JPH0146798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は熱交換器に係り、特に液体金属のよう
な導電性流体どうしの熱交換用に好適な電磁フロ
ーカツプラ型熱交換器に関する。

〔発明の背景〕

液体金属たとえば液体ナトリウム用熱交換器は
今まで多種多様の型式が考案され実用されてい
る。最も一般的な構造として知られているシエ
ル・アンドチユーブ型熱交換器を第７図に示す。
この構造は米国LMEC委員会が発表している
「Liquid Metals Handbook（Sodium and Nak
Supplement）」1967−６に記載されているものの
一例である。また、この熱交換器を高速炉（高速
増殖炉）の一次系から二次系へ熱を輸送するため
の中間熱交換器として用いた場合、第８図に示す
冷却系統図も記載されている。

まずこの従来技術の構造及び機能について説明
する。第８図は高速炉の一次系、二次系および、
蒸気系の冷却系を示したものである。高速炉の炉
容器１の内部に原子炉の炉心２があり、液体ナト
リウム等の一次冷却材３が充満している。炉容器
１の底部に入口、上部に出口ノズルがあり、入口
ノズル部には一次系ポンプ４、出口ノズル部に中
間熱交換器５を配管６で接続して一次冷却系７を
型成する。中間熱交換器５の二次側に二次系ポン
プ８および蒸気発生器９を配管１０で接続して二
次冷却系１１を型成する。蒸気発生器９の二次側
に給水ポンプ１２、および発電機１３を直結した
蒸気タービン１４を配管１５で接続して蒸気系１
６を型成する。炉心２で発熱した熱は一次系ポン
プ４の駆動により冷却材３を流動し、中間熱交換
器５側に輸送される。二次系１１では二次系ポン
プの駆動により中間熱交換器５の熱を蒸気発生器
９側に輸送する。輸送されて来た熱で蒸気発生器
９は給水ポンプ１２からの水を過熱蒸気にし蒸気
タービン１４へ送給し、そのタービンを駆動し、
発電機１３を回転し、発電機１３から電気を得る
システムである。

このシステムにおいて、一次冷却系７は放射性
冷却材が循環するため安全性確保のため中間熱交
換器５を介して一旦二次冷却系１１の非放射性冷
却材に熱を移した後過熱蒸気を得るものである。

第７図はシエル・アンド・チユーブ型中間熱交
換器５の具体的構造を示した一例である。

円筒状のシエル２１の内部に複数本のチユーブ
状の伝熱管２２を上部管板２３および下部管板２
４間に支えて管束２５を形成する。管束２５はシ
エル２１の内側に設けた支持機構２６で支えら
れ、上部管板２３、および下部管板２４のそれぞ
れの部分に上部プレナム２７および下部プレナム
２８を形成する。管束２５領域でシエル上部に一
次入口ノズル２９を下部に一次出口ノズル３０を
設け、下部プレナム部に二次入口ノズル３１を上
部プレナム部に二次出口ノズル３２を設ける。以
上のように構成された中間熱交換器５は、加熱流
体３３を外部のポンプによつて一次入口ノズル３
９から導入し伝熱管２２の外周を通過し、一次出
口ノズルから流出する。一方、被加熱流体３４を
外部のポンプにより二次入口ノズル３１から導入
し、下部プレナム２８部で各伝熱管２２へ分流
し、各伝熱管２２の内部を流動し、上部プレナム
部２７で合流し、二次入口ノズル３２から流出す
る。したがつて、伝熱管束２５部分では、加熱流
体３３と被加熱流体３４は伝熱壁を介して対向流
となり、加熱流体３３側から被加熱流体３４側に
熱交換される。

以上記述したように従来型の中間熱交換器を動
作するためには補機として一次および二次ポンプ
４，８が必要になる。一次冷却系は放射性流体が
流動するため一次系に使われる機器のメンテナン
スは非常に難しい。したがつて機器の高い信頼性
が要求される。特に一次、二次の両機械式ポンプ
４，８には回転部品があり、トラブル発生の最も
高いポテンシヤルを持つている機器である。でき
れば、このような機器を省略したシンプルなシス
テムが望まれるが従来の中間熱交換器を用いる限
り一次、二次の両ポンプ４，８は必要になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、一次あるいは二次流体の一方
側のポンプ駆動で両流体を流動することのできる
電磁フローカツプラ型熱交換器を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は、一次流路と二次流路とを交互に配列
し、その流路断面型状を環状流路にし、外周より
均一な磁場を与えることによつて、一次流体と二
次流体間に電磁フローカツプラが成立する構成を
有し、熱交換器に必要な伝熱壁部と電磁フローカ
ツプラの境界壁部とを兼用しながら一台のポンプ
で両流体を流動することを可能にした電磁フロー
カツプラ型熱交換器である。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を具体的構造に示し
たもので、円筒形の外筒４０の中心部に円管の内
筒４１を設け内外筒により環状流路４２を形成す
る。外筒４０の外周に円筒状の磁石４３を軸方向
に数段設け内筒４１の内部には棒状の鉄心４４を
設け、これらで磁発回路を形成する。第１図に示
す実施例では軸方向に３段の磁気回路を例に記述
した。環状流路４２部分のＢ−Ｂ断面を第２図に
示す。環状流路４２部を放射状に複数の導電性仕
切り板４５を設け、一次流路４６と二次流路４７
を交互に配列するように構成する。外筒４０の上
部と下部に第１図の如く上板４８および底板４９
を設け、仕切り板４５を固定する。また上板４８
および底板４９では一次と二次の両流路４６，４
７の内一方の流路だけが貫通するように固定す
る。本実施例では二次流路４７を貫通している。

この二次流路４７を貫通する為に、上板４８と
底板４９とは、例えば底板４９に例をとると、第
１２図の如く、一次流路４６をふさいで二次流路
４７に対応する個所は開口している形状の板部材
である。

上板４８の上部には上部プレナム部５０を設
け、二次出口ノズル５１に開口している。底板４
９の下部は下部プレナム部５２を設け二次入口ノ
ズル５３と連通している。上板４８のすぐ下部に
上部ジヤケツト５４を設け一次入口ノズル５５と
連通し、底板４９のすぐ上には下部ジヤケツト５
６を設け一次出口ノズル５７と連通している。ジ
ヤケツト部のＡ−Ａ断面を第３図に示す。ジヤケ
ツト部５６は、一次流路４６のみに開口するよう
に二次流路４７部は仕切られている。

二次入口ノズル５３から二次ポンプ８などによ
る外力によつて液体ナトリウムである二次流体５
８を流入し下部プレナム部５２で各二次流路４７
へ分流し各二次流路４７を上昇流５９となり、各
分流は上部プレナム部５０で合流し、二次出口ノ
ズル５１から流出する。この上昇流５９の過程で
電磁フローカツプラ機能が作動し、自動的に一次
流路４６内に存在する液体ナトリウムの一次流体
６１に流動力を与え一次流体６１を下降流６０と
し、結果的に一次流体６１を一次入口ノズル５５
から流入し、下降流６０部で二次流体５８との熱
交換を得て一次出口ノズルから流出する電磁フロ
ーカツプラ型熱交換器が成立する。

さらに、その動作原理を第４図〜第６図を参照
にしながら詳細に説明する。第４図は、電磁フロ
ーカツプラの基礎的動作原理を図示したもので、
共通な磁場Ｂ内で直角な垂直方向から力Ｆを与え
ると、磁場Ｂと力Ｆとに直角な方向に電流Ｉが誘
起される。この現象はフレミングの右手の法則に
よるゼネレータ部である。電流Ｉを受けた磁場Ｂ
内の導体には、電流Ｉと磁場Ｂとに直角な垂直方
向に力Ｐが発生する。この現象がフレミングの左
手の法則による電動部である。したがつて、共通
磁場内に存在する導体の一方に二次ポンプ８など
の外力による力を与えることによつても一方の導
体に逆方向の二次力が誘起される電磁フローカツ
プラが成立する。

この磁気誘導関体を本発明の構造に対比して説
明する。第５図は第２図に示した断面の環状流路
の部分拡大図である。第５図では便宜上外周磁石
４３の第５図の面に表われた磁極をＮとすれば中
心鉄心４４の磁極はＳと仮定する。したがつて周
囲から中心鉄心４４に向つて磁束６２が放射状に
存在する。環状流路を仕切板４５で複数に分割
し、一次流路４７と二次流路４６とを交互に配列
し、今、上昇流５９（○†ぐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導電性流体である一次流体と二次流体とが伝
   熱壁で仕切られるとともに、前記両流体が流動し
   ながら前記伝熱壁を介して熱交換を行う熱交換装
   置において、前記各流体の一方の流体流路に設け
   た流体駆動装置と、前記熱交換器の外周部と中心
   部との間で磁束を生じる配置した磁界発生装置と
   を備えたことを特徴とした熱交換装置。 ２ 特許請求の範囲の第１項において、前記磁界
   発生装置は熱交換器の中心部と外周部との一方に
   配置した鉄心材と他方に配置した磁石とから成る
   ことを特徴とした熱交換装置。 ３ 特許請求の範囲の第２項において、前記伝熱
   壁は熱交換器の中心部から外周部へ延在した導電
   構造の仕切板であることを特徴とした熱交換装
   置。 ４ 特許請求の範囲の第３項において、前記仕切
   板は波型断面形状を有する形状であることを特徴
   とした熱交換装置。 ５ 特許請求の範囲の第２項において、伝熱壁は
   熱交換器の中心部と外周部との間の領域に配置し
   た管状部材であることを特徴とした熱交換装置。