JPH022602B2 - - Google Patents

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
ラツプの改良に関するものである。

［従来の技術］ コールドトラツプは、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
メツシユ等で捕獲する精製機器である。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ツプは、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
層１４を設け、冷却部１０と不純物捕獲部１２と
の間の熱交換を防ぎ、メツシユ等の充填された不
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ぐようになつている。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
スやチツ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、コールドトラツ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
許すため断熱ガス層１４の機能が著しく減少する
欠点がある。特にメツシユ外析出型コールドトラ
ツプでは、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、この形式では、 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
の温度の不均一化→不純物の局部的捕獲→不純物
捕獲部の圧損上昇→… という悪循環を招く。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ツ
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、コールドトラツプ
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ツプの場合に
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1ppm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ツプ内
の最低温度とほぼ一致する。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虞れはない。またコールド
トラツ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。従つ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ツ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ツプ総合試験装置純化
系の場合、コールドトラツプ入口側にエコノマイ
ザーがあつ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ツプ
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ツ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
ルドトラツ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ツプにおいて、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層は、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位置する第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、両仕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、コールドトラツ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つて
コールドトラツ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ツプの一実
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となつている。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。また胴体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の内壁に沿つて円周状に配
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、ステンレス製のメツシユ
等が充填されている不純物捕獲部２４と連通する
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３
６から胴体２０内に流入し、周辺の冷却部２２を
通つて流下する。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を通つて上昇する。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を通つて流出す
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ツ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
収納器上部蓋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ツプ内に流入して
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つている。

第２図はこのような構造のコールドトラツプに
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。コールドトラツプが
新しい時は不純物捕獲部での圧損が少なく、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、コールドトラツプの内圧で断熱ガス層が圧縮
され、それによつ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、それによつ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
ガス層が二重になつており、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。従つて冷却部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ツプ内の最低温度
がほぼ一致すると共に、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、従つ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ツ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
110℃程度まで下げても他の部分でナトリウムが
凝固する虞れがないから、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ユ外析出
型コールドトラツプの欠点、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、コールドトラツプの長寿命化を図
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、従つ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
ツプの設定温度降下率等に制限が加わらないため
運転し易くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコールドトラツプの一実
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……ナトリウム出口配
管、４２……第１の仕切板、４４……第２の仕切
板、４６……第３の仕切板。

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ツプにおい
   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ツプ。