JP2846945B2 - 蒸気発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２重伝熱管を使用した蒸気発生器に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来の２重伝熱管を使用した蒸気発生器の例を第３図
及び第４図を用いて説明する。第３図は縦断面図、第４
図は第３図の要部の拡大縦断面図である。第３図及び第
４図において、１は伝熱２重管、２は胴、３はナトリウ
ム入口ノズル、４はナトリウム出口ノズル、５は上部ナ
トリウム側管板、６は蒸気側管板、７は給水ノズル、８
は蒸気出口ノズル、９はナトリウム側下部管板、10は給
水側管板、11はナトリウム入口プレナム、12はナトリウ
ム出口プレナム、13はヘリウム入口プレナム、14はヘリ
ウム出口プレナム、15は蒸気出口室、16は給水入口室、
17はヘリウム入口ノズル、18はヘリウム出口ノズル、19
はナトリウム入口窓、20はナトリウム出口窓、21は外
管、22は内管を示している。

胴２内には、多数の伝熱２重管１が内包されており、
胴２の上部にはナトリウム入口プレナム11、上部ナトリ
ウム側管板５、蒸気側管板６、蒸気出口ノズル８が設置
され、胴２の下部にはナトリウム出口プレナム12、下部
ナトリウム側管板９、給水入口側管板10、給水入口ノズ
ル７が設置されている。また、ナトリウム入口プレナム
11の側面にはナトリウム入口ノズル３、ナトリウム出口
プレナム12の側面にはナトリウム出口ノズル４がそれぞ
れ設置されている。蒸気側管板６と蒸気出口ノズル８の
間には蒸気出口室15、給水側管板10と給水入口ノズル７
の間には給水入口室16がそれぞれ構成されている。更
に、上部ナトリウム側管板５と蒸気側管板６との間には
ヘリウム出口プレナム14、下部ナトリウム側管板９と給
水側管板10との間にはヘリウム入口プレナム13がそれぞ
れ構成されている。

加熱媒体である高温の液体金属ナトリウムは、上部の
ナトリウム入口ノズル３からナトリウム入口プレナム11
に流入し、このナトリウム入口プレナム11と胴２の境界
に設置されているナトリウム入口窓19を通過して胴２内
に流入する。胴２内では、２重伝熱管１の外管21の外側
を流下し、２重伝熱管１の内管22の内管を流れる水・蒸
気と熱交換し、低温となって胴２下部に流下する。更
に、胴２下部のナトリウム出口プレナム12と境界をなす
部分に設置されているナトリウム出口窓20を通過し、ナ
トリウム出口プレナム12を経て、ナトリウム出口ノズル
４から流出する。

一方、水・蒸気は胴２最下部に位置する給水入口ノズ
ル７より流入し、給水入口室16を経て給水側管板10より
２重伝熱管１の内壁22内を上昇する。この場合、下部ナ
トリウム側管板９と上部ナトリウム側管板５で挾まれて
いる２重伝熱管１の外管外面がナトリウムに接している
領域において、２重伝熱管１の内管22内を流れる水・蒸
気と２重伝熱管１の外管21の外側を流れるナトリウムが
熱交換して、低温であった水蒸気は予熱、沸騰及び過熱
され、高温高圧の過熱蒸気となって蒸気側管板６を経て
蒸気出口室14に流入し、蒸気出口ノズル８より流出す
る。

また、２重伝熱管１の内管22と外管21との間隙部と、
ヘリウム入口プレナム13、ヘリウム出口プレナム14に
は、水・蒸気よりも低圧で、かつナトリウムよりも高圧
のヘリウムガスが存在している。これにより、万一、２
重伝熱管１の内管22が破損した場合には、水・蒸気が２
重伝熱管１の内管22と外管21との間隙部に流入し、上部
のヘリウム出口プレナム14と、下部のヘリウム入口プレ
ナム13の圧力が上昇し、またヘリウムガス中の湿分も増
加する。

また、２重伝熱管１の外管21が破損した場合には、２
重伝熱管１の内管22と外管21との間隙部のヘリウムガス
がナトリウム中に流出し、その結果、ヘリウムガスの圧
力は低下する。このように、ヘリウム入口プレナム13と
ヘリウム出口プレナム14の圧力及び湿分を監視すること
により、２重伝熱管１の内管22及び外管21の破損を検知
することができる。しかし、どちらの破損の場合にも、
多数本ある２重伝熱管１のうち、どの２重伝熱管１が破
損したものか即座に同定することは困難である。

また、例えば、特開昭62−116896号公報には、前述の
問題点を改善しようとする試みが開示されている。第５
図（ａ）はその縦断面図で、同図においては、31は管板
を示している。同図によると、蒸気発生器において、そ
れぞれ上部、下部にあるナトリウム側管板、給水及び蒸
気側管板が１つにまとめられ、合計で２枚の管板により
構成されている。第５図（ｂ）は第５図（ａ）の拡大し
たものであり、32は円環状空間、33は穿孔である。第５
図（ｂ）によると、管板31と２重伝熱管１の内管22及び
外管21が、２重伝熱管１の軸方向に分けられて接続され
ており、２重伝熱管１の内管22と外管21との段差により
形成される円環状空間32と、管板31に明けられた穿孔33
中に充填されたヘリウムガスにより２重伝熱管１の破損
を検知しようとするものである。この穿孔33は、２重伝
熱管１の１本ごとに形成される円環状空間32に接続され
ることにより、２重伝熱管１の破損の同定を可能として
いるものである。しかし、このような構成によると、管
板が１枚となっているため、管板31がナトリウムと水・
蒸気に挾まれる形となって応力的には不利であり、安全
性の面でも境界がナトリウム側管板と水・蒸気側管板の
２重になっている場合と比較すると著しく厳しい状況と
なる。更に、管板31と２重伝熱管１を接続する場合は拡
管が必要となってくるが、管板31が１枚であると拡管面
積が少なくなってしまうこと、また内管22を管板31に穿
孔した外管21の外径に合せた径まで拡管しなければなら
ず、円管が塑性域に入るので拡管のために軸力を負荷さ
せることは無理と考えられる。また、この拡管により軸
力を負荷させようとした場合、結局は管板31の２重伝熱
管１の軸方向の厚みが必要となり、少なくとも従来のナ
トリウム側管板、水・蒸気側管板の厚みを合せた厚さの
１枚の管板が必要となることを考えると、管板がかなり
厚いものとなり現実的ではない。更に、管板31に２重伝
熱管１の軸方向直角にヘリウム用の穿孔を設けることも
技術的に困難と考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術による蒸気発生器では、２重伝熱管が破
損した場合、破損した２重伝熱管の同定及び運転中の破
損検出についてのメンテナンス性及び安全性の面で問題
があった。

本発明の目的は、万一、２重伝熱管が破損した場合、
即座にそれを検知し、同時にその破損した２重伝熱管を
同定することによって、蒸気発生器の信頼性及び安全性
を向上させることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、次のようにして達成することができる。

（１）外管の内面と内管の外面との間隙部に伝熱管破損
検知用の流体を充填あるいは流通させてなる２重伝熱管
を有する蒸気発生器において、伝熱管破損検知用の流体
のプレナムを前記伝熱管１本ごとに配設すること。

（２）（１）において、伝熱管破損検知用流体のプレナ
ムを、２重伝熱管の外管と接続するナトリウム側管板と
２重伝熱管の内管と接続する水・蒸気側管板の間に設置
すること。

（３）（１）又は（２）において、伝熱管破損検知用の
流体を常時充填又は流動させてあること。

〔作用〕

ナトリウム側管板と水・蒸気側管板で形成される空間
にある２重伝熱管において、例えば、水・蒸気側管板に
加工したスタブと、ナトリウム側管板から突出している
２重伝熱管の外管の外周に円周上のスリーブを渡して、
このスリーブと２重伝熱管によって形成される円環状空
間にヘリウムガスを充填させる管を接続している。この
空間をヘリウムプレナムとし、この構成を２重伝熱管１
本ごとに具備させているので、破損２重伝熱管の同定と
早期検出が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説
明する。第１図は一実施例の縦断面図、第２図は第１図
の要部を拡大した縦断面図である。第１図及び第２図
で、41はスタブ、42はスリーブ、43はヘリウムプレナ
ム、44はヘリウム配管である。

本発明における従来の蒸気発生器と構造の相違は、蒸
気側管板６の上部ナトリウム側管板５側の２重伝熱管１
の内管22が貫通する部位にスタブ41を設け、このスタブ
41と上部ナトリウム側管板５より上部に突出した２重伝
熱管１の外管21のそれぞれ外周部に、スタブ41と外管21
の一部がオーバーラップするように円筒状のスリーブ42
を覆い、このスリーブ42と内管22とで形成される円環状
空間におけるスリーブ42の側面に開孔を設け、そこにヘ
リウム配管44を接続することにより、この円環状空間を
ヘリウムプレナム43とするものである。

同様に、胴２下部の給水側管板10の下部ナトリウム側
管板９側にスタブ41を設け、前述と同じスリーブ42を使
用してヘリウムプレナム43を形成する。このヘリウムプ
レナム43には、２重伝熱管１の内管22の内面を流動する
水・蒸気の圧力と、２重伝熱管１の外管21の外面を流動
するナトリウムの圧力の間の圧力でもって充電又は流動
させる。

以上の構成からなる蒸気発生器によれば、万一、運転
中において２重伝熱管１の外管21が破損した場合、２重
伝熱管１の１本ごとにヘリウムプレナム43が設置されて
いることから、どのヘリウムプレナム43の圧力が低下し
たかを識別することにより、破損した２重伝熱管１の外
管21の同定をすることができる。なお、２重伝熱管１の
外筒21の内面と内管22の外面との間隙部が、ヘリウムプ
レナム43と同じ圧力のヘリウムで充填又は流動してお
り、この間隙部よりナトリウム側にヘリウムが流出する
ので、ヘリウムの圧力が低下し、したがって２重伝熱管
１の外管21の破損を早期に検知することが可能となる。

また、上述と同様に、万一運転中において、２重伝熱
管１の内管22が破損した場合、２重伝熱管１の外管21内
面と内管22外面との間隙部のヘリウムの圧力が、２重伝
熱管１の内管22の内面を流動する水・蒸気の圧力より低
いため、破損部より間隙部に水・蒸気が流入してくる。
これによりヘリウムプレナム43内のヘリウム圧力が上昇
を検知すること、またヘリウム中の湿分を検知すること
により２重伝熱管１の内管22の破損及び同定することが
できる。

また、ヘリウムプレナム43を形成したことにより、ス
リーブ42の外周側とナトリウムの側管板５、９及び水・
蒸気側管板６、10で形成される空間は、特にヘリウムガ
ス雰囲気にする必要もなくなり、このため従来、ヘリウ
ムプレナムを形成していた胴２を薄肉化、又はベローズ
化することが、更に胴２を不要とすることもできる。こ
れにより、従来、２重伝熱管１内の水・蒸気の温度が急
変した際、ヘリウムプレナム部の胴２と２重伝熱管１と
の熱膨張差により発生する圧力を低減することが可能と
なる。

以上のような実施例による蒸気発生器は、ナトリウム
側管板と水・蒸気側管板の２枚の管板を有する従来の構
成に、ヘリウムプレナムを形成するスリーブを組合せる
こおにより容易に達成可能となる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る蒸気発生器によれば、ほ
とんど製作性を低下させることがなく、蒸気発生器の運
転中に、２重伝熱管の破損を検知及び同定することが可
能で、蒸気発生器の信頼性、安全性を向上させることが
できる。また、ヘリウムプレナム部に相当するところの
胴を薄肉化、ベローズ化又は不要とすることができるた
め、この部分の胴と２重伝熱管との熱膨張差により発生
する応力を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気発生器の一実施例の縦断面図、第
２図は第１図の要部の拡大縦断面図、第３図は従来の蒸
気発生器の要部の縦断面図、第４図は第３図の要部の拡
大縦断面図、第５図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の他
の蒸気発生器の縦断面図及びその要部拡大図。 １……２重伝熱管、５……上部ナトリウム側管板、６…
…蒸気側管板、９……ナトリウム側下部管板、10……給
水側管板、21……外管、22……内管、31……配管、32…
…円環状空間、33……穿孔、43……ヘリウムプレナム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−116896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−248901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−67106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28F 1/00 F28F 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管の内面と内管の外面との間隙部に伝熱
   管破損検知用の流体を充填又は流通させてなる２重伝熱
   管を有する蒸気発生器において、前記伝熱管破損検知用
   の流体からなるプレナムを前記伝熱管１本ごとに配設し
   たことを特徴とする蒸気発生器。
2. 【請求項２】前記伝熱管破損検知用流体のプレナムを、
   前記２重伝熱管の外管と接続するナトリウム側管板と前
   記２重伝熱管の内管と接続する水・蒸気側管板の間に設
   置した請求項１記載の蒸気発生器。
3. 【請求項３】前記伝熱管破損検知用の流体を常時充填又
   は流動させてある請求項１又は２記載の蒸気発生器。