JP2022173136A - スタッドにより形成された少なくとも１つの流体供給分配ゾーンを組み込んだチャネルを備えるプレートを有するタイプの熱交換器モジュール - Google Patents

スタッドにより形成された少なくとも１つの流体供給分配ゾーンを組み込んだチャネルを備えるプレートを有するタイプの熱交換器モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】スタッドにより形成された少なくとも1つの流体供給分配ゾーンを組み込んだチャネルを備えるプレートを有するタイプの熱交換器モジュールを提供すること。【解決手段】少なくとも２つの流体回路を画定するプレートのスタックを備える長手方向軸の少なくとも２つの流体回路を有する熱交換器モジュール。各プレートの少なくとも一部分が、流体循環チャネルを備え、第１の回路と呼ばれる２つの回路の少なくとも一方のチャネルは、流体プリヘッダを形成する、スタックの外部から流体を供給および分配するための少なくとも１つの流体供給および分配ゾーンであって、チャネルが、ゾーン内においてプレートの表面にわたり分布するスタッドにより画定される、少なくとも１つの流体供給および分配ゾーンと、プリヘッダに連続する、およびチャネルがリブ１６により相互に分離され長手方向軸に沿って延在する溝によってそれぞれ画定される、交換ゾーンとを有する。【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、少なくとも2つの流体回路を組み込んだ金属プレートスタックを有する熱交換器モジュールに関する。
より詳細には、本発明は、様々な内部流体循環チャネルの分配の均一性を改善するとともに、良好な熱効率性および十分な熱機械荷重を確保し、モジュールのコンパクト性を損なうことなくこれを実現するための、通常タイプの熱交換器モジュールの作製に関する。
知られている熱交換器は、内部流体循環チャネルを有する少なくとも2つの回路を備える。単一回路を有する交換器では、熱交換は、回路と回路が浸漬された周囲流体との間で実施される。少なくとも2つの流体回路を有する交換器では、熱交換は、これらの2つの流体回路間におけるものとなる。
少量の共反応物同士が好ましくは混合機に取り付けられた第1の流体回路の入口にて同時に注入され、取得された化学生成物が前記第1の回路の出口にて回収される、連続プロセスを実施する化学反応炉が知られている。これらの知られている化学反応炉の中の一部は、しばしばユーティリティ回路と呼ばれる第2の流体回路を備え、このユーティリティ回路の機能は、反応に必要な熱を供給するか、または他方で放出された熱を除去することかのいずれかにより、化学反応を熱的に制御することである。ユーティリティ性を有する2つの流体回路を有するかかる化学反応炉は、交換器-反応炉としばしば呼ばれる。
本発明は、熱交換機能のみを有し2つの流体回路を組み込んだ熱交換器モジュールの作製に関し、また同時に交換器反応炉の作製に関する。したがって、本発明のコンテクストにおいて、「少なくとも2つの流体回路を有する熱交換器モジュール」は、熱交換機能のみを有するかまたは同時に交換器反応炉を有する熱交換器モジュールを意味するものとして理解されたい。
本発明による、2つの流体間における交換を行う交換器モジュールの主要な使用は、2つの流体の一方としてのガスと共に用いるものである。有利には、これは、液体金属およびガスであり、例えば液体ナトリウムおよび窒素であり得る。
本発明による交換器モジュールの意図される主要な用途は、二次ループからの例えば液体ナトリウムなどの液体金属と、例えばナトリウム高速炉SFRまたはナトリウム冷却FNRなどの、いわゆる第4世代炉の一部を形成する液体金属冷却高速中性子炉の三次ループのガスとしての窒素との間における熱交換である。
また、本発明による熱交換モジュールは、好ましくは高い熱出力を有するコンパクトな交換器を有することが必要である場合に、例えば液体およびガスなどの2つの流体間における交換を必要とする任意の他の用途において実施され得る。
本発明のコンテクストにおいて、「一次流体」は、熱力学における通常の意味を有し、すなわち低温流体である二次流体に対して熱を伝達する高温流体である。
対照的に、本発明のコンテクストにおいて、「二次流体」は、熱力学における通常の意味を有し、すなわち一次流体の熱が伝達される対象の低温流体である。
この主要な用途において、一次流体は、SFRの熱変換サイクルのいわゆる二次ループ中を循環するナトリウムであり、一方で二次流体は、前記サイクルの三次ループ中を循環する窒素である。
知られているチューブ交換器は、例えば管形熱交換器などであり、この管形熱交換器では、直線状、U字形状、またはらせん巻き状のチューブが、穿孔プレートに対して固定され、シェルとして知られる液密筐体の内部に配置される。これらの管形熱交換器では、流体の一方がチューブの内部を循環し、他方の流体がシェルの内部を循環する。これらの管形熱交換器は、大容積を有し、したがってコンパクト性をまったく有さない。
既存のいわゆるプレート熱交換器は、既存のいわゆるチューブ交換器を大幅に上回る利点を、とりわけ有利に高い熱交換表面積対体積比に起因する熱的性能およびコンパクト性に関して有する。コンパクトなプレート交換器は、多数の産業分野において使用される。このコンパクトなプレート交換器の分野では、熱交換パターンを規定する多数の基本形状が展開されている。
初めに、フィンを組み込んだプレート交換器が挙げられ得る。このプレート交換器では、熱交換パターンは、フィンにより画定された構造部により規定され、これらの構造部は、2つの金属プレートの間に装着され、非常に様々なジオメトリを有することが可能である。交換パターンは、交換器の2つの流体回路の一方と他方との間で異なり得る。金属プレート同士の組立ては、通常はろう付けまたは拡散接合によるものである。
また、波形または波状プレート交換器が知られている。波形部は、2つの流体回路を分割するシートを加圧成形することにより作製される。結果として、熱交換器パターンは、2つの流体回路のそれぞれについて同一となる。
このタイプの交換パターンにより生成される流体流は、三次元的であり、結果として非常に良好に機能する。プレート同士の組立ては、ボルト連結または周溶接(従来の溶接もしくは拡散接合)のいずれかによるものとなる。
最後に、機械加工された溝を有するプレート交換器が知られている。この機械加工は、機械的または電気化学的な機械加工である。機械加工動作により画成されたチャネルは、ミリメートルスケールの断面積を有し、通常は均一なジグザグプロファイルに続く。プレート同士は、2つの隣接し合うプレート間のすべての接触箇所における溶接を可能にする拡散接合によって組み立てられる。したがって、このタイプの機械加工溝を有するプレート交換器は、本質的に非常に高い耐圧性能を有する。
本発明の発明者らの中の一部の者は、いわゆる第4世代炉の原子炉の作製のコンテクストにおいて、すなわち優れた熱伝導流体である典型的には液体ナトリウム(Na)である液体金属と、著しく低い熱伝導特性を有する流体である典型的には窒素(N2)であるガスとの間における熱交換のための構成において、ガスと液体金属との間における熱交換のための積層プレートのモジュールを有する交換器を設計した。
したがって、特許出願（特許文献１）は、熱交換モジュールが圧力容器の内部に配置され、典型的には約180バールのガスの圧力により支持保持構造部を介してこの圧力容器に対して剛体的に固定され、その一方で液体金属分配配管がこの支持構造部に対して固定されない、熱交換器を説明し特許請求している。
その設計では、液密容器は、ガス回路用のコレクタとしての役割を果たし、熱交換器モジュールのサイジングは、このガスにより最初に真っ先に駆動される。なぜならば、2つの流体のうちこのガスが熱の伝達において有効性が最も低いからである。
ガス循環チャネルの交換パターンのサイズは、熱流動性能制約条件により厳格に決定されるが、液体金属循環チャネルのサイズは、液体金属の循環に付随する閉塞リスクを考慮する必要があり、これにより、この液体のための循環チャネルの最小断面が限定される。さらにガスと液体金属との間における物理的特徴、特に密度に関する差異が考慮される場合には、結果的に得られる交換器モジュールは、液体金属循環チャネル内において非常に低い、典型的には約40ミリバールという圧力降下がもたらされる。
さらに、コンパクト性を目的として、各交換器モジュールは、数十MWth程度の個体熱出力を有し、これにより、サイジングに関する規定によって、1つのモジュールが典型的には約5000個に相当する非常に多数の流体循環チャネルを有する必要を余儀なくされる。
考慮すべきもう1つの制約条件は、各モジュールがガスにより加圧された容器内部に配置されるという点に起因する。
動作時に、ヘッダおよび分配配管から構成された、液体金属を供給および回収する構造部は、高圧の圧縮荷重を受ける場合があり、特殊な予防措置がない場合には、これによりクリープを伴うバックリングによる損傷がもたらされる恐れがある。また、熱機械的観点から、これらの構造部は可能な限りコンパクトに設計される必要がある。
換言すれば、前述の出願（特許文献１）によるガスにより加圧された容器内の熱交換器モジュールの構成により、非常に高いコンパクト性に伴って、モジュールあたりにおける非常に多数のチャネル数が必要となる。
この構成は、各交換器モジュール内のチャネル中に液体金属の不均一な分配をもたらす場合があり、これは、一方では交換器の全体的な熱効率性に悪影響を及ぼし、他方では交換器の構造部の熱機械的完全性に悪影響を及ぼし得る。
実際に、本発明者らが直面した熱交換器モジュールの機能的要件の詳細は以下のように要約することができる。
定常状態および過渡状態の両者における圧力下および温度下において機械的完全性を確保すること。
熱交換チャネル同士の間において均質な分配流を確保するとともに、さらなる圧力降下を制御し続けること。
急速過渡現象の最中における熱応力の振幅を限定するために低熱慣性を発揮すること。
流体回路中の流量および圧力に適合する出力目標に合致するように様々なモジュール構成(並列/直列、スタック可能、等)に対する適合性を有すること。
流れ分配不良は、特定の熱交換チャネルが特定の他の熱交換チャネルの犠牲により過剰供給を受けることを特徴とする。
十分な分配を確保するために、本出願人の企業は、特許文献２において、交換ゾーンの上流または下流の連続部にその特許においてZ3として参照されるフォーク状部分を適切に作製することを伴う解決策を提案している。概略的には、所与の入口に4つのフォーク部を形成することにより、一定の流量において、ボア断面が1/4に縮小され、チャネルバンドルの圧力が1/16へと向上する。したがって、この解決策は、バンドルに対して迅速な圧力降下をもたらすという主要な利点をもたらすが、またこれは欠点ともなり得る。そのため、さらなる圧力降下を最小限に抑制しつつ、分配を調整するために、特許（特許文献２）は、この特許においてZ1として参照される均質化ゾーンを提案する。取水部下方に位置決めされたグレーティングの態様において、この均質化ゾーンは、ジェット効果を打ち消し、一方の同一の流体回路のチャネルとプレートとを相互に連通状態におくことによって圧力を均一化する。この均質化ゾーンの利点は、このゾーンがプレートの設計に直接的に組み込まれる点である。これは、装着が熱機械荷重に対して不適合となり得る追加要素ではない。特許文献２におけるゾーンの参照符号Z1、Z2、およびZ3は、一種のプリヘッダを形成する。
この特許文献２の改良点は、軸対称性を有するプレートを作製することであり、均質化ゾーンは、SFR原子炉交換器用途において液体ナトリウムおよびガスのそれぞれを循環させるためのプレートに関して、図1Aおよび図1Bに示すようにプレートの長手方向軸の各側に対称的に配置される。したがって、ナトリウム循環プレート10は、軸方向入口100および軸方向出口200にフォーク部を有する均質化ゾーンZ1と、これらの2つのゾーンZ1間に直線状チャネルを有する熱交換ゾーンZ2とを備える。同様に、ガス循環プレート20は、2つの入口200および2つの出口201が開口するフォーク部を同様に有する均質化ゾーンZ1と、これらの2つのゾーンZ1間に直線状チャネルを同様に有する熱交換ゾーンZ2とを備え、プレート20のこのゾーンZ2は、プレート10と同一の長さを有する。この改良は、非特許文献１の刊行物に記載されている。この改良により、プレート10、20の全体的な熱慣性が改善され、熱交換モジュールがスタックされることが可能となり、これは、バルク性に関して有利となる。
それにもかかわらず、この構成には複数の欠点が依然として残っている。
最初に、均質化ゾーンZ1から構成されるプリヘッダの構成は、流体が、ナトリウム循環プレートの場合においては軸方向でありガス循環プレートの場合においては長手方向軸に対して横方向である交換チャネルの連続部に到達することを意味する。この場合に、多数の用途においては、とりわけSSR用途においては、循環配管をとりわけ前記配管の長さを最短化することによりモジュールの外部へとより容易に延伸させるために、交換モジュールの面上に取水部を位置決めすることが可能であることがとりわけ望ましい。
さらに、分配部を改良するとともに圧力降下に関する制御を維持するために、これらの圧力降下を非常に迅速に増大させるフォーク部を無くすことが有利となり得る。
最後に、この構成では、図1Bの破線Z.Iの円で示唆するような熱慣性ゾーンが最終的に依然として残り、このゾーンは縮小することが有利となり得る。
国際公開第２０１５／０２８９２３号 仏国特許発明第３０５４８７９号明細書
D. Plancqら、「Status of the astrid gas power conversion system option」、HAL Id: cea-02338590、https://hal-cea.archives-ouvertes.fr/cea-02338590、February 21、2020
したがって、特にモジュール外部において流体が循環するための配管を単純化し、モジュール内における圧力降下を減少させ、さらにモジュール同士を相互にスタック可能にすることを維持しつつ熱慣性ゾーンを縮小するために、プレート熱交換器モジュールをさらに改善する必要性が依然として存在する。
本発明の目的は、この必要性に対処することである。
この実現のために、本発明は、少なくとも2つの流体回路を画定するプレートのスタックを備える長手方向軸(X)の少なくとも2つの流体回路を有する熱交換器モジュールであって、各プレートの少なくとも一部分が、流体循環チャネルを備える、熱交換器モジュールに関する。第1の回路と呼ばれるこれらの2つの回路の少なくとも一方のチャネルは、流体プリヘッダを形成する、スタックの外部から流体を供給および分配するための少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)であって、チャネルが、ゾーン内においてプレートの表面にわたり分布するスタッドにより画定される、少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)と、プリヘッダに連続する、およびチャネルがリブにより相互に分離され長手方向軸(X)に沿って延在する溝によってそれぞれ画定される、交換ゾーン(ZE)とを有する。
有利な一実施形態によれば、モジュールは、スタックの長手方向端部の一方にそれぞれが配置された2つの第1の回路プリヘッダを備え、2つのプリヘッダの一方が、流体入口プリヘッダを形成し、2つのプリヘッダの他方が、流体出口プリヘッダを形成する。
有利な別の一実施形態によれば、第2の回路と呼ばれる2つの回路の他方のチャネルは、流体プリヘッダを形成する、スタックの外部から流体を供給および分配するための少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)であって、チャネルが、このゾーン内においてプレートの表面にわたり分布するスタッドにより画定される、少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)と、プリヘッダに連続する、およびチャネルがリブにより相互に分離され長手方向軸(X)に沿って延在する溝によってそれぞれ画定される、交換ゾーン(ZE)とを有する。
この実施形態によれば、有利には、モジュールは、スタックの長手方向端部の一方にそれぞれが配置された2つの第2の回路プリヘッダを備え、2つのプリヘッダの一方が、流体入口プリヘッダを形成し、2つのプリヘッダの他方が、流体出口プリヘッダを形成する。
第1の有利な変形形態によれば、第1の回路のスタッドおよび/または第2の回路のスタッドは、中実である。
第2の有利な変形形態によれば、第1の回路のスタッドおよび/または第2の回路のスタッドは、第1の回路または第2の回路の供給および分配ゾーンのプレート間のチャネル同士の間における連通を与えるが、第2の回路または第1の回路のプレート間のチャネルとの間には連通を与えないように、穴を開けられ、開放端を有する。
有利な一実施形態によれば、モジュールは、スタックの長手方向端部の少なくとも一方に、スタックの側方ベースプレートへと開口した流体ヘッダを備え、第1の回路プリヘッダのチャネルは、このベースプレートへと開口するが、第2の回路プリヘッダのチャネルは、このベースプレートへと開口しない。
この実施形態によれば、有利には、モジュールは、長手方向端部の一方に第1の回路入口ヘッダを形成する流体ヘッダと、長手方向端部の他方に第1の回路出口ヘッダを形成する流体ヘッダとを備える。
有利な他の実施形態によれば、モジュールは、スタックの少なくとも一方の側部に流体ヘッダを備え、この流体ヘッダは、軸(X)に対して横方向にスタックを貫通し、第2の回路のプリヘッダの第2のチャネルへと開口するが、第1の回路のプリヘッダの第1のチャネルへは開口しない。
この実施形態によれば、有利には、モジュールは、スタックの少なくとも一方の同一の側部上に、第2の回路入口ヘッダを形成する流体ヘッダと、第2の回路出口ヘッダを形成する流体ヘッダとを備える。
代替的な一構成によれば、これらのスタッドは、プリヘッダのプレートの表面にわたり三角形パターンにおいてスタッガ状構成で均一に分布する。
別の代替例によれば、これらのスタッドは、プリヘッダのプレートの表面にわたり矩形または正方形パターンで均一に分布する。
他の好ましい例によれば、これらのスタッドは、円筒状の全体形状を有する。
他の好ましい例によれば、第1の回路の交換ゾーンのチャネルおよび第2の回路の交換ゾーンのチャネルは、直線状であり、相互に平行であり、長手方向軸(X)に対して平行に延在する。
有利には、スタックは、金属プレート間における融接を実現するために熱間等静圧圧縮成形(HIP)もしくは一軸ホットプレス法(UHP)のいずれかにより、またはろう付けにより相互に組み付けられた金属プレートから構成されるか、あるいは積層造形法を利用して作製される。
有利な一構成によれば、第1の回路のプレートが、少なくともスタックの中央部分において、第2の回路の2つのプレート間に配置される。
また、本発明は、上述したような複数の熱交換器モジュールを備える熱交換器に関する。
有利な一構成によれば、前述のモジュールは、第2の回路入口と横並びに配置され、出口ヘッダは、モジュールを貫通し、モジュールを側方に連結する。
また、本発明は、上述のような熱交換器の使用に関する。一次流体としての第1の回路の流体が、液体金属であり、二次流体としての第2の回路の流体が、ガスまたは混合ガスである。
一変形例では、第2の回路の流体は、主に窒素を含み、第1の回路の流体は、液体ナトリウムである。
第1の回路の流体または第2の回路の流体は、原子炉に由来するものであり得る。
また、本発明は、液体金属高速中性子炉、特にナトリウム高速炉SFRまたはナトリウム冷却原子炉SNRと、上述したような複数の交換器モジュールを備える熱交換器とを備える、原子力施設に関する。したがって、本発明は、スタックされたまたは積層造形法により作製されたプレートを有する交換器モジュールの作製にその本質が存在する。流体回路の中の一方のプリヘッダの中の少なくとも1つが、スタッドを有して作製され、これらのスタッドは、プレートの表面にわたり分布し、流体が熱交換ゾーンに到達する前に循環するチャネルを画定する。
これらのスタッドは、圧力下においてプレートの完全性を確保するとともに、低熱慣性を有する。
これらのスタッドは、流体の均質分配を確保するとともに、さらなる圧力降下を最小限に抑制し、これを熱交換ゾーンのチャネルのジオメトリと無関係に実現する。
これらのスタッドのジオメトリ形状および分布は、予期される用途ならびに特に温度および圧力に関するその用途の制約条件にしたがって流体の分配を制御するために、所望に応じて修正され得る。
また、プリヘッダにおけるスタッド密度は、変更することができる。
したがって、特許文献２の特許によるフォーク状部の代替としての本発明によるスタッドにより、本発明では、図1Bに示すような熱慣性ゾーンZ.Iが不要となる。
さらに、本発明によるスタッドにより、モジュールの並置構成を実現しモジュール同士の間の配管長さを最小限に抑制するために、モジュールの一方の同一の長手方向面上に流体取水部および流体出口を有する優れた交換器モジュールジオメトリを実現することが可能となる。
本発明による交換器モジュールに関して、あらゆるタイプの原子炉、GEN3、GEN4、SMR(中小型炉)、都市熱供給網、EHT電解装置、石油およびガス産業、太陽光エネルギー産業、化学産業等を含む、熱交換器または蒸気発生器を必要とするあらゆる用途を予期することが可能である。
以下の図面を参照として、例示および非限定的な例として提示する詳細な説明を読むことにより、さらなる利点および特徴がより明らかになろう。
SFR炉向けに意図された、先行技術による熱交換器モジュール用の液体ナトリウム循環チャネルを有するプレートを示す図である。 図1Aによるナトリウム循環プレートを有する交換器モジュール用のガス循環チャネルを有するプレートを示す図である。 本発明による熱交換器モジュールの長手方向側面図である。 図2による交換器モジュールの正面図である。 専用チャネルプレート内の液体ナトリウムの循環を示す、本発明の第1の代替例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 専用チャネルプレート内の典型的にはN2であるガスの循環を示す、本発明の第1の代替例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 それらの均質化ゾーンの領域内の液体ナトリウムおよびガス循環プレートの交互スタックを示す図4Aの詳細図である。 本発明の第1の代替例による液体ナトリウム循環チャネルを有するプレートの正面図である。 図5によるプレートの部分斜視図である。 本発明の第1の代替例によるガス循環チャネルを有するプレートの正面図である。 図6によるプレートの部分斜視図である。 専用チャネルプレート内の液体ナトリウムの循環を示す、本発明の第2の代替例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 専用チャネルプレート内の典型的にはN2であるガスの循環を示す、本発明の第2の代替例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 それらの均質化ゾーンの領域に位置する液体ナトリウムおよびガス循環プレートの交互スタックを示す図7Aの詳細図である。 本発明の第2の代替例による液体ナトリウム循環チャネルを有するプレートの正面図である。 図8によるプレートの部分斜視図である。 本発明の第2の代替例によるガス循環チャネルを有するプレートの正面図である。 図9によるプレートの部分斜視図である。 本発明によるチャネルプレートのスタッドの正三角形パターンでのスタッガ状分布を示す正面詳細図である。 本発明によるチャネルプレートのスタッドの正方形パターンでの分布を示す正面詳細図である。 専用チャネルプレート内の液体ナトリウムの循環を示す、液体ナトリウム輸送変形例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 専用チャネルプレート内のガスの循環を示す、液体ナトリウム搬送変形例による交換器モジュールの部分破断斜視図である。 本発明による複数の交換器モジュールの有利な構成を示す概略図である。 9個のN2循環プレートのスタック用の本発明によるプリヘッダを形成するとりわけ均質化ゾーン内の流体流を示す数値シミュレーションを示す図である。 10個のNa循環プレートのスタック用の本発明によるプリヘッダを形成するとりわけ均質化ゾーン内の流体流を示す数値シミュレーションを示す図である。
明瞭化のために、先行技術および本発明による同一要素は、同一の参照数字により示す。
本願全体にわたり、「入口」、「出口」、「上流」、「下流」という用語は、当該流体が本発明による熱交換モジュール内を循環する方向に関するものとして理解されるべきである点を強調しておく。
先行技術に関する図1Aおよび図1Bは、序文で既に述べた通りである。したがって、これらについては以降では説明しない。
図2および図3は、例としては液体ナトリウム(Na)と窒素(N2)との間における交換のために使用される、2つの流体回路を有する本発明による熱交換器モジュールの一実施形態を示す。
モジュール1は、好ましくはHIP技術を利用して融接により相互に組み付けられた金属プレート10、20の交互スタックから構成されるか、または積層造形法により作製される。
これらの図において見ることができるように、中心軸(X)に沿って延在するこのモジュール1は、2つのヘッダ11、12を組み込み、これらのヘッダ11、12は、それぞれ液体ナトリウム(Na)入口および液体ナトリウム(Na)出口であり、これらの入口および出口の一方は軸Xに沿ってモジュールの頂部に配置され、他方はモジュールの軸Xに同様に沿ってしかし底部に配置される。以降で詳述するように、各ヘッダ11、12は、プレートスタックの側方ベースプレートへと開口する。この側方ベースプレートへは、Na回路のチャネルが開口するが、N2回路のチャネルは開口しないベースプレートである。
また、モジュール1は、2つのヘッダ21、22を備え、これらのヘッダ21、22は、同一の長手方向面上において、それぞれモジュールの底部におよびモジュールの頂部に配置された、それぞれ窒素(N2)入口ヘッダおよび窒素(N2)出口ヘッダである。以降において詳述するように、これらの入口ヘッダ21および出口ヘッダ22はそれぞれ、軸Xに対して横方向にスタックを貫通し、N2回路のチャネルへと開口するが、Na回路へは開口しない。
したがって、かかるモジュール1では、流体(Na、N2)の循環は向流循環である。
図4Aおよび図4Bは、スタックと、Na循環プレート10およびN2循環プレート20のそれぞれとを示す。矢印は、各当該プレート内の各流体の循環を象徴的に示す。
図5、図5Aは、Na循環プレート10を示す。
プレート10が、流体プリヘッダをそれぞれが形成する2つの供給および分配ゾーンZHを備え、これらの供給および分配ゾーンZHは、熱交換ゾーンZEの各側に1つずつ配置される。
本発明によれば、プリヘッダZHのチャネル13は、プレートの表面にわたり分布する中実円筒状スタッド14により画定される。好ましい例としては、図4A、図5、および図5Aに示すように、中実円筒状スタッド14は、プリヘッダのプレートの表面上にスタッガ状構成で均一に分布する。より具体的には、このスタッガ状分布は、プリヘッダZHのプレート10の全表面にわたり同一のままである三角形パターンである。三角形パターンでの分布により、スタッド14によってプリヘッダの容積をより良好に充満させることが可能となり、この分布は、交換器モジュールの耐圧性能を確保するために好適なものとみなされる。
中実円筒状スタッド14により画定されたチャネル13は、プリヘッダと連続する熱交換ゾーンZEのチャネル15へ開口する。図示するように、交換ゾーンのチャネル15は、リブ16により相互に分離され長手方向軸(X)に沿って延在する溝15によってそれぞれ画定される。好ましい例としては、図示するように、これらのチャネル15は、直線状であり、相互に平行であり、モジュール1の長手方向軸(X)に対して平行に延在する。
スタッド14は、プレート20に直接的に対接状態になるような高さを有し得る。また、図4Cに示すように、チャネル13の高さの一部に相当する高さを有するおよびプレート同士が相互に組み付けられた場合にチャネルの合計高さを規定する円筒状スタッド14を有する、2つの隣接し合うプレート10を予期することが可能である。これと同じことが、リブ16にも当てはまる。スタッド14のこの構成により、プレート10の耐圧性能が確保される。
リング17が、円形断面の2つの穴18、19のそれぞれの周囲に延在し、これらの各穴18、19は、プリヘッダの一方内においてプレート10を貫通して開口する。これらの開放穴18、19は、他のN2回路の入口循環ヘッダおよび出口循環ヘッダのそれぞれのチューブの一部を形成する。したがって、リング17は、プレート10のプリヘッダの領域内においてNa回路とN2回路との間に液密バリアを形成する。
かかるプレート10では、図4Aにおいて部分的に示すように、液体ナトリウムは、スタッド14により画定されたチャネル13の入口11から分配されるように入口チューブ状ヘッダ11から供給される。液体ナトリウムは、入口プリヘッダのスタッド14の周囲のチャネル13中を循環して熱交換ゾーンZEのチャネル15に到達し、次いで出口プリヘッダのスタッド14の周囲を循環して、チャネル13の出口101を経由して除去され、出口ヘッダ12により回収される。
図6、図6Aは、Na循環プレート10と同様の方法で作製されたN2循環プレート20を示す。
したがって、プレート20が、2つの供給分配ゾーンZHを備え、これらの供給分配ゾーンZHは、流体プリヘッダをそれぞれが形成し、熱交換ゾーンZEの各側に1つずつ配置される。
プリヘッダZHのチャネル23は、プレートの表面にわたり分布する側部円筒状スタッド24により画定される。好ましい例としては、図4B、図6、および図6Aに示すように、中実円筒状スタッド24は、プリヘッダのプレートの表面にわたりスタッガ状構成で均一に分布する。この場合も同様に、このスタッガ状構成は、プリヘッダZHのプレート20の全表面にわたり同一である三角形パターンである。三角形パターンでの分布により、スタッド24によってプリヘッダの容積をより良好に充満させることが可能となり、この分布は、交換器モジュールの耐圧性能を確保するために好適なものとみなされる。
中実円筒状スタッド24により画定されたチャネル23は、プリヘッダと連続する熱交換ゾーンZEのチャネル25へ開口する。図示するように、交換ゾーンのチャネル25は、リブ26により相互に分離され長手方向軸(X)に沿って延在する溝25によってそれぞれ画定される。好ましい例としては、図示するように、これらのチャネル25は、直線状であり、相互に平行であり、モジュール1の長手方向軸(X)に対して平行に延在する。
スタッド24は、プレート20に直接的に対接状態になるような高さを有し得る。また、図4Cに示すように、チャネル23の高さの一部に相当する高さを有するおよびプレート同士が相互に組み付けられた場合にチャネルの合計高さを規定する円筒状スタッド24を有する、2つの隣接し合うプレート20を予期することが可能である。これと同じことが、リブ26にも当てはまる。スタッド24のこの構成により、プレート20の耐圧性能が確保される。
円形断面の2つの穴28、29のそれぞれが、プリヘッダの一方のプレート20を貫通して開口する。これらの開放穴28、29は、他のN2回路の入口循環ヘッダおよび出口循環ヘッダのそれぞれのチューブの一部を形成する。
台形のスタッド27が、穴28、29のそれぞれの周囲に均一に分布することにより均一寸法の入口チャネル200または出口チャネル201が画定され、したがってこれらの入口チャネル200または出口チャネル201は、入口プリヘッダZHおよび出口プリヘッダZHのそれぞれ一方に対して穴28、29のそれぞれを連結する。
かかるプレート10では、図4Bにおいて部分的に示すように、窒素は入口チューブ状ヘッダ21から供給され、プレート10、20のスタックを通過して、入口チャネル200中へ分配され次いでスタッド24により画定されたチャネル23中に分配される。窒素は、入口プリヘッダのスタッド24の周囲を循環して熱交換ゾーンZEのチャネル25に到達し、次いで出口プリヘッダのスタッド24の周囲のチャネル23中を循環して、出口チャネル201により除去され、次いで出口ヘッダ22により回収される。
したがって、本発明によれば、スタッド14、24は、熱交換ゾーンZEのチャネル15、25のジオメトリとは無関係に各流体すなわち液体ナトリウムおよび窒素のそれぞれの均質分配を確保し、低い熱慣性を有し追加的な圧力降下を最小限に抑制しつつこれを実現する。さらに、既述のように、スタッド14、24は、耐圧性能を確保するように寸法設定される。典型的には、スタッド24は、約180バールの窒素圧力に対する耐圧性能を確保するように寸法設定される。
図4A～図6Aに示すモジュールの代替例によれば、2つの(Na、N2)流体回路のプレート10、20のスタッド14、24は、整列され、すなわちスタッド14の旋回軸は、スタッド24の旋回軸と整列される。各プレート10または20に関して、同一のプレートのスタッド14または24の配置は、スタッド14、24が熱交換ゾーンZEのチャネル17、25に対面するようなスタッガ状構成である。
また、これらのプレートの表面にわたりスタッドをオフセットする、換言すれば側方オフセットすることを予期することが可能である。かかるオフセットにより、開放穴で穿孔されたスタッドの作製が可能となる。このオフセットは、前出の代替例に関連して図示したような三角形パターンでの分布から矩形または正方形パターンでの分布へと変更することを伴う。
この同一の表面上に存在するスタッドは、三角形パターンで分布する場合に比べて矩形または正方形パターンで分布する場合には、より少数となる。結果として、これにより、耐圧性能が損なわれるが、スタッドに穴を開けるための余地が残される。
モジュール1'のかかる代替的な一実施形態が、図7A～図9Aに示され、プレート10'、20'のスタッド14'、24'のそれぞれが、穴を開けられ、一方の同一の流体のNa回路またはN2回路のプレート10同士またはプレート10同士の間で開口する。
したがって、図7Cに示すように、穴スタッド14'、24'は、プリヘッダZHの領域において一方の同一のNa回路またはN2回路のプレート10、20間の連通部を形成するとともに、他方のNa回路またはN2回路のそれぞれとの間で液密性を同時に維持する。
開放穴スタッド14'、24'を有するこの代替例により、流体圧力がプレート10'、20'間で均等化され得る。
図10は、ピッチ間隔P1により規定された正三角形パターンでのNa回路のプレート10のスタッド14の代替的なスタッガ状構成を詳細に示す。
図11は、もう1つの代替的な分布を示し、スタッド14は、ピッチ間隔P2により規定された正方形パターンで分布する。
これらの代替例の一方または他方は、他方の回路のプレート20のスタッド24についても実装することが可能である。
図2、図3、図4A、図4B、図7A、図7Bにおいて、プレートスタックの外部の入口ヘッダ11または出口ヘッダ12のそれぞれのチューブは、長手方向軸Xに沿って配置される。
ヘッダチューブの他の配置もまた予期され得る。
したがって、図12Aおよび図12Bには変形例の一構成が示され、軸Xに対して直交方向におよびしたがって窒素回路入口ヘッダ21および窒素回路出口ヘッダ22に対して平行に配置された2つのチューブ11、12が予期される。図12Aおよび図12Bに示すように、この構成は、プレート10が交換器モジュール1の長手方向軸に沿って液体ナトリウムを供給されることを依然として可能にする。
既に明記したように、本発明によるスタッド14、24を有するプリヘッダを作製することにより、これらの流体の一方のための入口ヘッダ21および出口ヘッダ22は、モジュール1の一方の同一の長手方向面上に配置されることが可能となる。
有利には、この構成により、複数のモジュールの相対的配置が容易になり、これらのモジュールを連結する配管の長さが最小限に抑制される。
図13では、交換モジュールのかかる構成の一例が示され、横並びに配置され、窒素回路入口ヘッダおよび窒素回路出口ヘッダのチューブ21、22により相互に対して直接的に連結された3つの交換器モジュール1.1、1.2、1.3が示される。これらのチューブは直線状である。
本発明者らは、SFR原子炉のコンテクストにおけるようなナトリウム(Na)とガス(N2)との間の熱交換での使用に関して、本発明による交換器モジュール1、1'をあらかじめ機械的にプリディメンションした。
Na回路およびN2回路における温度および圧力の概要を以下のtable 1(表1)において示す。
Figure 2022173136000002
このプリディメンショニングは、チャネル13、23の三角形ピッチ間隔範囲で、すなわち6～12mmのスタッド14、24間の間隔と、4～8mmの円筒状スタッド14、24の直径とで実施した。
かように実現されたこれらの機械的プリディメンショニングにより、本発明者らは、本発明による交換器モジュール1が良好な耐圧性能を有すると結論づけた。
さらに、計算流体力学(CFD)の反復プロセスにより、流体力学的調査を行うことが可能であり、流体の不均衡分配を伴う交換モジュール1の設計に、すなわちチャネル13、23、15、25のすべてにわたり5%未満となる一方の同一の流体に関する交換チャネル同士の間における流量の標準偏差に集中するために、コンピュータ支援設計(CAD)を行うことが可能である。
図14および図15は、9個のN2循環プレート20および10個のNa循環プレート10のそれぞれのスタックごとにスタッドを有するプリヘッダにおける流れを示す。かかるプリヘッダを有するモジュール1は、4.0%(N2)および4.7%(Na)の不均衡分配をそれぞれ示す。
本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形例および改良例を予見することができる。
矩形パターン、正方形パターン、または三角形パターンのピッチ間隔のスタッドジオメトリおよび周期性、ならびにそれらの分布は、サイズ設定、機械的耐圧性能、圧力降下、およびチャネル内における流体流分配の通常の規則に従うことにより用途に応じて決定されることが必要である。
図示するすべての例において、すべてのプレート10および20が、スタッド14、24を有するプリヘッダを使用して作製されるが、単一の流体回路のプレートに対してのみこのアプローチを使用し、他方のプレートは従来のプリヘッダを備えることが可能である。
円筒状スタッド14、24以外の形状を予期することができる。例えば、楕円形、滴形等のジオメトリを予期することが可能である。
2つの代替例、すなわち、例えば10として参照される中実のスタッドを有する1つの回路のプレートと、例えば20として参照される開放穴スタッドを有するもう一方の回路のプレートとを組み合せることを予期することが可能である。
さらに、図示する例では、熱交換ゾーン(ZE)のチャネルは直線状チャネルであるが、本発明によるプリヘッダは、この特定のジオメトリから独立したものであり、したがって、例えば湾曲形状、ジグザグ形状、二重ジグザグ形状等の、熱交換チャネル(ZE)の他のジオメトリを予期することが可能である。さらに、採用されるジオメトリにかかわらず、交換チャネル深さが、本発明によるプリヘッダのスタッドの高さを最終的に決定する。
1 交換器モジュール、モジュール
1.1 交換器モジュール、モジュール 1.2 交換器モジュール
1.3 交換器モジュール
1' 交換器モジュール
10 ナトリウム循環プレート、金属プレート、プレート
10' プレート
11 ヘッダ、入口、入口チューブ状ヘッダ、入口ヘッダ、チューブ
12 ヘッダ、出口ヘッダ、チューブ
13 チャネル
14 中実円筒状スタッド
14' 穴スタッド、開放穴スタッド
15 チャネル、溝 16 リブ
17 リング、チャネル
18 穴、開放穴
19 穴、開放穴
20 ガス循環プレート、N2循環プレート
20' プレート
21 ヘッダ、入口ヘッダ、入口チューブ状ヘッダ、窒素回路入口ヘッダ、チューブ
22 ヘッダ、出口ヘッダ、窒素回路出口ヘッダ、チューブ
23 チャネル
24 側部円筒状スタッド、中実円筒状スタッド、スタッド
24' 穴スタッド、開放穴スタッド、スタッド
25 チャネル、溝
26 リブ
27 スタッド
28 開放穴
29 開放穴
100 軸方向入口
101 出口
200 軸方向出口、入口、入口チャネル
201 出口、出口チャネル
P1 ピッチ間隔
P2 ピッチ間隔
Z1 均質化ゾーン、プリヘッダ
Z2 熱交換ゾーン、プリヘッダ
Z3 フォーク状部分、プリヘッダ
ZE 熱交換ゾーン
ZH 供給および分配ゾーン、供給分配ゾーン、プリヘッダ、入口プリヘッダ、出口プリヘッダ

Claims (21)

  1. 少なくとも2つの流体回路を画定するプレート(10、20;10'、20')のスタックを備える長手方向軸(X)の少なくとも2つの流体回路を有する熱交換器モジュール(1、1')であって、前記プレートの少なくとも一部分がそれぞれ、流体循環チャネルを備え、第1の回路と呼ばれる2つの回路の少なくとも一方のチャネルは、
    流体プリヘッダを形成する、前記スタックの外部から流体を供給および分配するための少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)であって、チャネル(13)が、ゾーン内において前記プレートの表面にわたり分布するスタッド(14、14')により画定される、少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)と、
    プリヘッダに連続する、およびチャネルがリブ(16)により相互に分離され前記長手方向軸(X)に沿って延在する溝(15)によってそれぞれ画定される、交換ゾーン(ZE)と、
    を有する、熱交換器モジュール(1、1')において、
    第2の回路と呼ばれる前記2つの回路の他方のチャネルは、
    流体プリヘッダを形成する、前記スタックの外部から流体を供給および分配するための少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)であって、チャネル(23)が、ゾーン内において前記プレートの表面にわたり分布するスタッド(24、24')により画定される、少なくとも1つの流体供給および分配ゾーン(ZH)と、
    プリヘッダに連続する、およびチャネルがリブ(26)により相互に分離され前記長手方向軸(X)に沿って延在する溝(25)によってそれぞれ画定される、交換ゾーン(ZE)と、
    を有する、熱交換器モジュール(1、1')。
  2. 前記スタックの長手方向端部の一方にそれぞれが配置された2つの第1の回路プリヘッダを備え、2つのプリヘッダの一方が、流体入口プリヘッダを形成し、前記2つのプリヘッダの他方が、流体出口プリヘッダを形成する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  3. 前記スタックの長手方向端部の一方にそれぞれが配置された2つの第2の回路プリヘッダを備え、2つのプリヘッダの一方が、流体入口プリヘッダを形成し、前記2つのプリヘッダの他方が、流体出口プリヘッダを形成する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  4. 前記第1の回路の前記スタッド(14)および/または前記第2の回路の前記スタッド(24)は、中実である、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  5. 前記第1の回路の前記スタッド(14')および/または前記第2の回路の前記スタッド(24')は、前記第1の回路または前記第2の回路の前記供給および分配ゾーンの前記プレート間のチャネル同士の間における連通を与えるが、前記第2の回路または前記第1の回路の前記プレート間のチャネルとの間には連通を与えないように、穴を開けられるとともに開放端を有する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  6. 前記スタックの長手方向端部の少なくとも一方に、前記スタックの側方ベースプレートへと開口した流体ヘッダ(11、12)を備え、第1の回路プリヘッダの前記チャネルは、ベースプレートへと開口するが、第2の回路プリヘッダの前記チャネルは、前記ベースプレートへと開口しない、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  7. 前記長手方向端部の一方に第1の回路入口ヘッダ(11)を形成する流体ヘッダを備え、かつ前記長手方向端部の他方に第1の回路出口ヘッダ(12)を備える、請求項6に記載の熱交換器モジュール。
  8. 前記スタックの少なくとも一方の側部に流体ヘッダ(21、22)を備え、前記流体ヘッダ(21、22)は、前記長手方向軸(X)に対して横方向に前記スタックを貫通し、前記第2の回路の前記プリヘッダの第2のチャネルへと開口するが、前記第1の回路の前記プリヘッダの第1のチャネルへは開口しない、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  9. 前記スタックの少なくとも一方の同一の側部上に、第2の回路入口ヘッダ(21)を形成する流体ヘッダと、第2の回路出口ヘッダ(22)を形成する流体ヘッダと、を備える、請求項8に記載の熱交換器モジュール。
  10. 前記スタッドは、前記プリヘッダの前記プレートの表面にわたり三角形パターンにおいてスタッガ状構成で均一に分布する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  11. 前記スタッドは、前記プリヘッダの前記プレートの表面にわたり矩形または正方形パターンで均一に分布する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  12. 前記スタッドは、円筒状の全体形状を有する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  13. 前記第1の回路の前記交換ゾーンの前記チャネル(15)および前記第2の回路の前記交換ゾーンの前記チャネル(25)は、直線状であり、相互に平行であり、前記長手方向軸(X)に対して平行に延在する、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  14. 前記スタックは、金属プレート間における融接を実現するために熱間等静圧圧縮成形(HIP)もしくは一軸ホットプレス法(UHP)のいずれかにより、またはろう付けにより相互に組み付けられた金属プレートから構成されるか、あるいは積層造形法を利用して作製される、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  15. 前記第1の回路のプレートが、少なくとも前記スタックの中央部分において、前記第2の回路の2つのプレート間に配置される、請求項1に記載の熱交換器モジュール。
  16. 請求項1に記載の複数の熱交換器モジュール(1.1、1.2、1.3)を備える熱交換器。
  17. 請求項7に記載のモジュールは、第2の回路入口と横並びに配置され、出口ヘッダは、前記モジュールを貫通するとともに前記モジュールを側方に連結する、請求項16に記載の熱交換器。
  18. 一次流体としての前記第1の回路の流体が、液体金属であり、二次流体としての前記第2の回路の流体が、ガスまたは混合ガスである、請求項16に記載の熱交換器の使用。
  19. 前記第2の回路の前記流体は、主に窒素を含み、前記第1の回路の前記流体は、液体ナトリウムである、請求項18に記載の交換器の使用。
  20. 前記第1の回路の前記流体または前記第2の回路の前記流体は、原子炉に由来するものである、請求項18に記載の使用。
  21. 液体金属高速中性子炉、特にナトリウム高速炉SFRまたはナトリウム冷却原子炉SNRと、請求項1に記載の交換器モジュールを複数備える熱交換器と、を備える、原子力施設。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1468514A (en) * 1974-06-07 1977-03-30 Apv Co Ltd Plate heat exchangers
JP2002277089A (ja) * 2001-03-22 2002-09-25 Tokyo Gas Co Ltd 吸収式冷凍装置
JP2007139357A (ja) * 2005-11-21 2007-06-07 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 一次伝面熱交換器およびその製造方法
US20120031598A1 (en) * 2009-04-16 2012-02-09 Sang Chul Han Plate heat exchanger
EP2607830A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-26 Senior Uk Limited High effectiveness gas to gas heat exchangers
JP2016529469A (ja) * 2013-08-26 2016-09-23 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ２つの流体の間で熱交換するための熱交換器、液体金属及びガスでの当該熱交換器の使用並びに液体金属により冷却される高速中性子原子炉への利用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2866699B1 (fr) * 2004-02-23 2008-06-27 Barriquand Echangeurs Echangeur thermique a plaques nervurees soudees
EP1936311B1 (de) * 2006-12-23 2013-10-02 Joachim Schult Kompaktplattenwärmeübertrager
JP5403472B2 (ja) 2009-07-27 2014-01-29 コリア デルファイ オートモーティブ システムズ コーポレーション プレート熱交換器
FR2989506B1 (fr) * 2012-04-11 2018-08-31 Societe Technique Pour L'energie Atomique Reacteur nucleaire avec echangeurs de chaleur a plaques ou micro canaux integres dans la cuve
FR3054879B1 (fr) 2016-08-03 2018-08-17 Commissariat Energie Atomique Module d'echangeur de chaleur a plaques dont les canaux integrent en entree une zone de repartition uniforme de debit et une zone de bifurcations de fluide
CN110651164B (zh) 2017-05-23 2021-04-20 三菱电机株式会社 板式热交换器及热泵式供热水系统
JP7182395B2 (ja) * 2018-08-09 2022-12-02 リンナイ株式会社 熱交換器
EP3882556B1 (en) * 2018-11-16 2023-10-11 Mitsubishi Electric Corporation Plate-type heat exchanger, heat pump device, and heat-pump-type cooling/heating hot-water supply system
FR3096446B1 (fr) * 2019-05-20 2021-05-21 Valeo Systemes Thermiques Plaque d’un echangeur de chaleur pour vehicule
FR3099564B1 (fr) * 2019-07-29 2021-07-02 Commissariat Energie Atomique Module d’échangeur de chaleur à deux circuits de fluides, notamment échangeur de chaleur de réacteur nucléaire

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1468514A (en) * 1974-06-07 1977-03-30 Apv Co Ltd Plate heat exchangers
JP2002277089A (ja) * 2001-03-22 2002-09-25 Tokyo Gas Co Ltd 吸収式冷凍装置
JP2007139357A (ja) * 2005-11-21 2007-06-07 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 一次伝面熱交換器およびその製造方法
US20120031598A1 (en) * 2009-04-16 2012-02-09 Sang Chul Han Plate heat exchanger
EP2607830A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-26 Senior Uk Limited High effectiveness gas to gas heat exchangers
JP2016529469A (ja) * 2013-08-26 2016-09-23 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ ２つの流体の間で熱交換するための熱交換器、液体金属及びガスでの当該熱交換器の使用並びに液体金属により冷却される高速中性子原子炉への利用

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