JPH02272201A - 中間熱交換器によって形成された一次閉込め障壁を無制御のナトリウム・水反応の作用から保護するための受動的手段 - 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】 発明の背景 本発明はナトリウム冷却型原子炉において使用するため
の蒸気発生器に関するものである。更に詳しく言えば、
激しいナトリウム・水反応を引起こす管破裂事故に際し
てナトリウム・水反応および注入される給水や蒸気を逃
がすための補助流路を有するような蒸気発生器が開示さ
れる。

問題点の記述 ナトリウムを使用するナトリウム冷却型原子炉は、２つ
の独立したナトリウムループを有している。第１のナト
リウムループ（すなわち、一次ナトリウムループ）は原
子炉容器内に存在している。

この一次ナトリウムループは放射性を有しており、従っ
て原子炉容器内に閉込められている。このループ中のナ
トリウムは、いわゆるホットレッグを成しながら炉心を
通って流れ、そして中間熱交換器に到達する。中間熱交
換器内においては、炉心内の核反応に由来する熱が非放
射性の二次ループ中のナトリウムに伝達される。熱の放
出後、一次ループのナトリウムはいわゆるコールドレッ
グを成して流れ、そして所要の循環を引起こすためのポ
ンプに到達する。かかるポンプ（好ましくは、原子炉容
器内に配置された電磁ポンプ）により、一次ループのナ
トリウムは炉心を通して流される。

このようにして、一次ナトリウムループの循環が無限に
繰返されるわけである。

第２のナトリウムループ（すなわち、非放射性の二次ナ
トリウムループ）は、核反応に由来する熱を原子炉容器
内の中間熱交換器から原子炉容器外の蒸気発生器に輸送
する０通例、二次ループのナトリウムは原子炉容器内の
中間熱交換器を通って流れる。中間熱交換器内において
は、それは一次ループのナトリウムから熱を受取り、そ
していわゆるホットレッグを成しながら原子炉容器から
蒸気発生器に戻る。

蒸気発生器内においては、高温のナトリウムは反対方向
に流れる水に熱を伝達し、それによって加熱された水は
蒸気に変わる。この水はらせん状に巻かれた管群を通っ
て上方に流れる。他方、高温のナトリウムはらせん状に
巻かれた管群の外側を下方に流れるのであって、それら
の管群は高温のナトリウム中に浸漬されていることにな
る０発生した蒸気は、タービン、発電機および復水器に
よる通常の発電用途のために使用される０次いで、二次
ループのナトリウムはコールドレッグを成して流れ、そ
して蒸気発生器の内部に配置されたポンプによって駆動
される。それにより、低温のナトリウムは再び原子炉内
の中間熱交換器に送られる。このようにして、二次ナト
リウムルーズの循環が無限に繰返されることになる。

１９８８年８月１１日に提出された「ナトリウム冷却型
原子炉用のコンパクトな中間熱輸送系」と称する米国特
許出願第２３１０ｇ！１号明細書中には、好適な構造の
蒸気発生器が記載されている。

この蒸気発生器においては、不活性ガスによって被覆さ
れるナトリウムサージ区域、中心部に同心的に配置され
たポンプ、およびらせん状に巻かれた管群が二次ナトリ
ウムループ中に含まれている。

これらの構成要素はいずれも、単一の直立した円筒容器
（すなわち外部円筒容器）内に収容されている。

上記の外部円筒容器は鉛直に配置された中心軸を有して
おり、そしてプレナムに開いた下端を有する同心状態の
内部円筒容器を含んでいる。外部円筒容器と内部円筒容
器との間の空間は蒸気発生用の管群を収容しており、そ
して二次ナトリウムルーズのホットレッグの末端に位置
している０通例、蒸気発生器の下部には４枚の管板が配
置されていると共に、蒸気発生器の上部には４枚の対応
した管板が配置されていて、それらがそれぞれ管群の始
点および終点として役立っている。これらの管群は、蒸
気発生器の外殻を成す外部円筒容器の内面と内部円筒容
器の外面との間の環状空間内においてらせん状に巻かれ
ている。蒸気に変えるべき水は、蒸気発生器の下部から
上部に向かって流れる。管群中の水を加熱するためのナ
トリウムは、外部円筒容器の上部に位置するナトリウム
入口ノズルから管群の外側を通って外部円筒容器の下部
のプレナムに流れる。

蒸気発生器の下部においては、ナトリウムは外部円筒容
器と内部円筒容器とを連絡する共通のプレナム内に流れ
込む、内部円筒容器の内側にはポンプ（好ましくは電磁
ポンプ）が配置されている場合がある。このポンプによ
り、二次ナトリウムループのコールドレッグを成すナト
リウムは内部円筒容器の内側を通って上方に輸送され、
そして蒸気発生器の上部に到達する。蒸気発生器の頂部
には、系内のナトリウムの熱による膨張および収縮に対
処するため一走量の不活性ガスが存在している。蒸気発
生器の上部から原子炉に向けてナトリウムを排出するこ
とにより、二次ナトリウムルーズの循環は無限に繰返さ
れることになる。

ナトリウム冷却型原子炉の二次ナトリウムループ中にお
いてナトリウム・水反応事故が起こり得ることは公知で
ある。勿論、かかるナトリウム・水反応が激しい爆発反
応であることも公知である。

ナトリウム加熱式の蒸気発生器内におけるナトリウム・
水反応は、通例、２本以上の管に被害を与えることが判
明している。実際、本発明によって防止すべきナトリウ
ム・水反応事故の説明に当っては、多数の管が被害を受
けることが想定されている。

かかる蒸気発生器内におけるナトリウム・水反応によっ
て発生される圧力を逃がすため、先行技術に従えば、蒸
気発生器の最下部に位置する７”Ｌ／ナムにダイヤフラ
ムが設置される。このダイヤフラムは、激しいナトリウ
ム、水反応の衝撃によって破断される機械ヒユーズを成
している・ナトリウム・水反応が起こると、このダイヤ
フラムが破裂し、そして液体ナトリウム、反応生成物（
すなわち、水素、酸化ナトリウムおよび水素化ナトリウ
ム）、水および蒸気を蒸気発生器から排出させる。なお
、これらの反応物質が破裂したダイヤフラムを通って蒸
気発生器の外部に排出されるためには、それらは管破裂
部位から健全な管群の間を通って流れなければならない
わけである。

このような事故が起こったものと仮定した場合、事故の
経過を考察するに当っては少なくとも３つつの悪化条件
を想定することができる。なお、米国原子力規制委員会
（ＮＲＣ）は、補助装置や受動装置以外の装置（この場
合には安全対策区域外は位置する蒸気および給水の遮断
弁や排出弁）に関連して上記の悪化条件を想定すること
を要求している。

第一に、主蒸気および給水管路の遮断弁が動作しないか
、あるいは動作しても正しく機能しないことが想定され
る。いずれの場合にも、管破裂部位には蒸気および（ま
たは）給水が定常的に供給される。かかる蒸気および（
または〉給水はナトリウムと反応して継続的な激しい反
応を引起こす。

かかる反応によって生じた高温は、破裂する管の数を増
加させると共に、それらの管を通して二次ナトリウムル
ープ中に反応を益々侵入させるものと考えられる。

第二に、蒸気および給水排出系統の弁が動作しないか、
あるいは動作しても正しく機能しないことが想定される
。その結果、蒸気発生器内に存在する蒸気および（また
は）給水が大気中に放出されず、従って管破裂部位に供
給される蒸気および（または）給水が排出系統によって
低減されることがない。

第三に、管の破裂が単一の最も望ましくない部位におい
て起こることが想定される。かがる望ましくない部位と
は、蒸気発生器の管群の上部に位置するものである。こ
のような場合、継続的な激しいナトリウム・水反応から
生じた反応物質が破裂したダイヤフラムを通して蒸気発
生器の外部に排出されるためには、それらは下方の健全
な管群の間を通過しなければならないわけである。

問題点の発見 このたび本発明者等は、従来の蒸気発生器の上部におい
て管の破裂が起こった場合、蒸気および（または）給水
が連続的に供給される結果として蒸気発生器のナトリウ
ム入口ノズルとナトリウム出口ノズルとの間に差圧が生
じることを発見した。

このような差圧は、蒸気発生器からナトリウムが排出さ
れた後にも持続する。なぜなら、管破裂部位と蒸気発生
器の底部の破裂したダイヤフラムとの問を流れる蒸気お
よび（または）給水が流れ抵抗を受けることにある。簡
単に述べれば、管破裂部位から吹出す蒸気が排出される
までには、それはらせん状に巻かれた健全な管群の問を
通って流れなければならない、損言すれば、初期の管破
裂部位は連続的に供給される蒸気環境中において相対的
に高い圧力の下に維持されるのである。

かかる事故部位に多量の蒸気が連続的に供給されるもの
と仮定すれば、破壊した二次ナトリウムループ中には次
第に蒸気が侵入することになる。

すなわち、蒸気発生器内の差圧により、高温下で反応を
続けるナトリウム・蒸気界面が二次ナトリウムルーズの
ホットレッグ用導管内に侵入し、そして放射性の一次ナ
トリウム中に浸漬された中間熱交換器に向かって移動し
て行くことになる。

論理的に言えば、かかる事故の経過の最終段階として、
二次ナトリウムループ中に侵入した蒸気は原子炉容器に
まで到達し、そして中間熱交換器の薄肉管の高温破損を
もたらす、この段階にまで事故が進行すれば、一次ルー
プ中の放射性ナトリウムもナトリウム・水反応事故に巻
込まれるわけである。

ところで、高温下で反応を続けるナトリウム・蒸気界面
が中間熱交換器および一次ナトリウムルーズに向かって
移動するのは、蒸気発生器内に連続的に漏れ出る蒸気が
管群の問を通ってダイヤフラムにまで流れる際に、中間
熱輸送系の導管と中間熱交換器との落差に打勝つだけの
差圧（１２ｐｓ１以上）が生み出される場合のみに限ら
れることを理解すべきである。そのような場合には、ナ
トリウム・蒸気界面が中間熱交換器の破裂した管を通っ
て原子炉容器の内部にまで侵入する可能性があるわけで
ある。

本発明者等は、先行技術がこのような事故の経過を考慮
に入れていないことを発見した０本発明はかかる発見に
基づいて達成されたものである。

発明の要約 本発明に従えば、ナトリウム冷却型原子炉と共に使用さ
れる蒸気発生器において、管の破裂から生じる激しい爆
発反応を逃がすための手段が提供される。かかる蒸気発
生器における管の破裂はナトリウム・水反応を引起こす
が、本発明によれば、この反応が２つの独立した経路に
沿って逃がされる。その結果、いかなる条件の下でも、
ナトリウム・蒸気界面を中間熱交換器の薄肉管中までに
移動させるだけの差圧が生じることは起こり得ないので
ある０、好適な実施の態様に従って述べれば、本発明の
蒸気発生器は熱膨張空間、１台以上の電磁ポンプ（所望
に応じて循環するナトリウムの流量を増加させるための
ジェットポンプを含む）および多数のらせん状に巻かれ
た蒸気発生用管群を含むようなものである。かがる蒸気
発生器はそれの下部にナトリウムプレナムを有すると共
に、管破裂事故の発生時にはナトリウム、蒸気、水素お
よびその他の反応物質を直ちに排出するために役立つ通
常のダイヤフラムを具備している。かがる蒸気発生器を
構成する円筒容器の内部には、外側の環状空間内を下降
するナトリウムのホットレッグおよびそれと同心状態で
内側を上昇するナトリウムのコールドレッグが規定され
ている。これらのホットレッグおよびコー　ルドレッグ
は、蒸気発生器の下部のプレナム内において連絡してい
る。

通例、蒸気発生用の管群は蒸気発生器の下部に位置する
管板を始点とし、そして蒸気発生器の内部円筒容器の周
囲にらせん状に巻かれている。かかる管群中には、二次
ナトリウムルーズのホットレラグを成すナトリウムの下
降流と反対方向に給水が流される０本発明において想定
される事故の経過に基づけば、蒸気発生器の上部におい
て多数の管の破裂が起こる。その結果、管の破裂および
それに伴う激しい反応が発生した部位には連続的に蒸気
が供給され、それによって継続的に背圧が生じるものと
考えられる。また、ダイヤフラムの破裂が起こるとは言
え、管破裂部位とダイヤフラムとの間に位置する健全な
管群の間を通って流れる蒸気に対し、それらの健全な管
群は流れ抵抗を及ぼすものと考えられる。こうして生し
た背圧は蒸気を二次ナトリウムループ中に侵入させ、そ
して原子炉容器内の中間熱交換器に向かって移動させる
。最終的には、かかる蒸気は主原子炉内に侵入し、そし
て一次ループ中の放射性ナトリウムとの化学反応を引起
こすことになる。

このような事故の経過を防止するため、本発明に従えば
、蒸気発生器の内部に同心的な補助流路が設けられる。

この補助流路は、蒸気発生器の上部からダイヤフラムに
隣接したプレナム内にまで伸びている０通常の原子炉運
転時には、この補助流路はナトリウムで溝たされている
。事故が起こると、この補助流路は破裂したダイヤフラ
ムを通して内部のナトリウムを放出し、そして管の破裂
およびそれに伴う激しい反応の部位から蒸気、水素およ
びナトリウムを直接に逃がすための追加の通路として役
立つ、その結果、蒸気発生器の内部における蒸気排出時
の圧力降下は十分に小さな値に制限され、従ってＵ字形
マノメータの場合と同様にしてナトリウム・蒸気界面が
中間熱交換器内にまで移動することは起こり得ないので
ある。

発明の目的、特徴および利点 本発明の目的は、蒸気発生器の上部から下部のプレナム
にまで達するガス流路を具備したナトリウム加熱式蒸気
発生器を提供することにある。かかる並列の補助ガス流
路は、蒸気発生器の上部付近において管破裂事故が起こ
った場合、直ちに圧力を逃がすために役立つ０本発明の
好適な実施の態様に従・えば、蒸気発生器の上部の被覆
ガス区域から下部のプレナムにまで達する第２のガス流
路が設けられる。好ましくは、かかる第２のガス流路は
内部円筒容器を包囲する中間円筒容器によって形成され
る。この中間円筒容器は、蒸気発生器の上部においては
ナトリウム液面から上方に伸びて被覆ガス区域内に達し
ている。それはまた、蒸気発生器の上部から下部のプレ
ナム内にまで伸びている。

内部円筒容器と中間円筒容器との間には環状の空間が規
定されている０通常の運転時には、この空間は二次ナト
リウムルーズの低圧域上に支持された直立状態の静止ナ
トリウム液柱で満たされている。すなわち、通常の運転
時には、このガス流路は二次ナトリウムルーズの低圧域
からのナトリウムによって閉鎖されているわけである。

管破裂事故が起こると、かかる空間内のナトリウムはダ
イヤフラムの破裂によって開放されたプレナムに直ちに
放出される。このようにしてナトリウムが排出されると
、原子炉の上部から破裂したダイヤフラムにまで直通す
る流路が得られることになる。

それを通して圧力が逃がされる結果、蒸気が原子炉容器
に向かって二次ナトリウムループ中に侵入することは回
避されるのである。

上記のごとき好適な実施の態様の意外な利点を述べれば
、蒸気発生器の通常の運転時には、環状空間内のナトリ
ウムは蒸気発生器の下部のプレナムが有する低い圧力の
下で下方に引きおろされる。

その結果、蒸気発生器の上部の被覆ガス区域が下方まで
拡張することになる。このような拡張した被覆ガス区域
は、蒸気発生器の外側を下降する高温のナトリウムと蒸
気発生器の中心部を通って上方に輸送されるナトリウム
との間に環状のガス空間を形成する。その結果、ホット
レッグからコールドレッグへ熱が直接に伝達されること
が防止される。すなわち、蒸気発生器内のホットレッグ
とコールドレッグとの間における一層効率的な断熱が達
成されるのである。

本発明のその他の目的、特徴および利点は、添付の図面
を参照しながら以下の詳細な説明を読めば自ら明らかと
なろう。

発明の詳細な説明 先ず第１図を見ると、ナトリウム冷却型原子炉の原子炉
容器Ｖが示されている。ここに示された原子炉容器Ｖは
先行技術に基づく構造を有している。

第１図にはまた、上記のナトリウム冷却型原子炉と機能
的に連結された蒸気発生器Ｍが示されている。ここに示
された蒸気発生器Ｍは関連技術の好適な実施の態様に基
づくものであって、先行技術に基づくものではない、こ
のような蒸気発生器の完全な記載は、１９８８年８月１
１日に提出された「ナトリウム冷却型原子炉用のコンパ
クトな中間熱輸送系」と称する米国特許出願第２３１０
＃１号明細書中に見出すことができる。

原子炉容器Ｖについて述べれば、内部シュラウド１６の
内側にナトリウムプール１４が閉込められている。ナト
リウムプール１４はいわゆるホットレッグを有している
。ナトリウム冷却型原子炉のホットレッグについて説明
すれば、ナトリウムプール１４からのナトリウムは炉心
１２内において熱を受取りながら上方に流れる０次いで
、該ナトリウムは中間熱交換器Ｈを通って下方に流れる
。

その際、該ナトリウムはそれの熱を二次ループの「コー
ルドレッグ」に伝達する。かかる熱の伝達後、一次ルー
プのコールドレッグを成すナトリウムは下部プレナム内
２０に流れ込む、下部プレナム２０からは、該ナトリウ
ムは環状空間２２内を上方に流れてポンプ人口２４に到
達し、次いで電磁ポンプＰ１に入る。電磁ポンプＰｌ内
においては、該ナトリウムはループ２６の位置で方向を
逆転し、次いで排出プレナム２８を通って炉心１２の下
部に到達する。炉心１２内においては、該ナトリウムは
上方に流れ、そしてナトリウムプール１４に到達する。

このような循環が無限に繰返される。

ナトリウムの流れは内部シュラウドＬの内側において生
じることが認められよう、内部シュラウドしは非常時に
おける熱の放出を可能にする。かかる非常時の熱放出は
本発明には関係が無く、従ってこれ以上の説明は行わな
いことにする。

原子炉における常法に従い１反応を制御するため炉心に
出し入れされる適当な制御棒が制御棒キャビティ３０内
に配置されている。

原子炉容器■の内部に配置された中間熱交換器Ｈは、放
射性の一部ナトリウムループと二次ナトリウムとの間の
熱交換界面を成している。図示のごとく、導管１８およ
び２０が中間熱交換器Ｈに出入りする二次ナトリウムの
流路を提供する０図かられかる通り、導管２０は二次ナ
トリウムループのコールドレッグの一部であり、また導
管１８は二次ナトリウムルーズのホットレッグの一部で
ある。

高温のナトリウムは外側の同心導管１８内を流れて蒸気
発生器Ｍに入る。蒸気発生器Ｍは両端に半球状の蓋を具
備した概して円筒形の容器を成していて、外側容器６０
およびそれと同心関係にある内側容器６２を含んでいる
。

外側容器６０と内側容器６２との間の空間は、らせん状
に巻いた管群で満たされている。これらの管群は下部の
給水人ロア１内および７４に配置された管板を始点とし
、そして外側容器６０と内側容器６２との間の空間内を
上方に伸びている。

詳しく述べれば、区域７８内においては、これらの管群
は内側容器６２の回りをらせん状に取巻いている。この
ようにらせん状を成しながら、管群は蒸気発生器Ｍの上
方の部位３００にまで達している０部位３００において
管群は上方に直立し、そして蒸気出口８１および８４内
に配置された管板゛に達している。ら°せん状に巻かれ
た管群を通って水が上方に流れる間に、高温のナトリウ
ムから伝達される熱によって蒸気が発生されるのである
。

二次ナトリウムルーズのホットレッグは入口管４０に通
じている。ナトリウムはらせん状に巻かれた管群中の水
と反対方向に向かって流れる。すなわち、ナトリウムは
入口管４０からプレナム６４に向かって流れるわけであ
る。

プレナム６４からは、２つの独立した流路を通ってナト
リウムの上昇流が生じる。第１の流路は、単一の電磁ポ
ンプＱ′を通るものである。電磁ポンプＱ゛は入口２０
１からナトリウムを吸込み、そして出口２００から高圧
のナトリウムを排出する、排出された高圧のナトリウム
は、内側容器６２の内部に配置されかつ支柱２４０によ
って支持されたジェットポンプの入口２１０内に流れ込
む。

第２の流路は、内側容器６２の内部かつ電磁ポンプＱ“
の外側を通るものである。詳しく述べれば、矢印２５０
によって示されるごとく、ナトリウムは電磁ポンプＱ゛
の外側の環状空間を通って流れ、そしてジェットポンプ
の混合部分に入る。

次いで、該ナトリウムはデイフユーザ２２０を通って出
口２３０に流れ出る。出口２３０からは、該ナトリウム
は熱交換器Ｈに向かって輸送される。

蒸気発生器Ｍの底部においては、突出したノズル２７０
にダイヤフラムＤが取付けられていることが認められよ
う、ダイヤフラムＤは、ナトリウム・水反応が起こった
場合には破裂するように設計されている。ダイヤフラム
Ｄが破裂すると、ナトリウムは蒸気発生器Ｍの容器から
排出される。

以上、先行技術に基づくナトリウム冷却型原子炉の原子
炉容器Ｖおよび関連技術に基づく蒸気発生器Ｍを説明し
たので、次に本発明によって防止すべき事故について説
明しよう。

本発明の説明に際しては、最悪の部位において管の破裂
が起こったという仮定が設けられる。詳しく述べれば、
かかる部位は３００として図示されている。更にまた、
かかる破裂によって２本以上の管が被害を受け、かつ化
学反応によって発生された圧力がダイヤフラムＤを破裂
させるという仮定も設けられる。

第１図を見ると、部位３００における激しいナトリウム
・水反応から生じたナトリウム、水素、蒸気およびその
他の物質はらせん管区域７８内に位置する健全な管群の
全長に沿って下方に移動することが理解されよう、かか
る移動の後、それらのガスはプレナム６４に入り、そし
て蒸気発生器Ｍの底部に突き出た円筒形のノズル２７０
に到達する。ところで、管路９０内には高圧の蒸気が存
在し、また管路９１内には高圧の給水が存在することを
想起されたい、その結果、プラントのタービン側からの
高圧蒸気および給水源からの給水が反応部位３００に向
かって流れるものと推定される。従って、管破裂の部位
３００にはナトリウムと反応する水および蒸気が連続的
に供給されるため、（破裂したダイヤフラムＤを通して
蒸気発生器Ｍからナトリウムが排出されるまで）激しい
反応が長い時間にわたって継続し、それによって部位３
００に多数の管破裂が生じるものと考えられる。

このような情況の下では、連続的に供給される蒸気およ
び水の流れ並びにそれに伴う管群中の圧力降下の結果と
して、ナトリウム・蒸気界面は導管１８および２０に沿
いながら中間熱交換器Ｈに向かって移動するものと推定
される。

ナトリウム・蒸気界面が導管１８および２０内に侵入す
るのに伴い、それらの導管はナトリウム・水反応を原子
炉容１ｖに向けて進行させる可能性が極めて高い。

原子炉容器Ｖ内のナトリウムは放射性を有することを想
い起こせば、原子炉容器Ｖ内への蒸気の侵入による事故
の拡大は回避すべきである。このような仮定の下におい
て、本発明の詳細な説明することに゛する。

第２図を見ると、外部円筒容器６０および内部円筒容器
６２を有する蒸気発生器Ｍが示されている。内部円筒容
器６２と外部円筒容器６０との間には、中間円筒容器６
３が配置されている。中間円筒容器６３の下端はプレナ
ム６４に開いている。

同様に、中間円筒容器６３の上端は被覆ガス区域Ｃに開
いている。第２図に示された状態は、通常の原子炉運転
状態である０本発明の意外な利点を理解するためには、
このような通常の原子炉運転状態を理解することが有用
である。

通例、原子炉からのナトリウムは導管１８を通って流入
し、そして蒸気発生器Ｍの上部に位置するマニホルド１
７０によって分配される。ホットレッグ中のナトリウム
は、らせん状の管群に接しながら下方に流れてプレナム
６４に到達する。プレナム６４内においては、ナトリウ
ムは内方へ流れ、そして内部円筒容器６２の中に入る。

この位置に配置された電磁ポンプＱ°により、少量の高
圧ナトリウム流がジェットポンプの入口２１０に供給さ
れる。電磁ポンプＱ゛から排出されたナトリウムは、電
磁ポンプＱ′の外側を流れるナトリウムをジェットポン
プの混合部分内に吸込む、かかるナトリウムはデイフユ
ーザ２２０を通過し、次いで導管２０を通って流れ出る
。

プレナム６４は二次ナトリウムルーズの低圧域であるこ
とが理解されよう、内部円筒容器６２と中間円筒容器６
３との間の空間内に存在するナトリウムは、プレナム６
４から直立した静止液柱を成している。ところで、電磁
ポンプＱ゛の吸込み側にあるプレナム６４は相対的に低
い圧力を有している。その結果、ナトリウム・被覆ガス
界面８０は内部円筒容器６２と中間円筒容器６３との間
の空間の底部に近接して存在することになる。

被覆ガスは中間円筒容器６３のほぼ全長にわたって下方
に侵入していることが認められよう、従って、内部円筒
容器６２およびそれの内側に存在するナトリウムのコー
ルドレッグと外部円筒容器６０およびそれの内側に存在
するナトリウムのホットレッグとの間には被覆ガスの層
が存在することになる。その結果、ジュワーびんの場合
と同様にして、被覆ガスの層による断熱が達成されるわ
けである。

換言すれば、中間円筒容器６３は蒸気発生器Ｍのホット
レッグからコールドレッグへ熱が直接に流れることを防
止するなめに役立つのである。

以上、本発明に基づく蒸気発生器Ｍの特徴を説明したの
で、次に上記のごとき事故の場合における蒸気発生器Ｍ
の運転状態を第３図に関連して説明しよう。

部位３００において事故が発生したと仮定すると、プレ
ナム６４の位置に存在する円筒形ノズル２７０内のダイ
ヤフラムＤが直ちに破裂する。その結果、二次ループを
成す液体ナトリウムは貯留タンクおよび立て管を含むナ
トリウム排出系中に直ちに排出される。かかる系は従来
通りのものであり、従って図示されていない。

内部円筒容器６２と中間円筒容器６３との間の空間内に
存在するナトリウムもまた、直ちに排出される。かかる
ナトリウムの排出により、蒸気発生器Ｍの上部の被覆ガ
ス区域Ｃとプレナム６４とを直結するガスの自由流路が
形成される。この自由流路は、激しいナトリウム・水反
応の部位３゜Ｏにほとんど直結していることが容易に理
解されよう。

詳しく述べれば、化学反応が部位３００において起こり
、かつ蒸気が連続的に供給されているものと仮定すれば
、２つの流路が存在することになる。

第一に、蒸気は反応部位３００から区域７８内の健全な
管群の間を通ってダイヤフラムＤに流れることができる
。健全な管群は（特に管の破裂が区域７８の上部におい
て発生した場合には）大きな流れ障壁を成すから、激し
い反応から生じたガスのうちでこの流路を通って排出さ
れる部分はほんの一部に過ぎない。

もう１つの流路は、内部円筒容器６２と中間円筒容器６
３との間に規定されたものである。詳しく述べれば、全
てのナトリウムが排出されると、ガスは反応部位３００
から上方に流れ、今では空になりな被覆ガス区域Ｃ°内
に入り、そして中間円筒容器６３の上方に達する。そこ
からは、ダイヤフラムＤにまで直通する自由流路が存在
しているのである。

その結果、ホットレッグ用の導管１８およびコールドレ
ッグ用の導管２０に大きな差圧が加わることはない、す
なわち、部位３００からの蒸気および給水が導管１８に
沿って移動し、それによって事故が原子炉にまで拡大す
ることは起こり得ないのである。

中間円筒容器６３が存在するため、蒸気発生器Ｍの外径
は僅かに増大することを述べておく必要がある。とは言
え、その増大は顕著なものではない、たとえば、第１図
に示された従来の蒸気発生器が８フイートの直径を有す
るのに対し、中間円筒容器を含む本発明の蒸気発生器は
９フイートの直径を有するに過ぎない、なお、本発明は
中心部にポンプを含まないような形式の蒸気発生器にお
いても有用であることが理解されよう、かかる蒸気発生
器を第４図に示す。

第４図を見ると、外部円筒容器６０および単独の内部円
筒容器６３を有する蒸気発生器Ｍ°が示されている。内
部円筒容器６３の下端はプレナム６４に開いており、ま
たそれの上端は被覆ガス区域Ｃに開いている。前記の場
合と同じく、給水人ロア１および７４と蒸気出口８１お
よび８４との間にはらせん状に巻かれた管群が配置され
ている。

多くの蒸気発生器構造においては、内部空間の全体を占
めるようにして管群をらせん状に巻くことは不可能であ
る。その結果、従来の蒸気発生器においては、内部円筒
容器６３は何も含まない密閉区域を成しているのが普通
であった。その場合、ナトリウムはコールドレッグを成
すプレナム６４から引出され、そしてリリーフノズルに
導かれるのが通例であった。なお、かかるリリーフノズ
ルは第４図中に示されていない。

このようにして設置された単独の内部円筒容器６３が第
２および３図に示された実施の態様の場合と全く同様に
機能することは容易に理解されよう、詳しく述べれば、
通常の運転時には、中心空間内のナトリウムの液面は（
第２図の場合と同じく）プレナム６４の低い圧力によっ
て支持された高さにある。らせん状に巻かれた管群の上
部において事故が発生すると、ナトリウムは放出され、
そして反応部位から生じたガスは内部円筒容器６３の内
側を通って蒸気発生器の底部から排出されることになる
。

なお、それ以外にも各種の変更態様が可能であることは
当業者にとって自明であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術に基づく原子炉容器と本発明の関連技
術に基づく蒸気発生器とを相互に連結したところを示す
概略側断面図、第２図は本発明に基づく改良された非常
用排出流路を有する蒸気発生器が通常の運転状態にある
ところを示す側断面図、第３図は第２図の蒸気発生器に
おいて本明細書中に記載のごとき事故が発生した場合の
運転状態を示す側断面図、そして第４図は中心バイパス
流路を有する従来の形式のらせんコイル形蒸気発生器を
示す側断面図である。 図中、１８および２０は導管、６０は外部円筒容器、６
２は内部円筒容器、６３は中間円筒容器、６４はプレナ
ム、７１および７４は給水入口、７８はらせん管区域、
８０はナトリウム・被覆ガス界面、８１および８４は蒸
気出口、２７０はノズル、３００は管破裂部位、Ｃは被
覆ガス区域、Ｄはダイヤフラム、Ｍは蒸気発生器、そし
てＱ゛は電磁ポンプを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ナトリウム冷却型原子炉の中間熱交換器から非放射
   性の液体ナトリウムを受入れて動力発生用の蒸気を発生
   するための蒸気発生器において、（ａ）上端が閉鎖され
   て不活性ガスプレナムを規定していると共に、下端が閉
   鎖されてナトリウムプレナムを規定しているような第１
   の直立した円筒容器、（ｂ）前記第１の円筒容器より小
   さくかつそれの内側に配置されていて、下端が前記第１
   の円筒容器の下部に規定された前記ナトリウムプレナム
   に開いていると共に、上端が前記第１の円筒容器の上部
   に規定された前記不活性ガスプレナムに開いているよう
   な第２の直立した円筒容器、（ｃ）前記第１の円筒容器
   の内面と前記第２の円筒容器の外面との間の空間内にナ
   トリウムを供給するため、前記第１の円筒容器の上部に
   設けられたナトリウム入口、（ｄ）前記原子炉の前記中
   間熱交換器にナトリウムを戻すため、前記ナトリウムプ
   レナムに連通して設けられたナトリウム出口、（ｅ）前
   記第１の円筒容器と前記第２の円筒容器との間の空間に
   連通するようにして前記第１の円筒容器の下部に設けら
   れた少なくとも１個の給水入口プレナム、（ｆ）前記第
   １の円筒容器と前記第２の円筒容器との間の空間に連通
   するようにして前記第１の円筒容器の上部に設けられた
   少なくとも１個の蒸気出口プレナム、（ｇ）下端におい
   て前記給水入口プレナムに連通しかつ上端において前記
   蒸気出口プレナムに連通すると共に、前記第１の円筒容
   器と前記第２の円筒容器との間の空間内においてらせん
   状に巻かれた複数の管、（ｈ）前記第２の円筒容器の内
   部空間内に存在していて、前記第１の円筒容器の上部に
   向かって直立しかつ前記ナトリウムプレナム内のナトリ
   ウム圧によって支持された静止ナトリウム液柱、並びに
   （ｉ）前記蒸気発生器の底部に配置されていて、管の破
   裂を伴う事故の発生時に起こるナトリウム・水反応に応
   答して破裂し得るダイヤフラムの諸要素から成る結果、
   反応生成物および破裂した管から連続的に流れ出る蒸気
   や給水は前記不活性ガスプレナムから前記第２の円筒容
   器の内部空間を通って前記ダイヤフラムにまで流れるこ
   とができ、従ってナトリウム蒸気界面を前記中間熱交換
   器内にまで移動させるのに十分なだけの圧力降下が生じ
   ないことを特徴とする蒸気発生器。 ２、前記第２の円筒容器より小さくかつそれの内側に配
   置された第３の直立した円筒容器が含まれていて、それ
   の下端はナトリウムを受入れるために開放されていると
   共に、それの上端は前記ナトリウム出口に連通している
   請求項１記載の蒸気発生器。 ３、前記第３の円筒容器がナトリウムポンプを含んでい
   て、前記ポンプは前記第３の円筒容器の開放された下端
   から前記第３の円筒容器の上端にナトリウムを輸送して
   前記原子炉の前記中間熱交換器にそれを再循環させるよ
   うに配置されている請求項２記載の蒸気発生器。 ４、内部に炉心を有しかつ一次ナトリウムループおよび
   二次ナトリウムループを規定するナトリウム冷却型原子
   炉、前記原子炉の内部に配置された中間熱交換器、前記
   炉心と前記中間熱交換器とポンプとを通る無限ループを
   成すようにして前記一次ナトリウムループ中のナトリウ
   ムを輸送することによって前記炉心の熱を前記中間熱交
   換器に運ぶための第１のポンプ手段、前記原子炉の前記
   中間熱交換器から非放射性の液体ナトリウムを受入れて
   動力発生用の蒸気を発生するための蒸気発生器、並びに
   前記二次ナトリウムループ中のナトリウムを前記中間熱
   交換器から前記蒸気発生器に輸送するための第２のポン
   プ手段を含むようなナトリウム冷却型原子炉系において
   、（ａ）上端が閉鎖されて前記蒸気発生器内のナトリウ
   ムの上方に位置するガスプレナムを規定していると共に
   、下端が閉鎖されてナトリウムプレナムを規定している
   ような第１の直立した円筒容器、（ｂ）前記第１の円筒
   容器より小さくかつそれの内側に配置されていて、下端
   が前記第１の円筒容器の下部に規定された前記ナトリウ
   ムプレナムに開いていると共に、上端が前記第１の円筒
   容器の上部に規定された前記不活性ガスプレナムに開い
   ているような第２の直立した円筒容器、（ｃ）前記二次
   ナトリウムループからの加熱されたナトリウムを前記第
   １の円筒容器の内面と前記第２の円筒容器の外面との間
   の空間内に供給するため、前記第１の円筒容器の上部に
   設けられたナトリウム入口、（ｄ）前記原子炉の前記中
   間熱交換器にナトリウムを戻すため、前記第１の円筒容
   器の下部に位置する前記ナトリウムプレナムに連通して
   設けられたナトリウム出口、（ｅ）前記第１の円筒容器
   と前記第２の円筒容器との間の空間に連通するようにし
   て前記第１の円筒容器の下部に設けられた少なくとも１
   個の給水入口プレナム、（ｆ）前記第１の円筒容器と前
   記第２の円筒容器との間の空間に連通するようにして前
   記第１の円筒容器の上部に設けられた少なくとも１個の
   蒸気出口プレナム、（ｇ）下端において前記給水入口プ
   レナムに連通しかつ上端において前記蒸気出口プレナム
   に連通すると共に、前記第１の円筒容器と前記第２の円
   筒容器との間の空間内においてらせん状に巻かれた複数
   の管、（ｈ）前記第２の円筒容器の内部空間内に存在し
   ていて、前記第１の円筒容器の上部に向かって直立しか
   つ前記ナトリウムプレナム内のナトリウム圧によって支
   持された静止ナトリウム液柱、並びに（ｉ）前記蒸気発
   生器の底部に配置されていて、管の破裂を伴う事故の発
   生時に起こるナトリウム・水反応に応答して破裂し得る
   諸要素から前記蒸気発生器が成る結果、反応生成物およ
   び前記蒸気発生器の破裂した管から連続的に流れ出る蒸
   気や給水は前記第２の円筒容器の内部空間を通って前記
   ダイヤフラムにまで流れることができ、従ってナトリウ
   ム・蒸気界面を前記原子炉の前記中間熱交換器内にまで
   移動させるのに十分なだけの圧力降下が前記蒸気発生器
   内に生じないことを特徴とするナトリウム冷却型原子炉
   系。 ５、下端が開放されて前記ナトリウムプレナムと連通し
   ておりかつ上端が閉鎖されているような第３の直立した
   円筒容器が含まれていて、前記第３の円筒容器は前記中
   間熱交換器への前記ナトリウム出口を規定していると共
   に、前記第３の円筒容器は前記第２の円筒容器との間に
   反応物質が前記第１の円筒容器の上部から前記ダイヤフ
   ラムにまで流れるための流路を規定し、従ってナトリウ
   ム・蒸気界面を前記中間熱交換器内にまで移動させるの
   に十分なだけの圧力降下が前記蒸気発生器内に生じない
   請求項４記載のナトリウム冷却型原子炉系。 ６、前記ナトリウムプレナムから前記第３の円筒容器の
   上端を通してそれの外部にナトリウムを輸送するための
   少なくとも１個のポンプが前記第３の円筒容器の内部に
   配置されている請求項５記載のナトリウム冷却型原子炉
   系。