JPH01193595A - 溶射金属入り伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、例えば、高速増殖炉プラント等の蒸気発生器
において使用される二重管型の伝熱管に係わり、特に伝
熱管の内管または外管の破損時の早期検出や熱伝達性の
向上により、優れた性能を有する溶射金属入り伝熱管に
関する。

（従来の技術） 高速増殖炉、例えば二重冷却系を採用したタンク型高速
増殖炉は、一般に、次のように構成されている。

即ち、原子炉容器内には一次冷却材く例えば液体金属ナ
トリウム）と炉心とが収容されており、炉心は複数の燃
料集合体および制御棒等から構成されている。−次冷却
材は炉心を上方に向って流通しつつ、炉心の核反応熱に
より昇温する。

昇温した一次冷却材は炉心の上方に流出して、原子炉容
器内に設置された中間熱交換器内に流入し、この中間熱
交換器にて二次側冷却材（例えば液体金属ナトリウム）
と熱交換して冷却された後、中間熱交換器の外に流出す
る。この冷却材は、その後再び炉心内に導入され、以下
同様に循環する。

一方、中間熱交換器にて熱交換して昇温しな二次側冷却
材は原子炉容器の外側に配置された蒸気発生器内に導入
され、給水系と熱交換して冷却される。冷却された二次
側冷却材は、再度中間熱交換器に移送され、以下同様に
循環する。また二次側冷却材との熱交換により発生した
蒸気はタービン系に移送されて発電に供される。

蒸気発生器としては、通常、縦型で上下部に管板を有し
、それらの間に多数本の伝熱管を配設したシェル・アン
ド・チューブ型の熱交換器が使用されている、この型の
熱交換器では、特に安全性の向上を図るべく二重前型の
伝熱管が採用されている。

次に、従来の蒸気発生器とそれに使用れている伝熱管の
構成を第７図ないし第９図を参照して説明する。

第７図は蒸気発生器の全体構成を示すもので、外胴１内
には二重前型伝熱管２が多数本配設されている。

二重前型伝熱管２は第８図および第９図に示すように、
外管３と、この外管の内周側に多孔質金属４を介して配
設された内管５とから構成されている。内管５はその上
端及び下端を管板６．７によって支持されている。また
、外ｇ３は、その上下端を中間管板８と管板７によって
支持されている。図中、ａ、ｂ、ｃは溶接部分を示す。

第７図において、外胴１の下端には水入口プレナム９が
設！されている。この水入口プレナムには水流入口１０
が形成されており、これには図示しない水流入配管が接
続されている。また、水入ロプレナムリにはマンホール
１１が配置されている。

一方、外胴１の上端には蒸気出口プレナム１２が形成さ
れており、この蒸気出口プレナム１２には蒸気流出口１
３が形成されている。この蒸気流出口には図示しない蒸
気流出配管が接続されている。また、蒸気出口ブレナム
１２にはマンポール１４が設置されている。

外側１の管板８の下方側には冷却材入口プレナム１５が
設置されており、この冷却材入口プレナムには、冷却材
流入口１６が形成されている。この冷却材入口１６には
図示しない冷却材流入配管が接続される。

一方、外胴１の管板７の上方側には冷却材出口プレナム
１７が設置されており、この冷却材出口プレナムには、
冷却材流出口１８が形成されている。この冷却材流出口
１８には図示しない冷却材流出配管が接続されている。

なお第１図中、符号１９は外胴１に介挿されたベローズ
を示し、また符号２０は入口窓を、符号２１は出口窓を
示す。

また、管板６と中間管板８との間に形成された中間プレ
ナム２４には、リーク検出ノズル２５が取付けられてい
る。

第８図において、多孔質金属４の充填は、以下のように
して行われる。

即ち、まず外管３と内管５を二重管状態で配置する。そ
の際、内管５と外管３との間の間隔を適正に保持するた
め、内管５側からスペーサ２ａを突設させておく、この
状態で内管５と外管３との間に焼結金属の原料粉末を充
填した後、内管５を拡管すると共に、熱処理を施すこと
により、第８図に示すような構造の二重前型伝熱管２を
得ることができる。

上記構成の二重前型伝熱管２を備えた蒸気発生器におい
て、高温の一次冷却材は冷却材流入口１６を介して冷却
材入口プレナム１５内に流入し、入口窓２０を経て伝熱
管束部に流入し、伝熱管２の外側を流下しながら伝熱管
内の二次冷却材と熱交換し、自身は冷却された後、出口
窓２１を通して冷却材出口プレナム１７に達し、そこか
ら冷却材流出口１８を経て蒸気発生器の外に流出する。

一方、蒸気タービン側の水は水流入配管（図示せず）と
水流人口１０を介して水流入プレナム９内に流入し、そ
こから伝熱管２の内管５内に流入して上昇する。その際
、伝熱管２の外側を流下する冷却材と熱交換して昇温し
、蒸気となる。この蒸気は蒸気出口プレナム１２内に流
出し、蒸気流出口１３及び蒸気流出配管を介して、図示
しないタービン系に移送されて発電に供される。

上記において、伝熱管２の破損検出は以下のようにして
行われる。

先ず、内管４にクラック管等が発生し、水・蒸気がリー
クした場合であるが、この場合には、リークした水・蒸
気は多孔質金属４を通って上方または下方に流通する。

上方に流通した水・蒸気は中間プレナム２４内に流入し
、リーク検出ノズル２５を経てリーク検出装置（図示せ
ず）に導かれる。このリーク検出装置で中間プレナム２
４内の圧力変動を検出することにより、内管４の破損を
検知する。

次に、外管３が破損した場合であるが、この場合には、
中間プレナム２４内のガスが多孔質金属４を通って外管
３の破損部から二次冷却材側に流出する。その結果、中
間プレナム２４内のガス圧力が低下するので、これを検
出することにより外管３の破損を検知し、あるいは二次
冷却材側に設置されたガス検出器によって流出ガスを検
出することにより、外管３の破損を検知する。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の伝熱管には次のようにな問題があった。

■　内外管いずれの破損の場合にも、内管５及び外管３
との間に充填された多孔質金属４を介してリークを検出
することにより破損の検知をしており、その意味では上
記多孔質金属の品質は伝熱管の信頼性に直接影響を午え
ることになる。

しかしながら、従来の伝熱管製造方法においては、数１
０ｍもの長さを持つ内管５と外管３との間隙に多孔質金
属４の原料粉末を均一に充填することは、振動充填法の
採用によっても非常に困難であり、リーク検出特性に問
題があった。また、多孔質金属４の充填率により熱抵抗
特性も変化するため、所望の熱伝達性能を得ることが難
しい。

■　多孔質金属４は、内管５．ｔたは外管３に発生した
クラックの拡散を防止する機能が必要であるが、それと
同時に内外管間の熱抵抗も考慮しなければならない、従
って、内管５と外管３が金属組織的に一体ではなく、し
かも密着した状態であることが必要がある。

しかしながら、従来の伝熱管の製造方法を用いると、熱
処理をする際、焼きしまりがあり、密着性の点でも問題
がある。その意味でも多孔質金属４を充填した伝熱管の
製作には困難が伴う。

この様に従来の伝熱管にあっては、内管及び外管との間
の多孔質金属に関して種々の問題があえた。

本発明はこのような点に基づいてなされたもので、伝熱
性能に優れ、伝熱管の破損検出を早期に行うことができ
、しかも製造が容易な二重等型の伝熱管を提供すること
を目的とするものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の溶射金属入り伝熱管は、外管と内管との間に多
孔質の溶射金属層が形成されていることを特徴とするも
のである。

（作用） 上述のような構成の溶射金属入り伝熱管においては、内
管の外面に空隙率と表面荒さが一定となるように金属を
溶射することが容易であり、この多孔質の溶射金属層を
予め設けた内管を外管の中へ装入して合せ引きすること
により、伝熱性能に優れ、伝熱管の破損検出を早期に行
うことができ、しかも製造が容易な二重等型の伝熱管を
得ることができる。

（実施例） 以下、第１図ないし第６図を参照して本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明の伝熱管を用いた蒸気発生器の全体構成
を示すものであり、外胴１０１内には複数本の二重管壁
伝熱管１０２が配設されている。

これらの二重管壁伝熱管は、第２図に示すように、内管
１０３の外側に溶射金属層１０４を介して外管１０５を
被せた構成となっている。

溶射金属層１０４としては、銅、ニッケル、クロムある
いはこれらの金属の一つ以上を主成分とする合金、もし
くは内、外管と同質材料が使用されている。

このような構成の溶射金属入り伝熱管は、内管１０３の
外面に空隙率が一定になるように金属を溶射して溶射金
属層１０４を被着させ、これを外管１０５の中へ装入し
、引き延ばす（合せ引く）ことにより製作される。

各伝熱ＩＥ：１０２は、第３図に示すように、内等１０
３の上下端を管板１０６．１０７により支持されており
、また外管１０５の上下端を中間管板１０８．１０９に
より支持されている。なお、第３図中、符号ａ、ｂ、ｃ
、ｄはそれぞれ溶接部を示す。

第１図に戻って、外胴１０１の下端部には水火ロプレナ
ム１１２が形成されており、そこには水流入配管１１３
が接続されている。また、外胴１０１の上端には蒸気出
口ブレナム１１４が形成されており、この蒸気出口プレ
ナムには蒸気流出配管１１５が接続されている。

管板１０８の下方側には、冷却材入口ブレナム１１６が
形成されており、この冷却材入口プレナムには冷却材流
入配管１１７が接続されている。

また、管板１０９の上方側には冷却材出口プレナム１１
８が形成されており、そこには冷却材流出配管１１９が
接続されている。

図中、符号１２０は外胴１０１の途中に介挿されたベロ
ーであり、符号１２１は入口窓、符号１２２は出口窓で
ある。

管板１０６と中間管板１０８との間、および管板１０７
と中間管板１０９との間には夫々中間プレナム１２３．
１２４が形成きれている。中間プレナム１２３にはリー
ク検出ノズル１２５が接続され、また中間アレナム１２
４にはリーク検出ノズル１２６が接続されている。これ
らのリーク検出ノズル１２５．１２６には夫々リーク検
出部（図示せず）が接続されている。

次に、上述の構成の蒸気発生器の作用を説明する。

先ず、通常の熱交換作用であるが、これは従来と略同じ
である。即ち、二次冷却材は冷却材流入配管１１７を通
して冷却材入口プレナム１１６内に流入する。この冷却
材入口ブレナム内に流入した冷却材は入口窓１２１を通
って伝熱管束部に流入し、伝熱管１０２の外側を流下し
つつ放熱し、出口窓１２２を通して冷却出口プレナム１
１８内に流出し、冷却材流出配管１１９を介して蒸気発
生器の外に流出する。

一方、タービン系の水は水流入配管１１３を通して水入
口プレナム１１２内に流入する。この水入口プレナム内
に流入した水は伝熱管１０２の内管１０３内を上昇しつ
つ、伝熱管１０２の外管１０５の外側を流下する二次冷
却材と熱交換して昇温し、蒸気となる。この発生蒸気は
内管１０３から蒸気出口プレナム１１４内に流出し、そ
こから蒸気流出配管１１５を通してタービン系（図示せ
ず）に移送され、発電に供される。

次に、多孔質の溶射金属１１０４を内管１０３と外管１
０５との間に介挿させた本発明の伝熱管に損傷が発生し
た場合の作用について説明する。

先ず、内管１０３にクラックが発生した場合であるが、
この場合には、内管１０３の破損箇所より水・蒸気が漏
洩し、一部は内管１０３と外管１０５との間の多孔質溶
射金属層１０４を通って、上部中間プレナム１２３まな
は下部中間プレナム１２４内に流入する。この水・蒸気
は更にリーク検出ノズル１２５．１２６を通してリーク
検出部（図示せず）まで流出し、そこに設置したリーク
センサ等により検出される。

次に、外管１０５が破損した場合であるが、その場合に
は、中間ブレナム１２３または１２４内の高圧ガスが内
管１０３と外管１０５との間の溶射金属屑１０４を通し
て流出し、外管１０５の破損箇所から冷却材側に流出す
る。その結果、中間ブレナム１２３または１２４におけ
る圧力が低下するので、この圧力低下を検出することに
より、または冷却材側にてリークしたガスを検出するこ
とにより上記高圧ガスのリークひいては外管１０５の破
損を検知することができる。

本発明の伝熱管において、溶射金属屑１０５の空隙率を
１０〜９０％の範囲にすると、内外管の間に何も装着し
ないでリーク検出孔をつけた、いわゆる密着二重管より
もリーク検出及び伝熱特性の優れた伝熱管を得ることが
できる。

なお、溶射金Ｒ層１０４の空隙率を１０〜９０％の範囲
にするのは、空隙率を９０％を越えると、溶射金属層１
０４の熱伝導率が悪くなり、また、空隙率を１０％未満
にすると、溶射金属層１０４の通気性が極端に低下する
からである。

更に、本発明の変形例として、第４図や第５図に示すよ
うに、軸方向に直線状に、あるいはらせん状に、幅５０
０μ〜１０μのリーク検出用通路１０４ａ、１０４ｂを
設けることにより、このリーク検出用通路が形成されて
いない場合に比べてリーク流体の圧力損失を小さくでき
、リークが発生した際に、これを速やかに検出すること
が可能となる。このリーク検出用通Ｈ１０４ａ、１０４
ｂは、溶射金属層１０４の溶射に先立って、内管１０３
の表面にワイヤ等を管軸方向に直線状または螺旋状に縦
添え、または捲回しておき、溶射後にワイヤを除去する
ことにより、容易に形成できる。また、ワイヤの形状や
寸法を変えることにより、形成される通路の形状や大き
さの調整も容易に行われる。

なお上述のようにリーク検出用通路１０４ａ、１０４ｂ
の福を５００μ〜１０μとするのは、幅が、５００μを
超えると伝熱性能が著しく低下し、また幅を１０μ以下
とすると、この通路部分による通気性改善効果が殆どな
くなるからである。

更に、従来の振動充填方法と比較すると、焼き締まりが
ないため良好な密着性が得られる。また予め溶射金属層
を被着させた内管を外管内に装着するため、充填率の調
整を容易に行なえる。このため、密着性の不良や、不均
一な充填率による熱抵抗の増大は回避される。また、内
管の外面に金属を溶射して空隙率を一定にしているので
、製作ｉｉ容易であり、しかも信頼性に優れた伝熱管を
安価に提供できる。

上述した実施例によると、以下のような効果が得られる
。

■　まず、内管１０３あるいは外管１０５にクラックが
発生した場合には、それらの間に介在さぜな一定の空隙
率を有する溶射金属層１０４により容易にリーク検出を
行なえる。

■　また、熱抵抗の増大も効果的に防止されることはも
とより、むしろ低減させることができる。

すなわち、空隙率を一定にした溶射金属を表面につけた
内管を外管内に装着し、外管を縮管して密着させるため
、密着性が良好となり、しかも均一な充填率が得られる
ので、熱抵抗は従来と比べて小さくなる。

■　内管表面に金属を溶射して製作するので、多孔質円
筒を装着する方法と比較し、製作が容易となる。このた
め、信頼性に優れた伝熱管を比較的安価に提供すること
が可能である。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば第６図に示すように内管１０３の表面に溶射した
金属層１０４の表面荒さ１０４Ｃを５００μ〜１０μと
し、この内管を外管内に装入して外管を縮管するように
しても同様の効果が期待できる。

なお、ここで金属層１０４の表面荒さ１０４Ｃを５００
μ〜１０μとするのは、表面荒さが５００μ以上では接
触熱抵抗が大きくなり、また１０μ以下では通気性が低
下しすぎるからである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によると、内管または外管の
破損を早期に検出することができるともに、熱抵抗が低
減し、信頼性が向上する上、製作も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の伝熱管の使用例を示す蒸気発生器の断
面図、第２図は本発明の伝熱管の実施例を示す斜視図、
第３図は本発明の伝熱管の適用例を示す縦断面図、第４
図ないし第６図は本発明の伝熱管の実施例を示す斜視図
または横断面図、第７図ないし第９図は従来例を示すも
ので、第７図は蒸気発生器の断面図、第８図は伝熱管の
一部を示す斜視図、第９図は伝熱管の連用例を示す縦断
面図である。 １．１０１・・・外胴 ２．１０２・・・伝熱管 ２ａ・・・スペーサ ３．１０５・・・外管 ４・・・多孔質金属層 ５．１０３・・・内筒 ６．７．１０６．１０７・・・管板 ８．１０８．１０９・・・中間管板 ９．１１２・・−水入口プレナム １２．１１４・・・蒸気出口プレナム １５．１１６・・・冷却材入口プレナム１７．１１８・
・・冷却材出口プレナム２４．１２３．１２４・・・中
間プレナム１０４・・・溶射金属層 １０４ａ、１０４　ｂ−・・リーク検出用通路。 第２図 第３図 第４庭　− 第５図 第６図 第７図 第８図 第９２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外管と内管との間に多孔質の溶射金属層が形成さ
   れていることを特徴とする溶射金属入り伝熱管。