JP2937423B2 - タンク型高速増殖炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はタンク型高速増殖炉に係り、特に中間熱交換
器における二次冷却材の伝熱管管束出口部の構造の改良
に関する。

（従来の技術） 一般に、タンク型高速増殖炉は、一次および二次の冷
却材として液体金属ナトリウムが用いられ、炉心部で加
熱された一次ナトリウムを、原子炉容器内に設置された
中間熱交換器に導いて二次ナトリウムと熱交換させ、冷
却された一次ナトリウムを再び炉心部に送り込むように
している。

第９図は、管内一次冷却材タイプの中間熱交換器を備
えた従来のタンク型高速増殖炉を示すもので、一次ナト
リウムを収容する原子炉容器１の内部は、隔壁２により
上部プレナム３と下部プレナム４とに仕切られており、
この隔壁２の中央部には、炉心燃料集合体５、ブラケッ
ト燃料集合体６および反射板７からなる炉心部８が設置
されている。

原子炉容器１の上端開口部を閉塞するルーフスラブ９
には、炉心上部機構10と中間熱交換器11とが搭載されて
おり、一次ナトリウムを循環させる循環ポンプ12は、ル
ーフスラブ９上のモータ13により駆動され、その吐出側
に配した入口配管14を介し、下部プレナム４内の一次ナ
トリウムを高圧プレナム15に給送するようになってい
る。

中間熱交換器11は、シュラウド16と、その中心部に配
置した二次ナトリウム入口管17と、二次ナトリウム出口
管18と、二次ナトリウム入口管17とシュラウド16との間
に形成された熱交換器内に配された多数本の伝熱管19
と、これら各伝熱管19を支持する上部管板20および下部
管板21とを備えており、シュラウド16には、隔壁２より
も上方位置に、一次ナトリウムを吸い込むための流入孔
22が設けられているとともに、隔壁２よりも下方位置
に、一次ナトリウムを下部プレナム４に送り出すための
流出孔が設けられている。また、シュラウド16と二次ナ
トリウム入口管17との間には、前記伝熱管19を貫通させ
るようにして、伝熱管支持機構24,25が交互に配置され
ている。

以上の構成を有する従来のタンク型高速増殖炉におい
て、上部プレナム３内の一次ナトリウムは、流入孔22を
通って中間熱交換器11の中間熱交換器プレナム26内に流
入し、伝熱管19の内部を下部管板21側へ流れ、さらに流
出孔23を経て下部プレナム４内に流入する。

下部プレナム４内に流入した一次ナトリウムは、駆動
モータ13によって駆動される循環ポンプ12により入口配
管14に送り込まれ、さらに高圧プレナム15を経て炉心燃
料集合体６の中を上昇しつつ加熱される。加熱された一
次ナトリウムは、炉心上部機構10の下端に衝突し、流れ
を反射方向に変え、再び流入孔22を通って中間熱交換器
11内に入る。

一方、二次ナトリウムは、第10図に示すように、二次
ナトリウム入口管17を下降し、管束入口部27で外径側に
流れの向きを変えて管束部に流入する。さらに、伝熱管
19を支持する伝熱管支持機構24,25間を、斜行流成分を
持って上方に流れ、管束出口部28でアニユラス流路を持
つ二次ナトリウム出口管18を通り、奪った一次ナトリウ
ムの熱を、図示しない二次系配管を介して外部に取出
す。

第11図は、前記管束部の管外流れを機械的に示したも
のである。

第11図からも明らかなように、管束入口部27と管束出
口部28では、流れの向きが水平成分を持っているため、
伝熱管19に振動力を与えることが考えられる。そこで従
来は、管束入口部27と管束出口部28とに、前記振動を防
止するための振動防止板29をそれぞれ設置するようにし
ている。

ここで、一例として、１基の中間熱交換器10に7000〜
8000本程度配置されている伝熱管９の管外流動を考える
と、振動防止板29は、最も流動抵抗の小さい、例えばエ
ッグクレートタイプ（板を格子状に並べたもの）で構成
され、また伝熱管支持機構24,25は、エッグクレートタ
イプの流路をダブで閉塞したもので構成されている。し
かも、第11図に示すB,Cスパン間の伝熱管支持機構31
は、外胴側が流動抵抗が小さく流れ易い構成になってお
り、一方、C,Dスパン間の伝熱管支持機構24は、内胴側
が流れ易い構成になっている。そして、これら両伝熱管
支持機構24,25は交互に配されているので、管束部を流
れる二次ナトリウムは、管束部を斜行流成分を持って流
れることにより、これにより熱交換性能の向上が図られ
ている。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来のタンク型高速増殖炉において、中間熱交換
器11では、管外におけるナトリウムが均一に流量配分さ
れて流れることが、熱交換効率を向上させる上で重要で
ある。

ところが、斜行流成分を持って流れた場合、管束出口
部28では、第12図に示すような流速分布のバラ付きが生
じる。この原因としては、以下のことが考えられる。

すなわち、振動防止板20直下の伝熱管支持機構25は、
内胴側が、例えば流路閉塞ダブ付エッグクレートで構成
されて流動抵抗が大きくなっており、さらに外胴側が、
例えばエッグクレートで構成されて流動抵抗が小さくな
っている。このため、冷却材は伝熱管支持機構25の外胴
側を多く流れることになる。

一方、振動防止板29は、流動抵抗が小さいため、外胴
沿いに流れてきたナトリウムは、そのまま振動防止板29
を通過して上部管板20に至り、上部管板20の下面を沿う
ように流れる。このため、管束出口部28では、振動防止
板29の上面側で流速が速く、下面側で流速が遅くなる。

このように、流速分布のバラ付きが大きくなっている
と、流速の速い部分での圧力損失が支配的となり、流速
の遅い部分で、渦を伴う圧力損失の増大が生じる。この
ため、中間熱交換器11の二次側系の全体圧力損失が大き
くなる。そして、圧力損失が大きくなると、二次側のシ
ステム圧力を高くする必要があり、二次ナトリウムポン
プ容量の増大、配管系の強度向上に伴う肉厚の増加等、
コスト高となる。また、流速分布のバラ付きのためによ
どみ部等ができると、中間熱交換器11としての熱交換性
能の低下につながるとともに、温度分布不均一の原因と
もなり、伝熱管19の座屈のおそれもある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、
管束出口部の流速分布を均一にして、よどみ部の発生防
止、二次ナトリウム系のコストダウン、熱交換効率およ
び健全性の向上を図ることができるタンク型高速増殖炉
を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するために、炉心および一
次冷却材を収容する原子炉容器内を隔壁により上部プレ
ナムと下部プレナムとに区分して一次冷却材を循環さ
せ、原子炉容器内に、前記隔壁を貫通して中間熱交換器
を配置し、この中間熱交換器内で、伝熱管を介し一次冷
却材と二次冷却材との熱交換を行なうとともに、二次冷
却材の前記伝熱管の管束入口部から管束出口部までの間
に前記伝熱管を貫通させるようにして伝熱管支持機構を
配設し、前記伝熱管の管束入口部および管束出口部に振
動防止機構をそれぞれ設置したタンク型高速増殖炉にお
いて、前記伝熱管支持機構には二次冷却材が管束入口部
から管束出口部までの間に形成される流路を中間熱交換
器の中心線に対し内方向、外方向に交互に流れ、かつ管
束入口部および管束出口部では外方側を流れるように抵
抗片が内方側、外方側に交互に配設され、前記振動防止
機構にはその外方側に振動防止機構の流動抵抗を増大さ
せる抵抗片が配設されていることを特徴とする。

（作 用） 本発明に係るタンク型高速増殖炉においては、振動防
止機構の外方側の流動抵抗が大きいので、振動防止機構
の外方側を通過して上昇する冷却材の量が少なくなり、
その分、振動防止機構の下側を多くの冷却材が流れ、振
動防止機構の上下の流量配分が均一化される。これによ
り管束出口部の流量分布が均一になり、よどみ部の発生
防止および二次冷却材のコストダウンを図ることができ
るとともに、振動防止機構の上下における流体の垂直成
分が均一化され、流体の振動防止効果を得ることができ
る。

（実施例） 以下、本発明を図面を参照して説明する。なお、本発
明は、中間熱交換器の管束出口部の構造にのみ特徴を有
し、その他の点については、第９図ないし第12図に示す
従来のタンク型高速増殖炉と同一構成であるので、以下
その特徴部分についてのみ図示説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係るタンク型高速増
殖炉の中間熱交換器を示すもので、図中、符号28は上部
管板20と上端の伝熱管支持機構25との間に形成された管
束出口部であり、この管束出口部28には、二次ナトリウ
ム出口管18が接続され、また、管束出口部28内には、抵
抗素子振動防止板30が設置されている。

伝熱管支持機構25は、第１図に網目を施して示す内胴
側が、第２図に示すように、エッグクレートタイプの支
持機構31に閉塞用のダブ32を設けた構成になっており、
また、第１図に白抜きで示す外胴側が、第３図に示すよ
うに、エッグクレートタイプの支持機構31のみの構成に
なっている。したがって、伝熱管支持機構25は、外胴側
が流動抵抗が小さくナトリウムが流れ易い構造となって
いる。

一方、抵抗素子振動防止板30は、例えば第２図に示す
伝熱管支持機構25の内胴側の構成と同様、エッグクレー
トタイプの支持機構のタブを設けた構成になっており、
エッグクレートタイプの支持機構のみで構成される従来
の振動防止板29（第11図参照）に比較し、流動抵抗が大
きくなるようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

伝熱管支持機構25は、外胴側の流動抵抗が小さいた
め、外胴側を多くの冷却材が流れることになるが、抵抗
素子振動防止板30は、流動抵抗が大きいので、抵抗素子
振動防止板30を通過する冷却材の量が少なくなり、その
分抵抗素子振動防止板30の下側に多くの冷却材が流れる
ことになる。このため、抵抗素子振動防止板30上下の流
量配分が均一化され、管束出口部28の流量分布が均一と
なり、よどみ部の発生防止および二次ナトリウム系のコ
ストダウンを図ることができる。

なお、前記実施例では、抵抗素子振動防止板30を、エ
ッグクレートタイプの支持機構にダブを設けて構成した
ものについて説明したが、ダブに代えて、流動抵抗素子
フローホール付支持機構等を用いるようにしてもよい。

また、前記実施例では、抵抗素子振動防止板30の流動
抵抗率が全面同一の場合について説明したが、内胴側か
ら外胴側に段階的に流動抵抗率が順次増大するようなも
のを用いるようにしてもよい。

第４図および第５図は、本発明の第２実施例を示すも
ので、前記第１実施例における抵抗素子振動防止板30に
代え、抵抗素子振動防止板40を用いるようにしたもので
ある。

すなわち、この抵抗素子振動防止板40は、第４図に網
目を施して示す外胴側のみが、第５図に示すようにエッ
グクレートタイプの支持機構41に閉塞用のダブ42を設け
た構造になっており、内胴側は、エッグクレートタイプ
の支持機構のみの構成となっている。

このように、抵抗素子振動防止板40を通過する冷却材
の流量は、外胴側が最も多いので、この部分にダブ42を
設けて流動抵抗を増大させれば、抵抗素子振動防止板40
の上側に流入する冷却材の流量が制限され、前記第１実
施例と同様の効果が期待できる。

第６図および第７図は、本発明の実施例とは異なる構
成を示すもので、前記第１実施例における抵抗素子振動
防止板30に代えて抵抗素子振動防止板50を用い、かつ角
部パッド53を設けるようにしたものである。

すなわち、抵抗素子振動防止板50は、第７図に示すよ
うに、エッグクレートタイプの支持機構51の全域に、閉
塞用のダブ52を設けた構造をなし、かつ内胴側に向かっ
て上り勾配をなしている。また、角部パッド53は、第６
図に示すように、断面三角形状をなし、上部管状20下面
の外胴側の角部に設置されている。

このように、抵抗素子振動防止板50が傾斜しているの
で、冷却材を、抵抗素子振動防止板50の下側によりスム
ースに案内することができ、流量配分をより均一化する
ことができる。また、角部パッド53により、よどみ部の
発生を確実に防止でき、抵抗素子振動防止板50の上側の
流動を、より均一化できる。

第８図は、本発明の第４実施例とは異なる構成を示す
もので、前記第１実施例における抵抗素子振動防止板30
に代え、従来と同一の振動防止板29を用い、かつその出
口部分に、多孔抵抗板61,62をそれぞれ設けるようにし
たものである。

すなわち、振動防止板29の上側に配された多孔抵抗板
61は、振動防止板29の下側に配された多孔抵抗板62に比
較して、流動抵抗係数が大きく設定されている。

このように、上側の多孔抵抗板61は、下側の多孔抵抗
板62に比較して、冷却材の流動抵抗が大きいので、これ
により、振動防止板29を通過する冷却材の流量が制限さ
れ、その分、振動防止板29の下側を流れる冷却材の流量
が多くなる。このため、前記第１実施例と同様の効果が
期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、管束出口部に、振動防
止板を介しその下側の冷却材の流量を増大させる手段を
施すようにしているので、管束出口部の流速分布が均一
となり、よどみ部の発生を防止できるとともに、二次ナ
トリウム系のコストダウンを図ることができ、また熱交
換効率の向上および健全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るタンク型高速増殖炉
の中間熱交換器を示す要部構成図、第２図および第３図
は伝熱管支持機構の構成をそれぞれ示す説明図、第４図
は本発明の第２実施例を示す第１図相当図、第５図は第
４図の抵抗素子振動防止板の構成を示す説明図、第６図
は本発明の実施例とは異なる構成を示す第１図相当図、
第７図は第６図の抵抗素子振動防止板の構成を示す説明
図、第８図は本発明の実施例とは異なる構成を示す第１
図相当図、第９図は従来のタンク型高速増殖炉を示す断
面図、第10図は第９図の中間熱交換器の詳細図、第11図
は従来の中間熱交換器における管束部の管外流れを機械
的に示す説明図、第12図は従来の管束出口部における冷
却材の流速分布を示す説明図である。 １……原子炉容器、２……隔壁、３……上部プレナム、 ４……下部プレナム、11……中間熱交換器、 19……伝熱管、20……上部管板、21……下部管板、 24,25……伝熱管支持機構、27……管束入口部、 28……管束出口部、29……振動防止板、 30,40,50……抵抗素子振動防止板、 61,62……多孔抵抗板。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉心および一次冷却材を収容する原子炉容
   器内を隔壁により上部プレナムと下部プレナムとに区分
   して一次冷却材を循環させ、原子炉容器内に、前記隔壁
   を貫通して中間熱交換器を配置し、この中間熱交換器内
   で、伝熱管を介し一次冷却材と二次冷却材との熱交換を
   行なうとともに、二次冷却材の前記伝熱管の管束入口部
   から管束出口部までの間に前記伝熱管を貫通させるよう
   にして伝熱管支持機構を配設し、前記伝熱管の管束入口
   部および管束出口部に振動防止機構をそれぞれ設置した
   タンク型高速増殖炉において、前記伝熱管支持機構には
   二次冷却材が管束入口部から管束出口部までの間に形成
   される流路を中間熱交換器の中心線に対し内方向、外方
   向に交互に流れ、かつ管束入口部および管束出口部では
   外方側を流れるように抵抗片が内方側、外方側に交互に
   配設され、前記振動防止機構にはその外方側に振動防止
   機構の流動抵抗を増大させる抵抗片が配設されているこ
   とを特徴とするタンク型高速増殖炉。