JPH077088B2 - 液体金属冷却型原子炉の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は冷却材として液体金属を使用する液体金属冷却
型原子炉の二次系の冷却装置に関する。

（従来の技術） 冷却材としてナトリウムなどの液体金属を使用する高速
増殖炉では原子炉冷却材、すなわち一次冷却材が高いレ
ベルの放射能を帯びるので、一次冷却系は蒸気発生系か
ら隔離される。

一方、タービン発電機を駆動する蒸気を発生するために
液体金属と水との熱交換設備が必要不可欠である。

一次冷却材であるナトリウムなどは、空気や水と激しく
化合し易く、その化学反応熱が大きい。したがって、蒸
気発生器の蒸気側配管が破損した際に水−液体金属反応
の影響が炉心に波及しないようにするため、一次冷却系
と蒸気発生系との間にさらに二次冷却系が設置されてい
る。

従来の液体金属冷却型原子炉における冷却系について第
５図を参照して説明する。

原子炉容器１の中心には、燃料を装荷した炉心２が配置
され、この炉心２を冷却する液体金属、例えばナトリウ
ムなどの冷却材３が装填される。冷却材３は、原子炉容
器１内に装備された一次主循環ポンプ４によって循環さ
れる。この炉心を冷却する冷却材３と、一次主循環ポン
プ４と、一次冷却材と二次冷却材との熱交換を行なう中
間熱交換器５とから一次冷却系が構成されている。

一方、二次冷却系は、中間熱交換器５と、図示しないタ
ービン発電機に供給する蒸気を生成する蒸気発生器６
と、二次冷却材を循環するための竪型有液面機械式二次
主循環ポンプ７とこれらの機器を接続する配管8a,8b,8c
とから構成されている。そして、従来の二次冷却系は、
蒸気発生器６と二次主循環ポンプ７の各機器を原子炉建
屋９を境界として別建屋に配置している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記、従来の二次冷却系の配置構成によれば、二次主循
環ポンプ７と蒸気発生器６が個別に設置され、それらの
機器および配管が原子炉補助建屋の空間の大きな割合を
占め、建物およびドレンタンクなどの付帯設備の規模を
大型化する不経済性があった。

また、蒸気発生器６と二次主循環ポンプ７等を接続する
配管8a,8b,8cの接続部はいずれも固定されたアンカー点
になるため、各機器間を接続する配管は熱膨張を吸収す
るため途中に配管ループを形成したり、蛇行させる必要
があり、そのため配管長が長くなり、配管が占める空間
容積が大きく、付帯設備が大型化する欠点があった。

本発明は上記の問題を解決するために発案されたもので
あり、機器構造および配置を簡素化して配管長を短縮す
るとともに、原子炉建屋および原子炉補助建屋の空間容
積を削減し、プラント建設コストを低減することができ
る液体金属冷却型原子炉の冷却装置を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置は、原子
炉容器内に配設した中間熱交換器と原子炉容器外に配設
した蒸気発生器とを配管接続してなる液体金属冷却型原
子炉の冷却装置において、前記蒸気発生器本体胴の上部
に液体金属入口配管を設け、前記本体胴の下部に開口を
有する液体金属上昇管を本体胴内に軸方向に設け、この
液体金属上昇管の上端に液体金属出口配管を接続し、前
記液体金属上昇管の上部周囲で液体金属液面上の空間部
に電磁ポンプを配設して構成している。

（作用） 本発明の液体金属冷却型原子炉の冷却装置においては、
中間熱交換器によって加熱された液体金属が、液体金属
入口配管を通り、蒸気発生器に供給され、蒸気発生器を
下降しながら給水と熱交換し蒸気を発生せしめる。熱交
換して温度が低下した液体金属は、電磁ポンプの作用に
より液体金属上昇管の下端開口から吸い上げられ、さら
に中間熱交換器に返送される。液体金属上昇管の上部周
囲で液体金属液面上の空間部に配設された電磁ポンプ
は、液体金属出口配管方向に液体金属を移動させる移動
磁界を形成する。

また、蒸気発生器内の液体金属の自由液面上の空間部
は、液体金属の温度変化に伴う二次冷却系内イベントリ
ーの体積膨張ならびに収縮を吸収する働きをする。

また、前記構成によれば、従来設置していた二次主循環
ポンプの代替として電磁ポンプが蒸気発生器に内蔵され
るため、機器配置が簡素化し配管の延べ長さも短縮化さ
れる。そのため、建屋などの付帯設備の小型化につなが
り、プラント建設コストが低減される。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置
の一実施例を示す概略系統図である。図において、炉心
２を収容した原子炉容器１内に一次主循環ポンプ４およ
び中間熱交換器５から成る原子炉の一次冷却系が配設さ
れている。

原子炉の二次冷却系は、中間熱交換器５と、蒸気発生器
６と、この両者の機器を接続するために原子炉建屋壁９
を貫通して配設したホットレグ配管10およびコールドレ
グ配管11から構成される。

蒸気発生器６の本体胴の上部には液体金属入口配管12が
設けられ、一方、上記本体胴の下部に開口を有する液体
金属上昇管13が本体胴の中心軸に沿って配設され、この
液体金属上昇管13の上端に液体金属出口配管14が接続さ
れる。また、液体金属上昇管13の上部周囲で液体金属液
面上の空間部15には電磁ポンプ16が配設されている。

第２図は、原子炉二次冷却系に設けられた蒸気発生器６
の詳細構造を示す縦断面図であり、蒸気発生器６は本体
胴17が本体支持スカート18によって支持され、内部中心
部分には、液体金属上昇管13を配置し、この液体金属上
昇管13の外側に伝熱管シュラウド19を配置し、さらにそ
の外側の環状空間に多数の伝熱管20を配設している。

ところで、本体胴17の上部内側には液体金属の自由液面
21が形成されており、この自由液面21の上部の空間部15
が、液体金属の熱膨張による体積変化を吸収する。

一方、図示しない給水ポンプから送給された給水が流入
する水入口配管22と、水入口ヘッダ23と、水入口分配管
24と水入口水室25とで給水の入口部分が構成される。ま
た、出口蒸気室26と、出口蒸気分流管27と、出口蒸気ヘ
ッダ28と、出口蒸気配管29とで蒸気の出口部分が構成さ
れている。

第３図は第２図における蒸気発生器６の平面図である。
液体金属入口配管12が２系列に分岐されて本体胴上部に
設けられ、一方、液体金属出口配管14が本体頂部中心か
ら導出されている。

第４図は第３図におけるIV−IV線に沿った断面図であ
り、蒸気発生器６の頂部を示す。液体金属上昇管13の上
部の拡径部内周に電磁ポンプ16が設けられ、この電磁ポ
ンプ16は、環状に形成された液体金属流路30の内側と外
側に電磁コイル31を巻回した２ステータコイル方式で構
成しており、外部電源からの電流により磁場を発生さ
せ、液体金属を循環させる。

電磁ポンプ16を内蔵した液体金属上昇管13は、液体金属
出口配管14に接続され、さらに液体金属出口配管14はコ
ールドレグ配管11に接続されている。また、コールドレ
グ配管11には、蒸気発生器６の伝熱管20に万一破損が生
じた場合に、その際発生する過大な圧力波が中間熱交換
器５に直接伝播することを防止するために、第１図に示
すように途中にバッファタンク32が設けられている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

炉心２で発生した熱を冷却する一次冷却材３を一次主循
環ポンプ４によって循環させることにより中間熱交換器
５を介して二次冷却系に熱が伝達される。一方、蒸気発
生器６に内蔵された電磁ポンプ16により二次冷却材の液
体金属が循環され、中間熱交換器５で収熱した高温の液
体金属がホットレグ配管10を通り、液体金属入口配管12
を経て、蒸気発生器６に流入する。

そして、高温の液体金属は伝熱管20の外側を流下しなが
ら給水を蒸気にすべく熱を与え、自らは降温して低温の
液体金属となる。この低温の液体金属は、蒸気発生器６
内の下部において開口して配置された液体金属上昇管13
内を上昇し、さらに電磁ポンプ16にて吐出圧を付与され
た後に、液体金属出口配管14およびコールドレグ配管11
を経て中間熱交換器５に還流される。

一方、水・蒸気側においては、図示しない給水ポンプか
ら送り込まれた給水が、水入口配管22から水入口ヘッダ
23に流入後、水入口分配管24で流量分配された後、複数
に分流されて水入口水室25に至る。この水入口水室25か
ら伝熱管20の内部に分配送入された給水は、伝熱管20内
を上昇しながら液体金属と熱交換されて温度上昇し蒸気
となった後、出口蒸気室26に至る。そして、出口蒸気分
流管27の内部を通過して出口蒸気ヘッダ28で合流した
後、出口蒸気配管29から流出し、図示しない蒸気タービ
ンに送られる。

以上説明したように、本実施例によれば、蒸気発生器内
に電磁ポンプを組み込んで一体化したことにより、従来
の原子炉冷却装置では必要とされた二次冷却系の二次主
循環ポンプを削減することができるため、配管長の大幅
な短縮が可能となる。

また、本実施例では、蒸気発生器上部の自由液面上部に
形成された空間部に電磁ポンプを配設したことにより、
電磁コイルが直接液体金属から受ける温度による影響が
少ない。また、電磁ポンプ内を流れる液体金属は、熱交
換を行なった直後のため低温状態にある。したがって、
電磁ポンプを蒸気発生器下部に設置した場合と比較し
て、設置場所の温度が低下するため、電磁コイルの信頼
性が高くなり、電磁ポンプの寿命を延伸できる利点があ
る。

さらに、本実施例によれば、メンテナンス時には、電磁
ポンプを蒸気発生器頂部から上方に簡単に引き抜くこと
ができる構造のため、電磁ポンプを蒸気発生器下部に配
置した場合と比較して保守管理作業が容易になる。

また、本実施例では、配管長が大幅に短縮化されるた
め、二次冷却系ナトリウムインベントリの削減も可能と
なり、このためドレンタンク等の補助機器の容量を低減
することができる。さらに、従来の二次主循環ポンプの
削減に伴って原子炉建物の部屋数および空間容積を低減
することができ、また配管長の短縮により配管が占めて
いた原子炉補助建物の空間容積を低減することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置において
は、原子炉二次冷却系の冷却装置の削減、すなわち蒸気
発生器に電磁ポンプを内蔵し、従来の機械式の二次主循
環ポンプを削減することが可能となり、それに伴って機
器配置が簡素化し、また配管長の短縮が可能となる。さ
らに、ドレンタンクなどの補助機器の容量の低減化なら
びに原子炉建屋および原子炉補助建物の空間容積の低減
化が実現し、ひいては、原子力発電プラントの建設コス
トの大幅な節減に優れた効用を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置
の一実施例の概略系統図、第２図は第１図における蒸気
発生器の構造を示す半縦断面図、第３図は第２図におけ
る蒸気発生器の平面図、第４図は第３図におけるIV−IV
線に沿った断面図、第５図は従来の液体金属冷却型原子
炉の冷却装置の概略系統図である。 １……原子炉容器、２……炉心、３……冷却材、４……
一次主循環ポンプ、５……中間熱交換器、６……蒸気発
生器、７……二次主循環ポンプ、8a,8b,8c……接続配
管、９……原子炉建屋壁、10……ホットレグ配管、11…
…コールドレグ配管、12……液体金属入口配管、13……
液体金属上昇管、14……液体金属出口配管、15……空間
部、16……電磁ポンプ、17……本体胴、18……本体支持
スカート、19……伝熱管シュラウド、20……伝熱管、21
……自由液面、22……水入口配管、23……水入口ヘッ
ダ、24……水入口分配管、25……水入口水室、26……出
口蒸気室、27……出口蒸気分流管、28……出口蒸気ヘッ
ダ、29……出口蒸気配管、30……液体金属流路、31……
電磁コイル、32……バッファタンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉容器内に配設した中間熱交換器と原
   子炉容器外に配設した蒸気発生器とを配管接続してなる
   液体金属冷却型原子炉の冷却装置において、前記蒸気発
   生器の本体胴の上部に液体金属入口配管を設け、前記本
   体胴の下部に開口を有する液体金属上昇管を本体胴内に
   軸方向に設け、この液体金属上昇管の上端に液体金属出
   口配管を接続し、前記液体金属上昇管の上部周囲で液体
   金属液面上の空間部に電磁ポンプを配設したことを特徴
   とする液体金属冷却型原子炉の冷却装置。