JPS6365201A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は例えば高速増殖炉プラントに使用される蒸気発
生器に係り、特に二重管型伝熱管を使用したものにあっ
て、伝熱管の破損の早期検出及び熱抵抗の低減による装
置の小型化を図ったものである。

（従来の技術） 高速増殖炉、例えば二重冷却系を採用したタンク形高速
増殖炉は一般に以下のような構成をなしている。原子炉
容器内には冷却材（例えば液体金属ナトリウム）および
炉心が収容されている。

上記炉心は複数の燃料集合体および制御棒等から構成さ
れている。上記冷却材は炉心を上方に向って流通し、そ
の際炉心の核反応熱により昇温する。

昇温した冷却材は炉心の上方に流出して原子炉容器内に
設置された中間熱交換器内に流入する。この中間熱交換
器にて二次側冷却材と熱交換して、冷却され中間熱交換
器の外に流出する。そして再度炉心を上方に向って流通
する。

一方中間熱交換器にて熱交換して昇温した二次側冷却材
は原子炉容器の外側に配置された蒸気発生器内に導入さ
れ、給水系と熱交換して冷却される。冷却された二次側
冷却材は再度中間熱交換器に移送される。又上記熱交換
により発生した蒸気はタービン系に移送されて発電に供
される。

蒸気発生器としては、通常縦形であって上下部に管板を
有するシェル・アンド・チューブ形の熱交換器が使用さ
れており、特に安全性の向上を図るべく二重管壁の伝熱
管を採用したものが使用される。これを第４図乃至第６
図を参照して説明する。第４図は蒸気発生器の全体構成
を示す断面図であり図中符＠１は外胴である。この外胴
１内には二重金型伝熱管、２−が複数体配設されている
。この二重金型伝熱管、？−は第５図及び第６図に示す
ように、外管３及びこの外管３の内周側に微少隙間４を
介して配設された内管５とから構成されている。上記内
管５はその上端及び下端を管板６及び７によって支持さ
れている。一方上記外管４はその上下端を中間管板８及
び上記管板７によって支持されている。上記外胴１の下
端には水入口プレナム９が形成されており、この水入口
プレナム９には水流入口１０が形成されている。この水
流入口１０には図示しない水流入配管が接続される。

また上記水入口ブレナム９にはマンホール１１が設置さ
れている。一方外胴１の上端には蒸気出口プレナム１２
が形成されており、この蒸気出口ブレナム１２には蒸気
流出口１３が形成されている。

この蒸気流出口１３に図示しない蒸気流出配管が接続さ
れる。また蒸気出口プレナム１２にはマンホール１４が
設置されている。

外胴１の前記管板８の下方側には冷却材入口プレナム１
５が形成されており、この冷却材入口プレナム１５には
冷却材流入口１６が形成されている。この冷却材流入口
１６に図示しない冷却材流入配管が接続される。一方外
胴１の前記管板７の上方側には冷却材出口ブレナム１７
が形成されており、この冷却材出口プレナム１７には冷
却材流出口１８が形成されている。この冷却材流出口１
８に図示しない冷却材流出配管が接続される。

尚図中符号１９は外胴１に介挿されたベローズであると
ともに、符号２０は入口窓、符号２１は出口窓である。

また第５図中符号２３は溝である。

この溝２３はリーク検出用のもので、外管３側に形成さ
れている。外管３はこの溝２３を形成するために、耐圧
上の観点より必要とされる肉厚にさらに溝２３の深さ分
を加えた肉厚となっている。

さらに上記管板６と中間管板８との間には中間プレナム
２４が形成され、この中間プレナム２４に　　　　０は
リーク検出ノズル２５設置されている。このリーク検出
ノズル２５には図示しないリーク検出部が接続されてい
る。又前記微少隙間４は数ミクロンから数十ミクロンと
なっている。

上記構成によると、まず高温の冷却材は冷却材流入口１
６を介して冷却材入口ブレナム１５内に流入し、入口窓
２０より伝熱管束部に流入する。

そして伝熱管、？−の外側を流下して出口窓２１を介し
て冷却材出口プレナム１７内に流出する。そこから冷却
材流出口１８及び冷却材流出配管を介して蒸気発生器の
外に流出する。一方水は水流入配管及び水流人口１０を
介して水流入プレナム９内に流入する。そこから伝熱管
、？−の内管５内に流入して上昇する。その際伝熱管２
の外側を流下する冷却材と熱交換して昇温して蒸気とな
る。この蒸気は蒸気出口プレナム１２内に流出し、蒸気
流出口１３及び蒸気流出配管を介して図示しないタービ
ン系に移送されて発電に供される。

上記構成において、伝熱管−？−の破損検出は以下のよ
うにしてなされる。まず内管４にクラック等が発生して
水・蒸気がリークした場合であるが、この場合にはリー
クした水・蒸気は微少隙間４を介して拡散し、外管３側
に形成された溝２２を介して上方又は下方に流通する。

そして上方に流通した水・蒸気は管板６及び８間に形成
された中間ブレナム２４内に流入し、リーク検出ノズル
２５より図示しないリーク検出装置に流通していく。

これによって圧力変動を検出するあるいはリーク検出セ
ンサによりリークを検出することにより、内管４の破損
を検知する。

次に外管３が破損した場合について説明する。

この場合には中間ブレナム２４内のガスが前記微少隙間
４内を拡散して外管３の破損部から冷却材側に流出する
。よって中間ブレナム２４内のガス圧力が低下し、これ
を検出することにより外管３の破損を検知する。あるい
は冷却材側に設置されたガス検出器により流出したガス
を検出することにより外管３の破損を検知する。

上記構成によると以下のような問題がある。

■いずれの破損の場合にも内管５及び外管３との間の微
少隙間４を介してリークを検出することにより破損の検
知をなしており、その意味では上記微少隙間４はできる
だけ広い方が有効である。しかしながら余り広くなると
熱抵抗が増大して蒸気発生器の大型化を誘引してしまう
。すなわち熱抵抗が増大することにより伝熱管りの本数
を増加させないと所望の熱伝達性能を提供できないから
である。その意味で上記微少隙間４の設計には困難が伴
う。

■次に微少隙間４の機能としては、内管５又は外管３に
発生したクラックの拡散を防止する機能がある。それと
同時に前述した熱抵抗も考慮しなければならず、金属組
織的に内管５と外管３が一体ではなくかつ密着した状態
を提供する必要があり、その意味でも上記隙間４の製作
には困難が伴う。

■さらに仮に精度良く微少隙間４を形成しても、内管５
及び外管３の熱膨張等により変化してしまい、その場合
には伝熱性能が低下してしまうという問題もある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の蒸気発生器にあっては、内管及び外管
との間の隙間に関して種々の問題があり、本発明はまさ
にこのような点に基づいてなされたものでその目的とす
るところは、伝熱管の破損検出を早期に行なうことがで
きるとともに、伝熱性能を向上させて装置の小型化を図
ることが可能な蒸気発生器を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明による蒸気発生器は、水入口プレナム及
び蒸気出口プレナムを有するとともに冷却材入口プレナ
ム及び冷却材出口プレナムを有する外胴と、この外胴内
に複数配設されその上端及び下端を上記外胴内に設置さ
れた一対の管板により支持され上記水入口プレナムに流
入した水が流通して蒸気となり上記蒸気出口プレナムに
流出する内管と、これら複数の内管の外周側に隙間を存
して配設されその上端及び下端を上記一対の管板間に設
置された一対の中間管板に支持され前記冷却材入口プレ
ナムに流入した冷却材がその外周側を流通して前記冷却
材出口ブレナムに流出する外管と、上記一対の管板の一
方と上記一対の中間管板の一方との間及び他方の管板と
他方の中間管板との間に夫々形成されリーク検出部に接
続された中間ブレナムと、上記内管と外管との間に充填
された多孔質の焼結金属とを具備したことを特徴とする
ものである。

（作用） つまり内管及び外管との間に多項質の焼結金属を配置す
ることにより、熱抵抗の増大を来たすとなく十分なリー
ク検出スペースを確保して、リークの迅速な検出それに
よる内管又は外管の破損の早期検知を可能とするととも
に、熱伝達性能を向上させて装置の小型化を図るもので
ある。

（実施例） 以下第１図乃至第３図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本実施例による蒸気発生器の全体構成
を示す断面図であり、図中符号１０１は外胴である。こ
の外胴１０１内には複数体の二重管型伝熱管１０２が配
設されている。この二重管型伝熱管１０２は第２図及び
第３図に示すような構成となっている。図中符号１０３
は内管であり、この内管１０３の外周側には隙間を介し
て外管１０４が配設されている。これら内管１０３及び
外管１０４は例えばオーステナイト系ステンレス鋼又は
ハイクロム鋼から構成されている。上記内管１０３はそ
の上下端を管板１０５及び１０６により支持されている
。又上記外管１０４はその上下端を中間管板１０７及び
１０８により支持されている。図中符号ａ、ｂ、ｃ、及
びｄはその溶接部を示す。上記内管１０３の外周には銅
製のライナ板１０９がライニングされており、又外管１
０４の内周にも銅製のライナ板１１０がライニングされ
ている。これらライニング板１０９及び１１０との間に
は焼結金属１１１が充填されている。この焼結金属１１
１は銅からなり多孔質となっている。また上記ライナ板
１０９及び１１０との間の上部及び下部には間隔保持用
のスペーサ１１２が設置されている。このスペーサ１１
２は内管１０３あるいは外管１０４側から突設されたも
のであり（本実施例では内管１０３側から突設する）、
周方向に複数設置されている。また上記焼結金属１１１
の充填は以下のようにして行なわれる。まずライナ板１
０９及び１１０をライニングした状態の内管１０３及び
外管１０４を二重管状態で配置する。その際内管１０３
及び外管１０４との間の間隔を適正に保持するべく前述
したように内管１０３側からスペーサ１１２が突設され
ている。その状態で焼結金属１１１の原料粉末を充填し
、内管１０３を拡管するとともに熱処理を施す。これで
第３図に示すような状態の二重管型伝熱管１０２を得る
ことができる。このように内管１０３と外管１０４との
間に銅からなる多孔質の焼結金属１１１を配置したのは
以下の理由による。伝熱管１０２の破損によるリークを
早期に検出する為には内管１０３と外管１０４との間の
隙間はできるだけ大きい方が良い。その反面内管１０３
と外管１０４との間の熱抵抗を考慮すると隙間は小さい
方がよい。この相反する２つの目的を同時に満足させる
為に上記銅からなり多孔質の焼結金属１１１を配置させ
たのである。つまりリーク検出用の通路は焼結金属１１
１の多数の孔により提供し、かつ調性の焼結金属である
ので熱抵抗も小さいものである。さらに熱抵抗を考慮し
た場合には、焼結金属１１１と内管１０３及び外管１０
４との密着性が問題となる。本実施例では前述したよう
に内管１０３の外周及び外管１０４の内周に銅製のライ
ナ板１０９及び１１０をライニングしたことによりその
問題を効果的に解決せんとする。つまり内管と１０３と
の密着性はライナ板１０９を内管１０３にライニングし
たことにより確保でき、又外管１０４との密着性はライ
ナ板１１０を外管１０４にライニングしたことにより確
保できる。又夫々のライニング板１０９及び１１０と焼
結金属１１１とは同じ銅製でもあり、良好な密着性が提
供される。これによって密着性が劣ることによる熱抵抗
の増大は確実に回避される。尚上記ライナ板１０９．１
１０１及び焼結金属１１１が介挿されている空間の半径
方向の寸法は従来の構成における溝（第５図中符号２３
で示す）の深さ分に相当する。したがって上記外管１０
４の厚みは従来の溝の深さ分だけ薄くなっている。

前記胴体１０１の下端部には水入口プレナム１１２が形
成されており、この水入口ブレナム１１２には水流入配
管１１３が接続されている。

一方上記外胴１０１の上端には蒸気出口ブレナム１１４
が形成されており、この蒸気出口ブレナム１１４には蒸
気流出配管１１５が接続されている。

外胴１０１の前記管板１０７の下方側には冷却材入口プ
レナム１１６が形成されており、この冷却材入口ブレナ
ム１１６には冷却材流入配管１１７が接続されている。

一方外胴１０１の前記管板１０８の上方側には冷却材出
口プレナム１１８が形成されており、この冷却材出口プ
レナム１１８には冷却材流出配管１１９が接続されてい
る。尚図中符号１２０は上記外胴１０１に介挿されたベ
ローであるとともに、符号１２１は入口窓、符号１２２
は出口窓である。また前記管板１０５と中間管板１０７
どの間、及び管板１０６と中間管板１０８との間には夫
々中間プレナム１２３及び１２４が形成されている。上
記中間プレナム１２３にはリーク検出ノズル１２５が接
続され、又中間プレナム１２４にはリーク検出ノズル１
２６が接続されている。これらリーク検出ノズル１２５
及び１２６には図示しないリーク検出部が接続されてい
る。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず通常の熱交
換作用であるが、これは従来と略同じである。まず冷却
材は冷却材流入配管１１７を介して冷却材入口ブレナム
１１６内に流入する。冷却材入口プレナム１１６内に流
入した冷却材は入口窓１２１を介して伝熱管束部に流入
して伝熱管ｍの外側を流下する。外側を流下した冷却材
は出口窓１２２を介して冷却材出口プレナム１１８内に
流出し、冷却材流出配管１１９を介して蒸気発生器の外
に流出する。

一方水は水流入配管１１３を介して水入口ブレナム１１
２内に流入する。この水入口プレナム１１２内に流入し
た水は伝熱管１０２の内管１０３内に流入する。内管１
０３内に流入した水は内管１０３内を上昇する。その際
伝熱管ｍの外側を流下する冷却材と熱交換して昇温し蒸
気となる。この発生した蒸気は内管１０３から蒸気出口
プレナム１１４内に流出し、さらに蒸気流出配管１１５
を介して図示しないタービン系に移送され発電に供され
る。

次に焼結金属１１１を内管１０３および外管１０４の間
に介在させた二重管型伝熱管１０２の作用について説明
する。まず内管１０３にクラックが発生した場合につい
てであるが、この場合には内管１０３の破損箇所より水
・蒸気が漏洩し、内管１０３および外管１０４との間の
多孔質となっている焼結金属１１１を通って、上部中間
プレナム１２３または下部中間プレナム１２４内に流入
する。さらにそこからリーク検出ノズル１２５または１
２６を介してリーク検出部まで流通し、そこでリークセ
ンサ等により検出される。

次に外管１０４が破損した場合について説明する。外管
１０４にクラックが発生した場合には中間プレナム１２
３又は１２４内の高圧ガスが内管１０３及び外管１０４
との間の焼結金属１１１を介して流出し、外管１０４の
破損箇所から冷却材側に流出する。このとき上記中間ブ
レナム１２３又は１２４における圧力低下を検出するこ
とにより、上記高圧ガスのリークひいては外管１０４の
破損を検知する。又は冷却材側にてリークしたガスを検
出することにより検知する。

以上本実施例によると以下のような効果を奏することが
できる。

■まず内管１０３あるいは外管１０４にクラックが発生
した場合に、内管１０３及び外管１０４との間に介在さ
せた銅製でかつ多孔質の焼結金属１１１によりリーク検
出が容易になる。これは焼結金属１１１が多孔質である
ことによりリーク流路が十分に確保されるためであり、
従来のように熱抵抗の増大を防止する為に微少な隙間と
していた場合に比べると迅速な検出が可能となる。

■また熱抵抗の増大も効果的に防止されることはもとよ
り、低減させることができる。すなわち焼結金属１１１
は多孔質ではあるが熱抵抗は小さく、特に銅製であるの
で熱伝導率が極めて大きく熱抵抗は極めて小さなものと
なっている。かつ銅製のライナ板１０９及び１１０を配
置しているので、内管１０３及び外管１０４との間の密
着性はこれらライナ板１０９及び１１０により確保され
、又ライナ板１０９及び１１０と焼結金属１１１とは同
じ銅製であるので密着性の問題はなく結果的に良好な密
着性が提供される。また銅製であって内管１０３及び外
管１０４に比べると熱膨張係数が大きいので使用時には
良好な密着性が提供されることとなり、その意味ではざ
らに熱抵抗が低減され熱伝導性の向上が図られる。した
がって伝熱管、１０２の本数としては従来よりも少なく
て済み、蒸気発生器の小型化を図ることができる。

■また焼結金属１１１の部分はある程度の厚みがあるの
で、水リークジェットの防壁としても機能する。

尚本発明は前記一実施例に限定されるものではなく、例
えばライナ板あるいは焼結金属としては銅以外にもニッ
ケル（Ｎ＋）、オーステナイト系ステンレス鋼でもよい
。又必ずしもライナ板を設置する必要もなく、焼結金属
と内管及び外管との間の密着性が確保できればよい。ま
た焼結金属とライナ板との材質も必ずしも同一である必
要はない。さらにライナ板の代わりにメッキを施すよう
にしてもよい。

又焼結金属を予めベレット状にしておき、それを内管及
び外管との間に装着する方法もある。これはまず原料粉
末に熱処理を施すとともに加圧してベレット状にする。

これを内管及び外管との間に装着して、内管を拡管する
ことにより製作する。

これによれば製作が容易になり、かつ品質も一定する。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明による蒸気発生器によると、
内管又は外管の破損を早期に検出することができるとと
もに、熱抵抗を低減させて蒸気発生器のコンパクト化を
図ることができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図は蒸気発生器の断面図、第２図は伝熱管の一部を示す
斜視図、第３図は伝熱管の断面図、第４図乃至第６図は
従来例の説明に使用した図で、第４図は蒸気発生器の断
面図、第５図は伝熱管の一部を示す斜視図、第６図は伝
熱管の断面図である。 １０１・・・外胴、１０２・・・二重置型伝熱管、１０
３・・・内管、１０４・・・外管、１１１・・・焼結金
属、１１２・・・水入口プレナム、１１４・・・蒸気出
口プレナム、１１６・・・冷却材入口プレナム、１１８
・・・冷却材出口ブレナム、１２３．１２４・・・中間
プレナム。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 第５図 第６図 丁　　　　続　　　ネ市　　　　１１−４１．＄（ｉの
大小 特願昭６１−２０９０６１　Ｆシ ２、発明の名称 蒸気弁／を器 ３、補ｄをする者 事イ１との関係　特許出願人 （３０７）　　株式公役　東芝 ４、代理人 東巾都−「代用］ズ霞が関３　Ｊ　１」７番２−シ１１
Ｒ１ヒル６、？＋ｆｉｉｌのり４象　　明細書、図面７
、補１■の内容 （１）狛請１□＾求の範囲を別紙の通り１、Ｉｉｌすろ
３゜（２〉明細１η第４自第１　／＋　？’Ｊ　［］の
］外管４）を］外管３［とｒ、ｌ＋１する。 （３）明細、１り第７　Ｃａ第４　＜ｊｌ」の１内管４
１を１内管５１とム］１１１ろ□。 （４）明細−；第７自第７１１１４の１満２２１を１満
２３；と訂Ｉ′Ｔりろ。 （５））明細よ第７自第１４１１ｆｌの１内管４１をＶ
内管５［と、、］＋）ｃＪる。 （６）明細よ第１０自第１０？Ｊｔ、ｌの１の焼結１を
抹消りる。 （７）　明１ｔＩ１１ｆｆｉ　１０ｒｊｆｆｉ　１３？
’ｉＩ−’１（１）　Ｉ多項Ｙ’ｊ（７）焼結（を［多
イ目′ｉ１とｉ＋ｌ　＋Ｉりろ３３（８）図面第５図を
別紙の通りｕＪ　＋ｌりる。 ２、狛シ１品求の範囲 （１）水入１１ゾレＪ　ｌ、及び蒸気比［１ゾレＪ　ｌ
、をイＪづるとともに冷ＪＪＩ材人［４ゾレ２ｔム及び
冷却材用１］ゾレ）１１を右すろ！／１．ｌｌ−と、こ
の外１回内に複数配。Ｑされイの１端及びト端を１２外
月−内に工装置された一対の管仮により青）、うされｌ
記水入「１ゾレ」ｌＸに流入した水が流通しく蒸気と４
ｊすＩ記蒸気流出＋−１ゾレノムに流出りる内管と、こ
れら複数の内管の外周側に陣門を４・シ（配設さねぞの
１端及びト端を■記・対の管機間に設置された一対の中
間管機に支持され前記冷７Ｊ］材人［］ゾレＪ１１に流
入した冷却材がイの外周側を流通しＣ前記冷却Ｈ出１］
ゾレノムに流出りる外管と、１記・対の管機の・方と１
記一対の中間管様の−ｈとの問及び佃りの管機と伯すの
中間管機との間に人々形成さねリーク検出部に接続され
た中間ゾレＪムと、を記内管と外管との間に充填された
多孔質↑属とを（！備したことを特徴とづる蒸気弁／を
器。 （２）Ｆ記内管はぞの外周側にｌ２多孔質金属と同じ材
ｖ１からなるライＪ＆まｌＪはメツ−１一部を右するも
の（あり、かつｔ記外管はイの内周側に１記多瑣質金属
とＩ＋］ＩＵ祠質のライ１＆叉はメツＡ部を右りるｂの
（・あることを１ｈ微とりる４Ｌ’＋　ｉ；’ｌ　ｉ；
＾求の範囲第１項記載の蒸気弁）［薫。 〈３〉前記多孔負金属はｒめベレ・ソト状【Ｊ形成され
（いるしの（あることを狛（敗とりる狛請１．−１求の
範囲第１　ＩＩＩ又は第２珀記載の蒸気分ノ１器３、（
４）前記多−７ｌＹ’ｉ金属は鋼又は−・７ノノル叉は
Ａ−−ス　、＋イト系）、Ｊンレ−ス鋼製（・あること
を１、Ｉ微とりる１）詩品求の範囲第１瑣又は第２項叉
は第３項記載の蒸気弁２ｉ器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水入口プレナム及び蒸気出口プレナムを有すると
   ともに冷却材入口プレナム及び冷却材出口プレナムを有
   する外胴と、この外胴内に複数配設されその上端及び下
   端を上記外胴内に設置された一対の管板により支持され
   上記水入口プレナムに流入した水が流通して蒸気となり
   上記蒸気出口プレナムに流出する内管と、これら複数の
   内管の外周側に隙間を存して配設されその上端及び下端
   を上記一対の管板間に設置された一対の中間管板に支持
   され前記冷却材入口プレナムに流入した冷却材がその外
   周側を流通して前記冷却材出口プレナムに流出する外管
   と、上記一対の管板の一方と上記一対の中間管板の一方
   との間及び他方の管板と他方の中間管板との間に夫々形
   成されリーク検出部に接続された中間プレナムと、上記
   内管と外管との間に充填された多孔質の焼結金属とを具
   備したことを特徴とする蒸気発生器。
2. （２）上記内管はその外周側に上記焼結金属と同じ材質
   からなるライナ板又はメッキ部を有するものであり、か
   つ上記外管はその内周側に上記焼結金属と同じ材質のラ
   イナ板又はメッキ部を有するものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の蒸気発生器。
3. （３）前記焼結金属は予めペレット状に形成されている
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の蒸気発生器。
4. （４）前記焼結金属は銅又はニッケル又はオーステナイ
   ト系ステンレス鋼製であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項又は第３項記載の蒸気発生器。