JPH0585040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ナトリウム冷却型原子炉用のコンパ
クトな中間熱移送システムに関する。

発明の背景 ナトリウム冷却型原子炉は公知である。このよ
うなナトリウム冷却型原子炉の一例が、1987年５
月19日出願の米国特許出願第051332号（特願昭63
−120816号）に開示されている。簡単に説明する
と、この原子炉では炉内に生じる原子反応から熱
をとり出すのに２つの別個の液体ナトリウム・ル
ープが必要である。

第１のナトリウム・ループは放射性の一次ルー
プであつて、ほゞ大気圧に維持される。この放射
性の一次ループは、浸漬型電磁（EM）ポンプで
駆動される。液体ナトリウムは、大きな直立円筒
形の原子炉容器に同心に配置された炉心の中央を
上向きに押し上げられる。このようにして加熱さ
れたナトリウムは次いで原子反応の熱を腎臓形の
中間熱交換器へ移送する。このとき一次ループの
ナトリウムは原子炉容器の外側を腎臓形の中間熱
交換器を通つて下向きに流れる。こうして冷却さ
れた放射性のナトリウムはさらに下向きに原子炉
容器の底部へ流れ、電磁ポンプの入口に達する。
電磁ポンプは低温の放射性のナトリウムを上向き
に炉心の中へ送り、こうして熱伝達サイクルが無
限に繰返される。

第２のナトリウム・ループは放射性ではない二
次ループである。二次ループはナトリウム冷却型
原子炉から熱をとり出して、その熱を蒸気発生シ
ステムに輸送する作用をなし、このため蒸気発生
システムで蒸気（スチーム）が発生される。

この二次ループ中のナトリウムもほゞ大気圧に
維持され、原子炉の外側を蒸気発生器まで流れ
る。ナトリウムの熱は給水に放出されて、蒸気を
発生させる。その後、こうして冷却されたナトリ
ウムは代表的には機械式ポンプへ向かう。既に冷
却されているナトリウムはポンプから原子炉へ戻
され、こうして熱伝達サイクルが無限に繰返され
る。

ナトリウムとこのナトリウムを収容する金属容
器とは膨張に差がある。従つて二次ナトリウム・
ループには膨張容器を設ける必要がある。膨張容
器は一般に蒸気発生器の近傍に放置される。

さらに、ナトリウム冷却型原子炉の二次ループ
には、従来３つの別個のユニツトが設けられてい
る。これらのユニツトとは蒸気発生器、ポンプお
よび膨張タンクである。

熱交換器を原子炉に並べて設置することが提案
されている。例えば米国特許第3425907号を参照
されたい。このシステムでは、一次ナトリウム・
ループと二次ナトリウム・ループとの間に熱交換
器が設けられている。本発明と違つて、このシス
テムでは蒸気発生やサージ空間に何ら関心が払わ
れていない。

また米国特許第3882933号にはガス冷却型原子
炉が開示されている。この原子炉にはらせん状巻
部材が設けられている。

米国特許第4307685号に、熱交換器およびナト
リウム加熱型蒸気発生器が開示されている。この
原子炉では内側容器と外側容器との間にらせん状
コイルを設けている。しかしこの場合、内側容器
は熱交換を促進するために流れ分配装置として利
用されている。同様の方式が米国特許第4515109
号にも開示されており、その中心容器はナトリウ
ム−水の過渡状態に耐えるように構成されてい
る。

米国特許第4056439号には、第１および第２の
同心の容器を有する熱交換器が開示されている。
一方の容器が外側容器となる。他方の容器は内側
容器になり、底部が開口し、外側容器より小さく
てそれと同心である。

これらの外側容器と内側容器との間の〓間空間
内には、蒸気発生管がらせん状に巻かれている。
これらの蒸気発生管は、内側容器と外側容器との
間の〓間空間の底部で液体ナトリウム中に浸漬さ
れている管板を起点としている。その同じ蒸気発
生管が、内側容器と外側容器との〓間空間の頂部
で液体ナトリウム中に浸漬されている管板で終端
する。

ポンプ方式については２つの方式が提示されて
いる。

第１の方式は、ポンプを内側容器の頂部に取り
付けて、このポンプにより内側容器の全長にわた
つて液体ナトリウムを吸引するものである。

第２の方式は、長い回転シヤフトの末端に取り
付けたインペラを用いるもので、この長い回転シ
ヤフトによりインペラを内側容器の中にポンプ効
率が一番よくなる位置に配置するようにしたもの
である。

残念ながら、いずれのポンプ方式においても、
液体ナトリウム中に浸漬される回転軸受が必要で
ある。これらの軸受は潤滑のために高圧ナトリウ
ムの導入を必要とする。さらに、これらの軸受は
停止および始動の際に高度の摩耗をうける。

上記の米国特許第4056439号では、蒸気発生コ
イルの蒸気出口端に位置する管板が液体ナトリウ
ムに直接さらされている。このように直接さらさ
れていると、液体ナトリウムの熱伝導率が高いの
で、蒸気出口の管板は、ナトリウム・ループ中に
熱的過渡状態が生じたときに熱衝撃をうけるおそ
れがある。このような熱衝撃の結果、ナトリウム
−水境界の流体密シール失なわれたり、管板自体
に亀裂が生じたりする。

さらに上記米国特許第4056439号に記載のもの
では、ポンプのモータを蒸気発生器の全高までに
付加することが必要である。垂直方向の空間がモ
ータとそれに必要な軸受、シール、フランジ板な
どに費やされる。

発明の開示 本発明は、ナトリウム冷却型原子炉から熱を抽
出した非放射性の液体ナトリウムの二次ループか
ら蒸気発生を行なうための中間熱移送システムに
関し、この移送システムをコンパクトにするため
に、一体のモジユールに構成できる組合せ体を提
供することを目的とする。組合せ体は、液体ナト
リウムを収容するために２つの同心に配置された
直立円筒状容器、すなわち、寸法の大きい方の外
側容器と、寸法の小さい方の内側容器とを含む。
内側容器と外側容器との間には環状の〓間空間が
画成される。外側容器は、その底部に少なくとも
１つの給水入口プレナムが設けられ、その頂部に
少なくとも１つの蒸気出口プレナムが設けられ
る。給水入口プレナムに流入した給水を蒸気に変
換して、蒸気を蒸気出口プレナムから流出させる
ための複数の管が、給水入口プレナムと蒸気出口
プレナムとに連通して設けられる。内側容器は外
側容器内に同心に位置し、その底部が外側容器に
対して開口している。ナトリウムを原子炉に圧送
しそこから引き出すための単一の大きな浸漬型電
磁ポンプが、内側容器の中心に配置されて、液体
ナトリウムを外側容器の底部から内側容器の内部
を上向きに圧送する。原子炉に連結され、外側容
器を貫通して〓間空間の頂部に連通する第１導管
を介して、高温のナトリウムは原子炉外側容器内
に流入し、上記複数の管内を流れる給水とは対向
流関係で、すなわち反対方向に流れる。ナトリウ
ムはその熱を蒸気発生に使用した後で（すなわち
冷却されて）外側容器の底部から上向きに進んで
電磁ポンプの入口に流入する。ポンプ中を上向き
に通つたナトリウムはジエツトポンプに吐出され
る。ジエツトポンプは入口、ベンチユリおよび拡
散出口を有し、該入口は電磁ポンプのステータの
外側からも流体を引き入れて、冷却されたナトリ
ウムが電磁ポンプのステータの外側に沿つて流れ
て電磁ポンプを冷却した後にジエツトポンプに引
き込まれるようになつている。このように単一の
電磁ポンプをジエツトポンプ方式で利用すること
により、大流量の低圧ナトリウム流が生成される
とともに、ポンプのステータの外面も冷却され
る。冷却されたナトリウムを上記ポンプの高圧側
から原子炉へ送出するため、外側容器を貫通して
内側容器に連通すると共に、原子炉に連通する第
２導管が設けられる。

本発明の好適な実施態様では、蒸気発生と、二
次ループ中のナトリウムの圧送と、ナトリウムお
よびそれを入れる金属製容器の間の膨張差にそな
えるサージ空間の設置という３つの必要な機能を
合わせもち、単一の一体モジユール内に納められ
た中間熱移送システムが提供される。このため
に、２つの外側および内側の同心の直立円筒形容
器が設けられ、液体ナトリウム冷却形原子炉の中
間熱交換器からの高温のナトリウムが、外側容器
内にその頂部から入り、外側容器と内側容器との
間の〓間空間を下向きに流れる。この高温のナト
リウムの流れの方向は、蒸気発生用の管束内の給
水の流れの方向とは逆向きである。管束は２つの
容器間の〓間空間内にらせん状のコイルに巻かれ
ている。このらせん状コイルは、底部の給水入口
と頂部の蒸気出口との間の円筒形容器の高さの
２／３の区域にわたつて延在する。容器の上方
１／３の区域では、管束は垂直方向上向きに延び
て必要なサージ空間の一部を構成する。液体ナト
リウムは内側容器内にその底部から入る。冷却さ
れたナトリウムは電磁ポンプの中を上向きに進
み、内側容器の頂部に残されたサージ空間に達す
る。その後、冷却されたナトリウムは原子炉へ流
れ出て、こうして熱移送サイクルが無限に繰返さ
れる。

単一モジユールの利点は、それがコンパクトで
あつて、中間熱移送システムのコストと複雑さを
増すような２つの付加的なナトリウム収容容器
（ポンプと膨張タンク）を設ける必要がないこと
である。たとえば、モジユールを原子炉に並べて
配置し、そして同時に地震に対して原子炉と共に
隔離することができる。

上記モジユールの他の利点としては、原子炉に
用いるのと同じ電磁ポンプを使用できることであ
る。従つて、予備のポンプを原子炉とモジユール
のいずれにも使用できる。

また上記の蒸気発生用の熱交換器の利点は、ら
せん状の管束を簡単に収納できることである。管
束は、必要に応じて、蒸気発生のための熱伝達が
得られるように長さや直径を変えることができ
る。

上記構成のもう一つの利点は、らせん状コイル
が内側容器のまわりに配置することによりそのら
せん形状を自然にとれることである。同時に、従
来の熱交換器では通常中空であるこの部分に電磁
ポンプを納めることができる。こうして得られる
モジユール構成は容積効率が非常によい。

本発明の容器および熱流サイクルのもう一つの
利点としては、電磁ポンプに冷却されたナトリウ
ムしか入らないことである。従つて通過中の冷却
されたナトリウムにより、ポンプのうず電流損お
よび巻線損による熱を容易にとり去ることができ
る。これらの熱損の一部を蒸気発生パワーとして
回収することができる。

上記モジユールのさらに他の利点として、ナト
リウムとそれを入れた容器との膨張差に対応する
のに必要なサージ空間が自然と得られる。

本発明の別の好ましい実施態様として、２つの
容器間の膨張差を吸収できるようにする構造が設
けられる。内側容器が外側容器に対してベローズ
式シールで密封されて、外側容器に対する内側容
器の相対的な動きを簡単に吸収することができ
る。さらに、同心の導管を通してナトリウムを流
入および流出させる構成とすることにより、容器
壁の孔も同様に膨張差に対応させることができ
る。

また、内側容器を二重壁構造とすることによ
り、内側容器中を上向きに流れるナトリウムの低
温部分を、内側容器と外側容器の間の〓間空間を
下向きに流れるナトリウムの高温部分から断熱す
ることができる。この断熱により、デユワー壜に
よる断熱と類似して、ナトリウムの高温部分と低
温部分とを熱的に隔離することが可能になる。こ
の断熱は、液体ナトリウム・ポンプを使用する場
合に特に重要である。このようなポンプを所要の
熱限界以内で動作させるためには、ポンプをナト
リウム・ループの低温部分に閉じこめなくてはな
らない。このようなポンプはナトリウム・ループ
の高温部分の熱に耐えられない。

本発明の実施に際して、蒸気発生管を終端する
上側の管板を不活性ガス・ブランケツト内に配置
し、この配置により、熱伝導率の高いナトリウ
ム・ループにおいて、循環しているナトリウムの
温度が変動した時に、敏感な管板に熱衝撃が加わ
らないようにすることができる。液体ナトリウム
が上側の管板と接触せず、不活性ガスだけが上側
の管板に直接接触するので、熱的過渡状態の熱伝
達が避けられる。

本発明では、単一の大きな電磁ポンプを内側容
器の中心に配置するが、この単一の大形電磁ポン
プは比較的少量の高圧の流れをジエツトポンプの
ノズルに送り込んで、比較的大量の低圧の流れを
まき込む。このジエツトポンプ構成では、電磁ポ
ンプのヘツドを大きくとれる能力を一層効果的に
利用できる一方、二次ナトリウム・ループに大量
の低圧の液体ナトリウム流が生成する。

中央に浸漬された単一の大形のポンプを用いる
利点として、ユニツト全体の直径を小さくでき
る。たとえば、内側容器の直径を8.5フイート
（259cm）から４フイート（122cm）へと半分以上
小さくすることができる。これに応じて、本発明
の熱交換器の外径も同様に15フイート（457cm）
から12フイート（366cm）へと小さくすることが
でき、この結果コンパクトなユニツトが得られ
る。

この単一の大形ジエツトポンプから派生する別
の利点は、電磁ポンプ、特にそのステータの外面
に必要な冷却を容易に達成できることにある。ポ
ンプの中心を通つて圧送されるナトリウムの流れ
によりステータの内部が冷却される。同時に、ポ
ンプのステータの外側を通つてジエツトポンプに
引き込まれて入つてゆくナトリウムの流れによ
り、ポンプのステータの外部が冷却される。この
ため、浸漬型のナトリウムのポンプの動作環境は
冷却された良好な環境となる。

好適実施例の説明 まず第１図に示す従来のシステムについて説明
する。図示のナトリウム冷却型原子炉Ｒは中間熱
交換器２０を有する。ここで放射性ナトリウムを
含む一次ループ（図示せず）が原子炉Ｒ内に完全
に収容されていることに注意されたい。本発明を
ループ型原子炉システムに適用する場合には、原
子炉Ｒを中間熱交換器に置き換えればよい。本発
明は非放射性の二次ループに関するものであるの
で、このループのみを詳しく説明する。

原子炉Ｒに設けられている中間熱交換器２０か
ら高温のナトリウムが管路２１を通つて蒸気発生
器Ｓへ流れ出る。蒸気発生器Ｓは一般に対向流型
熱交換によりその内部で蒸気（スチーム）を発生
する。給水が管路３０から蒸気発生器に入り、蒸
気が蒸気発生器から管路３２へ流れ出る。熱を放
出して冷たくなつたナトリウムは蒸気発生器Ｓか
ら管路２２を通つてポンプＰへ進む。管路２２お
よびポンプＰは導管２４を経て膨張タンクＥと連
通している。膨張タンクＥは液体ナトリウムを貯
留して、必要なナトリウム・レベルを維持し、ポ
ンプ中に常時ナトリウムがあるようにする。その
後、冷却されたナトリウムは管路２５を通つて原
子炉Ｒの中間熱交換器２０に戻される。

従つて、第１図から、従来のシステムでは３個
の別個のモジユールが使用されていることがわか
る。第１のモジユールは蒸気発生器Ｓであり、第
２のモジユールは膨張タンクＥであり、そして第
３のモジユールはポンプＰである。

そこで本発明によれば、第２図に示すように原
子炉Ｒには同心の導管４０，４２を介して、改良
された中間熱移送システムのモジユールＭが連結
される。給水が入口５０から流入して、出口５２
から飽和または過熱蒸気として流出する。蒸気は
らせん状管束７６中で発生する。らせん状管束７
６はモジユールＭの下側２／３の区域にわたつて
位置する。液体ナトリウムの上側には必要なサー
ジ空間Ｖが存在する。高温のナトリウムが導管４
０からモジユールＭに入つて下向きに流れ、かつ
給水が管束７６中を反対方向の上向きに流れる対
向流型熱交換によつて蒸気が発生される。この
後、ナトリウムはポンプＱによりモジユールＭ内
を上向きに圧送されて同心の導管４２へ流れ、次
いで原子炉Ｒ内の中間熱交換器２０へと進む。

本発明の概略を説明したので、モジユールＭに
ついて第３Ａ図および第３Ｂ図を参照しながら詳
述する。

第３Ａ，３Ｂ図において、モジユールＭは２つ
の同心の直立円筒形容器、すなわち寸法の大きい
方の外側容器６０と寸法の小さい方の内側容器６
２を有する。内側容器６２は外側容器６０と同心
であつて、外側容器の頂部内の上側界面で外側容
器から吊り下げられている。

第３Ｃ図からわかるように、給水は外側容器６
２内に１個または複数個の給水入口プレナム７
１，７４を介して入る。このようなプレナムを４
個設けるのが代表的である。各プレナムは管板７
５で終端し、管板７５には約150本の管が連結さ
れている。これらの管はらせん状管束７６と連通
する。らせん状管束７６は、内側容器６２と外側
容器６０との間に画成される円筒状の〓間空間の
うちの下側２／３の空間７８にわたつて延在す
る。空間７８より上方では、管束は上側１／３の
〓間空間内を垂直方向に上向きに蒸気出口プレナ
ム８１，８２，８３，８４（第３Ｂ図参照）まで
延びる。

以下の説明から明らかになるように、このモジ
ユールＭは対向流型熱交換器を構成する。高温の
ナトリウムは下向きに流れる。蒸気に変換される
給水は上向きに流れる。給水は下側の給水入口プ
レナム７１，７４から入り、上側の蒸気出口プレ
ナム８１，８２，８３，８４から出る。なお給水
入口プレナムは２つしか図示していないが、実際
には４個の給水入口プレナムが設けられる（第３
Ｂ図参照）。

ここでナトリウムの流路を説明すると、第３Ａ
図において、高温のナトリウムは同心導管の外側
導管４０を通つてモジユールＭ内に流入して、分
配バツフル８０に達する。バツフル８０は外側容
器６０の内側に周方向に延在しており、ナトリウ
ムを外側容器６０の側壁に沿つて均一に分配し
て、外側容器６０と内側容器６２との間の〓間空
間へナトリウムを送りこむ。

その後、ナトリウムは外側容器６０と内側容器
６２との間の〓間空間を下向きに流れる。このよ
うに下向きに流れる間に熱をうばわれる。すなわ
ち、らせん状管束７６により、その中を反対向き
に流れる給水に高温のナトリウムから熱が伝達さ
れ、それにより蒸気が発生される。

外側容器６０と内側容器６２との間の〓間空間
を下向きに通過した後、ナトリウムはプレナム９
０へ入る。プレナム９０でナトリウムはその向き
を反転し、内側容器６２の中心を上向きに進む。

内側容器６２の内部で、ナトリウムは電磁ポン
プＱに達する。実際には１個または複数個の電磁
ポンプＱ１，Ｑ２，Ｑ３が使用される。但し、本
願発明では、第５Ａ図に示すように単一の電磁ポ
ンプが使用される。

このようなポンプは公知である。具体的には、
ステータ巻線に変動磁気電流を流して、ポンプの
内部に電磁力を発生することにより、ポンプ内の
ナトリウムを上向きに押し上げる。

ナトリウムは上方へ進み、ポンプの上面より上
方に画成された内側の高圧サージ空間９２に入
る。このサージ空間９２はポンプＱより上方の内
側容器６０内に位置する。このサージ空間のほか
に、内側容器と外側容器との間の〓間空間にもそ
の中の液体ナトリウムの液面より上方にサージ空
間が存在する。

ナトリウムは、ポンプを通過する前に既に冷却
されている。従つて、冷却されたナトリウムがポ
ンプを通過する際に、ナトリウムにうず電流損が
生じるとともに、ポンプの巻線が冷却される。こ
の熱エネルギーはその少なくとも１／３が後続の
蒸気サイクルで回収される。

これでシステムの全体的な構成を説明し終つた
ので、本構成の２つの重要な部分をこれから説明
する。

第４Ａ図を参照すると、外側容器６０に対する
内側容器６２の相対的な伸縮構造を示す。外側容
器６０から、第１の外側の円筒形のシユラウド１
００と第２の同心の内側の円筒形のシユラウド１
０２が垂下している。シユラウド１００および１
０２は、容器の頂部を横切る平面内で円形であつ
てかつ同心である。

シユラウド１００の内側の円筒形の壁１００′
の上部は、相対的な伸縮により同心のシユラウド
１００，１０２間に画成された〓間空間に出入り
する。このような相対的な伸縮の際、ベローズ１
０５が伸び縮みする。ベローズ１０５は、その底
部が内側容器６２の壁１００′に固定され、頂部
が外側容器６０のシユラウド１０２に固定されて
いる。従つて、ここに図示した構成では、本質的
に、高温の外側容器に対して低温の内側容器が相
対的に動くことができ、しかも必要なナトリウム
の分離が行われるとともに、気密封止して不活性
ガスを充満させることのできる効率よい熱バリヤ
ーが得られる。

第４Ｂ図は、ナトリウム流入用の導管４０およ
びそれによつて囲まれた同心のナトリウム流出用
の導管４２が連結されているモジユールＭの部分
を詳しく示す。導管４２は典型的には断熱層１２
０で被覆される。断熱層１２０は、導管４０内を
流れる高温のナトリウムから、導管４２内を流れ
る低温のナトリウムへの熱損失を防ぐ作用をな
す。導管４０内を流れる高温のナトリウムはバツ
フル１２２の中に流れ込む。バツフル１２２は外
側容器６０の内部に周方向に延びていて、高温の
ナトリウムを外側容器６０の側壁に沿つて分配す
る。この後ナトリウムは、外側容器６０と内側容
器６２との間の〓間空間を下向きに流れる。導管
４０と４２との同心配管構造も膨張差を吸収し、
２つの容器間の相対的な動きを許すことがわか
る。さらに、同心配管構造とすれば、外側容器６
０および内側容器６２への出入開口を簡単な構造
にすることができる。

第４Ｂ図には、電磁ポンプの１つを支持するた
めの代表的な構造も図示されている。ポンプには
環状リング１３０に対する位置決め部が設けられ
ており、ポンプ装置自体は内側容器６２の頂部か
ら吊り下げられている。この内側容器６２自体は
外側容器６０の頂部から支持されている。ポンプ
はナトリウムを上向きに矢印１３５の方向へ吐出
する。

内側容器６２の内部のナトリウム液面１４０
は、外側容器６０と内側容器６２との〓間空間内
の液面１４６より高いレベルまで変化する。いず
れの場合も、内側容器６２の場合には不活性ガ
ス・プレナム１４４が、外側容器６０の場合には
不活性ガス・プレナム１４８が設けられているの
で、膨張差を吸収できる。

上述した熱交換器を組合わせたモジユールが、
従来のシステムより大幅に進歩していることが理
解されよう。

第３Ａ図を参照して、従来技術に対する本発明
による図示の実施例の重要な差異を強調してお
く。

これは、蒸気出口プレナム８１，８４内に収容
されている管板がナトリウムの液面１４６よりは
るか上方に維持されていることである。この結
果、蒸気発生器の蒸気出口側の管板が熱衝撃を受
ける機会を避けることができる。

この効果は容易に理解できよう。ナトリウム冷
却型原子炉（第３Ａ図に図示せず）の有効寿命の
間、循環しているナトリウムに熱的過渡状態が生
じることが十分予想される。たとえば、原子炉を
急にオフライン状態とすると、循環しているナト
リウムの温度が急降下することが予想される。

管板は２個所で用いられている。給水入口プレ
ナム７１，７４内に配置されている管板７５（第
３Ａ図および第３Ｃ図参照）の他に、蒸気出口プ
レナム８１−８４内にも（第３Ｃ図と同様な態様
で）別個の管板（図示せず）が配置されている。

このシステムでの熱交換は対向流型交換であ
る。すなわち、加熱されたナトリウムが導管４０
から、内側容器６２と外側容器６０との〓間空間
を下向きに流れ、他方給水は、ナトリウムの流れ
と反対に、給水入口プレナム７１，７４から蒸気
出口プレナム８１−８４へと上向きに流れる。そ
こでナトリウムの加熱された部分は、給水入口プ
レナム７１，７４と蒸気出口プレナム８１−８４
との間に配置された管束の上側部分に出会う。そ
の結果、上側の管板の方が熱衝撃を一層顕著に受
けることになる。

第３Ａ図から明らかなように、蒸気出口プレナ
ム８１−８４内の管板はナトリウムの高いときの
液面よりもはるか上方に位置する。このためプレ
ナム８１−８４内の管板は液体ナトリウムと接触
せず、不活性ガスと接触している。このように、
管板はナトリウムにではなく、不活性ガスにさら
されている。

ナトリウムの熱伝導率は極めて高い。すなわ
ち、ナトリウムは伝熱能力がすぐれており、不活
性ガスと比較して特に大きい。

管板、および管と管板のとの間の繊細な内部連
結部を熱交換器の上方の不活性ガス部分内に保持
することにより、管板の連結部に熱衝撃が加わる
可能性がなくなる。

熱交換器が対向流型熱交換器であるので、給水
入口プレナム７１，７４内の管板付近の温度はか
なり均等化されていることが理解されよう。この
ため、下側の管板がうける熱衝撃の度合は小さく
なる。熱衝撃をなくすために、この管板のナトリ
ウムとの直接接触を避けることは不要である。

その上、第４Ｂ図を参照すると、外側容器６０
に対する内側容器６２の構造から、格別有用な断
熱が達成される。第３Ａ図を参照すると、外側容
器６０と内側容器６２との間の〓間空間により、
ナトリウムの高温側部分が隔離されていることが
わかる。このナトリウムは下向きに流れ、熱交換
器の下側部分で入口６４へ達する。

入口６４から、二次ナトリウム・ループの低温
側部分が始まる。

電磁ポンプＱ１は、米国特許出願第203179号
（1988年６月７日出願）「浸漬型のナトリウム用ポ
ンプ」に詳しく記載されている。これらのポンプ
は、その動作環境として、ナトリウム・ループの
低温側部分内に配置する必要がある。というの
は、ポンプからの抵抗発熱をナトリウム中へ放出
しなければならないからである。この熱を適切に
放散させるためには、ポンプと液体ナトリウムと
の両者間に温度差を保たなければならない。

この温度差は２個所に存在することが重要であ
る。

すなわち、第一に、圧送するためにポンプ内部
を通過するナトリウムに対して温度差が存在しな
ければならない。

第二に、ポンプ外部のナトリウムに対する温度
差が存在しなければならない。この外部とは、ポ
ンプのステータとその外面を含む。

第４Ｂ図から、内側容器６２がデユワー壜型の
構造を含むことがわかる。具体的に説明すると、
第４Ｂ図に示すように、内側容器６２は内壁と外
壁との間に〓間を有する二重壁１００で構成され
る。この構造は下方へ、内側容器６２の下端に形
成される入口まで続いている（第４Ａ図参照）。

このため、ポンプＱ１−Ｑ３が配置されている
低温側のナトリウムは、高温側のナトリウムから
断熱される。

さらに、ポンプＱ１−Ｑ３の懸架がこのユニツ
トの機械的設計とうまく適合していることがわか
る。

具体的に説明すると、内側容器６２は外側容器
６０の頂部に支持されている。同時に、ポンプＱ
１−Ｑ３は内側容器６２の頂部に吊り下げた状態
で支持されている。液体ナトリウムを上向きに圧
送する際にポンプＱ１−Ｑ３に生じる反力はポン
プの懸垂支持に対抗して作用する。

次に第５Ａ図および第５Ｂ図に示す本発明の好
適な実施例について説明する。

本発明のこの実施例の効果は、熱交換器を通過
するナトリウムの流量を分析することでよく理解
できる。

第５Ａ図に示した熱交換器では、総流量が
42000ガロン／分に達する。しかしこの流量を得
るのに30psi程度の比較的低いヘツドが必要なだ
けである。

米国特許出願第203179号（1988年６月７日出
願）に記載された型式の電磁ポンプは、吐出量
10500ガロン／分、ヘツド230psi程度でもつとも
効率よく動作する。このようなポンプをジエツト
ポンプ式に用いると、このポンプのヘツドをより
効率よく利用でき、さらにポンプを一層よく冷却
できるという付随の利点が得られる。

第５Ａ図には、浸漬型のナトリウム用の電磁ポ
ンプQ′が図示されている。この電磁ポンプQ′は
吐出し口２００および吸込み口２０１を有する。

電磁ポンプQ′自体は内側容器６２の頂部から
吊り下げられている。この取付けは、内側容器６
２を構成する二重壁１００のデユワー壜型の構造
に沿つて行われている。

電磁ポンプQ′の吐出流をジエツトとして利用
する。このジエツトはベンチユリ管２１０に進入
する。

ここでは単一のジエツトを示した。ここで図示
した単一のポンプから複数の出力ジエツトを得る
ことも可能である。

ベンチユリ管２１０は電磁ポンプのステータＳ
の外部に対して開口しているのが図からわかる。
その結果、熱交換器の低温側のナトリウムはステ
ータの外側を連続流れとして上昇してゆく。その
後このナトリウムはジエツトポンプのベンチユリ
管２１０中に取り込まれる。そしてナトリウムは
ジエツトポンプのデイフユーザ２２０内を通過
し、排出プレナム２３０から流出する。

電磁ポンプQ′がヘツド230psiのとき10500ガロ
ン／分のナトリウムを圧送すると仮定すると、ジ
エツトポンプおよびデイフユーザを通しての総流
量はヘツド30psiで42000ガロン／分の範囲とな
る。従つてジエツトポンプを通る総流量は、電磁
ポンプQ′を通る総流量の約４倍となる。

本発明のこの実施例では、２つの追加の利点が
得られる。

第一に、内側容器６２の直径を大幅に小さくす
ることができる。第３Ａ図の実施例では、内側容
器の直径が８フイート７インチ程度であつた。３
つの電磁ポンプのうち２つをなくすことにより、
内側容器６２の直径を４フイートに減らすことが
できる。従つて蒸気発生器に必要な寸法が著しく
小さくなる。たとえば、外側容器６０の総直径を
15フイートから12フイートに減らすことができ
る。この結果、モジユール化した熱交換器の寸法
とコストの両方が大幅に減少する。

さらに、電磁ポンプの外側を流れるナトリウム
により、電磁ポンプQ′のステータＳに必要な冷
却が一層適切に行われる。

第３Ａ図を再び参照すると、ポンプを囲んでい
るナトリウムはほとんど静止していることがわか
る。従つて、ポンプＱ１−Ｑ４のステータの外側
は、第５Ａ図に示した単一のポンプQ′ほど効率
よく冷却されない。第５Ａ図に示したように、ス
テータＳの外面に沿つた連続流れにより、第５Ａ
図に示すジエツトポンプが得られる。

ポンプQ′の懸架法は変更してある。具体的に
云うと、ジエツトポンプのデイフユーザ２２０を
支持するための支持体２４０とポンプQ′を支持
するための支持体２５０とを間隔をあけて配置し
て、ポンプを確実に同心状にかつ安定に支持す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気発生器、ポンプおよび膨張
タンクを含むシステムを示す概略図である。第２
図はナトリウム冷却型原子炉と組合せた本発明を
含むシステムを示す概略図である。第３Ａ図は熱
交換器モジユールを一部破断して示す立面図であ
る。第３Ｂ図は第３Ａ図のモジユールの簡略断面
図である。第３Ｃ図は給水入口プレナムの代表的
な構成を示す概略断面図である。第４Ａ図はモジ
ユールの上方部分における同心の内側および外側
容器間のベローズ伸縮継手を示す拡大断面図であ
る。第４Ｂ図は同心の導管およびその外側容器と
内側容器への連結部を示す拡大断面図である。第
５Ａ図は本発明の実施例の熱交換器モジユールを
一部破断して示す立面図である。第５Ｂ図は第５
Ａ図の５Ｂ−５Ｂ線方向に見た、ジエツトポンプ
のデイフユーザの位置でのポンプの断面図であ
る。 Ｒ……ナトリウム冷却型原子炉、Ｍ……中間熱
移送システムのモジユール、Ｑ……電磁ポンプ、
２０……中間熱交換器、４０，４２……同心の導
管、６０……外側容器、６２……内側容器、７
１，７４……給水入口プレナム、７６……らせん
状管束、８１−８４……蒸気出口プレナム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉から熱を非放射性の二次ナトリウム・
   ループへとり出す中間熱交換器を有するナトリウ
   ム冷却型原子炉に用いられる組合せ体において、 同心に配置された２つの直立密閉円筒形の容器
   であつて、そのうちの外側容器の内側面と内側容
   器の外側面との間に環状の〓間空間を画成してい
   る２つの直立密閉円筒形の容器と、 上記〓間空間と連通する上記外側容器の底部に
   設けられた少なくとも１個の給水入口プレナム
   と、 上記〓間空間と連通する上記外側容器の頂部に
   設けられた少なくとも１個の蒸気出口プレナム
   と、 上記給水入口プレナムに流入した給水を蒸気に
   変換して、この蒸気を上記蒸気出口プレナムから
   流出させるために、上記容器の底部の給水入口プ
   レナムと上記容器の頂部の蒸気出口プレナムとに
   連通して設けられた複数の管と、 一端が上記ナトリウム冷却型原子炉に連結され
   て、上記外側容器を貫通して上記〓間空間にその
   頂部で連通する第１導管であつて、上記原子炉か
   ら高温のナトリウムを受けとつて、高温のナトリ
   ウムを当該第１導管から下向きに上記管内の水と
   は反対方向に流れさせて上記管内に蒸気を発生さ
   せる第１導管と、 上記管によつて冷却されたナトリウムが上記内
   側容器に流入できるように、上記外側容器に対し
   て開いた上記内側容器の底部の開口と、 上記内側容器の中心に配置されて、液体ナトリ
   ウムを上記外側容器の底部から上記内側容器の内
   部を上向きに圧送する単一の大きな浸漬型電磁ポ
   ンプと、 入口、ベンチユリおよび拡散出口を有し、上記
   浸漬型電磁ポンプから吐出された液体ナトリウム
   を受けるジエツトポンプであつて、当該ジエツト
   ポンプの入口は上記電磁ポンプのステータの外側
   から流体を引き入れて、冷却されたナトリウムが
   電磁ポンプのステータの外側に沿つて流れて電磁
   ポンプを冷却した後に当該ジエツトポンプに引き
   込まれるようになつているジエツトポンプ、 上記外側容器を貫通して上記内側容器に連通す
   ると共に、上記原子炉に連通するように設けられ
   て、冷却されたナトリウムを上記ポンプの高圧側
   から上記原子炉に送出する第２導管であつて、冷
   却されたナトリウムが上記ポンプから上方へ上記
   内側容器の上方部分へ流れてから当該第２導管を
   経て上記原子炉へ流れるようにした第２導管とを
   含むことを特徴とする組合せ体。 ２ 上記管が上記外側容器と上記内側容器との間
   の上記〓間空間の下側部分内でらせん状コイルに
   巻かれている、特許請求の範囲第１項に記載の組
   合せ体。 ３ 上記第１および第２導管が同心である、特許
   請求の範囲第１項に記載の組合せ体。 ４ 上記内側容器が上記外側容器の頂部から支持
   され、かつ別々の内壁と外壁とを有し、これらの
   内壁と外壁とが相互に間隔をあけて設けられ、こ
   のため上記内側容器の内部のナトリウム低温側部
   分が、上記内側容器と上記外側容器との間の上記
   〓間空間内のナトリウムの高温側部分から断熱さ
   れている、特許請求の範囲第１項に記載の組合せ
   体。