JPH01245192A - 高速増殖炉の炉心上部機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液体金属ナトリウムを冷却材とする高速増殖型
原子力発電プラントにおいて、炉心上部機構から垂下す
る胴体に作用する熱応力を低減させた炉心上部機構に関
する。

（従来の技術） 高速増殖炉では、炉心冷却材として液体金属ナトリウム
が使用され、炉心上部機構から垂下する胴体の下半部は
上記液体金属ナトリウム中に浸漬して使用される。

第３図は高速増殖炉における炉心上部機構の胴体近傍を
概念的に示すもので、遮蔽プラグ１から垂下する炉心上
部機構の胴体２は胴部２ａと胴底板２ｂとからなり、そ
こには制御棒上部案内管３と各種の機器類が収納されて
いる。この制御棒上部案内管の下端は胴底板２ｂを貫通
し、炉心（図示せず）上部に達している。また、ホット
ブレナムと炉心上部機構の胴体２の内部には液体金属ナ
トリウム４ａ、４ｂが充填され、それらの上部にはカバ
ーガス５が充填されている。図中、矢印Ａは液体金属ナ
トリウムの流れを示す。

従来の高速増殖炉としては、第３図に示すように、炉心
上部機構の胴体２内に、胴外側のホットプレナムから液
体金属ナトリウム４ａが流入しないようにし、胴体２内
の液体金属ナトリウム４ｂをスタグナント（ＳＴＡＧＮ
ＡＮＴ）な状態にする方式と、第４図に示すように、胴
底板２ｂに流入孔６を設けるとともに、胴部２ａに流出
孔７を設け、ホットブレナムからの液体金属ナトリウム
の流れを積極的に胴体２内に導入し、この液体金属ナト
リウム４ｂを矢印Ｂで示すように、再度ホットブレナム
へ流出させる方式とが開発されている。前者の方式は我
が国および外国において採用され、また後者の方式は外
国において採用されている。

前者のスタグナント方式は、胴体内部に設置された各種
の機器や制御棒駆動機構あるいは炉内計装等に、炉心出
口からの熱過渡ストレスが過度に加わらないという利点
があり、また胴体内部に液体金属ナトリウムの流れを導
入しなくとも、ホットブレナム内の流れの状況、特に原
子炉トリップ時の流れの状況がホットブレナム内の機器
類にとって構造健全性上問題のない程度に保たれる（但
し、温度成層化現象は起こる。）という利点がある。

一方、後者の胴体内部流通方式は、原子炉トリップ時の
ホットブレナム内の流れの状況下において、温度成層化
現象が起こり難く、ホットブレナム全体の液体金属ナト
リウムの混合を促進させやすいというメリットがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の高速増殖炉の炉心上部機
構においては、次のような問題点があった。

すなわち、液体金属ナトリウムの流れを炉心上部機構の
胴体内部に導入しないスタグナント方式では、第５図（
ａ）〜（ｄ）に示すように、胴部２ａと胴底板２ｂとの
間において、原子炉起動時やトリップ時などの胴体内外
の液体金属ナトリウムの温度差ΔＴ　、Δ”１２によっ
て、過大な熱応力が発生し、設計上の許容値を上回る恐
れがある。

なお第５図（ａ）は原子炉起動時における炉心。

上部機構の胴体内外部の液体金属ナトリウムの温度変化
の様子を示し、同図（ｂ）は原子炉トリップ時における
炉心上部機構の胴体内外部の液体金属ナトリウムの温度
変化の様子を示す。これらの図中、曲線Ｔ　ｏｕｔは胴
体外部の温度を、Ｔｉｎは胴体内部の温度を示す。

また、同図（Ｃ）は原子炉起動時またはトリ・ツブ時に
胴体２に加わる最大熱応力発生箇所（−印）を示し、同
図（ｄ）は原子炉起動時またはトリ・ノブ時における熱
応力の強さの時間変化の様子を示す。

一方、液体金属ナトリウムの流れを胴体２の内部に導入
する胴体内部流通方式においては、第６図（ａ）〜（ｄ
）に示すように、原子炉の起動時やトリップ時に、胴体
内外の液体金属ナトリウムの温度Ｔｉｎ５Ｔｏｕｔに温
度差ΔＴ　１ΔＴ２２があまりつかないため、液面より
上の炉心上部機構胴体の軸方向温度勾配による熱応力が
支配的となって過大な熱応力が液面近傍において発生し
、設計上の許容値を上回る恐れがある。また、炉心上部
機構胴体の内部に炉心出力の厳しい熱過渡がかかる恐れ
がある。なお、第６図中、（ａ）〜（ｄ）の内容と符号
の意味は、第５図の（ａ）〜（ｄ）におけると同じであ
る。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、炉
心上部機構の胴体と胴底板との接合部の熱応力を低減さ
せるとともに、炉心上部機構胴部の液面近傍部での熱応
力を減少させ、また、胴部内部に過大な熱過渡がかから
ないようにした高速増殖炉の炉心上部機構を提供するこ
とを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の高速増殖炉の炉心上部機構は、液体金属ナトリ
ウムを冷却材とする高速増殖炉において、前記液体金属
ナトリウムに接液する胴体内部を仕切り板によって鉛直
方向に２以上の領域に仕切り、胴底板が接する最下部の
領域には胴体外側から液体金属ナトリウムの流れを導入
するようにし、液体金属ナトリウムの液面近傍が接する
最上部の領域は胴体外部からの流れを抑制するよう構成
したことを特徴とするものである。

（作用） 上述のように構成した本発明の高速増殖炉の炉心上部機
構においては、炉心上部機構の胴部と胴底板との接合部
の熱応力が低減し、炉心上部機構の胴部の液面近傍部の
熱応力が減少し、しかも胴内部に過大な熱過渡がかから
ないようにすることができる。

（実施例） 以下、第１図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

なお、第１図において、第３図および第４図におけると
同一部分には同一の符号を付しである。

第１図は本発明による高速増殖炉の炉心上部機構の実施
例における胴体２の近傍を示すもので、胴部２ａ内には
所定の間隔をおいて２枚の仕切り板１０ａ、１０ｂが配
置され、胴体２内を３つの領域１１ａ、ｌｌｂ、ＩＩＣ
に仕切っている。

最下段の領域１１Ｃでは胴底板２ｂに流入孔６が透設さ
れるとともに、胴部２ａに流出孔７が透設されて胴体内
部流通構造が採用されているが、その上の２つの領域１
１ａ１１１ｂでは、各仕切り板１０ａ、１０ｂと制御棒
上部案内管３との間には僅かなｌＨｒ隙しか形成されて
おらず、いわゆるスタグナント構造が採用されている。

このような構成の高速増殖炉の炉心上部機構において、
炉心部から湧出する高温の液体金属ナトリウムは主とし
て矢印Ａで示すように、炉心上部機構胴体の外側を流れ
るが、その一部は流入孔６から最下段の領域１１ｃに流
れこみ、その内の液体金属ナトリウムを撹拌混合した後
、矢印Ｂで示すように、流出孔７を通して再びホットブ
レナムへ流出し、液体金属ナトリウム主流とともに熱交
換器（図示せず）へ向かって流れる。

したがって、原子炉起動時における炉心上部機構の胴体
内の液体金属ナトリウムの温度は、第２図（ａ）の点線
Ｔｉｎ’に示すように、従来の炉心上部機構胴体２内に
おける液体金属ナトリウム温度Ｔｉ口よりも高くなる。

また、原子炉トリップ時における炉心上部機構の胴体内
の液体金属ナトリウムの温度は、第２図（ｂ）の点線Ｔ
ｉｎ’に示すように、従来の炉心上部機構胴体２内にお
ける液体金属ナトリウム温度Ｔｉｎよりも低くなる。

その結果、炉心上部機構胴体２の内外の温度差ΔＴ　　
／、ΔＴ　′は、従来の炉心上部機構胴体２の内外の温
度差ΔＴ　、ΔＴ１□よりも低減する。

本発明において、原子炉起動時や原子炉トリップ時にお
ける炉心上部機構の胴体に加わる最大熱応力発生箇所は
、第２図ＣＣ）に矢印→で示すように、胴部２ａと胴底
板２ｂとの接合部の近傍となるが、最大熱応力の強さは
、同図（ｄ）のσ′に示すように、従来の炉心上部機構
の胴体における最大熱応力σよりも大幅に低くなる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明に係る高速増殖炉の炉心上部機構
においては、胴体と胴底板に加わる熱応力を従来のスタ
グナント方式の場合に比べて大幅に低減でき、また、炉
心出口からの熱過渡を炉心上部機構胴体内部の機器に直
接かけずに済ませることができる。

一方、原子炉起動時や原子炉トリップ時における胴体の
液面近傍の熱応力は、胴体内外の液体金属ナトリウムの
温度差によって軸方向温度勾配による熱応力が部分的に
キャンセルされるので低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速増殖炉の炉心上部機構の実施例を
示す概略説明図、第２図は本発明装置の作動説明図、第
３図と第４図はそれぞれ従来の高速増殖炉の炉心上部機
構を例示する概略説明図、第５図と第６図はそれぞれ従
来の高速増殖炉の炉心上部機構の作動説明図である。 １・・・・・・・・・遮蔽プラグ ２・・・・・・・・・炉心上部機構胴体２ａ・・・・・
・胴部 ２ｂ・・・・・・胴底板 ３・・・・・・・・・制御棒案内管 ４ａ、４ｂ・・・液体金属ナトリウム ５・・・・・・・・・カバーガス ６・・・・・・・・・流入孔 ７・・・・・・・・・流出孔 １０ａ、１０ｂ・・・仕切り板 １１ａ、ｌｌｂ、　１１ｃｍ・・領域 第１図 （６）　　　　　　　　　　　　（ｂ）゛第２図 第３図 節４図 （１）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（７１，”５ｆ
Ｐ）グ相

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　液体金属ナトリウムを冷却材とする高速増殖炉におい
   て、前記液体金属ナトリウムに接液する胴体内部を仕切
   り板によって鉛直方向に２以上の領域に仕切り、胴底板
   が接する最下部の領域には胴部外側から液体金属ナトリ
   ウムの流れを導入するようにし、液体金属ナトリウムの
   液面近傍が接する最上部の領域は胴体外部からの流れを
   抑制するよう構成したことを特徴とする高速増殖炉の炉
   心上部機構。