JPS6129795A - ル−フスラブ機器貫通部における周方向温度差低減構造 - 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〕 本発明は高速増殖炉の炉上部構造（以下ルーフスラブと
称す）の機器貫通部で代表される環状空間に係り、特に
項状空間におけるカバーガスの自然対流に起因する機器
変形上有害な周方向の温度差に関して、貫通機器の引き
抜きに支障をきたすことなくこの周方向温度差を低減す
るに好適なルーフスラブ機器貫通部における周方向温度
差低減構造を提供するものである。

〔発明の背景〕

高速増殖炉の一例を第１図に示す、第１図はタンク型高
速増殖炉と呼ばれる炉型の縦断面図である。高速増殖炉
は通常冷却材として用いら九でいるナトリウムを収納す
る原子炉容器１と原子炉容器１の上部開孔部に設置され
るルーフスラブ２と原子炉容１１１の内部に設置され炉
心支持構造３にて支持される炉心４と上記ルーフスラブ
２に貫通搭載される回転プラグ５．中間熱交換器６．−
次系Ｉ！−環ボンプ７と回転プラグ５に貫通搭載される
炉心上部機構８等により構成され、原子炉容器１の内部
には上゛翫冷却材であるナトリウム９が収納される他に
ナトリウム９の自由液面とルーフスラブ２とで形成さ−
れる空間（以下刃バーガス空間と称す）には不活性ガス
通常はアルゴンガス１０以下カバーガスと称す）が封入
されている。

ナトリウム９は炉心４で加熱され炉心４の上部に位置す
るホットプレナム１１に入り、中間熱交換器６に吸い込
まれ熱交換をした後コールドプレナム１２に放出され、
さらにポンプ７に吸い込まれ加圧されて炉心下部の中間
プレーナム１３に放出されて炉心に戻る。

ここにホットプレナム１１の温度は通常原子炉運転巾約
５００℃という高温のため上記カバーガス１０の温度も
約４００℃という高温になる。一方ルーフスラブ２の上
部は人の接近性などを考慮して通常６０℃程度に保たれ
ている。

ルーフスラブ２は上記の如く多数の機器を貫通搭載して
いるため多数の機器貫通部を有する。また通常ルーフス
ラブ２に貫通搭載される機器はメンテナンス等のために
引き抜きが可能でなければならないという理由で、ルー
フスラブ２の機器貫通部壁面と貫通機器とで環状空間が
形成される。

この環状空間は上記カバーガス空間に連通しているため
カバーガス空間同様アルゴンガス１０が充填されること
になる。そこでこの環状空間が前述の如く下部が高温、
上部が低温という温度条件に保たれているためアルゴン
ガス１０は自然対流を起こす。この自然対流は第２図に
示すように周方向のある一点で上昇流が発生し、上端に
行きつくと左右に分れ１８０°反対側で合流して下降流
となるという周方向の循環流であることが判っている。

この周方向循環流の上昇側と下降側には温度差すなわち
周方向温度差が生じ、環状空間を形成する部材にも同様
の周方向温度差がもたらされ機器にとって好ましくない
熱変形をひき起こす。

従来上記周方向温度差低減策として考案された構造を第
３図に示す。本構造は環状空間をリブ１４により仕切り
、循環流を周方向に分割しようというものであり分割さ
れた循環流がもたらす周方向温度差が分割される前相比
して小さくなるという点に着目したものである。しかし
ながら本構造においてはリブ１４が環状空間外側壁面す
なわちルーフスラブ貫通部壁面に密着していれば循環流
が分割されることは明らかであるが、これは機器の据付
は１不可能である。

従ってリブ１４とルーフスラブ貫通孔壁面との間には間
隙を設ける必要がある。ところがこの間隙がある隼（一
般には何■というオーダー以下）以上になるリブ１４は
環状空間を仕切２るという本来の効果を失ってしまい、
周方向−投の循環流−が生じてしまう。

、次にこの刑隙を機器の据付は引き抜き上杵される値ま
でさらに小さくすることが考えられるが、その場合には
循環流を分割できるかどうか確認されていないというこ
との他に次の問題が生じる。

すなわち原子炉がナトリウムを冷却材として長期に渡っ
て運転されることからカバーガス中にはナトリウムの蒸
気とミストが多量に存在するたヤ。

これらナトリウム蒸気とミ不トの蒸着によりリブ１４と
ルーフスラブ貫通部壁面とが固着し機器引き抜きに支障
をきたすという問題である。

従来考案されている周方向温度差低減策は上記の他に環
状空間を軸方向に分割することを目的として周方向にリ
ブを設置するものやリブではなく金属メツシュにより仕
切る構造など多数あるがいずれも前述の問題は残されて
いる。

〔発明の目的〕

本発明はルーフスラブの機器貫通部で代表される環状空
間内で生じる自然対流が環状空間を形成す−る部材にも
たらす周方向温度差を低減し、かつ貫通機器メンテナン
ス時の引き抜きに支障のないルーフスラブ機器貫通部に
おける周方向温度差低減構造を提供するこζを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明の概要をルーフスラブの中間熱交換響貫通部を例
に中間熱交換器に着目して述べる。

本発明は中間熱交換器強度部材の外表面に自由な熱変形
が許される充分に薄い部材をカバーとして取り付け、中
間熱交換量強度部材とカバーとで形成される環状空間を
軸方向あるいは周方向にリブにて仕切る構造である。

ここにルーフスラブ貫通部壁面とカバーとで形成される
環状空間は中間熱交換器メンテナンス時の引き抜きに支
障のないだけの環状間隙を有することが要求される。ま
た中間熱交換器強度部材とカバーとで形成さ尻る環状空
間はその上下端のうち少なくとも一方は閉塞されていな
ければ雇らず、上下端とも閉塞されていることが好まし
い。この場合には上記環状空間は密閉されろことになる
ためカバーガスとは別のアルゴンなどのガスが封入され
る。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第４図に示す。本構造はルーフスラブ
の中間熱交換器貫通部を表わしているものである。中間
熱交換器強度部材６の外表面一はカバー１５が取り付け
られルーフスラブ２と中間熱交換器強度部材６とで形成
される環状空間は径方向に２分割されている。内側すな
わち中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成され
る環状空間は軸方向に設置されたリブ１４番こより周方
向に分割されている。ことにカバー１５には中間熱交換
器の構造強度に寄与するこ′とを期待しない充分に薄い
板厚の部材が用いら九でいる。外側すなわちカバー１５
とルーフスラブ貫通孔壁２とで形成される環状空間は中
間熱交換量の挿入及び引き抜きに支障がないような間隙
となっている。

本実施例によれば以下の効果がある。

まずカバー１５とルーフスラブ貫通孔壁とで形成される
環状空間では従来同様に周方向一対のカバーガス自然対
流が生じ上昇流側と下降流側との温度差すなわち周方肉
温示差がもたらされる。この周方向温度差によりカバー
１５には同様の周方向温度差が生しるためカバー１５は
熱変形を起こす、しかしながらこのカバー１５の変形は
中間熱交換器全体の変形にとっては無関係と言えるもの
で問題はない。

次に中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成され
る環状空間であるが、この間隙・はリブ１４によって完
全に仕切られているためその区画びとに独立なカバーガ
ス自然対流′ｔｆｉ生ずる。中筒熱交換器強度部材６の
温度分布すなおち中間熱交換器全体の変形を決定するの
はこの自然対流である。

上記のリブ１４によって仕切られた区画毎の独立な循環
流の実表的なパターンを周方向に展開して第５図と第６
図に示す。本実施例においてはリブ１４は周方向４箇所
に設置されているので４つの循環流が生じる。図中矢印
で示したのがその循環流である。第５図のパターンは周
方向の１８０゜対向した位置Ａに上昇流が生じ、上昇流
と９０゜ずれた位置にやはり１８０°対向して下降流が
生じたものである。この場合には中間熱交換器本体に変
形を、もたらす１８０°対向した位置の温度差いわゆる
周方向温度差はほぼ零になり問題はない。

第６図は周方向の１８０’対向した位置Ａに上昇流と下
降流が生じ、これらと９０°ずれた方向では上昇流と下
降流がリブ１４をはさんで両方生じるパターンである。

この場合には中間熱交換器本体に変形をもたらす１８０
°対向した位置の温度差は一零、に・はならない。しか
しながらまず分割された循環流の温度差について考える
と、上昇流と下降流の温度差は主として環状空間上端で
の放熱によるものであるからリブ１４によって周方向の
流路長が短くなったことにより図中Ａ、Ｂ間の温度差は
周方向一対の循環流が生じた場合よりも小さくなる１次
に上昇流と下降流がリブをはさんで存在しているＢ部に
ついて考えると、この部分は上昇流と下降流それぞ九の
保有熱量のバランス決定される平均的な温度になるから
上昇流にとっては温度が下がる方向であり、下降流にと
っては温度が上がる方向となるため図中ＡＢ間の温度差
はさらに小さなくる。

簡単なモデルにより計算すると上記の第１の理由により
ＡＢ間の温度差は周方向一対の循環流が生じ−た場合の
１／２になり、第２の理由によりさらに１／２番こなる
。、従って中間熱交換器本体に変形をもたらす１８０”
対向した位ＮＡの温度差も１／２になる。同様にリブ１
４の数を６，８゜１０・・・と増やしてゆけば周方向温
度差は１／３゜１／４，１１５・・・と小さくすること
が可能である。

またリブ１４の数を５．７．９・・・と奇数にすること
で１８０°対向した位置に上昇流、下降流が生ずること
を避けることも可能である。

以上述べたように本実施例に−よれば中間熱交換器強度
部材に生じる周方向温度差を低減することが可能である
。

本発明の他の実施例を第７図に示す。本構造は中間熱交
換器強度部材６の外表面にカバー１５を取り付けるのは
前述の実施例同様である。違う点は中間熱交換器強度部
材６とカバー１５とで形成される環状空間が周方向に設
置されたリブ１４により軸方向に分割されていることで
ある。

本実施例によれば以下の効果がある。

まずカバー１５とルーフスラブ貫通孔壁とで形成される
環状空間については前述の実施例同様であるので説明は
省く。

中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成される環
状空間については代表的な循環流のパターンを周方向に
展開して第８図と第９図に示す。

第８図のパターンは軸方向にも周方向にも分割された小
さな循環流が多数少じたケースである。軸方向に分割さ
れるのはリブ１４番；よって環状空間が仕切られている
ためであるが、周方向に分割されているのは環状空間が
リブによって仕切られたことにより幾何形状つまり円周
と高さの比が変わつたためである。すなわち個々の循環
流として周方向と高さ方向の長さの比が等しいものが安
定に存在しやすいという理由による。しかしながらこれ
はいかなる場合でも成立するとは限らず、本構造の如く
前述のようにカバー１５には周方向１８０”対向した位
置に温度差が生じることを考えるとその周方向温度差の
影響で対応した位置に上昇流と下降流が生じることも考
えられる。その循環流パターンを第９図に示す。

これらの場合には１８０ａ対向した位置の温度差いわゆ
る周方向温度差は零になるとは限らない。

しかしながらこの周方向温度差は循環流が軸方向に分割
されたことにより小さくなる。すなわち自然対流の駆動
力は根本的には上下（軸方向）の温度差であり、これが
分割されたという理由によるものである。さらに第８図
の例の如く循環流が周方向にも分割された場合には周方
向温度差は前述の実施例で述べた理由により一段と小さ
くなる。

以上述べたように本実施例によれば中間熱交換器強度部
材に生じる周方向温度差を低減することが可能である。

本発明の他の実施例を第１０図に示す。

本構造は中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成
される環状空間から線状に設置されたリブ１４により仕
切られているものである。

本実施例によれば以下の効果がある。

中間熱交換器強度部材６とカバー１５とで形成される環
状空間における循環流パターンを局方向に展開して第１
１図に示す。本構造の場合にはリブ１４が斜めに設置さ
れていることにより循環流パターンは規定される。すな
わち上昇流はリブ１４の下側を下降流はリブ１４の上側
をリブ１４に沿って流れるため第１１図においてはリブ
１４によって分割されたすべての区画において周方向右
向きの循環流となる。

この場合には前述の実施例同様周方向に分割したことに
よる周方向温度差低減の効果がある他に、上昇流、下降
流はリブ１４をはんで対で生じることから周方向の温度
分布は均一化の方向に向かい、さらに１８０”対向した
箇所に上昇流、下降流が゛位置することがないので機器
変形上有害な周方向温度差はほぼ零になる。

以上３つの実施例について述べたがこれらの構造は単独
ではなくそれぞれ組み合わせてももちろん有効である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明によれば以下の効果がある。

まず中間熱交換器強度部材外表面に熱変形を吸収できる
カバーを取り付けたことにより、メンテナンス時の引き
抜きに支障ないだけの環状間隙を有することができる。

次に同様の理由により中間熱交換器強”皮部材とカバー
との間を完全に（すきまなく）仕切ることが可能となっ
た。このため中間熱交換器強度部材の温度を決定する上
記環状空間の自然対流による循環流を任意に分割（細分
）することにより上記強度部材にとって熱変形上有害な
周方向の温度差を低減〜熱変形を大幅に緩和することが
可能である。

早５図 ＩｔＬ 拓６図 八　　　　Ｂ　　　　ハ 第８図 病９図 不１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ルーフスラブの機器貫通部において、環状空間を形
   成する壁面に自由な熱変形が許される充分に薄い板厚の
   カバーが取り付けられ、このカバーとカバーが取り付け
   られた壁面とで形成される環状空間がリブによって任意
   の区画に仕切られ、これらリブによった仕切られた空間
   にはアルゴンなどのガスが充満せられていることにより
   上記リブが取り付けられた壁面の熱変形を緩和できるこ
   とを特徴とするルーフスラブ機器貫通部における周方向
   温度差低減構造。