JP2012152664A - 蒸気乾燥器及び沸騰水型原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気に含まれる水分の除去性能を向上させることができる蒸気乾燥器を提供する。
【解決手段】炉心上方に位置する気水分離器の上方に配置された蒸気乾燥器は、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを有する。蒸気乾燥器エレメント８Ａは、蒸気通路形成部材１１Ａと蒸気通路形成部材１１Ｂの間に蒸気通路１４を形成する。液滴分離板１２Ｂ１,１２Ａ２，１２Ｂ３，１２Ａ４，１２Ｂ５，１２Ａ６及び１２Ｂ７が蒸気通路１４内に配置され、液滴分離板１２Ａ２，１２Ａ４及び１２Ａ６が蒸気通路形成部材１１Ａに、液滴分離板１２Ｂ１,１２Ｂ３，１２Ｂ５及び１２Ｂ７が蒸気通路形成部材１１Ｂにそれぞれ取り付けられる。これらの液滴分離板で形成されるドレンポケット１３Ａ〜１３Ｇの幅は、下流のドレンポケットほど、狭くなる。それぞれの液滴分離板と蒸気通路形成部材１１の間に形成された各蒸気通路１５の幅は同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気乾燥器及び沸騰水型原子炉に関する。

沸騰水型原子力発電プラントの原子炉は、タービンの健全性を維持するために、気水分離器及び蒸気乾燥器を有する気水分離システムを内部に設置している。気水分離器は、原子炉内の炉心で発生した蒸気を、炉心から流出した冷却水及び蒸気を含む気液二相流から分離する。蒸気乾燥器は分離された蒸気に含まれている液滴をさらに除去する。蒸気乾燥器によって液滴量が一定値以下に調整された蒸気が、タービンに供給される。

このような気水分離システムを有する沸騰水型原子力プラントは、原子炉圧力容器を備えた原子炉を有し、原子炉圧力容器内に炉心シュラウドで取り囲まれた炉心を配置している。複数の燃料集合体が炉心に装荷されている。炉心では、核燃料物質の核分裂で発生する熱により冷却水が加熱されて蒸気を発生し、この蒸気及び冷却水を含む気液二相流が原子炉圧力容器内で炉心上方に配置された気水分離器に流入し、気水分離器は９９％の冷却水を分離する。蒸気乾燥器は、気水分離器から排出された蒸気に含まれている液滴が０．１％以下になるまで液滴を除去する。蒸気乾燥器から排気されて原子炉圧力容器から吐出された蒸気は、主蒸気配管を通ってタービンに供給され、タービンを回転させる。タービンから排気された蒸気は復水器で凝縮されて水になり、この水は給水として給水配管を通り原子炉圧力容器に供給される。

蒸気乾燥器の例が、特許第４０３９２３３号公報及び特開平６−２２２１９０号公報に記載されている。特許第４０３９２３３号公報の図４に示されているように原子炉圧力容器内で気水分離器の上方に配置されている蒸気乾燥器は、特開平６−２２２１９０号公報の図３及び特許第４０３９２３３号公報の図５に示すように、並列に配置された複数の蒸気乾燥器エレメントを有する。蒸気乾燥器エレメントは、フードプレート、多孔板及び複数の波板状の蒸気通路形成部材を有する。気水分離器から排気された蒸気が、フードプレート内に入り、流れの向きを上下方向から水平方向に変え、多孔板に形成された複数の孔を通過して隣り合う蒸気通路形成部材の間に形成された蒸気通路内を流れる。

ジグザグに折れ曲がった蒸気通路内を流れる蒸気に含まれる液滴は、運動量が大きいので、蒸気通路の曲り部において蒸気通路形成部材の表面に衝突する。衝突した液滴は、その表面に設けられたドレンポケットに捕捉され、蒸気通路を流れている蒸気から除去される。ドレンポケットに捕捉された液滴は、ドレンダクトに排水される。

特開平６−２２２１９０号公報に記載された蒸気乾燥器は、波板状の複数の蒸気通路形成部材を相互に等間隔に配置し、各蒸気通路形成部材の一面と他面にそれぞれ交互に液滴分離板を設けている。各液滴分離板と蒸気通路形成部材の間にドレンポケットがそれぞれ形成される。各蒸気通路形成部材に形成されたそれぞれのドレンポケットの、水平方向で蒸気通路形成部材の側面に垂直な方向での幅が、多孔板から下流に向かって広くなっている。この結果、或る蒸気通路形成部材の一面に設けられた各液滴分離板とこれらの液滴分離板に対向して配置された他の蒸気通路形成部材との間に形成される蒸気通路の幅は、下流に向かうほど、狭くなっている。

他方、特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器も、波板状の複数の蒸気通路形成部材を相互に等間隔に配置し、各蒸気通路形成部材の一面と他面にそれぞれ交互に液滴分離板を設けている。各液滴分離板と蒸気通路形成部材の間にドレンポケットがそれぞれ形成される。しかしながら、各蒸気通路形成部材に形成されたそれぞれのドレンポケットの、水平方向で蒸気通路形成部材の側面に垂直な方向での幅は、特開平６−２２２１９０号公報とは逆に、多孔板から下流に向かうほど、狭くなっている。この結果、或る蒸気通路形成部材の一面に設けられた各液滴分離板とこれらの液滴分離板に対向して配置された他の蒸気通路形成部材との間に形成される蒸気通路の幅は、下流に向かうほど、広くなる。

特開平１１−１３７９３５号公報及び特開２００９−２７１０６６号公報は、環状の蒸気乾燥器を原子炉圧力容器内に配置している。

特許第４０３９２３３号公報 特開平６−２２２１９０号公報 特開平１１−１３７９３５号公報 特開２００９−２７１０６６号公報

出力向上等のように原子炉の熱出力が高い場合には、炉心で発生する蒸気の量が多くなる。この場合、蒸気乾燥器において、蒸気通路内を流れる蒸気から液滴分離板によって分離された液滴が、その蒸気通路内を流れる蒸気内に再び飛散することにより、蒸気乾燥器から排気されてタービンに供給される蒸気に含まれる湿分が多くなる可能性がある。

特開平６−２２２１９０号公報に記載された蒸気乾燥器では、波板状の複数の蒸気通路形成部材が相互に等間隔に配置され、液滴分離板と蒸気通路形成部材の間に形成された各ドレンポケットの、水平方向の幅が下流に向かって広くなっている。なお、蒸気乾燥器内の蒸気通路を流れる蒸気に含まれる液滴は、蒸気の流速が速いほど除去されやすい。特開平６−２２２１９０号公報に記載された蒸気乾燥器では、上流に位置するドレンポケットの幅が狭いので、蒸気の流速が速い場合は液滴分離板によってこのドレンポケット内に分離された粒径の液滴は、ドレンポケットから溢れて蒸気通路内を流れる蒸気中に飛散してしまう。一度、ドレンポケットから溢れて蒸気通路を流れる蒸気中に飛散した粒径の大きな液滴は、下流に存在する他の液滴分離板によっても除去されにくい。下流ではドレンポケットの幅が広くなって蒸気通路の幅が狭くなり、蒸気の流速が速くなるので、蒸気に含まれる粒径の小さな液滴は、下流に位置する液滴分離板で除去することができる。しかしながら、上流のドレンポケットから溢れた粒径の大きな液滴が蒸気乾燥器から流出する蒸気に含まれるため、蒸気乾燥器の液滴の除去性能が低下する。この液滴の除去性能の低下は、炉心で発生する蒸気の量が増大するほど、顕著になる。

特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器では、波板状の複数の蒸気通路形成部材が相互に等間隔に配置され、液滴分離板と蒸気通路形成部材の間に形成された各ドレンポケットの、水平方向の幅が、特開平６−２２２１９０号公報とは逆に、下流に向かって狭くなっている。多孔板に最も近い最も上流に位置するドレンポケットの幅が、最も広くなっている。この結果、液滴分離板と、この液滴分離板が取り付けられた蒸気通路形成部材とは異なる、この液滴分離板に対向する他の蒸気通路形成部材との間に形成される蒸気通路の幅は、下流側の液滴分離板の位置ほど広くなっている。

このような特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器では、蒸気から分離されて上流側の幅の広いドレンポケットに流入した液滴は、このドレンポケット溢れて蒸気通路を流れている蒸気内に飛散することがない。しかしながら、上流側の液滴分離板で除去できなかった粒径の小さな液滴は、幅が広くなる蒸気通路の幅が広くなって蒸気の流速が遅くなる蒸気通路の下流側で、液滴分離板によって除去されにくくなる。特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器は、上流に位置するドレンポケットの幅が広くてこのドレンポケットから液滴が溢れることがないので、特開平６−２２２１９０号公報に記載された蒸気乾燥器よりも液滴の除去性能が向上する。特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器は、上記したように、蒸気通路の下流側で液滴分離板による、粒径の小さな液滴の除去性能が低いので、液滴の除去性能を向上させる必要がある。

蒸気乾燥器において液滴の除去性能が低い場合には、蒸気乾燥器の高さを高くして、蒸気乾燥器に流入した蒸気に含まれる液滴とドレンポケットの接触する面を増やす必要がある。このように蒸気乾燥器の高さを高くすることは、原子炉圧力容器の高さが高くなる。

特許第４０３９２３３号公報及び特開平６−２２２１９０号公報に記載されたそれぞれの蒸気乾燥器では、波板状の複数の蒸気通路形成部材が相互に等間隔に配置され、液滴分離板に対向する他の蒸気通路形成部材との間に形成される蒸気通路の幅が上流から下流に向かって変化している。このため、蒸気乾燥器の圧力損失が大きくなる。

本発明の目的は、圧力損失を抑制し、蒸気に含まれる水分の除去性能を向上させることができる蒸気乾燥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、複数の蒸気乾燥器エレメントを備え、
蒸気乾燥器エレメントが、相互間に折れ曲った蒸気通路を形成する波板状の複数の蒸気通路形成部材、及び蒸気通路形成部材に取り付けられた複数の液滴分離板によって別々に形成され、蒸気通路に開口する複数の液滴捕集部を有し、
上流に位置する液滴捕集部の幅が、下流に位置する液滴捕集部の幅よりも広くなっており、
液滴分離板ごとに、液滴分離板とこの液滴分離板に対向する蒸気通路形成部材との間に形成された、蒸気通路のそれぞれの部分の幅が、同じであることにある。

液滴分離板ごとに、液滴分離板とこの液滴分離板に対向する蒸気通路形成部材との間に形成された、蒸気通路のそれぞれの部分の幅が、同じであるので、蒸気通路形成部材相互間に形成された蒸気通路の圧力損失が低減される。また、上流に位置する液滴捕集部の幅が、下流に位置する液滴捕集部の幅よりも広くなっているので、上流に位置する液滴捕集部に捕集された液滴が、溢れて蒸気通路内を流れる蒸気中に飛散することを防止することができる。さらに、蒸気通路の下流側の液滴捕集部で粒径の小さい液滴の除去効率が向上する。これらの結果、蒸気乾燥器内に導かれた蒸気に含まれる蒸気に含まれる水分の除去性能を向上させることができる。

本発明によれば、蒸気乾燥器の圧力損失を抑制することができ、蒸気に含まれる水分の除去性能を向上させることができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の蒸気乾燥器内に形成される蒸気通路の拡大横断面図である。 図１に示す蒸気乾燥器を設置した沸騰水型原子炉の縦断面図である。 図２に示す蒸気乾燥器の横断面図である。 図２に示す蒸気乾燥器を構成する蒸気乾燥器バンクの斜視図である。 蒸気乾燥器バンクの配置の一例を示す構成図である。 本発明の他の実施例である実施例２の蒸気乾燥器内に形成される蒸気通路の拡大横断面図である。 本発明の他の実施例である実施例３の蒸気乾燥器の平面図である。 図７に示す蒸気乾燥器を構成する蒸気乾燥器バンクの斜視図である。

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蒸気乾燥器を図１、図２、図３、図４及び図５を用いて説明する。

まず、本実施例の蒸気乾燥器７が適用された沸騰水型原子炉１の構成を、図２を用いて説明する。沸騰水型原子炉１は、原子炉圧力容器２、炉心３、炉心シュラウド４、気水分離器６及び蒸気乾燥器７を備えている。炉心３、炉心シュラウド４、気水分離器６及び蒸気乾燥器７が、原子炉圧力容器２内に配置される。複数の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心３が炉心シュラウド４によって取り囲まれている。シュラウドヘッド５が、炉心３の上方を覆っており、炉心シュラウド４の上端に設置される。複数の気水分離器６が、シュラウドヘッド５に取り付けられ、シュラウドヘッド５から上方に向かって伸びている。蒸気乾燥器７が、気水分離器６の上方に配置され、原子炉圧力容器２に設置される。円筒である蒸気乾燥器スカート２２が、蒸気乾燥器７から下方に向かって伸びており、気水分離器６を取り囲んでいる。

環状のダウンカマ２３が炉心シュラウド４と原子炉圧力容器２の間に形成される。複数のインターナルポンプ１９が原子炉圧力容器２の底部に設けられ、各インターナルポンプのインペラがダウンカマ２３内に配置される。主蒸気配管２０及び給水配管２１が原子炉圧力容器２に接続される。

蒸気乾燥器７は、図３に示すように、複数の蒸気乾燥器バンク８を有する。各蒸気乾燥器バンク８は、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを図５に示すように配置して構成される。

蒸気乾燥器エレメント８Ａは、図４に示すように、フードプレート９、多孔板１０Ａ，１０Ｂ及び波板状の複数の蒸気通路形成部材１１を有する。フードプレート９は、多数の貫通孔（第１開口部）１６Ａが形成された多孔板（第１多孔板）１０Ａの前面を覆っている。フードプレート９の上端が多孔板１０Ａの上端に取り付けられており、フードプレート９は上端から下方に向かって湾曲しており、多孔板１０Ａの下端でのフードプレート９と多孔板１０Ａとの間の間隔が広くなっている。蒸気入口プレナム２９が、フードプレート９と多孔板１０Ａの間に形成される。側壁部材９Ａ，９Ｂ（図５参照）が、蒸気入口プレナム２９を間に挟むように、フードプレート９の両側に取り付けられる。

蒸気入口プレナム２９が、気水分離器６より上方で蒸気乾燥器７より下方に存在する空間に連絡される。蒸気入口プレナム２９が、フードプレート９、多孔板１０Ａ及び側壁部材９Ａ，９Ｂによって取り囲まれている。複数の蒸気通路形成部材１１、例えば、図５に示すように６枚の蒸気通路形成部材１１（図４では、１枚の蒸気通路形成部材１１を省略）のそれぞれの一端（蒸気流入側端）が、相互に等間隔になるように、多孔板１０Ａに取り付けられる。各蒸気通路形成部材１１は、水平方向で実質的に同じ方向に向かって伸びている。これらの蒸気通路形成部材１１の他端（蒸気流出側端）は、互いに等間隔に配置されて、多数の貫通孔（第２開口部）１６Ｂが形成された多孔板（第２多孔板）１０Ｂに取り付けられる。

下板２８が各蒸気通路形成部材１１の下端に取り付けられる。また、上板３１が各蒸気通路形成部材１１の上端に取り付けられる。蒸気通路形成部材１１のそれぞれの相互間で各蒸気通路形成部材１１によって画定された複数の蒸気通路１４が、蒸気乾燥器エレメント８Ａの多孔板１０Ａ，１０Ｂ、下板２８及び上板３１で囲まれた領域内に形成される。各々の蒸気通路１４は、多孔板１０Ａに形成された各貫通孔１６Ａを通して蒸気入口プレナム２９に連絡される。各々の蒸気通路１４は、また、多孔板１０Ｂに形成された各貫通孔１６Ｂを通して蒸気出口プレナム１７（図５参照）に連絡される。蒸気入口プレナム２９と蒸気出口プレナム１７は、フードプレート９及び側壁部材９Ａ，９Ｂによって隔離されている。蒸気出口プレナム１７は、主蒸気配管２０に連絡され、気水分離器６より上方で蒸気乾燥器７より下方に存在する空間には直接連絡されていない。この空間と蒸気出口プレナム１７の間には、下板２８に相当する仕切り板（図示せず）が設けられている。

各蒸気乾燥器エレメント８Ａの詳細な構造を、図１を用いて説明する。図１には、６枚の蒸気通路形成部材１１のうち、波板状の２枚の蒸気通路形成部材１１Ａ，１１Ｂが示されている。一つの蒸気通路１４が蒸気通路形成部材１１Ａと蒸気通路形成部材１１Ａの間に形成される。蒸気通路形成部材１１Ａ，１１Ｂは、折れ曲がった部分にそれぞれ液滴分離板１２を設置している。蒸気通路形成部材１１Ａは、液滴分離板１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ａ３，１２Ａ４，１２Ａ５，１２Ａ６及び１２Ａ７を、多孔板１０Ａから多孔板１０Ｂに向かってこの順番に設けている。液滴分離板１２Ａ１，１２Ａ２，１２Ａ３，１２Ａ４，１２Ａ５，１２Ａ６及び１２Ａ７は、蒸気乾燥器エレメント８Ａの上板３１から下方に向かって伸びており、下板２８の位置にまで達している。液滴分離板１２Ａ１が多孔板１０Ａに最も近くで最も上流に位置している。液滴分離板１２Ａ１，１２Ａ３，１２Ａ５及び１２Ａ７が蒸気通路形成部材１１Ａの一つの側面に設けられ、液滴分離板１２Ａ２，１２Ａ４及び１２Ａ６が蒸気通路形成部材１１Ａの他の側面に設けられる。ドレンポケットが各液滴分離板１２Ａと蒸気通路形成部材１１Ａの間にそれぞれ形成されている。蒸気通路形成部材１１Ａに対して形成されるすべてのドレンポケットの水平方向の幅（蒸気通路形成部材１１Ａと液滴分離板１２Ａの間の間隙）は、液滴分離板１２Ａ１によって形成されるドレンポケットにおいて最も広くなっており、下流に位置する液滴分離板１２Ａによって形成されるドレンポケットほど狭くなり、液滴分離板１２Ａ７で形成されるドレンポケットで最も狭くなっている。

蒸気通路形成部材１１Ｂは、液滴分離板１２Ｂ１，１２Ｂ２，１２Ｂ３，１２Ｂ４，１２Ｂ５，１２Ｂ６及び１２Ｂ７を、多孔板１０Ａから多孔板１０Ｂに向かってこの順番に設けている。液滴分離板１２Ｂ１，１２Ｂ２，１２Ｂ３，１２Ｂ４，１２Ｂ５，１２Ｂ６及び１２Ｂ７は、蒸気乾燥器エレメント８Ａの上板３１から下方に向かって伸びており、下板２８の位置にまで達している。液滴分離板１２Ｖ１が多孔板１０Ａに最も近くで最も上流に位置している。液滴分離板１２Ｂ１，１２Ｂ３，１２Ｂ５及び１２Ｂ７が蒸気通路形成部材１１Ｂの一つの側面に設けられ、液滴分離板１２Ｂ２，１２Ｂ４及び１２Ｂ６が蒸気通路形成部材１１Ｂの他の側面に設けられる。ドレンポケットが各液滴分離板１２Ｂと蒸気通路形成部材１１Ｂの間にそれぞれ形成されている。蒸気通路形成部材１１Ｂに対して形成されるすべてのドレンポケットの水平方向の幅（蒸気通路形成部材１１Ｂと液滴分離板１２Ｂの間の間隙）は、液滴分離板１２Ｂ１によって形成されるドレンポケット１３Ａにおいて最も広くなっており、下流に位置する液滴分離板１２Ｂによって形成されるドレンポケットほど狭くなり、液滴分離板１２Ｂ７で形成されるドレンポケット１３Ｇで最も狭くなっている。

液滴分離板１２Ｂ１，１２Ａ２，１２Ｂ３，１２Ａ４，１２Ｂ５，１２Ａ６及び１２Ｂ７が、蒸気通路形成部材１１Ａと蒸気通路形成部材１１Ａの間に形成される蒸気通路１４に面している。これらの液滴分離板によって形成されるドレンポケット１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ及び１３Ｇが、蒸気通路１４に開口している。ドレンポケット１３Ａが最も上流に配置され、ドレンポケット１３Ｇが最も下流に位置している。他の蒸気通路１４にも、ドレンポケット１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ及び１３Ｇが形成されている。

蒸気乾燥器エレメント８Ａでは、蒸気通路形成部材１１と各液滴分離板１２の間に形成されるそれぞれの蒸気通路の幅は、同じである。すなわち、蒸気通路形成部材１１Ａと液滴分離板１２Ｂ１の間に形成された蒸気通路１５Ａ、蒸気通路形成部材１１Ｂと液滴分離板１２Ａ２の間に形成された蒸気通路１５Ｂ、蒸気通路形成部材１１Ａと液滴分離板１２Ｂ３の間に形成される蒸気通路１５Ｃ、蒸気通路形成部材１１Ｂと液滴分離板１２Ａ４の間に形成された蒸気通路１５Ｄ、蒸気通路形成部材１１Ａと液滴分離板１２Ｂ５の間に形成された蒸気通路１５Ｅ、蒸気通路形成部材１１Ｂと液滴分離板１２Ａ６の間に形成された蒸気通路１５Ｆ、及び蒸気通路形成部材１１Ａと液滴分離板１２Ｂ７の間に形成された蒸気通路１５Ｇの、水平方向での各幅は、同じ寸法になっている。しかしながら、ドレンポケット１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ及び１３Ｇのそれぞれの幅が、多孔板１０Ａから多孔板１０Ｂに向かって減少するので、各蒸気通路形成部材１１の相互間の間隔、例えば、蒸気通路形成部材１１Ａと蒸気通路形成部材１１Ｂの相互間の間隔は、多孔板１０Ａ付近で最も広く、下流に向かって減少し、多孔板１０Ｂ付近で最も狭くなっている。

本実施例では、図３に示すように、水平方向において並列に配置された各蒸気乾燥器バンク８は、図５に示すように、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを蒸気の流れる方向が逆になるように交互に配置する。すなわち、蒸気乾燥器バンク８において、隣り合う蒸気乾燥器エレメント８が、多孔板１０Ａと多孔板１０Ｂが交互に一列に並ぶように、配置される。

沸騰水型原子炉１が運転されているとき、インターナルポンプ１９が回転され、ダウンカマ２３内の冷却水が昇圧されて炉心３に供給される。この冷却水は、燃料集合体内を上昇する間に、燃料集合体に含まれた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。冷却水及び蒸気を含む気液二相流が、炉心３からシュラウドヘッド５内に形成される上部プレナム２５に流出し、各気水分離器６に流入する。気水分離器６は、気液二相流に含まれた蒸気を冷却水から分離する。

分離された蒸気１８は、気水分離器６より上方で蒸気乾燥器７より下方に存在する空間を経て蒸気乾燥器７の蒸気入口プレナム２９に流入する。さらに、蒸気は多孔板１０Ａのそれぞれの貫通孔１６Ａを通過して各蒸気通路１４内に導かれる。蒸気通路１４内を流れている蒸気２６に含まれた液滴が、蒸気通路形成部材１１の側面に衝突して液膜となって液滴分離板１２によって形成されたドレンポケット１３に捕獲される。捕獲された液膜は、ドレンポケット１３内で蒸気通路形成部材１１及び液滴分離板１２のそれぞれの側面に沿って下降し、下板２８に形成されたドレン孔（図示せず）を通ってドレンダクト（図示せず）に排水される。このドレンダクトは下板２８に取り付けられている。液滴分離板１２による液滴の分離の詳細については、後述する。

液滴が除去された蒸気２６は、多孔板１０Ｂに形成された各貫通孔１６Ｂを通って蒸気通路４から蒸気出口プレナム１７に排出され、主蒸気配管２０へと導かれる。原子炉圧力容器２から吐出された蒸気は、主蒸気配管２０を通ってタービン（図示せず）に供給され、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）が回転し、発電が行われる。タービンから排気された蒸気は復水器（図示せず）で凝縮されて水になり、この水は給水として給水配管２１を通り原子炉圧力容器２に供給される。

気水分離器６で分離された冷却水、及び蒸気乾燥器７で分離されてドレンダクトに排出された排水は、ダウンカマ２３内に流入し、給水配管２１で供給された給水と混合されて下降し、インターナルポンプ１９で昇圧され、炉心３に供給される。

蒸気乾燥器７での液滴の除去を、詳細に説明する。蒸気通路１４は、図１に示すように、ジグザグに折れ曲がって形成されている。各液滴分離板１２は、蒸気通路１４を形成する波板状の蒸気通路形成部材１１の凸に折れ曲がった位置に設けられる。液滴を含む、蒸気通路１４内を流れる蒸気２６は、折れ曲がった蒸気通路１４に沿って流れるが、この蒸気２６に含まれる運動量の大きい液滴は、蒸気通路形成部材１１の凹に折れ曲がった位置での側面３０（図１参照）に衝突し、この側面３０に付着して液膜を形成する。側面３０に形成された液膜は蒸気２６の流れによってドレンポケット１３、例えば、ドレンポケット１３Ｂに捕獲される。側面３０付近を流れる蒸気２６に含まれた液滴も、ドレンポケット１３Ｂ内に入り込み、このドレンポケット１３Ｂによって捕獲される。蒸気２６が蒸気通路１４内を下流に向かって流れる際に、蒸気２６に含まれる液滴が、上記したように、蒸気通路形成部材１１の凹に折れ曲がった各位置での側面３０に衝突し、液膜を形成してそれぞれのドレンポケット１３に捕獲される。

各ドレンポケット１３で液滴を捕獲できる理由を以下に説明する。蒸気通路１４が折れ曲がる位置の上流で液滴分離板１２により形成された蒸気通路１５を通過した蒸気２６が蒸気通路１４のその折れ曲がり部の側面３０に沿って曲がるときに遠心力を受け、蒸気２６に含まれた液滴が蒸気流に追従できなくなって側面３０に衝突して液膜を形成し、ドレンポケット１３に捕獲される。その遠心力の大きさは、蒸気２６の流速の二乗に比例するので、液滴の粒径に関係なく、蒸気通路１５を通過する蒸気２６の流速が速いほど、液滴の除去効率が向上する。

ドレンポケット１３の幅が１３Ａ＞１３Ｂ＞１３Ｃ＞１３Ｄ＞１３Ｅ＞１３Ｆ＞１３Ｇの関係にあり、ドレンポケット１３による液滴捕獲容量は上流側のドレンポケットほど大きくなる。蒸気通路１４内では、蒸気２６は、下流よりも上流においてより多量の液滴を含んでいる。しかしながら、上流側に位置するドレンポケット１３（例えば、ドレンポケット１３Ａ）の幅が大きいので、粒径の大きな液滴が上流側のドレンポケット１３に捕捉され易くなり、上流側での各ドレンポケット１３による液滴の捕獲容量も増大する。上流側での液滴の捕獲容量が増加しても、上流側に位置するドレンポケット１３の幅が大きいため、捕獲された液滴が、蒸気通路１４内を流れている蒸気２６中に再飛散することを防ぐことができる。

蒸気通路１４の下流側においては、蒸気２６に含まれる液滴の量が少なくなるが、粒径の小さい液滴の量が相対的に増加する。本実施例では、蒸気通路１５Ａ〜１５Ｇの幅は同じであり、下流に位置する、例えば、蒸気通路１５Ｆの幅は、特許第４０３９２３３号公報に記載された蒸気乾燥器において、最下流に位置する、液滴分離板と蒸気通路形成部材の間に形成される蒸気流路の幅よりも狭いので、蒸気通路１４の、各ドレンポケット１３の上流で側面３０に面するそれぞれの位置での蒸気の流速が増加し、その側面３０に衝突する粒径の小さい液滴の量が増大する。それだけ、下流側に位置するドレンポケット１３（例えば、ドレンポケット１３Ｆ及び１３Ｇ）での粒径の小さい液滴の捕獲量が増大し、蒸気通路１４の下流での粒径の小さい液滴の除去効率が向上する。蒸気通路１４の下流側においては、蒸気２６に含まれる液滴の量が少なくなるため、下流側でドレンポケット１３の幅を小さくしても、ドレンポケット１３から蒸気２６中への液滴の飛散を防止できる。

本実施例によれば、上記したように、上流側に位置するドレンポケットから蒸気２６中への液滴の飛散を防止することができ、蒸気通路１４の下流側での粒径の小さい液滴の除去効率を向上させることができるので、蒸気乾燥器７における、蒸気に含まれる水分の除去性能を向上させることができる。

本実施例は、蒸気通路１５Ａ〜１５Ｇの幅が同じであるので、蒸気流路１４の拡大、縮小時に生じる圧力損失を抑制することができる。したがって、蒸気乾燥器７内の蒸気通路１４の圧力損失を上昇させることなく、蒸気２６に含まれた液滴の捕獲量を増加させることができる。

蒸気乾燥器エレメント８Ａの、蒸気通路形成部材１１の蒸気流出側端での水平方向の幅が、蒸気乾燥器エレメント８Ａの、蒸気通路形成部材１１の蒸気流入側端での水平方向の幅よりも狭くなっている。このため、蒸気乾燥器エレメント８Ａの、蒸気通路形成部材１１の水平方向の幅が低減され、蒸気乾燥器エレメント８Ａが小型化される。

本実施例によれば、蒸気乾燥器エレメント８Ａにおいて蒸気流路１４の下流に位置するドレンポケット１３の幅が狭くなる関係上、隣り合う蒸気通路形成部材１１の相互間の間隔が、多孔板１０Ａ側よりも多孔板１０Ｂ側で狭くなる。したがって、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを、図５に示すようにフードプレート９の位置が逆になるように、交互に配置することによって、１つの蒸気乾燥器バンク８に配置できる蒸気乾燥器エレメント８Ａの数、具体的には、蒸気通路形成部材１１の枚数を増大することができる。このため、蒸気乾燥器７の単位高さあたりの液滴除去性能を、特許第４０３９２３３号公報及び特開平６−２２２１９０号公報に記載されたそれぞれの蒸気乾燥器よりも向上させることができる。また、原子炉圧力容器２内での蒸気乾燥器エレメント８Ａの配置スペースを効率良く使用することができる。結果的に、蒸気乾燥器エレメント８Ａの高さを低減することができ、原子炉圧力容器２の高さを低くすることができる。

また、前述のように、蒸気に含まれる液滴の量に合わせてドレンポケット１３の捕獲容量を設定することは、液滴の捕獲に寄与していないドレンポケットを削除しつつ、蒸気乾燥器バンクの液滴捕獲性能を向上させることを意味する。仮に、従来の蒸気乾燥器バンクと液滴捕獲性能を同じくする場合には、蒸気乾燥器バンク８を構成する蒸気乾燥器エレメント８Ａの蒸気通路形成部材１１の枚数を減らすことができる。これにより、蒸気乾燥器の寸法を小さくすることができ、原子炉圧力容器２の高さを低減でき、これを小型化することができる。

さらに、本実施例では、前述したように、蒸気乾燥器７の圧力損失を低減することができるので、原子炉圧力容器２内の圧力損失も低減される。このため、炉心３に冷却水を供給するインターナルポンプ１９の運転により消費される電力を低減することができる。

本発明の他の実施例である実施例２の蒸気乾燥器を、図６を用いて説明する。本実施例の蒸気乾燥器は、図６に示す複数の蒸気乾燥器エレメント８Ｂを有する。

本実施例の蒸気乾燥器に用いられる蒸気乾燥器エレメント８Ｂは、実施例１で用いられる蒸気乾燥器エレメント８Ａにおいて液滴分離板１２Ａ１〜１２Ａ７及び１２Ｂ１〜１２Ｂ７を液滴分離板１２Ｃ１〜１２Ｃ７及び１２Ｄ１〜１２Ｄ７に替えた構成を有する。蒸気乾燥器エレメント８Ｂの他の構成は蒸気乾燥器エレメント８Ａと同じである。液滴分離板１２Ｃ１〜１２Ｃ７及び１２Ｄ１〜１２Ｄ７のそれぞれの、蒸気通路１４内での蒸気２６の流れ方向における長さが、液滴分離板１２Ａ１〜１２Ａ７及び１２Ｂ１〜１２Ｂ７のそれぞれのその長さよりも長くなっている。液滴分離板１２Ｃ１及び１２Ｄ１のそれぞれの、蒸気通路１４内での蒸気２６の流れ方向における長さが最も長く、下流に位置する液滴分離板１２ほど、その長さが短くなっている。最も下流に位置する液滴分離板１２Ｃ７及び１２Ｄ７のそれぞれの、蒸気通路１４内での蒸気２６の流れ方向における長さが、最も短い。

図６に示された蒸気通路形成部材１１Ａと蒸気通路形成部材１１Ｂの間に形成された蒸気通路１４内に配置された液滴分離板１２Ｄ１，１２Ｃ２，１２Ｄ３，１２Ｃ４，１２Ｄ５，１２Ｃ６及び１２Ｄ７のうち、蒸気通路１４内での蒸気２６の流れ方向における長さが最も長い液滴分離板は液滴分離板１２Ｄ１であり、その長さが最も短い液滴分離板は液滴分離板１２Ｄ７である。これらの液滴分離板１２によって形成されるドレンポケット１３Ａ〜１３Ｇの幅は、実施例１と同様に、ドレンポケット１３Ａで最も広く、ドレンポケット１３Ｇで最も狭くなっている。

本実施例の蒸気乾燥器の蒸気乾燥器バンクは、実施例１と同様に、蒸気乾燥器エレメント８Ｂを交互に逆方向に配置して構成される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。また、本実施例は、液滴分離板１２のそれぞれの、蒸気通路１４内での蒸気２６の流れ方向における長さが実施例１で用いられる液滴分離板１２のそれぞれのその長さよりも長くなっているので、ドレンポケット１３の容積が実施例１におけるドレンポケット１３の容積よりも大きくなっている。このため、蒸気乾燥器エレメント８Ｂを蒸気乾燥器エレメントよりも小型化することができるので、本実施例の蒸気乾燥器はさらに小型化できる。

本発明の他の実施例である実施例３の蒸気乾燥器を、図７及び図８を用いて説明する。本実施例の蒸気乾燥器は、実施例１と同様に、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを有する。しかしながら、本実施例の蒸気乾燥器は、実施例１の蒸気乾燥器７と異なり、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを図７に示すように環状に配置している。環状に配置された各乾燥器エレメント８Ａは、多孔板１９Ａに取り付けたフードプレート９Ｃを外側に配置し、多孔板１０Ｂを内側に配置している。蒸気入口プレナム２９は、図示されていないが、多孔板１９Ａ、フードプレート９Ｃ及び側壁部材９Ａ，９Ｂによって取り囲まれて形成される。本実施例の蒸気乾燥器も、実施例１と同様に、原子炉圧力容器２内で気水分離器６の上方に配置される。

気水分離器６から排気された蒸気は、各蒸気乾燥器エレメント８Ａの蒸気入口プレナム２９内に流入し、それぞれの蒸気通路１４内を流れて実施例１と同様に液滴が除去される。液滴が除去された蒸気が、多孔板１０Ｂに形成された各貫通孔１６Ｂから、各蒸気乾燥器エレメント８Ａの多孔板１０Ｂで取り囲まれて形成された蒸気出口プレナム２７に排出される。この蒸気は、主蒸気配管２０を通ってタービンに供給される。

本実施例も実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例では、複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを環状に配置しているので、原子炉圧力容器２内に複数の蒸気乾燥器エレメント８Ａを効率良く配置することができ、蒸気乾燥器の高さを低減することができる。これによって、原子炉圧力容器２の高さを低くすることができる。

本実施例において、蒸気乾燥器エレメント８Ａの替りに蒸気乾燥器エレメント８Ｂを用いても良い。

１…沸騰水型原子炉、２…原子炉圧力容器、３…炉心、４…炉心シュラウド、５…シュラウドヘッド、６…気水分離器、７…蒸気乾燥器、８…蒸気乾燥器バンク、８Ａ，８Ｂ…蒸気乾燥器エレメント、９…フードプレート、９Ａ，９Ｂ…側壁部材、１０Ａ，１０Ｂ…多孔板、１１，１１Ａ，１１Ｂ…蒸気通路形成部材、１２，１２Ａ１〜１２Ａ７，１２Ｂ１〜１２Ｂ７，１２Ｃ１〜１２Ｃ７，１２Ｄ１〜１２Ｄ７…液滴分離板、１３，１３Ａ〜１３Ｇ…ドレンポケット、１４，１５Ａ〜１５Ｇ…蒸気通路、１７、２７…蒸気出口プレナム、２９…蒸気入口プレナム。

Claims (7)

1. 複数の蒸気乾燥器エレメントを備え、
   前記蒸気乾燥器エレメントが、相互間に折れ曲った蒸気通路を形成する波板状の複数の蒸気通路形成部材、及び前記蒸気通路形成部材に取り付けられた複数の液滴分離板によって別々に形成され、前記蒸気通路に開口する複数の液滴捕集部を有し、
   上流に位置する前記液滴捕集部の幅が、下流に位置する前記液滴捕集部の幅よりも広くなっており、
   各前記液滴分離板ごとに、前記液滴分離板とこの液滴分離板に対向する前記蒸気通路形成部材との間に形成された、前記蒸気通路のそれぞれの部分の幅が、同じであることを特徴とする蒸気乾燥器。
2. 前記蒸気通路の蒸気流出側端での隣り合う前記蒸気通路形成部材の相互間の間隔が、これらの蒸気通路形成部材の、前記蒸気通路の蒸気流入側端での相互間の間隔よりも狭くなっている請求項１に記載の蒸気乾燥器。
3. 前記液滴分離板の、前記蒸気通路内での蒸気の流れ方向における長さが、前記蒸気通路の下流に位置する前記液滴分離板よりも前記蒸気通路の上流に位置する前記液滴分離板で長くなっている請求項１または２に記載の蒸気乾燥器。
4. 前記蒸気乾燥器が複数の蒸気乾燥器バンクを有し、前記蒸気乾燥器バンクにおいて複数の前記蒸気乾燥器エレメントが、蒸気流入口が逆向きになるように交互に配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蒸気乾燥器。
5. 前記複数の蒸気乾燥器エレメントが環状に配置され、それぞれの蒸気乾燥器エレメントの前記蒸気通路の蒸気流入口が外側を向いており、それぞれの蒸気乾燥器エレメントの前記蒸気通路の蒸気流出口が内側を向いている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の蒸気乾燥器。
6. 前記蒸気乾燥器エレメントが、前記複数の蒸気通路形成部材のそれぞれの蒸気流入側端が取りつけられ、前記蒸気通路に連絡される複数の第１開口部を形成した第１多孔板と、前記複数の蒸気通路形成部材のそれぞれの蒸気流出側端が取りつけられ、前記蒸気通路に連絡される複数の第２開口部を形成した第２多孔板と、前記第１多孔板の前面に配置されて前記第１多孔板の上端部に取り付けられたフードプレートと、前記フードプレートの側面に取り付けられ、前記フードプレート及び前記第１多孔板と共に前記複数の第１開口部に連絡される蒸気入口プレナムを形成する複数の側壁部材とを備えている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の蒸気乾燥器。
7. 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気水分離器と、前記原子炉圧力容器内で前記気水分離器の上方に配置された蒸気乾燥器とを備え、
   前記蒸気乾燥器が、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された蒸気乾燥器であることを特徴とする沸騰水型原子炉。

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