JPH08505694A - 蒸気過熱低減器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の蒸気過熱低減器では、蒸気管路に加速オリフィスが配設されており、これを通過する蒸気の速度が増加し低圧領域が形成される。楕円状の吐出オリフィスを有するノズルが冷却水を小さな液滴にて半楕円状の中空コーンの噴霧形状で直接的に前記低圧領域に噴霧する。蒸気への冷却水の蒸発が最適化され、蒸気温度の制御が効果的に行われる。ノズルからの液滴のサイズが吐出オリフィスと比較して小さいために、ノズルの詰まりが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】 蒸気過熱低減器 発明の背景 １．発明の分野 本発明は蒸気過熱低減器に関し、特に蒸気の流れに冷却水を噴霧することによ り蒸気の温度を低減するための蒸気過熱低減器に関する。 ２．従来技術 蒸気過熱低減器は蒸気の流れの温度を低減、制御するために使用される。蒸気 を利用する数多くの装置が特定の温度の蒸気を供給することにより作動するよう に構成されている。必要とされる温度よりも高い温度の蒸気が発生される場合に は、前記装置の上流において蒸気の流れに蒸気過熱低減器を用いて冷却水を噴霧 することにより温度を低減することができる。蒸気の流れに噴霧されると、冷却 水は蒸発して気化熱を奪い蒸気の温度が低減する。 従来の蒸気過熱低減器では、管路や配管内の蒸気の流れに単に冷却水を噴射し たり或いは冷却水を噴霧するノズルを使用している。こうした装置は概ね良好に 作用するが、冷却水の蒸発を充分に制御することができずに、従って、蒸気温度 を効果的に制御できない問題がある。例えば、噴射された冷却水は急速には蒸発 せずに蒸気管の底部に溜まり、そこから制御されない態様で蒸発するので、正確 な制御が阻害される。更に、蒸発しない冷却水は配管のエロージョンや熱応力の 要因となり配管の損傷を招く。 これらの問題を解決するために、種々の蒸気過熱低減器が開発されてきた。複 雑なノズルを使用して比較的小さな液滴から成る霧状 に冷却水を噴霧するものもある。こうしたノズルは、然しながら、小さな液滴を 発生させるために小さな噴射孔または噴射スロットを有しているが、この噴射孔 または噴射スロットは冷却水中の不純物により詰まり易い。更に、複雑なノズル は製造するにも組み付けるにも費用が高く、各ノズル毎に冷却水供給管路や連結 部の製造費用および設置の人件費が高くなる。 冷却水の噴霧が配管の内壁に衝突しないようにノズルの角度に注意した構成の 蒸気過熱低減器もある。こうした角度付きのノズル構成は複雑であり製造費用が 掛かる割りには、期待される程の効果を奏することがない。 更に、近時の蒸気過熱低減器の構成は、複雑であるので、個々の使用目的に適 合するように製造されなければならず、更に費用が嵩む。こうした装置は、特定 の要求に合致させて容易に特注することができない。 既述の説明から、本発明の目的は蒸気管内の蒸気温度をより効果的に制御可能 な蒸気過熱低減器を提供することにある。 本発明の他の目的は、冷却水をより効果的に蒸発させる噴霧形状（spray patt ern）にて蒸気の流れに小さな液滴の冷却水を噴霧する蒸気過熱低減器用ノズル を提供することである。 本発明の更に他の目的は、安価に製造可能で個々の使用目的に対して容易に特 注可能な蒸気過熱低減器を提供することである。 本発明の更に他の目的は、冷却水がより効果的に蒸発できるように、蒸気管内 に冷却水を噴射する領域の蒸気の流速を変化させることである。 本発明の更に他の目的は、噴射孔が詰まりにくいノズルを備えた蒸気過熱低減 器を提供することである。 本発明の更に他の目的は、１つのノズルが作動不能となったとき にでも蒸気過熱低減器が連続的に作動できるように複数のノズルを備えた蒸気過 熱低減器を提供することである。 本発明の更に他の目的は、配設されたノズルの数および配置を適切に選択でき るように構成して、蒸気過熱低減器の性能を最適化することである。 本発明の他の目的、利点、新規な特徴は以下の記載を詳細に調べることにより 当業者には明らかとなる。本発明の目的および利点は添付された特許請求の範囲 にから明らかとなる。 発明の開示 本発明によれば、既述した目的および他の目的は、蒸気過熱低減器、すなわち 、蒸気入口と、蒸気出口と、前記蒸気入口を前記蒸気出口に連結する通路と、加 速オリフィスと、蒸気の流れに冷却水を噴霧するノズルとを具備する蒸気過熱低 減装置により達成される。前記加速オリフィスは蒸気が通過する前記通路を絞り 、これにより蒸気の流速が増加し、乱流の低圧の蒸気領域を形成する。前記ノズ ルは傾斜した楕円状の吐出オリフィスを有しており、ここから小さな液滴にて冷 却水が半楕円状の中空コーンの噴霧形状で噴霧され、低圧蒸気領域への冷却水の 噴霧が最適化される。前記ノズルからの液滴のサイズは、前記吐出オリフィスと 比較して相対的に小さく、また、ノズルは非常に詰まりにくい。 前記ノズルは前記加速オリフィスに形成することが可能であり、その後に前記 加速オリフィスが前記通路に挿入される。従って、配設されるノズルの個数およ び配置を適切に選択することにより、特定の使用目的、使用条件に適合させて蒸 気過熱低減器を特注することが容易となる。 図面の簡単な説明 既述した発明の開示および以下に記載する発明の詳細な説明は、添付図面を参 照することにより理解されよう。本発明を説明するために、本発明の好ましい実 施例を添付図面に示すが、本発明が図示される構成に限定されないことは理解さ れよう。 図１は本発明による蒸気過熱低減器の断面図である。 図２は加速オリフィスに配設されたノズルの拡大断面図である。 図３は図２の矢視線３−３に沿う断面図である。 本発明の詳細な説明 図１を参照すると、蒸気過熱低減器１０は本体１２と、円形の蒸気入口１４と 、円形の蒸気出口１６と、蒸気入口１４を蒸気出口１６に連結する本体１２に形 成された円筒状の通路１８とを有している。通路１８は領域２０を有している。 領域２０は本体１２の段付きに形成された内壁２１により形成されており、隣接 する蒸気入口通路２２ａおよび蒸気出口通路２２ｂの直径より小さな直径を有し ている。通路１８は、更に、本体１２の一部として形成されたリム２４を有して いる。リム２４は通路１８の内壁に沿って周状に形成されている。 蒸気過熱低減器１０は、蒸気を使用するあらゆる装置（図示せず）の上流の蒸 気管に周知の方法にて取りつけられる。蒸気発生器からの蒸気は蒸気入口１４か ら流入し蒸気出口１６から流出する。適当な配管連結手段を使用してもよいが、 本体１２は図示するように突合せ溶接にて連結できるように機械加工されている 。 冷却水は円形の冷却水入口２６から流入する。冷却水入口２６はフランジ２８ と配管３０により高圧の冷却水供給源に連結されている。配管３０は溶接部３２ ａ、３２ｂにより連結されている。 円筒状の加速オリフィス３４が領域２０においてリム２４に当接するように軸 方向に配設されている。加速オリフィスは挿入部材３４にて形成されている。挿 入部材３４の外径は領域２０の内壁２１の内径に対して締まり嵌めとなるように 選択されており、この締まり嵌めにより該挿入部材は通路１８に固定され、かつ シールされる。締まり嵌めにより挿入部材３４と本体１２との間がシールされか つ作動中の温度変化に対して挿入部材３４および本体１２に負荷される応力が使 用される材料の弾性限界内に維持される。挿入部材３４は、好ましくは、耐腐食 性の熱処理材料から形成される。 挿入部材３４には蒸気通路３６が形成されている。蒸気通路３６は、該蒸気通 路を縮小する曲線状の内壁３８と、該蒸気通路を急拡大する傾斜した内壁４０、 ４２とを有している。 本体１２には環状の冷却水用のチャンネル４４が、領域２０を形成する内壁２ １に沿って周方向に形成されている。チャンネル４４の最も内側は挿入部材３４ の外壁４６にて構成されている。更に本体１２には冷却水入口２６をチャンネル ４４に連結する冷却水通路４８が形成されている。 挿入部材３４には複数の渦ノズル（vortex nozzles）５０が形成されている。 図１から３を参照すると、渦ノズル５０の各々は、冷却水供給通路５２と、円筒 状に形成されたのど部５８と、挿入部材３４の傾斜した内壁４０に形成された楕 円状の吐出オリフィス６０とを有している。冷却水供給通路５２は、円錐部５６ を有する円筒状のスワールチャンバ５４に接線方向に連結されている。冷却水供 給通路５２は、渦ノズル５０に冷却水を供給して吐出オリフィス６０を介して蒸 気通路３６に冷却水を噴霧するために冷却水通路４４へ延びている。図１を参照 すると、本体１２の領域２０の内壁２１により冷却水供給通路５２およびスワー ルチャンバ５４の内壁 が形成される。 挿入部材３４を通路１８に挿入される前に、所望の数のノズルが該挿入部材に 機械加工される。チャンネル４４が領域２０において周方向に延びているので、 挿入部材３４が本体１２に挿入されると、冷却水供給通路５２の各々がチャンネ ル４４に連結される。 これまで蒸気過熱低減器１０の構造上の特徴を説明したが、以下に、その作用 を説明する。過熱蒸気が、蒸気入口１４から蒸気過熱低減器１０に流入する。蒸 気が挿入部材３４の曲線状の内壁３８により形成される縮小通路を通過するとき 蒸気の速度が増加して、傾斜壁４０、４２と蒸気出口通路２２ｂとにより高速、 低圧領域が形成される。この高速、低圧領域に冷却水が噴霧される。 冷却水は冷却水位置口２６から蒸気過熱低減器１０へ供給され、次いで、チャ ンネル４４を通過して各ノズル５０の冷却水供給通路５２へ流入する。チャンネ ル４４に滞在する間に冷却水は蒸気から伝達され本体１２と挿入部材３４を伝導 した熱エネルギにより加熱される。 図２、３に示すように、冷却水供給通路５２に流入すると、冷却水はスワール チャンバ５４に接線方向に流入し、冷却水の圧力エネルギの一部が流速エネルギ に変換される。この変換によりスワールチャンバ５４内の冷却水の旋回速度が増 加し、のど部５８と吐出オリフィス６０とを通過して前記高速、低圧領域に流入 する前に、円錐部５６内で下流へ向かって加速される。吐出オリフィス６０を通 過して吐出される冷却水の噴霧形状は、小さな液滴による半楕円状の中空コーン となり、加熱蒸気中への分散が最適化される。 液滴のサイズ範囲と、中空の噴霧形状と、噴霧の方向は、スワールチャンバ５ ４の形状と、のど部５８の直径と、楕円状の吐出オリフィス６０を形成するのど 部５８と挿入部材３４の交差面により形 成される出口形状とにより決定される。各ノズルによる中空コーンの噴霧形状は 半楕円形状をしており、蒸気の流れ方向に対して垂直方向に蒸気内に進入する液 滴は少なく、多くの液滴は蒸気の流れの方向の速度成分を有する広い扇形の中空 コーンとして蒸気中に進入する。液滴の多くが蒸気の流れと同じ方向に噴霧され るので、液滴が加熱蒸気領域に滞在する時間が長くなり蒸発が良好となる。 液滴が蒸気内に蒸発することにより蒸気温度が低下する。蒸気温度の低下した 蒸気が、該蒸気を使用する装置へ供給される。 個々の渦ノズル５０の形状により、発生した液滴のサイズに比例して大きな流 れの経路が提供される。ノズルの設計は既述したように、小さな液滴の噴霧を発 生させるために小さな噴霧孔または噴霧スロットを使用していた従来のノズルよ りも詰まりにくい。 既述の通り複数の渦ノズル５０を挿入部材３４の内壁に沿って周方向に配設す ることが可能であり、楕円状の中空コーンの噴霧形状による小さな液滴のサイズ と適切な分布により加熱蒸気内に冷却水を効果的に供給することか可能となる。 特定の蒸気の流れに適合するように、ノズルの個数と配置とを選択することによ り、蒸気過熱低減器が最適化される。 本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の精神と範囲とを逸脱すること なく、種々の変更と改良とが可能であることは当業者の当然とするところである 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蒸気の過熱を低減する装置において、 蒸気入口と、 蒸気出口と、 前記蒸気入口を前記蒸気出口に連結させる通路と、 前記通路内に加速された低圧蒸気の領域を形成するための加速オリフィスと 前記加速された低圧蒸気の領域に冷却水を噴霧するノズル手段とを具備し、前 記ノズル手段が傾斜した楕円状の吐出オリフィスを具備する蒸気過熱低減装置。 ２．前記ノズル手段が、更に、スワールチャンバを具備する請求項１に記載の蒸 気過熱低減装置 ３．前記加速オリフィスが前記通路内に嵌合された挿入部材を具備する請求項１ に記載の蒸気過熱低減装置。 ４．前記ノズル手段が前記挿入部材に形成されている請求項３に記載の蒸気過熱 低減装置。 ５．前記蒸気過熱低減装置が、更に、冷却水を前記ノズル手段に供給するチャン ネルを具備する請求項１に記載の蒸気過熱低減装置。 ６．前記挿入部材は前記通路に締まり嵌めにて嵌合、保持されている請求項３に 記載の蒸気過熱低減装置。 ７．入口と出口と前記入口を前記出口に連結する通路とを有する本体と、 前記通路に配置された加速オリフィスと、 前記加速オリフィスに形成され冷却水を前記加速オリフィスの下流に噴霧する ためのノズル手段とを具備する蒸気過熱低減器。 ８．前記ノズル手段が楕円状の吐出オリフィスを具備する請求項７ に記載の蒸気過熱低減器。 ９．前記ノズル手段がスワールチャンバを具備する請求項７に記載の蒸気過熱低 減器。 １０．前記加速オリフィスは前記通路に挿入された挿入部材を具備する請求項７ に記載の過熱低減器。 １１．前記蒸気過熱低減器が、更に、スワールチャンバと、該スワールチャンバ に接線方向に連結された冷却水通路とを具備する請求項８に記載の蒸気過熱低減 器。 １２．前記蒸気過熱低減器が、更に、前記ノズルに連通し冷却水を前記ノズルに 供給するチャンネルを具備する請求項７に記載の蒸気過熱低減器。 １３．前記チャンネルが前記本体に形成されている請求項１２に記載の蒸気過熱 低減器。 １４．前記チャンネルが部分的に前記挿入部材により構成されている請求項１３ に記載の蒸気過熱低減器。