JPS6219697A - 熱交換装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、液体金属のような導電性流体どうしの熱変換
層に好適な熱交換器に関する。

〔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ェル・アンドチ
ューブ型熱交換器を第７図に示す。この構造は米国ＬＭ
ＥＣ委員会が発表しているリキッドメタル　ハンドブッ
ク（ソジュームＮａｋサプレメント）　　ｒ　Ｌｉｑｕ
ｉｄ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　（Ｓｏｄｉｕ
ｍａｎｄ　Ｎａｋ　３ｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　）Ｊ１９６
７−６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−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２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
２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
部に出口ノズルがアシ、入口ノズル部には一次系ボンプ
４．出ロ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１６を型成する。

炉心２で発熱した熱は−次系ボンプ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１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、−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３図はシェル・アンド・チュ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。

円筒状のシェル２１の内部に複数本のチューブ状の伝熱
管２２を上部管板２３および下部管板２４間に支えて管
束２５を形成する。管束２５はシェル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領域でシェル上部
に一次入ロノズル２９を下部に一次出ロノズル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
によって一次入ロノズル３９から導入し伝熱管２２の外
周を通過し、−人出ロ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。したがっ
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Ｋは補機として一次および二次ポンプ４．８が必要に
なる。−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崖しい。したがっ
て機器の高い信頼性が要求される。特に−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・
生の最も高いボテンシャルを持っている機器である。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シー次、二
次の両ポンプ４，８は必要になるう［発明の目的〕 本発明の目的は、−次あるいは二次流体の一方側のポン
プ駆動で両流体間の効率の良い熱交換が行える熱交換器
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の基本的措成は、内筒と外筒との間に形成した環
状の空間を前記両筒側に折曲部分を有する波形状の導電
性の仕切板で一次流路と二次流路とに区画し、前記両流
路の一方の流路に流体駆動装置を設け、前記環状の空間
を磁束が横切る配置で磁界発生装置を備えた熱交換装置
であって、流体駆動装置にて一方の流路に導電性流体を
流動させると、他方の流路内に存在する導電性流体が他
の流体［動装置の力を受はプとも流動して１両流路の両
導電性流悴間で仕切板と介して熱交換を行うものである
。

〔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
１円筒形の外ｆｉ４０の中心部に円管の内筒４１を同心
状に設は内外筒の間に第４図の如く幅りの環状流路４２
を形成する。外筒４０の外周に円筒状の磁石４３を軸方
向に数段膜は内筒４１の内部には棒状の鉄心４４を設け
、これらで磁界発生装置を形成する。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。、３Ｊ
伏流路４２部分のＢ−Ｂ断面ｔｌＸ４図に示す。即ち１
ＭＩ状流路４２内には、波形状の仕切板４５を入れであ
る。この仕切板４５は導電性材料から作られており、内
筒４１と外筒４０側とに折曲部を有する波形状となって
いる。折曲部は、外筒４０ないしは内筒４１に取り付け
である。

このようにして、環状流路４２は仕切板４５により一次
流路４６と二次流路４７とに区画される。

この−次流路４７の上端開口は、上板４８により、第５
図の如くふさがれて上部プレナム部５０と仕切られてい
る。二次流路４７の上端開口は上部プレナム部５０に開
口している。この為に、導電性液体である一次流体６１
（液体す）　ＩＪウム）が−火入ロノズル５５から外筒
４０と一体のジャケット５４を通って一次流路４７にの
み流入し、上部プレナム部５０へ混入しない。

又、−次流路４７の下端開口は第６図の如く底板４９で
ふさがれて下部プレナム部５２と仕切られている。この
為、二次流路４６の上端開口が下部プレナム部５２へ開
口して通じている。よって、−次流体６１のみが外筒４
０の下端と一体のジャケット５６を通って一次流体出ロ
ノズル５７から流出し得るっ 二次入口ノズル５３から二次ポンプ８などによる外力に
よって液体す）　ＩＪウムである二次流体５８を流入し
下部プレナム部５２で各二次流路４６へ分流し各二次流
路４６を上昇流５９となり、各分流は上部プレナム部５
０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ップラ機能が作動し、自
動的に一次流路４７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を一次入ロノズル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
出ロノズルから流出する電磁フローカップラ型熱交換器
が成立する。

さらに、その動作原理を第７図〜第９図を参照にしなが
ら詳細に説明する。第７図は、電磁フローカップラの基
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７レミングの左手の法則による電
動部である。

したがって、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っても一方
の導体に逆方向の二次力が誘起される電磁フローカップ
ラが成立する。

この磁気誘導関係を本発明の構造に対比して説明する。

第８図では便宜上外周磁石４３の第８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。したがって周囲から中心鉄心４４に向って磁束
６２が放射状に存在する１環状流路を仕切板４５で複数
に分割し、−次流路４６と二次流路４７とを交互に配列
し、今、上昇流５９（■印）の二次流体を二次ポツプ８
などによる外力で二次流路４６内を流動すると、環状流
路内の二次流路４６部分で流速に比例した電流を発生し
、各電流が合成して環状流路と同軸のループ電流６３が
形成される。二次流路４６七隣接した一次流路４７内に
存在する液体す）　ＩＪウムなどの導電性流体は磁束６
２内においてこのループ電流６３を受けて、二次流体と
逆方向の下降流６゜（■印）の流動力を発生する。各−
次流路４７で発生した流動力が合成され一次流体６１の
全体ポンプ力となる。

第９図は１本発明の軸方向断面における磁気回路と電流
回路の関係を図示したものである。実施例では軸方向に
３段の磁石４６を設けた例で記述しているが１図示する
ように磁極の方向をＮ−８゜Ｓ−Ｎ、Ｎ−８と配列する
ことによって各磁束方向が合成される。したがって、軸
方向の磁束分布は磁極の部分で互に逆極性の最大磁束密
度を示す。

環状流路部に駆動流体を流動すると各磁極の部分で最大
となるループ電流６３が発生する。ま念このループ電流
６３は各磁束密度の最大点で互に逆方向の向に誘起する
ことになるが磁界６２とループ電流６３が共に逆向にな
ることから力の向きに与える相対的方向には変りはない
。したがって。

電磁フローカッグラによるポンプ力は半径方向はもちろ
ん軸方向全体にわたって発生することになる。

このようにして仕切板４５による伝熱壁全面にわたって
伝熱作用が得られ、さらに合せて電磁フローカップラ作
用が有効に動作する電磁フローカップラ型熱交換器が成
立する。

本発明の一実施例によれば、環状流路型状にすることに
よって、電磁フローカップラの動作上必要条件である磁
界、電流そして流体の方向、また熱交換時の流体の流れ
方向と熱流方向、全てが合理的に合致するため、特別な
電極構造を必要としない電磁ポンプと熱交換器を一体に
することができる。

又、仕切板が波形状で伝熱面積が広く、且つ連続波形状
であるので仕切板の内外筒に対する溶接等の工程も少な
く、熱変形量も少ない。

〔発明の効果〕

μ上の如く、本発明によれば、伝熱壁面を介しての一次
と二次の両流体を流動させて熱交換させることを一次と
二次の両流体流路系内の一方のポンプを駆動することで
達成できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による熱交換器の縦断面図、
第２図は高速炉冷却系システムの流路系統図、第３図は
従来の熱交換器の概略構造の縦断面図、第４図はＭ１図
のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図は第１図のＡ−Ａ矢視断面
図、第６図は第１図のＣ−Ｃ矢視断面図、第７図は電磁
フローカップラの電流、磁束、力の各ベクトルの関係を
示した斜視図、第８図は本発明の一実施例における電流
。 磁束、力の各ベクトル表示図、第９図は本発明の一実施
例における電流路と磁気流路の説明図である。 ８・・・二次系ポンプ、４０・・・外筒、４１・・・内
筒。 ４２・・・環状流路、４３・・・磁石、４４・・・鉄心
、４５・・・仕切板、４６・・・二次流路、４７・・・
−電流路、４８・・・上板、４９・・・底板、５０・・
・上部プレナム部。 ５１・・・二次出口ノズル、５２・・・下部プレナム部
。 ５３・・・二次入口ノズル、５４・・・上部ジャケット
。 ５５・・・−吹入ロノズル、５６・・・下部ジャケット
。 ５７・・・−次出ロノズル、５８・・・二次流体、５９
・・・上昇流、６０・−・下降流、６１・・・−次流体
、６２・・・磁束％　６３・・・ループ電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内筒と外筒との間に形成した環状の空間を前記両筒
   側に折曲部分を有する波形状の導電性の仕切板で一次流
   路と二次流路とに区画し、前記両流路の一方の流路に流
   体駆動装置を設け、前記環状の空間を磁束が横切る配置
   で磁界発生装置を備えた熱交換装置。