JPH0233115B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉とその製作方法、さらに
詳細には、タンク型高速増殖炉におけるルーフス
ラブの機器据付部構造と機器据付方法との改良に
関するものである。

〔発明の背景〕

ナトリウム冷却タンク型高速増殖炉には、第８
図に示すように、原子炉主容器１の上部に位置し
て、炉内と外界とを隔離するルーフスラブ２が設
けられており、また原子炉主容器１内には、複数
基の主中間熱交換器３、複数基の１次主循環ポン
プ４、炉心５が収納されている。炉心５の上方に
は、炉の出力を制御する制御棒および炉心出口の
温度と流量とを測定する炉心上部機構６が設置さ
れている。さらに、原子炉主容器１内には、炉心
５より流出する高温ナトリウムと中間熱交換器３
より流出する低温ナトリウムとを分離する隔壁７
が設置されており、この隔壁７により、主容器内
は、上部のホツトプレナム８と下部のコールドプ
レナム９とに分離されている。原子炉主容器１内
のナトリウム１０は、炉心５内で加熱された後、
ホツトプレナム８に流出し、中間熱交換器３に入
り、中間熱交換器３内で２次冷却系ナトリウムに
熱を与えながら下降し、コールドプレナム９内に
流出する。コールドプレナム９内の低温ナトリウ
ムは、１次主循環ポンプ４によつて炉心５に送ら
れる。

原子炉主容器１の上部ふたであるルーフスラブ
２は、炉内と外界とを隔離するとともに、第８図
に図示した主中間熱交換器３および１次主循環ポ
ンプ４のほか、コールドトラツプ、補助中間熱交
換器など、多数の機器がルーフスラブ２を貫通し
て搭載される。

ルーフスラブ機器貫通部の構造を、中間熱交換
器３の場合を例にとつて第９図に示す。

第９図において、中間熱交換器３は、ルーフス
ラブ２の上面で固定され、ルーフスラブ２を貫通
する構造となり、機器貫通部には、下端開放環状
空間１１が形成される。一方、ルーフスラブ２そ
のものは、当該ルーフスラブ２の上面２′をほぼ
室温に近い温度に保つ必要があり、また上部方向
への放射線量を低くする必要があり、したがつて
ルーフスラブ２は、約500℃の高温ナトリウム１
０およびカバーガス（通常アルゴンガス）層１２
からの熱を遮蔽する熱遮蔽層２ａと、冷却層２ｂ
と、放射線遮蔽層２ｃとから構成されている。

以上の記載から明らかなように、原子炉運転
中、ルーフスラブ２の上面は、ほぼ室温に近い値
となり、一方ルーフスラブ２の下方のカバーガス
層１２は、ホツトプレナム８の高温ナトリウム１
０により高温となる。このため、上記した機器貫
通部における環状空間１１の下端開放部１１′付
近のカバーガス高温は300〜400℃、上端閉塞部１
１″付近の温度は50℃程度となる。この上下間の
温度差により、環状空間１１部分において、カバ
ーガスの自然対流が発生する。この環状空間１１
部分におけるカバーガスの自然対流は、第１０図
ａに示すように、高温の上昇流と低温の下降流と
からなる周方向の循環流となり、円筒状の機器外
周壁３′には第１８０図ｂおよびｃに示すような
温度分布が生じ、機器外周壁３′の周方向に沿つ
て温度分布の不均一を生じることになる。その結
果、機器外周壁３′には、第１０図ｄに示すよう
な熱変形が生じる。機器外周壁３′に上記したご
とき熱変形が生じると、機器部材に有害な応力が
かかつたり、機器内部構造物との接触あるいはル
ーフスラブ２の機器貫通部内周壁２″との接触が
おこることになり、機器構造強度上および機能上
重大な障害となる。また、原子炉停止冷却後、機
器のメインテナンスを目的として、ルーフスラブ
２から各機器を引き抜く場合があるが、運転中に
発生した変形が残留すると、機器の引抜ができな
くなる場合もある。

従来、上記した機器貫通部の周方向に発生する
温度分布の不均一をなくすためには、機器貫通部
の環状空間１１部分における自然対流（周方向循
環流）を防止すればよいとの考えから、特開昭54
−1403号公報および特開昭55−121193号公報に示
されているように、環状空間１１内に対流防止材
を設ける方法の他、環状空間１１のギヤツプを小
さくする方法が考えられている。

しかして、前者の場合、対流防止材とルーフス
ラブ（さらに詳しくは、機器貫通部内周壁）との
間のギヤツプをできるだけ小さくし、対流を抑制
する必要があるが、対流防止材とルーフスラブ
（機器貫通部内周壁）との間のギヤツプを極端に
小さくすることは、製作上の困難をともない、し
かも機器の挿入・引抜などのメインテナンスが困
難になる。また、後者の場合、貫通機器とルーフ
スラブ（機器貫通部内周壁）との間のギヤツプ
は、機器の挿入作業・引抜作業を考慮すると、少
なくとも数mm〜十数mm必要となるが、貫通機器と
ルーフスラブ（機器貫通部内周壁）との間にこの
程度のギヤツプが存在すると、自然対流抑制効果
が不十分となる懸念がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決す
べく、種々検討の結果なされたものであつて、そ
の目的とするところは、従来技術では防止し得な
かつたルーフスラブの機器貫通部に生じる温度分
布の不均一をなくし、該部に挿入設置される機器
の熱変形、熱応力を低減すると同時に、上記機器
貫通部の構造強度および機能健全性を維持し、併
せてこの種構造物の据付を容易におこなうことの
できるタンク型高速増殖炉におけるルーフスラブ
の機器据付部構造と機器据付方法とを提供しよう
とするものである。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、原子炉主
容器のルーフスラブに円筒状の機器貫通部を有す
るタンク型高速増殖炉において、上記ルーフスラ
ブの機器貫通部内周壁と当該機器貫通部に挿入さ
れる円筒状の機器外周壁とに、それぞれ複数個の
縦形フインを突設し、上記ルーフスラブの機器貫
通部内周壁に突設した縦形フインと機器外周壁に
突設した縦形フインとにより、機器貫通部の環状
空間をその周方向に複数個に縦分割してなること
を第１の特徴とするものである。

また、本発明は、原子炉主容器のルーフスラブ
に円筒状の機器貫通部を設け、当該機器貫通部に
所定の機器を挿入設置するタンク型高速増殖炉の
製作方法において、上記ルーフスラブの機器貫通
部内周壁と当該機器貫通部に挿入される円筒状の
機器外周壁とに、それぞれ複数個の縦形フインを
突設し、上記ルーフスラブの機器貫通部に機器を
挿入するに際しては、ルーフスラブの機器貫通部
内周壁に突設されている縦形フインと機器外周壁
に突設されている縦形フインとをあらかじめ離間
した状態にセツトし、この状態で上記機器をルー
フスラブの機器貫通部に挿入し、機器挿入後、当
該機器を水平方向に回転させて、ルーフスラブの
機器貫通部内周壁に突設されている縦形フインと
機器外周壁に突設されている縦形フインとを当接
せしめることを第２の特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を、図面にもとづいて説明する
と、第１図は本発明を適用したタンク型高速増殖
炉におけるルーフスラブの機器貫通部を、中間熱
交換器の場合を例にとつて示す要部の縦断面図で
ある。また、第２図は第１図の横断面図、第３図
は第２図の展開図である。

第１図ないし第３図から明らかなように、ルー
フスラブ２の機器貫通部内周壁２″と当該機器貫
通部に挿入される機器外周壁３′とには、それぞ
れ複数個の縦形フイン２ｄおよび３ａが突設され
ているものであつて、上記ルーフスラブ２の機器
貫通部内周壁２″に突設した縦形フイン２ｄと機
器外周壁３′に突設した縦形フイン３ａとにより、
機器貫通部の環状空間１１は、その周方向に複数
個に縦分割されている。なお、図示実施例におい
ては、ルーフスラブ２の機器貫通部内周壁２″側、
機器外周壁３′側それぞれに４個の縦形フイン２
ｄおよび３ａを突設し、機器貫通部の環状空間１
１を、その周方向に４個に縦分割した場合を示し
た。

しかして、第１図ないし第３図から明らかなよ
うに、本発明においては、ルーフスラブ２部分に
おける機器貫通部の環状空間１１が、その周方向
に複数個に縦分割されているから、環状空間１１
の上下方向温度差にともなう自然対流は、それぞ
れに分割されたセクタ内での対流となり、第１０
図で示したような周方向循環流が生じることはな
い。

本発明の効果を、非圧縮性、粘性流体の流れを
取り扱う３次元解析プログラムを使用した計算に
より確認した。この解析プログラムは、非圧縮
性・粘性流体について、質量、運動量およびエネ
ルギの保存式を解くもので、強制対流および自然
対流の双方についてそれぞれ層流域から乱流域ま
での流れが取り扱える。このプログラムを使つ
て、次の仮定を設けて計算体系をモデル化し、環
状空間１１の自然対流特性を解析した。

(1) ギヤツプが高さ、円周に比べて十分小さいた
め、第４図に示すγ−θ−Z3次元モデルを採
用した（γ方向：側壁、流体、側壁の３メツシ
ユ）。

(2) 密度は、浮力の項を除いて一定とする
（Boussinesq近似）。

(3) ギヤツプδの効果は、次式の壁面せん断力Ｆ
により評価した。

Ｆ＝fu²／2gδ ｆ＝64／R_p ｆ：摩擦損失係数 ｕ：流速 ｇ：重力加速度 R_p：レイノルズ数 (4) 環状空間１１の内外周壁２″および３′の熱的
境界条件として、当該周壁２″，３′を介して周
囲へ熱伝達を考慮した。

上記のモデルを用いて、環状空間１１部分にお
ける自然対流特性を評価した。

第５図に、機器貫通部の環状空間１１部分にお
ける自然対流による流速ベクトル図の一例を示
す。なお、第５図においては、同図ａに示すごと
く、環状空間をセクタ分割しない場合（従来）
と、同図ｂに示すごとく、縦形フイン２ｄおよび
３ａによつて環状空間を周方向にセクタ分割した
場合（本発明）との双方を示した。

第５図ａに示すように、環状空間をセクタ分割
しない場合、対流は、周方向で一対の循環流とな
つている。一方、第５図ｂに示すように、環状空
間をセクタ分割した場合は、第５図ａに示すよう
な周方向循環流とはならず、上下方向に２つの渦
ができる流れとなる。すなわち、環状空間を周方
向にセクタ分割することにより、大きな周方向循
環流がなくなるため、周方向に発生する温度差も
小さくなる。

ここで、環状空間の自然対流にともなう周方向
の最大温度差を評価する。なお、周方向の最大温
度差として、次式で得られる無次元温度差ΔΤ^*を
温度差の評価指標とした。

ΔΤ^*＝周方向最大温度差／上下端最大温度差 第６図に、周方向最大温度差ΔΤ^*とレイリ数
R_aとの関係を示す。ここで、レイリ数R_aは、自
然対流を支配すると考えられる無次元数で次式で
表わされる。

R_a＝G_r・P_r ＝gβΔΤl³／ν²・P_r G_r：グラスホフ数 P_r：プラントル数 β：体積膨張率 ΔΤ：上下端温度差 ｌ：代表長さ ν：動粘性係数 なお、第６図においては、環状空間をセクタ分
割しない場合（従来）と、縦形フインによつて環
状空間を周方向にセクタ分割した場合（本発明）
との双方の最大無次元温度差を示した。

第６図から明らかなように、環状空間を周方向
にセクタ分割した場合、この周方向に発生する温
度差は小さくなつていることが判る。このことか
ら、本発明によれば、周方向温度差の低減にとも
なう熱変形、熱応力の緩和が可能である。なお、
実機におけるレイリ数は、各機器によつて異なる
が、10¹¹〜10¹²の範囲である。

ところで、第２図において、ルーフスラブ２の
機器貫通部内周壁２″に突設されている縦形フイ
ン２ｄと機器内周壁３′に突設されている縦形フ
イン３ａとの間の間隙は、環状空間１１内におけ
る周方向の循環流をより効率的に阻止せしめるこ
とを考慮すると、できるだけ小さい方がよい。

しかし、ルーフスラブ２の機器貫通部に所定の
機器３を挿入するに際し、当初からルーフスラブ
２の機器貫通部内周壁２″に突設されている縦形
フイン２ｄと機器外周壁３′に突設されている縦
形フイン３ａとを接近させておくと、機器３の挿
入途中で上記両フイン２ｄと３ａとが接触し、こ
の種作業をスムーズにおこなうことができない。

しかして、上記を考慮して、ルーフスラブ２の
機器貫通部に機器３を挿入するに際しては、第７
図ａに示すように、ルーフスラブ２の機器貫通部
内周壁２″に突設されている縦形フイン２ｄと機
器外周壁３′に突設されている縦形フイン３ａと
をあらかじめ離間した状態にセツトし、この状態
で上記機器３をルーフスラブ２の機器貫通部に挿
入し、機器挿入後、当該機器３を水平方向に回転
させて、ルーフスラブ２の縦形フイン２ｄと機器
外周壁３′の縦形フイン３ａとを当接せしめるよ
うにすれば、機器挿入時、機器貫通部内周壁２″
の縦形フイン２ｄと機器外周壁３′の縦形フイン
３ａとが接触するのを未然に防止することがで
き、ルーフスラブ２の機器貫通部に対する機器３
の挿入をスムーズにおこなうことができる。な
お、ルーフスラブ２の機器貫通部から機器３を引
き抜く場合は、上記挿入操作と反対の操作をおこ
なえばよい。

〔発明の効果〕 本発明は以上のごときであり、本発明によれば
従来技術では防止し得なかつたルーフスラブの機
器貫通部に生じる温度分布の不均一をなくし、該
部に挿入設置される機器の熱変形、熱応力を低減
すると同時に、上記機器貫通部の構造強度および
機能健全性を維持し、併せてこの種構造物の据付
を容易におこなうことのできるタンク型高速増殖
炉におけるルーフスラブの機器据付部構造と機器
据付方法とを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したタンク型高速増殖炉
の一実施例を示す要部の縦断面図、第２図は第１
図の横断面図、第３図は第２図の展開図、第４図
は本発明の効果を評価する流体特性解析図、第５
図ａは第４図に示す評価方法によつて解析された
従来型（タンク型）高速増殖炉の炉内一部におけ
る流体流速ベクトル図、第５図ｂは第４図に示す
評価方法によつて解析された本発明構造物の流体
流速ベクトル図、第６図は第５図ａに示す従来型
構造物と第５図ｂに示す本発明構造物との炉内一
部における周方向最大温度差−レイリ数特性線
図、第７図ａは第１図に示す本発明構造物を炉内
にセツテイングする以前の状態を示す横断面図、
第７図ｂは第７図ａに示す本発明構造物を炉内に
セツテイングした状態の横断面図、第８図はタン
ク型高速増殖炉の全体的な内部構造を示す縦断面
図、第９図は第１図に示す本発明構造物に相当す
る従来型（タンク型）高速増殖炉の炉内一部にお
ける縦断面図、第１０図ａは第９図に示す従来型
増殖炉の炉内一部における流体の対流パターンを
示す図、第１０図ｂは第９図に示す従来型増殖炉
の炉内一部における軸方向の温度分布特性線図、
第１０図ｃは第９図に示す従来型増殖炉の炉内一
部における周方向の温度分布特性線図、第１０図
ｄは第１０図ａに示す対流パターンならびに第１
０図ｂおよび第１０図ｃに示す温度分布に起因し
て第９図に示す従来型増殖炉の炉内機器に熱変形
をきたした場合の機器変形説明図である。 １…原子炉主容器、２…ルーフスラブ、２″…
機器貫通部内周壁、２ａ…熱遮蔽層、２ｂ…冷却
層、２ｃ…放射線遮蔽層、２ｄ…縦形フイン、３
…機器（一例として、主中間熱交換器を示す）、
３′…機器外周壁、３ａ…縦形フイン、４…１次
主循環ポンプ、５…炉心、６…炉心上部機構、７
…隔壁、８…ホツトプレナム、９…コールドプレ
ナム、１０…ナトリウム、１１…環状空間、１２
…カバーガス層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉主容器のルーフスラブに円筒状の機器
   貫通部を有するタンク型高速増殖炉において、上
   記ルーフスラブの機器貫通部内周壁と当該機器貫
   通部に挿入される円筒状の機器外周壁とに、それ
   ぞれ複数個の縦形フインを突設し、上記ルーフス
   ラブの機器貫通部内周壁に突設した縦形フインと
   機器外周壁に突設した縦形フインとにより、機器
   貫通部の環状空間をその周方向に複数個に縦分割
   してなることを特徴とするタンク型高速増殖炉に
   おけるルーフスラブの機器据付部構造。 ２ 原子炉主容器のルーフスラブに円筒状の機器
   貫通部を設け、当該機器貫通部に所定の機器を挿
   入設置するタンク型高速増殖炉の製作方法におい
   て、上記ルーフスラブの機器貫通部内周壁と当該
   機器貫通部に挿入される円筒状の機器外周壁と
   に、それぞれ複数個の縦形フインを突設し、上記
   ルーフスラブの機器貫通部に機器を挿入するに際
   しては、ルーフスラブの機器貫通部内周壁に突設
   されている縦形フインと機器外周壁に突設されて
   いる縦形フインとをあらかじめ離間した状態にセ
   ツトし、この状態で上記機器をルーフスラブの機
   器貫通部に挿入し、機器挿入後、当該機器を水平
   方向に回転させて、ルーフスラブの機器貫通部内
   周壁に突設されている縦形フインと機器外周壁に
   突設されている縦形フインとを当接せしめること
   を特徴とするタンク型高速増殖炉におけるルーフ
   スラブの機器据付方法。