JPH04315993A - 気水分離器 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は水を冷却材とする沸騰水
型原子炉等の軽水炉に係り、特に炉心からの気液二相流
を水と蒸気とに分離する気水分離器に関する。

【０００３】

【従来の技術】軽水炉としての沸騰水型原子炉（以下Ｂ
ＷＲという。）においては、原子炉圧力容器内に多数の
燃料集合体を装荷した炉心が収容され、この炉心の上方
に気水分離器が設置される。気水分離器は炉心シュラウ
ドを覆うシリンダヘッドに林立状態に設けられ、炉心か
らの気液二相流を水と蒸気とに分離させるもので、分離
せしめられた蒸気は蒸気乾燥器に導かれて湿分が除去さ
れるようになっている。また、蒸気から分離せしめられ
た水は、炉心周りのダウンカマ部に案内されるようにな
っている。

【０００４】従来の気水分離器は、図８に示すように三
重筒構造に構成され、本体ケーシングである外筒１内に
、中間筒２と内筒である旋回筒３が収容され、この旋回
筒３の下部にライザ管４のラッパ管部４ａが一体あるい
は一体的に接続される。旋回筒３はライザ管４より太径
の筒状をなし、その接続部であるラッパ管部４ａにイン
レット案内羽根５が設けられ、この案内羽根５でライザ
管４内を上昇する炉心からの気液二相流に旋回流を付与
するようになっている。

【０００５】インレット案内羽根５は中心ハブ５ａ周り
に複数、例えば８枚の傾斜翼５ｂを有し、この傾斜翼５
ｂを気液二相流が案内されるとき、気液二相流に螺旋状
の回転動が付与されて旋回流にされる。気液二相流の旋
回流は遠心分離作用を受け、蒸気渦流は中心側に、水渦
流は旋回筒３の内周壁に沿って蒸気渦流を取り囲む形で
上昇する。

【０００６】遠心分離作用を受けた水渦流は上部のキャ
ッチリング６で捕捉され、反転して第１放出通路７に案
内される。第１放出通路７に案内された水は、旋回筒７
の外周に配置された例えば４本のフローディバイダ（図
示せず）で回転動が阻止され、オリフィスとしてのブレ
イクダウンリング７ａを経てダウンカマ上部の炉水に戻
される。ブレイクダウンリング７ａは気水分離器のキャ
リアンダー（水に含まれる蒸気）を最小にするものであ
る。

【０００７】一方、外筒１と中間筒２との間には、第２
放出通路８が設けられる。この第２放出通路８は蒸気と
水の渦流間の層から蒸気と水の混合流を集め、水と蒸気
の分離の完全化を図る目的で設置される。この層状混合
流にはかなりの体積量の蒸気が含まれているので、水か
ら蒸気を分離させ、分離せしめられた蒸気を蒸気出口８
ａから蒸気乾燥器の下部プレナムに放出する一方、蒸気
とセパレートされた水は、第２放出通路８の下端開口か
らダウンカマ部に案内されるようになっている。第２放
出通路８には案内される水の回転動を阻止するため、垂
直方向に延びるチャンバの形に形成される。

【０００８】また、気水分離器の旋回筒３内の中心部を
上昇した蒸気渦流は、上部のプリドライヤ９に案内され
る。プリドライヤ９は蒸気渦流が案内されるドライヤ内
筒（連絡筒）９ａとこの内筒９ｂを覆うドライヤ外筒９
ａとで二重筒構造に構成され、ドライヤ内筒９ｂ内に案
内された蒸気流の水分は、キャッチリング１０で捕捉さ
れ、反転してプリドライヤ放出通路１１に案内され、こ
の放出通路１１を通ってダウンカマ部に導かれる。一方
、気水分離器のプリドライヤ９内を上昇した蒸気は、蒸
気乾燥器下方のプレナムに放出され、このプレナムから
蒸気乾燥器に案内されるようになっている。

【０００９】このように、炉心からの気液二相流は、気
水分離器にて水と蒸気に分離され、分離せしめられた蒸
気は蒸気乾燥器下部のプレナム部に流出され、水はダウ
ンカマ部へ案内されるようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の気水分離器は、
炉心からの気液二相流の分離効率を上げるためにライザ
管４の口径を旋回流３の口径より小さくし、ライザ管４
内を上昇する気液二相流の流速を速くしてインレット案
内羽根５で気液二相流に大きな回転動を付与させており
、回転動の動力を大きくする必要があった。また、ライ
ザ管４内を案内される流速が速いため、気水分離器入口
の圧力損失が大きくなったり、水渦流を捕捉し、反転さ
せて第１放出通路に案内するキャッチリング６，１０の
存在も、圧力損失を大きくする原因となっていた。

【００１１】一方、近年の原子力発電プラントにおいて
は、ポンプ駆動のように原子炉圧力容器内の炉水を強制
的に循環させる強制循環方式ではなく、温度差に起因す
る冷却材の密度差を利用して冷却材を循環させる自然循
環方式の原子炉が開発されている。自然循環方式を利用
した沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器内で冷却材を
効率よく循環させるために、冷却材の圧力損失をできる
だけ小さくする必要があるが、従来の気水分離器では圧
力損失が大きいため、自然循環方式の駆動力の妨げとな
り、充分な駆動力を得ることがてきなかった。

【００１２】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、気液二相流の圧力損失を小さくし、気液二相流
に大きな旋回力を付与しなくも効率よく気液を分離させ
ることができる気水分離器を提供することを目的とする
。

【００１３】本発明の他の目的は、自然循環方式の沸騰
水型原子炉に適した気水分離器を提供するにある。〔発
明の構成〕

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る気水分離器
は、上述した課題を解決するために、原子炉圧力容器内
に収容された炉心の上方に設けられ、炉心からの気液二
相流を水と蒸気とに分離する気水分離器において、上記
炉心からの気液二相流を案内するライザ管と、案内され
た気液二相流に旋回流を付与するインレット案内羽根と
、この案内羽根で旋回せしめられた気液二相流から水と
蒸気とを分離させる外筒とを有し、上記外筒には分離さ
れた水を放出する複数のスリットが形成される一方、各
スリットに沿う外筒の下流側内周壁に分離された水の旋
回流を前記スリットに案内するフローディバイダを設け
たものである。

【００１５】

【作用】この気水分離器は、原子炉の炉心から出てきた
気液二相流をライザ管内に案内し、インレット案内羽根
により螺旋状の回転動を付与して外筒内で旋回流を生じ
させ、密度の大きな水渦流が外側に、密度の小さな蒸気
渦流が中心側に案内されて分離される。

【００１６】このうち、密度の大きな水渦流は、外筒の
内周壁に設けられたフローディバイダに捕捉されてスリ
ットに案内され、このスリットを通ってダウンカマ上部
の水中に戻される。一方、外筒内の中心部を上昇した蒸
気渦流は上動して蒸気乾燥器下部のプレナム部に案内さ
れる。

【００１７】この気水分離器は、上昇する旋回流の上方
への流れを阻止するキャッチリングが不要となり、上方
への流れを阻止するものがないため、気水分離器内の圧
力損失は大幅に減少する。気液二相流に大きな旋回力を
付与しなくても効率よく気液を分離させることができ、
また、気水分離器内の圧力損失が小さいので、強制循環
方式の原子炉だけでなく、冷却材を自然循環方式で循環
させる原子炉にも適用することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係る気水分離器の一実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。

【００１９】図１は軽水炉としての強制循環方式の沸騰
水型原子炉（ＢＷＲ）に本発明の気水分離器を適用した
例を示すものであるが、自然循環方式のＢＷＲに適用し
てもよい。この気水分離器１５はＢＷＲの原子炉圧力容
器１６内に収容される炉心１７の上方に設置される。炉
心１７は炉心シュラウド１８により囲まれて多数の燃料
集合体１９が装荷される。炉心シュラウド１８の外側は
原子炉圧力容器１６の内周壁との間で環状に画成され、
この環状部がダウンカマ部２０として形成される。ダウ
ンカマ部２０の下部には原子炉内再循環ポンプとしての
インターナルポンプ２１が複数台周方向に間隔をおいて
設けられ、このインターナルポンプ２１により原子炉圧
力容器１６内の炉水が強制的に循環せしめられるように
なっている。

【００２０】一方、炉心シュラウド１８は上方からシュ
ラウドヘッド２３で覆設される一方、このシュラウドヘ
ッド２３に多数の気水分離器１５が林立状態で設けられ
、この気水分離器１５で炉心１７から出てくる気液二相
流を水と蒸気に分離するようになっている。気水分離器
１５の上方には蒸気乾燥器２４が設置され、この蒸気乾
燥器２４で気水分離器で分離せしめられた蒸気の湿分を
取り除くようになっている。湿分が除去された蒸気は主
蒸気ノズル２５から図示しない主蒸気管を経て蒸気ター
ビンに案内されるようになっている。

【００２１】なお、図１において、符号２６は制御棒２
７を駆動される制御棒駆動機構である。

【００２２】炉心１７の上方に設置される気水分離器１
５は図２に示すように４体１組の燃料集合体１９に対応
させて設けられ、図３に示すような構成を有する。

【００２３】気水分離器１５は図３に示すように筒状の
本体ケーシングとしての外筒３０を有し、この外筒３０
の下部はライザ管３１のテーパ状ラッパ管部３１ａに一
体あるいは一体的に接続される。ラッパ管部３１ａには
ライザ管３１内を上昇する気液二相流に旋回流を付与す
るインレット案内羽根３３が設けられる。ラッパ管部３
１ａはライザ管３１に代え、外筒３０側に形成してもよ
い。

【００２４】インレット案内羽根３３は、図４に示すよ
うに、中心ハブ３３ａとこのハブ３３ａの周りに周方向
に間隔をおいて設けられた例えば８枚の傾斜翼３３ｂと
を有し、炉心１７からの気液二相流がインレット案内羽
根３３を通るとき、傾斜翼３３ｂにより回転動が付与さ
れ、気液二相流が螺旋渦状の旋回流となるようになって
いる。回転動が付与された旋回流は遠心分離作用を受け
、密度の大きな水渦流は、外筒３０の内周壁に沿って流
れ、密度の小さな蒸気渦流は、外筒３０内中央部を上昇
して上端開口部から蒸気乾燥器２４下部のプレナム部に
案内される。

【００２５】一方、気水分離器１５の外筒３０には軸方
向（鉛直方向）に延びるスリット３５が周方向に間隔を
おいて複数本、例えば１０本形成されている。各スリッ
ト３５に対応して外筒３０の内周壁にフローディバイダ
３６が設けられる。フローディバイダ３６はスリット３
５に沿ってその下流側に平行に設けられ、このフローデ
ィバイダ３６により外筒３０内を旋回しながら上昇する
水渦流を各スリット３５に案内するようになっている。

【００２６】フローディバイダ３６は外筒３０の内周壁
に沿って流れてくる水渦流の回転動を阻止して水をスリ
ット３５から出すために外筒３０と一体あるいは一体的
に設けられており、スリット３５から水を効率よく外へ
出すために、フローディバイダ３６が外筒内周壁に接す
る角度αは９０度以内の鋭角としたり、上方への水渦流
の流れを阻止するために、フローディバイダの頂部に図
５に示すようにキャッチプレート３７を設け、塞ぐとよ
い。キャッチプレート３７は、フローディバイダ３６の
上端だけでなく、軸方向の複数位置に設けて塞いでもよ
く、さらに、スリット３５の開口角度は外筒３０の中心
に対し垂直である必要はなく、水渦流の回転方向に沿っ
て角度をもたせて形成してもよい。

【００２７】ところで、気水分離器１５の外筒３０に形
成されるスリットの個数およびスリット幅や長さは、外
筒３０の口径に応じて適宜定められる。例えば４体１組
の燃料集合体１９毎に１つの気水分離器１５を配置する
原子炉では、気水分離器１５の外筒３０の口径が例えば
約３０ｃｍとなる。

【００２８】図８に示す従来の気水分離器において、第
１および第２放出通路およびプリドライヤ放出通路の入
口部の延べ開口面積は例えば約４２０ｃｍ２　（開口の
延べ長さが約２００〜３００ｃｍ）であり、本実施例の
気水分離器１５で従来の気水分離器と同じ面積を持たせ
るためには、スリット長を５０ｃｍ、スリット幅を１ｃ
ｍとすると、スリット３５の設置本数は８本程度でよい
。また、スリット長を３０ｃｍ、スリット幅を１ｃｍと
すれば、スリット設置本数は１４本程度に対応する。

【００２９】一方、従来の気水分離器の軸方向長さは約
２６０ｃｍであり、本実施例の気水分離器１５を従来の
気水分離器と同程度とすると、スリット３５の長さを１
５０ｃｍ程度にすることができ、スリット３５の本数を
例えば１０本とすると、スリット３５の延べ全長は１５
００ｃｍとなり、従来の気水分離器の開口部の長さ（延
べの周方向長さ）の５倍以上となる。このため、気水分
離器１５の外筒３０内を旋回する旋回流の回転速度は遅
くてよい。気水分離器１５は入口側に設けられたインレ
ット案内羽根３３により気液二相流に回転動を与えるよ
うになっているが、本実施例の気水分離器では旋回流の
回転速度は遅くてよいから、インレット案内羽根３３の
流れに対する角度は従来に比べて緩かでよく、したがっ
て気液二相流の圧力損失も小さくなる。外筒３０に形成
されるスリット３５の長さをＬ、本数をＮ本とすると、
Ｌは５０〜２００ｃｍ Ｎは３０〜８本程度 となり、この中から適切なＬ，Ｎが選択される。

【００３０】なお、本実施例の気水分離器においては、
プリドライヤは不要である。

【００３１】また、この気水分離器１５においては、炉
水の水面はスリット３５上端から外筒上端の中間に位置
せしめられるが、スリット３５の軸方向位置を炉水水面
より下方にすればキャリオーバ（水中に含まれる蒸気量
）を減らすことができる。この場合、スリット３５から
排出された蒸気は上部プレナム部を上昇するが冷されて
再び水に戻り、ダウンカマ上部に案内される（キャリー
アンダ）。

【００３２】さらに、本実施例では、気水分離器１５を
従来のように三重筒構造にする必要がなく、構造の簡素
化が図れるとともに、気水分離器１５内にキャッチリン
グを設けて水流を捕捉し、反転させる必要がないので、
気水分離器１５内の圧力損失を小さくすることができる
。

【００３３】次に、気水分離器の第２実施例を図６を参
照して説明する。

【００３４】この実施例に示された気水分離器１５Ａは
、入口側であるライザ管３１Ａの口径と外筒３０の口径
を等しくし、入口側の圧力損失を低減させるものであり
、スリット３５の位置を炉水の水面下とすることにより
、キャリオーバの量も少なくできる。

【００３５】この気水分離器１５Ａは原子炉圧力容器内
で炉水を自然循環させる自然循環方式の原子炉に適用し
た場合、燃料集合体のアウトチャンネルのサブクール水
がインチャンネルの気液二相流と混入しないように、イ
ンチャンネルの上部にチムニーを設け、このチムニーを
気水分離器１５Ａに接続させる場合、特に有効である。 また、気水分離器１５Ａのライザ管３１Ａを下方に延ば
し、インチャンネル上部に接続させてもよい。

【００３６】図７は本発明に係る気水分離器の第３実施
例を示す。この気水分離器１５Ｂは、外筒３０に形成さ
れるスリット３５Ａを鉛直方向に直線ではなく、螺旋状
にしたものである。

【００３７】スリット３５Ａを螺旋状にしたのは、イン
レット案内羽根３３により外筒３０内に案内される旋回
流（水渦流）の回転方向に垂直あるいは垂直に近くなる
ようにスリット３５Ａを設けることにより、気液分離効
率を増大させるためである。スリット３５Ａを螺旋形に
した場合、外筒３０内周壁に配置されるフローディバイ
ダもスリット３５Ａに沿って螺旋形にする必要がある。

【００３８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る気水
分離器においては、炉心からの気液二相流を案内するラ
イザ管と、案内された気液二相流に旋回流を付与するイ
ンレット案内羽根と、この案内羽根で旋回せしめられた
気液二相流から水と蒸気とを分離させる外筒とを有し、
この外筒は分離された水を放出する複数のスリットが形
成される一方、スリットの下流側内周壁に分離された水
渦流をスリットに案内するフローディバイダを設けたの
で、外筒の内周壁に沿って上昇する旋回流の水渦流は、
フローディバイダに捕捉されてスリットに案内され、こ
のスリットから放出されてダウンカマ上部に戻される。 この気水分離器では旋回流の水流を反転させるキャッチ
リングが不要となり、圧力損失を小さくして気液二相流
に大きな旋回流を付与しなくても効率よく気液を分離さ
せることができる。

【００３９】この気水分離器は本体ケーシングを三重筒
構造にする必要がなく、プリドライヤを設ける必要がな
いので、構造を簡素化でき、さらに、気水分離器内の圧
力損失を低減させることができるので、強制循環方式の
原子炉だけでなく、自然循環方式の原子炉のように、低
圧力損失が要求される炉心上方にこの気水分離器を用い
ることができ、自然循環方式の原子炉にも適したものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る気水分離器を強制循環方式の沸騰
水型原子炉に適用した例を示す縦断面図。

【図２】図１に示された沸騰水型原子炉の要部を示す拡
大部分図。

【図３】本発明に係る気水分離器の一実施例を示す側面
図。

【図４】図３に示す気水分離器のＡ−Ａ線に沿う平断面
図。

【図５】気水分離器の外筒内周壁に設けらるフローディ
バイダを示す斜視図。

【図６】本発明に係る気水分離器の第２実施例を示す側
面図。

【図７】本発明に係る気水分離器の第３実施例を示す側
面図。

【図８】従来の気水分離器を示す側断面図。

【符号の説明】

１５，１５Ａ，１５Ｂ　　気水分離器 １６　　原子炉圧力容器 １７　　炉心 １８　　炉心シュラウド １９　　燃料集合体 ２０　　ダウンカマ部 ２１　　インターナルポンプ ２３　　シュラウドヘッド ３０　　外筒（本体ケーシング） ３１，３１Ａ　　ライザ管 ３３　　インレット案内羽根 ３５，３５Ａ　　スリット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉圧力容器内に収容された炉心の
   上方に設けられ、炉心からの気液二相流を水と蒸気とに
   分離する気水分離器において、上記炉心からの気液二相
   流を案内するライザ管と、案内された気液二相流に旋回
   流を付与するインレット案内羽根と、この案内羽根で旋
   回せしめられた気液二相流から水と蒸気とを分離させる
   外筒とを有し、上記外筒には分離された水を放出する複
   数のスリットが形成される一方、各スリットに沿う外筒
   の下流側内周壁に分離された水の旋回流を前記スリット
   に案内するフローディバイダを設けたことを特徴とする
   気水分離器。