JP2012220043A - 蒸気発生器 - Google Patents
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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
【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)。
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。
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。
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。
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。
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
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 (5)
- 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。
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FR2690224B1 (fr) * | 1992-04-15 | 1994-06-03 | Framatome Sa | Generateur de vapeur equipe d'un dispositif de deflection et de purge perfectionne. |
FR2690504B1 (fr) * | 1992-04-28 | 1994-06-03 | Framatome Sa | Generateur de vapeur a dispositif de distribution et de reparation de l'eau alimentaire et de l'eau de recirculation dans la partie secondaire. |
DE4227457A1 (de) * | 1992-08-19 | 1994-02-24 | Siemens Ag | Dampferzeuger |
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