JP2009192354A - 気水分離器及び沸騰水型原子炉 - Google Patents
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Abstract
【課題】原子炉圧力容器の高さ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の上端部にスワラ11を内蔵するディフューザ10が取り付けられ、ディフューザ10に三段の気水分離部21a,21b,21cが順次設置される。各気水分離部は、内筒12の外側を外筒13で取り囲み、外筒13の上端にピックオフリング14を取り付けている。内筒12とピックオフリング14の間にギャップ15が形成されている。複数の液膜排出機構8がスタンドパイプ7に周方向に間隔を置いて設置される。液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の内面よりも内側に突出している。スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜は、液膜排出機構8によって分離され、スタンドパイプ7に形成された開口9を通ってスタンドパイプ7の外部に排出される。
【選択図】図1
【解決手段】気水分離器6は、スタンドパイプ7の上端部にスワラ11を内蔵するディフューザ10が取り付けられ、ディフューザ10に三段の気水分離部21a,21b,21cが順次設置される。各気水分離部は、内筒12の外側を外筒13で取り囲み、外筒13の上端にピックオフリング14を取り付けている。内筒12とピックオフリング14の間にギャップ15が形成されている。複数の液膜排出機構8がスタンドパイプ7に周方向に間隔を置いて設置される。液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の内面よりも内側に突出している。スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜は、液膜排出機構8によって分離され、スタンドパイプ7に形成された開口9を通ってスタンドパイプ7の外部に排出される。
【選択図】図1
Description
本発明は、気水分離器及び沸騰水型原子炉に関する。
一般に、沸騰水型原子炉(以下、BWRという)は、原子炉圧力容器を有し、複数の燃料集合体を装荷した炉心を原子炉圧力容器内に配置している。炉心内の燃料集合体で発生した熱によって炉心に供給される冷却材(軽水)を加熱して沸騰させる。この沸騰によって冷却材の一部が蒸気になる。発生した蒸気は、原子炉圧力容器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。気水分離器が、原子炉圧力容器内で炉心の上方に配置されている。炉心で発生した蒸気と水を含む気液二相流が供給される気水分離器は、その気液二相流に含まれる蒸気と水とを分離して、クオリティ(全質量流量に対する蒸気質量流量の割合)の高い蒸気を発生させる機能を有する(例えば、特開2000−155191号公報参照)。
BWRに用いられる気水分離器は、気水分離性能の向上及び圧力損失の低減を図ることが望まれている。これらの課題を達成する気水分離器が特開2001−174582号公報に記載されている。この気水分離器は、スタンドパイプ及び内筒に多数の貫通した開口を形成している。炉心から上昇した気液二相流がスタンドパイプ及び内筒内を流れる。気液二相流に含まれる蒸気はスタンドパイプ及び内筒の横断面の中央部を流れるが、液膜がスタンドパイプ及び内筒の内面に付着して上昇する。この液膜を形成する水分が、スタンドパイプ及び内筒のそれぞれに形成された各開口よりスタンドパイプ及び内筒の外部に排出される。スタンドパイプの上端部には、気液二相流に旋回力を与えるスワラが設けられている。このスワラに導かれる水分の量が低減されるので、圧力損失も低減される。
沸騰水型原子炉においては、原子炉、すなわち、原子炉圧力容器の高さを低減することが望まれている。この課題を達成するために、発明者らは、気水分離器の高さを低くすることができないかを検討した。この発明者らの検討の結果に基づいて本発明がなされたのである。
本発明の目的は、原子炉圧力容器の高さを低減することができる気水分離器及び沸騰水型原子炉を提供することにある
上記した目的を達成する本発明の特徴は、複数の水分分離部材が、スタンドパイプに設置されてスタンドパイプの内面から内側に突出しており、この水分分離部材で分離した水分をスタンドパイプの外部に排出する開口部をスタンドパイプに形成していることにある。
スタンドパイプの内面に沿って上昇する水分(例えば、液膜)がスタンドパイプの内面に突出する水分分離部材によってスタンドパイプ内を上昇する気液二相流から分離されてスタンドパイプ外に排出されるので、スワラに導かれる気液二相流に含まれる密度の大きな水分の量が減少する。このため、スワラに形成された、気液二相流に旋回力を与える羽根の傾斜角を大きくすることができ、気液二相流に付与される旋回力が増大し、気水分離性能が向上する。気水分離性能の向上により、気水分離器の高さを低減させることができ、気水分離器を収容する原子炉圧力容器の高さも低減できる。
本発明によれば、気水分離器の高さを低減することができ、原子炉圧力容器の高さも低くすることができる。
本発明の実施例を以下に説明する。
本発明の好適な一実施例である実施例1の気水分離器を、図1を用いて説明する。本実施例の気水分離器を説明する前に、この気水分離器が適用される沸騰水型原子炉、すなわち、改良型沸騰水型原子炉(以下、ABWRという)を説明する。
ABWR1は、図2に示すように、原子炉圧力容器2を備え、この原子炉圧力容器2内に炉心3を配置している。原子炉圧力容器2内に配置された炉心シュラウド4は炉心3を取り囲んでいる。複数の燃料集合体(図示せず)が炉心3に装荷されている。シュラウドヘッド5が炉心シュラウド4の上端部に設置され、複数の気水分離器6がシュラウドヘッド5に設置される。蒸気乾燥器17が気水分離器6の上方で原子炉圧力容器2に設置される。気水分離器6及び蒸気乾燥器17は原子炉圧力容器2内に配置される。環状の流路であるダウンカマ19が原子炉圧力容器2と炉心シュラウド4の間に形成される。複数のインターナルポンプ18が原子炉圧力容器2の底部に設置され、インターナルポンプ18のインペラがダウンカマ19内に配置される。主蒸気配管20が原子炉圧力容器2に接続される。
ダウンカマ19内の冷却水(冷却材)はインターナルポンプ18の駆動によって炉心3に供給される。この冷却水は、炉心3内に配置された燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気を含む冷却水は、気液二相流の状態で炉心3から気水分離器6内に導かれる。気水分離器6は、冷却水を除去し、蒸気を排出する。蒸気は、蒸気乾燥器17によって含まれている液滴がさらに除去されて乾燥度を増し、主蒸気配管20に排出される。蒸気は、主蒸気配管20を通ってタービン(図示せず)に供給されてタービンを回転させる。タービンに連結された発電機(図示せず)は、回転して電力を発生する。タービンから排出された蒸気は、復水器(図示せず)で凝縮されて水になる。この水は、給水として給水配管(図示せず)により原子炉圧力容器2内に供給される。気水分離器6で分離された冷却水は、ダウンカマ19内に排出される。この冷却水は、給水配管によって供給される給水とダウンカマ19内で混合され、インターナルポンプ18内に流入する。
気水分離器6について詳細に説明する。気水分離器6は、図1に示すように、スタンドパイプ7、ディフューザ10、スワラ11、内筒12、外筒13及びピックオフリング14を有する。内筒12、外筒13及びピックオフリング14は気水分離部21を構成し、気水分離器6は三段の気水分離部21を有する。図1では、各段の気水分離部21はa,b,cで区別している。すなわち、気水分離部21aが一段目の気水分離部であり、気水分離部21bが二段目の気水分離部、及び気水分離部21cが三段目の気水分離部である。図1においては、aを付した構成要素が気水分離部21aの構成要素であり、bを付した構成要素が気水分離部21bの構成要素であり、cを付した構成要素が気水分離部21cの構成要素である。
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6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11がディフューザ10内に設置される。気水分離部21aがディフューザ10の上端に、気水分離部21bが気水分離部21aの上端に、気水分離部21cが気水分離部21bの上端にそれぞれ設置される。気水分離部21aは、内筒12a、外筒13a及びピックオフリング14aを有する。内筒12aがディフューザ10の上端に取り付けられ、ピックオフリング14aが内筒12aの上端にそれぞれ取り付けられる。ピックオフリング14a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22a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14a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14b、14cも、ピックオフリング14aと同じ構成を有している。内筒12aを取り囲む外筒13aは、ピックオフリング14aに取り付けられてピックオフリング14aから下方に向かって伸びている。環状の排水通路16aが内筒12aと外筒13aの間に形成される。内筒12aの上端部には、内筒12a内と排水通路16aを連絡するギャップ15aが形成されている。排出口23aが排水通路16aの下端に形成される。
気水分離部21bは、内筒12b、外筒13b及びピックオフリング14bを有する。内筒12bの下端がピックオフリング14aに取り付けられ、ピックオフリング14bが内筒12bの上端に取り付けられる。内筒12bを取り囲む外筒13bは、ピックオフリング14bに取り付けられてピックオフリング14bから下方に向かって伸びている。環状の排水通路16bが内筒12bと外筒13bの間に形成される。内筒12bの上端部には、内筒12b内と排水通路16bを連絡するギャップ15bが形成されている。外筒13bの下端部には、排水通路16bと連通する排出口23bが形成されている。
気水分離部21cは、内筒12c、外筒13c及びピックオフリング14cを有する。内筒12cの下端がピックオフリング14bに取り付けられ、ピックオフリング14cが内筒12cの上端に取り付けられる。内筒12cを取り囲む外筒13cは、ピックオフリング14cに取り付けられてピックオフリング14cから下方に向かって伸びている。環状の排水通路16cが内筒12cと外筒13cの間に形成される。内筒12cの上端部には、内筒12c内と排水通路16cを連絡するギャップ15cが形成されている。外筒13cの下端部には、排水通路16cと連通する排出口23cが形成されている。
水分分離部材である複数の液膜排出機構(水分分離部材)8が、スタンドパイプ7に設置されており、スタンドパイプ7の周方向に所定の間隔を置いて配置されている。各液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の管壁を貫通してスタンドパイプ7の内面から内側に突出している。これらの液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の管壁を貫通する上部部材26、内側突出部24及び外側突出部25を有する。内側突出部24はスタンドパイプ7の内側で上部部材26に設けられ、外側突出部25はスタンドパイプ7の外側で上部部材26に設けられている。内側突出部24及び外側突出部25は、上部部材26より下方(上流)に向かって伸びている。内側突出部24がスタンドパイプ7よりも内側に配置され、外側突出部25がスタンドパイプ7の外側に配置されている。内側突出部24は、スタンドパイプ7に面する内面が下方に向かって傾斜する斜面を形成している。上部部材26の下方で上部部材26に接する開口9がスタンドパイプ7に形成される。内側突出部24及び外側突出部25は開口9よりも下方に伸びている。
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。スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜の一部は、スタンドパイプ7に設けられた液膜排出機構8の内側突出部24とスタンドパイプ7の内面との間を上昇して上部部材26に衝突し、開口9を通ってスタンドパイプ7の外側に達し、外側突出部25に沿って下方に向かって流出する。
複数の液膜排出機構8で水分が取り除かれた気液二相流は、ディフューザ10内に流入する。この気液二相流はスワラ11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12aの中心に集まって上昇する。外側に飛ばされた水は内筒12aの内面に付着して液膜を形成する。この液膜は、内筒12aの内面に沿って上昇してピックオフリング14aに当たり、蒸気から分離されてギャップ15aを通って内筒12aの外側に形成された排水通路16aに排出される。この排水通路16aに排出された、分離された液膜の水分は、排水通路16aを下降して排出口23aより気水分離器6の外側に存在する炉水27に戻される。
気水分離部21aによって上記のように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14aの開口22aを通って気水分離部21bの内筒12b内に流入する。開口22a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12bの内面に液膜を形成する。この気液二相流に含まれた蒸気は、内筒12bの中心に集まって上昇する。内筒12bの内面に形成された液膜は、内筒12bの内面に沿って上昇し、ピックオフリング14b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15bを通って内筒12bの外側に形成された排水通路16bに排出される。排水通路16bに排出された水分は、排水通路16bを下降して排出口23bから炉水27に戻される。
気水分離部21bにおいて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14bの開口22bを通って気水分離部21cの内筒12c内に流入する。開口22cを通過した蒸気に含まれた水は、外側に飛ばされ、内筒12cの内面に液膜を形成する。水分が少なくなった蒸気は、内筒12cの中心に集まって内筒12c内を上昇する。内筒12cの内面に形成された液膜は、内筒12cの内面に沿って上昇し、ピックオフリング14cに当たり、蒸気から分離される。分離された駅膜である水分は、ギャップ15cを通って内筒12cの外側に形成された排水通路16cに排出される。排水通路16cに排出された水分は、排水通路16cを下降して排出口23cから炉水27に戻される。
気水分離器6で大部分の水分が除去されて少量の液滴を含む蒸気は、ピックオフリング14cの開口22cから排出されて蒸気乾燥器17に流入する。
気水分離器6は冷却材流路の一部であり、気水分離器6の圧力損失を低減することにより炉水27を循環させるインターナルポンプ18の動力を減らすことができる。気水分離器6の圧力損失の低減は、沸騰水型原子力発電プラントの経済性向上に大きく貢献する。また、気水分離器6の圧力損失の低減は、気水分離器6の高さを低減させることができ、原子炉圧力容器の高さの低減に寄与する。
一般に、気水分離器内の圧力損失の大部分はスワラ11によって気液二相流が旋回される部分で発生する。本実施例の気水分離器6は、気液二相流がスワラ11の位置に到達する前に、スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜の少なくとも一部を液膜排出機構8によって気液二相流から分離してスタンドパイプ7の外部に排出する。したがって、スワラ11に到達する水の量が少なくなる。流体の密度をρ、流体の速度をuとしたとき、圧力損失は、一般に、密度ρ及び速度uと次式の関係が成立する。
圧力損失 ∽ ρu2
ABWRの運転時では、気水分離器6内の圧力は約7MPaであり、水及び蒸気は飽和状態になっているとみなせる。この場合、気水分離器6内の水の密度は蒸気の密度の約20倍となる。したがって、単純に考えると水と蒸気の流量が同じだけ減少すれば、スワラ11での圧力損失の低減効果は水の方が蒸気よりも20倍大きくなる。実際には、スワラ11付近での気液二相流の流れは複雑であり、圧力損失の低減効果が単純に20倍であるとは言い切れないが、あくまで複雑性による補正であり、水と蒸気の流量が同じだけ減少した場合の圧力損失の低減効果は水の方が十分大きい。
ABWRの運転時では、気水分離器6内の圧力は約7MPaであり、水及び蒸気は飽和状態になっているとみなせる。この場合、気水分離器6内の水の密度は蒸気の密度の約20倍となる。したがって、単純に考えると水と蒸気の流量が同じだけ減少すれば、スワラ11での圧力損失の低減効果は水の方が蒸気よりも20倍大きくなる。実際には、スワラ11付近での気液二相流の流れは複雑であり、圧力損失の低減効果が単純に20倍であるとは言い切れないが、あくまで複雑性による補正であり、水と蒸気の流量が同じだけ減少した場合の圧力損失の低減効果は水の方が十分大きい。
本実施例では、スタンドパイプ7に液膜排出機構8を設置することにより、スワラ11に流入する水の流量を大幅に減少できる。これによって、気水分離器6の圧力損失の大部分を占めるスワラ11付近での圧力損失を大幅に低減できる。
スタンドパイプ7に液膜排出機構8を設けることにより、液膜排出機構8の設置箇所においてスタンドパイプ7内の主に蒸気が流れる部分の流路面積が減少する。このため、液膜排出機構8の上流から下流にかけて、スタンドパイプ7内で流路の縮小及び拡大による圧力損失が発生する。この流路の縮小及び拡大によって生じる圧力損失は、流路面積の変化率に大きく依存し、その変化率が大きいほど増大する。
液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜を気液二相流から分離してスタンドパイプ7の外部に導く機能を有する。一般に、スタンドパイプ7のような円管内を上昇する気液二相流の場合、円管の内面に付着する液膜はそれほど厚くはならない。したがって、液膜排出機構8の内側突出部24がスタンドパイプ7の内面からスタンドパイプ7の中心に向かって突出する高さ(すなわち、スタンドパイプ7の内面と内側突出部24の間のギャップ幅)は、あまり高くする必要はない。なお、密度が水の約20分の1である蒸気がスタンドパイプ7の中央部を流れるので、上記した流路の縮小及び拡大に起因した圧力損失も、流れる流体の密度が小さい方が一般に小さくなる。
以上に述べた理由によって、本実施例の気水分離器6では、液膜排出機構8を設けることによる流路の縮小及び拡大による圧力損失をスワラ11付近で発生する圧力損失より十分に小さくできる。すなわち、気水分離器6の圧力損失を十分低減できる。
気水分離器6は、スタンドパイプ7内を上昇する気液二相流がスワラ11に到達する前に、スタンドパイプ7内に突出した液膜排出機構8により気液二相流から水を分離しているので、特開2001−174582号公報に記載されたようにスタンドパイプに貫通孔を設けた場合に比べてより多くの水を分離することができる。特に、液膜排出機構8は、スタンドパイプ7内に突出した部分が鉤型に上流に向って折れ曲がっているため、スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜を効率良く分離することができる。このため、スワラ11に到達する水の量も特開2001−174582号公報に記載された気水分離器よりも低減されるので、スワラ11付近での圧力損失を低減できる。この圧力損失の低減効果の一部を利用して本実施例におけるスワラ11の羽根の傾斜角を特開2001−174582号公報に記載されたそれの傾斜角よりも大きくすることができる。羽根の傾斜角はスタンドパイプ7の軸心との成す角であり、その傾斜角が大きいほど、羽根の傾き状態は垂直状態から水平状態に移行する。気水分離器6は、スワラ11の羽根の傾斜角が大きいので、スワラ11による気液二相流の旋回力が上記の公知例よりも大きくなる。このため、気液二相流に含まれて内筒12aの内面に付着して液膜を形成する水分の量の割合が増大する。これは、気水分離部21aでの水分の分離効率を増大させることになる。スワラ11によって気液二相流の旋回力が増大されることは、気水分離部21aだけでなく、気水分離部21b及び21cでの水分の分離効率を高めることになる。以上のように、気水分離器6は気水分離性能を向上できる。
本実施例は、液膜排出機構8をスタンドパイプ7の周方向で所定の間隔を置いて設けているので、スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜からの液滴の飛散が増加する。しかしながら、本実施例は、スワラ11の羽根の傾斜角を大きくして気液二相流の旋回力を増大させているので、その飛散した液滴も、内筒12aの内面に形成された液膜に付着させることができる。したがって、その飛散した液滴も、効率良く気液二相流から分離することができる。
液膜排出機構8で水分を分離することによるスワラ11付近での圧力損失の低減効果の残りによって、気水分離器6の圧力損失を低減することができる。
スワラ11の羽根の傾斜角を大きくした気水分離器6は上記したように気液分離性能を向上させることができるので、気水分離器6の高さ、特に、気水分離部21aの高さを低減することができる。気水分離器6の高さを低減できるため、気水分離器6を収納する原子炉圧力容器の高さも低減できる。
気水分離器6の気水分離性能の一つにキャリーアンダー特性がある。これは、気水分離器で分離された水と共に気水分離器の外側に存在する炉水27内にどれだけの蒸気が入り込むかを示す指標である。インターナルポンプ18のキャビテーションによる振動低減等の観点から、キャリーアンダーは少ない方が良い。したがって、液膜排出機構8は、スタンドパイプ7の内面に形成された液膜の一部を、開口9を通してスタンドパイプ7の外部に導くように構成することが望ましい。一般に発達した液膜はほぼ水のみで形成される。このため、スタンドパイプ7の内面からスタンドパイプ7の中心に向かう方向での、スタンドパイプ7の内面と内側突出部24の間に形成される間隙の幅は、スタンドパイプ7の内面に形成される液膜の厚さ以下に設定すればよい。
液膜排出機構8のスタンドパイプ7への設置位置は、スタンドパイプ7の入口から離れた位置、すなわち、スワラ11に近い位置にすることが望ましい。これは、スタンドパイプ7の入口付近では流入した気液二相流の流れが乱れており、この気液二相流の流れがスタンドパイプ7内を上昇するにつれて安定し、スタンドパイプ7の内面では液膜の流れが、スタンドパイプ7の中央部では液滴及び蒸気の流れが発達して形成されるからである。
本実施例の気水分離器6は高さが低減できるので、原子炉圧力容器の高さを低減することができる。また、気水分離器6は気水分離効率を向上させることができる。
本発明の他の実施例である実施例2の気水分離器を、図3を用いて説明する。本実施例の気水分離器6Aも図2に示すABWRに適用される。本実施例の気水分離器6Aは、スタンドパイプ7における複数の液膜排出機構8の配置が異なっている以外は、実施例1の気水分離器6と同じ構成を有する。
本実施例における液膜排出機構8の配置について説明する。本実施例の気水分離器6Aは、複数の液膜排出機構8がスタンドパイプ7に取り付けられる。複数の液膜排出機構8の半分は、残りの半分の液膜排出機構8よりも上方でスタンドパイプ7に設置される。便宜的に、前者の半分の液膜排出機構を第1液膜排出機構と称し、後者の半分の液膜排出機構を第2液膜排出機構と称する。
複数の第2液膜排出機構8が、スタンドパイプ7の周方向に所定の間隔を置いて配置される。複数の第1液膜排出機構8は、第2液膜排出機構8の位置よりも上方でかつ第2液膜排出機構8から離れた位置で、スタンドパイプ7の周方向に所定の間隔を置いて配置される。各第1液膜排出機構8は、周方向において、各第2液膜排出機構8とずれた状態で配置される。このため、第1液膜排出機構8は、隣り合う第2液膜排出機構8の間に存在するスタンドパイプ7の管壁の延長線上に配置される。
このような第1及び第2液膜排出機構8の周方向への配置によって、あたかも、周方向に連続して液膜排出機構8を配置したようになる。第1及び第2液膜排出機構8は、実施例1における液膜排出機構8と同じ構成である。第1及び第2液膜排出機構8の設置位置では、実施例1と同様に、スタンドパイプ7に開口9が形成されている。
このような第1及び第2液膜排出機構8の周方向への配置によって、あたかも、周方向に連続して液膜排出機構8を配置したようになる。第1及び第2液膜排出機構8は、実施例1における液膜排出機構8と同じ構成である。第1及び第2液膜排出機構8の設置位置では、実施例1と同様に、スタンドパイプ7に開口9が形成されている。
スタンドパイプ7の内面に沿って上昇した液膜は、まず、複数の第2液膜排出機構8によって気液二相流から分離され、開口9を通ってスタンドパイプ7の外部に排出される。しかしながら、隣り合う第2液膜排出機構8の間に向って上昇する液膜は、第2液膜排出機構8によって分離されず、スタンドパイプ7の内面に沿ってさらに上昇する。この第2液膜排出機構8相互間を通過した液膜は、第2液膜排出機構8の上方に位置する第1液膜排出機構8によって気液二相流から分離され、開口9を通ってスタンドパイプ7の外部に排出される。
本実施例は、スタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜を、第1及び第2液膜排出機構8を用いて周方向の全面において分離することができるので、実施例1の気水分離器6よりも液膜の分離効率が向上する。気水分離器6では、隣り合う液膜排出機構8間を通る液膜を分離することができない。実施例1でも、隣り合う液膜排出機構8間の間隔を狭くすることによって液膜の分離効率を向上させることができるが、液膜排出機構8間に存在するスタンドパイプ7の管壁の周方向での幅が狭くなるので、スタンドパイプ7の強度が低下する。本実施例では、第1及び第2液膜排出機構8を設けているので、周方向において隣り合う液膜排出機構8間におけるスタンドパイプ7の管壁の幅を、スタンドパイプ7の強度を確保できる程度に広くすることができる。気水分離器6Aは、液膜排出機構の設置によってもスタンドパイプ7を上部と下部に分割する必要が無く、上部のスタンドパイプと下部のスタンドパイプを連結する支持部材が不要になる。なお、第1液膜排出機構8の上方で複数の第3液膜排出機構8を周方向に配置し、第1、第2及び第3液膜排出機構で、スタンドパイプ7の周方向全面をカバーすることも可能である。
本実施例の気水分離器6Aは、実施例1の気水分離器6で生じる効果も得ることができる。
本発明の他の実施例である実施例3の気水分離器を、図4を用いて説明する。本実施例の気水分離器6Bも図2に示すABWRに適用される。本実施例の気水分離器6Bは、複数の液膜排出機構8を配置する位置が異なっている以外は、実施例1の気水分離器6と同じ構成を有する。
本実施例では、実施例1の気水分離器6と異なっている構成のみについて、以下に説明する。気水分離器6Bでは、複数の液膜排出機構8が、スタンドパイプ7ではなく、スワラ11を内蔵するディフューザ10の下端部に設置される。本実施例で用いられる液膜排出機構8は、実施例1における液膜排出機構8と同じ構成を有する。液膜排出機構8の内側突出部24はディフューザ10の内面よりも内側に突出し、液膜排出機構8の外側突出部25はディフューザ10の外面よりも外側に突出している。内側突出部24はスワラ11の羽根に当たらない位置に配置される。外側突出部25は排水通路16a内に位置している。
本実施例は、液膜排出機構8によりスタンドパイプ7の内面に沿って上昇する液膜を分離してディフューザ10の下端部に形成された開口9を通して排水通路16a内に排出する。このため、スワラ11で旋回される気液二相流に含まれる水分の量が減少し、スワラ11での圧力損失が低下する。このような本実施例も、実施例1で生じる効果を得ることができる。
1…ABWR、2…原子炉圧力容器、3…炉心、4…炉心シュラウド、6,6A,6B…気水分離器、7…スタンドパイプ、8…液膜排出機構、10…ディフューザ、11…スワラ、12a,12b,12c…内筒、13a,13b,13c…外筒、14a,14b,14c…ピックオフリング、15a,15b,15c…ギャップ、16a,16b,16c…排水通路、18…インターナルポンプ、21a,21b,21c…気水分離部、23a,23b,23c…排出口。
Claims (6)
- 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、前記ディフューザ内に設置されたスワラと、内筒、前記内筒を取り囲む外筒、及び前記外筒の下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とを備え、
前記複数の気水分離部が下流に向かって順次配置され、最も上流に位置する前記気水分離部の前記内筒が前記ディフューザに設置され、
複数の水分分離部材が、前記スタンドパイプに設置されて前記スタンドパイプの内面から内側に突出しており、前記水分分離部材で分離した水分を前記スタンドパイプの外部に排出する開口部を前記スタンドパイプに形成していることを特徴とする気水分離器。 - 前記水分分離部材は、前記スタンドパイプの入口よりも前記ディフューザに近い位置に配置される請求項1に記載の気水分離器。
- 前記複数の水分分離部材は、前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置されている請求項1または請求項2に記載の気水分離器。
- 前記複数の水分分離部材は、前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置された複数の第1水分分離部材、及び前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置されて前記第1水分分離部材よりも上流に配置された複数の第2水分分離部材を含んでおり、
前記第1水分分離部材は、周方向において隣り合う前記第2水分分離部材の間に存在する前記スタンドパイプの管壁の延長線上に位置している請求項3に記載の気水分離器。 - 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、前記ディフューザ内に設置されたスワラと、内筒、前記内筒を取り囲む外筒、及び前記外筒の下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とを備え、
前記複数の気水分離部が下流に向かって順次配置され、最も上流に位置する前記気水分離部の前記内筒が前記ディフューザに設置され、
複数の水分分離部材が、前記ディフューザの下端部に設置されて前記ディフューザの内面から内側に突出しており、前記水分分離部材で分離した水分を前記ディフューザの外部に排出する開口部を前記ディフューザの下端部に形成していることを特徴とする気水分離器。 - 原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に配置された炉心と、前記原子炉圧力容器内で前記炉心の上方に配置された、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の気水分離器とを備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
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