JPH0533099U - 高速増殖炉のスロツシング防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スロッシングをその周期に合わせて積極的に
抑制し液面変動を小さくする高速増殖炉のスロッシング
防止装置を提供する。 【構成】 原子炉容器２１の中心を挟んで相向かう一対
の気相室Ｖｉ、Ｖｊ間にこれらを連通する気相路２９
と、この気相路２９内で気相ガスを移動させ一方の気相
室を減圧して他方の気相室を加圧する加減圧手段３２
と、上記気相室の液位の変動を検知して上記加減圧手段
３２を液位の変動を抑止する方向に駆動させる液位変動
検知手段３３とを設けたものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高速増殖炉において地震等により原子炉容器が加振されたときに発 生する液体金属冷却材のスロッシングを防止するスロッシング防止装置に係り、 特に、スロッシングをその周期に合わせて能動的に抑制し液面変動を小さくする 高速増殖炉のスロッシング防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、 ²³⁹Ｐｕの核分裂でエネルギを生産しながら、一方で炉心に発生する中 性子を利用して ²³⁸Ｕを ²³⁹Ｐｕに転換して、燃料を増殖させる高速増殖炉の研 究が進められている。

【０００３】 図３に示すように、高速増殖炉においては、有底筒体状に形成された容器２２ と、この容器２２を覆って天井部を区画形成するトッププレ−ト２３とから構成 される密閉構造の原子炉容器２１内に、主に核反応が起される炉心２４からなる 炉内構造物２５が収納されている。また、原子炉容器２１内には液体金属冷却材 Ｍとして液体金属ナトリウムが満たされて、この液体金属冷却材Ｍ中に炉内構造 物２５が浸漬され、液面Ｓ上には気相部Ｖが形成されている。

【０００４】 また、トッププレ−ト２３に挿通されてその端部が液体金属冷却材Ｍに浸漬さ れるべく垂下されたホットレグ配管２６が設けられている。ホットレグ配管２６ は図示されないが原子炉容器２１外で隣接して設けられた中間熱交換器に挿通さ れ、原子炉容器２１と中間熱交換器とを結ぶサイホンを形成している。また、原 子炉容器２１に隣接してポンプが設けられ、このポンプより延出された配管が原 子炉容器２１のトッププレ−ト２３に挿通されてその端部が炉心２４に接続され ている。このポンプ及び配管には液体金属冷却材が満たされており、ポンプの動 力により液体金属冷却材が配管を移送されて炉心２４に供給されるように構成さ れている。

【０００５】 このような高速増殖炉においては、核反応が起される炉心２４で発生した熱を 吸収した液体金属冷却材Ｍがホットレグ配管２６に形成されたサイホンにより中 間熱交換器に移送される。中間熱交換器内の液体金属冷却材Ｍはさらに別の配管 によりポンプに移送される。また、液体金属冷却材Ｍはポンプにより配管を移送 されて炉心２４に移送され、炉心２４より原子炉容器２１内に流出する。このよ うにして、液体金属冷却材Ｍは炉心２４を通過して原子炉容器２１、中間熱交換 器及びポンプを循環することになる。

【０００６】 地震等により原子炉容器２１が水平方向に加振されるとき、原子炉容器２１内 の液体金属冷却材Ｍが共振してスロッシングが発生することがある。スロッシン グが発生すると液面Ｓが大きくうねることになり、ホットレグ配管２６の下端部 が気相部Ｖに露出することが起こる。このため、ホットレグ配管２６に形成され た原子炉容器２１と中間熱交換器とを結ぶサイホンにガスが巻き込まれ、サイホ ンブレ−クを生じることがあり、危険である。

【０００７】 また、液体金属冷却材Ｍにガスが巻き込まれたまま循環されて炉心２４を通過 することにもなる。ガス巻込みにより多量のガスが炉心２４を通過すると大変危 険である。従って、地震等によりスロッシングが発生し大きな液面変動が起きた 時にはガス巻込みによるサイホンブレ−クやガスの炉心通過を避けるために原子 炉を停止することがあり問題であった。

【０００８】 本出願人はこのような問題を解決するために先に提案を行っており、この提案 によると、トッププレ−トの内側部にこれより垂下され液体金属冷却材に所定の 深さ浸漬される隔壁を設け、この隔壁により液体金属冷却材の液相部上部を複数 の区画に分割すると共に該液体金属冷却材の気相部に該隔壁と上記トッププレ− トとにより区画されるそれぞれ独立した気相室を複数形成して高速増殖炉のスロ ッシング防止装置が構成される。

【０００９】 この高速増殖炉のスロッシング防止装置にあっては、隔壁２７により分割され た液体金属冷却材Ｍの液相部上部の複数の区画Ｌｉ内の液体金属冷却材は、それ ぞれ固有振動数を有することになるが、この固有振動数は区画Ｌｉの寸法等の関 数として現われるので、区画の大きさを調節することにより原子炉容器２１内に 満たされた液体金属冷却材Ｍ全体が有する固有振動数に比較して高い側に変更で きる。従って、液体金属冷却材全体にスロッシングを発生させるような振動が加 えられても各区画Ｌｉ内の液体金属冷却材にはスロッシングが発生しない。また 、各区画内の液体金属冷却材がそれぞれ固有振動数を有することから、この固有 振動数に近い振動が加えられると各区画において独立にスロッシングが発生する こともあるが、この独立なスロッシングは液体金属冷却材全体に発生するスロッ シングに比べて波長、波高ともに小さいものであり、さらに隔壁２７の浸漬の深 さを適宜定めることにより極小となる。即ち、地震等による液体金属冷却材のス ロッシングを抑えることができる。

【００１０】 また、隔壁を挟んで隣り合う液相部上部の複数の区画Ｌｉは、隔壁の下端部下 方において互いに連通している。これら区画のうち、並んで隣り合う２区画とこ れらの下方を連通する部分とが近似的にＵ字管を構成することになる。原子炉容 器が地震等により加振される時、加振方向に並んで隣り合う２区画とこれらの下 方を連通する部分とにおいて、恰もＵ字管を加振した時に起きるＵ字管内の液の 移動による液面上下変動の如く、これら２区画を液が移動して液面が交互に上下 変動を起こそうとする。ところが、これら２区画の液面上には隔壁とトッププレ −トとにより区画されるそれぞれ独立した気相室Ｖｉが形成されているので、こ れら気相室の内圧が液面の上下動に比例して昇降し、液の移動による液面の上下 動に対して反力が生じることになる。従って、気相室の気相ガスが恰も空気バネ のような働きをして液の移動による液面の上下動を規制することになる。このよ うな並んで隣り合う２区画における液面の上下動の規制効果が重ね合わされて、 全ての区画において液面の上下動が規制されることになる。即ち、地震等による 液体金属冷却材の液面変動を小さくすることができる。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記スロッシング防止装置にあっては、液体金属冷却材の固有振動 数を高めてスロッシングを小さくすると共に気相室の気相ガスによる空気バネ的 効果を利用して液位の変動を抑止するものであった。これらの原理はいずれもス ロッシング防止装置の空間的構造に依存しており、受動的なものである。本出願 人はこれらの原理をさらに推し進めて能動的に働くスロッシング防止装置を提案 するものである。

【００１２】 即ち、本考案の目的は、上記スロッシング防止装置の性能を可及的に向上させ るために、スロッシングをその周期に合わせて能動的に抑制し液面変動を小さく する高速増殖炉のスロッシング防止装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は、原子炉容器の中心を挟んで相向かう一対 の気相室間にこれらを連通する気相路と、この気相路内で気相ガスを移動させ一 方の気相室を減圧して他方の気相室を加圧する加減圧手段と、上記気相室の液位 の変動を検知して上記加減圧手段を液位の変動を抑止する方向に駆動させる液位 変動検知手段とを設けたものである。

【００１４】

【作用】

上記構成により、一方の気相室で液位が上昇を開始した時、加減圧手段が働い てこの気相室を加圧する。また、このとき、原子炉容器の中心を挟んで相向かう 他方の気相室では液位が下降を開始しており、加減圧手段はこの他方の気相室を 減圧することになる。双方の気相室は気相路で連通されているので、これらの加 圧、減圧は、この気相路内で気相ガスを移動させることで同時に達成される。こ のようにして、原子炉容器の中心を挟んで相向かう一対の気相室間で気相ガスが 移動されると、双方で液位の変動が抑止される方向に気相圧が働くことになる。

【００１５】 次に、上記一方の気相室で液位変動が所定の位相に達すると、加減圧手段は気 相ガスの移動を停止し、さらにこれを逆転させこの気相室を減圧する。液位変動 が所定の位相に達している時の液面の加速度はすでに下方に向いているので、こ のように気相室を減圧することは液位の変動を抑止する働きをする。

【００１６】 このようにして、スロッシングの周期に対して周期を合わせると共に所定の位 相をずらせて双方の気相室を加圧、減圧することにより、液位の変動が抑止され ることになる。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。

【００１８】 図１に示すように、高速増殖炉の原子炉容器２１は、有底筒体状に形成された 容器２２とこれを覆って天井部を区画形成するトッププレ−ト２３とにより密閉 構造に構成されている。原子炉容器２１内には、主に核反応が起される炉心２４ からなる炉内構造物２５が収納されている。また、原子炉容器２１内には液体金 属冷却材Ｍとして液体金属ナトリウムが満たされて、上記炉内構造物５が浸漬さ れた液相部Ｌを形成している。液相部Ｌの液面Ｓ上には、気相部Ｖが形成されて いる。

【００１９】 液体金属冷却材Ｍを移送するホットレグ配管２６は、原子炉容器２１上方より トッププレ−ト２３に挿通されてその端部が液体金属冷却材Ｍに浸漬されるべく 垂下されて設けられている。ホットレグ配管２６は原子炉容器２４外で略Ｕ字状 に折り曲げられ、図示されないが、原子炉容器２４に隣接して設けられた中間熱 交換器に挿通され、原子炉容器２４と中間熱交換器とを結ぶサイホンを形成して いる。

【００２０】 原子炉容器２１の天井部を形成するトッププレ−ト２３の内側部には、これよ り垂下されて、液体金属冷却材Ｍに所定の深さ浸漬される隔壁２７が設けられて いる。隔壁２７は図１に示すように、原子炉容器２１の有底筒体状に形成された 容器２２の内周壁に接して径方向に延出され炉内構造物５側面に接するように形 成されている。炉内構造物５の反対側にも同様に軸対称に隔壁２７が設けられ、 さらにこれら隔壁２７、２７に直交してトッププレ−ト２３より垂下されると共 に容器２２の内周壁に接して径方向に延出され炉内構造物５側面に接するように 形成された一対の隔壁２７，２７が設けられている。即ち、これら隔壁２７は、 炉心１１を中心として放射状に設けられ、原子炉容器２１の上部に形成された気 相部Ｖを略十字形に区画して複数の独立した気相室Ｖｉ（ｉ＝１，２・・）を形 成することになる。また、これら隔壁２７は液体金属冷却材Ｍに所定の深さ浸漬 されているので、隔壁２７により液体金属冷却材Ｍの液相部Ｌ上部を複数の区画 Ｌｉに分割することになる。

【００２１】 各々の気相室Ｖｉには、トッププレ−ト２３に挿通され一端部が気相室Ｖｉに 開口する配管２８が設けられ、配管２８の他端部は各々原子炉容器２１の中心を 挟んで相向かう配管２８同志で接続されている。即ち、配管２８、２８により原 子炉容器の中心を挟んで相向かう一対の気相室Ｖｉ、Ｖｊ（ｊ＝１，２・・）間 にこれらを連通する気相路２９が形成されている。この気相路２９内には気相ガ スを任意の方向に移送するブロア３０が設けられている。また、各々の気相室Ｖ ｉには液体金属冷却材Ｍの液位を検出する液位センサ３１と気相室Ｖｉの圧力を 検知する圧力センサ３４とが設けられている。ブロア３０は液位センサ３１から の液位検知情報または気相室の圧力センサ３４からの圧力変動と、これより求め られるその変化速度と、同じく変化加速度とを基にして風向及び風圧を決定して 動作するように構成されている。即ち、ブロア３０は加減圧手段３２を、液位セ ンサ３１は液位変動検知手段３３を構成するものである。

【００２２】 次に実施例の作用を述べる。

【００２３】 上記のような、隔壁２７を設けた高速増殖炉の原子炉容器２１にあっては、隔 壁２１により分割された液体金属冷却材Ｍの液相部Ｌ上部の複数の区画Ｌｉ内の 液体金属冷却材Ｍは、それぞれ固有振動数を有することになる。この固有振動数 は，区画Ｌｉの寸法等の関数として現われるので、原子炉容器２１内に満たされ た液体金属冷却材Ｍ全体が有する固有振動数に比較して高いことになる。従って 、液体金属冷却材Ｍ全体にスロッシングを発生させるような振動が加えられても 各区画Ｌｉ内の液体金属冷却材にはスロッシングが発生しない。また、各区画Ｌ ｉ内の液体金属冷却材がそれぞれ固有振動数を有することから、この固有振動数 に近い振動が加えられると、各区画Ｌｉにおいて独立にスロッシングが発生する こともあるが、この独立なスロッシングは液体金属冷却材Ｍ全体に発生するスロ ッシングに比べて波長、波高ともに小さいものであり、さらに隔壁２７の浸漬の 深さを適宜定めることにより極小となる。即ち、地震等による液体金属冷却材Ｍ のスロッシングを抑えることができる。

【００２４】 また、隔壁２７を挟んで隣り合う液相部Ｌ上部の複数の区画Ｌｉは、隔壁２７ の下端部下方において互いに連通している。これら区画Ｌｉのうち、並んで隣り 合う２区画Ｌｉとこれらの下方を連通する部分とが近似的にＵ字管を構成するこ とになる。原子炉容器２１が地震等により加振される時、加振方向に並んで隣り 合う２区画Ｌｉとこれらの下方を連通する部分とにおいて、あたかもＵ字管を加 振した時に起きるＵ字管内の液の移動による液面上下変動の如くこれら２区画Ｌ ｉ間を液が移動して、液面Ｓｉが交互に上下変動を起こそうとする。これら２区 画Ｌｉの液面Ｓｉ上には隔壁２７とトッププレ−ト２３とにより区画されるそれ ぞれ独立した気相室Ｖｉが形成されているので、これら気相室Ｖｉの内圧が液面 Ｓｉの上下動に比例して昇降し、液の移動による液面Ｓｉの上下動に対して反力 が生じることになる。従って、これら気相室Ｖｉ内の気相ガスが恰も空気バネの ような働きをして液の移動による液面Ｓｉの上下動を規制することになる。この ような並んで隣り合う２区画Ｌｉにおける液面Ｓの上下動の規制効果が重ね合わ されて、全ての区画Ｌｉにおいて液面Ｓｉの上下動が規制されることになる。即 ち、地震等による液体金属冷却材Ｍの液面変動を小さくすることができる。

【００２５】 一方、各々の気相室Ｖｉに設けられ液位変動検知手段３３を構成する液位セン サ３１は、液面Ｓｉの液位を常時検知している。図２に示されるように液面Ｓｉ の上下動が比較的大きくなると、液位、液位の変化速度、変化加速度に基づいて 加減圧手段３２を構成するブロア３０の風向及び風圧が液位の変動を抑制するべ く決定される。このようにしてブロア３０が液位の変動を抑制する風向及び風圧 で駆動されると、気相路２９内で気相ガスが移送され、原子炉容器２１の中心を 挟んで相向かう一対の気相室Ｖｉ、Ｖｊはそれぞれ加圧、減圧されることになる 。即ち、気相室Ｖｉ、Ｖｊの双方で液位の変動が抑止される方向に気相圧が働く ことになる。次に、液位変動が所定の位相に達すると、ブロア３０は停止し、さ らに逆転する。液位変動が所定の位相に達している時の液面の加速度はすでに変 位の逆に向いているので、このようにブロア３０が逆転することは液位の変動を 抑止する働きをする。このようにして、スロッシングの周期に対して周期を合わ せると共に所定の位相をずらせて双方の気相室を加圧、減圧することにより、液 位の変動が抑止されることになる。

【００２６】 以上述べたように、本考案の構成によれば、スロッシングが構造的に抑制され るのみならず周期に合わせて能動的に抑制される。従って、ホットレグ配管２６ の下端部が気相部Ｖに露出することが防止され、液体金属冷却材Ｍのガス巻込み が避けられる。このようにして、液体金属冷却材Ｍのガス巻込みが避けられるの で、地震等により原子炉容器２４が加振されてもサイホンブレ−クやガスの炉心 通過が発生しない。

【００２７】

【考案の効果】

本考案は次のごとき優れた効果を発揮する。

【００２８】 （１）高速増殖炉の安全性を可及的に高めることになる。

【００２９】 （２）地震等による原子炉停止が回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す概略側断面図である。

【図２】本考案の一実施例における動作の様子を示す概
略断面図である。

【図３】従来例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２１ 原子炉容器 ２３ トッププレ−ト ２７ 隔壁 ２９ 気相路 ３２ 加減圧手段 ３３ 液位変動検知手段 Ｌ 液相部 Ｌｉ 区画 Ｍ 液体金属冷却材 Ｖ 気相部 Ｖｉ、Ｖｊ 気相室

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に液体金属冷却材を収容した高速増
   殖炉の原子炉容器の天井部を形成するトッププレ−トの
   内側部に、これより垂下され液体金属冷却材に所定の深
   さ浸漬される隔壁を設け、該隔壁により液体金属冷却材
   の液相部上部を複数の区画に分割すると共に該液体金属
   冷却材の気相部に該隔壁と上記トッププレ−トとにより
   区画されるそれぞれ独立した気相室を複数形成して成る
   高速増殖炉のスロッシング防止装置において、上記原子
   炉容器の中心を挟んで相向かう一対の気相室間にこれら
   を連通する気相路と、該気相路内で気相ガスを移動させ
   一方の気相室を減圧して他方の気相室を加圧する加減圧
   手段と、上記気相室の液位の変動を検知して上記加減圧
   手段を液位の変動を抑止する方向に駆動させる液位変動
   検知手段とを設けたことを特徴とする高速増殖炉のスロ
   ッシング防止装置。