JP4891353B2 - １次流体と２次流体の間の熱交換のための組立体 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、特に、高温原子炉（HTR）又は超高温原子炉（VHTR）のための、熱交換器に関する。

より正確には、本発明は、第１と第２の流体の間で熱交換するための組立体に関するものであって、中心軸線を有する外側容器と、前記１次流体と２次流体との間の複数の熱交換モジュールであって、前記外側容器内側の前記中心軸線Xの周りに分配され且つ互いに面するそれぞれの側面を有する熱交換モジュールと、１次流体をモジュールに供給するための少なくとも１つのマニホールドと、２次流体をモジュールに供給するための少なくとも１つのマニホールドと、モジュールを出る１次流体を集め且つ排出するための少なくとも１つのマニホールドと、モジュールを出る２次流体を集め且つ排出するための少なくとも１つのマニホールドと、を含むタイプの熱交換組立体である。

特開２００４-１４４４２２号は、２次供給及び排出マニホールドが外側容器の円周に且つその中心にそれぞれ配置され、１次供給及び排出マニホールドがモジュールの間に配置される、上述されたタイプの熱交換組立体を開示する。

そのような組立体では、マニホールドの壁とモジュールとの間の連結部は、とても高い応力を受け、この応力は、或る連結部の早期の破断に至らせることがある。

このような状況において、本発明は、熱機械的応力がより小さい熱交換組立体を提案しようとする。

この目的のために、本発明は、マニホールドの少なくともいくつか又はマニホールドの部分は中心軸線のまわりに連続して設置されたモジュールの間に延び、マニホールド又はマニホールドの部分は、マニホールド又はマニホールドの部分がモジュールの側面にほぼ等しい熱応力を生じさせるように、モジュールの２つの側面の間に位置する中間平面を中心にほぼ対称な方法で所定のモジュールの対向側に配置される、ことを特徴とする上述タイプの熱交換組立体に関する。

また、組立体は、個々に又は技術的に実行可能な組合せを取る次の特徴の１つ又はそれ以上を有する：
・組立体は外側容器の中心軸線に沿って延びる単一の２次排出マニホールドを有し、１次供給マニホールドは、２次供給マニホールド及び１次排出マニホールドに関して外側容器の内側に向かって、２次排出マニホールドの周りに配置される；
・所定のモジュールに仕える１次供給マニホールド及び２次排出マニホールドは、外側容器の内側の方に面するモジュール端部分と連通し、前記モジュールに仕える２次供給マニホールドと１次排出マニホールドは、外側容器の外側の方に面するモジュールの端部と連通する；
・各モジュールは、プレートの積み重ねを有し１次流体と２次流体は交互の層のプレートの間を流れる；
・各モジュールは、複数の相互に別個のサブモジュールを含み、サブモジュールのそばに配管セグメントを有する少なくとも１つの２次供給マニホールドが各モジュールに仕え、各モジュールは、配管セグメントを相互に連結するベローズを含み；
・各サブモジュールは、連結部を経て２次排出マニホールドと連通し、連結部及び２次供給マニホールドの配管セグメントは両方とも、５００ミリメートル(mm)より小さい水力直径を有する；
・外側容器の中心軸線は垂直であり、組立体はモジュールを支持するためのリングを含み、該リングは外側容器から吊り下げられ、支持リング及びモジュールは、外側容器に対して下方へ熱的に自由に膨張する；
・各モジュールは、１次流体と２次流体との間の熱交換のためのセルの連続的な積み重ねを含み、セルは互いに対して変形することができる；
・組立体は、中心軸線の周りに連続して設置される各対モジュールの間に、少なくとも一部がモジュールの側面にしっかり固定されたパネルによって画成される２次配給マニホールドを含む；
・２次排出マニホールドは、少なくとも一部が熱交換モジュールの底端部によって画成される；
・第１流体及び第２流体はガスであり、第１ガスは７００℃より高い温度で外側容器に入るためであり、第２ガスは７００℃より高い温度で外側容器から出るように設計される；
・第１流体は大部分はヘリウムからなり、第２流体は大部分はヘリウム及び/又は窒素からなる；
・第１流体及び第２流体は、高温又は超高温原子炉の１次流体及び２次流体である。

他の特徴及び詳細な説明から表される発明の強みは、付属図を参照すると共に、指示に非限定的な方法により下記に与えられる。

図１及び図２に示す組立体1は、第１流体と第２流体とを熱交換するための高温原子炉（HTR）又は超高温原子炉（VHTR）用である。

第１流体は原子炉の１次流体であり、及び閉ループで原子炉の中を通る。１次流体は原子炉の炉心（図示せず）を通り抜け、それから炉心の入口に最終的に戻る前に組立体１の中を通る。１次流体は原子炉の炉心で加熱され、例示として約８５０℃の温度で炉心を出る。１次流体はその熱の一部を組立体１内で２次流体に渡し、例えば、約４００℃の温度で組立体を出る。１次流体は典型的には理論的に純粋なガス状ヘリウムである。

第２流体は原子炉の２次流体であり、閉ループの中を流れる。２次流体は組立体１の中を通り及び発電機を駆動するためのガスタービンを通り抜ける、後に組立体１の入口に戻る。２次流体は、例えば、約３５０℃の温度で組立体1に入り、例えば、約８００℃の温度で出る。２次流体は、主としてヘリウム及び窒素からなるガスである。

組立体１は、
１次流体のための入口４及び出口６、並びに２次流体のための４つの入口８及び４つの出口１０を備えほぼ垂直の中心軸線X、を有する外側容器２と、
１次流体と２次流体の間で熱を交換する、容器２の内部に配置された８つの熱交換モジュール１２と、
モジュール１２に１次流体を供給するための環状マニホールド１４と、
モジュール１２に２次流体を供給するためのマニホールド１６と、
モジュール１２を出る１次流体を集め且つ排出するための環状マニホールド１８と、
モジュール１２を出る２次流体を集め且つ排出するための中心マニホールド２０と、
２次流体をマニホールド１６に送出する入口チャンバ２２、及び第２次排出マニホールド２０を出る２次流体を出口１０に送出する出口チャンバ２４と、
１次流体を一方の側でマニホールド１４と１８の間に、他方の側で入口４と出口６の間に流通させる底部内部装置２６と、
容器２に固定された１次流体循環器２８と、
を含んでいる。

容器２は、熱交換器１２及びマニホールド１４、１６、１８、２０が中に設置され、頂上に向かって開口部３２を有するタンク３０と、漏れ止め方法でタンク３０の開口部３２を閉じるための取り外し可能なカバー３４と、を含む。

２次流体入口８は、タンク３０の頂部に設けられ、タンクの共通の円周のまわりに規則正しく分布される。

２次流体出口１０は、入口８より少し下で、タンク３０の頂部に設けられ、且つタンクの共通の円周のまわりに規則正しく分布される。

タンク３０は、その底部分に、１次流体入口４及び出口６が通る単一分岐連結部を有する。入口４及び出口６は、図１Ｂで分かるように、入口４を囲む出口６と同軸である。

タンク３０は、軸線Xの中心に設置された円形中心開口を有する丸底によって底に向かって閉鎖され、底部で循環器２８が円形中心開口に固定される。

図２でわかるように、８つのモジュール１２は、軸線Xを中心とする円に配置され、且つ軸線を中心に規則的に分布される。

図１ないし図３Ａ/３Ｂと対応する本発明の第１実施形態では、熱交換器１２はプレートタイプの熱交換器であり、且つ剛性構造のものである。各剛性モジュール１２は３つの互いに等しいサブモジュール３６を有する。

例示として、熱交換モジュールはプレート機械加工熱交換器（PMHE）タイプのものであり、その場合サブモジュール３６は図６及び７に示すように形成される。

各サブモジュール３６は、全て等しく、並置され、且つ図６でわかるように、反対方向に交互に配置されたプレート３８から形成される。

各プレート３８は、長手方向に延びる複数の互いに平行な食刻の溝４０をもつ上面３９を有する。これらの溝４０の各々は第１端がプレートの横縁４２に開口する。溝は、すべて、縁４２と反対側端が、プレート全体にわたって延びる大きな幅の横溝４４に開口する。この溝４４は、縁４２と反対側の横線４６に沿って閉じられ、その２つの対向横端で開いている。

所定のサブモジュールのプレート３８は、横溝４４がサブモジュール３６の２つの対向した長手方向端で交互に配置されるように、上面３９が上方に面して、並置される。所定のサブモジュールのプレート３８は、互いに溶接され又はあら付けされる。

第１流体及び第２流体は、積み重ねのプレートおきに交互にプレート３８の溝４０及び４４の中を流れる。かくして、図７に示されるように、１次流体（濃い矢印）はサブモジュール３６の第１の長手方向端に位置される溝４４の２つの開口端を経てサブモジュール３６に入る。第１流体は、サブモジュールの２つの対向側面４７を経てサブモジュール３６に入る。次いで第１流体は溝４０に沿って進み、その第１端と反対側のサブモジュール３６の長手方向端に位置した横面４８を経てサブモジュール３６を出る。

２次流体（図７の中空矢印）は、サブモジュール３６の第２長手方向端に位置した溝４４の開口端を経てサブモジュール３６に入り、第１長手方向端に位置した横面５０を経て出る。１次流体及び２次流体は、サブモジュール３６の内部で互いに向流で流れる。

変形例では、熱交換モジュール１２はプレートフィン熱交換器（PFHE）タイプのものでもよい。そのような状況下では、長手方向溝は、プレート３８の上面３９で食刻されるのではなく、上面に相互平行フィンを溶接することによって作られ、フィンは互いの間に溝４０を画成する。

図１でわかるように、所定の熱交換モジュール１２の３つのサブモジュール３６は、互いから少し離れて軸線方向に並置される。熱交換モジュール１２のメンテナンスを容易にするために、サブモジュールは、タンク３０から開口部３２を通して軸方向に引き抜くことができる支持バスケット５２内に一緒に集められる。

バスケット５２は、内部に２次流体入口チャンバ２２を画成し且つ中心軸線Xと同軸の上部円筒リング５４、中心軸線Xと同軸の底部円筒リング５６、及びリング５４と５６を分離する、中心軸線Xとほぼ垂直のプレート５８、を有する。

バスケット５２は、タンク３０の内側に形成された肩５９からプレート５８を経由して吊り下げられる。

２次流体出口チャンバ２４は、チャンバ２２の内側に設置される。

また、バスケット５２は、熱交換器モジュール１２を支持するためのリング６０と、２次流体排出マニホールド２０を画成する内部リング６２、を有する。

円筒リング６０は、分離プレート５８の下に吊り下げられ、中心軸線Xと同軸である。サブモジュール３６は、リング６０に切り抜かれた窓６４に適当な手段によって固定される（図８も参照）。２次流体出口横面４８及び１次流体入口溝４４は、リング６０の半径方向内側に位置する。１次流体出口横面５０及び２次流体入口溝４４はリング６０の半径方向外側に位置する。

底リング５６と支持リング６０の間に画成された環状空間は、分離プレート５８によって上部の方向に、及び軸方向に圧縮できる環状金属ベローズシステム６６によって底部の方向に閉じられている。

内部リング６２は、丸底６８によって下向きに閉じられている。上向きに内部リング６２はプレート５８を貫通し、且つ２次流体出口チャンバ２４へ開口する。

支持リング６０と内部リング６２の間に延びる環状空間は、１次供給マニホールド１４を形成する。環状空間は、分離プレート５８の下に或る距離で延びる環状プレート７０によって上部に向かって閉じられる。環状空間は、その底部では、中心軸線Xと同軸である中間マニホールドセグメント７４と取り外し可能な漏れ止め連結器７２を介して連通し、セグメント７４それ自体は１次流体入口４と半径方向に連通する。タンク３０からバスケット５２を引き抜くときに、連結器７２により、リング６０をマニホールドセグメント７４から切り離すことができる。

底部リング５６は、プレート５８の下短距離に形成された１次流体流れ開口部７６を含む。開口部７６は、リング５６と６０の間に位置した環状空間７８を、リング５６と外側容器２の間に画成された環状空間８０と連通させる。これら２つの環状空間は、一緒になって第１次排出マニホールド１８を形成する。環状空間８０は、プレート５８と外側容器２との間の連結によって漏れ止めの方法で上部に向かって閉じられる。環状空間８０は、下方に開いている。底内部装置２６は、１次流体を、環状空間８０の底部から循環器２８の入口に進ませ、次いで循環器２８を出て１次流体出口６（図１）、に進ませることができる経路を形成するように配置される。

組立体１は、中心軸線Xと平行に延び、リング５６と６０の間の環状空間７８内に配置された１６個の２次供給マニホールド１６を有する。図２及び図３Ａに示されるように、２つの２次供給マニホールド１６が各熱交換モジュール１２に仕え、各マニホールド１６はモジュール１２の３つの並置かれたサブモジュール３６に仕える。共通モジュール１２に仕える２つのマニホールド１６は、サブモジュール３６の２つの反対側面４７に沿って延びる。

図３に示すように、各マニホールド１６は、各々、サブモジュール３６の１つの側面４７に隣接し且つしっかり固定され、軸方向に圧縮できるベローズ８４によって相互に連結された、３つの剛性配管セグメント８２を有する。図８に示すように、配管セグメント８２は、所定のサブモジュールの２つの対向横面４７の区域のそばにあり、且つ２次流体入口のための横溝４４の端と連通する。

図２及び図３Ａに示すように、２つの連続した熱交換モジュール１２の間に設置された２つの２次供給マニホールド１６は、分離プレート５８を貫通し、２次供給チャンバ２２と接続し且つ連通するそれぞれのセグメント８８を有する上部曲がり管８６を有する。曲がり管８６は、各々もう１つの軸方向に圧縮できるベローズ８４を介して、最も高い配管セグメント８２に連結される。全てのマニホールド１６は、マニホールドの底部端が閉じられている。上部ベローズ８４は、半径方向熱膨張による移動に順応するようになっている。曲がり管８６は省かれてもよい。そのような状況下で、上部ベローズは、プレート５８（図３Ｂ）を介して第２次供給マニホールド２２との連結部を提供するチューブ８９を備える。

各サブモジュール３６は、２次流体出口横面５０を完全に覆うハウジング９０を有し、ハウジング９０は、小径の配管９２を介して２次排出マニホールド２０に連結される。

最後に、組立体１の高温部分、すなわち、熱交換モジュール１２を通る前に１次流体が流れ、熱交換モジュール１２を出るときに２次流体が流れる部分は、断熱材層９４によって組立体１の低温部から隔離される。図１に明瞭に示すように、これらの高温部分は、容器２の中心軸線Xに沿って、組立体１の中心に位置する。かくして、断熱材９４は、１次流体入口４、中間マニホールドセグメント７４、支持リング６０、環状プレート７０、出口チャンバ２４、及び環状プレート７０とチャンバ２４との間に延びる第２次排出マニホールド２０のセグメント、の周りに配置される。

上記熱交換組立体１の中の１次流体及び２次流体の流れは、図１を参照して以下の項で詳細に記述される。

１次流体（図１の点線矢印）は、入口４を経由して組立体１に入り、中間マニホールドセグメント７４を通り、２次排出マニホールド２０の周りで１次分配マニホールド１４に沿って軸線方向に上昇する。

図１及び図８に示すように、１次流体は、横溝４４の開口端を経てサブモジュール３６に入り、１次流体の熱を２次流体に受け渡してサブモジュール３６を通り、横面４８を経てサブモジュール３６を出て、環状空間７８内で軸方向に上昇し、開口部７６を通って環状空間８０に入り、環状空間８０に沿って軸方向に下方に移動し、そして底内部装置２６によって循環器２８に運ばれ、循環器２８から１次出口６に排出される。

２次流体は、入口８を経由して組立体１に入り、チャンバ２２によって１６個の２次供給マニホールド１６に分配される。２次流体は、マニホールド１６の中を軸方向下方に進み、横溝４４の開口端を経てサブモジュール３６に入り、サブモジュール３６の中を組立体１の外側から内側の方へ半径方向に通り、サブモジュール３６で、２次流体が１次流体によって受け渡された熱によって加熱され、面５０を経てサブモジュール３６を出て、ハウジング９０及び連結部９２を通り、２次排出マニホールド２０に入り、次いで２次排出マニホールド２０によって出口チャンバ２４まで中心軸線に沿って上方に運ばれ、出口チャンバは２次流体を種々の２次出口１０に送出する。

上記の熱交換組立体は、複数のメリットを有する。

所定のモジュールを取り囲むマニホールド又はマニホールド部分はすべて、モジュールの２つの側面の中間平面Pに対してほぼ対称に配置されているので、モジュールの側面に引き起される熱応力はほぼ等しい。したがって、モジュールの２つの側面の熱膨張は同様である。したがって、熱交換モジュールは、円周方向にそれを受けない。それどころか、熱交換モジュールはそれらの側面の間の中間平面に対してほぼ対称のままである。その結果、熱交換モジュールの支持リングの熱機械的応力を減少させる。

図１ないし図３Ａ/３Ｂに示す実施形態では、モジュールの２つの側面は並行であり、中間平面Pは、これら２つの側面から等距離であり、且つ包囲体の中心軸線Xを含む側面と平行な平面である。

より一般的に、各中間平面Pは、各モジュールの２つの側面の間で中心方向に延びる。

さらに、モジュール及び支持リングの軸線方向熱膨張により発生される応力は、種々の構造上の配列により最小にされる。

モジュール１２を互いに分離される複数の軸線方向に並置されたサブモジュール３６に分離することの事実は、モジュールの軸線方向膨張によって支持リングに引き起こされる応力の最小にすることを可能にする。さらに、支持リング６０は、プレート５８から吊り下げられ従って、自由に下方に熱膨張する。この自由は、支持リング６０と底部リング５６との間の環状空間７８が軸線方向に変形することができるベローズ６６によって下方に閉じられるという事実によって特に与えられる。サブモジュール３６は、ベローズ８４が２次供給マニホールドに沿って種々のサブモジュール３６の間に介在されるので且つサブモジュール３６が小さいセクションの連結部９２を介して２次排出マニホールドに連結されるので、軸線方向に移動することができる。

外側容器の中心にまとめらされる２次排出マニホールド及び１次供給マニホールドの事実は、外側容器２を適度な温度に維持する観点で好ましい。これら２つのマニホールドの両方は、７００℃より大きい温度、典型的には８００℃より大きい温度、でガスを運ぶ。外側容器２の円周に配置された１次排出マニホールド及び２次供給マニホールドは、例えば４００℃ないし５００℃の範囲の、大変低い温度でガスを運ぶ。

両方とも管状形状のものであり、多数の２次供給マニホールド、ここでは、モジュールにつき２つのマニホールドの使用は、最初に、ガスの速度を３４m/s程度の、十分に低レベルに維持すること、及び例えば各２次供給マニホールドについて５０mmより小さい、小水圧直径の配管を使用することを可能にする。ガスの流速を適度であるレベルに保つことは、熱交換モジュールの熱水力動作にとって好ましい。小直径の管状２次供給マニホールドを使用することは、１次系と２次系との間の圧力差が５MPaを超えるとき、１次回路又は２次回路の破裂の場合の特に偶発的な事情のもとで、圧力に耐える２次供給マニホールドの能力にとって好ましい。

また、連結部９２は、同じ理由のため、５００mmより小さい水力直径を有するのが好ましい。

さらに、小直径配管の使用は、サブモジュール３６にしっかりと固定されるマニホールドセグメントの間にベローズを介在させることを可能にする。

本発明の第２実施形態を、図４及び図５に示す。

この第２実施形態では、熱交換モジュールは、図９に示すように、米国特許5,983,992号に記載されたタイプのプレート熱交換器である。この熱交換器は、互いに積み重ねられた複数の熱交換セルCを含む。各セルCは、第１の端に切り抜かれた流体入口Eを有し且つ反対側の端に切り抜かれた流体出口Sを有す頂部プレートAを含んでいる。また、セルCは、頂部プレートAとほぼ平行に延び、且つ切り抜かれた入口E、出口Sを有する底部プレートBを有し、頂部プレート、底部プレートの入口は整列しており、出口も整合している。図９に示すように、プレートA及びBはこれらの周縁部で互いに溶接される。頂部プレートAの入口E及び出口Sは、セルCの内側に対して突出する、すなわちプレートBと反対の側から突出する、周辺部によって囲まれている。対照的に、底部プレートBの入口E及び出口Sは、セルから外側に突出するすなわち頂部プレートAと反対の側から突出する。波形金属シートFが、プレートAとBとの間に配置され且つプレートに溶接される。金属シートFはセルCの内側にフィン配列を形成する。また、同じタイプの第２波形金属シートFが、セルCの外側の方に面するプレートAの面に溶接される。第３波形金属シートFが、セルCの外側の方に面するプレートBの側面に溶接される。

セルCは、互いに積み重ねられ且つこれらそれぞれの入口及び出口の突出周辺部を介して互いに連結される。セルは、セルCの全ての入口及び出口が整列しているように配置される。

１次流体は、入口Eを経てセルCに入り、各セルの内側に配置された波形シートFにより画成されるチャンネルの中を流れ、出口Sを経て出る。２次流体は、セルCの間に画成された空間の中を流れる。

この方法で作られた熱交換モジュールは、隣接したセルに対して移動することのできる、且つ例えば、圧縮、曲げ、又は拡張によって、変形することのできる各セルの特徴を有する。

図４及び図５は、モジュールが図９に示すタイプの可撓性のプレート熱交換器である熱交換組立体を示す。以下の説明は、本発明の第２実施形態を形成するこの組立体と本発明の第１実施形態を形成する図１ないし図３Ａ/３Ｂの組立体との間の違いにのみ関する。

等しい又は同様の機能を果たす要素には、両実施形態で同じ参照が与えられる。

図４でわかるように、熱交換モジュール１２は、もはや複数のサブモジュール３６に副分割されないが、１次流体及び２次流体が流れるセルの連続積み重ねで各々構成される、一体のユニットである。

熱交換モジュール１２の各々は、長方形の平行六面体の形態をなしている。１次流体及び２次流体は、モジュールの側面４７の半径方向内側及び半径方向外側のゾーンを経てそれぞれモジュール１２に入る。

さらに、第１実施形態と違って、組立体１は、２次排出マニホールドを囲み且つ環状形状の、モジュール１２のための単一１次流体供給マニホールドを含まないが、モジュール１２とモジュール１２の間で軸線方向に延び、且つモジュール１２の下に設けられた分配チャンバ９５へ開口する８つの別々の１次供給マニホールド１４を有する。チャンバ９５は、中間マニホールドセグメント７４と連通する。各マニホールド１４は、その両側２つの熱交換モジュール１２に仕える。各モジュールは、２次流体出口横面５０によって半径方向内方に、１次流体出口横面４８によって半径方向外方に、そして隣接したモジュールの方に面する面４７によって横向きに画成される。

中心軸線Xの周りに連続して配置された各対のモジュール１２の間の、モジュール１２のための支持構造体９６は、中心軸線と同軸であり且つモジュール１２の軸線方向全高さを越えて延びる円筒形セクタの形態をなした２つのパネル９８及び１００を含んでいる。これらのパネルは、両側で２つのモジュール１２に面する側壁４７に溶接される。パネル１００は、１次流体が排出されるモジュール１２の外側横面４８を通り越してほぼ半径方向に延びる。パネル９８は、パネル１００と１次供給マニホールド１４との間に半径方向に介在される。

モジュール１２とパネル９８及び１００によって形成された組立体は、円筒形リング１０２によって分離プレート５８から吊り下げられる。

さらに、環状空間７８は、環状プレート１０４によって下方に閉じられる。

組立体１は、モジュール１２の間に配置され、且つパネル９８及び１００によって及びモジュール１２の側面４７によって画成された８つの２次供給マニホールド１６を有する。各マニホールド１６は、その両側でモジュール１２に仕える。

２次流体は、リング１０２の内側の空間によって形成されたチャンバ１０６から供給マニホールド１６に分配される。

各１次供給マニホールド１４は、外側容器２の中心軸線と垂直である平面でほぼ楕円形である断面を有する。

各マニホールド１４は、凹面側が互いに向かい合った２つの凹面パネル１０８及び１１０によって画成され、凹面パネルはモジュール１２の軸方向全高さを越えて延びる。パネル１０８及び１１０は、両側でのモジュールの側面４７に溶接される。パネル１１０は、モジュール１２の内側横面５０とほぼ水平に延びる。断熱材９４は、リングのセクタの形態で、凹面パネル１０８とパネル９８との間の空間を満たす。

本発明の第１実施形態におけるように、２次排出マニホールド２０は、組立体１の中心軸線に沿って延びる。２次排出マニホールド２０は、凹面パネル１１０と交互をなすモジュール１２の内側横面５０によって円周方向に画成される。かくして、高温の２次ガスは、各モジュール１２から２次排出マニホールド２０に直接出る。２次マニホールド２０は、２次マニホールド２０を１次分配チャンバ９５から分離する丸底６８によって下方に画成される。２次排出マニホールド２０は、２次分配チャンバ１０６及び分離プレート５８を貫通する大径排出パイプ１１２によって軸線方向上方に延長される。

２次流体入口１１４及び出口１１６は、熱交換器組立体のカバー３４によって担持される中心円筒形リング１１８に作られる。このリング１１８は、組立体１の中心軸線Xの周りに延びる。入口１１４は、リング１１８に半径方向に連結される。２次出口１１６は、曲がりを有し、リング１１８と整列して延び、軸部分１２０に対して半径方向に延びる一部分１２２が続く、パイプ１２０の軸線方向長さを含む。２次排出パイプ１１２は、軸方向部分１２０を第２次排出マニホールド２０に連結する。

第２次分配チャンバ１０６は、分離プレート５８に作られた開口部（図示せず）を介してカバー３４の内側の空間と連通し、その空間は２次流体入口１１４と連通する。

組立体１を通る１次流体及び２次流体の流れを、図４に関して下に記述する。

１次流体（図４の破線矢印）は、入口４を経て容器２に入り、中間マニホールドセグメント７４を通り、分配チャンバ９４に入り、分配チャンバから８つの１次供給マニホールド１４に分配される。１次流体は、横からモジュール１２に入り且つ外側横面４８を経て半径方向に出て、環状空間７８に入る。１次流体は、開口部７６まで環状空間７８に沿って上昇し、次いで、環状空間８０に沿って下方に戻ってくる。内部装置２６は１次流体を循環ポンプ２８の吸引側に運び、１次流体は循環ポンプ２８の排出部から１次出口６に進む。

２次流体は、２次入口１１４を経て組立体１に入り、カバー３４及び分離プレート５８を通り、第２次分配チャンバ１０６に入り、分配チャンバから８つの２次供給溝１６に分配される。２次流体は、横からモジュール１２に入り且つ２次排出マニホールド２０に通じるモジュールの内側横面５０を通ってモジュール１２を出る。その後２次流体はこのマニホールド２０及び排出パイプ１１２に沿って上昇し、２次出口１１６に進む。

上記のように、断熱材９４は、組立体１の最も高温部分すなわち、１次流体が熱交換モジュール１２の中を通る前に流れる部分、及び２次流体が熱交換モジュール１２を出た後に流れる部分の周りに配置される。図４でわかるように、断熱材は、１次流体入口４、中間マニホールドセグメント７４、１次分配チャンバ９５、２次排出パイプ１１２、２次出口１１６、に沿って、及びパネル９８と１０８の間に配置される。

また、本発明の第２実施形態は多くのメリットを示す。

第１実施形態におけるように、所定のモジュールの両側のマニホールドは、これらのマニホールドがモジュールの側面にほぼ等しい熱応力を生じさせるように、モジュールの２つの側面の間で且つ中心軸線Xを含む中間平面Pに対してほぼ対称である方法で配置される。したがって、モジュールは、組立体１の円周方向に偏らない。したがって、２つの連続モジュールを相互に連結するパネル９８、１００、１０８及び１１０は、最小の熱機械的応力を受ける。

さらに、熱交換モジュール１２は可撓タイプのものであることは、これらモジュール１２が第１実施形態におけるよりもはるかに小さい軸方向熱膨張を受けることを意味する。したがってモジュール１２の底の環状空間７８を閉じるために、モジュール１２の軸方向膨張の結果としてパネル９８、１００、１０８及び１１０に及ぼされる応力は、適度であり、第１実施形態におけるベローズ６６のようなベローズを設ける必要がない。そしてまた２次排出マニホールド２０を画成するために、リング６２のような、連結部を介してモジュール１２に連結される特定のリングを設けるいかなる必要もない。マニホールドを、モジュール１２の内側横面５０により且つ１次分配マニホールドの一部画成するパネル１１０によりより単純且つより経済的な方法で作ることができる。

第２実施形態では、特に、組立体１は、熱交換モジュールが一体ユニットであるので、２次入口及び出口１１４及び１１６の配置のために、及び分配チャンバ９５及び１０６の配置のためにコンパクトである。

第１実施形態におけるように、組立体１の高温部分は、中心軸線に沿って置かれるから、外側容器２は適度な温度に維持される。

上記組立体は、複数の変形例を示すことができる。

組立体は、８つよりも多い又は少ない熱交換モジュールを有してもよく、例えば、組立体は４つ、６つ、１０個又は１２個若しくはさらに多くの熱交換モジュール１２を有することができる。

本発明の第１実施形態では、各モジュール１２は、３つより多い又は少ないサブモジュール、例えば、２つ、又は４つ、又は４つより多いサブモジュールを有してもよい。

マニホールドの数は、上の具体的記載と異なってもよい。各タイプ（供給/排出、１次/２次）のマニホールドが、或いは各タイプの２つのマニホールドが、若しくは２つよりも多い数のそのようなマニホールドが、各モジュールに仕えてもよい。単一マニホールドは単一モジュールに仕え、或いは２つのモジュールに仕え、若しくは全てのモジュールに仕えてもよい。

モジュールは、必ずしも直角の平行６面体の形態ではなく、いかなる他の適切な幾何学的形状（ひし形形状、６角形等である断面）を有することができる。

包囲体は、同軸又は非同軸である複数１次流体入口及び出口を有してもよい。包囲体は、同軸又は非同軸でもよい４つのよりも多い又は少ない２次流体入口及び出口を有してもよい。

１次流体は、厳密に純粋なヘリウムである必要はなく、ヘリウム及び窒素の混合物であってもよい。

２次流体は、厳密に純粋なヘリウム又はヘリウム及び窒素の混合物（例えばヘリウム２０％及び窒素８０％、又はヘリウム４０％及び窒素６０％）としてもよい。

図１は、本発明の第1実施形態で熱交換組立体の軸線方向断面図である。 図２は、図１において矢印IIに沿って見た、図１組立体の中心軸線と直角な平面での断面図である。 図３Ａは、図１の２つの熱交換モジュール及びモジュールに仕える２つの２次供給マニホールド、の立面図である。 図３Ｂは、２次供給マニホールドの変形実施形態のための図３Ａと同様の図である。 図４は、本発明の第２実施形態における熱交換組立体の軸線方向断面図である。 図５は、図４において矢印Ｖにそって見た、図４の組立体の中心軸線と直角な平面での断面図である。 図６は、図１の組立体の熱交換モジュールを形成するタイプのプレートの斜視図である。 図７は、図６のプレートから成り立つ図１の組立体の熱交換サブモジュールの斜視図である。 図８は、支持リングに取付けられ、２次供給マニホールドの配管のセグメントと共に、支持リングに取付けられ、２次排出マニホールドとの連通分岐部を有する図７サブモジュールの斜視図である。 図９は、図４の組立体の熱交換モジュールの断面図である。

Claims (13)

1. １次流体と２次流体の間の熱交換組立体（１）であって、
   中心軸線Xを有する外側容器（２）と、
   前記１次流体と２次流体との間の複数の熱交換モジュール（１２）であって、前記外側容器（２）の内側で前記中心軸線Xの周りに分配され且つ互いに面するそれぞれの側面（４７）を有する熱交換モジュールと、
   １次流体を前記モジュール（１２）に供給するための少なくとも１つのマニホールド（１４）と、
   ２次流体を前記モジュール（１２）に供給するための少なくとも１つのマニホールド（１６）と、
   前記モジュール（１２）を出る前記１次流体を集め且つ排出するための少なくとも１つのマニホールド（１８）と、
   前記モジュール（１２）を出る前記２次流体を集め且つ排出するための少なくとも１つのマニホールド（２０）と、を含む熱交換組立体において、
   前記マニホールド（１４，１６）の少なくともいくつか又はマニホールド（１８）の部分は前記中心軸Xの周りに連続して配置された前記モジュール（１２）の間に延び、前記マニホールド（１４，１６）又はマニホールド（１８）の部分は前記マニホールド（１４，１６）又はマニホールド（１８）の部分が前記モジュール（１２）の前記側面（４７）にほぼ等しい熱応力を生じさせるように前記モジュール（１２）の２つの側面（４７）の間に位置する中間平面を中心にほぼ対称の方法で所定のモジュール（１２）の対向側に、配置される、
   ことを特徴とする組立体。
2. 前記外側容器（２）の前記中心軸線Xに沿って延びる単一２次排出マニホールド（２０）を有し、前記１次供給マニホールド（１４）は前記２次供給マニホールド（１６）及び１次排出マニホールド（１８）に対して前記外側容器（２）の前記内側に向かって、前記２次排出マニホールド（２０）の周りに配置される、ことを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
3. 所定のモジュール（１２）に仕える前記１次供給マニホールド（１４）及び前記２次排出マニホールド（２０）は前記外側容器（２）の前記内側の方に面する前記モジュール（１２）の端部分と連通し、前記モジュール（１２）に仕える前記２次供給マニホールド（１６）及び前記１次排出マニホールド（１８）は前記外側容器（２）の前記外側の方に面する前記モジュール（１２）の端部分と連通する、ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の組立体。
4. 各モジュール（１２）は（３８；A,B）プレートの積み重ねを含み、前記１次流体流及び２次流体流が交互の層のプレートの間を流れる、ことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の組立体。
5. 各モジュール（１２）は、前記サブモジュール（３４）のそばの配管セグメント（８２）を含む少なくとも１つの２次供給マニホールド（１６）が仕える複数の相互に別個のサブモジュール（３６）と、前記配管セグメント（８２）を相互に連結するベローズ（８４）とを含む、ことを特徴とする、請求項４に記載の組立体。
6. 各サブモジュール（３６）は連結部（９２）を介して前記２次排出マニホールド（２０）と連通し、前記連結部（９２）及び前記２次供給マニホールド（１６）の前記配管セグメント（８２）は５００mmより小さい水力直径を有する、ことを特徴とする、請求項５に記載の組立体。
7. 前記外側容器（２）の前記中心軸線Xは垂直であり、前記組立体は、前記モジュール（１２）を支持するためのリング（６０）を含み、該リングは前記外側容器（２）から吊り下げられ、前記支持リング（６０）及び前記モジュール（１２）は前記外側容器（２）に対して下方に熱的に自由に膨張する、ことを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載の組立体。
8. 各モジュール（１２）は前記１次流体及び２次流体の間の熱交換のためのセル（C）の連続的な積み重ねを含み、セルは互いに対して変形することのできる、ことを特徴とする、請求項４に記載の組立体。
9. 少なくとも一部が前記モジュール（１２）の前記側面（４７）にしっかり固定されたパネル（９８，１００）によって画成される２次分配マニホールド（１６）を前記中心軸線Xのまわりに連続して配置された各対のモジュール（１２）の間に含む、ことを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
10. 前記２次排出マニホールド（２０）は、少なくとも一部が前記熱交換モジュール（１２）の前記底端部によって画成される、ことを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載の組立体。
11. 前記１次流体及び２次流体はガスであり、前記１次ガスは７００℃よりも高い温度で前記外側容器（２）に入るためであり、前記２次ガスは７００℃よりも高い温度で前記外側容器（２）から出るように設計されている、ことを特徴とする、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の組立体。
12. 前記１次流体は大部分がヘリウムからなり、前記２次流体は大部分がヘリウム及び/又は窒素からなる、ことを特徴とする、請求項１１に記載の組立体。
13. 前記１次流体及び２次流体は高温又は超高温原子炉の１次流体及び２次流体である、ことを特徴とする、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の組立体。

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