JPS63311091A - 熱交換器用二重伝熱管 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は熱交換器用伝熱管に係り、特に高速増殖炉等に
おける熱交換器用二重伝熱管の、熱伝達性の確保と媒体
流体の漏洩検出に好適な構造に関する。

（従来の技術） 高速増殖炉の原子力発電プラントにおいては、原子炉で
発生した熱の移送媒体として、熱容量が小さく熱伝熱性
の良い金属ナトリウムが用いられている。まず１次系金
属ナトリウムによって原子炉炉心から熱を取り出し、中
間熱交換器によって１次系金属ナトリウムから２次系金
属ナトリウムに熱を伝達し、次に２次系金属ナトリウム
から水及び蒸気に熱を伝達している。上記した蒸気発生
器は一般に１円筒型の胴体内に管板と多数の直管を配設
したもの、あるいは多数の螺旋形コイル状の伝熱管を配
設したもの等があるが、これらの蒸気発生器の殆どは管
の内部に蒸気、管の外側面に接して金属ナトリウムをそ
れぞれ流し、−重の管壁を介して熱の交換を行うもので
ある。

さらにこのような場合、伝熱管の外側を流れる２次系金
属ナトリウムから伝熱管の管壁を介して内部の蒸気に効
率良く熱を伝達するために、通常伝熱管の肉厚を、蒸気
発生器の構造物の一部として強度上杵される範囲内で、
できるだけ薄くすることが好ましい。従って多数の伝熱
管の中には原子力発電プラントの運転中に亀裂が発生す
るものや、溶接部が破損したりするものがある。

このように、蒸気発生器の伝熱管が破損した場合には、
伝熱管の外側を流れる２次系金属ナトリウムと、管内部
を流れる蒸気あるいは水が直接接触することになる。

金属ナトリウムの特性は前述のように熱容量が小さく熱
伝達性能が優れるほか、融点が概ね１５０℃と低いため
、常温では固体として取り扱うことができ、低温下で加
圧を要しないで液体となり、流動性も良いことから熱移
送媒体として使用するのに好適である。ところがこの反
面、金属ナトリウムは非常に活性な物質であって、特に
水あるいは蒸気と接触すると、爆発的ないわゆるナトリ
ウム−水反応を起し、その結果水素ガスを多量に発生し
て引火爆発を誘発することとなり、機器の破壊のみに止
まらず、プラント全体に及ぶ大事故を惹起する恐れがあ
り、このような場合にには、人間の居住圏に対して放射
能が放散される危険性もある。

このような理由から、上記ナトリウムと水・蒸気の混合
を防止するための重要な隔壁である蒸気発生器の伝熱管
を、安全面で補強する意味から二重構造とする試みが実
際のプラントにおいても採用されるようになった。【エ
イエヌエス　トランス、　１８１９７４年１１５〜１１
９頁二二二−クリアスチームジェネレータマテリアルズ
テクノロジー他（ＡＮＳ　　Ｔｒａｎｓ、１８　ＮＯ，
６１９７４，Ｐ１１５〜１１９：　ＮＬＩ−ＣＫＬＥＡ
ＲＳＴＥＡＭ　ＧＥＮＥＲＡＴＯＲＮＡＴＥＲＩＡＬＳ
　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｅｔｃ、）］ すなわち第６図に示すように、上記プラントの二重伝熱
管構造は、内管１を外管２内に装入して二重管構造とし
、この外管２の内面４個所に、管の長手方向に沿って半
円形の断面を有する検出溝８が設けられている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来技術は、外管２の検出溝８を除く内面と内管１
の外表面とで構成される接触面９により、内管１の内部
を水・蒸気と、外管２の外面に沿って流れる金属ナトリ
ウムとの間の熱伝達性の点では効率が良いが、長尺の外
管２の内面に検出溝８を加工することは、加工の難度と
精度の点で問題があった。さらに前述のように、プラン
ト建設中に内管１側、外管２側若しくはこれらの双方か
ら、伝熱管自体に管壁を貫通する亀裂が発生し場合に、
前記亀裂部分が接触面９の部分領域にのみにあるときは
、検出溝８からの漏洩検出には困難性があり、かつこれ
ら接触面９は互いに密着しているため、亀裂が連続的に
進展し金属ナトリウムに対する水・蒸気の隔壁を増強し
たことの効果が半減する恐れもある。また外管２の内面
に設けた検出溝８に、熱応力に伴う亀裂が管長手方向に
発生する危険性もある。本発明は上記の問題点を解決す
るためのもので、高速増殖炉等における熱交換器用伝熱
管の熱伝達性を確保すると共に、加工性が良く、安全信
頼性の高い二重伝熱管を提供することを目的としている
。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的は、熱交換器用二重伝熱管の内管の円筒外面
を囲にようして設けた金属製細線若しくは金属製細線の
編織物を介して外管と内管とが互いに接触し合うように
構成することによって達成される。

（作用） 前記金属製細線若しくは金属製細線の編織物が、内管と
外管との間に介在して相互に接触し合うことによって、
内管と外管との熱伝達性が確保され、かつ内外管のいず
れかの部分に亀裂が発生し金属ナトリウム若しくは水・
蒸気が一方から他方へ漏洩した場合に、金属製細線若し
くは金属製細線の編織物の存在によって生じている連続
空間を利用した漏洩検知が可能である。

（実施例） 本発明の熱交換器用二重伝熱管を図面と共に説明する。

第１図は本発明に係る二重伝熱管の一実施例図であって
要部は断面で示している。１は内管、２は外管で、内管
１の外径と外管２の内径との間に隙間３があり、内管１
の外面に螺旋状に巻き付けられた金属製細線４によって
、隙間３の一部を補填すると共に、内管１と外管２とは
金属製細線４を介して互いに接触を保持している。金属
製細線４は線径の異なる複数種の素線を多条巻すること
が好ましい。この金属製細線４の材質は、熱伝達性の良
い銅、銅合金、アルミニウムでもよいが、金属ナトリウ
ム側すなわち二重伝熱管の外管２に亀裂が発生し、金属
ナトリウムと金属製細線４とが接触した場合、前記薄金
属はナトリウムに対する溶解度が高く、２次系金属ナト
リウムの純度を低下させる可能性があるので、オーステ
ナイト系ステンレス鋼例えば５ＵＳ３０４，５ＵＳ３１
６等が最も好ましい。またこれら金属製細線４を内管１
の外面に巻き付ける時、１本づつ巻いても複数本づつ同
時に巻いても、さらにまた細線同士が途中で交叉しても
差し支えない。第１図Ａ部に示すように細線の線径の大
小や巻方がランダムである方が内管１と外管２との間に
有効な空隙ができるからである。また金属製細線を螺旋
状に巻き付けることは、これによって、金属製細線４の
細線間の空隙及び内管１と外管２との空隙は、二重伝熱
管の長手方向に対して連続して形成されることになる。

このように内管１の外表面に金属製細線４を巻き付け、
内管１を外管２内へ挿入した後、外管２の外側から熱間
又は冷間圧縮加工を施し、外管２の内面と金属製細線４
とを密着させれば良い。このときの内管１と外管２の間
の隙間３の寸法は金属製細線４の最大径寸法に依存する
。

また金属性細線４は内管１と外管２との隙間３維持のた
めのスペーサの役割を兼ねている。上記構造により、二
重伝熱管における半径方向の熱伝達、特に内管１と外管
２の隙間３による熱伝達性の低下を金属製細線４の存在
によって補完し、金属製細線４の細線同士あるいは、金
属製細線４と内管１の外表面及び金属製細線４と外管２
の内面にそれぞれ形成されている空隙によって、漏洩流
体及び漏洩に伴って生成するガス成分の通路が確保され
、高速増殖炉の稼働中に発生する可能性のある伝熱管の
亀裂を早期に検知することができる。検出手段としては
、例えば、隙間３内にヘリウムガスを導入し、ガスの圧
力や温度の変化などから漏洩の検出を行うことができる
。

本発明の他の実施例を第２〜５図に示す。第１図と同じ
符号を有する部分は同じ機能品を示す。

第２図実施例は金属製細線４′が長手方向にランダムな
異径断面を有する素線を使用したものである。この実施
例においても、第１図実施例同様に内管１の外面に巻き
付ける時、素線を１本づつ巻いても複数本づつ同時に巻
いても、さらにまた素線同士が途中で交叉しても差し支
えなく、第１図実施例と同等の効果が得られるのは勿論
である。

第３図は内管１の外表面に組編み帯６を螺旋状に適宜の
ピッチ間隔で巻き付けたものであって、説明の便宜上外
管２を省略して図示したものである。組編み帯６は第１
図の金属製細線４に用いた素線を互いに交叉して編成し
た編み帯であって、前記交叉部の厚さは素線の直径の概
ね２倍あり、その他の部分は素線径と等しいため、交叉
部と交叉部との間には空隙が生じている。金属編み帯６
の螺旋ピッチ間に設けた螺旋状空間は連続して設けられ
るから、これにより第１図実施例と同等の漏洩検知効果
をもたらすものである。

第４図実施例は、第１図の金属製細線４に用いた素線を
用いて編んだ網状物７を内管１の外表面に巻いたもので
あって網構造は第３図実施例と同様であり、第４図Ｂ部
の拡大断面を第５図に示す。

網状物７を構成する素線は交互に交叉しており、この交
叉部は素線の線径の２倍の厚さを有するから、内管１と
外管２との間には十分な空隙が確保され、第１図と同等
の漏洩検知効果をもたらすものである。上記実施例の網
状構造は組み編みでも、縦と横の素線を異にする織物で
あっても良い。

（発明の効果） 本発明すなわち、高速増殖炉の２次系に設けられる上記
発生器等の熱交換器用二重伝熱管の内管と外管の間に配
設した金属製細線若しくは金属製細線の編織物を介して
外管と内管とが互いに接触し合うように構成することに
より、熱伝達性が低下せずしかも加工性が良く、二重伝
熱管の亀裂に伴う伝熱管内外の流体の漏洩を早期に検知
すると共に、亀裂の伝播を防止しプラントの安全信頼性
性の向−ヒに顕著な効果を奏した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る二重伝熱管の一実施例を示す部
分断面斜視図、第２〜４図は本発明の他の実施例を示す
部分断面斜視図、第５図は第４図の部分拡大断面図、第
６図は従来の二重伝熱管の横断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外管とこの外管内に嵌入された内管とから成る熱交
   換器用二重伝熱管において、内管の円筒外面を囲によう
   して設けた金属製細線若しくは金属製細線の編織物と、
   前記金属製細線若しくは金属製細線の編織物を介して外
   管の円筒内面と前記内管の円筒外面とが互いに接触する
   ように構成されている前記内管及び外管から成ることを
   特徴とする熱交換器用二重伝熱管。 ２、前記金属製細線は、複数の線径の異なる細線を螺旋
   状に巻き付けて構成していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱交換器用二重伝熱管。 ３、前記金属製細線は、長手方向に異径の断面を有する
   細線を前記内管に螺旋状に巻き付けて構成していること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の熱交換器用二
   重伝熱管。 ４、前記金属性細線の編織物を前記内管に巻き付けて構
   成していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の熱交換器用二重伝熱管。 ５、前記金属性細線の編織物は、組編み帯を前記内管に
   螺旋状に巻き付けて構成していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の熱交換器用二重伝熱管。