JPH02237602A - ガス分離装置 - 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】 皮丘豆１ 本発明は配管系統に関連される装置に関し、特に、液体
の流れに混入されたガスを分離して排気するための装置
に関するものである． ｌ肌玖ＩＪ 液体を流すための配管系統において、液体の流れに気泡
が形成され混入されることは希ではない．これは、殆ど
の配管系統が配管に沿って他の系統からの多数のベンド
管及び管継手を有しているという事実がその一因となっ
ている．一般に、このような状態は大きな問題となるこ
とはない．しかしながら、液体を非常に高い圧力で圧送
する必要がある場合、流れの中に気泡が存在しているこ
とが望ましくない他の系統は勿論のこと、かかる気泡は
配管系統に設けられている装置に間屈を与える恐れが．
ある． 液体を圧送する場合、幾つかの理由により気泡の存在の
可能性を最小限に抑えることが重要である．その理由の
中でも最も重要なことは、気泡が高圧下に置かれた場合
に容易に圧縮されるということである．気泡が圧縮され
るということは、液体には小さな力しか伝えられないと
いうことを意味するので、液体の圧力が所望の大きさよ
りも低くなってしまう．更に、ポンプの入口ないしはサ
ージラインにおける不均等な吸込みは、配管系統、特に
ポンプの内部部品に振動を発生させる可能性がある．配
管系統、特にポンプ自体の過度の振動は、配管系統に損
傷を与える恐れがある．ポンプ又は配管が万が一損傷し
た場合、損傷した装置を修理若しくは交換するために、
配管系統全体を停止しなければならない．．：のような
予定外の保守のための運転停止は、どのようなタイプの
配管系統であっても、時間と費用を浪費することとなる
．従って、液体の流れに気泡ないしはガスが過剰に混入
されるようになるのを防止する手段を設けることが強く
望まれる。或はまた、このようなガスの形成が避けられ
ないならば、液体の流れが重要な部分又は構成要素に入
る前にそのガスを除去することが望まれる． ｌ匪ムＩＩ 従って、本発明の目的は、液体の流れに混入された気泡
ないしはガスを取り出し排出する装置を提供することに
ある． 本発明の他の目的は、液体の流れにガスが殆ど存在して
いない場合、液体の偶発的な排出を防止する装置を提供
することにある． 本発明の更に別の目的は、特定の流れにおける色々な作
動状態に対して制御可能である装置を提供することにあ
る． 上記目的は本発明により達成されるが、簡単に述べると
、本発明によって、液体の流れに混入されたガスを分離
して排出するためのバルブが提供される。このバルブ、
即ちガス分離装置は、内部に分離室を画成するハウジン
グと、分離室に液体の流れを導入するための入口と、分
離室の容積を変化させるための手段とを備えている。ま
た、分離室と流体的に連通ずるガス出口が、液体の流れ
から分離されたガスを排出するために設けられている．
更に、液体の流れからガス出口を通してガスだけを排出
するための手段も設けられている．本発明の他の色々な
目的や特徴及び利点は、例示としてのみ示した以下の詳
細な説明を図面に沿って読むことにより、更に明らかと
なろう。

ｔ　　　の１日 以下、図面に沿って詳細に説明する．第１図は、配管系
統１３に組み込まれた本発明によるガス分離装置１０を
示している．配管系統１３は、ボンブ２２により分けら
れた上流側配管部分１６と下流側配管部分１９とを備え
ている。ガス分離装置１０は、好ましくは直立管２３に
より上流側配管部分１６に接続され、気泡ないしガス２
８（第２図参照》を伴う液体がボンブ２２に流入するの
を防止している。ガス分離装置１０は、混入された気泡
２８により引き起こされるボンブ２２の損傷を、この気
泡２日を分離してタンク２９等に排出することにより防
止することができ、また、液体の流れに殆どガスがない
場合に、液体の偶発的な排出も防止することができる．
エス 第２図は、本発明によるガス分離装置１０の第１の実施
例、即ち動力操作式ガス分離装１を示しており、この実
施例におけるガス分離装置には符号３０を付す，この動
力操作式ガス分離装置３０は、内部に空洞、即ち分離室
３４を画成する装置ハウジング３３と、このガス分離装
置３０内に液体２５の流れを導入するための装置人口３
６と、前記分離室３４内に可動に配置され、第１室４１
及び第２室４２とを画成する分離部材３８と、液体２５
の流れから気泡２８を全て分離するために第１室４１の
有効容積を変更させる手段と、液体２５の流れからガス
２８が分離された後にこのガス２８を排出するための手
段とを備えている．分離部材３８は、第１室・４１内の
ガス２８や液体２５が分離部材３８を越えて第２室４２
内に流出するのを防止するために、１対の○リング４６
を備えるのが好ましい．また、第１のガス出口５１が、
液体２５の流れから分離されたガス２８を排出するため
に、第１室４１に流体的に連通している．更に、動力操
作式ガス分離装置３０は、液体２５の流れからガス出口
５１を通してガス２８のみを排出するための手段を備え
ている． 前記分離部材は、好ましくは、装置ハウジング３３の分
離室３４内に配置されたピストン３８と、第２室４２に
隣接するピストン３８の端部に固定されたピストンロッ
ド５４とから成る．液体２５からガス出口５１を通して
ガス２８のみを排出するための手段は、ガス出口５１内
に配置されピストン３８及びピストンロッド５４に機能
的に関連された動力操作弁５７から楕成され、ある運転
状態の下でガス分離装置３０の作動を中断するようにな
っている．これについては以下で詳細に説明する． ピストン３８はソレノイド式アクチュエータ（動力操作
式アクチュエータ）６０によって装置入口３６に向かう
方向に移動され、それによって、第１室４１の容積が減
じられる．配管系統の寸法に応じて、より大量のガスを
排出するためにより大きなガス分離装置３０を有するこ
とが望まれる場合、アクチュエータは空気圧又は水圧式
のアクチュエータの形態を採るのが良い．この実施例に
おいて、ソレノイド式アクチュエータ６０は、アクチュ
エータハウジング６７内に、コイル６３と、ピストンロ
ッド５４に固定されたアーマチュア６６とを有している
．ソレノイド式アクチュエータ６０は電線７０により電
源（動力源）６９に接続されている．ピストン３８とア
ーマチュア６６とのほぼ中間において、ピストンロッド
５４には永久磁石リング７２が取り付けられている． また、ソレノイド式アクチュエータ６０の一部として、
２つの近接スイッチ７５、７６、好ましくはリードスイ
ッチがアクチュエータハウジング６７に支持されており
、これらのスイッチ７５、７６は永久磁石リング７２に
より作動される．近接スイッチ７５、７６は正反対の位
置に配置されている．また、これらのスイッチ７５、７
６は、動力操作弁５７が制御された態様で開閉されてガ
ス分離装置３０のガス排出作用が制御されるように、動
力操作弁５７に電気的に接続されている．動力操作弁５
７は、電源６９と、近接スイッチ７５、７６とに接続さ
れている．第２図において、電線Ａ同士が接続され、同
様に電線Ｂ同士が接続されている．ピストン３８及びピ
ストンロッド５４が装１人口３６に向かう方向（図で下
方）に移動されると、通常は開位置にある第１の近接ス
イッチ７５が閉じられ、動力操作弁５７が作動、即ち開
く．ピストンロッド５７が、第１室４１内のガス２８を
ガス出口５１から押し出すのに十分な所定距離を移動し
た後、永久磁石リング７２は、通常閉位置にある第２の
近接スイッチ７６を作動させて開き、動力操作弁５７を
閉じる．このようにして、動力操作式ガス分離装置３０
は、ガス出口５１からガス２８のみを排出し、そこから
液体２５を排出しないように厳格に制御される． この装置３０は、ソレノイド式アクチュエータ６０と動
力操作弁５フとに接続された時延継電器７９も備えるの
が好ましい．液体２５の流れにガス２８が殆ど或は全く
混入されておらず、よって第１室４１にガス２８が殆ど
或は全くない場合、液体２５はピストン３８によっては
圧縮されない．ガス出口５１への液体の押込み或はピス
トン３８の０リング４６の回りへの液体の押込みを防止
するために、時延継電器７９が、所定時間の後に作動さ
れ、ソレノイド式アクチュエータ６０及び／スは動力操
作弁５７を非作動状態とし、ピストンロッド５４とピス
トン３８の移動を阻止し、ピストン３８をばね８０によ
り動力操作式ガス分離装置３０の上端に向かってその静
止位置まで戻す．万がー、ガス２８が０リング４６の回
りを通って第２室４２に偶発的に流入したならば、第２
のガス出口８２がそのガス２８を排出するようになって
いる．第２のガス出口８２からの流出口は管８８により
、第１のガス出口５１に接続されている．第２のガス出
口８２は、ガス２日が上部の第２室４２に戻らないよう
に逆止弁８５を有している． この動力操作式ガス分離装置３０は、典型的な配管系統
１３（第１図）に取り付けられた場合、次のように作動
する． 液体２５の流れがポンプ２２の方に流れている場合、ガ
ス２８と液体２５の混合体が、装置入口３６を通ってガ
ス分離装置３０に流入する．次いで、ソレノイド式アク
チュエータ６０が起動される。ガス２８は液体２５より
も密度が小さいので、ガス２８は、漏斗状の装置人口３
６を通って分離室３４の第１室４１内に流入するにつれ
て液体２５から分離される．また、ガス２８は液体２５
よりも遥かに圧縮性があるので、非常に大量のガス２８
が第１室４１内にある場合には、それは圧縮可能であり
、他方、殆ど液体Ｚ５Ｌかない場合には、液体２５を圧
縮することは実質上不可能である．配管系統１３が液体
２５だけの場合、ピストンロッド５４は殆ど移動されず
、永久磁石リング７２がリードスイッチ７５を作動させ
動力操作弁５７を開くことができず、ソレノイド式アク
チュエータ６０は、時延継電器７９が電源６９からソレ
ノイド式アクチュエータ６０を切り離すまで、作動状層
に維持される．ガス２８が分離室３４の第１室４１内に
存在する場合、アーマチュア６６、ひいてはピストンロ
ッド５４及びピストン３８が下方に移動され、第１室４
１の容積を減ずる．ピストン３８の移動中、装置入口３
６内の流体２５が分離室３４に入らないように装置人口
３６の流体に大きな流体抵抗がかかるよう、装置入口３
６の寸法が定められている．こうして、永久磁石リング
７２は、通常は開の第１の近接スイッチ７５を閉じ、動
力操作弁５７を作動させて開き、第１室４１からガス出
口５１を通してガス２８を排出する．ピストン３８がガ
ス出口５１を通してガス２日を押し出すために移動し続
けると、永久磁石リング７２により、通常は閉の第２の
近接スイッチ７６が開放される．第２の近接スイッチ７
６が開くことにより、動力操作弁５７への電力供給が停
止され、動力操作弁５７が閉じてガス排出工程が停止さ
れる．所定期間の経過の後（この期問は、配管系統１３
の寸法、及び分離室３４の寸法、圧力の大きさに応じて
決められる）、時延継電器７９がソレノイド式アクチュ
エータ６０を遮断する．この後、ばね８０が、ピストン
３８をその静止位置（即ち、図において動力操作式ガス
分離装置３０の上部近傍）に徐々に戻し、第１室４１を
より大きな容積に戻す． スイッチ９１、好ましくはシーケンスタイミング回路９
１が、前記の時間間隔で動力操作式ガス分離装置３０を
作動させるよう用いられても良い。ガス分離装置３０は
、相当な量のガス２８が第１室４１内にある状況と、殆
ど非圧縮性の液体２５で占められている場合とを区別で
きる能力を有しているので、このガス分離装置３０はガ
ス２８のみをガス出口５１から排出でき、また、これと
は別に、非常に大きなピストン圧力により液体２日がガ
ス出口５１から偶発的に排出されるのを防止する。また
、十分なガスないしは空気２８が分離室３４に入り、配
管系統から排出される必要があると判断された場合、オ
ペレータはスイッチ９１を手動により作動することがで
きる． エ　　　ス　　　　　　置 第３図は、本発明のガス分離装置１０の第２の実施例、
自力式ガス分離装置を詳細に示しており、この実施例に
おけるガス分離装置には符号１３０を付すこととする．
この自力式ガス分離装置１３０は比較的低圧の配管系統
に用いられるのが好ましい．自力式ガス分離装置１３０
は、内部に分離室１３４を画成する装置ハウジング１３
３と、液体２５の流れを自力式ガス分離装置１３０内に
導入するための装置入口１３６と、分離室１３４の容積
を変化させる手段としての分離部材ないしは動的ブラグ
１３８であって、液体Ｚ５の流れからガス若しくは気泡
２８を分離するためにハウジング１３３内に第１室１４
１及び第２室１４２を画成する動的プラグ１３８と、液
体２５の流れからガス２８が分離した後にガス２８のみ
を排出する手段とを備えている．動的プラグ１３８は、
ガス２８が第１室１４１から流出して分離部材１３８の
回りを通って第２室１４２に流入しないように、１対の
Ｏリング１４６を有するのが好適である．また、装置人
口１３６は第１室１４１に隣接して配置され、複数の開
口１４８から構成されるのが好ましい．好適には４つの
開口１４８が互いに対して９０度の間隔で設けられる。

また、ガス出口１５１が、液体２５の流れから分離され
たガス２８を排出するために分離室１３４と流体的に連
通している．しかし、自力式ガス分離装置１３０はガス
２８のみをガス出口１５１から排出するための手段を有
し、ガス出口１５１から液体２５が偶発的に排出される
ことは防止されている．装＝ハウジング１３３内には、
その中心にしっかりと固定ブラグ１５４が捕持され、好
ましくは、装置人口１３６に隣接して螺合されている．
図示するように、固定ブラグ１５４の上端１５７は切頭
円錐形であり、動的プラグ１３８内の対応の逆向きの切
頭円錐形凹部１６０と係合するようになっている。ばね
１６３は動的プラグ１３８を下方に偏倚させ、動的プラ
グ１３８内の逆向き切頭円錐形凹部１６０が固定プラグ
１５４の切頭円錐形上端１５７と接触し、第２室１４２
から第１室１４１を効果的にシールするようにしている
．或はまた、固定プラグ１５４は、その全長にわたりほ
ぼ円筒形とし、シールするに十分な大きさの直径を有す
ることとしても良い。この構成により、動的プラグ１３
８と固定ブラグ１５４の上端１５７との間の領域は第３
室１６６を形成する．自力式ガス分離装置１３０の第３
室１６６と第２室１４２との間の流通、ひいては、第１
室１４１と第２室１４２との間の流通のために、分離部
材、即ち動的ブラグ１３８に複数の開口１６９が設けら
れている．動的プラグ１３８の上端には、円錐形のシー
トないしは座部材１７２がねじ１７３等により固定され
ている。この座部材１７２は、装置ハウジング１３３内
に固定された上部プレート１７６と共働して、ガス出口
１５１から第２室１４２を分離する手段を提供する。

プレート１７６は、円錐形座部材１７２と共働する開口
１７９を有しており、第２室１４２からガス出口１５１
内へのガス２８の排出を制御する．望まれるならば、第
２のばね１８２を動的プラグ１３８への力を調節する手
段として設け、固定プラグ１５４に動的プラグ１３８を
着座させ、ガス排出工程の制御を助けるようにしても良
い． 装置ハウジング１３３は、その上端１８５及び下端１８
８にそれぞれ、タンク２９と直立管２３に自力式ガス分
離装置１３０を接続するための継手を備えている。この
自力式ガス分離装置１３０は、典型的な配管系統１３（
第１図）に取り付けられた場合、次のように作動する． 液体２５の流れがボンブ２２に向かって流れている場合
、ガス２８と液体２５の混合体が装置人口１３６の開口
１４８を通って自力式ガス分離装置１３０内に入る．ガ
ス２８と液体２５の混合体が開口１４８を通り第１室１
４１に流入する際に、ガス２８が液体２５から分離され
る．ガス２８は液体２５よりも軽いので、ガス２８は第
１室１４１の上部に上昇する．ガス２８が分離室１３４
内で蓄覆し続けていくと、動的プラグ１３８は浮力が大
きくなり、高圧下で上昇するように力が作用される．動
的プラグ１３８は、上昇すると、固定プラグ１５４の上
端１５７との封止係合から解除されるように移動され、
第３室１６６は第１室１４１と連通ずる．この後、ガス
２８は動的ブラグ１３８の第２の開口１６９により第２
室１４２に流れる．動的プラグ１３８が図で上下位置の
間で上下動する場合に、動的ブラグ１３８の応答時間を
制御するために、開口１４８と開口１６９はそれぞれに
対応して寸法が選ばれている。圧力差とばね１６３の作
用により、動的プラグ１３８は上方に押し上げられ、円
錐形座部材１７２が上部プレート１７６の開口１フ９内
に着座し、ガス排出作用を停止する。更に、ガス２８は
第２室１４２内で留どまり、その中で蓄積し、徐々に動
的プラグ１３８を押し下げてその初期の位置に戻す．こ
れは、円錐形座部材１７２を開口１７９から離すことに
なり、ガス２８はガス出口１５１から排出される．この
ように、動的プラグ１３８は、固定プラグ１５４とプレ
ート１７６の開口１７９との間で周期的に動作する． 上部プレート１７６の開口１７９は、動的プラグ１３８
の複数の開口１６９の全面積よりも大きな面積を有する
のが好適である．このようにすると、ガス２８の圧力が
第２室１４２内で蓄積して動的プラグ１３８を押し下げ
た場合、ガス２８はより大きな開口１７９を通ってガス
出口１５１内に流入し、開口１６９を通って動的ブラグ
１３８、即ち分離部材内には戻らないこととなる。また
、ばね１６３は、もし設けられているならば第２のばね
１８２と共働して、固定ブラグ１５４に動的プラグ１３
８を再度着座させてガス排出作用を制御し、これにより
液体２５がガス出口１５１から出てしまうほど分離室１
３４丙の圧力が過度に高まるのを防止する．十分な圧力
ヘッドがある場合、ばね１６３、１８２が共に省略され
ても有効であると考えられる。その場合、装置内の圧力
が、ガス排出作用を制御するための着座負荷を与える．
動的ブラグ１３８の固定プラグ１５４への下方偏倚は、
ガス排出作用制御の機能の他に、第２室１４２内に捕ら
えられたガス２８が例えばポンプ始動時又は逆流時に液
体の主流にサイフォン作用で戻るのを防止する働きがあ
る． 本発明のガス分離装置１０は、その代表的な使用例とし
て、原子力発電プラントの配管系統に用いられ得る（第
４図参照）。典型的な加圧水型原子炉２１２の発電プラ
ントにおいて、冷却材、一般的にはホウ素含有水が約１
５．５８Ｐａ（２２５０ｐｓｉａ　）の圧力で一次配管
系統又は一次系ループ２１３内を圧送され、原子炉２１
２内の核燃料の核分裂により発生された熱を１つ以上の
蒸気発生器２１７に移送するようになっている．この場
合、動力操作式ガス分離装置３０を用いるのが最も好ま
しい．また、矢印２１４、２１５で総括的に示す二次配
管系統は蒸気発生器２１７に給水を流通させ、この給水
は配管部分２１４から入り、蒸気発生器２１７内で蒸気
に変換されて配管部分２１５から流出し、このようにし
て熱が一次系ループの加圧水から二次系ループに伝えら
れる．この後、冷却材は原子炉２１２に戻り新たなプロ
セスが始まる．一次系ループ２１３の一つには加圧器（
図示しない）が配置され、原子炉冷却材を所望の運転圧
力に維持する．各一次系ループ２１３における原子炉冷
却材ボンプ２２２は、原子炉容器２１２、蒸気発生器２
１７及び関連の配管２１３を通る水の循環を促進する． 原子力発電プラントは、関連設備の健全性が積極的に保
護されるべき配管系統を有している．核燃料の核分裂に
より発生される熱を取り出すために、原子炉容器２１２
内の冷却材を十分なレベルに維持することが重要である
．従って、種々の配管ループ、特に一次系ループ２１３
内で循環している冷却材にガスが全く混入されていない
ことが極めて重要となる． 第４図に示すように、本発明のガス分離装置１０は、原
子炉冷却材ボンプ２２２の吸込み側ライン２１６の位置
で配管部分２２３により一次系配管ループ２１３に接続
されるのが好ましい．冷却材内のガス又は気泡はガス分
離装置１０により排出され、例えばタンク２２９に放出
される．更に、このガス分離装置１０を、配管部分２１
４に取り付けられた給水ボンブ（図示しない）の前の位
置で、各二次系ループに接続し、配管系統内で十分な熱
伝達を得るべく蒸気発生器２１７に給水が確実に一定に
流れるようにしても良い． 以上、本発明の特定の実施例について詳細に説明したが
、上記から種々の変形や変更がなされ得ることは当業者
にとり明らかであろう．従って、前述した特定の構成は
例示に過ぎず、本発明の範囲として限定的に解釈される
べきでなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲から定め
られるべきものである．

【図面の簡単な説明】

第１図は、液体の流れを有する配管系統に組み込まれた
本発明のガス分離装置を示す概略図、第２図は、本発明
の第１の実施例である動力操作式ガス分離装置を示す断
面図、第３図は、本発明の第２の実施例である自力式ガ
ス分離装置を示す断面図、第４図は、原子力発電プラン
トの配管系統に組み込まれた本発明のガス分離装置を示
す概略図である．図中、 １０，３０，１３０・・・ガス分離装置１３・・・配管
系統　　　　１６・・・上流側配管部分１９・・・下流
側配管部分　Ｚ２・・・ポンプ２５・・・液体　　　　
　　２８・・・ガス３３，１３３・・・装置ハウジング ３４　，　１３４・・・分離室　　　３６，１３６・・
・装置入口３８・・・ピストン　　　　４１，１４１・
・・第１室４２，１４２・・・第２室　　　５１，１５
１・・・ガス出口５７・・・動力操作弁　　　６０・・
・アクチュエータ６９・・・電源（動力源）１３８・・
・動的プラグ１５４・・・固定ブラグ　　１６０・・・
凹部２１２・・・原子炉　　　　２１３・・・一次系配
管ループ２２２・・・原子炉冷却材ポンプ ＦＩＧ．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンプにより分けられた上流側配管部分及び下流側
   配管部分を有し、液体を流通させる配管系統において、
   前記液体の流れに混入されたガスのみを分離して排出す
   るための動力操作式のガス分離装置であって、 内部に空洞を有する装置ハウジングと、 前記装置ハウジング内に可動に配置されピストンロッド
   を有し、前記空洞を第１室及び第２室に仕切るピストン
   と、 前記第１室に隣接して配置され、前記第１室内に前記液
   体の流れを導くために前記上流側配管部分と流体的に連
   通している装置入口と、 前記第１室の有効容積を減ずるべく前記装置入口に向か
   う方向に前記ピストンを移動させるために、前記ピスト
   ンロッドに取り付けられた動力操作式アクチュエータと
   、 前記液体の流れから分離されたガスを排出するために前
   記第１室と流体的に連通している第１のガス出口と、 前記アクチュエータを作動させるための動力源と、 前記液体の流れから前記第１のガス出口を通してガスの
   みを排出するための手段と、 を備えているガス分離装置。 ２、ポンプにより分けられた上流側配管部分及び下流側
   配管部分を有し、液体を流通させる配管系統において、
   前記液体の流れに混入されたガスのみを分離して排出す
   るための自力式のガス分離装置であって、 内部に空洞を有する装置ハウジングと、 前記空洞内に第１室及び第２室を画成するように該空洞
   内に可動に配置された動的プラグであり、前記第１室に
   隣接する側に切頭円錐形の凹部を有する前記動的プラグ
   と、 前記第１室に隣接して配置され、前記第１室内に前記液
   体の流れを導くために前記上流側配管部分と流体的に連
   通している装置入口と、 前記液体の流れから分離されたガスを排出するために前
   記第２室と流体的に連通しているガス出口と、 前記液体の流れから前記ガス出口を通してガスのみを排
   出するための手段と、 を備えているガス分離装置。