JP2020512928A - コアンダ効果湿分分離システム - Google Patents

Abstract

本出願は、湿分分離加熱器に進入する蒸気の流れにおいて使用するための事前分離器を提供する。事前分離器は、ネックと、内部バッフルと、壁と、ネックと内部バッフルとの間に定められた第１の経路と、内部バッフルと壁との間に定められた第２の経路とを含むことができる。第１の経路および第２の経路は、湿分分離加熱器に進入する蒸気の流れについてコアンダ効果を生み出す。【選択図】図３

Description

本出願および結果として得られる特許は、広くには、ターボ機械に関し、より詳細には、ガスまたは流路から液滴を除去するためにコアンダ効果湿分分離システムを使用する湿分分離加熱器用の事前分離器に関する。

原子力発電所は、多くの場合に、蒸気の供給を乾燥させて再加熱するための湿分分離加熱器を備える。湿分分離加熱器は、例えば発電機などを駆動する蒸気タービンシステムから排出される蒸気の流れを乾燥させて再加熱することができる。具体的には、湿分分離加熱器は、高圧蒸気タービンから排出された蒸気を乾燥させて再加熱し、乾燥した再加熱後の蒸気を低圧蒸気タービンへともたらすことができる。蒸気の流れに含まれる液滴を蒸発させるために必要なエネルギと比較して、液滴の物理的な除去は、システム効率の全体的な向上をもたらす。さらに、液滴を物理的に除去することにより、下流の機器を侵食などによる損傷から保護することができる。

したがって、本出願および結果として得られる特許は、湿分分離加熱器に進入する蒸気の流れにおいて使用するための事前分離器を提供する。事前分離器は、ネックと、内部バッフルと、壁と、ネックと内部バッフルとの間に定められた第１の経路と、内部バッフルと壁との間に定められた第２の経路とを含むことができる。第１の経路および第２の経路は、水分除去効率を高めるために、湿分分離加熱器に進入する蒸気の流れについてコアンダ効果を生じさせる。

さらに、本出願および結果として得られる特許は、湿分分離加熱器に進入する蒸気の流れに含まれる水分を除去する方法を提供する。この方法は、蒸気を事前分離器へと流すステップと、蒸気の流れを実質的に湾曲した形状を含むいくつかの経路に分割するステップと、蒸気のいくつかの流れを約９０度転向させるステップと、蒸気の流れを転向させるときにコアンダ効果を生じさせるステップと、水分除去効率を高めるために蒸気の流れを湿分分離加熱器の底壁に実質的に付着させるステップとを含むことができる。

さらに、本出願および結果として得られる特許は、蒸気の流れから水滴を除去するための湿分分離加熱器を提供する。湿分分離加熱器は、底壁と、底壁の付近に配置された事前分離器とを含むことができる。事前分離器は、水分除去効率を高めるためにコアンダ効果によって蒸気の流れを底壁に実質的に付着させるよう、蒸気の流れにコアンダ効果を生じさせるために実質的に湾曲した形状を備える第１の経路および第２の経路を含むことができる。

本出願および結果として得られる特許のこれらの特徴および改良ならびに他の特徴および改良が、以下の詳細な説明を、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて検討することによって、当業者にとって明らかになるであろう。

湿分分離加熱器と共に使用される事前分離器の一部分の斜視図である。 図１の事前分離器の一部分の断面図である。 湿分分離加熱器と共に使用される本明細書において説明され得る事前分離器の斜視図である。 図３の事前分離器の上面図である。 図３の事前分離器の一部分の断面図である。 湿分分離加熱器と共に使用される図３の事前分離器の一部分の断面図である。

図１および図２は、湿分分離加熱器１５などと共に使用することができる事前分離器１０のいくつかの部分を示している。一般的に説明すると、例えば高圧蒸気タービンからもたらされる湿り蒸気２０の流れを、事前分離器１０を介して湿分分離加熱器１５へと導入することができる。水滴２５を含んだ蒸気２０の流れを、第１の方向にて事前分離器１０に進入させることができ、その後におおむね垂直な第２の方向へとほぼ９０度（９０°）程度転向させることができる。水滴２５の慣性ゆえに、水滴２５は、この方向の変化に追従できず、したがって蒸気２０の流れから外れ、事前分離器１０の壁／天井３０に衝突できる。水滴２５を、壁／天井３０に沿って付着および集合させ、事前分離器１０の周囲を巡って配置された集水器３５によって捕獲することができる。集水器３５は、事前分離器１０の周囲に配置された機械的な装置であってよい。次いで、水滴２５は、１つ以上のドレーンを介して事前分離器１０から排出することができる。

鋭い９０度（９０°）の転向は、事前分離器１０のネック４０の付近において、流れの剥離を生じさせる可能性がある。そのような流れの剥離は、湿分分離加熱器１５における蒸気の偏在を生じさせる可能性がある。偏在は、全体としての水分除去および再加熱の効率に影響を与える可能性がある。本明細書に記載される湿分分離加熱器１５および事前分離器１０は、例示の目的のためのものにすぎない。他の多数の種類の湿分分離加熱器１５、事前分離器１０、およびそれらの構成要素が、公知であるかもしれない。

図３〜図５は、本明細書において説明され得る事前分離器１００を示している。事前分離器１００を、湿分分離加熱器１５などと共に使用することができる。

壁／天井３０とネック４０との間を上述のように事前分離器１０を通って延びる単一の経路の代わりに、本明細書において説明される事前分離器１００は、第１の経路１１０および第２の経路１２０を有することができる。第１の経路１１０は、ネック１３０から内部バッフル１４０まで延びてよい。内部バッフル１４０は、実質的に湾曲した形状１５０を有することができる。第２の経路１２０は、内部バッフル１４０から壁／天井１６０まで延びてよい。壁／天井１６０も、実質的に湾曲した形状１５０を有することができる。ネック１３０、内部バッフル１４０、および壁／天井１６０は、任意の適切なサイズ、形状、または構成を有することができる。２つの経路しか示されていないが、事前分離器１００は、本明細書において任意の数を使用することができる。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。

蒸気の経路を第１の経路１１０および第２の経路１２０に分割することによって、事前分離器１００は、事前分離器１００におけるコアンダ効果を可能にすることができる。具体的には、コアンダ効果は、流体の噴流が壁または別の表面に付着し、そのような壁または表面に沿って流れる傾向を利用する。図６に示されるように、経路１１０、１２０の凸状の湾曲は、流れの湿分分離加熱器１５の底壁４５へのより迅速な付着およびより迅速な加速が可能になるように、流れを偏向させる。コアンダ効果は、ネック４０の付近における上述の流れの剥離をおおむね回避することができる。むしろ、経路１１０、１２０の実質的に湾曲した形状１５０は、水滴２５を含んだ蒸気２０の流れを湿分分離加熱器１５の底壁４５に付着したままにする。さらに、流れがより広い領域に分配されているため、流れの速度が遅くなる。このプロセスは、水滴２５の凝集および集合を助ける。その結果、水滴が大型化して重くなり、したがって重力による捕獲がより容易になる。したがって、水滴２５を、水膜を形成するように底壁４５へと向けることができる。１つ以上のドレーン１７０を底壁４５の周囲に配置して水膜を排水し、あるいは他のやり方で水分を排出することができる。したがって、結果として生じる蒸気２０の流れが、水滴２５が除去されて大幅に乾いた状態となり得る。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。

このように、事前分離器１００は、事前分離器の後方に配置された別の分離装置の上流における局所的な高い残留水分濃度およびバンドルに対するより高い熱応力を回避するように、事前分離器１００を通る蒸気２０の流れのより一様な分布を促進する。さらに、事前分離器１００を使用することで、上述の複雑な集水器３５の使用が回避される。事前分離器１００は、より軽量、よりコンパクト、かつ製造が容易であり得る。事前分離器１００は、圧力損失を大幅に低減することができる。

以上が、あくまでも本出願および結果として得られる特許のうちの特定の実施形態に関するにすぎないことは、明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定められる本発明の趣旨および全体的な範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことが可能である。

１０ 事前分離器
１５ 湿分分離加熱器
２０ 蒸気
２５ 水滴
３０ 壁／天井
３５ 集水器
４０ ネック
４５ 底壁
１００ 事前分離器
１１０ 第１の経路
１２０ 第２の経路
１３０ ネック
１４０ 内部バッフル
１５０ 湾曲した形状
１６０ 壁／天井
１７０ ドレーン

Claims (20)

1. 湿分分離加熱器（１５）に進入する蒸気（２０）の流れに関して使用するための事前分離器（１００）であって、
   ネック（１３０）と、
   内部バッフル（１４０）と、
   壁（１６０）と、
   前記ネック（１３０）と前記内部バッフル（１４０）との間に定められた第１の経路（１１０）と、
   前記内部バッフル（１４０）と前記壁（１６０）との間に定められた第２の経路（１２０）と
   を備え、
   前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）は、前記湿分分離加熱器（１５）に進入する蒸気（２０）の流れについてコアンダ効果を生じさせる、事前分離器（１００）。
2. 前記第１の経路（１１０）は、実質的に湾曲した形状（１５０）を備える、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
3. 前記第２の経路（１２０）は、実質的に湾曲した形状（１５０）を備える、請求項２に記載の事前分離器（１００）。
4. 当該事前分離器（１００）は、前記湿分分離加熱器（１５）の底壁（４５）の付近に配置され、前記コアンダ効果は、蒸気（２０）の流れを前記底壁（４５）に実質的に付着させる、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
5. 前記底壁（４５）は、１つ以上のドレーン（１７０）を備える請求項４に記載の事前分離器（１００）。
6. 前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）によって生み出される前記コアンダ効果は、蒸気（２０）の流れの一様な分布を促進する、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
7. 前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）によって生み出される前記コアンダ効果は、蒸気（２０）の流れに含まれる水滴（２５）の集合を促進する、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
8. 前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）によって生み出される前記コアンダ効果は、前記ネック（１３０）の付近の蒸気（２０）の流れについて流れの剥離を回避する、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
9. 前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）によって生み出される前記コアンダ効果は、蒸気（２０）の流れの速度を遅くする、請求項１に記載の事前分離器（１００）。
10. 湿分分離加熱器（１５）に進入する蒸気（２０）の流れに含まれる水分を除去する方法であって、
    前記蒸気（２０）を事前分離器（１００）へと流すステップと、
    前記蒸気（２０）の流れを実質的に湾曲した形状（１５０）を備える複数の経路（１１０、１２０）に分割するステップと、
    前記蒸気（２０）の複数の流れを約９０度転向させるステップと、
    前記蒸気（２０）の複数の流れを転向させるときにコアンダ効果を生じさせるステップと、
    前記蒸気（２０）の複数の流れを前記湿分分離加熱器（１５）の底壁（４５）に実質的に付着させるステップと
    を含む方法。
11. 前記蒸気（２０）の流れを複数の経路（１１０、１２０）に分割するステップは、前記蒸気（２０）の流れを前記事前分離器（１００）のネック（１３０）と内部バッフル（１４０）との間に定められた第１の経路（１１０）へと分割することを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記蒸気（２０）の流れを複数の経路（１１０、１２０）に分割するステップは、前記蒸気（２０）の流れを前記事前分離器（１００）の前記内部バッフル（１４０）と壁（１６０）との間に定められた第２の経路（１２０）へと分割することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記コアンダ効果を生じさせるステップは、前記蒸気（２０）の流れに含まれる水滴（２５）を集合させることを含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記湿分分離加熱器（１５）の前記底壁（４５）のドレーン（１７０）において前記水滴（２５）を排出するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記コアンダ効果を生じさせるステップは、前記蒸気（２０）の流れの一様な分布を促進することを含む、請求項１０に記載の方法。
16. 蒸気（２０）の流れから水滴（２５）を除去するための湿分分離加熱器（１５）であって、
    底壁（４５）と、
    前記底壁（４５）の付近に配置された事前分離器（１００）と
    を備え、
    前記事前分離器（１００）は、第１の経路（１１０）および第２の経路（１２０）を備え、
    前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）は、コアンダ効果によって前記蒸気（２０）の流れを前記底壁（４５）に実質的に付着させるよう、前記蒸気（２０）の流れにコアンダ効果を生じさせるために実質的に湾曲した形状（１５０）を備える、湿分分離加熱器（１５）。
17. 前記第１の経路（１１０）は、前記事前分離器（１００）のネック（１３０）と内部バッフル（１４０）との間に定められる、請求項１６に記載の湿分分離加熱器（１５）。
18. 前記第２の経路（１２０）は、前記事前分離器（１００）の前記内部バッフル（１４０）と壁（１６０）との間に定められる、請求項１７に記載の湿分分離加熱器（１５）。
19. 前記底壁（４５）は、ドレーン（１７０）を備える、請求項１６に記載の湿分分離加熱器（１５）。
20. 前記第１の経路（１１０）および前記第２の経路（１２０）によって生み出される前記コアンダ効果は、前記蒸気（２０）の流れに含まれる水滴（２５）の集合を促進する、請求項１６に記載の湿分分離加熱器（１５）。

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