JP2018504573A - 傾斜チューブシートを備えた蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

蒸気発生システムは、当該蒸気発生システムの二次冷却材を循環させるように構成された複数の伝熱チューブを含んでもよい。蒸気発生システムは、炉容器に熱的に結合されてもよく、炉容器は、一次冷却材を収容するように構成されてもよい。炉容器内部で発生された熱は、一次冷却材から二次冷却材に伝達されてもよい。当該蒸気発生システムは、複数の伝熱チューブと流体結合された傾斜チューブシートを更に含んでもよい。傾斜チューブシートは、非水平配向で、炉容器の壁に取り付けられてもよい。

Description

政府の利益

本発明は、エネルギ省によって付与された契約第ＤＥ−ＮＥ００００６３３の下で、政府の支援を用いて行われた。政府は、本発明について、一定の権利を有する。

この開示内容は、全体的に、蒸気発生システムを伴うシステム、装置、構造体、および方法に関する。

背景

効率的に蒸気発生器から電気を発生する能力を含む原子炉性能は、様々な設計面の配慮によって影響を受け、さもなければ悪影響を被る。例えば、蒸気発生器チューブの数、長さおよび壁厚は、蒸気発生器システムに伴う崩壊熱除去および流量に影響し得る。同様に、格納構造を伴う全ボリュームおよび壁厚は、発電所の正常動作圧または許容可能なシステム圧力を一部決定し得る。

効率と関係する設計面の配慮に加えて、発電所に関連した様々なシステム構成要素は、しばしば厳密な安全要求事項および規定コードを満たさなければならない。圧力下で含まれている液体および／または蒸気で動作する発電所は、過剰加圧事象又は事故中に故障から構成要素を守るために、一般的に、正常動作条件より過度となり得る圧力に耐えるように設計されている。

常に、安全要求事項および規定コードは、しばしば構成要素の更に強固な設計をもたらし、ある構成要素の製造で使用される材料の量は増加する傾向がある。構成要素の大きさ又は重量が増加するにつれ、原子炉モジュールの建設中に製造および輸送に関連するコストを同様に増加させ、ひいては、発電所、および発電所が発生するように設計された電気の全費用を増大させる。

本願は、これらおよび他の問題に対処する。

図１は、実施例に係る原子炉モジュールを図示する。 図２は、原子炉モジュールの為の、実施例に係る蒸気発生システムを図示する。 図３は、実施例に係る下部プレナムアセンブリの上面図を図示する。 図４は、図３の実施例に係る下部プレナムアセンブリの側面図を図示する。 図５は、一体化された炉容器チューブシートを備えた、実施例に係る炉容器システムを図示する。 図６は、図５の実施例に係る上部プレナムアセンブリの拡大図を図示する。 図７は、図５の実施例に係る下部プレナムアセンブリの拡大図を図示する。 図８は、垂直チューブシートを備える実施例に係る蒸気発生システムの部分図を図示する。 図９は、実施例に係るチューブシートアセンブリの近接図を図示する。 図９Ａは、図９の実施例に係るチューブシートアセンブリの簡略化された部分上面図を図示する。 図１０は、実施例に係る伝熱チューブの曲げ構成を図示する。 図１１は、他の実施例に係る伝熱チューブの曲げ構成を図示する。 図１２は、傾斜チューブシートを備える実施例に係る蒸気発生システムの部分図を図示する。 図１３は、実施例に係るチューブシートアセンブリの近接図を図示する。 図１４は、実施例に係る穴パターンを備えたチューブシートアセンブリを図示する。 図１５は、更なる実施例に係る穴パターンを備えたチューブシートアセンブリを図示する。 図１６は、蒸気発生器を組み立てる為の実施例に係る方法を図示する。

詳細な説明

図１は、格納容器１０、炉容器２０，熱交換器４０を備える、実施例に係る原子炉モジュール１００を図示する。熱交換器４０は、一つ又は複数の蒸気発生器を備えてもよい。炉心５は、炉容器２０の底部分に位置されてもよい。炉心５は、例えば、数年の期間にわたって起こり得る制御された反応を発生させるように構成された一定量の核分裂物質を備えてもよい。

格納容器１０は、炉容器２０内部に含まれる一次冷却材１５の放出を妨害するように構成されてもよい。一部の実施例において、格納容器１０は、ほぼ円筒の形状でもよく、さらに／または、一つ又は複数の楕円、ドーム状、又は球状端を有してもよい。格納容器１０は、液体および／または気体が格納容器１０から漏れること、格納容器１０に入ることが許容されないように、溶接され、又は、他の方法で環境に対して密封されてもよい。様々な実施例において、炉容器２０および／または格納容器１０は、底部、上端部、その中心の周り、或いは、それらの組合せで支持されてもよい。

炉容器２０の内部表面は、冷却材および／または蒸気を含む湿った環境にさらされてもよく、炉容器２０の外部表面は一部の実施例における実質的に乾いた環境および／または動作モードにさらされてもよい。炉容器２０は、ステンレス鋼、他の種類の材料や組成、あるいは、これらの任意の組合せを備えてもよく、さらに／または、ステンレス鋼、他の種類の材料や組成、あるいは、これらの任意の組合せでできていてもよい。

格納容器１０は、格納領域１４内部で炉容器２０を実質的に囲んでもよい。格納領域１４は、一部の実施例および／または動作モードにおいて、乾燥、真空、さらに／または気体の環境を含んでもよい。格納領域１４は、炉容器２０および格納容器１０の間の熱伝達を高める気体および／または流体で少なくとも部分的に満たされてもよい。格納領域１４は、一定量の、空気、アルゴンのような貴ガス、他の種類の気体、これらの任意の組合せを含んでもよい。一部の実施例において、格納領域１４は、環境圧力または環境圧力未満、例えば、部分真空に維持されてもよい。他の実施例において、格納領域１４は、実質的に完全真空に維持されてもよい。格納容器１０内の気体または複数の気体は、炉モジュール１００の動作の前に排出および／または除去されてもよい。

一定の気体は、原子炉システム内部で受ける動作圧力の下で非凝縮性であるとみなされてもよい。これら非凝縮性気体は、例えば、水素および酸素を含んでもよい。緊急動作中、蒸気は、高レベルの水素を生み出すように燃料棒と化学的に反応してもよい。水素が空気または酸素と混合するとき、これは、可燃性混合物を作り出す。空気または酸素の実質的な部分を格納容器１０から除去することによって、混合が許容される水素と酸素の量を最小限に又は排除可能である。

格納領域１４に存在する任意の空気または他の気体は、緊急状態が検出されるとき、除去または排泄されてもよい。格納領域１４から排泄または排出される気体は、非凝縮性気体および／または凝縮性気体を含んでもよい。凝縮性気体は、格納領域１４の中にベントされる、どんな蒸気を含んでもよい。

緊急動作中、蒸気および／または水蒸気は、炉容器２０から格納領域１４にベントされてもよいが、格納領域１４にベントまたは放出可能な（水素のような）非凝縮性気体は、可燃性気体混合物を生じるには十分な量でないであろう。

したがって、一部の実施例において、格納領域１４には実質的に水素気体は蒸気と共にベントされないので、格納領域１４内部に存在し得る酸素と共に水素のレベルおよび／または量は、不燃性レベルに維持される。さらに、不燃性レベルの酸素−水素混合物は、水素再結合器を使用することなく維持されてもよい。一部の実施例において、炉容器２０から分離されたベント管路は、始動、加熱、冷却、および／または停止中に非凝縮性気体を除去するように構成されてもよい。

空気内の対流性熱伝達の除去は、絶対圧力の約５０トール（５０ｍｍＨＧ）で起こるが、対流性熱伝達の減少は、絶対圧力約３００トール（３００ｍｍＨＧ）で観察可能である。一部の実施例において、格納領域１４は、３００トール（３００ｍｍＨＧ）の圧力以下で設けられ、または維持されてもよい。他の実施例において、格納領域１４は、５０トール（５０ｍｍＨＧ）の圧力以下で設けられ、または維持されてもよい。格納領域１４は、炉容器２０および格納容器１０の間の対流性熱伝達および／または伝導性熱伝達の全てを実質的に抑制する圧力レベルで設けられ、さらに／または維持されてもよい。完全または部分的真空は、真空ポンプ、蒸気−空気噴射排出器、他の種類の排出装置、これらの任意の組合せを動作させることによって、提供され、さらに／または維持されてもよい。

真空または部分真空に格納領域１４を維持することによって、格納領域１４内部の水分が排除されてもよく、それによって、電気的、機械的コンポーネントを腐食または破損から保護する。さらに、真空または部分真空は、緊急動作中（例えば、過圧、過熱状況）に別のポンプや高架式保留タンクを使用することなく、格納領域１４内に冷却材を引いたり抜いたりする為に動作可能である。真空または部分真空は、燃料補給処理中、格納領域１４を冷却材で浸す又は満たす為の方法を提供するように動作されてもよい。

格納領域１４内部の真空は、炉モジュールの正常動作中、一種の断熱として作用してもよく、これによって、熱およびエネルギは、発電の為に連続して利用可能な炉容器内に保持される。その結果、炉容器２０の設計において、より少ない絶縁材料が使用可能である。一部の実施例において、在来の断熱材の代わりに、又は、従来の断熱材に加えて、反射断熱材が使用されてもよい。反射断熱材は、炉容器２０または格納容器１０の一方または両方に含まれてもよい。反射断熱材は、在来の断熱材と比較して、水害に強い。さらに、反射断熱材は、緊急状態中、在来の断熱材ほど、炉容器２０からの熱伝達を遅らせることはない。たとえば、炉容器２０の外部ステンレス鋼の表面は、格納領域１４内に位置する、どんな冷却材とも直接接触するようにしてもよい。

炉容器２０および格納容器１０の一方または両方は、燃料補給、停止、運搬のような作業の一定のモードの間、冷却材および／または水にさらされてもよい。一部の実施例において、格納容器１０は、水のプールまたは他の流体冷却材の内部に部分的または完全に沈められてもよい。さらに、炉心５は、水のような（ボロン、他の混和材を含み得る）一次冷却材１５内部に部分的または完全に沈められてもよい。

伝熱システム４０は、一つ又は複数の蒸気発生器および／または複数セットの伝熱チューブを備えてもよい。さらに、伝熱システム４０は、給水を含む二次冷却材および／または伝熱システム４０を通る蒸気を循環させるように構成された、一つ又は複数の下部プレナムアセンブリ５５および一つ又は複数の上部プレナムアセンブリ５０を備えてもよい。炉心５によって加熱された一次冷却材１５は、ライザセクション３０を通って上方に移動し、伝熱システム４０を伴う二次冷却材に熱を伝達してもよい。

図２は、実施例に係る蒸気発生システム２００を図示する。蒸気発生システム２００は、給水を含む二次冷却材および／または複数の伝熱チューブ２３０を通る蒸気を循環させるように構成されてもよい。一部の実施例において、二次冷却材は、蒸気発生システム２００を通り抜けてもよく、伝熱チューブ２３０内の二次冷却材と炉容器２５０内の一次冷却材との間の熱伝達のために過熱蒸気になってもよい。蒸気発生システム２００内の二次冷却材は、炉容器２５０内の一次冷却材から常に隔離し続けられてもよく、それらは、互いに混合すること、直接接触することが許容されない。

伝熱チューブ２３０は、炉容器２５０内部のライザカラム２４０を巻きつける多くの螺旋コイルを備えてもよい。加熱された一次冷却材は、ライザカラム２４０を通って上昇し、伝熱チューブ２３０の外部表面と接触させてもよい。一部の実施例において、炉容器２５０内部に位置する一次冷却材は、環境圧力を超えたままでもよいので、蒸発させることなく（すなわち、沸騰させることなく）高温を維持することが可能である。伝熱チューブ２３０内部の二次冷却材は、温度が上昇すると、二次冷却材は、沸騰および／または蒸気になり始めてもよい。

気化された冷却材は、蒸気発生システム２００の上部プレナムアセンブリ２１０から経由され、一つ又は複数のタービンを駆動してもよい。上部プレナムアセンブリ２１０は、蒸気発生システム２００の出口ポートに位置してもよい。凝縮後、二次冷却材は、蒸気発生システム２００の下部プレナムアセンブリ２２０に戻されてもよい。下部プレナムアセンブリ２２０は、蒸気発生システム２００の入力ポートに位置してもよい。伝熱チューブ２３０の供給端は、供給下部プレナムアセンブリ２２０まで経由してもよく、下部プレナムアセンブリ２２０は、少なくとも一部が、炉容器２５０およびライザカラム２４０の間の環状領域の内部で径方向に位置してもよい。

図３は、下部プレナムアセンブリ３００の平面図を図示する。一部の実施例において、下部プレナムアセンブリ３００は、図２の下部プレナムアセンブリ２２０と同様に動作するとみなされてもよい。下部プレナムアセンブリ３００は、入口３３０を備えてもよく、あるいは、供給プレナムアクセスポート３４０に二次冷却材を導入するように構成された供給ノズルを備えてもよい。供給プレナムアクセスポート３４０は、炉容器３２０内部に少なくとも一部が位置する供給プレナム３７０内を二次冷却材が通る為のアクセスを与えるように構成されてもよい。

さらに、下部プレナムアセンブリ３００は、カバープレート３５０を備えてもよく、カバープレート３５０は、供給プレナム３７０および／または供給プレナムアクセスポート３４０の内部分にアクセスを与えるように構成される。下部プレナムアセンブリ３００は、格納容器３１０内部に実質的に又は全体的に位置してもよい。一部の実施例において、炉容器３２０は、格納容器３１０から除去されるように構成されてもよく、カバープレート３５０は、整備、検査、設置のような一つ又は複数の作業中、供給プレナムアクセスポート３４０から除去されてもよく、さらに／または、供給プレナムアクセスポート３４０に組み込まれてもよい。

格納容器３１０およびカバープレート３５０および／またはカバープレート３５０を固定する為に使用される一つ又は複数のボルトは、熱成長、圧力による膨張、製作公差、地震動、設置、整備、検査、アクセシビリティおよび／または蒸気発生器及び／又は炉容器３２０の取扱事項に適応させる大きさでもよい。

図４は、図３の下部プレナムアセンブリ３００の側面図を図示する。入口３３０からの二次冷却材の供給フロー４１０は、複数の伝熱チューブ用チューブ端が位置し得るチューブシート４７０から一定の距離で供給プレナムアクセスポート３４０に入るように構成されてもよい。カバープレート３５０を供給プレナムアクセスポート３４０に取り付けることによって、本質的に全ての供給フロー４１０がチューブシート４７０に向けられてもよい。チューブシート４７０は、複数の貫通孔４９０またはチャネルを備えてもよく、これらを通って、二次冷却材は、チューブシート４７０を通り、伝熱チューブに入ってもよい。一部の実施例において、伝熱チューブのチューブ端は、貫通孔４９０に挿入され、および／または他の方法で貫通孔４９０と流体結合、機械的に結合、あるいは、構造的に結合されてもよい。

フロー制御装置４５０は、チューブシート４７０の次に装着またはチューブシート４７０と共に取り付けられてもよい。フロー制御装置４５０は、チューブシート４７０を通り抜ける二次冷却材のフローを調整、制限、修正、拡散、均一にするか、他の方法で、そのフローを制御する。一部の実施例において、フロー制御装置４５０は、貫通孔４９０の数に対応したフローリストリクタを持つプレートを備えてもよい。

チューブシート４７０は、入口から複数フィートに位置してもよい。この空間的分離は、フロー制御装置４５０の装着ハードウェアおよびフローリストリクタに衝突する二次冷却材の流速を緩和するように構成されてもよい。さらに、空間的分離は、同様に、二次冷却材が伝熱チューブに入る場所で、フロー混合、減速、静圧改善の機会を与えてもよい。一部の実施例において、空間的分離およびフロー制御装置４５０の損失係数の組合せが、各伝熱チューブへの二次冷却材の相対的に均一フローを容易にするように構成されてもよい。

図５は、一体型炉容器チューブシート５５０を備えた実施例に係る炉容器システム５００を例示する。一部の実施例において、一体型チューブシート５５０は、加圧器バッフルプレート、偏向器シールド、および／または蒸気発生器チューブシートに伴うような機能の一部または全部を行なってもよい。一体型チューブシート５５０は、炉容器システム５００の為のコンパクトな省スペース配置を与えるように構成されてもよい。

一部の実施例において、一体型チューブシート５５０は、炉容器５１０の上端部分に位置する完全ディスクおよび／または完全シートを備えてもよい。加圧器ボリューム５２０は、一体型チューブシート５５０の上方に位置してもよく、上部炉容器シェル、コンテナ、及び／又はヘッドの境界となってもよい。一体型チューブシート５５０は、加圧器バッフルプレートとして動作するように構成されてもよく、この加圧器バッフルプレートは、一体型チューブシート５５０の上方に位置する加圧器流体を、一体型チューブシート５５０の下方に位置する炉冷却材システム流体から分離する。一体型チューブシート５５０は、加圧器ボリューム５２０および炉冷却材システムの間で、流体ボリュームの交換を可能にするように構成されてもよい。一部の実施例において、当該システム５００は、別個の加圧器バッフルプレートを必要としなくてもよい。むしろ、一体型チューブシート５５０は、加圧器バッフルプレートと一体でもよい。

ライザ５４０は、一体型チューブシート５５０の下方で終わるか終端するように構成されてもよい。ライザ５４０の上の炉冷却材システムの流体フローは、一体型チューブシート５５０の下方で曲がり、複数の蒸気発生器チューブを過ぎてライザ５４０の外側近くで下降してもよい。一つ又は複数のヒータは、加圧器ボリューム５２０内に、例えば、一つ又は複数の上部プレナムアセンブリ６００を伴う蒸気発生器ドーム間に位置してもよい。一部の実施例において、ライザ５４０の高さ及び／又は当該システム５００を伴う制御棒の高さは、別個のバッフルプレートおよびチューブシートを備える炉モジュールと比較して、減じられてもよい。

システム５００は、炉容器５１０の為の熱制御システムを備えてもよい。一部の実施例において、一体型チューブシート５５０は、炉容器５１０の壁に取り付けられる実質的に円形状を有するプレートを備えてもよい。一体型チューブシート５５０は、上部炉容器領域および下部炉容器領域に炉容器５１０を分けるように構成されてもよい。上部炉容器領域は、加圧器ボリューム５２０および上部プレナムアセンブリ６００を含んでもよい。下部炉容器領域は、一次冷却材内に沈むライザ５４０および／または炉心と、一つ又は複数の下部プレナムアセンブリとを含んでもよい。一体型チューブシート５５０は、下部炉容器領域内部に位置する一次冷却材および加圧器ボリュームの間に、液体および／または熱バリアを与えるように構成されてもよい。

一体型チューブシート５５０および／または上部プレナムアセンブリ６００は、伝熱チューブを二次冷却システムおよび／または蒸気発生器に設置する前に、炉容器５１０に溶接されてもよい。一部の実施例において、一つ又は複数の下部プレナムアセンブリ７００は、伝熱チューブが設置された後、後で、溶接及び／又は設置されてもよい。伝熱チューブは、別個に、反転された炉容器５１０に下降され、上部プレナムアセンブリ６００の適用可能な蒸気プレナムチューブシートホールに挿入されてもよい。最外部カラムのチューブおよび関連するチューブ支持体のアセンブリが完了するとき、次のチューブカラムのアセンブリが始められ、次第に最内部カラムのチューブに動作する。チューブカラム及び関連するチューブ支持体は、全てのチューブ及び支持体が所定位置にくるまで、連続して設置されてもよい。

全ての伝熱チューブ及び支持体が所定位置になったら、下部プレナムアセンブリの少なくとも一部分が、蒸気発生器システムの最終設置の為に、組み立てられたチューブ端の上方に下降されてもよい。たとえば、下部プレナムアセンブリ７００は、チューブ端が対応するチューブシートに挿入された後、プレナムアクセスポートに溶接されるプレナムを備えてもよい。チューブ端がチューブシートに挿入された後の下部プレナムアセンブリ７００の設置は、伝熱チューブの塑性変形を減少または排除させてもよく、一方、固定されたチューブシートホールに整列する為に、チューブが押し込まれ、さもなければ、移動されなければならない場合、伝熱チューブの塑性変形が生じる場合がある。一部の実施例において、下部プレナムアセンブリ７００のような複数のプレナムアセンブリは、炉容器５１２０に別個に溶接されてもよい。

伝熱チューブの供給端は、炉容器５１０およびライザ５４０の間で、下部プレナムアセンブリ７００の一つ又は複数のチューブシートに挿入されてもよい。一部の実施例において、２つ以上の螺旋コイル蒸気発生器が環状領域を占有してもよい。各蒸気発生器は、２つ以上の供給プレナムおよび２つ以上の蒸気プレナムであって、チューブが接続されるものを備えてもよい。さらに、各蒸気発生器は、チューブの２１個以上のカラムを備えてもよい。一部の実施例において、２１個のカラムより少なくてもよい。連続したカラムのチューブは、下部プレナムアセンブリ７００のような下部供給プレナムから、上部プレナムアセンブリ６００のような上部蒸気プレナムまで、交互に、時計回りおよび反時計回りに巻くように構成されてもよい。さらに、各カラムのチューブは、各供給プレナムで始まる同数のチューブ、したがって、蒸気発生器の各々からの同数のチューブを含んでもよい。更なる実施例によって、最外部カラムのチューブは、合計で８０以上のチューブ、各供給プレナムから２０以上のチューブ、このため、各蒸気発生器から少なくとも４０本のチューブを備えてもよい。

図６は、図５の実施例に係る上部プレナムアセンブリ６００の拡大図を図示する。一体型チューブシート５５０は、炉容器５１０の壁に取り付けられた実質的に水平なプレートを備えてもよい。一体型チューブシート５５０は、炉容器５１０の内壁周辺部を用いてシールを与えるように構成されてもよい。さらに、一体型チューブシート５５０は、圧縮器バッフル部分６２０および蒸気発生器チューブシート部分６３０を含む、２つ以上の一体部分を備えてもよい。

圧縮器バッフル部分６２０は、炉容器５１０の内壁周辺部および一つ又は複数の蒸気発生器ドーム６６０のような複数の蒸気発生器ドームの境界となってもよい。蒸気発生器ドーム６６０は、プレナム／蒸気発生器ノズルアセンブリ６５０を伴ってもよい。一部の実施例において、蒸気発生器チューブシート部分６３０は、蒸気発生器ドーム６６０の内部および／または蒸気発生器ドーム６６０の下に位置してもよい。蒸気発生器ドーム６６０は、炉容器５１０の壁を通り抜ける為に、複数の伝熱チューブの為の通路を与える一つ又は複数のプレナムを伴ってもよい。

複数の伝熱チューブは、一体型チューブシート５５０に位置する多くの貫通孔を経て、一体型チューブシート５５０と接続されてもよい。貫通孔は、蒸気発生器チューブシート部分６３０を通り抜けるものとして図示されている。さらに、蒸気発生器ドーム６６０を伴う一つ又は複数のプレナムが、一体型チューブシート５５０に溶接および／または別の方法で取り付けられてもよい。複数の伝熱チューブは、一つ又は複数のプレナムの下方および／または蒸気発生器ドーム６６０の下方で、一体型チューブシート５５０と接続されてもよい。伝熱チューブは、蒸気発生システムからの二次冷却材が、一体型チューブシート５５０を通り抜けて、炉容器５１０の下部炉容器領域に入ることを可能にするように構成されてもよい。

一体型チューブシート５５０は、多数のオリフィス６７０を備えてもよいが、多数のオリフィス６７０は、圧縮機バッフル部分６２０を通り抜けるものとして図示され、一次冷却材が一体型チューブシート５５０を通り抜けて炉容器５１０の上部炉容器領域に入ることを可能にし、更に、炉容器５１０の下部炉容器領域に戻って再循環することを可能にする。一つ又は複数のオリフィス６７０は、例えば、閉鎖位置において、一次冷却材が一体型チューブシート５５０を通り抜けることを妨害するように構成されてもよい。一部の実施例において、一次冷却材および二次冷却材の両方は、混じり合うことなく、さらに／または互いに混合することが可能にされることなく、一体型チューブシート５５０を通り抜ける。

一体型チューブシート５５０は、硬いプレートを備えてもよい。さらに、一体型チューブシート５５０は、クラッド低合金鋼、SA-508低合金鋼、ステンレス鋼、他の種類の材料、または、それらの組合せから実質的に成る、又は、これらを備えてもよい。一部の実施例において、一体型チュ０−部シート５５０は、完全溶込溶接によって炉容器５１０に接続されてもよい。一体型チューブシート５５０は、同様の組成を有する炉容器に溶接されてもよい。同様の種類の材料および／または組成を溶接することによって、別の方法であれば炉容器５１０の動作中に現れる熱応力を最小限に抑えるように動作し得る。

一体型チューブシート５５０および炉容器５１０の間の溶接は、炉容器内壁の内壁から数ｃｍに位置し、溶接部の為の空間を与え、さらに／または、溶接による最外部のチューブホールの歪みを最小限に抑えてもよい。一部の実施例において、炉容器「バンプアウト」、または、増加した直径の面積は、溶接面積を収容する為に設けられてもよい。伝熱チューブの端は、炉容器の中心の方に移動されてもよく、さらに／または溶接空間の追加量を最小限に抑えるか排除する為に曲げられてもよい。たとえば、伝熱チューブは、炉容器壁から離れて曲げられ、それらが更なる内側の一体型チューブシート５５０と交わってもよい。相対的に大きな一体型チューブシート５５０は、プレナム／蒸気発生器ノズルアセンブリ６５０内部の伝熱チューブを終端する方法および場所について、より一層の柔軟性を与えてもよい。

一体型チューブシート５５０の上端部の比較的大きな一体型アクセス空間は、溶接、コンポーネント設置、機器レイダウン、検査のためのアクセスを与えるように構成されてもよい。蒸気ドーム溶接部へのアクセスは、プレナムの２つ以上の側面から与えられてもよく、例えば、蒸気ドームカバーを通って、さらに／または加圧器ヒータ開口部を通って与えられてもよい。

一部の実施例において、一体型チューブシート５５０および関連するチューブは、炉容器５１０の内側で組み立てられてもよい。チューブ支持体の為の径方向片持ち梁は、一体型チューブシート５５０の下に適合するように構成されてもよく、一部の実施例において、支持バーは、片持ち梁および／または一体型チューブシート５５０直下に溶接されてもよい。支持バーの一体型チューブシート５５０への溶接は、圧力境界溶接部を減らすか、排除し、支持バーに対し、より一層の剛性を与えてもよい。

一体型チューブシート５５０は、炉容器５１０の外径部を通り抜けるように構成されてもよい。一部の実施例において、一体型チューブシート５５０は、一体型フランジを含んでもよく、これらの一体型フランジは、上部および下部容器シリンダに溶接される。下部シリンダは、伝熱チューブを挿入する前に、一体型チューブシート５５０のフランジに溶接されてもよい。一部の実施例において、配管作業は、容器の内側で行われてもよい。一体型チューブシート５５０は、実質的に円筒状のディスクを備えてもよく、この実質的に円筒状のディスクは、炉容器５１０の内径部でリング状の肉盛り部に溶接される。溶接は、伝熱チューブを挿入する前に完了してもよい。一部の実施例において、一体型チューブシート５５０は、炉心を通った一次冷却材のフロー及び／又は再循環を容易にするため、下部炉容器領域に隣接した、楕円形、ドーム形、凹形または半球形に成形された下部表面を備えてもよい。

図７は、図５の実施例に係る下部プレナムアセンブリ７００の拡大図を図示する。下部プレナムアセンブリ７００は、入口７３０または供給ノズルを備え、これらは、供給プレナムアクセスポート７４０に二次冷却材を導入するように構成されている。供給プレナムアクセスポート７４０は、炉容器５１０内部に少なくとも一部が位置する供給プレナム７６０に二次冷却材が入るアクセスを与えるように構成されてもよい。チューブシート７７０の表面または面は、少なくとも一部が供給プレナム７６０に囲まれてもよい。さらに、下部プレナムアセンブリ７００は、カバープレート７５０を備えてもよく、このカバープレート７５０は、供給プレナム７６０および／または供給プレナムアクセスポート７４０の内部分にアクセスを与えるように構成される。

供給プレナム７６０は、伝熱チューブがチューブシート７７０に挿入された後、炉容器の壁に、さらに／または供給プレナムアクセスポート７４０に溶接されてもよい。供給プレナム７６０および関連する溶接物は、Ni-Cr-Fe合金６９０（合金６９０）を備えてもよく、或いは、これから製作されてもよい。一部の実施例において、合金６９０のリング状溶接肉盛り部は、下部プレナムアセンブリ７００の設置を容易にするため、炉容器５１０の内部表面に付けられてもよい。

供給プレナムアクセスポート７４０は、炉容器５１０に溶接可能なフランジ付き領域を含む鋼合金構造体を備えてもよい。供給プレナムアクセスポート７４０は、ステンレス鋼で覆われてもよい。入口７３０は、供給パイプを備えてもよく、この供給パイプは、数インチの直径を有し、供給プレナムアクセスポート７４０に取り付けられている。

図８は、一つ又は複数のチューブシートアセンブリ８５０を備える実施例に係る蒸気発生システム８００の部分図を図示する。一つ又は複数のチューブシートアセンブリ８５０は、炉容器８２０に個別に溶接されてもよい。さらに、システム８００は、図６の上部プレナムアセンブリ６００に類似した一つ又は複数の上部チューブシートアセンブリを備えてもよい。一部の実施例において、一つ又は複数の上部チューブシートアセンブリは、図５の一体型チューブシート５５０に類似した一体型チューブシートを備えてもよい。

さらに、システム８００は、チューブシートアセンブリ８５０に対し径方向外側の伝熱チューブの供給端を経由するように構成された一つ又は複数の蒸気発生器８３０を備えてもよい。蒸気発生器８３０は、螺旋状コイル伝熱チューブを備えてもよく、この螺旋状コイル伝熱チューブは、炉容器８２０およびライザアセンブリの間で、上部炉容器内の環状領域を占有する。

図９は、図８の一つ又は複数のチューブシートアセンブリ８５０と同様に構成可能な、実施例に係るチューブシートアセンブリ９００の近接図を図示する。チューブシートアセンブリ９００は、複数の貫通孔９９０またはチャネルを備えた実質的に垂直なチューブシート９７０を備えてもよく、二次冷却材は、複数の貫通孔９９０またはチャネルを通って、垂直チューブシート９７０を通り抜け、伝熱チューブ９９５に入ってもよい。垂直チューブシート９７０は、チューブシート４７０の略水平配向から約９０°に傾斜されたチューブシートを備えてもよい。

チューブシートアセンブリ９００は、アクセスポート９４０に二次冷却材を導入するように構成された入口９３０または供給ノズルを備えてもよい。アクセスポート９４０は、伝熱チューブ９９５に二次冷却材を入れる為のアクセスを与えるように構成されてもよい。フロー制御装置９７５は、垂直チューブシート９７０に隣接して位置し得る。一部の実施例において、垂直チューブシート９７０は、数インチまたは最大約２分の１フィートの厚さであってもよい。垂直チューブシート９７０は、例えば、伝熱チューブ９９５が挿入可能な一面または両面および／またはアクセスポート９４０に面する面に被覆材を備えてもよい。さらに、垂直チューブシート９７０は、実質的に円形形状であってもよい。

一部の実施例において、フロー制御装置９７５は、一つ又は複数のフローリストリクタを備えてもよく、このフローリストリクタは、チューブシートの一面に取り付けられた一つ又は複数の装着プレートに取り付けられ、挿入され、あるいは、他の方法で形成される。フローリストリクタは、各伝熱チューブ９９５の入口および／または貫通孔９９０で使用され、チューブを通る流量を安定化させてもよい。

図４の入口３３０と比較して、入口９３０は、チューブシート９７０の面に、かなり密接して位置してもよい。一部の実施例において、冷却材の入口供給フロー速度は、フロー制御装置９７５の底縁部にほぼ直接衝突し、その表面を越えて行ってもよい。穿孔されたフロー分配器９８０は、フロー制御装置９７５に取り付けられてもよいが、フロー制御装置９７５における局部速度を減少させ、チューブ入口付近に、より均一なフロー速度を与えるように利用されてもよい。フロー分配器９８０は、入口９３０近くのアクセスポート９４０の底部分に位置してもよい。

さらに、チューブシートアセンブリ９００は、カバープレート９５０を備え、カバープレート９５０は、アクセスポート９４０の内部分にアクセスを与えるように構成される。チューブシートアセンブリ９００は、格納容器９１０内部に実質的に位置するか、全体的に位置してもよい。一部の実施例において、カバープレート９５０は、整備、検査、設置のような一つ又は複数の作業中、アクセスポート９４０から除去、および／またはアクセスポート９４０に設置されてもよい。格納容器９１０の内部表面およびカバープレート９５０の間、あるいは、格納容器９１０の内部表面およびアクセスポート９４０にカバープレート９５０を固定する為に使用される一つ又は複数のボルト９５５の間の公称間隙９６０は、熱的成長、圧力による膨張、製作公差、地震動、設置、整備、検査、アクセシビリティ、および／または炉容器９２０および／または伝熱チューブ９９５の取扱事項に適応させる大きさでもよい。一部の実施例において、公称間隙９６０は、約２分の１インチでもよい。

チューブシートアセンブリ９００および／または垂直チューブシート９７０は、炉容器壁９２０に取り付けられ、さらに／または溶接される。チューブシートアセンブリ９００は、第１溶接表面９２１で炉容器壁９２０に溶接されてもよい。第１溶接表面９２１は、炉容器壁９２０の垂直表面に、比較的大きな直径の溶接部を備えてもよい。一部の実施例において、チューブシートアセンブリ９００は、代わりの第２溶接表面９２２で炉容器に溶接されてもよい。第２溶接表面９２２は、アクセスポート壁９４５に比較的小さな直径の溶接部を備えてもよい。また更なる実施例において、垂直チューブシート９７０は、代わりの第３溶接表面９２３でアクセスポート壁９４５に溶接されてもよい。

伝熱チューブ９９５は、蒸気発生器アセンブリから垂直チューブシート９７０までの移行するように構成されてもよい。９インチ未満の最小チューブ曲げ半径は、移行長にわたって特定されてもよい。一部の実施例において、最小チューブ曲げ半径は、約７インチでもよい。最小チューブ曲げ半径は、チューブの曲げ残留引張応力を限定するように構成され、運転中の応力腐食割れの可能性を減少させ、構造保全に対する管楕円形制限（tubing ovality limit）を満たすことを容易にし、さらに／またはチューブ検査を容易にしてもよい。

約１インチの伝熱チューブ９９５は、十分に挿入された熱チューブを備えた垂直チューブシート９７０から外に延びるチューブの直線部分として構成されてもよい。チューブの直線の長さは、移行曲げ部の開始部が垂直チューブの面から幾分の距離に位置すること、そこで、貫通孔９４０にチューブを設置／挿入する間のチューブ膨張による残留応力を伝熱チューブ９９５が受けることを確実にするように構成されてもよい。さらに、チューブの直線の長さは、伝熱チューブ９９５の、この膨張移行領域の検査を容易にするように構成されてもよい。

図９Ａは、図９の実施例に係るチューブシートアセンブリ９００の簡略化された部分上面図を図示する。格納容器９１０は、湾曲した内部表面を含むものとして示され、カバープレート９５０は、略垂直または平坦プレートとして示されている。したがって、一部の実施例において、カバープレート９５０および格納容器９１０の間の公称間隙９６０は、カバープレート９５０の側面に存在またはカバープレート９５０の近くに存在するものとして理解されてもよい。たとえば、公称間隙９６０は、カバープレート９５０の側面と比較して、中心から更に遠い格納容器９１０の湾曲した内部表面の結果として、カバープレート９５０のほぼ中心からとられた間隙９６５より小さくてもよい。

図１０は、炉容器１０１０に取り付けられた実施例に係るチューブシート１０４０を含む、実施例に係る伝熱チューブの曲げ構成１０００を図示する。チューブシート１０４０は、実質的に垂直チューブシートとして構成されてもよい。他の実施例において、チューブシート１０４０は、傾斜チューブシートとして構成されてもよい。伝熱チューブ１０３０は、チューブシート１０４０に、挿入、さらに／または他の方法で流体結合、機械的に結合、または、構造的に結合される一セットの螺旋形状チューブとして構成または配置されてもよい。第１セットの移行屈曲部１０３２は、蒸気発生器システムの螺旋部分から実質的に垂直配向へと、伝熱チューブ１０３０を経由するように構成されてもよい。一部の実施例において、第１セットの移行屈曲部１３２は、伝熱チューブ１０３０の螺旋部分と同一の螺旋平面に含まれてもよい。さらに、第２セットの移行屈曲部１０３４は、チューブシート１０４０における挿入のため、垂直配向から実質的水平配向へと、伝熱チューブ１０３０を経由するように構成されてもよい。

一部の実施例において、第１セットの移行屈曲部１０３２および第２セットの移行屈曲部１０３４は、伝熱チューブ１０３０をチューブシート１０４０の貫通孔に整列させる単一の複合屈曲部に結合されてもよい。単一複合屈曲部は、伝熱チューブ１０３０への検査プローブの挿入および回収に対する抵抗が小さくなるように構成されてもよい。

各垂直グループの伝熱チューブ１０３０は、チューブシート１０４０における水平行の貫通孔に移行するように構成されてもよい。チューブシート１０４０における水平行の貫通孔は、チューブシート１０４０の直径を最小限に抑える為に三角形ピッチパターンに配置されてもよい。一部の実施例において、チューブシート１０４０の直径は、約２フィートでもよい。さらに、貫通孔の間隔またはピッチは、約１インチ以下でもよい。約６インチの最小チューブ曲げ半径は、伝熱チューブ１０３０をチューブシート１０４０まで経由させるように曲げ構成１０００を伴ってもよい。さらに、移行屈曲部１０３２，１０３４の至る所で最小チューブ間隔は、約４分の１インチでもよい。

図１１は、炉容器１０１０に取り付けられた実施例に係るチューブシート１１４０を含む、他の実施例に係る伝熱チューブ曲げ構成１１００を図示する。一部の実施例において、チューブシート１１４０は、一体型チューブシートを備えてもよい。さらに、チューブシート１１４０は、炉容器１０１０の内側表面の溶接肉盛り部に溶接された実質的に円形チューブシートを備えてもよい。チューブシート１１４０は、炉容器１０１０の壁に取り付けられた傾斜プレートまたは実質的垂直プレートを備えてもよい。複数の伝熱チューブ１１３０は、プラナム１１００に位置する多数の貫通孔を通り抜けてもよい。一部の実施例において、チューブシート１１４０は、炉容器１０１０の壁の一部分を形成してもよい。

伝熱チューブ１１３０のアセンブリは、炉容器１０１０の内側で作動してもよい。さらに、チューブシート１１４０は、伝熱チューブ１１３０が組み立てられた後、伝熱チューブ１１３０の端まで下げられてもよい。チューブシート１１４０は、炉容器内部に位置する第２チューブシートと共に使用されてもよい。例えば、伝熱チューブ１１３０の第１端は、チューブシート１１４０と流体結合および／または構造的に結合され、伝熱チューブ１１３０の第２端は、第２チューブシートに流体結合および／または構造的に結合されてもよい。第２チューブシートは、様々な本願の図で図示されているように、一つ又は複数の上部チューブシートとほぼ同一の、炉容器内部の場所に位置してもよい。第２チューブシート及びチューブシート１１４０は、熱交換器を組み立てる前に炉容器に溶接されてもよい。一部の実施例において、チューブシート１１４０は、慣例のノズル挿入型溶接を用いて、炉容器に溶接されてもよい。

炉容器１０１０は、チューブ組立の為に反転されてもよく、伝熱チューブは、チューブシート１１４０に挿入されてもよい。一つ又は複数の蒸気エンドチューブ支持片持ち梁は、チューブ組立前に一体型プレートの下側に溶接されてもよい。さらに、一つ又は複数の供給端チューブ支持片持ち梁は、チューブ組立前に炉容器１０１０に溶接されてもよい。

蒸気発生器の組立は、伝熱チューブ１１３０の蒸気エンドが上部プレナムを伴うチューブシートに挿入され、伝熱チューブ１１３０の供給端がチューブシート１１４０に挿入された状態で、最外カラムのチューブから徐々に最内カラムのチューブへと進めてもよい。さらに、チューブ支持体は、熱交換器の組立中、カラム毎に設置されてもよい。伝熱チューブ１１３０の供給端は、チューブシート１１４０への設置中に圧縮されてもよい。

図１０の曲げ構成１０００は、第１に、チューブを螺旋から垂直平行に曲げること、続いて、第２に、チューブシートの方を指す水平配向に曲げることによって、伝熱チューブの垂直グループの各々が螺旋配向からチューブシート上の水平行の貫通孔に移行するように構成されてもよいが、曲げ構成１１００は、曲げ構成１０００と比較されるように、例えば、複合屈曲部１１３２を経て、各垂直グループの伝熱チューブ１１３０を、螺旋部分から、より直接的にチューブシート１１４０上の「弧状」パターン１１５０に曲げることによって構成されてもよい。

一部の実施例において、各垂直グループの伝熱チューブ１１３０は、チューブシート１１４０上の円弧１１５０の貫通孔に移行するように構成されてもよい。チューブシート１１４０における貫通孔は、チューブ束の螺旋部分における対応する伝熱チューブ１１３０よりも密接に離間されてもよい。

図１０の曲げ構成１０００および図１１の曲げ構成の片方または両方において、一部のチューブ変形は、炉容器の内側に伝熱チューブを持ち込み、チューブシート貫通鋼を通して挿入するようにチューブ端を位置決めする為の組立中に起こり得る。続く実施例の一部は、図１１に図示された様々なコンポーネントを参照するが、本願に示された更に／又は他に記載された他のチューブシート及びアセンブリは、図１０において説明されたものを含み、同様に構成されてもよい。

伝熱チューブ１１３０は、チューブシート１１４０のリム１１６０を離れるように構成されてもよい。一部の実施例において、伝熱チューブ１１３０の少なくとも一部は、より緩やかな曲げ移行部を与えるようにリム１１６０を通り抜けるように構成されてもよい。更なる他の実施例において、チューブシートは、リムの考慮すべき問題を効率良く除去する為に、炉容器１１１０の内壁に位置し、または、内壁の内側に位置してもよい。

チューブシート１１４０が組み立てられ、チューブ組立後に炉容器１１１０に溶接される場合、伝熱チューブ１１３０に対するいかなる変形も、炉容器内側のチューブ配置に限定され、これは、チューブの塑性ひずみを招くことなく達成されてもよい。一部の実施例において、チューブシート１１４０は、最終位置に適合され、全てのチューブが所定位置に組み立てられた後、溶接される。たとえば、伝熱チューブ１１３０の全ては、チューブシート１１４０をその最終的に組み立てられた位置に移動する前に、それらの、それぞれの貫通孔に挿入されてもよい。

更なる他の実施例において、チューブシート１１４０は、その最終的に設置される場所のアウトボードに径方向に多少の距離で一時的に固定されてもよい。このようにチューブシート１１４０を位置決めすることにより、チューブシート１１４０における対応した貫通孔にチューブ端の約１インチが挿入され、伝熱チューブ１１３０が別個に組み立てられてもよい。この方法は、チューブシート１１４０をチューブ端を正確に位置する為の取付具として本質的に利用し、チューブシート１１４０が、その最終的に組み立てられる位置に移動されるとき、貫通孔に同時に挿入されることを容易にする。

本願で説明された様々な実施例において、異なる熱交換器ジオメトリが利用されてもよい。熱交換器は、最大チューブ長のように、一部の長さに対して非拘束または拘束されるチューブ長を備えてもよい。さらに、供給チューブシートから蒸気プレナムまで横切る際、完全な螺旋回転の４分の１および４分の３の増分を示すチューブが利用されてもよい。

垂直チューブシートを含む実施例のような本願で説明された様々な実施例において、ライザ内側には突起が無くてもよい。したがって、上部ライザは、チューブシートアセンブリおよび／または蒸気発生器アセンブリを分解することなく、炉容器から除去可能である。上部ライザの除去は、熱交換器の内部領域を検査する為のアクセスを容易にしてもよい。

チューブは、チューブシートの対応する貫通孔に挿入されてもよく、それらは、液圧で貫通孔の中に延長され、きつい締め固めを作り、さらに／または他の方法でチューブの周りの空隙を閉鎖してもよい。さらに、チューブは、チューブシートに溶接されてもよい。他の実施例において、各チューブは、チューブシートの面から機械加工された短い円筒スタブに完全貫通溶込溶接されてもよく、これは、米国特許第８，７５２，５１０の一つ又は複数の実施例に記載されたものに類似しており、本願に参考の為に全体が組み込まれる。更なる他の実施例において、チューブセグメントを貫通孔および面取り部に拡大してチューブをチューブシートの面に溶接し、その後、チューブを、このチューブセグメントに突合せ溶接することによって、短いチューブセグメントがチューブシートに取り付けられてもよい。突合せ溶接は、チューブシートの面から約１インチに位置されてもよい。

図１２は、一つ又は複数の傾斜チューブシートアセンブリ１２５０を備える実施例に係る蒸気発生システム１２００の部分図を図示する。一つ又は複数の傾斜チューブシートアセンブリ１２５０は、炉容器１２２０に別個に溶接されてもよい。さらに、システム１２００は、図６の上部プレナムアセンブリ６００に類似した一つ又は複数の上部チューブシートアセンブリを備えてもよい。一つ又は複数の上部チューブシートアセンブリは、図５の一体型チューブシート５５０に類似した一体型チューブシートを備えてもよい。

システム１２００は、一つ又は複数の蒸気発生器１２３０を備えてもよく、蒸気発生器１２３０は、傾斜チューブシートアセンブリ１２５０の径方向外側に伝熱チューブの供給端を経由するように構成されてもよい。蒸気発生器１２３０は、螺旋コイル状伝熱チューブを備えてもよく、この螺旋コイル状伝熱チューブは、炉容器１２２０およびライザアセンブリの間で、上部炉容器内の環状領域を占める。

図１３は、図１２の一つ又は複数の傾斜チューブシートアセンブリ１２５０に類似して構成されてもよい、実施例に係るチューブシートアセンブリ１３００の近接図を図示する。チューブシートアセンブリ１３００は、傾斜チューブシート１３７０を通って伝熱チューブに二次冷却材を入れるように構成された複数の貫通孔１３９０またはチャネルを備えた傾斜チューブシート１３７０を備えてもよい。傾斜チューブシート１３７０は、垂直および水平の間で多少の傾斜角度１３７５で傾斜されたチューブシートを備えてもよい。傾斜角度１３７５は、垂直から１０°〜８０°の間でもよい。一部の実施例において、傾斜角度１３７５は、垂直から約３０°でもよい。更なる他の実施例において、傾斜角度１３７５は、垂直から約４５°でもよい。

チューブシートアセンブリ１３００は、二次冷却材をアクセスポート１３４０に導入するように構成された入口１３３０または供給ノズルを備えてもよい。アクセスポート１３４０は、伝熱チューブに二次冷却材を移送するように構成されてもよい。フロー制御装置９７５（図９）に類似した、フロー制御装置は、傾斜チューブシート１３７０に隣接して位置してもよい。一部の実施例において、傾斜チューブシート１３７０は、厚さが数インチまたは約０．５フィートであってもよい。さらに、傾斜チューブシート１３７０は、形状が実質的に円形状であってもよい。

チューブシートアセンブリ１３００は、カバープレート１３５０を備えてもよく、このカバープレート１３５０は、アクセスポート１３４０の内側部分にアクセスを与えるように構成される。チューブシートアセンブリ１３００は、格納容器１３１０内部に実質的に又は全体的に位置してもよい。一部の実施例において、カバープレート１３５０は、整備、検査、設置のような一つ又は複数の作業中、アクセスポート１３４０から除去、および／またはアクセスポート１３４０に設置されてもよい。カバープレート１３５０は、格納容器１３１０内部に全体的に収まるように構成されてもよい。さらに、カバープレート１３５０は、炉容器１３２０の外側に全体的に収まるように構成されてもよい。

格納容器１３１０の内部表面およびカバープレート１３５０の間、又は、格納容器１３１０およびアクセスポート１３４０にカバープレート１３５０を固定する為に使用される一つ又は複数のボルトの間の公称間隙１３６０は、熱的成長、圧力による膨張、製作公差、地震動、設置、整備、検査、アクセシビリティ、および／または炉容器９２０および／または伝熱チューブ９９５の取扱事項に適応させる大きさでもよい。一部の実施例において、公称間隙１３６０は、約２分の１インチでもよい。他の実施例において、公称間隙１３６０は、１〜２インチでもよい。

チューブシートアセンブリ１３００および／または傾斜チューブシート１３７０は、炉容器壁１３２０に取り付けられ、さらに／または炉容器壁１３２０に溶接されてもよい。伝熱チューブは、蒸気発生器アセンブリから傾斜チューブシート１３７０まで移行するように構成されてもよい。９インチ以下の最小チューブ曲げ半径は、移行長にわたって特定されてもよい。一部の実施例において、最小チューブ曲げ半径は、約７インチでもよい。さらに、約１インチの伝熱チューブは、十分に挿入された熱チューブを用いて傾斜チューブシート１３７０の外に延びるチューブの直線部分として構成されてもよい。チューブの直線の長さは、移行屈曲部の開始部が傾斜チューブシート１３７０の面から多少の距離に位置することを確実にするように構成されてもよい。さらに、チューブの直線の長さは、伝熱チューブの、この拡張移行領域の検査を容易にするように構成されてもよい。

チューブシートアセンブリ１３００は、傾斜チューブシート１３７０の第１部分が、炉容器１３２０の第１面または内側に位置し、傾斜チューブシート１３７０の第２部分が、炉容器１３２０の第２面または外側に位置し得るように構成されてもよい。一部の実施例において、傾斜チューブシート１３７０の、ほぼ中心線は、その傾斜角度１３７５で炉容器１３２０の壁と交差するように構成されてもよい。さらに、シートアセンブリ１３００は、アクセスポート１３４０の第１部分が、炉容器１３２０の内側に位置し、アクセスポート１３４０の第２部分が、炉容器１３２０の外側に位置し得るように構成されてもよい。

増加した傾斜角度１３７５は、炉容器１３２０の壁から、傾斜チューブシート１３７０の底部を内部へ効率良く移動させ、チューブの終点も内部に移動し得ることから、チューブ移行曲げ長さを減少させてもよい。減少したチューブ移行屈曲部は、チューブが曲がる角度が減少し得ることから、同様に、最小チューブ曲げ半径を増加するように動作し得る。傾斜チューブシート１３７０は、どんなチューブ変形も減少および／または排除するように構成されてもよく、このチューブ変形は、さもなければ、チューブの組立中に起こる。なぜなら、チューブの終点は、内部に移動され、他の構成と比較して、貫通孔１３９０に挿入するようにチューブを位置決めするため、チューブの小さな内部変位を生じさせることからである。傾斜チューブシートを伴うチューブ組立の歪みは、垂直チューブシートを伴うチューブ組立の歪みより小さくてもよい。

図１３は、アクセスポート１３４０の上端部またはその近くの入口１３３０の場所を描写し、入口１３３０は、さもなければ、十分な間隔または隙間を有するアクセスポート１３４０の周囲近くの場所に位置してもよい。アクセスポート１３４０の底部に入口を位置することによって、蒸気発生器が乾燥するときのように異常動作の発生中、蒸気が供給管路に入ることを制限または妨げることができる。他方、アクセスポート１３４０の高さより下に共通供給管路を辿らせる供給パイプ経路であって、アクセスポート１３４０まで続く個別の供給管路に分けられるものが与えられる場合、限られた量の蒸気だけが、上端部の入口点を備えた供給管路に集まる。

一部の実施例において、入口１３３０は、図１３に示されるようなアクセスポート１３４０の壁に対して垂直というより、むしろ実質的に垂直に配向されてもよい。実質的に垂直な配向における配向入口１３３０は、傾斜チューブシート１３７０および／または、傾斜チューブシート１３７０に隣接して位置し、伝熱チューブへのフロー均一性を更に改善し得る任意のフローリストリクタ装着プレートまたはフローリストリクタから離れて供給フローを向けるように動作させてもよい。

チューブシートアセンブリ１３００は、蒸気発生器システムを分解することなく、炉容器１３２０から上部ライザの除去を可能にするように構成されてもよい。同様に、チューブシートアセンブリ１３００は、格納容器１３１０からの炉容器１３２０の除去を可能にする。一部の実施例において、カバープレート１３５０は、炉容器１３２０が格納容器１３１０から除去された後、アクセスポート１３４０から除去されてもよい。他の実施例において、公称間隙１３６０は、除去カバープレート１３５０に十分な間隔を与えるが、炉容器１３２０は、格納容器１３１０内部に残る。更なる他の実施例において、カバープレート１３５０は、アクセスポート１３４０に隣接して位置する格納容器１３１０の下部分が格納容器１３１０の上部分から除去された後、アクセスポート１３４０から除去されてもよい。

垂直チューブシート９７０または傾斜チューブシート１３７０のような傾斜チューブシートに伴う効率および／または温度性能は、略水平配向に位置するチューブシートより高くてもよい。伝熱面積の増加は、部分的に、熱交換器の螺旋部分の高さの増加および／またはチューブ長の増加に起因してもよい。垂直および傾斜チューブシート設計の両方は、プラナムを排除してポートおよびプレナムをエンドキャップ溶接部に供給してもよいので、水平配向チューブシートより少ない溶接部を使用可能である。一部の実施例において、垂直および傾斜チューブシート設計も同様に、チューブ移行領域に、より効率の良いクロスフローを与え、さらに／またはフロー経路内のフロー損失を減少させてもよい。

さらに、傾斜チューブシート設計は、チューブアセンブリ歪みを減少させ、チューブ移行屈曲部の長さを減少させてもよい。チューブアセンブリ塑性ひずみは、所定位置にチューブを最初に組み立て、その後、組み立てられたチューブ端にわたってプレナムを挿入することによって回避または減少されてもよい。チューブシートは、チューブ組立前に炉容器に溶接されてもよい。他の実施例において、チューブは、チューブシートに最初に挿入され、その後、チューブシートが、組み立てられたチューブ端上を摺動させてもよい。

図１４は、チューブシート１４４０上の複数の伝熱チューブ貫通孔の為の実施例に係るホールパターン１４７０を備えたチューブシートアセンブリ１４００を図示する。ホールパターン１４７０は、螺旋形状蒸気発生器システムから垂直配向に、伝熱チューブ屈曲部に流体結合され、さらに／または構造的に結合されるように構成されてもよい。一部の実施例において、螺旋内の垂直グループのチューブは、チューブシート１４４０上の水平行のチューブに移行する。

チューブシート１４４０の直径１４２５を最小に抑えるため、水平行のホールは、ホール間の間隔またはピッチ１４５０を備えた三角形ピッチパターンで配置されてもよい。三角形ピッチパターンにおいて、任意の隣接した貫通孔の間のピッチ１４５０は、同一でもよい。一部の実施例において、ピッチ１４５０は、４分の１インチから１インチの間でもよく、直径１４２５は、約２フィートでもよい。ピッチ１４５０は、螺旋チューブ束において離間された伝熱チューブより、チューブシート１４４０において、より密接に伝熱チューブを離間する大きさでもよい。したがって、チューブ間隔は、螺旋からチューブシートまでの移行曲げ領域を通じて連続的に変化してもよい。

チューブシート１４４０は、実質的に円形のプレート１４６０を備えてもよく、ホールパターン１４７０は、この円形プレート１４６０を通して形成される。チューブ隙間１４７０は、最外貫通孔およびプレート１４６０の外縁の間に維持されてもよい。チューブシートアセンブリ１４００は、炉容器壁にチューブシート１４４０を取り付ける為の装着構造体またはフランジ部分１４７０を備えてもよい。一部の実施例において、ホールパターン１４７０は、図１０のチューブ曲げ構成１０００のような伝熱チューブ曲げ構成を伴ってもよい。

図１５は、チューブシート１５４０上の複数の伝熱チューブ貫通孔の為の更なる実施例に係るホールパターン１５７０を備えたチューブシートアセンブリ１５００を図示する。ホールパターン１４７０は、チューブシート１５４０への締め固めの為に、螺旋から径方向外側に、伝熱チューブ屈曲部に流体的に結合さらに／または構造的に結合されるように構成されてもよい。チューブシート１５４０は、約２フィートの直径１５２５を有する実質的に円形プレート１５６０を備えてもよい。

螺旋の各垂直グループのチューブは、チューブシート１５４０上の垂直円弧１５３０のチューブホールに移行するように構成されてもよい。チューブホールは、４分の１インチから１インチのスパンまたはリガメントによって、互いに離間されてもよい。一部の実施例において、ホールパターン１５７０は、図１１のチューブ曲げ構成１１００のような伝熱チューブ曲げ構成を伴ってもよい。

図１６は、蒸気発生器を組み立てる為の実施例に係る方法を図示する。作業１６１０において、複数の伝熱チューブを炉容器の前半部に取り付けてもよい。一部の実施例において、炉容器の一つ又は複数の上部プレナムに位置する、あるいは、その近くに位置するチューブシートにおいて、伝熱チューブを炉容器に取り付ける。炉容器は、一次冷却材を収容するように構成されてもよい。炉容器内部で発生された熱は、一次冷却材から、複数の伝熱チューブを通って循環される二次冷却材に伝達されてもよい。一部の実施例において、一次冷却材および二次冷却材は、常時、互いに流体的に混合することが許容されない。

作業１６２０において、複数の伝熱チューブは、垂直グループのチューブを備える螺旋形状構成に形成されてもよいが、この螺旋形状構成は、米国特許第８，７５２，５１０の一つ又は複数の実施例に記載され、本願に参考のため、その全体が組み込まれる。垂直グループまたはカラムのチューブは、炉容器内部のライザカラムの周りに同心で配置されてもよい。炉容器の壁付近に位置する外部グループのチューブは、ライザカラムの壁付近に位置する内部グループのチューブより大きな曲率半径を伴ってもよい。

作業１６３０において、複数の伝熱チューブのチューブ挿入端は、少なくとも２つの方向で曲げられてもよい。第１セットの移行屈曲部は、蒸気発生器システムの螺旋部分から実質的に垂直な配向へと伝熱チューブを経由させるように構成されてもよい。一部の実施例において、第１セットの移行屈曲部は、伝熱チューブの螺旋部分のように、同一の螺旋平面、またはカラムに含まれてもよい。さらに、第２セットの移行屈曲部は、チューブシートにおける挿入の為に、垂直配向から実質的水平配向へと伝熱チューブを経由させるように構成されてもよい。

一部の実施例において、各垂直グループの伝熱チューブは、チューブシートにおける水平行の貫通孔へと移行するように構成されてもよい。他の実施例において、各垂直グループの伝熱チューブは、チューブシート上の円弧の貫通孔へと移行するように構成されてもよい。２つ以上の移行屈曲部は、チューブシートの貫通孔に伝熱チューブを整列させる単一複合屈曲部に結合されてもよい。

作業１６４０において、複数の伝熱チューブのチューブ挿入端は、複数の伝熱チューブを傾斜チューブシートに流体的に結合および／または構造的に結合させるため、傾斜チューブシートに挿入されてもよく、あるいは、他の方法で取り付けられてもよい。伝熱チューブの端は、傾斜チューブシートに溶接されてもよい。各伝熱チューブは、傾斜チューブシートを通り抜ける別個の貫通孔を伴ってもよい。

作業１６５０において、傾斜チューブシートは、非水平配向で炉容器の後半部に取り付けられてもよい。傾斜チューブシートは、炉容器の一つ又は複数のプレナム内部に位置してもよい。一つ又は複数の傾斜チューブシートおよびプレナムは、炉容器の壁に溶接されてもよい。一部の実施例において、傾斜チューブシートは、実質的に垂直配向で炉容器に取り付けられてもよい。他の実施例において、傾斜チューブシートは、垂直から約３０°で、炉容器に取り付けられてもよい。しかしながら、水平より大きく、垂直配向を含む角度のように、他の角度の取付は、本願で意図されている。

作業１６６０において、二次冷却材は、炉容器によって生成された熱を除去するため、伝熱チューブを通って循環されてもよい。伝熱チューブは、炉容器内部に位置する一次冷却材を通り抜けてもよい。一次冷却材に伴う熱は、伝熱チューブの壁を通り抜け、伝熱チューブ内部に含まれる二次冷却材に伝達されてもよい。

作業１６７０において、フロー分配器は、傾斜チューブシートから伝熱管に伝達される二次冷却材を分散させるように構成されてもよい。フロー分配器は、穿孔された構造体を備えてもよい。フロー分配器は、傾斜チューブシートに隣接して位置してもよく、さらに、炉容器の下部プレナム内に位置してもよい。

加圧水型炉および／または軽水炉を用いた作業に加えて、当業者にとって明らかなことは、本願で提供された実施例のうち少なくとも一部が、他の型式の電力システムにも適用可能であることが理解し得る点である。例えば、一つ又は複数の実施例または変形例は、沸騰水炉、ナトリウム液体金属炉、ガス冷却炉、ペブルベッド炉、および／または他の型式の炉設計を用いて動作可能にしてもよい。本願で説明された、いかなる割合、値も、単なる例示にすぎないことに留意されたい。他の割合および値は、たとえば、原子炉システムの原寸または縮尺モデルの構築によって実験によって決定されてもよい。

本願で様々な実施例を説明し図示してきたが、他の実施例が配置および詳細に変形可能であることは明らかである。本願出願人は、以下の特許請求の精神および範囲内において全ての変形および変更を請求する。

Claims (20)

1. 蒸気発生システムにおいて、
   前記蒸気発生システムの二次冷却材を循環させるように構成された複数の伝熱チューブであって、前記蒸気発生システムは炉容器と熱的に結合され、前記炉容器は、一次冷却材を収容するように構成され、前記炉容器内部で発生された熱は前記一次冷却材から前記二次冷却材に伝達される、前記伝熱チューブと、
   前記複数の伝熱チューブと流体結合された傾斜チューブシートであって、前記傾斜チューブシートは、非水平の配向で前記炉容器の壁に取り付けられる、前記傾斜チューブシートと、
   を備える、蒸気発生システム。
2. 前記傾斜チューブシートは、複数の貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記傾斜チューブシートの面を通り抜け、前記傾斜チューブシートの前記面が前記炉容器の壁と６０°未満の取付け角度を形成するように、前記傾斜チューブシートが前記炉容器に取り付けられる、請求項１に記載の蒸気発生システム。
3. 前記傾斜チューブシートの前記面および前記炉容器の壁の間の前記取付け角度は、１５°〜４５°である、請求項２に記載の蒸気発生システム。
4. 前記傾斜チューブシートの前記面および前記炉容器の壁の間の前記取付け角度は、およそ３０°である、請求項２に記載の蒸気発生システム。
5. 前記傾斜チューブシートの前記面の第１部分は、前記炉容器の壁の外側に位置し、前記傾斜チューブシートの前記面の第２部分は、前記炉容器の壁の内側に位置する、請求項３に記載の蒸気発生システム。
6. 前記炉容器は、一次冷却材の、前記炉容器から外への放出を妨害するように構成され、前記一次冷却材および前記二次冷却材は混合することが許容されない、請求項１に記載の蒸気発生システム。
7. 前記傾斜チューブシートは、複数の貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記傾斜チューブシートの内面を通り抜けて前記傾斜チューブシートの外面まで伸び、前記複数の伝熱チューブは、前記内面で前記傾斜チューブシートと流体結合される、請求項１に記載の蒸気発生システム。
8. 前記複数の貫通孔は、どんな隣接した貫通孔も互いに等間隔に配置されるように、三角形ピッチパターンで前記傾斜チューブシートの前記内面に配置される、請求項７に記載の蒸気発生システム。
9. 前記複数の貫通孔の少なくとも一部分は、多数の水平行の貫通孔として配置され、前記複数の伝熱チューブの少なくとも一部分は、垂直列のチューブとして配置され、前記垂直列のチューブは、前記チューブシート上の前記水平行の貫通孔に移行する、請求項７に記載の蒸気発生システム。
10. 前記複数の貫通孔の少なくとも一部分は、多数の同心円弧の貫通孔として配置され、複数の伝熱チューブの少なくとも一部分は、垂直列のチューブとして配置され、前記垂直列のチューブは、前記チューブシートにおいて、貫通孔の円弧に移行する、請求項７に記載の蒸気発生システム。
11. 前記蒸気発生システムは、プレナムを備え、前記プレナムは、前記外面を実質的に囲み、前記プレナムは、隣接した格納構造体から離間され、前記格納構造体内部に収容された前記炉容器の熱膨張を可能にする、請求項７に記載の蒸気発生システム。
12. 前記プレナムは、少なくとも０．５インチ、２インチ未満だけ、前記隣接した格納構造体から離間される、請求項１１に記載の蒸気発生システム。
13. 前記プレナムは、カバープレートを備え、前記カバープレートは、前記傾斜チューブシートの前記外面にアクセスを与えるように構成され、前記アクセスプレートは、２インチ未満だけ前記隣接した格納構造体から離間される、請求項１１に記載の蒸気発生システム。
14. 前記伝熱チューブは、螺旋形状構成で前記炉容器内部に配置され、前記伝熱チューブのチューブ挿入端は、前記螺旋形状構成から前記傾斜チューブシートに移行する際、少なくとも２つの方向で曲げられる、請求項１に記載の蒸気発生システム。
15. 前記傾斜チューブシートを部分的に包囲し、前記二次冷却材を収容するように構成されたアクセスポートを形成するプレナムと、
    前記二次冷却材を前記アクセスポートの中に噴射するように構成された入口と、
    前記傾斜チューブシートに隣接して位置するフロー分配器であって、前記アクセスポートに噴射された前記二次冷却材は、前記フロー分配器によって、前記傾斜チューブシートを通り抜ける複数の貫通孔に分配される、前記フロー分配器と、
    を更に備える、請求項１に記載の蒸気発生システム。
16. 前記フロー分配器は、穿孔構造体を備え、前記穿孔構造体は、前記入口付近の前記アクセスポート内部に位置し、前記穿孔構造体は、前記アクセスポートに噴射された前記二次冷却材を拡散するように動作する、請求項１５に記載の蒸気発生システム。
17. 蒸気発生システムにおいて、
    前記蒸気発生システムの二次冷却材を循環させる為の手段であって、前記循環させる為の手段は、一次冷却材を収容するように構成された炉容器と熱的に結合され、前記炉容器内部で発生された熱は、前記一次冷却材から前記二次冷却材に伝達される、前記手段と、
    前記循環させる手段と流体結合された傾斜チューブシートであって、非水平配向で前記炉容器の壁に取り付けられる、前記傾斜チューブシートと、
    を備える、蒸気発生システム。
18. 前記傾斜チューブシートを少なくとも部分的に囲む収容手段であって、前記傾斜チューブシートは、複数の貫通孔を備え、前記収容手段は、前記二次冷却材を収容するように構成される、前記収容手段と、
    前記二次冷却材を拡散する為の手段であって、前記拡散する為の手段は、前記収容手段内部に位置し、前記拡散する為の手段は、前記二次冷却材を前記複数の貫通孔に均等に分配するように構成される、前記拡散する為の手段と、
    を更に備える、請求項１７に記載の蒸気発生システム。
19. 前記傾斜チューブシートは、複数の貫通孔を備え、前記貫通孔は、前記傾斜チューブシートの面を通り抜け、前記傾斜チューブシートは、前記傾斜チューブシートの前記面の第１部分が前記炉容器の外側に位置し、前記傾斜チューブシートの前記面の第２部分が前記炉容器の壁の内側に位置するように、前記炉容器に取り付けられる、請求項１７に記載の蒸気発生システム。
20. 組み立てる方法において、
    複数の伝熱チューブを炉容器の前半部に取り付けるステップであって、前記炉容器は、一次冷却材を収容するように構成され、前記炉容器内部で発生される熱は、前記一次冷却材から二次冷却材に伝達され、前記二次冷却材は、前記複数の伝熱チューブを通って循環される、前記ステップと、
    垂直群のチューブを備える螺旋形状構成へと前記複数の伝熱チューブを形成するステップと、
    少なくとも２つの方向で前記複数の伝熱チューブの挿入端を曲げるステップと、
    前記チューブの挿入端を傾斜チューブシートに挿入し、前記複数の伝熱チューブを前記傾斜チューブシートに流体結合する、ステップと、
    前記傾斜チューブシートを非水平配向で前記炉容器の後半部に取り付けるステップと、
    を有する、組み立てる方法。

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