JPH01217192A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 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、待に、タンク型の液体金属冷却型高速増殖炉に用
いられる中間熱交換器に関する。

（従来の技術） 液体金属す（・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両冷却材間
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図に示すように溝成
されている。高速増殖炉は原子炉建屋のキＶビティウｔ
−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の頂部開口はルーフスラブ４に
よってｒｊ１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内は隔壁５によって上下に仕切られ、上部は温
度が高いホットプール６ａに、下部は温度が相対的に低
いコールドプール６ｂに画成される。

また、原子炉容器２内には、主要機器である複数の一次
主循環ポンプ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を貫通し、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、ホットプー
ル６ａへ送られる。ホットプール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
はコールドプール６ａに送られ、続いてコールドプール
６ｂ内の薄肉円筒体９下部から一次主循環ポンプ７内に
入り、このポンプ７で昇圧接、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は一般に本体川内に直管状
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調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１２と、この
プレナム胴に一体的あるいは一体に連続する本体胴１３
を備え、中間熱交換器８は上端に形成した本体フランジ
１４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１３の下部には本体鏡
１５が接続されている。

本体ｒｆＡ１３の中心部に下降管１６が同心状に設けら
れており、この下降管１６はプレナム胴１２の中心部を
貞いてルーフスラブ４の上方に延び、その上部は二次冷
却材人口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Ｗｉ４１３のすぐ内側には同じく円筒
状の外部シュラウド１つ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２２間で熱
交換部が形成される。

下部管板２２の中央には下部に凸に水室内部鏡２３の下
部にたまる本体胴側すなわら二次冷却材はドレン時に下
降管１６の中央に設けられた二次冷却材ドレン管２４で
吸上げられる。

上部管板２１上での上部プレナム胴１２と上部管板２１
の上部に接続され下降管１６と同心的に外側に設けられ
た上昇管２５とで形成される上部プレナム２６には、上
部プレナム１１５１１２に開口した入口窓２７を経てホ
ットプール６ａから一次冷却材が流入するｇこの二次冷
却材は伝熱管２０を流下して下部管板２２と下部管板２
２の下部に接続された本体内部１．ｉ２８で形成される
下部プレナム２９に案内され、続いて一次冷却材出口３
０からコールドプール６ｂへ送られる。図中−次冷却材
の流れは白矢印で示している。

また、下部管板２２上には、下部管板２２が急激な温度
変化にざらされるのを防止するのと二次冷却材の流れ方
向を９０°変えるためのコーン部を持つ熱遮蔽板３１が
設けられている。ざらに内部シュラウド１８と外部シュ
ラウド１９との間に形成される熱交換部には２種類のバ
ッフルプレート３２ａ、３２ｂが交互にジグザグ流路を
形成するように配設され、効率的な熱交換が行なわれる
。なお本体胴１３と伝熱管２０との伸び差を吸収するた
め本体鏡１５と本体内部鏡２８の絞り部間にベローズ３
３が設けられている。

以上で中間熱交換器の構造および一次冷却材の流れを説
明したが、次に二次冷却材の流れについて説明する。図
中二次冷却材の流れも黒矢印で示す。二次冷却材は、二
次冷却材人口１７より流入し、下降管１６内をずっと流
下し、熱遮蔽板３１により流れを外周部に向って直角に
変えられる。その後外部シュラウド１９と内部シュラウ
ド１８との間に形成される熱交換部を、２種類のバック
ルプレート３２ａ、３２ｂに従ってジグザグに上昇しな
がら伝熱管２０内を流れる一次冷却材と熱交換を行う。

そして下降管１６と上昇管２５の隙間であるアニユラス
部３４を上昇し、最終的に二次冷却材出口３５より流出
し、蒸気発生器へ送られる。

（発明が解決しようとする課題） ところが以上述べた中間熱交換器には次に示すような問
題点があった。すなわち第一に下部プレナム２９を形成
する本体内部鏡２８があるために一次冷ＦＪＪ材の圧力
損失を増大しており、高揚程の一次主循環ポンプを必要
としている。ちなみに中間熱交換器の管側の全圧力損失
の約３０％がこの下側プレナム２９での圧力損失である
。逆にこの下部プレナム２９での圧力損失を低減できる
と、それだけ−法主循環ポンプの揚程を低くでき、−法
主循環ポンプを小型にでき、タンク型高速増殖炉プラン
１へのコンパクト化および低価格化が可能となる。

第二に本体鏡１５と本体内部鏡２８があるために中間熱
交換器の全長が長くなり、それだけ原子炉容器２とガー
ドベッセル１１の深ざを深くせざるを１９なくしている
。これは前述と同様にタンク型高速増殖炉プラント高価
格化に直結している。

第三に従来の構造では中間熱交換器の定期点検時あるい
は補修時に本体胴側すなわち二次冷却材が器内より完全
に扱けきらないという問題があった。すなわち、二次冷
却材のうち水至内部鏡２３内にたまるものは二次冷却材
ドレン管２４を通して除去することが可能であるが、特
に本体胴１５と本体内部鏡２８との隙間にたまる冷却材
は除去することが不可能である。尚、補修時とは伝熱管
に漏洩等が生じて盲プラグを取付けるような場合である
。

このような場合、中間熱交換器をルーフスラブ４から引
扱き、通常は別の建屋に運搬して定検あるいは補修を行
うことになる。この際に一次冷却材。

二次冷却材ともに完全に除去しないと危険で作業が行え
ない。

本発明の目的は、−次冷却材の下部プレナムでの圧力損
失を無くし、全体の長尺化を短縮し、かつ二次冷却材の
ドレン化の問題を解消した中間熱交換器を提供すること
にある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の中間熱交換器は、本体鏡と本体内部鏡を除去し
て下部プレナムがない構造とし、従来この２つの鏡の間
に設けていたベローズを本体胴と下部管板の間に設けた
ことを特徴としている。ざらにベローズの下側は下部管
板の上面の端部近傍に取付け、ベローズの上側は下部管
板より上の本体胴内側に取付けたことを特徴としている
。

（作　用） 本発明においては、第一の問題点である一次冷却材の下
部プレナムでの圧力損失を全くなくすことができ、−法
主循環ポンプの小型化および低価格化が可能となる。第
二の問題点である従来の中間熱交換器の長尺化の問題を
本体鏡の長さ分だけ解消でき、原子炉容器とガードベッ
セルの深さをこの分浅くでき、タンク型高速増殖炉プラ
ント全体の小型化および低価格化に結びつく。ざらにベ
ローズと下部管板の間に冷却材がたまらない構造となり
、従来起こっていた二次冷却材のドレン化の問題を解消
できる。

（実施例） 以下、本発明に係る中間熱交換器の一実施例を第１図に
基づいて説明する。第１図は本発明に係る中間熱交換器
の一実施例を示す縦断面図である。

従来の実施例である第４図と同一部分または同一に作用
する部分には同一符号を用いている。第４図と異なる点
は、本体鏡と本体内部鏡を除去して下部プレナムをなく
した４’Ｍ造とした点と、ベローズ３３を本体Ｗ４１３
と下部管板２２との間に設けて、ベローズ３３の下側を
下部管板２２の下部に、ベローズ３３の上側を下部管板
２２より上の本体胴内側に取付けた点である。その他は
特に構造が変わっていないので説明を省略する。

この様な構造の中間熱交換器を用いると、本体鏡と本体
内部鏡を除去して下部プレナムをなくした構造としたこ
とにより、第一の問題点である一次冷却材側すなわち管
側圧力損失の大きかった問題および第二の問題点である
中間熱交換器の長尺化の問題が解決されるのは明白であ
るるこの場合、ベローズ３３は、従来に比較して大口径
にはなるが製造技術上特に問題となることはなく、従来
通り本体＠１３と伝熱管２０の伸び差吸収の機能は変わ
ることはなく、取付場所が変ったことによる不都合もな
い。

このように第１図に示す本発明の中間熱交換器において
は、−沃土循環ポンプの小型化、原子炉容器おにびガー
ドベッセルの小型化に寄与し、タンク型高速増殖炉プラ
ントの低価格化に貢献できる。

次に本発明に係る中間熱交換器を第２図に示す他の実施
例について説明する。第１図と異なる点はベローズ３３
の位置である。すなわちべ目−ズ３３の下側は下部管板
２２の上面の端部近傍に取付け、ベローズ３３の上側は
下部管板２２より上の本体胴内側に取付けている。その
他は特に構造が変っていないので説明を省略する。

このような第２図に示す構造の中間熱交換器を用いると
、第１図の実施例と同様に第一の管側圧力損失の大きか
った問題、あにび第二の問題点である中間熱交換器の長
尺化の問題が解決されるのは明白である。ざらに第１図
では生じていた下部管板２２とベローズ３３との間にた
まついた二次冷却材のドレン化の問題も以下の理由で解
消する。すなわち、この構造では二次冷却材は下部管板
２２とベローズ３３の間にたまらず水掌内部鏡２３の底
部にたまり、二次冷却材ドレン管２４で全て除去するこ
とが可能である。すなわち第三の問題も解決され、従来
起っていた中間熱交換器の定期点検時あるいは補修時の
二次冷却材のドレン化の問題点を解消でき画期的な中間
熱交換器を提供できる。

第１図および第２図では熱交換部にバッフルプレート３
２ａ、３２ｂを用いていたが、バッフルプレートを用い
ず二次冷却材が伝熱管と平行に流れる平行流の場合でも
本発明の効果に変わりはない。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明に係る中間熱交換器を用いると
、第一に下部プレナムがなくなったことにより管側圧力
損失を低減でき、−沃土循環ポンプを小型化できる。第
二に中間熱交換器の全長を本体鏡のなくなった分だけ短
縮でき、原子炉容器およびガードベッセルを小型にでき
、ひいてはタンク型高速増殖炉プラントの低価格化に寄
与できる。第三に中間熱交換器の定期点検時あるいは補
修時に起っていた二次冷却材のドレン化の問題を解決で
き、画期的な中間熱交換器を提供できる。

【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一実施例を示す縦
断面図、第２図は本発明に係る中間熱交換器の他の実施
例を示す縦断面図、第３図はタンク型高速増殖炉の概略
構成を示す縦断面図、第４図は従来の中間熱交換器を示
す縦断面図である。 １３・・・本体胴、１６・・・下降管 １８・・・内部シュラウド １９・・・外部シュラウド ２０・・・伝熱管、２１・・・下部管板２２・・・下部
管板、２３・・・水至内部鏡２４・・・二次冷却材ドレ
ン管 ３３・・・ベローズ 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第１図 第２図 第８図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体胴の中心部に設けた下降管の外側に内部シユ
   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ユ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管板
   および下部管板で支持して熱交換部を形成し、内部シユ
   ラウドおよび外部シユ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、前記本体胴の下部
   と下部管板との間を伸縮継手で閉塞したことを特徴とす
   る中間熱交換器。