JP2010066191A - 中間熱交換器及び高速増殖炉プラント - Google Patents

Abstract

【課題】構造を単純化できる中間熱交換器を提供する。
【解決手段】中間熱交換器８は、内胴１０、外胴９、伝熱管１３及び中央管１５を備える。内胴１０は、上部が外胴９内に配置され下部が外胴９の外部に配置される。内胴１０の軸心に配置された中央管１５の上端部が外胴９に取り付けられ、外胴９に取り付けられたフローシュラウド１４が中央管１５の周囲に配置される。内胴１０とフローシュラウド１４の間の内胴領域４５に配置された伝熱管１３は内胴１０に設けられた上部管板１１及び下部管板１２に取り付けられる。環状のヘッダ部１８が、外胴９と内胴１０の間に形成され、内胴１０の開口部４３を通して内胴領域４５に連絡される。一次冷却材は、ヘッダ部１８、開口部４３、内胴領域４５、中央管１５及び一次冷却材出口ノズル１７の順に流れる。一次冷却材は内胴領域４５において伝熱管１３内を流れる二次冷却材を加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、中間熱交換器及び高速増殖炉プラントに関する。

高速増殖炉プラントは、特開昭５９−９２３９４号公報及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載されているように、原子炉容器と中間熱交換器の間で一次系冷却材である１次ナトリウムを循環させる一次冷却系、中間熱交換器と蒸気発生器の間で二次系冷却材である２次ナトリウムを循環させる二次冷却系、蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気配管により高圧タービン及び低圧タービンに供給し、低圧タービンから排出された蒸気を復水器で凝縮することによって生じた給水を給水配管により蒸気発生器に戻す給水・主蒸気系の三系統を備えている。給水配管には、複数の給水加熱器及び給水ポンプが設けられている。高圧タービン及び低圧タービンは蒸気によって回転され、高圧タービン及び低圧タービンに連結された発電機が駆動されて発電される。

特開昭５９−９２３９４号公報及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載された高速増殖炉プラントは、ループ型の高速増殖炉プラントである。ループ型の高速増殖炉プラントは、炉心を内蔵する原子炉容器、中間熱交換器及び一次主循環ポンプを一次冷却系配管によって接続すると共に、中間熱交換器、蒸気発生器及び二次主循環ポンプ７を二次冷却系配管によって接続しているので、構造を単純化することができ、各機器間の冷却材の移動及び荷重の伝達が配管を介してのみ行われる。

特開昭５９−９２３９４号公報及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載された高速増殖炉プラントに設けられた中間熱交換器は、外胴内(外胴内)に内胴(内胴)を配置している。内胴内に複数の伝熱管が配置され、これらの伝熱管の上端部が内胴の上端部に設けられた上部管板に取り付けられ、各伝熱管の下端部が内胴の下端部に設けられた下部管板に取り付けられている。外胴と内胴の間に形成された環状空間は、シール部材によって上部環状空間と下部環状空間に分離されている。上部環状空間は、ヘッダ部であり、外胴に設けられた一次系入口ノズルに連絡され、さらに、内胴の上端部に形成された複数の開口部を介して、内胴内の伝熱管が配置された領域に連絡される。下部環状空間は、一次冷却材通路であり、外胴に設けられた一次系出口ノズルに連絡され、さらに、内胴の下端部に形成された複数の開口部を介して、内胴内の伝熱管が配置された領域に連絡される。

特開昭５９−９２３９４号公報の第２図に記載された中間熱交換器では、一次冷却材が伝熱菅の外を流れ、二次冷却材が伝熱菅の中を流れている。特開昭５９−９２３９４号公報の第４図及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載された中間熱交換器では、二次冷却材が伝熱菅の外を流れ、一次冷却材が伝熱菅の中を流れている。特開２００２−３４１０８０号公報に記載された中間熱交換器は、内部に一次主循環ポンプを設けている。

特開２００２−３４１０８０号公報は、一次主循環ポンプを内蔵した中間熱交換器もまた記載している。

ループ型の実用高速増殖炉プラントに採用する革新技術として、１３の技術開発課題が選定されている。これらの選定された１３の技術開発課題は、日本原子力開発機構、ＦＢＲサイクル実用化研究開発−ＦａＣＴプロジェクトが始動、ＦＢＲ技術に関する研究開発、佐賀山豊ほか、原子力ｅｙｅ、Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．３，２００７年３月号、２６頁の図１に記載されている。これらの技術開発課題は、以下の通りである。

経済性に係る課題としては、建屋容積及び物量の削減、及び高燃焼度化による長期運転サイクルの実現がある。建屋容積及び物量の削減に関しては、（１）配管短縮のための高Ｃｒ鋼の開発、（２）システム簡素化のための冷却系の２ループ化、（３）一次冷却系簡素化のためのポンプ組込型中間熱交換器の開発、（４）原子炉容器のコンパクト化、（５）システム簡素化のための燃料取扱系の開発、及び（６）物量削減と工期短縮のための格納容器の小型化が挙げられている。また、高燃焼度化による長期運転サイクルの実現に関しては、（７）高燃焼度化に対応した燃料被覆管の開発が挙げられている。

信頼性向上に係る課題は、ナトリウムの取扱技術に関するものであり、（８）配管２重化によるナトリウム漏洩対策の強化、（９）直管２重伝熱管蒸気発生器の開発、及び（１０）保守及び補修性を考慮したプラント設計が挙げられている。

安全性向上に係る課題としては、炉心安全性の向上と建屋の免震技術とがある。炉心安全性の向上に関しては、（１１）受動的炉心停止と自然循環による炉心冷却、（１２）炉心損傷時の再臨界回避技術の開発が挙げられている。また、建屋の免震技術に関しては、（１３）建屋の３次元免震技術が挙げられている。

特開昭５９−９２３９４号公報 特開２００２−３４１０８０号公報 日本原子力開発機構、ＦＢＲサイクル実用化研究開発−ＦａＣＴプロジェクトが始動、ＦＢＲ技術に関する研究開発、佐賀山豊ほか、原子力ｅｙｅ、Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．３，２００７年３月号、２６頁

発明者らは、上記した技術開発課題のうち、「一次冷却系簡素化のためのポンプ組込型中間熱交換器の開発」に対する検討を行った。この検討の中で、発明者らは、中間熱交換器において、伝熱菅を取り囲む内胴と内胴を取り囲む外胴の間に形成される間隙部に配置されるシール部材に着目した。このシール部材としては、内胴と外胴の半径方向における熱膨張の違いを吸収するために、通常、シールベローズを用いている。温度差のある冷却材がシールベローズを介して接触するので、シールベローズが熱応力により破損する可能性がある。さらに、ベローズは、シール性を担保するために、内胴の外面と外胴の内面にそれぞれの全周にわたって取り付ける必要があり、取り付けがかなり面倒である。

本発明の目的は、構造を単純化できる中間熱交換器及び高速増殖炉プラントを提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、外胴と、前記外胴内に配置され、前記外胴の下端より下方に伸びている内胴と、前記外胴の上端部に設けられ、前記内胴内に達している筒状のシュラウドと、前記内胴と前記シュラウドの間に形成された環状領域に配置され、前記シュラウドを取り囲んでいる複数の伝熱管と、前記外胴の上端部に取り付けられて前記外胴の上端部を貫通し、前記シュラウド内に配置されて前記外胴より上方で一次冷却材出口を形成している中央管と前記シュラウドと前記中央管との間に配置された断熱部材とを備え、
前記外胴の下端部が前記内胴の側壁に全周に亘って取り付けられており、
ヘッダ部が前記外胴の側壁と前記内胴の前記側壁の間に形成され、前記ヘッダ部が、前記外胴の前記側壁に形成された一次冷却材入口と前記内胴の上端部に形成されて前記環状領域に連絡される開口部とを連絡しており、
前記伝熱管の下端部が、前記シュラウド及び前記中央管の下端よりも下方で前記内胴内に配置されて前記内胴に設けられた下部管板に取り付けられ、前記伝熱管の上端部が、前記外胴内に配置されて前記内胴及び前記シュラウドに設置された上部管板に取り付けられ、
前記中央管の下端部が前記下部管板よりも上方で前記環状領域の下端部に連絡され、
前記内胴に形成された二次冷却材入口が、前記下部管板よりも下方で前記内胴内に形成されて、前記伝熱管の下端部が開口している下部プレナムに連絡され、
前記外胴に形成された二次冷却材出口が、前記ヘッダ部から隔離された状態で前記上部管板よりも上方で前記外胴と前記外胴内に形成されて、前記伝熱管の上端部が開口している上部プレナムに連絡されていることにある。

外胴より上方で一次冷却材出口を形成している中央管が、外胴の上端部を貫通し、さらに、内胴内に配置されたシュラウド内に配置されており、中央管の下端部が、内胴とシュラウドの間に形成されて伝熱管が配置される環状領域の下端部に、下部管板よりも上方で連絡されているので、内胴を外胴内に配置して外胴の下端よりも下方に伸ばすことができ、外胴の下端部を内胴の側壁に全周に亘って取り付けることができる。このため、従来の中間熱交換器において外胴と内胴の間に設けられていたシールベローズ、及び内胴内で加熱された一次冷却材を一次冷却材出口に導くために従来の中間熱交換器で外胴と内胴の間に形成されていた一次冷却材通路が不要になる。したがって、本発明では、中間熱交換器の構造を単純化することができる。
上記した目的は、外胴と、前記外胴内に配置され、前記外胴の下端より下方に伸びている内胴と、前記外胴の上端部に設けられ、前記内胴内に達している筒状のシュラウドと、前記内胴と前記シュラウドの間に形成された環状領域に配置され、前記シュラウドを取り囲んでいる複数の伝熱管と、前記シュラウド内に配置され、一次冷却材を昇圧するポンプと、前記シュラウドと前記中央管との間に配置された断熱部材とを備え、
前記外胴の下端部が前記内胴の側壁に全周に亘って取り付けられており、
ヘッダ部が前記外胴の側壁と前記内胴の前記側壁の間に形成され、前記ヘッダ部が、前記外胴の前記側壁に形成された一次冷却材入口と、前記内胴の上端部に形成されて前記環状領域に連絡される開口部とを連絡しており、
前記伝熱管の下端部が、前記シュラウド及び前記中央管の下端よりも下方で前記内胴内に配置されて前記内胴に設けられた下部管板に取り付けられ、前記伝熱管の上端部が、前記外胴内に配置されて前記内胴及び前記シュラウドに設置された上部管板に取り付けられ、
前記環状領域の下端部に到達する前記一次冷却材が流入され、前記外胴よりも上方に配置された一次冷却材出口を形成している一次冷却材通路を、前記シュラウド内に配置しており、
前記ポンプが前記一次冷却材通路に設けられ、
前記内胴に形成された二次冷却材入口が、前記下部管板よりも下方で前記内胴内に形成されて、前記伝熱管の下端部が開口している下部プレナムに連絡され、
前記外胴に形成された二次冷却材出口が、前記ヘッダ部から隔離された状態で前記上部管板よりも上方で前記外胴と前記外胴内に形成されて、前記伝熱管の上端部が開口している上部プレナムに連絡されていることによっても達成することができる。

本発明によれば、中間熱交換器の構造を単純化することができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉プラントを、図１及び図２を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉プラント１は、高速増殖炉２、一次冷却系７、二次冷却系２４及び給水・蒸気系３４を備えている。高速増殖炉２は、原子炉容器３内に炉心４を配置し、環状の隔壁５を原子炉容器３の内面に取り付けている。この隔壁５は、炉心４を取り囲む円筒体の外面に取り付けられる。回転プラグ３Ａが、原子炉容器３の上端部に取り付けられ、原子炉容器３を密封している。原子炉容器３内の隔壁５の上方には、上部プレナム６が形成される。一次冷却材が原子炉容器３内に充填されている。この一次冷却材はナトリウムである。プルトニウムを含む核燃料物質を有する複数の燃料集合体（図示せず）が炉心４に装荷されている。また、原子炉出力を調節する複数の制御棒（図示せず）が炉心４に挿入されている。

崩壊熱除去系の熱交換器２９が、原子炉容器３の上部プレナム６内に配置される。この崩壊熱除去系は、さらに、空気冷却器２８及び崩壊熱除去系配管３０を含んでいる。熱交換器２９は崩壊熱除去系配管３０によって空気冷却器２８に接続される。

一次冷却系７は、中間熱交換器８、一次主循環ポンプ２２及び一次冷却系配管２３を有する。中間熱交換器８及び一次主循環ポンプ２２は一次冷却系配管２３によって接続され、一次主循環ポンプ２２は中間熱交換器８よりも下流に配置されている。一次冷却系配管２３の上流側の端部に形成された一次冷却材吸込口２３Ｃが、原子炉容器３の上部プレナム６内に配置される。一次冷却系配管２３の下流側の端部は、原子炉容器３内に達して隔壁５を貫通し、炉心４に連絡される。一次冷却系配管２３内にも一次冷却材であるナトリウムが充填されている。一次冷却系配管２３は高温の一次冷却材が流れるホットレグ配管２３Ａ及び中間熱交換器８で温度が低下した一次冷却材が流れるコールドレグ配管２３Ｂを含んでいる。中間熱交換器８よりも上流側の一次冷却系配管２３がホットレグ配管２３Ａであり、中間熱交換器８よりも下流側の一次冷却系配管２３がコールドレグ配管２３Ｂである。ホットレグ配管２３Ａは、水平方向において原子炉容器３を貫通しており、原子炉容器３内で曲り部に続く下方に伸びる垂直管部を有している。一次冷却材吸込口２３Ｃはホットレグ配管２３Ａのその垂直管部の下端に形成される。

二次冷却系２４は、蒸気発生器２５、二次主循環ポンプ２６及び二次冷却系配管２７を有する。二次冷却系配管２７の両端部が中間熱交換器８に接続され、蒸気発生器２５及び二次主循環ポンプ２６が二次冷却系配管２７によって接続される。二次主循環ポンプ２６は蒸気発生器２５よりも下流に配置されている。二次冷却系配管２７内には二次冷却材であるナトリウムが充填されている。

給水・蒸気系３４は主蒸気管３７及び給水配管４０を有する。蒸気発生器２５に接続された主蒸気管３７は、高圧タービン３５及び低圧タービン３６に接続される。発電機３８が高圧タービン３５及び低圧タービン３６の回転軸に連結される。給水配管４０は復水器３９と蒸気発生器２５を接続する。給水ポンプ４１及び複数の給水加熱器４２が給水配管４０に設置される。

中間熱交換器８の具体的な構成を、図２を用いて説明する。中間熱交換器８は、外胴９、内胴１０、複数の伝熱管１３及び中央管１５を備えている。内胴１０は、上部が外胴９内に配置され、下部が外胴９の外部に配置されている。上部管板１１は、内胴１０内に配置されて、内胴１０の上端部に取り付けられている。環状の支持部材４４の上端部が外胴９の内面に取り付けられ、支持部材４４の下端部が内胴１０の上端部で内槽１０の外面に取り付けられている。内胴１０は、上部管板１１から下方に向かって伸びている。下部管板１２が、内胴１０の下端部で内胴１０内に配置され、内胴１０の内面に取り付けられる。外胴９の下端が、全周に亘って、内胴１０の外面に取り付けられている。内胴１０の外面に取り付けられる、外胴９の下端部には、環状の湾曲部３１が形成されている。この湾曲部３１は下に凸になる形状を有する。外胴９の内胴１０への取り付け位置は、例えば、内胴１０の軸方向の中央部に存在する。外胴９と内胴１０の間に環状のヘッダ部１８が形成され、このヘッダ部１８は内胴１０の上端部に形成された複数の開口部４３を通して内胴１０内の内胴領域４５に連絡される。

中央管１５が内胴１０の中心軸の位置に配置され、中央管１５の上端部が外胴９に取り付けられる。中央管１５は下部管板１２に向って伸びており、中央管１５の下端は下部管板１２よりも上方に位置している。フローシュラウド（シュラウド）１４が中央管１５を取り囲んで同心円状に配置されている。フローシュラウド１４の上端部が外胴９に取り付けられ、フローシュラウド１４の下端が下部管板１２よりも上方に位置している。下部管板１２よりも上方に配置された環状部材３３が中央管１５の下端とフローシュラウド１４の下端に取り付けられている。中央管１５の下端部は、下部管板１２と環状部材３３の間に形成された領域を通して内胴領域４５に連絡されている。中央管１５とフローシュラウド１４の間に形成される環状の空間には、断熱材４６が配置される。

複数の伝熱管１３が内胴１０内でフローシュラウド１４の周囲に形成された内胴領域４５内に配置される。各伝熱管１３の上端部が上部管板１１に取り付けられ、各伝熱管１３の下端部が下部管板１２に取り付けられる。各伝熱管１３は、下部管板１２よりも下方で内胴１０内に形成された下部プレナム１９、及び上部管板１１及び支持部材４４よりも上方で外胴９内に形成された上部プレナム２０にそれぞれ連絡されている。支持部材４４は、ヘッダ部１８と上部プレナム２０を隔離しており、ヘッダ部１８内の一次冷却材が上部プレナム２０内に流入することを阻止している。

ヘッダ部１８に連絡される一次冷却材入口ノズル１６が外胴９の下端部に設けられる。一次冷却材出口ノズル１７が中央管１５の上端部に形成される。下部プレナム１９に連絡される二次冷却材入口ノズル３２が内胴１０の下端部に設けられ、上部プレナム２０に連絡される二次冷却材出口ノズル２１が外胴９の上端部に設けられる。一次冷却材入口ノズル１６及び一次冷却材出口ノズル１７が、ホットレグ配管２３Ａの一次冷却材吸込口２３Ｃが位置する高さ４７よりも上方に配置されている。

ホットレグ配管２３Ａが一次冷却材入口ノズル１６に接続され、コールドレグ配管２３Ｂが一次冷却材出口ノズル１７に接続される。二次主循環ポンプ２６の二次冷却材吐出口に接続された二次冷却系配管２７が二次冷却材入口ノズル３２に接続されている。蒸気発生器２５の二次冷却材入口に接続された二次冷却系配管２７が二次冷却材出口ノズル２１に接続される。

高速増殖炉プラント１の運転時では、一次主循環ポンプ２２が駆動され、一次主循環ポンプ２２で昇圧された一次冷却材が、コールドレグ配管２３Ｂを通って炉心４に供給される。炉心４内に装荷された各燃料集合体内の核燃料物質に含まれた核分裂性プルトニウムが核分裂を生じ、熱を発生している。一次冷却材は、各燃料集合体内に供給されてその熱によって加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した一次冷却材は、炉心４から上部プレナム６内に排出され、一次冷却材吸込口２３Ｃを通ってホットレグ配管２３Ａ内に流入する。この一次冷却材は、ホットレグ配管２３Ａを通り、一次冷却材入口ノズル１６から中間熱交換器８のヘッダ部１８に供給される。

開口部４３が一次冷却材入口ノズル１６よりも上方に形成され、湾曲部３１が一次冷却材入口ノズル１６よりも下方に配置されているので、ヘッダ部１８の容積が大きくなっている。このため、一次冷却材入口ノズル１６から流出した一次冷却材の速度が、ヘッダ部１８内で大幅に減速される。各開口部４３から内胴領域４５内に大幅に減速された一次冷却材が流入されるため、内胴領域４３における熱流体衝撃を緩和することができる。

ヘッダ部１８内に達した高温の一次冷却材は、ヘッダ部１８内を上昇し、複数の開口部４３より内胴１０内の内胴領域４５に導かれる。この一次冷却材は、各開口部４３から、各伝熱管１３と直交する方向に供給される。内胴領域４５内を下方に向かって流れる一次冷却材は、各伝熱管１３内を流れる二次冷却材と熱交換されて温度が低下し、中央管１５内に流入する。一次冷却材は、中央管１５内を上昇し、一次冷却材出口ノズル１７からコールドレグ配管２３Ｂ内に排出される。中央管１５とフローシュラウド１４の間に断熱材４６が配置されているので、中央管１５内を流れる一次冷却材が、内胴領域４５内を流れる一次冷却材によって加熱されることを防止することができる。このため、内胴領域４５内を流れる一次冷却材による、伝熱管１３内を流れる二次冷却材の加熱効率が向上する。コールドレグ配管２３Ｂ内に流入した一次冷却材は、コールドレグ配管２３Ｂを通り、一次主循環ポンプ２２で昇圧されて炉心４に供給される。

二次冷却系配管２７内の二次冷却材は、二次主循環ポンプ２６によって昇圧され、二次冷却材入口ノズル３２を通って中間熱交換器８の下部プレナム１９内に供給される。この二次冷却材は、各伝熱管１３内に流入し、各伝熱管１３内で、内胴領域４５内を流れる高温の一次冷却材によって加熱される。この加熱によって、二次冷却材の温度が上昇する。温度が上昇した二次冷却材は、各伝熱管１３から上部プレナム２０に導かれ、二次冷却材出口ノズル２１を通して二次冷却系配管２７内に排出される。

二次冷却材は、二次冷却系配管２７を通り、蒸気発生器２５に設けられた二次冷却材入口ノズルから蒸気発生器２５の胴内に供給される。二次冷却材は、蒸気発生器２５の胴側、すなわち、蒸気発生器２５内の伝熱管外側の領域を流れ、蒸気発生器２５に設けられた二次冷却材出口ノズルから二次冷却系配管２７内に排出される。そして、二次冷却材は二次主循環ポンプ２６によって昇圧される。

蒸気発生器２５に供給された高温の二次冷却材は、蒸気発生器２５に設けられた複数の伝熱管（図示せず）内を流れる水を加熱する。伝熱管内を流れて加熱された水は、蒸気になる。この蒸気は、蒸気発生器２５に形成された蒸気出口ノズルを通って主蒸気管３７に排出される。主蒸気管３７内を流れる蒸気は、高圧タービン３５及び低圧タービン３６に順次導かれ、これらのタービンを回転させる。発電機３８も回転し、電力を発生する。

低圧タービン３６から復水器３９に排出された蒸気は、復水器３９で水に凝縮される。この水は、給水として、給水配管４０を通り、蒸気発生器２５に形成された給水入口ノズルを経て蒸気発生器２５内の各伝熱管内供給される。給水配管４０内を流れる給水は、給水ポンプ４１によって昇圧され、給水加熱器４２によって加熱される。

高速増殖炉プラント１の運転停止時においても、核分裂性物質の崩壊に基づいてガンマ線が放射され、一次冷却材がそのガンマ線によって加熱される。崩壊熱除去系は、高速増殖炉プラント１の運転停止時において、一次冷却材を冷却する機能を有する。熱交換器２９において一次冷却材によって加熱された崩壊熱除去系冷却材は、一方の崩壊熱除去系配管３０を上昇して空気冷却器２８に到達する。空気冷却器２８で崩壊熱除去系冷却材が冷却されて温度が低下した崩壊熱除去系冷却材は、他方の崩壊熱除去系配管３０を通って熱交換器２９まで下降する。

本実施例では、一次冷却材出口ノズル１７が一次冷却材入口ノズル１６よりも上方に配置され、一次冷却材出口ノズル１７がホットレグ配管２３Ａの一次冷却材吸込口２３Ｃが位置する高さ４７よりも上方に配置されている。このため、一次冷却材出口ノズル１７及び一次冷却材入口ノズル１６が高さ４７よりも上方に配置されるので、ホットレグ配管２３Ａ及びコールドレグ配管２３Ｂの引き回しが容易になる。特に、一次冷却材出口ノズル１７が一次冷却材吸込口２３Ｃよりも上方に位置しているので、コールドレグ配管２３Ｂの曲り部の数が低減され、コールドレグ配管２３Ｂの設置が容易になる。ちなみに、特開昭５９−９２３９４号公報の第２図に記載された中間熱交換器では、一次冷却材出口ノズルが外胴の底部に設けられているので、コールドレグ配管の曲り部が多くなっている。本実施例では、中間熱交換器８を用いることによって、特開昭５９−９２３９４号公報の第２図に記載された中間熱交換器を用いた場合よりも、コールドレグ配管２３Ｂの曲り部の数を低減できるので、コールドレグ配管８の設置が容易になる。

中間熱交換器８では、外胴９より上方で一次冷却材出口ノズル１７を形成している中央管１５が、外胴９の上端部を貫通し、フローシュラウド１４内に配置されており、さらに、中央管１５の下端部が、環状領域４５の下端部に、下部管板１２と環状部材３３の間に形成された領域を介して連絡されているので、内胴１０を外胴９内に配置して外胴９の下端よりも下方に伸ばすことができ、外胴９の下端部を内胴１０の側壁に全周に亘って取り付けることができる。このため、特開昭５９−９２３９４号公報及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載された各中間熱交換器において外胴と内胴との間に設けられたシールベローズ、及び内胴内で加熱された一次冷却材を一次冷却材出口に導くためにそれらの従来の中間熱交換器で外胴と内胴の間に形成されていた一次冷却材通路が不要になる。本実施例に用いられる中間熱交換器８の構造を単純化することができる。

本実施例では、ヘッダ部１８に流入した一次冷却材を内胴領域４５から中央管１５に導くため、特開昭５９−９２３９４号公報及び特開２００２−３４１０８０号公報に記載された各中間熱交換器のように、内胴１０の下部を外胴９で被う必要がない。したがって、中間熱交換器８をコンパクト化することができる。

内胴１０の外面に取り付けられる、外胴９の下端部に湾曲部３１を設けているので、外胴９と内胴１０の半径方向における熱膨張差を湾曲部３１の変形により吸収することができる。湾曲部３１が中間熱交換器８の外部に面しているので、外胴９の下端部、すなわち、湾曲部３１の内胴の外面への溶接による接合を容易に行うことができる。

本実施例では、伝熱管１３の外側の内胴領域４５に低圧の一次冷却材が流れ、各伝熱管１３内に高圧の二次冷却材が流れる。したがって、上部管板１１と下部管板１２の間では、内胴１０の肉厚を薄くすることができる。

内胴領域４５における一次冷却材の流れ方向と伝熱管１３内の二次冷却材の流れを完全対向流にできるので、内胴領域４５内で一次冷却材が高速で流れ、伝熱管１３内を二次冷却材が高速で流れても、低圧力損失で流動振動を低減できる上に、熱交換性能を向上させることができる。

本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉プラントを、図３を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉プラント１Ａは、実施例１の高速増殖炉プラント１において一次主循環ポンプ２２を中間熱交換器８と一体化した中間熱交換器８Ａを用いている。高速増殖炉プラント１Ａの他の構造は高速増殖炉プラント１と同じである。

中間熱交換器８Ａは、中間熱交換器８において、フローシュラウド１４の内側に設けられた断熱材４６よりも内側に、一次主循環ポンプ２２Ａを配置している。一次主循環ポンプ２２Ａは機械式ポンプである。中間熱交換器８Ａと中間熱交換器８において、同じ構成には同一の符号を付している。

中間熱交換器８Ａの中間熱交換器８と異なる構成である一次主循環ポンプ２２Ａを、中心に詳細に説明する。中間熱交換器８Ａは、断熱材４６の内側に、フローシュラウド１４と同心円状に円筒状の隔壁部材５４を配置している。この隔壁部材５４は一次主循環ポンプ２２Ａのケーシングの機能を有する。一次主循環ポンプ２２Ａは、モータ５０、回転軸５１、インペラ５２及びインペラケーシング５３を有する。回転軸５１は、隔壁部材５４内に配置され、外胴９の上端よりも上方に配置されたモータ５０の回転軸に連結される。下部管板１２付近に配置されたインペラ５２は回転軸５１の下端部に取り付けられる。インペラ５２は、フローシュラウド１４の内側に配置されてフローシュラウド１４に取り付けられたインペラケーシング５３内に配置される。フローシュラウド１４の上端部は、外胴９の上端部よりも上方に位置しており、隔壁部材５４の外面に取り付けられている。

フローシュラウド１４の下鏡５５より上方にサクションプレナム５６が形成される。サクションプレナム５６は、内胴１０とフローシュラウド１４の間に形成されて複数の伝熱管１３が配置された内胴領域４５の下端部に連絡される。断熱材４６の内側を被っている円筒部材（図示せず）の内面と隔壁部材５４の外面の間に、環状の一次冷却材通路５７が形成されている。一次冷却材通路５７の下端部は、インペラケーシング５３内を経てサクションプレナム５６に連絡される。一次冷却材通路５７の上端部は、フローシュラウド１４の上端部に形成された、コールドレグ配管２３Ｂに接続される一次冷却材出口ノズル１７に連絡される。中間熱交換器８Ａでは、下部プレナム１９が、内胴１０と下鏡５５の間に形成される。

高速増殖炉プラント１Ａの運転中では、モータ５０を駆動して回転軸５１を回転させ、インペラ５２が回転すると、サクションプレナム５６内の一次冷却材が、一次冷却材通路５７を上昇し、一次冷却材出口ノズル１７を通ってコールドレグ配管２３Ｂに排出される。この一次冷却材は、コールドレグ配管２３Ｂを通って炉心４内の燃料集合体に供給される。燃料集合体内で加熱された一次冷却材は、上部プレナム６に排出されてホットレグ配管２３Ａ内に流入する。ホットレグ配管２３Ａ内を流れている一次冷却材は、一次冷却材入口ノズル１６を通って外胴９内のヘッダ部１８に流入し、開口部４３を通って内胴１０内に形成された内胴領域４５に流入する。高温の一次冷却材は、内胴領域４５内を下降する際に、各伝熱管１３内を流れる二次冷却材を加熱する。内胴領域４５内を下降した一次冷却材は、内胴領域４５の下端部からサクションプレナム５６内に排出される。

本実施例における二次冷却系２４及び給水・蒸気系３４における流体の流れは、実施例１と同じである。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、中間熱交換器８Ａが一次主循環ポンプ２２Ａを内蔵しているので、一次冷却系の配管ループを短縮できると共に一次冷却系をコンパクト化することができる。一次冷却系の設置スペースを縮小することができる。高速増殖炉２及び一次冷却系を収容する建屋を小型化することができる。

中間熱交換器８Ａは、中間熱交換器８と同様に、内胴１０の下部を外胴９で被う必要がないので、回転軸５１の長さを短くすることができ、回転軸５１の中心軸に垂直な方向において、回転軸５１のたわみ量を小さくすることができる。このため、インペラ５２とインペラケーシング５３とのかじりの発生を防止することができる。また、回転軸５１の長さを短くできた分、インペラ５２の外径を小さくできるので、一次主循環ポンプ２２Ａのコンパクト化を図ることができる。

本発明の他の実施例である実施例３の高速増殖炉プラントを、図４を用いて説明する。本実施例の高速増殖炉プラント１Ｂは、実施例１の高速増殖炉プラント１において、一次主循環ポンプ２２及び中間熱交換器８を、電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂを内蔵した中間熱交換器８Ｂに替えた構成を有している。高速増殖炉プラント１Ｂの他の構造は高速増殖炉プラント１と同じである。電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂは一次主循環ポンプである。

中間熱交換器８Ｂは、中間熱交換器８Ａにおいて一次主循環ポンプ２２Ａを電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂに替えた構成を有する。中間熱交換器８Ｂの、電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂを配置している部分以外の構成は、中間熱交換器８Ａの、一次主循環ポンプ２２Ａを配置している部分以外の構成と同じである。中間熱交換器８Ａの中間熱交換器８と異なる構成を中心に説明する。

中間熱交換器８Ｂも、フローシュラウド１４より内側に、フローシュラウド１４と同心円状に円筒状の隔壁部材５４を配置している。断熱材４６がフローシュラウド１４と隔壁部材５４の間に配置される。一次冷却材通路５９Ａ，５９Ｂが、隔壁部材５４内に配置され、中間熱交換器８Ｂの軸方向に伸びている。一次冷却材通路５９Ａ，５９Ｂのそれぞれの下端部はサクションプレナム５６に連絡される。一次冷却材通路５９Ａの上端部は、外胴９の上端よりも上方に配置されたヘッダ部６０Ａに連絡される。一次冷却材通路５９Ｂの上端部は、外胴９の上端よりも上方に配置されたヘッダ部６０Ｂに連絡される。一対の電磁ポンプ５８Ａが、直列に配置され、一次冷却材通路５９Ａに設置される。一対の電磁ポンプ５８Ｂが、直列に配置され、一次冷却材通路５９Ｂに設置される。

一次冷却材が、サクションプレナム５６から電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂが配置された隔壁部材５４内に流入しないように、サクションプレナム５６の上方をカバー部材６２で被っている。カバー部材６２は、一次冷却材通路５９Ａ，５９Ｂのそれぞれに向かって曲面を形成している。環状のヘッダ部６１が、外胴９の上端よりも上方に配置され、ヘッダ部６０Ａ，６０Ｂの周囲を取り囲んでいる。ヘッダ部６０Ａ，６０Ｂのそれぞれに形成された開口部がヘッダ部６１に連絡される。コールドレグ配管２３Ｂに接続される一次冷却材出口ノズル１７がヘッダ部６１に取り付けられる。

高速増殖炉プラント１Ａの運転中では、電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂにそれぞれ電流が供給され、電磁ポンプ５８Ａ，５８Ｂが作動される。電磁ポンプ５８Ａの作動によって、サクションプレナム５６内の一次冷却材が昇圧されて一次冷却材通路５９Ａを通り、ヘッダ部６０Ａ内に導かれる。電磁ポンプ５８Ｂの作動によって、サクションプレナム５６内の一次冷却材が昇圧されて一次冷却材通路５９Ｂを通り、ヘッダ部６０Ｂ内に導かれる。ヘッダ部６０Ａ，６０Ｂ内の一次冷却材は、ヘッダ部６１内に流入し、一次冷却材出口ノズル１７を通ってコールドレグ配管２３Ｂ内に排出される。この一次冷却材は、コールドレグ配管２３Ｂを通って炉心４に供給される。

炉心２４で加熱された一次冷却材は、ホットレグ配管２３Ａ、一次冷却材入口ノズル１６及びヘッダ部１８を通り、開口部４３を通って内胴領域４５に流入する。この一次冷却材は、内胴領域４５の下端部からサクションプレナム５６内に排出される。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１の高速増殖炉プラントの構成図である。 図１に示す中間熱交換器の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例２の高速増殖炉プラントに用いられる中間熱交換器の構成図である。 本発明の他の実施例である実施例３の高速増殖炉プラントに用いられる中間熱交換器の構成図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…高速増殖炉プラント、２…高速増殖炉、３…原子炉容器、４…炉心、７…一次系冷却系、８，８Ａ，８Ｂ…中間熱交換器、９…外胴、１０…内胴、１１…上部管板、１２…下部管板、１３…伝熱管、１４…フローシュラウド、１５…中央管、１６…一次冷却材入口ノズル、１７…一次冷却材出口ノズル、１８，６０Ａ，６０Ｂ，６１…ヘッダ部、１９…下部プレナム、２０…上部プレナム、２１…二次冷却材出口ノズル、２２，２２Ａ…一次主循環ポンプ、２３…一次系冷却系配管、２３Ａ…ホットレグ配管、２３Ｂ…コールドレグ配管、２３Ｃ…一次冷却材吸込口、２４…二次冷却系、２５…蒸気発生器、２６…二次主循環ポンプ、２７…二次冷却系配管、３２…二次冷却材入口ノズル、３４…給水・主蒸気系、３５…高圧タービン、３６…低圧タービン、３７…主蒸気管、４０…給水配管、４３…開口部、４４…支持部材、４５…内胴領域、４６…断熱材、５０…モータ、５１…回転軸、５２…インペラ、５３…インペラケーシング、５４…隔壁部材、５６…サクションプレナム、５７，５９Ａ，５９Ｂ…一次冷却材通路、５８Ａ，５８Ｂ…電磁ポンプ。

Claims (9)

1. 外胴と、前記外胴内に配置され、前記外胴の下端より下方に伸びている内胴と、前記外胴の上端部に設けられ、前記内胴内に達している筒状のシュラウドと、前記内胴と前記シュラウドの間に形成された環状領域に配置され、前記シュラウドを取り囲んでいる複数の伝熱管と、前記外胴の上端部に取り付けられて前記外胴の上端部を貫通し、前記シュラウド内に配置されて前記外胴より上方で一次冷却材出口を形成している中央管と、前記シュラウドと前記中央管との間に配置された断熱部材とを備え、
   前記外胴の下端部が前記内胴の側壁に全周に亘って取り付けられており、
   ヘッダ部が前記外胴の側壁と前記内胴の前記側壁の間に形成され、前記ヘッダ部が、前記外胴の前記側壁に形成された一次冷却材入口と前記内胴の上端部に形成されて前記環状領域に連絡する開口部とを連絡しており、
   前記伝熱管の下端部が、前記シュラウド及び前記中央管の下端よりも下方で、前記内胴内に配置されて前記内胴に設けられた下部管板に取り付けられ、前記伝熱管の上端部が、前記外胴内に配置されて前記内胴及び前記シュラウドに設置された上部管板に取り付けられ、
   前記中央管の下端部が前記下部管板よりも上方で前記環状領域の下端部に連絡され、
   前記内胴に形成された二次冷却材入口が、前記下部管板よりも下方で前記内胴内に形成されて、前記伝熱管の下端部が開口している下部プレナムに連絡され、
   前記外胴に形成された二次冷却材出口が、前記ヘッダ部から隔離された状態で前記上部管板よりも上方で前記外胴と前記外胴内に形成されて、前記伝熱管の上端部が開口している上部プレナムに連絡されていることを特徴とする中間熱交換器。
2. 前記外胴の、前記内胴に取り付けられる前記下端部が、環状の湾曲部を形成している請求項１に記載の中間熱交換器。
3. 外胴と、前記外胴内に配置され、前記外胴の下端より下方に伸びている内胴と、前記外胴の上端部に設けられ、前記内胴内に達している筒状のシュラウドと、前記内胴と前記シュラウドの間に形成された環状領域に配置され、前記シュラウドを取り囲んでいる複数の伝熱管と、前記シュラウド内に配置され、一次冷却材を昇圧するポンプと、前記シュラウドと前記中央管との間に配置された断熱部材とを備え、
   前記外胴の下端部が前記内胴の側壁に全周に亘って取り付けられており、
   ヘッダ部が前記外胴の側壁と前記内胴の前記側壁の間に形成され、前記ヘッダ部が、前記外胴の前記側壁に形成された一次冷却材入口と、前記内胴の上端部に形成されて前記環状領域に連絡される開口部とを連絡しており、
   前記伝熱管の下端部が、前記シュラウド及び前記中央管の下端よりも下方で前記内胴内に配置されて前記内胴に設けられた下部管板に取り付けられ、前記伝熱管の上端部が、前記外胴内に配置されて前記内胴及び前記シュラウドに設置された上部管板に取り付けられ、
   前記環状領域の下端部に到達する前記一次冷却材が流入され、前記外胴よりも上方に配置された一次冷却材出口を形成している一次冷却材通路を、前記シュラウド内に配置しており、
   前記ポンプが前記一次冷却材通路に設けられ、
   二次冷却材入口が、前記下部管板よりも下方で前記内胴と前記内胴内に形成され、前記伝熱管の下端部が開口している下部プレナムに連絡され、
   前記内胴に形成された二次冷却材入口が、前記下部管板よりも下方で前記内胴内に形成されて、前記伝熱管の下端部が開口している下部プレナムに連絡され、
   前記外胴に形成された二次冷却材出口が、前記ヘッダ部から隔離された状態で前記上部管板よりも上方で前記外胴と前記外胴内に形成されて、前記伝熱管の上端部が開口している上部プレナムに連絡されていることを特徴とする中間熱交換器。
4. 前記ポンプがインペラを有する機械式ポンプである請求項３に記載の中間熱交換器。
5. 前記ポンプが電磁ポンプである請求項３に記載の中間熱交換器。
6. 前記外胴の、前記内胴に取り付けられる前記下端部が、環状の湾曲部を形成している請求項３ないし５のいずれか１項に記載の中間熱交換器。
7. 内部に炉心を配置し、一次冷却材を充填する原子炉容器と、前記原子炉容器内に配置された一次冷却材吸込口を有し、前記一次冷却材を導くホットレグ配管と、前記ホットレグ配管に接続された中間熱交換器と、前記中間熱交換器に接続されて前記中間熱交換器から排出される前記一次冷却材を前記炉心に導くコールドレグ配管と、前記コールドレグ配管に設けられ、前記一次冷却材を昇圧するポンプとを備え、
   前記中間熱交換器が請求項１または２に記載の中間熱交換器であり、
   前記一次冷却材入口が前記ホットレグ配管に接続され、前記一次冷却材出口が前記コールドレグ配管に接続され、
   前記二次冷却材入口及び前記二次冷却材出口が、蒸気発生装置に接続される二次冷却材配管に接続されていることを特徴とする高速増殖炉プラント。
8. 内部に炉心を配置し、一次冷却材を充填する原子炉容器と、前記原子炉容器内に配置された一次冷却材吸込口を有し、前記一次冷却材を導くホットレグ配管と、前記ホットレグ配管に接続された中間熱交換器と、前記中間熱交換器に接続されて前記中間熱交換器から排出される前記一次冷却材を前記炉心に導くコールドレグ配管とを備え、
   前記中間熱交換器が請求項３ないし６のいずれか１項に記載の中間熱交換器であり、
   前記一次冷却材入口が前記ホットレグ配管に接続され、前記一次冷却材出口が前記コールドレグ配管に接続され、
   前記二次冷却材入口及び前記二次冷却材出口が、蒸気発生装置に接続される二次冷却材配管に接続されていることを特徴とする高速増殖炉プラント。
9. 前記一次冷却材入口及び前記一次冷却材出口が、前記一次冷却材吸込口が位置している高さよりも上方に配置されている請求項７または８に記載の高速増殖炉プラント。

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