JP3806359B2 - 蒸気ドラムのサイクロンセパレータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電用ボイラ等に備えられ、火炉内で加熱されて生成された気液混合流体を、飽和蒸気と飽和水とに気液分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種蒸気ドラム及び同蒸気ドラムに設けられたサイクロンセパレータの概要について、図８、図９に基づいて説明する。
図８は従来の蒸気ドラムの概要を示す軸線方向に垂直な断面から見た断面図、図９は図８中のサイクロンセパレータを代表して１つ抜き出して模式的に示し、（ａ）は縦断面の模式図、（ｂ）は横断面の模式図である。
【０００３】
１は外殻を中空円筒形状のケースで構成された蒸気ドラムで、同蒸気ドラム１の内部には火炉内で加熱された気液混合流体（飽和蒸気＋飽和水）ＭＸを蒸気（飽和蒸気）Ｓと水（飽和水）Ｗに分離するサイクロンセパレータ３が設けられ、頂部には前記飽和蒸気Ｓを外部に導出する蒸気管６が、また、底部には前記飽和水Ｗを排出する下降管４が設けられている。
【０００４】
同蒸気ドラム１に導入された気液混合流体ＭＸは、シュラウド７に沿って案内され、サイクロンセパレータ３の筒体側部に対して接線方向に開口した導入管２を経て同サイクロンセパレータ３に供給され、前記気液混合流体ＭＸを液体分の飽和水Ｗと気体分の飽和蒸気Ｓに遠心分離する。
【０００５】
また、前記蒸気ドラム１の上半部で、前記サイクロンセパレータ３から前記蒸気管６に至る飽和蒸気Ｓの経路には、前記サイクロンセパレータ３で分離された飽和蒸気Ｓに混入しているミストを慣性衝突分離させる一対のミスト分離器５ａ、５ａからなるスクラバ５が配置されている。
【０００６】
なお、図中でＬは蒸気ドラム１内で分離された飽和水Ｗの水面レベル（ドラム内水面）を示し、また、例えばサイクロンセパレータ３から下方に向かう矢印、螺旋形状に上方に向かう矢印等々のように、各部位に記入された矢印はそれぞれの部位における飽和水Ｗ又は飽和蒸気Ｓの流れ方向を示している。
【０００７】
従ってこの蒸気ドラム１においては、同蒸気ドラム１内に取り込んだ気液混合流体ＭＸを、まず、サイクロンセパレータ３を通すことによって飽和水Ｗと飽和蒸気Ｓとに分離させた後、更に飽和蒸気Ｓをスクラバ５を通してこれに混入しているミストを分離除去する。
【０００８】
このようにして水分の除去がなされた後の飽和蒸気Ｓは、蒸気管６より蒸気ドラム本体１の外部に導出され、他方、分離除去された前記飽和水Ｗ及びミストは下降管４より下方に排出されることになる。
【０００９】
ここで前記サイクロンセパレータ３の従来の一例について、概要を模式的に示した図９を用いて説明すると、同サイクロンセパレータ３は下方に位置したサイクロン部１３と、同サイクロン部１３の上部に一体的に連結された一次スクラバ部２３とにより構成されている。
【００１０】
サイクロン部１３は、気液混合流体ＭＸの導入管２を接線方向に開口した筒体１４で構成され、同筒体１４はその下半部分を図示省略の蒸気ドラム内でドラム内水面Ｌ以下に水没させる位置とし、かつ、連通路１４ａ、１４ｂ等を経て蒸気ドラム内に連通している。
【００１１】
また、筒体１４はその上端側で、連通部１５を介して前記一次スクラバ部２３の中央位置に設けた中空部２４に連なり、同中空部２４は、その周囲に旋回ベーン２５を配置している。
【００１２】
旋回ベーン２５は支持筒体３０を介して上板２７で支持され、同上板２７により前記中空部２４と共にその上方位置を規制されるが、更に同旋回ベーン２５は外周にキャップ部材２６を配置してその外周の空間を規制されている。
【００１３】
しかし、キャップ部材２６は、前記旋回ベーン２５及び中空部２４等を密閉するように配置されるものではなく、その上端縁及び下端縁に蒸気又はミスト等の流体の通過する流路２８、２９を形成する様に配置されている。
【００１４】
従って前記図８の説明と重なるが、導入管２を介して筒体１４の接線方向に供給された気液混合流体ＭＸは、筒体１４内で旋回して飽和蒸気Ｓを主とする蒸気部分と、飽和水Ｗを主とする水部分とに汽液界面Ｂを境にして分離され、この内汽液界面Ｂの下層となる水部分は、これに混入するごく一部の気泡部分（蒸気部分）と共に、それぞれ矢印Ｗ1 、矢印Ｓ1 で示す様に、筒体１４の下端側から連通路１４ａ、１４ｂを経て蒸気ドラム内に排出されることになる。
【００１５】
他方、前記筒体１４で分離され汽液界面Ｂの上層となる飽和蒸気Ｓを主とする蒸気部分は、連通部１５を経て一次スクラバ部２３に至り、旋回ベーン２５で旋回力を付与され蒸気部分中に混在するミストを一部分離し、蒸気及びミストに区分してそれぞれ矢印Ｓ2 、矢印Ｗ2 で示す様に、流路２８、２９から一次スクラバ部２３の外に排出され、このうちミストの大半は下方の飽和水Ｗ中に落下するが、ごく一部は飽和蒸気Ｓと共に上方に滞留し、図示省略の蒸気管等より蒸気ドラムの外部に導出される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した様に蒸気ドラムに供給された気液混合流体ＭＸは、サイクロン部１３で気液分離され、更に一次スクラバ部２３でミスト分離されてそれぞれ飽和水Ｗ、飽和蒸気Ｓとして所定の用途に供されることになるが、同飽和水Ｗ中には飽和蒸気Ｓが一部気泡として残存し、また、前記ミスト分離された飽和蒸気Ｓ中にも飽和水Ｗが一部水滴として残存しており、この気液分離の分離効率が低いと分離の工程中、更にはその後流において、種々の不適合を引き起こす可能性があり、同気液分離の分離効率は常に高いものが求められる状況にある。
【００１７】
本発明はこの様なニーズを背景としてなされたもので、サイクロンセパレータを構成するサイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部の両方において、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離それぞれの分離効率をより一層高める様にした蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供することを課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決すべくなされたもので、その第１の手段として、気液混合流体を取り入れ、これを蒸気と水に分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおいて、同サイクロンセパレータは、サイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部を有し、前記サイクロン部は汽液界面の下側で気液混合流体の供給入口を接線方向に開口した内筒と、同内筒の外周と半径方向に一定の隙間を形成して同心状に配置された外筒との二重構造とし、前記内筒は同内筒内に形成される汽液界面の上部側を前記外筒内部に連通する多孔面、及び同汽液界面の下部側を無孔の壁面で形成すると共に下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路を形成し、前記外筒は下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記内筒から前記多孔面、内外筒間の隙間を経て前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を形成し、前記一次スクラバ部は前記サイクロン部に連なる連通部を介して中空部を設け、同中空部を囲んで旋回ベーンを配置すると共に同旋回ベーンを囲んでキャップ部材を配置してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００１９】
すなわち、同第１の手段によれば、前記の様に所定の内筒と外筒の二重構造とし、かつ、同内筒内に形成される汽液界面の下側となる無孔の壁面に気液混合流体の供給入口を接線方向に開口したサイクロン部に、前記中空部、旋回ベーン、キャップ部材等でなる一次スクラバ部を重ねてサイクロンセパレータを構成しているので、接線方向に開口した供給入口からサイクロン部の内筒の無孔壁面位置に供給された気液混合流体は、同内筒内で遠心力を有効活用して旋回することにより、確実かつ的確に気液分離を行い、分離された一方に当たる飽和水は、下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路、及び内筒の上部側から多孔面、内外筒間の半径方向隙間等を経て外筒の下部側の開口から前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を経て蒸気ドラム内に取り出され、また、分離された他方に当たる蒸気は一次スクラバ部に至り、中空部から旋回ベーンに入り、同旋回ベーンで旋回力を付与されて蒸気中に混入するミストを分離し、更に同旋回ベーンを囲ったキャップ部材に衝突してミストの分離を促進し、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高める様にしたものである。
【００２０】
また、本発明は第２の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｚ字型の屈曲部を外方向及び内方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２１】
すなわち、同第２の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｚ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｚ字型の屈曲部を半径方向で外方向及び内方向に向けた配置とし、キャップ部材に代えて前記旋回ベーンの外側でキャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは、断面Ｚ字型の屈曲部で捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２２】
また、本発明は第３の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｖ字型の尖端を外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２３】
すなわち、同第３の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｖ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｖ字型の尖端を半径方向で外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置にし、キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは外方向に尖端を向けた断面Ｖ字型の谷内に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在したミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２４】
更にまた、本発明は第４の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｌ字型の折れ曲げ部を外方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２５】
すなわち、同第４の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｌ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｌ字型の折れ曲げ部を半径方向で外方向に向けた配置にし、キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは断面Ｌ字型の折れ曲げ部に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第１形態について図１に基づいて説明する。
図１は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータの概要を模式的に示す模式図である。
【００２７】
なお、説明が冗長とならない様に、図８、図９に基づいて前記に説明した従来のサイクロンセパレータと同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００２８】
すなわち、本実施の形態において、サイクロンセパレータ３は、下方に位置するサイクロン部１３と、同サイクロン部１３の上方に連通部１５を介して一体的に連結した一次スクラバ部２３とで構成されている。
【００２９】
なおここで、符号２３で示す部位を、単にスクラバと言わず、一次という呼び名を補って、一次スクラバ部としたのは、図８により説明したように、蒸気ドラム全体として見れば、サイクロンセパレータ３の後流に更にミスト分離器５ａ等で構成したスクラバ５があり、前記一次スクラバ部２３はこのスクラバ５に先行するものであるため、同スクラバ５と区別出来るようにこの名称とした。
【００３０】
前記サイクロン部１３は、内筒３１と、同内筒３１に対して半径方向で一定の隙間２２を有して同心状に配置された外筒３２との二重構造で構成され、同内筒３１には前記外筒３２を貫通して内筒３１の内周面寄りに接線方向に開口する気液混合流体ＭＸの導入管２が設けられている。
【００３１】
また、内筒３１の上端側は同内筒３１内から前記外筒３２の内面に向けて連通する多数の孔３４を穿設した多孔面３１ａで形成されるが、同多孔面３１ａは、後述する様に同内筒３１内で分離された液体分の飽和水Ｗが、遠心力により図示の様に下に凸の汽液界面Ｂを形成したとき、この汽液界面Ｂの上端に相当する位置から上方に当たる部位を目処に設けられている。
そして前記内筒３１の上部で、サイクロン部１３と一次スクラバ部２３とは連通部１５で互いに連通している。
【００３２】
なお、前記サイクロン部１３の上部に一体的に連結された一次スクラバ部２３は、前記連通部１５を介して中空部２４を設け、上板２７から支持筒体３０で支持されて前記中空部２４を囲んだ旋回ベーン２５を配置すると共に、同旋回ベーン２５を囲んでキャップ部材２６を配置して形成されている。
【００３３】
前記の様に構成された本実施の形態において、内筒３１の内周面寄りで接線方向に開口した導入管２から同内筒３１内に供給された気液混合流体ＭＸは、同内筒３１内で旋回し、遠心力により気液分離を行う。
【００３４】
この気液分離により分離された飽和水Ｗの多くは、矢印Ｗ1 （飽和水の流れ）矢印Ｓ1 （飽和水中に気泡として混在する飽和蒸気の流れ）として示す様に、内筒３１の下部側に設けられて蒸気ドラムに開口する連通路１４ａ、１４ｂ等により形成される同内筒３１を蒸気ドラムに連通する第１の経路を経て蒸気ドラム内に排出される。
【００３５】
また、同分離された飽和水Ｗの残部は、内筒３１の上部に形成された多孔面３１ａの多数の孔３４から内筒３１と外筒３２の間の隙間２２に流入し、矢印Ｗ2 （飽和水の流れ）Ｓ2 （飽和水中に気泡として混在する飽和蒸気の流れ）として示す様に、前記内筒３１内から多孔面３１ａの孔３４、内筒３１と外筒３２の間の隙間２２を経て外筒３２の下部側の開放部３２ａに至る第２の経路を経て蒸気ドラム内に排出される。
【００３６】
他方、前記気液分離により分離された飽和蒸気Ｓは、矢印Ｓ3 （蒸気分の流れ）、矢印Ｗ3 （飽和蒸気中に水滴として混在するミストの流れ）として図示するように、汽液界面Ｂの上方で旋回運動しながら連通部１５を経て一次スクラバ部２３の中空部２４に至り、次いでこの連通部１５を経て中空部２４に流入した飽和蒸気Ｓは、旋回ベーン２５で旋回力を付与されてミスト分離をしながらその外周に配置されたキャップ部材２６に衝突し、ミストを分離して同キャップ部材２６の上下に形成されている流路２８、２９から蒸気ドラム中へ排出される。
【００３７】
かくして本実施の形態によれば、サイクロン部１３における飽和水Ｗと飽和蒸気Ｓとの気液分離は安定かつ適切に行われ、これに続く一次スクラバ部２３の旋回ベーン２５及びキャップ部材２６等によりミストが分離され、蒸気分と水分の分離、また、蒸気分とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高めることが出来たたものである。
【００３８】
次に本発明の実施の第２形態について図２及び図３に基づいて説明する。
図２は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図３は図２の一部を変更した図２と同様な模式図である。
【００３９】
なお、説明が冗長とならない様に、図１に基づいて説明した実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００４０】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片４０を多数採用し、各Ｚ字型の屈曲部４０ａを外方向及び内方向に向けた配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｚ字型の水滴捕集片４０を環状に配列している。
【００４１】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは、中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４０に衝突し、飽和蒸気Ｓ中に混入したミストは、この衝突により分離が促進されて断面Ｚ字型の屈曲部４０ａで捕集される。
【００４２】
このようにミストは屈曲部４０ａで捕集されることにより、一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気Ｓ中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００４３】
なお、前記断面Ｚ字型の水滴捕集片４０は、図２では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って環状に配列したものとして示したが、図３の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、この外周側配列のものと内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを適宜選択して使用することが出来るものである。
【００４４】
次に本発明の実施の第３形態について図４及び図５に基づいて説明する。
図４は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図５は図４の一部を変更した図４と同様な模式図である。
【００４５】
なお、説明が冗長とならない様に、前記実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００４６】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片４１を多数採用し、各水滴捕集片４１のＶ字型の尖端４１ａを半径方向で外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片における隣接するＶ字の開放端４１ｂを、内方向に尖端４１ａを向ける１部片のＶ字の谷４１ｃ内に対峙させる配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｖ字型の水滴捕集片４１を環状に配列している。
【００４７】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは、中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４１に衝突し、飽和蒸気中に混入したミストはこの衝突により分離が促進されて断面Ｖ字型の谷４１ｃで捕集される。
【００４８】
これように断面Ｖ字型の谷４１ｃで捕集されることにより一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気Ｓ中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００４９】
なお、前記断面Ｖ字型の水滴捕集片４１は、図４では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って環状に配列したものとして示したが、図５の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、図４に示した外周側配列のものと図５に示した内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを選択して使用することが出来るものである。
【００５０】
次に本発明の実施の第４形態について図６及び図７に基づいて説明する。図６は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図７は図６の一部を変更した図６と同様な模式図である。
【００５１】
なお、説明が冗長とならない様に、前記実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００５２】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片４２を多数採用し、各水滴捕集片４２のＬ字型の折れ曲げ部４２ａを半径方向で外方向に向けた配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｌ字型の水滴捕集片４２を環状に配列している。
【００５３】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４２に衝突し、飽和蒸気Ｓ中に混入したミストはこの衝突により分離が促進されて、断面Ｌ字型の折れ曲げ部４２ａで捕集される。
【００５４】
これように断面Ｌ字型の折れ曲げ部４２ａで捕集されることにより一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００５５】
なお、前記断面Ｌ字型の水滴捕集片４２は、図６では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って多数配列したものとして示したが、図７の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、これら外周側配列のものと内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを適宜選択して使用することが出来るものである。
【００５６】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上、本出願の請求項１に記載の発明によれば、気液混合流体を取り入れ、これを蒸気と水に分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおいて、同サイクロンセパレータは、サイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部を有し、前記サイクロン部は汽液界面の下側で気液混合流体の供給入口を接線方向に開口した内筒と、同内筒の外周と半径方向に一定の隙間を形成して同心状に配置された外筒との二重構造とし、前記内筒は同内筒内に形成される汽液界面の上部側を前記外筒内部に連通する多孔面、及び同汽液界面の下部側を無孔の壁面で形成すると共に下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路を形成し、前記外筒は下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記内筒から前記多孔面、内外筒間の隙間を経て前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を形成し、前記一次スクラバ部は前記サイクロン部に連なる連通部を介して中空部を設け、同中空部を囲んで旋回ベーンを配置すると共に同旋回ベーンを囲んでキャップ部材を配置してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、外筒と二重構造としたサイクロン部の内筒内に形成される汽液界面の下側となる無孔の壁面に、接線方向に開口した供給入口から供給された気液混合流体は、同内筒内で遠心力を有効活用して旋回することにより、確実かつ的確に気液分離を行い、分離された一方に当たる飽和水は、下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路、及び内筒の上部側から多孔面、内外筒間の半径方向隙間等を経て外筒の下部側の開口から前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を経て蒸気ドラム内に取り出され、また、分離された他方に当たる蒸気は一次スクラバ部に至り、中空部から旋回ベーンに入り、同旋回ベーンで旋回力を付与されて蒸気中に混入するミストを分離し、更に同旋回ベーンを囲ったキャップ部材に衝突してミストの分離を促進し、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高め、同気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００５８】
また、本出願の請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｚ字型の屈曲部を外方向及び内方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは、断面Ｚ字型の屈曲部で捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００５９】
また、本出願の請求項３に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｖ字型の尖端を外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは外方向に尖端を向けた断面Ｖ字型の谷内に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００６０】
更にまた、本出願の請求項４に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｌ字型の折れ曲げ部を外方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは断面Ｌ字型の折れ曲げ部に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータの概要を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図３】図２の一部を変更した図２と同様な模式図である。
【図４】本発明の実施の第３形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図５】図４の一部を変更した図４と同様な模式図である。
【図６】本発明の実施の第４形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図７】図６の一部を変更した図６と同様な模式図である。
【図８】従来の蒸気ドラムの概要を示す軸線方向に垂直な断面から見た断面図である。
【図９】図８中のサイクロンセパレータを代表して１つ抜き出して模式的に示し、（ａ）は縦断面の模式図、（ｂ）は横断面の模式図である。
【符号の説明】
１ 蒸気ドラム
２ 導入管
３ サイクロンセパレータ
４ 下降管
５ スクラバ
５ａ ミスト分離器
６ 蒸気管
７ シュラウド
１３ サイクロン部
１４ 筒体
１４ａ、１４ｂ 連通路
１５ 連通部
２２ 隙間
２３ 一次スクラバ部
２４ 中空部
２５ 旋回ベーン
２６ キャップ部材
２７ 上板
２８、２９ 流路
３０ 支持筒体
３１ 内筒
３１ａ 多孔面
３２ 外筒
３２ａ 開放部
３４ 孔
４０ 水滴捕集片
４０ａ 屈曲部
４１ 水滴捕集片
４１ａ 尖端
４１ｂ 開放端
４１ｃ 谷
４２ 水滴捕集片
４２ａ 折れ曲げ部
ＭＸ 気液混合流体
Ｗ 飽和水
Ｓ 飽和蒸気
Ｌ ドラム内水面
Ｂ 汽液界面
【発明の属する技術分野】
本発明は発電用ボイラ等に備えられ、火炉内で加熱されて生成された気液混合流体を、飽和蒸気と飽和水とに気液分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種蒸気ドラム及び同蒸気ドラムに設けられたサイクロンセパレータの概要について、図８、図９に基づいて説明する。
図８は従来の蒸気ドラムの概要を示す軸線方向に垂直な断面から見た断面図、図９は図８中のサイクロンセパレータを代表して１つ抜き出して模式的に示し、（ａ）は縦断面の模式図、（ｂ）は横断面の模式図である。
【０００３】
１は外殻を中空円筒形状のケースで構成された蒸気ドラムで、同蒸気ドラム１の内部には火炉内で加熱された気液混合流体（飽和蒸気＋飽和水）ＭＸを蒸気（飽和蒸気）Ｓと水（飽和水）Ｗに分離するサイクロンセパレータ３が設けられ、頂部には前記飽和蒸気Ｓを外部に導出する蒸気管６が、また、底部には前記飽和水Ｗを排出する下降管４が設けられている。
【０００４】
同蒸気ドラム１に導入された気液混合流体ＭＸは、シュラウド７に沿って案内され、サイクロンセパレータ３の筒体側部に対して接線方向に開口した導入管２を経て同サイクロンセパレータ３に供給され、前記気液混合流体ＭＸを液体分の飽和水Ｗと気体分の飽和蒸気Ｓに遠心分離する。
【０００５】
また、前記蒸気ドラム１の上半部で、前記サイクロンセパレータ３から前記蒸気管６に至る飽和蒸気Ｓの経路には、前記サイクロンセパレータ３で分離された飽和蒸気Ｓに混入しているミストを慣性衝突分離させる一対のミスト分離器５ａ、５ａからなるスクラバ５が配置されている。
【０００６】
なお、図中でＬは蒸気ドラム１内で分離された飽和水Ｗの水面レベル（ドラム内水面）を示し、また、例えばサイクロンセパレータ３から下方に向かう矢印、螺旋形状に上方に向かう矢印等々のように、各部位に記入された矢印はそれぞれの部位における飽和水Ｗ又は飽和蒸気Ｓの流れ方向を示している。
【０００７】
従ってこの蒸気ドラム１においては、同蒸気ドラム１内に取り込んだ気液混合流体ＭＸを、まず、サイクロンセパレータ３を通すことによって飽和水Ｗと飽和蒸気Ｓとに分離させた後、更に飽和蒸気Ｓをスクラバ５を通してこれに混入しているミストを分離除去する。
【０００８】
このようにして水分の除去がなされた後の飽和蒸気Ｓは、蒸気管６より蒸気ドラム本体１の外部に導出され、他方、分離除去された前記飽和水Ｗ及びミストは下降管４より下方に排出されることになる。
【０００９】
ここで前記サイクロンセパレータ３の従来の一例について、概要を模式的に示した図９を用いて説明すると、同サイクロンセパレータ３は下方に位置したサイクロン部１３と、同サイクロン部１３の上部に一体的に連結された一次スクラバ部２３とにより構成されている。
【００１０】
サイクロン部１３は、気液混合流体ＭＸの導入管２を接線方向に開口した筒体１４で構成され、同筒体１４はその下半部分を図示省略の蒸気ドラム内でドラム内水面Ｌ以下に水没させる位置とし、かつ、連通路１４ａ、１４ｂ等を経て蒸気ドラム内に連通している。
【００１１】
また、筒体１４はその上端側で、連通部１５を介して前記一次スクラバ部２３の中央位置に設けた中空部２４に連なり、同中空部２４は、その周囲に旋回ベーン２５を配置している。
【００１２】
旋回ベーン２５は支持筒体３０を介して上板２７で支持され、同上板２７により前記中空部２４と共にその上方位置を規制されるが、更に同旋回ベーン２５は外周にキャップ部材２６を配置してその外周の空間を規制されている。
【００１３】
しかし、キャップ部材２６は、前記旋回ベーン２５及び中空部２４等を密閉するように配置されるものではなく、その上端縁及び下端縁に蒸気又はミスト等の流体の通過する流路２８、２９を形成する様に配置されている。
【００１４】
従って前記図８の説明と重なるが、導入管２を介して筒体１４の接線方向に供給された気液混合流体ＭＸは、筒体１４内で旋回して飽和蒸気Ｓを主とする蒸気部分と、飽和水Ｗを主とする水部分とに汽液界面Ｂを境にして分離され、この内汽液界面Ｂの下層となる水部分は、これに混入するごく一部の気泡部分（蒸気部分）と共に、それぞれ矢印Ｗ1 、矢印Ｓ1 で示す様に、筒体１４の下端側から連通路１４ａ、１４ｂを経て蒸気ドラム内に排出されることになる。
【００１５】
他方、前記筒体１４で分離され汽液界面Ｂの上層となる飽和蒸気Ｓを主とする蒸気部分は、連通部１５を経て一次スクラバ部２３に至り、旋回ベーン２５で旋回力を付与され蒸気部分中に混在するミストを一部分離し、蒸気及びミストに区分してそれぞれ矢印Ｓ2 、矢印Ｗ2 で示す様に、流路２８、２９から一次スクラバ部２３の外に排出され、このうちミストの大半は下方の飽和水Ｗ中に落下するが、ごく一部は飽和蒸気Ｓと共に上方に滞留し、図示省略の蒸気管等より蒸気ドラムの外部に導出される。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した様に蒸気ドラムに供給された気液混合流体ＭＸは、サイクロン部１３で気液分離され、更に一次スクラバ部２３でミスト分離されてそれぞれ飽和水Ｗ、飽和蒸気Ｓとして所定の用途に供されることになるが、同飽和水Ｗ中には飽和蒸気Ｓが一部気泡として残存し、また、前記ミスト分離された飽和蒸気Ｓ中にも飽和水Ｗが一部水滴として残存しており、この気液分離の分離効率が低いと分離の工程中、更にはその後流において、種々の不適合を引き起こす可能性があり、同気液分離の分離効率は常に高いものが求められる状況にある。
【００１７】
本発明はこの様なニーズを背景としてなされたもので、サイクロンセパレータを構成するサイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部の両方において、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離それぞれの分離効率をより一層高める様にした蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供することを課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決すべくなされたもので、その第１の手段として、気液混合流体を取り入れ、これを蒸気と水に分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおいて、同サイクロンセパレータは、サイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部を有し、前記サイクロン部は汽液界面の下側で気液混合流体の供給入口を接線方向に開口した内筒と、同内筒の外周と半径方向に一定の隙間を形成して同心状に配置された外筒との二重構造とし、前記内筒は同内筒内に形成される汽液界面の上部側を前記外筒内部に連通する多孔面、及び同汽液界面の下部側を無孔の壁面で形成すると共に下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路を形成し、前記外筒は下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記内筒から前記多孔面、内外筒間の隙間を経て前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を形成し、前記一次スクラバ部は前記サイクロン部に連なる連通部を介して中空部を設け、同中空部を囲んで旋回ベーンを配置すると共に同旋回ベーンを囲んでキャップ部材を配置してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００１９】
すなわち、同第１の手段によれば、前記の様に所定の内筒と外筒の二重構造とし、かつ、同内筒内に形成される汽液界面の下側となる無孔の壁面に気液混合流体の供給入口を接線方向に開口したサイクロン部に、前記中空部、旋回ベーン、キャップ部材等でなる一次スクラバ部を重ねてサイクロンセパレータを構成しているので、接線方向に開口した供給入口からサイクロン部の内筒の無孔壁面位置に供給された気液混合流体は、同内筒内で遠心力を有効活用して旋回することにより、確実かつ的確に気液分離を行い、分離された一方に当たる飽和水は、下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路、及び内筒の上部側から多孔面、内外筒間の半径方向隙間等を経て外筒の下部側の開口から前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を経て蒸気ドラム内に取り出され、また、分離された他方に当たる蒸気は一次スクラバ部に至り、中空部から旋回ベーンに入り、同旋回ベーンで旋回力を付与されて蒸気中に混入するミストを分離し、更に同旋回ベーンを囲ったキャップ部材に衝突してミストの分離を促進し、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高める様にしたものである。
【００２０】
また、本発明は第２の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｚ字型の屈曲部を外方向及び内方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２１】
すなわち、同第２の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｚ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｚ字型の屈曲部を半径方向で外方向及び内方向に向けた配置とし、キャップ部材に代えて前記旋回ベーンの外側でキャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは、断面Ｚ字型の屈曲部で捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２２】
また、本発明は第３の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｖ字型の尖端を外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２３】
すなわち、同第３の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｖ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｖ字型の尖端を半径方向で外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置にし、キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは外方向に尖端を向けた断面Ｖ字型の谷内に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在したミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２４】
更にまた、本発明は第４の手段として、前記第１の手段において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｌ字型の折れ曲げ部を外方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを提供するものである。
【００２５】
すなわち、同第４の手段によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気中からミストを分離する一次スクラバ部は、断面Ｌ字型で一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる多数の水滴捕集片を、同Ｌ字型の折れ曲げ部を半径方向で外方向に向けた配置にし、キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って環状に配列しているので、ミストの衝突分離に適したこの位置において、飽和蒸気中から分離したミストは断面Ｌ字型の折れ曲げ部に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第１形態について図１に基づいて説明する。
図１は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータの概要を模式的に示す模式図である。
【００２７】
なお、説明が冗長とならない様に、図８、図９に基づいて前記に説明した従来のサイクロンセパレータと同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００２８】
すなわち、本実施の形態において、サイクロンセパレータ３は、下方に位置するサイクロン部１３と、同サイクロン部１３の上方に連通部１５を介して一体的に連結した一次スクラバ部２３とで構成されている。
【００２９】
なおここで、符号２３で示す部位を、単にスクラバと言わず、一次という呼び名を補って、一次スクラバ部としたのは、図８により説明したように、蒸気ドラム全体として見れば、サイクロンセパレータ３の後流に更にミスト分離器５ａ等で構成したスクラバ５があり、前記一次スクラバ部２３はこのスクラバ５に先行するものであるため、同スクラバ５と区別出来るようにこの名称とした。
【００３０】
前記サイクロン部１３は、内筒３１と、同内筒３１に対して半径方向で一定の隙間２２を有して同心状に配置された外筒３２との二重構造で構成され、同内筒３１には前記外筒３２を貫通して内筒３１の内周面寄りに接線方向に開口する気液混合流体ＭＸの導入管２が設けられている。
【００３１】
また、内筒３１の上端側は同内筒３１内から前記外筒３２の内面に向けて連通する多数の孔３４を穿設した多孔面３１ａで形成されるが、同多孔面３１ａは、後述する様に同内筒３１内で分離された液体分の飽和水Ｗが、遠心力により図示の様に下に凸の汽液界面Ｂを形成したとき、この汽液界面Ｂの上端に相当する位置から上方に当たる部位を目処に設けられている。
そして前記内筒３１の上部で、サイクロン部１３と一次スクラバ部２３とは連通部１５で互いに連通している。
【００３２】
なお、前記サイクロン部１３の上部に一体的に連結された一次スクラバ部２３は、前記連通部１５を介して中空部２４を設け、上板２７から支持筒体３０で支持されて前記中空部２４を囲んだ旋回ベーン２５を配置すると共に、同旋回ベーン２５を囲んでキャップ部材２６を配置して形成されている。
【００３３】
前記の様に構成された本実施の形態において、内筒３１の内周面寄りで接線方向に開口した導入管２から同内筒３１内に供給された気液混合流体ＭＸは、同内筒３１内で旋回し、遠心力により気液分離を行う。
【００３４】
この気液分離により分離された飽和水Ｗの多くは、矢印Ｗ1 （飽和水の流れ）矢印Ｓ1 （飽和水中に気泡として混在する飽和蒸気の流れ）として示す様に、内筒３１の下部側に設けられて蒸気ドラムに開口する連通路１４ａ、１４ｂ等により形成される同内筒３１を蒸気ドラムに連通する第１の経路を経て蒸気ドラム内に排出される。
【００３５】
また、同分離された飽和水Ｗの残部は、内筒３１の上部に形成された多孔面３１ａの多数の孔３４から内筒３１と外筒３２の間の隙間２２に流入し、矢印Ｗ2 （飽和水の流れ）Ｓ2 （飽和水中に気泡として混在する飽和蒸気の流れ）として示す様に、前記内筒３１内から多孔面３１ａの孔３４、内筒３１と外筒３２の間の隙間２２を経て外筒３２の下部側の開放部３２ａに至る第２の経路を経て蒸気ドラム内に排出される。
【００３６】
他方、前記気液分離により分離された飽和蒸気Ｓは、矢印Ｓ3 （蒸気分の流れ）、矢印Ｗ3 （飽和蒸気中に水滴として混在するミストの流れ）として図示するように、汽液界面Ｂの上方で旋回運動しながら連通部１５を経て一次スクラバ部２３の中空部２４に至り、次いでこの連通部１５を経て中空部２４に流入した飽和蒸気Ｓは、旋回ベーン２５で旋回力を付与されてミスト分離をしながらその外周に配置されたキャップ部材２６に衝突し、ミストを分離して同キャップ部材２６の上下に形成されている流路２８、２９から蒸気ドラム中へ排出される。
【００３７】
かくして本実施の形態によれば、サイクロン部１３における飽和水Ｗと飽和蒸気Ｓとの気液分離は安定かつ適切に行われ、これに続く一次スクラバ部２３の旋回ベーン２５及びキャップ部材２６等によりミストが分離され、蒸気分と水分の分離、また、蒸気分とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高めることが出来たたものである。
【００３８】
次に本発明の実施の第２形態について図２及び図３に基づいて説明する。
図２は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図３は図２の一部を変更した図２と同様な模式図である。
【００３９】
なお、説明が冗長とならない様に、図１に基づいて説明した実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００４０】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片４０を多数採用し、各Ｚ字型の屈曲部４０ａを外方向及び内方向に向けた配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｚ字型の水滴捕集片４０を環状に配列している。
【００４１】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは、中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４０に衝突し、飽和蒸気Ｓ中に混入したミストは、この衝突により分離が促進されて断面Ｚ字型の屈曲部４０ａで捕集される。
【００４２】
このようにミストは屈曲部４０ａで捕集されることにより、一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気Ｓ中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００４３】
なお、前記断面Ｚ字型の水滴捕集片４０は、図２では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って環状に配列したものとして示したが、図３の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、この外周側配列のものと内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを適宜選択して使用することが出来るものである。
【００４４】
次に本発明の実施の第３形態について図４及び図５に基づいて説明する。
図４は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図５は図４の一部を変更した図４と同様な模式図である。
【００４５】
なお、説明が冗長とならない様に、前記実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００４６】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片４１を多数採用し、各水滴捕集片４１のＶ字型の尖端４１ａを半径方向で外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片における隣接するＶ字の開放端４１ｂを、内方向に尖端４１ａを向ける１部片のＶ字の谷４１ｃ内に対峙させる配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｖ字型の水滴捕集片４１を環状に配列している。
【００４７】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは、中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４１に衝突し、飽和蒸気中に混入したミストはこの衝突により分離が促進されて断面Ｖ字型の谷４１ｃで捕集される。
【００４８】
これように断面Ｖ字型の谷４１ｃで捕集されることにより一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気Ｓ中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００４９】
なお、前記断面Ｖ字型の水滴捕集片４１は、図４では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って環状に配列したものとして示したが、図５の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、図４に示した外周側配列のものと図５に示した内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを選択して使用することが出来るものである。
【００５０】
次に本発明の実施の第４形態について図６及び図７に基づいて説明する。図６は本実施の形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図、図７は図６の一部を変更した図６と同様な模式図である。
【００５１】
なお、説明が冗長とならない様に、前記実施の第１形態と同一の部位については、図面中に同一の符号を付して示し、重複する説明を省略して本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。
【００５２】
すなわち、本実施の形態においてサイクロンセパレータ３は、下方のサイクロン部１３と上方の一次スクラバ部２３を一体的に連結して構成されるが、ここで一次スクラバ部２３は、同一次スクラバ部２３の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片４２を多数採用し、各水滴捕集片４２のＬ字型の折れ曲げ部４２ａを半径方向で外方向に向けた配置とし、前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、このキャップ部材２６が設置されていた位置に相当する位置の外周側に沿って前記断面Ｌ字型の水滴捕集片４２を環状に配列している。
【００５３】
従って本実施の形態によれば、サイクロン部で分離された飽和蒸気Ｓは中空部２４を経て旋回ベーン２５で旋回力を付与され、同旋回ベーン２５から排出されてその外側で同旋回ベーン２５を囲んだ水滴捕集片４２に衝突し、飽和蒸気Ｓ中に混入したミストはこの衝突により分離が促進されて、断面Ｌ字型の折れ曲げ部４２ａで捕集される。
【００５４】
これように断面Ｌ字型の折れ曲げ部４２ａで捕集されることにより一次スクラバ部２３から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高める様にしたものである。
【００５５】
なお、前記断面Ｌ字型の水滴捕集片４２は、図６では前記実施の第１形態におけるキャップ部材２６に代えて、同キャップ部材２６の設置位置に対応してその外周側に沿って多数配列したものとして示したが、図７の様に前記キャップ部材２６の設置相当位置の内周側に沿って環状に配列する様に変更することも出来、これら外周側配列のものと内周側配列のものとは、飽和蒸気の分量や分離速度等、装置の規模等に応じて適合するものを適宜選択して使用することが出来るものである。
【００５６】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上、本出願の請求項１に記載の発明によれば、気液混合流体を取り入れ、これを蒸気と水に分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおいて、同サイクロンセパレータは、サイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部を有し、前記サイクロン部は汽液界面の下側で気液混合流体の供給入口を接線方向に開口した内筒と、同内筒の外周と半径方向に一定の隙間を形成して同心状に配置された外筒との二重構造とし、前記内筒は同内筒内に形成される汽液界面の上部側を前記外筒内部に連通する多孔面、及び同汽液界面の下部側を無孔の壁面で形成すると共に下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路を形成し、前記外筒は下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記内筒から前記多孔面、内外筒間の隙間を経て前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を形成し、前記一次スクラバ部は前記サイクロン部に連なる連通部を介して中空部を設け、同中空部を囲んで旋回ベーンを配置すると共に同旋回ベーンを囲んでキャップ部材を配置してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、外筒と二重構造としたサイクロン部の内筒内に形成される汽液界面の下側となる無孔の壁面に、接線方向に開口した供給入口から供給された気液混合流体は、同内筒内で遠心力を有効活用して旋回することにより、確実かつ的確に気液分離を行い、分離された一方に当たる飽和水は、下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路、及び内筒の上部側から多孔面、内外筒間の半径方向隙間等を経て外筒の下部側の開口から前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を経て蒸気ドラム内に取り出され、また、分離された他方に当たる蒸気は一次スクラバ部に至り、中空部から旋回ベーンに入り、同旋回ベーンで旋回力を付与されて蒸気中に混入するミストを分離し、更に同旋回ベーンを囲ったキャップ部材に衝突してミストの分離を促進し、蒸気と水の分離、及び蒸気とミストの分離のそれぞれにおいて、分離効率を高め、同気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００５８】
また、本出願の請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｚ字型の屈曲部を外方向及び内方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは、断面Ｚ字型の屈曲部で捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００５９】
また、本出願の請求項３に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｖ字型の尖端を外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは外方向に尖端を向けた断面Ｖ字型の谷内に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【００６０】
更にまた、本出願の請求項４に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明において、前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｌ字型の折れ曲げ部を外方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなる蒸気ドラムのサイクロンセパレータを構成しているので、ミストの衝突分離に適した水滴捕集片のこの配列位置において、飽和蒸気中から分離したミストは断面Ｌ字型の折れ曲げ部に捕集され、一次スクラバ部から蒸気ドラム中に排出する飽和蒸気中に混在するミストが飛散するのを防止し、同ミストが飽和蒸気中に混入することにより飽和蒸気の分離効率を低下するという不具合もなく、全体として蒸気とミストの分離効率を高め、気水分離及びその後流において不適合の発生を防止し、安定性、信頼性に富んだ好適な蒸気ドラムのサイクロンセパレータを得ることが出来たものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータの概要を模式的に示す模式図である。
【図２】本発明の実施の第２形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図３】図２の一部を変更した図２と同様な模式図である。
【図４】本発明の実施の第３形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図５】図４の一部を変更した図４と同様な模式図である。
【図６】本発明の実施の第４形態に係る蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおけるサイクロン部と一次スクラバ部の主要部を平面投影で模式的に示す模式図である。
【図７】図６の一部を変更した図６と同様な模式図である。
【図８】従来の蒸気ドラムの概要を示す軸線方向に垂直な断面から見た断面図である。
【図９】図８中のサイクロンセパレータを代表して１つ抜き出して模式的に示し、（ａ）は縦断面の模式図、（ｂ）は横断面の模式図である。
【符号の説明】
１ 蒸気ドラム
２ 導入管
３ サイクロンセパレータ
４ 下降管
５ スクラバ
５ａ ミスト分離器
６ 蒸気管
７ シュラウド
１３ サイクロン部
１４ 筒体
１４ａ、１４ｂ 連通路
１５ 連通部
２２ 隙間
２３ 一次スクラバ部
２４ 中空部
２５ 旋回ベーン
２６ キャップ部材
２７ 上板
２８、２９ 流路
３０ 支持筒体
３１ 内筒
３１ａ 多孔面
３２ 外筒
３２ａ 開放部
３４ 孔
４０ 水滴捕集片
４０ａ 屈曲部
４１ 水滴捕集片
４１ａ 尖端
４１ｂ 開放端
４１ｃ 谷
４２ 水滴捕集片
４２ａ 折れ曲げ部
ＭＸ 気液混合流体
Ｗ 飽和水
Ｓ 飽和蒸気
Ｌ ドラム内水面
Ｂ 汽液界面
Claims (4)
- 気液混合流体を取り入れ、これを蒸気と水に分離する蒸気ドラムのサイクロンセパレータにおいて、同サイクロンセパレータは、サイクロン部及びその上部に一体的に連結された一次スクラバ部を有し、前記サイクロン部は汽液界面の下側で気液混合流体の供給入口を接線方向に開口した内筒と、同内筒の外周と半径方向に一定の隙間を形成して同心状に配置された外筒との二重構造とし、前記内筒は同内筒内に形成される汽液界面の上部側を前記外筒内部に連通する多孔面、及び同汽液界面の下部側を無孔の壁面で形成すると共に下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記蒸気ドラムに通じる第１の経路を形成し、前記外筒は下部側を前記蒸気ドラムに開口して前記内筒から前記多孔面、内外筒間の隙間を経て前記蒸気ドラムに通じる第２の経路を形成し、前記一次スクラバ部は前記サイクロン部に連なる連通部を介して中空部を設け、同中空部を囲んで旋回ベーンを配置すると共に同旋回ベーンを囲んでキャップ部材を配置してなることを特徴とする蒸気ドラムのサイクロンセパレータ。
- 前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｚ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｚ字型の屈曲部を外方向及び内方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなることを特徴とする請求項１に記載の蒸気ドラムのサイクロンセパレータ。
- 前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｖ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｖ字型の尖端を外方向と内方向に交互に向けると共に、外方向に尖端を向けて隣接する２部片のＶ字の隣接する開放端を、内方向に尖端を向ける１部片のＶ字の谷内に対峙させる配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなることを特徴とする請求項１に記載の蒸気ドラムのサイクロンセパレータ。
- 前記一次スクラバ部は、同一次スクラバ部の上下方向に亘って延びる断面Ｌ字型の水滴捕集片を多数採用し、同Ｌ字型の折れ曲げ部を外方向に向けた配置とし、前記キャップ部材に代えて同キャップ部材が設置されていた位置の外周側又は内周側に沿って前記水滴捕集片を環状に配列してなることを特徴とする請求項１に記載の蒸気ドラムのサイクロンセパレータ。
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