蒸気発生器用給水管
【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】蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路２２ａを有する発生器内管部２２と、発生器内管部と接続され、蒸気発生器内において発生器内管部の外部の空間４０と管路とを連通する連通路が形成された連通管部２５と、を備え、連通路の一端２６ａは、管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で管路に接続され、かつ、連通路の他端２６ｂは、連通路の一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、連通路における一端側と他端側とは、一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている。
【解決手段】蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路２２ａを有する発生器内管部２２と、発生器内管部と接続され、蒸気発生器内において発生器内管部の外部の空間４０と管路とを連通する連通路が形成された連通管部２５と、を備え、連通路の一端２６ａは、管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で管路に接続され、かつ、連通路の他端２６ｂは、連通路の一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、連通路における一端側と他端側とは、一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている。
【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。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を発生させ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だけでなくウォーターハンマの発生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し、かつ、ウォーターハンマの発生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、蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、を備え、前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されてい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、連通路における他端が気層に露出することを抑制し、管路に蒸気が流入することを抑制することで、蒸気発生器用給水管の管内におけるウォーターハンマを抑制することができる。
【０００８】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にあることが好ましい。
【０００９】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が発生器内管部の下端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１０】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置し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、蒸気発生器内の水位が目標水位以上である場合に連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１２】
また、上記蒸気発生器用給水管において、更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置していることが好ましい。
【００１３】
この蒸気発生器用給水管によれば、管路に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、外部の空間から蒸気が管路に流入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、挿入管部に蒸気が残存した状態で蒸気発生器の外部から冷却水が挿入管部に供給された場合に、挿入管部内の蒸気は速やかに流れ去る。よって、挿入管部における熱成層化が抑制される。
【００１４】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置していることが好ましい。
【００１５】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が挿入管部の内壁面の上端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１６】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置していることが好ましい。
【００１７】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が管路の下端まで低下した場合であっても、挿入管部内に冷却水が満たされた状態とすることができる。よって、挿入管部に対する蒸気の進入を抑制し、挿入管部における熱成層化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
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及びウォーターハンマの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る蒸気発生器の概略図である。
【図２】図２は、第１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の要部を示す断面図である。
【図４】図４は、傾斜した下端面を有する連通管部の一例を示す図である。
【図５】図５は、第２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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（第１実施形態）
図１から図４を参照して、第１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、本実施形態に係る蒸気発生器の概略図、図２は、本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の要部を示す断面図である。図２には、蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示すように、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まで延設され、管板４の上面から一定の隙間を設けている。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が非締結状態で貫通されている。
【００２４】
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、水室７の外部に通じる入口ノズル７１１を有し、出室７２は、水室７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。
【００２５】
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の外周には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
ここで、給水管２０の管内において、蒸気と冷却水とが層状化したり、高温の冷却水と低温の冷却水とが層状化したりするなど、熱成層が発生する可能性が考えられる。熱成層が発生した場合、疲労源となる応力が生じるため好ましくない。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を与えるため好ましくない。給水管２０における熱成層及びウォーターハンマの発生を抑制できることが望ましい。
【００２８】
本実施形態の給水管２０は、以下に詳細に説明するように、給水管２０におけるウォーターハンマの発生を抑制できる連通管部２５（図２参照）を備える。連通管部２５は、管路２２ａ内の冷却水を蒸気発生器１内の空間４０に流出させる流出管である。図３に示すように、連通管部２５には、発生器内管部２２の管路２２ａと発生器内管部２２の外部の空間４０とを連通する連通路２６が形成されている。連通路２６の一端２６ａは管路２２ａに接続されており、他端２６ｂは、外部の空間４０に向けて開放されている。連通路２６の他端２６ｂは、一端２６ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が低下した場合であっても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。よって、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が流入することが抑制される。従って、本実施形態の給水管２０によれば、給水管２０内におけるウォーターハンマの発生が抑制される。
【００２９】
図２に示すように、給水管２０は、挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５を備える。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５は、いずれも断面円形の管状部材である。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５には、それぞれその軸方向に断面円形の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から接続管部２４を介して発生器内管部２２の管路２２ａに流れる。管路２２ａ内の冷却水は、連通管部２５を介して蒸気発生器１内の空間４０に流出する。
【００３０】
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。貫通孔１１２は、突出部１１１を胴部２の径方向に貫通している。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。
【００３１】
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。発生器内管部２２は、リング状に形成されており、水平に配置されている。つまり、発生器内管部２２は、胴部２の内壁面２ａに沿って胴部２の周方向に延在している。発生器内管部２２は、例えば、胴部２の中心軸線５０とリングの中心軸線とが同一線上となるように配置されてもよい。発生器内管部２２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。
【００３２】
発生器内管部２２の内部には、蒸気発生器１の外部から供給される冷却水が流通する管路２２ａが形成されている。発生器内管部２２が水平方向に延在していることに対応して、管路２２ａも水平方向に延在している。つまり、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。また、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｃは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。このように、管路２２ａは、中心軸線が同一の水平面上に延在しており、かつ内径が一定の管路である。
【００３３】
接続管部２４は、挿入管部２１と発生器内管部２２とを接続している。接続管部２４は、挿入管部２１の延長線上に水平方向に延在している。接続管部２４において、挿入管部２１に接続された側と反対側の端部は発生器内管部２２に接続されている。接続管部２４は、発生器内管部２２から胴部２の径方向の外側に向けて分岐する分岐管となっている。
【００３４】
本実施形態では、挿入管部２１、接続管部２４および発生器内管部２２は、それぞれの管路の上端の位置が同じ高さ位置となっている。つまり、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（管路）の上端２１ａと、接続管部２４の管路の上端２４ａと、発生器内管部２２の管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂとは鉛直方向の高さ位置が同じである。言い換えると、給水管２０において、冷却水の流れ方向と直交する断面における上端の高さ位置は、給水管２０の全ての位置で同一である。このように上端の位置が揃えられていることで、給水管２０の管内に蒸気が滞留することが抑制される。なお、挿入管部２１の中心軸線、接続管部２４の中心軸線および発生器内管部２２の中心軸線の鉛直方向における高さ位置が全て同じとされてもよい。
【００３５】
接続管部２４の管径（内径）は、例えば、挿入管部２１の管径と同じとすることができる。また、発生器内管部２２の管径は、例えば、挿入管部２１および接続管部２４の管径よりも小径とされる。
【００３６】
発生器内管部２２には、連通管部２５が接続されている。連通管部２５は、逆Ｕ字形状または逆Ｊ字形状をなしている。連通管部２５は、発生器内管部２２の軸方向に沿って複数配置されている。連通管部２５は、例えば、発生器内管部２２の軸方向に沿って等間隔で配置される。
【００３７】
図３は、発生器内管部２２および連通管部２５を示す断面図である。図３には、発生器内管部２２の軸方向と直交する断面、すなわち発生器内管部２２の冷却水の流れ方向と直交する断面が示されている。図３に示すように、連通管部２５には、管路２５ａが形成されている。管路２５ａは、蒸気発生器１内において発生器内管部２２の外部の空間４０と発生器内管部２２の管路２２ａとを連通する連通路２６として機能する。
【００３８】
連通管部２５は、湾曲部２５１と、第一直管部２５２と、第二直管部２５３とを有する。湾曲部２５１は、逆Ｕ字形状をなしており、両端部よりも中央部が鉛直方向上側に位置するように湾曲している。第一直管部２５２および第二直管部２５３は、それぞれ直線状の管部であり、鉛直方向に延在している。第一直管部２５２は、湾曲部２５１の一端と発生器内管部２２とを鉛直方向に接続している。湾曲部２５１は、例えば第一直管部２５２を省略し、発生器内管部２２に直接接続することもできる。
【００３９】
第一直管部２５２は、発生器内管部２２における頂部、すなわち発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端に接続されている。発生器内管部２２における第一直管部２５２との接続位置には、管路２５ａと管路２２ａとを連通する連通孔２２ｅが形成されている。つまり、連通孔２２ｅは、管路２２ａと外部の空間４０とを連通する連通路２６の一部として機能する。本実施形態において、連通路２６は連通管部２５の管路２５ａおよび連通孔２２ｅを含んでいる。本実施形態では、連通孔２２ｅの径は、連通管部２５の管路２５ａの径と同径とされている。
【００４０】
連通管部２５の管径（内径）と発生器内管部２２の管径との関係は、例えば、連通管部２５の流路断面積の合計が、発生器内管部２２の流路断面積と等しくなるよう定めることができる。
【００４１】
第二直管部２５３は、湾曲部２５１の他端に接続されている。第二直管部２５３は、発生器内管部２２のリングの径方向において発生器内管部２２よりも内側に位置している。第二直管部２５３は、湾曲部２５１との接続部から発生器内管部２２の側方を通り発生器内管部２２の下端に対応する高さ位置まで延在している。湾曲部２５１は、冷却水の流れ方向を上向きから下向きに反転させると共に、第二直管部２５３が発生器内管部２２と干渉しないように第一直管部２５２と第二直管部２５３との間隔を確保している。発生器内管部２２の軸方向と直交する断面において、発生器内管部２２の存在する領域Ｒ１と第二直管部２５３の存在する領域Ｒ２とが水平方向において異なる領域とされている。このように、第二直管部２５３と発生器内管部２２との間には適切な隙間が確保されている。
【００４２】
蒸気発生器１の外部から管路２２ａに冷却水が供給されると、管路２２ａ内の冷却水は、水圧により連通路２６を介して外部の空間４０に流出する。第二直管部２５３における下端面２５３ａは、水平な面となっている。つまり、連通路２６における管路２２ａ側と反対側の端部は、鉛直方向の下方に向けて開放されている。これにより、連通路２６を流れた冷却水は、鉛直下方に向けて流出する。
【００４３】
発生器内管部２２において、連通孔２２ｅが頂部に形成されていることで、発生器内管部２２における蒸気の滞留が抑制される。発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じたとしても、その蒸気は、冷却水の流出と共に、頂部の連通孔２２ｅから発生器内管部２２の外部に排出される。よって、発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じることによるウォーターハンマの発生が抑制される。
【００４４】
また、連通孔２２ｅに接続された連通管部２５は、鉛直上側に湾曲した逆Ｊ字形状であるため、連通管部２５を介して発生器内管部２２内に蒸気が進入することが抑制される。連通管部２５は、連通孔２２ｅから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。これに対応して、連通路２６は、管路２２ａと接続された一端２６ａから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。このように連通路２６における他端２６ｂが鉛直方向下側に向けて折り返されていることで、他端２６ｂが気層中に露出することが抑制される。他端２６ｂの露出が抑制されることで、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が進入することが抑制されている。
【００４５】
また、本実施形態の給水管２０は、連通路２６における流出口の高さ位置を下げることで、管路２２ａに対する蒸気の進入の抑制が図られている。具体的には、連通路２６における管路２２ａと接続された一端２６ａよりも他端２６ｂが鉛直方向の下側に位置している。以下の説明では、連通路２６の他端２６ｂを「流出口２６ｂ」とも記載する。連通路２６の一端２６ａは、管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂで管路２２ａに接続されており、連通路２６の他端２６ｂは、この上端２２ｂよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が管路２２ａの上端２２ｂの位置まで低下したとしても、連通路２６の他端２６ｂは冷却水の水面下にある。このため、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
【００４６】
特に、本実施形態では、連通路２６の他端２６ｂは、鉛直方向において発生器内管部２２の下端以下の位置にある。図３に示すように、鉛直方向において、連通路２６の他端２６ｂは、発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｆ以下の位置、すなわち発生器内管部２２の外周面における下端２２ｆ以下の位置にある。従って、外部の空間４０における冷却水の水位が、発生器内管部２２の下端２２ｆまで低下したとしても、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
【００４７】
また、本実施形態の給水管２０では、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出したとしても、発生器内管部２２の管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制される。連通管部２５が鉛直方向上側に湾曲する形状であることから、連通路２６における一端２６ａ側の第一直管部２５２と他端２６ｂ側の第二直管部２５３とは、一端２６ａよりも鉛直方向上側の位置で接続されている。第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上側に位置していることから、外部の空間４０の蒸気が他端２６ｂから連通路２６に進入したとしても、湾曲部２５１よりも一端２６ａ側に蒸気が進入することが抑制される。
【００４８】
また、本実施形態の給水管２０では、冷却水の供給が停止されたときの管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。連通孔２２ｅが発生器内管部２２の頂部に形成されていることで、冷却水の供給が停止されているときに発生器内管部２２内の冷却水が連通孔２２ｅを介して流出してしまうことが抑制される。また、第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上方に位置している。従って、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出した場合に、第二直管部２５３および湾曲部２５１内の冷却水が外部の空間４０に流出したとしても、第一直管部２５２には冷却水が残された状態となる。これにより、管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。
【００４９】
このように、本実施形態の給水管２０では、管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制され、かつ外部からの冷却水の供給が停止されているときに管路２２ａ内の冷却水が流出してしまうことが抑制される。よって、給水管２０内におけるウォーターハンマが抑制される。
【００５０】
本実施形態の連通管部２５は逆Ｊ字形状であったが、連通管部２５の形状はこれには限定されない。連通管部２５の軸方向に沿った形状によらず、連通路２６における管路２２ａと接続された端部よりも管路２２ａ側と反対側の端部が鉛直方向下側に位置していれば、管路２２ａへの蒸気の進入を抑制する効果を奏することができる。
【００５１】
本実施形態では第二直管部２５３における下端面２５３ａが水平な面であったが、これには限定されない。例えば、下端面２５３ａ、すなわち連通管部２５における発生器内管部２２に接続された側と反対側の端面が、水平方向に対して傾斜していてもよい。この場合、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、他端２６ｂにおける鉛直方向の最も上側の位置とすることができる。
【００５２】
図４は、傾斜した下端面を有する連通管部２５の一例を示す図である。図４に示すように、連通管部２５の下端面２５３ｂが水平面に対して傾斜している場合、連通路２６の他端２６ｂにおける鉛直方向の上端２６ｃが他端２６ｂの鉛直方向の位置を代表するようにすればよい。つまり、外部の空間４０における冷却水の水位が低下するときに連通路２６の他端２６ｂにおいて最初に気層に露出する部分である上端２６ｃが、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆよりも鉛直方向の下側に位置するようにすればよい。
【００５３】
本実施形態の連通管部２５は、連通路２６における流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における内側に位置しているが、これに代えて、流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における外側に位置していてもよい。
【００５４】
本実施形態の発生器内管部２２は、リング形状をなすものであったが、発生器内管部２２の形状はこれには限定されない。
【００５５】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例について説明する。上記第１実施形態では、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置が、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆの位置に基づいて定められていた。本変形例では、これに代えて、連通路２６の他端２６ｂの位置が、外部の空間４０における冷却水の水位の制御における目標水位に基づいて予め決められている。なお、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。
【００５６】
連通路２６の他端２６ｂは、例えば、冷却水の目標水位における予め定められた下限よりも鉛直方向の下側に位置するようにすることができる。例えば、原子力プラントの運転状況に応じて目標水位が変化する場合に、設定可能な目標水位の下限よりも連通路２６の他端２６ｂを鉛直方向の下側に配置するようにしてもよい。このようにすれば、水位の制御目標が予め定められた選択可能な範囲のどの位置とされていても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。
【００５７】
なお、冷却水の目標水位に基づく連通路２６の他端２６ｂの位置の決め方は、これには限定されない。他端２６ｂの位置は、例えば、原子力プラントにおける定常運転状態での目標水位よりも他端２６ｂを下側に位置させるように定めることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図５は、第２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５には、図２と同様に蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
【００５９】
本実施形態の給水管６０において、上記第１実施形態の給水管２０と異なる点は、発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に配置されている点である。これにより、挿入管部２１の管内における熱成層化が効果的に抑制される。
【００６０】
発生器内管部６２は、上記第１実施形態の発生器内管部２２と同様に、リング状に形成されており、蒸気発生器１の内部に水平に配置されている。また、発生器内管部６２に形成された管路６２ａは、上記第１実施形態の管路２２ａと同様に水平方向に延在している。発生器内管部６２の管径が挿入管部２１の管径よりも小さい場合は、これに対応して接続管部６４にテーパー部６４２が形成される。テーパー部６４２において、接続管部６４の管径は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて漸減している。この管径の減少に対応して、テーパー部６４２における管底は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて鉛直方向上側に向かう傾斜を有している。
【００６１】
管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側にある。つまり、鉛直方向において、連通路６６と管路６２ａとの接続位置が、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも上側に位置している。これに対応して、接続管部６４は、冷却水の流れ方向における挿入管部２１側よりも発生器内管部６２側が鉛直方向の上側に位置する傾斜部６４１を有している。言い換えると、接続管部６４は、挿入管部２１に対して発生器内管部６２を持ち上げるように折り曲げられている。
【００６２】
このように発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に位置していることで、挿入管部２１における熱成層化が抑制される。例えば、発生器内管部６２の管路６２ａ内に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、外部の空間４０の蒸気が連通路６６を介して発生器内管部６２に流入した場合に、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、給水管６０内に蒸気が残存した状態で蒸気発生器１の外部から冷却水が挿入管部２１に供給された場合に、挿入管部２１内の蒸気は速やかに発生器内管部６２に流れ去る。この給水管６０では、挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制されるという利点がある。
【００６３】
特に、本実施形態の給水管６０では、鉛直方向において、発生器内管部６２の管路６２ａと挿入管部２１の管路２１ｂとは互いに異なる領域にあり、かつ管路６２ａが管路２１ｂよりも鉛直方向の上方に位置している。言い換えると、発生器内管部６２の管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の下端６２ｃが、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側に位置している。これにより、挿入管部２１における熱成層化がより確実に抑制される。例えば、外部の空間４０の冷却水の水位が低下し、発生器内管部６２内において管路６２ａの下端６２ｃまで冷却水の水位が低下したような場合であっても、挿入管部２１の管路２１ｂは冷却水に満たされた状態とすることができる。よって、管路２１ｂに対する蒸気の進入を効果的に抑制することができる。
【００６４】
更に、本実施形態では、挿入管部２１に対して発生器内管部６２が持ち上げられたことに対応して、連通管部６５が鉛直方向の下方に延長されている。連通管部６５は、上記第１実施形態の連通管部２５と同様に、逆Ｊ字形状をなしており、管路６２ａと外部の空間４０とを連通する連通路６６が形成されている。連通路６６の一端６６ａは、管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂと接続されている。連通路６６の流出口である他端６６ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａが露出する程度に外部の空間４０の冷却水位が低下した場合であっても、連通路６６の他端６６ｂは気層に露出しないため、発生器内管部６２に蒸気が進入することが抑制される。
【００６５】
なお、連通路６６における他端６６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、挿入管部２１の内壁面の下端２１ｃよりも下側に位置していてもよい。
【００６６】
このように、本実施形態の給水管６０によれば、給水管６０内における熱成層化およびウォーターハンマを抑制可能であり、特に、挿入管部２１の管路２１ｂにおける熱成層化を効果的に抑制することができる。挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制され、管台１１が保護されるという利点がある。
【００６７】
上記の各実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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及びウォーターハンマを抑制するのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１ 蒸気発生器
２ 胴部
１１ 管台
２０，６０ 給水管
２１ 挿入管部
２２，６２ 発生器内管部
２２ａ，６２ａ 管路
２２ｅ 連通孔
２４，６４ 接続管部
２５ 連通管部
２６，６６ 連通路
【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。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を発生させ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だけでなくウォーターハンマの発生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し、かつ、ウォーターハンマの発生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、蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、を備え、前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されてい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、連通路における他端が気層に露出することを抑制し、管路に蒸気が流入することを抑制することで、蒸気発生器用給水管の管内におけるウォーターハンマを抑制することができる。
【０００８】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にあることが好ましい。
【０００９】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が発生器内管部の下端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１０】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置し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、蒸気発生器内の水位が目標水位以上である場合に連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１２】
また、上記蒸気発生器用給水管において、更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置していることが好ましい。
【００１３】
この蒸気発生器用給水管によれば、管路に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、外部の空間から蒸気が管路に流入したとしても、その蒸気が挿入管部に到達することが抑制される。また、挿入管部に蒸気が残存した状態で蒸気発生器の外部から冷却水が挿入管部に供給された場合に、挿入管部内の蒸気は速やかに流れ去る。よって、挿入管部における熱成層化が抑制される。
【００１４】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置していることが好ましい。
【００１５】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が挿入管部の内壁面の上端まで低下した場合であっても連通路の他端が気層に露出することを抑制することができる。
【００１６】
また、上記蒸気発生器用給水管において、前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置していることが好ましい。
【００１７】
この蒸気発生器用給水管によれば、蒸気発生器内の水位が管路の下端まで低下した場合であっても、挿入管部内に冷却水が満たされた状態とすることができる。よって、挿入管部に対する蒸気の進入を抑制し、挿入管部における熱成層化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１８】
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及びウォーターハンマの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、実施形態に係る蒸気発生器の概略図である。
【図２】図２は、第１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の要部を示す断面図である。
【図４】図４は、傾斜した下端面を有する連通管部の一例を示す図である。
【図５】図５は、第２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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（第１実施形態）
図１から図４を参照して、第１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、本実施形態に係る蒸気発生器の概略図、図２は、本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の要部を示す断面図である。図２には、蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示すように、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まで延設され、管板４の上面から一定の隙間を設けている。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が非締結状態で貫通されている。
【００２４】
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、水室７の外部に通じる入口ノズル７１１を有し、出室７２は、水室７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。
【００２５】
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の外周には、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。
【００２６】
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。
【００２７】
ここで、給水管２０の管内において、蒸気と冷却水とが層状化したり、高温の冷却水と低温の冷却水とが層状化したりするなど、熱成層が発生する可能性が考えられる。熱成層が発生した場合、疲労源となる応力が生じるため好ましくない。また、流入した蒸気が再給水後に管内に残留した場合、ウォーターハンマが発生する可能性がある。ウォーターハンマは、内管に衝撃を与えるため好ましくない。給水管２０における熱成層及びウォーターハンマの発生を抑制できることが望ましい。
【００２８】
本実施形態の給水管２０は、以下に詳細に説明するように、給水管２０におけるウォーターハンマの発生を抑制できる連通管部２５（図２参照）を備える。連通管部２５は、管路２２ａ内の冷却水を蒸気発生器１内の空間４０に流出させる流出管である。図３に示すように、連通管部２５には、発生器内管部２２の管路２２ａと発生器内管部２２の外部の空間４０とを連通する連通路２６が形成されている。連通路２６の一端２６ａは管路２２ａに接続されており、他端２６ｂは、外部の空間４０に向けて開放されている。連通路２６の他端２６ｂは、一端２６ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が低下した場合であっても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。よって、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が流入することが抑制される。従って、本実施形態の給水管２０によれば、給水管２０内におけるウォーターハンマの発生が抑制される。
【００２９】
図２に示すように、給水管２０は、挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５を備える。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５は、いずれも断面円形の管状部材である。挿入管部２１、発生器内管部２２、接続管部２４および連通管部２５には、それぞれその軸方向に断面円形の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から接続管部２４を介して発生器内管部２２の管路２２ａに流れる。管路２２ａ内の冷却水は、連通管部２５を介して蒸気発生器１内の空間４０に流出する。
【００３０】
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。貫通孔１１２は、突出部１１１を胴部２の径方向に貫通している。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。
【００３１】
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。発生器内管部２２は、リング状に形成されており、水平に配置されている。つまり、発生器内管部２２は、胴部２の内壁面２ａに沿って胴部２の周方向に延在している。発生器内管部２２は、例えば、胴部２の中心軸線５０とリングの中心軸線とが同一線上となるように配置されてもよい。発生器内管部２２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。
【００３２】
発生器内管部２２の内部には、蒸気発生器１の外部から供給される冷却水が流通する管路２２ａが形成されている。発生器内管部２２が水平方向に延在していることに対応して、管路２２ａも水平方向に延在している。つまり、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。また、管路２２ａでは、冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｃは、軸方向におけるどの位置の断面においても鉛直方向の位置が等しい。このように、管路２２ａは、中心軸線が同一の水平面上に延在しており、かつ内径が一定の管路である。
【００３３】
接続管部２４は、挿入管部２１と発生器内管部２２とを接続している。接続管部２４は、挿入管部２１の延長線上に水平方向に延在している。接続管部２４において、挿入管部２１に接続された側と反対側の端部は発生器内管部２２に接続されている。接続管部２４は、発生器内管部２２から胴部２の径方向の外側に向けて分岐する分岐管となっている。
【００３４】
本実施形態では、挿入管部２１、接続管部２４および発生器内管部２２は、それぞれの管路の上端の位置が同じ高さ位置となっている。つまり、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（管路）の上端２１ａと、接続管部２４の管路の上端２４ａと、発生器内管部２２の管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂとは鉛直方向の高さ位置が同じである。言い換えると、給水管２０において、冷却水の流れ方向と直交する断面における上端の高さ位置は、給水管２０の全ての位置で同一である。このように上端の位置が揃えられていることで、給水管２０の管内に蒸気が滞留することが抑制される。なお、挿入管部２１の中心軸線、接続管部２４の中心軸線および発生器内管部２２の中心軸線の鉛直方向における高さ位置が全て同じとされてもよい。
【００３５】
接続管部２４の管径（内径）は、例えば、挿入管部２１の管径と同じとすることができる。また、発生器内管部２２の管径は、例えば、挿入管部２１および接続管部２４の管径よりも小径とされる。
【００３６】
発生器内管部２２には、連通管部２５が接続されている。連通管部２５は、逆Ｕ字形状または逆Ｊ字形状をなしている。連通管部２５は、発生器内管部２２の軸方向に沿って複数配置されている。連通管部２５は、例えば、発生器内管部２２の軸方向に沿って等間隔で配置される。
【００３７】
図３は、発生器内管部２２および連通管部２５を示す断面図である。図３には、発生器内管部２２の軸方向と直交する断面、すなわち発生器内管部２２の冷却水の流れ方向と直交する断面が示されている。図３に示すように、連通管部２５には、管路２５ａが形成されている。管路２５ａは、蒸気発生器１内において発生器内管部２２の外部の空間４０と発生器内管部２２の管路２２ａとを連通する連通路２６として機能する。
【００３８】
連通管部２５は、湾曲部２５１と、第一直管部２５２と、第二直管部２５３とを有する。湾曲部２５１は、逆Ｕ字形状をなしており、両端部よりも中央部が鉛直方向上側に位置するように湾曲している。第一直管部２５２および第二直管部２５３は、それぞれ直線状の管部であり、鉛直方向に延在している。第一直管部２５２は、湾曲部２５１の一端と発生器内管部２２とを鉛直方向に接続している。湾曲部２５１は、例えば第一直管部２５２を省略し、発生器内管部２２に直接接続することもできる。
【００３９】
第一直管部２５２は、発生器内管部２２における頂部、すなわち発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端に接続されている。発生器内管部２２における第一直管部２５２との接続位置には、管路２５ａと管路２２ａとを連通する連通孔２２ｅが形成されている。つまり、連通孔２２ｅは、管路２２ａと外部の空間４０とを連通する連通路２６の一部として機能する。本実施形態において、連通路２６は連通管部２５の管路２５ａおよび連通孔２２ｅを含んでいる。本実施形態では、連通孔２２ｅの径は、連通管部２５の管路２５ａの径と同径とされている。
【００４０】
連通管部２５の管径（内径）と発生器内管部２２の管径との関係は、例えば、連通管部２５の流路断面積の合計が、発生器内管部２２の流路断面積と等しくなるよう定めることができる。
【００４１】
第二直管部２５３は、湾曲部２５１の他端に接続されている。第二直管部２５３は、発生器内管部２２のリングの径方向において発生器内管部２２よりも内側に位置している。第二直管部２５３は、湾曲部２５１との接続部から発生器内管部２２の側方を通り発生器内管部２２の下端に対応する高さ位置まで延在している。湾曲部２５１は、冷却水の流れ方向を上向きから下向きに反転させると共に、第二直管部２５３が発生器内管部２２と干渉しないように第一直管部２５２と第二直管部２５３との間隔を確保している。発生器内管部２２の軸方向と直交する断面において、発生器内管部２２の存在する領域Ｒ１と第二直管部２５３の存在する領域Ｒ２とが水平方向において異なる領域とされている。このように、第二直管部２５３と発生器内管部２２との間には適切な隙間が確保されている。
【００４２】
蒸気発生器１の外部から管路２２ａに冷却水が供給されると、管路２２ａ内の冷却水は、水圧により連通路２６を介して外部の空間４０に流出する。第二直管部２５３における下端面２５３ａは、水平な面となっている。つまり、連通路２６における管路２２ａ側と反対側の端部は、鉛直方向の下方に向けて開放されている。これにより、連通路２６を流れた冷却水は、鉛直下方に向けて流出する。
【００４３】
発生器内管部２２において、連通孔２２ｅが頂部に形成されていることで、発生器内管部２２における蒸気の滞留が抑制される。発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じたとしても、その蒸気は、冷却水の流出と共に、頂部の連通孔２２ｅから発生器内管部２２の外部に排出される。よって、発生器内管部２２内に蒸気溜りが生じることによるウォーターハンマの発生が抑制される。
【００４４】
また、連通孔２２ｅに接続された連通管部２５は、鉛直上側に湾曲した逆Ｊ字形状であるため、連通管部２５を介して発生器内管部２２内に蒸気が進入することが抑制される。連通管部２５は、連通孔２２ｅから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。これに対応して、連通路２６は、管路２２ａと接続された一端２６ａから鉛直方向上側に向けて延在し、湾曲部２５１において鉛直方向下側に折り返されている。このように連通路２６における他端２６ｂが鉛直方向下側に向けて折り返されていることで、他端２６ｂが気層中に露出することが抑制される。他端２６ｂの露出が抑制されることで、連通路２６を介して管路２２ａに蒸気が進入することが抑制されている。
【００４５】
また、本実施形態の給水管２０は、連通路２６における流出口の高さ位置を下げることで、管路２２ａに対する蒸気の進入の抑制が図られている。具体的には、連通路２６における管路２２ａと接続された一端２６ａよりも他端２６ｂが鉛直方向の下側に位置している。以下の説明では、連通路２６の他端２６ｂを「流出口２６ｂ」とも記載する。連通路２６の一端２６ａは、管路２２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端２２ｂで管路２２ａに接続されており、連通路２６の他端２６ｂは、この上端２２ｂよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、外部の空間４０における冷却水の水位が管路２２ａの上端２２ｂの位置まで低下したとしても、連通路２６の他端２６ｂは冷却水の水面下にある。このため、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
【００４６】
特に、本実施形態では、連通路２６の他端２６ｂは、鉛直方向において発生器内管部２２の下端以下の位置にある。図３に示すように、鉛直方向において、連通路２６の他端２６ｂは、発生器内管部２２における冷却水の流れ方向と直交する断面の下端２２ｆ以下の位置、すなわち発生器内管部２２の外周面における下端２２ｆ以下の位置にある。従って、外部の空間４０における冷却水の水位が、発生器内管部２２の下端２２ｆまで低下したとしても、外部の空間４０の蒸気が連通路２６を介して管路２２ａに流入することが抑制される。
【００４７】
また、本実施形態の給水管２０では、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出したとしても、発生器内管部２２の管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制される。連通管部２５が鉛直方向上側に湾曲する形状であることから、連通路２６における一端２６ａ側の第一直管部２５２と他端２６ｂ側の第二直管部２５３とは、一端２６ａよりも鉛直方向上側の位置で接続されている。第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上側に位置していることから、外部の空間４０の蒸気が他端２６ｂから連通路２６に進入したとしても、湾曲部２５１よりも一端２６ａ側に蒸気が進入することが抑制される。
【００４８】
また、本実施形態の給水管２０では、冷却水の供給が停止されたときの管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。連通孔２２ｅが発生器内管部２２の頂部に形成されていることで、冷却水の供給が停止されているときに発生器内管部２２内の冷却水が連通孔２２ｅを介して流出してしまうことが抑制される。また、第一直管部２５２と第二直管部２５３とを接続する湾曲部２５１は、一端２６ａよりも鉛直方向上方に位置している。従って、連通管部２５の下端面２５３ａが気層中に露出した場合に、第二直管部２５３および湾曲部２５１内の冷却水が外部の空間４０に流出したとしても、第一直管部２５２には冷却水が残された状態となる。これにより、管路２２ａ内の冷却水の流出が抑制される。
【００４９】
このように、本実施形態の給水管２０では、管路２２ａに対する蒸気の進入が抑制され、かつ外部からの冷却水の供給が停止されているときに管路２２ａ内の冷却水が流出してしまうことが抑制される。よって、給水管２０内におけるウォーターハンマが抑制される。
【００５０】
本実施形態の連通管部２５は逆Ｊ字形状であったが、連通管部２５の形状はこれには限定されない。連通管部２５の軸方向に沿った形状によらず、連通路２６における管路２２ａと接続された端部よりも管路２２ａ側と反対側の端部が鉛直方向下側に位置していれば、管路２２ａへの蒸気の進入を抑制する効果を奏することができる。
【００５１】
本実施形態では第二直管部２５３における下端面２５３ａが水平な面であったが、これには限定されない。例えば、下端面２５３ａ、すなわち連通管部２５における発生器内管部２２に接続された側と反対側の端面が、水平方向に対して傾斜していてもよい。この場合、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、他端２６ｂにおける鉛直方向の最も上側の位置とすることができる。
【００５２】
図４は、傾斜した下端面を有する連通管部２５の一例を示す図である。図４に示すように、連通管部２５の下端面２５３ｂが水平面に対して傾斜している場合、連通路２６の他端２６ｂにおける鉛直方向の上端２６ｃが他端２６ｂの鉛直方向の位置を代表するようにすればよい。つまり、外部の空間４０における冷却水の水位が低下するときに連通路２６の他端２６ｂにおいて最初に気層に露出する部分である上端２６ｃが、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆよりも鉛直方向の下側に位置するようにすればよい。
【００５３】
本実施形態の連通管部２５は、連通路２６における流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における内側に位置しているが、これに代えて、流出口２６ｂが発生器内管部２２よりもリングの径方向における外側に位置していてもよい。
【００５４】
本実施形態の発生器内管部２２は、リング形状をなすものであったが、発生器内管部２２の形状はこれには限定されない。
【００５５】
（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例について説明する。上記第１実施形態では、連通路２６の他端２６ｂの鉛直方向における位置が、連通路２６の一端２６ａや発生器内管部２２の下端２２ｆの位置に基づいて定められていた。本変形例では、これに代えて、連通路２６の他端２６ｂの位置が、外部の空間４０における冷却水の水位の制御における目標水位に基づいて予め決められている。なお、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。
【００５６】
連通路２６の他端２６ｂは、例えば、冷却水の目標水位における予め定められた下限よりも鉛直方向の下側に位置するようにすることができる。例えば、原子力プラントの運転状況に応じて目標水位が変化する場合に、設定可能な目標水位の下限よりも連通路２６の他端２６ｂを鉛直方向の下側に配置するようにしてもよい。このようにすれば、水位の制御目標が予め定められた選択可能な範囲のどの位置とされていても、他端２６ｂが気層に露出することが抑制される。
【００５７】
なお、冷却水の目標水位に基づく連通路２６の他端２６ｂの位置の決め方は、これには限定されない。他端２６ｂの位置は、例えば、原子力プラントにおける定常運転状態での目標水位よりも他端２６ｂを下側に位置させるように定めることができる。
【００５８】
（第２実施形態）
図５を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図５は、第２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５には、図２と同様に蒸気発生器用給水管を水平方向視した断面図が示されている。
【００５９】
本実施形態の給水管６０において、上記第１実施形態の給水管２０と異なる点は、発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に配置されている点である。これにより、挿入管部２１の管内における熱成層化が効果的に抑制される。
【００６０】
発生器内管部６２は、上記第１実施形態の発生器内管部２２と同様に、リング状に形成されており、蒸気発生器１の内部に水平に配置されている。また、発生器内管部６２に形成された管路６２ａは、上記第１実施形態の管路２２ａと同様に水平方向に延在している。発生器内管部６２の管径が挿入管部２１の管径よりも小さい場合は、これに対応して接続管部６４にテーパー部６４２が形成される。テーパー部６４２において、接続管部６４の管径は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて漸減している。この管径の減少に対応して、テーパー部６４２における管底は、挿入管部２１側から発生器内管部６２側に向けて鉛直方向上側に向かう傾斜を有している。
【００６１】
管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側にある。つまり、鉛直方向において、連通路６６と管路６２ａとの接続位置が、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも上側に位置している。これに対応して、接続管部６４は、冷却水の流れ方向における挿入管部２１側よりも発生器内管部６２側が鉛直方向の上側に位置する傾斜部６４１を有している。言い換えると、接続管部６４は、挿入管部２１に対して発生器内管部６２を持ち上げるように折り曲げられている。
【００６２】
このように発生器内管部６２が挿入管部２１に対して鉛直方向の上側に位置していることで、挿入管部２１における熱成層化が抑制される。例えば、発生器内管部６２の管路６２ａ内に蒸気が進入したとしても、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、外部の空間４０の蒸気が連通路６６を介して発生器内管部６２に流入した場合に、その蒸気が挿入管部２１に到達することが抑制される。また、給水管６０内に蒸気が残存した状態で蒸気発生器１の外部から冷却水が挿入管部２１に供給された場合に、挿入管部２１内の蒸気は速やかに発生器内管部６２に流れ去る。この給水管６０では、挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制されるという利点がある。
【００６３】
特に、本実施形態の給水管６０では、鉛直方向において、発生器内管部６２の管路６２ａと挿入管部２１の管路２１ｂとは互いに異なる領域にあり、かつ管路６２ａが管路２１ｂよりも鉛直方向の上方に位置している。言い換えると、発生器内管部６２の管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の下端６２ｃが、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の上側に位置している。これにより、挿入管部２１における熱成層化がより確実に抑制される。例えば、外部の空間４０の冷却水の水位が低下し、発生器内管部６２内において管路６２ａの下端６２ｃまで冷却水の水位が低下したような場合であっても、挿入管部２１の管路２１ｂは冷却水に満たされた状態とすることができる。よって、管路２１ｂに対する蒸気の進入を効果的に抑制することができる。
【００６４】
更に、本実施形態では、挿入管部２１に対して発生器内管部６２が持ち上げられたことに対応して、連通管部６５が鉛直方向の下方に延長されている。連通管部６５は、上記第１実施形態の連通管部２５と同様に、逆Ｊ字形状をなしており、管路６２ａと外部の空間４０とを連通する連通路６６が形成されている。連通路６６の一端６６ａは、管路６２ａにおける冷却水の流れ方向と直交する断面の上端６２ｂと接続されている。連通路６６の流出口である他端６６ｂは、挿入管部２１と接続管部６４との接続部における挿入管部２１の内壁面の上端２１ａよりも鉛直方向の下側に位置している。これにより、挿入管部２１の内壁面の上端２１ａが露出する程度に外部の空間４０の冷却水位が低下した場合であっても、連通路６６の他端６６ｂは気層に露出しないため、発生器内管部６２に蒸気が進入することが抑制される。
【００６５】
なお、連通路６６における他端６６ｂの鉛直方向における位置は、例えば、挿入管部２１の内壁面の下端２１ｃよりも下側に位置していてもよい。
【００６６】
このように、本実施形態の給水管６０によれば、給水管６０内における熱成層化およびウォーターハンマを抑制可能であり、特に、挿入管部２１の管路２１ｂにおける熱成層化を効果的に抑制することができる。挿入管部２１における熱成層化が抑制されることで、管台１１における熱応力の発生が抑制され、管台１１が保護されるという利点がある。
【００６７】
上記の各実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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及びウォーターハンマを抑制するのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１ 蒸気発生器
２ 胴部
１１ 管台
２０，６０ 給水管
２１ 挿入管部
２２，６２ 発生器内管部
２２ａ，６２ａ 管路
２２ｅ 連通孔
２４，６４ 接続管部
２５ 連通管部
２６，６６ 連通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、
前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、
を備え、
前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、
前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている
ことを特徴とする蒸気発生器用給水管。
【請求項２】
前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にある
請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項３】
前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置している
請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項４】
更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、
鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置している
請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項５】
前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置している
請求項４に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項６】
前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置している
請求項４または５に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項１】
蒸気発生器の内部において水平方向に延在し、かつ前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水が流通する管路を有する発生器内管部と、
前記発生器内管部と接続され、前記蒸気発生器内において前記発生器内管部の外部の空間と前記管路とを連通する連通路が形成された連通管部と、
を備え、
前記連通路の一端は、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端で前記管路に接続され、かつ、前記連通路の他端は、前記連通路の前記一端よりも鉛直方向の下側に位置しており、
前記連通路における前記一端側と前記他端側とは、前記一端よりも鉛直方向上側の位置で接続されている
ことを特徴とする蒸気発生器用給水管。
【請求項２】
前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記発生器内管部の下端以下の位置にある
請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項３】
前記連通路の前記他端が、前記外部の空間における冷却水の目標水位よりも鉛直方向の下側に位置している
請求項１に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項４】
更に、前記蒸気発生器の外殻部材を貫通する貫通孔に挿入され、かつ水平方向に延在する挿入管部を備え、前記蒸気発生器の外部から供給される冷却水は、前記挿入管部を介して前記管路に流入し、
鉛直方向において、前記管路における冷却水の流れ方向と直交する断面の上端が前記挿入管部の内壁面の上端よりも上側に位置している
請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項５】
前記連通路の前記他端が、鉛直方向において前記挿入管部の内壁面の上端よりも下側に位置している
請求項４に記載の蒸気発生器用給水管。
【請求項６】
前記管路の下端が、前記挿入管部の内壁面の上端よりも鉛直方向上側に位置している
請求項４または５に記載の蒸気発生器用給水管。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２２００７７（Ｐ２０１２−２２００７７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５４３８（Ｐ２０１１−８５４３８）
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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