JP2011226990A - Steam generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steam generator that can prevent any damage on a connecting part between an inner shell and an inner pipe when trouble occurs.SOLUTION: A steam generator 1 comprises an inner shell 2 and an outer shell 3 constituting a primary coolant passage, and a primary coolant outlet/inlet pipe 6 for distributing the primary coolant into the passage. And the primary coolant outlet/inlet pipe 6 has a double-pipe structure consisting of an inner pipe 61 and an outer pipe 62, which the inner pipe 61 is connected to the inner shell 2 and the outer pipe 62 is connected to the outer shell 3. And the inner shell 2 is connected through a thermal sleeve 10 to the inner pipe 61.

Description

この発明は、蒸気発生器に関し、さらに詳しくは、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損を防止できる蒸気発生器に関する。   The present invention relates to a steam generator, and more particularly, to a steam generator that can prevent damage to a connection portion between an inner cylinder and an inner pipe when an abnormality occurs.

一般的な蒸気発生器では、一次冷却材の流路を構成する内胴および外胴と、この流路に一次冷却材を流通させるための一次冷却材出入口管とを備えている。また、一次冷却材出入口管が内管および外管から成る二重管構造を有し、内管が内胴に接続されると共に外管が外胴に接続された構造を有している。かかる構成を有する従来の蒸気発生器として、特許文献1に記載される技術が知られている。   A typical steam generator includes an inner cylinder and an outer cylinder that constitute a flow path for the primary coolant, and a primary coolant inlet / outlet pipe for allowing the primary coolant to flow through the flow path. In addition, the primary coolant inlet / outlet pipe has a double pipe structure including an inner pipe and an outer pipe, and the inner pipe is connected to the inner cylinder and the outer pipe is connected to the outer cylinder. As a conventional steam generator having such a configuration, a technique described in Patent Document 1 is known.

特開平08−278397号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-278397

ここで、蒸気発生器に異常が発生して一次冷却材の流通が遮断されると、一次冷却材出入口管の内管が外管よりも高温となり、大きく熱膨張する。すると、内管と外管との熱膨張差により、内胴と内管との接続部に熱応力が発生してこの接続部が破損するおそれがある。   Here, when an abnormality occurs in the steam generator and the flow of the primary coolant is interrupted, the inner pipe of the primary coolant inlet / outlet pipe becomes hotter than the outer pipe and greatly expands. Then, due to the difference in thermal expansion between the inner tube and the outer tube, thermal stress is generated at the connecting portion between the inner cylinder and the inner tube, and this connecting portion may be damaged.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損を防止できる蒸気発生器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a steam generator capable of preventing damage to a connection portion between an inner cylinder and an inner tube when an abnormality occurs.

上記目的を達成するため、この発明にかかる蒸気発生器は、一次冷却材の流路を構成する内胴および外胴と、前記流路に一次冷却材を流通させるための一次冷却材出入口管とを備え、且つ、前記一次冷却材出入口管が内管および外管から成る二重管構造を有し、前記内管が前記内胴に接続されると共に前記外管が前記外胴に接続された構造を有する蒸気発生器であって、前記内胴と前記内管とがサーマルスリーブを介して接続されることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a steam generator according to the present invention includes an inner cylinder and an outer cylinder constituting a flow path of a primary coolant, and a primary coolant inlet / outlet pipe for circulating the primary coolant through the flow path. And the primary coolant inlet / outlet pipe has a double pipe structure including an inner pipe and an outer pipe, and the inner pipe is connected to the inner cylinder and the outer pipe is connected to the outer cylinder. A steam generator having a structure, wherein the inner cylinder and the inner tube are connected via a thermal sleeve.

この蒸気発生器は、内胴と内管とがサーマルスリーブを介して接続されるので、内管と外管との間に熱膨張差が生じたときに、高熱膨張材料から成るサーマルスリーブが大きく熱膨張して、内胴と内管との熱膨張差を緩和する。すると、サーマルスリーブを有さない構造と比較して、内胴と内管との接続部に作用する熱応力が緩和される。これにより、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損が防止される利点がある。   In this steam generator, the inner cylinder and the inner tube are connected via a thermal sleeve. Therefore, when a difference in thermal expansion occurs between the inner tube and the outer tube, the thermal sleeve made of a high thermal expansion material is large. Thermal expansion reduces the difference in thermal expansion between the inner cylinder and the inner tube. Then, compared with the structure without the thermal sleeve, the thermal stress acting on the connection portion between the inner cylinder and the inner tube is relieved. Thereby, there exists an advantage by which the failure | damage of the connection part of an inner cylinder and an inner pipe at the time of abnormality occurrence is prevented.

また、この発明にかかる蒸気発生器は、前記サーマルスリーブが前記内管よりも高い線膨張係数を有する材料から成る。   In the steam generator according to the present invention, the thermal sleeve is made of a material having a higher linear expansion coefficient than the inner pipe.

この蒸気発生器では、内管の熱膨張時にて、サーマルスリーブが内管の熱伸びに適正に追従できる。これにより、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損が効果的に防止される利点がある。   In this steam generator, the thermal sleeve can appropriately follow the thermal expansion of the inner pipe when the inner pipe is thermally expanded. Thereby, there exists an advantage by which the failure | damage of the connection part of an inner cylinder at the time of abnormality occurrence and an inner pipe is prevented effectively.

この蒸気発生器によれば、内胴と内管とがサーマルスリーブを介して接続されるので、内管と外管との間に熱膨張差が生じたときに、高熱膨張材料から成るサーマルスリーブが大きく熱膨張して、内胴と内管との熱膨張差を緩和する。すると、サーマルスリーブを有さない構造と比較して、内胴と内管との接続部に作用する熱応力が緩和される。これにより、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損が防止される利点がある。   According to this steam generator, since the inner cylinder and the inner tube are connected via the thermal sleeve, when a thermal expansion difference occurs between the inner tube and the outer tube, the thermal sleeve made of a high thermal expansion material Greatly expands and relaxes the difference in thermal expansion between the inner cylinder and the inner tube. Then, compared with the structure without the thermal sleeve, the thermal stress acting on the connection portion between the inner cylinder and the inner tube is relieved. Thereby, there exists an advantage by which the failure | damage of the connection part of an inner cylinder and an inner pipe at the time of abnormality occurrence is prevented.

図1は、この発明の実施の形態にかかる蒸気発生器を示す軸方向断面図である。FIG. 1 is an axial sectional view showing a steam generator according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1に記載した蒸気発生器のサーマルスリーブを示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a thermal sleeve of the steam generator shown in FIG. 図3は、サーマルスリーブの長さと熱膨張差との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thermal sleeve length and the difference in thermal expansion. 図4は、図1に記載した蒸気発生器の変形例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a modification of the steam generator described in FIG. 1. 図5は、図1に記載した蒸気発生器の変形例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a modification of the steam generator described in FIG. 1. 図6は、一般的な高温ガス炉を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a general HTGR.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Further, the constituent elements of this embodiment include those that can be replaced while maintaining the identity of the invention and that are obvious for replacement. In addition, a plurality of modifications described in this embodiment can be arbitrarily combined within a range obvious to those skilled in the art.

[高温ガス炉]
図6は、一般的な高温ガス炉を示す説明図である。
[High temperature gas furnace]
FIG. 6 is an explanatory view showing a general HTGR.

この高温ガス炉100は、原子炉容器110と蒸気発生器120とを備え、これらが隣接して設置されて構成される(サイド・バイ・サイド型高温ガス炉)。また、原子炉容器110の一次冷却材出入口111と蒸気発生器120の一次冷却材出入口121とが連結管130を介して連結される。また、この連結管130が内管および外管から成る二重管構造を有する(図示省略)。   The high temperature gas reactor 100 includes a nuclear reactor vessel 110 and a steam generator 120, which are installed adjacent to each other (side-by-side type high temperature gas reactor). Further, the primary coolant inlet / outlet port 111 of the reactor vessel 110 and the primary coolant inlet / outlet port 121 of the steam generator 120 are connected via a connecting pipe 130. Further, the connecting pipe 130 has a double pipe structure including an inner pipe and an outer pipe (not shown).

この高温ガス炉100では、原子炉容器110にて加熱された一次冷却材(例えば、ヘリウムガス)が連結管130の内管を通って蒸気発生器120の一次冷却系に導入される。そして、この一次冷却材と、蒸気発生器120の二次冷却系に流通する二次冷却材(例えば、水蒸気)との間で熱交換が行われて、二次冷却材が加熱される。そして、この二次冷却材が、例えば、蒸気タービンの作動流体として用いられる。また、熱交換により冷却された一次冷却材が連結管130の外管(内管と外管とのアニュラー部)を通って原子炉容器110の一次冷却系に回収される。そして、この一次冷却材が原子炉容器110と蒸気発生器120との間を循環することにより、蒸気発生器120の二次冷却材が連続的に加熱される。   In the high temperature gas reactor 100, the primary coolant (for example, helium gas) heated in the reactor vessel 110 is introduced into the primary cooling system of the steam generator 120 through the inner tube of the connecting tube 130. And heat exchange is performed between this primary coolant and the secondary coolant (for example, water vapor | steam) which distribute | circulates to the secondary cooling system of the steam generator 120, and a secondary coolant is heated. And this secondary coolant is used as a working fluid of a steam turbine, for example. Further, the primary coolant cooled by the heat exchange is recovered to the primary cooling system of the reactor vessel 110 through the outer tube (an annular portion of the inner tube and the outer tube) of the connecting tube 130. The primary coolant circulates between the reactor vessel 110 and the steam generator 120, whereby the secondary coolant of the steam generator 120 is continuously heated.

[蒸気発生器]
図1は、この発明の実施の形態にかかる蒸気発生器を示す軸方向断面図である。図2は、図1に記載した蒸気発生器のサーマルスリーブを示す拡大断面図である。
[Steam generator]
FIG. 1 is an axial sectional view showing a steam generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a thermal sleeve of the steam generator shown in FIG.

この蒸気発生器1は、例えば、上記の高温ガス炉100に適用される。蒸気発生器1は、内胴2および外胴3と、センターパイプ4と、伝熱管群5と、一次冷却材出入口管6と、二次冷却材入口管71および二次冷却材出口管72とを備える(図1参照)。内胴2および外胴3は、長尺な容器形状を有し、その軸方向を鉛直方向に立てつつ内胴2が外胴3の内部に挿入されて設置される(二重胴構造)。これにより、内胴2の内部と、内胴2および外胴3のアニュラー部とに、一次冷却材の流路が形成される。また、内胴2は、その頂部に上側開口部21を有する。また、内胴2の内部には、有底構造を有する内筒22が、その底部を内胴2の上側開口部21に向け、その開口部を内胴2の底部側に向けて配置される。このとき、内筒22の外周面と内胴2の内周面との間に隙間が空けられて、一次冷却材の流路が形成される。センターパイプ4は、長尺な筒状部材であり、内胴2の底部から挿入されて内筒22の内部上方に開口する。このとき、内胴2(センターパイプ4の挿入口)とセンターパイプ4の外周とが接続されて、内胴2とセンターパイプ4との隙間が封止される。伝熱管群5は、ヘリカルコイルなどから成り、内筒22の内周面とセンターパイプ4の外周面との間に配置されて内胴2の軸方向に延在する。   The steam generator 1 is applied to, for example, the high temperature gas furnace 100 described above. The steam generator 1 includes an inner cylinder 2 and an outer cylinder 3, a center pipe 4, a heat transfer tube group 5, a primary coolant inlet / outlet pipe 6, a secondary coolant inlet pipe 71, and a secondary coolant outlet pipe 72. Provide (see FIG. 1). The inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 have a long container shape, and the inner cylinder 2 is inserted and installed inside the outer cylinder 3 with its axial direction set up in the vertical direction (double cylinder structure). Thereby, the flow path of the primary coolant is formed in the inner cylinder 2 and the annular portions of the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3. Moreover, the inner cylinder 2 has the upper side opening part 21 in the top part. Further, an inner cylinder 22 having a bottomed structure is disposed inside the inner cylinder 2 with its bottom facing the upper opening 21 of the inner cylinder 2 and with its opening facing the bottom of the inner cylinder 2. . At this time, a gap is formed between the outer peripheral surface of the inner cylinder 22 and the inner peripheral surface of the inner cylinder 2 to form a flow path for the primary coolant. The center pipe 4 is a long cylindrical member that is inserted from the bottom of the inner cylinder 2 and opens upward inside the inner cylinder 22. At this time, the inner cylinder 2 (the insertion opening of the center pipe 4) and the outer periphery of the center pipe 4 are connected, and the gap between the inner cylinder 2 and the center pipe 4 is sealed. The heat transfer tube group 5 is formed of a helical coil or the like, and is disposed between the inner peripheral surface of the inner cylinder 22 and the outer peripheral surface of the center pipe 4 and extends in the axial direction of the inner cylinder 2.

一次冷却材出入口管6は、内管61および外管62から成る二重管構造を有し、原子炉容器110側からの一次冷却材の出入口となる。内管61は、センターパイプ4を下方に延長した部分であり、センターパイプ4の下端に管材を溶接して形成される。この内管61およびセンターパイプ4の内周面には、ライナで覆われた断熱材が配置される。外管62は、外胴3の底部に形成された管台であり、外胴3に溶接されて外胴3の内部に開口する。二次冷却材入口管71および二次冷却材出口管72は、二次冷却材を伝熱管群5に流通させるための出入口となる。二次冷却材入口管71は、内胴2および外胴3を下部側方から貫通して伝熱管群5の下端部に接続される。二次冷却材出口管72は、内胴2、内筒22および外胴3を上部側方から貫通して伝熱管群5の上端部に接続される。これにより、二次冷却材入口管71から伝熱管群5を通って二次冷却材出口管72に抜ける二次冷却材の流路が構成される。   The primary coolant inlet / outlet pipe 6 has a double pipe structure including an inner pipe 61 and an outer pipe 62 and serves as an inlet / outlet for the primary coolant from the reactor vessel 110 side. The inner pipe 61 is a part obtained by extending the center pipe 4 downward, and is formed by welding a pipe material to the lower end of the center pipe 4. A heat insulating material covered with a liner is disposed on the inner peripheral surfaces of the inner pipe 61 and the center pipe 4. The outer tube 62 is a nozzle formed at the bottom of the outer body 3, and is welded to the outer body 3 to open inside the outer body 3. The secondary coolant inlet pipe 71 and the secondary coolant outlet pipe 72 serve as inlets and outlets for circulating the secondary coolant to the heat transfer tube group 5. The secondary coolant inlet pipe 71 passes through the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 from the lower side and is connected to the lower end of the heat transfer tube group 5. The secondary coolant outlet pipe 72 penetrates the inner cylinder 2, the inner cylinder 22 and the outer cylinder 3 from the upper side and is connected to the upper end portion of the heat transfer tube group 5. As a result, a flow path for the secondary coolant that passes from the secondary coolant inlet tube 71 through the heat transfer tube group 5 to the secondary coolant outlet tube 72 is formed.

この蒸気発生器1において、二次冷却系では、外部機関(例えば、蒸気タービン)からの二次冷却材が二次冷却材入口管71から伝熱管群5に導入されて加熱され、二次冷却材出口管72から外部に排出されて外部機関に供給される。一方、一次冷却系では、まず、原子炉容器110にて加熱された高温の一次冷却材が、連結管130の内管(図示省略)を通って一次冷却材出入口管6の内管61に流入する。次に、この一次冷却材が内管61からセンターパイプ4を通って内胴2の内筒22に導入され、内筒22の内周面とセンターパイプ4の外周面との隙間を通って内胴2の内部を下降する。このとき、一次冷却材と伝熱管群5内の二次冷却材との間で熱交換が行われて、二次冷却材が加熱される。   In the steam generator 1, in the secondary cooling system, a secondary coolant from an external engine (for example, a steam turbine) is introduced into the heat transfer tube group 5 from the secondary coolant inlet pipe 71 and heated, and the secondary cooling is performed. The material is discharged from the material outlet pipe 72 to the outside and supplied to the external engine. On the other hand, in the primary cooling system, first, the high temperature primary coolant heated in the reactor vessel 110 flows into the inner pipe 61 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6 through the inner pipe (not shown) of the connecting pipe 130. To do. Next, the primary coolant is introduced from the inner pipe 61 through the center pipe 4 to the inner cylinder 22 of the inner cylinder 2, and passes through the gap between the inner peripheral surface of the inner cylinder 22 and the outer peripheral surface of the center pipe 4. Descend inside. At this time, heat exchange is performed between the primary coolant and the secondary coolant in the heat transfer tube group 5, and the secondary coolant is heated.

次に、伝熱管群5を通過した一次冷却材が、内胴2の底部から内胴2の内周面と内筒22の外周面との隙間を通って上昇し、内胴2の上側開口部21から排出されて外胴3に流入する。次に、この一次冷却材が内胴2の外周面と外胴3の内周面とのアニュラー部を通って下降し、一次冷却材出入口管6の外管62(内管61と外管62とのアニュラー部)から連結管130の外管(図示省略)を通って原子炉容器110に戻される。そして、この一次冷却材が原子炉容器110で再び加熱されて一次冷却材出入口管6の内管61に供給される。これにより、一次冷却材が循環して、二次冷却材が連続的に加熱される。   Next, the primary coolant that has passed through the heat transfer tube group 5 rises from the bottom of the inner cylinder 2 through the gap between the inner peripheral surface of the inner cylinder 2 and the outer peripheral surface of the inner cylinder 22, and the upper opening of the inner cylinder 2 is opened. It is discharged from the portion 21 and flows into the outer trunk 3. Next, the primary coolant descends through the annular portion between the outer peripheral surface of the inner cylinder 2 and the inner peripheral surface of the outer cylinder 3, and the outer pipe 62 (the inner pipe 61 and the outer pipe 62 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6). And the outer tube (not shown) of the connecting pipe 130 is returned to the reactor vessel 110. The primary coolant is heated again in the reactor vessel 110 and supplied to the inner pipe 61 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6. Thereby, a primary coolant circulates and a secondary coolant is heated continuously.

[一次冷却材出入口管の熱膨張差抑制構造]
一般的な蒸気発生器120では、異常発生時にて一次冷却材の流通が遮断されると、一次冷却材出入口管126の内管1261が外管1262よりも高温となり、大きく熱膨張する(図6参照)。すると、内管1261と外管1262との熱膨張差により、内胴122と内管1261との接続部Aに熱応力が発生して接続部Aが破損するおそれがある。
[Structure to suppress thermal expansion difference of primary coolant inlet / outlet pipe]
In the general steam generator 120, when the flow of the primary coolant is interrupted when an abnormality occurs, the inner pipe 1261 of the primary coolant inlet / outlet pipe 126 becomes hotter than the outer pipe 1262 and expands greatly (FIG. 6). reference). Then, due to the difference in thermal expansion between the inner tube 1261 and the outer tube 1262, thermal stress may occur in the connection portion A between the inner cylinder 122 and the inner tube 1261, and the connection portion A may be damaged.

そこで、この蒸気発生器1は、かかる熱応力の影響を低減するために、内胴2と一次冷却材出入口管6の内管61およびセンターパイプ4とがサーマルスリーブ10を介して接続される(図1および図2参照)。   Therefore, in the steam generator 1, in order to reduce the influence of the thermal stress, the inner cylinder 2 and the inner pipe 61 and the center pipe 4 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6 are connected via the thermal sleeve 10 (FIG. 1 and FIG. 2).

例えば、この実施の形態では、サーマルスリーブ10が、スリーブ本体11と、このスリーブ本体11の両端部を構成するスリーブ端部12、12とから成り、環状構造を有している(図2参照)。スリーブ本体11は、円筒形状を有し、内管61およびセンターパイプ4よりも高い線膨張率を有する材料(高線膨張率材料)から構成されている。かかる高線膨張率材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼が採用され得る。スリーブ端部12は、フランジ形状を有し、内管61およびセンターパイプ4と同じ線膨張率を有する材料(低線膨張材料)から構成されている。かかる低線膨張率材料としては、例えば、炭素鋼、合金鋼、クロムモリブデン合金鋼などが採用され得る。また、外胴3および一次冷却材出入口管6の外管62が、内胴2と同じ低線膨張率材料から構成されている。また、内胴2と外胴3とが、サポート9を介して連結されている。また、センターパイプ4が、その下端部でのみ一次冷却材出入口管6の内管61に固定され、内胴2に対して軸方向に自由に熱伸び可能に支持されている。   For example, in this embodiment, the thermal sleeve 10 includes a sleeve main body 11 and sleeve end portions 12 and 12 constituting both ends of the sleeve main body 11, and has an annular structure (see FIG. 2). . The sleeve main body 11 has a cylindrical shape and is made of a material (high linear expansion coefficient material) having a higher linear expansion coefficient than the inner pipe 61 and the center pipe 4. As such a high linear expansion coefficient material, for example, austenitic stainless steel can be adopted. The sleeve end portion 12 has a flange shape and is made of a material (low linear expansion material) having the same linear expansion coefficient as the inner tube 61 and the center pipe 4. As such a low linear expansion coefficient material, for example, carbon steel, alloy steel, chromium molybdenum alloy steel, or the like can be adopted. The outer cylinder 3 and the outer pipe 62 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6 are made of the same low linear expansion coefficient material as that of the inner cylinder 2. Further, the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 are connected via a support 9. Further, the center pipe 4 is fixed to the inner pipe 61 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6 only at the lower end portion thereof, and is supported so as to be freely heat-extensible in the axial direction with respect to the inner cylinder 2.

サーマルスリーブ10の設置工程では、一方のスリーブ端部12が、内管61とセンターパイプ4との接続部に挿入されて内管61およびセンターパイプ4に対して溶接される。また、他方のスリーブ端部12が、内胴2の底部にあるセンターパイプ4の挿入口に溶接される。そして、これらのスリーブ端部12、12の間にスリーブ本体11が嵌め込まれて溶接される。   In the installation process of the thermal sleeve 10, one sleeve end portion 12 is inserted into a connection portion between the inner tube 61 and the center pipe 4 and welded to the inner tube 61 and the center pipe 4. The other sleeve end 12 is welded to the insertion port of the center pipe 4 at the bottom of the inner cylinder 2. The sleeve main body 11 is fitted between the sleeve end portions 12 and 12 and welded.

サーマルスリーブ10の設置状態では、スリーブ本体11が内管61およびセンターパイプ4に対して同軸上に位置し、その長手方向を内管61およびセンターパイプ4の長手方向に向けて配置される。また、スリーブ本体11が軸方向長さLを有し、また、スリーブ本体11と内管61とが距離Dを隔てて配置される。   In the installed state of the thermal sleeve 10, the sleeve body 11 is positioned coaxially with respect to the inner tube 61 and the center pipe 4, and the longitudinal direction thereof is disposed toward the longitudinal direction of the inner tube 61 and the center pipe 4. The sleeve body 11 has an axial length L, and the sleeve body 11 and the inner tube 61 are arranged at a distance D.

蒸気発生器1の異常運転時には、内管61と外管62との熱膨張差により、(a)内胴2と内管61およびセンターパイプ4との接続部が内胴2に対して軸方向に変位する。また、(b)図1に示す構成では、内管61が内胴2に対して水平方向(図1の右方向)に熱膨張する。   During abnormal operation of the steam generator 1, due to the difference in thermal expansion between the inner pipe 61 and the outer pipe 62, (a) the connecting portion between the inner cylinder 2, the inner pipe 61, and the center pipe 4 is axial with respect to the inner cylinder 2. Displace. Further, (b) in the configuration shown in FIG. 1, the inner tube 61 is thermally expanded in the horizontal direction (right direction in FIG. 1) with respect to the inner trunk 2.

このとき、(a)内胴2と内管61およびセンターパイプ4とが高熱膨張材料から成るサーマルスリーブ10を介して接続されるので、サーマルスリーブ10(スリーブ本体11)が内胴2の軸方向に大きく熱膨張する。すると、サーマルスリーブ10が内管61およびセンターパイプ4の熱伸びに追従して、内胴2と内管61およびセンターパイプ4との軸方向にかかる熱膨張差が緩和される。したがって、サーマルスリーブを有さない構造と比較して、内胴2と内管61およびセンターパイプ4との接続部に作用する熱応力が緩和される。また、(b)サーマルスリーブ10が内管61との間に距離Dを有するので、内管61およびセンターパイプ4が軸方向に対して傾斜できる。したがって、この内管61およびセンターパイプ4の傾斜により、内管61の水平方向への熱膨張が吸収される。これらにより、内胴2と内管61およびセンターパイプ4との接続部の破損が防止される。   At this time, (a) the inner cylinder 2 and the inner pipe 61 and the center pipe 4 are connected via the thermal sleeve 10 made of a high thermal expansion material, so that the thermal sleeve 10 (sleeve body 11) is axially connected to the inner cylinder 2. Large thermal expansion. Then, the thermal sleeve 10 follows the thermal expansion of the inner tube 61 and the center pipe 4, and the thermal expansion difference in the axial direction between the inner cylinder 2, the inner tube 61 and the center pipe 4 is alleviated. Therefore, as compared with the structure having no thermal sleeve, the thermal stress acting on the connecting portion between the inner cylinder 2 and the inner pipe 61 and the center pipe 4 is relieved. (B) Since the thermal sleeve 10 has a distance D between the thermal sleeve 10 and the inner tube 61, the inner tube 61 and the center pipe 4 can be inclined with respect to the axial direction. Therefore, the inclination of the inner pipe 61 and the center pipe 4 absorbs the thermal expansion of the inner pipe 61 in the horizontal direction. Accordingly, breakage of the connecting portion between the inner cylinder 2 and the inner pipe 61 and the center pipe 4 is prevented.

[サーマルスリーブの長さ]
図3は、サーマルスリーブの長さと熱膨張差との関係を示すグラフである。同図は、蒸気発生器1の定常運転時(定格時)および異常運転時(異常時)における一次冷却材出入口管の内管と外管との熱膨張差と、サーマルスリーブの長さLとの関係を示している。なお、異常運転時には、内管と外管との温度差が約50[℃]まで上昇する。
[Thermal sleeve length]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the thermal sleeve length and the difference in thermal expansion. The figure shows the difference in thermal expansion between the inner and outer pipes of the primary coolant inlet / outlet pipe during steady operation (rated) and abnormal operation (abnormal) of the steam generator 1, and the length L of the thermal sleeve. Shows the relationship. During abnormal operation, the temperature difference between the inner pipe and the outer pipe rises to about 50 [° C.].

図3に示すように、内管61と外管62との熱膨張差は、サーマルスリーブ10(スリーブ本体11)の長さLに比例して増加する。また、サーマルスリーブが設置されていない構成(L=0のとき)では、蒸気発生器1の定常運転時にて、内管61と外管62との熱膨張差が基準値(0)となり、異常運転時にて、内管61と外管62との熱膨張差が最も大きくなる。また、定常運転時および異常運転時のいずれにおいても、内管61と外管62との熱膨張差がサーマルスリーブの長さLに応じて増加する。この熱膨張差は、定常運転時および異常運転時のいずれにおいても、L=0のときの基準値に近い方が好ましい。一方、定常運転時の熱膨張差と異常運転時の熱膨張差との差は、サーマルスリーブの長さLが大きくなるほど減少する(グラフが近づいていく)。この熱膨張差の差は、その数値が小さいほど、定常運転時と異常運転時とのギャップが小さいため、好ましい。しかし、サーマルスリーブの長さLが大きすぎると、定格運転時における熱膨張差が基準値から遠ざかるため、好ましくない。   As shown in FIG. 3, the difference in thermal expansion between the inner tube 61 and the outer tube 62 increases in proportion to the length L of the thermal sleeve 10 (sleeve body 11). Further, in the configuration in which the thermal sleeve is not installed (when L = 0), during the steady operation of the steam generator 1, the difference in thermal expansion between the inner pipe 61 and the outer pipe 62 becomes the reference value (0), which is abnormal. During operation, the difference in thermal expansion between the inner tube 61 and the outer tube 62 is the largest. Further, in both the steady operation and the abnormal operation, the difference in thermal expansion between the inner tube 61 and the outer tube 62 increases according to the length L of the thermal sleeve. The difference in thermal expansion is preferably close to the reference value when L = 0 in both steady operation and abnormal operation. On the other hand, the difference between the thermal expansion difference during steady operation and the thermal expansion difference during abnormal operation decreases as the length L of the thermal sleeve increases (the graph approaches). As the difference in thermal expansion difference is smaller, the gap between steady operation and abnormal operation is preferably smaller. However, if the length L of the thermal sleeve is too large, the difference in thermal expansion during rated operation is far from the reference value, which is not preferable.

そこで、この蒸気発生器1では、サーマルスリーブを有さない構成における定常運転時の内管と外管との熱膨張差を基準(0)とするときに、定常運転時の熱膨張差と異常運転時の熱膨張差とが略等しくなるように、サーマルスリーブ10の長さL(=La)を設定することが好ましい(図3参照)。これにより、内管61と外管62との熱膨張差による影響が効果的に緩和される。   Therefore, in this steam generator 1, when the difference in thermal expansion between the inner tube and the outer tube during steady operation in a configuration without a thermal sleeve is used as a reference (0), the difference in thermal expansion during steady operation and an abnormality It is preferable to set the length L (= La) of the thermal sleeve 10 so that the difference in thermal expansion during operation is substantially equal (see FIG. 3). Thereby, the influence by the thermal expansion difference of the inner tube 61 and the outer tube 62 is effectively relieved.

なお、定常運転時の熱膨張差と異常運転時の熱膨張差との関係は、サーマルスリーブ10の長さLだけでなく、連結管130との接続部からサーマルスリーブ10との接続部までの内管61の長さ、サーマルスリーブ10を構成する高線膨張材の材質などによっても調整できる。   The relationship between the thermal expansion difference during steady operation and the thermal expansion difference during abnormal operation is not only the length L of the thermal sleeve 10 but also from the connection portion with the connecting pipe 130 to the connection portion with the thermal sleeve 10. It can also be adjusted by the length of the inner tube 61, the material of the high linear expansion material constituting the thermal sleeve 10, and the like.

[変形例]
図4および図5は、図1に記載した蒸気発生器の変形例を示す説明図である。これらの図において、図1に記載した蒸気発生器1と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Modification]
4 and 5 are explanatory views showing a modification of the steam generator shown in FIG. In these drawings, the same components as those of the steam generator 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

この変形例にかかる蒸気発生器1では、一次冷却材出入口管6の外管62が外胴3の側部下方に設置されている(図4および図5参照)。また、内管61が、この外管62の位置から内胴2に挿入されて鉛直上方に湾曲し、その上端部にて、内胴2の内部に設置されたセンターパイプ4の底部に溶接されて接続されている。   In the steam generator 1 according to this modification, the outer pipe 62 of the primary coolant inlet / outlet pipe 6 is installed below the side of the outer body 3 (see FIGS. 4 and 5). Further, the inner pipe 61 is inserted into the inner cylinder 2 from the position of the outer pipe 62 and is bent vertically upward, and is welded to the bottom of the center pipe 4 installed inside the inner cylinder 2 at its upper end. It is connected.

また、サーマルスリーブ10が内胴2と内管61との接続部に設置されている。具体的には、一方のスリーブ端部12が、内管61の直線部と湾曲部との境界部(接続部)に挿入されて溶接されている。また、他方のスリーブ端部12が、内胴2の側部に形成された内管61の挿入口に溶接されている。そして、これらのスリーブ端部12、12の間にスリーブ本体11が嵌め込まれて溶接されている。このとき、スリーブ本体11が内管61に対して同軸上に位置し、その長手方向を水平方向に向けて配置されている。   Further, the thermal sleeve 10 is installed at a connection portion between the inner body 2 and the inner tube 61. Specifically, one sleeve end portion 12 is inserted and welded to a boundary portion (connecting portion) between the straight portion and the curved portion of the inner tube 61. The other sleeve end 12 is welded to the insertion port of the inner tube 61 formed on the side of the inner body 2. The sleeve main body 11 is fitted and welded between the sleeve end portions 12 and 12. At this time, the sleeve main body 11 is coaxially positioned with respect to the inner tube 61 and is arranged with its longitudinal direction oriented in the horizontal direction.

蒸気発生器1の異常運転時には、内管61と外管62との熱膨張差により、内胴2と内管61との接続部が内胴2に対して内管61の軸方向(水平方向)に変位する。このとき、内胴2と内管61とが高熱膨張材料から成るサーマルスリーブ10を介して接続されるので、サーマルスリーブ10(スリーブ本体11)が内管61の軸方向に大きく熱膨張できる。すると、サーマルスリーブ10が内管61の熱伸びに追従して、内胴2と内管61との熱膨張差が緩和される。したがって、サーマルスリーブを有さない構造と比較して、内胴2と内管61との接続部に作用する熱応力が緩和される。これにより、内胴2と内管61およびセンターパイプ4との接続部の破損が防止される。   During abnormal operation of the steam generator 1, due to the difference in thermal expansion between the inner tube 61 and the outer tube 62, the connecting portion between the inner cylinder 2 and the inner tube 61 is axially connected to the inner cylinder 2 (horizontal direction ). At this time, since the inner body 2 and the inner tube 61 are connected via the thermal sleeve 10 made of a high thermal expansion material, the thermal sleeve 10 (sleeve body 11) can be largely thermally expanded in the axial direction of the inner tube 61. Then, the thermal sleeve 10 follows the thermal expansion of the inner tube 61, and the thermal expansion difference between the inner cylinder 2 and the inner tube 61 is alleviated. Therefore, the thermal stress acting on the connection portion between the inner cylinder 2 and the inner tube 61 is relieved as compared with a structure having no thermal sleeve. Thereby, damage to the connecting portion between the inner cylinder 2 and the inner pipe 61 and the center pipe 4 is prevented.

[効果]
以上説明したように、この蒸気発生器1は、一次冷却材の流路を構成する内胴2および外胴3と、この流路に一次冷却材を流通させるための一次冷却材出入口管6とを備える(図1および図4参照)。また、一次冷却材出入口管6が内管61および外管62から成る二重管構造を有し、内管61が内胴2に接続されると共に外管62が外胴3に接続された構造を有する。そして、内胴2と内管61とがサーマルスリーブ10を介して接続される(図1、図2、図4および図5参照)。
[effect]
As described above, the steam generator 1 includes the inner cylinder 2 and the outer cylinder 3 constituting the flow path of the primary coolant, and the primary coolant inlet / outlet pipe 6 for circulating the primary coolant through the flow path. (Refer to FIG. 1 and FIG. 4). The primary coolant inlet / outlet pipe 6 has a double pipe structure including an inner pipe 61 and an outer pipe 62, and the inner pipe 61 is connected to the inner trunk 2 and the outer pipe 62 is connected to the outer trunk 3. Have The inner cylinder 2 and the inner tube 61 are connected via the thermal sleeve 10 (see FIGS. 1, 2, 4, and 5).

かかる構成では、内管61と外管62との間に熱膨張差が生じたときに、高熱膨張材料から成るサーマルスリーブ10(スリーブ本体11)が大きく熱膨張して、内胴2と内管61との熱膨張差を緩和する(図2および図5参照)。すると、サーマルスリーブを有さない構造と比較して、内胴2と内管61との接続部に作用する熱応力が緩和される。これにより、異常発生時における内胴2と内管61との接続部の破損が防止される利点がある。   In such a configuration, when a difference in thermal expansion occurs between the inner tube 61 and the outer tube 62, the thermal sleeve 10 (sleeve body 11) made of a high thermal expansion material greatly expands, and the inner cylinder 2 and the inner tube are expanded. The thermal expansion difference from 61 is reduced (see FIGS. 2 and 5). Then, the thermal stress acting on the connecting portion between the inner cylinder 2 and the inner tube 61 is relieved as compared with the structure without the thermal sleeve. Thereby, there exists an advantage by which the failure | damage of the connection part of the inner cylinder 2 and the inner pipe | tube 61 at the time of abnormality generation | occurrence | production is prevented.

また、上記の構成では、サーマルスリーブ10(スリーブ本体11)が内管61よりも高い線膨張係数を有する材料から成ることが好ましい。かかる構成では、内管61の熱膨張時にて、サーマルスリーブ10が内管61の熱伸びに適正に追従できる。これにより、異常発生時における内胴2と内管61との接続部の破損が効果的に防止される利点がある。   In the above configuration, the thermal sleeve 10 (sleeve body 11) is preferably made of a material having a higher linear expansion coefficient than the inner tube 61. In such a configuration, the thermal sleeve 10 can appropriately follow the thermal expansion of the inner tube 61 when the inner tube 61 is thermally expanded. Thereby, there exists an advantage by which the damage of the connection part of the inner cylinder 2 and the inner pipe | tube 61 at the time of abnormality occurrence is prevented effectively.

以上のように、この発明にかかる蒸気発生器は、異常発生時における内胴と内管との接続部の破損を防止できる点で有用である。   As described above, the steam generator according to the present invention is useful in that it can prevent damage to the connecting portion between the inner cylinder and the inner tube when an abnormality occurs.

1 蒸気発生器
2 内胴
21 上側開口部
22 内筒
3 外胴
4 センターパイプ
5 伝熱管群
6 一次冷却材出入口管
61 内管
62 外管
71 二次冷却材入口管
72 二次冷却材出口管
9 サポート
10 サーマルスリーブ
11 スリーブ本体
12 スリーブ端部
100 高温ガス炉
110 原子炉容器
120 蒸気発生器
130 連結管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam generator 2 Inner cylinder 21 Upper opening 22 Inner cylinder 3 Outer cylinder 4 Center pipe 5 Heat transfer tube group 6 Primary coolant inlet / outlet pipe 61 Inner pipe 62 Outer pipe 71 Secondary coolant inlet pipe 72 Secondary coolant outlet pipe 9 Support 10 Thermal sleeve 11 Sleeve body 12 Sleeve end 100 High-temperature gas reactor 110 Reactor vessel 120 Steam generator 130 Connecting pipe

Claims (2)

一次冷却材の流路を構成する内胴および外胴と、前記流路に一次冷却材を流通させるための一次冷却材出入口管とを備え、且つ、前記一次冷却材出入口管が内管および外管から成る二重管構造を有し、前記内管が前記内胴に接続されると共に前記外管が前記外胴に接続された構造を有する蒸気発生器であって、
前記内胴と前記内管とがサーマルスリーブを介して接続されることを特徴とする蒸気発生器。
An inner cylinder and an outer cylinder constituting a flow path of the primary coolant, and a primary coolant inlet / outlet pipe for allowing the primary coolant to flow through the flow path, and the primary coolant inlet / outlet pipe is an inner pipe and an outer pipe. A steam generator having a double-pipe structure composed of tubes, wherein the inner tube is connected to the inner cylinder and the outer tube is connected to the outer cylinder;
The steam generator, wherein the inner cylinder and the inner pipe are connected via a thermal sleeve.
前記サーマルスリーブが前記内管よりも高い線膨張係数を有する材料から成る請求項1に記載の蒸気発生器。
The steam generator according to claim 1, wherein the thermal sleeve is made of a material having a higher linear expansion coefficient than the inner tube.
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