JPH03193151A - 蒸気と水を分離するための圧力降下の低い円錐形サイクロン分離器 - 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】 童Ｊニヒ０朋」Ｌ田野 本発明は、ボイラーの蒸気ドラムにおいて水から蒸気を
分離するためのサイクロン分離器に関する。

従迷（回支術 米国特許第２．２７１，６３４号には、円形渦室と、接
線方向の入口と、円形渦室の頂部に配置された中央蒸気
出口と、円形渦室の底部に配置された水出口を有する円
筒形サイクロン分離器が開示されている。水が蒸気出口
を通して排出されるのを防止するために、蒸気／水混合
物の入来流の下向き運動成分を増大させるための手段が
設けられている。この手段は、入来（流入してくる）蒸
気／水混合物を分離器の水出口に向けて下方へ偏向させ
る下向き後方に傾斜した縁を有する分節プレート（幾つ
かのセグメント即ち部片を組合せて成るプレート）であ
る。

米国特許第２．２９３，７４０号には、上記のものと同
様な構造のサイクロン分離器が開示されているが、この
サイクロン分離器では、分節プレートではなく、渦室の
底部に配置した底部カップを用いている。この底部カッ
プは、蒸気を渦室の上方部分に閉じ込め、蒸気が下降し
て、渦室からドラム内へ排出される分離された水に混ざ
るのを防止するようになされている。

米国特許第２．２９８，２８５号は、別の構成のサイク
ロン分離器を開示している。このサイクロン分離器では
、上述した分節プレートと共に、分離器の上記出口の頂
部に配設したリム又はキャップを用いる。このリム又は
キャップは、水の分離操作を向上させ、分離器内の圧力
降下を減少させる働きをする。

米国特許第２，３２１，６２８号は、本出願の第１図に
示された現在の標準的分離器の構造に近いサイクロン分
離器を開示している。この特許の渦室は、上方部分は切
頭円錐形であり、水を排出する下方部分は円筒形である
。蒸気／水混合物をサイクロン分離器へ供給するために
、やはり、接線方向の入口が設けられている。接線方向
の入口は、渦室の切頭円錐形の上方部分とほぼ同じ高さ
寸法を有する。渦室の切頭円錐形の上方部分は、入って
きた蒸気／水混合物を僅かに下向きに差向け、偏向され
た水の上方への拡散を防止して水からの蒸気の分離操作
を向上させる働きをする。

米国特許第２．３４６，６７２号は、実質的に円筒形の
サイクロン分離器を開示している。このサイクロン分離
器では、接線方向の入口に代えて、十分な流入流量が得
られるように分離器の円周の部分の−に亙って延長した
大きな蒸気／水混合物入口が用いられている。この特許
の１つの目的は、低い水頭又は揚程しか得られないよう
な応用例においても有効に使用することができるように
、圧力降下を小さくするような態様で効率的に作動する
分離器又は濃縮器を提供することである。

米国特許第２．３９５，８５５号は、接線方向の入口を
有する円筒形サイクロン分離器を開示している。この分
離器では、水からの蒸気の分離操作を向上させるために
蒸気出口は円形渦室の中心に対して偏心的に配置されて
いる。この特許のサイクロン分離器においても、上記米
国特許第２，２７１６３４号に示されたのと同様の分節
プレートか用いられている。

米国特許第２，４０２，１５４号は、米国特許第２３９
５．８５５号に記載された分離器を組入れた蒸気発生器
を開示している。

米国特許第２，４３４，６３７号、２，４３４．６６３
号及び第２，４３４，６７７号は、水からの蒸気の分離
操作を向上させるためにサイクロン分離器の頂部に有孔
（多数の孔のあいた）円錐形部材を用いることを教示し
ている。

米国特許第２，５３２，３３２号は、今日では一般に「
二次スクラバー」とみなされている分離器の特殊な構造
を開示している。

米国特許第２，７３２，０２８号は、今日使用されてい
る分離器の構造に非常に近いサイクロン分離器を開示し
ている。この特許のサイクロン分離器は、上述した切頭
円錐形の上方部分と、ほぼ円筒形の下方部分を有し、切
頭円錐形の上方部分の側部に接線方向の蒸気／水混合物
入口が設けられている。この特許の主要目的は、蒸気ド
ラム内に配置された各部材へのアクセス及び各部材の修
理を容易にするために構造を簡略化することである。

その目的は、ドラム内の蒸気空間を複数の個別画室に分
割し、幾つかの画室をドラムの水空間に開放してドラム
の安全弁に連通させ、他の幾つかの画室をドラムの蒸気
／水分離器に開放して飽和蒸気出口に連通させることに
よって達成される。ドラム内の蒸気空間を複数の個別画
室に分割するための仕切板は、平常状態での作動中はド
ラムの各構成部分を分離した状態に維持するが、安全弁
が開かれると、容易に破断される。

米国特許第２，８９１，６３２号は、上記米国特許第２
．３４６．６７２号に開示されたものに非常に類似した
サイクロン型蒸気分離器を開示している。

このサイクロン分離器では、分離器の円周の部分の−に
亙って延設させた上記米国特許第２．３４６６７２号の
蒸気／水混合物入口の代わりに、水からの蒸気の分離操
作を向上させるために流入蒸気／水混合物を薄いシート
状に「薄切り」する羽根配列体が分離器の全周に配置さ
れている。

第１図は、本出願人によって現在使用されている慣用の
サイクロン分離器の断面図である。この慣用のサイクロ
ン分離器４は、接線方向に接続された、縦長の蒸気／水
混合物入口６を備えた円錐形部分８と、上方円筒形蒸気
出口部分１０と、蒸気／水混合物から分離された水を排
出するために円錐形部分８の底部に連結された、水出口
リング１４を有する下方円筒形部分１２とから成る。蒸
気／水混合物入口６は、円錐形部分８の軸線方向の長さ
に対応する長さを有する。上方円筒形蒸気出口１０には
、使用の際は、有孔（多数の孔を穿設された）カバーを
有するキャップ（図示せず）を被せる。

明が　　しようとする　題 本発明は、第１図のサイクロン分離器を、その処理容量
を損なうことなくその圧力降下を減少させることによっ
て改良することを企図したものである。

課題な￥ンするための手段 上記課題を解決するために、本発明は、蒸気／水混合物
の水から蒸気を分離するためのサイクロン分離器であっ
て、 円錐形部分と、該円錐形部分の上縁に連結されており、
蒸気を排出するための中央開口を有する上方円筒形蒸気
出口部分と、水を排出するための底部水出口リングを有
する下方円筒形水出口部分を備えた分離器ハウジングと
、 該ハウジングに接線方向に連結された軸線方向に縦長の
蒸気／水混合物入口とから成り、該蒸気／水混合物入口
は、ほぼ１：６．５の幅対高さを有し、前記ハウジング
の軸線方向の長さのほぼ６０％の軸線方向の長さを有す
ることを特徴とするサイクロン分離器を提供する。

本発明の目的は、同等の蒸気処理容量の慣用の標準的円
錐形サイクロン分離器より、圧力降下の度合を低くしな
ければならない応用例に使用するのに適するように改変
された円錐形サイクロン分離器を提供することにある。

本発明の改良された円錐形サイクロン分離器は、蒸気及
び水の処理容量を増大し、分離器内の水面高さの変動に
よって影響されない。本発明の低圧力降下円錐形サイク
ロン分離器は、従来の標準円錐形サイクロン分離器の改
良版であり、両分離器の主要な相違点は、は、接線方向
の蒸気／水混合物入口の軸線方向の長さを分離器ハウジ
ングの下方円筒形水出口部分にまで跨がるように延長さ
せたことである。例えば、分離器ハウジングの最大内径
が２９．２１ｃｍ（１１，５ｉｎ）である分離器の場合
、蒸気／水混合物入口をハウジングの円錐形部分を越え
てほぼ７．６２　ｃｍ　（３ｉ　ｎ）だけ下方円筒形水
出口部分に沿って延長させる。この蒸気／水混合物入口
の軸線方向の長さの延長は、蒸気／水混合物入口の流れ
断面積を２８％増大させることになる。

第１図の慣用のサイクロン分離器においては分離器ハウ
ジングの円錐形部分の軸線方向の長さ及び該円錐形部分
に沿って円錐形部分と同じ長さだけ延長している蒸気／
水混合物入口の高さは、ハウジングの全高のほぼ２分の
−である。これに対して、本発明のサイクロン分離器に
おいては、蒸気／水混合物入口の長さ（高さ）は、分離
器ハウジンクの円錐形部分の軸線方向の長さのほぼ６０
％に達し、該蒸気／水混合物入口の軸線方向の長さのほ
ぼ２０％は、ハウジングの円錐形部分を越えて下方円筒
形水出口部分に跨がって延長する。

本発明によるこの改変は、サイクロン分離器の処理容量
を損なうことなくその圧力降下を相当に減少させること
が認められた。

支嵐り 第２及び３図を参照すると、蒸気ドラム（図示せず）内
に設置される本発明の円錐形サイクロン分離器２０が示
されている。サイクロン分離器２０は、円錐形部分２１
と、円錐形部分の上縁に連結されており、蒸気を排出す
るための中央開口を有する上方円筒形蒸気出口部分（以
下、単に「蒸気出口」又は「出口」とも称する）３０と
、水を排出するための底部水出口リング２４を有する下
方円筒形水出口部分２２を備えた分離器ハウジングから
成る。

サイクロン分離器の目的は、蒸気／水混合物（蒸気と水
の混合物）を分離器の内部で高速度で１ 渦巻状に旋回させることによって蒸気／水混合物中の蒸
気と水の分離効率を高めることである。水の大部分は、
旋回する流れの外側へ移動して濃厚蒸気を残し、濃厚蒸
気は上方円筒形蒸気出口部分３０を通して排出される。

出口３ｏから流出した蒸気は、慣用のスクラバー及びそ
の他の装置（図示せず）によって更に分離され、処理さ
れる。

蒸気／水混合物（以下、単に「混合物」とも称する）か
ら除去された水は、円錐形部分２１の下縁に連結された
、底部水出口リング（リング状の水出口）２４を有する
下方円筒形水出口部分２２を通して排出される。

軸線方向に縦長の蒸気／水混合物入口（以下、単に「入
口」とも称する）２６か分離器ハウジングに対して接線
方向に接続されている。第３図に示されるように、入口
２６と分離器ハウシングの内部との間の接線方向の開口
は、分離器ハウジングの円周のほぼ部分の−に達してい
る。第２．３図の本発明の分離器２０のハウシングは、
第１図に示された慣用の分離器の場合と同様に、ほぼ２
２ ９．２１　ｃｍ　（１１，５ｉ　ｎ）の最大内径（径か
最も大きい部分の内径）を有し、入口２６の接線方向の
外側壁２８と内側壁３４の内方縁３２との間の水平断面
でみた幅は、６０．ＯＯｃｍ（２１／１６）である。本
発明によれば、入口２６の幅対高さ比をほぼ１：６．５
とする。第１図の慣用の分離器においては、この比率は
、ほぼ１：５である。

又、入口２６の軸線方向の長さは、分離器ハウジングの
軸線方向の長さのほぼ６０％の長さとする。好ましくは
、蒸気／水混合物入口２６は、分離器ハウシングの円錐
形部分２１の軸線方向の全長に亙って延長させ、該入口
２６の軸線方向の長さのほぼ２０％は、円錐形部分２１
を越えて下方円筒形水出口部分３０に沿って延長させる
。例えば、分離器ハウジングが、２９．２１　ｃｍ　（
’１１．５ｉｎ）の最大内径を有し、前記蒸気／水混合
物入口は、前記円錐形部分を越えてほぼ７．６２ｃｍ（
３ｉ　ｎ）だけ前記下方円筒形水出口部分に沿って延長
させる。

第１図に示された慣用の分離器と、第２．３図の本発明
の新規な円錐形サイクロン分離器の性能を比較するため
に綿密なテストを実施した。

標準的なサイクロン分離器と、本発明の新規な低圧力降
下（圧力降下の小さい）円錐形サイクロン分離器との性
能比較結果は、第４．５及び６図のグラフに示されてい
る。

第４図は、慣用の（標準）サイクロン分離器と、本発明
の改良された低圧力降下円錐形サイクロン分離器の、水
分持越し率（分離された蒸気内へ持ち越された水分の割
合）と蒸気流量の関係を示すグラフである。第４図に示
されるように、標準サイクロン分離器と、本発明のサイ
クロン分離器とは、その処理容量に関しては同じである
。

第５図は、標準サイクロン分離器と、本発明の改良され
たサイクロン分離器の、圧力降下と蒸気流量の関係を示
すグラフである。第５図のグラフから分るように、標準
サイクロン分離器の圧力降下に比しての、本発明による
圧力降下の減少度は、２５％から４０％の範囲で流量と
圧力条件によって異なる。

第６図は、標準サイクロン分離器と、本発明のサイクロ
ン分離器の、水分持越し率と水面高さの関係を示すグラ
フである。換言すれば、第６図は、水面の高さに対する
感度を示すグラフであるが、このグラフから分るように
本発明の低圧力降下サイクロン分離器は、水面の高さに
対する感度にはほとんど影響を及ぼさない（水面の高さ
に対する感度をほとんど損なわない）。

及班辺公」 第４〜６図に示されたテスト結果から、本発明による新
規な低圧力降下円錐形サイクロン分離器の性能は、以下
のように要約することができる。

（１）蒸気処理容量は、内径２９．２１ｃｍの標準円錐
形サイクロン分離器と同しである。

（２）圧力降下は、内径２９．２１ｃｍの標準円錐形サ
イクロン分離器に比べて約３０％減少される。

このように、本発明によれば、比較的簡単な構造上の改
変で予想外の大きな改良がもたらされる。

　５ 以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は
、ここに例示した実施例の構造及び形態に限定されるも
のではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することな
く、いろいろな実施形態か可能であり、いろいろな変更
及び改変を加えることかできることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、慣用の円錐形サイクロン分離器の縦断面図で
ある。 第２図は、本発明の円錐形サイクロン分離器の縦断面図
である。 第３図は、第２図の分離器の水平断面図である。 第４図は、慣用の（標準）サイクロン分離器と、本発明
の改良された低圧力降下円錐形サイクロン分離器の、水
分持越し率と蒸気流量の関係を示すグラフである。 第５図は、慣用のサイクロン分離器と、本発明の改良さ
れたサイクロン分離器の、圧力降下と蒸６ 気流量の関係を示すグラフである。 第６図は、慣用のサイクロン分離器と、本発明の改良さ
れたサイクロン分離器の、水分持越し串と水面高さの関
係を示すグラフである。 ２０：円錐形サイクロン分離器 ２１　円錐形部分 ２２・下方円筒形水出口部分 ２４二底部水出口リング ２６・接線方向の蒸気／水混合物入口 ２８：外側壁 ３０：上方円筒形蒸気出口部分 ３２、内方縁 ３４　内側壁 図面の浄書（内容に変更なし） 特開平３ １９３１５１（６） ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ 手続ネ甫正書（方式） 平成３年２月１５日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気／水混合物の水から蒸気を分離するためのサイ
   クロン分離器であって、円錐形部分と、該円錐形部分の
   上縁に連結されており、蒸気を排出するための中央開口
   を有する上方円筒形蒸気出口部分と、水を排出するため
   の底部水出口リングを有する下方円筒形水出口部分を備
   えた分離器ハウジングと、該ハウジングに接線方向に連
   結された軸線方向に縦長の蒸気／水混合物入口とから成
   り、該蒸気／水混合物入口は、ほぼ１：６．５の幅対高
   さを有し、前記ハウジングの軸線方向の長さのほぼ６０
   ％の軸線方向の長さを有することを特徴とするサイクロ
   ン分離器。 ２、前記蒸気／水混合物入口は、前記円錐形部分の軸線
   方向の全長に亙って延長し、該蒸気／水混合物入口の軸
   線方向の長さのほぼ２０％は、該円錐形部分を越えて前
   記下方円筒形水出口部分に沿って延長していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のサイクロン分離
   器。 ３、前記ハウジングは、２９．２１ｃｍ（１１．５ｉｎ
   ）の最大内径を有し、前記蒸気／水混合物入口は、前記
   円錐形部分を越えてほぼ７．６２ｃｍ（３ｉｎ）だけ前
   記下方円筒形水出口部分に沿って延長していることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載のサイクロン分離
   器。 ４、前記蒸気／水混合物入口は、接線方向の外側壁と内
   側壁を有し、該外側壁と内側壁の内方縁との間の該蒸気
   ／水混合物入口の幅は、６０．００ｃｍ（２１／１６）
   であることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   サイクロン分離器。