JP2015025672A - 蒸気乾燥器 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる蒸気乾燥器を提供する。【解決手段】蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃに備えられた多孔板２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、原子炉１の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ａ１の開口率と原子炉１の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ２，Ａ４，Ａ６の開口率が、中央部と外周部との間の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ３，Ａ５の開口率より小さくなるように構成されている。これにより、蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、中央部からの蒸気が流入する部分の圧損係数と外周部からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、中間部からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器に関する。

沸騰水型原子力発電プラントでは、沸騰水型原子炉の炉心で水（冷却材）を加熱して蒸気を生成し、この蒸気を蒸気タービンへ供給して蒸気タービンを駆動し、この蒸気タービンによって発電機を駆動するようになっている。原子炉の炉心では、蒸気と水の気液二相流が発生する。そのため、原子炉は、炉心で発生した気液二相流を蒸気と水に分離する気水分離器と、この気水分離器で分離された蒸気に含まれる水滴を除去する蒸気乾燥器とを備えている（気液分離システム）。これにより、原子炉から蒸気タービンへ供給する蒸気の湿分を一定値（例えば０．１％）以下に抑えるようになっている。その結果、蒸気タービンの翼部分でのエロージョンやコロージョンの発生を防ぎ、蒸気タービンの健全性を維持することができる。

気水分離器は、複数の気水分離器エレメントで構成されている。各気水分離器エレメントは、鉛直方向に延在するスタンドパイプと、このスタンドパイプの上端に接続されたディフューザと、このディフューザの上端に接続されて鉛直方向に延在する第１段の内筒と、ディフューザ（又は第１段の内筒）の内部に固定されたスワラーと、第１段の内筒の外周側に配置された第１段の外筒と、この第１段の外筒の上端に設けられて第１段の内筒の上端との間にギャップを形成する第１段のピックオフリングとを備えている。また、第１段のピックオフリングの上側に設けられて鉛直方向に延在する第２段の内筒と、この第２段の内筒の外周側に配置された第２段の外筒と、この第２段の外筒の上端に設けられて第２段の内筒の上端との間にギャップを形成する第２段のピックオフリングとを備えている。さらに、第２段のピックオフリングの上側に設けられて鉛直方向に延在する第３段の内筒と、この第３段の内筒の外周側に配置された第３段の外筒と、この第３段の外筒の上端に設けられて第３段の内筒の上端との間にギャップを形成する第３段のピックオフリングとを備えている。

そして、炉心で発生した気液二相流は、上部プレナムを経由して各気水分離器エレメントのスタンドパイプに流入する。その後、スワラーで旋回力が付与されると、密度差による遠心力の違いにより、水が径方向外側に押し出されて、蒸気から分離される。このようにして分離された水は、各段の内筒とピックオフリングの間に形成されたギャップを経由して、各段の内筒と外筒の間に形成された流路に流出し、その後、原子炉圧力容器とシュラウドの間のダウンカンマに排出されるようになっている。一方、分離された蒸気は、第３段のピックオフリングから流出し、その後、蒸気乾燥器に供給されるようになっている。

蒸気乾燥器は、複数の蒸気乾燥器バンク（蒸気乾燥器エレメント）で構成されている（例えば特許文献１参照）。各蒸気乾燥器バンクは、複数のジグザグ流路（蒸気流路）を形成する複数の波板と、各ジグザグ流路に沿って複数のドレンポケットを形成する複数の捕集板と、これら波板及び捕集板の下側に設けられたドレンといと、このドレンといに接続されたドレンダクトと、複数のジグザグ流路の入口側に設けられた多孔板と、蒸気の流れの向きを変えて多孔板に案内するフードとを備えている。

そして、気水分離器で分離された蒸気は、各蒸気乾燥器バンクのフードに流入する。そして、フードによって流れの向きが上方向から水平方向寄りに変えられた後、多孔板を介しジグザグ流路に流入する。そして、密度差による慣性力の違いにより、蒸気に含まれる水滴が波板に衝突して、蒸気から水滴が分離される。このようにして分離された水滴は、ドレンポケット及びドレンといで集められ、ドレンダクトを介し排出されるようになっている。

特開２００４−２０５３０２号公報

ところで、近年、原子炉の熱出力（炉心出力）を向上させて、電気出力を向上させることが検討されている。しかし、従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力を向上させた場合には、原子炉から蒸気タービンへ供給する蒸気の湿分増加が懸念される。その詳細を、図面を参照しつつ説明する。

図１６及び図１７は、原子炉の熱出力を向上させた場合の、気水分離器の入口側の気液二相流の流量分布及びクオリティ分布をそれぞれ表す図である。これら図１６及び図１７の横軸は、原子炉の半径方向における各気水分離器エレメントの位置をとっており、「０」が原子炉圧力容器の中心位置を示し、「１」が原子炉圧力容器の内壁位置を意味している。図１６の縦軸は、各気水分離器エレメントに流入する気液二相流の質量流量をとり、図１７の縦軸は、各気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティ（詳細には、気液二相流中の蒸気の重量比）をとっている。図１８は、各気水分離器エレメントの分離性能として、各気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティとキャリーオーバー（詳細には、気水分離器エレメントで分離された蒸気中の水滴の重量比）の関係を表す図である。図１９は、従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力を向上させた場合の、蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速分布及び湿分分布を表す図である。この図１９の横軸は、原子炉の半径方向位置をとっており、前述した図１６及び図１７の横軸と同様、「０」が原子炉圧力容器の中心位置を示し、「１」が原子炉圧力容器の内壁位置を意味している。図２０は、従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力を向上させた場合の、原子炉の各半径方向位置における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速及び湿分を座標として示すとともに、蒸気乾燥器の制限曲線を示す図である。この図２０の横軸は、蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速をとり、縦軸は、蒸気乾燥器の入口側の蒸気の湿分をとっている。

原子炉の熱出力を向上させない場合は、炉心で発生した気液二相流の流量分布の偏差が比較的小さく、気水分離器の入口側における気液二相流の流量分布の偏差も比較的小さい。そのため、気水分離器の出口側における蒸気の流量分布の偏差が比較的小さくなり、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の流速分布の偏差も比較的小さくなる。

一方、原子炉の熱出力を向上させた場合は、炉心の出口側における気液二相流の流量分布の偏差が比較的大きくなる。そして、従来構造の気水分離器を採用すれば（すなわち、原子炉の半径方向位置にかかわらず構造が同じである複数の気水分離器エレメントを採用すれば）、図１６で示すように、気水分離器の入口側における気液二相流の流量分布の偏差も比較的大きくなる。そのため、気水分離器の出口側における蒸気の流量分布の偏差が比較的大きくなり、図１９中実線で示すように、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の流速分布の偏差も比較的大きくなる。詳細には、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の流速は、原子炉の径方向中心位置で最大値Ｖ１となり、原子炉の径方向外側に向かうに従って減少し、最小値Ｖ２となる。

また、原子炉の熱出力を向上させない場合は、炉心で発生した気液二相流のクオリティ分布の偏差が比較的小さく、気水分離器の入口側における気液二相流のクオリティ分布の偏差も比較的小さい。そのため、気水分離器の出口側における蒸気の湿分分布の偏差が比較的小さくなり、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の湿分分布の偏差も比較的小さくなる。

一方、原子炉の熱出力を向上させた場合は、炉心で発生した気液二相流のクオリティ分布の偏差が比較的大きくなる。そして、従来構造の気水分離器を採用すれば（すなわち、原子炉の半径方向位置にかかわらず構造が同じである複数の気水分離器エレメントを採用すれば）、図１７で示すように、気水分離器の入口側における気液二相流のクオリティ分布の偏差も比較的大きくなる。ここで、図１８で示すように、気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティが所定値Ｘより小さくなると（すなわち、気水分離器エレメントに流入する蒸気流量が小さくなると）、スワラーで付与される旋回力が小さくなって分離性能が低下するため、キャリーオーバーが急激に大きくなる。そして、図１７で示すように、原子炉の径方向内側では、気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティが所定値Ｘより小さいから、図１９中一点鎖線で示すように、気水分離器エレメントから流出する蒸気の湿分がほぼ最小値Ｈ１となる。一方、図１７で示すように、原子炉の径方向外側では、気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティが所定値Ｘより大きくなるから、図１９中一点鎖線で示すように、気水分離器エレメントから流出する蒸気の湿分が著しく増加し、最大値Ｈ２まで増加する。

ここで、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の特性（流速、湿分）で設定された蒸気乾燥器の制限曲線（図２０中実線）が知られている。蒸気乾燥器の入口側における蒸気の特性が制限曲線より内側（図２０中左側）の領域にある場合は、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分を一定値（例えば０．１％）以下に抑えることが可能である。一方、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の特性が制限曲線より外側（図２０中右側）の領域にある場合は、分離された液滴が再飛散して、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分が増大する。

原子炉の熱力を向上させない場合は、上述したように蒸気乾燥器の入口側における蒸気の流速分布の偏差が小さくかつ蒸気の湿分分布の偏差も小さいので、原子炉のいずれの半径方向位置においても、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の特性が制限曲線より内側の領域となる。

一方、原子炉の熱出力を向上させた場合は、上述したように蒸気乾燥器の入口側における蒸気の流速分布の偏差が大きくかつ蒸気の湿分分布の偏差も大きいので、原子炉の半径方向位置によっては、蒸気乾燥器の入口側における蒸気の特性が制限曲線より外側の領域となる。詳しく説明すると、原子炉の径方向断面の中央部（原子炉の半径方向位置０〜Ｒａの領域）では、蒸気乾燥器に流入する蒸気の湿分がＨａ程度と小さいものの、蒸気の流速がＶａ以上と大きくなる。そのため、蒸気乾燥器の制限曲線より外側の領域となる。また、原子炉の径方向断面の外周部（原子炉の半径方向位置Ｒｂ〜１の領域）では、蒸気乾燥器に流入する蒸気の流速がＶｂ以下と小さいものの、蒸気の湿分がＨｂ以上と大きくなる。そのため、蒸気乾燥器の制限曲線より外側の領域となる。したがって、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分増加が懸念される。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる蒸気乾燥器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、原子炉の径方向断面における中央部、外周部、及びそれらの中間部からの蒸気が流入する複数の蒸気乾燥器バンクを備えた蒸気乾燥器において、前記複数の蒸気乾燥器バンクは、前記中央部からの蒸気が流入する部分の圧損係数と前記外周部からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、前記中間部からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成される。

これにより、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部では、蒸気乾燥器に流入する蒸気の流速を抑えることができる。したがって、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の特性を、制限曲線で規定される領域にシフトすることができる。その結果、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

本発明によれば、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

本発明の第１の実施形態における沸騰水型原子炉の構造を表す鉛直方向断面図である。 本発明の第１の実施形態における気水分離器エレメントの構造を表す鉛直方向断面図である。 本発明の第１の実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。 本発明の第１の実施形態における第１の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第１の実施形態における第２の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第１の実施形態における第３の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第１の実施形態において、原子炉の熱出力を向上させた場合の、原子炉の各半径方向位置における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速及び湿分を座標で示すとともに、蒸気乾燥器の制限曲線を示す図である。 本発明の第２の実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。 本発明の第２の実施形態における第１の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第２の実施形態における第２の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第２の実施形態における第３の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第３の実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。 本発明の第３の実施形態における第１の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の第３の実施形態における第２の蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。 本発明の一変形例における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。 原子炉の熱出力を向上させた場合の、気水分離器の入口側の気液二相流の質量流量の分布を表す図である。 原子炉の熱出力を増加させた場合の、気水分離器の入口側の気液二相流のクオリティの分布を表す図である。 各気水分離器エレメントに流入する気液二相流のクオリティとキャリーオーバーの関係を表す図である。 従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力を向上させた場合の、蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速分布及び湿分分布を表す図である。 従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力を向上させた場合の、原子炉の各半径方向位置における蒸気乾燥器入口側の蒸気の流速及び湿分を座標として示すとともに、蒸気乾燥器の制限曲線を示す図である。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における沸騰水型原子炉の構造を表す鉛直方向断面図である。図２は、本実施形態における気水分離器エレメントの構造を表す鉛直方向断面図である。図３は、本実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図（径方向断面図）である。図４〜図６は、本実施形態における蒸気乾燥器バンク（蒸気乾燥器エレメント）の構造を表す部分透視斜視図である。

沸騰水型原子炉は、原子炉圧力容器１と、圧力容器１内に設けられて炉心２を格納するシュラウド３と、シュラウド３の上側に設けられて上部プレナム４を形成する上部シュラウド５及びシュラウドヘッド６と、シュラウドヘッド６の上側に設けられた気水分離器７と、気水分離器７の外周側に設けられたスカート９と、気水分離器７の上側に設けられた隔離板１０と、隔離板１０の上側に設けられた蒸気乾燥器１１と、圧力容器１とシュラウド３の間のダウンカマ１２に設けられた複数のインターナルポンプ１３とを備えている。

そして、インターナルポンプ１３の駆動により、ダウンカマ１２内の水が下部プレナム１４を経由して炉心２に供給される。炉心２では、核***により発生した熱で水が沸騰し、蒸気と水の二相流状態となる。この気液二相流が上部プレナム４を経由して気水分離器７に供給され、気水分離器７で蒸気と水に分離される。気水分離器７で分離された蒸気は、蒸気乾燥器１１に供給され、蒸気乾燥器１１で蒸気に含まれる水滴が除去される。蒸気乾燥器１１で水滴が除去された蒸気は、主蒸気ノズル１５及び主蒸気配管（図示せず）を介し蒸気タービン（図示せず）へ供給される。これにより、蒸気タービンが駆動し、この蒸気タービンによって発電機（図示せず）が駆動する。そして、蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水になり、この水が給水配管（図示せず）及び給水ノズル１６を介しダウンカマ１２に供給されるようになっている。なお、気水分離器７及び蒸気乾燥器１１で分離された水は、ダウンカマ１２に排出されて、給水ノズル１６から供給された水と合流するようになっている。

気水分離器７は、複数の気水分離器エレメント１７で構成されている。各気水分離器エレメント１７は、シュラウドヘッド６の上側に設けられて鉛直方向に延在するスタンドパイプ１８と、このスタンドパイプ１８の上端に接続されたディフューザ１９と、このディフューザ１９の上端に接続されて鉛直方向に延在する第１段の内筒２０Ａと、ディフューザ１９の内部（但し、第１段内筒２０Ａの内部でもよい。）に固定されたスワラー２１と、第１段の内筒２０Ａの外周側に配置された第１段の外筒２２Ａと、この第１段の外筒２２Ａの上端に設けられて第１段の内筒２０Ａの上端との間にギャップを形成する第１段のピックオフリング２３Ａとを備えている。また、第１段のピックオフリング２３Ａの上側に設けられて鉛直方向に延在する第２段の内筒２０Ｂと、この第２段の内筒２０Ｂの外周側に配置された第２段の外筒２２Ｂと、この第２段の外筒２２Ｂの上端に設けられて第２段の内筒２０Ｂの上端との間にギャップを形成する第２段のピックオフリング２３Ｂとを備えている。さらに、第２段のピックオフリング２３Ｂの上側に設けられて鉛直方向に延在する第３段の内筒２０Ｃと、この第３段の内筒２０Ｃの外周側に配置された第３段の外筒２２Ｃと、この第３段の外筒２２Ｃの上端に設けられて第３段の内筒２０Ｃの上端との間にギャップを形成する第３段ピックオフリング２３Ｃとを備えている。

そして、炉心２で発生した気液二相流は、上部プレナム４を経由して各気水分離器エレメント１７のスタンドパイプ１８に流入する。その後、スワラー２１で旋回力が付与されると、密度差による遠心力の違いにより、水が径方向外側に押し出されて、蒸気から分離される。このようにして分離された水は、各段の内筒とピックオフリングの間に形成されたギャップを経由して、各段の内筒と外筒の間に形成された流路２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃに流出し、その後、ダウンカンマ１２に排出されるようになっている。一方、分離された蒸気は、第３段のピックオフリング２３Ｃから流出して、蒸気乾燥器１１に供給されるようになっている。

蒸気乾燥器１１は、複数の蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃで構成されている。蒸気乾燥器バンク２５Ａは、複数のジグザグ流路（蒸気流路）を形成する複数の波板２６と、各ジグザグ流路に沿って複数のドレンポケット（図示せず）を形成する複数の捕集板（図示せず）と、これら波板２６及び捕集板の下側に設けられたドレンとい２７と、このドレンとい２７に接続されたドレンダクト２８と、複数のジグザグ流路の入口側に設けられた多孔板２９Ａと、蒸気の流れの向きを変えて多孔板２９Ａに案内するフード３０とを備えている。

蒸気乾燥器バンク２５Ｂは、全体の大きさや後述する多孔板２５Ｂの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ａと同様の構造である。また、蒸気乾燥器バンク２５Ｃは、全体の大きさや後述する多孔板２５Ｃの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ａと同様の構造である。

そして、気水分離器７で分離された蒸気は、蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃのフード３０に流入する。その後、フード３０によって流れの向きが上方向から水平方向寄りに変えられ、多孔板を介しジグザグ流路に流入する。そして、密度差による慣性力の違いにより、蒸気に含まれる水滴が波板２６に衝突して、蒸気から水滴が分離される。このようにして分離された水滴は、ドレンポケット及びドレンとい２７で集められ、ドレンダクト２８を介し排出されるようになっている。

ここで、本実施形態の大きな特徴として、蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、原子炉の径方向断面の中央部（半径Ｒａ以下の領域。図３並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数と、原子炉の径方向断面の外周部（半径Ｒｂ以上の領域。図３並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、原子炉の径方向断面の中間部（半径Ｒａ〜Ｒｂの領域。図３並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成されている。

詳しく説明すると、蒸気乾燥器バンク２５Ａの多孔板２９Ａは、図３及び図４で示すように、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ａ１の開口率と、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ２の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ３の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｂの多孔板２９Ｂは、図３及び図５で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ４の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ５の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｃの多孔板２９Ｃは、図３及び図６で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ６しかなく、開口率が一定である。なお、多孔板２９Ａの部分Ａ２の開口率、多孔板２９Ｂの部分Ａ４の開口率、並びに多孔板２９Ｃの開口率は、同じである。また、多孔板２９Ａの部分Ａ３の開口率及び多孔板２９Ｂの部分Ａ５の開口率は、同じである。

次に、本実施形態の作用効果を、図７並びに上述の図１９及び図２０を用いて説明する。図７は、本実施形態において、原子炉の熱出力を向上させた場合の、原子炉の各半径方向位置における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速及び湿分を座標として示すとともに、蒸気乾燥器の制限曲線を示す図である。但し、図７において、白抜四角で示す座標は、従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用した場合の代表値（図２０で示したもの）である。

従来構造の気水分離器及び蒸気乾燥器を採用しつつ、原子炉の熱出力（炉心出力）を向上させた場合、原子炉の半径方向位置によっては、蒸気乾燥器の入口側の蒸気の特性（流速、湿分）が制限曲線より外側の領域となる（図２０参照）。詳しく説明すると、図１９で示すように、原子炉の径方向断面の中央部では、蒸気乾燥器に流入する蒸気の湿分がＨａ程度と小さいものの、蒸気の流速がＶａ以上と大きくなる。そのため、図２０で示すように、蒸気乾燥器の制限曲線より外側の領域となる。また、図１９で示すように、原子炉の径方向断面の外周部では、蒸気乾燥器に流入する蒸気の流速がＶｂ以下と小さいものの、蒸気の湿分がＨｂ以上と大きくなる。そのため、図２０で示すように、蒸気乾燥器の制限曲線より外側の領域となる。したがって、蒸気乾燥器の出口側における蒸気の湿分増加が懸念される。

そこで、本実施形態では、蒸気乾燥器バンク２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃに備えられた多孔板２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃは、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ａ１の圧損係数と、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ２，Ａ４，Ａ６の圧損係数が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ３，Ａ５の圧損係数より大きくなるように構成されている。これにより、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部では、蒸気乾燥器１１に流入する蒸気の流速を抑えることができる。具体的には、原子炉圧力容器の径方向中心における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速がＶ３（但し、Ｖ３＜Ｖ１）となり、原子炉圧力容器の内壁近傍における蒸気乾燥器の入口側の蒸気の流速がＶ４（但し、Ｖ４＜Ｖ２）となる。したがって、図７で示すように、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部における蒸気乾燥器１１の入口側の蒸気の特性を、制限曲線の内側領域にシフトすることができる。その結果、蒸気乾燥器１１の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、上記第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図８は、本実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。図９〜図１１は、本実施形態における蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。

本実施形態では、蒸気乾燥器１１は、複数の蒸気乾燥器バンク２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｆで構成されている。蒸気乾燥器バンク２５Ｄは、複数のジグザグ流路（蒸気流路）を形成する複数の波板２６と、各ジグザグ流路に沿って複数のドレンポケット（図示せず）を形成する複数の捕集板（図示せず）と、これら波板２６及び捕集板の下側に設けられたドレンとい２７と、このドレンとい２７に接続されたドレンダクト２８と、複数のジグザグ流路の入口側に設けられた多孔板２９（図中では、上記第１の実施形態の多孔板２９Ｃと同様のものを示す）と、蒸気の流れの向きを変えて多孔板２９に案内するフード３０と、このフード３０の入口側に設けられたバッフル板３１Ａとを備えている。

蒸気乾燥器バンク２５Ｅは、全体の大きさや後述するバッフル板３１Ｂの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ｄと同様の構造である。また、蒸気乾燥器バンク２５Ｆは、全体の大きさや後述するバッフル板３１Ｃの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ｄと同様の構造である。

そして、本実施形態の大きな特徴として、蒸気乾燥器バンク２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｆは、原子炉の径方向断面の中央部（半径Ｒａ以下の領域。図８並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数と、原子炉の径方向断面の外周部（半径Ｒｂ以上の領域。図８並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、原子炉の径方向断面の中間部（半径Ｒａ〜Ｒｂの領域。図８並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成されている。

詳しく説明すると、蒸気乾燥器バンク２５Ｄのバッフル板３１Ａは、図８及び図９で示すように、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ｂ１の開口率と、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ２の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ３の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｅのバッフル板３１Ｂは、図８及び図１０で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ４の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ５の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｆのバッフル板３１Ｃは、図８及び図１１で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ６しかなく、開口率が一定である。なお、バッフル板３１Ａの部分Ｂ２の開口率、バッフル板３１Ｂの部分Ｂ４の開口率、並びにバッフル板３１Ｃの開口率は、同じである。また、バッフル板３１Ａの部分Ｂ３の開口率及びバッフル板３１Ｂの部分Ｂ５の開口率は、同じである。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部では、蒸気乾燥器１１に流入する蒸気の流速を抑えることができる。したがって、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部における蒸気乾燥器１１の入口側の蒸気の特性を、制限曲線の内側領域にシフトすることができる。その結果、蒸気乾燥器１１の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

本発明の第３の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、上記第１及び２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１２は、本実施形態における蒸気乾燥器の構造を表す原子炉の水平方向断面図である。図１３及び図１４は、本実施形態における蒸気乾燥器バンクの構造を表す部分透視斜視図である。

本実施形態では、蒸気乾燥器１１は、複数の蒸気乾燥器バンク２５Ｇ，２５Ｈ，２５Ｉで構成されている。蒸気乾燥器バンク２５Ｇは、複数のジグザグ流路（蒸気流路）を形成する複数の波板２６と、各ジグザグ流路に沿って複数のドレンポケット（図示せず）を形成する複数の捕集板（図示せず）と、これら波板２６及び捕集板の下側に設けられたドレンとい２７と、このドレンとい２７に接続されたドレンダクト２８と、複数のジグザグ流路の入口側に設けられた多孔板２９Ａと、蒸気の流れの向きを変えて多孔板２９Ａに案内するフード３０と、このフード３０の入口側に設けられたバッフル板３１Ａとを備えている。

蒸気乾燥器バンク２５Ｈは、全体の大きさや多孔板２９Ｂ及びバッフル板３１Ｂの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ｇと同様の構造である。また、蒸気乾燥器バンク２５Ｉは、全体の大きさや多孔板２９Ｃ及びバッフル板３１Ｃの構造が異なるものの、蒸気乾燥器バンク２５Ｇと同様の構造である。なお、この蒸気乾燥器バンク２５Ｉは、上記第２の実施形態の蒸気乾燥器バンク２５Ｆと構造が同じであるため、図示を省略している。

そして、本実施形態の大きな特徴として、蒸気乾燥器バンク２５Ｇ，２５Ｈ，２５Ｉは、原子炉の径方向断面の中央部（半径Ｒａ以下の領域。図１２並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数と、原子炉の径方向断面の外周部（半径Ｒｂ以上の領域。図１２並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、原子炉の径方向断面の中間部（半径Ｒａ〜Ｒｂの領域。図１２並びに上述の図１９及び図２０参照）からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成されている。

詳しく説明すると、蒸気乾燥器バンク２５Ｇの多孔板２９Ａは、図１２及び図１３で示すように、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ａ１の開口率と、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ２の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ３の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｈの多孔板２９Ｂは、図１２及び図１４で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ４の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ５の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｉの多孔板２９Ｃは、図１２で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ６しかなく、開口率が一定である。なお、多孔板２９Ａの部分Ａ２の開口率、多孔板２９Ｂの部分Ａ４の開口率、並びに多孔板２９Ｃの開口率は、同じである。また、多孔板２９Ａの部分Ａ３の開口率及び多孔板２９Ｂの部分Ａ５の開口率は、同じである。

また、蒸気乾燥器バンク２５Ｇのバッフル板３１Ａは、図１２及び図１３で示すように、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ｂ１の開口率と、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ２の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ３の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｈのバッフル板３１Ｃは、図１２及び図１４で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ４の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ５の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｉのバッフル板３１Ｃは、図１２で示すように、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ６しかなく、開口率が一定である。なお、バッフル板３１Ａの部分Ｂ２の開口率、バッフル板３１Ｂの部分Ｂ４の開口率、並びにバッフル板３１Ｃの開口率は、同じである。また、バッフル板３１Ａの部分Ｂ３の開口率及びバッフル板３１Ｂの部分Ｂ５の開口率は、同じである。

以上のように構成された本実施形態においても、上記第１及び第２の実施形態と同様、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部では、蒸気乾燥器１１に流入する蒸気の流速を抑えることができる。したがって、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部における蒸気乾燥器１１の入口側の蒸気の特性を、制限曲線の内側領域にシフトすることができる。その結果、蒸気乾燥器１１の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態においては、特に説明しなかったが、多孔板は、上下方向に開口率の分布を持たせてもよい。すなわち、下部の開口率を小さく、上部の開口率を大きくすることで、上下方向における蒸気の流速の偏差を抑えるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３の実施形態においては、原子炉の径方向断面の中央部若しくは外周部からの蒸気が流入する部分であるか、又は原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分であるかに応じて、多孔板の開口率及びバッフル板の開口率のうちのいずれかを異ならせる場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。すなわち、例えばジグザグ流路（言い換えれば、左右交互に屈曲した流路）の流路断面、流路長さ、屈曲角度、及び屈曲数のうちのいずれかを異ならせてもよい。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、全ての蒸気乾燥器バンクが一方向に配列された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図１５で示すように、蒸気乾燥器バンク２５Ｊ，２５Ｋが一方向に配列され、蒸気乾燥器２５Ｌが他の方向（周方向）に配列されてもよい。このような場合も、原子炉の径方向断面の中央部若しくは外周部からの蒸気が流入する部分であるか、又は中央部と外周部の間の中間部からの蒸気が流入する部分であるかに応じて、多孔板の開口率、バッフル板の開口率、ジグザグ流路の流路断面、流路長さ、屈曲角度、及び屈曲数のうちのいずれかを異ならせればよい。

具体的に説明すると、図１５で示す変形例では、蒸気乾燥器バンク２５Ｊの多孔板は、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ａ７の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ８の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｋの多孔板は、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ａ９しかなく、開口率が一定である。蒸気乾燥器バンク２５Ｌの多孔板は、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ａ１０しかなく、開口率が一定である。なお、蒸気乾燥器バンク２５Ｊの多孔板の部分Ａ８の開口率及び蒸気乾燥器バンク２５Ｋの多孔板の開口率は、同じである。

また、蒸気乾燥器バンク２５Ｊのバッフル板は、原子炉の径方向断面の中央部からの蒸気が流入する部分Ｂ７の開口率が、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ８の開口率より小さくなっている。蒸気乾燥器バンク２５Ｋのバッフル板は、原子炉の径方向断面の中間部からの蒸気が流入する部分Ｂ９しかなく、開口率が一定である。蒸気乾燥器バンク２５Ｌのバッフル板は、原子炉の径方向断面の外周部からの蒸気が流入する部分Ｂ１０しかなく、開口率が一定である。なお、蒸気乾燥器バンク２５Ｊのバッフル板の部分Ｂ８の開口率及び蒸気乾燥器バンク２５Ｋのバッフル板の開口率は、同じである。

以上のように構成された変形例においても、上記実施形態と同様、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部では、蒸気乾燥器１１に流入する蒸気の流速を抑えることができる。したがって、原子炉の熱出力を向上させる場合に対応して、原子炉の径方向断面の中央部及び外周部における蒸気乾燥器１１の入口側の蒸気の特性を、制限曲線の内側領域にシフトすることができる。その結果、蒸気乾燥器１１の出口側における蒸気の湿分を抑えることができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象として、複数のインターナルポンプ１３を備えた沸騰水型原子炉を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば、原子炉圧力容器の外側に設けられ、ダウンカマからの水を昇圧する再循環ポンプと、ダウンカマに設けられ、再循環ポンプからの水を下部プレナムに供給する複数のジェットポンプとを備えた沸騰水型原子炉に適用してもよい。

１１ 蒸気乾燥器
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 蒸気乾燥器バンク
２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｆ 蒸気乾燥器バンク
２５Ｇ，２５Ｈ，２５Ｉ 蒸気乾燥器バンク
２５Ｊ，２５Ｋ，２５Ｌ 蒸気乾燥器バンク
２６ 波板
２９ 多孔板
２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ 多孔板
３０ フード
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ バッフル板

Claims (4)

1. 原子炉の径方向断面における中央部、外周部、及びそれらの中間部からの蒸気が流入する複数の蒸気乾燥器バンクを備えた蒸気乾燥器において、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクは、前記中央部からの蒸気が流入する部分の圧損係数と前記外周部からの蒸気が流入する部分の圧損係数が、前記中間部からの蒸気が流入する部分の圧損係数より大きくなるように構成されたことを特徴とする蒸気乾燥器。
2. 請求項１記載の蒸気乾燥器において、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクは、それぞれ、複数の蒸気流路を形成するとともに、各蒸気流路に沿って複数のドレンポケットを形成する複数の部材と、前記複数の蒸気流路の入口側に設けられた多孔板と、前記多孔板へ蒸気を案内するフードとを備えており、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクに備えられた複数の前記多孔板は、前記中央部からの蒸気が流入する部分の開口率と前記外周部からの蒸気が流入する部分の開口率が、前記中間部からの蒸気が流入する部分の開口率より小さくなるように構成されたことを特徴とする蒸気乾燥器。
3. 請求項２記載の蒸気乾燥器において、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクは、それぞれ、前記フードの入口側に設けられたバッフル板をさらに備え、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクに備えられた複数の前記バッフル板は、前記中央部からの蒸気が流入する部分の開口率と前記外周部からの蒸気が流入する部分の開口率が、前記中間部からの蒸気が流入する部分の開口率より小さくなるように構成されたことを特徴とする蒸気乾燥器。
4. 請求項１記載の蒸気乾燥器において、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクは、それぞれ、複数の蒸気流路を形成するとともに、各蒸気流路に沿って複数のドレンポケットを形成する複数の部材と、前記複数の蒸気流路の入口側に設けられた多孔板と、前記多孔板へ蒸気を案内するフードと、前記フードの入口側に設けられたバッフル板とを備えており、
   前記複数の蒸気乾燥器バンクに備えられた複数の前記バッフル板は、前記中央部からの蒸気が流入する部分の開口率と前記外周部からの蒸気が流入する部分の開口率が、前記中間部からの蒸気が流入する部分の開口率より小さくなるように構成されたことを特徴とする蒸気乾燥器。

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