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蒸気発生器

国内特許コード P150011751
掲載日 2015年3月30日
出願番号 特願2012-508874
公表番号 特表2012-526256
登録番号 特許第5450797号
出願日 平成21年6月18日(2009.6.18)
公表日 平成24年10月25日(2012.10.25)
登録日 平成26年1月10日(2014.1.10)
国際出願番号 CN2009000666
国際公開番号 WO2010127471
国際出願日 平成21年6月18日(2009.6.18)
国際公開日 平成22年11月11日(2010.11.11)
優先権データ
  • 200910083490.5 (2009.5.6) CN
発明者
  • ホウ,スウヤン
  • ジウ,ファイミン
  • ウー,シンシン
  • ルオ,シャオウェイ
  • チャン,チェンミン
  • ウー、ツォンシン
  • チャン,ツォイー
出願人
  • 清華大学
発明の名称 蒸気発生器
発明の概要 本発明の蒸気発生器1は熱交換器13、液体ヘッダ11と蒸気ヘッダ12を有する。熱交換器13は複数の構造同一の熱交換組立品2により組立てられる。熱交換組立品2は、螺旋状伝熱管束3、中心筒4とスリーブ5を有する。中心筒4とスリーブ5との間の環状空間において、螺旋状伝熱管は、異なる半径で同軸螺旋状配置により1個また複数の同心熱交換柱面を形成する。液体ヘッダ11の一端は主給水管14に連結され、他端は螺旋状伝熱管束3に連結される。蒸気ヘッダ12の一端は主蒸気管15に連結され、他端は螺旋状伝熱管束3に連結される。
従来技術、競合技術の概要



ランキン(Rankine)サイクルを基礎とする水蒸気動力サイクルは、原子力発電、ガス-蒸気複合サイクル及び石炭発電分野等で汎用されている。これらの分野において、高温高熱水蒸気の発生は、熱エネルギーを動力に変換させるための第一歩である。現在、水蒸気発生用装置としては、主に自然循環式蒸気発生器と、貫流式蒸気発生器の2種類がある。自然循環式蒸気発生器に比べて、貫流式蒸気発生器は、直接に過熱蒸気、及び超高圧・超臨界パラメーター蒸気を発生でき、発電効率が向上されながら、構造がコンパクト化になっている。





貫流式蒸気発生器における受熱水管の配置方式により、直管型と螺旋管型の2種類に分けられる。螺旋管配置に比べて、直管型の貫流式蒸気発生器の構造がより簡易であるが、その熱交換管が、筒体との材料の不一致のため、線膨張が異なり、伝熱管と管板において応力集中となり、装置全体の安全動作に影響を与えるようになってしまう。一方、螺旋管型の貫流式蒸気発生器は、総熱交換面積が大きいが、構造の特徴は応力集中の問題を解決でき、また、空間での伸縮性も一層高められた。





螺旋管型の貫流式蒸気発生器は、上記のメリットがあるため、原子炉発電及び動力分野で広く応用され、主に一体化大螺旋管デザインと、分離モジュール化デザインの2種類がある。





ドイツのTHTR-300トリウム高温ガス冷却炉、アメリカサンクト・ペテルブルグ高温ガス冷却炉、イギリスAGR型原子炉、最新のナトリウム冷却式高速炉さえも、マルチヘッド巻線一体化配置の大螺旋管型貫流式蒸気発生器を用いる。上記蒸気発生器は、コンパクトな構造と、大きい螺旋曲率で体積及び表面検査ができるメリットを有する。一方、該装置の主な問題点は下記の通りである。1)炉外の高温効力試験でデザインを検査できないので、動作中水流側で再配分できず、蒸気温度の不均一を容易に起こす。2)一体化配置の大螺旋管型貫流式蒸気発生器には、各層の螺旋管は、湾曲直径がそれぞれであるため、それに応じて、各層の螺旋管が各自の器具を必要とし、加工費用が高く、かつ周期がとても長い。3)流動励起振動防止のために、より多くの支持板を増加すると、熱交換管と支持板の局部的な応力過大の問題が更に目立つようになる。





ロシアのVG-400、AБTY-ц50、БГP-300炉と清華大学の10MW高温ガス冷却炉は、ともに分離モジュール化貫流式蒸気発生器を採用した。このような蒸気発生器は、主にモジュールのバッチ生産可能による低コストと各モジュールの炉外で高温効力試験を実施できるメリットを有する。しかしながら、上記装置は下記のような問題点がある。1)構造はコンパクト化されていない。2)螺旋管の小さい曲率のため、体積と表面の動作中検査が実施できない。3)管が詰められた際、水流側だけではなく、高温熱媒体側も塞ぐようになる。

産業上の利用分野



本発明は、蒸気動力サイクル技術分野、特に蒸気発生器に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
中心筒とスリーブとの間の環状空間において、異なる半径で同軸螺旋状配置により1個または複数の同心熱交換柱面を形成する螺旋状伝熱管束、前記中心筒と前記スリーブを有する構造が同一である複数の熱交換部品により組み立てられた熱交換器と、
一端が主給水管に連結され、他端が螺旋状伝熱管束に連結される液体ヘッダと、
一端が主蒸気管に連結され、他端が螺旋状伝熱管束に連結される蒸気ヘッダとを有し、
前記螺旋状伝熱管の曲率半径は、管材の体積・表面検知用プローブが螺旋状伝熱管のすべての管路に到達及び通過できるように設定されることを特徴とする、蒸気発生器。

【請求項2】
前記熱交換柱面は、一個または複数の螺旋状伝熱管により構成されることを特徴とする、請求項1に記載の蒸気発生器。

【請求項3】
前記隣接する熱交換面上の螺旋状伝熱管束の巻線方法は、中心筒の軸線方向に沿って、時計回りと逆時計回りに間隔を置いて配列し、または完全に時計回りに配列し、または完全に逆時計回りに配列する方法であることを特徴とする、請求項1に記載の蒸気発生器。

【請求項4】
前記螺旋状伝熱管束、前記中心筒と前記スリーブの横断面は円形または角丸の矩形であることを特徴とする、請求項1に記載の蒸気発生器。

【請求項5】
熱媒体の流動方向おいて、前記液体ヘッダは熱交換器の上流側に配置され、蒸気ヘッダは熱交換器の下流側に配置され、または蒸気ヘッダは熱交換器の上流側に配置され、液体ヘッダは熱交換器の下流側に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の蒸気発生器。

【請求項6】
前記蒸気発生器の配置方式は、立て式、横式、または任意角度の配置方式であることを特徴とする、請求項1に記載の蒸気発生器。

【請求項7】
螺旋状伝熱管ごとに液体ヘッダと連結する部の内部には、固定オリフィス板と取り除き可能なオリフィス板が取付けられ、前記固定オリフィス板は、螺旋状伝熱管束内の2相流体流動の安定性を確保し、各螺旋状伝熱管の抵抗を均一させ、前記取り除き可能なオリフィス板は、一つの螺旋状伝熱管が効かなくなった後、無効となった螺旋状伝熱管が所在する螺旋柱面にある他の螺旋状伝熱管の取り除き可能なオリフィス板を取り除くことにより、螺旋管内の流量を再配分することを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の蒸気発生器。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2012508874thum.jpg
出願権利状態 登録
分野
  • 機械工学;照明;加熱;武器;爆破
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