JPH06230169A - ループ型高速増殖炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスの巻き込みを防止して原子炉構造物への熱
的緩和を図り、信頼性を向上する。 【構成】原子炉容器１内に設置されたホットレグ配管６
の下端部にフローガイド23を取り付ける。このフローガ
イド23は水平方向のドーナツ盤状リングプレート23ａ
と、このリングプレート23ａの内側に垂直に取り付けた
多孔板23ｂからなっている。炉心出口４ａから流出した
冷却材は炉心上部機構16の下段に突きあたり、原子炉容
器１の内壁へ向かう速い流速の冷却材は壁面に到達して
上昇流となり、フローガイド23内に流入する。フローガ
イド23内に流入した冷却材は優先的にホットレグ配管６
から流し、流出できない流れは多孔板23ｂにより整流さ
せて炉心上部プレナム５内に送る。

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および内部構
造物に加わる熱応力を低減したループ型高速増殖炉に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図７により従来のループ型高速増殖炉の
概要を説明する。ループ型高速増殖炉は図７に示したよ
うに炉心４および炉心上部機構16を内蔵する原子炉容器
１と、中間熱交換器８を内蔵する中間熱交換器容器７
と、ポンプ13を内蔵するポンプ容器11から構成されてお
り、各々の容器１，７，11は逆Ｕ字管等の配管によって
連結されている。

【０００３】高速増殖炉の冷却材には液体金属ナトリウ
ム２が使用されており、炉心４はポンプ13によって送り
込まれた低温ナトリウム２ａで冷却され、炉心４を冷却
して高温になったナトリウム２ｂは中間熱交換器８で二
次系冷却材と熱交換して冷却され、再びポンプ13を介し
て炉心４へ送り込まれる。

【０００４】原子炉容器１内には炉心４のほかに冷却材
である液体金属ナトリウム２と、この液体金属ナトリウ
ム２を覆うカバーガス３が収納されている。原子炉容器
１は液体金属ナトリウム２が収納されている炉心上部プ
レナム５から逆Ｕ字管のホットレグ配管６により中間熱
交換器容器７と連結されている。

【０００５】中間熱交換器容器７は中間熱交換器８を隔
壁９で支持しており、原子炉容器１内と同様に低温と高
温のナトリウム２ａ，２ｂが収納され、高温ナトリウム
２ｂ上にはカバーガス３が収納されている。

【０００６】中間熱交換器容器７は隔壁９で仕切られた
低温プレナム10を有しており、低温プレナム10からポン
プ容器11と逆Ｕ字管のミドルレグ配管12により連結され
ている。ポンプ容器11内のポンプ13の吐出側に接続した
逆Ｕ字管のコールドレグ配管14の一端は原子炉容器１内
の炉心下部プレナム15内まで延在している。

【０００７】しかして、上記構成によるループ型高速増
殖炉の冷却材、つまり、液体金属ナトリウム２はポンプ
容器11内からコールドレグ配管14を流れて原子炉容器１
内の炉心下部プレナム15に送り込まれ、冷却材の低温ナ
トリウム２ａが炉心４を冷却する。

【０００８】炉心４を冷却して加熱された高温ナトリウ
ム２ｂは、炉心上部プレナム５からホットレグ配管６を
流れて中間熱交換器容器７内に流入し、中間熱交換器８
内に導かれる。

【０００９】中間熱交換器８内に流入した高温ナトリウ
ム２ｂは図示していない多数本の伝熱管の外側を通り二
次冷却材のナトリウムが流れる伝熱管と熱交換して冷却
される。

【００１０】冷却された低温ナトリウム２ａはポンプ13
により低温プレナム10からミドルレグ配管12を流れてポ
ンプ容器11に流入する。そして、低温ナトリウム２ａは
コールドレグ配管14を流れて再び原子炉容器１へと送り
込まれる。

【００１１】このように炉心４の熱は中間熱交換器８に
よって二次冷却材のナトリウムへと伝えられるが、原子
炉容器１内では炉心上部プレナム５に流れ込む高温ナト
リウム２ｂの流速がかなり大きい。

【００１２】図８は原子炉容器１内の炉心４より上方部
を拡大して示したもので、図８から明らかなように、炉
心出口４ａから流出した高温ナトリウムの流れ２ｃは矢
印のように炉心上部機構16の下段に衝突し、原子炉容器
壁面17側へ流速の大きい状態で向かう。

【００１３】原子炉容器壁面17に到達した高温ナトリウ
ムの流れ２ｃは壁面に沿う原子炉容器内液面18への上昇
流となり、該液面18へ到達すると、原子炉容器１の中心
に向かう水平成分の速い流れを形成する。

【００１４】この流れは、炉心上部機構16の付近で下降
流となって炉心上部機構16の下段に衝突した流れと合流
し、炉心上部プレナム５内を循環しながらホットレグ配
管６から流出する。

【００１５】また、中間熱交換器容器７内においては、
図９および図10に示すようにホットレグ配管６から流出
した高温ナトリウムの流れ２ｃは隔壁９の上面に衝突し
た後、大略してそのまま中間熱交換器８に沿って隔壁９
の上面を流れ、急に立ち上がって中間熱交換器容器内液
面19に向かう上昇流となる流れｆ₁ と、コールドトラッ
プ20あるいはミドルレグ配管12と中間熱交換器容器壁面
21との狭いギャップ間を大きな流速で立ち上がりながら
すり抜け、前記液面19に到達する流れｆ₂ とに分かれ
る。

【００１６】両者は前記液面19付近で相対する水平成分
の流れとなり、衝突して下降流ｆ₃を形成する。このよ
うな複雑な流れを形成しながら高温ナトリウムの流れ２
ｃはフローシュラウド22と中間熱交換器８とのギャップ
に流入し、二次系冷却材のナトリウムに熱交換して低温
プレナム10に向かう。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】原子炉容器１内におい
ては、冷却材の液体金属ナトリウムが上記のような流動
状況により原子炉容器内液面18付近の速い水平成分の流
れが液面を撹乱して液面揺動や波立ちを引き起こし、ホ
ットレグ配管６、コールドレグ配管14等の内部構造物の
影響も重ね合わさって渦を発生させる原因にもなってい
る。また、原子炉容器内液面18での炉心上部機構16付近
では水平流速成分が下降流に変わるため、渦によるガス
巻き込み減少を発生させ易くする恐れがある。

【００１８】中間熱交換器容器７内においては、上述し
たような流動状況によって液面揺動を引き起こしてお
り、相対する水平成分の流れは中間熱交換器容器内液面
19を乱し、その衝突時（あるいは淀みとの衝突でも）渦
を形成し易く、また、下降流ｆ₃ が生じた際には形成さ
れた渦からガスを巻き込み易くする課題がある。

【００１９】同時に、コールドトラップ20あるいはミド
ルレグ配管12と中間熱交換器容器壁面21との狭いギャッ
プ間をすり抜ける流れｆ₂ は液面19に噴流として現れ、
もぐり込みを生じさせ易くしている課題がある。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、前述した冷却材の流動状況を制御して原子炉
容器内および中間熱交換器容器内での液面変動や波立ち
を抑制し、カバーガスの巻き込みを防止することによ
り、炉心での反応度異常や冷却材の液面に接している炉
内機器に対して生じる繰り返し熱応力を防止するととも
に、炉心および構造材の健全性を確保し、信頼性の大き
いループ型高速増殖炉を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】第１の発明は炉心および
炉心上部機構を内蔵する原子炉容器と、中間熱交換器を
内蔵する中間熱交換器容器と、ポンプを内蔵するポンプ
容器とを配管で連結して前記各々の容器内および配管内
に冷却材を収納し循環させるループ型高速増殖炉におい
て、前記原子炉容器内に設けたホットレグ配管の冷却材
流入口より若干上部でかつ前記原子炉容器の内壁面から
中心に向けて水平に前記ホットレグ配管を包括する程度
まで突き出させて形成したフローガイドを設けてなり、
このフローガイドはリングプレートと、このリングプレ
ートの内心円から軸方向下側に垂直に配設した多孔板ま
たは無孔板とからなることを特徴とする。

【００２２】第２の発明は炉心および炉心上部機構を内
蔵する原子炉容器と、中間熱交換器を内蔵する中間熱交
換器容器と、ポンプを内蔵するポンプ容器とを配管で連
結して前記各々の容器内および配管内に冷却材を収納し
循環させるループ型高速増殖炉において、前記中間熱交
換器容器内に設けたホットレグ配管の冷却材流出口およ
びフローシュラウド流入口を収納し、差込み口にわずか
な隙間を有して前記ホットレグ配管の下側、中間熱交換
器周り下側にフローガイドを設けてなることを特徴とす
る。

【００２３】第３の発明は炉心および炉心上部機構を内
蔵する原子炉容器と、中間熱交換器を内蔵する中間熱交
換器容器と、ポンプを内蔵するポンプ容器とを配管で連
結して前記各々の容器内および配管内に冷却材を収納し
循環させるループ型高速増殖炉において、前記中間熱交
換器容器内の冷却材液面に不活性ガスを封入したガス巻
き込み防止構造を浮かせてなることを特徴とする。

【００２４】

【作用】第１の発明において、図１に示したように炉心
出口４ａから流出した高温ナトリウムの流れ２ｃは、矢
印のごとく炉心上部機構16の下段に衝突して原子炉容器
壁面17側へ流速の大きいまま向かい、原子炉容器壁面17
に到達した高温ナトリウムの流れ２ｃは壁面に沿う原子
炉容器内液面18への上昇流となる。

【００２５】この上昇流は第１のフローガイド23のリン
グプレート23ａでせき止められて周方向の循環流となり
優先的にホットレグ配管６から流出することになる。ま
た、流出しない流れも多孔板23ｂにより整流されて炉心
上部機構16側のプレナム内に戻る。

【００２６】したがって、原子炉容器内液面18を乱すよ
うな速い流れは液面側に到達することがなく、液面の変
動、波立ちが抑制され、カバーガスの巻き込みを防止す
ることが可能となる。

【００２７】また、多孔板23ｂの代りに無孔板を使用し
た第２のフローガイドの場合には、上昇流はリングプレ
ート23ａでせき止められて周方向の循環流となり優先的
にホットレグ配管６から流出することになる。

【００２８】したがって、原子炉容器内液面18を乱すよ
うな速い流れは液面側に到達せず、液面の変動、波立ち
が抑制されてカバーガスの巻き込みを防止することが可
能となる。

【００２９】第２の発明において、中間熱交換器容器７
内、ホットレグ配管６の流出口から出た高温ナトリウム
の流れ２ｃは図３および図４に示すように、箱型に形成
された第３のフローガイド24内に流入し、中間熱交換器
８側に向かってそのままほとんどの流量がフローシュラ
ウド22と中間熱交換器８外壁のギャップに吸い込まれ、
中間熱交換器８内部へと向かう。

【００３０】ホットレグ配管６の流出口、フローシュラ
ウド22の流入口は第３のフローガイド24に対して差込ん
であるため、構造物の熱膨張も許容することができ、プ
レナム内にはこの差込み口のわずかな隙間からのみ高温
ナトリウムの流れ２ｃが流出する。

【００３１】したがって、中間熱交換器容器内液面19を
乱すような速い流れは液面側に到達せず、液面の変動、
波立ちが抑制されてカバーガス３の巻き込みを防止する
ことが可能となる。

【００３２】第３の発明において、中間熱交換器容器７
内ホットレグ配管６の流出口から流出した高温ナトリウ
ムの流れ２ｃは、図５および図６に示すように従来例と
同様にプレナム内に流入し、中間熱交換器容器内液面19
に速い流れが到達するが、該液面19に蓋状のガス巻き込
み防止構造25を設置することにより自由液面の表面積を
減らしカバーガス巻き込みを生じさせることはない。

【００３３】また、上記防止構造25自身の重みにより、
液面揺動や波立ちも抑制され、かつ上下の動きが全く自
由であるために、過流量時などの事象にも対応可能であ
る。

【００３４】

【実施例】本発明に係るループ型高速増殖炉の第１の実
施例を図１および図２を参照して説明する。図１は図８
に対応し、図７に示した原子炉容器１内の炉心４から上
方のみを示している。図２は図１のＡ−Ａ矢視方向に沿
って切断した横断面図である。

【００３５】すなわち、図１および図２において原子炉
容器１内には冷却材である高温ナトリウム２ｂが収納さ
れ、中心に炉心出口４ａ、その上部に炉心上部機構16が
設置され、原子炉容器壁面17近傍には熱交換器26、ホッ
トレグ配管６、コールドレグ配管14が配設されている。

【００３６】ホットレグ配管６の冷却材流入口６ａより
若干上部で、かつ原子炉容器壁面17から中心に向けて水
平にホットレグ配管６の外側を包括する程度まで突き出
て形成した第１のフローガイド23が設けられている。

【００３７】この第１のフローガイド23は水平方向のリ
ングプレート23ａと、このリングプレート23ａの内心円
から軸方向下側に垂直に配設した垂直方向の多孔板23ｂ
とからなっている。

【００３８】このような構成による冷却材の流れは、炉
心出口４ａから流出した高温ナトリウムの流れ２ｃが図
１の矢印のごとく炉心上部機構16の下段に衝突して流速
の大きいまま原子炉容器壁面17側へ向かい、該壁面17に
到達した高温ナトリウムの流れ２ｃは該壁面17に沿う原
子炉容器内液面18への上昇流となる。

【００３９】第１のフローガイド23のリングプレート23
ａはホットレグ配管６の流出口６ｂやや上部に設置して
あり、リングムプレート23ａの内心円に多孔板23ｂを設
置しているため、上記上昇流はリングプレート23ａでせ
き止められて周方向の循環流となり優先的にホットレグ
配管６から流出することになる。

【００４０】また、流出しない流れも多孔板23ｂにより
整流されて炉心上部機構16側のプレナム内に戻る。した
がって、液面18を乱すような速い流れは液面側に到達せ
ず、液面の変動、波立ちが抑制され、カバーガスの巻き
込みを防止することが可能となる。

【００４１】なお、上記第１の実施例において、第１の
フローガイド23の多孔板23ｂの代りに無孔板を使用して
第２のフローガイドを形成した場合には次に述べる作用
効果がある。

【００４２】リングプレート23ａの内心円に無孔板を使
用した場合、原子炉容器内液面18への上昇流はリングプ
レート23ａでせき止められて周方向の循環流となり優先
的にホットレグ配管６から流出することになる。したが
って、前記液面18を乱すような速い流れは液面側に到達
せず、液面の変動、波立ちが抑制され、カバーガスの巻
き込みを防止することが可能となる。

【００４３】次に、図３および図４を参照して本発明の
第２の実施例を説明する。図３は本実施例に係るループ
型高速増殖炉の中間熱交換器容器７内の上部プレナムを
概略的に示し、図４は図３のＢ−Ｂ矢視断面を示してい
る。

【００４４】すなわち、中間熱交換器容器７は冷却材で
ある高温ナトリウム２ｂを収納し、中間熱交換器８とそ
れを覆うフローシュラウド22、ホットレグ配管６、ミド
ルレグ配管12、コールドトラップ20、遅発中性子検出器
27など多くの内部構造物を有している。

【００４５】また、ホットレグ配管６の流出口６ｂ、フ
ローシュラウド22の流入口22ａ、中間熱交換器８の周り
下側に箱型状第３のフローガイド24を設置している。ホ
ットレグ配管６の流出口６ｂから流出した高温ナトリウ
ムの流れ２ｃは図３および図４に示すように、第３のフ
ローガイド24内に流入し、中間熱交換器８側に向かって
そのままほとんどの流量がフローシュラウド22と中間熱
交換器８外壁のギャップに吸い込まれ、中間熱交換器８
内部へと向かう。

【００４６】ホットレグ配管６の流出口６ｂ、フローシ
ュラウド22の流入口22ａは第３のフローガイド24に対
し、差込んであるため差込み口にわずかな隙間を有し、
構造物の熱膨張も許容することができる。プレナム内に
はこの差込み口のわずかな隙間からのみ高温ナトリウム
の流れ２ｃが流出するのを許容する。

【００４７】したがって、中間熱交換器容器内液面19を
乱すような速い流れは液面側に到達せず、液面の変動、
波立ちが抑制されてカバーガス３の巻き込みを防止する
ことが可能となる。

【００４８】次に図５および図６を参照して本発明の第
３の実施例を説明する。なお、図５は中間熱交換器容器
７内を概略的に示しており、図６（ａ）は図５のＣ−Ｃ
矢視方向断面を縮小して示しており、図６（ｂ）は図５
のＤ−Ｄ矢視方向断面図である。

【００４９】本実施例によるループ型高速増殖炉の中間
熱交換器容器７内上部プレナムを示す図５および図６に
おいて、中間熱交換器容器７は冷却材である高温ナトリ
ウム２ｂを収納し、中間熱交換器８とそれを覆うフロー
シュラウド22、ホットレグ配管６、ミドルレグ配管12、
コールドトラップ20、遅発中性子検出器27など多くの内
部構造物を有している。液面には不活性ガスとして例え
ばアルゴンガス25ｂを封入した箱であるガス巻き込み防
止構造25を配置している。

【００５０】ホットレグ配管６の流出口６ｂから流出し
た高温ナトリウムの流れ２ｃは、図５に示すように従来
例と同様にプレナム内に流入し、中間熱交換器容器内液
面19には速い流れが到達するが、該液面19にガス巻き込
み防止構造25を設置することにより自由液面の表面積を
減らしカバーガス巻き込みを生じさせることはない。

【００５１】また、ガス巻き込み防止構造25自身の重み
により、液面揺動や波立ちも抑制され、かつ上下の動き
が全く自由であるために、過流量時などの事象にも対応
可能である。

【００５２】なお、上記第３の実施例において、ガス巻
き込み防止構造25の上面に軸方向に可動であり、かつ水
平方向を拘束したサポートを設けることができる。これ
によって液面にインパクトを与える流れが生じても、ガ
スの巻き込みが生じることはない。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、液面変動や波立ちによ
る構造材への繰り返し熱応力を低減し炉内機器への健全
性を確保するとともに、ガス巻き込みによる炉心への反
応度異常、液面揺動の原因となるガス溜りの形成等を防
止し、炉心および構造材の健全性を確保し、信頼性の大
きいループ型高速増殖炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るループ型高速増殖炉の第１の実施
例の要部を概略的に示す縦断面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視方向切断面を縮小して
示す横断面図。

【図３】本発明に係るループ型高速増殖炉の第２の実施
例における中間熱交換器容器内を概略的に示す縦断面
図。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ矢視方向切断面を縮小して
示す横断面図。

【図５】本発明に係るループ型高速増殖炉の第３の実施
例における中間熱交換器容器内を概略的に示す縦断面
図。

【図６】（ａ）は図５におけるＣ−Ｃ矢視方向切断面を
縮小して示す横断面図、（ｂ）は同じくＤ−Ｄ矢視断面
を示す縦断面図。

【図７】従来のループ型高速増殖炉を示す全体構成図。

【図８】図７における原子炉容器内の要部を示す縦断面
図。

【図９】図７における熱交換器容器内を透視的に示す斜
視図。

【図１０】図９におけるＥ−Ｅ矢視方向から見た上面
図。

【符号の説明】

１…原子炉容器、２…液体金属ナトリウム、２ａ…低温
ナトリウム、２ｂ…高温ナトリウム、２ｃ…高温ナトリ
ウムの流れ、３…カバーガス、４…炉心、４ａ…炉心出
口、５…炉心上部プレナム、６…ホットレグ配管、６ａ
…冷却材流入口、６ｂ…流出口、７…中間熱交換器容
器、８…中間熱交換器、９…隔壁、10…低温プレナム、
11…ポンプ容器、12…ミドルレグ配管、13…ポンプ、14
…コールドレグ配管、15…炉心下部プレナム、16…炉心
上部機構、17…原子炉容器壁面、18…原子炉容器内液
面、19…中間熱交換器容器内液面、20…コールドトラッ
プ、21…中間熱交換器容器壁面、22…フローシュラウ
ド、22ａ…流入口、23…第１のフローガイド、23ａ…リ
ングプレート、23ｂ…多孔板、24…第３のフローガイ
ド、25…ガス巻き込み防止構造、26…熱交換器、27…遅
発中性子検出器、ｆ₁ …隔壁上面から急に立ち上がって
液面側へ向かう上昇流、ｆ₂ …中間熱交換器容器壁面と
ミドルレグ配管外壁のギャップをすり抜けて立ち上がる
上昇流、ｆ₃ …下降流。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心および炉心上部機構を内蔵する原子
   炉容器と、中間熱交換器を内蔵する中間熱交換器容器
   と、ポンプを内蔵するポンプ容器とを配管で連結して前
   記各々の容器内および配管内に冷却材を収納し循環させ
   るループ型高速増殖炉において、前記原子炉容器内に設
   けたホットレグ配管の冷却材流入口より若干上部でかつ
   前記原子炉容器の内壁面から中心に向けて水平に前記ホ
   ットレグ配管を包括する程度まで突き出させて形成した
   フローガイドを設けてなり、このフローガイドはリング
   プレートと、このリングプレートの内心円から軸方向下
   側に垂直に配設した多孔板または無孔板とからなること
   を特徴とするループ型高速増殖炉。
2. 【請求項２】 炉心および炉心上部機構を内蔵する原子
   炉容器と、中間熱交換器を内蔵する中間熱交換器容器
   と、ポンプを内蔵するポンプ容器とを配管で連結して前
   記各々の容器内および配管内に冷却材を収納し循環させ
   るループ型高速増殖炉において、前記中間熱交換器容器
   内に設けたホットレグ配管の冷却材流出口およびフロー
   シュラウド流入口を収納し、差込み口にわずかな隙間を
   有して前記ホットレグ配管の下側、中間熱交換器周り下
   側にフローガイドを設けてなることを特徴とするループ
   型高速増殖炉。
3. 【請求項３】 炉心および炉心上部機構を内蔵する原子
   炉容器と、中間熱交換器を内蔵する中間熱交換器容器
   と、ポンプを内蔵するポンプ容器とを配管で連結して前
   記各々の容器内および配管内に冷却材を収納し循環させ
   るループ型高速増殖炉において、前記中間熱交換器容器
   内の冷却材液面に不活性ガスを封入したガス巻き込み防
   止構造を浮かせてなることを特徴とするループ型高速増
   殖炉。