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発明の名称 沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器
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2007−17244(P2007−17244A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−198209(P2005−198209)
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
代理人 【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
発明者 石澤 幸治 / 椿 正昭
要約 課題

沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器が流体振動による振動荷重を受ける部位の剛性を上げる。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
液滴を捕集する複数枚の波板がスペーサロッドに取付けられている波板集合体と、
前記スペーサロッドが固定されている側板と、
前記側板の下部に固定されたユニットサポートと、
前記側板の上部に固定されたトッププレートと、
前記側板に固定されたフードサポートと、
前記フードサポートとトッププレートに固定されたフードと、
前記波板間に配置されて前記ユニットサポートと前記トッププレートに固定されたサポートプレートと、
を備えた沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
【請求項2】
請求項1において、前記サポートプレートは板面が波型の形状を有し、前記板面に接して前記蒸気流路が設けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
【請求項3】
請求項2において、前記サポートプレートの板面に液滴捕集板を備えている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
【請求項4】
請求項1又は請求項2において、前記側板は前記波板に面する板面が波型の形状とされ、前記板面と前記波板との間に前記蒸気流路が設けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
【請求項5】
請求項4において、前記側板の板面に液滴捕集板を備えている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
【請求項6】
請求項1から請求項5までのいずれか一項において、前記サポートプレートは前記集合体から前記フードの内面にまで延長され、前記サポートプレートの延長部分が前記フードに取り付けられている沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、沸騰水型原子炉の蒸気から湿分を除去する蒸気乾燥器に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、沸騰水型原子炉(以下、単に原子炉ともいう。)の気水分離システムは、原子炉炉心で発生した水と蒸気の混合流から、蒸気と水を分離する気水分離器と、気水分離器で分離された湿り蒸気から液滴を除去する蒸気乾燥器からなる。
【0003】
このような気水分離システムで水分を除去された蒸気は、沸騰水型原子炉内から管路を通じて沸騰水型原子炉外に輸送されて、蒸気タービンやその他の装置において利用される。
【0004】
気水分離器から放出された液滴を含む湿り蒸気は、フードプレートにより蒸気乾燥器の入口に誘導されて、その入口に存在する多孔板を通過して複数の薄い波形状をした部材
(以下、波板という。)間の屈曲した蒸気流路へと導かれ、個々で質量の大きい液滴を波板上に衝突させて液滴が蒸気流から分離される(例えば、特許文献1,2,3参照)。
【0005】
分離された液滴は、波板上を液膜状となって、重力と蒸気からのせん断力によって斜め下方向に流れて波板の水分除去機構に入り、水分除去機構を下方に流下して蒸気流路から除去される。そしてこの液膜は蒸気流路真下のドレンといによって収集され、ドレンダクトへ排出されてドレンダクトから原子炉のダウンカマへと導かれる。
【0006】
次に蒸気乾燥器の具体的な構造の説明をする。図12は従来技術を用いた蒸気乾燥器6の斜視図である。また図9、及び図11は蒸気乾燥器ユニット12の斜視図である。図
10は図9のE−E視図である。気水分離器から放出された液滴を含む湿り蒸気は、フードプレート7(以下、フード7と称する。)下方の開口部より流入し、フード7により上向きから水平寄りに向きを変えて蒸気乾燥器ユニット12を通過し圧力容器の上部へ開放される。蒸気乾燥器6の蒸気乾燥器ユニット12は、図9に示すように複数の波板9の同じ位置に穴を開け、そこにスペーサロッド13を通すことによって波板9を集合体としたものに、スペーサロッド13の両端部を側板14とネジ止めしスペーサロッド13の両端面を側板14に溶接をし、さらに両端の波板9の端がL型に加工された部位と側板14と溶接されることによって一体化している。
【0007】
波板9は図10に示すように、複数の液滴捕集板15が溶接されており、隣り合う波板9同士の間隔は、隣り合う波板9の間のスペーサロッド13に通された同じ長さのスペーサ16により一定に保ち、それにより隣り合う波板9間の蒸気流路10を一定に保っている。蒸気乾燥器ユニット12の1ユニット当たりの蒸気の流入幅は図10に示すように流入幅26といえる。なお、先述した通り両端の波板9と側板14は溶接されていることから幅25については蒸気流路10としての役割をしていない。
【0008】
また図9に示すように、両側の側板14の間にはタイバー17が溶接されており、両側の側板14の側面、及びタイバー17の側面に多孔板8が溶接されている。波板9の集合体の上方にはトッププレート18が波板9とは溶接されずに被せられ、トッププレート
18は側板14と溶接されており、また波板9の集合体はユニットサポート19に溶接されずに乗せられ、ユニットサポート19は側板14と溶接されている。蒸気乾燥器ユニット12は、図12に示すように蒸気乾燥器6に一列に配置され、図10に示すように隣り合う蒸気乾燥器ユニット12の隣り合う側板14同士が溶接され、さらにフード7を備え付けるため湾曲状のフードサポート20が、側板14同士を合わせた幅の中央部に溶接されている。フード7はフードサポート20とトッププレート18に溶接されている。
【0009】
【特許文献1】特開平6−222190号公報
【特許文献2】特公昭45−20079号
【特許文献3】特開2004−205302号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従来の蒸気乾燥器の構造によれば、蒸気乾燥器ユニット12、及びフード7において、波板9の集合体,スペーサ16,スペーサロッド13,タイバー17、及び多孔板8は強度部材としての役割をしておらず、強度部材としては側板14,フードサポート20,ユニットサポート19、及びトッププレート18が挙げられる。
【0011】
原子炉における従来の蒸気乾燥器において、図11に示すように蒸気が波板9を通過する際に発生する圧力差やフード7の内外面との圧力差により振動が発生し、フード7、及びトッププレート18は荷重を受ける部位であることが知られている。原子炉の出力を増加させる場合、蒸気流量の増加を伴う。このことは、従来の蒸気乾燥器を用いたままで、入口面積を現状のままとした場合、蒸気流速が増加し、圧力差が増加することを意味する。
【0012】
その結果、振動荷重が増え側板14、あるいは側板14及びフードサポート20を節としてフード7、及びトッププレート18の振動が大きくなる。それにより万一フード7、及びトッププレート18が破損すると、蒸気の一部が波板9間の蒸気流路10を通過することなく直接圧力容器の上部へ開放されることから、気水分離システムとして成立しなくなる可能性がある。このためフード7、及びトッププレート18については剛性が求められる。
【0013】
従来技術を用いた波板9を有する蒸気乾燥器6を用いて、蒸気乾燥器6のフード7、及びトッププレート18の剛性を上げるには、蒸気乾燥器6に配列される蒸気乾燥器ユニット12の員数を増やすことで一列当たりの側板14、及びフードサポート20の員数を増やし、振動に対する節を増やす方法が考えられる。
【0014】
側板14、及びフードサポート20の員数を増やすと、蒸気乾燥器6に配列される蒸気乾燥器ユニット12の一列当たりの蒸気流入幅26の合計は側板14の厚み分減少することを意味する。このため側板14の厚み分の蒸気流入幅を確保するために、蒸気乾燥器6に配列される蒸気乾燥器ユニット12の一列当たりの長さを長くし、蒸気乾燥器6の径を大型化し、さらには圧力容器を大型化する必要があり原子炉建屋側へ影響する懸念がある。また蒸気乾燥器ユニット12の増加によりユニットサポート19へ据付ける工数や溶接工数等の製作工数が増加するという懸念がある。
【0015】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、蒸気乾燥器に配列される蒸気乾燥器ユニットの一列当たりの長さを長くせず、蒸気乾燥器の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニットの製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造で振動荷重を受ける部位の剛性を上げた蒸気乾燥器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記課題を達成する本発明の沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器は、液滴を捕集する複数枚の波板がスペーサロッドに取付けられている波板集合体と、前記スペーサロッドが固定されている側板と、前記側板の下部に固定されたユニットサポートと、前記側板の上部に固定されたトッププレートと、前記側板に固定されたフードサポートと、
前記フードサポートとトッププレートに固定されたフードと、前記波板間に配置されて前記ユニットサポートと前記トッププレートに固定されたサポートプレートとを備えている。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、蒸気乾燥器の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニットの製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造で振動荷重を受ける部位の剛性を上げた蒸気乾燥器を提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
主に原子力発電所で採用されている沸騰水型原子炉(以下、単に原子炉ともいう。)は図13のように、原子炉圧力容器1内の炉水を原子炉炉心2とダウンカマ3との間でインターナルポンプ4で循環させている。その循環途中で、炉水が原子炉炉心2で加熱され、水と蒸気との混合流体となる。その混合流体は原子炉炉心2の真上に配備されている気水分離器5に入る。その混合流体は気水分離器5内に入って上方へ通過する。
【0019】
その混合流体が気水分離器5内を通過する途中で、その混合流体は水と蒸気とに遠心分離される。気水分離器5で分離された蒸気は気水分離器5の上方に配備された蒸気乾燥器6へ向かい、気水分離器5で分離された水は気水分離器5の途中から気水分離器5外へ排出される。気水分離器5外へ排出された水は降下してダウンカマ3へ戻され、再度原子炉炉心2へ循環させられる炉水として用いられる。
【0020】
気水分離器5で分離された蒸気は、まだ蒸気タービンが受け入れることのできない過剰な液滴量を含む蒸気のままであるから、その湿り蒸気を蒸気乾燥器6にかけて蒸気タービンが受け入れることのできる湿分量にまで蒸気を乾燥する必要性がある。その必要性を満たせるようにするために、気水分離器5で分離された蒸気は、図11に見られる点線で表示した矢印(蒸気流れ)に沿って蒸気乾燥器6のフードプレート7(以下、フード7と称する。)の内側に入り、上向きから水平寄りに向きを変えて蒸気乾燥器6の入口を形成する多孔板8の孔内を通過する。
【0021】
多孔板8を通過した蒸気は蒸気乾燥器6の複数の波形状をした部材9(以下、波板9と称する。)間の蒸気流路10を従来と同様に図11に見られる点線で表示した矢印(蒸気流れ)に沿ってほぼ水平に通過する。その蒸気流路10を蒸気が通過することで蒸気中にまだ残存する水滴が液膜となって波板9に捕獲され、蒸気の湿分が低下する。
【0022】
このように蒸気乾燥器6を通過することで湿分が低下した蒸気は、乾燥蒸気として蒸気乾燥器6から出て蒸気乾燥器6の上側などに抜ける。蒸気乾燥器6から抜けたその乾燥蒸気は、図13に示す主蒸気ノズル11から、図示していないが主蒸気ノズル11に接続されている主蒸気配管を通過して発電機を駆動するための蒸気タービンへ、蒸気タービンの駆動エネルギーとして供給される。
【0023】
波板9により捕集された水分は、ユニットサポート19の下方の隔離壁21に開けてある穴を通じてドレンダクト22へ流れ、ドレンダクト22を通じて円筒状のスカート23の外側へ排出される。またフード7の下端開口部分がスカート23内側に連通している。このことから蒸気乾燥器6のスカート23と隔離壁21は気水分離器5群の上方と水平方向周囲を覆い気水分離器5から出てきた蒸気を効率よくフード7内に導くことができる。
【0024】
本発明の各実施例では、蒸気乾燥器6の蒸気乾燥器ユニット12の構造を変更し、その他は記述の通りである。第1の実施例による蒸気乾燥器ユニット12は図1、及び図2に示されている。図2は図1のA−A視断面図である。
【0025】
蒸気乾燥器ユニット12の具体的な構造は、図1や図2に見られるように、以下の構造となっている。即ち、蒸気乾燥器6の蒸気乾燥器ユニット12は、複数の波板9の同じ位置に穴を開け、そこにスペーサロッド13を通すことによって波板9の集合体を構成し、その集合体のスペーサロッド13の両端部を側板14とネジ止めし且つスペーサロッド
13の両端面を側板14に溶接をして一体化している。
【0026】
波板9には複数の液滴捕集板15が溶接されており、隣り合う波板9同士の間隔は、隣り合う波板9の間のスペーサロッド13に通された同じ長さのスペーサ16により一定に保ち、それにより隣り合う波板9間で蒸気流路10を一定に保っている。また、両側の側板14の間にはタイバー17が溶接されており、両側の側板14の側面、及びタイバー
17の側面に多孔板8が溶接されている。
【0027】
波板9の集合体の上方にはトッププレート18が波板9とは溶接されずに被せられ、トッププレート18の両端は側板14の上部と溶接されており、また波板9の集合体はユニットサポート19に溶接されずに乗せられ、そのユニットサポート19は側板14の下部と溶接されている。蒸気乾燥器ユニット12は、図12に示すように蒸気乾燥器6に一列に配置され、隣り合う蒸気乾燥器ユニット12の隣り合う側板14同士が溶接され、さらにフード7を備え付けるため湾曲状のフードサポート20が、側板14同士を合わせた幅の中央部に溶接されている。そのフード7はフードサポート20とトッププレート18に溶接されている。
【0028】
このような蒸気乾燥器ユニット12の長幅方向のほぼ中央の波板9の間にサポートプレート24が入っている。サポートプレート24の蒸気流路側の板面は隣り合う波板9の液滴捕集板15の山谷形状と同様な山谷形状を有する波型に加工されており、また他の波板9と同様に同じ位置に穴を開け、その穴を通過してサポートプレート24に通したスペーサロッド13にスペーサ16を通すことにより、サポートプレート24の両側の蒸気流路10は、そのスペーサ16で他の蒸気流路10と同様に確保することが可能となる。サポートプレート24は、波板9よりも高強度のものを用いて、補強が充分に可能となるようにする。
【0029】
また図10に示した幅25部分についても、側板14の波板側の板面は、液滴捕集板
15と山谷形状と同様な山谷形状に加工することにより、波型の形状に加工されて隣接する波板9との間を蒸気流路として活用している。このことによりサポートプレート24を入れることによるサポートプレート24の厚さ分減少した蒸気流入幅を確保することが可能となり(流入幅27の液滴捕集能力×2=流入幅26の液滴捕集能力)、蒸気乾燥器ユニット12の全幅は、従来例の全幅と同じにすることができる。
【0030】
そのサポートプレート24はトッププレート18,ユニットサポート19、及びタイバー17に溶接されることにより、両側の側板14を節として振動していたトッププレート18のほぼ中央部に節が増えることになり、剛性が上がり振動が軽減される。またサポートプレート24は他の波板9と同様にスペーサロッド13に通すだけなので、その分の工数は変わらず、追加作業としてサポートプレート24の加工と側板14の山谷形状の加工、及び先述した溶接工数が増えるが、一方従来技術の端をL型に加工した波板9を製作する必要がないのでその分の製作工数が減る。
【0031】
よって、蒸気乾燥器ユニット12の員数が増えることによる蒸気乾燥器ユニット12をユニットサポート19へ据付ける工数や溶接工数増加等の製作工数と比べると、本実施例による工数の増加割合は低い。
【0032】
以上のことから第1の実施例により、蒸気乾燥器6に配列される蒸気乾燥器ユニット
12の一列当たりの長さを長くせず、蒸気乾燥器6の径を大型化せず、圧力容器を大型化せず、つまり原子炉建屋側への影響がなく、蒸気乾燥器ユニット12の製作員数を増やす工数と比べると工数増加割合が低い構造でトッププレート18の剛性を上げ、蒸気乾燥器6の機能を満足することが可能となる。
【0033】
本発明の第2の実施例による蒸気乾燥ユニット12は、図3、及び図4に示されている。図4は図3のB−B視図である。第2の実施例では、第1の実施例のサポートプレート24、及び側板14の波板に面する板面を波板9と同様な波形形状に加工し、さらに液滴捕集板15を溶接したものである。これによりサポートプレート24の蒸気流路側の側面も液滴捕集能力を確保することが可能となる。
【0034】
第1の実施例と同様に、サポートプレート24を入れることによるサポートプレート
24の厚さ分減少した蒸気流入幅を確保することが可能であり(流入幅28の液滴捕集能力×2=流入幅26の液滴捕集能力)、蒸気乾燥器ユニット12の全幅は、従来技術の全幅と同じにすることができる。また製作工数については、第1の実施例からサポートプレート24、及び側板14に液滴捕集板15を溶接する工数分が上がるが、それでも蒸気乾燥器ユニット12の員数が増えることによる製作工数の増加と比べると増加割合は低い。
【0035】
本発明の第3の実施例による蒸気乾燥ユニット12は、図5,図6,図7及び図8に示されている。図6は図5のC−C視図である。また図8は図7のD−D視図である。第3の実施例では、第1、及び第2の実施例におけるサポートプレート24をフード7の内面に向けて延長し、その延長端部分をフード7の内側(蒸気の流れ側)に溶接した構造となっている。
【0036】
サポートプレート24の延長端部分をフード7に溶接することによって、両側の側板
14、及びフードサポート20を節として振動していたトッププレート18、及びフード7のほぼ中央部に節が増えることになり、剛性が上がり振動が軽減される。よって第3の実施例は第1、及び第2の実施例の効果に加えて、フード7の剛性も上げ、蒸気乾燥器6の機能を満足することが可能となる。
【0037】
また製作工数については、第1の実施例、及び第2の実施例からサポートプレート24とフード7を溶接する工数分が上がるが、それでも蒸気乾燥器ユニット12の員数が増えることによる製作工数の増加と比べると増加割合は低い。
【0038】
以上の各実施例によれば、沸騰水型原子炉の増出力を行わせるために蒸気流量の増加を伴い蒸気流速が増加するようになっても、原子炉内の蒸気乾燥器として構造を成立させ、使用できる。
【産業上の利用可能性】
【0039】
この発明は、沸騰水型原子炉の蒸気乾燥器に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の第1の実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。
【図2】図1のA−A視断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。
【図4】図3のB−B視断面図である。
【図5】本発明の第1実施例をベースとした第3実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。
【図6】図5のC−C視断面図である。
【図7】本発明の第2実施例をベースとした第3実施例による蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。
【図8】図7のD−D視断面図である。
【図9】従来の蒸気乾燥器ユニットの斜視図である。
【図10】図9のE−E視断面図である。
【図11】蒸気乾燥器ユニットの蒸気の流れ方向と振動方向を示した斜視図である。
【図12】図1〜図8に示した蒸気乾燥器ユニットが組み込まれた蒸気乾燥器の斜視図である。
【図13】図12に示した蒸気乾燥器が組み込まれた沸騰水型原子炉の原子炉炉内構造物を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【0041】
1…原子炉圧力容器、2…原子炉炉心、3…ダウンカマ、4…インターナルポンプ、5…気水分離器、6…蒸気乾燥器、7…フードプレート(フード)、8…多孔板、9…波形状をした部材(波板)、10…蒸気流路、11…主蒸気ノズル、12…蒸気乾燥器ユニット、13…スペーサロッド、14…側板、15…液滴捕集板、16…スペーサ、17…タイバー、18…トッププレート、19…ユニットサポート、20…フードサポート、21…隔離壁、22…ドレンダクト、23…スカート、24…サポートプレート、25…幅、26〜28…流入幅。




 

 


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