JP2008194633A - 湿分分離装置及びその波板製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントに適用される湿分分離装置において、湿り蒸気に含まれる液滴の捕集能力を向上させて捕集効率を向上させるとともに、波板の製造工程を簡素化して製造コストを節減する。
【解決手段】相互に所定の間隔を隔てて配設された複数の波板を備え、該波板間に形成された流路に湿り蒸気を流して該湿り蒸気中の液滴を捕集する湿分分離装置において、波板８３が交互に山谷を形成したジグザグ形状の断面を有し、該波板の山頂部８６に平坦部を設け、該平坦部を覆いかつ該波板表面に沿って流れる湿り蒸気流Ｓ１に向かって開口する液滴捕集ポケット８４を備え、該液滴捕集ポケットの内部空間の幅ｃ及び奥行ｂを該液滴捕集ポケットの入口開口幅ａより大きく形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば原子力発電所等の発電プラントに適用される湿分分離装置ないし湿分分離加熱装置に関し、詳しくは蒸気発生器又は蒸気タービンから供給される湿り蒸気から湿分を分離して、タービン側に供給するための湿分分離装置及び該湿分分離装置に設けられる波板の製造方法に関する。

従来、原子力発電所等の発電所で用いられている湿分分離装置は、一般に蒸気発生器から供給されるか、あるいは蒸気タービンから排出される湿り蒸気から液滴を除去することによって湿分を分離し、タービン側に乾いた蒸気を供給するのに用いられている。これによってタービンの回転効率を上げ、発電効率が向上する。

従来の湿分分離（加熱）装置を図５〜７に基づいて説明する。図５は、従来の湿分分離装置の縦断立面図、図６は図５中のＡ―Ａ線に沿う横断側面図、図７は前記湿分分離装置に設けられた湿分分離部（波板設置部）を示す斜視図である。

図５及び図６において、湿分分離器０１は、左右の鏡板０３及び０４と中央の円筒形状の胴板０２とからなる。胴板０２と鏡板０３及び０４との間には仕切板０５及び０６が設けられている。胴板０２の中央には長手方向に２本の蒸気管０７が配置され、その下方には長手方向に多数の波板０８３が相互に間隔をもって並列に並べられた湿分分離部０８が配置されている。図７に示すように、波板０８３は交互に山谷を形成したジグザグ形状をなし、波板間に形成したジグザグ形状の流路に湿り蒸気Ｓ１を通すことによって液滴を捕集する。捕集された液滴は波板０８３の表面を伝って流下し、ドレン出口管０９から外部に排出される。

図５に示すように、鏡板０４には蒸気室鏡板０１０が設けられ、蒸気室鏡板０１０には高温蒸気ｈが供給される入口管０１１と、熱交換後の該高温蒸気ｈが排出される出口管０１２と、入口側と出口側とを仕切る仕切板０１３が設けられている。湿分分離器０１の上部には多数の加熱管からなる加熱管群０１５が長手方向に設けられている。加熱管群０１５は管板０１４と仕切板０１５とで支持されている。

高温蒸気ｈは、供給源である図示しない蒸気発生器等から入口管０１１に供給される。高温蒸気ｈは鏡板０１０を経て加熱管群０１５を流れ、折り返し部０１５ａを経て鏡板０１０に戻り、その後出口管０１２から外部に排出される。鏡板０３には湿り蒸気Ｓ１の蒸気入口管０１６が設けられ、胴板０２の上部には液滴を除去された乾き蒸気Ｓ２が排出される蒸気出口管０１７が設けられている。

かかる構成において、蒸気入口管０１６から液滴を含んだ湿り蒸気Ｓ１が供給され、２本の蒸気管０７に流入する。蒸気管０７に流入した湿り蒸気Ｓ１は、蒸気管０７の下側円周面に設けられたスリット０７ａから蒸気管０７の外部に流出し、その後多数の波板０８３が並設された湿分分離部０８に入る。

次に、図７により湿分分離部０８の構成を説明する。図７において、湿分分離部０８では、上部枠０８１と下部枠０８２との間に多数の波板０８３が装架されている。波板０８３は山谷が形成され、各山頂部に液滴捕集板０８４が取り付けられている。そして湿り蒸気Ｓ１が矢印方向から湿分分離部０８に流入し、湿り蒸気Ｓ１に含まれる液滴が波板０８３の表面に付着する。そして波板０８３の表面に沿って湿り蒸気Ｓ１の流れ方向に流れる液滴は、液滴捕集板０８４に受け止められ、液滴捕集板０８４の内側に滞留する。

そして、そこから波板表面に沿って下方に流下し、下方に設けられた溝０８５に流れ落ちる。また湿り蒸気Ｓ１の流れに乗って飛んでくる液滴も波板０８３に衝突し、液滴捕集板０８４に同様の作用で捕集されて湿り蒸気Ｓ１から分離される。
湿分分離部０８で液滴が除去された湿り蒸気Ｓ１は、上昇して加熱管群０１５の間を通る。このとき加熱管群０１５を流れる高温蒸気ｈで加熱される。加熱された蒸気は乾き蒸気Ｓ２となって蒸気出口管０１７から湿分分離器０１の外部に排出され、タービン側に送られる。

特許文献１（特開平６−２２２１９０号公報）の図１０には、湿分分離器に用いられる波板の構成が開示されている。この波板の構成を図８に示す。図８において、捕集流路０９２内に突出して複数の略Ｌ字型の液滴分離板０９３ａ、０９３ｂ、０９３ｃ、０９３ｄが波板０９１に接続され、それぞれ液滴を捕集するドレンポケット０９４ａ、０９４ｂ、０９４ｃ、０９４ｄを形成している。また、波板０９１の出口側端部は折り畳まれて液滴分離板０９３ｅが設けられ、ドレンポケット０９４ｅが形成されている。

また特許文献２（特開２００２−３１１１７９号公報）の図１３には、１枚の薄板を折り曲げ加工して製造された波板の構成が開示されている。この波板の構成を図９で説明する。図９において、波板０１０１によって構成されるジグザグ形状の流路０１０２には、流路入口０１０３から液滴を含んだ湿り蒸気Ｓ１が供給され、この湿り蒸気Ｓ１は流路０１０２に沿って流れる。また流路０１０２にはポケット０１０４が設けられている。そして流路０１０２に沿って流れる湿り蒸気Ｓ１のうち、比重の重い液滴は波板０１０１の壁面に衝突し、液膜となって該壁面に付着する。

該壁面に付着した液膜は湿り蒸気Ｓ１の流れ方向に移動するが、ポケット０１０４の曲面によって戻され、ポケット０１０４に捕集される。ポケット０１０４に捕集された液膜は自重によって落下し、図示しないドレン管を介して外部へ排出される。

特開平６−２２２１９０号公報（第１４ページの段落〔００８６〕及び図１０） 特開２００２−３１１１７９号公報（第３ページの段落〔０００６〕〜〔００１３〕及び図１３）

特許文献１に開示された波板０９１は、曲がり部０９１ａ、０９１ｂ、０９１ｃ、０９１ｄに平坦面がないため、ドレンポケット０９４ａ、０９４ｂ、０９４ｃ、０９４ｄ、０９４ｅの入口開口幅に対してドレンポケットの内部空間の幅を大きく取ることができない。また湿り蒸気流れ方向の奥行きを長く取ることができない。従って液滴の捕集量が少なく、該ドレンポケット内がすぐに液滴でいっぱいになるので、液滴捕集量を多く取ることができない。また該ドレンポケットの内部空間の幅を大きく取ることができないため、一旦液滴が該ドレンポケット内に入っても外に出やすいため、湿り蒸気から液滴を精度良く除去することができないという問題がある。

また波板０９１に液滴分離板０９３ａ、０９３ｂ、０９３ｃ、０９３ｄ、０９３ｅを１個ずつ溶接等の方法で取り付けているため、その取り付け工数が膨大なものとなる。１基の湿分分離器には何千枚のも波板が配置され、１枚の波板に複数の液滴分離板を取り付ける必要があり、さらに１個の液滴分離板に複数箇所の点溶接を施した場合、１基の湿分分離器に要する溶接点数が膨大なものとなる。
また溶接工数が膨大であるため、溶接忘れや溶接不良が発生しやすく、このため液滴分離板が脱落する可能性もある。

また特許文献２に開示された構成の波板は、ポケット０１０４の容積が小さく、液滴の捕集量を多く取ることができない。またポケット０１０４の入口開口幅がポケット０１０４の内部空間の幅と同一なので、特許文献２に記述されているように、ポケット０１０４で捕集された液滴の一部が再飛散しやすい。従って、一旦ポケット０１０４に捕集された液滴が再飛散して流路０１０２に戻り、湿り蒸気Ｓ１と再合流することにより、ポケット０１０４による液滴の捕集効率が低下し、これによって湿分分離効率も低下するという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、発電プラントに適用される湿分分離装置において、湿り蒸気に含まれる液滴の捕集能力を向上させて捕集効率を向上させるとともに、波板の製造工程を簡素化して製造コストを節減することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の湿分分離装置は、
相互に所定の間隔を隔てて配設された複数の波板を備え、該波板間に形成された流路に湿り蒸気を流して該湿り蒸気中の液滴を捕集する湿分分離装置において、
前記波板が交互に山谷を形成したジグザグ形状の断面を有し、
該波板の山頂部に平坦部を設け、該平坦部を覆い、かつ該波板表面に沿って流れる湿り蒸気流に向かって開口する液滴捕集ポケットを備え、
該液滴捕集ポケットの内部空間の幅及び奥行を該液滴捕集ポケットの入口開口幅より大きく形成したものである。

本発明においては、湿り蒸気が波板のジグザグ形状部の表面に当ると、湿り蒸気の含まれる液滴が該ジグザグ形状部の表面に付着する。該表面に付着した液滴は湿り蒸気流に押されて該表面を移動し、該ジグザグ形状部の山頂部に到達する。山頂部には湿り蒸気流に向けた入口開口を有する液滴捕集ポケットが設けられているので、液滴は該入口開口から液滴捕集ポケットにスムーズに入ることができる。一方、湿り蒸気流は液滴捕集ポケットの外側を通るように迂回するので、液滴のみ精度良く捕集することができる。

また本発明においては、波板の山頂部に平坦部を設け、該平坦部を覆うように前記液滴捕集ポケットを設けたことにより、該液滴捕集ポケットの内部空間の容積を大きく取ることが容易になる。このため、液滴捕集ポケットの内部空間の幅及び奥行を該液滴捕集ポケットの入口開口幅より大きく形成することができる。これによって該液滴捕集ポケットの内部容積を大きく取ることができるので、波板の湿分捕集能力を増大できる。また、一旦液滴捕集ポケットに捕集した液滴が入口開口から再飛散することを防止できる。

また本発明装置において、好ましくは、波板を液滴捕集ポケットを含めて１枚の薄板を折り曲げ加工して構成するとよい。そうすれば液滴捕集ポケットの接合工程をなくすことができるので、波板の製造工程を大幅に簡素化できる。

また湿分分離部での波板の取り付けは、通常波板の両端部を湿分分離装置本体の支持フレーム面に形成した凹溝に挿入して波板を固定する。この場合、波板の該両端部が同じ形状をしているので、誤って波板を逆さまに固定して、液滴捕集ポケットの入口開口が湿り蒸気の下流側を向きやすい。従って、このようなことがないように注意しながら波板を取り付けていく必要がある。前述のように、波板は１基の湿分分離器で何千枚もあるので、波板を１枚ずつ注意して挿入していくのは作業員にとって極めて骨が折れる作業である。

このため本発明装置では、好ましくは、湿分分離装置本体の支持フレームに形成した凹溝に挿入されて前記波板を固定する該波板の両端部を互いに異なる形状に形成するようにする。このようにすれば、波板の両端部を一目で識別できるため、波板を逆さまに挿入するおそれはない。従って、波板の取り付け作業が極めて容易になり、作業員の負担が大幅に軽減される。また波板の取り付けミスもなくなる。例えば波板の両端部のうち一方を平坦面とし、他方に折り曲げ部を設けるとよい。

また本発明の湿分分離装置の波板製造方法は、
相互に所定の間隔を隔てて配設された波板間に形成された流路に湿り蒸気を流して該湿り蒸気中の液滴を捕集する湿分分離装置の波板製造方法において、
所望の大きさに切断された１枚の薄板を二つ折りにして対向する面を接触させ、液滴捕集ポケットを形成するための部分を残して折り曲げることにより、液滴捕集ポケット形成用凸部とその他の平面部とを形成する第１ステップと、
山頂部を形成する該凸部近傍部分を平面として残し、他の平面部を折り曲げることにより山谷部を形成する第２ステップと、
該凸部を平面状の該山頂部を覆うようにポケット状に折り曲げる第３ステップと、からなるものである。

本発明方法では、前記構成により、山頂部に平坦部を備え、かつ該平坦部を覆うように設けた液滴捕集ポケットを備えた波板を少ない工数で容易に製造できる。また薄板１枚から成形加工して製造できるので、液滴捕集ポケットの取り付け作業をなくすことができる。従って、液滴捕集ポケットを波板に接合する場合と比べ、製造工数を大幅に短縮できる。また、該接合作業と比べ、部品点数を削減できるため、装置の信頼性を向上することができる。

本発明方法において、好ましくは、前記第３ステップにおいて、ポケット状の折り曲げ部分が形成する内部空間の幅及び奥行きを該ポケット状折り曲げ部の入口開口幅より大きく形成するとよい。これによって液滴捕集ポケットの内部容積を大きく取ることができ、液滴捕集能力を増大できるとともに、一旦液滴捕集ポケットに捕集した液滴が再飛散することをなくすことができる。

また本発明方法において、好ましくは、湿分分離装置本体の支持フレームに形成した凹溝に挿入されて前記波板を固定する該波板の両端部を互いに異なる形状に形成する第４ステップを付加するとよい。このように波板の両端部を互いに異なる形状に形成すれば、前述のように、波板の両端部を一目で識別できるため、誤って波板を逆さまに挿入するおそれはない。従って、波板の取り付け作業が極めて容易になり、作業員の負担が大幅に軽減される。

本発明装置によれば、波板が交互に山谷を形成したジグザグ形状の断面を有し、該波板の山頂部に平坦部を設け、該平坦部を覆いかつ該波板表面に沿って流れる湿り蒸気流に向かって開口する液滴捕集ポケットを備え、該液滴捕集ポケットの内部空間の幅及び奥行きを該液滴捕集ポケットの入口開口の幅より大きく構成したことにより、該液滴捕集ポケットによる液滴の捕集能力を向上できるとともに、一旦該液滴捕集ポケットに捕集した液滴が再飛散することを防止できる。

また本発明方法によれば、所望の大きさに切断された１枚の薄板を二つ折りにして対向する面を接触させ、液滴捕集ポケットを形成するための部分を残して折り曲げることにより、液滴捕集ポケット形成用凸部とその他の平面部とを形成する第１ステップと、山頂部を形成する該凸部近傍部分を平面として残し他の平面部を折り曲げることにより山谷部を形成する第２ステップと、該凸部を平面状の該山頂部を覆うようにポケット状に折り曲げる第３ステップと、からなることにより、本発明の湿分分離装置に適用可能な波板の製造を短縮された工程で容易に行なうことができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）

次に本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る波板の一部を示す断面図、図２は、該波板による液滴捕集原理を示す説明図、図３は、該波板の加工手順を示す工程図、図４は、該波板の湿分分離装置本体への取り付け構造を示す平面視説明図である。

図１において、本実施形態の波板８３は、傾斜部８５と、平面状に形成された山頂部８６と、該山頂部８６を覆うように形成された液滴捕集ポケット８４とから構成される。本実施形態の波板８３は、図３に示すように、１枚の薄板（例えば材質がＳＵＳ３０４で板厚１．２ｍｍｔ）から山谷が連続して３個設けられた波板を折り曲げ加工して製造する。液滴捕集ポケット８４の入口開口８４ａの入口開口幅ａは例えば５ｍｍに設定される。そして液滴捕集ポケット８４の液滴捕集ポケットの奥行ｂ及び液滴捕集ポケットの幅ｃは入口開口幅ａより大きく形成される。

次に図２により、本実施形態の液滴捕集の原理を説明する。図２において、湿り蒸気流Ｓ１が矢印方向に流れる場合、湿り蒸気Ｓ１に含まれる液滴は波板８３の傾斜部８５の表面に当り、該表面に付着して液膜ｌを形成する。液膜ｌは湿り蒸気流Ｓ１の流れに押されて、傾斜部８５の表面に沿って矢印方向に進む。そして山頂部８６に到達する。山頂部８６で湿り蒸気流Ｓ１に押されて液滴捕集ポケット８４の入口開口８４ａから液滴捕集ポケット８４内に入る。

一方、湿り蒸気流Ｓ１は液滴捕集ポケット８４の外側を進み、隣に配置された波板８３の山頂部８６との間を通って下流側に流れる。従って、液滴のみを液滴捕集ポケット８４内にスムーズに入れることができる。従って、液滴の捕集精度を向上できる。液膜ｌが一旦液滴捕集ポケット８４内にはいると、入口開口８４ａの入口開口幅ａは狭く、液滴捕集ポケット８４の内部空間が広いので、再飛散しにくい。

次に本実施形態に係る波板８３の製造手順を図３により説明する。図３において、まず図３（ａ）に示すように、所望のサイズに切り出した１枚の金属製薄板（例えばＳＵＳ製）を用意する。次に図３（ｂ）に示すように、薄板８０を３箇所で２つ折りにし、対向する面を接触させ、液滴捕集ポケットを形成するための部分を残して折り曲げる。これによって、液滴捕集ポケット形成用の凸部８１及び平面部８２を形成する。次に図３（ｃ）に示すように、山頂部８６を形成する平面部を残し、他の平面部８２を折り曲げて傾斜部８５を形成する。この時点で波板８３の原形が形成される。

次に図３（ｄ）に示すように、凸部８１を湿り蒸気Ｓ１が流入する方向に折り曲げて液滴捕集ポケット８４を形成する。なお波板８３の両端には、湿分分離部０８の支持フレーム面に波板８３を取り付けるために、該支持フレーム面に設けた凹溝に挿入される挿入部８７及び８８が形成される。次に（ｅ）に示すように、一方の挿入部８８をＬ字形に折り曲げる。このような手順で波板８３を成形加工する。

このようにして形成加工した波板８３を湿分分離器０１の湿分分離部０８に取り付ける。この場合、図４に示すように、湿分分離部０８に支持フレーム８９及び９０に設けた凹溝に波板８３の両端に形成された挿入部８７及び８８を挿入して波板８３を固定する。ここで平面状の挿入部８７が挿入される支持フレーム８９の凹溝９１には、挿入部８７に合う平面状の凹溝９１が形成される。また断面Ｌ字形の挿入部８８が挿入される支持フレーム９０の凹溝９２には挿入部８８の形状に合う断面Ｌ字形の凹溝９２が形成される。

従って、波板８３を湿分分離部０８に取り付ける場合、波板８３を逆に取り付けようとすると、挿入部８７又は８８の形状と凹溝９１又は９２の形状が合わないため、波板８３を取り付けることができない。また波板８３の挿入部８７及び８８の形状と支持フレーム８９及び９０の凹溝９１及び９２の形状が異なるため、該挿入部８７及び８８の識別は容易である。従って、波板８３の取り付けを逆にするおそれはなく、容易に取り付けられるため、作業員の負担が軽減される。

本実施形態によれば、傾斜部８５の隔壁に当った湿り蒸気流Ｓ１に含まれる液滴が該隔壁に付着し、該隔壁に付着した液滴は、湿り蒸気Ｓ１に押されて該隔壁に沿って山頂部８６に進み、山頂部８６で湿り蒸気流Ｓ１側に開口する液滴捕集ポケット８４に内部にスムーズに入ることができる。湿り蒸気Ｓ１は液滴捕集ポケット８４の外側を通って下流側へ行くため、液滴の捕集精度が向上する。

また山頂部８６を平坦部としたので、液滴捕集ポケット８６の内部空間の幅ｃ及び奥行きｂを入口開口８４ａの入口開口幅ａより大きくとることが容易になる。従って、液滴捕集ポケット８６の内部容積を大きくとれるので、液滴の捕集能力が向上する。また入口開口８４ａが液滴捕集ポケットの幅ｃと比べて狭いので、一旦液滴捕集ポケット８４内に捕集された液滴が再飛散しにくい。

また１枚の薄板を用いて、図３に示す成形手順で折り曲げ成形するだけで波板８３を製造できるので、従来のように液滴捕集ポケットを波板本体に接合する場合に比べて、大幅に製造工程が短縮できる。

本発明によれば、発電プラント等に適用される湿分分離（加熱）装置に用いられる波板の液滴捕集効果を向上できるとともに、波板の製造工程を大幅に簡素することができる。

本発明の第１実施形態に係る波板の一部を示す断面図である。 前記第１実施形態に係る該波板による液滴捕集原理を示す説明図である。 前記第１実施形態に係る波板の加工手順を示す工程図である。 前記第１実施形態に係る波板の湿分分離装置本体への取り付け構造を示す平面視説明図である。 従来の湿分分離装置の縦断立面図である。 図５中のＡ―Ａ線に沿う横断側面図である。 従来の湿分分離装置に設けられた湿分分離部（波板設置部）を示す斜視図である。 従来の波板の一例を示す断面図である。 従来の別な構成の波板の断面図である。

符号の説明

０１ 湿分分離器
０８ 湿分分離部
８３ 波板
８４ 液滴捕集ポケット
８４ａ 入口開口
８５ 傾斜部
８６ 山頂部
８９、９０ 支持フレーム
９１、９２ 凹溝
ａ 入口開口幅
ｂ 液滴捕集ポケットの奥行
ｃ 液滴捕集ポケットの幅
Ｓ１ 湿り蒸気
Ｓ２ 乾き蒸気

Claims (6)

1. 相互に所定の間隔を隔てて配設された複数の波板を備え、該波板間に形成された流路に湿り蒸気を流して該湿り蒸気中の液滴を捕集する湿分分離装置において、前記波板が交互に山谷を形成したジグザグ形状の断面を有し、
   該波板の山頂部に平坦部を設け、該平坦部を覆い、かつ該波板表面に沿って流れる湿り蒸気流に向かって開口する液滴捕集ポケットを備え、
   該液滴捕集ポケットの内部空間の幅及び奥行を該液滴捕集ポケットの入口開口幅より大きく形成したことを特徴とする湿分分離装置。
2. 前記波板を前記液滴捕集ポケットを含めて１枚の薄板を折り曲げ加工して構成したことを特徴とする請求項１に記載の湿分分離装置。
3. 湿分分離装置本体の支持フレームに形成した凹溝に挿入されて前記波板を固定する該波板の両端部を互いに異なる形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の湿分分離装置。
4. 相互に所定の間隔を隔てて配設された波板間に形成された流路に湿り蒸気を流して該湿り蒸気中の液滴を捕集する湿分分離装置の波板製造方法において、
   所望の大きさに切断された１枚の薄板を二つ折りにして対向する面を接触させ、液滴捕集ポケットを形成するための部分を残して折り曲げることにより、液滴捕集ポケット形成用凸部とその他の平面部とを形成する第１ステップと、
   山頂部を形成する該凸部近傍部分を平面として残し、他の平面部を折り曲げることにより山谷部を形成する第２ステップと、
   該凸部を平面状の該山頂部を覆うようにポケット状に折り曲げる第３ステップと、からなることを特徴とする湿分分離装置の波板製造方法。
5. 前記第３ステップにおいて、ポケット状の折り曲げ部分が形成する内部空間の幅及び奥行きを該入口開口幅より大きく形成することを特徴とする請求項４に記載の湿分分離装置の波板製造方法。
6. 湿分分離装置本体の支持フレームに形成した凹溝に挿入されて前記波板を固定する該波板の両端部を互いに異なる形状に形成する第４ステップを付加することを特徴とする請求項４に記載の湿分分離装置の波板製造方法。

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