JPS6383693A - 原子炉の２次冷却系 - 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、高速増殖炉等の２次冷却に係り、特に１次ナ
トリウムの熱を蒸発発生器に伝えるに好適なヒートパイ
プ型２次冷却系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば高速増殖炉においては安全性、経済性にす
ぐれ、かつ設計の合理化ということからナトリウムを冷
却材に用いる２次冷却系の削除が望まれている。これに
対し、例えば特開昭５１−１２９９６３号に示されてい
るように２次冷却系をヒートパイプに置き換え、１次ナ
トリウムの熱を蒸気発生器に伝えるのに、ナトリウム以
外の熱媒体を用いたヒートパイプ型２次冷却系が考案さ
れている。第７図にその概略図を示す。この装置におい
て、炉容器１内の炉心２で発生した熱で熱せられた１次
ナトリウム３は炉容器１内に新設したヒートパイプの蒸
発部４に熱を伝える。この蒸発部４内部では、密封され
ている熱媒体５が１次ナトリウム３から伝わった熱を受
け、この潜熱をうばうことにより蒸発する。熱媒体５が
蒸発すると蒸発部４内の圧力が上昇し、熱媒体５の蒸気
はヒートパイプ９により蒸気発生器１０内のヒートパイ
プの凝縮部１１へ移動し、ここで蒸気発生器１０内の冷
却水１２に熱をうばわれて凝縮し、液体となる。この凝
縮した熱媒体５は、ヒートパイプ９内を自然落下するか
、あるいはヒートパイプ９を二重管にしたり多孔質のウ
ィック材を内張すするなどの方法になり毛細管現象によ
って蒸発部４に戻る。この方法によると、熱媒体５の移
送にポンプ等の駆動装置を必要とせず設備が軽減される
とともに、ポンプ等の動力電源が喪失された場合でも炉
心で発生した熱を蒸発発生器に移送でき。

かつ炉心を冷却することができるものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、不要な機器を排除し、極力デッドスペー
スを無くすよう内蔵機器の配置を考え、コストダウンの
ためにコンパクト設計が図られている１容器に対し、上
記従来例のように新たにヒをもたらせるなど種々のイン
パクトを炉容器設計に与えるという問題がある。即ち、
従来技術ではこれらの点に対する配慮はなされていなか
った。

本発明の目的は、炉容器形状や内蔵機器の配置等を大き
く変えることなく、ヒートパイプの蒸発部を炉容器内に
設置することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討を行っ
た結果、ヒートパイプの蒸発部は従来炉容器内に設けら
れているディッププレートと置き換えることにより目的
は達せられ、炉容器の形状や内蔵機器の配置を大きく変
えることはないという新たな知見を得た。

本発明は、このような知見によりなされたものであり、
ヒートパイプの蒸発部の構成はディッププレートと同様
薄肉のプレート形状にして内部に一熱媒体を密封したも
のを必要な間隔を開けて層状に重ね、これを連結させて
ヒートパイプの蒸発部としたものである。

〔作用〕

上記本発明によれば、ヒートパイプの蒸発は見掛上第８
図に示す従来の炉容器内に設けられているデツププレー
トと同じ構造となり、炉容器内１次ナトリウムの液面の
変動（上下へのあばれ）を制御し、また各層の温度分析
が均一化される効果も手伝ってこの液面と上部の炉容器
遮蔽蓋との間隙内にナトリウム蒸気を導くような対流を
阻止でき、かつ炉容器遮蔽蓋に対する熱遮蔽効果を持つ
。

さらに、１次ナトリウムから伝えられた熱により熱媒体
が蒸発して蒸気発生器へ移動するので、炉心で発生した
熱を蒸気発生器の水に伝えるという本来の目的であるヒ
ートパイプの役割を確実にはたすことができる。

〔実施例〕

次に本発明にかかるヒートパイプ型２次冷却系の実施例
について説明する。第１図は、本発明になるヒートパイ
プ型２次冷却系を有した原子炉の断面積構成である。炉
容器１の炉心２で発生した熱は１次ナトリウム３に伝え
られ、この１次ナトリウムによりヒートパイプの蒸発部
４に熱が伝わる。蒸発部４は、中空のプレート形状にし
て内部に熱媒体５を密封したものを必要な間隔を開けて
層状に重ね、これを連続させてヒートパイプの蒸発部と
したものであり、炉容器遮蔽蓋６に支持具７によって止
められて炉容器１内に吊り下げられている。この蒸発部
４は、１次ナトリウム３の液面の変動（液面の上下への
あばれ）を制御し、蒸発部４の各層がヒートパイプの原
理化に従って温度分布が均一化される効果も手伝って１
次す１−リウム３の液体と炉容器遮蔽蓋６との間隙にナ
トリラム蒸発を導くような対流を阻止し、かつ釘止部遮
蔽蓋６に対する熱遮蔽の効果を持つ積層板としての役目
を持っている６即ち、第８図に示す従来炉のディッププ
レート１７の役目も兼ね備えた構造となっている。さて
、蒸発部４内部に密封されている熱媒体５は１次ナトリ
ウム３から伝わった熱を受け、この潜熱をうばうことに
より蒸発する。

熱媒体５が蒸発すると、蒸発部４内の圧力が上昇し、熱
媒体５の蒸気は原子炉の出力制御を行う制御棒や制御棒
駆動機構等を内蔵する炉心上部機構８の外周壁にそって
この炉心上部機構８の熱をもうばい、これを冷却しなか
らヒートパイプ９により蒸発発生器１ｏ内のヒートパイ
プの凝縮部１１へ移動する。ここで、蒸気発生器１ｏ内
の冷却水１２に熱媒体５の蒸気は熱をうばわれ、凝縮し
て液体となる。この凝縮部１１は、蒸発部４と同様必要
な間隔を開けて層状としたものである。凝縮液は、ヒー
トパイプ９内を自然落下するか、又はヒートパイプ９内
に多孔質のウィック材を内張リリするか、あるいは第２
図に示すようにヒートパイプ９内側に内管１３を設ける
ことにより毛細管現象によって蒸発部４に戻る。この戻
ってきた熱媒体５の凝縮液を蒸発部４の各層に効率よく
、また確実に分配させる方法の一つとして第３図に示す
ように蒸発部４の各層から炉心部機構８側につき出た凝
縮液を受けるつば１４を設けることが考えられる。即ち
、ヒートパイプ９内面に内張すされたウィック材、ある
いは第２図に一例として示した内管１３を設けてヒート
パイプ９内壁面を毛、ａ管現象で戻ってきた熱媒体５の
凝縮液体このつば１４で受け、蒸発部４各層内へ戻すも
のである。

即ち、本発明によれば、従来炉のディッププレートをこ
の機能を持った機造のヒートパイプの蒸発部に置き換え
て構成することにより、従来技術のように蒸発器を炉容
器内に新設するために炉容器の形状を大きくしたり、炉
容器内の機器の配置を変えたりすることなくヒートパイ
プ型２次冷却系が導入できることになる。なお１本発明
になるヒートパイプ型２次冷却系で用いる熱媒体５には
、その作動温度から考え水銀等の低融点金属を用いるこ
とがよい。

次に、ヒートパイプの凝縮部１１及び蒸発部４の構造に
関する他の実施例を説明する。第４図は第２図に示した
凝縮部１１の構造に関する他の実施例を示したもので、
凝縮部１１の断面のみを示しである。

これは、凝縮部１１の内管１３において１Ｍ縮部１１の
各層の空間部に対する位置に熱媒体５の蒸気が放出でき
る開放孔１５を設けたものである。

これによって、蒸発部４から移動してきた熱媒体５の蒸
気は効率よく、また早く凝縮部１１の各層内に送り込め
るのである。なお、図示しないが、凝縮部１１内におけ
る内管１３部分を多孔質の例えばメツシュ、あるいは焼
結金属等にて構成されることによりこの効果は同じく得
られるものである。一方、第５図は第３図に示した蒸発
部４の構造に関する他の実施例を示す部分断面図である
。

この実施例では、第３図で示した凝縮液を受けるつぼ１
４の炉心上部機構８側に第５図に示すように多孔質のウ
ィック材１６を設けたものである。

第３図で示した構造では、熱媒体５の凝縮液はまず蒸発
部４の最上段に位置する層のつば１４に受は止められ、
この最上段層を満たした後に、これをオーバーフローし
た凝縮液が次の下部に位置するつば１４に受は止められ
ることになる。しかるにこのためには、各層のつば１４
は下段に行くに従って順次その出っ張りを上段のつば１
４より大きくする必要があり、これにつれて逆に熱媒体
５の蒸気が上昇する通路が狭くなる恐れがある。また、
これを避けるために上下のつば１４の出つ張−りの寸法
差を小さくすると、最上段のつば１４のオーバーフロー
した凝縮液は次の下部に位置するつば１４に少量しか受
は止められずに落下し、最悪の場合には最下端層へ大部
分のオーバークロー液が落下してしまい途中の層には熱
媒体５が戻ってこない状態が生じる恐れがある。そこで
、第５図に示す実施例のようにウィック材１６を設ける
ことにより最上段のつば１４をオーバーフローした凝縮
液はこのウィック材１６内を毛細場現象により伝わり、
ちょうど次の下部に位置するつば１４の受流部上におい
て下へ落下されることができる。これによって凝縮部１
１で凝縮して液化した熱媒体５は蒸発部４の各層に分配
されて戻るのである。

蒸発部の内部構造に関し、さらに他の実施例を第６図に
示す。これは、第５図で示した熱媒体５の蒸気の凝縮液
を受けるつば１４に設けた多孔質のウィック材１６を、
第６図に示すようにつば１４全体をライチク材１６で包
む込むようにしたものである。これは、第５図で示した
実施例では、最上段に位置するつば１４で受は止められ
た凝縮液はこのつば１４で仕切られた蒸発部４の最上段
層を満たすまで下部に位置するつば１４に向ってオーバ
ーフローしないため、蒸発部４の最下端層にまで凝縮液
が戻るのには時間遅くれが生じる。

このことは、最悪の場合、最も蒸発量が多いと考えられ
る最下端層では熱媒体５がなくなり、空だき状態となる
恐れがある。そこで、第６図に示すようにつば１４全体
をウィック材１６で包む込みことにより、例えば最上段
層では凝縮液が戻ってくるとこの層が凝縮液で満たされ
たなくともウィック材がｗｅ縮液でぬれ、これの毛細管
現象によって凝縮液は第５図で示したと同様下部に位置
するつば１４に向って常に液を送り出して行くことがで
きる。このことにより、凝縮液が蒸発部４の最上段層に
戻ると短時間に確実に下部層に凝縮液が送られることに
なり、蒸気部４の一部の層内が熱媒体５のなくなった空
だき状態となることが防止できる。

゛以上は、本発明を原子炉のヒートパイプ型２次１、Ｑ
部系に適用した場合について説明したが、ヒートパイプ
を応用する太陽熱発電や電池、化学プラント等の分野に
おけるヒートパイプ型２次冷却系として適用できること
は勿論である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来のディッププレートをヒートパイ
プの蒸発部の構造とすることにより、炉容器内に新たな
設備機器を導入することがないので炉容器形状の大型化
及び内蔵機器の配置変更の必要はない。また、１次ナト
リウムの熱を蒸気発生器へ伝えるのに熱媒体の蒸気、圧
力上昇による熱媒体蒸気の移動という自発力によって行
え、かつ蒸気発生器の冷却水に熱をうばわれ凝縮した熱
媒体は液化後自然落下、あるいは毛細管現象により自然
に蒸発部へ戻ることができるので、熱媒体の移動のため
にポンプ等の稼動装置などに付Ｒ設備を設ける必要がな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるヒートパイプ型２次冷却系の
一実施例の断面構成図、第２図は第１図のヒートパイプ
の凝縮部及び第３図はヒートパイプの蒸発部のそれぞれ
の内部構造を示す断面図、第４図は第２図のヒートパイ
プ凝縮部に係わる内部構造の本発明の他の実施例の部分
断面図、第５図及び第６図は第３図のヒートパイプの蒸
発部内部構造の本発明による他の実施例の部分断面図を
それぞれ示してあり、第７図は従来のヒートパイプ型２
次冷却系の断面構成図、第８図は従来のディププレート
の設置状態を示す断面図である。 １・・・炉容器、２・・・炉心、３・・・１次ナトリウ
ム、４・・・ヒートパイプの蒸発部、５・・・熱媒体、
９・・・ヒートパイプ、１ｏ・・・蒸気発生器、１１・
・・ヒートパイプの凝縮部、１２・・・冷却水、１３・
・・内管、１４・・・熱媒体蒸気の凝縮液を受けるつば
、１５・・・多孔質ウィック材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱媒体の蒸発部を原子炉容器内に、凝縮部を原子炉
   容器外の蒸気発生器内の設けてこれを直接結び、この間
   の熱媒体の移動により熱を伝えるヒートパイプを備えた
   原子炉において、熱媒体の蒸発部を単層あるいは一定間
   隔を有した複数層のプレート形状のディッププレート構
   造とすることを特徴とする原子炉の２次冷却系。 ２、特許請求の範囲の第１項において、熱媒体の移動す
   るヒートパイプを炉心上部機構外周壁に接触してあわせ
   ながら原子炉容器外に出るヒートパイプ経路を備えたこ
   とを特徴とする原子炉の２次冷却系。 ３、特許請求の範囲の第１項において、熱媒体の凝縮部
   内及びヒートパイプ内を二重管構造あるいは多孔管構造
   あるいは多孔質のウイツク材内張り構造とすることを特
   徴とする原子炉の２次冷却系。 ４、特許請求範囲の第１項において、熱媒体の蒸発部の
   プレート形状の層内に凝縮を受けるつばあるいは多孔質
   のウイツク材を複合させたつばを設けることを特徴とす
   る原子炉の２次冷却系。 ５、特許請求の範囲の第１項において、熱媒体として低
   融点合金を用いることを特徴とする原子炉の２次冷却系
   。