JPS63120287A - 二重タンク型高速増殖炉 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は、高速増殖炉に係り、特に、炉心を二重タンク
で囲んで、内外タンクの間に蒸気発生器を設置するとと
もに、水−ナトリウム反応等の異常現象による炉心への
影響を防止する技術に関する乙のである。

「従来の技術とその問題点」 一般に高速増殖炉にあっては、炉心の冷却材として、金
属ナトリウムを溶融状態に維持した液体ナトリウムが使
用されており、また、中間熱交換器において、炉心冷却
用液体ナトリウムと二次液体ナトリウムとの間で熱交換
を行ない、さらに、蒸気発生器において、二次液体ナト
リウムと水との間で熱交換を行なって、必要な高温高圧
水蒸気を得て、タービン等の蒸気消費系に送るようにし
ている。

この場合、液体ナトリウムは、空気あるいは水と急激に
反応する性質があるため、安全性及び取り扱い性を向上
さｔ！−ろ等の目的で、炉心冷却用液体ナトリウム（−
次液体ナトリウム）と二次液体ナトリウムとを二重タン
クに収納する計画がなされている。

しかしながら、液体ナトリウムを二重タンクに収納する
場合においてら、−次、二次液体ナトリウムの間に中間
熱交換器を介在させる構造であると、高速増殖炉の構造
が復惟化して大型化する傾向が避けられなくなる。

本発明は、これらの問題点を解決するらのであり、従来
の中間熱交換器を省略することによる小型化を図るとと
もに、水−ナトリウム反応等の異常現象が炉心に影響を
及ぼすことのないようにして、安全性を高めることを目
的としている。

「問題点を解決するための手段」 本発明における高速増殖炉は、二重タンク内に炉心を収
納すると七らに、外側タンク内に炉心で加熱された液体
ナトリウムと熱交換を行なう蒸気発生器を設（」、内外
タンクの連通部に前記蒸気発生器の異常検出時に作動し
て液体ナトリウムの挿通を停止さｌ゛るタンク隔離装置
を配設してなる構成としている乙のである。

「作用　」 高速増殖炉が正常な運転状態となっている場合は、液体
ナトリウムが内外タンクの連通部を経由して自由に挿通
することかでき、このため、炉心で加熱された高温状態
の液体ナトリウムは、内側タンクを上昇した後、連通部
を経由して外側タンクの中に導かれ、外側タンクの中の
蒸気発生器との間で熱交換を行なう。熱交換により低温
状態となった液体ナトリウムは、連通部を経由して炉心
の下部に導かれ、再び炉心を経由して循環させられる。

一方、蒸気発生器あるいは近傍において、水−ナトリウ
ム反応等の異常現象が発生した場合は、この異常を検出
してタンク隔離装置を作動させ、内外タンクの間の連通
部を遮断して、液体ナトリウムの挿通を停止させる。

このように、内外側タンクを隔離することにより、水−
ナトリウム反応生成物が生じた場合でも、該水−ナトリ
ウム反応生成物が液体すトリウムとともに、炉心に送ら
れることのないようにしている。

「実施例」 以下、本発明における高速増殖炉の一実施例を第１図な
いし第３図に基づいて説明する。

該−実施例において対象としている高速増殖炉は、第１
図に示すように、二重タンクを構成する外側タンク１及
び内側タンク２と、両タンクト２内に収納されている液
体ナトリウム３と、内側タンク２の中心部に設置される
炉心４と、内側タンク２の内側部に第２図に示すように
例えば４基設けられる冷却材循環用ポンプ５と、外側タ
ンク１の中に設置されて炉心４で加熱された液体ナトリ
ウム３と熱交換を行なうための蒸気発生器６と、両タン
クト２の間で高温状態及び低温状態の液体すトリウム３
を挿通させるための高温側連通部７及び低温側連通部８
と、両連通部７・８に設置されるタンク隔離装置９と、
蒸気発生器６の近傍に位置して水−ナトリウム反応等の
異常現象を検知するための異常検出器ＩＯと、原子炉収
納ピッ１−１１と、該原子炉収納ピブト１１に前記両タ
ンクト２、冷却材循環用ポンプ５等を吊持状態に設置す
るためのルーフスラブ１２と、例えば冷却材循環用ポン
プ５の間に、第２図に示すように４基設けられる補助炉
心冷却系用熱交換器１３とからなる基本構造である。

これらの詳細について説明すると、前記蒸気発生器６は
、二重管構造で、かつ内外方向にＵ字状に折り曲げられ
た状態で吊持されている伝熱管１４を、第２図に示すよ
うに多数本存しているととらに、第１図に示すように、
伝熱管１４における外側の端部が給水系１５に接続され
、内側の端部が蒸気消費系（発電用タービン等）１６に
接続されている。伝熱管１４におけるこれらの端部は、
リング状のヘッダ管Ｉ７・１８により円周方向に相互に
連通状態とされて、給水の配分及び蒸気の集合がなされ
るようになっている。また、伝熱管１４は、内管と外管
とからなる二重管構造とされるとともに、内外管の間隙
が漏洩検出用流体挿通路として利用され、外部において
、検出流体供給系１９と漏洩検出器２０とに接続されて
いる。

さらに、外側タンクｌの中には、液体ナトリウム３を内
と外とに区画するための円筒状の断熱隔壁２１が、前記
ルーフスラブ１２から吊持された状態に配設され、該断
熱隔壁２１の下端は、外側タンクｌの底部と間隔を空け
て、液体ナトリウム３を連通状態とさせており、この近
傍、つまり、蒸気発生器６の下部位置近傍に、水−ナト
リウム反応生成物の発生等を検知するための前記異常検
出器１０が設けられる。

そして、前記高温側連通部７は、内側タンク２に収納さ
れている液体ナトリウム３の高温部分である上部と、内
側ダンク２と断熱隔壁２１との間に収納されている液体
ナトリウム３の高温部分である上部とを配管により連結
した構成とされ、また、前記低温側連通部８は、外側タ
ンクｌと断熱隔壁２１との間に収納されている液体ナト
リウム３の低温部分（蒸気発生器６における一次系の出
口）と、内側タンク２に収納されている液体ナトリウム
３の低温部分、つまり、冷却材循環ポンプ５の入り口近
傍とを配管により連結した構成とされ、これらの両連通
部７・８に、前述したタンク隔離装置９が設置される。

該タンク隔離装置９は、両連通部７・８において、その
近傍の液位となっている気相部分に、遮断弁２２・２３
を介在させるとともに、前記異常検出’ｔｉ　Ｉ　Ｏに
おける異常検知信号により、不活性ガス供給装置の弁駆
動系２４を作動させて、ガス圧力等を利用して常時開放
状態と１−でいる遮断弁２２・２３を閉塞するものであ
る。

また、内側タンク２の内部において、炉心４の上部には
、高温部と低温部とに、つまり、内側タンク２の中を」
―下に区画するための炉心隔壁２５が設けられ、前記補
助炉心冷却系用熱交換器１３は、ルーフスラブ１２と炉
心隔壁２５とを貫通するように設けられている。

補助炉心冷却用熱交換器１３について、第１図及び第３
図を参照して説明すると、−次系には炉心４の近傍の液
体ナトリウム３が挿通され、そのための入り口２６及び
出口２７が設けられるとともに、該−次系と熱交換され
る二次系には、ルーフスラブ１２の外に設置される空気
冷却器等により冷却された二次系液体ナトリウムを挿通
させるための伝熱管２８が配設され、胴の側部には原子
炉の通常運転時おいて一次系の入り口２６を閉塞し、異
常時に開放するためのシャッタ装置２９か備えられた構
造である。

さらに、シャッタ装置２９は、補助炉心冷却用熱交換器
１３におけろ入り口２６を上下移動により開閉するシャ
ッタ３０と、該シャッタ３０を支持して昇降させるため
の駆動スリーブ３１と、該駆動スリーブ３１に連結され
ているラック・ビニオン機構３２と、該ラック・ピニオ
ン機構３２を駆動するためのモータ等の駆動源３３及び
減速器、ギア等の伝導機溝３４と、駆動スリーブ３１を
常時上方に持ち１−げろように付勢している弾発ばね３
５とからなる構造である。なお、シャッタ３０及び駆動
スリーブ３１の回りには、これらを囲むように保護スリ
ーブ３６が配設されている。

このように構成されている高速増殖炉では、蒸気発生器
６が外側タンク１の中に収納されて、ここで水蒸気を発
生させるために、従来のいわゆる中間熱交換器と、二次
液体ナトリウムを循環させるためのポンプとが省略され
ている。

即ち、高速増殖炉の運転時には、冷却材循環用ポンプ５
を作動させることにより、内側タンク２の底部近傍に位
置している低温状聾の液体ナトリウム３を、第１図の矢
印で示すように、炉心・ｔに送り込み、炉心４で加熱さ
れた液体ナトリウム３を上昇さＵ・るととらに、内側タ
ンク２の上部の高温側連通部７によって、高温状態の液
体ナトリウム３を外側タンクｌの上部の内側に、矢印で
示すように送り込む。

外側タンク！の中に送り込まれた液体ナトリウム３は、
断熱隔壁２１の内側を蒸気発生器６の伝熱管１４の長さ
方向に沿って、はぼ垂直に下降した後、断熱隔壁２１の
下端と外側タンクｌの底部との間を通−て、矢印で示す
ように、断熱隔壁２１の外側を伝熱管１１１の長さ方向
に沿ってほぼ垂直に上昇し、これらの下降及び」二昇の
行程で伝熱管１４と熱交換を行なう。

熱交換によって低温となった液体ナトリウム３は、外側
タンクＩの上部の低温側連通部８から、内側タンク２の
下部に送り込まれて、冷却材端環用ポンプ５の下部から
吸い込まれて吐出されることにより、再び炉心４に送り
込まれて循環させられる。

そして、前記蒸気発生器６では、液体ナトリウム３との
熱交換によって蒸気を発生ざ什、蒸気消費系１Ｇへと送
り出すことになる。

なお１．二のような原子炉（高速増殖炉）の運転時にお
いては、補助炉心冷却用熱交換器１３が非運転状態に保
持され、ここでの熱交換作用を行なわないように、後述
するように、入り口２６を閉ざした状態にする。

次いで異常発生の検出と炉心４の保護等について説明す
る。蒸気発生器６の伝熱管１４の水漏れにより、水−ナ
トリウム反応生成物が形成される等の異常が生じｊ：場
合、異常検出器ＩＯの検知信号に括づいて、弁駆動系２
４を作動させる等により、遮断弁２２・２３を駆動して
両連通部７・８を閉塞し、両タンクト２を隔離して独立
させた状態にする。

また、弁駆動系２４は、漏洩検出器２０によっても作動
させることが可能である。即ち、液体ナトリウム３が収
納されている内外側タンク！・２の圧力は約５　ｋｇ／
　ｃ＋＋１”　、蒸気圧力は１００〜１８０ｋｇ／Ｃｍ
２程度に設定されるので、前述したように、伝熱管１４
における内外管の間隙、帰趨検出用流体挿通路にヘリウ
ム等の不活性ガスを予め供給しておいて、伝熱管１４に
おける内外管の一方に欠陥部が生じた場合に、検出用流
体の圧力との相対差を検知し、弁駆動系２４を作動さけ
る。この場合は、水−ナトリウム反応事故が生じる館に
、両タンクト２を隔離することができる。

このように、内外側タンクト２の間を隔離して独立状態
とすることにより、外側タンク２の底部近傍の液体ナト
リウム３が、内側タンクＩの中に送り込まれることがな
くなり、したがって、水−ナトリウム反応か生じた場合
でも、蒸気発生器６の近傍の液体ナトリウムとともに、
水−ナトリウム生成物が、炉心に送られることを防止で
きる乙のである。

一方、異常検出器１０等によって、原子炉を直ちに停止
させても、しばらくの間、炉心４から引き続き放射性物
質の崩壊熱の発生が行１ｊわれるので、その除去のため
、補助炉心冷却用熱交換器１３を作動状態とするととも
に、冷却材循環ポンプ５の補助４転を行なうことが行な
われる。

例えば異常検知信号によって、補助炉心冷却用熱交換器
１３の運転、これに連設されている空気冷却器の運転、
シャッタ装置２９の作動等が行なわれる。

シャッタ装置２９における駆動源３３を作動させて、そ
の回転力を伝導機構３４を介してラック・ビニオン殴措
３２に伝達し、第・１図の鎖線位置のシャッタ３０を実
線位置で示すように上昇させて、補助炉心冷却用熱交換
器１３における入り口２６を開口状態にする。このとき
、弾発ばね３５の付勢力はシャッタ３０の上昇移動を補
佐するものである。これらの作動によって、補助炉心冷
却用熱交換器１３における一次系の入り口２６が開口状
態きなると、第１図において破線の矢印で示すように、
液体ナトリウムが、炉心４、入り口２６、伝熱管２８の
外側、出口２７、冷却材循環ポンプ５、炉心４をそれぞ
れ循環して、原子炉の崩壊熱の除去を行なう乙のとなる
。

「他の実施態様］ 二二まで説明した一実施例に代えて次のようにすること
もできる。

（ｉ）異常検出器の設置位置、数、水−ナトリウム反応
時の検出方法を任意とすること。

（ｉｉ）補助炉心冷却用熱交換器の数、入り口及び出口
の数を任意とすること。

（ｉｉｉ）タンク隔離装置の駆動系をガス圧力以外の手
段で行なうこと。

（ｉｖ）蒸気発生器の伝熱管の配置、折り返し数、断熱
隔壁の数を任意とすること。

（ｖ）高低温連通部の位置を任意とすること。

（ｖｌ）シャッタ装置の駆動源をタンク駆動装置の弁駆
動系と連動させて、ガス圧力によって行なうこと。

（ｖｉｉ）シャッタを上下移動以外の操作によって行な
うこと。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明における高速増殖炉によれ
ば、次のような優れた効果を奏する。

■外側タンクの液体ナトリウム中に、蒸気発生器を挿入
するように１２でいるため、運転時の熱交換のための中
間熱交換器及び二次主循環ポンプ、二次系配管を省略１
．て、高速増殖炉の苫しい合理化と小型化とを図ること
ができる。

■内外タンクの間の連通部に異常検出により作動１”る
タンク隔離装置を配設して、内外タンクを陽射状態に独
立させるものであるから、異常発生時において、蒸気発
生器近傍の液体ナトリウムを炉心に送り込むことを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における二重タンク型高速増殖炉の一実
施例を示す縦断面図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＮ線
矢視図、第３図は第１図に示す補助炉心冷却用熱交換器
におけるシャッタ装置の縦断面図である。 １・・・・・・外側タンク、２・・・・・・内側タンク
、３・・・・・・液体すＩ・リウム、４・・・・・・炉
心、５・・・・・・冷却材循環用ポンプ、６・・・・・
・蒸気発生器、７・・・・・高温側連通部、８・・・・
・・低温側連通部、９・・・・・・タンク隔離装置、１
０・・・・・・異常検出器、ＩＩ・・・・・原子炉ビッ
ト、！２・・・・・・ルー・フスラブ、１３・・・・・
・補助炉心冷却系用熱交換器、１４・・・・・・伝熱管
、１５・・・・・・給水系、１６・・・・・・蒸気消費
系、１７・１８・・・・・ヘッダ官、１９・・・・・・
検出流体供給系、２０・・・・・・漏洩検出器、２１・
・・・・・断熱隔壁、２２・・・・・・遮断弁、２３・
・・・・−遮断弁、２４・・・・・・弁駆動系、２５・
・・・・・炉心隔壁、２６・・・・・・入り口、２７・
・・・・・出口、２８・・・・・・伝熱管、２９・・・
・・・シャッタ装置、３０・・・・・・シャッタ、３１
・・・・・・駆動スリーブ、３２・・・・・・ラック・
ピニオン機構、３３・・・・・・駆動源、３４・・・・
・・伝導機構、３５・・・・・・弾発ばね、３Ｇ・・・
・・・保護スリーブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二重タンク内に炉心を収納するとともに、外側タンク内
   に炉心で加熱された液体ナトリウムと熱交換を行なう蒸
   気発生器を設け、内外タンクの連通部に前記蒸気発生器
   の異常検出時に作動して液体ナトリウムの挿通を停止さ
   せるタンク隔離装置を配設してなることを特徴とする二
   重タンク型高速増殖炉。