JP3330411B2 - 少なくとも一のエジェクターポンプ装置により液体金属の循環を行なう一体型高速中性子原子炉 - Google Patents

少なくとも一のエジェクターポンプ装置により液体金属の循環を行なう一体型高速中性子原子炉

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JP3330411B2
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    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24Promoting flow of the coolant
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一のエジェ
クターポンプ装置によって炉心と熱交換器との間の液体
金属の循環を行なう一体型高速中性子原子炉に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】一体型高速中性子原子炉においては、原
子炉のすべての一次循環路は、水平な密封スラブにより
封止された縦型の、一般に主容器として知られる容器内
に配置される。従って、炉心や熱交換器、あるいは上記
容器内に入れられた液体金属をこれら炉心と熱交換器と
の間で循環するのに用いられるポンプ手段は、上記容器
内に配置される。上記主容器を満たす液体金属は、概し
てアルゴンにより構成される中性のガス層により覆われ
ている。
【0003】炉心は実際には主容器の中央部に配置され
ており、熱交換器とポンプ手段とはこの炉心の周りに環
状に、交互に配置されている。そして一般的には、上記
ポンプ手段はインペラーを備えた機械式のポンプにより
構成され、このインペラーは上記密封板の上方に配置さ
れた電気モーターにより、垂直の長軸を介して駆動され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力の高
速中性子原子炉(例えば2500MWe)においては、
炉心を冷却するのに必要な公称流量(例えば18000
kg/s)を確保するために、この種の機械式ポンプ
が、上記主容器の垂直軸について規則的に分配されるよ
うに、少なくとも3機必要とされる。しかも、これらの
ポンプは2メートル近い最大直径を有する、巨大なもの
となる。
【0005】一方、高速中性子原子炉の工業化において
避けることのできない問題の一つにその製造コストの問
題が挙げられる。そして、このような製造コストの削減
には原子炉の小型化改良、特に主容器の径の縮小が必要
とされる。しかしながら、従来知られた原子炉主容器内
の液体金属のポンプ手段では、上述したように少なくと
も3機の径の大きなポンプを使用することが避けられ
ず、この結果、高出力の原子炉が必要とされる場合に
は、原子炉主容器の縮径は妨げられざるを得なかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、現在使用され
ている機械式ポンプに比べて必要部品数の削減、および
/または、その全体寸法の縮小が可能な新規なポンプ手
段を備えて、原子炉の大幅な小型化を図り、結果的にそ
の製造コストを低減することを目的とした一体型高速中
性子原子炉に関するものである。
【0007】本発明によれば、液体金属が収められた縦
型の主容器内に、炉心と、少なくとも一の熱交換器と、
これら炉心と熱交換器との間で液体金属を循環可能なポ
ンプ手段とを備え、このポンプ手段が少なくとも一のエ
ジェクターポンプ装置を具備する一体型高速中性子原子
炉によって、このような結果を得ることができる。
【0008】
【作用】高出力原子炉においては、それ自体が炉心を冷
却するのに必要な流量を有する単一のエジェクターポン
プ装置を用いるか、あるいは中程度の流量を有する2つ
のエジェクターポンプ装置を用いるか、あるいは低流量
の3つのエジェクターポンプ装置を用いるかにより、一
般的な機械式ポンプに代えてエジェクターポンプ装置を
用いることが可能となる。最初の場合においては、上記
単一のエジェクターポンプ装置の最大直径は、同じ流量
を供給するのに用いられる上記3機の機械式ポンプの各
々の最大直径に対して半分程度であり、また3機のエジ
ェクターポンプ装置を用いる場合は4倍少ない。結果的
に、全ての場合で全体寸法の縮小が図られ、上述した小
型化の促進と原子炉の製造コストの削減をなすことが可
能となる。
【0009】より詳しくは、エジェクターポンプ装置は
それぞれ吐出ノズルを備えた機械式ポンプを有してお
り、この吐出ノズルは、炉心に供給ポンプを介して連結
される二次ノズルに噴出する。上記機械式ポンプは比較
的低流量を供給するものであるが、この流量は、上記吐
出ノズルと二次ノズルとの組み合せにより形成されるエ
ジェクターによって、3以上の係数で増大する。
【0010】本発明を実施するに際しては、吐出ノズル
と二次ノズルとは略垂直軸に沿って配置され、二次ノズ
ルは吐出ノズルの下方に配置されるのが望ましい。
【0011】また一般的に炉心は、該炉心を支持すると
ともに液体金属の供給を行なう支承部の上に配置される
のが好ましい。ここで、二次ノズルを炉心に連結する上
記供給管は、この支承部内に噴出する。
【0012】さらに高速中性子原子炉では一般的に、内
部容器が主容器の内部を、炉心から流出する相対的に高
温の収集部と、熱交換器から流出する相対的に低温の収
集部とに分割する。そして上記エジェクターポンプ装置
は、この相対的に低温となる収集部内に配置される。
【0013】
【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の一実
施例について詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明に係わる、液体金属により
冷却される一体型高速中性子原子炉を示す縦断面図であ
る。
【0015】図2は、図1に示す原子炉の主容器内の液
体金属の循環を行なう、本発明に係わるエジェクターポ
ンプ装置の拡大縦断面図である。
【0016】図1に示す液体金属冷却式の一体型高速中
性子原子炉は、一般的に知られた構成を有する。従っ
て、本発明の理解に必要な構成上の特徴についてのみ、
以下に記述する。
【0017】この高速中性子原子炉は、上端が密封スラ
ブ12によって封止された縦型の主容器10を備えてい
る。主容器10は、安全容器14によって外部が二重に
なっており、コンクリートケーソン16に形成された容
器坑内に設置されている。
【0018】一体型原子炉においては一般的に、原子炉
の主容器10には炉心18と、熱交換器20と、ポンプ
手段とが収納されており、本発明によれば、このポンプ
手段は少なくとも一のエジェクターポンプ装置22から
構成されている。炉心18は、主容器10中央の縦軸上
に配置され、その底部に、液体金属を供給する支承部2
4と、床板として知られる支持構造材26とを介して設
置される。熱交換器20およびエジェクターポンプ装置
22は上記密封スラブ12に吊持されて、主容器10の
炉心18の周りに配置されている。
【0019】主容器10は、通常ナトリウムより成る液
体金属により満たされていて、炉心18、熱交換器2
0、およびエジェクターポンプ装置22はこの液体金属
内に浸漬されている。この液体金属は、通常アルゴンよ
り成る中性ガス層8により覆われている。
【0020】主容器10の内部は、内部容器30によっ
て、相対的に高温となる収集部32と相対的に低温とな
る収集部34とに分割される。この内部容器30はその
底部が上記支承部24の周縁部に接合されており、上記
相対的に高温の収集部32はこの内部容器30と主容器
10との間に形成される。
【0021】図1に示すように、熱交換器20は内部容
器30を突き抜けるように配置されおり、上記相対的に
高温の収集部32内に臨む吸入口36と、上記相対的に
低温の収集部34内に臨む吐出口38とを備えている。
さらに、上記エジェクターポンプ装置22は上記相対的
に低温の収集部34内に配置され、供給管40を介して
上記供給用の支承部24に連通せしめられている。
【0022】このような配置を採ることにより、図1に
矢線で示すように上記エジェクターポンプ装置22を用
いて炉心18と熱交換器20との間の液体金属の循環を
行なうことができる。より詳しくは、収集部34内の相
対的に低温の液体金属がエジェクターポンプ装置22に
吸い込まれ、供給管40および支承部24を介して炉心
18内に排出される。炉心18における核分裂反応の結
果、上記液体金属は上記収集部32に達する前に加熱さ
れる。そして、この相対的に高温となった液体金属は熱
交換器20を通り、ここで当該原子炉の図示されない二
次循環路を流れる伝熱流体にその熱の一部を伝達する。
従って、熱交換器20を通過して上記吐出口38から上
記収集部34に至った時点で、上記液体金属は低温とな
っている。
【0023】図2には、本発明に係わるエジェクターポ
ンプ装置22の特徴的構成が詳細に説明されている。こ
れに示されるように、各エジェクターポンプ装置22は
比較的低流量の機械式ポンプ42と、吐出ノズル44お
よび二次ノズル46により形成されるエジェクターとを
備えており、これら吐出ノズル44と二次ノズル46と
は同一の垂直軸の周りに中心を同じくして配置されてい
る。より詳しくは、上記液体金属は吐出ノズル44を通
って機械式ポンプ42の下端から吐出し、さらに該機械
式ポンプ42の下方に位置する二次ノズル46に流入す
る。
【0024】上記低流量の機械式ポンプ42は、高速中
性子原子炉において従来用いられている高流量の機械式
ポンプと同様、当該原子炉の主容器10の密封スラブ1
2に吊持されており、図示されないインペラーを備えて
いる。このインペラーは、密封スラブ12上に配置され
た電気モーター48(図1)により、やはり図示されな
い垂直駆動軸を介して回転される。
【0025】上記機械式ポンプ42は、上記内部容器3
0に下端が接合された縦型の筒状軸50内に設置されて
おり、この筒状軸50の上端は、上記相対的に高温の収
集部32内における上記液体金属の最大レベルよりも上
に位置するように配置されている。さらに、この筒状軸
50は、上記機械式ポンプ42が上記相対的に低温の収
集部34内に配置されるように、その下端が開口されて
いる。
【0026】上記収集部34内の相対的に低温の液体金
属は、上記機械式ポンプ42により、その上方の筒状軸
50内に位置する吸引口52を通って吸引される。この
液体金属は、上記機械式ポンプ42によりその下端の吐
出ノズル44を通って吐出されるが、この吐出ノズル4
4は上記内部容器30と略同じ高さに配置されている。
この吐出ノズル44は垂直下向きに、該吐出ノズル44
よりも十分大きな径を有する上記二次ノズル46の、首
部に臨んで噴出するように設けられている。
【0027】上記機械式ポンプ42により吐出ノズル4
4を通って噴出された液体金属は誘導流を構成して、そ
の運動エネルギーをエジェクターポンプ装置22部に位
置する上記相対的に低温の収集部34内の液体金属に伝
達し、この液体金属は、吐出ノズル44および二次ノズ
ル46により形成されるエジェクターの被誘導流を構成
する。この被誘導流は、上記吐出ノズル44から噴出す
る上記誘導流により流動せしめられ、二次ノズル46の
出口において上記機械式ポンプ44による誘導流れより
も一層大きな被誘導流れを生じるという効果をもたら
す。
【0028】図2に矢線で明確に示すように、上記相対
的に低温の収集部34にある液体金属は、上記吐出ノズ
ル44から噴出した液体金属に引きずられ、吐出ノズル
44と二次ノズル46との間に形成される環状の空間部
54を通って、さらに二次ノズル46を通る。そして、
この二次ノズル46の下端は、供給用の支承部24に直
接連結された供給管40に連通している。
【0029】機械式ポンプとエジェクターとの結合によ
り得られる流量の増大は、該機械式ポンプの公称流量の
3倍以上になるという特徴がある。この多大な流量の増
大により、高出力の高速中性子原子炉(1500MW
e)の炉心の冷却を、かかる原子炉に従来使われていた
機械式ポンプに比べて最大直径が略半分に減少された単
一のエジェクターポンプ装置22を用いたり、いっそう
小さな径の2または3機のエジェクターポンプ装置を用
いたりして、可能とすることができる。
【0030】このように全体寸法の縮小が図られる一方
で、単一のエジェクターポンプ装置を用いることによ
り、原子炉の内部構造を簡略化させ、部品数を削減し、
結果的に原子炉の製造コストを低減させることができ
る。
【0031】また、2機のエジェクターポンプ装置を用
いることにより、製造コストの低減をなお促しつつも、
原子炉の全体寸法をより縮小すると同時に、その縮小さ
れた大きさにおいて構造の簡略化を図ることができる。
【0032】さらに、3機のエジェクターポンプ装置を
用いることにより、要求される製造コストの低減を保証
しながら、より一層顕著な空間の確保を促すことが可能
となる。
【0033】さらにまた、すべての場合において、本発
明に係わるエジェクターポンプ装置を用いることによ
り、たとえ上記機械式ポンプ42が停止するような事態
に陥っても、自然対流によって良好な炉心冷却を行なう
ことができるということは特筆すべきことである。
【0034】次表は、本発明に係わるエジェクターポン
プ装置22の主な特性を、かかる装置を1機、または2
機、または3機用いた場合について示すものである。た
だしこれらの特性は、炉心における液体金属の公称流量
を約18000kg/sとし、また圧力勾配を約5ba
rとする場合に得られるものである。
【0035】
【表1】
【0036】
【発明の効果】流量の増大を図って、ポンプ手段の大き
さ、または数、あるいはこれら双方の削減を可能とし、
結果的に原子炉の製造コストの低減を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる液体金属冷却式の一体型高速中
性子原子炉を示す縦断面図である。
【図2】図1に示す原子炉の主容器内の液体金属の循環
を行なうエジェクターポンプ装置の拡大縦断面図であ
る。
【符号の説明】 10 主容器 18 炉心 20 熱交換器 22 エジェクターポンプ装置 30 内部容器 32 高温収集部 34 低温収集部 40 供給管 42 機械式ポンプ 44 吐出ノズル 46 二次ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 15/02 G21C 15/247 G21C 15/25 G21C 1/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体金属を収納する縦型の主容器内に、
    炉心と、少なくとも一の熱交換器と、これら炉心と熱交
    換器との間で上記液体金属を循環可能なポンプ手段とを
    備え、上記ポンプ手段は少なくとも一のエジェクターポ
    ンプ装置を具備し 上記エジェクターポンプ装置は、吐出ノズルを有する機
    械式ポンプを備え、この吐出ノズルは、供給管により上
    記炉心に連結される二次ノズルに噴出しており、上記吐
    出ノズルと二次ノズルとは、垂直軸に略沿って配置さ
    れ、上記二次ノズルは上記吐出ノズルの下方に配置され
    ている高速中性子原子炉。
  2. 【請求項2】 上記炉心は、該炉心へ液体金属を供給す
    る支承部の上に配置され、この支承部には、上記二次ノ
    ズルを上記炉心に連結する供給管が噴出する請求項
    載の原子炉。
  3. 【請求項3】 1機ないし3機のエジェクターポンプ装
    置を備えている請求項1記載の原子炉。
  4. 【請求項4】 上記原子炉は、上記主容器の内部を、上
    記炉心から流出する相対的に高温となる収集部と、上記
    エジェクターポンプ装置を収容し、上記熱交換器から流
    出する相対的に低温となる収集部とに分割する内部容器
    を備えている請求項1記載の原子炉。
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FR2687245A1 (fr) 1993-08-13
FR2687245B1 (fr) 1995-01-13
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