JP3746675B2 - 湿分分離器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿分分離器に関し、特に、加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）を用いた原子力発電プラントの蒸気発生器等に適用される湿分分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
湿分分離器は、一般に蒸気発生器側から供給される湿り蒸気から液滴を分離し、タービン側にできるだけ湿分の少ない乾いた蒸気を供給するのに用いられている。これによってタービンの回転効率を上げ発電の効率が向上される。その構造は、多数の波板の間を通過する間に水分（液滴）が分離除去されるようになっている。
【０００３】
図７は、従来一般の蒸気発生器の上部を拡大して示す側面図である。図７において、符号４０は蒸気発生器を示している。蒸気発生器４０の上部には、気水分離器４１と湿分分離器４２が設けられている。蒸気発生器４０により発生した蒸気は、蒸気発生器４０の上部から図示しない蒸気タービンに供給される。
【０００４】
図８は、図７の湿分分離器４２の一部を拡大して示す側面図である。
図９は、図８のＡ−Ａ線矢視図である。
【０００５】
図７から図９に示されるように、気水分離器４１を出た気相（液滴を含んでいる。以下、湿り蒸気という）は上昇し、湿分分離器４２の入口４３（図８）より流入する。流入された湿り蒸気は、屈曲された流路（図９）を通過することで、液滴が除去され、湿分分離器４２の出口４４（図８）より流出する。除去された液滴は、ドレン管４５から排出される。
【０００６】
次に、図１０を参照して、従来の湿分分離器４２の内部構造を説明する。
図１０は、図９に示した屈曲した流路を拡大して示す図である。図１０に示すように、屈曲した流路は波板構造により得られる。
【０００７】
従来の湿分分離器４２の内部は、波状になった流路５１とその流路５１の途中に設けられた液滴Ｗを捕集するためのポケット５２から構成される。各ポケット５２の形状は、そのポケット５２に隣接する流路５１の形状に合わせて決められるが、通常、図１０のような形状とされている。
【０００８】
通常、流路５１の入口５３付近では、主流（湿り蒸気の気流）に乗り難い大きい液滴（慣性が大きい）Ｗがポケット５２に入っていくために、流路５１の後流側５４では主流に乗り易いより小さい液滴（慣性が小さい）Ｗが残るようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示されるような波板状の湿分分離器４２では、入口５３から出口までのピッチが一定であるために、液滴Ｗの大きさに合わせた最適なピッチで液滴Ｗを捕らえることができない。
【００１０】
現状よりも湿分分離機能が向上することが望まれている。
また、簡易な構造で湿分分離機能が向上することが望まれている。
【００１１】
本発明の目的は、湿分分離機能が向上する湿分分離器を提供することである。本発明の他の目的は、簡易な構造で湿分分離機能が向上する湿分分離器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、収容した液滴が再飛散せずに湿分分離機能が向上する湿分分離器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、簡易な構造で収容した液滴が再飛散せずに湿分分離機能が向上する湿分分離器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、湿り蒸気の全てが確実に入口に導入される湿分分離器の配置構造を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、湿分分離機能が向上する上に、湿り蒸気の全てが確実に入口に導入される湿分分離器の配置構造を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中の請求項対応の技術的事項には、括弧（）つき、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも一つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしているが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的事項に限定されることを示されるためのものではない。
【００１３】
本発明の湿分分離器（１０）は、湿り蒸気が流入される入口（２１）と、前記入口（２１）から流入された前記湿り蒸気から前記湿り蒸気に含まれる液滴が除去された後に前記湿り蒸気が流出される出口（２２）と、前記入口（２１）と前記出口（２２）との間に設けられ少なくともその一部が概ね円弧状に形成された前記湿り蒸気の流路（１１）と、前記流路（１１）の外周側に設けられた前記液滴が収容される液滴収容部（１４）とを備えている。
【００１４】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記流路（１１）は、少なくともその一部が概ね渦巻き状に形成されている。
【００１５】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記液滴収容部（１４）は、前記流路（１１）を流れる前記湿り蒸気に含まれる前記液滴が遠心力により前記湿り蒸気から除去されて収容されるように配設されている。
【００１６】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記流路（１１）の前記少なくとも一部は、前記入口（２１）から前記出口（２２）に向かうに連れてその曲率が連続的に漸次大きくなるように形成されている。
【００１７】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記液滴収容部（１４）が複数設けられ、前記複数の液滴収容部（１４）のそれぞれは、隣接する前記液滴収容部（１４）との間が仕切板（１５）により隔てられている。
【００１８】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記液滴収容部（１４）には、前記入口（２１）側からのみ前記液滴が前記液滴収容部（１４）に入るためことを許容するブラインド（１６）が設けられている。
【００１９】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記複数の液滴収容部（１４）は、多孔状に設けられている。
【００２０】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記流路（１１）には、磁場が形成されている。
【００２１】
本発明の湿分分離器（１０）において、前記入口（２１）には、気水分離器（４１）から流出された前記湿り蒸気が流入され、前記出口（２２）から流出される前記湿り蒸気は、蒸気タービンに流出される。
【００２２】
本発明の湿分分離器の配置構造は、前記湿分分離器（１０）を複数配置してなる湿分分離器の配置構造であって、前記複数の湿分分離器（１０）は、第１および第２の前記湿分分離器（１０）を含み、前記第１の湿分分離器（１０）の周方向に開放した領域である前記入口（２１）を前記第２の湿分分離器（１０）の周方向に閉じた領域によって閉じるように配置したものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１から図４を参照して、本発明の湿分分離器の第１実施形態について説明する。
【００２４】
図１は、第１実施形態の湿分分離器を示す平面図である。図２は、図１の破線Ｂで囲んだ範囲を拡大して示す斜視図である。図３は、図１の湿分分離器の側面図である。
【００２５】
まず、本実施形態の構成について説明する。
【００２６】
図１および図３に示すように、本実施形態の湿分分離器１０は、その内部の流路１１が渦巻き型に形成されている。湿分分離器１０では、その内部に中空空間が設けられた直方体状の板体１２が渦巻き状に曲げ加工され、その渦巻き構造において板体１２の互いに対向する側面１２ａ同士の間に流路１１が形成されている。
【００２７】
湿分分離器１０の渦巻き構造において、板体１２はその曲率が漸次大きくなるように連続する円弧状に曲げられている。すなわち、渦巻き構造の外側から内側に向かって、その曲率半径が漸次小さくなるように板体１２が曲げられている。これにより、流路１１は、その入口２１から出口２２に向かって、流路１１の曲率が漸次大きくなるように連続する円弧状に形成されている。
【００２８】
図１および図２に示されるように、円弧状に形成される流路１１の外周側に位置する板体１２の側面１２ａには、複数の開口部１３が板体１２の延在方向に等間隔または任意の間隔で形成されている。図２および図３に示されるように、開口部１３は、板体１２の高さ寸法よりも若干小さな高さ寸法を有している。板体１２の内部空間は、開口部１３から入った液滴Ｗを収容する液滴収容部１４とされている。板体１２の内部空間には、その内部空間を板体１２の延在方向途中位置にて、複数の空間（液滴収容部１４）に仕切るための仕切板（パーティション）１５が設けられている。
【００２９】
図１および図２に示すように、開口部１３には、ブラインド（スリット）１６が設けられている。ブラインド１６は、液滴Ｗが流路１１の上流（入口２１）側から開口部１３を介して液滴収容部１４内に入るための入口は確保されるが、それ以外の方向から開口部１３を介して液滴収容部１４内に入るための入口（流路１１の下流（出口２２）側から開口部１３を介して液滴収容部１４に入るための入口および開口部１３の正面側から開口部１３を介して液滴収容部１４に入るための入口）が確保されないように、開口部１３を一方向から覆うように設けられている。
【００３０】
この構成のブラインド１６は、流路１１の上流側から一度液滴収容部１４内に入った液滴Ｗが開口部１３から出ることを防いでいる。
また、仕切板１５も一度液滴収容部１４内に入った液滴Ｗが再飛散することを防いでいる。
【００３１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００３２】
図１に示されるように、湿分分離器１０の入口２１側から渦巻き状の流路１１に、気水分離器４１（図７参照）からの湿り蒸気が入ると、その湿り蒸気に含まれる液滴Ｗは、遠心力により開口部１３を介して液滴収容部１４内に入る。このとき、流路１１の曲率が入口２１（上流）から出口２２（下流）側に向かうに連れて大きくなるため、直径が１００〜２００μｍ程度の大きい液滴（慣性大）Ｗは入口２１付近の液滴収容部１４で捕らえられ易く、出口２２側でより小さな直径の液滴（慣性小）Ｗが捕らえ易くなる。これにより、湿り蒸気に含まれる殆どの直径の液滴Ｗは、いずれかの液滴収容部１４に捕獲され、湿分分離器１０の出口２２から蒸気タービン（図示せず）へと流出する液滴Ｗは、１０μｍ以下の微小なものとなる。
【００３３】
液滴収容部１４の入口である開口部１３には、ブラインド１６が設けられ、液滴収容部１４の内部には仕切板１５が設けられているため、液滴収容部１４に一度入った液滴Ｗが再飛散することが最小限に抑制される。なお、液滴収容部１４にて捕獲された液滴Ｗは、図８に示した構成と同様に、図示しないドレン管によって液滴収容部１４から排出される。
【００３４】
本実施形態では、流路１１を渦巻き型にすることによって、図１０に示した従来の波板構造のように湿り蒸気の流れが左右に大きく変化することが無いために、圧力損失の低減が期待できる。また、曲率が滑らか（連続的）に変化するために、慣性の大きな液滴Ｗから小さい液滴Ｗへと効率良く液滴Ｗを捕獲することが可能であり、いずれの液滴収容部１４にも捕獲されない液滴Ｗを最小限に抑えることができる。
【００３５】
図４を参照して、第１実施形態の湿分分離器１０の配置構造について説明する。
図４は、図７に示した従来一般の蒸気発生器４０に第１実施形態の湿分分離器１０を適用したときの図７中の矢印Ｄ方向から見た湿分分離器１０の平面図である。
【００３６】
図４に示されるように、４つの湿分分離器１０が千鳥格子状に配置され、下方の気水分離器４１からの湿り蒸気の全てがいずれかの湿分分離器１０の入口２１から流路１１に入る配置構造とされている。ここで、気水分離器４１からの湿り蒸気が、これら４つの湿分分離器１０以外に流れないように、これら４つの湿分分離器１０の配置構造は以下の工夫がなされている。
【００３７】
すなわち、湿分分離器１０は、渦巻き構造とされているため、平面視したときに湿分分離器１０の外周部は周方向に閉じた領域の割合が多い（入口２１で開放しているに過ぎない）。このことから、複数の湿分分離器１０同士を接触させた状態で配置するとき、平面視して周方向に開放した領域である入口２１を他の湿分分離器１０の閉じた領域（外周部）によって閉じるように配置すれば、下方の気水分離器４１からの湿り蒸気は確実にその入口２１に導入される。
【００３８】
このように、入口２１を他の湿分分離器１０の外周部によって閉じるように配置しても、４つの湿分分離器１０うちの一端側に位置する湿分分離器１０（図４中符号１０Ａで示す）の入口２１は、閉じるべき他の湿分分離器１０が無いことから、隣接する湿分分離器１０（１０Ｂ）の外周部との間を囲い２６で囲むようにしている。
【００３９】
なお、図４では、４つの湿分分離器１０について説明したが、実際の蒸気発生器４０に組み込まれる湿分分離器１０は４つ以外の数でもよいことは勿論であり、その場合の配置構造については、上記の考え方の通りである。
【００４０】
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４１】
図５は、第２実施形態の湿分分離器を示す平面図である。
図６は、図５の破線Ｃで囲んだ範囲を拡大して示す斜視図である。
【００４２】
図５において、符号３０は第２実施形態の湿分分離器を示している。図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００４３】
図５および図６に示すように、湿分分離器３０の円弧状に形成される流路１１の外周側に位置する板体１２の側面には、複数の孔２３が形成されている。図６に示されるように、孔２３は、板体１２の延在方向および高さ方向に等間隔で形成され、流路１１と液滴収容部１４の内部空間とを連通させている。
【００４４】
単一の孔２３は、第１実施形態の開口部１３よりも開口面積が小さく形成されている。その小さな孔２３が板体１２の側面１２ａに間隔をおいて形成されている。このことから、孔２３から液滴収容部１４に一度入った液滴Ｗが、小さな孔２３を介して液滴収容部１４の外部に再飛散することは最小限に抑制される。
【００４５】
開口部１３よりも単一の孔２３の開口面積が小さいことから、第１実施形態に比べて、液滴収容部１４内に大量で高圧の湿り蒸気の気体（ガス）分が流入することがない。これにより、液滴収容部１４の内部および孔２３の近傍で乱流が起き難く、液滴収容部１４の内部の乱れが抑制されるため、液滴収容部１４の内部の液滴Ｗが液滴収容部１４の外部に再飛散することが防止される。
【００４６】
第２実施形態の湿分分離器３０では、上記のように液滴収容部１４の外部への再飛散のおそれがないことから、第１実施形態の湿分分離器１０と異なり、ブラインド１６が設けられていない。この構成に代えて、図示しないが湿分分離器３０において、第１実施形態と同様にブラインド１６を設けることができる。すなわち、ブラインド１６は、液滴Ｗが流路１１の上流（入口２１）側から孔２３を介して液滴収容部１４内に入るための入口は確保されるが、それ以外の方向から孔２３を介して液滴収容部１４内に入るための入口が確保されないように、孔２３を一方向から覆うように設けることができる。これにより、液滴収容部１４内の液滴Ｗが孔２３を介して外部に再飛散することが一層防止される。
【００４７】
第２実施形態の湿分分離器３０においても、図４に示されるように、４つの湿分分離器３０が千鳥格子状に配置され、下方の気水分離器４１からの湿り蒸気の全てが湿分分離器３０の入口２１から流路１１に入る配置構造とされることができる。
【００４８】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
第２実施形態においても、基本的に第１実施形態と同じ作用が得られる。
【００４９】
図５に示されるように、湿分分離器３０の入口２１側から渦巻き状の流路１１に湿り蒸気が入ると、その湿り蒸気に含まれる液滴Ｗは、遠心力により孔２３を介して液滴収容部１４内に入る。このとき、流路１１の曲率が出口２２（下流）側に向かうに連れて大きくなるため、直径が１００〜２００μｍ程度の大きい液滴（慣性大）Ｗは入口２１付近の液滴収容部１４で捕らえられ易く、出口２２側でより小さな直径の液滴（慣性小）Ｗが捕らえ易くなる。これにより、湿り蒸気に含まれる殆どの直径の液滴Ｗはいずれかの液滴収容部１４に捕獲され、湿分分離器３０の出口２２から蒸気タービン（図示せず）へと流出する液滴Ｗは、１０μｍ以下のものとなる。
【００５０】
次に、第３実施形態について説明する。
【００５１】
第１および第２実施形態では、図１および図５に示されるように、湿分分離器１０、３０の入口２１側から渦巻き状の流路１１に湿り蒸気が入ると、その湿り蒸気に含まれる液滴Ｗは、遠心力により開口部１３または孔２３を介して液滴収容部１４内に入る構成とされていた。
【００５２】
第３実施形態では、流路１１に沿って流れる液滴Ｗの遠心力により、液滴Ｗが開口部１３または孔２３を介して液滴収容部１４内に入るのみならず、流路１１に磁場を形成し、この磁場により極性分子としての液滴Ｗが引き付けられ、または反発され、その力を利用して液滴Ｗがより確実に開口部１３または孔２３を介して液滴収容部１４内に入る構成とすることができる。
【００５３】
この場合、湿分分離器１０、３０の円弧状に形成される流路１１の外周側および／または内周側に位置する板体１２の側面１２ａに、磁石を設けることにより、または、全体を帯電させることによって、流路１１に上記作用を奏するような磁場を形成することができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の湿分分離器によれば、湿分効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態の湿分分離器を示す平面図である。
【図２】図２は、図１の符号Ｂで示す部分を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の湿分分離器を示す側面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の湿分分離器の配置構造を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態の湿分分離器を示す平面図である。
【図６】図６は、図５の符号Ｃで示す部分を拡大して示す斜視図である。
【図７】図７は、従来一般の蒸気発生器の上部を拡大して示す側面図である。
【図８】図８は、図７の蒸気発生器の湿分分離器を拡大して示す側面図である。
【図９】図９は、図８のＡ−Ａ線矢視図である。
【図１０】図１０は、図９の湿分分離器を拡大して示す側面図である。
【符号の説明】
１０ 湿分分離器
１１ 流路
１２ 板体
１２ａ 側面
１３ 開口部
１４ 液滴収容部
１５ 仕切板
１６ ブラインド
２１ 入口
２２ 出口
２３ 孔
３０ 湿分分離器
４０ 蒸気発生器
４１ 気水分離器
４２ 湿分分離器
４３ 入口
４４ 出口
４５ ドレン管
５１ 流路
５２ ポケット（液滴収容部）
Ｗ 液滴

Claims (10)

1. 湿り蒸気が流入される入口と、
   前記入口から流入された前記湿り蒸気から前記湿り蒸気に含まれる液滴が除去された後に前記湿り蒸気が流出される出口と、
   前記入口と前記出口との間に設けられ少なくともその一部が概ね円弧状に形成された前記湿り蒸気の流路と、
   前記流路の外周側に設けられた前記液滴が収容される液滴収容部と
   を備えた湿分分離器。
2. 請求項１記載の湿分分離器において、
   前記流路は、少なくともその一部が概ね渦巻き状に形成されている
   湿分分離器。
3. 請求項１または２に記載の湿分分離器において、
   前記液滴収容部は、前記流路を流れる前記湿り蒸気に含まれる前記液滴が遠心力により前記湿り蒸気から除去されて収容されるように配設されている
   湿分分離器。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の湿分分離器において、
   前記流路の前記少なくとも一部は、前記入口から前記出口に向かうに連れてその曲率が連続的に漸次大きくなるように形成されている
   湿分分離器。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の湿分分離器において、
   前記液滴収容部が複数設けられ、
   前記複数の液滴収容部のそれぞれは、隣接する前記液滴収容部との間が仕切板により隔てられている
   湿分分離器。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の湿分分離器において、
   前記液滴収容部には、前記入口側からのみ前記液滴が前記液滴収容部に入るためことを許容するブラインドが設けられている
   湿分分離器。
7. 請求項５記載の湿分分離器において、
   前記複数の液滴収容部は、多孔状に設けられている
   湿分分離器。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の湿分分離器において、
   前記流路には、磁場が形成されている
   湿分分離器。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の湿分分離器において、
   前記入口には、気水分離器から流出された前記湿り蒸気が流入され、
   前記出口から流出される前記湿り蒸気は、蒸気タービンに流出される
   湿分分離器。
10. 請求項２記載の湿分分離器を複数配置してなる湿分分離器の配置構造であって、
    前記複数の湿分分離器は、第１および第２の前記湿分分離器を含み、
    前記第１の湿分分離器の周方向に開放した領域である前記入口を前記第２の湿分分離器の周方向に閉じた領域によって閉じるように配置した
    湿分分離器の配置構造。

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