JP4953567B2 - 凸状の底部を有する熱交換器、特に蒸気発生器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、特に加圧水型原子炉のための蒸気発生器であって、底部が平坦又は凸状であるような水室を有する蒸気発生器に関する。

加圧水によって冷却される原子炉は、原子炉の加圧冷却水との熱交換によって、給水を加熱して蒸発させる蒸気発生器を含んでいる。冷却水は、蒸気発生器の一次側部分を通って循環するが、かかる一次側部分は、管束である熱交換管の内容積と、管束における各管に一次側冷却水を分配すると共に管に沿って流れ終えた一次側冷却水を回収するための１又は複数の水室と、から構成されている。また、蒸気発生器は、管束を取り囲んで蒸気発生器の二次側部分を形成する、外側ケーシングを備えていて、かかる二次側部分においては、導入された給水が、管束の外面に接触して流れ、加熱されて蒸発して、蒸気発生器の二次側部分にて回収された蒸気は、残留水分を分離され乾燥された後に、発電タービンへ送り届けられる。

加圧水型原子炉における蒸気発生器は、管板に貫設された孔にそれぞれの端部が固定されてなる、Ｕ字形の管の管束を有していて、各管は、管板の下方に固定された水室における第１の区画室に開いている第１の端部と、該水室における第２の区画室に開いている第２の端部と、を有している。水室における２つの区画室は、仕切板によって互いに分離されている。そうした状況の下、蒸気発生器が運転状態の配置にあるときには、蒸気発生器の軸線は垂直に配されて、水室は蒸気発生器の底部部分を構成するが、かかる軸線は、略円筒形である外側ケーシングの軸線、管束の軸線、及び管板の軸線と共通する軸線である。
また、加圧水型原子炉における別の蒸気発生器は、直線状の管を有する蒸気発生器になっていて、平行な管束をなす各管における端部が、第１及び第２の管板にそれぞれ貫設された孔に固定され、第１及び第２の管板のそれぞれには第１の水室と第２の水室とが固定されている。蒸気発生器はさらに、管束を取り囲む外側ケーシングを備えていて、第１の管板と第２の管板との間には、蒸気発生器における二次側部分が形成される。

運転状態においては、蒸気発生器の軸線は垂直にされる。片方の水室は、蒸気発生器の底部端、つまり第１の管板の下方に配置され、第２の水室は、第２の管板の上方、つまり蒸気発生器の上端に配置される。第１の水室は、原子炉の一次側冷却水を蒸気発生管の束に分配し、蒸気発生器の上端にある第２の管板に固定された、第２の水室は、管束に沿って流れ終えた冷却水を回収する。
加圧水型原子炉の蒸気発生器における水室は、略半球形又は円筒−半球形であるような、円形対称な壁を有していて、かかる壁は対応する管板に対して同心に配置されて組み付けられる。

それぞれの水室における円形対称な壁には、一次側冷却水が水室に流入するための開口、または、冷却水が水室から流出するための開口が穿設されていると共に、点検口ないしマンホールを構成する開口も穿設されている。
蒸気発生器の底部端に配置される蒸気発生器の水室、すなわち、Ｕ字形の管を有する蒸気発生器にあっては２つに区画された単一の水室であり、また、直管を有する蒸気発生器にあっては、管束の各管に一次側冷却水を分配する水室であるが、かかる水室の壁に設けられる貫通開口は、蒸気発生器の軸線から横に離れてオフセットしていて、これら開口の軸線は蒸気発生器の軸線に対して傾斜している。
Ｕ字形の管を有する蒸気発生器においては、水室における各区画室が、原子炉の一次側回路に結合される連結管を受けるためのひとつの開口と、マンホールを構成するもうひとつの開口とを有している。
直管を有する蒸気発生器においては、蒸気発生器の底部端に位置する水室は、一次側回路に結合される１本又は２本の管を受けるための１つ又は２つの開口と、少なくともひとつの点検口となる開口とを有している。

蒸気発生器の底部端に配置される水室における壁は、蒸気発生器の軸線のまわりに、蒸気発生器の軸線から外れて配置された貫通孔の内縁との間に、中央部分を有していて、かかる中央部分は全体に堅固であって、以下、これを蒸気発生器の“底部”と称することにする。蒸気発生器の底部における内面は、凹面になっていて、水室の壁に設けられた貫通孔の内縁に対して接線であるような、直線輪郭によって形成される。Ｕ字形の管を有し、半球形の水室を有する蒸気発生器においては、仕切板は実質的に半円形状になっていて、蒸気発生器の軸線を含む平面に配置され、蒸気発生器の底部にて、底部内面の直径領域に載置される。
原子炉を停止させて、蒸気発生器の保守又は修繕作業を行なう場合には、一次側回路に含まれる冷却水をクールダウンして減圧させた後、蒸気発生器を完全に空にすることが必要である。
蒸気発生器における最も下部である底部の内面に凹面が存在しているため、いくらかの原子炉の一次側冷却水は底部部分に残ってしまい、連結管やマンホールを介して取り除くことはできない。一般的なやり方としては、連結管の内側部分ないしマンホールの内側部分と、蒸気発生器の底部における凹面状の内面との間において、水室の壁を貫通するように、“ドレン”と称される通路を設ける。しかしながら、蒸気発生器の底部に収容された一次側冷却水のすべてを吸い出せるように、水室の壁に、又は壁に取り付けられた部分に、ドレンを機械加工することは不可能である。残留する冷却水は、放射性粒子を含んでいるので、蒸気発生器を保守及び修繕する作業は複雑化すると共に、保守又は修繕を行なうオペレータが被爆する放射線量率は極めて高くなる。

従って、蒸気発生器、又はより一般的に放射性物質若しくは有害物質を含む可能性のある熱交換器において、これを空にした後に、残留冷却水が存在することを回避できることが要望される。

米国特許第４，６５３，４３５号が開示している装置は、管板の付近に配置された孔を通して囲みの中に挿入可能であるような、少なくともひとつの組立体を備えている。前記組立体は、孔を通してケーシングの中へ挿入可能であるような屈曲部分を有してなる吸引管であって、その形状は、板の直近にて終端し、囲みと管のスタック及び管の内側に配置された導管の間において、洗浄液体の供給源に結合すべく、管板に対して軽く触れる経路に沿って、囲みの円周方向において、管の横方向に水を放射するノズルで終端している。

米国特許第３，５０３，３７３号が開示している垂直蒸気発生器は、環状の降水管の通路を、蒸気発生空間を取り巻くように有しており、その外周を管状の外側シェルによって形成され、その内周を蒸気発生空間を形成する管状の壁によって形成されていて、液体が降水管の通路の下方へ流れるのを制限するためのリング形の部材を備えている。リング部材は好ましくは、調節可能に支持されていて、蒸気発生器の流体力学的な不安定性に打ち勝つように、荷重変動に対する感受性が低くなるように、必要に応じて制限効果を調節する。

米国特許第４，６５３，４３５号 米国特許第３，５０３，３７３号

従って、本発明の目的は、熱交換器、特に蒸気発生器であって、この熱交換器が、軸線を有する略円筒形である外側ケーシングであって、該軸線は熱交換器が運転状態にあるときに垂直な配置になる熱交換器の軸線を構成するような上記外側ケーシングと、互いに及び熱交換器の軸線に対して平行であるような直線状の部分を、外側ケーシングの内側に有している管の束と、貫通孔を有する少なくともひとつの管板であって、該貫通孔のそれぞれに束をなす管の一端が固定され、該管板は外側ケーシングの片端に組み付けられるような上記管板と、熱交換器の軸線を中心として円形対称であるような壁を有している、少なくともひとつの水室であって、熱交換器の底部において管板に固定されるような上記水室と、熱交換器の軸線から横方向にオフセットした位置において、水室の壁を貫通しているような少なくともひとつの開口とを備え、水室の壁は、熱交換器の軸線のまわりに位置する中央部分を備えた内面を有し、熱交換器の堅固な底部における内面を構成しているような、上記熱交換器において、管束と水室とから構成される蒸気発生器の一次側部分に含まれている、熱交換流体を完全に空にできるような、前記熱交換器を提供することである。

この目的を達成するために、熱交換器がその軸線を垂直にした運転状態にあるときに、熱交換器の堅固な底部における、実質的に熱交換器の軸線上に配置された、少なくともひとつの中心点が、熱交換器の底部の内面を構成している各点に比べ、最も高いレベルを構成していて、底部の内面を構成している各点が、底部の内面における最も高いレベルにある頂点と、熱交換器の軸線に対して平行であるような軸線と、約８０゜であるような頂点半角と、を有しているような円錐面の上方に配置されていることを特徴としている。
本発明による熱交換器は、以下の特徴を独立して、又は組み合わせて備えることができる。すなわち、
・蒸気発生器の底部における内面が、屋根形状に形成されていて、該屋根形状は、中心点を含む水平な棟と、２つの下向きに傾斜した平面部分とを有していて、該平面部分は、水平な棟から、少なくともひとつの開口を開かれて有してなる底部の周辺部分の面へ向けて、水平面に対して０．５゜〜１０゜の範囲の角度にて傾斜していること、
・熱交換器の底部における内面が、中心点を頂点とし、蒸気発生器の軸線を軸線とし、頂点半角が８０゜を越えるような錐面になっていること、
・熱交換器の底部における内面が、中心点を含むような、実質的に水平である平面になっていること、
・蒸気発生器の底部における内面が、円筒面になっていて、該円筒面は、蒸気発生器の軸線に交差するような水平軸線と、中心点を通過するような母線とを有していること、及び、
・熱交換器の底部における内面が、球面である帽子状になっていて、該球面は、その頂部を中心点に有し、その輪郭は、水室の壁を貫通している開口の内縁に対して接線をなすようになっていること、である。

特に、本発明によれば、
・熱交換器が、Ｕ字形の管の束を有する蒸気発生器を構成していて、熱交換器の軸線を含む平面上に配置され、水室の堅固な底部における内面に載置された仕切板によって、２つの区画室に分割されてなる単一の水室を備え、束をなす管のそれぞれは、水室における第１の区画室に開かれるべく管板に貫通されてなる第１の端部と、水室における第２の区画室に開かれるべく管板の開口に係合されてなる第２の端部と、を有しているような上記熱交換器において、屋根形状における水平な棟は、仕切板が配置された軸線平面上にある中心点を含んでいて、屋根形状における傾斜した平面部分のそれぞれは、水室における区画室のそれぞれひとつに配置されて、水平な棟から区画室の底部の周辺へ向けて下向きに傾斜しているような区画室の底部を構成しており、区画室の底部の周辺には水室の壁に貫設された少なくともひとつの開口の内縁が位置している、ことを特徴とする熱交換器、及び、
・熱交換器が、直管型の蒸気発生器を構成し、第１の水室と第２の水室とを備えていて、直管型の熱交換器の端部に配置される第１の水室は、熱交換器の運転状態において底部に配置されているような熱交換器において、熱交換器の底部端に配置された第１の水室の内面が、平坦状又は凸状である、ことを特徴とする熱交換器、が提供される。
本発明を良く理解できるように、以下、添付図面を参照しつつ、従来技術及び本発明の双方に従った、加圧水型原子炉のための蒸気発生器について、例示的に説明する。

図１において、符号１は蒸気発生器の全体を示していて、この蒸気発生器１を構成している外側ケーシング２は、蒸気発生器の管３の束を収容している底部部分２ａと、部分２ａに比べて大きい直径であって、水分分離器と蒸気乾燥器とを収容している上部部分２ｂとを有している。
蒸気発生器における管９の束３は、それらの端部を円形の厚い管板４に固定されていて、この管板は、図１に示すように、蒸気発生器の軸線８を垂直にした、蒸気発生器の運転状態において、蒸気発生器の底部部分を構成する水室５の、半球形である壁６に溶接されて固定されている。
蒸気発生器の水室５は、蒸気発生器の軸線１８を含む平面に配置されて、水室の壁６の内面に固定されてなる仕切板１７によって、第１の区画室５ａと第２の区画室５ｂとに分割されている。
水室５の壁６には、符号１５のような開口が穿設されていて、該開口は、加圧下において冷却水が流れる原子炉の一次側回路に、水室を結合するための管を受ける。水室の壁にはまた、点検開口ないしマンホール１６も穿設されている。
水室における区画室５ａ及び５ｂのそれぞれについて、水室を一次側回路に結合するためのひとつの開口１５と、点検口ないしマンホール１６を構成する、もうひとつの開口とが設けられる。
連結管を介して水室を一次側回路に結合するための開口１５と、点検開口１６とのそれぞれが有する軸線１１及び１２は、図１に示すような蒸気発生器の軸線断面において、蒸気発生器の軸線８に対して鋭角をなすように傾斜していて、開口１５及び１６は、蒸気発生器の軸線８から横方向にオフセットしている。

連結管を有する開口１５の軸線１１と、点検開口１６の軸線１２とはそれぞれ、蒸気発生器の軸線８に対して、傾斜角度αとβとを形成していて、これらの角度は一般的に異なる大きさであり、また、開口１５の直径は点検開口１６の直径に比べて大きくなっている。
水室５の壁６は、軸線８のまわりにおいては、堅固な部分１４を呈していて、軸線８から外れた開口１５及び１６の内縁にまで延在している。堅固な壁１４は、蒸気発生器の最下部ないし底部を構成している。
管板４は、極めて多数の（約５０００の）貫通孔１３を有していて、これらのそれぞれが、束をなす管９におけるひとつの端部部分を受け入れる。管９の束３は外側ケーシング２の内部に配置され、その底部端は、一般に束ケーシング７の内側において、管板４に溶接されている。蒸気発生器への給水は、束ケーシング７の上端に、給水環１８を介して、蒸気発生器の二次側部分に導入される。

図２は、図１の拡大図で、蒸気発生器の底部部分を示していて、管板４と、管板４と一体をなす結合リング１９に半球形の壁６を溶接された水室５とを含んでいる。水室５は、円筒−半球形の形状になっていて、仕切板１７によって２つの区画室５ａ及び５ｂに分割されており、仕切板の円形の周縁は、２つの直線状の部分にて終端していて、水室５の壁６における内面に取り付けられ固定されている。仕切板における円形の接合領域は、蒸気発生器の堅固な底部１４における最下部の中央部分に支持されている。
図２は、水室５の壁６に取り付けられる又は該壁と一体をなす管を介して、水室を一次側回路に結合するための、２つの開口１５ａ及び１５ｂを示している。
蒸気発生器の堅固な底部１４における凹面状の内面１４ａは、球形の帽子状の形態になっていて、蒸気発生器を完全に空にし終えた後には、この帽子状の部分は、仕切板１７の両側に、２つの皿状のへこみを構成して、蒸気発生器の底部には、一次側冷却水及び放射性の残骸２０が取り残される。水室における開口１５ａ及び１５ｂの連結管の内部において、前記管１５ａ及び１５ｂの内側ボアと、蒸気発生器の底部１４の中央領域に対して可能な限り近い領域との間には、ドレン２１が機械加工されていて、蒸気発生器の底部に取り残される残留水２０及び残骸の量が最小限になるように吸い出せるようになっている。それにもかかわらず、図２から分かるように、水室の底部に収容されているすべての残留水及び残骸を吸い出せるような、ドレン２１を提供することは不可能である。

図３は、本発明による蒸気発生器の底部部分を示していて、底部１４の内面１４ａが凸状になっていることで、蒸気発生器の一次側部分を完全に空にし終えた後に、蒸気発生器に残留水が存在することを回避する。
図２及び図３において、対応する要素には同一の符号を付している。
底部１４の内面１４ａは、開口１５ａと１５ｂとの内縁１５’ａと１５’ｂとの間に、また、水室の各区画室５ａ及び５ｂにおける点検開口１６の内縁（図３には示されていない）の間に位置していて、内縁とは、開口における、蒸気発生器の軸線８に最も近い部分である。
底部１４における内面１４ａの輪郭は、水室の壁６に設けられた貫通孔の内縁に対して接線であるような、閉曲線によって形成される。

図３に示した実施形態では、蒸気発生器の底部１４における内面１４ａは、２つの平坦な面２２ａ及び２２ｂから構成されていて、これらの面は、水平面に対して互いに反対方向に傾斜していて、図３の紙面に対して垂直で図３の紙面と点Ｏにて交差するような水平な棟から、水室５の壁６を貫通する開口の内縁に対して接線であるような周縁へと、延びている。底部１４の内面１４ａにおける２つの平面部分２２ａ及び２２ｂは、点Ｏによって表わされる水平な棟に沿った最も高いレベルを有していると共に、それらの最も低いレベルは、内面１４ａの輪郭に追従していて、これらの面は、水平に対して例えば約０．５゜〜１０゜の浅い角度で傾斜している。従って、底部１４の内面１４ａは概略、極めて小さい角度の２つの斜面をもった屋根の形状になっている。
仕切板１７の底部部分は、面２２ａ及び２２ｂによって形成される屋根における、水平な棟の隣接部分に対して正確に圧接されるように、機械加工されている。仕切板１７によって占有される垂直な直径平面は、点Ｏによって示される屋根の棟と、交差している。
２つの斜面を有するような底部１４の内面１４ａを得るには、水室の壁１６と一体的にこれを鍛造するか、及び／又は、機械加工によって２つの斜面２２ａ及び２２ｂを極めて高い精度に形成する。これとは対照的に、底部１４の外面は任意の形状で良くて、例えば、従来技術の蒸気発生器の如く、凸状な球形の帽子状であるか、または、図３に示す如く、一部に円錐台の面１４ｂを有する、皿を逆さにしたような形態として、底部１４の厚みを減少させても良い。

上述の、底部１４の内面１４ａについての、２つの斜面をもった屋根の形状は、本発明による蒸気発生器の底部がどのように提供されるのかを示した単なる一例である。
より一般的には、本発明による蒸気発生器の底部における内面１４ａは、以下のように定義することができる。
底部１４の内面１４ａが、底部１４の内面１４ａを構成している各点に対して垂直方向に最も高いレベルにあるような、少なくともひとつの点を蒸気発生器の軸線８近くの中央部分に位置させて含んでいる。
上述の如く、２つの斜面をもつ屋根状に形成した場合には、面１４ａは、図３において点Ｏで表わされ、面１４ａの最も高いレベルを構成している、直径方向に位置する各点から構成されている。

蒸気発生器の実質的に軸線８上にある、点Ｏは、本発明による蒸気発生器の底部について、あらゆる内面１４ａを定義するのに適当な、基準点を構成する。
中心点Ｏから始めて、円錐形の面２３は、その頂点を点Ｏに有し、その軸線を蒸気発生器の軸線８に対して平行に有し、実質的に８０゜に等しい頂点の半角γを有するものとして定義される（図３では、円錐形２３を明瞭に示すため、角度γは８０゜よりもかなり小さくなっている。）。本発明による蒸気発生器の底部１４における内面１４ａを構成する各点は、上述のように得られた円錐面２３の上方に位置しなければならない。

（実施例１）
第１の特定の事例による、蒸気発生器の底部における内面１４ａは、点Ｏを通過し、もって点Ｏにて表わされる水平直径線を通るような水平面であって、符号１５及び１６などの開口の内縁又はその近傍を通り過ぎる。

（実施例２）
第２の例は、２つの斜面を有する屋根の形態の面であって、水平な棟の線は点Ｏにて表わされ、傾斜角度は０．５゜〜１０゜の範囲である。
Ｕ字形の管を有し、水室が仕切板によって２つの区画室に分割されているような、蒸気発生器にあっては、仕切板は軸線と屋根の棟とを含む平面を占有し、２つの平坦部分は、それらが仕切板の各面に交差する箇所から、対応する区画室の底部の周辺部分へと、下向きに傾斜していて、符号１５及び１６のような開口が内縁を経て開口している。

（実施例３）
第３の例による面１４ａは、円錐形の面であって、面１４ａにおいて最も高いレベルに位置する中心点Ｏにその頂点を有し、蒸気発生器の軸線に対して平行であるような軸線を有し、８０゜以上の頂点の半角を有している。

（実施例４）
第４の例による底部１４の内面１４ａは、円筒の一部分になっていて、該円筒は蒸気発生器の軸線に略交差するような水平軸線と、極めて大きい曲率半径とを有していて、そのひとつの母線を点Ｏに通過させている。

（実施例５）
第５の例による、本発明に従った蒸気発生器の底部１４のための内面１４ａは、球面である帽子状になっていて、その頂部は点Ｏに配置され、帽子状の残りの部分は、円錐面２３の完全に上方に配置されていて、帽子は、底部１４の内面１４ａの周辺へ追従するような縁を有している。
いずれの事例においても、仕切板１７の底縁の形状は、仕切板１７が占有する軸線平面上において、底部１４における内面１４ａの部分に合致する形状でなければならない。
蒸気発生器の一次側部分を空にしたとき、冷却水や残骸の痕跡はまったく取り残されることがないが、というのは、それらは底部１４の内面１４ａに設けられた傾斜によって、連結管や点検口へ向かって運ばれるためである。
実質的に平坦であるような面１４ａにあっても、完全に滑らかに機械加工された面を用いるならば、たとえ全く斜面になっていなくとも、蒸気発生器の底部に冷却水の痕跡を実質的に完全に残さないことが可能になる。
これらの結果は、片端を水室の壁６に貫設された開口のボアに開かれて、他端を底部１４の内面１４ａに開かれているようなドレンを使用せずに、得ることができる。それにもかかわらず、吸い出しや吹き出しによって冷却水の除去をさらに改善すべく、そうしたドレンをあえて併用することもできる。

図４は、加圧水型原子炉のための直管を有する蒸気発生器を示していて、図４に示した直管の蒸気発生器と、図１に示したＵ字形管の蒸気発生器とにおいて、対応する要素には同一の符号を付している。特に、符号１は蒸気発生器の全体を、符号２は外側ケーシングを、符号３は束を、符号９は管束における管を、それぞれ示している。直管の蒸気発生器１は、第１の管板４’と第２の管板４”とを開口を貫設されて有していて、各開口は束３をなす管９の片端を受け入れて固定する。

蒸気発生器の束３は、外側ケーシング２の内側に配置されていて、該ケーシングの両端部は、第１の管板４’と第２の管板４”とにそれぞれ結合されている。
第１の水室５’は、半球形又は円筒−半球形である壁から構成されていて、これを溶接によって第１の管板４’に固定されている。
第２の水室は、半球形又は円筒−半球形である壁から構成されていて、これを第２の管板４”に固定されている。

図４において、蒸気発生器１は運転状態の配置にて示されていて、蒸気発生器の底部部分を構成している第１の水室５’は、原子炉からの冷却水を、蒸気発生器の束３をなす管に流入させる。第１の水室５’の壁６’には、壁６’が原子炉の一次側回路への１本の連結管を有するか２本の連結管を有するかに応じ、１つ又は２つの開口１５’が穿設されていると共に、点検開口ないしマンホールを構成する開口１６’が穿設されている。水室５’の壁６’において、軸線８のまわりの中央部分は、開口１５’及び１６’の内縁によって形成されていて、蒸気発生器の最下部に配置される、蒸気発生器の堅固な底部を構成している。

図４に示した本発明による、直管の蒸気発生器の特徴は、堅固な底部１４における内面１４ａが、上述したＵ字形の管を有する蒸気発生器と同じ特徴を有していることである。面１４ａは、最も高いレベルに少なくともひとつの中心点Ｏを含み、面１４ａのすべての点は、点Ｏに頂点を有し、蒸気発生器の軸線８と平行な軸線を有し、実質的に８０゜に等しい頂点の半角を有するような、円錐の上方に位置している。
直管の蒸気発生器において底部１４における内面１４ａは、前述したような、屋根の形態でも良いし、平坦でも良いし、円錐形でも良いし、球形でも良いし、又は円筒形でも良い。
蒸気発生器の上部にある水室は変更されない、というのは、蒸気発生器を空にしたときに、冷却水が取り残される可能性のある部分を全く含んでいないためである。
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
蒸気発生器の底部は、上述した一般的条件を満足するならば、あらゆる任意の形状、すなわち前述したもの以外の形状、を呈することができる。それにもかかわらず、底部の内面は、連続的であることが必要で、好ましくは傾斜していて、蒸気発生器を空にしたときに水や放射性の残骸を保持するおそれがあるような、いかなる窪みをも有するべきでない。
蒸気発生器の底部における内面の形状を変更すると、水室の総容積が減少する傾向がある。かかる容積の減少を補償するためには、例えば、円筒−半球形である水室における円筒形の部分をより長くする。
一般的に、本発明は、Ｕ字形の管又は直線的な管を有する、加圧水型原子炉のための蒸気発生器だけに適用されるものではなく、運転状態において底部となる端部に水室を有し、水室が、結合開口や点検開口同士の間に、堅固な底部を有しているような、あらゆる任意の熱発生器に適用することができる。

図１は、従来技術による、加圧水型原子炉のための、Ｕ字形の管を有する蒸気発生器を示した軸線断面図である。 図２は、図１に示した従来技術による蒸気発生器の水室について、拡大して示した断面図である。 図３は、図２と同様な軸線断面図であって、本発明による蒸気発生器の水室について示している。 図４は、本発明による、直線状の管を有する蒸気発生器を示した軸線断面図である。

Claims (8)

1. 熱交換器、特に蒸気発生器であって、この熱交換器が、軸線（８）を有する略円筒形である外側ケーシング（２）であって、該軸線（８）は熱交換器（１）が運転状態にあるときに垂直な配置になる熱交換器（１）の軸線を構成するような上記外側ケーシングと、互いに及び熱交換器の軸線（８）に対して平行であるような直線状の部分を、外側ケーシングの内側に有している管（９）の束（３）と、貫通孔を有する少なくともひとつの管板（４）であって、該貫通孔のそれぞれに束（３）をなす管（９）の一端が固定され、該管板は外側ケーシング（２）の片端に組み付けられるような上記管板と、熱交換器（１）の軸線（８）を中心として円形対称であるような壁（６）を有している、少なくともひとつの水室（５）であって、熱交換器（１）の底部において管板（４）に固定されるような上記水室と、熱交換器（１）の軸線（８）から横方向にオフセットした位置において、水室の壁を貫通しているような少なくともひとつの開口（１５，１６）とを備え、水室（５）の壁（６）は、熱交換器（１）の軸線（８）のまわりに位置する中央部分（１４ａ）を備えた内面を有し、熱交換器（１）の堅固な底部（１４）における内面を構成しているような、上記熱交換器において、熱交換器（１）がその軸線（８）を垂直にした運転状態にあるときに、熱交換器の堅固な底部の内面における、実質的に熱交換器（１）の軸線（８）上に配置された、少なくともひとつの中心点（Ｏ）が、熱交換器（１）の底部（１４）の内面（１４ａ）を構成している各点に比べ、最も高いレベルを構成していて、底部（１４）の内面（１４ａ）を構成している各点が、底部（１４）の内面（１４ａ）における最も高いレベルにある頂点（Ｏ）と、熱交換器（１）の軸線（８）に対して平行であるような軸線と、約８０゜であるような頂点半角と、を有しているような円錐面（２３）の上方に配置されていることを特徴とする熱交換器。
2. 蒸気発生器の底部（１４）における内面（１４ａ）が、屋根形状に形成されていて、該屋根形状は、中心点（Ｏ）を含む水平な棟と、２つの下向きに傾斜した平面部分とを有していて、該平面部分は、水平な棟から、少なくともひとつの開口（１５，１６）を開かれて有してなる底部（１４）の周辺部分の面（１４ａ）へ向けて、水平面に対して０．５゜〜１０゜の範囲の角度にて傾斜している、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 熱交換器（１）の底部（１４）における内面（１４ａ）が、中心点（Ｏ）を頂点とし、蒸気発生器の軸線（８）を軸線とし、頂点半角が８０゜を越えるような錐面になっている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 熱交換器（１）の底部（１４）における内面（１４ａ）が、中心点（Ｏ）を含むような、実質的に水平である平面になっている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 蒸気発生器の底部（１４）における内面（１４ａ）が、円筒面になっていて、該円筒面は、蒸気発生器の軸線（８）に交差するような水平軸線と、中心点（Ｏ）を通過するような母線とを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 熱交換器（１）の底部（１４）における内面（１４ａ）が、球面である帽子状になっていて、該球面は、その頂部を中心点（Ｏ）に有し、その輪郭は、水室（５）の壁（６）を貫通している開口（１５，１６）の内縁に対して接線をなすようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
7. 熱交換器が、Ｕ字形の管（９）の束（３）を有する蒸気発生器を構成していて、熱交換器（１）の軸線を含む平面上に配置され、水室の堅固な底部（１４）における内面（１４ａ）に載置された仕切板（１７）によって、２つの区画室（５ａ，５ｂ）に分割されてなる単一の水室（５）を備え、束（３）をなす管（９）のそれぞれは、水室（５）における第１の区画室に開かれるべく管板（４）に貫通されてなる第１の端部と、水室（５）における第２の区画室に開かれるべく管板（４）の開口に係合されてなる第２の端部と、を有しているような上記熱交換器において、屋根形状における水平な棟は、仕切板（１７）が配置された軸線平面上にある中心点（Ｏ）を含んでいて、屋根形状における傾斜した平面部分のそれぞれは、水室（５）における区画室（５ａ，５ｂ）のそれぞれひとつに配置されて、水平な棟から区画室の底部の周辺へ向けて下向きに傾斜しているような区画室の底部を構成しており、区画室の底部の周辺には水室（５）の壁（６）に貫設された少なくともひとつの開口（１５，１６）の内縁が位置している、ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
8. 熱交換器が、直管型の蒸気発生器を構成し、第１の水室と第２の水室とを備えていて、直管型の熱交換器（１）の端部に配置される第１の水室（５’）は、熱交換器（１）の運転状態において底部に配置されているような熱交換器において、熱交換器（１）の底部端に配置された第１の水室の内面（１４ａ）が、平坦状又は凸状である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。

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