JPH0666991A - 高速増殖炉用中間熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】補修性の向上とコンパクト化を図る。 【構成】２次冷却材の下降管22内に同心円的に下降案内
管22ａを挿入する。この下降案内管22ａの上端部を上部
フランジ36に、下端部を下部管板19ｂの内側に接続す
る。下降案内管22ａ内にケーブルガイドパイプ34および
電磁ポンプ支持管35を挿入する。このパイプ34および支
持管35の下部に電磁ポンプのステータ部32を取り付け、
このステータ部32は下部管板19ｂに接続された垂下部19
ｄまで吊り下げられる。ステータ部32の外側には外部鉄
心33が配置されている。外部鉄心33は垂下部19ｄ内に位
置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液体金属ナトリ
ウムを冷却材として使用する高速増殖炉用中間熱交換器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】タンク型高速増殖炉を例として、従来の
タンク型高速増殖炉を図２を参照して説明する。原子炉
容器１は安全のため内側の主容器１ａと外側のガードベ
ッセル１ｂの二重構造とされており、円筒状のキャビテ
ィウォール２内に吊り下げ支持されている。この原子炉
容器１の上端はルーフスラブ３により閉塞されている。

【０００３】主容器１ａ内の下部には炉心支持体４を介
してプレナム部５および炉心６が順次積層されている。
この炉心６の上部には炉心上部機構７が吊り下げ支持さ
れている。炉心６の上端部近傍位置において、主容器１
ａ内を上方のホットプール９と下方のコールドプール10
とに区画する隔壁８が隔壁支持体８ｂによって支持され
ている。

【０００４】ルーフスラブ３からは主容器１ａ内の１次
冷却材15を循環させる複数の１次主循環ポンプ11が周方
向に等間隔に吊り下げられている。これらの１次主循環
ポンプ11の外側を包囲するポンプスタンドパイプ12が隔
壁８を上下に貫通して設けられている。各々の１次主循
環ポンプ11の下端からは炉内配管13が導出され、その先
端がプレナム部５に接続されている。

【０００５】ルーフスラブ３からは１次冷却材と２次冷
却材との熱交換を行う複数の中間熱交換器14が周方向に
主容器１ａ内に吊り下げ支持されており、その下端部は
隔壁８を貫通して、コールドプール10内に達している。
このルーフスラブ３の下面と１次冷却材15の液面との空
間には不活性ガスのカバーガス16が充填されている。

【０００６】次に、以上のように構成されたタンク型高
速増殖炉の作用を説明する。まず、液体金属ナトリウム
等の１次冷却材15は炉心６を上方に向かって流れる間に
核反応による熱エネルギーを受けて高温となりホットプ
ール９内へ流入する。そして、この１次冷却材15は中間
熱交換器14へ上部から流入し、液体金属ナトリウム等の
２次冷却材に熱エネルギーを伝達し、自らは温度降下し
てコールドプール10へ流出する。

【０００７】一方、コールドプール10内の１次冷却材15
はポンプスタンドパイプ12内を上昇して１次主循環ポン
プ11により昇圧されて、炉内配管13を通ってプレナム部
５へ戻される。

【０００８】次に、図３により、従来のタンク型高速増
殖炉における中間熱交換器およびその内部に組み込まれ
た崩壊熱除去装置について説明する。中間熱交換器は原
子炉容器１の上部開口を閉ざすルーフスラブ３から主容
器１ａ内に吊り下げ支持されている。中間熱交換器は上
端フランジ17ａによってルーフスラブ３に係合する本体
胴17を有する。

【０００９】主容器１ａ内には１次冷却材15が満たされ
ており、本体胴17の１次冷却材15の液面15ａから下方の
部位には１次入口窓17ｂが設けられている。本体胴17の
軸方向ほぼ中央部には、中心に開口19ｃを有する上部管
板19ａが設けられている。

【００１０】本体胴17の下部には下部管板19ｂが設けら
れている。上部管板19ａおよび下部管板19ｂには伝熱管
束18が取り付けられている。下部管板19ｂ下方には、本
体胴17下端の形状に対応する垂下部19ｄが設けられ、こ
の垂下部19ｄと前記本体胴17下端とはベローズ20によっ
て連結されている。

【００１１】上部管板19ａの開口19ｃには、本体胴17上
端を閉鎖する生体遮蔽23を貫通した本体胴17と同心の上
昇管21の下端が連結され、この上昇管21内には同じく本
体胴17と同心の下降管22が配置されている。なお、下降
管22の下端は下部管板19ｂ上方の空間に解放されてい
る。

【００１２】下降管22は上昇管21のルーフスラブ３上方
に突出した上端を流体密に貫通し、１次冷却材15の流れ
る主配管（図示しない）に接続され、上昇管21も同じく
ルーフスラブ３上方において前記主配管と接続されてい
る。

【００１３】生体遮蔽23には上昇管21の両側に入口管24
および出口管25が貫通され、これらの各管の内端にはそ
れぞれトーラス状の入口リングヘッダ26、出口リングヘ
ッダ27がそれぞれ連結されている。入口リングヘッダ26
と出口リングヘッダ27との間は、１次系主流路設置型炉
心崩壊熱除去装置（Primary Reactor Auxiliary Coolin
g System：以下、ＰＲＡＣＳと呼ぶ）伝熱部28の多数の
伝熱管28ｂで接続されている。

【００１４】ＰＲＡＣＳ伝熱部28は、入口リングヘッダ
26から上部管板19ａの上方位置まで垂下したダウンカマ
28ａと、出口リングヘッダ27と連通される上部連絡管28
ｄと、ヘリカルコイル状に巻回された伝熱管28ｂと、前
記ダウンカマ28ａと前記伝熱管28ｂとを連通させる下部
連絡管28ｃとを有する。なお、図中符号29は２次冷却材
を、30はＰＲＡＣＳ２次冷却材、31はドレン管をそれぞ
れ示している。

【００１５】次に上記構成の従来の中間熱交換器および
ＰＲＡＣＳの作動を説明する。原子炉の通常運転時にお
いては、炉心６で高温に加熱された１次冷却材15は１次
入口窓17ｂから本体胴17内に流入する。

【００１６】この１次冷却材15はＰＲＡＣＳ伝熱管18ｂ
の外側に沿って流れ、上部管板19ａからその下方の伝熱
管束18に流入する。伝熱管束18内を流下しながら伝熱管
束18の外側２次冷却材29と熱交換を行い、低温となって
下部管板19ｂを通過し本体胴17の下端から本体胴17外に
流出する。

【００１７】一方、２次冷却材29は図示しない２次主配
管から下降管22を流下し、伝熱管束18の下端に流入す
る。そして、伝熱管束18内を流れる１次冷却材15と熱交
換を行い、高温となって上昇管21と下降管22との間の断
面環状の空間を上昇して２次主配管に流入する。

【００１８】２次冷却材29はその後図示しない蒸気発生
器に送られ、ここで蒸気発生に関与し低温となって図示
しない２次主循環ポンプにより加圧され、本体胴17に還
流される閉ループを形成している。

【００１９】炉心崩壊熱除去装置は上述した蒸気発生器
への熱輸送が何らかの原因により不可能となった場合に
作動するものである。すなわち、蒸気発生器への熱輸送
が不可能となった場合には、ＰＲＡＣＳ入口管24からＰ
ＲＡＣＳ２次冷却材30が流入し、入口リングヘッダ26で
多数のＰＲＡＣＳ伝熱管28ｂに配分される。

【００２０】分配された２次冷却材30は伝熱管のダウン
カマ28ａを流下して、伝熱管28ｂでその周囲を流れる１
次冷却材15と熱交換を行い高温となって出口リングヘッ
ダ27および出口管25を経由して図示しないＰＲＡＣＳ配
管に流入する。

【００２１】次いで、前記ＰＲＡＣＳ２次冷却材30は図
示しない空気冷却器へ導かれ、ここで空気と熱交換を行
って低温となり、前記ＰＲＡＣＳ配管に設けた電磁ポン
プによって加圧され入口管24に戻ることとなる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上記中間熱交換器が設
置されたタンク型高速増殖炉は、特に問題はないが、物
量が多くその結果として建設コストが大きいという問題
点があった。建設コストの低減を図る場合、特に１次系
の物量低減を図ること、すなわち原子炉容器の寸法を削
減することが有効である。

【００２３】原子炉容器径を削減する場合、原子炉容器
内に設置される機器のコンパクト化、合理化等が有効で
ある。中でも、中間熱交換器および１次主循環ポンプは
その寸法が原子炉容器径に直接影響するため、そのコン
パクト化、合理化が原子炉容器径の削減に有効である。

【００２４】但し、中間熱交換器および１次主循環ポン
プは、単基容量を大型化し、基数を削減した場合、その
径によって原子炉容器径を決定する。逆に単基容量を小
さくして基数を増加した場合、周方向の配置によって原
子炉容器径を決定する。したがって、基数との相関を考
慮しながら機器のコンパクト化、合理化を図る必要があ
る。

【００２５】以上に示した中間熱交換器および１次主循
環ポンプの合理化の手段として、中間熱交換器と１次主
循環ポンプを一体化することが考えられる。一体化を考
えた場合、１次主循環ポンプとしては、従来技術に記し
たような機械式のポンプではなく、冷却材として使用す
る液体金属ナトリウムが電気の良導体であることを利用
した電磁ポンプを用いが方が、配置上の自由度があり、
全体として機器のコンパクト化が可能となる。

【００２６】このような観点から、中間熱交換器と１次
主循環ポンプとしての電磁ポンプを一体化する案として
例えば特開昭60-207087 号公報記載の集積型高速中性子
炉等が知られている。

【００２７】また、中間熱交換器ではないが、同様の崩
壊熱除去系の炉内熱交換器と電磁ポンプを一体化する案
として、例えば特開昭61-167897 号公報記載の炉心崩壊
熱除去用熱交換装置等も知られている。しかしながら、
これらは、中間熱交換器の下端部に直列に電磁ポンプを
設置して、かつ外胴等で中間熱交換器部と電磁ポンプ部
を一体化した構成としている。

【００２８】したがって、電磁ポンプに故障等が生じ、
そのメンテナンスを行う場合には中間熱交換器もあわせ
て原子炉容器から引き抜く必要があった。一般に中間熱
交換器は静的な機器であり、また使用される液体金属ナ
トリウム環境は中間熱交換器の構成部材であるステンレ
ス鋼に悪影響を与えるわけではないため、中間熱交換器
の故障等で引き抜きメンテナンスを行わなければならな
い確率は非常に低い。

【００２９】一方、電磁ポンプは電気品であるため、メ
ンテナンスを必要とする確率は中間熱交換器に比較して
高いものと推定される。また、中間熱交換器は伝熱管束
のため、１次冷却材に接液している面積が大きい。

【００３０】したがって、放射性の腐食生成物等の付着
量も多いため、引き抜き時には十分な遮蔽能力のあるキ
ャスクを必要とし、引き抜き後にも十分な除染を行わな
ければ、メンテナンスのために近接することができない
課題がある。加えて、中間熱交換器には２次冷却材の主
配管、ＰＲＡＣＳの主配管等が接続されるため、引き抜
きに先立って、これらの配管を切断しなければならない
課題がある。

【００３１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、中間熱交換器と電磁ポンプの１次主循環ポン
プを一体化して構成し、それに伴い電磁ポンプを単独で
引き抜くことが容易で、メンテナンス性および補修性の
向上を図ることができる高速増殖炉を提供することにあ
る。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明はタンク型高速増
殖炉の主容器を覆うルーフスラブを貫通して前記主容器
内に吊り下げ支持された長尺円筒状の高速増殖炉用中間
熱交換器において、前記中間熱交換器本体胴の中心部に
位置する２次冷却材の下降管内に下降案内管を挿入し、
この下降案内管の下端部を下部管板に接続し、前記下降
案内管内に長尺の円筒体を介して電磁ポンプのステータ
部を吊り下げてなり、前記電磁ポンプステータ部は前記
中間熱交換器本体胴の下端垂下部に位置し、かつ、前記
ステータ部の周囲には前記中間熱交換器本体胴に接続し
て固定鉄心を設けてなることを特徴とする。

【００３３】

【作用】本発明によると、１次主循環ポンプである電磁
ポンプは中空円筒状に形成した中間熱交換器の下降案内
管の下方に中間熱交換器の本体胴と接続せずに設置され
ている。したがって、万一の電磁ポンプの故障時にも中
間熱交換器全体の引き抜きを行うことなく、電磁ポンプ
のみを引き抜いてメンテナンスを行うことができるた
め、補修性の向上が図れる。また、電磁ポンプを中間熱
交換機に直列に接続しているため、中間熱交換器の１次
側圧力損失制限の緩和が図れる等により、機器のコンパ
クト化も可能となる。

【００３４】

【実施例】本発明に係る高速増殖炉用中間熱交換器の一
実施例について図１により説明する。図１は本発明によ
る電磁ポンプを一体化したタンク型高速増殖炉用中間熱
交換器の断面図である。本発明が従来例の図３と異なる
点は次の通りである。

【００３５】中間熱交換器の中央部に設置される下降管
22は中空円筒状に形成された形状であり、下降管22の内
に同心円的に下降案内管22ａを挿入し、その下降案内管
22ａの下端部と下部管板19ｂの内側とを接続する。

【００３６】下降案内管22ａの上端部には上部フランジ
36を設け、その上部フランジ36に長尺同心円筒状のケー
ブルガイドパイプ34および電磁ポンプ支持管35を取り付
ける。このケーブルガイドパイプ34および電磁ポンプ支
持管35の下部に電磁ポンプのステータ部32を取り付け
る。

【００３７】このステータ部32は中間熱交換器本体胴17
の下端位置まで吊り下げ支持される。中間熱交換器本体
胴17の下部管板19ｂに接続された垂下部19ｄの内側には
外側鉄心33が設置され、ステータ部32と対向して電磁ポ
ンプを構成している。

【００３８】次に上記構成の電磁ポンプを一体化して組
み込んだ中間熱交換器における１次および２次冷却材の
流れについて説明する。

【００３９】炉心（図示せず）で高温になった１次冷却
材は本体胴17の上方に設けられた１次入口窓17ｂから中
間熱交換器本体胴17内に流入する。そして、ＰＲＡＣＳ
伝熱部28を通過して、上部管板19ａから伝熱管束18内に
流入する。

【００４０】伝熱管束18では２次冷却材と熱交換を行
い、低温となって下部管板19ｂから流出し、その後、中
間熱交換器本体胴17の下端部に設置された電磁ポンプに
より加圧されて、炉内配管（図示せず）等を介して炉心
へと送られる。

【００４１】一方、２次冷却材は図示しない２次主配管
から下降管22と下降案内管22ａとにより構成される流路
に導かれ、下部管板19ｂの上部から伝熱管束18へ流入す
る。伝熱管束18では１次冷却材と熱交換を行い、高温と
なって上部管板19ａ内側の開口19ｃ、および下降管22と
上昇管21との間で形成される流路を経て図示しない２次
主配管へ流出する。

【００４２】本実施例によると、１次主循環ポンプであ
る電磁ポンプのうち、故障等の発生が予想される電気部
品であるステータ部を中間熱交換器本体胴に溶接等によ
り接合せず、またルーフスラブ上部から個別に吊り下げ
支持しているため、万一の電磁ポンプの故障時には、中
間熱交換器を引き抜くことなく、電磁ポンプを単独で引
き抜き、メンテナンスが可能となり、機器の補修性が格
段に向上する。

【００４３】なお、電磁ポンプについては機能上磁気回
路を形成するために外部鉄心が必要となり、これを中間
熱交換器の下端部に設置しているが、この外部鉄心は静
的な部材であり、故障等の発生確率は非常に少ないと考
えられる。

【００４４】また、電磁ポンプを直列に中間熱交換器に
接続した場合、従来の機械式ポンプに比較して電磁ポン
プはＮＰＳＨの要求圧力が低く、また従来のタンク型炉
のあった、ポンプスタンドパイプも削除できるため、中
間熱交換器の１次側圧力損失値を大きく設定できるメリ
ットもある。

【００４５】中間熱交換器の１次側圧力損失制限は、中
間熱交換器の機器寸法、特に径方向寸法を決定する最も
大きな因子であり、本構造の採用により、中間熱交換器
の小型化による原子炉容器の小型化も可能となる。

【００４６】上記実施例ではタンク型高速増殖炉の管内
１次方式の中間熱交換器を例として説明したが、中間熱
交換器は１次冷却材の流路を伝熱管外とした設計も可能
である。その場合でも２次冷却材の下降管は中間熱交換
器の中心部に設置する構成とすることが一般的であり、
本発明で示した電磁ポンプとの組み合わせ方法を適用す
ることができる。また、タンク型炉以外のループ型炉の
中間熱交換器にも本発明は適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、１次主循環ポンプとし
て電磁ポンプを使用し中間熱交換器本体胴と一体化した
ことにより、原子炉構造の小型化が図れるのみでなく、
電磁ポンプの引き抜きメンテナンス時に中間熱交換器の
引き抜きを必要としないため、補修性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速増殖炉用中間熱交換器の一実
施例を一部側面で示す縦断面図。

【図２】タンク型高速増殖炉の原子炉構造を示す断面
図。

【図３】従来の高速増殖炉用中間熱交換器を示す縦断面
図。

【符号の説明】

３…ルーフスラブ、15…１次冷却材、17…本体胴、17ａ
…上端フランジ、17ｂ…１次入口窓、18…伝熱管束、19
ａ…上部管板、19ｂ…下部管板、19ｃ…開口、19ｄ…垂
下部、20…ベローズ、21…上昇管、22…下降管、22ａ…
下降案内管、23…生体遮蔽、24…入口管、25…出口管、
26…入口リングヘッダ、27…出口リングヘッダ、28…Ｐ
ＲＡＣＳ伝熱部、28ａ…ＰＲＡＣＳダウンカマ、28ｂ…
ＰＲＡＣＳ伝熱管、28ｃ…下部連絡管、28ｄ…上部連絡
管、29…２次冷却材、30…ＰＲＡＣＳ２次冷却材、31…
ドレン管、32…電磁ポンプのステータ部、33…外側鉄
心、34…ケーブルガイドパイプ、35…電磁ポンプ支持
管、36…上部フランジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンク型高速増殖炉の主容器を覆うルー
   フスラブを貫通して前記主容器内に吊り下げ支持された
   長尺円筒状の高速増殖炉用中間熱交換器において、前記
   中間熱交換器本体胴の中心部に位置する２次冷却材の下
   降管内に下降案内管を挿入し、この下降案内管の下端部
   を下部管板に接続し、前記下降案内管内に長尺の円筒体
   を介して電磁ポンプのステータ部を吊り下げてなり、前
   記電磁ポンプステータ部は前記中間熱交換器本体胴の下
   端垂下部に位置し、かつ、前記ステータ部の周囲には前
   記中間熱交換器本体胴に接続して固定鉄心を設けてなる
   ことを特徴とする高速増殖炉用中間熱交換器。