JPH023158B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高速増殖炉の熱遮蔽装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、高速増殖炉（以下、原子炉と記す）は
液体ナトリウム等の液体金属を冷却材として使用
しており、原子炉容器内にその冷却材を充填し、
その自由液面とルーフスラブとの間の上部空間に
不活性ガスからなるカバーガスを充填して形成さ
れている。

一方、この液体金属からなる冷却材は熱伝達能
力が極めて大きいため、この冷却材に接している
原子炉容器の壁部の温度は冷却材の温度変化に対
して極めて速く追従する。しかしながら、原子炉
容器のうち冷却材の液面より上方の部分の壁部の
温度は、冷却材の温度変化には追従しない。

このため、原子炉の運転開始、停止の場合のよ
うに冷却材の温度が変化すると、原子炉容器のう
ち冷却材の液面下の部分と液面上の部分との間に
大きな温度差が生じてしまう。これに伴つて、冷
却材の液面近傍に位置する原子炉容器壁には大き
きな温度勾配が生じ、過大な熱応力が発生し、原
子炉容器の健全性を損なう可能性があつた。

そこで、従来は原子炉容器の内側に断熱壁を添
設し、この熱壁と原子炉容器内面との間に低温の
冷却材を流通させ、炉心の上面から流出した高温
の冷却材が原子炉容器に直接接触しないようにし
て、原子炉容器の健全性の確保を図つている。す
なわち、原子炉容器内に設けられた循環ポンプか
ら炉心部に向けて送出される低温の冷却材の一部
を、前記断熱壁と原子炉容器内面との間を流通せ
しめる冷却材流路を設けるようにしている。

しかし、この方法では循環ポンプがトリツプし
た時に断熱機能がが得られない等の問題があつ
た。

そのほかに、原子炉容器内壁の液面近傍位置
に、全周に亘つてガス空間である上部開口型の環
状空間（ガスダム）を形成する環状壁を設け、こ
れによつて高温の冷却材と原子炉容器内面との直
接接触を防止して、液面近傍の冷却材の温度変化
が直接原子炉容器に伝わるのを防止することが行
なわれている。

しかし、この方式ではカバーガスに接している
原子炉容器内面部で凝縮した冷却材が環状空間内
に流れ落ちたり、何らかの原因で冷却材が環状空
間内に流入して溜つたりすると、断熱（熱遮蔽）
効果が著しく低下する問題や、性能回復の為の稼
動装置等が必要であるなどの問題があつた。

つまり、上記環状空間（ガスダム）内に溜つた
冷却材の熱伝導率は極めて高いので環状壁内の冷
却材の保有する熱が原子炉容器に伝達され、環状
空間を設けたことによる断熱効果が損なわれる問
題がある。さらに、環状空間内には、環状壁面か
ら原子炉容器への放射熱を抑制する熱遮蔽板が設
けられているが、液面から蒸発した冷却材蒸気が
ガス空間で冷却され熱遮蔽板に付着し、放射熱抑
制の効果も損なわれる問題もあつた。なお、環状
空間（ガスダム）内に溜つた冷却材をポンプによ
り汲出すことも提案されてはいるが原子炉容器内
は常に500℃以上の冷却材で覆われており、しか
も原子炉の寿命は数十年と長いので、この期間中
に確実に作動するポンプを製作することは困難で
ある。

このように、従来の熱遮蔽装置では、熱遮蔽効
果が十分ではなく、原子炉容器の健全性を損なう
不具合や、原子炉容器の構造が複雑となる問題点
があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので
あり、原子炉容器内周面に沿つて設けられるガス
ダム内へ冷却材およびその蒸気が侵入するのを防
止でき、もつて、冷却材から原子炉容器への伝熱
量を低減させて原子炉容器の熱応力を減少させ、
原子炉容器の健全性を確保できるとともに構造が
簡単でかつ長期にわたり性能の低下がない高速増
殖炉の熱遮蔽装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

内部に冷却材を収納した炉容器の内周面に沿つ
て、上記冷却材の自由液面上部から自由液面下部
までの部分と、上記炉容器の内面との間に、上記
冷却材から上記内面を区画する環状空間（ガスダ
ム部）形成する環状壁を設けるとともに上記環状
空間の上記開口部を薄肉の柔性体カバーで閉塞し
てなることを特徴としている。

したがつて、ガスダム内に冷却材およびその蒸
気が侵入、滞溜するのを防止でき、これによつて
原子炉容器を冷却材から隔離できるので、原子炉
容器の熱応力、熱変形を常に確実に軽減でき、し
かも長期にわたり性能の低下しない高速増殖炉の
熱遮蔽装置を得ることができる。

〔発明の実施例〕

本発明は冷却材が自由液面をもつて充填されて
いる如何なる原子炉容器にも適用されるものであ
り、特に冷却材温度が500℃以上で運転されるこ
との多いループ型やタンク型の高速増殖炉の原子
炉容器に適している。

第１図および第２図を参照しながら本発明の一
実施例を説明する。

まず、タンク型の高速増殖炉を第１図により説
明する。

上部開口（図示せず）を有する炉容器１内に
は、冷却材である液体金属ナトリウム３が充填さ
れており、多数本の燃料集合体（図示せず）の整
列配置された炉心５が前記炉容器１の中央部に位
置するようにナトリウム３内に浸漬配置されてい
る。前記炉容器１内は炉心５の外周に接続された
仕切壁６により上下方向に仕切られており、この
仕切壁６に設けられたポンプ７の駆動により、ナ
トリウム３が炉心５の下方から上方へ流れるよう
に炉容器１内を循環するようになつている。

前記炉容器１の上部開口はルーフスラブ８によ
り閉塞されており、このルーフスラブ８の中心部
には前記炉心５の直上位置に臨む炉上部機構９が
垂設されている。また、ルーフスラブ８には二次
ナトリウム供給機構１０が取付けられており、こ
の二次ナトリウム供給機構１０の下方の前記仕切
壁６を貫通した部分には中間熱交換器１１が取付
けられている。

このような構成の高速増殖炉では、炉心５で約
500〜600℃に加熱されたナトリウム３が、仕切壁
６の上側に高温ナトリウムプール１２から中間熱
交換器１１に導入されて、ここで二次ナトリウム
供給機構１０からの二次ナトリウムと熱交換して
冷却され約300〜400℃となる。その後このナトリ
ウム３は仕切壁６の下側の低温ナトリウムプール
１３へ流下し、ポンプ７で加圧された上で炉心５
に再循環される。

次に、第１図及び第２図を参照しながら本発明
の熱遮蔽装置について説明する。

原子炉容器１の内方で、かつナトリウム３の自
由液面Ｌの上方からその下方までの間の位置に、
炉容器１の内面にはナトリウム３から区画する断
面Ｌ字形の環状壁２１が固着されている。そして
環状壁２１の上方には、この環状壁２１と炉容器
１との間に形成された環状空間２２の上部開口を
気密に閉塞し、上記環状空間２２を密閉空間とす
る薄肉の柔体性カバー２３が設けられている。上
記柔性体カバー２３は炉容器１の内面から環状壁
２１の頂部にかけて下向きの傾斜を有するよう設
けられている。なお、第１図および第２図中２４
は密閉された環状空間２２内に装着された熱遮蔽
板を示し、２５は安全容器を示している。

次に本実施例による熱遮蔽作用を説明する。

高温ナトリウムプール１２内のナトリウム３は
炉心５を通過する間に約500℃に加熱され、一部
がその自由液面Ｌからカバーガス空間１４内へ蒸
発する。一方、ルーフスラブ８はその上面は常温
に近い低温であり、そのためカバーガス空間１４
に面する下面の温度もナトリウム３の温度より低
い。このため、カバーガス空間１４内へ蒸発した
ナトリウム３の蒸気がルーフスラブ８の下面に凝
縮する。また、原子炉容器１の壁面も安全容器２
５を通して外部へ熱が放散されて冷却される。こ
の原子炉容器１のカバーガス空間１４内にある内
面部分の温度はナトリウム３の液温よりも低く、
そのためこの内面部分にもナトリウム３の蒸気が
凝縮する。このナトリウム３の凝縮は、原子炉運
転中またはナトリウム３が原子炉容器１の内壁温
度よりも高温に保たれている間は常に進行する。

従つて、原子炉容器１の壁温度が、冷却材であ
るナトリウム３の凝固温度（約98℃）以上に保た
れていると、原子炉容器１の内面に凝縮したナト
リウムが常に液体状態に保たれる為に、液滴とし
て流下する。

従来の上部開口型の場合には、液滴が環状空間
（ガスダム）２２の底部に溜る。このように環状
空間２２内に溜つたナトリウムの熱伝導率は極め
て高いので、環状壁２１内のナトリウムの保有す
る熱が原子炉容器１に伝達されてしまう。

さらに、従来の場合環状空間２２内に、環状壁
２１の外面から原子炉容器１への放射熱を抑制す
る熱遮蔽板２４を設けておくと、ナトリウム３の
液面Ｌより蒸発したナトリウム蒸気がガス空間で
冷却され、熱遮蔽板２４に付着し、放射熱抑制の
効果が損なわれてしまう。

しかし、本実施例では環状空間２２の上部開口
を気密に閉塞するように薄肉の柔性体カバー２３
を設け、密閉された環状空間２２を形成するよう
にしている。

そして、柔性体カバー２３としては、設置され
る雰囲気条件つまり、耐熱性、耐ナトリウム性
（腐食等）、耐熱応力性を十分満たす性状のもの、
例えば、304、316系のステンレス鋼及びニツケル
鋼などで、板厚を薄肉形状にしたもの例えばベロ
ーズ等としたものが用いられており、しかも炉容
器１から環状壁２１に対し下向きの傾斜を有する
ように設けられている。

したがつて、ナトリウム３に液面Ｌから蒸発し
原子炉容器１の上方内面近傍から下方に凝縮流下
するナトリウムは柔性体カバー２３の存在により
環状空間２２へは流入せず、下向き傾斜をもつ柔
性体カバー２３の上部をへて、液面Ｌに流下する
ことになる。さらに、薄肉厚の柔性体カバー２３
を用いているので環状壁２１や溶接部に生ずる熱
応力、カバーに生ずる座屈等に対して、十分強度
上満足し、耐えることができる。

このように、環状空間（ガスダム）２２は常に
密閉空間に維持される。したがつて、その熱遮蔽
作用が完全に果され、原子炉容器１に大きな熱応
力が発生するようなことはない。また、環状空間
（ガスダム）２２の下部すなわち環状壁２１の下
部は、低温ナトリウムプール１３となつているの
で、原子炉容器１は低温に保たれる。さらに上記
構成であると、ポンプ等の設備も不要で、稼動部
もなく、構造が簡単で、信頼性を向上させること
ができる。

〔発明の効果〕

このように本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置に
よれば、原子炉容器壁の内方全周に冷却材から区
画する環状空間（ガスダム）を形成する熱遮蔽装
置において、上記環状空間（ガスダム）への冷却
材の侵入（流下、付着）を確実に防ぐことがで
き、これによつて冷却材の液面近傍の原子炉容器
内面と高温の冷却材とをガス空間により確実に隔
離することができ、冷却材から原子炉容器への伝
熱量を低減させて原子炉容器の熱応力を減少さ
せ、原子炉容器の健全性を確保し、更に構造が簡
単で長期に亘る熱遮蔽性能を維持できる。したが
つて、信頼性の大きな高速増殖炉の実現に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置の実施
例を示し、第１図は、本発明の一実施例を備えた
高速増殖炉の縦断側面図、第２図は同実施例の要
部拡大断面図である。 １……炉容器、３……液体金属ナトリウム、Ｌ
……液面、８……ルーフスラブ、１４……ガバー
ガス、２１……環状壁、２２……環状空間、２３
……柔性体カバー、２４………熱遮蔽板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に冷却材を収納した原子炉容器の内周面
   に沿つて、上記冷却材の自由液面上部から自由液
   面下部までの部分と上記原子炉容器の内面との間
   に、上記冷却材から上記内面を区画する環状空間
   を形成する環状壁を設けるとともに上記環状空間
   の上部開口部を密閉する薄肉の柔性体カバーを設
   けてなることを特徴とする高速増殖炉の熱遮蔽装
   置。