特許 7448466 気水分離設備、および原子炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】気水分離設備、および原子炉

(51)【国際特許分類】

   G21C 15/16 20060101AFI20240305BHJP

   G21C 15/02 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

G21C15/16

G21C15/02 H

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020204296

(22)【出願日】2020-12-09

(65)【公開番号】P2022091452

(43)【公開日】2022-06-21

【審査請求日】2023-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】上遠野 健一

【審査官】大谷 純

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１１７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５８１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１７９０７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １５／１６

Ｇ２１Ｃ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気水分離機構を鉛直方向に複数有する気水分離器を原子炉中央部から外周部にかけて原子炉の圧力容器内に複数配置した気水分離設備であって、
前記気水分離器は、１段目の気水分離機構がシュラウドヘッドに接続されたスタンドパイプ、前記スタンドパイプに接続されたディフューザ、前記ディフューザ内に固定されたひねり羽根を有するスワラー、前記ディフューザに接続された第１段内筒、前記第１段内筒の外側に排出流路を介在して配置された第１段外筒、前記第１段外筒に設けられており前記第１段内筒から前記排出流路への流路としてギャップを形成する第１段ピックオフリング、により、２段目以降の気水分離機構が前段の前記第１段ピックオフリングあるいは第２段以降ピックオフリングに接続された第２段以降内筒、前記第２段以降内筒の外側に前記排出流路を介在して配置された第２段以降外筒、前記第２段以降外筒に設けられており前記第２段以降内筒から前記排出流路への流路としてギャップを形成する前記第２段以降ピックオフリングにより構成され、
前記原子炉の中央部に配置される前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、前記原子炉の最外周部に配置される前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向の高さ位置よりも低くした
ことを特徴とした気水分離設備。

【請求項2】

請求項１に記載の気水分離設備において、
前記中央部の前記気水分離器の前記スタンドパイプの長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記スタンドパイプの長さよりも短くした
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項3】

請求項２に記載の気水分離設備において、
前記気水分離器の下から第２段目以降の気水分離部の仕様を、すべての前記気水分離機構で同じとする
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項4】

請求項２に記載の気水分離設備において、
前記中央部に配置される前記気水分離器の最終の段の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、前記最外周部に配置される前記気水分離器の最終の段の気水分離部の鉛直方向位置と等しくした
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項5】

請求項１に記載の気水分離設備において、
前記中央部の前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さよりも短くした、あるいは
前記中央部の前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さよりも短くし、かつ前記中央部の前記気水分離器の前記第２段以降内筒および前記第２段以降外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第２段以降内筒および前記第２段以降外筒の長さよりも長くした
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項6】

請求項５に記載の気水分離設備において、
前記中央部の前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さよりも短くした場合に、前記気水分離器の下から第２段目以降の気水分離部の仕様を、すべての前記気水分離機構で同じとする
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項7】

請求項５に記載の気水分離設備において、
前記中央部の前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第１段内筒および前記第１段外筒の長さよりも短くし、かつ前記中央部の前記気水分離器の前記第２段以降内筒および前記第２段以降外筒の長さを、前記最外周部に配置される前記気水分離器の前記第２段以降内筒および前記第２段以降外筒の長さよりも長くした場合に、前記中央部に配置される前記気水分離器の最終の段の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、前記最外周部に配置される前記気水分離器の最終の段の気水分離部の鉛直方向位置と等しくした
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項8】

請求項１に記載の気水分離設備において、
前記気水分離設備における水面は、前記中央部が最も高く前記最外周部が最も低い凸状であり、
前記中央部から前記最外周部に向けて前記水面と前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部との距離が離れていく
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項9】

請求項１に記載の気水分離設備において、
前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が３段になっている
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項10】

請求項１に記載の気水分離設備において、
前記中央部から前記最外周部に向けて前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が高くなっていく
ことを特徴とする気水分離設備。

【請求項11】

請求項１に記載の気水分離設備を有することを特徴とする原子炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、原子炉で発生した蒸気から水を分離する気水分離器が複数体集合した気水分離設備、および原子炉に関する。

【背景技術】

【0002】

原子炉の運転水位幅の上限を高くして運転水位幅の拡大が図れ、これにより運転性能を向上できる気水分離器の一例として、特許文献１には、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉心上方に多数林立して設けられ、それぞれ上下多段式の気水分離用分離段および排水口を有する筒状の気水分離器であり、下部から数えて２段目の分離段の排水口の上方に、隣接する各気水分離器間の隙間を覆う液滴捕獲リングを設け、液滴捕獲リングは、網状材、多孔板、その他の通気性材料等によって構成する、ことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８－１７９０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

原子力発電プラントでは、原子炉で発生させた蒸気を蒸気タービンへ供給して発電機を駆動する。その際、タービン翼部分でのエロ－ジョンやコロージョンの発生を防いで蒸気タービンの健全性を維持するために、蒸気に含まれる湿分を一定値以下にした後で蒸気を蒸気タービンに供給している。

【0005】

例えば、沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲという）や改良型沸騰水型原子炉（以下、ＡＢＷＲという）では、原子炉で発生した蒸気を原子炉内の冷却材から分離する気水分離器と、分離された後の蒸気に含まれる液滴を除去する蒸気乾燥器と、で構成される２段階の気水分離システムが採用されている。

【0006】

このシステムにより、原子炉から蒸気タービンへ供給する蒸気の湿分を一定値以下に抑えている。その結果、蒸気タービンの翼部分でのエロージョンやコロージョンの発生を防ぎ、蒸気タービンの健全性を維持するようになっている。

【0007】

気水分離器は、複数の気水分離機構で構成されている。各々の気水分離機構は、例えば、シュラウドヘッドの上側に接続されたスタンドパイプと、このスタンドパイプの上側に接続されたディフューザと、このディフューザ内に固定されたスワラーと、ディフューザの上側に接続された第１段の内筒と、この第１段の内筒の外周側に配置された第１段の外筒と、この第１段の外筒の上端に設けられて第１段の内筒の上端との間にギャップを形成するピックオフリングと、を有している。

【0008】

また、第１段のピックオフリングの上側に接続された第２段の内筒と、この第２段の内筒の外周側に配置された第２段の外筒と、この第２段の外筒の上端に設けられて第２段の内筒の上端との間にギャップを形成する第２段のピックオフリングと、を有している。

【0009】

さらに、第２段のピックオフリングの上側に接続された第３段の内筒と、この第３段の内筒の外周側に配置された第３段の外筒と、この第３段の外筒の上端に設けられて第３段の内筒の上端との間にギャップを形成する第３段のピックオフリングと、を有している。

【0010】

すなわち、例えば、内筒、外筒、およびピックオフリングで構成された気水分離機構を３段有している。

【0011】

ここで、炉心で発生した蒸気と水との気液二相流は、上部プレナムを経由して各気水分離機構のスタンドパイプに流入する。そして、ディフューザ内のスワラーで旋回力が付与され、各段の内筒内で気液二相流の流動状態が旋回流（環状流）となる。そして、密度差による遠心力の違いにより、水が径方向外側に押し出されて、壁面に液膜流を形成し、各段のピックオフリングで蒸気流と液膜流とに分離される。

【0012】

すなわち、液膜流は、各段の内筒とピックオフリングの間に形成されたギャップを経由して各段の内筒と外筒の間に形成された排出流路に流出し、その後、原子炉圧力容器とシュラウドの間のダウンカンマに排出される。

【0013】

蒸気流は、第１段～第３段のピックオフリングを通過し、湿り蒸気プレナムを経由して蒸気乾燥器に供給されるようになっている。

【0014】

気水分離器の気液分離性能は、キャリーオーバーで評価される。キャリーオーバーは、気水分離器出口から排出される分離液の蒸気に対する重量比を表わし、その比が大きければそれだけ湿った蒸気が蒸気乾燥器に導かれることになる。

【0015】

気水分離器に導入された気液二相流の分離が不十分な場合、液の一部が液滴状になって蒸気に混入したまま気水分離器出口から排出されるので、蒸気乾燥器で湿分が充分に除湿されなかった場合には、タービン翼を損傷する恐れがある。つまり、気水分離器の性能としては、キャリーオーバーが小さいもの程優れている。

【0016】

気水分離器へ流入する気液二相流のクオリティ（気液二相流中の蒸気の重量比）とキャリーオーバーとの関係の一例を図１に示す。この図１に示すように、キャリーオーバーは、外部水位が低い方が広範囲のクオリティ条件に対して、設計基準を満たす特性がある。これは、第１段排水流路出口に作用する水頭が小さくなるため、第１段ピックオフリングで排水される水が多くなり、それにより、気水分離器上部から排出される水の量が減少するためである。

【0017】

気水分離器のもう一つの気水分離性能は、キャリーアンダーで評価される。気水分離器の液排出流路から排出される水は一定量の蒸気が含まれており、その蒸気の分離液に対する重量比をキャリーアンダーという。

【0018】

キャリーアンダーが大きければそれだけ蒸気が分離液とともにシュラウドヘッドに沿ってダウンカマに流れ込み、強制循環炉であれば冷却材を循環させるインターナルポンプ（ＡＢＷＲの場合）あるいはジェットポンプ（ＢＷＲの場合）にキャビテーションを生じさせる恐れがある。また、自然循環炉においてはダウンカマの冷却材密度が小さくなることにより、自然循環流量が低下する恐れがある。そのため、気水分離器に要求される性能として、キャリーアンダーは規定値以下となることが要求されている。

【0019】

気水分離器へ流入する気液二相流のクオリティとキャリーアンダーとの関係の一例を図２に示す。この図２に示すように、キャリーアンダーは、外部水位が高い方が広範囲のクオリティ条件に対して、設計基準を満たす特性がある。これは、第１段排水流路出口に作用する水頭が大きくなるため、第１段ピックオフリングで排水される水が減少するためである。

【0020】

したがって、気水分離器の気水分離特性からは、気水分離器入口でのクオリティが比較的大きい場合は外部水位を高くしてキャリーアンダーを小さくし、気水分離器入口でのクオリティが比較的小さい場合は外部水位を低くしてキャリーオーバーを抑制することが望ましい。

【0021】

例えば、従来のＡＢＷＲでは約３５０体の気水分離器が原子炉の圧力容器内に配置されているが、気水分離器の仕様は炉心から出てきた気液二相流の平均クオリティに対して一律に決められている。

【0022】

しかし、炉心から出てくる気液二相流のクオリティは、炉心における各燃料集合体の熱出力の関係から外周部ほど減少する傾向にある。従って、その上方空間である上部プレナム内でクオリティは径方向に分布を持ち、気水分離器入口でも場所によってクオリティが異なる。

【0023】

特許文献１では、このようなクオリティ分布を考慮した気水分離設備として、気水分離設備内を半径方向に複数の領域に分割し、中心側の領域ほど気水分離器のスタンドパイプ長さを調節することで、最下部に開口する第１排水口の高さをシュラウドヘッドの上方に形成される水面傾斜と並行に配置することで、設備全体としての気水分離性能を向上させる気水分離設備としている。

【0024】

この特許文献１の気水分離設備では、中心側の領域ほど気水分離器のスタンドパイプ長さを調節することで、最下部に開口する第１排水口の高さをシュラウドヘッドの上方に形成される水面傾斜と並行に配置する構造としている。

【0025】

しかし、係る構造の気水分離設備では、中心側の領域の気水分離器の外部水位が相対的に低くなり、外周側の領域の気水分離器の外部水位が相対的に高くなる。

【0026】

また、今後国内で予定されている既設炉の出力向上やＡＢＷＲよりさらに出力を増大した次世代原子炉、ポンプを用いない自然循環型沸騰水型原子炉においては、現行ＡＢＷＲよりも気水分離器入口での気液二相流のクオリティが大きくなる可能性がある。

【0027】

このため、特許文献１の気水分離設備では、原子炉中央部での気水分離器入口でのクオリティが大きく、かつ、外部水位が相対的に低くなることから、キャリーアンダーが増加する恐れがある。同時に、原子炉外周部での気水分離器入口でのクオリティが小さく、かつ、外部水位が相対的に高くなることから、キャリーオーバーが増加する恐れがある。

【0028】

本発明の目的は、気水分離器全体として低キャリーオーバー・低キャリーアンダーを実現できる気水分離設備、および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】

【0029】

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、気水分離機構を鉛直方向に複数有する気水分離器を原子炉中央部から外周部にかけて原子炉の圧力容器内に複数配置した気水分離設備であって、前記気水分離器は、１段目の気水分離機構がシュラウドヘッドに接続されたスタンドパイプ、前記スタンドパイプに接続されたディフューザ、前記ディフューザ内に固定されたひねり羽根を有するスワラー、前記ディフューザに接続された第１段内筒、前記第１段内筒の外側に排出流路を介在して配置された第１段外筒、前記第１段外筒に設けられており前記第１段内筒から前記排出流路への流路としてギャップを形成する第１段ピックオフリング、により、２段目以降の気水分離機構が前段の前記第１段ピックオフリングあるいは第２段以降ピックオフリングに接続された第２段以降内筒、前記第２段以降内筒の外側に前記排出流路を介在して配置された第２段以降外筒、前記第２段以降外筒に設けられており前記第２段以降内筒から前記排出流路への流路としてギャップを形成する前記第２段以降ピックオフリングにより構成され、前記原子炉の中央部に配置される前記気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、前記原子炉の最外周部に配置される気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向の高さ位置よりも低くしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、気水分離器全体として低キャリーオーバー・低キャリーアンダーを実現できる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】気液二相流のクオリティ、外部水位とキャリーオーバーとの関係を示す図。

【図2】気液二相流のクオリティ、外部水位とキャリーアンダーとの関係を示す図。

【図3】本発明の実施例１のＡＢＷＲの構成を示す図。

【図4】実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離器の構成を示す図。

【図5】実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図6】実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図7】実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備の気水分離部の鉛直方向高さ位置の径方向の変化の一例を示す図。

【図8】実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備の気水分離部の鉛直方向高さ位置の径方向の変化の他の一例を示す図。

【図9】実施例１の変形例のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図10】実施例１の変形例のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図11】本発明の実施例２のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図12】実施例２のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図13】実施例２の変形例のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【図14】実施例２の変形例のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下に本発明の気水分離設備、および原子炉の実施例を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【0033】

＜実施例１＞
本発明の気水分離設備、および原子炉の実施例１について図３乃至図１０を用いて説明する。図３は本実施例１のＡＢＷＲの構成を示す図である。

【0034】

最初に、原子炉の全体構成について図３を用いて説明する。図３は、２段階の気水分離システムを備える原子炉１００であるＡＢＷＲの構成を示している。

【0035】

図３に示すように、ＡＢＷＲは、熱を発生する炉心１１、炉心１１を取り囲むシュラウド１２およびシュラウドヘッド１３、シュラウドヘッド１３に取り付けた複数の気水分離器１０、その上方にある蒸気乾燥器１４、圧力容器１５内の冷却材を循環させるインターナルポンプ１６を備えている。なお、図３に示すように、ＡＢＷＲでは、シュラウドヘッド１３により形成される上部プレナム２１があり、また、炉内に水面２０が図３に示すように存在する。

【0036】

ＡＢＷＲでは、インターナルポンプ１６によって炉心１１に送り込まれた冷却水Ｗ１は、炉心１１で加熱されて沸騰し、蒸気と水の気液二相流Ｗ２となる。この気液二相流は、気水分離器１０で蒸気Ｓと水Ｗ３とに分離される。

【0037】

分離された蒸気Ｓには湿分が含まれているので、蒸気乾燥器１４で湿分がさらに取り除かれ、クオリティが増した蒸気は、主蒸気配管１７を通ってタービン（図示省略）に送られる。

【0038】

気水分離器１０で分離された冷却水Ｗ３は、給水ノズル１８から供給される給水と圧力容器１５内で混合され、ダウンカマ１９に流れ込み、インターナルポンプ１６によって再循環する。

【0039】

このように、ＡＢＷＲには原子炉で発生した蒸気を原子炉内の冷却材から分離する気水分離器１０と、分離された後の蒸気に含まれる液滴を除去する蒸気乾燥器１４と、で構成される２段階の気水分離システムを備えている。

【0040】

以下、図４を用いて気水分離システムのうち気水分離器の構成について説明する。図４は実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離器の構成を示す図である。

【0041】

ＡＢＷＲにおける気水分離器１０は、冷却材である軽水が原子炉の炉心で加熱され沸騰することにより生成される蒸気と水との気液二相流Ｗ２を、蒸気と水に分離するためのものである。

【0042】

気水分離器１０は、図４に示すように、シュラウドヘッド１３に接続されたスタンドパイプ１、スタンドパイプ１に接続されたディフューザ６、ディフューザ６内に固定したスワラー２、ディフューザ６に接続した内筒３、内筒３の外側に排出流路８を介在して配置された外筒４、外筒４に設けられて内筒３から排出流路８への流路としてギャップ７を形成するピックオフリング５により一段の気水分離機構が構成され、この気水分離機構がピックオフリング５の中央に配置した開口で連通された状態で、上方へ三段分構築されて成る。

【0043】

かかる構成による気液分離機能は次の通りである。即ち、上部プレナム２１から各気水分離器１０にスタンドパイプ１を通過して流入した気液二相流Ｗ２は、スワラー２により旋回力を与えられ、遠心分離作用により密度の大きい水Ｗ３が外側に押し出され、密度の小さい蒸気Ｓが中心に集まる。外側に押し出された水Ｗ３は、内筒３とピックオフリング５のギャップ７から内筒３と外筒４で形成された排出流路８を通って圧力容器内の冷却材である炉水２４に戻される。

【0044】

かかる気水分離機構を気液二相流の流れ方向に沿って３段設けて一体の気水分離器を構成し、三段階にわたって気水分離機能を発揮する。

【0045】

ＡＢＷＲの場合、そのような気水分離器が複数体集合して気水分離設備を構成し、シュラウドヘッド１３上に設置されている。

【0046】

次いで、本実施例の気水分離設備の特徴的な構成について図５乃至図１０を用いて説明する。図５は実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備のうち、原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図、図６は原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図である。図７および図８は実施例１のＡＢＷＲにおける気水分離設備の気水分離部の鉛直方向高さ位置の径方向の変化の一例を示す図である。図９は実施例１の変形例の原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図、図１０は原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図である。

【0047】

図５および図６に示すように、本実施例では、原子炉１００の中央部に配置される気水分離器１０の下から第１段目の気水分離部（ギャップ７１）の鉛直方向高さ位置を、原子炉１００の最外周部に配置される気水分離器１０Ａの下から第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ａ）の鉛直方向の高さ位置よりも低くしている。

【0048】

このために、本実施例では、スタンドパイプ１，１Ａを利用して、中央部の気水分離器１０のスタンドパイプ１の長さを、最外周部に配置される気水分離器１０Ａのスタンドパイプ１Ａの長さよりも短くしている。そのほかの気水分離機構である内筒３１，３１Ａ、外筒４１，４１Ａ、ギャップ７１，７１Ａを形成するピックオフリング５１，５１Ａは各々同じ仕様である。

【0049】

また、図５と図６に示すように、気水分離器１０の下から第２段目以降の気水分離部の仕様を、すべての気水分離機構で同じとしている。

【0050】

より具体的には、第２段目である、内筒３２，３２Ａ、外筒４２，４２Ａ、ギャップ７２，７２Ａを形成するピックオフリング５２，５２Ａは各々同じ仕様であり、第３段目である、内筒３３，３３Ａ、外筒４３，４３Ａ、ギャップ７３，７３Ａを形成するピックオフリング５３，５３Ａは各々同じ仕様である。

【0051】

ここで、図７に示すように、気水分離設備における水面２０は、中央部が最も高く最外周部が最も低い凸状であり、中央部から最外周部に向けて水面２０と気水分離器の下から第１段目の気水分離部との距離が離れていくことが望まれる。

【0052】

このために、原子炉１００の径方向の気水分離部の高さ方向の分布は、図７に示すように、中央部から最外周部に向けて気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が高くなるように、例えば第１段目の気水分離部の高さ方向分布は、中心から径方向最外周部へ向かうほど線形に上昇させることができる。なお線形に上昇させる形態に限られず、２次関数などのようなｎ次関数状に上昇させることができる。

【0053】

また、図８に示すように、気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が３段階に分けられるものとすることができる。この場合、気水分離設備を原子炉１００の上方側からみると、３周のリング状になる。これら３つのリングの面積比は特に限定されず、等しくても異なる割合でもよい。なお、３段階に分けられる場合に限られず、２段階や４段階以上に分けることができ、これらの場合における面積比も特に限定されない。

【0054】

なお、本実施例の気水分離設備の構成関係は図５と図６に示す形態に限られない。以下、図９および図１０を用いて説明する。

【0055】

図９および図１０に示すように、本実施例においては、気水分離器の最終段で出口高さを揃えるように、原子炉外周部に配置される気水分離器の第２段分離部および第３段分離部の内筒および外筒の長さを中央部のそれらより短くすることも可能である。

【0056】

より具体的には、原子炉１００の中央部に配置される気水分離器１０Ｂのスタンドパイプ１Ｂの長さを、最外周部に配置される気水分離器１０Ｃのスタンドパイプ１Ｃの長さよりも短くしたことで気水分離器１０Ｂの下から第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ｂ）の鉛直方向高さ位置を、原子炉１００の最外周部に配置される気水分離器１０Ｃの下から第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ｃ）の鉛直方向の高さ位置よりも低くした点は図５や図６と同じである。

【0057】

また、内筒３１Ｂ，３１Ｃ、外筒４１Ｂ，４１Ｃ、ギャップ７１Ｂ，７１Ｃを形成するピックオフリング５１Ｂ，５１Ｃは各々同じ仕様である。

【0058】

相違点は、図９および図１０に示すように、図９に示すように中央部の気水分離器１０Ｂの第２段落の内筒３２Ｂおよび外筒４２Ｂの長さを、図１０に示すように最外周部に配置される気水分離器１０Ｃの第２段落の内筒３２Ｃおよび外筒４２Ｃの長さよりも長くした。

【0059】

なお、この段では、まだ中央部に配置される気水分離器１０Ｂの第２段目の気水分離部（ギャップ７２Ｂ）の鉛直方向高さ位置は、最外周部に配置される気水分離器１０Ｃの第２段目の気水分離部（ギャップ７２Ｃ）の鉛直方向位置より低い位置にある。

【0060】

更に、気水分離器１０Ｂの第３段落の内筒３３Ｂおよび外筒４３Ｂの長さを、気水分離器１０Ｃの内筒３３Ｃおよび外筒４３Ｃの長さよりも長くして、中央部に配置される気水分離器１０Ｂの最終の段の気水分離部を構成するギャップ７３Ｂの鉛直方向高さ位置を、最外周部に配置される気水分離器１０Ｃの最終の段の気水分離部を構成するギャップ７３Ｃの鉛直方向位置と等しくしている。

【0061】

次に、本実施例の効果について説明する。

【0062】

上述した本発明の実施例１の気水分離設備を有する原子炉１００は、原子炉１００の中央部に配置される気水分離器１０，１０Ｂの下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、原子炉１００の最外周部に配置される気水分離器１０Ａ，１０Ｃの下から第１段目の気水分離部の鉛直方向の高さ位置よりも低くしている。

【0063】

かかる構成により、相対的に気水分離器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ入口でのクオリティが低くなる原子炉外周部で外部水位を相対的に低くできることから従来の構成に比べてキャリーオーバーを抑制できるとともに、相対的に気水分離器入口でのクオリティが高くなる原子炉中央部で外部水位を相対的に高くできることからキャリーアンダーを従来の構成に比べて抑制できる。すなわち、気水分離器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ入口でのクオリティ分布に応じて、気水分離器１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ外部水位を適正化でき、気水分離設備全体でのキャリーオーバーおよびキャリーアンダーを低く維持することができるので、原子炉１００を有するプラントの信頼性向上に貢献できる。

【0064】

また、中央部の気水分離器１０，１０Ｂのスタンドパイプ１，１Ｂの長さを、最外周部に配置される気水分離器１０Ａ，１０Ｃのスタンドパイプ１Ａ，１Ｃの長さよりも短くしたため、簡易に上述したような本発明の特徴的な効果を得ることができる。

【0065】

更に、気水分離設備の第２段目や第３段目の高さ方向位置は気水分離性能にほぼ影響がないため、気水分離器１０，１０Ａの下から第２段目以降の気水分離部の仕様を、すべての気水分離機構で同じとすることにより、気水分離器を構成する各部品を製造する際の手間を削減することができる。

【0066】

また、中央部に配置される気水分離器１０Ｂの最終の段の気水分離部の鉛直方向高さ位置を、最外周部に配置される気水分離器１０Ｃの最終の段の気水分離部の鉛直方向位置と等しくしたことで、原子炉圧力容器１５の高さを過度に高くする必要がなくなり、原子炉圧力容器１５の小型化を図ることができる。

【0067】

更に、気水分離設備における水面２０は、中央部が最も高く最外周部が最も低い凸状であり、中央部から最外周部に向けて水面２０と気水分離器の下から第１段目の気水分離部との距離が離れていくことで、気水分離設備全体でのキャリーオーバーおよびキャリーアンダーをより低く維持することができる。

【0068】

また、気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が３段になっていることにより、気水分離設備を製造する際に、３つの異なる仕様の気水分離器を製造すればよく、中央部から最外周部に向けて水面２０と気水分離器の下から第１段目の気水分離部との距離が離れていく場合に比べて製造の手間を削減することができる。

【0069】

更に、中央部から最外周部に向けて気水分離器の下から第１段目の気水分離部の鉛直方向高さ位置が高くなることで、気水分離設備全体でのキャリーオーバーおよびキャリーアンダーをより低く維持することができる。

【0070】

＜実施例２＞
本発明の実施例２の気水分離設備、および原子炉について図１１乃至図１４を用いて説明する。図１１は実施例２における原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図、図１２は原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図、図１３は実施例２の変形例おける原子炉中央部の気水分離器の動作原理を説明する図、図１４は変形例における原子炉外周部の気水分離器の動作原理を説明する図である。

【0071】

図１１および図１２に示すように、本実施例では、中央部の気水分離器１０Ｄの第１段目の内筒３１Ｄおよび外筒４１Ｄの長さを、最外周部に配置される気水分離器１０Ｅの第１段目の内筒３１Ｅおよび外筒４１Ｅの長さよりも短くすることで、原子炉中央部に配置される気水分離器の下から第１段目の気水分離部（ギャップＤ）の高さ位置を、外周部に配置される気水分離器の下から第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ｅ）の高さ位置よりも低くなるように構成した。

【0072】

これに対し、そのほかの第１段目の構成、内筒３１Ｄ，３１Ｅ、外筒４１Ｄ，４１Ｅ、ギャップ７１Ｄ，７１Ｅを形成するピックオフリング５１Ｄ，５１Ｅは各々同じ仕様である。

【0073】

また、気水分離器１０Ｄ，１０Ｅの下から第２段目以降の気水分離部の仕様を、すべての気水分離機構で同じとした。

【0074】

具体的には、気水分離器１０Ｄ，１０Ｅは、シュラウドヘッド１３に接続されたスタンドパイプ１Ｄ，１Ｅ、スタンドパイプ１Ｄ，１Ｅに接続されたディフューザ６、ディフューザ６内に固定されたひねり羽根を有するスワラー２も各々同じ仕様であり、同様に、第２段目の内筒３２Ｄ，３２Ｅ、外筒４２Ｄ，４２Ｅ、ギャップ７２Ｄ，７２Ｅを形成するピックオフリング５２Ｄ，５２Ｅや、第３段目の内筒３３Ｄ，３３Ｅ、外筒４３Ｄ，４３Ｅ、ギャップ７３Ｄ，７３Ｅを形成するピックオフリング５３Ｄ，５３Ｅは各々同じ仕様である。

【0075】

なお、本実施例の気水分離設備の構成関係は図１１と図１２に示す形態に限られない。以下、図１３および図１４を用いて説明する。

【0076】

図１３に示すように中央部の気水分離器１０Ｆの内筒３１Ｆおよび外筒４１Ｆの長さを、図１４に示すように最外周部に配置される気水分離器１０Ｇの内筒３１Ｇおよび外筒４１Ｇの長さよりも短くした。このため、中央部に配置される気水分離器１０Ｆの第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ｆ）の鉛直方向高さ位置は、最外周部に配置される気水分離器１０Ｇの第１段目の気水分離部（ギャップ７１Ｇ）の鉛直方向位置より低い位置にある。

【0077】

これに対し、図１１および図１２とは異なり、図９や図１０に示す形態と同様に、図１３に示すように中央部の気水分離器１０Ｆの第２段落の内筒３２Ｆおよび外筒４２Ｆの長さを、図１４に示すように最外周部に配置される気水分離器１０Ｇの第２段落の内筒３２Ｇおよび外筒４２Ｇの長さよりも長くした。

【0078】

これにより、中央部に配置される気水分離器１０Ｆの第２段目の気水分離部（ギャップ７２Ｆ）の鉛直方向高さ位置は、最外周部に配置される気水分離器１０Ｇの第２段目の気水分離部（ギャップ７２Ｇ）の鉛直方向位置より低い位置にある。

【0079】

更に、気水分離器１０Ｆの第３段落の内筒３３Ｆおよび外筒４３Ｆの長さを、気水分離器１０Ｇの内筒３３Ｇおよび外筒４３Ｇの長さよりも長くし、中央部に配置される気水分離器１０Ｆの最終の段の気水分離部（ギャップ７３Ｆ，ピックオフリング５３Ｆ）の鉛直方向高さ位置を、最外周部に配置される気水分離器１０Ｇの最終の段の気水分離部（ギャップ７３Ｇ，ピックオフリング５３Ｇ）の鉛直方向位置と等しくした。

【0080】

その他の構成・動作は前述した実施例１の気水分離設備、および原子炉と同じ構成・動作であり、詳細は省略する。

【0081】

本発明の実施例２の原子炉の気水分離設備のように、中央部の気水分離器１０Ｄ，１０Ｆの内筒３１Ｄ，３１Ｆおよび外筒４１Ｄ，４１Ｆの長さを、最外周部に配置される気水分離器１０Ｅ，１０Ｇの内筒３１Ｅ，３１Ｇおよび外筒４１Ｅ，４１Ｇの長さよりも短くしたことによっても、前述した実施例１の気水分離設備、および原子炉とほぼ同様な効果が得られる。

【0082】

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0083】

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【0084】

例えば、上述の実施例１，２では、改良型沸騰水型原子炉の場合について説明したが、気水分離設備を備えている他の様々な型の次世代原子炉に対しても本発明の気水分離設備を適用することができる。

【符号の説明】

【0085】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ、１Ｆ，１Ｇ：スタンドパイプ
２：スワラー
３，３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｇ，３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｆ，３２Ｇ，３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ，３３Ｆ，３３Ｇ：内筒
４，４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｇ，４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ，４２Ｇ，４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ，４３Ｅ，４３Ｆ，４３Ｇ：外筒
５，５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆ，５１Ｇ，５２，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆ，５２Ｇ，５３，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆ，５３Ｇ：ピックオフリング
６：ディフューザ
７，７１，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７１Ｅ，７１Ｆ，７１Ｇ，７２，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ，７２Ｅ，７２Ｆ，７２Ｇ，７３，７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｄ，７３Ｅ，７３Ｆ，７３Ｇ：ギャップ（気水分離部）
８：排出流路
９：気水分離器出口
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ：気水分離器
１１：炉心
１２：シュラウド
１３：シュラウドヘッド
１４：蒸気乾燥器
１５：圧力容器
１６：インターナルポンプ
１７：主蒸気配管
１８：給水ノズル
１９：ダウンカマ
２０：水面
２１：上部プレナム
２４：炉水
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ、１００Ｆ，１００Ｇ：原子炉

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】