JPH0894788A

JPH0894788A - ガス封入集合体

Info

Publication number: JPH0894788A
Application number: JP6229180A
Authority: JP
Inventors: Masao Tashiro; 正夫田代; Takeshi Shimizu; 武司清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】ラッパ管内の冷却材液面位置を監視し、封入ガ
スを有効に利用する。【構成】ラッパ管１内の上部に仕切板４を設け、この仕
切板４の中央に設けた貫通孔７に連通管10の上端を接続
する。連通管10の下端をエントランスノズル３の冷却材
流入孔８と連通して接続する。連通管10の下端にオリフ
ィス11を設ける。エントランスノズル３に冷却材流入孔
８と分岐した冷却材導入路９を形成し、ラッパ管１内を
高圧プレナムと連通させる。このようなガス封入集合体
を炉心に挿荷する直前はラッパ管１内にカバーガスの希
ガス６が充満しているが、一次系ポンプの吐出圧が上昇
するにつれてラッパ管１内に冷却材５が流入し、希ガス
６が圧縮され、下部プレナムの圧力と釣り合う位置で冷
却材５の流れが停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速増殖炉の反応度を操
作する炉心構成要素のガス封入集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高速増殖炉の炉心は、核分裂性物
質を装荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料から
の熱除去のための冷却材として主にナトリウムが使用さ
れている。

【０００３】通常、ナトリウムは沸騰してボイド化され
ることはないが、万一の事故を想定して、ナトリウムが
ボイド化した場合でも炉心が安全に停止することを確認
している。ナトリウムがボイド化した時の応答としては
炉心が小型の時は中性子の炉心からの漏れが大きいた
め、負の反応度が入り、炉心は安全に停止する。

【０００４】しかし、炉心が大型になると、中性子の漏
れが少なくなり、ナトリウムがボイド化したときの反応
度は正となり、炉心が安全に停止するか否かに関して
は、他の反応度要因をも含めた詳細な解析を行い、その
安全性を確認する必要が生じる。したがって、事故時に
炉心のボイド反応度を小さくできれば、安全設計上非常
に価値がある。

【０００５】従来、高速増殖炉の反応度を操作する炉心
構成要素の一つとして図11（ａ）に示したようなガス封
入集合体が知られている。すなわち、符号１はラッパ管
で、このラッパ管１の上端にハンドリングヘッド２が接
続され、下端にエントランスノズル３が接続され、ラッ
パ管１内の上部に水平方向に仕切板４が設けられてい
る。なお、符号５は冷却材、６は希ガスを示している。
このようなガス封入集合体は燃料集合体と同様に炉心内
に装荷され、炉心支持板上に載置される。

【０００６】図11（ａ）〜（ｄ）は一般的なガス封入集
合体の内部液面変化を示しており、（ａ）は燃料取扱
系、（ｂ）は炉心装荷時、（ｃ）は運転時、（ｄ）は事
故時の状態である。すなわち、内部に希ガス３からなる
空洞を有する集合体を原子炉容器内部に搬入すると、内
部空洞に充填される希ガスの初期条件は、燃料取扱系の
ガスと同じ温度および圧力になる（燃料取扱系
（ａ））。

【０００７】このガス封入集合体１を炉心に装荷すると
冷却材の水頭圧によってガス封入集合体の内部液面は上
昇し水頭圧と内部のガス圧が釣り合う位置で停止する
（炉心装荷時（ｂ））。原子炉運転時には一次冷却系の
ポンプの吐出圧が水頭圧に加わるためガス封入集合体の
内部液面は上昇する（運転時（ｃ））。冷却材喪失事象
時には一次冷却系のポンプの吐出圧が低下するため、炉
心装荷時の位置までガス封入集合体内の内部液面は低下
する（事故時（ｄ））。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】炉心に装荷されたガス
封入集合体が破損すると内部の希ガスが原子炉容器内に
放出され、流量低下事象時に機能を果たせなくなる。ま
た、冷却材中に含有される希ガスがガス封入集合体内で
放出されガス封入集合体内の希ガスの容量が増えると運
転時の液面位置が低下し、炉心から軸ブランケットへの
中性子の漏洩が生じ負の反応が投入される。

【０００９】したがって、炉心に装荷されたガス封入集
合体の内部液面を運転中に監視することは、装置の機能
を確認するうえで非常に重要になる。また、封入された
希ガスの量は燃料取扱系の雰囲気（圧力，温度）で決定
されるため、流量低下事象時において希ガスの膨脹を有
効に活用する構造は非常に重要となる。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、特にラッパ管内の液面位置を監視できるとと
もにラッパ管内の封入ガスを有効に利用できるガス封入
集合体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上端にハンド
リングヘッドを有し、下端にエントランスノズルを有す
るラッパ管内にこのラッパ管の水平方向に沿って仕切板
が設けられてなるガス封入集合体において、前記仕切板
の下部に冷却材の自由液面を有し、この自由液面を温度
変化で監視する冷却材導入路を設けてなることを特徴と
する。

【００１２】

【作用】本発明は、集合体内部に微小な流量が流れる冷
却材流路を設け、この冷却材流路を流れる冷却材の温度
を各集合体の上部に位置する温度計装で測定する。ま
た、流量喪失径事象に起因する高圧プレナムの圧力減少
によって圧縮された希ガスは下方に膨脹を始めるが、内
筒内部の冷却材は下端に取付けられたオリフィスの流動
抵抗が高いため、内筒とラッパ管間を下部ブランケット
に向かって膨脹し希ガスを有効に利用できる。

【００１３】集合体内部の冷却材は炉心からのガンマ線
で発熱および隣接集合体からの熱伝導によって温度が上
昇する。集合体内部の微小流路を流れる冷却材は集合体
内部の冷却材からの熱伝導によって温度が上昇する。ラ
ッパ管内の冷却材液面が上下すると、冷却材の伝熱面積
が変化し微小流路の冷却材温度が変化する。

【００１４】また、流量喪失事象時に圧縮された希ガス
が炉心方向に膨脹する際に、冷却材の流動抵抗を大きく
した領域を設けることで、中性子の漏洩を促す領域を有
効に利用できる。

【００１５】

【実施例】図１により本発明に係るガス封入集合体の第
１の実施例を説明する。図１において、符号１はラッパ
管を示し、このラッパ管１には上端にハンドリングヘッ
ド２が接続し、下端にエントランスノズル３が接続され
ている。ラッパ管１内の上方、つまり、上部ブランケッ
ト領域の上方の位置には水平方向に仕切板４が設けら
れ、仕切板４の中央部には貫通孔７が形成されている。

【００１６】エントランスノズル３には冷却材流入孔８
と、この冷却材流入孔８から分岐した複数の冷却材導入
路９が形成されている。冷却材流入孔８と貫通孔７との
間には連通管10が設けられ、連通管10の上端は仕切板４
に接続し、下端は冷却材流入孔８に接続している。連通
管10の下端部にはオリフィスが設けられている。

【００１７】なお、図中符号５はラッパ管１内に流入し
た冷却材、６はラッパ管１内に封入した希ガスを示し、
希ガス６は上部ブランケット領域に位置し、冷却材６は
炉心領域および下部ブランケット領域ならびにその下方
に位置している。

【００１８】仕切板４は上部ブランケット領域位置のラ
ッパ管１内に希ガス６を保持するためのもので、連通管
10は高速増殖炉の炉容器内の炉心下部に設けられている
高圧プレナムからエントランスノズル８，オリフィス11
を通して流れてくる冷却材を炉容器内上部の上部プレナ
ムに流出させるものである。つまり、連通管10は炉容器
内の高圧プレナムと上部プレナムに連通した流路を形成
する。オリフィス11は連通管10に流入する冷却材の流量
を絞るものである。

【００１９】ラッパ管１の内部は冷却材導入路で高圧プ
レナムと連通している。ガス封入集合体を炉心に装荷す
る直前は集合体内部に希ガスを充満しているが、１次系
ポンプの吐出圧が上昇するにつれて集合体内に冷却材が
流入し希ガスが圧縮され、高圧プレナムの圧力と釣り合
う位置で冷却材の流入が停止する。

【００２０】第１の実施例によれば、原子炉運転時には
仕切板４の下に高圧プレナムの圧力によって圧縮された
希ガス６が停滞している。ラッパ管１または仕切板４に
ピンホールが生じると、希ガス６はラッパ管１の外に放
出され内部液面が上昇する。内部液面が上昇すると連通
管10とラッパ管１内部の冷却材５の伝熱面積が増加し、
連結管10内を流れる冷却材の温度が上昇する。

【００２１】また、冷却材５に含有している希ガスがラ
ッパ管１内で放出されると、ラッパ管１内の希ガスの圧
力が上昇し内部液面が低下する。液面が低下すると冷却
材５と連通管１の伝熱面積が減少し連通管内部の冷却材
温度が低下する。

【００２２】ラッパ管１内部の冷却材５の液面が上下す
ることによって連通管10内部を流れる冷却材の温度が変
化し、これをラッパ管上部に設置された温度計装で測定
することによりラッパ管内部の液面変動を監視すること
が可能となる。

【００２３】つぎに図２により本発明の第２の実施例を
説明する。図２は第２の実施例を示しており、第１の実
施例と異なる点は連通管10の外側面に発熱体12を設けた
ことにあり、他の部分は第１の実施例と同様である。

【００２４】仕切板４には高圧プレナムからの冷却材が
流出するための連通管10が接続され、連通管10の下端は
ラッパ管１と接続し高圧プレナムから上部プレナムへの
流路を構成しているので、連通管10の周囲に発熱体12を
設置することによって、ラッパ管１内の冷却材の温度を
高くすることができる。

【００２５】ラッパ管１内の冷却材温度が高くなると、
連通管内部を流れる冷却材との温度差が大きくなり、連
通管10内の冷却材に伝導する熱量が増加する。伝導され
る熱量が大きいとラッパ管１内の冷却材の温度変化が大
きくなり、ラッパ管１の上部での温度測定を容易にす
る。

【００２６】つぎに図３により本発明の第３の実施例を
説明する。図３は第３の実施例を示しており、第２の実
施例と異なる点は仕切板４の下面から発熱体12を包囲す
るようにして断熱層13を設けたことにあり、他の部分は
第２の実施例と同様である。

【００２７】すなわち、第３の実施例においては仕切板
４には高圧プレナムからの冷却材が流出するための連通
管10が接続され、連通管10の下端はラッパ管１と接続し
高圧プレナムから上部プレナムへの流路を構成している
ので、連通管10の周囲にある発熱体12の外側に断熱層13
を設置する。

【００２８】断熱層13を設けることで発熱体12と連通管
10近傍の冷却材温度が局所的に上昇し、連通管10内に伝
達される熱量が大きくなる。伝導される熱量が大きいと
連通管10内の冷却材の温度変化が大きくなり、ラッパ管
１の上部での温度測定を容易にする。

【００２９】つぎに図４により本発明の第４の実施例を
説明する。第４の実施例は図４に示したようにラッパ管
１内の上部に設けた仕切板４に貫通孔７に連通する連通
管10の上端を接続し、ラッパ管１の下部側面に冷却材導
入孔14を設け、この冷却材導入孔14に第２の連通管15の
下端を接続し、この第２の連通管15の上端を連通管10の
下端に接続したものである。

【００３０】本実施例によれば、連通管10と第２の連通
管14を冷れる冷却材を炉心支持板から漏洩する冷却材を
使用することで構造を簡素化するとともに一次系の冷却
材を有効に利用できる。その他の構成および作用効果は
第１の実施例に準じているので、その説明は省略する。

【００３１】つぎに図５により本発明の第５の実施例を
説明する。本実施例は第４の実施例において連通管10の
外側面に発熱体12を設けたほかは第４の実施例と同様で
ある。すなわち、図５に示したようにラッパ管１の側面
に冷却材導入孔14を設け、第２の連通管15の下端を接続
し、連通管10の上端は仕切板４に接続する構成で連通管
10の周囲に発熱体12を設置する。連通管10の周囲に発熱
体12を設置することによって、ラッパ管１内の冷却材の
温度を高くすることができる。

【００３２】ラッパ管１内の冷却材温度が高くなると、
連通管12内部を流れる冷却材との温度差が大きくなり、
連通管12内の冷却材に伝導する熱量が増加する。伝導さ
れる熱量が大きいと連通管内部の冷却材の温度変化が大
きくなり、ラッパ管１の上部での温度測定を容易にする
ことができる。

【００３３】つぎに図６により本発明の第６の実施例を
説明する。この第６の実施例は第５の実施例において、
発熱体12を包囲して断熱層13を仕切板４の下面から垂下
して設けたことにあり、その他の部分は第４の実施例と
同様な構成となっている。すなわち、本実施例はラッパ
管１の側面に冷却材導入孔14を設け、第２の連通管15の
下端を接続し、連通管10の上端は仕切板４に接続する構
成で、連通管10の周囲に発熱体12を設置し、発熱体12の
外側に断熱層13を設置する。

【００３４】断熱層13を設けることによって発熱体12と
連通管10近傍の冷却材温度が局所的に上昇し、連通管10
内部に伝達される熱量が大きくなる。伝導される熱量が
大きいと連通管10内部の冷却材の温度変化が大きくな
り、ラッパ管１の上部での温度測定を容易にすることが
できる。

【００３５】つぎに図７により本発明の第７の実施例を
説明する。第７の実施例は図７に示したようにラッパ管
１内に有底内筒16を支持枠17を介して設け、内筒16の底
部にオリフィス11を設けたことにある。すなわち、本実
施例は前述した各実施例のようにラッパ管１の内部には
封入ガス６を保持するために、仕切板４が設置されてい
る。下端にオリフィス11を取付けた内筒16が支持枠17で
ラッパ管１内に取付けられている。

【００３６】ガス封入集合体を炉心に挿荷する直前はラ
ッパ管１内に希ガスが充満しているが、一次系ポンプの
吐出圧が上昇するにつれて集合体内に冷却材が流入し封
入ガスが圧縮される、内筒16の下端に取付けられたオリ
フィス11から内筒16内と、内筒16とラッパ管１内面との
間を冷却材は上昇し、下部プレナムの圧力と釣り合う位
置で冷却材の流入が停止する。

【００３７】以上の構成により、原子炉運転時には仕切
板４の下に下部プレナムの圧力によって圧縮された希ガ
ス６が停滞している。流量低下事象が発生すると、一次
系の流量が減少するとともに高圧プレナムの圧力も低下
する。高圧プレナムの圧力低下がおこると、圧縮されて
いた希ガスが膨脹し冷却材を集合体外に押し出すが、内
筒内部の冷却材は下端に取付けられたオリフィス11の流
動抵抗のため、内筒16とラッパ管１内面に位置する冷却
材に比べ液面の低下が遅くなる。

【００３８】一方、流動抵抗が少ない内筒16とラッパ管
１内面に位置する冷却材は下方に押し下げられ上部軸ブ
ランケットから下部軸ブランケットまで空洞が生じ、燃
料集合体の中性子束が炉心領域の上下に位置する軸ブラ
ンケットに漏洩し負の反応度が生じさせることができ
る。

【００３９】つぎに図８により本発明の第８の実施例を
説明する。第８の実施例は第７の実施例に準じており、
この実施例ではとくに仕切板４をラッパ管１内の中央部
に設け、前記仕切板４の下方に短尺内筒18を支持枠17に
取着し、仕切板４の上方に中性子吸収体19を保持装置20
を介して設置したことにある。なお、短尺内筒18の底部
にはオリフィス11が設けられている。また、仕切板４の
下面には冷却材導入管24が接続されている。

【００４０】本実施例によれば仕切板４を炉心領域まで
下げてその代りに、中性子吸収体19を保持装置20によっ
て炉心領域に挿入できる構造となっている。ガス封入集
合体を炉心に挿荷するために、燃料集合体の本数を削除
するか、炉心を構成する集合体の数を増やす必要がある
が、制御棒と組み合わせることにより、炉心の構成要素
の数を増やさずにガス封入集合体を炉心に設置できる。

【００４１】つぎに図９により本発明の第９の実施例を
説明する。本実施例は第８の実施例において、中性子吸
収体19と保持装置20の代りに多数本の燃料棒21を設置
し、仕切板４の下面に複数本の冷却材導入管24を接続し
たことにあり、その他は第８の実施例と同様である。

【００４２】仕切板４を炉心領域まで下げて替りに、複
数本の燃料棒21を設置する構造となっている。ガス封入
集合体を炉心に装荷するために、燃料集合体の本数を削
除するか、炉心を構成する集合体の数を増やす必要があ
るが、燃料棒21と組み合わせことにより、炉心の構成要
素の数を増やさずにガス封入集合体を炉心に設置でき
る。

【００４３】つぎに図10により本発明の第10の実施例を
説明する。本実施例は図10に示したようにラッパ管１の
上部に仕切板４を設けるとともに仕切板４の下方の上部
ブランケット領域の位置に第２の仕切板22を設け、この
第２の仕切板22に複数の小孔23を設け、仕切板22の中央
に上方に向けて小円筒24を突設したことにある。なお、
第２の仕切板22の中央部には貫通孔が設けられており、
この貫通孔と小円筒24とは連通している。

【００４４】しかして、本実施例においてはラッパ管１
の上部軸ブランケット付近に小円筒24を設置し、小円筒
24の上端は開放として底には小孔を設ける。小円筒24の
中央には冷却材の流路を設けておく。原子炉運転時には
仕切板４の下に下部プレナムの圧力によって圧縮された
希ガス６が停滞している。流量低下事象が発生すると、
一次系の流量が減少するとともに下部プレナムの圧力も
低下する。

【００４５】下部プレナムの圧力低下が起こると、希ガ
スが膨脹し冷却材をラッパ管１外に押し出すが、円筒内
部の冷却材は底に取付けられた小孔23の流動抵抗のため
中央の冷却材流路に位置する冷却材に比べ液面の低下が
著しく遅くなる。

【００４６】一方、流動抵抗が少ない小円筒24の中央に
ある流路の冷却材は下方に押し下げられ上部軸ブランケ
ットから下部軸ブランケットまで空洞が生じ、燃料集合
体の中性子束が炉心領域の上下に位置する軸ブランケッ
トに漏洩し負の反応度が生じさせることができる。

【００４７】本発明に係るガス封入集合体の実施態様を
要約すればつぎの通りである。（１）封入ガスおよび冷却材流入孔を有する内部空洞
を含み、その内部空洞における冷却材の圧力変化により
内部液面が上下に変化するように構成したガス封入集合
体において、前記ラッパ管内にはハンドリング下方に仕
切板が設置され、冷却材の自由液面を有し、この自由液
面を温度変化で監視するために内部に冷却材の流路を有
すること。

【００４８】（２）（１）において温度変化を生じさ
せる冷却材を炉心支持板からの漏れ流量を得るか、また
は冷却材流路近傍に発熱体を設けるか、あるいは冷却材
流路近傍に発熱体を設けるとともに温度変化を生じさせ
る冷却材を炉心支持板からの漏れ流量から得ること。

【００４９】（３）（１）において、ラッパ管内の冷
却材と発熱体との間に断面構造を設けるか、またはラッ
パ管内の冷却材と発熱体との間に断熱構造を設けるとと
もに温度変化を生じさせる冷却材を炉心支持板からの漏
れ流量から得ること。

【００５０】（４）（１）において冷却材の自由液面
を有するラッパ管内部の上部軸ブランケット近傍に小孔
を設け、中央に冷却材流量を有する第２の仕切板を設
け、この第２の仕切板に小円筒を取付けるか、または、
仕切板を炉心領域の位置まで下げて仕切板上方に中性子
吸収体または燃料棒を設置するか、あるいはオリフィス
の代りに第２の仕切板に小孔を設けること。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、ガス封入集合体の内部
液面の監視を集合体上部に設置された温度計装によって
測定することが可能となり、ガス封入集合体の機能を確
認することが可能となる。

【００５２】また、流量低下事象時に圧縮されたガスが
炉心方向に膨脹する際に、冷却材の流動抵抗を大きくし
た領域を設けることで、本来希ガスが下方向に膨脹する
際に占める領域を冷却材と置換でき、流量低下事象時に
炉心から中性子に炉心外に漏洩させる位置に希ガスが迅
速に到達することが可能となる。

【００５３】さらに、流量低下事象によっては高圧プレ
ナムの圧力低下が少ない場合もあるため本来希ガスが下
方向に膨脹する際に占める領域を冷却材と置換すること
で中性子の漏洩を促すガス領域を有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス封入集合体の第１の実施例を
示す縦断面図。

【図２】本発明に係るガス封入集合体の第２の実施例を
示す縦断面図。

【図３】本発明に係るガス封入集合体の第３の実施例を
示す縦断面図。

【図４】本発明に係るガス封入集合体の第４の実施例を
示す縦断面図。

【図５】本発明に係るガス封入集合体の第５の実施例を
示す縦断面図。

【図６】本発明に係るガス封入集合体の第６の実施例を
示す縦断面図。

【図７】本発明に係るガス封入集合体の第７の実施例を
示す縦断面図。

【図８】本発明に係るガス封入集合体の第８の実施例を
示す縦断面図。

【図９】本発明に係るガス封入集合体の第９の実施例を
示す縦断面図。

【図１０】本発明に係るガス封入集合体の第１０の実施
例を示す縦断面図。

【図１１】（ａ）は従来のガス封入集合体（燃料取扱
系）を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における炉心装荷
時を示す縦断面図、（ｃ）は（ｂ）における運転時を示
す縦断面図、（ｄ）は（ｃ）における事故時を示す縦断
面図。

【符号の説明】

１…ラッパ管、２…ハンドリングヘッド、３…エントラ
ンスノズル、４…仕切板、５…冷却材、６…希ガス、７
…貫通孔、８…冷却材流入孔、９…冷却材導入路、10…
連通管、11…オリフィス、12…発熱体、13…断熱層、14
…冷却材導入孔、15…第２の連通管、16…内管、17…支
持枠、18…短尺内筒、19…中性子吸収体、20…保持装
置、21…燃料棒、22…第２の仕切板、23…小孔、24…小
円筒、24…冷却材導入管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端にハンドリングヘッドを有し、下端
にエントランスノズルを有するラッパ管内にこのラッパ
管の水平方向に沿って仕切板が設けられてなるガス封入
集合体において、前記仕切板の下部に冷却材の自由液面
を有し、この自由液面を温度変化で監視する冷却材導入
路を設けてなることを特徴とするガス封入集合体。
【請求項２】前記連通管の下部にオリフィスを設けて
なることを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
【請求項３】前記仕切板と前記エントランスノズルと
の間を連通する連通管を設けるとともに前記エントラン
スノズルに前記ラッパ管内に連通する冷却材導入路を設
けてなることを特徴とする請求項１記載のガス封入集合
体。
【請求項４】前記連通管の側面に発熱体を設けてなる
ことを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
【請求項５】前記発熱体を包囲して前記仕切板から断
熱層を吊持してなることを特徴とする請求項１記載のガ
ス封入集合体。
【請求項６】前記仕切板と前記ラッパ管の下部側面と
の間を連通する連通管および冷却材導入孔を設けてなる
ことを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。
【請求項７】前記ラッパ管内にオリフィス孔を有する
内筒を設けてなることを特徴とする請求項１記載のガス
封入集合体。
【請求項８】前記仕切板の上方に中性子吸収体を保持
装置を介して設け、前記仕切板の下方にオリフィス孔を
有する内筒を設けるとともに前記仕切板に吊下して冷却
材導入路を設けてなることを特徴とする請求項１記載の
ガス封入集合体。
【請求項９】前記仕切板の上方に複数本の燃料棒を設
け、前記仕切板の下方にオリフィス孔を有する内筒を設
けるとともに前記仕切板に吊下して冷却材導入路を設け
てなることを特徴とする請求項１記載のガス封入集合
体。
【請求項１０】前記仕切板の下方に中央部に小径円筒
を有し下板に小孔を有する第２の仕切板を設けてなるこ
とを特徴とする請求項１記載のガス封入集合体。