JPS5828881B2 - 断熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 要約すると、所定の温度の供給流体を、異なる温度の流
体を収容する容器中に、入口管から入口ノズルを経て容
器内の供給流体分配手段に供給する構造に釦いて、着脱
自在な断熱構造が設けられる。

本発明にも・いては、離間し７た同心の第１及び第２ス
リーブにより一連の流体空間を画成して、これによりノ
ズルの内面を供給流体から熱的に絶縁するとともに、漏
洩供給流体をノズルから遠去かる方向に導ひき、かくし
てノズルの内面の熱循環を最小にしてその割れをなくす
。

工業的プロセスにおいて、比較的低温の供給流体を容器
中に供給し、容器内の比較的高温の流体と混合すること
がしばしば行われる。

このような例として熱交換器釦よび蒸気発生器がある。

例えば沸騰水型原子炉のような蒸気発生器の場合、熱源
は圧力容器内に収容された核燃料心である。

代表的には給水管を圧力容器に、給水管と容器壁との間
に溶接された補強入口ノズルによって連結する。

給水を給水管からノズルを経てサーマルスリーブと称さ
れる管部分により供給する。

サーマルスリーブの上流端はノズル内に挿入され、下流
端は給水分配手段、例えば複数個の比較的小さい出口曾
たはノズルを有する噴霧器に連結される。

噴霧器の出口から低温の給水を送出して容器内の高温の
水と混合する。

従来のサーマルスリーブ構造ホ例えば特公昭５２−２５
５１８号に開示されている。

多数の例において、長期使用後、入口ノズルの内面に割
れが発見された。

後述するように、これらの割れは、容器内の高温水と比
較的低温の給水捷たは給水で冷却された水に交互にさら
されることに基づく、ノズル内面部分の熱循環の結果で
あること考えられる。

本発明の断熱装置は、入口ノズル内に着脱自在に挿入さ
れた噴霧器管を含み、噴霧器管の上流端とノズルとの間
に第１密封手段（以下、第１密封リングという。

）が設けられ、噴霧器管の下流端は噴霧器セグメントに
連結されている。

噴霧器管と同心でかつこれから離間された第１スリーブ
は噴霧器管を囲み、第１流体空間を画成する。

第２密封手段（以下、第２密封リングという。

）は、前記噴霧器管釦よびノズル間の密封より下流のノ
ズルの内面と第１スリーブとの間の密封を形成する。

これにより第１密封リングを漏れ通過した給水を収集す
る環状空腔を得る。

第１スリーブの空腔に隣接する部分に設けられた開口を
経て給水漏洩流れを第１流体空間に導ひき、次いで第１
スリーブの開口下流端を経て容器の内部に導ひく。

従って入口ノズルの内面を伝わる漏洩低温水の流れは除
かれる。

第１スリーブと同心でこれから半径方向外方に離間した
第２スリーブは、第１スリブとの間に第２流体空間を画
成するとともに、第２スリーブとノズルの内面との間に
第３流体空間を画成する。

離間した第１および第２スリーブにより互に分離された
３つの流体空間は、ノズルを噴霧器管内の給水から熱的
に絶縁する。

次に図面に従って本発明を一層詳細に説明する。

第１図に代表的な熱交換器、即ち蒸気発生器の構成を示
す。

圧力容器２０内に熱源２２（破線図示）が収容されてい
る。

熱源２２は例えば原子炉の炉心とすることができる。

熱源２２はシュラウド２４で囲１れる。

容器２０には破線２６で示されるレベルオで蒸発性動作
流体、例えば水が充満されている。

水はポンプ２８により熱源２２を経て循環される。

即ちポンプ２８は水を環状室３０から吸引し、下部プレ
ナム３２を加圧し、これにより水を熱源に強制通過し、
この除水の一部が蒸発する。

その結果得られる蒸気−水混合物は複数個の蒸気分離器
３４を通過する 蒸気は上部プレナム３６に収集され、
一方抽出された水は容器２０内の水溜めに戻る。

蒸気を上部プレナム３６から蒸気ライン３８を経て取出
し、利用装置、例えばタービン４０に送給し、発電機４
２を駆動する。

タービン排出蒸気は復水器４４で復水され、１個筐たは
それ以上の給水加熱器４６釦よびポンプ４８を経て容器
２０に供給水として戻される。

補給水を適当な給源（図示せず）からライン５０を経て
給水加熱器４６に補給することができる。

第１図には給水を容器２０に供給する構造が簡単に示さ
れている。

給水をポンプ４８により給水管５２を経て送る。

管５２と容器壁との間には入口ノズル５４が補強移行部
材として溶接などにより連結されている。

ノズル５４には噴霧器管５６が着脱自在に挿入されて釦
り、管５６の下流端は給水分配噴霧器リングの弓形噴霧
器セグメント５８に連結されている。

（噴霧器管５６は「サーマルスリーブ」と称される。

）給水は噴霧器セグメント５８からその一連の孔、即ち
エルボ形噴霧器ノズル６０を経て射出され、かくして給
水は容器２０内に分配され循環水と混合される。

同様の図示せぬ入口ノズルおよび噴霧器管構造により噴
霧器リングの他の噴霧器セグメントに給水を送給する。

第２図に従来の入口ノズル−噴霧器構造を詳細に示す。

入口ノズル５４は溶接部６２により容器２０の壁に溶接
されている。

ノズル５４は溶接部６８で互に溶接された本体部分６４
および外側部分６６を含む。

外側部分６６は溶接部７０により入口管（以下、給水管
という。

）５２に溶接されている。

容器壁および本体部分６４は通常低合金鋼から形成され
、その溶接部は溶接後熱処理を行わなければならない。

外側部分６６（「セーフエンド」と称される）訟よび給
水管５２は通常炭素鋼から形成され、その溶接部は溶接
後熱処理を必要としない。

従って溶接部６２釦よび６８は工場で形成し熱処理する
ことができ、溶接部７０は屋外で熱処理なしで形成する
ことができる。

前述したように、噴霧器管５６を有する噴霧器セグメン
ト５８の取外しを容易にすることが極めて望昔しい。

取外しが容易なことは、噴霧器セグメントも・よび管の
検査、修理および取替え（必要なら）を行うのに望まし
り、捷た入口ノズル５４の検査ち−よび修理を楽に行え
るようにするのにも望捷しい。

噴霧器セグメント釦よび管を取外し可能にするために、
噴霧器管５６の上流端に拡大またはフランジ状部分７１
を形成し、この拡大部分７１に円周方向溝を設けここに
弾性密封リング７２（例えば周知の割り鋼リング）をは
める。

密封リング７２を弾性裏当てリング７４によりノズル５
４の隣接内面に接触するように押圧する。

密封リング７２が着座するノズル５４の隣接内面に、例
えばステンレス鋼製の内張り層７５を適当な磨耗表面と
して設けるのが好ましい。

例えば沸騰水形原子炉に使用する場合、給水入口構造が
さらされる代表的な条件は下記の通りである。

容器圧力は約１０００ｐｓｉ （７ｏｋｇ／ｃｒＩＦ
、）であり、容器内の水の温度ば５４０’Ｆ（２８２°
Ｃ）程度である。

給水管５２内の給水の圧力は容器圧力より約２５ｐｓｉ
（１，ｓｋｇ／ｆｆｌ ）高く、給水の温度は作動条
件に応じて約７０〜４２０’Ｆ（２１〜２１６°Ｃ）の
間で変わる。

かかる代表的条件下で第２図の従来の入口ノズル−噴霧
器構造を長期間使用したところ、クラック７６のような
割れが入口ノズル５４の下流内面に沿って発生している
のが見出された。

熱電対を用いた局部温度測定を含む試験により、かかる
割れの発生はノズル表面の熱循環に基因するという考え
が実証された。

かかる熱循環は下記の理由で生じると考えられる。

即ち、フランジ部分７１釦よび／または密封リング７２
によるノズル５４内の噴霧器管５６のシールが完全でな
い。

従っである量の比較的低温の給水がフランジ部分７１を
越えてノズル５４の上流内表面に沿って洩れ流れ、最終
的に容器内の高温の水と混ざる。

しかし、容器内の流体流れが乱流状態にあるので、低温
の給水漏洩流れと高温の容器水との境界は極めて不安定
である。

従って、ノズル５４の内表面は間欠的に昔ず低温給水漏
洩流れに、次いで高温容器水にさらされる。

例えば特公昭５２−２５５１８号公報の第１図に示され
ているように、噴霧器管５６の上流端をノズル５４に溶
接することにより、この給水漏洩流れ問題を解決しよう
とする試みでは、別の影響が見出された。

噴霧器管５６の壁を経ての熱移動により、管の外面の１
わりに、特に管の上流端の１わりに比較的低温の水の層
が形成される。

この冷却された水によってできた水の層は次に間欠的に
裂は散りそしてノズル５４の内面を洗い、その結果、噴
霧器管５６をノズル５４に溶接することにより給水の漏
洩流れをなくしたにもかかわらず、ノズル内面ば熱循環
にさらされる。

前述した説明を背景として、本発明の構造を第３図に従
って説明する。

第３図は、入口ノズル内面の熱循環を著しく減少させ、
この内面に割れが発生する恐れをほとんどなくした本発
明の断熱構造を示す。

第１図および第２図の場合と同様に、入口ノズル５４は
給水管５２に溶接された外側部分、即ちセーフエンド６
６＄−よび圧力容器２０に溶接された本体部分６４を含
み、ノズルの内面はステンレス鋼の層７５で被覆されて
密封リング用の着座表面を有する。

本発明の断熱装置は噴霧器管３５６および１対の離間し
た第１スリーブ７８および第２８０を含む。

噴霧器管３５６は第２図の噴霧器管５６に類似して釦り
、その下流端で噴霧器セグメント５８に溶接され、上流
端に拡大またはフランジ部分３７０が形成されている。

フランジ部分３７０には円周方向溝が設けられ、ここに
第１密封リング３７２がノズル５４の内面と密着状態で
はめられている。

裏当てばね３７４を設けて密封リング３７２の密着を助
けるのがよい。

第１スリーブ７８は噴霧器管３５６と同心配置され、上
流端でフランジ部分３７０に溶接などにより固着されて
いる。

従ってこの構造では、スリーブ７８と噴霧器管３５６と
の間に第１環状流体（昔たは水）空間８２が形成される
。

図示例では、スリーブ７８の上流部分８４の径は小さく
なっている。

特定例においては、空間上の配慮から、すた流体空間８
２の下流部分に比較的大きな横断面積を与えるためにこ
のようになっている。

しかし、上流部分８４の径を小さくすることは本発明に
必須の要件ではない。

第１スリーブＴ８は、下流端で圧力容器２０の内部に対
して実質的に開口しており、噴霧器セグメント５８の直
径に合致した弧状切欠き８６が設けられ、かくして噴霧
器セグメント５８により支持されている。

第１スリーブ７８には、その上流部分８４の下流で、密
封リングフランジ８８が固着されている。

フランジ８８には円周方向溝が設けられ、ここにノズル
５４の内面と密着状態で第２密封リング３７２がはめら
れている。

裏当てばね３７４を設けて密封リング３７２の密着を助
けるのがよい。

従ってこの構造により、密封リング７ランジ８８釦よび
３７０、ノズル５４の内面および第１スリーブ７８の上
流部分８４で囲ｌれた環状空腔９０が形成される。

環状空腔９０から第１流体空間８２に通じる流体流路を
得るために、スリーブ７８の上流部分８４に一連の開口
筐たは長孔９２を形成する。

かくして、作動時には、第１密封リング３７２を通過し
た給水漏洩流れは、１ず環状空腔９０に入り、そこから
長孔９２′Ｊ、＝よび第１流体空間８２を通って圧力容
器２０中に導ひかれる。

その上、予想に反して、第１スリーブγ８の開口下流端
を過ぎて容器中に流入する流体流れにより、第１流体空
間８２および環状空腔９０内の圧力が低下することが見
出された。

その結果、第２密封リング３７２を通過する漏洩流れは
容器内部から環状空腔９０中への方向になる、この第２
の漏洩流れも長孔９２および流体空間８２を経て環状空
腔９０から出て、容器の内部に戻る。

なお、密封リング７ランジ８８が、上流端方向への張出
しで形成されていることがわかる。

このことは必須の要件ではないが、本例では層７５を延
長する必要なしに第２密封リング３７２を層７５に接触
させ、しかも第１スリーブ７８の上流部分８４に長孔９
２を設けるための十分な長さをとるために採用されてい
る。

長孔９２により与えられる流体通路は、十分に大きくし
て、好１しくは流体空間８２の横断面積にほぼ等しくし
て、長孔両側での圧力降下を避ける必要がある。

漏洩流れを流体空間８２中に導ひくことのほかに、この
長孔配置は別の機能も果す。

第１密封リング３７２を含むフランジ部分３７０および
第２密封リング３７２を含む７ランジ８８は異なる温度
で作動する。

その結果これら両部材に熱的に誘起される差動運動に順
応させるために、長孔９２間の細条またはランド９３の
長さと幅を適当に選択して、これらの細条がある程度弾
性梁として作用するが、なお十分な剛性を有して振動を
防止できるようにする。

ノズル５４の内面を低温給水の熱循環の影響からさらに
絶縁するために、第２スリーブ８０を設けるのがよい。

スリーブ８０は第１スリーブ７８と同心配置され、これ
から外方に離間して釦り、上流端で溶接などにより密封
リングフランジ８８に固着されている。

スリーブ８０は下流端に開口し、そこには、第１スリー
ブ１８の弧状切欠８６と同様の切欠が設けられており、
また下流端はスリーブ７８および８０間にはさ捷れたス
ペーサ９４により支持される。

かくして第２スリーブ８０は第１スリーブ７８との間に
第２流体空間９６を形成し、さらに第２スリーブ８０と
ノズル５４の内面との間には第３流体空間９８が形成さ
れる。

スリーブ７８＄−よび８０により互に分離されたこれら
３つの流体空間８２，９６，９８は高度の断熱作用をな
し、噴霧器管３５６を通る低温給水に基因するノズル５
４の内面の熱循環を実質的になくす。

第３図に示すような断熱装置の製造例を下記に示す。

噴霧器管３５６をステンレス鋼で外径約２２（ｍにつく
る。

第１スリーブ１８をステンレス鋼で内径約２５．３１−
、壁厚約０．３ｃＩｎにつくる。

第２スリーブ８０をステンレス鋼で内径約２７．３ｃｒ
ｆＬにつくる。

第１密封リング３７２の呼称直径を２８ｃｒｒＬとし、
第２密封リング３７２の呼称直径を２９．５ｃＩｒＬと
する。

長孔９２を幅約０．６ＣｍＡ長さ約１０ｃｆｆＬとする
。

細条９３を幅約２．７ｃｒｒＩＡ厚さ約０．６ｃｒｒＬ
とする。

フランジ部分３７０．７ランジ８８釦よびスリーブ７８
の上流部分８４はＮｉＣｒ−Ｆｅ合金からつくり、これ
らを溶接（図示せず）によりスリーブ７８釦よび８０に
固着する。

前述したように、本発明の断熱装置は供給流体を入口管
から入口ノズルを経て圧力容器内の流体分配噴霧器に送
給し、しかもノズル内面を低温の供給流体から熱的に絶
縁することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気発生器系の概略構成を示す線図的配置図、
第２図は従来の入口ノズル−噴霧器構造を示す線図的縦
断面図、および第３図は本発明の断熱装置の構造を示す
縦断面略図である。 ２０・・・・・・圧力容器、４０・・・・・・タービン
、４２・・・・・・発電機、４４・・・・・・復水器、
４６・・・・・・加熱器、４８・・・・・・ポンプ、５
０・・・・・・補給ライン、５２・・・・・・入口管（
給水管）、５４・・・・・・入口ノズル、５６・・・・
・・噴霧器管、５８・・・・・・噴霧器セグメント、６
０・・・・・・噴霧器ノズル、６４・・・・・・本体部
分、６６・・・・・・外側部分、７８．８０・・・・・
・スリーブ、８２・・・・・・第１環状流体空間、８４
・・・・・・スリーブの上流部分、８８・・・・・・フ
ランジ、９０・・・・・・環状空腔、９２・・・・・・
長孔、９６・・・・・・第２流体空間、９８・・・・・
・第３流体空間、３５６・・・・・・噴霧器管、３７０
・・・・・・フランジ部分、３７２・・・・・・第１密
封手段（密封リング）、３７２′・・・・・・第２密封
手段（密封リング）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体を収容する圧力容器内に供給流体を供給して圧
   力容器内の前記流体と混合するために、供給流体を受は
   取る入口管を、ノズルを介して、圧力容器に連結し、該
   ノズル内に噴霧器管を挿入して、この中に供給流体を通
   すようになっている供給流体供給装置と組合せて用いる
   断熱装置にお・いて、前記噴霧器管の上流端と前記ノズ
   ルとの間に設けた第１密封手段が不完全で、ある量の供
   給流体がこの第１密封手段を洩れて通過するようになっ
   ていて、前記噴霧器管とほぼ同心にかつそれから離間し
   て細長い第１スリーブが配置してあって、第１環状流体
   空間を形成し、前記第１スリーブを噴霧器管にその上流
   端で密封し、前記第１環状流体空間をその下流端で圧力
   容器内に実質的に開口させ、前記第１密封手段より下流
   でノズルと第１スリーブとの間に第２密封手段を設け、
   第１密封手段と第２密封手段と第１スリーブの上流部分
   とノズルの一部分で囲ｌれた環状空腔を形成し、第２密
   封手段が不完全で、その両側間の差圧により、ある量の
   流体が第２密封手段を洩れて通過し、そして前記環状空
   腔に隣接する前記第１スリーブの上流部分に、第１環状
   流体空間と連通ずる流体通路を設け、これにより、前記
   環状空腔に入る流体漏洩流れを前記流体通路を経てさら
   に第１環状流体空間を経て圧力容器中に導ひくようにし
   た断熱装置。 ２ 前記第１スリーブが前記ノズルの内端を越えて容器
   中に延在する特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記流体通路が、前記第１スリーブの上流部分に設
   けられた一連の長さ方向に細長い円周方向に離間した長
   孔よりなる特許請求の範囲第１または第２項に記載の装
   置。 ４ 前記第１スリーブの下流端に、前記噴霧器管の下流
   端に固着された噴霧器セグメントの外径にほぼ適合する
   切欠きがあって、第１スリーブの下流端を噴霧器セグメ
   ントによって支持した特許請求の範囲第１，２又は３項
   に記載の装置。 ５ 流体を収容する圧力容器内に供給流体を供給して圧
   力容器内の前記流体と混合するために、供給流体を受は
   取る入口管を、ノズルを介して、圧力容器に連結し、該
   ノズル内に噴霧器管を挿入して、この中に供給流体を通
   すようになっている供給流体供給装置と組合せて用いる
   断熱装置において、前記噴霧器管の上流端と前記ノズル
   との間に設けた第１密封手段が不完全で、ある量の供給
   流体がこの第１密封手段を洩れて通過するようになって
   いて、前記噴霧器管とほぼ同心にかつそれから離間して
   細長い第１スリーブが配置してあって、第１環状流体空
   間を形成し、前記第１スリーブを噴霧器管にその上流端
   で密封し、前記第１環状流体空間をその下流端で圧力容
   器内に実質的に開口させ、前記第１密封手段より下流で
   ノズルと第１スリーブとの間に第２密封手段を設け、第
   １密封手段と第２密封手段と第１スリーブの上流部分と
   ノズルの一部分で四重れた環状空腔を形成し、第２密封
   手段が不完全で、その両側間の差圧により、ある量の流
   体が第２密封手段を洩れて通過し、そして前記環状空腔
   に隣接する前記第１スリーブの上流部分に、第１環状流
   体空間と連通ずる流体通路を設け、これにより、前記環
   状空腔に入る流体漏洩流れを前記流体通路を経てさらに
   第１環状流体空間を経て圧力容器中に導びくようにし、
   さらに、第１スリーブとほぼ同心にかつこれから離間し
   て細長い第２スリーブを配置して第１スリーブとの間に
   第２環状流体空間を形成し、該第２スリーブを前記第１
   スリーブにその上流端で密封し、前記第２環状流体空間
   がその下流端で前記容器に対して実質的に開口している
   断熱装置。 ６ 前記第１スリーブが前記ノズルの内端を越えて容器
   中に延在する特許請求の範囲第５項に記載の装置。 ７ 前記流体通路が、前記第１スリーブの上流部分に設
   けられた一連の長さ方向に細長い円周方向に離間した長
   孔よりなる特許請求の範囲第５又は６項記載の装置。 ８ 前記第１スリーブの下流端に、前記噴霧器管の下流
   端に固着された噴霧器セグメントの外径にほぼ適合する
   切欠きがあって、第１スリーブの下流端を噴霧器セグメ
   ントによって支持した特許請求の範囲第５，６又は７項
   に記載の装置。