JPS6122721B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 容器１の中に下端が閉じられている中央管４
を有し、該中央管が１本あるいは数本の給水用降
水管６を収容し、コイル管束５が前記容器１と中
央管４との間に配置されたバレル１７によつて取
り囲まれているような液体金属加熱形蒸気発生器
において、複数の管束５が伝熱管１１が真直ぐに
走つている水平中間室１６を備えて互いに上下に
配置され、前記バレル１７が再熱器伝熱管２２の
管束２１を有していることを特徴とする再熱器を
内蔵した液体金属加熱形蒸気発生器。

２ 管束間の中間室にブラケツトが配置されてい
る蒸気発生器において、 (a) ブラケツト２８に下側に位置しているコイル
状管束５が吊り下げられ、 (b) ブラケツト２８が、上側に位置する支持体の
欠損後上側に位置するコイル状管束５を支持す
る、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の蒸気発
生器。

３ (a) 給水用降水管６の下端７に複数のヘツダ
配管８が上下に接続され、 (b) 該ヘツダ配管８が互いにコイル状に配置さ
れ、 (c) 該ヘツダ配管８の他端が、円周に亘つて分布
されたコイル状管束５の下側ヘツダ９に開口し
ている、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の蒸気発
生器。

４ 円周に亘つて分布された複数の円筒状下側ヘ
ツダを有し、該各下側ヘツダがコイル状管に対す
る外方に向いた管板と内方に向いた湾曲底部とを
持つている蒸気発生器において、 (a) 下側ヘツダ９の湾曲底部間に支持構造物１３
が配置され、 (b) 該支持構造物１３が下側ヘツダ９の湾曲底部
からほんの僅かな間隔を有している、 ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の蒸気発
生器。

５ (a) 給水降水管６の下端７が、その下端が閉
じられている二重管１２によつて僅かな間隔を
隔てて取り囲まれ、 (b) この二重管１２が中央管４の内側に取り付け
られている、 ことを特徴とする請求の範囲第３項記載の蒸気発
生器。

６ コイル状管が管寄せの管板に開口している蒸
気発生器において、 (a) ヘツダないし管寄せ２７が隣接する集合管２
３，２４に対して回転対称の形をし、 (b) 管板２５が球面の部品である、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の蒸気発
生器。

７ (a) 中央管４の下端が容器１の底部にある心
出し体１４の中に垂直方向に摺動可能に置かれ
ている、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の蒸気発
生器。

８ (a) 各下側ヘツダ９が水抜き配管３０を備
え、 (b) 水抜き配管が個々にあるいはまとめて中央管
４の中において上方に導かれている、 ことを特徴とする請求の範囲第４項記載の蒸気発
生器。

明細書 本発明は、請求の範囲第１項の上意概念に基づ
く蒸気発生器に関する。

蒸気発電所の総合効率を高めるために、蒸気タ
ービンの高圧部および中圧部で既に膨脹して温度
が下つた蒸気をいわゆる再熱器で再度過熱するこ
とが目的に適つている。たとえばナトリウムのよ
うな液体金属で冷却される原子炉の場合、一般的
な方法で加熱される蒸気発電所に比べて安全性お
よび信頼性について非常に高い要求があるので、
従来この再熱器の設置を避けるか、あるいは高温
の液体金属の側に過熱器と並列に接続されている
別置の機器の中に再熱器を組み込んでいた。一般
的な方法で加熱される発電所に比べてしばしば非
常に大きな出力を有している原子力発電所は、高
い利用率でかつ高い総合効率で電流を発生しなけ
ればならないだけでなく、絶えず予想される故障
の際に、原子炉がそれに適した運転温度を著しく
越えることなしに、原子炉から出る熱を放出しな
ければならない。従つて従来においては、たとえ
ば過熱器および再熱器のような異なつた形式の機
器を、これらが故障の際に共に損害をこうむるこ
となく、互いに独立して運転できるようにするた
めに、分離することが試みられていた。しかしこ
の分離形構造様式は、液体金属冷却形原子力発電
所の場合には、高いコストを伴なうような付加的
な所要空間は別としても、配管、熱絶縁体および
安全装置に対して非常に高い経費を要することに
なる。

西ドイツ特許出願公開第2448832号公報には原
子力発電所の蒸気発生器として液体金属／水−熱
交換器が既に記載されている。この熱交換器の場
合、上側および下側が開いているバレルによつて
取り囲まれている多数の垂直な管束が、容器の中
に上方に向つて交換可能に配置されている。高温
液体金属は水ないし蒸気に対して対向流で導かれ
ているので、各管束が破損事故の際に速やかにか
つ安価に交換できるようなコンパクトな配置構造
が既にここで達せられている。しかしこの配置構
造の場合においても高温液体金属による蒸気の再
熱器は設けられていない。

本発明の目的は、従来のものよりも非常に経済
的な液体金属加熱形蒸気発生器を提供することに
ある。この経済性は次の点によつて達成しようと
するものである。すなわち (1) 蒸気タービン設備の熱効率を高温液体金属で
蒸気を再熱することによつて高める。

(2) 再熱器をもともと存在している蒸気発生器の
容器の中に組み込むことによつて設備費を低減
する。

(3) 点検および修理を容易にし、蒸気発生器管束
の吊り下げ支持に冗長性をもたせることによつ
て運転コストを低減する。

この目的を達成するために、請求の範囲第１項
に基づく蒸気発生器が提案される。液体金属で加
熱される蒸気発生器を、異なつた様式の加熱面間
に大きな中間室なしにできるだけコンパクトに作
ることは従来では普通であつた。というのはこの
容器の容積はまず直接その価格に影響を及ぼし、
更に間接的には液体金属容量の増加に関連して補
助設備を含む全設備の価格も高くなるからであ
る。この基本原理に反して本発明の場合、種々の
又は同一の形式の各管束の間に本発明に基づく水
平の中間室を有している。この中間室はかなりの
空間を必要とするが、運転のためおよび熱交換器
の保守点検のためには大きな利点を有している。
この中間室の内部には次のような構造部品が配置
されている。すなわち (1) 規側的な時間間隔で検査され監視されねばな
らない部品。

(2) 他の構造部品の検査のために必要な部品。

(3) 他の構造部品に対して危険となる部品。

従つてこの中間室の中には長い伝熱管の場合に
必然的に存在する溶接継目が、他の構造部品とか
なり間隔を隔てて配置されている。金属−水−熱
交換器において絶えず予想される損傷はほとんど
専ら伝熱管に必然的に存在する溶接継目で生ずる
ことがわかつた。いまこの溶接継目を全く意識的
に各管束間の中間室の中に置いた場合、この溶接
継目を狭い管束内におけるよりも良好に検査で
き、必要の場合には修理できる。更にこの溶接継
目をこの自由な中間室の中に他の構造部品から間
隔を隔てて配置した構造は、全設備の運転に対し
て別の大きな利点を有している。すなわち液体金
属容器の内部における水あるいは蒸気が入つてい
る管のどんな小さな非気密性も短時間後には大き
な損傷を生じるおそれがある。というのは高圧下
で液体金属内に漏出する水蒸気は火炎のような様
相を呈し、水と液体金属との化学反応によつて局
部的に狭く限定された高い温度を生ずるからであ
る。高圧下で漏出する蒸気の高い速度に関連し
て、隣接する構造部品は火炎のような現象によつ
て極めて迅速に破壊される。

本発明に基づいて管束間に水平の中間室を配置
し、この中間室の内部にすべての溶接継目を配置
することによつて、管束自体に傷を生じないこと
が高い確率で保証することができる。この前提の
もとで同じ容器の中に蒸発器および過熱器だけで
なく再熱器の管束も配置することができる。とい
うのはここでは相互の妨害がもはや考えられない
からである。

請求の範囲第２項に基づく蒸気発生器は運転お
よび監視に対して更に２つの利点を生ずる。容器
の上端に熱交換器の管束全体を従来周知のように
吊り下げるのに比べて、本発明に基づいて各管束
間に複数の支持構造物を配置することによつて、
各支持構造物は全管束の一部だけを支持すれば良
いので、各支持構造物の個々の負荷は非常に僅か
であることが保証される。本発明に基づく支持構
造物の二重機能によつて、すなわち一方では通常
状態において下側に位置している管束を支持し、
他方では上側の支持構造物が欠損した場合に上側
の管束も支持するという機能によつて、構造物全
体の信頼性が高められる。

請求の範囲第３項に挙げられているヘツダ構造
物は、一方では降水管と管板付きの中央管の異な
つた熱膨脹による許容できない応力の発生を防止
し、他方では容器の円周に亘つて分布されている
すべてのコイル状管に均一に流入するように作用
している。更に唯一の降水管を偏心して配置さ
せ、ヘツダ管をコイル状の形にすることによつ
て、中央管の中心は遠隔操作形の保守点検装置の
ために用立てられる。

請求の範囲第４項に基づく配置構造は相矛盾す
る２つの要求を満足する。すなわち一方では下側
ヘツダおよびその下側の室に遠隔操作される保守
点検装置を入れるようにしなければならず、他方
では円周に亘つて均一に分布された下側ヘツダを
そのひとつが万一破損した場合に他の構造部品に
二次損傷を生じないようにするために互いに相互
に支持しなければならない。本発明に基づいて下
側ヘツダの底部から僅かな間隔を隔てて配置され
た支持構造物は上側および下側が開いており、従
つて点検装置などを自由に出し入れできる。更に
この支持構造物は簡単な装置によつて上方に、場
合によつては下方にも取り出すことができる。

請求の範囲第５項に挙げられた配置構造は、同
様に降水管の損傷後の大きな追従破損を防止しよ
うとしている。ここに挙げられた二重管は、もし
降水管がその底部の反動力あるいは完全に破損し
たヘツダによつて移動せしめられた場合に、この
降水管の下端を拘束しようとするものである。

請求の範囲第６項に挙げられた管寄せは多数の
コイル状管を総括するものである。それらの長い
コイル状管は規則的な間隔において長い可撓性の
ゾンデによつて内側から点検しなければならない
ので、コイル状管内には上からマニピユレータで
通じるようにしなければならない。かかるマニピ
ユレータがすべての管端に一点から管軸心方向に
到達できるようにするために、本発明に基づいて
これらの管端を従来のように平らな管板にではな
く、球面の部品に溶接することが提案される。こ
のようにして相応したマニピユレータを回転する
だけで、円形執道上に位置するすべての管端に到
達でき、マニピユレータと管寄せ軸心との角度を
変えることによつて、その都度隣接する管端の円
形執道に到達できる。

請求の範囲第７項に基づく配置構造は、容器と
中央管との間の異なつた熱膨脹による許容できな
い熱応力を防止し、それにも拘らず中央管をそれ
に取り付けられたコイル状管と共に上方に容易に
取り外すことができ、たとえば地震の際に生じる
許容できない水平方向荷重に対して中央管の下端
を保護するような構造物を提案している。

請求の範囲第８項に基づく形態は、修理作業の
際にコイル状管に僅かな圧力を供給することによ
つて、コイル状管から水を完全に抜くことがで
き、最深位置に置かれた下側ヘツダからも完全に
水抜きができるようにするものである。

第１図ないし第４図は本発明の実施例を示して
おり、詳しくは第１図および第２図はそれぞれ蒸
気発生器の下側部分および上側部分の縦断面図
（第３図における−線に沿う断面図）、第３図
はその平面図、第４図は縮小した別の縦断面図、
第５図は第１図の−線に沿う拡大断面図、第
６図は第１図のＸ部の拡大詳細図である。

蒸気発生器は二次側液体ナトリウムによつて貫
流される容器１の中に配置されている。この二次
側液体ナトリウムはナトリウム／ナトリウム伝熱
形中間熱交換器（図示せず）の中において、原子
炉の冷却材として用いられる一次側ナトリウムに
よつて加熱され、第１の接続短管２を通つて流入
し、第２の接続短管３を通つて流出する。容器１
の内部には下側が閉じられている中央管４が配置
されており、両者の間には管束５にまとめられて
いる多数の伝熱管が配置されている。これらの伝
熱管は周知のようにしてその下側部分は蒸気発生
のために、上側部分は過熱のために用いられ、そ
れぞれの部分は容器１と中央管４との間の中間室
の各セクタを占めている。給水は降水管６を通し
て供給される。この降水管６は空気あるいは不活
性ガスが充満されている中央管４の内部に配置さ
れ、それによつて降水管に漏れが生じた場合の水
とナトリウムとの反応が防止される。降水管６は
ヘツダ７に接続されており、ここから熱膨脹を補
償するために巻回されているたとえば４本の配管
８が下側ヘツダ９に通じている。各下側ヘツダ９
はほぼ半球状の底部と管板１０とを有し、この管
板１０には各伝熱管１１が溶接されている。万一
配管８のひとつが破損した場合にヘツダ７によつ
て生ずる反動力は、ヘツダ７を取り囲む二重管１
２で受け止められる。下側ヘツダ９に同様な破損
が生じた場合、この下側ヘツダ９は、平面的に見
てほぼ星状（第５図の左側）あるいは円状（第５
図の右側）に、下側ヘツダ間に生じている空室を
埋めている着脱自在な構造物１３で支持される。
下側ヘツダ９から遮断可能な排出管３０がリング
状集合管３１に通じており、従つて中央管４内を
通つている別の配管３２を介してすべての管束５
は水抜きできるようにされている。中央管４の下
端は容器１に取り付けられている心出し体１４の
中に摺動可能に支持され、更にこの中央管４は運
転中破裂板１５で閉じられている開口を有してお
り、蒸気発生器内におけるナトリウム−水−反応
の際に生ずる過圧はこの開口を通して放出され、
反応生成物は中央管４を介して分離装置（図示せ
ず）に送られる。代案として、蒸気発生器のまわ
りにある不活性な室への反応生成物の放出が可能
である場合、同様に破裂板で閉じられている接続
短管３５（一点鎖線で図示）を配置することもで
きる。各管束５は高さ方向において短かい区域部
分１６によつて互いに分離されている。この区域
部分１６においては管は真直ぐに走つている。こ
れによつて良好な点検および修理が可能となる。
伝熱管１１の各部分間の必要な溶接部はこの区域
部分１６内に設置されている。管束５と容器１の
壁との間には熱絶縁体付きのバレル１７が配置さ
れており、このバレル１７はナトリウム−水−反
応の際に生ずる火炎から管束を防護すると共に流
れの案内のために役立てられている。修理の目的
のために、降水管６、ヘツダ７、配管８および下
側ヘツダ９が中央管４を通して取り外せるのと同
じように、管束５はバレル１７と共に（管板１０
との接続を外した後で）容器１から取り外すこと
ができる。

容器１の上側部分（第２図参照）においてこの
容器とバレル１７との間には蜂の巣状に構成され
それによつて対流を阻止する構造物１８が設けら
れ、この構造物を介してナトリウムの入口と出口
との間の熱応力の発生が低減されている。しかし
第４図において出口短管３の位置が一点鎖線で示
されているようにナトリウムの入口と出口が互い
に十分に離れてるように設定される場合には、こ
の構造物１８は省略できる。熱交換器の上端には
過熱管が別の管板１９で終えており、この管板１
９からそれぞれ蒸気配管２０が出発している。管
束５は過熱領域において、別の管２２から構成さ
れてその中で蒸気が中間加熱されるような別の管
束２１のための空間が管束５の外側に作られるよ
うに、伝熱管１１が大きなピツチで巻かれて形成
されている。勿論必要な場合には再熱器用の管束
２１を蒸気発生器の全高さに亘つて伸ばすことも
できる。再熱用の管束２１は、この管束内のナト
リウム温度が同じ高さに位置する蒸気発生器／過
熱器の管束内の温度とできるだけ同じになるよう
に設計されている。なお２３は蒸気入口管、２４
は蒸気出口管である。両蒸気管２３，２４はヘツ
ダないし球状表面の部品である管寄せ２７におけ
る管板２５で終えているので、ほぼ点２６におい
て回動自在に設けられたゾンデ（図示せず）は容
易にかつ最小の運動経費で各管２２の中に挿入で
きる。

各管束５ないし２１は周知のようにしてバレル
１７にあるブラケツト２８のロツド３３に吊り下
げられている（第６図参照）。ブラケツト２８
は、ひとつの管束のロツド３３が破断した際にこ
の管束が下側にある次のブラケツトに支持される
ように形成されている。