JPH0660721B2 - 蒸気発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は液体金属冷却形高速増殖炉の蒸気発生器に係
り、特に１次主冷却系に直接設置可能な蒸気発生器に関
する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ループ型の液体金属冷却形高速増殖炉の原子炉冷却系
は、第４図に示すように、原子炉容器１と中間熱交換器
２との間に１次主循環ポンプ３が配設され、これらを１
次主配管４で接続して１次冷却材を循環させる閉ループ
の１次主冷却系５が構成される。また、前記中間熱交換
器２と蒸気発生器６との間には２次主循環ポンプ７が配
設され、これらを２次主配管８で接続して２次冷却材を
循環させる閉ループの２次主冷却系９が構成される。

しかして、原子炉容器１内で加熱され、高温となった１
次冷却材は１次主配管４を通って輸送され、中間熱交換
器２で２次冷却材と熱交換して低温となり、続いて、１
次主循環ポンプ３により循環され、原子炉容器１に還流
される。一方、２次主循環ポンプ７により循環される２
次冷却材は中間熱交換器２で１次冷却材と熱交換されて
高温となり、２次主配管８内を輸送されて蒸気発生器６
に送られ、この蒸気発生器６で水を加熱して蒸気を発生
させる。蒸気発生器６で熱交換されて低温となった２次
冷却材は２次主循環ポンプ７を経て中間熱交換器２に戻
される。

ところで、液体金属冷却形高速増殖炉の原子炉冷却系は
閉ループ構造の１次主冷却系５と２次主冷却系６とをセ
パレートして備えている。これは、蒸気発生器６の伝熱
管が万一破損した場合、原子炉冷却材として用いられる
液体金属と水との激しい化学反応により生ずる反応生成
物の影響が高速増殖炉の炉心に直接及ぶことのないよう
に設置されたものである。

〔背景技術の問題点〕

従来の液体金属冷却形高速増殖炉における原子炉冷却系
は、１次主冷却系５の他にセパレートされた２次主冷却
系９が必要である。このため、２次主冷却系９を構成す
る中間熱交換器２や２次主循環ポンプ７、２次主配管８
からなる２次冷却系設備や、これらの設備の補助設備、
サポート構造、電気計測設備、空調設備、さらに各種設
備を収納する建屋が必要となり、膨大な諸施設が要求さ
れ、コストアップの要因となっている。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、２次
主冷却系を削除してコンパクトな原子炉冷却系が可能な
蒸気発生器を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために本発明に係る蒸気発生器
は、外胴に設けられた給水管台と蒸気管台とを複数の蒸
気発生用伝熱管で接続した蒸気発生器において、前記外
胴内に内胴を収容して二重筒構造に構成するとともに、
上記内胴内に第１の管板および第２管板を配設して内部
を１次冷却材流入室と中間の冷却材熱交換室と１次冷却
材流出室とにそれぞれ画成し、前記冷却材熱交換室に収
容される中間熱交換用伝熱管を前記第１および第２の管
板に接続して１次冷却材流入室をその流出室に連通し、
さらに、前記中間の熱交換室を蒸気発生用伝熱管を収容
した外胴内の熱交換室に連通させる連通ポートを内胴に
設ける一方、前記外胴の端部に２次冷却材循環ポンプを
設け、この循環ポンプにより外胴内の熱交換室からの２
次冷却材を中間の熱交換室に案内路を介して導き、前記
連通ポートから外胴内の熱交換室に還流するように強制
循環させたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る蒸気発生器の一実施例について添付
図面を参照して説明する。

第１図において、符号１０は液体金属冷却形高速増殖炉
の原子炉冷却系に用いられる蒸気発生器を示す。この蒸
気発生器１０は支持スカート１１に支持された竪置きタ
イプの円筒状の外胴１２を備えており、この外胴１２内
に内胴１３が収容され、二重筒構造に構成される。

外胴１２の胴下部には複数の給水管台１４が、胴頂部に
は対応する蒸気管台１５がそれぞれ設けられ、上記給水
管台１４はヘリカルコイル状の蒸気発生用伝熱管１６を
介して蒸気管台１５に連接される。蒸気発生用伝熱管１
６は外胴１２と内胴１３とにより画成される環状の熱交
換室１７に収容される。この伝熱管１６はヘリカルコイ
ル状に限定されず、直管状でもホッケーステック状等で
あってもよい。

一方、内胴１３内の上部および下部に第１および第２の
管板としての上管板１８および下管板１９が配設され、
内胴１３内を上部の１次冷却材流入室（入口プレナム）
２０と中間の冷却材熱交換室２１と下部の１次冷却材流
出室（出口プレナム）２２とに画成している。このう
ち、１次冷却材流出室２２は内胴１３の下部膨出部（分
離シュラウド）内に収容された半球状あるいは湾曲成形
された分流ヘッダ２３と下管板１９とにより形成され
る。また、中間の冷却材熱交換室２１には直管状の中間
熱交換用伝熱管２５が多数配設される。各伝熱管２５の
管束は上端および下端が上管板１８および下管板１９に
取付けられ、１次冷却材流入室２０をその流出室２２に
連通している。

前記下管板１９の中央には上昇案内管２６が立設され
る。この上昇案内管２６は上管板１８および１次冷却材
流入室２０を貫いて上方に突出しており、この突出部に
１次冷却材出口ノズル２７が設けられる。１次冷却材入
口ノズル２８は１次冷却材流入室２０を画成する内胴１
３の頭部に設けられる。内胴１３の頭部は外胴１２の頂
部を貫いて少し上方に突出し、外部に露出している。ま
た、上昇案内管２６内には１次冷却材ドレン管２９が収
容され、延設されている。１次冷却材ドレン管２９は１
次冷却材流出室２２の底部まで延びて開口しており、底
部に貯溜された１次冷却材を必要に応じてドレンするよ
うになっている。

ところで、１次冷却材入口ノズル２８は第２図に示すよ
うに１次主配管３０を介して原子炉容器３１に接続さ
れ、原子炉容器３１からの高温の１次冷却材３２が供給
されるとともに、１次冷却材出口ノズル２７は途中に１
次主循環ポンプ３３を備えた１次主配管３０によって原
子炉容器３１に接続され、１次冷却材を循環させる閉ル
ープの原子炉１次主冷却系３４を構成している。

また、内胴１３内の冷却材熱交換室２１には原子炉容器
３１からの１次冷却材と熱交換可能な２次冷却材３５が
収容されている。この２次冷却材３５は内胴１３の上部
に形成された連通ポート（２次冷却材流路窓）３６を介
して外胴１２内に案内される。案内された２次冷却材３
５は外胴１２内で自由液面３７を有し、２次冷却材の熱
膨脹による圧力的な弊害を未然に防止している。２次冷
却材３５は外胴１２内を下降し、蒸気発生用伝熱管１６
内を通る水と熱交換可能とされ、この水と熱交換するこ
とにより、温度降下した２次冷却材は２次冷却材循環ポ
ンプ３８により外胴１２の下部から内胴１３内の冷却材
熱交換室２１に案内される。

２次冷却材循環ポンプ３８は外胴１２の底部に設けられ
たセンタリターン型電磁ポンプであり、外胴１２の下端
に接続され、下部が閉塞された外管４０と内胴１３の下
端に接続される内管４１と、この内管４１の外周部に設
けられる内部鉄心４２と、外管４０の外周部に設置され
る固定子４３とから構成され、外胴１２の底部に存在す
る２次冷却材３５をその電磁ポンプ作用により外管４０
から内管４１内を通るように案内している。

内管４１内に案内された２次冷却材３５は２次冷却材分
離シュラウドを形成する内胴の下部膨出部と分流ヘッダ
２３との間の分流案内路４５を経て中間の冷却材熱交換
室２１内に戻される。しかして、２次冷却材３５は２次
冷却材循環ポンプ３８により蒸気発生器の外胴および内
胴内を強制的に循環せしめられる。

次に蒸気発生器の作用を説明する。

液体金属冷却形高速増殖炉の原子炉容器３１で加熱され
た高温の１次冷却材３２は１次主配管３０を通り１次冷
却材入口ノズル２８から１次冷却材流入室２０に案内さ
れる。この流入室２０に案内された１次冷却材３２は上
管板１８を経て中間熱交換用伝熱管２５内を下降し、こ
の伝熱管２５を通る間に２次冷却材３５と熱交換され
る。中間熱交換用伝熱管２５内を下降した１次冷却材３
２は下管板１９を経て１次冷却材流出室２２に流入し、
この流出室２２で反転して上昇案内管２６内を上昇す
る。上昇案内管２６内に案内された１次冷却材３２は１
次冷却材出口ノズル２７から１次主配管３０に流出さ
れ、１次主循環ポンプ３３により原子炉容器３１内に強
制的に戻される。

一方、低温の２次冷却材３５は２次冷却材循環ポンプ３
８の内管４２より流出し、分流案内路４５を経て内胴１
３内の中間熱交換室２１に案内される。２次冷却材３５
はこの熱交換室２１内で１次冷却材３２と熱交換されて
温度上昇し、高温となって連通ポート３６から外胴内に
流入される。外胴１２内に案内された２次冷却材３５は
続いてヘリカルコイル状蒸気発生伝熱管１６の管束部に
沿って下降し、この熱交換室１７で伝熱管１６内を通る
水と熱交換して低温となり、外胴１２下部から２次冷却
材循環ポンプ３８の外管４０内に送られる。２次冷却材
循環ポンプ３８は固定子４３と内部鉄心４２との間に形
成される移動磁界により駆動力が２次冷却材に付与さ
れ、２次冷却材は外管４０下端で反転し、内管４１内に
流入する。

また、２次冷却材３５は外胴１２内に自由液面３７を有
しており、原子力発電プラントの起動・停止に伴う２次
冷却材の膨脹および収縮は自由液面３７の液位の変化に
より吸収される。

さらに、図示しない給水ポンプから供給された水は給水
管台１４を経て外胴１２内の蒸気発生用伝熱管１６内を
上昇する。この伝熱管１６内を上昇するとき、２次冷却
材３５により加熱され、過熱蒸気となって蒸気管台１５
を経て図示しない蒸気タービンに送られ、仕事をするよ
うになっている。

次に、蒸気発生器の変形例について第３図を参照して説
明する。

この変形例に示された蒸気発生器１０Ａは蒸気管台１５
ａの取付位置が第１図に示された蒸気発生器１０と異な
り、残りの部分は実質的に同一であるので、同一部分に
は同じ符号を付し、重複説明を省略する。

蒸気管台１５ａは外胴１２の頂部外周部に半径方向外方
に突出するように設けられ、支持スカート１１の窓孔４
６を貫いて外側に出るようにしたものである。

この変形例に示された蒸気発生器１０Ａによれば、１次
冷却材入口ノズル２８や出口ノズル２７に接続される１
次主配管（図示せず）と、蒸気管台１５ａに接続される
蒸気配管（図示せず）とを物理的に分離して配設でき、
安全設計上や保守点検作業上有利な設計となる。

なお、本発明の一実施例においては、給水は外胴内のヘ
リカルコイル状蒸気発生用伝熱管内を下方から上方に流
れ、１次冷却材は中間熱交換用伝熱管内を上方から下方
に流した例について説明したが、流れの方向は逆であっ
てもよく、あるいはその他の方向であってもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る蒸気発生器において
は、蒸気発生器を原子炉冷却系の１次冷却系に直接設置
することができるので、従来の一次主冷却系に設けられ
た中間熱交換器や２次主冷却系の２次主冷却配管、２次
主循環ポンプ、さらにこれらに必要な付帯設備や補助設
備、関連する電気計測制御設備、設備収納建屋、関連す
る空調設備等の各種設備を削除することができ、コンパ
クトで製造コストを大幅にダウンさせた高速増殖炉プラ
ントを提供できる。

また、蒸気発生器には２次冷却材循環ポンプが設置され
るが、外胴および内胴内を循環する２次冷却材の循環流
路が短く、流路抵抗も小さいので、ポンプ容量を小さな
ものとすることができ、ポンプの小型化を図ることがで
きる。さらに、蒸気発生用伝熱管が何らかの原因で破断
し、水が冷却材との間で生ずる化学反応により反応生成
物が生じても、１次冷却材と２次冷却材はセパレートし
ているので、その影響か高速増殖炉の炉心に直接及ぶこ
とを未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気発生器の一実施例を示す縦断
面図、第２図は第１図に示す蒸気発生器を液体金属冷却
形高速増殖炉の原子炉冷却系に組み込んだ状態を示す系
統図、第３図は本発明に係る蒸気発生器の変形例を示す
縦断面図、第４図は従来の高速増殖炉の原子炉冷却系を
示す系統図である。 １０……蒸気発生器、１１……支持スカート、１２……
外胴、１３……内胴、１４……給水管台、１５……蒸気
管台、１６……蒸気発生用伝熱管、１７……熱交換室、
１８……上管板、１９……下管板、２０……１次冷却材
流入室、２２……冷却材熱交換室、２３……分流ヘッ
ダ、２５……中間熱交換用伝熱管、２６……上昇案内
管、２７……１次冷却材出口ノズル、２８……１次冷却
材入口ノズル、３０……１次主配管、３１……原子炉容
器、３２……１次冷却材、３３……１次主循環ポンプ、
３４……原子炉１次主冷却系、３５……２次冷却材、３
６……連通ポート、３７……自由液面、３８……２次冷
却材循環ポンプ、４０……外管、４１……内管、４２…
…内部鉄心、４３……固定子、４５……分流案内路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外胴に設けられた給水管台と蒸気管台とを
   複数の蒸気発生用伝熱管で接続した蒸気発生器におい
   て、前記外胴内に内胴を収容して二重筒構造に構成する
   とともに、上記内胴内に第１の管板および第２管板を配
   設して内部を１次冷却材流入室と中間の冷却材熱交換室
   と１次冷却材流出室とにそれぞれ画成し、前記冷却材熱
   交換室に収容される中間熱交換用伝熱管を前記第１およ
   び第２の管板に接続して１次冷却材流入室をその流出室
   に連通し、さらに、前記中間の熱交換室を蒸気発生用伝
   熱管を収容した外胴内の熱交換室に連通させる連通ポー
   トを内胴に設ける一方、前記外胴の端部に２次冷却材循
   環ポンプを設け、この循環ポンプにより外胴内の熱交換
   室からの２次冷却材を中間の熱交換室に案内路を介して
   導き、前記連通ポートから外胴内の熱交換室に還流する
   ように強制循環させたことを特徴とする蒸気発生器。
2. 【請求項２】外胴は、竪置きタイプで、支持スカートに
   より支持されて立設された特許請求の範囲第１項に記載
   の蒸気発生器。
3. 【請求項３】内胴内の上部に形成された１次冷却材流入
   室に１次冷却材ノズルが設けられるとともに、下部の１
   次冷却材流出室は、第２の管板である下管板に立設さ
   れ、かつ前記１次冷却材流入室を貫いて突出する上昇案
   内管に連通され、この案内管の突出部に１次冷却材出口
   ノズルが設けられた特許請求の範囲第１項に記載の蒸気
   発生器。
4. 【請求項４】上昇案内管には、この案内管内を貫通して
   延びる１次冷却材ドレン管が設けられた特許請求の範囲
   第３項に記載の蒸気発生器。
5. 【請求項５】２次冷却材循環ポンプは外胴の下端部に設
   置される一方、上記循環ポンプは外胴の下部に接続さ
   れ、下端が閉塞された外管と、内胴の下部に接続された
   内管と、この内管の外周部に設けられた内部鉄心と、前
   記外管の外周部に設けられた固定子とから構成された電
   磁ポンプである特許請求の範囲第１項に記載の蒸気発生
   器。
6. 【請求項６】内胴の下部は膨出されて分離シュラウドと
   して構成され、この分離シュラウド内に１次冷却材流出
   室を画成する分流ヘッダが収容され、この分流ヘッダと
   分離シュラウドとの間に形成される分流案内路が、２次
   冷却材循環ポンプからの２次冷却材を中間の冷却材熱交
   換室に案内するようにした特許請求の範囲第５項に記載
   の蒸気発生器。
7. 【請求項７】２次冷却材は外胴内で自由液面を有する特
   許請求の範囲第１項に記載の蒸気発生器。