(57)【要約】【課題】炉心冷却の安定化。【解決手段】蒸気発生器（１）は、容器本体（３）と、容器本体（３）の中に配置される多数のＵ字管（１１）と、容器本体（３）の中でＵ字管（１１）より下方に配置される液室（５，６）とから形成されている。液室（５，６）は、高温側液室（５）と、低温側液室（６）とから構成されている。蒸気発生器（１）は、Ｕ字管（１１）のＵ字部分（１４）のサイフォンブレークを抑制するために反応容器（２）の内部の冷却液の冷却を促進する冷却促進部位を備えている。冷却促進により、サイフォンブレークを抑制し、炉心冷却を安定化することができる。【選択図】          図７
2006003232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、
蒸気発生器と、
前記反応容器と前記蒸気発生器とを接続するレグとを具え、
前記蒸気発生器は、
容器本体と、
前記容器本体の中に配置される多数のＵ字管と、
前記容器本体の中で前記Ｕ字管より下方に配置される液室とを備え、
前記液室は、
高温側液室と、
低温側液室とを具え、
前記レグは、
前記反応容器の中の冷却液を前記高温側液室に接続する高温側レグと、
前記低温側液室の前記冷却液を前記反応容器の中に循環的に戻す低温側レグとを備え、
前記蒸気発生器は、前記Ｕ字管のＵ字部分のサイフォンブレークを抑制するために前記反応容器の内部の前記冷却液の冷却を促進する冷却促進部位を備える
加圧型反応炉。
【請求項２】
前記冷却促進部位は前記Ｕ字管に形成されるフィンとして形成される
請求項１の加圧型反応炉。
【請求項３】
前記Ｕ字管は、
前記高温側液室の中で開口する高温側直管部分と、
前記低温側液室の中で開口する低温側直管部分と、
前記高温側直管部分と前記低温側直管部分を接続する前記Ｕ字部分とを備え、
前記フィンは前記低温側直管部分に形成されている
請求項２の加圧型反応炉。
【請求項４】
前記フィンの表面は前記冷却液の流れに平行に形成されている
請求項３の加圧型反応炉。
【請求項５】
前記フィンは前記Ｕ字管の内面側に形成されている
請求項４の加圧型反応炉。
【請求項６】
前記フィンは螺旋状に形成されている
請求項５の加圧型反応炉。
【請求項７】
前記Ｕ字管は、
前記高温側液室の中で開口する高温側直管部分と、
前記低温側液室の中で開口する低温側直管部分と、
前記高温側直管部分と前記低温側直管部分を接続する前記Ｕ字部分とを備え、
前記冷却促進部位は、前記低温側直管部分の外側面に形成され、前記外側面は粗面に形成されている
請求項１の加圧型反応炉。
【請求項８】
前記蒸気発生器は複数基が設けられ、
前記Ｕ字管は、前記Ｕ字部分の曲率半径がより大きい大曲率半径管と、前記Ｕ字部分の曲率半径がより小さい小曲率半径管とを含み、
前記冷却促進部位は、前記高温側液室の液室構造として形成され、
前記液室構造は、
前記大曲率半径管が連通する第１高温側液室と、
前記小曲率半径管が連通する第２高温側液室と、
前記第１高温側液室と前記第２高温側液室とを分離する分離板を備え、
前記第１高温側液室は前記分離板の下方部位を介して前記第２高温側液室に連通し、且つ、前記高温側レグの出口は前記第１高温側液室に位置づけられている
請求項１の加圧型反応炉。
【請求項９】
前記Ｕ字管は、前記Ｕ字部分の曲率半径がより大きい大曲率半径管と、前記Ｕ字部分の曲率半径がより小さい小曲率半径管とを含み、
前記冷却促進部位は、前記大曲率半径管と前記小曲率半径管の配置構造として形成され、
前記大曲率半径管が前記高温側液室で開口する第１開口部位の高さ位置は、前記小曲率半径管が前記高温側液室で開口する第２開口部位の高さ位置より高い位置に設定されている
請求項１の加圧型反応炉。
【請求項１０】
前記高温側液室は、前記高温側液室の中の非凝縮性ガス気泡が前記第２開口から前記第１開口に向かって斜め上向きに案内されて流れる案内体を備え、
前記第１開口と前記第２開口は前記案内体の下側面である案内斜面より低位に位置づけられている
請求項９の加圧型反応炉。
【請求項１１】
前記案内体には上下方向に貫通する多数の穴が開けられている
請求項１０の加圧型反応炉。
【請求項１２】
前記冷却促進部位は、前記Ｕ字管に侵入する非凝縮性ガス気泡を微細化する気泡微細化部位として形成され、
前記気泡微細化部位は、前記Ｕ字管の中の冷却液の液流を螺旋流化する部位として前記Ｕ字管の内部に形成されている
請求項１〜１１から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１３】
前記冷却促進部位は、前記高温側レグの出口近傍で前記高温側レグの中の冷却液を絞るフィンとして形成され、前記フィンは前記高温側レグの出口近傍の内面側で前記高温側レグの上方領域に形成されている
請求項１〜１２から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１４】
前記冷却促進部位は、前記高温側レグの出口近傍で前記高温側レグの中の冷却液に抵抗を与えるフィンとして形成され、前記フィンは前記高温側レグの出口近傍の内面側で前記高温側レグの上方領域に形成され、前記フィンの上流側面は前記冷却液に主流の流れに概ね直交している
請求項１〜１２から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１５】
前記冷却促進部位は、前記高温側レグの出口近傍で前記高温側レグの中の冷却液の流れに螺旋流を形成する螺旋流形成部位として形成されている
請求項１〜１２から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１６】
前記冷却促進部位は、前記高温側レグの出口近傍で前記高温側レグの中の冷却液の流れに抵抗を与えるオリフィスとして形成され、前記オリフィスの開口側は前記高温側レグの上方領域に位置している
請求項１〜１２から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１７】
前記冷却促進部位は、前記Ｕ字管の下端部位として形成され、前記下端部位が前記高温側液室で開口する開口端は前記高温側液室の下半分領域に位置づけられている
請求項１〜１６から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１８】
前記冷却促進部位は、高温側レグから分岐する分岐部位として形成され、前記分岐部位は、前記高温側レグから上側に分岐し非凝縮性ガス気泡を貯留する分岐溜まりとして形成されている
請求項１〜１７から選択される１請求項の加圧型反応炉。
【請求項１９】
反応容器から複数の蒸気発生器のそれぞれの高温側液室に並列に冷却液を分配すること、
前記高温側液室の前記冷却液をＵ字管を介して前記複数の前記蒸気発生器の複数の低温側液室にそれぞれに送ること、
前記複数の前記低温側液室の中の冷却液を前記複数の前記反応容器に並列に還流させることとを具え、
前記送ることは、前記Ｕ字管のＵ字部分のサイフォンブレークを抑制することを備える
加圧型反応炉の冷却方法。
【請求項２０】
前記抑制することは、前記Ｕ字管の中の冷却液に旋回を与えて前記冷却液から溶出している非凝縮性ガス気泡を前記Ｕ字管の中心線領域に集めることである
請求項１９の加圧型反応炉の冷却方法。
【請求項２１】
前記Ｕ字管は、曲率半径がより大きいＵ字部分を有する第１Ｕ字管と、曲率半径がより小さいＵ字部分を有する第２Ｕ字管とを含み、
前記抑制することは、前記高温側液室の中で前記冷却液から溶出している非凝縮性ガス気泡の大部分を選択的に前記第１Ｕ字管に導入することである
請求項１９の加圧型反応炉の冷却方法。
【請求項２２】
前記抑制することは、
前記冷却液から溶出する非凝縮性ガス気泡を微細化すること、
微細化された前記非凝縮性ガス気泡を前記Ｕ字管に導入することを備える
請求項１９の加圧型反応炉の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧型反応炉、及び、加圧型反応炉の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
経済の高度成長とともに、多様な形態のエネルギー供給が求められている。電気エネルギーは、風力発電装置、太陽光発電装置、火力発電装置、原子力発電装置により供給されている。これらの諸装置には、更に高効率化が求められている。次世代型原子炉、特に、次世代型加圧軽水炉には、より高性能である炉心冷却が求められる。そのような炉心冷却として、蒸気発生器を用いることにより高圧注入ポンプを不要化する冷却技術の開発が提案されて知られている。溶出する非凝縮性ガスの気相は、蒸気発生器のＵ字管部位の液相の自然循環を劣化させる。冷却効率を低下させるそのような劣化を抑制するための一般的な技術としては、気相分離が知られている。冷却効率の向上の技術としては、伝熱管の管内面の面積を増加させることが特許文献１で知られている。
【０００３】
蒸気発生器の冷却効率の向上により炉心冷却の概念を確立することが求められる。その確立のためには、出力効率を向上させるために冷却効率を高めて、炉心冷却を安定化することが重要である。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３６１７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、炉心冷却を安定化する加圧型反応炉、及び、加圧型反応炉の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による加圧型反応炉は、反応容器（２）と、蒸気発生器（１）と、反応容器（２）と蒸気発生器（１）とを接続するレグ（８，９）とから構成されている。蒸気発生器（１）は、容器本体（３）と、容器本体（３）の中に配置される多数のＵ字管（１１）と、容器本体（３）の中でＵ字管（１１）より下方に配置される液室（５，６）と、その他の機器から形成されている。液室（５，６）は、高温側液室（５）と、低温側液室（６）と、その他の機器から構成されている。レグ（８，９）は、反応容器（２）の中の冷却液を高温側液室（５）に接続する高温側レグ（８）と、低温側液室（６）の冷却液を反応容器（２）の中に循環的に戻す低温側レグ（９）と、その他の機器から形成されている。蒸気発生器（１）は、Ｕ字管（１１）のＵ字部分（１４）のサイフォンブレークを抑制するために反応容器（２）の内部の冷却液の冷却を促進する冷却促進部位を備えている。
【０００７】
炉心を含む反応容器の冷却は、熱エネルギー取り出しのサイクルを制御するために極めて重要である。反応容器の冷却の制御の安定は、蒸気発生器の冷却効率の向上により実現されている。冷却促進部位は、蒸気発生器の中の二次系熱交換の熱交換率の向上による出力アップのために設けられているのではなく、蒸気発生器の中の熱流れの安定化の結果として、炉心冷却を安定化するために設けられている。蒸気発生器の熱交換は、Ｕ字管により行われる。冷却促進部位は、Ｕ字管のＵ字部分のサイフォンブレークを抑制し又はそれを制御する部位である。サイフォンブレークを抑制することは、Ｕ字管内流れを含む冷却液の円滑な循環流れの安定化の重要な要因である。そのような安定化は、サイフォンブレークを抑制する。このように、サイフォンブレークの抑制と循環流れの安定化は、互いに、原因と結果の関係を有している。サイフォンブレークの抑制は、循環流れの安定化の原因であり、同時に、それの結果である。
【０００８】
冷却促進部位は、Ｕ字管（１１）に形成されるフィン（１７）として形成される。このようなフィン（１７）を新たに形成することは、出力アップのためではない。Ｕ字管による冷却性能の向上により、サイフォンブレークが発生した場合に必要な冷却能力を確保することができる。
【０００９】
Ｕ字管（１１）は、高温側液室（５）の中で開口する高温側直管部分（１２）と、低温側液室（６）の中で開口する低温側直管部分（１３）と、高温側直管部分（１２）と低温側直管部分（１３）を接続するＵ字部分（１４）とから形成されている。フィン（１７）は低温側直管部分（１３）に形成されている。このような非対称なフィン配置は、熱流束分布を均一化する。低温側直管部分（１３）の熱交換性能を向上させることは賢明である。フィン（１７）をＵ字部分（１４）に形成することは困難であるが、低温側直管部分（１３）に形成することは容易である。
【００１０】
フィン（１７）の表面は冷却液の流れに平行に形成されていることは、圧損の増大を抑制することができる点で好ましい。圧損の低減は、流れの安定化に寄与する。フィンがＵ字管の内面側に形成されることは、Ｕ字管を支持する管板（１５）の穴開け加工を容易にする。フィンが螺旋状に形成されることは、気泡を微細化することと気泡を中心側に集めることの両面で効果的であり、サイフォンブレークを相乗的に抑制することができる。
【００１１】
Ｕ字管（１１）は、高温側液室（５）の中で開口する高温側直管部分（１２）と、低温側液室（６）の中で開口する低温側直管部分（１３）と、高温側直管部分（１２）と低温側直管部分（１３）を接続するＵ字部分（１４）とから形成されていて、冷却促進部位は、低温側直管部分（１３）の外側面に形成され、その外側面は熱伝達係数を高くする粗面に形成されている。蒸気発生効率が向上し、二次側の熱流束分布が均一化して、熱流れがより安定化する。
【００１２】
蒸気発生器（１−１，２）は複数基が設けられる。２基〜４基の程度が普通である。Ｕ字管（１１）は、曲率半径がより大きい大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）と、Ｕ字部分の曲率半径がより小さい小曲率半径管（１１−ｉｎ）とを含んでいる。この場合には、冷却促進部位は高温側液室（５）の液室構造として形成される。その液室構造は、大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）が連通する第１高温側液室（５−Ａ）と、小曲率半径管が連通する第２高温側液室（５−Ｂ）と、第１高温側液室（５−Ａ）と第２高温側液室（５−Ｂ）とを分離する分離板（２３）とから形成されている。第１高温側液室（５−Ａ）は分離板（２３）の下方部位を介して第２高温側液室（５−Ｂ）に連通し、且つ、高温側レグ（８）の出口は第１高温側液室（５−Ａ）に位置づけられている。
【００１３】
非凝縮性ガス気泡は、大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）に優先的に（選択的に）誘導され、小曲率半径管（１１−ｉｎ）の中のサイフォンブレークが有効に抑制される。複数の蒸気発生器（１）の小曲率半径管（１１−ｉｎ）の冷却性能は、十分に大きいように設計されているので、大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）を積極的に犠牲にすることにより、全体のサイフォンブレークを安定的に回避することができる。
【００１４】
冷却促進部位は、大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）と小曲率半径管（１１−ｉｎ）の配置構造として形成される。大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）が高温側液室（５）で開口する第１開口部位の高さ位置は、小曲率半径管（１１−ｉｎ）が高温側液室（５）で開口する第２開口部位の高さ位置より高い位置に設定されている。非凝縮性ガス気泡は、選択的に大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）に導入される。
【００１５】
高温側液室（５）は、高温側液室（５）の中の非凝縮性ガス気泡が第２開口から第１開口に向かって斜め上向きに案内されて流れる案内体（２６）が追加されている。第１開口と第２開口は案内体（２６）の下側面である案内斜面（２５）より低位に位置づけられている。非凝縮性ガス気泡は、選択的に大曲率半径管（１１−ｏｕｔ）に導入される。
【００１６】
案内体（２６）には上下方向に貫通する多数の穴（２７）が開けられている。非凝縮性ガス気泡は、穴（２７）を通って高温側液室（５）の上方領域に貯留され、Ｕ字管に侵入することが有効に抑制される。
【００１７】
冷却促進部位は、Ｕ字管（１１）に侵入する非凝縮性ガス気泡を微細化する気泡微細化部位として形成される。その気泡微細化部位は、Ｕ字管（１１）の中の冷却液の液流を螺旋流化する部位としてＵ字管（１１）の内部に形成されている。螺旋流は、既述の通り、気泡を微細化し、且つ、既述の気液分離効果を有する。
【００１８】
冷却促進部位は、高温側レグ（８）の出口近傍で高温側レグ（８）の中の冷却液を絞るフィン（３１）として形成される。フィン（３１）は高温側レグ（８）の出口近傍の内面側で高温側レグ（８）の上方領域に形成されている。気泡微細化効果がある。
【００１９】
冷却促進部位は、高温側レグ（８）の出口近傍で高温側レグ（８）の中の冷却液に抵抗を与えるフィン（３２）として形成される。フィン（３２）は高温側レグ（８）の出口近傍の内面側で高温側レグ（８）の上方領域に形成される。フィン（３２）の上流側面（３３）は冷却液に主流の流れに概ね直交している。気泡微細化効果がある。
【００２０】
冷却促進部位は、高温側レグ（８）の出口近傍で高温側レグ（８）の中の冷却液の流れに螺旋流を形成する螺旋流形成部位（３５）として形成されている。気泡微細化効果がある。
【００２１】
冷却促進部位は、高温側レグ（８）の出口近傍で高温側レグ（８）の中の冷却液の流れに抵抗を与えるオリフィス（３６）として形成される。オリフィス（３６）の開口側は高温側レグの上方領域に位置している。気泡微細化効果がある。
【００２２】
冷却促進部位は、Ｕ字管（１１）の下端部位として形成され、下端部位が高温側液室（５）で開口する開口端は高温側液室の下半分領域に位置づけられている（図１２）。気液分離効果がある。
【００２３】
冷却促進部位は、高温側レグ（８）から分岐する分岐部位（２９）として形成される。分岐部位（２９）は、高温側レグ（８）から上側に分岐し非凝縮性ガス気泡を貯留する分岐溜まりとして形成されている。気液分離効果がある。
【００２４】
本発明による加圧型反応炉の冷却方法は、反応容器から複数の蒸気発生器のそれぞれの高温側液室に並列に冷却液を分配すること、高温側液室の冷却液をＵ字管を介して複数の前記蒸気発生器の複数の低温側液室にそれぞれに送ること、複数の低温側液室の中の冷却液を複数の反応容器に並列に還流させることとから構成されている。その送ることは、Ｕ字管のＵ字部分のサイフォンブレークを抑制することである。
【００２５】
抑制することは、Ｕ字管の中の冷却液に旋回を与えて冷却液から溶出している非凝縮性ガス気泡をＵ字管の中心線領域に集めることである。Ｕ字管は、曲率半径がより大きいＵ字部分を有する第１Ｕ字管と、曲率半径がより小さいＵ字部分を有する第２Ｕ字管とを含んでいる。抑制することは、高温側液室の中で冷却液から溶出している非凝縮性ガス気泡の大部分を選択的に第１Ｕ字管に導入することである。
【００２６】
抑制することは、冷却液から溶出する非凝縮性ガス気泡を微細化すること、微細化された非凝縮性ガス気泡をＵ字管に導入することとである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による加圧型反応炉、及び、加圧型反応炉の冷却方法は、サイフォンブレークを抑制することにより、炉心の冷却を安定化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明による加圧型反応炉の実施の最良の形態は、図に対応して、詳細に記述される。蒸気発生器１は、図１に示されるように、反応容器２に付属して蒸気発生器１に接続している。蒸気発生器１として、複数の蒸気発生器が示されている。複数の蒸気発生器１は、第１蒸気発生器１−１と第２蒸気発生器１−２とから構成されている。第１蒸気発生器１−１と第２蒸気発生器１−２は、単一の反応容器２に並列に接続している。
【００２９】
第１蒸気発生器１−１は、第１本体容器３−１と、第１伝熱管群４−１と、第１高温側液相室５−１と、第１低温側液相室６−１、その他の機器とから形成されている。第１高温側液相室５−１と第１低温側液相室６−１とは、中央の仕切板７−１で仕切られて分割されている。第１伝熱管群４−１の第１伝熱管要素の第１入口側開口端は第１高温側液相室５−１の中で開口し、第１伝熱管群４−１の第１伝熱管要素の第１出口側開口端は第１低温側液相室６−１の中で開口している。第１高温側液相室５−１から第１入口側開口端に流入する液相水は、第１伝熱管群４−１の中で上昇し、第１Ｕ字管部位を介してその流れの向きを変えて第１伝熱管群４−１の中で下降し、第１出口側開口端から第１低温側液相室６−１に流れ込む。反応容器２の中の液相冷却水の上層部位は、第１ホットレグ８−１を介して、第１高温側液相室５−１に接続している。第１低温側液相室６−１の中の液相冷却水の下層部位は、第１コールドレグ９−１を介して、反応容器２の中の液相冷却水の下層部位に接続している。第１ホットレグ８−１には、第１ホットレグ８−１の中の液相冷却水を加圧するための加圧器１０の加圧口が介設されている。
【００３０】
第２蒸気発生器１−２は、第２本体容器３−２と、第２伝熱管群４−２と、第２高温側液相室５−２と、第２低温側液相室６−２とから形成されている。第２高温側液相室５−２と第２低温側液相室６−２とは、中央の仕切板７−２で仕切られて分割されている。第２伝熱管群４−２の第２伝熱管要素の第２入口側開口端は第２高温側液相室５−２の中で開口し、第２伝熱管群４−２の第２伝熱管要素の第２出口側開口端は第２低温側液相室６−２の中で開口している。第２高温側液相室５−２から第２入口側開口端に流入する液相水は、第２伝熱管群４−２の中で上昇し、第２Ｕ字管部位を介してその流れの向きを変えて第２伝熱管群４−２の中で下降し、第２出口側開口端から第２低温側液相室６−２に流れ込む。反応容器２の中の液相冷却水の上層部位は、第２ホットレグ８−２を介して、第２高温側液相室５−２に接続している。第２低温側液相室６−２の中の液相冷却水の下層部位は、第２コールドレグ９−２を介して、反応容器２の中の液相冷却水の下層部位に接続している。
【００３１】
本発明の課題は炉心の冷却性能を高めることであり、その解決手段は、蒸気発生器の冷却の確実性を十二分に向上させることである。その冷却の確実性を十二分に向上させる冷却手段は、具体的には下記の３通りが提供される。
（１）蒸気発生器の冷却構造の改善
（２）蒸気発生器のサイフォンブレークの制御
（３）蒸気発生器のサイフォンブレークの抑制
（３−１）気相の微細化
（３−２）気相の分離
【００３２】
冷却構造の改善：
図２は、伝熱管群の冷却構造の改善例を示している。既述の伝熱管群（以下、第１伝熱管群４−１で代表され、第１と第２を示す参照付加番号”−１”と”−２”は省略される。）を束として構成する多数の細管は、以下、伝熱管要素１１と呼ばれる。伝熱管束は多数の伝熱管要素１１から形成されている。図２は、その１つを誇張的に代表して示している。伝熱管要素１１は、高温側直管部位１２と低温側直管部位１３とＵ字管部位１４とから形成されている。Ｕ字管部位１４は、高温側直管部位１２の上方部分と低温側直管部位１３の上方部分を連結している。高温側直管部位１２の下端側部分と低温側直管部位１３の下端側部分は、管板１５を鉛直方向に貫通し、管板１５で支持されている。管板１５は、図３に示されるように、多数の伝熱管要素１１の本数の２倍に等しい数の貫通孔１６を有している。伝熱管要素１１は、貫通孔１６に通されている。伝熱管要素１１には、それの外側で複数条のフィン１７が形成されている。フィン１７は、伝熱管要素１１の中心軸心線１８に沿って伝熱管要素１１の全長に亘って形成されている。フィン１７の伝熱面は、中心軸心線１８に実質的に平行に形成されている。貫通穴１６は、フィン１７の最外周面に対応する穴面を有している。
【００３３】
図４は、伝熱管要素１１の実施の最善の形態を示している。本形態では、高温側直管部位１２とＵ字管部位１４にはフィンは設けられず、低温側直管部位１３にのみフィン１７が形成されている。
【００３４】
冷却性能（除熱性能）の向上のためには、蒸気発生器１の中で一次系から二次系に通過する熱の熱通過式の複数のパラメータに着目することが重要である。伝熱管要素１１に適用される熱通過式は、下記のように表される。
【数１】
2006003232.tif 000003
Ｑ：熱流束（Ｗ／ｍ２）
ｋ：熱貫流率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）
Ｔｈｏｔ：一次系流体温度（Ｋ）（＝伝熱管要素１１の中の流体温度）
Ｔｃｏｌｄ：二次系流体温度（Ｋ）（＝伝熱管要素１１の外の流体温度）
Ａ：伝熱面積：伝熱管要素１１の流体接触面積（ｍ２）
伝熱管要素１１の外側表面と内側面積は異なるが、定数Ａは外側表面と内側面積が考慮される有効伝熱面積として扱われる。
【００３５】
熱貫流率ｋは、次式で表される。
【数２】
2006003232.tif 000004
αＨ：伝熱管内壁の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）
αＣ：伝熱管外壁の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・Ｋ）
δ：伝熱管厚さ（ｍ）
λ：伝熱管の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）
【００３６】
図３に示されるフィン１７は、式（１）のパラメータＡを大きくする。より大きいＡは、熱流束Ｑをより大きくする。より大きい熱流束Ｑは、一次系と二次系の間の熱交換量を大きくして、一次系の伝熱管要素１１を流れる流体の冷却効率が大きい。伝熱管要素１１を流れる流体の温度がより低く制御され、炉心冷却を促進することができる。図４に示されるフィン１７は、高温側直管部位１２の中の流体の温度より低くなって低温側直管部位１３の中を流れる流体の温度をより高効率に低下させるので、高温側直管部位１２に対応する二次系の高温側の熱流束と低温側直管部位１３に対応する二次系の低温側の熱流束との差がより小さくなり蒸気発生器の中の二次系の流体の熱流束分布が均一化される。このような均一化は、熱分布の偏りを有効に抑制し、蒸気発生器の熱吸収量の増大を可能にし、結果的に炉心冷却を第１義的に促進する。
【００３７】
フィン１７の伝熱面は、図３に示されるように、心軸心線１８に平行であり、伝熱管要素１１の周囲で高温化して上昇する二次系熱交換媒体の上昇流を乱す原因にならないので、圧損を抑制して二次系熱交換媒体の流れを円滑化し、熱分布の偏りを有効に抑制して蒸気発生器の熱吸収量の増大を可能にするので、結果的に、炉心冷却を更に有効に促進する。フィン１７が形成されている直管を曲げることは困難であるが、図４に示されるフィン１７は直管部位にのみ形成されているので、それの曲げ加工の困難さがない。フィン１７を低温側直管部位１３の内側に形成することは、フィン１７を外側に形成する低温側直管部位１３の既述の有効性をそのままに保持するとともに、管板１５に開ける穴（円形）の穴開け加工が容易である。
【００３８】
図５は、本発明による加圧型反応炉の実施の他の改善の形態を示す展開斜軸投影図である。高温側直管部位１２の内面側と低温側直管部位１３の内面側にそれぞれに複数条の多重螺旋溝１９が形成されている。高温側直管部位１２と低温側直管部位１３の中に通されている流体（液体）は、多重螺旋溝１９により旋回力を与えられる。その流体に含まれ溶出して気泡化する非凝縮性ガスの気泡は、その気泡より比重が大きい液体の回転流の内側の中心領域に閉じ込められ、高温側直管部位１２と低温側直管部位１３に接触しない。熱伝達係数が小さい気泡は伝熱面に接触せず熱伝達係数が大きい液体がその伝熱面に接触するので、その気泡は熱伝達率を低下させる原因にならない。本形態は、式（１）の伝熱面積Ａを増大させ、式（２）のαＨを減少させず熱貫流率ｋを小さくしないので、式（１）の熱通過Ｑを小さくさせる原因を取り除、き、且つ、熱通過Ｑを大きくすることができる。このような効果を有効にするためには、旋回速度は緩やかであって、より多くの気相を中央領域により集めることが重要である。螺旋溝の中心線に接する接線と中心軸心線１８の角度は、４５゜より小さいことが好ましく、その角度は３０゜より小さいことがより好ましい。
【００３９】
図５の形態では、多重螺旋溝１９はＵ字管部位１４には形成されず、直管部である高温側直管部位１２と低温側直管部位１３に形成されているので、多重螺旋溝１９を形成した後の伝熱管のパイプを曲げることがなく、その曲げ加工の困難さがない。管板１５の穴開け加工が容易であることは既述の通りである。
【００４０】
図６は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の改善の形態を示している。低温側直管部位１３の外側面は、針状に先鋭である多数の小突起凹面２１の集合として形成されている。小突起凹面２１としては、先鋭なコーン面が適正である。小突起凹面２１は、レーザー加工により容易に可能である。式（１）のパラメータＡが二次側の低温側で増大し、低温側と高温側とで熱流束分布差が小さいことによる効果は既述の通りである。小突起凹面２１は沸騰時の二次側流体（水）の蒸気泡形成を良好化するので、式（２）の管外熱伝達係数αＣを小さくせず、式（１）の熱通過を大きく保持することができる。小突起凹面２１は直管部位に形成され、管の曲げ加工の困難さがない。
【００４１】
サイフォンブレークの制御：
図７は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。伝熱管要素１１は、Ｕ字管部位１４が大きい曲率半径で曲がる大曲率半径細管１１−ｏｕｔとＵ字管部位１４が小さい曲率半径で曲がる小曲率半径細管１１−ｉｎとに区別される。大曲率半径細管１１−ｏｕｔは、配置構造の点で、小曲率半径細管１１−ｉｎの外側に配置されている。高温側液相室５は、気泡分流仕切板２３により更に分割的に仕切られている。高温側液相室５は、気泡集中側高温側液相室５−Ａと気泡非集中側高温側液相室５−Ｂに分離されている。気泡分流仕切板２３の下端より低位では、気泡集中側高温側液相室５−Ａと気泡非集中側高温側液相室５−Ｂは繋がっている。ホットレグ８から注入される液相は、気泡集中側高温側液相室５−Ａと気泡非集中側高温側液相室５−Ｂに分流する。第１ホットレグ８−１から高温側液相室５に注入される液相中に含まれる非凝縮性ガスの一部は、液相に溶出して気泡化する。軽いその非凝縮性気泡（群）２４の大部分は、ホットレグ８から出て気泡集中側高温側液相室５−Ａに集中する。気泡非集中側高温側液相室５−Ｂに侵入する非凝縮性気泡２４の量は、気泡集中側高温側液相室５−Ａに侵入する非凝縮性気泡２４の量との比較で顕著に少ない。
【００４２】
非凝縮性気泡２４の大部分は、大曲率半径細管１１−ｏｕｔのＵ字管部位１４で滞留する。伝熱管要素１１−ＢのＵ字管部位１４で滞留する非凝縮性気泡２４の量は顕著に少ない。大曲率半径細管１１−ｏｕｔのＵ字管部位１４では、サイフォンブレークが起こり、大曲率半径細管１１−ｏｕｔのＵ字管部位１４の熱伝達率が仮に極端に低下する場合にも、小曲率半径細管１１−ｉｎのＵ字管部位１４ではサイフォンブレークは起こらず、小曲率半径細管１１−ｉｎのＵ字管部位１４の熱伝達率が低下しない。蒸気発生器１の設置数は２基〜４基の程度であり、蒸気発生器１の小曲率半径細管１１−ｉｎは設計通りの冷却性能を保持し、小曲率半径細管１１−ｉｎは既述の通りに十二分の冷却性能を有しているから、炉心の冷却性能は設計範囲の中で完全に保持される。炉心を十分に冷却するために必要である伝熱管の必要伝熱面積は全伝熱面積の６割の程度に設計されている。
【００４３】
図８は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、伝熱管要素１１−Ｂの下端の高さ位置は伝熱管要素１１−Ａの下端の高さ位置より低い位置に設定されている。非凝縮性気泡２４は高温側液相室５の中でその上層領域に集中する。小曲率半径細管１１−ｉｎに侵入する非凝縮性気泡２４の量は、大曲率半径細管１１−ｏｕｔに侵入する非凝縮性気泡２４の量との比較で顕著に少ない。本形態は、サイフォンブレークが起きないように制御している点で、図７の形態に同じである。
【００４４】
図９は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態は、伝熱管要素１１−Ｂの下端の高さ位置が伝熱管要素１１−Ａの下端の高さ位置より低い位置に設定されている点で、図９の形態に同じである。本形態では、案内傾斜面２５を有する案内物体２６が高温側液相室５の中に配置されている。案内物体２６は、非凝縮性気泡２４をより確実に上方に案内的に誘導する。小曲率半径細管１１−ｉｎの下端は、その小曲率半径細管１１−ｉｎが案内物体２６を貫通する部位の近傍の案内傾斜面２５より低い位置に設定され、その案内斜面面２５により案内される非凝縮性気泡２４は、小曲率半径細管１１−ｉｎの下端から侵入することが有効に抑制される。本形態の分離効果は、図８の形態の分離効果より大きい。
【００４５】
図１０は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態は、図９の案内物体２６に変えられて多孔板傾斜板２６’が用いられている。多孔板傾斜板２６’は上面と下面がともに傾斜面に形成されている。下側面は、既述の案内傾斜面２５に一致している。案内傾斜面２５には、上下方向に貫通する多数の小径孔２７が開けられている。管板１５と多孔板傾斜板２６’の間は、気泡溜まりとして用いられている。本形態では、図９のサイフォンブレーク抑制効果が更に増強されている。
【００４６】
図１１は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態は、ホットレグ８の出口付近にオリフィス２８が配置されている。オリフィス２８は、小さい気泡を貯留する。オリフィスで貯留される多数の小気泡は合体して大気泡２４を形成する。大気泡２４は比重がより小さく、大気泡２４は急上昇して浮上し、その大部分が大曲率半径細管１１−ｏｕｔに侵入する。本形態は、図７の形態、図８の形態、図９の形態、図１０の形態にそれぞれに付加されることによりその効果を一層に発揮することができる。
【００４７】
サイフォンブレークの抑制（気相の微細化）：
図１２は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態は、全ての伝熱管要素１１の下端が適正に低い位置まで高温側液相室５の中に突き出している。伝熱管要素１１の下端開口は、非凝縮性気泡２４の大部分が貯留される貯留領域より低い位置に設定されている。全ての伝熱管要素１１について、サイフォンブレークが抑制される。図８の形態と図１０の形態は、小曲率半径細管１１−ｉｎについてサイフォンブレーク抑制効果がある。
【００４８】
図１３は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８に分岐管２９が付加される。分岐管２９は、ホットレグ８である本管より高い位置に配置される。非凝縮性気泡２４は、分岐管２９に貯留され、高温側液相室５に侵入する非凝縮性ガスの量は顕著に少ない。
【００４９】
サイフォンブレークの抑制（気相の分離）：
図１４は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、図５の多重螺旋溝１９の傾斜角度より大きい傾斜角度を有する多重螺旋溝１９が伝熱管要素１１特に低温側直管部位１３の内側に形成されている。旋回方向速度が増加することにより、気相と液相の相対速度が大きくなって、非凝縮性気泡がより小さく細粒化される。微細な気泡は液流に追従しやすい物性を有し、そのような気泡はＵ字管部位１４の中を流れる液体に誘導されてその液体とともに流れ、Ｕ字管部位１４の中で貯留することが有効に回避され、サイフォンブレークが有効に抑制される。
【００５０】
図１５は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８の出口近傍に、フィン構造が追加される。ホットレグ８の内部の上半分領域に多数のフィン３１が円周方向に配列されている。隣り合うフィン３１の間の隙間幅は狭く、気相はフィン間で分断されて微細化する。フィン間は、ホットレグ８の中の流れ方向に向いていて、圧損が抑えられている。小さく分断された気泡は拡散して全ての伝熱管要素１１に均等分布的に流入するが、液相に流されてＵ字管部位１４で滞留することがなく、サイフォンブレークが効果的に抑制される。
【００５１】
図１６は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８の出口近傍に、フィン構造が追加される。ホットレグ８の内部の上方領域に多数のフィン３２が流れ方向に配列されている。フィン３２は、図１７に示されるように、流れ方向に直交する流れ方向対抗面３３と流れ方向後流側面３４とを有している。流れ方向対抗面３３と流れ方向後流側面３４は鋭角を形成する。気泡は、フィン３２の内側先端部位の先鋭部位で微細に砕かれて微粒化する。気泡の微粒化によるサイフォンブレーク抑制効果は既述の通りである。
【００５２】
図１８は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８の出口付近近傍で、ホットレグ８の内面側に螺旋溝３５が形成されている。ホットレグ８の中を通る液体流は、螺旋溝３５により螺旋流に形成される。液相と気相の旋回速度差により、気相は微細化される。気相の微細化によるサイフォンブレーク抑制効果は既述の通りである。
【００５３】
図１９は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８の出口付近近傍で、ホットレグ８の中の下方領域にオリフィス３６が形成されている。オリフィス３６の開口部位は、ホットレグ８の中で上方側に形成される。ホットレグ８の中の液相に追従して液中の上方領域で流れる気相の気泡は、絞り抵抗を受けて微細化される。気相の微細化によるサイフォンブレーク抑制効果は既述の通りである。オリフィスの開口部位は上方にあり、気泡の滞留が回避され、且つ、微細化が可能である。
【００５４】
図２０は、本発明による加圧型反応炉の実施の更に他の好ましい形態を示している。本形態では、ホットレグ８の内面に内接し互いに外接する複数（例示：４本）の束形成管３７がホットレグ８の中の装着されている。束形成管３７のうちで気相部分の大半が通る上方位置の束形成管３７−Ｔの内面側に螺旋溝３８が形成されている。旋回流の生成により気泡が微細化されることによるサイフォンブレーク抑制効果は既述の通りである。上方側の束形成管３７−Ｔにのみ螺旋溝が形成され下方側の束形成管３７−Ｂには螺旋溝は形成されないので、圧損を低減することができる。
【００５５】
図２１は、図２０の束形成管３７−Ｔに代えられる他の束形成管３７−Ｔを示している。上方側の束形成管３７−Ｔの内部の上方領域に、中心に向かって先鋭に突き出す多数のフィン３９が円周方向に配列されている。円周方向に隣り合うフィン３９の間の隙間は、流れ方向に滑らかに延びている。束形成管３７−Ｔの中の上方領域を流れる気泡は隣り合うフィン３９により微細に粉砕され微細化する。気泡の微細化によるサイフォンブレーク抑制効果は既述の通りであり、フィン構造は上方側の管に限定されて設けられているので、圧損抑制効果がある。
【００５６】
実施の好ましい既述の形態は、それぞれに既述の通りの利益を有しているが、それらの形態の変形又はそれらの形態の組合せは更に利益を有する。図３のフィンの形状の変更、そのフィンを高温側直管部位１２に形成すること、高温側直管部位１２と低温側直管部位１３に螺旋溝とフィンとを使い分けること、フィン構造の存在のもとで図７の気液分離構造を付加すること、気泡微細構造と気液分離構造を両立させること、ホットレグ８の気泡微細構造又は気液分離構造と液相室５の中の気泡微細構造と気液分離構造とを組合せること、全ての形態を組合せることのような改変は、サイフォンブレーク抑制効果を高めることができる点で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明による加圧型反応炉の実施の好ましい形態を示す正面断面図である。
【図２】図２は、蒸気発生器を示す正面断面図である。
【図３】図３は、管板を示す平面断面図である。
【図４】図４は、伝熱管要素を示す正面断面図である。
【図５】図５は、伝熱管要素の部分を示す展開図である。
【図６】図６は、伝熱管要素の部分を示す平面断面図である。
【図７】図７は、蒸気発生器の実施の好ましい形態を示す正面断面図である。
【図８】図８は、蒸気発生器の実施の好ましい他の形態を示す正面断面図である。
【図９】図９は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１０】図１０は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１１】図１１は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１２】図１２は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１３】図１３は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１４】図１４は、伝熱管要素を示す展開図である。
【図１５】図１５は、伝熱管要素を示す断面図である。
【図１６】図１６は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１７】図１７は、図１６の部分を示す断面図である。
【図１８】図１８は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図１９】図１９は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図２０】図２０は、蒸気発生器の実施の好ましい更に他の形態を示す正面断面図である。
【図２１】図２１は、図２０の一部の変更を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１，１−１，２…蒸気発生器
２…反応容器
３…容器本体
５…液室（高温側液室）
５−Ｂ…第２高温側液室
５−Ａ…第１高温側液室
６…液室（低温側液室）
８…レグ（高温側レグ）
９…レグ（低温側レグ）
１１…Ｕ字管
１１−ｏｕｔ…大曲率半径管
１１−ｉｎ…小曲率半径管
１２…高温側直管部分
１３…低温側直管部分
１４…Ｕ字部分
１７…フィン
２３…分離板
２６…案内体
２７…穴
２９…分岐部位
３１…フィン
３２…フィン
３３…上流側面
３５…螺旋流形成部位
３６…オリフィス
【図１】
2006003232.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006003232.tif 000009
【図６】
2006003232.tif 000010
【図７】
2006003232.tif 000011
【図８】
2006003232.tif 000012
【図９】
2006003232.tif 000013
【図１０】
2006003232.tif 000014
【図１１】
2006003232.tif 000015
【図１２】
2006003232.tif 000016
【図１３】
2006003232.tif 000017
【図１４】
2006003232.tif 000018
【図１５】
2006003232.tif 000019
【図１６】
2006003232.tif 000020
【図１７】
2006003232.tif 000021
【図１８】
2006003232.tif 000022
【図１９】
2006003232.tif 000023
【図２０】
2006003232.tif 000024
【図２１】
2006003232.tif 000025