JP2008298309A - 気水分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】缶水の分離能力を高く維持することのできる気水分離器を提供する。
【解決手段】縦長円筒状の胴４部を持った気水分離器７であって、気水分離器７の上部に接続した蒸気取り出し管１、気水分離器７の底部に接続した還水管２を持ち、気水分離器７の内部で蒸気と缶水からなる気液２相流を旋回させ、遠心力の作用によって蒸気と缶水に分離するボイラ用の気水分離器７において、気水分離器内の下部に、気水分離器胴４部の内径よりは小さく、還水管２の内径よりは大きな径を持った集合空間５を設け、集合空間５の下部に還水管２を接続する。また、集合空間５は下方へ向けて断面積を縮小していく形状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心作用によって蒸気と缶水を分離するボイラ用の気水分離器に関するものである。

一般に水を加熱して蒸気を発生する蒸気ボイラでは、沸騰した缶水が蒸気とともに取り出され、蒸気質が低下するということを防ぐために、蒸気と缶水を分離する気水分離器を設ける。気水分離器には、縦型円筒形の胴内部で内壁面に沿って気液２相流を旋回させ、遠心力の作用によって蒸気と缶水を分離する遠心分離式の気水分離器が広く使用されている。遠心式気水分離器は、気水分離器胴の接線方向に蒸気連絡管を接続しておき、気水分離器内に流入した気液２相流を気水分離器内で旋回させると、比重の重い缶水は遠心力で分離されて胴内壁にそって旋回しながら落下し、比重の軽い蒸気は胴の上方部に集合するために、蒸気と缶水を分離することができる。気水分離器で分離した蒸気は、気水分離器の上部に接続している蒸気取り出し管を通して取り出し、気水分離器で分離した缶水は、気水分離器の底部に接続している還水管を通してボイラの缶体下部へ戻される。

ボイラでは、運転条件によって気水分離器内に流入する缶水量が変化する。気水分離器へ入る缶水量が多くなり、気水分離器内から還水管への缶水排出が間に合わなくなると、気水分離器内の下部にたまる缶水の水量が多くなり、水位も高くなる。気水分離器内での水位が高くなると、蒸気と缶水を分離するための空間容積が小さくなるため、分離能力が低下することになる。缶水の分離能力が低下すると、缶水が蒸気とともに取り出され、蒸気の質（乾き度）が低下するという問題が発生することになる。
特開２００２−４８３０３号公報

本発明が解決しようとする課題は、缶水の分離能力を高く維持することのできる気水分離器を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、縦長円筒状の胴部を持った気水分離器であって、気水分離器の上部に接続した蒸気取り出し管、気水分離器の底部に接続した還水管を持ち、気水分離器の内部で蒸気と缶水からなる気液２相流を旋回させ、遠心力の作用によって蒸気と缶水に分離するボイラ用の気水分離器において、気水分離器内の下部に、気水分離器胴部の内径よりは小さく、還水管の内径よりは大きな径を持った集合空間を設け、集合空間の下部に前記還水管を接続するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の気水分離器において、前記集合空間は下方へ向けて断面積を縮小していく形状としているものであることを特徴とする。

気水分離器から還水管へ向かって、断面積を段階的に縮小していくと、缶水による旋回流は徐々に旋回径を小さくして中心軸方向へ集合していくため、気水分離器から還水管へ缶水が抜ける際に発生する圧力損失は小さくなる。気水分離器底部での圧力損失が小さくなると、気水分離器底部から還水管へ抜ける缶水の流れがスムーズとなり、気水分離器内で滞留する缶水量が少なくなるため、気水分離器での缶水分離能力を高く保つことができる。気水分離の能力が高まることで気水分離器をコンパクト化することができ、同容積のものであれば気水分離器から取り出される蒸気の乾き度を高めることができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの概要図、図２は本発明を実施している気水分離器における缶水旋回流の説明図、図３は従来の気水分離器における缶水旋回流の説明図である。

ボイラは蒸気発生部６で缶水を加熱することで蒸気を発生する。蒸気発生部６から取り出す蒸気には、沸騰によって持ち上がる缶水を含んでいるため、蒸気から缶水を分離する気水分離器７を設ける。気水分離器７は缶水を含んだ蒸気を内部で旋回させ、遠心力を利用して蒸気と缶水を分離するものであり、分離した蒸気は気水分離器の上部から取り出して蒸気使用箇所へ送り、缶水は気水分離器の下部から取り出して蒸気発生部６の下部へ戻すようにしている。

気水分離器７は、上下を鏡板でふさいでいる縦型円筒形の胴４を持った容器であり、上部に蒸気取り出し管１、下部に還水管２、側部に蒸気連絡管３をそれぞれ接続する。蒸気取り出し管１と還水管２は、胴４と同心になるように接続する。蒸気連絡管３は、胴４内に蒸気を導入したときに蒸気流が胴の内壁に沿って旋回するように、胴部壁面の接線方向に接続する。

気水分離器の下部には、気水分離器胴部の内径よりは小さく、還水管２の内径よりは大きな径を持った集合空間５を設けておく。集合空間５も胴４及び還水管２と同心の円筒形としておき、還水管２は集合空間５の下部に接続する。集合空間５は、気水分離器内径と還水管内径の中間的なものとし、気水分離器断面積＞集合空間断面積＞還水管断面積となるように、流路断面積が段階的に小さくなっていくようにしておく。また、集合空間５でも気水分離器につながっている上部から還水管につながっている下部にかけて、徐々に流路断面積を小さくなるように傾斜を設けた形状とした方がより好ましい。集合空間５の傾斜は、断面を直線とした形状で径を縮小していくものであってもよく、断面を曲線とした形状で径を縮小していくものであってもよい。

蒸気連絡管３は、蒸気発生部６と気水分離器７を接続したものであり、蒸気発生部６で発生した蒸気を気水分離器７内へ導入する。蒸気発生部６で缶水を加熱して蒸気を発生する際には、蒸気の発生と同時に缶水の沸き上がりが発生する。そのため、蒸気連絡管３内の蒸気には多くの缶水が含まれていることになる。特にボイラ内の圧力が低い状態の時には、沸き上がりが大きくなるために気水分離器内へ入る缶水量も多くなる。

蒸気と缶水からなる気液２相流を気水分離器７の胴４内へ導入すると、気液２相流は胴内壁面に沿って旋回する。２相流を旋回させると、液体である缶水は単位容積当たりの重量が重いため、遠心力の作用によって胴の内壁面に沿って旋回し続け、重力の作用によって下方へ落ちていくらせん状の流れとなる。しかし、気体である蒸気は単位容積当たりの重量は軽く、遠心力や重力の影響をほとんど受けないため、最初は胴の内壁面に沿って流れていても徐々に気水分離器７の中央部に集まり、気水分離器７の上部に接続している蒸気取り出し管１を通って出ていくことになる。

胴内でらせん状の流れとなった缶水は、重力の影響を受けて下方に向かい、集合空間５内へ入る。胴４の内壁面に沿って旋回していた缶水は、集合空間５の内壁面に沿って旋回することになり、集合空間５は、胴４の内径よりも少し小さな径を持った空間であるため、缶水の旋回流は気水分離器７の中心軸方向へ集まっていくことになる。

内径の大きな気水分離器７と内径の小さな還水管２を直接接続しており、流路面積が急激に小さくなる従来の気水分離器では、缶水が還水管２に入る際に発生する圧力損失が大きくなり、気水分離器７から還水管２への缶水の排出が悪くなっていた。そこで、気水分離器の胴部と還水管の中間的な径を持った集合空間５を設け、集合空間５を通じて還水管２に入るようにする。このようにすると気水分離器から還水管へ向かって、断面積は段階的に縮小していくことになり、缶水による旋回流は徐々に旋回径を小さくして中心軸方向へ集合していく。缶水の旋回流を段階的に中心軸方向へ集合するようにすると、還水管接続部での圧力損失は大幅に低減し、気水分離器から還水管へ缶水が抜けやすくなる。気水分離器の下部に滞留する缶水の量が少なくなると、気水分離器内での分離空間容積を大きく確保できるため、缶水の分離能力が向上するという作用が得られる。このように気水分離器内にある缶水の水位を低く保つことができれば、気水分離器をコンパクト化することができるようになり、同容積の気水分離器であれば蒸気の乾き度を０．５％程度アップできる結果が得られた。

本発明を実施しているボイラの概要図 本発明を実施している気水分離器における缶水旋回流の説明図 従来の気水分離器における缶水旋回流の説明図

符号の説明

１ 蒸気取り出し管
２ 還水管
３ 蒸気連絡管
４ 胴
５ 集合空間
６ 蒸気発生部
７ 気水分離器

Claims (2)

1. 縦長円筒状の胴部を持った気水分離器であって、気水分離器の上部に接続した蒸気取り出し管、気水分離器の底部に接続した還水管を持ち、気水分離器の内部で蒸気と缶水からなる気液２相流を旋回させ、遠心力の作用によって蒸気と缶水に分離するボイラ用の気水分離器において、気水分離器内の下部に、気水分離器胴部の内径よりは小さく、還水管の内径よりは大きな径を持った集合空間を設け、集合空間の下部に前記還水管を接続するようにしたことを特徴とする気水分離器。
2. 請求項１に記載の気水分離器において、前記集合空間は下方へ向けて断面積を縮小していく形状としているものであることを特徴とする気水分離器。

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