JPH07198277A - 二相中間流を利用する熱交換器 - Google Patents
二相中間流を利用する熱交換器Info
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- JPH07198277A JPH07198277A JP6302484A JP30248494A JPH07198277A JP H07198277 A JPH07198277 A JP H07198277A JP 6302484 A JP6302484 A JP 6302484A JP 30248494 A JP30248494 A JP 30248494A JP H07198277 A JPH07198277 A JP H07198277A
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- heat exchanger
- intermediate flow
- chamber
- tube bundle
- heat exchange
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
- G21C15/18—Emergency cooling arrangements; Removing shut-down heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C1/00—Reactor types
- G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Plasma & Fusion (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 熱交換器は、仕切り(14)によって分離され
た、少なくとも2つの重なり合ったチャンバー(12)から
構成され、同チャンバーには間隔を調整したチューブ(1
6,28)が通過し、チューブ内にはそれぞれ一次冷却剤と
二次冷却剤が循環する。 【効果】 チューブ(16,28)と仕切り(14)とをはんだ付
けしないため、製造(組立)が簡単で、複雑な溶接部か
ら液体が漏れて流れ出す危険性がない。
た、少なくとも2つの重なり合ったチャンバー(12)から
構成され、同チャンバーには間隔を調整したチューブ(1
6,28)が通過し、チューブ内にはそれぞれ一次冷却剤と
二次冷却剤が循環する。 【効果】 チューブ(16,28)と仕切り(14)とをはんだ付
けしないため、製造(組立)が簡単で、複雑な溶接部か
ら液体が漏れて流れ出す危険性がない。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱サイフォンの原理を
応用して、一次冷却剤と二次冷却剤の間の熱交換を二相
中間流によって行う蒸気発生装置などの熱交換器を対象
とする。
応用して、一次冷却剤と二次冷却剤の間の熱交換を二相
中間流によって行う蒸気発生装置などの熱交換器を対象
とする。
【0002】本発明に適合した熱交換器は、多様な工業
部門で使用することができるが、特に原子力発電所で
は、原子炉の一次冷却剤とタービンに供給される水/蒸
気との間の熱交換を行うために優先的に使用される。
部門で使用することができるが、特に原子力発電所で
は、原子炉の一次冷却剤とタービンに供給される水/蒸
気との間の熱交換を行うために優先的に使用される。
【0003】
【従来の技術】原子力発電所の場合には、一次冷却剤
と、二次冷却剤を構成する水/蒸気との熱交換を行うた
めに中間流を利用することは、特に、一次冷却剤と水/
蒸気との直接的な接触の危険性を予防することが必要な
場合に取り上げられている。
と、二次冷却剤を構成する水/蒸気との熱交換を行うた
めに中間流を利用することは、特に、一次冷却剤と水/
蒸気との直接的な接触の危険性を予防することが必要な
場合に取り上げられている。
【0004】これは、特に、一次冷却剤が液体ナトリウ
ムから構成される高速中性子原子炉などについて言える
ことである。事実、ナトリウム/水の反応は爆発的であ
るため、この種の原子炉の設計者は、放射性ナトリウム
の一次回路と水/蒸気回路との間に非放射性ナトリウム
の中間回路を設けることによりバリヤ数を増やして、一
次ナトリウムと水の接触の可能性を著しく小さくしてい
る。
ムから構成される高速中性子原子炉などについて言える
ことである。事実、ナトリウム/水の反応は爆発的であ
るため、この種の原子炉の設計者は、放射性ナトリウム
の一次回路と水/蒸気回路との間に非放射性ナトリウム
の中間回路を設けることによりバリヤ数を増やして、一
次ナトリウムと水の接触の可能性を著しく小さくしてい
る。
【0005】二相中間流を利用した蒸気発生装置を使用
すると、ナトリウムと水が直接接触する危険性が完全に
予防されることになるので、このナトリウム中間回路を
排除することができ、その結果、通常、二つのナトリウ
ム回路の間に取り付けられる熱交換器も排除することが
できる。
すると、ナトリウムと水が直接接触する危険性が完全に
予防されることになるので、このナトリウム中間回路を
排除することができ、その結果、通常、二つのナトリウ
ム回路の間に取り付けられる熱交換器も排除することが
できる。
【0006】フランス特許公開公報第 2 506 498号で
は、ナトリウムを循環させる一次ポンプが停止した場合
に、炉心から一次ナトリウムに伝達される残留熱を、水
銀などの二相中間流を利用してエアーなどの外部冷却剤
に伝達して、残留出力を除去する装置を高速中性子原子
炉に設けることが提案されている。さらに具体的には、
この文書に記述された装置は、手袋の指状(glove fing
er)のチューブを含み、そのチューブはナトリウム内に
延びて、その上端部が、冷却エアー循環回路内で、原子
炉容器の外側に取り付けられた凝縮器(コンデンサ)に
接続される。
は、ナトリウムを循環させる一次ポンプが停止した場合
に、炉心から一次ナトリウムに伝達される残留熱を、水
銀などの二相中間流を利用してエアーなどの外部冷却剤
に伝達して、残留出力を除去する装置を高速中性子原子
炉に設けることが提案されている。さらに具体的には、
この文書に記述された装置は、手袋の指状(glove fing
er)のチューブを含み、そのチューブはナトリウム内に
延びて、その上端部が、冷却エアー循環回路内で、原子
炉容器の外側に取り付けられた凝縮器(コンデンサ)に
接続される。
【0007】この装置は、自然対流によって機能すると
いう長所があるため、停電の場合でも、望ましい結果を
確保することができる。
いう長所があるため、停電の場合でも、望ましい結果を
確保することができる。
【0008】しかしながら、この文書に記述された概念
は、公称出力を排除するための用途、すなわち、正常な
機能時に一次ナトリウムから搬送される熱を原子炉の水
/蒸気回路に伝達するための用途には使用することがで
きない。実際、高速中性子原子炉容器が満足させなけれ
ばならない寸法上の諸要件を考慮すると、容器の閉鎖プ
レートを通過する熱束密度は、この文書に記述された出
力除去装置の諸元には適合しない。
は、公称出力を排除するための用途、すなわち、正常な
機能時に一次ナトリウムから搬送される熱を原子炉の水
/蒸気回路に伝達するための用途には使用することがで
きない。実際、高速中性子原子炉容器が満足させなけれ
ばならない寸法上の諸要件を考慮すると、容器の閉鎖プ
レートを通過する熱束密度は、この文書に記述された出
力除去装置の諸元には適合しない。
【0009】さらに、米国特許第 4 343 763号公報も、
原子炉の冷却を行う液体金属と水/蒸気回路の間の熱交
換を、カリウム、水銀、セシウム、溶融塩などの二相中
間流を利用して行う中間熱交換器について記述してい
る。
原子炉の冷却を行う液体金属と水/蒸気回路の間の熱交
換を、カリウム、水銀、セシウム、溶融塩などの二相中
間流を利用して行う中間熱交換器について記述してい
る。
【0010】さらに具体的には、この文書が解説する熱
交換器は、縦方向に積み重ねられた複数のチャンバーを
含み、それぞれのチャンバーは絶縁層で分離されてお
り、並行して機能する。各チャンバーは、上記の二相中
間流を内包し、二相中間流は、下部では液体状態、上部
では気体状態である。原子炉の一次回路に接続された横
方向のチューブ・バンドルは、各チャンバーの下部に配
置され、液体状態の二相中間流と接触する。同様に、原
子炉の二次回路の水/蒸気が循環する横方向のチューブ
・バンドルは、各チャンバーの上部に配置されて、蒸気
状態の二次中間流と接触する。
交換器は、縦方向に積み重ねられた複数のチャンバーを
含み、それぞれのチャンバーは絶縁層で分離されてお
り、並行して機能する。各チャンバーは、上記の二相中
間流を内包し、二相中間流は、下部では液体状態、上部
では気体状態である。原子炉の一次回路に接続された横
方向のチューブ・バンドルは、各チャンバーの下部に配
置され、液体状態の二相中間流と接触する。同様に、原
子炉の二次回路の水/蒸気が循環する横方向のチューブ
・バンドルは、各チャンバーの上部に配置されて、蒸気
状態の二次中間流と接触する。
【0011】各チャンバーから出る蒸気の温度レベルが
高速中性子原子炉内の通常の温度レベルと同等になるよ
うに、各チャンバーを横方向に分割して隣接する3区画
とし、中間流の温度を3段階、すなわち、圧力を3段階
にして機能させて、二次回路内を循環する水/蒸気のた
めの連続的な予熱器、蒸気発生器、過熱器とすることが
提案されている。
高速中性子原子炉内の通常の温度レベルと同等になるよ
うに、各チャンバーを横方向に分割して隣接する3区画
とし、中間流の温度を3段階、すなわち、圧力を3段階
にして機能させて、二次回路内を循環する水/蒸気のた
めの連続的な予熱器、蒸気発生器、過熱器とすることが
提案されている。
【0012】米国特許第 4 343 763 号公報に記述され
た装置は、フランス特許公開第 2 506 498 号公報に記
述された装置とは異なり、高速中性子原子炉などの原子
炉の公称出力も除去することができる。
た装置は、フランス特許公開第 2 506 498 号公報に記
述された装置とは異なり、高速中性子原子炉などの原子
炉の公称出力も除去することができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この米
国特許第 4 343 763号公報の場合には、各チャンバーは
密封性容器を構成することになる。従って、各チャンバ
ーの壁を2つのチューブ・バンドルが通過する際にも密
封性を確保しなければならないので、その結果、製造コ
ストは極めて高額になり、リークの危険性も無視できな
い。
国特許第 4 343 763号公報の場合には、各チャンバーは
密封性容器を構成することになる。従って、各チャンバ
ーの壁を2つのチューブ・バンドルが通過する際にも密
封性を確保しなければならないので、その結果、製造コ
ストは極めて高額になり、リークの危険性も無視できな
い。
【0014】本発明は、具体的には、米国特許 4 343 7
63号公報に記述された熱交換器と同等の原理を利用する
蒸気発生装置などの熱交換器を対象としているが、独創
的な設計によって熱交換器の各チャンバー間を完全な密
封性としないで済ますことにより、上記の文書に記述さ
れた装置の不都合さを排除するものである。
63号公報に記述された熱交換器と同等の原理を利用する
蒸気発生装置などの熱交換器を対象としているが、独創
的な設計によって熱交換器の各チャンバー間を完全な密
封性としないで済ますことにより、上記の文書に記述さ
れた装置の不都合さを排除するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段および作用】本発明による
と、このような成果は、二相中間流を利用する熱交換器
を使用して実現することができ、この二相中間流を利用
する熱交換器は、少なくとも2つの隣接する熱交換チャ
ンバー(各チャンバーは、温度が蒸気発生器の運転温度
の二相中間流を内包している)、第1のチューブ・バン
ドル(内部では、比較的高温の一次冷却剤が循環し、次
々と各熱交換チャンバーの中間流の沸騰エリア内へ進
む)及び第2のチューブ・バンドル(内部では、比較的
低温の二次冷却剤が循環し、次々と各熱交換チャンバー
の中間流の凝縮エリアに向かう)を含み、しかも、熱交
換チャンバーは縦方向に積み重なり、仕切りで分離さ
れ、間隔を調整した第1と第2のバンドルのチューブが
チャンバーを通過し、この調整した間隔に対して、上記
の運転温度のときに、各チャンバー内の液体状態の二相
中間流の最小高さが確保されるような密度を二相中間流
が備えていることを特徴とする。
と、このような成果は、二相中間流を利用する熱交換器
を使用して実現することができ、この二相中間流を利用
する熱交換器は、少なくとも2つの隣接する熱交換チャ
ンバー(各チャンバーは、温度が蒸気発生器の運転温度
の二相中間流を内包している)、第1のチューブ・バン
ドル(内部では、比較的高温の一次冷却剤が循環し、次
々と各熱交換チャンバーの中間流の沸騰エリア内へ進
む)及び第2のチューブ・バンドル(内部では、比較的
低温の二次冷却剤が循環し、次々と各熱交換チャンバー
の中間流の凝縮エリアに向かう)を含み、しかも、熱交
換チャンバーは縦方向に積み重なり、仕切りで分離さ
れ、間隔を調整した第1と第2のバンドルのチューブが
チャンバーを通過し、この調整した間隔に対して、上記
の運転温度のときに、各チャンバー内の液体状態の二相
中間流の最小高さが確保されるような密度を二相中間流
が備えていることを特徴とする。
【0016】チューブ間の調整された間隔と仕切りの間
に工夫がなされ、また二相中間流の密度によって、熱交
換器の運転温度のときに、各チャンバー間の相対的密封
性を確保することができる。各チャンバー内では、定常
状態時に、チャンバー内の二相中間流の飽和温度の温度
差によって生じる各チャンバー間の圧力差を考慮して、
この相対的密封性が、液体状態の中間流の高さを熱交換
のための十分な高さに維持する。
に工夫がなされ、また二相中間流の密度によって、熱交
換器の運転温度のときに、各チャンバー間の相対的密封
性を確保することができる。各チャンバー内では、定常
状態時に、チャンバー内の二相中間流の飽和温度の温度
差によって生じる各チャンバー間の圧力差を考慮して、
この相対的密封性が、液体状態の中間流の高さを熱交換
のための十分な高さに維持する。
【0017】第1と第2のバンドルのチューブは、熱交
換器の各チャンバーを分離する仕切りに溶接されないの
で、この機器の製造コストと多数の溶接部の存在に起因
するリークの危険性は著しく小さくなる。
換器の各チャンバーを分離する仕切りに溶接されないの
で、この機器の製造コストと多数の溶接部の存在に起因
するリークの危険性は著しく小さくなる。
【0018】本発明の好ましい実現形態では、熱交換チ
ャンバーは、外部ケーシングを備え、このケーシングに
結合された横方向の仕切りによって分離する。
ャンバーは、外部ケーシングを備え、このケーシングに
結合された横方向の仕切りによって分離する。
【0019】この、本発明の好ましい実現形態では、一
次冷却剤は、第1のチューブ・バンドル内を下から上へ
と循環し、二次冷却剤は、第2のチューブ・バンドル内
を上から下へと循環する。
次冷却剤は、第1のチューブ・バンドル内を下から上へ
と循環し、二次冷却剤は、第2のチューブ・バンドル内
を上から下へと循環する。
【0020】さらに、第1のチューブ・バンドルは、縦
方向のチューブから構成し、各熱交換チャンバーの中央
部分を通過し、第2のチューブ・バンドルは、第1のチ
ューブ・バンドルの周囲にほぼ螺旋状に配置する。
方向のチューブから構成し、各熱交換チャンバーの中央
部分を通過し、第2のチューブ・バンドルは、第1のチ
ューブ・バンドルの周囲にほぼ螺旋状に配置する。
【0021】二相中間流の凝縮液が集まる各チャンバー
の集液エリアを沸騰エリアから分離するため、この沸騰
エリアについては、第1のチューブ・バンドルを取り囲
み、熱交換チャンバーの下部から上部方向に突出する被
筒によって、液体状態の中間流の最小高さを超える高さ
まで、その境界を画す。この被筒には、下部に開口部を
設ける。
の集液エリアを沸騰エリアから分離するため、この沸騰
エリアについては、第1のチューブ・バンドルを取り囲
み、熱交換チャンバーの下部から上部方向に突出する被
筒によって、液体状態の中間流の最小高さを超える高さ
まで、その境界を画す。この被筒には、下部に開口部を
設ける。
【0022】熱交換器が冷却しているときに下チャンバ
ー内にその全体量が存在する二相中間流の液体相が、始
動後に、他のチャンバーに部分的に上昇することができ
るように、縦方向の配管を少なくとも1つ設けて、隣接
する熱交換チャンバーを接続する。さらに具体的には、
各配管の下端部は、対応するチャンバー内の液体状態の
二相流の最小高さによって決定されるレベルより下に口
を開き、上端部は、対応するチャンバー内で決定される
同じレベルより上に口を開く。
ー内にその全体量が存在する二相中間流の液体相が、始
動後に、他のチャンバーに部分的に上昇することができ
るように、縦方向の配管を少なくとも1つ設けて、隣接
する熱交換チャンバーを接続する。さらに具体的には、
各配管の下端部は、対応するチャンバー内の液体状態の
二相流の最小高さによって決定されるレベルより下に口
を開き、上端部は、対応するチャンバー内で決定される
同じレベルより上に口を開く。
【0023】二相中間流は、既存の関連特許が示すよう
に他の流体から構成することもできるが、水銀から構成
すると、特に密度が高いのでメリットがある。
に他の流体から構成することもできるが、水銀から構成
すると、特に密度が高いのでメリットがある。
【0024】さらに、一次冷却剤は、原子炉から発生す
るので、とりわけ好都合なことに、液体ナトリウムから
構成することができる。二次冷却剤は、タービンに供給
される水/蒸気である。
るので、とりわけ好都合なことに、液体ナトリウムから
構成することができる。二次冷却剤は、タービンに供給
される水/蒸気である。
【0025】以下に、添付図を参照して、本発明の好ま
しい実現形態について解説するが、これは参考例にすぎ
ず、実現形態はこれに限定されるものではない。添付図
は1枚で、本発明による熱交換器を図示する縦断面図で
ある。
しい実現形態について解説するが、これは参考例にすぎ
ず、実現形態はこれに限定されるものではない。添付図
は1枚で、本発明による熱交換器を図示する縦断面図で
ある。
【0026】
【実施例】図1は、水銀などの二相中間流を介して、液
体ナトリウムなどの一次冷却剤が搬送する熱を水/蒸気
などの二次冷却剤に伝達することができる蒸気発生装置
などの熱交換器を図示している。このような蒸気発生装
置は、特に、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する
タービンを組み入れた二次回路内を循環する水/蒸気
に、原子炉の一次回路内のナトリウムが搬送する熱を伝
達することを目的として、高速中性子原子力発電所で使
用されている。
体ナトリウムなどの一次冷却剤が搬送する熱を水/蒸気
などの二次冷却剤に伝達することができる蒸気発生装置
などの熱交換器を図示している。このような蒸気発生装
置は、特に、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する
タービンを組み入れた二次回路内を循環する水/蒸気
に、原子炉の一次回路内のナトリウムが搬送する熱を伝
達することを目的として、高速中性子原子力発電所で使
用されている。
【0027】図1に示した蒸気発生装置は、ほぼ縦型形
状をした密封性の外部ケーシング(10)を備えている。図
示した実施例では、この外部ケーシング(10)は、高さ方
向において3つの熱交換チャンバー(12)に分割され、水
平の2つの仕切り(14)によって縦に積み重ねられてい
る。
状をした密封性の外部ケーシング(10)を備えている。図
示した実施例では、この外部ケーシング(10)は、高さ方
向において3つの熱交換チャンバー(12)に分割され、水
平の2つの仕切り(14)によって縦に積み重ねられてい
る。
【0028】蒸気発生装置の中央部では、高さ全体にわ
たって、第1のまっすぐなチューブ・バンドル(16)が縦
方向に通過している。チューブ(16)の上端部と下端部で
は、密封性を保つような方法で水平のチューブ・プレー
ト(18)に結合され、このチューブ・プレート自体、密封
性を保つような方法で蒸気発生装置の外部ケーシング(1
0)に固定されている。外部ケーシング(10)とまっすぐな
チューブ(16)との膨張率が異なるため、ケーシング(10)
は、図示した実現形状の上部チューブ・プレート(18)の
すぐ下の位置に、縦方向に変形できる部分(10a)を備え
ているところに長所がある。
たって、第1のまっすぐなチューブ・バンドル(16)が縦
方向に通過している。チューブ(16)の上端部と下端部で
は、密封性を保つような方法で水平のチューブ・プレー
ト(18)に結合され、このチューブ・プレート自体、密封
性を保つような方法で蒸気発生装置の外部ケーシング(1
0)に固定されている。外部ケーシング(10)とまっすぐな
チューブ(16)との膨張率が異なるため、ケーシング(10)
は、図示した実現形状の上部チューブ・プレート(18)の
すぐ下の位置に、縦方向に変形できる部分(10a)を備え
ているところに長所がある。
【0029】下部チューブ・プレート(18)の下では、外
部ケーシング(10)は、ナトリウム入口集合管(20)を構成
し、ノズル(22)によって原子炉の一次回路に結合され
る。
部ケーシング(10)は、ナトリウム入口集合管(20)を構成
し、ノズル(22)によって原子炉の一次回路に結合され
る。
【0030】同様に、上部チューブ・プレート(18)の上
では、蒸気発生装置の外部ケーシング(10)は、ナトリウ
ム出口集合管(24)を構成し、同じように、ノズル(26)に
よって原子炉の一次回路に結合される。
では、蒸気発生装置の外部ケーシング(10)は、ナトリウ
ム出口集合管(24)を構成し、同じように、ノズル(26)に
よって原子炉の一次回路に結合される。
【0031】その結果、図1に示した蒸気発生装置が機
能しているときには、原子炉容器からの液体ナトリウム
は、蒸気発生装置を通過する第1のチューブ・バンドル
(16)内を下から上へと循環する。
能しているときには、原子炉容器からの液体ナトリウム
は、蒸気発生装置を通過する第1のチューブ・バンドル
(16)内を下から上へと循環する。
【0032】第2のチューブ・バンドル(28)は、蒸気発
生装置の高さ全体にわたって、縦方向のチューブ・バン
ドル(16)と外部ケーシング(10)の間のリング状の空間を
通過している。蒸気発生装置の各チャンバー(12)内で
は、チューブ(28)は、ほぼ螺旋状の軌道に沿って通過
し、水平仕切りのほぼ垂直の接続区画部分を通過してい
る。
生装置の高さ全体にわたって、縦方向のチューブ・バン
ドル(16)と外部ケーシング(10)の間のリング状の空間を
通過している。蒸気発生装置の各チャンバー(12)内で
は、チューブ(28)は、ほぼ螺旋状の軌道に沿って通過
し、水平仕切りのほぼ垂直の接続区画部分を通過してい
る。
【0033】第2のバンドルのチューブ(28)の上端部と
下端部は、密封性を保つような方法でチューブ・プレー
ト(30)に結合され、このチューブ・プレート自体、チュ
ーブ・プレート(18)に対して側面方向にずらした位置
に、密封性を保つような方法で外部ケーシング(10)に結
合されている。
下端部は、密封性を保つような方法でチューブ・プレー
ト(30)に結合され、このチューブ・プレート自体、チュ
ーブ・プレート(18)に対して側面方向にずらした位置
に、密封性を保つような方法で外部ケーシング(10)に結
合されている。
【0034】上部チューブ・プレート(30)の上では、外
部ケーシング(10)は、水入口集合管(32)を構成し、ノズ
ル(34)によって原子炉の水/蒸気回路に結合される。
部ケーシング(10)は、水入口集合管(32)を構成し、ノズ
ル(34)によって原子炉の水/蒸気回路に結合される。
【0035】同様に、下部チューブ・プレート(30)の下
では、外部ケーシング(10)は、蒸気出口集合管(36)を構
成し、同じように、ノズル(38)によって原子炉の水/蒸
気回路に結合される。
では、外部ケーシング(10)は、蒸気出口集合管(36)を構
成し、同じように、ノズル(38)によって原子炉の水/蒸
気回路に結合される。
【0036】その結果、図1に示した蒸気発生装置が機
能しているときには、原子炉の二次回路内を循環する水
/蒸気は、第2のチューブ・バンドル(28)内を上から下
へと循環する。
能しているときには、原子炉の二次回路内を循環する水
/蒸気は、第2のチューブ・バンドル(28)内を上から下
へと循環する。
【0037】本発明の基本的な特徴の一つによると、第
1と第2のバンドルのチューブ(16と28)は、密封性を保つ
ような方法で仕切り(14)を通過しないが、間隔を調整
し、寸法を小さくしている。この間隔は、技術的な制約
を考慮して、できる限り小さくしてある。仕切り(14)に
開けられる穴が円筒形の場合には、例えば、間隔は0.1m
mから0.5 mm以内とすることができる。他の制約を妨げ
ない場合には、ラビリンス形状としても良い。
1と第2のバンドルのチューブ(16と28)は、密封性を保つ
ような方法で仕切り(14)を通過しないが、間隔を調整
し、寸法を小さくしている。この間隔は、技術的な制約
を考慮して、できる限り小さくしてある。仕切り(14)に
開けられる穴が円筒形の場合には、例えば、間隔は0.1m
mから0.5 mm以内とすることができる。他の制約を妨げ
ない場合には、ラビリンス形状としても良い。
【0038】このような技術的諸元の如何を問わず、第
1と第2のチューブ・バンドルの各チューブ(16と28)と
水平仕切り(14)の間の間隔を小さくすると、主として二
相中間流が下降するときに、各仕切りの両側の水頭損失
量を大きくすることができる。定常状態では、この水頭
損失が生じることにより、各熱交換チャンバー(12)内で
液体状態の二相中間流の最小高さを維持することができ
る。チャンバー内の二相中間流の飽和温度が異なること
に原因して各熱交換チャンバー(12)間に生じる圧力差に
ついても、この液体の高さのおかげで定常状態でも維持
される。
1と第2のチューブ・バンドルの各チューブ(16と28)と
水平仕切り(14)の間の間隔を小さくすると、主として二
相中間流が下降するときに、各仕切りの両側の水頭損失
量を大きくすることができる。定常状態では、この水頭
損失が生じることにより、各熱交換チャンバー(12)内で
液体状態の二相中間流の最小高さを維持することができ
る。チャンバー内の二相中間流の飽和温度が異なること
に原因して各熱交換チャンバー(12)間に生じる圧力差に
ついても、この液体の高さのおかげで定常状態でも維持
される。
【0039】このように、図のように重なった3つの熱
交換チャンバー(12)から蒸気発生装置を構成する場合に
は、二相中間流の飽和温度は、上チャンバーから下チャ
ンバーの方向に上昇する。この特徴のおかげで、従来の
高速中性子原子炉の場合のように、出口集合管(36)付近
の蒸気の出口温度を出口集合管(24)のナトリウムの出口
温度より高くすることができる。チャンバー(12)間の、
この温度勾配には圧力勾配が対応するので、圧力値は、
例えば、上チャンバー(12)で2バール、中間チャンバー
(12)で4バール、下チャンバー(12)で8バールとなり得
る。
交換チャンバー(12)から蒸気発生装置を構成する場合に
は、二相中間流の飽和温度は、上チャンバーから下チャ
ンバーの方向に上昇する。この特徴のおかげで、従来の
高速中性子原子炉の場合のように、出口集合管(36)付近
の蒸気の出口温度を出口集合管(24)のナトリウムの出口
温度より高くすることができる。チャンバー(12)間の、
この温度勾配には圧力勾配が対応するので、圧力値は、
例えば、上チャンバー(12)で2バール、中間チャンバー
(12)で4バール、下チャンバー(12)で8バールとなり得
る。
【0040】図に示した実現形状では、被筒(40)は、各
熱交換チャンバー(12)の下部に結合し、第1のチューブ
・バンドル(16)を取り囲み、当該チャンバー内の液体状
態の中間流の最小高さに相当するレベルよりかなり高く
まで延びている。各被筒(40)は、このようにして沸騰エ
リア(42)を取り囲み、境界を画す。この沸騰エリア(42)
で、液体状態の二相中間流は、液体ナトリウムが循環す
るチューブ(16)と接触して沸騰する。被筒(40)は、この
ようにして各チャンバー(12)内で、中間流の凝縮液を集
液するためのリング状の集液エリア(44)からこの沸騰エ
リア(42)を分離することができる。各被筒(40)の下部に
は開口部(46)が設けられているので、この凝縮液は、次
に沸騰エリア(42)に浸入することができる。
熱交換チャンバー(12)の下部に結合し、第1のチューブ
・バンドル(16)を取り囲み、当該チャンバー内の液体状
態の中間流の最小高さに相当するレベルよりかなり高く
まで延びている。各被筒(40)は、このようにして沸騰エ
リア(42)を取り囲み、境界を画す。この沸騰エリア(42)
で、液体状態の二相中間流は、液体ナトリウムが循環す
るチューブ(16)と接触して沸騰する。被筒(40)は、この
ようにして各チャンバー(12)内で、中間流の凝縮液を集
液するためのリング状の集液エリア(44)からこの沸騰エ
リア(42)を分離することができる。各被筒(40)の下部に
は開口部(46)が設けられているので、この凝縮液は、次
に沸騰エリア(42)に浸入することができる。
【0041】各熱交換チャンバー(12)の沸騰エリア(42)
内で気化する二相中間流は、被筒(40)より高く上昇し、
チャンバー(12)の上部のリング状の凝縮エリア(48)に広
まる。このリング状部位には、チューブ(28)が螺旋状に
巻いてできた区画がある。この凝縮エリア(48)で、気化
した二相中間流はチューブ(28)と接触する。これは、こ
のチューブ内を循環する水/蒸気を再加熱し、同時に二
相中間流を凝縮して、凝縮液を対応するチャンバー(12)
のリング状の集液エリア(44)内に落下させるという二つ
の効果がある。
内で気化する二相中間流は、被筒(40)より高く上昇し、
チャンバー(12)の上部のリング状の凝縮エリア(48)に広
まる。このリング状部位には、チューブ(28)が螺旋状に
巻いてできた区画がある。この凝縮エリア(48)で、気化
した二相中間流はチューブ(28)と接触する。これは、こ
のチューブ内を循環する水/蒸気を再加熱し、同時に二
相中間流を凝縮して、凝縮液を対応するチャンバー(12)
のリング状の集液エリア(44)内に落下させるという二つ
の効果がある。
【0042】各チャンバー(12)内では、上述の熱サイフ
ォン・サイクルは、チューブ(16)内を循環するナトリウ
ムとチューブ(28)内を循環する水/蒸気との間に温度差
がある限り、自然対流によって無限に繰り返される。
ォン・サイクルは、チューブ(16)内を循環するナトリウ
ムとチューブ(28)内を循環する水/蒸気との間に温度差
がある限り、自然対流によって無限に繰り返される。
【0043】さらに、図示した蒸気発生装置は、縦型配
管(50)を少なくとも一つ備えて、隣接する一対の各熱交
換チャンバー(12)を接続する。このように、蒸気発生装
置を図のように重なった3つのチャンバー(12)から構成
する場合には、少なくとも配管(50)を一つ設けて、下チ
ャンバー(12)と中間チャンバー(12)を接続し、さらに、
少なくとも配管(50)を一つ設けて、中間チャンバー(12)
と上チャンバー(12)とを接続する。
管(50)を少なくとも一つ備えて、隣接する一対の各熱交
換チャンバー(12)を接続する。このように、蒸気発生装
置を図のように重なった3つのチャンバー(12)から構成
する場合には、少なくとも配管(50)を一つ設けて、下チ
ャンバー(12)と中間チャンバー(12)を接続し、さらに、
少なくとも配管(50)を一つ設けて、中間チャンバー(12)
と上チャンバー(12)とを接続する。
【0044】さらに具体的には、各配管(50)の下端部
は、対応するチャンバー内の液体状態の二相中間流の最
小高さレベルより下に口を開く。なお、各配管(50)の上
端部は、対応するチャンバー内の液体状態の中間流の最
小高さレベルより上に口を開く。
は、対応するチャンバー内の液体状態の二相中間流の最
小高さレベルより下に口を開く。なお、各配管(50)の上
端部は、対応するチャンバー内の液体状態の中間流の最
小高さレベルより上に口を開く。
【0045】配管(50)は、各チャンバー(12)内の液体状
態の中間流の最小高さの設定に役立つ。
態の中間流の最小高さの設定に役立つ。
【0046】図示した蒸気発生装置を冷間始動すると、
加熱されたナトリウムは、チューブ(16)内を下から上へ
と循環し、水/蒸気は、チューブ(28)内を上から下へと
循環する。二相中間流は、この場合には、下チャンバー
(12)内で液体状態のままである。従って、この下チャン
バー内で熱交換が始まり、中間流の圧力がまず高まる。
加熱されたナトリウムは、チューブ(16)内を下から上へ
と循環し、水/蒸気は、チューブ(28)内を上から下へと
循環する。二相中間流は、この場合には、下チャンバー
(12)内で液体状態のままである。従って、この下チャン
バー内で熱交換が始まり、中間流の圧力がまず高まる。
【0047】下チャンバーは、上述のように調整された
間隔を開けて中間チャンバー及び上チャンバー(12)と連
絡するので、これらのチャンバーの圧力は、この間隔及
び配管(50)を通過する二相中間流によって上昇する。
間隔を開けて中間チャンバー及び上チャンバー(12)と連
絡するので、これらのチャンバーの圧力は、この間隔及
び配管(50)を通過する二相中間流によって上昇する。
【0048】ナトリウムと水/蒸気との間で、二相中間
流を介して熱交換が行われるにつれて、下よりも上の方
が冷たいチューブ(16)内を循環する一次流体について
も、上よりも下の方が熱いチューブ(28)内を循環する水
/蒸気についても、縦方向に温度勾配が確立する。従っ
て、定格運転は自然に始まる。こうして、中間チャンバ
ー及び上チャンバー(12)を通る二相中間流は、上述の凝
縮/気化サイクルを開始する。上述のように、下段への
流体の逆流は、チャンバー間に生じる圧力差によって阻
止され、この圧力差は、チューブ(16,28)間の小さく調
整された間隔と仕切り(14)の間に生じる水頭損失及び、
二相中間流の高い密度の組み合わせ作用によって、各チ
ャンバー内で、熱交換に必要な液体状態の中間流の高さ
を維持することができる。
流を介して熱交換が行われるにつれて、下よりも上の方
が冷たいチューブ(16)内を循環する一次流体について
も、上よりも下の方が熱いチューブ(28)内を循環する水
/蒸気についても、縦方向に温度勾配が確立する。従っ
て、定格運転は自然に始まる。こうして、中間チャンバ
ー及び上チャンバー(12)を通る二相中間流は、上述の凝
縮/気化サイクルを開始する。上述のように、下段への
流体の逆流は、チャンバー間に生じる圧力差によって阻
止され、この圧力差は、チューブ(16,28)間の小さく調
整された間隔と仕切り(14)の間に生じる水頭損失及び、
二相中間流の高い密度の組み合わせ作用によって、各チ
ャンバー内で、熱交換に必要な液体状態の中間流の高さ
を維持することができる。
【0049】
【発明の効果】すなわち、上述のように図を参照して解
説した熱交換器は、望まれている機能を果たすことがで
きるし、多数の溶接を行う必要がないので、熱交換器の
製造コスト及びリークの危険性は著しく低くなる。
説した熱交換器は、望まれている機能を果たすことがで
きるし、多数の溶接を行う必要がないので、熱交換器の
製造コスト及びリークの危険性は著しく低くなる。
【0050】勿論、上述の実現形状は一例でしかない。
熱交換器のケーシング(10)の内側のチューブ・バンドル
(16,28)の配置を、上述の方法とは違うものにすること
ができるし、中でも水/蒸気が循環するチューブ・バン
ドル(28)は、まっすぐなチューブとすることもできる。
但し、いずれの場合でも、沸騰エリア(42)と凝縮エリア
(48)の空間的な分離については、遵守しなければならな
い。
熱交換器のケーシング(10)の内側のチューブ・バンドル
(16,28)の配置を、上述の方法とは違うものにすること
ができるし、中でも水/蒸気が循環するチューブ・バン
ドル(28)は、まっすぐなチューブとすることもできる。
但し、いずれの場合でも、沸騰エリア(42)と凝縮エリア
(48)の空間的な分離については、遵守しなければならな
い。
【0051】なお、熱交換器のチャンバー数は、3つで
なくても良く、基本的には二次流体の理想出口温度によ
って決まる。
なくても良く、基本的には二次流体の理想出口温度によ
って決まる。
【0052】要するに、本発明は、高速中性子原子力発
電所の蒸気発生装置に適用すると特に大きなメリットが
あるが、上述した一次流体及び二次流体とは異なる流体
を利用して、本発明による熱交換器を利用する計画を立
てることも可能である。
電所の蒸気発生装置に適用すると特に大きなメリットが
あるが、上述した一次流体及び二次流体とは異なる流体
を利用して、本発明による熱交換器を利用する計画を立
てることも可能である。
【図1】図1は、熱交換器を図示する縦断面図である。
12…熱交換チャンバー 14…仕切り 16…第1のチューブ・バンドル 28…第2のチューブ・バンドル
Claims (9)
- 【請求項1】 二相中間流を利用する熱交換器にして、
その構成要素としては、少なくとも2つの隣接する熱交
換チャンバーがあり、それぞれのチャンバーは、温度が
蒸気発生装置の運転温度の二相中間流を内包し、さら
に、構成要素として、内部を比較的高温の一次冷却剤が
循環しながら、次々と各熱交換チャンバーの中間流の沸
騰エリアに向かう第1のチューブ・バンドルと、内部を
比較的低温の二次冷却剤が循環しながら、次々と各熱交
換器の中間流の凝縮エリアに向かう第2のチューブ・バ
ンドルとを有し、熱交換チャンバーは、縦方向に積み重
なり、仕切りで分離され、間隔を調整した第1のチュー
ブ・バンドルと第2のチューブ・バンドルを通過させ、
そしてこの二相中間流が、この調整された間隔に対し
て、蒸気発生装置の運転温度のときに、各チャンバー内
の液体状態の中間流の最小高さを確保する密度を備えて
いる熱交換器。 - 【請求項2】 請求項1に記載した熱交換器であって、
熱交換チャンバーを外部ケーシング内に構成し、上記仕
切りがこのケーシングに結合した水平の仕切りである熱
交換器。 - 【請求項3】 請求項1に記載した熱交換器であって、
一次冷却剤が第1のチューブ・バンドル内で下から上に
循環し、二次冷却剤が第2のチューブ・バンドル内で上
から下に循環する熱交換器。 - 【請求項4】 請求項1に記載した熱交換器であって、
第1のチューブ・バンドルを各熱交換チャンバーの中央
部を通過する縦型チューブから構成し、第2のチューブ
・バンドルを第1のチューブ・バンドルの周囲にほぼ螺
旋状に配置したチューブから構成する熱交換器。 - 【請求項5】 請求項1に記載した熱交換器であって、
各熱交換チャンバー内で、第1のチューブ・バンドルを
取り囲み、熱交換チャンバーの低部から最小高さを超え
る高さまで上部に突出する被筒で、沸騰エリアの境界を
画し、この被筒が低部に開口部を備えている熱交換器。 - 【請求項6】 請求項1に記載した熱交換器であって、
少なくとも1つの縦型配管が隣接する熱交換チャンバー
を接続し、各配管の下端部は、対応するチャンバー内の
上記の最小高さによって決定されるレベルより下に口を
開き、各配管の上端部は、対応するチャンバー内の上記
の最小高さによって決定されるレベルより上に口を開く
熱交換器。 - 【請求項7】 請求項1に記載した熱交換器であって、
二相中間流が水銀である熱交換器。 - 【請求項8】 請求項1に記載した熱交換器であって、
一次冷却剤が原子炉から発生し、二次冷却材がタービン
に供給される水/蒸気である熱交換器。 - 【請求項9】 請求項1に記載した熱交換器であって、
一次冷却剤が高速中性子原子炉から発生する液体ナトリ
ウムである熱交換器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9314650 | 1993-12-07 | ||
FR9314650A FR2713752B1 (fr) | 1993-12-07 | 1993-12-07 | Echangeur de chaleur à fluide intermédiaire diphasique. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07198277A true JPH07198277A (ja) | 1995-08-01 |
Family
ID=9453638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6302484A Pending JPH07198277A (ja) | 1993-12-07 | 1994-12-06 | 二相中間流を利用する熱交換器 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07198277A (ja) |
FR (1) | FR2713752B1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009175144A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-08-06 | Bruker Biospin Sa | 熱交換装置およびそのような装置を備えたnmr設備 |
CN112880441A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-01 | 杭州中泰深冷技术股份有限公司 | 一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法 |
KR20220090290A (ko) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 한국원자력연구원 | 원자로 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4072183A (en) * | 1976-11-29 | 1978-02-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Heat exchanger with intermediate evaporating and condensing fluid |
US4343763A (en) * | 1980-03-07 | 1982-08-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Heat transfer system |
JPH063355B2 (ja) * | 1987-08-13 | 1994-01-12 | 動力炉・核燃料開発事業団 | ヒ−トパイプ式熱交換器 |
-
1993
- 1993-12-07 FR FR9314650A patent/FR2713752B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-12-06 JP JP6302484A patent/JPH07198277A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009175144A (ja) * | 2008-01-21 | 2009-08-06 | Bruker Biospin Sa | 熱交換装置およびそのような装置を備えたnmr設備 |
KR20220090290A (ko) * | 2020-12-22 | 2022-06-29 | 한국원자력연구원 | 원자로 |
CN112880441A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-01 | 杭州中泰深冷技术股份有限公司 | 一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法 |
CN112880441B (zh) * | 2021-01-27 | 2022-03-01 | 杭州中泰深冷技术股份有限公司 | 一种板翅式换热器的两相流动状态测试装置及其重构方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2713752B1 (fr) | 1996-01-12 |
FR2713752A1 (fr) | 1995-06-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040323 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040914 |