JPH03257398A - タンク型高速増殖炉 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は炉容器の健全性を確保するための冷却構造を備
えた高速増殖炉に関する。

（従来の技術） 一般に高速増殖炉は、炉容器内に炉心及び−次冷却材（
通常、液体ナトリウム）が収容されており、この−次冷
却材は炉心を通して循環されて、炉心における核燃料の
核反応により加熱される。

この加熱された一次冷却材を中間熱交換器へ導いて二次
冷却材（これも通常、液体ナトリウム）と熱交換し、さ
らにその二次冷却材を蒸発器へ導いて水と熱交換し、こ
こで得られた過熱蒸気を発電機駆動用のタービンへ送り
込むように構成されている。

ところで、この種の高速増殖炉にあっては、炉容器が高
温に耐えるように配慮した設計を行なう必要がある。ま
た炉心を通過した高温の一次冷却材を、温度を低下させ
ないように中間熱交換器へ導く必要もある。

そこで、近年では第３図に示すような構成の高速増殖炉
が開発されている。

第３図はタンク型高速増殖炉の概略構成を示すもので、
図中、符号１は炉心２及び−次冷却材（通称液体ナトリ
ウム）３を収容した炉容器であり、この炉容器１の上部
開口はルーフスラブ４によって遮蔽されている。また炉
容器１の内部には高温冷却材収容容器５が炉心２を支持
する炉心支持構体６に支持されて配置されている。この
収容容器５は、上半部５Ａと炉容器１の内周面との間に
隙間７を存在させ、下半部５Ｂを小径としてその最下端
を前記炉心支持構体６に取着し、上半部５Ａと下半部５
Ｂとの間には中心方向へ向って下り勾配となる円錐部５
ＣをＨするように構成されている。

前記炉容器１の内側には、炉容器］の内面に沿って流路
形成板８が配設され、炉容器１内面と流路形成板８との
間には低温冷却材流路９が形成されている。上記流路形
成板８は炉心２の直下位置に流通口１０を有し、かつ周
壁上部を二重壁（内周壁１１Ａ１外周壁１１Ｂ）として
その二重壁で構成される円環領域（ダウンカマ）１２を
低温冷却材収容空間１５へ開口させている。この円環領
域１２の上端内部には、後に詳述するバッフル板１８が
配置されている。

また前記流路形成板８の二重壁部下端と前記炉心支持構
体６との間には、前記炉心２を中心とする環状の隔壁１
３が取着されている。この隔壁１３は高温冷却材収容容
器５の外側に位置して高温冷却材収容容器５の円錐部５
Ｃとの間に環状の冷却材滞留空間１４を形成するととも
に、炉容器１との間には前記炉心２の下端部に連通ずる
低温冷却材収容空間１５を形成するものである。

さらに、前記ルーフスラブ４には一次冷却材循環ポンプ
１６・・・及び中間熱交換器１７・・が支持されている
。これらの循環ポンプ１６・・・及び熱交換器１７・・
・は炉心２を中心とする円周上に交互に配置されている
。

一次冷却材循環ポンプ１６は、前記冷却材滞留空間１４
に連通して円錐部５Ｃ上に設けられた筒体１９の内部を
通し、さらに隔壁１３を貫通して低温冷却材収容空間１
５内に導入されている。そして吸入側を低温冷却材収容
空間１５に連通させ、かつ吐出側を炉心２に連通させて
、低温冷却材収容空間１５内の一次冷却材３を炉心２へ
矢印りの如く送り込むように構成されている。

また、中間熱交換器１７は、−次冷却材流入側を高温冷
却材収容容器５内に位置させるとともに一次冷却材流出
側を低温冷却材収容空間１５に連通させて、高温冷却材
収容容器５内の一次冷却材３を、低温冷却材収容空間１
５へ流通させるように構成されている。

次に、以上の如く構成されたタンク型高速増殖炉の作用
を説明する。

今、−次冷却材循環ポンプ１６により低温冷却材収容空
間１５内の一次冷却材３が加圧されると、低温冷却材収
容空間１５内の一次冷却月３は炉心２を矢印ａの如く通
過し、炉心２におけるウラン燃料の核反応によって生ず
る熱により加熱されて高温冷却材収容容器５内に至り、
中間熱交換器１７内に矢印すの如く流入する。ここで、
−次冷却材３は二次冷却材への熱伝達を行ない、自らは
冷却されて矢印Ｃの如く低温冷却材収容空間１５に流出
され、再び炉心２を通して高温冷却材収容容器５内への
循環を繰返す。

一方、−次冷却材循環ポンプ１６により加圧された、低
温冷却材収容空間１５内の一次冷却材３は、流通口１０
から入って、低温冷却相流路９を矢印ｄの如く上昇し、
二重壁部の外周壁１１Ｂを矢印ｅの如く乗越えて山・外
周壁１１．Ａ、ＩＩＢ間に流入し、さらに低温冷却材収
容空間１５に流出する。

ところで、以上の如く構成されたタンク型高速増殖炉に
おいて、炉心２を通過して過熱された高温−次冷却材は
、高温冷却材収容容器５内に収容され、炉容器１には炉
心２を通過する前の低温−次冷却材が接触するようにな
るので、炉容器１は比較的低温に保たれることになる。

従って炉容器１の設計を容易にすることができる。また
高温冷却材収容容器５の外側には、隔壁１３を設けて冷
却材滞留空間１４を形成しているので、この空間１４に
存在する一次冷却材が高温冷却材収容容器５内の高温−
次冷却材と低温冷却材収容空間１５の低温−次冷却材と
の間の遮熱材として機能し、高温冷却材収容容器５内の
冷却材３の温度低下を防止している。

次に、炉壁冷却構造におけるバッフル板１８の機能を、
第４図（ａ）、　　（ｂ）を参照して説明する。第４図
（ａ）は、定常運転時における炉壁冷却流路周りの状態
を示し、また第４図（ｂ）は、原子炉トリップ直後にお
ける炉壁冷却流路周りの状態を示す。

定常運転特において、Ａ領域は一次冷却刊とほぼ同一の
温度（約５３０℃）、Ｃ領域は低温冷却材流路９の冷却
材温度から若干昇温した温度（約３８０℃）となってい
る。

ところで、原子炉トリップ時には、前記Ｃ領域の液位が
急上昇するため、バッフル板１８を設置しない場合には
、原子炉トリップ直後の内周壁１１Ａの上部の肉厚方向
に、急激に約１５０℃（−５３０°Ｃ−３８０℃）の温
度差を生じ、この内周壁１１Ａの構造健全性確保の上で
大きな問題となる。

一方、バッフル板１８を設置して内周壁１１Ａとの間に
Ｂ領域を形成した場合には、このＢ領域は、定常運転時
には約４３０℃となる。このため、原子炉トリップ時の
内周壁１１Ａ上部の肉厚方向の温度差を、約１００℃に
低減させることが可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来のタンク型高速増殖炉において、−次冷却材３
の液面近傍位置では、外周壁１１Ｂ、バッフル板１８、
高温冷却材収容容器５の上半部５Ａの４枚の薄肉構造物
で構成されることになり、また炉容器１の底部にも、薄
肉の流路形成板８が設置されることになるため、物量が
増大するとともに、耐震設計も複雑になるという問題が
ある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、炉
壁冷却構造を簡素化することができるとともに、物量の
低減を図ることができるタンク型高速増殖炉を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を構成するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、炉心および
一次冷却材が収容される炉容器と、この炉容器の上端開
口部を閉塞する蓋と、炉容器の内面との間に隙間を有し
て炉容器出に配置され炉心を通過した高温冷却材を収容
する高温冷却材収容容器と、前記炉容器の少なくとも上
部周壁部に形成され炉心を通過する前の低温冷却材が供
給されて炉壁を冷却する環状の低温冷却材流路と、この
低温冷却材流路と前記高温冷却材収容容器との間に形成
され、低温冷却材流路の上端から溢流した冷却材が導か
れる冷却材滞留空間と、前記高温冷却材収容容器の少な
くとも上部周壁部に形成され内部が炉容器の上端部に封
入したカバーガスにより満される環状のガス空間と、を
それぞれ設けるようにしたことを特徴とする。

（作　用） 本発明に係るタンク型高速増殖炉においては、炉心を通
過する前の低温冷却材が低温冷却材流路に供給され、炉
壁の冷却がなされる。そして、この冷却構は、低温冷却
材流路の上端から基液して冷却材滞留空間に導かれる。

この冷却材滞留空間には、従来必須であったバッフル板
は設けられておらず、構造の簡素化が図られている。ま
たバッフル板を省略したことに伴なう温度差の増大は、
高温冷却材収容容器の少なくとも上部周壁部にガス空間
を形成し、このガス空間を、断熱材として機能させるこ
とにより解決している。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係るタンク型高速増殖炉の一例を示
すもので、図中、符号１は炉心２および一次冷却材３を
収容した炉容器であり、この炉容器１の上端開口部は、
ルーフスラブ４によって閉塞されている。

また、この炉容器１の内部には、第１図に示すように、
高温冷却材収容容器５が、炉心２を支持する炉心支持構
体６に支持されて配置されている。

この高温冷却材収容容器５は、第１図に示すように、上
半部５Ａと炉容器１の内周面との間に隙間７を存在させ
、下半部５Ｂを小径としてその最下端を前記炉心支持構
体６に取着し、上半部５Ａと下半部５Ｂとの間には中心
方向に向かって下り勾配となる円錐部５Ｃを有するよう
に構成されている。

炉容器１の上部内周部には、第１図および第２図（ａ）
、（ｂ）に示すように、周壁２０が配置されて炉壁との
間に環状をなす低温冷却材流路２１が形成されており、
この低温冷却材流路２１には、炉心支持構体６下部の低
温の一次冷却材３が、配管２２を介し供給されるように
なっている。

この低温冷却材流路２１下端と炉心支持構体６との間に
は、第１図に示すように、前記炉心２を中心とする環状
の隔壁１３が設置されている。この隔壁１３は、前記高
温冷却材収容容器５の外側下方に位置し、高温冷却材収
容容器５の円錐部５Ｃとの間に、環状の冷却材滞留空間
］４を形成するとともに、炉容器１との間には、前記炉
心２の下端部に連通する低温冷却材収容容器１５を形成
している。そして、冷却材滞留空間１４は、第１図に示
すように、隔壁１３の外周縁に設けた流通口２３を介し
、低温冷却材収容容器１５と連通している。

一方、ルーフスラブ４には、第１図に示すように、複数
台の一次冷却材３環ポンプ１６および中間熱交換器１７
がそれぞれ支持されており、これらの−次冷却材循環ポ
ンブ１６および中間熱交換器１７は、炉心２を中心とす
る円周上に交互に配置されている。

各−次冷却材循環ポンプ１６は、第１図に示すように、
冷却材滞留空間１４に連通させて円錐部５Ｃ上に設けた
筒体１９内を通し、さらに隔壁１３を貫通して低温冷却
材収容空間１５内に導入されており、その吸入側は、低
温冷却材収容空間１ ２ １５に連通しているとともに、吐出側は、前記炉心２に
連通し、低温冷却材収容空間１５内の一次冷却材３を、
炉心２に送り込むようになっている。

また、各中間熱交換器１７は、第１図に示すように、−
次冷却材流入側が、高温冷却材収容容器５内に位置して
いるとともに、−次冷却祠流出側が、低温冷却材収容空
間１５内に位置しており、高温冷却材収容容器５内の高
温の一次冷却月３を、二次冷却月との間で熱交換させて
降温させた後、低温冷却材収容空間１５に流下させるよ
うになっている。

一方、高温冷却材収容容器５の上半部５Ａには、第１図
および第２図（ａ）、　　（ｂ）に示すように、ガス空
間形成板２４が設置されており、その上端および下端は
、上半部５Ａの外周部に接合されて内部に環状のガス空
間２５を形成している。そしてこのガス空間２５は、そ
の頂部のガス抜き孔２６を介し、炉容器１の上端部に封
入されるカバーガス雰囲気と連通している。

また、ルーフスラブ４の下面には、第１図に示すように
、円筒状の振れ止め２７が設置されており、この振れ止
め２７の下端縁は、冷却材収容容器５上端部との間に、
適正な径方向の間隙を保持して、冷却利収容容器５内に
挿入配置されている。

次に、本実施例の作用について説明する。

−次冷却材循環ポンブ１６により、低温冷却材収容空間
１５内の一次冷却材３を加圧すると、低温冷却材収容空
間１５山の一次冷却材３は、炉心２を下方から上方に通
過し、炉心２におけるウラン燃料の核反応によって生ず
る熱により加熱されて高温冷却材収容容器５内に至り、
中間熱交換器１７内に流入する。そして、−次冷却材３
は、二次冷却材への熱伝達を行ない、自らは冷却されて
低温冷却材収容空間１５に流出し、再び炉心２を通して
高温冷却材収容容器５内への循環を繰返す。

一方、−次冷却材循環ポンプ１６により加圧された低温
冷却材収容空間１５内の一次冷却材３の一部は、配管２
１を通って低温冷却材流路２１に導かれ、炉壁を冷却す
る。そして、低温冷却材流路２１の上端から溢流した一
次冷却祠３は、冷却材滞留空間１４に導かれ、高温冷却
材収容容器５内の高温の一次冷却材３と低温冷却材収容
空間１５内の低温の一次冷却材３との間を遮熱し、高温
冷却材収容容器５内の一次冷却材３の温度低下を防止す
る。冷却材滞留空間１４内の一次冷却材３は、最終的に
は流通口２３を介して低温冷却材収容空間１５に戻され
る。

第２図（ａ）は、定常運転時における炉壁冷却流路周り
の状態を示し、また第２図（ｂ）は、原子炉トリップ直
後における炉壁冷却流路周りの状態を示す。

定常運転時には、領域Ｇは約３８０℃、領域Ｅは約５３
０℃である。したがって、ガス空間２５である領域Ｆの
幅を適正に設定し、断熱材として作用させることにより
、領域Ｆを約４５０℃〜４８０℃にすることが可能とな
る。この結果、原子炉トリップ時のガス空間形成板２４
の肉厚方向の温度差は、約り０℃〜１００℃程度となり
、バッフル板１８を用いた従来構造の場合（第４図（ａ
）、　　（ｂ）参照）と同等、あるいはそれ以上の温度
差低減が可能となる。しかも、バッフル板１８を省略で
きるので、構造を大幅に簡素化できる。

また、炉心支持構体６下部と、低温冷却材流路２１とを
、配管２２で接続しているので、物量を減少させて構造
をさらに簡素化できる。

またルーフスラブ４下面には、高温冷却材収容容器５に
接近させて振れ止め板２７が設けられているので、地震
時の荷重を低減させることができる。

なお、前記実施例では、ガス空間２５を、高温冷却材収
容容器５の上半部５Ａのみに形成する場合について説明
したが、円錐部５Ｃに拡大するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、従来必須であったバッフ
ル板を省略し、これに代えて、高温冷却材収容容器の少
なくとも上部周壁部にガス空間を形成するようにしてい
るので、部材の熱応力を緩和して構造の健全性を確保す
ることができるとと５ ６ もに、構造の簡素化および物量の低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るタンク型高速増殖炉を
示す縦断面図、第２図（ａ）は定常運転時における炉壁
冷却流路周りの状態を示す説明図、第２図（ｂ）は原子
炉トリップ直後における炉壁冷却流路周りの状態を示す
説明図、第３図は従来のタンク型高速増殖炉を示す縦断
面図、第４図（ａ）は定常運転時におる従来の炉壁冷却
流路周りの状態を示す説明図、第４図（ｂ）は原子炉ト
リップ直後における従来の炉壁冷却流路周りの状態を示
す説明図である。 １・・・炉容器、２・・・炉心、３・・・−次冷却材、
４・・・ルーフスラブ、５・・・高温冷却材収容容器、
１４・・・冷却材滞留空間、１５・・・低温冷却材収容
空間、２１・・・低温冷却材流路、２２・・・配管、２
５・・・ガス空間、２６・・・ガス抜き孔、２７・・・
振れ止め。 （０） （ｂ） 第 図 （０） （ｂ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉心および一次冷却材が収容される炉容器と、この炉容
   器の上端開口部を閉塞する蓋と、炉容器の内面との間に
   隙間を有して炉容器内に配置され、炉心を通過した高温
   冷却材を収容する高温冷却材収容容器と、 前記炉容器の少なくとも上部周壁部に形成され、炉心を
   通過する前の低温冷却材が供給されて炉壁を冷却する環
   状の低温冷却材流路と、 この低温冷却材流路と前記高温冷却材収容容器との間に
   形成され、低温冷却材流路の上端から溢流した冷却材が
   導かれる冷却材滞留空間と、前記高温冷却材収容容器の
   少なくとも上部周壁部に形成され、内部が、炉容器の上
   端部に封入したカバーガスにより満される環状のガス空
   間と、を具備することを特徴とするタンク型高速増殖炉
   。