JPH0249478B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水形原子炉の炉心から流出する水
と蒸気の二相流を水と蒸気とに分離する気水分離
器に関する。 〔発明の技術的背景〕 一般に沸騰水形原子炉は第１図ないし第３図に
示す如く構成されている。図中１は原子炉圧力容
器であつて、この原子炉圧力容器１内にはシユラ
ウド２が設けられており、このシユラウド２内に
は炉心３が収容されている。そして、この原子炉
圧力容器１の下部には制御棒駆動機構４…が設け
られており、これら制御棒駆動機構４…によつて
炉心３内に制御棒（図示せず）が挿入、引抜され
るように構成されている。そして、冷却材（軽
水）はこの炉心３内で沸騰し、水と蒸気の二相流
となつてシユラウドヘツド５に流れる。そして、
このシユラウドヘツド５の上方には気水分離器６
および蒸気乾燥器７が設けられている。そして、
水と蒸気の二相流は上記気水分離器６で水と蒸気
とに分離され、分離された蒸気は蒸気乾燥器７で
乾燥されたのち主蒸気ノズル８，８から主蒸気管
を介してタービン（図示せず）に送られるように
構成されている。また、分離された水は給水スパ
ージヤ９から給供される給水と混合されジエツト
ポンプ１０…によつて炉心３の下方に送られ、循
環するように構成されている。 そして、上記気水分離器６は第２図および第３
図に示す如く構成されている。１１…はスタンド
パイプあつて、これらスタンドパイプ１１…はシ
ユラウドヘツド５から突設され、その下端部はシ
ユラウドヘツド５内に開口している。そして、こ
れらスタンドパイプ１１…の上端部にはそれぞれ
気水分離胴１２…が設けられている。これら気水
分離胴１２…は外筒１３および内筒１４の二重構
造をなし、さらにこの内筒１４内には旋回胴１５
が設けられている。そして、この旋回胴１５の下
端部には案内羽根１６が設けられており、この案
内羽根１６の下端には上記のスタンドパイプ１１
の上端が接続されている。そして、シユラウドヘ
ツド５内から上記スタンドパイプ１１…内を上昇
した二相流は旋回羽根１６によつて旋回流とな
り、旋回胴１５内で遠心力によつて水と蒸気とに
分離されるように構成されている。なお、第２図
中実線の矢印は水の流れを示し、また破線の矢印
は蒸気の流れを示す。 〔背景技術の問題点〕 水と蒸気の二相流がこの気水分離器６を通過す
る際には圧力損失を生じる。ところでこの圧力損
失が大きいと低流量時において炉心３内を流れる
冷却材の流れが不安定となり、炉心３の制御が不
安定となる。また、この圧力損失が大きいと冷却
材を循環するために必要な動力が大きくなり、不
経済となる。このため、従来からこの気水分離器
６の圧力損失をできるだけ小さくすることが望ま
れていた。この圧力損失を小さくするためには気
水分離胴１２内の圧力損失を小さくすることが第
１に考えられる。しかし、この気水分離胴１２は
従来から改善がなされており、その圧力損失をこ
れ以上小さくすることは困難である。このため、
本発明者等はこの気水分離器６全体の圧力損失を
分析した結果次のような結果を得た。 すなわち、上記気水分離胴１２内における圧力
損失は全体の約48％であり、またスタンドパイプ
１１内の摩擦抵抗による損失は２％であり、残り
50％の圧力損失はシユラウドヘツド５内面のスタ
ンドパイプ１１の開口部近傍で発生していること
が判明した。この原因についてさらに調査した結
果は次の通りである。すなわち、このシユラウド
ヘツド５内からスタンドパイプ１１内に至る流れ
の状態は第３図に示す如くシユラウドヘツド５内
のD₁の範囲を流れていた二相流はすべて内径D₂
なるスタンドパイプ１１…内に流れることにな
る。このため、スタンドパイプ開口部分において
流れが大幅に縮流され、この結果このスタンドパ
イプ開口部分において上記の如く大きな圧力損失
が生じていたものである。 〔発明の目的〕 本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは圧力損失を低減し、
かつ従来のものに小改造を加えるだけで容易に実
施することができる沸騰水形原子炉の気水分離器
を得ることにある。 〔発明の概要〕 本発明はスタンドパイプの内径を154mm以上174
mm以下とし、またスタンドパイプ開口部分の縁部
を連続的に拡径させたものである。そして、上記
スタンドパイプ内径は従来のスタンドパイプ内径
より大きく、かつこのスタンドパイプの配列ピツ
チ等を変更する必要がない範囲である。よつてス
タンドパイプの内径が大きくなることにより冷却
材の二相流の縮流の割合が小となり、このスタン
ドパイプ開口部分の圧力損失を大幅に低減でき、
また従来のものに小改造を加えるだけで実施する
ことができる。また、スタンドパイプ開口部分の
縁部を連続的に拡径したのでこの縁部での流れが
乱されず、このスタンドパイプ開口部分における
圧力損失を一層低減させることができるものであ
る。 〔発明の実施例〕 以下第４図ないし第７図を参照して本発明の一
実施例を説明する。 図中１０１は原子炉圧力容器であつて、この原
子炉圧力容器１０１内にはシユラウド１０２が設
けられており、このシユラウド１０２内には炉心
１０３が収容されている。そして、この原子炉圧
力容器１０１の下部には制御棒駆動機構１０４…
が設けられており、これら制御棒駆動機構１０４
…によつて炉心１０３内に制御棒（図示せず）が
挿入、引抜されるように構成されている。そし
て、冷却材（軽水）はこの炉心１０３内で沸騰
し、水と蒸気の二相流となつてシユラウドヘツド
１０５に流れる。そして、このシユラウドヘツド
１０５の上方には気水分離器１０６および蒸気乾
燥器１０７が設けられている。そして、水と蒸気
の二相流は上記気水分離器１０６で水と蒸気とに
分離され、分離された蒸気は蒸気乾燥器１０７で
乾燥されたのち主蒸気ノズル１０８，１０８から
主蒸気管を介してタービン（図示せず）に送られ
るように構成されている。また、分離された水は
給水スパージヤ１０９から供給される給水と混合
されジエツトポンプ１１０…によつて炉心１０３
の下方に送られ、循環するように構成されてい
る。 そして、上記気水分離器１０６は第２図および
第３図に示す如く構成されている。１１１…はス
タンドパイプであつて、これらスタンドパイプ１
１１…はシユラウドヘツド１０５から突設され、
その下端部はシユラウドヘツド１０５内に開口し
ている。そして、これらスタンドパイプ１１１…
の上端部にはそれぞれ気水分離胴１１２…が設け
られている。これら気水分離胴１１２…は外筒１
１３および内筒１１４の二重構造をなし、さらに
この内筒１１４内には旋回胴１１５が設けられて
いる。そして、この旋回胴１１５の下端部には案
内羽根１１６が設けられており、この案内羽根１
１６の下端には上記のスタンドパイプ１１１の上
端が接続されている。そして、シユラウドヘツド
１０５内から上記スタンドパイプ１１１…内を上
昇した二相流は旋回羽根１１６によつて旋回流と
なり、旋回胴１１５内で遠心力によつて水と蒸気
とに分離されるように構成されている。なお、第
５図中実線の矢印は水の流れを示し、また破線の
矢印は蒸気の流れを示す。 そして、上記スタンドパイプ１１１の内径D₂
は154mm〜174mmの範囲に設定されている。また、
上記シユラウドヘツド１０５内面のスタンドパイ
プ開口部分の縁部は断面円弧状に成形されてアー
ル部１１７…を形成しており、これらスタンドパ
イプ開口部分はシユラウドヘツド１０５内側に向
つて連続的に拡径している。 次にこの一実施例の作用を説明する。炉心１０
３から流出した水と蒸気の二相流はシユラウドヘ
ツド１０５内から各スタンドパイプ１１１…内に
流入し、これらスタンドパイプ１１１…内を上方
に流れて気水分離胴１１２…で水と蒸気とに分離
される。そして、シユラウドヘツド１０５内から
スタンドパイプ１１１…内に二相流が流れる場
合、１本のスタンドパイプ１１１に流れる二相流
シユラウドヘツド１０５内ではD₁の範囲を流れ
ているので、このシユラウドヘツド開口部分で縮
流が生じる。そして、このような場合の圧力損失
ΔPは、スタンドパイプ１１１…の内径をD₂と
し、 A₁＝π／４D₁ ²（シユラウドヘツド内におけるスタ ンドパイプ１本当りの二相流が流れる流路断面
積） A₂＝π／４D₂ ²（スタンドパイプ内の流路断面積） とし、また二相流の体積流量をQ_T、重力加速度
をｇ、スタンドパイプ開口部分の形状により決定
される損失係数をK_S、単位換算のための係数を
αとすれば ΔP＝αQ_T ²／2gA₂ ²｛K_S＋１−（A₂／A₁）²｝……(1
) となる。ここで圧力損失係数をζとすれば ζ＝｛K_S＋１−（A₂／A₁）²｝１／A₂ ² ……(2) となる。よつてA₂／A₁の比が大きい程圧力損失
係数ζは小さくなる。そして、このものはスタン
ドパイプ１１１…の内径D₂が従来の154mmより大
きく、よつてA₂／A₁が大きくなるのでこのスタ
ンドパイプ開口部分の圧力損失が大幅に低減す
る。しかし、D₂をあまり大きくすると次のよう
な不具合を生じる。すなわち、これらスタンドパ
イプ１１１…は比較的小さな間隔で配置され、ま
たシユラウドヘツド１０５の上面に溶接されてい
る。したがつてこれらスタンドパイプ１１１…の
径をあまり大きくするとスタンドパイプ１１１…
間の間隙が小さくなり、溶接が困難となる。ま
た、これらスタンドパイプ１１１…の径をあまり
大きくすると案内羽根１１６や旋回胴１１５の径
との関係が変化し、特性が変り圧力損失が逆に大
きくなるような不具合を生じる。よつて、スタン
ドパイプ１１１…の径はこれらの条件から制限さ
れ、スタンドパイプ１１１…の外径の最大値は
180mmである。そして、スタンドパイプ１１１…
の肉厚は強度上最低３mmは必要であり、よつてこ
れらスタンドパイプ１１１…の内径D₂の最大値
は174mmである。よつて、スタンドパイプ１１１
…の内型を154mm〜174mmの範囲にすれば、圧力損
失低減の効果が得られ、かつ従来のものに対して
大幅な設計変更を加える必要がなく、単にスタン
ドパイプ１１１…の径を変えるだけで容易に実施
できる。 また、スタンドパイプ開口部分の縁部にはアー
ル部１１７…が形成され、このスタンドパイプ開
口部は連続的に拡径されているのでこの縁部で流
れが乱れることがなく、圧力損失を一層低減する
ことができる。なお、このアール部１１７…の半
径は５mm以下では圧力損失低減の効果が充分に得
られず、またシユラウドヘツド１０５の肉厚等か
ら30mm以下に制限されるので５mm〜30mmの範囲が
好ましい。 なお、第７図には上記の効果を示す。この第７
図はスタンドパイプ１１１…の内径と圧力損失係
数との関係を示すもので、実線はスタンドパイプ
開口部の縁部に半径25mmのアール部を形成したも
の、破線はアール部を形成しないものである。そ
して、この第７図から明らかなようにスタンドパ
イプ１１１…の内径を大きくすると圧力損失係数
が小さくなり、またアール部１１７…を形成する
ことにより圧力損失係数が小さくなることが示さ
れている。 〔発明の効果〕 上述の如く本発明はスタンドパイプの内径を
154mm以上174mm以下とし、またスタンドパイプ開
口部分の縁部を連続的に拡径させたものである。
そして、上記スタンドパイプ内径は従来のスタン
ドパイプ内径より大きく、かつこのスタンドパイ
プの配列ピツチ等を変更する必要がない範囲であ
る。よつてスタンドパイプの内径が大きくなるこ
とにより冷却材の二相流の縮流の割合が小とな
り、このスタンドパイプ開口部分の圧力損失を大
幅に低減でき、また従来のものに小改造を加える
だけで実施することができる。また、スタンドパ
イプ開口部分の縁部を連続的に拡径したのでこの
縁部での流れが乱されず、このスタンドパイプ開
口部分における圧力損失を一層低減させることが
できる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は従来例を示し、第１図は
縦断面図、第２図は気水分離胴の縦断面図、第３
図はスタンドパイプ開口部分の縦断面図である。
第４図ないし第７図は本発明の一実施例を示し、
第４図は縦断面図、第５図は気水分離胴の縦断面
図、第６図はスタンドパイプ開口部分の縦断面
図、第７図はスタンドパイプ内径と圧力損失係数
との関係を示す線図である。 １０１……原子炉圧力容器、１０２……シユラ
ウド、１０３……炉心、１０５……シユラウドヘ
ツド、１０６……気水分離器、１１１……スタン
ドパイプ、１１２……気水分離胴、１１７……ア
ール部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シユラウドヘツドから突設されこのシユラウ
   ドヘツド内に開口する複数のスタンドパイプと、
   これらスタンドパイプの上端部に取付けられた気
   水分離胴とを備えたものにおいて、上記スタンド
   パイプの内径を154mm以上174mm以下とし、また上
   記シユラウドヘツド内面の上記スタンドパイプ開
   口部分の縁部を連続的に拡形したことを特徴とす
   る沸騰水形原子炉の気水分離器。 ２ 前記スタンドパイプ開口部分の縁部は断面円
   弧状に形成されていることを特徴とする前記特許
   請求の範囲第１項の沸騰水形原子炉の気水分離
   器。