JPH0382996A - フリーズシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉の炉容器の回転プラグ摺動部にシ
ール材としてフリーズシールメタルを用いるシール装置
に係り、特に、シールメタル中に生成する固体状不純物
の除去および新しいメタルの補給等を自動的に行うのに
好適なフリーズシール構造に関するものである。

〔従来の技術〕

タンク型高速増殖炉における燃料集合体を含む炉心、ナ
トリウムポンプ、中間熱交換器等の主要機器の一般的な
配置を第７図に示す。

炉容器ｌ内には、その中心部に炉心２があり、この炉心
２を囲むように、ナトリウムポンプ３゜中間熱交換器４
等の機器が配置されている。また、炉心２の上部には、
炉心」二部機構５が配置されている。これらの機器の大
部分は、容器１内のナトリウム６に浸っている。

炉容器１の」二部は、炉心２からの放射能遮蔽の役目も
果たすルーフスラブ７と、このルーフスラブ７に支持さ
れた回転プラグ（大回転プラグ８および小回転プラグ９
）とにより蓋がなされ、炉容器１を密封状態に保ってい
る。大小２つの回転プラグ８および９の回転運動を組み
合わせると、炉心２内のすへての燃料集合体を取り扱う
ことができる。

なお、ルーフスラブ７および２つの回転プラグ８．９と
ナトリウム６の液面との間には、炉容器１の外部から人
気等が侵入してくるのを防ぐために、若干加圧したアル
ゴンガス等の不活性ガスを充てんしである。

ナトリウムポンプ３や中間熱交換器４等のルーフスラブ
７を貫通する機器とルーフスラブ７との間隙１０は、炉
容器ｌの気密性を保持するために、シールされている。

すなわち、ゴムや金属等で作られたバッキング等のシー
ル材を用いてボルト締めにより固定したり、ベローズ等
の緩衝部材を介して溶接する等の方法により、前記機器
とルーフスラブ７との間隙］。Ｏをシールしている。

大回転プラグ８とルーフスラブ７および大回転プラグ８
と小回転プラグ９との間隙１．ＯＡには、特開昭５８−
１．８６０８７号に示されているように、一般にフリー
ズシールメタルと呼ばれるＢ１゜Ｓｎ、Ｉｎ等の金属を
組み合わせた例えば１００〜２００℃程度までの加熱で
溶融する合金がシール材として用いられている。

第８図はルーフスラブ７と回転プラグ上２との間隙上Ｏ
Ａのシールのため、フリーズシールメタル（シールメタ
ル）１３を用いたフリーズシール構造の断面を示してい
る。第７図に示した大回転プラグ８と小回転プラグ９と
の間１ｉ１Ａ　１０　Ａのフリーズシール構造も、基本
的構造やシールの原理は全く同じである。

第８図において、シールメタル１３は、ルーフスラブ７
側に設けられたフリーズシールダム（シールダム）１４
に注入されている。回転プラグ１２からシールメタル王
３中に浸されているように突き出た仕切板１５は、間隙
１０Ａのシールすなわち炉容器１のバウンダリを形成し
ている。

シールメタル中３の温度は、原子炉運転中その融点以下
に保たれており、固体状になっている。

したがって、突発的な事故による炉容器１内の不活性ガ
ス圧の急上昇等にも十分耐え得る強固なシール構造とな
る。

一方、原子炉停止中の燃料取り扱い時等に、シールメタ
ル１３は、加熱されて液体となる。液体状態では、仕切
板１５のシールメタル１３中での摺動すなわち回転プラ
グ１２の回転が可能となる。

また、この状態では、シールメタル１３の比重が大きい
ので、炉容器１内の不活性ガス圧に十分耐え得るシール
性を保っている。

なお、仕切抜工５で区分されたシールメタル１３の大気
側雰囲気は、特に、原子炉運転中のバウンダリ形成のバ
ックアップ等のため、バックアップシール部材１６を取
り付け、さらにバックアップシール部材１６とシールメ
タル１３との間をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気に
置換することも行われている。

第９図は、仕切抜工５が、第８図の回転プラグ１２側で
はなく、ルーフスラブ７側から突き出した例を示してい
る。この場合は、シールダム１４は、逆に回転プラグ１
２側に設けられている。構造上、仕切板１５等の取り付
は位置に違いはあつても、フリーズシール構造の原理や
各部材の役割等は、第８図の例と同しである。

〔発明が解決しようとする課題〕

フリーズシールメタルは、上記従来技術から明らかなよ
うに、本来はその」二面をアルゴンガス等の不活性ガス
で覆われている。

ところで、日本原子力学会誌ｒ　Ｖｏｌ、、３０．　Ｎ
α１２゜ｐ、１０８４〜１０９１　（１９８８）に報告
されているように、原子炉運転中の炉容器内すトリウム
温度は、例えば約５００〜６００℃と高温になるため、
ナトリウム液面からかなりのナトリウムミストが発生し
、これがフリーズシール部まで到達して、フリーズシー
ルメタルとともに元の組成とは異なる合金を形成し、溶
融温度を上昇させる。

原子炉停止中に回転プラグを回転させる場合は、第８図
および第９図に示したバックアップシール部のシール部
材１６の健全性を保持するために、図示しない回転プラ
グジヤツキアップ装置により回転プラグを持ち上げ、そ
の後、これも図示しない回転機構を用いて回転プラグを
回転させなげればならない。

その際、バックアップシール部のシール性が破れ、シー
ルメタルの大気側に充てんされていたアルゴンガス等の
不活性ガス中に大気が混入する。

その結果、シールメタル１３が酸化したり、大気中の湿
気を吸ったりして合金組織が変化し、それにより生成し
た固体状不純物がシールメタル中に析出し、液面を覆っ
てくる。このため、回転プラグへの回転抵抗力が増えて
、最悪の場合は、回転プラグを回転できなくなる可能性
がある。

上記従来技術においては、シールメタルの交換またはシ
ールメタル中に生成した不純物の除去が困難であった。

すなわち、従来は、まず、原子炉停止中に第８図または
第９図に示したバックアップシール部材１６を取り外し
ている。第１０図または第１１図に示すような不純物採
取具１８や不純物搬出用節１９または不純物を真空吸引
し排除する不純物採取袋Ｗ２０等を使用し、手作業で時
間をかけて、不純物の除去と新しいシールメタルの補給
とを行っている。

このような方法では、炉容器１側のシールメタル１３中
に生成した不純物１．７Ａの除去が困難であるばかりか
、燃料破損等が起こっている炉では、放射性核分裂生成
物がシールメタル中に混入している場合があり、作業者
の放射線被曝の問題が生じてくる。

本発明の目的は、バックアップシール部材の取り外し作
業を不要とし、大気側のみならず炉容器側のシールメタ
ル中に生成する不純物も自動的に除去し、必要に応じて
任意に新しいシールメタルを補給でき、しかも作業時の
放射線被曝問題を大幅に軽減できるフリーズシール構造
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、容器上の回転プ
ラグの周囲に配置したシールダム内にシールメタルを満
たし、このシールメタル中に浸した仕切板とシールメタ
ルとの間でシール部を形成し、シールメタルの溶融時に
回転プラグの回転を自在とするフリーズシール構造にお
いて、シールメタル中に生成する固体状不純物を採取す
る採取部材を仕切板に備えたフリーズシール構造を提案
するものである。

採取された固体状不純物は、容器の外部に吸引する手段
により取り出す。

また、採取部材とこの採取部材に対応する給排管の開口
部とは、仕切板の内側と外側の両方に設けることもでき
る。

シールメタルの減少量を検出する手段と、給排管を介し
て不足したシールメタルを補給する手段とを備えると、
シールメタルを自動的に補給できることになる。

採取部材は、固体状不純物の所定期間内の生成予想量以
上の捕獲容量を持ち所定期間毎に交換されるカートリッ
ジ状の部材とすることも可能である。

採取部材は、より具体的には、健全なシールメタルを自
由に通過させる一方で、固体状不純物を捕獲するメツシ
ュ状部材または複数の孔を有する部材とする。

＝１０− 〔作用〕 本発明においては、シールタメル液面およびその液面下
近くに主に存在する固体状不純物は、各回転プラグに許
容されている回転角度に合わせて回転プラグ全周のシー
ルダム中を動けるように、仕切板の１個所以上に設けら
れた採取部材により、仕切板またはシールダムの動きに
つれて、シールメタル中からすくい上げられる。すくい
上げられた固体状不純物は、採取部材上方に開口部を有
する給排管に至る。

この給排管は１回転プラグ外部に設けられたシールメタ
ル給排装置と直結されており、この給徘装置の例えば真
空ポンプを作動させることにより、採取部材上で給排管
開口部に達している不純物を給排装置の不純物貯留槽等
へ真空移送する。

その際、組成変化していない液面の健全なシールメタル
は、採取部材がメツシュ状または多数の孔があいた部材
であることから、採取部材に採取されることなく、これ
を通り抜け、シールダム内に残留する。

なお、仕切板が回転プラグ側またはルーフスラブ側のい
ずれに設置されていても、仕切板に設けた採取部材が、
回転プラグの回転によりシールダム中を相対的に動くこ
とになる。すなわち、回転プラグ側に仕切板があれば、
これに設けられた採取部材がシールダム中を直接動き、
ルーフスラブ側に仕切板があれば、シールダムが回転プ
ラグとともに動くことから、見掛は上、仕切板に設けら
れた採取部材がシールメタル中の不純物を採取するよう
に動くことになる。

一方、シールダム中のシールメタル量を一定に保つため
に、シールダム中のシールメタルの液量を液面計等で測
定する。液面計等からの信号を受けたシールメタル給排
装置は、必要に応して、新しいシールメタルを不純物排
除の時とは逆に、メタル移送ポンプ等の開動力により、
仕切板に設けられた給排管からシールメタルをシールダ
ムに圧送する。

なお、高速増殖炉の定期点検の一周期間に蓄積すると予
想される固体状不純物の意思上の捕獲容＝１１− 量を持つ交換可能なカセット容器を採取部材に取り付け
ておけば、真空ポンプ等の能動的機器を含む給排装置を
設けなくとも、本発明の上記目的はほとんど達成できる
。

〔実施例〕

次に、本発明によるフリーズシール構造の実施例につい
て説明する。ただし、上記従来例と同じ機能を果たす部
分には、同じ符号を付けて、その説明を省略する。

第工図は本発明によるフリーズシール構造の一実施例の
断面図である。フリーズシールメタル１３は、ルーフス
ラブ７側に設けられたシールダム１４にためられている
。フリーズシールメタル１３は、原子炉の運転中は融点
以下に温度を下げられ、固体状になっている。運転停止
中に、回転プラグ１２を回転させる必要がある場合、融
点以上に温度を上げられ、液体状となる。このシールメ
タル１３中に浸されるように、間隙１．ＯＡのシールす
なわち炉容器のバウンダリを形成する仕切板１５が回転
プラグ１２側から突き出ている。仕切１２ 板１５の側面には、シールメタル量３の液面下から液面
上まで伸びた採取部材２１を取り付けである。

本実施例では、採取部材２１をバックアップシール部材
１６の設置側に取り付けた例をまず説明する。なお、シ
ールメタル１３が、バックアップシール部材工６で覆わ
れた空間は、アルゴンガス等の不活性ガスを充てんしで
ある。

また、仕切板１５には、給排管２２が内蔵されている。

その一方は、回転プラグ１２の外部に設けられたシール
メタルの給徘装置２３に直結され、他方は、採取部材２
１の上部に設けた給排口２４に連結されている。

本発明の採取部材２１等の構造の詳細を第２図および第
３図に示す。第２図は、本発明のフリーズシール構造を
上から見た断面図であり、第３図（ａ）は斜めから見た
場合の鳥かん図を示し、第３図（ｂ）は横から見た場合
の鳥かん図を示している。

仕切板１５内の給排管２２と連結している採取４− 部材２１は、その大部分がメツシュ状または複数の孔が
あいた部材で作られている。本実施例では、シールメタ
ル１３と接触する部分の大半が、メツシュ状の部材で作
られているものとして説明する。

また、採取部材２１は、シールダム１４中のシールメタ
ル１３の液面２５に対して、少し斜めに角度を付けて挿
入されるように、仕切板１５に取り付けられている。

なお、採取部材２１および給排管２２は、回転プラグ上
２の摺動部の全周すなわち仕切板１５の全周に多数取り
付ける必要は無い。回転プラグ１２が炉容器１上で、水
平面上を３６０度回転できる場合、採取部材２１等は、
最低限１個所数ければよい。それができない場合、すな
わち例えば１８０度しか回転できない場合は、１８０度
間隔で２個所またはそれよりも間隔をつめて複数個所に
取り付けることにより、採取部材２１がシールダム１４
内を一周した（３６０度動いた）と同じことになるから
である。

このような構成の本実施例において、運転停止５ 中に回転プラグ１２を回転させるために、図示しない回
転プラグジヤツキアップ装置により回転プラグ１２を持
ち上げた場合に、シールメタルエ３のバックアップシー
ル部材１６のシール性が失われ、この部材で覆われた不
活性ガス雰囲気中に大気が混入し、シールメタル１３が
酸化したり大気中の湿気を吸収したりして合金組成が変
化することがある。また、原子炉運転中に微少なリーク
が生ずることもある。

これらの結果、固形状不純物１７が生成したとき、本実
施例の場合は、回転プラグ１２を回転させると、仕切抜
工５が動き、これに取り付けられている採取部材２１が
シールダム１４中を動いて、シールメタル１３中に生成
した固体状不純物エフをすくい上げ、集めていく。

このとき、回転プラグ１２の外部に設けた給排装置２３
の図示しない真空ポンプを作動させると、採取部材２１
上部の給排口２４に到達しまたはこの近くにすくい上げ
られた不純物１７は、給排管２２通って給排装置２３に
吸いあげられる。

吸いあげられた不純物１７は、給徘装置２３の図示しな
い不純物貯留槽等に貯えられる。その際、液状で組成変
化していない健全なシールメタル１３は、採取部材２工
がメツシュ状であるため、採取部材２１には採取される
ことなく、これを通り抜け、シールダム１４内に残留す
ることになる。

したがって、シールメタル１３中に生成した不純物１７
は、バックアップシール部材１６を取り外さなくとも、
回転プラグ上２の外に排除できる。

固体状不純物１７を真空排除する際に、健全なシールメ
タル１３の一部が同時に排除されたり、不純物１７の生
成が多い場合は、シールメタルエ３が次第に減少してい
く。

そこで、本発明では、図示しない液面計により、シール
ダム１４中のシールメタル１３の液量を測定し、または
排除した不純物１７を計量し、または前記測定と計量と
を兼用し、シールメタル１３のシールダム１４内の液量
を把握する。シールメタル」３の量が規定よりも不足し
た場合は、給徘装置２３から新しいシールメタル１３を
、その比７ 重を利用してシールダム１４に必要量を自然落下させ、
またはより確実な方法として給排装置２３に設けた図示
しない輸送ポンプを作動させて圧送する。この時の輸送
パイプには、不純物１７の排除に使った給排管２２を兼
用できる。

シールダム内のシールメタル１３の減少を常時上記方法
で測定し、測定結果を例えばコンピュータ等で解析する
ことにより、必要時に必要量のシールメタルエ３を自動
的に供給できる。

第４図は第１図の変形例を示している。この例では、仕
切板１５はルーフスラブ７側に設けられ、シールダム１
４が回転プラグ１２側に設置されている。この場合は、
仕切板１５の周りの部材の配置が第１図の場合とは逆で
あるが、シールメタル１３中の不純物１７の除去および
新しいシールメタル１３の供給に関する原理、方法等は
、第１図の場合と同じである。

第１図および第４図のいずれの実施例の場合も、バック
アップシール部材１６を取り外す作業が不要となる。す
なわち、どちらの場合も、人手によ８ る固体状不純物１７の取り出し作業は不必要であるから
、バックアップシール部材をルーフスラブ７の一部とし
てもよく、構造上分ける必要がなくなる。これは、第１
図および第４図に見られるようなバックアップシール部
材１６のルーフスラブ７への取り付けを不要とし、シー
ルメタル１３の健全性を低下させる大気のこのシール部
分を通しての微少リークが全く無くなることを意味する
。

以上は、本発明の採取部材２１をバックアップシール部
材１６の設置側に取り付けた例であったが、採取部材２
１を炉容器上側すなわち第１図および第４図の場合の間
隔１．ＯＡ側に取り付けることも考えられる。第５図は
、間隙１０Ａ側に採取部材２１を取り付けたフリーズシ
ール構造の断面図であり、第６図は仕切板１５を挟んで
両側に採取部材２］を設置するフリーズシール構造を上
部から見た場合の断面図である。

第５図の例が、第４図と異なる点は、不純物エフＡに炉
容器内のすＩ・リウムミストが混入し、元の組成と異な
り、ナトリウムが加わって合金組織となったものも含ま
れていることである。万一、燃料破損が生していた場合
には、核分裂生成物が含まれている可能性が高いことに
なる。

そこで、給排管２２および給排装置ｆｉ２３の気密性を
向上させるとともに、不純物貯留槽等には放射線に対す
る遮蔽を厳重に行う必要がある。

第６図の実施例の場合は、上記第１図〜第４図の実施例
と第５図の実施例とを合体した例である。

第６図に示すように、バックアップシール部材１６側と
間隙１０Ａ側のそれぞれの採取部材２１゜２１Ａの取り
付は位置を同一場所としても、異なる場所としても、給
排管２２および給排装置２３は別個に設けることが望ま
しい。このように別個に設けると、核分裂生成物の無用
な飛散拡大を防止でき、それぞれの除去不純物の性状に
合わせた最終処理処分方法を採用できる。

なお、定期点検時に採取部材をそっくり新旧交換するこ
とにすれば、定期点検の一周期間に予想される不純物蓄
積量以上の捕獲容量の容器を採取部材に連結しておき、
これも採取部材とともに交９− 換する方式を採用できる。

この方式によっても、従来の人手により固形状不純物を
くみ上げる方式よりは、作業者の放射線被曝量を大幅に
低減できる。

また、本発明は、給排管２２を仕切り板１５に内蔵する
例を示したが、現在稼働中の原子炉のフリーズシール構
造に本発明を適用することを考えた場合、給排管を既存
の仕切り板の側面に取り付ける構造を採用すると、上記
実施例と類似の構造となり、同様の効果が得られること
は言うまでもない。

さらに、本発明をタンク型高速増殖炉に適用した実施例
を説明したが、本発明はループ型高速増殖炉にも問題な
く適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フリーズシールメタル中に生成する固
体状不純物の除去および新しいシールメタルの補給や交
換作業が、フリーズシール構造の一部を取り外すことな
く、外部から自動的かつ短時間になされるので、これら
の作業にかける人と２０ 時間とを大幅ｔこ削減でき１作業者の放射線被曝量も大
幅に低減できる。

また、本発明の原理および構造は、採取部材および給排
管を従来から在る仕切り板に外設する形で適用できるこ
とから、従来のフリーズシール構造をほとんで変えるこ
となく、既設の高速増殖炉にも利用可能である。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明によるフリーズシール構造の一実施例の
断面図、第２図は第１図実施例を上から見た断面図、第
３図（、）および（ｂ）は第２図の構造を斜めおよび横
から見た鳥かん図、第４図は第１図実施例の変形例を示
す図、第５図は採取部材の取り付は位置が仕切り板をは
さみ第１−図とは逆の場合の断面図、第６図は第１図お
よび第５図の採取部材が合体したフリーズシール構造を
上から見た断面図、第７図は従来のタンク型高速増殖炉
の断面図、第８図は従来のフリーズシール構造の断面図
、第９図は第８図の従来例の変形例を示す図、第１０図
および第１王図は従来のシール２ メタル中の不純物除去方法を示す図である。 １・・・炉容器、２・・・炉心、３・ナトリウムポンプ
。 ４・・・中間熱交換器、５・・炉心上部機構、６・・ナ
トリウム、７・・・ルーフスラブ、８・大回転プラグ、
９・・小回転プラグ、ｌ○・間隙、１１・・・シール部
、 工２・・・回転プラグ、１３・シールメタル、１４・・
・シールダム、１５　仕切板、１６・・バックアップシ
ール部材、 １７・・・固体状不純物、１８・・・不純物採取具、１
９・・・不純物搬出用毎、２０・・・不純物採取装置、
２１・・・採取部材、２２・・・給排管、２３・・給排
装置、２４・・給排口、 ２５・・・シールメタル液面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器上の回転プラグの周囲に配置したシールダム内
   にシールメタルを満たし、当該シールメタル中に浸した
   仕切板とシールメタルとの間でシール部を形成し、前記
   シールメタルの溶融時に前記回転プラグの回転を自在と
   するフリーズシール構造において、 前記シールメタル中に生成する固体状不純物を採取する
   採取部材を前記仕切板に備えたことを特徴とするフリー
   ズシール構造。 ２、採取された前記固体状不純物を前記容器の外部に吸
   引する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
   フリーズシール構造。 ３、前記採取部材と当該採取部材に対応する給排管の開
   口部とを前記仕切板の内側と外側の両方に設けたことを
   特徴とする請求項１または２記載のフリーズシール構造
   。 ４、前記シールメタルの減少量を検出する手段と、前記
   給排管を介して不足した前記シールメタルを補給する手
   段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   一項に記載のフリーズシール構造。 ５、前記採取部材が、前記固体状不純物の所定期間内の
   生成予想量以上の捕獲容量を持ち前記所定期間毎に交換
   される部材からなることを特徴とする請求項１に記載の
   フリーズシール構造。 ６、前記採取部材が、健全な前記シールメタルを自由に
   通過させる一方で前記固体状不純物を捕獲するメッシュ
   状部材または複数の孔を有する部材からなることを特徴
   とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフリーズシ
   ール構造。 ７、前記１〜６のいずれか一項に記載のフリーズシール
   構造を備えたことを特徴とする高速増殖炉。