沸騰水型原子炉

【課題】キャリーオーバーやキャリーアンダーを低減することができる気水分離器を提供する。
【解決手段】気水分離器６は、スタンドパイプ７，ディフューザ８，スワラ９，三段の気水分離部１０ａ〜１０ｃを有する。内筒１１ａとの間に排水通路１５ａを形成する外筒１２ａは、ピックオフリング１３ａに設置される。同様にピックオフリング１３の上端に内筒１１ｂが、その上端にピックオフリング１３ｂが取り付けられ、ピックオフリング１３ａで分離されない水の一部が排水通路１５ｂを通って排出口１８ｂから蒸気中へ排出される。排出され落下する水は、排出口１８ｂよりも下部に設けた補強板２１及び飛散防止板２６で捕獲され、気水分離器外筒または飛散防止板２６を伝って穏やかに冷却水水面に流入する。一部冷却水水面に直接落下した水の衝突により発生した液滴や蒸気の一部は、飛散防止板２６に捕獲される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという）は原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）を有し、ＲＰＶは複数の燃料集合体を装荷した炉心を内部に備える。炉心に供給された冷却水は、炉心内の燃料集合体で発生した熱によって加熱されて沸騰する。この沸騰によって冷却水の一部が蒸気になる。発生した蒸気は、ＲＰＶから排出されてタービンに供給され、タービンを回転させる。タービンに連結される発電機が回転して電力を発生させる。
【０００３】
この沸騰水型原子炉において、気水分離器が、ＲＰＶ内であって、炉心の上方に配置されている。気水分離器は、炉心で発生した蒸気と水を含む気液二相流が供給され、その気液二相流から蒸気と水に分離して、乾燥蒸気を発生させる機能を有する。
【０００４】
特許文献１には、気水分離器の構造を開示する。この気水分離器は、蒸気中へ排出される排出口の上部に捕獲リングを設置している。捕獲リングによって、飛散した液滴を捕獲することで、エントレインメントを低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７９０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、蒸気中へ飛散した液滴は広範囲に分布するため、捕獲リングは気水分離器外部の広範囲をカバーする必要がある。また、特許文献１の気水分離器は、キャリーアンダーを更に改善する必要がある。また、捕獲リングの設置により水面上部の圧力が増大するため、冷却水中への気泡の混入が増大する恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な構造でキャリーアンダー及びエントレインメントの両方を低減できる沸騰水型原子炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内筒と外筒との間に形成された排水通路のうち、上流から２番目の排水通路の排出口よりも下方に、隣接する気水分離器を連結する補強板を設置することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構造で構造強度を維持しつつ、気水分離器におけるキャリーアンダーやエントレインメントを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例である気水分離器の縦断面図である。
【図２】図１に示す気水分離器の上面図である。
【図３】図１に示す気水分離器の構成図である。
【図４】補強部材の斜視図である。
【図５】本発明の一実施例である気水分離器の縦断面図である。
【図６】本発明の一実施例である気水分離器の縦断面図である。
【図７】気水分離器の上面図である。
【図８】図６に示す気水分離器の補強部材の実施例である。
【図９】飛散防止板を設けた本構造案の実施例である。
【図１０】図９に示す気水分離器の上面図である。
【図１１】図９に示す気水分離器の補強部材の実施例である。
【図１２】補強部材の斜視図である。
【図１３】気水分離器の排出口付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明者らは、簡易な構造を持ち、キャリーアンダーやエントレインメントを低減できる補強部材及び排水口の形状について検討した。以下に具体的な実施例を示す。
【実施例１】
【００１２】
沸騰水型原子力プラント（ＢＷＲプラント）に適用された気水分離器を、図１，図２及び図３，図５を用いて説明する。気水分離器は、図５に示すように、スタンドパイプ７，ディフューザ８，スワラ９，内筒１１，外筒１２及びピックオフリング１３を有する。内筒１１，外筒１２及びピックオフリング１３は気水分離部１０を構成し、気水分離器６は三段の気水分離部１０を有する。図５では、各段の気水分離部１０はａ，ｂ，ｃで区別している。すなわち、気水分離部１０ａが一段目の気水分離部であり、気水分離部１０ｂが二段目の気水分離部、及び気水分離部１０ｃが三段目の気水分離部である。図５においては、ａを付した構成要素が気水分離部１０ａの構成要素であり、ｂを付した構成要素が気水分離部１０ｂの構成要素であり、ｃを付した構成要素が気水分離部１０ｃの構成要素である。
【００１３】
スタンドパイプ７はシュラウドヘッド５に取り付けられる。上方（下流）に向かって内部の横断面積が拡大するディフューザ８は、下端（上流端）がスタンドパイプ７の上端（下流端）に溶接にて接合されている。複数の羽根を有するスワラ９がディフューザ８内に設置される。気水分離部１０ａがディフューザ８の上端に、気水分離部１０ｂが気水分離部１０ａの上端に、気水分離部１０ｃが気水分離部１０ｂの上端にそれぞれ設置される。気水分離部１０ａは、内筒１１ａ，外筒１２ａ及びピックオフリング１３ａを有する。内筒１１ａがディフューザ８の上端に取り付けられ、ピックオフリング１３ａが内筒１１ａの上端にそれぞれ取り付けられる。ピックオフリング１３ａは、円板部に円筒部を取り付けた構成を有し、円筒部が円板部から下方（上流）に向かって伸びている。開口１７ａが円筒部内に形成されている。気水分離器６の圧力損失低減のため、ピックオフリング１３ａの円筒部の下端部の外面にはテーパー状の面取り加工が施されている。後述のピックオフリング１３ｂ，１３ｃも、ピックオフリング１３ａと同じ構成を有している。内筒１１ａを取り囲む外筒１２ａは、ピックオフリング１３ａに取り付けられてピックオフリング１３ａから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１５ａが内筒１１ａと外筒１２ａの間に形成される。内筒１１ａの上端部には、内筒１１ａの内部と排水通路１５ａを連絡するギャップ１４ａが形成されている。
【００１４】
気水分離部１０ｂは、内筒１１ｂ，外筒１２ｂ及びピックオフリング１３ｂを有する。内筒１１ｂの下端がピックオフリング１３ａに取り付けられ、ピックオフリング１３ｂが内筒１１ｂの上端に取り付けられる。内筒１１ｂを取り囲む外筒１２ｂは、ピックオフリング１３ｂに取り付けられてピックオフリング１３ｂから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１５ｂが内筒１１ｂと外筒１２ｂの間に形成される。内筒１１ｂの上端部には、内筒１１ｂの内部と排水通路１５ｂを連絡するギャップ１４ｂが形成されている。外筒１２ｂの下端部には、排水通路１５ｂと連通する排出口１８ｂが形成される。
【００１５】
気水分離部１０ｃは、内筒１１ｃ，外筒１２ｃ及びピックオフリング１３ｃを有する。内筒１１ｃの下端がピックオフリング１３ｂに取り付けられ、ピックオフリング１３ｃが内筒１１ｃの上端に取り付けられる。内筒１１ｃを取り囲む外筒１２ｃは、ピックオフリング１３ｃに取り付けられてピックオフリング１３ｃから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１５ｃが内筒１１ｃと外筒１２ｃの間に形成される。内筒１１ｃの上端部には、内筒１１ｃの内部と排水通路１５ｃを連絡するギャップ１４ｃが形成されている。外筒１２ｃの下端部には、排水通路１５ｃと連通する排出口１８ｃが形成されている。
【００１６】
気水分離器６における気水分離の機能を具体的に説明する。炉心３から上昇した、蒸気及び冷却水を含む気液二相流が、気水分離器６のスタンドパイプ７内に流入し、スタンドパイプ７内を上昇する。蒸気はスタンドパイプ７の横断面の中央部を流れ、冷却水の大部分はスタンドパイプ７の内面に付着して液膜として存在し液膜の状態でスタンドパイプ７の内面に沿って上昇する。
【００１７】
気液二相流はディフューザ８内に流入する。この気液二相流はスワラ９によって旋回力が与えられ、遠心分離作用により密度の大きい水が外側に飛ばされ、密度の小さい蒸気が内筒１１ａの中心に集まって上昇する。外側に飛ばされた水は内筒１１ａの内面に付着して液膜を形成する。この液膜は、内筒１１ａの内面に沿って上昇してピックオフリング１３ａに当たり、蒸気から分離されてギャップ１４ａを通って排水通路１５ａに排出される。分離された水は、排水通路１５ａを下降して曲がり部２５を通って排出口１８ａより気水分離器６の外側に存在する冷却水３５に戻される。
【００１８】
気水分離部１０ａで水分が除去されて含有する水分の量が少なくなった気液二相流は、旋回しながら、ピックオフリング１３ａの開口１７ａを通って気水分離部１０ｂの内筒１１ｂ内に流入する。開口１７ａを通過した気液二相流に含まれた水は、外側に飛ばされ、内筒１１ｂの内面に液膜を形成する。この液膜は、内筒１１ｂの内面に沿って上昇し、ピックオフリング１３ｂに当たって蒸気から分離される。分離された液膜、すなわち、水分はギャップ１４ｂを通って排水通路１５ｂに排出される。この水分は排水通路１５ｂを下降して排出口１８ｂから蒸気中へ排出される。
【００１９】
気水分離器で分離された水は、気水分離部から気水分離器外側に排出される。排水された水は、気水分離器外部空間の下部一定領域に満たされている冷却水に流れ込む。冷却水水面は、図１３に示すように気水分離部の排出口１よりも上部，排出口２よりも下部に位置するよう調節されている。そのため、排出口２で排出された水は重力によって水面２４に向けて落下する。この時、落下した排水は水面２４へ衝突し、その衝撃は冷却水中に蒸気２９が混入したり、蒸気中へ液滴２８が飛散したりする原因となる。冷却水中に混入した蒸気２９の一部は、ＲＰＶ内のダウンカマに流れ込む冷却水の流れに巻き込まれる。巻き込まれた蒸気量をキャリーアンダーという。キャリーアンダーは、炉心に冷却水を供給するインターナルポンプ（または再循環ポンプ）のキャビテーションの発生要因となるため、現行の炉心ではキャリーアンダーの値が許容範囲内になるよう設計されている。また、蒸気中へ飛散した液滴２８の一部は、上昇する蒸気流２２に運ばれて気水分離器上部に設置されたドライヤまで達し、気水分離器の気水分離性能を悪化させる要因となる。この現象をエントレインメントという。ドライヤまで達した水の量をキャリーオーバーという。上記キャリーアンダー及びキャリーオーバーは、現行の炉心ではそれぞれ許容値以下に抑えられているが、より経済性を向上した次世代プラント開発に向けてさらなるキャリーアンダー、キャリーオーバーの低減が望まれている。
【００２０】
そこで、本実施例では、排水口２よりも低い位置に補強部材を設置し、かつ補強部材の真上に排水口２が位置するように排水口２の構造を変更したことにある。
【００２１】
本実施例の構造により、従来の気水分離器と比較して構造強度を維持でき、付加価値として以下の２つの効果からキャリーアンダー及びエントレインメントの両方を低減できる。１つ目の効果は、排水口から排出された水の一部は、水面に落下する前に補強部材で捕獲され、気水分離器外筒または補強部材に設けた飛散防止板を伝って水面へ穏やかに流入するため、水が水面へ落下した衝撃で発生する蒸気や液滴の発生を低減できる。２つ目の効果は、発生した蒸気や液滴を飛散防止板で再捕獲することができる。
【００２２】
本実施例は、蒸気に運ばれて上昇した後の液滴を捕獲する特開平８−１７９０７７号公報と違い、液滴の発生源である排出口より排出される水が、水面へ落下する衝撃を低減することで液滴の発生を低減するものである。また、飛散防止板により発生直後の液滴を蒸気に運ばれる前の段階で捕獲できる。そして、少ない設置面積で液滴飛散を低減できること、キャリーアンダーの要因となる冷却水中への蒸気混入も低減できる。また、設置面積が少ないため水面付近の圧力上昇を低減できる。
【００２３】
具体的に、補強板の構造を説明する。本実施例の気水分離器では、排出口１８ａと排出口１８ｂの中間に冷却水の水面が存在する。そこで、実施例１である気水分離器は、図１に示すように補強板２１を設置し、図２に示すように上記補強板２１の上部に排出口が３箇所設置している。補強板２１は排出口１８ｂよりも下部に設置している。補強板２１は、図４のように半円筒形状とし、内壁を上向きとして、図１に示すように連結する２つの気水分離器のうち、排出口１８ｂの方向に下降するように傾斜させて設置している。
【００２４】
本実施例は、補強板２１を設けているため、排出口１８ｂより排出された水の大部分は、補強板２１の内壁表面に形成された流路内に捕獲され、上記流路を伝って気水分離器外筒に達し、さらに気水分離器外筒を伝って冷却水水面に流れ込む。水面へ穏やかに流入するため、冷却水中への蒸気混入や、蒸気中への液滴飛散を低減することができる。
【００２５】
気水分離部１０ｂで水分が除去されて含有する水分の量が少なくなった蒸気は、旋回しながら、ピックオフリング１３ｂの開口１７ｂを通って気水分離部１０ｃの内筒１１ｃ内に流入する。開口１７ｂを通過した蒸気に含まれた水は、外側に飛ばされ、内筒１１ｃの内面に液膜を形成する。この液膜は、内筒１１ｃの内面に沿って上昇し、ピックオフリング１３ｃに当たり、蒸気から分離される。分離された液膜である水分は、ギャップ１４ｃを通って排水通路１５ｃに排出される。この水分は排水通路１５ｃを下降して排出口１８ｃから排出される。排出口１８ｃより排出された水は微量であり、冷却水水面へ落下時の衝撃は小さいため、本実施例では排出口１８ｃの下部に補強板２１を設置しない。
【実施例２】
【００２６】
実施例２の補強板２１の構造を図８に示す。補強板２１の中央から接続する気水分離器の両端に向けて下降する傾斜板を設けた構造とする。本実施例では、図７に示すように、各気水分離器あたり６箇所の排出口１８ｂを設けている。排出口１８ｂを６箇所としたことで排出口１８ｂの総流出面積が大きくなることから、１箇所当たりの水の排出速度が低減する。そのため、図６に示すように、排出された水がより穏やかに水面に流入することから、実施例１よりも冷却水中への蒸気混入や、蒸気中への液滴飛散の低減効果が向上する。
【実施例３】
【００２７】
実施例３の補強板２１の構造を図１１に示す。本実施例では、補強板２１、及び気水分離器の中心軸と平行に飛散防止板２６を設けた。図１０に示すように、排出口１８ｂは６箇所設けた。
【００２８】
図９に示すように、排出口１８ｂより排出された水の一部は補強板２１に捕獲され、補強板２１を伝って両端である気水分離器外筒または飛散防止板２６に達し、上記気水分離器外筒または飛散防止板２６を伝って水面へ穏やかに流入する。排出された水の一部は飛散防止板２６に衝突し、飛散防止板２６を伝って下降し水面に流入する。排出された水の一部は直接水面に落下し、その衝突によって冷却水中に蒸気、蒸気中へ液滴を発生させる。しかし、発生した蒸気や液滴の一部は、飛散防止板に捕獲されて再度水面へ戻されることにより、エントレインメントやキャリーアンダーの発生を低減することができる。
【００２９】
実施例３の飛散防止板２６の構造は、上記説明したように発生した蒸気や液滴を再捕獲するため、水面より上部及び下部の両方向に長い構造であるほど、大きな効果が得られる。
【００３０】
また、補強板の構造は、実施例１の半円筒形状補強板及び実施例３の飛散防止板を組み合わせた図１２も考えられる。
【実施例４】
【００３１】
本実施例の沸騰水型原子炉を、図３を用いて説明する。本実施例の沸騰水型原子炉は、上記実施例１，２，３のいずれかの気水分離器を設置している。実施例で設置した補強板２１によって十分な構造強度を有する。付加効果として、上記説明したように気水分離器におけるキャリーアンダーやエントレインメントを低減することができる。
【符号の説明】
【００３２】
７スタンドパイプ
８ディフューザ
９スワラ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ気水分離部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ内筒
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ外筒
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃピックオフリング
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ排水通路
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ排出口
２１補強板
２６飛散防止板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流を導くスタンドパイプと、前記スタンドパイプの下流端に接続され、下流に向かって拡がるディフューザと、このディフューザの上側端面に連通して流路を形成する第１段内筒と、前記第１段内筒を取り囲み前記第１段内筒との間に排水通路を形成する第１段外筒と、前記第１段外筒の上流端に取り付けられて開口部が形成されたピックオフリングを有し、前記内筒と前記ピックオフリングの間にギャップを形成している複数の気水分離部を備え、前記複数の気水分離部が下流に向かって順次配置されている沸騰水型原子炉において、
前記内筒と外筒との間に形成された排水通路のうち、上流から２番目の排水通路の排出口よりも下方に、隣接する気水分離器を連結する補強板を設置することを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】
請求項１記載の沸騰水型原子炉において、
前記補強板が傾斜して取り付けられていることを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項３】
請求項１記載の沸騰水型原子炉において、
前記気水分離器の中心軸と平行に飛散防止板を設けることを特徴とする沸騰水型原子炉。

【図１】