(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器の高さを低減することができる気水分離器を提供する。【解決手段】気水分離器６は、スタンドパイプ７の上端部にスワラ１１を内蔵するディフューザ１０が取り付けられ、ディフューザ１０に三段の気水分離部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが順次設置される。各気水分離部は、内筒１２の外側を外筒１３で取り囲み、外筒１３の上端にピックオフリング１４を取り付けている。内筒１２とピックオフリング１４の間にギャップ１５が形成されている。複数の液膜排出機構８がスタンドパイプ７に周方向に間隔を置いて設置される。液膜排出機構８は、スタンドパイプ７の内面よりも内側に突出している。スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜は、液膜排出機構８によって分離され、スタンドパイプ７に形成された開口９を通ってスタンドパイプ７の外部に排出される。【選択図】図１
2009192354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流を導くスタンドパイプと、前記スタンドパイプの下流端に接続され、下流に向かって拡がるディフューザと、前記ディフューザ内に設置されたスワラと、内筒、前記内筒を取り囲む外筒、及び前記外筒の下流端に取り付けられて開口部が形成されたピックオフリングを有し、前記内筒と前記ピックオフリングの間にギャップを形成している複数の気水分離部とを備え、
前記複数の気水分離部が下流に向かって順次配置され、最も上流に位置する前記気水分離部の前記内筒が前記ディフューザに設置され、
複数の水分分離部材が、前記スタンドパイプに設置されて前記スタンドパイプの内面から内側に突出しており、前記水分分離部材で分離した水分を前記スタンドパイプの外部に排出する開口部を前記スタンドパイプに形成していることを特徴とする気水分離器。
【請求項２】
前記水分分離部材は、前記スタンドパイプの入口よりも前記ディフューザに近い位置に配置される請求項１に記載の気水分離器。
【請求項３】
前記複数の水分分離部材は、前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置されている請求項１または請求項２に記載の気水分離器。
【請求項４】
前記複数の水分分離部材は、前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置された複数の第１水分分離部材、及び前記スタンドパイプの周方向に間隔を置いて設置されて前記第１水分分離部材よりも上流に配置された複数の第２水分分離部材を含んでおり、
前記第１水分分離部材は、周方向において隣り合う前記第２水分分離部材の間に存在する前記スタンドパイプの管壁の延長線上に位置している請求項３に記載の気水分離器。
【請求項５】
気液二相流を導くスタンドパイプと、前記スタンドパイプの下流端に接続され、下流に向かって拡がるディフューザと、前記ディフューザ内に設置されたスワラと、内筒、前記内筒を取り囲む外筒、及び前記外筒の下流端に取り付けられて開口部が形成されたピックオフリングを有し、前記内筒と前記ピックオフリングの間にギャップを形成している複数の気水分離部とを備え、
前記複数の気水分離部が下流に向かって順次配置され、最も上流に位置する前記気水分離部の前記内筒が前記ディフューザに設置され、
複数の水分分離部材が、前記ディフューザの下端部に設置されて前記ディフューザの内面から内側に突出しており、前記水分分離部材で分離した水分を前記ディフューザの外部に排出する開口部を前記ディフューザの下端部に形成していることを特徴とする気水分離器。
【請求項６】
原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に配置された炉心と、前記原子炉圧力容器内で前記炉心の上方に配置された、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の気水分離器とを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、気水分離器及び沸騰水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという）は、原子炉圧力容器を有し、複数の燃料集合体を装荷した炉心を原子炉圧力容器内に配置している。炉心内の燃料集合体で発生した熱によって炉心に供給される冷却材（軽水）を加熱して沸騰させる。この沸騰によって冷却材の一部が蒸気になる。発生した蒸気は、原子炉圧力容器から排出されてタービンに供給され、タービンを回転させる。タービンに連結される発電機が回転して電力を発生させる。気水分離器が、原子炉圧力容器内で炉心の上方に配置されている。炉心で発生した蒸気と水を含む気液二相流が供給される気水分離器は、その気液二相流に含まれ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）の高い蒸気を発生させる機能を有する（例えば、特開２０００−１５５１９１号公報参照）。
【０００３】
ＢＷＲに用いられる気水分離器は、気水分離性能の向上及び圧力損失の低減を図ることが望まれている。これらの課題を達成する気水分離器が特開２００１−１７４５８２号公報に記載されている。この気水分離器は、スタンドパイプ及び内筒に多数の貫通した開口を形成している。炉心から上昇した気液二相流がスタンドパイプ及び内筒内を流れる。気液二相流に含まれる蒸気はスタンドパイプ及び内筒の横断面の中央部を流れるが、液膜がスタンドパイプ及び内筒の内面に付着して上昇する。この液膜を形成する水分が、スタンドパイプ及び内筒のそれぞれに形成された各開口よりスタンドパイプ及び内筒の外部に排出される。スタンドパイプの上端部には、気液二相流に旋回力を与えるスワラが設けられている。このスワラに導かれる水分の量が低減されるので、圧力損失も低減される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５５１９１号公報
【特許文献２】特開２００１−１７４５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
沸騰水型原子炉においては、原子炉、すなわち、原子炉圧力容器の高さを低減することが望まれている。この課題を達成するために、発明者らは、気水分離器の高さを低くすることができないかを検討した。この発明者らの検討の結果に基づいて本発明がなされたのである。
【０００６】
本発明の目的は、原子炉圧力容器の高さを低減することができる気水分離器及び沸騰水型原子炉を提供することにある
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、複数の水分分離部材が、スタンドパイプに設置されてスタンドパイプの内面から内側に突出しており、この水分分離部材で分離した水分をスタンドパイプの外部に排出する開口部をスタンドパイプに形成していることにある。
【０００８】
スタンドパイプの内面に沿って上昇する水分（例えば、液膜）がスタンドパイプの内面に突出する水分分離部材によってスタンドパイプ内を上昇する気液二相流から分離されてスタンドパイプ外に排出されるので、スワラに導かれる気液二相流に含まれる密度の大きな水分の量が減少する。このため、スワラに形成された、気液二相流に旋回力を与える羽根の傾斜角を大きくすることができ、気液二相流に付与される旋回力が増大し、気水分離性能が向上する。気水分離性能の向上により、気水分離器の高さを低減させることができ、気水分離器を収容する原子炉圧力容器の高さも低減できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気水分離器の高さを低減することができ、原子炉圧力容器の高さも低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の好適な一実施例である実施例１の気水分離器を、図１を用いて説明する。本実施例の気水分離器を説明する前に、この気水分離器が適用される沸騰水型原子炉、すなわち、改良型沸騰水型原子炉（以下、ＡＢＷＲという）を説明する。
【００１２】
ＡＢＷＲ１は、図２に示すように、原子炉圧力容器２を備え、この原子炉圧力容器２内に炉心３を配置している。原子炉圧力容器２内に配置された炉心シュラウド４は炉心３を取り囲んでいる。複数の燃料集合体（図示せず）が炉心３に装荷されている。シュラウドヘッド５が炉心シュラウド４の上端部に設置され、複数の気水分離器６がシュラウドヘッド５に設置される。蒸気乾燥器１７が気水分離器６の上方で原子炉圧力容器２に設置される。気水分離器６及び蒸気乾燥器１７は原子炉圧力容器２内に配置される。環状の流路であるダウンカマ１９が原子炉圧力容器２と炉心シュラウド４の間に形成される。複数のインターナルポンプ１８が原子炉圧力容器２の底部に設置され、インターナルポンプ１８のインペラがダウンカマ１９内に配置される。主蒸気配管２０が原子炉圧力容器２に接続される。
【００１３】
ダウンカマ１９内の冷却水（冷却材）はインターナルポンプ１８の駆動によって炉心３に供給される。この冷却水は、炉心３内に配置された燃料集合体内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気を含む冷却水は、気液二相流の状態で炉心３から気水分離器６内に導かれる。気水分離器６は、冷却水を除去し、蒸気を排出する。蒸気は、蒸気乾燥器１７によって含まれている液滴がさらに除去されて乾燥度を増し、主蒸気配管２０に排出される。蒸気は、主蒸気配管２０を通ってタービン（図示せず）に供給されてタービンを回転させる。タービンに連結された発電機（図示せず）は、回転して電力を発生する。タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水になる。この水は、給水として給水配管（図示せず）により原子炉圧力容器２内に供給される。気水分離器６で分離された冷却水は、ダウンカマ１９内に排出される。この冷却水は、給水配管によって供給される給水とダウンカマ１９内で混合され、インターナルポンプ１８内に流入する。
【００１４】
気水分離器６について詳細に説明する。気水分離器６は、図１に示すように、スタンドパイプ７、ディフューザ１０、スワラ１１、内筒１２、外筒１３及びピックオフリング１４を有する。内筒１２、外筒１３及びピックオフリング１４は気水分離部２１を構成し、気水分離器６は三段の気水分離部２１を有する。図１では、各段の気水分離部２１はａ，ｂ，ｃで区別している。すなわち、気水分離部２１ａが一段目の気水分離部であり、気水分離部２１ｂが二段目の気水分離部、及び気水分離部２１ｃが三段目の気水分離部である。図１においては、ａを付した構成要素が気水分離部２１ａの構成要素であり、ｂを付した構成要素が気水分離部２１ｂの構成要素であり、ｃを付した構成要素が気水分離部２１ｃの構成要素である。
【００１５】
スタンドパイプ７はシュラウドヘッド５に取り付けられる。上方（下流）に向かって内部の横断面積が拡大するディフューザ６は、下端（上流端）がスタンドパイプ７の上端（下流端）に溶接にて接合されている。複数の羽根を有するスワラ１１がディフューザ１０内に設置される。気水分離部２１ａがディフューザ１０の上端に、気水分離部２１ｂが気水分離部２１ａの上端に、気水分離部２１ｃが気水分離部２１ｂの上端にそれぞれ設置される。気水分離部２１ａは、内筒１２ａ、外筒１３ａ及びピックオフリング１４ａを有する。内筒１２ａがディフューザ１０の上端に取り付けられ、ピックオフリング１４ａが内筒１２ａの上端にそれぞれ取り付けられる。ピックオフリング１４ａは、円板部に円筒部を取り付けた構成を有し、円筒部が円板部から下方（上流）に向かって伸びている。開口２２ａが円筒部内に形成されている。気水分離器６の圧力損失低減のため、ピックオフリング１４ａの円筒部の下端部の外面にはテーパー状の面取り加工が施されている。後述のピックオフリング１４ｂ、１４ｃも、ピックオフリング１４ａと同じ構成を有している。内筒１２ａを取り囲む外筒１３ａは、ピックオフリング１４ａに取り付けられてピックオフリング１４ａから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１６ａが内筒１２ａと外筒１３ａの間に形成される。内筒１２ａの上端部には、内筒１２ａ内と排水通路１６ａを連絡するギャップ１５ａが形成されている。排出口２３ａが排水通路１６ａの下端に形成される。
【００１６】
気水分離部２１ｂは、内筒１２ｂ、外筒１３ｂ及びピックオフリング１４ｂを有する。内筒１２ｂの下端がピックオフリング１４ａに取り付けられ、ピックオフリング１４ｂが内筒１２ｂの上端に取り付けられる。内筒１２ｂを取り囲む外筒１３ｂは、ピックオフリング１４ｂに取り付けられてピックオフリング１４ｂから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１６ｂが内筒１２ｂと外筒１３ｂの間に形成される。内筒１２ｂの上端部には、内筒１２ｂ内と排水通路１６ｂを連絡するギャップ１５ｂが形成されている。外筒１３ｂの下端部には、排水通路１６ｂと連通する排出口２３ｂが形成されている。
【００１７】
気水分離部２１ｃは、内筒１２ｃ、外筒１３ｃ及びピックオフリング１４ｃを有する。内筒１２ｃの下端がピックオフリング１４ｂに取り付けられ、ピックオフリング１４ｃが内筒１２ｃの上端に取り付けられる。内筒１２ｃを取り囲む外筒１３ｃは、ピックオフリング１４ｃに取り付けられてピックオフリング１４ｃから下方に向かって伸びている。環状の排水通路１６ｃが内筒１２ｃと外筒１３ｃの間に形成される。内筒１２ｃの上端部には、内筒１２ｃ内と排水通路１６ｃを連絡するギャップ１５ｃが形成されている。外筒１３ｃの下端部には、排水通路１６ｃと連通する排出口２３ｃが形成されている。
【００１８】
水分分離部材である複数の液膜排出機構（水分分離部材）８が、スタンドパイプ７に設置されており、スタンドパイプ７の周方向に所定の間隔を置いて配置されている。各液膜排出機構８は、スタンドパイプ７の管壁を貫通してスタンドパイプ７の内面から内側に突出している。これらの液膜排出機構８は、スタンドパイプ７の管壁を貫通する上部部材２６、内側突出部２４及び外側突出部２５を有する。内側突出部２４はスタンドパイプ７の内側で上部部材２６に設けられ、外側突出部２５はスタンドパイプ７の外側で上部部材２６に設けられている。内側突出部２４及び外側突出部２５は、上部部材２６より下方（上流）に向かって伸びている。内側突出部２４がスタンドパイプ７よりも内側に配置され、外側突出部２５がスタンドパイプ７の外側に配置されている。内側突出部２４は、スタンドパイプ７に面する内面が下方に向かって傾斜する斜面を形成している。上部部材２６の下方で上部部材２６に接する開口９がスタンドパイプ７に形成される。内側突出部２４及び外側突出部２５は開口９よりも下方に伸びている。
【００１９】
気水分離器６における気水分離の機能を具体的に説明する。炉心３から上昇した、蒸気及び冷却水を含む気液二相流が、気水分離器６のスタンドパイプ７内に流入し、スタンドパイプ７内を上昇する。蒸気はスタンドパイプ７の横断面の中央部を流れ、冷却水の大部分はスタンドパイプ７の内面に付着して液膜として存在し液膜の状態でスタンドパイプ７の内面に沿って上昇する。スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜の一部は、スタンドパイプ７に設けられた液膜排出機構８の内側突出部２４とスタンドパイプ７の内面との間を上昇して上部部材２６に衝突し、開口９を通ってスタンドパイプ７の外側に達し、外側突出部２５に沿って下方に向かって流出する。
【００２０】
複数の液膜排出機構８で水分が取り除かれた気液二相流は、ディフューザ１０内に流入する。この気液二相流はスワラ１１によって旋回力が与えられ、遠心分離作用により密度の大きい水が外側に飛ばされ、密度の小さい蒸気が内筒１２ａの中心に集まって上昇する。外側に飛ばされた水は内筒１２ａの内面に付着して液膜を形成する。この液膜は、内筒１２ａの内面に沿って上昇してピックオフリング１４ａに当たり、蒸気から分離されてギャップ１５ａを通って内筒１２ａの外側に形成された排水通路１６ａに排出される。この排水通路１６ａに排出された、分離された液膜の水分は、排水通路１６ａを下降して排出口２３ａより気水分離器６の外側に存在する炉水２７に戻される。
【００２１】
気水分離部２１ａによって上記のように水分が除去されて含有する水分の量が少なくなった気液二相流は、旋回しながら、ピックオフリング１４ａの開口２２ａを通って気水分離部２１ｂの内筒１２ｂ内に流入する。開口２２ａを通過した気液二相流に含まれた水は、外側に飛ばされ、内筒１２ｂの内面に液膜を形成する。この気液二相流に含まれた蒸気は、内筒１２ｂの中心に集まって上昇する。内筒１２ｂの内面に形成された液膜は、内筒１２ｂの内面に沿って上昇し、ピックオフリング１４ｂに当たって蒸気から分離される。分離された液膜、すなわち、水分はギャップ１５ｂを通って内筒１２ｂの外側に形成された排水通路１６ｂに排出される。排水通路１６ｂに排出された水分は、排水通路１６ｂを下降して排出口２３ｂから炉水２７に戻される。
【００２２】
気水分離部２１ｂにおいて水分が除去されて含有する水分の量が少なくなった蒸気は、旋回しながら、ピックオフリング１４ｂの開口２２ｂを通って気水分離部２１ｃの内筒１２ｃ内に流入する。開口２２ｃを通過した蒸気に含まれた水は、外側に飛ばされ、内筒１２ｃの内面に液膜を形成する。水分が少なくなった蒸気は、内筒１２ｃの中心に集まって内筒１２ｃ内を上昇する。内筒１２ｃの内面に形成された液膜は、内筒１２ｃの内面に沿って上昇し、ピックオフリング１４ｃに当たり、蒸気から分離される。分離された駅膜である水分は、ギャップ１５ｃを通って内筒１２ｃの外側に形成された排水通路１６ｃに排出される。排水通路１６ｃに排出された水分は、排水通路１６ｃを下降して排出口２３ｃから炉水２７に戻される。
【００２３】
気水分離器６で大部分の水分が除去されて少量の液滴を含む蒸気は、ピックオフリング１４ｃの開口２２ｃから排出されて蒸気乾燥器１７に流入する。
【００２４】
気水分離器６は冷却材流路の一部であり、気水分離器６の圧力損失を低減することにより炉水２７を循環させるインターナルポンプ１８の動力を減らすことができる。気水分離器６の圧力損失の低減は、沸騰水型原子力発電プラントの経済性向上に大きく貢献する。また、気水分離器６の圧力損失の低減は、気水分離器６の高さを低減させることができ、原子炉圧力容器の高さの低減に寄与する。
【００２５】
一般に、気水分離器内の圧力損失の大部分はスワラ１１によって気液二相流が旋回される部分で発生する。本実施例の気水分離器６は、気液二相流がスワラ１１の位置に到達する前に、スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜の少なくとも一部を液膜排出機構８によって気液二相流から分離してスタンドパイプ７の外部に排出する。したがって、スワラ１１に到達する水の量が少なくなる。流体の密度をρ、流体の速度をｕとしたとき、圧力損失は、一般に、密度ρ及び速度ｕと次式の関係が成立する。
【００２６】
圧力損失  ∽  ρｕ２
ＡＢＷＲの運転時では、気水分離器６内の圧力は約７ＭＰａであり、水及び蒸気は飽和状態になっているとみなせる。この場合、気水分離器６内の水の密度は蒸気の密度の約２０倍となる。したがって、単純に考えると水と蒸気の流量が同じだけ減少すれば、スワラ１１での圧力損失の低減効果は水の方が蒸気よりも２０倍大きくなる。実際には、スワラ１１付近での気液二相流の流れは複雑であり、圧力損失の低減効果が単純に２０倍であるとは言い切れないが、あくまで複雑性による補正であり、水と蒸気の流量が同じだけ減少した場合の圧力損失の低減効果は水の方が十分大きい。
【００２７】
本実施例では、スタンドパイプ７に液膜排出機構８を設置することにより、スワラ１１に流入する水の流量を大幅に減少できる。これによって、気水分離器６の圧力損失の大部分を占めるスワラ１１付近での圧力損失を大幅に低減できる。
【００２８】
スタンドパイプ７に液膜排出機構８を設けることにより、液膜排出機構８の設置箇所においてスタンドパイプ７内の主に蒸気が流れる部分の流路面積が減少する。このため、液膜排出機構８の上流から下流にかけて、スタンドパイプ７内で流路の縮小及び拡大による圧力損失が発生する。この流路の縮小及び拡大によって生じる圧力損失は、流路面積の変化率に大きく依存し、その変化率が大きいほど増大する。
【００２９】
液膜排出機構８は、スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜を気液二相流から分離してスタンドパイプ７の外部に導く機能を有する。一般に、スタンドパイプ７のような円管内を上昇する気液二相流の場合、円管の内面に付着する液膜はそれほど厚くはならない。したがって、液膜排出機構８の内側突出部２４がスタンドパイプ７の内面からスタンドパイプ７の中心に向かって突出する高さ（すなわち、スタンドパイプ７の内面と内側突出部２４の間のギャップ幅）は、あまり高くする必要はない。なお、密度が水の約２０分の１である蒸気がスタンドパイプ７の中央部を流れるので、上記した流路の縮小及び拡大に起因した圧力損失も、流れる流体の密度が小さい方が一般に小さくなる。
【００３０】
以上に述べた理由によって、本実施例の気水分離器６では、液膜排出機構８を設けることによる流路の縮小及び拡大による圧力損失をスワラ１１付近で発生する圧力損失より十分に小さくできる。すなわち、気水分離器６の圧力損失を十分低減できる。
【００３１】
気水分離器６は、スタンドパイプ７内を上昇する気液二相流がスワラ１１に到達する前に、スタンドパイプ７内に突出した液膜排出機構８により気液二相流から水を分離しているので、特開２００１−１７４５８２号公報に記載されたようにスタンドパイプに貫通孔を設けた場合に比べてより多くの水を分離することができる。特に、液膜排出機構８は、スタンドパイプ７内に突出した部分が鉤型に上流に向って折れ曲がっているため、スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜を効率良く分離することができる。このため、スワラ１１に到達する水の量も特開２００１−１７４５８２号公報に記載された気水分離器よりも低減されるので、スワラ１１付近での圧力損失を低減できる。この圧力損失の低減効果の一部を利用して本実施例におけるスワラ１１の羽根の傾斜角を特開２００１−１７４５８２号公報に記載されたそれの傾斜角よりも大きくすることができる。羽根の傾斜角はスタンドパイプ７の軸心との成す角であり、その傾斜角が大きいほど、羽根の傾き状態は垂直状態から水平状態に移行する。気水分離器６は、スワラ１１の羽根の傾斜角が大きいので、スワラ１１による気液二相流の旋回力が上記の公知例よりも大きくなる。このため、気液二相流に含まれて内筒１２ａの内面に付着して液膜を形成する水分の量の割合が増大する。これは、気水分離部２１ａでの水分の分離効率を増大させることになる。スワラ１１によって気液二相流の旋回力が増大されることは、気水分離部２１ａだけでなく、気水分離部２１ｂ及び２１ｃでの水分の分離効率を高めることになる。以上のように、気水分離器６は気水分離性能を向上できる。
【００３２】
本実施例は、液膜排出機構８をスタンドパイプ７の周方向で所定の間隔を置いて設けているので、スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜からの液滴の飛散が増加する。しかしながら、本実施例は、スワラ１１の羽根の傾斜角を大きくして気液二相流の旋回力を増大させているので、その飛散した液滴も、内筒１２ａの内面に形成された液膜に付着させることができる。したがって、その飛散した液滴も、効率良く気液二相流から分離することができる。
【００３３】
液膜排出機構８で水分を分離することによるスワラ１１付近での圧力損失の低減効果の残りによって、気水分離器６の圧力損失を低減することができる。
【００３４】
スワラ１１の羽根の傾斜角を大きくした気水分離器６は上記したように気液分離性能を向上させることができるので、気水分離器６の高さ、特に、気水分離部２１ａの高さを低減することができる。気水分離器６の高さを低減できるため、気水分離器６を収納する原子炉圧力容器の高さも低減できる。
【００３５】
気水分離器６の気水分離性能の一つにキャリーアンダー特性がある。これは、気水分離器で分離された水と共に気水分離器の外側に存在する炉水２７内にどれだけの蒸気が入り込むかを示す指標である。インターナルポンプ１８のキャビテーションによる振動低減等の観点から、キャリーアンダーは少ない方が良い。したがって、液膜排出機構８は、スタンドパイプ７の内面に形成された液膜の一部を、開口９を通してスタンドパイプ７の外部に導くように構成することが望ましい。一般に発達した液膜はほぼ水のみで形成される。このため、スタンドパイプ７の内面からスタンドパイプ７の中心に向かう方向での、スタンドパイプ７の内面と内側突出部２４の間に形成される間隙の幅は、スタンドパイプ７の内面に形成される液膜の厚さ以下に設定すればよい。
【００３６】
液膜排出機構８のスタンドパイプ７への設置位置は、スタンドパイプ７の入口から離れた位置、すなわち、スワラ１１に近い位置にすることが望ましい。これは、スタンドパイプ７の入口付近では流入した気液二相流の流れが乱れており、この気液二相流の流れがスタンドパイプ７内を上昇するにつれて安定し、スタンドパイプ７の内面では液膜の流れが、スタンドパイプ７の中央部では液滴及び蒸気の流れが発達して形成されるからである。
【００３７】
本実施例の気水分離器６は高さが低減できるので、原子炉圧力容器の高さを低減することができる。また、気水分離器６は気水分離効率を向上させることができる。
【実施例２】
【００３８】
本発明の他の実施例である実施例２の気水分離器を、図３を用いて説明する。本実施例の気水分離器６Ａも図２に示すＡＢＷＲに適用される。本実施例の気水分離器６Ａは、スタンドパイプ７における複数の液膜排出機構８の配置が異なっている以外は、実施例１の気水分離器６と同じ構成を有する。
【００３９】
本実施例における液膜排出機構８の配置について説明する。本実施例の気水分離器６Ａは、複数の液膜排出機構８がスタンドパイプ７に取り付けられる。複数の液膜排出機構８の半分は、残りの半分の液膜排出機構８よりも上方でスタンドパイプ７に設置される。便宜的に、前者の半分の液膜排出機構を第１液膜排出機構と称し、後者の半分の液膜排出機構を第２液膜排出機構と称する。
【００４０】
複数の第２液膜排出機構８が、スタンドパイプ７の周方向に所定の間隔を置いて配置される。複数の第１液膜排出機構８は、第２液膜排出機構８の位置よりも上方でかつ第２液膜排出機構８から離れた位置で、スタンドパイプ７の周方向に所定の間隔を置いて配置される。各第１液膜排出機構８は、周方向において、各第２液膜排出機構８とずれた状態で配置される。このため、第１液膜排出機構８は、隣り合う第２液膜排出機構８の間に存在するスタンドパイプ７の管壁の延長線上に配置される。
このような第１及び第２液膜排出機構８の周方向への配置によって、あたかも、周方向に連続して液膜排出機構８を配置したようになる。第１及び第２液膜排出機構８は、実施例１における液膜排出機構８と同じ構成である。第１及び第２液膜排出機構８の設置位置では、実施例１と同様に、スタンドパイプ７に開口９が形成されている。
【００４１】
スタンドパイプ７の内面に沿って上昇した液膜は、まず、複数の第２液膜排出機構８によって気液二相流から分離され、開口９を通ってスタンドパイプ７の外部に排出される。しかしながら、隣り合う第２液膜排出機構８の間に向って上昇する液膜は、第２液膜排出機構８によって分離されず、スタンドパイプ７の内面に沿ってさらに上昇する。この第２液膜排出機構８相互間を通過した液膜は、第２液膜排出機構８の上方に位置する第１液膜排出機構８によって気液二相流から分離され、開口９を通ってスタンドパイプ７の外部に排出される。
【００４２】
本実施例は、スタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜を、第１及び第２液膜排出機構８を用いて周方向の全面において分離することができるので、実施例１の気水分離器６よりも液膜の分離効率が向上する。気水分離器６では、隣り合う液膜排出機構８間を通る液膜を分離することができない。実施例１でも、隣り合う液膜排出機構８間の間隔を狭くすることによって液膜の分離効率を向上させることができるが、液膜排出機構８間に存在するスタンドパイプ７の管壁の周方向での幅が狭くなるので、スタンドパイプ７の強度が低下する。本実施例では、第１及び第２液膜排出機構８を設けているので、周方向において隣り合う液膜排出機構８間におけるスタンドパイプ７の管壁の幅を、スタンドパイプ７の強度を確保できる程度に広くすることができる。気水分離器６Ａは、液膜排出機構の設置によってもスタンドパイプ７を上部と下部に分割する必要が無く、上部のスタンドパイプと下部のスタンドパイプを連結する支持部材が不要になる。なお、第１液膜排出機構８の上方で複数の第３液膜排出機構８を周方向に配置し、第１、第２及び第３液膜排出機構で、スタンドパイプ７の周方向全面をカバーすることも可能である。
【００４３】
本実施例の気水分離器６Ａは、実施例１の気水分離器６で生じる効果も得ることができる。
【実施例３】
【００４４】
本発明の他の実施例である実施例３の気水分離器を、図４を用いて説明する。本実施例の気水分離器６Ｂも図２に示すＡＢＷＲに適用される。本実施例の気水分離器６Ｂは、複数の液膜排出機構８を配置する位置が異なっている以外は、実施例１の気水分離器６と同じ構成を有する。
【００４５】
本実施例では、実施例１の気水分離器６と異なっている構成のみについて、以下に説明する。気水分離器６Ｂでは、複数の液膜排出機構８が、スタンドパイプ７ではなく、スワラ１１を内蔵するディフューザ１０の下端部に設置される。本実施例で用いられる液膜排出機構８は、実施例１における液膜排出機構８と同じ構成を有する。液膜排出機構８の内側突出部２４はディフューザ１０の内面よりも内側に突出し、液膜排出機構８の外側突出部２５はディフューザ１０の外面よりも外側に突出している。内側突出部２４はスワラ１１の羽根に当たらない位置に配置される。外側突出部２５は排水通路１６ａ内に位置している。
【００４６】
本実施例は、液膜排出機構８によりスタンドパイプ７の内面に沿って上昇する液膜を分離してディフューザ１０の下端部に形成された開口９を通して排水通路１６ａ内に排出する。このため、スワラ１１で旋回される気液二相流に含まれる水分の量が減少し、スワラ１１での圧力損失が低下する。このような本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の好適な一実施例である、沸騰水型原子炉に適用される実施例１の気水分離器の縦断面図である。
【図２】図１に示す気水分離器が適用された改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例である、沸騰水型原子炉に適用される実施例２の気水分離器の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例である、沸騰水型原子炉に適用される実施例３の気水分離器の下部の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＡＢＷＲ、２…原子炉圧力容器、３…炉心、４…炉心シュラウド、６，６Ａ，６Ｂ…気水分離器、７…スタンドパイプ、８…液膜排出機構、１０…ディフューザ、１１…スワラ、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…内筒、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…外筒、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…ピックオフリング、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…ギャップ、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…排水通路、１８…インターナルポンプ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…気水分離部、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…排出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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