(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のライザーの内部に導入された蒸気と熱水との混合液である気液二相流を、スワールベーンにて気水分離し、前記分離された熱水を、前記ライザーの上方に配設されたデッキプレートの下面と前記ライザーの上端との間に設けられた隙間から、前記ライザーの外周面と前記ライザーの外周に同軸状に配設されたダウンカマバレルの内周面との間に環状に形成されたダウンカマー空間に排出し、前記分離された蒸気を、前記デッキプレートに蒸気流出口として形成されたオリフィスを通って器外へ放出するようにした気水分離器において、前記スワールベーンが複数枚の翼を有し、かつ当該各翼が互いに間隙を有するが前記ライザーの軸方向に見て重なって見えるように配置し、前記ダウンカマバレルと前記デッキプレートとの間に、スリット状の開口部を少なくとも１箇所設け、前記ダウンカマバレルと前記ライザーとで構成されるダウンカマー空間の出口に、前記ダウンカマバレルの外径とほぼ同一外径の中間デッキプレートを前記ライザーに設置して成り、前記ライザーの出口の開口部を、凹凸あるいは波状の開口部とするようにしたことを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
前記請求項１に記載の気水分離器において、前記スワールベーンから前記ライザーの出口までの距離を、前記ライザーの内径の１．７倍〜２．５倍とするようにしたことを特徴とする気水分離器。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）に使用される蒸気発生器用の気水分離器に係り、特にタンゼンシャルノズルを設けることなく、分離された熱水流が同伴する蒸気成分の量を最小化して、蒸気発生器内給水液面の上昇を防止できるようにした気水分離器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
加圧水型原子炉において一般に使用される竪形の蒸気発生器は、図５に断面図を示すように、タービン駆動用の飽和蒸気を発生させるが、その上方部（下流部）に、気水分離器、および湿分分離器を備えている。
【０００３】
このうち、気水分離器は、蒸気発生器から導入された蒸気と熱水との混合液である気液二相流から、蒸気と熱水とを分離するものである。
【０００４】
図３および図４は、この種の従来から用いられている気水分離器の構成例を示す部分斜視図および部分断面図である。
【０００５】
図３および図４において、蒸気発生器内の液面近傍にあって、上方へ延出したライザー１は、内部にスワールベーン３を備えており、下方から上昇してくる蒸気と熱水との混合液である気液二相流２(灰色矢印)を、スワールベーン３にて気水分離する。
【０００６】
このスワールベーン３にて分離された、比較的熱水の多い気液二相流（黒ぬり矢印）は、ライザー１の内面に押し付けられて旋回しつつ上昇する。
また、スワールベーン３にて分離された、ほとんど蒸気である気液二相流（白抜き矢印）は、中心部を上昇する。そして、ライザー１の上方には、水平なデッキプレート９が設置されており、ライザー１の中心部に開口したオリフィス１４を通って上昇し、次の湿分分離器へと向かう。
【０００７】
なお、１３はデッキプレート９上に溜まった熱水を下方の加熱沸騰領域に戻すためのドレン管である。
【０００８】
一方、ライザー１の内面に沿って上昇した気液二相流は、オリフィス１４の周辺のデッキプレート９の下面に衝突した後に、ダウンカマバレル４とライザー１とで構成されたダウンカマー空間ヘ流入し、その内の熱水の大部分は、重力によりダウンカマー空間内を落下して、蒸気発生器内の加熱沸騰領域に戻る。
【０００９】
ライザー１の出口から流出した気液二相流は、旋回力を受けているので、ダウンカマバレル４とライザー１とで構成された空間へ、分離された熱水５が気液二相流６に巻き込まれて流れ込むため、ダウンカマバレル４の下部出口から、気液二相噴流７となって流出する。このため、下方へ気相もキャリーアンダーされ易くなる。
【００１０】
さらに、ライザー１の出口から流出した気液二相流は、ダウンカマバレル４とデッキプレート９との間に設けられたタンゼンシャルノズル１５を通して、気液混合流として流出する。
【００１１】
この気液二相流の大部分は蒸気であり、蒸気流がデッキプレート９にあるベントガイド１２を通って、上方の湿分分離器へ向かう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような構成を有する気水分離器においては、スワールベーン３、およびタンゼンシャルノズル１５の分離作用により、気体である蒸気は液体である熱水から分離され、熱水がダウンカマー空間内を下降するようになっているが、分離作用に旋回流を利用していることから、気相と液相の界面のせん断力により、下降熱水に蒸気（気相）が巻き込まれて（キャリーアンダー）、蒸気発生器内の液面下に戻る。
【００１３】
このため、蒸気発生器内の加熱沸騰領域の上端にある熱水の中に蒸気気泡が入り込み、液面を上昇させる。
【００１４】
そして、このような液面上昇が急激に起こると、液滴を含む蒸気の上昇流速が増して、ベントガイド       １２からデッキプレート９の上方に吹上げ、結果として気水分離機能を低下させるおそれがある。
【００１５】
また、気水分離性能を良くするために、ダウンカマバレル４とデッキプレート９との間にタンゼンシャルノズル１５を設けているが、構造が複雑で加工工数を要することとなる。
【００１６】
従って、本発明の目的は、タンゼンシャルノズルを設けることなく、分離された熱水流が同伴する蒸気成分の量を最小化して、蒸気発生器内給水液面の上昇を防止することが可能な気水分離器を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、筒状のライザーの内部に導入された蒸気と熱水との混合液である気液二相流を、スワールベーンにて気水分離し、前記分離された熱水を、前記ライザーの上方に配設されたデッキプレートの下面と前記ライザーの上端との間に設けられた隙間から、前記ライザーの外周面と前記ライザーの外周に同軸状に配設されたダウンカマバレルの内周面との間に環状に形成されたダウンカマー空間に排出し、前記分離された蒸気を、前記デッキプレートに蒸気流出口として形成されたオリフィスを通って器外へ放出するようにした気水分離器において、前記スワールベーンが複数枚の翼を有し、かつ当該各翼が互いに間隙を有するが前記ライザーの軸方向に見て重なって見えるように配置し、前記ダウンカマバレルと前記デッキプレートとの間に、スリット状の開口部を少なくとも１箇所設け、前記ダウンカマバレルと前記ライザーとで構成されるダウンカマー空間の出口に、前記ダウンカマバレルの外径とほぼ同一外径の中間デッキプレートを前記ライザーに設置して成り、前記ライザーの出口の開口部を、凹凸あるいは波状の開口部とするようにしていることを特徴としている。
【００１８】
従って、請求項１に対応する発明の気水分離器においては、スワールベーンの有する複数枚の翼を、各翼が互いに間隙を有するがライザーの軸方向に見て重なって見えるように配置することにより、翼８と翼８との間から分離水が抜け出しにくくすることができる。また、ダウンカマバレルとデッキプレートとの間に、スリット状の開口部を設けることにより、気水分離効果を大きくすることができ、加工上も容易なものとなる。さらに、ダウンカマバレルとライザーとで構成されるダウンカマー空間の出口に、ダウンカマバレルの外径とほぼ同一外径の中間デッキプレートをライザーに設置することにより、ダウンカマバレルから直接高速噴流が下部へ流れるのを抑制することができる。さらにまた、ダウンカマバレルの外径と同一の外径であることにより、ダウンカマバレルの外側を流れる下降流の抵抗になることはない。そして、ライザーの出口の開口部を、凹凸あるいは波状の開口部とするようにしているので、スワールベーンの遠心力により分離された熱水が、ライザーの内壁面を液膜となって流れる場合に、分離された熱水を順次排出し、さらにライザーの出口部の旋回流の影響を受けることがなくなり、気相を巻き込むことがないため、その分だけ分離効果を良好とすることができる。
【００１９】
また、請求項２に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の気水分離器において、スワールベーンからライザーの出口までの距離を、ライザーの内径の１.７倍〜２.５倍とするようにしている。
【００２０】
従って、請求項２に対応する発明の気水分離器においては、スワールベーンからライザーの出口までの距離を、ライザーの内径の１.７倍〜２.５倍とすることにより、スワールベーンの遠心力により分離された熱水が、ライザーの内壁面を液膜となって流れる場合に、旋回流れが発達し、液膜が薄くなって、ライザーの出口から効果的に分離水を排出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による気水分離器の構成例を示す図であり、図１（ａ）は同縦断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ縦断面図（スワールベーンの断面図）、図１（ｃ）はスワールベーンの概要図をそれぞれ示している。
【００２５】
なお、図１において、図３および図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２６】
図１において、蒸気発生器からライザー１を通って導入されてくる、蒸気と熱水との混合液である気液二相流２を、スワールベーン３にて気相と液相とに分離する。
【００２７】
ここで、スワールベーン３は、複数枚（本例では６枚：翼８の枚数は６枚に限定されることなく、適宜必要に応じた数とする）の翼８を有しており、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、後縁部１６を長くして、各翼８が互いに重なりあうように配置して、翼８の間から分離水が抜け出ることのないようにしている。
【００２８】
ライザー１の出口１７で、水はダウンカマバレル４とライザー１とで構成されるダウンカマー空間へ流入する。
【００２９】
この時、従来例で説明したように、蒸気も混合流入する。
【００３０】
また、ダウンカマバレル４とデッキプレート９との間には、前述した従来のタンゼンシャルノズル１５を省略して、単純なスリット状の開口部１０を設けている。
【００３１】
なお、図１では、スリット状の開口部１０を２箇所に設けているが、特に限定されず、少なくとも１箇所に設ければよい。
【００３２】
そして、このスリット状の開口部１０からも、分離水と蒸気との混合流が流出するようにしている。
【００３３】
さらに、ダウンカマバレル４の下端、すなわちダウンカマバレル４とライザー１とで構成されるダウンカマー空間の出口には、ダウンカマバレル４の外径とほぼ同一外径の中間デッキプレート１１を、ライザー１に設置しており、ダウンカマバレル４から直接高速噴流が下部へ流れるのを抑制するようにしている。
【００３４】
一方、デッキプレート９の下部の蒸気は、ベントガイド１２を通って上へ、デッキプレート９の上の水は、ドレン管１３を通って下へ流れる。
【００３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による気水分離器の作用について説明する。
【００３６】
なお、図３および図４と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００３７】
図１において、蒸気発生器からライザー１を通って流入してくる、蒸気と熱水との混合液である気液二相流２を、スワールベーン３にて気相と液相とに分離する。
【００３８】
このスワールベーン３は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、６枚の翼８を有して、各翼８が互いに重なりあうように配置していることにより、翼８と翼８との間から分離水が抜け出しにくくすることができる。
【００３９】
また、ライザー１の出口１７で、水はダウンカマバレル４とライザー１とで構成されたダウンカマー空間へ流入する。この時、蒸気も混合流入する。
【００４０】
さらに、ダウンカマバレル４とデッキプレート９との間のスリット状の開口部１０からも、分離水と蒸気との混合流が流出する。
【００４１】
この場合、スリット状の開口部１０の面積が大きい方が、気水分離効果が大きい。
【００４２】
また、このスリット状の開口部１０は、加工上も最もシンプルで加工容易な流出口である。
【００４３】
一方、ダウンカマバレル４とライザー１とで構成されるダウンカマー空間の下端には、ダウンカマバレル４の外径とほぼ同一外径の中間デッキプレート１１をライザー１に設置していることにより、ダウンカマバレル４から直接高速噴流が下部へ流れるのを抑制することができる。
【００４４】
また、ダウンカマバレル４の外径と同一の外径であることにより、ダウンカマバレル４の外側を流れる下降流の抵抗になることはない。
【００４５】
よって、デッキプレート９の下部の蒸気は、ベントガイド１２を通って上へ、デッキプレート９の上の水は、ドレン管１３を通って下へ流れ易くなり、オリフィス１４を水の少ない蒸気が上昇することができる。
【００４６】
上述したように、本実施の形態による気水分離器では、従来のようなタンゼンシャルノズル１５を設けることなく、分離された熱水流が同伴する蒸気成分の量を最小化して、蒸気発生器内給水液面の上昇を防止することが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態による気水分離器は、前述した第１の実施の形態の気水分離器において、スワールベーン３からライザー１の出口１７までの距離を、ライザー１の内径の１.７倍〜２.５倍だけ大きくした構成としている。
【００４８】
次に、以上のように構成した本実施の形態による気水分離器の作用について説明する。
【００４９】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００５０】
蒸気発生器からライザー１を通って流入してくる、蒸気と熱水との混合液である気液二相流２を、スワールベーン３にて気相と液相とに分離する。
【００５１】
この場合、スワールベーン３の遠心力により分離された熱水が、ライザー１の内壁面を液膜となって流れるが、旋回する液膜の流れが十分に発達するのには、スワールベーン３の後縁部１６からライザー１の出口１７までの距離として、ライザー１の内径の１.７倍以上が必要であることが実験で判明した。
【００５２】
さらに、このスワールベーン３の後縁部１６からライザー１の出口１７までの距離としては、ライザー１の内径の２.５倍までは、スワールベーン３の旋回力により旋回流れが発達し、液膜が薄くなって、ライザー１の出口１７から効果的に分離液を排出することができる。
【００５３】
なお、このスワールベーン３の後縁部１６からライザー１の出口１７までの距離が、ライザー１の内径の１.７倍〜２.５倍の範囲以上の位置では、ライザー１の内壁面の摩擦力の効果で液膜の流速が減少して、再び液膜の厚さが厚くなり、このため分離された熱水の排出が悪くなると共に、全体の構造が大きくなりコスト上も好ましくない。
【００５４】
上述したように、本実施の形態による気水分離器では、前述した第１の実施の形態の効果を得ることが可能であるのに加えて、スワールベーン３の遠心力により分離された熱水が、ライザー１の内壁面を液膜となって流れる場合に、旋回流れが発達し、液膜が薄くなって、ライザー１の出口１７から効果的に分離水を排出することが可能となる。
【００５５】
（第３の実施の形態）
図２は、本実施の形態による気水分離器の構成例を示す部分斜視図であり、図１（ａ）〜（ｃ）と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５６】
すなわち、本実施の形態による気水分離器は、図２に示すように、前述した第１または第２の実施の形態の気水分離器において、ライザー１の出口１７の開口部を、図２（ａ）に示すように波状の開口部１８、あるいは図２（ｂ）に示すように凹凸状の開口部１８とした構成としている。
【００５７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による気水分離器の作用について説明する。
【００５８】
なお、図１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００５９】
蒸気発生器からライザー１を通って流入してくる、蒸気と熱水との混合液である気液二相流２を、スワールベーン３にて気相と液相とに分離する。
【００６０】
この場合、スワールベーン３の遠心力により分離された熱水が、ライザー１の内壁面を液膜となって流れ、ライザー１の出口１７から流出するが、ライザー１の出口１７の構造を、凹凸あるいは波状の開口部１８としていることにより、谷の部分１９より熱水が先に流出することとなる。
【００６１】
このため、分離された熱水が、一度に排出されるのではなく、順次排出されることとなり、さらにライザー１の出口１７部の旋回流の影響を受けることがなくなり、蒸気を巻き込むことがないため、この分だけ分離効果を良好とすることができる。
【００６２】
上述したように、本実施の形態による気水分離器では、前述した第１または第２の実施の形態の効果を得ることが可能であるのに加えて、スワールベーン３の遠心力により分離された熱水が、ライザー１の内壁面を液膜となって流れる場合に、分離された熱水を順次排出し、さらにライザー１の出口１７部の旋回流の影響を受けることがなくなり、蒸気を巻き込むことがない分だけ、分離効果を良くすることが可能となる。
【００６３】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気水分離器によれば、スワールベーンが複数枚の翼を有し、かつ当該各翼が互いに間隙を有するがライザーの軸方向に見て重なって見えるように配置し、ダウンカマバレルとデッキプレートとの間に、スリット状の開口部を少なくとも１箇所設け、ダウンカマバレルとライザーとで構成されるダウンカマー空間の出口に、ダウンカマバレルの外径とほぼ同一外径の中間デッキプレートをライザーに設置するようにし、ライザーの出口の開口部を、凹凸あるいは波状の開口部とするようにしているので、タンゼンシャルノズルを設けることなく、分離された熱水流が同伴する蒸気成分の量を最小化して、蒸気発生器内給水液面の上昇を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による気水分離器の第１の実施の形態を示す概要図。
【図２】本発明による気水分離器の第３の実施の形態を示す部分斜視図。
【図３】従来から用いられている気水分離器の構成例を示す部分斜視図。
【図４】従来から用いられている気水分離器の構成例を示す部分断面図。
【図５】加圧水型原子炉において一般に使用される竪形の蒸気発生器の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１…ライザー
２…気液二相流
３…スワールベーン
４…ダウンカマバレル
５…熱水
６…気液二相流
７…気液二相噴流
８…翼
９…デッキプレート
１０…スリット状の開口部
１１…中間デッキプレート
１２…ベントガイド
１３…ドレン管
１４…オリフィス
１５…タンゼンシャルノズル
１６…後縁部
１７…ライザー１の出口
１８…凹凸あるいは波状の開口部
１９…谷の部分。
【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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