JP2007024676A - 沸騰水型原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉出力増加にあたり、気水分離器および蒸気乾燥器の圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができるようにする。
【解決手段】原子炉圧力容器２の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器３および蒸気乾燥器４を設けた沸騰水型原子炉において、気水分離器は、シュラウドヘッド５に縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、各気水分離器ユニット６の外径を２００ｍｍ乃至３００ｍｍに設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に原子炉出力増加を実施するにあたり、炉内の蒸気乾燥器能を有する気水分離器および蒸気乾燥器の蒸気流通部における圧力損失を低下させて振動防止および損傷防止を図った沸騰水型原子炉に関するものである。

沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の炉心に装荷された燃焼集合体から出る気水混合流をタービンに送る蒸気と再び炉心へ循環する水とに分けるため、気水分離器と蒸気乾燥器とが設けられている。図１５は、このような沸騰水型原子炉１の原子炉圧力容器２の全体構成および原子炉圧力容器２内に設けられる気水分離器３および蒸気乾燥器４の構成を示している。

図１５に示すように、原子炉圧力容器２の炉心１１には燃料集合体２ａが装荷され、この炉心１１は炉心シュラウド１２によって囲まれている。気水分離器３は炉心シュラウド１２上に搭載されるシュラウドヘッド５の上部に縦長筒状の多数の気水分離器ユニット６を並列に配置して構成されている。各気水分離器ユニット６は、シュラウドヘッド５から立ち上がって炉心１１に連通するスタンドパイプ７の上端に設けられており、炉心１１から出た気水混合流はスタンドパイプ７を経て各気水分離器ユニット６の下端に流入し、気水分離器ユニット６内に設けられた入口ベーンによって回転運動を与えられ、遠心力によって水と蒸気とに分離される。一方、蒸気乾燥器４は気水分離器３の上方に設置され、平行波板からなる多数の蒸気乾燥器ユニット８に蒸気を通過させて方向変換させることにより、蒸気中の湿分を除去し、原子炉圧力容器２に設けられた炉壁の主蒸気ノズル９からタービン側に蒸気を送り出す構成となっている。

図１６は、従来の沸騰水型原子炉における気水分離器３の構成を拡大して示している。この図１６に示すように、気水分離器３のシュラウドヘッド５の周縁下部にはリム胴１０が設けられ、このリム胴１０の下端縁部には炉心シュラウド１２上に搭載されるフランジ１３が設けられている。そして上述したように、シュラウドヘッド５には多数のスタンドパイプ７を介して気水分離器ユニット６が立設されている。スタンドパイプ７および気水分離器ユニット６の集合体は、下部サポートリング１４、上部サポートリング１５およびガセット１６等によって支持され、可能な限り精度よく起立するように支持されている。さらに、各気水分離器ユニット６の上端部同士の間には、水平方向に沿って配置された角パイプ等からなる多数本のタイバー１７が設けられ、このタイバー１７によって各気水分離器ユニット６が保持されている。

図１７は、タイバー１７による各気水分離器ユニット６の保持構成を一部拡大して示す平面図である。この図１７に示すように、気水分離器ユニット６は一定の外径ｄに設定されており、各タイバー１７は水平面上で６０°の角度をもって３方向に交差する配置とされ、隣接する各気水分離器ユニット６の間に直線状に配置されている。これにより、一つの気水分離器ユニット６の外周面は６本のタイバー１７に接触し、これらの各接触部分ａにおいて、各気水分離器ユニット６と各タイバー１７とがそれぞれ６箇所で溶接により接続されている。この溶接接続により各気水分離ユニットがタイバー１７によって一体的に固定保持されている。従来では、このような構成において例えば気水分離器ユニット６の外径（直径）ｄが３２４ｍｍ、気水分離器ユニット６間のピッチが３４２．９ｍｍに設定され、気水分離器ユニット６の総本数は２２５本とされている。

図１８は、気水分離器３を炉心シュラウド１２の上端に搭載するシュラウドヘッド・リム胴連結支持構造部の縦断面を示している。この図１８に示すように、従来の沸騰水型原子炉では、気水分離器３下端のリム胴１０の下端面に複数の下向き開口穴１８が所定の間隔で周方向に沿って形成されるとともに、このリム胴１０を支える炉心シュラウド１２の上端支持面には、リム胴１０の下向き開口穴１８に対応する配置で複数の上向き開口穴１９が形成されている。気水分離器３下端のリム胴１０の下向き開口穴１８の径は炉心シュラウド１２の上向き開口穴１９よりも大径となっている。そして、炉心シュラウド１２の上向き穴にそれぞれ耐震ピン２０が差し込まれている。気水分離器３の設置時には、気水分離器３を上方から吊り降ろし、下向き穴１８を耐震ピン２０に位置合せして、炉心シュラウド１２の上端面に着座させ、下向き穴１８を耐震ピン２０に被嵌させて固定配置するようになっている。

また、図１９は従来の沸騰水型原子炉における蒸気乾燥器４の構成を示している。この図１９に示すように、蒸気乾燥器４はサポートリング３０と、このサポートリング３０から垂下して気水分離器３の周囲上方に沿って円筒状に設けられるスカート２１と、このスカート２１上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口２２をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフード２３と、スカート２１上に並列配置で立設されて各フード２３と上端が連結され蒸気を横向きに偏向させて流通し湿分を分離させる複数列配置の蒸気乾燥器ユニット８とを備えた構成となっている。各列の蒸気乾燥器ユニット８は、それぞれ隣接するもの同士が上部タイバー２４によって連結されている。蒸気乾燥器ユニット８には、分離した湿分をスカート２１の外周面側に排出するドレンパイプ２５が設けられ、スカート２１にはドレンパイプ２５の排出口２６に対応してドレンを下方に導くドレンチャンネル２７が設けられている。なお、サポートリング３０には吊上げ操作用のリフティングアイ２８および地震時の保護手段としての耐震用ブロック５１が設けられている。

ところで近年、沸騰水型原子炉においては燃料出力を増加して、より高効率の発電を行うことが検討されている。この出力増加を実施するにあたっては、上述した従来構成の気水分離器３では流量が増加して圧力損失が増大し、系統内の流量が低下する可能性がある。また、気水分離器３および蒸気乾燥器４に注入する流量が増加することにより、流体振動も大きくなる可能性がある。

この点に関し、圧力損失を低減する従来技術として、気水分離器ユニット内の内筒と旋回手段であるハブとの径の比を設定し、あるいはスワラーの旋回羽根出口平均角度を設定することが提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。

また、気水分離器および蒸気乾燥器に関し、原子炉圧力容器の上部空間内へ環状に配置することで原子炉圧力容器内の下部を簡素化し、気水分離性能の向上、圧力損失の低減等を図ることも提案されている（特許文献３参照）。
特開２００３−１１４２９３号公報 特開２００１−２０８３０１号公報 特開平６−６６９８４号公報

しかし、上述した従来技術では、沸騰水型原子炉の出力増加を実施するにあたり、気水分離器の流量が増加して圧力損失が増大し、系統内の流量が低下する傾向がある。また、気水分離器に注入する流量が増加することにより、流体振動も大きくなり、必ずしも十分な解決が図れない。

また、従来の気水分離器では、気水分離器ユニットの上部の振れ止めとして細長い角柱を用いた６点溶接により対処しているが、各気水分離器ユニットの直径の大小、位置の偏りにより気水分離ユニットに倒れが生じる可能性がある。このため気水分離ユニットを可能な限り精度よく起立させ、あるいはタイバーを修正加工して気水分離ユニット間に取付けることが必要となる。

さらに、従来のシュラウドヘッド・リム胴を連結する耐震ピンでは、シュラウドヘッドが炉心シュラウドへの着座後に左右方向に移動し、ピンと穴とが偏心する可能性がある。

また、気水分離器の上部に位置して、気水分離器からの蒸気の湿分をさらに分離する蒸気乾燥器も同様に、圧力損失および流体振動が増大する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、原子炉出力増加にあたり、気水分離器および蒸気乾燥器の圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる沸騰水型原子炉を提供することを目的とする。

発明者の検討によると、従来の沸騰水型原子炉における気水分離器ユニットの各筒部の外径ｄが３２４ｍｍ、気水分離器ユニット間のピッチが３４２．９ｍｍ、気水分離器ユニットの総本数が２２５本の場合、気水分離器ユニット筒部の肉厚が大となり、蒸気入口での渦の発生等により流量抵抗が大きく、乱流が多くなって圧力損失が大きくなっている。原子炉出力を現行より１割程度高める場合（例えば１００万ＫＷｅから１１０万ＫＷｅに高める場合）には、さらに圧力損失の増加が顕著に表れる。したがって、従来の構成を踏襲する場合には、原子炉出力増加にあたり、気水分離器の圧力損失がさらに大きくなり、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響が比例的に大きくなる。

これに対し、気水分離器ユニットの各筒部の外径ｄを縮小し、肉厚を減少すれば、気水分離器内の蒸気流動抵抗が減少し、より層流に近い状態となって圧力損失が低減する。ただし、過度の小径化は気水分離ユニット数の増大、強度上の問題等を招くので、小径化には一定の制約を受ける。以上の観点から発明者において原子炉構造への適用条件について検討・試験等を行った結果、各気水分離器ユニットの外径を２００ｍｍ乃至３００ｍｍに設定することにより、圧力損失を低減させ、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響を減少できるとともに、気水分離器ユニットの構築上の問題を克服できることが明らかとなった。

そこで、前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明では、原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記気水分離器は、シュラウドヘッドに縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、前記各気水分離器ユニットの外径（直径）を２００ｍｍ乃至３００ｍｍに設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉を提供する。

なお、本発明において、各気水分離器ユニットの外径の設定について、より望ましい範囲は、２５０ｍｍ乃至２６０ｍｍである。さらに最も望ましい外径は、２５４ｍｍである。

また、気水分離器ユニットの上端支持構造についての検討結果によると、従来では同ユニットの振れ止めとして、多数の気水分離器ユニットに跨る長尺で、かつ細長い角柱を用いたタイバーによって６点溶接により支持する構成となっているため、各気水分離器ユニットの直径の大小、あるいは位置の偏り等に起因してタイバーとの接触過不足等が発生し、気水分離ユニットの支持が不十分となったり、倒れが生じる等の可能性がある。このような構成のもとで気水分離器ユニットの各筒部の外径ｄを縮小する場合には、気水分離ユニットを可能な限り精度よく起立させ、あるいはタイバーを修正加工して気水分離ユニット間に取付けること等が必要となるが、このような作業については一層多くの作業手間が必要となる。

そこで、請求項２に係る発明では、前記気水分離器の互いに隣接する気水分離器ユニット同士を、各気水分離器ユニットの上端面に放射状に配置した短冊状の連結板により連結した沸騰水型原子炉を提供する。このような構成によると、各気水分離器ユニット毎の相対位置に対応して接続調整が容易に行え、気水分離器ユニットを精度よく起立させることができ、修正加工等の作業が大幅に軽減できるようになる。

また、従来のシュラウドヘッド・リム胴を連結する耐震ピンを適用する場合には、３部材による連結構成であるためシュラウドヘッドが炉心シュラウドへの着座後に左右方向に移動し、ピンと穴との偏心可能性がある。この点に関し、部品数の低減により直接的な連結構成とすることにより偏心防止を有効的に図ることが可能である。

そこで、請求項３に係る発明では、前記原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの上端面に上面開口の溝または上向きの突起を全周に亘って設ける一方、前記気水分離器のリム胴の下端面に下向きの突起または下面開口の溝を全周に亘って設け、前記溝および突起を嵌合させて前記炉心シュラウド上に前記気水分離器を搭載し、前記気水分離器の地震荷重による水平移動を防止する構成とした沸騰水型原子炉を提供する。これにより、部品数削減、製作容易、構造強度向上が図れる。

一方、蒸気乾燥器への蒸気入口においては渦流の発生により圧力損失が生じるが、出力増加に伴い一層圧力損失が拡大することになる。圧力損失の拡大は上記のように流体振動の増大につながり、構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形の増加等の可能性も高まる。

そこで、請求項４に係る発明では、原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記蒸気乾燥器は、前記気水分離器の周囲上方に沿って設けられたサポートリングと、このサポートリングに沿って垂下するスカートと、前記サポートリング上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフードと、前記サポートリング上に並列配置で立設されて前記各フードの側方に対向設置されて蒸気を横向きに偏向させ湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニットとを備え、前記フード下端の蒸気入口に、流入蒸気を案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成としたことを特徴とする沸騰水型原子炉を提供する。

このような構成とすることにより、乱流の発生を抑制して気水分離器入口での層流拡大、渦流低減を図り、圧力損失を低減することができる。その結果、出力増加に対する構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形等の低減が図れるようになる。また、構造強度の増大を図ることができる。

なお、上記構成に併せて蒸気乾燥器における蒸気の流路を構成する薄板構造物の補強を図ることが望ましい。そこで、請求項５に係る発明では、前記蒸気乾燥器は蒸気流路を構成する薄板構造物を有し、この薄板構造物に補強部材を取付けて、流体振動および流体力による応力を低減する構成とした沸騰水型原子炉を提供する。

また、請求項６に係る発明では、前記蒸気の流路を構成する薄板構造物は、前記蒸気乾燥器のスカート、フードまたは蒸気乾燥器ユニットの端板である沸騰水型原子炉を提供する。

本発明によれば、気水分離器ユニット外径を小径として本数を増加させ、１本当たりの気水分離器ユニットの流量を低くすることにより、圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。また、蒸気乾燥器の前記蒸気入口に流入蒸気を上向きに案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成とすることにより、振動防止、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。

以下、本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態について図１〜図１４を参照して説明する。なお、説明を簡易にするため、従来例と同一の構成部分については図１５〜図１９と同一の符号を使用して説明する。また、原子炉圧力容器の全体構成については、図１５に示したものと略同様であるから説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態による気水分離器３の全体構成を示す斜視図である。この図１に示すように、気水分離器３は、シュラウドヘッド５の上部に縦長筒状の多数の気水分離器ユニット６を炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に配置して構成されている。各気水分離器ユニット６は、シュラウドヘッド５から立ち上がるスタンドパイプ７の上端に設けられている。スタンドパイプ７および気水分離器ユニット６の集合体は、下部サポートリング１４、上部サポートリング１５およびガセット１６等によって支持されている。

このような構成において、本実施形態では各気水分離器ユニット６の外径ｄを従来に比して小径とし、３００ｍｍ乃至２００ｍｍの範囲に設定する。具体的には、既存の出力１００万ＫＷｅ型の原子炉を出力増加により１０％増加とする場合について、気水分離器ユニット６の外径（以下、「セパレータ外径」という。）ｄ、気水分離器ユニット６間のピッチ（以下、「セパレータピッチ」という。）ｐおよび気水分離器ユニット６の本数（以下,「セパレータ本数」という。）について、下記の第１例、第２例の設定をする。

＜第１例＞
セパレータ外径ｄをφ２５４ｍｍとし、セパレータピッチｐを３０４．８ｍｍ（１２インチ）とし、セパレータ本数を２９７本とする。

＜第２例＞
セパレータ外径ｄをφ２５４ｍｍとし、セパレータピッチｐを２９２．１ｍｍ（１１．５インチ）とし、セパレータ本数を３１３本とする。

図２は、このような本実施形態の気水分離器構成による圧力損失の低減を具体的にグラフとして示した特性図である。図２の横軸にはセパレータ外径ｄを表し、縦軸には圧力損失を表している。この図２に示したセパレータ外径・圧力損失との関係を示す特性線「Ｐ１」によれば、略直線的な比例関係が認められる。すなわち、上記の例で示したように、セパレータ外径ｄを２５４ｍｍとした場合、従来例のセパレータ外径ｄが３２４ｍｍである場合に比して、約２０％の圧力損失低減が認められる。

なお、上記の第１,第２例の構成は最も望ましい設定であるが、本発明ではセパレータ径を２５０〜２６０ｍｍの範囲に設定した場合にも略同様の効果を得ることができる。さらに、圧力損失の程度および実用的見地から、セパレータ外径ｄを２００〜３００ｍｍの範囲に設定した場合にも良好な結果を得ることが可能である。

したがって、本実施形態によれば、セパレータ外径ｄを小径としてセパレータ本数を増加させ、１本当たりの気水分離器ユニット６の流量を低くすることにより、圧力損失を低減することができ、装置構成の振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。

また、本実施形態においては、気水分離器３の互いに隣接する気水分離器ユニット６同士の上端部が短冊状の連結板３１により、それぞれ連結されている。これらの連結板３１はステンレス鋼製で、平旦な薄板状のものであり、各気水分離器ユニット６間の隙間よりも長い寸法に設定されている。連結板３１は、気水分離器ユニット６の上端面間に架設され、それぞれ両端部が１対の隣接する気水分離器ユニット６の上端面に溶接によって固着されている。

図３および図４は連結板３１による各気水分離器ユニット６間の連結構造を詳細に示している。図３は図１に示した気水分離器ユニット６の連結構造の一部領域を部分的示す拡大平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ線に沿って一部を断面として示した拡大側面図である。これらの図３および図４に示すように、縦長筒状をなす各気水分離器ユニット６の上端部には中央部分に蒸気噴出し用の開口３２が形成され、その開口３２の周囲にはフランジ状の上端壁が水平に形成されている。この上端壁上面の外周側部分に、連結板３１の端部が載置され、溶接固定されている。例えば１本の気水分離器ユニット６の周囲に６本の他の気水分離器ユニット６が隣接配置されている場合には、当該１本の気水分離器ユニット６の上端面中心から水平面上で６０°の角度をあけて６本の連結板３１が放射状に配置され、これらの連結板３１により６本の他の気水分離器ユニット６に連結される。このようにして、全ての気水分離器ユニット６が相互に連結されて一体に構成されている。

このような構成によれば、各気水分離器ユニット６毎の相対位置に対応して接続調整が容易に行え、気水分離器ユニット６を精度よく起立させることができ、修正加工等の作業が大幅に軽減できるようになる。すなわち、従来の直線的かつ長尺なタイバーによって各気水分離器ユニット６を挟持状態で保持する場合には、全てのタイバーに全ての気水分離器ユニット６を接合するために多くの位置決め修正が必要であったが、本実施形態によれば、短冊状の連結板３１によって各気水分離器ユニット６を相互に連結すればよいため、気水分離器ユニット６の位置を特別に修正する必要なく相互に溶接固定することができる。したがって、気水分離器ユニット６の外径の縮小化とともに、各気水分離器ユニット６相互間での接合構成を採用することにより、偏心防止を有効的に図ることができる。そして、気水分離器ユニット６における蒸気流の圧力損失を低減し、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響を減少させ、原子炉出力増加に有効に対応することができる。

図５は気水分離器３のリム胴１０と炉心シュラウド１２との連結部の一構成例を示す拡大断面図である。図５に示すように、炉心シュラウド１２の上端部には内周側に向って幅広となる鍔部３３が形成されており、この鍔部３３を含めた上端面全体が水平に形成されている。この炉心シュラウド１２の上端面の径方向略中央位置で、炉心シュラウド１２の胴部上方位置に、断面矩形状の上向き開口の溝３５が全周に亘って設けられている。この溝３５の開口部縁両側には面取り部が施されている。一方、気水分離器３のシュラウドヘッド５周縁部から垂下するリム胴１０の下端面には、炉心シュラウド１２の溝３５と嵌合する矩形断面形状の突起３６が全周に亘って設けられている。このリム胴１０の突起３６の上下長さは炉心シュラウド１２の溝３５の深さよりも短く、突起３６の根元部分の両側にはＲ部が形成されている。また、突起３６の径方向の幅は溝３５の幅よりも若干狭くなっている。

そして、気水分離器３の設置時には、気水分離器３を上方から吊り降ろし、リム胴１０の下端の突起３６を炉心シュラウド１２の溝３５に位置合せして、炉心シュラウド１２の上端面に着座させ、突起３６と溝３５との嵌合により、気水分離器３を炉心シュラウド１２上に固定配置するようになっている。

なお、炉心シュラウド１２の鍔部３３の内周側上縁部には、炉心シュラウド１２の周方向全体に亘ってスカート３４が溶接部３４ａにより接合されている。このスカート３４は鍔部３３の上方に所定高さ突出しており、炉心から上昇する蒸気がシュラウドヘッド５に当たって滴下する水分を炉心シュラウド１２の上面側に貯留し得るようになっている。

このような気水分離器３のリム胴１０と炉心シュラウド１２との連結構造によれば、溝３５および突起３６の嵌合により気水分離器３の地震荷重による水平移動を防止する構成となり、従来のピンを用いた構成に比して構造強度の向上が図れるとともに、部品数削減が図れ、製作も容易となる。

図６は気水分離器３のリム胴１０と炉心シュラウド１２との連結部の他の構成例を示す拡大断面図である。この構成例では、図５に示した構成と逆に、炉心シュラウド１２の上端部に突起３７が設けられるとともに、気水分離器３のシュラウドヘッド５周縁部から垂下するリム胴１０の下端面に炉心シュラウド１２の突起３７と嵌合する溝３８が形成されている。これらの突起３７および溝３８の形状および配置は図５に示した構成例と略同様である。

図７は、気水分離器３のリム胴１０と炉心シュラウド１２との連結部のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。この構成例では、図５に示した構成と同様に、炉心シュラウド１２の上端部に溝３９が設けられるとともに、気水分離器３のシュラウドヘッド５周縁部から垂下するリム胴１０の下端面に炉心シュラウド１２の溝３９と嵌合する突起４０が形成されている。ただし、突起４０は図５の場合と異なり、リム胴１０全の外周面側の下端部分を下方に向って小径となる方向に傾斜させるとともに、内周面側は垂直面とし、リム胴１０全体の下端部の肉厚を小さくしたことにより突起４０として形成されている。

このように、本実施形態においては、炉心シュラウド１２の上端面に上面開口の溝３５，３９または上向きの突起３７を全周に亘って設ける一方、気水分離器３の下端面には炉心シュラウド１２の溝３５，３９と嵌合する下向きの突起３６，４０または炉心シュラウド１２の突起３７と嵌合する下面開口の溝３８を全周に亘って設け、これらの溝および突起を嵌合させて炉心シュラウド１２上に気水分離器３を搭載し、気水分離器３の地震荷重による水平移動を防止する構成とすることにより、部品数削減、製作容易、構造強度向上等が図れる。

図８は本実施形態による蒸気乾燥器４の構成を示す斜視図である。この図８に示すように、蒸気乾燥器４は、上述した気水分離器３の周囲上方に設けられるサポートリング４１と、このサポートリング４１に沿って垂下するスカート２１と、サポートリング４１上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口２２をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフード２３と、サポートリング４１上に並列配置で立設されて各フード２３と上端が連結されフード２３により横向きに偏向された蒸気を流通して湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニット８とを備えている。フード２３は蒸気乾燥器ユニット８の側面に対向して湾曲しており、フード２３と蒸気乾燥器ユニット８との間の両脇部分は端板４２によって塞がれている。蒸気乾燥器ユニット８の周辺部に配置されるフード２３には底板４３が溶接によって連結され、この底板４３はサポートリング４１に支持されている。

そして、蒸気乾燥器ユニット８と、フード２３と、端板４２とで囲まれる空間の下端側が下方に開口し、これにより蒸気乾燥器４の蒸気入口２２が形成されている。この各蒸気入口２２の部位に、流入蒸気を上方に向って案内する整流格子板４４がそれぞれ取付けられ、この整流格子板４４の格子間隙間に蒸気を流通させることにより、蒸気を層流状態として上昇させ、これにより蒸気の圧力損失を低減させる構成となっている。

図９は、この整流格子板４４の構成を拡大して示す斜視図であり、図１０は整流格子板４４の構成をさらに拡大して示す斜視図である。これらの図に示すように、整流格子板４４は複数枚の縦板４５を交差して上向きの蒸気入口２２を横方向に区分する構成のものであり、各蒸気入口２２を複数の小形な四角形の蒸気入口通路として区分している。この整流格子板４４はフード２３の下端部と蒸気乾燥器ユニット８の支持底板４６との間に溶接により固定設置されている。

整流格子板４４の縦板４５の板厚ｔは例えば６ｍｍとされ、縦板４５の高さｈは例えば３０ｃｍとされている。そして、区分された上下方向に沿う四角形の蒸気入口通路４７の縦横寸法ｘ、ｙは、例えば１５０ｃｍ×４５０ｃｍとされている。

図１０において、矢印ｅで示すように、蒸気は蒸気入口２２に配置された整流格子板４４から上昇流としてフード２３と蒸気乾燥器ユニット８との間に流入した後、フード２３により横向き流に変換され、蒸気乾燥器ユニット８を構成する多孔板４８および波板４９を通過する間に湿分が分離除去される。蒸気から分離した湿分は、蒸気乾燥器ユニット８の下端部を支持する樋状の支持底板４６から、ドレンパイプ２５を介してスカート２１の外面側に滴下される。

また、図１１は蒸気乾燥器の整流格子板４４の配置構成を示す平面図であり、蒸気乾燥器の周辺側に配置されている２列の蒸気乾燥器ユニット８に整流格子板４４を配置した状態を示している。この図１１に示すように、各整流格子板４４は各列の対をなす各フード２３および各蒸気乾燥器ユニット８間の蒸気入口２２にそれぞれ配置され、これら各フード２３および各蒸気乾燥器ユニット８と同一長さに設定されている。そして、各整流格子板４４を介して上昇した蒸気が横向きに編流されて流通し、蒸気乾燥器ユニット８を通過することにより湿分が除去される。

このようにフード２３下部の蒸気入口２２に整流格子板４４を設けることにより、炉内で上昇する気液２相流の流れを整えて、蒸気乾燥器ユニット８にスムーズに流入させることができ、圧力損失の低減を図ることができる。すなわち、蒸気入口２２での層流拡大、渦流低減が図れ、圧力損失を低減することができる。その結果、出力増加に対する構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形等の低減が図れるようになる。さらに、フード２３下部の応力低減も図ることができる。

図１２はこのような蒸気乾燥器の整流格子板４４の作用を説明するグラフとして示した特性図である。この図１２では、横軸に層流ないし乱流の流れの状態を表し、縦軸に圧力損失を表している。この図１２に示した特性線「Ｐ２」によれば、略直線的な比例関係が認められる。すなわち、整流格子板４４を設けない従来の乱流状態の圧力損失を「ｓ１」とした場合、本実施形態では圧力損失が大きく層流側の「ｓ２」に移動することが認められた。この圧力損失の低減値は、整流格子板４４を設けない従来例に比して約１／２となることが認められた。

このように、本実施形態によれば、蒸気乾燥器の蒸気入口２２に流入蒸気を上向きに案内する整流格子板４４を取付けて圧力損失を低減させる構成とすることにより、振動防止、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができ、またフード２３下部の応力低減も図ることができる。さらに、構成が簡易で設置も容易となる。

次に、図８、図１３および図１４により、蒸気乾燥器４の補強部材５０について説明する。図８および図１３には、補強部材取付け構成の一構成例が示されている。上述したように、蒸気乾燥器４には上述した整流格子板４４とともに、蒸気流路を構成する薄板構造物が設けられている。これらの薄板構造物は、原子炉運転時に流体振動および流体力による応力を受ける。そこで本実施形態では、この薄板構造物、特に蒸気乾燥器のスカート２１、フード２３および端板４２を対象として、これらの構造物に補強部材を取付け、流体振動および流体力による応力を低減する構成としている。

図８および図１３には、蒸気乾燥器８のスカート２１、フード２３および端板４２に補強部材５０を設けた構成が示されている。これらの図に示すように、スカート２１はサポートリング４１から垂下した円筒状のものであり、このスカート２１の外周面に周方向に沿う上下複数段のリング状の補強部材５０が上下方向に間隔をあけて設けられている。また、スカート２１の外周面には、周方向に間隔をあけて複数本の縦方向の補強部材５０が設けられている。これらの補強部材５０は所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、スカート２１にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。この構成により、薄板材によって構成されているスカート２１の剛性を高め、流体振動低減および流体力による応力低減を図ることができる。

また、フード２３の外面側には、横方向の両端位置およびそれらの中間位置の適所に上下方向に沿う補強部材５０が設けられている。さらにフード２３の補強部材５０は、フード２３の下端部に溶接により連設されている底板４３の上面にも設けられている。これらの補強部材５０も所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、フード２３の外面および底板４３の上面にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。この構成により、運転時におけるフード２３の膨らみを防止することができる。すなわち、従来の構造ではフード２３が内面の蒸気圧による差圧が作用して、外側へ膨らむ。この膨らみは出力増加を実施した場合にはさらに顕著となる。これに対し、本実施形態では補強部材５０を設けることによりフード２３の膨らみを抑止することができる。また、フード２３の中央部分にも補強部材５０を設けることにより全体の変形を抑止できる。これにより、フード２３端部と端板４２との溶接部に生じる応力を低減することができる。また、振動防止も図ることができる。

さらに、端板４２の外面には周縁全体に亘って端板用補強部材５０が設けられるとともに、端板４２の中間部分の外面適所にも上下に複数段の横長な補強部材５０が設けられている。これらの補強部材５０も所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、端板４２にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。端板４２は平板状なので、内圧により外側に向って円筒状に変形し易い。これに対し、本実施形態では補強部材５０を設けることにより、変形を効果的に抑止することができる。また、フード２３と端板４２とは形状不連続なので、内圧による過大な応力が生じる。本実施形態では、フード２３と端板４２との溶接部に補強部材５０を設けることにより、内圧による応力を低減させることができる。

図１４には、補強部材取付け構成の他の構成例として、さらにフード２３中央部に補強部材５０を追加した場合の構成を示している。なお、この図１４では、蒸気乾燥器４における全体的な配置構成を平面図として示している。この図１４の構成では、各蒸気乾燥器ユニット８のフード２３中央部にも補強部材５０を追加することにより、より一層の補強効果が得られ、出力増加に伴う機械的強度を向上することができる。

本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器の構成を示す斜視図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器の作用を示す説明図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器ユニットを示す拡大平面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器ユニットの一部を図３のＡ−Ａ線断面として示す側面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部の一構成例を示す拡大断面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部の他の構成例を示す拡大断面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部のさらに他の構成例を示す拡大断面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の構成を示す斜視図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、整流格子板の構成を拡大して示す斜視図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、整流格子板の構成をさらに拡大して示す斜視図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の整流格子板の全体構成を示す平面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の整流格子板の作用説明図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の補強部材の構成を示す側面図。 本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の補強部材の構成を示す平面図。 沸騰水型原子炉の気水分離器蒸気乾燥器の構成を示す概略図。 従来の沸騰水型原子炉における気水分離器の構成を拡大して示す斜視図。 従来の気水分離器ユニットの保持構成を一部拡大して示す平面図。 従来の沸騰水型原子炉における気水分離器の連結構造を示す断面図。 従来の沸騰水型原子炉における蒸気乾燥器の構成を示す斜視図。

符号の説明

２ 原子炉圧力容器
３ 気水分離器
４ 蒸気乾燥器
５ シュラウドヘッド
６ 気水分離器ユニット
７ スタンドパイプ
８ 蒸気乾燥器ユニット
１０ リム胴
１２ 炉心シュラウド
１４ 下部サポートリング
１５ 上部サポートリング
２３ 蒸気入口
３１ 連結板
３２ 開口
３３ 鍔部
３４ スカート
３５ 溝
３６ 突起
３７ 突起
３８ 溝
３９ 溝
４０ 突起
４１ サポートリング
４２ 端板
４４ 整流格子板
４５ 縦板
４６ 支持底板
４８ 多孔板
４９ 波板
５０ 補強部材

Claims (6)

1. 原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記気水分離器は、シュラウドヘッドに縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、前記各気水分離器ユニットの外径を２００ｍｍ乃至３００ｍｍに設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
2. 前記気水分離器の互いに隣接する気水分離器ユニット同士を、各気水分離器ユニットの上端面に放射状に配置した短冊状の連結板により連結した請求項１記載の沸騰水型原子炉。
3. 前記原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの上端面に上面開口の溝または上向きの突起を全周に亘って設ける一方、前記気水分離器のリム胴の下端面に下向きの突起または下面開口の溝を全周に亘って設け、前記溝および突起を嵌合させて前記炉心シュラウド上に前記気水分離器を搭載し、前記気水分離器の地震荷重による水平移動を防止する構成とした請求項１記載の沸騰水型原子炉。
4. 原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記蒸気乾燥器は、前記気水分離器の周囲上方に沿って設けられたサポートリングと、このサポートリングに沿って垂下するスカートと、前記サポートリング上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフードと、前記各フードの側方に対向設置されて蒸気を横向きに偏向させ湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニットとを備え、前記フード下端の蒸気入口に、流入蒸気を案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成としたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
5. 前記蒸気乾燥器は蒸気流路を構成する薄板構造物を有し、この薄板構造物に補強部材を取付けて、流体振動および流体力による応力を低減する構成とした請求項４記載の沸騰水型原子炉。
6. 前記蒸気の流路を構成する薄板構造物は、前記蒸気乾燥器のスカート、フードまたは蒸気乾燥器ユニットの端板である請求項５記載の沸騰水型原子炉。

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