JP6116923B2 - 液滴捕捉装置 - Google Patents

Description

本発明は、管群内の液滴を捕捉する液滴捕捉装置に関するものである。

従来、管群内の液滴を計測する装置として、二相流計測装置が知られている（例えば、特許文献１の従来の技術を参照）。この二相流計測装置は、上流側プローブと下流側プローブとを含む電気抵抗式二探針プローブを備えている。二相流計測装置は、上流側プローブと下流側プローブとの信号から、液相中の気泡または気相中の液滴がプローブに接触している時間と、気泡または液滴が上流側プローブと下流側プローブとに接触する時刻の差とに基づいて頻度分布を求めている。

特開平６−３３６５号公報

ところで、管群内における気液二相流の流動状態をモデリングし解析するために、管群内の液滴の流動状態をより詳細に計測することが求められている。しかしながら、特許文献１では、電気抵抗式二探針プローブを用いて間接的に液滴を計測することから、液滴の流動状態を詳細に把握することは困難である。

そこで、本発明は、管群内の液滴を直接的に捕捉することができる液滴捕捉装置を提供することを課題とする。

本発明の液滴捕捉装置は、管群内を流通する液滴を捕捉する捕捉部材と、内部に前記捕捉部材を収容し、前記捕捉部材に対向する開口が形成される外筒管と、前記開口を開閉可能なシャッター部材と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、シャッター部材により外筒管の開口を開閉することで、捕捉部材により液滴を捕捉することができる。この後、捕捉部材を取り出して、捕捉された液滴を直接計測することにより、液滴の流動状態をより精度良く計測することができる。なお、液滴の流動状態としては、例えば、液滴の液滴径、数（液滴径分布）である。

この場合、前記捕捉部材を保持し、前記外筒管の内部に挿通される外形が円柱状の保持部材を、さらに備え、前記シャッター部材は、円筒形状に形成されると共に前記外筒管と前記保持部材との間に設けられ、前記開口に対向可能なシャッター開口が形成され、前記開口は、前記シャッター部材の回転により、前記シャッター開口と対向することで開放される一方で、前記シャッター開口以外の部位と対向することで閉塞されることが好ましい。

この構成によれば、シャッター部材を回転させることで、開口の開閉を容易に行うことができる。また、外筒管に対し保持部材を抜き差しすることで、捕捉部材の収容及び取り出しを容易に行うことができる。

この場合、前記シャッター部材に固定され、前記シャッター部材から径方向の外側に突出して設けられる操作部材を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、操作部材を操作することで、シャッター部材を回転させることができるため、手動による開口の開閉動作を行うことが可能となる。

この場合、前記捕捉部材は、ゲル状の部材であることが好ましい。

この構成によれば、ゲル状の捕捉部材に液滴が当たると、捕捉部材は、液滴が当たった部分が窪むため、液滴を好適に捕捉することができる。なお、ゲル状の部材としては、例えば、グリスおよびシリコーン等がある。

この場合、前記外筒管と前記シャッター部材との間を気密に封止するシール部材を、さらに備えることが好ましい。

この構成によれば、シール部材により外筒管とシャッター部材との間を気密に封止することができるため、管群内の状態が、例えば、加圧状態、負圧状態、高温状態、低温状態であっても、液滴を捕捉することが可能となる。

図１は、本実施例に係る液滴捕捉装置の概略構成図である。 図２は、液滴捕捉装置が設けられる管群の説明図である。 図３は、液滴捕捉装置の開口の開放時における断面図である。 図４は、液滴捕捉装置の開口の閉塞時における断面図である。 図５は、保持棒の引き抜き時における液滴捕捉装置の概略構成図である。 図６は、変形例に係る液滴捕捉装置の概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施例に係る液滴捕捉装置の概略構成図である。図２は、液滴捕捉装置が設けられる管群の説明図である。図３は、液滴捕捉装置の開口の開放時における断面図である。図４は、液滴捕捉装置の開口の閉塞時における断面図である。図１に示すように、液滴捕捉装置１は、管群５内において流通する気液二相流の液滴Ｌ１を捕捉するものである。ここで、液滴捕捉装置１の説明に先立ち、図２を参照して、液滴捕捉装置１が配置される管群５について説明する。

図１及び図２に示すように、液滴捕捉装置１は、管群５を構成する複数の管８が配置されたケーシング１０に設けられている。この管群５は、例えば、加圧水型原子炉の圧力発生器の内部に設けられる伝熱管群を模擬している。複数の管８は、それぞれ同径に形成されており、軸方向が平行となるように配置されると共に、千鳥状の配置（いわゆる、三角配置）となっている。管群５が配置されるケーシング１０の内部空間Ｄには、環状噴霧流となる気液二相流が、内部空間Ｄの一方側（図示下方側）から他方側（図示上方側）へ向けて流れている。なお、環状噴霧流とは、液相よりも気相の割合が大きく、内部空間Ｄにおいて気相が連続する一方で、液相が液滴Ｌ１または液膜Ｌ２となって存在する状態である。

環状噴霧流となる気液二相流が、管群５が配置された内部空間Ｄを流通すると、液相は、その一部が内部空間Ｄに形成される液滴Ｌ１となり、その他の一部が管８の外周面に形成される液膜Ｌ２となる。

液滴捕捉装置１は、管群５内を流通する液滴Ｌ１を捕捉すべく、捕捉部材１５と、外筒管１６と、シャッター管（シャッター部材）１７と、保持棒（保持部材）１８と、ボールバルブ１９とを備えている。

捕捉部材１５は、ゲル状の部材で形成されており、例えば、グリスまたはシリコーン等を用いて構成されている。このため、捕捉部材１５は、液滴Ｌ１が当たることで窪む構成となっており、捕捉された液滴Ｌ１の液滴径、数（液滴径分布）を計測することが可能となる。

外筒管１６は、管群５内の複数の管８の一つとなっており、他の管８の径と同径となる円筒形状に形成されている。外筒管１６は、ケーシング１０を貫通して配置されている。つまり、外筒管１６は、その一方（図示右側）の端部がケーシング１０の外部に突出する突出部位となっており、その他方（図示左側）の端部がケーシング１０の内部に当接する当接部位となっている。そして、外筒管１６の突出部位は、固定部材３１を介してケーシング１０の外面に固定されている。外筒管１６の当接部位は、その内部にケーシング１０に当接する閉塞部材３２が設けられている。閉塞部材３２は、外筒管１６の内部と外部との連通を閉塞している。この外筒管１６は、内部に捕捉部材１５を収容している。外筒管１６には、内部に収容した捕捉部材１５に対向する開口２１が形成されている。開口２１は、軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。

保持棒１８は、外筒管１６の内部に挿通される円柱形状の棒体であり、外筒管１６の挿入方向の先端側において捕捉部材１５を保持している。保持棒１８は、その外径が、外筒管１６の内径よりも小さくなっている。保持棒１８は、その先端が外筒管１６の閉塞部材３２に突き当てられることで、捕捉部材１５が外筒管１６の開口２１と対向するように、捕捉部材１５を保持している。

シャッター管１７は、外筒管１６の内側と保持棒１８の外側との間に設けられ、円筒形状に形成されている。シャッター管１７は、軸方向における長さが、外筒管１６とほぼ同じ長さとなっている。このため、シャッター管１７は、他方（図示右側）の端部がケーシング１０の外部に突出する。シャッター管１７は、外筒管１６の開口２１を開閉している。シャッター管１７には、外筒管１６の開口２１よりも小さいシャッター開口３４が形成されている。シャッター開口３４は、軸方向において外筒管１６の開口２１の内側に位置するように、シャッター管１７に形成されている。シャッター管１７は、軸中心に回転可能となっている。そして、シャッター管１７を回転させることで、シャッター開口３４を外筒管１６の開口２１に対向させて開口２１を開放したり（図３参照）、シャッター開口３４以外の部位を外筒管１６の開口２１に対向させて開口２１を閉塞したり（図４参照）する。

このシャッター管１７には、シャッター管１７を手動で回転させるための操作部材３５が取り付けられている。操作部材３５は、シャッター管１７の径方向に突出するように、シャッター管１７の外周面に固定されている。そして、操作部材３５は、開口２１とシャッター開口３４とが対向する開放位置と、開口２１とシャッター開口３４とが対向しない（つまり、開口２１とシャッター開口３４以外の部位とが対向する）閉塞位置との間で回動操作される。また、シャッター管１７は、外筒管１６に対する軸方向の位置を規制すべく、固定部材３１に規制部材３６が固定されている。規制部材３６は、固定部材３１との間で、操作部材３５を挟んで設けられており、操作部材３５の回動を許容しつつ、操作部材３５の軸方向の移動を規制することで、シャッター管１７の軸方向における位置を規制している。

ボールバルブ１９は、外筒管１６の突出部位側に接続されている。ボールバルブ１９は、外筒管１６の内部と外部との連通を開閉している。ボールバルブ１９は、開弁状態において保持棒１８が挿通される。一方で、ボールバルブ１９は、保持棒１８が引き抜かれると閉弁される。

次に、図５を参照して、液滴捕捉装置１により液滴を捕捉する一連の動作について説明する。図５は、保持棒の引き抜き時における液滴捕捉装置の概略構成図である。先ず、図５に示すように、液滴捕捉装置１は、保持棒１８が外筒管１６及びシャッター管１７から引き抜かれた状態となっている。この状態において、ボールバルブ１９は、閉弁状態となっており、シャッター管１７の操作部材３５は、閉塞位置に回動操作された状態となっている。

この状態から、ボールバルブ１９を開弁状態とし、挿入方向の先端部に捕捉部材１５を保持する保持棒１８を、ボールバルブ１９を介して外筒管１６内に挿入する。図１に示すように、挿入された保持棒１８は、外筒管１６の底部となる閉塞部材３２に突き当てられ、この状態において、外筒管１６の開口２１と、保持棒１８に保持された捕捉部材１５とが対向するように、外筒管１６に対して保持棒１８を回転させる。

開口２１と捕捉部材１５とが対向した状態となると、操作部材３５は、閉塞位置から開放位置へ向けて回動操作される。操作部材３５が開放位置となると、図３に示すように、シャッター管１７のシャッター開口３４が、外筒管１６の開口２１と対向する。このため、外筒管１６の開口２１は開放状態となり、捕捉部材１５は、管群５内を流通する液滴Ｌ１を捕捉可能な状態となる。

操作部材３５が開放位置に位置してから、所定の単位時間が経過すると、操作部材３５は、開放位置から閉塞位置へ向けて回動操作される。操作部材３５が閉塞位置となると、図４に示すように、シャッター管１７のシャッター開口３４が、外筒管１６の開口２１と対向しない位置に移動する。このため、外筒管１６の開口２１は閉塞状態となり、捕捉部材１５は、管群５内を流通する液滴Ｌ１を捕捉不能な状態となる。

この後、保持棒１８は、ボールバルブ１９を介して外筒管１６から引き抜かれる。保持棒１８が引き抜かれたら、ボールバルブ１９を閉弁状態とする。そして、別途用意した計測装置を用いて、捕捉部材１５によって捕捉された液滴Ｌ１の液滴径、数（液滴径分布）を計測する。

以上のように、本実施例の構成によれば、シャッター管１７により外筒管１６の開口２１を開閉することで、捕捉部材１５により液滴を捕捉することができる。この後、捕捉部材１５を取り出して、捕捉された液滴Ｌ１を直接計測することにより、液滴Ｌ１の液滴径、数（液滴径分布）をより精度良く計測することができる。

また、本実施例の構成によれば、シャッター管１７を回転させることで、外筒管１６の開口２１の開閉を容易に行うことができる。また、外筒管１６に対し保持棒１８を抜き差しすることで、捕捉部材１５の収容および取り出しを容易に行うことができる。

また、本実施例の構成によれば、操作部材３５を操作することで、シャッター管１７を回転させることができるため、手動による開口２１の開閉動作を行うことが可能となる。

また、本実施例の構成によれば、捕捉部材をゲル状の部材で構成することができるため、液滴Ｌ１が当たった部分が窪むことで、液滴Ｌ１を好適に捕捉することができる。

なお、液滴捕捉装置１を、図６に示す変形例としてもよい。図６は、変形例に係る液滴捕捉装置の概略構成図である。変形例に係る液滴捕捉装置１は、保持棒１８とシャッター管１７との間に設けられる内側シール部材４１と、シャッター管１７と外筒管１６との間に設けられる外側シール部材４２とを備えている。内側シール部材４１は、閉塞部材３２に突き当てられた保持棒１８の軸方向において、ケーシング１０が位置する部位に設けられ、保持棒１８の外周面とシャッター管１７の内周面との間に設けられている。そして、内側シール部材４１は、保持棒１８とシャッター管１７との間を気密に封止している。なお、内側シール部材４１は、例えば、Ｏリングまたは円環状のゴムパッキンで構成されている。外側シール部材（シール部材）４２は、シャッター管１７の軸方向において、ケーシング１０が位置する部位に設けられ、シャッター管１７の外周面と外筒管１６の内周面との間に設けられている。このとき、内側シール部材４１と外側シール部材４２とは、軸方向において同じ位置にあってもよい。そして、外側シール部材４２は、シャッター管１７と外筒管１６との間を気密に封止している。なお、外側シール部材４２も、例えば、Ｏリングまたは円環状のゴムパッキンで構成されている。

以上のように、変形例の構成によれば、外側シール部材４２により外筒管１６とシャッター管１７との間を気密に封止することができるため、管群５内の状態が、例えば、加圧状態、負圧状態、高温状態、低温状態等の厳しい環境下であっても、液滴を捕捉することが可能となる。このとき、内側シール部材４１によりシャッター管１７と保持棒１８との間も気密に封止することができるため、管群５内の状態が厳しい環境下であっても、液滴をより好適に捕捉することが可能となる。

１ 液滴捕捉装置
５ 管群
８ 管
１０ ケーシング
１５ 捕捉部材
１６ 外筒管
１７ シャッター管
１８ 保持棒
１９ ボールバルブ
２１ 開口
３１ 固定部材
３２ 閉塞部材
３４ シャッター開口
３５ 操作部材
３６ 規制部材
４１ 内側シール部材
４２ 外側シール部材
Ｄ 内部空間
Ｌ１ 液滴
Ｌ２ 液膜

Claims (4)

1. 管群内を流通する液滴を捕捉する捕捉部材と、
   内部に前記捕捉部材を収容し、前記捕捉部材に対向する開口が形成される外筒管と、
   前記開口を開閉可能なシャッター部材と、
   前記捕捉部材を保持し、前記外筒管の内部に挿通される外形が円柱状の保持部材と、を備え、
   前記シャッター部材は、円筒形状に形成されると共に前記外筒管と前記保持部材との間に設けられ、前記開口に対向可能なシャッター開口が形成され、
   前記開口は、前記シャッター部材の回転により、前記シャッター開口と対向することで開放される一方で、前記シャッター開口以外の部位と対向することで閉塞され、
   前記シャッター部材は、前記外筒管に対する軸方向の位置が規制され、
   前記保持部材は、前記外筒管及び前記シャッター部材に対して、軸方向に抜き挿し可能となっていることを特徴とする液滴捕捉装置。
2. 前記シャッター部材に固定され、前記シャッター部材から径方向の外側に突出して設けられる操作部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液滴捕捉装置。
3. 前記捕捉部材は、ゲル状の部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴捕捉装置。
4. 前記外筒管と前記シャッター部材との間を気密に封止するシール部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液滴捕捉装置。

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