JP2724169B2 - 蒸気発生器用伝熱管およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は蒸気発生器用伝熱管、特に伝熱管破損の早期
検出を目的とした二重管型伝熱管とその製造方法に関す
る。本発明による蒸気発生器用伝熱管は、例えば高速増
殖炉プラントに効果的に使用される。

（従来の技術） 高速増殖炉、例えば二重冷却系を採用したタンク型高
速増殖炉は一般に以下のような構成からなっている。

原子炉容器内には冷却材（例えば液体金属ナトリウ
ム）および炉心が収容されており、炉心は複数の燃料集
合体および制御棒等から構成されている。冷却材は炉心
を上方に向って流通されると共に、炉心の核反応熱によ
り昇温される。昇温した冷却材は、炉心の上方から流出
して原子炉容器内に設置された中間熱交換器内に流入
し、該中間熱交換器中で二次側冷却材との熱交換により
冷却される。その後、冷却材は中間熱交換器の外に流出
し、再度炉心を上方に向って流通される。

一方、中間熱交換器での熱交換により昇温した二次側
冷却材は、原子炉容器の外側に配置された蒸気発生器内
に導入され、給水系との熱交換により冷却された後に再
度中間熱交換器に移送される。また、蒸気発生器での熱
交換により発生した蒸気は、タービン系に移送されて発
電に供される。

蒸気発生器としては、通常は上下部に管板を備えた縦
型シェル・アンドチューブタイプの熱交換器が使用され
ている。また、蒸気発生器の伝熱管としては、特に安全
性の向上を図るべく二重管型の伝熱管が採用されてい
る。これを第14図〜第16図を参照して説明すれば次の通
りである。

第14図は蒸気発生器の全体構成を示す断面図であり、
図中符号１は外胴である。この外胴１内には二重管型伝
熱管２が複数体配設されている。二重管型伝熱管２は、
第15図および第16図に示すように、外管３および該外管
の内周側に配設された内管５から構成され、両者の間に
は微小間隙４が設けられている。内管５の上端および下
端は管板６および７によって各々支持され、外管４の上
端および下端は中間管板８および管板７によって各々支
持されている。外胴１の下端には、水入口プレナム９が
形成されている。該水入口プレナム９には水流入口10が
形成されると共に、マンホール11が設置されている。ま
た、水流入口10には図示しない水流入配管が接続され
る。これに対し、外胴１の上端には蒸気出口プレナム12
が形成されている。該蒸気出口プレナム12には蒸気流出
口13が形成されると共に、マンホール14が設置されてい
る。また、蒸気流出口13には図示しない蒸気流出配管が
接続される。

更に、外胴１には管板８の下方側に冷却材入口プレナ
ム15が形成されている。この冷却材入口プレナム15には
冷却材流入口16が形成され、該流入口16には図示しない
冷却材流入配管が接続される。また、管板７の上方側に
は冷却材出口プレナム17が形成されている。この冷却材
出口プレナム17には冷却材流出口18が形成され、該流出
口18には図示しない冷却材流出配管が接続される。な
お、図中符号19は外胴１に介在挿入されたベローズであ
り、符号20は冷却材の入口窓、符号21は出口窓である。

第15図中に示すように、外管３の内周面には溝23が縦
方向に設けられている。この溝23を形成するために、外
管３は耐圧上の観点から必要とされる肉厚に更に溝23の
深さ分を加えた肉厚となっている。この溝は23は、前述
した微小間隙４と共に伝熱管２の破損検出機構を構成す
る。更に、管板６と中間管板８との間には中間プレナム
24が形成され、該中間プレナムも伝熱管２の破損検出機
構を構成する。この中間プレナム24にはリーク検出ノズ
ル25が設置され、該リーク検出ノズル25には図示しない
リーク検出部が接続されている。なお、伝熱管２の破損
検出は内管５または外管３の破損によるリークを前記微
小間隙４、溝23、中間プレナム24、リーク検出ノズル25
およびリーク検出部により検知することによって行な
う。また、微小間隙４の幅は数μｍから数十μｍとなっ
ている。なお、伝熱管２は断面が同心円状になるように
配置された内管５および外管３を抽伸加工することによ
り製作される。

上記構成からなる蒸気発生器において、高温の冷却材
は冷却材流入口16を介して冷却材入口プレナム15内に流
入する。流入した冷却材は入口窓20から伝熱管束部に入
り、伝熱管２の外側を流下して出口窓21から冷却材出口
プレナム17内に流出する。更に、冷却材流出口18および
冷却材流出配管を介して蒸気発生器の外に流出する。一
方、水は水流入配管および水流入口10を介して水流入プ
レナム９内に流入する。流入した水は伝熱管２の内管５
内を上昇し、その間に伝熱管２の外側を流下する冷却材
と熱交換することにより昇温して蒸気となる。こうして
発生した蒸気は蒸気出口プレナム12内に流出し、更に蒸
気流出口13および蒸気流出配管から図示しないタービン
系に移送されて発電に供される。

上記構成において、伝熱管２の破損検出は以下のよう
にしてなされる。

まず、内管５にクラック等が発生した場合、クラック
からリークした水／蒸気は微小間隙４を介して拡散し、
外管３側に形成された溝23を介して上方または下方に流
通する。そして、上方に流通した水／蒸気は管板６およ
び８の間に形成された中間プレナム24内に流入し、リー
ク検出ノズル25から図示しないリーク検出装置へ流れ
る。従って、中間プレナム24内の圧力変動を検知し、あ
るいはリーク検出センサでリークを検知することにより
内管５の破損を検出することができる。

次に、外管３にクラック等が発生した場合には、中間
プレナム24内のガスが溝23および微小間隙４を通して外
管３の破損部から冷却材側にリークする。その結果、中
間プレナム24内のガス圧力が低下するから、これを検知
することによって外管３の破損を検出することができ
る。或いは、冷却材側に設置されたガス検出器により流
出したガスを検知することによっても外管３の破損を検
出できる。

上記何れの破損検出においても、溝23の存在によって
破損によるリークを検知する際の応答性が著しく向上す
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上記構成からなる従来の二重管型伝熱管には次のよう
な問題がある。

即ち、伝熱管の破損検出性能と伝熱管の熱伝達性能と
の間に二律背反的関係があり、両者を満足させるのが極
めて困難なことである。即ち、内管５および外管３の何
れの破損も両者間の微小間隙４を通して発生するリーク
の検知によって検出されているから、破損検出性能を向
上するためには微小間隙４をできるだけ広くするのが望
ましい。しかし、微小間隙４を大きくすれば内管５と外
管３との間の熱抵抗が増大し、伝熱管２の熱伝達性が低
下してしまう。この熱伝達性低下を補なうためには伝熱
管２の本数を増加しなければならず、蒸気発生器の大型
化を招来する問題がある。

また、微小間隙４には内管５または外管３に発生した
クラックの拡大を防止する機能を有する。この機能およ
び上記リーク拡散路としての機能を確保すると同時に、
熱抵抗の条件をも満足するためには内管５と外管３とが
一体ではなく且つ密着した状態を達成する必要がある。
しかしながら、抽伸加工により二重伝熱管２を製作する
際、そのような最適の微小間隙４を確保することは極め
て困難である。

上記事情に鑑み、本発明が達成しようとする技術的課
題は、伝熱管の破損を早期に検出できる二重管構成を具
備すると共に、伝熱性能を向上して蒸気発生器の小型化
を図ることが可能な蒸気発生器用伝熱管を提供すること
である。また、このような蒸気発生器用伝熱管を比較的
容易に製造できる方法を提供することである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の課題を達成するために、本願第一発明による蒸
気発生器用伝熱管では鉄基合金鋼からなる内管および外
管を断面が同心円になるように配置すると共に、この内
管および外管の間に熱伝導性に優れ且つ３％以上の気孔
率を有する多孔質体を介在させ、内管の外周面および前
記外管の内周面に金属被覆層を形成することとした。熱
伝導性に優れた多孔質体としては多孔質金属体の外、セ
ラミック粒子を金属で被覆した粒子からなる多孔質体を
用いてもよい。第一発明において最も重要な要件は、前
記多孔質体の気孔率を３％以上とすることである。この
条件を満たす伝熱管を得るためには、前記多孔質体を構
成する粒子として、硬質材を高熱伝導材で被覆した二層
構造を有する複合粒子もしくは複合繊維、またはその焼
結体からなる多孔質体を用いるのが望ましい。また、高
熱伝導性の多孔質金属中に硬質の隙間保持部材が分布さ
れた多孔質体を用いるのが望ましい。

第二発明においても、鉄基合金鋼からなる内管および
外管を断面が同心円になるように配置すると共に、この
内管および外管の間に多孔質金属体を介在させる。且
つ、この多孔質金属体には伝熱管の軸方向に連続した溝
を設ける。さらに、内周の外周面および前記外管の内周
面に金属被覆層を形成する。従って、多孔質金属体のド
ーナツ状の断面は一部が欠損した状態となる。このよう
に溝を設けることによって、第一発明のように多孔質体
の気孔率を３％以上とする必要はない。この場合の多孔
質金属体は、例えば金属繊維織布で構成することがで
き、前記の溝は金属糸を粗に織り成して形成することが
できる。

第一発明または第二発明において、伝熱管の内管の外
周面および外管の内周面に、更に金属被覆層を形成する
こととした。この金属被覆層によって、前記多孔質体は
前記内管および外管に良好に接合される。

第三発明は、第一発明になる伝熱管を製造する方法で
ある。第一発明において最も重要な要件は、既述したよ
うに、前記多孔質体の気孔率を３％以上とすることであ
る。この条件を満たす伝熱管を得るために、第三発明で
は次の手段を採用する。即ち、まず鉄基合金鋼からなる
内管および外管を断面が同心円になるように配置し、両
管の間に熱伝導性に優れた円筒状の多孔質体を挿入した
後、これを抽伸加工することにより所望の径をもった伝
熱管とする。その際、挿入される前記多孔質体の気孔率
を30％以上とし、抽伸加工の圧下率を70％以下とする。

第四発明は、第一又は第二発明の伝熱管を製造する方
法である。この方法においても、第三発明と同様の抽伸
法が採用される。その際、内管の外周面および外管の内
周面に、予め金属被覆層を形成して用いる。この金属被
覆層は電気メッキ、無電解メッキ、溶射等の何れの方法
を用いて形成してもよい。金属被覆層の厚さは２〜50μ
ｍが好ましく、特に好ましくは５〜20μｍである。な
お、内管および外管のみならず、多孔質体表面にも金属
被覆層を形成するのが望ましい。加えて、第五発明にお
いては、抽伸加工の終了後に真空中または不活性ガス中
で熱処理を行なう。その温度は、金属被覆層の種類に応
じて適宜変化させる。

（作用） 第一発明による蒸気発生器用伝熱管においては、多孔
質体の内部に存在する気孔が従来の二重管型伝熱管にお
ける微小間隙および溝の機能を果す。従って、内管また
は外管のクラックにより生じたリークは多孔質体内の気
孔を通して拡散し、且つ管軸方向に迅速に伝達されるか
ら、既述した機構により破損を早期に検出できる。しか
も、本願発明では内管と外管とが熱伝導性に優れた多孔
質体を介して接続されているから、内管および外管が微
小間隙を介して隔てられている従来の伝熱管と異なる、
伝熱管の熱伝導性も良好である。即ち、第一発明によれ
ば、従来技術では二律背反的関係にあった破損検出性能
と熱伝達性能とを何れも満足することができる。

上記の作用を得るためには多孔質体の通気性、即ち気
孔率が重要な因子となる。第一発明において気孔率を３
％以上に限定した理由は、３％未満の気孔率では通気性
が不十分でリークの検出が困難になるからである。より
望ましい気孔率は10〜40％である。この所定の気孔率を
得る上においては、本発明の二重管型伝熱管が既述した
ような抽伸加工で製造されることを考慮しなければなら
ない。何故なら、抽伸加工時の圧下作用によって多孔質
体の気孔が潰れ、気孔率が低下してしまうからである。
このような条件下でも３％以上の気孔率を確保するため
に、既述の手段がとられる。

第一の手段は、第三発明で規定したように、抽伸加工
前の多孔質体の気孔率を30％以上とし、且つ圧下率を70
％以下とすることである。これにより抽伸加工時の圧下
による気孔の潰れを補償し、加工後における３％以上の
気孔率を確保する。このためのより望ましい条件は、加
工前の気孔率が35〜60％、圧下率が10〜60％の範囲であ
る。また、多孔質体を構成する原料粉末の平均粒径が25
0μｍを越えると円筒状の多孔質体に加工するのが困難
になるため、原料粉末の平均粒径は20〜150μｍが望ま
しい。

多孔質体に３％以上の気孔率を確保するための第二の
手段は、多孔質体を構成する粒子の強度を高くして抽伸
加工時の圧下による変形を小さくし、気孔の潰れを抑制
することである。しかし、例えばセラミック焼結体、ニ
ッケル、オーステナイト系ステンレス鋼等の強度の高い
材料は一般に熱伝導率が低いため、これらを単独で用い
ると伝熱管の熱伝達率性能が低下してしまう。従って、
第一発明で既述したように、このような高強度の硬質材
からなる内層を高熱伝導性の外層で被覆し、かかる二層
構造の複合粒子等で多孔質体を構成するのが望ましい。
これにより、高熱伝導性を維持しつつ充分な気孔率を確
保することができる。なお、高熱伝導性の外層として
は、銅もしくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニ
ウム合金、ベリリウム、マグネシウム、モリブデン、ニ
ッケル、または鉄等を用いることができる。

３％以上の気孔率を確保するための第三の手段は、第
一発明で既述したように、多孔質体中に硬質の隙間保持
部材を分布させることである。多孔質体を構成する多孔
質粒子が抽伸時の圧下を受けて変形しても、その中に分
布されている硬質の隙間保持部材はさほど変形しない。
このため多孔質金属と隙間部材との間には、多孔質体中
の気孔が圧下により潰れても空隙が残留し、或いは両者
の変形の相違に起因した新たな気孔が形成される。この
ような作用により目的とする充分な気孔率を確保するた
めには、多孔質体を形成する際の多孔質金属粉末：隙間
保持部材の比率を9:1〜1:9の範囲とするのが望ましく、
特に好ましい比率は3:7である。

第二発明になる蒸気発生器用伝熱管においても、第一
発明の場合と同様、従来技術では二律背反的関係にあっ
た破損検出性能と熱伝達性能とを何れも満足することが
できる。特に、第二発明では多孔質体に溝が形成されて
いるから、内管または外管のクラックにより生じたリー
クは多孔質金属体内の気孔を通して拡散し、且つ溝を通
して管軸方向に迅速に伝達される。なお、第一発明と異
なり、第二発明では気孔率の限定がない。これは、上記
のように溝を通してのリーク伝達が寄与するため、気孔
率が３％未満であっても所期のリーク検出が可能だから
である。第二発明による伝熱管は、例えば次のようにし
て容易に製作できる。まず内管の外周面に金属繊維によ
る薄板状の織布を巻付ける。その際、内管の管縦方向に
スリットが形成されるように織布を配置する。次いで、
巻付けた金属繊維の織布を周囲から金属細線で螺旋状に
縛り付け、これを外管内に挿入した後、全体を抽伸（所
謂共引き）して所望の直径をもった伝熱管とする。この
抽伸により、前記スリット部には前記金属細線が粗に織
りなされた状態の溝が形成される。

第一発明および第二発明における多孔質体は、金属被
覆層を介して内管および外管に完全に金属接合されてい
るから、より一層優れた熱伝導性が得られる。

第三発明においては、抽伸加工の後の熱処理により金
属被覆層が内管及び外管に拡散接合され、これによって
多孔質体は内管および外管に完全に金属接合される。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

まず、本発明による伝熱管が使用される蒸気発生器の
全体構成について再度説明する。第１図はその蒸気発生
器を示す断面図である。同図において、101は外胴であ
る。外胴101の内部には本発明による二重管型伝熱管102
が複数本配設されている。この二重管型伝熱管102の詳
細は各実施例に基づいて後述するが、一般的に概説すれ
ば、第２図および第３図に示すように内管103および外
管104からなり、両管の間には熱伝導性に優れた多孔質
体111が介在されている。内管103および外管104は、例
えばオーステナイト系ステンレス鋼または高クロム鋼で
構成されている。内管103の上端部および下端部は、管
板105,106で各々支持されている。また外管104の上端お
よび下端は、中間管板107,108で各々支持されている。
図中、符号a,b,c,dは溶接部である。

その他の構成は略第14図の従来例と同様で、蒸気発生
器の全体の動作、並びに伝熱管破損の検出機構も略同様
である。即ち、内管103にクラックが発生した場合、ク
ラック部分からリークした水／蒸気は多孔質金属体111
の気孔および溝110を通って上部中間プレナム123または
下部中間プレナム124内に流入する。更に、リーク検出
ノズル125または126からリーク検出部に流れ、リークセ
ンサ等により検知される。

また、外管104が破損した場合には、中間プレナム123
または124内の高圧ガスが溝110および多孔質金属体111
内の気孔を通って圧送され、外管104のクラック発生部
位から冷却材側に流出する。従って、中間プレナム123
または124内の圧力低下を検知し、或いは冷却材側にリ
ークしたガスを検知することにより、高圧ガスのリーク
（外管104の破損）を検出することができる。

次に、本願各発明による伝熱管およびその製造方法の
実施例について説明する。

第一発明の伝熱管 第２図および第３図は伝熱管102の第一のタイプの実
施例を示している。この実施例では、内管103と外管104
との間に銅の焼結体からなる多孔質金属体111が充填さ
れている。この実施例になる伝熱管102は、次のように
して製作した。

まず純度99.9％以上の銅粉末を黒鉛ボードに自然充填
した後、真空中において1000〜1040℃で３時間の焼結を
行ない、目標の気孔率をもった銅の焼結板とした。この
焼結板を円筒状に加工するとにより銅の焼結金属管111
を得た。次いで、この焼結金属管111を内管103と外管10
4との間に挿入した後、この状態で全体を抽伸加工し、
更に熱処理を施すことにより上記実施例の伝熱管102を
製作した（実施例１および実施例２）。各実施例におけ
る製造条件を第１表に示す。

なお比較例１として、第15図および第16図に示した従
来の伝熱管（微小間隙４のギャップ幅５μｍ）を作製し
た。

上記各々の伝熱管について、次の方法でリーク検出特
性および熱伝導性を調べた。リーク検出特性は、伝熱管
の上端多孔質金属層部に圧力100kg/cm²のヘリウムガス
を流し、下端多孔質金属体から漏洩したガス流量を測定
することにより評価した。熱伝達性は、伝熱管の内面を
ヒータで加熱し且つ外面を冷却材で冷却した状態で伝熱
管の長手方向および周方向の数箇所で温度を測定し、内
外面の温度差から算定した熱伝導率で評価した。その結
果を第２表に示す。

上記の結果から明らかなように、実施例1,2の伝熱管
と比較例１の伝熱管とを比較した場合、リーク検出特性
および熱伝導性の何れにおいても実施例の方が優れてい
る。実施例では内管および外管の間に熱伝導率の良好な
多孔質金属体が介在しているから熱抵抗が小さくなり、
微小間隙が介在している第15図および第16図の従来例よ
りも熱伝達性が優れているのは当然と言える。またリー
ク検出特性においても優れているのは、従来例の場合は
リーク拡散路となる微小間隙４を確保するのが製造技術
上困難であるのに対し、実施例の場合には多孔質金属体
111によってリーク拡散路が確保されるためである。

なお、上記実施例1,2では多孔質焼結金属体として銅
を用いているが、銅合金、ニッケルもしくはニッケル合
金、オーステナイト系もしくはマルテンサイト系のステ
ンレス鋼等、多孔質となるものであればどのような金属
を用いてもよい。

次に、第一発明による伝熱管102の第二のタイプの実
施例について説明する。第４図はこのタイプの実施例に
なる伝熱管102の多孔質体111を拡大して示す組織断面図
である。同図において、111aは隙間保持材として機能す
る硬質の粉末粒である。該粉末粒は高熱伝導性の外層11
1bで被覆されている。この二層構造からなる複合粒子間
には気孔111cが形成されている。多孔質体111がかかる
構造を有する点を除き、この実施例になる伝熱管は第２
図および第３図に示したのと同様の構造を有している。
このタイプの実施例になる伝熱管102は、次のようにし
て製造されたものである。

まず、sus 304からなる粒径250μｍ以下の粉末に、銅
を厚さ20μｍだけメッキした。こうして得られたsus 30
4の内層および銅の外層からなる複合粒子を黒鉛ボート
に自然充填した後、真空中において1000〜1040℃で３時
間の焼結を行なって焼結板とした。この焼結板を円筒状
に加工することにより多孔質金属体111とし、これを内
管103と外管104との間に挿入した。次いで全体を抽伸加
工し、更に熱処理を施すことにより上記の伝熱管102を
製作した（実施例３）。

また、比較のために粒径290μｍ以下の銅の粉末を上
記実施例３の場合と同様の条件で焼結し、同様の方法で
伝熱管を作製した（比較例２）。更に、粒径290μｍ以
下のsus 304の粉末を用い、比較例２と同様にして伝熱
管を製作した（比較例３）。

上記各々の伝熱管について、実施例1,2の場合と同様
の方法でリーク伝達特性および熱伝導性を調べた。その
結果を第３表に示す。

上記の結果から明らかなように、実施例３の伝熱管は
比較例2,3による伝熱管の各々の長所をバランス良く併
有し、リーク検出特性および熱伝導性の何れにおいても
優れている。この結果は、実施例３における多孔質金属
体を構成する複合粒子が、そ内層のsus 304によって抽
伸時の圧下に耐え得る強度を有すると共に、外層の銅に
よって良好な熱伝導性を付与されているからである。

なお、実施例３では多孔質金属体を構成する複合粒子
の内層をsus 304、外層を銅としたが、これに限定され
るものではない。即ち、内層の材料は抽伸時の圧力に耐
え得る強度を有するものならば何でも良く、例えば鉄、
鉄基合金、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、
更には金属に限らずAlNやSiC等のセラミックスを用いて
もよい。また外層の材料も銅の外、銅合金、アルミニウ
ムもしっくはアルミニウム合金、ベリリウム、マグネシ
ウム、モリブデン、ニッケル、または鉄等を用いること
ができる。外層を被覆する方法も特に限定されるもので
なく、電気メッキ、無電解メッキ、蒸着、溶射、CVD等
のどのような方法でも用いることができる。加えて、上
記の二層構造からなるものであれば粒子状のものに限ら
ず、短繊維状または長繊維状等のもので多孔質金属体を
形成してもよい。多孔質金属の円筒管への加工法も、焼
結板からの加工に限らず、例えばプレス成形や織布によ
る方法を用いてもよい。

次に、第一発明による伝熱管の第三のタイプの実施例
について説明する。第５図はこのタイプの実施例になる
伝熱管102一部切欠いて示す斜視図である。同図に示す
ように、内管103と外管104の間に多孔質体111が配置さ
れている。該多孔質体は網状に編んだ隙間保持部材111a
と、多孔質金属部材111bとからなっている。上記タイプ
の実施例になる伝熱管102を、次のようにして製造し
た。

まず、線径0.7mmのオーステナイト系ステンレス鋼線
からなる12メッシュの網目の中に純度99.9％以上の銅粉
末を自然充填した後、真空中において1000〜1040℃で３
時間の焼結を行なって焼結板とした。この焼結板を円筒
状に加工することにより多孔質金属管111とし、これを
内管103と外管104との間に挿入した。次いで全体を抽伸
加工し、更に熱処理を施すことにより第５図の伝熱管10
2を製作した（実施例４）。

また、比較のために粒径290μｍ以下の銅の粉末を上
記実施例３の場合と同様の条件で焼結し、これを用いて
同様の方法で伝熱管を作製した（比較例４）。

上記各々の伝熱管について、実施例1,2の場合と同様
の方法でリーク検出特性および熱伝導性を調べた。その
結果を第４表に示す。

上記の結果から明らかなように、実施例４の伝熱管は
比較例４よりもリーク検出特性が著しく優れている。こ
れは、比較例４では抽伸加工によって多孔質金属の気孔
が潰れて気孔率が極端に低下したのに対し、実施例４で
は隙間保持部材111aの作用によって充分な気孔率が保持
されたことを示している。

第５図に示したタイプの実施例は種々の変形が可能で
ある。これらの変形例を第６図〜第９図に示す。

第６図の伝熱管では、隙間保持部材111aとしてsus 30
4のワイヤを用い、銅粉末と共に円筒状にプレス成形し
て得た多孔質体111を使用している。それ以外は第５図
の実施例と同様にして製造した。

第７図の伝熱管では、隙間保持部材111aとしてベリリ
ウム−銅合金からなる金属粒子を用い、これを銅粉末と
共に焼結して円筒状に加工した多孔質体111を使用して
いる。それ以外は第５図の実施例と同様にして製造し
た。

第８図の伝熱管では、隙間保持部材111aとしてニッケ
ル基合金からなるコイルを用い、これに銅の発泡金属板
をプレス加工して円筒状にした多孔質体111を使用して
いる。それ以外は第５図の実施例と同様にして製造し
た。

第９図の伝熱管では、隙間保持部材111aとしてsus 30
4のワイヤを用い、銅の繊維で織布を作製する際にこの
ワイヤを織り込み、得られた複合金属織布を円筒状にし
た多孔質体111を使用している。それ以外は第５図の実
施例と同様にして製造した。

上記第６図〜第９図の伝熱管の各々について、実施例
1,2で既述したと同様の方法によりリーク検出特性およ
び熱伝導率を測定したところ、実施例４と略同等の値が
得られた。

なお、第５図〜第９図のタイプの伝熱管は、上記した
もの範囲に限定されるものではない。例えば、隙間保持
部材111aの材質としては鉄合金、銅合金、ニッケル基合
金、アルミニウム合金が何れも同等に適用可能である。
多孔質金属の材質も、銅、銅合金、アルミニウム、アル
ミニウム合金、ベリリウム、マグネシウム、モリブデ
ン、ニッケル、鉄等が何れも同等に適用可能である。ま
た、それらの組合せも上述したものに限定されず、他の
組合せでも同等の効果が期待できる。更に、隙間保持部
材の形状も網、線、コイル、織布、塊等の種々の形状が
可能であるが、それ自体に通気性のある多孔質金属であ
れば更に性能の向上が期待できる。例えば、網、線、コ
イル等に使用されるワイヤが繊維束であれば、より好ま
しい。

第二発明の伝熱管 第10図および第11図は、第二発明になる伝熱管102の
実施例を示している。この実施例では、内管103と外管1
04との間にステンレス製の織布からなる多孔質金属体11
1が充填されている。そして、多孔質金属体111には管軸
方向に溝110が形成されている。この実施例になる伝熱
管102は、次のようにして製作した。

まず、線径10μｍのステンレス鋼製ワイヤで厚さ0.45
mmの織布を織った。これに幅1mmの欠損部（スリット）
を設けて外径14.5mmの9Cr−1Mo製鋼管（内管）の外周に
巻付けた後、スリット部分をステンレス線で粗に編んで
織布を一体化した。次いで、これを外径22.8mm、厚さ1.
8mmの外管の中に挿入し、一体抽伸加工を行なうことに
より外径18.5mm、内径10.85mmの伝熱管102を得た（実施
例５）。なお、多孔質金属体111の厚さは0.3mmである。

尚、比較例５として、第15図及び第16図に示した従来
の伝熱管（微小間隙４のギャップ幅５μｍ）を製作し
た。

又、比較例６として、平均粒径93μｍの純銅を1040℃
で３時間焼結して得た気孔率47％の多孔質金属体を内管
及び外管の間に挿入し、これを圧下率13％で抽伸加工し
た伝熱管（多孔質金属体の気孔率40％、厚さ0.3mm、溝
なし）を製作した。

上記各々の伝熱管について、次の方法でリーク検出特
性及び熱伝導性を調べた。リーク検出特性は、伝熱管の
上端多孔質金属部に圧力100kg/cm²のヘリウムガスを流
し、下端多孔質金属体から漏洩したガス流量を測定する
ことにより評価した。熱伝導性は、伝熱管の内面をヒー
ターで加熱し、且つ外面を冷却材で冷却しながら伝熱管
の長手方向及び周方向の数箇所で温度を測定し、内外面
の温度差から算定した熱伝導率により評価した。その結
果を第５表に示す。

上記の結果から明らかなように、比較例５の伝熱管と
を比較した場合、実施例５の伝熱管はリーク検出特性お
よび熱伝導性の何れにおいても優れている。実施例５で
は内管および外管の間に熱伝導率の良好な多孔質金属体
が介在しているから、微小間隙が介在している第15図お
よび第16図の従来例よりも熱伝達性が優れているのは当
然と言える。またリーク検出特性においても優れいるの
は、従来例の場合はリーク拡散路となる微小間隙４を確
保するのが製造技術上困難であるのに対し、実施例５の
場合には多孔質金属体111によってリーク拡散路が確保
されるためである。

一方、比較例６は熱伝導性において実施例５より若干
優れているが、これは比較例６で用いた多孔質金属体に
は溝が形成されておらず、多孔質金属体と内管及び外管
との間の熱伝導面積が大きいからである。しかし、その
ために比較例６ではリーク検出特性が実施例５よりも遥
かに劣っている。これは、抽伸加工時に多孔質金属体内
の気孔が潰れたことに加え、溝が形成されていないため
にリーク拡散路が不充分になっているためである。蒸気
発生器の伝熱管の性能は熱伝達性のみならずリーク検出
特性が要求されることは既述した通りであり、両者を総
合して比較すれば実施例５の方が数段優れていることは
明らかである。

尚、実施例５では多孔質金属体にステンレスを用いて
いるが、銅若しくは銅合金、ニッケル若しくはニッケル
合金、又は9Cr−1Moなどの鉄基合金等からなるもの等、
多孔質となるものであればどのような金属を用いてもよ
い。

又、溝を構成する態様としては、実施例５のように粗
に編む以外にも、例えば網目状の編物から線を引抜いて
網目に粗な部分を形成してもよいし、発泡金属や焼結金
属の一部を切り欠いたものでもよい。加えて、溝は伝熱
管の長手方向に連続していればよく、従って実施例５の
ように直線状に限ることはなく、例えば螺旋状に設けて
もよい。

第12図および第13図は、第一発明または第二発明にお
ける伝熱管102の実施例を示している。この実施例にお
いても、内管103と外管104との間にステンレス製のワイ
ヤからなる多孔質体111が充填されている。但し、内管1
03の外周面および外管104の内周面には金属被覆層127が
形成され、該金属被覆層を介して多孔質体111と内管103
及び外管104とは完全に金属接合されている。この実施
例の伝熱管102は、次のようにして製作した。

まず、9Cr−1Mo鋼製の内管および外管を用意し、内管
の外周面及び外管の内周面に金属被覆層をメッキした。
メッキに際しては下記のメッキ液を用い、厚さ約５μｍ
のNi層を施したものと、厚さ約10μｍのCu層を施したも
のの二種類を製作した。Niメッキ液 硫酸ニッケル 30g/l 次亜硫酸ナトリウム 10g/l 酢酸ナトリウム 10g/l Cuメッキ液 硫酸銅 10g/l ロッシェル塩 40g/l パラホルムアルデヒド 13g/l チオ尿素 1mg/l 次いで、この内管及び外管の間に線径10μｍのステン
レス鋼ワイヤを織った厚さ約0.5mmの組網を挿入後、外
径18.5mm、内径10.85mmに抽伸加工した。その後、この
抽伸管を1045℃、0.5時間、アルゴンガス雰囲気中で加
熱処理を施すことにより伝熱管を製作した（実施例
６）。

なお比較例として第15図及び第16図に示したギャップ
幅５μｍの従来の伝熱管（比較例８）と、内管及び外管
に金属被覆層を形成しない伝熱管（比較例７）とを製作
した。

熱伝導率に影響を及ぼす内管及び外管と多孔質金属体
との密着性を調べるために、抽伸管の内管部あるいは外
管部を切削加工し、内管及び外管と多孔質金属部が接合
した状態の試験片を作成した。この試験片について引張
り試験を行ない、その接合強度で内管及び外管と多孔質
金属体との密着性を評価した。その結果を第６表に示
す。

上記の結果から明らかなように実施例６の伝熱管は、
比較例7,8の伝熱管とを比較した場合、リーク検出特性
及び熱伝導性のいずれにおいても優れている。実施例６
では内管及び外管の間に熱伝導率の良好な多孔質金属体
が介在しており、しかもこの多孔質金属体は、内管及び
外管に施された金属被覆層のために強固に金属接合され
ている。従って、金属被覆層が施されない比較例７の伝
熱管や、微小間隙が介在している比較例８の伝熱管より
も熱伝達性が優れているのは当然と言える。また、リー
ク検出性においても優れているのは、比較例８ではリー
ク拡散路となる微小間隙４を確保するのが製造上困難で
あるのに対し、実施例６の場合には多孔質金属体111に
よってリーク拡散路が確保されるためである。両者を総
合して比較すれば、実施例６は比較例7,8よりも数段優
れている。

なお、実施例６では多孔質金属体にステンレスを用い
ているが、銅若しくは銅合金、ニッケル若しくはニッケ
ル合金、又は9Cr−1Mo鋼等の鉄合金からなるもの等、多
孔質となるものであれば、どのような金属を用いても良
い。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明による蒸気発生器用伝熱
管は破損を早期に検出できる二重管構成を具備すると共
に、伝熱性能を向上して蒸気発生器の小型化を図ること
が可能で、且つ容易に製作できる等、顕著な効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の伝熱管を使用した蒸気発生器の断面
図、第２図は本願第一発明の一実施例になる伝熱管の一
部を示す斜視図であり、第３図はその断面図、第４図は
第一発明の他の実施例になる伝熱管に用いた多孔質体の
組織断面図、第５図は第一発明の更に別の実施例になる
伝熱管を一部切欠いて示す斜視図であり、第６図〜第９
図はその変形例を示す斜視図、第10図は本願第二発明の
一実施例になる伝熱管の一部を示す斜視図であり、第11
図はその断面図、第12図は本願第一発明または本願第二
発明の一実施例になる伝熱管の一部を示す斜視図であ
り、第13図はその断面図、第14図は従来の伝熱管を用い
た蒸気発生器の断面図、第15図は従来の伝熱管の一部を
示す斜視図であり、第16図はその断面図である。 101…外胴、102…二重管型伝熱管、103…内管、104…外
管、111…多孔質体、111a…隙間保持部材、111b…多孔
質金属、111c…気孔、112…水入口プレナム、114…蒸気
出口プレナム、116…冷却材入口プレナム、118…冷却材
出口プレナム、123,124…中間プレナム、127…金属被覆
層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 金光 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 石鳥 隆司 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会 社東芝本社事務所内 (72)発明者 井上 正明 東京都港区芝浦１丁目１番１号 株式会 社東芝本社事務所内 (56)参考文献 特開 昭63−271093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−24750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−49890（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断面が同心円状になるように配置された鉄
   基合金鋼からなる内管および外管と、これら内管および
   外管の間に介在された熱伝導性に優れ且つ３％以上の気
   孔率を有する多孔質体とを具備し、前記内管の外周面お
   よび前記外管の内周面に金属被覆層が形成されており、
   前記多孔質体が前記金属被覆層を介して前記内管および
   外管に接合されていることを特徴とする蒸気発生器用伝
   熱管。
2. 【請求項２】断面が同心円状になるように配置された鉄
   基合金鋼からなる内管および外管と、これら内管および
   外管の間に介在された多孔質金属体と、該多孔質金属体
   に形成された管軸方向に連続する溝とを具備し、前記内
   管の外周面および前記外管の内周面に金属被覆層が形成
   されており、前記多孔質体が前記金属被覆層を介して前
   記内管および外管に接合されていることを特徴とする蒸
   気発生器用伝熱管。
3. 【請求項３】鉄基合金鋼からなる内管および外管を断面
   が同心円になるように配置すると共に、これら内管およ
   び外管の間に熱伝導性に優れた円筒状の多孔質体を挿入
   した後、これを抽伸加工することにより所望の径を有す
   る伝熱管を製造する方法であって、挿入される前記多孔
   質体の気孔率を30％以上とし、抽伸加工の圧下率を70％
   以下とすることを特徴とする蒸気発生器用伝熱管の製造
   方法。
4. 【請求項４】鉄基合金鋼からなる内管および外管を断面
   が同心円になるように配置すると共に、これら内管およ
   び外管の間に熱伝導性に優れた円筒状の多孔質体を挿入
   した後、これを抽伸加工することにより所望の径を有す
   る伝熱管を製造する方法であって、前記内管の外周面お
   よび前記外管の内周面に予め金属被覆層を形成すると共
   に、抽伸加工した後に真空または不活性ガス雰囲気で加
   熱処理することを特徴とする蒸気発生器用伝熱管の製造
   方法。