JP4671454B2 - 改良給水装置を備えた蒸気発生器 - Google Patents

改良給水装置を備えた蒸気発生器 Download PDF

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    • F22B1/025Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group with vertical U shaped tubes carried on a horizontal tube sheet

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気発生器に関し、特に加圧水型原子炉の改良給水装置を備えた蒸気発生器に関する。
【0002】
【従来の技術】
加圧水冷却型原子炉の蒸気発生器は、原子炉の建物内に垂直に配置された全体が円筒形の外側ジャケットを備えており、すなわち外側ジャケットの軸線は垂直になっている。
【0003】
加圧水型原子炉の蒸気発生器では、熱交換の管束を流れる原子炉を冷却するための加圧水と熱とを交換して、給水を加熱して蒸気としている。管束は、外側ジャケットの内側に同軸的に配置された全体が円筒形の管束包囲体の内部に配置される。
【0004】
管束の両端は、チューブプレートに挿着固定されており、管束の第1の端部は蒸気発生器の水箱の第1の部分に連通し、第2の端部は蒸気発生器の水箱の第2の部分に連通している。蒸気発生器の水箱は、燃料組立体が配置されてなる炉心を含む原子炉容器からの加圧水を分配し、熱交換管を通り抜けた加圧水を回収して、回収された加圧水を原子炉容器へ送り戻す。
【0005】
蒸気発生器への給水は、外側ジャケット中へ導かれ、熱交換管束の入口部分に経由して、管束及び管束包囲体の底部に向けられる。給水は、その後、底部から管束包囲体の内側を上方へと流れ、管の外側と接触して、加熱され気化されて、蒸気発生器の外側ジャケットの上端に向けて蒸気の形態で行う。蒸気発生器の上端から回収された蒸気は原子炉のタービンへ送られる。
【0006】
給水は、一般的に、管束包囲体と外側ジャケットとの間に形成された、又は、管束包囲体と管束の端部に連通すべく流れ空間を形成すべくスカートとの間に形成された、環状の空間の上部へ導入され、管束の端部は管の冷えた足部の端部からなり、すなわち、給水を加熱して気化するのに用いられた原子炉冷却水が管の足部から排出される。
【0007】
スカートによって形成された給水空間を用いることで、給水は管束包囲体と接触して流れることで予熱され、管の冷えた足部と接触することで予熱され、冷えた足部は管束の高さ方向にわたって直径を横切るように向けられた垂直隔壁によって熱い足部から隔てられている。
【0008】
とにかく、蒸気発生器のジャケット中に導かれた給水は、管束包囲体の底部付近に至るまで、垂直な軸方向に向いた環状の空間中を上から下へと流れる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
蒸気発生器の良好な効率と、満足すべき動作条件を達成するには、給水の流れを蒸気発生器の環状の給水供給空間の円周方向に分配することが不可欠である。
【0010】
そのために、全体が円環形のマニホールドを蒸気発生器の外側ジャケットの内側に配置して、環状の給水供給空間の上部の高さに並べることが提案されている。マニホールドは蒸気発生器の外側ジャケットを貫通する給水供給パイプに結合されており、給水を分配しガイドする手段を備え、同手段は環状の給水供給空間の円周方向へ広がっている。給水を分配しガイドする手段は逆J字形の管からなり、その垂直で直線状の足部はマニホールドへ固定され、ループ状の部分は下を向いて環状の給水供給空間の上部に向かっている。円周方向の分配と各J字形の管を流れる流速により、環状の空間の円周方向で給水の満足すべき分配を得ることが可能になる。しかしながら、この装置の欠点は、J字形の管から噴出するジェッドが高速であり、これが環状の給水空間へ向う水の流れを乱すことである。
【0011】
また、この給水装置を改良して管束の冷たい足部の端部に連結する給水ガイドスカートからなるエコノマイザを備えた予備装置を有する蒸気発生器に適合させることも提案されている。この装置では、セクターのガイドスカートが管束包囲体と共に環状の空間を形成し、同空間は蒸気発生器の管束包囲体のまわりに180゜以下の円弧状に延びる。そして、マニホールドは管束包囲体のまわりに180゜以下の円環状に延びた部分からなり、環状の給水空間の上部の高さに並ぶ。この装置もまた、マニホールドから排出される給水がJ字形の管を用いて分配されるため、管束包囲体を完全に取囲む完全に円環形のジャケットからなるマニホールドの装置と同一の欠点を有する。J字形の管を環状の給水供給空間の内部において垂直方向に延設することも提案されている。しかしながら、この装置は乱流の問題を解決することはできず、J字形の管の出口側の足の長さのために蒸気発生器の機械的デザインをより複雑化する。
【0012】
仏国特許第FR−2,700,383号(EP−0,607,071号)は、上部が開いた全体が円環形の、又は、全体が開いた円環形の一部である。チャネルセクションからなる吐出口の形態の給水供給マニホールドを提案しており、環状の空間の上部において下方に向いた給水ガイド壁と組合わせている。給水は、蒸気発生器の外側ジャケットを貫通する給水パイプとマニホールドの開口部によってマニホールドに流入する。給水はマニホールドのチャネルセクションを吐出縁のレベルまで満たし、吐出縁を越えて給水はガイド壁で形成された流れ空間へ流入する。吐出口はある程度まで環状空間の円周にそって給水の流れを分配するが、吐出口の給水条件の関数として、この分配を精密に決定するのは非常に困難である。
【0013】
吐出口を備えた装置の他の欠点は、ウォーターハンマー形の又は故障時における給水パイプがバーストしたような場合における大きな機械的応力に吐出口がさらされたときに十分に丈夫であることを確保することが難しい点であり、従って、非常に強度が高く非常に厚い板からできている分配装置を構成するように要素を設計することが必要になる。
【0014】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、全体が円筒形で軸線を垂直に配置された外側ジャケットと、蒸気発生器のための給水が軸線方向に流れ得るような形状の空間を外側ジャケット又は外側ジャケットと同軸なガイドスカートと共に形成すべく、外側ジャケットの内側に同軸的に配置された、全体が円筒形の管束包囲体の内側に固定された熱交換チューブの管束と、環状の空間の軸線方向の上端に配置された給水装置とを備え、同装置は、全体が円環形で少なくとも環状の空間の円周方向の一部に配置されたマニホールドと、外側ジャケットを貫通する少なくとも1のマニホールドのための供給パイプと、給水を環状の空間に向けて下方へガイドするための手段とを備えた蒸気発生器を提案することにより、給水装置が環状の空間への完全にコントロールされた均一な給水に明確な円周方向の分配を提供すると同時に、給水のサージに耐えることができる機械構造を持たせることにある。
【0015】
このために、円環形のマニホールドはマニホールドの円周方向に広がる複数の流れ開口部が貫設された上壁を有し、給水をガイドする手段はマニホールドと共に水が流れる空間を形成すべくマニホールドの少なくとも一部のまわりに配置されたジャケットと、ジャケットを下方へ延した少なくとも1のガイド壁と、マニホールドの円周方向に順次続く複数の部分に水の流れ空間を分割する複数の放射状に向いた隔壁とを備えている。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明を理解容易にするために、本発明による蒸気発生器の1の実施形態について、添付図面を参照しつつ例として説明する。
図1は加圧水型原子炉の蒸気発生器を示しており、全体を符号1にて示している。
蒸気発生器1は全体が円筒形の外側ジャケット2を備えており、同ジャケットは第1の直径を有する下部と第1の直径よりも大きな第2の直径を有する上部とから構成され、外側ジャケットの2つの部分は円錐台形のシェル2aによって互いに結合されている。
原子炉建物内で使用するときには、蒸気発生器を垂直すなわち外側ジャケット2の軸線が垂直になるように配置される。
【0017】
蒸気発生器1は、蒸気発生器の外側ジャケット2の内側に同軸的に配置された全体が円筒形の管束包囲体4の内側に配置された熱交換チューブ3の管束を備えている。
管束3は逆U字形の曲り管からなり、その真っ直ぐな足部は外側ジャケット2と一体をなすチューブプレート5に挿通固定されている。
管束3が通っているチューブプレート5の下側には、互いに仕切壁で隔てられた2つの区画室6a及び6bを備えた半球形の水箱6が設けられている。
原子炉の炉心を含む容器から来た原子炉を冷却するための加圧水は区画室6aへ導かれ、区画室6aに開口している管束3の足部へと分配され、これら足部は管束3の熱い足部を構成する。
【0018】
原子炉を冷却する加圧水を管束を流れ抜けて水箱の区画室6bへ達し、同区画室には管束3の冷たい足部が開口している。管束3を通り抜けた冷却水は原子炉容器へ送り戻される。
管束3の熱い足部と冷たい足部との間の底部には隔壁プレート7が各足部の間において垂直に配置され、チャーブプレートの直径を横切る方向に向けてその底部がチューブプレート5に固定されている。
互いに同軸的に配置された蒸気発生器の管束包囲体4と外側ジャケット2との間には、円周方向に約180゜の範囲で広がる給水ガイドスカート8が設けられている。スカート8の上部8aは外向きに広がって上に向いて円錐台形になっている。
スカート8の下端はチューブプレート5の上面と接触している。
【0019】
管束包囲体4は蒸気発生器の給水をガイドするスカート8との間には、蒸気発生器の給水が流れることができる環状の空間9が設けられる。給水が軸線方向に流れることができる環状の空間9はチューブプレート5によって下端が閉じている。
管束包囲体4の下端はチューブプレート5の上面から一定の高さに配置されており、給水が流れる空間9と垂直な隔壁プレート7によって形成された部分である管束3の冷たい足部の下端部を含む管束包囲体4の部分とが連通している。
【0020】
スカート8の円錐台形の部分8aと管束包囲体4との間の給水が流れる環状の空間9の上部には給水を供給し分配する装置10が配設されており、蒸気発生器の給水の流れを導いて、管束包囲体4の部分を取巻く環状の空間9の円周方向へ分配する。
給水を導き分配する装置10は本発明に従って構成されるが、詳細は後述する。
【0021】
環状の空間9の上部に導入された給水は上から下へと垂直方向に、すなわち蒸気発生器の軸線方向に流れ、環状の空間9の下端を構成するチューブプレート5の上面に達する。その後、給水は管束包囲体4へ入り、管束3の冷たい足部の下端に接触する。給水は環状の空間を流れるときに予熱され、水箱の区画室6bにその後集められる原子炉の冷却水が流れている冷たい足部の下部に接触する。
【0022】
隔壁プレート7の上縁に到達した蒸気発生器の給水は、原子炉容器からの加圧冷却水が流れている管束3の熱い足部に接触するようになる。管束の熱い足部及び冷たい足部の上部と接触することで給水はさらに加熱され、管束中を上昇すると同時に加熱されて蒸気とする。
管束と接触することは加熱された給水から形成された蒸気は、管束包囲体の上端を通り抜けて、蒸気分離器と乾燥器とが配置されている蒸気発生器の外側ジャケット2の大径の上部へと入る。
乾燥した蒸気は蒸気発生器の外側ジャケット2の上部を構成するノズル11に結合されたパイプを介して原子炉の関連するタービンへと送られる。
給水を導入し分配する装置10は、環状の空間9の円周にわたって給水を満足できるように分配しなければならない。
【0023】
図2は、本発明による水の導入及び分配装置10を示しており、同装置は主に、180゜よりわずかに小さな円弧にわたって延設された円環形のマニホールド12と、マニホールド12に給水を導くためのパイプ13と、蒸気発生器のスカート8と管束包囲体4との間に形成される環状の空間9に向けて下向きに給水をガイドするための2つの部分からなる組立体14とから構成される。
給水入口パイプ13は、一方において、蒸気発生器の外側ジャケットを貫通するノズル15に結合され、他方において、円環の一部の形状であるマニホールド12の中央部16に結合される。マニホールド12は大きな直径の円環形のパイプ部分からなり、円錐台形セクターのスカート8の部分8aの上において、蒸気発生器の外側ジャケット2の内面に支持体17で固定される。
【0024】
マニホールド12は、円環の一部の形状であって、その壁面の上方へ向けて開口部18が備えられ、これら開口部の中心は、蒸気発生器の軸線上に中心をおく円周上に整列されており、外側ジャケット2、管束包囲体4、及びマニホールド12は共軸になっている。連続する開口部18の断面は異なっていてもよく、これらは通常互いに略一定距離をおいて隔てられ、円環の一部の形状のマニホールド12の円周方向において給水が均一に分配されるようになっている。
【0025】
もちろん、マニホールドと環状の空間9との円周方向における水の所望の分配によっては、所望の特定の給水の分配に適するように、開口部18の寸法と配置とを定めることも可能である。このことは均一な分配を得ようとするときにもあてはまる。
図3及び図4に示すように、2つの部分からなる給水ガイド装置14のそれぞれは、円環形の一部の形状として構成される外側壁14aを備え、その断面は大ざっぱには、1/4の円弧部分とスカート8の円錐台形部8aに略平行に円環形部を下方へ延した円錐台形部とに対応する。ガイド装置14はさらに円筒形の内側部14bを備え、これはガイド装置の外側壁14aの下側の円錐台形部に対面している。ガイド装置の2つの部分14a及び14bはマニホールド12に固定されている。円環形のマニホールド12の上壁に貫設された開口部18は、マニホールド12の表面とマニホールド12の壁面のまわりに配置されたガイド装置の円環形部14aとの間に形成されている水流れ空間20へ連通している。
【0026】
ガイド組立体14はマニホールド12及び蒸気発生器に対して同軸的に配置される。円環形の表面の2つの平行な部分の間に形成された流れ空間20は管状かつ環状である。空間20は、ガイド装置14の外側の円錐台形部14aと内側の円筒形部14bとの間に形成された給水出口空間へ開口している。流体出口空間自体は蒸気発生器の環状の供給空間9と高さ方向に並んでいる。
図2及び図4に示されるように、ガイド装置14の2つの部分はそれぞれ19a、19b、19c、及び19dのような放射状壁によっていくつかの連続したセクションに分割されている(図2及び図4には3つのセクション26a、26b、26cが示される。)
壁19b及び19cはガイド装置の連続するセクターの間の隔壁であり、壁19a及び19dはガイド装置14の端部部分を閉じる壁である。マニホールド12の供給パイプ13に対して対称的に配置されたガイド装置14の2つの部分は同様にして製造される。
【0027】
図4に示すように、隔壁19cは、ガイド装置の給水の流れ及び出口の空間の断面の形状を有する。19cのような壁はガイド装置の壁に溶接される。
図5に示すように、マニホールドの中央部16に結合されたマニホールド12の供給パイプ13は開口部18を備えたマニホールドの上部の下方へ連通しており、マニホールド12へ給水を供給する。図2に示すように、2つの濾過装置21a及び21bがマニホールドの中央部における供給パイプ13が取付けられた領域の両側に配置される。2つの濾過装置21a及び21bは完全に同一に製造されており、図5、図6、及び図7に示した濾過装置21bについてだけ説明する。
【0028】
濾過装置は、円筒とマニホールドの円環形の表面との交わりに対応する形状である、マニホールドの円環形の壁面を切断した開口領域においてマニホールド12の上部に取付けられている。濾過装置21bは円筒壁23からなる支持構造を備え、同円筒壁は円環形のマニホールド12上に載る周縁フランジ22を備え、同フランジは円環形のマニホールドの壁面を貫通する開口部と同軸になっている。
濾過装置の濾過エレメントは円環形のマニホールド12のジャケット内に保持される平らな網シート24からなり、支持構造の円筒壁23が配置された開口に保持される。濾過エレメントの平らなシート24を保持する手段は、円環形の壁面の内面に固定される略半円形のガイドレールを備え、シート24の上縁が係合する直径のスロットを備えた円形輪郭の閉止プラグ25を備える。閉止プラグ25は周縁フランジを有し、支持組立体の周縁フランジ22にネジにて取付けられる。さらに、プラグ25の形状は、支持組立体の上部に死体積が生じないように支持組立体の円筒壁23の内側体積を満たすような形状になっている。濾過シート24は半円形の端部を有し、その形状及び大きさは円環12の断面の半分に対応している。
【0029】
濾過装置21か貫通孔において円環の上部に所定の位置にあるとき、濾過シート24は円環の内部に貫通し、図5及び図6に示す如く、円環の断面を完全に占めている。
従って、マニホールド12の中央部16に入るように供給パイプ13から導入された給水は、中央部16の両側に配置されているマニホールドの分配部分を満たす前に濾過装置21a及び21bの濾過壁24を通り抜けなければならない。
従って、給水は濾過されて給水に含まれて拡散しているすべての塊はマニホールドの中央の入口空間に止めおかれ、マニホールドの2つの分配部分や蒸気発生器の環状の供給空間9に入り込むことがない。
【0030】
中央部16の両側の円環の2つの分配部分に満たされた給水は、マニホールド12の上部開口部18を通り流れ空間20へ入り、その後、流れ空間20の先にある出口空間へ入る。従って、給水は蒸気発生器の環状の供給空間9に向けて下向きにガイドされる。
本発明による装置によれば、蒸気発生器の環状の供給空間の円周方向の給水の分配を最適にできると共に、マニホールドの円環形のジャケットの上面の開口を通して水が分配され且つガイド装置に隔壁が設けられているために、給水装置から排出されるときの乱れが非常に抑制された流れが得られる。
さらに、閉じた円環形のジャケットでできたマニホールドの丈夫さはチャネルセクションの形態の吐出口の丈夫さよりも勝る。
従って、蒸気発生器の環状の空間における供給装置からの出口での渦流の形成の危険が避けられる。
【0031】
円環形のマニホールド内の水の通る開口部は蒸気発生器中のレベル低下の際に円環形のマニホールドが脱水する危険を避けるように作られており、そのような場合には、円環形のマニホールドの上部に蒸気が蓄積される。そのような蒸気の蓄積は、一定期間のジャケットダウンの後に給水装置がスタートしたとき損傷を与える。
【0032】
連続したセクターを放射状の隔壁で分割する形態のガイド装置のデザインは、このガイド装置の製造を容易にする。放射状の隔壁の存在は、円周方向の連続した給水流れを生じさせることを可能にし、流れの安定性を改善するのにも役立つ。また、分離したセクターの存在は各基本的なセクターから排出される流速の分配をマニホールドの開口部から排出されるのと同じ分配に保つことを可能にする。
濾過エレメント24を形成する格子ないし網の網目サイズは所定の大きさよりも大きな拡散している塊を捕捉するように選ばれる。好ましくは、所定のサイズは蒸気発生器の管束を隔てる距離よりも小さくして2次回路で生じた拡散している塊が管束の間に詰ってそれらを損傷する危険を防止する。
格子ないし網の濾過能力を改善するためには、網ないし格子の上流側に面して金網をかぶせて配置することも可能であり、すなわち、網ないし格子のその面にかぶさるようにしてそれが給水入口に向かって面する。
【0033】
マニホールドの中央供給領域の各側に1つずつ配置された2つの濾過網を用いることは、蒸気発生器に供給される給水の流量の半分を各網が濾過という利点を有し、1枚の網に比べて圧力低下を低減する。さらに、濾過エレメントが蒸気発生器の内部に配置されているという事実のために、支持組立体22,23と濾過エレメントを閉じているプラグ25とが低圧のもとで動作して、フランジの箇所で生じることのあるわずかな漏れは、漏れた給水が蒸気発生器の環状の供給空間に直接落下するために大きな影響を持たない。
本発明は上述した実施形態に制限されるものでない。
従って、上述した形態と異なる形態の蒸気発生器の給水装置にすることも可能である。
特に、マニホールドは上述したものと異なる形状及び構造にしても良い。
【0034】
上述した予熱タイプの蒸気発生器の場合には、マニホールドは円環の一部分の形状を有していたが、予熱を採用したない蒸気発生器の場合には、マニホールドは全周を囲むように蒸気発生器の供給空間上に配置された完全な円環の形状にしてもよい。
マニホールドの給水出口開口の配置と大きさとは上述したものと異ならせてもよい。
また、ガイド装置も上述した形態と異なる形態にしてもよく、一体型として又はいくつかの連続したセクションの形態として作ることができる。同様に、ガイド装置の円周方向の放射状の隔壁の配置も任意である。
本発明は、給水が流れる環状の空間を有するあらゆる蒸気発生器に適用されると共に、給水が流れる環状の空間の軸線方向の上端で給水を供給するための装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による蒸気発生器を示す立面図であって、一部を垂直な平面によって破断して示した図である。
【図2】図1の2−2線により蒸気発生器を破断した平面図であって、半分だけを示している。
【図3】図2の3−3線による断面図である。
【図4】図2の4−4線による断面図である。
【図5】図2の5−5線による断面図である。
【図6】図2の6−6線による断面図である。
【図7】図6の7−7線による断面図である。
【符号の説明】
1 蒸気発生器
2 外側ジャケット
3 熱交換キューブ
4 管束包囲体
9 環状の空間
12 マニホールド
14 ガイド手段
14a ジャケット
18 開口部
19 隔壁
20 流れ空間

Claims (6)

  1. 蒸気発生器であって、
    全体が円筒形で軸線を垂直に配置された外側ジャケット(2)と、
    蒸気発生器(1)のための給水が軸線方向に流れ得るような環状の空間(9)を前記外側ジャケット(2)又は前記外側ジャケット(2)と同軸なガイドスカート(8)と共に形成すべく、前記外側ジャケット(2)の内側に同軸的に配置された、全体が円筒形の管束包囲体(4)の内側に固定された熱交換チューブ(3)の管束と、
    前記環状の空間(9)の軸線方向の上端に配置された給水装置(10)とを備え、
    前記給水装置(10)は、全体として円環面の形状でありかつ少なくとも前記環状の空間(9)の円周方向の一部に配置されたマニホールド(12)と、前記外側ジャケット(2)を貫通しかつ前記マニホールド(12)に給水を導くための供給パイプ(13)と、前記環状の空間(9)に向けて給水を下方へガイドするための手段(14)とを備えた蒸気発生器において、
    複数の流れ開口部(18)が、前記マニホールド(12)の上方に向けて、前記マニホールド(12)の上壁に貫設されており、前記開口部(18)は、前記マニホールド(12)の円周方向に間隔を隔てられており、
    前記開口部(18)からの給水をガイドする手段(14)は、前記マニホールドと共に水が流れる空間(20)を形成するように前記マニホールド(12)のまわりに配置されたジャケット(14a)と、前記ジャケット(14a)を下方へ延ばした少なくとも1つのガイド壁と、前記マニホールド(12)の円周方向に順次続く複数のセクション(26a、26b、26c)に水の流れ空間(20)を分割するための、前記軸線に対して放射状の複数の壁(19a、19b、19c、19d)とを備える、
    ことを特徴とする蒸気発生器。
  2. 前記給水をガイドする手段(14)はさらに、前記ジャケット(14a)を下方へ延ばしてなる蒸気発生器の内側へ向いたガイド壁に対面すべく配置された円筒壁(14b)を備えていることを特徴とする請求項1に記載の蒸気発生器。
  3. 前記蒸気発生器の外側ジャケット(2)及び前記管束包囲体(4)と同軸に前記外側ジャケット(2)と前記管束包囲体(4)との間に配置され、前記管束包囲体(4)の周辺部分に沿って給水が流れる前記環状の空間(9)を前記管束包囲体(4)と共に形成する給水をガイドするためのスカート(8)を備えたものにおいて、前記マニホールド(12)は給水が流れる環状の空間上に配置されており、かつ、前記マニホールド(12)は、円環面の形状の一部であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の予熱式蒸気発生器。
  4. 前記環状の供給空間(9)と、前記マニホールド(12)と、前記給水をガイドする手段(14)とは、180°よりわずかに小さな円弧にわたって延設されていることを特徴とする、請求項3に記載の蒸気発生器。
  5. 前記マニホールド(12)の中央部(16)に給水を導くべくマニホールドの中央部(16)に、前記マニホールド(12)のための供給パイプ(13)が固定されており、給水は、前記中央部(16)の両側に配置された前記マニホールド(12)の2つの水分配部分へ分配されることを特徴とする請求項3又は4に記載の蒸気発生器。
  6. 前記マニホールド(12)の中央部(16)には2つの濾過装置(21a、21b)が、前記マニホールド(12)の中央部(16)へ前記供給パイプ(13)が合流する領域の両側に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の蒸気発生器。
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