JP2018502271A - 横置ｕ字伝熱管束を有する蒸気発生器の冷却材のヘッダおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧水型原子炉を有する原子力発電施設用の横置蒸気発生器において、伝熱管の取り付けにヘッダの外面を効率良く用いて、伝熱管固定用の穴間でヘッダのウォールブリッジの強度を確保し、伝熱管とヘッダとの接続部を密封する。【解決手段】横置きのＵ字伝熱管の束を含む蒸気発生器が備えた１次冷却材用ヘッダであって、肉厚の溶接容器として設計され、伝熱管束を固定可能に設計された円筒形の中央部、蒸気発生器の接続管を溶接可能に設計された円筒形の下部、蓋付きのマンホールとフランジ接続された円錐形のアダプタを含む円筒形の上部を含み、中央部の外径Ｄheadは次の不等式に基づいて選択されており、中央部では、伝熱管固定用の穴がジグザクに開いていることにより、隣接する穴の一方の縁から他方の縁まで、ヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上である。【数１】【選択図】 図１

Description

本発明は、電力事業に関するものであり、ロシア型加圧水型原子炉（ＶＶＥＲ）を有する原子力発電施設（ＮＰＰ）用の横置蒸気発生器に用いることができる。

蒸気発生器は、原子炉プラントの１次回路に不可欠な要素である。１次冷却材のヘッダと伝熱管束との接続は、蒸気発生器アセンブリの製造において最も複雑である。このアセンブリには高い回路間密度の要件が課される。これは、冷却材のヘッダの接続組み立て設計では、他の部品の密集性が失われて、１次冷却材の放射能汚染水が、２次回路の気水冷却材に浸入した場合、伝熱および当該他の部品の損傷の可能性を排除しなくてはならないことを意味する。この気水冷却材は、放射性物質が周囲に放出される可能性のある、原子力発電施設の原子炉プラントにおけるタービン、コンデンサー、ヒーターやその他の類似の構成部品を通じて循環するものである。

横置蒸気発生器に用いられる１次冷却材のヘッダは、一般的には厚みのある円筒状容器であって、その外径および壁厚はその長さに沿って変動する。ヘッダの中央円筒部分には、伝熱管の端を固定するための貫通穴が設けられている。ヘッダの円筒形の下部は、蒸気発生器の容器の接続管との溶接接続が可能なように設計されている。ヘッダの円筒形の上部は、内部へアクセスするためのハッチ（マンホール）を備えており、蓋付きの当該マンホールとフランジ接続された円錐形のアダプタを有する。

蒸気発生器の動作中に発生しうる主な課題は、フランジコネクタおよび１次冷却材のヘッダの構造的健全性の提供に関わるものである。
この蒸気発生器の製造において最も手間のかかる複雑な作業は、技術的観点からは、伝熱管束を１次冷却材用ヘッダに接続する作業である。この作業は、ヘッダの側壁の限られた面積に多数の深い貫通穴を狭い間隔で開け、続いてそれらの穴に伝熱管を挿入して密着させることを含む。多数の密集した深穴はヘッダの強度を低減させるので、側壁の壁厚が規定された蒸気発生器に設置可能な伝熱管の本数が制限される。伝熱管の本数が増加すれば、ヘッダの側壁の壁厚を大幅に増大しなければならない。

上記課題は、背景技術により異なる方法で解決される。
特許文献１には、フランジコネクタの構造的健全性に関わる課題の解決方法が開示される。当該文献によれば、蒸気発生器アセンブリは１次加熱冷却材のヘッダを含み、当該ヘッダは、蒸気発生器の容器の環状領域を形成するネックに配置されるフランジコネクタを有する。非常用１次加熱冷却材流量のアレスタが、上部キャビティのネックを容器の残りから分離する領域に取り付けられる。当該アレスタは、下方へ向けて先細るくさび形状の断面を有するシールリングとして設計される。

特許文献２には、ＮＰＰの原子炉プラントアセンブリにおいて用いられる別のシール装置が開示される。シールガスケットは、断面がＬ字型の二つのスプリットストップリングからなり、プレス加工された膨張黒鉛の箔からなるシール素子を有する。アセンブリのシールにおいて、円筒状面および端面の双方に膨張黒鉛製のホイルガスケットを用いれば、原子炉プラントにおける１次冷却材漏出の可能性を低減できる。

特許文献３には、蒸気発生器のヘッダ、管板および原子力発電施設や石油化学工場の他の装置部品に深い貫通穴を設ける技術が開示される。この方法には、ヘッドおよびステムからなる穴開け工具による予備的穴開けが含まれる。同時に、４ＭＰａ以上の圧力下で機械加工表面と穴開け工具との間の間隙に切削液を供給し、ヘッドおよびステムの内部チャネルを流れる切削液により、チップを除去する。最終的な表面機械加工を、上記ステムに取り付けられたリーマで行い、リーマ仕上げ方向前側に、ドリルで開けた穴からチップを除去する。リーマを穴から取り外して穴表面のバニシ仕上げを行う。最大４回のリーマ仕上げ中、リーマは回転速度を上回る速度で回転し、リーマ除去速度は加工送り速度を５％〜７％上回る。この方法を用いれば、残存する引張応力を有する表層の除去、穴の表面粗さの低減および伝熱管の接続における動作信頼性の向上が可能である。

特許文献４に開示される別の発明により、蒸気発生器の管状ヘッダに伝熱管の端を固定する課題が解決される。当該発明によれば、伝熱管の端はヘッダの内面上で予備膨張し、伝熱管は溶接され、流体の圧力により、ヘッダの壁厚を超えない範囲で大きく拡げられる。ヘッダの内面に近接する領域で伝熱管の前端が膨張し、続いてヘッダの外面に近接する領域で機械的口広げ加工を行う。伝熱管の前端は、駆動軸のトルクを制限した３−ローラエキスパンダで、機械的に丸めて膨張させる。その後、一次または二次遷移の流体の圧力により拡げられる。機械的に丸めた領域と流体の圧力により拡げられた領域との外径差は、伝熱管の外径の０．７５÷１％までに留めることとする。当該発明を適用すれば、接続の信頼性および耐久性が向上する。この方法は、必要以上に手間がかかる上に、伝熱管をヘッダに固定する一つの動作にのみ関わるものであり、ＶＶＥＲを有する原子力発電施設用の横置蒸気発生器の１次冷却材のヘッダの製造および組み立て工程に全面的に適用できるものではない。

特許文献５には、本発明が提案する技術的解決方法に最も近接類似する先行技術が開示される。当該先行技術は蒸気発生器の製造方法に関する。当該蒸気発生器は、容器および熱交換アセンブリを含み、当該熱交換アセンブリは、入口ヘッダおよび出口ヘッダならびに１次冷却材のヘッダおよびこれらヘッダに接続された横置伝熱管束を含む。水平な伝熱管は、水平方向には間隔（１．４４÷１．５５）ｄで、垂直方向には間隔（１．３５÷１．４０）ｄで取り付けられている。ここで、ｄは伝熱管の直径を表す。伝熱管を取り付けるためのこの間隔の範囲は、伝熱管束における伝熱管の密集した配列に制限なく適応可能である。しかしながら、伝熱管を密集して配列する場合に発生する、冷却材のヘッダにおける伝熱管の位置決めに関わる問題は、未解決のままである。すなわち、当該先行技術に従い、水平間隔１．４４・ｄおよび垂直間隔１．３５・ｄで伝熱管を密集して配列すると、冷却材のヘッダの穿孔部分の強度は確保されず、伝熱管束のバンク形成中に伝熱管をヘッダに容易に挿入することも保証されない。

ソ連発明者証第１２６７８４７号公報 ロシア実用新案第８４４９１号明細書 ロシア特許第２５１４３５９号明細書 ロシア特許第２５２４４６１号明細書 ロシア実用新案第３０９２８号明細書

本発明の目的は、Ｕ字伝熱管のバンドルを有する１次冷却材のヘッダの強度およびこれに固定される伝熱管の密集性と処理性とを維持し、伝熱管の充填レベルを向上しつつ、当該ヘッダを含む横置蒸気発生器アセンブリを製造することである。
本発明の技術的効果は、穿孔したヘッダの外面を伝熱管の挿入に最大効率で用いつつ、伝熱管取り付けのための穴間におけるヘッダの壁の交差接続の強度および伝熱管とヘッダとの接続の密封性を保証することである。

上記課題を解決する目的で請求されるヘッダは、横置きの伝熱管束を成す複数本のＵ字管を含む蒸気発生器が備えている１次冷却材用のヘッダであって、肉厚の溶接容器として設計されており、Ｕ字伝熱管の束（その中では伝熱管が、それらの間を垂直方向に伸びている流路（管間トンネル）によって分割されて複数の塊（バンク）にグループ分けされている。）を取り付けて固定することが可能であるように設計された、穴の開いた円筒形の中央部と、前記蒸気発生器の接続管を溶接することが可能に設計された円筒形の下部と、蓋付きのマンホールとフランジ接続された円錐形のアダプタを含む円筒形の上部とを含み、前記中央部の外径Ｄ_headは次の不等式に基づいて選択されることを特徴とする。ただし、前記中央部では、各伝熱管を固定するための穴がジグザクに開いており、隣接する穴の一方の縁から他方の縁まで、前記ヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上であるとする。

ここで、Ｓ_hは、前記伝熱管束が横置きの状態における伝熱管の間隔（ｍｍ）であり、Ｂ₂は、前記伝熱管束のうち前記ヘッダと対向する部分の幅（ｍｍ）であり、ｄは各伝熱管の外径（ｍｍ）であり、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ、前記伝熱管束の含む小さいバンク、大きいバンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数（本）であり、Ｒ_hは伝熱管の屈曲部の最小曲率半径（ｍｍ）である。

穴の一方の縁から他方の縁まで、前記冷却材のヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上である。これにより、全円周長に沿って伝熱管の端を溶接でき、接続部を密封できる。
各穴に固定された伝熱管は、オーステナイト系ステンレス鋼製の継目なし引抜管である。

前記伝熱管束の中で伝熱管をバンクに分けている管間トンネルは幅１００〜２５０ｍｍである。
前記伝熱管束には伝熱管を下から上に均等に詰めて、垂直方向において隣接する伝熱管の隙間が伝熱管の垂直間隔を超えないようにする。
ヘッダの容器の円筒形の中央部の外面には下から上に穴が設けられており、穿孔領域が形成される。穿孔領域の下端が成すくさび形の境界は、複数の穴が直線状に並んだ列の下端の集合である。この境界の含む平坦部分の長さは、各穴の直径ｄ_holeに対し、３（ｄ_hole＋６）ｍｍ以上である。ヘッダの残存応力が小さいため、蒸気発生器の信頼性要件を満たすように、この横断面の利用可能性および寸法が選択される。尖ったくさび形状の穿孔領域は、トレスライザーとなり得る。すなわち、ヘッダの容器において亀裂発生の要因となり得る。したがって、本発明のヘッダ設計には、尖った穿孔領域の構成を用いない。

蓋付きのマンホールとフランジ接続された部分は、膨張黒鉛製のガスケット、具体的には、プレス加工され、帯状のステンレス鋼で補強された黒鉛箔リングとして設計された熱膨張黒鉛製のガスケットを備えている。熱膨張黒鉛製のガスケットでシールするフランジ接続により、フランジ接続部に対するプレロード力を削減でき、冷却材のヘッダが応力を受けた状態を改善できる。

本発明の第二の目的は、横置きの伝熱管束を成す複数本のＵ字管を含む蒸気発生器に備えられる１次冷却材用のヘッダを製造する方法を提供することであって、当該方法は、２つの鍛造物とＵ字伝熱管とを製造するステップと、前記２つの鍛造物を組み合わせて溶接するステップと、ヘッダの中央部となる円筒部材に貫通穴をドリルで開けるステップと、Ｕ字伝熱管を複数のバンクにグループ分けし、それらの間を垂直方向に伸びる管間トンネルによって分割することにより、伝熱管束を組み立てるステップと、各伝熱管を前記円筒部材の穴に取り付けて、前記円筒部材の内面に丸めて溶接することにより当該穴に固定するステップとを備え、前記中央部の外径Ｄ_headは次の不等式に基づいて選択されることを特徴とする。ただし、前記中央部では、各伝熱管を固定するための穴がジグザクに開いており、隣接する穴の一方の縁から他方の縁まで、前記ヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上であるとする。

ここで、Ｓ_hは、前記伝熱管束が横置きの状態における伝熱管の間隔（ｍｍ）であり、Ｂ₂は、前記伝熱管束のうち前記ヘッダと対向する部分の幅（ｍｍ）であり、ｄは各伝熱管の外径（ｍｍ）であり、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ、前記伝熱管束の含む小さいバンク、大きいバンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数（本）であり、Ｒ_hは伝熱管の屈曲部の最小曲率半径（ｍｍ）である。

上記方法は、前記ヘッダの内面に伝熱管の端を全周溶接することにより前記ヘッダの円筒形の中央部の穴へ伝熱管を固定するステップと、前記ヘッダと当該ヘッダに挿入された伝熱管との隙間が閉じるまで、各伝熱管を流体の圧力で前記ヘッダの壁厚よりも大きく拡げ、前記ヘッダの外面付近では機械的に丸めさせるステップとを更に備える。

前記伝熱管束には伝熱管を下から上に均等に詰めて、垂直方向において隣接する伝熱管の隙間が伝熱管の垂直間隔を超えないようにする。前記ヘッダを前記蒸気発生器の容器内に設置する間、前記ヘッダの穿孔領域の高さが前記伝熱管束の中で最上列の管に対して設定された配置の上限を超えないようにするものとする。
冷却材のヘッダと、当該ヘッダの中央部にドリルで開けた穴に挿入される伝熱管束とを組み立てる場合、前記ヘッダの中央部の穴に挿入される伝熱管の屈曲部の曲率半径は少なくとも６０ｍｍであり、好ましくは１００ｍｍ以上であるものとする。曲半径を増大すれば、伝熱管の健全性および接続品質について渦電流探傷試験を行うために、電磁プローブを伝熱管に挿入することができる。伝熱管の健全性および冷却材のヘッダとの接続品質について完全な渦電流探傷試験が行えるため、信頼性および耐久性が改善される。

冷却材のヘッダの強度要件を満たすために、前記ヘッダの円筒形の中央部にドリルで穿孔した場合、前記ヘッダの中央部の外面のうち穴の開いた穿孔領域の面積は穴の総面積を、少なくとも２０％は超えることが、追加的に必要とされる。
本発明によれば、冷却材のヘッダの外径を、技術的効果の達成範囲内で選択できる。ヘッダの外径範囲内の低い値であっても、ヘッダの容器の外面に伝熱管の端を全周溶接することによって、伝熱管をヘッダに固定でき、その強度が保証される。ヘッダの外径範囲内の高い値であれば、蒸気発生器の組み立て処理性が保証される。すなわち、伝熱管束における全ての伝熱管を冷却材のヘッダに設けられた穴に挿入できる。

１次冷却材のヘッダの容器の断面図である。 １次冷却材のヘッダの容器の円筒形の中央部に設けられた穿孔領域を示す。 １次冷却材のヘッダの容器に設けられた穿孔領域の断面を詳細に示す。 二つの１次冷却材のヘッダを含む蒸気発生器アセンブリの断面であって、当該ヘッダはＵ字伝熱管を有し、当該伝熱管は、それらの間を垂直方向に延びている管間トンネルによって分割されて複数のバンクにグループ分けされている。 伝熱管が挿入された冷却材のヘッダの断面を詳細に示す。 １次冷却材のヘッダの容器の直径を示す。 横置蒸気発生器の容器の断面を示す。 ヘッダの側壁に設けられた穴に伝熱管が挿入された状態を示す。

図１に示すとおり、横置蒸気発生器の１次冷却材のヘッダ１は、肉厚の容器を本体として有する。ヘッダの円筒形の中央部２には、図２および図３の断面図に示す深穴３が設けられている。当該深穴３には、図４、図５および図８に示すように、伝熱管４の端が固定される。ヘッダの円筒形の下部５は、図７に示すように、蒸気発生器の容器７の接続パイプ６に溶接接続可能に設計される。ヘッダの上部分８は、内部アクセスのためフランジ接続される。当該上部分８は、蓋１０付きのマンホールとフランジ接続された円錐形のアダプタ９を含むよう設計される。

ヘッダ１の円筒形の中央部２には多くの穴３が設けられている。当該穴３は、Ｕ字伝熱管４のバンドルを取り付けおよび固定が可能なように設計されている。穴３において、伝熱管４は、それらの間を垂直方向に伸びている流路（管間トンネル）１３によって分割されて複数の塊（バンク）１１および１２にグループ分けされている。穴３は、ヘッダの円筒形の中央部２上にジグザグ配列される。

ヘッダの容器１の円筒形の中央部２に設けられた穴３は、下から上までその外面を満たす。穴３の列の上端および下端を図１の鎖線で示す。図５に示すヘッダ１の外径について、穿孔領域１４の下端が成すくさび形の境界は、複数の穴が直線状に並んだ列の下端の集合である。この境界の含む平坦部分１６の断面寸法は、３（ｄ_hole＋６）ｍｍ以上である。ヘッダの容器の領域にあるストレスライザーを除去して、ヘッダの容器の強度および信頼性を向上するためには、この横断面の利用可能性および寸法が必要である。

蓋付きのマンホールとフランジ接続された部分は、熱膨張黒鉛製の封止ガスケット１７を備えている。
横置きの伝熱管束を成すＵ字管４を有する１次冷却材のヘッダ１を含む蒸気発生器の組み立て方法には、２つの鍛造物の製造が含まれる。第１の鍛造物は、ヘッダ１の容器の円筒形の下部５および円筒形の中央部２を形成するよう設計される。第２の鍛造物は、ヘッダ１の円錐形の上部８を形成するよう設計される。そして、これら鍛造物が組み合わせて溶接される。ヘッダの容器の内面に、二層の耐食層１８を積層する。さらに、規定本数のＵ字伝熱管が製造される。ヘッダ１の円筒形の中央部２には、定型手順によりドリルで穴３が開けられる。伝熱管束は、Ｕ字伝熱管４と組み立てられる。伝熱管４は、それらの間を垂直方向に伸びている管間トンネル１３によって分割されて複数のバンク１１および１２にグループ分けされている。伝熱管４は、ヘッダ１の容器において、対応する穴３に挿入される。伝熱管４は１次冷却材のヘッダの穴に取り付けられて、続いてその端はヘッダ１の内面に丸めて全周溶接（リング溶接）される。リング溶接ジョイント１９を図８に示す。伝熱管４を流体の圧力でヘッダ１の壁厚Ｌよりも大きく拡げ、ヘッダ１の外面付近では機械的に丸めさせる。この拡張工程は、ヘッダの容器と伝熱管４との間隙（スプリット）が閉じられるまで行われる。

伝熱管４が固定された穴３の間でのヘッダ１のウォールブリッジ１９の強度および伝熱管とヘッダとの接続部を密封するため、また、伝熱管の取り付けに、穿孔したヘッダの外面をより効率的に用いるため、ヘッダの中央部（穿孔領域）の外径Ｄ_headを適切に選択する必要がある。
この目的のために、以下の経験的関係が用いられる。

ここで、Ｓ_hは、伝熱管束が横置きの状態における伝熱管の間隔（ｍｍ）である。
Ｂ₂は、伝熱管束のうち冷却材ヘッダと対向する部分の幅（ｍｍ）である。
ｄは、伝熱管の外径（ｍｍ）である。
ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ、伝熱管束の含む小さいバンク、大きいバンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数（本）である。

Ｒ_hは伝熱管の屈曲部の最小曲率半径（ｍｍ）である。
相関パラメーターの寸法を図２〜図４に示す。
ヘッダの円筒形の中央部では、伝熱管４を固定するための穴３がジグザグに開いている。隣接する穴３の一方の縁から他方の縁まで、ヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上であるとする。ヘッダ１を蒸気発生器の容器７に取り付ける際、その穿孔領域１４の高さは、蒸気発生器の伝熱管束において伝熱管の上段に設定された配置の限度を超えないものとする。

冷却材のヘッダと、当該ヘッダの円筒形の中央部２にドリルで開けた穴３に挿入される伝熱管束との組み立てにおいて、伝熱管の曲半径は、渦電流探傷試験およびこの組み立ての品質管理を確実に行うために、６０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上とする。
本発明のアセンブリは、原子力発電施設用の原子炉プラントの横置蒸気発生器の一部として動作する。

原子炉で加熱された１次冷却材は、１次冷却材用の入口ヘッダ１へ供給される。冷却材は入口ヘッダ１から束１１および１２に属する伝熱管４へ供給され、これらの伝熱管１５を通過し、伝熱面を通じて熱を、２次冷却材、すなわち沸騰水へ伝える。冷却材は１次冷却材用の出口ヘッダすなわち収集ヘッダ２０の中に収集され、循環ポンプによって出口ヘッダ２０から原子炉へ戻される。蒸気発生器の容器７は沸騰水により、動作中に維持されるべき熱交換管の上のある高さまで満たされている。水は給水供給用接続パイプ２１および給水供給分配装置によって蒸気発生器へ供給される。給水分配装置４から流出する水は沸騰水と混ざり合い、飽和温度まで加熱される。１次冷却材から伝わる熱は、蒸気発生器の配管の隙間において沸騰水の蒸発および蒸気の発生に費やされる。発生した蒸気は蒸気発生器の分離された部分へ上昇する。この部分は、自由空間、分離装置、またはこれら両方の組み合わせを含む。蒸気発生器の分離部分を通過後の蒸気は湿度が設計上の定格値である。蒸気はその後、蒸気発生器から汽水分離装置を通じて除去される。この装置は、蒸気除去用接続管２２、およびそれらの上流に取り付けられた穴あき天井板を含む。蒸気発生器で生成された蒸気は、発電設備の蒸気動力サイクルさらにに利用される。

蒸気発生器の動作中、１次冷却材のヘッダとＵ字伝熱管束とを接続するためには、第一に回路間密度を確保しなければならない。なぜならば、密集性が失われると、１次冷却材の放射能汚染水が、２次回路の気水冷却材に浸入してしまうからである。この気水冷却材は、放射性物質が周囲に放出される可能性のある、原子力発電施設の原子炉プラントにおけるタービンやその他の構成部品を通じて循環するものである。

本発明の技術的解決方法は、横置Ｕ字伝熱管束を有する蒸気発生器の冷却材のヘッダの設計およびその製造方法に関するものであって、当該技術的解決方法によれば、以下の通り技術的効果が達成される。伝熱管の取り付けに、穿孔したヘッダの外面をより効率的に用いるのであれば、伝熱管を固定するための穴間でヘッダ１のウォールブリッジ１９の強度が確保され、伝熱管とヘッダとの接続部が密封される。

実施例１
インライン配列した伝熱管を有する蒸気発生器を製造する。伝熱管束における伝熱管の水平間隔Ｓ_hは２７ｍｍである。伝熱管束の形成には、O１８ｍｍの伝熱管が用いられる。伝熱管の最小曲半径Ｒ_bは１２０ｍｍである。各バンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数ｎ₁およびｎ₂は、いずれも４４である。伝熱管をバンクに分けている管間トンネルの幅В₁およびВ₂は、いずれも２２０ｍｍである。

冷却材のヘッダの直径Ｄが１５１７ｍｍより小さい場合、例えば１５００ｍｍである場合、ヘッダの外面に沿った伝熱管の水平間隔は、以下の通りである。

原子炉を有する原子力発電施設の１次設備に特有の圧力設計値の場合、ヘッダの壁厚は２０５ｍｍとなる。
したがって、ヘッダの内面に沿った伝熱管の水平間隔について、以下の関係式が成立する。

ヘッダ内の伝熱管の間隙については、関係式δ＝Ｓ_in−ｄ＝２１−１８＝３ｍｍが成立する。隣接する伝熱管の間隙が３ｍｍである場合、伝熱管間を熱湯処理
して蒸気発生器を技術的に製造することはできないであろう。なぜならば、伝熱管と１次冷却材のヘッダとの接続部が密封されておらず、強度が与えられていないからである。
伝熱管束における一部の伝熱管の外径が１９８７ｍｍを超える場合、伝熱管をヘッダの穴に挿入することはできないであろう。なぜならば、曲がった伝熱管をヘッダの側面が乗り越えるだろうからである。曲がった伝熱管を穴に挿入することはできない。そして、蒸気発生器の伝熱管の充填レベル、蒸気発生器の伝熱面積およびその能力、ならびに技術的経済的性能指数は低下するであろう。

Claims (14)

1. 横置きの伝熱管束を成す複数本のＵ字管を含む蒸気発生器が備えている１次冷却材用のヘッダであって、肉厚の溶接容器として設計されており、
   Ｕ字伝熱管の束（その中では伝熱管が、それらの間を垂直方向に伸びている流路（管間トンネル）によって分割されて複数の塊（バンク）にグループ分けされている。）を取り付けて固定することが可能であるように設計された、穴の開いた円筒形の中央部と、
   前記蒸気発生器の接続管を溶接することが可能に設計された円筒形の下部と、
   蓋付きのマンホールとフランジ接続された円錐形のアダプタを含む円筒形の上部と
   を含み、
   前記中央部の外径Ｄ_headは次の不等式に基づいて選択されており、
   前記中央部では、各伝熱管を固定するための穴がジグザクに開いていることにより、隣接する穴の一方の縁から他方の縁まで、前記ヘッダの内面に沿った距離が５．５ｍｍ以上である
   ことを特徴とするヘッダ。
   

   

   ここで、Ｓ_hは、前記伝熱管束が横置きの状態における伝熱管の間隔（ｍｍ）であり、Ｂ₂は、前記伝熱管束のうち前記ヘッダと対向する部分の幅（ｍｍ）であり、ｄは各伝熱管の外径（ｍｍ）であり、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ、前記伝熱管束の含む小さいバンク、大きいバンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数（本）であり、Ｒ_hは伝熱管の屈曲部の最小曲率半径（ｍｍ）である。
2. 各穴に固定された伝熱管は、オーステナイト系ステンレス鋼製の継目なし引抜管であることを特徴とする請求項１に記載のヘッダ。
3. 前記伝熱管束の中で伝熱管をバンクに分けている管間トンネルは幅１００〜２５０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のヘッダ。
4. 前記蓋付きのマンホールとフランジ接続された部分は、膨張黒鉛製のガスケットを備えていることを特徴とする請求項１に記載のヘッダ。
5. 前記ガスケットを形成している膨張黒鉛は、プレス加工され、帯状のステンレス鋼で補強された箔であることを特徴とする請求項４に記載のヘッダ。
6. 前記中央部のうち穴の開いた穿孔領域は下端が、平坦部分を含むくさび形の境界を成していることを特徴とする請求項１に記載のヘッダ。
7. 前記穿孔領域の下端が成すくさび形の境界は、複数の穴が直線状に並んだ列の下端の集合であり、
   前記境界の含む平坦部分の長さは、各穴の直径ｄ_holeに対し、３（ｄ_hole＋６）ｍｍ以上である
   ことを特徴とする請求項６に記載のヘッダ。
8. 前記穿孔領域の面積は穴の総面積を、少なくとも２０％は超えていることを特徴とする請求項６に記載のヘッダ。
9. 横置きの伝熱管束を成す複数本のＵ字管を含む蒸気発生器に備えられる１次冷却材用のヘッダを製造する方法であって、
   ２つの鍛造物とＵ字伝熱管とを製造するステップと、
   前記２つの鍛造物を組み合わせて溶接するステップと、
   ヘッダの中央部となる円筒部材に穴をドリルで開けるステップと、
   Ｕ字伝熱管を複数のバンクにグループ分けし、それらの間を垂直方向に伸びる管間トンネルによって分割することにより、伝熱管束を組み立てるステップと、
   各伝熱管を前記円筒部材の穴に取り付けて、前記円筒部材の内面に丸めて溶接することにより当該穴に固定するステップと
   を備え、
   前記中央部の外径Ｄ_headは次の不等式に基づいて選択され、
   前記中央部では、各伝熱管を固定するための穴をジグザクに開けることにより、隣接する穴の一方の縁から他方の縁まで、前記円筒部材の内面に沿った距離を５．５ｍｍ以上にする
   ことを特徴とする方法。
   

   

   ここで、Ｓ_hは、前記伝熱管束が横置きの状態における伝熱管の間隔（ｍｍ）であり、Ｂ₂は、前記伝熱管束のうち前記ヘッダと対向する部分の幅（ｍｍ）であり、ｄは各伝熱管の外径（ｍｍ）であり、ｎ₁、ｎ₂はそれぞれ、前記伝熱管束の含む小さいバンク、大きいバンクにおいて水平方向の列に並ぶ伝熱管の本数（本）であり、Ｒ_hは伝熱管の屈曲部の最小曲率半径（ｍｍ）である。
10. 前記ヘッダの内面に伝熱管の端を全周溶接することにより前記ヘッダの中央部の穴へ伝熱管を固定するステップと、
    前記ヘッダと伝熱管との隙間が閉じるまで、各伝熱管を流体の圧力で前記ヘッダの壁厚よりも大きく拡げ、前記ヘッダの外面付近では機械的に丸めさせるステップと
    を更に備えた請求項９に記載の方法。
11. 前記伝熱管束には伝熱管を下から上に均等に詰めて、垂直方向において隣接する伝熱管の隙間が伝熱管の垂直間隔を超えないようにすることを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記ヘッダを前記蒸気発生器の容器内に設置する間、前記ヘッダの穿孔領域の高さが前記伝熱管束の中で最上列の管に対して設定された配置の上限を超えないようにすることを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記ヘッダの中央部の穴に挿入される伝熱管の屈曲部の曲率半径は少なくとも６０ｍｍであり、好ましくは１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
14. 前記ヘッダの中央部の外面のうち穴の開いた穿孔領域の面積は穴の総面積を、少なくとも２０％は超えていることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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