JPS62158901A - 二重管型蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子力発電プラントで使用され、液体金属に
より加熱される蒸気発生器に関し、特に高圧蒸気を発生
する原子炉冷却系からの熱を有効利用する為の蒸気発生
器に関するもので、原子炉冷却系の安全性をより向上さ
せたものである。

この出願は一部１９８５年５月９日付の米国特許出願７
３２３６９号の関連出願である。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］例えば
ナトリウムのような液体金属により冷却される原子力プ
ラントは良く知られており、また高温の液体金属冷却材
を循環させることは、液体金属から水に熱を伝達させて
順次高圧蒸気に変化させるとにより力を発生させる上で
利用されている。その発生した高圧蒸気は発電システム
を駆動する蒸気タービンに移送される。

そのような蒸気発生器における欠点と安全上の問題は、
液体金属及び又は水循環系における漏洩の結果生ずる激
しい液体金属・水反応に対する防御システムに関するも
のである。液体金属冷却材が蒸気発生管より漏洩した蒸
気又は水と直接接触した場合には、激しい化学反応が生
じて、例えば水酸化ナトリウム等の化合物及び水素ガス
が発生する。通常の原子力プラントの場合には、そのよ
うな漏洩事故により原子炉炉心を保護する為に中間液体
金属熱交換循環系を使用している。例えば代表的な中間
系は、膨張容器、複雑な構成の循環配管、熱交換器、ポ
ンプ、液体金属浄化装置、供給・排出システム、電気的
余熱システム、その他付属装置、制御部、及びハウジン
グ及びこれら各装置を支持する装置から構成されている
。

効率、構成及び保守の簡略化、スペース、及びその他の
物質的な観点からすれば、そのような中間系を削除する
ことは極めて効果的なことである。

しかしながら、例外的な信頼度、あるいは二重管のよう
な特別な保護構造を備えた蒸気発生器が必要とされてい
る。

良く知られた二重管型蒸気発生器の欠点は、液体金属冷
却材から水への熱伝達効率が低いことでとある。二重管
構造をなす従来の蒸気発生器は、熱伝達媒体としてイナ
ートガスを使用している。

しかしながら、イナートガスはかかる目的にとってはあ
まり効果的ではない。例えばＵＳ特許３５４５４１２号
公報、ＵＳ特許３６１３７８０　＠公報、及びＵＳ特許
３９０７０２６号公報に示されているように、液体金属
又は水が流通する配管に近接して設置された装置はイナ
ートガスに包囲されている。あるいは水配管は水と液体
金属冷却材とを分離しているイナートガスを収容してい
るスリーブを貫通して配設されている。二重管型蒸気発
生器の他の従来のものは、二重管を密着させたものか、
あるいは中間熱伝達媒体として水銀を使用した二重管型
のものである。密着させたものは温度上昇により熱歪み
という問題があり、また水銀を中間熱媒体として使用す
る二重管型のものは原子炉プラントでは安全上の問題が
ある。なぜならば、液体金属冷却材として典型的なナト
リウムと水銀とが反応して水銀化合物であるアマルガム
が生ずるからである。

さらに一般的な蒸気発生器は、直管型のものが典型的で
、これは使用するには大きすぎて扱い難い。その結果、
原子炉プラントとして完成させた場合には、しばしば構
成が複雑でコストが高くなるという問題がある。さらに
そのような蒸気発生器にあっては、破断した管を検出す
ること、及び配管と配管との間、及び配管と容器との温
度勾配を調整する上で大きな困難を伴う。

一般に蒸気発生器システムは、その構成及び欠点の修正
によって特徴づけられている。数多くの装置は大型であ
り、かつそれらが使用されるであろう特別なプラントの
為の注文生産である。そして構造的に破壊された場合、
例えば水配管が破裂したような場合には、プラント全体
が温度の一次的な上昇を伴うトラブルの原因を隔離させ
る為に停止させられなければならない。特殊な装置（例
えば巨大なりレーン等）が故障した装置を修理するある
いは移動させる為に故障した装置の所に移動せられる。

最後に一般的には蒸気発生器システムはしばしば除熱の
為の予備システムを備えている。

それ故に本発明の第１の目的は、原子力発電プラントで
応用可能な新規でかつ高い信頼性を有する液体金属冷却
型の蒸気発生器を提供することにある。

本発明の他の目的は従来のものよりも高い信頼性及び安
全性を備えた液体金属冷却型蒸気発生器を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、ポンプ、独立した配管あるいは中
間熱交換器を必要とすることなく高温液体金属と水との
間に完全な境界を形成するモジュール式の蒸気発生器を
提供することにある。

本発明の他の目的は、液体金属冷却材と水との間に効果
的な熱伝達路を有する蒸気発生器を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段と作用］従来の技術の欠
点については前述した通りであり、それらはこの発明に
より解決されるであろう。

ここに示した蒸気発生器は、コンパクトな二重管体の環
状空間に限定して中間熱伝達媒体としての液体金属を充
填させるものである。水は内管内を流通し、二重管体は
高温液体金属冷却材中に浸漬される。環状空間内の液体
金属は、原子炉冷却材と水との間で効果的な熱伝達媒体
として機能する。

多数の二重管体は束ねられて管束を形成している。そし
てこの管束は高温液体金属冷却材（管束が浸漬されてい
る）から夫々の二重管体の内管内に導入される水との間
の熱交換を最適条件で可能とするような形状に組立られ
ている。

管束の特徴ある形状はコンパクトなユニットとして形成
されていることであり、それは環状空間内に充填されて
いる液体金属の壁を介しての液体金属冷却材と水との間
で熱交換の為の広い表面積を提供するものである。コン
パクトでかつ効果的な熱交換を伴う多くのそのような形
状は可能である。例えば１本あるいは多数本のＵ字状に
形成された管束、ヘリカルコイル、あるいは同芯あるい
は連結された多数のヘリカルコイル、或いは最も好まし
くは蛇のように曲りくねった（正弦曲線状、以下蛇状と
いう）コイルである。

数多くの二重管体は、運転に際して高い安全性を提供す
る。なせならば、内管が破裂した場合に金属・水反応が
二重管の環状空間内に限定されるからである。環状空間
内の液体金属は液体金属冷却材と同じものかあるいは矛
盾のないものである。

それによって外管が破裂しても何等危険はないものであ
る。

この発明の蒸気発生器は、３つの閉ざされた系を並列的
に設けたものとして示されている。１つは水循環系、１
つは流通しない液体金属壁系、１つは液体金属冷却材循
環系である。

水循環系は外部に設置された給水源に接続された給水流
入口から始まる。水はこの給水流入口から多数の給水配
管を介して蒸気発生器本体内に流入する。配管夫々は同
芯の二重管体を形成するべく外管内に組込まれている。

そしてそのような二重管の束は前述したように熱交換ユ
ニットあるいはモジュールを形成するべく特別な形状に
構成されている。水は、二重管の外側より環状空間を介
して伝達される熱により、高温蒸気となり、発電システ
ムを駆動する蒸気タービン接続された蒸気流出系に導入
される。

停滞している液体金属壁系は開放空間 （ｄｉｓｅｎｇａｏｉｎａ　ｃｈａｍｂｅｒ　）から開
始する。この開放空間は系の平常運転中には、蒸気発生
器内にて完全に閉鎖されている。給水管はこの開放空間
内まで延長されており、そこでは同芯状に設置された二
重管体の外管により包囲されている。内管（水が流通す
る）と外管との間に形成された環状空間は開放空間内に
て開放接続されている。前述した多数の二重管は熱交換
ユニットあるいはモジュールを形成しており、それは１
箇所或いは多数２１一 箇所でＵターンしておりヘリカルコイル状となっている
か、あるいは蛇状コイルとなっている。二重管は熱交換
ユニットから閉鎖された開放空間まで連続して延長され
ており、そこでは上記二重管体の外管は終端となってい
る。そして内管は蒸気流出部まで延長されている。外管
にとっての最初の開放空間は外管にとっての最終の開放
空間と同じかあるいは異なっている。

夫々の二重管体の内管及び外管との間の環状空間の容積
の一部には、二重管体の外側から内管（水が流通する）
に熱を効果的に伝達する為の液体金属が充填されている
。開放空間及び上記液体金属が充填されていない環状空
間内には、イナートガス、例えばアルゴンガスが封入さ
れていることが好ましい。

液体金属冷却材循環系は高温液体金属冷却材流入口から
始まり、上記高温液体金属冷却材流入口は原子炉カプラ
ントの冷却系に接続されている。

高温液体金属は高温液体金属冷却材流入口を介して流入
し、二重管体に接触するように導入される。

液体金属冷却材からの熱は二重管体の環状空間内の液体
金属の壁を介して内管内を流通する水に伝達され、それ
によって加熱蒸気が発生する。二重管型熱交換ユニット
に熱が伝達された後、冷却された液体金属冷却材はユニ
ットから離脱する方向に流通する。そして低温液体金属
冷却材流出口を介して蒸気発生器の外側に導かれる。上
記低温液体金属冷却材流出口は原子力プラントの炉心流
入部に接続されている。ここに示されている蒸気発生装
置は１９８４年２月２１日付で出願された米国特許ＳＳ
２０９６号の中に説明されているように、原子炉容器に
連結されることが好ましい。尚上記出願のものに記載さ
れた事項は本願中に記載されているものと考える。

蒸気発生器の二重管の構成は、液体金属冷却材と水との
間に境界を形成するとともに３つの閉ざされた系を最も
接近した状態で接触させ得るものである。熱伝達媒体と
して液体金属を使用することはイナートガスを使用した
場合に比べてより効果的である。数多くの二重管体を使
用することば高温の液体金属冷却材と直接接触する熱交
換面積を増加させるとともに、内管における漏洩事故時
に水と接触する液体金属の量を少なくする。さらにヘリ
カルコイル或いは蛇状のコイルを使用することはスペー
スの節約になる。そして本質的に液体金属冷却材の円滑
な流れを可能とすることにより温度勾配を調節する。

一般的に、蒸気発生器は容器本体を備えており、この容
器本体内は上部（高温）プレナム及び下部（低温）プレ
ナムに分割されている。運転時には、高温液体金属は蒸
気発生器の上部プレナム内に流入し、１つあるいはそれ
以上の熱交換ユニット（モジュール）の上方に位置する
分配流入口を流通し、そして熱交換ユニット上に流下し
、その際二重管の環状空間内の液体金属壁を介して二重
管体の内管内を流通する水に熱を伝達する。冷却された
液体金属は蒸気発生器内に形成された下部プレナム内に
流出するとともに、蒸気発生器の容器から排出される。

これは例えば第１図に示すように蒸気発生器の中心に電
磁ポンプあるいは遠心ポンプを設置して下部プレナムに
接続することにより随意行われる。下部プレナム内に到
達する液体金属冷却材の一部はポンプに吸引される。そ
して高速でポンプイジェクタを通過して原子炉に戻され
る。下部プレナム内に残存する液体金属冷却材はイジェ
クタに吸引され、電磁ポンプから吐出される流れと混合
される。そしてディフューザを介して速度水頭から圧力
水２頭に変換され、原子炉の入口に移送される。

以下に詳細に説明されているように、二重管体は除熱の
為にも使用されている。そして除熱の為の特別の設備の
必要性を排除している。さらにここに説明されている蒸
気発生装置は、除熱の為の別の手段としての外部の空気
冷却系の使用を可能としている。

［実施例］ 本発明の蒸気発生器は本質的には熱交換器であり、流動
することのない熱伝達壁系内に水・蒸気の循環系を備え
、上記熱伝達壁系は高温領域に接触して該高温領域から
の熱を水領域に伝達して蒸気を発生させるものである。

この発明の蒸気発生器は安全で効率が高く、原子炉から
の液体金属冷却材を冷却するのに特に適しているとはい
え、他の多くの応用例として適用され得るものであり、
例えば相互に矛盾する液体領域間の熱交換に適している
。以下、この発明の蒸気発生器は原子炉の液体金属冷却
材循環系に接続されるものとして説明されている。上記
適用例にあっては、通例、中間熱交換器、配管、弁、予
備の割りそしてこれらを接続する装置からなる中間熱伝
達システム装置は必要とされない。これらの装置を削除
することにより、原子力プラントの構成はコンパクトに
なるとともにコストも低減される。原子炉は最も適した
実施例として選択されており、解り易く説明されている
。しかしながら以下の説明はこの発明の範囲を限定する
ものではない。

蒸気発生器の主要な要素は二重管型熱交換モジュールで
ある。コイルの形状としてはいくつかの種類があり、例
えばヘリカルコイル、蛇状コイル、あるいはＵ字状コイ
ル等である。第１図乃至第１０図に示しているコイルは
蛇状コイルである。

第１図に示すように、本発明による蛇状コイルを使用し
た蒸気発生器は円筒状をなす蒸気発生器の容器本体１を
備え、この容器本体１は下端が閉塞され、また２つの主
空間、すなわち上部プレナム３及び下部プレナム５に区
分けされている。上部プレナム３は熱交換モジュール７
を収容しており、この熱交換モジュール７は蛇状コイか
らなる二重管体６６を備えている。図に示すように、円
筒状容器本体１の上部プレナム３は上記熱交換モジュー
ル７を４つ収容している（第５図に示す）。

しかしながらその数及び位置ついて設計上の理由あるい
はスペースの有効利用等の観点から種々のものが考えら
れる。通常運転時、上部プレナム３内に流入した高温の
液体金属は蛇状コイルからなる二重管体６６を通って循
環している水にその熱を伝達する。そして冷却された液
体金属は下部プレナム５内に流出する。そして最終的に
は排出される。

蒸気発生器の容器本体の上端部には、格子状の支持要素
１１が設置されており、この支持要素１１に熱交換モジ
ュール７及び炉心モジュール８が取付けられている。蒸
気発生器の容器本体の上端外周部に随意に取付けられた
鋼板製シート１３は、容器本体１内に高温液体金属が充
填された場合に絶縁性を提供している。蒸気発生器の円
筒状容器本体１の上端部は溶接された蓋体１５によって
閉塞されている。蒸気発生器は外周のコンクリート製躯
体１７に、ボルト７ランジ２２を備えた円筒状スカート
２１に溶接されたリングガータ１９によって支持されて
いる。

夫々の熱交換モジュール７は支持グリッド１１によって
支持されており、その接触部にはシール用の金属製ガス
ケットが設置されモジュールの回りをシールしている。

モジュールの重量は液体金属冷却材が蒸気発生器の円筒
状容器１内に充填されている時であってもガスケットの
表面にて完全なシールを提供するに十分なものである。

上部プレナム３内にあって冷却材のレベル２５より上方
の部分にはイナートカバーガス、例えばアルゴンガスが
封入されている。そしてガスケット２３は固定用ボルト
を必要とすることなくガスの漏洩を防止する。これはモ
ジュールを移動させるあるいは交換する上で便利である
。溶接されたバックアップ用のシール２４は支持グリッ
ド１１の上端部にあってモジュールの上部接続部におけ
る漏洩防止の付加的な信頼性を提供し得る。あ−るいは
又、支持クリッド１１の上端にモジュールをボルトで固
定させる方法もある。

支持グリッド１１は下端部に水平板体２８が溶接された
垂直板体２７から構成され、上記水平板体２８はモジュ
ール７の表面をシールするシーｉ−を形成している。正
方形の空間部が熱交換モジュール７及び炉心モジュール
８用として提供されている（第５図に示す）。

水平のグリッド板部材２８はシュラウド板体２９に溶接
されており、上記シュラウド板体２９は水平のダイアフ
ラム３１の下方まで鉛直下方に延長されている。上記ダ
イアフラム３１は円筒状容器本体１内を上部プレナム３
及び下部プレナム−２９＝ ５に分割している。正方形のシュラウド２９は支持グリ
ッド１１内に正方形の空間部を夫々提供しており、蒸気
発生器の円筒状容器１内に浸漬された熱交換モジュール
７を包囲している。夫々のシュラウドの下端部では、緩
衝体３３が地震のような強い振動力に対して水平方向の
安定性を確保するべく提供されている。上記緩衝体３３
は正方形シュラウドのコーナ部に設置されることが好ま
しく、それによっていかなる水平方向の動作もダイアフ
ラム３１に伝達される。ダイアフラム３１はシュラウド
２９の鉛直方向への移動を許容するように形成されてい
る。シュラウド２９は炉心モジュール８を中央に収容す
るとともに、ポンプ、図示しない監視・調節装置、及び
第５図に示す４つの熱交換モジュール７を収容し得る連
続的にシールされた十字型の空間部を形成している。

ここに示した炉心モジュール８は円筒状支持ハウジング
３５から構成され、このハウジング３５は支持グリッド
１１の中央部に隠されるとともに水平板体２８上に着座
した箱型の襠部３７を備えている。水平ダイアフラム３
１の上端部にあって、緩衝体３３は円筒状支持ハウジン
グ３５から近接したシュラウド２９まで延長されている
。円筒状支持ハウジング３５はダイアフラム３１を越え
てさらに下方まで延長されており、その下端は閉塞され
ている。穴３９が円筒状支持ハウジング３５の下端に形
成されており、該穴３９は円筒状支持ハウジング３５内
への冷却材の流入を許容している。図示しないポンプが
ダイアフラム３１の上端位置或いは上方であってハウジ
ング３５内に円筒状支持ハウジング３５の内側から支持
されて設置される。ポンプ吐出ライン４１は円筒状支持
ハウジング３５の側部を貫通して、ダイアフラム３１の
下方を通っている。好ましくは、吐出ライン４１にはノ
ズル４２及びイジェクタ４３が形成されるとともに、そ
の後にディフューザ装置４５が吐出ノズル４２に近接し
た状態で取付けられる。

そして下部ダクト４９を貫通して蒸気発生器の円筒状容
器本体１に接続された吐出配管４７に接続される。ある
いは又、ポンプ吐出ライン４１と下部ダクト４９を貫通
して下部プレナム５内に配設された吐出配管４７を接続
する配管接続部が設置されている。蒸気発生器の円筒状
容器本体１の上部プレナム３内に流入した液体金属冷却
材は、水平ダイアフラム３１及びガスシール５１とによ
り下部プレナム５内の液体金属冷却材とは分離されてい
る。ガスシール５１はシュニラウド２９の十字型外周部
の回りに連続的に設置されている。

第２図には蛇状コイルからなる熱交換モジュール７が示
されている。一般に熱交換モジュール夫々は箱型ヘッダ
５３、流入ノズル５５、流出ノズル５７、二重管型コイ
ル５９、そしてコイル支持ブラケット８１から構成され
ている。夫々のモジュール７は多数（例えば１０乃至１
０００）の二重管型コイル５９を備えることが好ましく
、流入ノズル５５から流出ノズル５７に蛇状に延長され
た内管が配設されている。夫々の二重管型コイル５９は
多数の二重管体６６から構成され、この二重管体６６は
内管６３及び外管６５を備え、その構成は第３図に最も
良く示されている。

蛇状コイルの外管６５は箱型ヘッダ５３の下部管板７１
に溶接されている。箱型ヘッダ５３の上端部にあっては
、多数の給水及び蒸気流入口としてのノズル５５が設置
されている。内管６３はこれらノズルの首部の管シート
７５に溶接されている。夫々のノズル５５．５７の首部
は箱型ヘッダ５３の上板７０まで延長されている。そし
て箱型ヘッダ５３の上板７０、側壁、及び下部管板７１
によって開放空間７７を形成しており、この開放空間７
１に外管６５が開放されている。開放空間７７は分割板
７８によって分割されており、夫々の二重管束６７の一
端が接続される独立した空間を形成している。

熱交換モジュール７は管束を支持する為のコイル支持ブ
ラケット８１を備えている。第４図にはコイル支持ブラ
ケット８１の斜視図が示されている。二重管の数は勿論
厳密には変化しているが、ここに示されている装置は降
下する管束６７を形成するべく集束された多数列の二重
管体６６を示しており、略３０４の二重管からなる。夫
々の管束＝３３− ６７の管はスペーサ板８３及び垂直支持片８５によって
所定の間隔を置いて配設されている。上記スペーサ板８
３及び垂直支持片８５は管束６７の夫々の二重管が適切
な位置及びスペースを維持するように組立てられており
、コイル５９の長手方向に沿って配置されている。コイ
ルの最初の支持は垂直支持片８５によって提供され、該
垂直支持片８５はコイル支持ブラケット８１にその上端
を連結されている。さらにコイル支持ブラケット８１は
熱交換モジュール７の箱型ヘッダ５３の下部に連結され
ている。スペーサ板８３は又流量調節装置ともなってお
り、垂直方向の管束領域にあって液体金属冷却材の流路
を提供している。二重管束の付加的な支持は、底部スペ
ーサ支持部８４によって提供され、この底部スペーサ支
持部８４は第１図に示すようにシュラウド２つの足部に
設置された基板３０上に立設されている。底部スペーサ
支持部は垂直管束に初期プレストレス（静荷重・動荷重
等の荷重による応力を打消すために予め与える応力度）
を提供するように設計される。

シュラウド２９の基板３０は好ましくはシュラウドの底
部を横断して連続的に延長された平行バーであり、二重
管の夫々の列の真下に直接取付けられる。基板３０のこ
の特徴的な形状はシュラウド２９の下端部に強固な支持
を提供するとともに、水平地震力をダイアフラム３１に
伝達することを可能とする。そして蒸気発生器の運転時
の総合的な安全性を向上させる。

夫々の熱交換モジュール７の水循環系は給水流入ノズル
５５から始まる。大径の給水流入ノズル（第３図に符号
５２で示す）は外部の給水源に接続されており、給水流
入ノズル５５の底部の内管シート７５で終端となってい
る。多数の給水用内管６３は内管シート７５の底部に接
続されている。

第３図に最も良く示されているように、夫々の内管６３
は同軸状に配設された外管に二重管体を形成するべく組
込まれている。内管６３と外管６５との間には環状空間
６４が形成されており、運転時には上記環状空間６４内
には熱伝達媒体としての液体金属が充填される。同軸状
に配設された内管６３及び外管６５との間のスペースは
螺旋状に配設され内管６３の表面にはんだ付けされた図
示しないコイルによって維持されている。上記コイルは
２つの管を分離させるとともに、環状空間６４内にあっ
て妨害されない液体金属の流路を形成している。前述し
たように、箱型ヘッダ５３の溶接構造は開放空間７７を
形成し、この開放空間７７内に外管６５が開放されてい
る。好ましい装置にあっては、夫々の熱交換モジュール
７にとっての開放空間７７は垂直部材７８によりさらに
区画され、垂直部材７８は開放空間７７を分割して別々
の空間を形成しており、最も好ましくは１つの給水流入
ノズル５５及び蒸気流出ノズル５７に対して１つのその
様な空間を形成することである。

夫々のモジュール７の多数の二重管体６６は管束６７と
して集束されており、上部プレナム３の正方形の内側空
間内に延長されている。上記内側空間は正方形シュラウ
ド２９によって形成されている。好ましくは第１図に示
すように、管束６７は箱型ヘッダ５３からシュラウド２
９の下端部近傍まで下方に延長され、そして上方に向っ
て蛇状コイルとして曲げられる。蛇状コイルの終端にあ
っては、管束６７は箱型ヘッダ５３の底部の下部管板７
１に接続されるまで上方に延長されている。

そしてそこでは外管６５は開放空間７７内にて終端とな
っている。そして内管６３は開放空間７７内を貫通して
内管シート７５に接続されている。

内管６３内にて発生する蒸気は蒸気流出ノズル５７を介
して′蒸気発生器から流出する。上記蒸気流出ノズル５
７は発電装置のタービン発電機に接続されている。

蒸気発生器の円筒状容器本体１は少なくとも１つの液体
金属冷却材流入ダクト４８を備えており、この液体金属
冷却材流入ダクト４８は原子炉回りの冷却材循環系に接
続されている。前述したように、上部プレナム３及び下
部プレナム５との間のダイアフラム３１、ダイアフラム
側の雄部材３１ａ及びシュラウド側の雌部材２９ａとの
間のガスシール５１によって、流入ノズル４８を介して
上部プレナム３内に流入した液体金属冷却材が直接下部
プレナム５内に流入することを防止している。

上部プレナム３内に流入した高温の液体金属冷却材は人
口シュラウド９ｏの外側のレベル２５まで上昇する。上
記入口シュラウド９０は分配シート９１によってその底
部が正方形シュラウド２９に接続されており、その状態
は第１図に最も良く示されている。この入口シュラウド
９０は液体金属が上部プレナム３から下部プレナム５に
分配シート９１を介して流通する只１つの開口を提供し
ている。

排気空間９３は気泡の発生を防止するべく支持グリッド
１１の近傍の入口シュラウド９０の上端部に設置されて
いる。分配シート９１の打抜き穴は夫々の熱交換モジュ
ール７に均等に流れるようにその大きさが設計されてい
る。打抜き穴が形成された分配シート９１の上方であっ
てコイルの上端の高さ位置の入口シュラウド９０の内側
には、冷却材流通用の開口９５が形成され、それによっ
て高温液体金属冷却材の管束６７の越流を許容している
。第５図乃至第９図によってより容易に理解されるよう
に、正方形シュラウド２９の外周であって円筒状容器本
体１内には広い空間が形成されており、それによって流
入ダクト４８を介して上部プレナム３内に流入した液体
金属冷却材は全ての熱交換モジュール７に均等に分配さ
れる。

液体金属冷却材からの熱は外管６５を通って、さらに二
重管体６６の環状空間６４内に充填された液体金属壁を
通って内管６３に伝達される。内管６３内の水は加熱蒸
気に変化する。冷却された液体金属冷却材は蛇状コイル
に沿って下方に流下し、正方形シュラウド２９の下端を
通って下部プレナム５内に流出する。

好ましい装置にあっては、閉塞板２ａを有する安全容器
２が設置されて、蒸気発生器の円筒状容器本体１を完全
に包囲し、収容容器として提供される。その最も重要な
意味は、蒸気発生器の円筒状容器本体１あるいはその接
続構造（例えば閉塞板１５、支持グリッド１１、液体金
属流入ダクト４８、液体金属流出ダクト４９）から漏洩
しだいがなる液体金属冷却材あるいは放射性ガスを包含
することである。上部プレナム３内の液体金属冷却材レ
ベル２５より上方の自由空間、熱交換器内、及び炉心モ
ジュール８には排気用穴１８が形成されている。安全容
器１によって閉塞された空間を包含する空間には、イナ
ートガス、例えばアルゴンガスが封入されており、それ
によって液体金属冷却材の酸化汚染物質の流出を防止し
ている。蒸気発生器の円筒状容器本体１と安全容器２と
の間の空間は安全容器の閉塞板２ａの開口１４を介して
閉塞板２ａの上下が連絡している。。

給水流入ノズル５５は共通のマニホールド（図示せず）
に集合されていることが望ましい。また１つのモジュー
ルに対して４つの流入ノズル５５及び４つの流出ノズル
５７が設置されることが望ましい。分割部材は給水流入
ノズルと蒸気流出ノズルとの間の開放空間７７内に挿入
され、給水流入ノズル及び蒸気流出ノズルの夫々を他の
ノズルから完全に分離した状態とするべ（周縁全てが溶
接されている。或いは又排気及び排水口が蒸気流出ノズ
ル間及び給水流入ノズルと間に分割板を提供して２つの
空間を形成して、４つの蒸気流出ノズルと４つの給水流
入ノズルとを分離させている。

第１図には只１つの管束６７と只１つの蛇状コイルの列
が詳細に示されているが、多数の二重管列と典型的には
４つの流入ノズル及び流出ノズルが熱交換モジュールに
対して提供されるものと理解されたい（第４図に示すよ
うに）。好ましい装置にあっては、４つの熱交換モジュ
ールが蒸気発生器の円筒状容器本体内に取付けられる（
全部で略１２１６本の二重管コイルからなる）。

第２図に示すように、夫々の熱交換モジュール７は多数
の同芯状の二重管体６６を備えている。

多数、例えば７６本の内管６３が夫々の給水流入ノズル
５５から出発しており、開放空間７７を横切っている。

そして下部管板７１に取付けられた外管６５とによって
同芯状の二重管体６６を構成してる。４つの給水流入ノ
ズルを備えるモジュールは合計３０４本の二重管体から
形成されている。前述したように、二重管は管束６７と
して集合しており、この管束６７は好ましくは正方形シ
ュラウド２９（第１図に示す）の底部まで延長される。

そして３０４本の管束は３８列の二重管列を形成してい
る。１列が８本である。そして全てが蛇状となって上方
に向って配設されている。３８列の二重管列は各列が同
じように屈曲して（コイル領域で）、同じように１６回
蛇のようにくねくね曲がってコイルセットを形成するこ
とが最も好ましい。

そのような構成は製作を容易にするとともに、コストを
低減させる。なぜならば、夫々のモジュールの夫々のコ
イルの形状が同じ場合には大規模の自動化が可能である
からである。この装置の夫々のモジュールの簡単な正方
形という形状もまた製作を容易にする。またモジュール
がコンパクトであるために、その搬送及び取付けが容易
である。

第３図に示すように、給水流入ノズル５５の一端は内管
シート７５に溶接された流入ノズル管５２にから構成さ
れ、上記内管シート７５には１０乃至２００１好ましく
は略７６本の給水用内管６３が接続されている。管シー
ト７５は接続管５４によつて箱型ヘッダ５３に取付けら
れており、上記接続管５４は開放空間７７に開口してい
る。同芯状に配設された保護管５６は内管シート７５に
溶接されている。

最も好ましくは、配管例えばスケジュール１２０の配管
を流入ノズル管５２の上端に溶接する。そしてその他の
配管、例えばスケジュール１２０の配管は保護管５６に
溶接される。これらの配管は同芯状に配設される。この
ように同芯状に配設する目的は、内側ノズル管５２ある
いは内管で漏洩事故が発生した場合に、流出した流体を
収容する為である。安全容器から流出したものについて
はベローズ継手ＳＳによりシールされる。

蒸気流出ノズル５の夫々は、前述した給水流入ノズルの
組立方法と同様の方法により取付けられている。°最も
好ましくは、夫々の熱交換モジュールに対して４つの給
水流入ノズル及び蒸気流出ノズルが設置される。

夫々の内管６３は内管シート７５に取付けられている。

開放空間７７内にて終端となる夫々の外管６５は内管６
３に組込まれ、下部管板７１を貫通する二重管体６６を
形成している。二重管体６６は上部プレナム３内にシュ
ラウド２９によって形成された正方形内側空間の１つの
中に配設されている。そして蛇状のコイルを構成してい
る。

内管６３と外管６５を同芯状に配設して環状空間６４を
形成しており、該７環状中間６４内には少なくとも二重
管体６６の長手方向のある一部に液体金属が充填される
。環状空間６４内に充填され流動しない液体金属は蒸気
発生器の円筒状容器本体１の上部プレナム３及び下部プ
レナム５との間で循環する液体金属冷却材と同じかある
いは異なる。

Ｎａ−に系合金、例えばカリウム化ナトリウム（ＮａＫ
）　、あるいはナトリウムは好ましい液体金属である。

その他の液体金属及び流体であっても、それらが蒸気発
生器の円筒状容器内に導入される液体金属冷却材と矛盾
しない限り使用可能である。ここに「矛盾しない」とは
、環状空間内の液体金属が液体金属冷却材と内管６３内
の水との間で効果的に熱を伝達し、その際外管６５内に
て漏洩事故が生じた場合にも液体金属冷却材との間で激
しく反応することなく、かつ原子炉にとって害となるよ
うな反応物を発生させないことを意味する。環状空間内
の液体金属と液体金属冷却材とが同じであることが望ま
しい。最も好ましくは、液体金属冷却材はナトリウムで
あり、熱伝達媒体としての液体金属はナトリウムあるい
はナトリウム化合物である。環状空間内にてそのような
液体金属を使用することは、内管６３内における「ホッ
トスポット（ｈｏｔ　５ｐｏｔｓ　）　Ｊの発生を防止
する。

前述した管の正確な寸法は重要なことではない。

比較的小径の二重管体６６を多数使用することが好まし
い。図に示すように、流入ノズル管５２はその直径が１
０インチのスケジュール管であり、管シートの内側で内
径が２２と７１６インチに膨張している。保護管５６は
その直径が１４インチでスケジュールが１００の配管で
あり、管シート７５にてその内径が２６と７／８インチ
まで膨張している。外径が１．２５インチで肉厚が０．
１フインチの内管６３が内径が１．５インチで外径が１
，７５インヂの外管６５に組込まれている。環状空間６
４にあって、内管の外周面には外形が０．１２５インチ
で０．１２５インチのピッチで螺旋状に曲げられたロン
ドがはんだ付けされており、それによって環状空間６４
のスペースを確保している。環状空間６４内のスペーサ
の構成は液体金属の自由膨張を許容している。管の寸法
の変化は可能であり、外径が０．５乃至２インチの内管
を内径が０．６乃至２．５インチの外管で収容する。

環状空間内の液体金属は内管６３内を流通する水と外管
６５の外側を流通する液体金属冷却材との間で壁として
機能する。監視システムが環状空間内の液体金属レベル
を監視しており、それによって無傷である外管の破断を
発見する。さらに水素ガス監視装置のような監視システ
ムにより開放空間７７内のイナートガス空間を監視して
いる。

それによって環状空間６４内あるいは開放空間７７内へ
の水・蒸気の漏洩を検出する。

第１図に示すように、炉心モジュール８は図示しない吐
出ポンプを収容している。この吐出ボンブは円筒状の支
持ハウジング３５内に支持されている。支持ハウジング
３５は下部プレナム５内で終端となっている。上記支持
ハウジング３５の下端部には多数の穴が形成されており
、下部プレナム内の液体金属冷却材はこの多数の穴を通
過する。

ポンプはこの穴３９を介して下部プレナム５から液体金
属冷却材を吸引する。液体金属はポンプに吸引されて、
吐出ライン４１及びノズル４２を介して排出される。そ
してジェットインジェクタ４２を通過して流出側ディフ
ューザ装置４５により排出される。排出された低温液体
金属冷却材は原子炉に戻される。循環ポンプは機械的遠
心タイプのもの、あるいは電磁タイプのものである。電
磁タイプのものの場合にあっては、電気線１２が炉心モ
ジュール８の上端板に取付けられている。

機械的ポンプの場合には、ポンプは円筒状容器本体１の
上端にあって支持グリッド１１に支持される。この場合
には、円筒状支持ハウジング３５は必要とされない。

第４図は第１図に示したコイル支持ブラケット８１を拡
大してかつ詳細に示した斜視図である。

コイル支持ブラケット８１はその上端が箱型ヘッダ（第
１図に符号５３で示す）に接続されている。

垂直支持片８５がコイル支持ブラケット８１の下端部に
連結されてコイル支持ブラケット８１に支持されている
。二重管蛇状コイル５９は独立した二重管体６６から構
成されており、垂直支持片８５によって支持されている
。夫々の二重管体６６は垂直支持片８５によって形成さ
れた独立した円形空間部を通って前後に通過している。

第４図及び第６図乃至第８図に二重管体６６の断面図が
示されており、明確にする為に二重管の内向管を省略し
ている。同芯状の二重管（第３図に最も良く示されてい
る）が二重管体６６との関連で示されている。

第５図は第１図に示した蒸気発生器の断面図であり、蒸
気発生器の十字構造を示している。図は蒸気発生器の円
筒状容器が包囲構造物１７により完全に包囲されている
ことを示している。隔離シュラウド２０及びフィン２４
の部分的表示があり、これらは崩壊熱除去に使用され、
以下のことを十分に考慮して設計されているとともに、
安全容器の外側に支持されている。安全容器２は蒸気発
生器の円筒状容器本体１を収容している。蒸気発生器の
円筒状容器本体１の内側は直接上部プレナム３となって
いる。

第５図は蒸気発生器の据付は状態の内側の断面を示す図
であり、第１図のｖ−ｖ線（丁度溶接された閉塞板２の
位置である）で切断した断面図である。この図は支持グ
リッド１１の十字状の形状を示しており、４つの熱交換
モジュール７及び中央の炉心モジュール８が収容される
５つの正方形空間が形成されている。夫々の熱交換モジ
ュールにあって、数多くの内管６３が４つの流入ノズル
５５及び４つの流出ノズル５７の首部によって取囲まれ
ている状態が示されている。ノズル５５及び５７の首部
は支持グリッド１１内にしっかりと取付けられた箱型ヘ
ッダ５３の上部板７０にて終端となっている。

第６図は第１図のＶｌ−Ｖｌ断面図で、蒸気発生器を拡
大して示す図である。二重管体６６は箱型ヘッダ５３内
に収容された状態で示されており、上記箱型ヘッダ５３
は分割部材７８によって８つの空間７７に分割されてい
る。

第７図は第１図の■−■断面図であり、蒸気発生器の１
／４を示している。４つの流入ノズル（第５図に示す）
に接続されたおよそ３０４本の二重管体６６が正方形シ
ョラウド２９の内側に沿って３８列で配列されている。

蛇状コイル５９における二重管は蛇状コイルにあって外
側面り部を中間で切断した状態で示されている。よって
直管部分は正方形シュラウド２９によって囲まれた空間
を幅方向に横断して延長された状態で示されている。

そして空間の外側に沿って上昇する曲管の断面が示され
ている。第１図に符号８５で示した垂直支持片はこの図
では除外されている。

正方形シュラウド２９の外周に位置する流口分配シート
９１は正方形シュラウド２９の周囲から全ての熱交換モ
ジュールへの均等な流れを提供する。流量分配シート９
１と二重管体６６とを明確に区別する為に、流量分配シ
ート９１の部分に交差斜線が使用されている。流量分配
シート９１の複数の穴は蒸気発生器の円筒状容器本体内
にて全ての熱交換モジュールに液体金属冷却材を均等に
流通させるべくその大きさが決定されている。

ノズルの数、二重管体の数、管列の形状及び配置、そし
て他の物理的条件については、設計上あるいは使用者に
よって種々に変化する。例えば管の形状における１一つ
の例としては第７Ａ図に示すものがある。これは他の図
に示されているように４つのノズルではなく３つのノズ
ルを使用して、この３つのノズルに一致させた３つの管
束６７を正方形シュラウド２９内に配置したものである
。

内管の始端である流入ノズルの管シートと同じパターン
で、管の集束形状がシュラウド２９の全長さに沿ってか
つ流出ノズルに向って上方に続けられている。そのよう
な集束パターンを継続することによって、注文（ｃｕｓ
ｔｏｍ　−ｍａｄｅ　）により製作する際に、第７図に
示されている長四角形の領域にあって、降下する二重管
体の全てが密接に集束するように整列させる為に各部分
を屈曲させる作業は避けられる。その代わりに、管はノ
ズルから真直ぐに降下している。管束の間の隙間として
は付加される調節装置の分を含んだものが必要とされる
。それによって液体金属冷却材とコイルとの接触を確実
なものとし、液体金属冷却材の流路を形成することを防
止する。

第８図は第１図の■−■断面図であり、蒸気発生器の他
の１４の部分を示している。この図はおよそ第７図に近
似している。しかしながらこの図は第１図及び第７図に
符号９１で示す分配シートのレベルから下方を示すもの
である。そこでは正方形シュラウド２９の外側に沿って
、ダイアフラム側の雄部材３１ａ、緩衝体３３が示され
ている。

また正方形シュラウド２９及び炉心モジュールの円筒状
支持ハウジング３５との間の状態が示されている。

第９図は第１図のｒＸ−ＩＸ断面図である。この図は第
１図に示した蛇状コイルのレベルの下方の状態を示して
おり、正方形シュラウド２９の境界としての基板３０が
示されている。そして液体金属冷却材はコイルの部分を
流通した後、上記基板３０を通って下部プレナム５内に
流出する。

蛇状コイルモジュール体、すなわち蛇状コイル、開放空
間、及びそのようなコイルモジュール体に溶接される接
続部材の材質としては、Ｃｒが９に対してＭｏが１、あ
るいはＣｒが２と１／４に対してＭｏが１であることが
好ましい。蒸気発生器の円筒状容器本体の材質は、Ｓ　
Ｓ　３１６である。安全容器の材質はＳ　Ｓ　３０４あ
るいはＳ　Ｓ　３１６であることが好ましい。

原子炉容器にあって一次的な温度上昇は、高温液体金属
冷却材プレナム（上部プレナム３）の手段によって蒸気
発生モジュール内にて緩和される。

液体金属冷却材は熱交換モジュール７を収容する正方形
シュラウド２９の外側の流入シュラウド９０に流入する
前に混合する。蒸気発生器の故障によって生ずる一次的
な温度上昇は低温液体金属冷却材プレナム（下部プレナ
ム５）によって緩和される。上部及び下部プレナムにお
けるこの様な緩和によって、−次原子炉循環ボンブ及び
炉心に戻される液体金属冷却材の一次的な温度上昇を抑
制することになる。

崩壊熱除去は１つあるいはそれ以上の給水・蒸気のこの
目的の為の蛇状コイルへの接続部を利用することにより
達成される。独立した確実な給水源が給水流入口に提供
される。これらコイルからの流出口は別の離れた場所に
設置された冷却塔に接続されている。上記冷却塔では蒸
気は凝縮され、冷却された凝縮液としてコイルに戻され
る。スクラム時には、蒸気発生器は給水・蒸気循環運転
から外され、自然循環系に接続されて炉心の崩壊熱除去
をなす。水は蒸気発生器の給水流入口に流入し、加熱蒸
気となって蒸気流出口から流出する。

蒸気は自然風冷却塔に流れ、そこで凝縮されるとともに
冷却される。冷却塔の高さは冷却された水が凝縮した蒸
気と冷却された水との間の密度差による力によって蒸気
発生器内のコイルを介して自然循環するのに必要とされ
る力を生ぜしめるのに十分なものである。

崩壊熱除去の為の他の手段あるいはバックアップとして
の手段は安全容器の外側に取付けられたフィンと熱移動
の為の空気冷却の使用である。

図に示すように、安全容器７の外側表面には第７図に符
号２４で示す垂直フィンあるいはベーンが取付けられて
いる。これら垂直フィンあるいはベーンは例えばその深
さが８インチであり、かつ幅が１／４インチである。そ
してそれらは安全容器２の表面に溶接されている。厚さ
が１／４インチの円筒状絶縁シュラウド６はフィン２４
の外側境界に厚さが３インチでガラス繊維の層からなる
保温部材２０を支持するために取付けられている。

蒸気発生器が取付けられているコンクリート製建屋内の
底部を隔離する為の鋼板をガラス繊維で覆ったブラケッ
ト（図示せず）を設けても良い。外側を取巻く空気が通
Ｊ！ＩＩ坑（ａｉｒ　５ｈａｆｔ　）からシュラウドの
下端に供給され、フィンによって形成された通路を通っ
て煙突を介して上方に流れ、更に一部の煙突を介して排
気される。

主冷却材循環ポンプは有効的でない場合であって、空気
冷却システムが崩壊熱除去の為に使用されている時には
、液体金属冷却材の自然循環の為の直接的でかつ低圧の
落下流路を提供する準備がある。その結果、蛇状コイル
モジュール７の底部領域にあって上部プレナム３及び下
部プレナム５を分割しているガスシール５１が一掃され
る。それによって、高温プレナム領域３からの冷却材の
自由な流れが許容され、十字状開口部を介して下部プレ
ナム５′内に流入する。そしてジェットイジェクタの流
出口４３．４５．４７を介して原子炉に戻る。イジェク
タが使用されていないとした場合には、冷却材は穴３９
を介してポンプの吸込口に流入し、ポンプを通ってポン
プ吐出ライン４１を介して原子炉に戻される。

第１図を参照して冷却材としてナトリウムを使用する装
置の運転を説明すると、およそ９８５°Ｆのナトリウム
はナトリウム流入ライン４８を介して蒸気発生器の円筒
状容器本体１内に流入する。

高温ナトリウムは円筒状容器本体１内の上部プレナム３
にて混合する。そして夫々の蛇状コイルモジュールに接
続された流入シュラウド９０の開口９１に流入する。ナ
トリウムは正方形シュラウド２９内の蛇状コイルへの開
口９５を通って熱交換領域に流入してコイル束５９を通
過する。ナトリウムはコイル５９を下方に向って流下し
、その際二重管の環状空間を介して二重管体の内管内を
流通する水・蒸気に熱を伝達する。ナトリウムの流路は
低圧ドロップ（ｌｏｗ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　
）が冷却されたさナトリウムに発生するようなものとな
っている（３Ｐｓｉ以下）。冷却されたナトリウムは正
方形シュラウド２９の底部に設置された基板３０を通っ
てコイル束５９の底部に流出する。そして蒸気発生器の
円筒状容器本体１の底部の下部プレナム５内にて混合す
る。このナトリウムの一部はジェットイジェクタ４３内
に吸引され、ポンプ吐出配管４７を介して原子炉に戻さ
れる。ナトリウムの流れの残りは炉心モジュール８の底
部にて穴３９を介してポンプ吸込に吸引される。好まし
い穴３９は下部プレナム５内にて均一でかつ良く混合さ
れたナトリウム流通パターンを提供する。

排出ポンプは液体ナトリウムを加圧して、イジェクタ及
び吐出ラインを介して原子炉に戻す。

第１図を参照して、水・蒸気の循環について説明する。

水は４つの分離したノズル５５を介して蒸気発生器の円
筒状容器本体１内の上端部に流入する。水は二重管体６
６の内管６３内に流入し、蛇状コイル５９の内管６３内
を流通する。その際コイルの外側を下方に向って流通す
る高温ナトリウム冷却材からの熱を環状空間６４内のナ
トリウムを介して吸収する。水を沸騰させて加熱蒸気と
するに十分な熱交換領域が熱交換モジュール７によって
提供されている。加熱蒸気は夫々の熱交換モジュール７
の上端部にて４つの蒸気流出ノズル５７を介して流出す
る。

蒸気発生器内を通過する主冷却材流れは内側シュラウド
９０のオリフィス９１を閉塞する板（図示せず）により
閉塞することにより停止する。上記板は内側シュラウド
９０のオリフィス９１を閉塞している。あるいは又、閉
鎖板を正方形シュラウドの蛇状コイルへの開口９５に使
用してもよい。

蛇状コイルモジュールの設計は、二重管体の内管あるい
は外管における破断の可能性を考慮すれば大きな利点を
有している。仮に外管が破断してもその結果は緩和され
る。何故ならば二重管体の環状空間内の流体は蒸気発生
器の円筒状容器内の冷却材と化学的に矛盾しないからで
ある。運転中にあって、外管の破断との関係で最も重要
なことは、内管が同時に破断した場合であっても、外管
の破断を監視することができることである。外管の破断
の検出は環状空間内のナトリウム（或いはＮａＫ）のレ
ベルを検出器によって監視することによりなされる。仮
に第１図に符号２５で示す主冷却材の平常運転レベルの
上方の環状空間内レベルでユニットを運転するとして、
仮に開放空間７７内の圧力が円筒状容器１内のカバーガ
スの圧力と同じか或いは高ければ、外管の破断は環状空
間内のレベルを低下させる。あるいは又、開放空間及び
環状空間内の液位より上方の環状空間のレベルが、円筒
状容器本体内のカバーガスより低いレベルに維持される
。外管における漏洩は環状中−間内のレベルを上昇させ
る。これはレベル検出器あるいは温度検出器によって検
出され得る。さらに、開放空間内にて圧力検出器が使用
され得る。

圧力検出器は開放空間内における水或いは蒸気の漏洩を
直ちに検出する。

内管の破断は、そのような破断を生ぜしめる圧力の脈動
に抵抗するに十分な力を外管がもつことにより防止され
得る。ざらに、環状空間のスペーサは内管を保持するの
に約立つとともに、内管が破断点で分離することを防止
する。それによって水あるいは蒸気の流出量を制御する
。又前述したように、環状空間内のナトリウム（あるい
はＮａＫ）の量は少なく、したがって水管の破断により
発生するナトリウム・水（ＮａＫ・水）反応は制限され
る。環状空間内におけるスペーサロッドの螺旋状パター
ンは水・蒸気が流通するべき流路から逃げた曲りくねっ
た流路を提供している。

このことは上記限られた量のナトリウム（ＮａＫ）とと
もに、ナトリウム・水（ＮａＫ・水）反応を抑制するこ
とにつながる。その結果反応は開放空間によって容易に
調節され得る程度の低速なものとなる。そして最後に開
放空間内の破裂板が空間内の圧力上昇を制限する。

内管の１つの破断事故時には、流出した蒸気と給水、こ
の蒸気及び水と環状空間内の少量のナトリウムと反応し
てその結果発生した水素ガス及び水酸化ナトリウムは全
て破断が発生した二重管体の一端より開放空間内に流入
する。

夫々の開放空間が蒸気及び水素ガスを処理系、及び別に
接続されたナトリウム（あるいはＮａＫ）処理系（図示
せず）に排気する破裂板に接続されていることが望まし
い。蒸気及び水素ガス処理系への夫々の配管は破裂板に
よりシールされている（例えば４５ｐｓｉａ）。ナトリ
ウム供給・排出系への配管は蒸気発生器が運転中には閉
弁されている開閉弁を備えている。開放空間内の圧力が
破裂板の設定点まで上昇すると、破裂板が破裂して、蒸
気及び水素ガスの処理系への流出が許容される。そして
僅かの圧力上昇があるだけである。すなわち環状空間内
のナトリウムは僅かな量であるので、微少量のナトリウ
ムが内管の破断部から流出した水・蒸気に曝されるだけ
である。そして破裂板は開放空間内のピーク圧力を制限
するものである。

この発明の重要な特徴は、多数の二重管体を使用してい
ることである。水管の破裂により流出する量は従来の場
合に比較して極めて少量である。

そしてそのような破断事故時に停止する手続は非常事態
が発生する前になされる。二重管の構造は二重管の環状
空間内のスペーサが内管破断時における内管の甚だしい
動きを防止するようになっている。このように、破断部
から流出する水あるいは蒸気の流路領域は小さく、その
結果環状空間内の一次的な圧力上昇は効果的に緩和され
る。環状空間内の微少量のナトリウムはナトリウム・水
反応を抑制する上で重要な意義を有する。何故ならば、
破断した内管からの水・蒸気の流出が停止しないと仮定
しても、環状空間内の微少量のナトリウムが水・ナトリ
ウム反応を蛇状コイルモジュールによって容易に調節し
得るレベルの範囲内で制限するからである。ナトリウム
・水反応は低速であるとともに、熱交換モジュールの設
計によって制御され得るので、破断した管を隔離するべ
く速い速度（例えば閉弁させるのに要する時間が５秒以
下）で弁を動作させることは必要とされない。

破断した配管を収容するモジュールに接続された蒸気・
給水配管における開閉弁を閉弁することにより破断した
内管への給水源からの供給が停止する。その結果、単一
の水管の破断事故時において、影響を受けない熱交換モ
ジュールに接続される全ての水・蒸気流路を即座に閉塞
することは必要とされない。そして蒸気発生器・原子炉
システムは制限運転を継続する、あるいは苛酷な熱移動
を経験することなく運転を停止するであろう。

破断事故が発生した二重管体に接続される給水ライン及
び蒸気ラインが閉塞され、開放空間内の圧力が大気圧ま
で低下した後、開放空間内に残された全てのナトリウム
はナトリウム処理系に排出される。全てのナトリウム配
管は加熱される。これは排出系をモジュールに接続する
とともに開放空間及び二重管体の環状空間を洗浄するこ
とによって、あるいは蛇状コイルモジュールを円筒状容
器本体から離脱させるとともに補修領域にて開放空間内
を洗浄することによって達成される。

モジュールが撤去されない運転時にあって、開放空間が
排出された後、破断した破裂板は交換され、二重管体の
環状空間内に残存される全てのナトリウムは高温アルゴ
ンガスによって開放空間の一端を加圧することによりナ
トリウム処理系に移送される。その次に破断した管は閉
塞されるとともに、管束は洗浄され、その際高温ナトリ
ウムはナトリウム・水反応によって生じ残存している水
酸化ナトリウムを除去するべくナトリウム処理ユニット
に移送される。

環状空間には高温ナトリウム（あるいはＮａＫ＞が運転
レベルまで再度充填され、モジュールも装荷される。

あるいは又、モジュールは蒸気発生器の円筒状容器から
移動せられ、予備のモジュールに交換される。あるいは
、移動せられたモジュール用のシュラウド開口部がシー
ルされ交換したモジュールが使用可能となるまでその状
態で運転が継続される。

本発明による二重管型で蛇状コイル式の蒸気発生器は、
プール内にて直接使用されるか、液体金属冷却型原子炉
の中に組込まれた状態で使用される。このタイプの原子
炉は多数の低圧ドロップ（３ｐｓｉ以下）熱交換器を有
する特徴をもっている。上記熱交換器は原子炉容器内に
あって液体金属冷却材プール内に浸漬されている。蛇状
コイルのこの種の適用は効果的である。なぜならば、コ
ンパクトな蛇状コイル束として通常のプール式原子炉容
器内に組込むことができるからである。そして、ユニッ
トは中間熱交換器と略同じ圧力ドロップである。そのよ
うな装置が第１０図に示されている。

この応用例にあって、蛇状コイル型蒸気発生器は、第１
図に示す蒸気発生器の場合のように蒸気発生器の円筒状
容器及び安全容器内に収容されてはいない。さらに、装
置は主原子炉容器１０１内に収容されている。図示しな
い循環ポンプは原子炉容器とは別の場所に設置されてい
る。この種の装置において、多数の蛇状コイルモジュー
ル７が設置されている。蛇状コイルモジュール７は正方
形、長四角形、あるいは他の形状をなしている。

コイル束７の中央支持部材はグリッド１１によって提供
される。コイル、コイル支持部材、開放空間、給水ノズ
ル、蒸気ノズルから完成されているコイルモジュールは
第１図に）示すのと同じグリッド構造により支持されて
いる。この応用例にあって、多数の管（そして多数のモ
ジュール）は単一容器内にあってモジュールの全数を制
限する為に使用されている。支持用グリッド構造は例え
ば、幅が１０インチで厚さが６インチの水平板の両側に
厚さが３インチで高さがおよそ９０インチの垂直板を溶
接して組立られている。蛇状コイルモジュール用のシュ
ラウドは厚さが３インチの垂直板の底部から延長されて
いる。

第１０図に示すように、単一プール型原子炉容器１０１
は炉心１０２、蛇状コイルモジュール７、循環吐出ライ
ン１０８が示されているボンプモジニール、ハウジング
制御ロンド及び炉心監視装置の為の構造物、リングガー
タ１９及びスカート２１、閉塞板１５、ダイアフラム３
１、高温プレナム及び低湿プレナムに分割しているガス
シール部５１を収容している。燃料補給装置及び安全容
器は図示されていない。グリッド構造は箱状の仕切り空
間が蛇状コイルモジュール７の挿入用として形成された
状態で構成されている。

制御棒等を収容するハウジング構造を流出した冷却材流
れ及び炉心領域を流出した冷却材流れは、各モジュール
の流入シュラウド９に流入する前に上部プレナム３内に
て混合される。ナトリウムはシュラウド開口部９５を介
してコイル束領域に流入し、重力によって二重管部分を
流下する。蛇状コイル束を通過した流れは低温プレナム
内に流出して混合される。そして冷却材流れはポンプモ
ジュール内に流入し、ポンプ吐出ライン１０８を介して
炉心の流入部に排出される。第１０図にはモジュールの
一方のみにガスシール５１が示されている。高温ナトリ
ウムのモジュールを通過する自由な流れが許容されてお
り、それによって冷却材は上部プレナム領域及び原子炉
容器壁に隣接した領域の両方からモジュールに流れ込む
。この場合、ガスシールは高温ナトリウムがダイアフラ
ム領域にあって蛇状コイルモジュールを迂回しないよう
に機能する。

流入シュラウド９０は夫々の蛇状コイルモジュールシュ
ラウド２９毎に分離されている、あるいは全ての蛇状コ
イルモジュールシュラウドに対して統合されたユニット
になっている。この統合されたユニットの場合、オリフ
ィス９１を通過した冷却材の流れは環状ヘッダに集めら
れる。この環状ヘッダは全ての蛇状コイルシュラウドの
流入用開口部に対して共通なものとなっている。分離し
た流入シュラウドを使用する場合には、オリフィスを通
過した冷却材の流れは環状部に集められる。

この環状部は只１つのシュラウド開口部にナトリウムを
供給する。

分離した流入シュラウドの特殊蛇状コイル体への循環を
停止させるために、板をオリフィスの開口部上に設置す
るか、あるいは閉塞板をシュラウド流入開口部の領域内
に挿入する。統合された流入シュラウドを使用する構成
の場合には、シュラウド開口部用の閉塞板体が使用され
る。そのような閉塞板体は蛇状コイルモジュールが原子
炉容器内から撤去された場合に必要とされる。モジュー
ルが一端撤去されたような場合には、カバー板体がシュ
ラウド開口部上に設置される。そのような板体は点検・
補修時に挿入されるか、あるいはシュラウド内に設置さ
れていて、一端コイルモジュールが撤去された場合に開
口部を閉塞するべくその止め金が外される。

原子炉容器内における二重管型蛇状コイル式蒸気発生器
の運転は前述した蒸気発生器の場合と同様である。原子
炉炉心１０２を流出した液体金属冷却材は夫々のモジュ
ールの流入シュラウド領域の下方に流入する。ナトリウ
ムは蛇状コイルシュラウドの開口部に流入し、夫々の蛇
状コイルに分配される。液体金属冷却材は蛇状コイルに
沿って下方に流下し、下部プレナム５内に流入する。図
示しないポンプは冷却材の循環を完成させるべく、ポン
プ吐出ライン４１を介して原子炉炉心１０２を通して液
体金属冷却材を循環させる。

前述した全ての特許はここに関連をもって集結されてい
る。前述した記載から様々な変形例がこの種の技術に熟
練した人々によって明確に導かれるであろう。しかしな
がら、そのような明白な変形例は、付加された特許請求
の範囲の記載によって明らかなように、本発明の範囲内
のものに基づくものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気発生モジュールの一装置の縦断面
図、第２図は第１図における典型的なノズルの構成及び
開放空間の構成を拡大して詳細に示す図で内管及び外管
によって二重管体を形成している状態を示している、第
３図は第１図における分離した蛇状コイルからなる熱交
換モジュールを拡大して示す縦断面図、第４図は第１図
における支持ブラケットの斜視図であり蛇状コイルの支
持手段を示している、第５図は第１図のｖ−■断面図、
第６図は第１図のＶＩ−Ｖｌ断面図、第７図は第１図の
■−■断面図、第７Ａ図は１つの正方形シュラウド２９
及びその中に収容されている構造を詳細に示す断面図で
二重管とコイル部分を選択的に示している、第８図は第
１図の■−■断面図、第９図は第１図のｒＸ−ｒＸ断面
図、第１０図は本発明による蒸気発生器の他の実施例を
示す縦断面図である。 １・・・蒸気発生器の円筒状容器本体、３・・・上部プ
レナム、５・・・下部プレナム、７・・・熱交換モジュ
ール、８・・・炉心モジュール、１１・・・支持グリッ
ド、２９・・・シュラウド、３１・・・ダイアフラム、
５５・・・流入ノズル、５７・・・流出ノズル、５９・
・・二重管コイル、６３・・・内管、６４・・・環状空
間、６５・・・外管、６６・・・二重管体。

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. （１）閉鎖された中間熱伝達流体循環系及び第２の流体
   循環系とを備え、第１の流体から第２の流体に中間熱伝
   達流体を介して熱を伝達する熱交換器において、上記閉
   鎖された中間熱伝達流体循環系は、開放空間及びコイル
   部分を有し、コイル部分は第１の流体内に浸漬され、上
   記中間熱伝達流体循環系にはその一部に上記第１の流体
   と矛盾することのない中間熱伝達流体が充填され、上記
   第２の流体循環系は開放空間を通り、かつ上記中間熱伝
   達流体循環系によって略完全に包囲されていることを特
   徴とする熱交換器。
2. （２）上記中間熱伝達流体循環系は多数のコイル部分を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の熱交換器。
3. （３）上記中間熱伝達流体循環系は移動可能なモジュー
   ル構造を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の熱交換器。
4. （４）上記開放空間は上記中間熱伝達流体循環系あるい
   は上記第２の流体循環系の破断を検出する手段を備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の熱交
   換器。
5. （５）上記コイル部分は同芯状二重管体から構成されて
   おり、第２の流体循環系は内管により構成され、中間熱
   伝達流体循環系は内管を除いて外管から構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の熱交換器
   。
6. （６）別体の炉心モジュールの中央には循環ポンプが設
   置され、この循環ポンプは冷却された第１の流体を熱源
   に戻すように循環させるものであることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載の熱交換器。
7. （７）下端が閉塞され、縦方向に上部プレナム及び下部
   プレナムを含む整列された空間を備え、上記上部プレナ
   ムは上記下部プレナムの上方に位置し、少なくとも１つ
   の着脱可能な熱交換モジュールを収容し、夫々の熱交換
   モジュールは少なくとも１つの開放空間、多数の二重管
   体、少なくとも１つの給水流入口及び少なくとも１つの
   蒸気流出口から構成されており、上記二重管体の夫々は
   二重管部分を形成するべく外管によって少なくとも外管
   の長さ方向に内管を個々に収容して構成され、上記外管
   によって収容された内管の外側に環状空間を形成し、上
   記内管の夫々の一端は給水流入口に接続され、内管夫々
   の他端は蒸気流出口に接続され、上記外管は上記開放空
   間内にてその両端が開放接続され、上記二重管部分はそ
   の長さ方向にその一部がコイル形状をなしており、上記
   上部プレナムは上記開放空間との接続部を持たず、下部
   プレナムとの間には限定された接続部を備え、それによ
   って液体金属は上部プレナム内に流入するとともに、少
   なくとも二重管体の一部と接触しながら下部プレナム内
   に流出し、上記環状空間にはその一部に液体金属が充填
   されていることを特徴とする蒸気発生器。
8. （８）夫々の熱交換モジュールは上記容器の上端部近傍
   に接続された支持グリッドから垂下されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載の蒸気発生器。
9. （９）上記支持グリッドは、多数の熱交換モジュールが
   支持されるであろうシートを提供する多数の空間を形成
   するものであることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載の蒸気発生器。
10. （１０）上記支持グリッドは十字形状構造物に同じ大き
    さの５つの正方形空間を形成するものであることを特徴
    とする特許請求の範囲第９項記載の蒸気発生器。
11. （１１）上記支持グリッドによって形成された中央空間
    内には炉心モジュールが支持されており、４つの熱交換
    モジュールが外側の４つの空間内に支持されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の蒸気発生器
    。
12. （１２）上記炉心モジュールは上記下部プレナムとの接
    続部に吸込手段を有するポンプを収容していることを特
    徴とする特許請求の範囲第１１項記載の蒸気発生器。
13. （１３）下端が閉塞され、上部プレナム及び下部プレナ
    ムを含み縦方向に分割された少なくとも２つの空間を備
    えた円筒状容器を備え、上記上部プレナムは下部プレナ
    ムの上方に位置するとともに少なくとも１つの着脱可能
    な熱交換モジュールを支持する手段を備え、熱交換モジ
    ュール夫々は少なくとも１つの開放空間、多数の二重管
    体、多数の給水流入ノズル、及び多数の蒸気流出ノズル
    から構成され、給水流入ノズルの数は蒸気流出ノズルの
    数と等しく、上記ノズルの夫々は円筒状容器の外側への
    接続部を提供し、上記二重管体の夫々は二重管部分を形
    成するべく外管によって少なくともその長さ分だけ内管
    を個々に収容して構成され、それによって外管によって
    覆われた内管の外側には環状空間が形成され、上記内管
    はその一端が給水流入口に接続されるとともにその他端
    が蒸気流出口に接続され、上記外管は開放空間内にてそ
    の両端が開放接続され、上記環状空間内の少なくとも一
    部には液体金属が充填され、夫々の二重管部分は内管が
    接続されている給水流入口に最も接近した端部から上部
    プレナムの底部まで下方に向って延長されており、少な
    くとも上記上部プレナムの長さ分にあってはコイル状に
    上方に曲がっており、上記二重管部分の残りの部分は内
    管と蒸気流出口との接続に最も接近した部分まで上方に
    延長されており、上記上部プレナムは円筒状容器の外側
    に開放された接続部を有する少なくとも１つの液体金属
    流入口を備え、上記上部プレナムは開放空間との接続部
    を持たず、下部プレナムとの間には限定された接続部を
    備え、それによって液体金属は上部プレナム内に流入す
    るとともに少なくとも二重管型ヘリカルコイルの部分に
    密接に接触しながら上記下部プレナムに向って流下し、
    上記下部プレナムは円筒状容器の外側に開放された接続
    部を有する少なくとも１つの液体金属流出口を備え、上
    記二重管体は上部プレナムの長さ分だけ延長されたシュ
    ラウド内に収容され、上記シュラウドの外側の上部プレ
    ナム部分はダイアフラムによって上記下部プレナムと分
    離され、上記シュラウドの外側の上部プレナムの部分は
    上記シュラウド内にて開口する多数の液体金属分配手段
    によって上記シュラウドにより包囲された部分との接続
    部を有するものであることを特徴とするモジュール式蒸
    気発生器。
14. （１４）上記コイルの形状は蛇のようにくねくね曲がっ
    た形状であることを特徴とする特許請求の範囲第１３項
    記載の蒸気発生器。
15. （１５）夫々の熱交換モジュールは１０乃至１０００の
    二重管体を備え、夫々のノズルは１０乃至２００の内管
    に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    ４項記載の蒸気発生器。
16. （１６）支持手段は円筒状容器の上端近傍に接続された
    直線部材からなるグリッドから構成され、上記グリッド
    は熱交換及び装置モジュールを収容するべく同じ大きさ
    の正方形空間を５つ備えた十字型の構成をなしているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の蒸気発生
    器。
17. （１７）円筒状容器は安全容器によって略完全に覆われ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の
    蒸気発生器。
18. （１８）上記内管はその外径が１．２５インチであり、
    上記外管はその内径が略１．６１５インチであるととも
    にその外径が略１．７５インチであることを特徴とする
    特許請求の範囲第１６項記載の蒸気発生器。
19. （１９）上記内管と外管との間にはスペーサが設置され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の
    蒸気発生器。
20. （２０）上記環状空間内の液体金属はナトリウム、ある
    いはナトリウム化合物であることを特徴とする特許請求
    の範囲第１６項記載の蒸気発生器。
21. （２１）上記下部プレナム内にはジェットイジェクタが
    設置され、このジェットイジェクタは上部プレナムから
    流通してくる液体金属と排出ポンプによって排出される
    液体金属の両方を受け入れるべく設置された吸込手段を
    備え、支持グリッドの中央空間部に設置された炉心モジ
    ュール内に収容され、上記ポンプは上記下部プレナムに
    接続された吸込手段を備え、液体金属を液体金属流出口
    を通して排出するものであることを特徴とする特許請求
    の範囲第１６項記載の蒸気発生器。
22. （２２）二重管体はＣｒが２と１／４でＭｏが１か、あ
    るいはＣｒが９でＭｏが１のいずれかから選択された低
    硬合金鋼から構成されており、円筒状容器はＳＳ３０４
    あるいはＳＳ３１６から選択された高硬合金鋼であり、
    低硬合金鋼と高硬合金鋼とが接続される接続構造はバイ
    メタル溶接を必要とすることなくなされるものであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の蒸気発生
    器。
23. （２３）検出手段が上記開放空間との接続部にあり、該
    検出手段は二重管体内の個々の内管の破断あるいは個々
    の外管の破断の検出を可能とするものであることを特徴
    する特許請求の範囲第１６項記載の蒸気発生器。
24. （２４）内管の破断を検出する上記検出手段は開放空間
    内における水素ガス検出手段を備え、外管の破断を検出
    する上記検出手段は上記ヘリカルコイルの二重管部分に
    おいて、液体金属の高さあるいは温度を監視するレベル
    検出手段あるいは温度検出手段を備えるものであること
    を特徴とする特許請求の範囲第２３項記載の蒸気発生器
    。
25. （２５）開放空間の内部との接続部には破裂シールが設
    置され、該破裂シールは環状空間内の液体金属と上記二
    重管部分の破裂した内管から流出した水との反応によっ
    て生ずる、あるいは開放空間内における水・蒸気管から
    の水・蒸気の流出により生ずる開放空間内の圧力上昇を
    破壊するものであることを特徴とする特許請求の範囲第
    ２３項記載の蒸気発生器。
26. （２６）上記開放空間は浄化（ｐｕｒｇｅ）系及び排出
    （ｄｒａｉｎ）系に接続され、夫々に開閉弁を備えてお
    り、上記排出系は開放空間と開放空間内に流入する固体
    ・液体金属を処理する手段との間に接続部を提供するも
    のであることを特徴とする特許請求の範囲第２３項記載
    の蒸気発生器。
27. （２７）ダイアフラムとシュラウドとの間には１つある
    いはそれ以上のガスシール部が設置され、シールが破壊
    された場合には、上部プレナム内に流入した液体金属は
    直接下部プレナム内に流出し、上記ガスシールと上記液
    体金属分配用開口部は上部プレナムと下部レナムとの間
    を接続する只１つのの手段であることを特徴とする特許
    請求の範囲第２３項記載の蒸気発生器。
28. （２８）上記円筒状容器は略完全に安全容器によって覆
    われており、該安全容器は安全容器の外側表面に取付け
    られた垂直フィンを備えており、この垂直フィンは少な
    くとも安全容器の長手方向の主要部分に延長されており
    、上記フィンは安全容器からの熱を伝達する熱伝達面を
    提供するとともに、上記安全容器及びそのフィンに沿っ
    て垂直方向に空気を流通させることを可能にするもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第２７項記載の蒸
    気発生器。
29. （２９）安全容器を取り囲むとともに上記垂直フィンの
    端部により支持された隔離部材の層が設置されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２８項記載の蒸気発生
    器。
30. （３０）上記開放空間は別々の空間に分割されており、
    夫々の空間は流入あるいは流出ノズルに一致していると
    ともに別体の管束を収容し、夫々の管束の二重管環状空
    間は開放空間の１つの空間と二重管部分の一端を介して
    接続され、流入及び流出ノズルを閉塞することにより個
    々の二重管束を隔離する、あるいは流入及び流出用開口
    をシールすることによって個々の内管を隔離することは
    、蒸気発生器の残りの部分の運転に何等影響を及ぼさな
    いことを特徴とする特許請求の範囲第２８項記載の蒸気
    発生器。
31. （３１）排気及び排出用穴が夫々の流入開放空間と相互
    に連結され、分離された排気及び排出用穴が夫々の流出
    開放空間と相互に連結され、破裂板及び排出（ｆｉｌｌ
    ／ｄｒａｉｎ）系が夫々の開放空間に接続されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３０項記載の蒸気発生
    器。
32. （３２）液体金属冷却材循環系を備えた原子炉から構成
    され、上記液体金属冷却材循環系は特許請求の範囲第２
    ９項に記載された蒸気発生器に接続されていることを特
    徴とする原子力プラント。
33. （３３）原子炉容器と、第１の流体によって冷却される
    原子炉の炉心と、上記第１の流体から第２の流体に中間
    熱伝達流体を介して熱を伝達する熱交換器とを備え、上
    記熱交換器は閉塞された中間熱伝達流体循環系から構成
    され、該中間熱伝達流体循環系は開放空間と蛇のように
    くねくね曲がったコイル部分から構成され、上記蛇のよ
    うにくねくね曲がったコイル部分は第１の流体内に浸漬
    され、上記中間熱伝達流体循環系は上記第１の流体と矛
    盾することのない中間熱伝達流体をその一部に充填され
    ており、第２の流体循環系は上記中間熱伝達流体循環系
    によって略完全に収容された状態で原子炉容器内を流通
    することを特徴とする原子炉。
34. （３４）第１の流体内には循環ポンプが浸漬されており
    、この循環ポンプは第１の流体を熱交換器から原子炉炉
    心に排出するものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第３２項記載の原子炉。
35. （３５）［１］乃至［３］のいずれか１つ、或いは［１
    ］乃至［３］の任意の組合わせからなる特許請求の範囲
    第３０項記載の原子力プラントにおける崩壊熱除去方法
    。 ［１］水を蒸気発生器に循環させるともに凝縮器におい
    て蒸気を凝縮させる。 ［２］１つあるいはそれ以上の管束を冷却塔に接続し、
    コイル内にて発生した蒸気を冷却塔内にて凝縮して管束
    内に戻す。 ［３］安全容器の下方にて空気を循環させて冷却用空気
    を垂直フィンによって安全容器の側面に沿って流通させ
    る。