JPH02238201A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えば高速増殖炉プラントに使用される蒸気発
生器に関する。

（従来の技術） 高速増殖炉、．例えば二重の冷却系を採用したタンク形
高速増殖炉は一般に以下のような構成をなしている。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いる。

炉心は複数の燃料集合体および制御俸等から構成されて
いる。冷却材は炉心を上方に向って流通し、その際、炉
心の核反応熱により昇温１る。昇湿した冷却材は炉心の
上方に流出して原子炉容器内に設置された中間熱交換器
内に流入する。この中間熱交換器で二次側冷却材と熱交
換して冷却され中間熱交換器の外に流出する。そして再
度炉心を上方に向って流通する。

一方、中間熱交換器で熱交換して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、給水系と熱交換して冷却される。冷却された二次側
冷却材は再度中間熱交換器に移送れる。また、熱交換に
より発生した蒸気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、通常縦形であって上下部に管板を
有するシェル・アンド・チューブ形の熱交換器が使用さ
れており、特に安全性の向上を図るべく二中管型の伝熱
管を採用したものが使用される。これを第４図から第６
図を参照して説明する。第４図は蒸気発生器の全体構成
を示す断面図でおり、図中符号１は外胴を示している。

この外胴１内には二重管型伝熱管２が複数体配設されて
いる。この二重管型伝熱管２は第５図および第６図に拡
大して示すように、外管３およびこの外管３の内周側に
微少隙間４を介して配設された内管５とから構成されて
いる。内管５はその上端および下端を上部管板６および
下部管板７によって支持されている。一方、外管３はそ
の上下端を中間管板８および下部管板７によって支持さ
れている。

外胴１の下端には水入口プレナム９が形成されており、
この水入口プレナム９には水流入口１０が形成されてい
る。この水流入口１０には図示しない水流人配管が接続
される。また、第４図に示したように水入口プレナム９
にはマンホール１１が設置されている。一方、外１１ｉ
ｉ１１の上端には蒸気出口ブレノ−ム１２が形成されて
おり、この蒸気出口プレナム１２には蒸気流出口１３が
形成されている。この蕉気流出口１３に図示しない蒸気
流出配管が接続される。

蒸気出口プレナム１２にはマンホール１４が設置されて
いる。

外１］１ｉｉ１１の中間管板８の下方側には冷却｛４人
口ブレナム１５が形成されており、この冷却材入口プレ
ナム１５には冷却材流入口１６が形成されている。この
冷却材流入口１６に図示しない冷却材流入配管が接続さ
れる。一方、外胴１の下部管板７の上方側には冷却材出
口プレナム１７が形成されており、この冷却材出口プレ
ナム１７には冷却材流出口１８が形成されている。この
冷却材出口１８に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に介挿されたべローズで
あるとともに、符号２０は入口窓、２１は出口窓である
。ま゜た第５図中符号２３は溝である。この溝２３はリ
ーク検出用のもので、外管３側に形成されている。外管
３はこの溝２３を形成するために、耐圧上の観点から必
要とされる肉厚にざらに溝２３の深さ分を加えた肉厚と
なっている。ざらに上部管板６と中間管板８との間には
中間プレナム２４が形成され、この中間プレム２４には
リーク検出ノズル２５力儲受置されている。このリーク
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。また第４図および第５図に示した微少隙間４は
数ミクロンから数１０ミクロンとなっている。

上記構成によると、まず高温の冷却材は冷却材流入口１
６を介して冷却材入口プレナム１５内に流入し、入口窓
２０から伝熱管束部に流入する。そして伝熱管２の外側
を流下して出口窓２１を介して冷却材出口プレナム１７
内に流出する。そこから冷却材出口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
水流人配管及び水流入口１０を介して水流人プレナム９
内に流入する。

そこから伝熱管２の内管５内に流入して上昇する。

その際伝熱管２の外側を流下ずる冷却材と熱交換し、胃
温して蒸気となる。この蒸気は蒸気出口ブレナム１２内
に流出し、蒸気流出口１３及び蒸気流出配管を介して図
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て水・
蒸気がリークした場合であるが、この場合にはリークし
た水・蒸気は微少隙間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及び８間に形成
された中間プレナム２４内に流入し、リーク検出ノズル
２５より図示しないリーク検出装置に流通していく。こ
れによって圧力変動を検出するあるいはリーク検出セン
ナーによりリークを検出することによって内管５の破損
を検知する。

次に外管３が破損した場合について説明する。

この場合には中間プレナム２４内のガスが微少隙間４内
を拡散して外管３の破損部から冷却材側に流出する。よ
って中間プレナム２４内のガス圧力が低下し、これを検
出することにより外管３の破１０を検知する。おるいは
冷却材側に設置されたカス検出器を使用して流出したガ
スを検出することにより外管３の破損を検知する。

（発明が解決しようとする課題） 上記構成によると以下のような課題がある。

■　いずれの破損の場合に−ｂ内管５及び外管３との間
の微少隙間４を介してリークを検出することにより破損
の検知をなしており、その意味では微少隙間４はできる
だけ広い方が有効である。しかしながら、余り広くなる
と熱抵抗が増大して蒸気発生器の大型化を誘引してしま
う。すなわち熱抵抗が増大することにより伝熱管２の本
数を増加ざぜないと所望の熱伝達性能を提供できないか
らである。その意味で微少隙間４の設計には困難が伴う
。

■　次に微少隙間４の機能としては内管５または外管３
に発生したクラツクの拡大を防止する機能がある。それ
と同時に前述した熱抵抗も考慮しなければならず、金属
組織的に内管５と外管３が一体ではなくかつ密着した状
態を提供する必要かあり、その意味でも微少隙間４の製
作には困難が伴う。

■　ざらに仮に精度良く微少隙間４を形成しても、内管
５および外管３の熱膨張等により変化してしまい、その
場合には伝熱性能が低下してしまうという課題もある。

■　もし万が一内管５および外管３にほぼ同時にリーク
が発生した場合には微少隙間４の内部で冷却材と水が反
応し、水素ガスを発生する。このため、微少隙間４は高
圧となり、これに起因して大リークに至る可能性がある
。

このように従来の蒸気発生器にあっては、内管および外
管との間の隙間に関して種々の課題がある。本発明は上
記課題を解決するためになされたもので、伝熱管の破損
検出を早期に行うことができるとともに、万が一の二重
管型伝熱管の同時破損時の安全性向上を計り、伝熱性能
を向上させて装置の小型化を図ることが可能な蒸気発生
器を提供することにおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は水入口ブレナムおよび蒸気出口プレナムを有す
るとともに冷却材入口プレナムおよび冷却材出口プレナ
ムを有する外胴と、この外胴内に複数配設されその上端
および下端を前記外用内に設置された管板により支持さ
れ前記水入口プレナムに流入した水が流通して蒸気とな
り前記蒸気出口ブレナムに流出する伝熱管と、前記管板
内に複数個の音響センサーを設けてなることを特徴とず
る。

また、前記伝熱管は内管および外管の二重管型からなり
、前記内管および外管はそれぞれ独立な管板によって上
端および下端が支持され、その各々または一部に音響セ
ンサーが設けられ、前記音響センサーは給水側の低温管
板部にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が、蒸気側の高
温管板部に二オブ酸リチウムの圧電素子が使用されてい
ることを特徴とする。

（作　用） 管板および中間管板内に複数の音響セン１ナーを設ける
ことによって内管あるいは外管が破損した場合に生じる
音響が内管あるいは外管を伝わってくるのを早期に検知
する。音響を検出するため、内管と外管の間隙を大ぎく
とる必要もなく、したがって熱抵抗を小さくでき、かつ
、装置の小ウ１′２化が可能となる。また、音響センサ
ーを複数個設けることによって破損位置を把握りーるこ
とか可能となり、修復が容易となる。

さらに、対の管板必るいは対の中間管板の音響センサー
を発信器と受信機に区別して使用ずることによって内管
あるいは外管の異常を早期に検出でき、使用期間中検査
としても活用できる。

く実施例） 以下第１図から第３図を参照して本発明に係る蒸気発生
器の実施例を説明する。第１図は本実施例による蒸気発
生器の全体構成を示す縦断面図であり、図中符号１０１
は外用を示している。この外胴１０１内には複数体の二
重管型伝熱管１０２が配設されている。この二重管型伝
熱管１０２は第２図および第３図に示すような構成とな
っている。図中符号１０３は内管であり、この内管１０
３の外周側には微少隙間４を介して外管１０４が配設さ
れている。

これら内管１０３および外管１０４は例えばオーステナ
イ１〜系ステンレス鋼またはハイクロム鋼から構成され
ている。内管１０３はその上下端を上部管板１０５およ
び下部管板１０６により支持されている。

また、外管１０４はその上下端を上部中間管板１０７お
よび下部中間管板１０８により支持されている。

上下両管板１０５および１０６、ざらに上下両中間管板
１０７および１０８には音響センリーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄが
それぞれ設置されている。第３図は上部管板１０５の上
面配置の代表例を示しているが、内管１０３は三角ピッ
チで多数本配列されており、音響センサーＤは各内管１
０３の間に複数個設けられている。他の管板や中間管板
も同様に音響センサーが設けられている。

外胴１０１の下端部には水入口プレナム１１３が形成さ
れており、この水入口プレナム１１３には水流人配管１
１３ａが接続されている。一方、外胴１０１の上端には
蒸気出口プレナム１１４が形成されており、この蒸気出
口プレナム１１４には蒸気流出配管１１５が接続されて
いる。外胴１０１の上部中間管板１０７の下方側には冷
却材入口プレナム１１６が形成されており、この冷却材
入口プレナム１１６には冷却材流入配管１１７が接続さ
れている。一方、外胴１０１の下部中間管板１０８の上
方側には冷却材出口ブレナム１１８が形成されており、
この冷却材出口プレナム１１８には冷却材流出配管１１
９が接続されている。

図中、符Ｑ１２０は外胴１０１に介挿されたべＤ　−で
あるとともに、符号１２１は入口窓、１２２は出口窓で
ある。また上部管板１０５と上部中間管板１０７どの間
、および下部管板１０６と下部中間管板１０８との間に
はそれぞれ上部中間プレナム１２３および下部中間プレ
ナム１２４が形成されている。上部中間プレナム１２３
にはリーク検出ノズル１２５が接続され、下部中間プレ
ナム１２４にはリーク検出ノズル１２６が接続されてい
る。これらリーク検出ノズル１２５および１２６には図
示しないリーク検出部が接続されている。

以上の構成を基にその作用を説明する。まず通常の熱交
換作用であるが、これは従来とほぼ同じである。すなわ
ち、冷却材は冷却材流入配管１１７を介して冷却材入口
ブレナム１１６内に流入する。

冷却材入口プレナム１１６内に流入した冷却材は入口窓
１２１を介して伝熱管束部に流入して伝熱管１０２の外
側を流下する。外側を流下した冷却材は出口窓１２２を
介して冷却材出口プレナム１１８内に流出し、冷却材流
出配管１１９を介して蒸気発生器の外に流出する。

一方、水は水流人配管１１３ａを介して水入口プレナム
１１３に流入する。この水入口プレナム１１３内に流入
した水は伝熱管１０２の内管１０３内に流入する。内管
１０３内に流入した水は内管１０３内を上昇する。その
際伝熱管１０２の外側を流下する冷却材と熱交換して昇
温し蒸気となる。この発生した蒸気は内管１０３から蒸
気出口プレナム１１４内に流出し、ざらに蒸気流出配管
１１５を介して図示しないタービン系に移送され発電に
供される。

次に音響センリー−の作用について第２図おＪ：び第３
図を参照して説明する。まず内管１０３にクラックが発
生した場合についてであるが、この場合は内管１０３の
破損箇所から水蒸気が漏洩する。この漏洩に伴う異常音
が内管あるいは外管を伝播して各音響センサーへ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに到達する。外管１０４にクラックが発生した場
合には中間プレナム１２３または１２４内の高圧ガスが
流入する。この時の異常音が同様に内管あるいは外管を
伝播して各音響センサーに到達する。

内管と外管が同時に破損した場合には急激なりトリウム
ー水反応が発生するため、異常音の検出は一層容易とな
る。

ところで、このＭｅセンリ゛一は各管板あるいは中間管
板に複数設けられてあるので、各センナーで得られる信
号の強弱を判定することにより破損位置を推定すること
が可能である。

また、音響センサーは音響センサーに電圧を加えること
により発信器として使用ずることも可能である。例えば
音響センザーＣ，Ｄを発信器に、音響センサーＡ，Ｂを
受信器として使用すれば、クラックが発生している伝熱
管は音の伝播特性が異なるため、異常を検知できる可能
性がある。

音響センリ−一としては給水側の下部管板１０６または
下部中間管板１０８は約２５０゜Ｃの低温で使用される
ため、高感度の圧電素子ジルコン酸チタン酸鎗（ＰＺＴ
）が、また上部管板１０８または上部中間管板１０７は
高温で使用されるため、高温用の圧電素子二オブ酸リチ
ウム等が適している。

中間プレナム１２３ヤ１２４にリーク検出用の圧力計ま
たはガス分析計を設けて上述の検出機能を補完覆るのは
従来どおりである。

本実施例によると以下のような効果を奏する。

■　内管１０３　ｉるいは外管１０４にクラックが発生
したことを早期に検出できるため、事故の拡大を未然に
防止することが可能である。

■　破損した位置を同定できるために、修復に要する日
数を短縮することが可能となり、プラントの稼動率が向
上する。

■　破損検出に内管あるいは外管内の音の伝播を利用し
ているため、両者の間隙を大ぎくしてガスが流れ易くな
るようにする必要がないため、熱抵抗の増大を防止でき
る。このため、蒸気発生器の小型化を図ることができる
。

■　音響センサーを受・発信器として利用することによ
り、クラツクの発生による音の伝播特性の変化を把える
ことができる。これを供用期間中検査として実施すれば
、クラツクのＵ４通を未然に察知できる。

なお、本発明は二重管型伝熱管を有する蒸気発生器に適
用を限定したものではない。一重管型伝熱管の蒸気発生
器にあっても、管板を右ずる蒸気発生器ならば、その管
板部に音響セン１ナーを設（ノることによってナリウム
ー水反応が発生した時生じる音を直接検知できる。リー
ク箇所の同定が可能なことも同様である。

［発明の効果］ 本発明によれば、伝熱管の破損と早期に検出することが
可能であり、事故の拡大を未然に防止することができる
。

また、破損位置の同定も可能であるので、修復にかかる
日数も低減可能となり、プラントの稼動率が向上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る蒸気発生器の一実施例を示す縦断
面図、第２図は第１図における二重伝熱管の部分を拡大
して示す縦断面図、第３図は第２図の平面図、第４図は
従来の蒸気発生器を示す縦断面図、第５図は第４図にお
ける蒸気発生器の伝熱管を示す斜視図、第６図は第５図
における伝熱管を示す断面図である。 ・・・外胴 ・・・二重管型伝熱管 ・・・内管 ・・・外管 ・・・上部管板 １０６・・・下部管板 １０７・・・上部中間管板 １０８・・・下部中間管板 １０９〜１１２・・・音響センサーＡ−Ｄ１１３・・・
水入口プレナム １１３ａ・・・水流人配管 １１４・・・蒸気出口プレナム １１５・・・蒸気流出配管 １１６・・・冷却材入口プレナム １１７・・・冷却材流入配管 １１８・・・冷却材出口プレナム １１９・・・冷却材流出配管 １２０・・・べロー １２１・・・入口窓 １２２・・・出口窓 １２３　，　１２４・・・中間プレナム１２５　，　１
２６・・・リーク検出ノズル↑ 茅　１ 図 茅 面 第 図 茅 図 茅 ム 凹

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水入口プレナムおよび蒸気出口プレナムを有する
   とともに冷却材入口プレナムおよび冷却材出口プレナム
   を有する外胴と、この外胴内に複数配設されその上端お
   よび下端を前記外胴内に設置された管板により支持され
   前記水入口プレナムに流入した水が流通して蒸気となり
   前記蒸気出口プレナムに流出する伝熱管と、前記管板内
   に複数個の音響センサーを設けてなることを特徴とする
   蒸気発生器。
2. （２）前記伝熱管は内管および外管の二重管型からなり
   、前記内管および外管はそれぞれ独立な管板によつて上
   端および下端が支持され、その各々または一部に音響セ
   ンサーが設けられ、前記音響センサーは給水側の低温管
   板部にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が、蒸気側の高
   温管板部にニオブ酸リチウムの圧電素子が使用されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の蒸気発生器。