JPH01497A - 液体金属高速増殖炉の熱交換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体金属高速増殖炉の熱交換器の改良に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、ヒートパイプを用いた液体金属高速増殖炉の熱交
換に関し、米国特許第４，５６０，５３３号（Ｄｅｓ。

２４、．１９８５）が、提案されており、これを第６図
ないし第８図により説明する。

第６図は原子炉の要部縦断面図、第７図は第６図のヒー
トパイプの詳細図、第８図は第７図の１３−８矢現断面
図である。図において、１１はヒートパイプ、１９は水
銀からなる中間熱媒体５２１は円板状樋、２５は原子炉
容器、２６は炉心保護内筒、２７は炉心冷却材のナトリ
ウム、２８は炉心、２９はタービンである。また、３ｏ
はヒートパイプ内伝熱管、３１は入口側伝熱管、３２は
出口側伝熱管、３３は伝熱管Ｕ字部、３４は水、蒸気ポ
ンプ、３５は入口側ヘッダ、３６は出口側へラダである
。

そして、まず、炉心冷却系統は、原子炉容器２５内の炉
心２８において加熱された冷却材であるナトリウム２７
は加熱されることにより炉心保護筒２６内を上昇し上端
から周方向へ流れ、原子炉容器２５内に設置されて水蒸
気と熱交換を行なっているヒートパイプ１１によって冷
却される。

この冷却により原子炉容器２５と炉心保護円筒２６とで
形成される断面環状の流路を降下し炉心２８下部に戻り
炉心２８にて再び加熱されると云う糸路をたどる。次に
、タービン２９にて発電を行なう水蒸気系の系統は、水
、蒸気系ポンプ３４により配管をたどって原子炉容器２
５上部の入口側へラダ３５に入り、入口側へラダ３５か
ら何本かの入口側伝熱管３１を流下しヒートパイプ１１
内に入り、ヒートパイプ１１内にて加熱され蒸気となっ
て出口側伝熱管３２を上昇する。出口側伝熱管３２から
出口側ヘッダ３６に集められた蒸気は配管をたどりター
ビン２９に至り、蒸気によってタービン２９を回転駆動
し発電を行なう。

ヒートパイプ１１内における熱交換作用を第７図、第８
図により詳説すると、まず、水、蒸気系ポンプ３４によ
り駆動し送られた水は入口側ヘッダ３５．入口側伝熱管
３１を通リヒートパイプ１１内に導かれる。、ヒートパ
イプ１１内では、外周をナトリウム２７によって加熱さ
れたヒートパイプ１１を介し中間熱媒体１９が加熱され
て蒸発し気体となってヒートパイプ内伝熱管３０を加熱
し内部流体である水を加熱することにより水が蒸気化さ
れる。中間熱媒体１９は、ヒートパイプ内伝熱管３０を
加熱することによって熱を奪われ冷却し再び凝縮し液体
に戻る。ヒートパイプ内伝熱管３０は、入口側伝熱管３
１と、下端の反転部の伝熱管Ｕ字部３３及び出口側伝熱
管３２により構成されており、ヒートパイプ１１内に入
口側伝熱管３１．出口側伝熱管３２の２本の伝熱管を下
端でＵ字形に連通し形成されている。

一方、原子炉においては、原子炉容器２５内の炉心２８
で加熱されたナトリウム２７（１次ナトリウム）はター
ビン２９が回転駆動される被加熱媒体である水、蒸気に
伝熱するに際し、１次ナトリウムと水、蒸気との接触は
、爆発的な反応を生じることから絶対に避ける必要があ
る。このことから、上記従来の構造よりもさらに以前の
従来の構造においては、１次主冷却系設備、２次主冷却
系設備とを設けていた。

そして、この２次主冷却系設備を省略するために、上記
第６図ないし第８図に示す従来の構造として、１次ナト
リウムと水、蒸気との境界を二重壁とし、万一どちらか
の境界壁が破損しても１次ナトリウム及び水、蒸気の接
触を防止する構造としていた。

第７図に示す従来の構造において、水、蒸気側伝熱管を
Ｕ字管型としているため、Ｕ字形曲り部を伝熱管の曲げ
加工により形成する場合に、加工曲げ限界によりヒート
バイブ内伝熱管３０の下降部と上昇部との間の間隔は規
制され、その結果、ヒートパイプ１１の外径は大きなも
のとなる。また、エルボ−等の継手を用いることも考え
られるが、この場合、溶接線数が増加し伝熱管の信頼性
確保及びＵ字形部の曲げ加工の限界などを有し製作性の
観点から好ましくない。また、Ｕ字管を用いた場合には
、下降管部にても熱収支があるために、下降管部にて給
水が沸騰し流動不安定となるポテンシャルを有する。さ
らに、各ヒートパイプ１１が独立して原子炉容器２５に
設置されているため、ヒートパイプ作動流体のドレンが
できないので、水側の事故等の場合の熱を取出し不能と
なった。即ち、除熱喪失時にはヒートパイプ容器は高温
高圧に保持され、また、ルーフスラブを多くのヒートパ
イプ１１が貫通するための構造においての対応及び熱、
放射線遮蔽に関し対策が困難である。

尚、この種技術に関連し、上記の他に、特公昭５３−８
３９０１号公報が提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の構造においては、ヒートパイプ内にＵ字形管
を用いており、製作性、健全性に問題があり、ヒートパ
イプ内に同じ二重管構造のバイヨネツト型伝熱管を挿入
しＵ字形ヒートパイプ伝熱管を用いない構造とすること
についての配慮がなされず、ヒートパイプを大径化させ
熱交換器を大型とし、さらに、伝熱管の構造健全性や信
頼性確保の点から好ましくないと云う問題点を有してい
る。

本発明は上記の状況に鑑みなされたものであり。

形状を小形化ができると共に伝熱管の構造健全性。

信頼性を向上できる液体金属高速増殖炉の熱交換器を提
供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、液体金属高速増殖炉における該液体金属の
熱が外周部に接触される複数のヒートパイプに伝熱され
該ヒートパイプに伝熱された上記熱が、中間熱媒体を介
在し上記ヒートパイプ内の配管中を案内され上方から流
下し該ヒートパイプ内下端で折り返えし上昇し排出され
る水に伝熱し熱交換されるものにおいて、上記ヒートパ
イプ内にバイヨネツト型伝熱管が配設されると共に該バ
イヨネツト型伝熱管の伝熱管内管を流下する水が該バイ
ヨネツト型伝熱管の下端で折り返えし上記伝熱管内管の
外周に同心状に配設された伝熱管外管内周面と上記伝熱
管内管外周面との間を上昇するように形成され、上記バ
イヨネツト型伝熱管の上記伝熱管外管外周と上記ヒート
パイプ内周との間に上記中間熱媒体が封入されている液
体金属高速増殖炉の熱交換器により達成される。

〔作用〕

後述の実施例の説明中にも記載されているように、バイ
ヨネツト型伝熱管１０の伝熱管内管１７内を流下した水
はバイヨネツト型伝熱管１０の下端で折り返えし伝熱管
内管１７外周面と伝熱管外管１５内周面との間を上昇す
る。水は伝熱管内管１７に流入し伝熱管外管１５から流
出するまでの間に、ヒートパイプ１１の内周面とバイヨ
ネツト型伝熱管１０外周面との間に充　された中間熱媒
体１９により加熱し熱交換される。中間熱媒体１９は１
次ナトリウムによりヒートパイプ１１を介し加熱される
。そして、水がヒートパイプ１１中で加熱される流路構
造において、バイヨネツト型伝熱管１０に従来の如き伝
熱管Ｕ字部がないので、伝熱管としてＵ字管を用いた場
合と比較しヒートパイプ１１内伝熱管の熱交換面積を減
少させることなく、ヒートパイプ１１の断面積を有効利
用することが可能となり、結果として、ヒートパイプ１
１の断面積を減少させ全体として熱交換器の小形化が可
能となる。また、ヒートパイプ１１の小径化に伴い、耐
圧性能を高め構造健全性、信頼性を向上できる。そして
、特に高温な液体金属を扱うヒートパイプとして好適で
ある。

〔実施例〕 以下本発明の液体金属高速増殖炉の熱交換器を実施例を
用い従来と同部品は同符号で示し第１図ないし第４図に
より説明する。第１図は全体構造図、第２図は第１図の
ヒートパイプの詳細図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断
面図、第４図は第１図の熱交換器と原子炉容器との結合
説明図である。図において、１は熱交換器、２は胴、３
はナトリウム入口プレナム、４はナトリウム出口プレナ
ム、５は支持スカート、６は給水入口氷室、７は蒸気出
口氷室、８は上部中間熱媒体プレナム、９は下部中間熱
媒体プレナム、１０は伝熱管内管１７の外周に同心に伝
熱管外管１５が配設され下端部が閉塞された伝熱管外管
１５の下端近くで伝熱管内管１７下端が開口されている
バイヨネツト型伝熱管である。１２は複数のヒートパイ
プ１１からなる管束群、１３は上部ヒートパイプ管板。

１４は下部ヒートパイプ管板、１６は蒸気出口管板、１
８は蒸気入口管板である。また、２０はウィックで内周
面にひだもしくは金網を配設し中間熱媒体１９の水銀が
表面張力で上昇し易くぬれ性がよいように形成されてヒ
ートパイプ１１内壁面に取り付けられている。ウィック
２０内周面とバイヨネツト型伝熱管１０外周面との間の
空間には。

上下方向に所定のピッチを置いてバイヨネツト型伝熱管
１０が貫通された円板状値２１が複数個配設されて上下
方向を円板状値２１により区切られた複数のヤンバー２
２が形成されている。

また、円板状値２１には各チャンバー２２間の圧力を一
定にするために連通ずる小穴（図示せず）が設けられ、
円板状値２１はヒートパイプ１１自体の補強と共にバイ
ヨネツト型伝熱管１０の支持機能も兼ねている。さらに
、円板状機２１は凝縮された中間熱媒体１９を素早くヒ
ートパイプ１１の管壁側（蒸発部）へ環流するために、
バイヨネツト型伝熱管１０固定部側が外周部のウィック
２０取付位瞠より高位置となっている。そして、中間熱
媒体１９は、ウィック２０部分で１次ナトリウムの熱を
ヒートパイプ１１を経由し受は蒸発しチャンバー２２内
に充満し、バイヨネツト型伝熱管１０外周面に接して冷
却し液化され、即ち、バイヨネツト型伝熱管１０内の水
と熱交換し加熱した後、ウィック２０側へ環流する。

一方、加熱媒体としての１次す１−リウムは、第４図の
圧力容器２５側から第１図のナトリウム入口ノズル２３
より胴２内に流入し胴２とヒートパイプ１１とにより形
成される領域を流下する。このとき、ヒートパイプ１１
内の中間熱媒体１９に熱を伝え低温となって下部ナトリ
ウム出口プレナム４に至り、胴２より流出する。ヒート
パイプ１１内の中間熱媒体１９は、液相としてウィック
２０部分を上昇しヒートパイプ１１管壁外を流れる１次
ナトリウムからの熱を得て蒸発する。この蒸発された中
間熱媒体１９は、バイヨネツト型伝熱管１０内を流下し
た後上昇する水、蒸気に熱を伝え凝縮し液体となりバイ
ヨネツト型伝熱管１０外周壁を流下し円板状＠２１によ
りウィック２０に戻され一巡する。また、給水入口水室
６に流入した給水は、給水入口管板１８から各バイヨネ
ツト型伝熱管１０の伝熱管内管１７内を下降し下端にて
方向を変換し、伝熱管内管１７と伝熱管外管１５にて形
成されるアニユラス部を上昇する。このとき、給水はバ
イヨネツト型伝熱管１０外部の中間熱媒体１９により加
熱され、沸騰、蒸発し蒸気となって蒸気出口管板１６に
より集められ蒸気出口水室６を経て流出する。即ち、熱
交換器１では、１次ナトリウムの熱を中間熱媒体１９の
潜熱として蒸気側へ伝えるようにしている。

また、本実施例では、各ヒートパイプ１１は。

上部作動流体プレナム８及び下部作動流体プレナム９で
連通していることから、それぞれのヒートパイプ１１内
の中間熱媒体１９の圧力は一定、即ち、中間熱媒体１９
温度が一定となり、伝熱性能及び構造健全性の観点から
も好ましいと云う利点がある。そして、ヒートパイプ１
１内で、従来のように水を伝熱管Ｕ字部構造を設けない
で、Ｕターンできるようにバイヨネツ１−型伝熱管１０
を用いたことにより、ヒートパイプ１１内の伝熱管の熱
交換面積を減少させることなく、ヒートパイプ１１の断
面積を上記Ｕ字部構造の場合より有効利用がより可能と
なる。従って、ヒートパイプ１１の断面積を減少させ、
全体として熱交換器１の小形化が可能となる。

このヒートパイプ１１の小径化が可能により。

原子炉の事故時等において炉心２８の冷却材が異常に高
温となった場合、ヒートパイプ１１内の中間熱媒体１９
も高温、高圧となるが、その場合においてもヒートパイ
プ１１の小径化により耐圧性能が向上し構造健全性を向
上できる。尚、ヒートパイプ１１内に設置するバイヨネ
ツト型伝熱管１０の本数を複数にしてもよいことは勿論
である。

そして、上記のようにバイヨネツト型伝熱管１０をヒー
トパイプ１１内に配設しヒートパイプ１１を小径化した
構成とし２次主冷却設備を削除したことにより、第４図
に示すごとく冷却系設備の構成が大幅に簡素化される。

また、第５図に示すように、ヒートパイプ１１上方のウ
ィック２０部分における濡れを促進するために、下部中
間熱媒体プレナム９の中間熱媒体１９（液相）をブース
タポンプ２４により上部中間熱媒体プレナム８へ汲み上
げ、各ヒートパイプ１１のウィック２０部分に供給する
ようにしてもよい。

このように本実施例の液体金属高速増殖炉の熱交換器は
ヒートパイプ内にバイヨネツト型伝熱管を配設し中間熱
媒体と熱交換させるように構成したので、１次ナトリウ
ムと水・蒸気との境界を２重壁とし、２次主冷却系設備
を省略できて冷却系設備を簡素化でき、ヒートパイプ径
を小径比し熱交換器を小形化できると共に伝熱管の構造
健全性。

信頼性を向上できる。

〔発明の効果〕 以上記述した如く本発明の液体金属高速増殖炉の熱交換
器は、形状を小形化できると共に伝熱管の構造健全性、
信頼性を向上できる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体金属高速増殖炉の熱交換器の実施
例の全体構造図、第２図は第１図のヒートパイプの詳細
図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視横断面図、第４図は第
１図の熱交換器と）Ｍ　７−炉容器との結合説明図、第
Ｓ図は第１図の全体構造図と同様の他の例の説明図、第
６図は従来の熱交換器を有する原子炉要部断面図、第７
図は第６図のヒートパイプの詳細図、第８図は第７図の
Ｂ−Ｂ矢視断面図である。 １・・・熱交換器、１０・・バイヨネツト型伝熱管。 １１・・・ヒートパイプ、１５・・・伝熱管外管、１７
・・・伝熱管内管、１９・・・中間熱媒体、２７・・・
ナトリウム。 代理人　弁理士　高橋明夫１゛゛ （ほか１名）′” ＋１−ａ−）ｚゞ１７°　　　　第１　図ｔＳ・・−社
外￥外ず ｔ丁・−血格ＩＦ囚蕾 １９−甲閉Ｐ！−惺体 竿２図 第４己 第５凹 不　７　囚 ％８力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液体金属高速増殖炉における該液体金属の熱が外周
   部を該液体金属に接触される複数のヒートパイプに伝熱
   され該ヒートパイプに伝熱された上記熱が、中間熱媒体
   を介在し上記ヒートパイプ内の配管中を案内され上方か
   ら流下し該ヒートパイプ内下端で折り返えし上昇し排出
   される水に伝熱し熱交換されるものにおいて、上記ヒー
   トパイプ内にバイヨネツト型伝熱管が配設されると共に
   該バイヨネツト型伝熱管の伝熱管内管を流下する水が該
   バイヨネツト型伝熱管の下端で折り返えし上記伝熱管内
   管の外周に同心状に配設された伝熱管外管内周面と上記
   伝熱管内管外周面との間を上昇するように形成され、上
   記バイヨネツト型伝熱管の上記伝熱管外管外周と上記ヒ
   ートパイプ内周との間に上記中間熱媒体が封入されてい
   ることを特徴とする液体金属高速増殖炉の熱交換器。