JPS645672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一次冷却系液体金属の純化のため炉
容器内に設置され、ポンプを必要とせず且つフイ
ルタ・エレメントの交換が容易な形式の液体金属
純化装置を具備したタンク型液体金属冷却高速増
殖炉に関するものである。 タンク型液体金属冷却高速増殖炉の一次冷却系
液体金属の純化は、従来、炉容器の外部に引出さ
れた純化ループに取付けられたコールドトラツプ
により行なわれる方式が一般的であつた。しか
し、この方式では一次冷却系液体金属を炉容器外
へ引出さねばならないため、純化ループの配管破
断により放射化された液体金属が漏洩する危険性
があり、また原子炉設備の簡略化および物量削減
の観点からも好ましいものとは言えなかつた。ま
たコールドトラツプは一般に原子炉の寿命期間
（約30年）中に数回は交換する必要があるが、こ
の形式の場合、本体一式を交換せねばならないた
め費用が高くなるし、また本体交換時には配管切
断作業を伴うが、この作業は原子炉停止後、²⁴Na
が減衰してからでないと実施できず、更に作業自
体にもかなりの時間を要するため、燃料交換期間
中にこれを行なうことは不可能である。その上、
この作業では作業員の被曝が高くなることも欠点
であつた。 そこで上記の欠点を克服するため、炉容器の遮
蔽プラグから炉容器内の液体金属中に挿入する形
式のコールドラツプが案出されるに至つた。この
形式ならば純化ループが不要で、タンク型液体金
金属冷却高速増殖炉の一体性の概念を徹底させる
ことができるし、またフイルタ・エレメントのみ
を交換すればよいため、交換の費用は安く、交換
作業はほとんど遠隔操作により短時間で実施でき
るため、作業員の被曝が少なく、燃料交換期間中
に実施することが可能である。 しかしながら、この型式のものは、液体金属を
強制循環させるためにコールドトラツプ内に電磁
ポンプを組込む必要があり、このため前者の型式
（純化ループ内設置型）よりも構造が複雑になる
ばかりでなく、更に、高温のガス雰囲気中で使用
される電磁ポンプの信頼性および耐久性が確立さ
れていない現状では、システム全体の信頼性並び
に耐久性の点で大きな問題が残されている。 本発明は、上記のような従来技術の実情に鑑み
なされたもので、その目的は、タンク内設置型が
具有する様々な利点を充分に生かし、しかも構造
が簡略化され、電磁ポンプを使用せずに液体金属
を循環でき、それらによつて信頼性並びに耐久性
を格段と向上させることができるようなタンク内
設置型コールドトラツプを具備したタンク型液体
金属冷却高速増殖炉を提供することにある。 かかる目的を達成すべく案出された本発明は、
炉容器の内部が中間容器によつて区分された構造
をなし、中間容器内に炉心が、中間容器外に一次
主循環ポンプがそれぞれ位置し、炉容器頂部は遮
蔽プラグで覆われているタンク型液体金属冷却高
速増殖炉において、引抜き可能なフイルタエレメ
ントを内蔵したコールドトラツプを遮蔽プラグか
ら吊設し、このコールドトラツプは中間容器内に
開口する液体金属入口と中間容器外に開口する液
体金属出口とを有し、一次主循環ポンプの吐出圧
によつて生じる中間容器内外の圧力差により液体
金属をコールドトラツプ内に強制循環させるよう
にしたことを特徴とするタンク型液体金属冷却高
速増殖炉である。 以下、図面に基づき本発明について更に詳しく
説明する。第１図及び第２図は、本発明に係るタ
ンク型液体金属冷却高速増殖炉におけるコールド
トラツプの設置状況の一例を示すものである。タ
ンク型液体金属冷却高速増殖炉の炉容器１の内部
は、中間容器２によつて区分された構造をなし、
中心の炉心３は炉心下部構造４によつて支承さ
れ、また炉心３の上方には炉心上部機構５が位置
し、炉容器遮蔽プラグ６で覆われる構成である。
本例は３系統の冷却系をもつもので、炉容器１の
内部には各３基の一次主循環ポンプ７及びコール
ドトラツプ８と、６基の中間熱交換器９とが組込
まれている。なお、符号１０は炉心入口配管を示
す。 第２図から明らかなように、コールドトラツプ
８は、炉容器遮蔽プラグ６から炉容器１内へ吊設
され、中間容器２内（ホツトプレナム１１）に開
口している液体金属入口１２と、中間容器２外
（コールドプレナム１３）に開口している液体金
属出口１４とを備えており、一次主循環ポンプ７
の吐出圧による中間容器２の内外の圧力差を利用
して液体金属を強制循環させるよう構成されてい
る。 第３図は本発明で使用するコールドトラツプの
一実施例を示す説明図、第４図はその組立て説明
図である。特に第４図から判るように、本実施例
のコールドトラツプは、外ケーシング２０と、内
ケーシング２１と、フイルタ・ユニツト２２とか
らなり、この順序で炉容器遮蔽プラグ６から挿入
されることによつて組立てられる。外ケーシング
２０は略円筒状の容器であり、上端に前記炉容器
遮蔽プラグ６に吊設するための外ケーシング・フ
ランジ２３を有する。そして、周側壁にはプレナ
ム仕切スカート２４が突設され、その上方に液体
金属入口１２が、また下方に液体金属出口１４が
それぞれ開口する構造であり、また、内壁下半分
は二重構造をなし、純化された液体金属の流出路
を形成する。なお、この流出路は後述するように
エコマイザとして機能する。内ケーシング２１は
略二重円筒構造をなし、上端には前記外ケーシン
グ・フランジ２３から吊設するための内ケーシン
グ・フランジ２５を有するとともに、内側円筒部
を構成する隔壁２６の内側にはコイル状の冷却配
管２７が取付けられた構造であり、この冷却配管
２７の両端は、内ケーシング・フランジ２５を貫
通して上部へ引出される。フイルタ・ユニツト２
２は、上部のフイルタ・ユニツト・フランジ２８
と下部のステンレス鋼メツシユ等からなるフイル
タ・エレメント２９とを支持棒３０で連結した構
造である。なお、前記内ケーシング・フランジ２
５とフイルタ・ユニツト・フランジ２８の下面に
は生体遮蔽３１が取付けられる。 その他の細かい構成については、以下に述べる
本装置の作用についての説明から明らかになるで
あろう。液体金属の流れは図中に矢印で示されて
いる。すなわち外ケーシング２０の上方の液体金
属入口１２から入つた液体金属（約540℃）は、
内ケーシング２１の外側に沿つて降下し、内ケー
シング下端の穴３５から内ケーシング２１の内側
に入る。そして隔壁２６に沿つて上昇し、次に隔
壁２６の内側を降下してフイルタ・ユニツト２２
に達する。内ケーシング２１の接液部全体および
隔壁２６の下半分の領域には断熱材３６がコーテ
イングされている。一方、前述のように、隔壁２
６の内側には冷却配管２７がコイル状に巻かれて
いて、冷却媒体は炉容器遮蔽プラグ６の上部から
連続的に供給される。この方式によりフイルタ・
ユニツト２２の上部に達した液体金属は約180℃
まで冷却される。冷却媒体としては、通常、15
Kg／cm²程度の液体窒素が用いられるが、これに限
定されるものではない。冷却媒体の条件として
は、冷却性能の観点より液化ガスが好ましく、ま
た配管が破損して万一液体金属中に冷却媒体が漏
洩した場合、液体金属を汚染させない不活性ガス
でなくてはならない。これらのことから液体窒
素、液体アルゴン、液体ヘリウムなどが適する
が、液体窒素が最も安価であるので好ましいと言
える。 さて、フイルタ・ユニツト２２の外側からフイ
ルタ・エレメント２９に入つた液体金属は、さら
に冷却されながら内部に含まれている不純物が捕
獲され、フイルタ・エレメント２９の内側の管内
に出る際には約110℃まで冷却される。 純化された液体金属は下降してベローズ４０、
流量計４１およびノズル４２を通つた後、外ケー
シング２０の内側のエコノマイザ４３を上昇し、
液体金属出口１４よりコールドプレナム１３に入
る。このエコノマイザ４３の内側はホツトプレナ
ム１１から流入したばかりの液体金属（約540℃）
が下降し、外側はコールドプレナム１３の液体金
属（約390℃）が存在する。従つて純化・冷却さ
れた液体金属はこのエコノマイザ４３を上昇しな
がら再加熱されてコールドプレナム１３に出る。 フイルタ・ユニツト２２の温度制御は前述の如
く、液体窒素冷却配管２７により行なわれるが、
液体窒素の供給が何らかの理由により停止した場
合には、フイルタ・ユニツト２２はコールドプレ
ナム１３の温度（約390℃）まで上昇することに
なる。この場合、フイルタ・エレメント２９に捕
獲されている不純物の一部は流動状態となり不純
物沈澱受け皿４４に溜るため、炉内に流出するこ
とはない。むしろ意図的に液体窒素の供給を停止
して、フイルタ・エレメント２９の再生を行なう
ことも可能である。 流量の調節は流量調節スリーブ４５により行わ
れる。これは本体上部のフランジ上から機械的に
その開度を調節することにより所定の流量を設定
する方式である。設計流量は1200MWeクラスの
タンク型液体金属冷却高速増殖炉の場合、一次冷
却系液体金属量を4000m³とすれば、本発明品を３
基使用するとして１基当り１m³／min程度であ
る。 前述のように、本装置はフイルタ・ユニツト２
２、内ケーーシング２１および外ケーシング２０
より成り、メンテナンスの目的に応じて必要部分
を炉外に引抜くことが可能である。すなわち、フ
イルタ・エレメント２９が不純物で閉塞した場合
には、フイルタ・ユニツト２２のみ引抜いて交換
することができる。また、内ケーシング２１を引
抜けばベローズ４０、流量計４１および液体窒素
冷却配管２７の供用期間中検査および補修・交換
が可能である。更に、外ケーシング２０を引抜け
ば流量調節スリーブ４５の点検・修理が可能であ
る。また、前述のように、外ケーシング２０が中
間容器２を貫通する部分にはプレナム仕切りスカ
ート２４が設けられ、その内側に存在するガスに
よりホツトプレナム１１とコールドプレナム１３
が隔離される構造となつている。その故、この方
式では機械的なシールが不要のため、炉容器１に
液体金属が入つた状態での外ケーシング２０の引
抜きおよび再取付けが容易である。また、内ケー
シング２１および外ケーシング２０にはガス連通
穴４６が設けられているため、いずれも引抜き時
の液体の金属のドレンおよび再取付け時の充填が
可能である。 なおベローズ４０は、ノズル４２を外ケーシン
グ２０に密着させるためのものであり、またベロ
ーズ４７は、内ケーシング２１とフイルタ・ユニ
ツト支持棒３０との軸方向の熱膨脹差を吸収し、
かつカバーガスをシールするためのものである。 以上、本発明の好ましい一実施例について詳述
したが、本発明はかかる具体的構成のみに限定さ
れるものでないこと無論であり、特許請求の範囲
に記載した事項の範囲内で種々の変更が可能なこ
とは言うまでもない。 本発明の効果を従来技術（純化ループ内設置
型、およびタンク内設置電磁ポンプ内蔵型）と対
比した結果を第１表に示す。同表において、〇印
は優れていることを、△印は中程度であること
を、また×印は劣つていることをそれぞれ示して
いる。

【表】 この第１表からも判るように、本発明で用いる
コールドトラツプは、基本的にタンク内設置型で
あるが故に、タンク内設置型がもつ種々のすぐれ
た効果、すなわち、純化ループが不要のため原子
炉設備の簡略化および物量の削減を図ることがで
き、純化ループの配管破断による一次冷却系液体
金属の漏洩の危険性がなくなり安全性の向上に寄
与しうること、純化装置の設備建設費および本体
またはフイルタ・エレメントの交換費用を総合的
に評価した場合、最も経済的にしうること、本体
またはフイルタ・エレメントの交換を迅速かつ容
易にし、被曝の低減化および原子炉稼働率の向上
に寄与しうること、といつた効果を奏しうること
は勿論のこと、液体金属を強制循環させるのに電
磁ポンプが不要であり、そのため、装置の構造が
極めて簡単となり、信頼性並びに耐久性を大幅に
向上させることができ、また未開発事項がほとん
どないためすぐに実施が可能であるなど、数々の
すぐれた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタンク型液体金属冷却高
速増殖炉の設置状況を示す上面図、第２図はその
―断面図、第３図は本発明で用いるコールド
トラツプの一実施例を示す説明図、第４図はその
組立説明図である。 １……炉容器、２……中間容器、３……炉心、
６……炉容器遮蔽プラグ、７……一次主循環ポン
プ、８……コールドトラツプ、９……中間熱交換
器、１２……液体金属入口、１４……液体金属出
口、２０……外ケーシング、２１……内ケーシン
グ、２２……フイルタ・ユニツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉容器の内部が中間容器によつて区分された
   構造をなし、該中間容器内に炉心が、該中間容器
   外に一次主循環ポンプがそれぞれ位置し、該炉容
   器の頂部は遮蔽プラグで覆われているタンク型液
   体金属冷却高速増殖炉において、引抜き可能なフ
   イルタエレメントを内蔵したコールドトラツプを
   該遮蔽プラグから吊設し、該コールドトラツプは
   該中間容器内に開口する液体金属入口と該中間容
   器外に開口する液体金属出口とを有し、該一次主
   循環ポンプの吐出圧によつて生じる中間容器内外
   の圧力差により液体金属を該コールドトラツプ内
   に強制循環させるようにしたことを特徴とするタ
   ンク型液体金属冷却高速増殖炉。