Foreign matter trap for water supply

本発明は、一般に原子力発電プラント用の貫流蒸気発生器に関し、詳しくは、貫流蒸気発生器の圧力容器内に一体的に格納したエコノマイザ内に位置決めした管セクション同士間の空間内への、給水の異物侵入を防止するトラップに関する。

原子力発電所に関連する加圧型蒸気発生器、または熱交換機は、一次冷却材からの反応生成熱を二次冷却材に移行させ、移行させた熱でプラントのタービンを駆動させる。 大抵のこうした蒸気発生器の圧力容器にはエコノマイザが一体化され、サブクール給水が当該エコノマイザの管束の下方セクション中に直接流入する。 圧力容器は長さ約２２．５ｍ（約７５フィート）、直径約３．６ｍ（約１２フィート）である。 こうした蒸気発生器圧力容器（以下、単に圧力容器とも称する）の１つでは、一次冷却材貫流用の直管の外径は代表的には約１．４ｃｍ（５／８インチ）であるが、管端部マウントと、管板の対向面との間の実効長は約１５．６ｍ（５２フィート）あるいはそれ以上である。 これらの蒸気発生器圧力容器の１つには、代表的には１５０００本以上の管から成る管束が収納され得る。 給水系から給水流れによって移行する異物は管束の各管間に引っ掛かり、各管を損耗及びまたは打損させ得る。
エコノマイザを一体化させた蒸気発生器圧力容器は、米国特許第３，３５６，１３５号、同第３，５４７，０８４号、同第３，７７１，４９７号に示されるように既知のものではあるが、何れも、給水により運ばれる異物の捕捉及びエコノマイザ管セクションへの侵入防止用の異物トラップは圧力容器中に設けられない。
原子力蒸気発生器の特徴の一般的説明については、ここに参照することによりその全てを本命最初の一部とする米国オハイオ州バーベルトンのＢａｂｃｏｃｋ ＆ Ｗｉｌｃｏｘ社の２００５年の“Ｓｔｅａｍ／ｉｔｓ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｓｅ，４１ｓｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｋｉｔｔｏ ａｎｄ Ｓｔｕｌｔｚ，Ｅｄｓ．，”を参照されたい。

エコノマイザセクション内の管への異物の引っ掛かりを防止し、かくして管の損耗及び打損を最小化する異物トラップを有する貫流蒸気発生器を提供することである。

本発明によれば、圧力容器と、当該圧力容器内を伸延する複数の熱交換管とを有する蒸気発生器にして、各熱交換管が高温の一次流体を受け且つそこを貫流させる蒸気発生器が提供される。 圧力容器内には、当該圧力容器から離間する関係下にエコノマイザが配置され、かくして環状の降水管通路と、この降水管通路で包囲された管束の下方部分とが画定される。 給水は、各管の熱交換表面におけるエコノマイザ部分で、各管から移行される熱により予熱される。 給水により運ばれる異物を捕捉及び維持してそれら異物のエコノマイザへの侵入を防止する異物フィルタートラップが設けられる。

異物フィルタートラップ（以下、単にフィルタートラップとも称する）は降水管通路内に位置付けられる。 環状の支持リングがフィルタートラップを支持し、降水管通路の断面に掛け渡される。 支持リングは、当該支持リングの円周方向に等間隔に配置した複数の開口を有する。 フィルタートラップは、各々が開放底部及び閉鎖頂部を有する細長円筒状のフィルター管列構造を含む。 各フィルター管の開放底部は環状の支持リングに固定されると共に、支持リングの相当する開口を覆う。 フィルター管の全体に円筒の部分には複数の半径方向孔が形成される。 各半径方向孔は、エコノマイザ内に位置決めした各管同士の空間よりも大きい異物を二次流体流れから除去する寸法を有する。

環状の支持リングはエコノマイザ及び圧力容器の両方またはその少なくとも一方に装着される。 環状の支持リングをエコノマイザまたは圧力容器の一方のみに装着する場合は、環状の支持リングの自由縁部と、エコノマイザまたは圧力容器の何れかとの間の間隙幅をフィルター管の半径方向孔の幅と同じまたはそれ未満とすることにより、フィルター管の半径方向孔よりも大きい異物が環状の支持リングの自由縁部位置の間隙から侵入しないことを保証するべきである。

図１は、本発明の原理を実施し得る従来型貫流蒸気発生器の速報断面図である。

図２は、本発明の異物フィルタートラップを組み込んだ貫流蒸気発生器の下方セクションを表す速報断面図である。

図３は、図２の貫流蒸気発生器の下方セクションの斜視図である。

図４は、本発明の異物フィルタートラップに関わるフィルター管の斜視図である。

図１には従来型の貫流蒸気発生器１０が示され、垂直方向に細型で全体に円筒状を有し、各端部が上方ヘッド１２及び下方ヘッド１３で閉鎖された圧力容器またはシェル１１を含んでいる。 原子炉（図示せず）からの冷却剤の如き高温の一次流体が圧力容器１１を通過し、当該圧力容器内で、圧力容器１１内に送給される水の如き二次流体と間接熱交換される。 一次流体は圧力容器１１の上方ヘッド１２位置でプレナムチャンバ１４に入り、上方管シート１８及び下方管シート２０に受けられた管１６を通過した後、冷却材出口ノズル２２を通して排出され、原子炉に再循環される。

圧力容器１１内には、何れも端部開放され且つ管１６の管束を包囲する、上方シュラウド２４及び下方シュラウド２５が配置される。 上方シュラウド２４にその内側縁部を結合し、その外側縁部を圧力容器１１に結合した環状リングプレート２６が、２本の給水入口ノズル２８を通して導入される流入水を、２本の蒸気出口ノズル３０を通して排出される蒸気から分離させる。

下方シュラウド２５は、一体収納型のエコノマイザセクション３２として機能する構造とされ、圧力容器１１に関して離間して位置決めされ、この離間部分には環状の降水管通路３４を画定する。 環状の降水管通路３４は、下方管シート２０に関して離間して位置決めされ、当該離間部分に、エコノマイザチャンバ３８の底部と連通する流れ空間３６を画定する。 エコノマイザセクション３２は管１６の熱交換表面の一部を包囲する。

給水入口ノズル２８を通して圧力容器１１に入る給水は、環状リングプレート２６の拘束下に環状の降水管通路３４を下方に流れ、流れ空間３６を経てエコノマイザチャンバ３８に流入及び通過し、かくして、エコノマイザチャンバ３８内に配置した熱交換表面の当該部分で管１６を流通する高温の一次流体の熱により余熱される。 従って、給水への吸熱はエコノマイザチャンバ３８流通時に生じる。 加熱され、エコノマイザチャンバ３８を出た給水は高温の一次流体から管１６を介して移行する熱により蒸発される。 また、この上記は管１６の頂部に達する前に過熱される。 生成過熱蒸気は上方シュラウド２４の開放上端４０を出た後、上方シュラウド２４と圧力容器１１の内壁との間で且つ環状リングプレート２６の上方の環状通路４２を下方に流れ、蒸気出口ノズル３０から出る。

図１及び特に図２〜４を参照するに、貫流蒸気発生器１０の一体収納型のエコノマイザセクション３２の内部に位置決めした管１６のセクションへの、圧力容器１１に流入する給水により運ばれる有害異物の侵入を防ぐ異物トラップ４６が示される。 異物トラップ４６は管１６同士の空間よりも大きな異物を給水流れから除去し、かくして、管１６同士間の空間に引っ掛かるに十分大きい粒状異物の、エコノマイザセクション３２への侵入を防止する。 管同士間の空間に引っ掛かった異物は管を損耗及びまたは打損させ得る。

異物トラップ４６は環状の降水管通路３４の底部付近に位置付けられる。 入口ノズル２８を通して圧力容器１１に流入した給水は、異物トラップ４６に強制流通された後、流れ空間３６に排出され、エコノマイザチャンバ３８内に位置決めした管１６のセクションに入る。
異物トラップ４６は、エコノマイザセクション３２の、下方シュラウド２５により画定される如き壁と、圧力容器１１の内壁との間を横断して掛け渡した環状支持リング４８から成り、下方シュラウド２５の下端付近に位置付けられる。 環状支持リング４８はフィルター管５０の管列を支持するプレートであり、各フィルター管は、当該環状支持リングの周囲に沿って円周方向に等間隔で配置されると共に、円筒状の管壁に形成した複数の半径方向孔５２を有することが好ましい。 フィルター管５０の底端は開放され且つ環状支持リング４８を貫いて伸延する相当する開口または孔（図示せず）と整列される。 各フィルター管５０の上端４９は、降水管の給水流れをフィルター管の半径方向孔５２に強制流通させるようにシールされる。

異物トラップの環状支持リング４８は圧力容器１１の内壁またはエコノマイザの、下方シュラウド２５により画定される如き壁の何れかの少なくとも一方に装着する。 仮に当該環状支持リング４８を圧力容器１１またはエコノマイザセクション３２の一方のみに装着する場合は、当該環状支持リング４８の自由縁部をフィルター管の半径方向孔５２の幅と同じまたはそれ未満に維持する必要がある。 これにより、フィルター管の半径方向孔５２よりも大きい異物が環状支持リング４８の周囲の隙間から侵入しないことが保障される。

給水用の異物トラップ４６を横断しての圧力降下を最小化させることで、給水ポンピングパワーを少なくし且つ異物トラップに対する構造的負荷を低減させる。 圧力降下は、フィルター管５０の数及びフィルター管当たりの半径方向孔５２の数を最大化することで低下させる。 また、各半径方向孔５２は、圧力降下を更に最小化させるために入口ジオメトリに勾配付けした輪郭とさせ得る。

本発明の利益には、給水用の異物トラップ４６が、一体型のエコノマイザセクション３２内に位置決めした各管１６間に引っ掛かるに十分大きい異物を阻止し、かくして管の損耗及び打損が最小化され、フィルター管５０の最も下方の半径方向孔５２の列を、環状支持リング４８の高さより十分高く位置決めし得るので、フィルター管５０により濾別された異物が、半径方向孔５２よりも下方の環状支持リング４８の上部に溜まり、かくして、異物がフィルター管５０の半径方向孔５２を損傷させる恐れが最小化される点がある。
圧力容器１１を貫く１つ以上の手孔を設けることで、異物の検査及び除去のための環状支持リング４８の頂部及びフィルター管５０へのアクセスが可能となる。
フィルター管５０はフィルター管５０を使用中の劣化から保護し得る耐侵食及び耐腐食性の鋼材から作製し得る。

フィルター管５０が円筒形状であることにより、仮に送給ラインが破裂した場合に受ける如き圧力負荷はフィルター管内で膜応力及び最小曲げ応力化されるので、フィルター管５０の構造強度が最大化される。 フィルター管５０は、円筒状であることにより、大きな圧力負荷に耐え得る。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

１０ 貫流蒸気発生器１１ シェル、圧力容器１２ 上方ヘッド１３ 下方ヘッド１４ プレナムチャンバ１６ 管１８ 上方管シート２０ 下方管シート２２ 冷却材出口ノズル２４ 上方シュラウド２５ 下方シュラウド２６ 環状リングプレート２８ 給水入口ノズル３０ 蒸気出口ノズル３２ エコノマイザセクション３４ 降水管通路３６ 空間３８ エコノマイザチャンバ４０ 開放上端４２ 環状通路４６ 異物トラップ４８ 環状支持リング４９ 上端５０ フィルター管５２ 半径方向孔