気水分離器
【課題】気液二相流の蒸気のクオリティが低くてもスワラーでの圧力損失の増大が抑制できる気水分離器を提供する。
【解決手段】シュラウド１０３内に収納された原子炉炉心１０４の発生熱により冷却水１１０を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド１０５外にスタンドパイプ３を介して導出し、スワラー１１１で旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤ１０８へと放出するものであって、スワラー１１１を円筒状のバレル５内に設け、かつバレル５をスタンドパイプ３の上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置する。
【解決手段】シュラウド１０３内に収納された原子炉炉心１０４の発生熱により冷却水１１０を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド１０５外にスタンドパイプ３を介して導出し、スワラー１１１で旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤ１０８へと放出するものであって、スワラー１１１を円筒状のバレル５内に設け、かつバレル５をスタンドパイプ３の上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉等で発生した蒸気と水の気液二相流から蒸気を分離するのに好適する気水分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉による原子力発電プラントでは、原子炉炉心で発生した熱により原子炉圧力容器内で発生させた蒸気を導き出してタービンを回転させると共に、発電機を回転させて発電している。一方、加圧水型原子炉による原子力発電プラントでは、原子炉炉心で発生した熱で作り出した一次冷却系の高温水により蒸気発生器内の熱交換器において二次冷却系の水を加熱し、発生させた蒸気を導き出してタービンを回転させると共に、発電機を回転させて発電している。いずれの原子力発電プラントもタービンに供給し回転させる蒸気中から湿分を除去する必要があり、原子炉圧力容器内や蒸気発生器内で発生させた蒸気と水の気液二相流から水を除去するため、気水分離器やドライヤなどを備えている。
【０００３】
例えば図９に縦断面図を示すように、原子力発電プラントに用いる発電用原子炉の沸騰水型原子炉１００は、上蓋１０１で上端開口を気密に閉塞した原子炉圧力容器１０２の円筒状内空間に、同じく円筒状のシュラウド１０３を設置し、シュラウド１０３内に核燃料を装荷した炉心１０４を収納して構成されている。そして、シュラウド１０３の上部に設置されたシュラウドヘッド１０５には、気水分離器１０６の複数本のスタンドパイプ１０７が立設されており、スタンドパイプ１０７の上方には、ドライヤ１０８が原子炉圧力容器１０２の内壁に支持部材を設けて支持されている。なお、ドライヤ１０８には、下方側に円筒状のスカート１０９が気水分離器１０６の周囲を囲うように装備されている。
【０００４】
また、原子炉圧力容器１０２内には、冷却水１１０が、スカート１０９の下端が水没するよう所定の水位まで満たされている。そして、冷却水１１０はシュラウド１０３下部から炉心１０４に入ることにより、装荷されている核燃料の反応熱で加熱され、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、気水分離器１０６で気液分離され、湿分を除去した蒸気と湿分の水とになる。
【０００５】
こうした気液二相流の蒸気の気液分離を行う気水分離器１０６は、シュラウド１０３内から気液二相流の蒸気を導き出すスタンドパイプ１０７と、スタンドパイプ１０７内に設置され気液二相流の蒸気に旋回力を与えるスワラー１１１と、図示しないデッキプレートに支持されスタンドパイプ１０７の上部に間隙を設けて被せられたバレル１１２で構成されており、スワラー１１１とバレル１１２で気液二相流の蒸気を、湿分を除去した蒸気と湿分の水とに遠心分離する。
【０００６】
また、気液分離後の水は、原子炉圧力容器１０２とスカート１０９の間やスカート１０９内側面、バレル１１２内面を伝い下方の冷却水１１０に戻される。一方、気液分離後の湿分が除去された蒸気は、原子炉圧力容器１０２の冷却水１１０水位よりも上側の上部側壁に連通するよう設けられた主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、図示しない復水器で凝縮される等して、原子炉圧力容器１０２の冷却水１１０水位より下側の下部側壁に連通するよう設けられた給水管１１４を介して冷却水１１０に戻される。なお、図中の実線矢印は水の流れを示し、破線矢印は蒸気の流れを示す。
【０００７】
さらに、気水分離器１０６で気液分離され戻された水と、電力を生成後に復水器で凝縮され戻された水は、冷却水１１０と共に原子炉圧力容器１０２に設置された図示しないインターナルポンプまたはジェットポンプ、再循環ポンプを用いた強制循環によって、あるいは自然循環によって炉心１０４に戻され、再び加熱される。
【０００８】
しかし、上述の気水分離器１０６においては、スタンドパイプ１０７とスワラー１１１及びバレル１１２が連結された構成であるので、スワラー１１１による気液二相流の蒸気の気液分離は、ほとんどが遠心分離によるものとなっている。このため、シュラウド１０３内からスタンドパイプ１０７に流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合、スワラー１１１での圧力損失が大きくなってしまう問題があり、またスタンドパイプ１０７に流入する気液二相流の蒸気のクオリティのばらつきが大きい場合は、スワラー１１１の分離性能もばらついてしまう可能性があった。また、スワラー１１１の圧力損失、すなわち気水分離器１０６の圧力損失の増大は、原子力発電プラントの沸騰水型原子炉１００の出力が低減し、所定の発電が行えなくなる可能性が生じてくる。
【０００９】
なお、気水分離器の構造に関しては、スワラーのハブ径とバレルの径の比やスワラー出口角度を変更して圧力損失を低減するとしたもの（例えば、特許文献１参照）、バレルを側壁に複数の流路孔を貫通、形成した内、外筒で構成し、内、外筒間の間隙に充填したデミスターで蒸気に同伴する冷却水の液滴を捕獲し、重力落下させることで分離能力を確保するとしたもの（例えば、特許文献２参照）があり、またスタンドパイプの入口部に絞り部を設けて旋回力を強め、気水分離性能を向上させるとしたもの（例えば、特許文献３参照）がある。さらに、多段構成でハブなしのスワラーを設けて逆流を防ぎ、液滴のキャリオーバを低減すとしたもの（例えば、特許文献４参照）や、スワラー上方のバレルの側壁に周方向のスリットを多段に設けて気水分離を行わせ、気水分離性能の向上を図るとしたもの（例えば、特許文献５参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１１４２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５６５６号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７５８４号公報
【特許文献４】特開２００２−３２６００２号公報
【特許文献５】特開２００１−０７９３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような発電用原子炉等に用いられる気水分離器では、シュラウド内からスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低いとスワラーでの圧力損失が大きくなり、また気液二相流の蒸気のクオリティがばらついているとスワラーの分離性能がばらついてしまうことになり、それにより原子炉の出力低下等を来たす虞がある。
【００１２】
こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、スタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合であっても、スワラーでの圧力損失の増大が抑制でき、またスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティがばらついていてもスワラーの分離性能のばらつきを低減することができる気水分離器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は上記目的を達成するものであって、シュラウド内に収納された原子炉炉心の発生熱により冷却水を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド外にスタンドパイプを介して導出し、スワラーで旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤへと放出する気水分離器であって、前記スワラーを円筒状のバレル内に設け、かつ前記バレルを前記スタンドパイプの上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合であっても、スワラーに流入する蒸気のクオリティが高く、圧力損失が増大することがなく、またスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティがばらついてもスワラーに流入する蒸気のクオリティのばらつきを少なくし、分離性能のばらつきを低減することができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図２】図１における遠心分離部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の変形形態におけるスタンドパイプの斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図８】図７における湿分捕捉部材を示す部分断面図である。
【図９】従来の気水分離器を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、第１の実施形態の気水分離器１は、発電用原子炉の沸騰水型原子炉２の冷却水１１０が所定の水位まで満たされている原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられており、気水分離器１を構成する複数本の直円筒状のスタンドパイプ３は、冷却水１１０の水面上に上端を露出させるようにしてシュラウドヘッド１０５上に立設されている。
【００１９】
さらに、気水分離器１の遠心分離部４を構成する複数のバレル５は、シュラウドヘッド１０５上に設置された支持構造体６の上端に固定され、外周縁をスカート１０９に固定した支持板７に取り付けられるようにして、スタンドパイプ３の上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置されている。バレル５は、内筒８と外筒９でなる二重円筒状のもので、内筒８は、下端開口を支持板７に形成された蒸気導入孔１０に連通するようにして図示しない支持具で外筒９内に支持されており、内筒８内には、複数枚の旋回羽根１１をハブ１２の周囲に植設し、羽根端を筒内壁に固定したスワラー１１１が備えられている。
【００２０】
また外筒９は、下端開口を支持板７の蒸気導入孔１０に連通するようにして支持板７上に立設されており、さらに内筒８よりも上方側に位置する外筒９の上端部には、外筒９の上端縁にフランジ１３を固着するようにして、両端が開口した切頭錐体状の円筒であるピックオフリング１４が、下方に向けて漸次径小となるようにして設けられている。なお、バレル５を支持する支持板７には、板上面に排水溝１５が蒸気導入孔１０に連通するように刻設されており、排水溝１５は支持板７の外周縁部分に貫通するよう形成された図示しない排水孔に接続されている。
【００２１】
そして、上述のように構成されたものでは、沸騰水型原子炉２の運転を開始することにより装荷されている核燃料の反応熱でシュラウド１０３下部から炉心１０４に入った冷却水１１０が加熱され、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、気水分離器１のスタンドパイプ３内に流れ込み、スタンドパイプ３内を上昇して上端からスタンドパイプ３の上方に離間設置されたている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により原子炉圧力容器１０２内に所定水位まで満たされている冷却水１１０内に落下する。
【００２２】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５に蒸気導入孔１０を介して到達し、内筒８内に備えられたスワラー１１１を通過する間に旋回羽根１１により旋回力が与えられ、質量の大きい湿分の水が遠心分離される。遠心分離により気液分離された水は、遠心力によりピックオフリング１４の外面に沿って上昇し、内筒８の上端とピックオフリング１４のフランジ１３との間の間隙から内筒８と外筒９の間に入り、外筒９の内面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて支持板７の外周縁部分の排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００２３】
一方、遠心分離により気液分離され湿分が除去された蒸気は、密度が小さいために遠心力が小さくピックオフリング１４の内側部分を上昇する。そして、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４の上方のドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、図示しない復水器で凝縮される等して、給水管１１４を介して原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００２４】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、シュラウド１０３からの気液二相流の蒸気に含まれる粗大水滴１１０ａ等は、自重による重力分離効果により遠心分離部４に至らずに分離できることになる。これにより、遠心分離部４のスワラー１１１に流入する気液二相流の蒸気のクオリティが高くなり、スワラー１１１での圧力損失の増加が抑制され、気水分離器１での圧力損失を低減することができる。
【００２５】
また、シュラウドヘッド１０５上に複数本立設されたスタンドパイプ３毎の気液二相流の蒸気のクオリティに大きなばらつきがあっても、クオリティの低い場所では重力により多くの粗大水滴１１０ａ等の落下がおき、除去されるので、スワラー１１１に流入する気液二相流の蒸気のクオリティのばらつきを少なくすることができ、分離性能のばらつきを低減することができる。そして、スワラー１１１での圧力損失が低下して気水分離器１の圧力損失が低減するので、沸騰水型原子炉２の出力が低減せず、原子力発電プラントとして所定の発電を維持することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図３により説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００２７】
図３に示すように、第２の実施形態の気水分離器２１は、遠心分離部４を設置した位置が、主として第１の実施形態で気水分離器１を設置した位置とは異なっており、本実施形態では、気水分離器２１は遠心分離部４がドライヤ１０８の直下部に隣接して設けられている。
【００２８】
すなわち、気水分離器２１は、第１の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉２２の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられており、その複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。さらに、気水分離器２１の遠心分離部４を構成するスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、外周縁がスカート１０９の内側上部に固定された支持板７上に取り付けられると共に、ドライヤ１０８の直下部に隣接して位置するよう取り付けられることによって、スタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００２９】
そして、上述のように構成されたものでは、第１の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉２２の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内を上昇してパイプ上端から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により冷却水１１０内に落下する。
【００３０】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５の内筒８内に備えられたスワラー１１１を通過する間に旋回羽根１１により旋回力が与えられ、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、ピックオフリング１４の外面から内筒８と外筒９の間に入り、外筒９の内面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００３１】
一方、遠心分離により気液分離され湿分が除去された蒸気は、ピックオフリング１４の内側部分を上昇し、遠心分離部４の上方のドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００３２】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を図４により、また本実施形態の変形形態を図５により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００３４】
図４に示すように、第３の実施形態の気水分離器３１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３に水膜形成部材３２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００３５】
すなわち、気水分離器３１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉３３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器３１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器３１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられて、スタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００３６】
そして、シュラウドヘッド１０５上に立設されたスタンドパイプ３は、その上端３４に図示しない支持具に支持されて倒立円錐体状の水膜形成部材３２が、所定の流通間隙３５を設けて上端開口を塞ぐよう下端である錐体頂部を挿入するようにして設けられている。なお、水膜形成部材３２の径大となっている上端部分の外径は、スタンドパイプ３の内径より大きく形成されている。
【００３７】
このように構成されたものでは、第２の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉３３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入する。スタンドパイプ３を上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた水膜形成部材３２に当たり、その錐体面に沿って流れる。
【００３８】
気液二相流の蒸気は、水膜形成部材３２に当たって錐体面に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを錐体面に形成して水が分離される。その後、気液二相流の蒸気は上端開口の流通間隙３５から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出され、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａも放出される。また水膜形成部材３２の錐体面に形成された水膜１１０ｂは、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより水膜形成部材３２上端縁部分で剥がされて水滴となる。こうして形成された水滴も、同時に空間に放出され、粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００３９】
さらに、粗大水滴１１０ａ等が重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過し、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、水膜１１０ｂを形成してバレル５から流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００４０】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、スタンドパイプ３部分でより多くの湿分の水の除去が可能となると共に、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、上記の第３の実施形態では、スタンドパイプ３の上端に倒立円錐体状の水膜形成部材３２を設けるようにしたが、それに限るものでなく、以下に説明する変形形態のように構成してもよい。
【００４２】
すなわち、変形形態は、図５に示すようにスタンドパイプ３部分の構成が、第３の実施形態と異なったものとなっている。シュラウドヘッド１０５上に立設されるスタンドパイプ３の上端３４には、同じく所定の流通間隙３５を設けて上端開口を塞ぐように、図示しない支持具に支持されて倒立円錐体状で椀形状をなす水膜形成部材３２ａが、錐体頂部を挿入するようにして設けられている。なお、水膜形成部材３２ａの径大となっている上端部分の外径ＤＣは、スタンドパイプ３の内径ＤＢより大きく形成されている。
【００４３】
さらに、椀形状をなす水膜形成部材３２ａには、椀側壁に内外を貫通する複数条のスリット３６が、周方向に、あるいは上下方向に形成されており、また椀側壁には椀内外を連通する排水管３７の上端が接続されている。
【００４４】
このように構成されたものでは、第３の実施形態と同様に、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入し、上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた水膜形成部材３２ａに当たり、その錐体面に沿って流れる間に含まれている湿分による水膜１１０ｂが錐体面に形成される。気液二相流の蒸気の湿分によって形成された水膜１１０は、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより水膜形成部材３２ａの上端縁方向に流れ、その間に椀側壁のスリット３６を通って水膜形成部材３２ａの貯水空間である椀内に流れ込む。そして、所定水位を超えるまで流れ込んだ水は、椀側壁に接続されている排水管３７から水膜形成部材３２ａの外に流れ出し、冷却水１１０内に落下する。
【００４５】
また、椀内に流れ込まなかった水膜１１０ｂは、水膜形成部材３２ａ上端縁部分で剥がされて水滴となり、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４との間の空間に放出され、遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００４６】
これにより、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を図６により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００４８】
図５に示すように、第４の実施形態の気水分離器４１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３に初段スワラー４２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００４９】
すなわち、気水分離器４１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉４３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器４１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器４１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられてスタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００５０】
そして、シュラウドヘッド１０５上に立設されたスタンドパイプ３は、その上端３４に初段スワラー４２が設けられている。初段スワラー４２は、倒立円錐体状の初段ハブ４４の円錐面に複数枚の初段旋回羽根４５を周方向に植設し、上端開口を塞ぐようハブ４４の下端である錐体頂部を挿入するようにし、羽根端をスタンドパイプ３の上端縁に固定するようにして取り付けられている。なお、初段スワラー４２の初段旋回羽根４５は、遠心分離部４のスワラー１１１の旋回羽根１１よりも羽根の旋回が小さく形成されている。
【００５１】
このように構成されたものでは、第３の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉４３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入する。スタンドパイプ３を上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた初段スワラー４２に流入し、初段旋回羽根４５の羽根面に沿って流れる。
【００５２】
気液二相流の蒸気は、初段スワラー４２に流入し、初段旋回羽根４５の形成する湾曲した流路に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを羽根面に形成して水が分離され、同時に旋回力が与えられる。その後、気液二相流の蒸気は上端開口から上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に旋回しながら放出され、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａも放出される。また初段旋回羽根４５の羽根面に形成された水膜１１０ｂは、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより初段スワラー４２の上端縁部分で剥がされて水滴となる。こうして形成された水滴も、同時に気液二相流の蒸気と共に空間に放出され、粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００５３】
さらに、粗大水滴１１０ａ等が重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過し、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、水膜１１０ｂを形成してバレル５から流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００５４】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、スタンドパイプ３部分での湿分の水の除去が、遠心力が作用して重力分離が促進されることから、より多いものとすることができると共に、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を図７及び図８により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００５６】
図７及び図８に示すように、第５の実施形態の気水分離器５１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３と遠心分離部４との間に湿分捕捉部材５２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００５７】
すなわち、気水分離器５１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉５３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器５１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器５１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられて、スタンドパイプ３の上方に離間設置され、さらに、スタンドパイプ３と遠心分離部４との間に湿分捕捉部材５２が設けられている。
【００５８】
湿分捕捉部材５２は、長さの異なる断面がＬ形状の複数本の湿分捕捉体５４を備えて構成されている。そして、複数の湿分捕捉体５４は、スカート１０９に取着された支持部材５５に平行、かつ左右対称となるように固定されることで、スカート１０９内を横断する構成となっていて、左右の最長の湿分捕捉体５４同士は、それぞれの広幅側部分５４ａが対向する形となっている。
【００５９】
また、各湿分捕捉体５４は、広幅側部分５４ａと狭幅側部分５４ｂとによって上面側にＶ形流路５６が形成された断面がＬ形状のもので、最長の湿分捕捉体５４同士を除く隣接するもの同士は、狭幅側部分５４ｂの上方に広幅側部分５４ａが離間配置され、垂直方向に見た場合に両部分が重なり合う関係にあり、その重なり合う関係の部分に蒸気流通路５７が形成されている。さらに、各湿分捕捉体５４は、広幅側部分５４ａに上面側と下面側とを連通する長さ方向のスリット５８が、長さ方向、幅方向に複数条形成されている。
【００６０】
そして、上述のように構成されたものでは、第２の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉５３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内を上昇してパイプ上端から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により冷却水１１０内に落下する。
【００６１】
また、粗大水滴１１０ａが除去された気液二相流の蒸気は、上方に配置された湿分捕捉部材５２へと流れ、湿分捕捉部材５２の複数の湿分捕捉体５４の間の蒸気流通路５７を流れ、湿分捕捉部材５２の湿分捕捉体５４に当たって下面に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを下面に形成して水が分離される。湿分捕捉体５４の下面に形成された水膜１１０ｂの水は、スリット５８を介して上面側に、さらにＶ形流路５６に集められる。Ｖ形流路５６に集められた水は、Ｖ形流路５６を流れ、スカート１０９内面まで延びた湿分捕捉体５４の端部に形成された図示しない排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００６２】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離され、湿分捕捉部材５２に一部湿分が捕捉され除去された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過する間に旋回力が与えられ、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、ピックオフリング１４、内筒８、外筒９の表面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００６３】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、湿分捕捉部材５２でより多くの湿分の水の除去が可能となると共に、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、湿分捕捉部材５２を長さの異なる断面がＬ形状の複数本の湿分捕捉体５４で構成して、スカート１０９内を横断するよう設けたが、例えば、湿分捕捉部材を直径の異なるリング状の断面がＬ形状でＶ形流路を有する湿分捕捉体で構成し、各湿分捕捉体を同中心となるように放射状の排水路を有する支持部材に固定してスカート１０９内に設け、捕捉した湿分の水をＶ形流路に集め排水路を介して冷却水１１０に戻すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，２１，３１，４１，５１…気水分離器、２，２２，３３，４３，５３…沸騰水型原子炉、３…スタンドパイプ、４…遠心分離部、５…バレル、６…支持構造体、７…支持板、８…内筒、９…外筒、１０…蒸気導入孔、１１…旋回羽根、１２…ハブ、１３…フランジ、１４…ピックオフリング、１５…排水溝、３２…水膜形成部材、３４…上端、３５…流通間隙、３６…スリット、３７…排水管、４２…初段スワラー、４４…初段ハブ、４５…初段旋回羽根、５２…湿分捕捉部材、５４…湿分捕捉体、５４ａ…広幅側部分、５４ｂ…狭幅側部分、５５…支持部材、５６…Ｖ形流路、５７…蒸気流通路、５８…スリット、１０１…上蓋、１０２…原子炉圧力容器、１１０…気体冷却流路、１１２…下降流通路、１１３…上昇流通路、１０１…上蓋、１０２…原子炉圧力容器、１０３…シュラウド、１０４…炉心、１０５…シュラウドヘッド、１０８…ドライヤ、１０９…スカート、１１０…冷却水、１１０ａ…粗大水滴、１１０ｂ…水膜、１１１…スワラー、１１３…主蒸気管、１１４…主蒸気管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉等で発生した蒸気と水の気液二相流から蒸気を分離するのに好適する気水分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉による原子力発電プラントでは、原子炉炉心で発生した熱により原子炉圧力容器内で発生させた蒸気を導き出してタービンを回転させると共に、発電機を回転させて発電している。一方、加圧水型原子炉による原子力発電プラントでは、原子炉炉心で発生した熱で作り出した一次冷却系の高温水により蒸気発生器内の熱交換器において二次冷却系の水を加熱し、発生させた蒸気を導き出してタービンを回転させると共に、発電機を回転させて発電している。いずれの原子力発電プラントもタービンに供給し回転させる蒸気中から湿分を除去する必要があり、原子炉圧力容器内や蒸気発生器内で発生させた蒸気と水の気液二相流から水を除去するため、気水分離器やドライヤなどを備えている。
【０００３】
例えば図９に縦断面図を示すように、原子力発電プラントに用いる発電用原子炉の沸騰水型原子炉１００は、上蓋１０１で上端開口を気密に閉塞した原子炉圧力容器１０２の円筒状内空間に、同じく円筒状のシュラウド１０３を設置し、シュラウド１０３内に核燃料を装荷した炉心１０４を収納して構成されている。そして、シュラウド１０３の上部に設置されたシュラウドヘッド１０５には、気水分離器１０６の複数本のスタンドパイプ１０７が立設されており、スタンドパイプ１０７の上方には、ドライヤ１０８が原子炉圧力容器１０２の内壁に支持部材を設けて支持されている。なお、ドライヤ１０８には、下方側に円筒状のスカート１０９が気水分離器１０６の周囲を囲うように装備されている。
【０００４】
また、原子炉圧力容器１０２内には、冷却水１１０が、スカート１０９の下端が水没するよう所定の水位まで満たされている。そして、冷却水１１０はシュラウド１０３下部から炉心１０４に入ることにより、装荷されている核燃料の反応熱で加熱され、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、気水分離器１０６で気液分離され、湿分を除去した蒸気と湿分の水とになる。
【０００５】
こうした気液二相流の蒸気の気液分離を行う気水分離器１０６は、シュラウド１０３内から気液二相流の蒸気を導き出すスタンドパイプ１０７と、スタンドパイプ１０７内に設置され気液二相流の蒸気に旋回力を与えるスワラー１１１と、図示しないデッキプレートに支持されスタンドパイプ１０７の上部に間隙を設けて被せられたバレル１１２で構成されており、スワラー１１１とバレル１１２で気液二相流の蒸気を、湿分を除去した蒸気と湿分の水とに遠心分離する。
【０００６】
また、気液分離後の水は、原子炉圧力容器１０２とスカート１０９の間やスカート１０９内側面、バレル１１２内面を伝い下方の冷却水１１０に戻される。一方、気液分離後の湿分が除去された蒸気は、原子炉圧力容器１０２の冷却水１１０水位よりも上側の上部側壁に連通するよう設けられた主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、図示しない復水器で凝縮される等して、原子炉圧力容器１０２の冷却水１１０水位より下側の下部側壁に連通するよう設けられた給水管１１４を介して冷却水１１０に戻される。なお、図中の実線矢印は水の流れを示し、破線矢印は蒸気の流れを示す。
【０００７】
さらに、気水分離器１０６で気液分離され戻された水と、電力を生成後に復水器で凝縮され戻された水は、冷却水１１０と共に原子炉圧力容器１０２に設置された図示しないインターナルポンプまたはジェットポンプ、再循環ポンプを用いた強制循環によって、あるいは自然循環によって炉心１０４に戻され、再び加熱される。
【０００８】
しかし、上述の気水分離器１０６においては、スタンドパイプ１０７とスワラー１１１及びバレル１１２が連結された構成であるので、スワラー１１１による気液二相流の蒸気の気液分離は、ほとんどが遠心分離によるものとなっている。このため、シュラウド１０３内からスタンドパイプ１０７に流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合、スワラー１１１での圧力損失が大きくなってしまう問題があり、またスタンドパイプ１０７に流入する気液二相流の蒸気のクオリティのばらつきが大きい場合は、スワラー１１１の分離性能もばらついてしまう可能性があった。また、スワラー１１１の圧力損失、すなわち気水分離器１０６の圧力損失の増大は、原子力発電プラントの沸騰水型原子炉１００の出力が低減し、所定の発電が行えなくなる可能性が生じてくる。
【０００９】
なお、気水分離器の構造に関しては、スワラーのハブ径とバレルの径の比やスワラー出口角度を変更して圧力損失を低減するとしたもの（例えば、特許文献１参照）、バレルを側壁に複数の流路孔を貫通、形成した内、外筒で構成し、内、外筒間の間隙に充填したデミスターで蒸気に同伴する冷却水の液滴を捕獲し、重力落下させることで分離能力を確保するとしたもの（例えば、特許文献２参照）があり、またスタンドパイプの入口部に絞り部を設けて旋回力を強め、気水分離性能を向上させるとしたもの（例えば、特許文献３参照）がある。さらに、多段構成でハブなしのスワラーを設けて逆流を防ぎ、液滴のキャリオーバを低減すとしたもの（例えば、特許文献４参照）や、スワラー上方のバレルの側壁に周方向のスリットを多段に設けて気水分離を行わせ、気水分離性能の向上を図るとしたもの（例えば、特許文献５参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１１４２９３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５６５６号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７５８４号公報
【特許文献４】特開２００２−３２６００２号公報
【特許文献５】特開２００１−０７９３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような発電用原子炉等に用いられる気水分離器では、シュラウド内からスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低いとスワラーでの圧力損失が大きくなり、また気液二相流の蒸気のクオリティがばらついているとスワラーの分離性能がばらついてしまうことになり、それにより原子炉の出力低下等を来たす虞がある。
【００１２】
こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、スタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合であっても、スワラーでの圧力損失の増大が抑制でき、またスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティがばらついていてもスワラーの分離性能のばらつきを低減することができる気水分離器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は上記目的を達成するものであって、シュラウド内に収納された原子炉炉心の発生熱により冷却水を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド外にスタンドパイプを介して導出し、スワラーで旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤへと放出する気水分離器であって、前記スワラーを円筒状のバレル内に設け、かつ前記バレルを前記スタンドパイプの上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティが低い場合であっても、スワラーに流入する蒸気のクオリティが高く、圧力損失が増大することがなく、またスタンドパイプに流入する気液二相流の蒸気のクオリティがばらついてもスワラーに流入する蒸気のクオリティのばらつきを少なくし、分離性能のばらつきを低減することができる等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図２】図１における遠心分離部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の変形形態におけるスタンドパイプの斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図８】図７における湿分捕捉部材を示す部分断面図である。
【図９】従来の気水分離器を備える沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を図１及び図２により説明する。
【００１８】
図１及び図２に示すように、第１の実施形態の気水分離器１は、発電用原子炉の沸騰水型原子炉２の冷却水１１０が所定の水位まで満たされている原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられており、気水分離器１を構成する複数本の直円筒状のスタンドパイプ３は、冷却水１１０の水面上に上端を露出させるようにしてシュラウドヘッド１０５上に立設されている。
【００１９】
さらに、気水分離器１の遠心分離部４を構成する複数のバレル５は、シュラウドヘッド１０５上に設置された支持構造体６の上端に固定され、外周縁をスカート１０９に固定した支持板７に取り付けられるようにして、スタンドパイプ３の上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置されている。バレル５は、内筒８と外筒９でなる二重円筒状のもので、内筒８は、下端開口を支持板７に形成された蒸気導入孔１０に連通するようにして図示しない支持具で外筒９内に支持されており、内筒８内には、複数枚の旋回羽根１１をハブ１２の周囲に植設し、羽根端を筒内壁に固定したスワラー１１１が備えられている。
【００２０】
また外筒９は、下端開口を支持板７の蒸気導入孔１０に連通するようにして支持板７上に立設されており、さらに内筒８よりも上方側に位置する外筒９の上端部には、外筒９の上端縁にフランジ１３を固着するようにして、両端が開口した切頭錐体状の円筒であるピックオフリング１４が、下方に向けて漸次径小となるようにして設けられている。なお、バレル５を支持する支持板７には、板上面に排水溝１５が蒸気導入孔１０に連通するように刻設されており、排水溝１５は支持板７の外周縁部分に貫通するよう形成された図示しない排水孔に接続されている。
【００２１】
そして、上述のように構成されたものでは、沸騰水型原子炉２の運転を開始することにより装荷されている核燃料の反応熱でシュラウド１０３下部から炉心１０４に入った冷却水１１０が加熱され、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、気水分離器１のスタンドパイプ３内に流れ込み、スタンドパイプ３内を上昇して上端からスタンドパイプ３の上方に離間設置されたている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により原子炉圧力容器１０２内に所定水位まで満たされている冷却水１１０内に落下する。
【００２２】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５に蒸気導入孔１０を介して到達し、内筒８内に備えられたスワラー１１１を通過する間に旋回羽根１１により旋回力が与えられ、質量の大きい湿分の水が遠心分離される。遠心分離により気液分離された水は、遠心力によりピックオフリング１４の外面に沿って上昇し、内筒８の上端とピックオフリング１４のフランジ１３との間の間隙から内筒８と外筒９の間に入り、外筒９の内面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて支持板７の外周縁部分の排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００２３】
一方、遠心分離により気液分離され湿分が除去された蒸気は、密度が小さいために遠心力が小さくピックオフリング１４の内側部分を上昇する。そして、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４の上方のドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、図示しない復水器で凝縮される等して、給水管１１４を介して原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００２４】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、シュラウド１０３からの気液二相流の蒸気に含まれる粗大水滴１１０ａ等は、自重による重力分離効果により遠心分離部４に至らずに分離できることになる。これにより、遠心分離部４のスワラー１１１に流入する気液二相流の蒸気のクオリティが高くなり、スワラー１１１での圧力損失の増加が抑制され、気水分離器１での圧力損失を低減することができる。
【００２５】
また、シュラウドヘッド１０５上に複数本立設されたスタンドパイプ３毎の気液二相流の蒸気のクオリティに大きなばらつきがあっても、クオリティの低い場所では重力により多くの粗大水滴１１０ａ等の落下がおき、除去されるので、スワラー１１１に流入する気液二相流の蒸気のクオリティのばらつきを少なくすることができ、分離性能のばらつきを低減することができる。そして、スワラー１１１での圧力損失が低下して気水分離器１の圧力損失が低減するので、沸騰水型原子炉２の出力が低減せず、原子力発電プラントとして所定の発電を維持することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図３により説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００２７】
図３に示すように、第２の実施形態の気水分離器２１は、遠心分離部４を設置した位置が、主として第１の実施形態で気水分離器１を設置した位置とは異なっており、本実施形態では、気水分離器２１は遠心分離部４がドライヤ１０８の直下部に隣接して設けられている。
【００２８】
すなわち、気水分離器２１は、第１の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉２２の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられており、その複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。さらに、気水分離器２１の遠心分離部４を構成するスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、外周縁がスカート１０９の内側上部に固定された支持板７上に取り付けられると共に、ドライヤ１０８の直下部に隣接して位置するよう取り付けられることによって、スタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００２９】
そして、上述のように構成されたものでは、第１の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉２２の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内を上昇してパイプ上端から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により冷却水１１０内に落下する。
【００３０】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５の内筒８内に備えられたスワラー１１１を通過する間に旋回羽根１１により旋回力が与えられ、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、ピックオフリング１４の外面から内筒８と外筒９の間に入り、外筒９の内面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００３１】
一方、遠心分離により気液分離され湿分が除去された蒸気は、ピックオフリング１４の内側部分を上昇し、遠心分離部４の上方のドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機を回転させて電力を生成する。電力を生成した後の蒸気は、復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００３２】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を図４により、また本実施形態の変形形態を図５により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００３４】
図４に示すように、第３の実施形態の気水分離器３１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３に水膜形成部材３２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００３５】
すなわち、気水分離器３１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉３３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器３１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器３１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられて、スタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００３６】
そして、シュラウドヘッド１０５上に立設されたスタンドパイプ３は、その上端３４に図示しない支持具に支持されて倒立円錐体状の水膜形成部材３２が、所定の流通間隙３５を設けて上端開口を塞ぐよう下端である錐体頂部を挿入するようにして設けられている。なお、水膜形成部材３２の径大となっている上端部分の外径は、スタンドパイプ３の内径より大きく形成されている。
【００３７】
このように構成されたものでは、第２の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉３３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入する。スタンドパイプ３を上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた水膜形成部材３２に当たり、その錐体面に沿って流れる。
【００３８】
気液二相流の蒸気は、水膜形成部材３２に当たって錐体面に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを錐体面に形成して水が分離される。その後、気液二相流の蒸気は上端開口の流通間隙３５から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出され、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａも放出される。また水膜形成部材３２の錐体面に形成された水膜１１０ｂは、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより水膜形成部材３２上端縁部分で剥がされて水滴となる。こうして形成された水滴も、同時に空間に放出され、粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００３９】
さらに、粗大水滴１１０ａ等が重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過し、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、水膜１１０ｂを形成してバレル５から流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００４０】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、スタンドパイプ３部分でより多くの湿分の水の除去が可能となると共に、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
なお、上記の第３の実施形態では、スタンドパイプ３の上端に倒立円錐体状の水膜形成部材３２を設けるようにしたが、それに限るものでなく、以下に説明する変形形態のように構成してもよい。
【００４２】
すなわち、変形形態は、図５に示すようにスタンドパイプ３部分の構成が、第３の実施形態と異なったものとなっている。シュラウドヘッド１０５上に立設されるスタンドパイプ３の上端３４には、同じく所定の流通間隙３５を設けて上端開口を塞ぐように、図示しない支持具に支持されて倒立円錐体状で椀形状をなす水膜形成部材３２ａが、錐体頂部を挿入するようにして設けられている。なお、水膜形成部材３２ａの径大となっている上端部分の外径ＤＣは、スタンドパイプ３の内径ＤＢより大きく形成されている。
【００４３】
さらに、椀形状をなす水膜形成部材３２ａには、椀側壁に内外を貫通する複数条のスリット３６が、周方向に、あるいは上下方向に形成されており、また椀側壁には椀内外を連通する排水管３７の上端が接続されている。
【００４４】
このように構成されたものでは、第３の実施形態と同様に、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入し、上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた水膜形成部材３２ａに当たり、その錐体面に沿って流れる間に含まれている湿分による水膜１１０ｂが錐体面に形成される。気液二相流の蒸気の湿分によって形成された水膜１１０は、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより水膜形成部材３２ａの上端縁方向に流れ、その間に椀側壁のスリット３６を通って水膜形成部材３２ａの貯水空間である椀内に流れ込む。そして、所定水位を超えるまで流れ込んだ水は、椀側壁に接続されている排水管３７から水膜形成部材３２ａの外に流れ出し、冷却水１１０内に落下する。
【００４５】
また、椀内に流れ込まなかった水膜１１０ｂは、水膜形成部材３２ａ上端縁部分で剥がされて水滴となり、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４との間の空間に放出され、遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００４６】
これにより、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を図６により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００４８】
図５に示すように、第４の実施形態の気水分離器４１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３に初段スワラー４２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００４９】
すなわち、気水分離器４１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉４３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器４１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器４１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられてスタンドパイプ３の上方に離間設置されている。
【００５０】
そして、シュラウドヘッド１０５上に立設されたスタンドパイプ３は、その上端３４に初段スワラー４２が設けられている。初段スワラー４２は、倒立円錐体状の初段ハブ４４の円錐面に複数枚の初段旋回羽根４５を周方向に植設し、上端開口を塞ぐようハブ４４の下端である錐体頂部を挿入するようにし、羽根端をスタンドパイプ３の上端縁に固定するようにして取り付けられている。なお、初段スワラー４２の初段旋回羽根４５は、遠心分離部４のスワラー１１１の旋回羽根１１よりも羽根の旋回が小さく形成されている。
【００５１】
このように構成されたものでは、第３の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉４３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内に流入する。スタンドパイプ３を上端方向に流れた気液二相流の蒸気は、上端３４に上端開口を塞ぐよう設けられた初段スワラー４２に流入し、初段旋回羽根４５の羽根面に沿って流れる。
【００５２】
気液二相流の蒸気は、初段スワラー４２に流入し、初段旋回羽根４５の形成する湾曲した流路に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを羽根面に形成して水が分離され、同時に旋回力が与えられる。その後、気液二相流の蒸気は上端開口から上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に旋回しながら放出され、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａも放出される。また初段旋回羽根４５の羽根面に形成された水膜１１０ｂは、スタンドパイプ３内の気液二相流の蒸気の流れにより初段スワラー４２の上端縁部分で剥がされて水滴となる。こうして形成された水滴も、同時に気液二相流の蒸気と共に空間に放出され、粗大水滴１１０ａと共に遠心分離部４に到達する前に重力により冷却水１１０内に落下する。
【００５３】
さらに、粗大水滴１１０ａ等が重力分離された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過し、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、水膜１１０ｂを形成してバレル５から流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００５４】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、スタンドパイプ３部分での湿分の水の除去が、遠心力が作用して重力分離が促進されることから、より多いものとすることができると共に、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を図７及び図８により説明する。なお、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００５６】
図７及び図８に示すように、第５の実施形態の気水分離器５１は、第２の実施形態とはスタンドパイプ３と遠心分離部４との間に湿分捕捉部材５２を設けた構成としている点で異なっているのみで、他は同じ構成となっている。
【００５７】
すなわち、気水分離器５１は、上述の第１及び第２の実施形態におけると同様に、発電用原子炉の沸騰水型原子炉５３の原子炉圧力容器１０２内に設置されたシュラウド１０３とドライヤ１０８の間に設けられた構成となっており、気水分離器５１の複数本のスタンドパイプ３は、シュラウドヘッド１０５上に立設されている。また、気水分離器５１の遠心分離部４のスワラー１１１を備えた複数のバレル５は、ドライヤ１０８の直下部に隣接するよう支持板７上に取り付けられて、スタンドパイプ３の上方に離間設置され、さらに、スタンドパイプ３と遠心分離部４との間に湿分捕捉部材５２が設けられている。
【００５８】
湿分捕捉部材５２は、長さの異なる断面がＬ形状の複数本の湿分捕捉体５４を備えて構成されている。そして、複数の湿分捕捉体５４は、スカート１０９に取着された支持部材５５に平行、かつ左右対称となるように固定されることで、スカート１０９内を横断する構成となっていて、左右の最長の湿分捕捉体５４同士は、それぞれの広幅側部分５４ａが対向する形となっている。
【００５９】
また、各湿分捕捉体５４は、広幅側部分５４ａと狭幅側部分５４ｂとによって上面側にＶ形流路５６が形成された断面がＬ形状のもので、最長の湿分捕捉体５４同士を除く隣接するもの同士は、狭幅側部分５４ｂの上方に広幅側部分５４ａが離間配置され、垂直方向に見た場合に両部分が重なり合う関係にあり、その重なり合う関係の部分に蒸気流通路５７が形成されている。さらに、各湿分捕捉体５４は、広幅側部分５４ａに上面側と下面側とを連通する長さ方向のスリット５８が、長さ方向、幅方向に複数条形成されている。
【００６０】
そして、上述のように構成されたものでは、第２の実施形態と同様に、沸騰水型原子炉５３の運転を開始することで、核燃料の反応熱により冷却水１１０がシュラウド１０３内で加熱、沸騰して気液二相流の蒸気が発生する。発生した気液二相流の蒸気は、シュラウド１０３内からスタンドパイプ３内を上昇してパイプ上端から、上方に離間設置されている遠心分離部４との間の空間に放出される。空間に放出されることで、気液二相流の蒸気に含まれている比較的大きい粗大水滴１１０ａは、遠心分離部４に到達する前に、重力により冷却水１１０内に落下する。
【００６１】
また、粗大水滴１１０ａが除去された気液二相流の蒸気は、上方に配置された湿分捕捉部材５２へと流れ、湿分捕捉部材５２の複数の湿分捕捉体５４の間の蒸気流通路５７を流れ、湿分捕捉部材５２の湿分捕捉体５４に当たって下面に沿って流れる際に、含まれている湿分による水膜１１０ｂを下面に形成して水が分離される。湿分捕捉体５４の下面に形成された水膜１１０ｂの水は、スリット５８を介して上面側に、さらにＶ形流路５６に集められる。Ｖ形流路５６に集められた水は、Ｖ形流路５６を流れ、スカート１０９内面まで延びた湿分捕捉体５４の端部に形成された図示しない排水孔から冷却水１１０内に落下する。
【００６２】
さらに、粗大水滴１１０ａが重力分離され、湿分捕捉部材５２に一部湿分が捕捉され除去された気液二相流の蒸気は、遠心分離部４のバレル５のスワラー１１１を通過する間に旋回力が与えられ、湿分の水が遠心分離される。遠心分離された水は、ピックオフリング１４、内筒８、外筒９の表面に水膜１１０ｂを形成して流れ落ち、排水溝１５を流れて排水孔から冷却水１１０内に落下する。一方、湿分が除去された蒸気は、遠心分離部４からドライヤ１０８を通り、主蒸気管１１３から図示しないタービンに供給され、発電機で電力を生成する。その後、蒸気は復水器で凝縮される等して給水管１１４を介し原子炉圧力容器１０２内の冷却水１１０に戻される。
【００６３】
以上の通り、本実施形態によれば、上述の構成とすることで、湿分捕捉部材５２でより多くの湿分の水の除去が可能となると共に、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、湿分捕捉部材５２を長さの異なる断面がＬ形状の複数本の湿分捕捉体５４で構成して、スカート１０９内を横断するよう設けたが、例えば、湿分捕捉部材を直径の異なるリング状の断面がＬ形状でＶ形流路を有する湿分捕捉体で構成し、各湿分捕捉体を同中心となるように放射状の排水路を有する支持部材に固定してスカート１０９内に設け、捕捉した湿分の水をＶ形流路に集め排水路を介して冷却水１１０に戻すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１，２１，３１，４１，５１…気水分離器、２，２２，３３，４３，５３…沸騰水型原子炉、３…スタンドパイプ、４…遠心分離部、５…バレル、６…支持構造体、７…支持板、８…内筒、９…外筒、１０…蒸気導入孔、１１…旋回羽根、１２…ハブ、１３…フランジ、１４…ピックオフリング、１５…排水溝、３２…水膜形成部材、３４…上端、３５…流通間隙、３６…スリット、３７…排水管、４２…初段スワラー、４４…初段ハブ、４５…初段旋回羽根、５２…湿分捕捉部材、５４…湿分捕捉体、５４ａ…広幅側部分、５４ｂ…狭幅側部分、５５…支持部材、５６…Ｖ形流路、５７…蒸気流通路、５８…スリット、１０１…上蓋、１０２…原子炉圧力容器、１１０…気体冷却流路、１１２…下降流通路、１１３…上昇流通路、１０１…上蓋、１０２…原子炉圧力容器、１０３…シュラウド、１０４…炉心、１０５…シュラウドヘッド、１０８…ドライヤ、１０９…スカート、１１０…冷却水、１１０ａ…粗大水滴、１１０ｂ…水膜、１１１…スワラー、１１３…主蒸気管、１１４…主蒸気管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シュラウド内に収納された原子炉炉心の発生熱により冷却水を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド外にスタンドパイプを介して導出し、スワラーで旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤへと放出する気水分離器であって、
前記スワラーを円筒状のバレル内に設け、かつ前記バレルを前記スタンドパイプの上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置したことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
前記バレルは、前記ドライヤの下部に設置されていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項３】
前記バレルは、その下端が上面に排水溝が刻設され、蒸気導入孔が形成された支持板に取着されていると共に、該支持板が前記ドライヤの下方に延在して前記スタンドパイプを囲うスカートに固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の気水分離器。
【請求項４】
前記スタンドパイプは、上部に湿分を水膜にして捕捉する水膜形成部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項５】
前記水膜形成部材は、表面に水膜を形成させて湿分を捕捉する椀形状の部材であると共に、椀側壁に内外を貫通するスリットを有し、かつ椀内外を連通する排水管が接続されていることを特徴とする請求項４記載の気水分離器。
【請求項６】
前記スタンドパイプは、該スタンドパイプ内から放出する気液二相流の蒸気に旋回力を与える旋回羽根を持った初段スワラーが備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項７】
前記スタンドパイプと前記スワラーを内部に設けた前記バレルの間に備えられ、前記スタンドパイプから放出された気液二相流の蒸気の湿分を付着させて捕捉する湿分捕捉部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項１】
シュラウド内に収納された原子炉炉心の発生熱により冷却水を沸騰させて生成された気液二相流の蒸気を、シュラウドヘッド外にスタンドパイプを介して導出し、スワラーで旋回力を与えて遠心分離して湿分を除去した蒸気と湿分の水に気液分離し、湿分を除去した蒸気をドライヤへと放出する気水分離器であって、
前記スワラーを円筒状のバレル内に設け、かつ前記バレルを前記スタンドパイプの上方に筒軸方向を鉛直方向にして離間設置したことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
前記バレルは、前記ドライヤの下部に設置されていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項３】
前記バレルは、その下端が上面に排水溝が刻設され、蒸気導入孔が形成された支持板に取着されていると共に、該支持板が前記ドライヤの下方に延在して前記スタンドパイプを囲うスカートに固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の気水分離器。
【請求項４】
前記スタンドパイプは、上部に湿分を水膜にして捕捉する水膜形成部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項５】
前記水膜形成部材は、表面に水膜を形成させて湿分を捕捉する椀形状の部材であると共に、椀側壁に内外を貫通するスリットを有し、かつ椀内外を連通する排水管が接続されていることを特徴とする請求項４記載の気水分離器。
【請求項６】
前記スタンドパイプは、該スタンドパイプ内から放出する気液二相流の蒸気に旋回力を与える旋回羽根を持った初段スワラーが備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【請求項７】
前記スタンドパイプと前記スワラーを内部に設けた前記バレルの間に備えられ、前記スタンドパイプから放出された気液二相流の蒸気の湿分を付着させて捕捉する湿分捕捉部材が備えられていることを特徴とする請求項１記載の気水分離器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９９７４８（Ｐ２０１１−９９７４８Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４１６７（Ｐ２００９−２５４１６７）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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