JPS60240988A - 二流体を使用する熱交換器用二重壁管 - 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】 本発明は実質的に間隙がないよう一方が他方の内部に配
置された２つの同軸状管状壁から構成された二流体用熱
交換器用二重壁管およびこの管の製造方法に関する。

二重壁管から成る二液体用熱交換器は公知であり、小径
を有する内壁はその内面が流体の一方と接触するように
なってお幻、大径を有する外壁はその外面が他方の流体
に接触するようになっている。

２つの壁は、極小の機械的間隙をもって一方が他方の内
部に取付けられているが、多くの場合、これら２つの壁
の間をガスが進行できるので、２つの壁の一つに穿孔が
生じると、穿孔した壁と接触している流体は２つの壁の
間の空間に広がり、進行できる。

従って、壁の間の極小寸法の空間と検出チャンバとを接
続することにより、壁の一方又は他方の穿孔により起り
得る漏れを検出できる。

従って、２つの流体の間に二重障壁が介在し、他方の壁
の完全性が影Ｕを受ける前にその−っの壁を通る漏れを
検出できるので、二重壁は熱交換器の安全性を高める。

このような二重壁管ば、例えば高速中性子原子炉の蒸気
発生器に使用され、この蒸気発生器の熱交換流体として
は液体すトリウムとその液体す１〜リウムにより伝えら
れる熱により気化される水が使用される。高？Ｌ　（５
００℃以上）の液体ナトリウムは管の外壁の外面に接触
し、管内にある極めて高圧でかつ液体ナトリウム流の温
度に近い温度の水および蒸気が内壁の内面に接触する。

このように高速中性子炉の蒸気発生器に二重壁管を使用
すると、装置の製造コストが増加するが、それに比例し
て安全性も高まる。

二重壁管を有する蒸気発生器を使用すれば、原子炉の２
次回路も不要にできる。その理由は１次回路のナトリウ
ムにより伝えられる熱により直接水の加熱および水の蒸
気への変換が達成できるからである。更に漏れの発生確
率は極めて低くなり、二重壁管を有する蒸気発生器では
起こり得る漏れの検出が信頼性をもって極めて迅速に行
なわれる。

従って、発生ずる漏れおよびその結果１次ナトリウムと
水又は蒸気が著しく混合する確率は極めて小さく、実際
−ヒはゼロである。

熱交換器用二重壁管は異なる方法で製造でき、方法が異
なれば管にイて１与される熱的又は機械的特性も異なる
。

第１の方法は、まず管状壁の一方を他方の内部にｉｌｉ
　Ｌ、次に機械的な応力を予め加えることにより、例え
ば同時絞り加工により両者を締りばめする。このような
管では２つの壁の間の実際の接触面積Ｃ：１２一つの壁
の対向面の全面積の約５％でしかでない。従って、２つ
の壁を通る熱伝達は境界部の存在に、１、りかなり減少
され、接触圧の開放により時間内に減少する傾向がある
。更に壁には膨張差があるので、２つの壁の間に相対的
摺動が生じ、従って境界部で摩耗が生じる。一方、２つ
の壁の一方で穿孔が生じると、穿孔された壁を通過し、
２つの壁内の隙間に進入する流体は管の全長方向に進行
し人二り、接触面の一方に機械加工された溝に達するの
で、検出チャンバに接続された管の端部に達することが
できる。更に２つの管の間の隙間の幅は極めて狭くても
、２つの壁の間の実際の接触面は小さな広がりを有して
いるので流体を停止させるような障壁はない。

第２の方法は、例えばろう付けによりろう付は金属が２
つの壁の接触している表面全面を被覆して、２つの壁の
対向面を金属により接続することである。このようにす
れば、熱伝達がかなり改善され、長期にわたる劣化も防
止され、膨張時に生じる管の壁の長手方向の相対的摺動
運動も回避される。一方漏れの検出は、２つの壁と接触
する表面の一つに機械加工された溝を通してしか理論的
に行なわれなく、溝の間に位置する穿孔から流れる漏れ
が生じる場合、溝に達しないか極めて長時間後に限り溝
に達する可能性が高い。更にこれら溝がろう付は後も流
体に対して連続した１ｉｌｌ路となれるよう保証するこ
とは困難である。

発明の概略 よって本発明の目的は、一方が他方の内部に取付けられ
、次に互いに密に嵌合された２つの同軸状管状壁から形
成され、小径を有する内壁はその内面が二流体の一方と
接触するようになっており、大径を有する外壁は外面が
他方の流体に接触するようになっており、長期間にわた
って劣化しない２流体間の充分な熱伝達、管の壁内での
起こり得る漏れの信頼性ある検出、および管膨張時の摺
動を防１卜するよう２つの壁の強固な組立てが可能であ
る二流体を有する熱交換器用二重壁管を提供することに
ある。

この目的のため、内管の夕１面および外管の内面はろう
付は金属の薄い層により相互に接続され、ろう付は金属
の薄い層は管の周面方向および長手方向の双方に不連続
で、管の内壁と外壁の対向面の５〜１５％を占める領域
にある。

本発明を説明するため、添付図面を参照して非制限的例
により本発明に係る二重壁管の実施態様を数例述べるこ
とにする。

実施例 第１図は、外壁１と、極めて小さな間隙３をもって外壁
１の内側に取付けられた内壁２とから成る二重壁管を示
す。環状空間３の一部は二重壁管の外周に沿って不連続
に配置されたろう付けされた領域４で占められている。

これらろう付けされた領域４は、極めて狭い幅の環状空
間３を除去することなく管１と２を接合できるようにし
ている。

この空間３およびろうイ１けされた領域４の幅は、１０
〜３０ミクロン程度の大きさである。

次に第１．２ａ、２ｂ図を参照して本発明に係る第１実
施態様に従う二重壁管を得るための方法について説明す
る。

第２ａ、２ｂおよび２０図には、第１図に示されている
ような二重壁管の内壁２が示されており、この内壁２の
上には管の２つの壁を接合できるろう付は材料の極めて
薄いバンドが溶着されている。

第２ａ図では、ろう付けされた領域４ａは、内壁２の全
周面に沿って整列して配列された不連続な環状セグメン
ト形状となっており、このろう付けされた領域４ａは、
管の周面方向にはセグメン）４ａが一列になるように隔
置されて配列されて０ いるが、長手方向に隣接するセグメント４ａは互い違い
に配列されている。

一方第２ｂ図では、ろう付は領域４ｂは、２つの連続す
る領域４ｂの間に間隙が形成されるよう母線部分に沿っ
て互いに一列となるよう配置され、ろ・うイ」げハンド
が配置された句綿ば壁２の表面上にて円面方向に実質的
に等間隔て隔置されている。

第２（１図に示される内壁２にろう付げされた領域４ｃ
は、管の軸ｚ−ｚ’を軸とする１つ以上のらせん部分に
沿って配置されている。

外径か１６ｍ＋＋、内径が１０ｍ１１の高速原子炉用蒸
気発生器の二重壁管を１ｙ造する際、オーステナイ１質
又Ｇオフエライト質ステンレススチール管又はニッケル
合金管の２つの壁管を形成するが、これら管し、Ｌ外径
がそれぞれＩＧｍｍおよび１２１１１近くで、厚めし４
１〜２ｍ＋１近くである。

外管は、外径が１６鉗よりも掻くわずかに大きく、内径
は１２１ｍより極くわずかに大きくなるよう測定される
。同じように内壁を構成する管２の外径および内径もそ
れぞれ１２１１１および１０龍よりもわずかに大きい。

管２の全長にわたって、第２ａ図、第２ｂ図又は第２ｃ
図に示すように配置されたろう付は材料が溶着されてい
る。これらろう付は材料溶着部は１０〜３０ミクロンの
厚さおよび１〜２１１１の幅を有し、環状（第２ａ図）
又は母線に沿って延長（第２ｔ）図）するか、又はらせ
ん（第２Ｃ図）に沿って延長する異なる連続したバンド
は、２０〜４０龍だけ互いに隔置されている。

このろう付は溶着部の間隔（すなわちピンチ）は、次の
関係 バンド幅／ピッチ−０，０５〜０．１５を満足するよう
ろう付はバンドの幅に従って決定される。

外壁１の内面自体に極めて薄い連続したろう（＝１層を
設けてもよい。

このろう付は用合金は、管の２つの壁を構成する金属の
種類に従って選択する。

第２ａ、２ｂおよび２Ｃ図の一つに示すように不連続な
ろう付はバンドを内壁２に被覆した後、１ この壁２を外壁１に挿入し、外壁１の全長にわたって外
壁内に装着する。

最初に設ＬＪられているすきまがあるので、内壁上にろ
う付ｃＪ用溶着部があっても困’ｔＩｔなくこの作業を
行うことができる。

次に一方を他方に取付けた２つの管１および２の組立体
を同時絞り加工し、次に１０００°Ｃ程度の温度にして
ろう付４ＪＨ料により被覆された対向面に沿って２つの
壁を金属接合する。

こうして得られる製品ｋｌ、第１図に示すようなものと
なる。この二重壁管は、使用中に管が膨張しても相互に
移動できないようにろうイ１けにより２つの壁を互いに
長手方向に完全に固定されているという利点ををずン）
。

更に２つの壁の間の接触領域は常時対向壁の面積の５％
を越える面積を有し、この接触面と全面積の１５％まで
増加できる。しかしながら、管の２つの壁の間の環状空
間３は、この管の全長にわたって連続したままであり、
ろう付はハンド４は管の周面方向にも長手方向にも不連
続である。こ３ ２ のように、壁の一方に漏れが生しると、この壁に接触し
ている流体は、間隙３に達し、漏れ検出室に接続できる
管の端部まで極めて容易乙こ進むことができる。

これら２つの壁は、管の再絞り加工により発生ずにる締
りばねにより機械的に更にろう付はバンドにより冶金的
に相互に維持される。

管の再絞り加工時には、管の外壁の内面は、内壁の外面
に付着したろろ付ｋＪハンドと接触するので、管の絞り
加工による発熱時にろうイ１け溶着部に対応する流体で
金属接合が行なわれる。

この二重壁管は、第２の方法によっても製造できる。

これまで述べたものと同じ材質および寸法を有する管に
より内壁およびり）壁を形成する。

内壁２の外面には第２ａ１２ｂおよび２０図にそれぞれ
示すようなろう付は領域４ａ、４ｂおよび４Ｃの配列と
同じ配列に従う不連続なマスクを配置する。

次に内壁２の外面を化学的又は電気機的に酸化４ 処理して、この処理によりマスクで被覆された領域を除
き璧２の夕１面伶面に酸化物の層を溶着する。

次にマスクを除去し、外壁１の外面を厚さ１０〜３０ミ
クｒ＋ンの連続ろう付は層で被覆する。次に管１および
２を一方が他方の内部に位置するように装着し、同時絞
り加工し、１０００℃まで加熱する。この２つの管の間
のろう付けされた接続部は、非酸化領域、すなわちハン
ド４ａ、４ｂ又は４（、に対応する領域でのみ形成され
る。こうして得られる二重壁管は、内管の外面にろう付
はパンｌを溶着する方法で得られる管とほぼ同じ特性を
有する。

本発明に係る二重壁管を製造するのに第３の方法も使用
できろ。第３図を参照してこの方法を説明する。

内壁１０し才、ｉ゛Ｉｔさが比較的大きくなるよう機械
加工されていることが判る。この壁１０の外面の凹凸１
２は、３０ミクロンの平均半径寸法を有する。

外管１１の内面には、平均粗ざより小さな厚み５ を有するろう付は合金の層１３が溶着されており、これ
ら２つの管を一方が他方の内部に入るよう配置し、同時
絞り加工し、次に所定時間の間金属接合できるのに充分
な温度に、例えば前と同じように１０００℃の温度に維
持する。これら作業の結果、凹凸１２の上方部分により
接合領域が形成された二重壁管が得られることが第３図
より判る。

ろう付は層により被覆された管１１の内面と凹凸との接
触領域の全面積は、２つの壁１０および１１の全対向面
の５〜１５％である。

第３図に示す二重壁管は、第１図に示す管と同一の利点
すなわちこれら２つの壁の長手方向への相対的摺動運動
を阻ｌ卜するよう２つの壁の間が金属接合されているこ
と、熱交接容量が充分なこと、２つの壁の間に漏れガス
が循環できるような連続的空間があるという利点を有す
る。

従って本発明に係る管は、単に締りばめされた二重壁管
と締りばめされ、その全表面を溶接又はハンダ付けされ
た二重壁管双方の利、壱を兼ね備えていることが判る。

６ 本発明は、これまで述べた実施例のみに限定されるもの
ではなく、すべての変更例をも含むものである。

従って、管の２つの壁の管に介在されるろう付は金属の
領域は、これまで述べたものと異なる形状と配置にして
もよい。

更に不連続なろうイ」げ領域により２つの壁の組立体を
製造する別の方法も想到できる。しかしながらこの２つ
の壁の境界部のろう付けされた領域はこの境界部の全面
積の最低５％、最大１５％にしなければならない。

最大寸法の間隙に対応する２つの壁の間のろうイ］け金
属の厚さも１０〜３０ミクロンにしなければならない。

本発明に係る二重壁管は、２種類の流体を使用する熱交
換器であればどんなタイプにも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る二重壁管の軸に垂直な平面にお
ける断面図、第２ａ、２ｂおよび２０図７ は本発明に係る二重壁管の内壁の斜視図、第３図は本発
明の改良例による二重壁管の軸に垂直な平面における断
面図である。 １・・・外壁 ２・・・内壁 ３・・・間隙 ４・・・ろう付は領域 ８ 特開昭６０−２４０９８８（６）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）二流体を使用する熱交換器用こ二重壁管において
   、 極めて小さな間隙をもって一方を他方の内部に配置し、
   次に両者を締りばめした２つの同軸状管状壁から成り、
   小径を有する内壁はその内面が前記流体の一方と接触す
   るようになっており、大径を有する外壁す才その外面が
   他方の流体と接触するようになっており、内壁の外面と
   外壁の内面はろう付は金属の薄い層により相互に接続さ
   れ、ろ・う付は金属の曹い層は、管の周面方向および長
   手方向の双方に不連続でありかつ壁の管の内壁および外
   壁の対向面の５〜１５％を占める領域にある二重壁管。
2. （２）　ろうイ」け金属層の厚さは１０から３０ミクロ
   ンの間にある特許請求の範囲第１項記載の二重壁管。
3. （３）壁の間のろうイ１けする接続領域は、間隙により
   分離されかつ壁の長手方向に複数の連続したリング状の
   配列に配置された環状部分の形状を有し、リング状配列
   内の各々の間隙４才隣接するリング状配列内の間隙に対
   して互い違いになっている特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の二重壁管。
4. （４）壁をろう伺けする接続領域は、管の壁の接′Ａ４
   ！面の母線に沿って配置され間隙により分離された不連
   続ハントから構成され、接続領域が配置された母線は壁
   の間の接続面に沿って実質的に等ＭＩｊＲ１１に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の二重壁
   管。
5. （５）壁の間をろう付けする接続領域は、管の軸を軸と
   するらせん部分により構成され、らせん部分の形状の接
   続領域の間には間隙が設けられている特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の二重壁管。
6. （６）管の壁の間をろう付けする接続領域は大きな粗さ
   を有する管の内壁−ヒの凹凸の突起により構成される特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の二重壁管。
7. （７）管の外面にろう付は金属を不連続に溶着し、この
   管の全長を一つの管の内に導入し、一方が他方の内に俄
   （］けられた２つの管を同時に絞り加工し、次に同時に
   絞り加工した管をろうイ］け金属により金属接続できる
   よう充分な温度にすることから成る特許請求の範囲第１
   項記載の二重壁管製造方法。
8. （８）管の外面の上の不連続な領域にマスクを配置し、
   マスクにより被覆されていない前記外面部分の全面を酸
   化し、管の外面からマスクを除去し、ろうイマ１は金属
   の連続層により被覆された内面を有する管の内部に前記
   マスクを除去した管をその全長にわたって取付しｊ、一
   方が他方の内部に取付けられたこれら２つの管を同時絞
   り加工し、ろう付Ｕ金属により金属接続できる充分な温
   度に２つの同時絞り加工した管を加熱することから成る
   特許請求の範囲第１項記載の二重壁管製造方法。
9. （９）り１面が３０ミクロン程度の大きな）■さを有す
   るよう管の外面をａ械加工し、平均粗さよりも小さな厚
   みを有する連続したろう付は金属層により被覆された内
   面を有する壁の内部に前記機械加ニドした管の全長を取
   付け、一方が他方の内部に取付けられた管を同時絞り加
   工し、これら同時絞り加工した管をろう付は金属により
   金属接続できる充分な温度まで加熱することから成る特
   許請求の範囲第１項記載の二重壁管製造方法。