JPS61159003A - 高速増殖炉用蒸気発生器の伝熱管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分類・分−野〉 開示技術は、高速増殖炉の原子炉で昇温された液体ナト
リウムをして水と熱交換し、蒸気を発生してタービンを
作動して電気エネルギーに変える蒸気発生器の熱交換用
の伝熱管の構造技術分野に属する。

く要旨の解説〉 而して、この出願の発明は、高速増殖炉に併設され、中
間熱交換器を介して接続される二次系液体ナトリウムが
送給されるシェルの外に設けられた給水ヘッダと該液体
ナトリウムによって加熱される蒸気の出口ヘッダとの間
に接続され、又、上記液体ナトリウム内に配管されると
共に、その二重管式の外管と内管との間にＨｅ等（例え
ば、Ｈｅ　＋Ｈ２、Ａｒ　、　Ａｒ　＋Ｈ２）のナトリ
ウム水反応検出用のガス流路が介設されている伝熱管構
造に関する発明であり、特に、該シェル内の個々の外内
二重管の該シェルに対する取り合いがサーマルスリーブ
方式にされ、各外内管相互の管端末における溶接部がシ
ェル外の大気中において形成されているようにされ、更
に、該外内管のシェル外溶接部の間隙にナトリウム水反
応検出用ガス取出管が接続されている高速増殖炉用蒸気
発生器の伝＃！！管Ｍ４造に係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、近時エネルギー問題は新しい局面を迎え、
石油エネルギーに対しこれに代替するエネルギー源とし
て原子力エネルギーがクローズアップされてきている。

而して、該原子力エネルギーの内でも燃焼燃料以上に新
しい燃料を再生産し得る高速増殖炉は理想的な原子力エ
ネルギ一手段として新しい技術が研究開発されてきてい
る。

而して、該高速増殖炉はその原子炉において液体ナトリ
ウムを加熱昇温し、中間熱交換器を介して蒸気発生器に
おいて液体ナトリウムの熱を水に与えて水然気を１成さ
せ、ターどンを動作して電力を得るようにしている。

そして、該蒸気発生器は液体ナトリウムから水に水蒸気
を生成する熱を伝達するために熱伝達が高効率になされ
ると共に、様々な悪条件を来たすナトリウム水反応を避
けるために、又、安全上もこれに対処する特別の配回が
なされ勾ばならないものである。

而して、該蒸気発生器に於いては給水ヘッダと、発生す
る蒸気の出口ヘッダとの間に接続される伝熱管は多数の
配管として蒸気発生器のシェルの内部において中間熱交
換器からの加熱液体ナトリウム中に浸漬されている状態
を一般にとり、その一般的態様を第１図の実験用、試験
用の蒸気発生器１で概略説明すると、蒸気発生器１のシ
ェル２の内部には中間熱交換器に接続される二次系液体
ナトリウムの配管の液体ナトリウム入口リングヘッダ３
が設けられて該シェル２内に液体ナトリウムを供給して
下部の液体ナトリウム出口４から中間熱交換器に排出循
環するようにし、一方、給水ヘッダ５はサーマルスリー
ブ方式の取り合いを介して伝熱管６をヘリカルコイルの
Ｍ様にして該液体ナトリウム内に配管して管板方式をと
る蒸気出口ヘッダ７に接続するようにしている。

而して、該蒸気出口ヘッダ７においては第２図に示す様
に管板８に対して多数の伝熱管６．６・・・が溶接を介
して取り付けられている。

したがって、該第１．２図に示す様に、多数の伝熱管６
．６・・・は集合されて一つの蒸気出口ヘッダ７に接続
される。

ところで、蒸気発生器に於いては上述構造でも分る通り
に伝熱管６の内部を水や蒸気が？！２雑な態様で流過し
、その外側を液体ナトリウムが流過するが、このプロセ
スにおいて不測にして伝熱管６から水や蒸気がリークし
て外側の液体ナトリウムに触れると所謂ナトリウム水反
応が発生し、所謂小リーク、大リーク等の蒸気発生器１
にとっても安全運転上極めて由々しい問題が発生する。

したがって、厚みに限度がある該伝熱管６の構造として
は、本来的には二重管構造を採用する方が好ましくはあ
るが、伝熱性能が劣化するため蒸気発生器が大型となる
こと、該二重管の内外管の間隙の流路にナトリウム水反
応検出用の）（ｅ　　（例えば、Ｈｅ　＋８２　、　Ａ
ｒ　、　Ａｒ　＋）−１２）等のガスを流過介在させる
ためにその構造が複雑である等の理由で一重管が採用さ
れてきており、近時安全上の問題を最優先するために再
び上記二重管構造がクローズアップされてきて種々試験
等に６いて採用されてきている。

この場合、蒸気ヘッダ７における伝熱管６に対する管板
８は一枚の場合もあるが、第３図に示す壕に、二枚の態
様をとる場合もあり、後者について略説すると、上部の
管板８′と下部の管板８′との間にＨｅ　　（又はＨｅ
＋Ｈｚ）等のガス￥９を設け、二重管の内管６′の開口
端を管板８′に、又、外管６′を管板８′に隅肉溶接１
０をして固定し、水側バウンダリとナトリウム側のバウ
ンダリ１１を液体ナトリウム側に形成させるようにし、
又、該内管６′　と外管６″の間には微小な間隙の流路
１２を形成し、噴憧的にＨｅ　　（又はＨｅ＋ｔ−＋＞
等のガスを取り出す為の溝１３．１３・・・を形成させ
るようにしている。

〈従来技術の問題点〉 さりながら、上述従来態様の高速増殖炉に６ける伝熱管
のシェルに対する取り合いは管板方式をとっているため
に水側バウンダリやナトリウム側バウンダリが液体ナト
リウム側にあって隅肉溶接の信頼性が低いという欠点が
あり、又、水リーク時に補修を必要とするがその場合の
メンテナンスが複雑で作業がし難いという難点もあった
。

又、多数の伝熱管が一つのヘッダに集合分岐する取り合
いであるために、第一にどの伝熱管が水リークを発生し
ているのかの発見が手間取り場合によっては不可能であ
る不都合さもあり、発見された場合としても当該伝熱管
に対するプラグの適用が出来難いという不具合があった
。

特に、給水ヘッダにおいては高圧の給水にバウンダリ部
の隅肉溶接部が晒されるために上述の通り、信頼性が極
めて低いばかりでなくそのメンテナンスもし難いという
不都合さがあった。

そして、一つのヘッダにおいて、伝熱管を１本づつ取り
出すことが出来ないというネックが蒸気発生器のスムー
スな運転や安全な運転を阻害していた。

又、一般に蒸気発生器はその運転時と停止時のシェル、
及び、伝熱管にあける熱伸縮量が多いために伝熱管とシ
ェルの取り合い部においてベローズ等の伸縮機構部を設
は勾ばならず、それが上記の如く本来的にメリットがあ
る二重管構造伝熱管の？！雑さをより阻害条件側に押し
やる不利点ともなっていた。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく高速増殖
炉の蒸気発生器のシェルに対する伝熱管の取り合いの問
題点を解決すべぎ技術的課題とし、伝熱管のシェルに対
する取り合いを管板方式からサーマルスリーブ方式に変
えてその構造を簡単にし、而も、信頼性を多いに高め、
ナトリウム水反応のリーク発見が可及的にすみゃかにな
され、リ−り伝熱管の位置決めが確実に行われるように
してエネルギー産業にあける原子力技術利用分野に益す
る優れた高速増殖炉用蒸気発生器の伝熱管構造を提供せ
んとするものである。

〈発明の構成〉 この出願の発明の構成は、前述問題点を解決するために
高速増殖炉の原子炉において加熱された液体ナトリウム
は中間熱交換器中の二次系ナトリウムと熱交換し、該二
次系ナトリウムが蒸気発生器のシェル内部に液体ナトリ
ウム入口ヘッダより供給され、伝熱管中の水と熱交換さ
れ出口より排出されて循環するようにされ、−万、該シ
ェルに対して給水ヘッダと蒸気出口ヘッダとの間に接続
された二ｍ管式の伝熱管は該液体ナトリウムに対して浸
漬されて上述の如く熱交換され、加熱されて該蒸気出口
ヘッダより過熱器に供給されるようにされ、而して、該
二重管の伝熱管はその内外管が各１本づつサーマルスリ
ーブ方式にてシェル外に溶接部を有し、したがって、該
溶接部はシェル内の液体ナトリウム側になく、而も、該
シェル外にて各外内管相互の間隙にナトリウム水反応検
出用ガス供給管が臨まされて接続され、水側耐圧バウン
ダリやナトリウム側バウンダリが設けられておらず、又
、各二重皆伝熱管とシェルとの間にベローズ等を設けら
れておらず、伝熱管はシェル内に形成された曲折部によ
ってシェルの運転、停止に伴う伸縮を吸収出来るように
し、水リークが生じた場合にリーク伝熱管の位置決め取
り出しが確実に行うことが出来るようにして信頼性の高
い運転とメンテナンスが出来るようにした技術的手段を
講じたものである。

〈実施例−構成〉 次に、この発明の１実施例を第５図以下の図面に基づい
て説明すれば以下の通りである。尚、第１〜４図と同一
態様部分は同一符号を用いて説明するものとする。

１′はこの出願の発明の要旨を成す蒸気発生器であり、
図示しない原子炉に中間熱交換器を介して併設されて高
速増殖炉の一部をなしており、そのシェル２′は上下の
鏡板１４．１５と両者の間に−体的に連設されている銅
板１６よりなり、全体としては！閉型にされ、上部鏡板
１４の側部には、図示しない中間熱交換器を介して上述
原子炉に接続される二次系液体ナトリウム配管に接続す
る液体ナトリウムヘッダ３′が、又、下部の鏡板１５′
の側部には液体ナトリウム出口４′が設けられて循環流
路を形成し、上記銅板１６の上部より下部に該液体ナト
リウムを流過させるようにさせている。

又、下部の鏡板１５に測位して設けられた給水リングヘ
ッダ５′と下部鏡板１４の側部に設けられた蒸気出口ヘ
ッダ７′との間には各ユニット毎の二重管構造の伝熱管
６１．６１・・・が配管され、（上記各ヘッダ５′、７
′の近傍においてはシェル２′の外で内情６′のみが接
続されている。）、該伝熱管６１はシェル２′内部の分
離シラウド１７内に於いて配管され、液体ナトリウム内
に浸積されている。

而して、該二重管構造の伝熱管６１のシェル２′に対す
る取り合いは、第６．７図に示す様に、サーマルスリー
ブ方式をとっており、シェル２′の内部に６いては曲折
部１８を有しており、各伝熱管６１とシェル２′の熱挙
動による伸縮は該曲折部で吸収され、シェル２′との取
り合い部に於いては、従来の如く、ベローズは設けられ
ておらず、その限り、構造は簡単にされている。

而して、下部鏡板１５に於ける伝熱管６１のシェル２′
の取り合いは、該第７図に示す様に、外管６゛が該シェ
ルに於いて隅肉溶接され、該外管６′に対して、前記第
４図に示す様に、微小間隙を介して内装されている内管
６′は外管６′に対してシェル２′を貫通してシェル２
′外に延びており。

又、該外管６１に対してはシェル２′外部で隅肉溶接１
９で接合され、又、突き合ｔ！溶接１９を介して前記給
水ヘッダ５′に接続されている。

したがって、下部状板１５に於いては、取り合い部の溶
接部はシェル２′の外部にあってシェル２′内の液体ナ
トリウムとは隔絶されるようにされている。

一方、上部鏡板１４に於ける伝！！１管６１とシェル２
′の取り合いは、第６図に示す様に、外管６′がシェル
２′の内側において拡大部６１とされ、該シェル２′と
隅肉溶接され、その外部に於いてキャッププレート２０
と溶接一体固定され、その内側にはガスｖ２１を形成さ
れている。

而して、内管６′は、該ガス’ｆｉ２１を通過すると共
に、上記キャッププレート２０を隅肉溶接１９をされて
貫通し、上記蒸気出口ヘッダ７′に接続されている。

そして、上記外管拡大部６１と内管６′との間に形成さ
れたガス流路が接続する断面リング状のガスｉ２１に対
しては第３流体取り出しノズル２３が上記キャッププレ
ート２０を貫通して接続されると共に、第３流体ヘッダ
２２に接続されて内管６′から水リークが生じて液体ナ
トリウムに小リーク、大リークを生じた際のナトリウム
水反応検出用のＨｅ等（例えば、＠ｅ　＋Ｈ２、Ａｒ　
、　Ａｒ　＋Ｈ２））等の第３流体ガスを取り出して該
ガスｖ２１より内外管６’、６’間のガス流路に供給す
るようにされている。

したがって、シェル２′に対する伝熱管６１の取り合い
は下部鏡板１５においても下部鏡板１４においてもシェ
ル２′の外側の大気側でとられていることになり、した
がって、それらの溶接部はシェル２′内の液体ナトリウ
ム側には無いことにはなり、信頼性が大いに高く、又、
上部鏡板１４に於いては各ユニット毎の伝熱管６１に対
して個々に）−１ｅ等（例えば、Ｈｅ　＋Ｈ２、Ａｒ　
、　Ａｒ　＋８２　）を取り出す第３流体取り出しノズ
ル２３が設けられてリーク伝熱管６１を確実に位置決め
検出することが出来る。

尚、上述のような構造であるために、サーマルスリーブ
部においては給水側耐圧バウンダリやナトリウム側バウ
ンダリの溶接部はシェル外に位置する為、最も可能性の
大きい溶接部からの水リークを確実に防止することが出
来る。

〈実施例−作用〉 上述構成において、高速増殖炉が稼動に供され、二次系
液体ナトリウムが図示しない中間熱交換器を介して蒸気
発生器１′との間に循環されると、加熱された二次系液
体ナトリウムは上記液体ナトリウム入口ヘッダ３′より
シェル２′内に供給されて出口４′から排出透口され、
一方、給水ヘッダ５′から供給される水は各伝熱管６１
の内管６′を通り、上記加熱液体ナトリウム内を通過す
ることにより熱交換されて加熱され水と蒸気が混在した
形で上昇し、蒸気出口ヘッダ７′より、図示しない次段
の過熱器に（又は直接タービンに）供給されていく。

而して、多数の各伝熱管６１に対しては、上部の鏡板１
４における伝熱管６１のガス’Ｊ２１に対して第３流体
ヘッダ２２からの各第３流体取り出しノズル２３が臨ま
されて各ユニット二重管構造の内外管６′、６１間に間
隙ガス流路が設けられていることにより供給第３流体、
例えば、Ｈｅ　　（又はＨｅ＋Ｈ２、Ａｒ　、　Ａｒ　
＋８２　）等は伝熱管６１の各々に不測にして小リーク
や大リークが生じた場合に直ちにこれを検出し、図示し
ない検出器に検出信号を送信するためにどの伝熱管がリ
ークを生じているか直ちに発見され、補修作業に応する
ことが出来る。

而して、この場合、通常一般にリークを生ずるのは内外
管６’、６’のシール溶接部分であるが、この出願の発
明においては上下の各鏡板に対する伝熱管６１の鏡板１
５．１４に対する溶接部がシェル２′の外側、即ち、大
気側にあるために万一リークが生じてもシェル２′の内
側、即ち、液体ナトリウム側にないことにより所謂蒸気
発生器に於けるリークの問題の虞は全くないことになり
、安全状態で適宜のリーク対象補修が行うことが出来る
。

尚、この出願の発明の実施Ｂ様は上述実施例に限るもの
でないことは勿論であり、例えば、蒸発器のみならず、
過熱器にも適用出来る等種々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に高速増殖炉に
用いる蒸気発生器の伝熱管構造が二重管方式を用いるこ
とが出来、而も、その利点を充分に生かすことが出来る
優れた効果が奏され、而も、従来その構造が複雑とされ
てその利点が削減されていたことを除去することが出来
る優れた効果が奏される。

而して、該伝熱管がシェルに対して従来の管板方式では
なく、サーマルスリーブ方式をとることが出来るように
されたために、多数の伝熱管について１本づつシェルに
対して給水ヘッダや蒸気出口ヘッダに接続することが出
来るようになり、したがって、各取り合い部において第
３流体取り出しノズルを取り付けることにより、どの伝
熱管のユニットがリークを生じているか、直ちにその位
置決めを特定することが出来、これに迅速に対処して補
修作業等が出来ることが出来る効果があり、それによっ
て蒸気発生器の安全運転が向上され、信頼性が高まると
いう優れた効果が秦される。

而して、該伝熱管の各外内管の溶接部がシェル外に形成
されることによってナトリウム水反応に最も虞れられる
小リーク、大リークが生じ易い溶接部がシェル外の大気
側にあることにより最もリークに対して虞が生じ易い部
分の安全性が高まり、補修に対する適合性が高まるとい
う優れた効果が秦される。

又、伝熱管とシェルとの取り合いがサーマルスリーブ方
式を取ることにより、シェル内に取り合いの折曲部を形
成することが出来、それによって蒸気発生器の稼動中や
停止時の熱挙動による伸縮を該折曲部で吸収出来るとい
う効果があり、したがって、べＯ−ズ等を特別に設ける
必要がないために構造が簡単となり、コストダウンを図
れるという利点もある。

そして、この構造の簡単さは上述の条件ばかりでなく、
伝熱管がユニット毎に設けられるために、そして、該ユ
ニット毎の伝熱管が上述の如くサーマルスリーブ方式に
よりシェル外に取り付けられて高圧の給水条件下におか
なくてもよいために、溶接部が低圧大気雰囲気中におか
れることになり、それだけ溶接の健全さが保たれ、溶接
構造部の構造が簡単になり、不測にして水リークを生じ
た場合の伝熱管に対するプラグも簡単になり、容易に行
えるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気発生器の従来態様の概略断面図、第２図は
第１図管板部拡大断面図、第３図は同じ〈従来技術基づ
く伝熱管の管板取合方式拡大断面図、第４図は二車管構
造の伝熱管断面図、第５図以下はこの出願の発明の１実
施例の説明図であり、第５図は全体概略部分断面図、第
６図は第５図■部拡大断面図、第７図は第５図Ｖ１部断
面図である。 １′・・・蒸気発生器（蒸発器）、　　２′・・・シェ
ル、５′・・・給水ヘッダ、　　７′・・・蒸気出口ヘ
ッダ、６′・・・外管、　　６′・・・内管、　６１・
・・伝熱管、１９・・・溶接部、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高速増殖炉用蒸気発生器のシェル外に設けられた
   給水ヘッダと蒸気出口ヘッダとの間に接続されると共に
   該シェル内液体ナトリウム中に配管され外管と内管間に
   ガス流路を介在されている二重管式の伝熱管構造におい
   て、該個々の外内二重管のシェルに対する取り合いをサ
   ーマルスリーブ方式にして各外内管相互の溶接部がシェ
   ル外に形成されていることを特徴とする高速増殖炉用蒸
   気発生器の伝熱管構造。
2. （２）高速増殖炉用蒸気発生器のシェル外に設けられた
   給水ヘッダと蒸気出口ヘッダとの間に接続されると共に
   該シェル内液体ナトリウム中に配管され外管と内管間に
   ガス流路を介在されている二重管式の伝熱管構造におい
   て、該個々の外内二重管のシェルに対する取り合いをサ
   ーマルスリーブ方式にして各外内管相互の溶接部がシェ
   ル外に形成され、而して該シェル外溶接部の各外内管間
   隙にナトリウム水反応検出用ガス取出管が接続されてい
   ることを特徴とする高速増殖炉用蒸気発生器の伝熱管構
   造。