(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速炉の中間熱交換器の一次冷却材の流路内に伝熱管を設置し、当該伝熱管内を流れながら前記一次冷却材を冷却して高温となった崩壊熱除去系冷却材を前記中間熱交換器の外に設置された冷却器に導いて冷却した後に前記伝熱管へと循環させる循環路を有する崩壊熱除去装置において、１基の中間熱交換器に対して前記崩壊熱除去系冷却材の循環路を複数系統設け、各系統の循環路を互いに独立させたことを特徴とする高速炉の崩壊熱除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速炉の崩壊熱除去装置に関する。更に詳述すると、本発明は中間熱交換器組込型の崩壊熱除去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速炉の崩壊熱を除去する崩壊熱除去装置として、一次冷却系と二次冷却系の間の中間熱交換器に組み込む方式のものが知られている。従来の中間熱交換器組込型の崩壊熱除去装置は、中間熱交換器内に設置された複数の伝熱管を全て同じ空気冷却器及びポニーモータに接続し、全体として１系統の崩壊熱除去系を構成していた。即ち、１基の中間熱交換器に対して崩壊熱除去系を１系統ずつ組み込むものであった。崩壊熱除去装置を中間熱交換器に組み込むことで、高速炉事故時または炉停止時に崩壊熱除去運転を行う時にも通常運転と同様の一次冷却材の循環パスで炉心の冷却を行うことが出来るという大きな利点が得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の崩壊熱除去装置は１基の中間熱交換器に対して崩壊熱除去系を１系統ずつ組み込んでいたので、高速炉プラント全体でみた場合、中間熱交換器の設置数即ち一次冷却系の系統数と無関係に崩壊熱除去系の系統数を設定することができなかった。即ち、高速炉の設計に際し、崩壊熱除去系の安全設備として要求される系統数と常用の熱輸送系として要求される一次冷却系の系統数とは本来的には異なるものではあるが、一次冷却系の系統数に対して崩壊熱除去系の系統数を異ならせることができなかった。このため、一次冷却系の必要な系統数と崩壊熱除去系の必要な系統数とを比較考量し、お互いの許容できる範囲の中で最適な系統数を選択せざるを得ず、上記の利点があるにもかかわらず実機に採用されることは少なかった。
【０００４】
本発明は、一次冷却系の系統数とは無関係に崩壊熱除去系冷却材の循環路の系統数を設定できる崩壊熱除去装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明は、高速炉の中間熱交換器の一次冷却材の流路内に伝熱管を設置し、当該伝熱管内を流れながら一次冷却材を冷却して高温となった崩壊熱除去系冷却材を中間熱交換器の外に設置された冷却器に導いて冷却した後に伝熱管へと循環させる循環路を有する崩壊熱除去装置において、１基の中間熱交換器に対して循環路を複数系統設け、各系統の循環路を互いに独立させたものである。
【０００６】
したがって、１基の中間熱交換器に対して複数系統の崩壊熱除去系冷却材の循環路を設けることができる。中間熱交換器は１系統の一次冷却系に対して１基ずつ設けられているので、１系統の一次冷却系に対して複数系統の循環路を設けることが可能になり、一次冷却系の系統数とは無関係に崩壊熱除去系冷却材の循環路の系統数を設定できる。また、各系統の循環路は互いに独立しているので、一つの系統で発生した故障等が他の系統に与える影響を最小限に抑えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１に、本発明を適用した高速炉の崩壊熱除去装置の実施形態の一例を示す。この崩壊熱除去装置は、高速炉の中間熱交換器１の一次冷却材の流路内に伝熱管１５を設置し、当該伝熱管１５内を流れながら一次冷却材を冷却して高温となった崩壊熱除去系冷却材を中間熱交換器１の外に設置された空気冷却器１８に導いて冷却した後に伝熱管１５へと循環させる循環路２１を有するものであって、１基の中間熱交換器１に対して循環路２１を複数系統設けており、各系統の循環路２１を互いに独立させている。本実施形態では、崩壊熱除去系冷却材の循環路２１を例えばＡ系統とＢ系統の２系統を設けている。なお、図１中において、Ａ系統に属する構成要素の符号にはａを付し、Ｂ系統に属する構成要素の符号にｂを付してある。
【０００９】
崩壊熱除去装置が組み込まれた中間熱交換器１では、一次冷却材（一次ナトリウム）は、中間熱交換器１に入口窓２より流入する。流入した一次冷却材は、中間熱交換器上部管板３より中間熱交換器伝熱管４に流れ込み、二次冷却材と熱交換した後に中間熱交換器下部管板５から出口スカート部６に流出し、図示しない炉心へと循環する。
【００１０】
また、二次冷却材（二次ナリトウム）は、入口側二次主配管７からセンターパイプ８を流下して中間熱交換器下部管板５の手前でＵターンし、一次冷却材が流れる中間熱交換器伝熱管４群の周りの中間熱交換器伝熱部９を一次冷却材の熱を奪いながら上昇し、中間熱交換器上部管板３の手前でセンターパイプ８の外側のアニュラス上昇部１０に流入する。その後、出口側二次主配管１１から蒸気発生器へ導かれる。
【００１１】
崩壊熱除去装置の伝熱管１５は、入口窓２と中間熱交換器上部管板３の間の一次冷却材の流路である空間２２に設置されている。伝熱管１５は、例えば３本を同一半径上に並べて１系統とし、各系統を周方向に等しくずらして多条ねじ状に設置されている。本実施形態では崩壊熱除去系冷却材の循環路２１を２系統設けているので、同一半径上に並べた３本の伝熱管１５を周方向に１８０度ずらして多条ねじ状に設置している。即ち、２系統の伝熱管１５の巻き上げスタート位置（下部ヘッダ１４）および上部ヘッダ１６位置を周方向に対象に配置し、それぞれ、各伝熱管１５の巻き上げ角を一致させている。このことにより、各系統が段毎に交互になるような巻き上げが可能となり、各系統の伝熱管１５が互いに干渉することなく、同じ空間２２内に効率良く複数系統の伝熱管１５を納めることができる。
【００１２】
各系統の伝熱管１５は、各系統間で除熱量のばらつきが発生しないように同様に構成されている。また、各伝熱管１５は空間２２内で除熱むらを発生させないように配置されている。さらに、各伝熱管１５の長さは、空間２２の広さや１系統当たり必要とされる除熱量等を考慮して決められている。なお、図１では伝熱管１５を各系統毎に１本ずつ記載し、他の２本ずつの記載を省略している。
【００１３】
各伝熱管１５は、各系統毎にそれぞれ同一の上部ヘッダ１６及び下部ヘッダ１４に接続されている。各下部ヘッダ１４には、崩壊熱除去用ポニーモータ（以下、単にポニーモータという）２０が圧送する崩壊熱除去系冷却材を導く入口配管１２が接続されている。一方、各上部ヘッダ１６には、各伝熱管１５を流れて高温になった崩壊熱除去系冷却材を空気冷却器１８に導く出口配管１３が接続されている。各空気冷却器１８には、伝熱管２４を冷却する気流を発生させるブロワ１７及びスタック１９が取り付けられている。また、空気冷却器１８のベーンダンパ２３は、図示しないバッテリから電気の供給を受けて開いており、バッテリからの電気の供給が断たれると閉まる構成になっている。なお、各配管１２，１３、空気冷却器１８及びポニーモータ２０は中間熱交換器１よりも高い位置に配置されている。また、各伝熱管１５は、中間熱交換器伝熱部９の上方の空間２２内に設置されている。これらのため、崩壊熱除去装置の設置場所が高くなり、高温の一次冷却系に対して低温の崩壊熱除去装置を高く設置することが可能になり、一次冷却材及び崩壊熱除去系冷却材の循環に対して自然循環能力を有効に利用することができる。
【００１４】
崩壊熱除去系冷却材は、例えば液体ナトリウムである。ただし、液体ナトリウムに限るものではなく、例えば液体ナック（ＮａＫ）、液体鉛・ビスマス等であっても良い。
【００１５】
かかる構造の崩壊熱除去装置は、例えば高速炉のシャットダウン後等に以下のように作動し、炉心の崩壊熱を一次冷却材を介して除去する。なお、２系統の崩壊熱除去系冷却材の循環路２１は、互いに独立して同様に作動するものであり、先ず最初に図１中符号ａを付してあるＡ系統について説明する。
【００１６】
ポニーモータ２０ａから圧送された崩壊熱除去系冷却材は、入口配管１２ａを通って下部ヘッダ１４ａに導かれ、ここで３本の伝熱管１５ａ（図１中１本のみ図示）に分配される。各伝熱管１５ａに流入した崩壊熱除去系冷却材は、空間２２内を流下する高温の一次冷却材の熱を奪いながら各伝熱管１５ａ内を流れて上昇し、上部ヘッダ１６ａに至る。そして、上部ヘッダ１６ａにて合流した崩壊熱除去系冷却材は出口配管１３ａに流入し、空気冷却器１８ａの伝熱管２４ａに導かれてブロワ１７ａによる送風で冷却される。冷却された崩壊熱除去系冷却材はポニーモータ２０ａにより入口配管１２ａに向けて圧送される。即ち、入口配管１２ａ→下部ヘッダ１４ａ→３本の伝熱管１５ａ→上部ヘッダ１６ａ→出口配管１３ａ→空気冷却器１８ａ→ポニーモータ２０ａ→入口配管１２ａとして構成される一連の循環路２１ａ内を崩壊熱除去系冷却材が循環しながら一次冷却材を冷却することで、高速炉停止後の炉心の崩壊熱を除去する。
【００１７】
同様に、図１中符号ｂを付してあるＢ系統においても、入口配管１２ｂ→下部ヘッダ１４ｂ→３本の伝熱管１５ｂ→上部ヘッダ１６ｂ→出口配管１３ｂ→空気冷却器１８ｂ→ポニーモータ２０ｂ→入口配管１２ｂによって構成される一連の循環路２１ｂ内を崩壊熱除去系冷却材が循環しながら一次冷却材を冷却することで、高速炉停止後の炉心の崩壊熱を除去する。
【００１８】
高速炉が通常運転されている場合、この崩壊熱除去装置はミニマムフロー運転されている。ここで、高速炉が通常運転させている場合に崩壊熱除去系冷却材の流れを停めることを考える。空気冷却器１８には空気の自然循環を促進するスタック１９が設けられているので、ブロワ１７を停止させると共に空気冷却器１８の空気出入口のベーン・ダンパ２３を完全に閉めたとしても、隙間などから進入してスタックから排出されるという若干の空気の流れが発生し、空気冷却器１８内では崩壊熱除去系冷却材が若干ではあるが冷却される。このため、崩壊熱除去系冷却材の流れを完全に停めたとすると、空気冷却器１８内の伝熱管２４中に滞留している崩壊熱除去系冷却材（液体ナトリウム）が固化し、高速炉の運転を停止させた場合等における崩壊熱除去装置の円滑な始動を妨げることになる。このため、高速炉が通常運転されており二次冷却系が一次冷却系との間で熱交換を適切に行っている場合であっても、ポニーモータ２０を低速運転させて崩壊熱除去系冷却材を若干循環させておき、崩壊熱除去系冷却材の固化を防止する。
【００１９】
この崩壊熱除去装置では、外部交流電源喪失時においても崩壊熱除去系冷却材及び冷却空気を循環させることができる。外部交流電源喪失時にはポニーモータ２０の駆動による崩壊熱除去系冷却材の循環は不可能である。しかしなから、空気冷却器１８を中間熱交換器１よりも高い位置に設置しているので、崩壊熱除去系冷却材は高所で冷却されると共に低所で加熱されることになり、温度が異なる崩壊熱除去系冷却材の密度差に起因して自然循環力が発生し、崩壊熱除去系冷却材を自然の力で循環させることができる。同様に、外部交流電源喪失時にはブロワ１７を駆動させて空気冷却器１８内に冷却空気を循環させることはできない。しかしながら、空気冷却器１８にはスタック１９が設けられており、また、外部交流電源喪失時にはバッテリで閉じていたベーン・ダンパ２３が開くので、スタック１９の内外の空気温度差に起因してスタック１９内に自然循環力が発生し、冷却空気を自然の力で循環させることができる。即ち、外部交流電源喪失時においても崩壊熱除去系冷却材とこれを冷却する空気を循環させることができ、一次冷却材を冷却して崩壊熱の除去を行うことができる。
【００２０】
高速炉プラントでは一次冷却系の１系統に対して中間熱交換器１を１基ずつ設けているが、この崩壊熱除去装置は１基の中間熱交換器１に対して崩壊熱除去系冷却材の循環路２１を複数系統設けているので、高速炉プラント全体で考えた場合、一次冷却系の系統数とは無関係に崩壊熱除去系冷却材の循環路２１の系統数を設定することができ、プラント設計の自由度が向上する。また、循環路２１の各系統を互いに独立させているので、設計基準内で共通要因故障を考慮して設計を行う必要がなくなる。
【００２１】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、崩壊熱除去系冷却材の循環路２１を２系統設けた場合について説明したが、循環路２１を３系統以上設けても良い。この場合、循環路２１を例えば４系統設けたときには各伝熱管１５を周方向に９０度ずつずらして配置する。
【００２２】
また、１系統の伝熱管１５の本数を３本にした場合について説明したが、１本、２本又は４本以上としても良い。
【００２３】
また、１系統の伝熱管１５を全て同一半径上に並べる必要はなく、１系統の伝熱管１５を複数の半径上に並べても良い。例えば、周方向に９０度ずつずれた４箇所の半径上に伝熱管１５が並べられている場合には、隣り合う２箇所の半径上に並べられた伝熱管１５同士をまとめて１系統にしても良い。即ち、４箇所の伝熱管１５を２箇所ずつまとめて２系統の伝熱管１５にしても良い。
【００２４】
さらに、各伝熱管１５を下部ヘッダ１４と上部ヘッダ１６との間を直線状に伸びる直管としても良い。かかる場合には、伝熱管１５の長さがそのまま空間２２の高さに反映されるので、中間熱交換器組込型崩壊熱除去装置の最大のメリットであるスペースファクタが有利であるという効果は薄れるが、伝熱管１５がまっすぐな分だけ一次冷却材が流れる際の圧力損失を抑えることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明を適用した崩壊熱除去装置では、１基の中間熱交換器に対して崩壊熱除去系冷却材の循環路を複数系統設け、各系統の循環路を互いに独立させたので、一次冷却系の系統数とは無関係に崩壊熱除去系冷却材の循環路の系統数を設定できる。このため、安全系の崩壊熱除去装置と常用系の熱輸送システムという設計思想の異なる機器の間でそれらの系統数を独立して設定できるようになり、高速炉の設計の自由度を向上させることが出来る。また、各系統の循環路は互いに独立しているので、一の系統で発生した故障等の影響が他の系統に及ぶのを最小限に抑えることができる。さらに、高速炉の設計の自由度が向上し、故障等による影響を抑えることが出来る結果、事故時または炉停止時に崩壊熱除去運転を行う時にも通常運転と同様の一次冷却材の循環パスで炉心の冷却を行うことが出来るという大きな利点を有する中間熱交換器組込型の崩壊熱除去装置の実用化に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の崩壊熱除去装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１  中間熱交換器
１５  伝熱管
１８  空気冷却器
２１  循環路
２２  空間（一次冷却材の流路）
【図１】
0003596848.tif 000002