JPH06235788A - 高速増殖炉のルーフデッキ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速増殖炉において、ルーフデッキ冷却時に
おけるルーフデッキの温度分布の均一化を、熱遮蔽構造
物を省いた簡単な手段で行うことにより、ルーフデッキ
の熱変形量を減少させ、１次系機器の据え付け位置ずれ
を抑制するとともに、ルーフデッキで支持されている機
器の熱応力の発生を低減することが可能な高速増殖炉の
ルーフデッキ構造を提供する。 【構成】 ルーフデッキ底板１７の冷却ダクト１６側、
すなわちルーフデッキ１１上に、熱良導体である銅板２
０を敷設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖炉のルーフデ
ッキ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉は、一般に液体金属ナトリウ
ム（以下、ナトリウムと略称）を冷却材として用いられ
ており、例えば、図５は、Ｐｈｅｎｉｘ炉等に代表され
る一般的なタンク型高速増殖炉の１次系の模式縦断面図
である。図５に示すように、原子炉容器１の内部には、
炉心２、複数基の１次系ポンプ３と中間熱交換器４、及
び炉心上部機構５などの１次系機器が納められている。

【０００３】原子炉容器１の内部には、１次系冷却材で
あるナトリウム６が充填され、原子炉容器１の頂部はル
ーフデッキ１１で蓋がされ、原子炉容器１の内部のほぼ
中心に炉心２が設置されている。ナトリウム６は、炉心
２の上部を境にして隔壁構造物８により、高温プレナム
域９と低温プレナム域１０とに仕切られ、高温プレナム
域９のナトリウム液面７とルーフデッキ１１との間の空
間部は、不活性ガスが充填されたカバーガス領域１２と
なっている。

【０００４】ルーフデッキ１１は、回転プラグ１３と固
定デッキ１４とに分けられ、回転プラグ１３は、大回転
プラグ、及び大回転プラグの内側に偏芯して設置されて
いる小回転プラグからなる二重回転構造になっている。
そして、大・小両回転プラグの回転角度の組合せによ
り、炉心２の全ての位置の燃料集合体（図示せず）につ
いて、燃料取扱機構（図示せず）による取り扱いが可能
になっている。

【０００５】回転プラグ１３及び固定プラグ１４の内部
構造は基本的に同じであるので、ここでは、固定プラグ
１４を例にとり、ルーフデッキ１１について説明する。

【０００６】ルーフデッキ１１は、１次系機器の重量物
を支持するため、鉄骨の組合せによる丈夫な梁構造にな
っており、梁間の空隙には、放射線輻射を遮蔽するため
の鋼球又はコンクリートが充填された放射線遮蔽体１５
が設置されている。

【０００７】また、放射線遮蔽体１５の下方とルーフデ
ッキ底板１７との間に空隙があり、この空隙が冷却ダク
ト１６となっており、冷却ダクト１６は冷却ガス導入管
２２と冷却ガス放出管２４とに、それぞれ連通してい
る。

【０００８】ルーフデッキ１１は、下記の理由により、
冷却されて常に低温に保持されている。

【０００９】（１）ルーフデッキ１１の上面に設置して
ある電気計装部品及び機器貫通部のシール材の許容温度
を、耐熱上、５０℃以下に制限する必要がある。

【００１０】（２）放射線遮蔽体１５を構成しているコ
ンクリート部材の温度を、コンクリート内部から結晶水
が脱水しない温度、すなわち１５０℃以下に保持する必
要がある。

【００１１】（３）ルーフデッキ及び原子炉容器を支持
するコンクリート部材の許容温度を、強度確保のため、
５０℃以下に制限する必要がある。

【００１２】このような、ルーフデッキ１１の冷却に
は、ルーフデッキ１１内に冷却ガスを導入し、ルーフデ
ッキ１１内を循環させながら、ルーフデッキ１１全体を
冷却する強制循環空冷方式が採用されている。

【００１３】また、ルーフデッキ１１の下方のカバーガ
ス領域１２に積層構造の熱遮蔽構造物２３が設置され、
ナトリウム液面７からの輻射熱を防ぐ構造になってい
る。

【００１４】以上のように構成された、従来の一般的な
高速増殖炉の１次系の動作を、次に説明する。

【００１５】図５において、複数基の１次系ポンプ３が
同時に稼働し、低温プレナム域１０のナトリウム６を炉
心２に圧送する。ナトリウム６は、炉心２内で発生する
核分裂反応熱により加熱され、約５５０℃の高温ナトリ
ウムとなり、炉心２の頂部から高温プレナム域９に流出
する。

【００１６】高温のナトリウム６は、複数基の中間熱交
換器４に分流し、中間熱交換器４内を降下しながら、伝
熱管を介して２次冷却系（図示せず）に放熱し、約３７
０℃の低温のナトリウム６となり、再び低温プレナム域
１０に戻る一巡の流路を形成する。すなわち、定常循環
時におけるナトリウム６の温度分布は、高温プレナム域
９で約５５０℃、低温プレナム域１０で約３７０℃であ
る。

【００１７】熱交換により２次系に供給された熱は、図
示は省略するが、中間熱交換器４から蒸気発生器へ連絡
する配管を有する２次系ナトリウムループに移行され、
蒸気発生器で発生した蒸気でタービン・発電機を稼働
し、発電するシステムになっている。

【００１８】一設計例では、熱出力３０００ＭＷｔ級の
タンク型高速増殖炉の通常運転時、３７０℃で炉心２へ
流入したナトリウムは５５０℃まで加熱される。したが
って、高温プレナム域９のナトリウム液面７は、ほぼ炉
心２出口温度と同様の高温となり、この高温により、ナ
トリウム液面７の上方のカバーガス領域１１を介してル
ーフデッキ底板１７が加熱されることになる。

【００１９】すなわち、ルーフデッキ１１の下面は高温
のナトリウム液面７に曝されるが、熱遮蔽構造物２３に
よるルーフデッキ１１の熱遮蔽、及びルーフデッキ１１
の強制冷却により、ルーフデッキ１１の上面の温度はほ
ぼ室温に保たれるようになっている。

【００２０】更に、一設計例では、熱出力３０００ＭＷ
ｔ級のタンク型高速増殖炉の場合、原子炉容器１の直径
は約１８〜２０メートルにも及び、ルーフデッキ１１の
直径は、原子炉容器１のそれよりも更に大きくなる。ま
た、ルーフデッキ１１は、１次系主要機器である４基の
１次系ポンプ３、８基の中間熱交換基４、及び炉心上部
機構５などの１次系機器の重量物を支えており、ルーフ
デッキ１１の強度部材は約２０００トンにも及ぶ大型重
量物になる。

【００２１】このようにタンク型高速増殖炉は、大型で
複雑であることから、建設コストは同クラスの軽水炉に
比べて約２.５倍にも増大する。将来、高速増殖炉が実
用炉になり、軽水炉と発電コストを競合する場合、それ
に打ち勝つためにも、大幅な合理化を進めておく必要が
ある。

【００２２】近年、タンク型高速増殖炉の合理化設計に
関する研究開発が盛んに行われている。その狙いは、物
量を減らし、簡素化を図り、建設コストを下げようとす
るものであり、ルーフデッキの簡素化も有効な合理化手
段として取り上げられている。

【００２３】前述したＰｈｅｎｉｘ炉のルーフデッキの
熱遮蔽構造部は、約５０００枚の熱遮蔽板、及びこれら
の板を固定するための約１０万個の部品によって構成さ
れている。更にこれらの部品を製作するため、約２００
０枚の設計図が用いられており、これらが大幅なコスト
アップの要因であった。このことから、ＳｕｐｅｒＰｈ
ｅｎｉｘII炉といわれるＲＮＲ１５００炉には、熱遮蔽
構造物２３を省いた合理化型ルーフデッキの概念が取り
入れられている。

【００２４】図６は合理化型ルーフデッキの要部の説明
図である。図６に示すように、合理化型ルーフデッキ
は、ルーフデッキ１１の下部に取り付けてある熱遮蔽構
造物２３（図５参照）を全て省いた基本構造となってい
る。

【００２５】この場合は、強制冷却によって、放射線遮
蔽体１５、及びルーフデッキ１１の上面の温度は、前述
した許容温度内に維持することが可能であるが、ルーフ
デッキ１１の下面の温度は１５０〜２５０℃の高温とな
る。すなわち、強制冷却によって、ルーフデッキ１１の
下面の温度を約１５０〜２５０℃に制御しながら運転さ
れることになる。

【００２６】このような強制冷却は、冷却ガス導入管２
２から冷却ガスを吹き込み、放射線遮蔽体１５の下部の
冷却ダクト１６内を流動させて、ルーフデッキ底板１７
を直接冷却するものであり、冷却量は増加するが、熱遮
蔽構造物２３の削除は大幅なコスト低減になると試算さ
れているものである。

【００２７】ルーフデッキ１１の冷却に伴うルーフデッ
キ１１への伝熱は、カバーガス領域１２におけるカバー
ガスの自然対流、高温のナトリウム液面７からの輻射、
及び、カバーガス（主としてアルゴンガス）の伝導によ
る複合伝熱である。

【００２８】これらのうち、カバーガスの伝導による伝
熱量は、カバーガスの熱伝導率が低いことから小さい。
また、ナトリウム液面７とルーフデッキ１１との間の温
度差は大きいが、ナトリウム液面７は鏡面状に輝くこと
から、輻射率が低く、輻射による伝熱量も比較的小さ
い。すなわち、伝熱について最も支配的なものは、カバ
ーガスの自然対流による伝熱である。

【００２９】カバーガス領域１２には、下層に高温のナ
トリウム液面７、上層に低温のルーフデッキ１１が、そ
れぞれ隣接して存在しており、最も自然対流が発生し易
い温度条件となるため、ルーフデッキ１１への伝熱に
は、この自然対流が支配的となる。

【００３０】カバーガス領域１２における自然対流は、
上昇流と下降流とが対になって形成される複数個の循環
流となり、径方向の各所に複数個存在する。

【００３１】図７は冷却ダクト１６の模式平面図であ
る。ルーフデッキ１１は円盤形状であり、内部には１次
系機器の挿入孔が多く穿設され、補強リブが張り巡らさ
れているため、冷却ダクト１６は、図７に示すように扇
状形の分割構造になっている。

【００３２】なお、特開昭５９−１８２３９１号公報に
は、ルーフデッキの冷却層を温度均一化部と冷却部とに
区分し、温度均一化部内を真空にした後、水又はアルコ
ールの冷却媒体を封入し、冷却媒体を温度均一化部で蒸
発させ、冷却部で凝縮させて、冷却層内の温度分布を均
一化する関連技術が開示されている。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】上記の循環流の数と大
きさは、カバーガス領域１２の上下温度差と形状とで決
まるが、ルーフデッキ１１の下面の温度は、上昇流の当
たる部分で高く、下降流となる部分で低くなるため、ル
ーフデッキ底板１７は径方向に不均一な温度分布にな
る。

【００３４】また、１次系機器の配列が、ルーフデッキ
１１の中心に対して必ずしも対称とはならず、冷却ダク
ト１６内の冷却ガス流路形状が不均一となるため、冷却
ガス導入管から導入される冷却ガスを扇状形の分割構造
内に均等に分散させることは困難である。

【００３５】すなわち、カバーガス領域１２の循環流、
及び冷却ガス量の不均等な分散が、ルーフデッキ１１の
温度分布を不均一にしている。

【００３６】特に合理化型ルーフデッキは、従来の熱遮
蔽構造物付きのルーフデッキに比べて、カバーガス領域
１２の上下温度差が大きいため、自然対流が激しく、ル
ーフデッキ１１は高温状態となるため、不均一な温度分
布によるルーフデッキ１１の熱変形量が増大する。

【００３７】上記のように、ルーフデッキ１１に熱変形
が生じる場合、多くの１次系機器を支持しているルーフ
デッキ１１の１次系機器の支持部に影響を与え、１次系
機器の据え付け部が位置ずれを起こすことになる。

【００３８】１次系ポンプ３の位置ずれは、炉心２の入
口の配管部に集中し、配管の炉心高圧プレナム１９との
接続部などから、大量のナトリウム６が漏れる可能性が
ある。また、中間熱交換器４や炉上部機構５などに、過
大な熱応力を発生させることになる。特に合理化型ルー
フデッキでは、ルーフデッキ１１の熱変形量が大きいこ
とから、ルーフデッキが支持している１次系機器へ与え
る影響が顕著となる。また、上記の特開昭５９−１８２
３９１号公報における真空中の水又はアルコールの蒸発
温度は、ルーフデッキ底板の温度範囲に比べて極端に低
いため、実際に水又はアルコールを適用するためには、
ナトリウムの作動温度範囲から離れ過ぎていて現実的で
はない。

【００３９】本発明は上記の状況を鑑みなされたもので
あり、ルーフデッキ冷却時におけるルーフデッキの温度
分布の均一化を、熱遮蔽構造物を省いた簡単な手段で行
うことにより、ルーフデッキの熱変形量を減少させ、１
次系機器の据え付け位置ずれを抑制するとともに、ルー
フデッキで支持されている機器の熱応力の発生を低減す
ることが可能な高速増殖炉のルーフデッキ構造を提供す
ることを目的とする。

【００４０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次のように
して達成することができる。

【００４１】（１）内部に液体金属ナトリウムからなる
１次系冷却材を有し、１次系冷却材の中に炉心及び１次
系主要機器などを格納し、１次系冷却材の液面上にカバ
ーガス領域を形成する原子炉容器の上部を、上板と底板
との間に冷却ダクトを構成するルーフデッキで蓋をして
ある高速増殖炉のルーフデッキ構造において、前記ルー
フデッキの底板上に熱良導体を敷設してあること。

【００４２】（２）（１）において、熱良導体を、円盤
形状を有するルーフデッキの底板上の全面にわたり敷設
してあること。

【００４３】（３）（１）又は（２）において、熱良導
体を、複数の板状部材を重ねた積層材で構成してあるこ
と。

【００４４】（４）（１）、（２）又は（３）におい
て、熱良導体が、ルーフデッキの底板を構成する材料に
比べて熱伝導率の大きい材料であること。

【００４５】（５）（１）〜（４）において、熱良導体
の材料が、銅又は銅合金であること。

【００４６】（６）（１）〜（４）において、熱良導体
の材料が、アルミニウム又はアルミニウム合金であるこ
と。

【００４７】

【作用】本発明では、ルーフデッキの底板上に、銅、銅
合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などの熱良導
体を敷設してあるので、ルーフデッキの径方向及び周方
向の温度分布が均一化される。すなわち、不均一な温度
分布が平滑化し、ルーフデッキ底板全面が均一な温度分
布になる。

【００４８】このように、ルーフデッキ底板全面の温度
分布が均一化するので、ルーフデッキの熱変形量が減
り、ルーフデッキに支えられている１次系機器の据え付
け位置ずれ量が減少し、１次系機器の熱変形応力の発生
が低減する。

【００４９】また、複数枚の熱良導体を積層状に敷設し
てあるので、熱良導体の軸方向の伝熱抵抗が増加する。
すなわち、径方向及び周方向への熱伝導が阻害されず
に、軸方向への伝熱が抑制されるので、強制冷却量が低
減される。

【００５０】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図３を用いて説明
する。図１は本実施例のタンク型高速増殖炉の１次系の
模式縦断面図、図２は図１の要部の縦断面図、図１の熱
良導体近傍の縦断面図である。

【００５１】本実施例が、図５に示す従来例に比べて大
きく異なる点は、カバーガス領域に、従来例では熱遮蔽
構造物２３を設けているのに対し、本実施例では、図１
及び図２に示すように、熱遮蔽構造物２３を省いて、ル
ーフデッキ底板１７の冷却ダクト１６側、すなわち、ル
ーフデッキ底板１７上に熱伝導率の良好な熱良導体を敷
設していることである。

【００５２】熱良導体としては、ルーフデッキ底板１７
に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率の大きい銅板
２０を使用している。また、カバーガスにはアルゴンガ
スを使用している。

【００５３】図３は、図１の熱良導体を含む熱良導体近
傍の縦断面図であり、１枚の銅板２０をルーフデッキ底
板１７上に敷設した場合を示しており、円盤形状のルー
フデッキ底板１７上の全面に敷設している。この場合、
ルーフデッキ底板１７と銅板２０との接触面を、できる
だけ密着させて、ルーフデッキ底板１７の冷却を一層効
果のあるものにしてある。

【００５４】前述したように、熱出力３０００ＭＷｔ級
の原子炉容器１の直径が約１８〜２０メートルにも及ぶ
ことから、熱良導体に１枚板をそのまま用いるには困難
を伴う。この困難を避けるため、熱良導体を適当な寸法
に分割して運搬し、この分割物を設置箇所で組合せるこ
とが考えられるが、この場合は、径方向及び周方向の熱
伝導が妨げられないように、分割物どうしの密着性をよ
くする工夫が必要になる。

【００５５】以上のように構成された本発明のルーフデ
ッキを有する高速増殖炉の１次系は、次のように動作す
る。

【００５６】ルーフデッキ１１の冷却には、従来例の場
合と同様に、室温の空気を冷却ガス導入管２２に導き、
冷却ダクト１６内を流動させる。ただし、本実施例で
は、空気はルーフデッキ底板１７に敷設した熱良導体２
０の表面を冷却した後、冷却ガス放出管２４から外気に
放出される。

【００５７】銅板２０は良好な熱伝導性を有するため、
多少の冷却むらがあっても径方向及び周方向に一様な温
度分布を形成するようになり、銅板２０に密着している
ルーフデッキ底板１７も、銅板２０に追従して均一な温
度分布となる。なお、放射線遮蔽体１５の温度は、許容
温度範囲内に維持する。

【００５８】次に、本発明の他の実施例を図４を用いて
説明する。図４には、複数枚の銅板２０を積層にし、ル
ーフデッキ底板１７上に敷設した場合を示してある。

【００５９】複数枚の銅板２０を積層状に敷設した場合
には、銅板２０の軸方向の伝熱抵抗が増加するため、径
方向及び周方向への熱伝導量を阻害することなしに、軸
方向への伝熱量を抑制することができる。したがって、
強制冷却量を低減することが可能となる。

【００６０】以上、本発明の実施例では、良好な熱伝導
性を有する金属として銅板を用いたが、本発明の基本的
な構成要件として、ルーフデッキ底板上に敷設する熱良
導体は、ルーフデッキの温度条件に耐え、かつルーフデ
ッキ底板に用いるステンレス鋼よりも熱伝導率の大きい
熱伝導物質であればよく、それらに適する金属として、
本発明の実施例で用いた銅のほかに、銅合金、アルミニ
ウム及びアルミニウム合金などを挙げることができる、
また、上述した熱的条件を満足する物質であれば液体で
もよい。この場合、漏洩防止などの安全対策が必要とな
るが、液体はルーフデッキ底板との密着性を向上させる
ので、より大きな効果を得ることができる。

【００６１】なお、高速増殖炉は、ループ型とタンク型
とに形式が分けられ、本発明は両方式に適用できるが、
タンク型高速増殖炉に適用したほうが、より効果的であ
る。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、ルーフデッキ冷却時に
おけるルーフデッキの温度分布の均一化を、熱遮蔽構造
物を省いた簡単な手段で行うことができ、ルーフデッキ
の熱変形量を小さくして、１次系機器の据え付け位置ず
れを低減させ、１次系機器の熱応力の発生を抑制するこ
とができる。また、ルーフデッキを冷却するための強制
冷却量を減少することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の模式縦断面図である。

【図２】図１の要部の縦断面図である。

【図３】図１の熱良導体近傍の縦断面図である。

【図４】本発明の他の実施例における熱良導体近傍の縦
断面図である。

【図５】従来例の模式縦断面図である。

【図６】合理化型ルーフデッキ要部の縦断面図である。

【図７】図６の冷却ダクトの模式平面図である。

【符号の説明】

１…原子炉容器、２…炉心、３…１次系ポンプ、４…中
間熱交換器、５…炉心上部機構、６…ナトリウム、７…
ナトリウム液面、８…隔壁構造物、９…高温プレナム
域、１０…低温プレナム域、１１…ルーフデッキ、１２
…カバーガス領域、１３…回転プラグ、１４…固定デッ
キ、１５…放射線遮蔽体、１６…冷却ダクト、１７…ル
ーフデッキ底板、１８…ポンプ出口配管、１９…炉心高
圧プレナム、２０…銅板、２１…ルーフデッキ上板、２
２…冷却ガス導入管、２３…熱遮蔽構造物、２４…冷却
ガス放出管。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に液体金属ナトリウムからなる１次
   系冷却材を有し、前記１次系冷却材の中に炉心及び１次
   系主要機器などを格納し、前記１次系冷却材の液面上に
   カバーガス領域を形成する原子炉容器の上部を、上板と
   底板との間に冷却ダクトを構成するルーフデッキで蓋を
   してある高速増殖炉のルーフデッキ構造において、前記
   ルーフデッキの前記底板の上に熱良導体を敷設してある
   ことを特徴とする高速増殖炉のルーフデッキ構造。
2. 【請求項２】 前記熱良導体を、円盤形状を有する前記
   ルーフデッキの底板上の全面にわたり敷設してある請求
   項１記載の高速増殖炉のルーフデッキ構造。
3. 【請求項３】 前記熱良導体を、複数の板状部材を重ね
   た積層材で構成してある請求項１又は２記載の高速増殖
   炉のルーフデッキ構造。
4. 【請求項４】 前記熱良導体が、前記ルーフデッキの底
   板を構成する材料に比べて熱伝導率の大きい材料である
   請求項１、２又は３記載の高速増殖炉のルーフデッキ構
   造。
5. 【請求項５】 前記熱良導体の材料が、銅又は銅合金で
   ある請求項１〜４のいずれか１項に記載の高速増殖炉の
   ルーフデッキ構造。
6. 【請求項６】 前記熱良導体の材料が、アルミニウム又
   はアルミニウム合金である請求項１〜４のいずれか１項
   に記載の高速増殖炉のルーフデッキ構造。