JPH0552301A - 高速増殖炉用蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】分配管からの伝熱管に対する冷却材の流れに旋
回流成分を与え、伝熱管へ冷却材を均一に流通させて熱
伝達の均一化による熱効率の向上と、局部的な熱応力を
防止して信頼性が向上する高速増殖炉用蒸気発生器を提
供する。 【構成】冷却材を本体胴内に流通させると共に本体胴の
下部に設けられた給水入口水室を通して水を本体胴内に
配置された多数の伝熱管に流入させて前記冷却材との熱
交換によって生じた過熱蒸気を本体外へ取出す蒸気発生
器において、前記本体胴の上部に設けた冷却材の入口ノ
ズルと、これに連結した複数本の分配管２５と、この分
配管２５の先端に前記多数の伝熱管に流下させる冷却材
を本体胴内において旋回流とする流出部を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば高速増殖炉による
発電プラントに使用される液体金属を冷却材とする蒸気
発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉（Fast Breeder Reactor）の
発電プラントでは一般に一次冷却材として液体金属ナト
リウム等の液体金属が使用されている。

【０００３】この一次冷却材は炉心を通過して加熱され
ると共に強く放射化される。次にこの冷却材である液体
金属ナトリウムで水を加熱して蒸気を発生させる蒸気発
生器においては、蒸気側配管が破損した際に水−ナトリ
ウム反応の影響が炉心に波及することを防止する必要が
ある。この理由から図18の高速増殖炉発電プラントの概
要構成図に示すように、原子炉容器１内で発生した熱を
原子炉と直結した一次冷却系Ａに対して二次冷却系Ｂを
経由して蒸気系Ｃに伝達している。

【０００４】即ち、一次冷却系Ａは、原子炉容器１内に
炉心２と液体金属ナトリウム等の一次冷却材３を収容し
ており、原子炉容器１から一次冷却配管４を通して中間
熱交換器５の一次側及び一次循環ポンプ６を順次ループ
状に接続して一次冷却材３を循環させる閉ループを形成
している。

【０００５】次の二次冷却系Ｂは、前記中間熱交換器５
の一次側と熱交換を行う二次側に二次冷却配管７を接続
し、この二次冷却配管７を蒸気発生器８の一次側である
液体金属入口ノズルに接続すると共に二次冷却系Ｂの一
次側を構成する本体胴の内側とこの本体胴内に収納され
た伝熱管９の外周を経由し、蒸気発生器８の下部の液体
金属出口ノズルと二次循環ポンプ10とを順次ループ状に
接続して、一般に一次冷却材３と同じ材質の冷却材であ
る液体金属の二次冷却材11を循環させる閉ループを形成
している。

【０００６】さらに蒸気系Ｃは前記蒸気発生器８の伝熱
管９の蒸気出口に蒸気管12を接続してこの蒸気管12を蒸
気タービン13の蒸気入口に連通し、蒸気タービン13に給
水ポンプ14を介挿した復水管15を接続して蒸気発生器８
内の伝熱管９の給水入口ノズルに連通している。

【０００７】従って、原子炉容器１内の炉心２で加熱さ
れて高温に昇温した一次冷却材３は中間熱交換器５で二
次冷却材11を加熱すると共に冷却されて、一次循環ポン
プ６により再び原子炉容器１内に還流される。

【０００８】また中間熱交換器５で加熱された高温の二
次冷却材11は蒸気発生器８でその伝熱管９に供給される
給水を加熱して蒸気を発生させると同時に冷却され、二
次循環ポンプ10により再び中間熱交換器５に戻される。
さらに蒸気発生器８で発生した高温高圧の蒸気は蒸気タ
ービン13に送られて回転力に変換され、発電機16を駆動
して発電をする。

【０００９】なお、蒸気タービン13で仕事をした蒸気は
圧力が低下し、低温となって図示しないタービン復水器
で冷却されて、復水に凝縮し、この復水は復水管15を通
して給水ポンプ14により給水として再び蒸気発生器８に
供給される。

【００１０】従来の蒸気発生器は図19の蒸気発生器の一
部切断斜視図と図20の図19のＡ−Ａ線に沿った矢視横断
面図及び図21の図19の上部縦断面図に示すように、その
外殻を構成する円筒状の本体胴20と、この本体胴20の上
端に上蓋21が、下端に底板22が気密に取付けられてい
る。上蓋21には液体金属入口ノズル23が設けられ、また
底板22には液体金属出口ノズル24が配置されている。

【００１１】前記液体金属入口ノズル23には図20及び図
21で示すように本体胴20内で複数本に枝分れして垂下す
る分配管25が接続されている。この分配管25の先端には
２つの半環状のリングヘッダ34が設けられていて、その
下方には二次冷却材を流出させる多数の流出孔が明けら
れている。また本体胴20の上部には蒸気出口水室26が周
方向に４等分された位置に４箇所配設されており、これ
らの蒸気出口水室26には夫々に蒸気管27が接続されてい
る。

【００１２】さらに本体胴20の下部には給水入口水室28
が周方向に４等分された位置に４箇所設けられていて、
これらの給水入口水室28の夫々に給水管29が接続されて
いる。前記本体胴20の内部には多数の細管である伝熱管
30がまとめられて伝熱管束として収納されている。また
前記給水入口水室28は多数の伝熱管30の入口部30ａが接
続され、蒸気出口水室26も同じく多数の伝熱管30の出口
部30ｂが接続されている。なお、図中の符号31は台座、
符号32は台座31に載置固定される取付フランジ、符号33
はカバーガス空間を夫々示している。

【００１３】従ってこの蒸気発生器には図18に示した二
次冷却配管７から加熱された二次冷却材が液体金属入口
ノズル23を通って本体胴20内に流入する。この流入した
冷却材は分配管25を四方に均等分流し、半環状のリング
ヘッダ34から多数の流出孔を介して伝熱管束である多数
の伝熱管30の外周を軸方向に沿って流下し、液体金属出
口ノズル24から流出して二次循環ポンプ10により中間熱
交換器５へ還流される。

【００１４】一方、蒸気タービン13から戻された給水は
復水管15及び給水管29を経て本体胴20内の伝熱管30に流
入する。この給水は伝熱管30内を上昇して流れ、伝熱管
30周囲の二次冷却材で加熱されて蒸気となり、蒸気出口
水室26から蒸気管27を通って図18に示した蒸気管12から
蒸気タービン13へ送られる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気発生器は液
体金属入口ノズル24が本体胴20の上部側面に設けられて
おり、かつ、この液体金属入口ノズル24から本体胴20内
に分配される分配管25が複数本あり、さらに蒸気出口水
室26が本体胴20の上蓋21に直接形成された構造になって
いる。従って二次冷却材である液体金属は前記伝熱管30
の上部に配設された分配管25の先端に設けられたリング
ヘッダ34の下部に明けられた流出孔から下向きに流出す
る。このため伝熱管30への流れはリングヘッダ34から下
向きに流れる二次冷却材の不均一性がそのまま伝熱管30
側へ伝わるため熱伝達の不均一が生じて熱効率向上を阻
害することになる。また、これは伝熱管30等における温
度不均一が原因となって局部的な熱応力の発生が考えら
れる。

【００１６】本発明の目的とするところは、分配管から
の伝熱管に対する冷却材の流れに旋回流成分を与え、伝
熱管へ冷却材を均一に流通させて熱伝達の均一化による
熱効率の向上と、局部的な熱応力を防止して信頼性が向
上する高速増殖炉用蒸気発生器を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】冷却材を本体胴内に流通
させると共に本体胴の下部に設けられた給水入口水室を
通して水を本体胴内に配置された多数の伝熱管に流入さ
せて前記冷却材との熱交換によって生じた過熱蒸気を本
体外へ取出す蒸気発生器において、前記本体胴の上部に
設けた冷却材の入口ノズルと、これに連結した複数本の
分配管と、この分配管の先端に前記多数の伝熱管に流通
させる冷却材を本体胴内において旋回流とする流出部を
具備する。

【００１８】

【作用】本体胴の上部から流入した冷却材は、本体胴内
の複数本の分配管に流れ込み、分配管の先端に形成した
リングヘッダへ導かれる。リングヘッダには伝熱管束部
に本体胴の内周に沿って旋回流を起こさせるための斜め
方向に開孔された多数の流出孔、あるいは誘導するノズ
ルや斜行板等が設けられており冷却材が斜め方向に流下
し、これにより生ずる旋回流により冷却材は各伝熱管の
表面に均一に流れる。このため伝熱管外周面における温
度分布が均一化して熱効率が向上し、さらに、局部的な
熱応力が発生しない。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。なお、上記した従来技術と同じ構成部分につい
ては同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２０】図１はリングヘッダの斜視図で、図２はリ
ングヘッダの要部縦断正面図及び図３は図２のＢ−Ｂ線
に沿った矢視断面図である。本体胴20の内部に収納され
ている伝熱管30をまとめた伝熱管束の上部に、配設され
ている流出部である２つのリングヘッダ34は断面が円型
の半環状管からなり、上部に複数本の分配管25が接続さ
れている。またこの半環状管の下面には多数の流出孔35
が半環状管の中心線に対して傾斜して明けられて構成さ
れている。

【００２１】以上の構成によれば、二次冷却材である液
体金属は半環状管の中心線に対して傾斜して明けられた
流出孔35から伝熱管束上部に対して、矢印36のように旋
回流成分をもって流下する。このために伝熱管束におい
て二次冷却材が均一に流通するので各伝熱管30における
温度分布が均一となる。これにより熱効率が向上すると
共に、局部的な熱応力も発生しないので蒸気発生器の健
全性と信頼性が向上する。

【００２２】図４に示すリングヘッダの要部縦断正面図
と、図５の図４のＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図は、第２
の実施例を示すもので、流出部であるリングヘッダ34の
下面には多数の流出孔37が環状管の中心線に対して直角
で放射状に明けられており、さらに、この流出孔37の外
側に傾斜した偏向板38を配設した構成である。これによ
りリングヘッダ34の流出孔37から流出した二次冷却材
は、偏向板38によりその流れの方向が矢印36のように旋
回状に曲げられて前記伝熱管束に流通されるので、前記
一実施例で示したのものと同じ作用と効果が得られる。
なお、この第２の実施例によれば、偏向板38の形状、取
付け位置及び方向を変えることにより任意に二次冷却材
の流出方向を変えることができる。

【００２３】図６に示すリングヘッダの要部縦断正面図
と、図７の図６のＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図は、第３
の実施例を示すもので、流出部であるリングヘッダ34の
外周にさらに半径の大きな外側リングヘッダ39を配設
し、かつ、リングヘッダ34の流出孔37と外側リングヘッ
ダ39の流出孔40の配置を異ならせて設けて、二次冷却材
が外側リングヘッダ39の流出後に旋回流となるように構
成する。この第３の実施例によっても前記一実施例と同
じ作用、効果が得られる。

【００２４】さらに図８に示すリングヘッダの要部縦断
正面図と、図９の図８のＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図
は、第４の実施例を示すもので、流出部であるリングヘ
ッダ34の下面に環状管の中心線に対して直角に明けた流
出孔37の外部にＬ型ノズル41を設けた構成で、このＬ型
ノズル41の口出方向を二次冷却材が旋回流成分をもって
伝熱管束部において流通するように配置する。これによ
っても前記一実施例で示したものと同じ作用と効果が得
られる。

【００２５】図10に示すリングヘッダの要部縦断正面図
と、図11の図10のＦ−Ｆ線に沿った矢視断面図は、第５
の実施例を示すもので、流出部であるリングヘッダ34の
流出孔37の外部に偏向ノズル42を設けた構成で、この偏
向ノズル42口出方向を二次冷却材が旋回流成分をもって
伝熱管束部にて流通するように配置する。これによって
も前記一実施例で示したものと同じ作用と効果が得られ
る。

【００２６】図12に示す周方向ヘッダ部の平面図と、図
13の周方向ヘッダ部の縦断面図は、本発明の第６の実施
例を示すもので、各分配管25の先端に同一方向で下側面
に複数の流出孔43を明けた流出部である周方向ヘッダ44
を配設し、本体胴20と内胴45の間に収納されている伝熱
管30をまとめた伝熱管束の上部に流出孔43の方向を同一
の周方向として配設した構成で、二次冷却材は各分配管
25から夫々の周方向ヘッダ44の流出孔43により旋回流成
分を持たせて前記伝熱管30を流通する、これにより前記
一実施例と同じ作用、効果が得られる。

【００２７】図14に示す分割リングヘッダ部の平面図
と、図15の分割リングヘッダ部の縦断面図は、本発明の
第７の実施例を示すもので、各分配管25の先端に弧状で
下面に複数の流出孔37を明けた流出部である分割リング
ヘッダ46を設け、さらに伝熱管30をまとめた伝熱管束の
上部との間に分割リングヘッダ46の流出孔37から流出し
た二次冷却材に旋回流成分を与える斜行板47を配設して
構成されている。この実施例においても分割リングヘッ
ダ46の流出孔37から流出した二次冷却材が斜行板47によ
り旋回流となって伝熱管束を流通するので、前記した一
実施例と同じ作用、効果が得られる。

【００２８】図16に示す分配管部の平面図と、図17の分
配管部の縦断面図は、本発明の第８の実施例を示すもの
で、各分配管25の先端に、流出する二次冷却材に旋回流
成分を与える流出部である分配Ｌ型ノズル48を配設した
構成で、この分配Ｌ型ノズル48の口出方向を流出する二
次冷却材が旋回流となるように設定する。この実施例に
おいても前記した一実施例と同じ作用と効果が得られ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上本発明によれば、本体胴の上部から
流入した二次冷却材である液体金属が分配管からリング
ヘッダあるいはノズルを経て旋回流成分をもって伝熱管
束部へ流出される。この旋回流のために各伝熱管の外周
に対して均一に二次冷却材が流通するので、蒸気発生器
の熱効率が向上すると共に、局部的な熱応力が発生しな
いことから蒸気発生器の健全性と信頼性を向上する効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の蒸気発生器のリングヘッダ
の斜視図。

【図２】図１のリングヘッダの要部縦断正面図。

【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図。

【図４】本発明の第２の実施例を示すリングヘッダの要
部縦断正面図。

【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図。

【図６】本発明の第３の実施例を示すリングヘッダの要
部縦断正面図。

【図７】図６のＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図。

【図８】本発明の第４の実施例を示すリングヘッダの要
部縦断正面図。

【図９】図８のＥ−Ｅ線に沿った矢視断面図。

【図１０】本発明の第５の実施例を示すリングヘッダの
要部縦断正面図。

【図１１】図10のＦ−Ｆ線に沿った矢視断面図。

【図１２】本発明の第６の実施例を示す周方向ヘッダ部
の平面図。

【図１３】本発明の第６の実施例の周方向ヘッダ部の縦
断面図。

【図１４】本発明の第７の実施例を示す分割リングヘッ
ダ部の平面図。

【図１５】本発明の第７の実施例の分割リングヘッダ部
の縦断面図。

【図１６】本発明の第８の実施例を示す分配管部の平面
図。

【図１７】本発明の第８の実施例の分配管部の縦断面
図。

【図１８】従来の高速増殖炉プラントの概要構成図。

【図１９】従来の蒸気発生器の一部切断斜視図。

【図２０】図19のＡ−Ａ線に沿った矢視横断面図。

【図２１】図19の上部縦断面図。

【符号の説明】

８…蒸気発生器、９，30…伝熱管、11…二次冷却材、20
…本体胴、23…液体金属入口ノズル、24…液体金属出口
ノズル、25…分配管、26…蒸気出口水室、27…蒸気管、
28…給水入口水室、29…給水管、34…リングヘッダ、3
5，37，40，43…流出孔、36…矢印、38…偏向板、39…
外側リングヘッダ、41…Ｌ型ノズル、42…偏向ノズル、
44…周方向ヘッダ、45…内胴、46…分割リングヘッダ、
47…斜行板、48…分配Ｌ型ノズル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却材である液体金属を本体胴内に流通
   させると共に本体胴の下部に設けられた給水入口水室を
   通して水を本体胴内に配置された多数の伝熱管に流入さ
   せて前記冷却材との熱交換によって生じた過熱蒸気を本
   体外へ取出す蒸気発生器において、前記本体胴の上部に
   設けた冷却材の入口ノズルと、これに連結した複数本の
   分配管と、この分配管の先端に前記多数の伝熱管の外周
   に流通させる冷却材を本体胴内において旋回流とする形
   状の流出部を設けたことを特徴とする高速増殖炉用蒸気
   発生器。