JP2004176968A - 気液分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収式冷凍機において冷媒蒸気に含まれる吸収液ミストを効率的に除去する気液分離器を構成する。
【解決手段】円筒状のケース２１に対して気液導入管２２から接線方向に蒸気Ｒ１を送り込んでケース内部で蒸気Ｒ１を旋回させ、この蒸気Ｒ１をケース２１の上壁２１Ａに沿って蒸気排出管２３の側に渦流として送り、更に、導入壁２６に沿って下方に送った後、蒸気排出管２３の下端から上方に送り出す系を形成した。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気供給部と、この蒸気供給部からの蒸気に含まれるミストを取り除く除去手段と、この除去手段でミストが取り除かれた蒸気を送り出す蒸気排出部とを備えている気液分離器に関し、詳しくは、吸収式冷凍機において吸収液から分離した冷媒蒸気に含まれるミストを除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの吸収式冷凍機において蒸気に含まれるミストを除去する気液分離器として、高温再生器で発生させた蒸気を導く揚液管を気液分離室に挿入し、かつこの揚液管の開口を器体内壁部に対向させることにより、気液分離室の内部で旋回渦流を発生させて気液分離を図る（ミストを除去する）ものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０‐２４６５３９号公報 （請求項１、段落番号〔００２２〕〜〔００３１〕、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように蒸気を旋回させる構造の気液分離器は、例えば、ケース状の気液分離器の内部に蒸気を導入し、ミストを自重で落下させ、かつ、上方に蒸気を抜き出す構造のものと比較して、比較的効率的な除去を可能にすると考えられるものであるが、充分に旋回しないで上昇する蒸気に含まれるミストを除去し難い面があり、より積極的にミストの除去を行い得る気液分離器が求められているのも現状である。
【０００５】
又、吸収式冷凍機において、蒸気に含まれるミストの除去を必要とする部位として、低温再生器で発生させた蒸気を凝縮器に導く経路を例に挙げることができる。つまり、吸収式冷凍機においては、低温再生器と凝縮器とは蒸気の流通を許す空間を介在させて隣接配置され、高温再生器で発生させた蒸気を低温再生器の内部に貯留された臭化リチウム水溶液等の液中の伝熱管に導いて沸騰により蒸気を発生させ、この蒸気を凝縮器に導き、冷却により液化させて冷媒として用いるものである。しかしながら、低温再生器で発生させた蒸気を凝縮器に導く空間においても蒸気に含まれるミストを除去するために適当な技術が存在せず、蒸気に含まれるミストを効率良く除去する技術が求められているのである。
【０００６】
本発明の目的は、高温再生器で発生させた蒸気に含まれるミスト、及び、低温再生器で発生させた蒸気に含まれるミストを効率的に除去し得る気液分離器を合理的に構成する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る気液分離器の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
蒸気供給部と、この蒸気供給部からの蒸気に含まれるミストを取り除く除去手段と、この除去手段でミストが取り除かれた蒸気を送り出す蒸気排出部とを備えている気液分離器において、ケース側壁に前記蒸気供給部を形成し、ケース上部に前記蒸気排出部を配置すると共に、前記除去手段が、前記蒸気供給部から上昇する蒸気をケースの上部位置から下方に案内した後に上方に送ることにより前記蒸気排出部に導く案内部材と、平面視において前記蒸気排出部を中心として蒸気を旋回させて案内する姿勢で配置された複数の案内片とを備えて構成されている点にある。
【０００８】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、ケース側壁の蒸気供給部からケース内部に送り込まれた蒸気はケース内部で上昇した後、案内部材に案内されて下方に送られ、この後に、上昇してケース上部に形成された蒸気排出部に向かうものとなり、このように案内部材で案内される際には、複数の案内片により蒸気排出部を中心として旋回させられる。つまり、案内部材によって長い経路を送ることにより蒸気に含まれるミストと案内部材との接触の機会を増大させて除去の効率を高めると同時に、蒸気を旋回させることで蒸気に含まれるミストを遠心力によって除去できるものにしているのである。その結果、高温再生器で発生させた蒸気であっても効率良くミストを除去できる気液分離器が合理的に構成された。
【０００９】
本発明の請求項２に係る気液分離器の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項１記載の気液分離器において、前記ケースが平面視で円形となる内面を備えて構成され、このケースの上壁の中心位置に前記蒸気排出部を配置すると共に、前記蒸気供給部が、平面視においてケースの内面に対して接線方向に蒸気を送り込むよう送り込み方向を設定してある点にある。
【００１０】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、蒸気供給部からケース内部に送られた蒸気はケース内面に沿って平面視で旋回する状態で流動するものとなり、このようにケース内面に沿って流動する際に、蒸気に含まれるミストは遠心力により蒸気から分離し、ケース内面との接触により失速して除去される。その結果、一層効率的にミストを除去できるものとなった。
【００１１】
本発明の請求項３に係る気液分離器の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
蒸気供給部と、この蒸気供給部からの蒸気に含まれるミストを取り除く除去手段と、この除去手段でミストが取り除かれた蒸気を送り出す蒸気排出部とを備えている気液分離器において、前記蒸気供給部が、ケース底部に貯留した液中に加熱体を配置して構成されると共に、前記除去手段が、前記蒸気供給部の上方位置に配置した複数の遮蔽板で構成され、この複数の遮蔽板が平面視において液面を覆う位置に配置され、かつ、この複数の遮蔽板の隙間に蒸気通過経路を形成してある点にある。
【００１２】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、加熱体からの熱で蒸発した蒸気が上昇する際に複数の遮蔽板に接触して蒸気に含まれるミストは除去されると共に、ミストが除去された蒸気は複数の遮蔽板の隙間の蒸気通過経路に送られる。又、平面視において複数の遮蔽板で液面を覆う位置に配置されているので、液面に対して垂直に上昇した蒸気が送り出されることは無く、非直線的な蒸気通過経路でミストを除去した蒸気を送り出すものとなる。その結果、効率良くミストを除去し得る気液分離器が合理的に構成された。
【００１３】
本発明の請求項４に係る気液分離器の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項３記載の気液分離器において、前記遮蔽板が、蒸気の上昇を許す傾斜姿勢の案内面を有すると共に、この案内面の上端位置を下方に折り曲げてある点にある。
【００１４】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、遮蔽板の下面に沿って上昇する蒸気は、遮蔽板の上端位置の折り曲げ部位において下方に送られるものとなり、蒸気より重いミストを下方に脱落させて除去することが可能となる。その結果、一層良好にミストを除去できるものとなった。
【００１５】
本発明の請求項５に係る気液分離器の特徴、作用・効果は次の通りである。
〔特徴〕
請求項３又は４記載の気液分離器において、前記遮蔽板を介して送り出された蒸気を横方向に送り出す位置に前記蒸気排出部が配置されると共に、この蒸気排出部に対して、複数の開口を有する、あるいは、複数のスリット状の開口を有するエリミネータを備えている点にある。
【００１６】
〔作用・効果〕
上記特徴によると、遮蔽板を介して送り出された蒸気はエリミネータの複数の開口、あるいは、複数のスリット状の開口を通過する際に、蒸気に含まれるミストが開口を形成する部材、あるいは、スリットを形成する部材に接触して除去される。その結果、遮蔽板の隙間で形成される蒸気通過経路で除去されなかったミストも良好に除去できるものとなった。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はガスタービン・コージェネレーションシステムを示し、１はガスタービン、２はガスタービン１の出力軸１ａに連結した圧縮機であり、この圧縮機２により吸気路３から燃焼用空気Ａを吸入して、その吸入した燃焼用空気Ａを送気路４を通じガスタービン１の燃焼器５に加圧供給し、この燃焼器５で燃料路６からの供給燃料Ｆを燃焼させることによりガスタービン１の運転を継続する。
【００１８】
また、７は排ガス路８へ送り出されたガスタービン１の排ガスＥと送気路４の燃焼用空気Ａ（Ａ１）とを熱交換させて燃焼用空気Ａを予熱する再生熱交換器であり、この再生熱交換器７による空気予熱により、所要のタービン作動温度を得るに要する燃料量を低減してガスタービン１の燃料消費量を節減する。
【００１９】
９は圧縮機２とともにガスタービン１の出力軸１ａに連結した発電機であり、ガスタービン１の発生動力により発電機９を駆動することでコージェネレーションシステムとしての電力出力を得る。
【００２０】
一方、１０は二重効用型の吸収式冷凍機であり、この吸収式冷凍機１０の高温再生器１１において臭化リチウム等の水溶液で成る吸収液Ｌａを加熱する加熱管１１ａを再生熱交換器７よりも下流側で排ガス路８に介装して、この加熱管１１ａに対し再生熱交換器７を通過した後のタービン排ガスＥを熱源熱媒として供給する構成にし、これにより、再生熱交換器７を通過した後のタービン排ガスＥの保有熱を駆動熱源として吸収式冷凍機１０を運転することで、コージェネレーションシステムとしての熱出力を得る。
【００２１】
１２は高温再生器１１において加熱管１１ａによる加熱で冷媒Ｒ１を蒸発分離させた後の中濃度吸収液Ｌｂを導入する低温再生器、１２ａは高温再生器１１で発生させた冷媒蒸気Ｒ１から後述の除去手段Ｄ１によりミストを除去した冷媒蒸気Ｒ２を熱源熱媒とする低温再生器用の加熱管であり、この加熱管１２ａによる低温再生器１２での吸収液加熱により低温再生器１２において中濃度吸収液Ｌｂから更に冷媒蒸気Ｒ３を再生させる。
【００２２】
１３は低温再生器１２で発生した冷媒蒸気Ｒ３及び低温再生器１２の加熱管１２ａを通過した冷媒Ｒ２を冷却器１３ａの通過冷却水Ｃにより冷却して凝縮させる凝縮器、１４は凝縮器１３から送られる液冷媒Ｒ４を低圧雰囲気下で蒸発させて出力熱交換器１４ａにおける通過水Ｗをそれからの気化熱奪取により冷却する蒸発器、１５は冷却器１５ａの通過冷却水Ｃによる冷却下において低温再生器１２から送られる濃吸収液Ｌｃに蒸発器１４での蒸発冷媒Ｒ５を吸収させる吸収器である。
【００２３】
また、１６ａは吸収器１５から高温再生器１１に戻す希吸収液Ｌａを低温再生器１２から吸収器１５に送る濃吸収液Ｌｃと熱交換させて予熱する低温熱交換器、１６ｂは低温熱交換器１６ａで予熱された希吸収液Ｌａを高温再生器１１から低温再生器１２に送る中濃度吸収液Ｌｂによりさらに予熱する高温熱交換器、ｐ１は冷媒循環ポンプ、ｐ２は吸収液循環ポンプである。
【００２４】
なお、吸収式冷凍機１０として温水発生運転が可能な吸収式冷温水発生器を用いる場合、その温水発生運転では、高温再生器１１において加熱管１１ａにより加熱した冷媒Ｒ１を短絡的に蒸発器１４に導いて、その加熱冷媒Ｒ１により出力熱交換器１４ａにおける通過水Ｗを加熱する。
【００２５】
ガスタービン１の燃焼器５に対する燃焼用空気Ａの送気路４には、再生熱交換器７に対するバイパス路４ａを設けるとともに、再生熱交換器７を通じてガスタービン１の燃焼器５に供給する燃焼用空気Ａ１と、バイパス路４ａを通じ再生熱交換器７を迂回させてガスタービン１の燃焼器５に供給する燃焼用空気Ａ２との流量比を調整する調整弁Ｖを設けてあり、また、ガスタービン１からの排ガス路８において再生熱交換器７と吸収式冷凍機１０における高温再生器１１の加熱管１１ａとの間には、通過排ガスＥを再加熱する補助バーナ１７を介装してある。
【００２６】
１８はシステムの運転制御を司る制御装置であり、この制御装置１８は燃焼器５の燃焼量調節によりガスタービン１の出力Ｇ（換言すれば、電力出力）を所要出力に調節するとともに、調整弁Ｖの調整及び補助バーナ１７の燃焼量調整により吸収式冷凍機１０の出力Ｑ（すなわち冷熱発生量、吸収式冷温水発生機では冷熱ないし温熱の発生量）を調節する。
【００２７】
本発明においては、前記吸収式冷凍機１０において、高温再生器１１で発生させた蒸気Ｒ１に含まれるミストを除去する除去手段Ｄ１と、低温再生器１２で発生させた蒸気Ｒ３に含まれるミストを除去する除去手段Ｄ２を備えることにより、ミストに含まれる臭化リチウム等が最終的に凝縮器１３から蒸発器１４に送られる不都合を回避して高性能を維持している。
【００２８】
図２〜図４に示すように、高温再生器１１で発生させた蒸気Ｒ１からミストを除去する手段Ｄ１として、高温再生器１１で発生させた蒸気Ｒ１を前記低温再生器１２に導く蒸気経路に気液分離器を介在させている。この気液分離器は円盤状の上壁２１Ａと、円盤状の底壁２１Ｂと、平面視で円筒形となる側壁２１Ｃとを備えて全体的に密封された円筒形となるケース２１を形成し、このケース２１の側壁２１Ｃの内面に対して接線方向に蒸気を案内するよう導入姿勢を設定して、蒸気供給部として気液導入管２２を接続し、上壁２１Ａの中心位置に蒸気排出部としての蒸気排出管２３を接続し、底壁２１Ｂに排液管２４を接続している。
【００２９】
平面視において上壁２１Ａに接続した蒸気排出管２３を中心として、ケース内面側に複数の案内片２５を渦流を作り出す姿勢に配置するとともに、この複数の案内片２５の下端に対して案内部材としてカップ状の導入壁２６を形成し、この導入壁２６の底部にドレン管２７を接続している。前記蒸気排出管２３を上壁２１Ａより下方に突出させることにより、この突出部分を案内部材として機能させている。
【００３０】
この構成により、気液導入管２２から導入された蒸気Ｒ１は、図２〜４において矢印で示すようにケース２１の側壁２１Ｃの内面に沿って旋回する状態で上昇する。このように旋回状態で上昇する際には、旋回時の遠心力によって蒸気Ｒ１に含まれるミストが蒸気Ｒ１から分離して側壁２１Ｃの内面に付着する形態、あるいは、液滴状となる形態で自重により下方に送られる。また、上壁２１Ａの内面に沿って移動する蒸気Ｒ１は案内片２５の部位に達して、図において矢印で示すように更に旋回する状態で導入壁２６の内部で下方に移動し、蒸気排出管２３の下端から上方に移動して送り出される。このように旋回状態で下方に送られる際にも、遠心力によって蒸気Ｒ１に含まれるミストは蒸気Ｒ１から分離して導入壁２６の内面に付着する形態、あるいは、液滴状となる形態で自重により下方に送られた後、ドレン管２７を通過してケース２１の底部に回収されるのである。
【００３１】
尚、同図においては、気液導入管２２でケース内に導入された蒸気Ｒ１が旋回する方向と、複数の案内片２５で蒸気Ｒ１が旋回する方向とを一致させているが、夫々の旋回方向を逆向きに設定することも可能であり、このように旋回方向を逆向きに設定した場合には、旋回方向が切り換わる際に蒸気Ｒ１の流れが停止し、失速状態となったミストを自重で落下させて除去回収できる。
【００３２】
図５に示すように、前記低温再生器１２は、ケースの底部に貯留された中濃度吸収液Ｌｂの液面下に加熱体として前記加熱管１２ａを配置し、この加熱管１２ａに対して高温再生器１１から前記除去手段Ｄ１を通じて送られる蒸気Ｒ２の熱による加熱により、該中濃度吸収液Ｌｂを沸騰させて蒸気Ｒ３を発生させる構造を有するものであり（この蒸気Ｒ３を発生させる構造で蒸気供給部が構成されている）、また、前記凝縮器１３はケースの上部に前記冷却器１３ａを配置し、底部に凝縮した冷媒Ｒ４を回収する構造を有するものであり、この低温再生器１２から送られる蒸気Ｒ３に含まれるミストを除去するよう除去手段Ｄ２が構成されている。
【００３３】
図５、図６に示すように、この除去手段Ｄ２としての気液分離器は、低温再生器１２の液面より上方位置に配置された複数の遮蔽板３０と、この低温再生器１２から凝縮器１３に蒸気Ｒ３を送る蒸気排出部に配置した複数のスリット状の開口を有するエリミネータ３１とを備えて構成されている。
【００３４】
前記遮蔽板３０は、複数の遮蔽板３０を平面視において重複する位置に配置することにより液面の全てを覆う位置に配置され、この複数の遮蔽板３０の隙間を蒸気通過経路としている。夫々の遮蔽板３０は図５に示す方向視で明らかなように蒸気Ｒ３の上昇を許す傾斜姿勢の案内面３０Ｇを有すると共に、この案内面３０Ｇの上端位置を下方に折り曲げて抑制片３０Ａを形成してある。遮蔽板３０の低レベル位置には上下方向に貫通する微小幅のスリット３０Ｓを一定間隔で複数形成してあり、この遮蔽板３０の上面で液滴化した液や、エリミネータ３１で除去したミストが集合した液をケース底部に戻せるよう構成している。
【００３５】
前記エリミネータ３１は側面視で逆「Ｖ」字状となる板材３１Ａを上下方向に設定された間隔を隔てて配置することにより板材３１Ａ同士の隙間を蒸気Ｒ３の流通部として構成している。尚、このエリミネータ３１の下方位置に前記遮蔽板３０を位置させており、このエリミネータ３１で回収した液を前記スリット３０Ｓに送るようになっている。
【００３６】
この構成により、低温再生器１２で発生した蒸気Ｒ３は上昇時に遮蔽板３０に接触し、案内面３０Ｇに接触した状態で上昇するものとなり、抑制片３０Ａの部位で下方に送られた後に、更に上昇する。このように遮蔽板３０に沿って上昇する際、及び、抑制片３０Ａに接触して下方に送られる際には、蒸気Ｒ３に含まれるミストは液滴化して自重で落下してケース底部に戻される。特に、液面を覆う位置に複数の遮蔽板３０を配置してあるので、沸騰により上方に飛散したミストが直接、凝縮器１３の側に送られる不都合を阻止する。次に、低温再生器１２の上方空間から凝縮器１３の側に送られる蒸気Ｒ３はエリミネータ３１の板材３１Ａと接触することにより蒸気Ｒ３に含まれるミストが液滴化し、板材３１Ａの端部から滴下して前記遮蔽板３０のスリット３０Ｓから低温再生器１２の底部に戻される。これにより低温再生器１２と凝縮器１３とを隣接配置したものであるに拘わらず、低温再生器１２で発生させた蒸気Ｒ３に含まれるミストを高能率で除去しているのである。
【００３７】
〔別実施の形態〕
本発明は上記実施の形態以外に、例えば、以下のように構成して実施することも可能である（この別実施の形態では前記実施の形態と同じ機能を有するものには、実施の形態と共通の番号、符号を付している）。
【００３８】
（ａ）図７に示すように、高温再生器１１で発生させた蒸気Ｒ１からミストを除去する除去手段Ｄ１としての気液分離器を、そのケース２１の内部に上部空間と下部空間とを分離する位置に金属製の網材３５を配置し、かつ、上壁２１Ａの下面に対して、この下面に沿って送られる蒸気Ｒ１の流れを下方に案内する抑制板３６を配置する。この構成を採用することにより、ケース内で蒸気Ｒ１が上昇する際に網材３５との接触により蒸気Ｒ１に含まれるミストの除去を行え、上壁１２Ａの下面に沿って蒸気排出管２３の側に移動する蒸気Ｒ１を抑制板３６に接触させ、強制的に下方に送ることでミストの除去を行えるものにしている。
【００３９】
（ｂ）図８に示すように、低温再生器１２の液面より上方位置に配置された複数の遮蔽板３０を側面視で３枚（３枚以上でも良い）備え、比較的小さい開口を形成した金属製の網材をエリミネータ３１として配置する。この構成により、低温再生器１２で発生した蒸気Ｒ３は上昇時に遮蔽板３０に接触しやすくなりミストの除去が一層良好に行われるばかりか、沸騰により上方に飛散したミストが直接、凝縮器１３の側に送られる不都合を一層良好に阻止するものとなり、しかも、エリミネータ３１で蒸気Ｒ３が通過する際には、金属製の網材に対してミストを捕らえやすくなり更にミストを除去しやすいものにしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】コージェネレーションシステムの構成図
【図２】高温再生器側の除去手段を示す斜視図
【図３】高温再生器側の除去手段の縦断側面図
【図４】高温再生器側の除去手段の横断平面図
【図５】低温再生器側の除去手段の縦断側面図
【図６】遮蔽板の配置を示す斜視図
【図７】別実施の形態（ａ）の除去手段を示す縦断側面図
【図８】別実施の形態（ｂ）の除去手段を示す縦断側面図
【符号の説明】
１２ａ 加熱体
２１ ケース
２１Ａ 上壁
２５ 案内片
２６、２３ 案内部材
３０ 遮蔽板
３０Ｇ 案内面
３１ エリミネータ
Ｄ１、Ｄ２ 除去手段

Claims (5)

1. 蒸気供給部と、この蒸気供給部からの蒸気に含まれるミストを取り除く除去手段と、この除去手段でミストが取り除かれた蒸気を送り出す蒸気排出部とを備えている気液分離器であって、
   ケース側壁に前記蒸気供給部を形成し、ケース上部に前記蒸気排出部を配置すると共に、
   前記除去手段が、前記蒸気供給部から上昇する蒸気をケースの上部位置から下方に案内した後に上方に送ることにより前記蒸気排出部に導く案内部材と、平面視において前記蒸気排出部を中心として蒸気を旋回させて案内する姿勢で配置された複数の案内片とを備えて構成されている気液分離器。
2. 前記ケースが平面視で円形となる内面を備えて構成され、このケースの上壁の中心位置に前記蒸気排出部を配置すると共に、前記蒸気供給部が、平面視においてケースの内面に対して接線方向に蒸気を送り込むよう送り込み方向を設定してある請求項１記載の気液分離器。
3. 蒸気供給部と、この蒸気供給部からの蒸気に含まれるミストを取り除く除去手段と、この除去手段でミストが取り除かれた蒸気を送り出す蒸気排出部とを備えている気液分離器であって、
   前記蒸気供給部が、ケース底部に貯留した液中に加熱体を配置して構成されると共に、
   前記除去手段が、前記蒸気供給部の上方位置に配置した複数の遮蔽板で構成され、この複数の遮蔽板が平面視において液面を覆う位置に配置され、かつ、この複数の遮蔽板の隙間に蒸気通過経路を形成してある気液分離器。
4. 前記遮蔽板が、蒸気の上昇を許す傾斜姿勢の案内面を有すると共に、この案内面の上端位置を下方に折り曲げてある請求項３記載の気液分離器。
5. 前記遮蔽板を介して送り出された蒸気を横方向に送り出す位置に前記蒸気排出部が配置されると共に、この蒸気排出部に対して、複数の開口を有する、あるいは、複数のスリット状の開口を有するエリミネータを備えている請求項３又は４記載の気液分離器。

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