JP2010243266A - Boiling water reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子炉に関するものである。 The present invention relates to a boiling water reactor.
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。 A boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR) has a reactor pressure vessel (hereinafter referred to as RPV), and the RPV includes a reactor core loaded with a plurality of fuel assemblies. The cooling water supplied to the core is heated and boiled by the heat generated in the fuel assembly in the core. A part of the cooling water becomes steam by this boiling. The generated steam is discharged from the RPV and supplied to the turbine to rotate the turbine. A generator connected to the turbine rotates to generate electric power.
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。 In this boiling water reactor, a steam separator is disposed in the RPV and above the core. The steam separator is supplied with a gas-liquid two-phase flow containing steam and water generated in the core and separates the gas-liquid two-phase flow into steam and water to generate dry steam.
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。
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。
However, since the droplets scattered into the vapor are distributed over a wide range, the capture ring needs to cover a wide range outside the steam separator. Moreover, the steam separator of
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。 An object of the present invention is to provide a boiling water reactor capable of reducing both carry-under and entrainment with a simple structure.
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。 The present invention installs a reinforcing plate for connecting adjacent steam separators below the outlet of the second drainage passage from the upstream among the drainage passages formed between the inner cylinder and the outer cylinder. It is characterized by that.
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。 According to the present invention, carry under and entrainment in the steam separator can be reduced while maintaining structural strength with a simple structure.
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。 Inventors examined the shape of the reinforcing member and drain outlet which have a simple structure and can reduce carry-under and entrainment. Specific examples are shown below.
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。
A steam separator applied to a boiling water nuclear power plant (BWR plant) will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 5. As shown in FIG. 5, the steam separator has a
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。
The
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。
The steam /
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。
The steam / water separator 10c includes an
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。
The function of the steam separation in the
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。
The gas-liquid two-phase flow flows into the
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。
The gas-liquid two-phase flow whose water content is reduced after the water is removed by the steam-
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。
The water separated by the steam separator is discharged from the steam separator to the outside of the steam separator. The drained water flows into the cooling water filled in the lower fixed region of the external space of the steam / water separator. As shown in FIG. 13, the cooling water surface is adjusted to be positioned above the
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。
Therefore, in this embodiment, the reinforcing member is installed at a position lower than the
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。 With the structure of the present embodiment, the structural strength can be maintained as compared with the conventional steam separator, and both carry-under and entrainment can be reduced as the added value from the following two effects. The first effect is that a part of the water discharged from the drain outlet is captured by the reinforcing member before falling onto the water surface, and then passes through the splash prevention plate provided on the outer casing or the reinforcing member of the water separator. Therefore, it is possible to reduce the generation of steam and droplets generated by the impact of water falling on the water surface. The second effect is that the generated vapor and droplets can be recaptured by the scattering prevention plate.
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。 In this embodiment, unlike Japanese Patent Laid-Open No. 8-179077 which captures a droplet after being lifted by vapor, the impact of the water discharged from the discharge port, which is the source of the droplet, dropping onto the water surface. This reduces the generation of droplets. Moreover, the droplet immediately after generation | occurrence | production can be captured by the stage before being conveyed to a vapor | steam by a scattering prevention board. In addition, it is possible to reduce droplet scattering with a small installation area, and it is possible to reduce steam mixing into the cooling water that causes carry-under. Moreover, since the installation area is small, the pressure rise near the water surface can be reduced.
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。
Specifically, the structure of the reinforcing plate will be described. In the steam separator of the present embodiment, the cooling water surface exists between the
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。
In this embodiment, since the reinforcing
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。
The steam whose water content is reduced by removing water in the steam-
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。
The structure of the reinforcing
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。
The structure of the reinforcing
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。
As shown in FIG. 9, a part of the water discharged from the
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。
Since the structure of the
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。 Moreover, the structure of a reinforcement board can also consider FIG. 12 which combined the semi-cylindrical reinforcement board of Example 1, and the scattering prevention board of Example 3. FIG.
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。
The boiling water reactor of the present embodiment will be described with reference to FIG. The boiling water reactor of this embodiment is provided with the steam / water separator according to any of the first, second, and third embodiments. The reinforcing
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
7
Claims (3)
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。 A stand pipe for guiding a gas-liquid two-phase flow; a diffuser connected to the downstream end of the stand pipe and expanding toward the downstream; a first stage inner cylinder communicating with the upper end face of the diffuser to form a flow path; A first stage outer cylinder that surrounds the first stage inner cylinder and forms a drainage passage with the first stage inner cylinder, and a pick-off that is attached to the upstream end of the first stage outer cylinder and has an opening. A boiling water mold comprising a plurality of steam / water separators having a ring and forming a gap between the inner cylinder and the pick-off ring, wherein the steam / water separators are sequentially arranged downstream In the reactor,
Among the drainage passages formed between the inner cylinder and the outer cylinder, a reinforcing plate for connecting adjacent steam separators is installed below the outlet of the second drainage passage from the upstream. Boiling water reactor.
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。 The boiling water reactor according to claim 1,
A boiling water reactor characterized in that the reinforcing plate is attached with an inclination.
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。 The boiling water reactor according to claim 1,
A boiling water reactor characterized in that a splash prevention plate is provided in parallel with the central axis of the steam separator.
Priority Applications (1)
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JP2009090627A JP2010243266A (en) | 2009-04-03 | 2009-04-03 | Boiling water reactor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013003085A (en) * | 2011-06-21 | 2013-01-07 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Steam separator and boiling-water reactor with the same |
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2009
- 2009-04-03 JP JP2009090627A patent/JP2010243266A/en active Pending
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