JPH0587963A - タンク型高速増殖炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液面揺動を抑え、ガス巻き込みを防止し、構造
材への熱応力等を緩和する。 【構成】原子炉容器１内の炉心上部機構１０の下部には
水平な第１から第４の整流板２０（２０ａ〜２０ｃ）が
ほぼ等間隔をもって積層するように取着され、第１から
第３の整流板２０ａ〜２０ｃの中央にはそれぞれ内径の
異なる中空部２４ａ〜２４ｃが形成されている。それぞ
れの中空部２４ａ〜２４ｃにはガイドリング２３ａ〜２
３ｃが取着されている。それぞれの整流板２０ａ〜２０
ｄには制御棒案内管２１と計装ウェル２２が挿通して、
これらによって、それぞれの整流板２０ａ〜２０ｄは保
持されている。

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内の冷却材液
面の変動、波立ちを制御し、ガス巻込みの防止、原子炉
容器および炉内機器における熱応力を低減したタンク型
高速増殖炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高速増殖炉は、大略的に原子炉容
器の上部開口をルーフスラブで閉塞し、多数本の燃料集
合体を植設した炉心を原子炉容器下部の炉心支持機構に
よって原子炉容器中央に配置している。また、この炉心
の上部に炉心上部機構をルーフスラブを貫通して設けて
いる。さらに、炉心上部機構の外周に循環ポンプと中間
熱交換器とを複数ルーフスラブから垂下した配置構成と
なっている。

【０００３】高速増殖炉の冷却材には液体金属ナトリウ
ムが使用されており、炉心は循環ポンプによって送り込
まれた低温のナトリウムで冷却される。炉心を冷却して
高温になったナトリウムは熱交換器で二次冷却材と熱交
換して冷却されたのち、再び循環ポンプによって炉心に
送り込まれる。

【０００４】図４は従来例を示すタンク型高速増殖炉の
縦断面図である。図４において、原子炉容器１内には冷
却材である液体ナトリウム２（２ａ，２ｂ）が収納さ
れ、原子炉容器１の上端開口はルーフスラブ３によって
閉塞されている。ルーフスラブ３にはルーフスラブ３を
貫通して循環ポンプ４と上部に二次ナトリウムの入口５
ａおよび出口５ｂを備えた熱交換器６とが挿入され、そ
れぞれの下部は隔壁７によって支持されている。

【０００５】さらに、原子炉容器１の中央には多数本の
燃料集合体を植設した炉心８が原子炉容器下部に設置さ
れた炉心支持機構９によって配設されている。この炉心
８の上部には炉心上部機構１０が配置されている。

【０００６】このような構成による冷却材の流れは循環
ポンプ４によって炉心８へ送り込まれた低温ナトリウム
２ａにより炉心８を冷却する。炉心８を冷却して高温と
なったナトリウム２ｂは炉心上部機構１０の下端に沿っ
て矢示のごとく斜め上方へ放射状に上部プレナム内１１
に流れ、一部は熱交換器入口窓１２から熱交換器６内に
導かれ、熱交換器６内に組み込まれた図示していない多
数本の伝熱管部を通って二次ナトリウムと熱交換して低
温となり熱交換器６の出口１３から流出する。出口１３
から流出した低温ナトリウム２ａは循環ポンプ４に導か
れて再び炉心８へと送り込まれる。

【０００７】このように炉心８の熱は熱交換器６によっ
て二次ナトリウムへと伝えられるが、高温ナトリウムの
流れはかなり複雑な流れ方をする。炉心８を通過したナ
トリウム２ｂは前述したように炉心上部機構１０に沿っ
て矢示のごとく斜め上方へ放射状に流れ、一方は熱交換
器入口窓１２へ向かう流れとなり、他方は図４の矢示の
ごとく循環ポンプ４の外周面に当たり外周面に沿ってナ
トリウム液面１４に向かう上昇流となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかして、その上昇流
によってナトリウム液面１４は乱され変動し、ナトリウ
ム液面１４の波立ちが発生する。そのナトリウム液面１
４の乱れによってカバーガス１５を微細な気泡としてナ
トリウム液面１４から流れに巻き込む恐れがある。もし
流れにカバーガス１５の巻き込みを生じた場合には循環
ポンプ４に導かれ、熱交換器６を介して炉心８に送り込
まれる。炉心８へ送り込まれたカバーガス１５は炉心８
によって加熱され体積膨脹し、炉心８とナトリウムの接
触を一部妨げる事になる。

【０００９】そこで、カバーガス１５、例えばアルゴン
ガスではナトリウムに比べ熱伝達率が１／１０００以下
と非常に悪いために、カバーガス１５が通過する部分に
於いて炉心８は加熱状態となり、炉心８が溶融して重大
事故を起こす可能性がある。

【００１０】また、ナトリウム液面１４は１８０℃のカ
バーガス１５によって覆われており、ナトリウム液面１
４に炉上部機構１０、循環ポンプ４、熱交換器６および
炉容器１などが有り、また、炉内機器の外周面は高温
（５００℃以上）のナトリウム２ｂとカバーガス１５の
温度差によって通常でも急激な温度勾配が生じ、熱応力
が発生している。さらに、前述したような冷却材の流れ
によってナトリウム液面１４が変動することにより繰返
し熱応力が発生し、その繰返しによる熱疲労により構造
材の健全性を損なう恐れがある。

【００１１】以上のように上部プレナム内１１におい
て、ナトリウム液面を乱し、主流がカバーガスを巻き込
み、炉心の健全性を損なう恐れがあり、また液面の変動
で発生する繰返し熱応力の熱疲労により構造材の健全性
を損なう課題がある。

【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、上部プレナム内での液面変動、波立ちを抑制
し、カバーガスの巻き込みを防止することにより、炉心
の溶融事故を未然に防止し、またナトリウム液面に接す
る炉内機器に発生する繰返し熱応力を防止して炉心およ
び構造材の健全性を確保し、もって信頼性の高いタンク
型高速増殖炉を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体金属の冷
却材を収納する原子炉容器と、この原子炉容器の上部開
口を閉塞するルーフスラブと、前記原子炉容器内に設け
られた炉心と、この炉心を支持する炉心支持機構と、前
記ルーフスラブを貫通して炉心上部に配設された炉心上
部機構と、前記冷却材を送り込み前記原子炉容器内の冷
却材を循環する前記ルーフスラブを貫通して設けられた
循環ポンプと、前記原子炉容器内の冷却材を熱交換する
熱交換器と、前記炉心上部機構の下部に間隔をもって積
層する如く取着された複数の整流板と、これらの整流板
の中央に中空部を形成して該中空部に取着されたガイド
リングとを具備したことを特徴とするタンク型高速増殖
炉を特徴とする。

【００１４】

【作用】炉心から流出したナトリウムは炉心流出部上部
に取着した流路多方向の複数の整流板により、炉心最内
周のナトリウムは炉心上部機構下面に接触して流出し、
また炉心最外周のナトリウムは最下段の整流板に接触し
て流出する。そのため炉心からの主流は水平多方向に整
流分散する。よって、その整流分散した主流の流速分布
が均一化され、隔壁及び炉容器壁を沿ってナトリウム液
面に向かい、そこまでの流速分布も均一化されるため、
ナトリウム液面の変動及び波立ちが抑制され、カバーガ
スの巻き込みを防止できる。また、ナトリウム液面の波
立ちや、揺動を抑えることにより構造材への繰返し熱応
力等を低減できる。

【００１５】

【実施例】本発明に係るタンク型高速増殖炉の一実施例
を図１から図３を参照して説明する。本発明に係るタン
ク型高速増殖炉を示す図１において、原子炉容器１内に
は冷却材である液体ナトリウム２（２ａ，２ｂ）が収納
され、原子炉容器１の上端開口はルーフスラブ３によっ
て閉塞されている。ルーフスラブ３にはルーフスラブ３
を貫通して循環ポンプ４と、上部に二次ナトリウムの入
口５ａおよび出口５ｂを備えた熱交換器６とが挿入さ
れ、それぞれの下部は融壁７によって支持されている。

【００１６】原子炉容器１の中央には多数本の燃料集合
体を植設した炉心８が原子炉容器１の下部に設置された
炉心支持機構によって配設されている。この炉心８の上
部には炉心上部機構１０が配置されている。

【００１７】このような原子炉容器１、循環ポンプ４、
熱交換器６、炉心８、炉心支持機構９および炉心上部機
構１０の相互関連構成によれば、循環ポンプ４によって
炉心８へ送り込まれた低温ナトリウム２ａによって炉心
８を冷却する。炉心８を冷却して高温となったナトリウ
ム２ｂは炉心上部機構１０の下端面に衝突し、斜め上方
へ放射状に流れる。

【００１８】炉心８から流出したナトリウム２ｂは熱交
換器入口窓１２から熱交換器６の内部へ導かれ、熱交換
器６内に組み込まれた多数本の伝熱管を通って二次ナト
リウムと熱交換して低温となり、熱交換器６の出口１３
から流出する。出口１３から流出した低温ナトリウムａ
は、循環ポンプ４に導かれて再び炉心８へと送り込まれ
る。

【００１９】しかし、このようなナトリウムの循環系に
おいて、ナトリウムの循環によって炉心８の熱は熱交換
器６によって二次ナトリウムへと伝えられるが、高温の
ナトリウム２ｂの流れは前述したようにかなり複雑な流
れ方をする。このナトリウムの流れの乱れによって原子
炉容器１内のナトリウム液面１４と、カバーガス１５と
の関係に悪い影響を与える。

【００２０】そこで、本発明においては図２に拡大して
示すように炉心上部機構１０の下端部にナトリウムの流
れを水平方向に整流及び分散する４枚の流路多方向の整
流板２０（２０ａ〜２０ｄ）を設けている。この整流板
２０ａ〜２０ｃには中央に中空部２４ａ〜２４ｃが形成
されている。各中空部２４ａ〜２４ｃには全周に炉心か
ら流出した冷却材の流路を確実に確保し、多方向に均一
流配するためのガイドリング２３が設けられている。

【００２１】各々の整流板２０（２０ａ〜２０ｄ）は制
御棒案内管１６及び計装ウェル１７等で固定されてい
る。すなわち、炉心上部機構１０の下端部の詳細構成を
示す図２において、炉心８の上端部に近接して第１の整
流板２０ａの上方に第２のｂ整流板２０ｂ、第３の整流
板２０ｃおよび第４の整流板２０ｄがほぼ等間隔に配設
されている。

【００２２】これら第１から第４の整流板２０ａ〜２０
ｄは炉心８の上端部を同心円状に細分区画化し、炉心８
から流出した冷却材は各整流板２０ａ〜２０ｄの隙間を
通過し水平方向に導かれて図４に示すプレナム内のスタ
グナント領域１９をなくし、また流速分布を均一にし整
流及び均一流配する。

【００２３】炉心８の最外周は第１の整流板２０ａに接
触し、炉心８の中央部に向かうに従い、冷却材は第１か
ら第３の整流板２０ａ〜２０ｃの中央に形成した中空部
２４（２４ａ〜２４ｃ）を通過して、第１から第４の整
流板２０ｂ〜２０ｄに接触し、水平多方向に整流及び均
一流配されるようになっている。これら第１から第４の
整流板２０ａ〜２０ｄは、制御棒案内管１６、計装ウェ
ル１７の隙間を通して、積層状に設けられており、炉心
８の上端面及び炉心上部機構１０の下端面に対し平行に
固定されている。

【００２４】このように構成された本発明によるタンク
型高速増殖炉の作用を図２を参照して説明する。図２に
おいて炉心８から流出したナトリウム２ｂ（２ｂ₁ 〜２
ｂ₄ ）は、第１から第４の整流板２０ａ〜２０ｄに接触
し水平多方向に均一流配される。水平多方向になった冷
却材は隔壁７に沿う流れとなり、図４に示すように炉心
８から流出した冷却材主流の流速分布不均一を第１から
第４の整流板２０ａ〜２０ｄによってなくすようになっ
ている。また、プレナム１１内からナトリウム液面１４
に向う立ち上がる図４に示した流れ１８も抑えられるよ
うになっている。

【００２５】図３は、図２におけるＡ−Ａ断面を示して
いる。炉心８から流出した図２に示す２ｂ₃ 、２ｂ₄ の
領域のナトリウムは、図３に示す第１の整流板２０ａに
接触して水平左径方向へ分散する。また、炉心８の２ｂ
₁ ，２ｂ₂ の領域のナトリウムは、第２から第４の整流
板２０ｂ〜２０ｄに接触し、これもまた、水平左方向へ
分散するようになっている。

【００２６】以上のようなナトリウムの流れを区画し、
方向性を高めるために第１から第３の整流板２０ａ〜２
０ｃに設けた中空部２４ａ〜２４ｃ内全周には冷却材の
流路を確実に確保し、均一に流配するためのガイドリン
グ２３が設けられている。このように、炉心８から流出
するナトリウム２ｂの主流をできるだけ水平方向に分散
させ均一流配にし、隔壁７に沿う流れにすることによ
り、ナトリウムの流速分布が均一化される。

【００２７】また、図４に示す隔壁７上面で炉心寄り近
傍及び上部プレナム中央のスタグナント領域１９がなく
なり、ナトリウム液面１４に向う立ち上がる流れ１８が
抑えられ、ナトリウム液面１４の波立ちが防止でき、渦
の発生も減少するのでカバーガス１５を巻き込むことも
少なくなる。さらに、この波立ちを抑えることにより、
構造材に発生する繰返し熱応力、熱疲労等も防止でき
る。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、整流板を多孔板で形成することもでき、そ
の枚数に制限はなく、さらに整流板の直径を上方に沿っ
て大きくするなど径違いに配設することもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明においては炉上部機構下端に流路
多方向の整流板を複数段設け、各整流板の中空部から外
側全周にガイドリングを設け、冷却材を水平多方向に均
一流配することにより、原子炉プレナム内のスタグナン
ト領域にも、冷却材を循環できる。また、それにより、
従来から原子炉容器内液面での揺動は少なくなり、流れ
を安定させることができる。さらに、流れを安定させる
ことにより、液面からのガス巻き込みを防止し、炉心の
溶融事故を未然に防止し、炉心の健全性を確保できる。
かくして、本発明によれば、液面近傍の構造材に発生す
る繰り返しの熱応力による構造材の熱疲労を低減し、構
造材の健全性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るタンク型高速増殖炉の一実施例を
示す断面図。

【図２】図１における要部を拡大して示す断面図。

【図３】図２におけるＡ−Ａ矢視方向からみた平面図。

【図４】従来のタンク型高速増殖炉を一部側面で示す断
面図。

【符号の説明】

１…原子炉容器、２…液体ナトリウム、３…ルーフスラ
ブ、４…循環ポンプ、５…二次ナトリウム配管、６…熱
交換器、７…隔壁、８…炉心、９…炉心支持機構、１０
…炉心上部機構、１１…上部プレナム内、１２…入口
窓、１３…出口ノズル、１４…液体ナトリウム液面、１
５…カバーガス、１６…制御棒案内管、１７…計装ウェ
ル、１８…液面に向う立上がる流れ、１９…スタグナン
ト領域、２０…整流板、２０ａ…第１の整流板、２０ｂ
…第２の整流板、２０ｃ…第３の整流板、２０ｄ…第４
の整流板、２３…ガイドリング、２４…中空部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体金属の冷却材を収納する原子炉容器
   と、この原子炉容器の上部開口を閉塞するルーフスラブ
   と、前記原子炉容器内に設けられた炉心と、この炉心を
   支持する炉心支持機構と、前記ルーフスラブを貫通して
   炉心上部に配設された炉心上部機構と、前記冷却材を送
   り込み前記原子炉容器内の冷却材を循環する前記ルーフ
   スラブを貫通して設けられた循環ポンプと、前記原子炉
   容器内の冷却材を熱交換する熱交換器と、前記炉心上部
   機構の下部に間隔をもって積層する如く取着された複数
   の整流板と、これらの整流板の中央に中空部を形成して
   該中空部に取着されたガイドリングとを具備したことを
   特徴とするタンク型高速増殖炉。