JPH0225601A - 蒸気発生器の分配管構造 - 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〕 本発明は高速増殖炉の蒸気発生器に係り、特に、分配管
から流出する液体金属の流速を抑制し、伝熱管の流体振
動を防止するのに好適な蒸気発生器の分配管構造に関す
る。

〔従来の技術〕

高速増殖炉の蒸気発生器は、加熱媒体である液体金属、
典型的にはナトリウムを蒸気発生器胴体内に導入し、胴
体内で液体金属と水とを熱交換させるため、ナトリウム
を胴体内に導入するための分配管と、水を胴体内で流動
させるための伝熱管とを有している。第８図はこのよう
な蒸気発生器内部の分配管の吐出口近傍の構成を示すも
のであり、第８図において、ナトリウム分配管１００は
内部シュラウド１０１と外部シュラウド１０２の間に配
置され、内部シュラウド１０１の外周には複数本の伝熱
管１０３が巻回されている。内部シュラウド１０１と外
部シュラウド１０２の間には分配管１００より導入され
たナトリウム１０４が液面１０５を形成しており、液面
１０５の上方にはカバーガス領域１０６が形成されてい
る。

ナトリウム分配管１００は、第９図に拡大して示すよう
に、下端近傍の周壁に形成されたナトリウム流出用の複
数個の側孔１０７を有し、また分配管１００の下端の底
板１０８にもナトリウム流出用の複数個の底孔１０９が
形成されている。ナトリウム分配管１００の下端に底板
１０８を設けることにより、分配管１００内を流下して
きたナトリウムの全流址が下端より流出して伝熱管１０
３にダイレクトに衝突し、伝熱管１０３が振動し最終的
に破損するのを防止する構造となっている。

また第１０図は上記ナトリウム分配管の改良構造を示し
、分配管１００の下方領域において、底板１０８の上方
に、さらにもう１枚、分配管１００内を流化するナトリ
ウムの下方向流速を抑制する目的で分配管内じゃま板１
１１を設置し、本じゃま板１１１にもナトリウム流出用
の開口１１２を設けている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第９図に示す分配管構造においては、ナトリウム分配管
１００に流入した高温ナトリウムは、当該分配管１００
の側孔１０７及び底板１０８の底孔１０９を介し、内部
シュラウド１０１と外部シュラウド１０２との間に形成
された領域内に流出する。このとき、分配管１００内を
流下してきたナトリウムは底板１０８の板面に衝突する
ことより、分配管１００の周壁に設けた側孔１０７から
のナトリウムは、底板１０８に近いほど高流速となる。

ここで、ナトリウム分配管１００の周壁に開口した側孔
１０７及び底板１０８に開口した底孔１０９から流出す
るナトリウムの流速が高流速になると、蒸気発生器にと
って好ましくない問題が発生する。

即ち、ナトリウム分配管１００から流出するナトリウム
の流速によって、伝熱管１０３の流体振動が発生するこ
とである０分配管１００に開口した側孔１０７及び底孔
１０９から流出したナトリウムの流れか伝熱管１０３に
衝突すると、当該伝熱管１０３の近傍に渦が発生し、そ
の渦の発生周期が伝熱管１０３の固有振動数に近い値を
とる場合、伝熱管１０３は共振現象を起こし、いわゆる
流体振動現象を呈して、伝熱管１０３の機械的強度が損
なわれるおそれがある。従って蒸気発生器の安全性を確
保する観点からは、伝熱管１０３に極力流体振動が加わ
らない配慮が必要となる。

第１０図に示した分配管構造においては、底板１０８の
上方にさらにもう１枚分配管内じゃま板１１１を設置し
ていることにより、分配管１００の下方流速を押さえる
ことが可能となるが、分配管内じゃま板１１１の直上の
分配管部分の周壁の側孔１０７からのナトリウム流出流
速が高流速となることは避けることが出来ない。

以上のように、従来の分配管構造では、高速増殖炉の蒸
気発生器内に液体金属を導入するための分配管から流出
する液体金属の流速が高流速となってしまい、分配管の
近傍に位置する蒸気発生器内の伝熱管の流体振動の発生
により伝熱管の機械的強度が低下し、最悪の場合伝熱管
の破断の恐れがあるという問題があった。

なお、分配管が流出する液体金属の流速を低くするため
には、分配管周壁の側孔開口領域を上方に拡大して広い
面積にわたって側孔を開け、側孔面積を増大させればよ
い、しかしながら、高速増殖炉の蒸気発生器においては
システム上のサイホンブレークレベルを考慮する必要が
あり、分配管周壁に開けられた側孔の最上端位置をこの
サイホンブレークレベル以上にすることはできない、即
ち、側孔面積の増大にはシステム上の制限がある。

従ってこの様な意味からも、分配管から流出する液体金
属の流速を低く押えることは非常に困難となっている。

本発明の目的は、分配管から流出する液体金属の流速を
全体的に低下させることができ、伝熱管の流体振動を防
止することのできる蒸気発生器の分配管構造を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、加熱媒体である液体金属を蒸気発生器胴体
内に導入するための分配管を有し、前記分配管の下方領
域周壁に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させた蒸気
発生器の分配管構造において、前記分配管の側孔開口部
位の周囲に前記側孔から流出する液体金属の流速を抑制
するためのじゃま板を設置し、前記じゃま板に液体金属
の流量及び流速の調整を行う複数の開口を形成したこと
を特徴とする蒸気発生器の分配管構造によって達成され
る。

前記じゃま板の複数の開口は好ましくはその最上端位置
をサイホンブレークレベルよりも上方に配置する０、：
。

前記分配管の底板には好ましくは多数の細孔を形成する
。

前記じゃま板は複数枚設置し多重構造とすることもでき
、また前記じゃま板を球形にすることもできる。

前記じゃま板はまたメツシュ構造にすることもできる。

上記目的は、また、加熱媒体である液体金属を蒸気発生
器胴体内に導入するための分配管を有し、前記分配管の
下方領域周壁に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させ
た蒸気発生器の分配管構造において、前記分配管の側孔
開口部位よりある距離能れたところに流速抑制用の抵抗
手段を配置したことを特徴とする蒸気発生器の分配管構
造によって達成される。

また上記目的は、加熱媒体である液体金属を蒸気発生器
胴体内に導入するための分配管を有し、前記分配管の下
方領域周壁に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させた
蒸気発生器の分配管構造において、前記分配管の側孔開
口部位の周囲に前記側孔から流出する液体金属の流速を
抑制するための無孔のじゃま板を設置することを特徴と
する蒸気発生器の分配管構造によって達成される。

更に上記目的は、流体を吐出するための複数の側孔を周
壁に備えた吐出管のノズル構造において、前記吐出管の
側孔開口部位の周囲に前記側孔から流出する流体の流速
を抑制するためのじゃま板を設置し、前記じゃま板に流
体の流量及び流速の調整を行う複数の開口を形成したこ
とを特徴とするノズル構造によって達成される。

〔作用〕

このように構成された本発明においては、分配管周壁の
側孔から流出する高流速の液体金属が側孔開口部位の周
囲に設置されたじゃま板に衝突することによって、じゃ
ま板は流速抑制用の抵抗手段として機能し、じゃま微開
口から流出する液体金属の流速が減速され、液体金属が
高速で伝熱管に衝突することによる伝熱管の流体振動を
抑制することができる。

じゃま板の複数の開口の最上端位置をサイホンブレーク
レベルよりも上方に配置した場合には、プラントシステ
ム上のサイホンブレークを防止する必要から制限されて
いた分配管周壁の側孔の最一 上端レベルはそのままにして、じゃま板の開口領域の面
積を拡大することが可能となり、じゃま板の開口総面積
を大幅に増大させることができる。

その結果、じゃま板の開口を通って流出する液体金属の
流出速度を平均的に低く押えることが可能となり、伝熱
管の流体振動を一層確実に防止できる。

分配管の底板に多数の細孔を形成した場合には、底板細
孔から流出する液体金属のポテンシャルフローの到達距
離を小さくし、速やかに低流速の均一流とすることがで
きる。その結果、底板のｒ方に位置する伝熱管の流体振
動を防止することができる。

じゃま板を複数枚設置し多重構造とした場合には、液体
金属の流出速度をそれぞれのじゃま板で均−化及び低流
速化することができ、じゃま板を球形にした場合は、じ
ゃま板間口から流出する液体金属の流速を放射状に拡散
させ、流出速度の均一化と低流速化の促進に効果がある
。

前記じゃま板をメツシュ構造にした場合も、開口を設け
た場合と同様、流出速度の均一化と低流速化を図ること
ができる。

また分配管の側孔開口部位の周囲に無孔のじゃま板を設
置した場合には、側孔から流出する高流速の液体金属が
じゃま板に衝突することによって、液体金属が高速で伝
熱管に衝突することが阻止され、伝熱管の流体振動を防
止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図及び第２図において、高速増殖炉の蒸気発生器は
、内部シュラウド１、外部シュラウド２、内部シュラウ
ド１と外部シュラウド２の間に配置されたナトリウム分
配ｇ３、内部シュラウドｌの外周にヘリカルコイル状に
巻回された複数本の伝熱管４を有し、内部シュラウド１
と外部シュラウド２の間には分配管３から流出したナト
リウム５が液面６を形成しており、液面６の上方にはカ
バーガス領域７が形成されている。

蒸気発生器の全体構成が第３図に示されている。

第３図において、蒸気発生器は胴体８、水側ヘッダ９、
ナトリウム側ヘッダ１０を有し、胴体８にはナトリウム
出口ノズル１１及び蒸気出口ノズル１２が設けられてい
る。ナトリウム分配管３はナトリウム側へラダ１０に設
けられたナトリウム入口ノズル１３に接続されている。

伝熱管４は、−端が、水側ヘッダ９に設けられた給水入
口ノズル１４に管板１５を介して接続され、他端が蒸気
出口ノズル１２に接続されている。内部シュラウド１、
外部シュラウド２、ナトリウム分配管３、伝熱管４は蒸
気発生器の内部構造物を構成し、胴体８、水側ヘッダ９
、ナトリウム側ヘッダ１０は蒸気発生器の外部構造物を
構成する。

以上の構成において、原子炉運転時、高温に加熱された
ナトリウムは、ナトリウム入口ノズル１３から胴体８内
に入り、複数本のナトリウム分配管３に分配された後、
内部シュラウド１の外側にヘリカルコイル状に巻回され
ている複数本の伝熱管４の周囲を流下し、ナトリウム出
ロノズル１１から排出されるものであり、上記ナトリウ
ムは、伝熱管４の周囲を流下するに際し、当該１云熱管
４内を流れる水と熱交換を行う、一方、給水入［」ノズ
ル１４からの水は、管板１５の部分で伝熱管４内に分流
されるものであり、伝熱管４は、胴体８と外部シュラウ
ド２との間に形成された領域を下降し、胴体８の下端で
上方に屈曲し、内部シュラウド１の外周をヘリカル状に
巻回した後、蒸気出口ノズル１２に達する。

再び第１図及び第２図において、ナトリウム分配管３は
その下方領域に位置する周壁に複数個開口したすＩ・リ
ウム流出用の側孔２０を有し、分配管３の下端には底板
２１が収り付けられ、底板２１にはトリウム流出用の底
孔２２が形成されている。底孔２２は微小細孔として形
成されている。

ナトリウム分配管３の側孔２０の開口領域外周には円筒
状のじゃま板２３が設置され、じゃま板２３の上下端は
閉じられ、じゃま板２３と分配管３との間にリング状の
アニユラス部２４を形成すると共に、じゃま板２３には
多数の開口２５か形成されている。開口２５の最上端位
置は図示の通り分配管３の側孔２０の最上端位置よりも
上方に位置し、その結果、側孔２０が制限を受けるプラ
ントシステム上のサイホンブレークレベルよりも上方に
位置している。

以上の構成において、原子炉運転時、高温に加熱された
ナトリウムは、上述したように、ナトリウム入口ノズル
１３からナトリウム分配管３に分配され、内部シュラウ
ド１の外周にヘリカルコイル状に巻回されている複数本
の伝熱管４の周囲を流下し、伝熱管４内を流れる水と熱
交換を行う。

このとき、ナトリウム分配管３を流下してきたナトリウ
ムは、当該分配管の周壁に開口した側孔２０から分配管
アニユラス部２４に流出し、じゃま板２３に衝突し、じ
ゃま板２３に開けられているじゃま板開口２５から流出
する。またナトリウム分配管３を流下してきたナトリウ
ムの一部は底板２１の微小細孔２２からポテンシャルフ
ローの小さな流れとし流出する。

このように本実施例においては、ナトリウム分配管３の
側孔２０から流出する高流速のナトリウムはじゃま板２
３に衝突しながら開口２５から流出することにより低流
速に減速される。

また、じゃま板２３に衝突したナトリウムの一部は分配
管アニユラス２４内を上方に移動し、上方に移動する過
程でじゃま板開口２５から流出していくことになる。こ
こで、じゃま板２３上のじゃま板開口２５の最上端位置
は、プラントシステム上のサイホンブレークレベルを考
慮する必要がないため、上述したように分配管側孔２０
の上方レベルに配置することが可能である。従ってじゃ
ま板２３の開口２５領域を大きくとることができ、開口
２５の総面積を自由に設定することができる。

従って、じゃま板１７Ｍ口２５から流出するナトリウム
の流速を均一な必要流速とすることが可能となり、伝熱
管４に衝突するナトリウム流れを、伝熱管４の固有振動
数以下の周期で振動する流速以下とすることが可能とな
り、伝熱管４の健全性を確保することができる。

また、じゃま板開口２５から流出するナトリウム流速を
均一な低流速とすることにより、内部シュラウド１と外
部シュラウド２の間の環状流路をナトリウムが流下する
際の流量配分を均一化し易すくなり、ナトリウムと水の
熱交換性能上が向上する。

また、分配管３の側孔２０から流出するナトリウムは最
終的に低流速とされるので、側孔２０から流出する時点
での流速は高速であっても構わない、従って、上述した
ように、底板２１に形成される底孔２２は微小細孔とす
ることができ、底孔２２から流出するすトリウム流速の
ポテンシャルフローを小さくできる。このため、当該ナ
トリウム流速のポテンシャルフローの到達距離を小さく
し、速やかに低流速の均一流とすることができ、底板２
１の下側においても伝熱管４の流体振動を防止できる。

また本実施例においては、上記効果を達成するだめの手
段は、全てナトリウム分配管３に取付けられており、蒸
気発生器を構成する多くの機器との取合いや干渉を生じ
るものではなく、その構成自体も非常に単純なものであ
るから、組立作業に困誼をともなうものではない。

本発明の他の実施例を第４図〜第７図を参照して説明す
る。

第４図は、分配管３の外周に設置する円筒状のじゃま板
を複数枚設置し多重構造とする実施例である。即ち第４
図において、じゃま板２３の外側にもう１枚のじゃま板
３０が設置され、じゃま板３０には同様に多数の開口３
１が設けられている。

またじゃま板３０の下端には底板３２が設置され、底板
３２にも多数の開口３３が開けられている。

このようにじゃま板を多重構造とすることにより、それ
ぞれのじゃま板で上述した作用が行われ、ナトリウム流
出流速の均一化と低流速化に効果がある。

第５図は分配管３のじゃま板３４の形状を球状にした実
施例であり、球状のじゃま、板３４には放射状に開口３
５が形成されている。このようにじゃま板３４を球状に
することにより、じゃま板開口３５から流出するナトリ
ウムの流速を放射状に拡散させ、流出速度の均一化と低
流速化を促進することができる。

第６図は分配管３の外周に設置する円筒状のじゃま板３
６を無孔とし、じゃま板３６の上端を開口３７として開
放した実施例である。この実施例では、分配管側孔２０
から流出する高流速のナトリウムはじゃま板３６に衝突
することによって上方に流れ方向を変え、上端の開口３
７より流出する。その結果、分配管側孔２０から流出す
るナトリウムがじゃま板３６の外側に位置する伝熱管に
衝突することが阻止され、伝熱管の流体振動を防止する
ことができる。

第７図は分配管３の外周に設置する円筒状のじゃま板３
８をメツシュ構造にした実施例である。

じゃま板３８のメツシュ構造はじゃま板に開口を設けた
のと同等に機能し、ナトリウム流出速度の均一化と低流
速化を図ることができる。

以上の説明から分るように、分配管の外周に設置される
じゃま板には種々の形態があり、要するに、本発明にお
いては、分配管の側孔開口部位よりある距′Ｍ離れたと
ころに流速抑制用の抵抗手段を配置し、ナトリウム流出
速度の低速化を図るものである。

なお、上述した本発明゛の分配管構造は高速増殖炉の蒸
気発生器に限らず、管を流れる流体がそれ以外の容器ま
たは自由空間に流入するとき、その流速が問題となった
り、整流する必要があるその他の機器、例えば空気調和
装置、流体機械等にも吐出管のノズル構造として一般的
に適用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、流体金属分配管から流出する液体金属
の流速が高流速である場合の問題点である伝熱管に対す
る流体振動を効果的に防止することが出来、しかも構造
が簡単かつコンパクトで、組立作業性の良好な、改良さ
れた蒸気発生器を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による分配管構造を含む蒸気
発生器の要部断面図であり、第２図は第１図に示す分配
管構造部分の拡大図であり、第３図はその蒸気発生器の
全体を示す断面図であり、第４図は本発明の他の実施例
による分配管構造の断面図であり、第５図は本発明のさ
らに他の実施例による分配管構造の断面図であり、第６
図は本発明のなおさらに他の実施例による分配管構造の
断面図であり、第７図は本発明のまたさらに他の実施例
による分配管構造の側面図であり、第８図は従来の分配
管構造を含む蒸気発生器の要部断面図であり、第９図は
第８図に示す従来の分配管構造の拡大図であり、第１０
図は従来の他の分配管構造の断面図である。 符号の説明 ３・・・分配管　　　　　　４・・・伝熱管５・・・ナ
トリウム（液体金属） ２０・・・側孔　　　　　　２１・・・底板２２・・・
微小細孔 ２３．３０，３４，３６．３８・・・じゃま板２５．３
１．３５・・・開口 出願人　　株式会社　日立製作所 ３−・分配管 ２５．３１．３５−−一開口 ＋＋ｌｆＨ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱媒体である液体金属を蒸気発生器胴体内に導
   入するための分配管を有し、前記分配管の下方領域周壁
   に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させた蒸気発生器
   の分配管構造において、前記分配管の側孔開口部位の周
   囲に前記側孔から流出する液体金属の流速を抑制するた
   めのじやま板を設置し、前記じやま板に液体金属の流量
   及び流速の調整を行う複数の開口を形成したことを特徴
   とする蒸気発生器の分配管構造。
2. （２）前記複数の開口の最上端位置をサイホンブレーク
   レベルよりも上方に配置したことを特徴とする請求項１
   記載の蒸気発生器の分配管構造。
3. （３）前記分配管の底板に多数の細孔を形成したことを
   特徴とする請求項１記載の蒸気発生器の分配管構造。
4. （４）前記じやま板を複数枚設置し多重構造としたこと
   を特徴とする請求項１記載の蒸気発生器の分配管構造。
5. （５）前記じやま板を球形にしたことを特徴とする請求
   項１記載の蒸気発生器の分配管構造。
6. （６）前記じやま板をメッシュ構造にしたことを特徴と
   する請求項１記載の蒸気発生器の分配管構造。
7. （７）加熱媒体である液体金属を蒸気発生器胴体内に導
   入するための分配管を有し、前記分配管の下方領域周壁
   に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させた蒸気発生器
   の分配管構造において、前記分配管の側孔開口部位より
   ある距離離れたところに流速抑制用の抵抗手段を配置し
   たことを特徴とする蒸気発生器の分配管構造。
8. （８）加熱媒体である液体金属を蒸気発生器胴体内に導
   入するための分配管を有し、前記分配管の下方領域周壁
   に液体金属吐出用の複数の側孔を開口させた蒸気発生器
   の分配管構造において、前記分配管の側孔開口部位の周
   囲に前記側孔から流出する液体金属の流速を抑制するた
   めの無孔のじやま板を設置したことを特徴とする蒸気発
   生器の分配管構造。
9. （９）流体を吐出するための複数の側孔を周壁に備えた
   吐出管のノズル構造において、 前記吐出管の側孔開口部位の周囲に前記側孔から流出す
   る流体の流速を抑制するためのじやま板を設置し、前記
   じやま板に流体の流量及び流速の調整を行う複数の開口
   を形成したことを特徴とするノズル構造。