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発明の名称 沸騰水型原子炉
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24676(P2007−24676A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−207111(P2005−207111)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100078765
【弁理士】
【氏名又は名称】波多野 久
発明者 伊藤 輝雄
要約 課題
原子炉出力増加にあたり、気水分離器および蒸気乾燥器の圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができるようにする。

解決手段
原子炉圧力容器2の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器3および蒸気乾燥器4を設けた沸騰水型原子炉において、気水分離器は、シュラウドヘッド5に縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、各気水分離器ユニット6の外径を200mm乃至300mmに設定する。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記気水分離器は、シュラウドヘッドに縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、前記各気水分離器ユニットの外径を200mm乃至300mmに設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項2】
前記気水分離器の互いに隣接する気水分離器ユニット同士を、各気水分離器ユニットの上端面に放射状に配置した短冊状の連結板により連結した請求項1記載の沸騰水型原子炉。
【請求項3】
前記原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの上端面に上面開口の溝または上向きの突起を全周に亘って設ける一方、前記気水分離器のリム胴の下端面に下向きの突起または下面開口の溝を全周に亘って設け、前記溝および突起を嵌合させて前記炉心シュラウド上に前記気水分離器を搭載し、前記気水分離器の地震荷重による水平移動を防止する構成とした請求項1記載の沸騰水型原子炉。
【請求項4】
原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記蒸気乾燥器は、前記気水分離器の周囲上方に沿って設けられたサポートリングと、このサポートリングに沿って垂下するスカートと、前記サポートリング上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフードと、前記各フードの側方に対向設置されて蒸気を横向きに偏向させ湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニットとを備え、前記フード下端の蒸気入口に、流入蒸気を案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成としたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項5】
前記蒸気乾燥器は蒸気流路を構成する薄板構造物を有し、この薄板構造物に補強部材を取付けて、流体振動および流体力による応力を低減する構成とした請求項4記載の沸騰水型原子炉。
【請求項6】
前記蒸気の流路を構成する薄板構造物は、前記蒸気乾燥器のスカート、フードまたは蒸気乾燥器ユニットの端板である請求項5記載の沸騰水型原子炉。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に原子炉出力増加を実施するにあたり、炉内の蒸気乾燥器能を有する気水分離器および蒸気乾燥器の蒸気流通部における圧力損失を低下させて振動防止および損傷防止を図った沸騰水型原子炉に関するものである。
【背景技術】
【0002】
沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の炉心に装荷された燃焼集合体から出る気水混合流をタービンに送る蒸気と再び炉心へ循環する水とに分けるため、気水分離器と蒸気乾燥器とが設けられている。図15は、このような沸騰水型原子炉1の原子炉圧力容器2の全体構成および原子炉圧力容器2内に設けられる気水分離器3および蒸気乾燥器4の構成を示している。
【0003】
図15に示すように、原子炉圧力容器2の炉心11には燃料集合体2aが装荷され、この炉心11は炉心シュラウド12によって囲まれている。気水分離器3は炉心シュラウド12上に搭載されるシュラウドヘッド5の上部に縦長筒状の多数の気水分離器ユニット6を並列に配置して構成されている。各気水分離器ユニット6は、シュラウドヘッド5から立ち上がって炉心11に連通するスタンドパイプ7の上端に設けられており、炉心11から出た気水混合流はスタンドパイプ7を経て各気水分離器ユニット6の下端に流入し、気水分離器ユニット6内に設けられた入口ベーンによって回転運動を与えられ、遠心力によって水と蒸気とに分離される。一方、蒸気乾燥器4は気水分離器3の上方に設置され、平行波板からなる多数の蒸気乾燥器ユニット8に蒸気を通過させて方向変換させることにより、蒸気中の湿分を除去し、原子炉圧力容器2に設けられた炉壁の主蒸気ノズル9からタービン側に蒸気を送り出す構成となっている。
【0004】
図16は、従来の沸騰水型原子炉における気水分離器3の構成を拡大して示している。この図16に示すように、気水分離器3のシュラウドヘッド5の周縁下部にはリム胴10が設けられ、このリム胴10の下端縁部には炉心シュラウド12上に搭載されるフランジ13が設けられている。そして上述したように、シュラウドヘッド5には多数のスタンドパイプ7を介して気水分離器ユニット6が立設されている。スタンドパイプ7および気水分離器ユニット6の集合体は、下部サポートリング14、上部サポートリング15およびガセット16等によって支持され、可能な限り精度よく起立するように支持されている。さらに、各気水分離器ユニット6の上端部同士の間には、水平方向に沿って配置された角パイプ等からなる多数本のタイバー17が設けられ、このタイバー17によって各気水分離器ユニット6が保持されている。
【0005】
図17は、タイバー17による各気水分離器ユニット6の保持構成を一部拡大して示す平面図である。この図17に示すように、気水分離器ユニット6は一定の外径dに設定されており、各タイバー17は水平面上で60°の角度をもって3方向に交差する配置とされ、隣接する各気水分離器ユニット6の間に直線状に配置されている。これにより、一つの気水分離器ユニット6の外周面は6本のタイバー17に接触し、これらの各接触部分aにおいて、各気水分離器ユニット6と各タイバー17とがそれぞれ6箇所で溶接により接続されている。この溶接接続により各気水分離ユニットがタイバー17によって一体的に固定保持されている。従来では、このような構成において例えば気水分離器ユニット6の外径(直径)dが324mm、気水分離器ユニット6間のピッチが342.9mmに設定され、気水分離器ユニット6の総本数は225本とされている。
【0006】
図18は、気水分離器3を炉心シュラウド12の上端に搭載するシュラウドヘッド・リム胴連結支持構造部の縦断面を示している。この図18に示すように、従来の沸騰水型原子炉では、気水分離器3下端のリム胴10の下端面に複数の下向き開口穴18が所定の間隔で周方向に沿って形成されるとともに、このリム胴10を支える炉心シュラウド12の上端支持面には、リム胴10の下向き開口穴18に対応する配置で複数の上向き開口穴19が形成されている。気水分離器3下端のリム胴10の下向き開口穴18の径は炉心シュラウド12の上向き開口穴19よりも大径となっている。そして、炉心シュラウド12の上向き穴にそれぞれ耐震ピン20が差し込まれている。気水分離器3の設置時には、気水分離器3を上方から吊り降ろし、下向き穴18を耐震ピン20に位置合せして、炉心シュラウド12の上端面に着座させ、下向き穴18を耐震ピン20に被嵌させて固定配置するようになっている。
【0007】
また、図19は従来の沸騰水型原子炉における蒸気乾燥器4の構成を示している。この図19に示すように、蒸気乾燥器4はサポートリング30と、このサポートリング30から垂下して気水分離器3の周囲上方に沿って円筒状に設けられるスカート21と、このスカート21上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口22をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフード23と、スカート21上に並列配置で立設されて各フード23と上端が連結され蒸気を横向きに偏向させて流通し湿分を分離させる複数列配置の蒸気乾燥器ユニット8とを備えた構成となっている。各列の蒸気乾燥器ユニット8は、それぞれ隣接するもの同士が上部タイバー24によって連結されている。蒸気乾燥器ユニット8には、分離した湿分をスカート21の外周面側に排出するドレンパイプ25が設けられ、スカート21にはドレンパイプ25の排出口26に対応してドレンを下方に導くドレンチャンネル27が設けられている。なお、サポートリング30には吊上げ操作用のリフティングアイ28および地震時の保護手段としての耐震用ブロック51が設けられている。
【0008】
ところで近年、沸騰水型原子炉においては燃料出力を増加して、より高効率の発電を行うことが検討されている。この出力増加を実施するにあたっては、上述した従来構成の気水分離器3では流量が増加して圧力損失が増大し、系統内の流量が低下する可能性がある。また、気水分離器3および蒸気乾燥器4に注入する流量が増加することにより、流体振動も大きくなる可能性がある。
【0009】
この点に関し、圧力損失を低減する従来技術として、気水分離器ユニット内の内筒と旋回手段であるハブとの径の比を設定し、あるいはスワラーの旋回羽根出口平均角度を設定することが提案されている(特許文献1および特許文献2参照)。
【0010】
また、気水分離器および蒸気乾燥器に関し、原子炉圧力容器の上部空間内へ環状に配置することで原子炉圧力容器内の下部を簡素化し、気水分離性能の向上、圧力損失の低減等を図ることも提案されている(特許文献3参照)。
【特許文献1】特開2003−114293号公報
【特許文献2】特開2001−208301号公報
【特許文献3】特開平6−66984号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかし、上述した従来技術では、沸騰水型原子炉の出力増加を実施するにあたり、気水分離器の流量が増加して圧力損失が増大し、系統内の流量が低下する傾向がある。また、気水分離器に注入する流量が増加することにより、流体振動も大きくなり、必ずしも十分な解決が図れない。
【0012】
また、従来の気水分離器では、気水分離器ユニットの上部の振れ止めとして細長い角柱を用いた6点溶接により対処しているが、各気水分離器ユニットの直径の大小、位置の偏りにより気水分離ユニットに倒れが生じる可能性がある。このため気水分離ユニットを可能な限り精度よく起立させ、あるいはタイバーを修正加工して気水分離ユニット間に取付けることが必要となる。
【0013】
さらに、従来のシュラウドヘッド・リム胴を連結する耐震ピンでは、シュラウドヘッドが炉心シュラウドへの着座後に左右方向に移動し、ピンと穴とが偏心する可能性がある。
【0014】
また、気水分離器の上部に位置して、気水分離器からの蒸気の湿分をさらに分離する蒸気乾燥器も同様に、圧力損失および流体振動が増大する。
【0015】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、原子炉出力増加にあたり、気水分離器および蒸気乾燥器の圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる沸騰水型原子炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0016】
発明者の検討によると、従来の沸騰水型原子炉における気水分離器ユニットの各筒部の外径dが324mm、気水分離器ユニット間のピッチが342.9mm、気水分離器ユニットの総本数が225本の場合、気水分離器ユニット筒部の肉厚が大となり、蒸気入口での渦の発生等により流量抵抗が大きく、乱流が多くなって圧力損失が大きくなっている。原子炉出力を現行より1割程度高める場合(例えば100万KWeから110万KWeに高める場合)には、さらに圧力損失の増加が顕著に表れる。したがって、従来の構成を踏襲する場合には、原子炉出力増加にあたり、気水分離器の圧力損失がさらに大きくなり、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響が比例的に大きくなる。
【0017】
これに対し、気水分離器ユニットの各筒部の外径dを縮小し、肉厚を減少すれば、気水分離器内の蒸気流動抵抗が減少し、より層流に近い状態となって圧力損失が低減する。ただし、過度の小径化は気水分離ユニット数の増大、強度上の問題等を招くので、小径化には一定の制約を受ける。以上の観点から発明者において原子炉構造への適用条件について検討・試験等を行った結果、各気水分離器ユニットの外径を200mm乃至300mmに設定することにより、圧力損失を低減させ、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響を減少できるとともに、気水分離器ユニットの構築上の問題を克服できることが明らかとなった。
【0018】
そこで、前記の目的を達成するために、請求項1に係る発明では、原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記気水分離器は、シュラウドヘッドに縦長筒状の多数の気水分離器ユニットを炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に設置した構成とし、前記各気水分離器ユニットの外径(直径)を200mm乃至300mmに設定したことを特徴とする沸騰水型原子炉を提供する。
【0019】
なお、本発明において、各気水分離器ユニットの外径の設定について、より望ましい範囲は、250mm乃至260mmである。さらに最も望ましい外径は、254mmである。
【0020】
また、気水分離器ユニットの上端支持構造についての検討結果によると、従来では同ユニットの振れ止めとして、多数の気水分離器ユニットに跨る長尺で、かつ細長い角柱を用いたタイバーによって6点溶接により支持する構成となっているため、各気水分離器ユニットの直径の大小、あるいは位置の偏り等に起因してタイバーとの接触過不足等が発生し、気水分離ユニットの支持が不十分となったり、倒れが生じる等の可能性がある。このような構成のもとで気水分離器ユニットの各筒部の外径dを縮小する場合には、気水分離ユニットを可能な限り精度よく起立させ、あるいはタイバーを修正加工して気水分離ユニット間に取付けること等が必要となるが、このような作業については一層多くの作業手間が必要となる。
【0021】
そこで、請求項2に係る発明では、前記気水分離器の互いに隣接する気水分離器ユニット同士を、各気水分離器ユニットの上端面に放射状に配置した短冊状の連結板により連結した沸騰水型原子炉を提供する。このような構成によると、各気水分離器ユニット毎の相対位置に対応して接続調整が容易に行え、気水分離器ユニットを精度よく起立させることができ、修正加工等の作業が大幅に軽減できるようになる。
【0022】
また、従来のシュラウドヘッド・リム胴を連結する耐震ピンを適用する場合には、3部材による連結構成であるためシュラウドヘッドが炉心シュラウドへの着座後に左右方向に移動し、ピンと穴との偏心可能性がある。この点に関し、部品数の低減により直接的な連結構成とすることにより偏心防止を有効的に図ることが可能である。
【0023】
そこで、請求項3に係る発明では、前記原子炉圧力容器内の炉心シュラウドの上端面に上面開口の溝または上向きの突起を全周に亘って設ける一方、前記気水分離器のリム胴の下端面に下向きの突起または下面開口の溝を全周に亘って設け、前記溝および突起を嵌合させて前記炉心シュラウド上に前記気水分離器を搭載し、前記気水分離器の地震荷重による水平移動を防止する構成とした沸騰水型原子炉を提供する。これにより、部品数削減、製作容易、構造強度向上が図れる。
【0024】
一方、蒸気乾燥器への蒸気入口においては渦流の発生により圧力損失が生じるが、出力増加に伴い一層圧力損失が拡大することになる。圧力損失の拡大は上記のように流体振動の増大につながり、構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形の増加等の可能性も高まる。
【0025】
そこで、請求項4に係る発明では、原子炉圧力容器の炉心上方に、炉心で発生した蒸気から炉内の湿分を分離する機能を有する気水分離器および蒸気乾燥器を設けた沸騰水型原子炉において、前記蒸気乾燥器は、前記気水分離器の周囲上方に沿って設けられたサポートリングと、このサポートリングに沿って垂下するスカートと、前記サポートリング上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフードと、前記サポートリング上に並列配置で立設されて前記各フードの側方に対向設置されて蒸気を横向きに偏向させ湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニットとを備え、前記フード下端の蒸気入口に、流入蒸気を案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成としたことを特徴とする沸騰水型原子炉を提供する。
【0026】
このような構成とすることにより、乱流の発生を抑制して気水分離器入口での層流拡大、渦流低減を図り、圧力損失を低減することができる。その結果、出力増加に対する構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形等の低減が図れるようになる。また、構造強度の増大を図ることができる。
【0027】
なお、上記構成に併せて蒸気乾燥器における蒸気の流路を構成する薄板構造物の補強を図ることが望ましい。そこで、請求項5に係る発明では、前記蒸気乾燥器は蒸気流路を構成する薄板構造物を有し、この薄板構造物に補強部材を取付けて、流体振動および流体力による応力を低減する構成とした沸騰水型原子炉を提供する。
【0028】
また、請求項6に係る発明では、前記蒸気の流路を構成する薄板構造物は、前記蒸気乾燥器のスカート、フードまたは蒸気乾燥器ユニットの端板である沸騰水型原子炉を提供する。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、気水分離器ユニット外径を小径として本数を増加させ、1本当たりの気水分離器ユニットの流量を低くすることにより、圧力損失を低減するとともに、振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。また、蒸気乾燥器の前記蒸気入口に流入蒸気を上向きに案内する整流格子板を取付けて圧力損失を低減させる構成とすることにより、振動防止、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0030】
以下、本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態について図1〜図14を参照して説明する。なお、説明を簡易にするため、従来例と同一の構成部分については図15〜図19と同一の符号を使用して説明する。また、原子炉圧力容器の全体構成については、図15に示したものと略同様であるから説明を省略する。
【0031】
図1は本発明の一実施形態による気水分離器3の全体構成を示す斜視図である。この図1に示すように、気水分離器3は、シュラウドヘッド5の上部に縦長筒状の多数の気水分離器ユニット6を炉心上方の略全面を覆う範囲で並列に配置して構成されている。各気水分離器ユニット6は、シュラウドヘッド5から立ち上がるスタンドパイプ7の上端に設けられている。スタンドパイプ7および気水分離器ユニット6の集合体は、下部サポートリング14、上部サポートリング15およびガセット16等によって支持されている。
【0032】
このような構成において、本実施形態では各気水分離器ユニット6の外径dを従来に比して小径とし、300mm乃至200mmの範囲に設定する。具体的には、既存の出力100万KWe型の原子炉を出力増加により10%増加とする場合について、気水分離器ユニット6の外径(以下、「セパレータ外径」という。)d、気水分離器ユニット6間のピッチ(以下、「セパレータピッチ」という。)pおよび気水分離器ユニット6の本数(以下,「セパレータ本数」という。)について、下記の第1例、第2例の設定をする。
【0033】
<第1例>
セパレータ外径dをφ254mmとし、セパレータピッチpを304.8mm(12インチ)とし、セパレータ本数を297本とする。
【0034】
<第2例>
セパレータ外径dをφ254mmとし、セパレータピッチpを292.1mm(11.5インチ)とし、セパレータ本数を313本とする。
【0035】
図2は、このような本実施形態の気水分離器構成による圧力損失の低減を具体的にグラフとして示した特性図である。図2の横軸にはセパレータ外径dを表し、縦軸には圧力損失を表している。この図2に示したセパレータ外径・圧力損失との関係を示す特性線「P1」によれば、略直線的な比例関係が認められる。すなわち、上記の例で示したように、セパレータ外径dを254mmとした場合、従来例のセパレータ外径dが324mmである場合に比して、約20%の圧力損失低減が認められる。
【0036】
なお、上記の第1,第2例の構成は最も望ましい設定であるが、本発明ではセパレータ径を250〜260mmの範囲に設定した場合にも略同様の効果を得ることができる。さらに、圧力損失の程度および実用的見地から、セパレータ外径dを200〜300mmの範囲に設定した場合にも良好な結果を得ることが可能である。
【0037】
したがって、本実施形態によれば、セパレータ外径dを小径としてセパレータ本数を増加させ、1本当たりの気水分離器ユニット6の流量を低くすることにより、圧力損失を低減することができ、装置構成の振動防止、剛性向上、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができる。
【0038】
また、本実施形態においては、気水分離器3の互いに隣接する気水分離器ユニット6同士の上端部が短冊状の連結板31により、それぞれ連結されている。これらの連結板31はステンレス鋼製で、平旦な薄板状のものであり、各気水分離器ユニット6間の隙間よりも長い寸法に設定されている。連結板31は、気水分離器ユニット6の上端面間に架設され、それぞれ両端部が1対の隣接する気水分離器ユニット6の上端面に溶接によって固着されている。
【0039】
図3および図4は連結板31による各気水分離器ユニット6間の連結構造を詳細に示している。図3は図1に示した気水分離器ユニット6の連結構造の一部領域を部分的示す拡大平面図であり、図4は図3のA−A線に沿って一部を断面として示した拡大側面図である。これらの図3および図4に示すように、縦長筒状をなす各気水分離器ユニット6の上端部には中央部分に蒸気噴出し用の開口32が形成され、その開口32の周囲にはフランジ状の上端壁が水平に形成されている。この上端壁上面の外周側部分に、連結板31の端部が載置され、溶接固定されている。例えば1本の気水分離器ユニット6の周囲に6本の他の気水分離器ユニット6が隣接配置されている場合には、当該1本の気水分離器ユニット6の上端面中心から水平面上で60°の角度をあけて6本の連結板31が放射状に配置され、これらの連結板31により6本の他の気水分離器ユニット6に連結される。このようにして、全ての気水分離器ユニット6が相互に連結されて一体に構成されている。
【0040】
このような構成によれば、各気水分離器ユニット6毎の相対位置に対応して接続調整が容易に行え、気水分離器ユニット6を精度よく起立させることができ、修正加工等の作業が大幅に軽減できるようになる。すなわち、従来の直線的かつ長尺なタイバーによって各気水分離器ユニット6を挟持状態で保持する場合には、全てのタイバーに全ての気水分離器ユニット6を接合するために多くの位置決め修正が必要であったが、本実施形態によれば、短冊状の連結板31によって各気水分離器ユニット6を相互に連結すればよいため、気水分離器ユニット6の位置を特別に修正する必要なく相互に溶接固定することができる。したがって、気水分離器ユニット6の外径の縮小化とともに、各気水分離器ユニット6相互間での接合構成を採用することにより、偏心防止を有効的に図ることができる。そして、気水分離器ユニット6における蒸気流の圧力損失を低減し、構成材の剛性、振動、応力および変形等への影響を減少させ、原子炉出力増加に有効に対応することができる。
【0041】
図5は気水分離器3のリム胴10と炉心シュラウド12との連結部の一構成例を示す拡大断面図である。図5に示すように、炉心シュラウド12の上端部には内周側に向って幅広となる鍔部33が形成されており、この鍔部33を含めた上端面全体が水平に形成されている。この炉心シュラウド12の上端面の径方向略中央位置で、炉心シュラウド12の胴部上方位置に、断面矩形状の上向き開口の溝35が全周に亘って設けられている。この溝35の開口部縁両側には面取り部が施されている。一方、気水分離器3のシュラウドヘッド5周縁部から垂下するリム胴10の下端面には、炉心シュラウド12の溝35と嵌合する矩形断面形状の突起36が全周に亘って設けられている。このリム胴10の突起36の上下長さは炉心シュラウド12の溝35の深さよりも短く、突起36の根元部分の両側にはR部が形成されている。また、突起36の径方向の幅は溝35の幅よりも若干狭くなっている。
【0042】
そして、気水分離器3の設置時には、気水分離器3を上方から吊り降ろし、リム胴10の下端の突起36を炉心シュラウド12の溝35に位置合せして、炉心シュラウド12の上端面に着座させ、突起36と溝35との嵌合により、気水分離器3を炉心シュラウド12上に固定配置するようになっている。
【0043】
なお、炉心シュラウド12の鍔部33の内周側上縁部には、炉心シュラウド12の周方向全体に亘ってスカート34が溶接部34aにより接合されている。このスカート34は鍔部33の上方に所定高さ突出しており、炉心から上昇する蒸気がシュラウドヘッド5に当たって滴下する水分を炉心シュラウド12の上面側に貯留し得るようになっている。
【0044】
このような気水分離器3のリム胴10と炉心シュラウド12との連結構造によれば、溝35および突起36の嵌合により気水分離器3の地震荷重による水平移動を防止する構成となり、従来のピンを用いた構成に比して構造強度の向上が図れるとともに、部品数削減が図れ、製作も容易となる。
【0045】
図6は気水分離器3のリム胴10と炉心シュラウド12との連結部の他の構成例を示す拡大断面図である。この構成例では、図5に示した構成と逆に、炉心シュラウド12の上端部に突起37が設けられるとともに、気水分離器3のシュラウドヘッド5周縁部から垂下するリム胴10の下端面に炉心シュラウド12の突起37と嵌合する溝38が形成されている。これらの突起37および溝38の形状および配置は図5に示した構成例と略同様である。
【0046】
図7は、気水分離器3のリム胴10と炉心シュラウド12との連結部のさらに他の構成例を示す拡大断面図である。この構成例では、図5に示した構成と同様に、炉心シュラウド12の上端部に溝39が設けられるとともに、気水分離器3のシュラウドヘッド5周縁部から垂下するリム胴10の下端面に炉心シュラウド12の溝39と嵌合する突起40が形成されている。ただし、突起40は図5の場合と異なり、リム胴10全の外周面側の下端部分を下方に向って小径となる方向に傾斜させるとともに、内周面側は垂直面とし、リム胴10全体の下端部の肉厚を小さくしたことにより突起40として形成されている。
【0047】
このように、本実施形態においては、炉心シュラウド12の上端面に上面開口の溝35,39または上向きの突起37を全周に亘って設ける一方、気水分離器3の下端面には炉心シュラウド12の溝35,39と嵌合する下向きの突起36,40または炉心シュラウド12の突起37と嵌合する下面開口の溝38を全周に亘って設け、これらの溝および突起を嵌合させて炉心シュラウド12上に気水分離器3を搭載し、気水分離器3の地震荷重による水平移動を防止する構成とすることにより、部品数削減、製作容易、構造強度向上等が図れる。
【0048】
図8は本実施形態による蒸気乾燥器4の構成を示す斜視図である。この図8に示すように、蒸気乾燥器4は、上述した気水分離器3の周囲上方に設けられるサポートリング41と、このサポートリング41に沿って垂下するスカート21と、サポートリング41上に並列配置で立設され下端に上向きの蒸気入口22をそれぞれ開口させた湾曲形状の複数のフード23と、サポートリング41上に並列配置で立設されて各フード23と上端が連結されフード23により横向きに偏向された蒸気を流通して湿分を分離させる蒸気乾燥器ユニット8とを備えている。フード23は蒸気乾燥器ユニット8の側面に対向して湾曲しており、フード23と蒸気乾燥器ユニット8との間の両脇部分は端板42によって塞がれている。蒸気乾燥器ユニット8の周辺部に配置されるフード23には底板43が溶接によって連結され、この底板43はサポートリング41に支持されている。
【0049】
そして、蒸気乾燥器ユニット8と、フード23と、端板42とで囲まれる空間の下端側が下方に開口し、これにより蒸気乾燥器4の蒸気入口22が形成されている。この各蒸気入口22の部位に、流入蒸気を上方に向って案内する整流格子板44がそれぞれ取付けられ、この整流格子板44の格子間隙間に蒸気を流通させることにより、蒸気を層流状態として上昇させ、これにより蒸気の圧力損失を低減させる構成となっている。
【0050】
図9は、この整流格子板44の構成を拡大して示す斜視図であり、図10は整流格子板44の構成をさらに拡大して示す斜視図である。これらの図に示すように、整流格子板44は複数枚の縦板45を交差して上向きの蒸気入口22を横方向に区分する構成のものであり、各蒸気入口22を複数の小形な四角形の蒸気入口通路として区分している。この整流格子板44はフード23の下端部と蒸気乾燥器ユニット8の支持底板46との間に溶接により固定設置されている。
【0051】
整流格子板44の縦板45の板厚tは例えば6mmとされ、縦板45の高さhは例えば30cmとされている。そして、区分された上下方向に沿う四角形の蒸気入口通路47の縦横寸法x、yは、例えば150cm×450cmとされている。
【0052】
図10において、矢印eで示すように、蒸気は蒸気入口22に配置された整流格子板44から上昇流としてフード23と蒸気乾燥器ユニット8との間に流入した後、フード23により横向き流に変換され、蒸気乾燥器ユニット8を構成する多孔板48および波板49を通過する間に湿分が分離除去される。蒸気から分離した湿分は、蒸気乾燥器ユニット8の下端部を支持する樋状の支持底板46から、ドレンパイプ25を介してスカート21の外面側に滴下される。
【0053】
また、図11は蒸気乾燥器の整流格子板44の配置構成を示す平面図であり、蒸気乾燥器の周辺側に配置されている2列の蒸気乾燥器ユニット8に整流格子板44を配置した状態を示している。この図11に示すように、各整流格子板44は各列の対をなす各フード23および各蒸気乾燥器ユニット8間の蒸気入口22にそれぞれ配置され、これら各フード23および各蒸気乾燥器ユニット8と同一長さに設定されている。そして、各整流格子板44を介して上昇した蒸気が横向きに編流されて流通し、蒸気乾燥器ユニット8を通過することにより湿分が除去される。
【0054】
このようにフード23下部の蒸気入口22に整流格子板44を設けることにより、炉内で上昇する気液2相流の流れを整えて、蒸気乾燥器ユニット8にスムーズに流入させることができ、圧力損失の低減を図ることができる。すなわち、蒸気入口22での層流拡大、渦流低減が図れ、圧力損失を低減することができる。その結果、出力増加に対する構成部材の剛性に与える影響の拡大、応力および変形等の低減が図れるようになる。さらに、フード23下部の応力低減も図ることができる。
【0055】
図12はこのような蒸気乾燥器の整流格子板44の作用を説明するグラフとして示した特性図である。この図12では、横軸に層流ないし乱流の流れの状態を表し、縦軸に圧力損失を表している。この図12に示した特性線「P2」によれば、略直線的な比例関係が認められる。すなわち、整流格子板44を設けない従来の乱流状態の圧力損失を「s1」とした場合、本実施形態では圧力損失が大きく層流側の「s2」に移動することが認められた。この圧力損失の低減値は、整流格子板44を設けない従来例に比して約1/2となることが認められた。
【0056】
このように、本実施形態によれば、蒸気乾燥器の蒸気入口22に流入蒸気を上向きに案内する整流格子板44を取付けて圧力損失を低減させる構成とすることにより、振動防止、応力低減および変形防止を図り、出力増加に有効的に対応することができ、またフード23下部の応力低減も図ることができる。さらに、構成が簡易で設置も容易となる。
【0057】
次に、図8、図13および図14により、蒸気乾燥器4の補強部材50について説明する。図8および図13には、補強部材取付け構成の一構成例が示されている。上述したように、蒸気乾燥器4には上述した整流格子板44とともに、蒸気流路を構成する薄板構造物が設けられている。これらの薄板構造物は、原子炉運転時に流体振動および流体力による応力を受ける。そこで本実施形態では、この薄板構造物、特に蒸気乾燥器のスカート21、フード23および端板42を対象として、これらの構造物に補強部材を取付け、流体振動および流体力による応力を低減する構成としている。
【0058】
図8および図13には、蒸気乾燥器8のスカート21、フード23および端板42に補強部材50を設けた構成が示されている。これらの図に示すように、スカート21はサポートリング41から垂下した円筒状のものであり、このスカート21の外周面に周方向に沿う上下複数段のリング状の補強部材50が上下方向に間隔をあけて設けられている。また、スカート21の外周面には、周方向に間隔をあけて複数本の縦方向の補強部材50が設けられている。これらの補強部材50は所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、スカート21にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。この構成により、薄板材によって構成されているスカート21の剛性を高め、流体振動低減および流体力による応力低減を図ることができる。
【0059】
また、フード23の外面側には、横方向の両端位置およびそれらの中間位置の適所に上下方向に沿う補強部材50が設けられている。さらにフード23の補強部材50は、フード23の下端部に溶接により連設されている底板43の上面にも設けられている。これらの補強部材50も所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、フード23の外面および底板43の上面にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。この構成により、運転時におけるフード23の膨らみを防止することができる。すなわち、従来の構造ではフード23が内面の蒸気圧による差圧が作用して、外側へ膨らむ。この膨らみは出力増加を実施した場合にはさらに顕著となる。これに対し、本実施形態では補強部材50を設けることによりフード23の膨らみを抑止することができる。また、フード23の中央部分にも補強部材50を設けることにより全体の変形を抑止できる。これにより、フード23端部と端板42との溶接部に生じる応力を低減することができる。また、振動防止も図ることができる。
【0060】
さらに、端板42の外面には周縁全体に亘って端板用補強部材50が設けられるとともに、端板42の中間部分の外面適所にも上下に複数段の横長な補強部材50が設けられている。これらの補強部材50も所定厚さのステンレス鋼製帯状板により構成されており、端板42にそれぞれ溶接によって一体に接合されている。端板42は平板状なので、内圧により外側に向って円筒状に変形し易い。これに対し、本実施形態では補強部材50を設けることにより、変形を効果的に抑止することができる。また、フード23と端板42とは形状不連続なので、内圧による過大な応力が生じる。本実施形態では、フード23と端板42との溶接部に補強部材50を設けることにより、内圧による応力を低減させることができる。
【0061】
図14には、補強部材取付け構成の他の構成例として、さらにフード23中央部に補強部材50を追加した場合の構成を示している。なお、この図14では、蒸気乾燥器4における全体的な配置構成を平面図として示している。この図14の構成では、各蒸気乾燥器ユニット8のフード23中央部にも補強部材50を追加することにより、より一層の補強効果が得られ、出力増加に伴う機械的強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0062】
【図1】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器の構成を示す斜視図。
【図2】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器の作用を示す説明図。
【図3】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器ユニットを示す拡大平面図。
【図4】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器ユニットの一部を図3のA−A線断面として示す側面図。
【図5】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部の一構成例を示す拡大断面図。
【図6】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部の他の構成例を示す拡大断面図。
【図7】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、気水分離器のリム胴と炉心シュラウドとの連結部のさらに他の構成例を示す拡大断面図。
【図8】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の構成を示す斜視図。
【図9】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、整流格子板の構成を拡大して示す斜視図。
【図10】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、整流格子板の構成をさらに拡大して示す斜視図。
【図11】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の整流格子板の全体構成を示す平面図。
【図12】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の整流格子板の作用説明図。
【図13】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の補強部材の構成を示す側面図。
【図14】本発明に係る沸騰水型原子炉の一実施形態を示すもので、蒸気乾燥器の補強部材の構成を示す平面図。
【図15】沸騰水型原子炉の気水分離器蒸気乾燥器の構成を示す概略図。
【図16】従来の沸騰水型原子炉における気水分離器の構成を拡大して示す斜視図。
【図17】従来の気水分離器ユニットの保持構成を一部拡大して示す平面図。
【図18】従来の沸騰水型原子炉における気水分離器の連結構造を示す断面図。
【図19】従来の沸騰水型原子炉における蒸気乾燥器の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【0063】
2 原子炉圧力容器
3 気水分離器
4 蒸気乾燥器
5 シュラウドヘッド
6 気水分離器ユニット
7 スタンドパイプ
8 蒸気乾燥器ユニット
10 リム胴
12 炉心シュラウド
14 下部サポートリング
15 上部サポートリング
23 蒸気入口
31 連結板
32 開口
33 鍔部
34 スカート
35 溝
36 突起
37 突起
38 溝
39 溝
40 突起
41 サポートリング
42 端板
44 整流格子板
45 縦板
46 支持底板
48 多孔板
49 波板
50 補強部材




 

 


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