JP4234955B2 - 湿り蒸気からの水分分離装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿り蒸気からの水分分離装置に係り、殊に、１の円筒と該第１の円筒と同軸的に配設された第２の円筒とを具備し、該第１円筒の内径が該第２円筒の外径より大きく、かつ該第１の円筒の内部にハブに固定された複数の旋回流発生用羽根からなる環状体を有する旋回流発生装置が取り付けられている、湿り蒸気から水分を分離するための分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の分離装置は、抽気管路を備えた蒸気発生装置において、湿り蒸気中の水分を低下させて管路及び蒸気タービンを水滴による腐蝕から保護するために使用される。
【０００３】
従来、この種の分離装置としては、例えばＥＰ−Ａ−０００２ ２３５号公報、ＥＰ−Ｂ−０ ００５ ４９４号公報等に開示されているように、１つのタンクの内部に複数の細い管を配設し、それら細い管それぞれの内部に旋回流発生装置を取り付けたものが知られている。
【０００４】
上記の如き構成を有する分離装置にあっては、全体の構造が大型化し、蒸気管路から離れた蒸気発生装置の内部に取り付けなければならないため、構成が複雑化し、しかも高価とならざるを得ない。のみならず、分離された水の排出のために必要なブースター蒸気は外部に導出されて適度に低い圧力を有する蒸気発生装置内の一定の場所ないし機器へ送給されるようになっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、先行技術の有する上記の如き欠点を除去改良すべくなされたものであって、コンパクトな構造を有し、かつ余分な支持部材を用いることなく湿り蒸気管路中に容易に取り付けることができるようにした上記した種類の分離装置を提供することをその主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の分離装置は、上記種類の分離装置において、互いに対向する第１及び第２円筒の端部とは反対側の端部に湿り蒸気を搬送する蒸気管路に挿入可能な連結筒をそれぞれ備えているいること、前記第１及び第２円筒から半径方向に間隔をおき、かつ該２つの円筒を少なくとも部分的に気密に取り囲んで１つの分離チャンバーを形成するケーシングを備えていること、該ケーシングはドレン抜きを備えていること、及び、前記チャンバーは戻り管路を介して前記中空ハブの内部に連結されており、これにより、運転中、該分離チャンバー内の圧力を前記第１及び第２円筒内の圧力より低い圧力に維持し得るようにしたことを主な特徴とする。
なお、本発明の有利な実施態様については、請求項２〜請求項１０の各記載を参照されたい。
【０００７】
【発明の作用効果】
本発明に係る前記分離装置は、非常にコンパクトな構造を特徴とする簡単でかつ頑丈な形態をもたらす単一のサイクロン型分離機から構成されている。したがって、この分離装置は、外形寸法が非常に小さくなるので、湿り蒸気管路に一種の管継手のような態様で挿入して取り付けることができる。このようにして、本発明に係る分離装置は、既設の或いは現に稼働中の蒸気発生装置の湿り蒸気管路に後から取り付けてやり、その水分分離効率を高めるべくその改装ないしデザイン変更の目的での使用にも適している。また、本発明に係る分離装置にあっては、分離された水分を排出するための抽出蒸気の外部からの供給を必要としない。
本発明の他の特徴、作用、効果等については本発明の実施の形態との関連において後述する。
【発明の実施の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図解した添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図面において１は水平に、垂直に又はある角度をもって延在する蒸気管路であり、この蒸気管路１により、例えば蒸気タービンの抽気管路又は蒸気発生装置からの湿り蒸気が原子力発電プラントに案内されるようになっている。湿り蒸気は１２〜１５パーセントの水の留分を含んでいる。水滴による腐蝕からそれに続く
管路及び蒸気タービンを保護するために、湿り蒸気が蒸気管路１に取り付けられた水分分離装置に供給される。
【００１０】
分離装置は、第１の円筒２と該第１円筒２に対して同軸上に配設された第２の円筒３を備えている。互いに対向する第１円筒２及び第２円筒３の端部とは反対側の端部は、湿り蒸気を搬送する蒸気管路１に挿入される円筒状の連結筒４をそれぞれ備えている。湿り蒸気は前記第１及び第２の円筒２、３を通って連続的に流れる。内側に取り付けられた連結筒４と第１円筒２との間には、各種の管の断面領域に適合し得る部材としての切頭円錐形をした中間部材５が取り付けられている。
【００１１】
前記第１円筒２の入口部分には旋回流発生装置６が設けられている。この旋回流発生装置６は、ハブ７と該ハブのまわりに固着された複数の固定式の旋回流発生用羽根８とからなっている。前記ハブ７は中空であり、その上流側が閉鎖され、その下流側が開かれている。中空ハブ７はその上流側に小さな直径を有する延長部分９を設けて延長することができる。前記連結筒４の直径と分離装置の長さとの間の比率は１対２〜５とすることが望ましい。また、前記ハブ７の直径と該連結筒４の直径との間の比率は１対３より大きくすることが望ましい。
【００１２】
前記第２円筒３は前記第１円筒２から所定の間隔をおいて同軸的に配置されている。該第１円筒２の内径は、該第２円筒３の外径より大きい。換言すると、後者３の外径は前者２の内径より小さい。図示の例では、第３の円筒１０が第１円筒２と第２円筒３との間に同軸的に取り付けられている。この第３の円筒１０の外径は第１円筒２の内径より小さく、また該第３円筒１０の内径は第２円筒３の外径より大きい。互いに対向する前記第２及び第３円筒３、１０の端部は互いに挿入され、その結果として環状の間隙１１が形成されている。（図３参照）。そして、この２つの円筒３、１０は、その筒壁を貫通するネジないしボルト１２によって互いに連結されている。前記した第１及び第３の円筒２、１０は、図示の例では、互いに軸方向に間隔をおいて配置されているが、それぞれの対向端部を前記と同様に互いに嵌合させるようにしてもよい。
【００１３】
前記円筒２、３、１０は２つの端部もしくは頭部１３によって閉塞されたケーシング１４から半径方向に間隔をおいて配置されるとともに、該ケーシング１４によって気密に取り囲まれている。その結果として、１つの分離チャンバー１５がケーシング１４とそれら３つの円筒２、３、１０との間で形成されている。２つの外側の円筒２、３は前記２つの頭部１３を貫通して案内され、かつ該頭部にそれぞれ固定されている。円筒２、１０は複数の流線型ないしＶ字形のリブ１６を介してケーシング１４に支持されている。同時に、該リブ１６は分離チャンバー１５内の流れを静めるように作用する。ケーシング１４の内側及び第３円筒１０の外側、もしくは第３円筒１０が存在しない場合には第２円筒３の外側に当接させて取り付けた円板もしくはそれに類する部材１７は、分離チャンバー１５を前部チャンバー１５′と後部チャンバー１５″に分離している。
【００１４】
前記前部チャンバー１５′の領域において、ケーシング１４は排出管路１９に接続されたドレン抜き１８を備えている。前記後部チャンバー１５″は、他の排出管路２０を介して前記排出管路１９と接続されている。
【００１５】
前記分離チャンバー１５の後部チャンバー１５″は、戻り管路２１を介してケーシング１４を取り囲む環状導管２２に接続されている。該環状導管２２にはケーシング１４を通して案内され、かつ前記旋回流発生用羽根８の上流側の中空ハブ７ないしハブ延長部分９の内部に開口する複数の接続管路２３が接続されている。
【００１６】
最後の円筒としての第２円筒３内には整流装置２４が取り付けられている。整流装置２４は、図示の例では、ハブ２６に固着された複数の固定式旋回流発生用羽根２５からなる環状体から構成されている。整流装置２４の前記羽根２５によって発生される旋回流の旋回方向は、分離装置の入口部分にある旋回流発生装置６の旋回流発生用羽根８によって発生される旋回流の旋回方向と反対である。整流装置２４のハブ２６の直径は旋回流発生装置６のハブ７の直径よりも小さい。
旋回流発生装置６の上流側には公知の構造の凝集器２７が取り付けられている。該凝集器２７は、例えば平行な波形プレートからなるグリッドのような適当な要素から構成される。該凝集器２７は湿り蒸気中の水滴のサイズを大きくするとともに、旋回流発生装置６の水滴の分離度を高めるように働く。
【００１８】
上記分離装置の大きさは以下の寸法によって特徴付けられる。
Ｄ／Ｌ＝１／２〜５
ｄ／Ｄ≧１／３
ここで、
Ｄは蒸気管路１の直径、
Ｌは蒸気管路１の接続部分間における分離装置の長さ、そして、
ｄは旋回流発生装置６のハブ７の直径である。
【００１９】
上記分離装置の旋回流発生装置６内において、半径方向の速度は湿り蒸気の軸方向の速度と重なる。この装置６によって発生せしめられた湿り蒸気の旋回流は半径方向の成分を有するので、湿り蒸気中に含まれている水滴は、遠心力により第１円筒２の筒壁に衝突する。そして、筒壁に衝突した水分は分離チャン−１５内に入るとともに、緩やかな流れとなって分離チャンバー１５から抽出される。水から分離されて前記筒壁内方に旋回しながら流動する蒸気流は、前記整流装置２４により旋回を解消され、一方向に整流された状態で前記第２円筒３から出て行く。
【００２０】
第３円筒１０と第２円筒３との間に形成された環状の間隙１１は、水の排出用の環状間隙であり、該環状間隙１１からの水の抽出は水と蒸気との分離度を増加させるように作用する。該環状間隙１１を通して水を抽出するために、前記分離チャンバー１５の後部チャンバー１５″の内部は部分的な真空、すなわち負圧となるようにされている。この部分的な真空は、分離装置の内部で発生せしめられるようになっており、図示の例にあっては、戻り管路２１、環状導管２２、接続管路２３及び中空ハブ７又はハブ延長部分９の接続によって形成される回路を介して生成されるようになっている。旋回流発生装置６で発生せしめられる半径方向の流速により、ハブ７の背後には該ハブの領域における負圧による圧力プロフィールが生じる。このようにして、環状間隙１１から水を抽出するとともに蒸気を内部循環させるのに必要なエネルギーを有する蒸気としてのブースター蒸気を得ることができる。
【００２１】
本発明は、添付図面を参照して詳細に説明した上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で、これに各種の改変を施して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例としての遠心分離機の縦断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
１ 蒸気管路
２ 第１の円筒
３ 第２の円筒
４ 連結筒
５ 中間部材
６ 旋回流発生装置
７ 中空ハブ
８ 旋回流発生用羽根
１０ 第３の円筒
１１ 環状間隙
１２ ネジないしボルト
１４ ケーシング
１５ 分離チャンバ
１５′ 前部チャンバー
１５″ 後部チャンバー
１６ リブ
１７ 円板
１８ ドレン抜き
２１ 戻り管路
２４ 整流装置
２５ 旋回流発生用羽根
２７ 凝集器

Claims (10)

1. 第１の円筒（２）と、該第１円筒（２）と同軸的に配設された円筒であって、その外径が前記第１円筒の内径より小さい第２の円筒（３）と、前記第１円筒（２）内に取り付けられた旋回流発生装置（６）とを具備し、該旋回流発生装置が、上流側が閉鎖され、下流側が開口している中空ハブ（７）及び該中空ハブの外周に環状に固定された複数の旋回流発生用羽根（８）からなつている、湿り蒸気から水分を分離するための分離装置において、互いに対向する前記第１及び第２円筒（２、３）の端部とは反対側の端部に湿り蒸気を搬送する蒸気管路（１、１）に挿入可能な円筒状の連結筒（４、４）をそれぞれ備えていること、前記第１及び第２円筒（２、３）から半径方向に間隔をおき、かつ該２つの円筒を少なくとも部分的に気密に取り囲んで１つの分離チャンバー（１５）を形成するケーシング（１４）を備えていること、該ケーシング（１４）はドレン抜き（１８）を備えていること、及び、前記分離チャンバー（１５）は戻り管路（２１）を介して前記中空ハブ（７）の内部に連結されており、これにより、運転中、該分離チャンバー（１５）内の圧力を前記第１及び第２円筒（２、３）内の圧力より低い圧力に維持し得るようにしたことを特徴とする湿り蒸気から水分を分離するための分離装置。
2. 請求項１に記載の分離装置において、前記第１円筒（２）と前記第２円筒（３）との間に第３円筒（１０）が同軸的に配設されていること、該第３円筒（１０）は前記第１円筒（２）の内径より小さな外径を有すること、及び、前記第３円筒（１０）は前記第２円筒（３）の外径より小さな内径を有することを特徴とする分離装置。
3. 請求項２に記載の分離装置において、円板（１７）が前記第３円筒（１０）又は前記第２円筒（３）に配設され、前記分離チャンバー（１５）を前部チャンバー（１５′）と後部チャンバー（１５″）とに分離していることを特徴とする分離装置。
4. 請求項１、２又は３に記載の分離装置において、少なくとも前記第１及び第３の円筒（２、１０）の一つが流線形のリブ（１６）を介して前記ケーシング（１４）に支持されていることを特徴とする分離装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の分離装置において、前記第２及び第３の円筒（３、１０）の対向端部が互いに挿入され、かつ該対向端部を貫通するネジ（１２）によって相互に連結されていることを特徴とする分離装置。
6. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の分離装置において、前記第１及び第３の円筒（２、１０）が互いに軸方向に間隔をおいて配置されていることを特徴とする分離装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の分離装置において、整流装置（２４）が前記第２円筒（３）の下流側に取り付けられていること、該整流装置（２４）は複数の旋回流発生用羽根（２５）からなる環状体を備えていること、及び、該旋回流発生用羽根（２５）によって発生される旋回流は、前記旋回流発生装置（６）の旋回流発生用羽根（８）によって発生される旋回流の旋回方向とは反対方向に旋回するようにされていることを特徴とする分離装置。
8. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の分離装置において、水滴の凝集器（２７）が前記旋回流発生装置（６）の上流側に取り付けられていることを特徴とする分離装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の分離装置において、前記蒸気管路（１）の端部に挿入された連結筒（４）の直径と分離装置の長さとが１対２〜５の比率となっていることを特徴とする分離装置。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の分離装置において、前記旋回流発生装置（６）の中空ハブ（７）の直径と前記連結筒（４）の直径との間の比率が１対３より大きいことを特徴とする分離装置。

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