WO2007114048A1 - 伝熱管の支持構造 - Google Patents

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WO2007114048A1
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transfer tube
tube
support plate
support
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Tomoyuki Inoue
Naoki Ogawa
Hiroshi Hirano
Masao Shiota
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer tube support structure in heat exchange such as a steam generator used in a nuclear power generation facility, for example.
  • Some heat exchangers include a container, a plurality of heat transfer tubes provided in the container, and a tube support plate that supports the heat transfer tube in the container. In this heat exchange, heat exchange is performed between the first fluid and the second fluid by circulating the first fluid in the heat transfer tube and the second fluid in the container.
  • a trumpet peripheral portion support member
  • a stay rod inner peripheral portion support member
  • Patent Document 1 a tube support plate provided with a plurality of tube holes is used as a tube support plate, and the heat transfer tube is supported by the tube support plate by passing the heat transfer tube through each tube hole. It has become so.
  • the thickness of the tube support plate is ensured to be greater than the thickness required to support the heat transfer tube so that it can sufficiently withstand the load that receives the second fluid isokinetic force flowing through the container!
  • the area of the region between the tube holes is secured to a predetermined degree.
  • the tube support plate has a plurality of protrusions that protrude inward in the radial direction of the inner surface of the tube hole and that have a contact surface for supporting the heat transfer tube at the inner end, and the inner surface force is also contact surface
  • At least one of the end portions of the projecting portion is tapered so that a conical guide structure is formed to facilitate insertion of the heat transfer tube into the tube hole. That is, in this tube support plate, the length of the protruding portion in the axial direction of the tube hole is larger than the length of the tube hole including the tapered portion.
  • the inner surface of the opening end side of the tube hole from the short projecting portion is formed in a shape parallel to the axis (a shape without a taper).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 6-63712 (Claim 1 and FIG. 4)
  • the tube support plate When the tube support plate is distorted, the inner surface of the tube hole is inclined with respect to the heat transfer tube inserted through the tube hole, and the open end of the tube hole is pressed against the heat transfer tube. For this reason, depending on the magnitude of the distortion generated in the tube support plate, the heat transfer tube may be dented or scratched. As described above, since the thickness of the tube support plate is large, one opening end force of the tube hole has a large distance to the other opening end. For this reason, even if the amount of inclination of the inner surface of the tube hole is small, a large load is applied to the heat transfer tube where the positional deviation between one open end of the tube hole and the other open end is large.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and is a heat transfer tube support capable of preventing a decrease in reliability and durability of the heat transfer tube, which is difficult to cause dents and scratches on the heat transfer tube.
  • the purpose is to provide a structure.
  • the present invention employs the following means.
  • the first aspect of the present invention includes a container, a heat transfer tube provided in the container, and a tube support plate provided in the container and having a heat transfer tube passage hole opened in the thickness direction.
  • heat A heat transfer tube support structure used in an exchanger wherein an inner surface of the heat transfer tube passage hole is provided with a support portion for receiving the heat transfer tube at an intermediate portion in the axial direction of the heat transfer tube passage hole.
  • the region between the support portion and each opening end of the heat transfer tube passage hole is an inclined surface toward the radially outer side of the heat transfer tube passage hole toward the opening end side.
  • a heat transfer tube support structure is provided.
  • the heat transfer tube passed through the heat transfer tube passage hole of the tube support plate is received by a support portion provided on the inner surface of the heat transfer tube passage hole.
  • a support portion provided on the inner surface of the heat transfer tube passage hole.
  • the region between the support portion that receives the heat transfer tube and the opening end of the heat transfer tube passage hole is an inclined surface that faces the radially outer side of the heat transfer tube passage hole toward the opening end side. It is said that.
  • a gap is secured between the heat transfer tube and the inclined surface portion formed between the support portion and the open end.
  • the heat transfer tube is less likely to be dented or scratched when the open end of the heat transfer tube passage hole hits the heat transfer tube.
  • the heat transfer tube and the inner surface (inclined surface) of the heat transfer tube passage hole are: Contact at an angle close to parallel. That is, in the heat transfer tube support structure according to the present invention, since the contact area between the heat transfer tube and the inner surface of the heat transfer tube through hole is large, the load applied to the heat transfer tube is dispersed, and the heat transfer tube is not dented. Scratches are less likely to occur.
  • the inclined surface extends from the open end of the heat transfer tube passage hole of the tube support plate to the support portion.
  • a container a heat transfer tube provided in the container, and a tube support plate provided in the container and having a heat transfer tube through hole opened in a thickness direction.
  • a support structure for a heat transfer tube used for heat exchange having a peripheral edge support member for supporting the peripheral edge of the pipe support plate and an inner peripheral support member for supporting an inner peripheral part of the tube support plate And among the support positions of the tube support plate by the inner periphery support member, from the support position closest to the peripheral edge.
  • a heat exchanger container is made by welding a plurality of members, for example, a cylindrical body portion and a dome-shaped water chamber mirror that closes both ends of the body portion.
  • the container is subjected to heat treatment after welding.
  • the peripheral edge support member that supports the peripheral edge portion of the tube support plate is closer to a portion that is subjected to welding or heat treatment in the container than the inner peripheral portion support member that supports the inner peripheral portion of the tube support plate. That is, the peripheral edge support member is more likely to transmit heat applied to the container during the welding process or post-weld heat treatment than the inner peripheral part support member.
  • the thermal expansion amount of the peripheral edge supporting member is larger than the thermal expansion amount of the inner peripheral supporting member. Then, the peripheral portion of the tube support plate is pressed by the peripheral portion support member, and the portion closer to the peripheral portion than the support position by the inner peripheral portion support member of the tube support plate (hereinafter referred to as “outer peripheral portion”) is tube support. It will warp toward one side of the board.
  • the heat transfer tube passage hole is inclined, and the heat transfer tube supported by the outer periphery of the tube support plate may be dented or damaged.
  • the support position by the inner periphery support member serves as a fulcrum in the tube support plate
  • the support position by the periphery support member serves as a force point.
  • the smaller the distance between the support position of the tube support plate by the inner peripheral support member and the support position of the tube support plate by the peripheral support member the deformation amount of the outer peripheral portion (the outer peripheral portion relative to the inner peripheral portion). (Tilt angle) increases.
  • the tube support plate is supported by the inner periphery support member. The greater the distance between the position and the support position of the tube support plate by the peripheral edge support member, the smaller the amount of deformation of the outer periphery.
  • the distance from the support position force closest to the periphery to the center position of the tube support plate is D1
  • the support position force of the pipe support plate by the parts is also given as D 1 / D2 ⁇ 0.6, where D2 is the distance to the center position of the pipe support plate.
  • the pipe support plate is secured by sufficiently securing the distance between the fulcrum and the force point in the pipe support plate compared to the distance from the support position of the pipe support plate to the center position of the pipe support plate by the peripheral edge support member.
  • the amount of deformation of the outer peripheral portion relative to the inner peripheral portion can be reduced.
  • the inclination angle of the heat transfer tube passage hole provided in the outer peripheral portion of the tube support plate is small. In other words, the heat transfer tube supported on the outer periphery of the tube support plate will be dented or scratched.
  • a support portion for receiving the heat transfer tube is provided at an intermediate portion in the axial direction of the heat transfer tube passage hole, and each opening end side of the support portion and the heat transfer tube passage hole is provided.
  • the region between the two may be an inclined surface that faces the radially outer side of the heat transfer tube passage hole as it goes toward the opening end.
  • the heat transfer tube and the inner surface (inclined surface) of the heat transfer tube passage hole come into contact with each other at an angle closer to parallel, Since the contact area with the inner surface of the heat transfer tube through hole is large, the load applied to the heat transfer tube is dispersed, and the heat transfer tube is less likely to be dented or damaged.
  • a chamfered portion may be provided at a boundary portion between the surface of the tube support plate and each of the inclined surfaces.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a steam generator (heat exchanger) to which a heat transfer tube support structure according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a partially broken perspective view showing the configuration of the steam generator shown in FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 4 is a closed sectional view of a steam generator to which the heat transfer tube support structure according to the first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 6 is a plan view showing the shape of a tube support plate used in the heat transfer tube support structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 9 is a partially broken perspective view showing the shape of a tube support plate used in the heat transfer tube support structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the operation of the heat transfer tube support structure according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a heat transfer tube support structure according to a second embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • Steam generator 1 is a high-pressure and high-pressure primary cooling water (primary coolant) that collects heat generated in the reactor core in a pressurized water nuclear power generation facility, and a secondary that circulates in a channel independent of the primary cooling water. By exchanging heat with the cooling water (secondary coolant), the secondary cooling water is boiled to generate high-pressure steam to drive the power generation turbine.
  • primary coolant primary cooling water
  • secondary coolant secondary coolant
  • the steam generator 1 has a container composed of a substantially cylindrical lower shell 3 and a substantially cylindrical upper shell 5.
  • the lower body 3 is provided with a first water chamber 7, a second water chamber 9, a tube plate 11, a large number of heat transfer tubes 13, and a trumpet (tube group outer tube) 15.
  • the lower end portion of the lower body 3 is formed in a substantially hemispherical dome shape, and the inside thereof is divided into two chambers on the left and right. Of these two chambers, one chamber is a first water chamber 7 and the other chamber is a second water chamber 9.
  • the first water chamber 7 is provided with a primary coolant inlet nozzle 17. Into the first water chamber 7, primary cooling water from the reactor core is introduced through the primary coolant inlet nozzle 17.
  • the second water chamber 9 is provided with a primary coolant outlet nozzle 19.
  • the primary cooling water exchanged in the steam generator 1 and recovered in the second water chamber 9 passes through the primary coolant outlet nozzle 19. Sent to the reactor core.
  • the tube plate 11 is formed in the lower trunk 3 to a lower end portion constituting the first water chamber 7 and the second water chamber 9, and an upper portion in which the heat transfer tube 13 is accommodated. It is something to divide.
  • Each heat transfer tube 13 is raised from the tube plate 11 to the upper end of the lower barrel 3 to form an inverted U-shaped flow path in the lower barrel 3.
  • Each heat transfer tube 13 has one end connected to the first water chamber 7 through the tube plate 11 and the other end connected to the second water chamber 9 through the tube plate 11.
  • the straight pipe portion of the heat transfer pipe 13 is supported by a plurality of pipe support plates 25 provided at predetermined intervals in the vertical direction! RU
  • the tube support plate 25 has a substantially disk shape, and as shown in FIG. 3, a plurality of heat transfer tube passage holes 26 through which the heat transfer tubes 13 are inserted are opened in the thickness direction.
  • the tube support plate 25 is supported in the radially inner region by a plurality of stay rods 16 raised upward from the tube plate 11.
  • a plurality of stay rods 16 are arranged on a circumference that is coaxial with the lower body 3, and the set of the staples 16 arranged on the same circumference has different diameters. Multiple sets are provided. That is, the tube support plate 25 is supported by the stay rod 16 at a plurality of locations in the radial direction.
  • the wrapper 15 is a substantially cylindrical member surrounding the straight pipe portion of all the heat transfer tubes 13, and the upper and lower ends thereof are fixed to the lower body 3 by welding or the like.
  • the pipe support plate 25 has a peripheral edge portion fixed to the inner peripheral surface of the wrapper 15.
  • the upper trunk 5 is provided with a water supply ring 31, a steam / water separator 33, a moisture separator 35, and a steam chamber 37.
  • the water supply ring 31 is a pipe provided in a ring shape at the lower part of the upper body 5, and supplies secondary cooling water supplied through a water supply inlet nozzle 39 provided in the upper body 5 to the outside of the trumpet 15. It has a function to do.
  • the steam separator 33 roughly separates the water-mixed steam sent from the lower shell 3 into steam and water. The water separated by the steam separator 33 is returned again into the steam generator 1 as secondary cooling water.
  • the steam roughly separated by the steam separator 33 is introduced into the moisture separator 35 to separate the moisture contained in the steam.
  • the steam from which the moisture has been separated is sent to the steam chamber 37 and then sent to the power generation turbine through the steam outlet nozzle 41 provided in the upper body 5.
  • FIG. 4 shows a plan view of the tube support plate 25.
  • a large number of heat transfer tube through holes 26 are regularly formed in the tube support plate 25.
  • a heat transfer tube through hole 26 is formed at each intersection of a plurality of oblique lines shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a region P indicated by a solid line in FIG.
  • a plurality of pairs of parallel lines arranged at equal intervals on the tube support plate 25 are provided at two intersections at different angles by 60 °.
  • a heat pipe through hole 26 is formed.
  • the inner surface of the heat transfer tube passage hole 26 is provided with support portions 27 for supporting the heat transfer tube 13 at a plurality of locations around the axis of the substantially cylindrical inner surface.
  • the support portion 27 is configured by a protrusion portion that protrudes radially inward from an intermediate portion in the axial direction on the inner surface of the heat transfer tube passage hole 26.
  • the protruding end of the support portion 27 is a cylindrical surface substantially parallel to the axis of the heat transfer tube passage hole 26, and receives the outer peripheral surface of the heat transfer tube 13 by surface contact.
  • three support portions 27 are provided every 120 ° around the axis of the heat transfer tube passage hole 26.
  • the cylindrical inner surface of the heat transfer tube passage hole 26 is located on the opposite side of each support portion 27 across the axis of the heat transfer tube passage hole 26.
  • the region between the support portion 27 and each opening end of the heat transfer tube passage hole 26 is the radial direction of the heat transfer tube passage hole 26 toward the opening end side.
  • the inclined surface 28 faces outward.
  • the length of the heat transfer tube passage hole 26 is 35 mm, and the dimension of the inclined surface 28 in the axial direction of the heat transfer tube passage hole 26 is 7 mm.
  • the inclination angle ⁇ (see FIG. 8) of the inclined surface 28 with respect to the axis O of the heat transfer tube passage hole 26 is about 10 degrees. ing.
  • a chamfered portion 29 is provided at a boundary portion between the surface of the tube support plate 25 and each inclined surface 28.
  • the heat transfer tube 13 inserted into the heat transfer tube passage hole 26 of the tube support plate 25 is received by the support portion 27 provided on the inner surface of the heat transfer tube passage hole 25.
  • the region between the support portion 27 that receives the heat transfer tube 13 and the opening end of the heat transfer tube passage hole 26 is located in the heat transfer tube passage hole 26 toward the opening end side.
  • the inclined surface 28 is directed radially outward.
  • the inner surface of the tube hole closer to the opening end than the protruding portion has a shape in which the inner surface is parallel to the axis (a shape without a taper). Formed.
  • the heat transfer tube contacts the corner where the open end of the tube hole intersects the surface of the tube support plate. It will be. Since these corners are formed at a substantially right angle, the heat transfer tube is concentrated at the contact point with the corners, so that force is applied to the heat transfer tube, and dents and scratches are likely to occur on the heat transfer tube!
  • the heat transfer tube support structure according to the present embodiment As described above, even if the tube support plate 25 is inclined, the opening end of the heat transfer tube through hole 26 hits the heat transfer tube 13. Even if the heat transfer tube 13 comes into contact with the inner surface of the heat transfer tube passage hole 26, the heat transfer tube 13 and the inner surface (inclined surface 28) of the heat transfer tube passage hole 26 come into contact with each other at an angle closer to parallel. That is, in the heat transfer tube support structure according to this embodiment, since the contact area between the heat transfer tube 13 and the inner surface of the heat transfer tube through hole 26 is large, the load applied to the heat transfer tube 13 is dispersed. The heat transfer tube is less likely to be dented or scratched.
  • the tapered portion of the tube hole protrusion does not reach the open end of the tube hole, whereas in the heat transfer tube support structure according to the present embodiment, The opening end force of the heat transfer tube passage hole 26 of the tube support plate 25 is also inclined to the support portion 27.
  • the volume of the heat transfer tube penetration hole 26 can be further reduced as compared with the tube hole of the tube support plate described in Patent Document 1 while ensuring escape of the heat transfer tube 13.
  • the volume of the region between the heat transfer tube passage holes 26 of the tube support plate 25 can be made larger than the volume between the tube holes of the tube support plate described in Patent Document 1) The strength of the plate 25 can be secured.
  • a chamfered portion 29 is provided at a boundary portion between the surface of the tube support plate 25 and each inclined surface 28.
  • the heat transfer tube 13 is unlikely to be dented or damaged, thereby preventing a decrease in reliability and durability of the heat transfer tube 13. be able to.
  • the heat transfer tube support structure according to the present embodiment is the steam generator 1 shown in the first embodiment.
  • the distance from the support position force closest to the periphery of the tube support plate 25 to the center position of the tube support plate 25 is D1
  • the support position force of the tube support plate 25 by the wrapper 15 is also set to D1ZD2 0.6 when the distance to the center position of the tube support plate 25 is D2.
  • the lower body 3 of the steam generator 1 is created by welding a cylindrical body part and a dome-shaped water chamber mirror that closes the lower end of the body part. Further, in the manufacturing process of the lower body 3, post-weld heat treatment is performed to ensure the soundness of the welded portion.
  • the trumpet 15 that supports the peripheral portion of the tube support plate 25 is subjected to welding and heat treatment in the lower body 3 as compared to the stay rod 16 that supports the inner peripheral portion of the tube support plate 25. Close to the site. That is, compared to the stay rod 16, the trumpet 15 is more likely to transmit heat applied to the lower body 3 during the welding process or the post-weld heat treatment.
  • the support position closest to the peripheral portion (depending on the set of stay rods 16 arranged on the outermost periphery). If the distance from the support position) to the center position of the tube support plate 25 is D1, and the support position force of the tube support plate 25 by the trumpet 15 is also the distance from the center position of the tube support plate 25 to D2, D1 / D2 ⁇ 0. As 6!
  • the support position force of the tube support plate 25 by the wrapper 15 is also sufficient to secure the distance between the fulcrum and the force point on the tube support plate 25 compared to the distance D2 to the center position of the tube support plate 25. Therefore, the deformation amount of the outer peripheral portion relative to the inner peripheral portion of the tube support plate 25 can be reduced.
  • the inner surface shape of the heat transfer tube passage hole 26 of the tube support plate 25 is the same as the inner surface shape of the heat transfer tube passage hole 26 of the tube support plate 25 shown in the first embodiment.
  • the positional relationship between the support position of the tube support plate 25 by the stay rod 16 and the support position of the tube support plate 25 by the trumpet 15 is set within a suitable range as described above, the tube support Since the inclination of the holding plate 25 itself is suppressed, the inclined surface 28 and the chamfered portion 29 are not necessarily provided on the tube support plate 25.

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Abstract

　伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる伝熱管支持構造を提供することを目的とする。下部胴（容器）と、下部胴内に設けられた伝熱管と、下部胴内に設けられて厚み方向に伝熱管挿通孔が開口された管支持板とを有する蒸気発生器（熱交換器）において、伝熱管挿通孔の内面には、伝熱管挿通孔の軸線方向の中間部に、伝熱管を受ける支持部を設け、支持部と伝熱管挿通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管挿通孔の径方向外側に向う傾斜面とする。

Description

伝熱管の支持構造
技術分野
[0001] 本発明は、例えば原子力発電設備において用いられる蒸気発生器等の熱交翻 における伝熱管の支持構造に関するものである。
背景技術
[0002] 熱交換器としては、容器と、この容器内に設けられた複数の伝熱管と、容器内で伝 熱管を支持する管支持板とを有しているものがある。この熱交^^では、伝熱管内に 第一の流体が流通されかつ容器内に第二の流体が流通されることで、第一の流体と 第二の流体との間で熱交換が行われるようになって!/、る。
ここで、容器内には、管支持板の周縁部を支持するラッパ一 (周縁部支持部材)と、 管支持板の内周部を支持するステーロッド（内周部支持部材)とが設けられており、こ れらによって管支持板が容器内に固定されている。
[0003] 伝熱管の支持構造としては、例えば後記の特許文献 1に記載の支持構造が知られ ている。
特許文献 1では、管支持板として、複数の管穴が設けられた管支持板を用いており 、各管穴に伝熱管を揷通することによって、管支持板による伝熱管の支持が行われ るようになっている。
ここで、管支持板は、容器内を流通する第二の流体等力も受ける負荷にも十分に 耐えられるように、伝熱管の支持のために必要となる厚みよりも厚みが大きく確保され て!、るとともに、管穴間の領域の面積 (言 、換えれば管穴間に位置する部分の体積） も、所定程度確保されている。
[0004] この管支持板は、管穴の内面力 径方向内方に突出し且つ内側の端部に伝熱管 を支持するための接触面を備えた複数の突出部を有し、内面力も接触面にかけて円 錐形の案内構造を形成して管穴への伝熱管の挿入を容易にするように、突出部の端 部の少なくとも一方にテーパーが付けられている。すなわち、この管支持板では、管 穴の軸線方向における突出部の長さは、テーパー部分を含めても管穴の長さよりも 短ぐ突出部よりも管穴の開口端側の内面は、内面が軸線に平行な形状 (テーパー のない形状）に形成されている。
[0005] 特許文献 1：特公平 6— 63712号公報 (請求項 1及び図 4)
発明の開示
[0006] 蒸気発生器では、製造工程における溶接の熱や、溶接処理後の溶接部の健全性 確保のための溶接後熱処理 (PWHT)の熱や、容器内に流通される第二の流体の 熱によって、ラッパ一やステーロッドが加熱される。このときに、ラッパ一とステーロッド との熱膨張量に差が生じたり、ラッパ一とステーロッドとのうちのいずれか一方のみが 加熱されてこの一方のみが熱膨張した場合には、これらラッパ一とステーロッドとによ つて支持される管支持板に歪みが生じる。
また、製造工程において蒸気発生器の姿勢を変更する際には、姿勢変更のために 蒸気発生器に外力が加わり、また管支持板において自重が加わる向きが変わるので 、これによつても管支持板に歪みが生じる。
[0007] 管支持板に歪みが生じると、管穴の内面がこの管穴に挿通されている伝熱管に対 して傾斜して、管穴の開口端等が伝熱管に押し付けられる。このため、管支持板に生 じた歪みの大きさによっては、伝熱管にへこみや傷を生じさせてしまう可能性がある。 前記のように、管支持板の厚みは大きく確保されているので、管穴の一方の開口端 力も他方の開口端までの距離が大きい。このため、管穴の内面の傾斜量がわずかで あっても、管穴の一方の開口端と他方の開口端との位置ずれは大きぐ伝熱管には 大きな負荷が加わる。
このように伝熱管にへこみや傷が生じると、伝熱管の信頼性や耐久性を損ねるので 、好ましくない。
[0008] 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、伝熱管にへこみや傷が 生じにくぐ伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を防止することができる伝熱管支持 構造を提供することを目的とする。
[0009] 上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一の態様は、容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記 容器内に設けられて厚み方向に伝熱管揷通孔が開口された管支持板とを有する熱 交換器に用いられる伝熱管の支持構造であって、前記伝熱管揷通孔の内面には、 該伝熱管揷通孔の軸線方向の中間部に、前記伝熱管を受ける支持部が設けられて いるとともに、該支持部と前記伝熱管揷通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ 前記開口端側に向うにつれて前記伝熱管揷通孔の径方向外側に向う傾斜面とされ て ヽる伝熱管の支持構造を提供する。
[0010] このように構成される伝熱管の支持構造では、管支持板の伝熱管揷通孔に揷通さ れる伝熱管は、伝熱管揷通孔の内面に設けられた支持部によって受けられる。 伝熱管揷通孔の内面において、伝熱管を受ける支持部と伝熱管揷通孔の開口端 との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管揷通孔の径方向外側に向う傾斜 面とされている。
すなわち、この伝熱管の支持構造では、支持部と開口端との間に形成された傾斜 面部分では、伝熱管との間に隙間 (逃げ)が確保されている。
このため、管支持板に傾斜が生じても、伝熱管揷通孔の開口端等が伝熱管に当た りにくぐ伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
[0011] また、本発明に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管が伝熱管揷通孔の内面に接 触したとしても、伝熱管と伝熱管揷通孔の内面 (傾斜面）とが、平行に近い角度で当 接する。すなわち、本発明に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管と伝熱管揷通孔の 内面との接触面積が大きいので、伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱 管にへこみや傷が生じにくい。
[0012] また、本発明では、管支持板の伝熱管揷通孔の開口端から支持部までが傾斜面と されている。
このため、本発明では、伝熱管の逃げを確保しつつ、伝熱管揷通孔の容積をより低 減することができるので、管支持板の強度を確保することができる。
[0013] また、本発明の第二の態様は、容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器 内に設けられて厚み方向に伝熱管揷通孔が開口された管支持板と、該管支持板の 周縁部を支持する周縁部支持部材と、前記管支持板の内周部を支持する内周部支 持部材とを有する熱交^^に用いられる伝熱管の支持構造であって、前記内周部 支持部材による前記管支持板の支持位置のうち、周縁部に最も近い支持位置から 前記管支持板の中心位置までの距離を Dlとし、前記周縁部支持部材による前記管 支持板の支持位置から前記管支持板の中心位置までの距離を D2とすると、 D1ZD 2<0. 6とされている伝熱管の支持構造を提供する。
[0014] この発明は、実験等によって本発明者らが得た以下の知見に基づいてなされたも のである。
一般的に、熱交換器の容器は、複数の部材、例えば、円筒形の胴体部分と胴体部 分の両端を閉塞するドーム状の水室鏡とを溶接することによって作成される。また、こ の容器の製造工程にお 、ても、容器には溶接後熱処理が施される。
管支持板の周縁部を支持する周縁部支持部材は、管支持板の内周部を支持する 内周部支持部材に比べて、容器において溶接や熱処理が施される部位に近い。す なわち、周縁部支持部材は、内周部支持部材に比べて、溶接処理や溶接後熱処理 の際に容器に加えられる熱が伝わりやすい。
[0015] このため、容器に溶接処理や溶接後熱処理を施した際には、周縁部支持部材の熱 膨張量が内周部支持部材の熱膨張量よりも大きくなる。すると、管支持板の周縁部が 周縁部支持部材によって押圧されて、管支持板の内周部支持部材による支持位置 よりも周縁部側の部分 (以下「外周部」とする）が、管支持板の片面側に向けて反り返 ることになる。
また、熱交換器の稼動中に、周縁部支持部材近傍を流通する流体と内周部支持 部材近傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、周縁部支持部材と 内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板に上記のような変形が 生じる。
このため、管支持板の外周部では、伝熱管揷通孔に傾斜が生じることとなり、管支 持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じる可能性がある。
[0016] このように管支持板に熱膨張に由来する変形が生じた場合には、管支持板におい て内周部支持部材による支持位置が支点となり、周縁部支持部材による支持位置が 力点となる。このため、内周部支持部材による管支持板の支持位置と周縁部支持部 材による管支持板の支持位置との距離が小さいほど、外周部の変形量（内周部に対 する外周部の傾斜角度)が大きくなる。また、内周部支持部材による管支持板の支持 位置と周縁部支持部材による管支持板の支持位置との距離が大きいほど、外周部の 変形量が小さくなる。
[0017] そこで、本発明では、内周部支持部材による管支持板の支持位置のうち、周縁部 に最も近い支持位置力ゝら管支持板の中心位置までの距離を D1とし、周縁部支持部 材による管支持板の支持位置力も管支持板の中心位置までの距離を D2とすると、 D 1/D2< 0. 6として!/ヽる。
このように、周縁部支持部材による管支持板の支持位置から管支持板の中心位置 までの距離に比べて、管支持板における支点と力点との距離を十分に確保すること により、管支持板の内周部に対する外周部の変形量を小さくすることができる。 これにより、周縁部支持部材と内周部支持部材との間に熱膨張量の差が生じた際 にも、管支持板の外周部に設けられた伝熱管揷通孔の傾斜角度が小さくて済み、管 支持板の外周部に支持されている伝熱管にへこみや傷が生じに《なる。
[0018] ここで、このように管支持板の支点と力点との距離を確保した上で、さらに以下の構 成を採用してもよい。
具体的には、伝熱管揷通孔の内面には、伝熱管揷通孔の軸線方向の中間部に、 伝熱管を受ける支持部を設け、支持部と伝熱管揷通孔の各開口端側との間の領域 を、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管揷通孔の径方向外側に向う傾斜面とし てもよい。
[0019] この場合には、支持部と開口端との間に形成された傾斜面部分では、伝熱管との 間に隙間 (逃げ)が確保されるので、管支持板に傾斜が生じても、伝熱管揷通孔の開 口端等が伝熱管に当たりにくく、伝熱管にへこみや傷が生じにく 、。
また、伝熱管が伝熱管揷通孔の内面に接触したとしても、伝熱管と伝熱管揷通孔 の内面 (傾斜面）とが、より平行に近い角度で当接することになり、伝熱管と伝熱管揷 通孔の内面との接触面積が大きいので、伝熱管に加わる負荷が分散されることにな り、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
さらに、伝熱管の逃げを確保しつつ、管支持板の容積を、特許文献 1に記載の管 支持板に比べてより低減することができるので、管支持板の強度を確保することがで きる。 [0020] また、本発明の第一の態様または第二の態様において、前記管支持板の表面と前 記各傾斜面との境界部分に面取り部が設けられて 、てもよ 、。
この場合には、管支持板の表面と伝熱管揷通孔の内面を構成する各傾斜面との境 界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管が接触しても、この境界部分力 伝熱管に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへこみや傷が生じにくい。
[0021] 本発明に係る伝熱管の支持構造によれば、伝熱管の信頼性及び耐久性の低下を 防止することができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の第一実施形態に係る伝熱管の支持構造が適用される蒸気発生器 (熱 交換器)の構成を概略的に示す縦断面図である。
[図 2]図 1に示す蒸気発生器の構成を示す一部破断斜視図である。
[図 3]図 1の一部拡大図である。
[図 4]本発明の第一実施形態に係る伝熱管の支持構造が適用される蒸気発生器の 閉断面図である。
[図 5]図 4の一部拡大図である。
[図 6]本発明の第一実施形態に係る伝熱管の支持構造に用いられる管支持板の形 状を示す平面図である。
[図 7]図 6の A— A矢視断面図である。
[図 8]図 7の一部拡大図である。
[図 9]本発明の第一実施形態に係る伝熱管の支持構造に用いられる管支持板の形 状を示す一部破断斜視図である。
[図 10]本発明の第一実施形態に係る伝熱管の支持構造の作用を概略的に示す図 である。
[図 11]本発明の第二実施形態に係る伝熱管の支持構造を概略的に示す図である。 符号の説明
[0023] 1 蒸気発生器 (熱交換器）
3 下部胴 (容器）
13 伝熱管 15 ラッパ一 (周縁部支持部材）
16 ステーロッド（内周部支持部材）
25 管支持板
26 伝熱管揷通孔
27 支持部
28 傾斜面
29 面取り部
発明を実施するための最良の形態
[0024] [第一実施形態]
以下に、本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。 本実施形態では、本発明に係る伝熱管の支持構造を、図 1に示す蒸気発生器 1〖こ 適用した例を示す。
蒸気発生器 1は、加圧水型原子力発電設備において、原子炉炉心で発生した熱を 回収した高温高圧の一次冷却水（一次冷却材)と、一次冷却水とは独立した流路を 流通する二次冷却水（二次冷却材）との間で熱交換を行うことにより、二次冷却水を 沸騰させて、発電用タービンを駆動するための高圧蒸気を発生させるものである。
[0025] 以下、蒸気発生器 1の具体的な構成について説明する。
図 1及び図 2に示すように、蒸気発生器 1は、略円筒形状の下部胴 3と、略円筒形 状の上部胴 5とによって構成される容器を有して ヽる。
下部胴 3には、第一水室 7と、第二水室 9と、管板 11と、多数の伝熱管 13と、ラッパ 一 (管群外筒） 15とが備えられている。
[0026] 下部胴 3の下端部は、略半球ドーム状に形成されており、その内部は、左右の二室 に区分されている。これら二室のうち、一方の室が第一水室 7とされ、他方の室が第 二水室 9とされている。第一水室 7には、一次冷却材入口ノズル 17が設けられている 。第一水室 7内には、この一次冷却材入口ノズル 17を通じて原子炉炉心からの一次 冷却水が導入されるようになって 、る。
第二水室 9には、一次冷却材出口ノズル 19が設けられている。蒸気発生器 1で熱 交換され第二水室 9に回収された一次冷却水は、一次冷却材出口ノズル 19を通つ て原子炉炉心へ向けて送り出される。
[0027] 図 1に示すように、管板 11は、下部胴 3内を、第一水室 7及び第二水室 9を構成す る下端部と、伝熱管 13が収納される上部とに区画するものである。
各伝熱管 13は、管板 11から下部胴 3の上端まで立ち上げられて、下部胴 3内に逆 U字型の流路を形成するものである。各伝熱管 13は、それぞれ、一端が管板 11を通 じて第一水室 7に接続され、他端が管板 11を通じて第二水室 9に接続されている。
[0028] 伝熱管 13の直管部分は、上下方向に所定間隔を空けて複数設けられた管支持板 25によって支持されて！、る。
管支持板 25は、略円板形状をなしており、図 3に示すように、厚み方向に伝熱管 1 3が挿通される伝熱管揷通孔 26が複数開口させられて 、る。
管支持板 25は、管板 11から上方に立ち上げられた複数のステーロッド 16によって 径方向内側の領域を支持されている。本実施形態では、ステーロッド 16は、下部胴 3 と同軸となる円周上に複数本配置されており、この同一円周上に配置されるステ一口 ッド 16の組は、径を違えて複数組設けられている。すなわち、管支持板 25は、径方 向の複数箇所でステーロッド 16によって支持されている。
ラッパ一 15は、全ての伝熱管 13の直管部分の周囲を囲む略円筒形の部材であつ て、その上下端をそれぞれ下部胴 3に対して溶接等によって固定されている。管支持 板 25は、周縁部をラッパ一 15の内周面に対して固定されている。
[0029] 図 1に示すように、上部胴 5には、給水リング 31と、気水分離器 33と、湿分分離器 3 5と、蒸気室 37とが備えられている。
給水リング 31は、上部胴 5の下部にリング状に設けられた配管であり、上部胴 5に 設けられた給水入口ノズル 39を通って供給される二次冷却水をラッパ一 15の外側 に供給する機能を有して 、る。
気水分離器 33は、下部胴 3から送られる水混じりの蒸気を蒸気と水に粗分離するも のである。気水分離器 33で分離された水は、二次冷却水として再び蒸気発生器 1内 に戻される。
気水分離器 33で粗分離された蒸気は湿分分離器 35に導入され、蒸気中に含まれ る湿分を分離される。 湿分を分離された蒸気は、蒸気室 37に送り込まれたのち、上部胴 5に設けられた 蒸気出口ノズル 41を通じて、発電用タービンに送り込まれるようになつている。
[0030] 以下、この蒸気発生器 1における伝熱管 13の支持構造について、より詳細に説明 する。
図 4に、管支持板 25の平面図を示す。管支持板 25には、多数の伝熱管揷通孔 26 が規則的に形成されている。本実施形態では、管支持板 25において、図 4に示す複 数の斜線の各交点部分に伝熱管揷通孔 26が形成されている。
伝熱管揷通孔 26の詳細な配置について、図 5を用いて説明する。図 5は、図 4に実 線で囲って示す領域 Pの拡大図である。
管支持板 25には、管支持板 25上に、等間隔で配置される複数の平行線の組を、 角度を 60° 変えて二組設けた際の、各平行線の交点位置に、伝熱管揷通孔 26が 形成されている。
[0031] 本実施形態では、伝熱管揷通孔 26の内面は、図 5及び図 6に示すように、略円筒 内面の軸線回りの複数箇所に、伝熱管 13を支持する支持部 27が設けられた構成と されている。
図 7に示すように、支持部 27は、伝熱管揷通孔 26の内面のうち、軸線方向の中間 部から径方向内側に突出する突起部によって構成されている。
支持部 27の突出端は、伝熱管揷通孔 26の軸線に略平行な円筒面とされており、 伝熱管 13の外周面を面接触にて受けるようになつている。
本実施形態では、図 6に示すように、支持部 27は、伝熱管揷通孔 26の軸線回りに 120° おきに三つ設けられている。これにより、各支持部 27に対して伝熱管揷通孔 2 6の軸線を挟んで反対側には、伝熱管揷通孔 26の円筒状内面が位置している。
[0032] 伝熱管揷通孔 26の内面において、支持部 27と伝熱管揷通孔 26の各開口端との 間の領域は、それぞれ開口端側に向うにつれて伝熱管揷通孔 26の径方向外側に 向う傾斜面 28とされている。
例えば、本実施形態では、伝熱管揷通孔 26の長さは 35mmとされており、伝熱管 揷通孔 26の軸線方向における傾斜面 28の寸法は、 7mmとされている。また、伝熱 管揷通孔 26の軸線 Oに対する傾斜面 28の傾斜角度 Θ (図 8参照）は、約 10度とされ ている。
さらに、図 8及び図 9に示すように、管支持板 25の表面と各傾斜面 28との境界部分 には、面取り部 29が設けられている。この面取り部 29は、例えば曲率半径 Rが 1. Om m以上（例えば R= 2mmや R= 3mm)の曲面によって構成されて!ヽることが好まし！/ヽ
[0033] 上記した伝熱管 13の支持構造では、管支持板 25の伝熱管揷通孔 26に挿通され る伝熱管 13は、伝熱管揷通孔 25の内面に設けられた支持部 27によって受けられる 伝熱管揷通孔 26の内面において、伝熱管 13を受ける支持部 27と伝熱管揷通孔 2 6の開口端との間の領域は、開口端側に向うにつれて伝熱管揷通孔 26の径方向外 側に向う傾斜面 28とされている。
すなわち、この伝熱管 13の支持構造では、支持部 27と開口端との間に形成された 傾斜面 28部分では、伝熱管 13との間に隙間 (逃げ)が確保されている。
このため、図 10に示すように、管支持板 25に傾斜が生じても、伝熱管揷通孔 26の 開口端等が伝熱管 13に当たりにくく、伝熱管 13にへこみや傷が生じにく!、。
[0034] ここで、特許文献 1に記載の管支持板では、前記のように、突出部よりも管穴の開 口端側の内面は、内面が軸線に平行な形状 (テーパーのない形状）に形成されてい る。このため、特許文献 1に記載の管支持板では、伝熱管に対して管支持板が傾斜 すると、伝熱管は、管穴の開口端と管支持板の表面とが交差する角部に接触するこ とになる。この角部は略直角に形成されているので、伝熱管には角部との当接部に 集中して力が加わることになり、伝熱管にへこみや傷が生じやす!/、。
これに対して、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、前記のように、管支持板 25に傾斜が生じても、伝熱管揷通孔 26の開口端等が伝熱管 13に当たりにくぐまた 、仮に伝熱管 13が伝熱管揷通孔 26の内面に接触したとしても、伝熱管 13と伝熱管 揷通孔 26の内面 (傾斜面 28)とが、より平行に近い角度で当接する。すなわち、本実 施形態に係る伝熱管の支持構造では、伝熱管 13と伝熱管揷通孔 26の内面との接 触面積が大きいので、伝熱管 13に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管にへ こみや傷が生じにくい。 [0035] また、特許文献 1に記載の管支持板では、管穴突出部のテーパー部分が管穴の開 口端まで達していないのに対して、本実施形態に係る伝熱管の支持構造では、管支 持板 25の伝熱管揷通孔 26の開口端力も支持部 27までが傾斜面 28とされている。 このため、本発明では、伝熱管 13の逃げを確保しつつ、伝熱管揷通孔 26の容積 を、特許文献 1に記載の管支持板の管穴に比べてより低減することができるので (言 い換えれば、管支持板 25の伝熱管揷通孔 26間の領域の体積を、特許文献 1に記載 の管支持板の管穴間の体積よりも大きくすることができるので)、管支持板 25の強度 を確保することができる。
[0036] また、本実施形態では、管支持板 25の表面と各傾斜面 28との境界部分に面取り 部 29が設けられている。
これにより、管支持板 25の表面と伝熱管揷通孔 26の内面を構成する各傾斜面 28 との境界部分に角がなくなるので、仮にこの領域に伝熱管 13が接触しても、この境界 部分から伝熱管 13に加わる負荷が分散されることになり、伝熱管 13にへこみや傷が 生じにくい。
[0037] 以上述べたように、本実施形態に係る伝熱管の支持構造によれば、伝熱管 13にへ こみや傷が生じにくいので、伝熱管 13の信頼性及び耐久性の低下を防止することが できる。
[0038] [第二実施形態]
以下、本発明の第二実施形態について、図 11を用いて説明する。
本実施形態に係る伝熱管の支持構造は、第一実施形態に示す蒸気発生器 1にお いて、
ステーロッド 16 (内周部支持部材）による管支持板 25の支持位置のうち、管支持板 25の周縁部に最も近い支持位置力ゝら管支持板 25の中心位置までの距離を D1とし、 ラッパ一 15 (周縁部支持部材）による管支持板 25の支持位置力も管支持板 25の中 心位置までの距離を D2とした場合に、 D1ZD2く 0. 6としたものである。
[0039] ここで、蒸気発生器 1の下部胴 3は、円筒形の胴体部分と胴体部分の下端を閉塞 するドーム状の水室鏡とを溶接することによって作成される。また、この下部胴 3の製 造工程においては、溶接部の健全性確保のために、溶接後熱処理が施される。 図 3に示すように、管支持板 25の周縁部を支持するラッパ一 15は、管支持板 25の 内周部を支持するステーロッド 16に比べて、下部胴 3において溶接や熱処理が施さ れる部位に近い。すなわち、ラッパ一 15は、ステーロッド 16に比べて、溶接処理や溶 接後熱処理の際に下部胴 3に加えられる熱が伝わりやすい。
[0040] このため、下部胴 3に溶接処理や溶接後熱処理を施した際には、ラッパ一 15の熱 膨張量カ^テ一ロッド 16の熱膨張量よりも大きくなる。すると、管支持板 25の周縁部 力 Sラッパ一 15によって上方に向けて押圧されて、管支持板 26のステーロッド 16によ る支持位置よりも周縁部側の部分 (外周部）が、管支持板 25の上面側に向けて反り 返ること〖こなる。
また、熱交^^ 1の稼動中に、ラッパ一 15近傍を流通する流体とステーロッド 16近 傍を流通する流体との間に温度差が生じている場合にも、ラッパ一 15とステーロッド 16との間に熱膨張量の差が生じて、管支持板 25に上記のような変形が生じる。 このため、管支持板 25の外周部では、伝熱管揷通孔 26に傾斜が生じることとなる。
[0041] このように、管支持板 25に、熱膨張に由来する変形が生じた場合には、管支持板 2 5においてステーロッド 16による支持位置が支点となり、ラッパ一 15による支持位置 が力点となる。このため、ステーロッド 16による管支持板 25の支持位置とラッパ一 15 による管支持板 25の支持位置との距離が小さ 、ほど、管支持板 25の外周部の変形 量（内周部に対する外周部の傾斜角度)が大きくなる（図 11に一鎖線で示す状態)。 また、ステーロッド 16による管支持板 25の支持位置とラッパ一 15による管支持板 25 の支持位置との距離が大きいほど、外周部の変形量が小さくなる。
[0042] そこで、本実施形態では、上記のように、ステーロッド 16による管支持板 25の支持 位置のうち、周縁部に最も近い支持位置 (最外周に配置されるステーロッド 16の組に よる支持位置)から管支持板 25の中心位置までの距離を D 1とし、ラッパ一 15による 管支持板 25の支持位置力も管支持板 25の中心位置までの距離を D2とすると、 D1 /D2< 0. 6として!/ヽる。
[0043] このように、ラッパ一 15による管支持板 25の支持位置力も管支持板 25の中心位置 までの距離 D2に比べて、管支持板 25における支点と力点との距離を十分に確保す ることにより、管支持板 25の内周部に対する外周部の変形量を小さくすることができ る。
これにより、ラッパ一 15とステーロッド 16との間に熱膨張量の差が生じた際にも、図 11に二点鎖線で示すように、管支持板 25の外周部に設けられた伝熱管揷通孔 26 の傾斜角度が小さくて済み、管支持板 25の外周部に支持されている伝熱管 13にへ こみや傷が生じにくくなる。
ここで、本実施形態では、管支持板 25の伝熱管揷通孔 26の内面形状を、第一実 施形態に示す管支持板 25における伝熱管揷通孔 26の内面形状と同一にした例を 示したが、上記のようにステーロッド 16による管支持板 25の支持位置とラッパ一 15に よる管支持板 25の支持位置との位置関係を好適な範囲に設定した場合には、管支 持板 25の傾斜自体が抑えられるので、管支持板 25には、必ずしも傾斜面 28や面取 り部 29を設けなくてもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝 熱管揷通孔が開口された管支持板とを有する熱交換器に用いられる伝熱管の支持 構造であって、
前記伝熱管揷通孔の内面には、該伝熱管揷通孔の軸線方向の中間部に、前記伝 熱管を受ける支持部が設けられているとともに、
該支持部と前記伝熱管揷通孔の各開口端との間の領域は、それぞれ前記開口端 側に向うにつれて前記伝熱管揷通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている伝熱 管の支持構造。
[2] 容器と、該容器内に設けられた伝熱管と、前記容器内に設けられて厚み方向に伝 熱管揷通孔が開口された管支持板と、該管支持板の周縁部を支持する周縁部支持 部材と、前記管支持板の内周部を支持する内周部支持部材とを有する熱交換器に 用いられる伝熱管の支持構造であって、
前記内周部支持部材による前記管支持板の支持位置のうち、周縁部に最も近い支 持位置カゝら前記管支持板の中心位置までの距離を D1とし、
前記周縁部支持部材による前記管支持板の支持位置から前記管支持板の中心位 置までの距離を D2とすると、 Ό1/Ό2 0. 6とされている伝熱管の支持構造。
[3] 前記伝熱管揷通孔の内面には、該伝熱管揷通孔の軸線方向の中間部に、前記伝 熱管を受ける支持部が設けられているとともに、
該支持部と前記伝熱管揷通孔の各開口端側との間の領域は、それぞれ前記開口 端側に向うにつれて前記伝熱管揷通孔の径方向外側に向う傾斜面とされている請 求項 2に記載の伝熱管の支持構造。
[4] 前記管支持板の表面と前記各傾斜面との境界部分には、面取り部が設けられて!/、 る請求項 1に記載の伝熱管の支持構造。
[5] 前記管支持板の表面と前記各傾斜面との境界部分には、面取り部が設けられて!/、 る請求項 3に記載の伝熱管の支持構造。
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