JP2005349318A - 旋回式セパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 より効率的な気水分離を可能として、処理量の大きなボイラに対応可能な旋回式セパレータの提供。
【解決手段】 第一分離筒１３は、軸心を上下方向に配置され、上部に蒸気出口管２０が接続される一方、下部に降水管２１が接続される円筒である。第一入口管１４は、第一分離筒１３の周側壁の一側端部に形成された開口に先端部を接続された管状である。第二分離筒１５は、第一分離筒１３の内側に配置され、上下に開口した円筒である。第二入口管１６は、第一入口管１４の内側に配置され、第二分離筒１５の周側壁の一側端部に形成された開口に先端部を接続された管状である。旋回誘導板１７は、第一入口管１４の前方略半周面と、それと対応する第二入口管１６の前方略半周面との間で、且つ第二入口管１６の基端部よりも先端側に配置されて設けられる板材である。
【選択図】 図２

Description

この発明は、セパレータ（気水分離器）に関するものである。特に、ボイラなどに取り付けて蒸気の乾き度を向上させる旋回式セパレータに関するものである。

旋回式セパレータは、上下方向に沿って配置された分離筒の周側壁に、分離筒に対し接線方向に導入管を接続した構成である。導入管から分離筒へ導入される気水混合体は、導入管内で旋回して気水分離が行われ、蒸気は分離筒上部から導出され、分離水は分離筒下部から導出可能とされる。

そして、乾き度の一層高い蒸気を得るために、下記特許文献１に開示される旋回式セパレータが提案されている。この旋回式セパレータは、図６および図７に示すように、導入管４０の内部に補助導入管４１を実質上同軸に配置し、この補助導入管４１の先端部に、分離筒４２の内壁に沿う分離壁４３を取り付けている。分離壁４３は、補助導入管４１の先端部と対応した位置に開口が形成されており、また分離筒４２の内壁との間に所望の間隔を空けて配置される。

この特許文献１に記載の発明によれば、気水混合体の内、主に導入管４０の壁面を伝わって流れる液相分は、導入管４０と補助導入管４１との隙間から、分離筒４２と分離壁４３との隙間に導入される。一方、導入管４０の中央部を流れる比較的液相分の少ない気水混合体は、補助導入管４１にて分離筒４２へ導入される。このようにして、分離筒４２への導入前に気水混合体から液相分を早期に分離しておくことで、安定して効率のよい気水分離を図ろうとするものである。
特開平３−２４９９６２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の旋回式セパレータでは、導入管４０と補助導入管４１との間を流れる気水混合体は、導入管４０の先端部において分離壁４３の周方向両方へ分かれることになる。そして、その二手に分かれた気水混合体は、分離筒４２内で互いに逆方向に旋回流を起こすよう作用し、旋回流を打ち消すよう作用してしまう。そのため、気水分離の処理能力の改善には限界があった。

この発明が解決しようとする課題は、より効率的な気水分離を可能とする旋回式セパレータを提供することにある。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、上部に蒸気出口が設けられる一方、下部に降水管が設けられる筒状の第一分離筒と、この第一分離筒の内部へ蒸気を導入する第一入口管と、前記第一分離筒の内側に配置され、上下に開口した筒状の第二分離筒と、前記第一入口管の内側に配置され、前記第二分離筒の内部に蒸気を導入して旋回流を生じるよう先端部が前記第二分離筒に接続される第二入口管と、前記第一入口管と前記第二入口管との間に配置され、前記第一分離筒と前記第二分離筒との間に旋回流を誘起する旋回誘導板とを備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間から、前記第一分離筒と前記第二分離筒との隙間へ導入される蒸気（気水混合体）は、前記旋回誘導板によって周方向一方向へ誘導され、前記第一分離筒と前記第二分離筒との間に旋回流を形成する。したがって、前記第一分離筒および前記第二分離筒の内側での気水分離が有効に行われる。

請求項２に記載の発明は、上部に蒸気出口が設けられる一方、下部に降水管が設けられる第一分離筒と、この第一分離筒の周側壁に接続される第一入口管と、前記第一分離筒の内側に配置され、上下に開口した第二分離筒と、前記第一入口管の内側に配置され、前記第二分離筒の周側壁に接続される第二入口管と、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間に設けられ、その隙間から前記第二分離筒の外周面とこれに対応する前記第一分離筒の内周面との間へ導入される蒸気を、前記第一分離筒の周方向の一方向へ誘導する旋回誘導板とを備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間から、前記第一分離筒と前記第二分離筒との隙間へ導入される蒸気（気水混合体）は、前記旋回誘導板によって周方向一方向へ誘導され、前記第一分離筒と前記第二分離筒との間に旋回流を形成する。したがって、前記第一分離筒および前記第二分離筒の内側での気水分離が有効に行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の構成要件に加えて、前記第一入口管は、その中心線が前記第一分離筒の中心線から前後方向の一方向にずらして配置され、前記第二入口管は、その中心線が前記第二分離筒の中心線から前記前後方向の一方向にずらして配置され、前記旋回誘導板が、前記第一入口管の前後方向の他方向側の内周面と、それと対応する前記第二入口管の前記他方向側の外周面との間で、且つ前記第二入口管の入口側端部よりも出口側に配置されることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間から、前記第一分離筒と前記第二分離筒との隙間へ導入される蒸気（気水混合体）は、前記旋回誘導板によって前記第一分離筒の周側壁の所望箇所へ誘導され、蒸気の流れは打ち消しあうことなく一方向の旋回流を形成する。しかも、前記旋回誘導板を前記第二入口管の入口側端部よりも出口側に配置して設けることで、前記第一入口管の壁面を伝わって流れる液相分が、前記第二入口管へ導入されるおそれもない。よって、前記第一分離筒および前記第二分離筒の内側での気水分離が有効に行われる。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成要件に加えて、前記旋回誘導板は、前記第一入口管の入口から出口へ行くに従って、前記第一入口管の出口側へ傾斜して配置されることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、前記旋回誘導板を傾斜して配置することで、旋回流を一層円滑に生じさせることができ、気水分離の効率を高めることができる。

この発明によれば、より効率的な気水分離を可能とする旋回式セパレータを提供することができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
旋回式セパレータは、ボイラ缶体などからの蒸気（気水混合体）を、導入管を介して分離筒へ導入し、この分離筒内で蒸気の旋回流を起こすことで気水分離を図り、乾き度の高い蒸気を前記分離筒上部から導出する一方、分離水は前記分離筒下部から排出する構成である。本発明の旋回式セパレータは、前記分離筒が、外側の第一分離筒と内側の第二分離筒の二重に構成され、前記導入管も、外側の第一入口管と内側の第二入口管の二重に構成されている。

前記第一分離筒は、上下方向に沿って配置される円筒形状である。前記第一分離筒の上部には、蒸気出口管が接続されて、蒸気出口とされる。一方、前記第一分離筒の下部には、降水管が接続されて、分離水排出用の水出口とされる。

前記第一入口管は、横向きに配置される円管形状であり、前記第一分離筒に接続される。この接続は、前記第一分離筒の周側壁に形成された開口に、前記第一入口管の出口側端部（先端部）を接続して行う。その際、前記第一入口管は、その中心線が前記第一分離筒の中心線とずらして配置される。本実施形態では、前記第一入口管は、その中心線が前記第一分離筒の中心線から前後方向の一方向にずらして配置される。また、本実施形態では、前記第一入口管の先端部は、傾斜面に形成され、その傾斜部を前記第一分離筒へ挿入するよう接続される。

前記第二分離筒は、前記第一分離筒よりも上下方向寸法が短く、上下に開口した円筒形状である。前記第二分離筒は、前記第一分離筒の内側に配置される。その際、前記第二分離筒は、前記第一分離筒と中心線を多少ずらせて配置しているが、前記第一分離筒と同心に配置してもよい。この第二分離筒は、完全な円筒形状が好ましいが、一部が切り欠かれた円筒形状であってもよく、前記第一入口管の出口側（先端側）開口に近接して円弧状壁を少なくとも備えていればよい。

前記第二入口管は、横向きに配置される円管形状であり、前記第一入口管の内側に配置されると共に、前記第二分離筒の上下方向中央部に接続される。この接続は、前記第二分離筒の周側壁に形成された開口に、前記第二入口管の出口側端部（先端部）を接続して行う。その際、前記第二入口管の中心線は、前記第二分離筒の中心線とずらして配置される。本実施形態では、前記第二入口管は、その中心線が前記第二分離筒の中心線から前後方向の一方向にずらして配置される。この第二入口管は、前記第一入口管と同心に配置するのがよいが、多少偏心して配置してもよい。また、前記第二入口管の長さは、前記第一入口管よりも短く形成されている。本実施形態では、前記第一入口管の先端側傾斜部の長さ程度、すなわち前記第一分離筒と前記第二分離筒との離間距離程度の長さに形成されている。

本発明の旋回式セパレータは、さらに前記第一分離筒と前記第二分離筒との隙間へ導入される蒸気（気水混合体）を前記第一分離筒の周方向の一方向へ誘導して、同一方向の旋回流を形成する旋回誘導板を備える。この旋回誘導板は、旋回流を形成するという意味で、旋回流形成板と称することができる。この旋回誘導板は、前記第一入口管と前記第二入口管との間に配置され、両入口管の間の円筒形状の隙間の内、略半周部を閉塞する部材である。すなわち、前記旋回誘導板は、前記第一入口管の略半内周面と、それと対応する前記第二入口管の略半外周面との間に配置される。しかも、前記旋回誘導板は、前記第二入口管の蒸気の入口側端部よりも出口側に配置されて設けられる。さらに、前記旋回誘導板は、前記第一入口管の入口側から出口側へ行くに従って、前記第一入口管の出口側へ向けて傾斜して配置するのがよい。本実施形態では、前記第一入口管の出口側傾斜面に沿って配置されており、前記第二分離筒の外周面に近接して、その外周面の接線方向と平行に配置される。

本実施形態の旋回式セパレータは、前記第一分離筒上部の前記蒸気出口管に、ウォッシャーや乾燥器などの蒸気利用機械に接続し、前記第一分離筒下部の前記降水管に、ボイラ缶体の下部管寄せなどに接続し、さらに前記第一入口管の基端部に、前記ボイラ缶体の上部管寄せを接続して使用される。これにより、前記第一入口管の基端部から蒸気（気水混合体）を供給すれば、その蒸気は、前記第一入口管および前記第二入口管を介して、前記第一分離筒および前記第二分離筒へ供給され、気水分離されて、乾き度の高い蒸気は前記蒸気出口管から排出され、分離水は前記降水管から排出可能とされる。

より具体的には、前記第一入口管の基端部から供給される気水混合体の内、主に前記第一入口管の壁面を伝わって流れる液相分は、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間を通り、先端側の前記旋回誘導板に沿って、前記第一分離筒と前記第二分離筒との隙間へ、ほぼ接線方向に導入される。このようにして、前記第一入口管と前記第二入口管との隙間からの気水混合体は、前記旋回誘導板の作用により、前記第一入口管と前記第二入口管との間の前記旋回誘導板により塞がれていない側へ導入され、両分離筒の間に旋回流を誘起する。そして、その旋回流により、気水分離がなされる。

一方、前記第一入口管の中央部を流れる比較的液相分の少ない気水混合体は、前記第二入口管を介して前記第二分離筒へ導入される。その際、前記第二分離筒へは、ほぼ接線方向に導入され、旋回流を生じさせる。そして、その旋回流により、気水分離がなされる。前記第一分離筒と前記第二分離筒は、上下部で連通するが、各分離筒の内側で発生する旋回流は同一方向であるから、気水分離は円滑になされる。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の旋回式セパレータの適用対象は特に問わないが、ボイラに好適に適用される。本実施例のセパレータが適用されるボイラは、特に問わず従来公知の各種のボイラに適用可能であるが、本実施例では小型貫流ボイラに適用した例について説明する。図１は、本発明の旋回式セパレータ１の一実施例が適用された多管式小型貫流ボイラの一例を示す正面図であり、一部を断面にして示している。

ボイラの缶体２は、その形状を問わないが、図示例では円筒形状とされている。すなわち、図示例の場合、多数の垂直水管からなる内側垂直水管群３と外側垂直水管群４とが内外二重の円筒状に配置されている。円筒状の内側垂直水管群３と、同じく円筒状の外側垂直水管群４は、下端部が円環状の下部管寄せ５に接続され、上端部が円環状の上部管寄せ６に接続されている。また、円筒状の外側垂直水管群４は、断熱材および保温材を含むカバー７により取り囲まれる。また、缶体２は、底面が下部耐火材（キャスタ）８にて閉塞され、上端部も上部耐火材９および断熱材１０が設けられる。そして、缶体２の上端部の中央には、下方へ向けてバーナ１１が設けられている。

このような構成であるから、バーナ１１から下方へ向けて火炎を発生させると、高温ガスは、内側垂直水管群３と外側垂直水管群４との間を通って、エコノマイザ１２へ排ガスとして導出される。エコノマイザ１２では、排ガスの熱を利用して、下部管寄せ５への給水が予熱される。一方、高温ガスで加熱された各水管群３，４内の水は、蒸気となって上部管寄せ６からセパレータ１へ導出される。セパレータ１には、厳密には気水混合体である缶体２からの蒸気が導入される。そして、その蒸気をセパレータ１で気水分離した後、上部から乾き度の高い蒸気を導出する一方、下部からは分離水を排出可能とされる。セパレータ１上部から導出された蒸気は、ウォッシャーや乾燥器などの蒸気利用機械（不図示）へ供給される。一方、セパレータ１下部から導出される分離水は、下部管寄せ５へ戻されて再利用される。

図２は、本実施例の旋回式セパレータ１の縦断面図である。また、図３は、そのIII−III断面図、図４はIV−IV矢視図、図５はＶ−Ｖ断面図である。これらの図に示すように、本実施例のセパレータ１は、円筒状の第一分離筒１３と、この第一分離筒１３の周側壁に接続された第一入口管１４と、前記第一分離筒１３内に収容された第二分離筒１５と、この第二分離筒１５の周側壁に接続された第二入口管１６と、第一入口管１４と第二入口管１６との間に設けられる旋回誘導板１７とを主要部として備える。以下の説明において、上下方向とは、図３の紙面に垂直な方向であり、前後方向とは、図３の紙面に平行な上下方向で前が下側、後ろが上側である。

第一分離筒１３は、上下に細長い円筒形状であり、上端部には上蓋板１８が設けられ、下端部には下蓋板１９が設けられている。上蓋板１８は、緩やかな球面状に上方へ膨出しており、その中央部には円管状の蒸気出口管２０が固定されている。この蒸気出口管２０は、前記蒸気利用機械（不図示）へ配管される。一方、下蓋板１９は、緩やかな球面状に下方へ膨出しており、その中央部には下方へ細長く延出して降水管２１が固定されている。降水管２１は、円管状で、その下端部は下部管寄せ５へ配管される。さらに、図示例の降水管２１には、缶水の電気伝導度を計測するセンサの取付部２２と、缶水の排出部２３とが設けられている。

また、第一分離筒１３の上部の周側壁には、略Ｌ字形状のエルボ管２４が設けられている。このエルボ管２４には、安全弁（不図示）が取り付けられて使用される。そして、第一分離筒１３には、その内側下部にバッフル板２５が設けられている。このバッフル板２５の底面には、十字形状の板材からなる脚部２７，２７を設けている。このバッフル板２５により、分離水に渦が巻くのが防止される。分離水は、第一分離筒１３の内周面とバッフル板２５の外周部との間に隙間２８，２８，…から下方へ導出される。

さらに、第一分離筒１３の上下方向中央部の周側壁には、第一入口管１４の蒸気の出口側である先端部１４Ａが接続される。この第一入口管１４は、第一分離筒１３よりも小径の円管状で、蒸気の入口側である基端部１４Ｂが缶体２の上部管寄せ６へ配管される。そのために、第一入口管１４の基端部１４Ｂには、上部管寄せ６から延びる蒸気管２９（図１参照）への接続用のフランジ３０が形成されている。第一入口管１４の先端部１４Ａは、図３に示すように、その中心線を第一分離筒１３の中心線からずらして配置される。図３では、後方にずらして配置される。その際、第一入口管１４の後方の第一周側面３１が、第一分離筒１３の後方の第二周側面３４内側に配置される。これにより、第一入口管１４からの蒸気は、第一分離筒１３の周側面に形成された開口を通って、第一分離筒１３内に接線方向で導入される。

第一分離筒１３の内側には、上下に開口した円筒状の第二分離筒１５が配置される。第二分離筒１５は、第一分離筒１３よりも小径の円筒形状で、第一分離筒１３の上下方向長さよりも短い寸法であり、第一分離筒１３内に収容された状態で、第二分離筒１５の上下に空間が配置される。第一分離筒１３と第二分離筒１５とは、互いの中心線を平行に配置される。図示例では、第二分離筒１５は第一分離筒１３とやや偏心して配置されているが、同心に配置してもよい。

第一分離筒１３への第二分離筒１５の保持は、第二分離筒１５の周囲に設けられた保持片３２，３２…により行われる。本実施例では、第二分離筒１５の外周部の上下両端部に、それぞれ周方向等間隔に三つの保持片３２を設けている。各保持片３２は、第二分離筒１５（または第一分離筒１３）の径方向に沿って配置された四角形状の板材であり、一端辺が第二分離筒１５の外周部に接合される一方、他端辺が第一分離筒１３の内周部に接合される。

第一分離筒１３に第一入口管１４が設けられるのと同様に、第二分離筒１５には第二入口管１６が設けられる。すなわち、第二分離筒１５の上下方向中央部の周側壁には、第二入口管１６が接続される。この第二入口管１６は、第一入口管１４の内側に配置され、第一入口管１４より短い長さの円管状である。本実施例では、第二分離筒１５への取付状態で、第二分離筒１５の外周面から第一分離筒１３の内周面に近接した位置まで延出する長さとされている。第二入口管１６は、第一入口管１４よりも小径とされている。第二入口管１６の蒸気出口側である先端部１６Ａは、図３に示すように、その中心線を第二分離筒１５の中心線からずらして配置される。図３では、後方にずらして配置される。これにより、第二入口管１６からの蒸気は、第二分離筒１５の周側面に形成された開口を通って、第二分離筒１５内に接線方向で導入される。

第一入口管１４と第二入口管１６との隙間３５には、旋回誘導板１７が設けられる。本実施例の旋回誘導板１７は、第一入口管１４の前方略半内周面と、それと対応する第二入口管１６の前方略半外周面との間に配置される板材であり、第一入口管１４と第二入口管１６との間の円筒状の隙間の内、前方略半周部を閉塞する。本実施例の旋回誘導板１７は、第一入口管１４の先端側傾斜面に沿って設けられ、第二分離筒１５の外周面に近接してその外周面の接線方向と平行に配置される。

本実施例の旋回式セパレータ１は、ボイラ缶体２の上部管寄せ６からの蒸気（気水混合体）は、第一入口管１４へ供給される。第一入口管１４の基端部から供給される気水混合体の内、主に第一入口管１４の壁面を伝わって流れる液相分は、第一入口管１４と第二入口管１６との隙間３５を通り、旋回誘導板１７の作用により、第一分離筒１３と第二分離筒１５との間に第二分離筒１５の接線方向と平行に導入される。これにより、両分離筒１３，１５の間に旋回流が誘起され、気水分離がなされる。一方、第一入口管１４の中央部を流れる比較的液相分の少ない気水混合体は、第二入口管１６を介して第二分離筒１５へ導入される。これにより、第二分離筒１５内で旋回流が誘起され、気水分離がなされる。そして、気水分離後の乾き度の高い蒸気は蒸気出口管２０から排出され、分離水は降水管２１から排出可能とされる。

本実施例の旋回式セパレータ１の場合、気水分離しようとする蒸気の処理量の増加に対応できる。すなわち、処理量を増加させるには、第一入口管１４の直径を増す方法がある。この方法によれば、蒸気の流速が落ち旋回流が起こりにくくなるが、本実施例によれば旋回誘導板１７を用いてその不都合を回避できる。従って、蒸気処理量の多い大型のボイラにも対応可能となる。

なお、本発明の旋回式セパレータ１は、上記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、旋回誘導板１７は、第一入口管１４と第二入口管１６との隙間の一部を閉塞すれば足り、その大きさ、取付位置、取付角度は適宜に変更される。たとえば、旋回誘導板１７の取付箇所は、第一入口管１４の先端面ではなく、もう少し基端側へ入った位置でもよいし、逆にやや先端側へ配置して一部を第一分離筒１３へ固定してもよい。

本発明の旋回式セパレータの一実施例が適用された多管式小型貫流ボイラの一例を示す正面図であり、一部を断面にして示している。 図１の旋回式セパレータの縦断面図である。 図２のIII−III断面図である。 図２のIV−IV矢視図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 従来の旋回式セパレータの縦断面図である。 図６のVII−VII断面図である。

符号の説明

１ 旋回式セパレータ
１３ 第一分離筒
１４ 第一入口管
１５ 第二分離筒
１６ 第二入口管
１７ 旋回誘導板
２０ 蒸気出口管（蒸気出口）
２１ 降水管（水出口）
２５ バッフル板

Claims (4)

1. 上部に蒸気出口（２０）が設けられる一方、下部に降水管（２１）が設けられる筒状の第一分離筒（１３）と、
   この第一分離筒（１３）の内部へ蒸気を導入する第一入口管（１４）と、
   前記第一分離筒（１３）の内側に配置され、上下に開口した筒状の第二分離筒（１５）と、
   前記第一入口管（１４）の内側に配置され、前記第二分離筒（１５）の内部に蒸気を導入して旋回流を生じるよう先端部が前記第二分離筒（１５）に接続される第二入口管（１６）と、
   前記第一入口管（１４）と前記第二入口管（１６）との間に配置され、前記第一分離筒（１３）と前記第二分離筒（１５）との間に旋回流を誘起する旋回誘導板（１７）と
   を備えることを特徴とする旋回式セパレータ。
2. 上部に蒸気出口（２０）が設けられる一方、下部に降水管（２１）が設けられる第一分離筒（１３）と、
   この第一分離筒（１３）の周側壁に接続される第一入口管（１４）と、
   前記第一分離筒（１３）の内側に配置され、上下に開口した第二分離筒（１５）と、
   前記第一入口管（１４）の内側に配置され、前記第二分離筒（１５）の周側壁に接続される第二入口管（１６）と、
   前記第一入口管（１４）と前記第二入口管（１６）との隙間に設けられ、その隙間から前記第二分離筒（１５）の外周面とこれに対応する前記第一分離筒（１３）の内周面との間へ導入される蒸気を、前記第一分離筒（１３）の周方向の一方向へ誘導する旋回誘導板（１７）と
   を備えることを特徴とする旋回式セパレータ。
3. 前記第一入口管（１４）は、その中心線が前記第一分離筒（１３）の中心線から前後方向の一方向にずらして配置され、
   前記第二入口管（１６）は、その中心線が前記第二分離筒（１５）の中心線から前記前後方向の一方向にずらして配置され、
   前記旋回誘導板（１７）が、前記第一入口管（１４）の前後方向の他方向側の内周面と、それと対応する前記第二入口管（１６）の前記他方向側の外周面との間で、且つ前記第二入口管（１６）の入口側端部よりも出口側に配置される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の旋回式セパレータ。
4. 前記旋回誘導板（１７）は、前記第一入口管（１４）の入口から出口へ行くに従って、前記第一入口管（１４）の出口側へ傾斜して配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の旋回式セパレータ。

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