JPS62106336A - 蒸気発生器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、液体金属ナトリウムを冷却Ｈに使用する高速
増殖炉等の原子力発電プラントに設置される蒸気発生器
に関する。

〔発明の技術的背景〕

蒸気発生器は、高速増殖炉の原子炉容器で加熱された液
体金属ナトリウムと水とを熱交換させて水悪気を発生さ
せる熱交換機器である。

この蒸気発生器は、第５図に示したように円筒状シェル
１を有する。このシェル１は上下両端が鏡板で閉塞され
た密Ｉ′Ａ構造をなし、このシェル１の上端には蒸気出
口２が設けられ、また、下端には給水人口３が設けられ
ている。シェル１の上部側壁には液体金属す１〜リウム
を流入させるナトリウム流入管４が連結され、下部側壁
には液体金属ナトリウムを流出させるナトリウム流出管
５が連結されている。シェル１内には複数本の蛇管状伝
熱管６が設けられ、この伝熱管６は上下に対をなす上管
板７ａ、下管板７ｂに固定されている。上管板７ａ、下
管板７ｂはシェル１内の上部、下部に気密に取付けられ
、内部に熱交換室８を画成している。なお、伝熱管６は
、説明の繁雑さを避けるため図では少数本のみで示しで
あるが、実際には多数本が設けられている。ナトリウム
流出管５には、水素計９が接続されている。

しかして、高速増殖炉の原子炉容器で加熱された液体金
属ナトリウムは流入管４からシェル１の熱交換室８内に
流入し、下降して流出管５から流出される。一方、水は
給水人口３から流入し、伝熱管６内を上昇する間にナト
リウムと熱交換して加熱され、過熱蒸気となり、蒸気出
口２から流出する。その蒸気は蒸気配管を通り、図示し
ていないタービン系へ供給される。

〔背景技術の問題点〕

高速増殖炉で使用される蒸気発生器では、水とナトリウ
ムとが熱交換室８に配設された伝熱管６の管壁を介して
熱交換が行なわれるため、伝熱管６には、リーク時、水
とナトリウムとの反応に伴う多くの問題が生じる。

すなわち、蒸気発生器の伝熱管６から何らかの原因で水
が漏れると、リーク永く蒸気）ｔよナトリウムと激しく
反応する。この反応は次式で表わされる。

Ｎ　ａ　（１ｉｑｕｉｄ）　＋　ｌ−１２０（１ｉｑｕ
ｉｄ）→Ｎ　ａ　ＯＨ（５ｏｌｉｄ　）　＋　　　　Ｈ
２ΔＨ＝　−３５Ｋｃａｌ／　ｍｏｌｅ 水とナトリウムの反応は高発熱反応であり、高圧および
高温となるのみならず、苛性ソーダ（ＮａＯＨ＞が反応
生成物として生じ、その苛性ソーダは高温のもとて非常
に腐食性が高い。

ＮａＯＨの高い腐食性により破損伝熱管の破損拡大が進
行する一方、破損口からナトリウム側へ噴出する水また
は蒸気のジェットによる隣接伝熱管の浸食（Ｗａｓｔａ
ｇＱ　）が生じ、この侵食によっても破損拡大が生じる
ので、その対策も重要なものとなっている。

また、水リークが発生した場合、高発熱反応により水素
が生成されるから、これを水素計９で測定して事故の拡
大を防止することができる。事故俄の補修作業としては
、初めにリーク伝熱管と隣接する伝熱管の認識（検出）
が行なわれる。

伝熱管６等から水リークが発生した場合、り一り伝熱管
の早期検出はもちろんのこと、リーク位置の早期検出が
必要となる。リーク位置の検出によって、隣接伝熱管の
決定と−ａｓｔａｇｅ効果を受ける範囲を限定すること
ができ、リーク発生後の伝熱管６検査の範囲が大幅に縮
小される。

ところで、前記上管板７ａ、下管板７ｂと伝熱管６とに
はナトリウムと水との温度差や温度変動による熱応力が
集中するため、上管板７ａ、下管板７ｂ、伝熱管６およ
びその接続部にクラックなどが入り易く、これまで蒸気
発生器で生じた水リークはほとんど全てこれらのクラッ
ク部分で発生している。

このため、リーク発生後に行なわれる損傷伝熱管の補修
、隣接伝熱管の検査および補修に要する時間を大幅に短
縮することが望まれている。また、このことは、事故対
策のための原子炉停止時間を少なくすることであり、原
子炉経済の観点からも非常に重要である。それにも拘ら
ず、現状では、蒸気発生器の大型化、大流量化に伴って
ナトリウムと水との反応によって生じた水素が希釈され
て水素の検出感度が低下するだけでなく、水リーク箇所
から水素計９の接続箇所までの輸送時間が良くなって応
答性が低下し、大規模漏洩を早期に検出したり、未然に
防止すことが困難になっている。

〔発明の目的〕

本発明は上述した従来の問題点を解消するためになされ
たもので、その目的は、蒸気発生器が大型化、大流量化
されても水リークの検出感度が低下することなく、応答
性を速やかにかつ良好にして水リークを確実に検出でき
、もって漏洩の拡大を未然に防止できるようにした蒸気
発生器を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、給水入口と蒸気出口がそれぞれ形成されたシ
ェルと、このシェル内に気密にかつ１ｌｌｆｆｌして設
（ブられ内部に熱交換室を画成する一対の管板と、上記
管板に固定され給水入口と蒸気出口とを連通させる複数
の伝熱管と、前記シェルの側壁に連結され前記熱交換室
に連通するナトリウム流入管およびナトリウム流出管と
からなり、前記複数の伝熱管における少なくとも１本の
伝熱管をモニター伝熱管とし、このモニター伝熱管内の
全長に亘って複数個の振動測定型リーク検出器がほぼ等
間隔に配設されたことを特徴とづるものである。

これによって、水リークに対する応答性が速やかで検出
感度を向上させることができ、水リークを早期にかつ大
漏洩に至る以前に検出することができる。

〔発明の実施例］ 以下、第１図Ｊ３よび第４図を参照して本発明の一実施
例を説明する。

図において、符号１０は上下両端が鏡板で閉塞されてい
る円筒状のシェルを示しており、このシェル１０の上端
には蒸気出口１１が設けられ、下端には給水人口１２が
設けられている。一方、シェル１０内には軸方向に離間
して対をなす上部管板１３と下部管板１４とが気密に設
けられており、両管板１３．１／１間に熱交換室１５を
画成している。両管板１３．１４は多数の蛇管状あるい
はスパイラル状の伝熱管１６を多数固定しており、上記
伝熱管１６を介して給水人口１２は蒸気出口１１に連通
される。

一方、シェル１０の上部側壁には原子炉容器で加熱され
た液体ナトリウムを流入させる流入管１７が連結され、
下部側壁にはナトリウムを流出させる流出管１８が連結
されている。しかして、ナトリウム流入管１７からシェ
ル１０内の熱交換室１５に流入されたナトリウムはここ
で伝熱管１６゜１６内を通る水と熱交換した後、ナトリ
ウム流出管１８から流出されるようになっている。ナト
リウムと熱交換され加熱された水は蒸気となって蒸気出
口１１から図示しないタービン系に供給される。

円筒状シェル１０の熱交換室１５内に配設された多数の
伝熱管１６は均等に配置されるほか、各伝熱管１６のう
ち少なくとも１本は任意のモニター伝熱管１６ａとして
形成され、このモニター伝熱管１６ａ内にはその全長に
亘ってほぼ等間隔に複数個の振動測定型リーク検出器２
０が第２図に部分的に拡大して示ずように配設される。

すなわち、水リークによって発生した振動がモニター伝
熱管１６ａを振動させ、その振動を加速度計の検出器２
０がとらえ、その信号はケーブル２１を通して記録訂２
２に伝えるように構成されている。

検出器２０は第３図または第４図に部分的に示したよう
にモニター伝熱管１６ａ内に固定用ばね２３で固定する
か、またはこの伝熱管１６ａの内面に移動しないように
圧入固定する。振動測定型リーク検出器２０は加速度計
を用いた振動測定センサーである。このリーク検出器２
０により伝熱管群から水（蒸気）リークが生じたとき、
水リークに伴う管群の振動レベルを検出して、水リーク
の有無およびリーク伝熱情１６の位置を検出する。

リーク検出器２０は伝熱管群でナトリウムＪ５よび水側
の流動変動により生じた蒸気自身の振動レベルもバック
グラウンドノイズとして検出しているから、リーク検出
によってそのレベルが上ｉすることによって検出するこ
とができる。なお、特定のモニター伝熱管１６ａを用い
る場合には他の伝熱管１６と同様に水を流すことが必ず
しも要請されないのみならず、水リークに伴う音響検出
のＳＺＮ比を高めるために、モニター伝熱管１６ａ内に
は給水を流さ４１いで、空洞にすることが望ましい。モ
ニター伝熱管１６ａの個数については特に限定されない
が、１本の場合には、各伝熱管１６の中央に位置される
ことが望ましい。また、七二ター伝熱管１６ａが直管状
に形成される場合には円筒状シェル１０の中央部に配設
することが望ましい。水リークに浮う音萱のレベル変化
ｔよ距離が増大すると著しく低下するためである。

次に、水リーク検出作用について説明する。

蒸気発生器の給水人口１２から供給された給水は伝熱管
１６群を通るとき、熱交換室１５内でナトリウムと熱交
換し、加熱されて蒸気となる。

そして、万一、伝熱管群のうち特定の伝熱管１６から水
（蒸気）リークが生じると、漏洩した水は熱交換室１５
内の液体金属ナトリウム中へ蒸気スプレーとして噴出さ
れるから、ナトリウムと激しく反応し、水素気泡を発生
させる。発生した水素気泡は円筒状シェル１０内のナト
リウム中を上昇しながら溶融されていくため、発生した
水素気泡は次第に減少し、ナトリウム中の水素濃度が上
昇する。この際ナトリウム側に発生する衝撃波にナトリ
ウム・水反応によって発生する圧力を加えた振動がナト
リウム中に伝わり、周囲の伝熱管を振動させる。

ところで、本発明においては、モニター伝熱管１６ａの
全長に亘ってほぼ等間隔に複数個の振動測定型リーク検
出器２０を設けているので、水（蒸気）リークが生じた
場合、この水リークに伴う管の振動レベル変化を迅速に
検出することができ、この検出により、水（蒸気）リー
クの有無を瞬時に判断し、検出することができる。すな
わち、モニター伝熱管１６ａに伝わった振動をとらえ記
録計２２に伝えることによって熱交換室１５の全域に亘
って水リークをモニターすることができ、しかも、水リ
ークが生じた伝熱管１６の水リーク箇所に一番近い振動
測定型リーク検出器２０が水リークに伴う音響を高いレ
ベルで検出するので、リーク箇所や位置の検出も容易と
なる。また、水リークのない通常時にはＳ　ｅ測定型リ
ーク検出器２０はモニター伝熱管１６ａ内の構造材のク
ラック検出や、給水を流した場合には速度計として使用
できる。

また、伝熱管群を流れる水は上流側の水車相状態から下
流出口側の過熱蒸気となる相変化が生じるまで、気液二
相流状態に保たれるが、この気液二相流の流れにおいて
も、蒸気気泡の発生に伴い、低エネルギレベルで振動に
伴うノイズが常時放出される。しかし、このノイズ変化
は水リーク時の１１変化とは異なるレベルであるため、
両者は正確に判別され、水リークを振動検出型リーク検
出器で正確にかつ迅速に検出することができる。

なお、本発明の一実施例においては、モニター伝熱管内
に振動検知型リーク検出器を設けた例について説明した
が、このリーク検出器は通常の伝熱管内に設けるように
してもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明はシェル内に設けられたモ
ニター伝熱管に振動検知型リーク検出器を全長に亘って
複数個設けているため、水リーク時に、水リークやその
ナトリウム反応によって発生した振動レベルの変化を検
出することにより、水リークの有無や水リーク位置をほ
ぼ瞬時に正確に検出できる。また従来、蒸気発生器壁に
設けた検出器の欠点であった振動レベルの減衰かはとん
どなく、減衰の原因であった伝熱管の振動を検出するこ
とによって検出感度の向上を図ることができる。さらに
、１本の伝熱管の各所に設置することによって検出の信
頼性を向上させることもできる。したがって、水リーク
を早期にかつ大漏洩に至る以前に確実に検出できる等の
優れた効果を奏する。

【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図における要部を一部拡大して示す
部分断面図、第３図および第４図は第２図におけるリー
ク検出器の固定手段をそれぞれ示づ透視的斜視図、第５
図は従来の蒸気発生器を概略的に示す縦断面図である。 １０・・・シェル、１１・・・蒸気出口、１２・・・給
水入口、１３・・・上部管板、１４・・・下部管板、１
５・・・熱交換室、１６・・・伝熱管、１６ａ・・・モ
ニター伝熱管、１７・・・流入管、１８・・・流出管、
２ｏ・・・振動検出型リーク検出器、２１・・・ケーブ
ル、２２・・・記録計、２３・・・固定用ばね。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久を 茶　ｌ　飄 品　２　麿 峯３　日 苓　４　図 醍 水 葛　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、給水入口と蒸気出口がそれぞれ形成されたシェルと
   、このシェル内に気密にかつ離間して設けられ内部に熱
   交換室を画成する一対の管板と、上記管板に固定され給
   水入口と蒸気出口とを連通させる複数の伝熱管と、前記
   シェルの側壁に連結され前記熱交換室に連通するナトリ
   ウム流入管およびナトリウム流出管とからなり、前記複
   数の伝熱管における少なくとも１本の伝熱管をモニター
   伝熱管とし、このモニター伝熱管内の全長に亘つて複数
   個の振動測定型リーク検出器がほぼ等間隔に配設された
   ことを特徴とする蒸気発生器。 ２、振動測定型リーク検出器には加速度計等の振動測定
   センサーを用いる特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載の蒸気発生器。 ３、モニター伝熱管は複数の伝熱管の中央部に配設され
   た特許請求の範囲第１項に記載の蒸気発生器。 ４、モニター伝熱管は直管状に形成され、シェルの中央
   部に配設された特許請求の範囲第１項に記載の蒸気発生
   器。 ５、振動測定型リーク検出器は上下の管板に配設された
   特許請求の範囲第１項に記載の蒸気発生器。