JP2007017244A - 沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器 - Google Patents

Abstract

【課題】
沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器が流体振動による振動荷重を受ける部位の剛性を上げる。
【解決手段】
蒸気乾燥器ユニット１２の中央部の波板９と波板９の間にサポートプレート２４を入れ、トッププレート１８とユニットサポート１９に溶接する。サポートプレート２４の蒸気流路側の側面は隣り合う波板９に溶接されている液滴捕集板１５と同様な山谷形状の波型に加工され、サポートプレート２４の側面に蒸気流路が確保される。サポートプレート
２４の厚さ分減少した蒸気流入幅については、側板１４と波板９との間を、側板１４を液滴捕集板１５と同様な山谷形状の波型に加工することにより、蒸気流路として活用することで補完して確保する。両側の側板１４、及びフードサポート２０を節とする振動が、ほぼ中央部にサポートプレート２４を加えることによって節が増えることになり、振動に対する剛性を上げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の蒸気から湿分を除去する蒸気乾燥器に関する。

一般に、沸騰水型原子炉（以下、単に原子炉ともいう。）の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からなる。

このような気水分離システムで水分を除去された蒸気は、沸騰水型原子炉内から管路を通じて沸騰水型原子炉外に輸送されて、蒸気タービンやその他の装置において利用される。

気水分離器から放出された液滴を含む湿り蒸気は、フードプレートにより蒸気乾燥器の入口に誘導されて、その入口に存在する多孔板を通過して複数の薄い波形状をした部材
（以下、波板という。）間の屈曲した蒸気流路へと導かれ、個々で質量の大きい液滴を波板上に衝突させて液滴が蒸気流から分離される（例えば、特許文献１，２，３参照）。

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。

次に蒸気乾燥器の具体的な構造の説明をする。図１２は従来技術を用いた蒸気乾燥器６の斜視図である。また図９、及び図１１は蒸気乾燥器ユニット１２の斜視図である。図
１０は図９のＥ−Ｅ視図である。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７（以下、フード７と称する。）下方の開口部より流入し、フード７により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１２を通過し圧力容器の上部へ開放される。蒸気乾燥器６の蒸気乾燥器ユニット１２は、図９に示すように複数の波板９の同じ位置に穴を開け、そこにスペーサロッド１３を通すことによって波板９を集合体としたものに、スペーサロッド１３の両端部を側板１４とネジ止めしスペーサロッド１３の両端面を側板１４に溶接をし、さらに両端の波板９の端がＬ型に加工された部位と側板１４と溶接されることによって一体化している。

波板９は図１０に示すように、複数の液滴捕集板１５が溶接されており、隣り合う波板９同士の間隔は、隣り合う波板９の間のスペーサロッド１３に通された同じ長さのスペーサ１６により一定に保ち、それにより隣り合う波板９間の蒸気流路１０を一定に保っている。蒸気乾燥器ユニット１２の１ユニット当たりの蒸気の流入幅は図１０に示すように流入幅２６といえる。なお、先述した通り両端の波板９と側板１４は溶接されていることから幅２５については蒸気流路１０としての役割をしていない。

また図９に示すように、両側の側板１４の間にはタイバー１７が溶接されており、両側の側板１４の側面、及びタイバー１７の側面に多孔板８が溶接されている。波板９の集合体の上方にはトッププレート１８が波板９とは溶接されずに被せられ、トッププレート
１８は側板１４と溶接されており、また波板９の集合体はユニットサポート１９に溶接されずに乗せられ、ユニットサポート１９は側板１４と溶接されている。蒸気乾燥器ユニット１２は、図１２に示すように蒸気乾燥器６に一列に配置され、図１０に示すように隣り合う蒸気乾燥器ユニット１２の隣り合う側板１４同士が溶接され、さらにフード７を備え付けるため湾曲状のフードサポート２０が、側板１４同士を合わせた幅の中央部に溶接されている。フード７はフードサポート２０とトッププレート１８に溶接されている。

特開平６−２２２１９０号公報 特公昭４５−２００７９号 特開２００４−２０５３０２号公報

従来の蒸気乾燥器の構造によれば、蒸気乾燥器ユニット１２、及びフード７において、波板９の集合体，スペーサ１６，スペーサロッド１３，タイバー１７、及び多孔板８は強度部材としての役割をしておらず、強度部材としては側板１４，フードサポート２０，ユニットサポート１９、及びトッププレート１８が挙げられる。

原子炉における従来の蒸気乾燥器において、図１１に示すように蒸気が波板９を通過する際に発生する圧力差やフード７の内外面との圧力差により振動が発生し、フード７、及びトッププレート１８は荷重を受ける部位であることが知られている。原子炉の出力を増加させる場合、蒸気流量の増加を伴う。このことは、従来の蒸気乾燥器を用いたままで、入口面積を現状のままとした場合、蒸気流速が増加し、圧力差が増加することを意味する。

その結果、振動荷重が増え側板１４、あるいは側板１４及びフードサポート２０を節としてフード７、及びトッププレート１８の振動が大きくなる。それにより万一フード７、及びトッププレート１８が破損すると、蒸気の一部が波板９間の蒸気流路１０を通過することなく直接圧力容器の上部へ開放されることから、気水分離システムとして成立しなくなる可能性がある。このためフード７、及びトッププレート１８については剛性が求められる。

従来技術を用いた波板９を有する蒸気乾燥器６を用いて、蒸気乾燥器６のフード７、及びトッププレート１８の剛性を上げるには、蒸気乾燥器６に配列される蒸気乾燥器ユニット１２の員数を増やすことで一列当たりの側板１４、及びフードサポート２０の員数を増やし、振動に対する節を増やす方法が考えられる。

側板１４、及びフードサポート２０の員数を増やすと、蒸気乾燥器６に配列される蒸気乾燥器ユニット１２の一列当たりの蒸気流入幅２６の合計は側板１４の厚み分減少することを意味する。このため側板１４の厚み分の蒸気流入幅を確保するために、蒸気乾燥器６に配列される蒸気乾燥器ユニット１２の一列当たりの長さを長くし、蒸気乾燥器６の径を大型化し、さらには圧力容器を大型化する必要があり原子炉建屋側へ影響する懸念がある。また蒸気乾燥器ユニット１２の増加によりユニットサポート１９へ据付ける工数や溶接工数等の製作工数が増加するという懸念がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、蒸気乾燥器に配列される蒸気乾燥器ユニットの一列当たりの長さを長くせず、蒸気乾燥器の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニットの製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造で振動荷重を受ける部位の剛性を上げた蒸気乾燥器を提供することである。

上記課題を達成する本発明の沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器は、液滴を捕集する複数枚の波板がスペーサロッドに取付けられている波板集合体と、前記スペーサロッドが固定されている側板と、前記側板の下部に固定されたユニットサポートと、前記側板の上部に固定されたトッププレートと、前記側板に固定されたフードサポートと、
前記フードサポートとトッププレートに固定されたフードと、前記波板間に配置されて前記ユニットサポートと前記トッププレートに固定されたサポートプレートとを備えている。

本発明によれば、蒸気乾燥器の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニットの製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造で振動荷重を受ける部位の剛性を上げた蒸気乾燥器を提供できるという効果がある。

主に原子力発電所で採用されている沸騰水型原子炉（以下、単に原子炉ともいう。）は図１３のように、原子炉圧力容器１内の炉水を原子炉炉心２とダウンカマ３との間でインターナルポンプ４で循環させている。その循環途中で、炉水が原子炉炉心２で加熱され、水と蒸気との混合流体となる。そ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に入る。その混合流体は気水分離器５内に入って上方へ通過する。

その混合流体が気水分離器５内を通過する途中で、その混合流体は水と蒸気とに遠心分離される。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へ向かい、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、再度原子炉炉心２へ循環させられる炉水として用いられる。

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む蒸気のままであるから、その湿り蒸気を蒸気乾燥器６にかけ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性がある。その必要性を満たせるようにするために、気水分離器５で分離された蒸気は、図１１に見られる点線で表示した矢印（蒸気流れ）に沿って蒸気乾燥器６のフードプレート７（以下、フード７と称する。）の内側に入り、上向きから水平寄りに向きを変えて蒸気乾燥器６の入口を形成する多孔板８の孔内を通過する。

多孔板８を通過した蒸気は蒸気乾燥器６の複数の波形状をした部材９（以下、波板９と称する。）間の蒸気流路１０を従来と同様に図１１に見られる点線で表示した矢印（蒸気流れ）に沿ってほぼ水平に通過する。その蒸気流路１０を蒸気が通過することで蒸気中にまだ残存する水滴が液膜となって波板９に捕獲され、蒸気の湿分が低下する。

このように蒸気乾燥器６を通過することで湿分が低下した蒸気は、乾燥蒸気として蒸気乾燥器６から出て蒸気乾燥器６の上側などに抜ける。蒸気乾燥器６から抜けたその乾燥蒸気は、図１３に示す主蒸気ノズル１１から、図示していないが主蒸気ノズル１１に接続されている主蒸気配管を通過して発電機を駆動するための蒸気タービンへ、蒸気タービンの駆動エネルギーとして供給される。

波板９により捕集された水分は、ユニットサポート１９の下方の隔離壁２１に開けてある穴を通じてドレンダクト２２へ流れ、ドレンダクト２２を通じて円筒状のスカート２３の外側へ排出される。またフード７の下端開口部分がスカート２３内側に連通している。このことから蒸気乾燥器６のスカート２３と隔離壁２１は気水分離器５群の上方と水平方向周囲を覆い気水分離器５から出てきた蒸気を効率よくフード７内に導くことができる。

本発明の各実施例では、蒸気乾燥器６の蒸気乾燥器ユニット１２の構造を変更し、その他は記述の通りである。第１の実施例による蒸気乾燥器ユニット１２は図１、及び図２に示されている。図２は図１のＡ−Ａ視断面図である。

蒸気乾燥器ユニット１２の具体的な構造は、図１や図２に見られるように、以下の構造となっている。即ち、蒸気乾燥器６の蒸気乾燥器ユニット１２は、複数の波板９の同じ位置に穴を開け、そこにスペーサロッド１３を通すことによって波板９の集合体を構成し、その集合体のスペーサロッド１３の両端部を側板１４とネジ止めし且つスペーサロッド
１３の両端面を側板１４に溶接をして一体化している。

波板９には複数の液滴捕集板１５が溶接されており、隣り合う波板９同士の間隔は、隣り合う波板９の間のスペーサロッド１３に通された同じ長さのスペーサ１６により一定に保ち、それにより隣り合う波板９間で蒸気流路１０を一定に保っている。また、両側の側板１４の間にはタイバー１７が溶接されており、両側の側板１４の側面、及びタイバー
１７の側面に多孔板８が溶接されている。

波板９の集合体の上方にはトッププレート１８が波板９とは溶接されずに被せられ、トッププレート１８の両端は側板１４の上部と溶接されており、また波板９の集合体はユニットサポート１９に溶接されずに乗せられ、そのユニットサポート１９は側板１４の下部と溶接されている。蒸気乾燥器ユニット１２は、図１２に示すように蒸気乾燥器６に一列に配置され、隣り合う蒸気乾燥器ユニット１２の隣り合う側板１４同士が溶接され、さらにフード７を備え付けるため湾曲状のフードサポート２０が、側板１４同士を合わせた幅の中央部に溶接されている。そのフード７はフードサポート２０とトッププレート１８に溶接されている。

このような蒸気乾燥器ユニット１２の長幅方向のほぼ中央の波板９の間にサポートプレート２４が入っている。サポートプレート２４の蒸気流路側の板面は隣り合う波板９の液滴捕集板１５の山谷形状と同様な山谷形状を有する波型に加工されており、また他の波板９と同様に同じ位置に穴を開け、その穴を通過してサポートプレート２４に通したスペーサロッド１３にスペーサ１６を通すことにより、サポートプレート２４の両側の蒸気流路１０は、そのスペーサ１６で他の蒸気流路１０と同様に確保することが可能となる。サポートプレート２４は、波板９よりも高強度のものを用いて、補強が充分に可能となるようにする。

また図１０に示した幅２５部分についても、側板１４の波板側の板面は、液滴捕集板
１５と山谷形状と同様な山谷形状に加工することにより、波型の形状に加工されて隣接する波板９との間を蒸気流路として活用している。このことによりサポートプレート２４を入れることによるサポートプレート２４の厚さ分減少した蒸気流入幅を確保することが可能となり（流入幅２７の液滴捕集能力×２＝流入幅２６の液滴捕集能力）、蒸気乾燥器ユニット１２の全幅は、従来例の全幅と同じにすることができる。

そのサポートプレート２４はトッププレート１８，ユニットサポート１９、及びタイバー１７に溶接されることにより、両側の側板１４を節として振動していたトッププレート１８のほぼ中央部に節が増えることになり、剛性が上がり振動が軽減される。またサポートプレート２４は他の波板９と同様にスペーサロッド１３に通すだけなので、その分の工数は変わらず、追加作業としてサポートプレート２４の加工と側板１４の山谷形状の加工、及び先述した溶接工数が増えるが、一方従来技術の端をＬ型に加工した波板９を製作する必要がないのでその分の製作工数が減る。

よって、蒸気乾燥器ユニット１２の員数が増えることによる蒸気乾燥器ユニット１２をユニットサポート１９へ据付ける工数や溶接工数増加等の製作工数と比べると、本実施例による工数の増加割合は低い。

以上のことから第１の実施例により、蒸気乾燥器６に配列される蒸気乾燥器ユニット
１２の一列当たりの長さを長くせず、蒸気乾燥器６の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニット１２の製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造でトッププレート１８の剛性を上げ、蒸気乾燥器６の機能を満足することが可能となる。

本発明の第２の実施例による蒸気乾燥ユニット１２は、図３、及び図４に示されている。図４は図３のＢ−Ｂ視図である。第２の実施例では、第１の実施例のサポートプレート２４、及び側板１４の波板に面する板面を波板９と同様な波形形状に加工し、さらに液滴捕集板１５を溶接したものである。これによりサポートプレート２４の蒸気流路側の側面も液滴捕集能力を確保することが可能となる。

第１の実施例と同様に、サポートプレート２４を入れることによるサポートプレート
２４の厚さ分減少した蒸気流入幅を確保することが可能であり（流入幅２８の液滴捕集能力×２＝流入幅２６の液滴捕集能力）、蒸気乾燥器ユニット１２の全幅は、従来技術の全幅と同じにすることができる。また製作工数については、第１の実施例からサポートプレート２４、及び側板１４に液滴捕集板１５を溶接する工数分が上がるが、それでも蒸気乾燥器ユニット１２の員数が増えることによる製作工数の増加と比べると増加割合は低い。

本発明の第３の実施例による蒸気乾燥ユニット１２は、図５，図６，図７及び図８に示されている。図６は図５のＣ−Ｃ視図である。また図８は図７のＤ−Ｄ視図である。第３の実施例では、第１、及び第２の実施例におけるサポートプレート２４をフード７の内面に向けて延長し、その延長端部分をフード７の内側（蒸気の流れ側）に溶接した構造となっている。

サポートプレート２４の延長端部分をフード７に溶接することによって、両側の側板
１４、及びフードサポート２０を節として振動していたトッププレート１８、及びフード７のほぼ中央部に節が増えることになり、剛性が上がり振動が軽減される。よって第３の実施例は第１、及び第２の実施例の効果に加えて、フード７の剛性も上げ、蒸気乾燥器６の機能を満足することが可能となる。

また製作工数については、第１の実施例、及び第２の実施例からサポートプレート２４とフード７を溶接する工数分が上がるが、それでも蒸気乾燥器ユニット１２の員数が増えることによる製作工数の増加と比べると増加割合は低い。

以上の各実施例によれば、沸騰水型原子炉の増出力を行わせるために蒸気流量の増加を伴い蒸気流速が増加するようになっても、原子炉内の蒸気乾燥器として構造を成立させ、使用できる。

この発明は、沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器に利用できる。

本発明の第１の実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。 図１のＡ−Ａ視断面図である。 本発明の第２の実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。 図３のＢ−Ｂ視断面図である。 本発明の第１実施例をベースとした第３実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。 図５のＣ−Ｃ視断面図である。 本発明の第２実施例をベースとした第３実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。 図７のＤ−Ｄ視断面図である。 従来の蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。 図９のＥ−Ｅ視断面図である。 蒸気乾燥器ユニットの蒸気の流れ方向と振動方向を示した斜視図である。 図１〜図８に示した蒸気乾燥器ユニットが組み込まれた蒸気乾燥器の斜視図である。 図１２に示した蒸気乾燥器が組み込まれた沸騰水型原子炉の原子炉炉内構造物を示す縦断面図である。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、２…原子炉炉心、３…ダウンカマ、４…インターナルポンプ、５…気水分離器、６…蒸気乾燥器、７…フードプレート（フード）、８…多孔板、９…波形状をした部材（波板）、１０…蒸気流路、１１…主蒸気ノズル、１２…蒸気乾燥器ユニット、１３…スペーサロッド、１４…側板、１５…液滴捕集板、１６…スペーサ、１７…タイバー、１８…トッププレート、１９…ユニットサポート、２０…フードサポート、２１…隔離壁、２２…ドレンダクト、２３…スカート、２４…サポートプレート、２５…幅、２６〜２８…流入幅。

Claims (6)

1. 液滴を捕集する複数枚の波板がスペーサロッドに取付けられている波板集合体と、
   前記スペーサロッドが固定されている側板と、
   前記側板の下部に固定されたユニットサポートと、
   前記側板の上部に固定されたトッププレートと、
   前記側板に固定されたフードサポートと、
   前記フードサポートとトッププレートに固定されたフードと、
   前記波板間に配置されて前記ユニットサポートと前記トッププレートに固定されたサポートプレートと、
   を備えた沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
2. 請求項１において、前記サポートプレートは板面が波型の形状を有し、前記板面に接して前記蒸気流路が設けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
3. 請求項２において、前記サポートプレートの板面に液滴捕集板を備えている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
4. 請求項１又は請求項２において、前記側板は前記波板に面する板面が波型の形状とされ、前記板面と前記波板との間に前記蒸気流路が設けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
5. 請求項４において、前記側板の板面に液滴捕集板を備えている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項において、前記サポートプレートは前記集合体から前記フードの内面にまで延長され、前記サポートプレートの延長部分が前記フードに取り付けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
   

Images