(57)【要約】  【課題】  小型の容器であっても、汽液混合流体を蒸気と液体に分離でき、しかも十分に湿り度の抑えられた蒸気を排出できる汽液分離タンクを提供する。  【解決手段】  汽液分離タンク２０は、容器２１と、この容器２１に接続された導入管２２、第１排出管２３、及び第２排出管２４と、を備え、汽液混合流体を導入管２２より容器２１の内部に導入して蒸気と液体に分離し、このうちの蒸気を第１排出管２３から排出するとともに、液体を第２排出管２４から排出することを基本機能とする。第１排出管２３の経路中には、蒸気と共に第１排出管２３内に流出してこの内面上に沿って流動する膜状の液体について、この膜状の液体を取り除く液膜除去手段３０が設けられている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、この容器に接続された導入管、第１排出管、及び第２排出管と、を備えるものであって、汽液混合流体を導入管より容器の内部に導入して蒸気と液体に分離し、このうちの蒸気を第１排出管から排出するとともに、液体を第２排出管から排出する汽液分離タンクにおいて、
第１排出管の経路中には、蒸気と共に第１排出管内に流出してこの内面上に沿って流動する膜状の液体について、この膜状の液体を取り除く液膜除去手段が設けられていることを特徴とする汽液分離タンク。
【請求項２】
前記液膜除去手段は、第１排出管と同径の基管と、この基管の下流端の下流側から基管の内面と微小間隙を隔てつつ上流側に向けて延出するものであって、基管の内面上に沿って流動する膜状の液体を前記微小間隙内に受け入れて第１排出管の経路外へ導き出す液膜案内部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の汽液分離タンク。
【請求項３】
前記液膜除去手段には、前記微小間隙を経て第１排出管の経路外へ導き出された液体を容器内へ送り返すための第１返戻管と、第１排出管内を流通する蒸気のうちで前記微小間隙を経て液体と共に第１排出管の経路外へ流出した一部の蒸気を、液膜案内部材に対しての下流側における第１排出管内へ送り返すための第２返戻管と、が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の汽液分離タンク。
【請求項４】
前記液膜除去手段が第１排出管の経路に沿って複数段設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の汽液分離タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉で発生した熱により二次系の水を蒸気に変えてタービン発電機を駆動する原子力発電設備に備えられ、蒸気発生器からの汽液混合のブローダウン流体を蒸気と液体に分離する汽液分離タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電設備では、原子炉で発生した熱により一次系の水が加熱され、この加熱された高温の一次系の水が蒸気発生器へ送られる。そして、蒸気発生器において高温の一次系の水により二次系の水が加熱されて蒸気に変わり、この蒸気が蒸気タービンに供給されてこれを駆動し、この蒸気タービンの駆動により発電機が作動して発電するようになっている。蒸気タービンで仕事を終えた蒸気は、復水器において海水等により冷却されて復水され、これが蒸気発生器へ送り返される。
【０００３】
その際、蒸気発生器においては、循環する二次系の水に対しての蒸発が連続的に行われるため、液体として存在する水の中に、金属元素を主体とする不純物が徐々に蓄積され濃縮されていく様相となる。これが著しくなると蒸気発生器での蒸発性能が低下することから、一般の原子力発電設備には、そのような不純物の濃縮を防止すべく、二次系の水の純度を保つ工夫が施されている。
【０００４】
具体的には、復水器から蒸気発生器に至る復水系統の経路中に脱塩装置を配設し、この脱塩装置により、蒸気発生器へ送り返されるべき水、すなわち復水器で復水された水からこれに含まれている不純物を除去するようになっている。
【０００５】
更に、上記の各系統とは別系統で、蒸気発生器から沸騰状態にある二次系の水の一部を適宜排出（いわゆるブローダウン）するようになっている。この汽液混合のブローダウン流体（以下、「汽液混合流体」と記すことがある）は、汽液分離タンク（いわゆるフラッシュタンク）の容器に導入されて蒸気と液体（水）に分離される。ここで分離されたうちの蒸気は、基本的には不純物を含んでおらず、第１排出管を通じて排出され、復水系統における脱塩装置の下流側に配設された脱気器へ導入されて、この脱気器で熱回収される。他方の液体は、第２排出管を通じて排出され、不純物を含んでいることから、復水系統における脱塩装置の上流側の経路中に導入される。
【０００６】
このような汽液分離タンクには、容器内に導入される汽液混合流体からの負荷が急変しても、その汽液混合流体を十分に蒸気と液体に分離できる性能、特に第１排出管から排出されて最終的に脱気器へ導入されるべき蒸気の湿り度を１０％程度以下に抑える性能が要求される。この要求に応えるために、従来の汽液分離タンクでは、容器内での汽液混合流体の平均流速を規定値以下に低く抑えるべく、容器の容積を十分に大きく確保していた。そのため、汽液分離タンクの容器の大型化は避けることができず、既設設備への追加設備の設置も制約を受けていた。
【０００７】
このような不都合に対して、近年の汽液分離タンクでは、その性能を維持しつつ容器の小型化を図っている。その際、容器の小型化に伴って、容器内での汽液混合流体の平均流速が高くなる場合があることから、この場合分離が不完全となり、第１排出管内に蒸気と共にミスト状の液体が不用意に流出する様相となる。この点に留意が求められる。
【０００８】
具体的には、第１排出管へ通じる容器の排出口に金属製網状部材を設け、この金属製網状部材により蒸気を通過させつつミスト状の液体を捕捉するようになっている。また、第１排出管へ通じる容器の排出口付近で、蒸気及びミスト状の液体を強制的に一体的な旋回流にして、これによりミスト状の液体に遠心力を与えて分離するようになっている（例えば、特許文献１参照）。こうして第１配管へ至る前段階で蒸気からミスト状の液体を除去し、湿り度が一応は抑えられた蒸気を第１排出管へ排出するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２４０８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記した近年の汽液分離タンクにおいては、除去された液体が経路内に滞留することになるため、この滞留した液体が再び蒸気と共に第１排出管内に不用意に流出して、第１排出管の内面上に沿って膜状で流動していくおそれがある。特に、容器の小型化に起因して第１排出管内での蒸気の流速が高くなった場合、蒸気からのミスト状の液体の予めの除去を問わず、第１排出管の内面との抵抗により、その内面上に沿って液体が膜状に滞留して流動していく。その結果、第１排出管から排出されて脱気器へ導入される蒸気の湿り度が実質高まってしまう。
【００１０】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、小型の容器であっても、汽液混合流体を蒸気と液体に分離でき、しかも十分に湿り度の抑えられた蒸気を排出できる汽液分離タンクを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、容器と、この容器に接続された導入管、第１排出管、及び第２排出管と、を備えるものであって、汽液混合流体を導入管より容器の内部に導入して蒸気と液体に分離し、このうちの蒸気を第１排出管から排出するとともに、液体を第２排出管から排出する汽液分離タンクにおいて、第１排出管の経路中には、蒸気と共に第１排出管内に流出してこの内面上に沿って流動する膜状の液体について、この膜状の液体を取り除く液膜除去手段が設けられている。
【００１２】
これにより、第１排出管内に不用意に流出した液体が液膜除去手段によって経路外へ除去されるため、第１排出管から排出される蒸気の湿り度は、高まることなく、十分に抑えられる。
【００１３】
ここで、実用的には、前記液膜除去手段は、第１排出管と同径の基管と、この基管の下流端の下流側から基管の内面と微小間隙を隔てつつ上流側に向けて延出するものであって、基管の内面上に沿って流動する膜状の液体を前記微小間隙内に受け入れて第１排出管の経路外へ導き出す液膜案内部材と、を有することが好ましい。
【００１４】
更に、前記液膜除去手段には、前記微小間隙を経て第１排出管の経路外へ導き出された液体を容器内へ送り返すための第１返戻管と、第１排出管内を流通する蒸気のうちで前記微小間隙を経て液体と共に第１排出管の経路外へ流出した一部の蒸気を、液膜案内部材に対しての下流側における第１排出管内へ送り返すための第２返戻管と、が接続されていることが好ましい。第１排出管の経路外へ導き出された液体及び蒸気を有効に活用できるからである。
【００１５】
また、膜状の液体の除去に関しての確実性を高める観点から、前記液膜除去手段が第１排出管の経路に沿って複数段設けられているとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の汽液分離タンクによれば、第１排出管内に不用意に流出した液体が液膜除去手段によって経路外へ除去されるため、第１排出管から排出される蒸気の湿り度は、高まることなく、十分に抑えられる。従って、容器が小型であっても、要求される分離性能を十分に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳述する。図１は本発明の一実施形態である汽液分離タンクを備えた原子力発電設備の全体構成図、図２はその汽液分離タンクの縦断面図、図３を図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２の要部拡大図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。なお、これら図中で同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付している。
【００１８】
先ず、原子力発電設備の構成について、図１を参照しながら説明する。原子力発電設備では、原子炉１で発生した熱により一次系の水（加圧水）が加熱され、この加熱された高温の一次系の水が蒸気発生器２へ送られる。そして、蒸気発生器２において高温の一次系の水により二次系の水が加熱されて蒸気に変わり、この蒸気が蒸気タービン３に供給されてこれを駆動し、この蒸気タービン３の駆動により発電機４が作動して発電する。
【００１９】
また、蒸気タービン３の排気蒸気、すなわち蒸気タービン３で仕事を終えた蒸気は、復水器５に送られ、復水器５において海水等により冷却されて復水される。そして、復水器５で復水された水は復水系統６を経て蒸気発生器２へ送り返される。復水系統６の経路中には、上流側から順に、すなわち復水器５から蒸気発生器２に向けて順に、送水ポンプ７、脱塩装置８、ブースタポンプ９、低圧加熱器１０、及び脱気器１１等が配設されている。なお、低圧加熱器１０は、複数個のヒータを直列に配置することで構成される。
【００２０】
このようして原子力発電設備では、蒸気発生器２から蒸気タービン３、復水器５及び復水系統６により、二次系の水が循環して循環系統が構築される。
【００２１】
ところで、蒸気発生器２においては、循環する二次系の水に対しての蒸発が連続的に行われるため、液体として存在する水の中に、金属元素を主体とする不純物が徐々に蓄積され濃縮されていく様相となるが、蒸気発生器２に戻される水は、常時脱塩装置８を通過してこれに含まれている不純物が除去されることから、これにより蒸気発生器２内での不純物の濃縮が一応は防止される。
【００２２】
更に、蒸気発生器２内での不純物の濃縮をより一層防止するため、上記の各系統とは別系統で、蒸気発生器２から沸騰状態にある二次系の水の一部をブローダウンするようになっている。ここで、ブローダウンした汽液混合流体は、不純物を含む以外はその特質に問題は無いものであるし、多大な熱量を有することから、これをそのまま系外に投棄してしまうのでは不経済となるので、蒸気と液体に分離した後、これら各々を復水系統６に回収するようにしている。これを達成するために、汽液分離タンク２０が設けられている。
【００２３】
引き続き、本実施形態での汽液分離タンク２０の具体的な構成について、図１〜図５を参照しながら説明する。汽液分離タンク２０は、大きくは、縦置きにされた円筒状の容器２１と、この容器２１の側壁の上部に形成の導入口２１ａに接続された導入管２２、容器２１の上端壁に形成の第１排出口２１ｂに接続された第１排出管２３、及び容器２１の下端壁に形成の第２排出口２１ｃに接続された第２排出管２４と、を備える。また、容器２１の内部には、これと同軸状で、上端壁から下方に向けて中央付近まで延在する内筒２１ｄが設けられている。
【００２４】
導入管２２の他端は、蒸気発生器２に接続されていて、この経路中には、経路を復水器５側と容器２１側とに切り替える切替弁２５が設けられている。第１排出管２３の他端は、復水系統６における脱塩装置８の下流側に配設された脱気器１１に接続されている。第２排出管２４の他端は、復水系統６における脱塩装置８の上流側に接続されていて、この経路中には、冷却器２６や送水ポンプ２７が設けられている。
【００２５】
このような構成の汽液分離タンク２０によれば、蒸気発生器２からの二次系の水を基にする汽液混合流体が、導入管２２を通じて導入口２１ａより容器２１内に導入され、容器２１の側壁と内筒２１ｄとの間の環状空間で旋回しながら下降して、蒸気と液体（水）に分離される。
【００２６】
ここで分離されたうちの蒸気は、内筒２１ｄ内を上昇し、第１排出口２１ｂより第１排出管２３へ排出される。そして、復水系統６中の脱気器１１へ導入されて、この脱気器１１で熱回収される。他方の液体は、容器１の下部に溜まっていき、第２排出口２２ｃより第２排出管２４へ排出される。そして、冷却器２６を経て冷却され、復水系統６の経路中に導入される。これが、汽液分離タンク２０の基本的な動作である。なお、第２排出管２４を通じて復水系統６に回収された液体は、脱塩装置８を通過してこれに含まれている不純物が除去される。
【００２７】
ここで、本実施形態の汽液分離タンク２０は、従来に比べて、容器２１が小型化されており、これに伴って、容器２１内での汽液混合流体の平均流速が規定値以上に高くなる場合がある。この場合、容器２１内での分離が不完全となり、第１排出口２１ｂから第１排出管２３内に、蒸気と共にミスト状の液体が不用意に流出する。しかも、第１排出管２３内での蒸気（ミスト状の液体を含む）の流速も高くなることから、第１排出管２３の内面との抵抗が増し、これにより、その内面上に沿って液体が膜状に滞留して流動する。
【００２８】
そのため、本実施形態の汽液分離タンク２０では、第１排出管２３の経路中に、その膜状の液体を取り除く液膜除去手段３０が設けられている。これにより、第１排出管２３内に不用意に流出した液体が経路外へ除去されるため、第１排出管２３から排出されて脱気器１１へ導入される蒸気の湿り度は、高まることなく、十分に抑えられる。従って、容器２１が小型であっても、要求される分離性能を十分に維持できる。
【００２９】
このような液膜除去手段３０の実用的な一構成について、図２、図４及び図５を参照しながら説明する。液膜除去手段３０は、大きくは、第１排出管２３と同径の基管３１と、この基管３１の少なくとも下流端の周囲に基管３１との間で環状空間を形成する環状ケース３２と、を備える。環状ケース３２には、基管３１と同軸状で、基管３１の下流端の下流側から基管３１の内面と微小間隙を隔てつつ上流側に向けて延出する筒体３２ａを有する。つまり、基管３１の内面と筒体３２ａの外面とで微小間隙が形成され、この微小間隙は環状ケース３２内の環状空間へ通じた態様となっている。
【００３０】
このような構成のもと、容器２１の第１排出口２１ｂから第１排出管２３へ蒸気と共に流出したミスト状の液体は、第１排出管２３の内面上に沿って膜状に流動し、そのまま基管３１の内面上に沿って流動していく。そして、基管３１の内面と筒体３２ａの外面とで形成された微小間隙内に受け入れられ、第１排出管２３の経路外である環状ケース３２内の環状空間へ導き出される。このようにして環状ケース３２は、基管３１と相俟って、膜状の液体を第１排出管２３の経路外へ導き出す液膜案内部材として機能する。
【００３１】
他方、蒸気については、その大半は、筒体３２ａ内を通じて第１排出管３２内を流通していく一方、その一部は、膜状の液体と共に、基管３１の内面と筒体３２ａの外面とで形成された微小間隙を経て、第１排出管２３の経路外である環状ケース３２内の環状空間へ流出する。
【００３２】
また本実施形態では、環状ケース３２内の環状空間へ導き出された液体及び蒸気は、そのまま投棄されることなく、有効に活用する工夫がなされている。具体的には、環状ケース３２に排出口３２ｂが形成されており、この排出口３２ｂには排出管３５が接続され、この排出管３５の他端は、縦置きにされた円筒状の分岐ケース３６が接続されている。
【００３３】
更に、分岐ケース３６には、その下端に第１返戻管３７が接続され、その上端に第２返戻管３８が接続されている。第１返戻管３７の他端は、汽液分離タンク２０を構成する容器２１の側壁の下部から内部へ開口し、第２返戻管３８の他端は、液膜除去手段３０を構成する環状ケース３２に対しての下流側における第１排出管２３の内部へ開口している。
【００３４】
従って、環状ケース３２内の環状空間へ導き出された液体及び蒸気は、共に排出口３２ｂから排出管３５を経て分岐ケース３６へ排出される。そして、そのうちの液体は、第１返戻管３７を通じて容器２１内へ送り返され、容器１の下部に溜まっている液体と共に、第２排出口２２ｃより第２排出管２４へ排出される。他方の蒸気は、第２返戻管３８を通じて第１排出管２３内へ送り返され、筒体３２ａ内を通じた蒸気と共に排出される。
【００３５】
その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、液膜除去手段３０が第１排出管２３の経路に沿って複数段設けられていても構わない。仮に膜状の液体が上流側の段の液膜除去手段３０で除去されずに第１排出管２３内に留まったとしても、次の段の液膜除去手段３０で除去できることから、膜状の液体の除去に関しての確実性を高める点で有効だからである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、原子力発電設備に備えられるものであって、蒸気発生器からの汽液混合のブローダウン流体を蒸気と液体に分離する汽液分離タンクに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態である汽液分離タンクを備えた原子力発電設備の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である汽液分離タンクの縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２の要部拡大図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    原子炉
２    蒸気発生器
３    蒸気タービン
４    発電機
５    復水器
６    復水系統
７    送水ポンプ
８    脱塩装置
９    ブースタポンプ
１０    低圧加熱器
１１    脱気器
２０    汽液分離タンク
２１    容器
２２    導入管
２３    第１排出管
２４    第２排出管
２５    切替弁
２６    冷却器
２７    送水ポンプ
３０    液膜除去手段
３１    基管
３２    環状ケース（液膜案内部材）
３２ａ    筒体
３５    排出管
３６    分岐ケース
３７    第１返戻管
３８    第２返戻管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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