JP2016151492A

JP2016151492A - 気水分離器及び気水分離器の補強方法

Info

Publication number: JP2016151492A
Application number: JP2015029172A
Authority: JP
Inventors: 大二郎北川; Daijiro Kitagawa; 晴彦畠; Haruhiko Hatake
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-02-18
Publication date: 2016-08-22
Anticipated expiration: 2035-02-18
Also published as: JP6462400B2

Abstract

【課題】気水分離性能を悪化させたり、再循環機構の動力を増加させたりすることなく、気水分離器の剛性を向上させる。【解決手段】シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２とこの中心から放射状に設置された複数のスタンドパイプ２とを連結する複数の補強板３が、放射状に等間隔（例えば、３０°毎）で少なくとも１２以上設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉における気水分離器及び気水分離器の補強方法に関する。

従来、図４に示すように、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）においては、シュラウドヘッド１の外周部に給水スパージャ４が設けられており、給水スパージャ４から原子炉圧力容器５に注入された冷却材は、炉心シュラウド６と原子炉圧力容器５の間にあるダウンカマー７を流れ、図示しないジェットポンプ（ＡｄｖａｎｃｅｄＢＷＲにおいてはインターナルポンプ）からなる再循環ポンプにより炉心下部に入り、流れを上向きに変え燃料集合体８から熱をとって二相流となり、スタンドパイプ２の上部に設置された気水分離器９と蒸気乾燥器１０にて蒸気中の湿分が除去される。この気水分離器９は稼働部品のない軸流式であり、スタンドパイプ２を上昇してきた気水混合物は旋回流となり、遠心分離作用で冷却材は外側、蒸気は内側に分離される。分離された水は、シュラウドヘッド１の外周に流れ、ダウンカマー７を通り、再循環機構により再び下部プレナムから炉心へと供給される。

シュラウドヘッド１の上部に設置される円柱形のスタンドパイプ２は、シュラウドヘッド１に最密に配置するため、正三角形状に配置される。
このような沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）において、スタンドパイプ２を補強板３によって連結し、気水分離器９の剛性の向上を図る補強手段が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

このような補強手段の例として、図５に示すように、高さ方向の幅が４６０ｍｍの大補強板により、シュラウドヘッド１の中心部から６０°毎の６方向において放射状に位置するスタンドパイプ２を連結し、高さ方向の幅が７６ｍｍの小補強板により、隣接する全てのスタンドパイプ２を連結することによって、剛性の向上や曲がり等による気水分離器９同士の接触の防止を行っている。

特開２００７−１７１０９７号公報特開昭６２−２２８９７７号公報

しかしながら、上述した従来の補強手段では、大補強板に加えて、小補強板により剛性の向上を図ることとしているため、気水分離器９で分離された冷却水がシュラウドヘッド１上部のスタンドパイプ２群の隙間を抜け、ダウンカマー７に戻る流れを妨げ、気水分離性能を悪化させる可能性があった。

一方、スタンドパイプ２の周面をより肉厚にし、剛性を向上させることも考えられる。しかしながら、スタンドパイプ２の外径を大きくすると、スタンドパイプ２間の流路面積が減り、気水分離器９で分離された冷却水の流れを妨げ、気水分離性能を悪化してしまうこととなり、また、スタンドパイプ２の内径を小さくすると、スタンドパイプ２内の水・蒸気混合流の流速が高まり、圧力損失が増え、再循環ポンプの動力が増加してしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、気水分離性能を悪化させたり、再循環ポンプの動力を増加させたりすることなく、気水分離器の剛性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに設置される複数のスタンドパイプの上部に設置される気水分離器において、前記シュラウドヘッドの中心に設置されたスタンドパイプと前記中心から放射状に設置された複数のスタンドパイプとを連結する複数の補強板からなるとともに、前記複数の補強板を放射状に等間隔で少なくとも１２以上設けた補強装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、気水分離性能を悪化させたり、再循環ポンプの動力を増加させたりすることなく、気水分離器の剛性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る気水分離器を示す平面図。第２の実施形態に係る気水分離器を示す平面図。気水分離器の補強装置と給水混合の状態を示す正面図。沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）及び炉内構造物を示す縦断面図。従来の気水分離器を示す平面図。

以下、本発明に係る気水分離器及び気水分離器の補強方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態に係る気水分離器を、図１を用いて説明する。なお、特に説明する場合を除き、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）及び炉内構造物の構成は図４のものと同一であるため、その構成の説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態に係る気水分離器９は、図４に示した原子炉圧力容器５内のシュラウドヘッド１に設置される複数のスタンドパイプ２を連結することにより、気水分離器９を補強するものであって、シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２とこの中心から放射状に設置された複数のスタンドパイプ２とを連結する複数の補強板３からなり、この複数の補強板３を、放射状に等間隔（例えば、３０°毎）で１２方向に設ける構成としている。

補強板３は、シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２からシュラウドヘッド１の最外周に設置されたスタンドパイプ２までを連結している。
なお、スタンドパイプ２と補強板３とを連結する連結手段は、周知の連結手段を採用することができる。例えば、スタンドパイプ２と補強板３とを溶接することで直接的に連結するものであってもよく、スタンドパイプにクランプカバー等を装着し、このクランプカバー等と補強板３とを連結することで間接的に連結させるものであってもよい。

ここで、複数のスタンドパイプ２を連結した場合の曲げ剛性を示す断面二次モーメントは、スタンドパイプ２一本あたりの断面積及び補強板３によって連結されるスタンドパイプ２の本数に比例するため、追設する補強板３の数や半径方向の長さは、気水分離器９に必要とされる剛性の大小によって調整することが可能である。

また、炉心の大きさ、再循環ポンプの配置構成、熱水力特性等に応じて、放射状に等間隔に配置される補強板３の数を調整することも可能である。
したがって、放射状に等間隔に配置される補強板３の数は、本実施形態のものに限定されず、例えば、等間隔で１２方向以上に設けることとしてもよい。

次に、本実施形態に係る気水分離器の補強装置の作用効果について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る気水分離器の補強装置と給水混合の状態を示す正面図である。

なお、図３において、点線で示す排水流れ１１は、気水分離器９で分離され、シュラウドヘッド１に沿ってダウンカマー７へ流れる冷却材を示し、破線で示す給水流れ１２は、給水スパージャ４から原子炉圧力容器５に注入された冷却材を示し、乾燥器スカート１３は、気水分離器９の最外周を取り囲んで配置される円筒状の部材を示す。

図３に示すように、排水流れ１１は、給水流れ１２と混合し、混合した冷却材は、ダウンカマー７を通って炉心に供給されることとなる。ここで、本実施形態に係る気水分離器９では、従来のように、小補強板を設けることなく、補強板３のみで気水分離器９の剛性を向上させることとしているため、排水流れ１１が妨げられることを抑制することができる。

また、本実施形態に係る気水分離器９では、スタンドパイプ２の内外径に変更を加えるものではないため、スタンドパイプ２間の流路面積及びスタンドパイプ２内の蒸気の流速に影響を与えることが極めて少ないと考えられる。

このように、本実施形態に係る気水分離器９によれば、シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２とこの中心から放射状に設置された複数のスタンドパイプ２とを連結する複数の補強板３が、放射状に等間隔（例えば、３０°毎）で少なくとも１２以上設けられていることから、図５に示すように６０°毎に６方向において放射状に配置する場合と比較して、より多くのスタンドパイプ２相互が補強板３によって一体化されるため、スタンドパイプ２の上部に設置された気水分離器９の剛性を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る気水分離器９によれば、小補強板を省略しているので、排水流れ１１が妨げられることなく、気水分離性能を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る気水分離器を、図２を用いて説明する。なお、特に説明する場合を除き、第１の実施形態に係る気水分離器と同一又は類似の構成には同一符号を付し、その構成の説明を省略する。

図２に示すように、本実施形態に係る気水分離器９は、第１の実施形態において示した補強板３とは連結されるスタンドパイプ２の数が異なる補強板３ａ又は補強板３ｂを設ける構成としている。

補強板３ａは、シュラウドヘッド１の最外周に設置されたスタンドパイプ２を連結しているが、シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２は連結していない。なお、補強板３ａを、シュラウドヘッド１の中心に設置されたスタンドパイプ２を連結するが、シュラウドヘッド１の最外周に設置されたスタンドパイプ２は連結しない構成としてもよい。

補強板３ｂは、シュラウドヘッド１の中心を含む内周側に設置されたスタンドパイプ２、及びシュラウドヘッド１の最外周を含む外周側に設置されたスタンドパイプ２を除く複数のスタンドパイプ２を連結している。

なお、本実施形態に係る気水分離器９においても、複数の補強板３、３ａ、３ｂが、放射状に等間隔で少なくとも１２以上設けられることが望ましい。もっとも、十分な剛性が担保される場合には、補強板３、３ａ、３ｂのいずれかを設けない方向があってもよい。

また、補強板３ａ、３ｂは、炉心の大きさ、再循環ポンプの配置構成、熱水力特性等に応じて、適宜配置することが可能である。
このように、本実施形態に係る気水分離器９によれば、一定の剛性を担保しつつ、気水分離性能をより向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…シュラウドヘッド、２…スタンドパイプ、３，３ｂ，３ｃ…補強板、４…給水スパージャ、５…原子炉圧力容器、６…炉心シュラウド、７…ダウンカマー、８…燃料集合体、９…気水分離器、１０…蒸気乾燥器、１１…排水流れ、１２…給水流れ、１３…乾燥器スカート

Claims

原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに設置される複数のスタンドパイプの上部に設置される気水分離器において、
前記シュラウドヘッドの中心に設置されたスタンドパイプと前記中心から放射状に設置された複数のスタンドパイプとを連結する複数の補強板からなるとともに、前記複数の補強板を放射状に等間隔で少なくとも１２以上設けた補強装置を有することを特徴とする気水分離器。
前記複数の補強板は、前記中心に設置されたスタンドパイプから前記シュラウドヘッドの最外周に設置されたスタンドパイプまでを連結することを特徴とする請求項１に記載の気水分離器。
前記複数の補強板のうち少なくとも１の補強板は、前記中心を含む前記シュラウドヘッドの内周及び／又は前記シュラウドヘッドの最外周を含む外周に設置されたスタンドパイプを除く複数のスタンドパイプを連結することを特徴とする請求項１又は２に記載の気水分離器。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補強板を用いて、気水分離器の補強を行うことを特徴とする気水分離器の補強方法。