JP7349593B1

JP7349593B1 - 溶融塩の循環装置及び循環方法

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Publication number: JP7349593B1
Application number: JP2023521820A
Authority: JP
Inventors: 斎小山; 哲也戸高; 陽子本間
Original assignee: Ｊｆｅプロジェクトワン株式会社
Priority date: 2023-01-18
Filing date: 2023-04-10
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2043-04-10

Abstract

溶融塩の凝固点を下げて溶融塩の取り扱いを容易にすると共に、運転停止時に溶融塩を液体状態で保持するための加熱エネルギーを低減することを可能にした溶融塩の循環装置及び循環方法を提供する。亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの少なくとも１種からなる溶融塩Ｓを貯留するタンク１と、タンク１内の溶融塩Ｓを加熱する加熱器２，３と、タンク１から溶融塩Ｓを排出するポンプ４と、タンク１から排出された溶融塩Ｓを循環させてタンク１に帰還させる循環経路１０と、タンク１内に水を供給する水供給源５とを備える循環装置を用い、水供給源５から供給された水で溶融塩Ｓを水希釈することで溶融塩Ｓの凝固点を低下させ、水希釈された溶融塩Ｓを加熱器２，３により加熱することで溶融塩Ｓの液体状態を保持し、ポンプ４の駆動により循環経路１０を介して溶融塩Ｓを循環させる。

Description

本発明は、熱媒体として溶融塩を循環するための装置及び方法に関し、更に詳しくは、溶融塩の凝固点を下げて溶融塩の取り扱いを容易にすると共に、運転停止時に溶融塩を液体状態で保持するための加熱エネルギーを低減することを可能にした溶融塩の循環装置及び循環方法に関する。

溶融塩は陽イオンと陰イオンからなる塩で通常は凝固しているが、一定以上の温度になると融解して溶融状態になる物質である。溶融塩の中には相変化を伴わずに蓄熱や放熱を行う顕熱型の熱媒体として、熱交換器や反応器等を加温するために用いられるＨＴＳ（Heat Transfer Salt）と呼ばれる物質がある。ＨＴＳとしては、亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）及び硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の混合物が例示される（例えば、特許文献１参照）。この混合物は硝酸カリウムの結晶の英語名に由来してナイター（Niter）とも呼ばれる。

ＨＴＳのような溶融塩を熱媒体として用いる場合、溶融塩の循環装置は、溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから溶融塩を送出するポンプと、タンクから送出された溶融塩を循環させてタンクに帰還させる循環経路とから構成されるのが一般的である。

しかしながら、例えば、４０重量％の亜硝酸ナトリウムと、７重量％の硝酸ナトリウムと、５３重量％の硝酸カリウムとを含む溶融塩の凝固点は約１４２℃であるため、溶融塩を取り扱う際には、タンク内の溶融塩を凝固点（約１４２℃）以上に加熱して液体状態に保持する必要がある。そのため、運転停止時であっても溶融塩を液体状態で保持するための加熱エネルギーが大きいという欠点がある。

また、高い凝固点を有する溶融塩は取り扱いが困難である。つまり、溶融塩は固化した状態において陶器のような硬さを有するので、溶融塩が配管内で固化して配管閉塞などを起こした場合は設備の全面取替が余儀なくされる。そのため、配管閉塞が生じないように溶融塩を常に高温状態に維持することが必要である。また、運転開始時に溶融塩の循環装置を構成する機器や配管内に少量の水が存在する状態で機器や配管内に高温の溶融塩が流れ込むと、瞬時にして水が蒸発し、水蒸気爆発が生じる可能性があるので、そのような状況を回避するための細心の注意が求められる。

日本国特開２０１５－６７６７０号公報

本発明の目的は、溶融塩の凝固点を下げて溶融塩の取り扱いを容易にすると共に、運転停止時に溶融塩を液体状態で保持するための加熱エネルギーを低減することを可能にした溶融塩の循環装置及び循環方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の溶融塩の循環装置は、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの少なくとも１種からなる溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の前記溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから前記溶融塩を送出するポンプと、前記タンクから送出された前記溶融塩を循環させて前記タンクに帰還させる循環経路と、前記タンク内に水を供給する水供給源とを備え、前記溶融塩に添加される水の量が該溶融塩の重量に対して６重量％～５０重量％であり、前記タンクが前記溶融塩とそれに添加される水を貯留する容量を有することを特徴とするものである。

上記目的を達成するための本発明の溶融塩の循環方法は、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの少なくとも１種からなる溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の前記溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから前記溶融塩を排出するポンプと、前記タンクから排出された前記溶融塩を循環させて前記タンクに帰還させる循環経路と、前記タンク内に水を供給する水供給源とを備え、前記溶融塩に添加される水の量が該溶融塩の重量に対して６重量％～５０重量％であり、前記タンクが前記溶融塩とそれに添加される水を貯留する容量を有する循環装置を用いた溶融塩の循環方法であって、
前記水供給源から供給された水で前記溶融塩を水希釈することで該溶融塩の凝固点を低下させ、該水希釈された前記溶融塩を前記加熱器により加熱することで前記溶融塩の液体状態を保持し、前記ポンプの駆動により前記循環経路を介して前記溶融塩を循環させることを特徴とするものである。

本発明では、亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）及び硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の少なくとも１種からなる溶融塩（ＨＴＳ）を貯留するタンクと、該タンク内の溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから溶融塩を送出するポンプと、タンクから送出された溶融塩を循環させてタンクに帰還させる循環経路と、タンク内に水を供給する水供給源とを備える循環装置を構成し、水供給源から水を供給することで溶融塩を水希釈し、該溶融塩の凝固点を低下させることができる。そのため、運転停止時には該希釈された溶融塩を液体状態で保持するための加熱エネルギーを低減することができる。また、運転開始時及び運転停止時における溶融塩の温度を低下させているので、溶融塩の取り扱いが容易になる。つまり、溶融塩の循環を比較的低い温度から開始することができるので、溶融塩の循環装置を構成する機器や配管内に少量の水が存在する状態で機器や配管内に溶融塩が流れ込んでも、水蒸気爆発が生じることはない。また、凝固点を低下させた溶融塩は配管内で固化し難くなるため、配管閉塞を防止することができる。

上記循環装置において、タンク内に不活性ガス又はスチームからなる空気遮断用ガスを供給するガス供給源を備え、ポンプの駆動時にガス供給源からタンク内に空気遮断用ガスを供給することが好ましい。溶融塩（ＨＴＳ）は化学的に安定しているが、高温で長期間にわたって使用されるとＮaＮＯ₂が熱分解してＮaＮＯ₃やＮa₂Ｏを生成し、Ｎa₂Ｏが空気中の炭酸ガス（ＣＯ₂）と反応するとＮa₂ＣＯ₃を生成する。Ｎa₂ＣＯ₃は溶融塩と共融混合物を作り、その凝固点は３００℃を超える。また、溶融塩は高温で空気中の酸素と接触するとＮaＮＯ₂が酸化反応を起こしてＮaＮＯ₃を生成する。そして、ＮaＮＯ₃の濃度が上がると溶融塩の凝固点が上昇し、配管閉塞が生じ易くなる。しかしながら、上述のようにポンプの駆動時にガス供給源からタンク内に空気遮断用ガスを供給することにより、溶融塩と酸素や炭酸ガスとの接触を遮断し、溶融塩の凝固点の上昇を抑制することができる。

上記循環装置において、ポンプの停止時に循環経路内の溶融塩がタンクに戻るように循環経路の配管がタンク側に向かって傾斜しており、ポンプの停止時に溶融塩をタンク内に回収することが好ましい。これにより、配管閉塞をより確実に防止することができる。

本発明の溶融塩の循環方法において、運転停止時に、ポンプの駆動を維持しつつ、溶融塩の温度が予め設定された閾値まで低下した際に水供給源からタンク内に水を供給することが好ましい。運転開始時に溶融塩に混合されていた水分は加熱により気化して外部に放出されるので、運転停止時にはタンク内に水を供給する必要があるが、そのような水は溶融塩の温度が予め設定された閾値まで低下してから徐々にタンク内に供給する。これにより、次回の運転開始時のために溶融塩の凝固点を低下させることができる。

本発明の溶融塩の循環方法において、溶融塩における酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）の濃度を定期的に測定し、その濃度が予め設定された閾値に到達した際に溶融塩に硝酸を加えることが好ましい。硝酸による中和を行うことにより、酸化ナトリウムが硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ₃）に変換されてアルカリ度が下がり、系内の鋼材腐食を軽減することができる。

図１は本発明の実施形態に係る溶融塩の循環装置を示す概略図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る溶融塩の循環装置を示すものである。

図１に示すように、本実施形態に係る溶融塩の循環装置は、溶融塩Ｓを貯留するタンク１と、該タンク１内の溶融塩Ｓを加熱する加熱器２，３と、該タンク１から溶融塩Ｓを送出するポンプ４と、タンク１内に水を供給する水供給源５と、タンク１内に空気遮断用ガスを供給するガス供給源６と、タンクの上部に配設されたサイクロン分離器７と、タンク１から送出された溶融塩Ｓを循環させてタンク１に帰還させる循環経路１０とを備えている。

タンク１は、循環させるべき溶融塩Ｓと希釈用の水との総量を貯留可能な容積を有すると共に、その一部に他の部分よりも深い深底部１ａを備えている。タンク１の深底部１ａの周囲には加熱器２が配設されている。この加熱器２は深底部１ａ内の溶融塩Ｓを溶融もしくは加熱する。また、タンク１の内部には加熱器３が配設されている。この加熱器３はタンク１内の溶融塩Ｓを溶融もしくは加熱する。加熱器２，３はいずれもスチームを利用したものであるが、その熱源は特に限定されるものではない。

ポンプ４は、タンク１の深底部１ａの位置に配設されており、タンク１内の溶融塩Ｓを循環経路１０に送出する。図示の例において、ポンプ４はタンク１内に設置される浸漬式のポンプであるが、外置き式のポンプであっても良い。水供給源５は、タンク１に接続されており、タンク１内に純水を循環装置停止時に供給するように構成されている。ガス供給源６は、タンク１に接続されており、タンク１内に空気遮断用ガスを供給するように構成されている。空気遮断用ガスとして、窒素ガスに代表される不活性ガス又はスチームが使用される。サイクロン分離器７は、タンク１内に充満する気体とその気体中に含まれる溶融塩とを分離し、気体のみを外部に放出する装置である。サイクロン分離器７は、運転開始時及び運転停止時に発生するスチームと溶融塩Ｓとを分離する目的で設置される。このようなサイクロン分離器７は排出口に雨水が侵入しないような構造とする。

図１において、循環経路１０は、冷却器１１と、加熱器１２と、加熱対象機器１３と、ブレークタンク１４とを含んでいる。より具体的には、ポンプ４の吐出口は配管２１を介して冷却器１１の流入口に接続され、冷却器１１の吐出口は配管２２を介して加熱器１２の流入口に接続され、加熱器１２の吐出口は配管２３を介して加熱対象機器１３の流入口に接続され、加熱対象機器１３の吐出口は配管２４を介してブレークタンク１４の流入口に接続され、ブレークタンク１４の液体用の吐出口は配管２５を介してタンク１に接続され、ブレークタンク１４の気体用の吐出口は配管２６を介してタンク１に接続されている。但し、循環経路１０における冷却器１１、加熱器１２、加熱対象機器１３、ブレークタンク１４の配置順序はこれに限定されるものではない。

冷却器１１は、ユーザーの加熱対象機器１３が発熱反応を伴う場合に溶融塩Ｓを冷却する必要があるため、その冷却を担持する。冷却器１１の代表例として、エアフィンクーラーやスチームジェネレータなどが例示される。図示の例は、エアフィンクーラーである。スチームジェネレータは熱回収の目的で設置され、スペースの削減を考慮すると竪型を選定することが好ましい。冷却器１１は、必ずしも設置する必要はない。

加熱器１２としては、加熱炉と電気ヒーターの２種類がある。２種類の使い分けは、加熱対象機器１３で消費される熱量によって異なるが、基本的には、吸熱反応では大きな熱量が必要となるため「加熱炉」を選定し、発熱反応では昇温に必要な熱量があれば十分であるため「電気ヒーター」を選定することができる。図示の例では、電気ヒーターからなる加熱器１２が循環経路１０に組み込まれているが、このような加熱器１２をタンク１内に設置することも可能である。

加熱対象機器１３としては、熱交換器や反応炉などがある。ブレークタンク１４は、サイフォンブレーク及び気液分離の目的で設置されている。即ち、加熱対象機器１３を通過した溶融塩Ｓを気体と液体に分離し、配管２５，２６を介してそれぞれをタンク１に還流させる。ブレークタンク１４は、循環経路１０内で最も高い位置に配設される。図示の例では、ブレークタンク１４が加熱対象機器１３の下流側に設置されているが、ブレークタンク１４を加熱対象機器１３の上流側に設置し、ブレークタンク１４を介して各ユーザーの加熱対象機器１３に溶融塩Ｓを供給するシステム構成を採用することも可能である。

本発明で使用される溶融塩Ｓ（ＨＴＳ）は、亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）及び硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の少なくとも１種から構成される。例えば、亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）と硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）との３種混合物、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）との２種混合物、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）の単体、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の単体などが挙げられる。より具体的には、４０重量％の亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）と７重量％の硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と５３重量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）とを含む３種混合物、５０重量％の硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と５０重量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）とを含む２種混合物、７５重量％の硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と２５重量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）とを含む２種混合物などが例示される。

溶融塩Ｓに添加される水の量は、好ましくは、溶融塩Ｓの重量の６重量％～５０重量％、より好ましくは、１５重量％～２５重量％とする。例えば、４０重量％の亜硝酸ナトリウムと７重量％の硝酸ナトリウムと５３重量％の硝酸カリウムとを含む溶融塩Ｓの凝固点は約１４２℃であるが、これに対して希釈水を１５重量％加えると凝固点は７０℃以下に低下する。希釈水の添加量を増やすほど凝固点が低くなる傾向があり、運転停止時に溶融塩Ｓを液状状態で保持するための加熱エネルギーが小さくなるという利点があるが、その分だけ溶融塩Ｓを貯留するためのタンク１の容量を大きくする必要がある。そのため、溶融塩Ｓに添加される水の量は、タンク１を加熱するために必要とされる加熱エネルギーとタンク１の容量との関係から任意に選択することができる。

次に、上述した溶融塩の循環装置の使用方法について説明する。先ず、水供給源５からタンク１内に水を供給し、その水を加温して温水とする。そして、温水に溶融塩Ｓを投入しながら溶融塩Ｓを溶解する。このような作業は簡単に実施することができる。これにより、溶融塩Ｓの凝固点が低下する。運転開始時には、水希釈された溶融塩Ｓを加熱器２，３により加熱することで溶融塩Ｓの液体状態を保持し、ポンプ４の駆動により循環経路１０を介して溶融塩Ｓを循環させる。溶融塩Ｓは、必要に応じて冷却器１１により冷却され、必要に応じて加熱器１２により更に加熱された後、熱交換機や反応炉からなる加熱対象機器１３に供給される。加熱対象機器１３を通過した溶融塩Ｓはブレークタンク１４を介してタンク１に戻る。溶融塩Ｓは、例えば３００℃～５５０℃の範囲に設定された使用温度まで昇温されるが、そのような使用温度まで十分な時間を掛けて徐々に昇温される。希釈水は、溶融塩Ｓの昇温時に約１４０℃～約２６０℃の間で蒸発し、通常運転状態では溶融塩Ｓに希釈水は含まれない。

上述した循環方法によれば、亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）、硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）及び硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の少なくとも１種からなる溶融塩Ｓを貯留するタンク１と、該タンク１内の溶融塩Ｓを加熱する加熱器２，３と、該タンク１から溶融塩Ｓを送出するポンプ４と、タンク１から送出された溶融塩Ｓを循環させてタンク１に帰還させる循環経路１０と、タンク１内に水を供給する水供給源５とを備える循環装置を構成し、水供給源５から供給された水で溶融塩Ｓを水希釈することで該溶融塩Ｓの凝固点を低下させ、該水希釈された溶融塩Ｓを加熱器２，３により加熱することで溶融塩Ｓの液体状態を保持し、ポンプ４の駆動により循環経路１０を介して溶融塩Ｓを循環させることにより、低い凝固点を有する溶融塩Ｓを運転停止時に液体状態で保持するための加熱エネルギーを低減することができる。

また、運転開始時及び運転停止時における溶融塩Ｓの温度を下げることが可能となるので、溶融塩Ｓの取り扱いが容易になる。つまり、溶融塩Ｓの循環を比較的低い温度（例えば、約７０℃）から開始することができるので、溶融塩Ｓの循環装置を構成する冷却器１１、加熱器１２、加熱対象機器１３、ブレークタンク１４などの機器や配管２１～２５内に少量の水が存在する状態で機器や配管内に溶融塩Ｓが流れ込んでも、水蒸気爆発が生じることはない。また、凝固点を低下させた溶融塩Ｓは配管２１～２５内で固化し難くなるため、配管２１～２５の閉塞を防止することができる。

上述の循環装置において、タンク１内に不活性ガス又はスチームからなる空気遮断用ガスを供給するガス供給源６を備える場合、ポンプ４の駆動時にガス供給源６からタンク１内に空気遮断用ガスを供給することができる。溶融塩（ＨＴＳ）は化学的に安定しているが、高温で長期間にわたって使用されるとＮaＮＯ₂が熱分解してＮaＮＯ₃やＮa₂Ｏを生成する。特に、４５０℃以上では下記（１）の熱分解が生じ、６００℃以上では下記（２）の熱分解が生じる。
５ＮaＮＯ₂→３ＮaＮＯ₃＋Ｎa₂Ｏ＋Ｎ₂ ・・・（１）
３ＮaＮＯ₂→ＮaＮＯ₃＋Ｎa₂Ｏ＋２ＮＯ・・・（２）

熱分解の過程で生成したＮa₂Ｏは、空気中の炭酸ガス（ＣＯ₂）と反応してＮa₂ＣＯ₃を生成する。Ｎa₂ＣＯ₃は溶融塩と共融混合物を作り、その凝固点は３００℃を超える。また、溶融塩Ｓは高温で空気中の酸素と接触するとＮaＮＯ₂が酸化反応を起こしてＮaＮＯ₃を生成する。そして、ＮaＮＯ₃の濃度が上がると溶融塩Ｓの凝固点が上昇し、配管閉塞が生じ易くなる。これに対して、上述のようにポンプ４の駆動時にガス供給源６からタンク１内に空気遮断用ガスを常時供給することにより、溶融塩Ｓと酸素や炭酸ガスとの接触を遮断し、溶融塩Ｓの凝固点の上昇を抑制することができる。

上述の循環装置において、ポンプ４の停止時に循環経路１０内の溶融塩Ｓがタンク１に戻るように循環経路１０の配管２１～２５はタンク１側に向かって傾斜していることが好ましい。傾斜の度合いは、１／２００～１／１００の範囲内にあると良い。この場合、ポンプ４の停止時に溶融塩Ｓが自重によってタンク１内に回収される。これにより、配管２１～２５の閉塞をより確実に防止することができる。但し、設備の構造上、配管２１～２５の少なくとも一部に滞留部分（例えば、水平部分）が形成されることが避けられない場合、その滞留部分にスチームトレースや電気ヒーターを設置し、滞留部分を加温することで、滞留部分における溶融塩Ｓの溶解を促進することも可能である。

上述の循環装置において、溶融塩Ｓを４５０℃以下で使用する場合には、タンク１及び配管２１～２５等の構成材料に炭素鋼を使用し、溶融塩Ｓを４５０℃以上で使用する場合には、タンク１及び配管２１～２５等の構成材料にクロム・モリブデン鋼を使用することが望ましい。溶融塩Ｓの分解反応の開始温度は約４５０℃であるが、機器や配管内部に鉄錆や有機物の付着がある場合、溶融塩Ｓの分解反応が３００℃程度から始まる。そして、分解反応で生成したＮａ₂Ｏは鋼材に腐食作用を及ぼす。そのため、使用温度に応じてタンク１及び配管２１～２５等の耐腐食性を高めることは有意義である。構成材料には、炭素鋼、クロム・モリブデン鋼以外にステンレス鋼も使用することができる。

上述した循環方法において、運転停止時には、加熱器１２による加熱を停止する一方で、ポンプ１の駆動を維持しつつ、溶融塩Ｓの温度が予め設定された閾値まで低下した際に水供給源５からタンク１内に水を供給する。運転開始時に溶融塩Ｓに混合されていた水分は加熱により気化して外部に放出されるので、運転停止時にはタンク１内に水を供給する必要がある。そのような水は溶融塩Ｓの温度が予め設定された閾値（例えば、２５０℃）まで低下してから徐々にタンク１内に供給する。希釈水の供給停止は、例えば、液面位置に基づいて決定することができる。これにより、次回の運転開始時のために溶融塩Ｓの凝固点を低下させることができる。

上述した循環方法において、溶融塩Ｓにおける酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）の濃度を定期的（例えば、１年に１回程度）に測定し、その濃度が予め設定された閾値に到達した際に溶融塩Ｓに硝酸を加えると良い。硝酸による中和を行うことにより、酸化ナトリウムが硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ₃）に変換されてアルカリ度が下がり、系内の鋼材腐食を軽減することができる。

以下の実施例１及び比較例１に基づいて溶融塩の循環を行った。

［実施例１］
溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから溶融塩を排出するポンプと、タンクから排出された溶融塩を循環させてタンクに帰還させる循環経路と、タンク内に水を供給する水供給源とを備える循環装置（図１参照）を用い、水供給源から供給された水で溶融塩を水希釈することで該溶融塩の凝固点を低下させ、該水希釈された溶融塩を加熱器により加熱することで溶融塩の液体状態を保持し、ポンプの駆動により循環経路を介して溶融塩を循環させた。循環経路には、溶融塩を加温するために加熱器と、加熱対象機器としての熱交換機と、ブレークタンクとを設けた。溶融塩としては、４０重量％の亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）と７重量％の硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と５３重量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）とを含む３種混合物（凝固点＝１４２℃）を使用し、１５重量％の水で希釈した。水希釈された溶融塩の凝固点は約７０℃であった。

［比較例１］
溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから溶融塩を排出するポンプと、タンクから排出された溶融塩を循環させてタンクに帰還させる循環経路とを備える循環装置を用い、溶融塩を加熱器により加熱することで溶融塩の液体状態を保持し、ポンプの駆動により循環経路を介して溶融塩を循環させた。循環経路には、溶融塩を加温するために加熱器と、加熱対象機器としての熱交換機と、ブレークタンクとを設けた。溶融塩としては、４０重量％の亜硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₂）と７重量％の硝酸ナトリウム（ＮaＮＯ₃）と５３重量％の硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）とを含む３種混合物（凝固点＝１４２℃）を使用した。

その結果、比較例１では、運転停止時に溶融塩を液体状態で保持するために溶融塩を１４２℃以上に加熱することが必要であるのに対して、実施例１では、溶融塩を水希釈することで該溶融塩の凝固点を低下させているので、運転停止時に溶融塩を液体状態で保持するための加熱温度を大幅に低減し、その結果、加熱エネルギーを大幅に削減することができた。また、実施例１では、溶融塩の循環を比較的低い温度から開始することができるので、運転開始時に水蒸気爆発が生じる危険性が全くなかった。更に、実施例１では、凝固点を低下させた溶融塩が配管内で固化し難くなるため、配管閉塞を生じる危険性も全くなかった。

１タンク
２，３加熱器
４ポンプ
５水供給源
６ガス供給源
７サイクロン分離器
１０循環経路
１１冷却器
１２加熱器
１３加熱対象機器
１４ブレークタンク
２１～２６配管
Ｓ溶融塩

Claims

亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの少なくとも１種からなる溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の前記溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから前記溶融塩を送出するポンプと、前記タンクから送出された前記溶融塩を循環させて前記タンクに帰還させる循環経路と、前記タンク内に水を供給する水供給源とを備え、前記溶融塩に添加される水の量が該溶融塩の重量に対して６重量％～５０重量％であり、前記タンクが前記溶融塩とそれに添加される水を貯留する容量を有することを特徴とする溶融塩の循環装置。
前記タンク内に不活性ガス又はスチームからなる空気遮断用ガスを供給するガス供給源を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶融塩の循環装置。
前記ポンプの停止時に前記循環経路内の前記溶融塩が前記タンクに戻るように前記循環経路の配管が前記タンク側に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融塩の循環装置。
亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの少なくとも１種からなる溶融塩を貯留するタンクと、該タンク内の前記溶融塩を加熱する加熱器と、該タンクから前記溶融塩を排出するポンプと、前記タンクから排出された前記溶融塩を循環させて前記タンクに帰還させる循環経路と、前記タンク内に水を供給する水供給源とを備え、前記溶融塩に添加される水の量が該溶融塩の重量に対して６重量％～５０重量％であり、前記タンクが前記溶融塩とそれに添加される水を貯留する容量を有する循環装置を用いた溶融塩の循環方法であって、
前記水供給源から供給された水で前記溶融塩を水希釈することで該溶融塩の凝固点を低下させ、該水希釈された前記溶融塩を前記加熱器により加熱することで前記溶融塩の液体状態を保持し、前記ポンプの駆動により前記循環経路を介して前記溶融塩を循環させることを特徴とする溶融塩の循環方法。
前記循環装置において、前記タンク内に不活性ガス又はスチームからなる空気遮断用ガスを供給するガス供給源を備え、
前記ポンプの駆動時に前記ガス供給源から前記タンク内に前記空気遮断用ガスを供給することを特徴とする請求項４に記載の溶融塩の循環方法。
前記循環装置において、前記ポンプの停止時に前記循環経路内の前記溶融塩が前記タンクに戻るように前記循環経路の配管が前記タンク側に向かって傾斜しており、
前記ポンプの停止時に前記溶融塩を前記タンク内に回収することを特徴とする請求項４又は５に記載の溶融塩の循環方法。
運転停止時に、前記ポンプの駆動を維持しつつ、前記溶融塩の温度が予め設定された閾値まで低下した際に前記水供給源から前記タンク内に水を供給することを特徴とする請求項４又は５に記載の溶融塩の循環方法。
前記溶融塩における酸化ナトリウムの濃度を定期的に測定し、その濃度が予め設定された閾値に到達した際に前記溶融塩に硝酸を加えることを特徴とする請求項４又は５に記載の溶融塩の循環方法。