JP4151993B2

JP4151993B2 - Separator

Info

Publication number: JP4151993B2
Application number: JP54382298A
Authority: JP
Inventors: グレイス，インゲマル; コルンフェルト，ハンス; マルシンキエヴィッツ，ジェルジー
Original assignee: ウェスティングハウスエレクトリックスウェーデンアーベー
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: EP0975412A1; KR20010006389A; SE509685C2; JP2001520571A; SE9701386D0; WO1998046328A1; SE9701386L

Description

技術分野
この発明は、気液混合物から液体を分離するセパレータに関する。このセパレータは、特に、水冷却式原子炉内の蒸気と水の混合物からの水の分離に適している。水の分離は、後続の発電用タービンに、可能な限り蒸気のみを導くために行われる。実際には、水を分離して、その水を適当な収容部材まで送るために、複数の同様のセパレータが配置される。
背景技術
例えば、原子炉内の気液混合物から液体を分離するセパレータを設計するときに考慮に入れる１つの重要なファクターは、セパレータから出る気体（特に蒸気）が、できる限り液体（特に水）を含まないようにすることである。他の重要なファクターは、セパレータにおける圧力降下を可能な限り低く維持することである。セパレータの分離能力は、混合物を高速回転させることができるようになるにつれて向上してきた。混合物の高速回転が達成されるほど、セパレータにおける圧力降下が大きくなる。したがって、上述した高分離能力と低圧力降下という２つのファクターは、相反する効果である。
スウェーデン国特許第３７３４５１号は、下側部分ａ、中央部分ｂ、上側部分ｃに分けられるセパレータ１を開示している（図１参照）。下側部分ａは、セパレータ１を通過して上方に流れる、流入する二相混合物を回転させるための回転翼装置２を具備している。流入する二相混合物を回転翼装置２によって回転させることにより、液膜がセパレータ１に内壁、特に、セパレータ１の中央部ｂに沿って得られる。この液膜によって、分離された液体を主排出口を通して排出するのに必要な放出圧力が達成される。
中央部分ｂには、主排出用、すなわち、混合物から分離された液体の大部分を排出するための出口が設けられている。中央部分ｂは、細い円筒部分と、流れの方向に先細に形成されてほぼ円形の断面を有する円錐状部分とを有する細長いパイプとして構成されている。この中央部分ｂには、前記円錐状部分に、分離された液体を中央部分ｂの外部に排出する部材を構成する複数の孔３からなる複数の出口が設けられている。
前記上側部分ｃは、残りの混合物、すなわち、気体を持ち去るために設けられている。この上側部分ｃは、ほぼ直円筒状の上流部分と、流れの方向に広がる下流部分とを有するパイプとして構成されている。前記上側部分ｃの前記円筒部分は、前記円錐状部分よりも長い長さにわたって前記中央部分ｂ内に部分的に挿入配置されている。前記上側部分ｃは、前記中央部分ｂに対して同軸に配置されている。
ほぼ円筒状の外側ケーシング４が、セパレータ１との間に環状の隙間５を形成するように、前記下側部分ａ、中央部分ｂ、上側部分ｃを取り囲んで設けられている。前記隙間５は、中央部分ｂの孔３を通して排出された液体の戻り通路を構成している。
スウェーデン特許第５０２７６５号（図２参照）は、上述したセパレータと同様のセパレータ１を示しているが、中央部分ｂには円錐状部分および円筒部分の両方に孔３が設けられている。円筒状部分にも孔３が設けられているのは、円錐状部分において実際に得ることができるよりも大きな開口断面を得るためである。
上述したセパレータの欠点は、円錐状部分に設けられた孔の位置が高ければ高いほど、該孔３を通して液体を排出させる放出圧力が低くなるということである。円錐状部分における放出圧力が円筒状部分におけるよりも低くなるのは、液膜内に広がる一定圧力の等圧面に原因がある。液膜中の圧力分布は、セパレータの中心からの距離が大きくなれば圧力が増大するようになっている。したがって、圧力は、セパレータの壁面の最も近くに配された等圧面において最も大きい。しかしながら、セパレータの円錐状部分においては、セパレータの円筒部分において壁面の最も近くに配置されていた等圧面は減少し、それによって、二相混合物が円錐状部分内を上昇するほど、液体を排出するための、液膜内に広がる圧力は低下する。
上述したセパレータの他の欠点は、主として気体の流れが非常に大きい場合に発生する。円錐状部分において、気体の速い流れは、液膜を薄くし、かつ、押しやりあるいは分離し、それによって、孔が露出して気体がそこから流れ出してしまうことになる。この状態は、セパレータの壁面の孔を通して、分離された液体とともに排出される気体の比率の大きさを示す、「キャリーアンダー」の概念によって説明される。液膜内の圧力が減少すると、キャリーアンダー値は増加する。セパレータの設計においては、できるだけ小さいキャリーアンダー値を有すること、すなわち、液体とともに排出される気体ができる限り少ないことが目標の１つとされる。
公知のセパレータの他の欠点は、円錐状部分の孔が、単独で、そして、上側部分への入口孔とともに、液膜のための空間を制限することによってセパレータの動作範囲を制限することである。液膜の厚さは、セパレータを通過する気液混合流れの大きさの関数である。回転によって、セパレータの内壁に沿って形成される液膜はかなりの厚さを有し、その場合には、液膜の内表面がセパレータの上側部分への入口孔に接触することになる。液膜が、セパレータの上側部分への入口孔に接触する場合には、気体とともにセパレータを出る液体の比率は劇的に増加する。気体とともにセパレータを出る液体の比率を説明する概念は、いわゆるキャリーオーバー値である。セパレータの設計においては、キャリーオーバー値をできるだけ小さく維持することが目標の一つである。
この発明は、公知のセパレータよりも液体の分離能力を向上したセパレータに関するものである。
発明の概要
この発明は、気体と液体とからなる混合物から液体を分離するセパレータに関する。このセパレータは、両側に開放された細長いパイプから構成されており、第１の下側部分、第２の中央部分、第３の上側部分に分けられる。
前記下側部分は、混合物の入口と、該混合物に回転を与える部材と、回転している混合物の出口とを具備している。回転は、従来の翼装置によって得られる。
前記中央部分は、回転している混合物の入口を具備し、該混合物から液体を分離するように設計されている。該中央部分は、第４、第５および第６の部分に分けられる。この第４、第６の部分は、隙間のない壁面を有するように設計されている一方、第５の部分は、分離された液体を排出する孔からなる出口を有するように設計されている。少なくとも第５の部分は、ほぼ円筒状の部分として設計されている。第６の部分は、残りの混合物の出口である。
前記上側部分は、前記残りの混合物、すなわち、気体の出入口として機能する。
直円筒状部分のみに孔を有するようにセパレータを設計することにより、分離された液体が排出される出口断面、すなわち、孔を横切って均一な圧力差を生成することができるので有利である。さらに正確にいえば、放出圧力は、各液体排出孔において同等の大きさに生起される。出口断面を横切る均一な圧力差は、従来技術と比較して、放出効率が向上することを意味している。この出口断面のより効率的な利用によって、上記において定義されたキャリーオーバーおよびキャリーアンダーの値をそれぞれ低く維持することができる。
円筒状部分のみに孔を有するセパレータの設計における他の利点は、孔の大きさ、位置および広がりを、流動する気体および液体の流れに適合させることができることである。
セパレータの上側部分は、残留混合物の輸送通路を構成し、セパレータの分離能力に大きな影響を及ぼすものではないので、任意の設計とすることができる。この上側部分は、例えば、直円筒状または円錐状のものでよい。
セパレータパイプ全体をほぼ直円筒状に設計する利点は、円錐状部分を含める必要がなく、さらに、孔を有する円錐状部分が不要であるので、公知のセパレータよりも、かなり簡易に製造することができることである。円錐状部分は、幾何学的に制限されており、ほぼ円形の断面を有する直円筒として設計された部分に孔を配列した場合と比較すると、孔を円錐表面に最適に配列する方法を計算することが非常に困難である。
セパレータの上側部分を、その入口が中央部分の排出孔の下流に配置されるように、中央部分の内部に延ばして配置することにより、分離後に残っている混合物内の液体量は最小化される。上側部分への入口を出口の下流に配置することにより、該液膜の内面が上側部分への入口に接触しないように、液膜の厚さを大幅に低減することができる。
さらに、中央部分をほぼ直円筒状の部分として設計することの他の利点は、上側部分の出口の断面積を増加させることができることである。気体の出口流の断面が広がるということは、セパレータを横切る圧力降下が、背景技術において説明した公知のセパレータよりも低減されることを意味している。
セパレータの動作範囲は、キャリーオーバー値とキャリーアンダー値についてそれぞれ計算される境界曲線の間に最適に配置されるように適当に選択される。セパレータの動作範囲は、直円筒状部分の孔の大きさおよび位置を、流動する気体および液体の流れに適合させかつ最適化するように適正に選択することができる。
【図面の簡単な説明】
以下に、添付図面を参照して、この発明をより詳細に説明する。
図１は、背景技術において説明した、孔からなる出口を円錐状部分に有するセパレータを示している。
図２は、孔からなる出口を円錐状部分および円筒状部分の両方に有する他のセパレータを示している。このセパレータも、背景技術において説明されている。
図３は、両端において開口する、ほぼ直円筒状のパイプからなる、この発明に係るセパレータの縦断面を示している。円筒状部分の一部のみに、孔からなる出口が設けられている。
図４は、流れの方向に増大する断面を有するセパレータの他の実施形態を示している。破線は、流れの方向の減少する断面を有するように上側部分が設計された他の実施形態を示している。
図５は、流れの方向に向かって断面が拡大するように設計され、円筒状の中央部分の内部に挿入された上側部分を具備するこの発明に係るセパレータの一実施形態を示している。
図６は、中央部分に円錐状部分を有し、上側部分がその内部に挿入配置され、該上側部分の断面が流れの方向に増大するように設計された、この発明に係るセパレータの一実施形態を示している。破線は、前記上側部分が直円筒状のパイプとして設計された他の実施形態を示している。
図７は、セパレータとともに環状の隙間を形成するほぼ円筒状のケーシングがセパレータの周りに配置された、この発明に係るセパレータの一実施形態を示している。
図８は、複数グループのセパレータが配列され、かつ、各々のグループが複数のセパレータをケーシングで取り囲むことによって構成されている一実施形態を示す平面図である。
図９は、図７に示されたスクレーパリングの一実施形態を詳細に示している。
好ましい実施形態の説明
図３は、両端に開口した細長いパイプからなるセパレータ１を示している。セパレータ１は、第１の下側部分ａと、第２の中央部分ｂと、第３の上側部分ｃとに分けられる。
下側部分ａは、気液混合物の入口を具備している。該下側部分ａは、流入混合物を回転または旋回させる翼装置２をさらに具備している。回転する混合物の遠心力の影響で、二相混合物内の液体は、中央部分ｂの壁の内側と接触し、明確な、良好に凝集した液膜を形成する。
中央部分ｂは、回転している混合物の入口と、分離された液体の排出口と、残留混合物の出口とを具備している。
中央部分ｂは、第４の部分ｄ、第５の部分ｅおよび第６の部分ｆに分けられる。第５の部分ｅは、混合物から液体を分離するように設計されている。この目的を達成するために、第５の部分ｅは、分離された液体が排出される複数の孔３からなる出口が設けられた、ほぼ直円筒状の部分から構成されている。この第５の部分ｅの孔３を有する壁は、例えば、原子炉等の、使用されるプラントの形式に応じて寸法が定められている。このことは、例えば、中央部分ｂには、多量の気体の流れを有するプラントに対してはより小さい合計面積の孔３が設けられ、多量の液体の流れを有するプラントに対してはより大きい合計面積の孔３が設けられることを意味している。
第４の部分ｄおよび第６の部分ｆは、分離された液体が排出されないように隙間のない壁を有している。
上側部分ｃは、残りの混合物、すなわち、気体の出入口に使用される。図３において、上側部分ｃおよび中央部分ｂは一体化されており、かつ、同じパイプの部分として設計され、ほぼ直円筒状の形状が与えられている。
図３，４，７において、セパレータ１の外部の液位は参照符号７で示されている。中央部分ｂにおいて分離された液体の主な排出は、液面７下の高さで行われる。このことは、流れ出す液体が液面上の気体と接触できず、また、気泡が形成されるように表面を攪拌することもないので、キャリーアンダーのレベルを抑制できることを意味している。
図５は、中央部分ｂの内部に挿入配置された、別の上側部分ｃを有するセパレータ１を示している。残りの混合物の出口として、上側部分ｃを中央部分ｂの内部に挿入配置することによって、セパレータ１の壁の内面に沿って流れる液体が、セパレータを貫通して上方に流れる残りの混合物の影響を受けることを確実に防止することができる。孔３を覆うように配される液膜の少なくとも一部は、残りの混合物によって、少なくとも第５の部分ｅの内壁に沿って上方に流れ続ける。上側部分ｃの入口は、孔３を有する壁面部分の下流の高さに配置されている。残りの混合物用の別の出口を孔３の下流に配置することによって、残りの混合物、すなわち気体は、主排出口によって大幅に低減された液膜を気体とともに排出することなくセパレータ１から除去される。このことは、液体が気体を再び湿らせてしまうことを防止し、キャリーオーバー値をさらに低く維持することができることを意味している。
図６は、中央部分ｂが部分的に円錐状に形成された、図５のセパレータ１の他の実施形態を示している。さらに詳細には、第６の部分ｆが円錐状である。上側部分ｃは、円錐状の中央部分ｂ内に挿入配置されており、流れの方向に拡大する断面を有している。上側部分ｃの他の実施形態は、破線の輪郭、さらに詳細には、円筒形状を有する上側部分ｃによって示されている。
図７は、ケーシング４が、少なくとも第５の部分ｅを取り囲むように適合されたセパレータ１の他の実施形態を示している。ケーシング４と第５の部分ｅとの間には、孔３を通して分離された液体の戻り通路用に、環状の隙間が形成されている。このように外部ケーシング４を配置すると、隣接配置されたセパレータが、このセパレータ１からの液体の排出を妨げてしまうことを防止することができる。また、図８に示されるように、ケーシング４によって一群の複数のセパレータ１を取り囲むこともできる。この場合に、ケーシング４には、セパレータ１のグループに適合させるために任意形状の断面が与えられる。図８は、各々が、例えば、原子炉１０の上部に配置された、５つのセパレータ１を含む複数のグループを示している。
さらに、図７は、セパレータ１の上側部分ｃに、いわゆるスクレーパリング６が設けられていることを示している。スクレーパリング６は、第１の分離、すなわち、孔３による分離の後に気体とともに通過した液体の第２の分離のために配置されている。したがって、図９に、より詳細に示されているスクレーパリング６は、孔３の下流において混合物から分離された液体を掻き落として排出するようになっている。このスクレーパリング６は従来形式のものであり、気体に伴って排出される液体の量を低減するように、すなわち、背景技術において定義されたキャリーオーバー値を低く保持するようになっている。
図３は、先端を切り取った円錐の形状をした分離部材１１を示している。この分離部材１１は、中央部分ｂに配置され、第５の部分ｅの半径方向内方に配置されている。分離部材１１は、流れの方向に拡大する断面を有するように配置されている。該分離部材１１の上流端におけるセパレータ１の内側断面と該分離部材１１の外側断面との差は、少なくとも中央部分ｂの内壁に沿って流れる液膜の断面に一致している。分離部材１１の目的は、不安定になって崩壊するところまで、液膜がセパレータの内壁に沿って上方に流れることを防止することにより、液体の分離をさらに向上することである。分離部材１１の長さは、セパレータ１の軸方向に第５の部分ｅの軸方向の範囲にほぼ一致している。この分離部材１１の下流端は、セパレータ１の内壁に隙間なく連結されている。一実施形態（図示略）において、分離部材１１は、任意の断面形状のパイプ形状を有していてもよい。
図７は、孔３の下流に配置された内鍔状の分離部材１２を示している。分離部材１２は、セパレータ１の内壁から、少なくとも該セパレータ１のこの部分における液膜の厚さに一致する長さだけ半径方向内方に延びるように適合されている。この分離部材１２の目的は、図３に係る分離部材１１の目的と同じである。一実施形態（図示略）において、分離部材１２は、鍔部に接続して上流方向に延びる管状部分を有していてもよい。該管状部分は、任意の断面形状でよい。
上記において示された中央部分ｂ、上側部分ｃ、ケーシング４、スクレーパリング６および分離部材１１，１２の異なる実施形態が、複数の異なる方法（図示略）で組み合わせられてもよいことは言うまでもない。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a separator for separating a liquid from a gas-liquid mixture. This separator is particularly suitable for separating water from a mixture of steam and water in a water-cooled nuclear reactor. Water separation is performed to direct as much steam as possible to the subsequent power generation turbine. In practice, a plurality of similar separators are arranged to separate the water and send it to a suitable containment member.
Background Art For example, one important factor to consider when designing a separator that separates liquid from a gas-liquid mixture in a nuclear reactor is that the gas (especially steam) exiting the separator should be as liquid (especially water) as possible. Do not include it. Another important factor is to keep the pressure drop across the separator as low as possible. Separation capacity of the separator has been improved as the mixture can be rotated at high speed. The higher the speed of rotation of the mixture, the greater the pressure drop across the separator. Therefore, the above two factors of high separation capability and low pressure drop are contradictory effects.
Swedish Patent No. 373451 discloses a separator 1 which is divided into a lower part a, a central part b and an upper part c (see FIG. 1). The lower part a comprises a rotor device 2 for rotating the incoming two-phase mixture that flows upwardly through the separator 1. By rotating the inflowing two-phase mixture by the rotary blade device 2, a liquid film is obtained on the inner wall of the separator 1, particularly along the central portion b of the separator 1. This liquid membrane achieves the discharge pressure required to discharge the separated liquid through the main outlet.
The central part b is provided with an outlet for main discharge, i.e. for discharging most of the liquid separated from the mixture. The central portion b is configured as an elongated pipe having a thin cylindrical portion and a conical portion that is tapered in the direction of flow and has a substantially circular cross section. The central portion b is provided with a plurality of outlets formed of a plurality of holes 3 constituting a member for discharging the separated liquid to the outside of the central portion b in the conical portion.
The upper part c is provided to carry away the remaining mixture, ie gas. This upper part c is configured as a pipe having a substantially cylindrical upstream part and a downstream part spreading in the flow direction. The cylindrical portion of the upper portion c is partially inserted and disposed in the central portion b over a longer length than the conical portion. The upper part c is arranged coaxially with the central part b.
A substantially cylindrical outer casing 4 is provided so as to surround the lower part a, the central part b, and the upper part c so as to form an annular gap 5 between the outer casing 4 and the separator 1. The gap 5 constitutes a return passage for the liquid discharged through the hole 3 in the central portion b.
Swedish Patent No. 502765 (see FIG. 2) shows a separator 1 similar to the separator described above, but the central portion b is provided with holes 3 in both the conical portion and the cylindrical portion. The holes 3 are also provided in the cylindrical part in order to obtain a larger opening cross section than can actually be obtained in the conical part.
The disadvantage of the separator described above is that the higher the position of the hole provided in the conical portion, the lower the discharge pressure for discharging the liquid through the hole 3. The reason why the discharge pressure in the conical portion is lower than that in the cylindrical portion is due to the constant pressure isobaric surface spreading in the liquid film. The pressure distribution in the liquid film increases as the distance from the center of the separator increases. Thus, the pressure is greatest at the isobaric surface located closest to the separator wall. However, in the conical part of the separator, the isobaric surface located closest to the wall surface in the cylindrical part of the separator is reduced, thereby discharging more liquid as the two-phase mixture rises in the conical part. Therefore, the pressure spreading in the liquid film decreases.
Another disadvantage of the separator described above occurs mainly when the gas flow is very large. In the conical portion, the fast flow of gas thins the liquid film and pushes or separates it, thereby exposing the holes and allowing the gas to flow out of it. This state is explained by the concept of “carry under” which indicates the magnitude of the ratio of the gas that is discharged with the separated liquid through the holes in the wall of the separator. As the pressure in the liquid film decreases, the carry-under value increases. In the design of the separator, one of the goals is to have as small a carry-under value as possible, i.e., as few gases as possible are discharged with the liquid.
Another disadvantage of known separators is that the conical part holes, alone and together with the inlet holes to the upper part, limit the operating range of the separator by limiting the space for the liquid film. . The thickness of the liquid film is a function of the magnitude of the gas-liquid mixed flow passing through the separator. Due to the rotation, the liquid film formed along the inner wall of the separator has a considerable thickness, in which case the inner surface of the liquid film contacts the inlet hole to the upper part of the separator. If the liquid film contacts the inlet holes to the upper part of the separator, the ratio of liquid exiting the separator with the gas increases dramatically. The concept describing the ratio of the liquid exiting the separator with the gas is the so-called carryover value. In the design of the separator, one of the goals is to keep the carryover value as small as possible.
The present invention relates to a separator having an improved liquid separating ability compared to known separators.
SUMMARY OF THE INVENTION This invention relates to a separator that separates liquid from a mixture of gas and liquid. The separator is composed of an elongated pipe that is open on both sides, and is divided into a first lower part, a second central part, and a third upper part.
The lower portion includes a mixture inlet, a member that imparts rotation to the mixture, and a rotating mixture outlet. The rotation is obtained by a conventional wing device.
The central portion is provided with an inlet for the rotating mixture and is designed to separate liquid from the mixture. The central portion is divided into fourth, fifth and sixth portions. The fourth and sixth portions are designed to have a wall surface without a gap, while the fifth portion is designed to have an outlet made of a hole for discharging the separated liquid. At least the fifth part is designed as a substantially cylindrical part. The sixth part is the outlet of the remaining mixture.
The upper part functions as an inlet / outlet port for the remaining mixture, ie, gas.
It is advantageous to design the separator to have holes only in the right cylindrical part, since it is possible to generate a uniform pressure difference across the outlet cross section, ie the holes, through which the separated liquid is discharged. More precisely, the discharge pressure is generated in the same magnitude in each liquid discharge hole. A uniform pressure difference across the outlet cross section means that the discharge efficiency is improved compared to the prior art. By more efficient use of this exit cross section, the carry over and carry under values defined above can each be kept low.
Another advantage in the design of separators having holes only in the cylindrical part is that the size, position and extent of the holes can be adapted to the flowing gas and liquid flows.
The upper part of the separator constitutes a transport path for the residual mixture and does not significantly affect the separator's separation capability, so it can be of any design. The upper portion may be, for example, a right cylindrical shape or a conical shape.
The advantage of designing the entire separator pipe in a substantially right cylindrical shape is that it does not need to include a conical portion, and further, since it does not require a conical portion having holes, it can be manufactured much more easily than known separators. It can be done. The conical portion is geometrically limited and calculates how to optimally align the holes on the conical surface as compared to arranging the holes in a portion designed as a right circular cylinder with a substantially circular cross section. It is very difficult.
By placing the upper part of the separator extending inside the central part so that its inlet is located downstream of the outlet hole in the central part, the amount of liquid in the mixture remaining after separation is minimized. . By arranging the inlet to the upper part downstream of the outlet, the thickness of the liquid film can be greatly reduced so that the inner surface of the liquid film does not contact the inlet to the upper part.
Furthermore, another advantage of designing the central part as a substantially right cylindrical part is that the cross-sectional area of the upper part outlet can be increased. The widening of the cross section of the gas outlet flow means that the pressure drop across the separator is reduced compared to the known separators described in the background art.
The operating range of the separator is appropriately selected so as to be optimally disposed between the boundary curves calculated for the carry over value and the carry under value, respectively. The operating range of the separator can be properly selected to adapt and optimize the pore size and position of the right cylindrical portion to the flowing gas and liquid flow.
[Brief description of the drawings]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a separator having an outlet made of holes in a conical portion as described in the background art.
FIG. 2 shows another separator having outlets consisting of holes in both the conical and cylindrical portions. This separator is also described in the background art.
FIG. 3 shows a longitudinal section of a separator according to the present invention consisting of a substantially cylindrical pipe opening at both ends. Only a part of the cylindrical portion is provided with an outlet made of a hole.
FIG. 4 shows another embodiment of a separator having a cross section that increases in the direction of flow. The dashed line shows another embodiment in which the upper part is designed to have a decreasing cross section in the direction of flow.
FIG. 5 shows an embodiment of the separator according to the invention which is designed to expand in cross section in the direction of flow and which comprises an upper part inserted into the interior of a cylindrical central part.
FIG. 6 shows an embodiment of a separator according to the invention, which has a conical part in the central part, the upper part is inserted and arranged therein, and the cross section of the upper part increases in the direction of flow. The form is shown. The broken line indicates another embodiment in which the upper part is designed as a right cylindrical pipe.
FIG. 7 shows an embodiment of a separator according to the present invention in which a substantially cylindrical casing that forms an annular gap with the separator is disposed around the separator.
FIG. 8 is a plan view showing an embodiment in which a plurality of groups of separators are arranged and each group is configured by surrounding a plurality of separators with a casing.
FIG. 9 shows one embodiment of the scraper ring shown in FIG. 7 in detail.
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 shows a separator 1 consisting of an elongated pipe open at both ends. The separator 1 is divided into a first lower part a, a second central part b, and a third upper part c.
The lower part a is provided with an inlet for the gas-liquid mixture. The lower part a further comprises a wing device 2 for rotating or swirling the incoming mixture. Due to the centrifugal force of the rotating mixture, the liquid in the two-phase mixture contacts the inside of the wall of the central part b and forms a clear, well-aggregated liquid film.
The central part b comprises a rotating mixture inlet, a separated liquid outlet and a residual mixture outlet.
The central portion b is divided into a fourth portion d, a fifth portion e, and a sixth portion f. The fifth part e is designed to separate the liquid from the mixture. In order to achieve this object, the fifth portion e is composed of a substantially right cylindrical portion provided with an outlet composed of a plurality of holes 3 through which the separated liquid is discharged. The wall having the holes 3 of the fifth part e is dimensioned according to the type of plant used, for example a nuclear reactor. This means, for example, that the central part b is provided with a smaller total area of holes 3 for plants with a large amount of gas flow and a larger total for plants with a large amount of liquid flow. This means that a hole 3 having an area is provided.
The fourth portion d and the sixth portion f have walls without gaps so that the separated liquid is not discharged.
The upper part c is used for the remaining mixture, ie the gas inlet / outlet. In FIG. 3, the upper part c and the central part b are integrated and are designed as parts of the same pipe, giving a substantially cylindrical shape.
3, 4 and 7, the liquid level outside the separator 1 is indicated by reference numeral 7. The main discharge of the liquid separated in the central portion b is performed at a height below the liquid surface 7. This means that the liquid that flows out cannot come into contact with the gas on the liquid surface, and the surface is not stirred so that bubbles are formed, so that the level of carry-under can be suppressed.
FIG. 5 shows the separator 1 having another upper part c inserted and arranged inside the central part b. By inserting and arranging the upper portion c inside the central portion b as an outlet for the remaining mixture, the liquid flowing along the inner surface of the separator 1 wall is affected by the remaining mixture flowing upward through the separator. It can be reliably prevented from receiving. At least a part of the liquid film disposed so as to cover the hole 3 continues to flow upward along the inner wall of at least the fifth part e by the remaining mixture. The inlet of the upper part c is arranged at a height downstream of the wall part having the holes 3. By arranging another outlet for the remaining mixture downstream of the hole 3, the remaining mixture, ie the gas, is removed from the separator 1 without discharging the liquid film, which is greatly reduced by the main outlet, with the gas. The This means that the liquid can prevent the gas from getting wet again and the carryover value can be kept even lower.
FIG. 6 shows another embodiment of the separator 1 of FIG. 5 in which the central part b is partly conical. More specifically, the sixth portion f is conical. The upper part c is inserted into the conical central part b and has a cross section that expands in the direction of flow. Another embodiment of the upper part c is indicated by a dashed outline, more particularly an upper part c having a cylindrical shape.
FIG. 7 shows another embodiment of the separator 1 in which the casing 4 is adapted to surround at least the fifth part e. An annular gap is formed between the casing 4 and the fifth portion e for the return path of the liquid separated through the hole 3. When the outer casing 4 is arranged in this way, it is possible to prevent the adjacently arranged separator from obstructing the discharge of the liquid from the separator 1. Moreover, as shown in FIG. 8, a group of a plurality of separators 1 can be surrounded by the casing 4. In this case, the casing 4 is given an arbitrarily shaped cross-section in order to be adapted to the group of separators 1. FIG. 8 shows a plurality of groups each including, for example, five separators 1 disposed on top of the nuclear reactor 10.
Further, FIG. 7 shows that a so-called scraper ring 6 is provided on the upper portion c of the separator 1. The scraper ring 6 is arranged for a first separation, ie a second separation of the liquid that has passed with the gas after the separation by the holes 3. Accordingly, the scraper ring 6, shown in more detail in FIG. 9, scrapes and discharges the liquid separated from the mixture downstream of the holes 3. The scraper ring 6 is of a conventional type and is adapted to reduce the amount of liquid discharged with the gas, that is, to keep the carryover value defined in the background art low.
FIG. 3 shows the separating member 11 having a conical shape with the tip cut off. The separation member 11 is disposed in the central portion b and is disposed radially inward of the fifth portion e. The separation member 11 is disposed so as to have a cross section that expands in the direction of flow. The difference between the inner cross section of the separator 1 at the upstream end of the separating member 11 and the outer cross section of the separating member 11 is at least coincident with the cross section of the liquid film flowing along the inner wall of the central portion b. The purpose of the separation member 11 is to further improve liquid separation by preventing the liquid film from flowing upward along the inner wall of the separator until it becomes unstable and collapses. The length of the separating member 11 substantially matches the axial range of the fifth portion e in the axial direction of the separator 1. The downstream end of the separation member 11 is connected to the inner wall of the separator 1 without a gap. In one embodiment (not shown), the separating member 11 may have a pipe shape having an arbitrary cross-sectional shape.
FIG. 7 shows an inner collar-shaped separating member 12 arranged downstream of the hole 3. The separating member 12 is adapted to extend radially inward from the inner wall of the separator 1 by a length that matches at least the thickness of the liquid film in this portion of the separator 1. The purpose of the separating member 12 is the same as that of the separating member 11 according to FIG. In one embodiment (not shown), the separating member 12 may have a tubular portion that is connected to the collar portion and extends in the upstream direction. The tubular portion may have any cross-sectional shape.
It goes without saying that different embodiments of the central part b, the upper part c, the casing 4, the scraper ring 6 and the separating members 11, 12 shown above may be combined in a plurality of different ways (not shown).

Claims

A separator (1) for separating liquid from a gas-liquid mixture, comprising an elongated pipe open at both ends, the pipe comprising a first part (a), a second part (b), and a third part The first part (a) has a mixture inlet and outlet and a member (2) for rotating the mixture, and the second part is rotated A separator having an inlet and an outlet for the mixture and an outlet (3) for discharging the liquid separated from the mixture, the third part having an inlet and an outlet for the remaining mixture;
The second part (b) is divided into a fourth part (d), a fifth part (e), and a sixth part (f), and the fourth and sixth parts (d, f) is made of a wall without gaps, the fifth part (e) has a cylindrical cross section, and the outlet (3) is arranged in the fifth part (e). Separator.

The separator according to claim 1, wherein the second part (b) and the third part (c) are formed integrally and in a right cylindrical shape.

The third part (c) is arranged such that the inlet to the third part (c) is arranged completely or partly downstream of the fifth part (e). 2. The separator according to claim 1, wherein the separator is partially inserted and disposed inside the portion (b).

4. The structure according to claim 1, wherein the casing is surrounded by a casing (4) so as to form an annular gap (5) with the fifth portion (e). The separator described.

The separator according to any one of claims 1 to 4, wherein the group including a plurality of separators (1) is disposed so as to be surrounded by a casing (4).

The third portion (c) is formed in a right cylindrical shape or a shape having a cross section that increases or decreases in the flow direction. Separator.

The separator according to any one of claims 1 to 6, wherein the third portion (c) has at least one scraper ring (6).

A pipe-like separation member (11) having an arbitrary cross section connected to the inner wall of the separator (1) without a gap at the downstream end thereof is disposed radially inward of the outlet (3). The separator according to any one of claims 1 to 7.

The separator according to claim 8, wherein the separation member is formed in a frustum shape having a cross-sectional area expanding in a flow direction.

The inner flange-shaped separating member (12) extending radially inward from the wall surface of the separator (1) is disposed downstream of the outlet (3). The separator according to crab.