JP2624848B2 - 高速増殖炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉容器内に中間熱交換器等を内蔵する
タンク型に好適な高速増殖炉に係り、特に、中間熱交換
器の外胴外周をシールするシール装置を改良した高速増
殖炉に関する。

（従来の技術） 一般に、この種のタンク型高速増殖炉は第３図に示す
ように構成され、原子炉容器１は内側の主容器1aと外側
のガードベッセル1bとにより２重構造に構成されてお
り、円筒状空間のキャビティウォール２内に吊下げ支持
されている。

原子炉容器１およびキャビティウォール２はルーフス
ラブ３により閉塞されている。

原子炉主容器1a内の下底部には図中下から炉心支持体
４を介してプレナム部５および炉心６が順次積層されて
おり、炉心６の上方には、ルーフスラブ３に吊持されて
いる炉心上部機構７が配置されている。

また、炉心６のほぼ上端部位置において、主容器1a内
を隔壁８により上方のホットプール９と下方のコールド
プール10とに上下に区画し、隔壁８は隔壁支持体8bによ
り支持されている。

前記ルーフスラブ３には複数の一次主循環ポンプ11が
周方向に等間隔に吊り持ちされており、主容器1a内の一
次冷却材15を強制循環させる。

これらの一次主循環ポンプ11はその外側が薄肉円筒体
12により被覆されて、隔壁８を図中上下方向に貫通して
いる。

各一次主循環ポンプ11の下端からは炉内配管13が導出
され、その先端がプレナム部５に接続されている。

そして、ルーフスラブ３には一次冷却材15と二次冷却
材16との熱交換を行なう複数のシェルアンドチューブ型
の中間熱交換器14が周方向に等間隔に主容器１内に吊り
持ちされており、その下端部は隔壁８を貫通してコール
ドプール10内に達している。

各中間熱交換器14は、第４図に示すように長尺中空状
の外胴17の上端に形成したフランジ17aがルーフスラブ
３に引っ掛けられて支持され、中間熱交換器14全体が吊
り下げられている。

前記外胴17の下端部はテーパ状に縮径され、隔壁８の
貫通孔8aに固着されたスタンドパイプ内に挿通され、コ
ールドプール10内で出口ノズル17bにより開口してい
る。

また、外胴17の下部には上下管板19a,19bの間に貫通
支持された多数の伝熱管20が収納されている。

そして、外胴17の軸方向中間部にて開口した複数の入
口窓21,21…から、上管板19a上に流入した一次冷却材15
は図中太線小矢印に示すように、各伝熱管20内を流下し
て、下管板19bから出口ノズル17b内へ流出し、さらにこ
こからコールドプール10内に流下する。この出口ノズル
17bの内周には下管板19bに固着された内胴22が設けられ
ている。

また、外胴17の軸心部には、ルーフスラブ３の外部か
ら液体ナトリウム等の液体金属から成る二次冷却材16が
図中太線黒矢印に示すように、上下管板19a,19b間の空
間19c内に、下端開口22aを通して供給する内側管23と、
前記空間19cから一次冷却材15との熱交換によって加温
されて二次冷却材16を取り出してルーフスラブ３外へ導
出する外側管24とで形成されたダウンカマ25が設けられ
ている。

ところで、このように構成されたタンク型高速増殖炉
では、炉心６で加熱されたホットプール９の一次冷却材
15は、そのほぼ全量が中間熱交換器14内を経て、コール
ドプール10に流入されないと、一次主循環ポンプ11の必
要吐出流量が増大するばかりでなく、プラントとしての
効率を低下させる原因ともなる。

また、万一ホットプール９内の高温一次冷却材15が中
間熱交換器14内を通らずにコールドプール10へ流入する
ようなリーク等が生じた場合には、一般にホットプール
９とコールドプール10の冷却材温度には150℃程度の温
度差があるので、リーク箇所近傍の熱疲労等の構造健全
性確保上の課題も生ずる結果となる。

このために、中間熱交換器14が隔壁８を貫通する部分
のシール、すなわちスタンドパイプ18と中間熱交換器14
のシールは、十分にその機能を確保するように構成する
必要がある。

そして、このようなシール装置に対しては、中間熱交
換器14とスタンドパイプ18との相対変位を軸方向と水平
方向とで吸収できることが要請される。以下、この軸方
向変位吸収の要請の理由を述べる。

原子炉容器１内のホットプール９およびコールドプー
ル10内の一次冷却材15の温度はプラントの起動、停止等
の運転により変化する。

このために、二次冷却材15に接液している中間熱交換
器14、スタンドパイプ18、隔壁８、原子炉容器１等も熱
膨張変形する。

このとき、中間熱交換器14の外胴17上部は、一次冷却
材15の温度にほぼ同一の温度まで上昇するのに対し、原
子炉容器１のホットプール９の内周面には、図示しない
断熱層、もしくは冷却機構が設置されているので、中間
熱交換器14の外胴17上部ほどの温度上昇は生じない。

その結果、中間熱交換器14とスタンドパイプ18との間
で、その軸方向に相対変位を生ずるので、その変位を吸
収する必要がある。

次に、前記水平方向変位吸収の必要性について述べ
る。

前記プラント起動、停止等に伴って、原子炉容器１
は、軸方向に熱膨張するだけでなく、径方向にも熱膨張
する。

一方、中間熱交換器14は原子炉容器１上面で被覆する
ルーフスラブ３から吊り持ちされ、このルーフスラブ３
はプラント運転時においても40℃程度の低温に保持され
るため、中間熱交換器14と原子炉容器１に接続されたス
タンドパイプ18に、径方向に相対変位が生ずる。

また、前記ルーフスラブ３は上面温度が前記したよう
にほぼ一定であるが、その下面温度はホットプール９内
の一次冷却材15の温度の影響を受けて変化し、その結果
として、全体に撓み変形を起す。

このルーフスラブ３の熱撓みにより、中間熱交換器14
は若干直立を傾ける変形を生じ、これによっても、中間
熱交換器14とスタンドパイプ18との間で径方向に相対変
位を生ずるので、その変位を吸収する必要がある。

以上のシール装置の性能要求に加え、万一、中間熱交
換器14内にリークが生ずる等、故障が生じた場合には、
中間熱交換器14全体をスタンドパイプ18から引き抜き、
補修を行なう必要がある。

このために、前記シール装置はこの中間熱交換器14の
引抜にも対応可能な構造とする必要がある。

そこで中間熱交換器14とスタンドパイプ18との間隙を
シールする従来のシール装置は、第５図に示すように中
間熱交換器14の出口ノズル17b周辺部の吐出端部におけ
る内胴22の外周と、その外胴17の内周とを、これら両者
22,17間に介在された円筒状の内側ベローズ29により接
続しており、中間熱交換器14の外胴17の外周面とスタン
ドパイプ18の内周面との間には円筒状の外側ベローズ26
を介在している。

この外側ベローズ26はその図中上端を、外胴17の吐出
端部外周に固着された外向きフランジ17aに固着すると
共に、外側ベローズ26の図中下端には、外胴17の吐出口
端部外周を環状に囲むシールリング27を固着している。

シールリング27の図中下面は、スタンドパイプ18の下
端に突設された内向きフランジより成るシール座28の図
中上面に所要の圧力で押し付けられ、液密に着座してい
る。

したがって、このシール装置はシールリング27をシー
ルリング座28に所要圧で押圧し、面接触させており、そ
の接触面にベローズ26の圧縮力が常に作用される。

中間熱交換器14とスタンドパイプ18との軸方向の相対
変位の吸収については、ベローズ26の軸方向伸縮により
行なわれるので、常にシールリング27とシールリング座
28との間に必要な圧縮面圧を確保することができる。

また、中間熱交換器14とスタンドパイプ18との径方向
の相対変位の吸収については、シールリング27とシール
リング座28とが相互に径方向にスライドすることにより
行なわれる。

さらに、中間熱交換器14のスタンドパイプ18からの引
抜性の確保については、シールリング27とシールリング
座28とが面接触しているに過ぎず、溶接等により固着さ
れているものではないので、中間熱交換器14のスタンド
パイプ18からの引抜は可能である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このように構成された中間熱交換器14
とスタンドパイプ18との従来のシール装置には、シール
性能の信頼性に課題がある。

すなわち、シールリング27とシールリング座28の面接
触でシールするために、そのシール性能がシールリング
27とシールリング座28との製作精度により大きく左右さ
れる。

また、プラント運転中にシールリング27とシールリン
グ座28とのシール面に万一、自己融着等が生じると、シ
ールリング27がシールリング座28上面上を水平（径）方
向に摺動できなくなるので、径方向相対変位を吸収でき
ず、そのために、ベローズ26に剪断力が作用し、ベロー
ズ26の健全性を損う可能性がある。

さらに、中間熱交換器14のスタンドパイプ18からの引
抜、補修後の再挿入に際し、シール性能を確保できる適
切な位置に配置できるか確認できないことによる信頼性
面での課題がある。

そこで本発明は前記事情を考慮してなされたもので、
その目的は、中間熱交換器とスタンドパイプの軸方向お
よび水平方向の変位を吸収でき、かつ十分なシール性と
中間熱交換器引抜およびその後の再挿入性を向上するこ
とができるシール装置を有する高速増殖炉を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ユニバーサル型ベローズがその軸方向およ
び径方向の変位をその変形により吸収することができる
点に着目してなされたものであり、スタンドパイプ18の
吐出口端部内周に形成されたシール座に、その軸方向に
挿脱自在かつ液密に着座するシール部材を、ユニバーサ
ル型ベローズにより吊り持ちさせたものでる。

すなわち本発明は、一次冷却材を収容する原子炉容器
内のホットコールドとコールドプールとを仕切る隔壁
に、これら両プールを連絡する貫通孔を穿設し、この貫
通孔にスタンドパイプを液密に固定し、このスタンドパ
イプ内に、前記一次冷却材を内部に通して二次冷却材と
熱交換する中間熱交換器の一次冷却材の吐出口端部を、
シール装置を介して挿脱自在かつ液密に挿入せしめる高
速増殖炉において、前記シール装置は、前記スタンドパ
イプの前記コールドプール側端部の内周面に環状に形成
されて、前記コールドプール側に向けて先細のテーパ面
を形成しているシール受け座と、前記中間熱交換器の吐
出口端部の外胴外周に外嵌されて前記シール受け座のテ
ーパ孔内にその軸方向に挿脱自在かつ液密に嵌入される
シール部材と、前記中間熱交換器の吐出口端部の外胴外
周に外嵌されてその外周面を被覆するように一端部が固
着される一方、その自由端部が前記シール部材に固着さ
れて軸方向および径方向に変形自在のユニバーサル型ベ
ローズとを有することを特徴とする。

また、前記発明において、ユニバーサル型ベローズ
は、中間熱交換器の吐出口端部の外胴外周に外方に突出
する環状の固定リングを突設し、前記中間熱交換器の吐
出口端部の外胴外周に外嵌された上下一対のベローズお
よび管軸の短かい短管を、上部ベローズ、短管および下
部ベローズの順に順次連結して前記固定リングの内周部
にて吊設し、この下部ベローズにシール部材の一端部を
固着する一方、前記一対のベローズの外周にそれぞれ外
嵌される上下一対の外管および固定管の上部および下部
同士をヒンジピンによりそれらの管軸を中心にして揺動
自在にそれぞれ螺着し、前記上部固定管の自由端を、前
記上部ベローズの一端を固着した固着部より外周側の前
記固定リングの外周部に固着し、前記下部固定管の自由
端部、前記下部ベローズの一端部を固着した固着部より
外側の前記シール部材の外周部に固着し、前記各螺着部
には軸方向に長い長孔を穿設してなることを特徴とす
る。

（作用） スタンドパイプ18の吐出口端部内周に形成したシール
座には、中間熱交換器の吐出口端部の外胴外周を囲むシ
ール部材がその軸方向に挿脱自在および液密に着座さ
れ、このシール部材は前記中間熱交換器の吐出口端部の
外胴外周に外嵌されて吊設されているユニバーサル型ベ
ローズにより吊り持ちされているので、スタンドパイプ
内周面と前記外胴外周面とが液密にシールされる。

また、シール部材がシール座にその軸方向に挿脱自在
に着座しているので、中間熱交換器をスタンドパイプか
らその軸方向へ引き抜くことができる。

さらに、シール部材が軸方向および径方向に変形自在
のユニバーサル型ベローズにより吊り持ちされているの
で、スタンドパイプおよび中間熱交換器の外胴の吐出口
端部の軸方向および径方向の変位を、ユニバーサル型ベ
ローズの変形により吸収することができる。

したがって本発明によれば、スタンドパイプと中間熱
交換器の外胴とをシールすることができると共に、中間
熱交換器のスタンドパイプからの引抜きを行なうことが
でき、しかも、スタンドパイプおよび中間熱交換器の外
胴の軸方向および径方向の熱変位を吸収することができ
るので、そのシール装置の信頼性向上を図ることができ
る。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図および第２図に基づい
て説明する。

第１図は本発明を第３図〜第５図で示すタンク型高速
増殖炉に適用した場合の一実施例の要部を示す要部縦断
面図であり、第１図および第２図中、第３図〜第５図で
示す部分と共通する部分には同一符号を付して、その重
複した説明を省略する。

本実施例は中間熱交換器14の吐出口端部17bの外胴17
外周とスタンドパイプ18の吐出口端部内周面とを液密に
シールするシール装置に特徴があり、これ以外の構成は
第３図〜第５図で示す従来例と同様であるので、その説
明は省略する。

本実施例のシール装置は第４図に示すようにホットプ
ール９とコールドプール10とを連通させるスタンドパイ
プ18と、中間熱交換器14の外胴17とのアニュラス空間を
液密にシールするものであり、第１図に示すようにスタ
ンドパイプ18の吐出口端部17b内周に環状のシール受け
座30を一体に連成している。

シール受け座30は第１図および第２図に示すように、
その図中上面に上下２段の図中下方に先細のテーパ面30
a,30bをそれぞれ形成し、下部テーパ面30bを、シールリ
ング31を液密に着座させるシート面に形成している。

このシート面30bにはシール受け座30を軸方向に貫通
する貫通孔30cを、その周方向に所要のピッチをおいて
複数個穿設している。

シールリング31は中間熱交換器14の吐出口端部17bの
外胴17の外周面に微少の間隙をおいて外嵌される環状体
より成り、その図中下端面にはシール受け座30のシート
面30bに適合するテーパ面31aが形成され、シート面30b
にシールリング31が液密に密着するようになっている。

シールリング31の図中上端上方が第１図および第４図
に示すようにホットプール９と連通する一方、シールリ
ング31の下面であるテーパ面31aが各貫通孔30cを介し
て、ホットプール９よりも低圧のコールドプール10に連
通しているので、シールリング31の上面には高圧のホッ
トプール９と低圧のコードプール10の差圧が下方へ向け
て加圧されるので、シールリング31のテーパ面31aとシ
ール受け座30のシート面との密着度が向上する。

シールリング31はユニバーサル型ベローズ32の図中下
端部に固着され、このユニバーサル型ベローズ32の図中
上端は、外胴17の吐出口端部外周面にほぼ全周に亘って
固着された環状の固定リング33に固着されている。

すなわち、シールリング31はユニバーサル型ベローズ
32により吊持ちされているので、そのベローズ32の圧縮
力がシールリング431に常に作用し、シールリング31と
シール受け座30との密着度が一層向上する。

ユニバーサル型ベローズ32はその軸方向および径方向
に変形することにより、その軸方向および径方向の変位
を吸収するものであり、中間熱交換器14の吐出口端部17
bの外胴17外周に微少間隙をもって外嵌される管軸の短
い円管状の短管34と上下一対の円筒状のベローズ35a,35
bとを有する。

短管34は、その図中上端を上部ベローズ35aに、その
下端を下部ベローズ35bにそれぞれ固着しており上部ベ
ロース35aの図中上端を固定リング33の下面に固着する
一方、下部ベローズ35bの図中下端をシールリング31の
上面上に固着している。

また、短管34の図中上下端には、上下一対のベローズ
35a,35bの外周を全周に亘って囲むホッパー状の上下一
対の外管36a,36bの各縮径端部を固着している。

これら上下一対の外管36a,36bの各自由端は、上下一
対のベローズ35a,35bの外周を微少間隙をもって囲む円
管状の上下一対の固定管37a,37bに左右一対のヒンジピ
ン38a,38b,39a,39bにより、径方向に揺動自在に連結さ
れており、さらに、上下一対の外管36a,36bにはヒンジ
ピン38a,38b,39a,39bを挿通させる挿通孔をその軸方向
に延びる長孔40a,40b,41a,41bを形成し、各ヒンジピン3
8a,38b,39a,39bを植設する上下一対の固定管37a,37bに
対して、上下一対の外管36a,36bがそれぞれ軸方向に変
位できる。

そして、上部固定管37aの上端が固定リング33の下面
に固着される一方、下部固定管37bの下端がシールリン
グ31の上面に固着され、これによりシール装置が構成さ
れる。

したがって、本実施例のシール装置によれば、シール
部材31の上面には高圧のホットプール９と、これより低
圧のコールドプール10との差圧が図中下方に向けて加圧
されるので、シールリング31のテーバ面31aとシール受
け座30のシート面30bとの密着力が増大するので、その
シール性の向上が図られる。

また、外胴17の軸方向変位は上下一対のベローズ35a,
35bと、上下一対の外管36a,36bと上下一対の固定管37a,
37bとを軸方向移動自在に連結するヒンジ結合の軸方向
の変形により吸収することができる。

さらに、上下一対のベローズ35a,35bの外周面は上下
一対の外管36a,36bおよび固定管37a,37bにより被覆され
ているので、上下一対のベローズ35a,35bに負荷される
剪断力を緩和することができる。

しかも、上下一対の外管36a,36bと固定管37a,37bはヒ
ンジピン38a,38b,39a,39bにより径方向に揺動可能に支
持されているので、水平方向の変位を吸収することがで
きる。

そして、シールリング31はシール受け座30に単に密着
しているだけで、溶接等により固着されていないので、
中間熱交換器14を図中上方へ引き上げることにより、中
間熱交換器14をスタンドパイプ18より引き抜くことがで
きる。

また、中間熱交換器14をスタンドパイプ18内に再挿入
する場合には、シールリング17のテーパ面31aがシール
受け座30の上段傾斜面30aを図中下方向に摺動して、そ
の下段のシート面30bに案内される。したがって、シー
ルリング31のテーパ面31aがシール受け座30のシート面3
0bに確実に案内されて着座される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、スタンドパイプの吐出
口端部内周に設けたシール受け座のテーパ面に、軸方向
に挿脱自在かつ液密に着座するシール部材を、軸方向お
よび径方向に変形自在のユニバーサル型ベローズを介し
て、中間熱交換器の吐出口端部の外胴外周に吊設したの
で、中間熱交換器をスタンドパイプから軸方向に引き抜
くことができ、しかも再挿入時には、シール部材の傾斜
面がシール受け座のテーパ面に案内されるので、その挿
入性が向上する。

また、シール部材を軸方向および径方向に変形自在の
ユニバーサル型ベローズにより吊り持ちするので、中間
熱交換器とスタンドパイプとの軸方向および径方向の相
対変位を吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速増殖炉の要部縦断面図、第２
図は第１図の部分拡大図、第３図は一般的なタンク型高
速増殖炉を一部縦断面で示す全体構成図、第４図は従来
のシール装置を有する中間熱交換器の縦断面図、第５図
は第４図で示す中間熱交換器の吐出口端部の拡大図であ
る。 １……原子炉容器、８……隔壁、8a……貫通孔、９……
ホットプール、10……コールドプール、14……中間熱交
換器、15……一次冷却材、16……二次冷却材、17……外
胴、18……スタンパイプ、30……シール受け座、30a,30
b……２段傾斜面（テーパ面）、31……シールリング、3
1……テーパ面、32……ユニバーサル型ベローズ、33…
…固定リング、34……短管、35a,35b……上下一対のベ
ローズ、36a,36b……上下一対の外管、37a,37b……上下
一対の固定管、38a,38b,39a,39b……ヒンジピン、40a,4
0b,41a,41b……長孔。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次冷却材を収容する原子炉容器内のホッ
   トコールドとコールドプールとを仕切る隔壁に、これら
   両プールを連絡する貫通孔を穿設し、この貫通孔にスタ
   ンドパイプを液密に固定し、このスタンドパイプ内に、
   前記一次冷却材を内部に通して二次冷却材と熱交換する
   中間熱交換器の一次冷却材の吐出口端部を、シール装置
   を介して挿脱自在かつ液密に挿入せしめる高速増殖炉に
   おいて、前記シール装置は、前記スタンドパイプの前記
   コールドプール側端部の内周面に環状に形成されて、前
   記コールドプール側に向けて先細のテーパ面を形成して
   いるシール受け座と、前記中間熱交換器の吐出口端部の
   外胴外周に外嵌されて前記シール受け座のテーパ孔内に
   その軸方向に挿脱自在かつ液密に嵌入されるシール部材
   と、前記中間熱交換器の吐出口端部の外胴外周に外嵌さ
   れてその外周面を被覆するように一端部が固着される一
   方、その自由端部が前記シール部材に固着されて軸方向
   および径方向に変形自在のユニバーサル型ベローズとを
   有することを特徴とする高速増殖炉。