JPH0578721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気発生器、さらに詳細には、液体金
属と水との熱交換によつて高温高圧の水蒸気を発
生させる高速増殖炉用蒸気発生器の改良に関する
ものである。

〔発明の背景〕

本発明の説明に先立ち、高速増殖炉用蒸気発生
器の全体的な内部構造を第８図に示す。

第８図において、１は胴体、２は水側ヘツダ、
３はナトリウム側ヘツダ、４は伝熱管、５は内部
シユラウド、６は外部シユラウドを示し、蒸気発
生器は、胴体１ないしナトリウム側ヘツダ３から
なる外部構造物と、伝熱管４ないし外部シユラウ
ド６からなる内部構造物とに大別される。

以上の構造において、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７
から胴体１内に入り、複数本のナトリウム分配管
８に分配された後、内部シユラウド５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
９の周囲を流下し、ナトリウム出口ノズル１０か
ら排出されるものであり、上記ナトリウムは、伝
熱管９の周囲を流下するに際し、当該伝熱管９内
を流れる水と熱交換をおこなう。一方、給水入口
ノズル１１からの水は、管板１２の部分で伝熱管
９内に分流されるものであり、伝熱管９は、胴体
１と外部シユラウド６との間に形成された領域を
下降し、胴体１の下端で屈曲し、内部シユラウド
５の外周をヘリカル状に巻回した後、蒸気出口ノ
ズル１３に達する。図中、１４は内部シユラウド
５の上方に形成されたカバーガス領域、１５はナ
トリウム液面を示している。

高速増殖炉用蒸気発生器の全体的な内部構造は
以上のとおりであるが、ここで、従来基本とされ
ているナトリウム分配管とその近傍の構成を第９
図に、ナトリウム分配管のみの構成を第１０図に
示す。

第９図および第１０図において、１６はナトリ
ウム分配管８の下方領域に位置して、その分配管
８の周壁に複数個穿設したナトリウム流出用の側
孔、１７はナトリウム分配管８の下端に取り付け
た邪魔板、１８は邪魔板１７に複数個穿設したナ
トリウム流出用の底孔を示し、ナトリウム分配管
８の下方領域にあつては、当該分配管８の下端に
邪魔板１７を設けることにより、分配管８内を流
下してきたナトリウムの全流量が伝熱管９にダイ
レクトに衝突し、伝熱管９が破損するのを防止す
る工夫がなされている。

しかして、ナトリウム分配管８に流入した高温
ナトリウムは、当該分配管８の側孔１６および邪
魔板１７の底孔１８を介し、内部シユラウド５と
外部シユラウド６との間に形成された領域内に流
出するものであるが、ナトリウム分配管８の下端
において、当該分配管８内を流下してきたナトリ
ウムは、邪魔板１７の板面に衝突するものであつ
て、分配管８の周壁に穿設した側孔１６からのナ
トリウムは、邪魔板１７に近いほど高速流とな
る。

ところで、ナトリウム分配管８の周壁に穿設し
た側孔１６および邪魔板１７に穿設した底孔１８
から流出するナトリウムの流速が高速流になる
と、蒸気発生器にとつて好ましくない問題が種々
発生することは、当該分野において従来から広く
知られており、その１つに、カバーガス領域１４
内に存在するガスがナトリウム中に巻込まれると
いう流体挙動上の問題点を指摘することができ
る。

すなわち、ナトリウム分配管８内を流下してき
たナトリウムが当該分配管８の周壁に穿設された
側孔１６から水平方向に噴出し、内部シユラウド
５および外部シユラウド６に衝突すると、その一
部は、それぞれの流れが衝突した壁面に沿つて上
昇する。このようにして、ナトリウムの一部が上
昇すると、第９図に示すように、ナトリウム液面
１５は大きな盛上り現象を呈し、遂には内部シユ
ラウド５および外部シユラウド６の壁面から離脱
して、ナトリウム分配管８寄りのナトリウム中に
落下し、このときカバーガス領域１４内のガスが
ナトリウム中に巻込まれて気泡を発生するもので
あつて、ナトリウム中に発生した気泡は、伝熱管
９を介しておこなわれるナトリウムと水との良好
な熱交換を妨げるばかりか、キヤビテーシヨン現
象など、ナトリウム循環ポンプの作動にも悪影響
をおよぼす。

ナトリウム分配管８から流出するナトリウムの
流速が高速流である場合の好ましくない問題とし
て、第２には、伝熱管９の流体振動を挙げること
ができる。

すなわち、ナトリウム分配管８内を流下してき
たナトリウムが邪魔板１７の底孔１８から垂直方
向に噴出し、伝熱管９に衝突すると、当該伝熱管
９の近傍に渦が発生する。しかして、伝熱管９の
近傍に発生する渦の発生周期が当該伝熱管９の固
有振動数に近い値をとる場合、伝熱管９は振動
し、いわゆる流体振動現象を呈して、伝熱管９の
機械的強度が損なわれるおそれがあるため、蒸気
発生器の安全性を確保する観点からは、伝熱管９
に極力流体振動が加わらない配慮が必要となる。

第１１図および第１２図はいずれも従来提案に
係る改良形蒸気発生器のナトリウム分配管とその
近傍の縦断面図である。

第１１図において、第９図および第１０図と同
一符号は同一部分、すなわち５は内部シユラウ
ド、６は外部シユラウド、８はナトリウム分配
管、９は内部シユラウド５の外周にヘリカルコイ
ル状に巻回された伝熱管、１４は内部シユラウド
５の上方に形成されたカバーガス領域、１５はナ
トリウム液面を示しており、第１１図に示す蒸気
発生器にあつては、ナトリウム分配管８の下端寄
りに位置して、上下２段にそれぞれガス巻込防止
用のデイツププレート１９とナトリウム整流板２
０とが設置されている。

しかして、第１１図に示す蒸気発生器によれ
ば、ナトリウム分配管８から流出するナトリウム
の流速が高速流である場合の好ましくない問題
点、すなわちカバーガス領域１４内に存在するガ
スのナトリウム中への巻込、さらには伝熱管９に
加わる流体振動を防止する上で一応の効果が発揮
されるものと予測されるが、その反面、デイツプ
プレート１９やナトリウム整流板２０に対し、ナ
トリウム分配管８や伝熱管立上り部９ａが貫通す
る正確な孔あけ加工と複雑な組立作業とを必要と
し、しかも上記組立作業に付随する溶接やサポー
ト取付は、狭い空間内での作業であることをも考
慮しておかなければならない。

次に、第１２図に示す蒸気発生器において、第
９図ないし第１１図と同一符号は同一部分、すな
わち５は内部シユラウド、６は外部シユラウド、
８はナトリウム分配管、９は内部シユラウド５の
外周にヘリカルコイル状に巻回された伝熱管、１
４は内部シユラウド５の上方に形成されたカバー
ガス領域、１５はナトリウム液面を示しており、
第１２図に示す蒸気発生器にあつては、ナトリウ
ム分配管８の下端開口部に位置して、当該分配管
８内を流下するナトリウムを斜め下方に吐出させ
る錐体２１が設けられており、その詳細は、特公
昭54−26643号公報に記載されている。

しかして、第１２図に示す蒸気発生器によれ
ば、ナトリウム分配管８内を流下してきたナトリ
ウムが水平方向に噴出して内部シユラウド５およ
び外部シユラウド６に衝突し、その一部が内部シ
ユラウド５および外部シユラウド６の周壁に沿つ
て上昇するといつた不具合をなくすことができ、
カバーガス領域１４内に存在するガスのナトリウ
ム中への巻込を防止する上で効果があるが、ナト
リウム分配管８内を流下してきたナトリウムの一
部が伝熱管９に衝突し、当該伝熱管９に流体振動
を生ぜしめる点については認識されていない。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決す
べく、種々検討を重ねた結果なされたものであつ
て、その目的とするところは、液体金属分配管か
ら流出する液体金属の流速が高速流である場合の
問題点、すなわちカバーガス領域内に存在するガ
スの液体金属中への巻込、さらには伝熱管に対す
る流体振動を効果的に防止することができ、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提供しようとする
ものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、加熱媒体
である液体金属を蒸気発生器胴体内に導入し、上
記胴体内で液体金属と水とを熱交換する蒸気発生
器の構造において、液体金属を蒸気発生器胴体内
に導入する液体金属分配管の下方領域に位置し
て、その分配管の周壁に液体金属流出用の側孔を
穿設し、かつ上記液体金属分配管の下方領域に位
置して、それぞれ液体金属流出用の底孔を穿設し
た邪魔板を複数個備えるとともに、上記各邪魔板
に穿設した液体金属流出用の底孔は、液体金属分
配管の軸線方向に対し、一の邪魔板の孔中心とこ
れに隣設する他の邪魔板の孔中心とをずらしてそ
れぞれの邪魔板に穿設してなることを特徴とする
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を、第１図ないし第４図の一実施
例にもとづいて説明すると、第１図は本発明の要
部であるナトリウム配管近傍の縦断面図、第２図
は第１図の一部拡大図、第３図は第２図のＡ−Ａ
断面図、第４図は第２図のＢ−Ｂ断面図である。

第１図ないし第４図において、第８図ないし第
１２図と同一符号は同一部分、すなわち５は内部
シユラウド、６は外部シユラウド、８はナトリウ
ム分配管、９は内部シユラウド５の外周にヘリカ
ルコイル状に巻回された伝熱管、１４は内部シユ
ラウド５の上方に形成されたカバーガス領域、１
５はナトリウム液面、１６はナトリウム分配管８
の下方領域に位置して、その分配管８の周壁に複
数個穿設したナトリウム流出用の側孔、１７はナ
トリウム分配管８の下端に取り付けた邪魔板、１
８は邪魔板１７に複数個穿設したナトリウム流出
用の底孔を示しており、上記実施例においては、
邪魔板１７の上方に位置して、ナトリウム分配管
８の管内に他の邪魔板２２が設けられている。

２３はナトリウム分配管８内に位置する邪魔板
２２に穿設したナトリウム流出用の底孔であつ
て、邪魔板１７に穿設した底孔１８の中心と、邪
魔板２２に穿設した底孔２３の中心とは一致して
おらず、上記両孔１８と２３とは、ナトリウム分
配管８の軸線方向に対してずらした関係にあり、
図示実施例において、ナトリウム分配管８の下端
に位置する邪魔板１７の底孔１８は、当該分配管
８の管内に位置する邪魔板２２の底孔２３より
も、その開口部総面積を大きくしてある。

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、図示を省略したナトリウ
ム入口ノズルから複数本のナトリウム分配管８に
分配され、内部シユラウド５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９の周囲
を流下するものであり、上記ナトリウムは、伝熱
管９の周囲を流下するに際し、当該伝熱管９内を
流れる水と熱交換をおこなう。

しかして、上記一連のナトリウム−水熱交換系
において、ナトリウム分配管８内を流下してきた
ナトリウムは、当該分配管８の周壁に穿設した側
孔１６から水平方向に吐出されるとともに、邪魔
板２２に穿設した底孔２３から垂直方向に吐出さ
れるものであるが、第１図および第２図におい
て、ナトリウム分配管８内を流下するナトリウム
は、当該分配管８内に位置する邪魔板２２に衝突
し、その一部は、邪魔板２２に穿設した底孔２３
を介し、当該邪魔板２２と他の邪魔板１７との間
に形成されている圧力変換室２４内に小流量・高
流速をもつて流入し、他のナトリウム流は、邪魔
板２２の上流部（符号２５で示す）付近におい
て、ナトリウム分配管８の周壁に穿設した側孔１
６から水平方向に吐出される。邪魔板２２の底孔
２３から小流量・高流速で流下してきたナトリウ
ムは、次に、ナトリウム分配管８の下端に位置す
る他の邪魔板１７に衝突し、邪魔板２２，１７間
の圧力変換室２４内で静圧に変換されるものであ
り、圧力変換室２４内で低流速に変換されたナト
リウムは、邪魔板１７に穿設した底孔１８から伝
熱管９の方向に垂直に吐出されるとともに、ナト
リウム分配管８の周壁に穿設した側孔１６から水
平方向に吐出される。

本発明は以上のごときであり、本発明によれ
ば、ナトリウム分配管８の周壁に穿設した側孔１
６から水平方向に吐出されるナトリウムの流速
は、ナトリウム分配管８の管内に位置する邪魔板
２２と当該分配管８の下端に位置する邪魔板１７
との間に形成された圧力変換室２４の存在によつ
て十分小さな値に抑えられる。したがつて、ナト
リウム分配管８の側孔１６から吐出されたナトリ
ウムの内部シユラウド５および外部シユラウド６
に対する衝突流は小さく、ナトリウム液面１５の
盛上り現象も小さいため、カバーガス領域１４内
のガスがナトリウム中に巻込まれるのを効果的に
防止することができる。

また、本発明において、邪魔板１７に穿設した
底孔１８から垂直方向に吐出されるナトリウムの
流速は、これまた上記圧力変換室２４の存在によ
つて十分小さな値に抑えられるため、蒸気発生器
のコンパクト化をはかることを目的として、ナト
リウム分配管８の下端と伝熱管９の上端との距離
を小さくしても、伝熱管９に流体振動が発生する
ことはない。

さらに、本発明において、上記２効果を達成す
るための手段は全てナトリウム分配管８内に設け
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ずるものではなく、その構成
もすこぶる簡単なものであるから、この種機器の
組立作業に特別困難をともなうものではない。

なお、本発明において、ナトリウム分配管８の
周壁に穿設した側孔１６と邪魔板１７に穿設した
底孔１８、さらには他の邪魔板２２に穿設した底
孔２３の開口面積を適宜調整することは任意であ
つて、たとえば上記各孔１６，１８および２３の
開口面積を調整して邪魔板２２の上流部２５と圧
力変換室２４内とをほぼ等しい圧力とすることに
より、ナトリウム分配管８の周壁に穿設された全
ての側孔１６，１６…から吐出されるナトリウム
の流速をほぼ等しい値とすることができる。ま
た、ナトリウム分配管８の下端に位置する邪魔板
１７の底孔１８、さらに詳細には、邪魔板１７に
複数個穿設した底孔１８，１８…の開口部総面積
を、分配管８内に位置する邪魔板２２の底孔２３
よりも大きく設定すれば、上記邪魔板１７の底孔
１８，１８…から吐出されるナトリウムの流速は
著しく緩和される。

第５図ないし第７図はいずれも本発明の他の実
施例を示すナトリウム分配管の縦断面図で、第５
図の実施例においては、ナトリウム分配管８の管
内に位置して、当該分配管８の周壁に穿設した縦
方向の側孔１６，１６間に２枚の邪魔板２２′お
よび２２″を設けた場合を示した。

また、第６図の実施例においては、ナトリウム
分配管８の下端に位置する邪魔板１７の断面形状
を多角形とすることにより、底孔１８，１８…か
ら吐出するナトリウムを垂直方向にのみ流下させ
ることなく、斜め下方にも流下させ、ナトリウム
の流れ方向を拡大して、その下方に位置する伝熱
管への流束分散化をはかり得るようにした場合を
示した。

さらに、第７図の実施例においては、ナトリウ
ム分配管８の下端に位置する邪魔板１７の断面形
状を半球状とすることにより、第６図の実施例と
同様、底孔１８，１８…から吐出するナトリウム
を垂直方向にのみ流出させることなく、斜め下方
にも流出させるようにした場合を示した。

〔発明の効果〕

本発明は以上のごときであり、図示実施例の説
明からも明らかなように、本発明によれば、液体
金属分配管から流出する液体金属の流速が高速流
である場合の問題点、すなわちカバーガス領域内
に存在するガスの液体金属中への巻込、さらには
伝熱管に対する流体振動を効果的に防止すること
ができ、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
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明に係る蒸気発生器
の一実施例を示し、第１図は本発明の要部である
ナトリウム分配管近傍の縦断面図、第２図は第１
図の一部拡大図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面
図、第４図は第２図のＢ−Ｂ断面図、第５図ない
し第７図はいずれも本発明の他の実施例を示すナ
トリウム分配管の縦断面図、第８図は蒸気発生器
の全体的な内部構造を示す縦断面図、第９図は従
来基本とされているナトリウム分配管とその近傍
の縦断面図、第１０図は第９図の一部拡大図、第
１１図および第１２図はいずれも従来提案に係る
改良形蒸気発生器のナトリウム分配管とその近傍
の縦断面図である。 １……蒸気発生器胴体、２……水側ヘツダ、３
……ナトリウム側ヘツダ、４……伝熱管、５……
内部シユラウド、６……外部シユラウド、７……
ナトリウム入口ノズル、８……ナトリウム分配
管、９……伝熱管、１０……ナトリウム出口ノズ
ル、１１……給水入口ノズル、１２……管板、１
３……蒸気出口ノズル、１４……カバーガス領
域、１５……ナトリウム液面、１６……ナトリウ
ム流出用側孔、１７……邪魔板、１８……ナトリ
ウム流出用底孔、２２，２２′および２２″……邪
魔板、２３……ナトリウム流出用底孔、２４……
圧力変換室、２５……邪魔板上流部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱媒体である液体金属を蒸気発生器胴体内
   に導入し、上記胴体内で液体金属と水とを熱交換
   する蒸気発生器の構造において、液体金属を蒸気
   発生器胴体内に導入する液体金属分配管の下方領
   域に位置して、その分配管の周壁に液体金属流出
   用の側孔を穿設し、かつ上記液体金属分配管の下
   方領域に位置して、それぞれ液体金属流出用の底
   孔を穿設した邪魔板を複数個備えるとともに、上
   記各邪魔板に穿設した液体金属流出用の底孔は、
   液体金属分配管の軸線方向に対し、一の邪魔板の
   孔中心とこれに隣設する他の邪魔板の孔中心とを
   ずらしてそれぞれの邪魔板に穿設してなることを
   特徴とする蒸気発生器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、
   液体金属分配管の下方領域に位置する複数個の邪
   魔板のうち、最も下位に位置する邪魔板の底孔
   は、これに隣設する他の邪魔板の底孔よりも開口
   部総面積が大である蒸気発生器。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の発
   明において、液体金属分配管の下方領域に位置す
   る複数個の邪魔板のうち、最も下位に位置する邪
   魔板の断面形状が、下方に突出する多角形である
   蒸気発生器。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の発
   明において、液体金属分配管の下方領域に位置す
   る複数個の邪魔板のうち、最も下位に位置する邪
   魔板の断面形状が、下方に突出する半球状である
   蒸気発生器。