JP2001264476A

JP2001264476A - 重金属冷却炉

Info

Publication number: JP2001264476A
Application number: JP2000075056A
Authority: JP
Inventors: Kozo Shiratori; 廣藏白鳥; Tsugio Yokoyama; 次男横山; Masahiko Ariyoshi; 昌彦有吉; Norihiko Iida; 式彦飯田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】一次系の冷却材重量を最小にし、物量を削減
し、かつ熱的条件を緩和して原子炉容器の構造健全性を
図る。【解決手段】原子炉容器24を球形容器部22と円筒部23と
で構成し、内部に炉心38，断熱層37，電磁ポンプのコイ
ル部62を内蔵した蒸気発生器45及び鉛の冷却材41を収納
する。原子炉容器24の上部開口を閉塞する回転プラグ31
を貫通して複数の制御棒駆動機構34を設置する。制御棒
76は吸収体78と、吸収体78を内蔵する下部案内管77とで
構成する。制御棒76のスクラム動作に浮力を利用した上
昇動作を行わせて、原子炉の安全性を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷却材に重金属を使
用した重金属冷却型原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８により従来のナトリウム冷却型高速
炉の一例を説明する。図８中、符号１は原子炉容器で、
原子炉容器１内には炉心２，冷却材（Na）３を循環させ
る主循環ポンプ４及び炉心２で加熱された冷却材３を熱
交換する中間熱交換器５が上部蓋６を貫通して設置され
ている。上部蓋６は原子炉容器１の上端開口部を閉塞す
るもので、中央部を貫通して炉心上部機構７を取り付け
ている。

【０００３】原子炉容器１の下部に設置された炉心２か
ら流出した高温冷却材は上部プレナム８を上昇し、中間
熱交換器５の上部から流入して熱交換をして冷却され
る。冷却された冷却材は下部プレナム９に流出した後、
主循環ポンプ４により吸い込まれ入口配管10を通り、炉
心入口プレナム11から炉心２下部内に流入し、再び高温
となって吐出され、原子炉容器１内を一巡する。

【０００４】ナトリウム等は軽水より比重が小さく冷却
材重量、液深による圧力も小さいことから、原子炉容器
１は主要部板厚が30mmから50mm程度で、上部から吊り下
げる方式が一般的である。

【０００５】また、炉心２は混合酸化物（MOX）燃料で
構成されているが、燃焼反応度が大きいことから炉心２
の制御は炉心２部にほぼ均等に配分され、炉心上部機構
７の制御棒及び制御棒駆動機構12により行われ、この制
御棒駆動機構12は炉心２の上方部に設けられた炉心上部
機構７内に収納され、燃料交換時には上部蓋６の回転プ
ラグ等により炉心２上部から退避する構造となってい
る。

【０００６】冷却材の比重に比して制御棒の比重が大き
いことから、スクラム時には制御棒を重力落下方式で炉
心２に装荷する構造が採用されている。なお、図８中、
符号13は主循環ポンプ４の駆動用モータ、14は原子炉容
器１の支持構造物で部分的に示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の原子炉において、冷却材（Na）３の代りに鉛等の重
金属を冷却材として用いた場合、冷却材の比重はナトリ
ウム等のこれまでの冷却材比重に比べ10倍以上大きいこ
とから、冷却材だけの重量で１万トンを超え、この重量
ならびに液深に対する圧力を保持するため原子炉容器１
は100mmを超える板厚が要求される。

【０００８】一方、原子炉の運転温度は500℃前後と高
く、板厚の増加は板厚方向の温度差が増すことから熱応
力の増加につながり、構造健全性に支障が生じる。この
ため、熱的条件の緩和を図るため、原子炉容器１の内側
を冷却するなどの構造対策が必要となる。

【０００９】また、冷却材の比重が大きいことから、制
御棒及び制御棒駆動機構12は、制御棒を浮力に抗して落
下させる必要があるとともに、落下後の再上昇防止に対
する対策機構を設ける必要があり、構造が複雑になる等
の課題がある。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、冷却材に重金属を採用した重金属冷却炉にお
いて、原子炉容器の板厚を抑え構造健全性を確保すると
ともに、炉停止機能を確保できる重金属冷却炉を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
炉心、熱遮へい層及び冷却材を内包する有底容器下部及
びこの有底容器下部の上部に連接し炉内装荷機器を保持
する円筒部により構成された原子炉容器と、前記円筒部
に設けられ上端開口部を閉鎖する上部蓋と、この上部蓋
を貫通して前記炉心上部に設置される複数の制御棒駆動
機構と、前記円筒部内の周囲に上部開口が閉鎖されて設
置されたポンプを内蔵する蒸気発生器と、前記原子炉容
器の外側に設置され前記原子炉容器とのギャップを保持
して包囲するガードベッセルと、このガードベッセルの
底面を保持する炉下部床とを具備したことを特徴とす
る。

【００１２】この発明によれば、冷却材に鉛等の重金属
を用いた場合、一次系の冷却材重量を最小にでき、この
重量及び液深に対する圧力を保持するため、原子炉容器
の板厚を薄くできることから、原子炉容器重量の低減を
図ることができるとともに、熱的条件の緩和を図ること
ができ、もって、原子炉容器の構造健全性対策を緩和す
ることができる。

【００１３】また、制御棒及び制御棒駆動機構は、冷却
材の比重が大きいことから、制御棒のスクラム動作に浮
力を利用した自然上昇動作を行わせる方式とすることに
より、落下後の再上昇防止に対する対策機構を設ける必
要がなく、構造を簡素化することができる。

【００１４】請求項２に係る発明は、前記ガードベッセ
ルは金属製で上部が厚肉円筒状で底面が薄肉に形成さ
れ、前記炉下部床は前記原子炉容器の外部に設けた支持
スカートの下部を固定し、レンガとコンクリート等の耐
火材で構成され、内部に冷却管を備えたことを特徴とす
る。

【００１５】この発明によれば、レンガとコンクリート
等によりガードベッセルからの熱放散を遮へいし、通常
運転時のレンガを保持しているコンクリート部の温度は
レンガと冷却管により冷却されて、低温度に保持でき
る。これにより厚板の鋼製ガードベッセルより安価なガ
ードベッセルを得ることができる。

【００１６】請求項３に係る発明は、前記円筒部の上部
に炉上部床が設けられ、この炉上部床と前記円筒部とは
微小ギャップで取り合っていることを特徴とする。この
発明によれば、支持スカートより上部の原子炉容器壁に
は原子炉容器内の静水頭圧しか加わらず、原子炉容器壁
の薄肉化を図ることができる。また、地震時の転倒モー
メントが抑制され、支持スカートへの荷重低減を図るこ
とができる。さらに、原子炉容器に拘束力を生じさせる
ことがなく、原子炉容器への荷重緩和を図ることができ
る。

【００１７】請求項４に係る発明は、前記炉心は、炉心
燃料集合体と、この炉心燃料集合体の周囲に順次外側へ
向けて配置された反射体及び炉停止棒、ブランケット燃
料集合体、遮へい体と、前記炉心燃料集合体の上下部に
配置されたブランケット燃料とから構成されたことを特
徴とする。

【００１８】この発明によれば、従来の高速炉のように
炉心上部機構を設ける必要がないので炉上部を簡素化で
きる。また、炉上部プレナム内の冷却材占有空間を増加
できることから、熱的過渡事象の緩和を図ることができ
る。

【００１９】請求項５に係る発明は、前記制御棒駆動機
構は、出力運転時に制御棒の挿入引き抜き動作を行う制
御棒駆動部を収納する制御棒駆動部ハウジングを有し、
前記制御棒を押し下げる駆動軸は単軸棒で冷却材に浸漬
する部分に一部空洞構造が設けられ、前記駆動軸のカバ
ーガスシールにベローが設けられてなることを特徴とす
る。

【００２０】この発明によれば、制御棒駆動部ハウジン
グの下部に封入された加圧ガスにより制御棒駆動部と駆
動軸は上方に駆動される。また、駆動軸及び駆動軸内の
空洞部の冷却材との比重差により生じる浮力が同時作用
し、上昇駆動力の多様化、上昇速度の高速化を図ること
ができ、駆動の信頼性が向上する。

【００２１】請求項６に係る発明は、前記制御棒は、吸
収体と、この吸収体を内蔵した下部案内管とから構成さ
れ、前記下部案内管のエントランスノズル部にラッチ機
構を有し、前記下部案内管内部の上方部にダッシュポッ
ト構造を設けてなることを特徴とする。

【００２２】この発明によれば、炉心入口プレナム構造
側とラッチ構造を介することにより下部案内管の浮力に
よる自然浮上りを防止できる。ダッシュポットを設ける
ことにより、スクラム終了時の炉停止棒を下部案内管内
の所定位置に衝突力を緩和しながら停止させることがで
きる。

【００２３】請求項７に係る発明は、前記下部案内管の
下部に吸収体用加速スプリングを設けたことを特徴とす
る。この発明によれば、運転中の吸収体装荷時に圧縮さ
れた吸収体用加速スプリングによって加速され、確実に
より速やかにスクラム動作を完了させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１から図６により本発明に係る
重金属冷却炉の第１の実施の形態を説明する。本実施の
形態に係る重金属冷却炉は、後述する図３及び図４に示
すように混合酸化物燃料（MOX燃料）等からなる炉心燃
料集合体65の周囲に、劣化ウラン等からなるブランケッ
ト燃料集合体68を配置して炉心38を構成した重金属炉で
ある。ただし、本発明の適用範囲はこのような高速炉に
限定されるものではなく、窒化物燃料炉心、金属燃料炉
心や増殖機能を持たない高速炉にも適用することができ
る。

【００２５】図１中、符号15は鉄筋コンクリート製格納
容器で、この格納容器15は基礎マット16上に複数の免震
装置17を介して設置されている。格納容器15の天井躯体
18には小ハッチ19と大ハッチ20が設けられて開閉できる
ようになっている。格納容器15内の床面上に半球状に凹
んだ上面を有する炉下部床21が設置されている。この炉
下部床21は地震時の原子炉容器の支持を兼ねている。

【００２６】炉下部床21上面に凹んだ上面と同心円状の
球形容器部22と、この球形容器部22の上端部に連接した
円筒部23からなる原子炉容器24が載置されている。球形
容器部22の外面に支持スカート25が接続し、支持スカー
ト25は後述する上部ガードベッセル26の下部を貫通して
突出し、その先端部は炉下部床21の上面に設置されて固
定している。

【００２７】原子炉容器24の円筒部23の外側と球形容器
部22の上部外側には鋼製厚肉の上部ガードベッセル26が
設けられ、上部ガードベッセル26の下端部で球形容器部
22の底部外側を覆うように鋼製薄肉の下部ガードベッセ
ル27が設けられている。下部ガードベッセル27の外側で
支持スカート25の下方にわたり冷却管28が設けられてい
る。原子炉容器24と上部ガードベッセル26及び下部ガー
ドベッセル27との間には所定の寸法を保持して一様に包
囲するギャップが設けられている。

【００２８】円筒部23及び上部ガードベッセル26の上端
部に環状炉上部床29が設けられ、この炉上部床29と円筒
部23とは微小ギャップで取り合っている。炉上部床29は
格納容器15の内壁から突出した支持用コンクリート部30
に載置固定されている。上部及び下部ガードベッセル2
6，27は原子炉容器24の冷却材漏洩事象に備えた安全容
器である。

【００２９】炉上部床29の内側には原子炉容器24の円筒
部23の上端開口部を閉塞する回転プラグ31と、この回転
プラグ31を回転プラグ用ベアリング32を介して回転自在
に支持する上部蓋33が設けられている。回転プラグ31の
上端面には制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤと記す）34，
燃料交換機35及び燃料の出し入れを中継する炉内中継装
置36が設置されている。

【００３０】回転プラグ31の下面には断熱層37が内張り
されており、また複数本のＣＲＤ34が回転プラグ31を貫
通して吊下されている。ＣＲＤ34の下方に位置して炉心
38を収納し支持する炉心支持構造物39が設けられ、炉心
支持構造物39の下方に炉心入口プレナム40と冷却材41が
埋まる空間42が形成されている。冷却材41には鉛（Pb）
を使用する。

【００３１】炉心38の構成については図３及び図４によ
り後述する。ＣＲＤ34については図５及び図６により後
述する。炉心支持構造物39の下部外側は下部プレナム43
となり、炉心支持構造物39の上方は上部プレナム44とな
っている。上部蓋33には蒸気発生器45が取り付けられ、
蒸気発生器45の下端部は下部プレナム43まで達してい
る。

【００３２】つぎに蒸気発生器45の構成について図２に
より説明する。蒸気発生器45は本体胴59と、この本体胴
59内に設けられた上端が閉塞する内筒60と、内筒60の外
側に巻回された伝熱管束61と、内筒60内に設けられた電
磁ポンプのコイル部62と、本体胴59の上部側面に設けた
冷却材入口63と、内筒60内の中央部から下方に設けた冷
却材出口管64を具備している。

【００３３】蒸気発生器45の上端部には伝熱管束入口部
46と伝熱管束出口部47が設けられ、伝熱管束入口部46に
は水入口ライン48が接続し、伝熱管束出口部47に蒸気出
口ライン49が接続している。また蒸気発生器45には圧力
放出ライン50が接続している。この圧力放出ライン50は
蒸気発生器45内で伝熱管が破損したときの蒸気圧（250
気圧）から蒸気発生器45の破損を防止する。

【００３４】圧力放出ライン50の下流側はサイクロンセ
パレータ51に接続し、サイクロンセパレータ51に接続し
た圧力放出管52の先端部は水槽53の冷却水54中に没入す
る。サイクロンセパレータ51と水槽53はともに炉上部床
29に設置されている。

【００３５】水槽53には冷却用パイプ55の一端が接続
し、冷却パイプ55の他端は冷却管28と接続し、水槽53内
の冷却水54を冷却管28内に流入して下部ガードベッセル
27を冷却するようになっている。水槽53には炉上部室雰
囲気冷却用コイル56が設けられ、格納容器15の上部側面
に大気を流通させる風路を有する大気入口ダクト57と大
気出口ダクト58が設けられている。

【００３６】つぎに図３及び図４により炉心38の構成を
説明する。図３は炉心38の平面図で、図４は図３の縦断
面である。炉心38は図３及び図４から明らかなように中
央部にほぼ六角形のハニカム状に多数本配列した炉心燃
料集合体65と、この炉心燃料集合体65の外周に１列に配
列したＲで示す反射体66と、この反射体66の内側と炉心
燃料集合体65の外側との間で六角形状の角部に配列した
６本の炉停止棒67と、反射体66の外周に２列に配列した
ブランケット燃料集合体68と、このブランケット燃料集
合体68の外周に２列に配列した遮へい体69とからなって
いる。なお、図４に示したようにブランケット燃料70が
炉心燃料集合体65内の上下部に設けられている。

【００３７】つぎに図５（ａ），（ｂ）及び図６
（ａ），（ｂ）によりＣＲＤ34について説明する。図５
（ａ），（ｂ）に示すＣＲＤ34は炉心38の反射体66を駆
動するための反射体駆動機構を概略的縦断面図で示して
おり、（ａ）は通常運転時、（ｂ）はスクラム時の状態
を示している。

【００３８】図５（ａ），（ｂ）において、符号71は制
御棒駆動部ハウジングで、このハウジング71の下端部は
フランジ72を介して回転プラグ31に固定される。また、
ハウジング71の上面に駆動モータ73が設置され、この駆
動モータ73により駆動される制御棒駆動部74が前記ハウ
ジング71内に収納されている。

【００３９】制御棒駆動部73に長尺の駆動軸75の上端部
が把持され、駆動軸75の下端部は制御棒76の下部案内管
77内に挿入される吸収体78を連結する。制御棒76は下部
案内管77と吸収体78とから構成される。下部案内管77は
炉心38内に装荷され、内部にダッシュポット79と、下端
部のエントランスノズル80の外面にラッチ機構81が取り
付けられている。

【００４０】駆動軸75の上部で制御棒駆動部ハウジング
71の内面と接する部分に気密シール82が設けられ、気密
シール82と回転プラグ31の据付面との間に加圧ガスを供
給するガス圧機構83が接続されている。回転プラグ31の
下面にベロー案内管84が冷却材41の近傍まで下端部が延
在して吊り下げられている。

【００４１】ベロー案内管84内にベロー85が設けられ、
ベロー85の上端部はベロー案内管84の内面に固定され、
ベロー85の下端部は駆動軸75の外面に接続している。ベ
ロー案内管84内の上端部には気密シール86が設けられて
いる。駆動軸75の下部には空洞構造87が形成されてい
る。

【００４２】図６（ａ），（ｂ）は炉心38の炉停止棒67
を駆動するための炉停止棒用駆動機構を示したもので、
図６（ａ），（ｂ）中、図５（ａ），（ｂ）と同一部分
には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００４３】図６（ａ），（ｂ）が図５（ａ），（ｂ）
と異なる点は、ガス圧機構の代りにスプリング88を駆動
軸75に取り付けたことにある。その他の部分は図５
（ａ），（ｂ）と同様なのでそれらの説明は省略する。

【００４４】しかして、上記構成の重金属冷却炉におい
て、原子炉容器24の上部開口は上部蓋33及び蒸気発生器
45で気密に閉鎖されており、この上部蓋33の下面及び蒸
気発生器45内外上部と冷却材の液面との間の空間にはア
ルゴンガス等の不活性ガスが充填され、カバーガス空間
90が形成されている。

【００４５】原子炉構造の支持構造は、原子炉構造の重
心部に近い容器の球形の中央部近傍に設けられた支持ス
カート25と円筒部23の上部に設けられた炉上部床29によ
りなされ、通常時の原子炉構造は支持スカート25により
支持されている。円筒部23と炉上部床29とは微小ギャッ
プで取り合っているため、支持スカート25から上部の原
子炉容器24の熱膨張は円筒部23が上下にスライドするこ
とで吸収され、地震時には支持スカート25と相俟って水
平方向地震時荷重を受けることにより支持スカート25へ
のモーメント荷重を緩和している。

【００４６】上部ガードベッセル26は、通常の鋼製で周
囲を保温材で覆われ熱放散を抑制している。支持スカー
ト25から下部の炉下部床21は複数層のレンガとコンクリ
ートで構成され、コンクリート内部には冷却管28が配置
されている。レンガは複数層重ねられコンクリートと相
俟って熱遮へいを行うことができる。

【００４７】通常運転時のレンガを保持しているコンク
リート部の温度は、レンガと冷却管28により冷却され低
温に保持される。このことにより、比重が大きい漏洩鉛
を受ける場合、建物躯体で荷重を受け、熱的にはレンガ
で耐える機能分担により厚板の鋼製ガードベッセルと比
べ安価なガードベッセルを提供することができる。

【００４８】図１に示したように、原子炉構造重量は原
子炉構造の重心部に近い球形容器部22の中央部近傍に下
部から設けられた支持スカート25により支持されてい
る。このことにより、支持スカート25から上部の原子炉
容器壁には原子炉容器内の静水頭圧しか加わらず、原子
炉容器壁の薄肉化を図ることができる。

【００４９】また、原子炉容器の上部は、複数の円筒部
23と炉上部床29とが微小ギャップを介して横方向に対す
る支持がなされているため、これにより地震時の転倒モ
ーメントが抑制され、下部の支持スカート25への荷重低
減を図ることができる。

【００５０】さらに、原子炉停止時と運転中の温度差に
より生じる容器の熱膨張は、主として上方に生じるが、
円筒部23と炉上部床29とは微小ギャップで取り合ってい
るため、スライドすることで吸収され、原子炉容器に拘
束力を生じさせないことから原子炉容器への荷重緩和を
図ることができる。

【００５１】また、炉心38の下方には、炉心入口プレナ
ム40が設けられており、ポンプにより吐出された冷却材
が炉心入口プレナム40に流入する。さらに、図３及び図
４に示したように炉心38は複数本の炉心燃料集合体65か
ら構成され、周囲には複数本の反射体66，炉停止棒67，
ブランケット燃料集合体68及び遮へい体69が配置された
構成となっている。

【００５２】炉心38の制御は炉心38周囲に配置された反
射体66，炉停止棒67により行われ、炉心高さは従来、ナ
トリウム冷却炉等で採用されているものより大きな寸法
となっている。炉心38の制御を行う制御棒及び制御棒駆
動機構は、炉心38周囲に配置されていることから、従来
の高速炉のように制御棒駆動機構を内蔵した炉心上部機
構を設ける必要がなく、簡素な炉上部を提供でき、炉上
部プレナム内の冷却材占有空間を増やすことができるこ
とから、熱的過渡事象の緩和に貢献している。

【００５３】炉心38の制御を行う制御棒駆動機構34，反
射体66炉停止棒67は、図１及び図３，図４に示したよう
に上部蓋33には円周状に配置されており、図５及び図６
に示したように、出力運転時に制御棒の挿入引き抜き動
作を行う制御棒駆動部74を収納する制御棒駆動部ハウジ
ング71を有し、制御棒駆動部ハウジング71の下部には加
圧ガスを封入しているタイプ（図５：反射体駆動機構）
と加速スプリング88を内蔵しているタイプ（図６：炉停
止棒駆動機構）とがある。

【００５４】制御棒駆動部74には、吸収体78を押し下げ
る駆動軸75が連結されており、駆動軸75は単軸棒で冷却
材に浸漬する部分の一部に密閉された空洞構造87が設け
られている。駆動軸75は特に吸収体78の把持機構を持た
ず、先端部は凹状に凹んでおり、下部案内管77内に装荷
されている吸収体78の上端部と取り合っている。駆動軸
75とカバーガス空間90とのシールにはカバーガス空間90
中にベロー85を設置している。

【００５５】冷却材41の鉛の比重は制御棒駆動機構、制
御棒の各構成部材より大きいことから、吸収体78の駆動
は浮力を利用した方式となっており、原子炉停止時には
吸収体は炉心部より上方の位置に保持されており、運転
に伴い下方に徐々に押し込まれる。

【００５６】緊急炉停止時には、制御棒駆動部74の駆動
部把持機構を開にすることにより、制御棒駆動部74と駆
動軸75は制御棒駆動部ハウジング71の下部に封入された
加圧ガスにより上方に駆動（図６のタイプでは加速スプ
リングにより駆動）される。

【００５７】また、駆動軸75及び駆動軸75内の冷却材と
の比重差により生じる浮力が同時作用し、上昇駆動力の
多様化、上昇速度の高速化が図られている。以上に述べ
たように、本制御駆動機構は、冷却材の浮力を利用した
簡素な機構で構成され、安価で駆動の信頼性の向上が図
られている。

【００５８】制御棒は反射体66と炉停止棒67の２種類あ
り、いずれも吸収体78と吸収体78を内蔵した下部案内管
77とから構成され、下部案内管77のエントランスノズル
80部にラッチ機構81を有し、下部案内管77内部の上方部
にダッシュポット79構造を備えている。

【００５９】冷却材の比重が大きいことから、炉心入口
プレナム40構造側とのラッチ構造81を介することによ
り、下部案内管77の浮力による自然浮上りを防止してい
る。炉停止棒67は、原子炉の起動時には炉停止棒駆動機
構により下部案内管77の下方に挿入され、駆動軸75の先
端部構造を介してその位置に運転中は保持されている。

【００６０】異常時にはスクラム信号を受け、炉停止棒
駆動機構が上方に退避することにより押えが開放され、
炉停止棒67に作用している浮力により自由上昇しスクラ
ムする。スクラム終了時の炉停止棒67を下部案内管77内
の所定位置に、衝突力を緩和しながら停止させるため、
下部案内管77内の上方部にダッシュポット構造79を備え
ている。

【００６１】反射体66は、運転の進行に伴い反射体駆動
機構により徐々に下部案内管77下方に挿入され、燃焼の
制御が行われる。異常時には炉停止棒駆動機構と同様、
スクラム信号を受け、反射体駆動機構が上方に退避する
ことにより押えが開放され反射体66に作用している浮力
により自由上昇しスクラムする。

【００６２】図６は上記炉停止棒駆動機構の他の実施の
形態を示したもので、スクラム時間の短縮を図るため、
下部案内管77内吸収体78の下部には吸収体用加速スプリ
ング91が設置されている。吸収体用加速スプリング91は
運転中の吸収体78の装荷時には圧縮されている。

【００６３】下部案内管77の下方に挿入された吸収体78
は、異常時にスクラム信号を受け、駆動軸75が上方に退
避することにより押えが開放され吸収体78に作用してい
る浮力により自由上昇するとともに、圧縮された吸収体
用加速スプリング91によって加速され、より確実により
速やかにスクラム動作を完了させることができる。

【００６４】なお、本実施の形態に係る重金属冷却炉は
反応度制御設備が従来より簡単で反応度制御能力に制約
がある。したがって、炉心38の燃焼反応度欠損は小さく
することが望ましい。本実施の形態での炉心38は、炉心
高さを概ね150cm以上とすることで炉心体積を増大し、
燃焼度の時間当たりの増加が炉心体積が小さい従来炉よ
り燃焼反応度欠損を小さくすることができる。

【００６５】また、炉心38は、燃料交換バッチ数を概ね
10バッチ以上と、バッチ数を増大することで、取出し燃
焼度を増大するために燃焼サイクル期間を延長すること
は不要となる。すなわち、燃焼サイクル期間を短くした
まま、燃焼度を増大できる。燃焼反応度欠損は燃焼サイ
クル期間に比例するので、燃焼反応度欠損を小さく抑制
できる。

【００６６】また、本実施の形態では重金属冷却炉のコ
ンパクト化を目指しているので、炉心38の周りの遮へい
体は、水素化ジルコニウムとハフニウムから構成する。
水素化ジルコニウム中の水素の中性子減速能力と減速さ
れた中性子に対し大きな吸収能力を有するハフニウムの
組み合わせで、遮へい能力を大幅に向上でき、炉心38の
コンパクト化ができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、冷却材に鉛等の重金属
を用いた場合、一次系の冷却材重量を最小にでき、この
重量ならびに液深に対する圧力を保持するための原子炉
容器の板厚を薄くできる。したがって、原子炉容器の重
量の低減とともに、熱的条件の緩和及び原子炉容器の構
造健全性対策の緩和を図ることができる。

【００６８】また、制御棒及び制御棒駆動機構は、冷却
材の比重が大きいことから制御棒のスクラム動作に浮力
を利用した自然上昇動作を行わせる方式とすることによ
り、落下後の再上昇防止に対する対策機構を設ける必要
がなく、構造を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る重金属冷却炉の第１の実施の形態
を説明するための一部概略的に示す縦断面図。

【図２】図１における蒸気発生器を透視的に示す斜視
図。

【図３】図１における炉心を示す平面図。

【図４】図３における炉心の概略的縦断面図。

【図５】（ａ）は図１における反射体駆動機構の運転時
を示す縦断面図、（ｂ）は同じくスクラム時を示す縦断
面図。

【図６】（ａ）は図１における炉停止棒駆動機構の運転
時を示す縦断面図、（ｂ）は同じくスクラム時を示す縦
断面図。

【図７】（ａ）は図６における炉停止棒駆動機構の他の
例の運転時要部を示す縦断面図、（ｂ）は同じくスクラ
ム時要部を示す縦断面図。

【図８】従来の重金属冷却炉を概略的に示す縦断面図。

【符号の説明】

１…原子炉容器、２…炉心、３…冷却材（ナトリウ
ム）、４…主循環ポンプ、５…中間熱交換器、６…上部
蓋、７…炉心上部機構、８…上部プレナム、９…下部プ
レナム、10…入口配管、11…炉心入口プレナム、12…制
御棒及び制御棒駆動機構、13…モータ、14…支持構造
物、15…格納容器、16…基礎マット、17…免震装置、18
…天井部、19…小ハッチ、20…大ハッチ、21…炉下部
床、22…球形容器部、23…円筒部、24…原子炉容器、25
…支持スカート、26…上部ガードベッセル、27…下部ガ
ードベッセル、28…冷却管、29…炉上部床、30…支持用
コンクリート部、31…回転プラグ、32…回転プラグ用ベ
アリング、33…上部蓋、34…制御棒駆動機構（ＣＲ
Ｄ）、35…燃料交換機、36…炉内中継装置、37…断熱
層、38…炉心、39…炉心支持構造物、40…炉心入口プレ
ナム、41…冷却材（鉛）、42…冷却材が埋まる空間、43
…下部プレナム、44…上部プレナム、45…蒸気発生器、
46…伝熱管束入口部、47…伝熱管束出口部、48…水入口
ライン、49…蒸気出口ライン、50…圧力放出ライン、51
…サイクロンセパレータ、52…圧力放出管、53…水槽、
54…冷却水、55…冷却用パイプ、56…上部室雰囲気冷却
用コイル、57…大気入口ダクト、58…大気放出ダクト、
59…本体胴、60…内筒、61…伝熱管束、62…電磁ポンプ
のコイル部、63…冷却材入口、64…冷却材出口管、65…
炉心燃料集合体、66…反射体、67…炉停止棒、68…ブラ
ンケット燃料集合体、69…遮へい体、70…ブランケット
燃料、71…炉停止棒、72…フランジ、73…駆動モータ、
74…制御棒駆動部、75…駆動軸、76…制御棒、77…下部
案内管、78…吸収体、79…ダッシュポット、80…エント
ランスノズル、81…ラッチ機構、82…気密シール、83…
ガス圧機構、84…ベロー案内管、85…ベロー、86…気密
シール、87…空洞構造、88…加速スプリング、89…熱遮
へい層、90…カバーガス空間、91…吸収体用加速スプリ
ング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｃ 7/14 Ｇ２１Ｃ 7/14 ＣＥＢ 7/20 7/20 7/28 7/28 9/02 15/00 Ｆ 15/00 9/02 Ｍ // Ｇ２１Ｃ 13/024 13/02 Ｋ (72)発明者有吉昌彦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者飯田式彦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉心、熱遮へい層及び冷却材を内包する
有底容器下部及びこの有底容器下部の上部に連接し炉内
装荷機器を保持する円筒部により構成された原子炉容器
と、前記円筒部に設けられ上端開口部を閉鎖する上部蓋
と、この上部蓋を貫通して前記炉心上部に設置される複
数の制御棒駆動機構と、前記円筒部内の周囲に上部開口
が閉鎖されて設置されたポンプを内蔵する蒸気発生器
と、前記原子炉容器の外側に設置され前記原子炉容器と
のギャップを保持して包囲するガードベッセルと、この
ガードベッセルの底面を保持する炉下部床とを具備した
ことを特徴とする重金属冷却炉。
【請求項２】前記ガードベッセルは金属製で上部が厚
肉円筒状で底面が薄肉に形成され、前記炉下部床は前記
原子炉容器の外部に設けた支持スカートの下部を固定
し、耐火材で構成され、内部に冷却管を備えたことを特
徴とする請求項１記載の重金属冷却炉。
【請求項３】前記円筒部の上部に炉上部床が設けら
れ、この炉上部床と前記円筒部とは微小ギャップで取り
合っていることを特徴とする請求項１記載の重金属冷却
炉。
【請求項４】前記炉心は、炉心燃料集合体と、この炉
心燃料集合体の周囲に順次外側へ向けて配置された反射
体及び炉停止棒、ブランケット燃料集合体、遮へい体
と、前記炉心燃料集合体の上下部に配置されたブランケ
ット燃料とから構成されたことを特徴とする請求項１記
載の重金属冷却炉。
【請求項５】前記制御棒駆動機構は、出力運転時に制
御棒の挿入引き抜き動作を行う制御棒駆動部を収納する
制御棒駆動部ハウジングを有し、前記制御棒を押し下げ
る駆動軸は単軸棒で冷却材に浸漬する部分に一部空洞構
造が設けられ、前記駆動軸のカバーガスシールにベロー
が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の重金
属冷却炉。
【請求項６】前記制御棒は、吸収体と、この吸収体を
内蔵した下部案内管とから構成され、前記下部案内管の
エントランスノズル部にラッチ機構を有し、前記下部案
内管内部の上方部にダッシュポット構造を設けてなるこ
とを特徴とする請求項１記載の重金属冷却炉。
【請求項７】前記下部案内管の下部に吸収体用加速ス
プリングを設けたことを特徴とする請求項１記載の重金
属冷却炉。