口(48、50)，用于分别排出所述气体和所述液体；
驱动部分(40)，该驱动部分(40)用于所述本体(36)，并通过供电而被驱动和旋转；
旋转部件(38)，该旋转部件(38)布置于所述本体(36)中，并与所述驱动部分(40)连接，以便被驱动和旋转；
分离壁(42)，该分离壁(42)布置成基本平行于所述旋转部件(38)的轴线，这样，所述分离壁(42)包围所述旋转部件(38)的周边表面，所述分离壁(42)能够使混合于所述混合物流体中的气体组分通过；
倾斜表面(54)，该倾斜表面(54)布置于所述本体(36)中，该倾斜表面形成在所述旋转部件(38)的下面，且该倾斜表面朝着所述第二排出口(50)向下倾斜；以及
屏蔽部分(44)，该屏蔽部分(44)布置在所述本体(36)中，所述屏蔽部分(44)布置在所述旋转部件(38)的下面，并沿径向向外的方向逐渐向下倾斜。
2.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：所述屏蔽部分(44)布置在所述旋转部件(38)和所述倾斜表面(54)之间。
3.根据权利要求2所述的排出分离器，其中：所述屏蔽部分(44)的周边边缘部分(44a)布置成对着所述分离壁(42)的内周表面，且在所述周边边缘部分(44a)和所述分离壁(42)之间提供有间隙(62)。
4.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：所述分离壁(42)具有多个孔，气体组分经过这些孔。
5.根据权利要求4所述的排出分离器，其中：混合于所述混合物流体中的液体组分由所述分离壁(42)捕获。
6.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：所述第一排出口(48)布置在所述本体(36)的上部部分，且从所述混合物流体中分离的气体组分经过所述第一排出口(48)。
7.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：所述第二排出口(50)布置在所述本体(36)的下部部分，且从所述混合物流体中分离的液体组分经过所述第二排出口(50)。
8.根据权利要求7所述的排出分离器，其中：所述第二排出口(50)与所述倾斜表面(54)连接，且所述液体组分沿所述倾斜表面(54)被导向所述第二排出口(50)。
9.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：所述旋转部件(38)具有多个叶片(60)，这些叶片沿所述旋转部件(38)的径向方向向外延伸。
10.根据权利要求1所述的排出分离器，其中：多个所述分离壁与作为它们的中心的所述旋转部件(38)设有沿径向方向的预定间隔。
11.根据权利要求7所述的排出分离器，其中：排出阀或止回阀(122)设置用于所述第二排出口(50)，该排出阀或止回阀用作转换机构，以改变所述液体从所述第二排出口(50)的排出。
12.根据权利要求6所述的排出分离器，其中：第二分离壁(144)设置用于所述本体(36)，该第二分离壁(144)设置在所述本体(36)的一端并且与所述第一排出口(48)相对，该第二分离壁能够使所述气体组分经过。
13.根据权利要求5所述的排出分离器，其中：加热机构(162)设置用于所述第一排出口(48)，该加热机构设置在该第一排出口(48)上，用于加热要从所述第一排出口(48)排出的所述气体组分。
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