JPS59164893A - 熱交換器のバイパス流れ止め装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は冷却材にたとえばナトリウムを使用する高速
増殖炉用中間熱交換器のバイパス流れ止め装置に関する
。

［発明の技術的背景］ 高速増殖炉用中間熱交換器は第１図に示したように外胴
１内に内胴２を配置し、内胴２内に多数本の伝熱管３を
値段配置しＣなるもの−Ｃある。加熱媒体である冷却材
（以下ナトリウムと称す）は、まず外胴１と内胴２との
間に形成される空間１ａ内に一次ナトリウムが流入する
入ロノスル４から供給され、更に内胴２の入Ｉ」孔５か
ら内胴２内へ供給される。供給されたす１〜リムは内１
１１ｉ１２内を下降し、内胴２の下方の内胴２の出口孔
６から再び外胴１と内１’ｊｉｉ　２の間に形成される
空間１ｂを介し−Ｕ　、−次ナトリウム出口ノズル７か
ら外胴１外へ導き出される。内胴２へ供給するす［・リ
ウムと一次ナトリウム入口）、ズル４から流出するナト
リウムが、外ｌ１１１と内胴２との間に形成される空間
１ａで混合しないように外ｌＮｌ１１と内胴２との間に
は一点鎖線Ａで示し７Ｃようにバイパス流れ止め装置が
設けられている。一方二次ナトリウムは内１ｉ１２の中
心軸線に沿って設けられたダウンカマー８内を下降し、
内胴２の下方に設（プられた下部ブレナム１０’内に達
する。そして内胴２内に配置されて下部ブレナム１０と
上部ブレナム９を連絡する伝熱管３を通つ−Ｃ熱交換し
、二次ナトリウムは内胴２の上方に設けられた上部ブレ
ナム９に導かれ、熱交換器外へ流出づる。

しかして、高速増殖炉用中“間熱交換器のバイパス流れ
止め装置Ａは第２図に示すように、内胴２の外面にリン
グ１１を設けるとともにそのリング１１の下方にベロー
支持金具１７を設【）、この金具１７にステンレス製の
ベロー２４を取り付けたものＣある。そして前記熱交換
器の胴側高温１部と低温部とのバイパス流れを、ベロー
２４の下部に取りイｊ１プたリング状のベロ一端金具１
８と、外胴１の内面に設りたリング状のベロー受は金具
１９で遮断する。この装置において、前記ベロー２４の
使用環境を前記リング１１番殺けることでナトリウム停
滞域２０とし、また前記ベロー支持金具１７の外面に取
り付けたベローカバー１３でナトリウム冷即材特有の熱
衝撃を緩和するようにしている。

［背景技術の問題点］ 上記熱交換器のバイパス流れ止め装置では定期検査、そ
の他でナトリウムをドレン−する場合、リング１１とベ
ロー２４の間にナトリウムが沸留してしまうため、前記
ベロー受は金具１９にナトリウムドレン孔２２を設けて
いる。しかしながら、このナトリウムドレン孔２２は熱
交換器が運転中に矢印で示したようにナトリウムのバイ
パス流れ２３を起し、バイパス流れ２３の遮断効果を低
下させるだけでなく、このナトリウムドレン孔２２によ
り高温ナトリウムが低温側へ流れる。そのため温度差に
よる熱疲労によって各部材への損傷を起こさせ、しかも
熱交換器の効率を低下させるなどの欠点がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記背景技術の欠点を除去し、ナトリウムの
ドレンが容易にでき、また、要求さｔしるバイパス」Ｆ
め効果を充分にかつ信頼性よく行なうことがＣ゛き、熱
交換器の熱疲労による各部材の損傷を防止し、もって効
率を向上させ得る熱交換器のバイパス流れ止め装置を提
供することにある。

１発明の概要」 この発明は熱交換器のバイパス流れ止め装置において、
ステンレス製のベローのかわりに形状記憶合金製のへｕ
−（以下、合金ベローと略す）を使用しかつこの合金ベ
ローにバイアスバネを沿わせＣ二方向性を付与したシー
ル構造としたものである。そしＣ熱交換器の予熱および
運転時の温度において、熱交換器外胴側の高温部と低温
部とのバイパス流れを、合金へローが記憶した形状に戻
ることを利用し−Ｃ遮断する。また、熱交換器中のナト
リウムのドレン温度において、合金ベローが記憶した形
状に戻る力がなくなるため、前記バイパスバネにより、
合金ベローが縮められてナトリウムのドレン口が開かれ
、ナトリウムのドレンが容易に行なわれる点にある。こ
れにより、前記す］〜リウムドレン孔が不要となり、運
転時の高温部から低温部へのバイパス流れを防止すると
ともに熱疲労によって起きる各部材への損傷を防止し、
熱交換器の効率が向上する。

［発明の実施例コ 以下、この発明の一実施例を第３図および第４図にＪ：
り説明する。なお、この発明で使用する熱交換器は第１
図で示したものとほぼ同様のものである。したがって、
第１図により概要を述べる。

高速増殖炉用中間熱交換器は原子炉から約５５０′Ｃ程
度の高温に加熱されたナトリウムが、第１図に示す一次
ナトリウムの入口ノズル４から外胴１内に流入し、更に
内胴入口孔５より内胴２内に流れ、内胴２の中に設【プ
られ°Ｃいる直管式の伝熱管３の間を下降する。下降し
ながらナトリウムは伝熱管３内の二次ナトリウムと熱交
換し、内胴下端に設けられでいる内胴出口孔６を通り、
機器下端の一次ナトリウム出口ノズル７から流出する。

一方、二次側のりトリウムは低温状態でタウンカマ−８
を下降し、下部プレナム１０に至り、その後、伝熱管３
内を熱交換し温度上昇しながら上部ブレナム９に至り熱
交換器外に流出する。なあ、図中符号１４は上部管板、
１５は振れ止め、１６は上部管板を示しＣいる。

一次ナトリウｌ＼入ロノズル４がら流入したナトリウム
と内胴出口孔６がら流出したナトリウムの間には、流れ
による圧力損失分だけの圧力弁だけ、入口側ナトリウム
域が高くなる。このためこれらの境界にシール構造設け
る必要がある。

この発明においＣは、第３図に示したように内胴２の外
周にリンク１１を取付け、またリング１１下部にリング
状のベロー支持金具１７を取付け、これに形状記憶合金
製のベロー１２（以下、合金ベロと略す。）の上端とこ
れに沿わせるバイアスバネ２１の上端とを溶接し、合金
ベロー１２とバイアスバネ２１の下端にリング状のベロ
一端金具１８を溶接する。

また、外胴１にこれらべ［１−１２の反力を支持するた
めリング状のベロー受は金具１９を設ける。

合金ベロー１２の取付位置は内胴２の出口孔６のすぐ上
部にセットする。１３はベロー支持金具１７に取付けた
ベローカバーである。

この熱交換器は、外１１１ｉ１１に内胴伝熱管束部を組
込み、上部管板１６の端でポルト締めし、内胴伝熱管束
部の振れは振れ止め１５により行われる。

高速増殖炉用機器の耐久年数は約２０年から３０年が要
求され、機器内部の部材は、高温５５０°Ｃ付近のきび
しい条件下に曝され、また冷却材のナトリウムがもって
いる熱伝導性がすぐれている性質からクリープ等の材料
強度上および熱衝撃等を考慮した構造が必要である。

しかして、この発明は、前述のシール性能、熱膨張、熱
ｗｉＪ撃、クリープ特性内外面温度差について充分信頼
性良く対処Ｃきるようになっている。

第１にシール性能は形状記憶状態の合金へロー１２によ
る圧縮力でベロ一端金具１８とベロー受金具１９とを押
し付け、運転中生ずる機器軸方向熱膨張差も前述のよう
に合金べａ−１２により充分吸収できる。第２の熱衝撃
の点では一般に一次ナトリウム入ロノズル３から流入し
たナトリウムの温度過渡説象が機器内の部材に対して、
大きな熱応力を生ぜしめる。合金べｏ−１２には内胴２
に設りられたリング１１によって滞留ナトリウム域２０
を設番プていることおよびベローカバー１３を設けてい
ることで熱＠撃の影響がない。すなわち、滞留ナトリウ
ム域２０下方でのナトリウム温度は低く、温度分布は高
い部分が高温に、低い部分は合金ベロー１２が低温ナト
リウムの流れ出る内胴量１コ孔２１付近に設けであるの
Ｃ低い状態となつτいる。したがって、合金ベロー１２
の内外面での温度差はほとんど生じない。また、高温下
Ｃのベロークリープの問題に対しては、要求される寿命
が約２０年から３０年に対してクリープの影響が若干考
えられるが、形状記憶状態の合金ベロー１２の内外面で
の圧力差によって下方向に押しイ」【ブられＣいるため
、クリープによるら力強さが小ざくなっても、ベロ一端
金具１８とベロー受金具１９との間にギャップが生じて
バイパス流れが大きくなる可能性はない。

さらに、本発明におい°Ｃ１ベロー１２に使用した形状
記憶合金は一定の形状に記憶させるとこれ自身を変形し
ても、一定の温度に加熱するだけＣ記憶した形状に戻る
性質をもっている。この合金は一般に低温で変形した後
に加熱すると一回だけ変形する前の形に戻るというもの
で、これを再び低温にしＣも低温で変形した形にならな
いという一方向性のものであり、繰り返して使用する場
合には問題がある。そこで、前記合金を低温で変形した
ものと同し形状のバネ２１（以下、バイアスバネと記載
する）を、前記合金に沿わせることにより、低温での合
金の形状を常に一定にさせて、二方向性を持たせること
ができる。これは形状記憶合金が高温では強く、また硬
く降伏応力が高くなり、低温では逆に弱く、さらに軟く
降伏応力が低くなる性質を利用したものである。前記合
金とバイアスバネを利用することにより、熱交換器の予
熱および運転時の温度において、第３図に部分的に拡大
して示すように、前記合金ベロー１２は前記ベロ一端金
具１８とベロー受は金具１９とを接触できる形状になる
ように記憶されでいれば、前記バイパス流れの遮断が可
能になる。このとき、前記バイアスバネ２１の縮む力が
、合金ベロー１２の記憶した形状の戻る力に負けで、バ
イアスバネ２１が伸びるようにバイアスバネ２１を調整
しておくことが必要ひある。また、前記交換器内のナト
リウムのドレン温度においては、第４図に示ずように、
前記合金ベロー１２の記憶された形状に戻る力がなくな
り、前記バイアスバネ２１の縮む力が勝るため、バイア
スバネ２１にＪ：り合金ベロー１２が縮められ、したが
って、前記ベロ一端金具１８とベロー受は金具１９とが
開放されて、前記リング１１と合金ベロー１２の間のり
トリウムは第２図に示したように前記ベロー受は金具１
９にドレン孔２２を設【プることなくドレンすることが
可能となる。

［発明の効果］ この発明は熱交換器の外胴と内胴の間隙にリングとベロ
ーを設けることにより、−次ナトリウムの高温部と低温
部のシールを行なうバイパス流れ止め装置において、ベ
ローに形状記憶合金を使用し１１この合金ベローにバイ
アスバネを沿わせて二方向性を付与したものである。し
たがって、熱交換器の予熱および運転時は、前記合金ベ
ローの記憶された形状に戻る力にＪ：リベロ一端金具と
ベロー受は金具とが接触するため、前記バイパス流れの
遮断を十分性なうことができる。また熱交換器内のナト
リウムのドレン時は合金へローが記憶された形状に戻る
力がなくなるために、バイアスバネの縮む力がこれに丁
Ｊ、ち勝って合金へローが縮められ、前記ロ一端金具と
ベロー受は金具とが開放される。したがって前記リング
と合金ベローの間に滞留するナトリウムをドレン孔を設
けることなく容易にドレン可能となる。よつ【、熱交換
器運転中のバイパス流れの遮断効果を低下させることは
ない。また、高温ナトリウムが熱交換器低温側へ流下す
るために温度差ができ、これによる熱疲労によって起き
る各部材の損傷を防止する。さらに、熱交換器の効率を
向上させる。

なお、この発明は上記実施例に限るものではなく、たと
えばベロー工沿わせて設けるバイアスバネのかわりに、
通常のベローを用いることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの種背景技術の中間熱交換器の縦断面図、第
２図は第１図のＡ部の拡大縦断面図、第３図はこの発明
の一実施例で中間熱交換器の予熱および運転時で−へ目
−およびバイアスバネの状態を示す拡大縦断面図、第４
図はこの発明の一実施例で中間熱交換器ナトリウムドレ
ン時でのベローおよびバイアスバネの状態を示す拡大縦
断面図である。 １・・・・・・・・・・・・外　胴 ２・・・・・・・・・・・・内　胴 ３・・・・・・・・・・・・伝熱管 ４・・・・・・・・・・・・−次ナトリウムの入口ノズ
ル５・・・・・・・・・・・・内胴入口孔６・・Ｌ・・
・・・・・・内胴出口孔 ７・・・・・・・・・・・・−次す′トリウムの出口ノ
ズル８・・・・・・・・・・・・ダウンカマー９・・・
・・・・・・・・・上部ブレナム１０・・・・・・・・
・・・・下部プレナム１１・・・・・・・・・・・・リ
ング １２・・・・・・・・・・・・形状記憶合金製ベロー（
合金へロー） １３・・・・・・・・・・・・ベロー・バイアスバネカ
バー１５・・・・・・・・・・・・振れ止め１６・・・
・・・・・・・・・上部管板１７・・・・・・・・・・
・・ベロー支持金具１８・・・・・・・・・・・・ベロ
一端金具１９・・・・・・・・・・・・ベロー受は金具
２０・・・・・・・・・・・・沸留ナトリウム域２１・
・・・・・・・・・・・バイアスバネ２２・・・・・・
・・・・・・ナトリウムドレン孔２３・・・・・・・・
・・・・バイパス流れ２４・・・・・・・・・・・・従
来のベロー代理人弁理士−須　山　佐　− 第１図 第２図 Δ 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内胴と外胴との間の一次冷却材のバイパス流れを
   阻止する熱交換器へのバイパス流れ止め装置において、
   前記内胴の外面にリング状のベロー支持金具を取り付け
   かつその支持金具の下部に形状記憶合金製ベローの上端
   を取り付けてなり、このベローは前記熱交換器の予熱お
   よび運転中の温度ぐ記憶させた形状に戻り、前記へロ一
   端金具と、ベロー受は金具とが接触することを特徴とす
   る熱交換器のバイパス流れ止め装置。
2. （２）前記ベローに沿わせて設けたバイアスバネの上端
   を前記ベロー支持金具下部に取り付け、前記熱交換器内
   の冷却材のドレン温度で、前記へローの記憶した形状に
   戻る力がなくなることにより、前記バイアスバネが前記
   ベローを縮めて、前記冷却材を容易にドレンできること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した熱交換器
   のバイパス流れ止め装置。