JPH10332882A - 液体金属冷却型原子炉の冷却設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配管長の短縮化、原子炉建屋のコンパクト化、
液体金属の漏洩対策、枝管等の構造不連続部の削減、プ
ラントコストの低減及び信頼性の向上を図る。 【解決手段】原子炉建屋内に設置した中間熱交換器と蒸
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
冷却設備において、前記蒸気発生器17は内部に液体金属
が通流する本体胴20と、この本体胴20内に配置したヘリ
カルコイル状伝熱管21と、この伝熱管21の伝熱管束22の
両端を接続する給水管板24および蒸気管板23と、この給
水管板24および蒸気管板23を固定する給水管台26および
蒸気管台25と、本体胴20内に設けられ中心軸線に沿って
伝熱管束22内に挿入した内胴27と、この内胴27の上部に
設置したセンターリターン型電磁ポンプ28と、この電磁
ポンプ28のポンプ出口ノズル30に連絡管31を介して接続
した液体金属出口ノズル32と、本体胴20の上部側面に設
けた液体金属入り口ノズル29とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉建屋内に設
置されている液体金属冷却型原子炉の冷却設備に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液体金属冷却型高速増殖炉プラントでは
一般に冷却材として液体金属、例えば液体ナトリウムが
使用される。以下、本明細書では、液体金属をナトリウ
ムの例で説明するが、ナトリウムに限定するものではな
い。図12により従来の液体金属冷却型原子炉としての高
速増殖炉の冷却系設備を説明する。高速増殖炉におい
て、原子炉容器の炉心（図示せず）で加熱された１次ナ
トリウムは、１次系配管１内を流れ、中間熱交換器２に
入り２次ナトリウムと熱交換される。

【０００３】高温となった２次ナトリウムは、ホットレ
グ配管３内を流れ蒸気発生器４内に流入し、蒸気発生器
４において水と熱交換を行う。低温となった２次ナトリ
ウムは、ミドルレグ配管５を経て２次主循環ポンプ６に
入り、そこで昇圧された後、コールドレグ配管７を経て
再び中間熱交換器２に送られる。

【０００４】一方、蒸気発生器４に接続した給水配管８
から流入した水は、蒸気発生器４内で２次ナトリウムと
の熱交換し、蒸気となって主蒸気配管19に流入し、図示
しないタービン設備に送られる。

【０００５】これらの機器とは別の補助系設備として、
２次ナトリウム受入初期段階で混入する不純物およびプ
ラント運転時に蒸気発生器４内の伝熱管を介して混入す
る水素等の不純物を取り除くためにコールドトラップ11
を使用する。そこで、ミドルレグ配管５から分岐して純
化系配管10，10を接続し、この純化系配管10，10をコー
ルドトラップ11にする循環系路を設けている。

【０００６】また、これらの冷却系システムを構成する
機器の補修時など、２次ナトリウムのドレンが必要とな
った場合にドレンが可能なよう各機器からのドレン配管
12および２次ナトリウムを貯溜するダンプタンク13が設
置されている。

【０００７】蒸気発生器４において、蒸気発生器４内の
伝熱管から水リークが発生すると、２次ナトリウムと反
応し、熱の発生とともに急激な圧力上昇が生じる。この
圧力上昇を緩和するために、蒸気発生器４には放出系配
管14が設置され、この放出系配管14はダンプタンク13に
接続されている。

【０００８】放出系配管14は、通常時はラプチャーディ
スク15により仕切られているが、水リーク時には上昇し
た圧力によりラプチャーディスク15が破裂し、圧力がダ
ンプタンク13に開放されることにより過大な圧力の発生
を防止している。ナトリウムと水の反応生成物は、放出
系配管14を経由してダンプタンク13に流入した後、図示
しないサイクロンセパレータへ移送される。なお、図中
符号16は格納容器で、格納容器壁を部分的に示してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷却系システム
では、２次主配管（ホットレグ配管３，ミドルレグ配管
５，コールドレグ配管７）は、蒸気発生器４と２次主循
環ポンプ６が別置きの独立機器となっているため、中間
熱交換器２とこれら２つの機器を結ぶ必要があることお
よび、２次主配管の熱膨張をエルボの曲げ変形で吸収す
るため長大な配管系となっており、これらを収納するた
めの原子炉建屋体積が大規模なものとなっていた。

【００１０】また、コールドトラップ11，ダンプタンク
13，放出系配管14などの補助系設備を結ぶ配管系の引回
しに対しても広いスペースが必要であった。このように
液体金属（ナトリウム）を内包する配管系が長大である
ため、液体金属漏洩対策として、漏洩した液体金属を受
け止めるための鋼製のライナなどの設備が広範囲に渡っ
て必要であり、物量の増加を招いていた。

【００１１】さらに、ダンプタンク13内に充填ドレンの
ためのドレン配管12やガス抜き用配管、および蒸気発生
器４内の伝熱管からの水リークを検出するための水リー
ク検出用分岐管等の多数の枝管を必要とし、これら構造
不連続部からの潜在的な漏洩の可能性が高くなる課題が
ある。

【００１２】上述したように、従来技術による高速増殖
炉の冷却系システムでは、独立した機器を直線的に配管
で接合した場合、配管に生じる熱応力が過大となり成立
しないことから、配管を引回すことにより熱膨張を吸収
する構造としていた。このため、配管長さが長大となる
とともにこれを収納する原子炉建屋自体も大きくなり、
機器および建屋物量の増加に繋がっていた。

【００１３】また、液体金属配管の長大化に伴い、これ
に付属する枝管等の構造不連続部が増え、潜在的な液体
金属漏洩の可能性が増加し、さらに、液体金属漏洩対策
設備の物量が増加する課題がある。

【００１４】本発明は、上記各課題を解決するためにな
されたもので、冷却系設備の合体化により配管長の短縮
化および原子炉建屋のコンパクト化を図るとともに、枝
管等の構造不連続部の削減と液体金属機器を集中的に配
置し、これらをエンクロージャで囲うことにより、液体
金属漏洩対策を強化することで、プラントコストの低減
および信頼性の向上を図ることができる液体金属冷却型
原子炉の冷却設備を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、原子
炉建屋内に配設した中間熱交換器と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設備におい
て、前記蒸気発生器は上下両端部が上鏡板および下鏡板
により閉塞され内部に液体金属が通流する本体胴と、こ
の本体胴内に配設された伝熱管と、前記本体胴に設けら
れ前記伝熱管の管束に接続した給水管板および蒸気管板
を固定する給水管台および蒸気管台と、前記伝熱管の管
束内に設けられた内筒と、この内筒内に設置された電磁
ポンプと、前記本体胴に設けた液体金属入口ノズルと、
前記電磁ポンプに接続されたポンプ出口ノズルと、この
ポンプ出口ノズルに接続された液体金属出口ノズルとを
具備したことを特徴とする。

【００１６】請求項２の発明は、前記電磁ポンプの吐出
側空間を包囲するエンクロージャを前記上鏡板に突設
し、前記エンクロージャ内を不活性ガス雰囲気に保持し
てなることを特徴とする。請求項３の発明は、前記ポン
プ出口ノズルと前記液体金属出口ノズルとの間に連絡管
を設け、この連絡管に計装用ウェルを設けてなることを
特徴とする。

【００１７】請求項４の発明は、前記液体金属出口ノズ
ルにコールドレグ配管の一端を接続し、このコールドレ
グ配管の他端を前記中間熱交換器に接続してなり、前記
コールドレグ配管に前記中間熱交換器側から見て上り勾
配を付与してなることを特徴とする。請求項５の発明
は、前記液体金属入口ノズルと接続する前記コールドレ
グ配管には予熱用ヒータを布設しないことを特徴とす
る。

【００１８】請求項６の発明は、原子炉建屋内に配設し
た中間熱交換器と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設備において、前記蒸気発生器
は上下両端部が上鏡板および下鏡板により閉塞され内部
に液体金属が通流する本体胴と、この本体胴内に配設さ
れた伝熱管と、前記本体胴に設けられ前記伝熱管の管束
に接続した給水管板および蒸気管板を固定する給水管台
および蒸気管台と、前記伝熱管の管束内に設けられた内
筒と、この内筒内に設置された電磁ポンプと、この電磁
ポンプの吐出側に接続されたポンプ出口ノズルと、この
ポンプ出口ノズルに接続された連絡管と、この連絡管に
接続された液体金属出口ノズルと、前記下鏡板を貫通し
て設けられた純化系配管と、前記本体胴内の前記内筒に
接続された圧力開放系配管と、この圧力開放系配管に接
続したドレン配管とを具備してなることを特徴とする。

【００１９】請求項７の発明は、前記伝熱管は内管と外
管とからなる同心円状二重伝熱管でヘリカルコイル状に
形成されてなり、前記内管と外管の間に組網線を充填し
てなることを特徴とする。請求項８の発明は、前記圧力
開放配管にラプチャディスクを設置してなることを特徴
とする。

【００２０】請求項９の発明は、前記純化系配管に接続
するコールドトラップと、前記圧力開放系配管およびド
レン配管に接続するダンプタンクとを前記本体胴の下方
に近接配置してなることを特徴とする。

【００２１】請求項10の発明は、前記純化系配管の下部
配管、前記コールドトラップ、前記ドレン配管の下部配
管および前記ダンプタンクを単一の収納構造物内に収納
配置してなることを特徴とする。

【００２２】請求項11の発明は、前記コールドトラップ
は、そのコールドトラップ内にメッシュが充填されその
メッシュに捕獲された前記液体金属中の不純物を加熱し
て前記メッシュを再生する機能を備えてなることを特徴
とする。

【００２３】請求項12の発明は、前記収納構造物内に、
前記液体金属出入配管が破損した際の漏洩液体金属を前
記収納構造物に導き貯溜するためのポットを設けてなる
ことを特徴とする。

【００２４】請求項13の発明は、前記収納構造物の底部
に複数の堰を設置してなることを特徴とする。請求項14
の発明は、前記収納構造物内に不活性ガス注入装置を設
置してなることを特徴とする。

【００２５】請求項15の発明は、前記本体胴の外周にエ
ンクロージャを設置し、このエンクロージャに漏洩液体
金属を前記収納構造物に導く連通管を接続してなること
を特徴とする。請求項16の発明は、前記電磁ポンプに可
変周波数電源装置を接続してなることを特徴とする。

【００２６】請求項17の発明は、原子炉建屋内に配設し
た中間熱交換器と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設備において、前記蒸気発生器
は上下両端部が上鏡板および下鏡板により閉塞され内部
に液体金属が通流する本体胴と、この本体胴内に配置さ
れた伝熱管と、前記本体胴に設けられ前記伝熱管の管束
に接続した給水管板および蒸気管板を固定する給水管台
および蒸気管台と、前記下鏡板を貫通して前記伝熱管の
管束内に上部が挿着された上昇管と、この上昇管内に設
置された電磁ポンプと、前記上昇管の外側に前記液体金
属の流路を有して同心円状に設けられた下降管とからな
り、前記上昇管および下降管の下部を挿着し前記蒸気発
生器の下方にデッキを介して配置されたダンプタンクを
有することを特徴とする。

【００２７】請求項18の発明は、前記ダンプタンク内に
コールドトラップを配置してなることを特徴とする。請
求項19の発明は、前記伝熱管は内管と外管とからなる同
心円状二重伝熱管でヘリカルコイル状に形成されてな
り、前記内管と外管の間に組網線を充填してなることを
特徴とする。

【００２８】請求項20の発明は、前記下降管と前記上昇
管とを分離し、それぞれ前記下鏡板を貫通してを独立に
設置してなることを特徴とする。請求項21の発明は、前
記下降管と前記上昇管にそれぞれ止弁を設置してなるこ
とを特徴とする。

【００２９】本発明の請求項１，２及び３によれば、電
磁ポンプ内蔵蒸気発生器の上部空間内に枝管類や計装用
ウェルを配置することにより、当該部からの液体金属漏
洩が生じた場合、漏洩液体金属を系外に出すことなく事
故の終息が可能であるとともに、これら付随する液体金
属漏洩対策設備を削減できる。

【００３０】請求項４および５によれば、電磁ポンプを
蒸気発生器に内蔵し２次主配管の直線配置化を図り、配
管長を低減とあいまって、配管勾配を中間熱交換器から
蒸気発生器に向かって上り勾配とすることにより、充填
ドレンに際してのガス抜き管本数が削減される。また、
配管長さ短縮により、中間熱交換器と蒸気発生器に設置
された予熱ヒータにより配管部の昇温ができ、配管部に
ヒータを布設しなくても予熱が可能となり、当該部の予
熱保温設備が削除できる。

【００３１】請求項６および７によれば、二重伝熱管を
採用することにより、内管あるいは外管が破損しても、
その破損を検出し、内管および外管の両方の伝熱管が破
損することを防止し、蒸気発生器伝熱管破損事故をなく
すことができ、プラントの信頼性向上が図れる。

【００３２】請求項６および８によれば、蒸気発生器下
部に設置した液体金属中破壊板により、蒸気発生器伝熱
管破損時の発生圧力をいち早く開放でき、さらに液体金
属（ナトリウム）と水の反応により生じる反応生成物を
迅速に排出でき、中間熱交換器への反応生成物の移行を
防止できる。また、当該放出系配管長さを大幅に削減で
き、ひいては建屋面積の削減が可能である。

【００３３】請求項６，９および10によれば、充填ドレ
ン用のドレンタンク・配管および２次液体金属純化用の
コールドトラップ・配管等を蒸気発生器の真下に近接配
置し、これら配管長さを大幅に短縮できる。さらに、こ
れらを一つの収納容器内に集中配置することにより、当
該部からの液体金属漏洩が生じた場合、漏洩ナトリウム
を系外に出すことなく事故の終息が可能であるととも
に、これら付随するナトリウム漏洩対策設備を削減でき
る。

【００３４】請求項６および11によれば、コールドトラ
ップに 500℃まで昇温可能なヒータを布設し、コールド
トラップメッシュ再生時にはヒータを加熱およびカバー
ガスを真空引きする。これにより、コールドトラップは
プラント運転中でも再生することが可能となり、交換用
のコールドトラップや交換作業等を削除できる。

【００３５】請求項６，12，13，14および15によれば、
配管および機器で液体金属の漏洩が生じても、円滑に漏
洩液体金属を収納構造に移送するとともに、収納構造内
での液体金属の燃焼を最小限に抑えることができる。

【００３６】請求項６および16によれば、Ｕ，Ｖ，Ｗか
らなる電磁ポンプの３相電源のうち、Ｕ，Ｖ相の接続を
変えることにより電磁ポンプ吐出方向を逆転させ、２次
主配管からのドレンを速やかに行うことができる。さら
に、コールドレグ破損時の液体金属の急速ドレンを可能
にするとともに、速やかにサイホンブレイクが可能であ
る。

【００３７】請求項17，18，20および21によれば、蒸気
発生器の下部に設けられた下降管は蒸気発生器下部に配
置されたダンプタンクと接続され、これによって、充填
ドレンに必要な配管・弁類を削除できる。また、コール
ドトラップをダンプタンク内に設置することにより、２
次液体金属の純化に必要な配管・弁類の大幅削減が可能
となる。

【００３８】請求項17および19によれば、二重伝熱管を
採用することにより、内管あるいは外管が破損しても、
その破損を検出し、内管および外管の両方の伝熱管が破
損することを防止し、伝熱管破損事故をなくすことがで
き、プラントの信頼性の向上を図ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１（ａ），（ｂ）により本発明
に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設備の第１の実施の
形態を説明する。この第１の実施の形態は本発明の請求
項１に対応するもので、従来例と異なる点は図12に示し
た蒸気発生器４を改良したことにあり、図１（ａ）は本
実施の形態の蒸気発生器17を一部側面で示す縦断面図
で、同図（ｂ）は（ａ）をＡ−Ａ矢視方向から見た上面
図である。

【００４０】すなわち、第１の実施の形態における蒸気
発生器17は上下端部が上鏡板18および下鏡板19で閉塞さ
れた本体胴20と、この本体胴20内に配設されたヘリカル
コイル状に巻回された多数本の伝熱管21と、これらの伝
熱管がヘリカルコイル状に巻回され層状に配置されて構
成した伝熱管束22と、この伝熱管束22の両端部にそれぞ
れ接続する蒸気管板23および給水管板24と、この蒸気管
板23および給水管板24を固定し、本体胴20の上下側面に
設けられた蒸気管台25および給水管台26と、伝熱管束22
内に設けられた内筒27と、この内筒27の上部に設けられ
たセンターリターン型電磁ポンプ28と、本体胴20の上部
側面に接続した液体金属入口ノズル29と、電磁ポンプ28
の吐出側に接続したポンプ出口ノズル30と、このポンプ
出口ノズル30に連絡管31を介して接続された液体金属出
口ノズル32を具備している。

【００４１】液体金属入口ノズル29に対向した本体胴20
内には環状堰33が設けられており、この堰33の上方の液
体ナトリウム金属（以下、液体金属と記す）液体金属34
の上面は上部プレナム35となっている。電磁ポンプ28は
ポンプケーシング36内に配置され、ポンプケーシング36
の外側は上鏡板18から上方に突設したエンクロージャ37
で気密に包囲されている。

【００４２】ポンプケーシング36の上端には支持フラン
ジ38が設けられ、支持フランジ38に平板39が設けられて
エンクロージャ37内は気密に閉塞され、不活性ガスを封
入することにより不活性ガス雰囲気となっている。電磁
ポンプ28は吊り下げられた状態で平板39と円周方向にボ
ルト（図示せず）で結合されている。

【００４３】本体胴20はその胴部に設けられたスカート
40により架台（図示せず）に支持される。内筒27は本体
胴20内の中心位置に軸線に沿って配置される。堰33は液
体金属入口ノズル29から上部プレナム35内に流入した液
体金属34を流量配分するためのものである。

【００４４】本実施の形態によれば、給水管台26と蒸気
管台25を本体胴20の上下部側面に設け、液体金属入口ノ
ズル29を本体胴20の上部側面に設け、液体金属出口ノズ
ル32を本体胴20の上鏡板18の上方に配置することにより
蒸気発生器17の全高を低減することができる。

【００４５】また、電磁ポンプ28を内筒27および平板39
を介して支持フランジ38とボルトで接続すること、およ
びポンプ出口ノズル30と連絡管31を嵌め合い構造により
接続することにより電磁ポンプ28の保守、点検、修理の
際に本体胴20から容易に引き抜くことができるので、メ
ンテナンス作業が容易となる。

【００４６】次に、図２により図１に示した請求項１に
従属する請求項２および３に対応する実施の形態を説明
する。図２は図１におけるエンクロージャ37内を透視的
に拡大して示す斜視図である。

【００４７】すなわち、エンクロージャ37内にはポンプ
出口ノズル30と、このポンプノズル30に接続した連絡管
31が配置されており、エンクロージャ37内は例えば窒素
ガス等の不活性ガスが封入されて不活性ガス雰囲気41と
なっている。連絡管31には止め弁42を有するガス抜き管
43が接続され、このガス抜き管43には分岐管44の一端が
接続され、この分岐管44の他端は伝熱管水リーク検出系
45に接続している。

【００４８】伝熱管水リーク検出系45と連絡管31との間
に戻り管46が接続しており、連絡管31には計装用ウェル
47が設けられている。分岐管44は水リーク検出系22に液
体金属を導くためのもので、戻り管46は水リーク検出系
45からの液体金属を連絡管31に戻すためものである。

【００４９】本実施の形態によればガス抜き管43，分岐
管44および計装用ウェル47等の潜在的にリークの可能性
の高い構造不連結部をエンクロージャ37で包囲すること
により、液体金属の漏洩に対しても漏洩液体金属を系外
に漏らすことなく漏洩事由を終息できる。

【００５０】次に図３により図１に示した請求項１に従
属する請求項４および５に対応する実施の形態を説明す
る。図３は図12における中間熱交換器２と本実施の形態
における蒸気発生器17とを接続する短尺コールドレグ配
管48と短尺ホットレグ配管49との配置関係を示してい
る。

【００５１】蒸気発生器17はリングガーダ50上に支持ス
カート40を介して設置されている。高温の１次液体金属
は、中間熱交換器２により２次液体金属と熱交換され、
高温となった２次液体金属は短尺ホットレグ配管49内を
流れ、蒸気発生器17内に流入し、蒸気発生器17において
水と熱交換を行う。蒸気発生器17は図１に示したように
電磁ポンプ28を内蔵している。

【００５２】水との熱交換により低温となった２次液体
金属は、蒸気発生器17に内蔵した電磁ポンプ28により昇
圧され、短尺コールドレグ配管48を経由して再び中間熱
交換器２に送られる。水側は、蒸気発生器17の下部足部
に接続した給水管台26から流入し、伝熱管（図示せず）
内を流れることで２次液体金属と熱交換を行い、蒸気と
なって蒸気管台25を経てタービン設備（図示せず）へと
送られる。

【００５３】電磁ポンプは蒸気発生器17に内蔵されてい
ることから、図12に示したミドルレグ配管５は削除され
ている。また、短尺ホットレグ配管49および短尺コール
ドレグ配管48は中間熱交換器２と蒸気発生器17を直線的
に結ぶとともに、中間熱交換器２側から見て蒸気発生器
17側が上り勾配となるようにしている。また、短尺ホッ
トレグ配管49および短尺コールドレグ配管48には予熱の
ためのヒータは設けられていない。

【００５４】本実施の形態によれば、短尺コールドレグ
配管48の蒸気発生器17の出口部が最頂部となるため、充
填ドレンに際してのガス抜き管を当該部に１カ所のみ設
置しておけばよく、これによりガス抜き管の削減が可能
となる。また、配管系が簡素であり、配管長が短いこと
から、ヒータを布設しなくても、中間熱交換器２および
蒸気発生器17に布設したヒータで配管部の予熱が可能で
ある。

【００５５】次に、図４により本発明に係る液体金属冷
却型原子炉の冷却設備の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は本発明の請求項６，８および９
に対応するもので、図４中、図３および図12と同一部分
には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００５６】本実施の形態が第１の実施の形態および従
来例と異なる点は蒸気発生器17の直下にダンプタンク13
とコールドトラップ11を近接配置したことにある。すな
わち、蒸気発生器17の下鏡板19の中央部を貫通して直管
型短尺放出系配管51の上端部を接続し、この放出系配管
51の下端部をダンプタンク13内に挿着してなり、放出系
配管51の下部外側面とダンプタンク13との間にベローズ
52を取り付けて気密にシールしている。放出系配管51に
はラプチャディスク15が設けられている。

【００５７】ラプチャディスク15より上方の放出系配管
51の上部側面から分岐しダンプタンク13に接続する短尺
ドレン配管53が設けられている。短尺ドレン配管53には
止め弁54とベローズ55が設けられ、ベローズ55は短尺ド
レン配管53とダンプタンク13との間を接続している。

【００５８】下鏡板19とコールドトラップ11との間には
２本の短尺純化系配管56が設けられており、短尺純化系
配管56には開閉弁57，58が接続され、また短尺純化系配
管56とコールドトラップ11との間にはベローズ59が介在
されている。

【００５９】本実施の形態によれば、蒸気発生器17の下
部には、冷却系の補助設備である２次液体金属を収容す
るダンプタンク13とコールドトラップ11が蒸気発生器17
の下方に近接して配置されている。蒸気発生器19の下鏡
板19からは、蒸気発生器17内の伝熱管（図示せず）破損
時の水リークが生じた場合、放出系配管51がダンプタン
ク13まで引き回されており、通常時はラプチャディスク
15により蒸気発生器17とダンプタンク13とは隔離されて
いる。放出系配管51とダンプタンク13とはベローズ52で
取り合っており、蒸気発生器17が水平移動する際の相対
変位を吸収できる構造となっている。

【００６０】さらに、放出系配管51の他に、短尺ドレン
配管53が放出系配管51から分岐され、また、短尺純化系
配管56が蒸気発生器17の下部から直接引き回されている
が、ダンプタンク13およびコールドトラップ11とは、各
々ベローズ55，59で取り合っており、蒸気発生器17が水
平移動する際の相対変位を吸収できる構造となってい
る。

【００６１】しかして、補助系設備を蒸気発生器17の近
接して配置することで、補助系の液体金属配管長さを低
減することができることから、配管物量の削減ととも
に、ライナ等の液体金属漏洩対策設備も削減でき、プラ
ントのコストダウンおよび液体金属漏洩の可能性を低減
するといったプラントの信頼性向上につながる効果があ
る。

【００６２】次に図５（ａ），（ｂ）により、本発明の
請求項７および19に対応する第１および第２の実施の形
態における蒸気発生器17内の伝熱管21の構造について説
明する。

【００６３】図５（ａ）は第１の例の伝熱管21ａを示
し、図５（ｂ）は第２の例の伝熱管21ｂを示している。
第１の例の伝熱管21ａは、内管60および外管61により二
重の耐圧バウンダリーを有しており、両管60，61の隙間
には伝熱管21ａと同材質からなる組網線を用いた多孔質
金属層62が充填されている。また、隙間には不活性化他
ガスとして熱伝導率の高いヘリウムガスが封入されてい
る。

【００６４】図５（ｂ）に示す第２の例の伝熱管21ｂ
は、内管60および外管61により二重の耐圧バウンダリー
を有しており、外管61の内側にはリーク検出用の半円状
溝63が周方向に４カ所設けられている。両管60，61の界
面64はプレストレスで密着されており、隙間には不活性
他ガスとして熱伝導率の高いヘリウムガスが封入されて
いる。

【００６５】しかして、本伝熱管21ａ, 21ｂによれば、
内管60または外管61が破損しても、その破損を早期に検
出し、内管60および外管61の両方の伝熱管が破損するこ
とを防止し、両伝熱管破損による液体金属−水反応事故
をなくすことができ、プラントの信頼性向上を図ること
ができる。

【００６６】次に、図６により本発明の請求項６に従属
する請求項10および11に対応する液体金属冷却型原子炉
の冷却設備の第３の実施の形態を説明する。図６は図４
と対応しているので、図６中図４と同一部分には同一符
号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００６７】図６において図４と異なる点は模型のダン
プタンク13の代りに縦型のダンプタンク64を設け、この
ダンプタンク64をダンプタンク保護容器65で包囲すると
ともにコールドトラップ11をコールドトラップ保護容器
66で包囲し、ダンプタンク保護容器65とコールドトラッ
プ保護容器66を大型収納構造物67内に収納したことにあ
る。また、大型収納構造物67の上端開口部に上部デッキ
68を設け、上部デッキ68とリングガーダ50との間にシー
ル構造物69を設けたことにある。その他短尺純化系配管
56の一方を直管型短尺放出系配管51に接続している。

【００６８】本実施の形態においては補助系機器である
２次液体金属を充填する縦型のダンプタンク64と、２次
液体金属を精製するコールドトラップ11を大型収納構造
物67内に設置されており、収納構造物67上の上部デッキ
68から吊り下げられている。ダンプタンク収納構造物67
は蒸気発生器17のほぼ真下に置かれている。蒸気発生器
17を支持しているリングガーダ50と収納構造物67との間
には、シール構造物69が設けられ、内外の雰囲気が遮断
されている。

【００６９】また、蒸気発生器17とダンプタンク64およ
びコールドトラップ11を結ぶ配管は、収納構造物67内で
引き回されている。また、コールドトラップ11は 500℃
まで昇温可能なヒータが外部に布設され、さらに、コー
ルドトラップ11内のカバーガスは真空引き装置（図示せ
ず）に接続されている。

【００７０】本実施の形態によれば、ダンプタンク64，
コールドトラップ11および液体金属配管の集中配置を図
ったことで、機器および配管から液体金属漏洩が生じた
場合は、漏洩液体金属はダンプタンク保護容器65および
大型収納構造物67内で受け止められ、漏洩液体金属を系
外に出すことなく漏洩事由の終息が可能であるととも
に、これらに付随する液体金属漏洩対策設備を削減でき
る。また、プラント運転中でもコールドトラップの再生
運転が可能となり、交換用のコールドトラップや交換作
業等の削除が可能となる。

【００７１】次に図７により本発明の請求項６に従属す
る請求項12から14に対応する実施の形態を説明する。本
実施の形態は図６に示した大型収納構造物67内の底部70
に複数の堰板71を立設し、かつ大型収納構造物67に漏洩
液体金属の貯溜ポット72を設け、この貯溜ポット72内か
ら上部デッキ68を貫通して連通管73を設け、大型収納構
造物67内に不活性ガス供給配管74を設け、この不活性ガ
ス供給配管74を不活性ガス供給装置75に接続したことに
ある。

【００７２】しかして、大型収納構造物67内には漏洩液
体金属を移送するための連通管73と漏洩液体金属を貯溜
するための貯溜ポット72が設置されている。また、大型
収納構造物67の底部には、貯溜ポット72から溢れた漏洩
液体金属が大型収納構造物67の底部70全体に広がらない
ように堰板71を複数配置している。また、大型収納構造
物67内に貯溜された漏洩液体金属の燃焼を抑制するため
大型収納構造物67には、例えばＣＯ₂ 等の不活性ガス注
入装置75が接続されている。

【００７３】以上のような構成により大型収納構造物67
内に貯溜ポット72を設けたことで、漏洩規模が小さい場
合には連通管73で移送された漏洩液体金属を一旦貯溜ポ
ット72で溜め、大型収納構造物67内での液体金属の燃焼
を防止することができる。また、漏洩規模が大きい場合
には、大型収納構造物67の底部70に設けた堰板71によ
り、貯溜ポット72を溢れた漏洩液体金属が収納構造物67
の底部70に広がり、底部70全体での液体金属の燃焼を防
止できる。さらに、液体金属漏洩時にはＣＯ₂ 等の不活
性ガスを注入し、収納構造物67内での窒息消火が可能で
ある。

【００７４】次に図８により本発明の請求項６に従属す
る請求項15に対応する第４の実施の形態を説明する。本
実施の形態は図６に示した第３の実施の形態と対応し、
左側の中間熱交換器２を図示していないが、実際には設
置されている。本実施の形態が第３の実施の形態と異な
る点は蒸気発生器17の下鏡板19を除く全周囲を包囲して
上端部からスカート40の上部までにわたる長尺エンクロ
ージャ76を設けるとともに長尺エンクロージャ76の下部
から上部デッキ68を貫通して大型収納構造物67内にまで
達する長さの連通管77を設けたことにある。その他の部
分は図６と同様である。

【００７５】すなわち本実施の形態は蒸気発生器17の外
側には長尺エンクロージャ76が設けられており、その下
端は蒸気発生器17を支持するスカート40に接続され、封
止されている。また、スカート40と長尺エンクロージャ
76との接続部には、蒸気発生器17の本体胴20が破損した
場合の漏洩液体金属を大型収納構造物67に移送するため
の連通管77が設置されている。

【００７６】本実施の形態によれば、蒸気発生器17の本
体胴20が破損した場合でも、漏洩液体金属を系外に流出
させることなく、大型収納構造物67内に貯溜でき、液体
金属漏洩事由が生じた場合にはその影響を最小限に抑え
ることができる。

【００７７】次に図９（ａ），（ｂ）により図１（ａ）
に示した電磁ポンプ28のコイル77と可変周波数電源装置
78との接続例を説明する。この接続例は本発明の請求項
16に対応するものである。

【００７８】図９（ａ），（ｂ）においては電磁ポンプ
28を液体金属の吐出方向を通常運転時の方向と、逆方向
の運転も行うことができるようにしたもので、可変周波
数電源装置78は母線79と接続している。

【００７９】通常運転時、電磁ポンプ28は図９（ａ）に
示すように、電磁ポンプコイル77側のＵ相80，Ｖ相81，
Ｗ相82が１つとなり、これが４極からなる構成で、母線
79から可変周波数電源78側のＵ相83，Ｖ相84，Ｗ相85と
１対１で接続され給電されている。また、電磁ポンプ28
は図９（ｂ）に示すように、例えば運転制御室からのス
イッチ（図示せず）により、Ｕ相80，Ｖ相81が、可変周
波数電源78のＶ相84およびＵ相83と接続を入れ替えるこ
とにより、電磁ポンプ28からの吐出流量の方向を変える
ことが可能な構成としている。

【００８０】本実施の形態によれば、電磁ポンプ28本体
側と可変周波数電源装置78側のコイル配線を運転形態に
応じて変更することにより、電磁ポンプ28の吐出方向を
逆転させることが可能となり、コールドレグ配管破損時
の液体金属の急速ドレンおよび早期のサイホンブレイク
が可能となる。

【００８１】次に図10により本発明の請求項17および18
に対応する液体金属冷却型原子炉の冷却設備の第５の実
施の形態を説明する。本実施の形態は蒸気発生器17の下
鏡板19を貫通して下降管83と上昇管84を同心円状の二重
管として下鏡板19に取付け、下降管83および上昇管84の
下端を縦型のダンプタンク64内の底面近傍に達するまで
設けたことにある。下降管83の外面とダンプタンク64と
の間にはシールベローズ85が設けられて気密にシールさ
れている。

【００８２】ダンプタンク64内にはコールドトラップ11
がコールドトラップ保護容器66を介して設けられてい
る。コールドトラップ11の下部には短小純化系配管86が
設けられ、短小純化系配管86の先端はダンプタンク64内
の底部近傍に開口している。

【００８３】ダンプタンク64はダンプタンク保護容器65
内に収納されており、ダンプタンク保護容器65の外側に
は大型収納構造物67が設けられており、ダンプタンク64
はダンプタンク保護容器65と、大型収納構造物67とによ
り二重に保護されている。

【００８４】蒸気発生器17の下部には、冷却系の補助設
備であるダンプタンク64と蒸気発生器17の下鏡板19に接
続された下降管83とが接続されている。蒸気発生器17内
の伝熱管21（図１参照）で熱交換されたコールド液体金
属は、下降管83を経て２次ナトリウムダンプタンク64内
に開放される。

【００８５】その後、下降管83内に同心円状に配置され
た上昇管84を経て、図１に示した内胴27に流入し、電磁
ポンプ28により昇圧された後、図３に示すようにコール
ドレグ配管48を経由して中間熱交換器２に戻される。ダ
ンプタンク64には、コールドトラップ11が内蔵されてお
り、ダンプタンク64内の液体金属はコールドトラップ11
により精製される。

【００８６】しかして、本実施の形態によれば、ダンプ
タンク64を蒸気発生器17と接合して合体化したことによ
り、充填ドレンに必要な配管・弁類を削除できる。ま
た、コールドトラップ11をダンプタンク64に内蔵したこ
とにより、液体金属純化用の配管・弁類の削除が可能と
なる。さらに、これら配管・弁類の削除とともに、ライ
ナ等の液体金属の漏洩対策設備も削減でき、プラントの
コストダウンおよび液体金属漏洩の可能性を低減すると
いったプラントの信頼性向上につながる。

【００８７】次に図11により本発明の請求項20および21
に対応する液体金属冷却型原子炉の冷却設備の第６の実
施の形態を説明する。すなわち、本実施の形態は第５の
実施の形態における同心円状の下降管83と上昇管84を分
割して細径下降管87と細径上昇管88を下鏡板19を貫通し
て下鏡板19に取付けたことにある。その他の部分は第５
の実施の形態と同様である。なお、下降管87と上昇管88
はそれぞれ開閉弁89が設けられダンプタンク64との間に
はシールベローズ90が設けられている。

【００８８】蒸気発生器17の下部には、冷却系の補助設
備であるダンプタンク64と蒸気発生器17の下端に接続さ
れた下降管87とが接続されている。蒸気発生器17内の伝
熱管（図示せず）で熱交換されたコールド液体金属は、
下降管87を経てダンプタンク67内に開放された後、下降
管87とは独立に設置された上昇管88を経て、この上昇管
88は図１に示した内胴27と接合されることにより、電磁
ポンプ28（図１参照）により昇圧された後、図３に示す
ようにコールドレグ配管48を経由して中間熱交換器２に
戻される。

【００８９】本実施の形態によれば、第５の実施の形態
で説明した作用効果の他、細径上昇管88を独立に設け、
さらにそれぞれの配管に弁を設置したことにより蒸気発
生器17および２次主配管との物理的分離が可能となり、
電磁ポンプや蒸気発生器等の保守・補修作業が容易とな
る。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、２次主配管の長さが大
幅に短縮され、配管物量および建屋物量の低減が可能と
なる。また、液体金属漏洩対策設備の合理化が図れると
ともに、液体金属漏洩の可能性を大幅に低減でき、プラ
ントの安全性および信頼性向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の
冷却設備の第１の実施の形態を一部側面で示す縦断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視方向から見た上面図。

【図２】図１におけるエンクロージャ部を拡大して透視
的に示す斜視図。

【図３】図１における蒸気発生器と中間熱交換器とを接
続する配管接続状態を説明するための装置配置図。

【図４】本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設備
の第２の実施の形態を示す装置配置図。

【図５】（ａ）は図１または図４における二重伝熱管の
第１の例を示す横断面図、（ｂ）は同じく第２の例を示
す横断面図。

【図６】本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設備
の第３の実施の形態を示す装置配置図。

【図７】図６における収納構造物とその内部を概略的に
示す縦断面図。

【図８】本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設備
の第４の実施の形態を示す装置配置図。

【図９】（ａ）は図８における電磁ポンプコイルと可変
周波数電源との接続例を示す結線図、（ｂ）は（ａ）に
おける他の例を示す結線図。

【図１０】本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設
備の第５の実施の形態を示す装置配置図。

【図１１】本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却設
備の第６の実施の形態を示す装置配置図。

【図１２】従来の液体金属冷却型原子炉の冷却設備を示
す装置配置図。

【符号の説明】

１…１次系配管、２…中間熱交換器、３…ホットレグ配
管、４…蒸気発生器、５…ミドルレグ配管、６…２次主
循環ポンプ、７…コールドレグ配管、８…給水配管、９
…主蒸気配管、10…純化系配管、11…コールドトラッ
プ、12…ドレン配管、13…ダンプタンク、14…放出系配
管、15…ラプチャディスク、16…格納容器、17…蒸気発
生器（本発明）、18…上鏡板、19…下鏡板、20…本体
胴、21…伝熱管、22…伝熱管束、23…蒸気管板、24…給
水管板、25…蒸気管台、26…給水管台、27…内筒、28…
電磁ポンプ、29…液体金属入口ノズル、30…ポンプ出口
ノズル、31…連絡管、32…液体金属出口ノズル、33…
堰、34…液体金属、35…上部プレナム、36…ポンプケー
シング、37…エンクロージャ、38…支持フランジ、39…
平板、40…スカート、41…不活性ガス雰囲気、42…止め
弁、43…ガス抜き管、44…分岐管、45…伝熱管水リーク
検出系、46…戻り管、47…計装用ウェル、48…短尺コー
ルドレグ配管、49…短尺ホットレグ配管、50…リングガ
ーダ、51…直管型短尺放出系配管、52…ベローズ、53…
短尺ドレン配管、54…止め弁、55…ベローズ、56…短尺
純化系配管、57，58…開閉弁、59…ベローズ、60…内
管、61…外管、62…多孔質金属層、63…半円状溝、64…
縦型のダンプタンク、65…ダンプタンク保護容器、66…
コールドトラップ保護容器、67…大型収納構造物、68…
上部デッキ、69…シール構造物、70…底部、71…堰板、
72…貯溜ポット、73…連通管、74…不活性ガス供給配
管、75…不活性ガス供給装置、76…長尺エンクロージ
ャ、77…電磁ポンプコイル、78…可変周波数電源装置、
79…母線、80…Ｕ相、81…Ｖ相、82…Ｗ相、83…下降
管、84…上昇管、85…シールベローズ、86…短小純化系
配管、87…細径下降管、88…細径上昇管、89…開閉弁、
90…シールベローズ。

フロントページの続き (72)発明者 平山 浩 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 白鳥 廣藏 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉建屋内に配設した中間熱交換器と
   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
   の冷却設備において、前記蒸気発生器は上下両端部が上
   鏡板および下鏡板により閉塞され内部に液体金属が通流
   する本体胴と、この本体胴内に配設された伝熱管と、前
   記本体胴に設けられ前記伝熱管の管束に接続した給水管
   板および蒸気管板を固定する給水管台および蒸気管台
   と、前記伝熱管の管束内に設けられた内筒と、この内筒
   内に設置された電磁ポンプと、前記本体胴に設けた液体
   金属入口ノズルと、前記電磁ポンプに接続されたポンプ
   出口ノズルと、このポンプ出口ノズルに接続された液体
   金属出口ノズルとを具備したことを特徴とする液体金属
   冷却型原子炉の冷却設備。
2. 【請求項２】 前記電磁ポンプの吐出側空間を包囲する
   エンクロージャを前記上鏡板に突設し、前記エンクロー
   ジャ内を不活性ガス雰囲気に保持してなることを特徴と
   する請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
3. 【請求項３】 前記ポンプ出口ノズルと前記液体金属出
   口ノズルとの間に連絡管を設け、この連絡管に計装用ウ
   ェルを設けてなることを特徴とする請求項１記載の液体
   金属冷却型原子炉の冷却設備。
4. 【請求項４】 前記液体金属出口ノズルにコールドレグ
   配管の一端を接続し、このコールドレグ配管の他端を前
   記中間熱交換器に接続してなり、前記コールドレグ配管
   に前記中間熱交換器側から見て上り勾配を付与してなる
   ことを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却型原子炉
   の冷却設備。
5. 【請求項５】 前記液体金属入口ノズルと接続する前記
   コールドレグ配管には予熱用ヒータを布設しないことを
   特徴とする請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の冷却
   設備。
6. 【請求項６】 原子炉建屋内に配設した中間熱交換器と
   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
   の冷却設備において、前記蒸気発生器は上下両端部が上
   鏡板および下鏡板により閉塞され内部に液体金属が通流
   する本体胴と、この本体胴内に配設された伝熱管と、前
   記本体胴に設けられ前記伝熱管の管束に接続した給水管
   板および蒸気管板を固定する給水管台および蒸気管台
   と、前記伝熱管の管束内に設けられた内筒と、この内筒
   内に設置された電磁ポンプと、この電磁ポンプの吐出側
   に接続されたポンプ出口ノズルと、このポンプ出口ノズ
   ルに接続された連絡管と、この連絡管に接続された液体
   金属出口ノズルと、前記下鏡板を貫通して設けられた純
   化系配管と、前記本体胴内の前記内筒に接続された圧力
   開放系配管と、この圧力開放系配管に接続したドレン配
   管とを具備してなることを特徴とする液体金属冷却型原
   子炉の冷却設備。
7. 【請求項７】 前記伝熱管は内管と外管とからなる同心
   円状二重伝熱管でヘリカルコイル状に形成されてなり、
   前記内管と外管の間に組網線を充填してなることを特徴
   とする請求項１または６記載の液体金属冷却型原子炉の
   冷却設備。
8. 【請求項８】 前記圧力開放配管にラプチャディスクを
   設置してなることを特徴とする請求項６記載の液体金属
   冷却型原子炉の冷却設備。
9. 【請求項９】 前記純化系配管に接続するコールドトラ
   ップと、前記圧力開放系配管およびドレン配管に接続す
   るダンプタンクとを、前記本体胴の下方に近接配置して
   なることを特徴とする請求項６記載の液体金属冷却型原
   子炉の冷却設備。
10. 【請求項１０】 前記純化系配管の下部配管、前記コー
    ルドトラップ、前記ドレン配管の下部配管および前記ダ
    ンプタンクを単一の収納構造物内に配置してなることを
    特徴とする請求項６記載の液体金属冷却型原子炉の冷却
    設備。
11. 【請求項１１】 前記コールドトラップは、そのコール
    ドトラップ内にメッシュが充填されそのメッシュに捕獲
    された前記液体金属中の不純物を加熱して前記メッシュ
    を再生する機能を備えてなることを特徴とする請求項６
    記載の液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
12. 【請求項１２】 前記収納構造物内に、前記液体金属出
    入配管が破損した際の漏洩液体金属を前記収納構造物に
    導き貯溜するためのポットを設けてなることを特徴とす
    る請求項６記載の液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
13. 【請求項１３】 前記収納構造物の底部に複数の堰を設
    置してなることを特徴とする請求項６記載の液体金属冷
    却型原子炉の冷却設備。
14. 【請求項１４】 前記収納構造物内に不活性ガス注入装
    置を設置してなることを特徴とする請求項６記載の液体
    金属冷却型原子炉の冷却設備。
15. 【請求項１５】 前記本体胴の外周にエンクロージャを
    設置し、このエンクロージャに漏洩液体金属を前記収納
    構造物に導く連通管を接続してなることを特徴とする請
    求項６記載の液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
16. 【請求項１６】 前記電磁ポンプに可変周波数電源装置
    を接続してなることを特徴とする請求項１または６記載
    の液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
17. 【請求項１７】 原子炉建屋内に配設した中間熱交換器
    と蒸気発生器とを配管接続してなる液体金属冷却型原子
    炉の冷却設備において、前記蒸気発生器は上下両端部が
    上鏡板および下鏡板により閉塞され内部に液体金属が通
    流する本体胴と、この本体胴内に配置された伝熱管と、
    前記本体胴に設けられ前記伝熱管の管束に接続した給水
    管板および蒸気管板を固定する給水管台および蒸気管台
    と、前記下鏡板を貫通して前記伝熱管の管束内に上部が
    挿着された上昇管と、この上昇管内に設置された電磁ポ
    ンプと、前記上昇管の外側に前記液体金属の流路を有し
    て同心円状に設けられた下降管とからなり、前記上昇管
    および下降管の下部を挿着し前記蒸気発生器の下方にデ
    ッキを介して配置されたダンプタンクを有することを特
    徴とする液体金属冷却型原子炉の冷却設備。
18. 【請求項１８】 前記ダンプタンク内にコールドトラッ
    プを配置してなることを特徴とする請求項17記載の液体
    金属冷却型原子炉の冷却設備。
19. 【請求項１９】 前記伝熱管は内管と外管とからなる同
    心円状二重伝熱管でヘリカルコイル状に形成されてな
    り、前記内管と外管の間に組網線を充填してなることを
    特徴とする請求項17記載の液体金属冷却型原子炉の冷却
    設備。
20. 【請求項２０】 前記下降管と前記上昇管とを分離し、
    それぞれ前記下鏡板を貫通してを独立に設置してなるこ
    とを特徴とする請求項17記載の液体金属冷却型原子炉の
    冷却設備。
21. 【請求項２１】 前記下降管と前記上昇管にそれぞれ止
    弁を設置してなることを特徴とする請求項20記載の液体
    金属冷却型原子炉の冷却設備。