(57)【要約】【課題】気水分離器のスタンドパイプに生じる振動を抑制する簡易な構造を提供すると共に、シュラウドヘッド上での作業負担を軽減できるようにする。【解決手段】気水分離器１２のスタンドパイプ１２ｂには、その側面に、帯状の振動補強板１２ｐが固定して取り付けられている。振動補強板１２ｐは、その一端を、スタンドパイプ１２ｂの上端から間隔を空けて位置させ、かつ、その他端を、スタンドパイプ１２ｂの下端から間隔を空けて位置させて、スタンドパイプ１２ｂの母線に沿って固定して取り付けられている。その振動補強板１２ｐは、スタンドパイプ１２ｂの母線上に、ほぼ１２０度間隔で３個配置されている。【選択図】図４
2007232533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流を水と蒸気とに分離する気水分離器において、
気液二相流を下方から上方に向かって導く流路を形成する円柱状のスタンドパイプの側面に、当該スタンドパイプの母線に沿って帯状の振動補強板を固定して取り付けたこと、
を特徴とする気水分離器。
【請求項２】
少なくとも２個の前記振動補強板を、前記母線に沿ってほぼ等間隔で配置して固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項１に記載の気水分離器。
【請求項３】
前記振動補強板を、前記スタンドパイプの母線上に、ほぼ１２０度間隔で３個配置して固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項２に記載の気水分離器。
【請求項４】
前記振動補強板の一端を、前記スタンドパイプの上端から間隔を空けて位置させ、かつ、
その他端を、前記スタンドパイプの下端から間隔を空けて位置させて、
前記母線に沿って固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の気水分離器。
【請求項５】
前記振動補強板の一端を、前記スタンドパイプの上端又は下端に位置させ、かつ、
その他端を、前記スタンドパイプの下端又は上端から間隔を空けて位置させて、
前記母線に沿って固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の気水分離器。
【請求項６】
少なくとも２個の前記振動補強板を、同一母線上に間隔を空けて配置して固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の気水分離器。
【請求項７】
一の前記振動補強板の上端側を、前記スタンドパイプの上端から間隔を空けて位置させ、
他の前記振動補強板の下端側を、前記スタンドパイプの下端から間隔を空けて位置させ、
一の前記振動補強板の下端側と他の前記振動補強板の上端側との間に間隔を空けて、
同一の前記母線に沿って２個の前記振動補強板を固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項６に記載の気水分離器。
【請求項８】
一方の前記振動補強板の上端側を、前記スタンドパイプの上端に位置させ、
他方の前記振動補強板の下端側を、前記スタンドパイプの下端に位置させ、
一方の前記振動補強板の下端側と他方の前記振動補強板の上端側との間に間隔を空けて、同一の前記母線に沿って固定して取り付けたこと、
を特徴とする請求項６に記載の気水分離器。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の複数の気水分離器を、
原子炉圧力容器の内部の下部側に備える炉心の上方に並列に配列して備えたこと、
を特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項１０】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の複数の気水分離器を、
原子炉圧力容器の内部の下部側に備える炉心の上方の外周側に近い部分にのみ配列して備えたこと、
を特徴とする沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ））と、この沸騰水型原子炉において用いられる気水分離器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＢＷＲでは、炉心で熱を発生させ、その熱によって冷却材（軽水）を沸騰させ、その際に発生する蒸気を取り出してタービンへ送り、その蒸気によって直接タービンを回して発電させるようになっている。このＢＷＲの原子炉圧力容器内には、下部側に炉心が配置され、上部側に気水分離器が配置されている。そして、その気水分離器は、炉心で発生した熱で沸騰させられた軽水によって生じた蒸気と水との気液二相流を通過させ、この気液二相流に含まれている蒸気と水とを分離して、クオリティ（全質量流量に対する蒸気質量流量の割合）の高い蒸気をタービンへと導く機能を担っている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１５３１１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＢＷＲは、軽水の循環方式の相違によって、再循環式ポンプによって軽水を強制的に循環させる強制循環式と、自然循環によって軽水を循環させる自然循環式とに分けられる。現在は強制循環式ＢＷＲが主流であるが、小型炉等では自然循環式ＢＷＲも最近、注目されてきている。自然循環式ＢＷＲは、自然循環を起こさせるために、強制循環式ＢＷＲに比べて長いスタンドパイプを備える気水分離器が要求される可能性がある。そして、このようにスタンドパイプが長くなると、スタンドパイプの対振動特性の低下が懸念されるので、振動を抑制する簡易な構造が望ましい。
【０００５】
従来は、炉心上方に位置するシュラウドヘッドに並列させて取り付けられた気水分離器の上部同士を連結具で連結すると共に、スタンドパイプ上部同士も連結具で連結した構造によって、振動を抑えるようにした構造が知られている。この構造では、数百本の気水分離器をシュラウドヘッドに取り付ける製造工程時に、それぞれの気水分離器に連結具を取り付ける必要があるため、シュラウドヘッド上の狭い空間での作業負担が大きかった。
【０００６】
そこで、本発明は、気水分離器のスタンドパイプに生じる振動を抑制する簡易な構造を提供すると共に、シュラウドヘッド上での作業負担を軽減できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の気水分離器は、気液二相流を下方から上方に向かって導く流路を形成する円柱状のスタンドパイプの側面に、当該スタンドパイプの母線に沿って帯状の振動補強板を固定して取り付けた構造を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば、気水分離器のスタンドパイプに生じる振動を抑制する簡易な構造を提供すると共に、シュラウドヘッド上での作業負担を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、実施の形態の気水分離器を用いる強制循環式ＢＷＲ及び自然循環式ＢＷＲの構造の概略について説明する。
【００１０】
［強制循環式ＢＷＲ］
図１は、実施の形態の気水分離器を搭載した強制循環式ＢＷＲの構成を示す図である。この強制循環式ＢＷＲ１Ａは、前記した構造の複数の気水分離器１２を円筒状の原子炉圧力容器（以下「圧力容器」という）６の上部側に収納している。以下、この圧力容器６内の構造について説明する。
【００１１】
この圧力容器６の中空内の下側には、圧力容器６と同心の円筒状の炉心シュラウド（以下「シュラウド」という）８が設置されている。このシュラウド８には、一番下部に炉心下部プレナム（以下「下部プレナム」という）１０が設けられ、この下部プレナム１０の上部に炉心７が収容されている。また、この炉心７の上部には、炉心上部プレナム（以下「上部プレナム」という）１１ｃが設けられている。この上部プレナム１１ｃの上部には、シュラウドヘッド１２ａが設けられている。なお、圧力容器６とシュラウド８との間には、ダウンカマ９と呼ばれる環状空間が形成され、軽水の循環路として機能している。
【００１２】
そして、このシュラウドヘッド１２ａには、所定の数の冷却材通過用の図示しない孔が設けられている。その孔には、複数の気水分離器１２のスタンドパイプ１２ｂが挿入され、複数の気水分離器１２が並列に配列して並ぶようになっている。つまり、炉心７の上方側と気水分離器１２側とを結ぶ流路が、上部プレナム１１ｃを介して接続されている。また、この気水分離器１２の上方には、蒸気乾燥器１３が備えられている。また、圧力容器６の側壁には、給水入口ノズル１７と、蒸気出口ノズル１５とが備えられている。また、圧力容器６の底面には、インターナルポンプ９０が備えられている。
【００１３】
この強制循環式ＢＷＲ１Ａでは、炉心７で発生した蒸気は水との気液二相流で上部プレナム１１ｃを経由して、シュラウドヘッド１２ａに取り付けられた各気水分離器１２に流入する。そして、各気水分離器１２では、流入する気液二相流が下方から上方へと流通すると、蒸気と水とに分離され、蒸気は軸に沿って上方へ流通し、水（液滴）は遠心力によって周方向へ移動させられる。
【００１４】
この気水分離器１２によっても取り除くことのできなかった湿分を含む蒸気は、気水分離器１２の上方に位置する蒸気乾燥器１３に送られる。そして、この蒸気乾燥器１３でさらに湿分を除去された蒸気（飽和蒸気）は、蒸気出口ノズル１５から送り出され、タービン２に供給される。その蒸気は、タービン２を駆動して図示しない発電機によって発電させた後に、復水器３で凝縮され、給水ポンプ４によって送り出されて給水加熱器５で加熱された後に、給水入口ノズル１７から冷却水（軽水）として圧力容器６に戻される。
【００１５】
一方、気水分離器１２が分離した水は、給水入口ノズル１７から給水された軽水と混合されてダウンカマ９を通り、下部プレナム１０を経由して炉心７に再循環する。このとき、インターナルポンプ９０が駆動していることにより、ダウンカマ９から下部プレナム１０に向けて流力が、強制的に与えられている。
【００１６】
［自然循環式ＢＷＲ］
図２は、実施の形態の気水分離器を搭載した自然循環式ＢＷＲの構成を示す図である。この自然循環式ＢＷＲ１も、強制循環式ＢＷＲ１Ａ（図１参照）と同様に、複数の気水分離器１２を円筒状の圧力容器６の上部側に収納している。以下、この圧力容器６内の構造について説明する。
【００１７】
この自然循環式ＢＷＲ１は、圧力容器６内に収納する炉心７で発生するボイド、すなわち蒸気（気相）と飽和温度の液相の冷却材の混合した密度の低い冷却材と、給水配管１６ｂから供給される給水と混合された液相の冷却材との比重差によって自然循環に必要な駆動力を得るものである。
【００１８】
圧力容器６の中空内の下側には、圧力容器６と同心の円筒状のシュラウド８が設置されている。このシュラウド８の下方には、下部プレナム１０が設けられ、この下部プレナムの上方に炉心７が収容されている。そして、この炉心７の上方には、炉心７から上昇してくる気液二相流を上方に導いて自然循環駆動力を増加させるチムニ１１が備えられている。また、このチムニ１１の上部には、上部プレナム１１ｃが備えられている。この上部プレナム１１ｃの上端は、シュラウドヘッド１２ａで閉じられている。
【００１９】
このシュラウドヘッド１２ａには、所定の数の冷却材通過用の図示しない孔が設けられている。その孔には、複数の気水分離器１２のスタンドパイプ１２ｂが挿入され、複数の気水分離器１２が並列に配列して並ぶようになっている。つまり、チムニ１１側と気水分離器１２側とを結ぶ流路が、上部プレナム１１ｃを介して接続されている。また、この気水分離器１２の上方には、蒸気乾燥器１３が備えられている。また、圧力容器６の側壁には、給水入口ノズル１７と、蒸気出口ノズル１５とが備えられている。
【００２０】
また、この気水分離器１２の上方には、蒸気乾燥器１３が備えられている。また、圧力容器６の側壁には、給水入口ノズル１７と、蒸気出口ノズル１５とが備えられている。なお、シュラウドヘッド１２ａとスタンドパイプ１２ｂと気水分離器１２は一体に組み立てられており、燃料交換時には、一体でチムニ１１の上端から取り外せるようになっている。
【００２１】
この自然循環式ＢＷＲ１でも、炉心７で発生した蒸気は水との気液二相流でチムニ１１を通り、上部プレナム１１ｃを経由して、シュラウドヘッド１２ａに取り付けられた各気水分離器１２に流入する。そして、各気水分離器１２では、流入する気液二相流が下方から上方へと流通する。この気水分離器１２では、気液二相流が蒸気と水とに分離され、蒸気は軸に沿って上方へ流通し、水（液滴）は遠心力によって周方向へ移動させられる。この気水分離器１２によっても取り除くことのできなかった湿分を含む蒸気（飽和蒸気）は、気水分離器１２の上方に位置する蒸気乾燥器１３に送られる。そして、その飽和蒸気は、蒸気乾燥器１３を経て、蒸気出口ノズル１５からタービン２に導かれ発電に供される。
【００２２】
一方、給水入口ノズル１７から供給される冷却材（軽水）は、気水分離器１２で分離された飽和水と混合され、ダウンカマ９を下降し、下部プレナム１０を経由してシュラウド８内に流入し、炉心７によって加熱される。炉心７からの加熱によって冷却材は、飽和状態の気液二相流となり、この気液二相流はチムニ１１、上部プレナム１１ｃ、スタンドパイプ１２ｂを経て、気水分離器１２に流入する。
【００２３】
それでは、以下に、この実施の形態の気水分離器１２の構造・機能について説明する。
図３は、実施の形態の気水分離器のスタンドパイプの構造を説明する断面図である。図３（ａ）は、スタンドパイプの構造の一例を示す断面図である。図３（ｂ）は、スタンドパイプの他例を示す断面図である。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、このスタンドイプ１２ｂには、その側面に、帯状の振動補強板１２ｐが固定して取り付けられている。その振動補強板１２ｐは、スタンドパイプ１２ｂの母線上に、ほぼ１２０度間隔で３個配置されている。ここで、紙面右側をｘ方向、紙面上側をｙ方向とする。この場合、ｙ方向から軽水が流れてくるとすると、その上流側（ｙ方向側）に１個の振動補強板１２ｐが位置し、かつ、流れに対して対称に２個の振動補強板１２ｐが位置するようにスタンドパイプ１２ｂを配置することが望ましい（図３（ａ）の状態）。
【００２５】
図３（ｂ）に示すように、このスタンドパイプ１２ｂには、その側面に、帯状の振動補強板１２ｐが、２個配置されている。ここでは、２個の振動補強板１２ｐの間隔が、スタンドパイプ１２ｂの軸を中心にして、ほぼ１２０度の状態を示しているが、９０度の状態が望ましい。ここで、同様にｘ方向及びｙ方向をとる。この場合も、ｙ方向から軽水が流れてくるときに、流れに対して対称に２個の振動補強板１２ｐが位置するようにスタンドパイプ１２ｂを配置することが望ましい（図３（ｂ）の状態）。
【００２６】
なお、振動補強板１２ｐは、スタンドパイプ１２ｂを製造後に、溶接することで、固定して取り付ければよい。ここで、「固定して取り付ける」ということは、振動補強板１２ｐがスタンドパイプ１２ｂと一体になることを意味する。そのため、スタンドパイプ１２ｂの型の製造時に、振動補強板１２ｐの形状を成型するようにしてもよい。
【００２７】
次に、スタンドパイプ１２ｂの母線に沿って、振動補強板１２ｐを取り付ける構造例について説明する。図４は、気水分離器を側面方向から見た一部断面を示す側面図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）に、構造例１〜４を示す。これら構造例１〜４は、図３（ａ）のの場合であり、振動補強板１２ｐが、スタンドパイプ１２ｂの母線上に、ほぼ１２０度間隔で３個配置されているものとする。
【００２８】
なお、ここでは、シュラウドヘッド１２ａの上にスタンドパイプ１２ｂが取り付けられている状態を示している。また、図４中、ディフューザ１００やスワラ１５０を含む気水分離器１２が、スタンドパイプ１２ｂによってシュラウドヘッド１２ａに接続している状態を示している。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、振動補強板１２ｐは、その一端を、スタンドパイプ１２ｂの上端から間隔を空けて位置させ、かつ、その他端を、スタンドパイプ１２ｂの下端から間隔を空けて位置させて、スタンドパイプ１２ｂの母線に沿って固定して取り付けられている。この構造では、溶接線の長さを小さくでき、低コストで製造でき、かつ低い横流れ抵抗とすることができる。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、振動補強板１２ｐは、その一端を、スタンドパイプ１２ｂの下端に位置させ、かつ、その他端を、スタンドパイプ１２ｂの上端から間隔を空けて位置させて、スタンドパイプ１２ｂの母線に沿って固定して取り付けられている。なお、反対に、振動補強板１２ｐは、その一端を、スタンドパイプ１２ｂの上端に位置させ、かつ、その他端を、スタンドパイプ１２ｂの下端から間隔を空けて位置させて、スタンドパイプ１２ｂの母線に沿って固定して取り付けられるようにしてもよい。この構造では、図４（ａ）に比べて、水面（図６参照）付近の横流れ抵抗を小さくすることができる。また、スタンドパイプ１２ｂの下端が高い固定強度となるとともに、振動補強板１２ｐとシュラウドヘッド１２ａとを溶接することによりスタンドパイプ１２ｂの取り付け強度を増加することもできる。
【００３１】
図４（ｃ）に示すように、２個の振動補強板１２ｐが、同一母線上に間隔を空けて配置して固定して取り付けられている。つまり、一の振動補強板１２ｐ（図４（ｃ）中、上側のもの）は、その上端側を、スタンドパイプ１２ｂの上端から間隔を空けて位置させる。他の振動補強板１２ｐ（図４（ｃ）中、下側のもの）が、その下端側を、スタンドパイプ１２ｂの下端から間隔を空けて位置させる。その２個の振動補強板１２ｐの上下端の間に間隔を空ける。このような関係の２個の振動補強板１２ｐが、スタンドパイプ１２ｂの同一の母線に沿って固定して取り付けられている。なお、振動補強板１２ｐは、適宜間隔を空けて３個以上配置して固定して取り付けてもよい。この構造では、高い固定強度のスタンドパイプ１２ｂとすることができ、また、溶接線の長さが短いため低コストで製造できる。
【００３２】
図４（ｄ）に示すように、一方の振動補強板１２ｐ（図４（ｄ）中、上側のもの）の上端側を、スタンドパイプ１２ｂの上端に位置させる。また、他方の振動補強板１２ｐ（図４（ｄ）中、下側のもの）の下端側を、スタンドパイプ１２ｂの下端に位置させる。その上で、２個の振動補強板１２ｐの上下端の間に間隔を空ける。このような関係の２個の振動補強板１２ｐが、スタンドパイプ１２ｂの同一の母線に沿って固定して取り付けられている。この構造では、スタンドパイプ１２ｂの上下端で高い固定強度のスタンドパイプ１２ｂとすることができ、また、容易に製造することができる。
【００３３】
なお、図３及び図４に示した構造は、適宜組み合わせるようにしてもよい。例えば、図４（ｃ）及び図４（ｄ）を組み合わせて、ステンドパイプ１２ｂの上端に位置させて一方の振動補強板１２ｐを図４（ｃ）のように配置し、ステンドパイプ１２ｂの下端から間隔を空けて図４（ｄ）のように配置するようにしてもよい。また、複数の振動補強板１２ｐが、異なる母線上を互い違いに配列されるようにしてもよい。
【００３４】
ところで、振動補強板１２ｐの材質は、いずれであっても構わないが、ステンドパイプ１２ｂと同一の材質がよい。例えば、ステンレスとか炭素鋼である。なお、振動補強板１２ｐの強度は、スタンドパイプ１２ｂの強度に応じて設定すればよい。自然循環式BWRでスタンドパイプ１２ｂを長くした場合、長くする前と比べて対流動振動特性が低下する。この特性低下を補うための方法としてはスタンドパイプ１２ｂを強制循環式BWRで１箇所連結させているのを、２箇所以上にして、流動振動の固有周波数を高くする方法もあるが、この連結作業は強制循環式ＢＷＲより多くするとスタンドパイプ１２ｂ間での狭隘部での溶接作業となり、製造時間が長くなる等、製造コストへの影響が大きい。一方、本実施例ではスタンドパイプ１２ｂを部品として製作する過程で溶接することが出来、溶接作業も容易であり、製造時間を短縮できるとともに対流動振動特性を改善できる。
【００３５】
次に、前記した構造の気水分離器１２を圧力容器６（図１、２参照）内に収納した状態を説明する。図５は、図１のＡ−Ａ線断面又は図２のＢ−Ｂ線断面相当を示す図である。ここでは、図３（ａ）で示した３個の振動補強板１２ｐを取り付けたスタンドパイプ１２ｂの状態を示している。圧力容器６内のシュラウドヘッド１２ａ上の水面には、中心から周方向へ向かう軽水の流れが生じているため、１個の振動補強板１２ｐがシュラウドヘッド１２ａの中心に向かうように配列されている。
【００３６】
ここで、中央から周方向へ向かう軽水の流れについて説明する。図６は、図５の部分を側面方向から見た模式図である。圧力容器６内には、スタンドパイプ１２ｂの上端より少し上部側まで軽水が満たされている。また、シュラウドヘッド１２ｂ周りから圧力容器６の環状空間に向かって、下降する水流がある。そのため、シュラウドヘッド１２ａ上には、中心から周方向に向かう水の流れが生じている。この流れの速度は外周部分の方が中心付近より大きくなる。したがって、振動補強板１２ｐを付けた気水分離器１２を外周の一定範囲にみ付けてもよい。この場合、振動補強板１２ｐと付けた気水分離器１２の数を少なくでき、経済性を向上できる。
【００３７】
また、このような水の流れは、スタンドパイプ１２ｂに流動励起振動（ＦＩＶ）を発生させるように作用するが、スタンドパイプ１２ｂには、振動補強板１２ｐが固定して取り付けられているため、ＦＩＶを抑制することができる。また、地震時の揺れに対しても、振動補強板１２ｂがスタンドパイプ１２ｂの振動を抑制するため、耐震性を向上させることができる。そのため、地震時においても、気水分離器１２が安定して気水分離を行うことができ、図示しない発電機に安定した電力を供給させることができる。したがって、前記実施の形態によれば、気水分離器１２のスタンドパイプ１２ｂに生じる振動を抑制する簡易な構造を提供すると共に、シュラウドヘッド１２ａ上での作業負担を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態の気水分離器を搭載した強制循環式ＢＷＲの構成を示す図である。
【図２】実施の形態の気水分離器を搭載した自然循環式ＢＷＲの構成を示す図である。
【図３】実施の形態の気水分離器のスタンドパイプの構造を説明する断面図である。
【図４】気水分離器を側面方向から見た一部断面を示す側面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線断面又は図２のＢ−Ｂ線断面相当を示す図である。
【図６】図５の部分を側面方向から見た模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１        自然循環式沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）
１Ａ      強制循環式沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）
６        原子力圧力容器
７        炉心
１２      気水分離器
１２ｂ    スタンドパイプ
１２ｐ    振動補強板
【図１】
2007232533.tif 000003
【図２】
2007232533.tif 000004
【図３】
2007232533.tif 000005
【図４】
2007232533.tif 000006
【図５】
2007232533.tif 000007
【図６】
2007232533.tif 000008