JPH0429039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体金属を冷却材とする高速中性子
型原子炉の炉容器及びその内部装置の再加熱方
法、並びにそのための装置に関する。

高速中性子型の原子炉は、一般に、垂直軸線を
中心として回転対称の、主容器と呼ばれる大形の
炉容器を有し、この主容器の内部には液体金属が
満たされ、その液体金属中に、燃料集合体によつ
て形成された原子炉の炉心が浸漬されている。主
容器の内部には、原子炉の中間熱交換器からの冷
たい液体ナトリウムを封入した領域を炉心からの
熱い液体ナトリウムから隔だてるための内部容器
を形成する構造体のユニツトも収納されている。

一体型の原子炉においては、主容器に満たされ
た液体ナトリウム中に浸漬している種々の装置
（コンポーネント）、ポンプ及び中間熱交換器を通
すための案内装置も、主容器内に収納されてい
る。

原子炉の炉容器内に液体ナトリウムを最初に満
たす場合、ナトリウムの融点が約98℃であること
と、主容器及び内部に収納された内部装置又はコ
ンポーネントが最初に周囲温度にあることによつ
て、解決の困難な技術上の問題が発生する。

実際に、周囲温度にある液体金属が大量に存在
することによつて、液体ナトリウムが局所的に固
化される危険性を生ずる。即ち、その融点よりも
相当に高い温度にあるナトリウムを炉容器内に満
たす場合、高温のナトリウムを主容器内に導入し
た瞬間に、いろいろの装置が熱衝撃を受ける。

従来は、液体ナトリウムの搬送配管の温度を維
持するために、コード状の電気発熱体が用いられ
たが、これは、大形の炉容器、例えば直径が一般
に20ｍのオーダーとなる高速中性子型原子炉の炉
容器の場合には、効果的ではない。これらの炉容
器の場合、内部装置のいろいろの要素の間には、
非常に大きな空いたスペースが残されている。ま
た特に溶接ビードのような臨界の領域の点検が行
なえるように、炉容器の外面にできるだけ近付け
るようにしておくことも望ましい。

また、炉容器内に液体ナトリウムを満たした後
は、主容器の外面は、非常に高温になり、近付け
ないため、コード状の電気発熱体の除去が困難に
なり、そのために、多くの時間が必要になる。更
に、主容器は、多くの場合、安全容器により囲ま
れているため、主容器の外面に近付くための空間
的な余裕は、非常に限られている。

従つて、本発明の目的は、液体金属を冷却材と
する高速中性子型原子炉に液体金属を満たすため
にその炉容器及び内部装置を予加熱する方法及び
装置において、液体金属を炉容器に満たす際の液
体金属の固化と炉容器の壁部及び内部装置に起こ
る熱衝撃とを防止すことができる予加熱方法及び
装置を提供することである。

この目的を達成するために、本発明による予加
熱方法では、液体金属の融点よりも高温にある中
性ガスを、一方では主容器の外面と接触するよう
に、また他方ではその内面及び内部装置と接触す
るように、絶えず循環させ、炉容器と接触して循
環させた中性ガスを回収し、この中性ガスを再び
循環させる前に主容器の外部において該中性ガス
を再加熱する。本発明は又、ポンプと熱交換器と
が主容器内に浸漬されている一体型の高速中性子
型原子炉の主容器の内面及び内部構造体を予加熱
する装置であつて、 主容器内の少くとも１台のポンプに代る２個１
組の同心状の管を有し、壁部に窓状の開口を有す
る外側の管は、近似的に、ポンプの寸法を有し、
再加熱装置からの高温中性ガスの送給管に、弁を
介し連結され、内側の管は、弁が配置された上部
において、外側の管内に開口し、管の下端部は、
管によつて代えられたポンプのバルブ内に係合
し、更に、 主容器を閉ざすふたを貫通して主容器の熱いコ
レクター内に入るガス回収管を有する ことを特徴とする予加熱装置を提供する。

次に、本発明が一層よく理解されるようにする
ために、一体型の高速中性子型原子炉の炉容器に
適用された、本発明による再加熱方法について、
図面を参照して説明する。

第１図に示した一体型の高速中性子型原子炉の
主容器１は、原子炉のふた２の下部に固定され、
主容器１と同じ形状の安全容器３により囲まれて
いる。ふた２は、原子炉の立て孔（ピツト）を形
成するコンクリート構造４上に載置されている。

原子炉の主容器１は、原子炉の稼動中の状態で
図示されている。主容器１には、液位７まで液体
ナトリウムが満たされ、炉心８は液体ナトリウム
中に完全に浸漬されている。主容器１は、複雑な
形状の内部容器６を収納し、内部容器６は主容器
１の内部に、熱いコレクターと呼ばれる、炉心８
を閉じ込める領域１０を形成し、炉心８を通した
熱い液体ナトリウムが下方から上方に、この領域
１０を通つて流れる。

内部容器６の外側にある主容器１の領域１１
は、冷たいコレクターと呼ばれ、中間熱交換器１
２から冷却されたナトリウムを受ける。中間熱交
換器１２は、ふた２の通し孔によつて主容器１に
入り、加圧ガスにより封止が保証された通し装置
１４によつて、内部容器６の壁に通されている。

案内装置１６によつて冷たいナトリウム中に浸
漬しているポンプ１５は、主容器１内にナトリウ
ムを循環させせると共に、冷たいナトリウムと熱
いナトリウムとの間に或る圧力差を設定する。ポ
ンプ１５により吸引された冷たいナトリウムは、
通路１８を介して、炉以８を支持する格子１７に
供給される。

内部容器６は一般に、２つの壁部によつて形成
され、これらの壁部の間には、高圧の冷たいナト
リウムで満たされた空間が存在する。

ポンプ１５から吐出された冷たいナトリウムの
一部分は、主容器１を冷却するために、主容器１
の内側壁と接触して循環される。

第２図には、第１図に示した主容器１と同様の
原子炉の主容器が、液体ナトリウムを満たす前の
予加熱の過程において図示されている。

第１，２図において、対応する要素は、同一の
符号により図示されている。

予加熱操作を開始した時には、主容器１内にナ
トリウムはなく、ポンプ１５を除いた全部の内部
装置は主容器１内に収納されている。ポンプ１５
の代りとして、第６，７図を参照して以下に詳述
する熱ガス吹込み装置２０が取付けられている。
この吹込み装置は、おおまかに見て、２個の直立
した同心管状の外囲いにより形成され、これらの
外囲いは中心部の吹込み通路と、環状の周辺通路
とを形成している。環状の周辺通路は下部が閉ざ
され、中心部の吹込み通路は、吹込み装置２０が
代りとして取付けられたポンプ１５のバルブ１５
ａに開口している。

只１つのポンプ１５が、吹込み装置２０によつ
て代えられ、（４個のポンプと８個の熱交換器と
を有する原子炉の場合）他の３個のポンプは、予
加熱開始前に、主容器１内の所定位置に取付けら
れている。

８個の熱交換器１２は、内部容器６に連結され
た流体密の通し装置１４内の所定位置に取付けら
れている。

高温の窒素は、ふた２に通されて主容器内のス
ペースの上部に開口したオリフイス２３によつ
て、このスペースに導かれる。

主容器１と安全容器３との間のスペースを通つ
て循環された窒素は、主容器１と安全容器３との
間のスペースに開口するようにふた２に形成した
６個の通し孔２５によつて該スペースに導いた柔
軟な窒素取出し管２１によつて回収される。通し
孔２３，２５は、ふた２の外周に交互に形成され
ている。

取出し管２１に沿つて形成した複数の開口によ
つて容器１，３間の前記スペースに窒素を吹込む
こともできる。この場合の吸引は、通し孔２３に
より挿入した管を介し上端部において行なわれ
る。この場合には循環方向は前述した場合と逆に
なる。

取出し管２１（又は通し孔２３）により回収さ
れた窒素は、再加熱装置に輸送される。

高温の窒素は、原子炉の炉心８を支持する格子
１７及び原子炉の冷たいコレクターにも、吹込み
装置２０を介して吹込まれる。原子炉の内部装置
と接触するように循環された後の窒素は、回収管
２７によつて回収される。回収管２７は、燃料排
出部所に近付くための開口によつて、ふた２に挿
入され、ほぼ炉心の集合体の頂部のレベルまで下
向きに延長している。

第５図には、この再加熱装置が図示され、この
装置は、１組の互に並列に配置された再加熱器６
０を備えている。電熱式の各々の再加熱器６０
は、１組の弁により窒素の循環を制御する加熱回
路の１つの分岐部分に配置されている。

これらの分岐部分は、ガス循環用の吹込要素６
１を有し、その上流側は、容器１，３間のスペー
スから再加熱ガスを回収するためのダクト６２
と、主容器１の内部スペースから再加熱ガスを回
収するためのダクト６３とに、並列に接続されて
おり、下流側は、容器１，３間のスペースに再加
熱されたガスを搬送するダクト６４と、主容器１
内のスペースに再加熱されたガスを搬送するダク
ト６５とに接続されている。

弁６６，６７は、各々の分岐部分のダクト６
２，６３への入口に配されており、弁６８，６９
は同様に、各々の分岐部分のダクト６４，６５へ
の出口に配されている。

ダクト６２，６４は、通し孔２３，２５を介し
ふた２に通された６本の管によつて、容器１，３
間のスペースに各々連通されている。

ダクト６３，６５は、熱いコレクター内のガス
を回収する回収管２７と吹込み装置２０とにそれ
ぞれ連結されている。

ダクト６２，６３はそれぞれ弁７０，７１によ
つて、ガスの循環について遮断することができ
る。再加熱された窒素を大気に排出するための２
本の弁つきダクト７３，７４も、ダクト６２，６
３からそれぞれ分岐されている。

窒素リザーバー７５は、窒素を最初に回路に供
給し、原子炉の稼動中に生じた漏れ分を必要に応
じ補充するために、ダクト６２の分路上に配設さ
れている。

第５図に示した再加熱装置により、稼動中に、
各々の再加熱相において、再加熱回路の全部又は
一部の分岐部分を使用することができる。ダクト
の入口側及び出口側の弁によつて、容器１，３間
のスペース又は主容器１内のスペースに加熱窒素
を優先的に送給することができる。

次に第６，７図を参照して、原子炉の冷たいコ
レクター及び格子１７に予加熱窒素を吹込むため
の吹込み装置２０について説明する。

第６図において、吹込み装置２０の下部は、吹
込み装置２０によつて代えられたポンプ１５のバ
ルブ１５ａ内に係合している。第６，７図に示す
ように、吹込み装置２０は、ポンプの直径にほぼ
等しい直径の外管３１を有し、この外管の上端
は、フランジ３２と一体になつており、フランジ
３２は、吹込み装置２０を主容器１内の所定位置
に取付けた際に、ポンプ支持体３４（ふた２上に
それ自体固定される）上に載置される。吹込み装
置２０を主容器１内の所定位置に取付けると、ポ
ンプ１５を通すためのふた２の通し孔は、フラン
ジ３２によつて流体密に閉ざされる。吹込み装置
２０の外管３１の上部は、窒素再加熱装置からの
高温窒素の送給管に連結されている。この送給管
と外管３１との間には、外管３１内の流量を調節
すると共に外管３１の上部を閉ざすためのちよう
形弁３５が介設されている。

外管３１の内部には、スペーサー３８により外
管３１内に保持された、これよりも小径の内管３
７が配設されている。

内管３７の上部には、熱い不活性ガスの内管３
７内の流量を調節すると共に内管３７の上部を閉
ざすためのちよう形弁３９が配設されている。

窓部４０，４１は、外管３１と内管３７との間
の環状周辺空所内に循環される熱ガスを主容器１
の内部空所内に送入するために、外管３１の壁部
に形成されている。窓部４０，４１はそれぞれフ
ラツプ４０ａ，４１ａによつて閉ざすことがで
き、フラツプ４０ａ，４１ａは、第６図に示すよ
うに、外管３１と内管３７との間の環状空所内に
おいて回動させることができる。

第６図に示すように、主容器１内に液体ナトリ
ウムを満たした時の液体ナトリウムの上方液位よ
りも少し下方のレベルにおいて、吹込み装置２０
の上部に、１つの窓部４０が、またポンプ１５の
バルブ１５ａに係合する吹込み装置部分よりも少
し上方において、吹込み装置２０の下部に、２つ
の窓部４１がそれぞれ形成されている。

窓部４０は、フラツプ４０ａによつて閉ざすこ
とができ、フラツプ４０ａは、開閉操作とその開
閉位置においてのロツクとを行なわせるための軸
４２に一体化されている。

下方の２つの窓部４１は、フラツプ４１ａによ
つて閉ざすことができ、これらのフラツプ４１ａ
は、開閉操作とその開閉位置においてのロツクと
を行なわせるための軸４３に一体化されている。

軸４２，４３の上部及び下部は、外管３１の内
面に枢着され、軸４２，４３の上端部は、フラツ
プ４０ａ，４１ａの開閉操作位置に一体的に連結
されている。

次に第６，７図を参照して前述した再加熱装置
を使用する本発明による予加熱方法を、第３，４
図を参照して説明する。

主容器１の再加熱を行なう場合の熱ガス吹込装
置の配列は、第２図に示す通りである。

原子炉の４台のポンプ１５のうち１つは、第
６，７図を参照して説明した熱ガス吹込み装置２
０により代えられている。吹込み装置２０によつ
て代えられたポンプ１５を除いた全部の内部装置
は、主容器１内の所定の取付け位置にある。予加
熱は、主容器１に液体ナトリウムを満たす前に行
なわれる。

第３図には、１台の熱交換器１２と、原子炉の
ポンプ１５の１つに代る吹込み装置２０とが図示
されている。

原子炉の内部容器１及びその内部装置内に吹込
み装置２０によつて吹込まれた熱ガスの経路は、
矢印５０により示されている。

また主容器１と安全容器３との間の熱ガスの経
路は、矢印５１により示されている。

第３図には、内部容器６の冷めたいコレクター
内に熱ガスの大部分が吹込まれる予加熱の第１相
において主容器１の内部及び容器１，３間のスペ
ースを通る140℃よりも少し高い温度にある熱ガ
ス（この場合は窒素）の経路が図示されている。
このためには、吹込み装置２０の下方の２つの窓
部４１は開放され、上方の窓部４０は閉ざされ、
吹込み装置２０の内管３７の弁３９は部分的に閉
ざされる。また吹込み装置２０によつて代えられ
なかつた３台のポンプ１５の、冷たいコレクター
内に開口する吸込口は、閉ざされている。

各弁の開度は、熱いガスの主要部が窓部４１に
より冷たいコレクター内に入るように調節されて
いる。熱いガスの残りは、ポンプ１５の通路１８
によつて格子１７内に送入される。

冷めたいコレクター内に吹込まれた熱ガスは、
このコレクターを出て、熱いコレクターに流入す
る。この流入は、ポンプの複数の案内装置、熱交
換器１２又は熱交換器１２の通し装置１４を介し
て、また残りの少量の部分については、主容器１
の冷却用液体ナトリウムの流通スペースを介して
行なわれる。

炉心を支持する格子１７内に吹込まれた熱ガス
のほぼ全量は、炉心を貫流し、熱いコレクターに
入る。このガスの少量の部分は、板張内に吹込ま
れ、そこから更に、主容器１の冷却用ナトリウム
の通流スペースに入る。

全部の熱ガスは、熱いコレクター内に入り、そ
こから回収管２７によつて引出され、再加熱装置
に戻される。

通し孔２３を経て送給された熱ガスは、主容器
１の外面を再加熱した後、容器１，３間のスペー
ス内にある取出し管２１によつて集められる。

このようにして、内部装置全体と主容器１とが
再加熱されるが、吹込まれた熱ガスのうちの或る
少部分が貫流するのみの炉心は、それほど強くは
再加熱されない。

第４図には、格子１７と原子炉の冷たいコレク
ターとにほぼ等量ずつのガスが吹込まれる予加熱
の第２相においての、熱ガス流の分布が図示され
ている。

図においてポンプ１５はその設置個所におい
て、実線で、また４台のうち１つのポンプ１５に
代る吹込み装置２０はその設置個所において破線
でそれぞれ図示されている。

この相において、主容器１の内部装置を通る熱
ガスの循環は、矢印５３，５４によつて、また容
器１，３の間のスペースを通る熱ガスの循環は矢
印５５によつて、それぞれ図示されている。

この予加熱相の間に、吹込み装置２０の窓部４
０，４１は全部閉ざされるので、熱ガスは、吹込
み装置２０により代えられたポンプ１５のバルブ
１５ａに送入される。吹込み装置の上部のちよう
形弁３５，３９は全開している。そのため熱ガス
流は、ポンプ１５のバルブ１５ａの中央通路と周
辺通路との両方を同時に通るので、破線の矢印５
３は、100％全ガス流を表わしたものとなる。熱
ガスは次に原子炉の格子１７に送入され、その一
部は原子炉の炉心を貫流し、これを140℃に近い
温度に再加熱する。熱ガスのわずかな部分は、板
張を通つて流れ、主容器１の冷却用ナトリウムの
循環スペースを再加熱する。

再加熱ガスの残りの部分は、吹込み装置２０に
より代えられていない３台のポンプの通路１８を
通過する（矢印５４）。これらの３台のポンプの
吸込口５６は開放されているので、通路１８を経
てこれらのポンプに入つた予加熱ガスは、冷めた
いコレクターに入り、そこで前記の場合と同様
に、ポンプの案内装置、熱交換器及び配管並びに
主容器１の冷却用ナトリウムの返送スペースの間
に分配される。

全部の再加熱ガスは、熱いコレクターに入り、
そこから回収管２７により取出され、主容器１の
外部に配された前記の再加熱装置に給送される。

この第２相の終了時に、原子炉の主容器１と、
ポンプ及び熱交換器を含む内部装置とは、全体と
して、140℃に近い温度になつている。

予加熱の第３相では、液体ナトリウムの到達液
位よりも上方にガスを吹込み続けるのと同時に、
主容器１内に液体ナトリウムを送入し始める。こ
のガス送入によつて、ナトリウムを満たす間前記
の各装置の温度を140℃に保つことができる。

特に、２次回路を予め満たしている予加熱され
た液体ナトリウムが循環され、主容器１内に浸漬
された中間熱交換器によつて主容器１に熱が供与
される。

このようにナトリウムを満たす間、吹込み装置
２０の全部の窓部は、ナトリウムを満たし始める
時点で開放される。ちよう形弁３５，３９は最大
限度まで開放されるため、予加熱ガスは、原子炉
の格子１７と冷めたいコレクターとの両方に同時
に送給される。

ナトリウムが格子１７のレベルに到達すると、
内管３７のちよう形弁３９は閉弁位置となるた
め、ガスの吹込みは、ナトリウムの上方におい
て、吹込み装置２０の窓部４０，４１のみを介し
て行なわれる。

ナトリウムが窓部４１のレベルよりも少し下方
に到達すると、これらの窓部は閉ざされ、熱ガス
の吹込みは、窓部４０のみによつて行なわれる
（ナトリウムが窓部４０に到達した時、この窓部
は自動的に閉ざされる）。窓部４０は主容器１内
のナトリウムの上部液位よりもごく少し下方にあ
るにすぎないため、ナトリウムを満たす操作は、
この時に事実上終了する。

このようにして、ナトリウムを固化させたり、
原子炉の内部装置に過大な熱応力を発生させたり
するおそれがなく、主容器１内にナトリウムを満
たすことができる。

また、この目的は、主容器又は内部装置と内部
装置とに接触するように再加熱装置を配置するこ
となく達せられる。

また、内部容器の外側（図示した例では容器Ｌ
３間のスペース）にガスを吹込むことは、容器内
にナトリウムを満たす間に、一定の仕方で行なわ
れ、２次回路による熱の供給に適合した主容器１
及びそれに満たされるナトリウムの温度を保つよ
うに、或る期間吹込みを維持することも可能にな
る。

内部容器の外側への吹込みは、内部装置と接触
する熱ガスの内部吹込みに対して調節することが
できる。

このためには、第５図に示した１組の再加熱器
及び熱ガス吹込み要素を使用することができる。
これにより、複数の回路のうち一方又は他方の或
る数の再加熱器及び吹込み要素を優先的に用いる
ことにより確保された流量を利用できる。

本発明は、前述した特定の構成のみに限られ
ず、その全ての可能な変形を包含する。例えば原
子炉の複数のポンプの代りに配置された複数の熱
ガス吹込み装置を使用することができる。例えば
主容器１の軸線に関し対称に配された２個のポン
プに代つて２個の吹込み装置２０を使用すること
ができる。この構成によれば、再加熱ガスの循環
の不均衝を減少させることにより、再加熱がより
よくバランスされる。

また、前述したものと異なる順次の相をもつた
再加熱モードを用いてもよい。このモードの選択
は、明らかなように、内部装置のいろいろの部分
において予加熱ガスの流量分布を条件付けする原
子炉の内部装置の構造に依存する。

また本発明は、一体型のものだけに限定され
ず、ループ型の高速中性子型原子炉にも適用され
る。本発明による吹込み方法及び装置は、原子炉
の主容器及び内部装置の構造に従つて、各々の特
別の場合に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一体型の高速中性子型原子炉の主容器
及びその内部装置を示す縦断面図、第２図はガス
の循環により再加熱を行なわせる手段を備えた高
速中性子型原子炉の炉容器を示す第１図と同様の
縦断面図、第３図は吹込み工程の第１相において
の予加熱ガス流の分布を示す第１，２図と同様の
縦断面図、第４図は予加熱が液体ナトリウムを炉
容器内に満たす操作と同時に行なわれる予加熱工
程の第２相においての予加熱ガス流の分布を示す
第１〜３図と同様の縦断面図、第５図はガスの再
加熱装置を示す略配列図、第６図は再加熱ガス吹
込み部分の上部を示す立面図、第７図は第６図の
−線に沿つた断面図である。 符号の説明 １…主容器。６…内部容器（内部
装置）。８…炉心（内部装置）。１２…中間熱交換
器（内部装置）。１５…ポンプ（内部装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポンプ１５と熱交換器１２とが主容器内に浸
   漬されている一体型の高速中性子型原子炉の主容
   器の内面及び内部構造体を予加熱する装置であつ
   て、 主容器１内の少くとも１台のポンプ１５に代る
   ２個１組の同心状の管３１，３７を有し、壁部に
   窓状の開口４０，４１を有する外側の管３１は、
   近似的に、ポンプの寸法を有し、再加熱装置から
   の高温中性ガスの送給管に、弁３５を介し連結さ
   れ、内側の管３７は、弁３９が配置された上部に
   おいて、外側の管３１内に開口し、管３１，３７
   の下端部は、管３１，３７によつて代えられたポ
   ンプ１５のバルブ１５ａ内に係合し、更に、 主容器１を閉ざすふた２を貫通して主容器１の
   熱いコレクター内に入るガス回収管２７を有する ことを特徴とする予加熱装置。 ２ 外側の管３１の壁部に形成した窓状の開口４
   ０，４１が、開閉操作用の軸４２，４３と一体の
   フラツプ４０ａ，４１ａを有し、軸４２，４３
   は、管３１，３７の軸方向に配向され、上端にお
   いて操作装置に一体化されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の予加熱装置。 ３ 外側の管３１が上部に窓状の開口４０を、ま
   た下部に２個の窓状の開口４１を有し、これらの
   開口４１は、外側の管の下端部が係合しているポ
   ンプ１５のバルブ１５ａの直上に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の予
   加熱装置。