JP4153757B2 - 配管用液膜分離装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管内において多量の水分を含むガス流から該水分を除去するための装置及び方法に関し、特に、蒸気発生器のブローダウン熱回収用タンクの出口配管内において蒸気中に含まれる水分を除去するための液膜分離装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
多くのプラントにおいて多量の水分を含む蒸気を移送するに当たり、移送先の工程の都合や配管の構造上の問題から、蒸気中に含まれる水分を除去する必要がある。例えば、加圧水型原子力プラントの蒸気発生器に接続されたブローダウン熱回収用タンクの出口配管では、蒸気中に多量の水分が含まれる場合があり、この水分量が多いと、配管系に圧力脈動が生じてタンクを含む系全体が不安定になる可能性がある。また、本来熱回収用タンクで水と蒸気とが分離しているはずなのに、多量の水分が蒸気に含まれたままとなり、熱回収用タンク内での分離効率が悪かったり、プラントの浄化能力が低下する場合がある。このように、圧力変動のない安定した系や浄化効率低下を防止すると共に、さらに、熱回収用タンクの小型化などの要求から、蒸気中に含まれる水分を除去することが望まれていた。
【0003】
そこで、例えば、図7に示すように、ガス移送配管内100の内部に、複数の三角形状のガイド板102を、頂部が配管の軸方向上流側に向いた略円錐形状になるように、かつ各板が配管の直径に対して斜め向きとなるように、配管の中心軸の周りに互いに周方向に間隔を介して配列して構成された遠心力型分離部材101を配設し、この遠心力型分離部材101の下流側に、環状の液捕集部材103を設けてなるような液滴を含むガスから液滴を分離するための液捕集装置がある(例えば、特許文献1参照)。このようにすると、液滴を含むガスAは、遠心力型分離部材101により旋回しながら流れ、遠心力が与えられる。この際、液滴は、ガイド板102に衝突して液膜Cとなって配管の内壁に沿って下流側へ流れていき、液捕集部材103によって捕集されて、排出管104を介してトラップ105に排出される。なお、ガスは、点線Bで示すように液捕集部材103の開口部分を通過して、さらに下流側に通流していき、これにより、液滴を含むガス流から液滴が除去されるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−128024号公報 (要約、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配管100の内壁に沿って流れる液膜Cは、ガス流A及びBの流れに伴った自然の流れのままで液捕集部材103に流入して捕集されるだけであり、液膜の除去効率が劣るという問題点があった。また、液捕集部材103の入口部に液膜Cが衝突したり、入口部を乗り越えたりして、液膜Cが主流側に飛散してしまい、液膜の除去効率がさらに悪くなるという問題点があった。
【0006】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、多量の水分を含むガス流から効率よく水分を除去することのできる配管用液膜分離装置及び方法を提供することを主な目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項1に記載の本発明に係る配管用液膜分離装置は、液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設され、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造になっている捕捉手段と、前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段と、前記外側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管の外部へ排出する排出手段と、前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段より下流側へ戻すガス流返還手段とを備えることを特徴としている。
【0008】
さらに、前記捕捉手段を前記配管に複数段配設することも好ましい。この場合には、最終段の前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を、前記減圧手段より下流側へ戻し、最終段以外の各段の対応する前記ガス流返還手段は、より下流側に配設された次段の前記捕捉手段の下流側にガス流を戻すように配設する。なお、前記減圧手段をオリフィスにしたり、配管用液膜分離装置を前記配管における湾曲部の下流側に設置することも好ましい。
【0009】
また、本発明の別の局面によると、上記の配管用液膜分離装置を用いた配管用液膜分離方法は、(i)前記液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された二重引き込み構造の前記捕捉手段により前記配管の内壁に沿った前記液滴を含むガス流を引き込む段階と、(ii)前記外側環状捕捉手段により引き込まれた前記液滴を含むガス流から液滴を分離して前記排出手段により前記配管の外部へ排出すると共に、前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離された前記ガス流を、前記内側環状捕捉手段より下流側のより圧力の低い位置へ前記ガス流返還手段により返還する段階とからなることを特徴としている。
【0010】
【作用】
捕捉手段に連接されたガス流返還手段が配管内に配設された減圧手段より下流側へ連通しているために、ガス流引き込み位置とガス流返還位置との間で圧力差が生じ、この圧力差により捕捉手段において液滴を含むガス流が強制的に吸引され、液膜の除去効率が上がる。
【0011】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
図1は、本発明に係る配管用液膜分離装置1の第1の実施の形態を示す概要図である。この図において、配管2には、捕捉手段として機能する捕捉装置4が配設されている。捕捉装置4は、配管2の内壁に沿って環状に取り付けられており、配管と同心円状に配設された円環部6により、この円環部6と配管2の内壁との間に環状の捕捉部8が画成される。配管2のガス流の流れ方向の下流側(図1においては紙面に対して右側)には、減圧部材として機能するオリフィス10が配設されている。
【0012】
捕捉装置4の一部には、配管12が連接されており、この配管12を介して、捕捉装置4で捕捉した液滴を含むガス流は、分離回収手段として機能する回収容器14に回収される。回収容器14は、配管2の外部に位置している。液滴を含むガス流は、回収容器14において、液滴と液滴を除去したガス流とに分離させられ、液滴は、排出手段として機能する配管16を介して排出され、一方、液滴を除去したガス流は、ガス流返還手段として機能する配管18を介して配管2の内部へ返還される。ここで、配管18は、オリフィス10よりもガス流れ方向の下流側において、配管2へ連通するように構成されている。
【0013】
以上のように構成された配管用液膜分離装置1の作用を説明する。配管2の内部において、ガス流Aに含まれている液滴から種々の作用により形成された配管の内壁に沿って流れる液膜Cは、ガス流Aの流れ方向と同一の方向に流れるため、捕捉装置4の環状の捕捉部8に引き込まれる。この際、液膜Cと一緒に主流であるガス流Aの一部分も同時に環状の捕捉部8から引き込む。捕捉装置4により引き込まれたガス流Aの一部と液膜Cとは、配管12を介して回収容器14へ回収される。そして、回収容器14は、液滴を含むガス流Aと液膜Cとを液体と液体を除去されたガス流とに分離し、液体を配管16を介して外部に排出すると共に、ガス流を配管18を介して配管2へ返還する。
【0014】
ここで、配管18が配管2へ接続する位置は、環状の捕捉装置自体の圧力損失に加えてオリフィスでの減圧効果があるため、捕捉装置4が配設された位置と比較して充分に低い圧力になっている。すなわち、捕捉部8では、ガス流A及び液膜Cは、配管2の内部の主流たるガス流Aの流れによって自然に流入するのではなく、配管12及び配管18を介して連通している低圧部との圧力差により強制的に吸引されるようになる。そのため、従来の装置と比較して、液膜Cの除去効率が上がる。なお、配管2の内壁側へ液膜を流すためには、ガイドベーンを用いるとより効率的である。また、L字状などの湾曲部を有する配管を利用して、この湾曲部の下流に本発明に係る配管用液膜分離装置を取り付ければ、湾曲部における遠心力の作用によりガス流内部に含まれる液滴が壁面に張り付いて液膜状になるので、ガイドベーンと同様の効果がある。
【0015】
次に、図2を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第2の実施の形態を説明する。第一の実施の形態では、ガス流及び液膜を捕捉する捕捉装置4を1段設置しただけであるが、この第2の実施形態においては、配管用液膜分離装置20は、捕捉装置4a及び4bを直列に2段配設してある、すなわち多段型配管用液膜分離装置である。各段部の構成は、基本的には、第1の実施形態と同様であり、捕捉装置4a及び4bは、配管12a及び12bを介して回収容器14a及び14bに連通しており、回収容器14a及び14b内で分離された水分は、配管16a及び16bを介して外部に排出される。第2段部の回収容器14b内で水分を除去されたガス流は、第1の実施形態と同様に、配管18bを介して本流たる配管2のオリフィス10の下流側に返還される。しかしながら、第1段部の回収容器14a内で水分を除去されたガス流は、配管18aを介して第2段部の捕捉装置4bの下流側で配管2へ返還される。すなわち、第2段部の捕捉装置4b自体の圧力損失を利用することにより、第1段部の捕捉装置4aの設置位置とガス流返還手段たる配管18aの配管2への連通位置との間で圧力差が生じ、その結果、捕捉装置4aの捕捉部における吸引作用が発生するのである。従って、例えば3段以上の多段にする場合には、n段部のガス流返還手段たる配管18(n)は、次のn+1段部の捕捉装置4(n+1)の下流側で配管2へ接続させ、最終段部のガス流返還手段たる配管18(最終)をオリフィス10の下流側で配管2へ接続させれば、各段部における捕捉装置の捕捉部で、所定の吸引作用が生じる。
【0016】
この第2の実施形態では、多段型配管用液膜分離装置20の最終段部のガス流返還手段たる配管18(最終)をオリフィス10の下流側で配管2へ接続させるようにしたが、図3に示すように、多段型配管用液膜分離装置20’の第1及び第2段部の配管18a及び18bを総てオリフィス10の下流側で配管2へ接続させるようにすることもできる。また、図4に示すように、多段型配管用液膜分離装置20’’の第1及び第2段部の配管18a及び18bを最終的に一本に合流させてからオリフィス10の下流側で配管2へ接続させてもよい。
【0017】
次に、図5を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第3の実施の形態を説明する。この図に示した案内吸気付液膜分離装置30は、捕捉装置32の捕捉部が二重引込構造になっている。すなわち、配管2の内壁に沿って環状に形成された液膜用の外側環状捕捉手段として機能する外側環状捕捉部34と、この外側環状捕捉部34のさらに内側に環状に形成された主たるガス流用の内側環状捕捉手段として機能する内側環状捕捉部36とが捕捉装置32に配設されている。外側環状捕捉部34には、その一部から水分を排出するための排出手段として機能する配管38が接続している。一方、内側環状捕捉部36には、その一部からガス流を返還するための返還手段として機能する配管40が接続してあり、この配管40は、オリフィス10の下流側で配管2へ接続している。
【0018】
このように構成された案内吸気付液膜分離装置30の作用を説明する。配管2の内壁に沿って下流に移動する液膜Cを外側環状捕捉部34のみで引き込む場合には、この捕捉部34を画成する部材の上に乗り上げてしまい、主たるガス流Aの作用で液膜が飛散してガス流が不安定になってしまうが、二重引込構造によって液膜の直ぐ上側に位置する主たるガス流Aの一部を内側環状捕捉部36へ引き込むことにより、ここに吸引されるガス流の影響により液膜Cが外側環状捕捉部34に安定して引き込まれる。外側環状捕捉部34に吸引された液膜Cは、配管38を介して外部に排出され、内側環状捕捉部36に吸引されたガス流Aの一部は、配管40を介して配管2へ返還される。なお、この実施形態においては、従前の実施形態と異なり配管2の外部に分離手段を備えていないので、液膜の除去効率を上げるためには、ガス流Aに含まれている液滴を確実に配管2の内壁に沿った液膜にしておく必要があるため、ガイドベーンや配管の湾曲部を利用することが好ましい。
【0019】
最後に、図6を用いて、本発明に係る配管用液膜分離装置の第4の実施の形態を説明する。配管用液膜分離装置50は、加圧水型原子炉プラントの蒸気発生器(図示せず)に接続されたブローダウン熱回収用タンク52の出口配管54に配設されている。捕捉装置4は、出口配管の湾曲部の下流側に設置されている。捕捉装置4に配管12を介して接続された回収容器14から水を排出する配管16は熱回収用タンク52へ接続されており、一方、配管18は、蒸気を返還するために出口配管54へ接続されている。
【0020】
このように構成された配管用液膜分離装置50の作用を説明する。基本的な作用は、第1の実施形態と同じであるが、蒸気発生器から移送されたブローダウン水BDWが熱回収用タンク52に流入すると、サイクロンセパレータ方式で水分がタンク内壁を流下すると共に、水分を含んだ蒸気が出口配管54を通じて次の場所へ移送されていく。この時、出口配管54の内部の蒸気に含まれた水分は、湾曲部を通過することにより遠心力の作用で内壁に沿って張り付いて液膜状になり、蒸気と伴に捕捉装置4に吸引される。吸引された液膜及び蒸気は、配管12を介して回収容器14に回収され、ここで、水と蒸気とに分離される。分離された水は、熱回収用タンク52に回収され、蒸気は、出口配管54へ返還される。
【0021】
以上のように、出口配管54内の水分を含む蒸気から水分を分離回収して熱回収用タンク52に戻すことにより、熱回収用タンクにおける水と蒸気との分離効率が結果として上昇するとともに、出口配管における圧力脈動を防止して熱回収用タンク及び配管系の安定化を図ることができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明に係る配管用液膜分離装置及び配管用液膜分離方法は、液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設され、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造になっている捕捉手段と、前記外側環状捕捉手段と前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段とを配管系で連通させることにより、ガス流引き込み位置とガス流返還位置との間で圧力差が生じ、この圧力差により捕捉手段において液滴を含むガス流が強制的に吸引されるため、結果として液膜の除去効率が上がる。また、分離手段を備えていない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る配管用液膜分離装置の第1の実施形態を示す概要図である。
【図2】 本発明に係る配管用液膜分離装置の第2の実施形態を示す概要図である。
【図3】 図2に示した第2の実施形態の変形例を示す概要図である。
【図4】 図2に示した第2の実施形態のさらに別の変形例を示す概要図である。
【図5】 本発明に係る配管用液膜分離装置の第3の実施形態を示す概要図である。
【図6】 本発明に係る配管用液膜分離装置の第4の実施形態を示す概要図である。
【図7】 従来の液捕集装置の概要を示す概略図である。
【符号の説明】
1…配管用液膜分離装置、2…配管、4…捕捉装置(捕捉手段)、6…円環部、8…捕捉部、10…オリフィス(減圧手段)、12…配管、14…回収容器(分離回収手段)、16…配管(排出手段)、18…配管(ガス流返還手段)、20,20’,20’’…多段型配管用液膜分離装置、30…案内吸気付液膜分離装置、32…捕捉装置、34…外側環状捕捉部(外側環状捕捉手段)、36…内側環状捕捉部(内側環状捕捉手段)、38,40…配管、50…配管用液膜分離装置、52…ブローダウン熱回収用タンク、54…出口配管、100…ガス移送配管、101…遠心力型分離部材、102…ガイド板、103…液捕集部材、104…排出管、105…トラップ。
Claims (5)
- 液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設され、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造になっている捕捉手段と、
前記配管の内部において前記捕捉手段より下流側に配設された減圧手段と、
前記外側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管の外部へ排出する排出手段と、
前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段より下流側へ戻すガス流返還手段と
を備える配管用液膜分離装置。 - 液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設され、前記配管の内周に沿って下流側に流下する液滴の集合からなる液膜を引き込むための外側環状捕捉手段と該液膜の内周側に存在するガス流を引き込むための内側環状捕捉手段との二重引き込み構造になっている複数段の捕捉手段と、
前記配管の内部において前記複数段の捕捉手段より下流側に配設された減圧手段と、
前記各外側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から分離された液滴を前記配管の外部へ排出する排出手段と、
最終段の前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を前記減圧手段より下流側へ戻すガス流返還手段と、
最終段以外の前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離したガス流を、より下流側に配設された次段の前記捕捉手段の下流側にガス流を戻すガス流返還手段と
を備える配管用液膜分離装置。 - 前記減圧手段は、オリフィスである請求項1または2に記載の配管用液膜分離装置。
- 該配管用液膜分離装置は、前記配管における湾曲部の下流側に設置されている請求項1乃至3の内のいずれか1項に記載の配管用液膜分離装置。
- 請求項1乃至4の内のいずれか1項に記載の配管用液膜分離装置を用い、
前記液滴を含むガス流を移送する配管の内周に環状に配設された二重引き込み構造の前記捕捉手段により前記配管の内壁に沿った前記液滴を含むガス流を引き込む段階と、
前記外側環状捕捉手段により引き込まれた前記液滴を含むガス流から液滴を分離して前記排出手段により前記配管の外部へ排出すると共に、前記内側環状捕捉手段により捕捉された前記液滴を含むガス流から液滴を分離された前記ガス流を、前記内側環状捕捉手段より下流側のより圧力の低い位置へ前記ガス流返還手段により返還する段階とからなる配管用液膜分離方法。
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