JP3126550B2 - 原子炉容器壁の冷却機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉容器壁の冷却機構
に係り、特に冷却材に液体金属を用いる原子炉における
原子炉容器壁の冷却機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子炉容器壁の冷却機構について
は、高速炉の場合が、米国特許第４,１６７,４４５号明
細書及び米国特許第４,４７７,４１０号明細書に、それ
ぞれ開示されている。したがって、原子炉容器壁の冷却
機構の従来例を、これらの公知例を用い、図２〜図４に
より説明する。

【０００３】図２は高速炉の略解図である。液体金属ナ
トリウム(以下、ナトリウムと略称)を冷却材として用い
る高速炉は、原子炉容器４内がナトリウムで満たされ、
原子炉容器４の内部に炉心１及び炉上部機構１８が設置
されている。

【０００４】また、原子炉容器４内は、通常の定格運転
時に炉心１の出口の高温ナトリウムと炉心１の入口の低
温ナトリウムとを分離する中間プレナム１６により、高
温プレナム自由液面１５を有する高温プレナム２と、低
温プレナム３とに分離されている。更に、原子炉容器４
の上部は、ルーフデッキ１９と呼ばれる上蓋によって閉
ざされている。

【０００５】通常の定格運転時には、高温プレナム２内
の高温ナトリウムは、配管２０を通して外部の熱交換器
（図示せず）に取り出され、冷却されて低温ナトリウム
となり、ポンプ（図示せず）により配管２１を通して低
温プレナム３に送られ、再び炉心１と熱交換して高温プ
レナム２に流出される。

【０００６】また、原子炉容器４の壁の内側には、高温
プレナム２の高温から原子炉容器４の壁を保護するた
め、原子炉容器壁冷却機構１７が設置されている。

【０００７】図３は、従来例の原子炉容器壁の冷却機構
の説明図である。原子炉容器４の壁の内側に、ライナ板
９、１０、１１で仕切られた上昇流路６、下降流路７及
び停留層８が、それぞれ設けられている。

【０００８】低温流体は、低温プレナム３から上昇流路
６を通り、原子炉容器４の壁沿いに上昇して原子炉容器
４の壁を冷却する。そして、上昇流路６の上部まで到達
し、自由液面１２を形成する。その後、この低温流体
は、ライナ板９を越流して下降流路７の自由液面１３に
流れ込み、下降流路７内を下降する。次いで、ライナ板
１０の下部の孔から、自由液面１４を有する停留層８の
下部を通って中間プレナム１６へ流出した後、高温プレ
ナム２に流れ込む。

【０００９】図４は、他の従来例の原子炉容器壁の冷却
機構の説明図である。原子炉容器４の壁の内側に、ライ
ナ板９、１０、１１で仕切られた上昇流路６、下降流路
７及び停留層８が設けられており、停留層８は中間プレ
ナム１６とつながっている。低温流体は、低温プレナム
３の底部から上昇流路６を通り、原子炉容器４の壁沿い
に上昇して原子炉容器壁を冷却し、上昇流路６の上部の
自由液面１２で越流して下降流路７の自由液面１３に流
れ込み、下降流路７を下降して低温プレナム３に戻って
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】次に従来技術の問題点
を説明する。すなわち、上記の原子炉容器壁の冷却機構
の場合、冷却流路壁を構成するライナ板が、高温プレナ
ムからの入熱により加熱される。したがって、冷却流路
内の流体は、それらのライナ板からの熱伝達により暖め
られ、冷却流路内の流体には上向きの浮力が働く。

【００１１】このため、下降流路内には上昇流が部分的
に発生し、流体が下降流路内を周方向に均一に下降しな
い、いわゆる、偏流が生じる恐れがある。

【００１２】すなわち、偏流が生じ、冷却機構内の周方
向に上昇流と下降流とが発生した場合には、上昇流の温
度は周りの流体のものよりも高くなる。したがって、冷
却機構の周方向の温度分布が不均一となる。

【００１３】図５は、従来例の下降流路内の流速及び温
度の各分布図であり、下降流路内における原子炉容器壁
側のライナ板近傍の流速分布及び温度分布を流体数値解
析により計算し、それらを周方向に展開して示したもの
である。なお、流速分布は０°〜１８０°、温度分布は
１８０°〜３６０°の周方向の各範囲について例示して
いる。また、温度分布は、流路に流入する低温流体の温
度を０.０に、高温プレナムの温度を１.０に無次元化し
て示している。

【００１４】計算結果は、周方向に低温流体の上昇流と
下降流とが生じる、いわゆる、偏流が生じ、この偏流に
より周方向の温度分布が不均一となり、周方向に約０.
４の温度差（周方向の最高温度と最低温度との差）が生
じることを示している。

【００１５】なお、上記の流速分布及び温度分布の計算
には、流体数値解析プログラム(THERVIS)を使用した。
このプログラムの計算精度については、例えば、NUCLEA
R TECHNOLOGY誌 Vol.98 Apr. 1992(p.14〜26)で論じら
れており、このプログラムが熱流動現象の評価に十分な
計算精度を有していることが明らかにされている。

【００１６】本発明の目的は、原子炉容器壁の冷却機構
において、冷却流路内の周方向の温度分布を均一化し、
周方向の偏流の発生を抑制することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００１８】（１）原子炉容器の内部に炉心及び１次系
冷却材を有し、原子炉容器の内部を高温プレナムと低温
プレナムとに分離し、原子炉容器の壁を冷却する低温流
体が流れる上昇流路と下降流路、及び低温流体を停留さ
せる停留層を、その壁に沿って内設してある複数のライ
ナ板で仕切って設置してある原子炉容器壁の冷却機構に
おいて、下降流路の上部に、低温流体の下降流の幅を狭
める仕切り板を上下方向に設置してあること。

【００１９】（２）（１）において、仕切り板によって
狭められる低温流体の下降流の幅ｄと下降流路の幅Ｄと
の比、すなわちｄ／Ｄの値が、０.６以下であること。

【００２０】（３）（１）又は（２）において、仕切り
板の下端が、下降流路の有する自由液面よりも下部に位
置していること。

【００２１】（４）（１）又は（２）において、仕切り
板の下端が、前記下降流路の有する自由液面よりも上部
に位置していること。

【００２２】（５）原子炉容器の内部に炉心及び１次系
冷却材を有し、原子炉容器の内部を高温プレナムと低温
プレナムとに分離し、原子炉容器の壁を冷却する低温流
体が流れる上昇流路と下降流路とを、壁に沿って内設し
てある複数のライナ板で仕切って設置してある原子炉容
器壁の冷却機構において、下降流路の上部に、低温流体
の下降流の幅を狭める仕切り板を上下方向に設置してあ
ること。

【００２３】（６）（５）において、仕切り板によって
狭められる低温流体の下降流の幅ｄと下降流路の幅Ｄと
の比、すなわちｄ／Ｄの値が、０.６以下であること。

【００２４】（７）（５）又は（６）において、仕切り
板の下端が、下降流路の有する自由液面よりも下部に位
置していること。

【００２５】（８）（５）又は（６）において、仕切り
板の下端が、下降流路の有する自由液面よりも上部に位
置していること。

【００２６】

【作用】本発明では、低温流体が上昇流路から下降流路
に移行した際の、下降流路の上部における低温流体が下
降するときの幅、すなわち下降流の幅を、仕切り板を用
いて下降流路の幅よりも狭めてある。したがって、下降
流の幅は制限され、下降流は下降流路の原子炉容器側の
ライナ板の壁面に沿って下降する。

【００２７】図６は低温流体における下降流層の形成に
関する説明図である。すなわち、上述のように、下降流
の幅は制限され、下降流は下降流路の原子炉容器側のラ
イナ板の壁面に沿って下降するので、図６に示すよう
に、低温流体の下降流層がライナ板の壁面に沿って鉛直
方向に形成される。

【００２８】このように形成される下降流層は、高温プ
レナムからの入熱により下降流路内の流体が加熱された
場合でも、周りの下降流路内の流体よりも低温であるた
め、下向きの浮力が働いて下降する。

【００２９】したがって、上向きの浮力に伴う上昇流の
発生は、下降流路の高温プレナム側ライナ板の壁面近傍
に限定され、低温の低温流体により形成される下降流と
高温プレナムの入熱により加熱されて形成される上昇流
とは、下降流路内の原子炉容器側と高温プレナム側とに
それぞれ分離される。

【００３０】すなわち、低温の下降流と高温の上昇流と
が、下降流路内の原子炉容器の半径方向に分離され、低
温の下降流と高温の上昇流との混合が防止されるので、
冷却流路内における周方向の温度分布が均一化され、周
方向の偏流の発生が抑制される。

【００３１】

【実施例】本発明の第１実施例を図１を用いて説明す
る。図１は本実施例の原子炉容器壁の冷却機構の説明図
である。

【００３２】原子炉容器４内には炉心１が設置され、原
子炉容器４内はナトリウムで満たされている。また、原
子炉容器４内は、炉心１の出口の高温ナトリウムと炉心
１の入口の低温ナトリウムとを分離する中間プレナム１
６により、高温プレナム２と低温プレナム３とに分離さ
れている。また、原子炉容器４の壁の内側にはライナ板
９、１０、１１で仕切られた上昇流路６、下降流路７及
び停留層８で構成される原子炉容器壁冷却機構１７が設
けられている。すなわち、ここまでの構成は、従来例の
場合と同じである。

【００３３】本実施例は、上述の構成において、低温流
体が上昇流路６から下降流路７に移行する際、下降流路
７の上部における下降流の幅ｄを下降流路の幅Ｄよりも
狭める仕切り板５を下降流路７内に上下方向に設置し、
仕切り板５の下端を下降流路７の自由液面１３に浸漬さ
せた場合である。なお、下降流の幅ｄと下降流路７の幅
Ｄとの比ｄ／Ｄを０.５に設定している。

【００３４】このように、ｄ／Ｄを０.６以下に設定す
ることにより、低温流体は、仕切り板５によりその下降
幅が制限されるので、下降流路内の半径方向に広がるこ
となく、下降流路７の原子炉容器４側のライナ板９の壁
面に沿って下降する。

【００３５】すなわち、下降流路７において、ライナ板
１０の壁面に沿って発達する浮力に伴って形成される低
温流体の上昇流と、ライナ板９の壁面に沿って形成され
る低温流体の下降流との相互の干渉や混合が防止され、
低温流体の周方向の温度分布が均一化され、偏流発生の
抑制効果が高められる。

【００３６】図７は、本実施例の下降流路内の流速及び
温度の各分布図である。なお、計算方法、及び流速と温
度との各分布の表示方法は、前述した図５の従来例の場
合と同じである。

【００３７】下降流路７内の流速は、ライナ板９に沿っ
て形成される下降流層内のものを求めているが、周方向
に下降流のみが生じており、また、周方向の温度分布
も、図５の従来例の場合と比較して、均一化されている
ことが分かる。すなわち、これらのことから、周方向の
偏流の発生が抑制されることは明らかである。

【００３８】本発明の第２実施例を図８を用いて説明す
る。図８は本実施例の原子炉容器壁の冷却機構の説明図
であり、上述の実施例と比較して異なる点は、上述の実
施例は、仕切り板５の下端を下降流路７の自由液面１３
に浸漬させた場合であるのに対し、本実施例は、仕切り
板５の下端を自由液面１３に浸漬させない場合である。

【００３９】すなわち、仕切り板５の下端を自由液面１
３に浸漬させなくとも、浸漬させた場合と同様の効果を
得ることができ、また、仕切り板５の軽量化を図ること
ができる。

【００４０】本発明の第３実施例を図９を用いて説明す
る。図９は本実施例の原子炉容器壁の冷却機構の説明図
である。

【００４１】原子炉容器４内には炉心１が設置され、原
子炉容器４内はナトリウムで満たされている。また、原
子炉容器４内は、炉心１の出口の高温ナトリウムと炉心
１の入口の低温ナトリウムを分離する中間プレナム１６
により、高温プレナム２と低温プレナム３とに分離され
ている。また、原子炉容器４の壁の内側にはライナ板
９、１０で仕切られた上昇流路６と下降流路７とで構成
される炉壁冷却機構１７が設けられている。すなわち、
ここまでの構成は、停留層を設けていない従来の場合と
同じである。

【００４２】本実施例は、上述の構成において、低温流
体が上昇流路６から下降流路７に移行する際、下降流路
７の上部における下降流の幅ｄを下降流路の幅Ｄよりも
狭める仕切り板５を下降流路７内に上下方向に設置し、
仕切り板５の下端を下降流路７の自由液面１３に浸漬さ
せた場合である。

【００４３】また、下降流の幅ｄと下降流路７の幅Ｄと
の比ｄ／Ｄを０.５に設定している。このように、ｄ／
Ｄを０.６以下に設定することにより、下降流路７にお
いて、ライナ板１０の壁面に沿って発達する浮力に伴っ
て形成される低温流体の上昇流と、ライナ板９の壁面に
沿って形成される低温流体の下降流との相互の干渉や混
合が防止され、低温流体の周方向の温度分布が均一化さ
れ、偏流発生の抑制効果が高められる。

【００４４】低温流体は、低温プレナム３から上昇流路
６を通り、原子炉容器４の壁沿いに上昇して原子炉容器
４の壁を冷却し、自由液面１２を含む上昇流路６の上部
がライナ板９を越流して下降流路７の自由液面１３に流
れ込む。この際、低温流体は仕切り板５によりその下降
幅を制限され、下降流路内の半径方向に広がることな
く、下降流路７の原子炉容器４側のライナ板９の壁面に
沿って下降する。

【００４５】すなわち、本実施例が前述の第１実施例と
比較して大きく異なる点は、本実施例では、ライナ板１
１（図１参照）を原子炉容器壁に沿って内設せず、した
がって停留層８（図１参照）を設けていないことであ
り、停留層８による炉壁冷却効果を除いては、第１実施
例における炉壁冷却効果と同様の効果を得ることができ
る。

【００４６】本発明の第４実施例を図１０を用いて説明
する。図１０は本実施例の原子炉容器壁の冷却機構の説
明図であり、上述の実施例と比較して異なる点は、上述
の実施例は、仕切り板５の下端を下降流路７の自由液面
１３に浸漬させた場合であるのに対し、本実施例は、仕
切り板５の下端を自由液面１３に浸漬させない場合であ
る。

【００４７】すなわち、仕切り板５の下端を自由液面１
３に浸漬させなくとも、浸漬させた場合と同様の効果を
得ることができ、また、仕切り板５の軽量化を図ること
ができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉容器壁の冷却機
構において、上昇流路から下降流路に移行した低温流体
における低温の下降流と高温の上昇流との混合を防止し
て、原子炉容器の周方向における低温流体の温度分布を
均一化し、低温流体の偏流の発生を抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の原子炉容器壁冷却機構の
説明図である。

【図２】高速炉の略解図である。

【図３】従来例の原子炉容器壁冷却機構の説明図であ
る。

【図４】他の従来例の原子炉容器壁冷却機構の説明図で
ある。

【図５】従来例の下降流路内の流速及び温度の各分布図
である。

【図６】低温流体における下降流層形成の説明図であ
る。

【図７】本発明の第１実施例における下降流路内の流速
及び温度の各分布図である。

【図８】本発明の第２実施例の原子炉容器壁冷却機構の
説明図である。

【図９】本発明の第３実施例の原子炉容器壁冷却機構の
説明図である。

【図１０】本発明の第４実施例の原子炉容器壁冷却機構
の説明図である。

【符号の説明】

１…炉心、２…高温プレナム、３…低温プレナム、４…
原子炉容器、５…仕切り板、６…上昇流路、７…下降流
路、８…停留層、９、１０、１１…ライナ板、１２、１
３、１４…自由液面、１５…高温プレナム自由液面、１
６…中間プレナム、１７…原子炉容器壁冷却機構、１８
…炉上部機構、１９…ルーフデッキ、２０、２１…配
管、２２…下降流層。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉容器の内部に炉心及び１次系冷却
   材を有し、前記原子炉容器の内部を高温プレナムと低温
   プレナムとに分離し、前記原子炉容器の壁を冷却する低
   温流体が流れる上昇流路と下降流路、及び前記低温流体
   を停留させる停留層を、前記壁に沿って内設してある複
   数のライナ板で仕切った原子炉容器壁の冷却機構におい
   て、前記下降流路の上部に、前記低温流体の下降流の幅
   を狭める仕切り板を上下方向に設置し、前記仕切り板の
   下端が、前記下降流路の有する自由液面よりも上部に位
   置していることを特徴とする原子炉容器壁の冷却機構。
2. 【請求項２】 前記仕切り板によって狭められる前記低
   温流体の下降流の幅ｄと前記下降流路の幅Ｄとの比、す
   なわちｄ／Ｄの値が、０.６以下である請求項１記載の
   原子炉容器壁の冷却機構。
3. 【請求項３】 原子炉容器の内部に炉心及び１次系冷却
   材を有し、前記原子炉容器の内部を高温プレナムと低温
   プレナムとに分離し、前記原子炉容器の壁を冷却する低
   温流体が流れる上昇流路と下降流路とを、前記壁に沿っ
   て内設してある複数のライナ板で仕切ってある原子炉容
   器壁の冷却機構において、前記下降流路の上部に、前記
   低温流体の下降流の幅を狭める仕切り板を上下方向に設
   置し、前記仕切り板の下端が、前記下降流路の有する自
   由液面よりも上部に位置していることを特徴とする原子
   炉容器壁の冷却機構。
4. 【請求項４】 前記仕切り板によって狭められる前記低
   温流体の下降流の幅ｄと前記下降流路の幅Ｄとの比、す
   なわちｄ／Ｄの値が、０.６以下である請求項３記載の
   原子炉容器壁の冷却機構。