JPS6237695A - フランジ接続部を有する熱交換器 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は熱交換器に係り、特に容器内部流体の蒸気、
ガス等を密閉するに好適なフランジ部のシール構造に関
するものである。

〈従来の技術及びその問題点〉 従来高速増殖炉（以下ＦＢ几と略記）等の原子力発電プ
ラントにおいては、原子炉で発生した熱の移送媒体とし
て、熱容量が小さく、熱伝達性の良いナトリウム（以下
Ｎαと略記）が用いられる。このＮａは、実際のプラン
トにおいては原子炉炉心から直接熱を取出す１次系と、
タービンを回転させ発電を行う水・蒸気系へ１次Ｎαの
保有熱を伝達する２次系に分離され、それぞれの系間に
おける熱の伝達は、１次系と２次系間では中間熱交換器
、２次系と水・蒸気系間では蒸気発生器（過熱器と蒸発
器を含む）で熱の交換がなされる。

一方、このような熱交換器の構造は概して円筒状の容器
で、しかもこれらは内部構造物の保守点検が容易なよう
に、胴体が上下に２分割可能な構造となっておυ、これ
ら分割部分は第５図に示すフランジ構造が多く採用され
ている。

すなわち、７ランジ部分の構成は上部胴体の下端に位置
する上部フランジ１、下部胴体の上端に位置する下部フ
ランジ２及びこれら相対したフランジ同志の接触面１７
の間には、容器内外を密閉するためのシール材２４が該
シール材を固定する固定溝２５内に配置される。また、
これら上部７ランジ１及び下部フランジ２の鍔の部分に
はボルト穴１３が設けられ、ボルト１４を両端よりそれ
ぞれ座金１６．ナツト１５によって上部フランジ１と下
部７ランジ２を固定する。

さらにこの上部下部の７ランジ１，２の外周には、伸縮
可能な金属製ベローズシール材２６が配置され、この上
下両端部と上部フランジ１及び下部フランジ２とが接溶
で結合されている。

通常これらの熱交換器の場合、内部流体のＮａの液面位
置は、上部７ランジ１と下部フランジ２が重なり合う接
触面１７より下方にあるが、この熱移送媒体である液体
金属Ｎαは、非常に流動性に富むと同時に、その特性が
非常に活性な点から、空気と接触するといわゆるＮａ・
水反応を起し、発熱と同時に水素を発生し、爆発的に燃
焼する。

従って、このような事故を防止する目的でＮα液面より
上部の空間にはアルゴン等の不活性ガスでカバーする。

しかしこれらカバーガス中には３００℃〜６００℃の液
体Ｎαであることから、ＮａミストあるいはＮａの蒸気
が含まれ、前記した流動性の良さとあいまって、接触面
１７のわずかな隙間であってもプラント稼動中にはここ
から容器外部へ漏洩することになるため、７ランジ部を
シールする必要がある。

このため、接触面１７ノ途中にはステンレス鋼等からな
るＯリングあるいはガスケットを用いたシール材２４を
配置して第１の障壁とし、さらにフランジの最外周部に
は前記と同様の材質からなるベローズシール材２６を配
置して第２の障壁とし、加えて、これら両シール材料で
囲まれた空間には不活性ガスを充満させて安全性を高め
る方法で、第１障壁であるシール材２４のシール力はボ
ルト１４とナツト１５の締付力で調整するものである。

ところが、この方法では長時間使用によるシール材２４
の塑性変形あるいは熱交換器の温度変動による胴体さら
には上部フランジ１と下部７ランジ２の熱膨張、収縮に
よる接触面１７とシール材２４の外表面への傷の発生、
さらには上部フランジ１、下部７ランジ２を固定するボ
ルト１４の片線めによる接触力の低下等によるＮα漏洩
の可能性がある。

こうした場合、たとえフランジ最外周部に第２の障壁が
存在しても数十個所存在するボルト穴１３．特に下部７
ランジ２側のボルト穴１３．座金１６．ナツト１５の各
隙間から外部へＮａが漏洩する可能性は非常に高く、安
全とは言えない。

−万能のシール方法としては、第６図及び第６図中のＡ
部を拡大した第７図に示すものもある。

第６図に示すように、上部胴体と一体構造の上部７ラン
ジ１、下部胴体と一体となっている下部フランジ２及び
これら上部フランジ１と下部フランジ２が接触、重なり
合った面１７の外周部には舌状の突起いわゆるリップ部
２８、その外周側にボルト穴１６及びボルト１４．ナツ
ト１５が設けられる。

第７図に示した拡大図のようにリップ部２８の外周先端
は、リップ溶接部２９により胴体は密閉される。

本方法は、上部フランジ１と下部７ランジ２を固定する
ボルト１４．ナツト１５によって結合され、さらに前記
７う／ジ１及び２の横方向へのずれ防止のため、上部フ
ランジ１、下部フランジ２の接触面１７には段差が設け
られ、この接触面１７の外周方向にリップ部２８を設け
、この先端部のみを全周にわたってリップ溶接部２９に
より密閉するものである。ところが、この溶接手順は先
ず、下部７ランジ２上に上部７ランジ１を乗せ、フラン
ジ全周をボルト１４で連結固定し、その後所定部分のボ
ルト１４を外してこの領域内のリップ部２８のみを溶接
し、その径外したボルト１４を再び増付ける。順次この
方法でリップ部２８の先端全周をリップ溶接部２９でシ
ールする。

一方、熱交換器の保守点検等の場合には、前記した逆の
順序で解体し、リップ部２８の先端のリップ溶接部２９
のみを切削し解体する。しかしこのシール方法は解体時
は簡単であるが、組立時には溶接姿勢が立向であり、場
所も狭い空間で実施せざるを得す、溶接不良も発生しや
すいうえにリップ部２８のリップ溶接部２９の部分のＸ
線検査ができない欠点があり、仮に溶着金属の溶込み不
良、ブローホール等の溶接欠陥が発生した場合でも、前
もってその不良部分を検知することが不可能であるとと
もに、本構造の場合には、ボルト１４により上部フラン
ジ１、下部フランジ２を固定するため締めつけるが、こ
の時リップ部２８はこの部分の肉厚が薄いため他の接触
面１７の場所とは逆に、上下に開く力が働くことになる
。

さらに、プラント運転中の温度変化による熱膨張、収縮
により、リップ溶接部２９の部分への割れ発生の可能性
が非常に高い。特に１次系と２次系の境界である中間熱
交換器でこのようなトラブルが発生した場合には１次系
を循環するＮａは高レベルの放射能で汚染されておυ、
修理には多大の時間と人体への危険を伴なうこととなり
、いずれにしても本方法は不十分と言える。

〈発明の目的〉 この発明の目的は上記した従来技術の欠点をなくし、実
機ＦＢ几用熱交換器のフランジ部においてＮａの漏洩を
長時間確実にシールし、かつ分解９組立が容易な熱交換
器のフランジシール構造を提供するにある。

く手段の概要〉 要するに本発明は熱交換器の上下２つの７リング間の隙
間の外周部に、金属製薄板等の弾性を有するリングを配
置し下端のみを溶接にて下部フランジにつけ、上端は上
部７ランジの弧状溝との接触によってシールするように
したものである。

〈実施例１〉 熱交換器の全体構成は第１図に示すように、上部胴５と
一体の上部フランジ１及び下部胴６と一体の下部フラン
ジ２の部分で２分割が可能となっておシ、上部胴５には
伝熱管４．給水管７、管板８．蒸気出口室９さらにはＮ
ａ入口管１０等の内部構造物が結合され、下部胴６には
Ｎａ出口ノズル１１、下部胴６内には液体Ｎαが存在し
、該Ｎα液面３は上部及び下部７ランジ１，２の結合部
より下方に位置する。また、Ｎα液面３より上部の空間
にはアルゴンガス等の不活性ガスが満たされている。さ
らに第１図中丸印部分の７リング部を拡大した第２図及
び第２図中を部分拡大した第６図によって本発明の一実
施例の構成を説明する。

上部胴５と一体の上部７ランジ１及び下部胴６と一体の
下部フランジ２が上下に相対して重なる接触面１７と、
この接触面１７の外周面に配置される金属製薄板からな
るシール用リング１２（以下単にリングと称す）、該リ
ング１２を接続固定する。下部７ランジ２と一体となっ
ている突起部２０、該突起部２０とリング１２を接続す
る溶接１８、下部フランジ２と一体の突起部２０を貫通
して配置される漏洩センサー１９からなる。

以上の構成において本発明によるフランジシール構造の
作用を説明する。

まず下部胴６と一体となっている下部フランジ２に上部
胴５と一体の上部７ランジ１を重ねる。この時相対する
上下部フランジ１．２の接触面１７の所定の位置には、
上部胴５及び下部胴６の中心がずれるのを防止するため
と、さらにはこの接触面１７の隙間に浸入する可能性の
あるＮａミストあるいはＮα蒸気がフランジ外周側−・
容易に移動しないように、途中より下部フランジ２の接
触面１７の方が高くなるように段差がつけである。この
することによりＮａの移動防止に止まらず、実機運転中
の温度変化による熱膨張、収縮による上部胴５と下部胴
６の横方向のずれも防止できる。

一方上部胴５．上部フランジ１を下部フランジ２上に重
ねる前にあらかじめ下部フランジ２０ヶオケ、□７，７
つ、−７，オアあ６１，７ケ）１２を固定するための突
起部２０を、また上部７ランジ１側には、前記下部フラ
ンジ２に設けた突起部２０と対応する位置へ円弧状のフ
ランジ溝２１を加工配置する。さらに下部７ランジ２の
突起部２０には任意の位置へ任意の個数の貫通孔を開け
、ここへ万一接触面１７より漏洩してきだＮａを検知す
るための漏洩センサー１９を配置しておく。なお当然の
ことながら該漏洩センサー１９を配置後は突起部２０の
内外面で溶接等によりシールする。また、これら漏洩セ
ンサー１９用の貫通孔の１つは、突起部２０の外周側へ
配管を繋ぎ、不活性ガスを送給できるようにし、リング
１２と上下７ランジ１，２との間にできた空間へ前記ガ
スを充満させておくことにより万−Ｎαが同空間内へ漏
洩してもＮａ・水反応を発生することはなく、よｐ安全
である。この漏洩センサー１９は従来より温度測定に用
いられているステンレス製被覆管タイプの熱電対線いわ
ゆるシースタイプの熱電対線の先端を除去し、２本の熱
電対線を接触しない状態にするのみで良い。

その後下部７ランジ２の突起部２０の上に金属製の薄板
からなるリング１２を乗せ内外両面よシ全周に渡って溶
接１８で固定する。このリング１２の上端はあらかじめ
内外両面を互いにテーパ面にし、先端は鋭利にした端部
１２αを有するものとする。なお該リング１２の材質は
耐熱性。

変形能等を考慮しフランジと同様のステンレス鋼でも良
いが、好ましくは熱膨張係数の大きい銅あるいは真鍮が
良い。こうした金属は、本来原子カプラントにおける１
次、２次系機器の熱媒体と接触する部分には、材料中の
成分が溶けだす点から使用することはできないが、本方
法の場合には機器外のため問題はない。こうした部分の
溶接１８は上部７ランジ１を乗せる前の段階であるため
当然溶接作業も容易でありかつ溶接１８後にはこの部分
に対するＸ線検査も簡単に出来、実機使用前に溶接１８
の健全性も確認が出来る。

以上の作業の後に下部７ランジ２に上部胴５、上部７ラ
ンジ１を重ねる。この時リング１２の先端は上部フラン
ジ１にあらかじめ設けられた円弧状のフランジ溝２１内
面に接触する。配置されるリング１２の全長は７ランジ
溝２１の深さ、突起部２０の高さにより決定されるが、
本方法の特徴である上部側の溶接を省略するためにはリ
ング１２の長さは突起部２０の上面からの垂直距離で上
部７ランジ１の７ランジ溝２１の面までより少し長くし
、両７ランジ１，２を重ねた時にリング１２自体が少し
曲がることとなるが、こうした場合でもフランジ溝２１
面が円弧状をなしているため、リング１２の上端部との
接触は良好となる。こうした後に上部フランジ１及び下
部フランジ２を固定するためポルト１４．ナツト１５を
締めるが、本方法ではリング１２の上側は溶接する必要
がないため、ボルト１４の締め作業は一度で済み、実機
での一本２４０〜２５［］ｋｐの重量でかつその本数が
６０本以上設置されることを考慮すると、工程短縮は著
しいものがある。

壕だ、リング１２の材質が熱膨張係数の大きい例えば銅
、真鍮等を用いれば、実機運転時の昇温により上下７ラ
ンジ１，２の間隔すなわち突起部２０の上面からフラン
ジ溝２１までの距離が変化してもリング１２の膨張が大
きいため、該リング１２と上部フランジ１とのシールは
十分保持できる。

さらに、上記したように実機運転中の温度変化による上
下フランジ部１，２間での距離が変化しても、リング１
２は上部胴５をはじめとする上部構造物の自重を受ける
とともにリング１２自体の熱膨張、収縮の大きさから、
上下方向の力に対して十分追従することを考えると、従
来機器のように数多くのボルト１４によって固定する必
要もなくなり、該ボルト１４等の減少にも役立つことに
なる。なお、下部フランジ２へ突起部２０を設は該突起
部２０上にリング１２を溶接１８で固定するようにした
理由は、万一リング１２に欠陥等が存在した場合にリン
グ１２を交換しても、下部フランジ２を機械加工しなく
ても突起部２０の部分を加工するだけで良く、実機停止
等の時間短縮にも効果がある。

〈実施例２〉 第４図は、本発明による他の実施例を示す断面図である
。第４図における構成は、上部胴５と一体の上部フラン
ジ１及び下部胴６と一体の下部フランジ２が上下（／（
相対して重なる接触面１７と、この接触面１７の外周面
に配置される金属製薄板からなるリング１２、該リング
１２を接続固定する下部フランジ２と一体の突起部２０
、該突起部２０と基部リング１２ｂを固定接続する溶接
１８．リング１２の上端に配置される横断面「し」の字
状のシールリング２２及び下部７ランジ２と一体の突起
部２０を貫通して配置される漏洩センサー１９からなる
。

以上の構成において、各部の作用を説明する。

まず下部胴と一体となっている下部フランジ２に上部胴
と一体となっている上部フランジ１を重ねる。この時相
対する上部、下部フランジ１．２の接触面１７の所定の
位置には図中では省略したが、」二部用及び下部胴の中
心がずれるのを防止するためと、さらにはこの接触面１
７の隙間に浸入する可能性のあるＮ（Ｚ　ミストあるい
はＮａ蒸気がフランジ外周側へ容易に移動しないように
、途中より下部７ランジ２の接触面１７の方が高くなる
よう段差がつけである。こうすることによりＮａの移動
防止ができる。

一方、上部フランジ１を下部フランジ２上に重ねる前に
、下部７ランジ２の所定の位置にはリング１２を固定す
るための突起部２０を、また上部フランジ１側には前記
下部フランジ２に設けた突起部２０と相対する位置へ円
弧状のフランジ溝２１を加工配置する。さらに下部フラ
ンジ２の突起部２０には、任意の位置へ任意の個数の貫
通孔を開け、ここへ万−Ｎａミスト等が漏洩した場合に
早期に発見するだめの漏洩センサー１９を配置する。ま
たこれら漏洩センサ−１９用貫通孔の１つは、該漏洩セ
ンサー１９を設置する代りに、突起部２０の外周側へ配
管を繋ぎ、不活性ガスを送給できるようにしリング１２
等と上下フランジ１，２との間にできた空間へ前記ガス
を充満させておくことにより、万−同部分へＮａが漏洩
してもＮａ・水反応を発生することはなくよシ安全であ
る。

前記した漏洩センサー１９は従来より温度測定に用いら
れているステンレス製被覆管タイプの熱電対線を用い、
先端の被覆を除去し２本の線を接触させない状態とする
のみで良い。

その後下部フランジ２の突起部２０の上に金属製の薄板
からなるリング１２を設置し、内外両面より全周に渡っ
て溶接１８で下部７ランジ２の突起部２０と接続する。

このリング１２の上端部は、あらかじめ底面は平たんな
シールリング固定溝２３を設けて置く。該リング１２の
材質は、耐熱性２強度面を考慮し上下７ランジ１，２と
同様、ステンレス鋼で良い。さらにこのリング１２上端
部に設けたシールリング溝２３の中に、内外両面を互い
にテーパ面とし先端を鋭利に加工するとともに底面には
内部先端が円ぐなるように溝を設けたシールリング２２
を嵌込む。この時該シールリング２２の材質は、ステン
レス鋼でも良いが好ましくは熱膨張係数の犬なる金属さ
らには変形能の大きい金属すなわち銅あるいは真鍮が良
い。

一方、シールリング２２の底面側に溝を設けた理由はこ
の溝を設けることにより第４図の断面のごとくシールリ
ング２２の底部内外部は必然的に２つの脚部ができるこ
とになる。この脚部は該シールリング２２を支持してい
るリング１２上端部のシールリング溝２６の底面及び内
外部の縁の内側で固定されているため、上部フランジ１
を重ね、該上部７ランジ１がシールリング２２の上部と
接触し上部フランジ１の重Ｉが７−ルリング２２へ掛っ
た場合脚部はわん曲する。

この脚部の弾性変形が前記したシールリング２２自体の
熱膨張係数の大きい点すなわちシールリング２２の伸縮
を助長することになシ、加えて上部フランジ１のフラン
ジ溝２１面とシールリング２２との接触をさらに確実に
することができる。さらにシールリング２２内部の溝先
端を丸くしたのは、上記した上部フランジ１の重量によ
って脚部が開く方向へ変形した場合でもこの部分へ割れ
などが発生するのを防止するためである。

本願発明の＃≠＝実施に際してはリング１２を固定する
溶接１８は下部７ランジ２の側のみであ）、かつこれら
の作業は上部胴、下部フランジ１を重ねる前の段階であ
るため当然溶接作業も下向きとなり、作業性は良いため
溶接１８部への欠陥発生も防止できるとともに溶接１８
の部分に対する作業後のＸ線検査も簡単にでき、実機使
用前にこの部分の健全性も確認できる。

また本方法の構造にしておけば、例えシールリング２２
に欠陥等が存在した時には、該シールリング２２のみを
交換すれば良く経費の節減となる。

・以上の後に下部フランジ２に上部７ランジ１を重ねる
がこの時シールリング２２の上部先端は、上部７ランジ
１にあらかじめ設けられだ円弧状のフランジ溝２１面に
接触する。配置されるシールリング２２の全長は７ラン
ジ溝２１の深さ、リング１２の高さにより決定されるが
、少なくとも上部フランジ１を重ねた場合のリン　　　
　′グ１２のシールリング固定溝２６の底面と、上部フ
ランジ１のフランジ溝２１面の垂直距離より少し長くす
る必要がある。

こうした後に上部フランジ１及び下部フランジ２を固定
するため第２図に示すボルト１４．ナツト１５を締める
が、本方法では上部７ランジ１側は溶接しないため上記
したボルト１４の固定作業は一度に実施することが可能
である。

シールリング２２に熱膨張係数の大きい金属すなわち銅
、真鍮等を用いるのは、実機運転時の温度変化による上
下フランジ１，２の部分での間隔が変化しても材料自体
の十分な膨張及び収縮量によってシールリング２２の上
部と上部フランジ１のフランジ溝２１面さらにはシール
リング２２の脚部とリング１２上部のシールリング固定
溝２５との接触面でも常に良好なシール力を保てる。

以上のようにこの方法によっても、前記した第１実施例
と同様の効果がある。

〈発明の効果〉 本発明による方法を、ＦＢ几等における熱交換器の７リ
ング部に用いることにより、溶接部へのＸ線検査も実施
が可能となる点から、実機稼動前に溶接シール部の健全
性が確認されるとともに、実機運転中の熱応力等に対し
てもシール部材の変形能が大きく、十分追従するため溶
接部の減少、シール性能の向上、信頼性、安全性さらに
は作業性の向上環、プラント稼動率向上にも寄与する効
果は犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換器の概略構造を示す全体図、第２図は第
１図中の本発明の実施にかかる７リング部の拡大断面図
、第６図は第２図Ｂ部の拡大断面図、第４図は本発明の
他の実施例を示す断面図、第５図、第６図は従来技術の
フランジ接続部の断面図、第７図は第６図のＡ部の拡大
断面図である。 １・・・上部フランジ　　２・・・下部７ランジ１２・
・・リング　　　　１２α・・・端　部１２６・・・基
部リング　　　２１・・・弧状のフランジ溝２２・・・
断面「し」の字のシールリング第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フランジ接触面の周端部とその外方のシール手段と
   の間の環状空間に不活性ガスを充満させたフランジ接続
   部を有するものにおいて、前記環状空間形成の一のフラ
   ンジボルト締付部の面に弾性を有するシール用リングの
   一の端部を溶接する突起部を設け、他のフランジボルト
   締付部の面で前記シール用リングの他の鋭角に仕上げさ
   れた端部に対応する部分に断面弧状のフランジ溝を設け
   、フランジボルトの締付により該シール用リングを弾性
   的に保持するように形成したシール手段を設けたことを
   特徴とするフランジ接続部を有する熱交換器。 ２、前記シール用リングを断面長方形の基部リングと断
   面「レ」の字状のシールリングとを接続して形成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフランジ接
   続部を有する熱交換器。 ３、前記突起部を貫通し、その先端が環状空間に印置す
   る漏洩センサーを設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のフランジ接続部を有する熱
   交換器。