JP2003004885A

JP2003004885A - 蒸気発生器

Info

Publication number: JP2003004885A
Application number: JP2001186774A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ishiguro; 達男石黒; Toshiyuki Mizutani; 敏行水谷; Hiroshi Hirano; 廣平野; Yasuhiko Hirao; 康彦平尾; Koichi Tanimoto; 浩一谷本; Tadahiko Suzuta; 忠彦鈴田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】温度レベルを調節して応力による熱疲労の発
生を少なくする。【解決手段】本発明は、胴部と、該胴部内に配置され
ている複数の逆Ｕ字形状伝熱管群と、給水を前記胴部内
に供給するための少なくとも一つの開口部を有する給水
供給路と、前記胴部の内壁と前記逆Ｕ字形状伝熱管群の
外壁との間に形成されていて前記給水を流すための環状
流路と、前記胴部内において前記給水を蒸気と熱水とに
分離する気水分離器とを備えた蒸気発生器において、前
記給水供給路と前記環状流路とを連通させていて前記給
水供給路を含む案内通路をさらに具備し、前記案内通路
は、前記給水供給路の前記開口部から供給された前記給
水を前記環状流路まで案内すると共に、前記気水分離器
により分離された熱水を前記案内通路の入口部から取り
入れて前記給水供給路周りに通過させて前記環状流路ま
で案内する蒸気発生器に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気発生器、特に
ＰＷＲ原子力プラント内の加圧水型原子炉の蒸気発生器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来技術における加圧水型原子炉
の蒸気発生器の長手方向断面図である。この蒸気発生器
１００は胴部１１０を具備しており、この胴部１１０の
下方付近には多数の逆Ｕ字形状伝熱管群２００が配置さ
れている。蒸気発生器１００の胴部１１０は管板１３０
により仕切られており、管板１３０の上方においては、
逆Ｕ字形状伝熱管群２００の両端が管板１３０に取り付
けられている。逆Ｕ字形状伝熱管群２００は、ほぼ水平
方向に延びる複数の支持板２９０によって胴部１１０内
に支持されている。さらに、逆Ｕ字形状伝熱管群２００
の外壁と胴部１１０の内壁との間にはほぼ鉛直方向に延
びるダウンカマー部２６０が形成されている。管板１３
０の下方は、水室２１０と水室２２０とに隔てられてい
る。逆Ｕ字形状伝熱管群２００の上方には、ほぼ水平方
向に延びる給水リング１２０が設けられている。この給
水リング１２０は胴部１１０の入口３９０に連通してい
る。

【０００３】動作時、高温の一次側給水が水室２１０に
設けられた入口部２３０に供給される。次いで、この高
温の一次側給水は逆Ｕ字形状伝熱管群２００内を通って
水室２２０に流入して、水室２２０に設けられた出口部
２４０を通って排出される。さらに、二次側給水が蒸気
発生器１００の胴部１１０に設けられた入口３９０を通
って胴部１１０内の給水リング１２０に供給される。給
水リング１２０には複数の開口１４０（図示しない）が
周方向にほぼ等間隔に形成されている。従って、給水リ
ング１２０内に供給された二次側給水はこれら複数の開
口１４０を通って胴部１１０内に供給される。次いで、
二次側給水はダウンカマー部２６０に進入して下方に流
れて、管板１３０付近において向きを反転させて、逆Ｕ
字形状伝熱管群２００に沿って上方に流れる。二次側給
水が逆Ｕ字形状伝熱管群２００付近を通過するときに、
二次側給水は逆Ｕ字形状伝熱管群２００内の一次側給水
と熱交換して蒸気を含む熱水となる。次いでこの蒸気は
熱水となった二次側給水と共に上方に移動し、気水分離
器１５０により蒸気が分離される。胴部１１０内におい
ては、湿分分離器１６０が気水分離器１５０の上方に配
置されており、気水分離器１５０により分離された蒸気
から水分をさらに分離する。湿分分離器１６０にはドレ
ンを排出するためのドレンライン（図示しない）が設け
られており、湿分分離器１６０により分離されたドレ
ン、すなわち水分をダウンカマー部２６０方向に降下さ
せるようになっている。蒸気は蒸気発生器１００の頂部
に形成された蒸気出口３８０を通って蒸気発生器１００
から排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、気水分
離器１５０により分離された熱水は胴部１１０内のダウ
ンカマー部２６０に進入する。従って、給水リング１２
０から供給される低温の二次側給水と、気水分離器１５
０により分離された熱水とがダウンカマー部２６０にお
いて合流して混合流体を形成する。それにより、ダウン
カマー部２６０を流れる混合流体は給水リング内の給水
よりもかなり高温になっている。

【０００５】低温の二次側給水と、気水分離器１５０に
より分離された熱水とが混合されることによって、混合
領域においては、温度が変動する温度変動部分または温
度ゆらぎ部分が発生する。温度変動部分または温度ゆら
ぎ部分が発生することによって、高温側では膨張するよ
うに応力が生じると共に低温側では収縮するように応力
が生ずる。これにより、給水リングまたはダウンカマー
部が変形すると共に、このような応力が繰り返し生ずる
ことにより熱疲労が発生して給水リングまたはダウンカ
マー部が破損する場合がある。従って、熱水を給水と適
切に混合させることによって温度レベルを調節して、応
力による熱疲労の発生を少なくする必要がある。

【０００６】それゆえ、本発明は熱水を給水と適切に混
合させることによって温度レベルを調節して、応力によ
る熱疲労の発生を少なくするようにした蒸気発生器を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、胴部と、該胴部内に配置されている複数の逆Ｕ
字形状伝熱管群と、給水を前記胴部内に供給するための
少なくとも一つの開口部を有する給水供給路と、前記胴
部の内壁と前記逆Ｕ字形状伝熱管群の外壁との間に形成
されていて前記給水を流すための環状流路と、前記胴部
内において前記給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離
器とを備えた蒸気発生器において、前記給水供給路と前
記環状流路とを連通させていて前記給水供給路を含む案
内通路をさらに具備し、前記案内通路は、前記給水供給
路の前記開口部から供給された前記給水を前記環状流路
まで案内すると共に、前記気水分離器により分離された
熱水を前記案内通路の入口部から取り入れて前記給水供
給路周りに通過させて前記環状流路まで案内する蒸気発
生器が提供される。

【０００８】すなわち請求項１に記載の発明によって、
熱水を給水と適切に混合させることによって温度レベル
を調節すると共に、給水供給路により熱交換作用を行う
ことで応力による熱疲労の発生を少なくすることができ
る。これにより、給水供給路およびダウンカマー部が破
損するのを妨げることができる。

【０００９】請求項２に記載の発明によれば、前記給水
供給路の前記開口部が前記熱水の流れに対して下流側に
形成されている。すなわち請求項２に記載の発明によっ
て、前記給水供給路による熱交換作用を行った後に熱水
と給水とを混合させることができると共に、熱水が給水
供給路内に進入するのを妨げることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明によれば、前記案内
通路の前記入口部がスリットを含んでいる。すなわち請
求項３に記載の発明によって、熱水を案内通路内に周方
向から確実に取り入れることができる。さらに、前記入
口部に多孔板を設けるようにしてもよい。

【００１１】請求項４に記載の発明によれば、堰部が前
記案内通路の前記入口部に設けられている。すなわち請
求項４に記載の発明によって、堰部によって熱水の供給
量を調節して温度レベルを適切に調節することができ
る。

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、前記案内
通路の前記入口部に接続された管路をさらに具備する。
すなわち請求項５に記載の発明によって、管路を湿分分
離器のドレンラインに直結することができて熱水を効率
的に収集することができる。

【００１３】請求項６に記載の発明によれば、前記案内
通路内において大型給水供給路を前記給水供給路周りに
さらに具備し、該大型給水供給路は前記給水供給路の前
記開口部とは異なる位置に形成された開口部を有してお
り、前記給水供給路から供給された給水は前記給水供給
路の前記開口部から流出して前記給水供給路と前記大型
給水供給路との間を周方向に流れて前記大型給水供給路
の前記開口部から流出して前記案内通路に進入する。

【００１４】すなわち請求項６に記載の発明によって、
熱水と大型給水供給路との間、および大型給水供給路と
給水供給路との間において熱交換作用を行うことができ
るので、応力による熱疲労の発生をさらに少なくするこ
とができる。大型給水供給路の開口部と給水供給路の開
口部とは直径方向反対側に配置されているのが好まし
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材
には同一の参照符号が付けられている。また、理解を容
易にするためにこれら図面は縮尺を変更している。図１
は本発明に基づく蒸気発生器の長手方向断面図である。
前述した従来技術と同様に、この蒸気発生器１０は胴部
１１を具備しており、この胴部１１の下方付近には多数
の逆Ｕ字形状伝熱管群２０が配置されている。蒸気発生
器１０の胴部１１は管板１３により仕切られており、管
板１３の上方においては、逆Ｕ字形状伝熱管群２０の両
端が管板１３に取り付けられている。逆Ｕ字形状伝熱管
群２０は、ほぼ水平方向に延びる複数の支持板２９によ
って胴部１１内に支持されている。さらに、逆Ｕ字形状
伝熱管群２０の外壁と胴部１１の内壁との間にはほぼ鉛
直方向に延びるダウンカマー部２６が形成されている。
管板１３の下方は、水室２１と水室２２とに隔てられて
いる。逆Ｕ字形状伝熱管群２０の上方には、ほぼ水平方
向に延びる給水リング１２が設けられている。この給水
リング１２は胴部１１の入口３９に連通している。

【００１６】動作時、高温の一次側給水が水室２１に設
けられた入口部２３に供給される。次いで、この高温の
一次側給水は逆Ｕ字形状伝熱管群２０内を通って水室２
２に流入して、水室２２に設けられた出口部２４を通っ
て排出される。さらに、二次側給水が蒸気発生器１０の
胴部１１に設けられた入口３９を通って胴部１１内の給
水リング１２に供給される。給水リング１２には下方に
開口する複数の開口１４が周方向にほぼ等間隔に形成さ
れている。従って、給水リング１２内に供給された二次
側給水はこれら複数の開口１４を通って胴部１１内に供
給される。次いで、二次側給水はダウンカマー部２６に
進入して下方に流れて、管板１３付近において反転し
て、逆Ｕ字形状伝熱管群２０に沿って上方に流れる。二
次側給水が逆Ｕ字形状伝熱管群２０付近を通過するとき
に、二次側給水は逆Ｕ字形状伝熱管群２０内の一次側給
水と熱交換して蒸気を含む熱水となる。次いでこの蒸気
は熱水となった二次側給水と共に上方に移動し、気水分
離器１５により蒸気が取り出される。胴部１１内におい
て、湿分分離器１６が気水分離器１５の上方に配置され
ており、気水分離器１５により分離された蒸気から水分
をさらに分離する。湿分分離器１６にはドレンを排出す
るためのドレンライン（図示しない）が設けられてお
り、湿分分離器１６により分離されたドレン、すなわち
水分をダウンカマー部２６方向に降下させるようになっ
ている。このように分離された蒸気は蒸気発生器１０の
頂部に形成された蒸気出口３８を通って蒸気発生器１０
から排出される。

【００１７】図２は図１の線ｂ−ｂに沿ってみた断面図
である。図２においては胴部１１を省略している。図２
に示されるように、本実施形態においては、二次側給水
を供給するための給水リング１２周りに、環状の案内通
路３０が適切な支持部材（図示しない）により胴部１１
に支持されている。給水リング１２はこの環状の案内通
路３０内に配置されており、給水リング１２の外壁は案
内通路３０の内壁に直接的に接触しないように適切な支
持部材（図示しない）により支持されている。図１から
分かるように、案内通路３０の給水の流れに対して下流
側に位置する先端３１はダウンカマー部２６に通ずるよ
うになっている。これにより、案内通路３０内の、熱水
および給水からなる混合流体をダウンカマー部２６に確
実に供給することができる。

【００１８】図３は図１の蒸気発生器の案内通路の拡大
図である。給水リング１２内に進入した二次側給水は給
水リング１２の開口１４から流出する（二次側給水の流
れを矢印Ａで示す）。気水分離器１５により分離されて
案内通路３０の入口部から案内通路内に内に進入した熱
水Ｂは給水リング１２を迂回するように流れる。給水リ
ング１２を迂回するように流れた熱水Ｂは開口１４付近
において二次側給水の流れＡと混合される。図に示すよ
うに、給水リング１２の開口１４は熱水Ｂの流れに対し
て下流側に形成されている。熱水Ｂが給水リング１２付
近を流れるときに、熱水Ｂと給水リング１２内の二次側
給水Ａとの間で熱交換作用が行われ、熱交換作用の後に
給水と熱水とが混合されるようになる。さらに開口１４
を下流側に配置することによって、熱水が給水リング内
に進入するのを妨げることができる。このように給水リ
ングによって熱交換作用を行うことで応力による熱疲労
の発生を少なくし、給水リングおよびダウンカマー部が
破損するのを妨げることができる。さらに熱水を給水と
適切に混合させることによって温度レベルを調節するこ
とが可能である。

【００１９】図４（ａ）から図４（ｄ）は他の実施形態
に基づく蒸気発生器の案内通路の拡大図である。図４
（ａ）においては、案内通路３０が給水リング１２の上
方において閉鎖されるようになっていて、案内通路３０
の入口に孔４１が形成されている。この孔４１は環状の
案内通路３０の頂部に周方向に延びるスリットであって
もよく、これにより、気水分離器１５により分離された
熱水を周方向からスリットに通して熱水を案内通路内に
確実に供給することができる。さらに、図４（ｂ）に示
すように、案内通路３０の入口に多孔板４２を配置して
もよい。このような場合にも同様な効果を得ることがで
きる。

【００２０】図４（ｃ）においては、案内通路３０が給
水リング１２の上方において閉鎖されるようになってい
て、案内通路３０の入口に堰部４３が形成されている。
この堰部４３によって、熱水の供給量を調節して温度レ
ベルを適切に調節することができる。さらに、図４
（ｄ）においては、同様に形成された案内通路３０の入
口に管路４４が設けられている。このような場合には、
管路４４を湿分分離器１６のドレンラインに直接的に接
続して、湿分分離器１６により分離された熱水を案内通
路３０内に直接的に供給することができる。

【００２１】図５は本発明の第二の実施形態に基づく蒸
気発生器の案内通路の拡大断面図である。本実施形態に
おいては、給水リング１２周りに大型給水リング１８が
配置されている。図５に示されるように、本実施形態に
おいては、大型給水リング１８は給水リング１２とほぼ
同心に配置されている。さらに、本実施形態において
は、給水リング１２の開口１４は熱水Ｂの流れに対して
上流側に形成されていて、大型給水リング１８の開口１
９は下流側に形成されている。すなわち、給水リング１
２の開口１４の直径方向反対側に大型給水リング１８の
開口１９が形成されている。

【００２２】前述した第一の実施形態と同様に、気水分
離器１５により分離された熱水Ｂが大型給水リング１８
を迂回するように案内通路３０内を流れる。さらに、給
水リング１２に供給された給水は給水リング１２の開口
１４を通って、大型給水リング１８の内壁と給水リング
１２の外壁との間を周方向に流れて、大型給水リング１
８の開口１９から案内通路３０内に流れる。熱水Ｂが大
型給水リング１８付近を流れるときに、熱水Ｂと大型給
水リング１８内の給水との間で熱交換が行われると共
に、大型給水リング１８と給水リング１２との間の給水
と給水リング１２内の給水Ａとの間においても熱交換が
行われる。これにより、給水リング１２と大型給水リン
グ１８とによりさらに熱交換作用を行うことで応力によ
る熱疲労の発生を少なくし、給水リングおよびダウンカ
マー部が破損するのを妨げることができる。さらに熱水
を給水と適切に混合させることによって温度レベルを調
節することが可能である。

【００２３】図６（ａ）から図６（ｄ）は他の実施形態
に基づく蒸気発生器の案内通路の拡大図である。図６
（ａ）においては、案内通路３０が給水リング１２の上
方において閉鎖されるようになっていて、案内通路３０
の入口に孔４１が形成されている。この孔４１は環状の
案内通路３０の頂部に周方向に延びるスリットであって
もよく、これにより、気水分離器１５により分離された
熱水を周方向からスリットに通して熱水を案内通路内に
確実に供給することができる。さらに、図６（ｂ）に示
すように、案内通路３０の入口に多孔板４２を配置して
もよい。このような場合にも同様な効果を得ることがで
きる。

【００２４】図６（ｃ）においては、案内通路３０が給
水リング１２の上方において閉鎖されるようになってい
て、案内通路３０の入口に堰部４３が形成されている。
この堰部４３によって、熱水の供給量を調節して温度レ
ベルを適切に調節することができる。さらに、図６
（ｄ）においては、同様に形成された案内通路３０の入
口に管路４４が設けられている。このような場合には、
管路４４を湿分分離器１６のドレンラインに直接的に接
続して、湿分分離器１６により分離された熱水を案内通
路３０内に直接的に供給することができる。

【００２５】本発明においては、熱交換作用よって熱疲
労の発生を少なくするために案内通路３０を採用してい
るが、この案内通路３０を排除して、給水リング１２周
りに大型給水リング１８を配置しただけの構成であって
も、熱交換を行うことができるのは明らかである。さら
に、蒸気発生器１０の胴部１１の内壁を案内通路３０の
一部分にすることができるのは明らかである。さらに、
複数の給水リングを互いにほぼ同心に配置することは本
発明の範囲に含まれる。以上は通常の蒸気発生器を例に
説明したが、蒸気発生器の低温側に供給水を直接給水す
ることで温度差を大きくし、熱交換能力を向上させるエ
コノマイザ（５０）付きの蒸気発生器（図８を参照され
たい）においても同様に、伝熱管下部の温度差が大きく
なること、また、温度ゆらぎも大きくなることから、こ
れらを是正するために適切な流量配分で供給水と循環水
とを混合させる必要があり、本発明の各実施例が有効に
活用できる。

【００２６】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、熱水を
給水と適切に混合させることによって温度レベルを調節
すると共に、給水リングにより熱交換作用を行うことで
応力による熱疲労の発生を少なくすることができるとい
う共通の効果を奏しうる。

【００２７】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
前記給水供給路による熱交換作用を行った後に熱水と給
水とを混合させることができると共に、熱水が給水供給
路内に進入するのを妨げることができるという効果を奏
しうる。さらに、請求項３に記載の発明によれば、熱水
を案内通路内に周方向から確実に取り入れることができ
るという効果を奏しうる。

【００２８】さらに、請求項４に記載の発明によれば、
堰部によって熱水の供給量を調節して温度レベルを適切
に調節することができるという効果を奏しうる。さら
に、請求項５に記載の発明によれば、管路を湿分分離器
のドレンラインに直結することができて熱水を効率的に
収集することができるという効果を奏しうる。さらに、
請求項６に記載の発明によれば、熱水と大型給水供給路
との間、および大型給水供給路と給水供給路との間にお
いて熱交換作用を行うことができるので、応力による熱
疲労の発生をさらに少なくすることができるという効果
を奏しうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に基づく蒸気発生器の
長手方向断面図である。

【図２】図１の線ｂ−ｂに沿ってみた断面図である。

【図３】図１の蒸気発生器の案内通路の拡大図である。

【図４】（ａ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内
通路の拡大図である。（ｂ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。（ｃ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。（ｄ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。

【図５】本発明の第二の実施形態に基づく蒸気発生器の
案内通路の拡大断面図である。

【図６】（ａ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内
通路の拡大図である。（ｂ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。（ｃ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。（ｄ）他の実施形態に基づく蒸気発生器の案内通路の拡
大図である。

【図７】従来技術の蒸気発生器の長手方向断面図であ
る。

【図８】エコノマイザ付き蒸気発生器の長手方向断面図
である。

【符号の説明】

１０…蒸気発生器１１…胴部１２…給水リング１３…管板１４…開口１５…気水分離器１６…湿分分離器１８…大型給水リング１９…開口２０…逆Ｕ字形状伝熱管群２１…水室２２…水室２３…入口部２４…出口部２６…ダウンカマー部２９…支持板３０…案内通路３１…先端３８…蒸気出口３９…入口４１…孔４２…多孔板４３…堰部４４…管路Ａ…給水Ｂ…熱水

フロントページの続き (72)発明者平野廣兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者平尾康彦兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者谷本浩一兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者鈴田忠彦兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】胴部と、該胴部内に配置されている複数
の逆Ｕ字形状伝熱管群と、給水を前記胴部内に供給する
ための少なくとも一つの開口部を有する給水供給路と、
前記胴部の内壁と前記逆Ｕ字形状伝熱管群の外壁との間
に形成されていて前記給水を流すための環状流路と、前
記胴部内において前記給水を蒸気と熱水とに分離する気
水分離器とを備えた蒸気発生器において、前記給水供給路と前記環状流路とを連通させていて前記
給水供給路を含む案内通路をさらに具備し、前記案内通
路は、前記給水供給路の前記開口部から供給された前記
給水を前記環状流路まで案内すると共に、前記気水分離
器により分離された熱水を前記案内通路の入口部から取
り入れて前記給水供給路周りに通過させて前記環状流路
まで案内する蒸気発生器。
【請求項２】前記給水供給路の前記開口部が前記熱水
の流れに対して下流側に形成されている請求項１に記載
の蒸気発生器。
【請求項３】前記案内通路の前記入口部がスリットを
含んでいる請求項１または２に記載の蒸気発生器。
【請求項４】堰部が前記案内通路の前記入口部に設け
られている請求項１から３のいずれか一項に記載の蒸気
発生器。
【請求項５】前記案内通路の前記入口部に接続された
管路をさらに具備する請求項１から４のいずれか一項に
記載の蒸気発生器。
【請求項６】前記案内通路内において大型給水供給路
を前記給水供給路周りにさらに具備し、該大型給水供給
路は前記給水供給路の前記開口部とは異なる位置に形成
された開口部を有しており、前記給水供給路から供給さ
れた給水は前記給水供給路の前記開口部から流出して前
記給水供給路と前記大型給水供給路との間を周方向に流
れて前記大型給水供給路の前記開口部から流出して前記
案内通路に進入する請求項１から５のいずれか一項に記
載の蒸気発生器。