JP2011120999A - 多段気水分離装置、および気水分離器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第一気水分離器2の第一ライザ5内に、気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーン6を設けると共に、第二気水分離器3の第二ライザ11内に、第一旋回ベーン6を通過した気液二相流を第一旋回ベーン6よりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーン12を設けた。
【選択図】図1
Description
ここで、気液二相流を旋回させることにより気水分離させるには限界があり、ダウンカマ空間内を下降する熱水が蒸気を同伴する、所謂キャリアンダが生じる。また、ライザの上方へと上昇する蒸気が熱水を同伴するキャリオーバが生じる。このため、キャリアンダやキャリオーバを低減すべく、さまざまな技術が開示されている。
これによれば、スワールベーンの各翼間から分離水を抜け出しにくくすることができる。また、上昇した蒸気をデッキプレートに衝突させることでキャリオーバの低減を図ると共に、中間デッキプレートに熱水を衝突させてキャリアンダの低減を図ろうとしている。
また、中間デッキプレートを設けるので、この中間デッキプレートの径方向外側に、分離した蒸気と熱水とが通過可能な空間を形成する必要がある。このため、気水分離器の外径を大きく設定する必要があり、装置が大型化してしまうという課題がある。
また、旋回戻しベーンにより混合流の旋回が抑止され、キャリアンダを低減することが可能になる。しかも、混合流から分離した熱水は旋回戻しベーンを通過して下降するので、旋回戻しベーンの径方向外側に空間を形成する必要がなく、多段気水分離装置の大型化を抑制することができる。
(多段気水分離装置)
次に、この発明の第一実施形態を図1、図2に基づいて説明する。
図1は、多段気水分離装置1の概略構成図である。
図1に示すように、多段気水分離装置1は、例えば、タービン発電機のように水蒸気を用いて発電する設備を構成する蒸気発生器(不図示)に設けられ、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流を気水分離させるためのものである。多段気水分離装置1は、第一気水分離器2と、この第一気水分離器2よりも下流側(図1における上側)に設けられ、第一オリフィス4を介して第一気水分離器2に連結されている第二気水分離器3とを鉛直方向上下に二段に配置したものである。
第一気水分離器2は、蒸気発生器から上昇する気液二相流を導入可能な略円筒状の第一ライザ5を有している。第一ライザ5内には、気液二相流に対して旋回力を付与する第一旋回ベーン6が設けられている。この第一旋回ベーン6は、ハブを有さない、所謂ハブ無し旋回ベーンであって、放射状に設けられた複数の羽根6aを備えている。第一旋回ベーン6としてハブ無し旋回ベーンを採用することにより、ハブ有り旋回ベーンを用いた場合に生じるハブ後流部の逆流を防止することができる。
第二気水分離器3は、第一気水分離器2の第一旋回ベーン6を通過することによって旋回上昇する気液二相流を導入可能な円筒状の第二ライザ11を有している。第一オリフィス4の先端側外周縁は、第二ライザ11に内接した状態になっている。
第二ライザ11内には、気液二相流に対して旋回力を付与する第二旋回ベーン12が設けられている。第二旋回ベーン12も第一旋回ベーン6と同様に、所謂ハブ無しベーンが採用されている。第二旋回ベーン12も複数の羽根12aを備えている。
第二ライザ11、および第二ダウンカマバレル13の上方には、所定の空間を確保しつつ第二デッキプレート15が配設されている。この第二デッキプレート15の第二ライザ11に対応する部位に、第二オリフィス16が設けられている。
このような構成のもと、不図示の蒸気発生器から上昇した気液二相流は、第一気水分離器2の第一ライザ5に導入されると、第一旋回ベーン6を通過して低〜中速旋回しながら上昇する。すると、旋回による分離作用によって熱水を主成分とする混合流が第一ダウンカマ空間8に流出され、この第一ダウンカマ空間8を下降する。一方、蒸気を主成分とする混合流が第一オリフィス4へ流出される。
ここで、旋回戻しベーン9の羽根9aは、混合流の旋回方向に対して交差するように配置されているので、混合流が旋回戻しベーン9の羽根9aに衝突する形となって混合流の旋回運動が減衰する。このため、旋回戻しベーン9にて混合流の気水分離が行われ、混合流に含まれる熱水はそのまま羽根9a間を通って下降する。また、混合流に含まれる蒸気は第一ダウンカマ空間8を上昇する。
また、第一オリフィス4を通過した混合流は、第二旋回ベーン12を通過する。このとき、第二旋回ベーン12の羽根12aの迎角は、第一旋回ベーン6の羽根6aの迎角よりも大きく設定されているので、混合流が高速旋回しながら上昇する。
一方、第二旋回ベーン12により気水分離された蒸気は、第二オリフィス16を介して上昇する。なお、第二気水分離器3から流出した蒸気にも僅かに熱水が含まれているが、この蒸気に含まれている微細の熱水は重力分離、および湿分分離器(不図示)により分離される。
したがって、上述の第一実施形態によれば、多段気水分離装置1を、不図示の蒸気発生器から上昇された気液二相流を低〜中速旋回させて上昇させる第一旋回ベーン6を有する第一気水分離器2と、気液二相流を高速旋回させて上昇させる第二旋回ベーン12を有する第二気水分離器3との二段構造とすることにより、各旋回ベーン6,12を通過する気液二相流(蒸気)にかかる負荷変化量を小さくすることができる。このため、気液二相流の圧力損失を低減でき、エネルギー伝達効率を向上させることが可能になる。
同図に示すように、従来の気水分離器では、流量が増加するに従って急激に出口湿り度が増加する(図2における破線参照)のに対し、本実施形態における多段気水分離装置1では、流量が増加した場合であっても出口湿り度の増加を抑制することが確認できる(図2における実線参照)。
次に、この発明の第二実施形態を図3に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する(以下の実施形態についても同様)。
図3は、第二実施形態における多段気水分離装置102の概略構成図である。
この第二実施形態において、多段気水分離装置102は、例えば、タービン発電機のように水蒸気を用いて発電する設備を構成する蒸気発生器(不図示)に設けられ、蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流を気水分離させるためのものである点、多段気水分離装置102は、第一気水分離器22と、この第一気水分離器22よりも下流側に設けられ、第一オリフィス42を介して第一気水分離器2に連結されている第二気水分離器3とを鉛直方向上下に配置したものである点、第一気水分離器2は、第一ライザ52、および第一ダウンカマバレル7を有し、第一ライザ52内に第一旋回ベーン6が設けられていると共に、第一ダウンカマ空間8に旋回戻しベーン9が設けられている点、第二気水分離器3は、第二ライザ11、および第二ダウンカマバレル13を有し、第二ライザ11内に第二旋回ベーン12が設けられている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である(以下、第四実施形態まで同様)。
ここで、第二実施形態の第一気水分離器22には、第一ライザ52内の第一旋回ベーン6よりも下流側に、内部コーン72が設けられている。内部コーン72は、下流側に向かうに従って漸次拡径するように形成されている。内部コーン72を設けることにより、この内部コーン72と第一ライザ52との間には、液膜分離空間73が画成される。
なお、この第二実施形態では、複数のスリット75が周方向に長く形成され、複数段配置されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、各スリット75が軸方向に長く形成され、かつ周方向に沿って複数配置されていてもよい。
このような構成のもと、不図示の蒸気発生器から上昇した気液二相流は、第一気水分離器2の第一ライザ5に導入されると、第一旋回ベーン6を通過して低〜中速旋回しながら上昇する。すると、この旋回上昇する気液二相流に含まれる熱水が内部コーン72に押し付けられ、液膜となる。液膜は上昇する気液二相流に同伴して上昇し、液膜分離空間73へと吹き飛ばされる。
ここで、第一ライザ52には、複数のスリット75が形成されており、旋回力を受けて第一ライザ52の内壁に付着している液膜が各スリット75を介して速やかに第一ダウンカマ空間に流出される。
したがって、上述の第二実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果に加え、第一気水分離器22の第一ライザ52内に内部コーン72を設けることによって、より効率的に気液二相流の気水分離を行うことができる。
また、内部コーン72と第一ライザ52により画成された液膜分離空間73内に液膜分離ベーン74を設けることにより、より確実にキャリアンダを低減することが可能になる。
さらに、第一ライザ52に複数のスリット75を形成することにより、第一ライザ52の液膜分離空間73側に付着した熱水を速やかに第一ダウンカマ空間8側に流出させることができる。このため、さらに効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
(第一気水分離器)
次に、この発明の第三実施形態を図4、図5に基づいて説明する。
図4は、第三実施形態における多段気水分離装置103の概略構成図である。図5は、図4のA−A線に沿う断面図である。
図4、図5に示すように、多段気水分離装置103の第一気水分離器23には、第一ライザ5内の第一旋回ベーン6よりも下流側に、第三旋回ベーン76が設けられている。
第三旋回ベーン76は、第一ライザ5よりも縮径された略円筒状の筒部77と、筒部77の外周面に、周方向に沿って複数並設された複数の羽根部78とを有している。
羽根部78の迎角は、第一旋回ベーン6の羽根6aの迎角よりも大きく、かつ第二旋回ベーン12の羽根12aの迎角よりも小さくなるように設定されている。すなわち、第三旋回ベーン76は、気液二相流を第一旋回ベーン6よりも高速に、かつ第二旋回ベーン12よりも低速に旋回上昇させる。
このような構成のもと、第一旋回ベーン6を通過して低〜中速旋回しながら上昇する気液二相流のうち、第三旋回ベーン76の筒部77よりも外側を通過する混合流は、第三旋回ベーン76によってさらに旋回力が付与され気水分離が促進される。
一方、気液二相流のうち、第三旋回ベーン76の筒部77を通過する混合流は、この混合流に含まれる熱水が筒部77の内周面に押し付けられ、液膜となる。
したがって、上述の第三実施形態によれば、前述の第二実施形態と同様の効果に加え、第一気水分離器23に第三旋回ベーン76を設ける分、さらに効率よく気液二相流の気水分離を行うことが可能になる。
また、第三旋回ベーン76を筒部77と羽根部78とで構成することにより、第三旋回ベーン76通過時の混合流の圧力損失の低減を抑えることができる。
(第二気水分離器)
次に、この発明の第四実施形態を図6、図7に基づいて説明する。
図6は、第四実施形態における多段気水分離装置104の概略構成図である。図7は、図6のB矢視図である。
図6、図7に示すように、多段気水分離装置104には、第一気水分離器2の下流側に複数の第二気水分離器34が連結されている。
ここで、この第四実施形態の第二気水分離器34の大きさは、4つ並設する分、前述の第一実施形態の第二気水分離器3と比較して小型に設定されている。しかしながら、各第二気水分離器34の構成は前述の第一実施形態と同様である。
このような構成のもと、第一気水分離器2から第一オリフィス4を介して流出された混合流は、各第二気水分離器3に分配される。ここで、第二気水分離器3を並設する分、第二ライザ11全体としての断面積が増大した状態になる。このため、第一オリフィス4を通過して混合流は、第二ライザ11内で減速された状態で第二旋回ベーン12を通過する。
したがって、上述の第四実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果に加え、第一実施形態よりも減速された状態で第二気水分離器3に導入されるので、減速される分第二旋回ベーン12による気水分離効率を高めることができる。
(気水分離器)
次に、この発明の第五実施形態を図8に基づいて説明する。
図8は、第五実施形態における気水分離器25の概略構成図である。
ここで、図3、図8に示すように、この第五実施形態と第二実施形態との相違点は、第二実施形態が第一気水分離器22と、この第一気水分離器22よりも下流側に設けられた第二気水分離器3とにより二段の気水分離器22,3で構成されているのに対し、第五実施形態は、第二実施形態の多段気水分離装置102から第二気水分離器3を取り除いた構成になっているという点にある。
このように構成した場合であっても、第一旋回ベーン6の上方に内部コーン72が設けられていると共に、スリット75が形成されているので、従来の気水分離器と比較して気液二相流の気水分離効率を高めることができる。
例えば、上述の第四実施形態において、第一気水分離器2の下流側に4つの第二気水分離器34を並設した場合について説明した。しかしながら、この構成を上述した第二実施形態、第三実施形態に適用することも可能である。
また、上述の第一実施形態から第四実施形態では、第一ダウンカマ空間8に旋回戻しベーン9を設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、第一ダウンカマ空間8に加え、第二ダウンカマ空間14に旋回戻しベーン9を設けてもよい。
2,22,23 第一気水分離器(一段目の気水分離器)
3,34 第二気水分離器(二段目の気水分離器)
5,52 第一ライザ(ライザ)
6 第一旋回ベーン
7 第一ダウンカマバレル(ダウンカマバレル)
8 第一ダウンカマ空間(ダウンカマ空間)
9 旋回戻しベーン
9a,12a 羽根
11 第二ライザ(ライザ)
12 第二旋回ベーン
13 第二ダウンカマバレル(ダウンカマバレル)
14 第二ダウンカマ空間(ダウンカマ空間)
25 気水分離器
72 内部コーン
73 液膜分離空間
74 液膜分離ベーン
75 スリット
76 第三旋回ベーン
77 筒部
78 羽根部
Claims (11)
- 蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器を、二段備えた多段気水分離装置であって、
一段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる第一旋回ベーンを設けると共に、
二段目の前記気水分離器の前記ライザ内に、前記第一旋回ベーンを通過した気液二相流を前記第一旋回ベーンよりも高速旋回させながら上昇させる第二旋回ベーンを設けたことを特徴とする多段気水分離装置。 - 少なくとも一段目の前記気水分離器には、前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の多段気水分離装置。
- 一段目の前記気水分離器において、
前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多段気水分離装置。 - 前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入され、熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする請求項3に記載の多段気水分離装置。
- 前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項4に記載の多段気水分離装置。
- 一段目の前記気水分離器において、
前記ライザ内の前記第一旋回ベーンよりも下流側に、この第一旋回ベーンよりも前記気液二相流を高速旋回させると共に、前記第二旋回ベーンよりも前記気液二相流を低速旋回させる第三旋回ベーンを設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多段気水分離装置。 - 前記第三旋回ベーンは、
前記気液二相流が内部を通過可能な筒部と、
前記筒部の外周面に周方向に沿って複数設けられた羽根部とを有していることを特徴とする請求項6に記載の多段気水分離装置。 - 前記一段目の気水分離器の下流側に、前記二段目の気水分離器を複数並設し、前記一段目の気水分離器のライザに、各二段目の気水分離器のライザがそれぞれ集約されていることを特徴とする請求項1〜請求項7の何れかに記載の多段気水分離装置。
- 蒸気と熱水とが混合して成る気液二相流が導入される筒状のライザと、
このライザの周囲を取り囲むように配置されたダウンカマバレルとを有する気水分離器であって、
前記ライザ内に、前記気液二相流を旋回させながら上昇させる旋回ベーンを設けると共に、この旋回ベーンよりも下流側に、下流に向かうに従って漸次拡径するように形成された内部コーンを設け、
前記内部コーンと前記ライザとにより画成される液膜分離空間内に、この液膜分離空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する液膜分離ベーンを設けたことを特徴とする気水分離器。 - 前記ライザと前記ダウンカマバレルとにより画成されるダウンカマ空間内に、このダウンカマ空間に導入される熱水を主成分とする混合流の旋回を抑止する旋回戻しベーンが設けられていることを特徴とする請求項9に記載の気水分離器。
- 前記ライザの前記液膜分離空間に対応する箇所であって、かつ前記液膜分離ベーンよりも重力方向上方に、複数のスリットを設けたことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の気水分離器。
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