JPH02190796A - 液体金属冷却型原子炉の冷却装置 - 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】 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は冷却材として液体金属を使用する液体金属冷却
型原子炉の冷却装置に係り、特に原子炉の二次系の改良
にＩ！１１ｊる。

（従来の技術） 冷ｆＪ］４４としてナトリウムなどの液体金属を使用す
る高速増殖炉では原子炉冷却材、すなわら−次冷却材が
高いレベルの放射能を帯びるので、次冷却系は蒸気発生
系から隔離される。

一方、タービン発電機を駆動する蒸気を発生させるため
に液体金属と水との熱交換設備が必要不可欠である。

一次冷却材であるナトリウムなどは、空気や水と激しく
反応し易く、その化学反応熱が大きい。

したがって、蒸気発生器の蒸気側配管が破損した際に水
−液体金属の化学反応の影響が炉心に波及しないように
するため、−次冷却系と蒸気発生系との間にさらに二次
冷却系が配置されている。

従来の液体金属冷却型原子炉における冷却系について第
８図を参照して説明する。

原子炉容器１の中心には、燃料集合体を装荷した炉心２
が配置され、この炉心２を冷却する液体金属、例えばナ
トリウムなどの冷却材３が装填される。冷却材３は、原
子炉容器１内に装備された一次主循環ボンブ４によって
循環される。この炉心を冷却する一次冷却材３と、−法
主循環ボンプ４と、−次冷却材を二次冷却材と熱交換さ
せる中間熱交換器５とから一次冷却系が構成される。

一方、二次冷却系は、中間熱交換器５と、図示しないタ
ービン発電機に供給する蒸気を生成する蒸気発生Ｂ６と
、二次冷却材を循環するための竪型二次主循環ポンプ７
とこれらの機器を接続する第１から第３の配管８ａ、８
ｂ、８ｃとから構成されている。

従来の二次冷却系は、蒸気発生器６と二次主循環ポンプ
７の各機器を原子炉建屋９を境界として別建屋に配置し
ている。

上記のように、従来の二次冷却系の配置構成によれば、
二次主循環ポンプ７と蒸気発生器６が個別に設置され、
それらの機器および配管が原子炉補助建屋の空間の大ぎ
な割合を占め、建物およびドレンタンクなどの付帯設備
の規模を大型化する不経済性があった。

また、蒸気発生器６と二次主循環ポンプ７等を接続する
配管８ａ、８ｂ、８ｃの接続部はいずれも固定されたア
ンカー点になるため、各ＩＩ凶器間接続する配管は熱膨
張を吸収する。したがって、その途中に配管ループを形
成したり、蛇行させる必要があり、そのため配管長が長
くなり、配管が占める空間容積が大きく、付帯設備が大
型化する欠点があった。

そこで、機器構造および配置を簡素化して配管長を短縮
するとともに、原子炉建屋および原子炉補助建屋の空間
容積を削減し、プラント建設コストを低減することがで
きる液体金属冷却型原子炉の冷却装置として特開昭６３
−５８２９０号公報に開示されたものがある。

すなわち、この冷却ＩＩは第９図に示すように、原子炉
容器１内に配設した中間熱交換器５と原子炉容器１外に
配設した蒸気発生器６とを配管接続し、そして蒸気発生
器６の本体胴６ａの上部に液体金属入口配管６ｂを設け
、本体１１４６ａの下部に開口を有する液体金属上昇管
６Ｃを本体胴６０の軸方向に設け、この液体金属上昇管
６Ｃの上端に液体金属出口配管６ｄを接続し、さらに液
体金属上昇管６Ｃの上部周囲で液体金属液面上の空間部
６ｅに電磁ポンプ６ｆを配設して構成している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記特開昭６３−５８２９０号公報に開
示された冷却装置にあっては、蒸気発生器内における液
体金属上昇管の外側に断熱構造を有する伝熱管シュラウ
ドが配設されており、この伝熱管ショラウドは二重管構
造をなし、内部に断熱空間を有し、伝熱管シュラウドの
外側が高温、内側が低温となるため、熱膨張を吸収する
構造が必要となり構造が大型化且つ複雑化してしまう問
題がある。

また、上記従来例にあっては、電磁ポンプが引扱き可能
な構造となっており、液体金属上昇管と電磁ポンプケー
シングとの間に隙間が形成されるため、このｌｌｆｉ間
に液体金属の液面が形成されることになる。その結果、
プラント停止時等には圧力損失がなくなるため、蒸気発
生器上部に設置されている電磁ポンプフランジ部へ液体
金属が上昇し、漏洩してしまう可能性があった。そして
、通常運転時においても前記隙間内の気体が液体金属中
に入り込み液体金属液面が上昇して蒸気発生器上部から
漏洩する可能性があり、装置としての信頼性を低下さ゛
せてしまう問題点がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、二重管構
造、熱膨張吸収構造を有する伝熱管シュラウド（内筒）
を使用することなく断熱可能であって、液体金属液面を
蒸気発生器下部に維持し液体金属が蒸気発生器上部から
漏洩することを防止できる液体金属冷却型原子炉の冷却
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明による液体金属冷却型原子炉の冷却装置は、原子
炉容器内に配設した中間熱交換器と原子炉容器外に配設
した蒸気発生器とを配管接続してなる液体金属冷却型原
子炉の冷却装置において、前記蒸気発生器の本体胴の上
部に設けた液体金属入口配管と、前記本体胴の軸方向に
設け上記本体胴下部に開口を有し且つ上部に電磁ポンプ
を有する液体金属上昇用の電磁ポンプケーシングと、こ
のケーシングの上端に接続した液体金属出口配管と、前
記電磁ポンプケーシングの外側に軸方向に沿って設け上
端を前記本体胴上部に接続し上記本体胴の下部に開口を
有する内筒とを備え、前記電磁ポンプケーシングと前記
内筒との間に空間を形成したことを特徴とする。

（作用） 上記の構成を有する本発明においては、中間熱交換器に
よって加熱された液体金属が液体金属入口配管を通り、
蒸気発生器に供給され、蒸気発生器を下降しながら給水
と熱交換し蒸気を発生させる。熱交換して温度が低下し
た液体金属は電磁ポンプの作用により電磁ポンプケーシ
ングの下端開口から吸い上げられ、ざらに中間熱交換器
に返送される。電磁ポンプケーシングの上部周囲で液体
金属液面上の空間部に配設された電磁ポンプは、液体金
屑出口配管方向に液体金属を移動させる移ｌＸｌ１磁界
を形成する。

また、中間熱交換器によって加熱され、蒸気発生器に供
給された液体金属と水側との熱交換により降温した液体
金属を内筒と電磁ポンプケーシングとの間に形成した空
間により断熱させ、さらにこの空間の圧力により液体全
島液面を蒸気発生器下部に維持し、液体金属が蒸気発生
器上部から漏洩するのを防止する。

（実施例） 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置
の一実施例を示す系統図である。同図において、符＠１
０は液体金属冷却型原子炉の原子炉容器を示し、この原
子炉容器１０内に炉心１１が配設される。炉心１１は原
子炉−次冷却系１２の一次冷却０１３により冷却される
。原子炉−次冷却系１２は原子炉容器１０内に配設され
た一次主循環ボンプ１４および中間熱交換器１５を端え
、上記−法主循環ボンブ１４により原子炉容器１０内で
一次冷却材１３を循環させるようになっている。

原子炉−次冷却系１２の一次冷却材１３は中間熱交換器
１５で原子炉二次冷却系１６の二次冷却材１７と熱交換
される。この二次冷却系１６は原子炉−次冷却系１２と
蒸気発生系１８との間に配設される。原子炉二次冷却系
１６は中間熱交換器１５と、原子炉容器１０外に配設さ
れた蒸気発生器１９と、中間熱交換器１５および蒸気発
生器１９とを接続するために原子炉建屋壁２ｏを目通し
て配設したホットレグ配管２１およびコールドレグ配管
２２とから構成される。

蒸気発生器１９の本体胴２３の上部には液体金属出入口
配管２４，２５が設けられる。一方、本体胴２３内には
下部にｎ口を有する電磁ポンプケーシング２６が本体胴
２３の中心軸に沿って配設され、この電磁ポンプケーシ
ング２６の上端に液体金属出口配管２４が接続される。

また、電磁ポンプケーシング２６の上部には電磁ポンプ
４０が配設されている。

ところで、蒸気発生器１９は第２図に示す縦断面構造を
有し、本体胴２３は本体支持スカート２７によって支持
されており、本体１ｊｉ２３内の中心部分に配置された
電磁ポンプケーシング２６の外側に内筒（伝熱管シュラ
ウド）２８を配置し、さらにその外側の環状空間（熱交
換室２９）に多数のヘリカル伝熱管３０を配設している
。また、本体胴２３の上部内側には液体金属の自由液面
ＦＬ１が形成されており、この自由液面ＦＬ１の上部の
空間部４７が液体金属の熱膨張による体積変化を吸収す
るようになっている。

一方、第１図の給水ポンプ３１がら送給された給水が流
入する水入口配管３２と、水入口ヘッダ３３と、水入口
分配管３４と、水入口水ｖ３５とで給水の入口部分が構
成される。また、蒸気の出目部分は出口蒸気室３６と、
出口蒸気分流管３７と、出口蒸気ヘッダ３８と、出口蒸
気配管３９とで構成される。

第３図は第２図における蒸気発生Ｎ１９の平面図であり
、液体金属入口配管２５が２系列に分岐されて本体胴２
３上部に設けられ、また液体金属出口配管２４が本体頂
部中心から導出されている。

第４図は第３図におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図で
あり、蒸気発生器１９の頂部を示す。電磁ポンプケーシ
ング２６の上部の拡径部内周に電磁ポンプ４０が設けら
れ、この電磁ポンプ４０は環状に形成された液体金属流
路４１の内側と外側に電磁コイル４２を巻回した２ステ
一タコイル方式で構成しており、外部電源からの電流に
よりｒａｓを発生させ、液体金属を循環させる。

また、Ｗｔ磁水ポンプ４０有する電磁ポンプケーシング
２６は、その上部フランジが液体金属出口配管２４のフ
ランジと接続され、さらに液体金属出口配管２４はコー
ルドレグ配管２２に接続されている。

ところで、内筒２８は第２図及び第４図に示すように、
本体胴２３の下部に開口を有し、電磁ポンプケーシング
２６の外側に軸方向に沿って配設されている。また、内
筒２８の上端には電磁ポンプ取付用フランジ４３が形成
され、このフランジ４３と電磁ポンプケーシング２６の
上部フランジとの間はシールリング４４によってシール
されている。これにより、電磁ポンプケーシング２６と
内筒２８との間に空間が形成され、その結果、電磁ポン
プケーシング２６と内筒２８間の自由液面ＦＬ２とシー
ルリング４４との間で断熱層４５を形成している。この
自由液面ＦＬ２は第５図に示すように断熱層４５の圧力
と液体金属の圧力とが平衡する位置にある。

次に、上記実施例の作用について説明する。

炉心１１で発生した熱を冷却する一次冷却材１３を一次
主循環ボンブ１４によって循環させることにより中間熱
交換器１５を介して二次冷却系１６に熱が伝達される。

一方、蒸気発生器１９に内蔵された電磁ポンプ４０によ
り二次冷却系１６の液体金属が循環され、中間熱交換器
１５で成熱した高温の液体金属がホットレグ配管２１を
通り、液体金属入口配管２５を軽で、蒸気発生器１９に
流入する。

そして、Ｂｍの液体金属はヘリカル伝熱管３０を配設し
た熱交換室２９内を流下しながら給水を蒸気にすべく熱
を与え、自らは降温して低温の液体金属となる。この低
温の液体金属は蒸気発生器１９内の下部において開口し
て配置された電磁ポンプケーシング２６内を上昇し、さ
らに電磁ポンプ４０にて吐出圧を付与された後に、液体
金属出口配管２４およびコールドレグ配管２２を経て中
間熱交換器１５に還流される。

このように、液体金属は上記のような流れを形成し、特
に漏気発生１１９内においては、その下部で開口してい
る電磁ポンプケーシング２６と内筒２８との間の自由液
面ＦＬ２と、蒸気発生器１９上部に設置された電磁ポン
プ取付用フランジ４３に密着しているシールリング４４
との間で断熱層４５を形成し、内筒２８の外側を流下し
てくるｔ％温の液体金属と１ｆｌａポンプケーシング２
６内を上昇していく低温の液体金属との熱交換を防止し
ている。

なお、自由液面ＦＬ２は断熱層４５と蒸気発生器１９下
部における液体金属との圧力平衡位置にあり、そのため
液体金属充填時には断熱層４５の圧力を自由液面ＦＬ２
が蒸気発生器１９下部になるように設定する。そして、
プラント停止時等においては、液体金属の流れが停止す
るため圧力自失がなくなり、蒸気発生器１９下部では圧
力が上昇覆るものの、断熱層４５の圧力と平衡になる位
置は蒸気発生器１９下部程度の位置となり、自由液面Ｆ
Ｌ２が蒸気発生器１９上部シールリング４４まで上昇す
ることはなく、液体全屈漏洩の可能性はない。

ところで、第２図に示される蒸気発生器１９において、
水・蒸気側では給水ポンプ３１（第１図示）から送り込
まれた給水は、水入口配管３２から水入口ヘッダ３３に
流入後、水入口分配管３４で流量分配された後、複数に
分流されて水入口水室３５に至る。この水入口水室３５
からヘリカルコイル伝熱管３０の内部に分配送入された
給水はヘリカルコイル伝熱管３０内を上昇しながら液体
金属と熱交換されて温度１饗し蒸気となった後、出口蒸
気’Ｊ３６に至る。そして、出口蒸気分流管３７の内部
を通過して出口蒸気ヘッダ３８で合流した後、出口蒸気
配管３９から流出し、図示しない蒸気タービンに送られ
る。

このように本実施例によれば、内筒２８を二重管構造と
することなく断熱可能であるので、構造を簡略化し、蒸
気発生器１９の製作性が向上する。

また、通常運転時、プラント停止時等において、電磁ポ
ンプケーシング２６と内筒２８間の自由液面ＦＬ２を安
定して維持できるから、断熱Ｆ１４５による断熱機能を
損うことなく、しかも液体金属が蒸気発生器１９上部よ
り漏洩づることらない。

また、本実施例によれば、蒸気発生器１９内に電磁ポン
プ４０を組み込んでケーシング２６と一体化したことに
より、二次主循環ポンプを削減することができるため、
配管長の大幅な短縮が可能となる。

第６図および第７図は各々本発明の他の実施例における
蒸気発生器を示しており、前記実施例と同一の部材には
同一の符号を付して説明すると、第６図に示す実施例で
は、電磁ポンプケーシング２６を内！９１２８より短く
形成している。因みに、蒸気発生器１９の下方において
は、内筒２８を流下してくる液体金属と電磁ポンプケー
シング２６内を上界していく液体金属との温度差がほと
んどないため断熱不要である。したがって、電磁ポンプ
ケーシング２６の下方長さは、通常運転時、プラント停
止時等において液体金属の自由液面ＦＬ２が安定に維持
され且つ断熱効果を右するように設定する。本実施例に
よれば、前記実施例と比較して一段と構造が門略化され
製作性が向上するとともに、電磁ポンプ４０のメンテナ
ンス性も向上Ｊることになる。その他の構成及び作用は
前記実施例と同一であるのでその説明を省略する。

また、第７図に示す実施例では、電磁ポンプケーシング
２６を内筒２８と比較して大幅に短くし、電磁ポンプケ
ーシング２６と内筒２８の上部との空間で断熱）ｆＪ４
５ａを形成している。この冑熱層４５ａの圧力と液体金
属の圧力とが平衡する位置で自由液面ＦＬ３を形成して
いる。また、電磁ポンプケーシング２６の軸方向下端に
は、所定間隔をＪ３いて液体金属上昇管４６が配設され
ており、この液体金属上昇管４６の下端は内局２８の下
端まで延びて開口している。そして、液体金属上界管４
６の上端は折曲され内筒２８と液密に固着されている。

したがって、液体金属上昇管４６と内筒２８との空間で
断熱層４５ｂを形成し、この断熱層４５ｂの圧力と液体
金属の圧力とが平１１ｔｉ−ｖる位置で自由液面ＦＬ２
を形成している。本実施例によれば、断熱効果を大幅に
ＩＱ　’３うことなく、電磁ポンプ４０のメンテナンス
性を向上させることができる。その伯の構成及び作用は
前記実施例と同一であるのでその説明を省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば下端を開口した電
磁ポンプケーシングと内筒とで空間を形成したので、こ
の空間が断熱層となり、内筒を二重管構造、べ０−ズ構
造等とすることがなく、構造を簡略化し、製作性を向上
させることができる。

また、電磁ポンプケーシングと内筒間の空間で自由液面
を安定して維持できるので、蒸気発生器上部から液体金
属が漏洩することを防止し、信頼性を大幅に向上させる
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷７４１
装買の一実施例を示す系統図、第２図は第１図における
蒸気発生器の構造を示す半ｉｕｉ面図、第３図は第２図
における蒸気発生器の平面図、第４図は第３図における
ＩＶ　−■線に沿った断面図、第５図は第２図における
蒸気発生器下部のｌＩ４３ｉ［を拡大して示す縦断面図
、第６図および第７図は各々本発明の他の実施例におけ
る蒸気発生器の構造を示す半組断面図、第８図および第
９図は各々従来の液体金属冷却型原子炉の冷却装置を示
す系統図である。 １０・・・原子炉容器、１１・・・炉心、１５・・・中
間熱交換器、１９・・・蒸気発生器、２３・・・本体胴
、２４・・・液体金属出口配管、２５・・・液体金属入
口配管、２６・・・電磁ポンプケーシング、２８・・・
内筒、２９・・・熱交換器、４０・・・電磁ポンプ、４
３・・・電磁ポンプ取付用７ランジ、４４・・・シール
リング、４５・・・断熱層、４６・・・液体金属上昇管
、ＦＬＩ、ＦＬ２゜Ｆ１ａ・・・自由液面。 出願人代理人　　波　多　野　　　　久第 図 第 図 第 図 第 図 Ｅ−＝７−一−− 二−コ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉容器内に配設した中間熱交換器と原子炉容器外に
   配設した蒸気発生器とを配管接続してなる液体金属冷却
   型原子炉の冷却装置において、前記蒸気発生器の本体胴
   の上部に設けた液体金属入口配管と、前記本体胴の軸方
   向に設け上記本体胴下部に開口を有し且つ上部に電磁ポ
   ンプを有する液体金属上昇用の電磁ポンプケーシングと
   、このケーシングの上端に接続した液体金属出口配管と
   、前記電磁ポンプケーシングの外側に軸方向に沿つて設
   け上端を前記本体胴上部に接続し上記本体胴の下部に開
   口を有する内筒とを備え、前記電磁ポンプケーシングと
   前記内筒との間に空間を形成したことを特徴とする液体
   金属冷却型原子炉の冷却装置。