JPS6064291A - 高速増殖炉の炉内構造物保護装置 - 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〕 この発明は、高速増殖炉の炉内溝造物保護装置に係り、
特に炉内冷却材を強制循環させる攪拌装置を備えた高速
増殖炉の炉内購造物保護装置ＩＫＩＭするＯ 〔発明の技術的背景とその問題点〕 一般に高速増殖炉は液体すｌ−ＩＪウム等の液体金￥シ 属を冷却材と使用している。この液体金４の冷却材は、
熱伝導能力がきわめて大きいため、原子炉容器内１４１
造物の冷却材接触部は通常運転時冷却材の温度に極めて
迅速に追従して温度変化するが、原子炉の起動、停止時
には炉内冷却材の液面下において冷却材に低温部および
高温部のよどみができる可能性がちる。このため、原子
炉の運転開始時や停止時のように、冷却材の温度が変化
する場合には、原子炉容器壁や炉上部機購壁８に大きな
温度勾配が生じて過大な熱応力が発生し、原子炉容器や
炉内溝造物の健全性を損う恐れがある。

ところで、従来のループ型高速増殖炉は、第１図に示す
ように１・ｎ成され、原子炉容器１ばその上端開口部が
遮蔽プラグ２で閉塞されて密閉容器とされ、内部に液体
ナトリウム等のｅ、体金属からなる冷却材３が充填され
る。遮蔽プラグ２の回転プラグ２ａには炉心上部機構４
が設けられ、この炉心上部を浅溝４のＦ部に炉心５が装
架される。

しかして、冷却材３は、−次主循壌ボンプ６を稼動させ
ることにより人口配管７ａから高圧ブレナムを経て炉心
５に供給され、この炉心５を上昇する間に昇温され、高
温の冷却材となる。この冷却材は出口配管７ｂから１次
循環系７内に流出され、中間熱交換器８に案内される。

中間熱交換器に案内された冷却材４はその熱交換器内を
流れる２次冷却材と熱交換して冷却され、中間熱交換器
８の出口から再び一次主循環ポンプ６内に流入される。

また、原子炉停止時には、炉心５で発生する崩壊熱を炉
内で冷却しなければならない問題がある。

炉心５で発生する崩壊熱は、炉停止後１年以上経過する
と一般的に加〜５０　ｋｗ程度となる。このとき、冷却
材４が１次循環系７を自然１盾環で流れているとすると
、中間熱交換器８出口の冷却材温度は１５０℃以下にな
ることが予想され、１次循環系７の配管内で冷却材４は
凍結され、冷却材循環が不可能になる。この場合には、
炉心５で発生する崩壊熱冷却を原子炉容器ｌからの放熱
のみによって行なわなければならない。

その際、原子炉容器１からの放熱作用をスムーズに行な
うため、遮蔽プラグ２の回転プラグ２ａに緊急炉心補助
冷却系９が設けられ、この補助冷却系９は炉停止時に稼
動されるようになっている。

この緊急炉心補助冷却系９νよ、炉内中間熱交換器９ａ
、二次側配管９ｂおよび冷却器９ｃから溝成され、炉内
中間熱交換ｉ９ａの液面下部の窓口から炉内冷却材４が
流入される。流入された炉内冷却材４は二次側配管９ｂ
を通って送られる冷却材と熱交換されて冷却され、炉内
中間熱交換器９ａの下部から流出され、この緊急炉心補
助冷却系９を介して放熱が行なわれている。

ところで、炉心の崩壊熱冷却は自然対流にょる冷却であ
り、その際、冷却材の冷却パスは、反射体連結管内を流
下して低圧プレナム５ａ内に入り、ブラケット燃料内を
上昇するバスと、匹圧グレナム５ａに入った冷却材４が
下部嵌合部（漏洩部）あるいＦｉ低圧プレナムオリフィ
ス孔から高圧ブレナム５ｂに入シ、炉心燃料内を上昇す
るパス等が考えられる。

このような冷却材４の冷却バスを、従来は原子炉ｇ器１
からの放熱あるいは炉内中間熱交換器９ａを介した緊急
炉心冷却系９からの放熱により溝成し、自然対流によね
冷却材４を冷却している。

しかしながら、炉心５で発生する崩壊熱の除去を、冷却
材４の自然対流のみによる冷却では、炉内液面近傍と液
面下方との間に温度差が生じ、均一にならない状態で冷
却材４が層状に流れる層化流動現象が起き、ひいては炉
内（（４都成）機器に過大な熱応力が発生し、炉内機器
の健全性を損なう可能性があった。

〔発明の目的〕 この発明は上述した点を考慮し、原子炉起動時および停
止時に、冷却材の温度変化に伴う炉内構造物の軸方向の
温度分布を均一化して熱応力を軽減するとともに、原子
炉停止時に炉心の崩壊熱冷却時の層化流動現象を緩和さ
せ、炉内構造物の健全性、信頼性を高めた高速増殖炉の
炉内構造物保護装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明に係る高速増殖炉の炉内構造物保護装置は、上
述した口吻を達成するために、原子炉容器内の炉上部機
構の周辺部に、炉内冷却材を強制的に循環させ、攪拌さ
せる攪拌装置を設け、この攪拌装置を作動操作する作動
装置を原子炉容器外に設置したものである。

具体的には攪拌装置は炉上部機構の周辺部に外周方向に
沿って複数台設けられた気泡ポンプであり、この気泡ポ
ンプの汲出しパイプの下部に作動装置から不活性ガスを
注入し、この不活性ガス注入によシ炉心上部付近および
周辺部の炉内冷却材を液面近傍に汲上げ、強制的に蘭項
させるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の好ましい実施例について添付図面を参
照して説明する。

この発明は冷却材が自由液面をもって充填されている炉
容器および炉内構造物に適用されるものであり、特に冷
却材が５００℃以上の温度で運転されることの多いルー
プ型高速増殖炉の原子炉容器および炉内構造物に適して
いる。

第２図は、この発明を実維したループ型高速増殖炉を示
す断面図であり、図中、符号ＩＯはコンクＩＪ　−ト製
の図示しない格納容２厚内に格納される原子炉容器を示
す。この原子炉容５１０はその頂部開口部が遮蔽プラグ
１１で気密的に覆われて密閉容器とされ、内部Ｖｒ−液
体ナトリウム等の液体金目からなる冷却材１２が充填さ
れる。冷却材１２の自由液面１２ａとＳ藪プラグ１１の
下面との開にカバーガス空間１３が形成され、このカバ
ーガス空間【３にアルゴンやヘリウム等の不活性ガスか
らなるカバーガスが充填される。

一方、遮蔽プラグ１１は原子炉容器１０の頂部に固定さ
れた固定プラグｔｉａとこの固定プラグｌｌａの偏心位
置で回転自在に支持された回転プラグｔｉｂとを有し、
この回転プラグｔｉｂに炉心上部機構［５が設けられて
いる。炉心上部機ｌ７１１５はその下部が原子炉容器Ｌ
Ｏ内に入って炉内冷却材１２に浸漬される一方、炉心上
部機１９４１５の下方には炉心１６が形成される。炉心
１６は原子炉容器ＩＯの中央下部に低圧プレナム１７お
よび高圧プレナム【８を介して設けられている。低圧プ
レナム１７の下部には炉内仕切壁１９を介して下部チャ
ンバ加が形成され、この下部チャンバ加に一次循環系７
の入口配管７ａが臨んでいる。−次循環系７の構成は第
１図に示す従来の高速増殖炉と同一であり、説明を省略
する。

また、原子炉容器１０内の炉上部機構［５の周辺に攪拌
装置としての気泡ポンプｎが複数台、第３図に示すよう
に周方向に適宜間隔をおいて配設される。気泡ポンプｎ
は不活性ガスの気泡を利用して炉内冷却材１２を強制的
にＯｉ壊させ、４″Ｊｔ拌するもので、筒状の汲出し管
器とガス注入管あとから構成される。汲出し管ｎは上端
が炉内冷却材１２の自由液面下に開口する一方、その下
端開口には、ガス注入管２４の上向き吹出ノズル５が緩
く導入されている。

ガス注入・θＭは原子炉容器■０の外部からａ蔽プラグ
１１の回転プラグｌｌｂを貫通して導入され、原子炉容
器１０内を下方に延び、汲出し管器の下方でＵ字状ある
いはコ字状に湾曲され、その先端に上向きの吹出ノズル
乙が装着される。ガス注入′ｉ？２４の途中には例えば
注入ヘッダ（図示せず）が設けられ、ガス注入管Ｍを汲
出し管おの数に対応した複数の分岐管に分けている。

原子炉容器１０の遮蔽プラグ１１と炉内冷却材１２の自
由液面との間に形成されたカバーガス空間１３から、ガ
ス圧出管がが導出される。このガス注出管あは遮蔽プラ
グ１１の回転プラグｌｌｂを貫いて原子炉容器１０外に
出ており、原子炉容器１０外においてペーハートラップ
２７および作動装置としてのガス循環ポンプ路が設けら
れ、その他端はガス注入管′、！Ａに接続され、閉じた
不活性ガス循環ループを形成している。ガス注入￥！討
にはカバーガス圧を調節する不活性ガスボンベ四が接続
される。

次に、この発明の作用圧ついて説明する。

ループ型高速増殖炉の運転時には、−次循環系７の一次
主循環ポンプ６（第１図参照）を稼動させて冷却材を入
口配管７ａから底部チャンバ加を経て高圧プレナム１８
に供給する。供給された冷却材が高圧プレナム【８を介
して炉心［６を上昇する間に昇温され、高温の冷却材１
２となって出口配管７ｂから一次循環系７内に流出され
る。流出された高温の冷却材は中間熱交換器８１７Ｃ流
入され、この熱交換器８内で２次冷却材と熱交換されて
冷却され、その出口から再び一次主循項ボング６に流入
され、１つの閉じた一次冷却材循環サイクルが終了する
。

次に、高速増殖炉の炉停止時には、作動装置としてのガ
ス循環ボング祁を稼動させ、ガス注入管あへアルゴンガ
スやヘリウムガス等の不活性ガスを強制的に送給する。

ガス注入管Ｍ内を送られる不活性ガスは吹出ノズル５か
ら攪拌装置としての気泡ポンプ四の汲出し管る内に吹き
出され、吹き出された不活性ガスは、気泡となって汲出
し管る内を、炉内冷却材１２を巻き込んだ状態で上昇し
、その上端開口から放出される。

この気泡ポンプηを作動させ、炉心上部付近等の冷却材
１２の汲出しを継続することにより、原子炉容器ＥＯ内
で冷却材１２を強制的に循環させ、攪拌させることがで
きる。これにより、炉心Ｌ６の崩壊熱冷却時に、原子炉
容器［０あるいは炉上部機構［５の軸方向温度分布を均
一にさせ、炉内冷却材【２の層化流動現象を緩和させる
ことができ、大きな熱応力の発生が未然にかつ効果的に
防止される。その際、攪拌装置としての気泡ポンダｎは
原子炉容器ＩＯ内に機械的稼動部分がないため、故障が
生じにくく、安全性に富み信頼性が高い。

また、気泡ポンプｎの汲出し管器内にガス注入管討の吹
出ノズルδを深く挿入させた場合には、吹出ノズル２５
部分で発生した気泡を汲出し管あの外部へ洩らすことが
ほとんどなくなり、少ないガス注入量で炉内冷却材１２
の攪拌を効率よく行なうことができる。その際、不活性
ガスの注入ガス圧を高くしても気泡が汲出し管器から漏
洩することがないので、吹出ノズル５からのガスの吹出
し速さを上げることができ、攪拌量が増加する。また、
ガス注入管Ｕ内へはカバーガス空間【３内の不活性ガス
が循環して供給されるものであシ、放射性ガスの外界へ
の放出が確実に防止され、さらに、原子炉容器［０内の
カバーガス圧力が異常に上昇する恐れもなく、安全性が
高い。

高速増殖炉の非常時において、作動装置としてのガス循
環ポンプ四への連成が断たれたときには、図示しない隔
離弁を開けて不活性ガスをガス注入管討へ送給すること
により、原子炉容器１０内の冷却材攪拌が継続され、炉
内冷却材」２が積極的に攪拌されて温度が均一化される
ので、炉内冷却材１２の液面下においても高温部や低温
部の局所的発生を未然に防止でき、原子炉容器［０や炉
上部機構等に温度勾配が生ずるのが未然に防止される。

このとき、カバーガス空間［３内の不活性ガスのガス圧
の調整は図示しないガス調整系により行なわれる。

次に、この発明の変形例について第４図を参照して説明
する。

この変形例に示されたものは、汲出し管おおよびガス注
入管ｕの途中に伸縮ベロー加、３１を介装させ、汲出し
管器の下端位置を位置調節棒：３２により調節自在とし
たものである。位置調節棒３２はガス住人管２４の頂部
から密封ベロー３３を介して管内に入り、ガス注入管Ｍ
の伸縮ベロー３１の下方において、ガス流通板あに接続
される。ガス流通板３５は、ガス注入管あの内壁に固定
され、多数のガス流通孔３６が穿設されている。このよ
うに、炉内冷却材の温度に応じて汲出し管あの吸込み位
置を変化させ得るようにしてもよい。

また、ガス住人管Ｕと汲出し・ａ２３の間には連、債具
３８が設けられ、両管る、あを一本釣に連結している。

上記汲出し管おの下端部は下端部ｒ：Ｊに向って漸次拡
開するようにテーバしており、その下端に冷却材流通板
３９が下端開口を覆うように設けられ、上記流通板３９
にガス注入管２４の吹出ノズル篇が取付けられる。吹田
ノズル５周りの冷却材流通板３９には冷却材流通口４ｏ
が複数設けられており、この流通口４０を介して炉内冷
却材［２が汲出し管お内に案内される。

なお、この発明の一実施例の説明においては、ループ型
の高速増殖炉について説明したが、タンク型高速増殖炉
等の原子炉に適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る高速増殖炉の炉内構
造物保護装置においては、原子炉容器内の炉上部機構周
辺部に、炉内冷却材を強制的に循環させ、攪拌させる攪
拌装置を設け、この攪拌装置を作動操作させる作動装置
を原子炉、容器外に設けたから、原子炉の起動、停止時
に攪拌装置を作動させることにより、炉内冷却材を原子
炉容器内で積極的に攪拌し、循環させるので、炉内冷却
材の温度を軸方向（上下方向）にわたりほぼ均一に保つ
ことができ、冷却材の温度変化に伴う炉内構造物の軸方
向温度分布を均一化し、原子炉容器や炉内構造物の熱応
力を軽減することができる。また、原子炉の停止時に炉
内冷却材を攪拌し、積極的に循環させることにより、冷
却材が局所的に高温になったり、低温になったりするの
を防止でき、炉心崩壊熱冷却時、層化流動現象を緩和さ
せ、炉内構造物の健全性を確保することができる。

また、攪拌装置を気泡ボンダで形成した場合には構造が
簡単であり、かつ機械的な稼動部分がないため、長期間
にわたってポンプ動作を安全かつ確実に行なうことがで
き、信頼性が高い。

さらに、原子炉運転時に攪拌装置を作動させた場合には
、炉内冷却材の液面近傍の温度均一化を有効的に図るこ
とができ、液面近傍の炉内構造物の熱応力低減を有効的
に図れる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のループ型高速増殖炉を示す図、第２図は
この発明に係る高速増殖炉の炉内構造物保護装置の一実
施例を示す断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿う断
面図、第４図はこの発明の変形例を示す部分的拡大断面
図でちる。 ［０・・・原子炉容器、■１・・・遮蔽プラグ、ｌｌａ
・・・固定プラグ、ｌｌｂ・・・回転プラグ、１２・・
・炉内冷却材、［３・・・カバーガス空間、【５・・・
炉上部機１、［６・・・炉心、ｎ・・・気泡ポンプ（攪
拌装置）、オ・・・汲出し管、Ｍ・・・ガス注入管、２
６・・・ガス注出！、２７・・・ペーノく一トラップ、
邦・・・ガス循環ポンプ（作動装置）、２９・−・不活
性ガスボンベ、３０，３１・・（１１ベロー、３２・・
位置調節棒、ル・・密封ベロー、３８・・・連結具、３
９・・・冷却材流通板。 出願人代理人　波　多　野　久 第１図 ｑ 第２図 第３図 １ ３ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器内の炉上部機購周辺部に、炉内冷却材を
   強制的に循環させ、攪拌する攪拌装置を設け、この攪拌
   装置を作動操作させる作動装置を原子炉容器外に設置し
   たことを特徴とする高速増殖炉の炉内構造物保護装置。 ２、攪拌装置は炉上部機はの周辺部に外周方向に沿って
   複数台設けられた気泡ポンプである特許請求の範囲第１
   項に記載の高速増殖炉の炉内構造物保護装置。 ３、気泡ポンプは、炉内冷却材の自由液面の下方に上端
   が開口した中空筒状の汲出し管と、この吸出し管の下端
   開口内に臨む不活性ガスのガス注入管とから構成され、
   上記ガス注入管は原子炉容器の外部から容器内に導入さ
   れた特’、Ｉ、！「、請求の範囲第２項に記載の高１屯
   増殖炉の炉内１７に造物保獲装置。 ４、ガス注入管は作動装置から延びており、原子炉容器
   の頂部を覆う厘蔽プラグを貫通して原子炉容器内に案内
   された特許請求の範囲第３項に記載の高速増殖炉の炉内
   構造物保護装置。 ５、作動装置は、原子炉容器のカバーガス空間から導出
   されたガス注出管に設けられたペーパートランプおよび
   ガス循環ポンプと、ガス注入管に接続された不活性ガス
   ボンベとを有し、上記ガス注出管はガス注入・ａに接続
   されて閉ループが形成された特許請求の範囲第１項に記
   載の高速増殖炉の炉内構造物保護装置。 ６、汲出し管およびガス注入けは連結具で互いに連結さ
   れる一方、上記汲出し管およびガス注入管の途中に伸縮
   ペローが介装され、汲出しＵの下端開口位置を位置調節
   可能にした特許請求の範囲第３項に記載の高速増殖炉の
   炉内構造物保、Ｉ的装置。