WO2009107556A1 - 蒸気発生器 - Google Patents

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WO2009107556A1
WO2009107556A1 PCT/JP2009/053030 JP2009053030W WO2009107556A1 WO 2009107556 A1 WO2009107556 A1 WO 2009107556A1 JP 2009053030 W JP2009053030 W JP 2009053030W WO 2009107556 A1 WO2009107556 A1 WO 2009107556A1
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WO
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heat transfer
side portion
transfer tube
water
steam
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/053030
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English (en)
French (fr)
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近藤　喜之
谷本　浩一
敏行 水谷
健吾 嶋村
亮一 川上
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Filing date
Publication date
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Priority to US12/666,658 priority patent/US8881690B2/en
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G21D1/02—Arrangements of auxiliary equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/16—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour
    • F22B1/162—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being hot liquid or hot vapour, e.g. waste liquid, waste vapour in combination with a nuclear installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a steam generator.
  • a steam generator of a pressurized water nuclear power plant has a heat transfer tube composed of a large number of heat transfer tubes bent into a U-shape and fixed at the end to a tube plate inside a substantially cylindrical body.
  • the heat tube group is provided in a state covered with a tube group outer cylinder.
  • Water (water supply) supplied to the upper part of the annular flow path formed between the inner wall of the body part and the outer tube of the tube group flows down the annular flow path and flows into the outer tube of the tube group from the lower part of the annular flow path. And rises along the heat transfer tube.
  • the present invention can suppress the decrease in the heat exchange amount on the inlet side while maintaining the effect of increasing the heat exchange amount on the outlet side of the heat transfer tube, and can improve the overall heat transfer efficiency.
  • An object is to provide a steam generator.
  • one aspect of the present invention is a heat transfer tube group including a plurality of heat transfer tubes having both ends fixed to a tube plate and a U-shaped free end through which a heat medium flows from one end to the other end.
  • An annular flow path formed to cover the periphery of the heat transfer tube group and having an opening communicating with the heat transfer tube group at a lower portion, and an upper portion of the annular flow path, and the heat medium in the heat transfer tube is A water supply device that supplies water to a descending portion that is a region that descends toward the other end, and is disposed above the heat transfer tube group and is heated from the annular passage through the periphery of the heat transfer tube.
  • a steam generator that separates the water into steam and hot water, and is located in a rising side portion that is a region on the heat transfer tube where the heat medium rises from the one end side.
  • a bubble removing member for removing bubbles installed in the annular flow path is provided. That is a steam generator.
  • the water supply device is disposed on the upper portion of the annular flow path, and in other words, a descending side portion that is a region on the side where the heat medium in the heat transfer tube descends toward the other end side, in other words, Since water is supplied to the cold side portion, which is a relatively low temperature region located from the top portion of the heat transfer tube to the outlet portion, the temperature of the feed water flowing into the descending portion that is the outlet portion of the heat transfer tube can be lowered. it can. When the temperature of the feed water flowing into the descending portion decreases, a large temperature difference can be obtained between the relatively low-temperature heat medium flowing through the outlet portion of the heat transfer tube and the feed water, so the amount of heat exchange in this portion Can be increased.
  • the bubble removing member is a rising side portion in which the heat medium in the heat transfer tube rises from the one end side, in other words, a relatively high temperature region located from the inlet to the top of the heat transfer tube. Since it is installed in the annular flow channel located in a certain hot side portion, bubbles in the rising side portion can be removed. When the bubbles are removed at the upper part of the ascending side part, it is possible to suppress the so-called generation of the carrier, in which the bubbles descend with the water supply at the ascending side part.
  • the bubble removing member may be a perforated plate having a plurality of through holes.
  • the said perforated plate may be installed in the position in which the said steam separator of the said annular flow path is installed.
  • the said perforated plate may be installed in the position spaced apart rather than the said steam-water separator of the said annular flow path.
  • the bubble removing member may be a water supply member that supplies water that condenses the bubbles.
  • the water supply member supplies water in an amount sufficient to condense the bubbles, the bubbles in the upper part of the ascending side portion are cooled and condensed. Therefore, it is possible to suppress the so-called generation of the carrier, in which the bubbles descend with the water supply at the ascending side portion.
  • the amount of water sufficient to condense the bubbles supplied by the water supply member is, for example, 5 to 10% of the amount of water supplied from the water supply device, and the effect of increasing the amount of heat exchange at the descending side portion Can be kept low.
  • the tube support plate for supporting the heat transfer tube may have an opening area of the rising side portion larger than an opening area of the falling side portion.
  • the heat transfer tube extends in the horizontal direction at a plurality of locations in the vertical direction and is supported by a tube support plate having openings through which water supply passes.
  • the tube support plate that supports the heat transfer tube has an opening area of the rising side portion larger than an opening area of the falling side portion, so that the flow resistance of the rising side portion, that is, the hot side portion, is increased. Becomes smaller.
  • the flow resistance at the ascending side portion becomes small, the feed water flow at the ascending side portion is improved, so that the feed water at the upstream side portion is easily circulated, and the occurrence of unstable flow can be suppressed. Therefore, since the fall of the heat exchange amount in an ascending side part can be suppressed, the whole heat transfer efficiency can be improved.
  • the heat transfer tube partition plate that partitions the rising side portion and the lowering portion is provided at the lower portion of the heat transfer tube group, and the flow path of the lowering portion partitioned by the heat transfer tube partition plate is a meandering flow path. May be.
  • the openings that connect the annular flow path and the heat transfer tube group are provided at a plurality of locations at intervals in the vertical direction below the heat transfer tube group.
  • the water supply portion since a lateral flow occurs in the water supply, the opportunity to contact the heat transfer tube, in other words, the time becomes longer, so the amount of heat received can be increased accordingly. Since the water supply in the descending side portion is performed from a plurality of locations spaced apart in the vertical direction, the heat exchange efficiency is improved as compared with that supplied at the lowest one location, so the overall heat transfer efficiency is reduced. Can be improved. In this case, it is preferable that the lower side portion of the heat transfer tube group is partitioned between the rising side portion and the lowering side portion so that water supply is performed on the lowering side portion.
  • a partition plate that divides the annular flow path in the vertical direction into the rising side portion and the descending side portion, and at least the lower portion of the split partition plate is moved upward as it goes downward.
  • the circumferential range of the part is sequentially made smaller than the circumferential range of the descending part.
  • the temperature of the water supply of the lower position of a raise side part can be reduced.
  • the temperature difference between the heat medium flowing through the heat transfer pipe and the feed water also increases at the ascending side portion, so that the heat exchange efficiency can be improved.
  • the brace provided between the free ends of the adjacent heat transfer tubes may be arranged such that the arrangement density of the rising side portion is smaller than the arrangement density of the descending side portion.
  • a resistance porous plate having a plurality of through holes may be provided at a position corresponding to the descending portion between the heat transfer tube group and the steam separator.
  • a plurality of the steam / water separators may be provided, and an orifice flow path resistance may be provided at an inlet portion of the steam / water separator located in the descending portion. Or it is good also as a structure which combined these.
  • the water supply device that supplies water to the descending side portion in the upper part of the annular flow path is provided with the bubble removing member in the ascending side portion, so that the amount of heat exchange in the descending side portion can be increased.
  • the amount of heat exchange at the ascending side can be maintained as before.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. It is a partial longitudinal cross-sectional view of the porous plate concerning 1st embodiment of this invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the whole schematic structure of the steam generator concerning 2nd embodiment of this invention.
  • FIG. 5 is a YY cross-sectional view of FIG. 4. It is a fragmentary sectional view which shows the tube support plate of the cold side part concerning 2nd embodiment of this invention. It is a fragmentary sectional view which shows the pipe
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along a line UU in FIG.
  • FIG. 12 is a VV cross-sectional view of FIG. 11.
  • FIG. 12 is a WW sectional view of FIG. 11.
  • It is a schematic diagram which shows the upper part of the heat exchanger tube group in 6th embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the overall schematic structure of the steam generator 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.
  • FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of the perforated plate.
  • the steam generator 1 includes 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 heat transfer tube group 15 composed of a large number of heat transfer tubes 13, and a tube group outer cylinder 17. Yes.
  • the first water chamber 7 and the second water chamber 9 are arranged so as to bisect the lower portion of the lower body 3.
  • a primary coolant from the nuclear reactor is introduced into the first water chamber 7 from a nozzle (not shown).
  • the primary coolant introduced into the first water chamber 7 is collected in the second water chamber 9 through the plurality of heat transfer tubes 13.
  • the primary coolant recovered in the second water chamber 9 is sent out toward the nuclear reactor through a nozzle (not shown).
  • the heat transfer tube 13 is a tube bent into a U shape. Both end portions of the heat transfer tube 13 are fixed to a tube plate 11 provided at the upper part of the first water chamber 7 and the second water chamber 9 so as to penetrate the tube plate 11.
  • the heat transfer tube 13 extends upward from the tube plate 11, and the free end is located at a substantially upper end portion of the lower body 3.
  • the attachment position of the both ends of the heat transfer tube 13 to the tube plate 11 is a position where one end side communicates with the first water chamber 7 and the other end side communicates with the second water chamber 9.
  • the heat transfer tubes 13 are arranged along planes parallel to each other. Within each plane, the heat transfer tubes 13 are arranged such that the radius of curvature of the free end increases sequentially from the inside toward the outside.
  • the number of the heat transfer tubes 13 constituting the lower body 3 gradually decreases from the upper side toward the outside from the center of the axis of the lower body 3. Thereby, the free end of the heat transfer tube 13 forms a substantially hemispherical shape as a whole, and the lower portion forms a heat transfer tube group 15 having a substantially cylindrical shape.
  • the surface connecting the tops of the heat transfer tubes 13 is orthogonal to the paper surface in FIG. 1 and extends so as to pass through the boundary between the first water chamber 7 and the second water chamber 9. Since the first water chamber 7 side is a region on the side where the high-temperature primary coolant introduced into the first water chamber 7 rises in the heat transfer tube 13, the hot side portion (rising side portion) ) H. On the other hand, the second water chamber 9 side is a region on the side where the primary coolant whose heat is exchanged at the hot side portion and the temperature is relatively reduced descends toward the second water chamber 9 in the heat transfer tube 13. It is called a cold side portion (downward side portion) C.
  • the tube group outer cylinder 17 has a substantially cylindrical shape with an open end, and is provided so as to cover the heat transfer tube group 15.
  • the straight tube portion of the heat transfer tube 13 is supported by a plurality of tube support plates 19 provided at intervals in the vertical direction.
  • the tube support plate 19 is provided with a through-hole portion 21 (see FIG. 6) in a portion that supports the heat transfer tube 13.
  • the inner wall of the lower body 3 and the upper body 5 and the tube group outer cylinder 17 are spaced apart to form an annular flow path 23 through which water is supplied.
  • the tube group outer cylinder 17 and the heat transfer tube group 15 are substantially integrated via a tube support plate 19.
  • the lower end position of the tube group outer cylinder 17 and the upper end position of the tube plate 11 are spaced apart from each other, and an opening 25 that communicates the inside of the tube group outer cylinder 17 (heat transfer tube group 15) and the annular flow path 23. Is forming.
  • a brace fitting 27 is inserted between adjacent rows at the free end of the heat transfer tube 13 so as to prevent vibration of the heat transfer tube 13.
  • the upper body 5 is provided with a water supply box (water supply device) 29, a plurality of steam separators 31, a moisture separator 33, a porous plate (bubble removing member) 35, and a steam chamber 37.
  • the water supply box 29 has a ring shape that is halved, and is attached along the cold side portion C at the upper portion of the tube group outer cylinder 17 at the lower portion of the upper trunk 5.
  • the water supply box 29 supplies the secondary cooling system water sent through the water supply inlet nozzle 39 to the cold side portion C of the annular flow path 23.
  • a plurality of, for example, 20 steam-water separators 31 are provided on the upper surface of the tube group outer cylinder 17 with an appropriate interval.
  • the steam separator 31 roughly separates steam mixed with water that has passed through the heat transfer tube group 15 into steam and water (hot water).
  • the water separated by the steam separator 31 is returned to the annular flow path 23.
  • the steam roughly separated by the steam separator 31 is introduced into the moisture separator 33, and the moisture contained in the steam is separated.
  • the steam from which moisture has been separated and removed is sent from the steam chamber 37 through the steam outlet nozzle 41 to, for example, a secondary turbine.
  • the perforated plate 35 is a plate member having a substantially semicircular shape, and is provided with a large number of through holes 43 penetrating in the thickness direction.
  • the perforated plate 35 is attached above the tube group outer cylinder 17 so as to cover the hot side portion H of the upper trunk 5 and extend in the lateral direction.
  • the porous plate 35 is located at an intermediate height position of the annular flow path 23, that is, at a position between the tube plate 11 and the steam / water separator 31. It may be provided so as to surround the hot side portion H.
  • a high temperature and high pressure primary coolant from a nuclear reactor (not shown) is introduced into the first water chamber 7 from a nozzle (not shown).
  • the primary coolant is introduced from the first water chamber 7 to one end of each heat transfer tube 13, circulates in each heat transfer tube 13, and is discharged from the other end of each heat transfer tube 13 to the second water chamber 9.
  • the primary coolant is returned from the second water chamber to the reactor.
  • the heat transfer tube 13 is maintained at a high temperature by the circulation of the primary coolant.
  • the temperature of the heat transfer tube 13 has a temperature gradient in which the temperature of the first water chamber 7 side is the highest temperature and the temperature decreases sequentially toward the second water chamber 9 side by heat exchange with the water of the secondary cooling system. .
  • the secondary cooling system water supplied from the water supply box 29 is supplied to the cold side portion C of the annular flow path 23.
  • This water is mixed with hot hot water flowing out from the steam-water separator 31 of the cold side portion C, and this hot water is cooled, so that bubbles contained in the hot water are condensed and substantially removed.
  • part of the mixed water moves to the hot side portion H, it mainly flows down the cold side portion C of the annular flow path 23 and is supplied from the opening 25 to the inside of the tube group outer cylinder 17.
  • the water of the secondary cooling system supplied to the cold side portion C of the heat transfer tube group 15 is set to a relatively low temperature, the relatively low temperature heat transfer tube 13 on the second water chamber 9 side, and 2 A large temperature difference can be obtained with the water in the secondary cooling system. Therefore, the heat exchange amount in this part can be increased.
  • hot water flowing out from the steam / water separator 31 disposed in the hot side portion H is supplied to the hot side portion H of the annular flow path 23.
  • This hot water is in a state where fine bubbles that could not be separated by the steam separator 31 remain or bubbles are easily generated by entraining the surrounding air.
  • the water mainly composed of hot water moves downward through the through holes 43 of the perforated plate 35.
  • the accumulated bubbles k collide with each other and coalesce to form a bubble K having a large volume.
  • the buoyancy increases, so that the air rises through the through-hole 43 against the descent of water and is discharged into the upper space.
  • this water partially moves to the cold side portion C, it mainly flows down the hot side portion H of the annular flow path 23 and is supplied into the tube group outer cylinder 17 from the opening 25.
  • a part of the water of the secondary cooling system is vaporized when it rises around the heat transfer tube 13 maintained at a high temperature, and becomes steam.
  • This steam-mixed water is introduced into the steam separator 31 and roughly separated into steam and water.
  • the steam roughly separated by the steam separator 31 is introduced into the moisture separator 33, and the contained moisture is removed.
  • the steam from which moisture has been separated by the moisture separator 33 is sent from a steam outlet nozzle 41 installed at the top of the upper body 5 to a secondary turbine (not shown).
  • the turbine is driven to rotate by this steam, and with this power, for example, a generator is driven to generate electricity.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing the overall schematic structure of the steam generator 1.
  • 5 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG.
  • the sizes of the through-hole portions 21 of the tube support plate 19 are different between the hot side portion H and the cold side portion C. That is, the size of the through-hole portion 21 of the hot-side portion H shown in FIG. 7 is larger than the size of the through-hole portion 21 of the cold-side portion C shown in FIG. Therefore, the opening area of the hot side portion H in the tube support plate 19 is made larger than the opening area of the cold side portion C.
  • the flow resistance of the hot side portion H becomes smaller than that of the cold side portion C.
  • the flow resistance of the hot side portion H is reduced, the water flow of the hot side portion H is improved, so that the water of the hot side portion H is easily circulated and the occurrence of unstable flow can be suppressed. Therefore, since the fall of the heat exchange amount in the hot side part H can be suppressed, the heat transfer efficiency of the whole steam generator 1 can be improved.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing the overall schematic structure of the steam generator 1.
  • FIG. 9 is a ZZ cross-sectional view of FIG.
  • a water supply pipe (water supply member) 45 having a half ring shape is located in the hot-side portion H of the annular flow path 23 and supplies water to that portion. It is attached as follows.
  • the water supply pipe 45 is branched so that water is supplied from the water supply box 29.
  • the water supply pipe 45 has a smaller diameter than that of the water supply box 29, and the amount of water supply is an amount that condenses bubbles contained in the water of the hot side portion H. This amount is, for example, 5 to 10% of the amount of water supplied from the water supply box 29 to the cold side portion C.
  • the water supply pipe 45 supplies water in such an amount that the bubbles are condensed, the bubbles above the hot side portion H of the annular flow path 23 are cooled and condensed by this water. Therefore, it is possible to suppress the so-called generation of the carrier, in which the bubbles descend at the hot side portion H together with the water supply. Although this water partially moves to the cold side portion C, it mainly flows down the hot side portion H of the annular flow path 23 and is supplied into the tube group outer cylinder 17 from the opening 25. As described above, since the air bubbles can be removed by the cold water supplied from the water supply pipe 45, an increase in water transfer pressure loss at the hot side portion H can be suppressed. Therefore, since the fall of the water supply amount which flows through the hot side part H can be prevented, the heat exchange amount in the hot side part H of the heat transfer tube group 15 can be maintained as in the conventional case.
  • a heat transfer tube partition plate 47 that partitions the hot side portion H and the cold side portion C is provided below the heat transfer tube group 15.
  • a semicircular rectifying plate 49 is attached to the cold side portion C of the heat transfer tube partition plate 47 along the second and fourth tube support plates 19 from the bottom.
  • a half-link rectifying plate 51 is attached to the cold side portion C of the tube group outer cylinder 17 along the first and third tube support plates 19 from the bottom.
  • the water flow path of the cold side portion C is a meandering flow path D by the flow rectifying plates 49 and 51.
  • the water meanders along the meandering flow path D, so that a lateral flow occurs in the water.
  • a lateral flow occurs in the water, the opportunity to come into contact with the heat transfer tube 13 as compared with a simple rise, in other words, the time becomes longer, so the amount of heat received from the heat transfer tube 13 can be increased accordingly.
  • the heat exchange efficiency in the cold side portion C is further improved, the heat exchange efficiency of the entire steam generator 1 can be improved together with the heat exchange amount in the hot side portion H being maintained as in the conventional case. it can.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing the overall schematic structure of the steam generator 1.
  • the lower portion of the water supply box 29 extends to the substantially lower end position of the tube group outer cylinder 17.
  • the lower part of the water supply box 29 is located at a position between the first and second sheets from the bottom of the pipe support plate 19, between the second and third sheets, and between the third and fourth sheets.
  • An inflow hole 53 that extends in the lateral direction is provided to communicate the inside of the tube group outer cylinder 17 and the inside of the water supply box 29.
  • An appropriate number of inflow holes 53 may be provided as necessary.
  • a heat transfer tube partition plate 47 that partitions the hot side portion H and the cold side portion C is provided below the heat transfer tube group 15. The height of the heat transfer tube partition plate 47 is higher than that of the uppermost inlet hole 53.
  • the water of the secondary cooling system supplied from the water supply box 29 is supplied to the cold side portion C inside the tube group outer cylinder 17 in the lateral direction through the opening 25 and each inflow hole 53. That is, since a lateral flow occurs in the water, the opportunity to come into contact with the heat transfer tube 13, in other words, the time becomes longer. Since the amount of heat received can be increased, the heat exchange efficiency can be improved. In addition, since the heat treatment is performed from a plurality of locations spaced in the vertical direction, the heat exchange efficiency is improved as compared with the one supplied at the lowest one location. This improves the overall heat transfer efficiency.
  • the present embodiment has the same basic configuration as the first embodiment, but differs in the configuration of the annular flow path 23. In the following, this difference will be mainly described, and a duplicate description will be omitted for the others. In addition, about the component same as 1st embodiment, the same code
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view schematically showing the overall schematic structure of the steam generator 1.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line U-U in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
  • FIG. 14 is a WW sectional view of FIG.
  • two divided partition plates 55 that extend in the vertical direction and partition the annular channel 23 in the lateral direction are attached to the annular channel 23.
  • the upper part of the dividing partition plate 55 is located at the boundary between the hot side portion H and the cold side portion C, and divides the annular flow path 23 into the hot side portion H and the cold side portion C.
  • the lower part of the partition plate 55 is gradually curved toward the hot side as it goes downward. Accordingly, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the hot-side circumferential direction range 23 ⁇ / b> H on the hot-side portion H side of the annular flow path 23 partitioned by the dividing partition plate 55 is the cold-side circumference on the cold-side portion C side. It becomes sequentially smaller than the direction range 23C.
  • the water in the secondary cooling system is supplied from the water supply box 29 to the cold side circumferential range 23C of the annular flow path 23 and flows down.
  • the cold-side circumferential range 23C expands to enter the region of the hot-side portion H as it goes downward. For this reason, the water that enters the tube group outer cylinder 17 from the opening 25 located in the hot side portion C has passed through the hot side circumferential range 23H and the cold side circumferential range 23C. Since relatively low temperature water is mixed, the temperature of the water supplied to the heat transfer tube group of the hot side portion H is lowered.
  • the temperature difference between the heat transfer tube 13 and the water supply also increases in the hot side portion H, so that the heat exchange efficiency of the hot side portion H can be improved.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an upper portion of the heat transfer tube group 15 in the present embodiment.
  • the brace metal fittings 27 are arranged such that the arrangement density of the hot-side portions H is smaller than the arrangement density of the cold-side portions C.
  • the brace bracket 27 provides flow path resistance when water flows.
  • the brace metal 27 since the placement density of the hot-side portion H is smaller than the placement density of the cold-side portion C, the brace metal 27 has a flow resistance of the cold-side portion C that is the flow path of the hot-side portion H. It becomes greater than the resistance, and the water supply flows more easily in the hot side portion H than in the cold side portion C. For this reason, since water supply flows more by the hot side part H, the bubble ratio in the upper part of the hot side part H can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent bubbles from being mixed into the water supply to the hot side portion H in combination with the bubble removal by the bubble removing member such as the perforated plate 35, and thus to effectively prevent unstable flow in the hot side portion H. And heat exchange efficiency can be improved.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view schematically showing the upper trunk 5 portion in the present embodiment.
  • a resistance perforated plate 57 having a plurality of through holes is attached at a position corresponding to the cold side portion C between the heat transfer tube group 15 and the steam / water separator 31 inside the tube group outer cylinder 17. It has been.
  • the resistance porous plate 57 has a flow path resistance when water flows. Since the resistance porous plate 57 is attached to the cold side portion C, the flow path resistance of the cold side portion C is larger than the flow path resistance of the hot side portion H, and the water supply is hotter than the cold side portion C. It becomes easy to flow. For this reason, since water supply flows more by the hot side part H, the bubble ratio in the upper part of the hot side part H can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent bubbles from being mixed into the water supply to the hot side portion H in combination with the bubble removal by the bubble removing member such as the perforated plate 35, and thus to effectively prevent unstable flow in the hot side portion H. And heat exchange efficiency can be improved.
  • FIG. 17 is a longitudinal sectional view schematically showing the upper trunk 5 portion in the present embodiment.
  • an orifice channel resistance 59 is attached to the inlet portion of the steam separator 31 located in the cold side portion C.
  • the orifice channel resistance 59 is a channel resistance when water flows. Since the orifice flow resistance 59 is attached to the steam separator 31 located in the cold side portion C, the flow resistance of the cold side portion C is larger than the flow resistance of the hot side portion H, and the water supply is cold. It becomes easier to flow in the hot side portion H than in the side portion C. For this reason, since water supply flows more by the hot side part H, the bubble ratio in the upper part of the hot side part H can be reduced. Accordingly, it is possible to prevent bubbles from being mixed into the water supply to the hot side portion H in combination with the bubble removal by the bubble removing member such as the perforated plate 35, and thus to effectively prevent unstable flow in the hot side portion H. And heat exchange efficiency can be improved.

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Abstract

　伝熱管の出口部側での熱交換量の増加効果を維持しつつ、入口部側での熱交換量の低下を抑制し、全体の伝熱効率を向上させ得る蒸気発生器を提供する。管板（１１）に固定される複数の伝熱管（１３）で構成される伝熱管群（１５）と、伝熱管群（１５）の周囲を覆うように形成され、下部に伝熱管群（１５）と連通する開口部（２５）を有する環状流路（２３）と、環状流路（２３）の上部に配置され、伝熱管（１３）におけるコールド側部分に水を供給する給水ブロック（２９）と、伝熱管群（１５）の上方に配置され、環状通路（２３）から伝熱管（１３）の周囲を通って熱せられた水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器（３１）とを備えた蒸気発生器１であって、環状流路（２３）の上部で、かつ、伝熱管（１３）におけるホット側部分に設置された気泡を除去する多孔板（３５）が備えられる。

Description

蒸気発生器
　本発明は、蒸気発生器に関するものである。
　たとえば、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器には、略円筒形状をした胴部の内部に、Ｕ字形に曲げられ、端部が管板に固定されている多数の伝熱管で構成される伝熱管群が管群外筒で覆われた状態で備えられている。
　胴部内壁と管群外筒との間に形成される環状流路の上部に供給された水（給水）は、環状流路を流下し、環状流路の下部から管群外筒内に流入され伝熱管に沿って上昇する。このとき、原子炉から加圧された高温の冷却材が伝熱管内部を流れ、伝熱管を加熱しているので、水は伝熱管の外側表面と接触して、加熱され、蒸発しながら上方へ移動する。
　伝熱管群の上方に設けられた気水分離器によって、蒸気と熱水とに分離され、熱水は環状流路に戻され、蒸気は、蒸気中に含まれる湿分を分離され、たとえば、２次系のタービンに送られる。
　伝熱管を流れる高温の冷却材は、給水に熱を奪われるので、入口側から出口側に向けて順次温度が低くなる。このように伝熱管内の冷却材は相対的に温度差があるため、伝熱管の入口部からＵ字形の頂部までの位置する領域をホット側、頂部から出口部までの位置する領域をコールド側と称することもある。
　この蒸気発生器では、給水が管群外筒の下部位置の全域で混合するため、この部分における温度が同じようになり、伝熱管の出口部の冷却材と給水の温度差が小さくなる。このため、この部分での熱交換量が小さくなるので、蒸気発生器の全熱交換量が小さくなる。
　この点を改善するものが種々提案されているが、その一つとして、たとえば、特許文献１および特許文献２に示されるものがある。
　これは、環状流路のコールド側部分にのみ給水するようにし、コールド側に流入する給水の温度を低下させるものである。これにより、伝熱管の出口部の冷却材と給水の温度差を大きくし、この部分での熱交換量を大きくするものである。
特開平３－８７５０１号公報 特開２０００－９８８８号公報
　気水分離器で分離された熱水には細かな気泡が残存し、あるいは、周囲の空気を巻き込んで気泡を発生し易い状態である。従来は、全面的に給水することで、熱水を冷却し、このような気泡を凝縮させていた。
　ところで、特許文献１および特許文献２に示されるものでは、ホット側には水が供給されないので、発生した気泡がそのまま残存することとなる。この気泡が給水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダが発生する。
　キャリアンダが発生する（大きくなる）と、給水の移送圧損が増加するので、ホット側の給水流れが滑らかでなくなる。このため、ホット側を流れる給水量が減少し、熱交換量が低くなるので、全体的な熱交換量が却って低下する恐れがある。
　本発明は、上記課題に鑑み、伝熱管の出口部側での熱交換量の増加効果を維持しつつ、入口部側での熱交換量の低下を抑制し、全体の伝熱効率を向上させ得る蒸気発生器を提供することを目的とする。
　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、本発明の一態様は、両端部が管板に固定され、一端側から他端側に向けて熱媒体が流れるＵ字形の自由端を有する複数の伝熱管で構成される伝熱管群と、該伝熱管群の周囲を覆うように形成され、下部に該伝熱管群と連通する開口部を有する環状流路と、該環状流路の上部に配置され、前記伝熱管における前記熱媒体が前記他端側に向けて下降する側の領域である下降側部分に水を供給する給水装置と、前記伝熱管群の上方に配置され、前記環状通路から前記伝熱管の周囲を通って熱せられた水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器とを備えた蒸気発生器であって、前記伝熱管における前記熱媒体が前記一端側から上昇する側の領域である上昇側部分に位置する前記環状流路に設置された気泡を除去する気泡除去部材が備えられている蒸気発生器である。
　本態様にかかる蒸気発生器によれば、給水装置は、環状流路の上部に配置され、伝熱管における熱媒体が他端側に向けて下降する側の領域である下降側部分、言い換えると、伝熱管の頂部から出口部までの位置する比較的低温の領域であるコールド側部分、に水を供給するので、伝熱管の出口部分である下降側部分に流入する給水の温度を低下させることができる。下降側部分に流入する給水の温度が低下すると、伝熱管の出口部分を流れる比較的低温の熱媒体と、給水との間に大きな温度差を得ることができるので、この部分での熱交換量を大きくすることができる。
　また、気泡除去部材が、前記伝熱管における前記熱媒体が前記一端側から上昇する側の領域である上昇側部分、言い換えると、伝熱管の入口部から頂部までの位置する比較的高温の領域であるホット側部分、に位置する前記環状流路に設置されているので、上昇側部分の気泡を除去することができる。上昇側部分の上部で気泡が除去されると、上昇側部分で気泡が給水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダの発生が抑制できる。これにより、上昇側部分での給水の移送圧損の増加を抑制することができるので、ホット側を流れる給水量の低下を防止でき、上昇側部分での熱交換量を従来と同様に維持できる。
　したがって、伝熱管の下降側部分での熱交換量の増加効果を維持しつつ、上昇側部分での熱交換量の低下を抑制できるので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
　上記態様では、前記気泡除去部材は、複数の貫通孔を有する多孔板である構成としてもよい。
　このようにすると、多孔板の貫通孔のない部分に給水の流れが淀む部分ができるので、給水の下降に伴い下方に移動する気泡、すなわち、体積が小さく浮力が小さい気泡、が溜ることになる。
　この気泡が溜ると、気泡同士が合体して体積の大きな気泡となる。気泡の体積が大きくなると、浮力が大きくなるので、給水の降下に逆らって貫通孔を通って浮上し上方空間に排出される。
　このようにして、上昇側部分で気泡が給水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダの発生を抑制することができる。
　上記構成では、前記多孔板は、前記環状流路の前記気水分離器が設置されている位置に設置されていてもよい。
　上記構成では、前記多孔板は、前記環状流路の前記気水分離器よりも下方に離隔した位置に設置されていてもよい。
　上記態様では、前記気泡除去部材は、前記気泡を凝縮させる水を供給する給水部材としてもよい。
　このように、給水部材が気泡を凝縮させる程度の量の水を供給するので、上昇側部分の上部の気泡は冷やされて凝縮する。したがって、上昇側部分で気泡が給水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダの発生を抑制することができる。
　なお、給水部材が供給する気泡を凝縮させる程度の水の量は、たとえば、給水装置から供給される水の量に対して５～１０％であり、下降側部分での熱交換量の増加効果に対する影響を低く抑えることができる。
　上記態様では、前記伝熱管を支持する管支持板は、前記上昇側部分の開口面積が、前記下降側部分の開口面積よりも大きくされていてもよい。
　伝熱管は、上下方向の複数箇所で横方向に延在し、給水が通過する開口を有する管支持板によって支持されている。
　本発明によれば、伝熱管を支持する管支持板は、上昇側部分の開口面積が、下降側部分の開口面積よりも大きくされているので、上昇側部分、すなわち、ホット側部分の流動抵抗が小さくなる。上昇側部分の流動抵抗が小さくなると、上昇側部分の給水流れがよくなるので、上流側部分の給水が循環し易くなり、不安定流動の発生を抑制できる。
　したがって、上昇側部分での熱交換量の低下を抑制できるので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
　上記態様では、前記伝熱管群の下部に、前記上昇側部分と前記下降側部分とを仕切る伝熱管仕切板を設け、該伝熱管仕切板で仕切られる下降側部分の流路が蛇行流路とされていてもよい。
　このようにすると、伝熱管仕切板で仕切られる下降側部分において給水は上に向かって蛇行するので、給水に横方向の流れが発生する。
　給水に横方向の流れが発生すると、単純に上昇するものと比べて伝熱管と接触する機会、言い換えれば、時間が長くなるので、その分受け取る熱量を増加させることができる。
　したがって、下降部分での熱交換効率が向上するので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
　上記態様では、前記環状流路と前記伝熱管群とを連通する開口部は、前記伝熱管群の下部において上下方向に間隔を空けて複数箇所に備えられている。
　給水部分では、給水に横方向の流れが生じるので、伝熱管と接触する機会、言い換えれば、時間が長くなるので、その分受け取る熱量を増加させることができる。
　この下降側部分における給水は、上下方向に間隔を空けた複数箇所から行われることになるので、最下方１箇所で供給されるものに比べて熱交換効率が向上するので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
　なお、この場合伝熱管群の下部において、上昇側部分と下降側部分との間を仕切り、給水が下降側部分に行われるようにすることが好ましい。
　上記態様では、前記環状流路を上下方向に前記上昇側部分と前記下降側部分とに分割する分割仕切板が備えられ、該分割仕切板の少なくとも下方部分は、下方に向かうにしたがい前記上昇側部分の周方向範囲が前記下降側部分の周方向範囲よりも順次小さくなるようにされている。
　このようにすると、給水装置から供給された水が上昇側部分にも供給されるので、上昇側部分の下部位置の給水の温度を低下させることができる。
　上昇側部分の下部位置の給水の温度が低下すると、上昇側部分でも伝熱管内を流れる熱媒体と給水との温度差が大きくなるので、熱交換効率を向上させることができる。
　上記態様では、隣り合う前記伝熱管の自由端の間に介装される振止金具は、前記上昇側部分の配置密度が前記下降側部分の配置密度よりも小さくなるように配置されていてもよい。
　上記態様では、前記伝熱管群と前記気水分離器との間で、前記下降側部分に相当する位置に、複数の貫通孔を有する抵抗多孔板が備えられていてもよい。
　本態様では、前記気水分離器は複数備えられ、そのうち前記下降側部分に位置する前記気水分離器の入口部には、オリフィス流路抵抗が備えられていてもよい。
　あるいは、これらを組み合わせた構成としてもよい。
　このようにすると、下降側部分の流路抵抗が上昇側部分の流路抵抗よりも大きくなるので、給水は下降側部分よりも上昇側部分で流れ易くなる。このため、給水は上昇側部分により多く流れることになるので、上昇側部分の上部における気泡割合を低減させることができる。
　したがって、気泡除去部材による気泡除去と相まって上昇側部分への給水に気泡が混入されるのを防止できるので、上昇側部分での不安定流動を効果的に防止することができ、熱交換効率を向上させることができる。
　本発明によれば、環状流路の上部における下降側部分に水を供給する給水装置を、上昇側部分に気泡除去部材を備えているので、下降側部分での熱交換量を大きくすることができるとともに上昇側部分での熱交換量を従来と同様に維持できる。
　このように、伝熱管の下降側部分での熱交換量の増加効果を維持しつつ、上昇側部分での熱交換量の低下を抑制できるので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
本発明の第一実施形態にかかる蒸気発生器の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。 図１のＸ－Ｘ断面図である。 本発明の第一実施形態にかかる多孔板の部分縦断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる蒸気発生器の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。 図４のＹ－Ｙ断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるコールド側部分の管支持板を示す部分断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるホット側部分の管支持板を示す部分断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる蒸気発生器の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。 図８のＺ－Ｚ断面図である。 本発明の第四実施形態にかかる蒸気発生器の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第五実施形態にかかる蒸気発生器の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。 図１１のＵ－Ｕ断面図である。 図１１のＶ－Ｖ断面図である。 図１１のＷ－Ｗ断面図である。 本発明の第六実施形態における伝熱管群の上部を示す模式図である。 本発明の第七実施形態における上部胴部分を模式的に示す縦断面図である。 本発明の第八実施形態における上部胴部分を模式的に示す縦断面図である。
符号の説明
１　蒸気発生器
１１　管板
１３　伝熱管
１５　伝熱管群
２３　環状流路
２５　開口部
２９　給水ボックス
３１　気水分離器
３５　多孔板
４３　貫通孔
４５　給水管
４７　伝熱管仕切板
５３　流入孔
５５　分割仕切板
５７　抵抗多孔板
５９　オリフィス流路抵抗
Ｄ　蛇行流路
Ｃ　コールド側部分
Ｈ　ホット側部分
　以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
　以下、本発明の第一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。
　本実施形態は、本発明を加圧水型原子力発電所の蒸気発生器１に適用したものである。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。
　図１は、蒸気発生器１の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１のＸ－Ｘ断面図である。図３は、多孔板の部分縦断面図である。
　蒸気発生器１には、略円筒形状の下部胴３と、略円筒形状の上部胴５とが備えられている。
　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で構成される伝熱管群１５と、管群外筒１７とが備えられている。
　第一水室７と第二水室９とは、下部胴３の下部を二分するように配置されている。第一水室７には、原子炉からの１次冷却材が図示しないノズルから導入される。
　第一水室７に導入された１次冷却材は、複数の伝熱管１３を通って第二水室９に回収される。第二水室９に回収された１次冷却材は、図示しないノズルを通って原子炉へ向けて送り出される。
　伝熱管１３は、Ｕ字形に曲げられた管である。
　伝熱管１３の両端部は第一水室７および第二水室９の上部に設けられた管板１１にそれを貫通するように固定されている。伝熱管１３は、管板１１から上方に向けて延在し、自由端は、下部胴３の略上端部に位置している。
　伝熱管１３の両端部の管板１１への取付位置は、一端側が第一水室７に連通し、他端側が第二水室９に連通する位置とされている。
　伝熱管１３は、相互に平行な面に沿って配列されている。各面内では、伝熱管１３は自由端の曲率半径が内側から外側に向かって順次大きくなるように配列されている。
　下部胴３の軸線中心から外側に向かうに連れて、構成する伝熱管１３の数が上側から順次減少している。
　これによって、伝熱管１３の自由端は全体として略半球形状を形成し、下部は略円筒形状とされた伝熱管群１５を形成している。
　各伝熱管１３の頂部を結ぶ面は、図１において紙面に直交し、第一水室７と第二水室９との境を通るように延在している。この面を境に第一水室７側は、第一水室７に導入された高温の１次冷却材が伝熱管１３内を上昇する側の領域になるので、ホット側部分（上昇側部分）Ｈと称される。
　一方、第二水室９側は、ホット側部分で熱交換され比較的温度が低減された１次冷却材が伝熱管１３内を第二水室９に向かい下降する側の領域になるので、コールド側部分（下降側部分）Ｃと称される。
　管群外筒１７は、一端面が開口した略円筒形状をし、伝熱管群１５を覆うように設けられている。
　伝熱管１３の直管部分は、上下方向に間隔を空けて複数設けられた管支持板１９によって支持されている。管支持板１９には、伝熱管１３を支持する部分に貫通孔部２１（図６参照）が設けられている。
　下部胴３および上部胴５の内壁と管群外筒１７との間は間隔を空けられており、給水が通る環状流路２３を形成している。
　管群外筒１７および伝熱管群１５は、管支持板１９を介して略一体とされている。管群外筒１７の下端位置と管板１１の上端位置とは、間隔を隔てられており、管群外筒１７の内部（伝熱管群１５）と環状流路２３とを連通する開口部２５を形成している。
　伝熱管１３の自由端部には、隣り合う列との間に、振止金具２７が挿入され、伝熱管１３の振動を防止するようにされている。
　上部胴５には、給水ボックス（給水装置）２９と、複数の気水分離器３１と、湿分分離器３３と、多孔板（気泡除去部材）３５と、蒸気室３７と、が備えられている。
　給水ボックス２９は、リング状を半分にした形をし、上部胴５の下部で、管群外筒１７の上部におけるコールド側部分Ｃに沿うように取り付けられている。給水ボックス２９は給水入口ノズル３９を通って送られる２次冷却系の水を環状流路２３のコールド側部分Ｃに供給する。
　気水分離器３１は、管群外筒１７の上面に適宜間隔を空けて複数、たとえば、２０個設けられている。気水分離器３１は、伝熱管群１５を通ってきた水混じりの蒸気を蒸気と水（熱水）に粗分離するものである。気水分離器３１で分離された水は、環状流路２３に戻される。
　気水分離器３１で粗分離された蒸気は湿分分離器３３に導入され、蒸気中に含まれる湿分が分離される。湿分が分離除去された蒸気は、蒸気室３７から蒸気出口ノズル４１を通って、たとえば、２次系のタービンに送られる。
　多孔板３５は、略半円形状をした板部材であり、厚さ方向に貫通する多数の貫通孔４３が設けられている。
　多孔板３５は、管群外筒１７の上方で、上部胴５のホット側部分Ｈを覆って横方向に延在するように取り付けられている。
　多孔板３５は、図１に二点鎖線で示されるように環状流路２３の中間高さ位置、すなわち、管板１１と気水分離器３１との間の位置で、管群外筒１７のホット側部分Ｈを包囲するように設けられてもよい。
　以上のように構成された本実施態様にかかる蒸気発生器１の動作について説明する。
　図示しない原子炉からの高温高圧の１次冷却材は、図示しないノズルから第一水室７へ導入される。この１次冷却材は、第一水室７から各伝熱管１３の一端に導入され、各伝熱管１３内を循環し、各伝熱管１３の他端から第二水室９に排出される。１次冷却材は第二水室から原子炉に戻される。
　この１次冷却材の循環によって、伝熱管１３は高温に維持される。このとき、伝熱管１３の温度は、２次冷却系の水との熱交換によって第一水室７側が最も高温で第二水室９側に向けて順次温度が低下する温度勾配となっている。
　給水ボックス２９から供給される２次冷却系の水は、環状流路２３のコールド側部分Ｃに供給される。この水は、コールド側部分Ｃの気水分離器３１から流出する高温の熱水と混合され、この熱水を冷却するので、熱水に含まれる気泡は凝縮されて略除去される。
　この混合された水は、一部はホット側部分Ｈに移動するも主として環状流路２３のコールド側部分Ｃを流下し、開口部２５から管群外筒１７の内部に供給される。
　このように、伝熱管群１５のコールド側部分Ｃに供給される２次冷却系の水は、比較的低温とされるので、第二水室９側の比較的低温の伝熱管１３と、２次冷却系の水との間に大きな温度差を得ることができる。したがって、この部分での熱交換量を大きくすることができる。
　一方、環状流路２３のホット側部分Ｈには、主としてホット側部分Ｈに配置された気水分離器３１から流出される熱水が供給される。この熱水は、気水分離器３１によって分離しきれなかった細かな気泡が残存し、あるいは、周囲の空気を巻き込んで気泡を発生し易い状態である。
　この熱水を主とした水が、多孔板３５の貫通孔４３を通って下方に移動する。このとき、多孔板３５の貫通孔４３でない部分等に水の流れが淀む部分ができるので、水の下降に伴い下方に移動する気泡ｋ、すなわち、体積が小さく浮力が小さい気泡ｋがその部分に溜る。
　溜った気泡ｋは相互に衝突し、合体して体積の大きな気泡Ｋを形成する。気泡Ｋの体積が大きくなると、浮力が大きくなるので、水の下降に逆らって貫通孔４３を通って浮上し上方空間に排出される。
　このようにして、ホット側部分Ｈで気泡ｋが２次冷却系の水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダの発生を抑制することができる。
　この水は、一部はコールド側部分Ｃに移動するも主として環状流路２３のホット側部分Ｈを流下し、開口部２５から管群外筒１７の内部に供給される。
　このように、多孔板３５によって気泡を除去することができるので、ホット側部分Ｈでの水の移送圧損の増加を抑制することができる。したがって、ホット側部分Ｈを流れる給水量の低下を防止できるので、伝熱管群１５のホット側部分Ｈでの熱交換量を従来と同様に維持できる。
　このように、伝熱管群１５のコールド側部分Ｃでの熱交換量の増加効果を維持しつつ、ホット側部分Ｈでの熱交換量の低下を抑制できるので、全体の伝熱効率を向上させることができる。
　このようにして２次冷却系の水は、高温に維持された伝熱管１３の周囲を上昇する際に一部が気化されて蒸気となる。
　この蒸気まじりの水が気水分離器３１に導入され、蒸気と水とに粗分離される。
　気水分離器３１によって粗分離された蒸気は、湿分分離器３３に導入され、含まれる湿分が除去される。
　湿分分離器３３で湿分が分離された蒸気は、上部胴５の頭頂部に設置された蒸気出口ノズル４１から図示しない２次系のタービンに送られる。タービンはこの蒸気によって回転駆動され、この動力で、たとえば、発電機を駆動し発電を行なう。
［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について、図４～図７を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態に比べて、管支持板１９の鋼製が異なり、その他は同様なので、以下この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図４は、蒸気発生器１の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。図５は、図４のＹ－Ｙ断面図である。
　本実施形態では、管支持板１９の貫通孔部２１の大きさが、ホット側部分Ｈとコールド側部分Ｃとで異ならせている。
　すなわち、図７に示されるホット側部分Ｈの貫通孔部２１の大きさは、図６に示されるコールド側部分Ｃの貫通孔部２１の大きさよりも大きくされている。したがって、管支持板１９におけるホット側部分Ｈの開口面積は、コールド側部分Ｃの開口面積よりも大きくされている。
　これにより、ホット側部分Ｈの流動抵抗がコールド側部分Ｃのそれよりも小さくなる。ホット側部分Ｈの流動抵抗が小さくなると、ホット側部分Ｈの水流れがよくなるので、ホット側部分Ｈの水が循環し易くなり、不安定流動の発生を抑制できる。
　したがって、ホット側部分Ｈでの熱交換量の低下を抑制できるので、蒸気発生器１全体の伝熱効率を向上させることができる。
［第三実施形態］
　次に、本発明の第三実施形態について、図８および図９を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成は同じで、気泡除去部材および伝熱管群１５のコールド側部分Ｃの構成が異なる。以下では、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図８は、蒸気発生器１の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。図９は、図８のＺ－Ｚ断面図である。
　本実施形態では、給水ボックス２９の延長部分として、リング状を半分にした形をした給水管（給水部材）４５が環状流路２３のホット側部分Ｈに位置し、その部分に水を供給するように取り付けられている。
　給水管４５は、給水ボックス２９から水を供給されるように分岐されている。給水管４５は給水ボックス２９に比べて細い管径とされ、その水供給量は、ホット側部分Ｈの水に含まれる気泡を凝縮させる程度の量である。この量は、たとえば、給水ボックス２９がコールド側部分Ｃに供給する水量の５～１０％とされている。
　このように、給水管４５が気泡を凝縮させる程度の量の水を供給するので、この水によって環状流路２３のホット側部分Ｈの上部の気泡は冷やされて凝縮する。したがって、ホット側部分Ｈで気泡が給水とともに下降する、いわゆる、キャリアンダの発生を抑制することができる。
　この水は、一部はコールド側部分Ｃに移動するも主として環状流路２３のホット側部分Ｈを流下し、開口部２５から管群外筒１７の内部に供給される。
　このように、給水管４５から供給される冷たい水によって気泡を除去することができるので、ホット側部分Ｈでの水の移送圧損の増加を抑制することができる。したがって、ホット側部分Ｈを流れる給水量の低下を防止できるので、伝熱管群１５のホット側部分Ｈでの熱交換量を従来と同様に維持できる。
　また、本実施形態では、伝熱管群１５の下部に、ホット側部分Ｈとコールド側部分Ｃとを仕切る伝熱管仕切板４７が設けられている。
　伝熱管仕切板４７のコールド側部分Ｃには、下から２枚目と４枚目の管支持板１９に沿うように半円形の整流板４９が取り付けられている。
　管群外筒１７のコールド側部分Ｃには、下から１枚目と３枚目の管支持板１９に沿うように半リンク形の整流板５１が取り付けられている。
　この整流板４９および整流板５１によってコールド側部分Ｃの水流路は蛇行流路Ｄとされている。
　このように、伝熱管仕切板４７で仕切られる伝熱管群１５のコールド側部分Ｃにおいて水は上に向かって蛇行流路Ｄに沿って蛇行するので、水に横方向の流れが発生する。
　水に横方向の流れが発生すると、単純に上昇するものと比べて伝熱管１３と接触する機会、言い換えれば、時間が長くなるので、その分伝熱管１３から受け取る熱量を増加させることができる。
　したがって、コールド側部分Ｃでの熱交換効率が一層向上するので、上記ホット側部分Ｈでの熱交換量を従来と同様に維持できることとあいまって蒸気発生器１全体の伝熱効率を向上させることができる。
［第四実施形態］
　次に、本発明の第四実施形態について、図１０を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成が同じで、給水ボックス２９の構成が異なる。以下、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１０は、蒸気発生器１の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。
　本実施形態では、給水ボックス２９の下部は、管群外筒１７の略下端位置まで延設されている。
　給水ボックス２９の下部には、管支持板１９の下から１枚目と２枚目との間、２枚目と３枚目との間、３枚目と４枚目との間の位置に、管群外筒１７の内部と給水ボックス２９の内部とを連通する横方向に延在する流入孔５３が設けられている。流入孔５３は必要に応じ、適宜数設けるようにしてよい。
　伝熱管群１５の下部に、ホット側部分Ｈとコールド側部分Ｃとを仕切る伝熱管仕切板４７が設けられている。伝熱管仕切板４７の高さは、一番上の流入孔５３よりも高くされている。
　給水ボックス２９から供給される２次冷却系の水は、開口部２５および各流入孔５３を通って横方向に管群外筒１７の内部のコールド側部分Ｃに供給される。
　すなわち、水に横方向の流れが生じるので、伝熱管１３と接触する機会、言い換えれば、時間が長くなる。その分受け取る熱量を増加させることができるので、熱交換効率を向上させることができる。
　しかも、上下方向に間隔を空けた複数箇所から行われることになるので、最下方１箇所で供給されるものに比べて熱交換効率が向上する。これにより、全体の伝熱効率が向上する。
［第五実施形態］
　次に、本発明の第五実施形態について、図１１～図１４を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成が同じで、環状流路２３の構成が異なる。以下、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１１は、蒸気発生器１の全体概略構造を模式的に示す縦断面図である。図１２は、図１１のＵ－Ｕ断面図である。図１３は、図１１のＶ－Ｖ断面図である。図１４は、図１１のＷ－Ｗ断面図である。
　本実施形態では、環状流路２３には、上下方向に延設され、環状流路２３を横方向に仕切る２枚の分割仕切板５５が取り付けられている。
　分割仕切板５５の上部は、ホット側部分Ｈとコールド側部分Ｃとの境目に位置させられ、環状流路２３をホット側部分Ｈとコールド側部分Ｃとに分割している。
　分割仕切板５５の下部は、下方に向かうにしたがい徐々にホット側に湾曲している。これにより、図１３および図１４に示されるように、分割仕切板５５で区画される環状流路２３のホット側部分Ｈ側のホット側周方向範囲２３Ｈは、コールド側部分Ｃ側のコールド側周方向範囲２３Ｃよりも順次小さくなる。
　２次冷却系の水は、給水ボックス２９から環状流路２３のコールド側周方向範囲２３Ｃに供給されて流下する。コールド側周方向範囲２３Ｃは、下方に行くにしたがい、ホット側部分Ｈの領域に入るように拡大する。
　このため、ホット側部分Ｃに位置する開口部２５から管群外筒１７の内部に入る水は、ホット側周方向範囲２３Ｈを通った比較的熱い水と、コールド側周方向範囲２３Ｃを通った比較的低温の水が混合されたものとなるので、ホット側部分Ｈの伝熱管群に供給される水の温度は低下する。
　ホット側部分Ｈの下部位置の給水の温度が低下すると、ホット側部分Ｈでも伝熱管１３と給水との温度差が大きくなるので、ホット側部分Ｈの熱交換効率を向上させることができる。
［第六実施形態］
　次に、本発明の第六実施形態について、図１５を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成が同じで、振止金具２７の構成が異なる。以下、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１５は、本実施形態における伝熱管群１５の上部を示す模式図である。
　本実施形態では、振止金具２７は、ホット側部分Ｈの配置密度がコールド側部分Ｃの配置密度よりも小さくなるように配置されている。
　振止金具２７は、水が流れる際の流路抵抗となる。本実施形態では、振止金具２７は、ホット側部分Ｈの配置密度がコールド側部分Ｃの配置密度よりも小さくされているので、コールド側部分Ｃの流路抵抗がホット側部分Ｈの流路抵抗よりも大きくなり、給水はコールド側部分Ｃよりもホット側部分Ｈで流れ易くなる。
　このため、給水はホット側部分Ｈにより多く流れることになるので、ホット側部分Ｈの上部における気泡割合を低減させることができる。
　したがって、多孔板３５等の気泡除去部材による気泡除去と相まってホット側部分Ｈへの給水に気泡が混入されるのを防止できるので、ホット側部分Ｈでの不安定流動を効果的に防止することができ、熱交換効率を向上させることができる。
［第七実施形態］
　次に、本発明の第七実施形態について、図１６を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成が同じで、管群外筒１７の内部構成が異なる。以下、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１６は、本実施形態における上部胴５部分を模式的に示す縦断面図である。
　本実施形態では、管群外筒１７の内部の伝熱管群１５と気水分離器３１との間で、コールド側部分Ｃに相当する位置に、複数の貫通孔を有する抵抗多孔板５７が取り付けられている。
　抵抗多孔板５７は、水が流れる際の流路抵抗となる。抵抗多孔板５７はコールド側部分Ｃに取り付けられているので、コールド側部分Ｃの流路抵抗がホット側部分Ｈの流路抵抗よりも大きくなり、給水はコールド側部分Ｃよりもホット側部分Ｈで流れ易くなる。
　このため、給水はホット側部分Ｈにより多く流れることになるので、ホット側部分Ｈの上部における気泡割合を低減させることができる。
　したがって、多孔板３５等の気泡除去部材による気泡除去と相まってホット側部分Ｈへの給水に気泡が混入されるのを防止できるので、ホット側部分Ｈでの不安定流動を効果的に防止することができ、熱交換効率を向上させることができる。
［第八実施形態］
　次に、本発明の第八実施形態について、図１７を用いて説明する。
　本実施形態は、第一実施形態と基本的構成が同じで、気水分離器３１の構成が異なる。以下、この相違点を主体として説明し、その他については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１７は、本実施形態における上部胴５部分を模式的に示す縦断面図である。
　本実施形態では、コールド側部分Ｃに位置する気水分離器３１の入口部には、オリフィス流路抵抗５９が取り付けられている。
　オリフィス流路抵抗５９は、水が流れる際の流路抵抗となる。コールド側部分Ｃに位置する気水分離器３１にオリフィス流路抵抗５９が取り付けられているので、コールド側部分Ｃの流路抵抗がホット側部分Ｈの流路抵抗よりも大きくなり、給水はコールド側部分Ｃよりもホット側部分Ｈで流れ易くなる。
　このため、給水はホット側部分Ｈにより多く流れることになるので、ホット側部分Ｈの上部における気泡割合を低減させることができる。
　したがって、多孔板３５等の気泡除去部材による気泡除去と相まってホット側部分Ｈへの給水に気泡が混入されるのを防止できるので、ホット側部分Ｈでの不安定流動を効果的に防止することができ、熱交換効率を向上させることができる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　たとえば、上記各実施形態を相互に組合せて用いるようにしてもよい。

Claims (12)

  1. 　両端部が管板に固定され、一端側から他端側に向けて熱媒体が流れるＵ字形の自由端を有する複数の伝熱管で構成される伝熱管群と、
    　該伝熱管群の周囲を覆うように形成され、下部に該伝熱管群と連通する開口部を有する環状流路と、
    　該環状流路の上部に配置され、前記伝熱管における前記熱媒体が前記他端側に向けて下降する側の領域である下降側部分に水を供給する給水装置と、
    　前記伝熱管群の上方に配置され、前記環状通路から前記伝熱管の周囲を通って熱せられた水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器とを備えた蒸気発生器であって、
    　前記伝熱管における前記熱媒体が前記一端側から上昇する側の領域である上昇側部分に位置する前記環状流路に設置された気泡を除去する気泡除去部材が備えられている、蒸気発生器。
  2. 　前記気泡除去部材は、複数の貫通孔を有する多孔板である、請求項１に記載の蒸気発生器。
  3. 　前記多孔板は、前記環状流路の前記気水分離器が設置されている位置に設置されている、請求項２に記載の蒸気発生器。
  4. 　前記多孔板は、前記環状流路の前記気水分離器よりも下方に離隔した位置に設置されている、請求項２に記載の蒸気発生器。
  5. 　前記気泡除去部材は、前記気泡を凝縮させる水を供給する給水部材である、請求項１に記載の蒸気発生器。
  6. 　前記伝熱管を支持する管支持板は、前記上昇側部分の開口面積が、前記下降側部分の開口面積よりも大きくされている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  7. 　前記伝熱管群の下部に、前記上昇側部分と前記下降側部分とを仕切る伝熱管仕切板を設け、該伝熱管仕切板で仕切られる下降側部分の流路が蛇行流路とされている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  8. 　前記環状流路と前記伝熱管群とを連通する開口部は、前記伝熱管群の下部において上下方向に間隔を空けて複数箇所に備えられている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  9. 　前記環状流路を上下方向に前記上昇側部分と前記下降側部分とに分割する分割仕切板が備えられ、
    　該分割仕切板の少なくとも下方部分は、下方に向かうにしたがい前記上昇側部分の周方向範囲が前記下降側部分の周方向範囲よりも順次小さくなるようにされている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  10. 　隣り合う前記伝熱管の自由端の間に介装される振止金具は、前記上昇側部分の配置密度が前記下降側部分の配置密度よりも小さくなるように配置されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  11. 　前記伝熱管群と前記気水分離器との間で、前記下降側部分に相当する位置に、複数の貫通孔を有する抵抗多孔板が備えられている、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
  12. 　前記気水分離器は複数備えられ、そのうち前記下降側部分に位置する前記気水分離器の入口部には、オリフィス流路抵抗が備えられている、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の蒸気発生器。
     
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