(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレン配管の途中に設置したフリーズシール本体を加熱手段により溶融して流体を排出する緊急ドレン配管用フリーズシール装置において、前記ドレン配管の前記フリーズシール本体よりも上流側に当該フリーズシール本体と前記流体との接触を防止するラプチャーフォイルを当該フリーズシール本体との間に距離をあけて設置すると共に、当該ラプチャーフォイルとフリーズシール本体との間に前記流体の圧力によるラプチャーフォイルの破壊を防止する圧力室を形成し、前記加熱手段によって前記フリーズシール本体を溶融することで前記圧力室内の圧力を抜いて前記ラプチャーフォイルを破壊し前記流体を排出することを特徴とする緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【請求項２】
前記フリーズシール本体が溶融される前の状態において前記圧力室内の圧力を前記流体の圧力とほぼ同一に設定し、前記ラプチャーフォイルの両側の圧力をほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【請求項３】
前記フリーズシール本体が溶融される前の状態において前記圧力室内の圧力を前記流体の圧力と前記フリーズシール本体の下流側の圧力とのほぼ中間の値に設定したことを特徴とする請求項１記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【請求項４】
前記フリーズシール本体は、クリープ変形を起こさせることなく且つ溶融しない温度に保持されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【請求項５】
前記フリーズシール本体の前記圧力室側の面に、当該フリーズシール本体と前記ドレン配管との熱膨張差に起因して発生する隙間をシールする第２のラプチャーフォイルを設置することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【請求項６】
前記フリーズシール本体は、前記流体の温度よりも低い温度で溶融する材料によって形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力プラントや化学プラント等の緊急ドレン配管に設置される緊急ドレン配管用フリーズシール装置に関する。より詳しくは、本発明は、特に高温の流体用の緊急ドレン配管に用いて好適な緊急ドレン配管用フリーズシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化学プラントなどの配管系では、緊急時に作動流体をドレンするためにダンプタンクを設け、上記配管系とダンプタンクをドレン配管で接続し、かつ当該ドレン配管の途中に電動式の緊急ドレン弁を備えている。しかしながらこの緊急ドレン弁は、機械的な可動部分が多いため、モータが故障したり弁内部で機械的故障が発生した場合などに作動不良を起こす可能性があり、信頼性に劣るという欠点がある。
【０００３】
そこで緊急ドレン弁の代わりに、特定温度で溶融する金属などの材料で形成されたフリーズシールを用いる方式が提案されている。この方式は緊急ドレン配管の途中をフリーズシールで仕切って作動流体の喪失を防止する一方、緊急時にはこのフリーズシールを電気ヒータによる加熱で溶融させることによって、作動流体を迅速にダンプタンクへドレンするものである。
【０００４】
またナトリウム冷却高速炉の二次冷却系については、冷却材であるナトリウムの融点が９８℃であることを利用してナトリウム自体をフリーズシールにする方式が提案されている。この方式では、二次冷却系の配管とダンプタンクとを結ぶドレン配管の途中の温度をナトリウムの融点よりも低くしてこの部分のナトリウムを凝固させるようにしている。そして、緊急ドレンの際に、ナトリウムが凝固している配管部分を加熱して当該ナトリウムを溶融させ、これによってナトリウムのドレンを行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の方式では、作動流体の温度が何らかの原因で上昇した場合、フリーズシールが溶ける虞があった。このため、作動流体の通常運転温度よりも十分に高い温度を融点とする材料でフリーズシールを形成することも考えられるが、かかる材料によって形成されたフリーズシールを採用すると、今度はフリーズシールを溶融させるために長時間を要してしまい、緊急なドレンを行い難かった。またフリーズシールは融点より低い温度であっても融点に近い温度に長時間保持されると、クリープによって変形し誤動作につながる虞があった。さらにフリーズシールは作動流体と常に接触しており、その材料として作動流体によって腐食される虞がないものを選択しなければならないので、材料として採用できるものが限定されていた。
【０００６】
一方、後者の方式では、通常運転時には約３５０℃程度まで温度が上がっている二次冷却系ナトリウムの一部を凝固させる必要があるので、この凝固してフリーズシールとして機能する部分を二次冷却系の主配管から十分に離してその熱の影響を抑える必要があるのみならず、凝固部分の長さを十分に確保し、誤動作を避ける必要があった。また、ナトリウムが凝固する温度まで冷えていたドレン配管を加熱してナトリウムを溶融させるので、ナトリウム溶融時の体積膨張がドレン配管に悪影響を与えることを避けドレン配管への熱過渡を緩和する観点から、急速な加熱はできず、迅速なドレンを行うことができなかった。
【０００７】
本発明は、より信頼性が高く、かつ迅速なドレンを可能にし、しかも作動流体と共存性の良い緊急ドレン配管用フリーズシール装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、請求項１記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、ドレン配管の途中に設置したフリーズシール本体を加熱手段により溶融して流体を排出する緊急ドレン配管用フリーズシール装置において、ドレン配管のフリーズシール本体よりも上流側に当該フリーズシール本体と流体との接触を防止するラプチャーフォイルを当該フリーズシール本体との間に距離をあけて設置すると共に、当該ラプチャーフォイルとフリーズシール本体との間に流体の圧力によるラプチャーフォイルの破壊を防止する圧力室を形成し、加熱手段によってフリーズシール本体を溶融することで圧力室内の圧力を抜いてラプチャーフォイルを破壊し流体を排出するように構成されている。
【０００９】
したがって、フリーズシール本体が溶融する前の状態では、流体の圧力によるラプチャーフォイルの破壊を圧力室内の圧力が防止し、当該ラプチャーフォイルが流体を堰き止めその喪失を防止する。一方、緊急ドレンを行う場合には、フリーズシール本体を加熱手段で溶融させる。フリーズシール本体が溶融すると、圧力室内の圧力が抜けて流体側の圧力に対抗できなくなり、流体はラプチャーフォイルを破って流れ出す。即ち、ドレン配管を通じて流体が排出される。
【００１０】
また、請求項２記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、フリーズシール本体が溶融される前の状態において圧力室内の圧力を流体の圧力とほぼ同一に設定し、ラプチャーフォイルの両側の圧力をほぼ等しくするように構成されている。したがって、ラプチャーフォイルの両側に作用する圧力差は殆ど無くなり、ラプチャーフォイルが破れ難くなる。
【００１１】
また、請求項３記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、フリーズシール本体が溶融される前の状態において圧力室内の圧力を流体の圧力とフリーズシール本体の下流側の圧力とのほぼ中間の値に設定した構成である。したがって、流体側の圧力とフリーズシール本体よりも下流側の圧力の差は、ラプチャーフォイルの両側とフリーズシール本体の両側に分散して作用する。即ち、フリーズシール本体の両側の圧力差は、請求項２の場合に比べて約半分になり、フリーズシール本体を薄くすることができる。
【００１２】
また、請求項４記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、フリーズシール本体を、クリープ変形を起こさせることなく且つ溶融しない温度に保持した構成である。したがって、フリーズシール本体のクリープ変形が防止され、装置の誤作動が防止される。また、ある程度昇温された状態からフリーズシール本体の加熱を開始するので、当該フリーズシール本体を溶融させるまでに必要な時間が短くなる。
【００１３】
また、請求項５記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、フリーズシール本体の圧力室側の面に、当該フリーズシール本体とドレン配管との熱膨張差に起因して発生する隙間をシールする第２のラプチャーフォイルを設置して構成されている。したがって、一対のラプチャーフォイルが圧力室を密封することになり、フリーズシール本体やドレン配管が熱膨張した場合であっても圧力室内の圧力低下を防止する。
【００１４】
さらに、請求項６記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置は、フリーズシール本体を、流体の温度よりも低い温度で溶融する材料によって形成した構成である。したがって、加熱手段によって加熱を開始してからフリーズシール本体が溶融する温度に達するまでの時間が短くなる。流体はラプチャーフォイルによって堰き止められており、フリーズシール本体に直接接触することが無くこれを溶融させることはない。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１に緊急ドレン配管を備えるナトリウム冷却高速炉の実施形態の一例を、図２に本発明の緊急ドレン配管用フリーズシール装置の実施形態の一例を示す。この高速炉は、例えば原子炉１の炉心２を冷却した一次冷却系３の熱を中間熱交換器４によって二次冷却系５に伝え、さらに水・蒸気系６に伝えて蒸気発生器７で発生させた蒸気によって発電用タービン８を回転させるループ型の高速炉であり、二次冷却系５の配管９の最も低い位置にはドレン配管１０の上流側端が接続されている。このドレン配管１０の途中には、緊急ドレン配管用フリーズシール装置１１が設置されている。また、ドレン配管１０の下流側端は、ダンプタンク１２に接続されている。
【００１７】
緊急ドレン配管用フリーズシール装置１１は、図２に示すように、ドレン配管１０の途中に設置したフリーズシール本体１３を加熱手段１４により溶融して流体である二次冷却材（液体ナトリウム）１５をダンプタンク１２内に排出するもので、ドレン配管１０のフリーズシール本体１３よりも上流側に当該フリーズシール本体１３と二次冷却材１５との接触を防止するラプチャーフォイル１６を当該フリーズシール本体１３との間に距離をあけて設置すると共に、当該ラプチャーフォイル１６とフリーズシール本体１３との間に流体の圧力によるラプチャーフォイル１６の破壊を防止する圧力室１７を形成し、加熱手段１４によってフリーズシール本体１３を溶融することで圧力室１７内の圧力を抜いてラプチャーフォイル１６を破壊し二次冷却材１５を排出するものである。
【００１８】
フリーズシール本体１３は物質の凝固を利用したシール材で、所定温度に達すると溶融しシールを解除するものである。このフリーズシール本体１３は、加熱手段１４による融点までの迅速な加熱が容易で且つドレン配管１０と共存性の良い材料によって形成される。ナトリウム冷却炉に適用するフリーズシール本体１３については、例えばアルミニウム（融点６６０℃）によって形成することが好ましい。アルミニウムは比熱が小さいため、アルミニウム製のフリーズシール本体１３は迅速な溶融が可能という利点がある。しかしながら、フリーズシール本体１３の材料としてはアルミニウムに限るものではなく、溶融させる温度に応じて種々選択可能である。例えば、リチウム冷却炉に適用する場合には、フリーズシール本体１３の材料としては、マンガン（融点１２５３℃）やベリリウム（融点１２７０℃）等が適している。また、フリーズシール本体１３の材料は、迅速に溶融するという観点からは、熱容量（比熱と比重の積）が小さく且つ強度の高い材料の選択が好ましいことから、例えばラジウム（融点７００℃）、バリウム（融点７１４℃）、ストロンチウム（融点７６８℃）等の使用も好ましい。更に、フリーズシール本体１３を二次冷却材１５の温度よりも低い温度で溶融する材料によって形成しても良い。即ち、フリーズシール本体１３は二次冷却材１５から離して設置されているので、通常運転時のフリーズシール本体１３の温度を二次冷却材１５の温度とは無関係に設定することができ、フリーズシール本体１３の材料として融点の低いものを採用することができる。この場合、フリーズシール本体１３を溶融させるのに要する時間をより一層短くすることができ、緊急時のドレンをより一層迅速に行うことができる。
【００１９】
一方、フリーズシール本体１３は、クリープ変形の防止という観点からは低温に保持しておくことが必要であると共に、緊急時に迅速に溶融させるという観点からは溶融に至らない程度に高温に予熱・保持しておく必要があり、さらにはドレンを行う際に二次冷却材１５を凝固させることがないように二次冷却材１５の融点よりも高い温度に保持しておくことが必要である。これらの相反する条件をともに高レベルで満たすため、フリーズシール本体１３の温度、換言すればフリーズシール本体１３の取付位置の温度を、クリープ変形を起こさない範囲でできりだけ高い温度例えば２００℃程度に保持しておくことが好ましい。この程度の温度であれば、フリーズシール本体１３のクリープ変形を抑えることができると共に、短時間で融点まで加熱することができ、さらには融点が９８℃のナトリウムを凝固させることはない。
【００２０】
フリーズシール本体１３の温度を上述の温度に設定するため、このフリーズシール本体１３は、クリープ変形を起こさせることなく且つ溶融しない温度に保持されている。例えば本実施形態では、フリーズシール本体１３が、クリープ変形を防止でき且つ予熱できる位置２４に設置されている。ここで、クリープ変形を防止できる位置とは、クリープ変形が起こる程には加熱されない位置であり、換言すると、フリーズシール本体１３の温度をクリープ変形を発生させない程度の温度に抑えることができる位置である。また、予熱できる位置とは、フリーズシール本体１３を溶融させない程度に昇温しておくことができる位置であり、換言すると、加熱手段１４により加熱を開始した後短時間でフリーズシール本体１３を溶融させることができる程度に加熱しておくことができる位置である。即ち、二次冷却材１５の流れを仕切っているラプチャーフォイル１６に対してフリーズシール本体１３を近すぎず且つ遠すぎない位置に設置し、クリープ変形の防止と加熱手段１４の加熱による短時間の溶融が可能なように配慮されている。本実施形態の場合、このような温度設定を実現するために、ラプチャーフォイル１６とフリーズシール本体１３は、互いに離れた位置関係例えば１ｍ程度離れて配置されている。ただし、ラプチャーフォイル１６とフリーズシール本体１３との間の距離は、通常運転時における両者の温度差およびドレン配管１０の口径などに応じて適宜決定すれば良い。例えば、保温ヒータ２１によるドレン配管１０の加熱・保温がナトリウムの融点より僅かに高い程度に設定される場合には、フリーズシール本体１３の取付位置をラプチャーフォイル１６寄りに設定して、液体ナトリウム１５の熱によって、フリーズシール本体１３を前述の２００℃程度にまで加熱するようにしても良い。かかる構造とすることで、二次冷却材１５側の温度が仮に変動することがあったとしても、フリーズシール本体１３を上記温度に保持しておくことができる。なお、フリーズシール本体１３はハウジング１８に挟持された状態でドレン配管１０に取り付けられている。
【００２１】
ラプチャーフォイル（破壊膜）１６は、二次冷却材１５である液体ナトリウムとの共存性に優れこれによっては腐食されない材料、例えばナトリウムとの共存性が良好なタンタル（Ｔａ）によって形成されることが好ましい。ただし、ラプチャーフォイル１６の材料としてはタンタルに限るものではなく、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリブデン・レニウム（Ｍｏ−Ｒｅ）系合金、ニオブ・ジルコニウム（Ｎｂ−Ｚｒ）系合金等であっても良い。なお、ラプチャーフォイル１６は、ホルダ１９に狭持された状態でドレン配管１０に取り付けられる。
【００２２】
ラプチャーフォイル１６とフリーズシール本体１３との間の密閉空間、即ち圧力室１７には、室内の圧力が上記運転温度にて二次冷却材１５側の圧力と等しくなるように予めアルゴンガスなどの不活性ガスが封入されている。即ち、フリーズシール本体１３が溶融される前の状態において圧力室１７内の圧力を二次冷却材１５の圧力とほぼ同一に設定し、ラプチャーフォイル１６の両側の圧力をほぼ等しくしている。この場合、ラプチャーフォイル１６は設定された圧力差、例えば約１気圧あるいはそれ以上の差圧で破れるような厚さに設定されている。なお、ラプチャーフォイル１６の厚さと破れる圧力の関係は、ラプチャーフォイル１６の直径および材質に依存するため、予め実験により確認しておくことが望ましい。また、フリーズシール本体１３が溶融される前の状態における圧力室１７内の圧力は、二次冷却材１５の圧力とほぼ同一に設定される必要はなく、場合によっては二次冷却材１５の圧力とフリーズシール本体１３の下流側の圧力とのほぼ中間の値に設定しても良い。この場合には、フリーズシール本体１３の両側の圧力差を減少させることができるので、フリーズシール本体１３の厚さを薄くすることができ、緊急時のより一層迅速な溶解が可能となる。ただし、ラプチャーフォイル１６の両側の圧力差は増加するので、この圧力差でも破れないようにラプチャーフォイル１６の厚さを適宜設定することが必要である。
【００２３】
ドレン配管１０は保温材２０に覆われており、更にこの保温材２０とドレン配管１０との間に液体ナトリウム１５が凝固しないように保温するための保温手段例えば電気ヒータ２１が設置されている。また、保温材２０の中のフリーズシール本体１３の周囲には、フリーズシール本体１３を加熱して溶融させる加熱手段１４が設置されている。この加熱手段１４は、例えば電気ヒータである。
【００２４】
ここで、高速炉が通常通りに運転されフリーズシール本体１３が溶融していない場合には、ラプチャーフォイル１６の両面には所定の圧力差例えばほぼ等しい圧力が作用しているため、ラプチャーフォイル１６が破損することは一般的には起こり得ない。しかしながら、ラプチャーフォイル１６の品質不良やその他の想定し難い事態によりフリーズシール本体１３が溶融する前にラプチャーフォイル１６が破れる虞もある。このようなときにも、圧力室１７に侵入するナトリウムよりも遙かに融点の高い材質例えばアルミニウムなどを使用したフリーズシール１３の場合には、ナトリウムの熱によってフリーズシール本体１３が溶融することがなく、二次冷却材１５であるナトリウムの喪失を防止することができる。しかし、フリーズシール本体１３が３５０℃のナトリウムに接触している状態が長時間にわたると、フリーズシール本体１３がクリープ変形すると共に腐食される虞がある。そこで、ドレン配管１０の圧力室１７部分には、圧力室１７へのナトリウムの侵入を検出するセンサ類例えば接点式漏洩検出器２２が設置され、この接点式漏洩検出器２２によって圧力室１７内に液体ナトリウムが侵入したことを通常運転状態時に検出したときには、ラプチャーフォイル１６よりも上流側のドレン配管１０を保温する保温ヒータ２１への通電を停止して液体ナトリウム１５が冷えて固化するように設けられている。勿論、保温ヒータ２１への通電の手段による自然冷却によらず、配管の周りに冷媒などを循環させる強制冷却手段などを別個に設置することも可能である。保温ヒータ２１つの通電停止による冷却はラプチャーフォイル１６よりも上流側のドレン配管１０を数メートルにわたって冷却し、この部分のナトリウムを凝固させるように設けられている。この後、ラプチャーフォイル１６及びフリーズシール本体１３をドレン配管１０ごと交換する。このように圧力室１７へのナトリウムの侵入を検出するセンサ類を備えることによってフリーズシール本体１３の健全性を常時監視できる。
【００２５】
以上のように構成された緊急ドレン配管用フリーズシール装置１１によると、次のようにして緊急ドレンを必要なときには作動する。
【００２６】
原子炉１の通常運転時、即ち二次冷却材１５の緊急ドレンが不要な状態では、圧力室１７内の圧力がラプチャーフォイル１６の破損を防止している。このため、ラプチャーフォイル１６は二次冷却材１５を堰き止めており、二次冷却材１５の喪失を防止すると共に、フリーズシール本体１３と二次冷却材１５との接触を防いで当該フリーズシール本体１３の腐食を防止する。また、フリーズシール本体１３はクリープ変形防止位置２４に設置されているため、二次冷却材１５の熱によってクリープ変形を起こすこともない。
【００２７】
そして、二次冷却材１５を緊急ドレンする場合には、先ず、フリーズシール本体１３の周囲に設置された加熱手段１４を操作し、フリーズシール本体１３を加熱する。電気ヒータにより加熱されたフリーズシール本体１３は短時間で溶融して破壊され、圧力室１７内とダンプタンク１２内とを通じさせる。これにより、圧力室１７内の圧力がダンプタンク１２側に抜け、圧力室１７内と二次冷却材１５とを画するラプチャーフォイル１６には作動流体側とダンプタンク側との差圧が作用する。この圧力差によってラプチャーフォイル１６が破れ、作動流体側とダンプタンク側とが連通して緊急ドレンが行われる。
【００２８】
フリーズシール１３の溶融は、同フリーズシール本体１３の体積が非常に小さいため、狭い範囲を加熱手段１４によって集中的に加熱することによって容易に達成される。また、フリーズシール本体１３はクリープ変形を起こさない高温例えば２００℃程度にまで昇温されて保持されている。さらに、フリーズシール本体１３は比熱の小さなアルミニウム製であり、その厚さは迅速な溶融が可能なように薄く設定されている。したがって、フリーズシール本体１３を加熱手段１４による加熱が開始されてから短時間で溶融させることができ、迅速なドレンが可能になる。また、フリーズシール本体１３が配置されている位置２４の温度は二次冷却材１５であるナトリウムの融点よりも高い温度であるので、このままの温度でナトリウムを凝固させることなく緊急ドレンが可能であり、ドレン配管１０に対する熱過渡の悪影響を抑えることができる。
【００２９】
なお、上記構成では、二次冷却材１５側の圧力がラプチャーフォイル１６に設定されている圧力差を大きく越えて上昇した場合にも、ラプチャーフォイル１６は破れてしまう。このような事象は、蒸気発生器７においてナトリウム・水反応が発生した場合などに起こり得ると想定される。しかしながら、このような異常な圧力上昇時には、もともと二次冷却材１５を緊急にドレンすることが必要であり、ラプチャーフォイル１６が破れたとしても何ら支障はない。
【００３０】
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、図３に示すように、フリーズシール本体１３の圧力室１７側の面に、当該フリーズシール本体１３とドレン配管１０との熱膨張差に起因して発生する隙間をシールする第２のラプチャーフォイル２３を設置しても良い。つまり、通常運転時のフリーズシール本体１３の温度が高くかつドレン配管１０の口径が大きい場合には、フリーズシール本体１３とこれを固定するハウジング１８の熱膨張差により隙間が生じて圧力室１７内の気密性が低下する虞がある。このような条件でフリーズシール本体１３を設置する場合には、上述した二次冷却材１５を仕切るラプチャーフォイル（上部ラプチャーフォイル）１６の他に、もう１枚のラプチャーフォイル（下部ラプチャーフォイル）２３をダンプタンク１２側に離して設置し、これら一対のラプチャーフォイル１６，２３によって圧力室１７を構成するようにしても良い。この場合、通常運転温度においてフリーズシール本体１３と下部ラプチャーフォイル２３とがちょうど接触するように、即ち下部ラプチャーフォイル２３の下流側の面をフリーズシール本体１３が支えることができるように、これらを室温でドレン配管１０に組み付ける際にこれらの間に若干の隙間を空けておくことが好ましい。通常運転時における二次冷却材１５側の圧力と圧力室１７内の圧力とをほぼ同一に設定すると、上部ラプチャーフォイル１６には殆ど圧力差が作用しないが、下部ラプチャーフォイル２３には二次冷却材１５側にかかる圧力とダンプタンク側にかかる圧力との差に相当する差圧が作用する。しかしながら、下部ラプチャーフォイル２３はフリーズシール本体１３によって支えられているため破れない。かかる構成では、フリーズシール本体１３が溶融した場合、先ず支えを失った下部ラプチャーフォイル２３が上述の圧力差によって破れ、これによって上部ラプチャーフォイル１６にも同様の圧力差が作用し当該上部ラプチャーフォイル１６も破れる。このようにして、緊急ドレンが行われる。なお、フリーズシール本体１３の下部ラプチャーフォイル２３を支える面は、図示するようにその周縁部を中央部に比べて凹ますことが好ましい。このように構成することで、フリーズシール本体１３は半径方向熱膨張量の比較的小さな中央部分だけで下部ラプチャーフォイル２３を支えることになり、半径方向熱膨張量の大きな周縁部分は下部ラプチャーフォイル２３に接触することがないので、フリーズシール本体１３と下部ラプチャーフォイル２３との半径方向熱膨張差に起因する応力を大幅に低減することができる。
【００３１】
さらに、上述の説明では、本発明にかかる緊急ドレン配管用フリーズシール装置１１をループ型高速炉の二次冷却系５に適用していたが、必ずしもこれに限るものではなく、例えばループ型高速炉の水・蒸気系６やその他の配管系、タンク型又はハイブリッド型等の高速炉の各種配管系等に適用しても良く、さらには高速炉以外の原子炉プラントや発電プラント、化学プラント等に適用しても良いことは勿論である。
【００３２】
【実施例】
［フリーズシール装置構造］
アルミニウム（融点６６０℃）のフリーズシール本体１３とタンタル製のラプチャーフォイル１６によって図２の緊急ドレン配管用フリーズシール装置１１を作製した。ドレン配管１０の内径は、７５〜１５０ｍｍ（３〜６インチ）程度である。また、タンタル製ラプチャーフォイル１６の厚さはドレン配管１０の内径に依存するが、０．０５ｍｍ（５０μｍ）〜０．１ｍｍ（１００μｍ）程度である。このラプチャーフォイル１６は約１気圧の差圧で破れるような厚さに設定した。即ち、ドレン配管１０の内径が１５０ｍｍの場合には、タンタル製ラプチャーフォイル１６の厚さを０．１ｍｍ（１００μｍ）とする。そして、この場合のアルミニウム製フリーズシール本体１３の厚さは１０ｍｍ程度である。
【００３３】
［温度条件］
通常運転状態における作動流体（２次系ナトリウム）の圧力及び温度は、配管系の位置により異なるが、フリーズシール装置１１付近では約２気圧（ゲージ圧）及び約３５０℃である。したがって、ラプチャーフォイル１６の温度も約３５０℃であり、この温度に保持される。一方、フリーズシール本体１３は、クリープ変形を避けるため２００℃に保持した。そしてこのような温度設定を実現するため、１ｍ程度離して配置した。かかる構造とすることで、二次冷却材１５側の温度が仮に変動することがあったとしても、フリーズシール本体１３を上記温度に保持しておくことができる。
【００３４】
なお、図２にドレン配管１０の軸方向の位置と温度の関係をドレン配管１０の断面に添えて示す。
【００３５】
［圧力条件］
通常運転状態における作動流体たる２次系ナトリウムの圧力はフリーズシール装置１１付近では約２気圧（ゲージ圧）とし、ダンプタンク１２側の圧力は０．０１気圧（ゲージ圧）程度に設定した。一方、ラプチャーフォイル１６とフリーズシール本体１３との間の密閉空間、即ち圧力室１７には、室内の圧力が上記運転温度にて二次冷却材１５側の圧力と等しくなるように予めアルゴンガス・不活性ガスを封入した。そして、フリーズシール本体１３が溶融される前の状態において圧力室１７内の圧力を二次冷却材１５の圧力とほぼ同一に設定し、ラプチャーフォイル１６の両側の圧力をほぼ等しくした。
【００３６】
上記圧力条件において、フリーズシール本体１３には約２気圧（ゲージ圧）の差圧が作用するようにした。
【００３７】
［緊急ドレン作用］
二次冷却材１５を緊急ドレンする場合には、先ず、フリーズシール本体１３の周囲に設置された加熱手段１４を操作し、フリーズシール本体１３を加熱する。電気ヒータにより加熱されたアルミニウム製フリーズシール本体１３は、二次冷却材１５の熱によって通常運転状態でも約２００℃にまで昇温されて保持されていると共に比熱が小さいため、迅速に溶融される。
【００３８】
フリーズシール本体１３の溶融のため、圧力室１７内とダンプタンク１２内とが連通して圧力室１７内の圧力がダンプタンク１２側に抜け、圧力室１７内と二次冷却材１５とを画するラプチャーフォイル１６の両面には約２気圧の圧力差が発生し、この圧力差によってラプチャーフォイル１６が破られる。そして、二次冷却材１５がダンプタンク１２内に緊急ドレンされる。フリーズシール本体１３が配置されている位置２４の温度は二次冷却材１５であるナトリウムの融点（９８℃）よりも高い温度であるので、ナトリウムを凝固させることなく緊急ドレンが可能であり、ドレン配管１０に対する熱過渡の悪影響を抑えることができた。
【００３９】
［使用中の健全性検査方法］
高速炉の通常運転時にラプチャーフォイル１６に作用する差圧はほぼゼロ（零）であるため、ラプチャーフォイル１６が不必要に破損すること極めて起こり難いことである。しかしながら、ラプチャーフォイル１６の品質不良やその他の想定し難い事態により、通常運転中にラプチャーフォイル１６が破れたとしても、圧力室１７に侵入する約３５０℃のナトリウムはアルミニウム製フリーズシール本体１３に接触して仕切られ、ナトリウムの流出が防がれる。また、ナトリウムの流出が漏洩検出器２２で検出され、保温ヒータ２１への通電を遮断することによってあるいは図示しない冷却手段によってドレン配管１０のラプチャーフォイル１６よりも上流側の位置を数メートルにわたって冷却し、この部分のナトリウムを凝固させる。この後、ラプチャーフォイル１６及びフリーズシール本体１３をドレン配管１０ごと交換する。
【００４０】
［フリーズシールの影響］
なお、溶融したアルミニウム（フリーズシール本体１３）は二次冷却材１５であるナトリウム中に溶解してしまうが、これによるナトリウム中のアルミニウムの溶解度の増加はわずかである。例えば二次冷却系５の各ループのナトリウム容量が３００トンで、各ループ毎に緊急ドレン配管１０およびダンプタンク１２を備える構成では、フリーズシール本体１３が溶融することによるナトリウム中のアルミニウムの溶解度の増加は約０．２ｐｐｍである。なお、アルミニウムはナトリウムと化合しても凝固物を生成することはない。いずれにせよ緊急ドレンが必要となるのは、二次冷却系配管からのナトリウム漏洩事故や蒸気発生器７におけるナトリウム・水反応事故など、二次冷却系ナトリウムが空気や水と反応して著しく汚染される事態である。これらのような事故後にはかなり大掛かりな純化作業が必要であり、したがって、高速炉にはこのような不純物濃度を規定値以下に保持するための純化系が備わっている。かかる状況において上述の微量のアルミニウムの溶解は全く問題とならない。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、ドレン配管のフリーズシール本体よりも上流側に当該フリーズシール本体と流体との接触を防止するラプチャーフォイルを当該フリーズシール本体との間に距離をあけて設置すると共に、当該ラプチャーフォイルとフリーズシール本体との間に流体の圧力によるラプチャーフォイルの破壊を防止する圧力室を形成し、加熱手段によってフリーズシール本体を溶融することで圧力室内の圧力を抜いてラプチャーフォイルを破壊し流体を排出するので、フリーズシール本体を流体から離れた位置に設置することができる。このため、フリーズシール本体と流体との直接的な接触を防止することができ、流体の温度変動によるフリーズシール本体の誤溶融を防止して、緊急ドレン配管用フリーズシール装置の誤作動を防ぐことができる。また、流体によるフリーズシール本体の腐食を防止することができると共に、フリーズシール本体を形成する材料として流体の温度よりも低い融点のものを採用することができ、フリーズシール本体の材料選択の自由度が向上する。さらに、ドレン配管のフリーズシール本体が設置されている位置を所望の温度にしておくことが可能になり、ドレン時にドレン配管に与える熱過渡的なダメージを抑えることができる。
【００４２】
また、請求項２記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、フリーズシール本体が溶融される前の状態において圧力室内の圧力を流体の圧力とほぼ同一に設定し、ラプチャーフォイルの両側の圧力をほぼ等しくしているので、ラプチャーフォイルの両側に作用する圧力差が殆ど無くなり、ラプチャーフォイルを破れ難くすることができる。
【００４３】
また、請求項３記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、フリーズシール本体が溶融される前の状態において圧力室内の圧力を流体の圧力とフリーズシール本体の下流側の圧力とのほぼ中間の値に設定しているので、フリーズシール本体の両側の圧力差が小さくなり、フリーズシール本体を薄くすることができる。このため、フリーズシール本体を溶融させるのに必要な時間がより短縮化され、より迅速なドレンを可能にする。
【００４４】
また、請求項４記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、フリーズシール本体をクリープ変形を起こさせることなく且つ溶融しない温度に保持されているので、フリーズシール本体のクリープ変形を防止して誤作動を防ぐことができ、装置の信頼性を向上させると共に耐久性も向上させることができ、さらには、フリーズシール本体を溶融させるまでに必要な時間が短くなり、迅速なドレンをより一層可能にする。
【００４５】
また、請求項５記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、フリーズシール本体の圧力室側の面に、当該フリーズシール本体とドレン配管との熱膨張差に起因して発生する隙間をシールする第２のラプチャーフォイルを設置しているので、フリーズシール本体とドレン配管等の熱膨張差に起因した圧力室の圧力低下を防止することができ、装置の耐久性及び信頼性をより一層向上させることができる。
【００４６】
さらに、請求項６記載の緊急ドレン配管用フリーズシール装置では、フリーズシール本体を、流体の温度よりも低い温度で溶融する材料によって形成しているので、フリーズシール本体を短時間で溶融させることができ、緊急ドレンのさらなる迅速化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる緊急ドレン配管用フリーズシール装置を備えるループ型高速炉の概略構成図である。
【図２】本発明にかかる緊急ドレン配管用フリーズシール装置の実施形態の一例を示す断面図である。
【図３】本発明にかかる緊急ドレン配管用フリーズシール装置の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ドレン配管
１１  緊急ドレン配管用フリーズシール装置
１３  フリーズシール本体
１４  加熱手段
１５  二次冷却材
１６  ラプチャーフォイル
１７  圧力室
２３  第２のラプチャーフォイル
【図１】
0003960564.tif 000002
【図２】
0003960564.tif 000003
【図３】
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