JPH0215758B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は二重壁容器に接続された流体管のため
の流体シール装置に関するものである。

多くの分野では流体を完全にあるいは実質的に
シールする必要がある。熱膨張差あるいは地震振
動等による部品間の運動が予測され、特にシール
表面の変形あるいは多方向または多平面内での非
均一な運動が起こる可能性のある場合には、シー
ルの問題が複雑になる。

特に複雑なシールの問題は、液体金属冷却原子
炉容器の熱ライナーと出口ノズルとの相互作用に
よるものである。このような原子炉容器では原子
炉冷却材のバイパス流れが炉容器に近接して上方
に流れ、次にノズルライナーで区切られた出口ノ
ズルの部分周囲に流れるようにしてある。バイパ
ス流れの主目的は大きな温度変化および過大な温
度から炉容器壁およびノズル壁を保護することで
ある。従つて、比較的低温のバイパス流れは、ノ
ズルおよびノズルライナーを通つて炉容器から排
出される高温の一次冷却材から実質的に分離しな
ければならない。バイパス流れはノズルライナー
の周囲を通つて流れ、一次流れはノズルおよびノ
ズルライナーの円形流路を通つて流れる。熱ライ
ナーは炉容器および出口ノズルから離間していて
バイパス流れ領域を形成している。

このような構成に於ては、熱ライナー、炉容器
およびノズルライナー間に幾つかの平面内で3/4
インチ（約19mm）程度の一様でないかなり大きな
運動が生じ、またシール面を平面でなくするよう
な変形が生ずる。各流れ間のシールは、非一様の
相対移動を吸収しなければならぬだけでなく、保
守無しで約30年の原子炉の全寿命期間中適切に動
作しなければならない。シールは、高温液体ナト
リウムに曝されても耐漏れ性を維持しなければな
らず、また接触する部品に過大な力を掛けたり過
大な応力を生じさせてはならない。

多年に亘つてシール装置として多くの構造のも
のが提案されて来た。これらには、溶接継手、金
属ベロー、ピストンリング、ラビリンスシールお
よびばね負荷されたシユー等がある。しかしなが
ら、これらの構造のものは上述の用途には望まし
くない性質を持つている。例えば、溶接継手は部
品間の相対移動ができず過大な応力を生じさせ破
壊させる可能性がある。金属ベローは許容応力限
界内で移動の方向および大きさを吸収できない。
ピストンリングおよびばね負荷シユーは噛む可能
性があり、保守無しの寿命期間中に漏れが大きく
なりまたばねが破損することがある。ラビリンス
シール漏れを無くすのでなく漏れの量を制限する
ものであり、特に非一様な相対運動によら漏れ流
れが非一様に分布している場合には漏れを防ぐこ
とはできない。

従つて本発明の目的は流体の流路を形成する部
品がかなり大きく多方向に相対移動する場合に流
体を効果的にシールする流体シール装置を得るこ
とがある。

この目的に鑑み、本発明は二重壁容器に接続さ
れた流体管用の流体シール装置に於いて、上記管
が容器の外壁に取付られており、かつ内壁から離
間して内壁の開口を通つて延びたノズル部分を有
し、上記ノズル部分と上記開口を形成する内壁部
分との対向壁が、対向する複数の開いた溝を有
し、上記溝内に上記ノズル部分と上記内壁との間
の空間を横切るように環状可撓性のシール円板が
設けられ、上記溝は上記シール円板を円錐形に変
形して保持するように軸方向に離間されてなり、
上記シール円板が内縁および外縁に膨出したリム
を有し、上記リムの一方が対応する溝内で径方向
に摺動可能であることを特徴とする流体シール装
置に在る。

次に添附図面に示す本発明の実施例に沿つて本
発明を説明する。

第１図に於て原子炉容器１０内には複数の燃料
集合体１２を有する炉心が支持されている。ヘリ
ウムガス、水あるいは液体ナトリウム等の原子炉
冷却材は、入口ノズル１４から炉容器内に入り、
燃料集合体１２を通つて上方に流れて熱エネルギ
ーを吸収し、出口ノズル１６から排出されて一般
に熱交換器に供給される。この一次流れは炉心か
ら出たとき高温である。例えば液体ナトリウム冷
却高速増殖炉では、一次流れは540℃程度である。
二次流れであるバイパス流路が炉容器壁の内部を
450℃程度の許容できる低温に維持するために設
けられている。バイパス冷却材は複数のオリフイ
ス１８を通つて流れ、バイパス流れ環状空間２２
を通つて上方に流れる。環状空間２２は炉容器１
０の内壁面と熱ライナー２４との間に形成されて
いる。

出口ノズル１６は第２図に示すノズルライナー
１７を備えている。ノズルライナー１７および熱
ライナー２４は高温の一次流れと低温のバイパス
流れとの両方に曝されている。バイパス流れの圧
力は一般に出口ノズル一次流れよりも約1psi（約
0.07Kg／cm²）だけ高い。一次流れ冷却材は、ノズ
ル１６を横切るときにバイパス流れ環状空間２２
内を流れる冷却材を通り抜けて流れる。バイパス
環状空間２２と一次流れ領域との間の冷却材漏れ
は無くしあるいは実質的に軽減して、特に出口ノ
ズル領域およびその上方で、炉容器の冷却を阻害
せぬように、また漏れ部分の繰返し温度変化によ
る過度の疲労を防ぐようにしなければならない。

第２図および第３図には出口ノズル部分の詳細
が示されている。熱あるいは他の原因による応力
のために、熱ライナー２４のフランジ２６と出口
ノズルライナー１７のフランジ２８との間には3/
４in（約19mm）程度の相対運動が生ずる。この相対
運動は、軸方向（第２図で左から右へのノズルの
軸心方向）と径方向（第２図で上から下へのノズ
ルの軸心に直角方向）との両方向に生ずる。更
に、熱ライナー２４に沿つた軸方向温度勾配のた
めに、内側フランジ２８の始めの円筒形形状が僅
かに歪んで熱ライナーの開口の軸心が出口ノズル
１６の軸心に平行でなくなることがある。この部
分の熱による歪は熱ライナーのフランジ２８の始
めの平坦な面を平面でなくしてしまう。従つて１
つ以上のシール円板３０を用いてバイパス流れと
一次流れとの間に流体シールを形成してある。

シール円板３０は可撓性であり、シール円板が
曝される流体および周囲環境と共存性のある材料
で形成されている。用途に応じて鉄金属および非
鉄金属もプラスチツクもエラストマーも使用でき
る。

シール円板３０は内側受器３２および外側受器
３４内に設けられている。受器３２，３４は溝形
であり、即ち２つの側面３６と、後面３８と、開
いた前部４０とを有する環状の溝を形成してい
る。受器は断面形が略々矩形であるが他の形も使
用できる。しかしながら各受器は、平らなあるい
は平らな部分を有する少なくとも１つの側面３６
を持つものであること、また受器のうちの１つの
後面３８がシール円板３０と接触せぬようにシー
ル円板３０に対して配置されることが必要であ
る。後に明らかになる如く、平坦面は一次シール
部分であり、シール作用を失なわず固着せずにシ
ール円板と受器とが相対運動できるようにする。
内側受器３２はノズルの軸心４２と反対向に外側
を向いており、外側受器３４はノズルの軸心４２
の方向に内側を向いている。互いに向き合つた受
器は、シール円板を組付ける時を除いて、整列し
ておらず、常に或る程度の予負荷を維持できるよ
うにしてある。

第４図および第５図に良く示されている如く、
環状のシール円板３０の内縁４６には膨出したリ
ム即ち拡大縁４８が設けられ、シール円板３０の
外縁５０には膨出したリム即ち拡大縁５２が設け
られている。拡大縁４８，５２はシール円板の本
体５３および面５４，５６から外側に突出してい
る。望ましい実施例では内側の拡大縁４８はシー
ル円板の本体５３と共に略々Ｔ字形断面を形成し
ている。拡大縁４８は受器の側面３６に接してい
るが、受器の後面３８からは離れている。外側の
拡大縁５２は略々球形あるいは球根状断面であ
り、受器の側面に接し、また望ましくは後面にも
接するものである。他の様々な形にすることもで
きるが、拡大縁と受器の壁とが固着せぬように角
の鋭くない丸く曲つた周面のものが望ましい。

流体シールは、図示の例では拡大縁４８，５２
と受器との間の金属対金属接触により形成され
る。

接触力は幾つかの作用により得られるものであ
る。その１つは第８図に示す環状のシール円板が
組立てられて円錐形形状にされていることによる
軸方向の力である。第７図は製造されたままの平
らなシール円板を示し、第８図は組立てられて円
錐台形になつたシール円板を示す。別のシール力
は、シール円板の本体５３の厚さ方向の温度差に
より得られるものであり、この温度差により第２
図に示す如くシール円板が低温側（右側）表面５
４で凹となり高温側（左側）表面５６で凸となる
ようにシール円板が皿状になろうとするのであ
る。シール円板周縁の自由な相対軸方向運動は受
器と接触していて拘束されているので、金属対金
属シール接触は、シール円板の外側拡大縁５２で
はその右側で起こり、内側拡大縁４８ではその左
側で起こる。この関係は第６図に誇張して示して
ある。シール接触力は原子炉定常運動期間中、熱
ライナーのフランジ２６および出口ノズルライナ
ーのフランジ２８間の相対運動時を含み、ずつと
維持される。予負荷は受器が整列していない限り
維持される。第６図の下部に示す如く、シール面
２９は球状断面の拡大縁５２が回転してシール接
触を維持できるように平面である。可撓性シール
円板の内縁および外縁は、各構成部材の夫々の相
対運動および変形に追従する。

第６図から、変位置が過大になるとシール円板
３０の面５４，５６が例えば角60′で受器の角60
と接触することがある。従つて受器とシール円板
の周縁は上述の接触をせぬように寸法および形状
を定めるべきである。例えば、側面は長過ぎては
ならぬ。また角60は角60″に示す如く丸めあるい
は面取りすることができる。

第２図に示す如く、受器は数個の部材で構成す
ることができる。図示の例ではスペーサーリング
６２、内側保持環６４、外側保持環６６および固
定ピン７０を備えている。図示の原子炉の場合、
シール円板３０およびスペーサーリング６２は焼
入れ合金であり、必要により炭化クロム等の摩擦
特性および耐磨耗性の優れた材料で被覆したもの
である。出口ノズルおよび熱ライナー等の他の部
材は望ましくは304型あるいは316型ステンレス鋼
である。

並列漏れ流路を通つてシール円板３０を側路す
る漏れを最小限にするためには、運動中にスペー
サーリング６２とフランジ２６，２８との間にぴ
つたりとした密着を維持することが必要である。
これは、例えば組立時に部品を収縮させることに
より、あるいは各部の動作温度および／または熱
膨張係数の差を利用することにより部品を互いに
密着させて達成することができる。

組立時には、始め平らな環状のシール円板３０
を、内側保持器６４に適当な軸方向力を加えて浅
い円錐形に変形させ、シール円板３０とスペーサ
ーリング６２との間に始めの接触およびシール関
係を形成させる。内側保持器６４および外側保持
器６６は共に例えば固定ピン７０等により夫々出
口ノズルライナーフランジ２８およびライナーフ
ランジ２６に固定される。

シール円板３０は、出口ノズルライナーフラン
ジ２８に対する熱ライナーフランジ２６の予測さ
れる外側への軸方向運動が生じた場合にも適切な
シール接触関係が維持されるように選択される。
更に、シール円板の面５４は面５６よりも高温で
あるのでシール円板３０の本体５３の厚さ方向の
温度勾配のために変形しようとするので、シール
作用は運動中に増大する。

可撓性のシール円板３０は、熱ライナーフラン
ジ２６と出口ノズルライナーフランジ２８との間
に起こる非一様な波打ちを含む構成部材の複雑に
組合わされた相対運動を吸収できることが明らか
である。図示の例あるいは他の用途について環状
のシール円板の構成を変更することができる。シ
ール円板を内縁でより拘束して支持し、外縁を摺
動自在にすることができる。シール円板および受
器を様々な材料で構成することができ、また炭化
クロム等の摩擦が小さく耐磨耗性の材料で摺動面
を被覆することができる。シール円板の厚さおよ
び機械的特性は、必要なばね定数、反作用力、応
力および可撓性が得られるように選択することが
できる。シール円板は内縁を或る選択した形状に
し、保持装置の形に応じて外縁を別の形状にする
こともできる。

最も重要なことは、シール円板が不整列な部分
間に支持されてシール円板が皿形となる略々円錐
形形状にされることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉容器とその内部機構の一部を示
す概略断面図、第２図は原子炉の出口ノズル部分
の断面図、第３図は原子炉の出口ノズル部分の破
断斜視図、第４図は本発明のシール円板の正面
図、第５図は本発明のシール円板が組立てられた
状態を示す断面図、第６図は作動位置でシール円
板を示す断面図、第７図は本発明のシール円板の
製造されたままの状態を示す断面図、第８図は第
７図のシール円板を組立状態で示す断面図であ
る。 １０……容器（炉容器）、１６……管（出口ノ
ズル）、１７……ノズル部分（ノズルライナー）、
２４……内壁（熱ライナー）、３０……シール円
板、３２，３４……受器、４８，５２……リム
（４８……内側拡大縁、５２……外側拡大縁）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二重壁容器に接続された流体管用の流体シー
   ル装置に於いて、上記管が容器の外壁に取付られ
   ており、かつ内壁から離間して内壁の開口を通つ
   て延びたノズル部分を有し、上記ノズル部分と上
   記開口を形成する内壁部分との対向壁が、対向す
   る複数の開いた溝を有し、上記溝内に上記ノズル
   部分と上記内壁との間の空間を横切るように環状
   可撓性のシール円板が設けられ、上記溝は上記シ
   ール円板を円錐形に変形して保持するように軸方
   向に離間されてなり、上記シール円板が内縁およ
   び外縁に膨出したリムを有し、上記リムの一方が
   対応する溝内で径方向に摺動可能であることを特
   徴とする流体シール装置。 ２ 上記摺動可能なリムが他方のリムよりも幅が
   広い特許請求の範囲第１項記載の流体シール装
   置。 ３ 上記溝が、対応する上記リムが摺動接触する
   平坦側面を有する受器により形成されてなる特許
   請求の範囲第１項あるいは第２項記載の流体シー
   ル装置。