JP2012220043A

JP2012220043A - 蒸気発生器

Info

Publication number: JP2012220043A
Application number: JP2011083115A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kawakami; 亮一川上; Kengo Shimamura; 健吾嶋村; Tomoya Nakagawa; 知也中川; Tomoyuki Inoue; 智之井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20120113192A; KR101408551B1; EP2508799A1; US9182113B2; US20120247404A1; EP2508799B1

Abstract

【課題】仕切り板がなくても再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる蒸気発生器を提供する。
【解決手段】蒸気発生器は、胴部の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒と、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管を含む高温側伝熱管群及び低温側伝熱管群と、複数の伝熱管の端部を固定する管板と、蒸気と再循環二次冷却材とに分離する気水分離器と、二次冷却材を管群外筒内に再循環二次冷却材と隔離した状態で給水する給水路と、管群外筒の管板側には再循環二次冷却材を高温側伝熱管群に向けて注入する再循環二次冷却材注入部と、給水路から給水される二次冷却材を低温側伝熱管群に向けて注入する給水二次冷却材注入部と、を含み、二次冷却材又は再循環二次冷却材の相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に再循環二次冷却材注入部と給水二次冷却材注入部が規定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、蒸気発生器に関する。

エコノマイザ付き蒸気発生器とよばれる蒸気発生器は、再循環水及び供給水の各供給経路を分離し、伝熱管と共に管支持板に支持された仕切り板（分離ユニット）を設けている。このため、再循環水と供給水との混合を抑制し、熱効率が向上する（例えば、特許文献１）。

特公平２−１７７６２号公報

しかしながら、仕切り板は、管支持板及び管板への設置が複雑である。また、仕切り板が存在することで、蒸気発生器の胴部に管板上の検査を行う検査孔を複数設ける必要が生じる。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、仕切り板がなくても再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる蒸気発生器を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために蒸気発生器は、中空密閉形状をなす胴部と、前記胴部の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒と、前記管群外筒内に配設されて逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管を含む高温側伝熱管群及び低温側伝熱管群と、前記胴部内の水室側に固定されて前記複数の伝熱管の端部を固定する管板と、前記伝熱管を支持する複数の管支持板と、前記胴部内上部に設けられて蒸気と再循環二次冷却材とに分離する気水分離器と、二次冷却材を前記管群外筒内に前記再循環二次冷却材と隔離した状態で給水する給水路と、前記管群外筒の前記管板側には、前記再循環二次冷却材を前記高温側伝熱管群に向けて注入する再循環二次冷却材注入部と、前記給水路から給水される前記二次冷却材を前記低温側伝熱管群に向けて注入する給水二次冷却材注入部と、を含み、前記二次冷却材又は前記再循環二次冷却材の相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に前記再循環二次冷却材注入部と前記給水二次冷却材注入部が規定されていることを特徴とする。

これにより、仕切り板がなくても再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる。このため、高温側伝熱管群での蒸気温度が上昇しかつ低温側伝熱管群での蒸気温度が下降する。その結果、蒸気発生器は、伝熱効率を高めることができる。また、蒸気発生器は、仕切り板の組み立て工数、コストの負担を低減できる。

本発明の望ましい態様として、前記再循環二次冷却材注入部の開口面積と前記給水二次冷却材注入部の開口面積とが異なっていることが好ましい。これにより、再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記管板の表面であって、かつ前記高温側伝熱管群と前記低温側伝熱管群との間に、前記管板と前記管支持板との距離よりも短い整流部材が形成されていることが好ましい。これにより、再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる。また、整流部材は仕切り板と異なり管支持板を貫通する必要がないので、仕切り板を使う場合に比較して管支持板のコストを低減できる。

本発明の望ましい態様として、前記管支持板は、前記伝熱管が貫通する前記高温側伝熱管群の第１貫通孔と、前記伝熱管が貫通する前記低温側伝熱管群の第２貫通孔を有し、前記第１貫通孔の開口面積が前記第２貫通孔の開口面積よりも狭いことが好ましい。これにより、再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる。

本発明の望ましい態様として、前記伝熱管は、三角配列に配置されており、ピッチ／外径が１．４６より小さいことが好ましい。これにより、伝熱管が稠密に配列され、再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる。

本発明によれば、仕切り板がなくても再循環二次冷却材と給水路から給水される二次冷却材との混合を抑制できる蒸気発生器を提供することができる。

図１は、原子力プラントの構成を示す説明図である。図２は、図１に記載した原子力プラントの蒸気発生器の構成を示す説明図である。図３は、給水二次冷却材流路を説明する説明図である。図４は、実施形態１の蒸気発生器の一例を示す模式図である。図５は、管支持板の貫通孔の一例を示す模式図である。図６−１は、比較例の熱効率を説明するための説明図である。図６−２は、評価例の熱効率を説明するための説明図である。図７は、実施形態２の蒸気発生器の一例を示す模式図である。図８は、管板の上面の一例を示す模式図である。図９−１は、実施形態２の整流部材の一例を示す断面模式図である。図９−２は、図９−１の上面視模式図である。図１０は、実施形態３の管支持板の一例を示す模式図である。図１１は、管支持板の貫通孔の一例を示す模式図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、原子力プラントの構成を示す説明図である。図２は、図１に記載した原子力プラントの蒸気発生器の構成を示す説明図である。

原子力プラント１００には、例えば、加圧水型軽水炉原子力発電設備がある（図１参照）。この原子力プラント１００は、原子炉格納容器１１０、原子炉１２０、加圧器１３０、蒸気発生器１４０及びポンプ１５０が一次冷却材管１６０により順次連結されて、一次冷却材の循環経路（一次系循環経路）が構成される。また、蒸気発生器１４０とタービン２１０との間に二次冷却材の循環経路（二次系循環経路）が構成される。

この原子力プラント１００が有する原子炉１２０は、加圧水型軽水炉である。このため、一次系循環経路内の一次冷却材は、加圧器１３０で加圧されて圧力が所定の大きさに維持される。原子力プラント１００は、まず、一次冷却材が原子炉１２０で加熱された後、蒸気発生器１４０に供給される。次に、蒸気発生器１４０で一次冷却材と二次冷却材との熱交換が行なわれることにより、二次冷却材が蒸発して蒸気となる。そして、この蒸気となった二次冷却材がタービン２１０に供給されることにより、タービン２１０が駆動されて発電機２２０に動力が供給される。なお、蒸気発生器１４０を通過した一次冷却材は、一次冷却材管１６０を介して回収されて原子炉１２０側に供給される。また、タービン２１０を通過した二次冷却水は、復水器２３０で冷却された後に、二次冷却材管２４０を介して回収されて蒸気発生器１４０に供給される。

蒸気発生器１４０は、胴部１と、複数の伝熱管２と、気水分離器３と、湿分分離器４とを有する（図２参照）。胴部１は、略円筒形状かつ中空密閉構造を有し、長手方向を鉛直方向に向けて配置される。また、胴部１は、管板１１及び仕切り板１２により区画されてなる一対の水室１３、１４を底部に有する。この水室１３（１４）は、入口側ノズル１５（出口側ノズル１６）を介して一次冷却材管１６０に接続される。

伝熱管２は、略Ｕ字形状を有し、両端部を鉛直下方に向けて胴部１内に配置される。伝熱管２の両端部は管板１１に挿入されて拡管され、固定されている。また、伝熱管２の両端部は、入口水室１３及び出口水室１４に対してそれぞれ開口する。また、円筒形状を有する管群外筒５が胴部１内に配置され、この管群外筒５内に複数の伝熱管２が配置される。

また、管群外筒５内には、複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇが所定間隔を隔てて配列される。これらの管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇは、多孔板となっており、各伝熱管２が管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇを貫通している。また、管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇに設けられた貫通孔と、各伝熱管２との間には所定のクリアランスが設けられている。

また、管群外筒５は、胴部１の内壁に対して隙間を開けて配置される。気水分離器３は、給水を蒸気と熱水とに分離する装置である。この熱水は、管板１１方向へ回流し再循環する再循環二次冷却材となる。湿分分離器４は、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装置である。

この蒸気発生器１４０は、一次冷却材が入口側ノズル１５から入口水室１３に流入し、伝熱管２を通って出口水室１４に入り、出口側ノズル１６から外部に排出される。また、二次冷却材が給水管１７から胴部１内に導入されて管群外筒５内を通る。このとき、一次冷却材と二次冷却材との熱交換が行なわれて、二次冷却材が加熱される。つまり、蒸気発生器１４０は、熱交換器である。そして、この二次冷却材が気水分離器３及び湿分分離器４を通過することにより、二次冷却材の蒸気成分が取り出されてタービン２１０側に供給される。

図３は、給水二次冷却材流路を説明する説明図である。図４は、実施形態１の蒸気発生器の一例を示す模式図である。また、図３に示すように鉛直下方視断面の蒸気発生器１４０は、胴部１の内壁と、管群外筒５との間に給水管１７から給水される二次冷却材を流す給水二次冷却材流路７を有している。

また、上述したように一次冷却材Ｗｈが入口側ノズル１５から入口水室１３に流入し、伝熱管２を通って出口水室１４に入り、出口側ノズル１６から外部に排出される。略Ｕ字形状の伝熱管２内では、入口水室１３に近い一次冷却材Ｗｈが、熱交換に伴い出口水室１４に近い一次冷却材Ｗｃとなるに従い温度が低くなる。ここで、入口水室１３側の伝熱管群を高温側伝熱管群２０Ｈとし、出口水室１４側の伝熱管群を低温側伝熱管群２０Ｃとする。給水二次冷却材流路７は、給水２次冷却材隔離壁７ａと、流路端部７ｂとを有している。これにより、給水二次冷却材流路７は、再循環二次冷却材ｗｈが給水二次冷却材ｗｃと混合しないように、隔離している。また、給水二次冷却材流路７は、管群外筒５に沿って低温側伝熱管群２０Ｃの外半周分形成されており、給水管１７の位置から管板１１のある下方まで延出されている。本実施形態の蒸気発生器１４０は、給水管１７が給水二次冷却材流路７へ給水二次冷却材ｗｃを供給するようにしている。

図４に示すように、気水分離器３は、分離した再循環二次冷却材ｗｈを気水分離器３から管群外筒５の外周を経由し管板１１へ向かって排出する。管群外筒５は、管板１１側に再循環二次冷却材注入部５ｈが開口している。再循環二次冷却材注入部５ｈは、管群外筒５の半周に渡って一定の開口高さｔｈで開口している。再循環二次冷却材ｗｈは、管群外筒５の再循環二次冷却材注入部５ｈから管群外筒５内へ回流する。つまり、再循環二次冷却材注入部５ｈは、再循環二次冷却材ｗｈを高温側伝熱管群２０Ｈに向けて注入する。

給水管１７は、給水二次冷却材ｗｃを供給する。給水二次冷却材ｗｃは、給水二次冷却材流路７を通り、管板１１のある下方まで到達する。給水二次冷却材流路７は、再循環二次冷却材ｗｈが給水二次冷却材ｗｃと混合しないように、隔離している。給水二次冷却材流路７内側、かつ管群外筒５の管板１１側には、給水二次冷却材注入部５ｃが開口している。給水二次冷却材注入部５ｃは、管群外筒５の半周に渡って一定の開口高さｔｃで開口している。そして、給水二次冷却材注入部５ｃは、給水二次冷却材流路７から給水される給水二次冷却材ｗｃを低温側伝熱管群２０Ｃに向けて注入する。

給水二次冷却材ｗｃは、復水器２３０で冷却されているので、再循環二次冷却材ｗｈよりも一般的に温度が低くなる。給水二次冷却材ｗｃと再循環二次冷却材ｗｈとは、供給源が異なるので各々の流量は異なることが多い。例えば、給水二次冷却材ｗｃの流量：再循環二次冷却材ｗｈの流量は、１：２程度の比率となる。

給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈは、管群外筒５内に流入すると、伝熱管２の周囲を熱交換しながら気水分離器３に向かって上昇する。ここで、伝熱管２は、複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇにより、支持されている。図５は、管支持板の貫通孔の一例を示す模式図である。

例えば、管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇには、伝熱管２が貫通するための多数の貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０の形状は六角形状となっている。また、六角形状を形成する辺６１、６２、６３、６４、６５、６６のうち一つおきの辺６２、６４、６６には突出部６０ａ、６０ｂ、６０ｃが形成されている。また各貫通孔６０の配列は、いわゆるハニカム状配列にしている。これにより、貫通孔６０の開口面積を広くして圧損を低減しつつ、管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇの強度を確保することができる。

また、伝熱管２は、いわゆる三角配列となる。伝熱管２の中心間距離であるピッチＰは、例えば、２５．４ｍｍ以上２７ｍｍ以下、伝熱管２の外径は１９．０５ｍｍであることが好ましい。つまり、ピッチＰ／外径であるピッチと外径の比が１．４６より小さい。これにより、伝熱管２が稠密に配列され、給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈの混ざり合いが低減される。このように、伝熱管２は、外径／ピッチＰの比を小さくすることがより好ましい。

また、伝熱管２が貫通するための多数の貫通孔６０には、伝熱管２との間にクリアランス（隙間）が生じているので、給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈは、管板１１の表面より管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇを通過し、気水分離器３に向かって上昇する。

図６−１は、比較例の熱効率を説明するための説明図である。図６−２は、評価例の熱効率を説明するための説明図である。ここで、高温側とは管群外筒５内の高温側伝熱管群２０Ｈのある方を示し、低温側とは管群外筒５内の低温側伝熱管群２０Ｃのある方を示す。１次系温度とは、伝熱管２の一次冷却材Ｗｈ、Ｗｃの温度を示し、２次系温度とは管群外筒５内の二次冷却材（給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈ）の温度を示す。また、Ｕベント頂上とは、伝熱管２のＵ字湾曲部である。なお、縦軸に温度、横軸に高温側管板上面からの距離をとる。

比較例は、給水管１７が胴部１の全周に沿って延出されている。また、給水二次冷却材流路７はない。つまり、給水管１７が管群外筒５の全周に渡って給水二次冷却材ｗｃを給水し、給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈが混合されながら管群外筒５の管板１１側の開口部から流入する一般的な蒸気発生器である。評価例は、本実施形態の蒸気発生器１４０である。

図６−１及び図６−２では、斜線部が原子炉１２０から蒸気発生器１４０に伝達される総熱量となる。つまり、比較例と評価例とで取り扱う総熱量は同じである。蒸気発生器１４０は、タービン２１０への蒸気圧力を高めることがより好ましい。このため、蒸気温度を高めるために、二次冷却材の２次系温度の分布を変更することが好ましい。具体的には、図６−１の比較例に比べ、図６−２の評価例では高温側での蒸気温度を上昇させ、低温側の温度を下げている。

本実施形態の蒸気発生器１４０は、再循環二次冷却材ｗｈより低温な給水二次冷却材ｗｃが低温側伝熱管群２０Ｃに給水されるため、図６−１に比較して図６−２では給水温度が低下する。これにより、管群外筒５内の二次冷却材の温度は、低温側伝熱管群２０Ｃが高温側伝熱管群２０Ｈよりも低くなる。ここで、Ｕベント頂上付近に至る前に早期に給水二次冷却材ｗｃと再循環二次冷却材ｗｈとが混合されてしまうと、図６−１の比較例のように高温側の蒸気温度が低下してしまう。従来は、仕切り板等により、Ｕベント頂上付近に至る前に早期に給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈが混合されてしまうおそれを低減している。しかしながら、仕切り板は、組み立て工数、コストの負担が大きい。

本実施形態の蒸気発生器１４０は、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈの相対的な流量が大きい方の流速が遅くなるように、再循環二次冷却材注入部５ｈと給水二次冷却材注入部５ｃが規定されている。例えば、上述したように、給水二次冷却材ｗｃの流量：再循環二次冷却材ｗｈの流量は、１：２の比率となる場合、再循環二次冷却材注入部５ｈの開口面積：給水二次冷却材注入部５ｃの開口面積＝２：１とする。再循環二次冷却材注入部５ｈの開口面積と給水二次冷却材注入部５ｃの開口面積とを異ならせるには、例えば、開口高さを異ならせる。例えば、開口高さｔｈ：開口高さｔｃ＝２：１とする。このため、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈは、高温側伝熱管群２０Ｈ及び低温側伝熱管群２０Ｃの間で衝突する際の互いの流速の差が低減される。その結果、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈは、互いの混合が抑制された状態で、管板１１から気水分離器３へ向かう上昇流となる。

再循環二次冷却材注入部５ｈの開口面積と給水二次冷却材注入部５ｃの開口面積とを異ならせるには、例えば、再循環二次冷却材注入部５ｈ及び給水二次冷却材注入部５ｃを多孔板又はスリットを有する板材で形成し、孔率又はスリット面積を変えることで開口面積を異ならせることもできる。

上述したように、本実施形態の蒸気発生器１４０は、中空密閉形状をなす胴部１と、胴部１の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒５と、管群外筒５内に配設されて逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管２を含む高温側伝熱管群２０Ｈ及び低温側伝熱管群２０Ｃと、胴部１内の水室１３、１４側に固定されて複数の伝熱管２の端部を固定する管板１１と、伝熱管２を支持する複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇと、胴部１内上部に設けられて蒸気と再循環二次冷却材ｗｈとに分離する気水分離器３と、給水二次冷却材ｗｃを管群外筒５内に再循環二次冷却材ｗｈと隔離した状態で給水する給水二次冷却材流路７と、を含んでいる。管群外筒５は、再循環二次冷却材ｗｈを高温側伝熱管群２０Ｈに向けて注入する再循環二次冷却材注入部５ｈと、給水二次冷却材流路７から給水される給水二次冷却材ｗｃを低温側伝熱管群２０Ｃに向けて注入する給水二次冷却材注入部５ｃとを管板１１側に形成している。また、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈの相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に再循環二次冷却材注入部５ｈと給水二次冷却材注入部５ｃが規定されている。

これにより、仕切り板がなくても再循環二次冷却材ｗｈと給水二次冷却材ｗｃとの混合を抑制できる。このため、高温側伝熱管群２０Ｈでの蒸気温度が上昇しかつ低温側伝熱管群２０Ｃでの蒸気温度が下降する。その結果、本実施形態の蒸気発生器１４０は、伝熱効率を高めることができる。また、本実施形態の蒸気発生器１４０は、仕切り板の組み立て工数、コストの負担を低減できる。

（実施形態２）
図７及び図８は、実施形態２の蒸気発生器の一例を示す模式図である。図８は、管板の上面の一例を示す模式図である。本実施形態の蒸気発生器１４０Ａは、管板１１の表面に整流部材７０を有することに特徴がある。次の説明においては、実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図７に示すように、実施形態２の蒸気発生器１４０Ａは、管群外筒５内であって管板１１の表面に整流部材７０を形成している。図８に示すように、管板１１は、伝熱管２の両端部を鉛直下方に向けて固定しているので、高温側伝熱管群２０Ｈと、低温側伝熱管群２０Ｃの２領域が各々半月状に向かい合って区画されている。管板１１には、高温側伝熱管群２０Ｈと高温側伝熱管群２０Ｃの間に、伝熱管２が固定されていないチューブレーン１１Ａが形成されている。

整流部材７０は、例えば、複数の整流部材７１、７２、７３をチューブレーン１１Ａに沿って整列配置することで形成する。図９−１は、実施形態２の整流部材の一例を示す断面模式図である。図９−２は、図９−１の上面視模式図である。

整流部材７１、７２、７３は、同じ構造をしているので、整流部材７１を例示して説明する。図９−１に示す整流部材７１は、台座７５と、副整流板７６、７８と、主整流板７７とを含んでいる。台座７５は、管板１１に固定する基台である。台座７５は、副整流板７６、７８を上面で固定する。主整流板７７は、副整流板７６、７８間に挟持されている板状部材である。また、副整流板７６、７８も板状部材である。整流部材７１の管板１１の表面からの高さＴは、管板１１の表面から管支持板６Ａ迄の高さ（距離）より小さく（短く）なっている。このため、整流部材７０は、チューブレーン１１Ａに形成しても管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇと伝熱管２との組み立て工程に影響を与えるおそれがない。

図９−２に示すように、整流部材７１は、主整流板７７により、給水二次冷却材ｗｃと再循環二次冷却材ｗｈとを主整流板７７の境界で上方へ整流することができる。このため、チューブレーン１１Ａの上方での給水二次冷却材ｗｃと再循環二次冷却材ｗｈとの混合が低減される。その結果、高温側の蒸気温度を上昇させることができる。

図９−２に示すように、整流部材７１は、副整流板７６、７８により、チューブレーン１１Ａの延長方向の二次冷却材ｗｗの流れを低減できる。これにより、給水二次冷却材ｗｃと再循環二次冷却材ｗｈと混合する乱水流の発生を低減することができる。なお、整流部材７１は、副整流板７６、７８を省略し、台座７５により主整流板７７を固定する構造としてもよい。また、整流部材７０は、例えば、複数の整流部材７１、７２、７３で形成したが、チューブレーン１１Ａの延長方向に渡って長い１つの整流部材で形成してもよい。

上述したように、本実施形態の蒸気発生器１４０Ａは、中空密閉形状をなす胴部１と、胴部１の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒５と、管群外筒５内に配設されて逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管２を含む高温側伝熱管群２０Ｈ及び低温側伝熱管群２０Ｃと、胴部１内の水室１３、１４側に固定されて複数の伝熱管２の端部を固定する管板１１と、伝熱管２を支持する複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇと、胴部１内上部に設けられて蒸気と再循環二次冷却材ｗｈとに分離する気水分離器３と、給水二次冷却材ｗｃを管群外筒５内に再循環二次冷却材ｗｈと隔離した状態で給水する給水二次冷却材流路７と、を含んでいる。管群外筒５は、再循環二次冷却材ｗｈを高温側伝熱管群２０Ｈに向けて注入する再循環二次冷却材注入部５ｈと、給水二次冷却材流路７から給水される給水二次冷却材ｗｃを低温側伝熱管群２０Ｃに向けて注入する給水二次冷却材注入部５ｃとを管板１１側に形成している。また、管板１１の表面であって、かつ高温側伝熱管群２０Ｈと低温側伝熱管群２０Ｃとの間に、管板１１と管支持板６Ａとの距離よりも短い整流部材７０が形成されていることが好ましい。

これにより、再循環二次冷却材ｗｈと給水二次冷却材ｗｃとの混合を抑制できる。また、整流部材７０は仕切り板と異なり管支持板６Ａを貫通する必要がないので、仕切り板を使う場合に比較して管支持板６Ａのコストを低減できる。

本実施形態の蒸気発生器１４０Ａは、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈの相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に再循環二次冷却材注入部５ｈと給水二次冷却材注入部５ｃが規定されていることが好ましい。

これにより、仕切り板がなくても再循環二次冷却材ｗｈと給水二次冷却材ｗｃとの混合を抑制できる。このため、高温側伝熱管群２０Ｈでの蒸気温度が上昇しかつ低温側伝熱管群２０Ｃでの蒸気温度が下降する。その結果、本実施形態の蒸気発生器１４０は、伝熱効率を高めることができる。また、本実施形態の蒸気発生器１４０Ａは、仕切り板の組み立て工数、コストの負担を低減できる。

（実施形態３）
図１０は、実施形態３の管支持板の一例を示す模式図である。図１１は、管支持板の貫通孔の一例を示す模式図である。実施形態３における蒸気発生器１４０では、高温側の伝熱管群２０Ｈの貫通孔６９の開口面積が低温側の伝熱管群２０Ｃの貫通孔６０の開口面積よりも小さくなるようにすることに特徴がある。次の説明においては、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１０に示すように、管支持板６Ａは、略Ｕ字形状で折り返す伝熱管２の両端部を鉛直下方に向けて支持しているので、高温側の伝熱管群２０Ｈと、低温側の伝熱管群２０Ｃの２領域が各々半月状に向かい合って区画されている。

例えば、図１１に示す貫通孔６９は、三つ葉型（クローバー型）とよばれる孔形状をしている。貫通孔６９は、上述した図５に示す貫通孔６０と比較すると、開口面積が約３割程度小さくなる。このため、貫通孔６９は、上述した図５に示す貫通孔６０と比較すると、通過する給水二次冷却材ｗｃ及び再循環二次冷却材ｗｈに与える圧損が大きくなる。

実施形態３における蒸気発生器１４０は、例えば、管支持板６Ａが高温側の伝熱管群２０Ｈの領域に貫通孔６９を有し、低温側の伝熱管群２０Ｃの領域に貫通孔６０を有するように形成する。これにより、高温側伝熱管群２０Ｈの貫通孔６９の開口面積が低温側伝熱管群２０Ｃの貫通孔６０の開口面積よりも小さくなる。その結果、給水二次冷却材ｗｃは、再循環二次冷却材ｗｈよりも、気水分離器３に向かって上昇流通しやすくなる。なお、蒸気発生器１４０は、複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇを有している。複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇのうち、管板１１に近い管支持板６Ａ、又は管支持板６Ａ、６Ｂが高温側伝熱管群２０Ｈの領域に貫通孔６９を有し、低温側伝熱管群２０Ｃの領域に貫通孔６０を有するように形成することが好ましい。これにより、管群外筒５内の管板１１側で再循環二次冷却材ｗｈと給水二次冷却材ｗｃとの混合を抑制しやすくなる。例えば、管支持板６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇが高温側の伝熱管群２０Ｈの領域に貫通孔６０を有し、低温側の伝熱管群２０Ｃの領域にも貫通孔６０を有するように形成する。これにより、管支持板６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇのコストを低減することができる。

上述したように、本実施形態の蒸気発生器１４０は、中空密閉形状をなす胴部１と、胴部１の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒５と、管群外筒５内に配設されて逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管２を含む高温側伝熱管群２０Ｈ及び低温側伝熱管群２０Ｃと、胴部１内の水室１３、１４側に固定されて複数の伝熱管２の端部を固定する管板１１と、伝熱管２を支持する複数の管支持板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇと、胴部１内上部に設けられて蒸気と再循環二次冷却材ｗｈとに分離する気水分離器３と、給水二次冷却材ｗｃを管群外筒５内に再循環二次冷却材ｗｈと隔離した状態で給水する給水二次冷却材流路７と、を含んでいる。管群外筒５は、再循環二次冷却材ｗｈを高温側伝熱管群２０Ｈに向けて注入する再循環二次冷却材注入部５ｈと、給水二次冷却材流路７から給水される給水二次冷却材ｗｃを低温側伝熱管群２０Ｃに向けて注入する給水二次冷却材注入部５ｃとを管板１１側に形成している。また、管支持板６Ａ、又は管支持板６Ａ、６Ｂが高温側の伝熱管群２０Ｈの領域に第１貫通孔である貫通孔６９を有し、低温側の伝熱管群２０Ｃの領域に第２貫通孔である貫通孔６０を有するように形成することが好ましい。第１貫通孔である貫通孔６９の開口面積は、第２貫通孔である貫通孔６０の開口面積よりも狭くなっている。これにより、再循環二次冷却材ｗｈと給水二次冷却材ｗｃとの混合を抑制できる。

本実施形態の蒸気発生器１４０は、給水二次冷却材ｗｃ又は再循環二次冷却材ｗｈの相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に再循環二次冷却材注入部５ｈと給水二次冷却材注入部５ｃが規定されていることが好ましい。

上述した実施形態は加圧水型原子力プラントの熱交換器である蒸気発生器を例に説明してきた。ナトリウム等で原子炉炉心を冷却する高速炉型原子炉では、ナトリウム−水反応による影響を軽減するために、１次ナトリウム系と２次ナトリウム系を設けており、この２系統間の熱交換を行なう中間熱交換器を有する。２次ナトリウムの熱は蒸気発生器において水に熱伝達されて蒸気を得る。本実施形態の熱交換器は、高速炉型原子炉の中間熱交換器、及び蒸気発生器をも対象として含んでいる。

１胴部
２伝熱管
３気水分離器
５管群外筒
５ｃ給水二次冷却材注入部
５ｈ再循環二次冷却材注入部
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ管支持板
７給水二次冷却材流路
１１管板
１１Ａチューブレーン
１３、１４水室
１７給水管
２０Ｈ高温側伝熱管群
２０Ｃ低温側伝熱管群
６０、６９貫通孔
７０、７１、７２、７３整流部材
７７主整流板
１００原子力プラント
１１０原子炉格納容器
１３０加圧器
１４０蒸気発生器
１６０一次冷却材管
２１０タービン
２２０発電機
２３０復水器

Claims

中空密閉形状をなす胴部と、
前記胴部の内壁面と所定間隔をもって配設された管群外筒と、
前記管群外筒内に配設されて逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管を含む高温側伝熱管群及び低温側伝熱管群と、
前記胴部内の水室側に固定されて前記複数の伝熱管の端部を固定する管板と、
前記伝熱管を支持する複数の管支持板と、
前記胴部内上部に設けられて蒸気と再循環二次冷却材とに分離する気水分離器と、
二次冷却材を前記管群外筒内に前記再循環二次冷却材と隔離した状態で給水する給水路と、
前記管群外筒の前記管板側には、前記再循環二次冷却材を前記高温側伝熱管群に向けて注入する再循環二次冷却材注入部と、前記給水路から給水される前記二次冷却材を前記低温側伝熱管群に向けて注入する給水二次冷却材注入部と、を含み、
前記二次冷却材又は前記再循環二次冷却材の相対的な流量が大きい方の流速が遅くなる関係に前記再循環二次冷却材注入部と前記給水二次冷却材注入部が規定されていることを特徴とする蒸気発生器。
前記再循環二次冷却材注入部の開口面積と前記給水二次冷却材注入部の開口面積とが異なっている請求項１に記載の蒸気発生器。
前記管板の表面であって、かつ前記高温側伝熱管群と前記低温側伝熱管群との間に、前記管板と前記管支持板との距離よりも短い整流部材が形成されている請求項１又は２に記載の蒸気発生器。
前記管支持板は、前記伝熱管が貫通する前記高温側伝熱管群の第１貫通孔と、前記伝熱管が貫通する前記低温側伝熱管群の第２貫通孔を有し、前記第１貫通孔の開口面積が前記第２貫通孔の開口面積よりも狭い請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
前記伝熱管は、三角配列に配置されており、ピッチ／外径が１．４６より小さい請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気発生器。