JPS63247501A - 液体金属加熱蒸気発生器 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は高速増殖炉（以下ＦＢＲという）等で加熱され
た高温の液体金属を与熱側流体として受熱側の給水を加
熱し、蒸気を発生させる液体金属加熱蒸気発生器に係り
、特に、万一伝熱管が破断した場合に液体金属が外部へ
流出するのを防止する液体金属加熱蒸気発生器に関する
。

（従来の技術） 一般に、ＦＢＲでは一次冷却材として液体金属ナトリウ
ム等の液体金属が使用されている。

また、ＦＢＲは一次冷却材が炉心を通過して強く放射化
される点と、液体金属加熱蒸気発生器の蒸気側配管が破
損した際にも水−ナトリウム反応の影響が炉心に波及す
るのを防止する等の理由から第６図に示すように一次冷
却材２を二次冷却系］Ｉ４介して蒸気系■に接続してい
る。

りなわら、この種のＦＢＲは第６図に示すように偶成さ
れ、−次冷却系■は原子炉容器１内に液体金属ナトリウ
ム等の一次冷却材２および炉心３を収容している。

原子炉容器１は一次冷却配管４を介して中間熱交換器５
の一次側および一次循環ボンブ６を順次、かつループ状
に接続して、−次冷却材を循環させる閉ループを形成し
ている。

二次冷却系■は、中間熱交換器５の一次側と熱交換を行
なう二次側には、二次冷ｌＪＩ配管７を介して液体金属
加熱蒸気発生器８の一次側である本体胴８ａ内側とその
伝熱管９の外側との冷却流路と、二次循環ポンプ１０と
を順次、かつループ状に接続し、二次冷却材１１を循環
させる閉ループを形成している。

蒸気系■は液体金属加熱蒸気発生器８の伝熱管９の蒸気
出口には蒸気管１２を介して蒸気タービン１３の蒸気入
口を連通し、給水ポンプ１４を介装した復水管１５を介
して液体金属加熱蒸気発生器８の伝熱管９の給水入口ノ
ズルを連通している。

したがって、原子炉容器１内の炉心３で加熱されて高温
に昇温した一次冷却材２は中間熱交換器５で二次冷却材
１１を加熱する一方で冷却され、原子炉容器１内に再び
還流される。

一方、中間熱交換器５で加熱された高温の二次冷却材１
１は液体金属加熱蒸気発生器８にて、その伝熱管９に供
給された給水を加熱して蒸気を発生させる一方で冷却さ
れ、再び中間熱交換器５に戻される。

液体金属加熱蒸気発生器８で発生した蒸気は蒸気タービ
ン１３に送られて仕事をし、蒸気タービン１３は発電ｇ
１１６を駆動して発電させる。

蒸気タービン１３で仕事をした蒸気は図示しないタービ
ン復水器で冷却されて、復水に凝縮し、この復水は復水
管１５を通して給水として液体金属加熱蒸気発生器８に
給水される。

そして、近年のＦＢＲには第７図に示すように二次冷Ｗ
系■を削除して系統を簡単化し、建設コスト等の低減を
図ったものがある。

これは上記二次冷却系■を省略すると共に、−次冷却系
■の一次冷却材２を液体金属加熱蒸気発生器８の一次側
である本体胴８ａ内側と伝熱管９の外側とを通液させる
ものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これら従来のＦＢＲの液体金属加熱蒸気
発生器８において、万一、伝熱管９に破断が発生した場
合には、液体金属加熱蒸気発生器８の本体胴８ａ内を通
液する一次冷却材２である金属ナトリウムが伝熱管９内
に流入して水−ナトリウム反応を引き起し、ざらに金属
ナトリウムが伝熱管９内を給水上流側へ逆流し、液体金
属加熱蒸気発生器８より外部へ流出して、水−ナトリウ
ム反応が給水上流側に拡大される恐れがある。

そこで本発明は、万一、伝熱管に破断が生じた場合でも
、液体金属が外部へ流出するのを防止することができ、
安全性の向上を図ることができる液体金属加熱蒸気発生
器を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は液体金属加熱蒸気発生器の伝熱管に万一破断が
生じた場合に、液体金属がその破断伝熱管を通して給水
上流側へ逆流するのを防止する液体金属逆流防止装置を
設けたものであり、次のように構成される。

すなわら本発明は、本体調内に複数本の伝熱管を収容し
、この本体胴内部および伝熱管内部の一方に液体金属を
通液し、その使方に給水を通水させて液体金属により給
水を加熱し、蒸気を発生させる液体金属加熱蒸気発生器
において、上記給水の流路に上記液体金属の逆流を防止
づ゛る液体金属逆流防止装置を設けたことを特徴とする
。

（作用） 万一、液体金属加熱蒸気発生器の伝熱管に破断が生じた
場合、この破断口より液体金属が伝熱管内に流入し、さ
らに、伝熱管を通して給水等上流側へ逆流しようとする
が、この逆流は給水逆流防止装置により阻止される。

したがって、液体金属が液体金属加熱蒸気発生器外へ流
出するのを防止することができ、安全性の向上を図るこ
とができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第５図に基づいて説明
する。

第２図は本発明の一実施例の全体構成を示す縦断面図で
あり、図において、本体胴２０は縦置型の密閉タンクに
構成されており、その上部本体胴２１と下部本体１１２
２とをベローズ継手２３により軸方向変位自在に上下方
向に連結し、本体１Ｎ２０内に収容された多数の伝熱管
２４の熱膨張を吸収するようになっている。

上部本体ｒＩＡ２１の軸方向上部には蒸気出口ノズル２
５を、その中間部には原子炉容器１（第６図および第７
図参照）で加熱された一次冷ＩＪ材である金属ナトリウ
ム（Ｎａ）等の高温の液体金属を導入させる液体金属入
口ノズル２６をそれぞれほぼ横方向に開口している。

一方、下部本体胴２２の軸方向中間部には液体金属出口
ノズル２７を、その底部には給水入口ノズル２８をそれ
ぞれ開口させている。

したがって、液体金属入口ノズル２６より本体胴２０内
に導入された高温の液体金属は図中実線矢印で示すよう
に多数の伝熱管２４の外側を軸方向に沿って下方へ流下
し、液体金属出口ノズル２７より原子炉容器１（第６図
および第７図参照）へ還流される。

下部本体胴２２はその底部に固着された環状のスカー１
〜２９により立設され、その底部内は給水氷室３０に形
成され、給水氷室３０の上端は下部管板３１により水密
に密閉され、この下部管板３１には各伝熱管２４の下端
部が固定されている。

各伝熱管２４の上端部は上部本体１’ＳＪ　２１の上部
の蒸気出口ブレナム３２の下方にて上部管板３３により
支持され、各伝熱管２４の軸方向中間部は上下方向に所
要のピッチをおいて複数の伝熱管支持板３４によりそれ
ぞれ支持されている。

なお、第２図中筒号３５は中間媒体ブレナム、３６は一
次冷却材管板、３７は本体調入ロブレナム、３８は本体
胴出口ブレナムである。

そして、各伝熱管２４は第３図（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）に示すように外管２４△内に、給水を通水させる
内管２４Ｂを収容する多重管構造に構成され、第３図（
Ａ）は内管複数型の伝熱管２４の横断面を示し、これは
外管２４Ａに複数本の内管２４Ｂを収容すると共に、各
内管２４の外側と外管２４Ａの外側との間に中間媒体３
９を充填している。

中間媒体３９は低融点金属であり、しかも、ナトリウム
等の液体金属および水とそれぞれ反応しない不活性物質
であるｐｂ−３ｉ等が選定される。

これは、万一内管２４Ｂから水蒸気等がリークした場合
に、そのリークを中間媒体３９により阻止して水蒸気が
外管２４Ａ外のすｉ・リウムの液体金属に直接噴出して
激しい水−ナトリウム反応が発生するのを防止するため
である。

また、中間媒体３９へ水蒸気がリークされると、図示し
ない水蒸気リーク検出装置によりそのり−クが検出され
、外管２４Ａと内管２４Ｂの破断を検出するようになっ
ている。

第３図（Ｂ）は内管重数型の伝熱管２４の横断面を示し
ており、これは外管２４Ａ内に１本の内管２４Ｂを収容
し、内管２４Ｂの外側と外管２４Δの内側との間に中間
媒体３９を充填している。

第３図（Ｃ）は内情５１１着型の伝熱管２４の横断面を
示し、これは外管２４Ａ内に内管２４Ｂを密着させて嵌
挿しており、中間媒体３９は充填していない。

このような各伝熱管２４の名士、下端部は第４図（Ａ＞
、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように一次冷却材管板３６によ
りそれぞれ支持され、第３図（Ａ）の内管複数型の伝熱
管２４は、その外管２４△の上下各端を一次冷却材管板
３６の内端にそれぞれ当接させる一方、複数本の内管２
４Ｂを一次冷却材管板３６の板厚方向に頁通させて、上
方もしくは下方へそれぞれ延出させ、イの各延出端部を
上部、下部管板３３．３１により支持させ、−次冷却材
管板３６には中間媒体３つを外管２４Ａ内に通液させる
フローボール４０を板厚方向に穿設している。

第３図（Ｂ）の内管単数型の伝熱管２４は第４図（Ｂ）
に示すように外管２４Ａの上下各端を一次冷却材管板３
６の内端にそれぞれ当接させる一方、内管２４Ｂを貫通
させて上方もしくは下方へそれぞれ延出させ、その各延
出端部を上部、下部管板３３．３１により支持させてい
る。

第３図（Ｃ）の内管密着型の伝熱管２４は第４図（Ｃ）
に示すように外管２４Ａの１下各端を一次冷却材管板３
６の内端にそれぞれ当接させる一方、内情２４Ｂを一次
冷却材管３６の板厚方向に貫通させて、上方もしくは下
方へそれぞれ延出させ、その各延出端部を上部、下部管
板３３．３１によりそれぞれ支持させている。

したがって、各伝熱管２４の内管２４Ｂは第２図に示す
ように給水氷室３０内を蒸気出口ブレナム３２に連通さ
せており、各内管２４Ｂ内に給水された給水が図中破線
矢印で示すように上方に昇流し、その間に外管２４Ｂの
外側を流下覆る高温の液体金属に加熱されて沸騰、水蒸
気化して蒸気出口ノズル２５より流出される。

そして、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すように各伝熱管２
４の各内管２４Ｂの下端部内には液体金属逆流防止装置
４１がそれぞれ内嵌固着されている。

液体金属逆流防止装置４１は、下端を開口させた円筒状
の弁ケーシング４２を伝熱管２４の内管２４Ｂの下端部
内に嵌入固着しており、弁ケーシング４２内の弁シーｔ
−４３ａ上にはボール状のボール弁体４３が移動自在に
着座されて弁ボート４４を閉塞している。

弁クーシング４２の上端には第１図（Ｂ）で示すように
ボール弁体４３の球径より小径の給水孔４５ａを複数穿
設した多孔板４５を固着しており、この多孔板４５によ
りボール弁体４３が弁ケーシング４２上方へ流出するの
を阻止している。

したがって、第１図（Ａ）に示すように給水が図中矢印
方向より各伝熱管２４の内管２４Ｂに給水された場合に
は、その給水圧力により液体金属逆流防止装置４１のボ
ール弁体４３が上方へ押し上げられて、弁ボート４４が
開口して給水が弁ケーシング４２内へ流入し、さらに、
給水は給水孔４５ａを通って内管２４Ｂの上方へ昇流す
る。

しかし、給水等が図中破線矢印と逆方向へ逆流した場合
には、その逆流圧力によりボール弁体４３が弁シート４
３ａ上に着座して弁ボート４４を閏じるので、逆流は防
止される。

次に、本実施例の作用を説明する。

第２図に示すように給水ノズル入口２８より給水が本体
ｆＭ２０内へ給水されると、給水は図中破線矢印に示す
ように給水氷室３０を経て、多数の伝熱管２４の各内管
２４Ｂの下端より流入し、ここで第１図（Ａ）、（Ｂ）
で示す液体金属逆流防止装置４１内を昇流して順流し、
ざらに上方へ向けて昇流する。

一方、液体金属入口ノズル２６からはＦＢＲ等の原子炉
容器１（第６図および第７図参照）から−次冷却材の高
温の液体金属（金属す１〜リウム）が図中実線矢印で示
すように本体１１２０内に導入され、さらに多数の伝熱
管２４の各外管２４Ａの外側を下方へ向けて流下し、そ
の際に、高温の液体金属が各外管２４Ａ内の中間媒体３
９を介して、各内管２４Ｂ内を昇流する給水を加熱し、
沸騰させ、水蒸気を発生させる。

この水蒸気は各内管２４Ｂから流出し、蒸気ブレ太ム３
２を経て蒸気出口ノズル２５よりＦＢＲの蒸気系■（第
６図および第７図参照）へ与えられる。

しかし、万一、伝熱管２４の外管２４Ａと内管２４Ｂと
に破断が発生した場合には、内管２４Ｂの破断口より中
間媒体３９（第３図参照）へ水蒸気がリークされ、この
リークが図示しない水蒸気リーク検出装置により検出さ
れる。

これにより、給水と液体金属の液体金属加熱蒸気発生番
への供給が停止され、内管２４Ｂ内の蒸気が蒸気出口ノ
ズル２７よりブローされる。

このために、内１１２４　Ｂ内の圧力が液体金属の流体
圧よりも低下すると、内’９２４　Ｂの破断口から液体
金属がその内部へ流入し、下方へ流下して、さらに、液
体金属が第１図（Ａ）で示す液体金属逆流防止装置４１
の多孔板４５よりその内部へ流下すると、その逆流圧に
より押圧されたボール弁体４３が弁シート４３ａに着座
して弁ボート４４を閉じ、液体金属の逆流を阻止する。

したがって、万一、伝熱管２４の外管２４　Ａと内管２
４Ｂとに破断が発生した場合でも液体金属が液体金属加
熱蒸気発生器より外部へ流出するのを防止することがで
き、水−ナトリウム反応が液体金属加熱蒸気発生器の給
水上流側へ拡大するのを防止することかできるので、安
全性の向上を図ることができる。

第５図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明の他の実施例を
示しており、本実施例は液体金属逆流防止装置５０を下
部本体胴２２の給水氷室３０に設けたことに特徴があり
、これ以外は上記実施例と同様に構成されているので、
その説明は省略する。

液体金属逆流防止装置５０は第５図（Ａ＞に示すように
円板状の液体金属逆流防止板５１を給水氷室３０内に同
軸状に配設しており、第５図（Ｂ）。

（Ｃ’）に示すように液体金属逆流防止板５１に複数穿
設した各弁ボート５２上にはスイング弁体５３を揺動自
在に枢着し、上方へ向けてのみ開放するようになってい
る。

したがって、第５図（Ｂ）に示すように図中破線矢印方
向に給水が昇流する場合には各スイング弁体５３が開放
し、給水を通水させるが図中実線矢印方向に液体金属が
流下する場合には各スイング弁体５３が第５図（Ｃ）に
示１ように各弁ボート５２をｒＩｌ塞する。

したがって、本実施例によっても、万一、伝熱管２４の
外管２４Ａと内情２４Ｂとに破断が生じ、液体金属が内
管２４Ｂ内を逆流しても、上記実施例と同様に液体金属
の逆流を液体金属逆流防止装置５０により防止すること
ができ、液体金属が液体金属加熱蒸気発生器より外部へ
流出するのを防止して、安全性の向上を図ることができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、液体金属が伝熱管内を通
って給水上流側へ逆流するのを防止する液体金属逆流防
止装置を設けたことにある。

したがって、本発明によれば、万一、伝熱管に破断が生
じて、この伝熱管内へ流入した液体金属が給水上流側へ
逆流しようとしても、その逆流が液体金属逆流防止装置
により防止されるので、液体金属加熱蒸気発生器の外部
へ液体金属が流出するのを防止することができ、安全性
の向上を図ることができる。

の一実施例の要部縦断面図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ
）の液体金属逆流防止装置の多孔板の平面図、第２図は
第１図（Ａ）、（８）で示す液体金属逆流防止装置を組
み込む液体金属加熱蒸気発生器の全体構成を示す縦断面
図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）は第２図で示す伝熱管の各種
タイプを示す横断面図、第４図（Ａ）〜（Ｃ）は第３図
（Ａ）〜（Ｃ）で示す各伝熱管が一次冷却材管板により
支持されている状態を各師承す部分拡大図、′５５図（
Ａ）は本発明の他の実施例の一部切欠要部拡大斜視図、
第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）の部分拡大ｔＩｉ１ｇｉ面
図、第５図（Ｃ）は第５図（Ｂ）の平面図、第６図は一
般的なＦＢＲの全体構成を示す系統図、第７図は第６図
で示すＦＢＲにおいて二次冷却系を削除したＦＢＲの系
統図である。

２０・・・本体胴、２４・・・伝熱管、２４Ａ・・・外
管、２４Ｂ・・・内管、２５・・・蒸気出口ノズル、２
６・・・液体金属入口ノズル、２７・・・液体金属出口
ノズル、２８・・・給水ノズル、３０・・・給水氷室、
４１．５０・・・液体金属逆流防止装置、４３・・・ボ
ール弁体、４４．５２・・・弁ボート、５３・・・スイ
ング弁体。

出願人代理人　　　波　多　野　　　久＄　１　回 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ
）　　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）＄　：５　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、本体胴内に複数本の伝熱管を収容し、この本体胴内
   部および伝熱管内部の一方に液体金属を通液し、その他
   方に給水を通水させて液体金属により給水を加熱し、蒸
   気を発生させる液体金属加熱蒸気発生器において、上記
   給水の流路に上記液体金属の逆流を防止する液体金属逆
   流防止装置を設けたことを特徴とする液体金属加熱蒸気
   発生器。 ２、液体金属逆流防止装置は各伝熱管内に装着されて、
   伝熱管内を逆流する液体金属によりボール弁体を弁シー
   トに着座させて弁ボートを閉塞させるように構成された
   特許請求の範囲第１項に記載の液体金属加熱蒸気発生器
   。 ３、液体金属逆流防止装置は給水水室内に配設されて液
   体金属の逆流を防止する液体金属逆流防止板に複数の弁
   ボートを開口させ、これら弁ボートには液体金属の逆流
   により弁ボートを閉じるスイング弁体をそれぞれ開閉自
   在に設けてなる特許請求の範囲１項に記載の液体金属加
   熱蒸気発生器。