JPH0590187U - 熱交換器の自然対流防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器の自然対流防止装置に係り、熱交換
器シェル内の流体の自然対流を防止して、熱交換器の健
全性を向上する。 【構成】 熱交換器シェルの熱交換流路内に配される熱
作動部と、該熱作動部に接続され熱交換流路を開閉する
流路開閉板とを具備する構成であり、温度上昇時に熱交
換流路を閉じて自然対流による上部プレナムへの熱の伝
搬を防止する。また、温度上昇の原因を除去した後に
は、温度低下によって流路開閉板が逆方向に熱作動させ
られて熱交換流路が開かれ、定常運転時には熱交換流路
を開放状態に保持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、熱交換器の自然対流防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

原子炉の一種に、ヘリウムを熱媒体として使用する高温ガス炉がある。この高 温ガス炉に使用される熱交換器Ｙとしては、図３に示すように、直立状態に配さ れる円筒容器状の熱交換器シェル１の内部に、該熱交換器シェル１の天井を貫通 して上下方向に配される流体集合筒（内筒）２と、該流体集合筒２を螺旋状に取 り巻くようにして熱交換器シェル１と流体集合筒２との間に配される伝熱管（ヘ リカルコイル）３とを有するものがあげられる。

【０００３】 熱交換器シェル１には、一次側流体用入口１ａが最下端に、また一次側流体用 出口１ｂが上部側面に設けられている。また、熱交換器シェル１側面には、二次 側流体用入口ヘッダ１ｃが設けられ、該二次側流体用入口ヘッダ１ｃに接続され る複数の伝熱管３は、流体集合筒２の周囲を螺旋状に下降して流体集合筒２の下 端に集合状態に接続されている。この二次側流体用入口ヘッダ１ｃから伝熱管３ 内に流入する低温の二次側流体は、伝熱管３内を下降して流体集合筒２内に合流 した後に、該流体集合筒２内を上昇して上部の二次側流体出口１ｄから排出され る。一方、シェル内流体用入口１ａから熱交換器シェル１内に流入する高温状態 （約９５０℃）の一次側流体は、熱交換器シェル１の内部の伝熱管３の周辺を下 方から上方に向かって流通し、この流通の間に二次側流体との熱交換を行う。し たがって、通常の定常運転時においては、一次側流体は、熱交換器シェル１内を 上昇するにしたがって熱交換によって冷却され、熱交換器シェル１の上部プレナ ム部１ｅにおいては、十分に冷却された温度（約３９０℃）となる。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、熱交換器Ｙには、上述のように高温の流体が挿通されるので、熱交 換器シェル１等を構成する材料として、耐熱性能の高い材料（例えばクロム・モ リブデン鋼等）が使用される。

【０００５】 しかしながら、この熱交換器Ｙにおいて、仮に二次側流体が一時的に停止した 場合にあっては、熱交換器シェル１内の過熱を防止するために直ちに一次側流体 も停止されることになるが、この場合に、熱交換器シェル１の下部に高温状態（ 約９５０℃）の一次側流体が残留するので、熱交換器シェル１内における上下方 向の温度差が発生し、これによって、一次側流体の自然対流という過渡的な現象 が発生する。そして、このような現象が発生すると、上部プレナム部１ｅの温度 は急激に上昇させられることになり、熱交換器シェル１および流体集合筒２ある いはこれらの結合部等に過大な熱応力が生ずることが予想され、これに対する対 応策の検討が望まれている。

【０００６】 本考案は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、熱交換器シェル１内 で発生する自然対流による上部プレナム部の急激な温度上昇を防止することを目 的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、熱交換器シェルの熱交換流路内に配さ れ熱交換流体が設定温度を越えたときに作動する熱作動部と、該熱作動部に接続 され定常運転時に熱交換流路を開放しかつ熱作動部の作動時に熱交換流路を狭め る流路開閉板とを具備する熱交換器の自然対流防止装置を提案している。

【０００８】

【作用】

本考案の自然対流防止装置によれば、熱交換器が定常運転されている状態では 、熱交換流路を開放状態とするように流路開閉板が保持される。また、熱交換流 体の温度が上昇して設定温度を越えたときには、熱作動部が作動して流路開閉板 を移動させ熱交換流路を狭めることになる。

【０００９】

【実施例】

以下、図１および図２に基づいて、本考案に係る熱交換器の自然対流防止装置 の一実施例を説明する。 これら各図において、符号Ｙは熱交換器、１は熱交換器シェル、２は流体集合 筒（内筒）、３は伝熱管、４は連絡管、１１は内側流路開閉板、１１ａは屈曲部 （熱作動部）、１２は外側流路開閉板、１２ａは屈曲部（熱作動部）、１３は熱 交換流路である。

【００１０】 内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１２は、例えば２方向に変態する形 状記憶合金よりなる板材で形成され、常温時にあっては、図１に示すように屈曲 部（熱作動部）１１ａ・１２ａの位置にて直角に折り曲げられたＬ字状の縦断面 を有している。これらの流路開閉板１１・１２は、屈曲部１１ａ・１２ａを延ば して広げた状態にすると、同心円状の大径端１１ｂ・１２ｂと小径端１１ｃ・１ ２ｃとを有する扇形状に形成されており、その半径方向の寸法は、熱交換器シェ ル１の内周面と流体集合筒２の外周面との距離より短く、周方向の寸法は、熱交 換器シェル１と流体集合筒２との間の空間を水平面で輪切りにしたドーナツ状の 断面を例えば８等分に切断した寸法より若干長く形成されている。

【００１１】 前記内側流路開閉板１１は、扇形状の小径端１１ｃの曲率が流体集合筒２の外 径の曲率と一致するように形成されており、該小径端１１ｃの近傍に配置された 屈曲部１１ａを折り曲げることによってＬ字状に形成された状態で小径端１１ｃ を流体集合筒２の外周面に密接させて溶接等によって固定される。このとき、内 側流路開閉板１１は、大径端１１ｂを上方に向けて流体集合筒２の外周面に沿う ように配される。そして、本実施例では、該内側流路開閉板１１は、流体集合筒 ２の外周面に周方向に等間隔を空けて４箇所に配されている。

【００１２】 前記外側流路開閉板１２は、扇形状の大径端１２ｂの曲率が熱交換器シェル１ の内周面の曲率と一致するように形成されており、大径端１２ｂの近傍に配置さ れた屈曲部１２ａをＬ字状に折り曲げた状態で熱交換器シェル１の内周面に固定 される。このとき、外側流路開閉板１２は、小径端１２ｃを下方に向けて熱交換 器シェル１の内周面に沿うように配される。この外側流路開閉板１２は、前記内 側流路開閉板１１同士の中間位置の下方に間隔を空けて配され、大径端１２ｂを 熱交換器シェル１の内周面に密接状態として溶接等によって固定される。

【００１３】 前記内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１２は、例えば約４００℃以下 で屈曲部１１ａ・１２ａを折り曲げてＬ字状に形成され、例えば約４５０℃で屈 曲部１１ａ・１２ａを延ばして平坦な板状に広がるように設定されている。

【００１４】 このように構成された熱交換器Ｙの自然対流防止装置にあっては、通常の定常 運転状態において、内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１２の近傍を流通 する一次側流体は熱交換をした後の流体であって約３９０℃程度の温度となって おり、したがって、両流路開閉板１１・１２は図１に実線で示すように、Ｌ字状 の縦断面を有したまま熱交換器シェル１内に配されるので、上部プレナム部への 一次側流体の熱交換流路１３を開いている。一方、熱交換流体の流れが停止した 場合にあっては、熱交換器シェル１内部に自然対流が発生して熱交換器シェル１ 内の温度が急激に上昇し、約４５０℃に達したところで、屈曲部１１ａ・１２ａ が図１に鎖線で示すように延びて、内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１ ２が熱交換器シェル１の内周面と流体集合筒２の外周面との間に張り出すように 移動されて熱交換流路１３を塞ぐことになる。

【００１５】 ここで、内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１２はそれぞれ４箇所ずつ 、合計８箇所に設けられ、それぞれの大きさは、熱交換器シェル１と流体集合筒 ２との間の空間を輪切りにしたドーナツ状の断面を８等分にしたものより大きく 形成されているので、隣り合う流路開閉板１１・１２は互いに折り重なるように 配されて熱交換流路１３を塞ぐ。これによって、熱交換器シェル１下方からの自 然対流による熱の伝搬が遮られ、上部プレナム部の温度の急激な上昇が緩和され るので、上部プレナム部に位置する構造物に過大な熱応力が発生することが回避 され、熱交換器Ｙが健全な状態に保持されることになる。

【００１６】 さらに、これらの流路開閉板１１・１２を構成している形状記憶合金を２方向 性の形状記憶合金とすることにより、温度が下がったときに屈曲部１１ａ・１２ ａが再び屈曲して上部プレナム部への熱交換流路１３を開く。すなわち、流体を 停止していた原因が除去されることによって熱交換器シェル１内部の流体温度が 下げられると、例えば４００℃となったときに、流路開閉板１１・１２が元のＬ 字形状に戻ることになり、熱交換流路１３が開放されて熱交換器Ｙの正常な運転 を続行することができるようになる。

【００１７】 〈他の実施態様〉 なお、本考案にかかる熱交換器Ｙの自然対流防止装置にあっては、次の技術を 採用することができる。 （１） 内側流路開閉板１１あるいは外側流路開閉板１２のどちらか片方のみで 熱交換器シェル１内を区画すること。 （２） 内側流路開閉板１１および外側流路開閉板１２の数を任意の数とするこ と。 （３） 流路開閉板１１・１２の積層数を増やすこと。 （４） 複数の流路開閉板１１・１２の屈曲部１１ａ・１２ａの屈曲する設定温 度を異ならせて、順次屈曲するように設定すること。 （５） 流路開閉板１１・１２を形状記憶合金に代えて、バイメタル等により構 成すること。 （６） 屈曲部のみ形状記憶合金等の材質により構成すること。

【００１８】

【考案の効果】

以上、説明したように、本考案に係る熱交換器の自然対流防止装置によれば、 熱交換器シェルの熱交換流路内に配される熱作動部と、該熱作動部に接続され熱 交換流路を開閉する流路開閉板とを具備する構成であるので、以下のような効果 を奏する。 （１） 熱交換器シェル内部の温度上昇時に熱作動部が作動して流路開閉板が上 部プレナム部への熱交換流路を閉じるので、自然対流による上部プレナム部への 熱の伝搬が遮られ、上部プレナム部の急激な温度上昇を防止することができる。 （２） 上部プレナム部の急激な温度上昇が防止されるので、熱交換器シェル、 その他の構造物に過大な熱応力が加わることが回避され、熱交換器の健全性を向 上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る熱交換器の自然対流防止装置の一
実施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の自然対流防止装置を示す正断面図であ
る。

【図３】ガス炉に使用される熱交換器を示す正断面図で
ある。

【符号の説明】

Ｙ 熱交換器 １ 熱交換器シェル １ａ 一次側流体用入口 １ｂ 一次側流体用出口 １ｃ 二次側流体用入口ヘッダ １ｄ 二次側流体用出口 １ｅ 上部プレナム部 ２ 流体集合筒（内筒） ３ 伝熱管（ヘリカルコイル） ４ 連絡管 １１ 内側流路開閉板 １１ａ 屈曲部（熱作動部） １１ｂ 大径端 １１ｃ 小径端 １２ 外側流路開閉板 １２ａ 屈曲部（熱作動部） １２ｂ 大径端 １２ｃ 小径端 １３ 熱交換流路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器シェルの熱交換流路内に配され
   熱交換流体が設定温度を越えたときに作動する熱作動部
   と、該熱作動部に接続され定常運転時に熱交換流路を開
   放しかつ熱作動部の作動時に熱交換流路を狭める流路開
   閉板とを具備することを特徴とする熱交換器の自然対流
   防止装置。