(57)【要約】【課題】冷却系の各機器間を接続して液体金属の冷却材を供給する二重管構造の冷却材配管構造を改良し、外管の製作性、内管の保守・補修性及び内管の信頼性を向上させる。【解決手段】冷却系の各機器間を接続して液体金属の冷却材を供給する内管１１と、内管１１の外周を覆うように設けられた外管２０とを略同心に配置した二重管構造とされ、内管１１と外管２０との間に形成されて不活性ガスを充填する空間部の配管軸方向が壁面形成部材により分割されている冷却材配管構造であって、外管２０を半割にした半割円筒部２１の周方向及び軸方向の両端部にフランジ部２２，２３を形成し、周方向及び軸方向に隣接する半割円筒部２１のフランジ部２２，２３同士を接合してボルト固定するとともに、半割円筒部２１の内壁面に軸方向へ延在する内管検査機器用ガイドレール２５を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却系の各機器間を接続して液体金属の冷却材を供給する内管と、該内管の外周を覆うように設けられた外管とを略同心に配置した二重管構造とされ、前記内管と前記外管との間に形成されて不活性ガスを充填する空間部の配管軸方向が壁面形成部材により分割されている冷却材配管構造であって、
前記外管を半割にした半割円筒部の周方向及び軸方向の両端部にフランジ部を形成し、周方向及び軸方向に隣接する前記半割円筒部のフランジ部同士を接合してボルト固定するとともに、前記半割円筒部の内壁面に軸方向へ延在する内管検査機器用ガイドレールを設けたことを特徴とする冷却材配管構造。
【請求項２】
前記空間部の分割が、前記内筒と同径の管材外壁面及び前記外筒と同径の管材内壁面を傾斜隔壁によって連結した同心二重管構造部材を用いてなされ、前記外筒との間がフランジ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却材配管構造。
【請求項３】
前記半割円筒部及び前記同心二重管構造部材は、隣接する結合部材との連結部が、フランジ部同士のボルト締結部とリップシール溶接部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の冷却材配管構造。
【請求項４】
前記リップシール溶接部は、連結部の材質が異なる場合、いずれか一方の連結部に他方の連結部と同じ材質のリップを工場溶接して同材質による溶接継手とされることを特徴とする請求項３に記載の冷却材配管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば高速増殖炉（Fast Breeder Reactor：ＦＢＲ）等の高速炉に適用される冷却材配管構造に係り、特に、冷却材として液体金属（液体ナトリウム等）を用いる二重配管構造として好適な冷却材配管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高速増殖炉等の高速炉では、冷却材として液体ナトリウムのような液体金属が用いられており、冷却系に接続されたコールドレグ配管から原子炉容器内に流入した液体ナトリウムは、炉心を下から上に通過する過程で加熱される。こうして加熱された液体ナトリウムは、定格運転時には高温（約５５０℃）となり、ホットレグ配管を通って原子炉容器内から冷却系に戻される。
【０００３】
図７は、高速増殖炉の原子炉容器１から、中間熱交換器２へと冷却材の液体ナトリウムを供給する冷却材配管構造例を示す要部断面図である。
図示の冷却材配管構造例において、原子炉容器１から中間熱交換器２へと液体ナトリウムを供給するナトリウム配管１０は、内管１１と外管１２との二重管構造となり、外管１２は溶接気密構造となっている。すなわち、実際に液体ナトリウムが流れる内管１１の外周を溶接気密構造の外管１２で覆い、内管１１／外管１２の間に形成される空間部１３がアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスで満たされた構造となっている。
【０００４】
空間部１３に不活性ガスを充填するのは、冷却材として使用する液体ナトリウムが化学的に活性であり、万一内管１１の破損により液体ナトリウムが空気に触れると、火災に至る可能性があるためである。従って、ナトリウム配管１０は、内管１１の周りに外管１２を配置した二重構造を採用し、万一内管１１が破損した際の液体ナトリウム漏洩量を制限するとともに、内管１１／外管１２の間を不活性ガスで満たすことにより、漏洩した液体ナトリウムの燃焼を抑制する構造となっている。
【０００５】
さて、上述した二重管構造のナトリウム配管１０は、たとえば図８及び図９に示すように、内管１１及び外管１２がＹピース１４を挟んで溶接された構造となっている。
Ｙピース１４は、内管１１及び外管１２と同径の内円筒１４ａ及び外円筒１４ｂを同心に配設し、互いの外周面及び内周面を傾斜隔壁１４ｃにより連結した部材である。この結果、ナトリウム配管１０の空間部１３は、配管軸方向が傾斜隔壁１４ｃで分割・区画された構造となり、万一ナトリウム漏洩が生じた場合、漏洩量を少量に制限して漏洩範囲を限定することができる。
【０００６】
ここで、ステンレス配管の外管１２に対し、液体ナトリウムと接する内管１１の素材には高クロム（Ｃｒ）鋼が用いられている。また、Ｙピース１４についても、液体ナトリウムに接する内円筒１４ａが外円筒１４ｂ及び傾斜隔壁１４ｃと一体構造であるため、全体が高クロム鋼の部材となる。このため、内管１１とＹピース１４の内円筒１４ａとの溶接部Ｗｉは同材溶接となるが、外管１２とＹピース１４の外円筒１４ｂとの溶接部Ｗｏは異材溶接となる。
なお、図７において、図中の符号１５は外管１２の内側または外側に取り付けられた保温材、１６は目視検査口、１７はガスサンプリング排出管、１８はベローズである。
【０００７】
また、高速増殖炉の冷却系配管構造としては、下記の特許文献１に開示されたものが知られている。この従来技術は、ナトリウム冷却系配管から大規模なナトリウム漏洩が発生した場合、漏洩ナトリウムが配管を収納している部屋を形成しているコンクリート壁と接触して損傷することを防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−２１４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した従来の冷却材配管構造は、外管１２が溶接気密構造となるため、下記の問題が指摘されている。
１）外管１２の据付時には現場での溶接が困難であり、従って、外管１２の据付工程が内管１１の信頼性に影響を及ぼすことが懸念される。すなわち、外管１２の製作性や内管１１の信頼性に難がある。
２）内管１１は、超音波探傷等による非破壊検査で配管内部の状態を検査する体積検査等が困難であり、従って、内管１１の保守性や信頼性に難がある。
３）万一内管１１に亀裂等が生じた場合の補修は、溶接気密構造の外管１２を切断して取り外した後に行う必要がある。このため、内管１１の補修性や信頼性に難がある。
４）ナトリウム漏洩対策として、内管１１／外管１２の間にＹピース１４を設けて区画する構造を採用すると、Ｙピース１４と外管１２との溶接部に異材継手が必要となる。すなわち、高クロム鋼のＹピース１４とステンレスの外管１２とを溶接する異材継手が存在するので、外管１２の据付工程に予熱・後熱処理が必要となる。この結果、外管１２の据付工程にはヒータ及びヒータ設置スペースの確保が必要となるため、外管１２の据付工程が複雑になり、外管１２の製作性及び内管１１の信頼性に難がある。
【００１０】
このように、従来の冷却材配管構造は、外管の製作性、内管の保守・補修性及び内管の信頼性に難があるため、これらの問題を解消できる改善が望まれている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、冷却系の各機器間を接続して液体金属の冷却材を供給する二重管構造の冷却材配管構造を改良し、外管の製作性、内管の保守・補修性及び内管の信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る冷却材配管構造は、冷却系の各機器間を接続して液体金属の冷却材を供給する内管と、該内管の外周を覆うように設けられた外管とを略同心に配置した二重管構造とされ、前記内管と前記外管との間に形成されて不活性ガスを充填する空間部の配管軸方向が壁面形成部材により分割されている冷却材配管構造であって、前記外管を半割にした半割円筒部の周方向及び軸方向の両端部にフランジ部を形成し、周方向及び軸方向に隣接する前記半割円筒部のフランジ部同士を接合してボルト固定するとともに、前記半割円筒の内壁面に軸方向へ延在する内管検査機器用ガイドレールを設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような本発明の冷却材配管構造によれば、外管を半割にした半割円筒部の周方向及び軸方向の両端部にフランジ部を形成し、周方向及び軸方向に隣接する半割円筒部のフランジ部同士を接合してボルト固定するとともに、半割円筒部の内壁面に軸方向へ延在する内管検査機器用ガイドレールを設けたので、外管の取り付けや取り外しが容易になり、外管の製作性が向上する。また、外管の取り外しが容易なことに加えて内管検査機器用ガイドレールを備えているので、内管の体積検査や補修等の作業が容易になる。
【００１３】
上記の冷却材配管構造において、前記空間部の分割が、前記内筒と同径の管材外壁面及び前記外筒と同径の管材内壁面を傾斜隔壁によって連結した同心二重管構造部材を用いてなされ、前記外筒との間がフランジ接続されていることが望ましい。すなわち、隣接する内管及び外管の間に同心二重管構造部材を配設し、外筒との間はフランジ部同士を接合してボルト固定するように構成すれば、同心二重管構造部材の傾斜隔壁により空間部の配管軸方向を分割することができる。
【００１４】
上記の冷却材配管構造において、前記半割円筒部及び前記同心二重管構造部材は、隣接する結合部材との連結部に、フランジ部同士のボルト締結部とリップシール溶接部とを備えていることが好ましく、これにより、ボルト締結部により機械的強度を確保することができ、かつ、リップシール溶接部により空間部内のシール性を確保することができる。
【００１５】
上記の発明において、前記リップシール溶接部は、連結部の材質が異なる場合、いずれか一方の連結部に他方の連結部と同じ材質のリップを工場溶接して同材質による溶接継手とされることが好ましく、これにより、異材継手の現場溶接が不要となる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、冷却系の各機器間を接続して液体金属（冷却材）を供給する二重管構造の冷却材配管構造が有していた種々の問題を解消し、外管の製作性、内管の保守・補修性及び内管の信頼性を向上させるという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す図であり、冷却材配管構造の分解斜視図及び組立完了時の外観斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ部拡大図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態を示す図であり、冷却材配管構造の分解斜視図及び組立完了時の外観斜視図である。
【図５】図４のＣ部拡大図であり、分解状態及び結合状態が示されている。
【図６】図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図７】高速増殖炉の原子炉容器に対し、中間熱交換器へと冷却材を供給する冷却材配管構造例を示す要部断面図である。
【図８】図７の冷却配管構造例について、二重配管構造の従来構造を示す分解斜視図及び組立完了時の外観斜視図である。
【図９】図８のＹピース溶接構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る冷却材配管構造の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、高速炉の冷却系の各機器間を接続して冷却材の液体金属を供給する二重管構造の冷却材配管構造として、冷却材に液体ナトリウムを採用したナトリウム配管について説明する。
なお、以下の説明では、上述した従来構造と同様の部材については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１〜図３に示す実施形態のナトリウム配管１０Ａは、冷却系の各機器間を接続して冷却材の液体ナトリウムを供給する内管１１と、内管１１の外周を覆うように設けられた外管２０とを略同心に配置した二重管構造とされる。また、内管１１と外管２０との間には空間部１３が形成されおり、この空間部１３には、化学的に活性な液体ナトリウムが空気と接触しないようにするため、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスが充填されている。
【００２０】
さらに、上述したナトリウム配管１０Ａの空間部１３は、同心二重管構造部材であるＹピース（不図示）を必要に応じて配管軸方向に介在させることにより、配管軸方向が傾斜隔壁（不図示）により分割・区画されている。このようにして空間部１３を分割すれば、万一内管１１等からナトリウムが漏洩した場合でも、漏洩量を少量に制限するとともに漏洩範囲を限定することができる。
【００２１】
図１に示す外管２０は、空間部１３のシール性が要求されない場合に採用する構造である。この外管２０は、円筒を半割にした一対の半割円筒部２１を組み合わせて一体化する構造とされ、各半割円筒部２１の周方向両端部及び軸方向両端部にはそれぞれフランジ部２２，２３が形成されている。
同様に、外管２０と接続されるエルボ３０についても、９０度に湾曲した外管２０であるエルボ３０についても、半割円筒部湾曲させた一対の半割円筒部３１を組み合わせて一体化した構造となり、各半割円筒部３１の周方向両端部及び軸方向両端部にはそれぞれフランジ部３２，３３が形成されている。なお、図示は省略したものの、４５度エルボ等についても同様の構成とされる。
【００２２】
外管２０は、半割円筒部２１のフランジ部２２同士を接合し、ボルト穴２２ａにボルト（不図示）を貫通させてナット（不図示）を締め付けることにより固定する。すなわち、一対の半割円筒部２１が内管１１の外側を両側から覆うように配設され、この後、フランジ部２２同士を接合してボルト固定すれば、外管２０の周方向が連結されて円筒となる。なお、エルボ３０についても、フランジ部３２同士を接合してボルト固定すれば同様に周方向が連結される。
こうして周方向が連結された外管２０は、軸方向両端部に設けたフランジ部２３同士を接合してボルト固定すれば、軸方向が連結されて連続する円筒となる。なお、外管２０とエルボ３０とを連結する場合には、互いのフランジ部２３，３３を接合してボルト固定すればよい。
【００２３】
また、上述した半割円筒２１の内壁面には、軸方向へ延在する内管検査機器用ガイドレール２５が設けられている。この内管検査機器用ガイドレール２５は、内管１１の体積検査を行う際に使用され、超音波探傷等による非破壊検査によって配管素材に生じた傷等の内部状態を検査する内管検査機器４０の支持及びガイドとなる。すなわち、内管検査機器４０が配管軸方向に移動して検査する際のガイドとなり、かつ、内管検査機器４０の姿勢を所定の状態や方向に保持する機能も有している。図示の構成例では、半割円筒２１の内壁面に２本の内管検査機器用ガイドレール２５が配設され、外管２０の円周方向には４５度ピッチで合計４本の内管検査機器用ガイドレール２５が配設されている。
なお、上述したナトリウム配管１０Ａについても、外管２０の外周面には保温材１５が取り付けられ、さらに、図示省略の目視検査口１６、ガスサンプリング排出管１７及びベローズ１８が適所に設けられている。
【００２４】
また、ナトリウム配管１０Ａの空間部１３は、配管軸方向の両端部に外管２０のフランジ部２３と接合してボルト固定可能なフランジ部を備えたにＹピースの傾斜隔壁により分割・区画される。この場合、同心二重管構造のＹピースは半割構造とせず、内管１１と内円筒１１ａとの間は従来と同様の溶接継手とされ、外円筒１１ｂ側にのみフランジ部が形成された点が異なるものを使用すればよい。すなわち、内管１１とＹピースとの間は予め溶接により連結されており、現場作業にて外管２０をボルト固定して連結すればよい。
【００２５】
このように構成されたトリウム配管１０Ａは、外管２０がフランジ結合の分割構造であるから、外管２０の取り付けや取り外しが容易になり、外管の製作性が向上する。すなわち、外管据付時の現場作業が困難な溶接を不要にでき、ボルトを挿入してナットを締め付けるという作業のボルト固定により内管１１の外側２０を設置できる。また、内管１１に亀裂等が生じた場合にも、ナットを緩めてボルト固定を解除すれば外管２０を簡単に取り外すことができ、内管１１の補修後に外管２０を再度取り付ける作業も容易である。
従って、外管２０の取り付けや取り外しの作業性が向上し、内管１１の補修性も向上するので、外管２０の製作性向上や内管１１の信頼性向上に有効である。
【００２６】
また、外管２０の取り外しが容易なことに加えて内管検査機器用ガイドレール２５を備えているので、超音波探傷等により内管１１の体積検査を容易かつ確実に実施し、亀裂等の補修箇所を発見した場合には迅速かつ容易に補修等の作業を実施できるので、液体ナトリウムが流れる内管１１の信頼性をより一層向上させることが可能になる。すなわち、外管２０の外部から移動等の操作をする内管検査機器４０は、空間部１３内をさまようことなく所定ルートを通って配管軸方向へ移動し、検査対象の内管１１を向いた状態で確実に検査することが可能になる。
【００２７】
また、上述したナトリウム配管１０Ａは、必要に応じて外筒２０との接続がフランジ接続となる同心二重管構造部材のＹピースを用いているので、内管１１と予め連結された状態のＹピースに対して、一対の半割円筒部２１を現場にてボルト結合する後付けにより、外管２０を容易に接続して空間部１３を傾斜隔壁により分割・区画することができる。
【００２８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る冷却材配管構造について、第２の実施形態を図４〜図６に基づいて説明する。なお、上述した従来構造や実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
さて、本実施形態のナトリウム配管１０Ｂに用いられている外管５０は、空間部１３のシール性が要求される場合に採用する構造である。
【００２９】
この外管５０は、半割円筒部５１及び同心二重管構造部材のＹピース６０が、隣接する結合部材（外管５０やＹピース６０）との連結部に、フランジ部同士のボルト締結部Ｂｃと、リップシール同士を溶接したリップシール溶接部Ｌｗとを備えている。
半割円筒部５１は、ボルト締結部Ｂｃの構成要素として、周方向の両端部近傍にフランジ部５２を備え、軸方向の両端部近傍にフランジ部５３を備えている。この場合、フランジ部５２，５３は、隣接する結合部材のフランジ部対向面間に間隙を設けた状態でボルト・ナット５４を用いてボルト結合されるため、周方向及び軸方向の両端部から若干内側となる位置に設けられている。
【００３０】
そして、半割円筒部５１には、周方向及び軸方向の両端部に立設して、薄板のリップシール５５が設けられている。このリップシール５５は、隣接する結合部材のリップシール６２を互いに接合して先端部を溶接することにより、リップシール溶接部Ｌｗを形成するものである。すなわち、互いに隣接する結合部材のリップシール同士を突き合わせた状態にして先端部を溶接すれば、中空部１３が外部からシールされて密封状態となる。
このようなリップシール部Ｌｗは、結合部材がいずれも半割円筒部５１であれば同じ材質になるから、同材質同士の溶接継手となるため特に問題はない。
【００３１】
しかし、たとえば図４に示すＣ部のように、結合部材が半割円筒部５１及びＹピース６０となる場合、ステンレス製の半割円筒部５１に対し、Ｙピース６０は液体ナトリウムと接する内円筒６０ａと一体の高クロム（Ｃｒ）鋼製である。このため、半割円筒部５１側はステンレス製のリップシール５５となり、Ｙピース６０側は高クロム鋼製のリップシールとなるから、そのままの状態でリップシール同士を溶接すると、現場での異材溶接が必要となる。このような異材溶接は、予熱・後熱処理を必要とするため、現場作業には問題が多い。
なお、高クロム鋼は、高温強度を高めるため、約８％〜１２％のクロムや、固溶強化元素のタングステンやモリブデン、析出強化元素のニオブやバナジウム等を添加したフェライト鋼である。
【００３２】
そこで、リップシール溶接部Ｌｗは、連結部の材質が異なる場合、いずれか一方の連結部に他方の連結部と同じ材質のものを工場溶接して同材質による溶接継手とする。
図５及び図６に示す構成例では、高クロム鋼製のＹピース６０側に予めステンレス製のリップシール６２を溶接しておくことにより、現場で先端部を溶接するリップシール５５，６２はいずれもステンレス製となり、異材継手の現場溶接が不要となる。
【００３３】
すなわち、図６に示す溶接部Ｗａにおいて、高クロム鋼のＹピース６０にステンレス製のリップシール６２を工場で溶接しておけば、現場溶接となるリップシール溶接部Ｌｗはステンレス材同士の溶接継手となる。
なお、Ｙピース６０の高クロム鋼に対してステンレス製のリップシール６２を溶接すると異材継手になるが、この異材継手は工場内での溶接作業が可能なため、現場における異材継手の溶接と異なり特に大きな問題はない。
【００３４】
このように、フランジ部同士のボルト締結部Ｂｃとリップシール溶接部Ｌｗとを備えていると、ボルト締結部Ｂｃにより機械的強度を確保でき、かつ、リップシール溶接部Ｌｗにより空間部内のシール性を確保できる。すなわち、リップシール溶接部Ｌｗには機械的強度を求める必要はなく、単にシール性のみを満足できればよい。
また、ボルト締結部Ｂｃ及びリップシール溶接部Ｌｗを備えた構造では、外管２０を取り外す場合、リップ溶接部Ｌｗの先端を切断してボルト結合を解除すれば、容易に取り外すことが可能である。しかも、リップシール溶接部Ｌｗは、先端部を溶接してシール性を確保すればよいので、ボルト結合部Ｂｃとともに再利用が可能である。
【００３５】
上述した本実施形態によれば、冷却系の各機器間を接続して液体ナトリウムのような液体金属を供給する二重管構造の冷却材配管構造が有していた問題を解消し、外管の製作性、内管の保守・補修性及び内管の信頼性を向上させることができる。従って、上述した冷却材配管構造は、これを備えた高速炉の工期短縮や省スペースによる経済性の向上を実現し、さらに、プラントの信頼性及び安全性の向上にも有効である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    原子炉容器
２    中間熱交換器
１０，１０Ａ，１０Ｂ    ナトリウム配管（冷却材配管）
１１    内管
１２，２０，５０    外管
１３    空間部
１４，６０    Ｙピース
１４ａ，６０ａ    内円筒
１４ｂ，６０ｂ    外円筒
１４ｃ，６０ｃ    傾斜隔壁
２１，３１，５１    半割円筒部
２２，２３，３２，３３，５２，５３，６１    フランジ部
２５    ガイドレール
３０    エルボ（外管）
４０    内管検査機器
５４    ボルト・ナット
５５，６２    リップシール
Ｂｃ    ボルト締結部
Ｌｗ    リップシール溶接部
Ｗｉ，Ｗｏ    溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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