JPS5914259B2 - 積重ね彎曲腕式気−液分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、再循環式原子力蒸気発生器において一般に使
用される型式の気−液分離装置の改善された設計に関係
する。

特には、この改善の対象となる気−液分離装置は、圧力
容器の上方部分に垂直に配置されそして気−液混合物の
上向き垂直流れを受取る為の底部入口を備えており、そ
して相分離を遠心力によってもたらす型式のものである
。

これら分離装置を使用する蒸気発生器は通常垂直に配向
され、そして圧力容器の土方部分内に組込まれうる１０
０本を越えうる分離装置の数は圧力容器の直径を含めて
実際上の考慮により制限される。

蒸気発生設備及び発電設備における技術的な進歩と開発
の故に、既製の分離装置の設計ではもはや、蒸気の品質
及び蒸気発生器循環特性を含めての現在の厳しい要件を
満足させることはできない。

本発明は、変化する内径を有する導管即ちライザ（上昇
管）内への２相混合物の底部導入口を有する、圧力容器
内に垂直に配置される気−液分離装置の改善された設計
である。

ライザの上方部分は、その内部に突入する複数の彎曲腕
を具備しそしてそこを通して流れる気液混合物を受取る
。

第２の複数の彎曲腕がライザ内（と貫入し、台腕は上方
の複数の腕の対応するものの即ぐ下にそこに連接して位
置づけられている。

腕は、そこに流れる流体をライザと同心で且つ半径方向
に隔置される円筒体或いは垂直ドラムにより形成される
環状域に放出する。

分離された蒸気はドラムの上方開口端を離れそして分離
された液体は下端に配置される手段を通してドラムを離
れる。

第１図を参照すると、蒸気発生器１０は、圧力容器２８
を備える。

高温流体は圧力容器２８内に入口ノズル１２を通して流
入し、管板２２に正着される管２０内に昇って流れ次い
で降って流れそして出口ノズル１４を通して容器２８か
ら流出する。

冷い流体は、ノズル１６を通して容器２８に入り、管２
０の周囲に沿ってそれと熱伝達関係で流れながら、蒸気
と液体の２相混合物として空間２４に流入する。

複数の気−液分離装置が容器２８の上方部分内に空間２
４とライザ４０を介して流通状態に設置されている。

気液混合物は分離装置２６において分離され、蒸気は出
口ノズル１８を通して容器２８から流出し他方液体は容
器２８の下方部分に戻されて入来する冷い流体と共に再
循環される。

第２〜４図を参照すると、先行技術を代表する気−液分
離装置３０が例示されている（ここでは設計Ａと表示す
る）。

気液混合物は、第１図の空間２４からライザ３２に入り
そしてライザ３２内を垂直上方に昇っていく。

ライザ３２はその上端において閉成されている。

複数の彎曲腕３８がライザ３２の上方部分においてそれ
と流通状態で一つの面において放射状に配置されている
。

気液混合物は、ライザ３２から彎曲腕３８に入りそして
遮壁３４とライザ３２との間に形成される環状路３３に
、流出する。

混合物の液体相及び蒸気相は、腕３８及び環状路３３内
の遠心作用により分離される。

遮壁３４はライザ３２と同心でそこから半径方向に離間
されそして分離蒸気の放出の為上端において開口してい
る。

遮壁３４の下端には分離液体の放出の為の手段が装備さ
れている。

ドラム３６が遮壁３４を同心状に取巻いてそこから半径
方向に離間して設けられている。

ドラム（ｖｉｒｔｕａｌｄｒｕｍ）３６は、遮壁３４と
同様に分離蒸気の排出の為上端において開口しそしてそ
の最下端において分離液体の放出の為の手段を備えてい
る。

ここで、この先行技術において銘記すべき重要な特徴は
、彎曲腕３８が、ライザ３２に当接するがライザ内部に
貫入していないことである。

追加的な重要な特徴は、彎曲腕３８が同じ水平面におい
てライザ３２の周囲に周回的に間隔を置いて設けられて
いることである。

以下に記載するような試験結果は、設計Ａの２つの所望
されざる特性を明らかにした。

これらは、ドラム３６を越えての水のこぼれと高い水分
キャリーオーバ（連行）水準を生じることのない混合物
流れの容量への制限であった。

第５〜７図は、先行技術を上回る本発明気−液分離装置
の設計上の改善を例示するものであり、ここでは設計Ｂ
と表示される。

気液混合物は第１図の空間２４からライザ４０に流入し
、ライザ内を上方に昇る。

ライザ４０はやはり上端において閉成されている。

ライザ４０の下方区画は上方区画の直径より小さな直径
を有しておりそして下方区画は上方区画に切頭円錐状の
繋ぎ区画により連結されている。

この特徴は、彎曲腕４４に接近するライザ流体の設計速
度を維持しつつ、水の水準変動に対処するよう最大ドラ
ム容積を与える。

気液混合物は、ライザ４０の上部に位置づけられる第１
の複数の彎曲腕４４を通してライザ４０から流出する。

彎曲腕４４は矩形断面を有する環状体の両端を切った形
状に類似しそしてその両端は同一平面にある。

腕４４はライザ４０内に突入しそしてライザ４０とドラ
ム（ｖｉｒｔｕａｌ ｄｒｕｍ）４２との間に形成さ
れる環状路４１内に終端している。

設計Ａの遮壁３４は排除されている。

第２の複数の彎曲腕が第１の複数の彎曲腕の直下に位置
づけられそしてそれに連接している。

６腕の形状比、即ち腕高さ対腕巾は約３．６である。

試験結果は相分離が彎曲腟内でそしてドラム壁において
起ることわ示した。

これら試験はまた、腕の近傍から分離蒸気の逃出を許容
するには充分なドラム自由面積４６（第８図）が維持さ
れねばならないことを示した。

これは、腕を上下に積重ねることによりそして設計Ａの
遮壁３４（第２図）を排除することにより達成された。

腕４４をライザ４０内部へ突入させることは、幾つかの
重要な効果を奏する。

試験結果は、腕白での相分離が、適正な腕〜ドラム間隔
を維持したまま平均腕半径（２）とその挟角（９）の積
を最大限にすることにより向上されることを示した。

彎入腕の使用（ライザ内に突入して）は、同じドラム直
径を維持したままＲＤの増大を与える。

彎曲突入腕の追加的な利点は腕からの流れの放出様相の
改善である。

気液混合物の流れは最初ライザ４０内で垂直上方に向い
ている。

この流れ方向は気−液分離装置においてライザ内の垂直
から彎曲腕の出口における水平へと変更されねばならな
い。

設計Ａのスチーム一本試験は第３図の腕３８からの放出
流れに垂直成分が存在することを示し、これが気液分離
装置の上端を越えての水のこぼれに寄与しそしてそれを
悪化させ、その結果としてスチームへの水分の連行を加
重することがわかった。

設計Ｂについての試験は、本発明の彎曲突入腕特徴に固
有の水平な流れ放出様相及び水分連行の減少を示した。

設計Ａを上回る設計Ｂの追加的な性能の改善は、ライザ
及び腕を通しての圧力降下の試１験値により示された。

第１図に示される型式の再循環式蒸気発生器において高
い循環比を維持する為には、気−液分離装置における流
れ抵抗を最小限にすることが必要である。

スチーム一本試験は、同じ流れ条件において設計Ａに対
する８０インチ（水柱）もの圧力損失に較べて設計Ｂに
対しては４０インチ（水柱）の圧力損失のみを示した。

これは先に開示したライザ及び腕における設計改善によ
り設計Ｂの分離器においては許容混合物速度がより低い
ことに主に起因する。

第６図に示すようにドラム４２はライザ４０を同心状に
取巻いて半径方向に離間されている。

ドラ４２は分離した蒸気の放出の為その上端において開
口しそして分離された液体を放出する為の手段が下端に
装備されている。

第９図は、設計Ａ及び設計Ｂの分離装置に対するスチー
ム流量対水分連行重量％についての試験結果のプロット
を示しそして設計Ｂの分離装置の一層大きな容量を例示
する。

０．２５％の水分連行値に対して、設計Ａ及び設計Ｂの
分離器のスチーム容量はそれぞれ約３２，０Ｏ０１ｂ／
時聞及び４６．０００１ｂ／時間である。

第１０図は、電導率測定により指示されたものとして設
計Ａ及び設計Ｂの分離装置に対するドラム上端を越えて
の水のこぼれ状態を例示する。

設計Ａの分離装置についてはすべての条件に対して水は
ドラムを越えてこぼれ、他方設計Ｂの分離装置について
は設計負荷の１４０％を越えて起るのみであった。

第１１図は、設計Ａ及び設計Ｂの分離装置に対してスチ
ーム流量に対するスチーム（キャリーアンダー即ち残留
重量％の試験結果をプロットしたものでありそして本発
明の改善された性能特性を示す。

スチーム残留分は流体密度を測定する為の静的な圧力タ
ップを使用して測定された。

先行技術を示す設計Ａにおいて、静的圧力タップは遮壁
３４とドラム３６とによって形成される環状域内に位置
づけられた。

本発明の設計において、タップはライザ４０とドラム４
２間の環状路において残留水蒸気を測定した。

試験結果は設計Ｂに対しては設計流れ限界内で残留スチ
ームは全黙示されず、他方設計Ａにおいてはすべての流
量において残留スチームが存在した。

まとめて、先行技術を表す設計を上回る積重ね彎曲突入
腕穴分離装置の改善された設計特性は、容量の増加、蒸
気残留及び水分連行の減少、ドラムを越えての水のこぼ
れの実際的排除及び分離器圧力損失の顕著な減少をもた
らす。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を利用する蒸気発生器の正面の概略部
分断面図である。 第２図は、第１図の蒸気発生器に適用されるものとして
の気液分離装置の先行技術を代表する設計の正面図であ
る。 第３図は、第２図の３−３線に沿う部分断面図である。 第４図は、ライザに連結される彎曲腕の前面を表す部分
拡大図である。 第５図は、本発明に従って設計された気−液分離装置の
正面図である。 第６図は、第５図の６−６線に沿う部分断面図である。 第７図は、ライザに連結される連接した彎曲腕対の正面
の部分拡大図である。 第８図は、本発明における自由流れ域を例示する気−液
分離装置の別の水平断面図である。 第９図は、先行技術（設計Ａ）と本発明（設計Ｂ）につ
いて水分連行についての試験結果を表すグラフである。 第１０図は、同じく水こぼれについての試験結果を表す
グラフである。 第１１図は、同じくスチーム残留についての試験結果を
表すグラフである。 １０・・・・・・蒸気発生器、２８・・・・・・圧力容
器、１２゜１４・・・・・・高温流体用入口ノズル、出
口ノズル、２０・・・・・・管、１６・・・・・・低温
流体入口ノズル、２４・・・・・・空間、４０・・・・
・・ライザ、２６・・・・・・気−液分離装置、１８・
・・・・・蒸気出口ノズル、４４・・・・・・腕、４２
・・・・・・ドラム、４１・・・・・・環状路、３６・
・・・・・ドラム自由帯域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気液混合物を導入するよう下端において開口しそし
   て上端において閉成される２相流体流れ用導管として働
   く垂直配置ライザと、 前記ライザの上方部分に放射状に配置される第１の複数
   の彎曲腕であって、台腕の一端がライザ内部に突入しそ
   してライザ内と流通状態にありそして台腕の他端が流体
   放出の為環状路内に伸延している第１の複数の彎曲腕と
   、 前記第１の複数の腕の下側に連接して設けられる第２の
   複数の彎曲腕と、 前記ライザを取巻いて環状路を形成するよう同心状に間
   隔を置いて設けられる筒状ドラムであって下端において
   分離液体の放出手段をそして上端において分離蒸気の放
   出手段を具備するドラムとを包含する気−液分離装置。 ２ ライザが切頭円錐区画によって繋がれる上方区画及
   び下方区画から形成され、上方区画が下方区画より大き
   い内径を有している特許請求の範囲第１項記載の気−液
   分離装置。 ３ 彎曲腕の両端が同一平面にある特許請求の範囲第１
   項記載の気−液分離装置。