(57)【要約】【課題】一次流体の圧力損失を低減させることにより、原子炉の熱効率を向上させる蒸気発生器を提供することを目的とする。【解決手段】蒸気発生器１０は、給水ノズルから二次流体を内部に入力し蒸気ノズルから水蒸気を出力する外胴１５と、この外胴１５の内部において一次流体５を流動させて熱交換により二次流体を水蒸気にする伝熱管１７と、この伝熱管１７の一端に連通するよう外胴１５に形成された入口室３１へ一次流体５を供給する供給ノズル２６と、外胴１５に接続した供給ノズル２６の接続部２４から伝熱管１７の一端の方向に向かって一次流体５を案内する案内路２０と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水ノズルから二次流体を内部に入力し蒸気ノズルから蒸気を出力する外胴と、
前記外胴の内部において一次流体を流動させて熱交換により前記二次流体を前記蒸気にする伝熱管と、
前記伝熱管の一端に連通するよう前記外胴に内部形成された入口室へ前記一次流体を供給する供給ノズルと、
前記外胴に接続した前記供給ノズルの接続部から前記伝熱管の一端の方向に向かって前記一次流体を案内する案内路と、を備えることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項２】
請求項２に記載の蒸気発生器において、
前記案内路は、前記一次流体の流動方向に向かって断面が拡張するように形成されることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の蒸気発生器において、
前記供給ノズルは、前記接続部から鉛直方向下側に延びることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蒸気発生器において、
前記案内路の終端の形状を楕円とするか又は複数の前記伝熱管における一端の配置形状にオーバーラップするように形成することを特徴とする蒸気発生器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蒸気発生器において、
前記案内路の終端の縁部分が前記入口室の内壁に結合していることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項６】
請求項５に記載の蒸気発生器において、
前記案内路の裏側の空間が充填されていることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項７】
請求項６に記載の蒸気発生器において、
前記案内路の裏側の空間は、振動を抑制する緩衝材が充填されていることを特徴とする蒸気発生器。
【請求項８】
請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の蒸気発生器において、
前記案内路は、前記一次流体の平均流速をｗ、鉛直方向座標をｚ、定数をｃとする場合、d(ｗ2)／dｚ＝ｃの式を満たす内面形状であることを特徴とする蒸気発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の一次流体と熱交換することにより二次流体を蒸気にする蒸気発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉は、原子炉において核燃料を燃焼させ、加熱した一次流体（軽水）を循環させてこの燃焼熱を蒸気発生器に送る。そして、この一次流体は、蒸気発生器で熱交換して二次流体（軽水）を水蒸気にするとともに、原子炉に戻って核燃料の燃焼熱により再加熱される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この蒸気発生器から出力された水蒸気がタービンに送られて、水蒸気の熱エネルギーは、タービンの運動エネルギーに変換され、さらに発電機において電気エネルギーに変換される。そして、仕事を終えた水蒸気は、冷却されて凝縮して二次流体に復水し、蒸気発生器を循環する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３３２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この蒸気発生器の出力を向上させるためには、一次流体の流量を増加させる必要がある。また、この一次流体の流量を増加させるためには、循環ポンプの動力を増大させることが考えられるが、その動力の増大は逆に熱効率の低下を招来する。
【０００６】
このような事情の下、一次流体の流量を増加させて熱効率を向上させるためには、蒸気発生器の流路における一次流体の圧力損失を低減させることが考えられる。この流路における一次流体の圧力損失は、炉心、蒸気発生器の伝熱管に続きその入口室において、大きな割合を占めると考えられている。
しかし、これまでにおいて、蒸気発生器の入口室における一次流体の圧力損失を低減させる施策については、特に検討されていなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、入口室における一次流体の圧力損失を低減させることにより、原子炉の熱効率を向上させる蒸気発生器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】
【０００８】
本発明の蒸気発生器は、給水ノズルから二次流体を内部に入力し蒸気ノズルから蒸気を出力する外胴と、前記外胴の内部において一次流体を流動させて熱交換により前記二次流体を前記蒸気にする伝熱管と、前記伝熱管の一端に連通するよう前記外胴に内部形成された入口室へ前記一次流体を供給する供給ノズルと、前記外胴に接続した前記供給ノズルの接続部から前記伝熱管の一端の方向に向かって前記一次流体を案内する案内路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、入口室における一次流体の圧力損失を低減させることにより、原子炉の熱効率を向上させる蒸気発生器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る蒸気発生器の実施形態を示す断面図。
【図２】（Ａ）第１実施形態に係る蒸気発生器の下部の拡大断面図、（Ｂ）蒸気発生器の図２（Ａ）Ｂ−Ｂ水平断面図、（Ｃ）その他の例を示す図２（Ａ）Ｂ−Ｂ水平断面図。
【図３】第２実施形態に係る蒸気発生器の下部の拡大断面図。
【図４】第３実施形態に係る蒸気発生器の下部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、蒸気発生器１０は、給水ノズル１４から二次流体６を内部に入力し蒸気ノズル１１から水蒸気７を出力する外胴１５と、この外胴１５の内部において一次流体５を流動させて熱交換により二次流体６を水蒸気７にする伝熱管１７と、この伝熱管１７の一端に連通するよう外胴１５に内部形成された入口室３１へ一次流体５を供給する供給ノズル２６（図２（Ａ））と、外胴１５に接続した供給ノズル２６の接続部２４から伝熱管１７の一端の方向に向かって一次流体５を案内する案内路２０と、を備えている。
【００１２】
外胴１５は、円筒形を有し、タービンの復水器（図示略）から二次流体６が給水ノズル１４より供給される。この外胴１５の内面に沿って、ラッパー１６が設けられている。給水ノズル１４に供給された二次流体６は、外胴１５とラッパー１６との間の空間を通りぬけて熱交換領域１８に導入される。
【００１３】
この熱交換領域１８には、Ｕ字型の伝熱管１７が多数設けられている（図１においては、一部のみが記載）。そして、このＵ字型の伝熱管１７を高温側領域と低温側領域とに分離するように隔壁２１が設けられている。
この隔壁２１及び複数の伝熱管１７は、熱交換領域１８と入口室３１及び出口室３２とを仕切る管板２２に設けられている。
【００１４】
伝熱管１７の両端は、管板２２に開口接続し、仕切板２３で仕切られた入口室３１と出口室３２とにそれぞれ連通している。入口室３１には、接続部２４に設けられた給水ノズル１４から高温に加熱された一次流体５が原子炉（図示略）から供給される。この一次流体５は、入口室３１を経由して伝熱管１７に流入し、出口室３２に導かれる。出口室３２に到達した一次流体５は、接続部２５に設けられたノズル２７（図２）から原子炉（図示略）に戻される。
【００１５】
伝熱管１７を通り抜ける一次流体５は、熱交換領域１８に導入された二次流体６と熱交換して、二次流体６を加熱する。加熱された二次流体６は、一部が気化して気相と液相とが混合した気液二相流体となり、＋ｚ軸方向に流れてセパレータ１３に導かれる。このセパレータ１３は、気液二相流体の気相成分と液相成分とを分離して、湿分を含む蒸気である湿蒸気を生成する。この湿蒸気は、ドライヤ１２に導入され、湿分が除去され乾燥した水蒸気７となり、蒸気ノズル１１からタービン（図示略）に供給される。
【００１６】
図２（Ａ）に示すように、蒸気発生器１０における案内路２０は、一次流体５の流動方向に向かって断面が拡張するように形成されている。そして、供給ノズル２６は、接続部２４から鉛直方向下側に延びている。
【００１７】
そして、案内路２０の終端の形状は、図２（Ｂ）（図２（Ａ）Ｂ−Ｂ水平断面）に示すように楕円に形成されたり、図２（Ｃ）に示すように複数の伝熱管１７における一端の配置形状（図では、半円状）にオーバーラップするように形成されたりする。
【００１８】
これにより、供給ノズル２６から供給される一次流体５は、仕切板２３等の入口室３１の内壁に衝突することなく、伝熱管１７の一端開口からその長さ方向に沿って流入する。したがって、入口室３１の内部において一次流体５の流れによどみが形成されず、圧力損失の増加につながらない。よって、循環ポンプの動力を増大させることなく一次流体５の流量を増加させることができ、原子炉の熱効率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、案内路２０は、一次流体５の平均流速をｗ、鉛直方向座標をｚ、定数をｃとする場合、d(ｗ2)／dｚ＝ｃの式を満たす内面形状となることが望ましい。
これにより、案内路２０の広がり部における一次流体５の圧力損失がさらに低下して、原子炉の熱効率が向上する。
【００２０】
（第２実施形態）
次に図３を参照して本発明における第２実施形態について説明する。なお、図３において図２と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
図３に示すように、第２実施形態に係る蒸気発生器１０は、案内路２０の終端の縁部分が入口室３１の内壁に、例えば溶接点３３等により結合している。そして、案内路２０の裏側の空間に、振動を抑制する緩衝材３４が充填されている。
【００２１】
一般に、入口室３１には、一次流体５が１０ ｍ／ｓ程度の流速で流入し、供給ノズル２６を振動させる。案内路２０の終端部分を入口室３１の内壁に結合させたり、緩衝材３４を充填したりすることによりこの振動を抑えることができる。この緩衝材３４としては、例えばオイルやゴム、ステンレスの詰めものが適用される。
これにより、一次流体５の圧力損失がさらに低下して、原子炉の熱効率が向上する。
【００２２】
（第３実施形態）
次に図４を参照して本発明における第３実施形態について説明する。なお、図４において図２と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
図４に示すように、第３実施形態に係る蒸気発生器１０は、伝熱管１７の長さ方向に対し斜め方向から一次流体５が流入するように供給ノズル２６が入口室３１に連通している。
案内路２０は、この一次流体５の流れ方向が伝熱管１７の長さ方向に一致するような曲面を有しており、一次流体５が仕切板２３に衝突して圧力損失が大きくなることを回避している。
【００２３】
なお、第３実施形態において案内路２０は、第１実施形態や第２実施形態で示したように、供給ノズル２６の先端を拡張して形成されたものでなく、入口室３１の底部に充填された案内部材３５の側面により形成されている。
【００２４】
このような案内部材３５が充填されることにより、入口室３１の底部に死水領域が形成されないために、一次流体５の圧力損失の増大を回避して原子炉の熱効率を向上させる。なお、この案内部材３５は取り外し可能な構造として、既存の蒸気発生器１０に設置してその圧力損失を低減させることもできる。
【００２５】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００２６】
５…一次流体、６…二次流体、７…水蒸気、１０…蒸気発生器、１１…蒸気ノズル、１２…ドライヤ、１３…セパレータ、１４…給水ノズル、１５…外胴、１６…ラッパー、１７…伝熱管、１８…熱交換領域、２０…案内路、２１…隔壁、２２…管板、２３…仕切板、２４，２５…接続部、２６…供給ノズル、３１…入口室、３２…出口室、３３…溶接点、３４…緩衝材、３５…案内部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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