(57)【要約】【課題】ナトリウム冷却高速炉用ヘリカルコイル型蒸気発生器において、熱伝達効率の優れた二重壁管構造の伝熱管と、伝熱管の破損可否をオンラインによってリアルタイムに感知することのできる伝熱管の破損感知部を具備する蒸気発生器を提供する。【解決手段】ナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管は、第１材質によって形成された内管と、前記内管に密着形成され、第１材質より熱膨張率の低い第２材質によって形成された外管、及び前記内管と外管との間で前記伝熱管の長さ方向に沿って長く形成されてヘリウムが流動する複数個のヘリウム流動溝とを包含して構成される。このような構成によって、蒸気発生器が正常運転されている時に発生する内管と外管との温度差にも拘わらず内管と外管が同一に熱膨張されるので、内管と外管との間の密着度の低下がない。したがって、伝熱管の熱伝達効率の低下を防止することができる。【選択図】図１
2010071636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速炉用蒸気発生器の伝熱管において、
第１材質によって形成された内管と、
前記内管に密着形成され、第１材質より熱膨張率の低い第２材質によって形成された外管と、
前記内管と外管との間に前記伝熱管の長さ方向に沿って長く形成されてヘリウムが流動するようにした複数個のヘリウム流動溝と、
を包含してなることを特徴とするナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管。
【請求項２】
前記内管と前記外管は、同心に挿入されて圧延引抜工程によって形成され、前記内管と前記外管の境界には残留応力が形成されることを特徴とする請求項１に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管。
【請求項３】
前記第２材質は、前記第１材質に比べて、１０〜１５％程度熱膨張率の低い材質であることを特徴とする請求項１に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管。
【請求項４】
前記第１材質と前記第２材質は、クロムまたはモリブデンの含量が互に異なるクロム−モリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）であることを特徴とする請求項３に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管。
【請求項５】
ナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置において、
内管及び前記内管より熱膨張率が小さい材質で形成された外管を具備し、前記内管と前記外管との間に形成され、ヘリウムガスが流動するようにしたヘリウム流動溝が形成された伝熱管と、
前記ヘリウム流動溝と連通され、前記伝熱管が結合される下部チューブシースを貫通して形成された複数個の感知孔と、
前記感知孔と連結されて前記ヘリウム流動溝のヘリウムガスが流入されるヘリウムプレナムと、
前記ヘリウムプレナムに流入されるヘリウムガスの圧力を測定して前記伝熱管の破損可否を感知する圧力計と、
を包含することを特徴とするナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項６】
前記感知孔と前記ヘリウムプレナムを連結する連結チューブには、第１バルブを具備し、
前記第１バルブは、常時開放状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｐｅｎ）で連結され、前記伝熱管が破損されたときに前記連結チューブを閉鎖することを特徴とする請求項５に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項７】
前記ヘリウムプレナムの一側には、前記ヘリウムプレナムを選択的に加圧及び減圧するためのヘリウムタンクと真空ポンプが設置されることを特徴とする請求項５に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項８】
前記ヘリウムプレナムと前記ヘリウムタンク及び前記真空ポンプとの間には、第２バルブを具備し、
前記第２バルブは、常時閉鎖状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｃｌｏｓｅｄ）で連結されるが、前記ヘリウムプレナムと前記ヘリウムタンク及び前記真空ポンプとの間を二重に閉鎖するように設置されることを特徴とする請求項７に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項９】
前記下部チューブシースには、前記伝熱管を挿入・結合させる複数個の伝熱管孔が形成されるが、前記外管は前記下部チューブシースの第１面に結合されるとともに、前記内管は、前記伝熱管孔を貫通して前記下部チューブシースの第２面に結合され、
前記伝熱管孔と前記内管との間の空間には、前記ヘリウム流動溝が連通される間隙が形成されることを特徴とする請求項５に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項１０】
前記伝熱管孔は、前記下部チューブシースに沿って放射状に配置され、
前記感知孔は、前記伝熱管孔のそれぞれと連通されるとともに、前記下部チューブシースの直径方向に沿って側面と連通するように形成されるが、前記下部チューブシースの直径方向に沿って一直線上に配置された複数個の伝熱管孔と連通される複数個の感知孔が前記下部チューブシースの互に異なる深さで形成されることを特徴とする請求項９に記載のナトリウム冷却後続炉用蒸気発生器の伝熱管の破損感知装置。
【請求項１１】
内管及び前記内管より熱膨張率の低い材質によって形成された外管を具備する二重壁管構造の伝熱管と、
内部に圧力バッファー空間が形成されてカバーガスが提供される内部円筒と、
前記内部円筒の外側に前記伝熱管がコイル形態に巻かれて形成された伝熱管コイル部と、
前記伝熱管コイル部の下部に設置されて前記伝熱管が結合される下部チューブシースの一側において、前記伝熱管と連結されて前記伝熱管の破損可否を感知する破損感知部と、
前記内部円筒の上部に設置されて、前記伝熱管が破損されたときにナトリウムと水の反応が発生したとき、圧力上昇によって破裂されることにより、前記伝熱管コイル部で発生する気体を前記圧力バッファー空間に導入させる破裂板（ｒｕｐｔｕｒｅ  ｄｉｓｋ）と、
を包含してなることを特徴とするナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１２】
前記伝熱管及び前記伝熱管コイル部が収容される外部円筒と、
前記外部円筒を収容するメインシェルと、
前記メインシェルの上部に設置され、前記伝熱管コイル部にナトリウムを導入するナトリウム導入部が形成された上部シェルと、
前記上部シェル上部に設置されて前記伝熱管が結合される上部チューブシースと、
前記上部チューブシースの上部に設置され、前記上部チューブシースを通じて前記伝熱管と連結されて前記伝熱管から流出する蒸気を流出させる蒸気ヘッダーと、
前記メインシェル下部に設置され、前記伝熱管コイル部から流出するナトリウムの流出部が形成された下部シェルと、
前記下部シェルの下部に設置され、前記伝熱管が結合する下部チューブシースと、
前記下部チューブシースの下部に設置され、前記下部チューブシースを通じて前記伝熱管と連結されて前記伝熱管に給水を行う給水ヘッダーと、
を包含することを特徴とする請求項１１に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１３】
前記上部シェルの内部において、前記伝熱管コイル部の上部には、ナトリウムの体積膨張を吸収するためのカバーガス空間が形成され、前記カバーガス空間の内部には、カバーガスが充填されてナトリウムとカバーガスが接触する自由液面が形成されることを特徴とする請求項１２に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１４】
前記外部円筒は、前記カバーガス空間の内部において、前記ナトリウムの自由液面より上部まで延伸されることを特徴とする請求項１３に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１５】
前記カバーガス空間の内部において、前記伝熱管の外側を囲む伝熱管保護膜がさらに形成されることを特徴とする請求項１３に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１６】
前記伝熱管保護膜において、前記ナトリウムに沈漬された部分には、前記ナトリウムを前記伝熱管保護膜の内、外部に流動させる複数個のナトリウム流動孔が形成され、前記ナトリウム自由液面の上部には、カバーガスを前記伝熱管保護膜の内・外部に流動させる複数個のカバーガス流動孔が形成されることを特徴とする請求項１５に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１７】
前記内部円筒の上部には、前記カバーガス空間と前記圧力バッファー空間を連通させる複数個の圧力維持孔が形成されることを特徴とする請求項１２に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１８】
前記外部円筒と前記メインシェルとの間には、シェル間隙が形成され、
前記シェル間隙は、前記ナトリウム導入部及び前記ナトリウム流出部と連通されて、前記ナトリウム導入部に導入されるナトリウムの一部が、前記シェル間隙を通じてバイパスされることを特徴とする請求項１２に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項１９】
前記伝熱管コイル部の上部及び下部には、ナトリウムの流量を均一に維持するとともに、前記伝熱管を支持する流量分配型支持台がさらに装着されることを特徴とする請求項１２に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【請求項２０】
前記流量分配型支持台は、ナトリウムの流量を均一に流動させる互に異なる直径を有する複数個のオリフィスを形成することを特徴とする請求項１９に記載のナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速炉用ヘリカルコイル（Ｈｅｌｉｃａｌ  ｃｏｉｌ）型蒸気発生器に関する。より詳細には、伝熱管の熱伝達効率を向上させるとともに、伝熱管の破損の可否をオンラインによってリアルタイムに感知することができ、伝熱管破損のときに蒸気発生器内の圧力上昇を緩和させることのできる伝熱管及び伝熱管の破損感知装置と蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電を続けながら消費量以上の核燃料を増殖することのできる原子炉については、現在、各種の研究が進行されているが、核燃料としてはウラニウムとプルトニウムを使用し、冷却材としては液体金属ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ）を使用し、減速材は使用しなく、高速中性子によるプルトニウムの核分裂を利用する高速炉（高速増殖炉または液体金属炉）が発電用プラントとして実用化を目標にしている。
【０００３】
冷却材として液体状態のナトリウムを使用する高速炉（ＳＦＲ：ｓｏｄｉｕｍ  ｃｏｏｌｅｄ  ｆａｓｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）は、蒸気発生器においては、伝熱管（ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｔｕｂｅ）の外部シェル（ｓｈｅｌｌ）側に流れる低圧、高温のナトリウムから伝熱管の内部を流れる高圧、低温の水／蒸気に熱が伝達され、高温と低圧で冷却系を運転することのできるメリットがある。
【０００４】
一方、従来の高速炉用蒸気発生器において発生する問題を検討すると次のようである。
先ず、従来の高速炉用蒸気発生器の伝熱管としては、主に単一壁管が使用されているが、ナトリウムと水が漏出する危険を防止するために、二重の管で形成された二重壁管を使用する場合もある。二重壁管の場合、内管と外管との間に気体が満たされると、熱伝達の効率が劣るので、これを防止するために、互に密着させることが重要である。しかし、従来の二重壁管は、内管と外管が同一の材質によって形成されるので、高温のナトリウムと接触する外管と、相対的に低温の水と接触する内管とはそれぞれ熱膨張の程度が異なり、これによって内管と外管との間の密着度が低下し、熱伝達の効率が低下する問題がある。特に、このような熱伝達効率の低下問題は、内管と外管との間の温度差が大きいほど深化される。
【０００５】
また、蒸気発生器において、伝熱管の腐食、または、熱的不均衡によって伝熱管が破損されてクラックが発生する場合、高圧の水、または蒸気が漏出し、ナトリウムと接触されながら化学的反応によって高温の腐食性反応生成物と多量の水素ガスを生成し、これによってシステムが損傷されることもある。
【０００６】
従来、このような伝熱管の破損を感知するための方法が開示されている。この中で、二重壁管を使用する場合の伝熱管の破損を感知するための１つの方法として、内管と外管との間に長さ方向に沿って微細な溝を形成し、溝に注入されたヘリウムガスの圧力変動を利用して伝熱管の破損可否を感知する方法がある。前記のヘリウムガスを利用する破損感知方法は、蒸気発生器に共用ヘリウムプレナムを形成し、共用ヘリウムプレナム内におけるガスの成分を分析するか、または、圧力変化を測定する方法と、蒸気発生器の外部でヘリウムガスの成分を分析する方法がある。
【０００７】
しかし、前者の場合、内管が破損されたときには、該当伝熱管を閉鎖して漏出を遮断することができるが、外管が破損されたときには、破損された伝熱管を別途に隔離することができないので、ナトリウムが共用ヘリウムプレナムに流入することによって破損感知機能を失う問題がある。また、後者の場合、内管と外管とが共に破損された場合において、伝熱管を隔離させることは可能であるが、伝熱管が全部外部に露出されるので重大事故である伝熱管の破断事故が発生する確率が高くなる問題がある。したがって、常にオンラインによって伝熱管の破損を感知することのできる高速炉用蒸気発生器の伝熱管破損感知手段、または、その方法の開発が要求されている。
【０００８】
また、蒸気発生器は、上部にナトリウムとカバーガスが互に接触する自由液面が形成されるが、自由液面が遥動することによって、高温のナトリウムと相対的に低温のカバーガスとによって伝熱管の表面温度が遥動されるようになり、これは伝熱管の熱疲労を発生させる原因になる。特に、従来の蒸気発生器は、自由液面の空間が広いので遥動の振幅が大きく、これによる伝熱管の熱疲労度が高いという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来技術における問題を解決するために、本発明は、高速炉用ヘリカルコイル型蒸気発生器において熱伝達効率の高い二重壁管構造の伝熱管を提供する。
また、本発明は、伝熱管の破損可否をオンラインによってリアルタイムに感知することのできる伝熱管の破損感知部を提供する。
また、本発明は、伝熱管が破損された場合、前記破損感知部の破損感知機能の喪失を防止することのできる伝熱管の破損感知部を提供する。
【００１０】
また、本発明は、伝熱管の破損によってナトリウムと水の反応が発生したとき、非常の措置を取る間、蒸気発生器の内部における圧力の上昇を緩和することのできる蒸気発生器を提供する。
また、本発明は、蒸気発生器の上部の自由液面の遥動によって発生する伝熱管の熱疲労現象を緩和させることのできる蒸気発生器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するために、先ず、熱伝達効率の高い二重壁管構造の伝熱管を開示する。すなわち、ナトリウム冷却高速炉用ヘリカルコイル型の蒸気発生器用二重壁管構造の伝熱管は、第１材質によって形成された内管と、前記内管に密着形成され、第１材質より熱膨張率の低い第２材質によって形成された外管と、及び前記内管と外管との間に前記伝熱管の長さ方向に沿って長く形成されてヘリウムが流動するようにした複数個のヘリウム流動溝とを包含して構成される。
【００１２】
前記内管と前記外管は、同心に挿入されて圧延引抜工程によって形成され、前記内管と外管との境界には残留応力が形成されることにより前記内管と前記外管は密着される。
【００１３】
また、前記第２材質は、前記第１材質に比べて１０〜１５％程度熱膨張率の低い材質によって形成される。例えば、前記第１材質と前記第２材質は、クロム、または、モリブデンの含量が互に異なるクロムモリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）を使用することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記伝熱管の破損可否をオンラインによってリアルタイムに感知することのできる伝熱管の破損感知装置を開示する。前記の伝熱管の破損感知装置は、内管及び前記内管より熱膨張率の低い材質で形成された外管を具備し、前記内管と前記外管との間に形成されてヘリウムガスが流動するようにしたヘリウム流動溝が形成された伝熱管、前記ヘリウム流動溝と連通され、前記伝熱管が結合される下部チューブシースを貫通して形成された複数個の感知孔と、前記感知孔と連結されて前記ヘリウム流動溝のヘリウムガスが流入されるヘリウムプレナム、及び前記ヘリウムプレナムに流入されるヘリウムガスの圧力を測定して前記伝熱管の破損可否を感知する圧力計とを包含して構成される。
【００１５】
前記感知孔と前記ヘリウムプレナムを連結する連結チューブには、第１バルブを具備し、前記第１バルブは常時開放状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｐｅｎ）で連結され、前記伝熱管が破損されたときに前記連結チューブを閉鎖することができるようにする。
【００１６】
前記ヘリウムプレナムの一側には、前記ヘリウムプレナムを選択的に加圧及び減圧するためのヘリウムタンクと真空ポンプが設置される。また、前記ヘリウムプレナムと前記ヘリウムタンク及び前記真空ポンプの間には、第２バルブを具備し、前記第２バルブは常時閉鎖状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｃｌｏｓｅｄ）で連結されるが、前記ヘリウムプレナムと前記ヘリウムタンク及び前記真空ポンプの間を二重に閉鎖するように設置される。
【００１７】
前記下部チューブシースには、前記伝熱管を挿入・結合させる複数個の伝熱管孔が形成されるが、前記外管は、前記下部チューブシースの第１面に結合されるとともに、前記内管は、前記伝熱管孔を貫通して前記下部チューブシースの第２面に結合される。前記伝熱管孔と前記内管との間の空間には、前記ヘリウム流動溝が連通される間隙が形成される。好ましくは、前記伝熱管孔は、前記下部チューブシースに沿って放射状に配置し、前記感知孔は、前記伝熱管孔のそれぞれと連通されるとともに、前記下部チューブシースの直径方向に沿って側面と連通するように形成される。また、前記下部チューブシースの直径方向に沿って一直線上に配置された複数個の伝熱管孔と連通される複数個の感知孔が前記下部チューブシースの互に異なる深さで形成されることができる。
【００１８】
さらに、本発明は、二重壁管構造の伝熱管及び伝熱管の破損可否をオンラインによってリアルタイムに感知することのできる伝熱管の破損感知部を具備し、伝熱管の破損によってナトリウムと水の反応が発生したとき、蒸気発生器の内部圧力を緩和させることのできる蒸気発生器を開示する。前記蒸気発生器は、内管及び前記内管より熱膨張率の低い材質で形成された外管を具備する二重壁管構造の伝熱管、内部に圧力バッファー空間が形成されて、カバーガスが提供される内部円筒、前記内部円筒の外側に前記伝熱管がコイル形態で巻かれて形成された伝熱管コイル部、前記伝熱管コイル部の下部に設置されて前記伝熱管が結合される下部チューブシースの一側において前記伝熱管と連結されて、前記伝熱管の破損可否を感知する破損感知部及び前記内部円筒の上部に設置されて、前記伝熱管が破損されたときにナトリウムと水の反応が発生したとき、圧力の上昇によって破裂されることにより、前記伝熱管コイル部で発生する気体を前記圧力バッファー空間に導入させる破裂板（ｒｕｐｔｕｒｅ  ｄｉｓｋ）を包含して構成される。
【００１９】
前記蒸気発生器は、前記伝熱管及び前記伝熱管コイル部が収容される外部円筒と、前記外部円筒を収容するメインシェルと、前記メインシェルの上部に設置され、前記伝熱管コイル部にナトリウムを導入するナトリウム導入部が形成された上部シェルと、前記上部シェルの上部に設置されて前記伝熱管が結合される上部チューブシースと、前記上部チューブシースの上部に設置され、前記上部チューブシースを通じて前記伝熱管と連結されて前記伝熱管から流出する蒸気を流出させる蒸気ヘッダーと、前記メインシェルの下部に設置され、前記伝熱管コイル部から流出するナトリウムの流出部が形成された下部シェル、前記下部シェルの下部に設置され、前記伝熱管を結合する下部チューブシース、及び前記下部チューブシースの下部に設置され、前記下部チューブシースを通じて前記伝熱管と連結されて前記伝熱管に給水を行う給水ヘッダーとを包含して構成される。
【００２０】
前記上部シェルの内部において前記伝熱管コイル部の上部には、ナトリウムの体積膨張を吸収するためのカバーガス空間が形成され、前記カバーガス空間の内部には、カバーガスが充填されてナトリウムとカバーガスが接触する自由液面が形成される。また、前記伝熱管の熱疲労を緩和するべく、前記外部円筒は、前記カバーガス空間の内部において前記ナトリウムの自由液面より上部まで延伸され、前記カバーガス空間の内部において前記伝熱管の外側を囲む伝熱管保護膜が形成される。ここで、前記伝熱管保護膜の中、前記ナトリウムに沈漬された部分には、前記ナトリウムを前記伝熱管保護膜の内・外部に流動させる複数個のナトリウム流動孔が形成される。また、前記ナトリウム自由液面の上部には、カバーガスを前記伝熱管保護膜の内・外部に流動させる複数個のカバーガス流動孔が形成されることができる。
【００２１】
前記内部円筒の上部には、前記カバーガス空間と前記圧力バッファー空間を連通させる複数個の圧力維持孔が形成されることができる。
前記外部円筒と前記メインシェルとの間には、シェル間隙が形成され、前記シェル間隙は、前記ナトリウム導入部及び前記ナトリウム流出部と連通されて、前記ナトリウム導入部に導入されるナトリウムの一部が、前記シェル間隙を通じてバイパスし、前記蒸気発生器の表面から外部に消失される熱量を補償するように形成することができる。
【００２２】
前記伝熱管コイル部の上部及び下部には、ナトリウムの流量を均一に維持するとともに、前記伝熱管を支持する流量分配型支持台が装着される。前記流量分配型支持台は、例えば、ナトリウムの流量を均一に流動させる互に異なる直径を有する複数個のオリフィスなどを形成することによって、前記伝熱管コイル部に導入されるナトリウムの流量及び流出する流量を均一に維持させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によると、第１の効果、内管より外管の熱膨張率が１０〜１５％高い材質で形成された二重壁管構造の伝熱管によって、内管と外管とがほぼ同一に熱膨張されて熱伝達の効率を向上させる。
【００２４】
第２の効果、内管と外管との間に伝熱管の長さ方向に沿って形成された溝の内部にヘリウムガスを流動させるとともに、各溝を下部チューブシースを通じてヘリウムプレナムに連結してヘリウムガスの圧力の変動を測定することによって、オンラインで伝熱管の破損可否をリアルタイムに検知することができる。
【００２５】
第３の効果、前記の各伝熱管は、ヘリウムプレナムとチューブ及びバルブに連結されているので、伝熱管に破損が生じたときにはチューブやバルブを閉鎖することによって、ナトリウムが破損感知部に流入されることを防止し、ナトリウムの流入による破損感知部の機能喪失を防止することができる。
【００２６】
第４の効果、前記蒸気発生器の上部のカバーガス空間と内部のバッファー空間を連通させ、破裂板を設けることによって、伝熱管が破損されたときにナトリウムと水の反応によって発生する水素ガスがバッファー空間に流出されながら圧力の上昇を緩和させることができる。特に、伝熱管が巻かれる内部空間を活用することができ、バッファー空間のサイズが十分大きいので、伝熱管が破損されたときに発生する圧力の上昇を効果的に緩和させることができる。
【００２７】
第５の効果、上部の外部円筒をカバーガスの空間まで高くし、伝熱管保護膜を形成することによって、カバーガスの空間内におけるナトリウム自由液面の遥動を抑制し、自由液面の遥動による伝熱管の熱疲労を効果的に緩和させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１実施形態によるナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器を説明するための縦断面模式図である。
【図２】図１の蒸気発生器の上部ヘッダー部を説明するための縦断面図である。
【図３】図１の蒸気発生器の下部ヘッダー部を説明するための縦断面図である。
【図４】図１の蒸気発生器において、Ｉ−Ｉ線に沿う上部チューブシースの横断面図である。
【図５】図１の蒸気発生器において、ＩＩ−ＩＩ線に沿う流量分配型上部支持台の横断面図である。
【図６】図１の蒸気発生器において、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う流量分配型下部支持台の横断面図である。
【図７】図１の蒸気発生器において、伝熱管のコイル支持台を説明するための正面図である。
【図８】本発明の１実施形態による二重壁管構造の伝熱管を説明するための要部斜視図である。
【図９】本発明の１実施形態による伝熱管に対する破損感知部の構成及び動作を説明するための構成図である。
【図１０】図９の伝熱管の破損感知部において、下部チューブシースを説明するための図面であって、図１の蒸気発生器において、ＩＶ−ＩＶ線に沿う下部チューブシースの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。ただ、本発明が本実施形態などに制限されるか、限定されない。
蒸気発生器
以下、図１を参照して本発明の１実施形態によるナトリウム冷却高速炉用蒸気発生器に対して詳細に説明する。
【００３０】
図１を参照するとき、ナトリウムを冷却材として使用する高速炉（ＳＦＲ：ｓｏｄｉｕｍ  ｃｏｏｌｅｄ  ｆａｓｔ  ｒｅａｃｔｏｒ）用蒸気発生器１００（以下、蒸気発生器と略記する）は、中間熱交換機からナトリウムを収容し、ナトリウムの熱を利用して動力発生用高圧蒸気を発生させる。すなわち、ヘリカルコイル型蒸気発生器であって、伝熱管１０５の束がヘリカルコイルの形態で巻き込まれた伝熱管コイル部１１５を有し、前記伝熱管１０５の外側には、高速炉の炉心で加熱されたナトリウムが流動し、前記伝熱管１０５の内側では、水が流動しながら低圧、高温のナトリウムから高圧、低温の水に熱が伝達されて蒸気が発生される。前記伝熱管１０５は、水が流動する流路になりながら、水とナトリウムが互に隔離された状態で熱伝達が行われるようにする役割をなす。
【００３１】
本実施形態においては、液体状態のナトリウムを利用する蒸気発生器を例示して説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、熱容量が優秀でかつ液体状態で円滑な流動特性を有するいろいろな活性金属物質を使用することができる。
【００３２】
前記蒸気発生器１００は、図１の図示のように大別して前記伝熱管コイル部１１５を収容する円筒形態のメインボディ１０１と、上部ヘッダー部１０２及び下部ヘッダー部１０３に区分することができる。
【００３３】
より詳細には、前記メインボディ１０１は、内部円筒（ｉｎｎｅｒ  ｓｈｒｏｕｄ）１１２と外部円筒（ｏｕｔｅｒ  ｓｈｒｏｕｄ）１１３及び前記外部円筒１１３を収容するメインシェル（ｍａｉｎ  ｓｈｅｌｌ）１１１によって形成される。また、前記伝熱管コイル部１１５は、前記内部円筒１１２の外周面に沿って伝熱管１０５の束がヘリカル（ｈｅｌｉｃａｌ）形態で巻き込まれている。前記上部ヘッダー部１０２は、ナトリウム導入部１２３が形成された上部シェル１２１と、上部チューブシース（ｕｐｐｅｒ  ｔｕｂｅ−ｓｈｅａｔｈ）１２２及び蒸気ヘッダー１０６を包含して構成される。前記下部ヘッダー部１０３は、ナトリウム流出部１３３が形成された下部シェル１３１と下部チューブシース（ｌｏｗｅｒ  ｔｕｂｅ−ｓｈｅａｔｈ）１３２及び給水ヘッダー１０７を包含して構成される。
【００３４】
前記メインボディ１０１の前記メインシェル１１１は、前記蒸気発生器１００の外管を形成し、前記内部円筒１１２と前記外部円筒１１３は、前記伝熱管コイル部１１５を収容して前記伝熱管１０５を保護するとともに、ナトリウムの流路を形成してナトリウムと水との間の熱交換が行われる空間を形成する。特に、前記内部円筒１１２は、前記伝熱管１０５をコイルの形態で巻くことのできる最小半径で形成され、前記内部円筒１１２の内側に形成される所定体積の空間は、前記伝熱管１０５に破損が発生したときにナトリウムと水の反応による圧力の上昇を緩和させる圧力バッファー空間１０４となる。
【００３５】
前記圧力バッファー空間１０４の内部には、予めカバーガスが充填されている。例えば、前記カバーガスはアルゴンガス（Ａｒ）を使用することができる。
前記伝熱管コイル部１１５は、前記内部円筒１１２の外周面に沿って水平から所定の角度傾斜されるように巻かれる。このとき、複数個の伝熱管１０５の列が重複されるように巻かれる。例えば、前記内部円筒１１２に近い側から奇数列の伝熱管１０５は時計方向に巻かれ、偶数列の伝熱管１０５は時計反対方向に巻かれるようにする。
【００３６】
前記伝熱管１０５の上端部は、前記上部チューブシース１２２を貫通して前記蒸気ヘッダー１０６と連通されるように、前記上部チューブシース１２２に結合される。また、前記伝熱管１０５の下端部は、前記下部チューブシース１３２を貫通して前記給水ヘッダー１０７と連通されるように前記下部チューブシース１３２に結合される。
【００３７】
前記ナトリウム導入部１２３及び前記ナトリウム流出部１３３は、前記伝熱管コイル部１１５と連通されるように形成され、前記ナトリウム導入部１２３に導入された高温のナトリウムは、前記内部円筒１１２と前記外部円筒１１３との間の前記伝熱管コイル部１１５に導入された後、前記伝熱管コイル部１１５の前記伝熱管１０５の束に沿って下降し、前記伝熱管１０５内部の水を加熱させながら、下部の前記ナトリウム流出部１３３を通じて排出される。また、逆に前記給水ヘッダー１０７で導入された水は、前記伝熱管１０５を通じて上昇する間、前記伝熱管コイル部１１５においてナトリウムから供給された熱によって過熱蒸気状態に加熱された後、前記蒸気ヘッダー１０６を通じて排出される。
【００３８】
一方、前記蒸気ヘッダー１０６及び前記給水ヘッダー１０７には、前記伝熱管１０５の検査と破損されたときの伝熱管１０５をプラギング（ｐｌｕｇｇｉｎｇ）するための検査ポート（ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｐｏｒｔｓ）１６１、１７１を形成する。
【００３９】
上部ヘッダー部
図２は、図１の蒸気発生器１００における上部ヘッダー部１０２の拡大縦断面図である。 以下、図２を参照して、前記上部ヘッダー部１０２に対して詳細に説明する。
前記上部ヘッダー部１０２は、前記上部シェル１２１と前記上部チューブシース１２２及び前記ナトリウム導入部１２３と前記蒸気ヘッダー１０６とが形成される。
【００４０】
前記伝熱管１０５の上端部は、前記上部チューブシース１２２に結合され、前記伝熱管コイル部１１５と、前記上部チューブシース１２２との間で前記伝熱管１０５を支持するための上部伝熱管の支持部５３０及び上部伝熱管の連結部５１０が形成されている。前記上部伝熱管の連結部５１０は、前記伝熱管コイル部１１５の終端部分の伝熱管１０５が所定の曲げ半径（ｂｅｎｄ  ｒａｄｉｕｓ）でベンディングされて、前記上部チューブシース１２２に結合されている。前記上部伝熱管支持部５３０は、前記伝熱管コイル部１１５の上部方向に流量分配型上部支持台５３１と、第１支持台５３２と、第２支持台５３３とが順次的に形成されて、前記上部伝熱管の連結部５１０を支持している。
【００４１】
より詳細には、前記流量分配型上部支持台５３１と前記第１支持台５３２との間において、前記上部伝熱管の連結部５１０は、曲げ半径ｒ１でベンディングされた第１ベンディング部５１１が形成され、前記第１支持台５３２と前記第２支持台５３３との間には、曲げ半径ｒ２で２回ベンディングされた第２ベンディング部５１２が形成され、前記第２支持台５３３を経過した後には直線化された直線部５１３が形成されて、前記上部チューブシース１２２に結合される。例えば、前記第１ベンディング部５１１の曲げ半径ｒ１は５２０ｍｍであり、前記伝熱管コイル部１１５の終端部分で、前記流量分配型上部支持台５３１に対し６０°でベンディングされ、前記第１支持台５３２を垂直に通過した後、前記第２ベンディング部５１２の曲げ半径ｒ２は６００ｍｍであり、水平線に対して４５°で２回ベンディングされる。
【００４２】
また、前記上部チューブシース１２２には、前記伝熱管１０５が貫通して結合可能にする複数個の孔が形成され、前記伝熱管１０５が前記上部チューブシース１２２の孔を貫通して結合することになるが、前記上部チューブシース１２２の下部では、前記伝熱管１０５の外管だけが溶接によって固定され、前記上部チューブシース１２２を貫通して反対側である上部では、前記伝熱管１０５の内管と外管とが全部溶接によって固定される。また、前記上部シェル１２１は、前記メインシェル１１１に結合され、前記伝熱管コイル部１１５と連通されるように一側に前記ナトリウム導入部１２３が形成され、上部に前記上部チューブシース１２２と前記蒸気ヘッダー１０６が形成される。
【００４３】
前記上部シェル１２１の内側には、前記上部伝熱管の連結部５１０を収容する上部の内部円筒２４２と、上部の外部円筒２４３及び伝熱管保護膜２４１とが形成され、前記上部シェル１２１の内側には、ナトリウムの体積膨張を吸収するためのカバーガス空間２５０が形成される。
【００４４】
前記上部シェル１２１は、前記メインシェル１１１の上部に装着され、上部のシェル溶接部２１１で溶接によって結合される。ここで、前記外部円筒１１３、外部円筒の連結部２４４及び前記上部の外部円筒２４３は、前記上部シェル１２１、または、前記メインシェル１１１に溶接による固定ではなく、接触の状態で装着されている構造を有する。例えば、前記上部シェル１２１は、内側に結合突起２１２が形成され、前記外部円筒の連結部２４４には、前記結合突起２１２に対応する突起が形成され、前記結合突起２１２の上に前記上部の外部円筒の連結部２４４が設けられる形態に装着される。
【００４５】
前記ナトリウム導入部１２３は、原子炉（未図示）に連結される導入ノズル２３１と、前記伝熱管コイル部１１５に連結される導入口２３３及び前記導入ノズル２３１と前記導入口２３３との間でナトリウムが流動する導入流路２３２とを包含して構成される。
例えば、前記ナトリウム導入部１２３は、図５で拡大図示したように、２つの導入ノズル２３１が設置される。
【００４６】
前記導入流路２３２には、ナトリウムの導入流量を均一に維持させるために、導入流量分配部２３４が形成されている。例えば、前記導入流路２３２には、２つの導入流量分配部２３４が形成されることもできる。
【００４７】
ここで、前記導入口２３３は、前記第１支持台５３２と前記流量分配型上部支持台５３１との間に形成され、前記外部円筒１３３と前記外部円筒の連結部２４４との間に所定の直径を有する一定長さの複数個のロッドが所定の間隔で溶接されることによって前記外部円筒１１３と前記外部円筒の連結部２４４とを連結させる役割を行い、前記溶接された複数個のロッド間の間隙にナトリウムが流入されるようになる。
【００４８】
一方、前記流量分配型上部支持台５３１は、前記伝熱管１０５を支持するとともに、前記伝熱管コイル部１１５にナトリウムが均一に流入されるように分配する役割をする。すなわち、前記ナトリウム導入部１２３に導入されたナトリウムは、前記上部ヘッダー部１０２に形成された前記第１支持台５３２と前記流量分配型上部支持台５３１との間を通過しながら前記伝熱管コイル部１１５に均一に分配されながら流入される。
【００４９】
前記導入口２３３の下部では、前記外部円筒１１３と前記メインシェル１１１とが所定の間隔に離隔されることによってシェル間隙１１６が形成される。前記シェル間隙１１６は、前記導入口２３３に導入されるナトリウムの一部が、前記シェル間隙１１６に導入されて下部の前記ナトリウム流出部１３３に流出されるようにバイパスさせることによって、前記蒸気発生器１００の表面から外部に損失される熱量を補償するようになる。ここで、前記シェル間隙１１６は、前記導入口２３３から下部の前記ナトリウム流出部１３３まで連通されるように形成される。また、前記導入口２３３の下部に隣接する所定の区間と、前記ナトリウム流出部１３３の上部に隣接する所定の区間には、前記メインシェル１１１が密着されるように、前記外部円筒１１３が外側に拡張されることにより、前記シェル間隙１１６が縮小された区間を形成する。
【００５０】
前記上部の内部円筒２４２は、前記上部伝熱管の連結部５１０の形態によって直径が縮小される形態を有し、上端部が前記上部チューブシース１２２に結合される。
前記カバーガス空間２５０は、前記伝熱管１０５が上部に形成された所定体積の空間であって、前記導入口２３３に導入されるナトリウムが、前記第１支持台５３２と前記伝熱管１０５との間の微細な隙間を通じて前記カバーガス空間２５０に流入される。前記カバーガス空間２５０の内部には、カバーガスが充填されているので、ナトリウムとカバーガスが接触する自由液面２５１が形成される。ここで、前記カバーガス空間２５０の上部の一側には、ナトリウム浄化系連結部２１５が設けられて、前記カバーガス空間２５０に導入されるナトリウムは、前記ナトリウム浄化系連結部２１５を通じてナトリウム浄化系に流入され、前記自由液面２５１は、前記ナトリウム浄化系連結部２１５の高さで形成される。
【００５１】
前記カバーガス空間２５０において、前記伝熱管１０５の熱疲労度を緩和させるために、前記上部の外部円筒２４３の長さを前記自由液面２５１より上部まで延伸させて形成し、前記伝熱管１０５の外側には、前記伝熱管保護膜２４１が形成される。前記上部の外部円筒２４３と前記伝熱管保護膜２４１によって、前記自由液面２５１の遥動を緩和させ、前記伝熱管１０５の表面温度を比較的均一に保持させて温度の遥動を緩和させる。
【００５２】
前記伝熱管保護膜２４１のナトリウムに沈漬される部分には、ナトリウムが前記伝熱管保護膜２４１を通じて内部の前記伝熱管１０５と外部の前記カバーガス空間２５０とに流動するように複数個のナトリウム流動孔２４７が形成される。また、前記伝熱管保護膜２４１の前記自由液面２５１の上部には、前記伝熱管保護膜２４１の内・外部にカバーガスが流動するように複数個のカバーガス流動孔２４６が形成される。
【００５３】
前記上部の内部円筒２４２の上部には、前記伝熱管１０５が破損された時に破裂して圧力の上昇を緩和させる破裂板（ｒｕｐｔｕｒｅ  ｄｉｓｋ）１４０が備えられている。前記破裂板１４０は、前記カバーガス空間２５０と前記圧力バッファー空間１０４とを連通させるように設置され、前記カバーガス空間２５０と前記自由液面２５１上部の対応される位置に設置される。
【００５４】
また、前記破裂板１４０は、前記伝熱管１０５が破損された時にナトリウムと水との反応によって前記蒸気発生器１００内部の圧力が上昇して、所定の圧力に到達すると、前記破裂板１４０が破裂されながら、前記蒸気発生器１００内部のガスを前記圧力バッファー空間１０４に流出させることによって、前記蒸気発生器１００内部の圧力上昇を緩和させるとともに、非常措置（例えば、蒸気放出バルブ（未図示）または給水遮断バルブ（未図示）の作動）が実行されるまでの時間を確保する役割をする。
【００５５】
ここで、前記破裂板１４０が破裂される圧力は、前記蒸気発生器１００の正常の運転中に、前記破裂板１４０が予想外の状態において破裂することを防止する程度に十分に高目に設定されるとともに、もし前記伝熱管１０５が実際に破損されたときには、直ちに破裂されることができるように十分低く設定される。
【００５６】
また、前記上部の内部円筒２４２の上部には、前記カバーガス空間２５０と圧力バッファー空間１０４とを連通させる複数個の圧力維持孔２４５が形成される。前記圧力維持孔２４５は、前記破裂板１４０より上部の位置に形成されて、前記カバーガス空間２５０と前記圧力バッファー空間１０４の内部圧力を均一に維持させる役割をする。
【００５７】
一方、前記カバーガス空間２５０の上部に対応する前記上部シェル１２１の一側には、前記カバーガス空間２５０にカバーガスを供給するためのカバーガス導入口２５２とカバーガス流出口２５３及びカバーガス供給部２５５が形成される。また、図示していないが、前記カバーガス空間２５０の内部において、一側には温度センサーと水位センサーなどが設置されることができる。
【００５８】
下部ヘッダー部
図３は、図１の蒸気発生器１００において、前記下部ヘッダー部１０３の拡大縦断面図であり、右上部の円に引き出して図示された図面はナトリウム流出口３３３の要部拡大図である。以下、図３を参照して、前記下部ヘッダー部１０３に対して詳細に説明する。
【００５９】
前記伝熱管１０５の下端部は、前記下部チューブシース１３２に結合され、前記伝熱管コイル部１１５と前記下部チューブシース１３２との間で前記伝熱管１０５を支持するための下部伝熱管支持部５４０及び下部伝熱管の連結部５２０とが形成されている。前記下部伝熱管の連結部５２０は、前記伝熱管コイル部１１５の終端部分の伝熱管１０５が所定の曲げ半径でベンディングされて、前記下部チューブシース１３２に結合されている。前記下部伝熱管支持部５４０は、前記伝熱管コイル部１１５の下部方向に流量分配型下部支持台５４１と第３支持台５４２とによって前記下部伝熱管の連結部５２０を支持している。
【００６０】
より詳細には、前記流量分配型下部支持台５４１と前記第３支持台５４２との間において、前記下部伝熱管の連結部５２０は、曲げ半径ｒ３でベンディングされた第３ベンディング部５２１が形成され、前記第３支持台５４２と前記下部チューブシース１３２との間には、曲げ半径ｒ４で２回ベンディングされた第４ベンディング部５２２が形成され、前記下部チューブシース１３２に結合される。例えば、前記伝熱管１０５は、前記伝熱管コイル部１１５の終端部分で曲げ半径ｒ３が５２０ｍｍであり、前記流量分配型下部支持台５４１に対して６０°でベンディングされて、第３ベンディング部５２１が形成され、前記第３支持台５４２を垂直に通過した後、前記第２ベンディング部５１２と同様に曲げ半径ｒ４が６００ｍｍであり、水平線に対して５２°で２回ベンディングされて第４ベンディング部５２２が形成される。
【００６１】
前記下部チューブシース１３２は、前記伝熱管１０５が貫通して結合可能にする複数個の伝熱管孔３２１（図１０参照）が形成され、前記伝熱管１０５は、前記伝熱管孔３２１に挿入されて前記下部チューブシース１３２を貫通して結合される。ここで、前記伝熱管１０５は、前記下部チューブシース１３２の上部で外管だけが溶接によって固定され、前記下部チューブシース１３２を貫通して反対側の下部では前記伝熱管１０５の内管及び外管が全部溶接によって固定される。
【００６２】
前記下部シェル１３１は、前記メインシェル１１１に結合され、前記伝熱管コイル部１１５と連通されるように一側に前記ナトリウム流出部１３３が形成され、下部に前記下部チューブシース１３２と前記給水ヘッダー１０７が形成される。
【００６３】
前記下部シェル１３１の内側には、前記下部伝熱管の連結部５２０を収容する下部の内部円筒３４２を備え、また、前記下部シェル１３１の内側には、ナトリウムの体積膨張を吸収しながら、ナトリウムを収容するナトリウムプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）３５０が形成される。
【００６４】
前記下部の内部円筒３４２は、前記下部伝熱管の連結部５２０の形態によって直径が縮小される形態を有し、上端部が前記下部チューブシース１３２に結合される。
前記ナトリウムプレナム３５０の下部には、流出バルブ３１５が設置される。例えば、前記ナトリウムプレナム３５０の外周縁部を沿って９０°間隔で４つの流出バルブ３１５が設置される。ここで、前記第３支持台５４２と前記伝熱管１０５との間の微細な隙間を通じてナトリウムが流出し、このように流出するナトリウムは、前記ナトリウムプレナム３５０によって捕集されて前記流出バルブ３１５を通じて主配管に導入される。前記のようにナトリウムプレナム３５０に捕集されたナトリウムを主配管に流動させることによって、前記ナトリウムプレナム３５０のナトリウムが過冷却されて成層流が発生することを防止する。
【００６５】
前記ナトリウム流出部１３３は、原子炉（未図示）に連結される流出ノズル３３１と、前記伝熱管コイル部１１５に連結される流出口３３３及び前記流出ノズル３３１と前記流出口３３３との間でナトリウムが流動する流出流路３３２を包含して構成される。
例えば、前記ナトリウム流出部１３３は、図６の図示のように、２つの流出ノズル３３１を具備する。
【００６６】
また、前記流出流路３３２には、ナトリウムの流出流量を均一に維持させるために流出流量分配部３３４が形成される。例えば、前記流出流路３３２には、２つの流出流量分配部３３４を具備する。
【００６７】
ここで、前記流出口３３３は、前記流量分配型下部支持台２４１と前記第３支持台２４２との間の該当する前記外部円筒１１３を貫通してナトリウムが流出されるように複数個の溝が形成される。より詳細には、図３の右上円の内部に図示したように、前記流量分配型下部支持台５４１と前記第３支持台５４２との間で長さ方向に沿って長いスリット３３５が形成される。つまり、前記外部円筒１１３の円周に沿って複数個のスリット３３５が所定の間隔をおいて形成される。
【００６８】
一方、前記流量分配型下部支持台５４１は、前記伝熱管１０５を支持するとともに、前記伝熱管コイル部１１５のナトリウムの流動分布を均一に維持させる役割をする。すなわち、前記伝熱管コイル部１１５から流出されるナトリウムは、前記流量分配型下部支持台５４１と前記第３支持台５４２との間を通過しながら前記流出口３３３に均一に分配されて流出される。
【００６９】
伝熱管の支持部
図４は、図１の蒸気発生器１００におけるＩ−１線に沿う上部チューブシース１２２の横断面図であり、図５は、図１の蒸気発生器１００におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う流量分配型上部支持台５３１の横断面図であり、図６は、図１の蒸気発生器１００におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う流量分配型下部支持台５４１の横断面図であり、図７は、図１の蒸気発生器における伝熱管のコイル支持台５５５の一部を図示する正面図である。以下、図４〜図７を参照して、本発明の１実施形態による伝熱管の支持部に対して詳細に説明する。
【００７０】
図４において、前記上部チューブシース１２２は、前記伝熱管１０５が貫通して結合可能にする複数個の孔が形成され、前記上部の内部円筒２４２が前記上部チューブシース１２２に溶接によって固定される。また、前記上部及び下部チューブシース１２２、１３２は、前記蒸気発生器１００の上部及び下部にそれぞれ設置されて前記伝熱管１０５が固定されて、前記伝熱管コイル部１１５を支持するとともに、前記伝熱管１０５と前記給水ヘッダー１０７及び前記蒸気ヘッダー１０６を連通させる役割をする。
【００７１】
図５を参照するとき、前記流量分配型上部支持台５３１は、前記伝熱管１０５が貫通される複数個の伝熱管貫通孔５５２及び互に異なる直径を有する複数個のオリフィス５５１が形成されている。前記流量分配型上部支持台５３１は、ナトリウムが前記オリフィス５５１を通過する間、ナトリウムの流量を一定にして前記伝熱管コイル部１１５にナトリウムが均一に流入されるように分配する役割をする。
【００７２】
一方、前記流量分配型上部支持台５３１は、前記内部円筒１１２と前記外部円筒１１３によって支持され、前記第１及び第２支持台５３３は、前記外部円筒１１３と前記外部円筒の連結部２４４及び前記伝熱管保護膜２４１によって支持されている。
【００７３】
図６を参照するとき、前記流量分配型下部支持台５４１は、前記流量分配型上部支持台５３１と実質的に同一の形状を有し、前記流量分配型下部支持台５４１は、前記伝熱管１０５が貫通する複数個の伝熱管貫通孔５５３とナトリウムの流量を一定に維持させるために、互に異なる直径を有する複数個の流量分配オリフィス５５４が形成される。
【００７４】
一方、前記流量分配型上部支持台５３１と前記流量分配型下部支持台５４１との間において、前記伝熱管コイル部１１５の内部には、前記伝熱管コイル部１１５を支持する伝熱管のコイル支持台５５５が備えられている。
【００７５】
図７を参照するとき、前記伝熱管のコイル支持台５５５は、前記蒸気発生器１００の円周方向に沿って一定間隔に設置されるとともに、前記蒸気発生器１００の直径方向に沿って設けられる。また、前記伝熱管のコイル支持台５５５は、前記伝熱管１０５が前記伝熱管のコイル支持台５５５を貫通する形態で巻かれるように前記伝熱管１０５が挿入貫通される複数個の伝熱管のコイル孔５５６が形成された全体的にプレート状の形態を有する。
【００７６】
ここで、前記伝熱管のコイル支持台５５５は、複数個のサブプレート５５７で形成され、前記サブプレート５５７には、半円型の溝が形成されるとともに、２つのサブプレート５５７が結合して１つの伝熱管コイル孔５５６を形成する。前記サブプレート５５７は、図７の右下の円内に図示したように互にボルト５５８によって締結される。
【００７７】
前記伝熱管のコイル支持台５５５の上部と下部は、それぞれ前記流量分配型上部支持台５３１と前記流量分配型下部支持台５４１に固定され、前記内部円筒１１２の外周面と前記外部円筒１１３の内周面には、前記伝熱管のコイル支持台５５５が挟まれて固定されることのできる溝（未図示）が形成される。
【００７８】
また、前記内部円筒１１２に形成された溝（未図示）に１つのサブプレート５５７を装着し、前記サブプレート５５７の伝熱管コイル孔５５６に前記伝熱管１０５を装着した後、他のサブプレート５５７が前記伝熱管コイル孔５５６に結合されるように装着して前記ボルト５５８によって締結する。このように前記サブプレート５５７と前記伝熱管１０５とを順次反復的に装着して締結した後、最終サブプレート５５７の外側に前記外部円筒１１３を設置する。また、前記のように形成された前記伝熱管のコイル支持台５５５の上部及び下部に、それぞれ前記流量分配型上部支持台５３１と前記流量分配型下部支持台５４１とを設置することによって、前記伝熱管のコイル支持台５５５及び前記伝熱管コイル部１１５を形成することができる。
【００７９】
伝熱管
図８は、本発明の１実施形態による伝熱管１０５の要部斜視図であって、下部に配置された図面は、前記伝熱管１０５の断面図であり、円内に配置された図面は、前記伝熱管１０５におけるヘリウム流動溝１５３の拡大図である。以下、図８を参照して本発明の１実施形態による二重壁管（ｄｏｕｂｌｅ  ｗａｌｌ）構造の伝熱管１０５に対して詳細に説明する。
【００８０】
前記伝熱管１０５は、内管１５１と外管１５２とが密着されるように形成されるが、前記内管１５１と前記外管１５２の材質が互に異なる二重壁管の構造を有し、前記内管１５１と前記外管１５２との間に前記伝熱管１０５の長さ方向に沿ってヘリウムガスが流動するヘリウム流動溝１５３が形成される。
【００８１】
前記ヘリウム流動溝１５３は、前記内管１５１の外側面、または、前記外管１５２の内側面に形成されたグルーブである。例えば、前記ヘリウム流動溝１５３は、前記外管１５２を作製する工程において、前記外管１５２の内側面に凹入形成されたグルーブであって、前記外管１５２の内周面に沿って４つのヘリウム流動溝１５３が形成される。前記ヘリウム流動溝１５３は、その内部空間に沿ってヘリウムガスが流動し、前記伝熱管１０５の破損可否を感知するための後述する伝熱管の破損感知部４００（図９参照）と連通される。
【００８２】
ここで、二重壁管構造の伝熱管１０５は、前記内管１５１と前記外管１５２とが密着されなく隙間が生じる場合、前記ヘリウム流動溝１５３内のヘリウムガスが流出して前記内管１５１と前記外管１５２との間に充満されるため、熱伝達の効率が低下するおそれがある。このような問題を防止するために、前記伝熱管１０５は、前記内管１５１と前記外管１５２とを密着させるために前記外管１５２に前記内管１５１を同心挿入した後、圧延引抜を利用して形成し、前記内管１５１と前記外管１５２とのインターフェースに１０〜１５ＭＰａ程度の残留応力が形成されるように形成する。
【００８３】
一方、前記蒸気発生器１００において、ナトリウムの導入温度は５２０℃、流出温度は３３５℃、給水温度は２３０℃、流出される蒸気の温度は４９０℃とするが、このような前記蒸気発生器１００の運転条件において前記伝熱管１０５は、水と接触する前記内管１５１とナトリウムと接触する前記外管１５２との間に大きな温度差が発生するようになる。したがって、前記伝熱管１０５は、熱膨張によって前記内管１５１と前記外管１５２との間の密着度が低下することを防止することができるように、前記外管１５２の熱膨張率が前記内管１５１の熱膨張率より低い材質によって形成される。例えば、前記外管１５２は、前記内管１５１より１０〜１５％程度熱膨張率の高い材質で形成されることが好ましい。
【００８４】
例えば、前記伝熱管１０５は、クロムモリブデン鋼（Ｃｒ−Ｍｏ鋼）で形成されることができ、前記内管１５１は、２１/４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、前記外管１５２は、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼で形成することができる。また、前記内管１５１は、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼、前記外管１５２は、１２Ｃｒ鋼で形成することも可能である。このような材質によって形成された伝熱管１０５は、前記内管１５１と前記外管１５２との温度差が５５℃程度であるとき、熱伝達の効率が常温下での場合とほぼ同様である。
【００８５】
一方、前記伝熱管１０５の安定性可否を試験するために、前記内管１５１と前記外管１５２の温度が５５０℃に維持されるとき、前記内管１５１と前記外管１５２との熱膨張率の差異によって前記伝熱管１０５で発生する応力はＡＮＳＹＳを利用して算出した理論値が１１．２ＭＰａ程度で、前記伝熱管１０５の降伏強度（ｙｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｓｓ）より非常に低いので安全であることを確認することができる。
【００８６】
本発明によると、前記伝熱管１０５は、前記蒸気発生器１００の正常運転時に前記内管１５１と前記外管１５２の熱膨張の程度が類似であるため、前記内管１５１と前記外管１５２とが密着状態を維持するようになって、前記伝熱管１０５の熱伝達効率の低下を防止することになる。
【００８７】
伝熱管の破損感知部
次いで、図９は、本発明の１実施形態による伝熱管の破損感知部４００の構成図であり、図１０は、図１の蒸気発生器１００におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う下部チューブシース１３２の横断面図であり、図９の中上部に配置された円内図面は、下部チューブシース１３２の横断面図における図１０のＶ−Ｖ線に沿う下部チューブシース１３２の縦断面図である。以下、図９と図１０を参照して、本発明の１実施形態による伝熱管の破損感知部４００の構成及び動作に対して詳細に説明する。
【００８８】
図９を参照するとき、伝熱管の破損感知部４００は、前記下部チューブシース１３２を通じて前記ヘリウム流動溝１５３と連通され、ヘリウムガスが導入されるヘリウムプレナム４１１と前記ヘリウムプレナム４１１に導入されるヘリウムガスの圧力を測定して前記伝熱管１０５の破損可否を感知する圧力計４１６を包含して構成される。
【００８９】
また、前記伝熱管の破損感知部４００と前記ヘリウム流動溝１５３とを連通させるために前記下部チューブシース１３２には、前記伝熱管１０５が挿入・結合される複数個の伝熱管孔３２１及び前記ヘリウム流動溝１５３と連結されるように前記伝熱管孔３２１と連通される複数個の感知孔３２２が形成される。また、前記感知孔３２２と前記ヘリウムプレナム４１１とを連結させる複数個の連結チューブ４０５が設置される。
【００９０】
前記伝熱管孔３２１は、１つの伝熱管孔３２１に１つの伝熱管１０５が挿入されて結合されるように形成され、前記感知孔３２２は、前記伝熱管孔３２１と前記ヘリウムプレナム４１１を独立的に連通させるように前記伝熱管孔３２１と前記感知孔３２２が１対１で対応するように形成される。例えば、前記伝熱管孔３２１は、前記下部チューブシース１３２の円周方向に沿って放射状に配置される。
【００９１】
前記伝熱管１０５は、前記下部チューブシース１３２の上端で前記外管１５２に結合され、前記内管１５１は、前記伝熱管孔３２１に挿入されて前記下部チューブシース１３２を貫通して前記下部チューブシース１３２の下端に結合される。ここで、前記内管１５１の外周面と前記伝熱管孔３２１の内周面の間は所定間隔に離隔された伝熱管間隙１５４が形成され、この伝熱管間隙１５４は、前記ヘリウム流動溝１５３と連通されて前記伝熱管間隙１５４内にヘリウムガスが導入されることになる。
【００９２】
前記ヘリウム流動溝１５３において、前記伝熱管間隙１５４内に導入されたヘリウムガスは、前記感知孔３２２と前記連結チューブ４０５を通じて前記ヘリウムプレナム４１１に導入される。
【００９３】
ここで、前記外管１５２が前記下部チューブシース１３２に溶接された外管の溶接部３２５と、前記内管１５１が前記下部チューブシース１３２に溶接された内管の溶接部３２６によって前記伝熱管間隙１５４が外部と密閉されるので、前記伝熱管間隙１５４に導入されたヘリウムガスが前記蒸気発生器１００の内部または前記給水ヘッダー１０７に流出されることを防止し、前記感知孔３２２に導入されるようにする。
【００９４】
特に、前記伝熱管間隙１５４と前記感知孔３２２とが連通される部分と隣接する下部においては、前記伝熱管間隙１５４を遮蔽するシール部３２４が形成される。例えば、前記シール部３２４は、前記内管１５１の直径を拡張させて前記伝熱管孔３２１の内壁に密着されるように形成することができる。
【００９５】
本実施形態によると、前記伝熱管１０５は、複数個のヘリウム流動溝１５３が形成されるので、前記伝熱管間隙１５４を形成することによって前記ヘリウム流動溝１５３で導入されるヘリウムガスを１つの感知孔３２２に導入させることができ、前記下部チューブシース１３２及び前記感知孔３２２の構造が複雑化されることを防止することができる。また、前記伝熱管間隙１５４を前記感知孔３２２の位置にまでに形成することによって、前記伝熱管間隙１５４において前記感知孔３２２に導入されるヘリウムガスの流量に変動が発生することを最少化し、前記伝熱管の破損感知部４００における測定誤差の発生を最少化することができる。
【００９６】
図１０に図示したように、前記感知孔３２２は、前記下部チューブシース１３２の直径方向に形成されて前記下部チューブシース１３２の側面と連通されるように形成される。また、前記感知孔３２２の数が多いので、前記感知孔３２２の直径を確保し、前記感知孔３２２が互に干渉されることを防止するために、前記感知孔３２２は互に異なる長さで形成されることが好ましい。すなわち、一定個数の伝熱管孔３２１が前記下部チューブシース１３２の直径方向に沿って一直線上に配置され、前記一直線上に配置された伝熱管孔３２１と連通される感知孔３２２は前記下部チューブシース１３２の長さ方向に沿って順次的に深さが深くなるか、浅くなるように形成される。図１０において、点線直線に表示されたように、前記感知孔３２２は、互に同一な位置で深さだけが異なるように形成されることができる。また、前記伝熱管孔３２１及び前記感知孔３２２は、前記下部チューブシース１３２の中心点を基準にして点対称になるように形成される。
【００９７】
ここで、図１０において説明を省略した図面符号３２３は、前記伝熱管孔３２１と前記感知孔３２２を連通させる連結孔３２３である。
【００９８】
前記連結チューブ４０５は、前記下部チューブシース１３２の外側面に形成されて前記感知孔３２２と連通されるように形成され、前記各感知孔３２２を前記ヘリウムプレナム４１１に連結する。
【００９９】
前記連結チューブ４０５には、第１バルブ４１５が設けて、前記伝熱管の破損感知部４００において、前記伝熱管１０５の破損を感知するとき、前記第１バルブ４１５が破損された伝熱管１０５と連結されている連結チューブ４０５を閉鎖することによって、該当伝熱管１０５を閉鎖することになる。ここで、前記第１バルブ４１５は破損された伝熱管１０５を独立的に閉鎖することができるように前記各連結チューブ４０５毎に設置される。また、前記ヘリウム流動溝１５３において前記ヘリウムプレナム４１１にヘリウムガスが導入されるように常時開放状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｏｐｅｎ）に連結される。
【０１００】
前記ヘリウムプレナム４１１の一側には、前記ヘリウムプレナム４１１を選択的に加圧及び減圧するためのヘリウムタンク４１２と真空ポンプ４１３が装着される。
前記ヘリウムプレナム４１１と前記ヘリウムタンク４１２及び前記真空ポンプ４１３との間には、第２バルブ４１４が設けられるとともに、前記第２バルブ４１４は、常時閉鎖状態（ｎｏｒｍａｌｌｙ  ｃｌｏｓｅｄ）に連結される。特に、前記第２バルブ４１４は、前記ヘリウムプレナム４１１と前記ヘリウムタンク４１２及び前記真空ポンプ４１３との間を二重に閉鎖するように設置される。
【０１０１】
ここで、前記伝熱管の破損感知部４００に具備される前記ヘリウムプレナム４１１の数は、前記圧力計４１６などの機器の敏感度及び故障確率などを考慮して決定される。
【０１０２】
一方、大気圧において、ナトリウムの沸騰点は８８３℃であるため、前記伝熱管１０５の外側は大気圧よりやや高い圧力であり、前記伝熱管１０５の内部は蒸気が発生するので略１６．５ＭＰａ程度の高圧である。前記ヘリウム流動溝１５３内に導入されるヘリウムガスは、略２ＭＰａ程度の圧力を維持しているので、前記外管１５２が破損された場合、ヘリウムガスがナトリウムの方に漏出されながら前記ヘリウム流動溝１５３内の圧力が降下し、前記内管１５１が破損された場合、高圧の蒸気が前記ヘリウム流動溝１５３に流入されながら圧力が上昇するようになる。したがって、前記伝熱管の破損感知部４００は、前記ヘリウム流動溝１５３を通じて前記ヘリウムプレナム４１１に導入されるヘリウムガスの圧力変化を測定することによって前記伝熱管１０５の破損可否を感知することができる。
【０１０３】
以下、前記伝熱管の破損感知部４００の動作に対して簡略に説明する。
先ず、前記伝熱管の破損感知部４００において、前記ヘリウムプレナム４１１に導入されたヘリウムガスの圧力変化を測定することによって、前記伝熱管１０５の破損可否を監視し、前記伝熱管１０５の破損が感知されたとき、破損された伝熱管１０５の上部と下部をそれぞれプラギング（Ｐｌｕｇｇｉｎｇ）する。前記伝熱管１０５のプラギングは、前記給水ヘッダー１０７及び前記蒸気ヘッダー１０６に具備された検査ポート１６１、１７１を通じて実施することができる。
【０１０４】
次いで、前記第１バルブ４１５を閉鎖して破損された伝熱管１０５に連結された連結チューブ４０５を閉鎖する。或は、前記破損された伝熱管１０５に連結された連結チューブ４０５自体を溶接することによって閉鎖することもできる。
次いで、前記破損された伝熱管１０５の内部にカバーガスを充填させる。
ここで、前記破損された伝熱管１０５にカバーガスを充填させるとき、追跡可能な物質を選択的に混入させることも可能である。
【０１０５】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を図面参照しながら説明したが、当該技術分野の当業者であれば請求範囲に記載の本発明の思想及び領域を外さない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００：蒸気発生器
１０１：メインボディ
１０２：上部ヘッダー部
１０３：下部ヘッダー部
１０４：圧力バッファー空間
１０５：伝熱管
１０６：蒸気ヘッダー
１０７：給水ヘッダー
１１１：メインシェル（ｍａｉｎ  ｓｈｅｌｌ）
１１２：内部円筒（ｉｎｎｅｒ  ｓｈｒｏｕｄ）
１１３：外部円筒（ｏｕｔｅｒ  ｓｈｒｏｕｄ）
１１５：伝熱管コイル部
１１６：シェル間隙
１２１：上部シェル（ｕｐｐｅｒ  ｓｈｅｌｌ）
１２２：上部チューブシース（ｕｐｐｅｒ  ｔｕｂｅ−ｓｈｅａｔｈ）
１２３：ナトリウム導入部
１３１：下部シェル（ｌｏｗｅｒ  ｓｈｅｌｌ）
１３２：下部チューブシース（ｌｏｗｅｒ  ｔｕｂｅ−ｓｈｅａｔｈ）
１３３：ナトリウム流出部
１４０：破裂板（ｒｕｐｔｕｒｅ  ｄｉｓｋ）
１５１：内管
１５２：外管
１５３：ヘリウム流動溝
１５４：伝熱管間隙
１６１、１７１：検査ポート
２１１：シェル溶接部
２１２：結合突起
２１５：ナトリウム浄化系連結部
２３１：導入ノズル
２３２：導入流路
２３３：導入口
２３４：導入流量分配部
２４１：伝熱管保護膜
２４２：上部の内部円筒
２４３：上部の外部円筒
２４４：外部円筒の連結部
２４５：圧力維持孔
２４６：カバーガス流動孔
２４７：ナトリウム流動孔
２５０：カバーガス空間
２５１：自由液面
２５２：カバーガスの導入口
２５３：カバーガスの流出口
２５５：カバーガスの供給部
３１５：流出バルブ
３２１：伝熱管孔
３２２：感知孔
３２３：連結孔
３２４：シール部
３２５：外管の溶接部
３２６：内管の溶接部
３３１：流出ノズル
３３２：流出流路
３３３：流出口
３３４：流出流量分配部
３３５：スリット
３４２：下部の内部円筒
３５０：ナトリウムプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）
４００：伝熱管の破損感知部
４０５：連結チューブ
４１１：ヘリウムプレナム
４１２：ヘリウムタンク
４１３：真空ポンプ
４１４、４１５：バルブ
４１６：圧力計
５１０、５２０：伝熱管の連結部
５１１、５１２、５２１、５２２：ベンディング部
５１３：直線部
５３０、５４０：伝熱管の支持部
５３１、５４１：流量分配型支持台
５３２、５３３、５４２：支持台
５５１、５５３：流量分配オリフィス
５５２、５５４：伝熱管の貫通孔
５５５：伝熱管のコイル支持台
５５６：伝熱管のコイル孔
５５７：サブプレート
５５８：ボルト
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４：伝熱管の曲げ半径
【図１】
2010071636.tif 000003
【図２】
2010071636.tif 000004
【図３】
2010071636.tif 000005
【図４】
2010071636.tif 000006
【図５】
2010071636.tif 000007
【図６】
2010071636.tif 000008
【図７】
2010071636.tif 000009
【図８】
2010071636.tif 000010
【図９】
2010071636.tif 000011
【図１０】
2010071636.tif 000012