JPS62191002A - コ−ルドトラツプ - 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、流入液体金属の冷却部と不純物捕獲部との間
に断熱ガス層を設けた構造のコールドトラップの改良に
関するものである。

［従来の技術］ コールドトラップは、液体金属中の不純物をその飽和溶
解度の差を利用して低温部に充填されたメツシュ等で捕
獲する精製ｉ器である。例えば汚れた液体ナトリウムを
冷却していくと溶解している不純物が過飽和状態となり
析出される。

従来のコールドトラップは、例えば第３図あるいは第４
図に示すように、流入液体ナトリウムの冷却部１０と不
純物捕獲部１２との間に断熱ガス１ｉ１４を設け、冷却
部ｌＯと不純物捕獲部１２との間の熱交換を防ぎ、メツ
シュ等の充填された不純物捕獲部１２の温度を一様にし
て不純物捕獲能力が低下するのを防くようになっている
。冷却部１０は、例えば多数の冷却管１６が円周状に配
列されて、その内部を冷却ガスが流通し、外側を液体ナ
トリウムが流下するような構成である。

断熱ガス層１４は、外側および内側に同軸状に配置され
た二重構造の仕切板の内部にアルゴンガスやチッソガス
等の不活性ガスが入れられた構成であり、第３図に示す
ような下部開放型のものと、第４図に示すような密閉型
のものがある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが下部開放型では、不純物が捕獲されていくに従
い不純物捕獲部１２の圧損が上昇すると、コールドトラ
ップの内圧で断熱ガス層１４内の不活性ガスが圧縮され
、断熱ガス層１４内のナトリウム液面１３が上昇してそ
の部分で熱交換を許すため断熱ガスｊｌ１４の機能が著
しく減少する欠点がある。特にメツシュ外析出型コール
ドトラップでは、不純物捕獲部の温度が均一でないと不
純物の局部的捕獲が生じ、不純物捕獲部の圧損が上昇す
るので、この形式不純物捕獲部の圧損上昇−断熱ガス層
の圧縮→冷却部・不純物捕獲部間の熱交換−不純物捕獲
部の温度の不拘−化一不純物の局部的捕獲→不純物捕獲
部の圧損上昇−・・・ という１ｇ循環を招く。つまり不純物捕獲部の圧損が上
昇し始めるとそれが加速される欠点がある。

このような欠点を解消するため、二重壁構造の下端を拡
げて断熱ガス貯留用の膨大部を形成して不純物捕獲部の
圧損が上昇しても断熱ガス層内の液体金属の液面はあま
り上昇しないように工夫した構造もある。

しかし何れにしても下部が開放されている限り断熱ガス
層内の液体金属液位の上昇を完全に抑えることはできず
、冷却部と不純物捕獲部の間でのある程度の熱交換は避
けられない。このことは不純物捕獲部より温度の低い部
分がコールドトラップ内に生じることを意味し、放射性
腐食生成物の発生を抑制するために不純物捕獲部の温度
を１１０℃程度まで下げようとすると、コールドトラッ
プ内にはその温度よりも低い部分が生じることになり、
その部分でナトリウムが凝固する可能性が生じてくる。

つまり下部開放型のコールドトラップの場合には、不純
物捕獲部の温度を１１０℃程度まで下げることができず
、ナトリウム中酸素濃度を１９９１１程度まで低下させ
ることが困難で、放射性腐食生成物の発生を抑制できる
低温運転には適さない。

それに対して第４図に示すような密閉型の場合には、冷
却部と不純物捕獲部との間の熱交換は少なく、不純物捕
獲部の温度はコールドトラップ内の最低温度とほぼ一敗
する。このため不純物捕獲部の温度を１１０℃程度まで
下げても、他の部分でナトリウムが凝固する戚れはない
。

またコールドトラップの内圧に関係なく一定の断熱ガス
層が確保されるので、先に述べたような「不純物捕獲部
の圧損が上昇し始めるとそれが加速される」という下部
開放型にみられるような悪循環が生じることはない。

ところがこの密閉型では断熱ガス層を形成する仕切板の
温度が冷却部側と不純物捕獲部側で異なるため、熱膨張
量の違いから断熱ガス層下部に大きな熱応力が加わる。

従ってそれに対処するため構造設計上詳細な応力解析が
必要となり、製作コストが高くなる欠点がある。

また断熱ガス層下部に過剰な過度的熱応力をかけないた
めにコールドトラップの設定温度降下率に制限が加わり
、運転も難しくなる。その結果、通常運転ではコールド
トラップ総合試験装置純化系の場合、コールドトラップ
入口側にエコノマイザ−があっても系内のナトリウム温
度を３５０℃以上に昇温することができない。

また停電などによつてナトリウムの循環が一時停止した
後の再起動でも、系内のナトリウム温度をコールドトラ
ップ温度近くまで下げ、断熱ガス層に所定値以上の温度
差が生じないようにしてからナトリウムの循環を開始し
なければならなくなる可能性がある。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、熱応力に関する様々な制約を受けず、しかも不純物捕
獲部の圧損が上昇し始めても常に十分な断熱ガス層を確
保できるため不純物捕獲部の温度とコールドトラップ内
の最低温度をほぼ一致させることができ、低温運転にも
十分対応でき、かつ長寿命化を図ることができるような
コールドトラップを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記のような目的を達成することのできる本発明は、流
入液体金属を降温させる冷却部と、該液体金属中の不純
物を捕獲する不純物捕獲部とを具備したコールドトラッ
プにおいて、両者の間に位置する断熱ガス層の構造に工
夫を施したものである。

本発明ではこの断熱ガス店は、三重に配置された仕切板
から構成される。冷却部側に位置する第１の仕切板と不
純物捕獲部側に（立置する第２の仕切板は上部で密閉し
ているが下部は開放している構造をなし、再任切板の間
に設けられた第３の仕切板は断熱ガス層を二分割し、該
第３の仕切板の上部は開放しており下部は前記第１また
は第２の何れか一方の仕切板に接続密閉されている構造
である。

［作用］ 上記のように三重の仕切板を設けると、断熱ガス層が二
分割され、第１の仕切板と第３の仕切板との間および第
３の仕切板と第２の仕切板との間にそれぞれ断熱ガス層
が形成される。不純物が捕獲部されて行くに従い不純物
捕獲部の圧損が上昇すると前記二つの断熱ガス層のうち
下端が開放されている間隙部側に液体金属が侵入し液位
が上昇する。

しかし他方の間隙部側には常に一定の断熱ガスが確保さ
れているため、冷却部と不純物捕獲部との間の熱交換を
防ぎ不純物捕獲部の温度上昇を防止し、コールドトラッ
プの最低温度と不純物捕獲部の温度をほぼ一致させるこ
とができる。

このため上記のような構成としたことによってコールド
トラップの低温運転が可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明に係るコールドトラップの一実施例を示
す説明図である。円筒状の胴体２０の内部は、同軸状に
設けた断熱ガス層で仕切られ、その外側は流入液体ナト
リウムを降温させる冷却部２２、内側は該ナトリウム中
の不純物を捕獲する不純物捕獲部２４となっている。胴
体２０の下部には冷却ガス入口配管２６が接続され、上
部には冷却ガス出口配管２８が接続される。また胴部２
０内の上部と下部にそれぞれ管板３０．３２が取り付け
られて、両管板間を貫通するように多数の冷却管３４が
胴体２０の内壁に沿って円周状に配列されている。

胴体２０の上部と上部管板３０を貫通するようにナトリ
ウム入口配管３６が貫設され、他方ナトリウム出口配管
３８は、ステンレス類のメソシュ等が充填されている不
純物捕獲部２４と連通ずるようにその上部に接続される
。

被精製液体ナトリウムはナトリウム入口配管３６から胴
体２０内に流入し、周辺の冷却部２２を通って流下する
。他方冷却ガスは冷却ガス入口配管２６から胴体２０内
に入り、周辺に多数並設された冷却配管３４を通って上
昇する。

この過程で流下してくる液体ナトリウムとの間で熱交換
が行われ、温められた冷却ガスは更に上昇して冷却ガス
出口配管２８から流出する。

冷却部２２において冷却された液体ナトリウムは、下部
管板３２でその流向が反転されて不純物捕獲部２４を通
り、そこで不純物が析出除去され、精製されたナトリウ
ムはナトリウム出口配管３８を通って流出する。このよ
うなナトリウム精製動作は、基本的には従来のコールド
トラップの場合と同様である。

冷却部２２と不純物捕獲部２４との間での熱交換を防ぐ
のが断熱ガス層である。この断熱ガス層は、不純物捕獲
部２４の上端に位置するデミスタ収納器上部首４０の周
辺から垂設された二重構造の仕切板４２．４４を有する
。外側（冷却部側）に位置する第１の仕切板４２と内側
（不純物捕獲部側）に位置する第２の仕切板４４は、と
もに前記上部蓋４０に接続されて密閉構造となり、下部
は開放された構造である。

この二重に配置された仕切板４２．４４との間にはアル
ゴンガスのような不活性ガスが入れられ、上部は密閉構
造にあるからナトリウムがコールドトラップ内に流入し
てもその不活性ガスは逃げ場がなくそのまま断熱ガス層
として滞留する構成である。

さて本発明が従来技術と顕著に相違する点は、このよう
な第１の仕切板４２と第２の仕切板４４との間に同軸状
に第３の仕切板４６を設けて断熱ガス層を二分割し、該
第３の仕切板４６の上部は開放されているが下部は第２
の仕切板４４の下端に接続し密閉した構造とした点にあ
る。この接続部は気密が保たれ、ナトリウムが下部から
侵入しないように構成される。なお本実施例においては
第２の仕切板４４および第３の仕切板４６は共に下端が
小径となるように窄めて、開放されている第１の仕切板
の下部近傍に大きなガス溜まり４８が形成されるような
形状となっている。

第２図はこのような構造のコールドトラップにおける位
置と冷却部温度および不純物捕獲部温度の関係を示す説
明図である。コールドトラップが新しい時は不純物捕獲
部での圧…が少なく、断熱ガス層内でのナトリウム液面
は低い位置（符号Ｌ１で示す）にある。長期間使用され
不純物捕獲量が増大するに従い不純物捕獲部の圧損が上
昇し、コールドトラップの内圧で断熱ガス層が圧縮され
、それによってナトリウム液位が上昇する（符号Ｌ２で
示す）。第１の仕切板４２と第３の仕切板４６の間の下
部に大きなガス溜まり４８が設けられており、それによ
ってナトリウム液位の上昇をかなり抑えることができる
ものの、それには自ずから限界があり、第２図に示すよ
うに上昇することは避けられない、ところが本発明では
断熱ガス層が二重になっており、外側（冷却部側）の断
熱ガス層内にナトリウムが侵入しても、内側（不純物捕
獲部側）の断熱ガス層にはナトリウムが流入しないから
、常に十分な断熱ガス層を確保することができる。従っ
て冷却部２２と不純物捕獲部２４との間の熱交換は極め
て少なくなり、不純物捕獲部温度とコールドトラップ内
の最低温度がほぼ一敗すると共に、圧損の高低の如何に
かかわらず不純物捕獲部内の温度をほぼ一定に保つこと
ができる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、下部のみが密閉されている第３
の仕切板で断熱ガス層を分割した構造だから、不純物捕
獲部の圧損に無関係に常に十分な断熱ガス層が確保でき
、従って冷却部と不純物捕獲部の間の熱交換が極めて少
なく不純物捕獲部の温度とコールドトラップ内の最低温
度がほぼ一致し低温運転に対応できる効果がある。例え
ば液体ナトリウム精製の場合、不純物捕獲部の温度を１
１０℃程度まで下げても他の部分でナトリウムが凝固す
る戊れがないから、放射性腐食生成物の発生を抑制する
ことを目的とした低温運転を行うことが可能となる。

また上記のように不純物捕獲部の圧損が上昇しても断熱
ガス層の機能が低下することがないか′ら、下部開放型
断熱ガス層をもつメツシュ外析出型コールドトラップの
欠点、即ち不純物捕獲部の圧損が上昇し始めるとそれが
加速されるという欠点を解消でき、コールドトラップの
長寿命化を図ることができる効果もある。

更に本発明における断熱ガス層を形成する仕切板はすべ
て自由端を有しているので、熱応力的制約を受けず、従
って熱応力解析が不要となり製作コストを低減すること
ができるし、コールドトラップの設定温度降下率等に制
限が加わらないため運転し昌くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコールドトラップの一実施例を示
す説明図、第２図はその運転時における冷却部ならびに
不純物捕獲部の温度分布を示す説明図、第３図および第
４図はそれぞれ従来技術を示す説明図である。 ２０・・・胴体、２２・・・冷却部、２４・・・不純物
捕獲部、２６・・・冷却ガス入口配管、２８・・・冷却
ガス出口配管、３４・・・冷却管、３６・・・ナトリウ
ム入口配管、３８・・・すトリウム出口配管、４２・・
・第１の仕切板、４４・・・第２の仕切板、４６・・・
第３の仕切板。 特許出願人　　動力炉・核燃料開発事業団化　　理　　
人　　　　　　　茂　　見　　　　　穣第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、流入液体金属を降温させる冷却部と、該液体金属中
   の不純物を捕獲する不純物捕獲部と、両者の間に位置す
   る断熱ガス層を具備し、該断熱ガス層は、二重に配置さ
   れた第１および第２の仕切板を上部で密閉し下部で開放
   して内部をガスで満たした構造をなしているコールドト
   ラップにおいて、前記第１の仕切板と第２の仕切板との
   間に第３の仕切板を設けて断熱ガス層を二分割し、第３
   の仕切板の上部は開放し、下部は前記第１または第２の
   何れか一方の仕切板に接続密閉したことを特徴とするコ
   ールドトラップ。