JPS61189497A

JPS61189497A - 高速増殖炉の熱交換装置

Info

Publication number: JPS61189497A
Application number: JP60028303A
Authority: JP
Inventors: 勝彦寒河江; 忠後藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1986-08-23
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: JPH0631820B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はナトリウム冷却型高速増殖炉での使用に好適な
、熱交換・蒸気発生システムに関するものである。

〔発明の背景〕

ナトリウム冷却型高速増殖炉の商用化にあたり、軽水炉
のコストの大幅低減が目標とされ、様々な方策が考えら
れている。これらの方策のうち、コスト低減に最も大き
な効果を与えるのは、機器、構造、システム構成のコン
パクト化である。ナトリウム冷却型高速増殖炉には、ル
ープ型とタンク型の２１濃の炉型があり、各々の基本構
成を第５図、ｆ４６図に示す。第５図にループ型の基本
構成例で、第６図はタンク環の基本構成を示しｔもので
ある。まず、ループ型を例にとり説明する。第５図に示
す様に、炉心２で発生する熱は、−次主循環ボンプ３で
駆動される一次主冷却系１１により、中間熱交換器５を
介して２次主冷却系１２に伝えられる。２次主冷却系１
２は２次主循環ポンプ４で駆動され、蒸気発生器６を介
して水系１３に熱を伝える。給水ポンプ１０により蒸気
発生器６に送り込まれ次給水は、蒸気発生器６で蒸気化
され、蒸気タービン７を回して発電する。以上が高速増
殖炉の発電過程であるが、これに＠６図に示したタンク
型の場合も基本的には変わらない。タンク型の場合に、
炉容器１の内部゛に一次主冷却系１１を収納した構造に
なっておシ、−次系機器は炉容器１内に収納される・。

これらの基本構成のうち、２次主冷却系１２に安全上の
観点、すなわち１次系ナトリウムと水系を完全に分離す
る２重バウンダリとして設けられている。

従って、１次主冷却系および水系のバウンダリの安全性
が確立されれば、２次主冷却系に不用となるが、現状の
技術では安全性の確立に難しい。それゆえ、２次主冷却
系を設置する必要があり、原子炉システムのコンパクト
化を妨げ、プラントラ大型化する大きな要因の１つとな
っている。そこで、２次主冷却系を可能な限りコンパク
ト化する九め、中間熱交換器とポンプ、蒸気発生器とポ
ンプ、または中間熱交換器と蒸気発生器を一体化する構
成が、従来より考見られている。

この従来の考え方の一例を第７図に示す。第７図に中間
熱交換器５と蒸気発生器６を縦につないだもので、中間
熱交換器５で一次系ナトリウムから熱を伝えられ九２次
系ナトリウムに、２重配管１５の内筒側を通り、上部の
蒸気発生器６に導かれ、伝熱管１６を介して水系に熱を
供給する。この考え方は、全プラント費の約５％を占め
、全長数百ｍにも達する２次系配管を極力減らす事によ
り、コスト低減、コンパクト化をねらつ几もので、中間
熱交換器５や蒸気発生器６０機器の構造は従′場合、下
の中間熱交換器のメンテナンスが非常に困難となる事や
、中間熱交換器５と蒸気発生器６とをつないでいる２重
配管１５の部分の耐震および熱応力・熱疲労に関して、
信頼性に問題がある事など種々の問題点が派生してくる
。従って、実機に適用するＫｉ、安全上解決すべき課題
が多々あり、現実的ではない。

〔発明の目的〕

本発明の目的に、信頼性も高く、シかもコン７くクトな
熱交換・蒸気発生システムを提供する事にある。

〔発明の概要〕

本発明に、２重管構造の内側に中間熱交換器、２重管構
造の環状部に蒸気発生器、またはその逆に内側に蒸気発
生器、環状部に中間熱交換器を配置して、内側と環状部
をつないで２次ナトリウムを循環させ、２次系配管のな
い熱交換・蒸気発生システムを構成して、上記目的を達
成しようとしたものである。

〔発明の実施例〕゛本発明の一実施例を第１図に示す。本実施例でに、２１
ｉ管構造の内筒２３の内部に中間熱交換器５を設置し、
内筒２３と外筒２４の間に蒸気発生器６０機器１６を設
置しである。炉心で熱を供給された１次系メチトリウム
は、中間熱交換器５の頂部め入口３１より流入し、伝熱
管２２の中を通って、出口３２から抜けていく。その際
、シェル側を一通る２次系ナトリウムと熱交換する。２
次系ナトリウムに、２次系主循環ポンプで循環され、下
部の流入口３０より内筒２３の内側の中間熱交換器５の
シェル側を通過して、１次系ナトリウムより熱を伝えら
れ、内筒２３の上部＠２５より、環状部に流れ込み蒸気
発生器伝熱管１６を介して水系に熱を伝え、蒸気を発生
させる。２次系ナトリウムは環状部の下部のヘッダ２８
を通して、流出口２９より２次系主循環ポンプへ戻って
いく。内筒２３の内側に框、２次系ナトリウムが中間熱
交換器５内に効富良く流入するように、仕切り１７を設
けである。この様に一体化した場合に問題に裡るのは、
従来例で述べた様に、構造が複雑化することによるメン
テナンスの困難さ、および耐震、熱応力・熱疲労、蒸気
発生器伝熱管１６の破損時のナトリウム−水反応による
水素発生等に対する安全性である。以下、これらの点に
ついて考えてみる。まず、本実施例ではメンテナンスを
容易にするため、上部７ランジ２６と下部フランジ２７
の２つを持つ２重フランジ構造としている。上部７ラン
ジ２６は中間熱交換器５に溶接してあり、中間熱交換器
５は上部フランジ２６と共に引き抜くことができる。ま
た、下部７ランジ２７は内筒２３と蒸気発生器伝熱管１
６の両者と一体の構造になっており、中間熱交換器５の
引き抜き後に、内筒２３と一緒に蒸気発生器伝熱管１６
を引き抜くことができる。従って、このような構造にす
ることで、中間熱交換器と蒸気発生器が単独になってい
る場合と比較して、本実施例が同程度のメンテナンス性
を有することが判る。さらに、耐震、熱応力・熱疲労の
面でに、全体を２重管構造にすることにより、第７図で
示した従来例の２重管接続部の様に過度に熱および応力
が集中する部分がなく、信頼性が向上している。また、
内筒２３が中間熱交換部と蒸気発生部の間の隔壁の役割
を果たすため、蒸気発生器伝熱管１６の破損事故時にす
）　ＩＪウムー水反応で発生した水素に、環状部の上方
のガス空間に導かれる。ゆえに、下部７ランジ２７に従
来と全く同様なラブチャディスクを用いた圧力逃がし機
構を設置すれば、水素発生による事故拡大を防止するこ
とができる。事故の際、発生し次水素の一部が内筒２３
の上部窓２５を通って、内筒２３の内側に入り込む心配
があるが、２次ナトリウムのフローパターンを見れば判
る様に、環状部に比べ内側の方が常に圧力は高い九め水
素は流入しに＜＜、はとんど環状部の上方へ抜けていく
。

従って、本実施例にメンテナンス性、信頼性、安全性の
面で、従来の縦置一体屋に比べて格段にすぐれていて、
中間熱交換器、蒸気発生器の単独をと比べても全く遜色
ない。本実施例に、２次系主循環ポンプを除いて２次系
ループを削除した構成で、いわば２次系ループをタンク
にし比熱交換ｌ蒸気発生システムと言うことができる。

この構成により、原子炉建屋の敷地面積が約１／２に減
少でき、２次系配管の大幅削減と合わせて、全プラント
費用の１０〜１５％が削減できる見通しである。

第２図は他の実施例を示したものである。本実施例では
、内筒２３の内側に蒸気発生器６を、内筒２３と外筒２
４の環状部に中間熱交換器を設置し、さらに中間熱交換
器に電磁フローカプラーを適用して、２次系主循環ポン
プも不用にした。この中間熱交換器部の構造を説明する
。まず、内筒２３および外筒２４は、第３図で示す様に
磁石３８または磁性体３７の表面をナトリウムに対して
耐久性のめるステンレス板３９で被覆した構造となって
いる。磁石３８ば、内筒２３と外筒２４の少なくともど
ちらか一方に設置されておれば良く、例えば本実施例の
様に３分割する場合に磁束３５の向きが環状部を横切る
方向となるように、第２図のごとく極性を合せて配置す
る。磁石３８゜！柱体３７共に高温下で使用されるから
、キュリ一点の高い材料を選択する必要がある。この様
な構造としたことで、内筒２３と外筒２４の間に磁界を
発生する。環状部には導電性で、ナトリウムに耐久性の
めるステンレス板を用い九波形伝熱板３６が設電される
。波形伝熱板３６に両端が溶接され、さらに上端に下部
フランジ２７に、下端に仕切り板４３に溶接され、１次
系ナトリウムと２次系ナトリウムを完全に分離する構造
となっている。−次系主循環ポンプで駆動される１次系
ナトリウムに環状部入口３１より流入して、上方から下
方へと流れ、出口３２より再び炉心へ戻っていく。どの
際、ナトリウムが導電体であり、しかも磁束３５に直交
して流れるから、フレミングの右手の法則により、それ
ぞれに直交する。円周方向にリング電流が発生する。そ
の結果、磁束３５および円周方向に発生し７’ｊ　ＩＪ
ソング流により、今度はフレミングの左手の法則から、
２次系ナトリウムに１次系ナトリウムの流れ方向と逆向
きの力が誘起され、２次系ナトリウムが下方から上方へ
と駆動される。これが電磁フローカプラーの動作原理で
ある。２次系ナトリウムは、１次系ナトリウムにより駆
動されるばかりではなく、波形伝熱板　３６を介して熱
を伝えられ、内筒２３の内側の蒸気発生器６を通じて、
水系に熱を供給する。本実施例でも、メンテナンス性を
考慮して、２重フランジ構造としている。上部７ランジ
２６には蒸気発生器６を、下部フランジ・２７には内筒
２３と波形伝熱板３６が溶接されており、それぞれ独立
に引き抜くことが可能な構造になっている。　　。

本実施例によれば、１次系ナトリウムの駆動力により、
２次系ナトリウムを駆動するから、２次系主循環ポンプ
が不用になり、さらにコンパクト化され、コスト低減が
可能となる。ま九２次系ナトリウムを駆動流体として、
１次系主循環ポンプをなくした構成も可能である。

以上で説明し九本発明は、基本的にはループ型、タンク
型を問わすに適用できる。ただし、第１図で説明し友実
施例をタンク型に適用する場合、構造上、炉容器が大き
くなると予想され、第２図で望ましい。この様な観点か
ら、タンク型に適し友構造を持つ本発明の一実施例を第
４図に示す。本実施例では、内筒２３の内側に蒸気発生
器６を、環状部に中間熱交換器伝熱管２２を配しである
。

ホットプレナム４５０１次系ナトリウムに外筒上部の窓
４７より流入し、隔壁４４でホットプレナム４５と隔離
されているコールドプレナム４６へ流出する。２次系ナ
トリウムは、２次系主循環ポンプ４により駆動され、流
入ヘッダ４１より伝熱管２２内を通って１次系ナトリウ
ムと熱交換し、下部のバッフル板４２を通って蒸気発生
器に熱を供給する。その後、流出ヘッダ４０を通って２
次系主循環ポンプ４に戻っていく。この実施例でも上部
に２重フランジ構造として、メンテナンス性を良くして
いる。

本実施例は、タンク型高速増殖炉く適する構造を持ち、
タンク型高速増殖炉に設置したままでもメンテナンスが
容易であるという効果がある。

←発明の効果〕以上で説明し念ように、本発明によれば、ループ型、タ
ンク凰を問わずに適用可能で、２次系ループの大幅削減
により、コンパクトでコスト低減効果が大きく、シかも
従来の一体型に比べて、信頼性、安全性にすぐれた高速
増殖炉の熱交換器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による熱交換装置の縦断面図、
第２図は同じく他の実施例による熱交換装置の縦断面図
、第３図は第２図で示し九壁の構造断面図、第４図は本
発明のさらに他の実施例による熱交換装置の縦断面図、
第５図は従来のループ型高速増殖炉の冷却系統図、第６
図は同じくタンク型高速増殖炉の冷却系統図、等７図は
従来の熱交換装置の断面スケルトン図である。１・・・原子炉容器、２・・・炉心、３・・・１次系主
循環ポンプ、４・・・２次系主循環ポンプ、５・・・中
間熱交換器、６・・・蒸気発生器、１１・・・１次主冷
却系、１２・・・２次主冷却系、１３・・・水系、１５
・・・２重管部、１６・・・蒸気発生器伝熱管、２０・
・・蒸気出口、２１・・・給水入口、２２・・・中間熱
交換器伝熱管、２３・・・内筒、２４・・・外筒、２６
・・・上部７ランジ、２７・・・下部７ランジ、２９・
・・２次系ナトリウム出口、３０・・・２次系ナトリウ
ム入口、３１・・・１次系ナトリウム入口、３２・・・
１次系ナトリウム出口、３４・・・仕切り、３５・・・
磁束の方向、３６・・・波形伝熱板、３７・・・磁性体
、３Ｂ・・・磁石、３９・・・ステンレス被覆板、４２
・・・バッフル板、４３・・・仕切夛板、４４・・・隔
壁、４５・・・ホットプレナム、４６・・・コールド易
　１ＥＪ３θ 輩　２　」ｚ易、４／１某　７　図

Claims

【特許請求の範囲】１、炉心を冷却する１次冷却系と、前記１次冷却系から
蒸気発生系へ熱を伝える２次冷却系とを備えた高速増殖
炉において、前記１次冷却系から前記２次冷却系への伝
熱手段と、前記２次冷却系から前記蒸気発生系への伝熱
手段との内の一方を内管に開口部を備えた内外２重管構
造のタンクの前記内管内に設け、他方を前記２重管構造
の内外管間の間に設けたことを特徴とした高速増殖炉の
熱交換装置。２、前記１次冷却系から２次冷却系への伝熱手段は電磁
フローカプラーであることを特徴とした特許請求の範囲
の第１項に記載の高速増殖炉の熱交換装置。