JPS6015841B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱交換器に係り、特に伝熱管内のドレンが可
能でありかつ伝熱管の保守点検が容易に行なえる熱交換
器に関するものである。

原子炉の冷却材として循環させる液体金属、例えばナト
リウムの有する熱を利用して蒸気を発生させる蒸気発生
器、すなわち、ナトリウム冷却高速増殖炉に適用される
従来の蒸気発生器の一例を第１図に示す。

本図に示された液体ナトリウム加熱蒸気発生器は、直立
する密閉収納容器１を有しており、その下部から給水し
、上部から蒸気を取り出すようになっている。この密閉
収納容器１は、円筒状の胴体２からなり、その上端およ
び下端に鏡板３，４を有する。収納容器１内には、両端
開放の円筒形の外部シュラウド５が胴体２と同心に配置
される。胴体２と外部シュラウド５との間に環状空間領
域２５が形成される。両端開放の内部シュラウド６は、
外部シュラゥド５内に同心に配置される。内部シュラワ
ド６と外部シュラワド５との間には環状空間領域２６が
形成される。外部シュラウド５の上端部分は、上部開放
の容器７で取囲まれる。容器７の円筒部分２９は胴体２
および外部シュラウド５から一定間隔離れている。容器
７の円筒部分２９の下端は、外部シュラウド５に接合さ
れる。環状空間領域Ｄ２６内には、らせん状に巻かれた
伝熱管２４の東が配置される。

複数個の給水へッダ２川ま、収納容器１の外側でかつ下
部に配置され、給水へッダ２０は下方に延びる給水管２
１に接続される。入口連結管１８は、給水へッダ２０か
ら黄熟管２４の下部入ロ端に向って上方に延びる。給水
へツダ２０の各々の上側は平らな管板１９でもつて形成
され、この管板１９は入口連絡管１８の下端と接続され
ている。これらの入口連絡管１８は、入口シリンダ１１
内を通り、かつ平らなスリーブ板１２を貫通して収納容
器１内へ入る。各スリーブ板１２は、鏡板４に固定され
る複数個の入口シリング１１の上端を閉じている。入口
シリンダ１１は、下部が開放され、かつその上部が収納
容器１内へと延び、かつ入口シリンダ１１の内径は給水
へッダ２０の外径より大きな構造となっている。入口シ
リンダ１ １、水室２０および入口連絡管１８は、外部
シュラウド５内のすべての伝熱管２４を囲みかつ下部が
開放してる仮宅想シリンダの下方に突出した部分内に位
置するように配置されている。６毒熱管２４の上方の出
口端は、出口連絡管１７により収納容器１上部の鏡板３
に取付けられた下部開放の出口シリンダ１３内に上方へ
と延び、蒸気へッダ１５の下部の管板１４に接続されて
いる。管板１４および出口シリンダ１３の壁が収束する
部分で囲われる蒸気へッダ１５は、各々の上部に蒸気管
１６が接続される。ナトリウム入口管１０は、胴体２を
貫通して容器７の円筒部分２９と外部シュラウド５との
間の空間に通ずる。

胴体２の下部には、ナトリウム出口管９が取付けられる
。また収納容器１の最下部には、ナトリウム排出管２７
が設けられる。蒸気発生器の運転中、高温のナトリウム
は、ナトリウム入口管１０を通って収納容器１内へ導か
れ、容器７の円筒部分２９と外部シュラウド５との間の
環状領域より外部シュラゥド５の上部へと流れる。上部
で反転した後、ナトリウムは、環状空間領域ロ２６内の
伝熱管２４の外側に沿って伝熱管２４内の水を加熱しな
がら下降する。このナトリウムはナトリウム出口管９を
通って収納容器１外へと流出する。一方、水は給水管２
１より給水へッダ２川こ導びかれる。

その後水は、給水へツダ２０より入口連絡管１８を通り
、らせん状に巻かれた辰熱管２４内を上昇し、伝熱管２
４の外側を流れる高温のナトリウムより熱を受け、蒸気
となり出口連絡管１７を通り、蒸気へッダ１５より蒸気
管１６を通つて流出する。収納容器１内では、点線ＮＩ
およびＮ２で図示するようなナトリウムの液面が形成さ
れる。

液面Ｎ１，Ｎ２の上方には不マ舌性ガスのアルゴンが満
されている。本蒸気発生器では、一点鎖線ＬＩで示すレ
ベルにて収納容器１の蟹を円周方向に切断し、かつ一点
鎖線Ｌ２で示すレベルにて各入口シリンダ１ １を円周
方向に切断し、給水管２１と蒸気管１６とを切断した後
に、保守、点検または惨理のために伝熱管２４の東を収
納容器１から引出すことができる。

その後第２図に示すように蒸気へッダ１５を持った上部
鏡板３、出ロ連絡管１７、廃熱管２４の東、内部シュラ
ウド６、入口連絡管１８、入口シリンダ１１の上部切断
部分をもったスリーブ板１２と給水へツダ２０とからな
る組立体２８を、胴体２内より上方に引抜くことができ
る。屍熱管２４の保守点検が完了した場合には、組立体
２８を原位簿へ下降し戻した後に、収納容器１と入口シ
リンダ１１とを切断線で突合わせ溶接し、給水管２１と
蒸気管１６とを再び連結して蒸気発生器を元の状態に戻
すことができる。本構造においては、一点鎖線Ｌ１，Ｌ
２で示されるようなレベルで収納容器１および入口シリ
ンダ１１を切断すれば組立体２８を引出すことができる
が、次のような欠点がある。

上記した蒸気発生器は、下部鏡板４に複数個の入口シリ
ング１１を配置するため、入口シリンダ１１の中心間ピ
ッチを大きくとる必要がある。かつ組立体２８を外部シ
ュラウド５より引出すために、入口シリンダー １を外
部シュラゥド５の下部を突出した仮想シリンダ内に配置
する必要上、必要以上に外部シュラゥド５の内径を大き
くする必要がある。これに伴ない内部シュラウド６の外
径が大きくなるのみでなく胴体２の外径も大きくせざる
を得ない。このため収納容器１の容積が増大し、配置上
大きなスペースを必要とする。また収納容器１の容積が
大きくなり、ナトリウム保有量が大きくなる。本発明は
、上記した従来技術の欠点をなくし、簾熱管内のドレン
および保守点検が容易で、かつコンパクトな熱交換器を
提供することを目的とする。本発明の特徴は、上端が密
封されて下端が胴体の外部に開放される筒状体を、胴体
の下端部の鏡板を貫通させて胴体内に突出させて設け、
胴体内に配置させて上下方向に延びる複数の環熱の上端
が胴体の上端部の鏡板を貫通させて胴体外部に達し、民
熱管の下端が節状体の側壁を貫通して筒状体内を通って
胴体外に達し、胴体の外部に配置されて筒状体内を通過
できる大きさを有する下部へッダを伝熱管の下端部に取
付けることにある。

本発明の好適な一実施例を第３図に基づいて以下に説明
する。蒸気発生器３１は、胴体３２、上部鏡板３３、下
部鏡板３４、内部シュラウド３５、上部へッダ３６、下
部へッダ３７、伝熱管３８、給水へッダ３９、蒸気へッ
ダ４０、ナトリウム入口管４１、ナトリウム出口管４２
および放出管４３等からなっている。胴体３２の上部お
よび下部には、各々ドーム状の上部鏡板３３および下部
鏡板３４がある。

上部鏡板３３の中央部に円筒部４４とドーム状の鏡坂部
４５とからなる上部へツダ３６が、胴体３２に対して外
側方向に突出して設けられる。また下部鏡板３４の中央
部に円筒部４６とドーム状の鏡坂部４７とからなる下部
へツダ３７が、胴体３２に対して内側方向に突出して配
置され、この下部へッダ３７の円筒部４６には、伝熱管
３８の給水側が取付けられてし、て、下部へツダ３７は
この給水側の胴体内外の鏡界を形成している。胴体３２
の内部には、胴体３２と同じの内部シュラウド３５がほ
ぼ中央の高さに配置されている。胴体３２の上部には、
ナトリウム入口管４１が内部シユラウド３５の上方端部
より少し低い位置に、また放出管４３が内部シュラウド
３５の上方端部より少し高い位置にそれぞれ取付けられ
る。胴体３２の下部には、ナトリウム出口管４２が取付
けられている。内部シュラウド３５の廻りには、らせん
状に巻かれた多数の伝熱管３８が規則的に配列されてい
る。

各々の伝熱管３８の上端は、上部へツダ３６内に導かれ
、円筒部４′４を貫通して蒸毒気へッダ４０に取付けら
れる。また各々の伝熱管３８の下端は、下部へツダ３７
内に導かれ、円筒部４６を貫通して給水へッダ３９に取
付けられる。上部へツダ３６と下部へッダ３７の円筒状
胴体部４４および４６には、フリュードヘッド５０が、
各円筒部の円周方向および軸方向に伝熱管３８の本数分
だけ規則的なピッチで配置されている。第４図にこのフ
リュードヘッド５０の詳細を示す。特にこれは、上部へ
ツダ３６の部分を示している。５１はノズル、５２は直
警部、５３はつば、ａ，ｂ，ｃは溶接部である。

上部へツダ３６の円筒部４４には／ズル５１が、上部へ
ツダ３６の内側に向かってその円周方向および軸方向に
規則的なピッチで配置されている。フリュードヘツド５
０は、その中心部に伝熱管３８の民熱管部５４の外径お
よび内径に同一の直管部５２と、その直管部５２のほぼ
中央部に位置し、その一端は直警部５２に総がり他の端
はノズル５１の外蓬および内径に同一のつば５３とから
構成される。鏡熱管３８は、胴体３２内に存在する伝熱
管部５４と胴体３２外に存在する連絡警部５５とから成
る。上記のようなフリュードヘツド５０を介することに
より、伝熱管３８は上部へツダ３６の胴体を容易に貫通
することができる。すなわち伝熱管部５４は、直警部６
２の一端と溶接部ｂで接続される。そしてフリュードヘ
ッド５０の直管部５２の他端は、溶接部ｃにおいて連絡
警部５５と接続される。ノズル５１とつば５３とは、溶
接部ａにて接続される。ここで溶接部ａ，ｂ，およびｃ
は全て突合せ熔接であるため高品質な溶接が可能であり
、かつ十分な非破壊検査ができ信頼性が高い。またノズ
ル５１の長さを適当に選ぶことにより、伝熱警部５４の
内側および外側における流体条件の急変によって、円筒
部４４に発生する熱衝撃を緩和することができる。なお
、下部へツダ３７に関しても前述の上部へッダ３６と同
じである。またフリュードヘツド５０の向きは、流体条
件、熱衝撃条件等により内向き、外向きのいずれかに決
定される。第３図において、蒸気発生器３１の内部にあ
るらせん状の伝熱警部５４の上端は上部へツダ３６の内
部まで延長されたあと、多層に配置された伝熱管部５４
の最外周層より長内周層に向い、そのへツダ３６に設け
られた最下端のフリュードヘツド５０より順次上部方向
に向かって、フリュードヘッド５川こ接続される。

このような接続順序をとることにより、蒸気発生器３１
の上部に位置する各々のらせん状の伝熱管部５５の上部
は、互に交叉することなく極めて整然と配列される。同
様に各々のらせん状の伝熱管部５４の下部は、伝熱管部
５４層の最外周層より最内周層の方向に向かって下部ヘ
ッド３７の付近まで延長された後、そのヘッド３７の最
下部より順次上部方向に向かって上部へッダ３６の円筒
部４４に配置されたと同機に、下部へッダ３７の円筒部
４６に配置されたフ；ｊュードヘッド５０‘こ接続され
る。伝熱警部５４の上部の配列と、同様に、伝熱警部５
４の下部も各々互に交叉することなく極めて整然と配列
される。蒸気発生器３１の外側上部には胴体３２と同０
に蒸気へッダ４０が配置され、上部へッダ３６上のフリ
ュードヘッド５０の各々に、連絡管部５５の一端が接続
され、連絡管部５５の池端は蒸気へッダ４０１こ接続さ
れる。

また蒸気発生器３１の外側下部には胴体３２と同０１こ
給水へッダ３９が配置され、下部へッダ３７上のフリュ
ードヘッド５０の各々に、連絡管部５５の一端が接続さ
れ、この連絡警部５５の他端は給水へッダ３９に接続さ
れる。給水へッダ３９は、下部へッダ３７の円筒部４６
内に挿入できる大きさを有し、円筒部４６を下方に延長
した仮想シリンダ内に配置されている。高温のナトリウ
ムは、ナトリウム入口管４１より胴体３２と内部シュラ
ゥド３５との間に形成された環状空間領域５８内に導入
され、環状空間領域５８内に規則的に多数列配列された
らせん状の伝熱管３８の管外を、管内の水を加熱しなが
ら降下する。

水を加熱することにより低温となったナトリウムは、胴
体３２の下部に取付けられたナトリウム出口管４２より
蒸気発生器３１外へと流出する。一方、給水へッダ３９
に導入された水は、下方の連絡管部５５内を通り、その
後順次上方向に、しかもその流れが反転することなく伝
熱警部５４内を上昇し、環状空間領域５８を降下する高
温ナトリウムと熱交換することにより蒸気となる。

この蒸気は、上部の連絡管部５５を通り蒸気へツダ４０
内に集められ、その後蒸気タービン（図示せず）に送ら
れる。本蒸気発生器の運転中、胴体３２内に、ナトリウ
ムの液面５６および５７が形成される。

液面５６は環状空間領域５８に、液面５７は内部シュラ
ウド３５内に形成される。液面５６および５７より上方
の胴体３２内には不活性ガスのアルゴンが満されている
。水とナトリウムとの間に偶発的接触を生じた場合には
、放出管４７の先に取付けられた破裂板（図示せず）が
破裂し、反応生成物が放出管４７より排出される。蒸気
発生器３１において、保守・点検または修理のために伝
熱管３８の東を胴体３２より引出す必要がある場合には
、胴体３２内のナトリウムを下部鏡板３４の下端に設け
られているドレン管５９より全量ドレンすると共に、伝
熱管３８内の水をドレンし、第３図に示すように胴体３
２の上部（一点鎖線ＥＩで示す部分）を切断し、かつ一
点鎖線Ｅ２にて示す下部へッダ３７の部分で、連絡管部
５５と下部へッダ３７の内側との隙間よりカッタを挿入
し円筒部４６を切断する。

この一点鎖線Ｅ２の部分は、円筒部４６に配置された最
下部のフリュードヘッド５０の位置よりも下方である。
これにより、第５図に示すように、上部鏡板３３、上部
へツダ３６、蒸気へッダ４０、連絡管部５５、伝熱筒部
５４、内部シュラウド３５、下部へツダ３７および給水
へツダ３９等からなる組立体を胴体３２より引出すこと
ができる。

この時、伝熱管３８の下部の連絡警部５５および給水へ
ッダ３９は、いずれも下部へッダ３７の円筒部４６を下
方に延長した仮想シリング内に配置されているため、組
立体を胴体３２からの引出す時には何ら問題はない。ま
た伝熱管３８の本数が、蒸気発生器の容量増大により増
加しても、円筒部４６の長さを長くすることにより、フ
リユードヘッド５０の配列が容易に行なえ、胴体３２内
からの伝熱管３８の取付しが容易に行える。フリュード
ヘツド５０相互間のピッチも充分とれるため、伝熱管３
８の取付けも容易となる。伝熱管３８の検査および補修
等の作業が完了した場合には、組立体を原位置に降下し
戻した後、引出し時切断した位置で、突合せ溶接し、原
状態に復旧することができる。

本発明の−実施例によれば、伝熱管内のドレンが完全に
できると共に、必要に応じて伝熱管東を胴体より容易に
引出せ、保守・点検が容易となる。

また、本構造においては、給水の伝熱管３８下部の連絡
管部５５が給水へッダ３９および下部へッダ３７により
、極めてコンパクトに配列できるため、および給水へツ
ダ３９を下部鏡板３４の中央に１個だけ配置すれば良い
ため、下部鏡板３４の直径が従来例より小さくてすみ、
必然的に胴体３２の直径が小さくなり蒸気発生器全体が
コンパクトとなる。本発明の他の実施例を第６図に示す
。前述した実施例と同一の構造は同一符号で示す。６１
および６２は胴体フランジ、６３は上部胴体、６４は下
部胴体である。

本実施例では胴体３２を胴体フランジ６１および６２に
より上部胴体６３、下部胴体６４に分離したものである
。本実施例においては、前述した実施例と同様な効果が
得られる。また、組立体６５の引出し、組立てが更に容
易になる。本実施例においては、一点鎖線Ｅ３にて示す
円筒部４６の部を切断し、胴体フランジ６１と胴体フラ
ンジ６２を縦付けているボルト（図示せず）を外すこと
によって、組立体６５を容易に、下部胴体６４内より引
出すことができる。組立体６５は、上部鏡板３３、内部
シュラウド３５、上部および下部へッダ３６および３７
、伝熱管３８、給水へッダ３９、蒸気へッダ４０および
上部胴体６３から成る。なお、これらの実施例では伝熱
管３８が上部へッダ３６に集約される構造となっている
が、本構造については従来より用いられて来た管板方式
、リングヘッダ方式等であっても良い。また、本発明は
無液面型蒸気発生器にも適用できる。上部へツダ３６を
下部へツダ３７・のように、胴体３２内に突出させても
よい。

これにより、上部へッダ３６を貴樋するために要する伝
熱３８の曲り部が減少し、伝熱管３８の製作および取付
けが容易となる。本発明によれば、伝熱管がＵターンし
ない、すなわち、上下方向に延びているので、伝熱管内
の流体のドレンが容易である。

下端部の鏡板に設けられた１個の筒状体の下端部および
上端部の鏡板を切断するだけで、胴体内に配置された伝
熱管等の内部構造物を引抜くことができるので、熱交換
器の保守点検も容易に行なえる。また、筒状体を１個だ
け設置すればよく、このため鏡板の直径が小さくてすみ
、熱交換器がコンパクトになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気発生器の縦断面図、第２図は第１図
に示す蒸気発生器の内部構造物を胴体より引出したとこ
ろの縦断面図、第３図は、本発明の好適な−実施例であ
る蒸気発生器の縦断面図、第４図は、第３図におけるフ
リュードヘッド部の詳細断面図、第５図は、第３図に示
す蒸気発生器の内部構造物を胴体より引出したところの
縦断面図、第６図は、本発明の他の実施例である蒸気発
生器の縦断面図である。 符号の説明、３１…・・・蒸気発生器、３２・・・・・
・胴体、３６・・・…上部へッダ、３７・・・・・・下
部へッダ、３８・・・・・・伝熱管、３９・・・・・・
給水へッダ、４６・・・・・・円筒部、４７…・・・鏡
板部。 第１図 第２図 第４図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加熱媒体の入口および出口を有して上端部および下
   端部を鏡板にて密封された胴体と、下端部の前記鏡板を
   貫通して前記胴体内に突出され、上端が密封されて下端
   が前記胴体の外部に開放される一個の筒状体と、前記胴
   体内に配置されて上下方向に延び、その上端が上端部の
   前記鏡板を貫通して前記胴体外に達してその下端が前記
   筒状体の側壁を貫通しさらに前記筒状体内に通ってその
   外部に達する複数の伝熱管と、前記胴体の外部に配置さ
   れて前記伝熱管の上端部が取付けられる上部ヘツダと、
   前記胴体の外部に配置されて前記筒状体内を通過できる
   大きさを有し、しかも前記伝熱管の下端部が取付けられ
   る下部ヘツダとからなる熱交換器。