高速炉プラント冷却系およびその二重伝熱管の破損検出方法
【課題】 精度よく二重伝熱管の外管の破損を検出することができる高速炉プラント冷却系の提供することを目的とする。
【解決手段】 高速炉プラント冷却系１は、液体ナトリウムを収容する蒸気発生器胴体２と、蒸気発生器胴体２に液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管３と、蒸気発生器胴体２から液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管４と、蒸気発生器胴体２内部に配置され、内管５と、この内管５の側周面にギャップ４０をもって配置される外管６とを有し、内管５に水を導入し、この水に外管６に前記液体ナトリウムと熱交換を行わせる二重伝熱管７と、二重伝熱管７のギャップ４０内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子４２と、液体ナトリウム主流路において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより外管６から漏えいした強磁性体粒子４２を検出する磁場測定装置１２とを備える。
【解決手段】 高速炉プラント冷却系１は、液体ナトリウムを収容する蒸気発生器胴体２と、蒸気発生器胴体２に液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管３と、蒸気発生器胴体２から液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管４と、蒸気発生器胴体２内部に配置され、内管５と、この内管５の側周面にギャップ４０をもって配置される外管６とを有し、内管５に水を導入し、この水に外管６に前記液体ナトリウムと熱交換を行わせる二重伝熱管７と、二重伝熱管７のギャップ４０内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子４２と、液体ナトリウム主流路において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより外管６から漏えいした強磁性体粒子４２を検出する磁場測定装置１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重伝熱管を有する高速炉プラント冷却系およびその二重伝熱管の破損検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属冷却型高速炉プラントでは一般に、蒸気発生器胴体内部の液体ナトリウムと伝熱管内部を流れる水との熱交換を行っている。ここで万が一、蒸気発生器内で伝熱管が破損し、水が液体ナトリウム中へ漏えいする事故が発生した場合、水と液体ナトリウムは激しい化学反応を起こし、水素をはじめとする様々な反応生成物や反応生成熱が発生し、配管及び機器の健全性に影響を与える可能性がある。したがって、液体ナトリウムと水との熱交換器である蒸気発生器には、高い信頼性が要求される。
【０００３】
そこで、高速炉プラントの蒸気発生器の伝熱管は、内管とこの内管にギャップをもって配置した外管とから構成される二重伝熱管構造とし、さらにギャップ内に不活性ガスを保有して、内管内部に水を流通させ、ギャップ内の不活性ガスを介して外管に接する液体ナトリウムと内管内部の水との熱交換を行っている。
【０００４】
そして、上述した構成の二重伝熱管を備える蒸気発生器において、二重伝熱管の内管または外管において万一破損が生じた場合にこれを検出し、内管および外管の双方に破損が生じ、液体ナトリウムと水とが接触し反応することを未然に防止する技術が開発されている。
【０００５】
まず、二重伝熱管の内管に発生した破損を検出する技術について説明する。ここで、蒸気発生器内のナトリウム圧力（ＰＮａ）、ギャップ圧力（Ｐｇａｐ）、水および蒸気側の圧力（Ｐｓｔｅａｍ）の関係は、ＰＮａ＜Ｐｇａｐ＜Ｐｓｔｅａｍと設定されているものとする。内管に破損が発生すると、破損箇所から二重伝熱管の内管内部を流通する水または蒸気がギャップへ流出し、ギャップ内を伝って二重伝熱管の上方または下方の端部へ流通する。二重伝熱管の上方または下方の端部には、水分を検出する湿分検出器が設けられ、湿分検出器によってギャップ内を伝った水または蒸気を検出することによって内管の破損を検出する。
【０００６】
次に、二重伝熱管の外管に発生した破損を検出する技術について説明する。外管が破損した場合には、ギャップに保有される不活性ガスが外管の破損箇所から液体ナトリウムへ流出し、この流出によってギャップ内の不活性ガスの圧力が低下する。二重伝熱管の上方または下方の端部において圧力検出器を設け、不活性ガスの流出によるギャップ内の圧力の低下を圧力検出器によって測定することにより外管の破損を検出する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
さらに、外管の破損箇所から液体ナトリウムへ流出した不活性ガスは、蒸気発生器胴体内部の液体ナトリウムの液面より上方に拡散する。そこで、蒸気発生器胴体内部であって液体ナトリウムの液面より上方にガス検出器を設け、流出した不活性ガスをガス検出器によって検出することによって外管の破損を検知する技術が開発されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２３７７７号公報
【特許文献２】特許第２９５０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、高速炉プラントの安全性および信頼性の向上のために、高速炉プラントの二重伝熱管の外管の破損検出の精度をさらに向上させる要求がある。そこで本発明は、精度よく二重伝熱管の外管の破損を検出することができる高速炉プラント冷却系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の高速炉プラント冷却系は、内部に液体ナトリウムを収容することができる蒸気発生器胴体と、この蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管と、蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体から液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管と、蒸気発生器胴体内部に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される外管とを有し、蒸気発生器胴体外部から内管内部に水を導入し、この水に外管に接する液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる二重伝熱管と、この二重伝熱管のギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、蒸気発生器胴体およびナトリウム入口配管ならびにナトリウム出口配管からなり液体ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより外管から漏えいした液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに上記目的を達成するために、本発明の高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法は、ナトリウム入口配管によって蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給する工程と、ナトリウム出口配管によって蒸気発生器胴体から液体ナトリウムを導出する工程と、蒸気発生器胴体およびナトリウム入口配管ならびにナトリウム出口配管からなり、ナトリウムが循環するナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から液体ナトリウムの一部を内部に導入するナトリウムバイパス配管において設けられた磁場測定装置によって所定の磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、二重伝熱管の外管の破損箇所から液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、外管の破損を検出する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速炉プラント冷却系において精度よく二重伝熱管の外管の破損を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の二重伝熱管の長手方向に垂直な断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管に接続した場合を示す概略縦断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管および蒸気発生器胴体に接続した場合を示す概略縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管を蒸気発生器胴体に接続した設けた場合を示す概略縦断面図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の透磁率測定装置および電磁石を示す概略断面図。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１３】本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１４】本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。高速炉プラント冷却系１は、蒸気発生器胴体２と、ナトリウム入口配管３と、ナトリウム出口配管４と、二重伝熱管７と、凝縮水配管８と、蒸気配管９と、カバーガス循環装置１０と、ナトリウムポンプ１１と、電磁流量計１２とから構成される。
【００１６】
また、カバーガス循環装置１０は、カバーガス部バイパス配管１３と、カバーガス循環ポンプ１４と、カバーガス冷却器１５と、カバーガス加熱器１６と、ヘリウムガス検出器１７とから構成される。
【００１７】
ここで、二重伝熱管７の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の二重伝熱管の長手方向に垂直な断面図である。二重伝熱管７は、円筒の管形状の内管５の外周面にギャップ４０をもって、内管６より径の大きい円筒の管形状の外管６を配置することによって構成される。また、図１に示すように二重伝熱管７は、中腹部を湾曲させてヘリカル形状とした構成とする。
【００１８】
さらに、二重伝熱管７のギャップ４０において、強磁性体粒子４２を含有したヘリウムガス４１を保有する構成とする。強磁性体粒子４２の作成方法ならびに強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１をギャップ４０に保有させる方法については後述する。
【００１９】
次に、高速プラント冷却系１の各構成の接続関係について説明する。以下、高速プラント冷却系１は、高速炉プラントの２次系冷却ループを構成する場合を例にとって説明する。蒸気発生器胴体２は円筒を立直させた形状であり、内部に液体ナトリウムを収容することができる金属容器である。ナトリウム入口配管３は、配管の一端が蒸気発生器胴体２の上頂部を貫通して蒸気発生器胴体２に接続され、配管の他端が中間熱交換器（図示せず）の液体ナトリウム取出口に接続される。また、ナトリウム出口配管４は、配管の一端が蒸気発生器胴体２の下底部を貫通して蒸気発生器胴体２に接続され、配管の他端が中間熱交換器（図示せず）の液体ナトリウム導入口に接続される。
【００２０】
二重伝熱管７は、中腹部のヘリカル形状が蒸気発生器胴体２の内部に配置され、配管の両端が蒸気発生器胴体２の側面の上下２箇所を貫通し、蒸気発生器胴体２外部に露出させて配置される。また、凝縮水配管８は、二重伝熱管７の両端のうち下方に位置する端部における内管５と一端が接続される。さらに凝縮水配管８は、蒸気機関（図示せず）から凝縮水を導入することができるように、凝縮水配管８の他端が蒸気機関に接続される。ここで、蒸気機関は、蒸気タービンおよび復水器ならびに脱気器、蒸気加熱器などから構成される一般的な発電プラントにおける蒸気サイクルが適用されるものとする。
【００２１】
また、蒸気配管９は、二重伝熱管７の両端のうち上方に位置する端部における内管５と一端が接続される。さらに蒸気配管９は、蒸気機関へ蒸気を導出することができるように、蒸気配管９の他端が蒸気機関に接続される。
【００２２】
蒸気発生器胴体２内部にナトリウム入口配管３によって液体ナトリウムが供給され、ナトリウム出口配管４によって液体ナトリウムが導出される。このとき、液体ナトリウムの液面３０より上方の部分をカバーガス部３１とする。カバーガス部３１には、Ａｒや窒素といった液体ナトリウムと不活性なガスがカバーガスとして充填される。以下、カバーガスとしてＡｒを代表して説明する。
【００２３】
カバーガス循環装置１０のカバーガス部バイパス配管１３は、配管の両端が蒸気発生器胴体２におけるカバーガス部３１の側周面の上下２箇所に貫通して接続される。また、カバーガス循環ポンプ１４と、カバーガス冷却器１５と、カバーガス加熱器１６と、ヘリウムガス検出器１７は、それぞれカバーガス部バイパス配管１３において設けられる。
【００２４】
ナトリウムポンプ１１は、ナトリウム出口配管４において設けられる。ここで、ナトリウムポンプ１１には、機械式ポンプや電磁式ポンプを適用することができる。機械式ポンプは、ケーシング内部に液体ナトリウムを導入し、軸シールされたインペラによって液体ナトリウムを流動させるものである。電磁式ポンプは、液体ナトリウムを通電させるとともに、液体ナトリウムを貫いて磁界をかけることによって、液体ナトリウム自身に駆動力を発生させるものである。また、電磁流量計１２は、ナトリウム出口配管４において設けられる。
【００２５】
次に、強磁性体粒子４２の構成および作成方法について説明する。強磁性体粒子４２は、強磁性体材料を粒子化したものに絶縁体を被膜することによって構成される。ここで、強磁性体材料は、強磁性体から常磁性体への遷移温度であるキュリー温度が蒸気発生器胴体２内部の液体ナトリウムよりも十分に高いＣｏやＦｅ、ＮｉＯＦｅ２Ｏ３を適用することが好ましい。
【００２６】
さらに、ギャップ４０内の温度が５００℃から７００℃程度であるとき、キュリー温度がこの温度範囲内であるＮｉ、ＭｎＳｎ、ＭｎＯＦｅ２Ｏ３、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２を適用すれば、ギャップ４０内では強磁性体粒子４２を常磁性体として存在させることができる。この場合、外管６から液体ナトリウム中へ漏えいした強磁性体粒子４２を強磁性体として検出することができるように、後述するナトリウム冷却器２２によって強磁性体粒子４２を冷却してキュリー温度より下回らせた状態で強磁性体粒子４２を検出することが望ましい。
【００２７】
まず、上述した強磁性体材料を粒子に加工する。粒子の直径が小さすぎると超常磁性の発現により粒子から発する磁束密度が低下し、さらに直径が大きすぎると内管５内部においてヘリウムガス４１と混濁させて存在させることができない。したがって、粒子の直径は、数ナノメートルから数十ナノメートル程度であることが望ましい。強磁性体材料にすりつぶし加工を行う方法や無酸素条件下で高温加熱を行う方法を用いることによって上述した直径の強磁性体材料の粒子を得る。
【００２８】
さらに、加工した強磁性体材料の粒子の各々が凝集することを防ぐために絶縁体の被膜を施す。絶縁体の材料としては、ガラス、シリカ、アルミナなどを適用することができる。ガラスとしては、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５などを主成分としたガラスを挙げることができる。
【００２９】
以下、絶縁体にシリカ（ＳｉＯ２）を適用した場合における強磁性体材料の粒子の絶縁体の被膜方法について説明する。強磁性体材料の粒子の絶縁体の被膜方法には、水ガラス法（ゾルーゲル法）を用いる。
【００３０】
水ガラスは、組成がＮａ２Ｏ・ＸＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏである。これを水に溶かした溶液はアルカリ性を示す。この溶液に磁性体材料の粒子を希釈して溶液中に分散させた後、酸を溶液中に加えると、水ガラスは加水分解を起こして磁性体材料の粒子の表面にゲル状の珪酸（Ｈ２ＳｉＯ３）が析出する。この後、ゲル状の珪酸に覆われた磁性体材料の粒子の乾燥処理を行うことによって、シリカによって被膜された磁性体材料の粒子である強磁性体粒子４２を得ることができる。さらに、得られた強磁性体粒子４２の透磁率を高めるために、強磁性体粒子４２に高圧、無酸素条件下での熱処理を施してもよい。
【００３１】
ここで、得られた強磁性体粒子４２の粒子径の測定方法には、微分型移動度分析器（ＤＭＡ）または光子相関法（ＰＣＳ）を適用することができる。微分型移動度分析器（ＤＭＡ）は、分級部が二重円筒により構成され、内部にはキャリアガスが流通している。外周部より帯電させた粒子を流下させ、内外筒間に電圧を印加すると、帯電させた粒子はクーロン力により内筒に引き寄せられながら流下する。このとき、粒子が流れを横切る速度は、粒子が流体から受ける抵抗力とクーロン力とのつりあいにより決定されるため、強い抵抗をうける大きな粒子は遅く、小さな粒子は速く流れを横切る。その結果、粒子が内筒に到達する位置は、粒子のサイズによって異なる。微分型移動度分析器（ＤＭＡ）は、粒子が内筒に到達する位置を計測することによって粒子径を測定する。
【００３２】
光子相関法（ＰＣＳ）は、強磁性体粒子４２にレーザ光を照射して散乱光を検出し、粒子のブラウン運動に依存した散乱強度の揺らぎを観測する。大きい粒子は動きが相対的に遅いため、検出器における強度の揺らぎも緩やかなものとなる。小さい粒子は動きが速いので、強度の揺らぎも急激に変化する。光子相関法（ＰＣＳ）は、散乱光の時間的な揺らぎを観測し、粒子のブラウン運動の速度（拡散係数）を計測することによって粒子の大きさを測定する。
【００３３】
次に、二重伝熱管７のギャップ４０においてヘリウムガス４１と混濁させて強磁性体粒子４２を存在させる方法について説明する。二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２内部に保有させたのち、蒸気発生器胴体２外部に露出する二重伝熱管７の両端の何れかのギャップ４０においてヘリウムガス４１に強磁性体粒子４２を混合させたものを送風機等によって送り込むことによって、ギャップ４０においてヘリウムガス４１と混濁させて強磁性体粒子４２を保有させる。または、二重伝熱管７の作成段階においてあらかじめヘリウムガス４１と強磁性体粒子４２をギャップ４０内に保有させて封止し、二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２内部に配設してもよい。
【００３４】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。まず、高速炉プラント冷却系１の二重伝熱管７の外管６に破損が発生していない状態の作用について説明する。高速炉プラント冷却系１を有する高速炉プラントは、原子炉（図示せず）の炉心において高速中性子による核分裂連鎖反応を起こし、核分裂連鎖反応によって発生した熱を冷却材である一次系冷却ループの液体ナトリウムに熱を与える。さらに、一次系冷却ループにおける中間熱交換器は、一次系冷却ループの液体ナトリウムの熱を高速炉プラント冷却系１が属する二次系冷却ループの液体ナトリウムに与える。
【００３５】
中間熱交換器において熱を受け取った液体ナトリウムは、ナトリウム入口配管３によって蒸気発生器胴体２内部に所定の液面３０の高さまで供給される。蒸気発生器胴体２内部において二重伝熱管７の外管６の外周面は液体ナトリウムに接触し、液体ナトリウムの熱は外管６およびギャップ４０におけるヘリウムガス４１を介して内管５へ伝達される。
【００３６】
凝縮水配管８は、蒸気機関において冷却された凝縮水を二重伝熱管７の内管５内部に供給する。凝縮水は、内管５内周面から液体ナトリウムの熱を受け取り、蒸気となって内管５内部を立ち上り蒸気配管９へ導入する。蒸気配管９は、内管５から導入された蒸気を蒸気機関へ導く。
【００３７】
また、カバーガス循環装置１０は、カバーガスであるＡｒをカバーガス循環ポンプ１４によってカバーガス部バイパス配管１３内に導入し、カバーガス冷却器１５は後述するヘリウムガス４１の検出に適切な温度にＡｒを冷却する。カバーガス加熱器１６は、Ａｒをカバーガス部における温度と同等の温度に戻した後、再びカバーガス部３１へＡｒを導入する。
【００３８】
次に、二重伝熱管７の外管６の破損が発生したときに外管６の破損を検出する作用について説明する。ここで、外管６における破損とは、外管６の破断ならびに外管６に発生した亀裂または微小な孔であるホール等の総称をいう。以下、外管６にホール４３が発生した場合を代表して説明する。
【００３９】
ギャップ４０内のヘリウムガス４１の圧力は、あらかじめ蒸気発生器胴体２内の液体ナトリウムの圧力よりも高く設定されているものとする。したがって、図２に示す位置においてホール４３が発生したとき、ホール４３から強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１が外管６外部の液体ナトリウム中へ漏えいする。
【００４０】
強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１のうち、強磁性体粒子４２は液体ナトリウムより比重が重いまたは同程度であるため、液体ナトリウム中を下方へ落下し、ナトリウムポンプ１１によって液体ナトリウムとともにナトリウム出口配管４へ導出される。また、ヘリウムガス４１は液体ナトリウムより比重が軽いため液体ナトリウム中を立ち上り、液面３０を抜けてカバーガス部３１へ拡散する。
【００４１】
外管６の破損の検出方法は、ホール４３から漏えいした強磁性体粒子４２を検出する方法と、ホール４３から漏えいしたヘリウムガス４１を検出する方法に分別される。まず、ホール４３から漏えいした強磁性体粒子４２を電磁流量計１２によって検出する方法について説明する。
【００４２】
電磁流量計１２は、液体金属の流れ方向に直行した磁界をかけるとともに、液体金属の流れ方向に平行に一対の電極を設けて液体金属に電流を流し、液体金属に生じる起電圧を測定することによって液体金属の流量を測定するものである。
【００４３】
外管６にホール４３の発生がない場合、電磁流量計１２が測定する起電圧は液体ナトリウムのみによって発生する。さらに、ナトリウム出口配管４において液体ナトリウムのみが流れているときに測定される起電圧の測定値は、発電プラントの出力やナトリウムポンプ１１の運転度合いを含む高速炉プラントの運転状況と相関を示す。したがって、各々の運転状態において液体ナトリウムのみが流れているときの起電圧を基準値としてあらかじめ記憶しておき、実際の高速炉プラントの運転状況における起電圧の測定値と比較し、基準値と測定値が一致するときはナトリウム出口配管４において液体ナトリウム以外の異物が混入していないことを判定することができる。
【００４４】
外管６にホール４３が発生し、電磁流量計１２の測定部に液体ナトリウムおよび強磁性体粒子４２が流れ込んだとき、電磁流量計１２は液体ナトリウムおよび強磁性体粒子４２によって発生する起電圧を測定する。このとき、測定値と基準値を比較すると不一致が生じるため、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定することができる。
【００４５】
ここで、電磁流量計１２が測定した測定値と基準値との比較は、電磁流量計１２ならびに電磁流量計１２から測定値を送信できるように接続した演算装置等によって行わせてもよいし、電磁流量計１２が示す測定値と基準値とを運転員が直接比較してもよい。
【００４６】
次に、ホール４３から漏えいしたヘリウムガス４１を検出する方法について説明する。ホール４３より液体ナトリウム中に放出されて立ち上り、液面３０を抜けてカバーガス部３１へ拡散したヘリウムガス４１は、カバーガス循環ポンプ１４によってカバーガス部バイパス配管１３内へ導入される。ヘリウムガス検出器１７は、ガスクロマト法またはレーザ分光法によって、カバーガスのＡｒに含まれるヘリウムガス４１を検出し、外管６に破損が発生してヘリウムガス４１が漏えいしたことを判定する。
【００４７】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、外管６に生じた破損箇所から強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１を漏えいさせ、電磁流量計１２が測定した起電圧の測定値と基準値を比較することによって強磁性体粒子４２を検出し、さらにヘリウムガス検出器１７によってヘリウムガス４１を検出することによって、精度よく二重伝熱管７の外管６の破損を検出することができる。
【００４８】
なお、高速炉プラントが二次系ナトリウムループを省き、高速炉プラント冷却系１が一次系ナトリウムループを構成する場合、ナトリウム入口配管３は、原子炉から直接液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２内部に供給し、ナトリウム出口配管４は、蒸気発生器胴体２内部から液体ナトリウムを直接原子炉へ導出するものとする。
【００４９】
また、電磁流量計１２はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。さらに、ナトリウムポンプ１１は、ナトリウム入口配管３において設ける構成としてもよいし、自然循環型の高速炉プラントの場合、ナトリウムポンプ１１の構成を省く構成とすることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図３を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００５１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、透磁率測定装置１８を新たに設けた点である。透磁率測定装置１８は、測定対象に磁場をかけて透磁率を測定する装置である。透磁率測定装置１８は、ナトリウム出口配管４において、測定部をナトリウム出口配管４内部に向けて設けられる。
【００５２】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生していないとき、液体ナトリウムは非磁性体であるので、透磁率測定装置１８が示す透磁率は所定の一定値を示す。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２が透磁率測定装置１８の測定部に流れ込んだとき、強磁性体粒子４２によって透磁率が変化する。この透磁率の変化を測定することによって液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定する。
【００５３】
ここで、透磁率測定装置１８ならびに透磁率測定装置１８に接続した演算装置に透磁率の変化を検出する機能を持たせてもよいし、透磁率測定装置１８が示す透磁率を運転員が監視し、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定してもよい。
【００５４】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、液体ナトリウムの流量の変化が大きいために電磁流量計１２によって強磁性体粒子４２の検出の判定をすることが難しいときなどにおいて、透磁率測定装置１８によって強磁性体粒子４２のみを効果的に検出することができる。
【００５５】
なお、透磁率測定装置１８はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図４を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００５７】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、コイル１９および検流計２０を新たに設けた点である。コイル１９は、ナトリウム出口配管４の外周面を包囲して設けられる。検流計２０は、コイル１９に生じる誘導電流を検出することができるようにコイル１９に接続される。
【００５８】
（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生していないとき、液体ナトリウムは非磁性体であるので、コイル１９に誘導電流は生じず、検流計２０は電流を検出しない。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２がコイル１９の内側に流れ込んだとき、強磁性体粒子４２によってコイル１９に誘導電流が生じ、検流計２０がこの誘導電流を検出する。検流計２０が誘導電流を検出することによって、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定する。
【００５９】
（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、例えば、液体ナトリウムの流量の変化が大きいために電磁流量計１２において強磁性体４２の検出の判定をすることが難しいときなど、コイル１９および検流計２０によって強磁性体４２のみを効果的に検出させることができる。
【００６０】
なお、コイル１９はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図５を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、透磁率測定装置１８をナトリウム出口配管４において液体ナトリウムの流れ方向に複数設けた点である。
【００６２】
（作用）
以下、本発明の第４の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムが複数の透磁率測定装置１８の測定部へ液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に流れ込む。このとき、複数の透磁率測定装置１８は、液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に強磁性体粒子４２によって透磁率の変化を示す。
【００６３】
複数の透磁率測定装置１８が液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に透磁率の変化を示したときに強磁性体粒子４２が液体ナトリウムに混入したものと判定し、外管６にホール４３が発生したものと判定する。
【００６４】
（効果）
本発明の第４の実施形態によれば、複数の透磁率測定装置１８が、ナトリウム入口配管３の液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に強磁性体４２を検知するため、より確実に強磁性体４２を検知することができる。また、透磁率測定装置１８の検出精度を考慮し、複数の透磁率測定装置１８のうち所定の数以上のものが透磁率の変化を示したときに、外管６の破損が発生したものと判定してもよい。
【００６５】
さらに、複数の透磁率測定装置１８はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。また、電磁流量計１２を液体ナトリウムの流路の長手方向に複数設けてもよいし、コイル１９および検流計２０を液体ナトリウムの流路の長手方向に複数設けても同様の作用を発揮することができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図６乃至図８を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００６７】
図６は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管に接続した場合を示す概略縦断面図である。第５の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１を設け、さらにナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８および液体ナトリウム冷却器２２ならびに液体ナトリウム加熱器２３を設けた点である。
【００６８】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００６９】
さらに、ナトリウムバイパス配管２１内の液体ナトリウムの流れ方向に沿って、液体ナトリウム冷却器２２、透磁率測定装置１８、液体ナトリウム加熱器２３が順にナトリウムバイパス配管２１において設けられる。
【００７０】
（作用）
以下、本発明の第５の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムがナトリウム出口配管４を流れる。ナトリウムバイパス配管２１は、一端からナトリウム出口配管４を流れる強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入する。内部に導入された強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムは、液体ナトリウム冷却器２２によって所定温度まで冷却される。一般に、強磁性体材料は温度が下がるほど磁性率が強くなる。したがって、液体ナトリウム冷却器２２は、液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子４２を冷却し、磁化率を強める働きがある。
【００７１】
液体ナトリウム冷却器２２によって冷却された強磁性体粒子４２は、透磁率測定装置１８の測定部に流れ込み、透磁率測定装置１８によって強磁性体粒子４２による透磁率の変化を測定することによって、液体ナトリウム中に混入した強磁性体粒子４２を検出する。
【００７２】
透磁率測定装置１８を通り過ぎた強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムは液体ナトリウム加熱器２３によって、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムと同等の温度まで加熱され、ナトリウムバイパス配管２１の他端から再びナトリウム出口配管４へ戻される。
【００７３】
さらに、本実施形態は以下の変形が可能である。図７は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管および蒸気発生器胴体に接続した場合を示す概略縦断面図である。この場合、ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２へ戻すことができるように他端が蒸気発生器胴体２に接続される。
【００７４】
図８は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管を蒸気発生器胴体に接続した設けた場合を示す概略縦断面図である。この場合、ナトリウムバイパス配管２１は、蒸気発生器胴体２を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端が蒸気発生器胴体２に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２へ戻すことができるように他端が蒸気発生器胴体２に接続される。
【００７５】
さらに、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかにおいて、一端から液体ナトリウムの一部を内部に導入し、他端から液体ナトリウムを戻すようにナトリウムバイパス配管２１を設けても同様の作用を発揮することができる。
【００７６】
（効果）
本発明の第５の実施形態によれば、ナトリウム出口配管４においてナトリウムバイパス配管２１を設け、液体ナトリウムの一部を導入して透磁率測定装置１８によって強磁性体４２の混入を判定することによって、ナトリウム出口配管４の配管径が大きく、十分に透磁率を測定できないときなどにおいて、ナトリウムバイパス配管２１において精度よく透磁率を測定することができる。
【００７７】
さらに、ナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８に代えて電磁流量計１２またはコイル１９および検流計２０を設けても同様の作用を発揮することができる。
【００７８】
（第６の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図９および図１０を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００７９】
図９は、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第６の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１を設け、さらにナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８と、２つのナトリウム止弁２４と電磁石２５を設けた点である。
【００８０】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００８１】
また、ナトリウムバイパス配管２１において液体ナトリウムの流れ方向に沿って、片方のナトリウム止弁２４と、透磁率測定装置１８および電磁石２５と、他方のナトリウム止弁２４が順に設けられる。図１０は、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の透磁率測定装置および電磁石を示す概略断面図である。図１０のように、ナトリウムバイパス配管２１の外周面において透磁率測定装置１８の磁場測定方向に直行するように１組の電磁石２５を設けることが望ましい。
【００８２】
（作用）
以下、本発明の第６の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、ナトリウムバイパス配管２１は、一端からナトリウム出口配管４を流れる強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入する。
【００８３】
このとき、２つのナトリウム止弁２４を閉動作させることによって、２つのナトリウム止弁２４の間の液体ナトリウムの流れを静止させる。さらに、電磁石２５を動作させることによって透磁率測定装置１８の測定部へ強磁性体粒子４２を移動させる。この状態において透磁率測定装置１８は、透磁率を測定する。液体ナトリウムの静止状態においても強磁性体粒子４２が含まれるときには、含まれないときに比べて透磁率が変化するので、透磁率測定装置１８が示す透磁率の変化によって強磁性体粒子４２を検出することができる。
【００８４】
ここで、ナトリウム止弁２４を設けずに液体ナトリウムが流れる中の強磁性体粒子４２の透磁率を測定すると、液体ナトリウムの流れに伴い強磁性体粒子４２の磁束の向きが変化するため透磁率の測定に影響を与える可能性がある。しかしながら、本実施形態では、ナトリウム止弁２４によって液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに電磁石２５によって強磁性体粒子４２を透磁率測定装置１８の測定部へ移動させた状態で透磁率を測定するので、強磁性体粒子４２の磁束の向きを揃えた状態で透磁率を測定することができる。
【００８５】
（効果）
本発明の第６の実施形態によれば、ナトリウム止弁２４によって液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに電磁石２５によって強磁性体粒子４２を透磁率測定装置１８の測定部へ移動させた状態で透磁率を測定することによって、より精度よく強磁性体粒子４２を検出することができる。
【００８６】
（第７の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１１を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００８７】
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第７の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１と、透磁率測定装置１８およびコールドトラップ２６を設けた点である。
【００８８】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００８９】
コールドトラップ２６は、液体ナトリウム冷却器２２と、液体ナトリウム加熱器２３と、メッシュ２７とから構成される。ナトリウムバイパス配管２１内の液体ナトリウムの流れ方向に沿って、液体ナトリウム冷却器２２、メッシュ２７、液体ナトリウム加熱器２３が順にナトリウムバイパス配管２１において設けられる。さらに、液体ナトリウム冷却器２２とメッシュ２７との間において透磁率測定装置１８がナトリウムバイパス配管２１に設けられる。
【００９０】
（作用）
以下、本発明の第７の実施形態の作用について説明する。ナトリウムバイパス配管２１において、液体ナトリウム冷却器２２は液体ナトリウムの冷却を行う。液体ナトリウム中に含まれる強磁性体粒子４２は、冷却によって磁化率が高められ、透磁率測定装置１８によって透磁率の変化として検出される。さらに、冷却された液体ナトリウムに含まれる不純物は冷却によって固化し、メッシュ２７によって捕獲される。液体ナトリウム加熱器２３は、冷却された液体ナトリウムを高速炉プラントの熱サイクルに適切な温度まで加熱してナトリウム出口配管４へ戻す。
【００９１】
（効果）
本発明の第７の実施形態によれば、液体ナトリウム冷却器２２が、液体ナトリウム中に含まれる強磁性体粒子４２を冷却することによって磁化率を高める作用と、液体ナトリウムに含まれる不純物を冷却によって固化させる作用を兼用することができる。
【００９２】
なお、本実施形態は、透磁率測定装置１８に代えて電磁流量計１２やコイル及び検流計１９を設ける構成としても同様の作用を発揮する。さらに、ナトリウムバイパス配管２１もナトリウム出口配管４において設けるだけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかにおいて設けることができる。
【００９３】
（第８の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１２を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００９４】
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第８の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たに強磁性体粒子容器２８を設けた点である。
【００９５】
強磁性体粒子容器２８は、強磁性体粒子４２を内部に収容することができる容器である。強磁性体粒子容器２８は、強磁性体粒子４２を外部に放出することができる粒子放出口を備え、この粒子放出口を蒸気発生器胴体２の外部に露出する二重伝熱管７のいずれかの端部におけるギャップ４０に連通するように設けられる。さらに二重伝熱管７にホール４３が発生していない状態においては、強磁性体粒子４２は、強磁性体粒子容器２８内において保有されるものとする。
【００９６】
（作用）
以下、本発明の第８の実施形態の作用について説明する。二重伝熱管７にホール４３が発生したとき、ギャップ４０内のヘリウムガス４１がホール４３から漏えいすることによって、ギャップ４０内の圧力が低下する。この圧力の低下に伴い、強磁性体粒子４２は、強磁性体粒子容器２８内からギャップ４０へ移動する。さらに、ギャップ４０へ移動した強磁性体粒子４２は、ヘリウムガス４１とともにホール４３から外管６の外部へ漏えいし、電磁流量計１２が測定する測定値によって強磁性体粒子４２を検出する。
【００９７】
（効果）
本発明の第８の実施形態によれば、外管６におけるホール４３の発生時のみギャップ４０に強磁性体粒子４２を存在させることができ、ギャップ４０内の強磁性体粒子４２による熱交換効率の低下を防ぐことができる。
【００９８】
（第９の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１３を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００９９】
図１３は、本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第９の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにサイクロンセパレータ２９を設けた点である。サイクロンセパレータ２９は、内部に導入した複数の物質を遠心分離によって分離し回収することができる機器である。サイクロンセパレータ２９は、ナトリウム出口配管４における電磁流量計１２よりも液体ナトリウムの流れの下流において設けられる。
【０１００】
（作用）
以下、本発明の第９の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２が液体ナトリウム中へ漏えいしたとき、サイクロンセパレータ２９の上流において設けられる電磁流量計１２が測定する測定値によって強磁性体粒子４２を検出する。
【０１０１】
サイクロンセパレータ２９は、強磁性体粒子４２を含む液体ナトリウムを内部に導入して、遠心分離によって液体ナトリウムと強磁性体粒子４２とに分離し、強磁性体粒子４２を回収する。強磁性体粒子４２と分離された液体ナトリウムは再びナトリウム出口配管４に戻される。
【０１０２】
（効果）
本発明の第９の実施形態によれば、二重伝熱管７のギャップ４０から漏えいした強磁性体粒子４２をサイクロンセパレータ２９によって液体ナトリウムと分離することで回収することができる。なお、サイクロンセパレータ２９は、ナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けてもよいし、液体ナトリウムの主流路に設けられたナトリウムバイパス配管２１において設けても同様の作用を発揮することができる。
【０１０３】
（第１０の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１４を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【０１０４】
図１４は、本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第１０の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、蒸気発生器胴体２およびナトリウム入口配管３ならびにナトリウム出口配管４に代えて、原子炉容器５１と、トップドーム５２と、炉心５３と、内シュラウド５４と、反射体５５と、炉停止棒５６とを設けた点である。
【０１０５】
原子炉容器５１は、円筒形状を縦置きにした形状であり、内部に液体ナトリウムを収容することができる容器である。また、原子炉容器５１の中心には、炉心５３が配置され、さらに炉心５３の側面に離間した位置に反射体５５が配置される。炉停止棒５６は、炉心５３の上方に配置される。
【０１０６】
また、炉心５３と、反射体５５と、炉停止棒５６とを包囲するように内シュラウド５４が原子炉容器５１内部に配置される。二重伝熱管７は、原子炉容器５１内部において内シュラウド５４を包囲する螺旋形状を形成し、原子炉容器５１を貫通して両端を外部に露出させる。二重伝熱管７の両端にはそれぞれ凝縮水配管８と蒸気配管９が接続される。
【０１０７】
さらに、原子炉容器５１内部であって内シュラウド５４の外側においてナトリウムポンプ１１および電磁流量計１２が設けられる。原子炉容器５１の上部はトップドーム５２によって包囲される。
【０１０８】
（作用）
以下、本発明の第１０の実施形態の作用について説明する。炉心５３における核分裂反応による熱は周囲の液体ナトリウムに与えられる。炉心５３から熱を受け取った液体ナトリウムは、原子炉容器５１内を循環し、内シュラウド５４の外側へ対流する。内シュラウド５４の外側において、二重伝熱管７の外管６に炉心５３から熱を受け取った液体ナトリウムが接触し、ギャップ４０を介して内管５内部を流れる水に熱を与える。
【０１０９】
二重伝熱管７の外管６にホール４３が発生したとき、液体ナトリウムの原子炉容器５１内の循環とともに強磁性体粒子４２は原子炉容器５１内を循環し、電磁流量計１２の測定部へ流れ込む。このとき、測定される流量値と運転状態における基準値を比較することによって強磁性体粒子４２を検出する。
【０１１０】
（効果）
本発明の第１０の実施形態によれば、原子炉容器５１に二重伝熱管７を配置した構成の高速炉プラントにおいても、強磁性体４２検出することによって外管６に生じた破損を検出することができる。さらに、上述した実施形態のように、原子炉容器５１内の液体ナトリウムの一部を導入し導出するようにナトリウムバイパス配管２１を原子炉容器５１に接続し、ナトリウムバイパス配管２１において電磁流量計１２または透磁率測定装置１８またはコイル１９および検流計２０を設けることによって強磁性体粒子４２を検出することができる。
【０１１１】
なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例えば、蒸気発生器胴体２や二重伝熱管７の形状および大きさは、高速炉プラントの出力、中間熱交換器の有無、ならびに熱交換の効率などによって適宜変更されうるものである。また、ギャップ４０に循環させるヘリウムガス４１は、アルゴンやキセノンといった不活性ガスに代えることができる。
【０１１２】
さらに、カバーガス部３１に充填されるカバーガスもＡｒに代えて、ヘリウムやキセノン等の液体ナトリウムと不活性なガスのうち、上述したギャップ４０内において循環するガス以外のものを適用することができる。また、強磁性体粒子４２の検出のみによって外管６の破損を十分に検出できるときなどは、カバーガス循環装置１０を省くことができる。
【０１１３】
また、強磁性体粒子４２の検出手段は、上述した電磁流量計１２、透磁率測定装置１８、コイル１９および検流計２０に限れられず、強磁性体粒子４２によって生じる液体ナトリウムにおける所定の磁場変化を測定することにより液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子４２を検出することができる磁場測定装置であれば、他の構成を適用することも可能である。
【０１１４】
さらに、二重伝熱管７は、１本の内管５と外管６からなる配管の両端を蒸気発生器胴体２の外部に露出させた構成だけでなく、複数の内管５と外管６からなる配管を蒸気発生器胴体２内部に配置し、複数の内管５と外管６からなる配管の両端を合流させ、この合流した両端を蒸気発生器胴体２の外部に露出させる構成としてもよい。
【０１１５】
または、蒸気発生器胴体２の内部において、複数の直線状の二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２の軸方向に平行に設け、さらに蒸気発生器胴体２の側周面を貫通して、凝縮水配管８および蒸気配管９を蒸気発生器胴体２に接続した構成とし、蒸気発生器胴体２内部において凝縮水配管８から凝縮水を二重伝熱管７の内管５に導入し、二重伝熱管７の内管５から蒸気を蒸気配管９に導出してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１・・・高速炉プラント冷却系
２・・・蒸気発生器胴体
３・・・ナトリウム入口配管
４・・・ナトリウム出口配管
５・・・内管
６・・・外管
７・・・二重伝熱管
８・・・蒸気配管
９・・・凝縮水配管
１０・・・カバーガス循環装置
１１・・・ナトリウムポンプ
１２・・・電磁流量計
１３・・・カバーガス部バイパス配管
１４・・・カバーガス循環ポンプ
１５・・・カバーガス冷却器
１６・・・カバーガス加熱器
１７・・・ヘリウムガス検出器
１８・・・透磁率測定装置
１９・・・コイル
２０・・・検流計
２１・・・ナトリウムバイパス配管
２２・・・ナトリウム冷却器
２３・・・ナトリウム加熱器
２４・・・ナトリウム止弁
２５・・・電磁石
２６・・・コールドトラップ
２７・・・メッシュ
２８・・・強磁性体粒子容器
２９・・・サイクロンセパレータ
３０・・・液面
３１・・・カバーガス部
４０・・・ギャップ
４１・・・ヘリウムガス
４２・・・強磁性体粒子
４３・・・ホール
５１・・・原子炉容器
５２・・・トップドーム
５３・・・炉心
５４・・・内シュラウド
５５・・・反射体
５６・・・炉停止棒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二重伝熱管を有する高速炉プラント冷却系およびその二重伝熱管の破損検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体金属冷却型高速炉プラントでは一般に、蒸気発生器胴体内部の液体ナトリウムと伝熱管内部を流れる水との熱交換を行っている。ここで万が一、蒸気発生器内で伝熱管が破損し、水が液体ナトリウム中へ漏えいする事故が発生した場合、水と液体ナトリウムは激しい化学反応を起こし、水素をはじめとする様々な反応生成物や反応生成熱が発生し、配管及び機器の健全性に影響を与える可能性がある。したがって、液体ナトリウムと水との熱交換器である蒸気発生器には、高い信頼性が要求される。
【０００３】
そこで、高速炉プラントの蒸気発生器の伝熱管は、内管とこの内管にギャップをもって配置した外管とから構成される二重伝熱管構造とし、さらにギャップ内に不活性ガスを保有して、内管内部に水を流通させ、ギャップ内の不活性ガスを介して外管に接する液体ナトリウムと内管内部の水との熱交換を行っている。
【０００４】
そして、上述した構成の二重伝熱管を備える蒸気発生器において、二重伝熱管の内管または外管において万一破損が生じた場合にこれを検出し、内管および外管の双方に破損が生じ、液体ナトリウムと水とが接触し反応することを未然に防止する技術が開発されている。
【０００５】
まず、二重伝熱管の内管に発生した破損を検出する技術について説明する。ここで、蒸気発生器内のナトリウム圧力（ＰＮａ）、ギャップ圧力（Ｐｇａｐ）、水および蒸気側の圧力（Ｐｓｔｅａｍ）の関係は、ＰＮａ＜Ｐｇａｐ＜Ｐｓｔｅａｍと設定されているものとする。内管に破損が発生すると、破損箇所から二重伝熱管の内管内部を流通する水または蒸気がギャップへ流出し、ギャップ内を伝って二重伝熱管の上方または下方の端部へ流通する。二重伝熱管の上方または下方の端部には、水分を検出する湿分検出器が設けられ、湿分検出器によってギャップ内を伝った水または蒸気を検出することによって内管の破損を検出する。
【０００６】
次に、二重伝熱管の外管に発生した破損を検出する技術について説明する。外管が破損した場合には、ギャップに保有される不活性ガスが外管の破損箇所から液体ナトリウムへ流出し、この流出によってギャップ内の不活性ガスの圧力が低下する。二重伝熱管の上方または下方の端部において圧力検出器を設け、不活性ガスの流出によるギャップ内の圧力の低下を圧力検出器によって測定することにより外管の破損を検出する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
さらに、外管の破損箇所から液体ナトリウムへ流出した不活性ガスは、蒸気発生器胴体内部の液体ナトリウムの液面より上方に拡散する。そこで、蒸気発生器胴体内部であって液体ナトリウムの液面より上方にガス検出器を設け、流出した不活性ガスをガス検出器によって検出することによって外管の破損を検知する技術が開発されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３２３７７７号公報
【特許文献２】特許第２９５０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、高速炉プラントの安全性および信頼性の向上のために、高速炉プラントの二重伝熱管の外管の破損検出の精度をさらに向上させる要求がある。そこで本発明は、精度よく二重伝熱管の外管の破損を検出することができる高速炉プラント冷却系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の高速炉プラント冷却系は、内部に液体ナトリウムを収容することができる蒸気発生器胴体と、この蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管と、蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体から液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管と、蒸気発生器胴体内部に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される外管とを有し、蒸気発生器胴体外部から内管内部に水を導入し、この水に外管に接する液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる二重伝熱管と、この二重伝熱管のギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、蒸気発生器胴体およびナトリウム入口配管ならびにナトリウム出口配管からなり液体ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより外管から漏えいした液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに上記目的を達成するために、本発明の高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法は、ナトリウム入口配管によって蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給する工程と、ナトリウム出口配管によって蒸気発生器胴体から液体ナトリウムを導出する工程と、蒸気発生器胴体およびナトリウム入口配管ならびにナトリウム出口配管からなり、ナトリウムが循環するナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から液体ナトリウムの一部を内部に導入するナトリウムバイパス配管において設けられた磁場測定装置によって所定の磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、二重伝熱管の外管の破損箇所から液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、外管の破損を検出する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高速炉プラント冷却系において精度よく二重伝熱管の外管の破損を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の二重伝熱管の長手方向に垂直な断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管に接続した場合を示す概略縦断面図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管および蒸気発生器胴体に接続した場合を示す概略縦断面図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管を蒸気発生器胴体に接続した設けた場合を示す概略縦断面図。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の透磁率測定装置および電磁石を示す概略断面図。
【図１１】本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１３】本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【図１４】本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。高速炉プラント冷却系１は、蒸気発生器胴体２と、ナトリウム入口配管３と、ナトリウム出口配管４と、二重伝熱管７と、凝縮水配管８と、蒸気配管９と、カバーガス循環装置１０と、ナトリウムポンプ１１と、電磁流量計１２とから構成される。
【００１６】
また、カバーガス循環装置１０は、カバーガス部バイパス配管１３と、カバーガス循環ポンプ１４と、カバーガス冷却器１５と、カバーガス加熱器１６と、ヘリウムガス検出器１７とから構成される。
【００１７】
ここで、二重伝熱管７の構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の二重伝熱管の長手方向に垂直な断面図である。二重伝熱管７は、円筒の管形状の内管５の外周面にギャップ４０をもって、内管６より径の大きい円筒の管形状の外管６を配置することによって構成される。また、図１に示すように二重伝熱管７は、中腹部を湾曲させてヘリカル形状とした構成とする。
【００１８】
さらに、二重伝熱管７のギャップ４０において、強磁性体粒子４２を含有したヘリウムガス４１を保有する構成とする。強磁性体粒子４２の作成方法ならびに強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１をギャップ４０に保有させる方法については後述する。
【００１９】
次に、高速プラント冷却系１の各構成の接続関係について説明する。以下、高速プラント冷却系１は、高速炉プラントの２次系冷却ループを構成する場合を例にとって説明する。蒸気発生器胴体２は円筒を立直させた形状であり、内部に液体ナトリウムを収容することができる金属容器である。ナトリウム入口配管３は、配管の一端が蒸気発生器胴体２の上頂部を貫通して蒸気発生器胴体２に接続され、配管の他端が中間熱交換器（図示せず）の液体ナトリウム取出口に接続される。また、ナトリウム出口配管４は、配管の一端が蒸気発生器胴体２の下底部を貫通して蒸気発生器胴体２に接続され、配管の他端が中間熱交換器（図示せず）の液体ナトリウム導入口に接続される。
【００２０】
二重伝熱管７は、中腹部のヘリカル形状が蒸気発生器胴体２の内部に配置され、配管の両端が蒸気発生器胴体２の側面の上下２箇所を貫通し、蒸気発生器胴体２外部に露出させて配置される。また、凝縮水配管８は、二重伝熱管７の両端のうち下方に位置する端部における内管５と一端が接続される。さらに凝縮水配管８は、蒸気機関（図示せず）から凝縮水を導入することができるように、凝縮水配管８の他端が蒸気機関に接続される。ここで、蒸気機関は、蒸気タービンおよび復水器ならびに脱気器、蒸気加熱器などから構成される一般的な発電プラントにおける蒸気サイクルが適用されるものとする。
【００２１】
また、蒸気配管９は、二重伝熱管７の両端のうち上方に位置する端部における内管５と一端が接続される。さらに蒸気配管９は、蒸気機関へ蒸気を導出することができるように、蒸気配管９の他端が蒸気機関に接続される。
【００２２】
蒸気発生器胴体２内部にナトリウム入口配管３によって液体ナトリウムが供給され、ナトリウム出口配管４によって液体ナトリウムが導出される。このとき、液体ナトリウムの液面３０より上方の部分をカバーガス部３１とする。カバーガス部３１には、Ａｒや窒素といった液体ナトリウムと不活性なガスがカバーガスとして充填される。以下、カバーガスとしてＡｒを代表して説明する。
【００２３】
カバーガス循環装置１０のカバーガス部バイパス配管１３は、配管の両端が蒸気発生器胴体２におけるカバーガス部３１の側周面の上下２箇所に貫通して接続される。また、カバーガス循環ポンプ１４と、カバーガス冷却器１５と、カバーガス加熱器１６と、ヘリウムガス検出器１７は、それぞれカバーガス部バイパス配管１３において設けられる。
【００２４】
ナトリウムポンプ１１は、ナトリウム出口配管４において設けられる。ここで、ナトリウムポンプ１１には、機械式ポンプや電磁式ポンプを適用することができる。機械式ポンプは、ケーシング内部に液体ナトリウムを導入し、軸シールされたインペラによって液体ナトリウムを流動させるものである。電磁式ポンプは、液体ナトリウムを通電させるとともに、液体ナトリウムを貫いて磁界をかけることによって、液体ナトリウム自身に駆動力を発生させるものである。また、電磁流量計１２は、ナトリウム出口配管４において設けられる。
【００２５】
次に、強磁性体粒子４２の構成および作成方法について説明する。強磁性体粒子４２は、強磁性体材料を粒子化したものに絶縁体を被膜することによって構成される。ここで、強磁性体材料は、強磁性体から常磁性体への遷移温度であるキュリー温度が蒸気発生器胴体２内部の液体ナトリウムよりも十分に高いＣｏやＦｅ、ＮｉＯＦｅ２Ｏ３を適用することが好ましい。
【００２６】
さらに、ギャップ４０内の温度が５００℃から７００℃程度であるとき、キュリー温度がこの温度範囲内であるＮｉ、ＭｎＳｎ、ＭｎＯＦｅ２Ｏ３、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２を適用すれば、ギャップ４０内では強磁性体粒子４２を常磁性体として存在させることができる。この場合、外管６から液体ナトリウム中へ漏えいした強磁性体粒子４２を強磁性体として検出することができるように、後述するナトリウム冷却器２２によって強磁性体粒子４２を冷却してキュリー温度より下回らせた状態で強磁性体粒子４２を検出することが望ましい。
【００２７】
まず、上述した強磁性体材料を粒子に加工する。粒子の直径が小さすぎると超常磁性の発現により粒子から発する磁束密度が低下し、さらに直径が大きすぎると内管５内部においてヘリウムガス４１と混濁させて存在させることができない。したがって、粒子の直径は、数ナノメートルから数十ナノメートル程度であることが望ましい。強磁性体材料にすりつぶし加工を行う方法や無酸素条件下で高温加熱を行う方法を用いることによって上述した直径の強磁性体材料の粒子を得る。
【００２８】
さらに、加工した強磁性体材料の粒子の各々が凝集することを防ぐために絶縁体の被膜を施す。絶縁体の材料としては、ガラス、シリカ、アルミナなどを適用することができる。ガラスとしては、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５などを主成分としたガラスを挙げることができる。
【００２９】
以下、絶縁体にシリカ（ＳｉＯ２）を適用した場合における強磁性体材料の粒子の絶縁体の被膜方法について説明する。強磁性体材料の粒子の絶縁体の被膜方法には、水ガラス法（ゾルーゲル法）を用いる。
【００３０】
水ガラスは、組成がＮａ２Ｏ・ＸＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏである。これを水に溶かした溶液はアルカリ性を示す。この溶液に磁性体材料の粒子を希釈して溶液中に分散させた後、酸を溶液中に加えると、水ガラスは加水分解を起こして磁性体材料の粒子の表面にゲル状の珪酸（Ｈ２ＳｉＯ３）が析出する。この後、ゲル状の珪酸に覆われた磁性体材料の粒子の乾燥処理を行うことによって、シリカによって被膜された磁性体材料の粒子である強磁性体粒子４２を得ることができる。さらに、得られた強磁性体粒子４２の透磁率を高めるために、強磁性体粒子４２に高圧、無酸素条件下での熱処理を施してもよい。
【００３１】
ここで、得られた強磁性体粒子４２の粒子径の測定方法には、微分型移動度分析器（ＤＭＡ）または光子相関法（ＰＣＳ）を適用することができる。微分型移動度分析器（ＤＭＡ）は、分級部が二重円筒により構成され、内部にはキャリアガスが流通している。外周部より帯電させた粒子を流下させ、内外筒間に電圧を印加すると、帯電させた粒子はクーロン力により内筒に引き寄せられながら流下する。このとき、粒子が流れを横切る速度は、粒子が流体から受ける抵抗力とクーロン力とのつりあいにより決定されるため、強い抵抗をうける大きな粒子は遅く、小さな粒子は速く流れを横切る。その結果、粒子が内筒に到達する位置は、粒子のサイズによって異なる。微分型移動度分析器（ＤＭＡ）は、粒子が内筒に到達する位置を計測することによって粒子径を測定する。
【００３２】
光子相関法（ＰＣＳ）は、強磁性体粒子４２にレーザ光を照射して散乱光を検出し、粒子のブラウン運動に依存した散乱強度の揺らぎを観測する。大きい粒子は動きが相対的に遅いため、検出器における強度の揺らぎも緩やかなものとなる。小さい粒子は動きが速いので、強度の揺らぎも急激に変化する。光子相関法（ＰＣＳ）は、散乱光の時間的な揺らぎを観測し、粒子のブラウン運動の速度（拡散係数）を計測することによって粒子の大きさを測定する。
【００３３】
次に、二重伝熱管７のギャップ４０においてヘリウムガス４１と混濁させて強磁性体粒子４２を存在させる方法について説明する。二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２内部に保有させたのち、蒸気発生器胴体２外部に露出する二重伝熱管７の両端の何れかのギャップ４０においてヘリウムガス４１に強磁性体粒子４２を混合させたものを送風機等によって送り込むことによって、ギャップ４０においてヘリウムガス４１と混濁させて強磁性体粒子４２を保有させる。または、二重伝熱管７の作成段階においてあらかじめヘリウムガス４１と強磁性体粒子４２をギャップ４０内に保有させて封止し、二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２内部に配設してもよい。
【００３４】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。まず、高速炉プラント冷却系１の二重伝熱管７の外管６に破損が発生していない状態の作用について説明する。高速炉プラント冷却系１を有する高速炉プラントは、原子炉（図示せず）の炉心において高速中性子による核分裂連鎖反応を起こし、核分裂連鎖反応によって発生した熱を冷却材である一次系冷却ループの液体ナトリウムに熱を与える。さらに、一次系冷却ループにおける中間熱交換器は、一次系冷却ループの液体ナトリウムの熱を高速炉プラント冷却系１が属する二次系冷却ループの液体ナトリウムに与える。
【００３５】
中間熱交換器において熱を受け取った液体ナトリウムは、ナトリウム入口配管３によって蒸気発生器胴体２内部に所定の液面３０の高さまで供給される。蒸気発生器胴体２内部において二重伝熱管７の外管６の外周面は液体ナトリウムに接触し、液体ナトリウムの熱は外管６およびギャップ４０におけるヘリウムガス４１を介して内管５へ伝達される。
【００３６】
凝縮水配管８は、蒸気機関において冷却された凝縮水を二重伝熱管７の内管５内部に供給する。凝縮水は、内管５内周面から液体ナトリウムの熱を受け取り、蒸気となって内管５内部を立ち上り蒸気配管９へ導入する。蒸気配管９は、内管５から導入された蒸気を蒸気機関へ導く。
【００３７】
また、カバーガス循環装置１０は、カバーガスであるＡｒをカバーガス循環ポンプ１４によってカバーガス部バイパス配管１３内に導入し、カバーガス冷却器１５は後述するヘリウムガス４１の検出に適切な温度にＡｒを冷却する。カバーガス加熱器１６は、Ａｒをカバーガス部における温度と同等の温度に戻した後、再びカバーガス部３１へＡｒを導入する。
【００３８】
次に、二重伝熱管７の外管６の破損が発生したときに外管６の破損を検出する作用について説明する。ここで、外管６における破損とは、外管６の破断ならびに外管６に発生した亀裂または微小な孔であるホール等の総称をいう。以下、外管６にホール４３が発生した場合を代表して説明する。
【００３９】
ギャップ４０内のヘリウムガス４１の圧力は、あらかじめ蒸気発生器胴体２内の液体ナトリウムの圧力よりも高く設定されているものとする。したがって、図２に示す位置においてホール４３が発生したとき、ホール４３から強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１が外管６外部の液体ナトリウム中へ漏えいする。
【００４０】
強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１のうち、強磁性体粒子４２は液体ナトリウムより比重が重いまたは同程度であるため、液体ナトリウム中を下方へ落下し、ナトリウムポンプ１１によって液体ナトリウムとともにナトリウム出口配管４へ導出される。また、ヘリウムガス４１は液体ナトリウムより比重が軽いため液体ナトリウム中を立ち上り、液面３０を抜けてカバーガス部３１へ拡散する。
【００４１】
外管６の破損の検出方法は、ホール４３から漏えいした強磁性体粒子４２を検出する方法と、ホール４３から漏えいしたヘリウムガス４１を検出する方法に分別される。まず、ホール４３から漏えいした強磁性体粒子４２を電磁流量計１２によって検出する方法について説明する。
【００４２】
電磁流量計１２は、液体金属の流れ方向に直行した磁界をかけるとともに、液体金属の流れ方向に平行に一対の電極を設けて液体金属に電流を流し、液体金属に生じる起電圧を測定することによって液体金属の流量を測定するものである。
【００４３】
外管６にホール４３の発生がない場合、電磁流量計１２が測定する起電圧は液体ナトリウムのみによって発生する。さらに、ナトリウム出口配管４において液体ナトリウムのみが流れているときに測定される起電圧の測定値は、発電プラントの出力やナトリウムポンプ１１の運転度合いを含む高速炉プラントの運転状況と相関を示す。したがって、各々の運転状態において液体ナトリウムのみが流れているときの起電圧を基準値としてあらかじめ記憶しておき、実際の高速炉プラントの運転状況における起電圧の測定値と比較し、基準値と測定値が一致するときはナトリウム出口配管４において液体ナトリウム以外の異物が混入していないことを判定することができる。
【００４４】
外管６にホール４３が発生し、電磁流量計１２の測定部に液体ナトリウムおよび強磁性体粒子４２が流れ込んだとき、電磁流量計１２は液体ナトリウムおよび強磁性体粒子４２によって発生する起電圧を測定する。このとき、測定値と基準値を比較すると不一致が生じるため、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定することができる。
【００４５】
ここで、電磁流量計１２が測定した測定値と基準値との比較は、電磁流量計１２ならびに電磁流量計１２から測定値を送信できるように接続した演算装置等によって行わせてもよいし、電磁流量計１２が示す測定値と基準値とを運転員が直接比較してもよい。
【００４６】
次に、ホール４３から漏えいしたヘリウムガス４１を検出する方法について説明する。ホール４３より液体ナトリウム中に放出されて立ち上り、液面３０を抜けてカバーガス部３１へ拡散したヘリウムガス４１は、カバーガス循環ポンプ１４によってカバーガス部バイパス配管１３内へ導入される。ヘリウムガス検出器１７は、ガスクロマト法またはレーザ分光法によって、カバーガスのＡｒに含まれるヘリウムガス４１を検出し、外管６に破損が発生してヘリウムガス４１が漏えいしたことを判定する。
【００４７】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、外管６に生じた破損箇所から強磁性体粒子４２およびヘリウムガス４１を漏えいさせ、電磁流量計１２が測定した起電圧の測定値と基準値を比較することによって強磁性体粒子４２を検出し、さらにヘリウムガス検出器１７によってヘリウムガス４１を検出することによって、精度よく二重伝熱管７の外管６の破損を検出することができる。
【００４８】
なお、高速炉プラントが二次系ナトリウムループを省き、高速炉プラント冷却系１が一次系ナトリウムループを構成する場合、ナトリウム入口配管３は、原子炉から直接液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２内部に供給し、ナトリウム出口配管４は、蒸気発生器胴体２内部から液体ナトリウムを直接原子炉へ導出するものとする。
【００４９】
また、電磁流量計１２はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。さらに、ナトリウムポンプ１１は、ナトリウム入口配管３において設ける構成としてもよいし、自然循環型の高速炉プラントの場合、ナトリウムポンプ１１の構成を省く構成とすることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図３を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００５１】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、透磁率測定装置１８を新たに設けた点である。透磁率測定装置１８は、測定対象に磁場をかけて透磁率を測定する装置である。透磁率測定装置１８は、ナトリウム出口配管４において、測定部をナトリウム出口配管４内部に向けて設けられる。
【００５２】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生していないとき、液体ナトリウムは非磁性体であるので、透磁率測定装置１８が示す透磁率は所定の一定値を示す。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２が透磁率測定装置１８の測定部に流れ込んだとき、強磁性体粒子４２によって透磁率が変化する。この透磁率の変化を測定することによって液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定する。
【００５３】
ここで、透磁率測定装置１８ならびに透磁率測定装置１８に接続した演算装置に透磁率の変化を検出する機能を持たせてもよいし、透磁率測定装置１８が示す透磁率を運転員が監視し、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定してもよい。
【００５４】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、液体ナトリウムの流量の変化が大きいために電磁流量計１２によって強磁性体粒子４２の検出の判定をすることが難しいときなどにおいて、透磁率測定装置１８によって強磁性体粒子４２のみを効果的に検出することができる。
【００５５】
なお、透磁率測定装置１８はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図４を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００５７】
図４は、本発明の第３の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、コイル１９および検流計２０を新たに設けた点である。コイル１９は、ナトリウム出口配管４の外周面を包囲して設けられる。検流計２０は、コイル１９に生じる誘導電流を検出することができるようにコイル１９に接続される。
【００５８】
（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生していないとき、液体ナトリウムは非磁性体であるので、コイル１９に誘導電流は生じず、検流計２０は電流を検出しない。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２がコイル１９の内側に流れ込んだとき、強磁性体粒子４２によってコイル１９に誘導電流が生じ、検流計２０がこの誘導電流を検出する。検流計２０が誘導電流を検出することによって、液体ナトリウム中に強磁性体粒子４２が混入したことを判定し、外管６に破損が生じたことを判定する。
【００５９】
（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、例えば、液体ナトリウムの流量の変化が大きいために電磁流量計１２において強磁性体４２の検出の判定をすることが難しいときなど、コイル１９および検流計２０によって強磁性体４２のみを効果的に検出させることができる。
【００６０】
なお、コイル１９はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。
【００６１】
（第４の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図５を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、透磁率測定装置１８をナトリウム出口配管４において液体ナトリウムの流れ方向に複数設けた点である。
【００６２】
（作用）
以下、本発明の第４の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムが複数の透磁率測定装置１８の測定部へ液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に流れ込む。このとき、複数の透磁率測定装置１８は、液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に強磁性体粒子４２によって透磁率の変化を示す。
【００６３】
複数の透磁率測定装置１８が液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に透磁率の変化を示したときに強磁性体粒子４２が液体ナトリウムに混入したものと判定し、外管６にホール４３が発生したものと判定する。
【００６４】
（効果）
本発明の第４の実施形態によれば、複数の透磁率測定装置１８が、ナトリウム入口配管３の液体ナトリウムの流れ方向に沿って順に強磁性体４２を検知するため、より確実に強磁性体４２を検知することができる。また、透磁率測定装置１８の検出精度を考慮し、複数の透磁率測定装置１８のうち所定の数以上のものが透磁率の変化を示したときに、外管６の破損が発生したものと判定してもよい。
【００６５】
さらに、複数の透磁率測定装置１８はナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けても同様の作用を発揮することができる。また、電磁流量計１２を液体ナトリウムの流路の長手方向に複数設けてもよいし、コイル１９および検流計２０を液体ナトリウムの流路の長手方向に複数設けても同様の作用を発揮することができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図６乃至図８を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００６７】
図６は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管に接続した場合を示す概略縦断面図である。第５の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１を設け、さらにナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８および液体ナトリウム冷却器２２ならびに液体ナトリウム加熱器２３を設けた点である。
【００６８】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００６９】
さらに、ナトリウムバイパス配管２１内の液体ナトリウムの流れ方向に沿って、液体ナトリウム冷却器２２、透磁率測定装置１８、液体ナトリウム加熱器２３が順にナトリウムバイパス配管２１において設けられる。
【００７０】
（作用）
以下、本発明の第５の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムがナトリウム出口配管４を流れる。ナトリウムバイパス配管２１は、一端からナトリウム出口配管４を流れる強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入する。内部に導入された強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムは、液体ナトリウム冷却器２２によって所定温度まで冷却される。一般に、強磁性体材料は温度が下がるほど磁性率が強くなる。したがって、液体ナトリウム冷却器２２は、液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子４２を冷却し、磁化率を強める働きがある。
【００７１】
液体ナトリウム冷却器２２によって冷却された強磁性体粒子４２は、透磁率測定装置１８の測定部に流れ込み、透磁率測定装置１８によって強磁性体粒子４２による透磁率の変化を測定することによって、液体ナトリウム中に混入した強磁性体粒子４２を検出する。
【００７２】
透磁率測定装置１８を通り過ぎた強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムは液体ナトリウム加熱器２３によって、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムと同等の温度まで加熱され、ナトリウムバイパス配管２１の他端から再びナトリウム出口配管４へ戻される。
【００７３】
さらに、本実施形態は以下の変形が可能である。図７は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管をナトリウム出口配管および蒸気発生器胴体に接続した場合を示す概略縦断面図である。この場合、ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２へ戻すことができるように他端が蒸気発生器胴体２に接続される。
【００７４】
図８は、本発明の第５の実施形態に係る高速炉プラント冷却系のナトリウムバイパス配管を蒸気発生器胴体に接続した設けた場合を示す概略縦断面図である。この場合、ナトリウムバイパス配管２１は、蒸気発生器胴体２を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端が蒸気発生器胴体２に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムを蒸気発生器胴体２へ戻すことができるように他端が蒸気発生器胴体２に接続される。
【００７５】
さらに、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかにおいて、一端から液体ナトリウムの一部を内部に導入し、他端から液体ナトリウムを戻すようにナトリウムバイパス配管２１を設けても同様の作用を発揮することができる。
【００７６】
（効果）
本発明の第５の実施形態によれば、ナトリウム出口配管４においてナトリウムバイパス配管２１を設け、液体ナトリウムの一部を導入して透磁率測定装置１８によって強磁性体４２の混入を判定することによって、ナトリウム出口配管４の配管径が大きく、十分に透磁率を測定できないときなどにおいて、ナトリウムバイパス配管２１において精度よく透磁率を測定することができる。
【００７７】
さらに、ナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８に代えて電磁流量計１２またはコイル１９および検流計２０を設けても同様の作用を発揮することができる。
【００７８】
（第６の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図９および図１０を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００７９】
図９は、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第６の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１を設け、さらにナトリウムバイパス配管２１において透磁率測定装置１８と、２つのナトリウム止弁２４と電磁石２５を設けた点である。
【００８０】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００８１】
また、ナトリウムバイパス配管２１において液体ナトリウムの流れ方向に沿って、片方のナトリウム止弁２４と、透磁率測定装置１８および電磁石２５と、他方のナトリウム止弁２４が順に設けられる。図１０は、本発明の第６の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の透磁率測定装置および電磁石を示す概略断面図である。図１０のように、ナトリウムバイパス配管２１の外周面において透磁率測定装置１８の磁場測定方向に直行するように１組の電磁石２５を設けることが望ましい。
【００８２】
（作用）
以下、本発明の第６の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生したとき、ナトリウムバイパス配管２１は、一端からナトリウム出口配管４を流れる強磁性体粒子４２を含有する液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入する。
【００８３】
このとき、２つのナトリウム止弁２４を閉動作させることによって、２つのナトリウム止弁２４の間の液体ナトリウムの流れを静止させる。さらに、電磁石２５を動作させることによって透磁率測定装置１８の測定部へ強磁性体粒子４２を移動させる。この状態において透磁率測定装置１８は、透磁率を測定する。液体ナトリウムの静止状態においても強磁性体粒子４２が含まれるときには、含まれないときに比べて透磁率が変化するので、透磁率測定装置１８が示す透磁率の変化によって強磁性体粒子４２を検出することができる。
【００８４】
ここで、ナトリウム止弁２４を設けずに液体ナトリウムが流れる中の強磁性体粒子４２の透磁率を測定すると、液体ナトリウムの流れに伴い強磁性体粒子４２の磁束の向きが変化するため透磁率の測定に影響を与える可能性がある。しかしながら、本実施形態では、ナトリウム止弁２４によって液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに電磁石２５によって強磁性体粒子４２を透磁率測定装置１８の測定部へ移動させた状態で透磁率を測定するので、強磁性体粒子４２の磁束の向きを揃えた状態で透磁率を測定することができる。
【００８５】
（効果）
本発明の第６の実施形態によれば、ナトリウム止弁２４によって液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに電磁石２５によって強磁性体粒子４２を透磁率測定装置１８の測定部へ移動させた状態で透磁率を測定することによって、より精度よく強磁性体粒子４２を検出することができる。
【００８６】
（第７の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１１を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００８７】
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第７の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにナトリウムバイパス配管２１と、透磁率測定装置１８およびコールドトラップ２６を設けた点である。
【００８８】
ナトリウムバイパス配管２１は、ナトリウム出口配管４を流れる液体ナトリウムの一部を分岐させて内部に導入することができるように一端がナトリウム出口配管４に接続され、さらに内部に導入した液体ナトリウムをナトリウム出口配管４へ戻すことができるように他端がナトリウム出口配管４に接続される。
【００８９】
コールドトラップ２６は、液体ナトリウム冷却器２２と、液体ナトリウム加熱器２３と、メッシュ２７とから構成される。ナトリウムバイパス配管２１内の液体ナトリウムの流れ方向に沿って、液体ナトリウム冷却器２２、メッシュ２７、液体ナトリウム加熱器２３が順にナトリウムバイパス配管２１において設けられる。さらに、液体ナトリウム冷却器２２とメッシュ２７との間において透磁率測定装置１８がナトリウムバイパス配管２１に設けられる。
【００９０】
（作用）
以下、本発明の第７の実施形態の作用について説明する。ナトリウムバイパス配管２１において、液体ナトリウム冷却器２２は液体ナトリウムの冷却を行う。液体ナトリウム中に含まれる強磁性体粒子４２は、冷却によって磁化率が高められ、透磁率測定装置１８によって透磁率の変化として検出される。さらに、冷却された液体ナトリウムに含まれる不純物は冷却によって固化し、メッシュ２７によって捕獲される。液体ナトリウム加熱器２３は、冷却された液体ナトリウムを高速炉プラントの熱サイクルに適切な温度まで加熱してナトリウム出口配管４へ戻す。
【００９１】
（効果）
本発明の第７の実施形態によれば、液体ナトリウム冷却器２２が、液体ナトリウム中に含まれる強磁性体粒子４２を冷却することによって磁化率を高める作用と、液体ナトリウムに含まれる不純物を冷却によって固化させる作用を兼用することができる。
【００９２】
なお、本実施形態は、透磁率測定装置１８に代えて電磁流量計１２やコイル及び検流計１９を設ける構成としても同様の作用を発揮する。さらに、ナトリウムバイパス配管２１もナトリウム出口配管４において設けるだけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかにおいて設けることができる。
【００９３】
（第８の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１２を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００９４】
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第８の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たに強磁性体粒子容器２８を設けた点である。
【００９５】
強磁性体粒子容器２８は、強磁性体粒子４２を内部に収容することができる容器である。強磁性体粒子容器２８は、強磁性体粒子４２を外部に放出することができる粒子放出口を備え、この粒子放出口を蒸気発生器胴体２の外部に露出する二重伝熱管７のいずれかの端部におけるギャップ４０に連通するように設けられる。さらに二重伝熱管７にホール４３が発生していない状態においては、強磁性体粒子４２は、強磁性体粒子容器２８内において保有されるものとする。
【００９６】
（作用）
以下、本発明の第８の実施形態の作用について説明する。二重伝熱管７にホール４３が発生したとき、ギャップ４０内のヘリウムガス４１がホール４３から漏えいすることによって、ギャップ４０内の圧力が低下する。この圧力の低下に伴い、強磁性体粒子４２は、強磁性体粒子容器２８内からギャップ４０へ移動する。さらに、ギャップ４０へ移動した強磁性体粒子４２は、ヘリウムガス４１とともにホール４３から外管６の外部へ漏えいし、電磁流量計１２が測定する測定値によって強磁性体粒子４２を検出する。
【００９７】
（効果）
本発明の第８の実施形態によれば、外管６におけるホール４３の発生時のみギャップ４０に強磁性体粒子４２を存在させることができ、ギャップ４０内の強磁性体粒子４２による熱交換効率の低下を防ぐことができる。
【００９８】
（第９の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１３を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００９９】
図１３は、本発明の第９の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第９の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、新たにサイクロンセパレータ２９を設けた点である。サイクロンセパレータ２９は、内部に導入した複数の物質を遠心分離によって分離し回収することができる機器である。サイクロンセパレータ２９は、ナトリウム出口配管４における電磁流量計１２よりも液体ナトリウムの流れの下流において設けられる。
【０１００】
（作用）
以下、本発明の第９の実施形態の作用について説明する。外管６にホール４３が発生し、強磁性体粒子４２が液体ナトリウム中へ漏えいしたとき、サイクロンセパレータ２９の上流において設けられる電磁流量計１２が測定する測定値によって強磁性体粒子４２を検出する。
【０１０１】
サイクロンセパレータ２９は、強磁性体粒子４２を含む液体ナトリウムを内部に導入して、遠心分離によって液体ナトリウムと強磁性体粒子４２とに分離し、強磁性体粒子４２を回収する。強磁性体粒子４２と分離された液体ナトリウムは再びナトリウム出口配管４に戻される。
【０１０２】
（効果）
本発明の第９の実施形態によれば、二重伝熱管７のギャップ４０から漏えいした強磁性体粒子４２をサイクロンセパレータ２９によって液体ナトリウムと分離することで回収することができる。なお、サイクロンセパレータ２９は、ナトリウム出口配管４だけでなく、ナトリウム入口配管３およびナトリウム出口配管４ならびに蒸気発生器胴体２からなる液体ナトリウムの主流路のいずれかに設けてもよいし、液体ナトリウムの主流路に設けられたナトリウムバイパス配管２１において設けても同様の作用を発揮することができる。
【０１０３】
（第１０の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系について図１４を参照して説明する。第１の実施形態に係る高速炉プラント冷却系１の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【０１０４】
図１４は、本発明の第１０の実施形態に係る高速炉プラント冷却系の概略縦断面図である。第１０の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、蒸気発生器胴体２およびナトリウム入口配管３ならびにナトリウム出口配管４に代えて、原子炉容器５１と、トップドーム５２と、炉心５３と、内シュラウド５４と、反射体５５と、炉停止棒５６とを設けた点である。
【０１０５】
原子炉容器５１は、円筒形状を縦置きにした形状であり、内部に液体ナトリウムを収容することができる容器である。また、原子炉容器５１の中心には、炉心５３が配置され、さらに炉心５３の側面に離間した位置に反射体５５が配置される。炉停止棒５６は、炉心５３の上方に配置される。
【０１０６】
また、炉心５３と、反射体５５と、炉停止棒５６とを包囲するように内シュラウド５４が原子炉容器５１内部に配置される。二重伝熱管７は、原子炉容器５１内部において内シュラウド５４を包囲する螺旋形状を形成し、原子炉容器５１を貫通して両端を外部に露出させる。二重伝熱管７の両端にはそれぞれ凝縮水配管８と蒸気配管９が接続される。
【０１０７】
さらに、原子炉容器５１内部であって内シュラウド５４の外側においてナトリウムポンプ１１および電磁流量計１２が設けられる。原子炉容器５１の上部はトップドーム５２によって包囲される。
【０１０８】
（作用）
以下、本発明の第１０の実施形態の作用について説明する。炉心５３における核分裂反応による熱は周囲の液体ナトリウムに与えられる。炉心５３から熱を受け取った液体ナトリウムは、原子炉容器５１内を循環し、内シュラウド５４の外側へ対流する。内シュラウド５４の外側において、二重伝熱管７の外管６に炉心５３から熱を受け取った液体ナトリウムが接触し、ギャップ４０を介して内管５内部を流れる水に熱を与える。
【０１０９】
二重伝熱管７の外管６にホール４３が発生したとき、液体ナトリウムの原子炉容器５１内の循環とともに強磁性体粒子４２は原子炉容器５１内を循環し、電磁流量計１２の測定部へ流れ込む。このとき、測定される流量値と運転状態における基準値を比較することによって強磁性体粒子４２を検出する。
【０１１０】
（効果）
本発明の第１０の実施形態によれば、原子炉容器５１に二重伝熱管７を配置した構成の高速炉プラントにおいても、強磁性体４２検出することによって外管６に生じた破損を検出することができる。さらに、上述した実施形態のように、原子炉容器５１内の液体ナトリウムの一部を導入し導出するようにナトリウムバイパス配管２１を原子炉容器５１に接続し、ナトリウムバイパス配管２１において電磁流量計１２または透磁率測定装置１８またはコイル１９および検流計２０を設けることによって強磁性体粒子４２を検出することができる。
【０１１１】
なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例えば、蒸気発生器胴体２や二重伝熱管７の形状および大きさは、高速炉プラントの出力、中間熱交換器の有無、ならびに熱交換の効率などによって適宜変更されうるものである。また、ギャップ４０に循環させるヘリウムガス４１は、アルゴンやキセノンといった不活性ガスに代えることができる。
【０１１２】
さらに、カバーガス部３１に充填されるカバーガスもＡｒに代えて、ヘリウムやキセノン等の液体ナトリウムと不活性なガスのうち、上述したギャップ４０内において循環するガス以外のものを適用することができる。また、強磁性体粒子４２の検出のみによって外管６の破損を十分に検出できるときなどは、カバーガス循環装置１０を省くことができる。
【０１１３】
また、強磁性体粒子４２の検出手段は、上述した電磁流量計１２、透磁率測定装置１８、コイル１９および検流計２０に限れられず、強磁性体粒子４２によって生じる液体ナトリウムにおける所定の磁場変化を測定することにより液体ナトリウムに含まれる強磁性体粒子４２を検出することができる磁場測定装置であれば、他の構成を適用することも可能である。
【０１１４】
さらに、二重伝熱管７は、１本の内管５と外管６からなる配管の両端を蒸気発生器胴体２の外部に露出させた構成だけでなく、複数の内管５と外管６からなる配管を蒸気発生器胴体２内部に配置し、複数の内管５と外管６からなる配管の両端を合流させ、この合流した両端を蒸気発生器胴体２の外部に露出させる構成としてもよい。
【０１１５】
または、蒸気発生器胴体２の内部において、複数の直線状の二重伝熱管７を蒸気発生器胴体２の軸方向に平行に設け、さらに蒸気発生器胴体２の側周面を貫通して、凝縮水配管８および蒸気配管９を蒸気発生器胴体２に接続した構成とし、蒸気発生器胴体２内部において凝縮水配管８から凝縮水を二重伝熱管７の内管５に導入し、二重伝熱管７の内管５から蒸気を蒸気配管９に導出してもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１・・・高速炉プラント冷却系
２・・・蒸気発生器胴体
３・・・ナトリウム入口配管
４・・・ナトリウム出口配管
５・・・内管
６・・・外管
７・・・二重伝熱管
８・・・蒸気配管
９・・・凝縮水配管
１０・・・カバーガス循環装置
１１・・・ナトリウムポンプ
１２・・・電磁流量計
１３・・・カバーガス部バイパス配管
１４・・・カバーガス循環ポンプ
１５・・・カバーガス冷却器
１６・・・カバーガス加熱器
１７・・・ヘリウムガス検出器
１８・・・透磁率測定装置
１９・・・コイル
２０・・・検流計
２１・・・ナトリウムバイパス配管
２２・・・ナトリウム冷却器
２３・・・ナトリウム加熱器
２４・・・ナトリウム止弁
２５・・・電磁石
２６・・・コールドトラップ
２７・・・メッシュ
２８・・・強磁性体粒子容器
２９・・・サイクロンセパレータ
３０・・・液面
３１・・・カバーガス部
４０・・・ギャップ
４１・・・ヘリウムガス
４２・・・強磁性体粒子
４３・・・ホール
５１・・・原子炉容器
５２・・・トップドーム
５３・・・炉心
５４・・・内シュラウド
５５・・・反射体
５６・・・炉停止棒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に液体ナトリウムを収容することができる蒸気発生器胴体と、
この蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体に前記液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管と、
前記蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管と、
前記蒸気発生器胴体内部に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される外管とを有し、前記蒸気発生器胴体外部から前記内管内部に水を導入し、この水に前記外管に接する前記液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる二重伝熱管と、
この二重伝熱管の前記ギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、
前記蒸気発生器胴体および前記ナトリウム入口配管ならびに前記ナトリウム出口配管からなり前記液体ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより前記外管から漏えいした前記液体ナトリウムに含まれる前記強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする高速炉プラント冷却系。
【請求項２】
内部に核燃料を配置し、液体ナトリウムを収容することができる原子炉容器と、
この原子炉容器内部において前記核燃料を包囲して設けられる内シュラウドと、
前記原子炉容器内部であって前記内シュラウドの外側に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される前記外管とを有し、前記原子炉容器外部から前記内管内部に水を導入し、この水に前記外管に接する前記液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる前記二重伝熱管と、
前記二重伝熱管の前記ギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、
前記原子炉容器内において前記ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより前記外管から漏えいした前記液体ナトリウムに含まれる前記強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする高速炉プラント冷却系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の前記ナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入することができるナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項４】
前記ナトリウム出口配管から前記液体ナトリウムを導入し、前記ナトリウム出口配管へ再び前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項５】
前記蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導入し、前記蒸気発生器胴体へ再び前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項６】
前記ナトリウム出口配管から前記液体ナトリウムを導入し、前記蒸気発生器胴体へ前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項７】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの上流において前記液体ナトリウムを冷却する冷却器をさらに備え、
この冷却器によって冷却された前記強磁性体粒子によって所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項８】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において前記液体ナトリウムを加熱する加熱器をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項９】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記冷却器と、この冷却器によって冷却された前記液体ナトリウム中の不純物を捕獲する捕獲装置と、前記冷却器によって冷却された前記液体ナトリウムを加熱する前記加熱器を有するコールドトラップをさらに備え、前記磁場測定装置は、前記冷却器が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において設けられることを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１０】
前記強磁性体粒子は、前記ギャップ内において常磁性体として存在し、
前記冷却器によって冷却されたときに強磁性体に変化することを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１１】
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流れ方向に複数設けられ、
複数の前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流れ方向に沿って連続的に所定の前記磁場変化を測定することを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１２】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの上流および下流に設けられるナトリウム止弁と、
前記磁場測定装置の近傍に設けられる電磁石をさらに備え、
前記ナトリウム止弁を閉動作させることによって前記液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに前記電磁石を動作させた状態において、前記磁場測定装置は、静的な前記強磁性体粒子による所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１３】
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流量を測定する電磁流量計であって、
この電磁流量計によって所定の流量変化を測定することにより、所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１４】
前記磁場測定装置は、コイルおよびこのコイルに接続される検流計であって、
前記コイルに生じる誘導電流を前記検流計によって測定することにより、所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１５】
前記磁場測定装置は、測定対象に磁場をかけて透磁率を測定することにより、所定の前記磁場変化を測定する透磁率測定装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１６】
前記強磁性体粒子を放出する粒子放出口が前記ギャップに連通するように前記二重伝熱管の前記外管と接続した前記強磁性体粒子容器をさらに備え、
前記強磁性体粒子は前記ギャップに代えて前記強磁性体粒子容器内に保有され、
前記強磁性体粒子は、前記ギャップ内の圧力低下に伴って前記強磁性体粒子容器内から前記粒子放出口を介して前記ギャップへ移動することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１７】
前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において設けられ、
前記液体ナトリウム中に含まれる前記強磁性体粒子を回収する強磁性体粒子回収装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１８】
ナトリウム入口配管によって蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給する工程と、
ナトリウム出口配管によって前記蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導出する工程と、
前記蒸気発生器胴体および前記ナトリウム入口配管ならびに前記ナトリウム出口配管からなり、前記ナトリウムが循環する前記ナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入する前記ナトリウムバイパス配管において設けられた前記磁場測定装置によって所定の前記磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、前記二重伝熱管の外管の破損箇所から前記液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、前記外管の破損を検出する工程とを備えることを特徴とする高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法。
【請求項１９】
原子炉容器内部において液体ナトリウムを循環させる工程と、
前記原子炉容器内において前記ナトリウムが循環する前記ナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入する前記ナトリウムバイパス配管において設けられた前記磁場測定装置によって所定の前記磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、前記二重伝熱管の外管の破損箇所から前記液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、前記外管の前記破損を検出する工程とを備えることを特徴とする高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法。
【請求項１】
内部に液体ナトリウムを収容することができる蒸気発生器胴体と、
この蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体に前記液体ナトリウムを供給するナトリウム入口配管と、
前記蒸気発生器胴体に接続され、この蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導出するナトリウム出口配管と、
前記蒸気発生器胴体内部に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される外管とを有し、前記蒸気発生器胴体外部から前記内管内部に水を導入し、この水に前記外管に接する前記液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる二重伝熱管と、
この二重伝熱管の前記ギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、
前記蒸気発生器胴体および前記ナトリウム入口配管ならびに前記ナトリウム出口配管からなり前記液体ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより前記外管から漏えいした前記液体ナトリウムに含まれる前記強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする高速炉プラント冷却系。
【請求項２】
内部に核燃料を配置し、液体ナトリウムを収容することができる原子炉容器と、
この原子炉容器内部において前記核燃料を包囲して設けられる内シュラウドと、
前記原子炉容器内部であって前記内シュラウドの外側に配置され、内管と、この内管の側周面にギャップをもって配置される前記外管とを有し、前記原子炉容器外部から前記内管内部に水を導入し、この水に前記外管に接する前記液体ナトリウムとギャップを介して熱交換を行わせる前記二重伝熱管と、
前記二重伝熱管の前記ギャップ内において保有される不活性ガスおよび強磁性体粒子と、
前記原子炉容器内において前記ナトリウムが循環するナトリウム主流路のいずれかの位置において設けられ、所定の磁場変化を測定することにより前記外管から漏えいした前記液体ナトリウムに含まれる前記強磁性体粒子を検出する磁場測定装置とを備えることを特徴とする高速炉プラント冷却系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の前記ナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入することができるナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項４】
前記ナトリウム出口配管から前記液体ナトリウムを導入し、前記ナトリウム出口配管へ再び前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項５】
前記蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導入し、前記蒸気発生器胴体へ再び前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項６】
前記ナトリウム出口配管から前記液体ナトリウムを導入し、前記蒸気発生器胴体へ前記液体ナトリウムを導出するように前記ナトリウムバイパス配管をさらに備え、
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウム主流路に代えて、前記ナトリウムバイパス配管において設けられることを特徴とする請求項１に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項７】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの上流において前記液体ナトリウムを冷却する冷却器をさらに備え、
この冷却器によって冷却された前記強磁性体粒子によって所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項８】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において前記液体ナトリウムを加熱する加熱器をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項９】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記冷却器と、この冷却器によって冷却された前記液体ナトリウム中の不純物を捕獲する捕獲装置と、前記冷却器によって冷却された前記液体ナトリウムを加熱する前記加熱器を有するコールドトラップをさらに備え、前記磁場測定装置は、前記冷却器が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において設けられることを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１０】
前記強磁性体粒子は、前記ギャップ内において常磁性体として存在し、
前記冷却器によって冷却されたときに強磁性体に変化することを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１１】
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流れ方向に複数設けられ、
複数の前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流れ方向に沿って連続的に所定の前記磁場変化を測定することを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１２】
前記ナトリウムバイパス配管において、前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの上流および下流に設けられるナトリウム止弁と、
前記磁場測定装置の近傍に設けられる電磁石をさらに備え、
前記ナトリウム止弁を閉動作させることによって前記液体ナトリウムの流れを静止させ、さらに前記電磁石を動作させた状態において、前記磁場測定装置は、静的な前記強磁性体粒子による所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１３】
前記磁場測定装置は、前記液体ナトリウムの流量を測定する電磁流量計であって、
この電磁流量計によって所定の流量変化を測定することにより、所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１４】
前記磁場測定装置は、コイルおよびこのコイルに接続される検流計であって、
前記コイルに生じる誘導電流を前記検流計によって測定することにより、所定の前記磁場変化を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１５】
前記磁場測定装置は、測定対象に磁場をかけて透磁率を測定することにより、所定の前記磁場変化を測定する透磁率測定装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１６】
前記強磁性体粒子を放出する粒子放出口が前記ギャップに連通するように前記二重伝熱管の前記外管と接続した前記強磁性体粒子容器をさらに備え、
前記強磁性体粒子は前記ギャップに代えて前記強磁性体粒子容器内に保有され、
前記強磁性体粒子は、前記ギャップ内の圧力低下に伴って前記強磁性体粒子容器内から前記粒子放出口を介して前記ギャップへ移動することを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１７】
前記磁場測定装置が設けられる位置よりも前記液体ナトリウムの流れの下流において設けられ、
前記液体ナトリウム中に含まれる前記強磁性体粒子を回収する強磁性体粒子回収装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１６の何れか一項記載の高速炉プラント冷却系。
【請求項１８】
ナトリウム入口配管によって蒸気発生器胴体に液体ナトリウムを供給する工程と、
ナトリウム出口配管によって前記蒸気発生器胴体から前記液体ナトリウムを導出する工程と、
前記蒸気発生器胴体および前記ナトリウム入口配管ならびに前記ナトリウム出口配管からなり、前記ナトリウムが循環する前記ナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入する前記ナトリウムバイパス配管において設けられた前記磁場測定装置によって所定の前記磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、前記二重伝熱管の外管の破損箇所から前記液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、前記外管の破損を検出する工程とを備えることを特徴とする高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法。
【請求項１９】
原子炉容器内部において液体ナトリウムを循環させる工程と、
前記原子炉容器内において前記ナトリウムが循環する前記ナトリウム主流路またはこのナトリウム主流路から前記液体ナトリウムの一部を内部に導入する前記ナトリウムバイパス配管において設けられた前記磁場測定装置によって所定の前記磁場変化を測定することにより、二重伝熱管のギャップ内に保有され、前記二重伝熱管の外管の破損箇所から前記液体ナトリウム中に放出された強磁性体粒子を検出し、前記外管の前記破損を検出する工程とを備えることを特徴とする高速炉プラント蒸気発生器の破損検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１７３１７２（Ｐ２０１２−１７３１７２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６２９６（Ｐ２０１１−３６２９６）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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