JPH0332714A - 遮蔽板と噴出管とを組合せた気液分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化学機械装置、空調機械又はボイラ等にかける
流動する気ｖＬ混合物から水分を除去する衝突分離平板
と噴流管とを組合せた気液分離装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の化学機械装置、空調機械又はボイラ等に釦いては
各種の気液分離装置が公知公用になっているが、その代
表的なものは概要次の通シである。

（イ）垂下管巣壁の間に気疲を反転通過させる装置。

←）立て猛犬径管の周囲に気液を旋回分離させる装置。

流路に傾斜板を設け、流れを反転させて気液を分離させ
る装置。

に）立て形バッフル板群の間にＩＡ、液を交互に流通さ
せて気液を分離する装置。

三角形板のエリミネータによる気液分離装置。

（／う （ホ） （例えば夾願昭５４−１４６９５５号がある。）（へ）
サイクロン分離器と多数の平板巣の組合せになる気液分
離装置。

（ト）傾斜板によシ気液を沸騰水面上に噴射して気液を
分離する装置。

（イ）　デミスタを使用して気液を分離する装置。

（の　潜水防止管によシ気液を分離する装置。

などがある。

〔発明が解決しようとするａ題〕

上記（Ａ〜（す）に示した公知のこれら各種の気液分離
装置にはその大半が目的とする乾き度について、予め求
めようとする値との関連が明確になされていない欠点の
あることや、理論計算の著しく困難のものも多い。

本発明は上記（イ）〜（力に記載したような従来の装置
とは全く異なう、遮蔽板と噴出管とを組合せた新規な気
液分離装置によって、実用上容易にその構造を求めよう
とする乾き度、即ち気液分離の実収率が得られる気液分
離装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は気液混合物が内部を流動する混相器の上段部に
横形筒を投け、該横形筒底に複数の噴出管を取シつけて
下段混相器と連結する気液混合物の流出路を形成せしめ
、上記横形筒の長手軸中心付近に遮蔽板を横架定着し、
複数の噴出管の総横断内面積を１００として、遮蔽板端
［６ｒと横形筒端蓋板（６）′との間の空間（１１）の
距離と間隔にふ・ける面積比を１５０〜２５０となし、
遮蔽板（７）の上面と横形筒内面（３）′との間の垂直
高さにおける面積を複数の噴出管の総横断内面ｆＪｉｘ
ｏｏに対して、７０〜１５０の比率になるように構成し
、かつ複数の噴気管の一部の上方の一端又は両端に遮蔽
板を欠落せしめた遮蔽板と噴出管とを組合せた気液分離
装置に関するものである。

第１図、第２図に示すように、本発明は内部に気液混合
物が常に加熱沸騰する混相ｇＡｆｌ）の上部に複数の噴
出管＋２１＄　＋２γ、［’を直立して投げ、その上段
の横形筒（３）の底部に噴出管（２１ｔ　（２）’ｌ　
＋２１″の両端が開口流通するように挿入定着している
。

両端を混相器（１）の蓋板（５Ｌ　（ｒ’γによシ密閉
された横形筒（３）の内部の長手軸中心線付近に一端＋
６１が混相器［１）の蓋板（５）又は＋５Ｙと密着する
ように固定した遮蔽板（７）をその両側ｆｉ＋、　Ｆ８
γが受板片＋９１１（９１’により支持されるように固
定すると共に遮蔽板の一端（６Ｙと横形筒の一端（５）
′又は遮蔽板の一端（６）と横形筒の一端（６）との間
に所定寸法の空間（１１）を投ける。

更に遮蔽板（７）の上面と横形筒上部下面（３）′との
間に、所定の垂直高さの距Ｐｉ１（１２）を収らしめる
ようにする。

上記複数の噴出管＋２１１　（２）’、　＋２γ′の総
横断内面積を基準として上記の所定の空間距離間隔及び
所定の高さの距離を限定したのは、本発明者等の研究に
基いて気液分離上最適の値を見出して定めた下記に説明
するように必要かつ重要な値である。

即ち、複数の噴出管＋２１？　＋２）’ｌ　＋２）”内
の蒸発面＋１０１９（１０）’１（１０）”からは気体
の浮上速度によシ液体を同伴して上昇するが、この蒸発
面速度の下にふ・ける気液の飛び上シ初速度（ｍｉｓ）
は第３図にその実験値を示した通シ直径０．１１ＩＩｍ
以上の気泡が蒸発面（＋ｏｌ＋　（ｔｏ）’ｔ　（ｔｏ
）”を上昇する速度（△）は０．２〜０．３ｍ／ｓ以上
であるの昇する速度の数１０〜数１００倍である。

本発明は上記気液二相の蒸発面（＋ｏｌ、　（１０Ｙ＋
　（１０）”からの飛び上シ初速度による噴出を阻止す
るために遮蔽板（７）を横形筒（３）の長手軸中６膝付
近に横架して、噴出する気液を遮断しながらｊｊｌ液の
飛び上シ初速度を横流れの速度エネルギーに変換するよ
うならしめたのである。

この場合気液二相の衝突分離作用は第５図に示した分離
熱量叶の作用原理図からも理解される。

第５図の場合、液滴の直径０．２〜ｉｆｆ以上のものは
平均０．９ｒｎ／ｓ以下の降下速度で滴下することが確
認されていて、横流れの速度エネルギーに同伴されるも
のは皆無ではない。

そこで、本発明にふ・いては第１図に示すように、噴出
管（２′ｆの上部には遮蔽板（６）の端部（６ｒと横形
筒蓋板（５）′との間の空間（１１）が開放状態に設け
ている。

これは噴出管＋２１１　ｔ２ｒｔ　ｔ２ｒ’の噴出速度
はそれぞれほぼ均等であっても、上部遮蔽の噴出管（２
１，＋２）’と上部開放の噴出管（２γ′との内部断面
積比は例えば第１図の場合前者＋２＋、（２Ｙ０３分の
２に対して後者＋２１″の３分の１に設定しであるから
曲者（’ｌ＋、　（２γの横流れ速度エネルギーの合計
値は後者（２γ′の噴出エネルギーよシも大きく後者（
２）＃の飛び上シ気液を抑制して気液を分ＮＬシ、乾き
度を０．９８以上に上昇させて送気管（４）から流出さ
せるものであり、これが木兄９１によって始めて可能と
なったのである。

第６図である。

第６図は傾斜噴流の速度エネルギーによシ蒸発面からの
気液の飛び上すを抑制すると共に気液中の気泡を破裂さ
せることにより気液が分離する作用を生ずることの原理
図である。なふ・気泡は、ショックを受ければ容易に破
裂するのは所間シャボン玉の破裂と同様である。

！た噴出管＋２＋、　＋２１’から遮蔽板（丁）に対し
て作用する噴流によって生ずる速度エネルギーＦ（Ｋｇ
）は次のようになる。

ｐ＝ｊ）ｃ２ｖｓｘｎθ ここに、　Ｊ）：気泡混合物密度（Ｋｙ　８ｙｒｎ’）
　（重力単位）Ｑ：流量（ｒｒ？／ｓ　） Ｖ：噴出速度（ｍ／ａ） θ：噴流と遮蔽板との間のなす角度 噴出速度はそれぞれの噴出管に釦いてほぼ均等であって
も、噴出管＋２１　＊　［２１’の方が噴出管（２ｙ′
よシも流危Ｑは２倍以上大である。従って速度エネルギ
ー（Ｆ）は同じく２倍以上大となる。

この大きな速度エネルギーがそのｉｔ横転して噴出管（
２ｒの飛び上り気液を抑制し、気泡を破裂させて気液を
分離させることになる。

このため横流れ速度エネルギーの作用力によって噴出管
（２γ′の飛び上シ気液が抑制されることから、噴出管
（２γ′の上部の空間（１１）の長手方向断面積を噴出
管ｆ２＋、（２γ；（２１’の総横断内面積比率１００
に対して１５０〜２５００寸法比に限定した。

噴出管＋２）”の上部空間（０）の長手方向断面積が噴
出管（２）ｔ（ｚγｅ（２Ｙ’〕総横断面積比平１００
に対し１１５０未満の場合は上部空間（１１）を流通す
る気体の流速が増して、下部付近の気液を巻上げ湿シ度
を増加させる要因となる。

また１５Ｇを超過する場合は上部空間（１１）を流通す
る気体の流速は緩慢となって下部付近の気液を巻き上げ
る危険は減衰する。更に２５ｏを超過すると遮蔽板（７
）の長さが短縮して噴出管［２１、＋２ｙとの相互関係
が悪化することとなる。

更に高実収率で液体を分離させた気体は、遮蔽板（７）
と横形管内（３ｒとの間の反転流路０２）を流通して送
気Ｗ１４）に至るのであるが、ここで反転流路（１２１
の断面積を噴出！　（２１１（２１’、（２１”の総横
断面積ｌｏｏに対して上記断面積比を７０〜１５０に限
定したのは、その前段付近に浮動する液滴を誘導せしめ
ないための限界の大きさであって、これは遮蔽板（７）
と送気管（４）の入口との間における線速度と高さを維
持するために必要な値であシ、湿多度１〜２９６前後の
液滴を誘導せしめないための限界値である。

上記＋２１　ｔ　ｌｌ’＊　Ｉ”ｚｙ’の総横断面積比
率１００に樫対して反転流路０匂の断面積比が７０未満
の場合は反転流路（１２）の円弧状断面積は狭くなって
線速度を増し、筐た送気管１４）の入口との距離は接近
して浮動液滴をそのまｔＩＩＩ導する欠点を生じる。更
に１５０を超過した場合は円＃Ｊ形をなす横形筒（３）
の直径が大きくなって、本発明による各断面積比率が崩
れ、実験上及び実績上に伴う気液使分ｍ上の実収率が把
握できなくなる。

〔作用〕

木発明者等は本発明の目的とする気液分離装置にシける
流体の乾き度について、水、空気による流体を使用して
本発明の構造を有する透明アクリル筒を組合せて分子＠
実験を行った実験結果に基いて、実用に使用し得る装置
を製作して、これを高負荷燃焼のボイラに収付け、蒸気
の乾き度（χ）を測定した結果、第４図に示す数値を得
たものであシ、容積速度Ｖが０．３〜０．６ｍ／ａにお
いて乾き度（え）は０．９８〜０．９９の値を得るに至
った。

ここに乾き度（χ）とボイド率（α）との関係を示した
のが第７図であり、ボイド率（α）は気液両相の容積速
度と密度、粘度、表面張力及び流路断面形状と寸法によ
）定まる値であって、気液両相の密度比によってボイド
率と乾き度の値が定まるとされている。

即ち、 （１）　　乾き度はボイド率と相関する。

（０）　　乾き度は圧力、比容積、流量容積及び速度に
関連する。

個）従って乾き度（２）は噴出口（ｚｌ、　（２）’、
　＋２１″の容積速度Ｖに相関して定めることができる
。

本発明は１配（１）〜（ＩＩＤに基いて構成されている
。

従来は第７図に示すようにボイド率（α）から乾き度を
求める計算図があυ、ボイラ胴内のボイド率（α）から
の乾き度は、ここにＭ：メガ、Ｐａ：パスカルとすると
、圧力（Ｐ）　＝　２Ｍ　Ｐａ（２ｏ、３９４Ｋｇ／ｃ
ｓ”　）以上のものについて示されているが、これは圧
力が高くなるに伴ってボイド率と乾き度は低下し、ｉた
ボイド率０〜１．Ｏ１乾き度０〜１．０の範囲に訃いて
その値は大きく変化するばかうでなく、普通に圧力２Ｍ
ｐａ以下のボイラにおけるボイド率は０．７〜０．９前
後であるから乾き度は第７図から０．１〜０．６の低い
値となるのに反して、本発明の場合圧力２Ｍｐａ以下の
ボイラにふ・いて第４図に示すようじ乾きＲ（２）は０
．９８〜０．９９のような第７図の場合よシもはるかに
高い乾き度が得られる。

〔実施例〕

次に図面によって本発明を説明する。

ｗｃ１図は本発明の一実施例の概略横断面図、第２図は
第１図の概略縦断面図である。

本発明に釦いては蒸発面（ｌｏｌ　、　（＋ｏｌ’、　
（ｌｒｆから気液の上昇する速度は０．２〜０．３ｍ／
ｓｅｅであシ、飛び上シ初速度は２０〜４０ｍ／８ｅＣ
である。

実施の一例として第１図の場合、噴出管（２′ｆ′の内
部断面積は０．０３１４ｆｆｔ”であシ、噴出管（２１
１＋２＋’は内部断面積はそれぞれ０．０３１４ｍ”で
ある。

従って噴出管＋２＋、　（２γ、（２１”の総断面積は
０．０９４２７７１”であり、噴出管（２１′の上部空
間（１１）の長手方向の断面積は０．１９２ｍ”である
。故に上部空間（１１）の断面積０．１９２ｆｆｌ”と
噴出管総断面積０．０９４２ｍ’の面積比は２０３．８
　（＊）となす。

更に反転流路０２）の断面積は０．０７５８ｍ”で噴出
管（２）。

（２γ、（２）”の総横断面積のｇｏ、ｓ　（りに相当
する。

従って第１図、第２図の場合乾き度（Ｘ）が０．９８〜
０．９９の値を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明の効果を纒めると次の通シである。

（１）本発明の気液分離装置を使用することによって容
易にその構造と所望の乾き度のものが得られる。

（Ｉｔ）　　本発明の装置を各種ボイラ、化学装置、空
調機器に設置することによって気液の分離がなされ、乾
き度９８〜９９９６即ち気液分離の実収率を得ることが
できる。

（ｌｉｔ）　　本発明の噴出管の開口総面積１００に対
して横形筒端蓋板（５）′との間の空間（１１）の距離
の面積寸法比を１５０〜２５０となし、更に開口総面積
１００に対して遮蔽板（１）の上面と横形筒内面（３Ｙ
との垂直上の面積を７０〜１５０にすることによって、
従来公知の各装置のような複雑な構造設計が不要となシ
、簡単な構造によって所望の乾き度の蒸気が得られる。

Ｍ　近代の中小容量のボイラの伝熱面当シの蒸発率（Ｋ
ｔｔ／ｍ”、　ｈ　）は従来の値の１０倍前後に上昇し
、高蒸発平化してきたため一定容積の胴体内における気
水２相流の流動は激増し、気水分離機能は劣化するばか
シであシ、この気水を効果的に分離して飽和Ｘ気を得た
い要求が著しく多く、本発明は正しくこの要求に完全に
応えたものである。

ｑψ　本発明はｎｒｒ記したように構造簡単な装置であ
るから中小容量のボイラに最も適合するのみならず、は
ぼ同様な目的の他の各種装置に使用可能であシ、その効
果は著しく大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す一実施例の概略横断面図。 第２図は同上縦断面図。第３図は気液２相が沸騰する蒸
発面速度と飛び上シ速度との関係を示す本発明者等の測
定結果を示す図。 第４図は本発明の噴出管内容積速度（ｖ）と乾き度との
関係を示す木発明者等の測定結果を示す図。第５図は従
来の分離熱量計の縦断面図。 第６図は気水周内の傾斜噴流速度エネルギーによシ蒸発
面の吹き上シ気液の抑制や噴射気液の分離を行う作用図
。第７図は乾き度（、？、）とボイド率（Ｑりとの相関
図を示す図である。 １、気液２相が流動する混相器 ２、２’、　２“、噴出管　　　　３．横形筒３′、横
形筒内面　　　　４．送気管 ５．５’、　　横形筒蓋板　　　　６．６’、　　遮蔽
板長手軸端７、遮蔽板　　　　　　８．８’、遮蔽板横
側端Ｑ、９’、　　受板片　　　　　ｔｏ、　ｔｏＳｔ
ｏ’：　ｇＸ出管内蒸発面１１、　　遮蔽板端と横形筒
との間の空間１２、反転流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、気液混合物が内部を流動する混相器の上段部に横形
   筒を設け、該横形筒底に複数の噴出管を取りつけて下段
   の混相器と連結する気液混合物の流出路を形成せしめ、
   上記横形筒の長手軸中心付近に遮蔽板を横架定着し、複
   数の噴出管の総横断内面積比率を１００として遮蔽板端
   （６）′と横形筒端蓋板（５）′との間の空間（１１）
   の距離と間隔における面積比を１５０〜２５０となし、
   遮蔽板（７）の上面と横形筒内面（３）′との間の垂直
   高さにおける面積を複数の噴出管の総横断面積比率１０
   ０に対して、７０〜１５０の比率になるように構成し、
   かつ複数噴出管の一部の上方の一端又は両端に遮蔽板を
   欠落せしめたことを特徴とする遮蔽板と噴出管とを組合
   せた気液分離装置。