JP3743900B2 - 気水分離器および沸騰水型原子炉 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉に設置される気水分離器、および沸騰水型原子炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の経済性を向上させるためには、出力密度の向上が必要である。出力密度を上げるため、近年、チャンネルボックス外にあり中性子の減速材である水の領域を燃料集合体内に取込む大型バンドルの炉心が提唱されている。大型バンドルの炉心では、十字型の制御棒を採用した場合、原子炉停止余裕に限界があるため、クラスタ型の制御棒が必要となる。
【０００３】
クラスタ型の制御棒の場合、原子炉停止時の制御棒挿入の信頼性から、炉心上部から制御棒を挿入する方式が必要であるが、このような方式の制御棒駆動機構は炉心上部にある気水分離器および蒸気乾燥器に干渉する恐れがあり、この干渉を回避することが課題となっている。
【０００４】
上記課題に対して、例えば特開昭６１−２３００７８号公報には、図１０の断面図に示すような沸騰水型原子炉が提案されている。この沸騰水型原子炉においては、制御棒１はクラスタ型のもので、炉心２の上部から挿入される。制御棒１を駆動する制御棒駆動機構３は、シュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通し、さらに圧力容器上蓋６に固定させている制御棒駆動機構ハウジング７内を通って圧力容器８外の駆動装置に接続されている。制御棒駆動機構３の周辺部には、シュラウドヘッド４上部にスタンドパイプ９を介して固定された気水分離器１０が環状に配置されている。気水分離器１０の上方には蒸気乾燥器１１が設置され、この蒸気乾燥器１１も制御棒駆動機構３の周辺部に環状に配置されている。
【０００５】
また、特開昭６２−１９７７９４号公報には、制御棒駆動軸を炉心上部のシュラウドヘッドに配置されている気水分離器の中を貫通させ、蒸気乾燥器は制御棒駆動軸の周辺部に環状に配置したものが提案されている。
【０００６】
さらに、特開昭６２−６７４８９号公報には、上記公報と同様、制御棒駆動軸を炉心上部のシュラウドヘッドに配置されている気水分離器の中を貫通させ、蒸気乾燥器は制御棒駆動軸の周辺部に環状に配置し、さらに、気水分離器の中の制御棒駆動軸に付着した液滴を飛散させるために制御棒駆動軸に突起物を設けることが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報のうち特開昭６１−２３００７８号公報では、図１０に示すように制御棒駆動機構３がシュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通する構造となっている。そしてこの公報においては、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸のみなのか、または、その制御棒駆動軸が制御棒駆動軸案内管内に挿通されているのか明示されてはいない。仮に、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸のみ場合、制御棒動軸がシュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通する貫通部は、気液二相流１２や湿り蒸気１３が漏れないようにシール構造とする必要がある。しかし、制御棒駆動軸は制御棒１の挿入もしくは引き抜きを行うためのもので上下方向に移動するため、上記貫通部からの漏れを皆無にすることは不可能である。
【０００８】
一方、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸と制御棒駆動軸案内管からなる場合、つまり制御棒駆動軸案内管の内部に制御棒駆動軸が挿通されている場合は、シュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を制御棒駆動軸案内管が貫通する箇所を溶接またはシールすれば、漏れをなくすことは可能である。しかし、燃料交換の際は、圧力容器上蓋６に固定されている制御棒駆動機構ハウジング７から制御棒駆動軸案内管を切り離さなければならないので、両者の接続部１４は隙間を伴う嵌め合い構造とする必要があり、制御棒駆動軸案内管内を上昇してきた気液二相流が接続部１４から漏れ出し、蒸気乾燥器１１下流の乾燥蒸気１５の湿分を増加させキャリーオーバを増大させる欠点がある。
【０００９】
また、特開昭６２−１９７７９４号公報および特開昭６２−６７４８９号でも、制御棒駆動軸が上部プレナム構造の上蓋を貫通すため、気水分離器から出た湿り蒸気が貫通部の隙間から漏れないようにシール構造としなければならないが、制御棒駆動軸が上下方向に移動することを考えると漏れを皆無にすることは不可能である。さらに、特開昭６２−１９７７９４号公報の場合、スタンドパイプおよび気水分離器内を貫通する制御棒駆動軸は流れにさらされているため、流体力を受けて振動し接触部が磨耗する可能性がある。また、特開昭６２−６７４８９号公報の場合は、気水分離器内の旋回翼のボスの長さと等しい間隔で且つボスにあけられた穴を通過できる程度の大きさで制御棒駆動軸に突起物を設けているので、流体力による制御棒駆動軸の振動を抑制する対策が施されているが、突起物があるため制御棒駆動軸を上下動させる際の操作性が悪化する恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、気液二相流や湿り蒸気の漏れを少なくしてキャリーオーバを低減させ、かつ制御棒駆動軸の振動抑制を図った気水分離器、および沸騰水型原子炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、沸騰水型原子炉の炉心で発生した気液二相流が上昇する円筒状のスタンドパイプの上端に設置されている多重円筒部材と、前記多重円筒部材の最内側円筒部材の下部に設置され前記気液二相流を遠心力により湿り蒸気と分離水とに分離するために旋回流を発生させる旋回翼とを備え、前記湿り蒸気を前記多重円筒部材上部から排出するとともに、前記分離水を前記多重円筒部材上部で捕獲して前記最内側円筒部材の外側へ導き、前記最内側円筒部材の外側の円筒部材を通って排出する気水分離器において、制御棒駆動軸案内管が軸方向に貫通して設けられ、かつ前記制御棒駆動軸案内管に、前記旋回翼より上方位置に一つ以上の孔が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、制御棒駆動軸案内管には旋回翼より上方位置に一つ以上の孔が形成されているので、制御棒駆動軸案内管内を上昇してきた気液二相流は前記孔を通って円筒状部材内に排出される。これによって、制御棒駆動軸案内管内の圧力勾配は当該孔より上方位置では低減されることになり、上方位置での接続部等からの漏れを少なくすることができる。
【００１３】
孔の下部周縁には、制御棒駆動軸案内管内の気液二相流の流れを該制御棒駆動軸案内管外へ案内する案内板を設けることができる。気液二相流中の液相は液膜となって壁面を伝わって上昇する性質があるため、外向きの案内板を設けておけば、液相は案内板に沿って制御棒駆動軸案内管から気水分離器内に排出されやすくなる。
【００１４】
また、制御棒駆動軸案内管の内壁には、該制御棒駆動軸案内管内の気液二相流に孔より下側で旋回流を発生させる旋回溝を形成しておくことができる。このように構成すれば、旋回溝により気液二相流は旋回し、遠心力によって液相は外側に、気相は内側に偏り、孔に達したとき液相が排出されやすくなる。
【００１５】
さらに、前記制御棒駆動軸案内管の内壁には、ラビリンスシールや少なくとも一ヵ所に絞りを形成しておくことができる。ラビリンスシールを形成すると、制御棒駆動軸案内管内の管摩擦係数が増大し、リーク流量が減少する。また、絞りを形成した場合も、絞りによりリーク流量が減少する。
【００１６】
上記各気水分離器は沸騰水型原子炉に設置することができ、このような沸騰水型原子炉においては、クラスタ型制御棒を炉心上部から挿入することができるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度が向上した経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。すなわち、本発明は、原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器と、前記気水分離器と前記蒸気乾燥器との間に設けられた板状部材とを備え、前記制御棒駆動軸案内管が前記板状部材を貫通し該貫通部がシール構造に構成され、且つ前記気水分離器として、上記各気水分離器を設置したことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器とを備え、前記蒸気乾燥器の上端に設置されているリング状の天板は前記圧力容器側面にシール構造を用いて固定され、圧力容器上蓋に固定され前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動機構ハウジングと前記制御棒駆動軸案内管との接続部が前記蒸気乾燥器入口より上流側の湿り蒸気が存在する領域に配置され、且つ前記気水分離器として、上記各気水分離器を設置したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による気水分離器の縦断面図である。図に示すように、気水分離器２０は、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３からなっており、下段分離器本体２１は外筒２１Ａと内筒２１Ｂを、中段分離器本体２２は外筒２２Ａと内筒２２Ｂを、上段分離器本体２３は外筒２３Ａと内筒２３Ｂをそれぞれ備えた二重円筒形状をなしている。下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ下部には旋回翼２４が設けられ、この旋回翼２４にスタンドパイプ２５が取り付けられている。スタンドパイプ２５はシュラウドヘッド２６（図２参（ａ）照）に固定されている。
【００１９】
下段分離器本体２１の外筒２１Ａ上部にはピックオフリング２１Ｃが設けられ、そのピックオフリング２１Ｃ上に中段分離器本体２２の内筒２２Ｂが固定されている。また、中段分離器本体２２の外筒２２Ａ上部にはピックオフリング２２Ｃが設けられ、そのピックオフリング２２Ｃ上に上段分離器本体２３の内筒２３Ｂが固定されている。分離器本体２３もその外筒２３Ａ上部にピックオフリング２３Ｃが設けられている。そして、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３は一体構造をなしている。
【００２０】
下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、上段分離器本体２３、旋回翼２４およびスタンドパイプ２５の中央部には、制御棒駆動軸２７をガイドする制御棒駆動軸案内管２８が軸方向に貫通して設けられている。制御棒駆動軸案内管２８には、旋回翼２４より上方位置に、具体的には下段分離器本体２１の内部において孔２９が形成されている。孔２９は制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成され、制御棒駆動軸案内管２８は孔２９により上下に二分割されている。
【００２１】
制御棒駆動軸案内管２８の上部には、圧力容器上蓋に固定された制御棒駆動機構ハウジング３０が設けられている。制御棒駆動機構ハウジング３０の下端部には径の大きい接続部３１が設けられ、この接続部３１に制御棒駆動軸案内管２８の上端が嵌合され、制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動機構ハウジング３０とが接続されている。
【００２２】
また、制御棒駆動軸２７の下端部には、図２（ａ）に示すようにクラスタ型制御棒３２が固定されている。このクラスタ型制御棒３２は制御棒案内管３３の内部に収納され、制御棒案内管３３によりガイドされて上下方向に移動する。
【００２３】
上記構成において、炉心で作られた気液二相流３４は制御棒案内管３３に流入した後、ほとんどの気液二相流３４は制御棒案内管３３の窓３３Ａから出てシュラウドヘッド２６上部を経てスタンドパイプ２５内に流入する。そして、スタンドパイプ２５内を上昇した気液二相流３４は、下段分離器本体２１下部の旋回翼２４により遠心力を受けて湿り蒸気３５と分離水３６に分離される。分離水３６は液膜となって内筒２１Ｂの内壁面を伝わって上昇し、上部のピックオフリング２１Ｃで捕獲され、外筒２１Ａと内筒２１Ｂとの間の隙間を流下して下段分離器本体２１の下部から排出される。
【００２４】
湿り蒸気３５は内筒２１Ｂ内を上昇し、ピックオフリング２１Ｃを通って中段分離器本体２２内へ、さらにピックオフリング２２Ｃを通って上段分離器本体２３内へと流入し、分離水が殆ど分離された後、上段分離器本体２３上部より排出される。
【００２５】
一方、制御棒駆動軸案内管２８内にも僅かの気液二相流３４が上昇してくる。この気液二相流３４の殆どは、制御棒駆動軸案内管２８に形成された孔２９を通して下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出される。
【００２６】
図２（ｂ）は、制御棒案内管３３から制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動機構ハウジング３０との接続部３１までの、スタンドパイプ２５と気水分離器２０内および制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布を示している。スタンドパイプ２５と気水分離器２０内における圧力損失は、殆どスタンドパイプ２５の入口部と旋回翼２４で発生し、ほぼ同程度の大きさである。一方、制御棒駆動軸案内管２８内の流れに関しては、接続部３１以外には孔が存在しない場合、制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動軸２７とのギャップが小さいため、圧力損失は殆ど管摩擦に起因し、圧力は距離に比例して直線的に減少する。そして、制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流３４の質量流量、すなわち、接続部３１からの気液二相流のリーク質量流量Ｗは下記の数１によって与えられる。
【００２７】
【数１】
【００２８】
ここで、Ａは制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動軸２７との隙間の流路断面積、Ｄは隙間の水力等価直径、ρは液相の密度、λは管摩擦係数、ΔＰは圧力損失、Ｌは圧力損失ΔＰが生じる距離である。また、φは液相の圧力損失に対する二相流の増倍係数であり、気相および液相の密度とクォリティにより与えられる係数である。
【００２９】
接続部３１からのリーク質量流量Ｗは気水分離器２０に流入する質量流量に比べて無視できる程度であるが、気水分離器２０出口は湿り蒸気であるため、キャリーオーバに関しては無視できない湿分となる。
【００３０】
そこで、キャリーオーバを低減させるためには、接続部３１からの気液二相流のリーク３７を減少させる必要がある。数１より、圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を小さくすれば接続部３１からのリーク質量流量Ｗを減少させることができる。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８の一部に気液二相流が流出する孔２９を設けて、圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を減少させる。制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流の流量は主流に比べて無視できるので、孔２９を設けた場合、制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布は変化するが、気水分離器２０内の圧力分布は変化しない。そのため、孔２９を設けた位置での制御棒駆動軸案内管２８内の圧力は、孔２９の面積を大きくするに従って気水分離器２０内の圧力に漸近する。
【００３１】
このように旋回翼２４より上部の位置に孔２９を設けることにより、孔２９より下流側（図では上側）の制御棒駆動軸案内管２８内の圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を小さくすることができ、接続部３１からのリーク流量を低減することができる。ここで、孔２９より上流側の圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）は増加することになるが、孔２９下流の流量より多い分は孔２９より下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出される。そして、孔２９より排出された気液二相流３４は、旋回翼２４により作られた旋回流により分離水３６と湿り蒸気３５に分離される。孔２９より排出した気液二相流３４の気液分離効率を考慮すると、旋回流の強い旋回翼２４近傍に孔２９を形成するのが望ましい。また、孔２９の面積および数が大きいほど、制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布は気水分離器２０内の圧力に漸近するためリーク流量も減少する。
【００３２】
孔２９より排出された気液二相流３４が分離された結果、分離水３６と湿り蒸気３５が生じるが、分離水３６は液膜となって内筒２１Ｂの内壁面を伝わって上昇し、上部のピックオフリング２１Ｃで捕獲された後、下段分離器本体２１の下部から排出される。また、湿り蒸気３５はピックオフリング２１Ｃを通って、中段分離器本体２２、上段分離器本体２３へと流れ、更に分離水が分離される。
【００３３】
本実施の形態によれば、接続部３１からのリーク流量が減少するので、キャリーオーバを低減させることができる。また、制御棒駆動軸２７が制御棒駆動軸案内管２８の内部に収められており、この制御棒駆動軸案内管２８内では気液二相流３４の流れはそれほど激しくなくので、制御棒駆動軸２７が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸２７や制御棒駆動軸２７との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００３４】
なお、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３は二重円筒形状に限らず、三重円筒形状または四重以上の円筒形状をなしていても良い。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８に、旋回翼２４より上方の位置に複数個の孔４０が設けられている。複数個の孔４０は円形をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の周方向および上下方向に形成されている。
【００３６】
このように構成した場合も、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇してきた気液二相流３４は複数個の孔４０から内筒２１Ｂ内に排出されるので、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、実施の形態１のように制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成された孔ではないので、制御棒駆動軸案内管２８の強度を損なうことがない。
【００３８】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、実施の形態１で示した孔２９の下側に案内板４１が設けられている。この案内板４１は、上部周縁が外向きに広げられた形状をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成されている。
【００３９】
一般に、液相は壁面を伝わって上昇する性質があるため、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇する気液二相流３４のうち液相は当該制御棒駆動軸案内管２８の内壁面上を上昇してくる。本実施の形態のような案内板４１を設けておけば、気液二相流３４の液相は案内板４１上を流れるので、当該液相が下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなる。その結果、気液二相流３４が下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなり、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００４０】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面に旋回溝４２が形成されている。旋回溝４２は、制御棒駆動軸案内管２８に設けられた孔２９よりも下側の内壁面に形成されている。
【００４１】
このような旋回溝４２を形成しておけば、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇する際に、気液二相流３４は旋回溝４２によって旋回される。そして、旋回による遠心力によって、液相は外側に、気相は内側に偏り、孔２９に達したときには、気液二相流３４は下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなるので、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００４２】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。本実施の形態の特徴は、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面にラビリンスシール４３を設けたことである。すなわち、制御棒駆動機構ハウジング３０に設けられた接続部３１に嵌合される、制御棒駆動軸案内管２８の上部にラビリンスシール４３が設けられている。なお、ラビリンスシール４３は制御棒駆動軸案内管２８の上部だけでなく、下側に設けることもできる。
【００４３】
このようなラビリンスシール４３を設けることにより、制御棒駆動軸案内管２８内の管摩擦が増大するために、接続部３１からのリーク３７が減少して、キャリーオーバを低減させることができる。
【００４４】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。本実施の形態の特徴は、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面に絞り４４を設けたことである。すなわち、制御棒駆動機構ハウジング３０に設けられた接続部３１に嵌合される、制御棒駆動軸案内管２８の出口付近に絞り４４が設けられている。このような絞り４４は出口付近およびその下側にも複数個設けることができる。
【００４５】
このような絞り４４を設けることにより、制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流が少なくなるので、接続部３１からのリーク３７が減少して、キャリーオーバを低減させることができる。
【００４６】
（実施の形態７）
図８は本発明の実施の形態７による沸騰水型原子炉を示している。圧力容器５０の内部には蒸気乾燥器底板５１が設けられ、この蒸気乾燥器底板５１上に蒸気乾燥器５２が設置されている。蒸気乾燥器５２は多数の制御棒駆動軸案内管２８の外周に環状に配置されている。蒸気乾燥器底板５１の底面周縁部にはスカート部５３が設けら、このスカート部５３は冷却材の液面より下部に垂下されている。なお、蒸気乾燥器底板５１、蒸気乾燥器５２およびスカート部５３は一体構造をなしている。
【００４７】
蒸気乾燥器底板５１の下方には複数の気水分離器２０が設けられ、各気水分離器２０はシュラウドヘッド２６上部に設置されたスタンドパイプ２５の上端に固定されている。また、各気水分離器２０の中心部には、内部に制御棒駆動軸が挿通された制御棒駆動軸案内管２８が貫通して設けられている。気水分離器２０は、実施の形態１〜６に示した気水分離器のいずれかが用いられている。
【００４８】
蒸気乾燥器底板５１は気水分離器２０の上方を覆うように設置されており、気水分離器２０からの湿り蒸気３５が上部ドーム空間５４に達しないようになっている。また、制御棒駆動軸案内管２８は蒸気乾燥器底板５１を貫通し、圧力容器上蓋５５に固定された制御棒駆動機構ハウジング３０の下端と嵌め合い構造で支持されている。制御棒駆動軸案内管２８の下端はクラスタ型制御棒をガイドする制御棒案内管３３の上端に固定されている。なお、蒸気乾燥器底板５１の貫通部はシール構造をなしている。
【００４９】
上記構成において、炉心で発生した気液二相流３４は気水分離器２０で分離水と湿り蒸気３５に分離され、湿り蒸気３５は蒸気乾燥器５２で湿分が除去され、乾燥蒸気５６となり上部ドーム空間５４を経て主蒸気ノズル５７から排出される。一方、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇して来た気液二相流は、前述の各実施の形態で示したように気水分離器の下段分離器本体の内筒内に排出されるため、接続部３１からのリーク３７は低減される。なお、図８において、５８は炉心、５９はインターナルポンプである。
【００５０】
本実施の形態の沸騰水型原子炉によれば、制御棒駆動機構ハウジング３０と制御棒駆動軸案内管２８との接続部３１からのリークを低減することができる。また、制御棒駆動軸案内管２８内の制御棒駆動軸は激しい流れにさらされていないので、制御棒駆動軸が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸や制御棒駆動軸との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００５１】
また、クラスタ型制御棒の上部挿入が可能となるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度を向上させた経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。
【００５２】
（実施の形態８）
図９は本発明の実施の形態８による沸騰水型原子炉を示している。本実施の形態では、実施の形態７のような蒸気乾燥器底板５１は設けられていない。すなわち、圧力容器５０の内壁面に固定された円環状の支持板６０によって蒸気乾燥器５２が支持されている。そして、圧力容器５０内壁面と支持板６０との間はシール構造をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の外周に環状に配置された蒸気乾燥器５２の底面には円筒状をなしたスカート部５３が設けら、このスカート部５３は冷却材の液面より下部に垂下されている。他の構成は実施の形態７の場合と同様である。本実施の形態でも、気水分離器２０は、実施の形態１〜６に示した気水分離器のいずれかが用いられている。
【００５３】
炉心で発生した気液二相流３４は気水分離器２０で分離水と湿り蒸気３５に分離され、湿り蒸気３５は蒸気乾燥器５２で湿分が除去されて乾燥蒸気５６となって、上部ドーム空間５４を介さずに主蒸気ノズル５７から直接排出される。一方、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇して来た気液二相流は、前述の各実施の形態で示したように気水分離器の下段分離器本体の内筒内に排出されるため、接続部３０からのリーク３７は低減される。
【００５４】
本実施の形態の沸騰水型原子炉によれば、実施の形態７の場合と同様な作用効果を得ることができる。また、接続部３１から湿分が排出されたとしても、接続部３１が存在する上部ドーム空間５４が蒸気乾燥器５２の入口につながっているので、蒸気乾燥器５２により湿分を除去することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制御棒駆動軸案内管を上昇してきた気液二相流の殆どが、制御棒駆動軸案内管に形成された孔を通して気水分離器内に排出されるので、前記孔上方にある接続部からのリークが低減される。
【００５６】
また、制御棒駆動軸が制御棒駆動軸案内管の内部に収められており、この制御棒駆動軸案内管内では気液二相流の流れはそれほど激しくなくので、制御棒駆動軸が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸や該制御棒駆動軸との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００５７】
さらに、クラスタ型制御棒の上部挿入が可能となるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度が向上した経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による気水分離器の縦断面図である。
【図２】（ａ）は制御棒案内管および気水分離器の縦断面図、（ｂ）は制御棒案内管および気水分離器における圧力分布図である。
【図３】本発明の実施の形態２による気水分離器の要部縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３による気水分離器の要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４による気水分離器の要部縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態６による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態７による沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態８による沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 気水分離器
２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ ピックオフリング
２４ 旋回翼
２５ スタンドパイプ
２６ シュラウドヘッド
２７ 制御棒駆動軸
２８ 制御棒駆動軸案内管
２９ 孔
３０ 制御棒駆動機構ハウジング
３１ 接続部
３２ 制御棒
３３ 制御棒案内管
３４ 気液二相流
３５ 湿り蒸気
３６ 分離水
３７ リーク
４０ 複数個の孔
４１ 案内板
４２ 旋回溝
４３ ラビリンスシール
４４ 絞り
５０ 圧力容器
５１ 蒸気乾燥器底板
５２ 蒸気乾燥器
５３ スカート部
５４ 上部ドーム空間
５５ 圧力容器上蓋
５６ 乾燥蒸気
５７ 主蒸気ノズル
５８ 炉心
５９ インターナルポンプ
６０ 支持板
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉に設置される気水分離器、および沸騰水型原子炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の経済性を向上させるためには、出力密度の向上が必要である。出力密度を上げるため、近年、チャンネルボックス外にあり中性子の減速材である水の領域を燃料集合体内に取込む大型バンドルの炉心が提唱されている。大型バンドルの炉心では、十字型の制御棒を採用した場合、原子炉停止余裕に限界があるため、クラスタ型の制御棒が必要となる。
【０００３】
クラスタ型の制御棒の場合、原子炉停止時の制御棒挿入の信頼性から、炉心上部から制御棒を挿入する方式が必要であるが、このような方式の制御棒駆動機構は炉心上部にある気水分離器および蒸気乾燥器に干渉する恐れがあり、この干渉を回避することが課題となっている。
【０００４】
上記課題に対して、例えば特開昭６１−２３００７８号公報には、図１０の断面図に示すような沸騰水型原子炉が提案されている。この沸騰水型原子炉においては、制御棒１はクラスタ型のもので、炉心２の上部から挿入される。制御棒１を駆動する制御棒駆動機構３は、シュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通し、さらに圧力容器上蓋６に固定させている制御棒駆動機構ハウジング７内を通って圧力容器８外の駆動装置に接続されている。制御棒駆動機構３の周辺部には、シュラウドヘッド４上部にスタンドパイプ９を介して固定された気水分離器１０が環状に配置されている。気水分離器１０の上方には蒸気乾燥器１１が設置され、この蒸気乾燥器１１も制御棒駆動機構３の周辺部に環状に配置されている。
【０００５】
また、特開昭６２−１９７７９４号公報には、制御棒駆動軸を炉心上部のシュラウドヘッドに配置されている気水分離器の中を貫通させ、蒸気乾燥器は制御棒駆動軸の周辺部に環状に配置したものが提案されている。
【０００６】
さらに、特開昭６２−６７４８９号公報には、上記公報と同様、制御棒駆動軸を炉心上部のシュラウドヘッドに配置されている気水分離器の中を貫通させ、蒸気乾燥器は制御棒駆動軸の周辺部に環状に配置し、さらに、気水分離器の中の制御棒駆動軸に付着した液滴を飛散させるために制御棒駆動軸に突起物を設けることが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報のうち特開昭６１−２３００７８号公報では、図１０に示すように制御棒駆動機構３がシュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通する構造となっている。そしてこの公報においては、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸のみなのか、または、その制御棒駆動軸が制御棒駆動軸案内管内に挿通されているのか明示されてはいない。仮に、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸のみ場合、制御棒動軸がシュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を貫通する貫通部は、気液二相流１２や湿り蒸気１３が漏れないようにシール構造とする必要がある。しかし、制御棒駆動軸は制御棒１の挿入もしくは引き抜きを行うためのもので上下方向に移動するため、上記貫通部からの漏れを皆無にすることは不可能である。
【０００８】
一方、制御棒駆動機構３が制御棒駆動軸と制御棒駆動軸案内管からなる場合、つまり制御棒駆動軸案内管の内部に制御棒駆動軸が挿通されている場合は、シュラウドヘッド４および上部プレナム構造５の上蓋を制御棒駆動軸案内管が貫通する箇所を溶接またはシールすれば、漏れをなくすことは可能である。しかし、燃料交換の際は、圧力容器上蓋６に固定されている制御棒駆動機構ハウジング７から制御棒駆動軸案内管を切り離さなければならないので、両者の接続部１４は隙間を伴う嵌め合い構造とする必要があり、制御棒駆動軸案内管内を上昇してきた気液二相流が接続部１４から漏れ出し、蒸気乾燥器１１下流の乾燥蒸気１５の湿分を増加させキャリーオーバを増大させる欠点がある。
【０００９】
また、特開昭６２−１９７７９４号公報および特開昭６２−６７４８９号でも、制御棒駆動軸が上部プレナム構造の上蓋を貫通すため、気水分離器から出た湿り蒸気が貫通部の隙間から漏れないようにシール構造としなければならないが、制御棒駆動軸が上下方向に移動することを考えると漏れを皆無にすることは不可能である。さらに、特開昭６２−１９７７９４号公報の場合、スタンドパイプおよび気水分離器内を貫通する制御棒駆動軸は流れにさらされているため、流体力を受けて振動し接触部が磨耗する可能性がある。また、特開昭６２−６７４８９号公報の場合は、気水分離器内の旋回翼のボスの長さと等しい間隔で且つボスにあけられた穴を通過できる程度の大きさで制御棒駆動軸に突起物を設けているので、流体力による制御棒駆動軸の振動を抑制する対策が施されているが、突起物があるため制御棒駆動軸を上下動させる際の操作性が悪化する恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、気液二相流や湿り蒸気の漏れを少なくしてキャリーオーバを低減させ、かつ制御棒駆動軸の振動抑制を図った気水分離器、および沸騰水型原子炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、沸騰水型原子炉の炉心で発生した気液二相流が上昇する円筒状のスタンドパイプの上端に設置されている多重円筒部材と、前記多重円筒部材の最内側円筒部材の下部に設置され前記気液二相流を遠心力により湿り蒸気と分離水とに分離するために旋回流を発生させる旋回翼とを備え、前記湿り蒸気を前記多重円筒部材上部から排出するとともに、前記分離水を前記多重円筒部材上部で捕獲して前記最内側円筒部材の外側へ導き、前記最内側円筒部材の外側の円筒部材を通って排出する気水分離器において、制御棒駆動軸案内管が軸方向に貫通して設けられ、かつ前記制御棒駆動軸案内管に、前記旋回翼より上方位置に一つ以上の孔が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、制御棒駆動軸案内管には旋回翼より上方位置に一つ以上の孔が形成されているので、制御棒駆動軸案内管内を上昇してきた気液二相流は前記孔を通って円筒状部材内に排出される。これによって、制御棒駆動軸案内管内の圧力勾配は当該孔より上方位置では低減されることになり、上方位置での接続部等からの漏れを少なくすることができる。
【００１３】
孔の下部周縁には、制御棒駆動軸案内管内の気液二相流の流れを該制御棒駆動軸案内管外へ案内する案内板を設けることができる。気液二相流中の液相は液膜となって壁面を伝わって上昇する性質があるため、外向きの案内板を設けておけば、液相は案内板に沿って制御棒駆動軸案内管から気水分離器内に排出されやすくなる。
【００１４】
また、制御棒駆動軸案内管の内壁には、該制御棒駆動軸案内管内の気液二相流に孔より下側で旋回流を発生させる旋回溝を形成しておくことができる。このように構成すれば、旋回溝により気液二相流は旋回し、遠心力によって液相は外側に、気相は内側に偏り、孔に達したとき液相が排出されやすくなる。
【００１５】
さらに、前記制御棒駆動軸案内管の内壁には、ラビリンスシールや少なくとも一ヵ所に絞りを形成しておくことができる。ラビリンスシールを形成すると、制御棒駆動軸案内管内の管摩擦係数が増大し、リーク流量が減少する。また、絞りを形成した場合も、絞りによりリーク流量が減少する。
【００１６】
上記各気水分離器は沸騰水型原子炉に設置することができ、このような沸騰水型原子炉においては、クラスタ型制御棒を炉心上部から挿入することができるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度が向上した経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。すなわち、本発明は、原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器と、前記気水分離器と前記蒸気乾燥器との間に設けられた板状部材とを備え、前記制御棒駆動軸案内管が前記板状部材を貫通し該貫通部がシール構造に構成され、且つ前記気水分離器として、上記各気水分離器を設置したことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器とを備え、前記蒸気乾燥器の上端に設置されているリング状の天板は前記圧力容器側面にシール構造を用いて固定され、圧力容器上蓋に固定され前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動機構ハウジングと前記制御棒駆動軸案内管との接続部が前記蒸気乾燥器入口より上流側の湿り蒸気が存在する領域に配置され、且つ前記気水分離器として、上記各気水分離器を設置したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による気水分離器の縦断面図である。図に示すように、気水分離器２０は、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３からなっており、下段分離器本体２１は外筒２１Ａと内筒２１Ｂを、中段分離器本体２２は外筒２２Ａと内筒２２Ｂを、上段分離器本体２３は外筒２３Ａと内筒２３Ｂをそれぞれ備えた二重円筒形状をなしている。下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ下部には旋回翼２４が設けられ、この旋回翼２４にスタンドパイプ２５が取り付けられている。スタンドパイプ２５はシュラウドヘッド２６（図２参（ａ）照）に固定されている。
【００１９】
下段分離器本体２１の外筒２１Ａ上部にはピックオフリング２１Ｃが設けられ、そのピックオフリング２１Ｃ上に中段分離器本体２２の内筒２２Ｂが固定されている。また、中段分離器本体２２の外筒２２Ａ上部にはピックオフリング２２Ｃが設けられ、そのピックオフリング２２Ｃ上に上段分離器本体２３の内筒２３Ｂが固定されている。分離器本体２３もその外筒２３Ａ上部にピックオフリング２３Ｃが設けられている。そして、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３は一体構造をなしている。
【００２０】
下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、上段分離器本体２３、旋回翼２４およびスタンドパイプ２５の中央部には、制御棒駆動軸２７をガイドする制御棒駆動軸案内管２８が軸方向に貫通して設けられている。制御棒駆動軸案内管２８には、旋回翼２４より上方位置に、具体的には下段分離器本体２１の内部において孔２９が形成されている。孔２９は制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成され、制御棒駆動軸案内管２８は孔２９により上下に二分割されている。
【００２１】
制御棒駆動軸案内管２８の上部には、圧力容器上蓋に固定された制御棒駆動機構ハウジング３０が設けられている。制御棒駆動機構ハウジング３０の下端部には径の大きい接続部３１が設けられ、この接続部３１に制御棒駆動軸案内管２８の上端が嵌合され、制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動機構ハウジング３０とが接続されている。
【００２２】
また、制御棒駆動軸２７の下端部には、図２（ａ）に示すようにクラスタ型制御棒３２が固定されている。このクラスタ型制御棒３２は制御棒案内管３３の内部に収納され、制御棒案内管３３によりガイドされて上下方向に移動する。
【００２３】
上記構成において、炉心で作られた気液二相流３４は制御棒案内管３３に流入した後、ほとんどの気液二相流３４は制御棒案内管３３の窓３３Ａから出てシュラウドヘッド２６上部を経てスタンドパイプ２５内に流入する。そして、スタンドパイプ２５内を上昇した気液二相流３４は、下段分離器本体２１下部の旋回翼２４により遠心力を受けて湿り蒸気３５と分離水３６に分離される。分離水３６は液膜となって内筒２１Ｂの内壁面を伝わって上昇し、上部のピックオフリング２１Ｃで捕獲され、外筒２１Ａと内筒２１Ｂとの間の隙間を流下して下段分離器本体２１の下部から排出される。
【００２４】
湿り蒸気３５は内筒２１Ｂ内を上昇し、ピックオフリング２１Ｃを通って中段分離器本体２２内へ、さらにピックオフリング２２Ｃを通って上段分離器本体２３内へと流入し、分離水が殆ど分離された後、上段分離器本体２３上部より排出される。
【００２５】
一方、制御棒駆動軸案内管２８内にも僅かの気液二相流３４が上昇してくる。この気液二相流３４の殆どは、制御棒駆動軸案内管２８に形成された孔２９を通して下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出される。
【００２６】
図２（ｂ）は、制御棒案内管３３から制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動機構ハウジング３０との接続部３１までの、スタンドパイプ２５と気水分離器２０内および制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布を示している。スタンドパイプ２５と気水分離器２０内における圧力損失は、殆どスタンドパイプ２５の入口部と旋回翼２４で発生し、ほぼ同程度の大きさである。一方、制御棒駆動軸案内管２８内の流れに関しては、接続部３１以外には孔が存在しない場合、制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動軸２７とのギャップが小さいため、圧力損失は殆ど管摩擦に起因し、圧力は距離に比例して直線的に減少する。そして、制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流３４の質量流量、すなわち、接続部３１からの気液二相流のリーク質量流量Ｗは下記の数１によって与えられる。
【００２７】
【数１】
ここで、Ａは制御棒駆動軸案内管２８と制御棒駆動軸２７との隙間の流路断面積、Ｄは隙間の水力等価直径、ρは液相の密度、λは管摩擦係数、ΔＰは圧力損失、Ｌは圧力損失ΔＰが生じる距離である。また、φは液相の圧力損失に対する二相流の増倍係数であり、気相および液相の密度とクォリティにより与えられる係数である。
【００２９】
接続部３１からのリーク質量流量Ｗは気水分離器２０に流入する質量流量に比べて無視できる程度であるが、気水分離器２０出口は湿り蒸気であるため、キャリーオーバに関しては無視できない湿分となる。
【００３０】
そこで、キャリーオーバを低減させるためには、接続部３１からの気液二相流のリーク３７を減少させる必要がある。数１より、圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を小さくすれば接続部３１からのリーク質量流量Ｗを減少させることができる。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８の一部に気液二相流が流出する孔２９を設けて、圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を減少させる。制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流の流量は主流に比べて無視できるので、孔２９を設けた場合、制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布は変化するが、気水分離器２０内の圧力分布は変化しない。そのため、孔２９を設けた位置での制御棒駆動軸案内管２８内の圧力は、孔２９の面積を大きくするに従って気水分離器２０内の圧力に漸近する。
【００３１】
このように旋回翼２４より上部の位置に孔２９を設けることにより、孔２９より下流側（図では上側）の制御棒駆動軸案内管２８内の圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）を小さくすることができ、接続部３１からのリーク流量を低減することができる。ここで、孔２９より上流側の圧力勾配（ΔＰ／Ｌ）は増加することになるが、孔２９下流の流量より多い分は孔２９より下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出される。そして、孔２９より排出された気液二相流３４は、旋回翼２４により作られた旋回流により分離水３６と湿り蒸気３５に分離される。孔２９より排出した気液二相流３４の気液分離効率を考慮すると、旋回流の強い旋回翼２４近傍に孔２９を形成するのが望ましい。また、孔２９の面積および数が大きいほど、制御棒駆動軸案内管２８内の圧力分布は気水分離器２０内の圧力に漸近するためリーク流量も減少する。
【００３２】
孔２９より排出された気液二相流３４が分離された結果、分離水３６と湿り蒸気３５が生じるが、分離水３６は液膜となって内筒２１Ｂの内壁面を伝わって上昇し、上部のピックオフリング２１Ｃで捕獲された後、下段分離器本体２１の下部から排出される。また、湿り蒸気３５はピックオフリング２１Ｃを通って、中段分離器本体２２、上段分離器本体２３へと流れ、更に分離水が分離される。
【００３３】
本実施の形態によれば、接続部３１からのリーク流量が減少するので、キャリーオーバを低減させることができる。また、制御棒駆動軸２７が制御棒駆動軸案内管２８の内部に収められており、この制御棒駆動軸案内管２８内では気液二相流３４の流れはそれほど激しくなくので、制御棒駆動軸２７が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸２７や制御棒駆動軸２７との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００３４】
なお、下段分離器本体２１、中段分離器本体２２、および上段分離器本体２３は二重円筒形状に限らず、三重円筒形状または四重以上の円筒形状をなしていても良い。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８に、旋回翼２４より上方の位置に複数個の孔４０が設けられている。複数個の孔４０は円形をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の周方向および上下方向に形成されている。
【００３６】
このように構成した場合も、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇してきた気液二相流３４は複数個の孔４０から内筒２１Ｂ内に排出されるので、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００３７】
本実施の形態によれば、実施の形態１のように制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成された孔ではないので、制御棒駆動軸案内管２８の強度を損なうことがない。
【００３８】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、実施の形態１で示した孔２９の下側に案内板４１が設けられている。この案内板４１は、上部周縁が外向きに広げられた形状をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の全周に亘って形成されている。
【００３９】
一般に、液相は壁面を伝わって上昇する性質があるため、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇する気液二相流３４のうち液相は当該制御棒駆動軸案内管２８の内壁面上を上昇してくる。本実施の形態のような案内板４１を設けておけば、気液二相流３４の液相は案内板４１上を流れるので、当該液相が下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなる。その結果、気液二相流３４が下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなり、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００４０】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４による気水分離器の要部縦断面図である。本実施の形態では、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面に旋回溝４２が形成されている。旋回溝４２は、制御棒駆動軸案内管２８に設けられた孔２９よりも下側の内壁面に形成されている。
【００４１】
このような旋回溝４２を形成しておけば、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇する際に、気液二相流３４は旋回溝４２によって旋回される。そして、旋回による遠心力によって、液相は外側に、気相は内側に偏り、孔２９に達したときには、気液二相流３４は下段分離器本体２１の内筒２１Ｂ内に排出されやすくなるので、接続部３１からのリーク３７を低減させることができる。
【００４２】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。本実施の形態の特徴は、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面にラビリンスシール４３を設けたことである。すなわち、制御棒駆動機構ハウジング３０に設けられた接続部３１に嵌合される、制御棒駆動軸案内管２８の上部にラビリンスシール４３が設けられている。なお、ラビリンスシール４３は制御棒駆動軸案内管２８の上部だけでなく、下側に設けることもできる。
【００４３】
このようなラビリンスシール４３を設けることにより、制御棒駆動軸案内管２８内の管摩擦が増大するために、接続部３１からのリーク３７が減少して、キャリーオーバを低減させることができる。
【００４４】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。本実施の形態の特徴は、制御棒駆動軸案内管２８の内壁面に絞り４４を設けたことである。すなわち、制御棒駆動機構ハウジング３０に設けられた接続部３１に嵌合される、制御棒駆動軸案内管２８の出口付近に絞り４４が設けられている。このような絞り４４は出口付近およびその下側にも複数個設けることができる。
【００４５】
このような絞り４４を設けることにより、制御棒駆動軸案内管２８内を流れる気液二相流が少なくなるので、接続部３１からのリーク３７が減少して、キャリーオーバを低減させることができる。
【００４６】
（実施の形態７）
図８は本発明の実施の形態７による沸騰水型原子炉を示している。圧力容器５０の内部には蒸気乾燥器底板５１が設けられ、この蒸気乾燥器底板５１上に蒸気乾燥器５２が設置されている。蒸気乾燥器５２は多数の制御棒駆動軸案内管２８の外周に環状に配置されている。蒸気乾燥器底板５１の底面周縁部にはスカート部５３が設けら、このスカート部５３は冷却材の液面より下部に垂下されている。なお、蒸気乾燥器底板５１、蒸気乾燥器５２およびスカート部５３は一体構造をなしている。
【００４７】
蒸気乾燥器底板５１の下方には複数の気水分離器２０が設けられ、各気水分離器２０はシュラウドヘッド２６上部に設置されたスタンドパイプ２５の上端に固定されている。また、各気水分離器２０の中心部には、内部に制御棒駆動軸が挿通された制御棒駆動軸案内管２８が貫通して設けられている。気水分離器２０は、実施の形態１〜６に示した気水分離器のいずれかが用いられている。
【００４８】
蒸気乾燥器底板５１は気水分離器２０の上方を覆うように設置されており、気水分離器２０からの湿り蒸気３５が上部ドーム空間５４に達しないようになっている。また、制御棒駆動軸案内管２８は蒸気乾燥器底板５１を貫通し、圧力容器上蓋５５に固定された制御棒駆動機構ハウジング３０の下端と嵌め合い構造で支持されている。制御棒駆動軸案内管２８の下端はクラスタ型制御棒をガイドする制御棒案内管３３の上端に固定されている。なお、蒸気乾燥器底板５１の貫通部はシール構造をなしている。
【００４９】
上記構成において、炉心で発生した気液二相流３４は気水分離器２０で分離水と湿り蒸気３５に分離され、湿り蒸気３５は蒸気乾燥器５２で湿分が除去され、乾燥蒸気５６となり上部ドーム空間５４を経て主蒸気ノズル５７から排出される。一方、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇して来た気液二相流は、前述の各実施の形態で示したように気水分離器の下段分離器本体の内筒内に排出されるため、接続部３１からのリーク３７は低減される。なお、図８において、５８は炉心、５９はインターナルポンプである。
【００５０】
本実施の形態の沸騰水型原子炉によれば、制御棒駆動機構ハウジング３０と制御棒駆動軸案内管２８との接続部３１からのリークを低減することができる。また、制御棒駆動軸案内管２８内の制御棒駆動軸は激しい流れにさらされていないので、制御棒駆動軸が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸や制御棒駆動軸との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００５１】
また、クラスタ型制御棒の上部挿入が可能となるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度を向上させた経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。
【００５２】
（実施の形態８）
図９は本発明の実施の形態８による沸騰水型原子炉を示している。本実施の形態では、実施の形態７のような蒸気乾燥器底板５１は設けられていない。すなわち、圧力容器５０の内壁面に固定された円環状の支持板６０によって蒸気乾燥器５２が支持されている。そして、圧力容器５０内壁面と支持板６０との間はシール構造をなしており、制御棒駆動軸案内管２８の外周に環状に配置された蒸気乾燥器５２の底面には円筒状をなしたスカート部５３が設けら、このスカート部５３は冷却材の液面より下部に垂下されている。他の構成は実施の形態７の場合と同様である。本実施の形態でも、気水分離器２０は、実施の形態１〜６に示した気水分離器のいずれかが用いられている。
【００５３】
炉心で発生した気液二相流３４は気水分離器２０で分離水と湿り蒸気３５に分離され、湿り蒸気３５は蒸気乾燥器５２で湿分が除去されて乾燥蒸気５６となって、上部ドーム空間５４を介さずに主蒸気ノズル５７から直接排出される。一方、制御棒駆動軸案内管２８内を上昇して来た気液二相流は、前述の各実施の形態で示したように気水分離器の下段分離器本体の内筒内に排出されるため、接続部３０からのリーク３７は低減される。
【００５４】
本実施の形態の沸騰水型原子炉によれば、実施の形態７の場合と同様な作用効果を得ることができる。また、接続部３１から湿分が排出されたとしても、接続部３１が存在する上部ドーム空間５４が蒸気乾燥器５２の入口につながっているので、蒸気乾燥器５２により湿分を除去することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制御棒駆動軸案内管を上昇してきた気液二相流の殆どが、制御棒駆動軸案内管に形成された孔を通して気水分離器内に排出されるので、前記孔上方にある接続部からのリークが低減される。
【００５６】
また、制御棒駆動軸が制御棒駆動軸案内管の内部に収められており、この制御棒駆動軸案内管内では気液二相流の流れはそれほど激しくなくので、制御棒駆動軸が振動を起こすことはなく、制御棒駆動軸や該制御棒駆動軸との接触部の摩耗を防ぐことができる。
【００５７】
さらに、クラスタ型制御棒の上部挿入が可能となるので、大型バンドルの燃料集合体を使用し、出力密度が向上した経済性の高い沸騰水型原子炉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による気水分離器の縦断面図である。
【図２】（ａ）は制御棒案内管および気水分離器の縦断面図、（ｂ）は制御棒案内管および気水分離器における圧力分布図である。
【図３】本発明の実施の形態２による気水分離器の要部縦断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３による気水分離器の要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４による気水分離器の要部縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。
【図７】本発明の実施の形態６による制御棒駆動軸案内管の要部縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態７による沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態８による沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 気水分離器
２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ ピックオフリング
２４ 旋回翼
２５ スタンドパイプ
２６ シュラウドヘッド
２７ 制御棒駆動軸
２８ 制御棒駆動軸案内管
２９ 孔
３０ 制御棒駆動機構ハウジング
３１ 接続部
３２ 制御棒
３３ 制御棒案内管
３４ 気液二相流
３５ 湿り蒸気
３６ 分離水
３７ リーク
４０ 複数個の孔
４１ 案内板
４２ 旋回溝
４３ ラビリンスシール
４４ 絞り
５０ 圧力容器
５１ 蒸気乾燥器底板
５２ 蒸気乾燥器
５３ スカート部
５４ 上部ドーム空間
５５ 圧力容器上蓋
５６ 乾燥蒸気
５７ 主蒸気ノズル
５８ 炉心
５９ インターナルポンプ
６０ 支持板
Claims (7)
- 沸騰水型原子炉の炉心で発生した気液二相流が上昇する円筒状のスタンドパイプの上端に設置されている多重円筒部材と、前記多重円筒部材の最内側円筒部材の下部に設置され前記気液二相流を遠心力により湿り蒸気と分離水とに分離するために旋回流を発生させる旋回翼とを備え、前記湿り蒸気を前記多重円筒部材上部から排出するとともに、前記分離水を前記多重円筒部材上部で捕獲して前記最内側円筒部材の外側へ導き、前記最内側円筒部材の外側の円筒部材を通って排出する気水分離器において、
制御棒駆動軸案内管が軸方向に貫通して設けられ、かつ前記制御棒駆動軸案内管に、前記旋回翼より上方位置に一つ以上の孔が形成されていることを特徴とする気水分離器。 - 請求項１に記載の気水分離器において、
前記孔の下部周縁には、前記制御棒駆動軸案内管内の気液二相流の流れを該制御棒駆動軸案内管外へ案内する外向きの案内板が設けられていることを特徴とする気水分離器。 - 請求項１又は２に記載の気水分離器において、
前記制御棒駆動軸案内管の内壁には、該制御棒駆動軸案内管内の気液二相流に前記孔より下側で旋回流を発生させる旋回溝が形成されていることを特徴とする気水分離器。 - 請求項１，２又は３に記載の気水分離器において、
前記制御棒駆動軸案内管の内壁には、ラビリンスシールが設けられていることを特徴とする気水分離器。 - 請求項１，２又は３に記載の気水分離器において、
前記制御棒駆動軸案内管の内壁には、少なくとも一ヵ所に絞りが形成されていることを特徴とする気水分離器。 - 原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器と、前記気水分離器と前記蒸気乾燥器との間に設けられた板状部材とを備え、前記制御棒駆動軸案内管が前記板状部材を貫通し該貫通部がシール構造に構成され、且つ前記気水分離器として、請求項１〜５のいずれかに記載の気水分離器を設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
- 原子炉圧力容器内に設けられた炉心と、前記炉心に対して炉心上部より制御棒の挿入または引き抜きを行う制御棒駆動軸と、前記炉心で発生した気液二相流を湿り蒸気と分離水とに分離する気水分離器と、前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動軸案内管の周辺部に環状に設置され前記気水分離器で分離された湿り蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器とを備え、前記蒸気乾燥器の上端に設置されているリング状の天板は前記圧力容器側面にシール構造を用いて固定され、圧力容器上蓋に固定され前記制御棒駆動軸をガイドする制御棒駆動機構ハウジングと前記制御棒駆動軸案内管との接続部が前記蒸気乾燥器入口より上流側の湿り蒸気が存在する領域に配置され、且つ前記気水分離器として、請求項１〜５のいずれかに記載の気水分離器を設置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
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