JP2012251697A - Steam generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温の一次流体と熱交換することにより二次流体を蒸気にする蒸気発生器に関する。 The present invention relates to a steam generator that converts a secondary fluid into steam by exchanging heat with a high-temperature primary fluid.
加圧水型原子炉は、原子炉において核燃料を燃焼させ、加熱した一次流体(軽水)を循環させてこの燃焼熱を蒸気発生器に送る。そして、この一次流体は、蒸気発生器で熱交換して二次流体(軽水)を水蒸気にするとともに、原子炉に戻って核燃料の燃焼熱により再加熱される(例えば、特許文献1)。 The pressurized water reactor burns nuclear fuel in the nuclear reactor, circulates a heated primary fluid (light water), and sends this combustion heat to a steam generator. And this primary fluid is heat-exchanged with a steam generator, turns a secondary fluid (light water) into water vapor | steam, returns to a nuclear reactor, and is reheated with the combustion heat of nuclear fuel (for example, patent document 1).
この蒸気発生器から出力された水蒸気がタービンに送られて、水蒸気の熱エネルギーは、タービンの運動エネルギーに変換され、さらに発電機において電気エネルギーに変換される。そして、仕事を終えた水蒸気は、冷却されて凝縮して二次流体に復水し、蒸気発生器を循環する。 The steam output from the steam generator is sent to the turbine, and the thermal energy of the steam is converted into kinetic energy of the turbine, and further converted into electrical energy in the generator. The water vapor that has finished its work is cooled and condensed to condense into the secondary fluid, and circulate through the steam generator.
この蒸気発生器の出力を向上させるためには、一次流体の流量を増加させる必要がある。また、この一次流体の流量を増加させるためには、循環ポンプの動力を増大させることが考えられるが、その動力の増大は逆に熱効率の低下を招来する。 In order to improve the output of the steam generator, it is necessary to increase the flow rate of the primary fluid. In order to increase the flow rate of the primary fluid, it is conceivable to increase the power of the circulation pump. However, the increase in the power causes a decrease in the thermal efficiency.
このような事情の下、一次流体の流量を増加させて熱効率を向上させるためには、蒸気発生器の流路における一次流体の圧力損失を低減させることが考えられる。この流路における一次流体の圧力損失は、炉心、蒸気発生器の伝熱管に続きその入口室において、大きな割合を占めると考えられている。
しかし、これまでにおいて、蒸気発生器の入口室における一次流体の圧力損失を低減させる施策については、特に検討されていなかった。
Under such circumstances, in order to increase the flow rate of the primary fluid and improve the thermal efficiency, it is conceivable to reduce the pressure loss of the primary fluid in the flow path of the steam generator. The pressure loss of the primary fluid in this flow path is considered to occupy a large proportion in the inlet chamber following the core and the heat transfer tubes of the steam generator.
However, until now, no particular consideration has been given to measures for reducing the pressure loss of the primary fluid in the inlet chamber of the steam generator.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、入口室における一次流体の圧力損失を低減させることにより、原子炉の熱効率を向上させる蒸気発生器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a steam generator that improves the thermal efficiency of a nuclear reactor by reducing the pressure loss of the primary fluid in the inlet chamber.
本発明の蒸気発生器は、給水ノズルから二次流体を内部に入力し蒸気ノズルから蒸気を出力する外胴と、前記外胴の内部において一次流体を流動させて熱交換により前記二次流体を前記蒸気にする伝熱管と、前記伝熱管の一端に連通するよう前記外胴に内部形成された入口室へ前記一次流体を供給する供給ノズルと、前記外胴に接続した前記供給ノズルの接続部から前記伝熱管の一端の方向に向かって前記一次流体を案内する案内路と、を備えることを特徴とする。 The steam generator according to the present invention includes an outer cylinder that inputs a secondary fluid from a water supply nozzle and outputs steam from the steam nozzle, and flows the primary fluid inside the outer cylinder to exchange the secondary fluid by heat exchange. A heat transfer tube for making the steam, a supply nozzle for supplying the primary fluid to an inlet chamber formed in the outer body so as to communicate with one end of the heat transfer tube, and a connection part of the supply nozzle connected to the outer body And a guide path for guiding the primary fluid toward the one end of the heat transfer tube.
本発明により、入口室における一次流体の圧力損失を低減させることにより、原子炉の熱効率を向上させる蒸気発生器が提供される。 The present invention provides a steam generator that improves the thermal efficiency of a nuclear reactor by reducing the pressure loss of the primary fluid in the inlet chamber.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、蒸気発生器10は、給水ノズル14から二次流体6を内部に入力し蒸気ノズル11から水蒸気7を出力する外胴15と、この外胴15の内部において一次流体5を流動させて熱交換により二次流体6を水蒸気7にする伝熱管17と、この伝熱管17の一端に連通するよう外胴15に内部形成された入口室31へ一次流体5を供給する供給ノズル26(図2(A))と、外胴15に接続した供給ノズル26の接続部24から伝熱管17の一端の方向に向かって一次流体5を案内する案内路20と、を備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
外胴15は、円筒形を有し、タービンの復水器(図示略)から二次流体6が給水ノズル14より供給される。この外胴15の内面に沿って、ラッパー16が設けられている。給水ノズル14に供給された二次流体6は、外胴15とラッパー16との間の空間を通りぬけて熱交換領域18に導入される。
The
この熱交換領域18には、U字型の伝熱管17が多数設けられている(図1においては、一部のみが記載)。そして、このU字型の伝熱管17を高温側領域と低温側領域とに分離するように隔壁21が設けられている。
この隔壁21及び複数の伝熱管17は、熱交換領域18と入口室31及び出口室32とを仕切る管板22に設けられている。
This
The
伝熱管17の両端は、管板22に開口接続し、仕切板23で仕切られた入口室31と出口室32とにそれぞれ連通している。入口室31には、接続部24に設けられた給水ノズル14から高温に加熱された一次流体5が原子炉(図示略)から供給される。この一次流体5は、入口室31を経由して伝熱管17に流入し、出口室32に導かれる。出口室32に到達した一次流体5は、接続部25に設けられたノズル27(図2)から原子炉(図示略)に戻される。
Both ends of the
伝熱管17を通り抜ける一次流体5は、熱交換領域18に導入された二次流体6と熱交換して、二次流体6を加熱する。加熱された二次流体6は、一部が気化して気相と液相とが混合した気液二相流体となり、+z軸方向に流れてセパレータ13に導かれる。このセパレータ13は、気液二相流体の気相成分と液相成分とを分離して、湿分を含む蒸気である湿蒸気を生成する。この湿蒸気は、ドライヤ12に導入され、湿分が除去され乾燥した水蒸気7となり、蒸気ノズル11からタービン(図示略)に供給される。
The
図2(A)に示すように、蒸気発生器10における案内路20は、一次流体5の流動方向に向かって断面が拡張するように形成されている。そして、供給ノズル26は、接続部24から鉛直方向下側に延びている。
As shown in FIG. 2A, the
そして、案内路20の終端の形状は、図2(B)(図2(A)B−B水平断面)に示すように楕円に形成されたり、図2(C)に示すように複数の伝熱管17における一端の配置形状(図では、半円状)にオーバーラップするように形成されたりする。
The end shape of the
これにより、供給ノズル26から供給される一次流体5は、仕切板23等の入口室31の内壁に衝突することなく、伝熱管17の一端開口からその長さ方向に沿って流入する。したがって、入口室31の内部において一次流体5の流れによどみが形成されず、圧力損失の増加につながらない。よって、循環ポンプの動力を増大させることなく一次流体5の流量を増加させることができ、原子炉の熱効率を向上させることができる。
Thereby, the
さらに、案内路20は、一次流体5の平均流速をw、鉛直方向座標をz、定数をcとする場合、d(w2)/dz=cの式を満たす内面形状となることが望ましい。
これにより、案内路20の広がり部における一次流体5の圧力損失がさらに低下して、原子炉の熱効率が向上する。
Furthermore, it is desirable that the
Thereby, the pressure loss of the
(第2実施形態)
次に図3を参照して本発明における第2実施形態について説明する。なお、図3において図2と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
図3に示すように、第2実施形態に係る蒸気発生器10は、案内路20の終端の縁部分が入口室31の内壁に、例えば溶接点33等により結合している。そして、案内路20の裏側の空間に、振動を抑制する緩衝材34が充填されている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 that are the same as or correspond to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
As shown in FIG. 3, in the
一般に、入口室31には、一次流体5が10 m/s程度の流速で流入し、供給ノズル26を振動させる。案内路20の終端部分を入口室31の内壁に結合させたり、緩衝材34を充填したりすることによりこの振動を抑えることができる。この緩衝材34としては、例えばオイルやゴム、ステンレスの詰めものが適用される。
これにより、一次流体5の圧力損失がさらに低下して、原子炉の熱効率が向上する。
Generally, the
Thereby, the pressure loss of the
(第3実施形態)
次に図4を参照して本発明における第3実施形態について説明する。なお、図4において図2と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
図4に示すように、第3実施形態に係る蒸気発生器10は、伝熱管17の長さ方向に対し斜め方向から一次流体5が流入するように供給ノズル26が入口室31に連通している。
案内路20は、この一次流体5の流れ方向が伝熱管17の長さ方向に一致するような曲面を有しており、一次流体5が仕切板23に衝突して圧力損失が大きくなることを回避している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 that are the same as or equivalent to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
As shown in FIG. 4, in the
The
なお、第3実施形態において案内路20は、第1実施形態や第2実施形態で示したように、供給ノズル26の先端を拡張して形成されたものでなく、入口室31の底部に充填された案内部材35の側面により形成されている。
In the third embodiment, the
このような案内部材35が充填されることにより、入口室31の底部に死水領域が形成されないために、一次流体5の圧力損失の増大を回避して原子炉の熱効率を向上させる。なお、この案内部材35は取り外し可能な構造として、既存の蒸気発生器10に設置してその圧力損失を低減させることもできる。
By filling such a
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented within the scope of the common technical idea.
5…一次流体、6…二次流体、7…水蒸気、10…蒸気発生器、11…蒸気ノズル、12…ドライヤ、13…セパレータ、14…給水ノズル、15…外胴、16…ラッパー、17…伝熱管、18…熱交換領域、20…案内路、21…隔壁、22…管板、23…仕切板、24,25…接続部、26…供給ノズル、31…入口室、32…出口室、33…溶接点、34…緩衝材、35…案内部材。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記外胴の内部において一次流体を流動させて熱交換により前記二次流体を前記蒸気にする伝熱管と、
前記伝熱管の一端に連通するよう前記外胴に内部形成された入口室へ前記一次流体を供給する供給ノズルと、
前記外胴に接続した前記供給ノズルの接続部から前記伝熱管の一端の方向に向かって前記一次流体を案内する案内路と、を備えることを特徴とする蒸気発生器。 An outer cylinder that inputs a secondary fluid from a water supply nozzle and outputs steam from a steam nozzle;
A heat transfer tube that causes the primary fluid to flow inside the outer body and converts the secondary fluid into the vapor by heat exchange; and
A supply nozzle for supplying the primary fluid to an inlet chamber formed in the outer body so as to communicate with one end of the heat transfer tube;
A steam generator, comprising: a guide path that guides the primary fluid from a connection portion of the supply nozzle connected to the outer body toward the one end of the heat transfer tube.
前記案内路は、前記一次流体の流動方向に向かって断面が拡張するように形成されることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to claim 2,
The steam generator according to claim 1, wherein the guide path is formed so that a cross section expands in a flow direction of the primary fluid.
前記供給ノズルは、前記接続部から鉛直方向下側に延びることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to claim 1 or 2,
The steam generator, wherein the supply nozzle extends downward in the vertical direction from the connection portion.
前記案内路の終端の形状を楕円とするか又は複数の前記伝熱管における一端の配置形状にオーバーラップするように形成することを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to any one of claims 1 to 3,
A steam generator characterized in that an end shape of the guide path is an ellipse or overlaps with an arrangement shape of one end of the plurality of heat transfer tubes.
前記案内路の終端の縁部分が前記入口室の内壁に結合していることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to any one of claims 1 to 4,
A steam generator characterized in that an end edge portion of the guide path is coupled to an inner wall of the inlet chamber.
前記案内路の裏側の空間が充填されていることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to claim 5,
A steam generator, wherein a space on the back side of the guide path is filled.
前記案内路の裏側の空間は、振動を抑制する緩衝材が充填されていることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to claim 6.
The space behind the guide path is filled with a cushioning material that suppresses vibrations.
前記案内路は、前記一次流体の平均流速をw、鉛直方向座標をz、定数をcとする場合、d(w2)/dz=cの式を満たす内面形状であることを特徴とする蒸気発生器。 The steam generator according to any one of claims 2 to 7,
The steam is characterized in that the guide path has an inner surface shape satisfying the formula d (w 2 ) / dz = c, where w is an average flow velocity of the primary fluid, z is a vertical coordinate, and c is a constant. Generator.
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Cited By (4)
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WO2015035253A1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-03-12 | Enviro Power LLC | On-demand steam generator and control system |
US10598049B2 (en) | 2017-10-03 | 2020-03-24 | Enviro Power, Inc. | Evaporator with integrated heat recovery |
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2011
- 2011-06-01 JP JP2011123744A patent/JP2012251697A/en not_active Withdrawn
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WO2015035253A1 (en) * | 2013-09-05 | 2015-03-12 | Enviro Power LLC | On-demand steam generator and control system |
US10472992B2 (en) | 2013-09-05 | 2019-11-12 | Enviro Power LLC | On-demand steam generator and control system |
US11261760B2 (en) | 2013-09-05 | 2022-03-01 | Enviro Power, Inc. | On-demand vapor generator and control system |
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