JPH0534493A - 原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液体金属冷却原子炉システムにおいて、カバー
ガスに乗って流れる冷却材の蒸気が配管の温度の低い部
分で凝縮、凝固し、場合によっては凝固して配管が閉塞
状態になるのを未然に防止するため、配管内流路の閉塞
状況を原子炉運転中にも検出できるようにし、配管閉塞
発生を未然に防止することを目的とする。 【構成】原子炉システムにおいて、原子炉容器とポンプ
容器と中間熱交換器等の一次冷却材容器１９のカバーガ
ス空間１０の圧力を均等にするため、原子炉容器、ポン
プ容器、および中間熱交換器容器等の一次冷却材容器１
９のカバーガス空間１０を相互に連結した配管１７と、
カバーガスの排出のために設けられた配管とに、発信器
２５と圧力センサ（受信器）２６とをそれぞれ設け、発
信器２５から付与される振動周波数に応じて生じる、各
配管特有の気柱振動特性の変化を受信器２６で検知して
配管の閉塞状況を検出する配管状態検出手段３０を設け
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速増殖炉等の原子
炉に係り、特に液体金属冷却型原子炉のカバーガス導通
配管およびカバーガス排気配管の閉塞状況を検出する配
管状態検出手段を備えた原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉のような液体金属冷却型原子
炉のシステムは、図２を参照すると、原子炉容器１内の
炉心２で加熱された高温冷却材（一般にナトリウム）が
上部プレナム３から一次主冷却材流路４ａを経由して中
間熱交換器５に流入し、原子炉二次系に熱を伝える。こ
の中間熱交換器５で原子炉二次系と熱交換された高温冷
却材は一次主冷却材流路４ｂを経由して冷却材循環ポン
プ６に吸入され、このポンプ６により一次主冷却材流路
４ｃを経て原子炉容器１の下部プレナム７に案内され、
この下部プレナム７から再び炉心２へ戻る。また中間熱
交換器５で原子炉二次系に伝えられた熱は、二次冷却材
配管（図示せず）内を流れる二次冷却材ナトリウムによ
って原子炉二次系に設置された蒸気発生器（図示せず）
により水および蒸気に伝えられる。

【０００３】このように冷却材としてナトリウムなどの
液体金属を使用する高速増殖炉では、図４のように一次
冷却系機器８，９を原子炉容器１外に設置し、それぞれ
の機器を一次冷却材配管４ａ，４ｂ，４ｃで接続するル
ープ型炉と、図３に示すように原子炉容器１内に一次主
循環ポンプ６等の一次冷却材機器６，５を設置するタン
ク型炉との２型式の原子炉が開発されている。なお、ル
ープ型炉では、一般に一次冷却材配管４ａ，４ｂ，４ｃ
が一次冷却材容器１，８，９の側面に接続されている
が、図２のように一次冷却材配管４ａ，４ｂ，４ｃを逆
Ｕ字型に構成して一次冷却材容器１，８，９の上部に接
続されているトップエントリ炉もある。

【０００４】いずれのものも、一次冷却材容器１，８，
９に入れられた一次冷却材の自由液面はカバーガス１０
と称される不活性ガスが満たされており、その上をルー
フスラブ１１で覆われている。このカバーガス１０は図
３に示すようにカバーガス供給設備１３からカバーガス
供給配管１４を経由して供給される。またカバーガス１
０はカバーガス排気配管１５を経由してカバーガス処理
設備１６に導かれて処理される。図２のトップエントリ
炉では、カバーガスの圧力を全ての容器で等しくするた
め導通管１７で各カバーガス１０を連通するようにして
いる。なお、１８は炉心上部機構である。

【０００５】上記のようにカバーガスがカバーガス排気
配管１５を経由してカバーガス処理設備１６に導かれる
際に冷却材の蒸気も同時に運ばれる。このときカバーガ
ス排気配管１５の一部に温度の低い部分が存在すると冷
却材蒸気が凝縮し、場合によっては凝固する。特に図２
に示すトップエントリ炉の導通管１７の場合はカバーガ
スが常時流れていないため凝固の発生を外部から把握す
ることができず、凝固が進んで導通管内閉塞に至ること
が懸念される。この導通管１７が閉塞すると冷却材の流
量が制御できなくなり、原子炉の運転に支障を来すた
め、この導通管１７に閉塞が発生していないことを定期
的に点検する必要がある。

【０００６】従来、上記の点検は、図６（Ａ）に示すよ
うに原子炉容器や一次冷却材容器である容器１９，１９
間を連絡する導通管１７にカバーガスを強制的に流し、
導通管１７の入口と出口との圧力を測定してその差圧か
ら圧力損失を求め、導通管閉塞の有無を調べたり、図６
（Ｂ）に示すように超音波や渦電流を利用した検出器２
０を導通管１７に当てて導通管閉塞の有無を調べるよう
にしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら圧力損失
を検出して導通管閉塞の有無を調べる方法では、導通管
１７に大量のカバーガスを流す必要があることから、排
出されたガスの処理量が増えるという問題点や、原子炉
の運転中は上記方法は使用することができないという問
題点がある。また仮に導通管閉塞の発生を検出し得たと
しても閉塞発生の場所の特定が困難であるなどの問題が
ある。

【０００８】一方、超音波や渦電流を利用して配管閉塞
の有無を調べる方法では、配管の全てに亘って検出器を
当てて測定しなければならず、その測定が容易でないば
かりでなく、配管の支持部では検出がしにくいという問
題点がある。また配管の外部に設置されている加熱ヒー
タや保温材を取り去る必要があるという問題点がある。

【０００９】この発明は、上述した事情を考慮してなさ
れたもので、液体金属冷却原子炉システムにおいて、カ
バーガスがカバーガス処理設備に導かれる際に経由する
カバーガス排気配管やトップエントリ炉の導通管をカバ
ーガスの流れに乗って運ばれる冷却材の蒸気が配管の温
度の低い部分に凝縮し、場合によっては凝固して閉塞状
態となることを未然に防止することを目的とし、原子炉
の運転中であっても使用可能でかつ閉塞発生場所の特定
を可能とし、配管の全てに検出器を当てて測定すること
や、配管の支持部に妨げられることがなく、加熱ヒータ
や保温材を取り去る必要のない配管状態検出手段を備え
た原子炉を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ためこの発明に係る原子炉は、原子炉システムにおい
て、原子炉容器とポンプ容器と中間熱交換器等一次冷却
材容器の各カバーガス空間との圧力を均等にするため、
原子炉容器、ポンプ容器および中間熱交換器容器等の一
次冷却材容器のカバーガス空間を相互に連結した配管
と、カバーガスを排出するために設けられた配管とに、
発信器と受信器とをそれぞれ設け、発信器から付与され
る振動周波数に応じて生じる各配管特有の気柱振動特性
の変化を受信器で検知して配管の閉塞状況を検出する配
管状態検出手段を設けたものである。

【００１１】

【作用】配管の適所に設置された発信器により低周波か
ら高周波まで連続的に振動周波数（圧力振動）を配管内
の気体に与えると、各配管特有の周波数で共振現象（気
柱共振振動）が発生する。したがって、前記配管の適切
な位置に受信器を設置して管内の気体の圧力変動を記録
することにより気柱共振振動を捕えることができる。こ
の気柱共振振動は、配管の直径、長さおよび気体の状態
によって特有の一定周波数で発生するが、配管の内部の
どこかで冷却材蒸気が凝固して配管の内径変化が生じた
り、あるいは閉塞に至っているとその周波数も変化（ス
ペクトルシフト）する。

【００１２】このように、発信器により低周波から高周
波までの振動周波数（圧力変動）を配管内部に連続して
与えると、配管特有の周波数で気柱共振振動が発生し、
この気柱共振振動は、配管の内径変化や閉塞状態でその
周波数が変化する。したがって、予め健全な配管の周波
数−応答曲線を知っておけば、応答曲線の変化から配管
の閉塞発生の有無や閉塞位置の検出が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明に係る原子炉の一実施例につ
いて説明する。

【００１４】図１（Ａ）はこの発明を液体金属冷却原子
炉システムのトップエントリ炉に適用した例を略示的に
示す原子炉であり、図６（Ａ），（Ｂ）に示す従来のト
ップエントリ炉と同一部分には同じ符号を付して説明を
省略する。

【００１５】トップエントリ炉の原子炉容器やポンプ容
器等の一次冷却材容器１９内に一次冷却材が収容される
一方、この一次冷却材の自由液面を覆うカバーガス空間
１０は、逆Ｕ字状の導通管１７により相互に連通され
る。導通管１７はルーフスラブ１１，１１を上方から貫
いて一次冷却材容器１９内で開口し、一次冷却材容器１
９，１９同士を相互に連絡している。

【００１６】導通管１７には、発信器２５と受信器（圧
力センサ）２６が適宜位置に設置され、この発信器２５
および受信器２６により配管状態検出手段３０が構成さ
れる。

【００１７】そして、発信器２５から導通管１７内部に
低周波から高周波までの振動周波数（圧力振動）を連続
的に与え、導通管１７内に付与する振動周波数を変えて
いくと、導通管１７の固有振動数等により特有の周波数
で共振現象（気柱共振振動）が発生する。このため、導
通管１７の適切な位置に受信器２６を設置し、この受信
器２６で導通管１７内の気体（カバーガス）の圧力変動
を記録すれば、導通管１７内の気柱共振振動を捕えるこ
とができる。

【００１８】この気柱共振振動は、導通管１７の直径、
長さおよび気体（カバーガス）の状態によって図１
（Ｂ）の応答スペクトル曲線Ａに示すように特有の一定
周波数ａで発生するが、導通管１７の内部のいずれかで
冷却材蒸気が凝固し導通管１７の内径が変化すると、図
１（Ｂ）の破線で示す応答スペクトル曲線Ｂのようにそ
の周波数ｂも変化する。したがって、予め正常な導通管
１７の共振周波数（応答スペクトル）を知っておけば共
振周波数の変化（スペクトルシフト）ａによって閉塞あ
るいは閉塞の徴候があることを知ることができる。さら
に閉塞状況および閉塞位置と共振周波数ｂの関係を予め
知っておけば閉塞発生位置もある程度特定できる。

【００１９】図２はこの発明をトップエントリ型液体金
属冷却原子炉システムに適用した場合の具体的な実施例
を示す。この原子炉においては、原子炉容器１内の炉心
２で加熱された高温冷却材（一般に冷却材としてナトリ
ウムが使用されるので、以下ナトリウムと記す）は、上
部プレナム３から一次主冷却材流路４ａを経由して中間
熱交換器５に流入し、この中間熱交換器５で原子炉二次
系のナトリウムに熱を伝えるようになっている。中間熱
交換器５で原子炉二次系と熱交換した一次系のナトリウ
ムは、一次主冷却材流路４ｂを経由して冷却材循環ポン
プ６に吸入され、このポンプ６から原子炉容器１内の下
部プレナム７に送られ、再び炉心２に戻るようになって
いる。

【００２０】中間熱交換器５において原子炉二次系に伝
えられた熱は、二次冷却材配管（図示せず）内を流れる
二次冷却材ナトリウムによって原子炉二次系に設置され
た蒸気発生器（図示せず）で水および蒸気に伝えられ
る。

【００２１】また、一次冷却材容器１，８，９に入れら
れた一次冷却材の自由液面は、カバーガス１０（不活性
ガス）で覆われており、さらに一次冷却材容器１，８，
９の頂部はルーフスラブ１１で覆われている。なお、８
は中間熱交換器容器、９は一次冷却材ポンプ容器をそれ
ぞれ示す。

【００２２】一次冷却材容器１，８，９内のカバーガス
１０の圧力を全て等しくするために、各一次冷却材容器
１，８，９内は逆Ｕ字状の導通管１７により相互に連通
される。この導通管１７の適所には発信器２５および受
信器（圧力センサ）２６が設置され、この発信器２５お
よび受信器２６により配管状態検出手段３０が構成され
る。この発信器２５により低周波から高周波に至る連続
的な振動を導通管１７の内部の気体に与えることにより
各導通管１７に特有の周波数で共振現象（気柱共振振
動）を発生させる。

【００２３】したがって受信器２６が管内圧力変動を記
録することにより気柱共振振動を捕えることができる。
この気柱共振振動は、配管の直径、長さ、および気体の
状態によって特有の一定周波数で発生するが、配管内の
いずれかにおいて前述のように冷却材蒸気が凝固して配
管の内径が変化すると、その周波数も変化する。したが
って予め配管の正常な共振周波数を知っておけば、共振
周波数の変化によって閉塞ないしは閉塞の徴候を知るこ
とができる。

【００２４】図３はタンク型液体金属冷却原子炉システ
ムにこの発明を実施した場合を示すもので、原子炉容器
１内の炉心２で加熱された高温冷却材（一次ナトリウ
ム）は、上部プレナム３から中間熱交換器５に流入し、
この中間熱交換器５で二次系ナトリウムと熱交換し、原
子炉二次系に熱を伝える。中間熱交換器５で原子炉二次
系と熱交換した一次ナトリウムは、下部プレナム７を通
って冷却材循環ポンプ６に吸入され、再び炉心２へ戻さ
れるようになっている。

【００２５】また中間熱交換器５において原子炉二次系
に伝えられた熱は、二次冷却材配管（図示せず）内を流
れる二次冷却材ナトリウムによって原子炉二次系に設置
された蒸気発生器（図示せず）で水および蒸気に伝えら
れる。一次冷却材容器である原子炉容器１内の一次冷却
材の上部はカバーガス１０が満たされており、その上を
ルーフスラブ１１で覆われている。このカバーガス１０
はカバーガス供給設備１３からカバーガス供給配管１４
を経由して供給され、カバーガス排気配管１５を経由し
てカバーガス処理設備１６に導かれて処理される。

【００２６】上記カバーガス排気配管１５の適所には発
信器２５および受信器（圧力センサ）２６が設置され
て、配管状態検出手段３０が構成される。この受信器２
５により低周波から高周波まで連続的な振動をカバーガ
ス排気配管１５内の気体に与えることによりそれぞれの
配管に特有の周波数で共振現象（気柱共振振動）を発生
させる。

【００２７】したがって、受信器２６によれこの管内圧
力変動を記録することにより前記気柱共振振動を捕える
ことができる。こうして前記実施例の場合と同様に配管
内のいずれかにおいて冷却材蒸気が凝固して配管の内径
の変化が変化した場合の周波数の変化から閉塞の徴候や
閉塞状況、閉塞位置を知ることができる。

【００２８】図４はループ型液体金属冷却原子炉システ
ムにこの発明を適用した場合を示すもので、この場合に
もカバーガス排気配管１５の適所に発信器２５および受
信器（圧力センサ）２６が設置されて配管状態検出手段
３０が構成され、前記実施例の場合と同様にして管内の
閉塞の徴候、閉塞状況、閉塞位置を知ることができる。

【００２９】その他の構成は図３に示すループ型液体金
属冷却原子炉システムと異ならないので同じ符号を付し
て説明を省略する。

【００３０】図５は、この発明のさらに他の実施例を示
すもので、この原子炉は、液体金属冷却原子炉システム
のうちトップエントリ炉のカバーガス導通管１７に２組
の発信器２５Ａ，２５Ｂと受信器（圧力セランサ）２６
Ａ，２６Ｂを設置した例を示すものである。

【００３１】トップエントリ炉の導通管１７の適当な位
置に設置された発信器２５Ａ，２５Ｂにより低周波から
高周波まで連続的に振動を導通管１７内部の気体に与え
ると、導通管１７に特有の周波数で共振現象（気柱共振
振動）が発生する。したがって、導通管１７の適切な位
置に受信器２６Ａ，２６Ｂを設置しておき導通管１７内
の気体の圧力変動を記録すれば気柱共振振動を捕えるこ
とができる。この気柱共振振動は、図１（Ｂ）に示すよ
うに、配管の直径、長さおよび気体の状態によって特有
の一定周波数で発生するが、配管内部のいずれかで冷却
材蒸気が凝固し配管の内径が変化あるいは閉塞するとそ
の周波数も変化する。

【００３２】しかし、振動周波数（応答スペクトル）の
変化量は閉塞の程度と発信器２５Ａ，２５Ｂから閉塞発
生場所までの距離の関数であるため、１組の送／受信器
だけでは閉塞発生場所を特定しにくい。例えば、部分的
な閉塞が近くに発生したのか、完全な閉塞が遠くに発生
したのかの区別が困難である。

【００３３】そこで、導通管１７の適当な位置に２つの
受信器２５Ａ，２５Ｂを設置し、交互に導通管１７の内
部の気体に対し低周波から高周波まで連続的に振動を与
えると、各振動周波数の条件に応じて導通管１７に特有
の周波数で共振現象（気柱共振振動）が発生する。した
がって、導通管１７の適切な位置に２つの受信器２５
Ａ，２５Ｂを設置しておいて導通管１７内の気体の圧力
変動を記録すれば前記気柱共振振動をそれぞれ捕えるこ
とができる。この２つの気柱共振振動の記録から閉塞の
程度と発信器２５Ａ，２５Ｂから閉塞発生場所までの距
離の無数の組合せが考えられるが、両方の記録を同時に
満たす組合せは１つしかなく、これによって閉塞発生場
所が特定できる。

【００３４】導通管１７の適当な位置に発信器２５Ａ，
２５Ｂおよび受信器２６Ａ，２６Ｂを２組設置すれば、
閉塞の発生場所が特定しやすくなる。なお、原理的には
受信器については１個で共用することもできる。

【００３５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、液体金
属冷却原子炉システムにおいて、カバーガスがカバーガ
ス処理設備に導かれる際に経由するカバーガス排気配管
や、トップエントリ炉の導通管内のカバーガスの流れに
乗って運ばれる冷却材の蒸気が配管の温度の低い部分に
凝縮し、場合によっては凝固して閉塞状態に至ることを
未然に検出することができ、しかも原子炉の運転中であ
っても検出することができる。また、閉塞の発生場所の
特定も可能であり、したがって、従来のように配管の全
てに亘って検出器を当てて測定する必要がなくなり、配
管の支持装置の存在に関係なく測定することができると
ともに加熱ヒータや保温材を取り除く必要もないなどの
利点を有し、これによりプラントの安全性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明に係る原子炉の原理説明図、
（Ｂ）は発信周波数と応答スペクトルとの関係を示すグ
ラフ。

【図２】トップエントリ型液体金属冷却原子炉にこの発
明を適用した場合の構成図。

【図３】タンク型金属冷却原子炉システムにこの発明を
適用した場合の構成図。

【図４】ループ型金属冷却原子炉システムにこの発明を
適用した場合の構成図。

【図５】この発明の変形例を示す構成図。

【図６】（Ａ）および（Ｂ）は従来の技術を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 原子炉容器 ２ 炉心 ３ 上部プレナム ４ａ，４ｂ，４ｃ 一次冷却材配管 ５ 中間熱交換器 ６ 一次冷却材循環ポンプ ７ 下部プレナム ８ 中間熱交換器容器 ９ 一次冷却材ポンプ容器 １０ カバーガス空間 １１ ルーフスラブ １３ カバーガス供給設備 １４ カバーガス供給配管 １５ カバーガス排気配管 １６ カバーガス排気処理設備 １７ 導通管 １９ 一次冷却材容器 ２５ 発信器 ２６ 受信器 ３９ 配管状態検出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 原子炉システムにおいて、原子炉容器と
   ポンプ容器と中間熱交換器等一次冷却材容器の各カバー
   ガス空間との圧力を均等にするため、原子炉容器、ポン
   プ容器および中間熱交換器容器等の一次冷却材容器のカ
   バーガス空間を相互に連結した配管と、カバーガスを排
   出するために設けられた配管とに、発信器と受信器とを
   それぞれ設け、発信器から付与される振動周波数に応じ
   て生じる各配管特有の気柱振動特性の変化を受信器で検
   知して配管の閉塞状況を検出する配管状態検出手段を設
   けたことを特徴とする原子炉。