(57)【要約】【課題】管内における熱成層化を抑制することができる蒸気発生器用給水管を提供すること。【解決手段】外殻部材の貫通孔１１２に挿入された挿入管部２１と、挿入管部と接続された発生器内管部２２とを備える。発生器内管部は、管路と、管路内の冷却水が蒸気発生器内の空間４０に流出する流出部２５とを有する。管路は、流れ方向に沿った挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の上側に位置する第一傾斜部２４ｃと、第一傾斜部よりも挿入管部からの距離が大きい側に位置し、流れ方向に沿った挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の下側に位置する第二傾斜部とを有する。第一傾斜部と第二傾斜部との間の管路２３４ａにおける流れ方向の少なくとも一部の区間において、管路の断面の下端２３４ｂが、挿入管部と発生器内管部との接続部における挿入管部の内壁面の上端２１ａを通る水平面３０よりも鉛直方向上側にある。【選択図】図２
2013160695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、水平方向に延在する挿入管部と、
前記挿入管部と接続され、かつ前記蒸気発生器の内部に配置された発生器内管部と、
を備え、
前記発生器内管部は、前記発生器内管部の軸方向に形成され、前記挿入管部を介して前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流れる管路と、前記管路内の冷却水が前記管路から前記蒸気発生器内の空間に流出する流出部とを有するものであって、
前記管路は、冷却水の流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有する第一傾斜部と、前記第一傾斜部よりも前記流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が大きい側に位置し、前記流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の下側に位置する傾斜を有する第二傾斜部とを有し、
前記第一傾斜部と前記第二傾斜部との間の前記管路における前記流れ方向の少なくとも一部の区間において、前記流れ方向と直交する前記管路の断面の下端が、前記挿入管部と前記発生器内管部との接続部における前記挿入管部の内壁面の上端を通る水平面よりも鉛直方向上側にある
ことを特徴とする蒸気発生器用給水管。
【請求項２】
前記発生器内管部において、前記第一傾斜部が形成された区間は、前記流出部を有していない
請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項３】
前記発生器内管部は、前記外殻部材の内周面に沿ってリング状に延在するリング状管部と、前記リング状管部から分岐して前記リング状管部と前記挿入管部とを接続する接続管部とを有し、
前記第一傾斜部は、前記接続管部に形成された前記管路であり、
前記第二傾斜部は、前記リング状管部に形成された前記管路であって、前記接続管部を挟んで前記リング状管部の軸方向の両側に形成されている
請求項１または２に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項４】
前記リング状管部のうち、前記流れ方向において前記第二傾斜部よりも前記挿入管部側と反対側には、水平方向に延在する前記管路である水平リング状管路が形成されており、
前記水平リング状管路における前記流れ方向と直交する断面の上端が、前記挿入管部と前記発生器内管部との接続部における前記挿入管部の内壁面の上端を通る水平面よりも鉛直方向下側にある
請求項３に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項５】
前記リング状管部のうち、前記流れ方向において前記第二傾斜部よりも前記挿入管部側と反対側には、水平方向に延在する前記管路である水平リング状管路が形成されており、
前記水平リング状管路における前記流れ方向と直交する断面の上端が、前記蒸気発生器内の空間における冷却水の水位の制御目標における下限よりも鉛直方向下側にある
請求項３に記載の蒸気発生器用給水管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気発生器用給水管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加圧水型原子炉等の蒸気発生器内に冷却水を供給する給水管が知られている。給水管において、管内に蒸気又は高温の器内水が流入することなどにより、熱成層化現象が発生することがある。熱成層化現象は、疲労源の応力を発生させる原因ともなるため、好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、給水リングを持ち上げるように折り曲げた給水管の内部上壁にせきを取り付けてなる蒸気発生器の給水管の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１２１３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給水管の管内における熱成層化を抑制することについて、なお検討の余地がある。本発明の目的は、管内における熱成層化を抑制することができる蒸気発生器用給水管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蒸気発生器用給水管は、蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、水平方向に延在する挿入管部と、前記挿入管部と接続され、かつ前記蒸気発生器の内部に配置された発生器内管部と、を備え、前記発生器内管部は、前記発生器内管部の軸方向に形成され、前記挿入管部を介して前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流れる管路と、前記管路内の冷却水が前記管路から前記蒸気発生器内の空間に流出する流出部とを有するものであって、前記管路は、冷却水の流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有する第一傾斜部と、前記第一傾斜部よりも前記流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が大きい側に位置し、前記流れ方向に沿った前記挿入管部からの距離が小さい側よりも大きい側が鉛直方向の下側に位置する傾斜を有する第二傾斜部とを有し、前記第一傾斜部と前記第二傾斜部との間の前記管路における前記流れ方向の少なくとも一部の区間において、前記流れ方向と直交する前記管路の断面の下端が、前記挿入管部と前記発生器内管部との接続部における前記挿入管部の内壁面の上端を通る水平面よりも鉛直方向上側にあることを特徴とする。
【０００７】
この蒸気発生器用給水管によれば、挿入管部の水位の低下が抑制されることで、挿入管部に蒸気溜りが発生することによる熱成層化が抑制される。また、挿入管部の冷却水に対して温度の異なる冷却水が流入した場合、高温の冷却水が発生器内管部へ流出することで、熱成層化が抑制される。
【０００８】
上記蒸気発生器用給水管において、前記発生器内管部において、前記第一傾斜部が形成された区間は、前記流出部を有していないことが好ましい。
【０００９】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の冷却水位が低下した場合であっても挿入管部の水位の低下を抑制することができる。
【００１０】
上記蒸気発生器用給水管において、前記発生器内管部は、前記外殻部材の内周面に沿ってリング状に延在するリング状管部と、前記リング状管部から分岐して前記リング状管部と前記挿入管部とを接続する接続管部とを有し、前記第一傾斜部は、前記接続管部に形成された前記管路であり、前記第二傾斜部は、前記リング状管部に形成された前記管路であって、前記接続管部を挟んで前記リング状管部の軸方向の両側に形成されていることが好ましい。
【００１１】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の他の構造物との干渉を抑制して第一傾斜部および第二傾斜部を形成することができる。
【００１２】
上記蒸気発生器用給水管において、前記リング状管部のうち、前記流れ方向において前記第二傾斜部よりも前記挿入管部側と反対側には、水平方向に延在する前記管路である水平リング状管路が形成されており、前記水平リング状管路における前記流れ方向と直交する断面の上端が、前記挿入管部と前記発生器内管部との接続部における前記挿入管部の内壁面の上端を通る水平面よりも鉛直方向下側にあることが好ましい。
【００１３】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の冷却水位が低下したときにリング状管部が露出することが抑制されることで、水平リング状管路における蒸気溜りの発生が抑制される。
【００１４】
上記蒸気発生器用給水管において、前記リング状管部のうち、前記流れ方向において前記第二傾斜部よりも前記挿入管部側と反対側には、水平方向に延在する前記管路である水平リング状管路が形成されており、前記水平リング状管路における前記流れ方向と直交する断面の上端が、前記蒸気発生器内の空間における冷却水の水位の制御目標における下限よりも鉛直方向下側にあることが好ましい。
【００１５】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の冷却水位が、水位の制御目標における下限まで低下したとしても、水平リング状管路における蒸気溜りの発生が抑制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、蒸気発生器用給水管の管内における熱成層化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態にかかる蒸気発生器の概略図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図である。
【図３】図３は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す斜視図である。
【図４】図４は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管の要部を示す斜視図である。
【図５】図５は、挿入管部における熱成層の抑制を図ることができる給水管の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、挿入管部における熱成層の抑制を図ることができる給水管の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態にかかる蒸気発生器用給水管につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１９】
（実施形態）
図１から図６を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、蒸気発生器用給水管に関する。図１は、本実施形態にかかる蒸気発生器の概略図、図２は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す断面図、図３は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管を示す斜視図、図４は、実施形態にかかる蒸気発生器用給水管の要部を示す斜視図である。なお、図２には、図３のＩ方向に水平視した蒸気発生器用給水管の断面が示されている。
【００２０】
蒸気発生器１は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉では、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧の軽水が一次冷却水として蒸気発生器１に送られる。蒸気発生器１は、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。
【００２１】
蒸気発生器１は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状を成し、上半部に対して下半部が若干小径とされた胴部２を有している。胴部２は、蒸気発生器１の外殻部材である。胴部２の下半部内には、該胴部２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒３が設けられている。この管群外筒３は、その下端部が、胴部２の下半部内の下方に配置された管板４の直上まで延設されている。管群外筒３内には、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管５からなる伝熱管群５１が設けられている。各伝熱管５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下方に向く端部が管板４に支持されると共に、中間部が複数の管支持板６により支持されている。管支持板６には、多数の貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管５が挿入して支持されている。
【００２２】
胴部２の下端部には、水室７が設けられている。水室７は、内部が隔壁８により入室７１と出室７２とに区画されている。入室７１には、各伝熱管５の一端部が接続され、出室７２には、各伝熱管５の他端部が接続されている。また、入室７１は、胴部２の外部に通じる入口ノズル７１１を有し、出室７２は、胴部２の外部に通じる出口ノズル７２１を有している。そして、入口ノズル７１１には、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結される一方、出口ノズル７２１には、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。
【００２３】
胴部２の上半部には、水蒸気を蒸気と熱水とに分離する気水分離器９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１０が設けられている。気水分離器９と伝熱管群５１との間には、外部から胴部２内に二次冷却水の給水を行う蒸気発生器用給水管（以下、単に「給水管」と記載する。）２０が挿入されている。さらに、胴部２の上端部には、蒸気排出口１２が形成されている。また、胴部２の下半部内には、給水管２０からこの胴部２内に給水された二次冷却水を、胴部２と管群外筒３との間を流下させて管板４にて折り返させ、伝熱管群５１に沿って上昇させる給水路１３が設けられている。なお、蒸気排出口１２には、タービンに蒸気を送る蒸気供給通路（図示せず）が連結され、給水管２０には、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。
【００２４】
このような蒸気発生器１では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室７１に送られ、多数の伝熱管５内を通って出室７２に至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管２０に送られ、給水管２０を介して胴部２内に供給される。本実施形態では、二次冷却水を単に「冷却水」とも記載する。胴部２内に供給された冷却水は、給水路１３を通って伝熱管群５１に沿って上昇する。このとき、胴部２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室７２から加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部２内を上昇し、気水分離器９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１０で湿分を除去されてからタービンに送られる。
【００２５】
給水管２０は、蒸気発生器１の外部から供給される冷却水が流れる管路と、管路内の冷却水が管路から蒸気発生器１内の空間４０に流出する流出部（図２から図４の符号２５参照）とを有している。給水管２０は、蒸気発生器１の運転時に空間４０内の冷却水の水面下において冷却水を流出させることができるように配置されている。原子炉プラントの停止時や起動時など、蒸気発生器１の外部からの冷却水の供給が停止される場合や冷却水の供給が開始されるときに給水管２０の管内において熱成層化が発生することがある。例えば、管内に高温の冷却水や蒸気が存在する状態で給水管２０に低温の冷却水が小流量で供給されると、管内において低温の冷却水と高温の冷却水による熱成層が生じたり、蒸気と冷却水による熱成層が生じたりする。管内において熱成層が発生すると、疲労源となる応力が生じるため好ましくない。給水管２０の管内における熱成層を抑制できること、特に、給水管２０における胴部２を貫通する貫通孔に挿入された部分において熱成層を抑制できることが好ましい。
【００２６】
本実施形態の給水管２０では、以下に図２から図４を参照して説明するように、蒸気発生器１内に配置された発生器内管部２２において、胴部２を貫通する貫通孔１１２に挿入された挿入管部２１から持ち上げるように折り曲げられ（例えば、図２の符号２４参照）、更にその先が持ち下げるように折り曲げられている（例えば、図２の符号２３３参照）。外部から供給される冷却水の流れ方向における挿入管部２１よりも下流側が持ち上げるように折り曲げられていることで、熱成層化現象が短時間で挿入管部２１を通過し、胴部２における熱応力の発生が抑制される。また、一度持ち上げるように折り曲げた給水管２０をその下流側において持ち下げるように折り曲げることで、給水管２０において、蒸気発生器１内の他の構造物との配置における設計自由度や、器内水位に対するエレベーションの設計自由度が確保される。
【００２７】
図２に示すように、給水管２０は、挿入管部２１と発生器内管部２２とを備える。挿入管部２１および発生器内管部２２は、いずれも断面円形の管状部材である。挿入管部２１および発生器内管部２２には、それぞれその軸方向に管路が形成されている。蒸気発生器１の外部から供給される冷却水は、挿入管部２１を介して発生器内管部２２の管路に流れる。発生器内管部２２の管路を流れる冷却水は、後述する流出管２５を介して発生器内管部２２の管路から蒸気発生器１内の空間４０に流出する。
【００２８】
胴部２は、管台１１を有する。管台１１は、胴部２の径方向外側に向けて突出する突出部１１１を有している。また、管台１１には、管台１１を突出部１１１の軸方向に貫通する貫通孔１１２が形成されている。挿入管部２１は、この貫通孔１１２に対して胴部２の径方向内側から嵌合している。挿入管部２１は、挿入管部２１の外周面と突出部１１１の内周面とが互いに対向する状態で管台１１に対して溶接等により固定されている。つまり、挿入管部２１は、蒸気発生器１の胴部２を貫通する貫通孔１１２に挿入されている。管台１１の中心軸線、すなわち貫通孔１１２の中心軸線は、水平であり、これに対応して挿入管部２１は水平方向に延在している。また、挿入管部２１は、直線状に延在しており、その延在方向は胴部２の径方向となっている。
【００２９】
発生器内管部２２は、胴部２の内部、すなわち蒸気発生器１の内部に配置されている。図２および図３に示すように、発生器内管部２２は、リング状に延在するリング状管部２３と、リング状管部２３から分岐してリング状管部２３と挿入管部２１とを接続する接続管部２４とを有する。リング状管部２３は、図２に示す胴部２の内壁面２ａに沿って胴部２の周方向に延在するものである。リング状管部２３は、例えば、胴部２の中心軸線５０と同軸上に配置される。図２に示すように、リング状管部２３は、ステー１４を介して胴部２の内壁面２ａによって支持されている。リング状管部２３は、水平リング状管部２３１と、水平リング状管部２３１に対して鉛直方向上側に持ち上げられた上部リング状管部２３２とを有する。
【００３０】
水平リング状管部２３１は、水平方向に延在している。また、図２に示すように、水平リング状管部２３１内に軸方向に形成された管路である水平リング状管路２３１ａも水平方向に延在している。すなわち、水平リング状管路２３１ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２３１ｂは、どの断面においても鉛直方向の位置が等しい。また、水平リング状管路２３１ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２３１ｃは、どの断面においても鉛直方向の位置が等しい。言い換えると、水平リング状管路２３１ａは、中心軸線が同一の水平面上に延在しており、かつ径が一律な管路である。水平リング状管路２３１ａが形成された水平リング状管部２３１は、リング状管部２３のうち、冷却水の流れ方向において傾斜管部２３３よりも挿入管部２１側と反対側にある。つまり、水平リング状管路２３１ａは、蒸気発生器１の外部から冷却水が供給されるときの冷却水の流れ方向において傾斜管部２３３の管路２３３ｅよりも下流側にある。
【００３１】
図３に示すように、上部リング状管部２３２は、二つの傾斜管部２３３および上部水平管部２３４を有する。傾斜管部２３３は、上部水平管部２３４および接続管部２４を介して挿入管部２１と接続されている。つまり、傾斜管部２３３は、接続管部２４よりも、発生器内管部２２の冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が大きい側に位置している。言い換えると、挿入管部２１から傾斜管部２３３までの流路の長さは、挿入管部２１から接続管部２４までの流路の長さよりも大きい。
【００３２】
上部水平管部２３４は、水平方向に延在する直線状の管部である。接続管部２４は、上部水平管部２３４から分岐している。接続管部２４は、上部水平管部２３４の下部から胴部２の径方向の外側に向けて分岐している。接続管部２４における上部水平管部２３４と接続された側と反対側の端部は、挿入管部２１と接続されている。つまり、接続管部２４は、リング状管部２３から分岐してリング状管部２３と挿入管部２１とを接続している。接続管部２４は、冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が小さい側よりも挿入管部２１からの距離が大きい側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有している。すなわち、接続管部２４は、挿入管部２１に接続される端部２４ａ側よりも上部水平管部２３４に接続される端部２４ｂ側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有している。これに対応して、接続管部２４に形成された管路２４ｃは、冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が小さい側よりも接続管部２１からの距離が大きい側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有している。接続管部２４に形成された管路２４ｃは、第一傾斜部に対応する。管路２４ｃでは、挿入管部２１からの距離が小さい側から当該距離が大きい側へ向かうほど流路の勾配が増加している。
【００３３】
傾斜管部２３３は、接続管部２４を挟んでリング状管部２３の軸方向の両側に形成されている。一方の傾斜管部２３３は、上部水平管部２３４の一端と水平リング状管部２３１の一端とを接続し、他方の傾斜管部２３３は、上部水平管部２３４の他端と水平リング状管部２３１の他端とを接続する。傾斜管部２３３は、冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が小さい側よりも挿入管部２１からの距離が大きい側が鉛直方向の下側に位置する傾斜を有している。すなわち、図４に示すように、傾斜管部２３３は、上部水平管部２３４と接続された端部２３３ａ側よりも水平リング状管部２３１と接続された端部２３３ｂ側が鉛直方向の下側に位置する傾斜を有している。これに対応して、傾斜管部２３３に形成された管路２３３ｅは、冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が小さい側よりも挿入管部２１からの距離が大きい側が鉛直方向の下側に位置する傾斜を有している。この管路２３３ｅは、第二傾斜部に対応する。
【００３４】
本実施形態の傾斜管部２３３は、直列に接続された２つのエルボー部２３３ｃ，２３３ｄを有している。両エルボー部の接続箇所２３３ｇから鉛直方向の上側に向かう一方のエルボー部２３３ｃは周方向の一方側に向けて屈曲し、接続箇所２３３ｇから鉛直方向の下側に向かう他方のエルボー部２３３ｄは周方向の他方側に向けて屈曲している。このように、傾斜管部２３３は、上部水平管部２３４から持ち下げるように折り曲げられて水平リング状管部２３１に接続されている。また、図２に示すように、傾斜管部２３３は、鉛直方向下側が鉛直方向上側よりも胴部２の径方向外側に向かう傾斜を有している。つまり、傾斜管部２３３において、鉛直方向下側が鉛直方向上側よりも胴部２の内壁面２ａに接近している。このようにすれば、胴部２の径方向内側の領域に他の構造物が配置されている場合であっても、その構造物との干渉を回避してリング状管部２３を配置することができる。なお、傾斜管部２３３における径方向の傾斜はこれには限定されない。他の構造物とリング状管部２３との干渉を回避できるように適宜傾斜管部２３３の傾斜方向が定められていればよい。
【００３５】
また、管路の持ち上がり部分である第一傾斜部が管路２４ｃとして接続管部２４に形成され、管路の持ち下がり部分である第二傾斜部が管路２３３ｅとしてリング状管部２３に形成されることで、管路の持ち上がり部分および持ち下がり部分を配置する自由度が高くなっている。本実施形態の発生器内管部２２は、接続管部２４から周方向両側に分岐してリング状管部２３が形成されている。リング状管部２３に分岐する前の接続管部２４に持ち上がり部分である第一傾斜部および持ち下がり部分である第二傾斜部の両方を形成しようとすると、大きなスペースを必要とする。接続管部２４に第一傾斜部および第二傾斜部の両方を形成しようとすると、Ｕ字形状やＶ字形状に接続管部２４を屈曲させることとなり、接続管部２４が胴部２の径方向の中心部に向けて大きく突出する。このため、接続管部２４が他の構造物と干渉しやすくなる。
【００３６】
これに対して、接続管部２４から分岐したリング状管部２３に第二傾斜部としての管路２３３ｅが形成されることで、第二傾斜部を形成するスペースの確保が容易となっている。本実施形態のようにリング状管部２３の一部を傾斜させることで第二傾斜部（管路２３３ｅ）を形成する方法によれば、周方向に第二傾斜部を延在させることができる。つまり、胴部２内における径方向の中心側に配置された構造物との干渉を回避して第二傾斜部を形成することができる。よって、第二傾斜部を配置する自由度が高くなる。例えば、上記のように、傾斜管部２３３において、鉛直方向下側が鉛直方向上側よりも胴部２の径方向外側に向かうように傾斜させて他の構造物との干渉を回避することが可能となる。
【００３７】
挿入管部２１、接続管部２４、およびリング状管部２３の管径（内径）は、それぞれにおいて一定とすることができる。本実施形態では、挿入管部２１の管径と接続管部２４の管径とは等しく、リング状管部２３の管径は、接続管部２４の管径よりも小さい。
【００３８】
リング状管部２３は、流出管２５を有する。流出管２５は、リング状管部２３に形成された管路内の冷却水が管路から蒸気発生器１内の空間４０に流出する流出部として機能する。流出管２５は、中空円筒形状の部材であって、リング状管部２３に対してリング状管部２３の延在する方向に沿って複数配置されている。図４に示すように、流出管２５の円筒部分には、流出管２５の円筒部分を径方向に貫通する複数の貫通孔２５ａが形成されている。また、流出管２５における軸方向の一端は、リング状管部２３に形成された図示しない連通孔を介してリング状管部２３の管路と接続されている。この連通孔は、リング状管部２３の頂部に形成されるものである。つまり、流出管２５は、リング状管部２３に形成された管路の軸方向視における上端と接続されている。流出管２５における鉛直方向上側の端部、すなわちリング状管部２３と接続された側と反対側の端部は、閉塞されている。
【００３９】
蒸気発生器１の外部から挿入管２１を介してリング状管部２３に冷却水が供給されると、冷却水はリング状管部２３の管路から流出管２５に流入し、貫通孔２５ａを介して蒸気発生器１の内部空間４０に流出する。流出管２５には、多数の貫通孔２５ａが周方向および軸方向において均等に配置されている。このため、流出管２５から周辺に均等に冷却水が流出する。なお、接続管部２４、すなわち発生器内管部２２における第一傾斜部が形成された区間には、流出管２５は設けられていない。
【００４０】
リング状管部２３の管路と流出管２５とを連通する連通孔がリング状管部２３の尾根部に形成されていることで、リング状管部２３が水面上に露出するまで蒸気発生器１内の冷却水の水位が低下した場合であっても、リング状管部２３の管路内における冷却水の水位低下が抑制される。これにより、リング状管部２３の管路内における蒸気溜りの発生が抑制される。
【００４１】
また、本実施形態の給水管２０では、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも、上部水平管部２３４に形成された管路２３４ａにおける断面の下端２３４ｂが鉛直方向上方に位置している。これにより、以下に説明するように、挿入管部２１内に熱成層が生じることが抑制される。
【００４２】
図２に示すように、上部水平管部２３４に形成された管路２３４ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２３４ｂは、挿入管部２１と接続管部２４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向上方にある。言い換えると、管路２３４ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面は、挿入管部２１と接続管部２４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａを通る水平面３０と交差せず、かつその断面の下端２３４ｂは、水平面３０よりも鉛直方向上側にある。これにより、蒸気発生器１内の冷却水の水位が低下したとしても、給水管２０における上部水平管部２３４よりも挿入管部２１側において管内の水位の低下が抑制される。具体的には、管路２３４ａの下端２３４ｂよりも冷却水の水位が低下することが抑制され、挿入管部２１に冷却水が満たされた状態を維持できる。よって、挿入管部２１において、管内に蒸気溜りが発生することが抑制され、挿入管部２１における熱成層の発生が抑制される。特に、本実施形態の接続管部２４は、流出管２５を有していない。これにより、管路２３４ａの下端２３４ｂよりも冷却水の水位が低下することがより確実に抑制される。
【００４３】
本実施形態の給水管２０とは異なり、接続管部２４のような持ち上がり部分や傾斜管部２３３のような持ち下がり部分を有さず、挿入管部２１とリング状管部２３とが水平方向にフラットに延在する給水管では、蒸気発生器１の運転開始時など、給水管内の水位が低下した状態から冷却水の給水を開始するときに、給水管全体が冷却水で満たされるまでにある程度の時間を要する。給水管内の水位が上昇するまでの間、挿入管部２１において蒸気と冷却水とが層状に分かれて存在することで、挿入管部２１に疲労源の応力が発生し続けることとなる。また、蒸気に冷却水が触れることで、ウォーターハンマー現象が発生することがある。バウンダリーとしての管台１１の近傍においてこうした熱応力やウォーターハンマー現象の発生を抑制できることが望ましい。
【００４４】
本実施形態の給水管２０によれば、給水管２０内の水位が低下した状態から冷却水の供給が開始される場合、まず挿入管部２１に冷却水が満たされ、さらに水位が上昇すると、接続管部２４から上部リング状管部２３２を介して水平リング状管部２３１に冷却水が供給される。これにより、挿入管部２１に蒸気層と冷却水層とが成層した状態となる時間の短縮が可能となることで、挿入管部２１における疲労源の応力の発生が抑制される。
【００４５】
また、本実施形態の給水管２０によれば、以下に説明するように、挿入管部２１において管内に温度の異なる冷却水が層状に分かれて存在する状態を回避しやすくなる。
【００４６】
例えば、給水管２０の管内に高温となった冷却水が残存している状態で蒸気発生器１の外部から低温の冷却水が小流量で供給される場合や、給水管２０の外部の空間４０から管内に高温の冷却水が流入した場合に、低温の冷却水と高温の冷却水とが層状に分かれて存在する熱成層が発生する。このときに、挿入管部２１とリング状管部２３とが水平方向にフラットに延在する給水管では、挿入管部２１においてもこの熱成層が持続しやすい。
【００４７】
本実施形態の給水管２０によれば、給水管２０の管内に高温となった冷却水が残存している状態で蒸気発生器１の外部から低温の冷却水が小流量で供給されると、外部から供給される冷却水によって速やかに挿入管部２１内が満たされ、挿入管部２１内の高温の冷却水は、接続管部２４から上部リング状管部２３２および水平リング状管部２３１へ流出する。これにより、本実施形態の給水管２０では、挿入管部２１とリング状管部２３とが水平方向にフラットに延在する給水管の場合よりも、挿入管部２１における熱成層が短時間で解消される。
【００４８】
本実施形態では、上部水平管部２３４に形成された管路２３４ａが、第一傾斜部と第二傾斜部との間の管路に対応している。なお、本実施形態では、この管路２３４ａの全ての区間において、冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２３４ｂが水平面３０よりも鉛直方向上側にあるが、これには限定されず、管路２３４ａにおける冷却水の流れ方向の少なくとも一部の区間において、冷却水の流れ方向と直交する管路２３４ａの断面の下端２３４ｂが、水平面３０よりも鉛直方向上側にあればよい。
【００４９】
ここで、挿入管部２１における熱成層を抑制できる給水管として、図５および図６に示すようにリング状管部１２３全体を挿入管部２１に対して持上げた形状の給水管１２０が考えられる。図５は、挿入管部における熱成層の抑制を図ることができる給水管の一例を示す断面図、図６は、挿入管部における熱成層の抑制を図ることができる給水管の一例を示す斜視図である。この給水管１２０において、リング状管部１２３は、本実施形態のような傾斜管部２３３を有していない。図５に示すように、リング状管部１２３に形成された管路１２３ａにおいて、冷却水の流れ方向と直交する断面の上端１２３ｂの位置は、冷却水の流れ方向における位置によらず鉛直方向において同じ位置にある。つまり、管路１２３ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端１２３ｂは、冷却水の流れ方向の位置によらず同一の水平面上にある。
【００５０】
図６に示すように、リング状管部１２３は、テーパー部１２３ｃを有する。テーパー部１２３ｃは、リング状管部１２３における接続管部１２４との接続部の近傍に形成されている。テーパー部１２３ｃは、リング状管部１２３において接続管部１２４との接続部に対して周方向の両側に形成されている。テーパー部１２３ｃは、リング状管部１２３の冷却水の流れ方向における接続管部１２４に近い側よりも遠い側が小径となるテーパー形状を有している。このテーパー部１２３ｃでは、管路１２３ａの流路断面積は、接続管部１２４から離間するにつれて漸減する。また、テーパー部１２３ｃの両端で径が異なることに対応して、リング状管部１２３において、テーパー部１２３ｃよりも接続管部１２４側の部分であるリング側接続管部１２３ｄの径は、テーパー部１２３ｃよりも接続管部１２４側と反対側の部分１２３ｅの径よりも大きい。接続管部１２４は、給水管２０の接続管部２４と同様のものであり、冷却水の流れ方向に沿った挿入管部２１からの距離が小さい側よりも挿入管部２１からの距離が大きい側が鉛直方向の上側に位置する傾斜を有している。
【００５１】
リング側接続管部１２３ｄは、径が一定でかつ直線状の管部である。図５に示すように、リング側接続管部１２３ｄにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の下端１２３ｆは、挿入管部２１と接続管部１２４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向上方にある。
【００５２】
このような給水管１２０によっても、挿入管部２１内における熱成層の発生を抑制したり、熱成層を早期に解消したりすることで、疲労源となる熱応力の発生の抑制を図ることができる。しかしながら、リング状管部１２３の全体が挿入管部２１に対して持上げられた場合、蒸気発生器１内の水位が低下したときにリング状管部１２３が気層に露出しやすくなる。
【００５３】
これに対して、本実施形態の給水管２０では、図３および図４に示されるように、挿入管部２１に対して接続管部２４において持上げるように曲げられた発生器内管部２２は、傾斜管部２３３において持ち下げるように折り曲げられている。これにより、水平リング状管部２３１の鉛直方向における位置が低下し、水平リング状管部２３１が冷却水面から露出することが抑制される。図２に示すように、水平リング状管部２３１の管路２３１ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２３１ｂは、挿入管部２１と接続管部２４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａを通る水平面３０よりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、挿入管部２１が露出し始めるレベルまで蒸気発生器１内の冷却水位が低下したとしても、水平リング状管部２３１の管路２３１ａは水面下にある。水平リング状管部２３１が冷却水から露出しにくくなることで、管路２３１ａにおける蒸気溜りの発生が抑制される。
【００５４】
水平リング状管部２３１に形成された管路２３１ａの鉛直方向における位置は、これに限らず、任意に設定可能である。例えば、本実施形態では、管路２３１ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２３１ｂは、挿入管部２１の中心軸線Ｘよりも鉛直方向の下側に位置している。このように、本実施形態の給水管２０では、挿入管部２１における熱成層を抑制する効果を維持したままで、水平リング状管部２３１の管路２３１ａの鉛直方向における位置を任意に設定することが可能となる。
【００５５】
また、本実施形態では、上部水平管部２３４に流出管２５１（２５）が設けられている。これにより、蒸気発生器１内の冷却水位が低下した場合に挿入管部２１内の冷却水が水平リング状管部２３１側に吸い出されることが抑制される。例えば、上部水平管部２３４に流出管２５１が設けられない場合、水平リング状管部２３１が露出するまで冷却水位が低下し、かつ給水管２０に対する外部からの冷却水の供給が停止されていると、水平リング状管部２３１に対して高い位置にある挿入管部２１内の冷却水が水平リング状管部２３１側に向けて吸い出されることがある。本実施形態では、上部水平管部２３４に流出管２５１が設けられていることで、蒸気発生器１内の冷却水位が低下した場合に、流出管２５１が露出し、管路２３４ａが開放される。これにより、挿入管部２１内の冷却水が水平リング状管部２３１に向けて吸引されることが抑制される。
【００５６】
なお、水平リング状管部２３１の鉛直方向における位置は、予め定められた蒸気発生器１内の空間４０における冷却水の水位の制御目標に基づいて設定されてもよい。冷却水の目標水位は、蒸気発生器１を有する原子力プラントの制御パラメータに依存して決まるものである。例えば、制御目標の水位に下限が定められている場合に、その下限の水位よりも管路２３１ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２３１ｂが鉛直方向下側に位置するようにされてもよい。このようにすれば、蒸気発生器１内の冷却水位が目標水位の下限以上であれば、管路２３１ａが冷却水の水面下にある状態となり、管路２３１ａにおける蒸気溜りの発生が抑制される。
【００５７】
また、水平リング状管部２３１の鉛直方向における位置は、例えば、プラントの起動時及び停止時における温態停止時のように低温で小流量の冷却水の供給が行われる場合にも、その時の蒸気発生器１内の空間４０における冷却水位よりも水平リング状管部２３１の管路２３１ａを下側に位置させるように設定されてもよい。
【００５８】
本実施形態では、流出管２５を有する管部が、リング状に延在するリング状管部２３であったが、流出管２５を有する管部の形状はこれには限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる蒸気発生器用給水管は、管内における熱成層を抑制するのに適している。
【符号の説明】
【００６０】
１  蒸気発生器
２  胴部
１１  管台
１１２  貫通孔
２０  給水管
２１  挿入管部
２２  発生器内管部
２３  リング状管部
２３１  水平リング状管部
２３２  上部リング状管部
２３３  傾斜管部
２３４  上部水平管部
２４  接続管部
２５  流出管
３０  水平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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