JP2010243298A

JP2010243298A - 液体金属冷却原子炉

Info

Publication number: JP2010243298A
Application number: JP2009091475A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Takezawa; 伸久竹澤; Tatsuma Kato; 竜馬加藤; Kazumi Miyaki; 和美宮木; Hisato Matsumiya; 壽人松宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】受動的安全性を備えた液体金属冷却原子炉を提供する。
【解決手段】核燃料炉心２を液体金属３中に沈めた原子炉容器４を格納する格納容器６と、格納容器６を収納するサイロ８と、格納容器６を間隔を置き下方側から覆うサイロ８内に設けた保護容器１１と、保護容器１１と格納容器６との間に形成され、大気を導入流下させ、保護容器６底部近傍で流れ方向を変えて排出する間に格納容器６を外側から冷却する第１空気冷却流路１３とを備えるもので、第１空気冷却流路１３は、液体金属３の原子炉容器４、格納容器６から保護容器１１内への漏出時、漏出液体金属３液面に多数個の中空容器１９を浮かべて第１空気冷却流路１３を閉塞する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受動的安全性を備えた液体金属冷却原子炉に関する。

液体金属冷却原子炉は、周知の通り、冷却材のナトリウム、あるいはナトリウム・カリウム等の液体金属を満たした原子炉容器内に核燃料炉心を沈め、この原子炉容器を、間に不活性ガスを満たした間隙を設けて格納容器に格納し、格納容器を地表下に掘り下げて形成したコンクリート製のサイロ内に間隔を置いて収容するようにして構成されている。また、こうした構成の液体金属冷却原子炉では、原子炉運転中の緊急事態に対処するため、あるいは保守サービスを行うために、燃料の核分裂反応を停止する必要があり、このような時には、停止操作を行った後にも残留崩壊熱が炉心から生じ続けるため、液体金属冷却原子炉からの熱除去が必要となる。

原子炉の熱は、原子炉容器から格納容器に熱放射により伝えられ、格納容器の温度が上昇し、格納容器からの熱は、外側のコンクリート製サイロ等に向かって放射される。サイロ等の構造物は、長期間の高温に耐えることができず、例えば、コンクリート製のサイロは膨張し、ひび割れが生じることがある。こうしたことから、格納容器の熱除去のために、格納容器とサイロの間の間隙に原子炉容器補助冷却系（ＲＶＡＣＳ）が設け、これにより対応できるようになっている。

受動冷却系による原子炉容器補助冷却系は、自然対流で熱除去を行う冷却媒体に空気、すなわち大気を用いているので、格納容器の外側に空気が下降、上昇する空気冷却流路を形成するため、格納容器の外側に間隔を置いて下側から囲うように保護容器を設け、さらに格納容器と保護容器の間に筒状のコレクタを設ける構成となっている。これにより、空気冷却流路の上昇流路中の空気は、格納容器の熱で加熱されることで上昇流路を上昇して上端部から外部に放出され、これにともない空気冷却流路の下降流路へは空気の取り込みが上端部で行なわれる。また、下降流路に取り込まれた空気は、下降流路を下方に流れて保護容器の底部空間に流れ込んだ後、流れ方向を変えてコレクタと格納容器の間の上昇流路に流れ込み、格納容器外壁に沿って上方に流れ、その間に加熱されて格納容器の熱を外部に放出する。

そして、液体金属冷却原子炉の格納容器とサイロの間の間隙に設ける原子炉容器補助冷却系を、冷却媒体として空気を用い、自然対流、伝導、対流及び熱放射のプロセスによって連続的に熱除去を行う受動冷却系により構成したものがあり、この受動冷却系を１系統備えるように構成したもの（例えば、特許文献１参照）、受動冷却系を１系統備えると共に原子炉容器と格納容器の間の間隙に充填した不活性ガスを自然対流させるように構成したもの（例えば、特許文献２参照）がある。

また、仮定の二重容器漏れ事象、すなわち、極端で起こりそうもない仮想事象である原子炉容器及び格納容器からの液体金属漏れを想定して、格納容器に間隔を置いて保護容器を設け、保護容器の内外に２系統の受動冷却系を形成して熱除去を行うと共に、格納容器と保護容器間の受動冷却系の空気入出口を隔離弁で閉じるように構成したもの（例えば、特許文献３参照）、さらに、受動冷却系を１系統備えると共に、格納容器の下部を囲むようにライナタンクを設けて漏出した液体金属を受け、液体金属の熱除去を受動空気冷却する分割形伝熱管で行い、受動冷却系の出入口を隔離弁で閉じるように構成したもの（例えば、特許文献４参照）がある。

また、こうした液体金属冷却原子炉においては、安全のために配慮しなければならない極端で起こりそうもない仮想事象、例えば原子炉容器及び格納容器の両方が破損し、原子炉容器内の高温の液体金属が、格納容器からさらに保護容器内に漏出する事象を想定しなければならない。このような事象が発生した場合には、格納容器と保護容器の間の空気冷却流路は機能しなくなり、原子炉容器補助冷却系は動作しなくなる。そのため、特許文献３、特許文献４のように、保護容器とサイロの間に後備えの原子炉容器補助冷却系を設けたり、受動空気冷却する分割形伝熱管を設けたりして、漏出液体金属等の冷却を行わなければならない。また、液体金属が外部に通じている空気冷却流路に漏出してくることから、放射性反応生成物が大気に直接漏れ出てくる虞があり、隔離弁を設けて空気の流通を遮断しなければならない。

しかし、このような起こりそうもない仮想事象が発生した場合には、より確実に原子炉容器補助冷却系が動作して熱除去が行われると共に、液体金属の漏出による放射性反応生成物が大気に直接漏れ出てこないようにしなければならないが、エネルギ駆動もしくは運転作業員の介在による自動や手動の操作では、エネルギ源の故障やヒューマンエラー等による不動作の問題が生じてくる。受動冷却系の出入口を隔離弁で閉じ、空気冷却流路を介して放射性反応生成物が大気に漏れ出てくるのを防止するようにした場合には、こうした問題が生じてくる虞がある。そのため、エネルギ駆動もしくは運転作業員の介在による自動や手動の操作によらず、単純な物理原理に基づく受動的安全性を備えることで不動作の問題が低減でき、放射性生成物の大気への漏れ出しを、高い信頼性を持って確実に防ぐことのできる閉止手段を備えるようにすることが強く求められている。

特開平６−１７４８８４号公報特開平８−１６０１７９号公報特許第２６３４７３８号公報特開平７−３１８６７８号公報

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、起こりそうもない仮想の二重容器漏れ事象である格納容器外への液体金属漏れの緊急事象が発生した場合においても、受動的安全性を備え、高い信頼性を持って確実に放射性反応生成物の大気への漏れ出しを防ぐことができる液体金属冷却原子炉を提供することにある。

本発明の液体金属冷却原子炉は、核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器との間に形成され、外部から空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて排出する間に前記格納容器を外側から冷却する空気冷却流路とを備える液体金属冷却原子炉において、前記空気冷却流路は、前記液体金属が前記格納容器外の前記保護容器内に漏れ出た時、該空気冷却流路を閉塞する外部駆動、外部操作によらない閉止手段を備えていることを特徴とするものである。

また、核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器の両側壁間を区画して空気冷却流路の外方側流路と内方側流路とを形成する筒状のコレクタとを備え、外部から前記外方側流路の上部に空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて前記内方側流路の上部から排出する間に前記格納容器を外側から冷却する液体金属冷却原子炉において、前記空気冷却流路には、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時の液面より上方の前記保護容器の前記外方側流路内壁面と、前記格納容器の前記内方側流路内壁面とにそれぞれ第１、第２の環状突起が設けられていると共に、前記コレクタの前記外方側流路内壁面と前記内方側流路内壁面の前記第１、第２の環状突起より上方位置に第３、第４の環状突起が設けられ、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時、前記コレクタが熱膨張することによって、前記第１の環状突起と前記第３の環状突起とが密着し、前記第２の環状突起と前記第４の環状突起とが密着して該空気冷却流路を閉塞するよう構成したことを特徴とするものである。

また、核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器の両側壁間を区画して空気冷却流路の外方側流路と内方側流路とを形成する筒状のコレクタとを備え、外部から前記外方側流路の上部に空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて前記内方側流路の上部から排出する間に前記格納容器を外側から冷却する液体金属冷却原子炉において、前記保護容器は、支持構造体により支持されるようにしてサイロ内に固定され、前記空気冷却流路には、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時の液面より上方の前記保護容器の前記外方側流路内壁面と、前記格納容器の前記内方側流路内壁面とにそれぞれ第１、第２の環状突起が設けられていると共に、前記コレクタの前記外方側流路内壁面の前記第１の環状突起より下方位置に第３の環状突起が設けられ、前記コレクタの前記内方側流路内壁面の前記第２の環状突起より上方位置に前記第３の環状突起と上下方向に連動可能に第４の環状突起が設けられ、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時、前記保護容器が重量増加により前記支持構造体による支持位置より下がり、前記第１の環状突起と前記第３の環状突起とが密着し、前記第２の環状突起と前記第４の環状突起とが密着して該空気冷却流路を閉塞するよう構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、起こりそうもない仮想の二重容器漏れ事象である格納容器外への液体金属漏れの緊急事象が発生した場合においても、受動的安全性を備え、高い信頼性を持って確実に放射性反応生成物の大気への漏れ出しを防ぐことができる等の効果を有する。

本発明の第１の実施形態の構成を概略的に示す縦断面図である。本発明の第１の実施形態における仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態の構成を概略的に示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態における仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態の構成を概略的に示す縦断面図である。本発明の第３の実施形態に係る第１コレクタの部分拡大図である。本発明の第３の実施形態における仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず第１の実施形態を図１及び図２により説明する。図１は構成を概略的に示す縦断面図であり、図２は仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。

図１及び図２において、液体金属冷却原子炉１は、核燃料炉心２と、ナトリウム、あるいはナトリウム・カリウム等の液体金属３を冷却材として満たして核燃料炉心２を沈めた原子炉容器４と、不活性ガスを満たした間隙５を間に設けて原子炉容器４を格納する格納容器６と、この格納容器６を炉容器室７に間隔を置いて収容する地表下に掘り下げて形成したコンクリート製のサイロ８とを備えて構成され、原子炉容器４と格納容器６は、上端部分がサイロ８の段部に支持されている。９は炉上部室１０に収容された原子炉容器４と格納容器６の上部を覆う格納ドームである。

格納容器６は、上部がサイロ８に固定された保護容器１１によって、間隔を置き下方側から覆われており、格納容器６の外側壁と保護容器１１の内側壁との間には、上部がサイロ８に固定され、両側壁間の間隔を格納容器６側と保護容器１１側の２つに区画する筒状に形成された第１コレクタ１２が、下端部が保護容器１１の底部近傍に位置するようにして設けられている。これにより、受動冷却系による原子炉容器補助冷却系の１つを構成する第１空気冷却流路１３の第１下降流路（外方側流路）１４が保護容器１１側に形成され、第１上昇流路（内方側流路）１５が格納容器６側に形成され、第１下降流路１４と第１上昇流路１５は、各下端が保護容器１１の内底部１６に開口し、連通するようになっている。

さらに、第１空気冷却流路１３は、サイロ８上部に、外部から冷却用空気を取り込む第１空気取込口１７と、外部に冷却後空気を排出する第１空気排出口１８を備えている。そして、第１空気取込口１７から冷却用空気を取り込み、第１下降流路１４を下方向に流通させ、保護容器１１の内底部１６で空気の流れ方向を反転させた後、第１上昇流路１５を上方向に流通させて冷却を行い、冷却後の空気を第１空気排出口１８から外部に排出するようになっている。

またさらに、保護容器１１の内底部１６には、外部駆動、外部操作によらない閉止手段として、第１下降流路１４と第１上昇流路１５の流路形状よりも小さく、両流路１４，１５内を流通可能に形成され、内部にガスが封入された多数個の中空容器１９が、内底部１６の上部に空間を設けるようにして下部に配置、収納されている。またガスが封入された状態の中空容器１９は、液体金属３よりも比重が小さく、液体金属３の液面上に浮かぶように形成されている。なお、中空容器１９は、耐熱耐液体金属性の材料で形成されており、その形状が、液面を埋め尽くすように浮かんだ際に、他の中空容器１９と隙間を作ることなく密着しあう同形もしくは大小異形の球体、略球体あるいは多面体、表面が凹凸面の立体等となっている。

また、保護容器１１の外側壁とサイロ８の炉容器室７内側壁との間には、両側壁間の間隔を炉容器室７側と保護容器１１側の２つに区画する筒状に形成された第２コレクタ２０が、下端部が保護容器１１の外底部近傍に位置するようにして設けられている。これにより、受動冷却系による原子炉容器補助冷却系の他の１つを構成する第２空気冷却流路２１の第２下降流路２２が炉容器室７内側壁側に形成され、第２上昇流路２３が保護容器１１側に形成され、第２下降流路２２と第２上昇流路２３は、各下端が保護容器１１の外底部との間に形成される炉容器室７の内底部空間に開口し、連通するようになっている。

さらに、第２空気冷却流路２１は、サイロ８の段部に、外部から冷却用空気を取り込む第２空気取込口２４と、外部に冷却後空気を排出する第２空気排出口２５を備えている。そして、第２空気取込口２４から冷却用空気を取り込み、第２下降流路２２を下方向に流通させ、炉容器室７の内底部空間で空気の流れ方向を反転させた後、第２上昇流路２３を上方向に流通させて冷却を行い、冷却後の空気を第２空気排出口２５から外部に排出するようになっている。

そして、上記のように構成された液体金属冷却原子炉１は、通常時は、原子炉容器４内に液体金属３が所定の通常時液面位置Ｌｎになるように満たされた液体金属３中に、核燃料炉心２が沈められている。また核燃料炉心２での核分裂による発生熱は、液体金属３を循環させることで外部に取り出し、発電等に供され、運転中は格納容器６も高温になる。このため、常時、第１空気冷却流路１３と第２空気冷却流路２１を使っての冷却が行なわれる。

第１空気冷却流路１３での冷却については、先ず、サイロ８上部に開口するフィルタ（不図示）が設けられた第１空気取込口１７を介して外部から冷却用の空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、第１下降流路１４を保護容器１１の内壁面に沿って下方向に流通して保護容器１１の冷却を行う。その後、空気は、第１下降流路１４の下端が開口する保護容器１１の中空容器１９が多数個配置されている内底部１６の上方の空間で空気の流れ方向が反転し、保護容器１１の内底部１６に下端が開口する第１上昇流路１５に流れ方向を変えて流入する。そして第１上昇流路１５に流入した空気は、格納容器６の外壁面に沿って上方向に流通して格納容器６の冷却を行う。冷却後の空気は第１空気排出口１８から外部に排出されるようになっている。

また、第２空気冷却流路２１での冷却については、先ず、サイロ８の段部に開口するフィルタ（不図示）が設けられた第２空気取込口２４を介して外部から冷却用の空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、第２下降流路２２をサイロ８の炉容器室７内側壁面に沿って下方向に流通して炉容器室７側壁の冷却を行う。その後、空気は、第２下降流路２２の下端が開口する炉容器室７の内底部空間で空気の流れ方向が反転し、同じく炉容器室７の内底部空間に下端が開口する第２上昇流路２３に流れ方向を変えて流入する。そして第２上昇流路２３に流入した空気は、保護容器１１の外壁面に沿って上方向に流通して保護容器１１の冷却を行う。冷却後の空気は第２空気排出口２５から外部に排出されるようになっている。

なお、冷却用の空気の流れは、第１空気冷却流路１３及び第２空気冷却流路２１において、空気が格納容器６の外壁面や保護容器１１の外壁面で熱せられて第１上昇流路１５や第２上昇流路２３を上方向に流れる自然対流によっている。

また、上記のように構成された液体金属冷却原子炉１は、極端で起こりそうもない仮想事象である原子炉容器４及び格納容器６からの液体金属漏れが生じた緊急時、原子炉容器４内に通常時液面位置Ｌｎまで満たされていた液体金属３が、通常時より低い漏出時液面位置Ｌｃまで下がって原子炉容器４、格納容器６、保護容器１１内に溜まる。

このとき、保護容器１１の内底部１６内に配置されている外部駆動、外部操作によらない閉止部材である多数個の中空容器１９が、溜まってくる液体金属３の液面に、中空容器１９同士密着して埋め尽くすように浮かび、液面の上昇と共に第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５内に進入する。そして、液体金属３の液面が漏出時液面位置Ｌｃに達して液面上昇が止ると、第１下降流路１４、第１上昇流路１５内の停止した液面に、それぞれ多数個の中空容器１９が密着するようにして液面を埋め尽くして浮かび、第１下降流路１４、第１上昇流路１５が閉止手段の中空容器１９によって閉塞され、空気の流通が遮断される。

一方、保護容器１１内に液体金属３が漏れ出ることにより、例えば液体金属３がナトリウムであると、液体金属３と大気とが接触することにより激しく反応してナトリウム火災を起こすと共に、大気との接触により放射性反応生成物が生じ、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を介して外部に漏れ出ようとする。

しかし、液体金属３の液面を埋め尽くすようにして浮かんだ多数個の中空容器１９が第１空気冷却流路１３の各流路１４，１５を閉塞するので、第１下降流路１４、第１上昇流路１５を介しての空気の供給が遮断され、これによって、酸素と液体金属３の接触が断たれ、ナトリウム火災が消されると共に、放射性反応生成物が発生しなくなり、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を介して外部へ漏れ出なくなる。

このように、液体金属３の液面に浮かぶように中空容器１９を形成し、漏れ出た液体金属３の液面に多数個の中空容器１９を浮かばせるといったエネルギ駆動もしくは運転作業員の介在による自動や手動の操作によらず、単純な物理原理に基づく構成によって第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を閉塞し、漏れ出た液体金属３と空気の接触が遮断できるので、受動的安全性を備えると共に不動作となる虞が少なく、高い信頼性を持って放射性反応生成物の大気への漏れ出しを確実に防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、外部駆動、外部操作によらない閉止手段としてガスを封入した中空容器１９を用いたが、液体金属３の液面上に浮かぶよう、液体金属３よりも比重が小さい耐熱耐液体金属性材料で中空容器１９と同様形状に形成した閉止体を用いてもよい。

次に、第２の実施形態を図３及び図４により説明する。図３は構成を概略的に示す縦断面図であり、図４は仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本発明の構成について説明する。

図３及び図４において、液体金属冷却原子炉３１は、核燃料炉心２を通常時液面位置Ｌｎまで満たされた、例えばナトリウム、あるいはナトリウム・カリウム等の高温の液体金属３中に沈めて収納する原子炉容器４と、不活性ガスを満たした間隙５を設けて原子炉容器４を格納する格納容器６と、格納容器６を炉容器室７に間隔を置いて収容するサイロ８とを備えて構成され、原子炉容器４と格納容器６は、上端部分がサイロ８の段部に支持されている。格納容器６は、上部がサイロ８に固定された保護容器１１によって、間隔を置き下方側から覆われている。

さらに、格納容器６の外側壁と保護容器１１の内側壁との間隔は、上部がサイロ８に固定され、下端が保護容器１１の底部近傍に位置し自由端となっている筒状の第１コレクタ３２を設けることにより区画され、受動冷却系による原子炉容器補助冷却系を構成する第１空気冷却流路１３の第１下降流路（外方側流路）１４が保護容器１１側に、第１上昇流路（内方側流路）１５が格納容器６側にそれぞれ形成されている。また第１下降流路１４と第１上昇流路１５とは、各下端が保護容器１１の内底部１６に開口し、連通するようになっており、サイロ８上部の第１空気取込口１７から取り込まれた外部の冷却用空気は、第１下降流路１４を下方向に流通し、保護容器１１の内底部１６で流れ方向を反転した後、第１上昇流路１５を上方向に流通し、冷却を行った後に第１空気排出口１８から外部に排出される。

またさらに、第１空気冷却流路１３を形成する格納容器６の外側壁と保護容器１１の内側壁には、漏出時液面位置Ｌｃより上方となる位置に、第１下降流路１４及び第１上昇流路１５の対応する流路内に突出するように、外部駆動、外部操作によらない閉止手段を構成する第１の環状突起３３と第２の環状突起３４とが突設されている。さらに、両側壁間を区画する第１コレクタ３２の内外面には、それぞれ第１の環状突起３３と第２の環状突起３４に対向する位置より所定値だけ上方となる位置に、同じく閉止手段を構成する第３の環状突起３５と第４の環状突起３６とが突設されている。

なお、各環状突起３３，３４，３５，３６は、第１の環状突起３３の内寸法より第３の環状突起３５の外寸法が大きく、また第２の環状突起３４の外寸法より第４の環状突起３６の内寸法が大きく形成されている。さらに第１の環状突起３３と第３の環状突起３５の各対向する環状面、第２の環状突起３４と第４の環状突起３６の各対向する環状面は、それぞれ当接し密着することによって環状の気密封止部分が形成されるようになっている。

一方、保護容器１１の外側壁とサイロ８の炉容器室７との間隔は、第２コレクタ２０で区画され、受動冷却系による他の原子炉容器補助冷却系を構成する第２空気冷却流路２１の第２下降流路２２が炉容器室７内側壁側に、第２上昇流路２３が保護容器１１側にそれぞれ形成されている。また第２下降流路２２と第２上昇流路２３とは、各下端が炉容器室７の内底部空間に開口し、連通するようになっており、サイロ８段部の第２空気取込口２４から取り込まれた外部の冷却用空気は、第２下降流路２２を下方向に流通し、炉容器室７の内底部空間で流れ方向を反転した後、第２上昇流路２３を上方向に流通し、冷却を行った後に第２空気排出口２５から外部に排出される。

そして、上記のように構成された液体金属冷却原子炉３１は、通常時は、原子炉容器４内の通常時液面位置Ｌｎの液体金属３中に、核燃料炉心２が沈められている。また核燃料炉心２での核分裂による発生熱は、液体金属３の循環により外部に取り出されて発電等に供され、運転中、高温の格納容器６は、常時、第１空気冷却流路１３と第２空気冷却流路２１を使っての冷却が、第１の実施形態と同様に行なわれる。

また、上記のように構成された液体金属冷却原子炉３１は、極端で起こりそうもない仮想事象である原子炉容器４及び格納容器６からの液体金属漏れが生じた緊急時、原子炉容器４内の液体金属３が、通常時液面位置Ｌｎから通常時よりも低い漏出時液面位置Ｌｃまで下がり、原子炉容器４、格納容器６、保護容器１１内に溜まった状態になる。

そして、高温の液体金属３が保護容器１１に溜まることで、上部が固定された第１コレクタ３２は、その下部が液体金属３に浸されることで加熱され、熱膨張により自由端となっている下方向に延びる。このような外部駆動、外部操作によらない閉止動作により、第１コレクタ３２の内外面に突設された第３の環状突起３５と第４の環状突起３６とが、対応する保護容器１１の内側壁の第１の環状突起３３と格納容器６の外側壁の第２の環状突起３４に、各対向する環状面同士を当接させて、密着することにより環状の気密封止部分を形成する。この気密封止部分の形成で、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４と第１上昇流路１５とが閉塞され、空気の流通が遮断される。

その結果、例えば漏出した液体金属３がナトリウムであると、大気との接触でナトリウム火災を起こしたり、生成された放射性反応生成物が第１空気冷却流路１３を介して外部に漏れ出ようとしたりするが、外部駆動、外部操作によらない閉止手段の各環状突起３３，３４，３５，３６が対応するもの同士密着して、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４と第１上昇流路１５とを閉塞し、空気の流通を遮断して空気の供給を遮断するので、酸素と液体金属３の接触が断たれ、ナトリウム火災が消されると共に、放射性反応生成物が発生しなくなり、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を介して外部へ漏れ出なくなる。

このように、漏出した高温の液体金属３によって第１コレクタ３２を熱膨張させ、この熱膨張により各環状突起３３，３４，３５，３６の対応するもの同士を密着させ、空気の流通を遮断するといったエネルギ駆動もしくは運転作業員の介在による自動や手動の操作によらず、単純な物理原理に基づく構成によって第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を閉塞し、漏れ出た液体金属３と空気の接触が遮断できるので、第１の実施形態と同様に、受動的安全性を備えると共に不動作となる虞が少なく、高い信頼性を持って放射性反応生成物の大気への漏れ出しを確実に防ぐことができる。

次に、第３の実施形態を図５乃至図７により説明する。図５は構成を概略的に示す縦断面図であり、図６は第１コレクタの部分拡大図であり、図７は仮想の二重容器漏れ事象が生じた時の様子を示す縦断面図である。なお、上記の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、上記の実施形態と異なる本発明の構成について説明する。

図５乃至図７において、液体金属冷却原子炉４１は、核燃料炉心２を通常時液面位置Ｌｎまで満たされた、例えばナトリウム、あるいはナトリウム・カリウム等の高温の液体金属３中に沈めて収納する原子炉容器４と、不活性ガスを満たした間隙５を設けて原子炉容器４を格納する格納容器６と、格納容器６を炉容器室７に間隔を置いて収容するサイロ８とを備えて構成され、原子炉容器４と格納容器６は、上端部分がサイロ８の段部に支持されている。

格納容器６は、炉容器室７の内底部に設けられた支持構造体４２の上部に外底部が支持された保護容器４３によって、間隔を置き下方側から覆われている。そして、保護容器４３を上部に載置することで支持する支持構造体４２は、保護容器４３の重量が所定重量以上になると潰れ、保護容器４３の支持位置が通常時支持位置より下がるように構成されている。

さらに、格納容器６の外側壁と保護容器４３の内側壁との間隔は、上部がサイロ８に固定され、下端部が保護容器４３の底部近傍に位置するようにして設けられた筒状の第１コレクタ４４により、格納容器６側と保護容器４３側の２つに区画されている。この区画により、受動冷却系による原子炉容器補助冷却系を構成する第１空気冷却流路１３の第１下降流路（外方側流路）１４が保護容器４３側に、第１上昇流路（内方側流路）１５が格納容器６側にそれぞれ形成されている。

第１下降流路１４と第１上昇流路１５とは、各下端が保護容器４３の内底部１６に開口し、連通するようになっており、サイロ８上部の第１空気取込口１７から取り込まれた外部の冷却用空気は、第１下降流路１４を下方向に流通し、保護容器４３の内底部１６で流れ方向を反転した後、第１上昇流路１５を上方向に流通し、冷却を行った後に第１空気排出口１８から外部に排出される。

また、第１空気冷却流路１３を形成する格納容器６の外側壁と保護容器４３の内側壁には、漏出時液面位置Ｌｃより上方となる位置に、第１下降流路１４及び第１上昇流路１５の対応する流路内に突出するように、外部駆動、外部操作によらない閉止手段を構成する第１の環状突起４５と第２の環状突起４６とが、第１の環状突起４５より第２の環状突起４６が下方となる位置に突設されている。

さらに、両側壁間を区画する第１コレクタ４４には、第１の環状突起４５に対向する位置より下方で、かつ第２の環状突起４６に対向する位置より上方となる内外面の中間位置に、同じく外部駆動、外部操作によらない閉止手段を構成する第３の環状突起４７と第４の環状突起４８とが突設されている。第１コレクタ４４に突設された第３の環状突起４７と第４の環状突起４８とは、上下方向に同期移動が可能なように、例えば図６に示すように、第１コレクタ４４に貫通するよう形成され、気密シールが施された上下方向に長いスリット状の摺動孔４９を介して連結されている。

なお、各環状突起４５，４６，４７，４８は、第１の環状突起４５の内寸法より第３の環状突起４７の外寸法が大きく、また第２の環状突起４６の外寸法より第４の環状突起４８の内寸法が大きく形成されている。さらに第１の環状突起３３と第３の環状突起３５の各対向する環状面、第２の環状突起３４と第４の環状突起３６の各対向する環状面は、それぞれ当接し密着することによって環状の気密封止部分が形成されるようになっている。

一方、保護容器４３の外側壁とサイロ８の炉容器室７との間隔は、第２コレクタ２０で区画され、受動冷却系による他の原子炉容器補助冷却系を構成する第２空気冷却流路２１の第２下降流路２２が炉容器室７内側壁側に、第２上昇流路２３が保護容器４３側にそれぞれ形成されている。また第２下降流路２２と第２上昇流路２３とは、各下端が炉容器室７の内底部空間に開口し、連通するようになっており、サイロ８段部の第２空気取込口２４から取り込まれた外部の冷却用空気は、第２下降流路２２を下方向に流通し、炉容器室７の内底部空間で流れ方向を反転した後、第２上昇流路２３を上方向に流通し、冷却を行った後に第２空気排出口２５から外部に排出される。

そして、上記のように構成された液体金属冷却原子炉３１は、通常時は、原子炉容器４内の通常時液面位置Ｌｎの液体金属３中に、核燃料炉心２が沈められている。また核燃料炉心２での核分裂による発生熱は、液体金属３の循環により外部に取り出されて発電等に供され、運転中、高温の格納容器６は、常時、第１空気冷却流路１３と第２空気冷却流路２１を使っての冷却が、上記の各実施形態と同様に行なわれる。

また、上記のように構成された液体金属冷却原子炉４１は、極端で起こりそうもない仮想事象である原子炉容器４及び格納容器６からの液体金属漏れが生じた緊急時、原子炉容器４内の液体金属３が、通常時液面位置Ｌｎから通常時よりも低い漏出時液面位置Ｌｃまで下がり、原子炉容器４、格納容器６、保護容器４３内に溜まった状態になる。

そして、液体金属３が保護容器４３に溜まることで、保護容器４３の重量が増加し、支持構造体４２が支持可能な所定重量以上となって支持構造体４２が潰れる。このような外部駆動、外部操作によらない動作により、保護容器４３は通常時支持位置より下がり、保護容器４３の内壁面に突設された第１の環状突起４５も下がる。第１の環状突起４５が下がり、第１コレクタ４４の外面に突設された第３の環状突起４７に当接し、さらに摺動孔４９に沿って第３の環状突起４７を押し下げる。第３の環状突起４７が下がることで連結されている第４の環状突起４８が下がり、第２の環状突起４６に当接する。

そして、第１の環状突起４５と第３の環状突起４７とが当接、密着し、また第４の環状突起４８と第２の環状突起４６とが当接、密着することにより環状の気密封止部分が形成される。この気密封止部分の形成で、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４と第１上昇流路１５とが閉塞され、空気の流通が遮断される。

その結果、例えば漏出した液体金属３がナトリウムであると、大気との接触でナトリウム火災を起こしたり、生成された放射性反応生成物が第１空気冷却流路１３を介して外部に漏れ出ようとしたりするが、閉止手段の各環状突起４５，４６，４７，４８が対応するもの同士密着して、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４と第１上昇流路１５とを閉塞し、空気の流通を遮断して空気の供給を遮断するので、酸素と液体金属３の接触が断たれ、ナトリウム火災が消されると共に、放射性反応生成物が発生しなくなり、第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を介して外部へ漏れ出なくなる。

このように、漏出した液体金属３によって保護容器４３の重量が増加し、重量増加で保護容器４３を支持する支持構造体４２が潰れ、保護容器４３の位置が下がる。この重量増加で保護容器４３の位置が下がることにより各環状突起４５，４６，４７，４８の対応するもの同士を密着させ、空気の流通を遮断するといったエネルギ駆動もしくは運転作業員の介在による自動や手動の操作によらず、単純な物理原理に基づく構成によって第１空気冷却流路１３の第１下降流路１４、第１上昇流路１５を閉塞し、漏れ出た液体金属３と空気の接触が遮断できるので、上記の各実施形態と同様に、受動的安全性を備えると共に不動作となる虞が少なく、高い信頼性を持って放射性反応生成物の大気への漏れ出しを確実に防ぐことができる。

なお、上記の実施形態においては支持構造体４２を炉容器室７の内底部に設け、保護容器４３を上部に載置して外底部を支持する構成としたが、これに限るものでなく、保護容器４３にフランジ部を形成し、そのフランジ部で支持したり、吊り下げるようにして支持したりする等の構成でもよい。

１，３１，４１…液体金属冷却原子炉
２…核燃料炉心
３…液体金属
４…原子炉容器
５…間隙
６…格納容器
８…サイロ
１１，４３…保護容器
１２，３２，４４…第１コレクタ
１３…第１空気冷却流路
１９…中空容器
３３，４５…第１の環状突起
３４，４６…第２の環状突起
３５，４７…第３の環状突起
３６，４８…第４の環状突起
Ｌｎ…通常時液面位置
Ｌｃ…漏出時液面位置

Claims

核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器との間に形成され、外部から空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて排出する間に前記格納容器を外側から冷却する空気冷却流路とを備える液体金属冷却原子炉において、
前記空気冷却流路は、前記液体金属が前記格納容器外の前記保護容器内に漏れ出た時、該空気冷却流路を閉塞する外部駆動、外部操作によらない閉止手段を備えていることを特徴とする液体金属冷却原子炉。
前記閉止手段が、通常時は、前記保護容器底部にガスが封入された多数個の中空容器を配置し、前記液体金属が前記保護容器内に漏れ出た時には、前記中空容器を該液体金属上に浮かばせて液面を埋め尽くし、前記空気冷却流路を閉塞するものであることを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却原子炉。
前記閉止手段が、通常時は、前記保護容器底部に前記液体金属より比重の軽い閉止体を配置し、前記液体金属が前記保護容器内に漏れ出た時には、前記閉止体を該液体金属上に浮かばせて液面を埋め尽くし、前記空気冷却流路を閉塞するものであることを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却原子炉。
核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器の両側壁間を区画して空気冷却流路の外方側流路と内方側流路とを形成する筒状のコレクタとを備え、外部から前記外方側流路の上部に空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて前記内方側流路の上部から排出する間に前記格納容器を外側から冷却する液体金属冷却原子炉において、
前記空気冷却流路には、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時の液面より上方の前記保護容器の前記外方側流路内壁面と、前記格納容器の前記内方側流路内壁面とにそれぞれ第１、第２の環状突起が設けられていると共に、前記コレクタの前記外方側流路内壁面と前記内方側流路内壁面の前記第１、第２の環状突起より上方位置に第３、第４の環状突起が設けられ、
前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時、前記コレクタが熱膨張することによって、前記第１の環状突起と前記第３の環状突起とが密着し、前記第２の環状突起と前記第４の環状突起とが密着して該空気冷却流路を閉塞するよう構成したことを特徴とする液体金属冷却原子炉。
核燃料炉心を液体金属中に沈めた原子炉容器と、この原子炉容器を不活性ガスが満たされた間隙を間に設けて格納する格納容器と、この格納容器を間隔を置いて収納するサイロと、このサイロと前記格納容器との間に設けられ、前記格納容器との間に間隔を置き下方側から覆う保護容器と、この保護容器と前記格納容器の両側壁間を区画して空気冷却流路の外方側流路と内方側流路とを形成する筒状のコレクタとを備え、外部から前記外方側流路の上部に空気を導入して流下させ、前記保護容器底部近傍で流れ方向を変えて前記内方側流路の上部から排出する間に前記格納容器を外側から冷却する液体金属冷却原子炉において、
前記保護容器は、支持構造体により支持されるようにしてサイロ内に固定され、
前記空気冷却流路には、前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時の液面より上方の前記保護容器の前記外方側流路内壁面と、前記格納容器の前記内方側流路内壁面とにそれぞれ第１、第２の環状突起が設けられていると共に、前記コレクタの前記外方側流路内壁面の前記第１の環状突起より下方位置に第３の環状突起が設けられ、前記コレクタの前記内方側流路内壁面の前記第２の環状突起より上方位置に前記第３の環状突起と上下方向に連動可能に第４の環状突起が設けられ、
前記液体金属が前記格納容器から前記保護容器内に漏れ出た時、前記保護容器が重量増加により前記支持構造体による支持位置より下がり、前記第１の環状突起と前記第３の環状突起とが密着し、前記第２の環状突起と前記第４の環状突起とが密着して該空気冷却流路を閉塞するよう構成したことを特徴とする液体金属冷却原子炉。