(57)【要約】【課題】簡素かつ低コストな手段で、冷却水面上方に位置する外筒の下端に形成された冷却水排出口から流出する蒸気の流出速度を低減させ、キャリオーバ量を抑制する。【解決手段】冷却水面Ｌの上方に位置する第２段気水分離部３０の外筒３４が位置している。外筒３４の下端に形成される冷却水排出口３４ａに多孔板４０を設ける。多孔板４０には多数の円形の冷却水流出孔４２が穿設されている。これによって、排出口３４ａから流出する蒸気の流出速度を低減し、蒸気が冷却水面Ｌに衝突する衝撃を緩和し、液滴の飛散を防止する。これによって、キャリオーバ量を低減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流の上昇流路を形成する内筒と、該内筒との間に下向きの冷却水流路を形成する外筒とからなる気水分離部が上下方向に複数段に配置され、上下に隣接して配置された内筒の内部空間は連絡通路を介して連通されてなる気水分離器において、
前記気水分離部のうち、外筒の下端部に形成される排出口が冷却水面より上方に位置する気水分離部において、前記排出口又は該排出口直下の前段気水分離部の外筒、若しくは排出口直上の外筒周囲に流下速度低減機構を設けたことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
前記流下速度低減機構は、前記外筒の排出口に取り付けられた多孔性リング部材からなり、該多孔性リング部材で前記冷却水流路から流出する蒸気に抵抗を与え、蒸気の流出速度を低減させるものである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】
前記流下速度低減機構は、前記排出口直下の前段気水分離部の外筒周囲に、外筒の軸方向と交差する方向に設けられた多孔性リング部材からなり、該多孔性リング部材で前記冷却水流路から流出する蒸気に抵抗を与え、蒸気の流出速度を低減させるものであることを特徴とする請求項１に記載の気水分離器。
【請求項４】
前記流下速度低減機構は、前記外筒の排出口直上領域を多孔性筒状体で構成し、該多孔性筒状体に穿設された蒸気排出用孔から蒸気を排出することで、前記排出口から流出する蒸気の流出速度を低減するものであることを特徴とする請求項１に記載の気水分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を冷却水から分離する気水分離器に関し、特に、原子力発電プラントの蒸気発生器に適用されて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントの蒸気発生器は、蒸気タービンに供給する水蒸気から液分を分離するため、通常、蒸気発生器の上部に気水分離器が設けられ、気水分離器の上方に湿分分離器が設けられている。気水分離器で分離された蒸気に含まれる液滴を湿分分離器で除去した後、蒸気タービンに供給している。特許文献１に、蒸気発生器に設けられる気水分離器の構成が開示されている。以下、特許文献１に開示された気水分離器の構成を図５により説明する。
【０００３】
図５において、気水分離器１００は、複数の気水分離部１１０及び気水分離部１２０が上下に配置されている。下段に配置された第１段気水分離部１１０は、内筒（ライザ）１１２と、内筒１１２を囲むように、外筒（ダウンカマ）１１４が配置され、内筒１１２の上端にオリフィス部１１６が設けられ、オリフィス部１１６を介して、気水分離部１２０の内筒１１２に連通している。内筒１１２と外筒１１４との間には、内筒１１２の内側空間で気相と分離された冷却水が流下する冷却水流路ｓが形成されている。第２段気水分離部１２０も、同様の構成をなし、内筒１２２、外筒１２４及びオリフィス部１２６で構成されている。
【０００４】
内筒１１２の内部には、複数の旋回羽根１１８が等間隔で固定されている。その結果、気泡ｇを含み、内筒１１２の内部を上昇してくる気液二相流ｔは、旋回羽根１１８を通るとき、旋回力を与えられ、旋回流となる。旋回流となることで、重い液相に大きな遠心力が発生するため、液相は内筒１１２の壁面に沿って流れ、液膜ｍを形成して外筒１１４内に流出する。一方、気相は一部の液滴ｌを含んだ状態で上昇し、さらに上段の第２段気水分離部１２０で、気相と液相とに分離される。第２段気水分離部１２０で液相と分離された水蒸気は、蒸気排出管１３０を介して湿分分離器（図示省略）に流入する。
【０００５】
このとき、外筒１１４の内部を重力により下降する液相は、気泡ｇなどの形で一部の気相を同伴する（キャリアンダ）。また、内筒１１２を上昇する気相に液滴などの形で液相が同伴する（キャリオーバ）。気水分離器１００では、第１段気水分離部１１０の外筒１１４の下部に設けられた冷却水排出口に、ラビリンス構造をなす抵抗１１９を設けて、キャリアンダされる気相を低減している。
【０００６】
なお、気水分離部を複数段設ける理由は、１段のみの場合よりも気水分離部が増えるため、気水分離性能を向上させることができること、また、各段の流動状況に応じて旋回羽根等の形状を最適化することにより気水分離性能を向上させ、かつ流れの圧力損失を低減させることができるためである。
【０００７】
特許文献２には、多段型気水分離器において、上段側気水分離部の内筒及び外筒に、多数の流路孔を穿設し、該内筒と外筒との間に、デミスタを充填させる構成が開示されている。この構成を図６により説明する。この気水分離器２００の第１段気水分離部２１０は、スタンドパイプ２０２の上端にディフューザ２１２が設けられ、ディフューザ２１２内には、ハブ２１４と、該ハブ２１４及びディフューザ内壁間に接続された旋回羽根２１６を備えている。ディフューザ２１２の上端には内筒２１８が接続されている。
【０００８】
内筒２１８と外筒２２０との間には、仕切板２２２で区画された複数の排水流路が形成されている。外筒２２０の上端には、オリフィス部２２４が設けられている。内筒２１８は、オリフィス部２２４を介して第２段気水分離部２３０の内筒２３２に連通している。外筒２３４は、内筒２３２と間隔を有して配置され、内筒２３２と外筒２３４との間にデミスタ２３６が充填されている。該間隔の上端は遮蔽用円板２３８で遮蔽されている。内筒２３２及び外筒２３４には、全域に多数の流路孔２４０が穿設されている。
【０００９】
かかる構成において、第２段気水分離部２３０の内筒２３２に流入してきた冷却水の液滴と蒸気の一部は、内筒２３２の流路孔２４０に流入し、デミスタ２３６で液滴だけが捕獲される。デミスタ２３６で捕獲された液滴は、内筒２３２と外筒２３４間の排水流路を重力降下し、外筒２３４の下端開口から冷却水面Ｌに落下する。デミスタ２３６を通過した蒸気は、外筒２３４の流路孔２４０から気水分離器２００の外側へ抜け、蒸気乾燥器（図示省略）に流入していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３２６００２号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
多段型気水分離器において、上段側の気水分離部では、外筒（ダウンカマ）の冷却水排出口が液面Ｌより上方に位置する場合がある。この場合には、該冷却水排出口より液滴を含む蒸気が下向きに流出し、その勢いのまま下方の冷却水面に衝突する。これによって、冷却水面から液滴が飛散する。飛散した液滴は、気相と共に気水分離器の上方へ流出してキャリオーバされる湿分を増加させ、気水分離性能を悪化させるという問題がある。
【００１２】
特許文献２に開示された気水分離器の第２段気水分離部では、内筒と外筒間に流入した冷却水の液滴と蒸気の一部は、デミスタで気液分離され、蒸気は流路孔２４０から外筒２３４の外側へ流出するので、外筒２３４の下端排出口から冷却水面Ｌに流下する液滴の流下速度は緩和されると思われる。しかし、内筒及び外筒の全域に流路孔２４０を穿設する必要があるので、加工に手間がかかる。またデミスタを内筒と外筒間の隙間に充填するので、製造費が高コストとなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、冷却水面上方に位置する外筒の下端に形成された排出口から流出する液滴を含む蒸気の速度を低減させることで、冷却水面から液滴が飛散するのを防止し、キャリオーバ量を低減させると共に、これを簡素かつ低コストな手段で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するため、本発明の気水分離器は、気液二相流の上昇流路を形成する内筒と、内筒との間に下向きの冷却水流路を形成する外筒とからなる気水分離部が上下方向に複数段に配置され、上下に隣接して配置された内筒の内部空間は連絡通路を介して連通されてなる気水分離器において、気水分離部のうち、外筒の下端部に形成される排出口が冷却水面より上方に位置する気水分離部において、排出口又は排出口直下の前段気水分離部の外筒、若しくは排出口直上の外筒周囲に流下速度低減機構を設けたものである。
【００１５】
本発明の気水分離器では、前記流下速度低減機構を設けたことにより、液滴を含む蒸気が冷却水面に衝突するときの衝撃を緩和できる。これによって、冷却水面からの液滴の飛散を防止し、飛散した液滴が気相側に取り込まれ、キャリオーバ量が増加するのを防止できる。
【００１６】
本発明装置において、流下速度低減機構は、外筒の冷却水排出口に取り付けられた多孔性リング部材からなり、この多孔性リング部材で冷却水流路から流出する蒸気に抵抗を与え、蒸気の流下速度を低減させるものであるとよい。これによって、簡素かつ低コストな手段で、液滴を含む蒸気が冷却水面に衝突するときの衝撃を防止できる。また、多孔性リング部材を排出口に取り付けることで、蒸気の流下速度を確実に低減できる。なお、多孔性リング部材に穿設される孔の形状は、例えば、円形又はスリット形状等とすればよい。
【００１７】
本発明装置において、冷却水排出口直下の前段気水分離部の外筒周囲に、外筒の軸方向と交差する方向に設けられた多孔性リング部材からなり、該多孔性リング部材で冷却水流路から流出する蒸気に抵抗を与え、蒸気の流下速度を低減させるものであるとよい。これによって、多孔性リング部材を用いただけの簡素かつ低コストな構成で、外筒の冷却水排出口から排出される蒸気の流下速度を確実に減速できる。また、流下する蒸気に対する多孔性リング部材の抵抗を低減できる。
【００１８】
本発明装置において、流下速度低減機構は、外筒の冷却水排出口直上領域を多孔性筒状体で構成し、該多孔性筒状体に穿設された蒸気排出用孔から蒸気を排出することで、冷却水排出口から流下する蒸気の流下速度を低減するものであるとよい。蒸気排出用孔から蒸気を逃がすことで、徐々に外筒の外へ液滴を含む蒸気が流出し、全体として流速が低下するので、冷却水面から液滴が飛散するのを防止できる。また、外筒の内部を流下する冷却水の抵抗とならない。
【００１９】
さらに、外筒の冷却水排出口直上領域に蒸気排出用孔を穿設するだけの簡素かつ低コストな構成で、蒸気の流下速度を低減できる。また、外筒の下端に多孔性リング部材を設ける場合と比べて、圧力損失を低減できると共に、蒸気排出用孔の数を調節することで、蒸気の落下流速を調整できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の多段型気水分離器によれば、気液二相流の上昇流路を形成する内筒と、内筒との間に下向きの冷却水流路を形成する外筒とからなる気水分離部が上下方向に複数段に配置され、上下に隣接して配置された内筒の内部空間は連絡通路を介して連通されてなる気水分離器において、気水分離部のうち、外筒の下端部に形成される排出口が冷却水面より上方に位置する気水分離部において、排出口又は排出口直下の前段気水分離部の外筒、若しくは排出口直上の外筒周囲に流下速度低減機構を設けたので、簡素かつ低コストな手段で、外筒下端の排出口から流下する蒸気の流下速度を低減し、該蒸気が冷却水面に衝突するときの衝撃を緩和し、これによって、液滴の飛散をなくして液滴のキャリオーバを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係る正面視断面図である。
【図２】第１実施形態の一部拡大図である。
【図３】本発明装置の第２実施形態に係る正面視断面図である。
【図４】本発明装置の第３実施形態に係る正面視断面図である。
【図５】従来の気水分離器の正面視断面図である。
【図６】従来の別な構成の気水分離器の正面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２３】
（実施形態１）
本発明装置の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、本実施形態の気水分離器１０は２段の気水分離部からなる。気水分離器１０は、原子力発電プラントの蒸気発生器の上部に設けられている。蒸気発生器で、原子炉格納容器を冷却する一次冷却加圧水と二次冷却水とを熱交換し、二次冷却水を沸騰させる。二次冷却水の温度は、高圧下で飽和温度が３００℃付近に達する。沸騰した二次冷却水を気水分離器１０及び湿分分離器で気水分離し、分離した蒸気で蒸気タービンを駆動する。
【００２４】
気水分離器１０の第１段気水分離部２０は、円筒形状の内筒２２及び外筒２４が同心円状に配置され、内筒２２との内筒２２の間に、気相と分離され熱水となった冷却水を排出する冷却水流路ｓが形成されている。内筒２２の内側空間には、旋回羽根２６が装着されている。下方から内筒２２の内部を上昇してくる気液二相流ｔは、この固定された旋回羽根２４を通過することで、旋回力を付与され、旋回流となる。外筒２４の下端は開放され、冷却水の排出口３４ａを形成している。外筒２４の上端にはオリフィス部２８が設けられている。
【００２５】
第１段気水分離部２０の上方には、第２段気水分離部３０が設けられている。第２段気水分離部３０は、第１段気水分離部２０と同様の構成をなし、内筒３２及び外筒３４とからなり、内筒３２と外筒３４との間に、冷却水流路ｓが形成されている。内筒３２と内筒２２とはオリフィス部２８を介して連通している。外筒３４の上端にはオリフィス部３６が設けられ、内筒３２の内側空間は、オリフィス部３６に接続された蒸気排出管３８を介して湿分分離器（図示省略）に接続されている。
【００２６】
第２段気水分離部３０の外筒３４の下端にある排出口３４ａは、冷却水面Ｌの上方に位置している。排出口３４ａには、排出口３４ａを覆うようにリング状の多孔板４０が装着されている。多孔板４０には、図２に示すように、多数の円形の冷却水流出孔４２が穿設されている。
【００２７】
かかる構成において、第１段気水分離部２０の内筒２２の下方から上昇してきた気液二相流ｔは、蒸気ｇを含み、旋回羽根２６を通過して旋回力を付与され、旋回流となる。これによって、重量が大きい液相に遠心力が付与され、内筒２２の内壁に液膜ｍを形成する。一部の蒸気ｇを含む液相は、冷却水流路ｓに流出する。
【００２８】
残りの液滴ｌを含む蒸気は、オリフィス部２８から第２段気水分離部３０の内筒３２の内側空間に流入する。ここで残りの液滴が分離され、一部の蒸気とともに冷却水流路sに流出する。残りの蒸気はオリフィス部３６を介して湿分分離器に流出する。
【００２９】
本実施形態では、外筒３４の排出口３４ａに多孔板４０を設け、液滴を含む蒸気ｇを多孔板４０で受け止めるようにしている。図２に示すように、多孔板４０には、多数の円形の冷却水流出孔４２が穿設されている。排出口３４ａから流下した蒸気を冷却水流出孔４２に流出させることによって、流出する蒸気に圧力損失を生じさせ、蒸気の流下速度を低減できる。そのため、この蒸気が冷却水面Ｌに衝突して液滴を飛散させるのを防止できる。従って、液滴のキャリオーバ量を低減できる。また、多孔板４０を排出口３４ａを覆うように配置しているので、蒸気の流出速度を確実に低減できる。
【００３０】
なお、排水空間ｓの断面積および気水分離器内の流量に応じて蒸気の流出速度は異なるが、例えば流出速度は２．０ｍ／ｓ近辺になる。これに対し、図２に示すような冷却水流出孔４２を有するステンレス鋼の多孔板を用い、冷却水流出孔４２の孔径１２．７ｍｍ、ピッチ１５．０ｍｍとし、開口率を０．６５としたとき、蒸気の流出速度を０．３ｍ／ｓに以下に低減できる。
【００３１】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図３により説明する。本実施形態は、リング状の多孔板５０を、第１段気水分離部２０の外筒２４の外周面上端に水平方向に設けた例である。多孔板５０には、第１実施形態と同様に、多数の円形の冷却水流出孔が穿設されている。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３２】
このように、第２段気水分離部３０の排水口に対向する位置にある外筒２４の上面外側に、多孔板５０を設けたことにより、排出口から冷却水面に向かう蒸気に対して確実に抵抗を与えることができる。そのため、蒸気の流出速度を低減できる。従って、この冷却水が冷却水面Ｌに衝突して液滴を飛散させるのを防止できる。さらに、多孔板５０を排出口３４ａから離して配置してあるので、第１実施形態と比べて、気水分離器の外側に設置されており排出口を塞ぐ配置ではないため圧力損失を低減できる長所がある。
【００３３】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態は、第２段気水分離部３０の外筒３４の下側半分の領域を、多数の円形の蒸気排出孔６２を分散配置した多孔性円筒体６０で構成したものである。これによって、蒸気が外筒３４内を流下中に、蒸気排出孔６２から蒸気を逃がすことで、徐々に外筒の外へ液滴を含む蒸気が流出し、排出口３４ａから流出する蒸気の流出速度を低減でき、蒸気が冷却水面Ｌに衝突して液滴を飛散させるのを防止できる。
【００３４】
また、本実施形態では、排出口３４ａを開放したままであるので、冷却水の流出抵抗が増加せず、かつ蒸気排出孔６２の配置領域及び数を調節することにより、排出口３４ａから流出する蒸気の流出速度を調節するのが容易になるという利点がある。なお、本実施形態では、既設の外筒３４の下側領域に蒸気排出孔６２を穿設するようにしてもよい。
【００３５】
なお、前記第１〜第３実施形態では、多孔板４０，５０に設けられる冷却水流出孔４２、又は多孔性円筒体６０に穿設される排水流出孔４２を円形としているが、その他の形状でもよく、例えば、スリット形状としてもよい。また、第１〜第３実施形態では、いずれも２段の気水分離部を備えた例であるが、本発明は、３段以上の気水分離部を備えたものにも適用できる。
【００３６】
さらに、第１〜第３実施形態では、いずれも第１段気水分離部２０の内筒２２の内側空間に旋回羽根２６が装着された例であるが、２段目以降の気水分離部に旋回羽根を設けるようにしてもよい。これによって、各段の流動状況に応じて旋回羽根の形状を最適化することにより気水分離性能を向上させ、かつ流れの圧力損失を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、複数の気水分離部を備えた気水分離器において、上段側気水分離部から流出する蒸気の流出速度を簡素かつ低コストな手段で低減し、液滴の飛散によるキャリオーバ量の増加を効果的に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０，１００，２００        気水分離器
２０，１１０，２１０        第１段気水分離部
３０，１２０，２３０        第２段気水分離部
２２，３２，１１２，１２２、２１８，２３２    内筒
２４，３４，１１４，１２４，２２０，２３４    外筒
２６，１１８，２１６        旋回羽根
２８，３６，１１６，１２６，２２４    オリフィス部
３４ａ                      排出口
３８，１３０                蒸気排出管
４０，５０                  多孔板（多孔性リング部材）
４２                        冷却水流出孔
６０                        多孔性円筒体
６２                        蒸気排出孔
２０２                      スタンドパイプ
２１２                      ディフューザ
２１４                      ハブ
２２２                      仕切板
２３６                      デミスタ
２３８                      遮蔽用円板
２４０                      流路孔
ｇ                          蒸気
ｌ                          液滴
ｍ                          液膜
ｓ                          冷却水流路
ｔ                          気液二相流
【図１】
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【図２】
2013039501.tif 000004
【図３】
2013039501.tif 000005
【図４】
2013039501.tif 000006
【図５】
2013039501.tif 000007
【図６】
2013039501.tif 000008