(57)【要約】【課題】自然対流によって起こる液体金属ポンプのケーシングの周方向温度差に伴う変形を防止する。【解決手段】本発明のポンプ５では、内側ケーシング２５の内面に沿うように、ヒートパイプ２７が水平に複数段設置されている。このため、自然対流が発生し周方向に不活性ガスの温度差が大きくなっても、ヒートパイプ２７によって高温となる自然対流の上昇側３０ａより低温となる自然対流の下降側３０ｂに熱が伝わり、内側ケーシング２５の周方向温度差は小さくなり、内側ケーシング２５の変形を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口とを有し、前記内側ケーシング内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシングに、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けたことを特徴とする高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【請求項２】
下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口とを有し、前記内側ケーシング内及び前記内側ケーシングと前記外側ケーシングの間の空間内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングのいずれか一方又は双方に、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けたことを特徴とする高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【請求項３】
下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口と、前記外側ケーシングの周囲にこれと同心に配置された中間熱交換器とを有し、前記内側ケーシング内及び前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の空間内並びに前記外側ケーシングと前記中間熱交換器との間の空間内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングのいずれか一方又は双方に、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けたことを特徴とする高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【請求項４】
前記ヒートパイプの中心線が水平方向に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【請求項５】
前記ヒートパイプが高さ方向に複数段配置され、上下に隣接する各段の前記ヒートパイプは、端部が互いに周方向の同じ側に位置しないように配置されていることを特徴とする請求項４記載の高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【請求項６】
前記ヒートパイプが高さ方向に複数段配置され、上下に隣接する各段の前記ヒートパイプは、前記不活性ガスが充填された空間の高さ方向の中央位置に近づくに従って設置間隔が密になるように配置されていることを特徴とする請求項４及び請求項５のいずれか１項に記載の高速増殖炉用液体金属ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速増殖炉用液体金属ポンプに係り、特に、ケーシングの熱変形に起因する軸受部のかじりつきを防止する手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速増殖炉型原子力発電システムにおいては、原子炉容器と中間熱交換器との間で一次系冷却材であるナトリウムを循環させる一次冷却系と、中間熱交換器と蒸気発生器との間で二次系冷却材であるナトリウムを循環させる二次冷却系と、蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気管へ通して高圧タービン及び低圧タービンへと送り、高圧タービン及び低圧タービンの軸と連動した発電機にて発電する給復水・主蒸気系の３系統から成る間接式発電方式が採られている。なお、仕事に使用された蒸気は、沸騰水型あるいは加圧水型軽水炉原子力発電システムと同様に、低圧タービン出口側に設置された復水器で水に戻され、その後、複数の給水加熱器及び給水ポンプ等を通ってそれぞれ加熱及び昇圧され、蒸気発生器内に給水される。
【０００３】
なお、一般的な高速増殖炉システムの炉型は、多くの原子力関連図書、例えば「基礎高速炉工学」、日刊工業新聞社、１９９３年１０月などに記載されている（例えば、非特許文献１参照。）。本書に記載されているように、高速増殖炉システムのハード構成には、大きく分けてタンク型とループ型の２タイプがある。
【０００４】
タンク型の高速増殖炉システムは、原子炉容器内に一次主循環ポンプ及び中間熱交換器が収納されるため、一次冷却系がコンパクトになり、原子炉建屋全体を小さくできる可能性がある。また、冷却材のインベントリが大きく、過渡時の温度変化が小さくなる。しかしながら、中間熱交換器の下部と一次主循環ポンプについては、低温部へ置く必要があるため、隔壁などの設置が必要となって構造が複雑になり、現象が複雑になりやすい。また、原子炉容器が大きくなるので、耐震性や製作性に対する配慮が必要となる。
【０００５】
一方、ループ型の高速増殖炉システムは、炉心を内包する原子炉容器と中間熱交換器と一次主循環ポンプとが一次冷却系配管を介して接続されると共に、中間熱交換器と蒸気発生器と二次主循環ポンプとが二次冷却系配管を介して接続されているため構造が単純であり、各機器間の冷却材の移動や荷重の伝達は配管を介してのみ行われる。したがって、設計する上で不確定な要素が入る余地が少なく、現象の解明が比較的容易である。また、各機器の独立性が高いために保守時の接近が容易であり、保守性、補修性に優れている。しかし、一次冷却系の熱膨張を吸収する配管の引き回しによっては、一次冷却系の設置面積が大きくなる可能性があるし、一次冷却系配管３からの冷却材漏洩に対処するためのナトリウム受け容器なども必要となる。よって、このループ型においては、配管の短縮が主要な課題となる。
【０００６】
ループ型の高速増殖炉システムの一次主循環ポンプの構造は、例えば特許文献１に記載されているように、中央に回転軸が垂直に設けられ、その外側に円筒状のケーシングが二重に設けられている。回転軸は上部及び下部で軸受により支えられ、さらにその下側にインペラが取り付けられている。インペラ取り付け部分の下側に吸込み口が、横側に吐出口が設けられ、インペラの回転によって昇圧された液体金属が吐出口より吐出され、一次冷却材が一次冷却系内を循環する。液体金属の一部はインペラ上側の下部軸受部分の隙間よりケーシング内部に侵入し、ケーシング内部に自由液面を形成する。ケーシング内の液体金属の液面より上側の空間には不活性ガスが充満されている。また、内側ケーシングと外側ケーシングの間の円筒状空間にも液面と不活性ガスの充満された空間があるが、その円筒状空間を４つに分割するように自然対流防止板が垂直に設置されている。
【０００７】
また、特許文献２では、一次主循環ポンプに中間熱交換器を合体したポンプが記載されている。このポンプもポンプ周囲に配置された中間熱交換器の部分を除けば特許文献１のポンプとほぼ同様の構造となっている。中央に回転軸が垂直に設けられ、その外側に円筒状のケーシングが二重に設けられている。回転軸は上部及び下部で軸受により支えられ、さらにその下側にインペラが取り付けられている。インペラ取り付け部分の下側に吸込み口が設けられ、インペラの回転によって昇圧された液体金属が内側ケーシングと外側ケーシングの間を上昇し、ポンプ上部に設けられた吐出口より吐出される。液体金属の一部はインペラ上側の下部軸受部分の隙間よりケーシング内部に侵入し、内側ケーシング内部に自由液面を形成する。内側ケーシング内の液体金属の液面より上側の空間には不活性ガスが充満されているが、本例のポンプでは自然対流を防止するための構造は見当たらない。
【非特許文献１】堀雅夫、基礎高速炉工学編集委員会（編）、基礎高速炉工学、日刊工業新聞社、１９９３年１０月
【特許文献１】特公昭６１−４６６７２号公報
【特許文献２】特許第３５４６１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高速増殖炉の液体金属ポンプは、機器の配置効率やメンテナンスを考えて、モータが上側に位置し、真下に向かってシャフトが伸びるように配置される。シャフトのモータ下側には、ポンプ内部の流体が流出しないように軸封部が設けられるが、液体金属を直接軸封部で流出しないようにすることは、液体金属の温度が高いことや、反応性の問題から困難である。したがって、軸封部と液体金属の間に空間を設け、内部に不活性ガスを充満させた構造となる。また、一次冷却系の液体金属は放射能を有するためその遮へいや、液体金属からの熱放射の遮へいのために必然的にシャフトは長尺となり、ポンプ内に自然対流の発生しやすい不活性ガスの領域ができる。
【０００９】
特許文献１に記載のポンプにあるように、ケーシングの内側にある不活性ガスの充満した空間では、不活性ガスの自然対流が発生し、ケーシングの周方向に温度差を生じさせる。温度差によりケーシングが変形し、その中心軸がゆがむと、ポンプ回転軸と軸受の中心軸との間にずれが生じ、軸受のかじり付きを引き起こす。そのために、特許文献１では内側ケーシングと外側ケーシングの間に対流防止板を設置し、ケーシング周方向の温度差による熱膨張率の差に起因するケーシングの変形を防止している。しかし、ポンプは補修やメンテナンスの場合に備えて内側ケーシングが外側ケーシングより抜き差し可能な構造となっているが、対流防止板の端部は外側ケーシングの内面に接触しているため、内側ケーシングを引き抜いたり差し込んだりするときに、対流防止板の端部と外側ケーシング内面がこすれて損傷する可能性がある。内側ケーシングを抜き差ししなくとも、通常の運転時にポンプ回転時の機械振動や液体金属の流動によって生じる振動によって自然対流防止板の端部と外側ケーシング内面が繰り返し接触して、外側ケーシング内面が磨耗や減肉する懸念がある。また、自然対流防止板の無い内側ケーシングの内側空間で自然対流が発生した場合、ケーシングの変形を抑制することは困難である。
【００１０】
一方、特許文献２に記載のポンプでは、内側ケーシングと外側ケーシングの間は液体金属で満たされているが、内側ケーシングの内側では不活性ガスの自然対流が発生し、やはり内側ケーシングが変形するおそれがある。また、外側ケーシングと中間熱交換器の間にも不活性ガスが充満したガス層があり、この部分も自然対流が発生しケーシングや中間熱交換器を変形させる懸念がある。内側ケーシングの内側空間に特許文献１のような自然対流防止板を設置する場合、中心のポンプ回転軸に接触しないように回転軸と十分に隙間をあけて設置する必要があるため、自然対流の抑止効果が限定される。外側ケーシングと中間熱交換器の間には自然対流防止板を設置することでケーシング変形防止の効果は得られるが、例えば外側ケーシングの外面に自然対流防止板を設置した場合、ポンプ回転時の機械振動や液体金属の流動によって生じる振動によって自然対流防止板の端部と中間熱交換器の外面が繰り返し接触して磨耗や減肉する懸念がある。
【００１１】
本発明の目的は、かかる課題を解決するためになされたもので、自然対流によるケーシング等のポンプ構造物の温度むらを抑制し、運転時の振動や内側ケーシングの抜き差し時の損傷を防止可能な高速増殖炉用液体金属ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するため、第１に、下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口とを有し、前記内側ケーシング内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシングに、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けるという構成にした。
【００１３】
第２に、下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口とを有し、前記内側ケーシング内及び前記内側ケーシングと前記外側ケーシングの間の空間内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングのいずれか一方又は双方に、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けるという構成にした。
【００１４】
第３に、下端にインペラが取り付けられ、上端に電動モータが連結された回転軸と、この回転軸の周囲にこれと同心に配置された内側ケーシング及び外側ケーシングと、前記内側ケーシングに備えられ、前記回転軸を回転可能に支持する静圧軸受と、液体金属の吸入口及び吐出口と、前記外側ケーシングの周囲にこれと同心に配置された中間熱交換器とを有し、前記内側ケーシング内及び前記内側ケーシングと前記外側ケーシングとの間の空間内並びに前記外側ケーシングと前記中間熱交換器との間の空間内に不活性ガスを充満してなる高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記内側ケーシング及び前記外側ケーシングのいずれか一方又は双方に、高温部の熱を低温部に導く１乃至複数本のヒートパイプを設けるという構成にした。
【００１５】
このように、ポンプの内側ケーシング及び／又は外側ケーシングにヒートパイプを取り付けると、不活性ガスによる自然対流が発生した場合にも、ヒートパイプを介して高温部より低温部に熱が良く伝わるので、各ケーシングの温度むらを解消でき、これらの熱変形を抑制することができて、軸受部でのかじりつき等を防止することができる。
【００１６】
また、本発明は、第４に、前記第１乃至第３の高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記ヒートパイプの中心線が水平方向に配置されているという構成にした。
【００１７】
かかる構成によると、各ケーシングの円周方向の温度分布を均一化することができるので、各ケーシングの熱変形を抑制できでき、軸受部でのかじりつき等を防止することができる。
【００１８】
また本発明は第５に、前記第４の高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記ヒートパイプが高さ方向に複数段配置され、上下に隣接する各段の前記ヒートパイプは、端部が互いに周方向の同じ側に位置しないように配置されているという構成にした。
【００１９】
かかる構成によると、各ケーシングの周方向の温度を均一化できるので、軸受部でのかじりつき等をより確実に防止することができる。
【００２０】
また本発明は第６に、前記第４又は第５の高速増殖炉用液体金属ポンプにおいて、前記ヒートパイプが高さ方向に複数段配置され、上下に隣接する各段の前記ヒートパイプは、前記不活性ガスが充填された空間の高さ方向の中央位置に近づくに従って設置間隔が密になるように配置されているという構成にした。
【００２１】
自然対流によるケーシングの周方向温度差は、空間の中央高さで最も大きくなるため、ヒートパイプを中央高さに近づくほど密になるように配置することで、効率よく周方向温度差を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ポンプ内の不活性ガスの自然対流によるケーシングの温度むらを小さくすることができるので、ケーシングの変形を抑制することができる。また、自然対流防止板のように他のポンプを構成する部分と接触させる必要がないため、損傷や磨耗を防止し健全な状態を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの説明に先立ち、これが適用される高速増殖炉型原子力発電システムの構成を、図１２に基づいて説明する。図１２は従来より知られている高速増殖炉型原子力発電システムのシステム系統図である。
【００２４】
この図に示すように、本例の高速増殖炉型原子力発電システムは、原子炉容器１と、原子炉容器１内に収納された核分裂性物質を含む炉心２と、原子炉容器１から一次冷却系配管３を介して順に接続された中間熱交換器４および一次主循環ポンプ５と、中間熱交換器４より二次冷却系配管６を介して順に接続された蒸気発生器８および二次主循環ポンプ７と、蒸気発生器８にて発生した蒸気を高圧タービン１０ａ及び低圧タービン１０ｂに送る主蒸気系配管９ａと、タービンを経由した後の蒸気を復水器１２にて凝縮した水を蒸気発生器８に戻す給復水系配管９ｂと、高圧タービン１０ａ及び低圧タービン１０ｂの軸に連結された発電機１１と、復水器１２の下流側で給復水系配管９ｂに連結された給水ポンプ１３及び給水加熱器１４とから主に構成されている。
【００２５】
この高速増殖炉型原子力発電システムは、炉心２にて加熱された一次系冷却材を中間熱交換器４に通して二次系冷却材を加熱し、さらに二次系冷却材を蒸気発生器８に通して主蒸気系配管９ａに蒸気を発生させ、この蒸気を高圧タービン１０ａ及び低圧タービン１０ｂに導いて、発電機１１により発電を行う。発電に使用された蒸気は、復水器１２で凝縮されて水となり、その後、給水ポンプ１３及び給水加熱器１４を通ってそれぞれ加熱及び昇圧され、蒸気発生器８に給水される。
【００２６】
また、高速増殖炉型原子力発電システムには、炉心２の受動的停止時に発生する崩壊熱を除去する手段として、原子炉容器１内に設置された崩壊熱除去系熱交換器（ＤＲＡＣＳ）５１と、中間熱交換器４内に設置された崩壊熱除去系熱交換器（ＰＲＡＣＳ）５０とが備えられている。これらの各崩壊熱除去系熱交換器５０，５１によって熱交換された崩壊熱は、崩壊熱除去系配管５４内を自然循環する崩壊熱除去系冷却材によって熱交換され、各崩壊熱除去系熱交換器５０，５１の上方に設置された空気冷却器５３から空中に放熱される。この空気冷却器５３はファンを用いた強制冷却方式でもファン無しの自然冷却方式でも良い。
【００２７】
以下、実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプについて説明する。この高速増殖炉用液体金属ポンプは、高速増殖炉型原子力発電システムに備えられる一次主循環ポンプ５又は二次主循環ポンプ７として用いられるが、以下の実施形態においては、一次主循環ポンプ５に適用した場合を例にとって説明する。
【００２８】
図１は、第１実施形態に係る一次主循環ポンプ５の垂直断面図である。一次主循環ポンプ５の中心には、最上部がモーター１９に接続し、最下部にはインペラ２０を有する長尺シャフト２１があり、長尺シャフト２１は上部の軸封部２２、下部の静圧軸受２３によってポンプ５中心に支持されている。
【００２９】
図１の右側に示すポンプ吸込み口は一次冷却系配管３にて中間熱交換器４と連結され、中間熱交換器４より液体金属が流入してくる。流入した液体金属は、まず一次主循環ポンプ５の一番外側の円筒状流路を通って下部プレナム１８へと流れる。モーター１９によって回転したインペラ２０により下部プレナム１８より吸い込まれた液体金属は、昇圧されて外側ケーシング２４と内側ケーシング２５の間の円筒状流路を上昇し、ポンプ吐出口１６より一次冷却系配管３へと流出する。
【００３０】
内側ケーシングの内側はアルゴンガスのような不活性ガスの充満した空間２８となっている。ただし、インペラ２０で昇圧された液体金属の一部は静圧軸受２３を通って内側ケーシング２５の内側へと流出するため、下方には液体金属の液面２６がある。この液面２６の位置は、ポンプ５の運転状況により変化する。
【００３１】
ポンプ５の内側ケーシング２５より内側の部分（長尺シャフト２１、インペラ２０、静圧軸受２３）は、メンテナンス時には上部へ引抜が可能な構造となっている。
【００３２】
内側ケーシング２５の内側は不活性ガスの充満した空間２８となっているため、自然対流が発生する可能性がある。特に円筒状の空間では、図２に示すような自然対流が発生しやすい。このような自然対流が発生すると、不活性ガスが上昇する側３０ａでは不活性ガスの温度が上がり、反対の下降する側３０ｂでは温度が下がるため、内側ケーシング２５の周方向に温度差が発生し、内側ケーシング２５が軸方向に対して横に変形する。横に変形すると、長尺シャフト２１の軸が静圧軸受２３の中心からずれて、軸受のかじり付きを引き起こす。
【００３３】
本発明のポンプ５では、内側ケーシング２５の内面に沿うように、ヒートパイプ２７が水平に複数段設置されている。このため、図２に示すような自然対流が発生し、周方向に不活性ガスの温度差が大きくなっても、ヒートパイプ２７によって高温となる自然対流の上昇側３０ａより低温となる自然対流の下降側３０ｂに熱が伝わり、内側ケーシング２５の周方向温度差は小さくなり、内側ケーシング２５の変形を抑制することができる。
【００３４】
ヒートパイプ２７の一端にて外から熱を受けると内部の作動流体が蒸発する蒸発部となり、蒸気が反対側の端部へと移動して凝縮部にて凝縮して外に熱を放出する。このため、高温側と低温側にそれぞれ端部が配置されるようにヒートパイプ２７を設置することで、高温側より低温側に熱を輸送し温度差を小さくする。しかし、どの部分で自然対流による上昇流と下降流が発生するかは、空間の形状が対象であれば予測は難しい。そこで、どの位置で上昇流と下降流が発生しても温度差を小さくできるような配置が必要となる。
【００３５】
図３及び図４は内側ケーシングへのヒートパイプ配置の一例である。図３は図１に示す一次主循環ポンプ５のＥ部分の拡大斜視図、図４は図３のＡＡ’断面およびＢＢ’断面を示す。図３では内側ケーシング２５のおよそ半周分の長さを持つヒートパイプ２７を２本、同じ高さ位置で水平に配置する。次に若干高さをずらした位置に、ヒートパイプ２７を９０度回転させて水平に配置する。これを交互に空間２８の下部より上部まで配置する。こうすることで、例えば図４のＣ側に上昇流、Ｄ側に下降流が発生した場合、ＡＡ’断面に配置したヒートパイプ２７の両端では温度差が生じないためヒートパイプ２７による熱輸送は小さいが、ＢＢ’断面ではＣ側の端部が蒸発部、Ｄ側の端部が凝縮部となってヒートパイプ２７による熱輸送が行われ、内側ケーシング２５の温度差を減少させ変形を抑制する。
【００３６】
また、図５は図４の変形例で、各ヒートパイプ２７の長さが、内側ケーシング２５の約１／４周の長さに配置したものである。この場合でも同様の効果が得られる。さらに、図６は、端部の無い円管状のヒートパイプ２７ｂを配置した例である。このような円管状のヒートパイプでは、上昇部と下降部がどの位置になっても、高温側が蒸発部、低温側が凝縮部となって熱が輸送され、温度が均一化する。
【００３７】
図２に示したような自然対流による周方向の温度差は、通常は軸方向の中心で大きく、上下端に近づくほど小さくなる。そのため、図７に示すように、ヒートパイプの配置を中心で密に、上下の端に近づくほど疎らに配置することで、ヒートパイプの設置本数に対してより効率よく温度差を均質化する効果が得られる。
【００３８】
図１のポンプ５の例では、中間熱交換器４を通過した一次冷却材である液体金属がポンプ５内を流れる。中間熱交換器４を通過した液体金属の温度は、原子力発電所やシステムによって異なるが、約４００℃程度であるため、ヒートパイプも約４００℃付近で作動するような作動流体を用いる必要があり、例えば、ナフタレンや水銀を作動流体とすることが考えられる。
【００３９】
図８は、第２実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図であり、図１とは異なる構造の高速増殖炉用液体金属ポンプに本発明を適用した例である。図８に示すポンプ５ｂは、中心に長尺シャフト２１を有し、下部にインペラ２０、上部にモーター１９が備えられている。長尺シャフト２１と同軸に配置された内側ケーシング２５と外側ケーシング２４があり、内側ケーシング２５と長尺シャフト２１は、メンテナンス可能なように上側に引き抜くことが可能な構造となっている。インペラ２０の下側には一次冷却系配管３と接続したポンプ吸込み口１５が有り、インペラ２０によって上側に押し出された液体金属は、吐出側下部プレナム３１からポンプ吐出口１６を通って、一次冷却系配管３へと流れる。
【００４０】
図８のポンプ５ｂでは、内側ケーシング２５の内側のみならず、外側ケーシング２４の内側も不活性ガスの充満した空間となっている。そのため、外側ケーシング２４と内側ケーシング２５の間の空間２８ｂにおいても自然対流が発生し、周方向に温度差が発生するため、内側ケーシング２５にヒートパイプ２７を水平方向に配置し、自然対流によるケーシングの変形を防止している。
【００４１】
図８のポンプ５ｂ構造に対して、従来は円筒状の不活性ガス空間２８ｂに自然対流防止板２９を、図９に示すような垂直方向や、図１０に示すような水平方向に複数枚設置し空間を細分割することで、自然対流を抑制し自然対流による温度分布むらを防止してきた。しかし、図１のポンプ５の例のように、内側ケーシング２５と長尺シャフト２１の間の空間２８では長尺シャフトが高速回転するため、自然対流防止板２９の設置は困難である。
【００４２】
また、外側ケーシング２４と内側ケーシング２５の間には、図９や図１０のような、自然対流防止板２９は設置可能であるが、メンテナンスのために内側ケーシング２５を引き抜く際に、自然対流防止板２９の端部と外側ケーシング２４の内面が接触して擦れ、損傷する可能性がある。これに対し、ヒートパイプ２７を用いた本発明では、外側ケーシング内面に接触して損傷させること無く内側ケーシングを引き抜くことができる。
【００４３】
図１１は、第３実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図であり、中間熱交換器４と一次主循環ポンプ５が一体型となった中間熱交換器合体型ポンプ３２に本発明を適用した例である。中央に図１と同様のポンプ部分を設け、その周囲に中間熱交換器４ｂが配置されている。ポンプ吸込み口１５より流入した一次冷却系の液体金属は、下部プレナム１８ｂへと流れる間に、中間熱交換器４ｂの伝熱管３３の中を通過する。ポンプ３２の最外周には二次冷却系の液体金属が流れており、伝熱管３３の周囲を下から上へとジグザグに流れながら一次冷却系の液体金属より熱を受けて温度が上昇し、二次冷却系配管６へと流出する。逆に一次冷却系の液体金属は、伝熱管３３を通過する時に温度が低下して下部プレナム１８ｂへと流れる。
【００４４】
中間熱交換器合体型ポンプ３２は、インペラ２０で昇圧されて外側ケーシング２４内を流れる一次冷却系の液体金属と、ポンプ吸込み口１５より流入し、外側ケーシング２４の外側を流れる一次冷却系の液体金属は中間熱交換器４ｂの下流側と上流側にあたるため、例えば温度はそれぞれ５５０℃、３９５℃と大きく異なる。そのため、外側ケーシング２４の外側に不活性ガスの充満した空間３４を設けて断熱層の役割を持たせ、中間熱交換器４ｂの上流側での温度低下を防止している。しかし、これまでの例と同様に、この空間３４においても自然対流が発生し、外側ケーシング２４が周方向に温度不均一となり変形するおそれがある。そこで、外側ケーシング２４にも、ヒートパイプ２７を設けることで、自然対流による周方向温度差による外側ケーシング２４の変形を防止することができる。  
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図である。
【図２】円筒形の領域内における一般的な自然対流の流れを示す説明図である。
【図３】図１のＥ部拡大斜視図である。
【図４】図３のＡＡ’及びＢＢ’断面図である。
【図５】ヒートパイプの他の配列例を示す断面図である。
【図６】ヒートパイプのさらに他の配列例を示す断面図である。
【図７】ヒートパイプのさらに他の配列例を示す拡大斜視図である。
【図８】第２実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図である。
【図９】従来例に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図である。
【図１０】他の従来例に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る高速増殖炉用液体金属ポンプの垂直断面図である。
【図１２】高速増殖炉原子力発電システムの構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…原子炉容器、２…炉心、３…一次冷却系配管、４、４ｂ…中間熱交換器、５、５ｂ…一次主循環ポンプ、６…二次冷却系配管、７…二次主循環ポンプ、８…蒸気発生器、９ａ…主蒸気系配管、９ｂ…給復水系配管、１０ａ…高圧タービン、１０ｂ…低圧タービン、１１…発電機、１２…復水器、１３…給水ポンプ、１４…給水加熱器、１５…ポンプ吸込み口、１６…ポンプ吐出口、１７…液体金属の流れ、１８、１８ｂ…下部プレナム、１９…モーター、２０…インペラ、２１…長尺シャフト、２２…軸封部、２３…静圧軸受、２４…外側ケーシング、２５…内側ケーシング、２６…液面、２７、２７ｂ…ヒートパイプ、２８、２８ｂ…不活性ガスの充満した空間、２９…自然対流防止板、３０ａ…不活性ガスの上昇側、３０ｂ…不活性ガスの下降側、３１…吐出側下部プレナム、３２…中間熱交換器合体型ポンプ、３３…伝熱管、３４…不活性ガスの充満した空間、５０…崩壊熱除去系熱交換器（ＰＲＡＣＳ）、５１…崩壊熱除去系熱交換器（ＤＲＡＣＳ）、５３…空気冷却器、５４…崩壊熱除去系配管。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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