JPS63193092A - 液体金属冷却型原子炉の冷却装置 - 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） 本発明は冷却材として液体金属を使用する液体金属冷却
型原子炉の冷却装置に係り、特に原子炉の二次系の改良
に関する。

（従来の技術） 冷却材としてナトリウムなどの液体金属を使用する高速
増殖炉では原子炉冷Ｗ材、すなわら−次冷却材が高いレ
ベルの放射能を帯びるので、−次冷却系は蒸気発生系か
ら隔離される。

一方、タービン発電機を駆動する蒸気を発生するために
液体金属と水との熱交換設備が必要不可欠である。

一次冷却材であるナトリウムなどは、空気や水と激しく
化合し易く、その化学反応熱が大きい。

したがって、蒸気発生器の蒸気側配管が破損した際に水
−液体金属反応の影響が炉心に波及しないようにするた
め、−次冷却系と蒸気発生系との間にざらに二次冷却系
が設置されている。

従来の液体金属冷却型原子炉における冷却系につりで第
５図を参照して現用する。

原子炉容器１の中心には、燃料集合体を装荷した炉心２
が配置され、この炉心２を冷却する液体金属、例えばナ
トリウムなどの冷ｕ１材３が装填される。冷却材３は、
原子炉容器１内に装備された一次主循環ボンブ４によっ
て循環される。この炉心を冷却する一次冷却祠３と、−
法主循環ボンブ４と、−次冷却材を二次冷ｔｒｒ材と熱
交換させる中間熱交［ｉ５とから一次冷却系が構成され
る。

一方、二次冷ｕｊ系は、中間熱交換器５と、図示しない
タービン発Ｔｉ機に供給する蒸＝気を生成する蒸気発生
器６と、二次冷却材を循環するための竪型右液面機械式
二次主循環ポンプ７とこれらの機器を接続する第１から
第３の配管８ａ、８ｂ、８Ｃとから構成されている。

従来の二次冷却系は、蒸気発生器６と二次主循環ポンプ
７の各機器を原子炉建屋９を境界として別ｌｕ１Ｍに配
置している。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の二次冷却系の配置構成によれば、二次主循環ポン
プ７と蒸気発生器６が個別に設置され、それらの機器お
よび配管が原子炉補助建屋の空間の大きな割合を占め、
建物およびドレンタンクなどの付帯設備の規模を大型化
する不経済性があった。

また、蒸気発生器６と二次主循環ポンプ７等を接続する
配管８ａ、８ｂ、８ｃの接続部はいずれも固定されたア
ンカ一点になるため、各様鼎間を接続する配管は熱膨張
を吸収する。したがって、その途中に配管ループを形成
したり、蛇行さじる必要があり、そのため配管長が長く
なり、配管が占める空間容積が大きく、付帯設備が大型
化づ−る欠点があった。さらに、自由液面はプラントの
出力に従って上下し、二次冷却系の熱膨張吸収するため
の空間を比較的大きく取る必要があった。

例えば、１００万ＫＷクラスの原子力発電所の場合、二
次冷却系の熱膨張分は約２５Ｍ１程度あり、蒸気発生器
内の自由液面の上下は約２ｍ以上もあり、そのための空
間を保有する必要があった。

本発明は前記欠点を解消する目的でなされたもので、蒸
気発生器の構造および配置の簡素化を図るため、蒸気発
生器内の自由液面を常時一定に保持できる液体金属冷却
型原子炉の冷却装置を提供するものである。

（発明の構成） （問題点を解決するための手段） 本発明は、原子炉容器内に配設した中間熱交換器と原子
炉容器外に配設した蒸気発生器とを配管接続してなる液
体金属冷却型原子炉の冷却装置にａ３いて、前記蒸気発
生器の本体胴の上部に液体金属入口配管を設け、前記本
体胴の下部に開口を有する液体金属上昇管を本体胴内に
軸方向に設け、この液体金属上昇管の上端に液体台底出
口配管を接続し、前記液体金属上昇管の上部周囲で液体
金属液面上の空間部に電磁ポンプを配設し、また蒸気発
生器本体胴内上部にオーバフローノズルを設け、前記オ
ーバフローノズルはオーバフロータンクにオーバフロー
配管で連通され、前記オーバフロータンクは、原子炉容
器と蒸気発生器とを連結する汲上げ配管に接続され、前
記汲上げ配管の途中には前記オーバフロータンクから液
体金属を移送するための電磁ポンプを設置してなること
を特徴とする液体金属冷却型原子炉の冷却装置である。

（作用） 本発明の液体金属冷却型原子炉の冷却装置において、中
間熱交換器によって加熱された液体金属は液体金属入口
配管を通り、蒸気発生器に供給され、蒸気発生器を下降
しながら給水と熱交換し蒸気を発生させる。熱交換して
温度が低下した液体金属は、電磁ポンプの作用により液
体金属上昇管の下端開口から吸い上げられ、さらに中間
熱交換器に返送される。液体金属上昇管の上部周囲で液
体金属液面上の空間部に配設された電磁ポンプは、液体
金属出口配管方向に液体金属を移動させる移動磁界を形
成する。

二次系内の液体金属はプラントの出力上昇に合せて温度
が上昇し、その体積膨張分は、蒸気発生器のオーバフロ
ーノズルよりオーバフロータンクに流入することで二次
冷却系内インベントリ−の体ｇｉｌｌ脹を吸収する。

また、前記構成によれば、従来設置していた二次主循環
ポンプの代替として電磁ポンプが蒸気発生器に内蔵され
るため、機器配置が簡素化し配管の延べ長さも短縮化さ
れる。

（実施例〉 次に、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る液体金属冷７Ｊ］を原子炉の冷却
ｇｉ置の一実施例を示す系統図である。図において、符
号１０は液体金属冷却型原子炉の原子炉容器を示し、こ
の原子炉容器１０丙に炉心１１が配設される。炉心１１
は原子炉−次冷却系１２の一次冷却材１３により冷却せ
しめられる。原子炉−次冷却系１２は原子炉容器１０内
に配設された一次主循環ボン°プ１４および中間熱交換
器１５を備え、上記−法主循環ボンプ１４により原子炉
容器１０内で一次冷却材１３を循環さ゛けるようになっ
ている。

原子炉−次冷却系１２の一次冷却材１３は中間熱交換器
１５で原子炉二次冷却系１７の二次冷却材１８と熱交換
される。この二次冷却系１７は原子炉−次冷却系１２と
蒸気発生系１９との間に配設される。原子炉二次冷却系
１７は前記中間熱交換器１５と、原子炉容器１０外に配
設された蒸気発生器２０と、上記中間熱交換器１５およ
び蒸気発生器２０とを接続するために原子炉ｌＪ！屋壁
２１を口過して配設したホットレグ配管２２およびコー
ルドレグ配管２３とから構成される。

蒸気発生器２０の本体胴２５の上部には液体全届出人口
配管２６．２７が設けられる。一方、上記本体１Ｎ２５
内には下部に開口を有する液体金属上昇管２８が本体１
１２５の中心軸に沿って配設され、この液体金属上昇管
２８の上端に液体金属出口配管２６が接続される。また
、液体金属上昇管２８の上部には電磁ポンプ２９が配設
されている。

また、蒸気発生器２０の上部にはオーバフローノズル３
０が設けられ、このオーバフローノズル３０はオーバフ
ロータンク３１にオーバフロー配管３２で連結されてい
る。

さらに、オーバフロータンク３１とホットレグ配管２２
とは、汲上げ配管３３で連結され、その汲上げ配管３３
の途中には、汲上げ用電磁ポンプ３４が設けられている
。

ところで、蒸気発生器２０は第２図に示す縦断面構造を
有し、前記本体胴２５は本体支持スカート３５によって
支持されており、本体胴２５内の中心部分に配置された
液体金属上Ｗ管２８の外側に伝熱管シュラウド３６を配
置し、さらにその外側の環状空間（熱交換室３７）に多
数の伝熱管３８を配設している。

ところで、本体ＪＩ２０の上部内側には液体金属の自由
液面ＦＬが形成されており、この自由液面ＦＬの上部の
空間部３９が、液体金属の熱膨張による体積変化を吸収
するため前述したオーバフローノズルが設けられており
、二次冷却系の液位を維持する機能を有する。

一方、第１図の給水ポンプ４０から送給された給水が流
入する水入口配管４１と、水入口ヘッダ４２と、水入口
分配管４３と水入口水室４４とで給水の入口部分が構成
される。また、蒸気の出口部分は出口蒸気室４５と、出
口蒸気分流管４６と、出口蒸気ヘッダ４７と、出口蒸気
配管４８とで構成される。

第３図は第２図における蒸気発生器２０の平面図である
。液体金属入口配管２７が２系列に分岐されて本体層上
部に設けられ、一方、液体金属出口配管２６が本体頂部
中心から導出されている。

第４図は第３図におけるＩＶ　−ＩＶ線に沿った断面図
であり、蒸気発生器２０の頂部を示す。液体金属上昇管
２８の上部の拡径部内周に電磁ポンプ２９が設けられ、
この電磁ポンプ２９は、環状に形成された液体金屑流路
５０の内側と外側に電磁コイル５１を巻回した２ステ一
タコイル方式で構成しており、外部電源からの電流によ
り磁場を発生させ、液体金属を循環させる。

電磁ポンプ２９を内蔵した液体金属上昇管２８は、液体
金属出口配管２６に接続され、さらに液体金属出口配管
２６はコールドレグ配管２３に接続されている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

炉心１１で発生した熱を冷却する一次冷却材１３を一次
主循環ポンプ１４によって循環させることにより中間熱
交換ム１５を介して二次冷却系に熱が伝達される。一方
、蒸気発生器２０に内蔵された電磁ポンプ２９により二
次冷却系の液体金属が循環され、中間熱交換器１５で収
態した高温の液体金属がホラ］・レグ配管２２を通り、
液体金属入口配管２７を経て、蒸気発生器２０に流入す
る。

そして、高温の液体金属は伝熱管３８を配設した熱交換
室３７内を流下しながら給水を蒸気にすべく熱を与え、
自らは降温して低温の液体金属となる。この低温の液体
金属は、蒸気発生器２０内の下部において間口して設置
された液体金属上昇管２８内を上昇し、さらに電磁ポン
プ２９にて吐出圧を付与された後に、液体金属出口配管
２６およびコールドレグ配管２３を経て中間熱交換器５
に還流される。

また、プラントへの液体金属充填時には蒸気発生器２０
のオーバフローノズル３０の自由液面レベルＦＬまで充
填される。その後、プラントの出力を上界させると液体
金属が熱膨張し、そのインベントリ−の増加分はオーバ
フローノズル３０からオーバフロータンク３１にオーバ
フローすることで原子炉二次冷却系の蒸気発生器２０内
の自由液面ＦＬが常時一定に維持される。

従来の液体金属冷却型原子炉にはオーバフローラインが
備えられていないため、ブラン］への出力に従って蒸気
発生器内の自由液面は上下する。このため、原子炉二次
冷却系の液体金属（二次冷ＪＪＩ材）の熱膨張を吸収す
る関係上、上部空間を比較的大きく取る必要があった。

例えば、１００万ＫＷクラスの原子力発電所の場合、二
次冷却系の液体金属の熱膨張分は約２５ｄ程度あり、蒸
気発生器内の液面の上下は約２ＴｒＬ以上もあり、その
ための空間を保有する必要があった。

しかし、第１図ないし第４図に示す液体金属６月１型原
子炉では、オーバフローノズル４６にて蒸気発生器２０
内の液位が常に一定に維持されるため、液体金属の自由
液面の上下移動がなく、上下移動のための上部空間３９
は必要ない。単に蒸気発生５２０の伝熱管３８に万一破
損が生じた場合に、その際発生する過大な圧力波が中間
熱交換器５に直接伝播することを防止するために、バッ
ファタンクどしての機能を有するガス空間を設ければよ
く、蒸気発生器がコンパクト化される。

ところで、第２図に示される蒸気発生器２０において、
水・蒸気側では、図示しない給水ポンプから送り込まれ
た給水は、水入口配管４１から水入口ヘッダ４２に流入
後、水入口分配管４３で流量分配された後、複数に分流
されて水入口水室４４に至る。この水入口水室４４から
伝熱管３８の内部に分配送入された給水は、伝熱管３８
内を上昇しながら液体金属と熱交換されて温度上界し蒸
気となった後、出口蒸気室４５に至る。そして、出口蒸
気分流管４６の内部を通過して出口蒸気ヘッダ４７で合
流した後、出口蒸気配管４８から流出し、図示しない蒸
気タービンに送られる。

以上説明したように、本実施例によれば、蒸気発生器内
に電磁ポンプを組み込んで一体化したことにより、従来
の原子炉冷却装置では必要とされた二次冷却系の二次主
循環ポンプを削減することができるため、配管長の大幅
な短縮が可能となる。

また、本実施例では、蒸気発生器２０上部の自由液面Ｆ
Ｌを一定にするとともに、この自由液面ＦＬの上部に形
成された空間部に電磁ポンプ２９を配設したことにより
、電磁コイルが直接液体金属１８から受ける温度影響が
少ない。また、電磁ポンプ２９内を流れる液体金属は、
熱交換を行なった直後のため低温状態にある。したがっ
て、電磁ポンプ２９を蒸気発生器２０下部に設置しｌζ
場合と比較して、設置場所の温度が低下するため、電磁
コイルの信頼性が高くなり、電磁ポンプ２９の寿命を延
伸できる利点がある。

さらに、本実施例によれば、メンテナンス時には、Ｔｉ
磁ポンプ２９を蒸気発生器２０の頂部から上方に簡単に
引き抜くことができる構造のため、電磁ポンプ２９を蒸
気発生器２０下部に設置した場合と比較して保守管理作
業が容易になる。

また、本実施例では、配管長が大幅に短縮化されるため
、二次冷却系ナトリウムインベントリ−の削減も可能と
なり、このためドレンタンク等の補助機器の容量を低減
す°ることができる。さらに、従来の二次主循環ポンプ
の削減に伴って原子炉建屋の部屋数および空間容積を低
減することができ、また配管長の短縮により配管が占め
ていた原子炉補助建物の空間容積を低減覆ることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置にＪ′３
いては、オーバフローノズルで蒸気発生器内の液位が一
定に維持できるため液面の上下移動の空間を取る必要は
ない。また、蒸気発生器から液体金属のＡ−バフローノ
ズルにより液体金属の熱膨張を吸収することで蒸気発生
器が小型化される。

さらに、ドレンタンクなどの補助機器の容量の低減化な
らびに原子炉建屋および原子炉補助建物の空間容積の低
減化が実現し、ひいては、原子力発電プラン１−の建設
コストの大幅なｆＩｉｌ減に擾れた効用を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液体金属冷却型原子炉の冷却装置
の−・実施例を示す系統図、第２図は第１図における蒸
気発生器の構造を示す半縦断面図、第３図は第２図にお
ける蒸気発生器の平面図、第４図は第３図におけるＩＶ
　−ＩＶ線に沿った断面図、第５図は従来の液体金属冷
却型原子炉の冷ＩＪｌ装置を示す系統図である。 １０・・・原子炉容器、１１・・・炉心、１２・・・原
子炉−次冷却系、１３・・・冷却材、１７１・・・−法
主循環ポンプ、１５・・・中間熱交換器、１７・・・原
子炉二次冷却系、１９・・・蒸気発生系、２０・・・蒸
気発生器、２１・・・原子炉建屋壁、２２・・・ホラ１
−レグ配管、２３・・・コールドレグ配管、２５・・・
本体胴、２６・・・液体金属出口配管、２７・・・液体
金属入口配管、２８・・・液体金属上昇管、２９・・・
電磁ポンプ、３０・・・オーバフローノズル、３１・・
・オーバフロータンク、３２・・・オーバフロー配管、
３３・・・汲上配管、３４・・・汲上用電磁ポンプ、３
５・・・本体支持スカート、３６・・・伝熱管シコラウ
ド、３８・・・伝熱管、３つ・・・空間部、４１・・・
水入口配管、４２・・・水入口ヘッダ、４３・・・水入
口分配管、４４・・・水入口氷室、４５・・・出口蒸気
室、４６・・・出口蒸気分流管、４７・・・出［１蒸気
ヘツダ、４８・・・出口蒸気配管、５ｏ・・・液体金属
流路、５１・・・電磁コイル、ＦＬ・・・自由液面。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第２図 第３図 告 第４図 ニア”°−−一二一−が辷「

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉容器内に配設した中間熱交換器と原子炉容器外に
   配設した蒸気発生器とを配管接続してなる液体金属冷却
   型原子炉の冷却装置において、前記蒸気発生器の本体胴
   の上部に液体金属入口配管を設け、前記本体胴の下部に
   開口を有する液体金属上昇管を本体胴内に軸方向に設け
   、この液体金属上昇管の上端に液体金属出口配管を接続
   し、前記液体金属上昇管の上部周囲で液体金属液面上の
   空間部に電磁ポンプを配設し、また蒸気発生器本体胴内
   上部にオーバフローノズルを設け、前記オーバフローノ
   ズルはオーバフロータンクにオーバフロー配管で連通さ
   れ、前記オーバフロータンクは、原子炉容器と蒸気発生
   器とを連結する汲上げ配管に接続され、前記汲上げ配管
   の途中には前記オーバフロータンクから液体金属を移送
   するための電磁ポンプを設置してなることを特徴とする
   液体金属冷却型原子炉の冷却装置。