JPH0823476B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば高速増殖炉発電プラントの蒸気発生
器等に用いられるシェルアンドチューブ型の熱交換器に
関する。

（従来の技術） 高速増殖炉発電プラントに使用される蒸気発生器は、
一般に第４図に示すような構成となっている。すなわ
ち、図中41は中間部にベローズ42を介在させた竪型のシ
ェル容器で、このシェル容器41内の上部と下部には水入
口プレナム43及び蒸気出口プレナム44が設けられてい
る。これらの水入口プレナム43及び蒸気出口プレナム44
には、多数の伝熱管45…が上部管板46及び下部管板47を
貫通して開口しており、水流入口48より水入口プレナム
43に流入した水は伝熱管45…内を流通して蒸気出口プレ
ナム44に流出し、蒸気流出口49から図示しない蒸気配管
を通って発電タービンへ送られるようになっている。ま
た、シェル容器41の下側胴部には二次冷却材流入口50が
設けられ、この二次冷却材流入口50より二次冷却材入口
プレナム51に流入した高温の二次冷却材（液体ナトリウ
ム）は伝熱管45…の外側を通って二次冷却材出口プレナ
ム52に流出し、シェル容器41の上側胴部に設けられた二
次冷却材流出口53から図示しない二次冷却材戻り配管を
通って中間熱交換器へ戻るようになっている。

また、このような蒸気発生器では伝熱管45…にクラッ
ク等が発生した場合、伝熱管45の内側を流通する水（又
は蒸気）と伝熱管45の外側を流通する二次冷却材とが接
触し、水・ナトリウム反応を起こすため、第５図に示す
ように伝熱管45を内管54と外管55とからなる二重管構造
とし、伝熱管45の内側を流通する水（又は蒸気）と伝熱
管45の外側を流通する二次冷却材とが接触しない構造と
なっている。また万が一、伝熱管45の内管54または外管
55にクラック等が発生した場合でもこれを早期に発見す
るために、上部管板46と下部管板47との間に中間管板56
を設け、この中間管板56と下部管板57との間に形成され
た中間プレナム58を通じてクラックの発生を検知できる
ようになっている。

すなわち、伝熱管45の内管54にクラックが発生する
と、クラックの発生箇所から内管54内を流通する水（又
は蒸気）が漏洩し、内管54と外管55との間を通って中間
プレナム58に流出するため、これをリーク検出ノズル59
に接続された漏洩検知機構（図示せず）で検知するよう
になっている。また、伝熱管５の外管55にクラックが発
生した場合は、中間プレナム58に封入されたHe等の不活
性ガスが外管55の外側に漏洩し、中間プレナム58内の圧
力が低下するため、これを前記リーク検出ノズル59に接
続された圧力検知機構（図示せず）で検出するようにな
っている。

ところで、このような蒸気発生器では伝熱管45の内管
54と外管55との間に間隙部60が存在するため、伝熱管45
の伝熱性能が損われるという不具合がある。そこで、こ
のような不具合を解決するために、第６図に示す如く内
管54と外管55との間に焼結金属等の多孔質金属61を介在
させ、伝熱管45の伝熱性能の低下を防止した蒸気発生器
が提案されている。しかしながら、このような蒸気発生
器は多孔質金属61の空隙率が伝熱管45の軸方向及び周方
向に均一でないため、クラックの発生箇所によっては流
体の漏洩を迅速に検知できなかった。

（発明が解決しようとする課題） このように伝熱管45の内管54と外管55との間に焼結金
属等の多孔質金属61を介在させた場合、伝熱管45の伝熱
性能の低下を防止することはできるが、流体の漏洩を迅
速に検知できなくなるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
で、伝熱管の伝熱性能を損うことなく流体の漏洩を迅速
に検知できる熱交換器を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するために本発明は、両端を管板で
閉塞され外周部に入口窓及び出口窓を有するシェル容器
と、このシェル容器内に配設された複数の伝熱管と、前
記シェル容器の外周部に前記入口窓及び出口窓を覆うよ
うに形成され前記伝熱管の外側に高温の冷却材を流通さ
せるための冷却材入口プレナム及び冷却材出口プレナム
と、前記管板の外側に形成され前記伝熱管内に被加熱流
体を流通させるための水入口プレナム及び蒸気出口プレ
ナムと、前記シェル容器内に互いに対向して設けられ前
記管板との間に前記伝熱管の破損を検知するための中間
プレナムを形成する中間管板とを有する熱交換器におい
て、前記伝熱管は、両端部を前記管板に固定支持された
内管と、この内管の外側に設けられ両端部を前記中間管
板に固定支持された外管と、この外管の内面と前記内管
の外面に密接するように前記外管と前記内管との間に設
けられ複数本の金属素線を帯状に束ねた帯状体を網状に
交互に編組した金属編組体とを具備してなることを特徴
とする。

（作 用） 本発明では、伝熱管の内管と外管との間に多数の金属
素線からなる金属編組体を設けることにより、内管と外
管との間に流体通路が伝熱管の軸方向及び周方向に均一
に形成されるため、伝熱管の伝熱性能を損うことなく流
体の漏洩を迅速に検知することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る熱交換器を高速増殖炉発電プラ
ントの蒸気発生器に適用した一実施例を示す断面図であ
る。同図において図中１は中間部にベローズ２を介在さ
せた竪型のシェル容器で、このシェル容器１の内部には
多数の伝熱管３…が収納されている。これらの伝熱管３
…は第２図に示すように内管４と外管５とからなり、内
管４は上部管板６及び下部管板７を貫通してシェル容器
１内の上部と下部に形成された水入口プレナム８及び蒸
気出口プレナム９に開口している。

上記水入口プレナム８及び蒸気出口プレナム９にはそ
れぞれ水流入口10及び蒸気流出口11が設けられ、水流入
口10より水入口プレナム８に流入した水は、伝熱管３の
内側つまり内管４内を通って蒸気出口プレナム９に流出
し、蒸気流出口11より図示しない蒸気配管を通って発電
タービンへ送られるようになっている。

また、前記シェル容器１の下側胴部には二次冷却材流
入口12が設けられ、この二次冷却材流入口12より二次冷
却材入口プレナム13に流入した高温の二次冷却材（液体
ナトリウム）は、伝熱管３の外側つまり外管５の外側を
通って二次冷却材出口プレナム14に流出し、シェル容器
１の上側胴部に設けられた二次冷却材流出口15より図示
しない二次冷却材戻り配管を通って中間熱交換器へ戻る
ようになっている。

一方、前記上部管板６と下部管板７との間には中間管
板16,17が設けられ、これらの中間管板16,17と上部管板
６及び下部管板７との間には、それぞれ中間プレナム1
8,19が形成されている。これらの中間プレナム18,19内
にはHe等の不活性ガスが封入され、伝熱管３の外管５を
介して互いに連通している。また、中間プレナム18,19
にはリーク検出ノズル20,21が設けられ、これらのリー
ク検出ノズル20,21にはそれぞれ図示しない漏洩検知機
構及び圧力検知機構が接続されている。

前記伝熱管３の内管４と外管５との間には、第２図に
示すように多数の金属素線からなる金属編組体22が設け
られている。この金属編組体22は、例えば第３図に示す
ように銅等の複数本の金属素線を帯状に束ねた一対の帯
状体23a,23bを網状に交互に編組したもので、内管４の
外周面と外管５の内周面に密接している。

上記のような構成において、例えば伝熱管３の内管４
にクラックが発生すると、内管４内を流通する水（又は
蒸気）がクラックの発生箇所から漏洩し、内管４と外管
５との間を通って中間プレナム18,19に流出するため、
これをリーク検出ノズル20,21に接続された漏洩検知機
構で検知することによりクラックの発生を検知すること
ができる。

また、伝熱管３の外管５にクラックが発生した場合
は、中間プレナム18,19内に封入されたHe等の不活性ガ
スがクラックの発生箇所から外管５の外側に漏洩し、中
間プレナム18,19内の圧力が低下するため、これをリー
ク検出ノズル20,21に接続された圧力検知機構で検知す
ることによりクラックの発生を検知することができる。

このように、伝熱管３の内管４と外管５との間に多数
の金属素線からなる金属編組体22を設けることにより、
内管４と外管５との間に流体通路が伝熱管３の軸方向及
び周方向に均一に形成されるため、伝熱管３の伝熱性能
を損うことなく流体の漏洩を迅速に検知することができ
る。また、金属編組体22は軸方向に縮めると径が大きく
なり、軸方向に延ばすと径が小さくなるので、内管４の
外周に容易に挿入できるとともに、内管４の外周に均一
に密着させることができる。

また、上述した実施例では金属編組体22が複数本の金
属素線を帯状に束ねた帯状体23a,23bを網状に交互に編
組した構成のものであるので、金属編組体22が装着され
た内管４を外管５に挿入した後、外管５をダイス等によ
り圧縮加工して伝熱管３を製造する時に金属編組体22の
内部に漏洩流体を流通させるための間隙を確実に形成す
ることができると共に、素線切れによる伝熱性能の低下
を防止することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、金属編組体22を異種類の金属素線（例えば
銅とステンレス鋼等）で構成してもよい。このように金
属編組体22を異種類の金属素線で構成することにより、
金属編組体22の強度を高めることができる。さらに、金
属編組体22の表面にメッキを施すことにより、金属編組
体22の伝熱性能が向上するため、二次冷却材の熱を伝熱
管３内を流通する水に効率よく伝えることができる。な
お、金属編組体22は第３図に示したものに限定されるも
のではなく、例えば多数の金属素線を網状に編んだもの
でもよい。また、上述した本実施例では、内管４の拡管
時における伝熱管３の機械的強度を確保することができ
る。その理由は、伝熱管３の内管４を中間管板16,17に
取り付ける場合、一般に内管４と中間管板16,17との密
着性を良好とするために内管４を内側から拡管する拡管
処理が施される。このとき、内管４と外管５との間に形
成された多孔質金属層が例えば焼結金属からなる管状体
で形成されている場合には、上述した内管４の拡管時に
焼結金属からなる管状体が破損する可能性がある。しか
し、本実施例では内管４と外管３との間に多数の金属素
線からなる金属編組体22を設けることにより、拡管時に
おける伝熱管３の機械的強度を確保することができる。

また、上記実施例では高速増殖炉発電プラントの蒸気
発生器について説明したが、本発明は一般の熱交換器に
も適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、伝熱管の伝熱性
能を損うことなく流体の漏洩を迅速に検知することがで
き、熱交換器の信頼性を向上させることができる。ま
た、金属編組体が装着された内管を外管に挿入した後、
外管をダイス等により圧縮加工して伝熱管を製造する時
に金属編組体の内部に漏洩流体を流通させるための間隙
を確実に形成することができると共に、素線切れによる
伝熱性能の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示す図で、第
１図は蒸気発生器の断面図、第２図は伝熱管の断面図、
第３図は金属編組体の一例を示す図である。また、第４
図ないし第６図は従来技術を説明するための図で、第４
図は蒸気発生器の断面図、第５図は伝熱管の断面図、第
６図は伝熱管の内管と外管との間に多孔質金属を介在さ
せた従来例を示す図である。 １……シェル容器、３……伝熱管、４……内管、５……
外管、10……水流入口、11……蒸気流出口、12……二次
冷却材流入口、15……二次冷却材流出口、18,19……中
間プレナム、20,21……リーク検出ノズル、22……金属
編組体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大嶋 巌 東京都千代田区内幸町１丁目１番７号 日 本原子力事業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−311091（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端を管板で閉塞され外周部に入口窓及び
   出口窓を有するシェル容器と、このシェル容器内に配設
   された複数の伝熱管と、前記シェル容器の外周部に前記
   入口窓及び出口窓を覆うように形成され前記伝熱管の外
   側に高温の冷却材を流通させるための冷却材入口プレナ
   ム及び冷却材出口プレナムと、前記管板の外側に形成さ
   れ前記伝熱管内に被加熱流体を流通させるための水入口
   プレナム及び蒸気出口プレナムと、前記シェル容器内に
   互いに対向して設けられ前記管板との間に前記伝熱管の
   破損を検知するための中間プレナムを形成する中間管板
   とを有する熱交換器において、前記伝熱管は、両端部を
   前記管板に固定支持された内管と、この内管の外側に設
   けられ両端部を前記中間管板に固定支持された外管と、
   この外管の内面と前記内管の外面に密接するように前記
   外管と前記内管との間に設けられ複数本の金属素線を帯
   状に束ねた帯状体を網状に交互に編組した金属編組体と
   を具備してなることを特徴とする熱交換器。