JPS61237992A - 中間熱交換器 - Google Patents

中間熱交換器

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Publication number
JPS61237992A
JPS61237992A JP60078436A JP7843685A JPS61237992A JP S61237992 A JPS61237992 A JP S61237992A JP 60078436 A JP60078436 A JP 60078436A JP 7843685 A JP7843685 A JP 7843685A JP S61237992 A JPS61237992 A JP S61237992A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
tube
heat transfer
intermediate heat
thermal expansion
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Pending
Application number
JP60078436A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Mori
建二 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP60078436A priority Critical patent/JPS61237992A/ja
Publication of JPS61237992A publication Critical patent/JPS61237992A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin

Landscapes

  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は例えば液体金属冷却タンク屋高速増殖炉の1次
冷却系と2次冷却系との熱交換用として用いられる炉容
器内設置型の中間熱交換器に係り、特に伝熱管束と胴の
熱膨張差の吸収方法を改良した中間熱交換器に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
液体金属冷却タンク現高速増殖炉では、炉容器としての
タンク主容器内の1次冷却材と、蒸気発生器を含む2次
冷却系を循環する2次冷却材とに液体金属、例えば液体
ナトリウムを使用し、この1次冷却材と2次冷却材との
熱交換を行なう中間熱交換器をタンク主容器内に設置し
ている。即ち、第3図に示すように、タンク主容器1は
上方をルーフスラブ2で覆われ、このルーフスラブ2に
中間熱交換器3が炉心4の周囲に1次循環ポンプ5とと
もに複数、間隔的に吊下されている。なお、タンク主客
器1の外側には万一の1次冷却材6のリークに備えて安
全容器7が設置されている。なお、図中、30は冷却材
6の液面である。
中間熱交換器3は例えば第4図に示すように、ルーフス
ラブ2に竪形に吊下した中空筒状の上部この上部胴Vに
は、周壁上部に複数の1次冷却材入口窓20を周方向に
間隔をおいて穿設するととも冷却材入口窓20と下部胴
Vの1次冷却材出ロノズル10との間に、上部管板11
および下部管板12で上下端部を支持された多数の伝熱
管13が垂直に配設され、1次冷却材6がこの伝熱管1
3内を流下するようになっている。また、上部胴8の上
端部に2次冷却材入ロノズル14および2次冷却材出ロ
ノズル15が設けられ、2次冷却材入ロノズル14と連
通した下降管16が下部胴9の軸心部に下部管板12ま
で垂下し、2次冷却材出ロノズル15と連通した上昇管
17が下降管16を囲んで上部管板11まで垂下してい
る。この下降管16および上昇管17がそれぞれ連通口
16a、17Bを介して上部管板11と下部管板12と
の間に形成された室、即ち熱交換室18で連通し、これ
により2次冷却材は下降管16から上昇管【7に流通す
る際に熱交換室18で伝熱管13の外周面に接して1次
冷却材6と熱交換される。
タンク主容器1内では、炉心4上方の高温となった1次
冷却材6が中間熱交換器3に上部胴8の1次冷却材入口
窓20から流入し、伝熱管13内を流下する際に2次冷
却材と熱交換した後、1次冷却材出ロノズル10から流
出し、1次循環ポンプ5を経て再び炉心4を冷却する。
また、2次冷却材は中間熱交換器3に上部の2次冷却材
入ロノズル14から流入し、熱交換室18で伝熱管13
の外周面に接触して1次冷却材と熱交換した後、2次冷
却材出ロノズル15ヲ経て2次冷却系に循環する。
一方、中間熱交換器3では、下部胴9と伝熱管13の熱
膨張差を吸収するために、1次冷却材出ロノズル10を
囲う形でベローズ22を設けている。伝熱管13の熱膨
張は下部管板12及び下部ヘッド21を介して1次冷却
材出ロノズル10に伝わり1.1次冷却材出ロノズル1
0と下部胴9の下端での相対的な熱変位はベローズ22
により吸収されている。また、ベローズ22は1次冷却
材と2次冷却材のバウンダリーを形成しており、1次冷
却材バウンダリーとしての設計要求を満足させる必要が
ある。
このような形式の中間熱交換器では、下部管板12の下
方に下部ヘッド21と1次冷却材出ロノズル10のスペ
ース(11)が必要となる。1次冷却材出ロノズル10
の長さは周囲に設けられたベローズ22の必要長以上の
長さが必要であり、また、下部ヘッド21の長さは下部
管板12から流出する1次冷却材をスムーズに1次冷却
材出ロノズル10に導くに十分な長さが必要である。1
00100Oクラスのタンク型高速増殖炉に使用される
650MWt程度の交換熱量を有する中間熱交換器では
、前記のスペース(りは約2.5m程度となり、伝熱管
の長さに制約を与える。また、1次冷却材出ロノズル1
0で、1次冷却材の流れが絞られるため、中間熱交換器
の1次側圧力損失として約o、o s Ky/d程度を
与える。これは、中間熱交換器の1次側の全体の圧力損
失の約1/3の値となる。更に、ベローズ22は1次冷
却材バウンダリーとなるが、その構造信頼性の確証には
開発的要素も未だ残されている。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、中間
熱交換器のコンパクト化を計ると共に、構造信頼性の優
れた中間熱交換器を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明では、原子炉の炉容器内に竪形に設置され、1次
冷却材入口窓を穿設した上部胴と、この上部胴に連接し
た下部胴と、下部胴の上端に設けられた上部管板と、下
部胴の下端に設けられた下部管板と、上部管板と下部管
板をつなぐ多数の伝熱管と、前記下部胴内に設けられた
2次冷却材の下降管および2次冷却材上昇管とを具備す
る中間熱交換器において、前記下部胴ν、前記伝熱管に
使用される材料よりも熱膨張率の大きい材料を使用する
ことを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図および第2図を参照して
説明する。本実施例の中間熱交換器33は、ルーフスラ
ブ2に竪形に吊下した中空筒状の上部胴あおよび下部胴
39を主体として構成されている。
上部通は、周壁上部に複数の1次冷部材入口窓50が間
隔をおいて穿設されている。上部胴38と下部胴39の
接続部には上部管板41が、また下部胴39の下端部に
は下部管板42が水平に設けられている。
上部管板41および下部管板42にはこれらを貫通する
多数の伝熱管43の上・下端が支持されている。
よ、力量。よゆお、ゆ。ヶ、部材い。78ヤ、および2
次冷部材出ロノズル45が設けられている。
2次冷部材入ロノズル材と連通した下降管46は下部胴
39の細心部を下部管板42まで下降し、下部管板42
付近の下部開口46aで開口している。2次冷部材出ロ
ノズル45と連通した上昇管47は下降管46を囲んで
上部管板41まで垂下し、上部管板41下方の上部開口
47aで開口している。
この実施例に係る中間熱交換器おでは、上部管板41、
下部管板42、並びに伝熱管43には、高温強度に優れ
ると共に熱膨張率の比較的小さい材料、例えば39Cr
系フエライト鋼(Mod、 9Cr−IMo鋼等)を使
用し、下部胴39の一部には、高温強度に優れると共に
熱膨張率の比較的大きい材料、例えばステンレス鋼(S
O2,304等)を使用し、異材継手23により接合す
る。下部胴39のうち、ステンレス鋼を使用する部分3
9bの長さは、運転時の下部胴39と伝熱管43の温度
分布から計算し、下部胴39と伝熱管43の間の熱膨張
差がほぼ等しく、伝熱管43には引張荷重が、また下部
胴39には圧縮荷重がわずかに作用するように設定する
上記構成の中間熱交換器部において、1次冷却材6は、
1次冷部材入口窓50から上部胴38内に流入し、上部
管板41を通って伝熱管43内に流入し、ここを下降し
ながら2次冷却材に熱を伝え、下部管板42から下方へ
流出する。また、2次冷却材は、2次冷部材入ロノズル
必から、下降管46、下部開口46aを通って下部胴3
9内の伝熱管43外側の空間48へ送られる。次に、こ
の2次冷却材は、空間48を上昇しながら伝熱管43か
ら熱を受けて温度上昇し、上部開口位から、上昇管47
.2次冷部材出ロノズル45を経て炉外の蒸気発生器(
図示せず)へ送られる。
通常運転時には、伝熱管招と下部胴39の温度はそれぞ
れの上下方向の平均で考えると、はぼ等しい。この場合
、製作時(常温)よりも高温状態にあり、伝熱管43の
方が下部胴39よりも熱膨張が小さいため、伝熱管43
には引張荷重が、下部胴39には圧縮荷重が作用する。
次に、ホットショック事故で、伝熱管43温度が急上昇
した場合、伝熱管43がさらに熱膨張するが、この場合
は、伝熱管43にかかつていた引張荷重が緩和する方向
に作用する。
したがって伝熱管43には大きな圧縮荷重がかからず、
伝熱管43と下部胴39とが同一材で製作された場合に
生じる伝熱管43のオイラー座屈を避けることができる
。下部胴39には圧縮荷重がかかるが、下部胴39は伝
熱管43に比べて大径であり、座屈に対して余裕がある
例えば、伝熱管43の長さを8mとし、通常運転時に伝
熱管梠の引張応力および下部胴39の圧縮応力が、50
0°Cの温度で設計寿命中のクリープが無視できる6K
p/ad以下であるようにすると、下部胴39のうちの
ステンレス鋼部分39bの長さは約20係となる。この
設計に対し、上記のホットショック事故を想定し、ホッ
トショック事故時の伝熱管43金属平均温度を450°
C1下部胴39の金属平均温度を400°Cとすると、
伝熱管43には約2 K9Adの圧縮応力がかかること
になるが、オイラー座屈の限界に対しては十分余裕があ
る。
〔発明の効果〕
以上の実施例で詳述したように、本発明に係る中間熱交
換器によれば、中間熱交換器の下部に従来設置されてい
た下部ヘッド、1次冷部材出ロノズル、並びにベローズ
を削除することが可能となり、中間熱変換器の炉容器内
の全長りを同一とすれば、有効伝熱部を長くとることが
可能となる。
従って、必要な伝熱面積を同一とした場合には伝熱管本
数を大幅【削減することが可能となり、中間熱交換器の
胴径を小さくすることができる。
伝熱管本数を削減すると、1次側の圧力損失が増加する
ことが考えられるが、本発明では1次冷部材出ロノズル
を削除したことによる圧力損失の減少と相殺され、1次
側の圧力損失も許容値に抑えることが可能となる。
一方、構造信頼性の観点から開発要素の残されているベ
ローズが不要になること、また、流動の不均一性等で一
部の伝熱管が高温になり相対的に圧縮荷重が加わっても
、通常の荷重が引張荷重なので相殺され座屈に散るよう
な圧縮荷重にはなり得ない等の構造信頼性の向上に寄与
することが出来る。
更に、中間熱交換器の胴径の減小は、ひいては炉容器の
縮小等にもつながり、原子カプラント全体のコンパクト
化に寄与できる等の著しい効果を生ずる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図は中間熱交換器の縦断面図、第2図は下部胴を拡
大して示す部分縦断面図、第3図は従来の高速増殖炉の
縦断面図、第4図は従来の中間熱交換器の縦断面図であ
る。 1・・・炉容器      お・・・中間熱交換器38
・・・上部胴      39・・・下部胴41・・・
上部管板     42・・・下部管板43・・・伝熱
管      46・・・下降管47・・・上昇管  
    50・・・1次冷却材入口窓代理人 弁理士 
則 近 憲 佑 (ほか1名)償   I  M 第  2 図 第3図 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)原子炉の炉容器内に竪形に配設され、1次冷却材
    入口窓を穿設した上部胴と、この上部胴の下方に連接し
    た下部胴と、この下部胴の上端および下端にそれぞれ水
    平に設置された上部管板および下部管板と、これら上部
    管板と下部管板をつなぐ多数の伝熱管と、上記下部胴内
    に設けられた2次冷却材の下降管および上昇管とから成
    る中間熱交換器において、上記下部胴の材料として、上
    記伝熱管の材料よりも熱膨張率の大きいものが使用され
    ていること特徴とする中間熱交換器。
  2. (2)上記下部胴の一部分に、上記伝熱管の材料よりも
    熱膨張率の大きい材料が使用されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の中間熱交換器。
JP60078436A 1985-04-15 1985-04-15 中間熱交換器 Pending JPS61237992A (ja)

Priority Applications (1)

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JP60078436A JPS61237992A (ja) 1985-04-15 1985-04-15 中間熱交換器

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JP60078436A JPS61237992A (ja) 1985-04-15 1985-04-15 中間熱交換器

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JPS61237992A true JPS61237992A (ja) 1986-10-23

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ID=13661987

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JP60078436A Pending JPS61237992A (ja) 1985-04-15 1985-04-15 中間熱交換器

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JP (1) JPS61237992A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005180268A (ja) * 2003-12-18 2005-07-07 Isuzu Motors Ltd エンジンのegrクーラー
CN105143807A (zh) * 2013-04-23 2015-12-09 马勒国际公司 换热器

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JP2005180268A (ja) * 2003-12-18 2005-07-07 Isuzu Motors Ltd エンジンのegrクーラー
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