JPH0854101A

JPH0854101A - 蒸気発生器

Info

Publication number: JPH0854101A
Application number: JP6189296A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kobayashi; 正彦小林; Akihiro Ooto; 明洋大音; Kenji Mori; 建二森; Kunio Shimano; 国男島野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-08-11
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ナトリウム−水反応が発生した場合、その圧力
伝播を緩和して、反応生成物の原子炉容器への移行を抑
制し、コンパクト構造とする。【構成】本体胴19に内筒20を、この内筒20内に円筒26
を、円筒26の下方に電磁ポンプ27をそれぞれ設ける。電
磁ポンプ27内には内部配管28が挿入され、内部配管28の
下部側面と本体胴19の底部とはシール構造29により封止
されている。本体胴19と内筒20との間にはヘリカルコイ
ル状二重伝熱管21が積層されている。伝熱管21の両端は
主蒸気管台22と給水管台23に接続している。本体胴19の
外側を仕切構造34を介して液体金属内包容器33で包囲
し、この容器33の外側をガードヘッセル40で包囲し、仕
切構造34の上部に本体胴19に接続するベローズ状シール
構造35を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液体金属冷却型
高速増殖炉に用いられる蒸気発生器に係り、特に伝熱管
にヘリカル状二重伝熱管を組み込んだ蒸気発生器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液体金属冷却型高速増殖炉プラントでは
一般に冷却材として液体金属、例えば液体ナトリウムが
使用される。以下、本明細書では液体金属をナトリウム
の例で説明するが、ナトリウムに限定するものではな
い。ナトリウムは水と激しく反応するため、ナトリウム
と水の熱交換器である蒸気発生器にはとりわけ高い信頼
性が要求される。

【０００３】このため、高速増殖炉プラントでは一般的
に水蒸気系と一次冷却系の間に二次冷却系を設け、蒸気
発生器は二次冷却系の液体ナトリウムと水の熱交換を行
い、万一の伝熱管破損によるナトリウムと水の反応が生
じてもその影響が原子炉容器を含む一次冷却系に及ばな
いように構成している。

【０００４】これに対し、蒸気発生器の信頼性をさらに
高め、二次冷却系を削除する方策として蒸気発生器のナ
トリウムと水の境界を二重化した二重伝熱管を用いるこ
とが検討されている。

【０００５】図８により二重伝熱管を用いた従来の蒸気
発生器の構成について説明する。なお、図８は蒸気発生
器を中心線から左半分を側面で、右半分を縦断面で示し
ている。

【０００６】図８に示したように蒸気発生器は、縦長な
密閉円筒状の本体胴１を有し、この本体胴１の内部に多
数の二重伝熱管２からなる伝熱管束が縦方向に設置され
ている。二重伝熱管２は、大径な外管の内部に小径な内
管を挿通したものとされ、内管の上下端部は外管の上下
端部より長く突き出している。

【０００７】本体胴１の上端側内部には胴内を上下方向
で区画する上部ナトリウム管板３とその上方に設置する
蒸気側管板４とを一体化して両管板３，４間に上部ガス
プレナム５を形成した主蒸気管板６が設置されている。
本体胴１の下端側内部には同様に下部ナトリウム管板
７，水側管板８及び下部ガスプレナム９を有する給水管
板10が設置されている。

【０００８】そして、二重伝熱管２の外管の上下端部が
上部ナトリウム管板３と下部ナトリウム管板７とに接合
され、内管の上下端部は上部ナトリウム管板３及び下部
ナトリウム管板７を貫通して蒸気側管板４の上方及び水
側管板８の下方に開口している。

【０００９】本体胴１の上部には、その本体胴１内の上
部ナトリウム管板３と下部ナトリウム管板７との間の空
間に液体ナトリウムを導入するナトリウム入口ノズル11
が設けられ、また本体胴１の下側部には本体胴１外にナ
トリウムを導出するためのナトリウム出口ノズル12が設
けられている。

【００１０】本体胴１の上端部には、主蒸気ノズル13を
備えた蒸気水室14が形成され、本体胴１の下端部には給
水ノズル15を備えた給水水室16が形成され、蒸気水室14
及び給水水室16に二重伝熱管２の内管が連通されてい
る。上部ガスプレナム５及び下部ガスプレナム９には不
活性ガスが封入されており、これら各プレナム５，９に
リーク検出器17，18がそれぞれ設けられている。

【００１１】しかして、上記構成の蒸気発生器におい
て、高温のナトリウムは本体胴１上部のナトリウム入口
ノズル11から本体胴１内に流入し、その後、本体胴１内
で下降してナトリウム出口ノズル12から本体胴１外に流
出する。一方、水は本体胴１下部の給水ノズル15から給
水管板10を経て二重伝熱管２内に流入し、上昇する。

【００１２】そして、上昇途中で管外のナトリウムとの
熱交換により加熱されて蒸気となり、主蒸気管板６を経
て主蒸気水室14に入り、主蒸気ノズル13から所要箇所に
導かれる。上記構成の二重伝熱管を組み込んだ蒸気発生
器においては、二重伝熱管の内管または外管の双方を貫
通する貫通リークの発生前にリーク発生伝熱管を同定
し、その伝熱管を施栓することが必要である。

【００１３】上記のように構成することにより、リーク
発生時に二次側冷却材である水との激しい反応による事
故を防止することができ、蒸気発生器の信頼性を著しく
向上させ、ひいては二次冷却系の削除による高速増殖炉
プラントの簡素化を図ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように二重伝熱
管で構成された信頼性の高い蒸気発生器であっても、二
次冷却系を削除し、プラント構成を簡素化しようとする
際には、万が一、二重伝熱管の内管及び外管が同時に破
損し、ナトリウムと水の反応が生じた場合を想定しても
炉心を含む原子炉容器及び一次冷却系に対する圧力荷重
の負荷及び反応生成物の炉心への移行によって有害な影
響を与えないことが要求される。

【００１５】しかしながら、ナトリウム−水の反応事故
発生時には多量の水素ガスが発生し、爆発的な圧力波
（数十気圧）を発生させるため、図８の蒸気発生器の二
重伝熱管２部で蒸気水リークが発生した場合にはその圧
力波はナトリウム中を伝播して原子炉容器にも負荷され
ることになる。

【００１６】破損位置がナトリウム出口ノズル12に近い
位置（すなわち下方伝熱管）となった場合を想定する
と、水リーク発生時にも大量のナトリウムが流通してい
るため、漏洩を検知して即座にポンプを停止したとして
も、流体の慣性等により原子炉の炉心部に水を含んだナ
トリウムが流入し、反応が炉心部でも継続し、原子炉燃
料を損傷する可能性もある。

【００１７】また、蒸気発生器が原子炉の一次冷却材バ
ウンダリを構成する場合、蒸気発生器等からのナトリウ
ム漏洩による原子炉での冷却材喪失を防止するために、
漏洩を抑制する対策が必要である。

【００１８】一般的には蒸気発生器の回りに漏洩ナトリ
ウムを保持するためのガードベッセルを設けることにな
るが、従来の蒸気発生器の構造ではナトリウム及び水・
蒸気のノズルが各々上下に設けられるため、蒸気発生器
本体及び配管とガードベッセルとの取り合い構造が複雑
となる課題がある。

【００１９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、二重伝熱管を組み込んだ蒸気発生器を使用
して二次系を削除した高速増殖炉プラントにおいて、万
が一、ナトリウム−水反応が発生した場合に、その圧力
伝播を緩和するとともに反応生成物の原子炉容器への移
行を抑制し、さらに原子炉の液面低下を防止するための
ナトリウム内包容器及び配管系との取り合いが容易なコ
ンパクトな構造の蒸気発生器を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明に係る蒸気発生器は、内部に液
体金属が通流する本体胴と、伝熱管の給水管台と蒸気管
台を本体胴の上方に設置してこれに接続した内管と外管
とからなる多数のヘリカルコイル状二重伝熱管を本体胴
内に配置し、この伝熱管に供給する水を前記液体金属と
の熱交換により加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器に
おいて、前記蒸気発生器本体を上下領域を仕切構造によ
って区画し上部領域に液面を有する液体金属内包容器に
浸漬するとともに、前記ヘリカルコイル状二重伝熱管束
の内側の内筒部に電磁ポンプを設置し、液体金属は、前
記液体金属内包容器の上部領域に導通した蒸気発生器の
本体胴側部上方の窓から流入し、伝熱管束部を下降して
熱交換を行い、本体胴下部で流れを反転させて前記伝熱
管束内筒部に設置した電磁ポンプ内流路を上方に通流し
て昇圧し、さらに電磁ポンプ上方で流れを反転させて電
磁ポンプ内配管を下方に通流し、蒸気発生器本体下部を
貫通して前記液体金属内包容器の下部領域に流出せしめ
るような構成とし、前記液体金属内包容器の上部領域に
は蒸気発生器入口の液体金属通流配管、下部領域には蒸
気発生器出口の液体金属通流配管を接続したことを特徴
とする。

【００２１】また、請求項２記載の発明に係る蒸気発生
器は、請求項１記載の電磁ポンプ上部の吐出側空間に、
ガス空間が設けられていることを特徴とする。請求項３
記載の発明に係る蒸気発生器は、請求項１記載の電磁ポ
ンプ上部の吐出側流路に、流路反転構造が設置されてい
ることを特徴とする。

【００２２】請求項４記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項１記載の蒸気発生器において、伝熱管は、前記給
水管台からヘリカルコイル状伝熱管束部と電磁ポンプを
設置した内筒部との間を下降させて、前記ヘリカルコイ
ル部伝熱管と接続してなることを特徴とする。

【００２３】請求項５記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項１記載の電磁ポンプの出口から前記液体金属内包
容器の下部領域に通流させる配管が蒸気発生器本体を貫
通する部分及び蒸気発生器本体胴が液体金属内包容器の
仕切構造を貫通する部分に、熱膨張差を吸収できるシー
ル機構を設けたことを特徴とする。

【００２４】請求項６記載の電磁ポンプは、内部に液体
金属が通流する本体胴と、伝熱管の給水管台と蒸気管台
を本体胴の上方に設置してこれに接続した内管と外管と
からなる多数のヘリカルコイル状の二重伝熱管を本体胴
内に配置し、この伝熱管に供給する水を前記液体金属と
の熱交換により加熱して蒸気を発生させる蒸気発生器に
おいて、前記本体胴を上下領域を仕切構造によって区画
し上部領域に液面を有する液体金属内包容器に浸漬し、
液体金属は前記容器の下部領域に導通した内筒内を上昇
し、この内筒上部に設けた窓部からヘリカルコイル状伝
熱管束部を流入せしめ、この伝熱管束部を下降して熱交
換を行い、本体胴下部より前記液体金属内包容器の上部
領域に開放した後、液体金属を容器外に流出せしめるよ
うな構成とし、前記液体金属内包容器の下部領域には蒸
気発生器入口の液体金属通流配管、前記液体金属内包容
器の上部領域には蒸気発生器出口の液体金属通流配管を
接続したことを特徴とする。

【００２５】請求項７記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項６記載の蒸気発生器本体胴内のヘリカルコイル状
伝熱管束部上側に、ガス空間を設けたことを特徴とす
る。

【００２６】請求項８記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項６記載の蒸気発生器において、液体金属内包容器
の上部領域に蒸気発生器本体胴と並べて電磁ポンプを浸
漬するとともに、前記電磁ポンプの吐出側に蒸気発生器
出口配管を接続したことを特徴とする。

【００２７】請求項９記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項６記載の蒸気発生器において、伝熱管は前記給水
管台から前記ヘリカルコイル状伝熱管束部と前記本体胴
の間を下降させて前記ヘリカルコイル状伝熱管と接続し
てなることを特徴とする。

【００２８】請求項10記載の蒸気発生器は請求項６記載
の蒸気発生器の内筒が液体金属内包容器の仕切構造を貫
通する部分に熱膨張差を吸収できるシール構造を設けて
いることを特徴とする。

【００２９】請求項11記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項１または６記載の蒸気発生器において、前記伝熱
管のヘリカルコイル状伝熱管束部は継ぎ目なし構造とし
たことを特徴とする。

【００３０】請求項12記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項１または６記載の蒸気発生器において、前記本体
胴及び電磁ポンプを液体金属内包容器の上部でフランジ
構造で接続し、各々着脱可能自在構造としたことを特徴
とする。

【００３１】請求項13記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項１または６記載の蒸気発生器において、前記伝熱
管は内管と外管とからなる同心円状二重管からなり、そ
の内管と外管との間に組網線を充填してなることを特徴
とする。

【００３２】請求項14記載の発明に係る蒸気発生器は、
請求項13記載の蒸気発生器において、給水管台からヘリ
カルコイル状伝熱管部に至る途中の下降管部に、内管と
外管の間に充填する組網線の充填率ヘリカルコイル部よ
り小さくした伝熱管を使用したことを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明に係る請求請１及び２の蒸気発生器によ
れば、万が一二重伝熱管の内管及び外管の両方に損傷が
発生し、ナトリウム中への水リークが生じた場合、ナト
リウムと水との反応による急激な圧力上昇は、蒸気発生
器の入口側については、液体金属内包容器の上部領域の
液面に、また蒸気発生器の出口側については蒸気発生器
の内筒内に設置した電磁ポンプより上方のガス空間に開
放され、前記容器に接続される液体金属流通出入口配管
から外部に伝わる圧力波伝播の緩和が図られる。

【００３４】また、水リークの発生とともに、電磁ポン
プを停止する際、蒸気発生器の出口側に位置する液体金
属内包容器下部領域の容量によって液体金属の輸送遅れ
及び反応生成物の希釈を生じることにより、蒸気発生器
外部への反応生成物の移行が緩和される。

【００３５】さらに、原子炉の停止により、電磁ポンプ
が停止または低流量運転に移行された際には、電磁ポン
プ吐出圧力の低下に伴って、上部に設けたガス空間が膨
脹し、ガス空間の下部にあったナトリウムが抵抗の小さ
い電磁ポンプ出口側配管から液体金属内包容器の下部領
域に押し出されることにより、ポンプ流量の低下が遅く
なることで過渡的な原子炉入口流量が増加し、炉心の温
度上昇抑制を押さえる働きをする。

【００３６】また、給水管台及び蒸気管台を上部に設置
したことにより、蒸気発生器及び液体金属内包容器から
外部のナトリウム配管と水・蒸気系配管の分離引き回し
が容易となる。

【００３７】請求項３においては、請求項１において蒸
気発生器内筒内に電磁ポンプを設置し、ポンプ内を上方
に通流してポンプ出口で流路を下方に反転させるのに際
し、流路反転構造を設置することにより、安定な反転流
が得られる。

【００３８】請求項４においては、給水管台からの伝熱
管を蒸気発生器内筒と電磁ポンプの間を下降させてヘリ
カルコイル部伝熱管に接続することにより、電磁ポンプ
周囲のナトリウムが給水によって冷却され、電磁ポンプ
周囲を低温に維持することができる。

【００３９】請求項５においては、請求項１の蒸気発生
器に設置した電磁ポンプの出口配管が蒸気発生器本体を
貫通する部分及び蒸気発生器本体胴が液体金属内包容器
の仕切構造を貫通する部分にシール機構を設けることに
より、電磁ポンプと蒸気発生器本体の熱膨張差を吸収で
きるとともに、電磁ポンプ入口側に戻る無効流れを抑制
することができる。

【００４０】請求項６及び７の蒸気発生器によれば、万
が一、二重伝熱管の内管及び外管の両方に損傷が発生
し、ナトリウム中への水リークが生じた場合、ナトリウ
ムと水との反応による急激な圧力上昇は、蒸気発生器の
入口側については蒸気発生器上部の液面に、また蒸気発
生器の出口側については液体金属内包容器の上部領域の
液面に開放され、液体金属内包容器に接続される蒸気発
生器出入口配管から外部に伝わる圧力波伝播の緩和が図
られる。

【００４１】また、蒸気発生器の出口側に位置する液体
金属内包容器上部領域の容量により液体金属の輸送遅れ
及び反応生成物の希釈を生じることにより、蒸気発生器
外部への反応生成物の移行が緩和される。さらに、液体
金属内包容器の上部領域が蒸気発生器で熱交換を行った
後の低温ナトリウムとなるため、その容器の支持部熱膨
張対策が容易となる。

【００４２】また、給水管台及び蒸気管台を本体胴の上
部に設置したことにより、蒸気発生器及び液体金属内包
容器から外部のナトリウム配管と水・蒸気系配管の分離
引き回しが容易となる。

【００４３】請求項８においては、液体金属駆動用の電
磁ポンプが液体金属内包容器内に一体で組み込まれるた
め、蒸気発生器外部の構成機器が減り、配管等の簡素化
が図られる。

【００４４】請求項９においては、伝熱管が給水管台か
らヘリカルコイル状伝熱管束部と本体胴の間を下降させ
て、前記伝熱管と接続されるため、本体胴が低温に維持
され、液体金属内包容器の上部領域のナトリウムが本体
胴の熱により加熱されることが防止される。

【００４５】請求項10においては、蒸気発生器の内筒が
液体金属内包容器の仕切構造を貫通する部分にシール構
造を設けたことにより、本体胴と液体金属内包容器の熱
膨張差を吸収できるとともに、蒸気発生器内をバイパス
して液体金属内包容器の下部領域から上部領域に戻る無
効流れを防止できる。

【００４６】請求項11においては、伝熱管のヘリカル状
伝熱束部の途中に継ぎ目を設けない継ぎ目なし構造とす
ることにより、溶接等による伝熱管の接合部に直接ナト
リウムの熱過渡が負荷されることを防止することができ
る。

【００４７】請求項12によれば、本体胴及び電磁ポンプ
を液体金属内包容器の上部でフランジ構造を接続し、各
々着脱可能な構造としたことにより、万が一の蒸気発生
器または電磁ポンプの故障等に対して引き抜き・補修及
び復旧が容易となる。

【００４８】請求項13によれば、二重伝熱管の内管と外
管の間に組網線を充填した伝熱管を使用したことによ
り、内管と外管の間の通気性が高くなり、不活性ガス等
を加圧または循環し、そのガス中への水分の侵入、また
ナトリウム側への不活性ガスの流出によって内管または
外管の破損を知らしめる際の検出が容易となる。

【００４９】請求項14によれば、給水管台から伝熱管部
に至る途中の下降管部に、内管と外管の間に充填する組
網線の充填率ヘリカルコイル部より小さくした伝熱管を
使用することにより、下降管部での熱交換が抑制され、
給水が下降管部で沸騰し、伝熱管内流動が不安定になる
ことを防止できる。

【００５０】

【実施例】本発明に係る蒸気発生器の第１の実施例を図
１から図５により説明する。図１（ａ）は本発明に係る
蒸気発生器の第１の実施例の全体構成を示し、図１
（ｂ）は（ａ）において蒸気発生器出口配管およびその
近傍を示している。

【００５１】本発明の第１実施例に係る蒸気発生器は図
１（ａ）に示したように縦長な円筒状本体胴19と、この
本体胴19の内部中心位置に配置された内筒20と、この内
筒20と前記本体胴19との間に配置された多数のヘリカル
コイル状二重伝熱管21とから構成されている。伝熱管21
は伝熱管の管束部が層状に配置されたものである。

【００５２】本体胴19の上方、つまり上端部には主蒸気
管台22及び給水管台23が設けられている。本体胴19の上
方の側部には、伝熱管21の管束に液体金属、例えばナト
リウムが流入するための環状流路を形成するスカート部
24及び窓25を設けている。

【００５３】内筒20の内部には、上部が閉塞され、下端
が開口した円筒26を設置し、この円筒26の下部には本体
胴19内のナトリウムを循環させるための電磁ポンプ27を
設置している。この電磁ポンプ27内には本体胴19の底部
を貫通して電磁ポンプ27により下方にナトリウムを導く
ための内部配管28を配置している。

【００５４】内部配管28が本体胴19の底部を貫通した貫
通部には伸縮継手を用いたシール構造を29を設置してお
り、このシール構造29は内部配管28のみに結合され、本
体胴19に対しては伸縮力で押し付けられている。

【００５５】円筒19の上端部には平板30が設けられ、本
体胴19の頂部に設けたフランジ31と円周方向にボルト
（図示省略）にて結合されている。また、円筒26内の電
磁ポンプ27の上方には、電磁ポンプ27の環状流路より噴
出したナトリウムを下方流れに変えるための流路反転用
金物32を設置している。

【００５６】本体胴19の回りにはナトリウムを内包する
液体金属内包容器33（以下容器33と記す）を設置し、こ
の容器33には多層板からなる仕切構造37を設けており、
本体胴19はこの仕切構造34を貫通して容器33内のナトリ
ウム中に浸漬されている。

【００５７】本体胴19と容器33との間には伸縮継手を用
いたべローズ状シール構造35を設置しており、べローズ
状シール構造35は本体胴19のみに結合され、仕切構造34
に対しては伸縮力で押し付けられている。

【００５８】本体胴19の上部には支持フランジ36を設
け、容器33の上部の支持フランジ37と円周方向にボルト
（図示省略）にて結合されている。容器33内の仕切構造
34から上方の領域には、容器33の上部を貫通してナトリ
ウム入口配管38が挿入され、下部領域には図１（ｂ）に
示すように容器33の上部及び仕切構造34を貫通してナト
リウム出口配管39が挿入されている。

【００５９】容器33の外側には、万が一の容器33本体か
らのナトリウム漏洩が発生した際の漏洩抑制を図るため
のガードベッセル40を容器33を包囲するように設置して
いる。ナトリウムの液面は容器33の上部領域及び円筒26
内に位置している。

【００６０】しかして、上記のように構成された蒸気発
生器のナトリウム側は、ナトリウム入口配管38から容器
33の上部領域に流入し、スカート部24内の環状流路及び
窓25を経由して伝熱管21の管束部に至る。

【００６１】この伝熱管21の管束部を下降して熱交換を
行い、冷却されたナトリウムは、本体胴19の下部から電
磁ポンプ27内の環状流路から上方に圧送され、さらに円
筒26内の流路反転金物32に流れを当てて流路を反転さ
せ、内部配管28を下降し、容器33の下部領域に開放され
た後、図１（ｂ）に示すナトリウム出口配管39から外部
に流出される。

【００６２】一方、給水管台23に接続した伝熱管21の管
束部は、内筒20と円筒26の間を下降して本体胴19内の下
部に至り、これにより本体胴19と内筒20の間の環状領域
をヘリカルコイル状に上昇して主蒸気管台22に至り接続
している。この伝熱管の管束部内に水と蒸気が通流して
いる。

【００６３】主蒸気管台22は、図２に示すように本体胴
19に接続するナトリウム管板41と、このナトリウム管板
41の上方に設けられる蒸気側管板42と、この蒸気側管板
42とナトリウム管板41との間のガスプレナム43とによっ
て構成される。ガスプレナム43にはプレナムノズル44を
介してリーク検出器45が備えられている。この主蒸気管
台22上には主蒸気ノズル46と蓋体47とが設けられてい
る。

【００６４】尚、給水管台23については、詳細な図示を
省略するが、構成は主蒸気管板22と同様であり、ナトリ
ウム管板41と、蒸気側管板42に相当する給水管板と、リ
ーク検出器45を備えたガスプレナム43によって構成され
ている。

【００６５】図３および図４は上述した蒸気発生器に組
み込まれる二重伝熱管22の構成例をそれぞれ縦断面で示
している。図３に示す例では、同心円状二重伝熱管22が
外管48および内管49により二重の耐圧バウンダリを有し
ており、両管48，49間の隙間50には不活性ガスとして熱
伝導率の高いヘリウムガスが封入されている。この隙間
50がリーク検出用として形成されている。

【００６６】また、図４に示す例では、同心円状二重伝
熱管22が外管48および内管49により二重の耐圧バウンダ
リを有しており、両管48，49間の隙間50には不活性ガス
として熱伝導率の高いヘリウムガスが封入されている。
この隙間50が主蒸気管台22および給水管台23のガスプレ
ナム43に連通している。

【００６７】図４に示す二重伝熱管22の例では、外管48
と内管49の間に組網線を用いた多孔質金属層51が充填さ
れ、さらにリーク検出特性の向上が図られている。この
多孔質金属層51の充填密度の増減は、この部分の伝熱性
能に大きく寄与するため、所定の通気性能を満たす範囲
で密度を高くすることが伝熱上は有利となる。

【００６８】給水管台23から下降する部分の伝熱管21に
ついては、この中で水の沸騰を生じると蒸気が流れに逆
らって上昇しようとするため、水の流れが不安定になる
おそれがある。従って、この下降伝熱管部には多孔質金
属層51の充填密度をヘリカルコイル部に比して小さくし
た伝熱管を用いることによりこの部分での伝熱を抑える
ことができる。

【００６９】また、詳細な位置の図示は省略するが、図
１に示す蒸気発生器では、伝熱管21のヘリカルコイル状
伝熱管束部は全長にわたり接合部を設けない継ぎ目なし
構造としている。すなわち、伝熱管21は給水管台23から
下降した後、ヘリカルコイル状となって巻回しさらに主
蒸気管台22に至るまでその形状は３次元的で、途中には
継ぎ目を有してない。

【００７０】なお、伝熱管21の加工および組立作業の都
合上、伝熱管21の途中に接合部をどうしても設ける必要
がある場合には、例えば図５に示したようにして伝熱管
21同士の接合を行うことができる。

【００７１】すなわち、図５に示したように伝熱管21同
士を接合する場合、内管49ａおよび49ｂの一部表面が露
出するように外管48ａ，48ｂを削るとともに、予め一方
の外管48ａまたは48ｂに接続管52を挿入しておき、内管
49ａおよび49ｂを溶接53により接合した後、接続管52を
接合する中央部にずらして接続管52と外管48ａおよび48
ｂを溶接54，55して接続する。

【００７２】本実施例ではこのような接合部を下降管部
および蒸気管台22，給水管台23近傍の伝熱管21にのみ設
置し、ヘリカルコイル部伝熱管には設置していない。

【００７３】つぎに上記構成に係る蒸気発生器の第１の
実施例の作用を説明する。２次冷却系を削除した高速増
殖炉プラントでは、上記構成の蒸気発生器のナトリウム
入口配管38および出口配管39は直接原子炉容器（図示省
略）に接続されることになる。

【００７４】第１の実施例に示す蒸気発生器において、
伝熱管21の外管48および内管49の同時破損を想定した場
合、ナトリウムと水の爆発的な反応によって伝熱管21の
部分で発生する圧力波は、蒸気発生器の入口側では窓部
25およびスカート部24を介して容器33の上部領域の液面
に開放され、一方、蒸気発生器の出口側では電磁ポンプ
27を介して円筒26の上部の液面に開放される。

【００７５】しかして、本実施例では、蒸気発生器の出
入口の双方に液面を設けているため、万が一の水リーク
時にも蒸気発生器外の原子炉容器への圧力波の伝播を低
減させることができる。

【００７６】また、水リーク発生とともに、電磁ポンプ
27を停止させる際、流体慣性等によって流動は即座には
停止しないが、円筒26内および容器33の下部領域のナト
リウムがバッファとして作用し、これによる輸送遅れお
よび反応生成物の希釈効果により原子炉容器への反応生
成物の移行が抑制できる。

【００７７】さらに、水リーク時以外の運転において、
原子炉の停止により電磁ポンプ27が停止または低流量運
転に移行された場合には、円筒26内のガスが電磁ポンプ
27の吐出圧低下に伴って膨脹し、このガス空間の下部に
あったナトリウムが抵抗の小さい内部配管28から蒸気発
生器出口側に流出するため、ポンプ流量の低下が遅くな
ることで過渡的な原子炉入口流量が増加し、炉心の温度
上昇抑制を抑える働きをする。

【００７８】また、円筒26内に流路反転用金物32を設け
たことにより、電磁ポンプ27の環状流路からのナトリウ
ムの噴出による円筒26内の液面揺動を防止し、安定に流
れを反転させることが可能となる。

【００７９】給水管台23および蒸気管台22を本胴体19の
上部に設置し、ナトリウム出入口配管38，39を本胴体19
側方の容器33上部から取り出したことにより、外部のナ
トリウム系と水・蒸気系の分離が容易になるとともに、
各配管が上方に位置するため、容器33の下部形状が単純
となり、またガードベッセル40もこれを包囲する形で容
易に製作することができる。

【００８０】また、給水管台23からの伝熱管21を内筒20
と電磁ポンプ27の間を下降させてヘリカルコイル状二重
伝熱管21に接続することにより、電磁ポンプ27の周囲の
ナトリウムが給水によって冷却され、低温に維持するこ
とができる。よって、電磁ポンプ27のコイル温度上昇を
抑制することが可能となる。

【００８１】さらに、電磁ポンプ27出口の内部配管28が
本体胴19を貫通する部分および本体胴19が容器33の仕切
構造34を貫通する部分にシール機構29，35を設けたこと
により、電磁ポンプ27と本体胴19の熱膨脹差および容器
33と本体胴19の熱膨脹差を吸収できるとともに、漏れ流
れを抑制することができる。

【００８２】また、これらのシール構造29，35は、片方
の構造物としか結合しておらず、さらに本体胴19と容器
33並びに本体胴19と円筒26はボルトにて結合されている
ため、万が一本体胴19および電磁ポンプ29の補修が必要
な際に、容器33から容易に引き抜くことができる。

【００８３】図４に示したように、二重伝熱管21の外管
48と内管49の間に組網線の多孔質金属層51を充填したこ
とにより、隙間50の通気性が高くなり、不活性ガス等を
加圧または循環し、そのガス中への水分の侵入、またナ
トリウム側への不活性ガスの流出によって内管49または
外管48の破損を知らしめる際の検出が図３の二重伝熱管
に比べて著しく容易となる。

【００８４】給水管台23からヘリカルコイル状二重伝熱
管21部に至る途中の下降管部には、多孔質金属層51の充
填率をヘリカルコイル部より小さくした伝熱管21を使用
することにより、前記下降管部での熱交換が抑制され、
給水が下降管部で沸騰し、伝熱管内流動が不安定になる
ことを防止できる。

【００８５】伝熱管21のヘリカルコイル状伝熱束部の途
中を継ぎ目なし構造とするか、または図５に例示した接
続構造とすることにより、溶接等による伝熱管の接合部
に直接ナトリウムの熱過渡が負荷されることを防止する
ことができる。

【００８６】つぎに図６により本発明の係る蒸気発生器
の第２の実施例を説明する。本実施例ではナトリウムを
循環するポンプは蒸気発生器の外部に設置されている。
図６（ａ）の蒸気発生器は、縦長な円筒状の本体胴56の
内部中心位置に細長状内筒57が配置され、内筒57の周囲
位置に多数のヘリカルコイル状二重伝熱管21が層状に配
置された管束を構成している。本体胴56の上部側には主
蒸気管台22および給水管台23が設けられている。

【００８７】内筒57は伝熱管21の管束に高温ナトリウム
を供給するための流路を形成しており、上方の側部に
は、管束にナトリウムを流入せしめるために複数の窓58
を設けている。

【００８８】本体胴56の回りには、ナトリウムを内包す
る容器33を設置し、この容器33には仕切構造34を設けて
いる。本体胴56は容器33のナトリウム中に浸漬され、内
筒57は、この仕切構造34を貫通している。内筒57の貫通
部には、伸縮継手を用いたシール構造59を設置してお
り、このシール構造59は内筒57にのみ結合され、仕切構
造34に対しては伸縮力で押し付けられている。

【００８９】蒸気発生器本体胴56の上部には支持フラン
ジ60を設け、容器33の上部の支持フランジ61と円周方向
にボルト（図示省略）にて結合されている。容器33内の
仕切構造34から下部の領域には容器33の上部および仕切
構造34を貫通して図６（ｂ）に示すナトリウム入口配管
62が挿入され、上部の領域には容器33の上端部を貫通し
てナトリウム出口配管63が挿入されている。

【００９０】さらに、容器33の外側には万が一の容器33
本体からのナトリウム漏洩が発生した際の漏洩抑制を図
るためのガードベッセル40を容器33を包囲するように設
置している。ナトリウムの液面は、容器33の上部領域お
よび本体胴56の上部に設けられる。

【００９１】このように構成された蒸気発生器のナトリ
ウム側は、ナトリウム入口配管63から容器33の下部領域
に流入し、内筒57および窓58を経由して伝熱管21の管束
に至る。この管束部を下降して熱交換を行い、冷却され
たナトリウムは、本体胴56の下部から容器33の上部領域
に開放された後、ナトリウム出口配管63から外部に流出
される。

【００９２】一方、本体胴とヘリカルコイル状の伝熱管
21の管束の間には、円筒状のシュラウド64が設置され、
給水管台23から出た伝熱管21の管束は、本体胴56とシュ
ラウドとの間を下降して本体胴56の下部に至り、これに
よりシュラウド64と内筒33との間の環状領域をヘイカル
コイル状に上昇して主蒸気管台22に至る流路で内部に水
・蒸気が通流されている。主蒸気管台22および給水管台
23については、前記図２と同一の構成，形状であるの
で、その説明は省略する。

【００９３】つぎに上記構成に係る第２の実施例の作用
を説明する。本第２の実施例に示す蒸気発生器において
図３および図４に示す伝熱管21の外管48および内管49の
同時破損を想定した場合、ナトリウムと水との爆発的な
反応によって伝熱管21部で発生する圧力波は、蒸気発生
器入口側では、本体胴56の上部の液面に開放され、一
方、蒸気発生器出口側では本体胴56の下部を介して容器
33の上部領域の液面に開放される。

【００９４】しかして、本実施例では、蒸気発生器の出
入口の双方に液面を設けているため、図１における第１
の実施例と同様に万が一の水リーク時にも蒸気発生器外
の原子炉容器への圧力波の伝播を低減させることができ
る。

【００９５】また、水リーク発生とともに、ポンプを停
止される際、流体慣性等によって流動は即座には停止し
ないが、容器33の上部領域のナトリウムがバッファとし
て作用し、これによる輸送遅れおよび反応生成物の希釈
効果により原子炉容器への反応生成物の移行が抑制でき
る。

【００９６】給水管台23および蒸気管台22を本体胴56の
上部に設置し、ナトリウム出入口配管62，63は本胴体56
側方の容器33の上方から取り出したことにより、外部の
ナトリウム系と水・蒸気系の分離配置が容易となるとと
もに、全ノズルが上方に位置するため、容器33の下部形
状は単純であり、ガードベッセル40もこれを包囲する形
で容易に製作することができる。

【００９７】また、本実施例では、容器33の上部領域が
蒸気発生器の出口側の低温領域に位置するため、容器支
持部64を低温にしやすく当該部の熱膨脹対策等の条件が
緩和できる。

【００９８】さらに、給水管台23からの伝熱管21を本体
胴56とシュラウド64の間を下降させて伝熱管21に接続す
ることにより、本体胴56の内側ナトリウムが給水によっ
て冷却され、低温に維持することができるため、管束部
高温ナトリウムの熱が容器33の上部領域の低温ナトリウ
ムに放熱されることがなく、当該部に断熱層等を設ける
必要がなくなる。

【００９９】さらに、内筒57が容器33の仕切構造34を貫
通する部分にシール機構59を設けたことにより、容器33
と内筒57の熱膨脹差を吸収できるとともに、容器上下領
域の漏れ流れを抑制することができる。このシール構造
59は内筒57としか結合しておらず、また本体胴56と容器
33はボルトにて結合されているため、万が一蒸気発生器
本体胴56の補修が必要な際には、容器33から容易に引き
抜くことができる。

【０１００】つぎに図７により本発明に係る蒸気発生器
の第３の実施例を説明する。この第３の実施例は第２の
実施例の蒸気発生器においてナトリウムを循環するポン
プを内部に設置したもので、図６と同一部分には同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。

【０１０１】すなわち、蒸気発生器の構成は、図７
（ｂ）に示したように容器33の上部領域には蒸気発生器
本体胴56と並べて電磁ポンプ27を浸漬し、この電磁ポン
プ27は、支持筒65および平板66によって容器33の支持フ
ランジ67と円周方向をボルト（図示省略）によって固定
されている。また、電磁ポンプ27の出口には、ナトリウ
ム出口配管62が接続される。

【０１０２】このように構成された蒸気発生器のナトリ
ウム側の流れは、蒸気発生器本体胴56の下部より容器33
の上部領域に開放された後、電磁ポンプ27によって汲み
上げられ容器より外部に圧送される。

【０１０３】つぎに図７に示した蒸気発生器の作用を説
明する。図７の実施例の作用は、図６と同様であり、さ
らに容器33内にナトリウム駆動用の電磁ポンプ27を一体
で組み込んだことにより蒸気発生器外部の構成機器が減
り、配管等の簡素化が図られる。また、電磁ポンプ27の
内蔵により、電磁ポンプ27の環状流路そのものはナトリ
ウムバウンダリでなくなるため、ポンプ本体でのナトリ
ウム漏洩事故の想定が不要となる。

【０１０４】また、電磁ポンプ27は、支持筒65および平
板66を介して容器フランジ67とボルトで結合されている
ため、万が一電磁ポンプ27の補修が必要となった場合に
も容器33から容易に引き抜くことができる。

【０１０５】

【発明の効果】本発明によれば、万が一、二重伝熱管の
内管および外管の両方に損傷が発生し、ナトリウムと水
の反応事故が生じた場合でも蒸気発生器出入口配管から
外部に伝わる圧力波伝播の緩和が図られるとともに、反
応生成物の蒸気発生器外部への移行が緩和されるため、
蒸気発生器の信頼性、ひいてはプラントとしての信頼性
の向上が図られる。

【０１０６】また、蒸気発生器に接続される配管を全て
上方に設けているため、蒸気発生器を包囲して設置する
ガードヘッセルの形状および配管の引き回しを単純化す
ることができ、さらに電磁ポンプ等の１次系構成機器の
内包も可能なコンパクトな蒸気発生器を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る蒸気発生器の第１の実施
例を示す全体構成図、（ｂ）は（ａ）における蒸気発生
器出口配管およびその近傍を示す構成図。

【図２】図１における蒸気発生器の主蒸気管台を示す縦
断面図。

【図３】図１における蒸気発生器に使用する二重伝熱管
を示す縦断面図。

【図４】図１における蒸気発生器に使用する他の二重伝
熱管を示す縦断面図。

【図５】図１における二重伝熱管同士の接合構造の例を
示す断面図。

【図６】（ａ）は本発明に係る蒸気発生器の第２の実施
例を示す全体構成図、（ｂ）は（ａ）における蒸気発生
器出口配管およびその近傍を示す部分構成図。

【図７】（ａ）は本発明に係る蒸気発生器の第３の実施
例を示す全体構成図、（ｂ）は（ａ）における蒸気発生
器出口配管および電磁ポンプとその近傍を示す部分構成
図。

【図８】従来の蒸気発生器の従来例を示す構成図。

【符号の説明】

１…本体胴、２…二重伝熱管、３…上部ナトリウム管
板、４…蒸気側管板、５…上部ガスプレナム、６…主蒸
気管板、７…下部ナトリウム管板、８…水側管板、９…
下部ガスプレナム、10…給水管板、11…ナトリウム入口
ノズル、12…ナトリウム出口ノズル、13…主蒸気ノズ
ル、14…蒸気水室、15…給水ノズル、16…給水水室、1
7，18…リーク検出器、19…本体胴（第１の実施例）、2
0…内筒、21…二重伝熱管、22…主蒸気管台、23…給水
管台、24…スカート部、25…窓部、26…円筒、27…電磁
ポンプ、28…内部配管、29…シール構造、30…平板、31
…フランジ、32…流路反転用金物、33…液体金属内包容
器、34…仕切構造、35…ベローズ状シール構造、36，37
…支持フランジ、38…ナトリウム入口配管、39…ナトリ
ウム出口配管、40…ガードベッセル、41…ナトリウム管
板、42…蒸気側管板、43…ガスプレナム、44…プレナム
ノズル、45…リーク検出器、46…主蒸気ノズル、47…蓋
体、48…外管、49…内管、50…隙間、51…多孔質金属
層、52…接続管、53，54，55…溶接、56…本体胴（第２
の実施例）、57…細長状内筒、58…窓、59…シール構
造、60，61…支持フランジ、62…ナトリウム入口配管、
63…ナトリウム出口配管、64…容器支持部、65…支持
筒、66…平板、67…支持フランジ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島野国男神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に液体金属が通流する本体胴と、こ
の本体胴内に配置した内管と外管とからなる多数のヘリ
カルコイル状二重伝熱管と、前記本体胴の上方に設けら
れ前記伝熱管に接続する給水管台及び蒸気管台と、上下
部領域を区画する仕切構造を有し前記本体胴を浸漬して
前記上部領域に液体金属を収容する液体金属内包容器
と、前記本体胴内に配置した前記二重伝熱管の管束部内
に設けた内筒と、この内筒内に設置したセンターリター
ン型電磁ポンプとからなる蒸気発生器において、前記液
体金属は前記容器の上部領域に導通し前記本体胴側部上
方に設けた窓から流入し、前記伝熱管の管束部を下降し
て熱交換を行い、前記本体胴の下部で流れを反転させて
前記電磁ポンプ内流路を上方に通流して昇圧し、さらに
前記電磁ポンプの上方で流れを反転させて前記電磁ポン
プ内配管を下方に通流し、前記本体胴の下部を貫通して
前記容器の下部領域に流出せしめるように構成し、前記
容器の前記上部領域に液体金属入口配管を前記下部領域
に液体金属出口配管を接続してなることを特徴とする蒸
気発生器。
【請求項２】前記電磁ポンプ上部の吐出側空間にはガ
ス空間が設けられてなることを特徴とする請求項１記載
の蒸気発生器。
【請求項３】前記電磁ポンプ上部の吐出側流路には流
路反転用金物が設置されてなることを特徴とする請求項
１記載の蒸気発生器。
【請求項４】前記伝熱管は前記給水管台から前記伝熱
管の管束部と前記電磁ポンプを設置した内筒との間を下
降させて、前記伝熱管の管束部と接続してなることを特
徴とする請求項１記載の蒸気発生器。
【請求項５】前記電磁ポンプの出口から前記容器の下
部領域に通流させる内部配管と、この内部配管が前記本
体胴を貫通する部分、及び前記本体胴が前記容器内の前
記仕切構造を貫通する部分に熱膨張差を吸収できるシー
ル機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の蒸気発
生器。
【請求項６】内部に液体金属が通流する本体胴内と、
この本体胴内に配置した、内管と外管とからなる多数の
ヘリカルコイル状二重伝熱管と、前記本体胴の上方に設
けられ前記伝熱管に接続する給水管台及び蒸気管台と、
上下部領域の仕切構造を有し前記本体胴を浸漬して前記
上部領域に液面を設けた液体金属内包容器とからなる蒸
気発生器において、前記液体金属は前記容器の下部領域
に導通した内筒内を上昇し、この内筒上部に設けた窓部
から前記伝熱管に流入せしめ、前記伝熱管束部を下降し
て熱交換を行い、前記本体胴の下部から前記容器の上部
領域に開放した後、前記液体金属を前記容器外に流出せ
しめるように構成し、前記容器の下部領域には液体金属
入口配管を接続し、前記容器の上部領域には液体金属出
口配管を接続してなることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項７】前記本体胴内の伝熱管束部の上側にガス
空間を設けてなることを特徴とする請求項６記載の蒸気
発生器。
【請求項８】前記上部領域に蒸気発生前記本体胴と並
べて前記電磁ポンプを浸漬するとともに、前記電磁ポン
プの吐出側に液体金属出口配管を接続してなることを特
徴とする請求項６記載の蒸気発生器。
【請求項９】前記伝熱管は前記給水管台から前記伝熱
管と前記本体胴の間を下降させて、前記伝熱管と接続し
てなることを特徴とする請求項６記載の蒸気発生器。
【請求項１０】前記内筒が前記容器内の前記仕切構造
を貫通する部分には、熱膨張差を吸収できるシール構造
を設けていることを特徴とする請求項６記載の蒸気発生
器。
【請求項１１】前記伝熱管のヘリカル状伝熱管束部は
継ぎ目なし構造としてなることを特徴とする請求項１ま
たは６記載の蒸気発生器。
【請求項１２】前記電磁ポンプは前記容器の上部で、
フランジ構造で接続し、各々着脱自在な構造としたこと
を特徴とする請求項１または６記載の蒸気発生器。
【請求項１３】前記伝熱管は内管と外管とからなる同
心円状二重管からなり、前記内管と外管の間に組網線を
充填してなることを特徴とする請求項１または６記載の
蒸気発生器。
【請求項１４】前記給水管台から前記伝熱管に至る途
中の下降管には、内管と外管の間に充填する組網線の充
填率をヘリカルコイル部より小さくした伝熱管を使用し
てなることを特徴とする請求項１または６記載の蒸気発
生器。