| 【発明の名称】 |
ポンプ合体中間熱交換器 |
| 【発明者】 |
【氏名】一宮 正和
【氏名】澤 直樹
【氏名】戸田 幹雄
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| 【要約】 |
【課題】原子炉容器と接続する配管内の１次冷却材の流速を向上でき且つ１次冷却材の自由液面からのガス巻き込みがなく、性能が向上し、機器の配置スペースを低減でき、機器の補修の作業性がよいポンプ合体中間熱交換器を提供する。
【解決手段】ポンプ合体中間熱交換器を、密閉構造の容器内の上部に１次冷却材入口プレナム、同容器内の下部に１次冷却材下部プレナムを、１次冷却材の自由液面を有しないように形成し、同容器内に１次冷却材入口プレナムを貫通して縦軸に設けられ吸い込み部を１次冷却材下部プレナムに直結した１次冷却材ポンプと、１次冷却材ポンプ外周の前記容器内に設けられ１次冷却材と２次冷却材の熱交換を行なう中間熱交換器伝熱部と、中間熱交換器伝熱部に２次冷却材を流入流出させ、中間熱交換器伝熱部と１次冷却材下部プレナムを覆う２次冷却材容器とを備えてなるように構成し、上記課題を達成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密閉構造の容器内の上部に１次冷却材の入口部を有する１次冷却材入口プレナム、同容器内の下部に１次冷却材下部プレナムを、１次冷却材の自由液面を有しないように形成し、同容器内に前記１次冷却材入口プレナムを貫通し縦軸に設けられ吸い込み部を前記１次冷却材下部プレナムに直結した１次冷却材ポンプと、同１次冷却材ポンプ外周の前記容器内に設けられ前記１次冷却材入口プレナムと１次冷却材下部プレナムとの間に前記１次冷却材を流通させ且つ同１次冷却材と２次冷却材と熱交換させる伝熱管を有する中間熱交換器伝熱部と、同中間熱交換器伝熱部と前記１次冷却材下部プレナムを覆い且つ同中間熱交換器伝熱部に前記２次冷却材を流入流出させる２次冷却材容器とを備えてなることを特徴とするポンプ合体中間熱交換器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速増殖炉の中間熱交換器と１次冷却材ポンプに関し、特にそれらを合体したポンプ合体中間熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速増殖炉の中間熱交換器と１次冷却材ポンプとの組合せの従来例としては、（１）有液面中間熱交換器と独立した１次冷却材ポンプとの組合せ、（２）無液面中間熱交換器と独立した１次冷却材ポンプとの組合せ、あるいは（３）有液面中間熱交換器と１次冷却材ポンプの合体機器がある。
【０００３】図３は、上記従来例（１）の説明図であり、高速増殖炉の原子炉容器と有液面中間熱交換器と１次冷却材ポンプの配置を示す断面図である。なお、図３において、１次冷却材ポンプ０２と有液面中間熱交換器０４は接続する配管を示すためにそれぞれ異なる角度の断面の一部をずらして並べて示している。
【０００４】０１は原子炉容器であり、原子炉容器０１内には原子炉炉心０１０が備えられている。１次冷却材ポンプ０２の吐出側と原子炉容器０１とは１次冷却材コールドレグ配管（すなわち、原子炉容器入口配管）０３で接続され、原子炉容器０１と有液面中間熱交換器０４の１次冷却材入口側とは１次冷却材ホットレグ配管（すなわち、原子炉容器出口配管）０５で接続されている。
【０００５】有液面中間熱交換器０４の１次冷却材出口側と１次冷却材ポンプ０２の吸込側とは１次冷却材ミドルレグ配管０６で接続されている。
【０００６】また、有液面中間熱交換器０４には２次冷却材入口管０７と２次冷却材出口管０８とが接続し、有液面中間熱交換器０４内の中間熱交換器伝熱部０９において互いに連通し２次冷却材ｂが流通する構造となっている。
【０００７】以上のような構成により、１次冷却材ポンプ０２の吐出側から送り出された１次冷却材ａは、１次冷却材コールドレグ配管０３を通り原子炉容器０１に入り原子炉炉心０１０を冷却し、１次冷却材ａ自身は加熱されて１次冷却材ホットレグ配管０５を通り有液面中間熱交換器０４に入り、中間熱交換器伝熱部０９で２次冷却材ｂと熱交換することにより冷却されたのち、１次冷却材ミドルレグ配管０６を通り１次冷却材ポンプ０２の吸込側に入り、循環する。
【０００８】２次冷却材入口管０７から有液面中間熱交換器０４に入った２次冷却材ｂは、中間熱交換器伝熱部０９で１次冷却材ａにより加熱されたのち、２次冷却材出口管０８を通って取り出される。
【０００９】図３のものは、原子炉容器０１を含む高速増殖炉の１次系機器を近接配置するとともに、破損した機器の補修の作業性を向上させるために、１次冷却材の各配管０３、０５、０６に逆Ｕ字配管を採用したものであり、有液面中間熱交換器０４および１次冷却材ポンプ０２は、それぞれ容器０４ａ、０２ａに内包され、その容器０４ａ、０２ａはそれぞれ１次冷却材の自由液面０４ｂ、０２ｂを有するものとなっている。
【００１０】そのため、有液面中間熱交換器０４および１次冷却材ポンプ０２は容器０４ａ、０２ａを含めた重量が大きくなること、各容器０４ａ、０２ａ内および原子炉容器０１内の液面位差を小さくするために逆Ｕ字配管とした１次冷却材コールドレグ配管０３、１次冷却材ホットレグ配管０５、１次冷却材ミドルレグ配管０６の管内流速を大きくできないこと、また有液面中間熱交換器０４および１次冷却材ポンプ０２が独立しているため、これら機器の配置スペースが大きくなること、等が性能上の制約および不経済要因となっていた。
【００１１】図４は、上記従来例（２）の説明図であり、高速増殖炉の原子炉容器と無液面中間熱交換器と１次冷却材ポンプとの配置を示す断面図である。図４に於いて、図示する形状に違いがあっても同じ機能の機器には図３のものと同じ符号を付して説明を省略し、このことは後述の他の従来例において同様とする。
【００１２】図４において、原子炉容器０１内には原子炉炉心０１０が備えられている。１次冷却材ポンプ０２’の吐出側と原子炉容器０１０とは１次冷却材コールドレグ配管（すなわち、原子炉容器入口配管）０３’で接続され、原子炉容器０１と無液面中間熱交換器０４’の１次冷却材入口側とは１次冷却材ホットレグ配管（すなわち、原子炉容器出口配管）０５’で接続されている。
【００１３】無液面中間熱交換器０４’の１次冷却材出口側と１次冷却材ポンプ０２’の吸込側とは１次冷却材ミドルレグ配管０６’で接続されている。
【００１４】また、無液面中間熱交換器０４’には２次冷却材入口管０７と２次冷却材出口管０８とが接続し、無液面中間熱交換器０４’内の中間熱交換器伝熱部０９’において互いに連通し、２次冷却材ｂが流通している。
【００１５】本従来例では無液面中間熱交換器０４’と１次冷却材ポンプ０２’は１次冷却材ａの自由液面を有しないように形成された無液面容器内に設けられており、図示するように１次冷却材コールドレグ配管０３’、１次冷却材ホットレグ配管０５’、１次冷却材ミドルレグ配管０６’は逆Ｕ字配管に構成されていない。
【００１６】以上のような構成により、図３の従来例（１）と同様に中間熱交換器伝熱部０９’で１次冷却材ａと２次冷却材ｂとが熱交換する。
【００１７】しかしながら、この従来例（２）の場合においても、１次冷却材コールドレグ配管０３’、１次冷却材ホットレグ配管０５’、１次冷却材ミドルレグ配管０６’の引き回しが必要であること、無液面中間熱交換器０４’と１次冷却材ポンプ０２’とを接続する１次冷却材ミドルレグ配管０６’が低所引き回しとなり、破損した機器の補修を行なう際に１次冷却材ａをドレンする必要があること、また無液面中間熱交換器０４’および１次冷却材ポンプ０２’が独立しているためこれら機器の配置スペースが大きくなること、等が性能上の制約および不経済要因となる。
【００１８】図５は、上記従来例（３）の説明図であり、高速増殖炉の原子炉容器と、１次冷却材ポンプの合体したポンプ合体有液面中間熱交換器との配置を示す断面図である。
【００１９】図５に示すように、１次冷却材ポンプ０２”はポンプ合体有液面中間熱交換器０４”内に縦中心軸に沿って同心状に合体され、原子炉容器０１と逆Ｕ字管をなす１次冷却材コールドレグ配管０３、１次冷却材ホットレグ配管０５とで接続されている。原子炉容器０１から１次冷却材ホットレグ配管０５を介して流入した１次冷却材ａは、ポンプ合体有液面中間熱交換器０４”内で中間熱交換器伝熱部０９”を通って１次冷却材ポンプ０２”により１次冷却材コールドレグ配管０３へ送り出され、原子炉容器０１へと循環する。
【００２０】ポンプ合体有液面中間熱交換器０４”にはまた、２次冷却材入口管０７と２次冷却材出口管０８とが接続し、中間熱交換器伝熱部０９”において互いに連通し２次冷却材ｂが流通する構造となっている。
【００２１】以上のような構成により、ポンプ合体有液面中間熱交換器０４”内では、図３の従来例（１）と同様に中間熱交換器伝熱部０９”において、１次冷却材ａと２次冷却材ｂとが熱交換する。
【００２２】しかしながら、この従来例（３）の場合においても、ポンプ合体有液面中間熱交換器０４”は１次冷却材ａの自由液面を有するため、その入口部分で１次冷却材ａの液面からのガス巻き込みの問題があり、それを防止する特別な構造が必要となること、各機器の液面位差を小さくするために逆Ｕ字管内の流速を大きくできないこと、原子炉容器０１と中間熱交換器伝熱部９”とでの自然循環による除熱性を確保するために伝熱管長さを大きくできないこと、等が性能上の制約および不経済要因となった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来の高速増殖炉の中間熱交換器と１次冷却材ポンプとの組合せの問題を解消し、原子炉容器と接続する配管内の１次冷却材の流速を向上でき且つ１次冷却材の自由液面からのガス巻き込みがなく性能が向上し、機器の配置スペースを低減できるとともに１次冷却材配管の低所引き回しをなくして機器の補修の作業性がよいポンプ合体中間熱交換器を提供することを課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであってその手段として、密閉構造の容器内の上部に１次冷却材の入口部を有する１次冷却材入口プレナム、同容器内の下部に１次冷却材下部プレナムを、１次冷却材の自由液面を有しないように形成し、同容器内に前記１次冷却材入口プレナムを貫通し縦軸に設けられ吸い込み部を前記１次冷却材下部プレナムに直結した１次冷却材ポンプと、同１次冷却材ポンプ外周の前記容器内に設けられ前記１次冷却材入口プレナムと１次冷却材下部プレナムとの間に前記１次冷却材を流通させ且つ同１次冷却材と２次冷却材と熱交換させる伝熱管を有する中間熱交換器伝熱部と、同中間熱交換器伝熱部と前記１次冷却材下部プレナムを覆い且つ同中間熱交換器伝熱部に前記２次冷却材を流入流出させる２次冷却材容器とを備えてなることを特徴とするポンプ合体中間熱交換器を提供するものである。
【００２５】上記手段によれば、本発明のポンプ合体中間熱交換器はその構成により、高速増殖炉において、無液面中間熱交換器とすることによりガス巻き込み、液面位差を考慮する必要が無くなり、原子炉容器に接続する配管内の１次冷却材の流速を大きくすることが可能であり、原子炉炉心に対して高所に配置することが可能となり、また、デッキ構造が不要となる。
【００２６】また、ポンプとの合体構造としたことにより、配管の高所引き回しが可能となり、１次系機器の配置スペースを低減することが可能となる。
【００２７】また、１次冷却材が流通する部分の大半が２次冷却材容器で覆われるものとなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１および図２に基づいて、本発明の実施の一形態に係るポンプ合体中間熱交換器を説明する。図１は本実施の形態のポンプ合体中間熱交換器の立面断面図であり、図２は高速増殖炉における図１のポンプ合体中間熱交換器と原子炉容器の配置を示す断面図である。
【００２９】図２に示すように、１次冷却材ポンプ２は無液面のポンプ合体中間熱交換器４内の縦中心軸に沿って同心状に設けられて合体され、原子炉容器１と１次冷却材ホットレグ配管５、１次冷却材コールドレグ配管３とで接続されている。原子炉容器１から１次冷却材ホットレグ配管５を介して流入した１次冷却材ａは、ポンプ合体中間熱交換器４内で中間熱交換器伝熱部９を通って１次冷却材ポンプ２により１次冷却材コールドレグ配管３へ送り出され、原子炉容器１へと循環する。
【００３０】ポンプ合体中間熱交換器４にはまた、２次冷却材入口管７と２次冷却材出口管８とが接続し、中間熱交換器伝熱部９において互いに連通し２次冷却材ｂが流通する構造となっている。
【００３１】図１に示すように、ポンプ合体中間熱交換器４は、１次冷却材ａの自由液面を有しないように形成された密閉構造の容器４ａ内の上部に形成される１次冷却材入口プレナム１２を備え、１次冷却材入口プレナム１２に開口し１次冷却材ホットレグ配管５に連通する１次冷却材入口ノズル１１が設けられ、縦中心軸に沿って筒状で下端をポンプ吸込み口２ａとし上端にポンプ駆動部２ｂを有する１次冷却材ポンプ２を内蔵している。
【００３２】１次冷却材ポンプ２の上方には容器４ａより突出した部分にポンプ吸込み口２ａから吸引した１次冷却材ａの吐出口である１次冷却材出口ノズル１７が設けられ、１次冷却材ａは１次冷却材ポンプ２の外周側流路２ｃを流れ１次冷却材出口ノズル１７から吐出され、１次冷却材コールドレグ配管３へと接続している。
【００３３】１次冷却材入口プレナム１２の下方の容器４ａ内には、１次冷却材ポンプ２の周囲に上部管板１３、下部管板１５の間に上下向きに設けられた複数の伝熱管１４の管束部２０からなる中間熱交換器伝熱部９が設けられ、下部管板１５の下方はポンプ吸込み口２ａと直結する１次冷却材下部プレナム１６となっており、１次冷却材入口プレナム１２と１次冷却材下部プレナム１６とは伝熱管１４の内部により連通している。１次冷却材下部プレナム容器１６ａは、下部管板１５外周と固定されている。
【００３４】以上により、１次冷却材入口ノズル１１から１次冷却材入口プレナム１２、伝熱管１４の内部、１次冷却材下部プレナム１６、１次冷却材ポンプ２、１次冷却材出口ノズル１７へと繋がり、１次冷却材の自由液面を有しない無液面中間熱交換器の１次冷却材系が形成される。
【００３５】１次冷却材下部プレナム容器１６ａの外側および管束部２０を囲む管束部外周シュラウド２３の外側は、一定の間隙部２４が設けられて２次冷却材容器１９に囲まれており、２次冷却材容器１９の下端には２次冷却材入口管７に接続する２次冷却材入口ノズル１８、２次冷却材容器１９の上方には２次冷却材出口管８に接続する２次冷却材出口ノズル２５が設けられている。
【００３６】管束部外周シュラウド２３の下方には管束部入口窓２１、上方には管束部出口窓２２が設けられ、管束部入口窓２１と管束部出口窓２２との間の間隙部２４にはシール部２６が設けられ、間隙部２４を上下に分割している。
【００３７】２次冷却材入口ノズル１８から入った２次冷却材ｂは管束部入口窓２１から管束部２０に入り伝熱管１４外面側をバッフル板で屈曲しながら上方へ流れ、管束部出口窓２２から２次冷却材出口ノズル２５へと繋がる２次冷却材系が形成される。
【００３８】以上のように構成された本実施の形態のポンプ合体中間熱交換器４においては、原子炉容器１内で原子炉炉心１０によって加熱された１次冷却材ａは、１次冷却材ホットレグ配管５を通り、１次冷却材入口ノズル１１から１次冷却材入口プレナム１２に流入し、上部管板１３で流量配分が行なわれ、伝熱管１４内を下向きに流れる。
【００３９】伝熱管１４内部の１次冷却材ａは伝熱管１４外部の２次冷却材ｂと熱交換し、下部管板１５から１次冷却材下部プレナム１６に流出する。１次冷却材下部プレナム１６は１次冷却材ポンプ２のポンプ吸込み口２ａと直結しており、１次冷却材ａは１次冷却材ポンプ２で昇圧され、１次冷却材ポンプ２の外周側流路２ｃを流れ１次冷却材出口ノズル１７から流出し、１次冷却材コールドレグ配管３を通り原子炉容器１に戻る。
【００４０】２次冷却材ｂは、２次冷却材入口管７から２次冷却材入口ノズル１８を通って１次冷却材下部プレナム容器１６ａと２次冷却材容器１９との間の間隙部２６に入り、管束部入口窓２１から伝熱管１４の管束部２０に流入し、伝熱管１４の外側を流れる。
【００４１】２次冷却材ｂは伝熱管１４の内部の１次冷却材ａと熱交換し、管束部出口窓２２から流出し、管束部外側シュラウド２３と２次冷却材容器１９との間隙部２４を流れ、２次冷却材出口ノズル２５から２次冷却材出口管８へと流出する。
【００４２】以上のように本実施の形態のポンプ合体中間熱交換器４では、中間熱交換器を１次冷却材ａの自由液面を有しない無液面中間熱交換器とすることにより、１次冷却材ａの自由液面を有する場合に問題となった自由液面からのガス巻き込みを排除している。
【００４３】すなわち、自由液面を有する場合には原子炉容器１内の１次冷却材ａの液面との液面位差を小さくするために原子炉容器１と中間熱交換器との間の配管内流速を低くし、配管内の圧力損失を小さくする必要があったが、中間熱交換器を無液面とすることにより、液面位差を考慮する必要が無くなり、配管内の１次冷却材ａの流速を大きくすることが可能である。
【００４４】また、中間熱交換器を無液面にすることにより、原子炉炉心１０に対して中間熱交換器を高所に配置することが可能となり、伝熱管１４長さを大きくしても原子炉容器１と中間熱交換器伝熱部９での自然循環による除熱性を確保できる。
【００４５】以上により中間熱交換器としての性能向上が図れるとともに、さらに、有液面の中間熱交換器では、熱遮蔽構造を備えた鋼製のデッキ構造が必要となるが、中間熱交換機２を無液面とすることでデッキ構造が不要となり、装置重量を低減できる。
【００４６】以上に合わせ本実施の形態のポンプ合体中間熱交換器４は、ポンプとの合体構造としたことにより、下部配置の１次冷却材ミドルレグ配管が無くなって配管の高所引き回しが可能となり、機器が破損した場合の補修を行なう際に１次冷却材のドレンを行なう必要がなくなり、１次冷却材ポンプ４はポンプ合体中間熱交換器４から引き抜くことができるので、引抜き後の空間により伝熱管１４へのアクセス路が確保され、機器の補修の作業性を向上させるとともに、さらに、合体構造としたことにより１次系機器の配置スペースを低減することが可能となり、経済性も向上する。
【００４７】また、管束部２０および１次冷却材下部プレナム容器１６ａ等１次冷却材が流通する部分の大半を２次冷却材容器１９で覆われているので、１次冷却材ａの漏洩防止がより向上している。
【００４８】以上、本発明の実施の一形態を説明したが、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、ポンプ合体中間熱交換器を、密閉構造の容器内の上部に１次冷却材の入口部を有する１次冷却材入口プレナム、同容器内の下部に１次冷却材下部プレナムを、１次冷却材の自由液面を有しないように形成し、同容器内に前記１次冷却材入口プレナムを貫通し縦軸に設けられ吸い込み部を前記１次冷却材下部プレナムに直結した１次冷却材ポンプと、同１次冷却材ポンプ外周の前記容器内に設けられ前記１次冷却材入口プレナムと１次冷却材下部プレナムとの間に前記１次冷却材を流通させ且つ同１次冷却材と２次冷却材と熱交換させる伝熱管を有する中間熱交換器伝熱部と、同中間熱交換器伝熱部と前記１次冷却材下部プレナムを覆い且つ同中間熱交換器伝熱部に前記２次冷却材を流入流出させる２次冷却材容器とを備えてなるように構成したので、高速増殖炉において、無液面中間熱交換器とすることにより、ガス巻き込み、液面位差を考慮する必要が無くなり、原子炉容器とを接続する配管内の１次冷却材の流速を大きくすることが可能であり、原子炉炉心に対して高所に配置することが可能となり、伝熱管長さを大きくしても原子炉容器と中間熱交換器伝熱部での自然循環による除熱性を確保でき性能向上が図れるとともに、デッキ構造が不要となり、装置重量を低減できる。また、ポンプとの合体構造としたことにより、配管の高所引き回しが可能となり、機器が破損した場合の補修の作業性が向上するとともに、１次系機器の配置スペースを低減することが可能となり、経済性も向上する。また、中間熱交換器伝熱部および１次冷却材下部プレナム容器等１次冷却材が流通する部分の大半が２次冷却材容器で覆われているので、１次冷却材の漏洩防止がより向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２４７５４
【氏名又は名称】核燃料サイクル開発機構
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年５月２１日（２００１．５．２１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３４１０８０（Ｐ２００２−３４１０８０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１１月２７日（２００２．１１．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１５０５９４（Ｐ２００１−１５０５９４） |
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