JPH0692802B2

JPH0692802B2 - 高速増殖炉用の蒸気発生器

Info

Publication number: JPH0692802B2
Application number: JP62182259A
Authority: JP
Inventors: 充佐藤; 直樹吉岡
Original assignee: 三菱原子力工業株式会社
Priority date: 1987-07-23
Filing date: 1987-07-23
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS6428401A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は液体金属冷却型高速増殖炉に用いられる蒸気発
生器に関するものである。

［従来の技術］図面の第３図は従来一般の高速増殖炉プラントにおける
２次冷却系の系統図である。図示されるように、高速増
殖炉の２次冷却系は、中間熱交換器１と、２次主循環ポ
ンプ２と、蒸気発生器３と、これらの機器を接続する２
次系配管４とから主に構成されており、炉心（図示しな
い）で発生した熱を中間熱交換器１で受熱し、この熱を
用いて蒸気発生器３内で水・蒸気系から送られる給水を
加熱し、タービンに送る蒸気を発生させるものである。

２次冷却系の液体金属冷却材にはナトリウムが使用され
るので、ナトリウムと水の境界を形成する蒸気発生器３
の伝熱管が万一破損した場合には、蒸気発生器３中のナ
トリウムと水が接触し、激しい化学反応（ナトリウム・
水反応）を引き起こす。このナトリウム・水反応は、大
量の水素ガスや苛性ソーダ等の反応生成物を発生させ、
蒸気発生器３および２次系内の圧力上昇を引き起こす。

そこで、この反応生成物および圧力の解放のために、蒸
気発生器３には、ナトリウム・水反応圧力解放系５が設
けられている。即ち、ナトリウム・水反応が生じると、
蒸気発生器３内の圧力が上昇し、蒸気発生器用破壊板６
が破裂し、反応生成物が放出配管７を通って反応生成物
収納容器８に入る。ここで、苛性ソーダ等を含むナトリ
ウムと水素ガスが分離される。分離された水素ガスは、
更に反応生成物収納容器用破壊板９を破裂させて、放出
配管10を経て点火器11で燃焼させられ、大気に放出され
る。

次に、上述したような構成の２次冷却系で用いられてい
る従来の蒸気発生器について、第４図に沿って説明す
る。

第４図に示される蒸気発生器３は、所謂ヘリカルコイル
形であり、伝熱管12が径方向に複数の層を持つヘリカル
コイル形状をなし管束部13を形成している。中間熱交換
器（第３図参照）からの高温のナトリウムは、蒸気発生
器３上部のリングヘッダ14から分配管15に流入し、リン
グ状のディストリビュータ16により、管束部13のヘリカ
ルコイル各層に流量配分が均一になるように供給され
る。そして、ナトリウムは、胴17内の内筒18とシュラウ
ド19との間を下降して、管束部13で伝熱管12内の水・蒸
気と熱交換して降温し、ナトリウム出口ノズル20から流
出する。また、伝熱管を上昇する蒸気は、蒸気出口ノズ
ル21からタービン（図示しない）に送られるようになっ
ている。

蒸気発生器３内にはカバーガス空間が設けられており、
万一、蒸気発生器３の伝熱管12が破損した場合には、こ
のカバーガス空間を経て放出系ノズル22に接続されたナ
トリウム・水反応圧力解放系へナトリウム・水反応に伴
う圧力を逃すようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］上述したような従来の蒸気発生器においては、下部の伝
熱管が破損したときには、内筒を介してカバーガス空間
中へ圧力を逃すものの、ナトリウム出口ノズルから２次
系配管を通して、ナトリウム・水反応の圧力波が中間熱
交換器に伝播し、原子炉冷却材バウンダリを構成する中
間熱交換器の伝熱管に過大な圧力上昇を与える、という
問題点があった。

また、ナトリウム・水反応で生成された苛性ソーダが圧
力伝播と同様に２次系配管にも流れ、事故後、蒸気発生
器出口付近の２次系配管の洗浄もしくは交換が必要とな
る。

更に、リングヘッダは、中間熱交換器で受熱した高温の
ナトリウムと同じ温度となっており、一方、分配管と接
続している部分の胴の温度は、カバーガス空間中に引き
廻されている伝熱管内の蒸気温度に支配され、リングヘ
ッダの温度よりも低い温度となっているので、分配管は
リングヘッダと胴の温度差に伴う熱膨張差を吸収するた
めに、引廻しを長くとる工夫が必要であった。

更にまた、分配管は３〜６本あるので、リングヘッダに
接続する２次系配管は、分配管内のナトリウム流量配分
が均一になるように２本必要となる。従って、中間熱交
換器から蒸気発生器に接続する２次系配管は通常は１本
であるので、上記従来の蒸気発生器の構造では、２次系
配管を分岐させて配置する必要がある。このため、２次
系配管の配管引廻しのスペースを大きくとらなければな
らない、という問題もあった。

本発明の目的はかかる問題点を解決することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明による有液面式ヘリカルコイル形蒸気発生器は、
胴の上部に中心線に沿ってナトリウム入口管を設け、こ
のナトリウム入口管をディストリビュータに直管の分配
管を介して接続し、ナトリウムがシュラウドおよび内筒
の間を下降すると共にシュラウドおよび胴の間を上昇す
るようにナトリウム流路を形成し、ナトリウム液面下の
胴の上部側面にナトリウム出口ノズルを設けたことを特
徴としている。

［作用］上述したような構成の本発明による蒸気発生器において
は、ナトリウムは、ナトリウム入口管から分配管および
ディストリビュータを通り、内筒とシュラウドの間を下
降して管束部で伝熱管内の水・蒸気と熱交換し、蒸気発
生器下部で向きを反転してシュラウドと胴の間を上昇
し、ナトリウム出口ノズルから流出される。

また、万一、蒸気発生器下部の伝熱管破損が生じた場
合、ナトリウム・水反応による圧力は、シュラウドと胴
の間のナトリウム流路からカバーガス空間に逃がされ、
ナトリウム出口ノズルから２次系配管を介して中間熱交
換器に伝播する圧力は低減される。

［実施例］以下、図面と共に本発明に従った蒸気発生器の好適な実
施例について詳細に説明する。

第１図において、本発明の蒸気発生器30は、先に説明し
た従来構成と同様に、上端が上部鏡31により閉じられ且
つ下端が下部鏡32により閉じられている円筒形竪型の胴
33を有し、その内部にはシュラウド34、更にその内側に
は内筒35が適宜間隔を置いて配置されている。シュラウ
ド34と内筒35との間には伝熱管36が複数層のヘリカルコ
イル状に配置され管束部37を形成している。

ナトリウム入口管38は上部鏡31の中心に取り付けられ、
内筒35と接続されている。また、内筒35の底部にはナト
リウム流路がバイパスしないように蓋39が設けられてい
る。ナトリウム入口管38の回りにはリング状のディスト
リビュータ40が配置され、ナトリウム入口管38とディス
トリビュータ40とは放射方向に延びる複数本の分配管41
により接続されている。このディストリビュータ40は、
ナトリウム液面下に位置するので、ナトリウム入口管38
とディストリビュータ40との間に温度差は生ぜず、従っ
て、分配管41は簡素な直管とすることができる。ナトリ
ウム出口ノズル42は胴33の上部側面に且つナトリウム液
面下に設けられ、胴33とシュラウド34の間隙は、ナトリ
ウム流路となるよう従来構成より広げられている。ま
た、万一のナトリウム・水反応による圧力を緩和および
解放するために、従来構成と同様に、カバーガス空間が
形成されており、胴33のカバーガス空間に位置する部分
に放出系ノズル43が設けられている。

このような構成において、中間熱交換器（第３図参照）
から送られてくる高温のナトリウムは、ナトリウム入口
管38から蒸気発生器30内に流入し、分配管41を経て、デ
ィストリビュータ40から流出する。そして、このナトリ
ウムは内筒35とシュラウド34の間を下降して、管束部37
で水・蒸気と熱交換して降温し、下部鏡32に至る。その
後、流れの向きを反転し、シュラウド34と胴33の間を上
昇し、ナトリウム出口ノズル42より流出し、中間熱交換
器に戻される。一方、伝熱管36を上昇する水・蒸気は、
蒸気出口ノズル44を経てタービン（図示しない）に送ら
れ、発電に供せられる。

万一、蒸気発生器30の下部で伝熱管36が破損した場合で
あっても、ナトリウム出口流路が蒸気発生器下部で反転
した構成となっており、また、ナトリウム液面に近い上
部にナトリウム出口ノズル42が配置されているので、ナ
トリウム・水反応による圧力はシュラウド34と胴33との
間を通ってカバーガス空間に解放され、ナトリウム出口
ノズル42を通って中間熱交換器に伝播する圧力は小さ
い。例えば、伝熱管36の１本がギロチン破損を起こした
場合を想定して中間熱交換器の圧力上昇を求めると、第
２図に示されるように、従来構成では約20kg/cm²である
が、本発明によれば、約5kg/cm²と大幅に低減される。

また、ナトリウム・水反応で発生する苛性ソーダ等の反
応生成物も、反応箇所からナトリウム出口ノズル42まで
の距離が長いので、殆ど蒸気発生器30内に止どめること
ができる。

尚、本発明の蒸気発生器は、２次系を削除した高速増殖
炉プラントにも適用可能なことは、当業者ならば容易に
理解されるであろう。即ち、伝熱管を２重管にした蒸気
発生器を上記と同様の構造として１次系に取り付けて
も、万一のナトリウム・水反応事故時に、原子炉容器へ
の伝播圧力が小さく、且つ、苛性ソーダの移行が殆どな
い、という効果を奏する。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、次に示す効果を奏する
ことができる。

（１）ナトリウム・水反応時の伝播圧力を低減でき、中
間熱交換器または原子炉容器への圧力を緩和することが
でき、事故の拡大を押さえることが可能となる。

（２）発生する苛性ソーダを蒸気発生器内に止どめるこ
とができるので、蒸気発生器のナトリウム出口ノズルに
接続された２次系配管の洗浄・交換等の事故後処理を簡
素化できる。

（３）ナトリウム入口管を１本にでき、２次系配管との
取合いが簡素となり、２次系配管の引廻しが簡素とで
き、配置スペースの縮小を図ることができる。

（４）分配管を簡素な直管引廻しとすることができ、配
置スペースの縮小が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った高速増殖炉用の蒸気発生器の一
実施例を示す説明図、第２図はナトリウム・水反応時の
中間熱交換器における圧力変動を従来構成と本発明とで
比較したグラフ、第３図は従来一般の高速増殖炉プラン
トの２次冷却系系統図、第４図は従来の蒸気発生器を示
す説明図である。図中、 1:中間熱交換器、2:2次主循環ポンプ 3,30:蒸気発生器、33:胴 34:シュラウド、35:内筒 36:伝熱管、37:管束部 38:ナトリウム入口管、40:ディストリビュータ 41:分配管 42:ナトリウム出口ノズル 43:放出系ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端および下端が閉じられている円筒形の
胴と、該胴の内側に一定の間隔を置いて配置されたシュ
ラウドと、該シュラウドの内側に一定の間隔を置いて配
置された内筒と、前記シュラウドおよび前記内筒の間に
ヘリカルコイル状に配置された多数の伝熱管によって形
成された管束部と、該管束部の上側であってナトリウム
液面下に配置されるディストリビュータとを具備してい
る蒸気発生器において、前記胴の上部に中心線に沿って
ナトリウム入口管を設け、該ナトリウム入口管を前記デ
ィストリビュータに直管の分配管を介して接続し、ナト
リウムが前記シュラウドおよび前記内管の間を下降する
と共に前記シュラウドおよび前記胴の間を上昇するよう
にナトリウム流路を形成し、前記胴の上部側面であって
ナトリウム液面下にナトリウム出口ノズルを設けたこと
を特徴とする高速増殖炉用の蒸気発生器。
【請求項２】伝熱管は２重管であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の高速増殖炉用の蒸気発生器。