JP5603362B2

JP5603362B2 - 蒸気乾燥器

Info

Publication number: JP5603362B2
Application number: JP2012051566A
Authority: JP
Inventors: 清志藤本; 浩二西田; 弘晃朝倉
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: JP2012112977A

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に備えられる蒸気乾燥器に係り、特に、湿り蒸気流路及び液膜排出流路を構成する波板及び補助板の構成に関する。

一般に、沸騰水型原子炉の気水分離システムは、図７に示すように、原子炉炉心１で発生した水−蒸気混合流から蒸気と水を分離する気水分離器２と、気水分離器２を出た液滴等の水分を含んだ湿り蒸気から液滴を除去する蒸気乾燥器３とからなり、これらの気水分離器２及び蒸気乾燥器３は、原子炉圧力容器１６内に収納されている。

蒸気乾燥器３は、図８に示すように、複数の蒸気乾燥器ユニット１５の組合せをもって構成されている。各蒸気乾燥器ユニット１５は、図９に示すように、気水分離器２から放出された液滴を含む湿り蒸気を導入するフードプレート４と、フードプレート４内に導入された湿り蒸気の流量を配分する多孔板５と、多孔板５に対して垂直方向に配列された複数の波板６とを有しており、隣接して配置された２枚の波板６の間の間隙が、湿り蒸気流路１７になっている。

波板６の表裏両面には、図１０及び図１１に示すように、端面形状が波形に形成された複数枚の補助板３０が、波板６の各屈曲部６ａごとに取り付けられており、波板６と、隣接して配置された２枚の補助板３０とによって、湿り蒸気流路１７内を流れる湿り蒸気から分離された液膜を排出するための液膜排出流路７と、補助板３０上の液膜を液膜排出流路７内に導入するスリット２０とが形成されている（例えば、特許文献１参照。）。

気水分離器２から放出された液滴を含む湿り蒸気は、フードプレート４により、湿り蒸気の流量を配分する多孔板５を介して波板６へと導かれ、遠心力を利用して、質量の大きい液滴を波板６の両面の補助板３０に衝突させて液滴が蒸気流から分離される。分離された液滴は、補助板３０上で液膜状となり、重力と蒸気からのせん断力によって斜め下方向に流れ、スリット２０を通って液膜排出流路７内に入る。この液膜は、図９に示すドレンとい８によって収集され、図９に示すドレンダクト９を介して、図７に示すダウンカマ１０へと導かれる。

上述の気水分離システムで水分を除去された蒸気は、管路を通して輸送され、蒸気タービンやその他の装置において利用される。

特開２００４−２０５３０２号公報

蒸気乾燥器３は、気水分離システムの最終段階となる構造物であり、蒸気タービンから要求される湿分条件を満たす十分に乾いた蒸気を発生するものである。このことから、波板６と補助板３０とからなる液膜排出流路７は、液膜を蒸気流から隔離し、液膜から液滴が蒸気へ再飛散すること防ぐために、重要な役割を果たしている。

蒸気乾燥器３の出口湿分は、主に蒸気乾燥器ユニット１５の入口湿分と入口蒸気流速とに支配される。したがって、出力向上型の沸騰水型原子炉に従来構造の蒸気乾燥器３を適用すると、蒸気乾燥器３内の蒸気流量が増大するため、入口面積が一定である場合には、定格運転条件においても、蒸気流速が増加し、蒸気からのせん断力が増加するため、補助板３０上の液膜から液滴が蒸気中に飛散しやすくなり、出口湿分が増加することが予想される。出口湿分がタービンからの要求値を満たさなくなると、タービンブレードにエロージョンが発生するなど、蒸気タービンの健全性を維持することが困難になる。本明細書では、蒸気乾燥器３の出口湿分がタービンからの要求値以上になることを、ブレークスルーと呼ぶ。

したがって、蒸気乾燥器３には、蒸気タービンの健全性を維持するため、原子炉の運転状況に拘わらず、蒸気乾燥器３の出口湿分がブレークスルーを超えない液滴分離効率が要求される。また、発電効率を維持するため、圧力損失が小さいものほど好ましい。

しかしながら、本願発明者らの研究によると、図１０及び図１１に示した従来の波板６及び補助板３０を備えた蒸気乾燥器３は、隣接して配置された２枚の補助板３０によって、液膜を液膜排出流路７内に導入するためのスリット２０を形成しているので、一方の補助板３０の先端部とこれに対向する他方の補助板３０の先端部とを配置させることが難しく、両者の間に段差を生じた場合、その段差の大きさ（これを本明細書では、「突き出し高さ」という。）に応じて、ブレークスルー特性が悪化することや圧力損失が増加することが明らかとなった。

即ち、実機の波板６及び補助板３０の製作図面においては、スリット部２０の幅よりも、突出し高さｈの寸法公差を厳しく設定しており、図１２に示すように、突き出し高さを生じないように２枚の補助板３０の先端部が正対するように指示している。しかしながら、実際には、スリット２０を構成する２枚の補助板３０の一方は、曲げ代が小さいために正確な加工が困難であり、図１３に示すように、一方の補助板３０の先端部と他方の補助板３０の先端部との間に、突出し高さｈを生じることが想定され、補助板３０の屈曲形状を模擬した専用の治具を製作、使用して突き出し高さｈのばらつきを小さくしている。

蒸気乾燥器３のブレークスルー特性は、一般に、図１４に示すように、蒸気乾燥器３の入口蒸気流速と入口湿分の関係から把握することができる。このグラフは、蒸気乾燥器３の入口蒸気流速と入口湿分とを変化させたときのタービン要求値をプロットしたものである。ブレークスルー曲線１４に対して左下の領域が運転可能領域１２であり、ブレークスルー曲線１４に対して右上の領域が運転不可能領域１３である。例えば、入口流速が低い時は高い入口湿分まで運転可能領域１２が広がるが、入口流速が高い時には運転可能領域１２の入口湿分は低くなる。

ところが、スリット２０を形成する２枚の補助板３０の先端部に段差を生じると、図１５及び図１６に示すように、その突き出し高さｈに応じて、ブレークスルー特性が悪化し、圧力損失が増加する。

即ち、図１５に示すように、突出し高さが０ｍｍからｈｍｍになると、ブレークスルー曲線も突出し高さ０ｍｍのブレークスルー曲線１８から突出し高さｈｍｍのブレークスルー曲線１９まで下がるため、入口蒸気流速Ｖが同一である場合にも、運転可能領域の入口湿分がＡ２％からＡ１％に低下し、ブレークスルー特性が悪化する。また、図１６に示すように、突出し高さが０ｍｍからｈｍｍに高くなると、圧力損失係数はＫ１からＫ２に大きくなる。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、波板とこれに取り付けられる補助板とからなる液膜排出流路の開口部製作精度が高く、設計要求値の出口湿分を確保可能な蒸気乾燥器を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するため、第１に、幅方向に複数段の屈曲部が形成された波板と、この波板を厚さ方向に所要の間隙を隔てて複数枚配列することにより形成される湿り蒸気流路と、前記波板の両面に取り付けられ、前記複数段の屈曲部との間に、前記湿り蒸気流路内を流れる湿り蒸気中の液滴、あるいは液滴が前記湿り蒸気流路の壁面に付着することによって生じる液膜を排出するための液膜排出流路を形成する補助板とを備えた沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器において、前記補助板は、その両端部を前記波板に固定することにより前記波板の表裏両面にそれぞれ複数枚取り付けられ、前記波板に固定されない前記両端部以外の部分に、前記液膜排出流路に連通する開口を形成するという構成にした。

本構成によると、補助板の両端部を波板の表面に取り付けるので、波板に対する補助板の取付位置を高精度化することができる。また、補助板自体に液膜排出流路に連通する開口を形成するので、２枚の補助板を対向させることにより液膜排出流路に連通するスリットを形成する場合とは異なり、開口を介してその両側に段差が生じるということが事実上あり得ない。したがって、波板及び補助板とからなる液膜排出流路の開口部製作精度不足に起因するブレークスルー特性の悪化を防止でき、設計要求値の出口湿分を確保することができる。

本発明は第２に、前記第１の蒸気乾燥器において、前記波板及び前記補助板の対応する部分に、フックと、このフックを嵌合するためのフック嵌合孔とを形成し、前記フック嵌合孔に前記フックを嵌合することにより、前記波板と前記補助板とを密着させ固定するという構成にした。

本構成によると、波板及び補助板をフックとフック嵌合孔との嵌合によって密着させ固定するので、溶接作業時において、補助板を波板の定位置に保持する労力を低減することができ、作業効率の改善を図ることができる。

本発明の蒸気乾燥器は、補助板の両端部を波板の表面に取り付けると共に、補助板を波板に取り付けない両端部以外の部分に液膜排出流路に連通する開口を形成するので、開口を介してその両側に段差を生じるということなく、波板及び補助板とからなる液膜排出流路の開口部製作精度不足に起因するブレークスルー特性の悪化を防止できて、設計要求値の出口湿分を確保することができる。

第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の平面図である。第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の要部斜視図である。第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる補助板の各種の形状を示す要部斜視図である。第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の平面図である。第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の要部斜視図である。第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板と補助板の取付構造を示す要部斜視図である。沸騰水型原子炉の原子炉炉内構造を示す図である。蒸気乾燥器の構成を示す一部断面表示した斜視図である。蒸気乾燥器ユニットの構成を示す一部断面表示した斜視図である。従来例に係る波板と補助板の組立状態を示す要部斜視図である。従来例に係る波板と補助板の組立状態を示す平面図である。従来例に係る補助板に突出し高さがない場合を示す要部平面図である。従来例に係る補助板に突出し高さがある場合を示す要部平面図である。蒸気乾燥器のブレークスルー曲線と運転可能／不可能領域の関係を示すグラフ図である。突出し高さによるブレークスルー特性の変化を示すグラフ図である。突出し高さと圧力損失係数の関係を示すグラフ図である。

以下、本発明に係る蒸気乾燥器の第１実施形態を、図１乃至図３を参照しながら説明する。図１は第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の平面図、図２は第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の要部斜視図、図３は第１実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる補助板の各種の形状を示す要部斜視図である。

図１及び図２に示すように、第１実施形態に係る蒸気乾燥器も、基本的構造に関しては公知例に係る蒸気乾燥器３と同じであり、幅方向に複数段の屈曲部が形成された複数枚の波板６と、この波板６の表裏両面に取り付けられた複数枚の補助板２１とが備えられている。

第１実施形態に係る補助板２１は、端面形状が略ヘの字形に形成されており、その長辺側の面には、開口２２が設けられている。なお、図２の例では、四角形の開口２２が補助板２１の高さ方向に等間隔に設けられているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の形状の開口２２を、任意の配列で設けることができる。図３は開口２２の他の例を例示する図であって、図３（ａ）は円形の開口２２を補助板２１の高さ方向に等間隔に設けた例、図３（ｂ）は長円形の開口２２を補助板２１の高さ方向及び幅方向に分散して設けた例、図３（ｃ）は補助板２１の上端近傍から下端近傍まで延びる１条の長円形の開口２２を設けた例、図３（ｄ）は長円形の開口２２の一端を補助板２１の上端及び下端まで延長し、開口２２によって補助板２１の上端及び下端を切断した例である。これら開口２２の形状及び配列が異なる各種の補助板２１を、波板６の部位に応じて使い分けることも可能である。

補助板２１は、図１及び図２に示すように、開口２２を蒸気流の上流側に向けて、幅方向の両端部が波板６の屈曲部に固定される。これにより、波板６と補助板２１との間には、開口２２と連通する液膜排出流路７が形成される。なお、波板６に対する補助板２１の固定方法としては、溶接を適用することができる。

本例の蒸気乾燥器は、例えばプレス加工により所定形状の波板６と補助板２１とを製作した後、波板６の両面の所定部位に補助板２１を位置決めし、その両端部を波板６に溶接することにより、製造される。図１０及び図１１に示した従来構造では、波板６に補助板３０を取り付けながら、スリット２０の突出し高さ及びスリット幅などの寸法を調整、管理していたが、本実施形態の場合、補助板２１自身に開口２２を設けたので、スリット２０の突出し高さ及びスリット幅の調整、管理が不要となり、作業効率を格段に向上することができる。また、スリット２０の突出し高さを常に０ｍｍにできるので、設計値通りの出口湿分を実現することができ、蒸気乾燥器に必要なブレークスルー特性を確保することができる。さらに、蒸気タービンから要求される湿分条件に応じて、適宜の寸法及び形状の開口２２を設けることができるので、汎用性に優れる。

次に、本発明に係る蒸気乾燥器の第２実施形態を、図４乃至図６を参照しながら説明する。図４は第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の平面図、図５は第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板及び補助板の組み立て状態の要部斜視図、図６は第２実施形態に係る蒸気乾燥器に備えられる波板と補助板の取付構造を示す要部斜視図である。

本実施形態に係る蒸気乾燥器は、図４及び図５に示すように、複数の屈曲部を有する波板６の表裏両面に、波形に屈曲形成された補助板２３を１枚ずつ取り付け、これら波板６と各補助板２３との間に、波板６に形成された屈曲部の数と同数の液膜排出流路７を形成したこと、即ち、波板６と補助板２３とをほぼ同一幅に形成したことを特徴とする。開口２２は、波形に屈曲形成された補助板２３の蒸気流が衝突する面に設けられる。開口２２の形状及び配列については、第１実施形態に係る蒸気乾燥器と同様である。

図６に示すように、本実施形態に係る波板６には、その表面から上向きＬ字形に突出するフック２４が形成されており、本実施形態に係る補助板２３には、前記フック２４を着脱可能に嵌合するためのフック嵌合孔２５が設けられている。これらの波板６と補助板２３は、波板６に形成されたフック２４を補助板２３に設けられたフック嵌合孔２５の縦孔２５ａに挿入した後、波板６と補助板２３とを相対的に幅方向にずらし、フック２４をフック嵌合孔２５の横孔２５ｂ内に挿入することにより、密着させ固定される。また、しかる後に、波板６と補助板２３の両端部を溶接することにより、一体化される。

本実施形態に係る蒸気乾燥器は、前記第１実施形態に係る蒸気乾燥器３と同一の効果を奏するほか、補助板２３が１枚板で構成されているため、波板６への補助板２３の取り付け作業時間を大幅に短縮でき、作業効率の向上を図ることができる。また、フック２４とフック嵌合孔２５とを用いて、波板６と補助板２３とを密着させ固定することができるので、溶接作業時において、補助板２３を波板６の定位置に保持する労力を低減することができ、作業効率の改善を図ることができる。

なお、前記第２実施形態においては、波板６にフック２４を形成し、補助板２３にフック嵌合孔２５を設けたが、これとは逆に、補助板２３にフック２４を形成し、波板６にフック嵌合孔２５を設けることもできる。

また、フック２４とフック嵌合孔２５とを用いた波板６と補助板２３との密着固定構造は、第１実施形態に係る蒸気乾燥器３にも応用することができる。

１・・・原子炉炉心
２・・・気水分離器
３・・・蒸気乾燥器
４・・・フードプレート
５・・・多孔板
６・・・波板
６ａ・・・屈曲部
７・・・液膜排出流路
８・・・ドレンとい
９・・・ドレンダクト
１０・・・ダウンカマ
１１・・・突出し高さ
１２・・・蒸気乾燥器に対する運転可能領域
１３・・・蒸気乾燥器に対する運転不可能領域
１４・・・蒸気乾燥器のブレークスルー曲線
１５・・・蒸気乾燥器ユニット
１６・・・原子炉圧力容器
１７・・・蒸気流路
１８・・・突出し高さ０ｍｍのブレークスルー曲線
１９・・・突出し高さｈｍｍのブレークスルー曲線
２０・・・スリット
２１，２３・・・補助板
２２・・・開口
２４・・・フック
２５・・・フック嵌合孔
２５ａ・・・縦孔
２５ｂ・・・横孔

Claims

幅方向に複数段の屈曲部が形成された波板と、この波板を厚さ方向に所要の間隙を隔てて複数枚配列することにより形成される湿り蒸気流路と、前記波板の両面に取り付けられ、前記複数段の屈曲部との間に、前記湿り蒸気流路内を流れる湿り蒸気中の液滴、あるいは液滴が前記湿り蒸気流路の壁面に付着することによって生じる液膜を排出するための液膜排出流路を形成する補助板とを備えた沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器において、
前記補助板は、その両端部を前記波板に固定することにより前記波板の表裏両面にそれぞれ複数枚取り付けられ、前記波板に固定されない前記両端部以外の部分に、前記液膜排出流路に連通する開口を形成したことを特徴とする蒸気乾燥器。
前記波板及び前記補助板の対応する部分に、フックと、このフックを嵌合するためのフック嵌合孔とを形成し、前記フック嵌合孔に前記フックを嵌合することにより、前記波板と前記補助板とを密着させ固定したことを特徴とする請求項１に記載の蒸気乾燥器。