JP3950517B2 - 液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器および冷却システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却材としてナトリウム等の液体金属を使用する液体金属冷却型原子炉における二次冷却系の構成、特に蒸気発生器およびその蒸気発生器を用いた冷却システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷却材としてナトリウム等の液体金属を使用する液体金属冷却型原子炉、例えば高速増殖炉では、原子炉冷却材としての一次冷却材が放射能を帯びるため、この一次冷却系は蒸気発生系から隔離されている。また、ナトリウムは水と反応し易いため、蒸気発生器で万一ナトリウム水反応が生じた場合にも、一次系にその反応が影響しないように二次冷却系が設置されている。
【０００３】
従来の液体金属冷却型原子炉における冷却系について図２０を参照して説明する。原子炉容器１の中には、燃料を装荷した炉心２が配置され、この炉心を冷却する液体金属、例えばナトリウム等の冷却材３が装填される。原子炉容器１内には一次ポンプ４が設けられるとともに、一次冷却材と二次冷却材との熱交換を行う中間熱交換器５からなる一次冷却系が設けられている。
【０００４】
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器６と、二次冷却材を循環するための二次主循環ポンプ７とにより構成されている。従来の構成では、この二次主循環ポンプ７に機械式ポンプが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の二次冷却系の配管構成によれば、二次主循環ポンプ７と蒸気発生器６とが個別に設置され、それらの機器および配管が原子炉補助建屋の空間の大きな割合を占め、建物およびドレンタンクなどの付属設備の規模を大型化するため、設備的に不経済となる問題があった。
【０００６】
また、蒸気発生器６と二次主循環電磁ポンプ７とを接続する配管８ｂの接続部はいずれも固定されたアンカー点になるため、各機器を接続する配管８ａ，８ｂ，８ｃには、熱膨脹吸収するために途中部分に配管ループを形成したり、蛇行させる必要があった。そのため、配管が占める空間容積が大きく、付帯設備が大型化する問題があった。
【０００７】
このことから従来では、機器構造や配置を簡素化して配管長を短縮する工夫がなされ、例えば特公平７−７０８８「液体金属冷却型原子炉の冷却装置」等が提案されている。この提案は、蒸気発生器内部に電磁ポンプを合体させ、配管構成の簡素化を図ることを目的に案出されたものであるが、さらに、電磁ポンプが万一の故障の場合にも配管を切断せずに取出して補修できる構成とすることが望まれる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、機器構造および配置を簡素化して配管長を短縮し、それにより原子炉建屋の空間容積の削減およびプラント建設コストの低減が図れるとともに、電磁ポンプ単体を蒸気発生器の内部から配管を切断せずに取外して補修することができる液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器および冷却システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１の発明は、液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒の上部に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、前記電磁ポンプは、前記本体胴の上部にボルトで吊り下げ状態で支持され、かつ前記電磁ポンプの出口部は、前記本体胴の上部の電磁ポンプ出口ノズルと連絡管により着脱可能に嵌合され、さらに、本体胴の上部に液体金属入口ノズルが上方から接続され、その液体金属入口ノズルから入った液体金属はヘリカルコイル型の伝熱管束の上部プレナムに排出される構成とされており、かつ前記上部プレナムの液面部にオーバフローノズルを有するオーバフロー管が前記伝熱管束の一部を利用して外部に連通していることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の下部にはこの本体胴の下方に設置されたダンプと連通する連通管が設けられ、かつ、その連通管の途中に液体金属と水との反応時の圧力を解放する圧力解放板が設置されていることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の低温部位である下部または伝熱管束位置に、その本体胴を支持するためのスカートを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、ヘリカルコイル型伝熱管束の内側に設置された内筒の内部に電磁ポンプを内包設置し、かつ、その下方にナトリウム−水反応事故時に発生する圧力波を吸収するためのガス空間プレナムを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１４】
請求項５の発明は、液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒内に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、前記電磁ポンプは、前記内筒の上部に設置されたフランジと結合されて吊り下げ状態で支持され、かつ前記内筒の内部に内包設置され、その電磁ポンプの吐出ノズルを出口配管と連絡させ、この出口配管を前記本体胴の下部の下鏡板を貫通するよう設置するとともに外部に連通させたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包
する電磁ポンプを２基並列した構成とし、その並列した電磁ポンプを上下２段設置として、合計４基の電磁ポンプを並列運転するようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包される電磁ポンプは流路構成が二重円筒管構成とされ、かつ二重円筒管の両側に電磁コイルを配置するアニュラリニア型ダブルステータ電磁ポンプであり、その内側ステータの支持は、ステータ下部にて外側と剛接合されており、また、内側ステータの上部は、外側ダクトと軸方向でスライド可能な支持構造とされ、内側ステータ上部には外側ダクトを貫通する電線管が連通することを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から７までのいずれかに記載の蒸気発生器を用いた冷却システムであって、オーバフロー管は蒸気発生器の本体胴の下部からに外部に導出されてオーバフロータンクに連通し、そのオーバフロータンク内にはオーバフローしたナトリウムの純化を行うためのコールドトラップが内蔵され、そのコールドトラップで純化したナトリウムは前記蒸気発生器のホットプレナムに汲み上げられるようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の冷却システムを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気発生器の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１および図２は、本発明の第１実施形態による蒸気発生器の構造を示している。
【００２１】
本実施形態の蒸気発生器１０ａは、上下両端部が上鏡板１４ａおよび下鏡板１４ｂによってそれぞれ閉塞された縦長な円筒状の本体胴１４を有し、この本体胴１４はその下端部に設けられた支持スカート２１により架台２７に支持されている。本体胴１４の内側には、内部中心位置に同軸的に内筒１６が配置されている。
【００２２】
この内筒１６の周囲には多数本の伝熱管１３がヘリカルコイル状に巻回され、層状に配置されてヘリカルコイル型伝熱管束１７を構成している。このヘリカルコイル型伝熱管束１７の上下両端部は、それぞれ蒸気管板１９および給水管板１２に接続されている。
【００２３】
蒸気管板１９および給水管板１２は、それぞれ蒸気管台１１ａおよび給水管台１１ｂ内に固定されている。蒸気管台１１ａは本体胴１４の上部外側部に取付けられ、給水管台１１ｂは下鏡板１４ｂに取付けられている。また、本体胴１４の上部には液体金属入口ノズル１５が設けられ、蒸気発生器上部プレナム内の液体金属を流量配分するためのリングヘッダ１５ａに接続されている。
【００２４】
内筒１６の内側上端部には電磁ポンプ２２が設けられ、この電磁ポンプ２２は液体金属出口ノズルとしての電磁ポンプノズル２３に連絡管２４を介して接続されている。また、本体胴１４の上部には支持フランジ２５が設けられ、電磁ポンプ２２は吊り下げられた状態で、内筒１６に接続された支持フランジ２５の上端の平板２６とボルト（図示せず）により結合されている。
【００２５】
本実施形態に係る液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器においては、中間熱交換器によって加熱された液体金属ナトリウムが入口配管を通って液体金属入口ノズル１５から本体胴１４の内部に供給され、ヘリカルコイル型伝熱管束１７の外側を下降しながら給水と熱交換して蒸気を発生せしめる。
【００２６】
熱交換により温度が低下した液体金属ナトリウムは、本体胴１４の下部で流れが反転して伝熱管束１７のコイル中心側に配置されている内筒１６内を上昇し、この内筒１６に設けられた電磁ポンプ２２により吸い出される。
【００２７】
また、蒸気発生器１０ａ内の液体金属ナトリウムはオーバフロー方式による自由液面をもち、これにより温度変化による二次系内でのナトリウム体積膨張が吸収される。また、前記の構成によれば、従来設置されていた二次系主循環ポンプの代替として電磁ポンプ２２が蒸気発生器１０ａに内蔵合体されているため、機器配置が簡素化し、配管長も短縮化される。したがって、建屋などの付帯設備の小型化、ひいてはプラント建設コストの低減が図れる。また、電磁ポンプ２２の補修は、蒸気発生器に接続される配管を切断しなくても、引き抜き補修が可能となり、保守，補修性が向上し、運転し易いプラントとなる。
【００２８】
このように、本実施形態の蒸気発生器によれば、蒸気管台１１ａと給水管台１１ｂとを本体胴１４の上部外側部と下鏡板１４ｂとにそれぞれ設置し、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３を本体胴４の上部に設置したことから、液体金属配管と水・蒸気配管とが互いに分離される。また、電磁ポンプ出口ノズル２３を本体胴１４よりも上部に配置することにより、蒸気発生器１０ａの全高を低くすることができる。
【００２９】
さらに、電磁ポンプ２２は、内筒１６および平板２６を介して支持フランジ２５にボルトで接合されていること、および電磁ポンプ出口ノズル２３と連絡管２４とは嵌合構造によって接合されていることから、万一、電磁ポンプ２２の補修が必要になった場合にも、本体胴１４から容易に引き抜くことができる等の作用効果が奏される。
【００３０】
また、本実施形態では、ヘリカルコイル型の伝熱管束１７の上部プレナム１３の内液面部にオーバフローノズル２０が設置されている。このオーバフローノズル２０にはオーバフロー管２０ａが接続され、このオーバフロー管２０ａはヘリカルコイル型伝熱管束１７の一部を利用して構成してある。オーバフローした液体金属ナトリウムは、下鏡板１４ｂに設けられたオーバフローノズル管２０ａの下端から図示しないオーバフロータンクに流出する。
【００３１】
このような構成によれば、オーバフロー管２０ａを設置することにより、プラントの起動・停止に伴う液体金属の膨張・収縮による蒸気発生器内の液体金属ナトリウムの液面の変動高さを考慮する必要がなくなり、蒸気発生器全高の低減が可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、万一の伝熱管１３の破損事故に備え、下鏡板１４ｂに破損時の発生圧力を蒸気発生器の下部に設置されたダンプタンク（図示せず）に開放するため、該ダンプタンクと連通するための連通配管４０が設けられている。この連通配管４０の途中には、圧力解放板が設置されている。
【００３３】
このような構成によれば、下鏡板１４ｂの圧力開放ラインが形成されるので、事故時においても信頼性の高い圧力解放系を供給でき、主系統における発生圧力の低減および反応生成物の移動を抑止することができる。また、事故後の補修範囲の縮小化および構造材への影響も抑止することができる。
【００３４】
また、本体胴１４の下部には、蒸気発生器１０ａを建屋躯体である架台２７に支持するための支持スカート２１が設けられ、蒸気発生器１０ａを下置き支持しており、この支持スカート２１の具体的な設置レベルは、蒸気発生器１０ａの上方向への熱膨張による変位量が、図示しない中間熱交換器の上方向への熱膨張による変位量とほぼ等しくなるような位置としている。
【００３５】
このように、支持スカート２１を蒸気発生器の本体胴１４の下部に設けることにより、以下の効果がある。
【００３６】
まず、蒸気発生器１０ａの下部は、内包する液体金属ナトリウムの温度が給水側の熱交換より低温となった部位であり、そこを支持スカート２１による支持位置とすることで、支持スカート２１に生じる熱応力を小さくすることができ、支持スカート２１の構造健全性上有利なものとなる。
【００３７】
また、蒸気発生器を下置きとすることで、蒸気発生器は、運転中は上方向に熱膨張する。これに従い、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３にも上方向への変位量が生じる。
【００３８】
ここで、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３に接続する図示しない二次主冷却系配管は中間熱交換器に接続されているが、その中間熱交換器と二次主冷却系配管接続部も熱膨張により上方向に延びる構造となっている。そこで、中間熱交換器および蒸気発生器が互いに上方向にほぼ同じ変位量で延びることから両者の相対変位は相殺され、引き回される二次主冷却系配管には強制変位が作用せず、二次主冷却系配管の構造健全性上有利なものとなる。
【００３９】
図３および図４は本実施形態の変形例を示している。
【００４０】
この変形例では、本体胴１４の上部プレナム１３内に複数の電磁ポンプ３０を環状配置で設けてある。これらの電磁ポンプ３０の上方に、１つの電磁ポンプ出口ノズル２３が、複数の電磁ポンプ３０の吐出流量を混合して流出させるために、上鏡板１４ａ部に配置して設けてある。その他の構成は図１と略同様である。
【００４１】
このような構成によれば、中規模の電磁ポンプ３０を複数配置することにより、万一、１基が故障しても他の３基による運転が可能となり、プラント稼働率の向上に繋る。
【００４２】
図５は、本発明に係る蒸気発生器の第２実施形態を示している。
【００４３】
本実施形態の蒸気発生器１０ｂでは、内筒１６内に電磁ポンプ５０をヘリカルコイル型伝熱管束１７の内側レベルまで懸架し、上部フランジである平板２６により吊下げ支持している。内筒１６の下方には、下端部を蒸気発生器のコールドプレナム５１側に解放し、その内部にガス空間プレナム５２を有するバッファ５３が設置されている。
【００４４】
この蒸気発生器１０ｂの入口ノズル５４から流入した高温の液体金属ナトリウムは、内筒１６の周囲のヘリカルコイル型伝熱管束１７を下降する間に熱交換した後、蒸気発生器底部で反転し、内筒１６内を上昇する。上昇した液体金属ナトリウムは、電磁ポンプ５０に吸い込まれ、出口配管５５を通って図示しない二次主冷却系配管に送り出される。
【００４５】
また、蒸気発生器底部には、放出系ノズル５６が設けられており、万一、伝熱管束１７にリークが生じた場合には、ナトリウム・水反応時の圧力により、放出系ノズル５６の下流に設置された図示しないラプチャーディスクが破壊し、反応生成物は、放出系ノズル５６の下流側の図示しないダンプタンク内に放出される。
【００４６】
本実施形態によれば、電磁ポンプ５０をヘリカルコイル型伝熱管束１７の内方に設置することにより、電磁ポンプ５０の周辺温度を低くすることができる。すなわち、入口ノズル５４から流入した高温の液体金属ナトリウムが伝熱管束１７に沿って下降するに従い熱交換により温度が低下する領域に、電磁ポンプ５０を設置することで、電磁ポンプ５０に対するナトリウムの熱的影響を緩和し、電磁ポンプ５０の健全性向上を図ることができる。
【００４７】
また、ガス空間プレナム５２を有するバッファ５３を設置することにり、ナトリウム・水反応が生じた場合に発生する大きな圧力を緩和することができる。すなわち、ナトリウム・水反応が生じると、そのとき発生する圧力が伝播し、蒸気発生器のみならず、蒸気発生器に繋る図示しない中間熱交換器、ダンプタンク等の機器に影響し、構造設計上の重要な要因とになっている。本実施形態ではバッファ５３を設置することにより、ナトリウム・水反応時の圧力を緩和することができ、圧力を受ける機器の設計の合理化、健全性の向上を図ることができる。
【００４８】
図６および図７は、本発明の第３実施形態を示している。
【００４９】
本実施形態の蒸気発生器１０ｃでは、センターパイプとしての内筒１６内に電磁ポンプ６０を蒸気発生器の上部フランジ２５から吊り下げ支持している。
【００５０】
この電磁ポンプ６０は吸込口６１を電磁ポンプ上方に設け、吐出口６２を下方に設けている。この吐出口６２は、蒸気発生器底部に溶接固定された出口配管６３に嵌合部からの漏れを抑制するようピストンリングシール６４を設けた部分で嵌合される。
【００５１】
入口ノズル６５から入った高温の液体金属ナトリウムが、内筒１６の周囲の伝熱管束１７の間を下降する間に伝熱管束１７内の水と熱交換した後、約３００°となって、蒸気発生器底部で反転し、内筒１６を上昇する。上昇した液体金属ナトリウムは、電磁ポンプ６０の周囲を上昇し、吸込口６１から電磁ポンプ６０に吸い込まれ、電磁ポンプ本体で加圧される。そして、吐出口６２から吐出され、出口配管６３を通って、図示しない二次主冷却系配管に送り出される。ピストンリングシール６４を設けた嵌合部は、電磁ポンプ６０と出口配管６３との間の熱膨張変位差を吸収する。
【００５２】
本実施形態によれば、電磁ポンプ６０の出口配管６３を蒸気発生器底部に設けたことにより、熱交換して約３５０°と温度の低くなったナトリウムを内包する出口配管６３を、ほぼ同じ温度のナトリウム中を通して蒸気発生器底部に貫通させることができ、上部の高温ナトリウム（約５００℃）領域で蒸気発生器壁を貫通する場合に比べて出口配管貫通部の構造信頼性を高めることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、図８および図９に示すように、大容量の電磁ポンプ１基に代えて、複数基の小型の電磁ポンプ６０ａを並列に設置する構成としてもよい。この場合、１基で用いた場合の１／４の流量の小型のポンプを４基設置している。
【００５４】
このような構成によれば、蒸気発生器１０ｃの外径は多少大きくなるが、電磁ポンプ６０ａの１基毎に図示しない逆流防止装置を設け、１基故障時にも残りのポンプを運転することにより、１基設置で電磁ポンプが故障した場合のように流量が０となることはない。
【００５５】
図１０は、本発明の第４実施形態を示している。
【００５６】
本実施形態の蒸気発生器１０ｄでは、図８，９に示した第３実施形態の変形例と同様に、内筒１６内に図６，７に示した電磁ポンプの約１／４の容量を有する同仕様の４基の電磁ポンプ７０が設置されている。但し、この電磁ポンプ７０は図１１，１２に示すように、上下２基ずつのもの７０ａ，７０ａ，７０ｂ，７０ｂに分かれており、上部２基の電磁ポンプ７０ａは、蒸気発生器上部の支持フランジ２５の平板２６から、支持筒７１を介して吊り下げ支持されている。下部２基の電磁ポンプ７０ｂは、上部２基の電磁ポンプ７０ａに接続された支持板７２を介して支持されている。
【００５７】
上部２基の電磁ポンプ７０ａは、上部に吸い込み口７３を有し、吐出口７４は、出口配管７５に嵌合されている。出口配管７５は、蒸気発生器底部に設けた吐出ヘッダ７６に溶接固定されている。
【００５８】
下部２基の電磁ポンプ７０ｂは、上部２基の電磁ポンプ７０ａの並びと平面上で直角に交差した配置で設置され、上面側の吸込み口７７を有し、吐出口７６は、吐出ヘッダに嵌合接続される。前記４基の電磁ポンプ７０から吐出された液体金属ナトリウムは、吐出ヘッダ７６に集まり、蒸気発生器１０ｄから吐出される。
【００５９】
このように構成された本実施形態の電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器１０ｄによれば、図６に示した蒸気発生器とほぼ同一径の内筒１６内に４基の電磁ポンプ７０を設置することができ、図示しない例えば逆止弁のような逆流防止装置を設けることで、電磁ポンプが１基故障しても、残りのポンプを運転することにより、電磁ポンプ１基のみ設置の場合のように流量が０となることはない。なお、本実施形態の変形例としては、図示しないが１基設置時の電磁ポンプ容量の１／２容量の電磁ポンプを２基上下に並べて設置した構成とすることも可能である。
【００６０】
図１３〜図１５は、本発明の第５実施形態を示している。
【００６１】
本実施形態の蒸気発生器１０ｅでは電磁ポンプ８０の外側ステータ８１を支持するケーシング８２の下端に、内側に突出した内側ステータサポート８３が設けられ、この内側ステータサポート８３上に内側ステータ８４が固定設置支持されている。
【００６２】
また、内側ステータ８４の上部には、振れ止め用サポート８５が設けられ、外側ステータダクト８６との間で接触支持されている。内側ステータ８４の頂部には、ケーブル配管８７が溶接により接続され、ケーブル配管８７は、出口配管８８を貫通し、上部ガス空間で開口する。
【００６３】
以上のように構成された電磁ポンプ８０により、内側ステータ８４は、内側ステータサポート８３により支持され、また内側コイルに電源供給を行う図示していない内側ステータケーブルは、ケーブル配管８６内を通して外部に引き出される。
【００６４】
以上のように構成された電磁ポンプ８０により、内側ステータ８４の重量を、上部で外側ダクト８６により支持する場合は、ステータ支持のために外側ダクトの厚肉化または支持構造の追加が必要であったものが、もともと外側ステータ８０を支持するために厚肉構造であったケーシング８７により支持することができ、構造を簡素化することができる。
【００６５】
また、内側ステータ用電源ケーブルを通過させるケーブル配管８７を内側ステータ８４の頂部に設けたことにより、電源ケーブルを最短距離で上部へ導くことができ、図示しない蒸気発生器外へ取り出すことができる。
【００６６】
図１６および図１７は、本発明の第６実施形態を示している。
【００６７】
本実施形態の蒸気発生器１０ｆの基本構成は、図６に示した第３実施形態と略同様であるが、電磁ポンプ９０が本体胴１４の上方に設けられたコンクリート製の据付床９１から支持円筒９２を介してこれと一体となった内筒１６内に吊り下げ支持される点が異なる。また、支持円筒９２と蒸気発生器上部とは、ベローズ９３により結合されている。
【００６８】
このように構成された電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器において、電磁ポンプ９０は、据付床９１から支持円筒９２によって吊り下げ支持される、なお、据付床９１は、建屋から支持された支持構造物等を適用してもよい。また、蒸気発生器上部と支持円筒９２とを結合するベローズ９３により、蒸気発生器の熱膨張変位と支持円筒９２との熱膨張変位差とを吸収しながら、蒸気発生器内の雰囲気と外気の気密を保持している。
【００６９】
図１８は、本発明に係る冷却システムの実施形態としての第７実施形態を示している。
【００７０】
この図１８に示すように、本実施形態の冷却システムでは、蒸気発生器１００のホットプレナム内にオーバーフローノズル１０１が設置され、設定液位を超えた液体金属ナトリウム１０２は、オーバーフローノズル１０１を介し、オーバーフローライン１０３を介して下降するようになっている。オーバーフローライン１０３は、伝熱管１０４とともにヘリカルコイルを構成しており、オーバーフローした高温の液体金属ナトリウムは下降するに従って蒸気発生器１００の胴部内を流れる液体金属ナトリウム１０２の温度低下に伴って温度が下がる。
【００７１】
低温となったオーバーフローナトリウムは、蒸気発生器１００より低いレベルに設置されたオーバーフロータンク１０５に流入する。オーバーフロータンク１０５に流入した液体金属ナトリウムは、オーバーフロータンク１０５内に設置されたコールドトラップ１０６により純化された後、汲上げ電磁ポンプ１０７により汲み上げられ、再び蒸気発生器１００に戻される。即ち、本実施形態では、オーバーフロータンク１０５が全ループ兼用となっている。
【００７２】
このように構成された本実施形態の冷却システムによると、オーバーフロータンク１０５内にコールドトラップ１０６を内蔵したことにより、ナトリウム純化系機器の配置スペースを削減することができ、コンパクトな配置設計が可能となる。
【００７３】
図１９は第７実施形態の変形例を示している。即ち、この図１９の変形例では、汲上げ電磁ポンプ１０７により汲み上げられた液体ナトリウムを、二次主冷却系のコールドレグ配管１０８に、還流ライン１０９を介して戻すようにしたものである。
【００７４】
このような構成によっても、前記同様に、機器配置スペースの削減、構成のコンパクト化等の効果が奏される。
【００７５】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、ナトリウム配管切断等を必要とすることなく、電磁ポンプを単独で蒸気発生器から引き抜くことが可能な電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器を実現することができ、それによりポンプと蒸気発生器とを接続するナトリウム配管が削減でき、配置スペースも削減することができる。したがって、液体金属冷却型原子炉の二次冷却系を簡素化し、プラント建設コストを低減することができる等の優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気発生器の第１実施形態を示す全体断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】前記第１実施形態の変形例を示す全体断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】本発明に係る蒸気発生器の第２実施形態を示す全体断面図。
【図６】本発明に係る蒸気発生器の第３実施形態を示す全体断面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図。
【図８】前記第３実施形態の変形例を示す全体断面図。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】本発明に係る蒸気発生器の第４実施形態を示す全体断面図。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線断面図。
【図１２】図１０のＦ−Ｆ線断面図。
【図１３】本発明に係る蒸気発生器の第５実施形態を示す要部断面図。
【図１４】図１３のＧ−Ｇ線断面図。
【図１５】図１３のＨ−Ｈ線断面図。
【図１６】本発明に係る蒸気発生器の第６実施形態を示す全体断面図。
【図１７】図１６のＩ−Ｉ線断面図。
【図１８】本発明に係る冷却システムの実施形態である第７実施形態を示す系統図。
【図１９】図１８の変形例を示す系統図。
【図２０】従来の蒸気発生器の構成を説明するための構成図。
【符号の説明】
１ 原子炉容器
２ 炉心
３ 冷却材
４ 一次ポンプ
５ 中間熱交換器
６ 蒸気発生器
７ 二次主循環ポンプ
８ａ，８ｂ，８ｃ 配管
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 蒸気発生器
１３ 伝熱管
１４ 本体胴
１４ａ 上鏡板
１４ｂ 下鏡板
１１ａ 蒸気管台
１１ｂ 給水管台
１２ 給水管板
１５ 液体金属入口ノズル
１５ａ リングヘッダ
１６ 内筒
１７ ヘリカルコイル型伝熱管束
１９ 蒸気管板
２０ オーバフローノズル
２０ａ オーバフロー管
２１ 支持スカート
２２ 電磁ポンプ
２３ 電磁ポンプノズル
２４ 連絡管
２５ フランジ
２６ 平板
２７ 架台
４０ 連通配管
３０ 電磁ポンプ
５０ 電磁ポンプ
５１ コールドプレナム
５２ ガス空間プレナム
５３ バッファ
５４ 入口ノズル
５５ 出口配管
５６ 放出系ノズル
６０，６０ａ 電磁ポンプ
６１ 吸込口
６２ 吐出口
６３ 出口配管
６４ ピストンリングシール
６５ 入口ノズル
７０，７０ａ，７０ａ，７０ｂ，７０ｂ 電磁ポンプ
７２ 支持板
７３ 吸い込み口
７４ 吐出口
７５ 出口配管
７６ 吐出ヘッダ
７７ 吸込み口
８０ 電磁ポンプ
８１ 外側ステータ
８２ ケーシング
８３ ステータサポート
８４ 内側ステータ
８５ 振れ止め用サポート
８６ 外側ステータダクト
８７ ケーブル配管
８８ 出口配管
９０ 電磁ポンプ
９１ 据付床
９２ 支持円筒
９３ ベローズ
１００ 蒸気発生器
１０１ オーバーフローノズル
１０２ 液体金属ナトリウム
１０３ オーバーフローライン
１０４ 伝熱管
１０５ オーバーフロータンク
１０６ コールドトラップ
１０７ 汲上げ電磁ポンプ
１０８ コールドレグ配管
１０９ 還流ライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却材としてナトリウム等の液体金属を使用する液体金属冷却型原子炉における二次冷却系の構成、特に蒸気発生器およびその蒸気発生器を用いた冷却システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷却材としてナトリウム等の液体金属を使用する液体金属冷却型原子炉、例えば高速増殖炉では、原子炉冷却材としての一次冷却材が放射能を帯びるため、この一次冷却系は蒸気発生系から隔離されている。また、ナトリウムは水と反応し易いため、蒸気発生器で万一ナトリウム水反応が生じた場合にも、一次系にその反応が影響しないように二次冷却系が設置されている。
【０００３】
従来の液体金属冷却型原子炉における冷却系について図２０を参照して説明する。原子炉容器１の中には、燃料を装荷した炉心２が配置され、この炉心を冷却する液体金属、例えばナトリウム等の冷却材３が装填される。原子炉容器１内には一次ポンプ４が設けられるとともに、一次冷却材と二次冷却材との熱交換を行う中間熱交換器５からなる一次冷却系が設けられている。
【０００４】
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器６と、二次冷却材を循環するための二次主循環ポンプ７とにより構成されている。従来の構成では、この二次主循環ポンプ７に機械式ポンプが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の二次冷却系の配管構成によれば、二次主循環ポンプ７と蒸気発生器６とが個別に設置され、それらの機器および配管が原子炉補助建屋の空間の大きな割合を占め、建物およびドレンタンクなどの付属設備の規模を大型化するため、設備的に不経済となる問題があった。
【０００６】
また、蒸気発生器６と二次主循環電磁ポンプ７とを接続する配管８ｂの接続部はいずれも固定されたアンカー点になるため、各機器を接続する配管８ａ，８ｂ，８ｃには、熱膨脹吸収するために途中部分に配管ループを形成したり、蛇行させる必要があった。そのため、配管が占める空間容積が大きく、付帯設備が大型化する問題があった。
【０００７】
このことから従来では、機器構造や配置を簡素化して配管長を短縮する工夫がなされ、例えば特公平７−７０８８「液体金属冷却型原子炉の冷却装置」等が提案されている。この提案は、蒸気発生器内部に電磁ポンプを合体させ、配管構成の簡素化を図ることを目的に案出されたものであるが、さらに、電磁ポンプが万一の故障の場合にも配管を切断せずに取出して補修できる構成とすることが望まれる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、機器構造および配置を簡素化して配管長を短縮し、それにより原子炉建屋の空間容積の削減およびプラント建設コストの低減が図れるとともに、電磁ポンプ単体を蒸気発生器の内部から配管を切断せずに取外して補修することができる液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器および冷却システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１の発明は、液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒の上部に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、前記電磁ポンプは、前記本体胴の上部にボルトで吊り下げ状態で支持され、かつ前記電磁ポンプの出口部は、前記本体胴の上部の電磁ポンプ出口ノズルと連絡管により着脱可能に嵌合され、さらに、本体胴の上部に液体金属入口ノズルが上方から接続され、その液体金属入口ノズルから入った液体金属はヘリカルコイル型の伝熱管束の上部プレナムに排出される構成とされており、かつ前記上部プレナムの液面部にオーバフローノズルを有するオーバフロー管が前記伝熱管束の一部を利用して外部に連通していることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の下部にはこの本体胴の下方に設置されたダンプと連通する連通管が設けられ、かつ、その連通管の途中に液体金属と水との反応時の圧力を解放する圧力解放板が設置されていることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の低温部位である下部または伝熱管束位置に、その本体胴を支持するためのスカートを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、ヘリカルコイル型伝熱管束の内側に設置された内筒の内部に電磁ポンプを内包設置し、かつ、その下方にナトリウム−水反応事故時に発生する圧力波を吸収するためのガス空間プレナムを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１４】
請求項５の発明は、液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒内に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、前記電磁ポンプは、前記内筒の上部に設置されたフランジと結合されて吊り下げ状態で支持され、かつ前記内筒の内部に内包設置され、その電磁ポンプの吐出ノズルを出口配管と連絡させ、この出口配管を前記本体胴の下部の下鏡板を貫通するよう設置するとともに外部に連通させたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包
する電磁ポンプを２基並列した構成とし、その並列した電磁ポンプを上下２段設置として、合計４基の電磁ポンプを並列運転するようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包される電磁ポンプは流路構成が二重円筒管構成とされ、かつ二重円筒管の両側に電磁コイルを配置するアニュラリニア型ダブルステータ電磁ポンプであり、その内側ステータの支持は、ステータ下部にて外側と剛接合されており、また、内側ステータの上部は、外側ダクトと軸方向でスライド可能な支持構造とされ、内側ステータ上部には外側ダクトを貫通する電線管が連通することを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器を提供する。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から７までのいずれかに記載の蒸気発生器を用いた冷却システムであって、オーバフロー管は蒸気発生器の本体胴の下部からに外部に導出されてオーバフロータンクに連通し、そのオーバフロータンク内にはオーバフローしたナトリウムの純化を行うためのコールドトラップが内蔵され、そのコールドトラップで純化したナトリウムは前記蒸気発生器のホットプレナムに汲み上げられるようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の冷却システムを提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蒸気発生器の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１および図２は、本発明の第１実施形態による蒸気発生器の構造を示している。
【００２１】
本実施形態の蒸気発生器１０ａは、上下両端部が上鏡板１４ａおよび下鏡板１４ｂによってそれぞれ閉塞された縦長な円筒状の本体胴１４を有し、この本体胴１４はその下端部に設けられた支持スカート２１により架台２７に支持されている。本体胴１４の内側には、内部中心位置に同軸的に内筒１６が配置されている。
【００２２】
この内筒１６の周囲には多数本の伝熱管１３がヘリカルコイル状に巻回され、層状に配置されてヘリカルコイル型伝熱管束１７を構成している。このヘリカルコイル型伝熱管束１７の上下両端部は、それぞれ蒸気管板１９および給水管板１２に接続されている。
【００２３】
蒸気管板１９および給水管板１２は、それぞれ蒸気管台１１ａおよび給水管台１１ｂ内に固定されている。蒸気管台１１ａは本体胴１４の上部外側部に取付けられ、給水管台１１ｂは下鏡板１４ｂに取付けられている。また、本体胴１４の上部には液体金属入口ノズル１５が設けられ、蒸気発生器上部プレナム内の液体金属を流量配分するためのリングヘッダ１５ａに接続されている。
【００２４】
内筒１６の内側上端部には電磁ポンプ２２が設けられ、この電磁ポンプ２２は液体金属出口ノズルとしての電磁ポンプノズル２３に連絡管２４を介して接続されている。また、本体胴１４の上部には支持フランジ２５が設けられ、電磁ポンプ２２は吊り下げられた状態で、内筒１６に接続された支持フランジ２５の上端の平板２６とボルト（図示せず）により結合されている。
【００２５】
本実施形態に係る液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器においては、中間熱交換器によって加熱された液体金属ナトリウムが入口配管を通って液体金属入口ノズル１５から本体胴１４の内部に供給され、ヘリカルコイル型伝熱管束１７の外側を下降しながら給水と熱交換して蒸気を発生せしめる。
【００２６】
熱交換により温度が低下した液体金属ナトリウムは、本体胴１４の下部で流れが反転して伝熱管束１７のコイル中心側に配置されている内筒１６内を上昇し、この内筒１６に設けられた電磁ポンプ２２により吸い出される。
【００２７】
また、蒸気発生器１０ａ内の液体金属ナトリウムはオーバフロー方式による自由液面をもち、これにより温度変化による二次系内でのナトリウム体積膨張が吸収される。また、前記の構成によれば、従来設置されていた二次系主循環ポンプの代替として電磁ポンプ２２が蒸気発生器１０ａに内蔵合体されているため、機器配置が簡素化し、配管長も短縮化される。したがって、建屋などの付帯設備の小型化、ひいてはプラント建設コストの低減が図れる。また、電磁ポンプ２２の補修は、蒸気発生器に接続される配管を切断しなくても、引き抜き補修が可能となり、保守，補修性が向上し、運転し易いプラントとなる。
【００２８】
このように、本実施形態の蒸気発生器によれば、蒸気管台１１ａと給水管台１１ｂとを本体胴１４の上部外側部と下鏡板１４ｂとにそれぞれ設置し、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３を本体胴４の上部に設置したことから、液体金属配管と水・蒸気配管とが互いに分離される。また、電磁ポンプ出口ノズル２３を本体胴１４よりも上部に配置することにより、蒸気発生器１０ａの全高を低くすることができる。
【００２９】
さらに、電磁ポンプ２２は、内筒１６および平板２６を介して支持フランジ２５にボルトで接合されていること、および電磁ポンプ出口ノズル２３と連絡管２４とは嵌合構造によって接合されていることから、万一、電磁ポンプ２２の補修が必要になった場合にも、本体胴１４から容易に引き抜くことができる等の作用効果が奏される。
【００３０】
また、本実施形態では、ヘリカルコイル型の伝熱管束１７の上部プレナム１３の内液面部にオーバフローノズル２０が設置されている。このオーバフローノズル２０にはオーバフロー管２０ａが接続され、このオーバフロー管２０ａはヘリカルコイル型伝熱管束１７の一部を利用して構成してある。オーバフローした液体金属ナトリウムは、下鏡板１４ｂに設けられたオーバフローノズル管２０ａの下端から図示しないオーバフロータンクに流出する。
【００３１】
このような構成によれば、オーバフロー管２０ａを設置することにより、プラントの起動・停止に伴う液体金属の膨張・収縮による蒸気発生器内の液体金属ナトリウムの液面の変動高さを考慮する必要がなくなり、蒸気発生器全高の低減が可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、万一の伝熱管１３の破損事故に備え、下鏡板１４ｂに破損時の発生圧力を蒸気発生器の下部に設置されたダンプタンク（図示せず）に開放するため、該ダンプタンクと連通するための連通配管４０が設けられている。この連通配管４０の途中には、圧力解放板が設置されている。
【００３３】
このような構成によれば、下鏡板１４ｂの圧力開放ラインが形成されるので、事故時においても信頼性の高い圧力解放系を供給でき、主系統における発生圧力の低減および反応生成物の移動を抑止することができる。また、事故後の補修範囲の縮小化および構造材への影響も抑止することができる。
【００３４】
また、本体胴１４の下部には、蒸気発生器１０ａを建屋躯体である架台２７に支持するための支持スカート２１が設けられ、蒸気発生器１０ａを下置き支持しており、この支持スカート２１の具体的な設置レベルは、蒸気発生器１０ａの上方向への熱膨張による変位量が、図示しない中間熱交換器の上方向への熱膨張による変位量とほぼ等しくなるような位置としている。
【００３５】
このように、支持スカート２１を蒸気発生器の本体胴１４の下部に設けることにより、以下の効果がある。
【００３６】
まず、蒸気発生器１０ａの下部は、内包する液体金属ナトリウムの温度が給水側の熱交換より低温となった部位であり、そこを支持スカート２１による支持位置とすることで、支持スカート２１に生じる熱応力を小さくすることができ、支持スカート２１の構造健全性上有利なものとなる。
【００３７】
また、蒸気発生器を下置きとすることで、蒸気発生器は、運転中は上方向に熱膨張する。これに従い、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３にも上方向への変位量が生じる。
【００３８】
ここで、液体金属入口ノズル１５および電磁ポンプ出口ノズル２３に接続する図示しない二次主冷却系配管は中間熱交換器に接続されているが、その中間熱交換器と二次主冷却系配管接続部も熱膨張により上方向に延びる構造となっている。そこで、中間熱交換器および蒸気発生器が互いに上方向にほぼ同じ変位量で延びることから両者の相対変位は相殺され、引き回される二次主冷却系配管には強制変位が作用せず、二次主冷却系配管の構造健全性上有利なものとなる。
【００３９】
図３および図４は本実施形態の変形例を示している。
【００４０】
この変形例では、本体胴１４の上部プレナム１３内に複数の電磁ポンプ３０を環状配置で設けてある。これらの電磁ポンプ３０の上方に、１つの電磁ポンプ出口ノズル２３が、複数の電磁ポンプ３０の吐出流量を混合して流出させるために、上鏡板１４ａ部に配置して設けてある。その他の構成は図１と略同様である。
【００４１】
このような構成によれば、中規模の電磁ポンプ３０を複数配置することにより、万一、１基が故障しても他の３基による運転が可能となり、プラント稼働率の向上に繋る。
【００４２】
図５は、本発明に係る蒸気発生器の第２実施形態を示している。
【００４３】
本実施形態の蒸気発生器１０ｂでは、内筒１６内に電磁ポンプ５０をヘリカルコイル型伝熱管束１７の内側レベルまで懸架し、上部フランジである平板２６により吊下げ支持している。内筒１６の下方には、下端部を蒸気発生器のコールドプレナム５１側に解放し、その内部にガス空間プレナム５２を有するバッファ５３が設置されている。
【００４４】
この蒸気発生器１０ｂの入口ノズル５４から流入した高温の液体金属ナトリウムは、内筒１６の周囲のヘリカルコイル型伝熱管束１７を下降する間に熱交換した後、蒸気発生器底部で反転し、内筒１６内を上昇する。上昇した液体金属ナトリウムは、電磁ポンプ５０に吸い込まれ、出口配管５５を通って図示しない二次主冷却系配管に送り出される。
【００４５】
また、蒸気発生器底部には、放出系ノズル５６が設けられており、万一、伝熱管束１７にリークが生じた場合には、ナトリウム・水反応時の圧力により、放出系ノズル５６の下流に設置された図示しないラプチャーディスクが破壊し、反応生成物は、放出系ノズル５６の下流側の図示しないダンプタンク内に放出される。
【００４６】
本実施形態によれば、電磁ポンプ５０をヘリカルコイル型伝熱管束１７の内方に設置することにより、電磁ポンプ５０の周辺温度を低くすることができる。すなわち、入口ノズル５４から流入した高温の液体金属ナトリウムが伝熱管束１７に沿って下降するに従い熱交換により温度が低下する領域に、電磁ポンプ５０を設置することで、電磁ポンプ５０に対するナトリウムの熱的影響を緩和し、電磁ポンプ５０の健全性向上を図ることができる。
【００４７】
また、ガス空間プレナム５２を有するバッファ５３を設置することにり、ナトリウム・水反応が生じた場合に発生する大きな圧力を緩和することができる。すなわち、ナトリウム・水反応が生じると、そのとき発生する圧力が伝播し、蒸気発生器のみならず、蒸気発生器に繋る図示しない中間熱交換器、ダンプタンク等の機器に影響し、構造設計上の重要な要因とになっている。本実施形態ではバッファ５３を設置することにより、ナトリウム・水反応時の圧力を緩和することができ、圧力を受ける機器の設計の合理化、健全性の向上を図ることができる。
【００４８】
図６および図７は、本発明の第３実施形態を示している。
【００４９】
本実施形態の蒸気発生器１０ｃでは、センターパイプとしての内筒１６内に電磁ポンプ６０を蒸気発生器の上部フランジ２５から吊り下げ支持している。
【００５０】
この電磁ポンプ６０は吸込口６１を電磁ポンプ上方に設け、吐出口６２を下方に設けている。この吐出口６２は、蒸気発生器底部に溶接固定された出口配管６３に嵌合部からの漏れを抑制するようピストンリングシール６４を設けた部分で嵌合される。
【００５１】
入口ノズル６５から入った高温の液体金属ナトリウムが、内筒１６の周囲の伝熱管束１７の間を下降する間に伝熱管束１７内の水と熱交換した後、約３００°となって、蒸気発生器底部で反転し、内筒１６を上昇する。上昇した液体金属ナトリウムは、電磁ポンプ６０の周囲を上昇し、吸込口６１から電磁ポンプ６０に吸い込まれ、電磁ポンプ本体で加圧される。そして、吐出口６２から吐出され、出口配管６３を通って、図示しない二次主冷却系配管に送り出される。ピストンリングシール６４を設けた嵌合部は、電磁ポンプ６０と出口配管６３との間の熱膨張変位差を吸収する。
【００５２】
本実施形態によれば、電磁ポンプ６０の出口配管６３を蒸気発生器底部に設けたことにより、熱交換して約３５０°と温度の低くなったナトリウムを内包する出口配管６３を、ほぼ同じ温度のナトリウム中を通して蒸気発生器底部に貫通させることができ、上部の高温ナトリウム（約５００℃）領域で蒸気発生器壁を貫通する場合に比べて出口配管貫通部の構造信頼性を高めることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、図８および図９に示すように、大容量の電磁ポンプ１基に代えて、複数基の小型の電磁ポンプ６０ａを並列に設置する構成としてもよい。この場合、１基で用いた場合の１／４の流量の小型のポンプを４基設置している。
【００５４】
このような構成によれば、蒸気発生器１０ｃの外径は多少大きくなるが、電磁ポンプ６０ａの１基毎に図示しない逆流防止装置を設け、１基故障時にも残りのポンプを運転することにより、１基設置で電磁ポンプが故障した場合のように流量が０となることはない。
【００５５】
図１０は、本発明の第４実施形態を示している。
【００５６】
本実施形態の蒸気発生器１０ｄでは、図８，９に示した第３実施形態の変形例と同様に、内筒１６内に図６，７に示した電磁ポンプの約１／４の容量を有する同仕様の４基の電磁ポンプ７０が設置されている。但し、この電磁ポンプ７０は図１１，１２に示すように、上下２基ずつのもの７０ａ，７０ａ，７０ｂ，７０ｂに分かれており、上部２基の電磁ポンプ７０ａは、蒸気発生器上部の支持フランジ２５の平板２６から、支持筒７１を介して吊り下げ支持されている。下部２基の電磁ポンプ７０ｂは、上部２基の電磁ポンプ７０ａに接続された支持板７２を介して支持されている。
【００５７】
上部２基の電磁ポンプ７０ａは、上部に吸い込み口７３を有し、吐出口７４は、出口配管７５に嵌合されている。出口配管７５は、蒸気発生器底部に設けた吐出ヘッダ７６に溶接固定されている。
【００５８】
下部２基の電磁ポンプ７０ｂは、上部２基の電磁ポンプ７０ａの並びと平面上で直角に交差した配置で設置され、上面側の吸込み口７７を有し、吐出口７６は、吐出ヘッダに嵌合接続される。前記４基の電磁ポンプ７０から吐出された液体金属ナトリウムは、吐出ヘッダ７６に集まり、蒸気発生器１０ｄから吐出される。
【００５９】
このように構成された本実施形態の電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器１０ｄによれば、図６に示した蒸気発生器とほぼ同一径の内筒１６内に４基の電磁ポンプ７０を設置することができ、図示しない例えば逆止弁のような逆流防止装置を設けることで、電磁ポンプが１基故障しても、残りのポンプを運転することにより、電磁ポンプ１基のみ設置の場合のように流量が０となることはない。なお、本実施形態の変形例としては、図示しないが１基設置時の電磁ポンプ容量の１／２容量の電磁ポンプを２基上下に並べて設置した構成とすることも可能である。
【００６０】
図１３〜図１５は、本発明の第５実施形態を示している。
【００６１】
本実施形態の蒸気発生器１０ｅでは電磁ポンプ８０の外側ステータ８１を支持するケーシング８２の下端に、内側に突出した内側ステータサポート８３が設けられ、この内側ステータサポート８３上に内側ステータ８４が固定設置支持されている。
【００６２】
また、内側ステータ８４の上部には、振れ止め用サポート８５が設けられ、外側ステータダクト８６との間で接触支持されている。内側ステータ８４の頂部には、ケーブル配管８７が溶接により接続され、ケーブル配管８７は、出口配管８８を貫通し、上部ガス空間で開口する。
【００６３】
以上のように構成された電磁ポンプ８０により、内側ステータ８４は、内側ステータサポート８３により支持され、また内側コイルに電源供給を行う図示していない内側ステータケーブルは、ケーブル配管８６内を通して外部に引き出される。
【００６４】
以上のように構成された電磁ポンプ８０により、内側ステータ８４の重量を、上部で外側ダクト８６により支持する場合は、ステータ支持のために外側ダクトの厚肉化または支持構造の追加が必要であったものが、もともと外側ステータ８０を支持するために厚肉構造であったケーシング８７により支持することができ、構造を簡素化することができる。
【００６５】
また、内側ステータ用電源ケーブルを通過させるケーブル配管８７を内側ステータ８４の頂部に設けたことにより、電源ケーブルを最短距離で上部へ導くことができ、図示しない蒸気発生器外へ取り出すことができる。
【００６６】
図１６および図１７は、本発明の第６実施形態を示している。
【００６７】
本実施形態の蒸気発生器１０ｆの基本構成は、図６に示した第３実施形態と略同様であるが、電磁ポンプ９０が本体胴１４の上方に設けられたコンクリート製の据付床９１から支持円筒９２を介してこれと一体となった内筒１６内に吊り下げ支持される点が異なる。また、支持円筒９２と蒸気発生器上部とは、ベローズ９３により結合されている。
【００６８】
このように構成された電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器において、電磁ポンプ９０は、据付床９１から支持円筒９２によって吊り下げ支持される、なお、据付床９１は、建屋から支持された支持構造物等を適用してもよい。また、蒸気発生器上部と支持円筒９２とを結合するベローズ９３により、蒸気発生器の熱膨張変位と支持円筒９２との熱膨張変位差とを吸収しながら、蒸気発生器内の雰囲気と外気の気密を保持している。
【００６９】
図１８は、本発明に係る冷却システムの実施形態としての第７実施形態を示している。
【００７０】
この図１８に示すように、本実施形態の冷却システムでは、蒸気発生器１００のホットプレナム内にオーバーフローノズル１０１が設置され、設定液位を超えた液体金属ナトリウム１０２は、オーバーフローノズル１０１を介し、オーバーフローライン１０３を介して下降するようになっている。オーバーフローライン１０３は、伝熱管１０４とともにヘリカルコイルを構成しており、オーバーフローした高温の液体金属ナトリウムは下降するに従って蒸気発生器１００の胴部内を流れる液体金属ナトリウム１０２の温度低下に伴って温度が下がる。
【００７１】
低温となったオーバーフローナトリウムは、蒸気発生器１００より低いレベルに設置されたオーバーフロータンク１０５に流入する。オーバーフロータンク１０５に流入した液体金属ナトリウムは、オーバーフロータンク１０５内に設置されたコールドトラップ１０６により純化された後、汲上げ電磁ポンプ１０７により汲み上げられ、再び蒸気発生器１００に戻される。即ち、本実施形態では、オーバーフロータンク１０５が全ループ兼用となっている。
【００７２】
このように構成された本実施形態の冷却システムによると、オーバーフロータンク１０５内にコールドトラップ１０６を内蔵したことにより、ナトリウム純化系機器の配置スペースを削減することができ、コンパクトな配置設計が可能となる。
【００７３】
図１９は第７実施形態の変形例を示している。即ち、この図１９の変形例では、汲上げ電磁ポンプ１０７により汲み上げられた液体ナトリウムを、二次主冷却系のコールドレグ配管１０８に、還流ライン１０９を介して戻すようにしたものである。
【００７４】
このような構成によっても、前記同様に、機器配置スペースの削減、構成のコンパクト化等の効果が奏される。
【００７５】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、ナトリウム配管切断等を必要とすることなく、電磁ポンプを単独で蒸気発生器から引き抜くことが可能な電磁ポンプ内蔵型の蒸気発生器を実現することができ、それによりポンプと蒸気発生器とを接続するナトリウム配管が削減でき、配置スペースも削減することができる。したがって、液体金属冷却型原子炉の二次冷却系を簡素化し、プラント建設コストを低減することができる等の優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蒸気発生器の第１実施形態を示す全体断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】前記第１実施形態の変形例を示す全体断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】本発明に係る蒸気発生器の第２実施形態を示す全体断面図。
【図６】本発明に係る蒸気発生器の第３実施形態を示す全体断面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線断面図。
【図８】前記第３実施形態の変形例を示す全体断面図。
【図９】図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】本発明に係る蒸気発生器の第４実施形態を示す全体断面図。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線断面図。
【図１２】図１０のＦ−Ｆ線断面図。
【図１３】本発明に係る蒸気発生器の第５実施形態を示す要部断面図。
【図１４】図１３のＧ−Ｇ線断面図。
【図１５】図１３のＨ−Ｈ線断面図。
【図１６】本発明に係る蒸気発生器の第６実施形態を示す全体断面図。
【図１７】図１６のＩ−Ｉ線断面図。
【図１８】本発明に係る冷却システムの実施形態である第７実施形態を示す系統図。
【図１９】図１８の変形例を示す系統図。
【図２０】従来の蒸気発生器の構成を説明するための構成図。
【符号の説明】
１ 原子炉容器
２ 炉心
３ 冷却材
４ 一次ポンプ
５ 中間熱交換器
６ 蒸気発生器
７ 二次主循環ポンプ
８ａ，８ｂ，８ｃ 配管
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 蒸気発生器
１３ 伝熱管
１４ 本体胴
１４ａ 上鏡板
１４ｂ 下鏡板
１１ａ 蒸気管台
１１ｂ 給水管台
１２ 給水管板
１５ 液体金属入口ノズル
１５ａ リングヘッダ
１６ 内筒
１７ ヘリカルコイル型伝熱管束
１９ 蒸気管板
２０ オーバフローノズル
２０ａ オーバフロー管
２１ 支持スカート
２２ 電磁ポンプ
２３ 電磁ポンプノズル
２４ 連絡管
２５ フランジ
２６ 平板
２７ 架台
４０ 連通配管
３０ 電磁ポンプ
５０ 電磁ポンプ
５１ コールドプレナム
５２ ガス空間プレナム
５３ バッファ
５４ 入口ノズル
５５ 出口配管
５６ 放出系ノズル
６０，６０ａ 電磁ポンプ
６１ 吸込口
６２ 吐出口
６３ 出口配管
６４ ピストンリングシール
６５ 入口ノズル
７０，７０ａ，７０ａ，７０ｂ，７０ｂ 電磁ポンプ
７２ 支持板
７３ 吸い込み口
７４ 吐出口
７５ 出口配管
７６ 吐出ヘッダ
７７ 吸込み口
８０ 電磁ポンプ
８１ 外側ステータ
８２ ケーシング
８３ ステータサポート
８４ 内側ステータ
８５ 振れ止め用サポート
８６ 外側ステータダクト
８７ ケーブル配管
８８ 出口配管
９０ 電磁ポンプ
９１ 据付床
９２ 支持円筒
９３ ベローズ
１００ 蒸気発生器
１０１ オーバーフローノズル
１０２ 液体金属ナトリウム
１０３ オーバーフローライン
１０４ 伝熱管
１０５ オーバーフロータンク
１０６ コールドトラップ
１０７ 汲上げ電磁ポンプ
１０８ コールドレグ配管
１０９ 還流ライン
Claims (8)
- 液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒の上部に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、
前記電磁ポンプは、前記本体胴の上部にボルトで吊り下げ状態で支持され、かつ前記電磁ポンプの出口部は、前記本体胴の上部の電磁ポンプ出口ノズルと連絡管により着脱可能に嵌合され、
さらに、本体胴の上部に液体金属入口ノズルが上方から接続され、その液体金属入口ノズルから入った液体金属はヘリカルコイル型の伝熱管束の上部プレナムに排出される構成とされており、かつ前記上部プレナムの液面部にオーバフローノズルを有するオーバフロー管が前記伝熱管束の一部を利用して外部に連通していることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。 - 請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の下部にはこの本体胴の下方に設置されたダンプと連通する連通管が設けられ、かつ、その連通管の途中に液体金属と水との反応時の圧力を解放する圧力解放板が設置されていることを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。
- 請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、本体胴の低温部位である下部または伝熱管束位置に、その本体胴を支持するためのスカートを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。
- 請求項１記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、ヘリカルコイル型伝熱管束の内側に設置された内筒の内部に電磁ポンプを内包設置し、かつ、その下方にナトリウム−水反応事故時に発生する圧力波を吸収するためのガス空間プレナムを設けたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。
- 液体金属をその内部で流下させる縦長な円筒状の本体胴と、この本体胴の内部中心位置に同軸的に配置され、その内部に前記本体胴内で流下した液体金属を下端側から導入し得る内筒と、この内筒内に設けられ、導入した液体金属に上昇流を起こさせる電磁ポンプと、前記本体胴と内筒との間にその内筒を囲む配置で設けられ、その内部に水を流通させることにより液体金属と水との熱交換を行って蒸気を発生させるヘリカルコイル型の伝熱管束とを備えた液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、
前記電磁ポンプは、前記内筒の上部に設置されたフランジと結合されて吊り下げ状態で支持され、かつ前記内筒の内部に内包設置され、その電磁ポンプの吐出ノズルを出口配管と連絡させ、この出口配管を前記本体胴の下部の下鏡板を貫通するよう設置するとともに外部に連通させたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。 - 請求項５記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包する電磁ポンプを２基並列した構成とし、その並列した電磁ポンプを上下２段設置として、合計４基の電磁ポンプを並列運転するようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。
- 請求項６記載の液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器において、内包される電磁ポンプは流路構成が二重円筒管構成とされ、かつ二重円筒管の両側に電磁コイルを配置するアニュラリニア型ダブルステータ電磁ポンプであり、その内側ステータの支持は、ステータ下部にて外側と剛接合されており、また、内側ステータの上部は、外側ダクトと軸方向でスライド可能な支持構造とされ、内側ステータ上部には外側ダクトを貫通する電線管が連通することを特徴とする液体金属冷却型原子炉の蒸気発生器。
- 請求項１から７までのいずれかに記載の蒸気発生器を用いた冷却システムであって、オーバフロー管は蒸気発生器の本体胴の下部からに外部に導出されてオーバフロータンクに連通し、そのオーバフロータンク内にはオーバフローしたナトリウムの純化を行うためのコールドトラップが内蔵され、そのコールドトラップで純化したナトリウムは前記蒸気発生器のホットプレナムに汲み上げられるようにしたことを特徴とする液体金属冷却型原子炉の冷却システム。
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