JPS6277596A - 中間熱交換器 - 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） 本発明は、液体金属冷却型高速増殖炉の中間熱交換器に
係り、特に、タンク型高速増殖炉等に用いられる中間熱
交換器に関する。

（発明の技術的背景） 液体金属ナトリウム等を冷却材に使用する高速増殖炉に
おいては、炉心での発生熱を受熱する一次冷却材と、こ
の熱を蒸気発生器に伝達する二次冷却材との間に中間熱
交換器を配置し、この中間熱交換器によって再冷却材間
の熱交換を行なうようにしている。

一般に、タンク型高速増殖炉は第３図に示すように構成
されている。高速増殖炉は原子炉建屋のキャビティウオ
ール１内に原子炉容器２が設けられており、この原子炉
容器２内には核反応により熱を発生する炉心３が収容さ
れている。原子炉容器２の頂部間口はルーフスラブ４に
よって閉塞されている。原子炉容器２内には一次冷却材
である液体金属ナトリウムが自由液面を持つように満さ
れており、ナトリウムの自由液面とルーフスラブ４との
間の空間にはアルゴン等の不活性ガスであるカバーガス
が封入されている。原子炉容器２丙は隔壁５によって上
下に仕切られ、上部は温度が高いホットブール６ａに、
下部は温度が相対的に低いコールドブール６ｂに画成さ
れる。

また、原子４容２！２内には、主要機器である複数の一
次主循環ボンプ７や複数の中間熱交換器８が収納されて
いる。−法主循環ポンプ７および中間熱交換器８はと１
もにルーフスラブ４から吊下支持され、それらの下端部
は隔壁５を貝通し、コールドプール６ｂ内に達している
。−法主循環ポンプ７の外周側には薄肉円筒体９が隔壁
５を上下に貫通して設けられ、−法主循環ポンプ７を覆
っている。−法主循環ポンプ７の下端と炉心３との間は
炉内配管１０で接続される。

一方、原子炉容器２の外側には一次冷却材が万−漏れて
も安全が保たれるよう、ガードベッセル１１が設置され
る。このガードベッセル１１は、原子炉容器２全体を外
側から覆うように構成されている円筒状のキャビティウ
オール１内に支持され、原子炉容器２を保護している。

次に、原子炉容器２内の一次冷却材の流れを説明する。

図中の矢印で示すように、−次冷却材は炉心３において
核反応による熱エネルギによって昇温され、ホットブー
ル６ａへ送られる。ホットブール６ａに送られた一次冷
却材は続いて中間熱交換器８内に案内され、ここで二次
冷却材と熱交換し、降温される。降温された一次冷却材
はコールドブール６ｂに送られ、続いてコールドブール
６ｂ内の薄肉円筒体９下部から一次主循環ポンブ７内に
入り、このポンプ７で昇圧後、炉内配管１０内を経由し
て再び炉心３へ戻る。

一方、二次冷却材は、図示しない二次主循環ポンプによ
り中間熱交換器８へ送られ、ここで−次冷却材と熱交換
されて昇温される。昇温された二次冷却材は、図示しな
い蒸気発生器へ送られ、この蒸気発生器で水と熱交換し
、降温されて再び二次主循環ポンプへ戻される。

ここで、中間熱交換器８について、第４図を参照しなが
ら説明する。中間熱交換器８は一般に本体胴内に直管状
伝熱管を収容した多管式熱交換器であり、−次冷却材を
伝熱管側あるいは本体胴側のいずれにも流すことも可能
である。第４図では、伝熱管側に一次冷却材を、本体胴
側に二次冷却材を流す型式のものが示されている。

中間熱交換器８は円筒状の上部プレナム胴１３と、この
ブレナム胴に一体的あるいは一体に連続する本体１１４
１４を備え、中間熱交換器８は上端に形成した本体７ラ
ンジ１５にて前記ルーフスラブ４に固着することで原子
炉容器２内に吊下支持される。

本体胴１４の中心部に下降管１６が同心状に設けられて
、１５す、この下降管１６はブレナム胴１３の中心部を
員いてルーフスラブ４の上方に延び、その上部は二次冷
ＩＪ材人口１７となっている。下降管１６のすぐ外側は
円筒状の内部シュラウド１８で覆われ、二重筒構造に構
成される一方、本体胴１４のすぐ内側には同じく円筒状
の外部シュラウド１９がそれぞれ設けられる。内部シュ
ラウド１８と外部シュラウド１９との間には、上下方向
平行に多数の伝熱管２０を配置し、伝熱管２０の上部お
よび下部に設けた上部管板２１、下部管板２２１ｍで熱
交換部が形成される。

上部管板２１上での上部ブレナムｒｈｌ　１３内の上部
ブレナム２３には、上部ブレナム胴１３に開口した入口
窓２４を経てホットブール６ａから一次冷却材が流入す
る。この冷却材は伝熱管２０を流下して下部管板２２下
方の下部プレナム２５に案内され、続いて一次冷却材出
口２６からコールドブール６ｂへ送られる。

また、下部管板２２上には、下部管１ｉｉ２２が温度変
化にさらされるのを防止する熱遮蔽板２７が段けられ、
内部シュラウド１８と外部シュラウド１９との間にはバ
ッフルプレート２８が交互にジグザグ流路を形成するよ
うに配設され、この流路内を二次冷却材がジグザグに上
昇して効率的な熱交換が行なわれるようになっている。

〔前頭技術の問題点〕

ところが、このような中間熱交換？５８には、冷却材の
急激な温度変化が起るプラントの熱過渡時に、本体１１
４１４に過大な熱応力が発生する不都合があった。冷却
材の急激な温度変化が起るプラントの熱過渡時とは、例
えば原子炉トリップ時あるいはナトリウム−水反応時等
である。

第４図に示す中間熱交換器８で、例えば二次冷却材の温
度が急激に変化した場合を考える。二次冷却材は、図中
の黒矢印で示すように、下降管１６を流下して熱遮蔽板
２７によってその流れが反転され、ジグザグ状流路を上
昇する間に、伝熱管２０に沿って、白矢印で示すように
流れる一次冷却材と熱交換する。その際、下部管板２２
は熱遮蔽板２７によって急激な温度変化にさらされるの
を防止され、熱応力が緩和される。しかしながら、−次
冷却材から熱を受け、温度上昇した二次冷却材は、外部
シュラウド１９の下部にあたるので、この近傍の本体１
１１４部分は熱衝撃を受け、熱応力値が高くなるという
問題があった。熱応力値が高くなるのは、このように本
体胴１４の二部だけでなく、本体１１１４全体に亘って
同様であり、特に本体１１１４と下降管１６、伝熱管２
０との伸び差が著しいことも、本体ＩＭ１４に過大な熱
応力が発生ずる一因であった。

しかも、本体胴１４は、−次冷却材と二次冷却材との境
界で耐圧部でもあるため、いかなる運転時でも許容応力
値以下となるよう、設計しなければならない。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、プ
ラントの熱過渡時に本体胴に過大な熱応力を発生させな
いで、信頼性を向上させた中間熱交換器を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するため、本発明は、本体胴の中心
部に設けた下降管の外側に内部シュラウドを、本体胴の
内側に外部シュラウドをそれぞれ設（プ、内部シュラウ
ドと外部シュラウドとの間に多数の伝熱管を配置し、こ
の伝熱管の上部および下部を上部および下部管板で支持
して熱交換部を形成し、内部シュラウドおよび外部シュ
ラウドにより形成される空間と伝熱管の管内とに熱交換
される冷却材をそれぞれ流した高速増殖炉用の中間熱交
換器において、本体胴と外部シュラウドとの間に断熱材
を充填させたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、第１図および第２図を参照して本発明の詳細な説
明する。

中間熱交換器自体は、長尺な円筒状の上部ブレナム胴３
１およびその下部に連続する本体胴３２を一体あるいは
一体的に備え、上部プレナム胴３１の上端に形成した本
体７ランジ３３を、原子炉容鼎２の上部を閉塞している
ルーフスラブ３４に固着することで原子炉容器内に吊下
げ支持される。

本体胴３２の内部には、上部管板３５および下部管板３
６が上下に設置され、それらの両管板３５．３６に多数
の伝熱管３７を０通支持することで、−次冷却材と二次
冷却材との熱交換部が形成される。また、本体胴３２は
隔壁３８を１通して下方に延びており、その下部には本
体鏡板３９が一体に接続される。本体鏡板３つ内には下
部管板３６から延びる内部鏡板４０が設けられて二重壁
構造に形成され、内部に下部ブレナム４１が画成される
。下部ブレナム４１は一次冷却材出口４２を介してコー
ルドプール４３内に連通される。

一方、ルーフスラブ３４の上部には、二次冷却材人口４
４、二次冷ｆＪＩ材出口４５があり、二次冷却材人口４
４および出口４５は上部ブレナム胴３１の中心部に設置
されている二重筒内管である下降管４６と三重筒外管で
ある上昇管４７とに各々接続される。下降管４６と上昇
管４７との隙間であるアニユラス部４８は、二次冷却材
の上界通路となる。また、ルーフスラブ３４と上昇管４
７との間には、−次冷却材の輻射熱防御のための熱遮蔽
体４９が積層状態に設けられ、この熱遮蔽体４９の下方
にもアルゴン等の不活性ガスからなる力バーガスが充填
されている。

また、上部ブレナム）Ｈ３１と上昇管４７との間に形成
される空間は上部ブレナム５０となっており、内部には
一次冷却材が流入し、自由液面（図中、ＮＳＬで示す）
を持つ。上部プレナム胴３１には複数の入口窓５１が設
けられ、その入口窓５１を介して上部ブレナム５０内に
一次冷ｕＪ材が流入りるようになっている。入口窓５１
の外側には円筒状のフロースカート５２が設けられてア
ルゴンカバーガスの巻込みを防止しており、フロースカ
ート５２下部と本体胴３２との間は一次冷却材人口５３
を形成する。

一次冷却材は、隔壁３８によってホットプール５４とコ
ールドプール４０とに仕切られており、隔壁３８は本体
胴３２を保護するためのスタンドバイブ５５が接続され
る。スタンドパイプ５５は本体胴３２を外側から覆い、
その間に形成されるアニユラス部にホットプール５４内
の一次冷却材で充填されるようになっている。

次に、前ｊホした一次冷却材と二次冷却材との熱交換部
について説明する。本体ｒＷ４３２のすぐ内側には円筒
状の外部シュラウド５６が、また、本体胴３２の中心部
にある下降管４６のすぐ外側には同じく円筒状の内部シ
ュラウド５７がそれぞれ設けられ、これらのシュラウド
５６．５７にバッフルプレート５８．５９が交互に設け
られ、両シュラウド５６．５７間にバッフルプレート５
Ｂ、５９によりジグザク状をなす二次冷却材の流路が形
成される。バッフルプレート５８．５９は多数の伝熱管
３７を直角に横切るように設置され、ジグザグ状流路を
通る二次冷却材と伝熱管３７内を通る一次冷却材との熱
交換効率を向上させている。

また、本体胴３２と外部シュラウド５６との間には断熱
材６１が充填され、本体胴３２を熱的に保護している。

さらに、下部管板３６のすぐ上部に円形の熱遮蔽板６０
を設けて、二次冷却材による急激な温度変化に対して下
部管板３６を保護している。

したがって、ホットプール５４内にある一次冷却材は、
図中の白矢印で示すように、−次冷却材入口５３、入口
窓５１を経て上部ブレナム５０内に入り、ざらに、伝熱
管３７内に流入する。伝熱管３７を介してその外側を流
れる二次冷却材と熱交換し、降温された一次冷却材は下
部ブレナム４１内に流下し、最終的には、−次冷却材出
口４２からコールドプール４３へ送られる。

一方、二次冷却材は、図中の黒矢印で示すように、二次
冷却材人口４４から流入し、下降管４６内をずっと流下
し、熱遮蔽板６０によって外周部に向って流れが変えら
れる。その後、外部シュラウド５６と内部シュラウド５
７との間に設けられたバッフルプレート５８．５９間の
ジグザグ流路に沿って上界していく。二次冷却材はジグ
ザグ流路の上部から下降管４６と上昇管４７とに形成さ
れるアニユラス部４８を上昇し、最終的に二次冷却材出
口４５から流出し、蒸気発生器へ送られる。

その際、本体ＩＭ３２と外部シュラウド５６との間に断
熱材６１が全面的に充填されているので、プラントの熱
過渡時に、二次冷却材人口４４から温度の急変した二次
冷却材が入ってきても、断熱材６１の断熱作用によって
本体胴３２は熱衝撃から保護され、過大な熱応力の発生
が防止できる。

この場合、本体１１４３’２は、主に一次冷却材の温度
に支配される。

また、第２図においては、断熱材６１は本体胴３２の下
部近傍と外部シュラウド５６との間に部分的に充填され
ている。これは、熱応力が特に著しい本体胴３２の下部
を熱衝撃から保護でき、しかも、それは部分的でよいか
ら断熱材６１の使用量が少なくて済む。

なお、本体胴３２と外部シュラウド５６との間に配装す
る断熱材６１による断熱作用は、管外側にバッフルプレ
ート５８．５９がなく、二次冷却材が伝熱管３７と平行
に流れる場合も同様である。

また、図示例では、管側に一次冷却材、肩側に二次冷却
材を流す型式のものとして説明したが、管側に二次冷却
材、胴側に一次冷却材を流す型式のものにも同様に実施
できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は本体胴と外部シュラウドと
の間に配装した断熱材の断熱作用によって、プラントの
熱過渡時に本体胴に生じていた高い熱応力の発生を防止
でき、プラントの信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る中間熱交換器の実施例を示す断面
図、第２図は中間熱交換器の他の実施例を示す断面図、
第３図はタンク型高速増殖炉の概略構成を示す縦筋面図
、第４図は従来の中間熱交換器を示す断面図である。 ２・・・原子炉容器、３・・・炉心、７・・・−法主循
環ポンプ、８・・・中間熱交換器、１１・・・ガードベ
ッセル、３１・・・上部ブレナム胴、３２・・・本体胴
、３３・・・本体７ランジ、３４・・・ルーフスラブ、
３５・・・上部管板、３６・・・下部管板、３７・・・
伝熱管、３８・・・隔壁、３９・・・本体鏡板、４０・
・・内部鏡板、４１・・・下部プレナム、４２・・・−
次冷却材出口、４３・・・コールドプール、４４・・・
二次冷却材入口、４５・・・二次冷却材出口、４６・・
・下降管、４７・・・上昇管、４８・・・アニユラス部
、４９・・・熱遮蔽体、５０・・・上部ブレナム、５１
・・・入口窓、５２・・・フロースカート、５３・・・
−次冷却材入口、５４川ホツトプール、５５・・・スタ
ンドパイプ、５６・・・外部シュラウド、５７・・・内
部シュラウド、５８．５９・・・バッフルプレート、６
０・・・熱遮蔽板、６１・・・断熱材。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、本体胴の中心部に設けた下降管の外側に内部シュラ
   ウドを、本体胴の内側に外部シュラウドをそれぞれ設け
   、内部シュラウドと外部シュラウドとの間に多数の伝熱
   管を配置し、この伝熱管の上部および下部を上部および
   下部管板で支持して熱交換部を形成し、内部シュラウド
   および外部シュラウドにより形成される空間と伝熱管の
   管内とに熱交換される冷却材をそれぞれ流した高速増殖
   炉用の中間熱交換器において、本体胴と外部シュラウド
   との間に断熱材を充填させたことを特徴とする中間熱交
   換器。 ２、断熱材は、本体胴と外部シュラウドとの間に全面的
   に充填される特許請求の範囲第１項記載の中間熱交換器
   。 ３、断熱材は、本体胴と外部シュラウドとの間に形成さ
   れる空間の下部に充填される特許請求の範囲第１項記載
   の中間熱交換器。