JPH077091B2 - 沸騰水型原子炉 - Google Patents
沸騰水型原子炉Info
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- JPH077091B2 JPH077091B2 JP61171610A JP17161086A JPH077091B2 JP H077091 B2 JPH077091 B2 JP H077091B2 JP 61171610 A JP61171610 A JP 61171610A JP 17161086 A JP17161086 A JP 17161086A JP H077091 B2 JPH077091 B2 JP H077091B2
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- JP
- Japan
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- steam
- water
- separator
- stand pipe
- nuclear reactor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉に関し、特に簡単な構造でか
つ十分な気水分離性能をもつものに係る。
つ十分な気水分離性能をもつものに係る。
従来の沸騰水型原子炉の原子炉炉心上部の気水分離装置
は気水分離器及びその上方の蒸気乾燥器からなる。
は気水分離器及びその上方の蒸気乾燥器からなる。
気水分離器はたて型軸流遠心式でシユラウドヘツド上方
に複数個（200ケ程度）の気水分離ユニツトを平行に並
べたものである。気水分離器の構造を第２図に示す。炉
心を出た気水混合液体は炉心上部のプレナムからスタン
ドパイプ３を経て気水分離器の下端に入り、ここで入口
ベーン12により回転運動が与えられ、チユーブ13内を自
由うず巻き運動で上向きに移動して行く間に、それに伴
なう遠心力効果によつて水と蒸気が分離される。チユー
ブ頂部14で水分は集合して降下する。一方、蒸気分はそ
のまま軸方向に上向きに進んで、蒸気乾燥器へ入る。
に複数個（200ケ程度）の気水分離ユニツトを平行に並
べたものである。気水分離器の構造を第２図に示す。炉
心を出た気水混合液体は炉心上部のプレナムからスタン
ドパイプ３を経て気水分離器の下端に入り、ここで入口
ベーン12により回転運動が与えられ、チユーブ13内を自
由うず巻き運動で上向きに移動して行く間に、それに伴
なう遠心力効果によつて水と蒸気が分離される。チユー
ブ頂部14で水分は集合して降下する。一方、蒸気分はそ
のまま軸方向に上向きに進んで、蒸気乾燥器へ入る。
蒸気乾燥器は平行波板をまとめたものである。その構造
を第３図に示す。蒸気は波板の間を通る間に進行方向が
何回も変り、方向変換ごとに蒸気中の水分が波板状の表
面に当り湿気を除かれた後、主蒸気管へ導びかれる。分
離されたドレンは蒸気乾燥器ドレン管16より外部へ導び
かれる。
を第３図に示す。蒸気は波板の間を通る間に進行方向が
何回も変り、方向変換ごとに蒸気中の水分が波板状の表
面に当り湿気を除かれた後、主蒸気管へ導びかれる。分
離されたドレンは蒸気乾燥器ドレン管16より外部へ導び
かれる。
大型原子炉では上記２種類の湿分分離装置で出口混分0.
1wt％以下という十分な性能をあげているが、一方これ
らの装置による蒸気の圧力損失が無視できないこと、燃
料交換の際にはこれらの装置を炉外に取り出す必要があ
るが重量が重く移送に手間がかかること、又、構造が複
雑であるため使用期間中検査に労力を必要とし、その間
の検査員がある程度被ばくを受けること等の欠点があ
る。
1wt％以下という十分な性能をあげているが、一方これ
らの装置による蒸気の圧力損失が無視できないこと、燃
料交換の際にはこれらの装置を炉外に取り出す必要があ
るが重量が重く移送に手間がかかること、又、構造が複
雑であるため使用期間中検査に労力を必要とし、その間
の検査員がある程度被ばくを受けること等の欠点があ
る。
なお、その他の気液分離装置としては、抽気の湿分分離
器があるが、これは波板型もしくは細孔型湿分分離器で
ある。
器があるが、これは波板型もしくは細孔型湿分分離器で
ある。
上記従来技術は、出力及び出力密度の高い大型原子炉用
として採用されているものである。大型原子炉では出力
密度が高いため気水分離器へ進入してくる蒸気に随伴さ
れる水分の割合が多く従来例のような高性の気水分離器
及び蒸気乾燥器で十分湿分を除去する必要があつた。し
かし、中小型炉では出力密度が低いため、従来例のよう
な大がかりな気水分離装置は必要とせず、軽量かつメン
テナンス性のよい気水分離装置が望まれる。
として採用されているものである。大型原子炉では出力
密度が高いため気水分離器へ進入してくる蒸気に随伴さ
れる水分の割合が多く従来例のような高性の気水分離器
及び蒸気乾燥器で十分湿分を除去する必要があつた。し
かし、中小型炉では出力密度が低いため、従来例のよう
な大がかりな気水分離装置は必要とせず、軽量かつメン
テナンス性のよい気水分離装置が望まれる。
本発明の目的は、中小型原子炉用の気水分離装置とし
て、軽量でメンテナンス性がよく、かつ圧力損失の少な
い気水分離装置を提供することにある。
て、軽量でメンテナンス性がよく、かつ圧力損失の少な
い気水分離装置を提供することにある。
上記目的を達成するための手段を以下に示す。
出力密度の高い大型原子炉では炉心の単位体積当りのボ
イド発生量が多いため、それに伴なつて蒸気の上昇速度
は速くなる。従つてそれに随伴されて水分も上方までお
し上げられ、いわいるスラグ流（蒸気中に大きな水魂を
含んだ状態）の領域が炉心上部まで持続する。すなわ
ち、第４図に示すように、炉心部の湿分量はエレベーシ
ヨンと伴にゆるやかに低下し、炉心上部及びスタンドパ
イプ部分においても相当量の湿分が存在する。従つて大
型炉では遠心式気水分離器により、大量の湿分をとり除
く必要があつた。
イド発生量が多いため、それに伴なつて蒸気の上昇速度
は速くなる。従つてそれに随伴されて水分も上方までお
し上げられ、いわいるスラグ流（蒸気中に大きな水魂を
含んだ状態）の領域が炉心上部まで持続する。すなわ
ち、第４図に示すように、炉心部の湿分量はエレベーシ
ヨンと伴にゆるやかに低下し、炉心上部及びスタンドパ
イプ部分においても相当量の湿分が存在する。従つて大
型炉では遠心式気水分離器により、大量の湿分をとり除
く必要があつた。
一方、出力密度の低い中小型原子炉では、炉心部の体積
当り蒸気発生量が少ないため、水分の随伴量は少なく、
比較的ゆるやかな沸騰状態となる。すなわち、第４図に
示すように、炉心部の湿分量は、炉心上部で急激に低下
し、スタンドパイプ部での湿分は低い。従つて従来のよ
うな高性能の気水分離器は必要としない。
当り蒸気発生量が少ないため、水分の随伴量は少なく、
比較的ゆるやかな沸騰状態となる。すなわち、第４図に
示すように、炉心部の湿分量は、炉心上部で急激に低下
し、スタンドパイプ部での湿分は低い。従つて従来のよ
うな高性能の気水分離器は必要としない。
この観点もふまえて、気液分離手段として、重力落下式
気水分離領域を設けることをねらい、具体的には、原子
炉内のスタンドパイプと主蒸気配管入口との間の蒸気流
路途中に空洞領域を設け、前記空洞領域の高さを前記空
洞領域へ下方から上方へ蒸気を吐出する機器からの直径
3cm以上の水滴の最大到達高さよりも高く、前記空洞領
域の蒸気流路断面積を前記スタンドパイプの流路断面積
よりも広くしたことを特徴とする沸騰水型原子炉とした
ものである。
気水分離領域を設けることをねらい、具体的には、原子
炉内のスタンドパイプと主蒸気配管入口との間の蒸気流
路途中に空洞領域を設け、前記空洞領域の高さを前記空
洞領域へ下方から上方へ蒸気を吐出する機器からの直径
3cm以上の水滴の最大到達高さよりも高く、前記空洞領
域の蒸気流路断面積を前記スタンドパイプの流路断面積
よりも広くしたことを特徴とする沸騰水型原子炉とした
ものである。
空洞領域に下方から気水混合流体を注入し、その空洞領
域で水滴を重力落下により除去し水分のすくない蒸気を
ひき出す作用を得る。
域で水滴を重力落下により除去し水分のすくない蒸気を
ひき出す作用を得る。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
炉心部１の上方にあるシユラウドヘツド２から複数個
（200本程度）のスタンドパイプ３を設け、炉心で発生
した蒸気及び随伴する水分をスタンドパイプ３を通つて
気水分離装置４に導く。なお、スタンドパイプ３の直径
は、水の上昇速度を抑えるため、大型炉のものより太い
直径11cm程度とする。又、スタンドパイプ３の長さは、
水面からスタンドパイプ上端が露出するよう、シユラウ
ドヘツド２最頂部より50mm程度の長さとし、上部プレナ
ム水５の水位はシユラウドヘツド最頂部２より30cm程度
とする。気水分離器４は直径3cm程度以上の水滴を重力
落下により除去できるように、高さを約5m、直径は圧力
容器内径と等しい約6mとする。重力により分離された水
分は上部プレナム水５上に落下し、炉心下部に再循環す
る。
（200本程度）のスタンドパイプ３を設け、炉心で発生
した蒸気及び随伴する水分をスタンドパイプ３を通つて
気水分離装置４に導く。なお、スタンドパイプ３の直径
は、水の上昇速度を抑えるため、大型炉のものより太い
直径11cm程度とする。又、スタンドパイプ３の長さは、
水面からスタンドパイプ上端が露出するよう、シユラウ
ドヘツド２最頂部より50mm程度の長さとし、上部プレナ
ム水５の水位はシユラウドヘツド最頂部２より30cm程度
とする。気水分離器４は直径3cm程度以上の水滴を重力
落下により除去できるように、高さを約5m、直径は圧力
容器内径と等しい約6mとする。重力により分離された水
分は上部プレナム水５上に落下し、炉心下部に再循環す
る。
水分が分離され蒸気は上方へ進み、気水分離装置上方に
ある蒸気乾燥器６に入り、ミスト状の水滴をさらに除去
した後、主蒸気配管７を通つてタービンに運ばれる。
ある蒸気乾燥器６に入り、ミスト状の水滴をさらに除去
した後、主蒸気配管７を通つてタービンに運ばれる。
本実施例によれば、従来例と比べて、遠心式気水分離器
がなくなり、大きな空洞部ができたこと、スタンドパイ
プの長さが50cm程度まで短縮されたことにより、従来例
では約0.8kg/cm2あつたこの部分の圧損が、事実上０と
なる。又、蒸気乾燥器部分の圧損は気水分離器部分と比
べて無視できる程度である。この圧損の減少による熱効
率の向上は熱出力換算した場合0.15％に相当する。
がなくなり、大きな空洞部ができたこと、スタンドパイ
プの長さが50cm程度まで短縮されたことにより、従来例
では約0.8kg/cm2あつたこの部分の圧損が、事実上０と
なる。又、蒸気乾燥器部分の圧損は気水分離器部分と比
べて無視できる程度である。この圧損の減少による熱効
率の向上は熱出力換算した場合0.15％に相当する。
又、燃料交換を行う際に移送することが必要な気水分離
器（シユラウドヘツド）の重量を大巾に低減することに
より、原子炉開放、閉鎖作業が迅速に行えるようにな
る。
器（シユラウドヘツド）の重量を大巾に低減することに
より、原子炉開放、閉鎖作業が迅速に行えるようにな
る。
さらに、複雑な形状の遠心式気水分離器がなくなること
により、溶接部等の使用期間中の検査が不要となり、作
業員の被曝低減効果にも寄与する。
により、溶接部等の使用期間中の検査が不要となり、作
業員の被曝低減効果にも寄与する。
スタンドパイプから蒸気に随伴されて放出される水滴
は、その水滴の大きさにより２種類の機構により重力落
下し除去される。
は、その水滴の大きさにより２種類の機構により重力落
下し除去される。
（１）大きな水滴はスタンドパイプからある初速度v0で
吸き出されると、その初速度に従つた放出線軌道を描
き、重力により落下する。従つて気水分離器の高さは、
これらの水滴の最大到達高さより高くする必要がある。
吸き出されると、その初速度に従つた放出線軌道を描
き、重力により落下する。従つて気水分離器の高さは、
これらの水滴の最大到達高さより高くする必要がある。
（２）小さな水滴については、落下速度が空気抵抗とつ
り合う時点で最終落下速度が規定される。従つて、空間
内の蒸気上昇速度が最大落下速度より大きな場合は、水
滴は落下できず蒸気と伴に上方に押し上げられてしま
う。従つて十分小さな水滴が落下し得るように蒸気流速
を低下させるため十分な空間の断面積が必要となる。
り合う時点で最終落下速度が規定される。従つて、空間
内の蒸気上昇速度が最大落下速度より大きな場合は、水
滴は落下できず蒸気と伴に上方に押し上げられてしま
う。従つて十分小さな水滴が落下し得るように蒸気流速
を低下させるため十分な空間の断面積が必要となる。
以下、上記の機構より必要となる気水分離装置の仕様を
定量的に評価する。
定量的に評価する。
（１）空間高さ 初速度v0の粒子の最大到達高さは以下の式で表わせる。
ｘ＝v0 2/2g ……（１） 今、中小型炉の水滴の初速度は大型炉の半分である6m/s
程度であるので、ｘは18mと非常に大きくなる。これを
低減するためには、スタンドパイプの直径を大きくし
て、速度を下げるかスタンドパイプの方向をななめにし
て、放出された水滴が横壁に当るようにすればよい。な
お、空間高さを5m程度とするためには、スタンドパイプ
直径を従来の約8cmから11cm程度に増加されせばよい。
程度であるので、ｘは18mと非常に大きくなる。これを
低減するためには、スタンドパイプの直径を大きくし
て、速度を下げるかスタンドパイプの方向をななめにし
て、放出された水滴が横壁に当るようにすればよい。な
お、空間高さを5m程度とするためには、スタンドパイプ
直径を従来の約8cmから11cm程度に増加されせばよい。
（２）空間断面積 粒子の落下抵抗による最終速度は、 c:抵抗係数（球形の場合１） ρ：雰囲気密度（36kg/m3） f:断面積 の式で表せる。
中小型炉のプレナム部の蒸気速度は大型炉の半分である
1m/s程度であるから、（２）式よりこの空間で直径3cm
以上の水滴は落下除去することが可能となる。
1m/s程度であるから、（２）式よりこの空間で直径3cm
以上の水滴は落下除去することが可能となる。
本発明の第２実施例は次の如くである。
重力落下による湿分分離効果を蒸気乾燥器に適用した図
を第５図に示す。気水分離器８の上方に折流手段として
の円筒９を設け、気水分離器８から放出された水分を含
む蒸気を円筒内を上昇させる。ここで大きな水滴は重力
落下により除去される。蒸気は一旦トツプヘツド10近く
まで達した後、円筒９の外側に下降して主蒸気配管７よ
りタービンへ進む。円筒９内で重力落下からのがれた水
滴はトツプヘツド10に慣性で衝突し除去される。除去さ
れた水滴は圧力容器壁及び円筒９の壁をつたつてドレン
され、炉心下方に再循環する。
を第５図に示す。気水分離器８の上方に折流手段として
の円筒９を設け、気水分離器８から放出された水分を含
む蒸気を円筒内を上昇させる。ここで大きな水滴は重力
落下により除去される。蒸気は一旦トツプヘツド10近く
まで達した後、円筒９の外側に下降して主蒸気配管７よ
りタービンへ進む。円筒９内で重力落下からのがれた水
滴はトツプヘツド10に慣性で衝突し除去される。除去さ
れた水滴は圧力容器壁及び円筒９の壁をつたつてドレン
され、炉心下方に再循環する。
又、第６図に示す本発明の第３実施例は折流手段として
のエルボ配管又はＬ字型トンネル11を主蒸気管入口に設
けることによつても、同様の効果が得られる。この場
合、円筒９を設けた場合より、蒸気上昇のための断面積
を大きくできるため、蒸気上昇速度はより遅くなり、重
力落下による気水分離効果が大きくなる。
のエルボ配管又はＬ字型トンネル11を主蒸気管入口に設
けることによつても、同様の効果が得られる。この場
合、円筒９を設けた場合より、蒸気上昇のための断面積
を大きくできるため、蒸気上昇速度はより遅くなり、重
力落下による気水分離効果が大きくなる。
本発明の第4,第５実施例は次の如くである。
本発明を中小型の沸騰水型自然循環炉に適用した図を第
７図及び第８図に示す。
７図及び第８図に示す。
第４実施例である第７図は重力落下による湿分分離効果
を気水分離器に適用した例であり、第５実施例である第
８図は同効果を蒸気乾燥器に適用した例である。
を気水分離器に適用した例であり、第５実施例である第
８図は同効果を蒸気乾燥器に適用した例である。
沸騰水型自然循環炉の場合、炉心部１の出力密度が低
く、発生した蒸気の流速が遅いため、水滴の重力落下に
よる湿分分離効果は高い。
く、発生した蒸気の流速が遅いため、水滴の重力落下に
よる湿分分離効果は高い。
本発明によれば、遠心式気水分離器もしくは、平行波板
型蒸気乾燥器が不要となるため、圧損の低減による熱効
率の向上、炉内構造物の簡素化によるコスト低減および
原子炉開放閉鎖作業の簡単化そして炉内構造物の溶接線
が減少することによる検査の簡単化及びそれに伴なう作
業員被ばく線量の低減の効果がある。
型蒸気乾燥器が不要となるため、圧損の低減による熱効
率の向上、炉内構造物の簡素化によるコスト低減および
原子炉開放閉鎖作業の簡単化そして炉内構造物の溶接線
が減少することによる検査の簡単化及びそれに伴なう作
業員被ばく線量の低減の効果がある。
第１図は本発明の第１実施例による原子炉断面図、第２
図は従来の原子炉内における遠心式気水分離器の縦断
面、第３図は従来の原子炉内における波板型蒸気乾燥器
の要部斜視図、第４図は高出力密度炉心と低出力密度炉
心のエレベーシヨンごとの水分含有率を示すグラフ図、
第５図は本発明の第２実施例による原子炉断面図、第６
図は本発明の第３実施例による原子炉断面図、第７図は
本発明の第４実施例であつて、中小型の沸騰水型原子炉
に適用した場合の原子炉断面図、第８図は同じく第４実
施例による原子炉断面図である。 １……炉心部、２……シユラウドヘツド、３……スタン
ドパイプ、４……気水分離装置、５……上部プレナム
水、６……蒸気乾燥器、７……主蒸気配管、８……気水
分離器、９……円筒、10……トツプヘツド、11……エル
ボ配管、12……入口ベーン、13……チユーブ、14……チ
ユーブ頂部、15……波板、16……ドレン管。
図は従来の原子炉内における遠心式気水分離器の縦断
面、第３図は従来の原子炉内における波板型蒸気乾燥器
の要部斜視図、第４図は高出力密度炉心と低出力密度炉
心のエレベーシヨンごとの水分含有率を示すグラフ図、
第５図は本発明の第２実施例による原子炉断面図、第６
図は本発明の第３実施例による原子炉断面図、第７図は
本発明の第４実施例であつて、中小型の沸騰水型原子炉
に適用した場合の原子炉断面図、第８図は同じく第４実
施例による原子炉断面図である。 １……炉心部、２……シユラウドヘツド、３……スタン
ドパイプ、４……気水分離装置、５……上部プレナム
水、６……蒸気乾燥器、７……主蒸気配管、８……気水
分離器、９……円筒、10……トツプヘツド、11……エル
ボ配管、12……入口ベーン、13……チユーブ、14……チ
ユーブ頂部、15……波板、16……ドレン管。
Claims (3)
- 【請求項１】原子炉内のスタンドパイプと主蒸気配管入
口との間の蒸気流路途中に空洞領域を設け、前記空洞領
域の高さを前記空洞領域へ下方から上方へ蒸気を吐出す
る機器からの直径3cm以上の水滴の最大到達高さよりも
高く、前記空洞領域の蒸気流路断面積を前記スタンドパ
イプの流路断面積よりも広くしたことを特徴とする沸騰
水型原子炉。 - 【請求項２】前記空洞領域は原子炉内のスタンドパイプ
と蒸気乾燥器との間に備え、前記空洞領域へ下方から上
方へ蒸気を吐出する機器は前記スタンドパイプであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲の第１項に記載の沸騰水
型原子炉。 - 【請求項３】前記空洞領域は原子炉内の気水分離器と主
蒸気配管入口との間に前記主蒸気入口手前に配置した蒸
気の上下折流手段を介して配置したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の沸騰水型原子炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61171610A JPH077091B2 (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 沸騰水型原子炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61171610A JPH077091B2 (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 沸騰水型原子炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6329294A JPS6329294A (ja) | 1988-02-06 |
| JPH077091B2 true JPH077091B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=15926360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61171610A Expired - Lifetime JPH077091B2 (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 沸騰水型原子炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH077091B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5517839B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2014-06-11 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 蒸気乾燥器及び沸騰水型原子力プラント |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61134693A (ja) * | 1984-12-06 | 1986-06-21 | 株式会社東芝 | 沸騰水型原子炉 |
-
1986
- 1986-07-23 JP JP61171610A patent/JPH077091B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6329294A (ja) | 1988-02-06 |
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