JPS6219677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱交換器の流路構造に係り、特に、
タンク型原子炉の原子炉容器内に設けられる中間
熱交換器の流路構造に関する。

〔従来の技術〕

タンク型原子炉の炉心に生じた熱は、一次冷却
材に吸収され、原子炉容器内に設けた中間熱交換
器を介して二次冷却材で取り出される。このよう
なタンク型原子炉の構造の一例を第３図に示す。

図において、原子炉容器１０は、仕切構造１１
により、下部中心に炉心１２を収納したホツトプ
レナム１４と、その周囲に形成されたコールドプ
レナム１６とに仕切られている。コールドプレナ
ム１６には、複数の循環ポンプ１８が設置され、
一次系配管２０を介して、コールドプレナム中の
冷却材である液体金属ナトリウム２２（以下ナト
リウムという）をホツトプレナム１４に送つてい
る。また、上部がホツトプレナム１４に開口し下
部がコールドプレナムに開口した流路を有する中
間熱交換器２４（以下熱交換器という）には、二
次系配管２６中を流れる冷却材である二次系ナト
リウムの流路が形成され、炉心１２を冷却し暖め
られた一次系のナトリウム２２と二次系ナトリウ
ムとの間で熱交換がなされる。すなわち、炉心１
２を冷却しつつホツトプレナム１４内を上昇した
一次系ナトリウムは、ホツトプレナム１４の周囲
に複数配設された熱交換器２４の上部から熱交換
器内に入り、二次系ナトリウムを暖めて自らは冷
却され、熱交換器２４内を流下し、コールドプレ
ナム１６内に入る。一方、二次系ナトリウムは、
熱交換器２４内で高温に暖められ、二次系配管２
６から図示しない蒸気発生器に送られる。

なお、符号２８は、ホツトプレナム１４中のナ
トリウム２２の自由液面を示し、符号３０はコー
ルドプレナム１６中のナトリウム２２の自由液面
を示す。

上記タンク型原子炉内に設けられている熱交換
器の従来の流路構造を第４図、第５図に示す。

第４図はゲートバルブ方式の熱交換器である。
熱交換器２４の本体の２５の上部フランジ３２は
原子炉格納器のルーフスラブ３４に取り付けら
れ、中心に二次系ナトリウムを流下させる下降管
３６が二次系配管２６と一体的に形成されてい
る。この下降管３６の周囲には、二次系ナトリウ
ムの上昇管３８があり、上部で二次系配管２６に
接続されている。上昇管３８の大径部４０上端に
は上管板４２が形成され、下端には下管板４４が
形成されている。さらに、上管板４２、大径部４
０、下管板４４を貫通して多数の伝熱管４６が設
けられており、上管板４２の上方の入口部４８及
び開口５０を介して、ホツトプレナム１４とコー
ルドプレナム１６とを連通している。なお、開口
５０の上端は、ホツトプレナム１４のナトリウム
の自由液面２８よりも低い位置にある。

熱交換器２４の本体２５の周囲には、ホツトプ
レナム１４とコールドプレナム１６とを区分する
仕切板５２が設けられている。仕切板５２は、上
端が開口５０の下端とほぼ同じ高さにある。仕切
板５２の中間部には、本体２５と仕切板５２との
間にシール部５４が形成され、ホツトプレナム１
４とコールドプレナム１６との連絡を断つてい
る。また、仕切板上端付近の周側面にはフランジ
５６を設けてあり、上下するゲートバルブ５８の
ゲート下端をフランジ５６の上面に受け、ホツト
プレナム１４とコールドプレナム１６との連通を
遮断できる。

本体２５、仕切板５２、シール部５４、フラン
ジ５６、ゲートバルブ５８により形成されるガス
注入室６０には、ガスノズル６２からガスを注入
して液面の高さを調節可能である。

第５図はガス圧により流路を遮断するガス圧方
式の熱交換器である。図において、下管板４４の
下方には、下降管３６の下端に通じた略半球状の
室６４が形成されている。室６４と上管板４２上
方の合流部６６との間には、多数の伝熱管６８が
設けられ、下降管３６から入つてきた二次系ナト
リウムを上昇管３８に導く。また、上管板４２と
下管板４４との間は、上部開口７０と下部開口７
２とが形成された流路となつており、ホツトプレ
ナム１４中の一次系ナトリウム２２が伝熱管６８
に接しつつコールドプレナム１６に流下する。す
なわち、第４図のゲートバルブ方式の熱交換器と
第５図のガス圧方式の熱交換器では、伝熱管内を
流れるナトリウムが一次系のナトリウムか二次系
のナトリウムかの違いはあるが、熱交換部の機能
には差がない。

仕切板５２には、第４図の型式と異なり、フラ
ンジがなく、本体２５の上部周囲には、ゲートバ
ルブに代えて隔壁７２が設けられている。隔壁７
２の下端はホツトプレナム１４中の一次系ナトリ
ウム２２中まで達し、本体２５と共に下方に開口
したガス注入室７４を形成している。なお、符号
７６は、ガス注入室７４に不活性ガスを圧入した
場合のナトリウム自由液面である。

タンク型原子炉には、上記熱交換器が複数設け
られており、そのうちの１台についてメインテナ
ンスが必要となつた場合、次のようにして熱交換
器の管束引き抜きや隔離がなされる。

第４図のゲートバルブ方式では、ゲートバルブ
５８を降下させ、フランジ５６に当接させてホツ
トプレナム１４とコールドプレナム１６との連通
を遮断し、ガスノズル６２からガス注入室６０に
不活性ガスを注入することにより、伝熱管４６に
一次系ナトリウム２２が流れないようにしてから
必要な作業を行う。

一方、第５図のガス圧方式では、ガスノズル６
２から不活性ガスを圧入し、ガス注入室７４内の
一次系ナトリウム２２の自由液面を上部開口７０
より下方に押し下げ、一次系ナトリウム２２の流
れを遮断して行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ゲートバルブ方式においては、機器
の大型化に伴いゲートバルブ５８とフランジ５６
との間のシール性が悪くなり、信頼性に欠ける。
また、仕切板５２が炉心１２の出力上昇に伴う温
度上昇で半径方向に膨張するのに対し、本体２５
は比較的低温のルーフスラブに取り付けられてい
るため、低温に保持され膨張量が比較的少ない。
従つて、仕切板５２と本体２５との膨張の差のた
め、シール部５４におけるシール性が悪くなり、
一次系ナトリウム２２の流れを十分に遮断できな
いおそれがある。

一方のガス圧方式においては、ガス注入室７４
に不活性ガスを圧入していることから、ガス配管
系のガス漏れにより一次系ナトリウムの自由液面
が回復し、本体２５内を一次系ナトリウム２２が
流れるおそれがある。また、炉心１２の出力が変
わるときに、自由液面２８が変動し、それに伴い
自由液面７６も変動して、注入した不活性ガスが
隔壁７２の下端をこえ、ナトリウム２２中に巻き
込まれるおそれがある。さらに、上管板４２の上
部近傍のナトリウム自由液面に当る部分７５に
は、炉心１２の出力上昇時等の熱過渡時に、一次
系ナトリウムと二次系ナトリウムとの温度差に基
づく熱応力が生じる。

本発明の目的は、熱交換器のメンテナンス等が
必要なときに一次系ナトリウムの流れを完全に遮
断できる熱交換器の流路構造を提供することであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、ホツト
プレナムとその下部に位置するコールドプレナム
とを連通しホツトプレナム内の高温一次冷却材を
コールドプレナムに流す流路を有し、流路と熱的
に接しながら逆方向に流れる二次冷却材に高温一
次冷却材の熱を吸収させ熱交換を行う熱交換器の
基本構造に対し、熱交換器の上端部周囲に気密に
固定され下部がホツトプレナム内の高温一次冷却
材中に開口し減圧室を形成する隔壁を設け、ホツ
トプレナムとコールドプレナムとをシールしつつ
両プレナムの仕切構造から熱交換器周囲に沿つて
減圧室まで立ち上がり上端がホツトプレナム内の
高温一次冷却材の自由液面よりも高く設定された
仕切板を形成し、減圧室内を減圧し高温一次冷却
材に仕切板を乗り越えさせて熱交換器に流入させ
る一方、減圧を解くと高温一次冷却材の液面を仕
切板上端よりも下げ流入を停止させる減圧手段を
備えた熱交換器の流路構造を提案するものであ
る。

〔作用〕

本発明においては、一次冷却材の自由液面より
も下まで差し込んだ隔壁と熱交換器本体の外壁に
より形成される減圧室に、前記自由液面よりも高
い上端を有する仕切板を配置し、一次冷却材を流
入させたいときは減圧室を減圧してサイフオン作
用により前記仕切板を越えさせる一方、一次冷却
材の流入を遮断したいときは、減圧を解除し前記
サイフオン作用を中止するだけでよいので、一次
冷却材の流れを完全に遮断できる熱交換器の流路
構造が得られる。

従つて、一次冷却材流路遮断機構に不具合が生
じたときには、従来例では、一次冷却材が流れて
しまつたが、本発明では、再び減圧しない限り、
一次冷却材が流れてしまう心配がないので、メン
テナンス等のその後に続く作業の安全性が高い。

〔実施例〕

次に、本発明による熱交換器の流路構造の好ま
しい実施例を第１図と第２図により説明する。な
お、従来技術において説明した部分に対応する部
分については、同一の符号を付して、その説明を
省略する。

第１図は、本発明による熱交換器の流路構造の
一実施例を示す図である。図において熱交換器８
０は、伝熱管６８に二次系ナトリウムが流れる構
造の熱交換器であり、従来の第５図例と対応する
型式となつている。この熱交換器８０において、
ホツトプレナム１４とコールドプレナム１６とを
区分している仕切板８２の上端は、ホツトプレナ
ム１４内の一次系ナトリウム２２の自由液面２８
より高くしてある。熱交換器８０の本体８４の上
部周側面には、断面逆Ｌ字形の隔壁８６がその先
端８８を下方に向けて本体８４の円周に沿い形成
されている。隔壁８６は、先端８８が仕切板８２
より外方に位置し、一次系ナトリウム２２内に浸
漬され、本体８４とともに、ナトリウム２２中に
開口した減圧室９０を形成している。減圧室９０
の上端部には、開口９２が設けられ、この開口９
２に図示しない真空ポンプに接続された減圧管９
４が接続されている。

上記構成の本実施例の作用は、次の通りであ
る。一次系ナトリウム２２と伝熱管６８中を流れ
る二次系ナトリウムとの間で熱交換を行うとき
は、まず、図示しない真空ポンプを駆動し減圧室
９０内を負圧にする。そして、ホツトプレナム１
４中の一次系ナトリウム２２を負圧力により減圧
室９０から減圧管９４内に吸い上げ、この吸い上
げたナトリウム２２を図示しない弁を閉じて減圧
管９４内で固化させ、いわゆるナトリウムフリー
ズを行う。従つて、減圧室９０内は、真空ポンプ
の駆動を停止させても負圧状態に保たれ、ホツト
プレナム１４内のナトリウムが減圧室９０に入
り、自由液面２８より高い位置にある仕切板８２
の上端を越え、いわゆるサイフオン作用により上
部開口７０に流れ込む。そして、ナトリウム２２
は伝熱管７０と接触して二次系ナトリウムと熱交
換し、本体８４内の流路を冷却されつつ流下し
て、下部開口７２からコールドプレナム１６内に
入る。一方、下降管３６により本体８４内に導か
れ二次系ナトリウムは、下部の室６４で反転して
伝熱管６８に入り、伝熱管６８内で熱せられつつ
上昇し、合流部６６と上昇管３８とを経て二次系
配管２６に入り、図示しない蒸気発生器に送られ
る。

さて、この熱交換器８０のメンテナンスが必要
となり、一次系ナトリウム２２の流れを遮断した
いときには、減圧管９４内の固化したナトリウム
を適当な方法により融解させる。

減圧室９４内のナトリウムは融解され、図示し
ない弁を開くと減圧室９０内に流下し、減圧室内
がホツトプレナム１４内の圧力に戻る。そのた
め、減圧室９０内の自由液面は、ホツトプレナム
１４内の自由液面２８と同等の位置まで低下し、
仕切板８２により上部開口７０への流入が妨げら
れ、一次系ナトリウム２２の流れが遮断される。

このように、タンク型原子炉内に設けられた複
数の熱交換器のうち１台のメンテナンスを必要と
するときは、その熱交換器の減圧管中のナトリウ
ムを融解して減圧室９０内のサイフオン作用を断
ち、一次系ナトリウム２２の流れを遮断すると、
メンテナンスが容易にできる。

さらに、原子炉の出力上昇時等の熱過渡時に、
従来上管板４２の近傍の部分７３に生じていた熱
応力は、この部分７３を一次系ナトリウム２２が
濡らすため、低減できる。

第２図は、本発明による他の実施例の流路構造
を示す図であり、従来の第４図例に対応する。本
実施例においては、一次系ナトリウム２２が伝熱
管４６内を流れ、二次系ナトリウムが伝熱管４６
の周囲を流れるようになつている。この場合も、
第１図実施例と同様に、減圧室９０内を負圧に保
てば一次系ナトリウムを熱交換器８０に流入させ
ることができ、減圧を中止すると二次系ナトリウ
ムの流れを遮断可能である。

いずれの実施例の場合でも、減圧がなくなると
一次系ナトリウムが流れなくなり、いわゆるフエ
イルセーフ構造となつているので、流路遮断機構
に不具合が生じたときに一次系ナトリウムが流れ
てしまう従来例と比較して、安全性が極めて高
い。なお、前記実施例は、タンク型原子炉に使用
される中間熱交換器について説明したが、本発明
は、補助炉心冷却系中間熱交換器、コールドトラ
ツプ等のホツトプレナムとコールドプレナムとの
間に流路を有する機器についても適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、減圧室を減圧した状態で一次
系ナトリウムを熱交換器に流入させる一方、この
減圧を中止すると一次系ナトリウムの流れを完全
に遮断できる熱交換器の流路構造が得られる。

特に、流路遮断機構に不具合が生じたときに、
一次系ナトリウムが流れてしまう従来例と異な
り、本発明では、一次系ナトリウムを流すための
減圧状態が万一破れたときには、一次系ナトリウ
ムの流れが停止してしまうフエイルセーフ構造と
なつているので、安全性が極めて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換器の流路構造の一
実施例を示す図、第２図は同じく他の実施例を示
す図、第３図はタンク型原子炉の構造の一例を示
す図、第４図は従来のゲートバルブ方式の熱交換
器の流路構造を示す図、第５図は従来のガス圧方
式の熱交換器の流路構造を示す図である。 １４……ホツトプレナム、１６……コールドプ
レナム、２４……熱交換器、２６……二次系配
管、３６……下降管、３８……上昇管、４６……
伝熱管、５２……仕切板、５４……シール部、５
８……ゲートバルブ、６０……ガス注入室、６２
……ガス注入ノズル、６８……伝熱管、７２……
隔壁、７４……ガス注入室、８０……熱交換器、
８２……仕切板、８６……隔壁、９０……減圧
室、９４……減圧管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱源からの熱を吸収し高温となつた一次冷却
   材を収容するホツトプレナムと前記熱源部分に送
   り込む前の比較的低温の一次冷却材を収容するコ
   ールドプレナムとを分ける仕切構造を貫いて配置
   され、前記ホツトプレナムとその下部に位置する
   前記コールドプレナムとを連通しホツトプレナム
   内の高温一次冷却材をコールドプレナムに流す流
   路を有し、前記流路と熱的に接しながら逆方向に
   流れる二次冷却材に前記高温一次冷却材の熱を吸
   収させ熱交換を行う熱交換器の流路構造におい
   て、 前記熱交換器の上端部周囲に気密に固定され下
   部が前記ホツトプレナム内の前記高温一次冷却材
   中に開口し減圧室を形成する隔壁と、 前記ホツトプレナムとコールドプレナムとをシ
   ールしつつ前記仕切構造から前記熱交換器周囲に
   沿つて前記減圧室まで立ち上がり上端が前記ホツ
   トプレナム内の前記高温一次冷却材の自由液面よ
   りも高く設定された仕切板と、 前記減圧室内を減圧し前記高温一次冷却材に前
   記仕切板を乗り越えさせて前記熱交換器に流入さ
   せる一方、減圧を解くと前記高温一次冷却材の液
   面を前記仕切板上端よりも下げ流入を停止させる
   減圧手段と を備えたことを特徴とする熱交換器の流路構造。