JPH0621531Y2

JPH0621531Y2 - 気水分離器

Info

Publication number: JPH0621531Y2
Application number: JP13644088U
Authority: JP
Inventors: 孝一松井; 俊彦田中; 高義塩見; 光男渡辺
Original assignee: Takuma KK
Current assignee: Takuma KK
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2003-10-19
Also published as: JPH0257124U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、所謂吹込ノズル形の気水分離器の改良に関す
るものであり、主として小形貫流ボイラに於いて利用す
るものである。

貫流ボイラ等に於いて、缶体内で発生した気液混合体か
ら良質の蒸気を得るためには、分離性能の優れた気水分
離器を必要とする。

第８乃至第１１図は従来から利用されている気水分離器
の一例を示すものであり、旋回羽根形（第８図）、接線
方向吹込形（第９図・第１０図）及び内筒形（第１１
図）と呼ばれているものである。

而して、第８図の旋回羽根形気水分離器は、分離性能の
点では最も安全且つ優れた特性を有しているものの、羽
根部Ｃでの圧損が比較的大きく、給水ポンプの動力費が
増加するという問題がある。また、圧損を少なくしよう
とすると、装置が大形化し、高価になる。

また、第９図の接線方向吹込形に於いては、吹込ノズル
Ｄの曲げ加工に高精度が要求されるうえ、胴貫通部Ｅの
溶接が難しいという難点がある。更に、第１０図の二重
筒式の接線方向吹込形に於いては、二重の胴Ｆ，Ｆ′を
必要とし、製造コストが高くつくという問題がある。

第１１図の内筒形気水分離器は、内筒Ｇにより気水混合
体Ｂの流れ方向を１８０°方向転換させ、気水の密度差
を利用して両者を分離するものであるが、分離性能が比
較的低いうえ、これを高めようとすれば装置が著しく大
形化するという問題がある。

（考案が解決しようとする課題）上述の如く、従前のこの種気水分離器に於いては、気水
の分離性能を高めようとすればコストアップになるとい
う問題があった。

本考案は、気水分離器に於ける上述の如き問題の解決を
課題とするものであり、構造が簡単で安価に製造できる
と共に、圧力損失が小さくて動力費の増加を招かず、し
かも分離性能が高くて良質な蒸気を安定して得られるよ
うにした気水分離器を提供するものである。

（課題を解決するための手段）本件考案者は、コスト的に最も有利な直管ノズルを用い
る接線方向吹込形をベースとし、吹込ノズル先端１０′
の吹出角度や胴４に対する取付位置等を調整して気水混
合体Ｂに滑らかな旋回力を賦与することにより、分離性
能を大幅に向上させ得ることを着想すると共に、実作動
プラントを用いて数多くの気水分離試験を行った。

本件考案は、前記着想と各種の分離性能試験の結果を基
にして創作されたものであり、円筒胴４の内部に直管形
の吹込ノズル１０を備えた気水分離器に於いて、気水混
合体Ｂの吹込ノズル１０の先端をこれに対向する胴内壁
面の接線４′に略平行で且つ管軸１０ａに対して４０°
〜６０°の傾斜角θで以って斜めに切断した形態とし、
当該吹込ノズル１０の先端部を略水平且つ断面視に於い
て胴中心線４ａと平行に胴内部へ挿入し、前記胴中心線
４ａと吹込ノズル軸線１０ａとの間の距離ｌ_１を０．２
５Ｄ〜０．３０Ｄ（但し、Ｄは胴内径）に、また吹込ノ
ズル先端１０′と前記吹込ノズル軸線１０ａに直角な方
向の胴中心線１０ａとの間の距離ｌ_２を０．１４Ｄ〜
０．２６Ｄとすると共に、分離すべき気水混合体Ｂの流
量Ｑ（m³/s）と胴断面積Ａ（m²）との比Ｖ_１が３（m/
s）以下となるべく前記胴内径Ｄを選定したことを、考
案の基本構成とするものである。

（作用）蒸発量に対して１．４〜１．８倍程度の給水量を送る給
水ポンプ１にて圧送された缶水は、加熱管２，３を通っ
て加熱され、気水分離器４には乾き度５５〜７０％の気
水混合体状態で吹込ノズル１０の先端から胴内壁面へ向
かって略水平に噴出され、気水分離された蒸発量の０．
４〜０．８倍（給水ポンプ量により異なる）の分離水は
気水分離器分離水出口配管６、トラップ７を通りタンク
８にもどる。

タンク８には補給水配管９を通り蒸発量相当の補給水が
補給される。

前記吹込ノズル１０は、横断面視に於いて胴中心線４ａ
に対して距離ｌ_１だけ偏心した位置に取付けられてお
り、また、その先端１０′は傾斜角θで斜めに切断する
と共に胴中心線４ａ′より距離ｌ_２だけ前方へ突出され
ている。その結果、噴出された気水混合体Ｂは胴内壁面
に沿って円滑に旋回運動をし、軽い蒸気は胴上部の蒸気
室に集められ、乾き度９９．５％以上の蒸気が蒸気取出
管５から外部へ導出されて行く。

（実施例）以下、第１図乃至第７図に基づいて本考案の一実施例を
説明する。

第１図は、本考案に係る気水分離器を適用した貫流ボイ
ラを示すものであり、図に於いて１は給水ポンプ、２，
３は加熱管、４は気水分離器、５は蒸気取出管、６は分
離水出口管、７はトラップ、８はタンク、９は補給水
管、１０は吹込ノズルである。

加熱管２，３を通して気水混合体となり、加熱管３の出
口（気水分離器の入口）で乾き度５５〜７０％の気水混
合体は、気水分離器内で分離され、乾き度９９．５％以
上の良質の蒸気が外部へ導出されていく。

第２図は前記気水分離器の縦断面図であり、また第３図
は第２図のイ−イ視断面図ある。

図に於いて、４は気水分離器の内筒胴、１０は気水混合
体Ｂの吹込ノズル、６は分離水取出管、５は蒸気取出管
である。

前記円筒胴４の内径Ｄは分離すべき気水混合体Ｂの流量
Ｑ（m³/s）を基準として決定され、本考案に於いては、
気水混合体流量Ｑ（m³/s）と胴断面積Ａ（m²）との比
（以下胴内流速Ｖ_１と呼ぶ）が３．０以下（m/s）とな
るように、前記胴内径（ｍ）が選定されている。尚、実
用機としては、胴４を６Ｂ〜１０Ｂ（内径155mmφ〜255
mmφ）程度の鋼管を用いて製作するのが経済的であり、
又、前記胴内流速Ｖ_１は3.0m/s以下に選定するのが望ま
しい。

前記胴内流速Ｖ_１の値は、気水分離性能試験の結果から
得られたものである。

即ち、気水分離器の気水分離性能は、気水分離器入口に
於ける気水混合体の乾き度や、胴内流速Ｖ_１（胴径Ｄ）
吹込流速Ｖ_０（吹込ノズル径φ）、吹込ノズル１０の取
付位置及び吹込ノズル先端の形状等によって大きく変化
する。そこで、本考案に於いては先ず蒸気発生量の異な
る３機種のボイラについて、胴径Ｄの夫々異なる直管型
の吹込ノズル１０を備えた気水分離器を用いて気水分離
試験を行い、胴内流速Ｖ_１と発生蒸気の乾き度Ｒ(%)と
の関係を調査した。

第１表はその試験結果を示すものであり、乾き度Ｒ(%)
の測定はＡＳＭＥに規定の方法によって行った。また、
気水分離器入口に於ける気水混合体Ｂの乾き度Ｒは約５
５〜７０％であった。

第１表の乾き度Ｒ(%)の値からも明らかなように、胴内
流速Ｖ_１が約3.0m/sを越える場合には、乾き度Ｒ(%)は
９９．５％以下である。

その結果、吹込ノズル１０の管径や形状等を如何に変え
ても、乾き度Ｒ(%)を９９．５％以上とすることは困難
であると判断される。

即ち、乾き度Ｒ(%)が９９．５％以上の良質蒸気を安定
して得るためには、胴内流速Ｖ_１を少なくとも3.0m/s以
下に抑える必要があるものと判断できる。

前記吹込ノズル１０は直管状に形成されており、その先
端１０′は管軸１０ａに対して４０°〜６０°の傾斜角
θでもって斜め方向に切断した形態に形成加工されてい
る。当該吹込ノズル１０は第３図に示す如く、横断面視
に於いて胴中心線４ａと平行状に胴壁を貫通して胴内へ
挿入され、略水平状態に溶接固着されている。

前記吹込ノズル１０の軸線１０ａと胴中心線４ａ間の距
離ｌ_１は０．２５Ｄ〜０．３０Ｄの間に選定されてお
り、また、前記吹込ノズル１０の先端１０′とＹ軸方向
の胴中心線４ａ′との距離ｌ_２は０．１５Ｄ〜０．２５
Ｄに夫々選定されている。

また、前記気水混合体Ｂの吹込ノズル１０の内径φは、
管内の気水混合体Ｂの流速Ｖ_０が30m/s以下となるよう
に選定されており、現実には、筒形胴４が６Ｂ（165.2
φ）〜１０Ｂ（267.4φ）の場合には、程度の鋼管を使用するのが望ましい。

更に、前記吹込ノズル１０は第２図の示す如く、その軸
線１０ａが胴４の上端より距離Ｌ（Ｌ＝１．５Ｄ以上）
だけ下がった位置に取付けられており、吹込ノズル１０
の上方部が蒸気室に、またその下方部が分離水溜まりに
なっている。

尚、前記吹込ノズル１０の先端傾斜角θや取付位置に関
係する距離Ｌ、ｌ_２及び管径φ等は、前記胴内径Ｄの決
定の場合と同様に多数の気水分離試験の結果から得られ
たものである。

実施例の一部を第５図(a),(b),(c)及び第６図(a),(b)に
示し、結果を表２、表３に示す。これは他の条件が同一
でｌ_１及びｌ_２のみ変更させて得た結果である。

上記はテストの一例であるが、その他のテスト結果よりｌ_１＝０．２５Ｄ〜０．３０Ｄｌ_２＝０．１４Ｄ〜０．２６Ｄに選定されている。

また、前記気水混合体Ｂの吹込ノズル１０の内径φは、
他の条件同一で内径φのみ変化させたテストの結果、管
内の気水混合体の流速Ｖ_０が30m/s以下となるように選
定されている。他の条件同一で内径φのみ変えたテスト
の実施例の一部を第７図(a),(c)、第５図(a)に示し、そ
の結果を第４表に示す。

例えば、吹込ノズル１０の先端傾斜角θについての試験
結果、第４図(a),(b),(c)について第５表の結果を得
た。

吹込ノズル１０の先端傾斜角が対向する同壁面の接線
４′と略平行状に形成されている場合の方が高い乾き度
Ｒを得ることができる。

本考案に於いては、ノズル先端角θをこれと対向する胴
内壁面の接線に略平行な傾斜角とすると共に、その他の
多数の試験結果からその傾斜角度を４０°〜６０°に選
定するのが望ましいことを見出した。

これ等の結果から、第３図に示す如き吹込ノズル１０の
取付位置を基本的に選定すると共に、更にｌ_１、ｌ_２を
細かく変化せしめて気水分離試験を繰り返した。これ等
の試験結果を分析した結果、距離ｌ_１を０．２５Ｄ〜
０．３０Ｄに、また距離ｌ_２を０．１４Ｄ〜０．２６Ｄ
に選定するのが望ましいという結果が得られた。

更に、吹込ノズル１０の取付高さ位置Ｌについても同様
であり、胴径Ｄ吹込管１０の取付位置ｌ_１，ｌ_２及び流
速Ｖ_０を一定とし、取付高さ位置Ｌを変化させた場合の
乾き度Ｒ(%)を夫々多数の吹込ノズル１０の場合につい
て調査した。その結果、取付高さ位置については、Ｌ＝
１．５Ｄ以上とするのが乾き度Ｒ(%)の点から最適であ
り、更に、流速Ｖ_０については、これを30m/s以下とす
るのが、圧力損失並びに乾き度Ｒ(%)の点から最適であ
ることが判明した。

（考案の効果）本考案に於いては、直管形の吹込ノズル１０を用い、そ
の先端を管軸１０ａに対して４０°〜６０°の傾斜角θ
でもって斜めに切断した形状とすると共に、円筒胴４の
内径Ｄ及びその内部に於ける吹込ノズル１０の取付位置
を規制する構成としているため、小形で単純な構造にも
拘らず、気水分離性能に於いて、入口乾き度が５５％の
気水混合体に対して９９．５％以上の乾き度を達成でき
ると共に、圧力損失も大幅に減少する。その結果、安価
な気水分離器でもって高品質の蒸気を安定して得ること
が出来ると共に、動力費の削減も図れるという優れた実
用的効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の気水分離器を適用した貫流ボイラの概
要図であり、第２図は気水分離器の縦断面図、第３図は
第２図のイ−イ視断面図である。第４図(a),(b),(c)、第５図(a),(b),(c)、第６図(a),
(b)及び第７図(a),(b)は、吹込ノズルの形状決定のため
の気水分離試験に用いた多数の吹込ノズル１０の中の一
例を示す概要図である。第８図乃至第１１図は従前の気水分離器の概要説明図で
ある。Ａは胴断面積、Ｄは胴内径、θはノズル先端部の傾斜
角、φは吹込ノズルの内径、Ｂは気水混合体、Ｖ_１は胴
内流速、Ｖ_０は気水混合体の吹込ノズル内流速、Ｌ・ｌ
_１・Ｌ_２はノズル取付位置、Ｒは蒸気乾き度。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】円筒胴（４）の内部に直管形の吹込ノズル
（１０）を備えた気水分離器に於いて、気水混合体
（Ｂ）の吹込ノズル（１０）の先端をこれに対向する胴
内壁面の接線（４′）に略平行で且つ管軸（１０ａ）に
対して４０°〜６０°の傾斜角（θ）で以って斜めに切
断した形態とし、当該吹込ノズル（１０）を略水平且つ
断面視に於いて胴中心線（４ａ）と平行に胴内部へ挿入
し、前記胴中心線（４ａ）と吹込ノズル軸線（１０ａ）
間の距離ｌ_１を０．２５Ｄ〜０．３０Ｄ（但し、Ｄは胴
内径）に、また吹込ノズル先端（１０′）と前記吹込ノ
ズル軸線（１０ａ）に直角な方向の胴中心線（４ａ′）
間の距離ｌ_２を０．１４Ｄ〜０．２６Ｄとすると共に、
分離すべき気水混合体（Ｂ）の流量Ｑ（m³/s）と胴断面
積Ａ（m²）との比Ｖ_１が３（m/s）以下になるよう前記
胴内径（Ｄ）を選定したことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】胴内径（Ｄ）を約１５５〜２５５mmφとし
た請求項（１）に記載の気水分離器。
【請求項３】気水混合体（Ｂ）の吹込ノズル（１０）の
内径φを気水混合体（Ｂ）の流速Ｖ_０が３０（m/s）以
下となるようにした請求項（１）に記載の気水分離器。
【請求項４】吹込ノズル（１０）の管軸（１０ａ）と胴
（４）の上端部間の距離Ｌを１．５Ｄ以上に選定した請
求項（１）に記載の気水分離器。