JPH0240197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜技術分類・分野＞ 開示技術は、原子力プラントの液体金属冷却型
の高速増殖炉の冷却材循環機構部の構造技術分野
に属する。 ＜要旨の解説＞ 而して、この出願の発明は、一次格納容器内に
原子炉容器がガードベツセルを介して設けられ、
該原子炉容器に設けられた炉心が中間熱交換器等
に対し主循環ポンプを介して接続されて液体金属
ナトリウム等の冷却材を循環流過させるようにさ
れ、又、炉心はこれらの装置を介して間接的に蒸
気発生器に接続されている液体金属冷却高速増殖
炉に関する発明であり、特に、上記一次格納容器
内の原子炉容器外側にガードベツセルが一つ設け
られ、該原子炉容器とガードベツセルとの間隙に
一次冷却系の主要機器とそれらの合体ユニツトの
単体、或は、アセンブリイが介設され、更には、
該間隙に不測にして流出する冷却材が実質的に充
満するように間隙充填体が介設されている液体金
属冷却高速増殖炉に係る発明である。 ＜従来技術＞ 周知の如く、エネルギー問題は近時極めて重要
になつてきており、石炭や石油の化学エネルギー
についてその開発が要望されてきており、その一
つに原子力エネルギーの有効利用が大きなテーマ
となつてきている。 このうち、高効率に運転される原子カプラント
の一つに高速増殖炉があるが、伝熱特性や炉の構
造材料との共存性が良好で炉心の冷却に適してお
り、所定の温度範囲では液体で高温の蒸気が得ら
れ易く効率的に電気を起こし易い等の種々のメリ
ツトから、例えば、液体金属ナトリウム等の液体
金属を冷却材に用いている液体金属冷却高速増殖
炉（LMFBR）等の高速増殖炉が急速に開発実用
化されるようになつている。 而して、該液体金属冷却高速増殖炉は、現状で
はその型式は一次系機器の原子炉容器に対する配
置の方式によつて次のループ型、タンク型、ハイ
ブリツト型の三種に大別されるようになつてきて
いる。 第一のループ型は、第１図に示す様に、遮蔽コ
ンクリート壁１の内部に設けられた一次格納容器
２の内部に炉心１１を収納した原子炉容器３と一
次主循環ポンプ４と中間熱交換器５とは各々異な
るガードベツセル６，７，８内に収納されてお
り、それらの各機器はループにより接続されて液
体金属ナトリウム等の冷却材を循環し、一次格納
容器２外の二次冷却系９に接続されて蒸気発生器
１０にて高温高圧の蒸気を発生するようにされて
いる。 而して、該第１図に示すループ型の態様を模式
的に示すと第２図の様に現わすことが出来る。 そこで、該第２図に示すループ型の態様と同様
に、模式的に第２のタンク型の態様を第３図に示
すと、コンクリート製の原子炉建屋１′内部の一
次格納容器２′の内部に於いて一次主循環ポンプ
４、中間熱交換器５は炉心１１を収納した原子炉
容器３内に設けられて各機器間にはループを介さ
ず直接冷却材を循環するようにされている。 又、ハイブリツト型は上記二つのタイプの中間
であつて炉心と一次主循環ポンプを一つの容器に
収納して設け、これらと分離して設けた中間熱交
換器とはループを介して接続するか、又は、中間
熱交換器と一次主循環ポンプとを一つの容器の中
に収納して設け、これと原子炉容器とをループで
接続するようにされたタイプである。 ＜従来技術の問題点＞ これらの三つの方式は、各々一長一短があり、
例えば、ループ型では原子炉は容器が中間熱交換
器や一次主循環ポンプと分離されているために小
型となつて耐震設計上極めて有利であるというメ
リツトもあり、又、各機器が分離されているため
に該各機器に対する接近性が良く、保守点検整備
改造等がし易いという良さもあり、一般には情報
蓄積が多くメンテナンスや新規改造がし易い利点
がある。 さりながら、一方ではループの長さは長くな
り、曲折部も多くなり、その構造が複雑でこれら
を収納する一次系格納容器が大型となる不具合も
ある。 而して、第二のタンク型においては一次系主循
環ポンプ、及び、中間熱交換器が原子炉容器内に
設置されているため一次格納容器が小型となり、
一次系配管の漏洩や破断の心配等がなく、又、冷
却材のインベントリが大きく熱慣性が大である利
点がある。 しかし、原子炉容器が大型化し耐震設計に自由
度がそれほどないという難点もある。 又、一次系が冷却材中に浸積されているため
に、一次系配管への流量計測機器等の設置が困難
であるという不都合さもあつた。 又、第三番目のハイブリツト型は上述ループ型
に対してループの長さも短く、又、タンク型より
も原子炉容器が小さくなるメリツトはあるが、ル
ープ型とタンク型の両者の欠点も共に有するとい
う不具合がある。 したがつて、従来の技術を踏まえた液体金属冷
却高速増殖炉は今後の発展において経済性から見
たメリツトは勿論のこと、原子炉容器、又は、一
次冷却系の各機器配管等の簡素化が強く望まれて
いる。 ＜発明の目的＞ この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく
開発実用化されてきている様々な型式の高速増殖
炉の問題点を解決すべき技術的課題とし、原子炉
容器の構造を在来タイプのループ型の高速増殖炉
のそれと同程度に小型化、簡素化し、又、一次格
納容器の径をタンク型高速増殖炉のそれと同程度
に小型化し、冷却材の液体金属のインベントリを
ループ型、又は、ハイブリツト型よりも更に低減
することが出来るような利点を充分に取り入れる
ことが出来るようにしてエネルギー産業における
原子力利用分野に益する優れた液体金属冷却高速
増殖炉を提供せんとするものである。 ＜発明の構成＞ この出願の発明の構成は、前述問題点を解決す
るために、原子力プラントの一次格納容器内の原
子炉容器のガードベツセルと該原子炉容器との間
の液体金属冷却材を含まない間隙に一次冷却系の
主要機器、即ち、中間熱交換器、主循環ポンプ、
蒸気発生器等の機器、或は、それらの合体ユニツ
トのいづれかが介設セツトされ、該原子炉容器内
の液体金属冷却材は主循環ポンプを介して原子炉
容器内の炉心と中間熱交換器、又は、蒸気発生器
との間に循環されて該炉心を冷却し、加熱昇温さ
れた冷却材は中間熱交換器を介して、又は、介さ
ずして蒸気発生器にて所定の蒸気を発生するよう
にしたものであり、更には、上記原子炉容器とガ
ードベツセルとの間に不測にして冷却材が漏出し
た際には該ガードベツセルと原子炉容器との間隙
に介設された単数、又は、複数のリング状体等任
意形状の間隙充填体により、原子炉容器内の冷却
材液位の低下を最小限におさえると共に、原子炉
容器の直径をループ型の高速増殖炉と同程度にコ
ンパクトにし、一次格納容器の直径をタンク型の
高速増殖炉と同様に小型化し、冷却材の液体金属
のインベントリをループ型、又は、ハイブリツト
型よりも低減するようにした技術的手段を講じた
ものである。 ＜実施例−構成＞ 次に、この考案の実施例を図面に基づいて説明
すれば以下の通りである。尚、第１〜３図と同一
態様部分は同一符号を用いて説明するものとす
る。 第４〜６図に示す実施例において（第６図態様
は第５図態様の模式図として現わしたものであ
る。）、図示態様は液体金属冷却高速増殖炉であ
り、図示しない一次格納容器内部に設けられた生
体遮蔽壁１２はその内部にピツト室１３を有して
おり、該遮蔽壁１２の上部のフランジ部にはルー
フスラブ１４が設けられて、それに一体的にガー
ドベツセル１５が下向き突状に設けられており、
又、該ルーフスラブ１４には一体的に遮蔽プラグ
１６が内設されている。 而して、上記遮蔽プラグ１６からは原子炉容器
１７が下設されており、その内部には下側にコー
ルドプレナム１８を介して炉心１９が設けられ、
その上部のホツトプレナム２０において炉心上部
機構２１が設けられて上記遮蔽プラグ１６に吊下
されている。 そして、第５，６図に示す様に、上記ガードベ
ツセル１５と原子炉容器１７との間に形成されて
いる間隙２２に対しては上記ルーフスラブ１４に
中間熱交換器２３，２３……が下延して介設され
ており、図示しない蒸気発生器に接続する二次系
冷却材出口配管２４と図示しない二次の主循環ポ
ンプに接続する二次系冷却材入口配管２５とが接
続され、又、ベローズ２６を介して入口配管２７
が接続されて原子炉容器１７内を下延して上記コ
ールドプレナム１８内に臨まされている。 又、上記ガードベツセル１５と原子炉容器１７
の間隙２２の間には主循環ポンプ２９，２９……
が上記ルーフスラブ１４に上述中間熱交換器２３
同様に吊下されて介設されており、ベローズ２６
を介して出口配管３０が原子炉容器１７内を下降
してホツトプレナム２０にその下端を臨ませて開
口している。 尚、第４図に示す様に、上記原子炉容器１７と
ガードベツセル１５との間隙２２においては二基
の中間熱交換器２３，２３に対して一基の一次主
循環ポンプ２９がクロスオーバー配管３１，３１
を介して接続されて１ループとされ、４ループが
介設されている。 又、３２は冷却材であり、液体金属ナトリウム
であり、上記原子炉容器１７内に所定レベルまで
充満されており、その上部には、例えば、アルゴ
ンガス等のカバーガス３３が密封されており、
又、該原子炉容器１７とガードベツセル１５との
間の冷却材を含まない間隙２２には、例えば、ア
ルゴンガス、又は、窒素ガス等の不活性ガス３４
が密封されている。 尚、原子炉容器１７の内部に対しては安全上の
要求に応じて直接炉心冷却系熱交換器３５が設け
られ、万一、一次冷却系の除熱機構が失われた場
合に炉心の除熱を図るようにされ、一方、原子炉
容器１７とガードベツセル１５との間隙２２には
同じく安全上の要求に応じて後備炉心冷却系熱交
換器３６が設けられて、同様に万一、一次冷却
系、及び、上記炉心冷却系の除熱機構が共に失わ
れた場合にガードベツセル１５が冷却材を保持し
ている状態で炉心の除熱が可能であるようにされ
ている。 而して、３７は間隙２２の実質的な容積を減少
させてガードベツセル１５内への冷却材漏出量を
最小限におさえるための間隙充填体としてのリン
グ状体であり、上記原子炉容器１７とガードベツ
セル１５との間隙２２中に介設されて、万一、不
測にして該原子炉容器１７や一次主循環ポンプ２
９や中間熱交換器２３から冷却材３２が漏出した
場合にこれを該ガードベツセル１５内に保持し、
且つ、炉心１９に対して所定の冷却材液位を確保
することにより炉心１９に対して該原子炉容器１
７の外面から、即ち、該原子炉容器１７とガード
ベツセル１５の間隙２２からこれを除熱すること
が出来るようにしたものである。 したがつて、該冷却材３２が不測にして原子炉
容器１７とガードベツセル１５間に漏出した場合
に、該間隙充填体３７は浮き上がらないように該
原子炉容器１７、或は、ガードベツセル１５等に
適宜に固定されているか、或は、ルーフスラブ１
４上から支持されているか、又は、冷却材の比重
よりも大きな比重にされておれば良い。 ＜実施例−作用＞ 上述の構成において、原子炉が運転に供される
と液体金属ナトリウム等の液体金属冷却材３２は
出口配管３０からホツトレグ配置の一次主循環ポ
ンプ２９に入り、クロスオーバー配管３１，３１
を介し、中間熱交換器２３に入る。 そして、該冷却材３２は、二次系冷却材入口配
管２５から流入して、二次系冷却材出口配管２４
から流出循環する図示しない二次系冷却材と該中
間熱交換器２３内で熱交換され、更に、入口配管
２７を介してコールドプレナム１８に入り炉心１
９を冷却し、循環するようにされる。 而して、原子炉運転中不測にして原子炉容器１
７、主循環ポンプ２９、或は、中間熱交換器２３
から冷却材３２が漏出して原子炉容器１７とガー
ドベツセル１５の間隙２２に流出するような事故
が発生した場合には、該間隙に介設されている間
隙充填体３７のリング状体３７によつて流出冷却
材３２は炉心１９に対して所定の冷却材液位を確
保することが出来、原子炉容器１７の外面、即
ち、該間隙２２から炉心１９を充分に冷却するよ
うに作用される。 又、同時に、直接炉心冷却系熱交換器３５を稼
動させて炉心に対する除熱作用を行い、更には、
後備炉心冷却系熱交換器３６をも作動させて炉心
の除熱を行うことが出来る。 次に、上述実施例同様に原子炉容器１７とガー
ドベツセル１５との間の間隙２２に一次系の主要
機器を介設させた実施例について第７〜１３図に
示す態様で説明すると第７図に示す実施例におい
ては上記間隙２２に一次主循環ポンプ２９を介設
すると共に、蒸気発生器１０を介設し、クロスオ
ーバー配管により接続させた態様であり、したが
つて、当該実施例においては二次冷却系を削除し
た態様である。 又、第８図に示す実施例においては、上記間隙
２２に一次主循環ポンプ２９を介設し、これにル
ープを介して中間熱交換器２３を生体遮蔽壁１２
を介してその外側に設けた態様である。 次に、第９図に示す実施例は、該間隙２２に一
次系の主循環ポンプ２９のみを介設し、二次冷却
系は削除して蒸気発生器１０を生体遮蔽壁１２の
外側に設けてループ接続した態様であり、水系を
原子炉容器ピツト室１３に引き回さないようにし
たために、二次冷却系を削除した態様の中では、
最も実施し易いタイプとしたものである。 又、第１０図に示す実施例においては、間隙２
２に中間熱交換器２３のみを介設し、一次主循環
ポンプ２９は生体遮蔽壁１２の外側に設置した態
様であつて、稼働率向上、及び、ガードベツセル
直径縮少の観点からして中間熱交換器２３は比較
的容量が小さくケーシング直径の小さなものを各
ループ毎に多数設けることが出来る態様であつ
て、これにより、万一任意の中間熱交換器２３が
故障した場合にはそれのみを離隔することによ
り、原子炉の出力をあまり下げないで次回の定期
点検まで運転を続行することが出来る実効上好ま
しい態様である。 次に、第１１図に示す実施例においては、間隙
２２に蒸気発生器１０のみを介設し、二次冷却系
は削除して一次主循環ポンプ２９を生体遮蔽壁１
２の外側に設置した態様である。 第１２図に示す実施例は、間隙２２に一次主循
環ポンプと中間熱交換器の合体ユニツト（合体ユ
ニツトは周公知のもの）３８を介設した態様であ
る。 第１３図に示す実施例は、該間隙２２に一次系
の主循環ポンプと蒸気発生器の合体ユニツト（合
体ユニツトは周公知のもの）３９を介設して二次
冷却系を削除した態様である。 そして、上述第７〜１３図に示す実施例におい
ては、前述第４〜６図に示す実施例の場合と同様
に、原子炉容器１７とガードベツセル１５との間
の間隙２２に単数、又は、複数の間隙充填体３７
を介設させることが出来、該間隙充填体３７は任
意形状であつてよく、例えば、前述同様にリング
状体であつても良いが、第１４図に示す様に、球
状の間隙充填体３７′でも良く、或は、第１５図
に示す様に、多数の粒状の間隙充填体３７″，３
７″……でも良いが、これらは、前述した如く、
漏出する冷却材により浮上しないように原子炉容
器等に固定するか、或は、漏出する冷却材の比重
よりも大きくて浮び上らないものが良い。 尚、この発明の実施態様は上述実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、原子炉容器
とガードベツセルとの間の間隙に介設する一次主
循環ポンプはホツトレグ配置でも良いが、コール
ドレグ配置でも良く、又、ガードベツセルについ
てはライナー貼りのコンクリートキヤビテイをガ
ードベツセルの代用にする等種々の態様が採用可
能である。 又、第４図の実施例においては一基の一次主循
環ポンプと二基の中間熱交換器を接続してなる一
次冷却系ループを４ループ採用した場合の例につ
いて示したが、一次冷却系ループに接続すべき一
次主循環ポンプと中間熱交換器の基数、及び、一
次冷却系のループ数はこれに限定されるものでな
い。 そして、この発明の効果について、1000MWe
体級のLMFBRに適用した場合のデータを次表に
示す。 尚、表において〇印は優れている場合であり、
×印は劣つている場合である。

【表】

【表】 ＜発明の効果＞ 以上、この出願の発明によれば、基本的に在来
のタンク型の原子炉よりもその構造が簡素であ
り、又、ループ型原子炉の蓄積データが多く利用
出来る優れた効果が奏される。 したがつて、原子炉容器の直径をループ型の高
速増殖炉の場合と同程度にコンパクトにすること
が出来、又、タンク型の高速増殖炉のそれよりも
著しく小さく出来、又、一次系冷却系のインベン
トリはタンク型の場合より著しく小さいのは勿
論、ループ型よりも一次冷却系配管長が短縮され
るのでループ型高速増殖炉の場合よりも更に小さ
くすることが出来るという優れた効果が奏され
る。 そして、ガードベツセルの直径がタンク型のそ
れと同等にコンパクト化することが出来、そのた
め、その内部にタンク型高速増殖炉と同様に主冷
却系の機器が配置され、よつて、格納容器直径は
在来のタンク型の場合と同様にコンパクト化する
ことが出来る効果がある。 そして、内部構造は従来のタンク型高速増殖炉
の場合における隔壁の如き構造物が不要であるた
めに、炉内構造はループ型の高速増殖炉の場合と
同様に簡素に出来、メンテナンスがし易く製造時
に低コスト化を図ることが出来るという効果も奏
される。 そして、原子炉容器のガードベツセルと一次系
機器のガードベツセルとが共用することが出来る
ようにされるために、その部分だけガードベツセ
ルが少なくなり、これに伴つて液体金属冷却材の
漏洩が保護されるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に基づくループ型の高速増殖
炉の概略機構説明図、第２図は第１図模式図、第
３図は同じく従来技術に基づくタンク型高速増殖
炉の第２図相当模式図、第４図以下はこの出願の
発明の実施例の説明図であり、第３図は半断面平
面図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ縦断面図、第６図は
第５図模式図、第７，８，９，１０，１１，１
２，１３図は第６図相当他の実施例の模式図、第
１４図は間隙充填体の他の実施例の側面図、第１
５図は第１４図相当別の実施例の側面図である。 １２……生体遮蔽壁、１５……ガードベツセ
ル、１７……原子炉容器、３２……冷却材、１９
……炉心、２３……中間熱交換器、２９……一次
主循環ポンプ、１０……蒸気発生器、２２……間
隙、２３，２９……一次冷却系の機器、３８……
一次主循環ポンプと中間熱交換器の合体ユニツ
ト、３９……一次主循環ポンプと蒸気発生器の合
体ユニツト、３７，３７′，３７″……間隙充填
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次格納容器内にガードベツセルを介して原
   子炉容器が設けられ、液体金属冷却材が満たされ
   た該原子炉容器内の炉心が主循環ポンプを介して
   蒸気発生器に間接的に接続されている液体金属冷
   却高速増殖炉において、上記原子炉容器とそのガ
   ードベツセルとの間の液体金属冷却材を含まない
   間〓に一次冷却系の主要機器あるいはそれらの合
   体ユニツトのいづれかが介設されていることを特
   徴とする液体金属冷却高速増殖炉。 ２ 上記間〓に介設された主要機器が相互に接続
   された一次主循環ポンプと中間熱交換器であるこ
   とを特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の
   液体金属冷却高速増殖炉。 ３ 上記間〓に介設された主要機器が相互に接続
   された一次主循環ポンプと蒸気発生器であること
   を特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の液
   体金属冷却高速増殖炉。 ４ 上記間〓に介設された主要機器が一次主循環
   ポンプであることを特徴とする上記特許請求の範
   囲第１項記載の液体金属冷却高速増殖炉。 ５ 上記間〓に介設された主要機器が中間熱交換
   器であることを特徴とする上記特許請求の範囲第
   １項記載の液体金属冷却高速増殖炉。 ６ 上記間〓に介設された主要機器が一次主循環
   ポンプと中間熱交換器の合体ユニツトにされてい
   ることを特徴とする上記特許請求の範囲第１項記
   載の液体金属冷却高速増殖炉。 ７ 上記間〓に介設された主要機器が蒸気発生器
   であることを特徴とする上記特許請求の範囲第１
   項記載の液体金属冷却高速増殖炉。 ８ 上記間〓に介設された主要機器が一次主循環
   ポンプと蒸気発生器の合体ユニツトであることを
   特徴とする上記特許請求の範囲第１項記載の液体
   金属冷却高速増殖炉。 ９ 一次格納容器内にガードベツセルを介して原
   子炉容器が設けられ、液体金属冷却材が満たされ
   た該原子炉容器内の炉心が主循環ポンプを介して
   蒸気発生器に間接的に接続されている液体金属冷
   却高速増殖炉において、上記原子炉容器とそのガ
   ードベツセルとの間の液体金属冷却材を含まない
   間〓に一次冷却系の主要機器あるいはそれらの合
   体ユニツトのいづれかが介設され、而して該間〓
   に間〓充填体が介設されていることを特徴とする
   液体金属冷却高速増殖炉。 １０ 上記間〓充填体がリング状体にされている
   ことを特徴とする上記特許請求の範囲第９項記載
   の液体金属冷却高速増殖炉。 １１ 上記間〓充填体が球体にされていることを
   特徴とする上記特許請求の範囲第９項記載の液体
   金属冷却高速増殖炉。