JPH0350161B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体金属を冷却材とする原子炉例え
ばナトリウムを冷却材とする高速中性子型原子炉
用の蒸気発生器に関する。

この形式の原子炉は、炉心部を収容した主容器
を有し、この炉心部を形成する燃料集合体は、主
容器を満たした液体ナトリウム（１次ナトリウ
ム）中に浸漬されている。

燃料集合体と直接に接触する１次ナトリウムに
よつて炉心部から取出した熱は、給水を蒸発させ
るために用いられ、発生した蒸気は原子力発電所
のタービンに供給される。放射化された１次ナト
リウムと水との間にいかなる接触もなされないよ
うにするため、１次ナトリウムと給水との間の熱
交換は、屡々液体ナトリウムである中間熱交換流
体（２次ナトリウム）を用いて行わせることがで
きる。

炉心部と接触した１次ナトリウムは、ナトリウ
ム−ナトリウム熱交換器（中間熱交換器）におい
て、２次ナトリウムの温度を高くする。

２次ナトリウムは次に蒸気発生器の内部におい
て、給水を蒸発させるために使用される。

従つて、この形式の原子炉は一般に、少くとも
１個の中間熱交換器、ポンプ、蒸気発生器、配管
及びいろいろの制御装置から成る２次回路を備え
ている。

そのため２次回路は、原子炉の主容器内に部分
的に組込まれるにしても、主容器の外部に配置さ
れるにしても、非常に複雑になり、またコスト高
になる。

中間回路によつて、放射性生成物により汚染さ
れた１次ナトリウムと給水との間の直接の熱交換
がさけられる。熱交換器の壁に漏れがあると、ナ
トリウムと水が接触できるため、激しい化学反応
がひき起こされ、時には外部に対するナトリウム
の封止が破壊される。

適切なナトリウムを使用すると、放射化ナトリ
ウムの排出がさけられる。

液体金属冷却型の原子炉に組合された熱交換装
置を簡略にし、活性のナトリウムと水との間にい
かなる反応も起こらないようにするには、これら
２種の液体の間を複式に隔だてることが必要にな
る。このために、熱交換管を二重壁型とし、これ
らの管壁の管に熱交換流体（液体ナトリウムであ
つてもよい）を介在させた、特別の形式の蒸気発
生器が提案されている。

内管と外管とを互に他のものの内部に挿通して
形成した二重壁型の管において、管の間のわずか
な大きさの空所に加圧した中性ガス例えばヘリウ
ムを満たすことも提案されている。

二重壁型の管を形成する内管と外管との間の空
所は、蒸気発生器の稼動中に内管と外管とのどち
らかに時折起こることのある漏れを例えば圧力の
測定により検出するための漏れ監視スペースと連
通されている。

蒸気発生器は、覆い中に収容された管束によつ
て形成され、二重壁型の熱交換管の各内管の一端
には給水分配系統に、他端は蒸気集収系統にそれ
ぞれ連通している。

炉心部と接触して加熱された液体ナトリウム
は、蒸気発生器の覆いの内部において、その上部
に至り、覆いの内部を上方から下方に、管束を形
成する二重壁型の熱交換管の外管と接触して流れ
る。

熱交換管の外面と接触して流れる１次ナトリウ
ムと熱交換管の内部に循環される水又は蒸気との
間には、圧力差が存在する。漏れ監視スペースに
満たされたヘリウムは、これら２つの圧力の中間
の圧力にある。

二重壁型の熱交換管を形成する外管又は内管を
横断して生ずる全ての漏れは、漏れ監視スペース
内の圧力の変化としてあらわされる。

例えばフランス国特許第2371655号及び第
2379881号に記載された従来の装置によれば、漏
れ監視スペースは、蒸気発生器の両端の、水集収
器及び蒸気集収器の付近に形成されている。その
ため複式の管板を使用するので、強い応力特に熱
応力の発生する個所に、多数の溶接部が必要にな
る。

他方では、大出力の蒸気発生器の場合には、充
分な長さの管束を形成するには、時には巻回部を
備えた非常に大きな長さの二重壁型の管を使用す
ることが必要になる。 充分な長さの二重壁型の
管を製造することは、一般に可能ではないので、
二重壁型の熱交換管の複数の管部分を端部同士突
合せて連結することが必要になる。この端部同士
突合せた連結はもちろん内管について、しかも周
囲の管により保護されていない内管の領域のとこ
ろで行い得るにすぎない。二重壁型熱交換管の両
方の管部分の管に単に介在されているこの領域
は、液体ナトリウムと接触しないように蒸気発生
器の内部に配置すべきである。

そのため、蒸気発生器の覆いの外部に環状室を
配置し、これらの環状室には、二重壁型熱交換管
の連結を行うための内管部分の個所を、蒸気発生
器の覆い内の流体密な通過部分によつて通過させ
る。

この装置は複雑であり、その製造は非常に困難
ないろいろの操作が必要になる。

従つて本発明の目的は、ほぼ円筒状の覆いを有
し、この覆いが軸線を垂直に配され、二重壁型の
管から成る管束を備えており、各々の該管は２つ
の互に同軸の内管及び外管によつて形成され、内
管の一端は水分配器ないしは水集収器と連通し、
他端は蒸気発生器と連通し、外管の外側壁は蒸気
発生器の覆いの内部に上方から下方に循環される
液体金属と接触するようにした、複式の管板も、
覆いの外側の管連結室も備えてなく、二重壁型の
熱交換管に時に起こる漏れを確実に高感度で検出
でき、設計上特に構造が簡単でしかも廉価な、液
体金属冷却型原子炉用の蒸気発生器を提供するこ
とにある。

この目的のために、管束は、ほぼ真直な管によ
つて形成され、これらの管は蒸気発生器の覆いの
軸方向に従つて配向され、軸方向に連続した少く
とも２つの管部分によつて各々形成され、各々の
該管部分は、 (イ) 外管部分を有し、これらの外管部分は蒸気発
生器の覆いの両端から離隔した覆いの内部に全
体が配された漏れ集収室の壁部に一端が少くと
も溶接され、該壁部を通過し、同じ漏れ集収室
に溶接された隣接する管部分には連結されてな
く、 また上記管部分は、 (ロ) 内管部分も有し、これらの内管部分は、隣接
した管部分の内管部分に溶接され、連結溶接部
３５は漏れ集収室の内部にあり、 前記管部分の前記外管と内管との向い合う壁
間のわずかな幅の漏れ空所は少くとも１つの漏
れ集収室の内部空所のみと連通されている。

次に、本発明が一層よく理解されるように、液
体ナトリウム冷却型の原子炉に組合される本発明
の好ましい実施例による蒸気発生器について詳細
に説明する。

第１図には蒸気発生器の覆い１が示され、この
覆い１は、蒸気発生器の高さの大部分に亘つて円
筒形の管束覆い１ａと、管束１０の両端にあるや
はり円筒形の膨大状の端部域２，３によつて形成
される。覆い１は円環体のやはり膨大状の中央域
４も備えている。

上方の端部域３は、蒸気発生器へのナトリウム
入口５と、また下方の端部域２はナトリウム出口
６とそれぞれ連通している。ナトリウムは、これ
ら２つの端部域の間において、蒸気発生器の全高
に亘り、管束覆い１ａの内部に配された管束１０
と接触して上方から下方に循環される。

覆い１の下部は管板１１に連結され、管板１１
は、配管１３から給水が供給される水集収器１５
と一体に形成される。

覆い１の上部は管板１４に連結され、管板１４
は、排出管１６を備えた蒸気集収器１５と一体に
形成される。

集収器１２，１５はどちらも半球状である。

管板１１，１４を貫通している管束１０に管２
０の内部には、水集収器１２の配管１３から供給
される給水が循環される。この給水は、ナトリウ
ム入口５により蒸気発生器に供給された高温ナト
リウムとの熱接触により、管束１０の管２０の内
部を下方から上方に循環される間に徐々に蒸発す
る。

高さの非常に大きな管束１０は、ほぼ真直な互
に平行の管２０により形成され、これらの管２０
の間隔は、スペーサー板１８，１９により保持さ
れる。膨大状の端部域２，３の内部にある管束１
０の両端部分には、ナトリウムからの熱束に対し
管板１１，１４を保護するための熱遮へい板２
１，２１がそれぞれ配設されている。

管束の中央部には漏れ集収検出室２５があり、
検出室２５の構造については後に仔細に説明す
る。漏れを集収し検出するためのこの漏れ集収検
出室２５の内部は、円環体の膨大状の中央域４に
おいて覆い１に通された管２６により圧力測定装
置に連結されている。

第２図を参照して、管束１０の管２０は２重壁
型であり、互に連続する上方管部分２０ａ及び下
方管部分２０ｂによつて形成され、これらの管部
分は漏れ集収検出室２５のところで互に連結され
ている。

管２０の上方管部分２０ａ自身は、互に同軸の
外管部分２７ａと内管部分２８ａとにより形成さ
れ、非常にわずかなすき間でもつて、外管２７ａ
の内面と内管２８ａの外面との間の治金学的結合
なしに、互に他のものの内部に挿通されている。
従つて外間部分２７ａと内管部分２８ａの間に
は、管部分２０ａの全長に亘り非常にわずかな幅
の間隙が形成される。

外管部分２７ａの内面には、外管部分２７ａと
内管部分２８ａの間の空所内にあるガスを与圧す
るための縦溝が形成されている。

管２０の下方管部分２０ｂも、外管部分２７ａ
及び内管部分２８ａとそれぞれ同様の外管部分２
７ｂ及び内管部分２８ｂにより形成されている。

管２０が上方管部分２０ａの上部は、内管部分
２８ａが蒸気集収器１５内に開口するように、管
板１４に通されている。集収器１５の内部の、管
板１４の排出側表面上にある溶接部２９によつ
て、外管部分２７ａと内管部分２８ａとの間の空
所が流体密に封止される。

同様に管２０の下方管部分２０ｂの下部は、水
集収器１２内に内管部分２８ｂが開口するよう
に、管板１１に通されている。管板１１は入口面
上の溶接部３０によつて管２８ｂ，２７ｂの管の
漏れ空所が流体密に封止される。

また外管部分２７ａ，２７ｂは、管板１１、１
４の他の表面に溶接部により固定されている。

漏れ集収検出室２５は、２つの円形板２５ａ，
２５ｂによつて形成され、これらの円形板は、円
環状の縁端を有し、それらの縁端に沿つて溶接部
３２により互に連結されている。

円形板２５ａ，２５ｂは、非常に多数の管孔
（図には２つの管孔３４ａ，３４ｂのみ示す）を
有し、これらの管孔３４ａ，３４ｂには、管２０
の管部分２ａ，２０ｂがそれぞれ通される。

二重壁型の管２０の外管２７の外管部分ａ、２
７ｂは管孔３４ａ，３４ｂに溶接により固着され
ている。

内管部分２８ａ，２８ｂは、漏れ集収室２５の
内部において、溶接部３５により互に連結されて
いる。しかし外管部分２７ａ，２７ｂは互に連結
されてなく、内管部分２８ａ，２８ｂの間の溶接
部３５の両側において、漏れ集収検出室２５の内
部室に端に挿入されている。

二重壁型の管２０の外管２７と内管２８との管
にある全部の空所は漏れ集収検出室２５の内部空
所と連通している。

漏れ集収検出室２５全体は、円環体の膨大状中
央域４のところで、蒸気発生器の囲い１の内部に
配置されている。漏れ集収検出室２５は、二重壁
型の管２０に溶接され、これらの管のみにより蒸
気発生器の内部に固定されている。

漏れ集収検出室２５の内部容積及び管２０の２
つの壁部間の全部の空所には、ヘリウムが満たさ
れ、このリウムは、管２０の外側壁と接触するよ
うに蒸気発生器内に循環されるナトリウムの圧力
と内管２８ａ，２８ｂの内部に循環される水又は
蒸気の圧力との中間の圧力にある。

そのため、二重壁型の管２０を形成する外管２
７と内管２８とのどれかに、き裂による漏れが発
生すると、漏れ集収検出室２５の内部空所内の圧
力が増大又は減少し、この圧力の増大又は減少
は、配管２６に連結した覆い１の外部の圧力計に
より記録することができる。このように管２７，
２８の１つを通つて生ずる全ての漏れは容易に検
出可能である。

第１図の実施例による蒸気集収器１５の変形例
を第３，４図に示す。

この蒸気発生器は、凹面の球状の内面を備えた
管板４４と、この管板４４に溶接部４６により連
結された部分球状の覆い４５とによつて形成され
る。

部分球状の覆い４５の上部は蒸気排出管４７に
連結されている。管板４４は、第１図に示した膨
大状の端部域２，３に対応する蒸気発生器の覆い
１の膨大状端部域４３に連結されている。

第４図を参照して、二重壁型の管２０の外管２
７は、管板４４を通つている通路孔４９の内部及
びナトリウム側表面４８のところで溶接され、内
管２８は外管２７の内部に溶接され、それにより
内管２８が固定されると共に、外管２７と内管２
８との間の漏れ空所が閉ざされる。

第５，６図は、水集収器又は蒸気集収器の第２
実施例を示し、この例による集収器は、蒸気発生
器の覆い１から完全に隔だてられた厚みの大きな
球状の覆い５０によつて形成される。覆い１の上
部又は下部は、二重壁型の管２０を通過させそれ
を蒸気発生器の外部に導くための管板５２に溶接
されている。

第６図において外管２７は、管板５２の入口側
表面に、溶接によつて固定され、外管２７と内管
２８とは、前述した例と同様に、管２７，２８間
の漏れ空所を閉ざすための溶接部５３により互に
固定されている。溶接部５３は蒸気発生器の覆い
１の外部にある。

内管２８のみが集収器の覆い５０に連結されて
いる。

本発明による蒸気発生器の主な利点は、水集収
器及び蒸気集収器の管板と別体の、これから遠隔
にある簡単な装置によつて、二重壁型の管の漏れ
を検出できることにある。即ち溶接部は管板のと
ころに高密度には存在しない。

また漏れ集収検出室により管２０の管部分２０
ａ，２０ｂを、蒸気発生器の内部にあるが液体ナ
トリウムから隔離されている領域において連結す
ることができる。

蒸気発生器全体の構成は、各々連続した各部分
から成る直管のみによつて形成され、上下管部分
間の連結が漏れ集収検出室の内部において行われ
るため、非常に簡単である。漏れ集収検出室は実
際上管束の構造の一部をなしており、蒸気発生器
の覆い１とのいかなる連結部分も備えていない。

二重壁型の管の内管及び外管について異なる鋼
調の鋼を選定し、一方の鋼には液体ナトリウムに
対する耐性の高いものを、他の鋼には高温の水及
び蒸気に対する耐性の高いものをそれぞれ用いる
ことができる。例えば外管にはオーステナイト系
のスチレン鋼を、また内管にはフエライト系のス
テンレス鋼をそれぞれ用いてもよい。もちろんこ
れら２つの鋼調は蒸気発生器の作動温度範囲につ
いて相互に著しくかけ離れた熱膨張係数をもつべ
きではない。

同様に、内管部分２８ａ，２８ｂを形成するた
めに、別々の鋼調を選定し、内管部分２８ａには
蒸気に適合した鋼調を、また内管部分２８ｂには
水に適合した鋼調をそれぞれ用いてもよい。

本発明は前述した構成には限定されず、その他
のいろいろの可能な実施態様を包含する。

即ち管束は、２以上の連続する管部分により形
成されていてもよい。例えば３つの連続する管部
分によつて管束を形成する場合には、中心部の管
部分の両端を漏れ集収検出室に連結する。

一般にｎ個の連続する管部分の場合には、蒸気
発生器の覆いの内部に配設した（ｎ−１）個の漏
れ集収検出室が用いられる。

各々の漏れ集収検出室には、対応の管部分を監
視するための圧力計が組合される。これにより、
２つの連続した室に両端が連結された管部分につ
いては冗長なデータが得られる。

複数の連続する管部分を用いた場合、前述した
ように、各々の管部分について異なつた鋼調を用
いてもよい。

漏れ集収検出室の形状及び配列も前述した例と
異なつていてもよい。図示した実施例によれば、
漏れ集収検出室の回りにナトリウムを循環させる
ために、覆いの一部を円環体状に膨出させてい
る。漏れ集収検出室の状面のところではナトリウ
ムの循環は径方向の流れになるが、その場合漏れ
集収検出室の上面に対するスイープ作用により全
部の不純物の付着がさけられるため、これは非常
に好つごうである。

他方では、覆い１の円環体状にふくらんだ形状
の中央域４により、中央域４の長手方向の変形が
許容されるため、差動的な熱膨張が吸収される。
これは大出力の蒸気発生器の場合に必要な高さの
非常に大な構造物については特にたいせつであ
る。

しかし１以上の漏れ集収検出室及び覆いは、前
述した例の場合とは異なつた構造としてもよい。

水集収器及び蒸気集収器は、これらが蒸気発生
器の覆い１と完全に別体であり、第５図に示すよ
うに配置されていれば、球状だけでなく、円環体
又は円筒体のような任意の形状を備えていてもよ
い。

また本発明による蒸気発生器は、ループ型又は
ハイブリツド型などの、液体金属によつて冷却さ
れる全ての高速中性子型原子炉に組合せることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気発生器の垂直断面
図、第２図は第１図に示した管束の管と管板及び
漏れ集収検出室との連結域を拡大して示す断面
図、第３図は本発明による蒸気発生器の集収器の
第１実施例を示す説明図、第４図は第３図に円Ａ
により囲んだ部分を示す詳図、第５図は本発明に
よる蒸気発生器の集収器の第２実施例を示す説明
図、第６図は第５図に円Ｂにより囲んだ部分を示
す詳図である。 符号の説明、１……覆い、１０……管束、１２
……水集収器、１５……蒸気集収器、２０……
管、２０ａ……上方管部分（管部分）、２０ｂ…
…下方管部分（管部分）、２７……外管、２７ａ，
２７ｂ……外管部分、２８……内管、２８ａ，２
８ｂ……内管部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ほぼ円筒状の覆い１を有し、覆い１は軸線を
   垂直に配され、二重壁型の管から成る管束１０を
   備えており、各々の該管は２つの互に同軸の内容
   ２７及び外管２８によつて形成され、内管２８の
   一端は水分配器ないしは水集収器１２と連通し、
   他端は蒸気集収器１５と連通し、外管２７の外側
   壁は蒸気発生器の覆い１の内部に上方から下方に
   循環される液体金属と接触するようにした。液体
   金属冷却型原子炉用の蒸気発生器であつて、 管束１０がほぼ真直な管２０によつて形成さ
   れ、これらの管は蒸気発生器の覆い１の軸方向に
   従つて配向され、軸方向に連続した少くとも２つ
   の管部分２０ａ，２０ｂによつて各々形成され、
   各々の管部分２０ａ，２０ｂは、 (イ) 外管部分２７ａ，２７ｂを有し、これらの外
   管部分は、蒸気発生器の覆い１の両端から離隔
   した覆い１の内部に全体が配された漏れ集収室
   ２５の壁部に一端が少くとも溶接され、該壁部
   を通過し、同じ漏れ集収室２５に溶接された隣
   接する外管部分２７ｂ，２７ａには連結されて
   なく、 管部分２０ａ，２０ｂは更に、 (ロ) 内管部分２８ａ，２８ｂを有し、これらの内
   管部分は隣接した管部分２０ａ，２０ｂの内管
   部分２８ｂ，２８ａに溶接され、連結溶接部３
   ５は漏れ集収室２５の内部にあり、 管部分２０ａ，２０ｂの外管２７と内管２８
   との向い合う壁間のわずかな幅の漏れ空所は、
   少くとも１つの漏れ集収室２５の内部空所のみ
   と連通されたことを特徴とする蒸気発生器。 ２ 漏れ集収室２５が管束１０の管２０にのみ連
   結され、蒸気発生器の覆い１とのいかなる接触点
   も有しないことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の蒸気発生器。 ３ 覆い１がその両端から離隔した少くとも１つ
   の領域に、少くとも１つの膨出域４を有し、膨出
   域４の内部に漏れ集収器２５が配されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   蒸気発生器。 ４ 二重壁型の管を形成する内管２８と外管２７
   とを異なつた鋼調の鋼製としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載の
   蒸気発生器。 ５ 二重壁型の管２０の内管２８を形成する連続
   した内管部分２８ａ，２８ｂを異なつた鋼調の鋼
   製としたことを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ３項のいずれか１項記載の蒸気発生器。 ６ 水集収器及び蒸気集収器のうち少くとも１つ
   を、蒸気発生器の一端を閉ざす管板４４及びこれ
   と相補形状の壁４５により形成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項記
   載の蒸気発生器。 ７ 水集収器及び蒸気集収器のうち少くとも１つ
   を、蒸気発生器の覆い１と全く別体とし、二重壁
   型の管２０の内管２８のみを前記集収器に連結し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項の
   いずれか１項記載の蒸気発生器。