JPH0258599B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はタンク型FBR（高速増殖炉）の改良、
特に液体ナトリウムの地震時挙動がルーフスラブ
下の熱遮蔽体に与える影響を考慮した改良に関す
る。

〔発明の背景〕

第２図は、従来の熱遮蔽体を有するタンク型
FBRの構造を示し、炉心部９、炉心部で発生し
た熱を取り出すための冷却材（液体ナトリウム）
１１、その冷却材の熱を外部へ伝達するための中
間熱交換器１０、冷却材を循環させる主循環ポン
プ１３、炉心制御棒群を構成する炉心上部構造８
が原子炉容器３に内包されており、周りは安全容
器４で囲まれている。原子炉容器３の上部はスカ
ート２で支持されたルーフスラブ１に接合されて
いる。熱遮蔽体は符号５で示され、ルーフスラブ
１より吊下されている。これは高温ナトリウムの
自由液面６よりの熱放射をしや断するもので、幾
層もの熱遮蔽板より成り立つている。又、熱遮蔽
板間層は、対流による熱伝達を抑える為、ガス対
流が発生しにくい様に間隙を設定している。又、
熱遮蔽体５の下方には、カバーガス空間１２およ
び高温ナトリウムの自由液面６が存在している。
上記の熱遮蔽板５については例えば特開昭54−
140086号公報に示されている。

ところで、長周期成分の地震入力があつた場合
には、高温ナトリウムが液面揺動（スロツシン
グ）し、その自由液面が地震入力の作用により熱
遮蔽板５に衝突する現象が起こり、また、液面揺
動で熱遮蔽板５の間に流入した液体ナトリウムが
直ちに流出せずに暫時そこに留り、そのナトリウ
ムの重さが熱遮蔽板５に荷重として加わる現象
（いわゆる腰掛け圧）、更には、熱遮蔽板５の間に
留る液体ナトリウムが温度低下により凝固を始め
て熱遮蔽板５の間隙がナトリウムで連結される現
象（いわゆるナトリウムブリツジ）が起り得る。

しかるに従来の熱遮蔽板５の構造は、特開昭54
−140086号に示された如く、高温ナトリウム液面
上のカバーガスがスラブに直接接触することを防
止し、また高温ナトリウムからの熱輻射がスラブ
に達しないように熱遮蔽板の積層にて遮断し、ス
ラブ上面の温度および放射線量を低減すること、
のみを意図したものであつて、地震時に起り得る
前記の現象への考慮は払われていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高温液体ナトリウムを内包す
るタンク型FBRにおいて、長周期成分の地震波
入力があつた場合、ルーフスラブより吊下された
熱遮蔽体に発生するスロツシング衝撃圧を低減す
ること及びルーフスラブの上下方向剛性を高める
ことにある。前記熱遮蔽体が相互に間〓をもつ積
層構造の熱遮蔽板である様な本発明の実施態様に
おいては、スロツシングによる液体ナトリウム流
入により発生する熱遮蔽板の腰掛け圧およびナト
リウムブリツジを防止することも目的としてい
る。

〔発明の概要〕

今、直径Ｄの剛体円筒形のタンク型FBRの原
子炉容器３の中に高さＨまで液体ナトリウムが満
たされている場合に容器が地震等の振動により受
ける影響について考える。地震等の振動による影
響は、容器内の液面動揺（スロツシング）周期
（特に１次固有周期）と、入力地震波の卓越周期
との関係に大きく依存する。その依存性状は、第
３図１，２，３に示すように、大別して３種類存
在する。（但し、第３図ではルーフスラブおよび
熱遮蔽体の図示は省略してある。） (1) 入力地震波の卓越周期がスロツシング周期よ
り短周期地震波入力に対する応答）；この場合
は、第３図１に示すように、液面揺動はほとん
ど現われず、側面及び底面に衝撃的な圧力を受
ける。すなわち、この様な短周期の地震入力を
受ける場合には、高温液体ナトリウムの波高は
発生しない為、ルーフスラブ下の熱遮蔽板にス
ロツシング波頭衝撃は起こらない。

(2) 入力地震波の卓越周期がスロツシング周期と
ほぼ等しい場合（１次共振地震波入力に対する
応答）；この場合は、第３図２に示すように、
スロツシング現象が生じ、１次の液面揺動が起
こる。これは、液体の表面６がほぼ平面的な形
状で大きく振動するモードを示し、かつ側壁お
よびルーフスラブ下の熱遮蔽体に大きな動圧を
与えて破壊する直接の原因となる。すなわち、
上記のスロツシング固有周期と等しい地震入力
を受ける場合には高温液体ナトリウムの波高は
成長し、ナトリウム自由液面６は、カバーガス
空間を越え熱遮蔽体にスロツシング波頭衝撃が
起こる。又、熱遮蔽体が相互間〓をもつ積層熱
遮蔽板構造のものである場合には、スロツシン
グ波頭衝撃とともに、高温液体ナトリウムは、
熱遮蔽板の間隙に流入し、流入した液体ナトリ
ウムは速やかに流れ落ちにくい為、腰掛け圧を
発生しやすくなる。さらに、流入した液体ナト
リウムは熱遮蔽板に留まることにより、液体ナ
トリウムの温度低下とともに凝固を始め、熱遮
蔽板の間隙をナトリウムにて連結する。いわゆ
るナトリウムブリツジを生成する要因を作る。
このナトリウムブリツジは、熱を伝え易くする
為、熱遮蔽板の機能を著しく低下させる。

(3) 入力地震波の卓越周期がスロツシング周期よ
り長周期となる場合（長周期地震波入力に対す
る応答）；この場合は、第３図３に示すように、
各応答の値は非常に小さい。すなわち、この様
な、スロツシング固有周期より長い周期の地震
入力を受けた場合には、高温液体ナトリウムの
波高は発生しない為、熱遮蔽体にスロツシング
波頭衝撃は起こらない。

入力地震波には、通常、加速度波の領域で卓越
している成分と、変位波の領域で卓越している成
分とがある。後者に対して容器内の液体の自由表
面が共振して大振幅となるのがいわゆるスロツシ
ング現象である。この変位波の卓越している領域
とは、周期１〜10sec程度のやや長周期領域を意
味し、通常の寸法のタンク型FBR容器のスロツ
シングの１次の固有周期は、ほとんどこの周期領
域内に存在する。すなわち、タンク型FBRにお
いてやや長周期の地震入力を受けた場合には、前
述の様に高温液体ナトリウムの波高は成長し、熱
遮蔽体へスロツシング波頭衝撃が起こる。

本発明は、これらのスロツシング波頭衝撃力を
低下することを第一義に目的とした熱遮蔽体構造
を具えたタンク型FBRを提供する。

本発明は、ルーフスラブの下面に吊設されて該
ルーフスラブの下面を蔽う熱遮蔽体を外側に向つ
て下向きに傾斜させたこと、および、それに伴い
ルーフスラブも外側に向つて下向きに傾斜させた
ことが特徴である。前者は熱遮蔽体に作用するス
ロツシング波頭衝撃力を低下させることに、また
後者はルーフスラブの上下方向の剛性の向上に効
果がある。更に、該熱遮蔽体を相互間〓をもつ積
層熱遮蔽板で構成した本発明の実施態様において
は、これを外側に向つて下向きに傾斜させたこと
は、熱遮蔽板の間から液体ナトリウムを速やかに
流出させて腰掛け圧およびナトリウムブリツジを
防止する効果がある。

上記効果の原理を下記に説明する。

第４図は、スロツシングにより高温液体ナトリ
ウムの自由液面６が熱遮蔽板の下部層５に衝突し
た様子をモデル化して示したものである。図中、
３は側壁で、タンク型FBRの原子炉主容器の側
壁に相当する。角度は、熱遮蔽板５と高温液体
ナトリウムの自由液面６間の角度を示し、従来構
造の平板では、＝0゜である。ここで、熱遮蔽板
に発生する衝突圧Ｐは、スロツシング衝撃速度ζ〓r
一定とすると、上記で示した熱遮蔽板５と高温液
体ナトリウムの自由液面６との角度に依存し、
その関係式は、以下に示す通りと成る。

Ｐ＝ρ・π／２・cot（ζ〓r）〓 ………(1) ここで Ｐ；スロツシングにより発生する衝撃圧 ρ；高温液体ナトリウムの密度 ；熱遮蔽板と高温液体ナトリウムとの角度 ζ〓r；スロツシング衝突速度 α；定数 前記式(1)は、実験式でありスロツシング衝突速
度ζ〓rを一定とすると、衝撃圧Ｐは、角度に依存
する。第５図は、本実験式(1)より求めた衝撃圧Ｐ
と角度の関係をグラフ化したものである。前記
の様に、衝突圧Ｐは、熱遮蔽板と高温液体ナトリ
ウムとの角度に依存する。本図より、衝撃圧Ｐ
は、角度を零度より数度大きくすることにより
小さくなることがわかる。よつて、熱遮蔽板のス
ロツシング衝撃圧力を低下する為には、熱遮蔽板
を外側へ下向きに傾斜させることが非常に有効で
ある。すなわち、熱遮蔽板が傾斜することによ
り、スロツシング衝撃による液体の流れは、傾斜
した熱遮蔽板の上部へ逃げやすくなるためであ
る。これに対して、従来構造の水平な平板型熱遮
蔽板では、スロツシングによる液体の流れの行き
場所がない為、非常に大きなスロツシング衝撃圧
を生じる。

次に、本発明におけるルーフスラブ上下方向剛
性向上の効果について説明する。第６図は、ルー
フスラブの傾き角度θとルーフスラブ剛性K_Vの
関係を示したものである。本図より、従来の水平
な平板構造熱遮蔽板を有するルーフスラブ支持角
度θ＝0゜では、上下方向剛性K_Vが最も小さいこ
とがわかる。しかし、ルーフスラブ傾きを少し付
加することにより、ルーフスラブ構造がコーン状
態になり、急激に上下方向剛性K_Vが増加する。
第７図に、ルーフスラブ支持角度θとルーフスラ
ブ上下方向固有振動数f_Vの関係を示す。本図にお
いても、上記に示す剛性増加を反映して固有振動
数f_Vは、ルーフスラブ支持角度θを少し傾けるこ
とにより高くさせることが出来る。すなわち、ス
ロツシング衝撃圧を低減するために熱遮蔽板を傾
けたことは、同時にルーフスラブを傾斜すること
を可能とし、従来構造のタンク型FBR原子炉に
比べ、より一層上下方向耐震性の効果のある原子
炉構造とすることが出来る。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の実施例であるタンク型FBR
の概要立面図であり、ルーフスラブは外側へ向つ
て下向きに傾斜しており、これに、炉心上部構造
８、中間熱交換器１０および主循環ポンプ１３の
貫通部を除いて、該ルーフスラブの下面を蔽うよ
うに外側へ向つて下向きに傾斜した積層構造の熱
遮蔽板５が吊下げられている。他の部分の構成は
第２図と同様である。第８図は、本実施例の熱遮
蔽板近傍を拡大して示した斜視図である。但し、
本図に示してある熱遮蔽板の枚数は単なる一例で
あり、これに限るものでない。熱遮蔽板は図示の
ように相互に間〓をおいてルーフスラブ１からネ
ジ杆とナツトで吊下げられている。

上記構成によれば、熱遮蔽板５が傾斜している
ため、高温液体ナトリウムのスロツシングによる
熱遮蔽板に作用する衝撃力は前述した所により大
巾に軽減され、また、スロツシングにより高温ナ
トリウムが熱遮蔽板５に衝突しかつ熱遮蔽板間隙
に流入した場合には、熱遮蔽板が傾斜しているこ
とにより速やかに流出する。この為、スロツシン
グによる腰掛け圧は発生しにくくなる。又、流入
した液体ナトリウムは、上記の様に、熱遮蔽板間
隙に留まらぬ為、液体ナトリウムの凝固によるナ
トリウムブリツジの生成の心配はない。

第９図は、前記傾斜型熱遮蔽板に、コルゲート
状の波打つた凹凸を熱遮蔽板の中心から外側に向
つて放射状に施した変形例である。本構造によ
り、熱遮蔽板の曲げ剛性は、平板型熱遮蔽板に比
べ向上する。すなわち、スロツシング波頭衝撃に
よる熱遮蔽板の変形を防止ででき、スロツシング
波頭衝撃後も熱遮蔽板間隙を一定に保つ効果をよ
り一層期待できる。さらに、前記凹凸の波打ち構
造は、傾斜型熱遮蔽板の中心部から外側へ放射状
に施してある為、スロツシングにより流入した液
体ナトリウムやナトリウムミストにより生じた液
体ナトリウムを速く排出することが出来、腰掛け
圧の防止やナトリウムブリツチの生成防止により
一層の効果がある。

第１０図は、前記の傾斜設置した積層構造の熱
遮蔽板を高温ナトリウム液面上のカバーガス雰囲
気との接触から遮断し、同時にカバーガスよりの
ナトリウムミスト侵入を防止する為、熱遮蔽板の
外側に薄い膜１４を施した本発明の変形実施例で
ある。特開昭54−140086号にも薄膜被覆した熱遮
蔽板が開示されているが、それは傾斜配置されて
おらず、スロツシングによる衝撃圧の低減の目的
は果し得ない。これに対し第１０図に示した本発
明実施例ではナトリウム混入防止膜を施した熱遮
蔽板を傾斜させ、スロツシングによる衝撃圧を低
下させる効果を奏するものである。

第１１図は、積層した熱遮蔽板の代わりに、薄
膜１４で被覆された断熱材１５を用いた実施例で
ある本構造においても、断熱材を傾斜させること
により、同じくスロツシングによる衝撃圧を低減
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タンク型FBRにおいて、ル
ーフスラブ上面温度及び放射線量の低減を目的と
してルーフスラブの下面を蔽うように吊設した熱
遮蔽体を外側に向つて下向きに傾斜させたことに
より、スロツシングによる波頭衝撃による流体を
逃げやすくすることができるので、該熱遮蔽体が
受けるスロツシング波頭衝撃力を従来の水平な熱
遮蔽体に比べ低減することが出来、さらに、ルー
フスラブが外方下向きに傾斜しているので、その
上下方向剛性が向上する効果がある。

また、上記の如く傾斜した熱遮蔽体を相互間隙
をもつ積層熱遮蔽板で構成した本発明の実施態様
においては、スロツシングにより熱遮蔽体たる熱
遮蔽板間〓に流入した高温液体ナトリウムは速く
流出する為、腰掛け圧の発生防止の効果、およ
び、熱遮蔽効果を著しく低下させるナトリウムブ
リツジの発生防止の効果がある。」

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる傾斜型熱遮蔽
板構造を施したタンク型FBR構造立面図、第２
図は従来例の熱遮蔽板構造を施したタンク型
FBR構造立面図、第３図１，２，３はスロツシ
ングの発生原理図、第４図はスロツシングによる
高温液体ナトリウムが熱遮蔽体に衝突する様子を
モデル化した図、第５図は第４図におけるスロツ
シング衝撃圧と熱遮蔽体の傾斜角度との関係
図、第６図はルーフスラブの傾斜角度θとルーフ
スラブ上下方向剛性K_Vの関係図、第７図は同じ
く傾斜角度θとルーフスラブ上下方向固有振動数
f_Vとの関係図、第８図は本発明の実施例の熱遮蔽
板構造部近傍を示した図、第９図は本発明の変形
実施例の１つで傾斜型熱遮蔽板に凹凸の波打ちを
施したものを示す図、第１０図は被膜付き熱遮蔽
板を傾斜させた本発明の変形実施例を示す図、第
１１図は断熱材よりなる熱遮蔽体を傾斜させ本発
明の変形実施例を示す図である。 １……ルーフスラブ、２……ルーフスラブスカ
ート、３……主容器胴、４……安全容器、５……
熱遮蔽板、６……高温ナトリウム自由液面、７…
…炉心支持構造、８……炉心上部構造、９……炉
心、１０……中間熱交換器、１１……低温ナトリ
ウム領域、１２……カバーガス空間、１３……主
循環ポンプ、１４……断熱材、１５……スロツシ
ング自由液面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側に向つて下向きに傾斜したルーフスラブ
   の下面に、ルーフスラブの下面を蔽うように外側
   に向つて下向きに傾斜した熱遮蔽体を吊設したこ
   とを特徴とするタンク型高速増殖炉。 ２ 上記熱遮蔽体は相互間〓をもつて積層された
   複数枚の熱遮蔽板で構成されている特許請求の範
   囲第１項記載のタンク型高速増殖炉。