JPH054640B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はタンク型高速増殖炉に係り、特に中間
熱交換器プレナム内が一次冷却材で充満した状態
で運転が可能なタンク型高速増殖炉に関する。

（従来の技術） タンク型高速増殖炉は一般に、一次および二次
冷却材として液体金属ナトリウムを使用し、炉心
部で加熱された一次ナトリウムを原子炉容器内に
設置した中間熱交換器に導いて二次ナトリウムと
熱交換させ、冷却された一次ナトリウムを再び炉
心部へ送り込むようにしている。

第４図は従来のタンク型高速増殖炉の概略構成
を示すもので、一次ナトリウムを収容した原子炉
容器１の内部は隔壁２により上部プレナム３と下
部プレナム４に仕切られており、この隔壁２の中
央部には炉心燃料集合体５、ブラケツト燃料集合
体６および反射体７からなる炉心部８が設置され
る。

原子炉容器１内の上端を閉塞するルーフスラブ
９の中央部には炉心上部機構１０が貫通して設置
されており、この周囲には複数基の中間熱交換器
１１および複数基の循環ポンプ１２等がそれぞれ
独立して設置される。

１３は循環ポンプ１２を駆動するモータを示
し、また、循環ポンプ１２の吐出側は入口配管１
４を介して高圧プレナム１５に連結される。

中間熱交換器１１はシユラウド２０と、その中
心部に同軸的に配置した二次ナトリウム入口管２
１および二次ナトリウム出口管２２と、この二次
ナトリウム出口管２２とシユラウド２０の間に形
成された熱交換室に介挿した多数本の伝熱管２３
と、これらの伝熱管２３を支持する上部具体的板
２４および下部管板２５とを備えている。

また、シユラウド２０には一次ナトリウムを吸
い込むための流入孔２６が設けられ、出口管２２
には二次ナトリウムを伝熱管２３の外側に出入り
させるための透孔２７，２８が設けられ、下端部
には一次ナトリウム出口２９が設けられる。

また、中間熱交換器プレナム３４の上部には仕
切壁３８が設けられ、この仕切壁３８は中間熱交
換器上部空間３７と中間熱交換器プレナム３４と
を区画する。なお、仕切壁３８には貫通孔３９が
穿設され、その貫通孔３９は中間熱交換器上部空
間３７と中間熱交換器プレナム３４とを連通す
る。

運転時、中間熱交換器プレナム３４内部には上
部プレナム３内の一次冷却材の液面とほぼ等しい
高さに、自由液面が形成される。自由液面の上部
空間４１には一次冷却材と空気との接触を避ける
ために例えばアルゴンなどのカバーガスが充填さ
れる。

このタンク型高速増殖炉において、上部プレナ
ム３内の一次ナトリウムは流入孔２６を通り、中
間熱交換器１１のシユラウド２０内の中間熱交換
器プレナム３４に流入し、上部管板２４から伝熱
管２３内を流れ、下部管板２５および一次ナトリ
ウム出口２９を経て、下部プレナム４内に流入す
る。

下部プレナム４内に流入した一次ナトリウムは
駆動モータ１３によつて駆動される循環ポンプ１
２により入口配管１４に送り込まれ、さらに高圧
プレナム１５を経て、炉心燃料集合体５およびブ
ラケツト燃料集合体６の間隙部を上昇し、この間
に一次ナトリウムは加熱される。加熱された一次
ナトリウムは炉心上部機構１０の下端に衝突し、
流れを放射方向に変え、再び流入孔２６を通り中
間熱交換器プレナム３４内に流入する。

一方、二次ナトリウムは入口管２１内を下部管
板２５に向つて流れ、入口管２１と二重管をなす
出口管２２の下端近傍に設けた透孔２７を通り、
出口管２２とシユラウド２０の間に形成された熱
交換室に流入し、伝熱管２３内を通る一次ナトリ
ウムと熱交換を行なつた後、透孔２８から出口管
２２内を流れ、図示しない二次系熱交換器に導か
れる。この二次系熱交換器で放熱した後、二次ナ
トリウムは図示しない二次ナトリウム循環ポンプ
で加圧され、再び二次ナトリウム入口管２１を通
り、中間熱交換器１１に戻される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のタンク型高速増殖炉の構造においては、
隔壁２を貫通するようにして上部プレナム３内に
中間熱交換器１１が配設される。上部プレナム内
の一次ナトリウムの液面位置を含有するように中
間熱交換器プレナム３４が設けられているため、
中間熱交換器プレナム３４内に流入する一次ナト
リウムの自由液面が常に形成される。

流入孔２６を通り中間熱交換器１１内に流入し
た一次ナトリウムの一部は二次ナトリウム出口管
２２に衝突し、このとき衝突した一次ナトリウム
の一部は、動圧によつて自由液面上に吹き上げら
れて、自由液面上に落下する。そのため、中間熱
交換器プレナム３４内の自由液面の揺動が大きく
なり、熱交換室の各伝熱管への流入量が不均一に
なつたり、また自由液面上に充填したカバーガス
を一次ナトリウム内に巻き込む原因となる。

各伝熱管２３への流量が不均一になると、温度
差によつて伝熱管、管板の熱変形が生起するおそ
れがある。

また、一次ナトリウム中にカバーガスが混入す
ると伝熱管２３における伝熱抵抗が大きくなり、
熱交換効率が著しく低下する問題がある。

さらに混入したカバーガスが高圧プレナム１５
まで同伴されガス溜りを形成すると、カバーガス
は炉心部８の高熱によつて膨張する。この膨張し
たカバーガスは、炉心部８に流入する一次ナトリ
ウムの流量を適正に調整する運転管理上大きな障
害となる。

また、混入したカバーガスが炉心燃料集合体５
の外面に滞留すると、ガス体に接する被覆管部分
がナトリウムによつて冷却されないため、局部的
に異常発熱し、場合によつては燃料棒が破損する
おそれもある。

さらに液面の揺動によつて発生する振動が構造
物に対して疲労をもたらし、中間熱交換器等の強
度の低下を招くおそれもある。

本発明は上記の問題点を解消するために発案さ
れたものであり、中間熱交換器プレナム内におけ
る液面動揺をなくし、また一次冷却材中にカバー
ガスが混入することを防止することによつて中間
熱交換器の熱交換効率を改善し、また、振動の発
生が少なく、構造上の健全性に優れ、さらに運転
管理が容易な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〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るタンク型高速増殖炉は、炉心部お
よび一次冷却材を収容した原子炉容器内を隔壁で
上部プレナムと下部プレナムに仕切り、上記隔壁
を貫通して原子炉容器内において一次冷却材と二
次冷却材とを熱交換させる中間熱交換器と、一次
冷却材を循環させる循環ポンプとを配設したタン
ク型高速増殖炉にいおて、前記中間熱交換器のシ
ユラウド内の軸方向に間隔をおいて配設された上
部管板と下部管板との間に複数の伝熱管を設ける
とともに、上記上部管板の上方のシユラウドに一
次冷却材の流入孔を穿設する一方、上記上部管板
の上方に配設された仕切壁と上部管板とシユラウ
ドとによつて区画形成され、上記流入孔から流入
した一次冷却材を整流して上記各伝熱管に均一に
流入させる中間熱交換器プレナムを形成する一
方、上記仕切壁を貫通して上記中間熱交換器プレ
ナムに連通する吸引管を設け、この吸引管を介し
て中間熱交換器プレナム内を減圧して中間熱交換
器プレナム内の一次冷却材液面を前記吸引管内部
に至るまで上昇せしめる減圧装置を配設すること
により、定常運転時において一次冷却材が中間熱
交換器プレナム内を充満状態で流通するように構
成したことを特徴とする。

（作用） 上記構成に係るタンク型高速増殖炉によれば、
原子炉の定常運転時において減圧装置を駆動せし
めることにより、吸引管を介して中間熱交換器プ
レナム内が減圧され、一次冷却材液面を吸引管内
部まで上昇せしめることができる。したがつて中
間熱交換器に一次冷却材を充満させて流通せしめ
る中間熱交換器プレナムが形成されるため、中間
熱交換器内において一次冷却材の自由液面が形成
されない。そのため、従来のように液面動揺によ
つてカバーガスが一次冷却材中に混入することが
少ない。

したがつて、伝熱管における熱交換効率の低下
が防止され、また、カバーガスが高圧プレナムに
滞留して一次冷却材の流量調整の障害となること
が少ない。また、液面動揺による振動の発生がな
いため構造上の健全性に優れ、さらに運転管理が
容易なタンク型高速増殖炉を提供することができ
る。

また流入孔から流入した一次冷却材が中間熱交
換器プレナムにおいて整流されるため、各伝熱管
への流量が均一になる。そのため伝熱管や管板の
温度差が生じることが少なく、伝熱管や管板の熱
変形による疲労を効果的に防止することができ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して
説明する。なお、第４図に示す従来例と同一の部
品要素には同一の符号を付して説明は省略する。

第１図は本発明に係るタンク型高速増殖炉の第
１実施例を示す縦断面図であり、特に発明の特徴
部となる中間熱交換器１１を部分的に破断して示
す縦断面図である。

第１図において、中間熱交換器１１は隔壁２を
貫通し、ルーフスラブ９によつて支持され、原子
炉容器内に配設される。中間熱交換器１１の本体
胴を形成するシユラウド２０内には、軸方向に間
隔をおいて上部管板２４と下部管板２５が配設さ
れ、その間に複数の伝熱管２３が配設される。上
部管板２４の上方には、仕切壁３８が設けられ、
仕切壁３８と上部管板２４およびシユラウド２０
で囲まれ区画された環状部分が中間熱交換器プレ
ナム３４となる。さらに上記管板２４上方のシユ
ラウド２０には一次ナトリウムの流入孔２６が穿
設される。仕切壁３８はシユラウド２０の内部空
間を軸方向に中間熱交換器プレナム３４と中間熱
交換器上部空間３７とに区画する。仕切壁３８に
は、中間熱交換器プレナム３４と減圧装置４２と
を接続する吸引管３０が設けられる。

減圧装置４２の作動により吸引管３０を経て、
中間熱交換器プレナム３４には負圧が作用し、中
間熱交換器プレナム３４内の一次ナトリウムの液
面は吸引管３０の内部まで上昇する。この状態で
吸引管の元弁（図示せず）を閉止すれば、一次ナ
トリウムが充満した中間熱交換器プレナム３４が
形成される。

上記構成の中間熱交換器プレナム３４を有する
タンク型高速増殖炉においては、一次ナトリウム
が上部プレナム３から流入孔２６を通り、中間熱
交換器プレナム３４内に高速度で流入した場合で
も、一次ナトリウムの自由液面が形成されていな
いため、従来のようなカバーガスの巻き込み現象
または液面の動揺による振動の発生は少ない。

したがつて、カバーガスが原子炉容器内の各所
に滞留することによつて生じる弊害、例えば伝熱
性の低下、振動の発生、燃料棒の過熱損傷、冷却
材流量の調整困難などの問題点が解消される。

また流入孔２６から流入した一次冷却材が中間
熱交換器プレナム３４において整流されるため、
各伝熱管２３への流量が均一になる。そのため伝
熱管２３や上下部管板２４，２５に温度差が生じ
ることが少なく、伝熱管２３や上下部管板２４，
２５の熱変形による疲労を効果的に防止すること
ができる。

また、第２図は本発明の第２実施例を示し、第
１図に示す実施例とは吸引管３０の外周部に加熱
冷却装置３３を設けた点が基本的に相違する。し
かして、減圧装置４２により中間熱交換器プレナ
ム３４内の液面を上昇せしめ、吸引管３０内の所
定位置に達した時点で吸引管３０を上記加熱冷却
装置によつて冷却すると吸引管３０内の一次ナト
リウムが凝固し、液面が固定される。その状態で
定常運転を行なえば中間熱交換器プレナム３４内
に自由液面が形成されない。

一方、点検時などにおいて、吸引管３０の内部
まで上昇した一次ナトリウムの液面を、上部プレ
ナム３内の一次ナトリウムの液面と同一レベルに
する場合は、吸引管３０を上記加熱冷却装置によ
つて加熱し、凝固していた一次ナトリウムを融解
することによつて一次ナトリウムを降下させるこ
とができる。

この加熱冷却装置３３を使用して一次ナトリウ
ムを融解または凝固させることによつて吸引管３
０の流路を開閉する方式によれば、元弁を使用し
て開閉する場合と比較して機械的な操作が少な
く、液面の位置設定も容易である。

第３図は本発明の第３実施例を示すもので、こ
の実施例においては一次ナトリウムの流入孔２６
を穿設したシユラウド２０から間隔をおいて外周
側に二重筒構造に形成したフロースカート３２を
設けることによりフロースカート３２とシユラウ
ド２０の間に一次ナトリウムの環状流路となるフ
ロースカートプレナム３５を形成したものであ
る。フロースカート３５の上端は例えば溶接によ
つてシユラウド２０の外側面に密閉するように固
定される。一方、フロースカートプレナム３５の
下端は、上部プレナム３に収容された一次ナトリ
ウム内に開放状態で浸漬される。

また、フロースカートプレナム３５と中間熱交
換器プレナム３４とを連絡する連通孔３１がフロ
ースカートプレナム３５上端部に設けられる。

上記構成にて減圧装置４２を作動させると、吸
引管３０を経由して中間熱交換器プレナム３４に
負圧が作用し、一次ナトリウムが吸引されて中間
熱交換器プレナム３４に充満する。同時に連通孔
３１を経由してフロースカートプレナム３５にも
負圧が作用し、同様に一次ナトリウムが充満す
る。

したがつて、中間熱交換器プレナム３４内にお
いてカバーガスの巻き込みおよび液面動揺による
影響は回避される。

また、第３図に示す実施例において、一次ナト
リウムの流入孔２６はフロースカート３２によつ
て上部プレナム３内の一次ナトリウムの液面から
隔離され、かつ流入孔２６は、フロースカートプ
レナム３５に充満した一次ナトリウム中に常に浸
漬されているため、上記プレナム３内の一次ナト
リウムの液面から流入孔２６に巻き込まれるカバ
ーガス量は第２図に示す実施例の場合と比較して
格段に少ない。

したがつて、流入孔２６の穿設位置は従来の中
間熱交換器の流入孔より高い位置に設けることが
できる。このため、上部管板２４を従来より高い
位置に設けることが可能となり、必然的に伝熱管
２３を長く設定することができる。また、伝熱管
長を従来通りとすれば、中間熱交換器１１の全長
を短縮することが可能となり、タンク型高速増殖
炉自体を小型化することができる。

以上いずれの実施例においても、定常運転時に
減圧装置を駆動することにより、中間熱交換器プ
レナム３４内の一次ナトリウムの自由液面は、吸
引管３０内部まで上昇させることができる。した
がつて、中間熱交換器プレナム３４は一次ナトリ
ウムが充満した状態であり、内部に一次ナトリウ
ムの自由液面が形成されないため、カバーガスの
巻き込みおよび液面動揺によつて発生する振動に
よる悪影響が回避される。

また中間熱交換器プレナム３４において流入孔
２６から流入した一次ナトリウムが整流されて各
伝熱管２３に均一な流量で流入するため、伝熱管
２３や上下部管板２４，２５に温度差が生じるこ
とが少なく、伝熱管２３や上下部管板２４，２５
の熱変形による疲労を効果的に防止することがで
きる。したがつて、タンク型高速増殖炉の熱効率
および機械的な健全性が大幅に改善される。

〔発明の効果〕

本発明に係るタンク型高速増殖炉によれば、運
転時において常に一次冷却材が充満した中間熱交
換器プレナムを備えているため、自由液面を有す
る中間熱交換器プレナムを備えた従来のタンク型
高速増殖炉と比較して、一次冷却材中に混入する
カバーガスの影響および液面動揺に起因する振動
の影響が少ない。

すなわち、一次冷却材に混入するカバーガスが
少なく、また中間熱交換器プレナムにおいて、一
次冷却材が整流され各伝熱管に均一に流入するた
め、伝熱管における熱交換率が向上し、また、振
動による構造物の疲労度が減少し、熱効率および
健全性の高いタンク型高速増殖炉を提供すること
ができる。

また、高圧プレナム内に滞留するカバーガスが
減少するため、炉心部へ送給する一次冷却材の流
量配分が容易になり、運転管理作業が軽減され
る。

さらに、燃料集合体の燃料ピンなどに生成する
ガス溜りも解消されるため、被覆管の局部的な異
常過熱による燃料破損を防止することができるな
ど、タンク型高速増殖炉を運転する際の効率上、
管理上、安全上多くの優れた効用を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタンク型高速増殖炉の第１実
施例を示す縦断面図、第２図、第３図はそれぞれ
本発明の第２実施例、第３実施例を示す部分縦断
面図、第４図は従来のタンク型高速増殖炉の構造
を示す縦断面図である。 １……原子炉容器、２……隔壁、３……上部プ
レナム、４……下部プレナム、５……炉心燃料集
合体、６……ブランケツト燃料集合体、８……炉
心部、１０……炉心上部機構、１１……中間熱交
換器、１２……循環ポンプ、１３……駆動モー
タ、１４……入口配管、１５……高圧プレナム、
２０……シユラウド、２１……二次ナトリウム入
口管、２２……二次ナトリウム出口管、２３……
伝熱管、２４……上部管板、２５……下部管板、
２６……流入孔、２７，２８……透孔、２９……
一次ナトリウム出口、３０……吸引管、３１……
連通孔、３２……フロースカート、３３……加熱
冷却装置、３４……中間熱交換器プレナム、３５
……フロースカートプレナム、３７……中間熱交
換器上部空間、３８……仕切壁、３９……貫通
孔、４１……液面上部空間、４２……減圧装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心部および一次冷却材を収容した原子炉容
   器内を隔壁で上部プレナムと下部プレナムに仕切
   り、上記隔壁を貫通して原子炉容器内において一
   次冷却材と二次冷却材とを熱交換させる中間熱交
   換器と、一次冷却材を循環させる循環ポンプとを
   配設したタンク型高速増殖炉において、前記中間
   熱交換器のシユラウド内の軸方向に間隔をおいて
   配設された上部管板と下部管板との間に複数の伝
   熱管を設けるとともに、上記上部管板の上方のシ
   ユラウドに一次冷却材の流入孔を穿設する一方、
   上記上部管板の上方に配設された仕切壁と上部管
   板とシユラウドとによつて区画形成され、上記流
   入孔から流入した一次冷却材を整流して上記各伝
   熱管に均一に流入させる中間熱交換器プレナムを
   形成する一方、上記仕切壁を貫通して上記中間熱
   交換器プレナムに連通する吸引管を設け、この吸
   引管を介して中間熱交換器プレナム内を減圧して
   中間熱交換器プレナム内の一次冷却材液面を前記
   吸引管内部に至るまで上昇せしめる減圧装置を配
   設することにより、定常運転時において一次冷却
   材が中間熱交換器プレナム内を充満状態で流通す
   るように構成したことを特徴とするタンク型高速
   増殖炉。 ２ 中間熱交換器プレナムは、一次冷却材の流入
   孔を穿設したシユラウドから間隔をおいて外周側
   に二重筒構造に形成したフロースカートを備え、
   前記フロースカートとシユラウドとの間に形成さ
   れた環状流路は下端において上部プレナムと連通
   してなる特許請求の範囲第１項記載のタンク型高
   速増殖炉。 ３ 吸引管は、外周部に加熱冷却装置を備え、上
   記加熱冷却装置は吸引管に吸引した一次冷却材を
   加熱または冷却して一次冷却材を融解または凝固
   せしめることによつて、吸引管路を開閉すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタンク
   型高速増殖炉。