JPH0411000B2 - - 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の炉上部構造（以下ルーフ
スラブと称す）の機器貫通部で代表される環状空
間に係り、特に環状空間におけるカバーガスの自
然対流に起因する機器変形上有害な周方向の温度
差に関して、貫通機器の引き抜きに支障をきたす
ことなくこの周方向温度差を低減するに好適なル
ーフスラブ機器貫通部における周方向温度差低減
構造を提供するものである。

〔発明の背景〕

高速増殖炉の一例を第１図に示す。第１図はタ
ンク型高速増殖炉と呼ばれる炉型の縦断面図であ
る。高速増殖炉は通常冷却材として用いられてい
るナトリウムを収納する原子炉容器１と原子炉容
器１の上部開孔部に設置されるルーフスラブ２と
原子炉容器１の内部に設置され炉心支持構造３に
て支持される炉心４と上記ルーフスラブ２に貫通
搭載される回転プラグ５、中間熱交換器６、一次
系循環ポンプ７と回転プラグ５に貫通搭載される
炉心上部機構８等により構成され、原子炉容器１
の内部には上記冷却材であるナトリウム９が収納
される他にナトリウム９の自由液面とルーフスラ
ブ２とで形成される空間（以下カバーガス空間と
称す）には不活性ガス通常はアルゴンガス１０以
下カバーガスと称す）が封入されている。

ナトリウム９は炉心４で加熱され炉心４の上部
に位置するホツトプレナム１１に入り、中間熱交
換器６に吸い込まれ熱交換をした後コールドプレ
ナム１２に放出され、さらにポンプ７に吸い込ま
れ加圧されて炉心下部の中間プレナム１３に放出
されて炉心に戻る。

ここにホツトプレナム１１の温度は通常原子炉
運転中約500℃という高温のため上記カバーガス
１０の温度も約400℃という高温になる。一方ル
ーフスラブ２の上部は人の接近性などを考慮して
通常60℃程度に保たれている。

ルーフスラブ２は上記の如く多数の機器を貫通
搭載しているため多数の機器貫通部を有する。ま
た通常ルーフスラブ２に貫通搭載される機器はメ
ンテナンス等のために引き抜きが可能でなければ
ならないという理由で、ルーフスラブ２の機器貫
通部壁面と貫通機器とで環状空間が形成される。

この環状空間は下端が上記カバーガス空間に連
通し、上端がガス漏れのないように塞がれている
ためカバーガス空間同様アルゴンガス１０が充填
されることになる。そこでその環状空間が前述の
如く下部が高温、上部が低温という温度条件に保
たれているためアルゴンガス１０は自然対流を起
こす。この自然対流は第２図に示すように周方向
にある一点で上昇流が発生し、上端に行きつくと
左右に分れ180°反対側で合流して下降流となると
いう周方向の循環流であることが判つている。こ
の周方向循環流の上昇側と下降側には温度差すな
わち周方向温度差が生じ、環状空間を形成する部
材にも同様の周方向温度差がもたらされ機器にと
つて好ましくない熱変形をひき起こす。

従来上記周方向温度差低減策として考案された
構造を第３図に示す。本構造は環状空間をリブ１
４により仕切り、循環流を周方向に分割しようと
いうものであり分割された循環流がもたらす周方
向温度差が分割される前に比して小さくなるとい
う点に着目したものである。しかしながら本構造
においてはリブ１４が環状空間外側壁面すなわち
ルーフスラブ貫通部壁面に密着していれば循環流
が分割されることは明らかであるが、これは機器
の据付け上不可能である。

従つてリブ１４とルーフスラブ貫通孔壁面との
間には間隙を設ける必要がある。ところがこの間
隙がある値（一般には何mmというオーダー以下）
以上になるリブ１４は環状空間を仕切るという本
来の効果を失つてしまい、周方向一対の循環流が
生じてしまう。

次にこの間隙を機器の据付け引き抜き上許され
る値までさらに小さくすることが考えられるが、
その場合には循環流を分割できるかどうか確認さ
れていないということの他に次の問題が生じる。
すなわち原子炉がナトリウムを冷却材として長期
に渡つて運転されることからカバーガス中にはナ
トリウムの蒸気とミストが多量に存在するため、
これらナトリウム蒸気とミストの蒸気によりリブ
１４とルーフスラブ貫通部壁面とが固着し機器引
き抜きに支障をきたすという問題である。

従来考案されている周方向温度差低減策は上記
の他に環状空間を軸方向に分割することを目的と
して周方向にリブを設置するものやリブではなく
金属メツシユにより仕切る構造など多数あるがい
ずれも前述の問題は残されている。

〔発明の目的〕

本発明はルーフスラブの機器貫通部で代表され
る環状空間内で生じる自然対流が環状空間を形成
する部材にもたらす周方向温度差を低減し、かつ
貫通機器メンテナンス時の引き抜きに支障のない
ルーフスラブ機器貫通部における周方向温度差低
減構造を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本願第１の発明は、原子炉容器の上方を閉鎖す
るルーフスラブと、前記ルーフスラブに設けられ
て機器が上下に貫通する貫通部と、前記貫通部で
前記機器と前記ルーフスラブとの間に形成され上
端が閉鎖された環状の空間とを備えた原子炉にお
いて、前記機器に支持されて前記貫通部の内径に
対して前記機器の引き抜きに必要な環状の〓間を
残留させる大きさの径を有して前記環状の空間を
多重の環状に区画するカバーと、前記カバーと前
記機器との間の環状の空間を軸方向或いは径方向
の少なくとも一方向に複数に〓間なく仕切られて
いることを特徴としたルーフスラブ機器貫通部に
おける周方向温度差低減構造であり、機器とカバ
ーとの間の環状空間を細分化区画することにより
大きな温度差の出る大きな対流を抑制して機器に
変形を起こさせる大きな温度差分布を与えず、か
つ外側の環状空間は区画せずに済むから区画材が
機器の引抜きが邪魔と成らず、機器の引抜きも障
害無く行える。

第２の発明は、原子炉容器の上方を閉鎖するル
ーフスラブの貫通部に上下に通される機器におい
て、前記ルーフスラブの貫通部に対向する前記機
器の部位の周りに、前記貫通部の内径に対して前
記機器の引き抜きに必要な環状の〓間を残留させ
る大きさの径のカバーを前記機器に支持して備
え、前記カバーと前記機器との間の環状の空間を
軸方向或いは径方向の少なくとも一方向に複数の
〓間なく仕切られていることを特徴としたルーフ
スラブの機器貫通部における周方向温度差低減構
造であり、機器を貫通部に通して使用すると、機
器と貫通部と内面との間にカバーで区画された多
重の環状空間が生じ、機器とカバーとの間の環状
空間を細分化区画することにより大きな温度差の
出る大きな対流を抑制して機器に変形を起こさせ
る大きな温度差分布を与えず、かつ外側の環状空
間は区画せずに済むから区画材が機器の引抜きに
邪魔と成らず、機器の引抜きが障害無く行える。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第４図に示す。本構造はルー
フスラブの中間熱交換器貫通部を表わしているも
のである。中間熱交換器強度部材６の外表面には
カバー１５が取り付けられルーフスラブ２と中間
熱交換器強度部材６とで形成される環状空間は径
方向に２分割されている。内側すなわち中間熱交
換器強度部材６とカバー１５とで形成される環状
空間は軸方向に設置されたリブ１４により周方向
に分割されている。ここにカバー１５には中間熱
交換器の構造強度を寄与することを期待しない充
分に薄い板厚の部材が用いられている。外側すな
わちカバー１５とルーフスラブ貫通孔壁２とで形
成される環状空間は中間熱交換器の挿入及び引き
抜きに支障がないような間隙となつている。

本実施例によれば以下の効果がある。

まずカバー１５とルーフスラブ貫通孔壁とで形
成される環状空間では従来同様に周方向一対のカ
バーガス自然対流が生じ上昇流側と下降流側との
温度差すなわち周方向温度差がもたらされる。こ
の周方向温度差によりカバー１５には同様の周方
向温度差が生しるためカバー１５は熱変形を起こ
す。しかしながらこのカバー１５の変形は中間熱
交換器全体の変形にとつては無関係と言えるもの
で問題はない。

次に中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで
形成される環状空間であるが、この間隙はリブ１
４によつて完全に仕切られているためその区画び
とに独立なカバーガス自然対流が生ずる。中間熱
交換器強度部材６の温度分布すなわち中間熱交換
器全体の変形を決定するのはこの自然対流であ
る。

上記のリブ１４によつて仕切られた区画毎の独
立な循環流の代表的なパターンを周方向に展開し
て第５図と第６図に示す。本実施例においてはリ
ブ１４は周方向４箇所に設置されているので４つ
の循環流が生じる。図中矢印で示したものがその
循環流である。第５図のパターンは周方向の180°
対向した位置Ａに上昇流が生じ、上昇流と90°ず
れた位置にやはり180°対向して下降流が生じたも
のである。この場合には中間熱交換器本体に変形
をもたらす180°対向した位置の温度差いわゆる周
方向温度差はほぼ零になり問題はない。

第６図は周方向の180°対向した位置Ａに上昇流
と下降流が生じ、これらと90°ずれた方向では上
昇流と下降流がリブ１４をはさんで両方生じるパ
ターンである。この場合には中間熱交換器本体に
変形をもたらす180°対向した位置の温度差は零に
はならない。しかしながらまず分割された循環流
の温度差について考えると、上昇流と下降流の温
度差は主として環状空間上端での放熱によるもの
であるからリブ１４によつて周方向の流路長が短
くなつたことにより図中AB間の温度差は周方向
一対の循環流が生じた場合よりも小さくなる。次
に上昇流と下降流がリブをはさんで存在している
Ｂ部について考えると、この部分は上昇流と下降
流それぞれの保有熱量のバランス決定される平均
的な温度になるから上昇流にとつては温度が下が
る方向であり、下降流にとつては温度が上がる方
向となるため図中AB間の温度差はさらに小さな
くる。

簡単なモデルにより計算すると上記の第１の理
由によりAB間の温度差は周方向一対の循環流が
生じた場合の1/2になり、第２の理由によりさら
に1/2になる。従つて中間熱交換器本体に変形を
もたらす180°対向した位置Ａの温度差も1/2にな
る。同様にリブ１４の数を６、８、10…と増やし
てゆけば周方向温度差は1/3、1/4、1/5…と小さ
くすることが可能である。またリブ１４の数を
５、７、９…と奇数にすることで180°対向した位
置に上昇流、下降流が生ずることを避けることも
可能である。

以上述べたように本実施例によれば中間熱交換
器強度部材に生じる周方向温度差を低減すること
が可能である。

本発明の他の実施例を第７図に示す。本構造は
中間熱交換器強度部材６の外表面にカバー１５を
取り付けるのは前述の実施例同様である。違う点
は中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成
される環状空間が周方向に設置されたリブ１４に
より軸方向に分割されていることである。

本実施例によれば以下の効果がある。

まずカバー１５とルーフスラブ貫通孔壁とで形
成される環状空間については前述の実施例同様で
あるので説明は省く。

中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成
される環状空間については代表的な循環流のパタ
ーンを周方向に展開して第８図と第９図に示す。
第８図のパターンは軸方向にも周方向にも分割さ
れた小さな循環流が多数生じたケースである。軸
方向に分割されるのはリブ１４によつて環状空間
が仕切られているためであるが、周方向に分割さ
れているのは環状空間がリブによつて仕切られた
ことにより幾何形状つまり円周と高さの比が変わ
つたためである。すなわち個々の循環流として周
方向と高さ方向の長さの比が等しいものが安定に
存在しやすいという理由による。しかしながらこ
れはいかなる場合でも成立するとは限らず、本構
造の如く前述のようにカバー１５には周方向180°
対向した位置に温度差が生じることを考えるとそ
の周方向温度差の影響で対応した位置に上昇流と
下降流が生じることも考えられる。その循環流パ
ターンを第９図に示す。

これらの場合には180°対向した位置の温度差い
わゆる周方向温度差は零になるとは限らない。し
かしながらこの周方向温度差は循環流が軸方向に
分割されたことにより小さくなる。すなわち自然
対流の駆動力は根本的には上下（軸方向）の温度
差であり、これが分割されたという理由によるも
のである。さらに第８図の例の如く循環流が周方
向にも分割された場合には周方向温度差は前述の
実施例で述べた理由により一段と小さくなる。

以上述べたように本実施例によれば中間熱交換
器強度部材に生じる周方向温度差を低減すること
が可能である。

本発明の他の実施例を第１０図に示す。

本構造は中間熱交換器強度部材６とカバー１５
とで形成される環状空間から線状に設置されたリ
ブ１４により仕切られているものである。

本実施例によれば以下の効果がある。

中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成
される環状空間における循環流パターンを周方向
に展開して第１１図に示す。本構造の場合にはリ
ブ１４が斜めに設置されていることにより循環流
パターンは規定される。すなわち上昇流はリブ１
４の下側を下降流はリブ１４の上側をリブ１４に
沿つて流れるため第１１図においてはリブ１４に
よつて分割されたすべての区画において周方向右
向きの循環流となる。

この場合には前述の実施例同様周方向に分割し
たことによる周方向温度差低減の効果がある他
に、上昇流、下降流はリブ１４をはんで対で生じ
ることから周方向の温度分布は均一化の方向に向
かい、さらに180°対向した箇所に上昇流、下降流
が位置することがないので機器変形上有害な周方
向温度差はほぼ零になる。

以上３つの実施例について述べたがこれらの構
造は単独ではなくそれぞれ組み合わせてももちろ
ん有効であるし、中間熱交換器強度部材６とカバ
ー１５との間の環状空間の上端のみならず下端も
閉鎖して、その閉鎖空間にカバーガス１０とは別
にアルゴンガス封入さてれも各実施例と同様な効
果が得られる。

特に、カバー１５が中間熱交換器強度部材より
も薄くて強度が弱い構成では、外側の環状空間の
対流によりカバー１５に大きな温度差分布が付い
ても強度の弱いカバー１５側にて変形して、変形
による応力が中間熱交換器に及ばない良さが加わ
る。

〔発明の効果〕

以上のごとく、特許請求の範囲の第１項に記載
の第１の発明によれば、ルーフスラブの貫通部内
側に区画材などの突出物が近接せずとも従来にな
くルーフスラブを貫通する機器の周方向温度差を
低減できるから、ルーフスラブを貫通する機器の
変形を従来になく良く抑制し且つその機器の引き
抜き性も容易なものと出来る原子炉が得られ、特
許請求の範囲の第２項に記載の第２の発明によれ
ば、ルーフスラブの貫通部に機器を貫通させた際
に貫通部内側に区画材などの突出物が近接せずと
も従来になくルーフスラブを貫通する機器の周方
向温度差を低減でき、その機器の変形を従来にな
く良く抑制し且つその機器の引き抜き性も容易な
ものと出来るというルーフスラブに貫通するに好
適な機器が得られる。中間熱交換器強度部材とカ
バーとの間を完全に（すきまなく）仕切ることが
可能となつた。このため中間熱交換器強度部材の
温度を決定する上記環状空間の自然対流による循
環流を任意に分割（細分）することにより上記強
度部材にとつて熱変形上有害な周方向の温度差を
低減し熱変形を大幅に緩和することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク型高速増殖炉を閉す図、第２図
は周方向循環流のパターンを示す図、第３図は従
来の周方向温度差低減構造図、第４図、第５図、
第６図は本発明の実施例その１の対流パターンを
示す図、第７図、第８図、第９図は本発明実施例
その２の対流パターンを示す図、第１０図、第１
１図は本発明実施例その３の対流パターンを示す
図である。 １……原子炉容器、２……ルーフスラブ、３…
…炉心支持構造、４……炉心、５……回転プラ
グ、６……中間熱交換器、７……循環ポンプ、８
……炉心上部機構、９……ナトリウム、１０……
カバーガス、１１……ホツトプレナム、１２……
コールドプレナム、１３……中間プレナム、１４
……リブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器の上方を閉鎖するルーフスラブ
   と、前記ルーフスラブに設けられて機器が上下に
   貫通する貫通部と、前記貫通部で前記機器と前記
   ルーフスラブとの間に形成され上端が閉鎖された
   環状の空間とを備えた原子炉において、前記機器
   に支持されて前記貫通部の内径に対して前記機器
   の引き抜きに必要な環状の〓間を残留させる大き
   さの径を有して前記環状の空間を多重の環状に区
   画するカバーと、前記カバーと前記機器との間の
   環状の空間を軸方向或いは径方向の少なくとも一
   方向に複数に〓間なく仕切られていることを特徴
   としたルーフスラブ機器貫通部における周方向温
   度差低減構造。 ２ 原子炉容器の上方を閉鎖するルーフスラブの
   貫通部に上下に通される機器において、前記ルー
   フスラブの貫通部に対向する前記機器の部位の周
   りに、前記貫通部の内径に対して前記機器の引き
   抜きに必要な環状の〓間を残留させる大きさの径
   のカバーを前記機器に支持して備え、前記カバー
   と前記機器との間の環状の空間を軸方向或いは径
   方向の少なくとも一方向に複数に〓間なく仕切ら
   れていることを特徴としたルーフスラブ機器貫通
   部における周方向温度差低減構造。