JPS63204001A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えば高速増殖炉において使用される蒸気発生
器のような熱交換器、特に二重管型伝熱管を使用したも
のであって、伝熱管に作用する直向流の流体力を軽減し
、小型化を達成した熱交換器に係る。

（従来の技術） 高速増殖炉、特に二重冷却系を採用したタンク型高速増
殖炉は、一般に下記のような構成を有する。すなわち、
原子炉容器内には冷却材（例えば液体金属ナトリウム）
および炉心が収容され、炉心は複数の燃料集合体および
制ｆ＃棒等から構成されている。また、冷却材は炉心内
を下方から上方に向けて流通し、その間に炉心の熱核反
応により昇温する。昇温した冷却材は炉心の上方に流出
して、原子炉容器内の炉心上方に設置した中間熱交換器
に流入する。前記流入した冷却材は、前記中間熱交換器
において二次側冷却材と熱交換し、低温となって中間熱
交換器外に流出する。この流出した冷却材は、再び炉心
内を上昇し昇温する。冷却材は上記のサイクルを繰り返
すこととなる。

一方、中間熱交換器において昇温された二次側冷却材は
、原子炉容器外に設置された蒸気発生器内に導入され、
ここで給水系の水と熱交換して冷却される。この冷却さ
れた二次側冷却材は中間熱交換器に再び移送される。ま
た、前記蒸気発生器において発生した蒸気はタービン系
に送られ、これを駆動することとなる。

蒸気発生器は通常縦型で、上下に端板を具えたシェル・
アンド・チューブ型の熱交換器が使用されており、安全
性向上のため二重管型の伝熱管が採用されている。

以下第５図、第６図につき従来の蒸気発明の詳細な説明
する。第５図は蒸気発生器の全体構成を示す縦断面図で
ある。この図において、２箇のほぼ６角筒状の部材１ａ
、１ｂをベローズ２で連結してなる外胴１内には複数箇
の二重管壁伝熱管３が収容されている。この二重管壁伝
熱管３は、第６図に示す上部、下部管板４，５に両端を
支持された内管と、微小な間隙を介してこれを同心的に
包囲し上端を上部管板４より若干下方に設けた中間管板
６に、また下端を下部管板５に支持させた外管とを有す
る。なお、図示の都合上内管、外管は二重管壁伝熱管３
として示されている。

また、外胴１の下端には下部管板５に接して半球状の水
入口プレナム７が形成され、この水入口プレナム７には
水流入口８が設けられている。さらに、外Ｊｌｌの上端
には上部管板４に接して半球上の蒸気出口プレナム９が
形成され、この蒸気出口プレナム９には蒸気流出口１０
が設けられている。

外胴１の上端近傍の部分には、上部管板４から中間管板
６まで、および中間管板６から下方の部分を外胴１と同
心的に覆って外殻を設け、中間管板６より上方の部分に
は中間プレナム１１を形成し、下方の部分には冷却材入
口プレナム１２を形成している。冷却材入口プレナム１
２には冷却材流入口１３が設けられ、中間プレナム１１
にはリーク検出ノズル１４が設けられている。

また、外胴１の下端近傍の部分には下部管板５からその
上方の部分を外胴１と同心的に覆って外殻を設け、冷却
材出口プレナム１５を形成する。

この冷却材出口プレナム１５には、冷却材流呂０１６が
設けられている。

なお、外胴１の中間管板６下の部位には、冷却材入口窓
孔１７が設けられ、下部管板５上方の部位には冷却材出
口窓孔１８が設けられている。図中、１９．２０はそれ
ぞれマンホールを示している。

さらに、図示は省略したが、水流人口８には水流入配管
が接続され、蒸気流出口１０には蒸気流出配管が接続さ
れている。また、冷却材流入口１３には冷却材流入配管
が接続され、冷却材流出口１６には冷却材流出配管が接
続されている。また、リーク検出ノズル１４にはリーク
検出部が接続されている。

上記構成の従来の蒸気発生器において、炉心において昇
温された冷却材は、冷却材流入口１３がら冷却材入口プ
レナム１２内に流入し、冷却材入口窓孔１７から外胴１
内に流入する。ここで、前記冷却材は二重管壁伝熱管３
の外側に沿って流下し、冷却材出口窓孔１８から冷却材
出口プレナム１５内に流出する。さらに、前記冷却材は
冷却材流出口１６、図示しない冷却材流出配管を介して
蒸気発生器外に流出する。一方、水は図示しない水流入
配管、水流入口８から水入口プレナム７内に流入し、そ
こから二重管壁伝熱管３の内管内に流入し、内管内を上
昇する。この上昇中に二重管壁伝熱管３の外側を流下す
る冷却材と熱交換し、昇温しで蒸気を発生する。この蒸
気は蒸気出口プレナム９内に流入し、蒸気流出口１０か
ら図示しない蒸気流出配管を介してタービンに供給され
、これを駆動する。

上記構成の従来の蒸気発生器において、二重管壁伝熱管
３の破損検出は次のようにして行われる。

すなわち、内管にクラックが生じ水、蒸気がリークした
場合には、リークした水、蒸気は内管と外管との間の微
小な間隙内に拡散し、外管内周に設けた軸方向の溝を通
じて上方または下方に流通し、上方に流れた水、蒸気は
中間プレナム１１に流入する。この水、蒸気はリーク検
出ノズル１４から図示しないリーク検出部に入り、これ
により内管の破損が検出される。

次に外管が破損した場合には、中間プレナム１１内のガ
スが外管と内管との間の微小な間隙内に拡散して外管の
破損部から冷却材中に流出する。

これにより中間プレナム１１の圧力が低下する。

よって、中間プレナム１１の圧力低下を検出することに
より、外管の破損を検出することができる。

なお、冷却材側にガス検出器を設置し、冷却材中のガス
を検出することにより外管の破損を検出することも可能
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記構成の従来の蒸気発生器において、冷却材人口窓孔
１７、冷却材出口窓孔１８が単に外胴１の円周方向に配
置された絞り孔として形成されているため、冷却材の流
れが二重管型伝熱管３に対して直交することとなる。二
重管型伝熱管３に直交流が作用すると、カルマン渦が発
生し二重管型伝熱管３には大きな変動流体力が作用する
。また、図示しない冷却材入口配管、冷却材出口配管は
スペースの関係上１箇、一方向しかとれないので。

冷却材の周方向流体流れ分布を均一化させるため、冷却
材人口窓孔１７、冷却材出口窓孔１８は絞り孔とする必
要がある。そのため、窓孔によっては流速が速くなり変
動流体力が大きくならざるを得ない。この大きな流体力
により伝熱管を支持する管板、管板取付部、伝熱管の中
間を支持する支持板（第６図２１）に大きな荷重が作用
する。このため、管板、支持板の板厚を増加させる必要
があり、支持板設置スパンを狭くする必要があるので。

蒸気発生器全体が大型化する欠点があった。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、二重管型
伝熱管に冷却材の直交流が作用することがない熱交換器
を得ることを目的としている。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の熱交換器は、２次系流体の入口プレナムおよび
出口プレナムを具え且つ１次系流体の入口プレナムおよ
び出口プレナムを具えた外胴と、この外胴内に配置され
その上端、下端をそれぞれ前記外胴内に設けた上部管板
、下部管板により支持され、上端において前記２次系流
体の入口プレナムにまた下端において前記２次系流体の
出口プレナムに連通ずる複数の伝熱管と、前記外胴の中
間管板下方に設けた熱遮蔽板と、伝熱管の間隙に位置し
て設けられ前記熱遮蔽板に支持固定され一端閉鎖他端開
放下面開放で、前記開放端において前記外胴の１次系流
体流入口に連通した複数箇の１次系流体流入管と、これ
等の１次系流体流入管から流出する１次系流体流量を調
節する手段とを有することを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明熱交換器においては、冷却材は冷却材
流入管から伝熱管の束に対し流出するに際して、伝熱管
の軸に対して平行な平行流となり伝熱管に変動流体力を
およぼすことはないから、それに基づく種々の欠点は完
全に除去される。

（実施例） 第５図、第６図と同一部分には同一符号を付した第１図
は本発明一実施例の要部を拡大して示す縦断面図、第２
図はその■−■線における横断面図である。これ等の図
において、伝熱管３の束には中間管板６の下方位置に複
数の熱遮蔽板２１が取り付けられ、この熱遮蔽板２１に
は下記に説明する冷却材流入管２２．２３．２４が３段
に積層して取り付けられている。部材１ａには部材１ａ
の熱遮蔽板２１下方に位置して、隣接する２箇の周壁に
複数箇の冷却材流入口２５が設けられ、他の隣接する２
箇の周壁にも軸方向位置を異にして冷却材流入口２６．
２７がそれぞれ設けられている。前記の各冷却材流入管
２２〜２４は、一端閉鎖他端開放で下面開放の４角筒状
をなし、開放端を前記冷却材流入口２５〜２７に接続さ
せて３段に積層され、熱遮蔽板２１に固定支持されてい
る。

また、冷却材流入管２２には第３図、第４図に示すよう
にその下面開口縁に流出流量を設定するための絞り板２
２ａが設けられ、管内のその上方には流出する冷却材の
流れを伝熱管の軸方向に揃えるだめの整流板２２ｂが設
けられている。なお、前記絞り板、整流板は他の冷却材
流入管２３，２４にも設けられている。

上記構成の本発明熱交換器においては、冷却材流入口２
５〜２７からそれぞれに接続された冷却材流入管２２〜
２４に流入した冷却材は、それ等の開放された下面から
下に向けて流出する。この流出方向は整流板２２ｂ等に
より伝熱管３の軸方向の流れ、換言すれば平行流とされ
流出した冷却材は伝熱管３に沿って軸方向に流下する。

この間に伝熱管内を流れる水を加熱し、蒸気を発生させ
ることは従来の蒸気発生器と同様である。

なお、各冷却材流入管２２〜２４の絞り板の角度を適宜
に設定することにより、外胴１内の冷却材流量分布を均
一化させることができる。

蒸気のように本発明による蒸気発生器においては、伝熱
管に対する冷却材の直交流は存在しないから、それに基
づく欠点を除去することができる。

なお１本発明は上記実施例のみに限定されない。

例えば、各冷却材流入管の出口に設けた絞り仮に代え、
流量調節手段として各冷却材流入管の入口に流量調節弁
を設けるようにしてもよい。また、例示の蒸気発生器の
みでなく、他の熱交換器にも適用することができる。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明の熱交換器においては、
外胴内の冷却材の流れが二重管型伝熱管に対し完全に平
行流となっているから、管板、管板取付部、支持板等に
大きな荷重が作泪することはなく、管板、支持板等の肉
厚を減じることができるので、熱交換器全体の小型化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例要部の縦断面図、第２図は前回
■−■線における横断面図、第３図は前記実施例の一部
を取り出して示す側面図、第４図は前回ＶＩ−ＶＩ線に
おける断面図、第５図は従来の蒸気発生器の全体構成を
示す縦断面図、第６図はその一部を拡大して示す縦断面
図である。 １・・・・・・外胴　１ａ、１ｂ・・・・・・部材　２
・・・・・・ベローズ　４・・・・・・上部管板　５・
・・・・・下部管板　６・・・・・・中間管板　７・・
・・・・水入口プレナム　８・・・・・・水入口９・・
・・・・蒸気出口プレナム　１０・・・・・・蒸気出口
１１・−・・・・中間プレナム　１２・・・・・・冷却
材入口プレナム　１３・・・・・・冷却材流入口　１４
・・・・・・リーク検出ノズル　１５・・・・・・冷却
材出口プレナム　１６・・・・・・冷却材流出口　１７
・・・・・・冷却材流入窓孔　１８・・・・・・冷却材
流出窓孔　１９．２０・・・・・・マンホール２１・・
・・・・熱遮蔽板　２２〜２４・・・・・・冷却材流入
管　２２ａ・・・・・・絞り板　２２ｂ・・・・・・整
流板　２５〜２７冷却材流入口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２次系流体の入口プレナムおよび出口プレナムを具え且
   つ１次系流体の入口プレナムおよび出口プレナムを具え
   た外胴と、この外胴内に配置されその上端、下端をそれ
   ぞれ前記外胴内に設けた上部管板、下部管板により支持
   され、上端において前記２次系流体の入口プレナムにま
   た下端において前記２次系流体の出口プレナムに連通す
   る複数の伝熱管と、前記外胴の中間管板下方に設けた熱
   遮蔽板と、伝熱管の間隙に位置して設けられ前記熱遮蔽
   板に支持固定され一端閉鎖他端開放下面開放で、前記開
   放端において前記外胴の１次系流体流入口に連通した複
   数箇の１次系流体流入管と、これ等の１次系流体流入管
   から流出する１次系流体流量を調節する手段とを有する
   ことを特徴とする熱交換器。