JPH0365877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉カバーガス系のナトリウ
ム除去方法に係わり、特に高速増殖炉の再循環式
カバーガス系に適用するのに好適なナトリウム除
去方法に関する。

〔発明の背景〕

高速増殖炉の再循環式カバーガス系の構成例を
第１図に示す。第１図において、原子炉容器１内
には炉心２で発生する熱を除熱するため、冷却材
ナトリウム３が自由液面を有して満たされてお
り、原子炉運転時には約500℃の高温になる。冷
却材ナトリウム３の自由液面上の空間４にはナト
リウムの酸化防止等の観点から不活性ガスである
アルゴンガスがカバーガスとして封入されてい
る。

原子炉運転中に上記カバーガス中には、冷却材
ナトリウム３の自由液面上からナトリウムのミス
トやベーパが移行するほか、アルゴンが放射化さ
れて生ずる放射性アルゴン（ ⁴¹Ar）や燃料破損
時にはキセノンやクリプトン等の核分裂生成物
（FP）が含まれるため、本系統中にはナトリウム
成分の除去、 ⁴¹Arの減衰及びFPの除去の目的
で、ナトリウム除去装置７及び１４、 ⁴¹Ar減衰
タンク２４及び希ガス除去・回収設備２３が設け
られ圧縮機２２により閉ループ運転される。

従来のナトリウム除去方法を第１図及び第２図
に基づき説明する。第１図において原子炉容器１
内の冷却材ナトリウム３の自由液面上空間４にお
いてナトリウムのミスト及びベーパを含んだアル
ゴンガスは、原子炉容器出口５から約500℃に高
温加熱保持された通路（配管）６により凝縮型除
去装置７に導かれる。入口ノズル８より前記除去
装置７が流入したアルゴンガスは、充填材９内を
通過する際に外部に設けられた冷却装置１０及び
図中に図示されていない加熱装置を組合せて用い
ることにより、約500℃の高温状態からナトリウ
ム凝固点より高い約130℃位まで冷却される。こ
こでアルゴンガス中のナトリウムベーパは前記充
填材９の表面に凝縮することにより除去される。
除去された液状のナトリウムは、充填材部の表面
張力に抗して自重により落下して入口ノズル８か
らドレン勾配を持たせた配管６を経由して原子炉
容器１内に戻される。一方、大部分のナトリウム
ベーパが除去されたアルゴンガスは出口ノズル１
２から流出した後、凝縮型除去装置７の出口温度
とほぼ同程度に予熱保持された通路（配管）１３
を経て凝固型除去装置１４に導かれる。入口ノズ
ル１５より前記除去装置１４に流入したアルゴン
ガスは、充填材１６内を通過する際に外部に設け
られた冷却装置１７及び図中に図示されていない
加熱装置を組合せて用いることにより、約130℃
から更にナトリウム凝固点より低い約50℃位まで
冷却され、ここでアルゴンガス中のナトリウムベ
ーパあるいはナトリウムミストは凝固して微小な
粒子として充填材１６により除去される。除去さ
れたナトリウムの大部分は固体状で充填材１６内
に堆積されることから、本系統運転中に系統の圧
力損失及び圧損変動が増大する要因となる。凝縮
型除去装置７と凝固型除去装置１４においては、
第２図に示すようにアルゴンガスの流れ方向に沿
つて滑らかに冷却することが装置の除去性能上の
観点から重要であり、そのため温度計１１及び１
８により温度分布の制御が行われる。凝縮型除去
装置７と凝固型除去装置１４を接続する通路（配
管）１３はドレン配管２０が設けられており、凝
固型除去装置１４の圧力損失が前述の理由により
増大して系統の連続運転が困難となつた場合には
高温加熱して凝固したナトリウムを溶融ドレン
し、ドレン弁２１を開にすることにより原子炉容
器１に戻されるようになつている。

以上説明した従来のナトリウム除去方法におい
ては、まず凝縮型除去装置７ではナトリウム成分
を蒸気の凝縮過程として除去する考え方であり、
入口部８ではナトリウム成分を完全に蒸気として
供給することが好ましく、そのため入口部温度と
上流側の通路６の温度を例えば約500℃と相当高
温に加熱保持することが必要であつた。第３図に
アルゴンガス中のナトリウム飽和蒸気濃度と温度
との関係を示すが、上記入口部温度は実際には入
口部でのナトリウム濃度に対応した飽和蒸気温度
よりも高く設定する必要があるとされている。ま
た、凝固型除去装置１４ではナトリウムの凝固点
よりも低い温度まで冷却してナトリウムのベーパ
あるいはミストを凝固して微小な粒子として除去
する考え方であり、充填材１６の大半の領域が凝
固点温度以下となるため圧力損失の上昇現象は避
けられないが何らかの理由で入口部１５でのナト
リウム濃度が高くなると早期に圧力損失が上昇し
て閉塞する可能性があり、比較的低圧損で、か
つ、低圧損変動長期連続運転の必要性がある場合
には長期連続運転性において問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、アルゴンガス中のナトリウム
除去方法をナトリウムベーパの凝縮及び凝固過程
を利用する方式からナトリウムミストの捕集及び
凝固過程に変更すると共に、ナトリウム凝固点以
下となる領域をごく一部分にすることにより、低
圧損、かつ、低圧損変動で連続運転される高速増
殖炉の再循環式カバーガス系に適用するのに好適
なナトリウム除去方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の方法は、高速増殖炉の再循環式カバー
ガス系におけるナトリウム除去方法において、前
記高速増殖炉の原子炉容器から出たカバーガス
を、ナトリウムの凝固点以上で且つ前記原子炉容
器内のナトリウム温度よりも低い温度の通路を通
過させることにより、カバーガス中のナトリウム
蒸気成分をミスト化した後、前記カバーガスを流
通方向にたいして全域で充填材の温度としてナト
リウム凝固点以上に温度が保持されるミスト捕集
型除去装置に流通させて接触捕集にて除去し、前
記ミスト捕集還流型除去装置から出てきた前記カ
バーガスを流通方向にたいして充填材の温度とし
てガス出口側の一部分がナトリウム凝固点よりも
低い温度に、前記出口側の一部分より上流の大部
分の領域でナトリウム凝固点よりも高い温度に設
定したミスト捕集局部凝固型除去装置に通して前
記大部分の領域で前記カバーガス中に残存してい
る除去対象ミストを接触捕集し、前記一部分で凝
固させて除去することを特徴とした高速増殖炉カ
バーガス系のナトリウム除去方法であり、この方
法によれば、原子炉容器から出たカバーガスを、
ナトリウムの凝固点以上で且つ前記原子炉容器内
のナトリウム温度よりも低い温度の通路を通過さ
せることにより、カバーガス中のナトリウム蒸気
成分をミスト化させ、そのミストを充填材の温度
としてナトリウム凝固点以上に温度が保持されて
いるミスト捕集型除去装置に通して凝固させるこ
となく接触捕集にて除去し、ここで除去し切れな
かつたミストは引き続いてミスト捕集局部凝固型
除去装置に通し、ここでは充填材の温度としてガ
ス出口側の一部分がナトリウム凝固点よりも低い
温度に、前記出口側の一部分より上流の大部分の
領域でナトリウム凝固点よりも高い温度にされて
いるから、上流の大部分の比較的高温の領域で接
触捕集され、ここでも捕集しきれないミストはさ
らに出口側の一部分の領域でナトリウム凝固点よ
り低い温度にて凝固されて確実に捕集されるに至
る。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例は、以下に述べる知見に沿つて
いる。

従来からカバーガス中のナトリウム除去方法に
関しては、国内及び国外を含めてナトリウムベー
パの凝縮過程にて除去するという考え方が採られ
てきた。本発明の実施例における要点は、上述の
従来からの考え方をナトリウムミストの捕集方式
に根本的に変更すると共に、従来の凝固型除去装
置における温度分布を改善し、ナトリウムの除去
方法もナトリウムミストの捕集を主体として出口
側のごく一部においてのみ凝固させるようにした
ことにある。

まず、ナトリウムベーパの凝縮過程による除去
方式からナトリウムミストの接触捕集による除去
方式への変更については、除去装置の性能上の問
題を除外して考えるとすると上記除去装置の入口
温度を低下させることで実現できる。一方、除去
装置の性能上の観点からは、従来ナトリウムミス
トの除去の方がナトリウムベーパの除去に比較す
ると除去効率が悪くなると考えられていたが、実
際には両者の方式で除去効率の面では大差のない
ことが実験的に得られている。この理由として
は、ナトリウムベーパの凝縮による場合、純粋に
充填材表面への凝縮現象だけであれば除去効率は
ナトリウムミストの除去による場合に比べると良
くなると考えられるが、実際の現象ではナトリウ
ムベーパの凝縮過程においてかなりの量のナトリ
ウムミストが発生しているために実質的にはナト
リウムミストの接触捕集に近い状況にあると考え
られる。

次に、従来の凝固型除去装置の温度分布改善に
ついてであるが、ナトリウム成分を凝固させて除
去する場合には運転中に充填材中に固体状のナト
リウムが捕獲されると堆積するために圧力損失の
上昇そのものは避けることができない現象ではあ
るにしても、従来のように凝固点温度以下の領域
を広くした場合、入口のナトリウム濃度が予期せ
ぬ何らかの理由により増大すると比較的入口部に
近い領域において早期に閉塞する可能性を有して
おり、低圧損かつ低圧損変動で長期連続運転の必
要性がある場合には凝固点以下の温度領域を出口
側のごく一部分になるように温度分布を改善し、
たとえ出口側の低温部に固体状のナトリウムが堆
積したとしても許容された圧力損失に相当する圧
力差で上記堆積ナトリウムが吹き抜けるようにさ
れていれば低圧損かつ低圧損変動状態で長期連続
運転を行うことが可能であることが確認されてお
り、又出口温度を凝固点温度よりも若干低い温度
にしておけば除去性能面でも問題のないことも確
認されている。

以下に、本発明の具体的実施方法を述べる。

第４図に本発明によるナトリウム除去方法の一
実施例の各部温度状態図を示す。本図においては
第２図に示した従来の除去方法と原理的に異なる
ために従来の凝縮型除去装置はミスト捕集型除去
装置に、又凝固型除去装置はミスト捕集局部凝固
型除去装置に名称を変更して区別している。

本発明の実施例を第１図及び第４図にて以下に
説明する。原子炉容器１内の冷却材ナトリウム３
の自由液面上の空間４においてナトリウムのミス
トあるいはベーパを含んだ高温のアルゴンガス
は、原子炉容器出口５を出た後、ナトリウムの凝
固点以上で且つ原子炉容器内のナトリウム温度よ
りも低い温度、例えば約200℃に予熱保持された
通路（配管）６を通過する際に放熱により自然冷
却されてほぼ上記予熱温度まで低下するので、前
記空間４において含まれていたナトリウムのベー
パはミスト化されると共に通路（配管）６内にお
いて重力沈着あるいは衝突現象によつて通路（配
管）の内面に付着除去されるのでナトリウム濃度
は減衰される。しかし前記空間４においては冷却
材ナトリウム３の自由液面の波立ちや液面近傍の
急激な温度勾配等によりナトリウム温度に対応す
る飽和蒸気濃度の数十倍程度にもなると言われて
おり、前述のように通路（配管）６においてナト
リウムミストが減衰された後でも数千ppm程度の
ナトリウムがアルゴンガス中には含まれている。
第２図に示したように約200℃では飽和蒸気濃度
は約0.1ppmオーダであるのでガス中のナトリウ
ム成分はほとんど全てがミスト状態になつている
ことがわかる。前述の通路（空間）６であらかじ
めナトリウムベーパがミスト化された後、ミスト
捕集型除去装置７に導かれ、ここでアルゴンガス
中のナトリウムミストの大部分が充填材９への接
触捕集により除去される。本装置では従来の凝縮
型除去装置と異なり、ガスの流れ方向の温度分布
によつてナトリウムの除去性能が大きく変わるこ
とはなく主に充填材９の仕様及び流動条件によつ
て除去性能が決定されるので充填材９の温度とし
ては全領域にわたりナトリウム凝固点よりも高目
の温度に保持されていればよい。例えば入口温度
を約200℃とし、出口温度を約150℃とすれば、出
入口部での温度差が小さいので冷却装置１０を設
けなくても放熱による自然冷却にて十分に冷却さ
れるので加熱装置のみで上記温度条件を達成する
ことができる。

ミスト捕集型除去装置７でナトリウムミストの
大部分が除去された後、前記装置７の出口温度よ
りも高い温度、例えば約300℃に予熱保持された
通路（配管）を通過させる際にアルゴンガス温度
を上昇してミスト捕集局部凝固型除去装置１４に
導かれ、ここで残存しているナトリウムミストは
充填材１６への接触捕集及び凝固したナトリウム
の微小粒子の捕集により更に除去される。本装置
ではガス入口部を含めた捕集領域の大部分をナト
リウム凝固点以上の温度とし、ガス出口側のごく
一部分に凝固点以下の温度領域を有するようにし
ており、このため入口部１５の温度をナトリウム
凝固点よりも高い温度、例えば300℃とし、充填
材１６の出口温度をナトリウム凝固点よりも若干
低い温度、例えば約80℃〜95℃の範囲になるよう
に冷却装置１７及び加熱装置を用いて上記温度条
件が達成される。ミスト捕集局部凝固型除去装置
１４に導く通路（配管）１３においてあらかじめ
アルゴンガス温度を上昇させるのは、本除去装置
１４で捕集領域の大部分をナトリウム凝固点以上
とするための一実施例を示したものにすぎず、上
記通路（配管）での温度上昇をさせない場合でも
よい。本除去装置では、出口側のごく一部分では
あるがナトリウム凝固点温度よりも若干低い温度
となる領域があるため、運転中に固体状のナトリ
ウムが充填材１６内に堆積して圧損上昇するが、
運転の初期に充填材の出口温度を低目に設定し、
運転の経過と共に徐々に上昇させる方法を採用す
れば比較的低圧損状態で且つ急激な圧損変動を伴
うことなくナトリウム除去を行うことができる。

以上に記述した実施例によれば、ナトリウムミ
ストの接触捕集方式を用いているのでミスト捕集
型除去装置の入口及び上流配管の温度を大巾に低
減でき、この効果として予熱保温設備容量の削減
をはかることができるだけでなく、上記配管にお
けるナトリウムミストの減衰量が増大するのでナ
トリウム除去装置に対するナトリウム負荷の低減
効果も期待できる。更に、ミスト捕集局部凝固装
置では大部分の領域を凝固点温度以上として、出
口側のごく一部分が凝固点以下の温度となるよう
にしているので入口ナトリウム濃度が大きい場合
でも早期閉塞を生ずることなく、低圧損かつ低圧
損変動状態で長期連続運転を行うことができる効
果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ナトリウムミストの接触捕集
方式を用いているのでミスト捕集型除去装置の入
口及び上流配管の温度を低減できると共に、上記
装置の出口からのナトリウムミストを引き続いて
受け入れるミスト捕集局部凝固型除去装置におい
て凝固点以下の温度となる領域が出口側のごく一
部分となるようにしているので入口ナトリウム濃
度が大きい場合でも早期閉塞を回避して低圧損か
つ低圧損状態で長期連続運転ができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高速増殖炉の再循環式カバーガス系
の概略系統図、第２図は、従来のナトリウム除去
方法における各部の温度状態図、第３図は、アル
ゴンガス中のナトリウム飽和蒸気濃度と温度の関
係を示す状態図、第４図は、本発明の一実施例の
ナトリウム除去方法における各部の温度状態図で
ある。 １…原子炉容器、２…炉心、３…冷却材ナトリ
ウム、４…自由液面上の空間、５…原子炉容器出
口、６，１３…通路、２２…圧縮機、２５…原子
炉容器入口、２１…ドレン弁、８，１５…入口ノ
ズル、９，１６…充填材、１０，１７…冷却装
置、１１，１８…温度計、１２，１９…出口ノズ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高速増殖炉の再循環式カバーガス系における
   ナトリウム除去方法において、前記高速増殖炉の
   原子炉容器から出たカバーガスを、ナトリウムの
   凝固点以上で且つ前記原子炉容器内のナトリウム
   温度よりも低い温度の通路を通過させることによ
   り、カバーガス中のナトリウム蒸気成分をミスト
   化した後、前記カバーガスを流通方向にたいして
   全域で充填材の温度としてナトリウム凝固点以上
   に温度が保持されるミスト捕集型除去装置に流通
   させて接触捕集にて除去し、前記ミスト捕集還流
   型除去装置から出てきた前記カバーガスを流通方
   向にたいして充填材の温度としてガス出口側の一
   部分がナトリウム凝固点よりも低い温度に、前記
   出口側の一部分より上流の大部分の領域でナトリ
   ウム凝固点よりも高い温度に設定したミスト捕集
   局部凝固型除去装置に通して前記大部分の領域で
   前記カバーガス中に残存している除去対象ミスト
   を接触捕集し、前記一部分で凝固させて除去する
   ことを特徴とした高速増殖炉カバーガス系のナト
   リウム除去方法。