JPS6147581A - 液体金属冷却型高速増殖炉 - 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］ 本発明は原子炉容器および炉心上部機構に冷却材液面近
傍に発生ずる熱応力の緩和手段を講じた液体金属冷却型
高速増殖炉に関する。

［発明の技術的背景コ 一般に、液体金属冷Ｆ！Ｉ型高速増殖炉においては、ナ
トリウム等の液体金属が冷却材どして用いられている。

このような冷却材は、周知のように金属であるために熱
伝導率が極めて大きく、さらに液体であるために対流に
よっても熱を伝達するので、その熱搬送能力が非常に大
きい。

一方、冷却材の液面上には、アルゴンガス等のカバーガ
スが封入されており、このカバーガスは、冷却材に比べ
て熱搬送能力が極めて小さい。したがって、高温の冷却
材からの熱は、そのはどんとか原子炉容器に伝熱され、
原子炉容器に伝熱された熱は、原子炉容器壁中を上方に
伝わろうとする。

ところが、原子炉容器は、一般にステラ１ノス鋼で形成
されており、このステンレス鋼は熱伝導率が小さいので
、冷却材液面から上方にか［）で比較的大きな温度勾配
が生じる。

このため、原子炉容器のうち冷却材と接する部分では、
温度が一定で温度勾配が零であるのに対し、冷却材液面
より上方の部分では比較的大ぎな温度勾配となり、冷却
材の液面近傍で温度勾配の不連続が生じる。そして、そ
の結果冷却材液面近傍に過大な熱応力が発生し、原子炉
容器の健全性に悪影響を及ぼすおそれがある。特に原子
炉起動時、停止時等の冷却材温度が急激に変化する場合
は、温度勾配の不連続性が一層大きく、それによる熱応
力も非常に大きくなる。

以上は原子炉容器について述べたが炉心上部機構におい
ても同様である。

ところで、従来この液面近傍の熱応力を軽減する手段と
し°Ｃ１例えばパケット方式、液位制御方式、炉壁冷却
方式が提案されている。パケット方式どは、液面近傍の
炉壁に冷７Ｉｌ材を入れたバケツ１〜を設り、パケット
内の液面を炉内の液面より高いレベルに保持することに
よって、パケット内の冷却材の熱伝導効果により、液面
近傍の温度勾配の不連続を緩和し、温度勾配の不連続に
伴って発生ずる熱応力を軽減する方法である。

液位制御方式は、前記パケット内に冷却材を注入するオ
ーバーフローノズルを覗け、このオーバーフローノズル
によってパケット内の注入される冷却材の量を調節する
ことによってパケット内の液位を上下に変動させるもの
である。そして、これによって高温の冷却材が原子炉容
器に接する位置にある程度の幅を持たせ、この幅内で原
子炉容器の液面近傍における温度分布を平均化すること
によって温度勾配の不連続を緩和している。

また、炉壁冷却方式は、高圧ブレナムから低温高圧の冷
却材を取り出し、この冷却材を引き回して冷却材液面近
傍部の原子炉壁を冷２Ｊ］　した後、その一部を高温の
冷却材中に放出するもので、原子炉容器温度を低下させ
ると共に高温の冷却材の熱搬送能力を弱めることによっ
て一度勾配の不連続を緩和している。

［背景技術の問題点］ しかしながら、前記の各方式にはそれぞれ次のよう４【
欠点がある。すなわち、パケット方式では、パケット内
の冷ＩＪ材の蒸発等によりパケット内の冷却材の液位が
低下した場合、もしくは炉内の液位の制御に失敗し、炉
内の液位が上昇した場合等で、パケット内の液面が炉内
の液面より白くなった場合には、前記熱応力の緩和効果
が得られないという欠点がある。

液位制御方式は、オーバーフローノズルなどの付属設備
を必要とするので構造が複￥ＩＥ化し、パケット内の液
位を常時制御するために、冷却系システムどの設置上や
運転上の取合条件が複雑となり、蓮転要領の繁ｆｊＩＬ
化がまぬがれなくなる。また、パケット内の液位制御に
失敗した場合の対応も別途形えねばならないという欠点
がある。

炉壁冷却方式の場合は、上述した如く高圧プレナムから
低温の冷７Ｊ］　Ｕを取り出すために原子炉容器内を引
き回１゛冷ムロ材の流路が必要となるので構造が複雑化
し、ざらに液面近傍の周囲に均等な冷ｌＪ１効宋をえる
ために流路をｆｉＷ度よく製作、組立づ゛る必要がある
ので建設コストが高くなるという欠点がある。また低温
の冷却材の一部を高温の冷却材中に放出するため、プラ
ントの熱効率も悪くなる。

［発明の目的］ 本発明の目的は、特に原子炉の起動時や停止時に原子炉
容器および炉心上部機構の液面近傍に生ずる軸方向温度
勾配を軽減さぼて熱応力を低減させ、原子炉容器および
炉心上部機構の破（員を防止するようにした液体金属型
高速僧殖炉を提供ザるにある。

［発明の概曹］ 本発明による液体金属型盲速増殖炉は、冷ｕＪ　イ３液
面近傍に７ニユラス部を設け、その下端［ユじゅうぶん
冷却材中に浸るように設置し、上端は冷却材液面上に位
置するように設置し、かつアニユラス部に微細な管群を
押入り−るが、金属ポーラスもしくは金属ウールを詰め
ることによっても毛細管現象により、アニユラス部の冷
却（Ａ液面を上昇さぜるようイｊ１￥成したことを特徴
とするものである。

〔発明の実施例コ 以下本発明を原子炉容器に実施した場合を示す−図面を
参照して詳Ｉｌｌに説明する。本発明の液体金属型品速
増殖炉のｔｌｊ（ｎ８構成を示す第１図において、原子
炉容器１内には炉心３を収納した炉心槽２が設？１され
ている３、また、この原子炉容器１内には液体金属の冷
ＪＪＩ材４が同図に示プ゛液位まで蓄えられている。こ
の冷却材４は冷却材流入管５を通って常時炉心４ｆｆｉ
　２内の下部に供給されてＪ３す、炉心１！！Ｉ２内の
下部に供給された冷却材４は、炉心３内を上方に流れて
加熱され、原子炉容器１内上方に高温どなって流出する
。そして、高温どなった冷却材４は、冷１．１１材流出
管６を通って原子炉容器１外方へ流出し、中間熱交換器
（図示せず）で二次冷却材と熱交換されて冷却される。

中間熱交換器によっ−（低温どなった冷却材４は、再び
冷却材流入管５を通って炉心槽２内の下部に供給され、
上述した経路を循環している。

原子炉容器１の上端は、遮蔽プラグによって閉塞され、
原子炉容器１内は密閉されている。また、原子炉容器１
内の冷却材液面から上方にか（プて形成されたカバーガ
ス空間８には、アルゴンガス等のカバーガスが封入され
ている。上記遮蔽プラグ７は固定プラグ７ａ、大回転プ
ラグ７１）、および小回転プラグ７Ｃとから（１°１１
成され、小回転プラグ７Ｃには制御俸駆動懇構（図示せ
ず）や冷１．１′１月４の計測系などを内蔵した炉心上
部は横９と燃料交換機１０が設けられている。また、原
子炉容器１の内部の液面近傍には、本発明による炉壁保
護装置２０が設けられている。

この炉壁保護装置２０は、第２図に示すように原子炉容
器１の内側の液面近１ｚ部に設けた内側仕切板２１でア
ニユラス部２０ａを形成し、その仕切板２１下端をじゅ
うぶん冷却材に浸る位置で原子炉容器１に溶接し、その
上端は炉内の液面が変動してもじゅうぶん液面上に位置
するまで延長し、アニユラス内部２０ａには微細な管群
２２が挿入しである。

まＩ〔前記アニユラス部２０の仕切板２１には、アニユ
ラス部内外を冷却材が自由に移動できるように多数の穴
２３を設けである。

第３図は、本発明における炉壁保護装置２０の第２の実
施例を示している。前述の第１の実施例と同様原子炉容
器１の内側の液面近傍部にアニユラスｌ；１２０ａを設
（プ、アニユラス内部２０ａには、金属ポーラスもしく
は金属ウール２４を詰めである。また、本実施例の場合
、金属ポーラスもしくは金属ウールの破片２４が原子炉
内部に落下しないように、前記アニユラス部の仕切２１
の穴２３に金属の綱２５を取り付けである。

次に以上のように構成した本発明の実施例の作用につい
て説明する。本発明によって設けた炉壁保護装置“２０
において、冷却材は上皿１管現象によって吸い上げられ
、原子炉容器１内の液面Ｈ＋からアニユラス部２０ａの
液面ト１よは−ｌ二昇する。一般に、上皿１管現象によ
って上昇する高さは、表面張力による力と上がした部分
のｆ３ｆｆｌのバランスによって決まるから、上昇づ°
る高さを１−１、表面張力をσ、冷却Ｈの密度をγ、管
の断面積をＡ、ぬれふら艮ざをＳ、冷却材と管の接触角
をθとすると、１」　−σＣＯＳθＳ／Ａγ で表わされる。いま冷ｎｊ材の表面張力をσ＝　１．６
ｘｌＯ’ｋｇｆ／ｍ　、接触角をθ＝Ｏ℃、比重ｆｆｉ
を７　＝　８３０　ｋ（１／　ｍ’とし、細管として直
径１ｍｍの円管を用いた場合、Ｈは約８０ｍｍどなる。

金属ポーラス、金属ウールを用いた場合には、さらに液
面は上昇する。

ところで、アニユラス部２０ａの冷却材液面が上昇する
と、冷却材の熱伝導効果により原子炉容器１の炉壁は加
熱（原子炉起動時）又は冷ＩＪ１（原子炉停止時）され
る。

第４図は原子炉容器１の液面Ｈ＋とアニユラス部２０ａ
の液面Ｈ２の近傍から炉壁上端までのＩＩＭｌ＋方向温
度分布を示す線図で、（ａ＞は原子炉起動時、（ｂ、）
は原子炉停止時の代表的な温度分布である。

図中実線ＴａおよびＴｂは、本発明の炉壁保護装置２０
を用いた場合の温度分布を、破線ｔａおよびｔｂは、保
護装置２０なしの温度分布を示づ゛。第４図より明らか
な通り、本発明の保度装（ろ′２０を設置した場合は、
保護装置なしとくらべて原子炉起動時、原子炉停止共に
軸方向温度勾配の最大値が緩和されてＪ３す、その結果
、熱応力・し軽減される。

以上の実施例では、炉容器の炉壁保讃装置２０として（
史用しｌご場合を示したが本発明を炉心、Ｌ部１幾ｔ！
’１９の保ＲＷ装置２０どして採用し、その周りにアニ
」、ラス部２０ａを設りＩＣＣ会合Ｊ３いても、その効
果は大である。

さらに本発明においては、例えば炉壁の液体ナト・リウ
ムと接している部分を外側からガス冷却するなどの他の
方法とを組み合ぼれば、その応力の緩ｆｌ効果により大
となる。

［発明の効果］ 以上述べたにうに本発明によれば、原子炉容器Ｊ５　、
ｊ：び炉心上部数構の冷却材液面近傍に冷却材と通じる
アニユラス部を設け、このアニユラス部に毛細管現象（
こＪ：り冷却材の液面を上昇させる物質を詰めた保’、
ｓｒ、装置ｒ）を１ｉｈえたことにより、原子炉起動１
１ｉ’ｉや停止ヒ時に原子炉容器液面近傍に生ずる軸方
向’Ｌ：＋Ａ度勾配を軽減できるため、熱応力が低減で
きて原子炉容器の破１０を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液体余尺冷却型高速増殖炉の一実
施例を示ず縦断面図、第２１剥ｊＪ５　Ｊ：び第３図は
本発明に使用づる炉壁保’ｉｌｈ　菰ｊＮｊのそれぞれ
異なる実施例を示す縦断面図、第４図（ａ）Ｊ５よび（
ｂ）は原子炉の起動時Ｊ５よび停止時における炉容器の
軸方向の温度分布を示す特性図である。 １・・・原子炉容器 ４・・・冷却材 ７・・・遮蔽プラグ ８・・・カバーガス ２０・・・炉容器保護装置 ２０ａ・・・アニユラス部 ２１・・・仕切板 ２２・・・微１１Ｉな管群 ２３・・・穴 ２４・・・金属ポーラスもしくは金属ウール（７３１７
）代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ばか１名） 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図　″

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心および炉心を循環する冷却材等を収納する原
   子炉容器および制御棒駆動機構等を支持する炉心上部機
   構の液面近傍に仕切板でアニュラス部を形成し、その仕
   切板の上端は液面上部に開放し、その下端は充分に冷却
   材に浸る位置で炉容器に溶接し、かつアニュラス部を形
   成する仕切板の冷却材に接している部分に穴をあけ、さ
   らにアニュラス部には微細な管群を挿入した保護装置を
   設けたことを特徴とする液体金属冷却型高速増殖炉。
2. （２）保護装置のアニュラス部に金属ポーラスを詰めた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液体金属
   冷却型高速増殖炉。
3. （３）保護装置のアニュラス部に金属ウールを詰めたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液体金属冷
   却型高速増殖炉。