JP2012013645A - 沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気乾燥器への組込み性を確保しつつ各波板の間隔を均一に保持できる沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器を提供すること。
【解決手段】液滴を捕集する複数枚の液滴捕集板１５が取り付けられた複数の波板９と、その複数の波板９を貫通するスペーサロッド１３と、その複数の波板９のうち隣接する波板９の間に位置するようにスペーサロッド１３に通され、その隣接する波板９の間隔をネジ機構によって調節可能に保持するスペーサ装置１６Ａを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は沸騰水型原子炉で気水分離器からの湿り蒸気から湿分を除去する蒸気乾燥器に関する。

沸騰水型原子炉（以下、単に「原子炉」と称することがある。）は、原子炉炉心で発生した蒸気から水分を除去する気水分離システムを備えている。一般的に、気水分離システムは、原子炉炉心で発生した水と蒸気の混合流から蒸気と水を分離する気水分離器と、気水分離器で分離された湿り蒸気から液滴を除去する蒸気乾燥器を有している。

気水分離器から放出された液滴を含む湿り蒸気は、フードプレート（以下、フードと称することがある。）に向かって上昇し、フードによって上向きから水平寄りに向きを変えて蒸気乾燥器ユニットに導入される。蒸気乾燥器ユニットは、複数の波板（波形状をした薄い部材）の同じ位置にパンチ等で孔を開け、そこにスペーサロッドを通すことによって複数の波板を集合体としたもので、各波板には複数の液滴捕集板が溶接されている。蒸気乾燥器ユニットに導入された蒸気は、波板間に形成された屈曲した蒸気流路に導かれ、蒸気中の液滴は蒸気流路内で波板と衝突することで蒸気から分離される。分離された液滴は、波板上を液膜状となって、重力と蒸気からのせん断力によって斜め下方向に流れて波板の水分除去機構に入り、水分除去機構を下方に流下して蒸気流路から除去される。そして、この液膜は蒸気流路真下のドレンといによって収集され、ドレンダクトへ排出されてドレンダクトから原子炉のダウンカマへと導かれる（例えば、特許文献１，２参照）。

ところで、蒸気乾燥器ユニットにおいて湿り空気中の液滴を捕獲する機能に影響がある要素の一つとして、隣り合う波板の間隔が挙げられる。蒸気乾燥器ユニット全体としての液滴の捕獲機能を確保する観点からは、隣り合う波板の間隔を均一にし、蒸気流路を均一にすることが望ましい。従来技術では、この点を鑑み、スペーサロッドに波板を通す際に、隣り合う波板の間に同じ長さのスペーサを挿入することで、蒸気流路の幅の均一化を図っている（例えば特許文献２）。

特開平６−２２２１９０号公報 特公昭４５−２００７９号公報

蒸気乾燥器ユニットの一般的な組立方法としては、（１）蒸気乾燥器ユニットにおける中央の波板にスペーサロッドを通し、スペーサロッドの両端まで波板とスペーサを交互に通していき、波板の端がＬ型に加工された部位と側板を溶接し、さらにスペーサロッドと側板をネジ止めし、最後にスペーサロッドの両端面を側板に溶接することで一体化する方法や、（２）スペーサロッドの一方側の端部に側板をネジ止めし、当該スペーサロッドの端面を側板に溶接をし、波板の端がＬ型に加工された部位と側板を溶接し、その後波板とスペーサを交互にスペーサロッドに通していき、波板の端がＬ型に加工された部位と側板と溶接し、さらにスペーサロッドの他方側の端部に側板をネジ止めし、当該スペーサロッドの端面を側板に溶接をして一体化する方法などが挙げられる。どちらの組立方法においても蒸気乾燥器ユニットの実際の幅（スペーサロッドの軸方向の長さ）は、波板を組立てた後に決まる。また、スペーサの長さを決める加工は、組立前に事前に加工され準備されるのが一般的である。

ところで、実際の組立においては、スペーサ同士には微小な長さのばらつきがある。そのため、複数のスペーサを用いて蒸気乾燥器ユニットを組み立てると、スペーサ１個当たりの微小なばらつきが累積して、蒸気乾燥器ユニットの幅にばらつきが生じる。また、スペーサロッドを通すための孔を波板に設けるときにはパンチ等で波板をせん断加工するが、その孔の周囲にはスペーサロッド軸方向の微小な凹凸が形成される。この微小な凹凸によっても、蒸気乾燥器ユニットの幅にばらつきが生じることがある。

このように蒸気乾燥器ユニットの幅にばらつきが生じることは、仮に蒸気乾燥器ユニット組立後の蒸気乾燥器への組込み性を優先し、蒸気乾燥器ユニットの幅を先に決めた場合には、スペーサと波板の接触面に隙間ができ、波板が隙間分移動した場合は蒸気流路が均一にならないことを意味する。一方、蒸気乾燥器ユニットの幅を確保するため、組立後に蒸気乾燥器ユニットを分解し、スペーサの長さの再調整及び波板の孔回りの微小な凹凸の再仕上げを行うことは組立工数の増大につながる。

本発明の目的は、蒸気乾燥器への組込み性を確保しつつ各波板の間隔を均一に保持できる沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、液滴を捕集する複数枚の液滴捕集板が取り付けられた複数の波板と、前記複数の波板を貫通するスペーサロッドと、前記複数の波板のうち隣接する波板の間に位置するように前記スペーサロッドに通され、前記隣接する波板の間隔をネジ機構によって調節可能に保持するスペーサ装置とを備えるものとする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記波板において前記スペーサロッドが貫通する孔の内周には雌ネジ部が形成されており、前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通されたスペーサであり、当該スペーサの軸方向における一方側の端部には、前記雌ネジ部と係合する雄ネジ部が設けられているものとする。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通された２つのスペーサであり、当該２つのスペーサの一方は軸方向における一方側の端部に雄ネジ部を備えており、前記２つのスペーサの他方は軸方向における他方側の端部に前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部を備えるものとする。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記スペーサロッドの外周には、雄ネジ部が形成されており、前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通された２つのスペーサであり、当該２つのスペーサの内周には、前記スペーサロッドの雄ネジ部と係合する雌ネジ部がそれぞれ形成されているものとする。

本発明によれば、蒸気乾燥器ユニット組立後においても隣接する波板の間隔を調節することができるので、蒸気乾燥器ユニットの組み込み性を確保しつつ各波板の間隔を均一に保持することができる。

本発明の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子炉内構造物を示す縦断面図。 本発明の実施の形態に係る蒸気乾燥器の斜視図。 一般的な蒸気乾燥器ユニットの斜視図。 一般的な蒸気乾燥器ユニットにおける蒸気の流れ方向を示した斜視図。 図３中のV-V断面における断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図。 本発明の第２の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図。 本発明の第３の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子炉内構造物を示す縦断面図である。この図に示す沸騰水型原子炉（以下、原子炉と称することがある）は、原子炉圧力容器１と、原子炉炉心２と、気水分離器５と、蒸気乾燥器６と、ダウンカマ３と、再循環系ポンプ４と、主蒸気ノズル１１を備えている。

ダウンカマ３内の炉水は、再循環系ポンプ４によって原子炉炉心２に導入され、原子炉炉心２で加熱されて水と蒸気の混合流体となる。この混合流体は、原子炉炉心２の真上に配備されている気水分離器５に入り、気水分離器５内を通過する途中で水と蒸気に遠心分離される。気水分離器５で分離された蒸気は、気水分離器５の上方に配備された蒸気乾燥器６に導入される。これは、気水分離器５で分離された蒸気は、まだ蒸気タービンが受け入れることのできない過剰な液滴量を含んでおり、蒸気乾燥器６において蒸気タービンが受け入れることのできる湿分量にまで蒸気を乾燥する必要があるからである。一方、気水分離器５で分離された水は、気水分離器５の途中から気水分離器５外へ排出される。気水分離器５外へ排出された水は降下してダウンカマ３へ戻され、再循環系ポンプ４によって原子炉炉心２へ再度導入される。

図２は本発明の実施の形態に係る蒸気乾燥器６の斜視図である。この図に示す蒸気乾燥器６は、気水分離器５が収納される円筒状のスカート２０と、スカート２０の上部に設置された隔離壁１８と、隔離壁１８の上に複数配列された蒸気乾燥器ユニット１２と、蒸気乾燥器ユニット１２で捕集された水分が排出されるドレンダクト１９を備えている。

気水分離器５からの蒸気は、隔離壁１８に設けられた開口部（図示せず）を介して上昇し、蒸気乾燥器ユニット１２内に導入される。蒸気乾燥器ユニット１２を通過することで湿分が低下した蒸気（乾燥蒸気）は蒸気乾燥器６の上側へ抜ける。蒸気乾燥器６を抜けた乾燥蒸気は、主蒸気ノズル１１（図１参照）を通過し、主蒸気配管（図示せず）を介して蒸気タービン（図示せず）へ供給される。一方、蒸気乾燥器ユニット１２で捕集された水分は、隔離壁１８に設けられた孔を介してドレンダクト１９へ流れ、ドレンダクト１９を介してスカート２０の外側へ排出される。

ここで、一般的な蒸気乾燥器ユニットの構成について図３〜５を用いて説明する。図３は一般的な蒸気乾燥器ユニットの斜視図であり、図４はその蒸気乾燥器ユニットにおける蒸気の流れ方向を示した斜視図であり、図５は図３中のV-V断面における断面図である。

これらの図に示す蒸気乾燥器ユニット１２は、ユニットサポート１７を介して隔離壁１８上に設置されており、フードプレート（以下、フードと称することがある）７と、多孔板８と、側板１４と、波板９と、液滴捕集板１５と、スペーサロッド１３と、スペーサ１６を備えている。

フード７は、気水分離器５から放出された液滴を含む湿り蒸気の流れを上向きから水平寄りに変更するものであり（図４の矢印参照）、各蒸気乾燥器ユニット１２に取り付けられている。フード７によって流れる方向が変更された蒸気は、蒸気乾燥器６の入口を形成する多孔板８の孔内に導入される。

波板９は、凸部と凹部が交互に表れる波形状をした薄い板部材である。蒸気乾燥器ユニット１２内には、複数の波板９が所定の間隔を介して収納されており、各波板９の間には蒸気流路１０（図５参照）が形成されている。各波板９には、蒸気流通方向に沿って所定の間隔で複数の液滴捕集板１５が溶接されている（図５参照）。蒸気中に含まれる液滴は、この複数の液滴捕集板１５及び波板９により捕集される。図５に示した例では、液滴捕集板１５は、波板９において凹部となる部分にそれぞれ溶接されている。多孔板８を通過した蒸気は、このように構成された各波板９の間に形成される蒸気流路１０を図４中に点線で示した矢印（蒸気流れ）に沿ってほぼ水平に通過する。このように蒸気流路１０を蒸気が通過すると、蒸気中に残存する液滴は蒸気流路１０の途中で液膜となって液滴捕集板１５及び波板９に捕獲される。これにより蒸気の湿分が低下する。

また、各波板９の同じ位置には、スペーサロッド１３を貫通させるための孔が設けられている。図４に示した例では、波板９の四隅に近い４箇所に加えて、高さ方向の略中央の２箇所に孔が設けられている。また、図５に示すように、複数の波板９のうち側板１４と隣接する２枚の波板９の両端はＬ字型に加工されており、当該Ｌ字型の部分を介して側板１４に溶接されている。

スペーサロッド１３は複数の波板９貫通してこれらを支持するものであり、図５に示すように、スペーサロッド１３には波板９とスペーサ１６が交互に通されている。図４では、各波板９には合計６本のスペーサロッドが貫通されており、各スペーサロッド１３の両端はそれぞれ側板１４に固定されている。スペーサロッド１３と側板１４を固定する手段としては、スペーサロッド１３の端部を側板１４とネジ止めし、さらにスペーサロッド１３の端面を側板１４と溶接するものがある。

各スペーサロッド１３に通された各スペーサ１６は、それぞれ同じ長さで形成されている。このスペーサ１３により、隣接する波板９の間に形成される蒸気流路１０の幅は一定に保持される。しかしながら、各スペーサ１６を一定の長さで形成しようとしても、製造時の誤差により各スペーサ１６にはどうしても微小な長さのばらつきが生じてしまう。そのため、複数のスペーサ１６を用いて蒸気乾燥器ユニット１２を組み立てると、スペーサ１個当たりの微小なばらつきが累積して、蒸気乾燥器ユニット１２の幅にばらつきが生じてしまうことがある。この点を鑑みて、本実施の形態では、蒸気乾燥器６を以下のように構成した。

図６は本発明の第１の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図である。この図に示すスペーサロッド１３には、波板９Ａとスペーサ１６Ａが交互に通されている。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略し、特に説明しない部分については図１〜図５を用いて説明した蒸気乾燥器と同じとする（後の実施の形態も同様に扱う）。

波板９Ａにおいてスペーサロッド１３が貫通する孔の内周には、スペーサロッド１３の直径よりも大きい径を有する雌ネジ部９２が設けられている。この図に示した例では、波板９Ａにおいてスペーサロッド１３が貫通する孔は、波板９Ａに液滴捕集板１５が取り付けられた部分に設けられているため、雌ネジ部９２の長さ２１は波板９Ａの板厚と液滴捕集板１５の板厚の合計となっている。

スペーサロッド１３に通された複数のスペーサ１６Ａはそれぞれ同じ長さであり、各スペーサ１６Ａの軸方向における一方側の端部には、波板９Ａに設けた雌ネジ部９２と係合する雄ネジ部９１が設けられている。雄ネジ部９１の長さは雌ネジ部９２の長さ以上に確保されており、雌ネジ部９２の長さ分だけスペーサ１６Ａを波板９Ａにねじ込むことが可能になっている。すなわち、スペーサ１６Ａは、スペーサロッド１３の軸方向に雌ネジ部９２の長さ２１分だけ移動することができ、これにより隣接する波板９Ａの間隔をネジ機構によって調節可能に保持するスペーサ装置として機能する。

例えば、図６に示すように、スペーサ１６Ａにおける雄ネジ部９１側の端部が雌ネジ部９２の中央（すなわち、波板９Ａと液滴捕集板１５の合計板厚の１／２位置）に位置する状態を基準として各波板９Ａの間隔（蒸気流路１０の幅）を決定したとする。このときには、蒸気乾燥器ユニットを組み立てた後においても、各波板９Ａの間隔を当該基準値から最大で雌ネジ部９２の長さ２１の１／２分だけ増減（調節）することができる。

すなわち、上記のような波板９Ａとスペーサ１６Ａを備える本実施の形態の蒸気乾燥器によれば、各スペーサ１６Ａの長さの微小なばらつきやスペーサロッド１３用の孔を波板９Ａに設ける際に形成される微小な凹凸の影響によって各波板９Ａの間隔が不均一になっても、波板９Ａに対するスペーサ１６Ａのねじ込み量を変更すれば、各波板９Ａの間隔を調節することができる。また、蒸気乾燥器６への組込み性を優先して蒸気乾燥器ユニット１２の組立前にその幅を決定しておいても、波板９Ａに対するスペーサ１６Ａのねじ込み量を調整することにより、蒸気乾燥器ユニット１２の幅を組立前に決定しておいた幅に調節しつつ各蒸気流路１０の幅を一定に調整することがユニット１２の組立後においても可能となる。したがって、本実施の形態によれば、蒸気中の液滴を捕集する機能を損なうことなく、蒸気乾燥器ユニット１２の組込み性を確保しながらも、隣り合う波板９Ａの間隔を一定に保持することができる。

図７は本発明の第２の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図である。この図に示すスペーサロッド１３には、波板９と２つのスペーサ３１ａ，３１ｂが交互に通されている。

図７中において２枚の波板９の間に挿入された２つのスペーサのうち右側に位置するスペーサ３１ａには、その軸方向における左側端部に雄ネジ部４１が設けられている。雄ネジ部４１はスペーサ３１ａの外周面に加工されている。また、図７中において左側に位置するスペーサ３１ｂには、その軸方向における右側端部に、スペーサ３１ａの雄ネジ部４１と係合する雌ネジ部４２が設けられている。雌ネジ部４２は、スペーサロッド１３が通るスペーサ３１ｂの内周面に加工されている。

図７に示した例では、雄ネジ部４１の長さは雌ネジ部４２の長さ２２と同一に設定されており、その長さ分だけスペーサ３１ａをスペーサ３１ｂにねじ込むことが可能になっている。すなわち、２つのスペーサ３１ａ，３１ｂを係合して形成される組立体の長さはスペーサ３１ａのねじ込み量を調節することで変更することができ、これにより当該組立体は隣接する波板９の間隔をネジ機構によって調節可能に保持するスペーサ装置として機能する。なお、雄ネジ部４１と雌ネジ部４２の長さはそれぞれ所望の値に設定することが可能である。このように所望の値にした場合には、より短いネジ部を有する一方のスペーサにおける当該ネジ部の長さ分だけ波板９の間隔を調節することができる。

ここで、例えば、図７に示すように、スペーサ３１ａにおける雄ネジ部４１側の端部が雌ネジ部４２の中央に位置する状態を基準として各波板９の間隔（蒸気流路１０の幅）を決定したとする。このときには、蒸気乾燥器ユニットを組み立てた後においても、各波板９の間隔を当該基準値から最大で雌ネジ部４２（雄ネジ部４１）の長さ２２の１／２分だけ増減（調節）することができる。

したがって、本実施の形態によっても、蒸気乾燥器ユニット１２の組立後においても隣接する波板９の間隔を調節することができるので、蒸気中の液滴を捕集する機能を損なうことなく、蒸気乾燥器ユニット１２の組込み性を確保しながらも、隣り合う波板９の間隔を一定に保持することができる。なお、本実施の形態において調整可能な波板９の間隔は、第１の実施の形態のように波板９Ａと液滴捕集板１５の板厚の合計に左右されない。そのため、第１の実施の形態の場合よりも柔軟に波板９の間隔を調整することができる。

図８は本発明の第３の実施の形態に係る蒸気乾燥器におけるスペーサロッド付近の拡大図である。この図に示すスペーサロッド１３Ａには、その外周に雄ネジ部５１が形成されており、波板９と２つのスペーサ３２ａ，３２ｂが交互に通されている。

２枚の波板９の間に挿入された２つのスペーサ３２ａ，３２ｂには、その内周の全てにスペーサロッド１３Ａの雄ネジ部５１と係合する雌ネジ部５２がそれぞれ形成されており、各スペーサ３２ａ，３２ｂをスペーサロッド１３Ａの周りに回転させると、各スペーサ３２ａ，３２ｂをスペーサロッド１３Ａ上で移動させることができる。図８中において２枚の波板９の間に挿入された２つのスペーサのうち右側に位置するスペーサ３２ａは、その軸方向における右側端面で波板９と接触しており、右側から当該波板９に接触するスペーサ３２ｂとともに当該波板９を挟み込んで保持している。また、図８中において左側に位置するスペーサ３２ｂは、その軸方向における左側端面で波板９と接触しており、左側から当該波板９に接触するスペーサ３２ａとともに当該波板９を挟み込んで保持している。

すなわち、本実施の形態における各波板９の間隔は、２枚の波板９の間に挿入された２つのスペーサ３２ａ，３２ｂのうちスペーサ３２ａの右側端面からスペーサ３２ｂの左側端面までの距離で規定されており、各スペーサ３２ａ，３２ｂを回転させてスペーサロッド１３Ａ上の位置を変更することで各波板９の間隔を調節することができる。

したがって、本実施の形態によっても、蒸気乾燥器ユニット１２の組立後においても隣接する波板９の間隔を調節することができるので、蒸気中の液滴を捕集する機能を損なうことなく、蒸気乾燥器ユニット１２の組込み性を確保しながらも、隣り合う波板９の間隔を一定に保持することができる。なお、図８では、スペーサ３２ａ，３２ｂを６角ナットとして表記したが、内周に雌ネジ部５２が形成されているものであれば、外観は他の形状としても良い。ただし、図８に示した６角ナットのような汎用品を用いれば、蒸気乾燥器を製造する際の部品の調達性を向上させることができる。また、本実施の形態では波板９を利用したが、貫通孔の内周に雌ネジ部９２を有する波板９Ａ（第１の実施の形態のもの）を利用しても良い。

６ 蒸気乾燥器
９ 波板
９Ａ 波板（雌ネジ部有り）
１２ 蒸気乾燥器ユニット
１３ スペーサロッド
１６ スペーサ
１６Ａ スペーサ
３１ａ，３１ｂ スペーサ
３２ａ，３２ｂ スペーサ
４１ 雄ネジ部
４２ 雌ネジ部
５１ 雄ネジ部
５２ 雌ネジ部
９１ 雄ネジ部
９２ 雌ネジ部

Claims (4)

1. 液滴を捕集する複数枚の液滴捕集板が取り付けられた複数の波板と、
   前記複数の波板を貫通するスペーサロッドと、
   前記複数の波板のうち隣接する波板の間に位置するように前記スペーサロッドに通され、前記隣接する波板の間隔をネジ機構によって調節可能に保持するスペーサ装置とを備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
2. 請求項１に記載の沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器において、
   前記波板において前記スペーサロッドが貫通する孔の内周には雌ネジ部が形成されており、
   前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通されたスペーサであり、
   当該スペーサの軸方向における一方側の端部には、前記雌ネジ部と係合する雄ネジ部が設けられていることを特徴とする沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
3. 請求項１に記載の沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器において、
   前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通された２つのスペーサであり、
   当該２つのスペーサの一方は軸方向における一方側の端部に雄ネジ部を備えており、
   前記２つのスペーサの他方は軸方向における他方側の端部に前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
4. 請求項１に記載の沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器において、
   前記スペーサロッドの外周には、雄ネジ部が形成されており、
   前記スペーサ装置は、前記スペーサロッドに通された２つのスペーサであり、
   当該２つのスペーサの内周には、前記スペーサロッドの雄ネジ部と係合する雌ネジ部がそれぞれ形成されていることを特徴とする沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器

Images