JP 6083514 B2 2017.2.22(57)【 特 許 請 求 の 範 囲 】【請求項１】
プレナム部を備えた外胴と、その内部に同心円状に設けられた内胴と、前記プレナム部を貫通するようにして前記内胴と同心円状に設けられた内筒と、該内筒を取り囲むようにして前記内胴の内部に設けられた、熱交換を行うための複数の伝熱管を備え、前記内胴内部に加熱用熱媒体を流入させると共に、前記伝熱管に第１の冷却用熱媒体を流入させ、熱交換を行った後前記第１の冷却用熱媒体を前記内筒を通して前記外胴の外部に流出させる
熱交換装置において、
前記加熱用熱媒体の流入口が前記内胴に、前記加熱用熱媒体の流出口が前記外胴と前記内胴の間にある、前記外胴と同心円状に設けられた第２外胴に、それぞれ接続され、

10

前 記 内 胴 に 流 入 さ せ ら れ た 加 熱 用 熱 媒 体 が 、 前 記 プ レ ナ ム 部 の 手 前 で Uタ ー ン し て 前 記
内胴の外部から前記加熱用熱媒体の流出口に流れるように構成され、前記外胴と前記第２外胴間に前記外胴を冷却するための第２の冷却用熱媒体が流入するように構成され、さらに 前 記 外 胴 を 冷 却 し た 後 の 第 2の 冷 却 用 熱 媒 体 が 前 記 加 熱 用 熱 媒 体 と 合 流 し て 前 記 加 熱 用
熱媒体の流出口から流出するように構成され、前記加熱用熱媒体の流入口と前記第２の冷却用熱媒体の流出口、及び前記加熱用熱媒体の流出口と前記第２の冷却用熱媒体の流入口が、それぞれ同軸に形成され、かつそれぞれ同一の高さ位置に配置されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置において、前記加熱用熱媒体、前記第１の冷却用熱媒体、20

(2)JP 6083514 B2 2017.2.22

及び前記第２の冷却用熱媒体が気体ヘリウムであることを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換装置において、前記第１の冷却用熱媒体が冷却水であることを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換装置において、前記外胴が圧力容器用調質Ｍｎ−Ｍｏ鋼で形成されていることを特徴とする熱交換装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】

10

本発明は、製作コストを低減させた熱交換装置に係り、特に、高温ガス炉の中間熱交換器や、蒸気発生器として有用な熱交換装置に関する。
【背景技術】【０００２】
本発明に最も近い従来技術として、非特許文献１として示した高温工学試験研究炉の中間熱交換器がある。この中間熱交換器は、図４に示されるように、加熱用熱媒体と条件が異 な る 2種 類 の 冷 却 用 熱 媒 体 が 流 入 す る 構 造 と な っ て お り 、 内 胴 、 外 胴 、 伝 熱 部 、 内 筒 、連絡管から構成される。以下、本発明との比較のため、本発明で使用する加熱用熱媒体、第１の冷却用熱媒体及び第２の冷却用熱媒体という用語を使用して説明する。この中間熱交換器においては、加熱用熱媒体は熱交換器下部の流入口から内胴内に流入し、伝熱管外20側 を 上 昇 し な が ら 第 1の 冷 却 用 熱 媒 体 に 熱 を 供 給 し 、 熱 交 換 器 か ら 流 出 す る 。 ま た 、 第 １の冷却用熱媒体は連絡管内に流入し、伝熱部を下降しながら受熱し、内筒内をとおり熱交換器外へ流出する。第２の冷却用熱媒体は胴部を冷却しながら内胴と外胴の間の環状流路を下降し、熱交換器から流出する。
【先行技術文献】【非特許文献】【０００３】【 非 特 許 文 献 １ 】 國 富 一 彦 ほ か 「 高 温 工 学 試 験 研 究 炉 の 中 間 熱 交 換 器 伝 熱 管 強 度 評 価 」 JA
ERI‑M92‑147(1992)【発明の概要】30【発明が解決しようとする課題】【０００４】
上述した従来の熱交換器を加熱用熱媒体の質量流量が大きい条件で用いる場合に、加熱用熱媒体の伝熱部出口温度が高くなることから、プレナムの外胴に耐熱材料を適用するか、又は内部断熱材を施工する必要があり、製作コストが増大するという課題があった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、加熱用熱媒体からの入熱による外胴の温度上昇を防止し、外胴への低温用材料の適用や内部断熱材施工を不要とすることで、熱交換装置の製作コストを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】

40【０００６】
上記目的を達成するための最も基本的な構造として、本発明では、内胴と外胴の間に第２外胴を追加し、外胴と第２外胴の間に形成される環状流路に第２の冷却用熱媒体の一部を流入させることで、加熱用熱媒体からの入熱による外胴の温度上昇を防止し、外胴への低温用材料の適用や内部断熱材施工を不要とすることで、熱交換装置の製作コストを低減させている。
【０００７】
具体的には、本発明の１つの観点にかかる熱交換装置は、プレナム部を備えた外胴と、その内部に同心円状に設けられた内胴と、熱交換を行うための複数の伝熱管を備え、前記プレナム部を貫通するようにして前記内胴と同心円状に設けられた内筒とを備え、前記内50

(3)JP 6083514 B2 2017.2.22

胴内側に加熱用熱媒体を流入させると共に、前記伝熱管に第１の冷却用熱媒体を流入させ、熱交換を行った後前記第１の冷却用熱媒体を前記内筒を通して前記外胴の外部に流出させる熱交換装置であって、前記加熱用熱媒体の流入口を前記内胴に、前記加熱用熱媒体の流出口を前記外胴と前記内胴の間にある、前記外胴と同心円状に設けられた第２外胴に接続 し 、 前 記 内 胴 に 流 入 さ せ ら れ た 加 熱 用 熱 媒 体 が 、 前 記 プ レ ナ ム 部 の 手 前 で Uタ ー ン し て
前記内胴の外部から前記加熱用熱媒体の流出口に流れるように構成されていると共に、前記外胴と前記第２外胴間に前記外胴を冷却するための第２の冷却用熱媒体が流入するように構成されている。
【０００８】
また、本発明の別の観点にかかる熱交換装置においては、上述の熱交換装置において、10

前記第２の冷却用熱媒体の流路と並行する側路を備え、該側路に前記第２の冷却用熱媒体の流量を調整するための流量調整弁が備えられている。
【発明の効果】【０００９】
本発明によれば、第２の冷却用熱媒体の一部を外胴と第２外胴の間に流入させ、外胴の温度上昇を防止しているので、一般的に使用されている圧力容器用調質Ｍｎ−Ｍｏ鋼の適用が可能となり、熱交換装置の製作コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】【００１０】【 図 １ 】 加 熱 用 熱 媒 体 と 条 件 が 異 な る 2種 類 の 冷 却 用 熱 媒 体 が 流 入 す る 、 本 発 明 の 熱 交 換

20装置の概略構造図。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿って切り取った熱交換器の横断面図。

【図３】本発明による外胴の温度上昇の防止効果を説明するためのグラフ。
【図４】高温工学試験研究炉で使用される従来の中間熱交換器の構造図。
【発明を実施するための形態】【００１１】
以下、図面を参照して本発明の熱交換装置の構造及び動作について説明する。図１に本発明で対象とする熱交換装置の縦方向断面を示し、図２に図１の線Ａ−Ａに沿って切り取 っ た 横 方 向 断 面 を 示 す 。 本 熱 交 換 装 置 は 加 熱 用 熱 媒 体 の 保 有 熱 を 第 1の 冷 却 用 熱 媒 体 に供 給 す る こ と を 目 的 と す る 。 ま た 、 第 1の 冷 却 用 熱 媒 体 と 条 件 の 異 な る 第 2の 冷 却 用 熱 媒 体30が流出入する。
【００１２】
図１及び図２を参照する。図１に示された熱交換装置は、外胴１０、外胴１０を冷却する第２の冷却用熱媒体４０ａの上昇流路を構成する第２外胴１６、加熱用熱媒体２０ａの上昇流路を構成する内胴１１、加熱用熱媒体２０ａと第１の冷却用熱媒体３０ａが熱交換する伝熱部１３、外胴１０と第２外胴１６の間の流路に流入する第２の冷却用熱媒体４０ａの質量流量を調整する側路を形成する配管１７及び流量調整弁１８、第１の冷却用熱媒体３０ａを伝熱部１３に流入させる連絡管１９及び内筒１４から構成される。
【００１３】
ここで、本発明の一実施例における伝熱部、連絡管、内筒、外胴、第２外胴、内胴、上鏡１、上鏡２、及び下鏡の材質を表１に示す。
【００１４】40

(4)JP 6083514 B2 2017.2.22

【表１】

1020

【００１５】
また、伝熱部、外胴、第２外胴、内胴、内筒、上鏡１、上鏡２、及び下鏡の外径、長さ等の寸法を表２に示す。
【００１６】30

(5)JP 6083514 B2 2017.2.22【表２】10203040【００１７】
本 熱 交 換 装 置 に お け る 加 熱 用 熱 媒 体 ２ ０ aは 、 内 胴 １ １ 内 に 流 入 し た 後 、 伝 熱 部 １ ３ を上昇しながら第１の冷却用熱媒体に熱を供給し、内胴の一端部で矢印で示されるようにＵターンして、内胴と第２外胴１６の間の環状流路を下降し、熱交換器を流出する。このとき、第２の冷却用熱媒４０ａの一部を第２外胴１６と外胴１０の間の環状流路に流入させることで加熱用熱媒体２０ａからの入熱による外胴１０の温度上昇を防止することで、表１ に 示 さ れ る よ う に 、 外 胴 等 へ 圧 力 容 器 用 調 質 Mn‑M0鋼 な ど の 低 温 用 材 料 を 適 用 す る こ と、又は内部断熱材の施工を不要とすることを可能とする。
【００１８】50

(6)JP 6083514 B2 2017.2.22

第２外胴１６と外胴１０の間の環状流路に流入した第２の冷却用熱媒体４０ａの一部は加熱用熱媒体２０ａと混合され、熱交換装置から流出する。この混合温度の低下を防止し、かつ、外胴温度上昇を防止するため、配管１７及び流量調整弁１８を設け、第２外胴１６と外胴の間の環状流路に流入させる第２の冷却用熱媒体４０ａの質量流量を調整する。
伝熱部１３の型式には例えば従来技術で使用されているヘリカルコイル型の適用が考えられる。
【００１９】
次に図３を参照し、本発明の効果について説明する。図３のグラフは、本発明による外胴の温度上昇の防止効果を説明するため図である。図３において、グラフ（ａ）は第２の冷却用熱媒体の一部を第２外胴と外胴の間の環状流路に流入させた場合の外胴温度、（ｂ10）は従来の中間熱交換器のように第２外胴を設けない場合の外胴温度、（ｃ）は内胴と内筒間流路の加熱用熱媒体の温度を示し、破線は圧力容器用調質Ｍｎ−Ｍｏ鋼の使用制限温度である。
【００２０】
従来技術を適用する場合、加熱用熱媒体２０ａからの入熱により外胴１０の温度が上昇し、圧力容器用調質Ｍｎ−Ｍｏ鋼（低温用材料）の使用制限温度を超過するため、耐熱材料（例えばニッケル基耐熱合金）の適用、又は、内部断熱材の施工が必要となる。本発明
では、第２の冷却用熱媒体４０ａの一部を外胴１０と第２外胴１６の間に流入させ、外胴１０の温度上昇を防止するため、圧力容器用調質Ｍｎ−Ｍｏ鋼の適用が可能となり、熱交換装置の製作コストを低減することができる。

20【００２１】
上述の実施例は本発明の原理と実用的な応用例の説明を目的としたものである。本発明
はここでの記載事項に限定されるものではなく、前述で提示した構成に対して数多くの変更や応用が可能である。例えば、第１の冷却用熱媒体３０ａの流出入位置、熱媒体の流れ方向、内胴開口部を下向きに設置するなど数多くの応用が可能である。同様に、第２の冷却用熱媒体４０ａの洗量調整方法については様々な手段が存在する。さらに、伝熱部１３にはプレートフィン型など様々な型式が存在する。なお、第１の冷却用熱媒体の流れ方向を垂直上向きにし、加熱用熱媒体の流れ方向を反転させることで本発明の構造を蒸気発生器に適用することが可能である。
【００２２】

30

本発明で取扱う加熱用熱媒体は、極めて高温のため、通常、加熱用熱媒体２０ａ，２０ｂ、第１の冷却用熱媒体３０ａ，３０ｂ、第２の冷却用熱媒体４０ａ，４０ｂとして、気体ヘリウムを使用する。しかし、第１の冷却用熱媒体３０ａ，３０ｂを加圧するなどして、気体ヘリウムの代わりに冷却水を利用することも可能である。
【符号の説明】【００２３】
１０…外胴
１１…内胴
１３…伝熱部
１４…内筒
１５…プレナム
１６…第２外胴
１７…配管
１８…流量調整弁
１９…連絡管
２０ａ，２０ｂ…加熱用熱媒体
３０ａ，３０ｂ…第１の冷却用熱媒体
４０ａ，４０ｂ…第２の冷却用熱媒体

40

(7)
【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

JP 6083514 B2 2017.2.22

(8)JP 6083514 B2 2017.2.22

フロントページの続き(72)発明者 ヤン ジングロン
茨城県東茨城郡大洗町成田町４００２番地
機構

独立行政法人日本原子力研究開発

大洗研究開発センター内(72)発明者 大橋 弘史
茨城県東茨城郡大洗町成田町４００２番地
機構

独立行政法人日本原子力研究開発

大洗研究開発センター内(72)発明者 田澤 勇次郎茨城県東茨城郡大洗町成田町４００２番地
機構

独立行政法人日本原子力研究開発

大洗研究開発センター内(72)発明者 橘 幸男
茨城県東茨城郡大洗町成田町４００２番地
機構

独立行政法人日本原子力研究開発

大洗研究開発センター内(72)発明者 國富 一彦
茨城県東茨城郡大洗町成田町４００２番地
機構

独立行政法人日本原子力研究開発

大洗研究開発センター内

審査官 伊藤 紀史(56)参考文献 実開昭５９−０７６８７５（ＪＰ，Ｕ）
特開昭５２−０５３５５１（ＪＰ，Ａ）
実開昭６０−１１７４７６（ＪＰ，Ｕ）
特開平０８−２７８３９７（ＪＰ，Ａ）
特開平０２−１７０９４３（ＪＰ，Ａ）
特開平０９−０１３１４５（ＪＰ，Ａ）
特開平０８−１５２０６５（ＪＰ，Ａ）
特開２０１０−０６６１９１（ＪＰ，Ａ）
米国特許出願公開第２００９／０２２０３９０（ＵＳ，Ａ１）(58)調査した分野(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２８Ｄ

１／０６

Ｆ２２Ｂ

３／０２

Ｆ２２Ｂ

２１／０２

Ｆ２８Ｄ

７／１０

Ｆ２８Ｆ

２１／０８