JP4083072B2 - 気水分離器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば多管式の小型貫流ボイラに用いられる気水分離器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気水分離器としては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３２４４５７３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８６８０２号公報
【０００４】
前者のものは、内部に気水分離室を有し、長手方向の片側寄りの上部に蒸気取出し口を、下部に分離水取出し口を夫々形成した横円筒型の胴本体と、胴本体の長手方向の片側寄りの下部に先端部が気水分離室内へ突出する状態で接続され、気水分離室内へ気水混合体を導入する連絡管と、胴本体の片側寄りに設けた連絡管の出口上方位置に、胴本体の他側の端板との間に空間を保持した状態で前記気水分離室の一部を上下に区画するように配設され、連絡管から気水分離室内に導入された気水混合体を衝突させることにより気水分離すると共に、分離した蒸気を気水分離室内を迂回させて蒸気取出し口へ導く山形の分離板と、前記山形の分離板の前記空間側の端部に設けられ、分離された分離水を胴本体の内壁側へ流すことにより、分離水が蒸気流の中に滴下するのを防止する分離水滴下防止板とから構成したものである。
【０００５】
他方、後者のものは、ハウジングの上部側面に蒸気導入管を、上端部に蒸気出口管を、下端部に降水管をそれぞれ接続した気水分離器において、前記ハウジングの内部は、鉛直方向に延びて下方を開放したバッフル板で気水混合室、分離室及び蒸気室に区画され、前記蒸気室の内部には、水平方向に延びて該蒸気室の一部を上下に仕切る分離板が配置されたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の何れのものも、気水混合体が分離板に直角に衝突する様に構成されていたので、気水混合体の流れが滑らかでなく、気水分離能力が不充分であった。この為、気水分離器自体の高さを低くできないと共に、急激な負荷変動が起こった時にも蒸気の乾き度を低下させる事なく気水分離器の設置高さを低くできなかった。
【０００７】
本発明は、叙上の問題点に鑑み、これを解消する為に創案されたもので、その課題とする処は、気水分離能力を大幅に高めて、気水分離器自体の高さを低くできると共に、急激な負荷変動が起こった時にも蒸気の乾き度を低下させる事なく気水分離器の設置高さを低くできる様にした気水分離器を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の気水分離器は、基本的には、内部に気水分離室を有する縦筒形の器体と、器体の前側上部に設けられて気水分離室へ気水混合体を導入する連絡管と、器体の下部に設けられて分離水を取出す戻り管と、器体の上部に設けられて蒸気を取出す蒸気取出し管と、気水分離室の上位に設けられて連絡管からの気水混合体を漸次下方へ案内しながら気水分離する傾斜分離板と、傾斜分離板の下部に垂設されて連絡管及び傾斜分離板からの気水混合体を気水分離すると共に分離された蒸気を気水分離室の下位で迂回させて蒸気取出し管側へ導く分離板と、分離板の下端部に設けられて分離された分離水が蒸気流の中に滴下するのを防止する滴下防止板と、から構成した事に特徴が存する。
【０００９】
上ヘッダから連絡管を介して気水分離室に導入された気水混合体は、傾斜分離板の前面に依って後下方向に案内されて分離水と蒸気とに略分離される。そして、連絡管から導入された気水混合体と傾斜分離板で気水分離されなかった気水混合体は、分離板の前面に依り下方向に案内されて分離水と蒸気とに分離される。分離された蒸気は、分離板の下部から気水分離室の下半を迂回しながら分離板の後面に依り上方向に案内されると共に、傾斜分離板の後面に依り前上方向に案内された後に、蒸気取出し管へ流れて行き、ここから取出されて適宜の熱負荷に供給される。
一方、分離板に依り気水分離された分離水は、滴下防止板に依り中央から左右両側に流れた後に器体の下部に達する。傾斜分離板及び分離板に接触せずに気水分離室を流れている間に分離された分離水は、直接器体の下部に達する。そして、器体の下部に達した分離水は、ある程度溜まった後に、戻り管に依って下ヘッダへ戻される。
【００１０】
連絡管は、複数にされたり、複数にされて出口が集合されているのが好ましい。この様にすれば、圧力損失を極力小さくする事ができる。
【００１１】
蒸気取出し管は、下端が気水分離室内に突出されているのが好ましい。この様にすれば、分離された蒸気を速やかに取出す事ができる。
【００１２】
傾斜分離板は、底辺が前側を向いた略三角形を呈し、分離板は、前側が開いた横断面略Ｖ型を呈し、上部には後側が下がるべく所定角度だけ傾斜して切除されて傾斜分離板に依り塞がれる上部切欠が形成されていると共に、下部には後側が上がるべく所定角度だけ傾斜して切除された下部切欠が形成され、滴下防止板は、断面略Ｌ型を呈し、分離板の下部切欠に沿ってこれの前側に設けられているのが好ましい。この様にすれば、気水混合体との接触面積が増大すると共に、気水混合体を収束・拡散させる事ができるので、気水分離効果が大幅に向上する。
【００１３】
滴下防止板は、分離板の下端前側に位置する主部と、これの両端から垂下する脚部とを備えているのが好ましい。この様にすれば、分離板で分離された分離水を器体の下部へ確実に導く事ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第一例に係る気水分離器を示す縦断側面図。図２は、図１の２−２矢視縦断正面図。図３は、図１の３−３矢視横断平面図。図４は、図１の気水分離器を組込んだ多管式の小型貫流ボイラの概要を示す縦断側面図である。
【００１５】
気水分離器１は、器体２、連絡管３、戻り管４、蒸気取出し管５、傾斜分離板６、分離板７、滴下防止板８とからその主要部が構成されて居り、多管式の小型貫流ボイラ５０に適用される。
【００１６】
小型貫流ボイラ５０は、上下のヘッダ５１，５２と、これらを連結する複数本の水管５３と、両ヘッダ５１，５２間に接続された水位制御装置５４と、下ヘッダ５２に接続された給水管５５と、これに介設された給水ポンプ５６と、両ヘッダ５１，５２に連絡管３と戻り管４を介して接続された気水分離器１とを備えている。
【００１７】
器体２は、内部に気水分離室９を有する縦筒形のもので、縦向きに配置された円筒状の胴壁１０と、これの上下両端に密閉状に溶接等に依り接着（以下同様）された円板状の上壁１１及び下壁１２と、胴壁１０の前側上部に形成された入口１３と、下壁１２の中央に形成された分離水取出し口１４と、上壁１１の後側に形成された蒸気取出し口１５とを備えて居り、胴壁１０と上壁１１と下壁１２とで囲まれた空間が気水分離室９となっている。
【００１８】
連絡管３は、器体２の前側上部に設けられて気水分離室９へ気水混合体Ａを導入するもので、単一の曲管にしてあり、下側（入口）が上ヘッダ５１に接続されていると共に、上側（出口）が器体２の入口１３に接続されている。
【００１９】
戻り管４は、器体２の下部に設けられて分離水Ｂを取出すもので、下側（入口）が下ヘッダ５２に接続されていると共に、上側（出口）が器体２の分離水取出し口１４に接続されている。
【００２０】
蒸気取出し管５は、器体２の上部に設けられて蒸気Ｃを取出すもので、下側（入口）が器体２の蒸気取出し口１５に接続されていると共に、上側（出口）が適宜の熱負荷（図示せず）に接続されている。
【００２１】
傾斜分離板６は、気水分離室９の上位に設けられて連絡管３からの気水混合体Ａを漸次下方へ案内しながら気水分離するもので、底辺が前側を向いた略三角形の平板状を呈している。
傾斜分離板６は、後側が下がるべく所定角度αだけ傾斜されて底辺が器体２の上壁１１に接着されている。
【００２２】
分離板７は、傾斜分離板６の下部に垂設されて連絡管３及び傾斜分離板６からの気水混合体Ａを気水分離すると共に分離された蒸気Ｃを気水分離室９の下位で迂回させて蒸気取出し管５側へ導くもので、前側が開いた横断面略Ｖ型を呈し、上部には後側が下がるべく所定角度αだけ傾斜して切除されて傾斜分離板６に依り塞がれる上部切欠１６が形成されていると共に、下部には後側が上がるべく所定角度βだけ傾斜して切除された下部切欠１７が形成されている。つまり、上部切欠１６は、正面略Ｖ型を呈していると共に、下部切欠１７は、正面略逆Ｖ型を呈している。
分離板７の両端は、器体２の胴壁１０に接着されていると共に、分離板７の上部切欠１６には、これが閉塞される様に傾斜分離板６の底辺を除く二辺が接着されている。
【００２３】
而して、気水分離室９の上半は、傾斜分離板６と分離板７に依って前後に区画されていると共に、気水分離室９の下半（つまり分離板７と器体２の下壁１２との間）には、前後に区画された気水分離室９を連通させる為の空間が形成されている。
【００２４】
滴下防止板８は、分離板７の下端部に設けられて分離された分離水Ｂが蒸気流の中に滴下するのを防止するもので、断面略Ｌ型を呈し、分離板７の下部切欠１７に沿ってこれの前側に設けられている。つまり、滴下防止板８は、その一片（水平片）が分離板７に接着されて正面略逆Ｖ型を呈し、分離板７の下端前側に所謂樋状を為す様に設けられている。
【００２５】
尚、本例では、器体２の高さは６００ｍｍに、器体２の外径は３１８．５ｍｍに、連絡管３の外径は１１４．３ｍｍに、戻り管４の外径は７６．３ｍｍに、蒸気取出し管５の外径は６０．５ｍｍに、分離板７の最下端と器体２の下壁１２との間隔は３００ｍｍに、所定角度α，βは４５度に夫々設定されている。
【００２６】
次に、この様な構成に基づいてその作用を述解する。
上ヘッダ５１から連絡管３を介して気水分離室９に導入された気水混合体Ａは、傾斜分離板６の前面に依って後下方向に案内されて分離水Ｂと蒸気Ｃとに略分離される。そして、連絡管３から導入された気水混合体Ａと傾斜分離板６で気水分離されなかった気水混合体Ａは、分離板７の前面に依り下方向に案内されて分離水Ｂと蒸気Ｃとに分離される。分離された蒸気Ｃは、分離板7の下部切欠１７から気水分離室９の下半を迂回しながら分離板７の後面に依り上方向に案内されると共に、傾斜分離板７の後面に依り前上方向に案内された後に、蒸気取出し管５へ流れて行く。
【００２７】
この時、蒸気Ｃは、気水分離室９の下半を迂回しながら流れて行くので、流速が遅くなり、この間に傾斜分離板６と分離板７に達しなかった水滴が重力分離に依り取除かれ、そのまま器体２の下部つまり下壁１２上へ落下する。
蒸気取出し管５へと流れて行った蒸気Ｃは、蒸気取出し管５から取出されて適宜の熱負荷に供給される。この蒸気Ｃは、傾斜分離板６と分離板７とに依り所謂二段階に水分が除去されたものであり、極めて乾き度の高い（乾き度が９８〜９９％）ものになる。
【００２８】
一方、分離板７に依り気水分離された分離水Ｂは、滴下防止板８に依り中央から左右両側（器体２の胴壁１０の内面方向）に流れた後に胴壁１０の内面を伝って下壁１２に達する。傾斜分離板６及び分離板７に接触せずに気水分離室９を流れている間に分離された分離水Ｂは、直接器体２の下壁１２に達する。そして、器体２の下部に達した分離水Ｂは、ある程度溜まった後に、戻り管４に依って下ヘッダ５２へ戻される。
【００２９】
傾斜分離板６が設けられているので、連絡管３から気水分離室９内に導入された気水混合体Ａが器体２の上壁１１、傾斜分離板６、分離板７へとなだらかに流れ込み、遠心力に依って分離水Ｂと蒸気Ｃに分離される為に気水分離能力が極めて高くなる。
傾斜分離板６が設けられているので、蒸気取出し管５を器体２の上壁１１に設置する空間を充分に確保することができる。
器体２を縦長構造にしているので、器体２の下部に溜まった分離水Ｂが上がっても、蒸気Ｃの乾き度に悪影響を受け難い様な高さ寸法に容易に設定できる。
滴下防止板８が設けられているので、一度分離された分離水Ｂが蒸気流Ｃの中に滴下して蒸気流Ｃに同伴されるのを防止する事ができる。
分離板７は、横断面略Ｖ型を呈しているので、気水混合体Ａが左右両側から中央に収束されながら流れると共に、分離板７の下部切欠１７は、正面略逆Ｖ型を呈しているので、気水混合体Ａが丁度堰を流れるのと同様になり、気水分離効果が大幅に向上される。
【００３０】
因みに、本例の気水分離器１を、換算蒸発量が２０００ｋｇ／ｈ、最高使用圧力が０．９８ＭＰａ 、燃焼制御が三位置制御の小型貫流ボイラ５０に組込んだ場合には、従来の横型の気水分離器を組込んだ小型貫流ボイラと同等の高さにできたと共に、急激な負荷変動に対して安定した高い乾き度を維持する事ができた。
【００３１】
次に、本発明の第二例を、図５に基づいて説明する。
図５は、本発明の第二例に係る気水分離器を示す斜視図である。
第二例は、連絡管３を、複数にしたものであり、その他は、第一例と同様である。具体的には、二つの曲管１８を左右に並設して連絡管３にされている。この様なものは、連絡管３を複数にしたので、圧力損失を極力小さくする事ができる。
【００３２】
次に、本発明の第三例を、図６に基づいて説明する。
図６は、本発明の第三例に係る気水分離器を組込んだ多管式の小型貫流ボイラの概要を示す縦断側面図である。
第三例は、連絡管３を、複数にして出口を集合したものであり、その他は、第一例と同様である。具体的には、夫々単一の直管１９と曲管２０を前後に配設してこれらの出口同士を集合させて連絡管３にされている。この様なものは、第二例と同様に、連絡管３を複数にしたので、圧力損失を極力小さくする事ができる。
【００３３】
次に、本発明の第四例を、図７に基づいて説明する。
図７は、本発明の第四例に係る気水分離器を示す縦断側面図である。
第四例は、蒸気取出し管５の下端を、気水分離室９内へ突出させたものであり、その他は、第一例と同様である。具体的には、蒸気取出し管５の下端が傾斜分離板６に近接すべく気水分離室９内へ突出されている。この様なものは、蒸気取出し管５を下突させた分だけ、分離された蒸気Ｃを速やかに取出す事ができる。
【００３４】
次に、本発明の第五例を、図８及び図９に基づいて説明する。
図８は、本発明の第五例に係る気水分離器を示す縦断側面図。図９は、図８の縦断正面図である。
第五例は、滴下防止板８を、分離板７の下端前側に位置する主部２１と、これの両端から垂下する脚部２２とで構成したものであり、その他は、第一例と同様である。具体的には、左右の脚部２２は、主部２１と同様に断面略Ｌ型を呈し、その一片（一方の垂直片）が器体２の胴壁１０に接着されて下壁１２の近傍まで垂下している。この様なものは、分離板７で分離された分離水Ｂが器体２の下部に確実に案内されるので、蒸気取出し管５側へ流されるのを防ぐ事ができる。
【００３５】
尚、傾斜分離板６は、先の例では、平板状であったが、これに限らず、例えば凹曲板状等でも良い。
分離板７は、先の例では、横断面略Ｖ型であったが、これに限らず、例えば横断面略Ｕ型等でも良い。
滴下防止板８は、先の例では、断面略Ｌ型であったが、これに限らず、例えば断面略Ｊ型等でも良い。
上部切欠１６は、先の例では、正面略Ｖ型であったが、これに限らず、例えば正面略Ｕ型等でも良い。
下部切欠１７は、先の例では、正面略逆Ｖ型であったが、これに限らず、例えば正面略逆Ｕ型等でも良い。
所定角度α，βは、先の例では、４５度であったが、これに限らず、例えばこれ以外の角度でも良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１） 器体、連絡管、戻り管、蒸気取出し管、傾斜分離板、分離板、滴下防止板とで構成し、とりわけ連絡管からの気水混合体を漸次下方へ案内しながら気水分離する傾斜分離板を気水分離室の上位に設けたので、気水分離能力を大幅に高めて、気水分離器自体の高さを低くできると共に、急激な負荷変動が起こった時にも蒸気の乾き度を低下させる事なく気水分離器の設置高さを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一例に係る気水分離器を示す縦断側面図。
【図２】図１の２−２矢視縦断正面図。
【図３】図１の３−３矢視横断平面図。
【図４】本発明の第一例に係る気水分離器を組み込んだ多管式の小型貫流ボイラの概要を示す縦断側面図。
【図５】本発明の第二例に係る気水分離器を示す斜視図。
【図６】本発明の第三例に係る気水分離器を組み込んだ多管式の小型貫流ボイラの概要を示す縦断側面図。
【図７】本発明の第四例に係る気水分離器を示す縦断側面図。
【図８】本発明の第五例に係る気水分離器を示す縦断側面図。
【図９】図８の縦断正面図。
【符号の説明】
１…気水分離器、２…器体、３…連絡管、４…戻り管、５…蒸気取出し管、６…傾斜分離板、７…分離板、８…滴下防止板、９…気水分離室、１０…胴壁、１１…上壁、１２…下壁、１３…入口、１４…分離水取出し口、１５…蒸気取出し口、１６…上部切欠、１７…下部切欠、１８…曲管、１９…直管、２０…曲管、２１…主部、２２…脚部、５０…小型貫流ボイラ、５１…上ヘッダ、５２…下ヘッダ、５３…水管、５４…水位制御装置、５５…給水管、５６…給水ポンプ、Ａ…気水混合体、Ｂ…分離水、Ｃ…蒸気、α，β…所定角度。

Claims (2)

1. 内部に気水分離室を有する縦筒形の器体と、器体の前側上部に設けられて気水分離室へ気水混合体を導入する連絡管と、器体の下部に設けられて分離水を取出す戻り管と、器体の上部に設けられて蒸気を取出す蒸気取出し管と、気水分離室の上位に設けられて連絡管からの気水混合体を漸次下方へ案内しながら気水分離する傾斜分離板と、傾斜分離板の下部に垂設されて連絡管及び傾斜分離板からの気水混合体を気水分離すると共に分離された蒸気を気水分離室の下位で迂回させて蒸気取出し管側へ導く分離板と、分離板の下端部に設けられて分離された分離水が蒸気流の中に滴下するのを防止する滴下防止板と、から構成し、傾斜分離板は、底辺が前側を向いた略三角形を呈し、分離板は、前側が開いた横断面略Ｖ型を呈し、上部には後側が下がるべく所定角度だけ傾斜して切除されて傾斜分離板に依り塞がれる上部切欠が形成されていると共に、下部には後側が上がるべく所定角度だけ傾斜して切除された下部切欠が形成され、滴下防止板は、断面略Ｌ型を呈し、分離板の下部切欠に沿ってこれの前側に設けられている事を特徴とする気水分離器。
2. 滴下防止板は、分離板の下端前側に位置する主部と、これの両端から垂下する脚部とを備えている請求項１に記載の気水分離器。

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