(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛−ビスマス高速中性子炉に好ましい液体金属鉛含有冷却材を有する原子力発電プラントであって、
中心部及び周辺部を有する原子炉容器と、
容器の中心部に位置するコアを有する原子炉キャビティ及び冷却材の上方に位置するシールドガスキャビティと、
液体金属鉛含有冷却材を上方から下方、そしてコアに直接循環させる、容器の周辺部に位置する少なくとも１つの循環ポンプと、
容器の周辺部に位置し、その上端が液体金属鉛含有冷却材のレベルの下方に配置される少なくとも１つの蒸気発生器と、
蒸気発生器の上端の上方において、循環ポンプの吸引領域における容器の周辺部に位置する少なくとも１つのシールドガスディスペンサーと、を備え、
シールドガスディスペンサーは、吸入部及び作動部を備え、吸入部はシールドガスキャビティに位置し、その上部に開口部を有し、作動部は液体金属鉛含有冷却材のレベルの下方に位置している、原子力発電プラント。
【請求項２】
シールドガスディスペンサーの作動部は、中空軸に取り付けられた下部回転ディスクと吸入部に位置する上部静止ディスクとを備えており、下部回転ディスクと上部静止ディスクとの間には隙間が設けられており、
下部回転ディスクは中空であり、下部回転ディスクと上部静止ディスクとの間の隙間と下部回転ディスクの下部ディスクキャビティとを連通する軸方向の孔を有している、請求項１記載の原子力発電プラント。
【請求項３】
シールドガスディスペンサーは、磁気結合を使用して原子炉容器の外側に取り付けられたモータに接続されている、請求項１記載の原子力発電プラント。
【請求項４】
鉛−ビスマス高速中性子炉に好ましい液体金属鉛含有冷却材を有する原子力発電プラントのシールドガスディスペンサーであって、
吸入部及び作動部を備え、
作動部は、中空軸に取り付けられた下部回転ディスクと、吸入部に位置する上部静止ディスクと、を備え、下部回転ディスクと上部静止ディスクとの間には隙間が設けられており、
下部回転ディスクは中空であり、下部回転ディスクと上部静止ディスクとの間の隙間と下部回転ディスクの下部ディスクキャビティとを連通する軸方向の孔を有している、シールドガスディスペンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電に関するものであり、液体金属冷却材を含む鉛を有する発電プラント、特に高速中性子炉において使用され、その第１回路は、例えば、それぞれ44.5%Pb-55.5%Bi共晶合金及び鉛のような重液体金属冷却材を使用する。
【背景技術】
【０００２】
鉛冷却材又は鉛冷却材合金を有する原子力プラントは、一般に、自由冷却材レベル、蒸気発生器、冷却材循環設備及び、シールドガス装置、ガスフィルタ及びガス圧縮機を含むシールドガスシステムの下方に位置するコアを含む（T.Kh. Morgulova原子力発電プラント  モスクワ：Vysshaya Shkola, 1984, p.251）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
すべての液体金属冷却材は、原子力プラントの構造材に対して高い腐食性を有している。
【０００４】
したがって、鉛を含む液体金属冷却材の使用において生じる主な課題は、以下のとおりである。
・鉛を含む液体金属冷却材と接触する第１回路の構造材料の腐食を防止する条件を作る。
・第１回路の必要な表面清浄度を確保する（第１回路の熱水力特性及び炉設備の安全性に影響を与える循環回路装置の構造材料におけるすべての堆積物を除去する）。
・第１回路ガスシステムに要求される清浄度（ガスシステムにおけるすべての堆積物を除去する）及びシールドガスの清浄度を確保する。
【０００５】
冷却材部とシールドガスとの間の境界は、鉛を含む液体金属冷却材とシールドガス（水素、水蒸気、酸素等）に見つけられる不純物との間の一定の質量移動によって特徴づけられ、冷却材の品質変動及びシールドガスの不純物組成における変化の両方につながる。
【０００６】
同時に、冷却材構成要素蒸発プロセス、エアロゾル粒子の形成及び溶融面からの分散不純物の機械的エントレインメントが、冷却材とシールドガスとの境界及びシールドガス側の境界の近接において生じる。これらのプロセスは、シールドガスの汚染及び第１回路のガスシステムにおける沈殿物の形成をもたらす。
【０００７】
この場合、第１回路のシールドガスにおける主な不純物の含有量は、以下を超えてはならない。
−水分含有量：ＣＨ２Ｏ＜0.5mg/l（マイナス２６℃の露点）
−酸素含有量：ＣＯ２＜5・10-3vol.%（マイナス400-マイナス450mVのレベルEにおける酸素センサの測定値）
−窒素含有量：ＣＮ２＜5・10-3vol.%
【０００８】
第１回路シールドガスの組成は、シールドガス酸素及び水素レベルセンサ及び定期的なガスサンプリングを通してのクロマトグラフィーによって監視される。
【０００９】
第１回路のホット運用試験の間、シールドガスは、主に最上級アルゴンでできている。
【００１０】
シールドガス装置は、冷却材及び気泡の所望の分散を有する冷却材に注入されるガス及び冷却材の循環回路に沿うそれらの続く輸送の二相ガス−液体混合物を生成するようになっている。この装置は、以下の冷却材レベルにおいて、供給されるガス混合物の使用を含むプロセスモードとして、原子力プラントの鉛−ビスマス冷却材システムにおいて使用される。
−冷却材及び第１回路の水素ベースの洗浄
−冷却材と構造用鋼との間の反応の生成物を除去する第１回路の定期的な洗浄
−エアロゾル及び構造用鋼要素の酸化物の微粒子を除去するシールドガス浄化及びガスシステム洗浄
【００１１】
様々な原子力発電プラントにおいて、異なるシールドガス装置配置が使用されている。
【００１２】
液体金属鉛冷却材又はその合金を有する原子炉、自由冷却材レベルの下方に位置するコア、蒸気発生器、一定の圧力配管及び自由冷却材レベルの上のガス体積にシールドガス注入を確保するガス混合装置を有するシールドガスシステムを有する主循環ポンプを備える原子力プラントが存在する（特許PM RF120275,2012）。
【００１３】
自由冷却材レベルの下方に位置するコアを有する重液体金属冷却材を有する原子炉、蒸気発生器、原子炉冷却材ポンプ、シールドガスシステム及びガス圧力チャンバの回転電気又はタービン駆動の形態において設計されるガス混合装置を備える別の原子力プラントが存在する。分配の圧力チャンバは、液体金属冷却材循環ループに取り付けられ、シールドガスシステム及び循環液体金属冷却材を有するガスダクトによって接続される。これらのガスダクトは、主循環ポンプのシャフトにおいてルートされている（RF特許2339097,2007）。
【００１４】
この解決策の主な欠点は、放射線危険高温液体金属回路内の圧力チャンバ及び酸化物ベースの不純物堆積物を除去するための原子炉回路における低度の内面洗浄を含む特別な要素の所要の導入にある。
【００１５】
液体金属鉛冷却材又はその合金を有し、自由冷却材レベルの下方に位置する原子炉コア、蒸気発生器、ノズルを備える１以上の管の形態で設計される循環設備及びガス混合装置を有する別の原子炉プラントが存在する（RF特許2192052,2001）。
【００１６】
この解決策の欠点は、低いノズル流量による原子炉回路のすべての表面へのガス混合物の送達の複雑さにある。ノズルにおける孔の直径は、冷却材に含まれる不純物による詰まりの可能性により、1.0〜3.0mm未満ではない。したがって、排出流速は0.5m/sを超えず、冷却材に含まれる堆積金属酸化物を除去するのに低浄化効率となる、特に回路の下方領域では十分ではない。
【００１７】
既知のガス装置全ての設計は複雑であり、延長されたガスラインの配置を意味する。
【００１８】
上述の全ての原子力プラント及びその構成要素のシールドガス装置の共通の欠点は、冷却材の安定な二相ガス液体混合物及び気泡の所望の分散を有する排出ガスの形成し、冷却材回路に沿う続く輸送を確保できないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的は、液体金属冷却材循環流れの正常化を確保し、スラグを除去する処理効率を増加させ、純度の高いガス相の体積を増加させることによって腐食を除去する金属表面洗浄の効率を増加させ、シールドガス装置設計を簡素化することによって、原子力発電プラントの操作上の安全性を増加させることである。
【００２０】
本発明の技術的結果は、気泡の所望の分散を有する冷却材及びガスの安定な二相ガス液体混合物を形成し、冷却材循環回路に沿う混合物の続く輸送を確保する状態を作り出すことにある。
【００２１】
この技術的結果は、以下の原子力発電プラントの作成を通して達成される。原子力発電プラントは、中心部及び周辺部を有する原子炉容器と、容器の中心部に位置するコアを有する原子炉キャビティと、液体金属冷却材と、液体金属冷却材を循環させる少なくとも１つの循環ポンプと、少なくとも１つの蒸気発生器と、循環ポンプと蒸気発生器の両方は、容器の周辺部に位置しており、冷却材の上方に位置するシールドガスを有するキャビティと、周辺部に位置する少なくとも１つのシールドガス装置と、を含み、循環ポンプの吸引領域における蒸気発生器の頂部の上方に、吸入部及び作動部を備え、吸入部はシールドガスキャビティに位置し、作動部は液体金属冷却材の自由レベルの下方に位置している。
【００２２】
本発明の特定の実施形態において、特定の技術的結果が、シールドガス装置はディスペンサーであり、その作動部は、中空軸に固定される下部回転ディスクと吸入部に位置する上部静止ディスクとの組み合わせとして設計される、プラントの形成によって達成される。２つのディスクは、隙間を有して組み込まれ、回転ディスクは、中空であり、ディスクと下部ディスクキャビティとの間の隙間に接続される軸方向の孔を有している。
【００２３】
好ましくは、シールドガス装置は、磁気結合を使用してプラントハウジングのキャビティの外側に取り付けられたモータに接続されている。
【００２４】
上記課題はまた、中空軸に固定される下部回転ディスクと吸入部に位置する上部静止ディスクとの組み合わせとして設計される作動部を有する、ディスペンサーによって表されるシールドガス装置を有する、原子力発電プラントのシールドガス装置の形成を通して解決される。２つのディスクは、隙間を有して組み込まれ、回転ディスクは、中空であり、ディスクと下部ディスクキャビティとの間の隙間に接続される軸方向の孔を有している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】原子力発電プラントの一実施形態の縦軸断面図である。
【図２】ガスディスペンサーの配置における原子炉設備の部分の平面図である。
【図３】シールドガス装置の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、図１、図２及び図３に示される。
【００２７】
原子力発電プラントは、液体金属冷却材４を有する原子炉と、コア１及びシールドプラグ５を有する原子炉キャビティ１０と、少なくとも１つの蒸気発生器７と、少なくとも１つの循環ポンプ９と、シールドガスを有するキャビティ８と、液体金属冷却材ループ４にガス混合物を排出するための少なくとも１つの装置と、を備えている。
【００２８】
コア１を有する原子炉キャビティ１０は、液体金属冷却材４の自由レベルの下方の原子炉容器６の中心部に位置する。
【００２９】
蒸気発生器７及び循環ポンプ９は、原子炉プラントの容器６の周辺部２に位置する。
【００３０】
シールドガスキャビティ８は、液体金属冷却材４のレベルの上方に位置する。
【００３１】
液体金属冷却材ループ４へのガス混合物排出の装置は、循環ポンプ９の吸入領域における蒸気発生器７の頂部の上方の容器６の周辺領域に位置するガスディスペンサー３によって表される。
【００３２】
ディスペンサー３は、開口部１６を有する吸入部１１と、中空軸１５に固定される下部回転ディスク１３と吸入部１１に固定又は組み合わされる上部静止ディスク１４とを有する作動部１２と、を有する。
【００３３】
開口部１６を有するガスディスペンサー３の吸入部１１は、シールドガスキャビティ８に位置する。
【００３４】
ディスペンサー３は、フランジ１７を使用する液体金属回路に固定される。
【００３５】
ガスディスペンサー３の上部は、磁気結合を使用して原子炉容器のキャビティ６の外側に取り付けられたシールドモータ２０に接続され、１８は駆動磁気カップリングハーフであり、１９は従動磁気カップリングハーフである。
【００３６】
下部回転ディスク１３は、その周辺に沿って位置する軸方向開口部２１を有しており、中空である（キャビティ２２）。
【００３７】
ディスクは、隙間２３を有して組み込まれる。
【００３８】
ガスディスペンサー３の作動部１２は、回転ディスク１３及び静止ディスク１４の形態で設計され、液体金属冷却材４の自由レベルの下方に位置する。この配置は、シールドガスの分離を防ぎ、液体金属冷却材流れを循環ポンプ９の吸入部に向ける。
【００３９】
プラントは、以下のように操作される。
【００４０】
液体金属冷却材及び原子炉回路表面から酸化物を除去するプロセスにおいて、原子力発電プラントは、等温状態において、最小制御電力レベル（〜0.001%）で、排水された蒸気発生器７で操作される。液体金属冷却材４は、（液体金属冷却材４に対するポンプブレードの摩擦により）循環ポンプ９によって暖められる。
【００４１】
シールドモータ１３が作動されると、ディスペンサー３の作動部１２の下部ディスク２０は、所定の角速度（nから3000rpmまで）で回転する。下部ディスク２３に対する液体金属冷却材１３の動作の結果、低圧力領域が隙間に形成され、下部ディスク１３のキャビティ２２から下部ディスク１３の頂部の開口部２１を通して隙間２３にガスの排出を誘導する。
【００４２】
液体金属冷却材の速度勾配により、隙間の気泡は砕かれ、微細に分散されたガス相は、隙間２３から鉛−ビスマス冷却材４の主流に、冷却材と一緒に流れる。
【００４３】
液体金属冷却材４の流れへのシールドガス注入は、酸化鉛ベースのスラグの破壊及び液体金属冷却材４の物理的科学的特性の続く改良をもたらす。
【００４４】
著者らは、２つの循環ポンプ９及び蒸気発生器７を有し、鉛−ビスマス冷却材を備える原子力発電プラントに関してコンピュータによる研究を行った。
【００４５】
循環ポンプ９の吸入部における液体金属冷却材４の全体積流量は0.64m３/sであり、シールドガス（H2-H2O-Arの混合物）の体積流量は0,00008 m３/sであり、液体金属冷却材４の温度は400〜450℃である。
【００４６】
液体金属冷却材流れ４へのシールドガス供給の継続時間は、168時間である。
【００４７】
シールドガスの注入は、酸化鉛ベースのスラグに対する効果的な送達、液体金属冷却材からのスラグの続く除去での完全な（100%）破壊及びその循環の正常化をもたらすことが示されている。
【００４８】
これは、液体金属冷却材循環の正常化、冷却材からのスラグのより効果的な除去及び金属表面からの腐食のより良い除去を確保することによって、原子力発電プラントの安全性を増加させる。
【符号の説明】
【００４９】
１  コア
２  容器の周辺部
３  シールドガスディスペンサー
４  液体金属冷却材
５  シールドプラグ
６  原子炉容器
７  蒸気発生器
８  シールドガスキャビティ
９  循環ポンプ
１０  原子炉キャビティ
１１  ディスペンサー吸入部
１２  ディスペンサー作動部
１３  下部回転ディスク
１４  上部静止ディスク
１５  中空軸
１６  ディスペンサー吸入部の開口部
１７  ディスペンサー取付フランジ
１８  従動磁気カップリングハーフ
１９  駆動磁気カップリングハーフ
２０  シールドモータ
２１  下部回転ディスクの軸方向開口部
２２  下部回転ディスクのキャビティ
２３  ディスク間の隙間
【図１】
0006545721.tif 000002
【図２】
0006545721.tif 000003
【図３】
0006545721.tif 000004