JPS60237389A - タンク形高速増殖炉 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はタンク形高速増殖炉に係シ、特にルーフスラブ
に形成される環状空間でのカバーガその対流に基づく温
度分布を均一化して、ルーフスラブに挿着する炉心上部
機器などの熱変形を防止するのに好適な構成を有するタ
ンク形高速増殖炉に関する。

〔発明の背景〕

一般にタンク形高速増殖炉においては、例えば第１図に
示すように、原子炉容器１が上面をルーフスラブ２によ
って密閉され、その密閉空間内に炉心３が炉心支持構造
４によって支持されている。

ルーフスラブ２には各種の炉心上部機器、例えば炉心３
にて加熱された高温の１次す）　ＩＪウム５と２次ナト
リウムの熱交換を行なう中間熱交換器（以下、ＴＨＸと
いう）６．１次ナトリウムを炉内で循環させるためのポ
ンプ７、炉心３の出力等を制御する制御棒駆動機器８、
又は燃料交換時に燃料交換機（図示せず）を所定の位置
に位置決めするための回転プラグ９等の炉心上部機器が
挿着されている。そして、このような原子炉構造におい
ては、ルーフスラブ２の周囲部及びそのルーフスラブ２
に挿着される各炉心上部機器の周囲に、その軸心が上下
方向に沿う複数の環状空間が形成されている。即ち、ル
ーフスラブ２と原子炉容器１との間に形成される環状空
間、及びルーフスラブ２と、ＴＨＸ６、ポンプ７、制御
棒駆動機器８、回転プラグ９等との間に形成される環状
空間等である。

ところで、ホットプール５の高温の１次ナトリウムの上
方には、不活性ガス（ナトリウムと反応しない）である
アルゴンガスが充填されておシ、ナトリウム液面とルー
フスラブ２間を満している。

このカバーガスは、前記環状空間内にも流入する。

一方、定格運転中は、ホットプール５０１次ナトリウム
温度は一般に５００ｃ程度であシ、ホットプール５に面
したルー７スラプ２の下面は、特別な配慮をしないとホ
ットプール５の高温ナトリウムによシ加熱され、約４０
０ｃ程度にまで昇温されるが、このルーフスラブ２に搭
載される各種炉心計装等の電気部品の制限温度杜約７０
ｃ程度であるので、ルーフスラブ２および回転プラグ９
の下部には、通常不活性ガスによる冷却流路１３と熱遮
蔽層１４等からなる冷却手段が設けられる。

したがって、ルーフスラブ２に形成される環状空間にお
いては、下部が高温、上部が低温となっておシ、このよ
うな温度分布が与えられた場合、レイリ数 Ｒａ＝（ｇβΔＴＬ”）／（ａν） ここに、ｇ；重力加速度 β；ガスの体膨張係数 ΔＴ；環秋空間における上下の温度差 Ｌ；環状空間の代表長さ ａ；ガスの温度伝導率 β；ガスの動粘性係数 がある値（これを臨界レイリ数と呼ぶ）以上になると自
然対流が発生する。第２図にこの自然対流の流動状況の
一例を示す。高温のアルゴンカバーガスは、環状空間の
１ケ所１５で上昇流１６となシ、環状空間の上端で２方
向に分かれ、これと正反対の周方向位置１７で下降流１
Ｂとなってカバーガス層へ戻る。このような対流の発生
組数は、環状空間の高さと直径の関係で決定される。即
ち、対流はカバーガスの上昇、下降距離（環状空間高さ
）と、環状空間上部での対流の水平方向移動距離とがほ
ぼ等しくなるような形状で生ずるものであり、タンク型
原子炉の場合ルーフスラブ２を貫通するＴＨＸ６、ポン
プ７等によシ形成される環状空間では第２図に示すよう
な一対の自然対流が生ずるのが一般的である。また、原
子炉容器ｌとルーフスラブ２との間の環状空間の如く環
状空間高さに比べて直径が著しく大きい場合には数対の
自然対流が生ずるものである。そして、この場合、上昇
流１６側のガス温度は下降流１８側のガス温度に比べて
高温であるため、−環状空間の周方向に温度差が生じ、
この環状空間部に配置される各部品に熱変形が発生する
ことになる。

例えば、原子炉容器１とルーフスラブ２の間に形成され
る環状空間においては、環状空間＾さに比べ、直径が太
きいため数対の自然対流が発生するが、これら数対の自
然対流は、原子炉容器中心に対して非対称の位置に設置
されている燃料移送シュート及び直接炉心冷却系用中間
熱交換器や、・炉心中心に対して偏心設置される各回転
プラグ等の、原子炉容器中心に対する非対称な原子炉構
造の影響を受け、必ずしも規則的な対流が生じるわけで
はない。したがって環状空間で１８００異なる位置、つ
まり対象位置における温度も必ずしも等しい訳ではなく
、原子炉容器全体を見れば周方向に不均一な温度分布に
なる可能性は多分にあシ、これは原子炉容器の熱変形の
原因となる。

また１ルーフスラブ２を貫通するＴＨＸ６、ボンプ７制
御棒駆動機構８、回転プラグ９等の比較的小径な炉心上
部機器の場合は環状空間部での熱変形が原子炉容器内へ
の挿入部分に拡大して表われ、機器接触による不都合の
発生が考えられる。

なお、自然対流は、以下の項目が同時に満足された場合
に発生することが知られている。

（ａ）　環状空間のギャップ幅がある値以上であること
。

（ｂ）　下方が高槁、上方が低温のいわゆる流動不安定
状能であること。

（Ｃ）　環状空間を形成する白丸の壁が熱抵抗を有する
こと。

従来では、（ａ）項を利用し、環状空間に金属メツシュ
を充填することにより、自然対流の発生を防止する手段
が考えられている。しかし、この場合はプラント寿命中
全体にわたって、即ち定格運転中においても、またＩＨ
Ｘａやポンプ７の引抜きメンテナンス時においても、メ
ツシュの小片の原子炉中への落下防止手段が必要である
が、そのためには構成が非常に複雑化するという問題が
生じる。

一方、（ｂ）項を利用するものとして、特開昭５７−３
８６９５号で開示されたものがある。即ち、第３図及び
第４図に示すように、機器の外胴と外ケーシングとの間
に上下方向及び周方向に複数の対流防止片１９を設けた
ものである。しかしながら、このような対流防止片１９
をタンク型高速増殖炉のルーフスラブの環状空間に適用
することは下記の理由により困難であると考えられる。

ＩＨ，Ｘおよび循珍ポンプは、故障時における引き抜き
メンテナンスが可能なように設計されるが、上述のよう
な対流防止板は、アルゴンカバーガス中のナトリウムミ
ストの付着と相まってルーフスラブと固着する可能性が
ある。

また、上述の対流防止板は環状空間のギャップ幅がほぼ
均一な場合には非常に有効であるが、タンク型高速増殖
炉においては、ＩＨＸはルーフスラブと炉心支持構造の
２ケ所を貫通するため、ルーフスラブ貫通孔ｊど炉心支
持構造の貫通孔の相対的製作誤差の分だけ環状空間のギ
ャップ幅が不均一となシ、対流防止板が有効に働かなく
なる可能性がある。

さらに原子炉構造に、このような金属の小片を用いる場
合は特に、落下、ナトリウム中への混入を防止すること
が必要でるるか、直径２０数ｍにも及ぶ原子炉容器の内
面に莫大な数の対流防止板を取シ付けることは信頼性の
観点から望ましいことではない。

なお、自然対流が生じたとしても、環状空間内に数対の
対流を生ぜしめ、温度差による機器の熱変形が一方向に
生じないようにすることも考えられる。

ＬＨＸ　、ポンプ、炉心上部機構等のルーフスラブ貫通
機器に対して、この考え方を適用した場合の構造の一例
を平面図で示すと第５図のようになる。ＩＨＸ、ポンプ
、炉心上部機構等のルーフスラブ貫通機器２０およびル
ーフスラブ２に、仕切シ板２１を取シ付け、元来、一対
の対流が生じようとしていたものを数対の対流に分割し
ようとする。しかしながら、ＩＨＸｌポンプ等のメンテ
ナンス時の引き抜きを可能にするためには、長期間の運
転によって仕切り板が固着しないよう、仕切り板を互い
にわずかながら離して取シ付ける必要があり、逆に、少
しでも仕切シ板間に隙間があると一対の自然対流が生じ
てしまい（一般に自然対流の流速は小さいため、流路に
かなりの障害があっても圧力損失は小′さく、流れは障
害を通シ抜けてしまう）、この構造は成立しなくなる。

また、原子炉容器とルーフスラブ間の環状空間の自然対
流は、もともと数対生じているが、前述のように、この
部分では対称な対流が生じているとは考えられず原子炉
容器に周方向温度差が生じる可能性がある。そのため、
第４図に示すような構造対策を施しても上述の問題点は
残る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ルー
フスラブに形成される環状空間内へのアルゴンカバーガ
スの自然対流による機器の変形を確実に防止することが
できるタンク形高速増殖炉を提供することを目的とする
。

〔発明の概要〕

本発明に係るタンク形高速増殖炉では、ルーフスラブの
環状空間部にカバーガスの対流に基づく温度差全周方向
に対象的に生じさせる熱降下部を設けるようにしている
。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第５図を参照して説明する。

なお、本実施例はＩＨＸまわりの環状空間を対象として
実施したものである。その他の原子炉上部機器の周囲に
適用した場合及びルーフスラブ周囲の環状空間に適用し
た場合についても共通性が多いのでこれらに対する記述
は省略する。

第５図に示すように、ＩＨＸ６の外胴３０はホットプー
ル中の高温の１次ナトリウム中に浸漬されている。この
ため、外胴を軸方向上方に伝導によシ熱が伝わり、何ら
かの対策Ｅ傳じないと外胴上端の７ランク部３工まで高
温となってしまう。

通常は、ルーフスラブ２との間に熱膨張差によって生じ
る応力を除去するため、ＩＨＸ６の外胴３０の内側に冷
却配管３２が設けられ、外胴３０およびフランジ３１を
冷却するようになっている。

また、環状空間の下端には、ナトリウムミストが環状空
間内へ侵入し、Ｉｆ（Ｘ６又はルーフスラブへ付着しな
いようにミスト侵入防止機構３３、例えばベローズを用
いた７一ル部やナトリウム溜シを設け、ナトリウムミス
トを捕えシールするナトリウムダム等の対策が施される
。

このような環状空間において、前述のごとく、一般には
一対の自然対流が発生しようとするが、本実施例では、
■ＨＸＯ外胴３０の板厚を周方向に沿う等間隔部位で数
ケ所外方に厚くし、環状空間に突出する上下方向に沿う
複数の突条３４を形成している。このような粱条３４（
換言すれば厚肉部）ｌ−１：、本発明で達成しようとす
る目的を満たすためには、周方向に最低２ケ所以上必要
でやる。

このような構成によると、ＩＨＸ６の外胴３０は内側か
ら冷却されて冷却配管３２から環状空間に接するＩＨＸ
６の外胴３０の外表面までの熱抵抗によって外胴３０の
表面温度が決まることから、凹条部３５では、その表面
温度は低く、突条部３４では尚くなる。従って、突末部
３４ではアルゴンガスは上昇流となシ、凹条部３５では
、下降流となるが、これらの上昇流、下降流が環状空間
内で対象的に発生するので、ＩＨＸ６が熱変形で一方向
に傾くことがなく、従ってその機能を損うことはない。

なお、本実施例のように、環状空間内に凹凸が存在する
構成では、熱的境界条件による対流の位置の規定だけで
なく、形状による対流の位置の規制が容易になシ、安定
した対流を得ることができるという利点もある。

なお、突条部３４及び凹条部３５の数としては、ＩＨＸ
６の外胴３０における発生応力の低減という観点からす
れば周方向温度差を小さくするようにできるだけ多いこ
とが好ましいが、一方、安定な、かつ、所定の位置で対
流を得るようにするにはできるだけ少ない方が良い。一
般的なタンク屋原子炉構造の運転温度条件、４造寸法を
基にした試算によれば、ＩＨＸ外胴における発生応力を
降伏応力の１／２〜１／３程度に押えるためには、凹凸
の組数はおよそ４〜８程度が好ましいことが確認されて
いる。

以上の実施例によれば、ＩＨＸ６の熱変形が防止され、
ＩＨＸ６と炉心支持構造間のシール部の小型化が図れる
。特にベローズシールの場合には、漏洩ナトリウム量を
少なくすることができる。また、循環ポンプの熱変形を
生じないので、循環ポンプのかじり等を確実に防止する
ことができる。

なお、前記実施例では、環状空間内の熱降下部ヲ環状空
間に突出する突条３４にしたが、本発明はそのようなも
のに限らず、他の種々の手段にすることが可能である。

例えば第８図及び第９図に示すものは、環状空間の内周
壁を形成する部材、即ちＩＨＸ６の外胴３０の表向部近
傍に周方向に間隔的に埋設された冷却配管３２によって
熱降下部を構成したものである。

このような構成によっても、ＩＨＸ６の周囲に形成され
た環状空間に高温部４０と低温ｓ３９を形成することが
でき、機器の熱変形が防止できるものであり、この場合
は特に熱降下部を積極的に、かつ直接的に設定できるの
で、高信頼性が得られる。

また、第１Ｏ図及び第１１図に示すものは、熱降下部を
、ＩＨＸ６の外胴３０に一定半径で周方向に冷却配管３
２を配置し、この冷却配管３２０表面側に一定間隔で断
熱材３６を配設することによって、環状空間内に熱降下
部を形成したものである。

このような構成によっても、前記実施例と同様の効果を
奏することができ、この場合は、冷却配管３２の配管構
成の簡単化が図れるという利点がおる。

なお、以上の実施例では、環状空間の内周壁を形成する
部材によって熱降下部を形成したが、外周壁を構成する
部材又はそれと内周壁構成部材の両方によって形成して
もよいことは勿論でるる。

〔発明の効果〕

以上の実施例で詳述したように、本発明に係るタンク形
高速増殖炉にこれば、ルーフスラブに形成される環状空
間部にカバーガスの対流に基づく温蔵差？周方向に対象
的に生じさせる熱降下部金膜けたので、ルーフスラブ自
身又は各種の炉心上部機器の熱変形を確実に防止するこ
とができるという、安全対策上の優れた効果が奏される
。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク型ＦＢＲ原子炉を示す構成図、第２図は
自然対流の流動状況を示す説明図、第３図は従来例を示
す概略図、第４図はその詳細構成図、第５図は他の従来
例を示す概略図、第６図は本発明の一実施例を示す要部
断面図、第７図は第６図の■−■線断面図、第８図は本
発明の他の実施例を示す要部断面図、第９図は第８図の
Ｗ−■線断面図、第１０図はさらに他の実施例を示す要
部断面図、第１１図は第１０図のＩＸ−Ｄ（線断面図で
ある。 １・・・原子炉容器、２・・・ルーフスラブ、３・・・
炉心、６．７．８・・・炉心上部機構、３２・・・冷却
配管、３４・・・突条部、３６・・・断熱材。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 眉　ｉ　図 蚕Ｚの ｇ 第　５　図 Ｚｌ 寮す凶 霊′？口 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器の上部を内部から熱的に遮蔽すると共に
   外部から閉塞するルーフスラブに、その軸心が上下方向
   に向う環状空間が形成され、この環状空間に原子炉容器
   内のカバーガスが流入するタンク形高速増殖炉において
   、前記環状空間部にカバーガスの対流に基づく温度差を
   周方向に対象的に生じさせる熱降下部を設けてなること
   を特徴とするタンク形高速増殖炉。 ２、熱降下部は、環状空間の内周壁又は外周壁を形成す
   る部材のいずれか一方又は両方からその環状空間に突出
   する上下方向に沿う複数の突条であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のタンク形高速増殖炉。 ３、熱降下部は、環状空間の内周壁又は外周壁を形成す
   る部材のいずれか一方又は両方の表面部近傍に周方向に
   間隔的に配設された冷却配管であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のタンク形高速増殖炉。 ４、熱降下部は、環状空間の内周壁又は外周壁を形成す
   る部材のいずれか一方又は両方に一定半径で周方向に配
   設された冷却配管と、この冷却配管の表面側に周方向に
   間隔的に配設された断熱材とによって形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載′のタンク形
   高速増殖炉。