JPH028280B2 - - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
-
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、液体金属不純物除去装置に関する。
特に、液体ナトリウム中から不純物を除去する不
純物除去装置に関する。 この種の技術は、FBR（高速増殖炉）において
冷却流体として用いられる液体ナトリウム中か
ら、放射性不純物その他の不純物を除去するため
などに使用される。 〔発明の背景〕 FBRにはループ型とタンク型とがあるが、い
ずれも冷却用に液体ナトリウムが用いられる。こ
の液体ナトリウムには、放射性不純物その他各種
の不純物が生成するので、これを除去する装置を
設けなければならない。 この不純物除去装置の従来技術につき、タンク
型FERを例にとつて説明する。 第１図は従来のタンク型FBRの概要を示す説
明図である。容器１の上に遮へいプラグ２が蓋さ
れており、容器１内部には液体ナトリウム３がプ
ール状に満たされている。ナトリウム３の中に、
これに漬かる形で、炉心４が支持機構５により支
えられている。ナトリウム３（一次系ナトリウ
ム）中には、循環ポンプ６、中間熱交換器７、炉
上部機構８及びナトリウム精製装置９が位置し、
これらは各々遮へいプラグ２からナトリウム３中
に吊り下げられて支持されている。ナトリウム３
は、容器１をおよそ上下に二分する形で、支切体
１０により上部プレナム１ａを下部プレナム１ｂ
とに分離されている。支切体１０は断熱性（熱に
対する抵抗性）を有する材料で成る。上部プレナ
ム１ａは高温、下部プレナム１ｂは低温であるか
ら、両者の熱移動を防ぐべく、支切体１０により
熱遮へい構造をなすようにしたためである。また
容器１の内壁には、熱遮へい用の遮へい体１３が
施工されている。 図中、１１は高圧プレナム、１２はコアキヤツ
チヤーであり、１４は中間熱交換器７の２次ナト
リウム配管である。 ナトリウム３は、循環ポンプ６により図の矢印
の方向に循環される。すなわちナトリウムは循環
ポンプ６により加圧されて高圧プレナム１１に入
り、炉心１１を通りぬける間に熱交換して高温
（例えば530℃）となり、中間熱交換器７に吸い込
まれて２次ナトリウムに熱を与えながら流れ下
り、低温（例えば400℃）になつて下部プレナム
１ｂに流出する。これが再び循環ポンプ６に吸い
込まれて、再び上記のルートで流れることを繰り
返す。一方、中間熱交換器７の二次系ナトリウム
に伝達された熱は、蒸気発生器７１において水側
に伝達され、蒸気７２の発生に消費される。 上記の如き容器１内の一次系ナトリウム３は、
主に燃料交換時の空気による汚染等で酸素や水素
の不純物濃度が高くなり、このためにナトリウム
中に漬つてナトリウムと接している構造物の腐食
が促進されることになる。これを防ぐため、ナト
リウムは、精製装置９により上記不純物の濃度が
定められた値以下になるように制御される。 この精製装置９の概略構造を第２図に示す。こ
れは第１図に示すように、ホツトプレナムである
上部プレナム１ａのナトリウム３中に浸漬されて
いる。この精製装置９は、外筒２１と内筒２２の
隙間に断熱材２３が充填されて成る容器の中に、
大きく分けて不純物捕獲容器２４と熱交換容器２
５とが収納され、かつ下部にはポンプ２６を収納
した保護容器２７が接合されて構成される。不純
物捕獲容器２４の上部外周には冷却用管２８が巻
かれ、一方下部には充填物層２９が配置されてい
る。また、熱交換容器２５はシエルーチユーブ型
で管群３０が配列されている。この熱交換容器２
５の下部には保護容器２７を貫通して入口ノズル
３１が接合され、上部には不純物捕獲容器２４の
中心に上昇管３２が接合され、さらに下部のシエ
ルには出口ノズル３３が接合されている。出口ノ
ズル３３には弁３４があり、その操作棒３５は遮
へいプラグ２（第１図）の上部まで伸ばしてあ
る。保護容器２７にはポンプ２６を吊り下げてい
る支持体３６が遮へいプラグ２の上部まで貫通す
るガイド管３７が接合されている。 以上の構成の精製装置９の作用を以下に述べ
る。上記した不純物を含むナトリウム３は、ポン
プ２６により入口ノズル３１より熱交換部２５の
管群３０を上昇し、上昇管３２を出て下降流にな
る。冷却管２８を流れる冷媒により冷却されつつ
下降したナトリウムは充填物層２９をさらに下降
し、熱交換容器２５のシエル側を流れ下つて管群
３０内のナトリウムを冷却し自身は高温になつて
出口ノズル３３よりナトリウムプールに排出され
る。 充填物層２９に流入するナトリウムは、通常、
150〜120℃に冷却される。この結果、ナトリウム
中に含まれていた不純物（Na2O、NaOH、NaH
等）は、上記温度に対する飽和溶解度以上の分が
析出し、充填物層２９に付着して捕獲される。こ
れがいわゆるコールドトラツプである。したがつ
て充填物層２９を流れ出るナトリウム中の上記不
純物濃度は、上記温度の飽和溶解度以下に制御さ
れることになる。 以上のように、断熱材２３は、熱収支を伴つて
精製装置内を流れるナトリウムに対しプールナト
リウム３からの入熱を緩和する役割を果たしてい
る。またナトリウム流量はポンプ２６の出力及び
弁３４の開度により調整される。 ところで、ポンプ２６としては一般に電磁誘導
型機が使用されるが、これは機械的可動部はない
が、コイルや絶縁物の劣化等により損傷する可能
性がある。ポンプ２６が故障した場合には本装置
はそのナトリウムの循環が停止されるので、その
精製機能が停止してしまう欠点を有する。また本
装置はナトリウム３が高温となる上部プレナムに
設置されるので、上記の断熱材２３の層を厚くす
る必要があり、その分装置の大型化につながる。
さらに高温のナトリウムを装置内に吸い込む構造
なので、所定の低温まで下げるのに必要とされる
冷却能力を低減するために熱交換部２５を組み入
れることを要し、複雑な構造となり、結局コスト
高になつているという欠点がある。 また、この従来装置は、全体を遮へいプラグ２
から外して上部に引き上げることができる構造の
ものであるが、この場合、装置内に放射能を有す
る一次ナトリウム３が残留すると放射能が強くな
り、保守し難くなつて好ましくない。本装置で
も、引き抜く場合には弁３４（第２図）を用い
て、中のナトリウムを排出できるようになつてい
るが、弁３４が故障する場合もあり、この時はそ
れが不可能となる。かつ弁３４正常に作動したと
しても、管群３０特にその内部にナトリウムが付
着残留しやすく、この管群３０は表面積が大きい
ため、付着残留したものによる放射線は高いもの
となつて、好ましくない。 一方一次ナトリウム３中には、放射化された腐
食生成物（以下総称してCPと略記する。主に
54Mn、 60Co等）が炉の運転と共に蓄積し、また
燃料被覆管が損傷した場合などに核分裂生成物
（以下総称してFPと略記する。 137Csが主要なも
の）も混入する。これらCPやFPが、定期点検を
要する循環ポンプ６や中間熱交換器７に付着し
て、これが放射線場を強め、保守作業の能率を著
しく低下させる原因となり、プラントの稼動率を
下げる結果となる。 このような背景から、CPやFPを捕獲する装置
が必要とされることになる。いわゆる、CPトラ
ツプ、セシウムトラツプと称せられるものであ
る。しかし上記した不純物精製装置には、かかる
トラツプ機能は付加されていない。よつて別に
CP、FPを捕獲するトラツプを設けなければなら
ないことになる。ところが狭少な遮へいプラグ２
や容器１内にそれを設けることは、その分、プラ
ントのコスト上昇をもたらすと共に、スペース専
有による他の機器の配列に支障を来たし、さらに
は上部プレナムのナトリウム流動を複雑化して整
流し難い状況を招来する虞れがある。ひいては炉
心の熱流動特性に害を及ぼす懸念がある。 上記した本従来装置の欠点をまとめて列記すれ
ばつぎのようになる。 (1) 高温のナトリウム中に配置し、高温（約530
℃）のナトリウムを吸い込んでそれを低温
（120〜150℃）に下げるため熱遮へいが困難で
あり、かつ熱損失を少なくするために冷却能力
を上げるための付加機器が必要となつてコスト
高になる。 (2) 故障を生ずる可能性のある機器を組み入れて
あるため、その分信頼性が低下する。 (3) 第１図の如くタンク型FBRに用いる時には
保守時にナトリウムドレンする場合、ナトリウ
ム付着残留量が多くなる構造である。 (4) 放射性不純物（CP、FP）のトラツプを別に
設置することになり、その分スペースフアクタ
が悪く、コスト高になる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、前記した従来例の欠点をなく
して、(i)所要冷却量が少なく、冷却のための付加
機器も最少限ですみ、(ii)故障の生ずる可能性のあ
る機器を使う必要がなく、従つて信頼性が高く、
かつシンプルな構造で低コストであり、(iii)タンク
型FBRに適用する場合でもナトリウムドレン性
が良くて残留ナトリウムが少なく、従つて保守能
率が良く、(iv)コールドトラツプ機能の他、CP及
びFPの捕獲機能をも有する、有利な不純物除去
装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明者らは上記目的の達成のため鋭意研究の
途上、タンク炉の場合ナトリウム容器内の上下に
温度分布が構成されることに着目し、この温度分
布を利用できるのではないかと考えるに至つた。
また本発明者らは別途、CPやFPを捕獲する機能
のある材料について種々実験した結果、各材料毎
に各々の捕獲機能を発揮するに適する温度範囲が
あることを見い出した。 本発明者は当初は上記最適温度範囲と、タンク
炉の容器の温度分布とを勘案することにより、温
度分布に応じてその最適温度に位置するように各
種捕獲材料を配置する技術的思想に到達するに至
つた。 さらに本発明者らはこれを敷衍して、CPやFP
を捕獲する材料を充填し、これに各捕獲材につい
て最適な温度が与えられるような温度分布をもた
せることにより、上記目的に適合した不純物精製
装置を得るに至つたものである。 即ち基本的な考え方として、本発明は、少なく
ともCP捕獲用の材料とFP捕獲用の材料と液体金
属中から析出する析出物質除去用の材料とを、筒
状（一端側から流入した液体金属が他端側に流動
して流出する構造であればよいので、その断面形
状に特徴はなく、円形でも他の形状でも良く、ま
た、その断面形状や寸法が一端側から他端側まで
同一である必要もない。）の収納容器の中に充填
し、各捕獲材がその捕獲性能を良好に発揮できる
温度となるように収納容器に温度分布を与えて構
成するものである。 この構成をとれば、最も適正な温度で各CP、
FP捕獲材が機能し、従つて信頼性の高いCP、
FPトラツプ機能を有する液体金属不純物除去装
置を得ることができる。 さらに上記基本的な考え方をタンク型容器内の
不純物除去装置に適用して、少なくともCP捕獲
用の材料とEP捕獲用の材料と液体金属中からの
析出物質を除去する材料とを収納容器の中に充填
し、この収納容器を液体金属を貯めて成るタンク
の上部プレナムと下部プレナムとの両域にまたが
るように配置して、これにより各プレナムが形成
する温度分布に応じて、各捕獲材がその捕獲性能
を良好に発揮できる温度の場所に位置するように
構成したものである。 これは、上部プレナムが高温、下部プレナムが
低温になつているというタンク型容器内の温度分
布を利用して、不純物を能率良く除去できるよう
にした技術であるということができる。さらにこ
の場合、温度差によりナトリウムが除去装置内を
自然循環することを利用することができる。 〔発明の実施例〕 第３図に本発明の一実施例を示す。この例はタ
ンク型FBRに本発明を適用したものである。第
４図は該例における不純物精製装置のみを詳細に
示すものである。 この液体金属不純物除去装置は、容器１内に収
納された液体ナトリウム３中から不純物を除去す
るためのものでもあり、該容器１は液体ナトリウ
ム３の上部が高温となり下部が低温となるように
上部プレナム１ａと下部プレナム１ｂとに支切ら
れて成る。不純物除去装置４０はこのような上部
プレナム１ａと下部プレナム１ｂとの両域にまた
がつて配置される。従つて、各プレナム１ａ，１
ｂの温度の相違に基づいて、不純物除去装置４０
に温度分布が与えられることになる。 一方、不純物除去装置４０自体は第４図ａに示
す如く、収納容器４１内に不純物除去用の充填物
が収納されて成るが、この充填物は、CP除去用
の材料４７，４８と、FP除去用の材料４９と、
液体ナトリウム中からの析出物除去用の材料５０
とを備えている。各除去技術４７〜５０は、各材
料に用いた物質の特性により、それぞれその除去
性能に適した温度があり、これは後記詳述するよ
うに、本発明者らにおいて確認したことである。
従つて、除去装置４０に与えられた上記温度分布
に応じて、前記各除去材料４７〜５０がその性能
を発揮しやすい温度条件になるように各材料４７
〜５０の位置を決め、これにより各材料４７〜５
０が適正な温度条件に設定される構成とするもの
である。 この構成を採用することにより、ナトリウム容
器１内（タンク炉）の上下に作られる温度分布を
利用して、除去装置４０内の上下に温度勾配を作
ることができ、これによる自然対流に基づくナト
リウム流れを利用して、除去装置４０内にナトリ
ウムの流れを生ぜしめることもできる。ナトリウ
ムは高温の上部プレナム１ａから除去装置４０の
容器４１内に流入し、下部に至るに従つて低温と
なり、下部プレナム１ｂに流出する一方的流れを
呈することになるからである。かつこの構成を採
用すれば、充填物としてのCPやFPの捕獲性能の
良い材料をその特性を発揮しやすい温度場に配置
でき、よつて各除去材料４７〜５０が適正な温度
条件になるように装置を組むことが可能となる。 次に本実施例について、その具体的な構成を一
層詳しく説明する。 不純物除去装置４０は、第３図の如くタンク型
FBRの容器１の中に、遮へいプラグ２から吊り
下げられて取付けられている。かつこの装置４０
は、タンク１を熱的に遮へいして上部プレナム１
ａと下部プレナム１ｂとに分ける支切体１０を貫
通して、両プレナム１ａ，１ｂにまたがつて位置
する。第４図に示すようにこの不純物除去装置
は、外胴をなす容器４１の中に本体４２が挿入さ
れる型になつている。容器４１と熱遮へい用支切
体１０との接合部は、ナトリウム３が上下のプレ
ナム間に流動を生じ難いように、密着構造または
溶接構造とする。 第４図ａは本除去装置４０の詳細を縦断面図に
て示すものである。容器４１は熱遮へい用の支切
体１０につば４３が乗つかる型に密着しており、
上部プレナム１ａの部分にはナトリウムが流れ易
いように小孔４４が多数あけられている。容器４
１はこのように外胴をなし、この中にはナトリウ
ムに没するように内胴４５が位置する。この内胴
４５の下部には冷却胴４６が該内胴４５の底部を
カバーするように取付けられている。内胴４５の
中には不純物除去用充填物４７，４８，４９，５
０が充填され、底にはノズル５１がついている。
充填物４９，５０の中央部には空胴５２が取付け
られている。空胴５２内は真空にしておくか、あ
るいは不活性アルゴンガスを入れるかまたは断熱
材が充填される。これは流れ落ちて行く液体ナト
リウムを冷しやすくするためのスペーサとしての
役割を果たす。つまり、高温の上部プレナム１ａ
の方から流入したナトリウムは、温度勾配によつ
て冷却されて比重が大きくなり、従つて上部から
下部への流れとなるのであるが、この空胴５２の
存在により冷却されやすくなつて、ナトリウムの
流れも円滑となるものである。内胴４５の上部は
開孔５３になつており、最上部の充填物４７の上
部には整流体５４が駆動棒５５に連結してついて
いる。開孔５３の周面と整流体５４の上面は両者
を合わせた場合つまり整流体５４を引上げて開孔
５３に密着させた場合にナトリウムの流動がなく
なる程度の寸法精度でできている。冷却胴４６に
は冷媒（例えばHeガス、有機液体等）の流入管
５６及び戻し管５７が接合されている。これらは
断熱構造とするためガス空間を持たせるように二
重壁及び二重管になつている。空間に断熱材（例
えばパーライト微粉物等）を充填しても良い。冷
却胴４６の底部と外胴４１とは密着するようにな
つており、両接触部はここからナトリウムが流れ
ないようにするのが望ましい。ノズル５１にはそ
こを流れるナトリウム流量を測定するための流量
計５８が取付けられている。流量計はかさばら
ず、重くない、信頼性の高いものが望ましい。例
えば渦電流式などが適用される。以上が本体４２
の構成である。 内胴４５の上部には支持棒５９が取付けられて
おり、これを引き上げることにより、外胴４１か
ら本体４２を引き抜くことができる構造になつて
いる。 本実施例においては、充填物４７，４８は主と
してCP（ 54Mnや 60Co等）を捕獲する除去材料
から成り、充填物４９は主としてFP（ 137Cs等）
を捕獲する除去材料から成る。充填物５０は、析
出不純物を物理的に捕獲する除去材料から成る。 このように、充填物４７〜５０に上記材料を用
いたのは、各除去性能を示す具体的な物質が、そ
れぞれの性能を発揮しやすい温度場に位置するよ
うにしたためである。すなわち本例では具体的
に、充填物４７として少なくとも表面がニツケル
である材質（ニツケルまたはニツケル付着材）、
充填剤４８としてSU304鋳造材またはAISI1020
鋼、充填剤４９としてガラス状非晶質カーボンを
用いている。充填剤５０はSUS304ステンレス鋼
やニツケル等の耐ナトリウム材であれば良い。こ
のような構成とする理由は、ナトリウム中の放射
性不純物（ 54Mn、 60Co、 137Cs等）を捕獲す
る性質が下表のように材質や温度により異なるこ
とを利用し、捕獲性を発揮しやすいようにしたた
めである。
特に、液体ナトリウム中から不純物を除去する不
純物除去装置に関する。 この種の技術は、FBR（高速増殖炉）において
冷却流体として用いられる液体ナトリウム中か
ら、放射性不純物その他の不純物を除去するため
などに使用される。 〔発明の背景〕 FBRにはループ型とタンク型とがあるが、い
ずれも冷却用に液体ナトリウムが用いられる。こ
の液体ナトリウムには、放射性不純物その他各種
の不純物が生成するので、これを除去する装置を
設けなければならない。 この不純物除去装置の従来技術につき、タンク
型FERを例にとつて説明する。 第１図は従来のタンク型FBRの概要を示す説
明図である。容器１の上に遮へいプラグ２が蓋さ
れており、容器１内部には液体ナトリウム３がプ
ール状に満たされている。ナトリウム３の中に、
これに漬かる形で、炉心４が支持機構５により支
えられている。ナトリウム３（一次系ナトリウ
ム）中には、循環ポンプ６、中間熱交換器７、炉
上部機構８及びナトリウム精製装置９が位置し、
これらは各々遮へいプラグ２からナトリウム３中
に吊り下げられて支持されている。ナトリウム３
は、容器１をおよそ上下に二分する形で、支切体
１０により上部プレナム１ａを下部プレナム１ｂ
とに分離されている。支切体１０は断熱性（熱に
対する抵抗性）を有する材料で成る。上部プレナ
ム１ａは高温、下部プレナム１ｂは低温であるか
ら、両者の熱移動を防ぐべく、支切体１０により
熱遮へい構造をなすようにしたためである。また
容器１の内壁には、熱遮へい用の遮へい体１３が
施工されている。 図中、１１は高圧プレナム、１２はコアキヤツ
チヤーであり、１４は中間熱交換器７の２次ナト
リウム配管である。 ナトリウム３は、循環ポンプ６により図の矢印
の方向に循環される。すなわちナトリウムは循環
ポンプ６により加圧されて高圧プレナム１１に入
り、炉心１１を通りぬける間に熱交換して高温
（例えば530℃）となり、中間熱交換器７に吸い込
まれて２次ナトリウムに熱を与えながら流れ下
り、低温（例えば400℃）になつて下部プレナム
１ｂに流出する。これが再び循環ポンプ６に吸い
込まれて、再び上記のルートで流れることを繰り
返す。一方、中間熱交換器７の二次系ナトリウム
に伝達された熱は、蒸気発生器７１において水側
に伝達され、蒸気７２の発生に消費される。 上記の如き容器１内の一次系ナトリウム３は、
主に燃料交換時の空気による汚染等で酸素や水素
の不純物濃度が高くなり、このためにナトリウム
中に漬つてナトリウムと接している構造物の腐食
が促進されることになる。これを防ぐため、ナト
リウムは、精製装置９により上記不純物の濃度が
定められた値以下になるように制御される。 この精製装置９の概略構造を第２図に示す。こ
れは第１図に示すように、ホツトプレナムである
上部プレナム１ａのナトリウム３中に浸漬されて
いる。この精製装置９は、外筒２１と内筒２２の
隙間に断熱材２３が充填されて成る容器の中に、
大きく分けて不純物捕獲容器２４と熱交換容器２
５とが収納され、かつ下部にはポンプ２６を収納
した保護容器２７が接合されて構成される。不純
物捕獲容器２４の上部外周には冷却用管２８が巻
かれ、一方下部には充填物層２９が配置されてい
る。また、熱交換容器２５はシエルーチユーブ型
で管群３０が配列されている。この熱交換容器２
５の下部には保護容器２７を貫通して入口ノズル
３１が接合され、上部には不純物捕獲容器２４の
中心に上昇管３２が接合され、さらに下部のシエ
ルには出口ノズル３３が接合されている。出口ノ
ズル３３には弁３４があり、その操作棒３５は遮
へいプラグ２（第１図）の上部まで伸ばしてあ
る。保護容器２７にはポンプ２６を吊り下げてい
る支持体３６が遮へいプラグ２の上部まで貫通す
るガイド管３７が接合されている。 以上の構成の精製装置９の作用を以下に述べ
る。上記した不純物を含むナトリウム３は、ポン
プ２６により入口ノズル３１より熱交換部２５の
管群３０を上昇し、上昇管３２を出て下降流にな
る。冷却管２８を流れる冷媒により冷却されつつ
下降したナトリウムは充填物層２９をさらに下降
し、熱交換容器２５のシエル側を流れ下つて管群
３０内のナトリウムを冷却し自身は高温になつて
出口ノズル３３よりナトリウムプールに排出され
る。 充填物層２９に流入するナトリウムは、通常、
150〜120℃に冷却される。この結果、ナトリウム
中に含まれていた不純物（Na2O、NaOH、NaH
等）は、上記温度に対する飽和溶解度以上の分が
析出し、充填物層２９に付着して捕獲される。こ
れがいわゆるコールドトラツプである。したがつ
て充填物層２９を流れ出るナトリウム中の上記不
純物濃度は、上記温度の飽和溶解度以下に制御さ
れることになる。 以上のように、断熱材２３は、熱収支を伴つて
精製装置内を流れるナトリウムに対しプールナト
リウム３からの入熱を緩和する役割を果たしてい
る。またナトリウム流量はポンプ２６の出力及び
弁３４の開度により調整される。 ところで、ポンプ２６としては一般に電磁誘導
型機が使用されるが、これは機械的可動部はない
が、コイルや絶縁物の劣化等により損傷する可能
性がある。ポンプ２６が故障した場合には本装置
はそのナトリウムの循環が停止されるので、その
精製機能が停止してしまう欠点を有する。また本
装置はナトリウム３が高温となる上部プレナムに
設置されるので、上記の断熱材２３の層を厚くす
る必要があり、その分装置の大型化につながる。
さらに高温のナトリウムを装置内に吸い込む構造
なので、所定の低温まで下げるのに必要とされる
冷却能力を低減するために熱交換部２５を組み入
れることを要し、複雑な構造となり、結局コスト
高になつているという欠点がある。 また、この従来装置は、全体を遮へいプラグ２
から外して上部に引き上げることができる構造の
ものであるが、この場合、装置内に放射能を有す
る一次ナトリウム３が残留すると放射能が強くな
り、保守し難くなつて好ましくない。本装置で
も、引き抜く場合には弁３４（第２図）を用い
て、中のナトリウムを排出できるようになつてい
るが、弁３４が故障する場合もあり、この時はそ
れが不可能となる。かつ弁３４正常に作動したと
しても、管群３０特にその内部にナトリウムが付
着残留しやすく、この管群３０は表面積が大きい
ため、付着残留したものによる放射線は高いもの
となつて、好ましくない。 一方一次ナトリウム３中には、放射化された腐
食生成物（以下総称してCPと略記する。主に
54Mn、 60Co等）が炉の運転と共に蓄積し、また
燃料被覆管が損傷した場合などに核分裂生成物
（以下総称してFPと略記する。 137Csが主要なも
の）も混入する。これらCPやFPが、定期点検を
要する循環ポンプ６や中間熱交換器７に付着し
て、これが放射線場を強め、保守作業の能率を著
しく低下させる原因となり、プラントの稼動率を
下げる結果となる。 このような背景から、CPやFPを捕獲する装置
が必要とされることになる。いわゆる、CPトラ
ツプ、セシウムトラツプと称せられるものであ
る。しかし上記した不純物精製装置には、かかる
トラツプ機能は付加されていない。よつて別に
CP、FPを捕獲するトラツプを設けなければなら
ないことになる。ところが狭少な遮へいプラグ２
や容器１内にそれを設けることは、その分、プラ
ントのコスト上昇をもたらすと共に、スペース専
有による他の機器の配列に支障を来たし、さらに
は上部プレナムのナトリウム流動を複雑化して整
流し難い状況を招来する虞れがある。ひいては炉
心の熱流動特性に害を及ぼす懸念がある。 上記した本従来装置の欠点をまとめて列記すれ
ばつぎのようになる。 (1) 高温のナトリウム中に配置し、高温（約530
℃）のナトリウムを吸い込んでそれを低温
（120〜150℃）に下げるため熱遮へいが困難で
あり、かつ熱損失を少なくするために冷却能力
を上げるための付加機器が必要となつてコスト
高になる。 (2) 故障を生ずる可能性のある機器を組み入れて
あるため、その分信頼性が低下する。 (3) 第１図の如くタンク型FBRに用いる時には
保守時にナトリウムドレンする場合、ナトリウ
ム付着残留量が多くなる構造である。 (4) 放射性不純物（CP、FP）のトラツプを別に
設置することになり、その分スペースフアクタ
が悪く、コスト高になる。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、前記した従来例の欠点をなく
して、(i)所要冷却量が少なく、冷却のための付加
機器も最少限ですみ、(ii)故障の生ずる可能性のあ
る機器を使う必要がなく、従つて信頼性が高く、
かつシンプルな構造で低コストであり、(iii)タンク
型FBRに適用する場合でもナトリウムドレン性
が良くて残留ナトリウムが少なく、従つて保守能
率が良く、(iv)コールドトラツプ機能の他、CP及
びFPの捕獲機能をも有する、有利な不純物除去
装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明者らは上記目的の達成のため鋭意研究の
途上、タンク炉の場合ナトリウム容器内の上下に
温度分布が構成されることに着目し、この温度分
布を利用できるのではないかと考えるに至つた。
また本発明者らは別途、CPやFPを捕獲する機能
のある材料について種々実験した結果、各材料毎
に各々の捕獲機能を発揮するに適する温度範囲が
あることを見い出した。 本発明者は当初は上記最適温度範囲と、タンク
炉の容器の温度分布とを勘案することにより、温
度分布に応じてその最適温度に位置するように各
種捕獲材料を配置する技術的思想に到達するに至
つた。 さらに本発明者らはこれを敷衍して、CPやFP
を捕獲する材料を充填し、これに各捕獲材につい
て最適な温度が与えられるような温度分布をもた
せることにより、上記目的に適合した不純物精製
装置を得るに至つたものである。 即ち基本的な考え方として、本発明は、少なく
ともCP捕獲用の材料とFP捕獲用の材料と液体金
属中から析出する析出物質除去用の材料とを、筒
状（一端側から流入した液体金属が他端側に流動
して流出する構造であればよいので、その断面形
状に特徴はなく、円形でも他の形状でも良く、ま
た、その断面形状や寸法が一端側から他端側まで
同一である必要もない。）の収納容器の中に充填
し、各捕獲材がその捕獲性能を良好に発揮できる
温度となるように収納容器に温度分布を与えて構
成するものである。 この構成をとれば、最も適正な温度で各CP、
FP捕獲材が機能し、従つて信頼性の高いCP、
FPトラツプ機能を有する液体金属不純物除去装
置を得ることができる。 さらに上記基本的な考え方をタンク型容器内の
不純物除去装置に適用して、少なくともCP捕獲
用の材料とEP捕獲用の材料と液体金属中からの
析出物質を除去する材料とを収納容器の中に充填
し、この収納容器を液体金属を貯めて成るタンク
の上部プレナムと下部プレナムとの両域にまたが
るように配置して、これにより各プレナムが形成
する温度分布に応じて、各捕獲材がその捕獲性能
を良好に発揮できる温度の場所に位置するように
構成したものである。 これは、上部プレナムが高温、下部プレナムが
低温になつているというタンク型容器内の温度分
布を利用して、不純物を能率良く除去できるよう
にした技術であるということができる。さらにこ
の場合、温度差によりナトリウムが除去装置内を
自然循環することを利用することができる。 〔発明の実施例〕 第３図に本発明の一実施例を示す。この例はタ
ンク型FBRに本発明を適用したものである。第
４図は該例における不純物精製装置のみを詳細に
示すものである。 この液体金属不純物除去装置は、容器１内に収
納された液体ナトリウム３中から不純物を除去す
るためのものでもあり、該容器１は液体ナトリウ
ム３の上部が高温となり下部が低温となるように
上部プレナム１ａと下部プレナム１ｂとに支切ら
れて成る。不純物除去装置４０はこのような上部
プレナム１ａと下部プレナム１ｂとの両域にまた
がつて配置される。従つて、各プレナム１ａ，１
ｂの温度の相違に基づいて、不純物除去装置４０
に温度分布が与えられることになる。 一方、不純物除去装置４０自体は第４図ａに示
す如く、収納容器４１内に不純物除去用の充填物
が収納されて成るが、この充填物は、CP除去用
の材料４７，４８と、FP除去用の材料４９と、
液体ナトリウム中からの析出物除去用の材料５０
とを備えている。各除去技術４７〜５０は、各材
料に用いた物質の特性により、それぞれその除去
性能に適した温度があり、これは後記詳述するよ
うに、本発明者らにおいて確認したことである。
従つて、除去装置４０に与えられた上記温度分布
に応じて、前記各除去材料４７〜５０がその性能
を発揮しやすい温度条件になるように各材料４７
〜５０の位置を決め、これにより各材料４７〜５
０が適正な温度条件に設定される構成とするもの
である。 この構成を採用することにより、ナトリウム容
器１内（タンク炉）の上下に作られる温度分布を
利用して、除去装置４０内の上下に温度勾配を作
ることができ、これによる自然対流に基づくナト
リウム流れを利用して、除去装置４０内にナトリ
ウムの流れを生ぜしめることもできる。ナトリウ
ムは高温の上部プレナム１ａから除去装置４０の
容器４１内に流入し、下部に至るに従つて低温と
なり、下部プレナム１ｂに流出する一方的流れを
呈することになるからである。かつこの構成を採
用すれば、充填物としてのCPやFPの捕獲性能の
良い材料をその特性を発揮しやすい温度場に配置
でき、よつて各除去材料４７〜５０が適正な温度
条件になるように装置を組むことが可能となる。 次に本実施例について、その具体的な構成を一
層詳しく説明する。 不純物除去装置４０は、第３図の如くタンク型
FBRの容器１の中に、遮へいプラグ２から吊り
下げられて取付けられている。かつこの装置４０
は、タンク１を熱的に遮へいして上部プレナム１
ａと下部プレナム１ｂとに分ける支切体１０を貫
通して、両プレナム１ａ，１ｂにまたがつて位置
する。第４図に示すようにこの不純物除去装置
は、外胴をなす容器４１の中に本体４２が挿入さ
れる型になつている。容器４１と熱遮へい用支切
体１０との接合部は、ナトリウム３が上下のプレ
ナム間に流動を生じ難いように、密着構造または
溶接構造とする。 第４図ａは本除去装置４０の詳細を縦断面図に
て示すものである。容器４１は熱遮へい用の支切
体１０につば４３が乗つかる型に密着しており、
上部プレナム１ａの部分にはナトリウムが流れ易
いように小孔４４が多数あけられている。容器４
１はこのように外胴をなし、この中にはナトリウ
ムに没するように内胴４５が位置する。この内胴
４５の下部には冷却胴４６が該内胴４５の底部を
カバーするように取付けられている。内胴４５の
中には不純物除去用充填物４７，４８，４９，５
０が充填され、底にはノズル５１がついている。
充填物４９，５０の中央部には空胴５２が取付け
られている。空胴５２内は真空にしておくか、あ
るいは不活性アルゴンガスを入れるかまたは断熱
材が充填される。これは流れ落ちて行く液体ナト
リウムを冷しやすくするためのスペーサとしての
役割を果たす。つまり、高温の上部プレナム１ａ
の方から流入したナトリウムは、温度勾配によつ
て冷却されて比重が大きくなり、従つて上部から
下部への流れとなるのであるが、この空胴５２の
存在により冷却されやすくなつて、ナトリウムの
流れも円滑となるものである。内胴４５の上部は
開孔５３になつており、最上部の充填物４７の上
部には整流体５４が駆動棒５５に連結してついて
いる。開孔５３の周面と整流体５４の上面は両者
を合わせた場合つまり整流体５４を引上げて開孔
５３に密着させた場合にナトリウムの流動がなく
なる程度の寸法精度でできている。冷却胴４６に
は冷媒（例えばHeガス、有機液体等）の流入管
５６及び戻し管５７が接合されている。これらは
断熱構造とするためガス空間を持たせるように二
重壁及び二重管になつている。空間に断熱材（例
えばパーライト微粉物等）を充填しても良い。冷
却胴４６の底部と外胴４１とは密着するようにな
つており、両接触部はここからナトリウムが流れ
ないようにするのが望ましい。ノズル５１にはそ
こを流れるナトリウム流量を測定するための流量
計５８が取付けられている。流量計はかさばら
ず、重くない、信頼性の高いものが望ましい。例
えば渦電流式などが適用される。以上が本体４２
の構成である。 内胴４５の上部には支持棒５９が取付けられて
おり、これを引き上げることにより、外胴４１か
ら本体４２を引き抜くことができる構造になつて
いる。 本実施例においては、充填物４７，４８は主と
してCP（ 54Mnや 60Co等）を捕獲する除去材料
から成り、充填物４９は主としてFP（ 137Cs等）
を捕獲する除去材料から成る。充填物５０は、析
出不純物を物理的に捕獲する除去材料から成る。 このように、充填物４７〜５０に上記材料を用
いたのは、各除去性能を示す具体的な物質が、そ
れぞれの性能を発揮しやすい温度場に位置するよ
うにしたためである。すなわち本例では具体的
に、充填物４７として少なくとも表面がニツケル
である材質（ニツケルまたはニツケル付着材）、
充填剤４８としてSU304鋳造材またはAISI1020
鋼、充填剤４９としてガラス状非晶質カーボンを
用いている。充填剤５０はSUS304ステンレス鋼
やニツケル等の耐ナトリウム材であれば良い。こ
のような構成とする理由は、ナトリウム中の放射
性不純物（ 54Mn、 60Co、 137Cs等）を捕獲す
る性質が下表のように材質や温度により異なるこ
とを利用し、捕獲性を発揮しやすいようにしたた
めである。
上述の如く、本発明の液体金属不純物除去装置
は、装置に温度分布を与えて各材料に適した条件
でCPトラツプ、FPトラツプ、コールドトラツプ
の機能を発揮させるので、信頼性の高い効率の良
い不純物除去が達成できる。かつ、コールドトラ
ツプのみならず、CP、FPトラツプ機能も兼ねて
おり、シンプルな構造であり、コスト的にも有利
である。さらに所要冷却量も少なくてすみ、冷却
のための付加機器も少なくてよい。タンク型
FBRに適用すると、その元々の温度分布を利用
できるとともに、自然対流を使用して付加機器を
少なくでき、かつ残留液体金属を少なくして保守
性を良好にできる。故障のおそれある機器の使用
も使う必要がない。 なお、当然のことではあるが、本発明は上記説
明した実施例にのみ限定されるものではない。
は、装置に温度分布を与えて各材料に適した条件
でCPトラツプ、FPトラツプ、コールドトラツプ
の機能を発揮させるので、信頼性の高い効率の良
い不純物除去が達成できる。かつ、コールドトラ
ツプのみならず、CP、FPトラツプ機能も兼ねて
おり、シンプルな構造であり、コスト的にも有利
である。さらに所要冷却量も少なくてすみ、冷却
のための付加機器も少なくてよい。タンク型
FBRに適用すると、その元々の温度分布を利用
できるとともに、自然対流を使用して付加機器を
少なくでき、かつ残留液体金属を少なくして保守
性を良好にできる。故障のおそれある機器の使用
も使う必要がない。 なお、当然のことではあるが、本発明は上記説
明した実施例にのみ限定されるものではない。
第１図及び第２図は従来例を示し、第１図はタ
ンク型FBRを縦断面にて示す概要図、第２図は
液浸型ナトリウム精製装置の従来例の縦断面図で
ある。第３図及び第４図は本発明の一実施例を示
し、第３図は本例の不純物除去装置の組み込みを
示す概要縦断面図、第４図は本例の不純物除去装
置の縦断面図である。 １……液体金属を収納する容器（ナトリウムタ
ンク）、１ａ……上部プレナム、１ｂ……下部プ
レナム、３……液体金属（一次ナトリウム）、１
０……支切体、４０……不純物除去装置、４１…
…収納容器、４７，４８……充填物部材（CP除
去用材料）、４９……充填物部材（FP除去用材
料）、５０……充填物部材析出物除去用材料、５
１……ノズル、５８……流量計。
ンク型FBRを縦断面にて示す概要図、第２図は
液浸型ナトリウム精製装置の従来例の縦断面図で
ある。第３図及び第４図は本発明の一実施例を示
し、第３図は本例の不純物除去装置の組み込みを
示す概要縦断面図、第４図は本例の不純物除去装
置の縦断面図である。 １……液体金属を収納する容器（ナトリウムタ
ンク）、１ａ……上部プレナム、１ｂ……下部プ
レナム、３……液体金属（一次ナトリウム）、１
０……支切体、４０……不純物除去装置、４１…
…収納容器、４７，４８……充填物部材（CP除
去用材料）、４９……充填物部材（FP除去用材
料）、５０……充填物部材析出物除去用材料、５
１……ノズル、５８……流量計。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 放射化された腐食生成物除去用の材料で成り
該材料に適した温度にて腐食生成物の除去性能が
高い充填物部材と、核分裂生成物除去用の材料で
成り該材料に適した温度にて核分裂生成物の除去
性能が高い充填物部材と、液体金属中からの析出
物除去用の材料で成り該材料に適した温度にて析
出物除去性能の高い充填物部材と、一端側の温度
に対して他端側の温度が低く設定され前記一端側
から流入する液体金属がこの温度差により生じる
液体金属の密度差にて前記他端側に流動する温度
分布を有し前記の各適した温度に該当する位置に
前記の各充填物部材を収納する温度勾配方向に長
手の筒状の収納容器とを備えて成ることを特徴と
する液体金属不純物除去装置。 ２ 前記放射化された腐食生成物除去用の材料は
複数種の金属部材から成り、前記核分裂生成物除
去用の材料はカーボン部材から成り、各々の部材
は異なる温度域にあつて運転されることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の液体金属不純
物除去装置。 ３ 前記充填物部材は、低温域にステンレス鋼と
ガラス状非晶質カーボン部材が配備され、高温域
に鋳造ステンレス鋼と少なくとも表面がニツケル
である部材が配備されて成るものであることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の液体金属
不純物除去装置。 ４ 液体金属を収納すると共に該液体金属がその
上部が高温となり下部が低温となるように上部プ
レナムと下部プレナムとに支切つて成る容器内に
設けた液体金属不純物除去装置であつて、不純物
除去用の充填物部材を収納容器内に収納し、該充
填物部材は少なくとも放射化された腐食生成物除
去用の材料と核分裂生成物除去用の材料と液体金
属中からの析出物除去用の材料とを備え、かかる
収納容器を上部プレナムと下部プレナムとの両域
にまたがつて配置することにより温度分布を与
え、これによつて前記各不純物除去用の材料がそ
の性能を発揮しやすい温度条件に設定される構成
としたことを特徴とする液体金属不純物除去装
置。 ５ 前記放射化された腐食生成物除去用の材料は
複数種の金属部材から成り、前記核分裂生成物除
去用の材料はカーボン部材から成り、各々の部材
は異なる温度域にあつて運転されることを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載の液体金属不純
物除去装置。 ６ 前記充填物部材は、低温域にステンレス鋼と
ガラス状非晶質カーボン部材が配備され、高温域
に鋳造ステンレス鋼と少なくとも表面がニツケル
である部材が配備されて成るものであることを特
徴とする特許請求の範囲第４項に記載の液体金属
不純物除去装置。 ７ 前記充填物部材を収納した収納容器は、その
液体金属の流出口にノズルを有し、かつ該ノズル
内を流れる液体金属の流量測定装置を備えている
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
液体金属不純物除去装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58062298A JPS59188597A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 液体金属不純物除去装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58062298A JPS59188597A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 液体金属不純物除去装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59188597A JPS59188597A (ja) | 1984-10-25 |
| JPH028280B2 true JPH028280B2 (ja) | 1990-02-23 |
Family
ID=13196069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58062298A Granted JPS59188597A (ja) | 1983-04-11 | 1983-04-11 | 液体金属不純物除去装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59188597A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0823598B2 (ja) * | 1987-11-09 | 1996-03-06 | 株式会社日立製作所 | 放射性物質除去装置 |
-
1983
- 1983-04-11 JP JP58062298A patent/JPS59188597A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59188597A (ja) | 1984-10-25 |
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