熱交換器

熱交換器 は、原子炉の熱を 蒸気タービン 用の 500°C の蒸気に変換する建物です。10 MW の熱を消費し、毎秒およそ 103 蒸気 を出力するため、原子炉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。

実際のところ、熱交換器 1基は水を取り込み、それを非常に高温の蒸気へ変えます。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 60 蒸気 per second を消費し、500°C の蒸気を受け取ると 5.82 MW を生み出すので、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。なお、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、毎秒およそ 10.3 水 を消費すると表現されることもよくあります。

熱交換器 は、実質的にはエネルギーを蒸気に変換する装置だと考えると分かりやすいです。10 MW の熱消費は、作動流体全体を毎秒 50,000 unit-°C だけ加熱することに相当します。これを 500°C の蒸気までの温度上昇全体に分散すると、見慣れた毎秒およそ 103 蒸気/s の生産量になります。

原子力発電の構成では、熱交換器 は通常、reactor の heat に接続された ヒートパイプ から直接 heat を取り込めるように配置されます。その役割は、turbines 向けに 500°C の 蒸気 を安定して供給し続けることです。そして turbines は、その 蒸気 を electricity に変換します。exchanger の出力は heat 消費量で固定されるため、蒸気発電 block における主なボトルネックは、exchanger 自体というより、たいてい heat 供給、水供給、蒸気 の分配です。

そのスループットから、いくつか実用上のポイントが言えます。

• 1 つの exchanger で、1.5 蒸気タービン を少し超える分の 蒸気 を生成できます。
• exchanger 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、上で使っている turbine の数値と一致しません。
• 10 MW の heat を消費するため、十分な reactor heat があれば、複数の exchanger を連結して 原子力発電 の出力を拡張できます。
• 水需要は 蒸気 出力に比べて控えめで、exchanger 1 つあたり約 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施設であり、reactor の heat を turbines に必要な高温 蒸気 へ変換します。