JPS5943388A - 液体金属冷却形高速増殖炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は炉心を吊持する吊胴の熱応力を軽減した液体金
属冷却形高速増殖炉に関する。

〔発明の技術的背景〕

液体金属冷却形高速増殖炉は原子炉容器内に炉心を収容
するとともにこの原子炉容器内に液体す｝　ＩＪウム等
の冷却材を収容し、この冷却材は炉心を通して循環され
、炉心で発生１る熱を取り出すように構成されている。

また、この原子炉容器の上端は蓋たとえばルーフスラブ
によって閉塞されており、このルーフスラブには制御棒
駆動機構が取付けられている。そしで、この制御棒駆動
機構によって上方より炉心内に制御棒を挿入し、あるい
は引抜をなし、出力制御をおこなうように構成されてい
る。ところで、地震等によって原子炉容器が上下に振動
した場合、炉心とルーフスラブが別のモードで振動する
ことがある。したがって、このような場合にはルーフス
ラブに取付けられている制御棒駆動機構と炉心とが相対
的に変位し、この制御俸駆動機構ζＪ、’、　；ｊｕ結
されている制御棒の挿入量が変化し、原子炉の制御が不
安定になる可能性があった。

このＪ、うな不具合を防市するため、第１図に示す如き
へｘ子炉が開発されつつある。１なわち、１は原子炉容
器であって、この原子炉容器１内には炉心２が収容され
、」５たこの原子炉容器１の１一端はルー　フスラブ３
によって閉塞されている。−［二記炉心２の周囲は遮蔽
体４によって囲まれており、またこの遮蔽体４および炉
心２は炉心支持ｔ’７＆造物５によって支持されている
つそしで、−［−記ルーフス）ブ３の下面からは円筒状
の吊胴６が突設されており、この吊胴６の下端は十−記
炉心支持構造物５にｊｔハ結されており、炉心２、遮蔽
体４等はこの吊胴６によってルーフスラブ３から吊持さ
れている。そし′Ｃ１この吊胴６の周壁には冷却材流通
用のフローホール７・・・が設けられている。また、上
記吊胴６の外周と原子炉容器１の内周との間には複数基
の中間熱交換器８・・・および循環ポンプ０９・・が設
けら第１ている。また、この原子炉容器１内は隔壁１０
によって上部ニア’Ｌ、ナム１１と下部プレナム１２に
区画されている。なお、原子炉容器２およびその内部に
収容されている機器、冷却層１３の取量はルーフスラブ
３を介し゛Ｃ原子炉建屋１４で支持されている。そして
、下部プレナム１２内の冷却材１３は循環ポンプ９によ
っで炉心２の下部に送られ、この炉心２を子方に通過し
て加熱され、高温となった冷却十イは吊胴６の７　ＩＩ
　−、−ボール７・・・をｉ！ｉＩって」二部プレナム
１１番、−流れ、この上部ゾレナ１＼１１から中間熱交
換器８・・・に流入し、て二次冷ＪＪＩ利と熱交換さね
、低温となった冷却ｖＪ１３はこの中間熱交換器８から
下部プレナム１２に流れ、以下冷却４′；ＪＪ１３はこ
の省く路を循環する。」５た、１５は炉心］―部機ｈ”
ｔであってルーフスラブ３をけ通して；１（トけられて
いる。

ぞして、この炉心−に部機構１５内には！ｌｌｔ口ｉｌ
ｌ棒１９＜動機構（図示せず）が設（Ｊられており、こ
ねら制御棒駆動機構によって制御ｉｔｉ’＋　（図示せ
ず）が上方より炉心２に挿入あるいは引抜さｔするよう
に構成さねている。ぞして、このような原子炉は炉心２
が吊胴６によってルーフスラブ３から吊持されているた
め、地震等の際においＣも炉心、？とルーフスラブ３は
同一モードで振動し、制御棒駆動機構と炉心２七の相対
的な変位が牛しる・−とがなく、制御棒の挿入Ｆ計が変
化しないのでｆｌｊ＋、震時等にも原子炉の制御が不安
定となるごとはない。

〔−ｒ景技術の問題点〕

−に記のｊＣｔ子炉では吊胴６が高温の冷却材１３に曝
されているため、この吊胴６に過大な熱応力が発生ずる
不具合かあ、た。】なわち、原子炉の定常運転時におい
ては冷却材１３の温度は約５００℃となるが、ルーフス
ンプ３は約３５℃と比較的低温である。よっ゛Ｃ吊胴６
のうら冷却材１３中に浸漬されているｊ）ｌ（分は５０
０℃となり、また吊胴６の上端は３５℃となり、これら
の間に大きな濡Ｌ０−勾配を生じ、大きな熱応力が生じ
る。また、原子炉の″起動、停■１−あるいはトリップ
時等の非定常時には冷却ＪＪＪ１３の温度が急速に変化
する。そして、この液体ナトリウム°Ｓの冷却材Ｉ３は
その熱伝達能力がきわめて大きいので、吊胴６のうぢ冷
却材１３中に浸漬されている部分はこの冷却材１３の温
度変化に急速に追従する。一方、吊胴６のうち冷却層１
３のｉ〔ダ面上に露出しＣいる部分はこの冷却層１３の
温度変化にはあまり追従し、ｔ「い。よってこのより）
な非定常時には冷却ｖＪ１３中に７ノ潰されでいる部分
と冷却ｉ）、１．７の液面上に露出している＋Ｓ＋Ｘ分
との間に大きな温度差が生じ、冷却層１．９の液面近傍
に大きな熱応力が生じ、この非定常時における熱応力は
定常ｊ１（（転時における熱応力、Ｊ、り大きい。

そして、このような不具合を厨消ＡるためｆＩＲ々の対
策が検語された。そのひとつは吊胴６の表面に熱抵抗体
を設け、冷却４’、　ｙ　、ｑからこの吊胴６に流れる
熱流束を制御！ｌｔ！　ｔ、　、え’１１＋ｉＬ；力を
軽減するものである。しかし、このようなものでは熱応
力軽減の効果が不Ｉｔ−分−ｒ５あった。

また、こねとじｔ逆に吊ｊ飼６の表面または吊胴６の壁
内に熱良導体を設ける・二とも考えらねた。

このものは非定常時においで冷却材１．？の温度が急速
に変化した場合、この熱良導体によって冷却材１３の烈
を冷却材１３の液面上に露出している部分に伝え、液面
近傍に生じる温１ρ差を小さくシ、熱応力を軽減するも
のである。Ｉ、かじ、定常運転時には冷却材１３の温度
は５００℃、ル−　フスラブ３のン晶度は３５℃であり
、このような熱良導体を設けても吊胴６の上端と冷却材
１３中に浸漬されている部分との間の温度勾配は小さく
ならず、よって熱応力の軽減はなされない。ぞして、逆
にこの熱良導体を設けることによって冷却材１３中に浸
６牙されている部分からルーフスラブ３への熱流束が大
きくなり、ルーフスラブ３の温度が］―習する不具合を
生じる。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的とするところは非定常運転時、定常運転時のいず第
１においζ゛も吊胴に生じる熱応力を軽減することがで
き、またルーフスラブ等の温度Ｊ、昇を招くこともない
液体金属冷却形高速増殖炉を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明は吊胴の少なくとも冷却材液面近傍部分を多重壁
構造とし、この多重壁構造部分の壁間の間隙内に冷却材
を導入する冷却材導入通路を設け、またこの壁間の間隙
内の冷却Ｈの液位を変化させる液位変更機構を設けたも
のである。

したがって、非定常運転時にはこの間隙内の冷却材の液
位を原子炉容器内の液位より−Ｉ−に上昇さぜれば冷却
材の熱はこの間隙内の冷ａ　４（を介して液面上に露出
している部分に良好に伝達され、液面近傍に生じる温度
差を小さくして熱応力が軽減される。また、定常運転時
には間隙内の冷却材の液位を原子炉容器内の液位より下
に下げる。このようにすることによって、冷１１１　＋
−４中に浸漬されている部分においても壁間の間隙に空
間部が形成され、冷却材から吊胴の壁に流れる熱流束が
小さくなり、吊胴の上端１から冷ａ材中に浸漬されてい
る部分までの間の湿度勾配が小、！：なり、熱応力が軽
減され、またル−フスラブ等心こ流れる熱流束が小さく
なるのでルーフスラブ等の温度上昇を招くこともないも
のである。

１−発明の実施例〕 以下第２図ないし第７図を参照して本発明σ〕一実施例
を説明する。図中１０１は原子炉容器であって、この原
子炉容器１０ノ内には炉心１０２が収容され、またこの
１［：（子炉容器１０１σ）上端はルーフスラブ１０．
？によって閉塞さねでいる。−１，記炉心１θ２の周囲
は遮蔽体１０４によって囲まれており、また・二のＸ＼
１４Ｖ体１０４体上０４心１０２は炉心支持構漬物１０
５によって支持されＣいる。そして’１−Ｊ−記ル−フ
スラブ１０３の下面からは円筒状の吊胴１０６が突設さ
れており、この吊胴１θ６のド端は上記炉心支持構４＋
ｉ物１０５に連結さイビ（ｌ；５す、炉心１０２、遮蔽
体１０４等はこの吊胴１０６８こＪ二っ゛（ルーフスラ
ブ１０３から吊持され−ＣＩ、Ｓる。

そして、この吊胴１０６の周壁には冷却イ”イ流通用の
フローホール１θ７・・・が設けられている。

また、上記吊胴１０６の外周と原子炉容器１０〕の内周
との間には複数基の中間熱交換器１０８・・・および循
環ポンｆ１０９・・・が設けられている。

また、この原子炉容器１θ１内は隔壁１１θによりてヒ
部プレナム１１１と下部プレナム１１２に区画されてい
る。なお、原子炉容器１０１およびその内部に収容され
ている機ｔｇ１冷却月１１３の重量はルーフスラブ１０
３を介して原子Ｐ建屋１１４で支持されでいる。そして
、下部プレナム１１２内の冷却材１１３は循環ボンニア
０１０９によって炉心１θ２の下部に送られ、この炉心
１０２を上方に通過して加熱され、高温となった冷却材
は吊胴１０６のフローホール１０７・・・を通っで上部
ゾ１／ナム１１１に流れ、この上部プレナム１１ノから
中間部交換器１θ８・・・に流入して二次冷却材と熱交
換され、低温となった冷、１］　伺１ｘ　ｓはこの中間
熱交換器１０８から下部プレナム１１２に流れ、以下冷
却＋４１１３はこの径路を循環する。Ａ５か、１１５は
炉心上部機構であってルー・フスラブ１１３を貫通して
設けられている。そして、この炉心北部機構１１５内に
は制御棒駆動機ｔＭ’／　（図示せず）が設けられてお
り、これら制御棒駆動機構によっ゛Ｃ制御棒（図示せず
）が−上方より炉心１０２に挿入あるいは引抜されるよ
うに構成されている。

次に上記吊胴１０６の構成を説明する◇この吊胴１０６
の冷却材１１３の液面近傍部分たとえば液面下の部分か
ら上端までの部分は第３図に示す如く多重壁構造をなし
ている。この多重壁構造部分は主壁１１６ａと、この主
壁１１６ａの内側にＲ４ｊられた内側壁１１６ｂと、上
記主壁１１６ａの外側に設けられた外側壁１１６ｃとか
ら構成されており、土壁１１６８と内側壁１１６ｂとの
間、主壁１１６ａとの間にはそれぞれ間隙１１７，１１
７が形成されている。」二記主壁１１６ａは肉厚のもの
であり、吊胴１０６の荷重は主にこの主壁１１６ａによ
って支持される。また、内側壁１１６ｂおよび外側壁１
１６ｃは薄肉のものであって、高温の冷却材１１３に直
接接触しても大きな熱応力が生じないように構成されて
いる。また、上記内側壁１１６ｂおよび外側壁１１６ｃ
の下部には冷却材導入通路１１８・・・が形成されてお
り、この冷却材導入通路１１８・・・を通って冷却材１
１３が間隙１１７．１１７内に導入されるように構成さ
れている。また、１１９は液位変更機構である。この液
位変更機構１１９はガス流通管１２０，１２０を介して
上記間隙１１７，１１７内上部に接続されている。そし
てこの液位変更機構１１９は］−、記ガス流通管１２θ
、１２ｏを介して上記間隙１１７゜１１７内にアルゴン
ガス等のカバーガスを給排し、この間１ｉ＠　Ｚ　７７
　、　Ｊ　Ｊ　ｙ内のガス圧を変えることによってこれ
ら間隙１１７，１１７内の冷却材１１３の液位を変える
ことができるように構成されている。

次にこの一実施例の作用を説明する。まず、原子炉の起
動、停止あるいはトリツノ０時魯の非定常運転時すなわ
ぢ冷却材１１３の温度が急速に変化する場合には第４図
に示す如く液位変更機構１１９によって間隙１１ｙ　、
　７７７内のガス圧を低下さ−υ、これら間５Ｚｊ　１
１７　、　ＩＪ　７内の冷却材１１３の液位を原子炉容
器１θ１内の液位より上方に上昇させる。したがって冷
却材１１３の熱はこの間隙１１７．１１７内の冷却）、
’）４’　Ｉ　１３によって原子炉界＋％ｆ　１０１内
の冷却材１１３の液面より上に露出している部分にも良
好に伝達される。よって、この露出している部分も冷却
材１１３の温度変化に良好に追従し、液面近傍に発生ず
る熱応力を軽減することができる。なお、この効果を解
析した結果を第６し」に図ず。第６図中Ａ　Ｉ！原子炉
容器１０１内の冷却材１１３の液面位置を示し、またＢ
は吊胴１０６の上端位１１Ｘを示す。この第６図から明
らかなように液面Ａ下に９＆！されている部分は冷ｊＪ
Ｉｔ４７７３の温度変化に急速に追従するため温度が一
定となる。また、液面Ａより上に露出している部分は冷
ノ」］材１１３の温度変化に追従しないため、従来のも
のは曲線ＣＩ　に示す如くこの液面Ａ−１＝に露出して
いるＦｉｌｓ分に不均一な温度分布が生じ、特に液面Ａ
の近傍部分では大きな温度勾配を生じ、過大な熱応力が
発生ずる。これに対して上記一実施例のものは間隙１１
７゜１１７内の冷却材１１３によって液面」−に露出し
ている部分にも熱が伝達されるので温度分布は曲線Ｄ１
に示す如く均一となり、１夕而への近傍に大きな温度勾
配が生じることはなく、熱応力が大幅に軽減される。

また、定常運転時等冷却材１１３の温度があまり変化し
ない場合には第５図に示す如く液面変更機構１１９によ
って間隙１１７，１１７内のガス圧を１−げ、この間隙
１１７．．１１７内の冷却材１１３の液位を原子炉容器
１０１内の液位より下のＬ位置まで押し下げる。したが
って、原子炉容器１０１内の冷却イ゛イ１１３の液面か
らこのＬ位置までの間にも間隙１１７，１１７内に空間
ができるので冷却材１１３から伝えられる熱流束が制限
され、このＬ位ｉｉ’７より上の部分の温度勾配が小と
なり、熱応力が軽減される。

また、この揚合玲Ｊ（Ｊ木ｊ１１３から吊１ｊ１１１１
０６の液面上の部分を通ってルーフスラブ１０３に伝え
られる熱流束は大きくはならず、むしろ液面からＬ位置
までの間隙１１７，１１７内に空間ができた分だけ減少
するので、ルーフスラブ１０３の温度−１−昇を招くこ
ともない。なお、第７図にはこの効果を解析した結果を
示す。第７図のＡは原子炉容器１０１内の冷却材１１３
の液面位置を示し、またＢは吊胴１０６の上端位１αを
示す。この第７図に示されるように従来のものは液面Ａ
以下の部分は冷却材１１３と同濡用となって温度分布が
一定となるが、液面Ａより−Ｌに露出している部分に（
ｉ略一定の温度勾配が生じ、大きな熱応力が発生ずる。

これに対しこの一実施例のものは、Ｌ位置より下の部分
は冷却材１１３と同温度となるがＬ位置より上の部分は
間隙１１７，１１７内にガス空間ができるので冷却材１
１３から伝わる熱は制限され、このＬ位置よりにの部分
は曲線Ｄ２に示す如く比較的小さ、な温度勾配となり熱
応力が軽減される。

なお、本発明は上記の一実施例には限定されない。

たとえば液位変更機構は必らずしも間隙内のガス圧を変
化させて冷却材の液位を変化させるものに限らず、たと
えば冷ＪＪ利を間隙内に供給。

排出して液位を変化さセるものでもよい。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明は吊胴の少なくとも冷却材液面近傍部
分を多重壁描造とし、この多重壁構造部分の壁間の間隙
内に冷却材を導入する冷却材導入通路を設け、またこの
壁間の間隙内の冷却材の液位を変化させる液位変更機構
を設けたものである。したがって、非定常運転時にはこ
の間隙内の冷却材の液位を原子炉容器内の液位より上に
上昇させれば冷却材の熱はこの間Ｂｔ内の冷却材を介し
て液面上に露出している部分に良好に伝達され、液面近
傍に生じる温度差を小さくして熱応力が軽減される。ま
た、定常運転時には間隙内の冷却材の液位を原子炉容器
内の液位より下に下げる。このようにすることによって
、冷却材中に浸漬されている部分においても壁間の間隙
に空間部が杉成され、冷却材がら吊胴の壁に流れる熱流
束が小ざくなり、吊胴の上端から冷却イでイ中に浸漬さ
れ”Ｃいる部分までの間の湿度勾配が小となり、熱応力
が軽減され、またルーフスラブ等に流れる熱流束が小さ
くなるのでルーフスラブ等の温度−１−昇を招くことも
ない等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断面図である。第２図ないし第７図
は本発明の一実施例を示し、第２図は縦断面図、第３園
は吊胴上部の縦断面図、第４図および第５図は作用を説
明する吊胴上部の縦断面図、第６１：Ａは非定常′Ｊ１
１！転時における吊胴上部の温度分布を示す線図、第７
図は定常運転時における吊胴上＋ＸＫの温１ザ分布を示
す線図である。 １０１・・・原子炉容器、１ｏ２・・・炉心、１０３・
・・ルーフスラブｃ＊０．１θ６・・・吊胴、１１３・
・冷ａ１４．１１６ｔｓ−主壁、１１６ｂ−・・内側壁
、１１６ｃ＝・外イ１ｉｌｌ壁、１１７・・・間隙、１
１８・・・冷却材導入通路、１１９・・・液位変更機構
。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第６図 Ｂ 第７図 白９１ノーｊＰ町５男！ノーＥ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉容器と、この原子炉容器の上端を閉塞する
   蓋と、」二記原子炉容器内に収容された炉心と、」；記
   蓋の下面から下方に突設され上記炉心を吊持する吊胴と
   を（ｉｉｆｆえたものにおいて、上記吊胴の少なくとも
   冷却材液面近傍を多眼壁構造とし、この多１１テ壁構造
   部分の壁間の間隙内に冷却材を導入する冷却材導入通路
   を設け、またこれら壁間の間隙内の冷却イ”イの液位を
   変える液位変更機構とをｆｌｌｉｌλたことを特徴とす
   る液体金属冷却形高速増殖炉。
2. （２）前記液位変更機構は前記多重壁構造部分の壁間の
   間隙山上部の空間部のガス圧を変えることによって冷却
   材の液位を変更するものであることを特徴とする特許 記載の液体金属冷却形高速増殖炉。