(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外側の二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するガス封入装置であって、
前記一次側を真空引きする真空引手段と、
前記一次側にガスを供給するガス供給手段と、
前記伝熱管を加熱する加熱手段と、
前記一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、
前記一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段と、
を備えることを特徴とするガス封入装置。
【請求項２】
伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外部となる二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するため前記一次側を真空引きする真空引手段と、前記一次側にガスを供給するガス供給手段と、前記伝熱管を加熱する加熱手段と、前記一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、前記一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段と、を備えるガス封入装置を用い、前記伝熱管を加熱した状態で、前記一次側を真空引きおよび前記一次側にガスを注入するガス封入方法であって、
前記一次側を前記真空引手段により真空引きする工程と、
次に、前記一次側が所定の真空度となった場合に前記ガス供給手段によりガスを注入する工程と、
を含み、前記酸素濃度計測手段および前記露点温度計測手段による計測により前記一次側が所定の酸素濃度であって所定の温度となるまで真空引きおよびガスの注入を行い、その間、前記加熱手段により前記伝熱管を継続して加熱することを特徴とするガス封入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生器などの熱交換器の製造時において伝熱管の内部にガスを封入するためのガス封入装置およびガス封入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized  Water  Reactor）では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。そして、この加圧水型原子炉は、高温高圧の一次冷却水の熱を蒸気発生器により二次冷却水に伝えて、二次冷却水で水蒸気を発生させるものである。この蒸気発生器は、多数の細い伝熱管の内側を一次冷却水が流れ、外側を流れる二次冷却水に熱を伝えて水蒸気を生成し、この水蒸気によりタービンを回して発電している。
【０００３】
この蒸気発生器において、中空密閉形状をなす胴部内に、その内壁面と所定間隔をもって管群外筒が配設され、この管群外筒内に逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管が配設され、各伝熱管の端部が管板に支持され、管板の下部に接合された椀状の水室鏡および仕切板により一次冷却水の入口側水室および出口側水室が区画形成されている。また、水室鏡は、入口側水室において外部に開口する入口側管台が設けられ、出口側水室において外部に開口する出口側管台が設けられている。入口側管台は、加圧水型原子炉から高温高圧の一次冷却水を供給する冷却水配管が接続され、出口側管台は、熱交換を終了した一次冷却水を加圧水型原子炉に戻す冷却水配管が接続される。さらに、水室鏡は、入口側水室および出口側水室においてメンテナンス用のマンホールがそれぞれ設けられている。また、胴部内に、管群外筒の上方に位置して二次冷却水の入口部が設けられると共に、気水分離機と湿分分離機が上下に並んで配設され、その上方に蒸気出口が設けられている。
【０００４】
特許文献１は、蒸気発生器の製造時において伝熱管を挿入する工程について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６８４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、伝熱管、水室鏡の入口側水室および出口側水室、管板の水室側の面、および仕切板は、蒸気発生器の一次側として、高温高圧の一次冷却水が接触する部分であり、蒸気発生器の製造後、原子力設備に輸送し組まれるまで、錆などを防ぎその健全性を保つことが重要であり、窒素または不活性ガスなどのガスが封入される。
【０００７】
ガスを封入する際、効率よく空気と置換するために、一旦、一次側を真空引きして空気を除去した後にガスを封入する。ここで、伝熱管の内部に空気中の水蒸気を含めて水分が存在すると、通常の真空引き速度では真空引きによって空気が断熱膨張して、温度低下に伴い水分が凝固して氷となる。氷の気化速度は遅いため真空引き後にも氷が残留しこれが後刻ガス封入後に融解して残留水分となってしまう。この残留水分により一次側の健全性を保つことが難しくなる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、熱交換器の一次側にガスを封入する場合に、伝熱管内部の残留水分を除去することのできるガス封入装置およびガス封入方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明のガス封入装置は、伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外側の二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するガス封入装置であって、前記一次側を真空引きする真空引手段と、前記一次側にガスを供給するガス供給手段と、前記伝熱管を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このガス封入装置によれば、加熱手段により、真空引きおよびガス供給時に伝熱管を加熱することで、伝熱管内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去する。この結果、一次側の湿度を十分に下げる、すなわち十分に蒸気圧を下げることができることから、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができる。
【００１１】
また、本発明のガス封入装置は、前記一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段と、前記一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明のガス封入方法は、伝熱管の内部に通じる一次側と前記伝熱管の外部となる二次側とを構成する熱交換器について、前記一次側にガスを封入するガス封入方法であって、前記伝熱管を加熱した状態で、前記一次側を真空引きおよび前記一次側にガスを注入することを特徴とする。
【００１３】
このガス封入方法によれば、真空引きおよびガス供給時に伝熱管を加熱することで、伝熱管内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去することで結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管内部の残留水分を除去することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、熱交換器の一次側にガスを封入する場合に、伝熱管内部の残留水分を、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができるレベルまで除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るガス封入装置の構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るガス封入方法のフローチャート図である。
【図３】図３は、蒸気発生器の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
図３は、蒸気発生器の構成を示す説明図である。図３に示すように、熱交換器としての蒸気発生器１０１は、胴部１０２を有している。胴部１０２は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなし、上半部に対して下半部が若干小径とされている。胴部１０２は、その下半部内に、伝熱管群１０５Ａが設けられている。伝熱管群１０５Ａは、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管１０５からなる。各伝熱管１０５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向け、下端部が管板１０４の管穴１０４ａに挿通支持されているとともに、中間部が複数の管支持板１０６に支持されている。
【００１８】
胴部１０２は、その下端部に水室鏡１０７が接合されている。水室鏡１０７は、椀状に形成された開口縁が管板１０４に接合された状態で、その内部が仕切板１０８により入口側水室１０７Ａと出口側水室１０７Ｂとに区画されている。入口側水室１０７Ａは、各伝熱管１０５の一端部が連通され、出口側水室１０７Ｂは、各伝熱管１０５の他端部が連通されている。また、入口側水室１０７Ａは、胴部１０２の外部に通じる入口側管台１０７Ａａが形成され、出口側水室１０７Ｂは、胴部１０２の外部に通じる出口側管台１０７Ｂａが形成されている。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係るガス封入装置の構成図である。上述した蒸気発生器１０１は、製造時に横倒しの形態で組み立てられる。そして、出荷前の最終工程として、一次側および二次側に、例えば、窒素または不活性ガスなどのガス）を封入する。本実施の形態では、一次側にガスを封入するガス封入装置について説明する。
【００２０】
ガス封入装置は、密閉手段１と、真空引手段２と、ガス供給手段３と、加熱手段４と、真空度計測手段５と、酸素濃度計測手段６と、露点温度計測手段７と、を含み構成されている。
【００２１】
密閉手段１は、蒸気発生器１０１の一次側を密閉するものである。蒸気発生器１０１の製造時、一次側は、水室鏡１０７に形成された各管台１０７Ａａ，１０７Ｂａが開口している。密閉手段１は、これらを各管台１０７Ａａ，１０７Ｂａの開口部を閉塞する閉塞蓋として構成されている。なお、水室鏡１０７は、図示しない各マンホールが形成されており、蒸気発生器１０１の使用時では、これらマンホールの開口部はマンホール蓋（図示せず）により閉塞されている。ガスの封入時では、マンホール蓋を密閉手段１の一部に含みマンホールを閉塞する。
【００２２】
真空引手段２は、蒸気発生器１０１の一次側を真空引きするものである。真空引手段２は、上記閉塞蓋の一方に設けられて水室鏡１０７の外部に引き出され水室鏡１０７の内外に通じる接続管２ａと、水室鏡１０７の外部にて接続管２ａに接続される真空吸引部２ｂとを有している。真空吸引部２ｂは、接続管２ａを介して一次側を真空引きする真空ポンプとして構成される。接続管２ａは、その途中に当該接続管２ａを開閉する真空開閉弁２ｃが設けられている。なお、真空引手段２を設ける開閉蓋として、図１では出口側管台１０７Ｂａを閉塞するものを示しているが、入口側管台１０７Ａａを閉塞する閉塞蓋であってもよい。
【００２３】
ガス供給手段３は、蒸気発生器１０１の一次側にガスを供給するものである。ガス供給手段３は、上記接続管２ａの途中であって真空開閉弁２ｃよりも閉塞蓋側から分岐して接続管２ａの一部を介して水室鏡１０７の内外に通じるガス供給管３ａと、ガス供給管３ａに接続されるガス供給部３ｂとを有している。ガス供給部３ｂは、ガスが貯留されるタンクと、タンクのガスを送出するポンプとで構成される。ガス供給管３ａは、その途中に当該ガス供給管３ａを開閉するガス開閉弁３ｃが設けられている。なお、ガス供給管３ａは、接続管２ａを介さず、直接閉塞蓋の一方に設けられて水室鏡１０７の内外に通じるように構成されていてもよい。
【００２４】
加熱手段４は、伝熱管１０５を加熱するものである。本実施の形態において加熱手段４は、蒸気発生器１０１の二次側に熱風を送り込むように、ヒータとファンとを有する熱風供給部４ａとして構成される。蒸気発生器１０１の二次側に熱風を送り込む場合、蒸気発生器１０１の二次側の開口部を２つのみ残して閉塞して、開口する一方の開口部を介して二次側に加熱した空気を送り込み、他方の開口部を介して二次側から冷えた空気を排出させる。開口する２つの開口部としては、図１に示すように、伝熱管１０５の管板１０４側の開口部（例えば、ハンドホール）と、伝熱管１０５のＵ字形状の端部側の開口部（例えば、小口径管台）とが、伝熱管１０５を適宜加熱するうえで好ましい。また、加熱手段４は、蒸気発生器１０１の胴部１０２をヒータなどで覆うことで外側から伝熱管１０５を加熱する構成であってもよい。
【００２５】
真空度計測手段５は、蒸気発生器１０１の一次側の真空度を計測するものである。真空度計測手段５は、一次側の内圧を計測する圧力計として構成される。
【００２６】
酸素濃度計測手段６は、蒸気発生器１０１の一次側の酸素濃度を計測するものである。なお、酸素濃度計測手段６は、真空度計測手段５とは別に接続管２ａに配置されていてもよい。
【００２７】
露点温度計測手段７は、蒸気発生器１０１の一次側の露点温度を計測するものである。なお、露点温度計測手段７は、真空度計測手段５とは別に接続管２ａに配置されていてもよい。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態に係るガス封入方法のフローチャート図である。まず、加熱手段４により伝熱管１０５の加熱を開始する（ステップＳ１）。この伝熱管１０５の加熱は、少なくとも真空引きを行う前に開始することが好ましい。次に、一次側の真空引きを行う（ステップＳ２）。すなわち、ガス開閉弁３ｃを閉塞状態にするとともに真空開閉弁２ｃを開放状態として真空吸引部２ｂを稼動させる。そして、一次側が所定圧力（真空度）になるまで真空引きを続け（ステップＳ３：Ｎｏ）、所定圧力になった場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、真空引きを止め、ガスを注入する（ステップＳ４）。そして、一次側が所定酸素濃度でかつ所定温度となるまで、ステップＳ２からステップＳ４を行い（ステップＳ５：Ｎｏ）、一次側が所定酸素濃度でかつ所定温度になった場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、一次側が所定圧力に加圧されるまでガスを注入し（ステップＳ６：ＮｏおよびステップＳ７）、所定圧力になった場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、加熱手段４による伝熱管１０５の加熱を停止し（ステップＳ８）、一次側を封止、すなわち真空開閉弁２ｃおよびガス開閉弁３ｃを閉塞状態にして本作業を終了する。
【００２９】
このように、本実施の形態のガス封入装置は、伝熱管１０５の内部に通じる一次側と伝熱管１０５の外側の二次側とを構成する蒸気発生器（熱交換器）１０１について、一次側にガスを封入するガス封入装置であって、一次側を真空引きする真空引手段２と、一次側にガスを供給するガス供給手段３と、伝熱管１０５を加熱する加熱手段４と、を備える。
【００３０】
このガス封入装置によれば、加熱手段４により、真空引きおよびガス供給時に伝熱管１０５を加熱することで、伝熱管１０５内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去する。このため、一次側の湿度を十分に下げる、すなわち十分に蒸気圧を下げることができることから、出荷から納入にいたる長期間の温度変化に対しても一次側が結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管１０５内部の残留水分を除去することが可能になる。
【００３１】
また、本実施の形態のガス封入装置は、一次側の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段６と、一次側の露点温度を計測する露点温度計測手段７と、を備える。
【００３２】
また、本実施の形態のガス封入方法は、伝熱管１０５の内部に通じる一次側と伝熱管１０５の外部となる二次側とを構成する蒸気発生器（熱交換器）１０１について、一次側にガスを封入するガス封入方法であって、一次側を真空引きした後にガスを注入する際、伝熱管１０５を加熱することを特徴とする。
【００３３】
このガス封入方法によれば、真空引きおよびガス供給時に伝熱管１０５を加熱することで、伝熱管１０５内で真空引き時に断熱膨張を発生しにくくする、或いは断熱膨張が発生して温度が低下して水分が凝固した氷を融解し液体となった水分を蒸発させることにより水分を効果的に除去することで結露しない露点温度を維持することができる。この結果、伝熱管１０５内部の残留水分を除去することが可能になる。
【００３４】
また、本実施の形態のガス封入方法は、一次側を真空引きする工程と、次に、一次側が所定の真空度となった場合にガスを注入する工程と、を含み、一次側が所定の酸素濃度であって所定の温度となるまで真空引きおよびガスの注入を行い、その間、伝熱管１０５を継続して加熱する。このガス封入方法によれば、一次側の雰囲気を、伝熱管内部に残留水分が生じない酸素濃度および露点温度に設定することが可能になる。
【符号の説明】
【００３５】
１  密閉手段
２  真空引手段
３  ガス供給手段
４  加熱手段
５  真空度計測手段
６  酸素濃度計測手段
７  露点温度計測手段
１０１  蒸気発生器
１０５  伝熱管
【図１】
0005797144.tif 000002
【図２】
0005797144.tif 000003
【図３】
0005797144.tif 000004