JPH0547965Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は高速増殖炉で発生させた熱によって
水蒸気を得るための蒸気発生器に関するものであ
る。

従来の技術 高速増殖炉による発電システムを模式的に示せ
ば第４図の通りであつて、炉心１を収容した原子
炉容器２と中間熱交換器３との間には、１次冷却
材である液体ナトリウム４が循環され、またその
中間熱交換器３と蒸気発生器５との間には、２次
冷却材である液体ナトリウム６が循環されてお
り、さらにその蒸気発生器５には水７が供給さ
れ、２次冷却材である液体ナトリウム６の有する
熱で水７を加熱して過熱水蒸気とし、その加熱水
蒸気をタービン８に送るとともにタービン８の後
段に設けたコンデンサ９で復水させることにより
背圧を与えてタービン８を駆動し、そのタービン
８で発電機１０を回転させて発電を行なうよう構
成されている。

しかるに上述した構成であれば、中間熱交換器
３を設けてあることにより放射能汚染された１次
冷却材である液体ナトリウム４が水７と直接接触
したり、それに伴つて爆発して外部に洩れたりす
ることが有効に防止されるが、中間熱交換器３自
体が相当大きな設備であるから、全体としても膨
大な設備とならざるを得ない問題があつた。また
蒸気発生器５は、２次冷却材である液体ナトリウ
ム６と水７との熱交換を１枚の隔壁を挟んで行な
うように構成されているために、ピンホールや亀
裂などによつて液体ナトリウム６と水７とが接触
し、爆発的な反応を起こすおそれがあつた。

このような不都合を解消するために従来では、
液体ナトリウムと水との間の熱交換をヒートパイ
プを介して行なうことが試みられている。その例
を第５図および６図に模式的に示す。すなわち蒸
気発生器１１の本体容器１２の内部には、多数本
の二重管構造のヒートパイプ１３が上下方向に向
けて配置されており、またその本体容器１２の内
部は上部ヘツダ部１４と下部ヘツダ部１５とこれ
らの間の中間部１６とに区画され、前記ヒートパ
イプ１３の中心部を貫通する内管１７が各ヘツダ
部１４，１５に連通している。そして本体容器１
２の中間部の上部に流入口１８が形成され、かつ
下部に流出口１９が形成されており、これらの流
入口１８と流出口１９とが、前記中間部１６に１
次冷却材としての液体ナトリウム２０を循環させ
て供給するよう原子炉容器２１に接続されてい
る。したがつてヒートパイプ１３においては、そ
の外周側の液体ナトリウム２０から熱を受けて作
動流体２２が蒸発し、また内管１７に水２３を流
しておくことにより、作動流体２２の蒸気が水２
３に熱を与えてこれを過熱水蒸気とし、したがつ
てヒートパイプ１３が液体ナトリウム２０と水２
３との間の熱交換を媒介する。また作動流体２２
をナトリウムおよび水と反応しない物質、例えば
水銀としておくことにより、ピンホールや亀裂な
どに伴う漏洩に起因する爆発的な反応が防止され
る。

考案が解決しようとする課題 しかるに上記のヒートパイプ式蒸気発生器で
は、高温の液体ナトリウム２０を上側から下側に
向け流す構成であるから、水もしくは水蒸気の温
度およびヒートパイプの温度ならびに液体ナトリ
ウムの温度分布のそれぞれは第７図のようにな
る。すなわち液体ナトリウムの温度が上部側で高
いうえにヒートパイプにおいては作動流体２２の
大半が下部に溜ることになるために、ヒートパイ
プの上部側で液相の作動流体が不足し、極めて高
温になる。これは所謂ドライアウトがヒートパイ
プの上部で生じ、入熱のみがあつて水に対して熱
が与えられないことに起因し、これは結局はヒー
トパイプの上部で熱輸送が生じず、ヒートパイプ
の有効長が短くなつていることと同じ状態であ
る。このように上記従来の蒸気発生器ではヒート
パイプが有効に機能せずに、熱交換効率が悪い問
題があつた。

この考案は上記の事情を背景としてなされたも
ので、熱交換効率の良い高速増殖炉用蒸気発生器
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この考案は、上記の目的を達成するために、第
１の熱媒体を流す流通管の外周に、ヒートパイプ
を設けるとともに、そのヒートパイプの外周側
に、第２の熱媒体を流す流通部を設け、かつ前記
ヒートパイプの軸線が上下方向を向くよう設置
し、さらに前記第１および第２の熱媒体のいずれ
か一方が水もしくは水蒸気であり、他方が原子炉
容器から供給される高温の冷却材である高速増殖
炉用蒸気発生器において、前記冷却材が下側から
上側に向けて流れるよう前記流通管もしくは流通
部に冷却材用流入口と流出口とを形成したことを
特徴とするものである。

作 用 したがつてこの考案の蒸気発生器においても、
原子炉容器から供給される高温の冷却材と水もし
くは水蒸気との間にヒートパイプが介在し、その
ヒートパイプを介して冷却材の有する熱が水もし
くは水蒸気に与えられる。そのため冷却材を液体
ナトリウムとした場合であつても、冷却材が水と
直接接触して爆発的に反応することが防止され
る。そして高温の冷却材がヒートパイプの下側か
ら上側に向けて流れるから作動流体の多い下端部
側での熱流束が多く、作動流体の少ない上端部側
での熱流束が少なくなり、換言すれば、作動流体
の量に応じた熱流束となるために、部分的なドラ
イアウトが生じずにヒートパイプの全長に亘つて
良好な熱輸送が行われ、冷却材と水もしくは水蒸
気との間の熱交換効率が良好になる。

実施例 つぎにこの考案の実施例を図面を参照して説明
する。

第１図および第２図はこの考案の一実施例を原
理的に示す模式図であつて、蒸気発生器１１の本
体容器１２の内部は、上部ヘツダ部１４と下部ヘ
ツダ部１５とこれらの間の中間部１６との三部分
に区画されており、その中間部１６には二重管構
造の多数本のヒートパイプ１３がその軸線を上下
方向に向けて互いに平行に配列されている。その
ヒートパイプ１３の構造は第２図に示す通りであ
つて、内管１７が中心軸線に沿つて貫通してお
り、その内管１７の上端部が上部ヘツダ部１４に
連通し、かつ下端部が下部ヘツダ部１５に連通し
ており、ヒートパイプ１３の中間部分が本体容器
１２内に区画形成した中間部１６内に位置してい
る。なお、ヒートパイプ１３の作動流体２２とし
ては水銀等のナトリウムおよび水とのいずれとも
反応しない凝縮性流体が使用されている。そして
本体容器１２のうち前記中間部１６における上端
部に相当する位置に流出口１９が形成され、また
下端部の相当する位置に流入口１８が形成されて
おり、その流入口１８には冷却材である液体ナト
リウム２０を原子炉容器２１から供給する冷却材
供給管２４が接続され、また流出口１９には温度
の低下した液体ナトリウム２０を原子炉容器２１
に戻す冷却材還流管２５が接続されている。

以上のように構成した蒸気発生器１１では、水
２３が下部ヘツダ部１５に供給されて内管１７の
中を下側から上側に向けて流れ、また原子炉容器
２１から送り出された高温の液体ナトリウム２０
が、前記流入口１８から本体容器１２に供給さ
れ、その中間部１６の中を下側か上側に流れた
後、流出口１９から原子炉容器２１に戻される。
したがつてヒートパイプ１３の外周側が高温とな
り、かつ内周側が低温となつてその間で熱交換が
生じる。すなわちヒートパイプ１３内の作動流体
２２が液体ナトリウム２０の有する熱によつて加
熱されて蒸発し、その蒸気が内管１７に接触し
て、その内部を流れる水もしくは水蒸気に熱を奪
われて凝縮し、その結果、作動流体２２がその潜
熱として外周側から内周側に熱を輸送し、液体ナ
トリウム２０と水２３との間の熱交換を媒介す
る。

その場合、上記の蒸気発生器１１では、高温の
液体ナトリウム２０が中間部１６の下側から供給
されて上側に向けて流れ、その間に液体ナトリウ
ム２０の有する熱が水２３に与えられるから、液
体ナトリウム２０の温度は第３図に示すように中
間部１６における下端側で高く、上端側で次第に
低くなる。これに対してヒートパイプ１３内の作
動流体２２は重力の影響で下端部側に偏在する。
すなわち液体ナトリウム２０からの熱流束の多寡
に対応して作動流体２２が分布するために、ヒー
トパイプ１３の全長に亘つて良好な熱輸送が生じ
る。したがつて水２３およびヒートパイプ１３な
らびに液体ナトリウム２０の本体容器１２内での
温度分布は第３図に示すようになり、この図から
も知られるようにヒートパイプ１３に部分的なド
ライアウトが生じない。

上述のようにして熱を放出した液体ナトリウム
２０は原子炉容器２１に還流して加熱昇温された
後に、再度前記本体容器１２に供給される。また
内管１７の内部を流れる間に加熱された水は過熱
水蒸気となつて上部ヘツダ部１４からタービン
（図示せず）等に送り出される。

なお、上記の実施例ではヒートパイプ１３の外
周側に高温の液体ナトリウム２０を流し、内管１
７の内部に水もしくは水蒸気を流すこととした
が、この考案では、上記の実施例とは反対に、高
温の液体ナトリウムを内管の下側から供給し、か
つ水もしくは水蒸気をヒートパイプの外周側に流
すようにしてもよい。

考案の効果 以上の説明から明らかなようにこの考案の高速
増殖炉用蒸気発生器によれば、ヒートパイプの作
動流体の偏在状況に応じた外部からの熱流束にな
るので、熱流束に対する作動流体の不足、ひいて
は部分的なドライアウトが生じることがなく、そ
の結果、ヒートパイプの全長に亘つて良好な熱輸
送が生じ、効率の良い熱交換を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の全体構成を原理的に示す模
式図、第２図はそのヒートパイプの一本を取出し
て示す模式図、第３図はそのヒートパイプの軸線
方向での水および液体ナトリウムならびにヒート
パイプの温度分布を示す線図、第４図は高速増殖
炉による発電システムを説明するための模式図、
第５図は従来のヒートパイプ式蒸気発生器の全体
構成を原理的に示す模式図、第６図はそのヒート
パイプの一本を取出して示す模式図、第７図はそ
のヒートパイプの軸線方向での水および液体ナト
リウムならびにヒートパイプの温度分布を示す線
図である。 １１……蒸気発生器、１２……本体容器、１３
……ヒートパイプ、１６……中間部、１７……内
管、１８……流入口、１９……流出口、２０……
液体ナトリウム、２１……原子炉容器、２２……
作動流体、２３……水。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 第１の熱媒体を流す流通管の外周に、ヒートパ
   イプを設けるとともに、そのヒートパイプの外周
   側に、第２の熱媒体を流す流通部を設け、かつ前
   記ヒートパイプの軸線が上下方向を向くよう設置
   し、さらに前記第１および第２の熱媒体のいずれ
   か一方が水もしくは水蒸気であり、他方が原子炉
   容器から供給される高温の冷却材である高速増殖
   炉用蒸気発生器において、 前記冷却材が下側から上側に向けて流れるよう
   前記流通管もしくは流通部に冷却材用流入口と流
   出口とが形成されていることを特徴とする高速増
   殖炉用蒸気発生器。