JPH042994A - 液体金属精製装置 - 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、高速増殖炉の冷却材に使用される液体金属ナ
トリウム中の不純物を除去、精製する液体金属精製装置
に関する。

〔従来の技術〕

液体金属冷却型高速増殖炉の冷却系は、炉心で発生する
熱を除去、輸送する１次冷却系、この熱を中間熱交換器
を介して受ける２次冷却系、さらに蒸気発生器において
２次冷却系との熱交換によリ、蒸気を発生させタービン
を駆動する水・蒸気系から構成される。上記の１次及び
２次冷却系の冷却材としては液体金属ナトリウムが用い
られる。

このナトリウム中には、主要な不純物として水素と酸素
が存在する。水素及び酸素の混入要因としては、機器、
配管等内面や燃料棒表面に付着していた酸化物や水分の
分解によるもの、カバーガス中の不純物成分としての水
素、酸素によるものがある。また２次冷却系では、水・
蒸気系から水素が蒸気発生器の伝熱管を拡散、透過して
侵入し、水素濃度か上昇する。さらに２次冷却系内の水
素は、中間熱交換器の伝熱管を拡散、透過して、１次冷
却系へも侵入する。

冷却材ナトリウム中の水素、酸素不純物濃度が増加する
と、ナトリウムの伝熱性能が劣化したり、機器、配管等
の材料腐食が促進されることになる。

２次冷却系では、蒸気発生器の伝熱管破損による水漏源
を２次ナトリウム中の水素濃度の上昇から検知すること
になっているため、ナトリウム中の水素及び酸素を除去
、精製し、それぞれの濃度を規定値以下に抑制する必要
がある。

液体金属ナトリウム中の水素及び酸素不純物を除去、精
製する装置として、従来コールドトラップまたはナトリ
ウム中に含まれる不純物を吸蔵するゲッター材を用いて
いる。前者はナトリウム中の不純物の溶解度の温度依存
性を利用するもので、ナトリウムを冷却し、不純物を過
飽和の状態にして、過飽和不純物をナトリウム化合物の
形でメソシュなとの内部充填物表面に析出させ、除去す
るものである。後者は水素あるいは酸素を内部に吸収す
る性質を有する金属または合金を、不純物のゲッター材
としてナトリウム中に設置し、水素及び酸素を除去する
ものである。

尚、本発明に先行する公知例として特開昭６２２９８４
０３号公報及び特開平１−１．４．　ＯＯ９４号公報が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、いずれもナトリウム中の不純物の水素
及び酸素を機器内部に捕獲しておく方式である。このた
めコールドトラップでは、メッシ二部に析出、捕獲され
る水素、酸素それぞれのナトリウム化合物によりメツシ
ュが閉塞し、寿命が尽きる。またゲッタ一方式によるも
のでは、ゲッター材への水素、酸素の吸蔵限界により寿
命が尽きる。

」次冷却系、２次冷却系何れの場合も、前述したように
原子炉運転期間中、継続的に水・蒸気系から蒸気発生器
の伝熱管さらには中間熱交換器の伝熱管を拡散、透過し
てすトリウム中に侵入する水素が上記の寿命を支配して
いる。

この寿命が尽きた時、コール１−トラップの交換または
再生装置による再生が必要になり、またゲッタ一方式で
はゲッターの交換が必要になる。

コールドトラップの再生は、捕獲された水素の除去が主
で、精製系を主冷却系とバルブで隔離したうえで、コー
ルドトラップを加熱し、ナトリウム化合物の形でメツシ
ュ部に捕獲されている水素及び酸素をナトリウム中に再
溶解させる。このナトリウムを自由液面をもつ容器に導
き、ナトリウム中の水素をガス空間に移動させ、このガ
ス空間を排気することにより水素を系外に除去する。

交換、再生何れにしても下記の問題がある。

（］）交換 交換用代替機器の準備、交換作業、撤去機器の廃棄等が
必要であること、交換作業に伴うナトリウム中への不純
物の混入の可能性があることのほか、とくに１次冷却系
の場合放射線被爆の問題があり、交換作業が困難である
。

（２）再生 再生のためには再生系として、自由液面を有する容器、
加熱器、カバーガス系等付帯設備が必要であること、再
生作業には長時間を要することに加えて、再生作業中に
は高温、高酸素濃度のナトリウムがコールドトラップ内
を循環するため、充填メツシュを初めとするコールドト
ラップ構造材が腐食し、再使用に耐えない可能性もある
。

本発明の目的は、液体金属精製装置の水素除去負荷を軽
減することにより装置の寿命を長くし、或いは装置をコ
ンパクト化して設備費の低減を図るとともに、交換、再
生等の保守作業を不要とすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、冷却系から液体金属を導きコールドトラッ
プにより該液体金属中に不純物として含まれる水素及び
酸素を除去する液体金属精製装置において、前記冷却系
と前記コールドトラップの間に水素透過性金属管からな
る管群を有する容器と該管群に連通した真空排気手段と
を有する水素除去設備を設けたことにより達成される。

上記目的は、前記容器を前記冷却系と前記コールドトラ
ンプとの間に設けたことにより達成される。

上記目的は、前記容器を前記コールドトラップ内の前記
液体金属の入口部に設けたことにより達成される。

上記目的は、前記容器内の管群と直交し前記液体金属の
流れ方向を交互に反転させる邪魔板を設けたことにより
達成される。

上記目的は、前記冷却系と前記容器との間に前記液体金
属を加熱する液体金属加熱手段を設けたことにより達成
される。

上記目的は、前記真空排気手段１こ前記液体金属から分
離した水素を液化する水素処理手段を設けたことにより
達成される。

〔作用〕

上記構成によれば、液体金属中に不純物として含まｈる
水素及び酸素が水素透過性金属管からなる管群の外側を
通過すると、液体金属中に含まれる水素は水素透過性金
属管を拡散・透過して管群内に入り、管群に連通した真
空排気手段により糸外へ排出される。

これによりコールドトラップの水素除去負担が軽減され
装置としての寿命が長くなる。

また、上記管群を有する容器をコールドトラップ本体内
に設置した構成とすることにより設置に伴う機器の増加
を避はスペースを節減出来る。

さらに、管群に邪魔板を設置した構成とすることにより
管群外側を通過する液体金属の流路を長くし、液体金属
中に含まれる水素の水素透過性金属管への拡散・透過を
高めることが出来る。

そして、液体金属加熱手段を設置した構成として容器に
流入する液体金属の温度を高くすると、水素の拡散係数
が大きくなり水素の水素透過性金属管への拡散・透過を
高めることか出来る。

最後に、真空排気手段に水素処理手段を設置して、排出
される水素を液化または固化減容処理することにより機
器がコンバク１−になる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は本実施例になる液体金属精製装置の系統構成を
示す。図において、高速増殖炉の１次または２次冷却系
の主配管９にコールドトラップの入１」配管１０、ナト
リウムポンプ３０及び出口配管１１を介してコールドト
ラップ１が設置されている。コールドトラップ１には、
流入するナトリウムを冷却するための冷却ダクト３並び
に冷却ガス系４が、またコールドトラップ内部には析出
する不純物捕獲用の金属性メツシュ２が充填されている
。コールドトラップ入口配管１０には、内部に水素透過
性金属管６からなる管群を有する容器５が設置されてお
り、上記金属管群は、排気管７、真空ポンプ８に接続さ
れ、管内部が排気される構造となっている。水素透過性
金属としては、水素透過量が大きいと同時にナトリウム
と共存性を有する必要があり、例えばニッケルが好適で
ある。

第２ａ図に、上記の水素透過性金属管群を内部に有する
容器５の縦断面図を示し、第２ｂ図にその水平断面図を
示す。管群は管板２０を介して上部のガス空間２１に連
なり、真空系接続部１９において第１図で示した排気管
７、真空ポンプ８に接続される。ナトリウム入口１７か
ら容器５に流入するナトリウムは水素透過性金属管群の
管束部１６を流れ、ナトリウム出口１８から出ていく構
造となっている。

冷却系の主配管９から分岐したナトリウムはナトリウム
ポンプ３０により容器５内に送られ、水素透過性金属管
群の管束部１６を通過する。この時管外のナトリウム側
と管内の真空側との水素濃度差により、ナトリウム中の
水素は水素透過性金属管６を拡散、透過し管内１５へ移
動する。管内１５へ移動した水素は排気系により排出さ
れ、その結果ナトリウム中の水素がナトリウム系外へ除
去されることになる。コールドトラップ１へは水素が除
去されたす１−リウムが流入するため、主として酸素を
捕獲することになり、コールドトラップ１の負荷が軽減
され寿命が長くなる。容器５で水素が、コールドトラッ
プ１で酸素が除去、精製されたナトリウムは出口配管１
１を通って主配管９に戻る。

第３図に他の実施例を示す。本図では、水素透過性金属
管６の管群をコールドトラップ１本体内に設置し、コー
ルドトラップ１と一体化し、機器構成の簡素化を図った
ものである。動作については第１図で示した実施例と同
しである。

第４ａ図から第４ｃ図にさらに他の実施例を示す。本実
施例では第２図で示した容器５の管群に複数の邪魔板１
２ａ、１２ｂを設置し、ナトリウムの流れが管束に対し
て直交流となるようにしたものである。これにより管束
部を通過するナトリウムの流路を長くすることができ、
水素の除去効果を大きくすることか可能である。

第５図はさらに他の実施例を示す。主配管９と容器５と
の間にナトリウム温度を設定、制御できる加熱装置１３
を設置したものである。これは、金属が高温であるほど
水素拡散係数が大きくなることから、容器５に入るナト
リウムを高温にし、水素透過性金属管６を拡散、透過す
る水素量し増加させようするものである。

第６図はさらに他の実施例で、管群内の排気系に水素処
理設備１４を設置したものである。水素処理設備として
は、例えば水素を酸素による酸化で水とし液化するもの
で、水素透過性金属管６を介してナトリウム中から排出
される水素を液化、減容し、最終処理を容易にすること
ができる。

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

ナトリウム中の水素は、水素透過性金属管からなる管群
の管束部を通過する過程で、管内側へ拡散、透過し、ナ
トリウム系外へ排出される。したがってコールド１−ラ
ップ（ゲッタ一方式のトランブの場合も同様）では主と
して酸素を捕獲することになり、精製装置の負荷低減、
長寿命化が可能である。その結果、精製系のコンパクト
化、付帯設備の低減を図ることができるとともに、交換
、再生等の保守、補修作業が不要な液体金属精製装置が
提供される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、液体金属中に不純物として含まれる水
素量が水素透過性金属管を拡散・透過して管群内に入り
、管群に連通した真空排気手段により糸外へ排出される
のでコールドトラップの水素除去負担が軽減され装置と
しての寿命が長くなる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る液体金属精製装置の系統
を示す線図、第２ａ図は第１図の水素透過性金属管群を
内部に有する容器の縦断面、第２ｂ図は第１図の水素透
過性金属管群を内部に有する容器の水平断面、第３図は
本発明の他の実施例に係る液体金属精製装置の系統を示
す線図、第４ａ図は本発明の他の実施例に係る水素透過
性金属管群を内部に有する容器の縦断面、第４ｂ図は第
４ａ図に示した容器のＢ−Ｂ水平断面、第４Ｃ図は第４
ａ図に示した容器のＣ−Ｃ水平断面、第５図は本発明他
の実施例に係る液体金属精製装置の系統を示す線図、第
６図は本発明他の実施例に係る液体金属精製装置の系統
を示す線図である。 １・・コールドトラップ、２・・・メツシュ、３　・冷
却ダクト、４・・・冷却ガス系、５・・・容器、６・・
水素透過性金属管、７・・・排気管、８・・・真空ポン
プ、９・・冷却系主配管、１０・・・コールドトラップ
入口配管、１１・・・コールドトラップ出口配管、１２
ａ、１２ｂ・・・邪魔板、１３・・・加熱装置、１４・
・・水素処理設備、１５・管内、１６・管束部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却系から液体金属を導きコールドトラップにより
   該液体金属中に不純物として含まれる水素及び酸素を除
   去する液体金属精製装置において、前記冷却系と前記コ
   ールドトラップの間に水素透過性金属管からなる管群を
   有する容器と該管群に連通した真空排気手段とを有する
   水素除去設備を設けたことを特徴とする液体金属精製装
   置。 ２、前記容器を前記冷却系と前記コールドトラップの間
   に設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体金属精
   製装置。 ３、前記容器を前記コールドトラップ内の前記液体金属
   の入口部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の液
   体金属精製装置。 ４、前記容器内の管群と直交し前記液体金属の流れ方向
   を交互に反転させる邪魔板を設けたことを特徴とする請
   求項１から請求項３のうち何れか１項に記載の液体金属
   精製装置。 ５、前記冷却系と前記容器との間に前記液体金属を加熱
   する液体金属加熱手段を設けたことを特徴とする請求項
   １から請求項４のうち何れか１項に記載の液体金属精製
   装置。 ６、前記真空排気手段に前記液体金属から分離した水素
   を液化する水素処理手段を設けたことを特徴とする請求
   項１から請求項５のうち何れか１項に記載の液体金属精
   製装置。