JP2532428Y2 - 高速増殖炉のスロッシング防止装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、高速増殖炉において地
震等により原子炉容器が加振されたときに発生する液体
金属冷却材のスロッシングを防止するスロッシング防止
装置に係り、特に、スロッシングをその周期に合わせて
能動的に抑制し液面変動を小さくする高速増殖炉のスロ
ッシング防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、 ²³⁹Ｐｕの核分裂でエネルギを生
産しながら、一方で炉心に発生する中性子を利用して
²³⁸Ｕを ²³⁹Ｐｕに転換して、燃料を増殖させる高速増
殖炉の研究が進められている。

【０００３】図３に示すように、高速増殖炉において
は、有底筒体状に形成された容器２２と、この容器２２
を覆って天井部を区画形成するトッププレ−ト２３とか
ら構成される密閉構造の原子炉容器２１内に、主に核反
応が起される炉心２４からなる炉内構造物２５が収納さ
れている。また、原子炉容器２１内には液体金属冷却材
Ｍとして液体金属ナトリウムが満たされて、この液体金
属冷却材Ｍ中に炉内構造物２５が浸漬され、液面Ｓ上に
は気相部Ｖが形成されている。

【０００４】また、トッププレ−ト２３に挿通されてそ
の端部が液体金属冷却材Ｍに浸漬されるべく垂下された
ホットレグ配管２６が設けられている。ホットレグ配管
２６は図示されないが原子炉容器２１外で隣接して設け
られた中間熱交換器に挿通され、原子炉容器２１と中間
熱交換器とを結ぶサイホンを形成している。また、原子
炉容器２１に隣接してポンプが設けられ、このポンプよ
り延出された配管が原子炉容器２１のトッププレ−ト２
３に挿通されてその端部が炉心２４に接続されている。
このポンプ及び配管には液体金属冷却材が満たされてお
り、ポンプの動力により液体金属冷却材が配管を移送さ
れて炉心２４に供給されるように構成されている。

【０００５】このような高速増殖炉においては、核反応
が起される炉心２４で発生した熱を吸収した液体金属冷
却材Ｍがホットレグ配管２６に形成されたサイホンによ
り中間熱交換器に移送される。中間熱交換器内の液体金
属冷却材Ｍはさらに別の配管によりポンプに移送され
る。また、液体金属冷却材Ｍはポンプにより配管を移送
されて炉心２４に移送され、炉心２４より原子炉容器２
１内に流出する。このようにして、液体金属冷却材Ｍは
炉心２４を通過して原子炉容器２１、中間熱交換器及び
ポンプを循環することになる。

【０００６】地震等により原子炉容器２１が水平方向に
加振されるとき、原子炉容器２１内の液体金属冷却材Ｍ
が共振してスロッシングが発生することがある。スロッ
シングが発生すると液面Ｓが大きくうねることになり、
ホットレグ配管２６の下端部が気相部Ｖに露出すること
が起こる。このため、ホットレグ配管２６に形成された
原子炉容器２１と中間熱交換器とを結ぶサイホンにガス
が巻き込まれ、サイホンブレ−クを生じることがあり、
危険である。

【０００７】また、液体金属冷却材Ｍにガスが巻き込ま
れたまま循環されて炉心２４を通過することにもなる。
ガス巻込みにより多量のガスが炉心２４を通過すると大
変危険である。従って、地震等によりスロッシングが発
生し大きな液面変動が起きた時にはガス巻込みによるサ
イホンブレ−クやガスの炉心通過を避けるために原子炉
を停止することがあり問題であった。

【０００８】本出願人はこのような問題を解決するため
に先に提案を行っており、この提案によると、トッププ
レ−トの内側部にこれより垂下され液体金属冷却材に所
定の深さ浸漬される隔壁を設け、この隔壁により液体金
属冷却材の液相部上部を複数の区画に分割すると共に該
液体金属冷却材の気相部に該隔壁と上記トッププレ−ト
とにより区画されるそれぞれ独立した気相室を複数形成
して高速増殖炉のスロッシング防止装置が構成される。

【０００９】この高速増殖炉のスロッシング防止装置に
あっては、隔壁２７により分割された液体金属冷却材Ｍ
の液相部上部の複数の区画Ｌｉ内の液体金属冷却材は、
それぞれ固有振動数を有することになるが、この固有振
動数は区画Ｌｉの寸法等の関数として現われるので、区
画の大きさを調節することにより原子炉容器２１内に満
たされた液体金属冷却材Ｍ全体が有する固有振動数に比
較して高い側に変更できる。従って、液体金属冷却材全
体にスロッシングを発生させるような振動が加えられて
も各区画Ｌｉ内の液体金属冷却材にはスロッシングが発
生しない。また、各区画内の液体金属冷却材がそれぞれ
固有振動数を有することから、この固有振動数に近い振
動が加えられると各区画において独立にスロッシングが
発生することもあるが、この独立なスロッシングは液体
金属冷却材全体に発生するスロッシングに比べて波長、
波高ともに小さいものであり、さらに隔壁２７の浸漬の
深さを適宜定めることにより極小となる。即ち、地震等
による液体金属冷却材のスロッシングを抑えることがで
きる。

【００１０】また、隔壁を挟んで隣り合う液相部上部の
複数の区画Ｌｉは、隔壁の下端部下方において互いに連
通している。これら区画のうち、並んで隣り合う２区画
とこれらの下方を連通する部分とが近似的にＵ字管を構
成することになる。原子炉容器が地震等により加振され
る時、加振方向に並んで隣り合う２区画とこれらの下方
を連通する部分とにおいて、恰もＵ字管を加振した時に
起きるＵ字管内の液の移動による液面上下変動の如く、
これら２区画を液が移動して液面が交互に上下変動を起
こそうとする。ところが、これら２区画の液面上には隔
壁とトッププレ−トとにより区画されるそれぞれ独立し
た気相室Ｖｉが形成されているので、これら気相室の内
圧が液面の上下動に比例して昇降し、液の移動による液
面の上下動に対して反力が生じることになる。従って、
気相室の気相ガスが恰も空気バネのような働きをして液
の移動による液面の上下動を規制することになる。この
ような並んで隣り合う２区画における液面の上下動の規
制効果が重ね合わされて、全ての区画において液面の上
下動が規制されることになる。即ち、地震等による液体
金属冷却材の液面変動を小さくすることができる。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上記スロッ
シング防止装置にあっては、液体金属冷却材の固有振動
数を高めてスロッシングを小さくすると共に気相室の気
相ガスによる空気バネ的効果を利用して液位の変動を抑
止するものであった。これらの原理はいずれもスロッシ
ング防止装置の空間的構造に依存しており、受動的なも
のである。本出願人はこれらの原理をさらに推し進めて
能動的に働くスロッシング防止装置を提案するものであ
る。

【００１２】即ち、本考案の目的は、上記スロッシング
防止装置の性能を可及的に向上させるために、スロッシ
ングをその周期に合わせて能動的に抑制し液面変動を小
さくする高速増殖炉のスロッシング防止装置を提供する
ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本考案は、原子炉容器の中心を挟んで相向かう一対の
気相室間にこれらを連通する気相路と、この気相路内で
気相ガスを移動させ一方の気相室を減圧して他方の気相
室を加圧する加減圧手段と、上記気相室の液位の変動を
検知して上記加減圧手段を液位の変動を抑止する方向に
駆動させる液位変動検知手段とを設けたものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、一方の気相室で液位が上昇を
開始した時、加減圧手段が働いてこの気相室を加圧す
る。また、このとき、原子炉容器の中心を挟んで相向か
う他方の気相室では液位が下降を開始しており、加減圧
手段はこの他方の気相室を減圧することになる。双方の
気相室は気相路で連通されているので、これらの加圧、
減圧は、この気相路内で気相ガスを移動させることで同
時に達成される。このようにして、原子炉容器の中心を
挟んで相向かう一対の気相室間で気相ガスが移動される
と、双方で液位の変動が抑止される方向に気相圧が働く
ことになる。

【００１５】次に、上記一方の気相室で液位変動が所定
の位相に達すると、加減圧手段は気相ガスの移動を停止
し、さらにこれを逆転させこの気相室を減圧する。液位
変動が所定の位相に達している時の液面の加速度はすで
に下方に向いているので、このように気相室を減圧する
ことは液位の変動を抑止する働きをする。

【００１６】このようにして、スロッシングの周期に対
して周期を合わせると共に所定の位相をずらせて双方の
気相室を加圧、減圧することにより、液位の変動が抑止
されることになる。

【００１７】

【実施例】以下、本考案の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１８】図１に示すように、高速増殖炉の原子炉容
器２１は、有底筒体状に形成された容器２２とこれを覆
って天井部を区画形成するトッププレ−ト２３とにより
密閉構造に構成されている。原子炉容器２１内には、主
に核反応が起される炉心２４からなる炉内構造物２５が
収納されている。また、原子炉容器２１内には液体金属
冷却材Ｍとして液体金属ナトリウムが満たされて、上記
炉内構造物５が浸漬された液相部Ｌを形成している。液
相部Ｌの液面Ｓ上には、気相部Ｖが形成されている。

【００１９】液体金属冷却材Ｍを移送するホットレグ配
管２６は、原子炉容器２１上方よりトッププレ−ト２３
に挿通されてその端部が液体金属冷却材Ｍに浸漬される
べく垂下されて設けられている。ホットレグ配管２６は
原子炉容器２４外で略Ｕ字状に折り曲げられ、図示され
ないが、原子炉容器２４に隣接して設けられた中間熱交
換器に挿通され、原子炉容器２４と中間熱交換器とを結
ぶサイホンを形成している。

【００２０】原子炉容器２１の天井部を形成するトップ
プレ−ト２３の内側部には、これより垂下されて、液体
金属冷却材Ｍに所定の深さ浸漬される隔壁２７が設けら
れている。隔壁２７は図１に示すように、原子炉容器２
１の有底筒体状に形成された容器２２の内周壁に接して
径方向に延出され炉内構造物５側面に接するように形成
されている。炉内構造物５の反対側にも同様に軸対称に
隔壁２７が設けられ、さらにこれら隔壁２７、２７に直
交してトッププレ−ト２３より垂下されると共に容器２
２の内周壁に接して径方向に延出され炉内構造物５側面
に接するように形成された一対の隔壁２７，２７が設け
られている。即ち、これら隔壁２７は、炉心１１を中心
として放射状に設けられ、原子炉容器２１の上部に形成
された気相部Ｖを略十字形に区画して複数の独立した気
相室Ｖｉ（ｉ＝１，２・・）を形成することになる。ま
た、これら隔壁２７は液体金属冷却材Ｍに所定の深さ浸
漬されているので、隔壁２７により液体金属冷却材Ｍの
液相部Ｌ上部を複数の区画Ｌｉに分割することになる。

【００２１】各々の気相室Ｖｉには、トッププレ−ト２
３に挿通され一端部が気相室Ｖｉに開口する配管２８が
設けられ、配管２８の他端部は各々原子炉容器２１の中
心を挟んで相向かう配管２８同志で接続されている。即
ち、配管２８、２８により原子炉容器の中心を挟んで相
向かう一対の気相室Ｖｉ、Ｖｊ（ｊ＝１，２・・）間に
これらを連通する気相路２９が形成されている。この気
相路２９内には気相ガスを任意の方向に移送するブロア
３０が設けられている。また、各々の気相室Ｖｉには液
体金属冷却材Ｍの液位を検出する液位センサ３１と気相
室Ｖｉの圧力を検知する圧力センサ３４とが設けられて
いる。ブロア３０は液位センサ３１からの液位検知情報
または気相室の圧力センサ３４からの圧力変動と、これ
より求められるその変化速度と、同じく変化加速度とを
基にして風向及び風圧を決定して動作するように構成さ
れている。即ち、ブロア３０は加減圧手段３２を、液位
センサ３１は液位変動検知手段３３を構成するものであ
る。

【００２２】次に実施例の作用を述べる。

【００２３】上記のような、隔壁２７を設けた高速増殖
炉の原子炉容器２１にあっては、隔壁２１により分割さ
れた液体金属冷却材Ｍの液相部Ｌ上部の複数の区画Ｌｉ
内の液体金属冷却材Ｍは、それぞれ固有振動数を有する
ことになる。この固有振動数は，区画Ｌｉの寸法等の関
数として現われるので、原子炉容器２１内に満たされた
液体金属冷却材Ｍ全体が有する固有振動数に比較して高
いことになる。従って、液体金属冷却材Ｍ全体にスロッ
シングを発生させるような振動が加えられても各区画Ｌ
ｉ内の液体金属冷却材にはスロッシングが発生しない。
また、各区画Ｌｉ内の液体金属冷却材がそれぞれ固有振
動数を有することから、この固有振動数に近い振動が加
えられると、各区画Ｌｉにおいて独立にスロッシングが
発生することもあるが、この独立なスロッシングは液体
金属冷却材Ｍ全体に発生するスロッシングに比べて波
長、波高ともに小さいものであり、さらに隔壁２７の浸
漬の深さを適宜定めることにより極小となる。即ち、地
震等による液体金属冷却材Ｍのスロッシングを抑えるこ
とができる。

【００２４】また、隔壁２７を挟んで隣り合う液相部Ｌ
上部の複数の区画Ｌｉは、隔壁２７の下端部下方におい
て互いに連通している。これら区画Ｌｉのうち、並んで
隣り合う２区画Ｌｉとこれらの下方を連通する部分とが
近似的にＵ字管を構成することになる。原子炉容器２１
が地震等により加振される時、加振方向に並んで隣り合
う２区画Ｌｉとこれらの下方を連通する部分とにおい
て、あたかもＵ字管を加振した時に起きるＵ字管内の液
の移動による液面上下変動の如くこれら２区画Ｌｉ間を
液が移動して、液面Ｓｉが交互に上下変動を起こそうと
する。これら２区画Ｌｉの液面Ｓｉ上には隔壁２７とト
ッププレ−ト２３とにより区画されるそれぞれ独立した
気相室Ｖｉが形成されているので、これら気相室Ｖｉの
内圧が液面Ｓｉの上下動に比例して昇降し、液の移動に
よる液面Ｓｉの上下動に対して反力が生じることにな
る。従って、これら気相室Ｖｉ内の気相ガスが恰も空気
バネのような働きをして液の移動による液面Ｓｉの上下
動を規制することになる。このような並んで隣り合う２
区画Ｌｉにおける液面Ｓの上下動の規制効果が重ね合わ
されて、全ての区画Ｌｉにおいて液面Ｓｉの上下動が規
制されることになる。即ち、地震等による液体金属冷却
材Ｍの液面変動を小さくすることができる。

【００２５】一方、各々の気相室Ｖｉに設けられ液位変
動検知手段３３を構成する液位センサ３１は、液面Ｓｉ
の液位を常時検知している。図２に示されるように液面
Ｓｉの上下動が比較的大きくなると、液位、液位の変化
速度、変化加速度に基づいて加減圧手段３２を構成する
ブロア３０の風向及び風圧が液位の変動を抑制するべく
決定される。このようにしてブロア３０が液位の変動を
抑制する風向及び風圧で駆動されると、気相路２９内で
気相ガスが移送され、原子炉容器２１の中心を挟んで相
向かう一対の気相室Ｖｉ、Ｖｊはそれぞれ加圧、減圧さ
れることになる。即ち、気相室Ｖｉ、Ｖｊの双方で液位
の変動が抑止される方向に気相圧が働くことになる。次
に、液位変動が所定の位相に達すると、ブロア３０は停
止し、さらに逆転する。液位変動が所定の位相に達して
いる時の液面の加速度はすでに変位の逆に向いているの
で、このようにブロア３０が逆転することは液位の変動
を抑止する働きをする。このようにして、スロッシング
の周期に対して周期を合わせると共に所定の位相をずら
せて双方の気相室を加圧、減圧することにより、液位の
変動が抑止されることになる。

【００２６】以上述べたように、本考案の構成によれ
ば、スロッシングが構造的に抑制されるのみならず周期
に合わせて能動的に抑制される。従って、ホットレグ配
管２６の下端部が気相部Ｖに露出することが防止され、
液体金属冷却材Ｍのガス巻込みが避けられる。このよう
にして、液体金属冷却材Ｍのガス巻込みが避けられるの
で、地震等により原子炉容器２４が加振されてもサイホ
ンブレ−クやガスの炉心通過が発生しない。

【００２７】

【考案の効果】本考案は次のごとき優れた効果を発揮す
る。

【００２８】（１）高速増殖炉の安全性を可及的に高め
ることになる。

【００２９】（２）地震等による原子炉停止が回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す概略側断面図である。

【図２】本考案の一実施例における動作の様子を示す概
略断面図である。

【図３】従来例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２１ 原子炉容器 ２３ トッププレ−ト ２７ 隔壁 ２９ 気相路 ３２ 加減圧手段 ３３ 液位変動検知手段 Ｌ 液相部 Ｌｉ 区画 Ｍ 液体金属冷却材 Ｖ 気相部 Ｖｉ、Ｖｊ 気相室

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に液体金属冷却材を収容した高速増
   殖炉の原子炉容器の天井部を形成するトッププレ−トの
   内側部に、これより垂下され液体金属冷却材に所定の深
   さ浸漬される隔壁を設け、該隔壁により液体金属冷却材
   の液相部上部を複数の区画に分割すると共に該液体金属
   冷却材の気相部に該隔壁と上記トッププレ−トとにより
   区画されるそれぞれ独立した気相室を複数形成して成る
   高速増殖炉のスロッシング防止装置において、上記原子
   炉容器の中心を挟んで相向かう一対の気相室間にこれら
   を連通する気相路と、該気相路内で気相ガスを移動させ
   一方の気相室を減圧して他方の気相室を加圧する加減圧
   手段と、上記気相室の液位の変動を検知して上記加減圧
   手段を液位の変動を抑止する方向に駆動させる液位変動
   検知手段とを設けたことを特徴とする高速増殖炉のスロ
   ッシング防止装置。