熱交換器

The 熱交換器 は、原子炉の熱を 500°C の蒸気に変換して 蒸気タービン に供給する建物です。10 MW の熱を消費し、毎秒約 103 蒸気 を出力するため、核の熱と電力生成のあいだをつなぐ重要な中間装置になっています。

実用上は、1基の 熱交換器 が水を取り込み、それを非常に高温の蒸気へ変えます。これにより、流体は通常の入力温度である 15°C から出力温度の 500°C まで上昇します。蒸気タービン は 500°C の蒸気を与えられると毎秒 60 蒸気 を消費して 5.82 MW を生み出すため、熱交換器 1基で全出力時の 蒸気タービン を1.5基強まかなえます。また、蒸気は水から 10:1 の比率で生成されるため、熱交換器 の出力はしばしば毎秒約 10.3 水 の消費としても表されます。

熱交換器 を理解するうえで便利なのは、これが実質的に「エネルギーを蒸気に変える変換器」だと考えることです。10 MW の熱消費は、作動流体を合計で毎秒 50,000 unit-°C 加熱することに相当します。これが 500°C の蒸気になるまでの温度上昇全体に分散されることで、おなじみの約 103 蒸気/s という生産速度になります。

原子力発電の構成では、熱交換器 は通常、原子炉の熱に接続された ヒートパイプ から直接熱を受け取れるように配置されます。その役割は、turbine 用の 500°C の 蒸気 を安定して供給し、その 蒸気 を電力に変換させることです。熱交換器 の出力は熱消費量で決まっているため、蒸気 発電ブロックにおける主なボトルネックは、熱交換器 自体よりも、通常は熱供給、水供給、そして 蒸気 の配分です。

そのスループットから、いくつか実用的なポイントが分かります。

• 熱交換器 1基で、1.5 基を少し上回る turbine に必要な 蒸気 を生産できます。
• 熱交換器 の出力は 500°C の 蒸気 を基準にしています。これより低温の 蒸気 では、上で使った turbine の数値とは一致しません。
• 10 MW の熱を消費するため、十分な原子炉の熱が確保できるなら、複数の 熱交換器 を連結して原子力発電の出力を拡張できます。
• 水の需要は 蒸気 の出力に比べると控えめで、熱交換器 1基あたり約 10.3 水/s です。

総じて、熱交換器 は原子力発電における中心的な熱変換設備であり、原子炉の熱を turbine に必要な高温 蒸気 に変える役割を担っています。