TW200800697A - Steam-water separator - Google Patents

Description

200800697 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種將氣體和液體的二相流分離為氣液之 氣水分離器。 【先前技術】 例如，壓水式反應爐（PWR: Pressurized Water 係使用輕水做為反應爐冷卻劑及中子減速劑，整個濟心為 不沸騰的高溫高壓水，藉由將該高溫高壓水輸送至蒸汽發 生器，進行熱交換從而產生蒸汽，將該蒸汽輸送至渦輪發 電機並發電。並且，該壓水式反應爐經由蒸汽發生器將高 /m鬲壓的一次冷卻水之熱量傳給二次冷卻水，用二次冷卻 水產生蒸汽。該蒸汽發生器之一次冷卻水流經多個細傳熱 管内側，將熱量傳導給流經外侧的二次冷卻水，生成水蒸 汽，並藉由該水蒸汽轉動渦輪機而發電。 該蒸汽發生器之構成為在中空密閉的筒部内，距其内壁 面一疋間隔配置管群外筒，且在該管群外筒内配置複數之 倒U形傳熱管，將各傳熱管之端部支撐於管板的同時，藉 由從管板延伸的撐桿所支撐的複數管支持板支撐中間部， 而上部配設有氣水分離器及濕氣分離器。 因此，除通過在筒下部形成的水腔室，向複數之傳熱管 提供一次冷卻水外，若從在筒上部形成的供水管向該筒内 提供二次冷卻水，則因流經複數之傳熱管内的一次冷卻水 (熱水）和筒内循環的二次冷卻水（冷水）之間交換熱量，故 二次冷卻水吸收熱量，生成水蒸汽，該水蒸汽上升時，藉 119197.doc 200800697 由氣水分離器及濕氣分離器而分離為水及蒸汽，蒸汽從筒 上端排出，水落到下方。 先雨之氣水分離器係由使水蒸汽上升的複數之上升管、 設置於該上升管内部的渦漩葉輪、位於上升管外侧並形成 降水管空間的降水筒、及在上升管及降水筒之上端隔一定 空間相對配置冬具有孔口和排放孔的蓋板所構成。 口此，祭以發生斋所生成的蒸汽和水之二相流從各上升 管之下端部導入，並向上方移動，可藉由渦漩葉輪旋轉上 升，水吸附在上升管内壁面形成液膜流並上升，蒸汽在上 升管上方旋轉上升。並且，該蒸汽主要經由孔口和排放孔 移达至蓋板’另-方面水從上升管之上端部與蓋板之間的 缝隙滲漏至該上升管之外，流入降水筒並落下，僅蒸汽流 到蓋板上。 另以下專利文獻1、2記載有該種氣水分離器。 但是，如此之先前之氣水分離器雖然從上升管之上端部 流到降水筒的大部分水於該降水筒内降下，但是一部分水 從降水筒之上部漏到其外侧，與降水筒外侧上升的墓汽一 起從排放孔流到蓋板上，存在降低氣水分離性能之問題。 因此’在下述專利文獻3之氣水分離器中，由於在上升 管内部設有使水及蒸汽之混合體旋轉上升的旋轉葉輪，且 在低於上升官上部開口部下側，高於旋轉葉輪上側設有狹 縫’故藉由旋轉葉輪使混合體在上升管㈣旋轉上升並分 離成以水為主要成分的第2混合體及以蒸汽為主要成分的 第3混合體，在將第2混合體旋轉上升並到達狹縫高度之情 119197.doc 200800697 形下，經由該狹縫向降水筒排出。 [專利文獻1]日本特開昭49-064972號 [專利文獻2]曰本特開平〇5— 346483號 [專利文獻3]日本特開2〇〇 1-079323號 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 然而，上述專利文獻3之氣水分離器，因為在上升管之 上端部設有狹縫，以水為主要成分的第2混合體經由狹縫 朝降水筒排出，故某種程度上可控制水從降水筒上部向其 外侧流出的蒸汽潛挾現象，但是很難確實防止。 本發明係為解決上述問題而完成者，其目的在於提供一 種氣水分離器，該氣水分離器除適當分離蒸汽和水，確實 從孔口向上方排出該分離之蒸汽外，還可經由降水管空 間，確實降下所分離之水，從而可提高氣水分離性能。 [解決問題之方法] 為達到上述之目的而完成之請求項丨之氣水分離器，其 包含在上端壁面部具有複數之開口部且使水及蒸汽之2二 相流上升的氣水上升管；設置於該氣水上升管内部的旋轉 葉輪；環繞上豸氣水上升管而言曼置並开》成環狀降水管空間 的降水筒；&在上述氣水上升管及上料水筒之上端以一 定空間相對配置且在上述氣水上升管之上方具有孔口之蓋 板；其特徵為在設置於上述氣水上升管之上述複數開口部 之開口率設定為30〜70%。 請求項2之發明之氣水分離器，其中設置於上述氣水上 119197.doc 200800697 ^ °卩係沿著上下方向並行設置的複數水平狹縫， 該狹缝之兩度設定為上述氣水上升管厚度的0·5〜2倍。 月求項3之發明之氣水分離器，其中設置於上述氣水上 升其之 h、 ^ 述開口部與上述旋轉葉輪之距離設定為該氣水上 升管内徑的^乃倍。 辟月求項4之發明之氣水分離器，其中在上述降水筒上端 壁面部於圓周方向等間隔設有2個排出蒸汽旋轉流之導流 部，在 、+、β ,

立：氣水上升管之爵周方向等間隔設有4個上述開 口部，該4個開口部中的2個開口部與上述導流部相對設 w ^求項5之發明之氣水分離器，其中在上述蓋板上位於 攸j述導流部排出的蒸汽旋轉流之下游側财排放孔。 月求項6之發明之氣水分離器’其中上述旋轉葉輪之扭 轉角度設定為15〜30度。 6月求項7之發明之氣水分離器，其中上述孔口内徑相對 於上述氣水上升管内徑之比率設定狀7〜0.9。 請：項8之發明之氣水分離器，其中上述氣水上升管與 亡：盍板之空間高度相對於上述氣水上升管内徑之 疋為〇·〇5〜0.3。 請求項9之發明之氣水分 刀雔益具中上述孔口之從上述 /上突起之高度與向下突起之高度之比率言交定為2: =··卜且上述向上突起高度與上述孔口内後之比率設定 為 1 · 2〜1 : 3 〇 [發明之效果] 119197.doc 200800697 根據請求項1之發明之氣水分離器，由於在上端壁面部 設有具有複數開口部且使水和蒸汽之二相流上升的氣水上 升官，在該氣水上升管之内部設有旋轉葉輪，並設有環繞 氣水上升管形成環狀降水管空間之降水筒，且在氣水上升 官及降水筒之上端以一定空間相對設有在氣水上水管上方 具有孔口之蓋板，將設置於氣水上升管之複數開口部之開 口率η又為30〜70%，故水和蒸汽之二相流可從氣水上升管 之下端部導入而向上方移動，並藉由旋轉葉輪旋轉上升， 水附著在氣水上升管之内面，形成液膜流並上升，但是因 没置於氣水上升管之上端壁面部之複數開口部之開口率設 為30〜70%，故水不會從孔口積存，又，不朝降水筒之外 側潛挾蒸汽，而準確流入降水筒之降水管空間並流下，另 一方面条汽在氣水上升管上方旋轉上升，但不挾帶水分， 經由孔口準確排到蓋板上方，其結果，可提高氣水分離性 能。 根據請求項2之發明之氣水分離器，設置於氣水上升管 之開口。卩係沿著上下方向並行設置的複數水平狹缝，該狹 缝之南度5又疋為氣水上升管厚度的〇·5〜2倍，故可防止蒸 八流入狹缝，同時可僅使水從該狹缝準確流入降水管空 間。 & 根據請求項3之發明之氣水分離器，因設置於氣水上升 官之開口部與旋轉葉輪之距離設定為氣水上升管内徑之 1 2·5倍’故藉由旋轉葉輪可使水和蒸汽之二相流旋轉上 升，從而準確地分離為水和蒸汽之後，水準確地流入降水 119197.doc 200800697 s工間瘵’飞經由孔口準確地排丨，可提高氣水分離性 能。 山根據請求項4之發明之氣水分離器，因為在降水筒之上 j :面^於圓周方向等間隔設有2個排出蒸汽旋轉流之導 μ部，在氣水上升管之圓周方向等間隔設有4個開口部， ^個開口邛中的2個開口部與導流部相對設置，所以藉由 疋轉葉輪疑轉上升而分離的水經由狹縫，與i汽一起 導流部流料Μ之外侧，可在適#分離減蒸汽讀態 下進行處理。 請求項5之發明之氣水分離器，因為在蓋板上位於 机部排出的蒸汽旋轉流之下游侧設有排放孔，故經由 ' °降水_之外侧排出的蒸汽可適當地從排放孔向蓋 板上方排出。 康θ求項6之發明之氣水分離器，由於旋轉葉輪之扭 桌又又疋為15〜30度，故藉由旋轉葉輪對二相流施加適 田的旋轉力，從而可確實地分離水和蒸汽。 根據請求項7之發明之氣水分離器，因為孔口内徑相對 :乳水上升管内徑之比率設定為0.7〜0·9，故分離的水不會 積存’可經由孔口僅使蒸汽準確地向蓋板上方排 出。 —根據凊求項8之發明之氣水分離器，因為氣水上升管與 1板之空間高度相對於氣水上升管内徑之比率設定 〇·〇5〜〇 3，从 \ • 故分離的水不從孔口積存，又，可抑制從空間 排出蒸汽’使水準確流入降水管空間。 H9197.doc •11· 200800697 根據明求項9之發明之氣水分離器 向上突耜夕古— 心攸盍板 ， ^度與向下突起之高度之比率設定為2: i〜4: 1且向上突起高度與孔口内徑之比率設定為i : 2〜卜3 分離的水從孔口積存，同時防止向下水筒侧 潛挾蒸汽。 【實施方式】 以下，參照所附圖式詳細説明本發明之氣水分離器之最 佳實施例。另，本發明並不僅限於該實施例。

[實施例] 圖1為顯示本發明之一實施例之氣水分離器之主要部分 概略圖、圖2為顯示本實施例之氣水分離器之一部分切斷 立體圖、圖3為本實施例之氣水分離器之平面圖、圖4為設 置於上升管之狹缝之概略圖、圖5為設置於上升管之導流 部之概略圖、圖6為導流部之平面圖、圖7為本實施例之氣 水分離器之上部剖面圖、圖8-1及圖8·2為渦漩葉輪之概略 圖、圖9為顯示蒸汽潛挾流量相對於狹缝開口率之圖表、 圖1 〇為顯示濕度及蒸汽潛挟流量相對於狹縫高度與厚度比 率之圖表、圖11為顯示濕度相對於狹縫與渦旋葉輪間之距 離之圖表、圖12為顯示濕度及阻力相對於渦旋葉輪角度之 圖表、圖13為具有應用具有本實施例之氣水分離器之蒸汽 發生器之壓水式反應爐之發電設備之概略構成圖、圖i 4為 顯示具有本實施例之氣水分離器之蒸汽發生器之概略構成 圖。 本實施例之反應爐係壓水式反應爐（PWR : pressurized H9197.doc -12 - 200800697

Water Reactor)，該壓水式反應爐使用輕水作為反應爐冷卻 劑及中子減速劑，整個爐心為不沸騰的高溫高壓水，將該 高溫高壓水輸送至蒸汽發生器並藉由熱交換產生蒸汽，將 該蒸汽輸送至渦輪發電機並發電。。 即’具有該壓水式反應爐之發電設備，如圖9所示，在 反應器容器11内容納有壓水式反應爐12及蒸汽發生器13， 該壓水式反應爐12與蒸汽發生器13介以冷卻水配管14、15 而連接’冷卻水配管14上設有加壓器16，冷卻水配管15上 設有冷卻水泵17。該情形下，以輕水作為減速劑及一次冷 卻水’為抑制爐心部的一次冷卻水沸騰，一次冷卻系統藉 由加壓器16施加150〜160大氣壓左右的高壓。因此，在壓 水式反應爐12以低濃縮鈷或MOX作為燃料加熱一次冷卻水 之輕水’高溫的輕水藉由加壓器16維持一定高壓之狀態 下’經由冷卻水配管14輸送至蒸汽發生器13。在該蒸汽發 生器13中，高壓高溫的輕水與作為二次冷卻水之水之間進 行熱交換，冷卻之輕水經由冷卻水配管1 5返回壓水式反應 爐12 〇 蒸汽發生器13介以冷卻水配管20、21與設置於反應器容 器11外部之渦輪機18及凝結器19相連接，在冷卻水配管21 上設有供水泵22。又，發電機23連接在渦輪機18上，抽取 並排出冷卻水（例如海水）之供水管24及輸水管25連接在凝 結器19上。因此，在蒸汽發生器13，與高壓高溫之輕水進 行熱交換而生成的蒸汽經由冷卻水配管20輸送至渦輪機 18，藉由該蒸汽驅動渦輪機18，並#由發電機23發電。驅 119197.doc -13- 200800697 動屬輪機1 8之条斤在凝結器19冷卻後經由冷卻水配管2 1返 回蒸汽發生器13。 在具有壓水式反應爐之發電設備之蒸汽發生器13，如圖 10所示，筒部31為密閉之中空筒形，下部之直徑比上部稍 窄。在該筒部31内，與該筒部31之内壁面保持一定間隔設 有圓筒开> 管群外筒32，下端部延伸至管板33附近。並且， 該管群外筒32在長度方向距離一定間隔處，且在圓周方向 距離一定間隔處，藉由複數之支持構件34對筒部31定位並 支撐。 又’在管群外筒32内，在支持構件34所對應的高度位置 配有複數之管支持板35，並藉由從管板33向上方延伸的複 數拉桿36支撐。並且，在該管群外筒32内，配有由倒11字 形的複數傳熱管37構成的傳熱管群38，各傳熱管37之端部 脹管到管板33而支撐，且中間部由複數管支持板35支撐。 該情形下，管支持板35上形成有多個貫通孔（省略圖示）， 各傳熱管37以非接觸狀態貫通該貫通孔内。 水腔室39固定在筒部31之下端部，内部藉由隔壁扣區分 為流入腔室41及流出腔室42，並形成入口噴嘴43及出口噴 嘴44，各傳熱管37之一端部連通於流入腔室41，另一端部 連通於流出腔室42。另，上述之冷卻水配管14連接至該入 口喷嘴43 ’另一方面冷卻水配管15連接至出口噴嘴44。 在筒部3 1之上部，設有將供水分離為蒸汽及熱水的氣水 分離器45及去除該分離的蒸汽之濕氣而使蒸汽呈接近乾蒸 汽狀態之濕氣分離器46。又，在筒部31，在傳熱管群38與 119197.doc 200800697 氣水分離1§45之間，在筒部31内插入供給二次冷卻水之供 水官47，另一方面在頂部形成有蒸汽排出口 48。並且，在 筒部3 1内设有供水路49，其在使從供水管47向該筒部3 i内 供給之二次冷卻水在筒部31與管群外筒32之間流下，在管 板33向上方循環並上升到傳熱管群38内時，與流經各傳熱 管3 7内的熱水（一次冷卻水）之間進行熱交換。另，上述冷 卻水配官21連接到供水管47，另一方面冷卻水配管2〇連接 到蒸汽排出口 48。 因此’壓水式反應爐12所加熱的一次冷卻水經由冷卻水 配管14輸送至蒸汽發生器13之流入腔室41，經由多個傳熱 管47内循環並到達流出腔室42。一方面，凝結器19所冷卻 的二次冷卻水經由冷卻水配管21輸送至蒸汽發生器^ 3之供 水管47，經由筒部31内的供水路49，與流經傳熱管47内的 熱水（一次冷卻水）進行熱交換。即，高壓高溫的一次冷卻 水與二次冷卻水在筒部31内進行熱交換，被冷卻的一次冷 卻水經由冷卻水配管15從流出腔室42返回壓水式反應爐 12。另一方面，與高壓高溫的一次冷卻水進行熱交換的二 次冷卻水上升到筒部31内，藉由氣水分離器45而分離為蒸 汽及熱水，藉由濕氣分離器46去除該蒸汽之濕氣後，經由 冷卻水配管20輸送至渦輪機18。 如此構成的蒸汽發生器13之氣水分離器4 5，如圖1至圖3 所示，作為氣水上升管的上升管51為圓筒形，可從下方導 入蒸汽和熱水之二相流。該上升管5 1内設有作為旋轉葉輪 的渦漩葉輪52，可對二相流施加旋轉力θ並且，由於在上 119197.doc -15- 200800697 升管51之外侧為使環繞該上升管51而設有作為降水筒的降 水筒53，故在上升管51與降水筒53之間形成有環狀的降水 管空間54。 又，在上升管51及降水筒53之上方，以一定空間配有蓋 板55，在該蓋板55上與上升管51之上方相對形成孔口 ％， 且在該孔口 56鄰接外周侧形成有2個排放孔57。 並且，如圖1至圖4所示，在上升管51之上端壁面部，在 涡旋葉輪52上方之位置設有作為複數開口部之複數狹缝 58a、58b、58c、58d。在圓周方向上，以等間隔在一定的 角度α範圍形成有該各狹縫58a、58b、58c、58d，並分別 沿著上升管51之上下方向複數並行排列。因此，從二相流 分離的水之液膜上升到上升管51之上端部時，水經由該狹 縫5 8a、58b、5 8c、58d流入上升管51與降水筒53所構成的 降水管空間54。 又，在降水筒53之上端壁面部，在圓周方向上等間隔設 有2個排出蒸八旋轉流的導流部5 9。如圖3、圖5至圖7所 示’在降水筒53之上端壁面部之一部分形成切斷部59a， 且沿著降水筒53之接線方向的壁面部59b及底面部59c固定 於該切斷部59a，從而構成該導流部59。並且，與4處狹縫 58a、5 8b、5 8c、58d中的2處狹缝58a、58b相對設有導流 部59。再者，在從2個導流部59排出的蒸汽之旋轉流之下 游側之位置設有上述排放孔57之導入部57a。 因此，從二相流分離的部分蒸汽流經上升管5 i之上端與 蓋板55之空間被引導至2個導流部59，同時移到降水筒53 119197.doc -16- 200800697 之外側，經由各排放孔57朝蓋板55上方排出，防止該蒸汽 挾帶水。又，從2二相流分離的部分水被引導至該導流部 59，同時移到降水筒53之外側並下降，可促進與蒸汽的分 離。 、、、、' 再者，如圖8-1所示，環狀配置複數片（本實施例為8片） 葉輪52&而構成渦漩葉輪52，各葉輪52a之外周部固定於上 升管5 1之内周面，成為省略輪殼之構造。因此，可對流經 上升’51内並攸下方上升的二相流施加旋轉力。另，如圖 8-2所示，亦可在輪殼6〇a之周圍環狀配置複數片葉輪6〇七 構成渦旋葉輪60。 又，如圖1所示，向降水筒53侧水平突出並抑制蒸汽潛 挾之環形抑制板61固定於上升管5 1之下部。因此，從二相 流分離的水上升到上升管5 i之上端部時，該水從上升管5 i 机入降水管空間5 4，此時，藉由抑制板61抑制朝降水筒5 3 外側潛挾蒸汽。 並且’在本實施例之氣水分離器中，為能將二相流適當 分離為水和蒸汽而謀求形狀之最佳化。 首先，如圖1所示，設置於上升管51之狹缝58a、58b、 58c、58d之開口率設為30〜70%，較好設定為約50%。即， 相對於上升管51中形成狹缝58a、58b、58c、58d之區域h 之面積’狹縫58a、58b、58c、58d之開口率為3〇〜70%。該 今月形下’若狹缝5 8a、5 8b、58c、58d之開口率低於3 0%， 則沿著上升管5 1之内周面而上升的液膜無法經由狹縫 5 8a、5 8b、58c、58d準確流入降水管空間54，若狹縫 H9197.doc -17· 200800697 5 8a、5 8b、58c及58d之開口率高於70%，則分離的蒸汽從 狹縫58a、5 8b、5 8c、58d排出到降水管空間54。即，如圖 9所示，藉由將狹縫58a、58b、58c ' 58d之開口率設為 30%〜70%，可將蒸汽潛挾流量（此處為朝降水管空間54的 降下流量）維持在適當量Qi〜Q2，並可抑制向孔口 56上方潛 挾蒸汽及在降水筒53外侧積存。 其次，在設置於上升管51之狹缝58a、58b、58c及58d， 其高度hg設定為上升管51板厚δ之0.5〜2倍，較好設定為約 1倍。該情形下，若狹缝58a、58b、58c、58d之高度hg低 於上升管51板厚δ之0.5倍，則沿著上升管51之内周面上升 的液膜難以從狹縫58a、58b、58c、58d排出，若狹縫 58a、58b、58c、58d之高度hg高於上升管51板厚δ之2倍， 則分離的蒸汽從狹缝58a、58b、58c、58d排出至降水管空 間54。即，如圖1〇所示，狹缝58a、58b、5 8c、58d之高度 hg設定為上升管51板厚§之0.5〜2倍，從而可將從孔口 ％排 出的蒸汽濕度維持在適當值d^d2，同時可將蒸汽潛挾流量 維持在適當量Qrh。 又’設置於上升管51之狹缝58a、58b、58c、58d與渦旋 葉輪52之距離h設定為上升管51内徑Driibu倍，較好 没疋為約1.6倍。該情形下，若狹缝58a、58b、58c、58d與 满叙葉輪52之距離h短於上升管51内徑Dri之1倍，則在狹 缝58a、58b、58c、58d的位置不能從2二相流充分分離蒸 汽，若狹缝58a、58b、58c、58d與渦漩葉輪52之距離匕長 於上升管51内徑Dri之2·5倍，則分離之蒸汽從狹缝58&、 119197.doc -18 - 200800697 58b、58c、58d排出至降水管空間54。即，如圖u所示， 將狹缝58a、58b、58c、58d與渦旋葉輪52之距離、設為上 升管51内徑Dri之1〜2·5倍，從而可將從孔口 56排出的蒸汽 濕度維持在適當值d以下。 再者，渦漩葉輪52之扭轉角度θ設定為15〜3〇度，較好設 定為約20度。該情形下，若渦旋葉輪52之扭轉角度㊀小於 15度，則不生成漩渦，不能確實將二相流分離為蒸汽和 水，若渦漩葉輪52之扭轉角度θ大於3〇度，則該渦漩葉輪 52成為二相流之阻力，產生壓力損失。另，在具有輪殼之 渦漩葉輪60之情形下，扭轉角度θ設定為2〇〜3〇度，較好設 定為約25度。即，如圖12所示，將渦漩葉輪52之扭轉角度 0設定為15〜3G度，從而可將從孔σ 56排出的蒸汽濕度維 持在適當值同時可將上升管51内上升的二相流之阻 力維持在適當值Ϊ^〜Κ2。 又，孔口 56内徑Doi相對於上升管51内徑Dri之比率設定 為〇·7〜0.9。該情形下，若孔口 56内徑D〇i相對於上升管η 内徑Dri之比率小於〇·7,則孔口 ％的阻力變大，無法從孔 口 56適當排出瘵汽，從而降低分離性能，若孔口 ％内徑 Doi相對於上升管51内徑DH之比率大於〇·9，則孔口 ％的阻 力消失，從孔口 56排出液膜，即發生積存現象。 又該上升笞51與盍板55的空間高度hrg相對於上升管 51内徑Dn之比率設定為〇〇5〜〇·3。該情形下，若該上升管 51與盍板55的空間高度hrg相對於上升管51内徑之比率 小於0.05，則上升管51與蓋板55之空間的阻力變大，無法 119197.doc -19- 200800697 準確地將水排出至降水管空間54，而流到降水筒53之外 側，發生所謂的蒸汽潛挾現象，若該上升管51與蓋板55的 空間高度hrg相對於上升管51内徑Dri之比率大於〇·3，則從 該上升管51與蓋板55的空間排出很多蒸汽，降低分離性 能。 又，孔口 56從蓋板55向上突起之高度H〇ri與向下突起之 高度Hor2之比率設定為2 :丨〜4 : i，且向上突起高度η〇Γι 與孔口 56内徑Dri之比率設定為1 :之〜丨：3。該情形下，若 孔口 56的向上犬起咼度Hoq較低，或孔口 56内徑Dri較 小，則容易產生積存現象。 此處，説明上述構成之本實施例之氣水分離器Μ之作 蒸汽與水的二相流從上升管51下部導入並上升，並藉由 渦漩葉輪52受到旋轉力而上升，藉由根據質量差之旋轉半 位之不同而分離為以熱水為主要成分的流體和以蒸汽為主 要成分的流體。並且，以質量輕的蒸汽為主要成分的流體 以上升管51之中心軸附近為中心以小旋轉半徑在上升管51 内旋轉上升，經由孔口 56及排放孔57朝篕板55上方排出。 另一方面，以質量重的熱水為主要成分的流體以較蒸汽為 主要成分的流體更大的旋轉半徑在上升管51内旋轉上升， 並攸上升管5 1與蓋板5 5之間的空間導入至降水筒μ之降水 管空間54，落入該下水管空間54。 此時，蒸汽與熱水的二相流因渦漩葉輪52而受到旋轉 力，被分離為蒸汽和水，水作為液膜沿著上升管5丨之内面 119197.doc -20 - 200800697 上升，但是因在上升管51之上端部形成有狹缝58a、58b、 5 8c、58d，故部分液膜流從該狹缝58a、58b、58c、58d排 出至外部，熱水不從孔口 56積存，可適當地流入降水筒53 之降水管空間54並落下，另一方面，雖然蒸汽在上升管51 之上方旋轉上升，但是因熱水不產生積存現象，故不挾帶 水分，經由孔口 56可適當朝蓋板55上方排出。 又，在上升管5 1之上方，從二相流分離的部分蒸汽經由 該上升管51之上端與蓋板55之空間導入導流部59的同時， 移向降水筒53之外侧，經由排放孔57朝蓋板55上方排出。 因此，有效率地將蒸汽導入排放孔57，又因藉由導流部59 與水面隔離，故可防止蒸汽挾帶水，促進氣水分離性能。 又’從二相流分離的部分水被導入該導流部59的同時，移 到降水筒53外側並降下，促進與蒸汽的分離。 在如此之本實施例之氣水分離器，在上升管5丨之内部配 置涡旋葉輪52，在該上升管5 1之外侧設置降水筒53，從而 形成環狀降水管空間54，在上升管51及下水筒53之上方以 疋空間配置蓋板5 5而形成孔口 5 6和排放孔5 7，設置於上 升管51之複數狹缝58a、58b、58c、58d的開口率設定為 30〜70%。 因此，雖然水和蒸汽的二相流從上升管5 i下端部導入並 移到上方，可藉由渦旋葉輪52旋轉上升，水附著在上升管 51之内面形成液膜流並上升，但是因為狹縫58&、5扑、 58c、58d之開口率設定為3〇〜7〇%，故水不會從孔口 “積 存，又，不朝降水筒53外側潛挾蒸汽，適當流入降水管空 H9197.doc 21 200800697 間54並落下，另一方面，雖然蒸汽在上升管5 i之上方旋轉 上升，但是不挾帶水分而經由孔口 56朝蓋板55上方適當排 出’其結果，可提高氣水分離性能。 又’本實施例中，設置於上升管5丨之複數狹縫58a、 58b、58c、58d為沿著上下方向並行設置的複數水平狹 縫’該狹縫咼度設為上升管51之厚度占的〇·5〜2倍，可在 防止蒸汽流入狹縫58a、58b、58c、58d的同時，僅有水能 從該狹缝58a、58b、58c、58d適當地流入降水管空間54。 再者，設置於上升管51之複數狹縫58a、58b、58c、58d 與渦漩葉輪52之距離Hz設為上升管51内徑的^:“咅，水 和蒸汽的二相流可藉由渦漩葉輪52旋轉上升，從而適當地 分離為水和蒸汽後，水適當地流入降水管空間54，蒸汽經 由孔口 56適當地排出，藉此，可提高氣水分離性能。 又，在降水筒53之上端壁面部於圓周方向等間隔設置2 處排出蒸汽旋轉流的導流部59，設置於上升管5丨的4處之 狹缝58a、58b、58c、58d中的2處之狹缝58&、58c與導流 部59相對設置，且在從該導流部59排出的蒸汽旋轉流之下 游側之位置設有排放孔57。 因此，由於可藉由渦漩葉輪52旋轉上升，故分離的水經 由狹縫58a、5Sb、58c、58d，可與蒸汽一起藉由導流部59 流向降水筒53外侧，經由導流部59朝降水筒53外侧排出的 蒸汽從排放孔57適當地排出至蓋板55上方，可在適當分離 水和蒸汽的狀態下排出處理。 又，由於渦漩葉輪52之扭轉角度沒設定為15〜3〇度，藉 119197.doc -22- 200800697 厂、葉輪52對一相流施加適當的旋轉力，故可確實地分 離為水和蒸汽。 —並且，孔口56内徑Doi相對於上升管51内徑Dri之比率設 定為〇·7〜0·9,分離的水不會從孔口 ％積存，僅蒸汽能適當 地經由孔口 56朝蓋板55上方排出。 又’該上升管51與蓋板55的空間高度hrg相對於上升管 51内控Dn之比率設定為〇 〇5〜〇 3，分離的水不從孔口 “積 存又’可抑制從空間排出蒸汽，使水準確地流入降水管 空間54。 [產業之可利用性] 本發明之氣水分離器適當地分離水和蒸汽，將該分離後 的蒸汽確實地從孔口排到上方，另一方面，由於分離的水 確實地可從降水管空間降下，故可提高氣水分離性能，亦 可適用於任何種類的氣水分離器。 【圖式簡單說明】 圖1為顯示本發明之一實施例之氣水分離器之主要部分 概略圖。 圖2為顯示本實施例之氣水分離器之一部分切斷立體 圖。 圖3為本實施例之氣水分離器之平面圖。 圖4為設置於上升管之狹缝之概略圖。 圖5為設置於上升管之導流部之概略圖。 圖6為導流部之平面圖。 圖7為本實施例之氣水分離器之上部剖面圖。 H9197.doc -23- 200800697 圖8-ι為渦漩葉輪之概略圖。 圖8_2為渦旋葉輪之概略圖。 圖9為顯示蒸汽潛挾流量相對於狹縫開口率之圖表 圖10為顯示濕度及蒸汽潛挾流量相對於狹^; °

之比率之圖表。 又，、)予I

11為顯示濕度相對於狹縫與 表0 渦旋葉輪間之距離之圖

圖12為顯示濕度及阻力相對於渦漩葉輪角度之圖表。 圖13為具有應用具有本實施例之氣水分離器之蒸汽發生 器之壓水式反應爐之發電設備之概略構成圖。 圖14為顯示具有本實施例之氣水分離器之蒸汽發生器之 概略構成圖。 【主要元件符號說明】 11 反應爐容器 12 壓水式反應爐 13 蒸汽發生器 14,15 冷卻水配管 16 加壓器 17 冷卻水泵 18 渦輪機 19 凝結器 20,21 冷卻水配管 22 供水泵 23 發電機 119197.doc .24- 200800697

24 供水管 25 輸水管 31 筒部 32 管群外筒 33 管板 34 支持構件 35 管支持板 36 拉桿 37 傳熱管 38 傳熱管群 39 水腔室 40 隔壁 41 流入腔室 42 流出腔室 43 入口喷嘴 44 出口噴嘴 45 氣水分離器 46 濕氣分離器 47 供水管 48 蒸汽排出口 49 供水路 51 上升管（氣水上升管） 52、60 渦漩葉輪（旋轉葉輪） 53 降水筒 119197.doc 25- 200800697 54 55 56 57 57a 58a、58b、58c、58d 59 5 9a φ 59b 59c 60 61 降水管空間 蓋板 孔口 排放孔 導入部 狹縫（開口部） 導流部 切斷部 壁面部 底面部 渦旋葉輪 抑制板

119197.doc -26-

Claims (1)

1. 200800697 十、申請專利範圍： 1 · 種氣水分離器，其係包含在上端壁面部具有複數之開 口部且使水和蒸汽之二相流上升之氣水上升管、設置於 該氣水上升管内部的旋轉葉輪、環繞上述氣水上升管而 設置並形成環狀下水管空間的降水筒、及上述氣水上升 官和上述降水筒之上端以一定空間相對配置且在上述氣 水上升管之上方具有孔口之蓋板；其特徵為··設置於上 述氣水上升管之上述複數之開口部之開口率係設為 30〜70% 〇 2·如請求項1之氣水分離器，其中設置於上述氣水上升管 之開口部為沿著上下方向並行設置的複數之水平狹缝， 該狹缝之高度係設定為上述氣水上升管厚度的〇 5〜2倍。 3·如請求項1或2之氣水分離器，其中設置於上述氣水上升 管之上述開口部與上述旋轉葉輪之距離係設定為該氣水 上升管内徑的1〜2·5倍。

   如請求項1或2之氣水分離器，其中在上述降水筒之上端 2面部於圓周方向等間距設有2個排出蒸汽旋轉流之導 机邛，在上述氣水上升管之圓周方向等間距設有4個上 述開邛邊4個開口部中的2個開口部與上述導流部係 相對設置。 Λ 5_如請求項4孓氣水分離器，其中在上述蓋板上位於從上 述導流部排出的蒸汽旋轉流之下游侧設有排放孔。 6,如請求項_之氣水分離器，其中上述旋轉葉輪之扭轉 角度係設定為15〜30度。 119197.doc 200800697 7. 8. 如請求項1或2之氣水分離器，盆中p、十 /、γ上返孔口内徑相對於 上述氣水上升管内徑之比率係設定為〇 7〜〇 9。 如請求項1或2之氣水分離器，其中上述氣水上升管與上 述蓋板之空間高度相對於上述氣水上升管内徑之比率係 設定為〇.〇5〜0.3。 • 9. 求項1或2之氣水分離器，其中上述孔口之從上述蓋 板向上大起高度與向下突起高度之比率係設定為2 : 1 〜4 : 1 ’且上述向上突起高度與上述孔口内徑之比率係 5又疋為1 : 2〜1 : 3 〇 • 119197.doc