JP2007147163A - 蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法において、伝熱管群を流れる一次冷却水の流動抵抗を調整することで熱回収効率の低下を抑制可能とする。
【解決手段】胴部３１内に逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管３７からなる伝熱管群３８を配設し、各伝熱管３７の端部を管板３３により支持し、胴部３１の下端部に下部半球鏡部３９を固定することで、各伝熱管３７の一端部に連通する入口側水室４１を設けると共に、各伝熱管３７の他端部に連通する出口側水室４２を設け、この入口側水室４１に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として２枚の流動抵抗調整板５１，５２を着脱自在に設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力プランに熱交換器として使用される蒸気発生器及びこの蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法に関するものである。

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。そして、この加圧水型原子炉は、高温高圧の一次冷却水の熱を蒸気発生器を介して二次冷却水に伝え、二次冷却水で水蒸気を発生させるものである。この蒸気発生器は、多数の細い伝熱管の内側を一次冷却水が流れ、外側を流れる二次冷却水に熱を伝えて水蒸気を生成し、この水蒸気によりタービンを回して発電している。

この蒸気発生器は、中空密閉形状をなす胴部内に、その内壁面と所定間隔をもって管群外筒を配設し、この管群外筒内に逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管を配設し、各伝熱管の端部を管板に支持すると共に、中間部を管板から延びるステーロッドにより支持された複数の管支持板により支持し、胴部の下端部に入口側水室及び出口側水室が形成されて構成されている。

従って、冷却水配管より入口側水室を通して複数の伝熱管に一次冷却水が供給される一方、胴部の上部に形成された給水管からこの胴部内に二次冷却水が供給される。すると、複数の伝熱管内を流れる一次冷却水（熱水）と胴部内を循環する二次冷却水（冷水）との間で熱交換を行われることで、二次冷却水が熱を吸収して水蒸気が生成される。そして、生成された蒸気が胴部の上端部から排出される一方、熱交換を終了した一次冷却水が出口側水室から冷却水配管に排出される。

なお、このような蒸気発生器としては、下記特許文献１に記載されている。

特開平０１−２３５８９７号公報

上述した蒸気発生器において、長期の使用により伝熱管群における一部の伝熱管が腐食や劣化したり、機械的なストレスにより損傷することがあり、定期検査時などに伝熱管の損傷などが見つかったときには、この損傷などした伝熱管を閉塞することで使用不能としている。ところが、伝熱管群における一部の伝熱管を使用不能とすると、蒸気発生器の流動抵抗が増加し、伝熱管群を流れる一次冷却水の流量が減少することで、一次冷却水からの熱回収効率が低下してしまう。

また、蒸気発生器を２０〜３０年程度まで使用すると、閉塞して使用不能とする伝熱管の本数も増えて流動抵抗が増大し、熱回収効率が更に低下することから、蒸気発生器自体を取り替える工事を行うようにしている。この場合、既存の原子力プラントに合わせて、新たに設置する蒸気発生器の流動抵抗、つまり、一次冷却水の流量が適量となるように設計する必要があるが、従来設計を踏襲しながら流動抵抗を維持しつつ、且つ、製造コストを低減することは困難である。そのため、既存の原子力プラントと蒸気発生器を取り替えた新規の原子力プラントとで、一次冷却水の流動抵抗が変化して熱回収効率が低下してしまうおそれがある。

更に、蒸気発生器を取り替える工事を行う場合、伝熱管の本数を減らして小型化を図る一方で、熱回収効率を維持、または向上させるような蒸気発生器を設置したいという要望がある。この場合、既存の原子力プラントに対して、伝熱管の本数を減らして熱回収効率を向上するように流動抵抗を設定した蒸気発生器を設計することは困難である。

なお、上述した特許文献１には、原子炉圧力容器に発生した蒸気の圧力に基づいて蒸気流量を求めるものが開示されているが、この蒸気の流動抵抗を調整することはできない。

本発明は上述した課題を解決するものであり、伝熱管群を流れる一次冷却水の流動抵抗を調整することで熱回収効率の低下を抑制可能とした蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の蒸気発生器は、中空密閉形状をなす胴部と、該胴部内に配設されて逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記胴部内の下部に固定されて前記複数の伝熱管の端部を支持する管板と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の一端部に連通する入口側水室と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の他端部に連通する出口側水室と、前記胴部内に二次冷却水を給水して前記複数の伝熱管内を流れる一次冷却水との間で熱交換を行う二次冷却水給水路とを具えた蒸気発生器において、前記入口側水室に設けられた入口ノズルまたは前記出口側水室に設けられた出口ノズルの少なくともいずれか一方に流動抵抗調整手段が設けられたことを特徴とするものである。

請求項２の発明の蒸気発生器では、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルに着脱自在に設けられた流路面積の異なる複数の流動抵抗調整板を有することを特徴としている。

請求項３の発明の蒸気発生器では、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルの径方向に沿って移動自在に設けられた流動抵抗調整ゲートを有することを特徴としている。

請求項４の発明の蒸気発生器では、前記入口ノズルから前記入口側水室に流入する給水量または前記出口側水室から前記出口ノズルに排出される排水量を計測する流量計が設けられ、前記流動抵抗調整手段は、該流量計が計測した給水量または排水量に基づいて前記流動抵抗調整ゲートを移動することを特徴としている。

請求項５の発明の蒸気発生器では、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルに着脱自在に設けられた複数の流動抵抗調整用円筒管を有することを特徴としている。

また、請求項６の発明の蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法は、中空密閉形状をなす胴部と、該胴部内に配設されて逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記胴部内の下部に固定されて前記複数の伝熱管の端部を支持する管板と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の一端部に連通する入口側水室と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の他端部に連通する出口側水室と、前記胴部内に二次冷却水を給水して前記複数の伝熱管内を流れる一次冷却水との間で熱交換を行う二次冷却水給水路とを具えた蒸気発生器において、前記蒸気発生器の運転状態に応じて前記入口側水室に流入する一次冷却水の流動抵抗または前記出口側水室から排出される流動抵抗を調整することを特徴とするものである。

請求項７の発明の蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法では、前記入口側水室への一次冷却水の給水を停止した状態で、マンホールを開放して作業者または作業ロボットが前記入口側水室または前記出口側水室に入り、入口ノズルの開放量または出口ノズルの開放量を調整することを特徴としている。

請求項１の発明の蒸気発生器によれば、中空密閉形状をなす胴部内に逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管からなる伝熱管群を配設し、複数の伝熱管の端部を胴部内の下部に固定された管板により支持し、胴部の下端部に複数の伝熱管の一端部に連通する入口側水室を設けると共に、複数の伝熱管の他端部に連通する出口側水室を設け、胴部内に二次冷却水を給水して複数の伝熱管内を流れる一次冷却水との間で熱交換を行う二次冷却水給水路とを設けて構成し、入口側水室に設けられた入口ノズルまたは出口側水室に設けられた出口ノズルの少なくともいずれか一方に流動抵抗調整手段を設けたので、既存の蒸気発生器または新設の蒸気発生器に対して、この流動抵抗調整手段により入口ノズルから入口側水室に流入する一次冷却水の流動抵抗または出口側水室から出口ノズルに排出される一次冷却水の流動抵抗を調整することで、伝熱管群を流れる一次冷却水の流動抵抗を調整することができ、既存の蒸気発生器における熱回収効率の低下を抑制することができると共に、新設の蒸気発生器における熱回収効率の調整を容易に行うことができる。

請求項２の発明の蒸気発生器によれば、流動抵抗調整手段を、入口ノズルまたは出口ノズルに着脱自在に設けられた流路面積の異なる複数の流動抵抗調整板としたので、この流動抵抗調整板を装着したり、取外したりすることで、容易に一次冷却水の流動抵抗を調整することができる。

請求項３の発明の蒸気発生器によれば、流動抵抗調整手段を、入口ノズルまたは出口ノズルの径方向に沿って移動自在に設けられた流動抵抗調整ゲートとしたので、流動抵抗調整ゲートを移動することで、容易に一次冷却水の流動抵抗を調整することができると共に、構造の簡素化を図ることができる。

請求項４の発明の蒸気発生器によれば、入口ノズルから入口側水室に流入する給水量または出口側水室から出口ノズルに排出される排水量を計測する流量計を設け、流動抵抗調整手段により流量計が計測した給水量または排水量に基づいて流動抵抗調整ゲートを移動するので、蒸気発生器に対する給水量または排水量に基づいて流動抵抗調整ゲートを移動することで、一次冷却水の流動抵抗を確実に適正値に調整することができる。

請求項５の発明の蒸気発生器によれば、流動抵抗調整手段を、入口ノズルまたは出口ノズルに着脱自在に設けられた複数の流動抵抗調整用円筒管としたので、この流動抵抗調整用円筒管を装着したり、取外したりすることで、容易に一次冷却水の流動抵抗を調整することができると共に、給水と排水を安定して行うことができる。

また、請求項６の発明の蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法によれば、蒸気発生器の運転状態に応じて入口側水室に流入する一次冷却水の流動抵抗または出口側水室から排出される一次冷却水の流動抵抗を調整するようにしたので、既存の蒸気発生器または新設の蒸気発生器に対して、この流動抵抗調整手段により入口ノズルから入口側水室に流入する一次冷却水の流動抵抗または出口側水室から出口ノズルに排出される一次冷却水の流動抵抗を調整することで、伝熱管群を流れる一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することができる。

請求項７の発明の蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法によれば、入口側水室への一次冷却水の給水を停止した状態で、マンホールを開放して作業者または作業ロボットが入口側水室または出口側水室に入り、入口ノズルの開放量または出口ノズルの開放量を調整するようにしたので、安全性を確保した上で、容易に一次冷却水の流動抵抗を調整することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る蒸気発生器における水室の構造を表す要部断面図、図２は、実施例１の蒸気発生器が適用された加圧水型原子炉を有する発電設備の概略構成図、図３は、実施例１の蒸気発生器を表す概略構成図である。

実施例１の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

即ち、この加圧水型原子炉を有する発電設備において、図２に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１７が設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水としてとして軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高い圧力をかけている。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の軽水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の軽水と二次冷却水としての水との間で熱交換が行われ、冷やされた軽水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、原子炉格納容器１１の外部に設けられたタービン１８及び復水器１９と冷却水配管２０，２１を介して連結されており、冷却水配管２１に給水ポンプ２２が設けられている。また、タービン１８には発電機２３が接続され、復水器１９には冷却水（例えば、海水）を給排する供給管２４及び配水管２５が連結されている。従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の軽水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られ、この蒸気によりタービン１８を駆動して発電機２３により発電を行う。タービン１８を駆動した蒸気は、復水器１９で冷却された後、冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３に戻される。

加圧水型原子炉を有する発電設備における蒸気発生器１３おいて、図３に示すように、胴部３１は、密閉された中空円筒形状をなし、上部に対して下部が若干小径となっている。この胴部３１内には、この胴部３１の内壁面と所定間隔をもって円筒形状をなす管群外筒３２が配設され、下端部が管板３３の近傍まで延設されている。そして、この管群外筒３２は、長手方向における所定間隔離間した位置で、且つ、周方向における所定間隔離間した位置で、複数のジャッキ組立体３４により胴部３１に位置決め支持されている。

また、管群外筒３２内には、ジャッキ組立体３４に対応した高さ位置に複数の管支持板３５が配設されており、管板３３から上方に延設された複数のステーロッド３６によりにより支持されている。そして、この管群外筒３２内には、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管３７からなる伝熱管群３８が配設されており、各伝熱管３７の端部は管板３３を貫通して支持されると共に、中間部が複数の管支持板３５により支持されている。この場合、管支持板３５には多数の貫通孔（図示略）が形成されており、各伝熱管３７がこの貫通孔内に非接触状態で貫通している。

胴部３１の下端部には下部半球鏡部３９が固定されており、内部が隔壁４０により入口側水室４１及び出口側水室４２により区画されると共に、この入口側水室４１及び出口側水室４２に入口ノズル４３及び出口ノズル４４が連結されている。そして、入口側水室４１が各伝熱管３７の一端部に連通し、出口側水室４２が各伝熱管３７の他端部に連通している。なお、この入口ノズル４３には上述した冷却水配管１４が連結される一方、出口ノズル４４には冷却水配管１５が連結されている。

胴部３１の上部には、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器４５、分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器４６が設けられている。また、胴部３１にて、伝熱管群３８と気水分離器４５との間には、胴部３１内に二次冷却水の給水を行う給水管４７が挿入される一方、天井部には蒸気排出口４８が形成されている。そして、胴部３１内には、給水管４７からこの胴部３１内に給水された二次冷却水を、胴部３１と管群外筒３２との間を流下して管板３３にて上方に循環し、伝熱管群３８内を上昇するときに各伝熱管３７内を流れる熱水（一次冷却水）との間で熱交換を行う給水路４９が設けられている。なお、給水管４７には上述した冷却水配管２１が連結される一方、蒸気排出口４８には冷却水配管２０が連結されている。

従って、加圧水型原子炉１２で加熱された一次冷却水が冷却水配管１４を通して入り靴ノズル４３から蒸気発生器１３の入口側水室４１に送られ、多数の伝熱管４７内を通って循環して出口側水室４２に至る。一方、復水器１９で冷却された二次冷却水が冷却水配管２１を通して蒸気発生器１３の給水管４７に送られ、胴部３１内の給水路４９を通って伝熱管４７内を流れる熱水（一次冷却水）と熱交換を行う。即ち、胴部３１内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は出口側水室４２から冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部３１内を上昇し、気水分離器４５で蒸気と熱水とに分離され、湿分分離器４６でこの蒸気の湿分を除去してから、冷却水配管２０を通してタービン１８に送られる。

このように構成された蒸気発生器１３にて、本実施例では、入口ノズル４３に流動抵抗調整手段が設けられており、この流動抵抗調整手段により入口ノズル４３を流れる一次冷却水の流動抵抗を調整することで、蒸気発生器１３内を流動する一次冷却水の流動抵抗を調整することができる。

即ち、図１に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、流動抵抗調整手段としての２枚の流動抵抗調整板５１，５２が溶接により固定されている。この流動抵抗調整板５１，５２は、中央部に形成された貫通孔５１ａ，５２ａの内径が相違することで、一次冷却水が流通する流路面積が相違している。本実施例では、流動抵抗調整板５１の貫通孔５１ａに対して、流動抵抗調整板５２の貫通孔５１ａの方が小径に設定されている。なお、各水室４１，４２には、検査や補修作業用のマンホール４１ａ，４２ａが設けられている。

従って、入口ノズル４３内に２枚の流動抵抗調整板５１，５２が溶接により固定された状態では、この入口ノズル４３を流れる一次冷却水の流動抵抗は流動抵抗調整板５２によって設定され、入口側水室４１への給水量は流動抵抗調整板５２の貫通孔５２ａによって設定されている。そして、蒸気発生器１３の定期検査などで伝熱管３７の損傷などが見つかったときには、作業者または作業ロボットを用いてマンホール４１ａ，４２ａから各水室４１，４２に入り、伝熱管３７の補修作業や閉塞作業などを行う。

このとき、伝熱管群３８における一部の伝熱管３７を閉塞して使用不能になると、蒸気発生器１３の流動抵抗が増加し、伝熱管群３８を流れる一次冷却水の流量が減少することで、一次冷却水からの熱回収効率が低下してしまう。そこで、作業者は、入口側水室４１から作業工具を用いて溶接部を切削し、流動抵抗調整板５２を撤去する。すると、入口ノズル４３内に１枚の流動抵抗調整板５１だけが固定された状態となり、入口ノズル４３を流れる一次冷却水の流動抵抗は流動抵抗調整板５１によって設定され、入口側水室４１への給水量は流動抵抗調整板５１の貫通孔５１ａによって設定されることとなる。そのため、入口ノズル４３での流動抵抗が減少することで、蒸気発生器１３の流動抵抗も減少し、伝熱管群３８を流れる一次冷却水の流量が増加することで、一次冷却水からの熱回収効率の低下が抑制される。

なお、使用不能になる伝熱管３７の本数が多いときには、全ての流動抵抗調整板５１，５２を撤去することで、入口ノズル４３を流れる一次冷却水の流動抵抗を更に減少することで、蒸気発生器１３の流動抵抗を減少するようにしてもよい。

このように実施例１の蒸気発生器にあっては、胴部３１内に逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管３７からなる伝熱管群３８を配設し、各伝熱管３７の端部を管板３３により支持し、胴部３１の下端部に下部半球鏡部３９を固定することで、各伝熱管３７の一端部に連通する入口側水室４１を設けると共に、各伝熱管３７の他端部に連通する出口側水室４２を設け、この入口側水室４１に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として２枚の流動抵抗調整板５１，５２を着脱自在に設けている。

従って、既存の蒸気発生器１３に対して、この流動抵抗調整板５１，５２により入口ノズル４３から入口側水室４１に流入する一次冷却水の流動抵抗を調整することで、伝熱管群３８を流れる一次冷却水の流動抵抗を調整することができ、使用できる伝熱管３７の本数が減少した場合であっても、一次冷却水の流動抵抗を調整して蒸気発生器１３における熱回収効率の低下を抑制することができる。

また、本実施例では、流動抵抗調整手段を、入口ノズル４３の内壁面に溶接した流路面積の異なる２枚の流動抵抗調整板５１，５２としている。従って、伝熱管群３８の流動抵抗の上昇に応じて、各流動抵抗調整板５１，５２を除去して入口ノズル４３での流動抵抗を減少することで、蒸気発生器１３全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することができる。

図４は、本発明の実施例２に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の蒸気発生器において、図４に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、流動抵抗調整手段としての２枚の流動抵抗調整板５１，５２が締結ボルト５３により固定されている。従って、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから入口側水室に入り、この入口側水室から作業工具を用いて締結ボルト５３を弛緩することで流動抵抗調整板５２を撤去することができる。

このように実施例２の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として２枚の流動抵抗調整板５１，５２を締結ボルト５３により着脱自在に設けている。

従って、蒸気発生器の伝熱管群の流動抵抗の上昇に応じて、締結ボルト５３を弛緩した後に、流動抵抗調整板５２を除去して入口ノズル４３での流動抵抗を減少することで、蒸気発生器全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の蒸気発生器において、図５に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、流動抵抗調整手段としての４枚の流動抵抗調整板６１〜６４が締結ボルト６５〜６７により着脱自在に固定されている。この流動抵抗調整板６１〜６４は、中央部に形成された貫通孔６１ａ〜６４ａの内径が相違することで、一次冷却水が流通する流路面積が相違しており、流動抵抗調整板６１の貫通孔６１ａに対して、流動抵抗調整板６４の貫通孔６４ａの方が小径に設定されている。従って、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから入口側水室に入り、この入口側水室から作業工具を用いて締結ボルト６５〜６７を弛緩することで流動抵抗調整板６２〜６４を撤去することができる。この場合、使用不能になる伝熱管の本数に応じて撤去する流動抵抗調整板６１〜６４の枚数を調節すればよく、必要に応じて流動抵抗調整板６１を撤去するようにしてもよい。

このように実施例３の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として４枚の流動抵抗調整板６１〜６４を締結ボルト６５〜６７により着脱自在に設けている。

従って、蒸気発生器の伝熱管群の流動抵抗の上昇に応じて、締結ボルト６５〜６７を弛緩した後に、流動抵抗調整板６１〜６４を所定の枚数だけ除去して入口ノズル４３での流動抵抗を減少することで、蒸気発生器全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することができ、蒸気発生器における一次冷却水の流動抵抗を細かく調整することができる。

なお、上述した実施例１、２、３にて、流動抵抗調整板５１，５２，６１〜６４の枚数は、各実施例に限定されるものではなく、必要に応じて設定すればよく、流動抵抗調整板５１，５２，６１〜６４を撤去した後に、新たな流動抵抗調整板を固定するようにしても良い。また、流動抵抗調整板５１，５２，６１〜６４の固定方法も溶接や締結ボルト５３，６５〜６７に限らず、一次冷却水の水圧に耐えることができれば、別の固定方法であってもよい。

図６は、本発明の実施例４に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の蒸気発生器において、図６に示すように、入口ノズル４３には、流動抵抗調整手段としての流動抵抗調整ゲート７１が、入口ノズル４３に固定された支持部材７２により入口ノズル４３の径方向に沿って移動自在に支持されている。この流動抵抗調整ゲート７１は、駆動装置７３によりねじ軸７４を軸方向に移動することで、入口ノズル４３内を移動可能であり、その移動位置に応じて一次冷却水が流通する流路面積を変更することができる。また、流動抵抗調整ゲート７１の駆動装置７３を駆動制御する制御装置７５には、この入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量（または、出口側水室から出口ノズルに排出される一次冷却水の排水量）を計測する流量計７６が接続されており、制御装置７５は、この流量計７６が計測した給水量（または、排水量）に基づいて流動抵抗調整ゲート７１を移動している。

従って、蒸気発生器の定期検査などで伝熱管の損傷などが見つかったときには、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから各水室に入り、伝熱管の補修作業や閉塞作業などを行う。このとき、一部の伝熱管を閉塞して使用不能になると、蒸気発生器の流動抵抗が増加し、伝熱管群を流れる一次冷却水の流量が減少することで、一次冷却水からの熱回収効率が低下してしまう。そこで、制御装置７５は、流量計７６が計測した入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて駆動装置７５を駆動制御し、流動抵抗調整ゲート７１を移動して入口ノズル４３の流路面積（流動抵抗調整ゲート７１の開放量）を最適なものに調整する。そのため、入口ノズル４３での流動抵抗が減少することで、蒸気発生器の流動抵抗も減少し、伝熱管群を流れる一次冷却水の流量が増加することで、一次冷却水からの熱回収効率の低下が抑制される。

このように実施例４の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として流動抵抗調整ゲート７１を移動自在に設け、駆動装置７５により移動可能とし、制御装置７５は流量計７６が計測した入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて駆動装置７５を駆動制御している。

従って、既存の蒸気発生器に対して、制御装置７５が、入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて駆動装置７５を駆動制御し、流動抵抗調整ゲート７１を移動して入口ノズル４３の流路面積を調整することで、一次冷却水の流動抵抗を最適値に調整することができ、蒸気発生器全体における一次冷却水の流動抵抗を調整し、熱回収効率の低下を抑制することができる。

図７は、本発明の実施例５に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の蒸気発生器において、図７に示すように、入口ノズル４３には、流動抵抗調整手段としての上下一対の流動抵抗調整ゲート８１，８２が、入口ノズル４３に固定された上下の支持部材８３，８４により入口ノズル４３の径方向に沿って、且つ、互いに接近離反自在に支持されている。この流動抵抗調整ゲート８１，８２は、圧縮コイルばね８５，８６により互いに接近する方向に付勢支持される一方、電源部８７から各コイル８７，８８に通電することで、発生する磁力により互いに離間する方向に移動することができ、その移動位置に応じて一次冷却水が流通する流路面積を変更することができる。また、各コイル８８，８７に通電する電源部８９を駆動制御する制御装置９０には、この入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量を計測する流量計７６が接続されており、制御装置９０は、この流量計７６が計測した給水量に基づいて流動抵抗調整ゲート８１，８２を移動している。

従って、蒸気発生器の定期検査などで伝熱管の損傷などが見つかったときには、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから各水室に入り、伝熱管の補修作業や閉塞作業などを行う。このとき、一部の伝熱管を閉塞して使用不能になると、蒸気発生器の流動抵抗が増加し、伝熱管群を流れる一次冷却水の流量が減少することで、一次冷却水からの熱回収効率が低下してしまう。そこで、制御装置９０は、流量計７６が計測した入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて電源部８７を駆動制御し、流動抵抗調整ゲート８１，８２を移動して入口ノズル４３の流路面積（流動抵抗調整ゲート８１，８２の開放量）を最適なものに調整する。この場合、制御装置９０は、流量計７６が計測した一次冷却水の給水量に応じて一方の流動抵抗調整ゲート８１，８２だけを移動してもよい。そのため、入口ノズル４３での流動抵抗が減少することで、蒸気発生器の流動抵抗も減少し、伝熱管群を流れる一次冷却水の流量が増加することで、一次冷却水からの熱回収効率の低下が抑制される。

このように実施例５の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として流動抵抗調整ゲート８１，８２を圧縮コイルばね８５，８６により付勢支持すると共に、電源部８７から各コイル８８，８９に通電することで移動可能とし、制御装置９０は流量計７６が計測した入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて電源部８７を駆動制御している。

従って、既存の蒸気発生器に対して、制御装置９０が、入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて電源部８７を駆動制御し、流動抵抗調整ゲート８１，８２を移動して入口ノズル４３の流路面積を調整することで、一次冷却水の流動抵抗を最適値に調整することができ、蒸気発生器全体における一次冷却水の流動抵抗を調整し、熱回収効率の低下を抑制することができる。

なお、上述した実施例４、５では、制御装置７５，９０は、流量計７６が計測した入口ノズル４３から入口側水室に流入する一次冷却水の給水量に基づいて駆動装置７３または電源部８７を駆動制御し、流動抵抗調整ゲート７１，８１，８２を移動して入口ノズル４３の流路面積を調整するようにしたが、一次冷却水の給水量と相関関係にある原子力プラントの発電量に応じて流動抵抗調整ゲート７１，８１，８２を移動して入口ノズル４３の流路面積を調整するようにしてもよい。

図８は、本発明の実施例６に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６の蒸気発生器において、図８に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、流動抵抗調整手段としての３個の流動抵抗調整用円筒管９１，９２，９３が溶接により着脱自在に固定されている。従って、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから入口側水室に入り、この入口側水室から切削工具を用いて溶接部を切除することで流動抵抗調整用円筒管９１，９２，９３を撤去することができる。

このように実施例６の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として流動抵抗調整用円筒管９１，９２，９３を溶接により着脱自在に設けている。

従って、蒸気発生器の伝熱管群の流動抵抗の上昇に応じて、切削工具を用いて溶接部を切除することで、流動抵抗調整用円筒管９１，９２，９３を除去して入口ノズル４３での流動抵抗を減少することで、蒸気発生器全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することができる。この場合、流動抵抗調整手段として流動抵抗調整用円筒管９１，９２，９３を用いることで、内部を流れる一次冷却水の安定化を図ることができる。

図９は、本発明の実施例７に係る蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を表す入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例７の蒸気発生器において、図９に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、２枚の流動抵抗調整板５１，５２が溶接により着脱自在に固定されている。この流動抵抗調整板５１，５２は、中央部に形成された貫通孔５１ａ，５２ａの内径が相違することで、一次冷却水が流通する流路面積が相違している。従って、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから入口側水室に入り、この入口側水室から研削工具１０１を用いて流動抵抗調整板５２の貫通孔５２ａの内面を研削することで、その流路面積を調整することができる。また、溶接部を切削して流動抵抗調整板５２を撤去してから、研削工具１０１を用いて流動抵抗調整板５１の貫通孔５１ａの内面を研削することで、その流路面積を調整することもできる。

このように実施例７の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として流動抵抗調整板５１，５２を設け、必要に応じて研削工具１０１を用いて流動抵抗調整板５１，５２の貫通孔５１ａ，５２ａの内面を研削することで、その流路面積を調整可能としている。

従って、蒸気発生器の伝熱管群の流動抵抗の上昇に応じて、入り口側水室から研削工具１０１により流動抵抗調整板５１，５２の貫通孔５１ａ，５２ａの内面を研削することで、入口ノズル４３での流動抵抗を減少することができ、蒸気発生器全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することで、蒸気発生器における一次冷却水の流動抵抗を細かく調整することができる。

図１０は、本発明の実施例８に係る蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を表す入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例８の蒸気発生器において、図１０に示すように、入口ノズル４３の内壁面には、流動抵抗調整手段として溶接肉盛部１１１，１１２が予め形成されている。従って、作業者または作業ロボットを用いてマンホールから入口側水室に入り、この入口側水室から研削工具１０１を用いて溶接肉盛部１１１，１１２の表面を研削することで、その流路面積を調整することができる。

このように実施例８の蒸気発生器にあっては、入口側水室に設けられた入口ノズル４３に一次冷却水の流動抵抗調整手段として溶接肉盛部１１１，１１２を予め形成し、必要に応じて研削工具１０１を用いて溶接肉盛部１１１，１１２の表面を研削することで、その流路面積を調整可能としている。

従って、蒸気発生器の伝熱管群の流動抵抗の上昇に応じて、入り口側水室から研削工具１０１により溶接肉盛部１１１，１１２の表面を研削することで、入口ノズル４３での流動抵抗を減少することができ、蒸気発生器全体での一次冷却水の流動抵抗を容易に調整することで、蒸気発生器における一次冷却水の流動抵抗を細かく調整することができる。

なお、上述した各実施例では、流動抵抗調整手段を入口ノズル４３に設けることで、入口側水室４１に流入する一次冷却水の流動抵抗を調整するようにしたが、出口ノズル４４に設けることで、出口側水室４２から排出される一次冷却水の流動抵抗を調整するようにしてもよく、入口ノズル４３及び出口ノズル４４に設けることで、入口側水室４１に流入する一次冷却水の流動抵抗と出口側水室４２から排出される一次冷却水の流動抵抗を調整するようにしてもよい。

また、各実施例では、蒸気発生器１３の定期検査などで伝熱管３７の損傷などが見つかり、一部の伝熱管３７を閉塞して伝熱管群３８の流動抵抗が増加したとき、入口ノズル４３の流動抵抗を減少することで、蒸気発生器１３全体の流動抵抗が減少するようにしたが、本発明の蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法は、この場合に適用することに限定するものではない。例えば、蒸気発生器を取り替える工事を行う場合、伝熱管の本数を減らして小型化を図る一方で、熱回収効率を維持、または向上させるような蒸気発生器を設置するとき、本発明の蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を適用し、新設の蒸気発生器の流動抵抗を調整することもできる。

本発明に係る蒸気発生器及び蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法は、入口ノズルまたは出口ノズルに流動抵抗調整手段を設けることで、容易に蒸気発生器における冷却水の流動抵抗を調整可能としたものであり、いずれの種類の蒸気発生器にも適用することができる。

本発明の実施例１に係る蒸気発生器における水室の構造を表す要部断面図である。 実施例１の蒸気発生器が適用された加圧水型原子炉を有する発電設備の概略構成図である。 実施例１の蒸気発生器を表す概略構成図である。 本発明の実施例２に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。 本発明の実施例３に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。 本発明の実施例４に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面概略図である。 本発明の実施例５に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面概略図である。 本発明の実施例６に係る蒸気発生器における入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。 本発明の実施例７に係る蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を表す入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。 本発明の実施例８に係る蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法を表す入口側水室の入口ノズルを表す断面図である。

符号の説明

１３ 蒸気発生器
３１ 胴部
３２ 管群外筒
３３ 管板
３５ 管支持板
３７ 伝熱管
３８ 伝熱管群
４１ 入口側水室
４２ 出口側水室
４１ａ，４２ａ マンホール
４３ 入口ノズル
４４ 出口ノズル
４９ 給水路
５１，５２，６１，６２，６３，６４ 流動抵抗調整板（流動抵抗調整手段）
５１ａ，５２ａ，６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ 貫通孔
５３，６５，６６，６７ 締結ボルト
７１，８１，８２ 流動抵抗調整ゲート（流動抵抗調整手段）
７３ 駆動装置
７５，９０ 制御装置
７６ 流量計
８５，８６ 圧縮コイルばね
８７ 電源部
８８，８９ コイル
９１，９２，９３ 流動抵抗調整用円筒部（流動抵抗調整手段）
１０１ 研削工具
１１１，１１２ 溶接肉盛部

Claims (7)

1. 中空密閉形状をなす胴部と、該胴部内に配設されて逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記胴部内の下部に固定されて前記複数の伝熱管の端部を支持する管板と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の一端部に連通する入口側水室と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の他端部に連通する出口側水室と、前記胴部内に二次冷却水を給水して前記複数の伝熱管内を流れる一次冷却水との間で熱交換を行う二次冷却水給水路とを具えた蒸気発生器において、前記入口側水室に設けられた入口ノズルまたは前記出口側水室に設けられた出口ノズルの少なくともいずれか一方に流動抵抗調整手段が設けられたことを特徴とする蒸気発生器。
2. 請求項１に記載の蒸気発生器において、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルに着脱自在に設けられた流路面積の異なる複数の流動抵抗調整板を有することを特徴とする蒸気発生器。
3. 請求項１に記載の蒸気発生器において、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルの径方向に沿って移動自在に設けられた流動抵抗調整ゲートを有することを特徴とする蒸気発生器。
4. 請求項３に記載の蒸気発生器において、前記入口ノズルから前記入口側水室に流入する給水量または前記出口側水室から前記出口ノズルに排出される排水量を計測する流量計が設けられ、前記流動抵抗調整手段は、該流量計が計測した給水量または排水量に基づいて前記流動抵抗調整ゲートを移動することを特徴とする蒸気発生器。
5. 請求項１に記載の蒸気発生器において、前記流動抵抗調整手段は、前記入口ノズルまたは前記出口ノズルに着脱自在に設けられた複数の流動抵抗調整用円筒管を有することを特徴とする蒸気発生器。
6. 中空密閉形状をなす胴部と、該胴部内に配設されて逆Ｕ字形状をなして一次冷却水が流動する複数の伝熱管からなる伝熱管群と、前記胴部内の下部に固定されて前記複数の伝熱管の端部を支持する管板と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の一端部に連通する入口側水室と、前記胴部の下端部に設けられて前記複数の伝熱管の他端部に連通する出口側水室と、前記胴部内に二次冷却水を給水して前記複数の伝熱管内を流れる一次冷却水との間で熱交換を行う二次冷却水給水路とを具えた蒸気発生器において、前記蒸気発生器の運転状態に応じて前記入口側水室に流入する一次冷却水の流動抵抗または前記出口側水室から排出される流動抵抗を調整することを特徴とする蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法。
7. 請求項６に記載の蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法において、前記入口側水室への一次冷却水の給水を停止した状態で、マンホールを開放して作業者または作業ロボットが前記入口側水室または前記出口側水室に入り、入口ノズルの開放量または出口ノズルの開放量を調整することを特徴とする蒸気発生器における冷却水の流動抵抗調整方法。

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