JPH0972985A - 竪型熱交換器の被加熱流体混合促進構造 - Google Patents

竪型熱交換器の被加熱流体混合促進構造

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JPH0972985A
JPH0972985A JP7226727A JP22672795A JPH0972985A JP H0972985 A JPH0972985 A JP H0972985A JP 7226727 A JP7226727 A JP 7226727A JP 22672795 A JP22672795 A JP 22672795A JP H0972985 A JPH0972985 A JP H0972985A
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JP
Japan
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core
reactor
outlet nozzle
flow
outlet
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Withdrawn
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JP7226727A
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Inventor
Noboru Kubo
登 久保
Kenji Umeda
賢治 梅田
Toshiro Ichikawa
利郎 市川
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子炉炉心の周辺部を流れる低温冷却材と中
心部を流れる高温冷却材とによって引き起こされる出口
ノズル及び出口配管部での熱成層化現象を防止する。 【解決手段】原子炉容器内の上部炉心板16及び上部炉
心支持板17との間に画成され、出口ノズル3に連通し
た上部プレナム25にスロット付き管28が設けられ
る。スロット付き管28は、炉心周辺部に連通するよう
に上部炉心板16に下端部が連結され、上端部に位置す
るスロットが炉心中央部を出る高温冷却材流の出口流路
内に開口するように出口ノズル3の流入側近傍に配設さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部において加熱
媒体または発熱体と被加熱流体が熱交換を行う竪型熱交
換器に関し、特に加圧水型原子炉のような原子炉の構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】動力用原子炉は、核反応熱を発生する核
燃料を軽水等の冷却材で冷却する、即ち核燃料と冷却材
との間で熱交換が行われる一種の熱交換器である。図4
に原子炉の代表的一例である加圧水型原子炉の内部構造
を示している。これを簡単に説明すれば、原子炉冷却材
の入口ノズル1及び出口ノズル3が一体的に形成された
原子炉容器5の中に炉心槽7が垂下支持されている。炉
心槽7の内部下方には、水平方向に展延する下部炉心支
持板9及び下部炉心板11が設けられ、その上に多数の
燃料集合体13が相隣接して装荷され、炉心を形成す
る。燃料集合体13の上部は上部炉心板15で押さえら
れ、その上部炉心板15は、上部炉心支持柱17を介し
て上部炉心支持板19により支持されている。上部炉心
板15の上面には、複数の制御棒クラスタ案内管21の
下端が固定され、これは、上部炉心支持板19を通って
上方に延出している。
【0003】このような原子炉容器3の内部の冷却材た
る軽水の流れを説明すると、塗りつぶした矢印のように
流れる。即ち、入口ノズル1から流入した低温の軽水
は、炉心槽7の外側を流れ下り、底部で反転し、下部炉
心支持板9及び下部炉心板11を上方に向かって通過す
る。炉心の燃料集合体13の中を燃料棒に沿って上昇す
る軽水は、核反応熱を奪って昇温し、上部炉心板15を
通った後横方向に転向し、出口ノズル3から流出し、出
口配管23を通って図示しない蒸気発生器へ向かう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかして、炉心内の中
性子束分布の影響もあり、一般に炉心中心部の発生熱
は、炉心周辺部のそれよりも大きくなる。従って、矢印
aに示すような周辺部流は、相対的に加熱度合いが小さ
く、相対的に低い温度で炉心を出、抵抗が少ない方に流
れるという流体力学上の原理に従い矢印bに示すように
直接的ないし短流路で出口ノズル3に流入する。これに
対し、矢印cに示すような炉心中心部を流れる中心部流
は、よく加熱されて相対的に高温になって炉心を出る。
そして、制御棒クラスタ案内管21等の案内作用や慣性
により中心部流は、上部炉心支持板19まで流れ、ここ
で衝突、転向して矢印dに示すように出口ノズル3に流
入する。従って、図5に示すように出口ノズル3に接続
した出口配管23内では、相対的に低温の周辺部流が矢
印bに示すように底部を流れ、相対的に高温の中心部流
が矢印dに示すように天井部を流れる。即ち、出口配管
23及び出口ノズル3内には、上部に冷却材の高温層、
下部に冷却材の低温層が形成されて成層化現象が生じ、
出口配管等に大きな熱勾配、熱応力が生じ、損傷の原因
となりやすい。従って、本発明は、原子炉等の熱交換器
において、被加熱流体の偏加熱により被加熱流体の流路
に熱成層化現象が発生することを防止し、熱交換器特に
その被加熱流体出口部の熱疲労、熱破壊を緩和するよう
にした熱交換器の被加熱流体混合促進構造を提供するこ
とにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明によれば、原子炉を含む竪型熱交換器であっ
て、側部上方に被加熱流体の出口ノズルを備えると共に
該出口ノズルの上方に位置して内部に流れ遮蔽板が設け
られた竪型容器及び該竪型容器内に設けられ、前記被加
熱流体が高温域と低温域に分かれて流れる熱交換部を有
するものにおいて、前記低温域の出口から前記高温域を
出る非加熱流体の出口流路に至る流れ案内部材を前記出
口ノズルの流入側近傍に設けて被加熱流体混合促進構造
が構成される。竪型熱交換器が原子炉である場合には、
原子炉容器が内部に炉心槽を垂下支持し、その炉心槽内
に装荷された複数の燃料集合体から成る炉心が熱交換部
を構成する。そして、被加熱流体である原子炉冷却材が
流れる流路は、前記炉心槽と原子炉容器の間の環状下降
空間を下方に向かって通り、原子炉容器の底部内で反転
して前記炉心を貫通上昇し、前記出口ノズルに向かって
流れるように形成される。このような流路を流れる冷却
材のうち、炉心周辺部を貫流する冷却材は、原子炉の特
性上相対的に低温の周辺部流を形成し、他方炉心中央部
を貫流する冷却材は、相対的に高温の中央部流を形成
し、周辺部流の炉心出口から中央部流の出口ノズル流入
部へ管状部材のような流れ案内部材が設けられて冷却材
混合促進構造が形成される。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施形態を説明する。尚、前述の図面を含め全図に
わたり同一の部分には、同一の符号を付して説明する。
先ず図1を参照するに、竪型熱交換器である加圧水型原
子炉は、前述の従来の構造のものと大部分において同じ
であるが、重複を厭わず説明すると、軽水である原子炉
冷却材の入口ノズル1及び出口ノズル3が一体的に形成
された原子炉容器5の中に炉心槽7が垂下支持されてい
る。入口ノズル1及び出口ノズル3の数は、原子炉の出
力に応じた冷却材循環ループの数と一致しており、通常
それぞれ2乃至4個であるが、これら複数の入口ノズル
1及び出口ノズル3は円周方向に間隔を置いて配置され
ている。炉心槽7の内部下方には、水平方向に展延する
下部炉心支持板9及び下部炉心板11が設けられ、それ
らの下方に底部プレナム12が画成されている。その下
部炉心板11の上に多数の燃料集合体13が相隣接して
装荷され、炉心を形成する。一方、燃料集合体13の上
部には、上部炉心支持柱17を介して上部炉心支持板1
9により支持された上部炉心板16が配置され、燃料集
合体13をしっかり押さえて、冷却材流による浮き上り
等を防止する。上部炉心板16の上面には、複数の制御
棒クラスタ案内管21の下端が図示しない支持ピン等に
より固定され、これは、上部炉心支持板19を通って上
方に延出している。図示しない制御棒クラスタは、制御
棒クラスタ案内管21の中に炉心から引き込まれ、或い
は、制御棒クラスタ案内管21の中から炉心の燃料集合
体13の中に挿入されたりして、炉心の熱出力が調整さ
れる。
【0007】前述したように上部炉心板16と上部炉心
支持板19は、上部炉心支持柱17によって構造強度的
に連結されているが、上部炉心支持板19を貫通する制
御棒クラスタ案内管21もこれに固定されて横方向に支
持されている。このように連結された上部炉心板16と
上部炉心支持板19の間には、冷却材の上部プレナム2
5が画成されている。全く新しく設けてもよいが、出口
ノズル3の流入側に隣接した既設部材を利用し、これを
囲んで流れ案内部材であるスロット付き管28を設けて
も良い。実機の場合、所期の機能をもつ必要があるが、
スロット付き管28は、反面上部プレナム25内の冷却
材流の新たな抵抗となる面もあるからであり、その数及
び位置は実験を含む慎重な検討を経て決定される。上部
プレナム25の出口ノズル3寄りの部分が図2に拡大し
て示され、更にスロット付き管28が拡大して図3に示
されている。スロット付き管28の下端は開放してお
り、上部炉心板16の穴を介して炉心に連通し、更に上
端部には、複数のスロット29が窓のごとく形成されて
いる。このようなスロット29は、特に図1及び図2に
から理解されるように、出口ノズル3の流入側上部空間
に位置している。
【0008】このような原子炉容器5の内部の冷却材た
る軽水の流れを説明すると、入口ノズル1から流入した
低温の軽水は、炉心槽7と原子炉容器5の内面との間の
環状下降空間を流れ下り、底部プレナム12で反転す
る。上向きに方向を変えた軽水は、下部炉心支持板9及
び下部炉心板11を通って炉心内に流入する。炉心内を
上昇する軽水は、ほぼ平行な流れとなって流れ、燃料集
合体13の燃料棒から核反応熱を奪って昇温する。炉心
内の軽水の流れを若干詳しく見ると、核分裂反応が盛ん
な中心部を流れる中心部流cは、比較的よく加熱されて
相対的に高温になって炉心から上部プレナム25に入
る。そして、制御棒クラスタ案内管21の中及び周囲を
流れて上部炉心支持板19の下面に至り、横方向に案内
されて矢印eのように出口ノズル3に向かう。一方、中
性子束密度が相対的に小さい炉心周辺部を流れた周辺部
流aは、加熱されるが相対的には低温で炉心から上部プ
レナム25に流出するが、一部は、矢印fのように適宜
配設されたスロット付き管28の中に入って流れ、しか
る後上方にあるスロット29から上部プレナム25内に
流出し、矢印gに示すように出口ノズル3に向かう。こ
のように流れると、スロット付き管28内を流れた周辺
部流の一部と前述の中心部流とは、程よく混合して出口
ノズル3に流入する冷却材の温度の平均化が図られ、均
温化された冷却材が出口配管23内を流れる。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱交換部の低温域を流れた低温被加熱流体が、熱交換部
の高温域を流れた高温被加熱流体の出口流内に流れ案内
部材により導かれて混合するので、低温被加熱流体と高
温被加熱流体の混合が促進されて均温化が促進され、出
口ノズルに続く管内での熱成層化現象の発生を防止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る加圧水型原子炉の立断
面図である。
【図2】前記実施形態の要部を示す部分拡大断面図であ
る。
【図3】前記実施形態の要部を構成する部材の一部切欠
き拡大立面図である。
【図4】従来の装置の立断面図である。
【図5】従来技術の不具合を説明するための状態説明図
である。
【符号の説明】
3 出口ノズル 5 原子炉容器 7 炉心槽 13 燃料集合体 16 上部炉心板 28 スロット付き管 29 スロット

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 側部上方に被加熱流体の出口ノズルを備
    え、該出口ノズルの上方に位置して内部に流れ遮蔽板が
    設けられた竪型容器及び該竪型容器内に設けられ、前記
    被加熱流体が高温域と低温域に分かれて流れる熱交換部
    を有する竪型熱交換器において、前記低温域の出口から
    前記高温域を出る前記非加熱流体の出口流路に至る流れ
    案内部材を前記出口ノズルの流入側近傍に設けたことを
    特徴とする竪型熱交換器の被加熱流体混合促進構造。
  2. 【請求項2】 前記竪型容器が内部に炉心槽を垂下支持
    した原子炉容器であり、前記熱交換部が前記炉心槽内に
    装荷された複数の燃料集合体から成る炉心であり、前記
    被加熱流体である原子炉冷却材が前記炉心槽と原子炉容
    器の間の環状下降空間を流下し、反転して前記炉心内を
    実質的に平行流として上昇し、前記出口ノズルに向かっ
    て流れることを特徴とする請求項1記載の竪型熱交換器
    の被加熱流体混合促進構造。
JP7226727A 1995-09-04 1995-09-04 竪型熱交換器の被加熱流体混合促進構造 Withdrawn JPH0972985A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1003177A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Internal structure of nuclear reactor with coolant flow stabilizing facility
EP1005047A2 (en) 1998-10-15 2000-05-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus for promoting intermixing of heated coolant streams in nuclear reactor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1005047A2 (en) 1998-10-15 2000-05-31 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus for promoting intermixing of heated coolant streams in nuclear reactor
US6173028B1 (en) 1998-10-15 2001-01-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus for promoting intermixing of heated coolant streams in nuclear reactor
EP1005047A3 (en) * 1998-10-15 2002-01-02 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus for promoting intermixing of heated coolant streams in nuclear reactor
EP1003177A1 (en) * 1998-11-11 2000-05-24 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Internal structure of nuclear reactor with coolant flow stabilizing facility
TR199902756A3 (tr) * 1998-11-11 2000-06-21 Mitsubishi Heavy Industries Sogutucu akimi stabilize etme kolayligi olan nükleer reaktörün iç yapisi
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Effective date: 20021105