JPH01159596A

JPH01159596A - 蒸気発生器用伝熱管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01159596A
Application number: JP22591188A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Fujiwara; 藤原　鉄雄; Junko Kawashima; 川島　純子; Emiko Higashinakagaha; 東中川　恵美子; Kanemitsu Sato; 佐藤　金光; Takashi Ishitori; 隆司石鳥; Masaaki Inoue; 正明井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1989-06-22
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2724169B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は蒸気発生器用伝熱管、特に伝熱管破損の早期検
出を目的とした二重背型伝熱管とその製造方法に関する
。本発明による蒸気発生器用伝熱管は、例えば高速増殖
炉プラントに効果的に使用される。

（従来の技術）高速増殖炉、例えば二重冷却系を採用したタンク型高速
増殖炉は一般に以下のような構成からなっている。

原子炉容器内には冷却材（例えば液体金属ナトリウム）
および炉心が収容されており、炉心は複数の燃料集合体
および制御棒等から構成されている。冷却材は炉心を上
方に向って流通されると共に、炉心の核反応熱により昇
温される。昇温した冷却材は、炉心の上方から流出して
原子炉容器内に設置された中間熱交換器内に流入し、該
中間熱交換器中で二次側冷却材との熱交換により冷却さ
れる。その後、冷却材は中間熱交換器の外に流出し、再
度炉心を上方に向って流通される。

一方、中間熱交換器での熱交換により昇温した二次側冷
却材は、原子炉容器の外側に配置された蒸気発生器内に
導入され、給水系との熱交換により冷却された後に再度
中間熱交換器に移送される。

また、蒸気発生器での熱交換により発生した蒸気は、タ
ービン系に移送されて発電に供される。

蒸気発生器としては、通常は上下部に管板を備えた縦型
シェル・アンドチューブタイプの熱交換器が使用されて
いる。また、蒸気発生器の伝熱管としては、特に安全性
の向上を図るべく二重管型の伝熱管が採用されている。

これを第１４図〜第１６図を参照して説明すれば次の通
りである。

第１４図は蒸気発生器の全体構成を示す断面図であり、
図中符号１は外胴である。この外胴１内には二重背型伝
熱管２が複数体配設されている。

二重背型伝熱管２は、第１５図および第１６図に示すよ
うに、外管３および該外管の内周側に配設された内管５
から構成され、両者の間には微小間隙４が設けられてい
る。内管５の上端および下端は管板６および７によって
各々支持され、外管４の上端および下端は中間管板８お
よび管板７によって各々支持されている。外胴１の下端
には、水入口プレナム９が形成されている。該水入口ブ
レナム９には水流入口１０が形成されると共に、マンホ
ール１１が設置されている。また、水流入口１０には図
示しない水流入配管が接続される。これに対し、外胴１
の上端には蒸気出口ブレナム１２が形成されている。該
蒸気出口ブレナム１２には蒸気流出口１３が形成される
と共に、マンホール１４が設置されている。また、蒸気
流出口１３には図示しない蒸気流出配管が接続される。

更に、外胴１には管板８の下方側に冷却材入口ブレナム
１５が形成されている。この冷却材入口ブレナム１５に
は冷却材流入口１６が形成され、該流入口１６には図示
しない冷却材流入配管が接続される。また、管板７の上
方側には冷却材出口ブレナム１７が形成されている。こ
の冷却材出口プレナム１７には冷却材流出口１８が形成
され、該流出口１８には図示しない冷却材流出配管が接
続される。なお、図中符号１９は外胴１に介在挿入され
たベローズであり、符号２０は冷却材の入口窓、符号２
１は出口窓である。

第１５図中に示すように、外管３の内周面には溝２３が
縦方向に設けられている。この溝２３を形成するために
、外管３は耐圧上の観点から必要とされる肉厚に更に溝
２３の深さ分を加えた肉厚となっている。この溝は２３
は、前述した微小間隙４と共に伝熱管２の破損検出機構
を構成する。

更に、管板６と中間管板８との間には中間ブレナム２４
が形成され、該中間ブレナムも伝熱管２の破損検出機構
を構成する。この中間ブレナム２４にはリーク検出ノズ
ル２５が設置され、該リーク検出ノズル２５には図示し
ないリーク検出部が接続されている。なお、伝熱管２の
破損検出は内管５または外管３の破損によるリークを前
記微小間隙４、溝２３、中間ブレナム２４、リーク検出
ノズル２５およびリーク検出部により検知することによ
って行なう。また、微小間隙４の幅は数μｍから数十μ
ｍとなっている。なお、伝熱管２は断面が同心円状にな
るように配置された内管５および外管３を抽伸加工する
ことにより製作される。

上記構成からなる蒸気発生器において、高温の冷却材は
冷却材流入口１６を介して冷却材入口ブレナム１５内に
流入する。流入した冷却材は入口窓２０から伝熱管束部
に入り、伝熱管２の外側を流下して出口窓２１から冷却
材出口ブレナム１７内に流出する。更に、冷却材流出口
１８および冷却材流出配管を介して蒸気発生器の外に流
出する。

一方、水は水流入配管および水流入口１０を介して水流
入ブレナム９内に流入する。流入した水は伝熱管２の内
管５内を上昇し、その間に伝熱管２の外側を流下する冷
却材と熱交換することにより昇温しで蒸気となる。こう
して発生した蒸気は蒸気出口プレナム１２内に流出し、
更に蒸気流出口１３および蒸気流出配管から図示しない
タービン系に移送されて発電に供される。

上記構成において、伝熱管２の破損検出は以下のように
してなされる。

まず、内管５にクラック等が発生した場合、クラックか
らリークした水／蒸気は微小間隙４を介して拡散し、外
管３側に形成された溝２３を介して上方または下方に流
通する。そして、上方に流通した水／蒸気は管板６およ
び８の間に形成された中間ブレナム２４内に流入し、リ
ーク検出ノズル２５から図示しないリーク検出装置へ流
れる。

従って、中間ブレナム２４内の圧力変動を検知し、ある
いはリーク検出センサでリークを検知することにより内
管５の破損を検出することができる。

次に、外管３にクラック等が発生した場合には、中間ブ
レナム２４内のガスが溝２３および微小間隙４を通して
外管３の破損部から冷却材側にリークする。その結果、
中間ブレナム２４内のガス圧力が低下するから、これを
検知することによって外管３の破損を検出することがで
きる。或いは、冷却材側に設置されたガス検出器により
流出したガスを検知することによっても外管３の破損を
検出できる。

上記何れの破損検出においても、溝２３の存在によって
破損によるリークを検知する際の応答性が著しく向上す
る。

（発明が解決しようとする問題点）上記構成からなる従来の二重背型伝熱管には次のような
問題がある。

即ち、伝熱管の破損検出性能と伝熱管の熱伝達性能との
間に二律背反的関係があり、両者を満足させるのが極め
て困難なことである。即ち、内管５および外管３の何れ
の破損も両者間の微小間隙４を通して発生するリークの
検知によって検出されているから、破損検出性能を向上
するためには微小間隙４をできるだけ広くするのが望ま
しい。

しかし、微小間隙４を大きくすれば内管５と外管３との
間の熱抵抗が増大し、伝熱管２の熱伝達性が低下してし
まう。この熱伝達性低下を補なうためには伝熱管２の本
数を増加しなければならず、蒸気発生器の大型化を招来
する問題がある。

また、微小間隙４には内管５または外管３に発生したク
ラックの拡大を防止する機能を有する。

この機能および上記リーク拡散路としての機能を確保す
ると同時に、熱抵抗の条件をも満足するためには内管５
と外管３とが一体ではなく且つ密着した状態を達成する
必要がある。しかしながら、抽伸加工により二重伝熱管
２を製作する際、そのような最適の微小間隙４を確保す
ることは極めて困難である。

上記事情に鑑み、本発明が達成しようとする技術的課題
は、伝熱管の破損を早期に検出できる二重管構成を具備
すると共に、伝熱性能を向上して蒸気発生器の小型化を
図ることが可能な蒸気発生器用伝熱管を提供することで
ある。また、このような蒸気発生器用伝熱管を比較的容
易に製造できる方法を提供することである。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記の課題を達成するために、本願第一発明による蒸気
発生器用伝熱管では鉄基合金鋼からなる内管および外管
を断面が同心円になるように配置すると共に、この内管
および外管゛の間に熱伝導性に優れ且つ３％以上の気孔
率を有する多孔質体を介在させることとした。熱伝導性
に優れた多孔質体としては多孔質金属体の外、セラミ・
ツク粒子を金属で被覆した粒子からなる多孔質体を用い
てもよい。第一発明において最も重要な要件は、前記多
孔質体の気孔率を３％以上とすることである。この条件
を満たす伝熱管を得るためには、前記多孔質体を構成す
る粒子として、硬質材を高熱伝導材で被覆した二層構造
を有する複合粒子もしくは複合繊維、またはその焼結体
からなる多孔質体を用いるのが望ましい。また、高熱伝
導性の多孔質金属中に硬質の隙間保持部材が分布された
多孔質体を用いるのが望ましい。

第二発明においても、鉄基合金鋼からなる内管および外
管を断面が同心円になるように配置すると共に、この内
管および外管の間に多孔質金属体を介在させる。且つ、
この多孔質金属体には伝熱管の軸方向に連続した溝を設
ける。従って、多孔質金属体のドーナツ状の断面は一部
が欠損した状態となる。このように溝を設けることによ
って、第一発明のように多孔質体の気孔率を３％以上と
する必要はない。この場合の多孔質金属体は、例えば金
属繊維織布で構成することができ、前記の溝は金属系を
粗に織り成して形成することができる。

第三発明においては、第一発明または第二発明の伝熱管
を構成する内管の外周面および外管の内周面に、更に金
属被覆層を形成することとした。

この金属被覆層によって、前記多孔質体は前記内管およ
び外管に良好に接合される。

第四発明は、第一発明になる伝熱管を製造する方法であ
る。第一発明において最も重要な要件は、既述したよう
に、前記多孔質体の気孔率を３％以上とすることである
。この条件を満たす伝熱管を得るために、第四発明では
次の手段を採用する。

即ち、まず鉄基合金鋼からなる内管および外管を断面が
同心円になるように配置し、両管の間に熱伝゛導性に優
れた円筒状の多孔質体を挿入した後、抽伸加工すること
により所望の径をもった伝熱管とする。その際、挿入さ
れる前記多孔質体の気孔率を３０％以上とし、抽伸加工
の圧下率を７０％以下とする。

第３発明は、第−又は第二発明の伝熱管を製造する方法
である。この方法においても、第四発明と同様の抽伸法
が採用される。その際、内管の外周面および外管の内周
面に、予め金属被覆層を形成して用いる。この金属被覆
層は電気メツキ、無電解メツキ、溶射等の何れの方法を
用いて形成してもよい。金属被覆層の厚さは２〜５０μ
ｍが好ましく、特に好ましくは５〜２０μｍである。な
お、内管および外管のみならず、多孔質体表面にも金属
被覆層を形成するのが望ましい。加えて、第３発明にお
いては、抽伸加工の終了後に真空中または不活性ガス中
で熱処理を行なう。その温度は、金属被覆層の種類に応
じて適宜変化させる。

（作用）第一発明による蒸気発生器用伝熱管においては、多孔質
体の内部に存在する気孔が従来の二重置型伝熱管におけ
る微小間隙および溝の機能を果す。従って、内管または
外管のクラックにより生じたリークは多孔質体内の気孔
を通して拡散し、且つ管軸方向に迅速に伝達されるから
、既述した機構により破損を早期に検出できる。しかも
、本願発明では内管と外管とが熱伝導性に優れた多孔質
体を介して接続されているから、内管および外管が微小
間隙を介して隔てられている従来の伝熱管と異なり、伝
熱管の熱伝導性も良好である。即ち、第一発明によれば
、従来技術では二律背反的関係にあった破損検出性能と
熱伝達性能とを何れも満足することができる。

上記の作用を得るためには多孔質体の通気性、即ち気孔
率が重要な因子となる。第一発明において気孔率を３％
以上に限定した理由は、３％未満の気孔率では通気性が
不十分でリークの検出が困難になるからである。より望
ましい気孔率は１０〜４０％である。この所定の気孔率
を得る上においては、本発明の二重置型伝熱管が既述し
たような抽伸加工で製造されることを考慮しなければな
らない。何故なら、抽伸加工時の圧下作用によって多孔
質体の気孔が潰れ、気孔率が低下してしまうからである
。このような条件下でも３９６以上の気孔率を確保する
ために、既述の手段がとられる。

第一の手段は、第四発明で規定したように、抽仲加工前
の多孔質体の気孔率を３０９６以上とし、且つ圧下率を
７０％以下とすることである。これにより抽伸加工時の
圧下による気孔の潰れを補償し、加工後における３％以
上の気孔率を確保する。このためのより望ましい条件は
、加工前の気孔率が３５〜６０％、圧下率力筒０〜６０
％の範囲である。また、多孔質体を構成する原料粉末の
平均粒径が２５０μｍを越えると円筒状の多孔質体に加
工するのが困難になるため、原料粉末の平均粒径は２０
〜１５０μｍが望ましい。

多孔質体に３％以上の気孔率を確保するための第二の手
段は、多孔質体を構成する粒子の強度を高くして抽伸加
工時の圧下による変形を小さくし、気孔の潰れを抑制す
ることである。しかし、例えばセラミック焼結体、ニッ
ケル、オーステナイト系ステンレス鋼等の強度の高い材
料は一般に熱伝導率が低いため、これらを単独で用いる
と伝熱管の熱伝達性能が低下してしまう。従って、第一
発明で既述したように、このような高強度の硬質材から
なる内層を高熱伝導性の外層で被覆し、かかる二層構造
の複合粒子等で多孔質体を構成するのが望ましい。これ
により、高熱伝導性を維持しつつ充分な気孔率を確保す
ることができる。なお、高熱伝導性の外層としては、銅
もしくは銅合金、アルミニウムもしくはアルミニウム合
金、ベリリウム、マグネシウム、モリブデン、ニッケル
、または鉄等を用いることができる。

３％以上の気孔率を確保するための第三の手段は、第一
発明で既述したように、多孔質体中に硬質の隙間保持部
材を分布させることである。多孔質体を構成する多孔質
粒子が抽伸時の圧下を受けて変形しても、その中に分布
されている硬質の隙間保持部材はさほど変形しない。こ
のため多孔質金属と隙間部材との間には、多孔質体中の
気孔が圧下により潰れても空隙が残留し、或いは両者の
変形の相違に起因した新たな気孔が形成される。

このような作用により目的とする充分な気孔率を確保す
るためには、多孔質体を形成する際の多孔質金属粉末：
隙間保持部材の比率を９二１〜１：９の範囲とするのが
望ましく、特に好ましい比率は３ニアである。

第二発明になる蒸気発生器用伝熱管においても、第一発
明の場合と同様、従来技術では二律背反的関係にあった
破損検出性能と熱伝達性能とを何れも満足すること′が
できる。特に、第二発明では多孔質体に溝が形成されて
いるから、内管または外管のクラックにより生じたリー
クは多孔質金属体内の気孔を通して拡散し、且つ溝を通
して管軸方向に迅速に伝達される。なお、第一発明と異
なり、第二発明では気孔率の限定がない。これは、上記
のように溝を通してのリーク伝達が寄与するため、気孔
率が３％未満であっても所期のリーク検出が可能だから
である。第二発明による伝熱管は、例えば次のようにし
て容易に製作できる。まず内管の外周面に金属繊維によ
る薄板状の織布を巻付ける。その際、内管の管縦方向に
スリットが形成されるように織布を配置する。次いで、
巻付けた金属繊維の織布を・周囲から金属細線で螺旋状
に縛り付け、これを外管内に挿入した後、全体を抽伸（
所謂共引き）して所望の直径をもった伝熱管とする。こ
の抽伸により、前記スリット部には前記金属細線が粗に
織りなされた状態の溝が形成される。

第三発明においても、基本的には第一発明で述べたと同
様の作用により、従来技術では二律背反的関係にあった
破損検出性能と熱伝達性能とを何れも満足することがで
きる。しかも、第三発明における多孔質体は、金属被覆
層を介して内管および外管に完全に金属接合されている
から、より一層優れた熱伝導性が得られる。

第四発明においては、抽伸加工の後の熱処理により金属
被覆層が内管及び外管に拡散接合され、これによって多
孔質体は内管および外管に完全に金属接合される。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、本発明による伝熱管が使用される蒸気発生器の全
体構成について再度説明する。第１図はその蒸気発生器
を示す断面図である。同図において、１０１は外胴であ
る。外胴１０１の内部には本発明による二重背型伝熱管
１０２が複数本配設されている。この二重背型伝熱管１
０２の詳細は各実施例に基づいて後述するが、一般的に
概説すれば、第２図および第３図に示ように内管１０３
および外管１０４からなり、両管の間には熱伝導性に優
れた多孔質体１１１が介在されている。内管１０３およ
び外管１０４は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼
または高クロム鋼で構成されている。内管１０３の上端
部および下端部は、管板１０５．１０６で各々支持され
ている。また外管１０４の上端および下端は、中間管板
１０７゜１０８で各々支持されている。図中、符号ａ、
ｂ。

ｃ、ｄは溶接部である。

その他の構成は略第１４図の従来例と同様で、蒸気発生
器の全体の動作、並びに伝熱管破損の検出機構も略同様
である。即ち、内管１０３にクラックが発生した場合、
クラック部分からリークした水／蒸気は多孔質金属体１
１１の気孔および溝１１０を通って上部中間ブレナム１
２３または下部中間ブレナム１２４内に流入する。更に
、リーク検出ノズル１２５または１２６からリーク検出
部に流れ、リークセンサ等により検知される。

また、外管１０４が破損した場合には、中間ブレナム１
２３または１２４内の高圧ガスが溝１１０および多孔質
金属体１１１内の気孔を通っテ圧送され、外管１０４の
クラック発生部位から冷却材側に流出する。従って、中
間ブレナム１２３または１２４内の圧力低下を検知し、
或いは冷却材側にリークしたガスを検知することにより
、高圧ガスのリーク（外管１０４の破損）を検出するこ
とができる。

次に、本願各発明による伝熱管およびその製造方法の実
施例について説明する。

第一発明の伝熱管第２図および第３図は伝熱管１０２の第一のタイプの実
施例を示している。この実施例では、内管１０３と外管
１０４との間に銅の焼結体からなる多孔質金属体１１１
が充填されている。この実施例になる伝熱管１０２は、
次のようにして製作した。

まず純度９９．９％以上の銅粉末を黒鉛ボートに自然充
填した後、真空中において１０００〜１０４０℃で３時
間の焼結を行ない、目標の気孔率をもった銅の焼結板と
した。この焼結板を円筒状に加工することにより銅の焼
結金属管１１１を得た。次いで、この焼結金属管１１１
を内管１０３と外管１０４との間に挿入した後、この状
態で全体を抽伸加工し、更に熱処理を施すことにより上
記実施例の伝熱管１０２を製作した（実施例１および実
施例２）。各実施例における製造条件を第１表に示す。

なお比較例１として、第１５図および第１６図に示した
従来の伝熱管（微小間隙４のギャップ幅５μｍ）を作製
した。

上記各々の伝熱管について、次の方法でリーク検出特性
および熱伝導性を調べた。リーク検出特性は、伝熱管の
上端多孔質金属層部に圧力１００ｋｇ／ｃＩｊのヘリウ
ムガスを流し、下端多孔質金属体から漏洩したガス流量
を測定することにより評価した。熱伝達性は、伝熱管の
内面をヒータで加熱し且つ外面を冷却材で冷却した状態
で伝熱管の長手方向および周方向の数箇所で温度を測定
し、内外面の温度差から算定した熱伝導率で評価した。

その結果を第２表に示す。

第　　２　　表上記の結果から明らかなように、実施例１゜２の伝熱管
と比較例１の伝熱管とを比較した場合、リーク検出特性
および熱伝導性の何れにおいても実施例の方が優れてい
る。実施例では内管および外管の間に熱伝導率の良好な
多孔賃金一体が介在しているから熱抵抗が小さくなり、
微小間隙が介在している第１５図および第１６図の従来
例よりも熱伝達性が優れているのは当然と言える。また
リーク検出特性においても優れているのは、従来例の場
合はリーク拡散路となる微小間隙４を確保するのが製造
技術上困難であるのに対し、実施例の場合には多孔質金
属体１１１によってリーク拡散路が確保されるためであ
る。

なお、上記実施例１，２では多孔質焼結金属体として銅
を用いているが、銅合金、ニッケルもしくはニッケル合
金、オーステナイト系もしくはマルテンサイト系のステ
ンレス鋼等、多孔質となるものであればどのような金属
を用いてもよい。

次に、第一発明による伝熱管１０２の第二のタイプの実
施例について説明する。第４図はこのタイプの実施例に
なる伝熱管１０２の多孔質体１１１を°拡大して示す組
織断面図である。同図において、１１１ａは隙間保持材
として機能する硬質の粉末粒である。該粉末粒は高熱伝
導性の外層１１１ｂで被覆されている。この二層構造か
らなる複合粒子間には気孔１１１Ｃが形成されている。

多孔質体１１１がかかる構造を有する点を除き、この実
施例になる伝熱管は第２図および第３図に示したと同様
の構造を有している。このタイプの実施例になる伝熱管
１０２は、次のようにして製造されたものである。

まず、ｓｕｓ　３０４からなる粒径２５０μｍ以下の粉
末に、銅を厚さ２０μｍだけメツキした。こうして得ら
れたｓｕｓ　３０４の内層および銅の外層からなる複合
粒子を黒鉛ボートに自然充填した後、真空中において１
０００〜１０４０℃で３時間の焼結を行なって焼結板と
した。この焼結板を円筒状に加工することにより多孔質
金属管１１１とし、これを内管１０３と外管１０４との
間に挿入した。次いで全体を抽伸加工し、更に熱処理を
施すことにより上記の伝熱管１０２を製作した（実施例
３）。

また、比較のために粒径２９０μｍ以下の銅の粉末を上
記実施例３の場合と同様の条件で焼結し、同様の方法で
伝熱管を作製した（比較例２）。更に、粒径２９０μｍ
以下のｓｕｓ　３０４の粉°末を用い、比較例２と同様
にして伝熱管を製作した（比較例３）。

上記各々の伝熱管について、実施例１，２の場合と同様
の方法でリーラ伝達特性および熱伝導性を調べた。その
結果を第３表に示す。

上記の結果から明らかなように、実施例３の伝熱管は比
較例２，３による伝熱管の各々の長所をバランス良く併
有し、リーク検出特性および熱伝導性の何れにおいても
優れている。この結果は、実施例３における多孔質金属
体を構成する複合粒子が、そ内層のｓｕｓ　３０４によ
って抽伸時の圧下に耐え得る強度を有すると共に、外層
の銅によって良好な熱伝導性を付与されているからであ
る。

なお、実施例３では多孔質金属体を溝底する複合粒子の
内層をｓｕｓ　３０４　、外層を銅としたが、これに限
定されるものではない。即ち、内層の材料は抽伸時の圧
力に耐え得る強度を有するもめならば何でも良く、例え
ば鉄、鉄基合金、銅合金、アルミニウム合金、ニッケル
合金、更には金属に限らずＡｇＮやＳｉＣ等のセラミッ
クスを用いてもよい。また外層の材料も銅の外、銅合金
、アルミニウムもしくはアルミニウム合金、ベリリウム
、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、または鉄等を
用いることができる。外層を被覆する方法も特に限定さ
れるものでなく、電気メツキ、無電解メツキ、蒸着、溶
射、ＣＶＤ等のどのような方法でも用いることができる
。加えて、上記の二層構造からなるものであれば粒子状
のものに限らず、短繊維状または長繊維状等のもので多
孔質金属体を形成してもよい。多孔質金属の円筒管への
加工法も、焼結板からの加工に限らず、例えばプレス成
形や織布による方法を用いてもよい。

次に、第一発明による伝熱管の第三のタイプの実施例に
ついて説明する。第５図はこのタイプの実施例になる伝
熱管１０２一部切欠いて示す斜視図である。同図に示す
ように、内管１０３と外管１０４の間に多孔質体１１１
が配置されている。

該多孔質体は網状に編んだ隙間保持部材１１１ａと、多
孔質金属部１１１ｂとからなっている。上記タイプの実
施例になる伝熱管１０２を、次のようにして製造した。

まず、線径ｏ、ｒｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼
線からなる１２メツシユの網目の中に純度９９．９％以
上の銅粉末を自然充填した後、真空中において１０００
〜１０４０℃で３時間の焼結を行なって焼結板とした。

この焼結板を円筒状に加工することにより多孔質金属管
１１１とし、これを内管１０３と外管１０４との間に挿
入した。次いで全体を抽伸加工し、更に熱処理を施すこ
とにより第５図の伝熱管１０２を製作した（実施例４）
。

また、比較のために粒径２９０μｍ以下の鋼の粉末を上
記実施例３の場合と同様の条件で焼結し、これを用いて
同様の方法で伝熱管を作製した（比較例４）。

上記各々の伝熱管について、実施例１，２の場合と同様
の方法でリーク検出特性および熱伝導性を調べた。その
結果を第４表に示す。゛上記の結果から明らかなように
、実施例４の伝熱管は比較例４よりもリーク検出特性が
著しく優れている。これは、比較例４では抽伸加工によ
って多孔質金属の気孔が潰れて気孔率が極端に低下した
のに対し、実施例４では隙間保持部材１１１ａの作用に
よって充分な気孔率が保持されたことを示している。

第５図に示したタイプの実施例は種々の変形が可能であ
る。これらの変形例を第６図〜第９図に示す。

第６図の伝熱管では、隙間保持部材１１１ａとしてｓｕ
ｓ　３０４のワイヤを用い、銅粉末と共に円筒状にプレ
ス成形して得た多孔質体１１１を使用している。それ以
外は第５図の実施例と同様にして製造した。

第７図の伝熱管では、隙間保持部材１１１ａとしてベリ
リウム−銅合金からなる金属粒子を用い、これを銅粉末
と共に焼結して円筒状に加工した多孔質体１１１を使用
している。それ以外は第５図の実施例と同様にして製造
した。

第８図の伝熱管では、隙間保持部材１１１ａとしてニッ
ケル基合金からなるコイルを用い、これに銅の発泡金属
板をプレス加工して円筒状にした多孔質体１］１を使用
している。それ以外は第５図の実施例と同様にして製造
した。

第９図の伝熱管では、隙間保持部材１１１ａとしてｓｕ
ｓ　３０４のワイヤを用い、銅の繊維で織布を作製する
際にこのワイヤを織り込み、得られた複合金属織布を円
筒状にした多孔質体１１１を使用している。それ以外は
第５図の実施例と同様にして製造した。

上記第６図〜第９図の伝熱管の各々について、実施例１
，２で既述したと同様の方法によりリーク検出特性およ
び熱伝導率を測定したところ、実施例４と路間等の値が
得られた。

なお、第５図〜第９図のタイプの伝熱管は、上記したち
の範囲に限定されるものではない。例えば、隙間保持部
材１１１ａの材質としては鉄合金、銅合金、ニッケル基
合金、アルミニウム合金が何れも同等に適用可能である
。多孔質金属の材質も、銅、銅合金、アルミニウム、ア
ルミニウム合金、ベリリウム、マグネシウム、モリブデ
ン、ニッケル、鉄等が何れも同等に適用可能である。ま
た、それらの組合せも上述したものに限定されず、他の
組合せでも同等の効果が期待できる。更に、隙間保持部
材の形状も網、線、コイル、織布、塊等の種々の形状が
可能であるが、それ自体に通気性のある多孔質金属であ
れば更に性能の向上が期待できる。例えば、網、線、コ
イル等に使用されるワイヤが繊維束であれば、より好ま
しい。

第二発明の伝熱管第１０図および第１１図は、第二発明になる伝熱管１０
２の実施例を示している。この実施例では、内管１０３
と外管１０４との間にステンレス製の織布からなる多孔
質金属体１１１が充填されている。そして、多孔質金属
体１１１には管軸方向に溝１１０が形成されている。こ
の実施例になる伝熱管１０２は、次のようにして製作し
た。

まず、線径１０μｍのステンレス鋼製ワイヤで厚さ０．
４５Ｍの織布を織った。これに幅ＩＭの欠損部（スリッ
ト）を設けて外径１４．５ＩＩＩＩの９Ｃ「−１Ｍ　ｏ
製鋼管（内管）の外周に巻付けた後、スリット部分をス
テンレス線で粗に編んで織布を一体化した。次いで、こ
れを外径２２．８１１ｑ厚さ１．８ｆｆｉｌの外管の中
に挿入し、一体抽伸加工を行なうことにより外径１８．
５１１１１％内径１０．８５ｍ１ｍの伝熱管１０２を得
た（実施例５）。なお、多孔質金属体１１１の厚さは０
．３　ｒｔｕｓである。

尚、比較例５として、第１５図及び第１６図に示した従
来の伝熱管（微小間隙４のギャップ幅５μｍ）を製作し
た。

又、比較例６として、平均粒径９３μｍの純銅を１０４
０℃で３時間焼結して得た気孔率４７％の多孔質金属体
を内管及び外管の間に挿入し、これを圧下率１３％で抽
伸加工した伝熱管（多孔質金属体の気孔率４０％、厚さ
０．３１ｍ、溝なし）を製作した。

上記各々の伝熱管について、次の方法でリーク検出特性
及び熱伝導性を調べた。リーク検出特性は、伝熱管の上
端多孔質金属部に圧力１００ｋｇ／ｍのヘリウムガスを
流し、下端多孔質金属体から漏洩したガス流量を測定す
ることにより評価した。

熱伝導性は、伝熱管の内面をヒーターで加熱し、且つ外
面を冷却材で冷却しながら伝熱管の長手方向及び周方向
の数箇所で温度を測定し、内外面の温度差から算定した
熱伝導率により評価した。その結果を第５表に示す。

第　　５　　表上記の結果から明らかなように、比較例５の伝熱管とを
比較した場合、実施例５の伝熱管はリーク検出特性およ
び熱伝導性の何れにおいても優れている。実施例５では
内管および外管の間に熱伝導率の良好な多孔質金属体が
介在しているから、微小間隙が介在している第１５図お
よび第１６図の従来例よりも熱伝達性が優れているのは
当然と言える。またリーク検出特性においても優れてい
るのは、従来例の場合はリーク拡散路となる微小間隙４
を確保するのが製造技術上困難であるのに対し、実施例
５の場合には多孔質金属体１１１によってリーク拡散路
が確保されるためである。

一方、比較例６は熱伝導性において実施例５より若干優
れているが、これは比較例６で用いた多孔質金属体には
溝が形成されておらず、多孔質金属体と内管及び外管と
の間の熱伝導面積が大きいからである。しかし、そのた
めに比較例６ではリーク検出特性が実施例５よりも遥か
に劣っている。

これは、抽伸加工時に多孔質金属体内の気孔が潰れたこ
とに加え、溝が形成されていないためにリーク拡散路が
不充分になっているためである。蒸気発生器の伝熱管の
性能は熱伝達性のみならずリーク検出特性が要求される
ことは既述した通りであり、両者を総合して比較すれば
実施例５の方が数段優れていることは明らかである。

尚、実施例うでは多孔質金属体にステンレスを用いてい
るが、銅若しくは銅合金、ニッケル若しくはニッケル合
金、又は９Ｃｒ−ＩＭｏなどの鉄基合金等からなるもの
等、多孔質となるものであればどのような金属を用いて
もよい。

又、溝を構成する態様としては、実施例５のように粗に
編む以外にも、例えば網目状の編物から線を引抜いて網
目に粗な部分を形成してもよいし、発泡金属や焼結金属
の一部を切り欠いたものでもよい。加えて、溝は伝熱管
の長手方向に連続していればよく、従って実施例５のよ
うに直線状に限ることはなく、例えば螺旋状に設けても
よい。

第三発明の伝熱管第１２図および第１３図は、第三発明になる伝熱管１０
２の実施例を示している。この実施例においても、内管
１０３と外管１０４との間にステンレス製のワイヤから
なる多孔質体１１１が充填されている。但し、内管１０
３の外周面および外管１０４の内周面には金属被覆層１
２７が形成され、該金属被覆層を介して多孔質体１１１
と内管１０３及び外管１０４とは完全に金属接合されて
いる。この実施例の伝熱管１０２は、次のようにして製
作した。

まず、９　Ｃｒ　−Ｉ　Ｍ　ｏ鋼製の内管および外管を
用意し、内管の外周面及び外管の内周面に金属被覆層を
メツキした。メツキに際しては下記のメツキ液を用い、
厚さ約５μｍのＮｉ層を施したものと、厚さ約１０μｍ
のＣｕ層を施したものの二種類を製作した。

Ｎｉメツキ液硫酸ニッケル　　　　　３０　ｇ／ｆ１次亜硫酸ナトリ
ウム　　１０ｇ／（１酢酸ナトリウム　　　　１０ｇ／ｇＣｕメツキ液硫酸銅　　　　　　　　１０ｇ／ｊ！ロッシェル塩　　　　　４０ｚ／ＩＩパラホルムアルデヒド　１３ｔｒ／Ｉ）チオ尿素　　　
　　　　　１厘ｇ／１次いで、この内管及び外管の間に線径ｌＯμｍのステン
レス鋼ワイヤを織った厚さ約０．５　ｕの組網を挿入後
、外径Ｈ１，５Ｊ！Ｊｌ、内径１０１１５　ｍに抽伸加
工した。その後、この抽伸管を１０４５℃、０．５時間
、アルゴンガス雰囲気中で加熱処理を施すことにより伝
熱管を製作した（実施例６）。

なお比較例として第１５図及び第１６図に示したギャッ
プ幅５μｍの従来の伝熱管（比較例８）と、内管及び外
管に金属被覆層を形成しない伝熱管（比較例７）とを製
作した。

熱伝導率に影響を及ぼす内管及び外管と多孔質金属体と
の密着性を調べるために、抽伸管の内管部あるいは外管
部を切削加工し、内管及び外管と多孔質金属部が接合し
た状態の試験片を作成した。

この試験片について引張り試験を行ない、その接合強度
で内管及び外管と多孔質金属体との密着性を評価した。

その結果を第６表に示す。

上記の結果から明らかなように実施例６の伝熱管は、比
較例７，８の伝熱管とを比較した場合、す」り検出特性
及び熱伝導性のいずれにおいても優れている。実施例６
では内管及び外管の間に熱伝導率の良好な多孔質金属体
が介在しており、しかもこの多孔質金属体は、内管及び
外管に施された金属被覆層のために強固に金属接合され
ている。

従って、金属被覆層が施されない比較例７の伝熱管や、
微小間隙が介在している比較例８の伝熱管よりも熱伝達
性が優れているのは当然と言える。

また、リーク検出性においても優れているのは、比較例
８ではリーク拡散路となる微小間隙４を確保するのが製
造上困難であるのに対し、実施例６の場合には多孔質金
属体１１１によってリーク拡散路が確保されるためであ
る。両者を総合して比較すれば、実施例６は比較例７．
８よりも数段優れている。

なお、実施例６では多孔質金属体にステンレスを用いて
いるが、銅若しくは銅合金、ニッケル若しくはニッケル
合金、又は９　Ｃｒ　−Ｉ　Ｍ　ｏ鋼等の鉄合金からな
るもの等、多孔質となるものであれば、どのような金属
を用いても良い。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明による蒸気発生器用伝熱管
は破損を早期に検出できる二重管構成を具備すると共に
、伝熱性能を向上して蒸気発生器の小型化を図ることが
可能で、且つ容易に製作できる等、顕著な効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の伝熱管を使用した蒸気発生器の断面図
、第２図は本願第一発明の一実施例になる伝熱管の一部
を示す斜視図であり、第３図はその断面図、第４図は第
一発明の他の実施例になる伝熱管に用いた多孔質体の組
織断面図、第５図は第一発明の更に別の実施例になる伝
熱管を一部切欠いて示す斜視図であり、第６図〜第９図
はその変形例を示す斜視図、第１０図は本願第二発明の
一実施例になる伝熱管の一部を示す斜視図であり、第１
１図はその断面図、第１２図は本願第三発明の一実施例
になる伝熱管の一部を示す斜視図であり、第１３図はそ
の断面図、第１４図は従来の伝熱管を用いた蒸気発生器
の断面図、第１５図は従来の伝熱管の一部を示す斜視図
であり、第１６図はその断面図である。１０１・・・外胴、１０２・・・二重管型伝熱管、１０
３・・・内管、１０４・・・外管、１１１・・・多孔質
体、１１１ａ・・・隙間保持部材、１１１ｂ・・・多孔
質金属、１１１Ｃ・・・気孔、１１２・・・本人ロプレ
ナム、１１４・・・蒸気出口プレナム、１１６・・・冷
却材入口プレナム、１１８・・・冷却材出口ブレナム、
１２３．１２４・・・中間プレナム、１２７・・・金属
被覆層。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ↑ 第１図第６図　　　　　　　　第７図第８図　　　　　　　　第９図第２図第３図１１１０ｍ　　　　　　　　　　　　ｌｌＡｌ１　間第
１４図第１２図５５〇− 第１５図第１６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）断面が同心円状になるように配置された鉄基合金
鋼からなる内管および外管と、これら内管および外管の
間に介在された熱伝導性に優れ且つ３％以上の気孔率を
有する多孔質体とを具備したことを特徴とする蒸気発生
器用伝熱管。
（２）断面が同心円状になるように配置された鉄基合金
鋼からなる内管および外管と、この内管および外管の間
に介在された多孔質金属体と、該多孔質金属体に形成さ
れた管軸方向に連続する溝とを具備することを特徴とす
る蒸気発生器用伝熱管。
（３）前記内管の外周面および前記外管の内周面に形成
された金属被覆層を具備し、前記多孔質体が前記金属被
覆層を介して前記内管および外管に接合されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の蒸気発生器用伝
熱管。
（４）鉄基合金鋼からなる内管および外管を断面が同心
円になるように配置すると共に、これら内管および外管
の間に熱伝導性に優れた円筒状の多孔質体を挿入した後
、これを抽伸加工することにより所望の径を有する伝熱
管を製造する方法であって、挿入される前記多孔質体の
気孔率を３０％以上とし、抽伸加工の圧下率を７０％以
下とすることを特徴とする蒸気発生器用伝熱管の製造方
法。
（５）鉄基合金鋼からなる内管および外管を断面が同心
円になるように配置すると共に、これら内管および外管
の間に熱伝導性に優れた円筒状の多孔質体を挿入した後
、これを抽伸加工することにより所望の径を有する伝熱
管を製造する方法であって、前記内管の外周面および前
記外管の内周面に予め金属被覆層を形成すると共に、抽
伸加工した後に真空または不活性ガス雰囲気で加熱処理
することを特徴とする蒸気発生器用伝熱管の製造方法。