WO2012137868A1 - 蒸気発生器用給水管 - Google Patents

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WO2012137868A1
WO2012137868A1 PCT/JP2012/059365 JP2012059365W WO2012137868A1 WO 2012137868 A1 WO2012137868 A1 WO 2012137868A1 JP 2012059365 W JP2012059365 W JP 2012059365W WO 2012137868 A1 WO2012137868 A1 WO 2012137868A1
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pipe
generator
steam
cooling water
water supply
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PCT/JP2012/059365
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Inventor
直亮 廣田
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三菱重工業株式会社
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/04—Devices damping pulsations or vibrations in fluids
    • F16L55/045—Devices damping pulsations or vibrations in fluids specially adapted to prevent or minimise the effects of water hammer
    • F16L55/055—Valves therefor
    • 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
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group
    • F22B1/025—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group with vertical U shaped tubes carried on a horizontal tube sheet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F22B37/002—Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F22B37/228—Headers for distributing feedwater into steam generator vessels; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D11/00—Feed-water supply not provided for in other main groups
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • 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
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/4456—With liquid valves or liquid trap seals
    • Y10T137/4463—Liquid seal in liquid flow line; flow liquid forms seal
    • Y10T137/4531—Divided and recombined passages

Definitions

  • the present invention relates to a water supply pipe for a steam generator.
  • a water supply pipe for supplying cooling water into a steam generator such as a pressurized water reactor is known.
  • a thermal stratification phenomenon may occur due to steam flowing into the pipe.
  • the thermal stratification phenomenon is not preferable because it causes a stress of a fatigue source.
  • a water hammer may occur. The water hammer is not preferable because it generates an impact on the inner tube.
  • Patent Document 1 discloses a technique of a water supply pipe of a steam generator in which a cough is attached to an inner upper wall of a water supply pipe bent so as to lift a water supply ring.
  • Patent Document 2 in a steam generator having a trunk and a heat exchange pipe bundle provided inside the trunk, the upper pipe wall of a horizontal water supply ring which is provided above the trunk and communicates with a water pipe outside the trunk.
  • the objective of this invention is providing the water supply pipe
  • the water supply pipe for a steam generator of the present invention has a pipe section extending in the horizontal direction inside the steam generator and having a pipe through which cooling water supplied from the outside of the steam generator flows.
  • a communication pipe portion connected to the generator internal pipe section, and having a communication path that communicates the space outside the generator internal pipe section and the pipe line in the steam generator,
  • One end of the passage is connected to the pipe at the upper end of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the pipe, and the other end of the communication path is lower than the one end of the communication path in the vertical direction.
  • the one end side and the other end side in the communication path are connected at a position vertically above the one end.
  • the other end of the communication path is prevented from being exposed to the gas layer, and the steam is prevented from flowing into the pipe, thereby preventing the water hammer in the water pipe for the steam generator. Can be suppressed.
  • the other end of the communication path is in a position below the lower end of the generator inner pipe portion in the vertical direction.
  • the other end of the communication path is located below a target water level in the external space in a vertical direction.
  • This steam generator water supply pipe can suppress the other end of the communication path from being exposed to the air layer when the water level in the steam generator is equal to or higher than the target water level.
  • the steam generator water supply pipe further includes an insertion pipe portion that is inserted into a through-hole penetrating the outer shell member of the steam generator and extends in the horizontal direction, and is supplied from the outside of the steam generator.
  • the cooling water flows into the pipe line through the insertion pipe part, and in the vertical direction, the upper end of the cross section perpendicular to the flow direction of the cooling water in the pipe line is higher than the upper end of the inner wall surface of the insertion pipe part. Is also preferably located on the upper side.
  • This steam generator feed pipe suppresses the steam from reaching the insertion pipe even if the steam enters the pipe. Moreover, even if the steam flows into the pipe line from the external space, the steam is suppressed from reaching the insertion pipe portion. Further, when the cooling water is supplied to the insertion pipe part from the outside of the steam generator with the steam remaining in the insertion pipe part, the steam in the insertion pipe part quickly flows away. Therefore, thermal stratification in the insertion tube portion is suppressed.
  • the other end of the communication path is positioned below the upper end of the inner wall surface of the insertion pipe portion in the vertical direction.
  • this water supply pipe for a steam generator even when the water level in the steam generator is lowered to the upper end of the inner wall surface of the insertion pipe portion, it is possible to suppress the other end of the communication path from being exposed to the air layer. it can.
  • the lower end of the pipe line is positioned above the upper end of the inner wall surface of the insertion pipe portion in the vertical direction.
  • the insertion pipe can be filled with cooling water. Therefore, the vapor
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a steam generator according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a steam generator feed pipe according to the first embodiment.
  • Drawing 3 is a sectional view showing the important section of the feed pipe for steam generators concerning an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a communication pipe portion having an inclined lower end surface.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a water supply pipe for a steam generator according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of a steam generator according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a water supply pipe for a steam generator according to the present embodiment
  • FIG. It is sectional drawing which shows a part.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the steam generator water supply pipe as viewed in the horizontal direction.
  • the steam generator 1 is used in, for example, a pressurized water reactor (PWR).
  • the pressurized water reactor uses light water as a reactor coolant and neutron moderator.
  • high-temperature and high-pressure light water that does not boil over the entire core is sent to the steam generator 1 as primary cooling water.
  • the steam generator 1 transmits the heat of the high-temperature and high-pressure primary cooling water to the secondary cooling water, and generates water vapor in the secondary cooling water. Then, the steam generator is rotated by this steam to generate electricity.
  • the steam generator 1 has a hollow cylindrical shape that extends in the vertical direction and is hermetically sealed, and has a barrel portion 2 in which the lower half is slightly smaller in diameter than the upper half.
  • the body 2 is an outer shell member of the steam generator 1.
  • a tube group outer cylinder 3 having a cylindrical shape is provided in the lower half portion of the trunk portion 2 and is arranged at a predetermined interval from the inner wall surface of the trunk portion 2.
  • the lower end portion of the tube group outer cylinder 3 extends to a tube plate 4 disposed below in the lower half of the body portion 2, and a certain gap is provided from the upper surface of the tube plate 4.
  • a heat transfer tube group 51 including a plurality of heat transfer tubes 5 having an inverted U shape is provided in the tube group outer cylinder 3, a heat transfer tube group 51 including a plurality of heat transfer tubes 5 having an inverted U shape is provided.
  • Each of the heat transfer tubes 5 is arranged with a U-shaped arc portion facing upward, an end portion facing downward is supported by the tube plate 4, and an intermediate portion is supported by a plurality of tube support plates 6.
  • a number of through holes are formed in the tube support plate 6, and the heat transfer tubes 5 are passed through the through holes in an unfastened state.
  • a water chamber 7 is provided at the lower end of the body 2.
  • the water chamber 7 is divided into an entrance chamber 71 and an exit chamber 72 by a partition wall 8.
  • One end of each heat transfer tube 5 is connected to the entrance chamber 71, and the other end of each heat transfer tube 5 is connected to the exit chamber 72.
  • the entrance chamber 71 has an inlet nozzle 711 that communicates with the outside of the water chamber 7, and the exit chamber 72 has an exit nozzle 721 that communicates with the outside of the water chamber 7.
  • the inlet nozzle 711 is connected to a cooling water pipe (not shown) through which primary cooling water is sent from the pressurized water reactor, while the outlet nozzle 721 is supplied with the primary cooling water after heat exchange.
  • a cooling water pipe (not shown) to be sent to the type reactor is connected.
  • an air / water separator 9 that separates water vapor into steam and hot water
  • a moisture separator 10 that removes the moisture of the separated steam and makes it close to dry steam.
  • a steam generator water supply pipe (hereinafter simply referred to as “water supply pipe”) 20 for supplying secondary cooling water to the body 2 from the outside is inserted into the outer periphery of the steam separator 9. Further, a steam discharge port 12 is formed at the upper end portion of the body portion 2. Further, in the lower half portion of the body portion 2, the secondary cooling water supplied from the water supply pipe 20 into the body portion 2 is caused to flow down between the body portion 2 and the tube group outer tube 3, and the tube plate 4.
  • the water supply path 13 is provided that is folded back and raised along the heat transfer tube group 51.
  • the steam outlet 12 is connected to a steam supply passage (not shown) for sending steam to the turbine, and the steam used in the turbine is cooled to the water supply pipe 20 by a condenser (not shown).
  • a cooling water pipe (not shown) for supplying secondary cooling water is connected.
  • the primary cooling water heated in the pressurized water reactor is sent to the entrance chamber 71 and reaches the exit chamber 72 through the numerous heat transfer tubes 5.
  • the secondary cooling water cooled by the condenser is sent to the water supply pipe 20 and supplied into the trunk portion 2 through the water supply pipe 20.
  • the secondary cooling water is also simply referred to as “cooling water”.
  • the cooling water supplied into the body portion 2 rises along the heat transfer tube group 51 through the water supply path 13. At this time, heat exchange is performed between the high-pressure and high-temperature primary cooling water and the secondary cooling water in the trunk portion 2. Then, the cooled primary cooling water is returned from the outlet chamber 72 to the pressurized water reactor.
  • the secondary cooling water subjected to heat exchange with the high-pressure and high-temperature primary cooling water rises in the body portion 2 and is separated into steam and hot water by the steam separator 9.
  • the separated steam is sent to the turbine after moisture is removed by the moisture separator 10.
  • thermal stratification may occur in the pipe of the water supply pipe 20, such as stratification of steam and cooling water or stratification of high-temperature cooling water and low-temperature cooling water.
  • thermal stratification occurs, stress that becomes a fatigue source is generated, which is not preferable.
  • a water hammer may occur. The water hammer is not preferable because it gives an impact to the inner tube. It is desirable that generation of thermal stratification and water hammer in the water supply pipe 20 can be suppressed.
  • the water supply pipe 20 of the present embodiment includes a communication pipe portion 25 (see FIG. 2) that can suppress the occurrence of water hammer in the water supply pipe 20, as will be described in detail below.
  • the communication pipe part 25 is an outflow pipe that allows the cooling water in the pipe line 22 a to flow out into the space 40 in the steam generator 1.
  • the communication pipe portion 25 is formed with a communication passage 26 that communicates the conduit 22 a of the generator internal tube section 22 and the space 40 outside the generator internal tube section 22.
  • One end 26 a of the communication path 26 is connected to the pipe line 22 a, and the other end 26 b is opened toward the external space 40.
  • the other end 26b of the communication path 26 is located below the one end 26a in the vertical direction.
  • the water supply pipe 20 includes an insertion pipe part 21, a generator internal pipe part 22, a connection pipe part 24, and a communication pipe part 25.
  • the insertion tube portion 21, the generator internal tube portion 22, the connection tube portion 24, and the communication tube portion 25 are all tubular members having a circular cross section.
  • the insertion pipe section 21, the generator internal pipe section 22, the connection pipe section 24, and the communication pipe section 25 are each formed with a pipe having a circular cross section in the axial direction thereof.
  • the cooling water supplied from the outside of the steam generator 1 flows from the insertion pipe part 21 to the pipe line 22 a of the generator internal pipe part 22 through the connection pipe part 24.
  • the cooling water in the pipe line 22 a flows out into the space 40 in the steam generator 1 through the communication pipe part 25.
  • the barrel 2 has a nozzle 11.
  • the nozzle 11 has a protruding portion 111 that protrudes outward in the radial direction of the body portion 2. Further, the nozzle 11 is formed with a through hole 112 that penetrates the nozzle 11 in the axial direction of the protruding portion 111. The through hole 112 penetrates the protruding part 111 in the radial direction of the body part 2.
  • the insertion tube portion 21 is fitted into the through hole 112 from the inside in the radial direction of the body portion 2.
  • the insertion tube portion 21 is fixed to the nozzle 11 by welding or the like with the outer peripheral surface of the insertion tube portion 21 and the inner peripheral surface of the protruding portion 111 facing each other.
  • the insertion tube portion 21 is inserted into the through hole 112 that penetrates the trunk portion 2 of the steam generator 1.
  • the center axis of the nozzle 11, that is, the center axis of the through hole 112 is horizontal, and the insertion tube portion 21 extends in the horizontal direction correspondingly. Further, the insertion tube portion 21 extends linearly, and the extending direction thereof is the radial direction of the body portion 2.
  • the generator internal pipe portion 22 is disposed inside the trunk portion 2, that is, inside the steam generator 1.
  • the generator internal tube section 22 is formed in a ring shape and is disposed horizontally. That is, the generator inner pipe portion 22 extends in the circumferential direction of the trunk portion 2 along the inner wall surface 2 a of the trunk portion 2.
  • the generator inner tube portion 22 may be arranged such that the central axis 50 of the trunk portion 2 and the central axis of the ring are on the same line.
  • the generator inner pipe portion 22 is supported by the inner wall surface 2 a of the trunk portion 2 via the stay 14.
  • a pipe line 22a through which cooling water supplied from the outside of the steam generator 1 flows is formed inside the generator internal pipe section 22.
  • the pipe line 22a also extends in the horizontal direction. That is, in the pipe line 22a, the upper end 22b of the cross section perpendicular to the flow direction of the cooling water has the same vertical position in any cross section in the axial direction. Further, in the pipe line 22a, the lower end 22c of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water has the same vertical position in any cross section in the axial direction.
  • the pipe line 22a is a pipe line whose central axis extends on the same horizontal plane and whose inner diameter is constant.
  • connection pipe part 24 connects the insertion pipe part 21 and the generator internal pipe part 22.
  • the connecting pipe part 24 extends in the horizontal direction on the extension line of the insertion pipe part 21.
  • the end part on the opposite side to the side connected to the insertion pipe part 21 is connected to the generator internal pipe part 22.
  • the connecting pipe part 24 is a branch pipe that branches from the generator inner pipe part 22 toward the outer side in the radial direction of the body part 2.
  • the insertion pipe part 21, the connection pipe part 24, and the generator internal pipe part 22 have the same height at the position of the upper end of each pipe line. That is, the upper end 21a of the inner wall surface (pipe) of the insertion pipe part 21 at the connection part between the insertion pipe part 21 and the connection pipe part 24, the upper end 24a of the pipe line of the connection pipe part 24, and the generator internal pipe part 22
  • the height in the vertical direction is the same as the upper end 22b of the cross section perpendicular to the flow direction of the cooling water in the pipe line 22a.
  • the height position of the upper end in the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water is the same at all positions of the water supply pipe 20.
  • the upper end position is aligned, so that steam is prevented from staying in the water supply pipe 20.
  • the height position in the vertical direction of the central axis of the insertion pipe part 21, the central axis of the connection pipe part 24, and the central axis of the generator internal pipe part 22 may all be the same.
  • the tube diameter (inner diameter) of the connecting tube portion 24 can be the same as the tube diameter of the insertion tube portion 21, for example.
  • the pipe diameter of the generator internal pipe part 22 is set to be smaller than the pipe diameters of the insertion pipe part 21 and the connection pipe part 24, for example.
  • the communication pipe part 25 is connected to the generator internal pipe part 22.
  • the communication pipe portion 25 has an inverted U shape or an inverted J shape.
  • a plurality of communication pipe sections 25 are arranged along the axial direction of the generator internal pipe section 22.
  • the communication pipe part 25 is arrange
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the generator internal pipe section 22 and the communication pipe section 25.
  • FIG. 3 shows a cross section orthogonal to the axial direction of the generator internal pipe section 22, that is, a cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the generator internal pipe section 22.
  • a conduit 25 a is formed in the communication pipe portion 25.
  • the pipe line 25 a functions as a communication path 26 that communicates the space 40 outside the generator internal pipe part 22 and the pipe line 22 a of the generator internal pipe part 22.
  • the communication pipe part 25 includes a bending part 251, a first straight pipe part 252, and a second straight pipe part 253.
  • the curved portion 251 has an inverted U shape, and is curved so that the center portion is positioned above the both ends in the vertical direction.
  • Each of the first straight pipe portion 252 and the second straight pipe portion 253 is a straight pipe portion, and extends in the vertical direction.
  • the first straight pipe part 252 connects one end of the bending part 251 and the generator internal pipe part 22 in the vertical direction.
  • the bending portion 251 may be directly connected to the generator internal tube portion 22 without the first straight tube portion 252, for example.
  • the first straight pipe part 252 is connected to the top part of the generator internal pipe part 22, that is, the upper end of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the generator internal pipe part 22.
  • a communication hole 22e that connects the pipe 25a and the pipe 22a is formed at a connection position of the generator inner pipe 22 with the first straight pipe 252. That is, the communication hole 22e functions as a part of the communication path 26 that communicates the conduit 22a and the external space 40.
  • the communication path 26 includes a pipe line 25a and a communication hole 22e of the communication pipe part 25.
  • the diameter of the communication hole 22 e is the same as the diameter of the pipe line 25 a of the communication pipe part 25.
  • the relationship between the pipe diameter (inner diameter) of the communication pipe part 25 and the pipe diameter of the generator internal pipe part 22 is, for example, that the total of the cross-sectional areas of the flow paths of the communication pipe part 25 is It can be determined to be equal to the area.
  • the second straight pipe portion 253 is connected to the other end of the bending portion 251.
  • the second straight pipe portion 253 is located on the inner side of the generator inner pipe portion 22 in the radial direction of the ring of the generator inner pipe portion 22.
  • the second straight pipe portion 253 extends from the connecting portion with the bending portion 251 to the height position corresponding to the lower end of the generator inner tube portion 22 through the side of the generator inner tube portion 22.
  • the curved portion 251 reverses the flow direction of the cooling water from upward to downward, and the first straight pipe portion 252 and the second straight pipe portion 253 so that the second straight pipe portion 253 does not interfere with the generator internal pipe portion 22. The interval is secured.
  • the region R1 where the generator internal tube portion 22 exists and the region R2 where the second straight tube portion 253 exists are different regions in the horizontal direction.
  • an appropriate gap is secured between the second straight pipe portion 253 and the generator internal pipe portion 22.
  • the lower end surface 253a of the second straight pipe portion 253 is a horizontal surface. That is, the end of the communication passage 26 opposite to the pipe 22a side is opened downward in the vertical direction. Thereby, the cooling water which flowed through the communicating path 26 flows out vertically downward.
  • the communication hole 22e is formed at the top, so that the residence of steam in the generator internal pipe section 22 is suppressed. Even if a steam pool is generated in the generator internal pipe section 22, the steam is discharged to the outside of the generator internal pipe section 22 from the top communication hole 22e together with the outflow of the cooling water. Therefore, the generation of water hammer due to the occurrence of steam accumulation in the generator internal tube section 22 is suppressed.
  • the communication pipe part 25 connected to the communication hole 22e has an inverted J shape that is curved vertically upward, the entry of steam into the generator internal pipe part 22 via the communication pipe part 25 is suppressed. Is done.
  • the communication pipe part 25 extends from the communication hole 22e toward the upper side in the vertical direction, and is folded back downward in the vertical direction at the bending part 251.
  • the communication path 26 extends from the one end 26 a connected to the pipe line 22 a toward the upper side in the vertical direction, and is folded back at the lower side in the vertical direction at the bending portion 251.
  • the other end 26b of the communication path 26 is folded back downward in the vertical direction, thereby preventing the other end 26b from being exposed to the air layer. By suppressing the exposure of the other end 26 b, it is possible to prevent the vapor from entering the pipe line 22 a via the communication path 26.
  • the entry of steam into the pipe line 22a is suppressed by lowering the height position of the outlet in the communication path 26.
  • the other end 26b is located below the one end 26a connected to the pipe line 22a in the communication path 26 in the vertical direction.
  • the other end 26b of the communication path 26 is also referred to as an “outlet 26b”.
  • One end 26a of the communication path 26 is connected to the pipe line 22a at an upper end 22b having a cross section perpendicular to the flow direction of the cooling water in the pipe line 22a.
  • the other end 26b of the communication path 26 is perpendicular to the upper end 22b. Located on the lower side.
  • the other end 26b of the communication path 26 is in a position below the lower end of the generator internal pipe section 22 in the vertical direction.
  • the other end 26 b of the communication passage 26 is located at a position below the lower end 22 f of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the generator inner pipe portion 22, that is, the generator inner pipe portion 22. It is in the position below the lower end 22f in the outer peripheral surface. Therefore, even if the water level of the cooling water in the external space 40 decreases to the lower end 22f of the generator internal pipe section 22, the steam in the external space 40 is prevented from flowing into the pipe line 22a via the communication path 26. Is done.
  • the communication pipe part 25 is curved upward in the vertical direction, the first straight pipe part 252 on the one end 26a side and the second straight pipe part 253 on the other end 26b side in the communication path 26 are more than the one end 26a. It is connected at a position on the upper side in the vertical direction. Since the bending portion 251 connecting the first straight pipe portion 252 and the second straight pipe portion 253 is positioned above the one end 26a in the vertical direction, the steam in the external space 40 is communicated from the other end 26b to the communication path. Even if it enters 26, it is suppressed that a vapor
  • the outflow of the cooling water in the pipe line 22a when the supply of the cooling water is stopped is suppressed. Since the communication hole 22e is formed at the top of the generator internal pipe section 22, the cooling water in the generator internal pipe section 22 flows out through the communication hole 22e when the supply of the cooling water is stopped. Is suppressed. Further, the bending portion 251 that connects the first straight pipe portion 252 and the second straight pipe portion 253 is located above the one end 26a in the vertical direction.
  • the cooling water in the pipe line 22a flows out when the entry of steam into the pipe line 22a is suppressed and the supply of the cooling water from the outside is stopped. Is suppressed. Accordingly, water hammer in the water supply pipe 20 is suppressed.
  • the communication pipe part 25 of the present embodiment has an inverted J shape, but the shape of the communication pipe part 25 is not limited to this. Regardless of the shape of the communication pipe portion 25 along the axial direction, the end portion of the communication passage 26 opposite to the pipe passage 22a side of the end portion connected to the pipe passage 22a may be positioned on the lower side in the vertical direction. If it is, the effect which suppresses the approach of the vapor
  • the lower end surface 253a of the second straight pipe portion 253 is a horizontal surface, but the present invention is not limited to this.
  • the lower end surface 253a that is, the end surface of the communication pipe portion 25 opposite to the side connected to the generator inner pipe portion 22 may be inclined with respect to the horizontal direction.
  • the position in the vertical direction of the other end 26b of the communication path 26 can be, for example, the uppermost position in the vertical direction at the other end 26b.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the communication pipe portion 25 having an inclined lower end surface.
  • the upper end 26c in the vertical direction at the other end 26b of the communication path 26 represents the vertical position of the other end 26b. You just have to do it. That is, when the coolant level in the external space 40 decreases, the upper end 26c, which is the portion of the other end 26b of the communication path 26 that is first exposed to the air layer, is the one end 26a of the communication path 26 and the generator internal pipe section. What is necessary is just to make it be located in the downward direction of the perpendicular direction rather than the lower end 22f of 22.
  • the outflow port 26b in the communication passage 26 is located on the inner side in the radial direction of the ring with respect to the generator inner tube portion 22, but instead, the outflow port 26b is provided in the generator. It may be located outside the inner tube portion 22 in the radial direction of the ring.
  • the generator internal tube portion 22 of the present embodiment has a ring shape, the shape of the generator internal tube portion 22 is not limited thereto.
  • the position in the vertical direction of the other end 26 b of the communication path 26 is determined based on the positions of the one end 26 a of the communication path 26 and the lower end 22 f of the generator internal pipe section 22.
  • the position of the other end 26 b of the communication path 26 is determined in advance based on the target water level in the control of the cooling water level in the external space 40.
  • the target water level of the cooling water is determined depending on the control parameters of the nuclear power plant having the steam generator 1.
  • the other end 26b of the communication path 26 can be positioned, for example, below the predetermined lower limit in the target water level of the cooling water in the vertical direction.
  • the other end 26b of the communication path 26 may be arranged below the vertical direction from the lower limit of the target water level that can be set. In this way, the exposure of the other end 26b to the air layer is suppressed regardless of the position in the selectable range in which the control target of the water level is set in advance.
  • how to determine the position of the other end 26b of the communication path 26 based on the target water level of the cooling water is not limited to this.
  • the position of the other end 26b can be determined such that, for example, the other end 26b is positioned below the target water level in the steady operation state in the nuclear power plant.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a water supply pipe for a steam generator according to a second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the steam generator water supply pipe as viewed in the horizontal direction, similar to FIG.
  • the difference from the water supply pipe 20 of the first embodiment is that the generator internal pipe section 62 is arranged on the upper side in the vertical direction with respect to the insertion pipe section 21. Thereby, thermal stratification in the pipe
  • the generator internal pipe portion 62 is formed in a ring shape like the generator internal pipe portion 22 of the first embodiment, and is disposed horizontally inside the steam generator 1. Further, the pipe line 62a formed in the generator internal pipe part 62 extends in the horizontal direction in the same manner as the pipe line 22a of the first embodiment.
  • a tapered section 642 is formed in the connection pipe section 64 correspondingly.
  • the pipe diameter of the connection pipe part 64 is gradually reduced from the insertion pipe part 21 side toward the generator internal pipe part 62 side.
  • the tube bottom of the tapered portion 642 has an inclination that extends upward in the vertical direction from the insertion tube portion 21 side toward the generator internal tube portion 62 side.
  • the upper end 62b of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the pipe line 62a is above the upper end 21a of the inner wall surface of the insertion pipe part 21 at the connection part between the insertion pipe part 21 and the connection pipe part 64 in the vertical direction. . That is, in the vertical direction, the connection position between the communication path 66 and the pipe line 62 a is located above the upper end 21 a of the inner wall surface of the insertion pipe part 21.
  • the connecting pipe part 64 has an inclined part 641 in which the generator internal pipe part 62 side is positioned above the vertical direction with respect to the insertion pipe part 21 side in the flow direction of the cooling water. In other words, the connection pipe part 64 is bent so as to lift the generator internal pipe part 62 with respect to the insertion pipe part 21.
  • the generator inner pipe portion 62 is positioned on the upper side in the vertical direction with respect to the insertion pipe portion 21, thereby suppressing thermal stratification in the insertion pipe portion 21.
  • the steam is suppressed from reaching the insertion pipe section 21.
  • the steam in the external space 40 flows into the generator internal pipe portion 62 via the communication path 66, the vapor is suppressed from reaching the insertion pipe portion 21.
  • the cooling water is supplied from the outside of the steam generator 1 to the insertion pipe part 21 with the steam remaining in the water supply pipe 60, the steam in the insertion pipe part 21 is quickly supplied to the generator inner pipe part 62. Flows away.
  • This water supply pipe 60 has an advantage that generation of thermal stress in the nozzle 11 is suppressed by suppressing thermal stratification in the insertion pipe portion 21.
  • the pipe line 62a of the generator internal pipe part 62 and the pipe line 21b of the insertion pipe part 21 are in different regions, and the pipe line 62a is the pipe line 21b. It is located above the vertical direction.
  • the lower end 62c of the cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the pipe line 62a of the generator inner pipe part 62 is the inner wall surface of the insertion pipe part 21 at the connection part between the insertion pipe part 21 and the connection pipe part 64. It is located above the upper end 21a in the vertical direction.
  • the insertion pipe section 21 can be in a state filled with cooling water. Therefore, the vapor
  • the communication pipe portion 65 is extended downward in the vertical direction in response to the fact that the generator internal pipe portion 62 is lifted with respect to the insertion pipe portion 21.
  • the communication pipe portion 65 has an inverted J shape, like the communication pipe portion 25 of the first embodiment, and is formed with a communication path 66 that connects the pipe path 62a and the external space 40.
  • One end 66a of the communication path 66 is connected to an upper end 62b having a cross section orthogonal to the flow direction of the cooling water in the pipe line 62a.
  • the other end 66 b which is an outlet of the communication passage 66, is located on the lower side in the vertical direction than the upper end 21 a of the inner wall surface of the insertion tube portion 21 at the connection portion between the insertion tube portion 21 and the connection tube portion 64.
  • the position in the vertical direction of the other end 66b in the communication path 66 may be positioned lower than the lower end 21c of the inner wall surface of the insertion tube portion 21, for example.
  • thermal stratification and water hammer in the water supply pipe 60 can be suppressed, and in particular, thermal stratification in the pipe line 21b of the insertion pipe portion 21 can be effectively performed. Can be suppressed.
  • thermal stratification in the insertion tube portion 21 there is an advantage that generation of thermal stress in the nozzle 11 is suppressed and the nozzle 11 is protected.
  • the steam generator feed pipe according to the present invention is suitable for suppressing thermal stratification and water hammer in the pipe.

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Abstract

　蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路（２２ａ）を有する発生器内管部（２２）と、発生器内管部と接続され、蒸気発生器内において発生器内管部の外部の空間（４０）と管路とを連通する連通路が形成された連通管部（２５）と、を備え、連通路の一端（２６ａ）は、管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で管路に接続され、かつ、連通路の他端（２６ｂ）は、連通路の一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、連通路における一端側と他端側とは、一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている。

Description

蒸気発生器用給水管
　本発明は、蒸気発生器用給水管に関する。
　従来、加圧水型原子炉等の蒸気発生器内に冷却水を供給する給水管が知られている。給水管において、管内に蒸気が流入することなどにより、熱成層化現象が発生することがある。熱成層化現象は、疲労源の応力を発生させる原因ともなるため、好ましくない。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を発生させるため好ましくない。
　特許文献１には、給水リングを持ち上げるように折り曲げた給水管の内部上壁にせきを取り付けてなる蒸気発生器の給水管の技術が開示されている。特許文献２には、胴と胴の内部に設けられた熱交換管束とを有する蒸気発生器において、胴の内部上方に設けられ胴の外部の給水管に連通した水平な給水リングの上部管壁に水平な吹出し孔が多数穿設されている蒸気発生器の給水吐出管構造の技術が開示されている。
実開昭６１－１２１３０４号公報 特開平１０－１２２５０２号公報
　給水管の管内における熱成層化だけでなくウォーターハンマの発生を抑制することについて、なお検討の余地がある。本発明の目的は、管内における熱成層化を抑制し、かつ、ウォーターハンマの発生を抑制することができる蒸気発生器用給水管を提供することである。
　本発明の蒸気発生器用給水管は、蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、を備え、前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されていることを特徴とする。
　この蒸気発生器用給水管によれば、連通路における他端が気層に露出することを抑制し、管路に蒸気が流入することを抑制することで、蒸気発生器用給水管の管内におけるウォーターハンマを抑制することができる。
　また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にあることが好ましい。
　この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が発生器内管部の下端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
　また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置していることが好ましい。
　この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が目標水位以上である場合に連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
　また、上記蒸気発生器用給水管において、更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置していることが好ましい。
　この蒸気発生器用給水管によれば、管路に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、外部の空間から蒸気が管路に流入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、挿入管部に蒸気が残存した状態で蒸気発生器の外部から冷却水が挿入管部に供給された場合に、挿入管部内の蒸気は速やかに流れ去る。よって、挿入管部における熱成層化が抑制される。
　また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置していることが好ましい。
　この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が挿入管部の内壁面の上端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
　また、上記蒸気発生器用給水管において、前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置していることが好ましい。
　この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が管路の下端まで低下した場合であっても、挿入管部内に冷却水が満たされた状態とすることができる。よって、挿入管部に対する蒸気の進入を抑制し、挿入管部における熱成層化を抑制することができる。
　本発明によれば、蒸気発生器用給水管の管内における熱成層化及びウォーターハンマの発生を抑制することができる。
図１は、実施形態に係る蒸気発生器の概略図である。 図２は、第１実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図である。 図３は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管の要部を示す断面図である。 図４は、傾斜した下端面を有する連通管部の一例を示す図である。 図５は、第２実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図である。
　以下に、本発明の実施形態にかかる蒸気発生器用給水管につき図面を参照しつつ詳細に説明する。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、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
（第１実施形態）
　図１から図４を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、蒸気発生器用給水管に関する。図１は、本実施形態に係る蒸気発生器の概略図、図２は、本実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図、図３は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管の要部を示す断面図である。図２には、蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
　蒸気発生器１は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅａｃｔｏｒ）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉では、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧の軽水が一次冷却水として蒸気発生器１に送られる。蒸気発生器１は、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。
　図１に示すように、蒸気発生器１は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状を成し、上半部に対して下半部が若干小径とされた胴部２を有している。胴部２は、蒸気発生器１の外殻部材である。胴部２の下半部内には、該胴部２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒３が設けられている。この管群外筒３は、その下端部が、胴部２の下半部内の下方に配置された管板４まで延設され、管板４の上面から一定の隙間を設けている。管群外筒３内には、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管５からなる伝熱管群５１が設けられている。各伝熱管５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が管板４に支持されると共に、中間部が複数の管支持板６により支持されている。管支持板６には、多数の貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管５が非締結状態で貫通されている。
　胴部２の下端部には、水室７が設けられている。水室７は、内部が隔壁８により入室７１と出室７２とに区画されている。入室７１には、各伝熱管５の一端部が接続され、出室７２には、各伝熱管５の他端部が接続されている。また、入室７１は、水室７の外部に通じる入口ノズル７１１を有し、出室７２は、水室７の外部に通じる出口ノズル７２１を有している。そして、入口ノズル７１１には、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結される一方、出口ノズル７２１には、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。
　胴部２の上半部には、水蒸気を蒸気と熱水とに分離する気水分離器９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１０が設けられている。気水分離器９の外周には、外部から胴部２内に二次冷却水の給水を行う蒸気発生器用給水管（以下、単に「給水管」と記載する。）２０が挿入されている。さらに、胴部２の上端部には、蒸気排出口１２が形成されている。また、胴部２の下半部内には、給水管２０からこの胴部２内に給水された二次冷却水を、胴部２と管群外筒３との間を流下させて管板４にて折り返させ、伝熱管群５１に沿って上昇させる給水路１３が設けられている。なお、蒸気排出口１２には、タービンに蒸気を送る蒸気供給通路（図示せず）が連結され、給水管２０には、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。
　このような蒸気発生器１では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室７１に送られ、多数の伝熱管５内を通って出室７２に至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管２０に送られ、給水管２０を介して胴部２内に供給される。本実施形態では、二次冷却水を単に「冷却水」とも記載する。胴部２内に供給された冷却水は、給水路１３を通って伝熱管群５１に沿って上昇する。このとき、胴部２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室７２から加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部２内を上昇し、気水分離器９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１０で湿分を除去されてからタービンに送られる。
　ここで、給水管２０の管内において、蒸気と冷却水とが層状化したり、高温の冷却水と低温の冷却水とが層状化したりするなど、熱成層が発生する可能性が考えられる。熱成層が発生した場合、疲労源となる応力が生じるため好ましくない。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を与えるため好ましくない。給水管２０における熱成層及びウォーターハンマの発生を抑制できることが望ましい。
　本実施形態の給水管２０は、以下に詳細に説明するように、給水管２０におけるウォーターハンマの発生を抑制できる連通管部２５（図２参照）を備える。連通管部２５は、管路２２ａ内の冷却水を蒸気発生器１内の空間４０に流出させる流出管である。図３に示すように、連通管部２５には、発生器内管部２２の管路２２ａと発生器内管部２２の外部の空間４０とを連通する連通路２６が形成されている。連通路２６の一端２６ａは管路２２ａに接続されており、他端２６ｂは、外部の空間４０に向けて開放されている。連通路２６の他端２６ｂは、一端２６ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が低下した場合であっても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。よって、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が流入することが抑制される。従って、本実施形態の給水管２０によれば、給水管２０内におけるウォーターハンマの発生が抑制される。
　図２に示すように、給水管２０は、挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５を備える。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５は、いずれも断面円形の管状部材である。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５には、それぞれその軸方向に断面円形の管路が形成されている。蒸気発生器１の外部から供給される冷却水は、挿入管部２１から接続管部２４を介して発生器内管部２２の管路２２ａに流れる。管路２２ａ内の冷却水は、連通管部２５を介して蒸気発生器１内の空間４０に流出する。
　胴部２は、管台１１を有する。管台１１は、胴部２の径方向外側に向けて突出する突出部１１１を有している。また、管台１１には、管台１１を突出部１１１の軸方向に貫通する貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２は、突出部１１１を胴部２の径方向に貫通している。挿入管部２１は、この貫通孔１１２に対して胴部２の径方向内側から嵌合している。挿入管部２１は、挿入管部２１の外周面と突出部１１１の内周面とが互いに対向する状態で管台１１に対して溶接等により固定されている。つまり、挿入管部２１は、蒸気発生器１の胴部２を貫通する貫通孔１１２に挿入されている。管台１１の中心軸線、すなわち貫通孔１１２の中心軸線は、水平であり、これに対応して挿入管部２１は水平方向に延在している。また、挿入管部２１は、直線状に延在しており、その延在方向は胴部２の径方向となっている。
　発生器内管部２２は、胴部２の内部、すなわち蒸気発生器１の内部に配置されている。発生器内管部２２は、リング状に形成されており、水平に配置されている。つまり、発生器内管部２２は、胴部２の内壁面２ａに沿って胴部２の周方向に延在している。発生器内管部２２は、例えば、胴部２の中心軸線５０とリングの中心軸線とが同一線上となるように配置されてもよい。発生器内管部２２は、ステー１４を介して胴部２の内壁面２ａによって支持されている。
　発生器内管部２２の内部には、蒸気発生器１の外部から供給される冷却水が流通する管路２２ａが形成されている。発生器内管部２２が水平方向に延在していることに対応して、管路２２ａも水平方向に延在している。つまり、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。また、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｃは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。このように、管路２２ａは、中心軸線が同一の水平面上に延在しており、かつ内径が一定の管路である。
　接続管部２４は、挿入管部２１と発生器内管部２２とを接続している。接続管部２４は、挿入管部２１の延長線上に水平方向に延在している。接続管部２４において、挿入管部２１に接続された側と反対側の端部は発生器内管部２２に接続されている。接続管部２４は、発生器内管部２２から胴部２の径方向の外側に向けて分岐する分岐管となっている。
　本実施形態では、挿入管部２１、接続管部２４および発生器内管部２２は、それぞれの管路の上端の位置が同じ高さ位置となっている。つまり、挿入管部２１と接続管部２４との接続部における挿入管部２１の内壁面（管路）の上端２１ａと、接続管部２４の管路の上端２４ａと、発生器内管部２２の管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂとは鉛直方向の高さ位置が同じである。言い換えると、給水管２０において、冷却水の流れ方向と直交する断面における上端の高さ位置は、給水管２０の全ての位置で同一である。このように上端の位置が揃えられていることで、給水管２０の管内に蒸気が滞留することが抑制される。なお、挿入管部２１の中心軸線、接続管部２４の中心軸線および発生器内管部２２の中心軸線の鉛直方向における高さ位置が全て同じとされてもよい。
　接続管部２４の管径（内径）は、例えば、挿入管部２１の管径と同じとすることができる。また、発生器内管部２２の管径は、例えば、挿入管部２１および接続管部２４の管径よりも小径とされる。
　発生器内管部２２には、連通管部２５が接続されている。連通管部２５は、逆Ｕ字形状または逆Ｊ字形状をなしている。連通管部２５は、発生器内管部２２の軸方向に沿って複数配置されている。連通管部２５は、例えば、発生器内管部２２の軸方向に沿って等間隔で配置される。
　図３は、発生器内管部２２および連通管部２５を示す断面図である。図３には、発生器内管部２２の軸方向と直交する断面、すなわち発生器内管部２２の冷却水の流れ方向と直交する断面が示されている。図３に示すように、連通管部２５には、管路２５ａが形成されている。管路２５ａは、蒸気発生器１内において発生器内管部２２の外部の空間４０と発生器内管部２２の管路２２ａとを連通する連通路２６として機能する。
　連通管部２５は、湾曲部２５１と、第一直管部２５２と、第二直管部２５３とを有する。湾曲部２５１は、逆Ｕ字形状をなしており、両端部よりも中央部が鉛直方向上側に位置するように湾曲している。第一直管部２５２および第二直管部２５３は、それぞれ直線状の管部であり、鉛直方向に延在している。第一直管部２５２は、湾曲部２５１の一端と発生器内管部２２とを鉛直方向に接続している。湾曲部２５１は、例えば第一直管部２５２を省略し、発生器内管部２２に直接接続することもできる。
　第一直管部２５２は、発生器内管部２２における頂部、すなわち発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端に接続されている。発生器内管部２２における第一直管部２５２との接続位置には、管路２５ａと管路２２ａとを連通する連通孔２２ｅが形成されている。つまり、連通孔２２ｅは、管路２２ａと外部の空間４０とを連通する連通路２６の一部として機能する。本実施形態において、連通路２６は連通管部２５の管路２５ａおよび連通孔２２ｅを含んでいる。本実施形態では、連通孔２２ｅの径は、連通管部２５の管路２５ａの径と同径とされている。
　連通管部２５の管径（内径）と発生器内管部２２の管径との関係は、例えば、連通管部２５の流路断面積の合計が、発生器内管部２２の流路断面積と等しくなるよう定めることができる。
　第二直管部２５３は、湾曲部２５１の他端に接続されている。第二直管部２５３は、発生器内管部２２のリングの径方向において発生器内管部２２よりも内側に位置している。第二直管部２５３は、湾曲部２５１との接続部から発生器内管部２２の側方を通り発生器内管部２２の下端に対応する高さ位置まで延在している。湾曲部２５１は、冷却水の流れ方向を上向きから下向きに反転させると共に、第二直管部２５３が発生器内管部２２と干渉しないように第一直管部２５２と第二直管部２５３との間隔を確保している。発生器内管部２２の軸方向と直交する断面において、発生器内管部２２の存在する領域Ｒ１と第二直管部２５３の存在する領域Ｒ２とが水平方向において異なる領域とされている。このように、第二直管部２５３と発生器内管部２２との間には適切な隙間が確保されている。
　蒸気発生器１の外部から管路２２ａに冷却水が供給されると、管路２２ａ内の冷却水は、水圧により連通路２６を介して外部の空間４０に流出する。第二直管部２５３における下端面２５３ａは、水平な面となっている。つまり、連通路２６における管路２２ａ側と反対側の端部は、鉛直方向の下方に向けて開放されている。これにより、連通路２６を流れた冷却水は、鉛直下方に向けて流出する。
　発生器内管部２２において、連通孔２２ｅが頂部に形成されていることで、発生器内管部２２における蒸気の滞留が抑制される。発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じたとしても、その蒸気は、冷却水の流出と共に、頂部の連通孔２２ｅから発生器内管部２２の外部に排出される。よって、発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じることによるウォーターハンマの発生が抑制される。
　また、連通孔２２ｅに接続された連通管部２５は、鉛直上側に湾曲した逆Ｊ字形状であるため、連通管部２５を介して発生器内管部２２内に蒸気が進入することが抑制される。連通管部２５は、連通孔２２ｅから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。これに対応して、連通路２６は、管路２２ａと接続された一端２６ａから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。このように連通路２６における他端２６ｂが鉛直方向下側に向けて折り返されていることで、他端２６ｂが気層中に露出することが抑制される。他端２６ｂの露出が抑制されることで、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が進入することが抑制されている。
　また、本実施形態の給水管２０は、連通路２６における流出口の高さ位置を下げることで、管路２２ａに対する蒸気の進入の抑制が図られている。具体的には、連通路２６における管路２２ａと接続された一端２６ａよりも他端２６ｂが鉛直方向の下側に位置している。以下の説明では、連通路２６の他端２６ｂを「流出口２６ｂ」とも記載する。連通路２６の一端２６ａは、管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂで管路２２ａに接続されており、連通路２６の他端２６ｂは、この上端２２ｂよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が管路２２ａの上端２２ｂの位置まで低下したとしても、連通路２６の他端２６ｂは冷却水の水面下にある。このため、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
　特に、本実施形態では、連通路２６の他端２６ｂは、鉛直方向において発生器内管部２２の下端以下の位置にある。図３に示すように、鉛直方向において、連通路２６の他端２６ｂは、発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｆ以下の位置、すなわち発生器内管部２２の外周面における下端２２ｆ以下の位置にある。従って、外部の空間４０における冷却水の水位が、発生器内管部２２の下端２２ｆまで低下したとしても、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
　また、本実施形態の給水管２０では、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出したとしても、発生器内管部２２の管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制される。連通管部２５が鉛直方向上側に湾曲する形状であることから、連通路２６における一端２６ａ側の第一直管部２５２と他端２６ｂ側の第二直管部２５３とは、一端２６ａよりも鉛直方向上側の位置で接続されている。第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上側に位置していることから、外部の空間４０の蒸気が他端２６ｂから連通路２６に進入したとしても、湾曲部２５１よりも一端２６ａ側に蒸気が進入することが抑制される。
　また、本実施形態の給水管２０では、冷却水の供給が停止されたときの管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。連通孔２２ｅが発生器内管部２２の頂部に形成されていることで、冷却水の供給が停止されているときに発生器内管部２２内の冷却水が連通孔２２ｅを介して流出してしまうことが抑制される。また、第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上方に位置している。従って、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出した場合に、第二直管部２５３および湾曲部２５１内の冷却水が外部の空間４０に流出したとしても、第一直管部２５２には冷却水が残された状態となる。これにより、管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。
　このように、本実施形態の給水管２０では、管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制され、かつ外部からの冷却水の供給が停止されているときに管路２２ａ内の冷却水が流出してしまうことが抑制される。よって、給水管２０内におけるウォーターハンマが抑制される。
　本実施形態の連通管部２５は逆Ｊ字形状であったが、連通管部２５の形状はこれには限定されない。連通管部２５の軸方向に沿った形状によらず、連通路２６における管路２２ａと接続された端部よりも管路２２ａ側と反対側の端部が鉛直方向下側に位置していれば、管路２２ａへの蒸気の進入を抑制する効果を奏することができる。
　本実施形態では第二直管部２５３における下端面２５３ａが水平な面であったが、これには限定されない。例えば、下端面２５３ａ、すなわち連通管部２５における発生器内管部２２に接続された側と反対側の端面が、水平方向に対して傾斜していてもよい。この場合、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、他端２６ｂにおける鉛直方向の最も上側の位置とすることができる。
　図４は、傾斜した下端面を有する連通管部２５の一例を示す図である。図４に示すように、連通管部２５の下端面２５３ｂが水平面に対して傾斜している場合、連通路２６の他端２６ｂにおける鉛直方向の上端２６ｃが他端２６ｂの鉛直方向の位置を代表するようにすればよい。つまり、外部の空間４０における冷却水の水位が低下するときに連通路２６の他端２６ｂにおいて最初に気層に露出する部分である上端２６ｃが、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆよりも鉛直方向の下側に位置するようにすればよい。
　本実施形態の連通管部２５は、連通路２６における流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における内側に位置しているが、これに代えて、流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における外側に位置していてもよい。
　本実施形態の発生器内管部２２は、リング形状をなすものであったが、発生器内管部２２の形状はこれには限定されない。
（第１実施形態の変形例）
　第１実施形態の変形例について説明する。上記第１実施形態では、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置が、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆの位置に基づいて定められていた。本変形例では、これに代えて、連通路２６の他端２６ｂの位置が、外部の空間４０における冷却水の水位の制御における目標水位に基づいて予め決められている。なお、冷却水の目標水位は、蒸気発生器１を有する原子力プラントの制御パラメータに依存して決まるものである。
　連通路２６の他端２６ｂは、例えば、冷却水の目標水位における予め定められた下限よりも鉛直方向の下側に位置するようにすることができる。例えば、原子力プラントの運転状況に応じて目標水位が変化する場合に、設定可能な目標水位の下限よりも連通路２６の他端２６ｂを鉛直方向の下側に配置するようにしてもよい。このようにすれば、水位の制御目標が予め定められた選択可能な範囲のどの位置とされていても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。
　なお、冷却水の目標水位に基づく連通路２６の他端２６ｂの位置の決め方は、これには限定されない。他端２６ｂの位置は、例えば、原子力プラントにおける定常運転状態での目標水位よりも他端２６ｂを下側に位置させるように定めることができる。
（第２実施形態）
　図５を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図５は、第２実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図である。図５には、図２と同様に蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
　本実施形態の給水管６０において、上記第１実施形態の給水管２０と異なる点は、発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に配置されている点である。これにより、挿入管部２１の管内における熱成層化が効果的に抑制される。
　発生器内管部６２は、上記第１実施形態の発生器内管部２２と同様に、リング状に形成されており、蒸気発生器１の内部に水平に配置されている。また、発生器内管部６２に形成された管路６２ａは、上記第１実施形態の管路２２ａと同様に水平方向に延在している。発生器内管部６２の管径が挿入管部２１の管径よりも小さい場合は、これに対応して接続管部６４にテーパー部６４２が形成される。テーパー部６４２において、接続管部６４の管径は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて漸減している。この管径の減少に対応して、テーパー部６４２における管底は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて鉛直方向上側に向かう傾斜を有している。
　管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側にある。つまり、鉛直方向において、連通路６６と管路６２ａとの接続位置が、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも上側に位置している。これに対応して、接続管部６４は、冷却水の流れ方向における挿入管部２１側よりも発生器内管部６２側が鉛直方向の上側に位置する傾斜部６４１を有している。言い換えると、接続管部６４は、挿入管部２１に対して発生器内管部６２を持ち上げるように折り曲げられている。
　このように発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に位置していることで、挿入管部２１における熱成層化が抑制される。例えば、発生器内管部６２の管路６２ａ内に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、外部の空間４０の蒸気が連通路６６を介して発生器内管部６２に流入した場合に、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、給水管６０内に蒸気が残存した状態で蒸気発生器１の外部から冷却水が挿入管部２１に供給された場合に、挿入管部２１内の蒸気は速やかに発生器内管部６２に流れ去る。この給水管６０では、挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制されるという利点がある。
　特に、本実施形態の給水管６０では、鉛直方向において、発生器内管部６２の管路６２ａと挿入管部２１の管路２１ｂとは互いに異なる領域にあり、かつ管路６２ａが管路２１ｂよりも鉛直方向の上方に位置している。言い換えると、発生器内管部６２の管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の下端６２ｃが、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側に位置している。これにより、挿入管部２１における熱成層化がより確実に抑制される。例えば、外部の空間４０の冷却水の水位が低下し、発生器内管部６２内において管路６２ａの下端６２ｃまで冷却水の水位が低下したような場合であっても、挿入管部２１の管路２１ｂは冷却水に満たされた状態とすることができる。よって、管路２１ｂに対する蒸気の進入を効果的に抑制することができる。
　更に、本実施形態では、挿入管部２１に対して発生器内管部６２が持ち上げられたことに対応して、連通管部６５が鉛直方向の下方に延長されている。連通管部６５は、上記第１実施形態の連通管部２５と同様に、逆Ｊ字形状をなしており、管路６２ａと外部の空間４０とを連通する連通路６６が形成されている。連通路６６の一端６６ａは、管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂと接続されている。連通路６６の流出口である他端６６ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａが露出する程度に外部の空間４０の冷却水位が低下した場合であっても、連通路６６の他端６６ｂは気層に露出しないため、発生器内管部６２に蒸気が進入することが抑制される。
　なお、連通路６６における他端６６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、挿入管部２１の内壁面の下端２１ｃよりも下側に位置していてもよい。
　このように、本実施形態の給水管６０によれば、給水管６０内における熱成層化およびウォーターハンマを抑制可能であり、特に、挿入管部２１の管路２１ｂにおける熱成層化を効果的に抑制することができる。挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制され、管台１１が保護されるという利点がある。
　上記の各実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
　以上のように、本発明にかかる蒸気発生器用給水管は、管内における熱成層及びウォーターハンマを抑制するのに適している。
　１　蒸気発生器
　２　胴部
　１１　管台
　２０，６０　給水管
　２１　挿入管部
　２２，６２　発生器内管部
　２２ａ，６２ａ　管路
　２２ｅ　連通孔
　２４，６４　接続管部
　２５　連通管部
　２６，６６　連通路

Claims (6)

  1. 　蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、
    　前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、
    　を備え、
    　前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、
    　前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている
    　ことを特徴とする蒸気発生器用給水管。
  2. 　前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にある
    　請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
  3. 　前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置している
    　請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
  4. 　更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、
    　鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置している
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気発生器用給水管。
  5. 　前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置している
    　請求項４に記載の蒸気発生器用給水管。
  6. 　前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置している
    　請求項４または５に記載の蒸気発生器用給水管。
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