JP2000329889A

JP2000329889A - 気水分離器

Info

Publication number: JP2000329889A
Application number: JP11138265A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yamamoto; 泰山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】蒸気と水との分離性能を向上させ、液滴発生を
極力小さくするとともに、圧力損失を減少させる。【解決手段】気液二相流が流れる垂直状スタンドパイプ
７の下流に、前記スタンドパイプ７を通過してくる気液
二相流に遠心力を付与する旋回羽根15を設ける。この旋
回羽根15を包囲するようにしてスタンドパイプ７の上部
外側を離間して旋回筒17ａを設ける。旋回筒17ａの下端
部に多数の流路孔29を設け、スタンドパイプ７の外面に
旋回筒17ａの下端部を取付けて封止し、スタンドパイプ
７と旋回筒17ａとの間に水淀み部30を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気水分離器に係
り、特に沸騰水型原子炉の炉心からの冷却材の気液二相
流を水と蒸気に分離するために好適した気水分離器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉においては、原子炉圧力
容器内に多数の燃料集合体を装荷した炉心を有し、この
炉心の上方に、炉心からの冷却材の気液二相流を水と蒸
気に分離するための気水分離器を設置し、この気水分離
器の上方に、気水分離器で水分が除去された蒸気をさら
に乾燥させるための蒸気乾燥器が複数基設置されてい
る。蒸気乾燥器で乾燥された蒸気は主蒸気管を通してタ
ービンへ送られる。

【０００３】図６により従来の改良型沸騰水型原子炉
（ＡＢＷＲ）を説明する。図６は改良型沸騰水型原子炉
の概略を一部側面で示す断面図である。図６において、
原子炉圧力容器１の中央部よりやや下部に多数体の燃料
集合体を具備する炉心２が配置されている。この炉心２
の下方には多数の制御棒案内管３が設けられ、炉心２を
形成するシュラウド４の上端中口はシュラウドヘッド５
で閉塞されている。シュラウドヘッド５には気水分離器
６のスタンドパイプ７が立設され、気水分離器６上には
蒸気乾燥器８が配設されている。

【０００４】原子炉圧力容器１の下部には制御棒案内管
３の内面をガイドとして炉心２内の十字型制御棒を駆動
する制御棒駆動機構９が設けられている。原子炉圧力容
器１の内側とシュラウド４の外側との間の底部には複数
台のインターナルポンプ10が設置されている。

【０００５】炉心２は多数体の燃料集合体の下部が炉心
支持板11により、上部が上部格子板12によりそれぞれ支
持され、全体がシュラウド４により包囲されている。原
子炉圧力容器１の内側とシュラウド４の外側との間の底
部には、蒸気乾燥器８で乾燥された蒸気をタービンへと
送る主蒸気管13が接続している。また、給水管14により
原子炉圧力容器１内に流入した冷却材はインターナルポ
ンプ10により強制循環される。

【０００６】次に、気水分離器６の構成について図７な
いし図10を参照して説明する。図７は一般的な気水分離
器６の縦断面図、図８は図７に示す気水分離器６内の冷
却材の気液二相流の流れを模式的に示す図、図９は図８
におけるＡ−Ａ矢視方向の横断面図、図10は気水分離器
６の旋回羽根の拡大断面図である。

【０００７】図７に示すように、気水分離器６は、原子
炉炉心２の真上に位置し炉心からの冷却材とボイドとの
気液二相流を上方へと通すスタンドパイプ７（ライザ管
ともいう）と、このスタンドパイプ７の上方に設けられ
気液二相流に旋回作用を与える旋回手段である旋回羽根
15と、この旋回羽根15の上方に設けられ気液二相流の気
水分離を行う気水分離手段として設けられた軸方向に通
常は３段に連なる気水分離ステージ16ａ，16ｂ，16ｃと
からなる。

【０００８】旋回羽根15は、図10に示すように、逆円錐
型の中心ハブ15ａの周りに複数、例えば８枚の螺旋状の
傾斜翼15ｂを有するものである。また、気水分離ステー
ジ16ａ，16ｂ，16ｃは、それぞれ旋回筒17ａ，17ｂ，17
ｃと、これらの旋回筒17ａ，17ｂ，17ｃの外側に位置す
る外筒18ａ，18ｂ，18ｃと、この外筒18ａ，18ｂ，18ｃ
に連なり旋回筒17ａ，17ｂ，17ｃの内側に位置するよう
外筒に形成された鉤型のピックオフリング19ａ，19ｂ，
19ｃ（キャッチリングともいう）とを有するものであ
る。

【０００９】この鉤型のピックオフリング19ａ，19ｂ，
19ｃは、旋回筒17ａ，17ｂ，17ｃの内壁面に形成される
冷却材の液膜を捕捉し、旋回筒17ａ，17ｂ，17ｃと外筒
18ａ，18ｂ，18ｃの間隙に確実に導けるようになってい
る。また、通常これらの気水分離ステージ16ａ，16ｂ，
16ｃは下段に位置するものほど旋回筒および外筒が軸方
向に長く設計されているが、ピックオフリング19ａ，19
ｂ，19ｃはほぼ同じ長さである。

【００１０】また、図７において、従来の気水分離器６
の最下段の気水分離ステージ16ａでは、ピックオフリン
グ19ａの長さｘは旋回筒17ａの長さ１の約１／20となる
よう設計されている。各気水分離ステージにおける旋回
筒17ａ，17ｂ，17ｃの内径はほぼ同じ長さｄ１に設定さ
れ、かつこの旋回筒内径ｄ１はスタンドパイプ７の内径
ｄ２より大きい。

【００１１】次に、気水分離器６の作用について図８か
ら図10により説明する。沸騰水型原子炉において、冷却
材は、核分裂反応の熱により沸騰し、通常水と気体の混
合した気液二相流となって、炉心３の上方に設けられた
上部プレナム（図示せず）内で混合される。この混合さ
れた気液二相流は、原子炉圧力容器１内に複数配置され
た気水分離器６に流量配分されて、スタンドパイプ７内
を上昇する。

【００１２】そして、図８および図９に示すようにスタ
ンドパイプ７内で冷却材は環状流と呼ばれる流動状態に
なっている。すなわち、スタンドパイプ７の内壁面を液
膜20が覆い、この液膜20の内部は液滴21と蒸気22の気泡
23が混合した流れになっている。

【００１３】スタンドパイプ７を上昇した水と蒸気の気
液二相流は、スタンドパイプ７の真上の旋回羽根15によ
って強制的に遠心力を付与されて、図10において矢印で
模式的に示したように、旋回流となる。このとき、沸騰
水型原子炉の通常の運転圧力下において、冷却材の気液
の密度比はおよそ１：20であるから、旋回作用を受ける
気液二相流の気相と液相にかかる遠心力には有為な差が
生ずる。

【００１４】よって、図８および図９に示すように、低
密度の蒸気は最下段の気水分離ステージ16ａの中心側に
位置し、また高密度の液体はこの気水分離ステージ16ａ
の旋回筒17ａの内壁面に沿って液膜20を形成して、とも
に旋回しながら上昇する。また旋回筒17ａの軸近傍では
液滴21と蒸気22が混在している。

【００１５】液膜20は気水分離ステージ16ａの上部に位
置するピックオフリング19ａで捕捉され、旋回筒17ａと
外筒18ａの間隙を通り、オリフィスとしてのブレイクダ
ウンリング24を経て、炉心の上部に位置するダウンカマ
部（図示せず）へと放出される。一方、最下段の気水分
離ステージ16ａにおいて捕捉されなかった液相は、大半
がその上段の気水分離ステージ16ｂ，16ｃにおいてピッ
クオフリング19ｂ，19ｃにより捕捉される。

【００１６】なお、気水分離器６を通過する蒸気中から
気水分離器６によって取り除かれる湿分のうち、約９割
は最下段の気水分離ステージ１６ａにおいて除去される
ように設置されている。また、気水分離器６の出口にお
いては、気液二相流のうち水の質量分率を10％以下に抑
えるように設計されている。

【００１７】このようにして、気水分離器６の最上段の
気水分離ステージ16ｃを通過した蒸気は、蒸気作用によ
り湿分の低いものとなっているが、この気水分離器６の
上方に設置された蒸気乾燥器８へと導かれて、さらに湿
分が除去される。気水分離器６は通常200本から300本の
垂直管群として構成され、シュラウドヘッド５に溶接さ
れて一体に懸架されているのに対し、蒸気乾燥器８は１
体で多数の波板群を格納している。

【００１８】つぎに、蒸気乾燥器８の構成について、図
11（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図11（ａ）は一
般的な蒸気乾燥器８の一部切欠図、図11（ｂ）は図11
（ａ）における波板の拡大上面図である。従来の蒸気乾
燥器８は、図11（ａ）に示したように鉛直方向長さが２
ｍ弱の波板25が垂直に懸架されたユニットが複数並んで
配置されたものである。これらの波板25を集合した板群
は多孔板26で側面を覆われている。

【００１９】また、図11（ｂ）に示すように、１体の波
板25には通常３段の山があり、２枚の波型の板25ａ，25
ｂと、これらの波型の板25ａ，25ｂに内接する板25ｃと
からなる。さらに、波板25ａ，25ｂは切欠部25ｄを有
し、波板25ａ，25ｂと波板25ｃとの接点付近25ｅは鉤状
液滴捕獲部に成形されている。これらの波板25を集合し
た板群の下部にはドレン樋27が設置され、また、除去し
た湿分を蒸気乾燥器８外へ排出するドレン管28が設置さ
れている。

【００２０】次に、蒸気乾燥器８の作用について説明す
る。気水分離器６から送られる蒸気は、微細な液滴を含
む湿分の低い霧状の蒸気となっている。この霧状蒸気の
流れを図11において波線矢印29で示した。まず蒸気は、
多孔板26の孔から波板25群へと入り込み、波板25の間を
通り抜ける。

【００２１】しかし、この場合、霧状蒸気中の微細な液
滴は、波板25を通り抜ける過程で波板25の流線の急激な
変化に追従できずに波板25の接点付近25ｅに設けられた
鉤状液滴捕獲部に入り込み、この鉤状液滴捕獲部に沿っ
て流下し、ドレン樋27とドレン管28を通して炉心上方の
ダウンカマ部（図示せず）に流れ込む。こうして、蒸気
乾燥器８を通過する蒸気は、さらに湿分が除去されて主
蒸気管13を通してタービンへ送られる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】沸騰水型原子炉では発
電のために炉心からの蒸気をタービンに直接供給する
が、この蒸気に対して蒸気中の水の質量分率であるキャ
リーオーバーを一定値以下にする必要がある。従来の沸
騰水型原子力発電所の場合、気水分離器６、および蒸気
乾燥器８におけるキャリーオーバーを一定値以下にして
いる。

【００２３】しかし、従来の原子炉と同じ炉心のサイズ
でありながら、より多くのエネルギーを取出すような炉
心を考えた場合には、従来の気水分離器６と蒸気乾燥器
８ではキャリーオーバーを一定値以下にできない可能性
がある。すなわち、気水分離器６におけるキャリーオー
バーが増加し、蒸気乾燥器８でも十分に蒸気中の水を分
離できなくなる可能性があり、次に述べる課題１〜３が
ある。

【００２４】（課題１）従来の気水分離器６は、旋回羽
根15による旋回力により、蒸気と水の密度差を利用して
分離する。密度の大きい水は、旋回筒18ａの壁面に液膜
となって集まるが、少なくとも第１段（最上流）の気水
分離ステージの最上端まで上昇させ、そこで鉤状断面の
ピックオフリング19ａにより気水分離器６の外筒18ａと
旋回筒17ａとの間の環状流路へ導き、セパレータ外へ排
出する。ここで、液膜をピックオフリング19ａの位置ま
で上昇させるため、液膜20から液滴21が発生してキャリ
ーオーバーを増加させる。

【００２５】従来の気水分離器の場合、さらに下流（上
方）の気水分離ステージによりこのような液滴は分離さ
れているが、炉心の出力が増加し、気水分離器１体あた
りの二相流の流量が増加し蒸気流速が上昇する場合に
は、液膜からの液滴発生がキャリーオーバー増加の原因
となる。このキャリーオーバーを低減させるために、こ
のような液滴発生を極力小さくすることが課題となる。

【００２６】（課題２）圧力損失についても低減するこ
とが望ましいが、一般に、圧力損失は流速の２乗で増加
する。したがって、炉心の出力が増加すれば蒸気流量が
増し、気水分離器６における圧力損失は増加することに
なる。従来の気水分離ステージは３段設けられている
が、ピックオフリング19ａは、図７から明らかなように
流路を狭めているので圧力損失を大きくしている。

【００２７】この従来３段の気水分離ステージを２段に
できれば、圧力損失を減らすことができることになる
が、気水分離ステージを２段にした場合に、従来例以上
の気水分離性能を維持することができるか課題となる。

【００２８】（課題３）気水分離器６に流入する二相流
の蒸気割合が大きくなると、ピックオフリング19ａ，19
ｂ，19ｃにより水とともに蒸気も気水分離器外へ排出さ
れるため、気水分離器外へ排出された蒸気が、蒸気と一
緒に排出された液滴を伴って上昇しキャリーオーバーを
増加させる要因となっている。

【００２９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、従来例よりも気水分離性能を向上させること
ができ、圧力損失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。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、気液
二相流を通す垂直状のスタンドパイプと、このスタンド
パイプの下流に設けられ、前記スタンドパイプを通過し
てくる前記気液二相流に遠心力を与える旋回羽根と、こ
の旋回羽根を包囲してその下流側に設けられた旋回筒と
を具備し、前記旋回筒の下端部に前記スタンドパイプの
上部を挿入して二重円筒状に構成し、前記旋回筒の下端
部を前記スタンドパイプの外周面に取付けて封止し、前
記旋回筒と前記スタンドパイプとの間に水淀み部を設け
てなることを特徴とする。

【００３１】請求項２の発明は、前記旋回筒の下端部に
複数の流路孔を設けてなることを特徴とする。請求項３
の発明は、前記流路孔は前記旋回筒と前記スタンドパイ
プとの封止部下面に設けられていることを特徴とする。

【００３２】請求項４の発明は、気液二相流を通す垂直
状のスタンドパイプと、このスタンドパイプの下流に設
けられ、前記スタンドパイプを通過してくる気液二相流
に遠心力を与える旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設
けられた旋回筒とを具備し、前記旋回羽根の下流に流路
が急拡大し、かつ急拡大した流路の流れ方向と垂直面、
または前記垂直面に隣接する前記旋回筒との角部付近に
流路孔を設けてなることを特徴とする。

【００３３】請求項５の発明は、気液二相流を通す垂直
状のスタンドパイプと、このスタンドパイプの下流に設
けられ、前記スタンドパイプを通過してくる気液二相流
に遠心力を与える旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設
けられた旋回筒と前記旋回羽根は中心にハブを有し、こ
のハブの下流部は前記旋回羽根よりも下流に突出し、そ
の突出したハブに第２の旋回羽根を設けてなることを特
徴とする。

【００３４】請求項６の発明は、気液二相流を通す垂直
状のスタンドパイプと、このスタンドパイプの下流に設
けられ、前記スタンドパイプを通過してくる気液二相流
に遠心力を与える旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設
けられた旋回筒と、この旋回筒とその外側に位置する外
筒へ分離された水を導く複数段の気水分離ステージとを
具備し、前記複数段の気水分離ステージの第２段目以降
の前記旋回筒は、前記旋回羽根の下流において内径が流
路が部分的に絞られている絞り部を有することを特徴と
する。

【００３５】請求項７の発明は、前記流路の一部に多孔
壁を設けてなることを特徴とする。請求項８の発明は、
前記外筒は旋回筒の絞り部付近で外筒自体が絞られてい
るか、または旋回筒の絞り部付近で内壁にリングを設け
てなることを特徴とする。

【００３６】請求項９の発明は、気液二相流を通す垂直
状のスタンドパイプと、このスタンドパイプの下流に設
けられ、前記スタンドパイプを通過してくる気液二相流
に遠心力を与える旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設
けられた旋回筒と、この旋回筒とその外側に位置する外
筒へ分離された水を導く複数段の気水分離ステージと、
この複数段の気水分離ステージの第２段目以降の前記外
筒と前記旋回筒の環状流路出口の一部に多孔壁を設けて
なることを特徴とする。

【００３７】本発明によれば、旋回羽根直後の流路を急
拡大し、流れに水淀み部を設けると、水淀み部では、軽
い蒸気は浮力により上方へ流れ、重い水がたまる傾向が
あるので、水淀み部付近の旋回筒に流路孔を設け、水の
一部を気水分離器外へ排出する。これにより、水を液膜
として気水分離ステージのピックオフリングの位置まで
上昇させる量を減少させることができるので、旋回筒壁
面の液膜厚さも薄くなる。液膜が薄くなると液膜からの
液滴発生量も減少するので、気水分離性能が向上する。
さらに、ピックオフリングの径も大きくできるので、圧
力損失が低減する。

【００３８】主に（課題２）を解決するためには、気水
分離ステージの第１段目のみならず、第２段目の気水分
離性能を向上させる必要がある。気水分離ステージの第
２段目では、旋回羽根からの距離が第１段目に比べて遠
いので、旋回力が減衰している。よって、ピックオフリ
ングの位置にもう一つの補助旋回羽根を設けることによ
り、第２ステージの気水分離性能は向上するが、旋回羽
根は圧力損失を上昇させるので、２段にしてもかえって
圧力損失が上昇してしまう。

【００３９】そこで、第２段目のステージの気水分離性
能を向上させるために、第２ステージの旋回筒の一部の
流路を緩やかに絞って、さらに緩やかに拡大させる。粘
性が０とすると、旋回筒内の渦度は保存されるため、流
路が絞られると旋回力が増す。これは、例えば、アイス
スケートのスピンの時に、両腕を体に近付けるほど回転
スピードが増すのと同じ原理である。これにより２段目
の気水分離性能を向上させることが可能である。

【００４０】主に（課題３）を解決する手段としては、
問題となるのは、分離した水を気水分離器外へ排出する
位置が、原子炉圧力容器内の水位より高い第２段目、お
よび第３段目のステージである。旋回筒と外筒の環状流
路に蒸気が混入した場合、この環状流路においても、気
水分離できれば、（課題３）は解決できる。そのため、
環状流路から気水分離器外への排出口の下側を多孔壁と
する。これにより、蒸気と液滴を分離することができ、
気水分離器外からのキャリーオーバー量を低減すること
ができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ）および図２に
より本発明に係る気水分離器の第１の実施の形態を説明
する。図１（ａ）は本実施の形態に係る気水分離器の縦
断面図で、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部断面で示す側
面図で、図２は図１（ａ）の要部を中心線から左半分を
縦断面図で示している。

【００４２】図１（ａ）中、符号16ａは第１段目の気水
分離ステージで、16ｂは第２段目の気水分離ステージ
で、第１段の気水分離ステージ16ａ上に第２段目の気水
分離ステージ16ｂが連接している。

【００４３】第１段目の気水分離ステージ16ａは旋回筒
17ａ内の下端部にスタンドパイプ７の上部を挿入して二
重円筒状に構成され、旋回筒17ａの下端部をスタンドパ
イプ７の外周面に接続して封止している。旋回筒17ａの
下端部には複数の流路孔29が設けられている。旋回筒17
ａの下端部内面とスタンドパイプ７の上部外面との間に
は水淀み部30が形成される。

【００４４】旋回筒17ａの外側は外筒18ａによって包囲
されており、外筒18ａの内面にはスタンドパイプ７の上
端部に位置してブレイクダウンリング24が取付けられて
いる。スタンドパイプ７の上部内面には旋回羽根15が設
けられており、旋回羽根15の上方に補助旋回羽根35が取
付けられている。外筒18ａの上端部にはピックオフリン
グ19ａが取付けられている。

【００４５】一方、第２段の気水分離ステージ16ｂは旋
回筒17ｂの中央部から下方に向けて縮径する絞り33が形
成され、絞りの下端部がピックオフリング19ａに接続し
ている。旋回筒17ｂを包囲して外筒18ｂが設けられてお
り、外筒18ａの上端部にピックオフリング19ｂが取付け
られている。ピックオフリング19ａの外側を包囲するよ
うにして旋回筒17ｂの上端部が挿入されている。

【００４６】外筒18ｂの下端部には多数の流路孔29を有
する多孔壁31が設けられており、この多孔壁31の下端部
が外筒18ａの上端面に接している。外筒18ｂの内面には
絞り33の上部に位置して上方に拡径するリング32が取付
けられている。

【００４７】次に図２により第１の実施の形態の作用効
果を説明する。図２に示すように、水淀み部30を設ける
と、旋回流により蒸気よりも密度の高い水は壁面に押付
けられ、かつ重力が働くので、水淀み部30には水が集中
する。また、この集中する水は、流路孔29により旋回筒
17ａ内の圧力の方が外の圧力よりも高いので、差圧によ
り排出される。

【００４８】ここで、水を排出すると図１に示した第１
の気水分離ステージ16ａのピックオフリング19ａまで持
ち上げる液膜の量を減ずることができるので、圧力損失
低減につながり、さらに旋回筒17ａの内壁を持ち上げる
液膜の厚さが薄くなる。一般に、液膜厚さが薄くなる
と、その周囲の液滴発生量も減るので、第１の気水分離
ステージ16ａまでで分離する二相流中の水の量を増加さ
せることができる。

【００４９】次に、図３（ａ）により本発明に係る気水
分離器の第２の実施の形態を説明する。図３（ａ）中、
図１（ａ）と同一部分には同一符号を付して重複する部
分の説明は省略する。図３（ａ）は本実施の形態に係る
気水分離器を、中心線から右半分のみ縦断面で模式的に
示している。

【００５０】本実施の形態は図３（ａ）に示したように
スタンドパイプ７と旋回筒17ａとを連接して、その連接
する傾斜部36の内面に旋回羽根15を設けるとともに、旋
回羽根15の中心ハブ15ａに補助旋回羽根35を取付けたこ
とにある。その他の部分は図１（ａ）と同様なので、そ
れらの説明は省略する。なお、中心ハブ15ａは旋回羽根
15から上方に突出した突出部15ｃを有し、この突出部15
ｃは細長いたまご形の曲面状に滑らかに形成されてい
る。

【００５１】本実施の形態によれば、中心ハブ15ａの下
流側を滑らかに形成して中心ハブ15ａに補助旋回羽根35
を設けることにより、中心ハブ15ａに形成された液膜20
や液滴21を効果的に旋回筒17ａの内壁へ向かわせること
ができ、キャリーオーバー量を低減することができる。

【００５２】これに対して、補助旋回羽根35を設けない
場合には、図３（ｂ）に示すように、旋回羽根15の中心
ハブ15ａの後流端を中心ハブ15ａの下流で液滴21を伴っ
た蒸気の渦37が発生する。旋回筒17ａの中心部の流速が
速くなるので、中心部付近の液滴21は旋回力により旋回
筒17ａの内壁へ到達する前に下流へ運ばれ、キャリーオ
ーバーを増加させることになる。なお、図３（ｂ）は図
３（ａ）と対比するための図で、左半分を縦断面で示し
ている。

【００５３】次に図４により本発明に係る気水分離器の
第３の実施の形態を説明する。図４中、図１（ａ）と同
一部分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略
する。本実施の形態は第２段の気水分離ステージ16ｂの
外筒18ｂの下端部に蒸気孔34と、多数の流路孔29を有す
る多孔壁31を設けたことにある。その他の部分は図１
（ａ）同様なので、それらの説明は省略する。

【００５４】本実施の形態の作用効果を以下に説明す
る。通常、気水分離ステージが、下流になると、旋回羽
根15による二相流の旋回力は弱くなっているので、下流
の後段の気水分離ステージは第１段の気水分離ステージ
16ａに比べて気水分離効果が小さくなっている。

【００５５】そこで、図４のように、下流の第２段目の
気水分離ステージ16ｂに設けた旋回筒17ｂの位置部に絞
り33を入れる。このように絞り33を入れると、円管流路
の軸に対して旋回流がある場合、粘性が小さい場合には
旋回が強まる。したがって、遠心力による気水分離効果
を高めることができる。これは、主に課題２の解決手段
である。

【００５６】さらに、この旋回筒17ｂと外筒18ｂの空間
34が、旋回筒17ｂを絞ったことにより広がることが課題
３の解決に寄与する。すなわち、この空間に水だけでな
く、蒸気も入ってくるような流動条件になった場合に、
この旋回筒17ｂと外筒18ｂの空間が広がったことによ
り、流速が小さくなるので、蒸気流に随伴される液滴を
減らすことができ、結果的にキャリーオーバーを減ずる
ことができる。

【００５７】また、図４に示すように、リング32を設け
ることによって外筒外へ蒸気流が排出されるところで蒸
気流の向きを偏向させ、さらに多孔壁31を設けることに
より、蒸気と水を分離させることが可能である。

【００５８】本実施の形態によれば、キャリーオーバー
を10％以下が運転適用範囲とすると、図５に示すよう
に、従来の気水分離器の運転範囲に比べ、より広い二相
流の流量でキャリーオーバーを10％以下とすることがで
きるので、運転適用範囲を拡大することが可能である。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、従来例よりも気水分離
性能を向上させることができ、かつ圧力損失を低減する
ことができる。したがって、本発明を沸騰水型原子炉に
適用することにより、従来よりも広い運転範囲で気水分
離性能を維持できるので、二相流の流量が増加する炉心
の高出力密度化に対応できる。また、圧力損失が低減さ
れるので、タービンやポンプにかかる負担を低減させる
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る気水分離器の第１の実施
の形態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）を一部断面で示
す側面図。

【図２】図１における旋回羽根部付近の作用効果を説明
するための一部断面で示す模式図。

【図３】（ａ）は本発明に係る気水分離器の第２の実施
の形態を説明するために右半分を縦断面で示す模式図、
（ｂ）は（ａ）において補助旋回羽根を設けない場合の
左半分を縦断面で示す模式図。

【図４】第２ステージの効果を説明するための縦断面
図。

【図５】本発明の気水分離効果を示す特性曲線図。

【図６】従来の改良型沸騰水型原子炉の概略を示す縦断
面図。

【図７】図６における気水分離器を示す縦断面図。

【図８】図７に示す気水分離器における冷却材の流れを
模式的に示した縦断面図。

【図９】図８に示す気水分離器のＡ−Ａ矢視方向を切断
して拡大して示す横断面図。

【図１０】従来の一般的な気水分離器の旋回羽根を示す
斜視図。

【図１１】（ａ）は図６における蒸気乾燥器を示す斜視
図、（ｂ）は（ａ）における波板群を示す上面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…制御棒案内管、４
…シュラウド、５…シュラウドヘッド、６…気水分離
器、７…スタンドパイプ、８…蒸気乾燥器、９…制御棒
駆動機構、10…インターナルポンプ、11…炉心支持板、
12…上部格子板、13…主蒸気管、14…給水管、15…旋回
羽根、15ａ…中心ハブ、15ｂ…傾斜翼、15ｃ…突出部、
16ａ，16ｂ，16ｃ…気水分離ステージ、17ａ，17ｂ，17
ｃ…旋回筒、18ａ，18ｂ，18ｃ…外筒、19ａ，19ｂ，19
ｃ…ピックオフリング、20…液膜、21…液滴、22…蒸
気、23…気泡、24…ブレイクダウンリング、25…波板、
26…多孔板、27…ドレン樋、28…ドレン管、29…流路
孔、30…水淀み部、31…多孔壁、32…リング、33…絞
り、34…蒸気孔、35…補助旋回羽根、36…傾斜部、37…
渦。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気液二相流を通す垂直状のスタンドパイ
プと、このスタンドパイプの下流に設けられ、前記スタ
ンドパイプを通過してくる前記気液二相流に遠心力を与
える旋回羽根と、この旋回羽根を包囲してその下流側に
設けられた旋回筒とを具備し、前記旋回筒の下端部に前
記スタンドパイプの上部を挿入して二重円筒状に構成
し、前記旋回筒の下端部を前記スタンドパイプの外周面
に取付けて封止し、前記旋回筒と前記スタンドパイプと
の間に水淀み部を設けてなることを特徴とする気水分離
器。
【請求項２】前記旋回筒の下端部に複数の流路孔を設
けてな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】前記流路孔は前記旋回筒と前記スタンド
パイプとの封止部下面に設けられていることを特徴とす
る請求項２記載の気水分離器。
【請求項４】気液二相流を通す垂直状のスタンドパイ
プと、このスタンドパイプの下流に設けられ、前記スタ
ンドパイプを通過してくる気液二相流に遠心力を与える
旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設けられた旋回筒と
を具備し、前記旋回羽根の下流に流路が急拡大し、かつ
急拡大した流路の流れ方向と垂直面、または前記垂直面
に隣接する前記旋回筒との角部付近に流路孔を設けてな
ることを特徴とする気水分離器。
【請求項５】気液二相流を通す垂直状のスタンドパイ
プと、このスタンドパイプの下流に設けられ、前記スタ
ンドパイプを通過してくる気液二相流に遠心力を与える
旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設けられた旋回筒と
前記旋回羽根は中心にハブを有し、このハブの下流部は
前記旋回羽根よりも下流に突出し、その突出したハブに
第２の旋回羽根を設けてなることを特徴とする気水分離
器。
【請求項６】気液二相流を通す垂直状のスタンドパイ
プと、このスタンドパイプの下流に設けられ、前記スタ
ンドパイプを通過してくる気液二相流に遠心力を与える
旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設けられた旋回筒
と、この旋回筒とその外側に位置する外筒へ分離された
水を導く複数段の気水分離ステージとを具備し、前記複
数段の気水分離ステージの第２段目以降の前記旋回筒
は、前記旋回羽根の下流において内径が流路が部分的に
絞られている絞り部を有することを特徴とする気水分離
器。
【請求項７】前記流路の一部に多孔壁を設けてなるこ
とを特徴とする請求項６記載の気水分離器。
【請求項８】前記外筒は、旋回筒の絞り部付近で外筒
自体が絞られているか、または旋回筒の絞り部付近で内
壁にリングを設けてなることを特徴とする請求項７記載
の気水分離器。
【請求項９】気液二相流を通す垂直状のスタンドパイ
プと、このスタンドパイプの下流に設けられ、前記スタ
ンドパイプを通過してくる気液二相流に遠心力を与える
旋回羽根と、この旋回羽根の下流に設けられた旋回筒
と、この旋回筒とその外側に位置する外筒へ分離された
水を導く複数段の気水分離ステージと、この複数段の気
水分離ステージの第２段目以降の前記外筒と前記旋回筒
の環状流路出口の一部に多孔壁を設けてなることを特徴
とする気水分離器。