JP2994478B2

JP2994478B2 - 竪型熱交換器内を流れるスラッジ含有流体からスラッジを除去する装置

Info

Publication number: JP2994478B2
Application number: JP3076141A
Authority: JP
Inventors: ミン・スィウング・フー; アレン・キャンドラー・スミス・ジュニア; ロバート・マッコノーイー・ウィルソン; ロバート・マクネス・ウェッファー; ハワード・イー・ブラウン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1991-04-09
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: US5088451A; JPH04225195A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には熱交換器に
関し、特に、原子力蒸気発生器内を流れるスラッジ含有
流体からスラッジを除去し、それにより、蒸気発生器内
に配置されている構成要素（例えば、伝熱管）を腐食す
るのに十分な量のスラッジが蒸気発生器内に存在しない
ようにするための装置に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】原子力蒸気発生器における腐食の問題を
論ずる前に、まず、典型的な原子力蒸気発生器の構造及
び作用について検討することが賢明であろう。典型的な
原子力蒸気発生器は、垂直に置かれたシェルと、その中
に管束を形成するよう配置された複数の逆Ｕ字状の管と
から構成されている。また、管板が、逆Ｕ字管の垂直部
分の下端部を支持する。管の一方の端部は、管板の下に
配置された一次流体入口室と連通し、他方の端部は、管
板の下に配置された一次流体出口室と連通している。更
に、蒸気発生器は、環状のダウンカマー室を形成するよ
う管束とシェルとの間に配置された円筒形の覆い板を備
え、この覆い板の端部は管板の上方に一定の距離をおい
ている。更にまた、管板は、管のないその中央流域に浅
い凹部を有している。

【０００３】蒸気発生器の運転中、原子炉の炉心を流れ
ることで加熱された放射性の一次流体（例えば、水）
が、一次流体入口室内に入り、管束を通って一次流体出
口室から流出する。同時に、非放射性の二次流体、即ち
給水が環状のダウンカマー室を下降し、管板と衝突す
る。このダウンカマー室からの給水は、管板に沿って径
方向内方に流れ、覆い板の内側で管の間を上昇する。こ
の後、給水は、管の外表面と伝熱関係で管の周囲を流
れ、給水の一部が蒸気に変換される。この蒸気は、周知
の通り発電を行う発電機に接続されたタービンに送られ
る。

【０００４】以下で説明するが、浮遊粒状物質の形態の
混入物が給水に存在する場合がある。この粒状物質は、
給水から沈澱し、管壁に腐食や損傷を生じる可能性があ
り、最終的には、管内を流れる放射性一次流体が、伝熱
管の周囲を流れる非放射性の二次流体と混合する恐れが
ある。このような放射性一次流体と非放射性二次流体の
混合は、原子力発電プラントの安全性に悪影響を及ぼす
ため、望ましくない。酸化鉄や銅化合物（微量の他の金
属や酸化金属又は非金属成分を伴っている）の形態の粒
状物質は、管板を横切る横方向流れの流速が沈澱を防止
するのに不十分な速度となっている管板の領域におい
て、その管板上に給水から析出して沈澱を生ずる傾向が
ある。管板上への粒状物質の沈澱は、高濃度の腐食因子
部位として働く可能性のあるスラッジ沈着物の蓄積を生
ずるため、好ましくない。前述したように、このような
腐食因子は、管壁に腐食や損傷を生じ、最終的には、放
射性の一次流体と非放射性の二次流体との望ましくない
混合を生ずる恐れがある。

【０００５】管板を横切る横方向又は径方向の流れの速
度が遅い領域では、粒状物質の沈澱を生じ、管板に蓄積
するスラッジを形成する。このような低速領域でのスラ
ッジの蓄積により発生される腐食性の管損傷を防止する
ためには、管板上の管無し領域（例えば、管無し中央レ
ーンに沿う領域又は管板の管無し中央領域）に、このス
ラッジの蓄積を集中させることが望ましい。即ち、横方
向又は径方向の流速が遅い領域が管無し管板領域で生ず
るように、二次流体の流れを制御することが望ましい。
従って、最小の低流速領域を形成すると同時に、それを
管のない管板の中央領域に配置することが好ましい。低
流速領域を管板の中央領域に配置することは、スラッジ
の蓄積領域を、管板の管がある領域ではなく、管のない
中央領域に集中させることになる。

【０００６】給水は覆い板の下側から管束に流入し、管
板に沿う径方向内方の流れが管の存在により妨げられる
ことは理解されよう。更に、管板の中央レーンに沿って
管がないので、この中央レーンに沿う流れは比較的高速
となる傾向があり、それにより、管板の管がある領域に
おける流れは比較的低速となる。中央レーンにおける流
速を最低とし、それにより管板の管がある領域における
流速を増すためには、中央レーンに沿う二次流体、即ち
給水の流れを抑制すべく、中央レーンに沿う適宜間隔の
複数位置に中央レーンブロックを設ければ良い。しかし
ながら、中央レーンブロックは、管束内に存在する他の
低流速領域を除去するものではない。給水が管板の近傍
の覆い板下部から管束に流入する際、管に平行な垂直方
向の流れ抵抗が横方向又は径方向の流れ抵抗よりも遥か
に小さいので、径方向内方の流れは、すぐに上方に偏向
する傾向がある。この結果、管束内への横方向又は径方
向の流れは低速となる。そこで、垂直方向の流れの速度
を減じることにより、横方向又は径方向の流れの流速を
増すために、流れ配分バッフルプレートが用いられた。
即ち、この流れ配分バッフルプレートは、管板の上方に
所定の距離をおいて配置され、垂直又は軸方向の流れに
対して抵抗を与え、それにより、管板の位置で管束内に
貫通していく横方向の流れを形成する。しかしながら、
流れ配分バッフルプレートを利用しても、低速領域ない
しは停滞領域を管板の管無し中央部の方向に移すことは
十分にはできなかった。この問題を解決するため、低速
領域ないしは停滞領域を管板の管無し中央領域に移すた
めに、管板の中央部領域の上方に同軸に配置される円筒
形の流れ促進部材が用いられた。この流れ促進部材も、
径方向の流れが管板の中央領域に入る前に、管板に沿う
二次流体の横方向又は径方向の流れの速度を増すように
機能する。

【０００７】前述したように、粒状物質は管板の低速領
域又は停滞領域に沈澱する。バッフルプレート及び流れ
促進器（流れブースタ）は、前述したように、停滞領域
を管板の中央領域に移す。従って、粒状物質及び沈着ス
ラッジは、管板の中央領域に移動してそこで蓄積する傾
向がある。この結果、蒸気発生器の運転中に管の腐食を
防止すべく、スラッジを二次流体から効果的に除去する
ためには、管板の中央領域で二次流体からスラッジを分
離することが最も効果的であろう。従って、従来の解決
すべき課題は、管板の中央領域で二次流体からスラッジ
を効果的に分離することにある。また、従来の他の解決
すべき課題は、スラッジが二次流体から分離された後、
蒸気発生器からスラッジを効果的に除去することにあ
る。

【０００８】伝熱管の外面の回りを流れる二次流体の流
れの制御、及び、熱交換器の管板上に沈着するスラッジ
の取扱いのための装置については、米国特許第4,704,99
4号明細書に開示されている。この米国特許明細書に
は、垂直方向の流れの速度を減じ、それにより管板に沿
う径方向内方への流速を増加させるために設けられたバ
ッフルプレートが開示されている。この米国特許明細書
には、管板に沿う径方向内方への給水の流れを促進する
ために設けられた流れブースタについても、述べられて
いる。更に、この米国特許明細書には、管板の上面の中
央領域に形成された中央凹部についても記載されてい
る。更にまた、この米国特許明細書には、ブローダウン
パイプが管のない中央レーンに沿って管板の真上に設け
られていることが開示されている。この米国特許明細書
では、スラッジの取扱いのために中央凹部及びブローダ
ウンパイプを設けている点については述べられている
が、凹部からスラッジを移動させて蒸気発生器からスラ
ッジを効果的に除去するために、凹部に配置された吸込
み口を有しているブローダウン手段については記載され
ていない。

【０００９】また、米国特許第4,303,043号明細書に
は、原子力蒸気発生器内の再循環するキャリオーバ水か
ら濃縮固形物を収集するための汚泥ドラムについて記載
されている。この装置は、供給される給水と再循環キャ
リオーバ水との間に介設される沈澱室又はスラッジ収集
室を備えており、再循環水を遮って、その少なくとも一
部をほぼ停滞状態で保持し、それにより、高濃度の随伴
固形物が前記沈澱室内に沈着されるようにしている。更
に、この米国特許第4,303,043号明細書には、集められ
た固形物を沈澱室から連続的に或は断続的に排出するた
めに、ブローダウンパイプを沈澱室から熱交換器の外部
に延設することが開示されている。この米国特許明細書
には、沈澱室とブローダウンパイプについての記載はあ
るが、管板上に沈澱したスラッジを集めるために管板上
に配置された沈澱室については開示されていない。

【００１０】従って、前記両米国特許明細書には、原子
力蒸気発生器内で蓄積したスラッジを集めるための装置
が開示されているが、蒸気発生器内を流れているスラッ
ジ含有流体からスラッジを分離するために管板に配置さ
れたスラッジ分離手段、及び、スラッジ含有流体から分
離されたスラッジを除去するためにスラッジ分離手段に
配置された吸込み口を有するブローダウン手段、更に
は、スラッジ分離手段の方にスラッジ含有流体の流れを
導くためにスラッジ分離手段に隣接して配置された流れ
手段についての記載はない。

【００１１】従って、原子力蒸気発生器内を流れるスラ
ッジ含有流体からスラッジを除去し、それにより、蒸気
発生器内に配置されている構成要素を腐食するのに十分
な量のスラッジが蒸気発生器内に存在しないようにする
ための装置が必要とされている。

【００１２】

【発明の概要】本明細書では、原子力蒸気発生器内を流
れるスラッジ含有流体からスラッジを除去し、それによ
り、蒸気発生器内に配置されている構成要素を腐食する
のに十分な量のスラッジが蒸気発生器内に存在しないよ
うにする装置について開示した。簡単に述べると、この
装置は、スラッジ含有流体からスラッジを分離するため
に熱交換器内に配置された分離手段、及び、スラッジ含
有流体から分離されたスラッジを除去するために分離手
段に配置された吸込み口を有するブローダウン手段、更
には、分離手段の方にスラッジ含有流体の流れを導くた
めに分離手段に隣接して配置された流れ手段から構成さ
れている。

【００１３】更に詳細に説明すると、本発明の装置は、
蒸気発生器内に配置されたプレート部材、即ち管板（即
ち、分離手段）を備えており、この管板は、複数の伝熱
管の端部を受け入れるための貫通孔を複数有しており、
これらの管を該管板により支持できるようにしている。
管板の上面には、スラッジを分離し、且つこのスラッジ
含有流体から分離されたスラッジを収集するための凹部
が形成されている。凹部は、ほぼ円形の開放した上端部
と、閉鎖した底端部とを有している。また、凹部は、そ
の開放上端部から垂下する環状の90度（即ち、鋭い縁
部）の肩部を有している。更に、切頭円錐形の壁面を有
する凹部は、スラッジがスラッジ含有流体から実質的に
分離された後にこのスラッジを沈澱させる沈澱池を画成
する。凹部の切頭円錐形の壁面は、分離されたスラッジ
が該壁面に沿って滑り落ち、効果的な除去のために凹部
の底端部に優先的に蓄積されるのを助長する。

【００１４】管束を取り囲む覆い板は、蒸気発生器シェ
ルとの間に環状のダウンカマー領域を画成している。覆
い板の内側には、最下部の支持プレートと管板との間
に、バッフルプレートのような流れ手段が配置されてお
り、このバッフルプレートの下側で横方向ないしは径方
向内方にスラッジ含有二次流体の流れを導くようになっ
ている。流体の静止領域（凹部における鋭い縁付きの肩
部により循環流体の本体から分離されている領域）での
重力による沈澱によってスラッジがスラッジ含有流体か
らほぼ分離された後に、殆どスラッジのない流体を通す
ため、バッフルプレートは切欠きを有している。

【００１５】更に、導管又はパイプのようなブローダウ
ン手段が凹部の底端部の近傍から熱交換器の外部に延び
ており、凹部から熱交換器の外部にスラッジを移送する
ようにしている。パイプは、スラッジを通すための吸込
み口をその一端に有しており、この吸込み口は、凹部に
沈澱するスラッジに近接するように、凹部の底端部に隣
接して配置されている。このパイプは、前述したブロー
ダウン手段に属するバルブに接続されており、蒸気発生
器の運転中にスラッジをパイプを通して排出できるよう
にしている。バルブは、スラッジをパイプから、蒸気発
生器シェルの外部に配置されたスラッジ保持タンクに排
出するよう機能する。また、蒸気発生器が停止されてい
る場合に、収集されたスラッジを凹部から取り出すため
に、ポンプがパイプに接続されている。

【００１６】運転中、ダウンカマー領域を下降する給水
は、ダウンカマー領域の下端部から流出し、管板に衝突
する。管板に衝突した給水は、管板に沿って横方向又は
径方向内方に移動する。しかしながら、給水は、管板に
衝突すると、そこから偏向して管板での管束を通って垂
直上方に移動する傾向があり、また、この管束を通る垂
直の流れの速度は、管板に沿う径方向の流れのよりも大
きくなる傾向がある。しかし、管板の上方に配置された
バッフルプレートはこの垂直の流れの速度を減じ、管板
に沿う径方向内方への流速を増加させる傾向がある。更
に、流れブースタがバッフルプレートと管板との間に配
置され、管板に沿う径方向内方への給水の流れを促進す
る。即ち、流れブースタの領域において、給水の径方向
流れの大部分は、流れブースタの下側の管板に近い位置
を強制的に流通され、流れブースタの中央、バッフルプ
レートに形成された中央切欠き、及び支持プレートに形
成された流通路を通って上方に逃される。流れブースタ
は、管束内の管板の位置での低速領域を減じ、その低速
領域、即ち停滞領域を、流れブースタ及び凹部が配置さ
れている管板の管無し中央領域に集中化させるよう機能
する。

【００１７】このように、スラッジ含有流体はダウンカ
マー領域の下端部から管板に沿って径方向内方に流れる
際、凹部の方向に移動する。この後、スラッジは、重力
で凹部内に落下して沈殿し、それにより、ほぼスラッジ
のない二次流体が形成される。このほぼスラッジのない
流体は流れブースタ内へと上昇する。同時に、凹部の切
頭円錐形の壁面により、分離されたスラッジはその壁面
に沿って滑り落ち、凹部の底端部の限られた空間に優先
的に蓄積される。ブローダウンパイプの吸込み口が凹部
の底端部に隣接して配置されているので、凹部の底端部
の限られた空間内にスラッジが蓄積すると、凹部からス
ラッジを効率良く取り出すことができる。パイプに接続
されているバルブが開放されている場合、スラッジはパ
イプから保持タンクに排出され、適宜廃棄される。

【００１８】従って、本発明の目的は、垂直に配置され
た蒸気発生器内を流れるスラッジ含有流体からスラッジ
を除去するための装置を提供することにある。

【００１９】本発明の特徴は、蒸気発生器内を流れてい
るスラッジ含有流体からスラッジを分離して収集するた
めに、上面に凹部が形成されている管板を設けたことで
ある。

【００２０】本発明の他の特徴は、蒸気発生器の運転中
に、凹部から収集されたスラッジを連続的に除去するた
めに、凹部に連通された導管と、この導管に接続される
バルブとを設けたことである。

【００２１】本発明の更に別の目的は、蒸気発生器の停
止時に、凹部から収集されたスラッジを除去するため
に、導管に接続されるポンプを設けたことである。

【００２２】更に、本発明の利点は、凹部に収集された
スラッジを、蒸気発生器の運転中に連続的に、或は、蒸
気発生器の停止時に、蒸気発生器から適当に効率良く除
去できる点である。

【００２３】本発明は、添付図面に沿っての以下の説明
から、更に理解されるであろう。

【００２４】

【好適な実施例の説明】浮遊粒状物質の形態の混入物は
原子力蒸気発生器の給水に存在する恐れがある。この粒
状物質は、管板領域で給水から析出して沈澱し、スラッ
ジを形成する可能性があり、かかるスラッジは、管板領
域で伝熱管の管壁に腐食や損傷を生じ、最終的には、伝
熱管内を流れる放射性一次流体が、伝熱管の周囲を流れ
る非放射性の二次流体と混合する恐れがある。このよう
な一次流体と二次流体の混合は、究極的には、原子力発
電プラントの安全性に影響を及ぼす。従って、二次流体
からスラッジを分離すること、及び、スラッジが二次流
体から分離された後、比較的大量のスラッジが残って伝
熱管を腐食しないように、蒸気発生器からスラッジの大
部分を除去することが望ましい。本明細書では、原子力
蒸気発生器内に配置されている構成要素（例えば、伝熱
管）を腐食するのに十分な量のスラッジが残存しないよ
うに、原子力蒸気発生器内を流れているスラッジ含有流
体からスラッジを除去するための装置を開示している。

【００２５】図１を参照すると、蒸気を発生するための
或る型式の熱交換器、即ち蒸気発生器が、明瞭化のため
に一部を省略して、総括的に符号10により示されてい
る。蒸気発生器10は、垂直に向けられたほぼ円筒形のシ
ェル20から成り、このシェル20はその内部にほぼ円筒形
のキャビティ30を画成している。シェル20は、ほぼ半球
状の上部シェル部分40と、この上部シェル部分40に一体
的に取り付けられたほぼ切頭円錐形の中間部分50と、中
間部分50に一体的に取り付けられたほぼ円筒形の胴部分
60と、胴部分60に一体的に取り付けられたほぼ半球状の
下部シェル部分70とを有している。キャビティ30内に
は、放射性一次流体（例えば、水）を導通させるための
垂直に向けられた複数の逆Ｕ字状伝熱管80が配置されて
おり、これらの伝熱管80は管束90を形成している。各Ｕ
字管80は、ほぼ真っすぐな第１及び第２の管脚部分10
0、110を有しており、これらは、そこに一体的に形成さ
れたＵ字状湾曲管部分120により相互連結されている。
第１及び第２の管脚部分100、110はそれぞれ、一次流体
を通すために、開放した第１及び第２の管端部130、140
を有している。キャビティ30内の下部シェル部分70の近
傍には、ほぼ円形の水平方向プレート部材、即ち管板15
0のような分離手段が配置されており、この管板150に
は、管80の第１及び第２の管端部130、140が管板150に
より支持されるように、管端部130、140を受けるための
複数の穴160が貫設されている。管端部130、140は溶接
ビード142等により管板150に取り付けられる。管板150
は、蓄積した粒状混入物（即ち、スラッジ）による腐食
に耐えるために、ステンレス鋼であるのが良い。以下で
より詳細に説明するが、管板150は、管端部130、140を
支持できるばかりでなく、管80が腐食されないように二
次流体から粒状混入物を分離することもできる。この分
離手段、より詳細には管板150は、上面152と、以下で詳
説する理由により上面152に形成された凹部155とを有し
ている。

【００２６】図１において、下部シェル部分70を入口プ
レナム室180と出口プレナム室190とに仕切るための仕切
りプレート170が、下部シェル部分70内に垂直に配置さ
れている。理由は以下で詳細に説明するが、チャンネル
200が、管板150から仕切りプレート170及び下部シェル
部分70を貫通して垂直に延びている。下部シェル部分70
には、入口プレナム室180と出口プレナム室190にそれぞ
れ連通する入口ノズル210と出口ノズル220が一体的に取
り付けられている。キャビティ30内の管板150の上方で
あって、シェル20と管束90との間には、ほぼ円筒形の覆
い板230が配置されており、この覆い板230はシェル20と
の間に環状のダウンカマー領域235を画成している。覆
い板230は、その下端部240で開放しており、上端部で閉
じている。尚、覆い板230の上端部には、蒸気・水混合
体を通過させるために、複数の穴（図示しない）があ
る。覆い板230の頂部には、蒸気・水混合体を液体の水
と乾燥飽和蒸気とに分離するために、湿分分離装置250
が設けられている。また、湿分分離装置250は、その底
部部分に覆い板230からの蒸気・水混合体を受け入れる
ための穴（図示しない）を有し、また、乾燥飽和蒸気を
通過させるための穴（図示しない）をその頂部部分に有
している。更に、上部シェル部分40の上部には、湿分分
離装置250から流れてくる乾燥飽和蒸気を通過させるた
めの主蒸気ラインノズル252が一体的に取り付けられて
いる。更にまた、上部シェル部分40には、ほぼ円環状の
給水リング270内に二次流体、即ち給水（例えば、水）
を流入させるための給水ノズル260が一体的に取り付け
られており、給水リング270は給水ノズル260と流体的に
連通している。給水リング270は、覆い板230の上端部で
覆い板230を取り囲み、複数の逆Ｊ字状のパイプ280が取
り付けられている。パイプ280は給水リング270の内部と
連通しており、給水リング270からの給水はパイプ280を
通ってダウンカマー領域235内に流れるようになってい
る。覆い板230の内側には、互いに離隔された複数のほ
ぼ円形の水平管支持プレート290が配置され（図では３
枚のみ示す）、これらのプレート290は、各管80を支持
できるように、各管80を受け入れるための穴300が貫設
されている。更に、各支持プレート290の中央部には、
複数のほぼ円形の流通路312が形成され、二次流体がそ
こを流通するようになっている。

【００２７】次に、図１〜図４について説明する。凹部
155は、分離手段（即ち、管板150）の上面152の中央領
域、即ち管80のない領域に形成されるのが好適である。
凹部155は、ほぼ円形の開放上端部330と閉鎖底端部340
とを有している。凹部155は、横断面がほぼ切頭円錐形
であり、上端部330から垂下する90度（即ち、鋭い縁部)
の肩部350を有しているのが良い。スラッジがスラッジ
含有二次流体から分離された後、底端部340での限られ
た空間にスラッジを優先的に導くために、凹部155はそ
の底端部340に概ね収束するほぼ切頭円錐形の壁面360を
有する。壁面360は肩部350の近傍から凹部155の底端部3
40まで延びている。更に、管板150の上面152には、軸方
向に整列された複数の中央レーンブロック370が一体的
に取り付けられており、管板150及び管80により画成さ
れる管無しの中央レーン380に沿う横方向ないしは放射
方向のスラッジ含有二次流体の流速を減ずるようになっ
ている。中央レーン380に沿う放射方向の二次流体の流
れの減速は、管80に平行な二次流体の流れを増加させ、
二次流体と管80の外面との間の伝熱が増加される。中央
レーンブロック370は、中央レーン380に沿って同軸に整
列され、管板150に取り付けられている。中央レーン380
は、そこに中央レーンブロック370を配置する場合に干
渉する管80が全くない所と定義できるので、中央レーン
ブロック370を、管板150の中央レーン380に沿って配置
することができる。水平の円形バッフルプレート390か
ら成る流れ手段が、覆い板230の内側で、最下部の支持
プレート385と管板150との間に配置され、覆い板230に
取り付けられており、スラッジ含有二次流体の流れをバ
ッフルプレート390の下側で横方向ないしは径方向内方
に導くようになっている。スラッジが以下で説明する態
様でスラッジ含有二次流体から実質的に分離された後、
スラッジのない流体の流通を可能とするために、バッフ
ルプレート390には切欠き395が形成されている。更に、
バッフルプレート390は、スラッジによる腐食に耐え得
るように、ステンレス鋼であるのが良い。

【００２８】図１及び図２に明示するように、符号400
で総括的に表された円筒形の流れ促進器ないし流れブー
スタが、管板150とバッフルプレート390との間に配置さ
れている。この流れブースタ400は、前述の流れ手段に
も含まれており、使用時に管板150とほぼ同軸に配置さ
れる円筒形本体410から成り、その径は、管板150の管無
し中央領域の径よりも僅かに小さい。スラッジ含有流体
が円筒形本体410の外面で停滞しないように、円筒形本
体410には、二次流体の一部を流通させるための貫通孔4
20が複数形成されるのが好適である。また、流れブース
タ400に形成された貫通孔420は、給水の径方向流れの上
部層が流れブースタ400に衝突するので、局所的な流れ
の停滞や蒸気の蓄積を最小にする。円筒形本体410の上
縁部と下縁部には、それぞれ、径方向内方に延びる環状
の上部及び下部支持フランジ430、440が一体的に設けら
れている。流れブースタ400は複数の垂直支持ロッド450
により適所に支持される。各支持ロッド450の下端部
は、管板150に形成された関連の穴460に埋設される。支
持ロッド450（本実施例では４本）は、支持フランジ43
0、440及びバッフルプレート390の対応の開口を通って
上方に延び、複数のナット470により適所に固定されて
おり、円筒形本体410を当該支持ロッド450に配置し支持
できるようにしている。流れブースタ400はバッフルプ
レート390の直下に設けられ、その下端部は管板150の上
方に一定の距離をおいて配置される。流れブースタ400
及び支持ロッド450は、スラッジによる腐食に耐え得る
ように、ステンレス鋼であるのが良い。

【００２９】上で概略的に述べた蒸気発生器10の構造
は、米国特許第4,704,994号明細書に詳細に説明されて
おり、その内容は米国特許第4,704,994号明細書を参照
されたい。

【００３０】図１〜図４を参照すると、凹部155から熱
交換器（即ち、蒸気発生器）10の外部にスラッジを効果
的に移送するために、導管若しくはパイプ480のような
ブローダウン手段が、凹部155の底端部340の近傍から蒸
気発生器10の外部まで延びている。パイプ480は、スラ
ッジを通すための吸込み口490をその一端に有してお
り、この吸込み口490は底端部340に隣接して配置されて
いる。吸込み口490は、スラッジを効果的に除去するた
めに、凹部155内に沈殿したスラッジに近接するよう、
底端部340の近傍に配置されることが重要である。吸込
み口490が凹部155内で同心に配置されていることが、図
３及び図４に示されている。しかし、スラッジが凹部15
5に沈殿した場合に、スラッジ粒子を浮遊状態に保つた
めに、パイプ480が凹部155内の流体に渦運動を生じさせ
るよう、吸込み口490は凹部155内に偏心して配置されて
も良いことは明らかであろう。スラッジ粒子を浮遊状態
に保つことにより、吸込み口490の蓄積スラッジによる
閉塞が防止される。更に、パイプ480は、凹部155からパ
イプ480を通してスラッジを排出するために、前記ブロ
ーダウン手段に属するバルブ500に接続されている。バ
ルブ500は、図示のごとく開放されている場合に、蒸気
発生器の運転中、スラッジをパイプ480を通してスラッ
ジ保持タンク510内に連続的に排出し、適当な時期を待
って廃棄することができる。蒸気発生器が停止された場
合、符号506で総括的に示されたバイパスループに組み
込まれたバイパスバルブ502及びバイパスポンプ504がス
ラッジを除去するために用いられる。これについては、
以下で更に詳細に説明する。

【００３１】図５を参照すると、本発明の他の実施例が
示されており、この実施例では、スラッジ含有二次流体
からスラッジを分離するために、凹部155の開放上端部3
30を取り囲み且つそこに一体的に取り付けられた環状の
直立リム520を備えている。

【００３２】次に図６を見ると、本発明の更に別の実施
例が示されており、この実施例では、スラッジを蒸気発
生器10から導き出すために、底端部340からチャンネル2
00を通ってほぼ垂直下方に延びるパイプ480を備えてい
る。この実施例において、パイプ480を垂直に向けるこ
とで、重力がパイプ480を通るスラッジの排出を促進す
ることができる。更に、パイプ480を垂直に配置するこ
とと、凹部155の切頭円錐形の壁面360とは互いに共働し
て、スラッジを優先的に吸込み口490からパイプ480に連
続的に導き、パイプ480内でスラッジは蒸気発生器10か
ら除去されるまで蓄積されることは理解されるであろ
う。この場合、バルブ500が開けられると、パイプ480
は、スラッジを移送させるための垂直の重力式ブローダ
ウンパイプとして機能する。

【００３３】

【作用】蒸気発生器10の運転中、原子炉の炉心（図示し
ない）からの一次流体は、入口ノズル210を通って入口
プレナム室180に流入し、管80を通って出口プレナム室1
90に入り、出口ノズル220から流出する。一次流体が管8
0を流れている際、給水は給水入口ノズル260から給水リ
ング270の内部に流入する。給水が給水リング270に流入
した後、Ｊ字パイプ280を通って給水リング270から流出
し、そこから環状のダウンカマー領域235内に降下す
る。ダウンカマー領域235を下方に流れる給水は、ダウ
ンカマー領域235の下端部から出て、管板150に衝突す
る。管板150と衝突した給水は、覆い板230の下端部240
（即ち、ダウンカマー領域235の下端部）から、管板150
に沿って横方向ないしは径方向内方に移動する。この
後、給水は管80の回りを上方に流れる。一次流体は、管
80内を流れる際、管80の周囲を上昇する給水に熱を伝
え、蒸気を発生させる。

【００３４】前述したように、管板150上の管80と交差
する部分でのスラッジの蓄積を防止することが最も望ま
れている。管板150を横切って横方向ないしは径方向内
方に流れる給水の速度が十分であれば、管板150上、特
に管板150と管80との交差部分でのスラッジの蓄積は防
止される。従って、中央レーン380における流速を最低
とすることにより、管80と管板150とが交差する部分に
おける管板150を横切る横方向の流速を最大にするため
に、中央レーンブロック370が用いられている。しか
し、給水は、管板150と衝突した際、そこから偏向され
管束90に沿って垂直ないしは上方に移動する傾向があ
り、この管束90に沿う垂直方向の流速は、管板150に沿
う径方向の流速よりも大きくなる傾向がある。そこで、
垂直方向の流れを妨げ、その流速を減じ、もって管板15
0に沿う径方向内方への流速を増加させるために、バッ
フルプレート390が用いられている。しかしながら、バ
ッフルプレート390及び中央レーンブロック370の使用に
も拘わらず、管板150の表面に沿う管束90の内部には、
停滞ないしは低速の領域がある。これは、シェル20の内
側の側壁面から離れるほど流れ抵抗が大きくなり、凹部
155が設けられている管板150の管無し中央領域に達する
までに流速を最小に減じる傾向があるためである。

【００３５】従って、管板150に沿う給水の径方向内方
の流速を増すために、流れブースタ400が用いられてい
る。これは、流れブースタ400が管板150とバッフルプレ
ート390との間の径方向の流れを垂直方向に集中させる
ためである。即ち、流れブースタ400の領域において、
径方向の給水の流れの大部分が、流れブースタの下方
で、管板150に近接する位置を強制的に流され、流れブ
ースタ400の中央、バッフルプレート390に形成された中
央切欠き395、そして支持プレート290、385に形成され
た流通路312を通って上方に逃される。これにより、給
水が流れブースタ400の下方を流れる際、流速が増し、
凹部155が設けられている管板150の管無し中央領域にす
ぐ隣接する領域において、管板150の比較的良好な洗浄
作用を生じさせる。更に、重力の作用により、スラッジ
は二次流体から分離され、凹部155内に落下する。更に
また、流れブースタ400の貫通孔420は、ブースタ400に
衝突する径方向の給水の流れの上層における局所的な流
れの停滞や、蒸気の蓄積を最小とする。このように、流
れブースタ400は、管束90内の低速領域を減ずる一助と
なり、凹部155が配置されている管板150の管無し中央領
域に低速ないし停滞領域を集中させるように機能するこ
とは理解されるであろう。

【００３６】スラッジ含有流体はダウンカマー領域235
の下端部から管板150に沿って径方向内方に流れる際、
図２、図４、図５及び図６の実線の矢印で概略的に示す
ように、凹部155の方向に移動する傾向がある。本発明
の一実施例に関して前述したように、スラッジ含有二次
流体が凹部155の領域に流れる際、鋭い縁部の肩部330
は、スラッジ含有二次流体からのスラッジの分離を促進
する。即ち、二次流体が流れブースタ400を通って上方
に流れる際、スラッジは、実線の矢印で示すように、重
力で凹部155内に落下して沈殿し、それにより、ほぼス
ラッジのない二次流体が形成される。凹部155の領域で
の流体の流速が比較的遅いので、スラッジはスラッジ含
有流体から分離され、その一部が凹部155内に落下する
ことは理解されよう。分離されたスラッジは、凹部155
の切頭円錐形の壁面360に沿って下方に滑っていき、凹
部155の底端部340により画成された限られた空間に優先
的に蓄積される。吸込み口490が底端部340に隣接して配
置されているので、底端部340の限られた空間内でのス
ラッジの蓄積は、凹部155からスラッジを効率良く取り
出すことができる。バルブ500が開放され、バイパスバ
ルブ502が閉じられ、バイパスポンプ504が作動されてい
ない場合、スラッジは吸込み口490からパイプ480を通っ
て保持タンク510内に導かれ、適宜廃棄される。図で
は、バルブ500は開放され、バイパスバルブ502は閉じら
れているように示されている。稼働中の蒸気発生器10の
内側の圧力はその外部の圧力よりも高いので、バルブ50
0が開放されると、スラッジはパイプ480を通って排出さ
れる。勿論、ほとんどスラッジのない流体は、図２、図
４、図５及び図６で一点鎖線の矢印で示すように、流れ
ブースタ400を通って上昇する。

【００３７】更に、蒸気発生器10が停止中の場合、蒸気
発生器10の内側の圧力はその外部の圧力と必然的に等し
くなる。この場合、スラッジを除去するために、ブロー
ダウンが用いられないことは勿論である。この場合、蒸
気発生器10からスラッジをバイパスループ506を通して
除去するためには、バルブ500を閉じ、バイパスバルブ5
02を開放し、且つ、バイパスポンプ504を駆動する。

【００３８】更に、図６に示すように、パイプ480を凹
部155と連通した状態で、底端部340よりも下方に配置し
ても良い。パイプ480を凹部155と連通した状態で底端部
340よりも下方に配置することにより、分離されたスラ
ッジを重力が吸込み口490からパイプ480内に導き入れる
ことができる。即ち、底端部340の下方にパイプ480を配
置することで、ブローダウンが一時的にない場合にも、
スラッジは蒸気発生器10の運転中に凹部155から連続的
に排出され得ることは理解されるであろう。凹部155の
切頭円錐形の壁面360は、優先的にスラッジを吸込み口4
90からパイプ480内に連続して導入し、スラッジは、除
去される（例えば、ブローダウンを介して除去される）
まで、パイプ480内に蓄積される。

【００３９】現時点で好適と考えられる実施例に沿って
本発明を説明したが、本明細書で開示したことに基づ
き、本発明の範囲を逸脱することなく前記実施例を色々
と変更し得ることは、当業者にとり明らかであろう。例
えば、凹部155は、中央レーン380に一部の管80が配置さ
れているような管束の場合にも適用できる。特許請求の
範囲は、このような変更の全てを包含するものである。

【００４０】以上から理解されるように、本発明は、垂
直に置かれた原子力蒸気発生器内を流れるスラッジ含有
流体からスラッジを除去し、それにより、蒸気発生器内
に配置されている構成要素（例えば、伝熱管）を腐食す
るのに十分な量のスラッジが蒸気発生器内に存在しない
ようにするための装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】典型的な蒸気発生器の縦断面図であり、その中
に配置された本発明による装置を概略的に示している。

【図２】蒸気発生器の一部の縦断面図であり、その中に
配置された本発明による装置を示している。

【図３】図２のIII−III線に沿っての断面図である。

【図４】蒸気発生器内に配置された本発明の装置を示す
別の部分縦断面図である。

【図５】蒸気発生器の一部の縦断面図であり、その中に
配置された本発明による装置の他の実施例を示してい
る。

【図６】蒸気発生器の一部の縦断面図であり、その中に
配置された本発明による装置の更に別の実施例を示して
いる。

【符号の説明】

10 蒸気発生器（熱交換器） 80 管 150 管板（分離手段） 155 凹部 370 中央レーンブロック 390 バッフルプレート（流れ手段） 400 流れブースタ（流れ手段） 480 パイプ（ブローダウン手段） 500 バルブ 502 バイパスバルブ 504 バイパスポンプ 510 スラッジ保持タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２８Ｇ 9/00 Ｇ２１Ｆ 9/28 ５２２ＢＧ２１Ｆ 9/28 ５２２Ｇ２１Ｄ 1/00 Ｑ (72)発明者アレン・キャンドラー・スミス・ジュニアアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ベセル・パーク、グレート・デイン・ドライブ 6060 (72)発明者ロバート・マッコノーイー・ウィルソンアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッツバーグ、サーフサイド・ドライブ 636 (72)発明者ロバート・マクネス・ウェッファーアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、エクスポート、ボックス 60エイ、アールディー・ナンバー３ (72)発明者ハワード・イー・ブラウンアメリカ合衆国、ペンシルベニア州、ピッツバーグ、ベルロック・ストリート 1277 (56)参考文献特開平２−50001（ＪＰ，Ａ) 特開平２−17390（ＪＰ，Ａ) 特開平１−306800（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−116099（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−180807（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−53600（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−260896（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−127003（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−60197（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−21099（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−140701（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−54101（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21D 1/00 F22B 1/16 F22B 37/54 F28G 9/00 G21F 9/28 522

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）竪型熱交換器内に水平に配設され
た管板であって、スラッジ含有流体からスラッジを分離
して集めるために該管板中央部の伝熱管の無い領域に形
成された凹部を備えた上面を有し、該凹部は開放上端部
を有し、該上端部は鋭角の肩部を有して該凹部のある領
域に該スラッジ含有流体が流れ込むときに該スラッジ含
有流体からのスラッジの分離を促進するようになってい
る前記管板と、（ｂ）前記管板の該凹部内に配設された吸い込み口を有
し、前記スラッジ含有流体から分離された前記スラッジ
を除去するブローダウン手段と、（ｃ）前記管板に隣接して配設され、前記スラッジ含有
流体の流れを前記凹部に導く流れ手段と、を有する竪型熱交換器内を流れるスラッジ含有流体から
スラッジを除去する装置。