JPH07104091A

JPH07104091A - 原子炉容器の容器壁冷却構造

Info

Publication number: JPH07104091A
Application number: JP5245241A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Adachi; 茂足立; Mitsuo Wakamatsu; 光夫若松; Junko Matsuda; 淳子松田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】せき流れを安定にし、冷却流路を形成するライ
ナの振動を抑制し、液面揺動、ガス巻き込みを防止す
る。【構成】原子炉容器１４内に、下部に隔壁１３を有する
中間ライナ１７を設けて二重のアニュラス構造とし、中
間ライナ１７に旋回流案内羽根２５を設け、隔壁１３に
フローホール１９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖型原子炉にお
いて、冷却流路を形成するライナの振動を抑制し、ガス
巻き込みを防止した原子炉容器の容器壁冷却構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にトップエントリ型高速増殖炉は、
一次および二次の冷却材として液体金属ナトリウムが用
いられ、炉心部で加熱された一次ナトリウムを原子炉容
器外に設置された熱交換器（ＩＨＸ）に導いて、二次ナ
トリウムと熱交換させる。そして、冷却された一次ナト
リウムを再び炉心部に送り込むようにしている。

【０００３】図１２は、従来のトップエントリ型高速増
殖炉を示すもので、符号１は炉心、２は下部プレナム、
３はホットプレナムと称する上部プレナムである。一次
ナトリウムを収容する原子炉容器１４内部には隔壁１３
によって上部プレナム３と中間プレナム２４とに仕切ら
れており、この隔壁１３の中央部を貫通して炉心１が炉
心支持板１２上に設置されている。

【０００４】また、炉心支持板１２上には炉心１に冷却
材を流すために高圧のプレナム１５と低圧プレナム１６
が設けられ、炉心１内各燃料集合体（図示せず）への冷
却材流量配分を行っている。原子炉容器１４の上端開口
部を閉塞するしゃへいプラグ６にはＵＣＳ（炉心上部機
構）５と入口配管７および出口配管４が貫通配置されて
いる。

【０００５】出口配管４はＩＨＸ（中間熱交換器）８に
接続し、ＩＨＸ８はミドルレグ配管１０を通してポンプ
１１に接続し、ポンプ１１は入口配管７に接続してい
る。ＩＨＸ８内には二次側配管９が接続されている。

【０００６】以上の構成のトップエントリ型高速増殖炉
においては、炉心の出口部にある上部プレナム（ホット
プレナム）３の冷却材ナトリウム温度は５００〜５５０
℃の高温に達する。原子炉容器１４の壁面保護の観点か
ら原子炉容器１４の壁面は低温（約４２５℃以下）に保
つことが有効である。

【０００７】このため、原子炉容器１４の内側に中間ラ
イナ１７と内側ライナ１８を設けて、外側アニュラス部
２２、中間アニュラス部２３の２重のアニュラス部を形
成する。そして、２重のナトリウム層をつくり、上部プ
レナム３からの熱をしゃへいして、原子炉容器１４の壁
面を保護する構造をとっている。

【０００８】また、この原子炉容器１４の壁面の冷却効
果を高めるために外側アニュラス部２２に低圧プレナム
１６の低温ナトリウムを連通孔２０、フローホール１９
を経て流す。さらに、外側アニュラス部２２を上昇した
低温ナトリウムは中間ライナ１７の上部せきを溢流して
中間アニュラス部２３を下降し、流出孔２１を通り、ホ
ットプレナム３に合流する。

【０００９】２つのアニュラス部すなわち外側アニュラ
ス部２２と中間アニュラス部２３内に低温ナトリウムを
流すことにより、ホットプレナム３の熱移動を抑え熱し
ゃへいする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のトップエン
トリ型高速増殖炉においては、図１３に示す様に中間ラ
イナ１７の上端せき部を乗り越えて中間アニュラス部２
３に流れる溢流が周方向で一様でなく、周方向の一部を
溢流してその流れによって薄肉構造の中間ライナ１７が
振動を起こし、これに伴って中間アニュラス部２３の液
面も周方向で揺動する。

【００１１】中間ライナ１７の振動と外側アニュラス部
２２、中間アニュラス部２３の液面揺動は悪循環を繰り
返し、ライナの振動と液面揺動とも成長する。この状態
が続くと中間ライナ１７および内側ライナ１８が振動に
よる疲労を受ける。このため、原子炉の長期間運転（４
０年間）の構造健全性を損ねる恐れがある。

【００１２】また、せき流れ部の不安定流動と中間アニ
ュラス部２３の液面揺動によって、ナトリウムへのガス
巻込みを生じる可能性もある。ナトリウムへガスが巻込
まれると、ガスがナトリウムの流れに同伴されて、中間
熱交換器と、ポンプ１１を通り、炉心１へ導かれ、炉心
１の発熱により、ガスが膨脹して正の反応度を与える可
能性がある。

【００１３】これらの事象、中間ライナ１７の振動、ナ
トリウムの液面揺動及びガス巻込みは、原子炉運転時に
は極力避ける必要がある。また、外側アニュラス部２
２、中間アニュラス部２３の低温ナトリウムの流れが軸
方向成分しかもたないと周方向に温度分布がつき、熱応
力発生の原因ともなり、炉容器１４および中間ライナ１
７の構造健全性に悪影響を与える課題がある。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、せき流れを安定にし、冷却流路を形成するラ
イナの振動を抑制し、振動場での流れにより生ずる液面
揺動、ガス巻込みを防止して原子炉の健全性を高めた原
子炉容器の容器壁冷却構造を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は原子炉容器の容
器壁を中間アニュラス部と外周アニュラス部とからなる
二重のアニュラス構造とし、低圧プレナムから低温一次
冷却材を外周アニュラス部を上昇するように導き、中間
ライナで構成されるせきを乗り越えて下降し、ホットプ
レナム（上部プレナム）の冷却材と合流する原子炉容器
の容器壁冷却構造において、前記容器壁に沿って上昇す
る冷却材に旋回流成分を起こさせる上昇流路を構成する
前記中間ライナに旋回案内羽根を設けたことを特徴とす
る。

【００１６】また、隔壁のフローホールから外側アニュ
ラス部を上昇する流れに旋回流成分をもたせることを特
徴とする。さらに、中間アニュラス部の液面下に水平な
プレートを設置して中間アニュラス部の液面揺動を抑
え、中間ライナに小孔を設け、せきを溢流する冷却材の
流量を減少させることにより、中間アニュラス部の液面
揺動を抑えることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明は、容器壁を冷却するための低温ナトリ
ウムを流す低圧プレナムからフローホールを経て、外側
アニュラス部を上昇する流れに旋回流成分を持たせるべ
く旋回流案内羽根を設ける。この旋回流成分によって、
中間ライナを乗り越える溢流部での周方向流量配分を均
一にすることができる。

【００１８】このため、従来例の溢流部不均一流量配分
ならびに部分的に周期性のある溢流を防止し、中間ライ
ナの振動と溢流落下部を持つ中間アニュラス部の液面振
動、さらに伴うガス巻込みを極力小さくすることがで
き、原子炉の長期間運転（４０年間）中の構造健全性を
向上させることができ、もって、原子炉運転の安全性を
向上させることができる。

【００１９】また、本発明は、中間アニュラス部の液面
下に水平なプレートを設置することにより中間アニュラ
ス部の液面揺動を直接抑制することが可能となり、ひい
ては中間ライナの振動も抑えることができる。

【００２０】さらに、中間ライナに小孔を設け、せきを
溢流する冷却材をバイパスさせることにより、溢流する
冷却部流量を小さくできるので中間アニュラス部の液面
揺動の抑制に効果があり、これによって中間ライナの振
動も抑制することが可能である。

【００２１】

【実施例】本発明に係る原子炉容器の容器壁冷却構造の
第１から第１１までの各実施例を図１から図１１までに
各々対応させて説明する。なお、各々の図において図１
２および図１３と同一部分には同一符号を付して重複す
る部分の説明は省略する。

【００２２】図１は本発明の第１の実施例に係る外側ア
ニュラス部２２の旋回流促進のため、中間ライナ１７の
外側に旋回流案内羽根２５を設けた図で、図１（ａ）は
（ｂ）の上面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）は
（ｂ）における旋回流案内羽根２５の近傍を斜視図で示
している。

【００２３】つまり、隔壁１３、炉容器壁１４及び中間
ライナ１７で囲まれた外側アニュラス部２２の流路に冷
却材が上昇する際、旋回流成分を持つように中間ライナ
１７に旋回流案内羽根２５を設ける。炉容器壁１４の冷
却用として低温ナトリウムは低圧プレナムから隔壁内プ
レナム２４を経てフローホール１９を通り外側アニュラ
ス部２２に流れる。この際、フローホール１９から出た
流れは旋回流案内羽根２５があるために、流向が旋回流
成分を持つようにかえられる。

【００２４】この旋回流成分は、外側アニュラス部２２
の上部まで保たれ、溢流部を乗り越えるとき周方向の溢
流流量がほぼ均一にできる。

【００２５】旋回流案内羽根２５は図１（ｂ）に示すよ
うに、羽根の厚さｈを大きくとることも考えられる。但
し、組み立ての工程を考えると炉容器１４の内壁との間
は一定の間隙が必要である。図１（Ｃ）は隔壁１３と中
間ライナ１７とフローホール１９に対する旋回流案内羽
根２５の配置図を示すものである。

【００２６】外側アニュラス部２２に旋回流成分を起こ
させることにより、溢流部の一ヶ所から溢流して次の時
刻には別の一ヶ所から溢流するという不安定流れが解消
され、周方向の溢流流量が均一にできる。

【００２７】溢流流量が均一になることにより、中間ラ
イナ１７の振動を防止でき、溢流後中間アニュラス部２
２に旋回流成分を維持したまま、均一に流入するため過
大な液面振動の発生を防ぎ、これに伴い、ガス巻込みも
低減できる。これらのことから原子炉の長期間運転の構
造健全性を向上させることができる。また、中間ライナ
１７、炉容器壁の周方向温度分布を低減することができ
るため、炉容器壁への健全性への悪影響を防止できる。

【００２８】図２（ａ）は本発明の第２の実施例を示
し、図２（ｂ）は（ａ）の縦断面図で、特殊な旋回流を
起こさせる連続の旋回流連続案内羽根２６を設けること
である。中間ライナ１７に沿って下部のフローホール１
９上端から上部溢流部まで連続の旋回流連続案内羽根２
６を具備することにより、上昇流成分に加え、強制的な
旋回流成分を発生させることができ、図１の第１の実施
例で説明した実施例と同等の効果を期待できる。

【００２９】図３（ａ）は本発明の第３の実施例を示
し、図２（ｂ）は（ａ）の縦断面図であり、その構成は
旋回流を起こさせる旋回流案内羽根２７を中間ライナ１
７外側に断続的に複数段（図では３段になっている）配
設することである。この第３の実施例においても第１の
実施例と同様の効果を奏する。

【００３０】図４（ａ）、（ｂ）は本発明の第４の実施
例を示すもので、その構成は旋回流を起こさせる上部旋
回流案内羽根２８を中間ライナ１７上部の外側に上部旋
回流案内羽根２８を設けたことである。また、中間ライ
ナ１７への上部旋回流案内羽根２８の取り付け状態を図
４（ｃ）に示す。この第４の実施例においても第１の実
施例と同様の効果を奏する。

【００３１】図５（ａ）、（ｂ）は本発明の第５の実施
例を示すもので、その構成は中間アニュラス部２３に溢
流する部分、つまり中間ライナ１７の内側上端部に内側
旋回流案内羽根２９を設けたことである。この羽根の配
設枚数は複数枚とする。図５（ｃ）は中間ライナ１７に
内側旋回流案内羽根２９の取り付け状態を示す。この第
５の実施例においても第１の実施例と同様の効果を奏す
る。

【００３２】図６（ａ）、（ｂ）は本発明の第６実施例
を示すもので、その構成は中間ライナ１７の上端部内側
外側にそれぞれ外側旋回流案内羽根３０と内側旋回流案
内羽根３１を設けたことである。図６（ａ）は第６の実
施例の上面図を示す。また、図６（ｃ）は中間ライナ１
７に対する外側旋回流案内羽根３０と内側旋回流案内羽
根３１の取り付け状況を示す図である。この第６の実施
例においても第１の実施例と同様の効果を奏する。

【００３３】図７は本発明の第７の実施例を示すもの
で、その構成は隔壁１３に加工されているフローホール
を斜め方向に形成した斜行フローホール３２を設けたこ
とである。この斜行フローホール３２のために外側アニ
ュラス部２２の上昇する低温ナトリウムは旋回流成分を
もっている。図７（ａ）は第７の実施例の上面図であ
る。また、図７（ｃ）は隔壁１３、中間ライナ１７に対
する斜行フローホール３２の斜視図である。

【００３４】第７の実施例においても第１の実施例と同
様の効果を奏する。

【００３５】図８は本発明の第８の実施例を示すもの
で、その構成は隔壁１３のフローホール１９から出た流
れに旋回流成分を起こさせるべく斜行ノズル３３を設け
たことである。図８（ａ）は第８の実施例の上面図であ
る。図８（ｃ）は隔壁１３、中間ライナ１７に対する斜
行ノズル３３の取り付け状況を示す図である。この第８
の実施例においても第１の実施例と同様の効果を奏す
る。

【００３６】図９は本発明の第９の実施例を示すもの
で、その構成は隔壁１３の下部に下部支持板３５を設け
下部フローホール３６から隔壁１３のフローホール１９
への流路となる部分に斜行板３４を設けたことである。
図９（ａ）は第９の実施例の上面図である。図９（ｃ）
は隔壁１３、下部支持板３５、ならびに下部フローホー
ル１９に対する斜行板３４の組立状態を示す。

【００３７】この第９の実施例においても第１の実施例
と同様の効果を奏する。ここに示した第１から第９の実
施例の図はそれぞれの実施例の代表例であり、案内羽根
の枚数および大きさ、取付位置については種々の例があ
り重なった案内羽根枚数、大きさ、取付位置の例でも本
発明の変形例に含むものとする。

【００３８】図１０は本発明の第１０の実施例を示す縦
断面図で、その構成は中間アニュラス部２３の液面下に
プレート３７を設置したことである。このプレート３７
は中間ライナ１７からあるいは内側ライナ１８から支持
されており、このプレート３７の効果によって中間アニ
ュラス部２３の液面揺動を抑制することが可能である。
尚、ここに示した実施例は代表例であり、プレートの大
きさ、枚数、取付位置についても種々の例があるが、本
発明の変形例に含むものとする。

【００３９】また、通常運転時において原子炉容器内の
液位変動を有する場合においては、その最低液位の液面
下部近傍に設けるものとする。

【００４０】図１１は本発明の第１１の実施例を示す縦
断面図で、その構成は中間ライナ１７に小孔３８を設置
したことである。この小孔３８の効果によりせきを溢流
する冷却材流量を低減することにより、中間アニュラス
部２３の液面揺動の抑制に効果がある。

【００４１】尚、ここで示した実施例は代表例であり、
図１１（ｂ）の部分図のように中間ライナ１７に形成す
る小孔３８はその大きさ、長手方向、周方向の数、向き
（直角、下向きに斜行）、取付け位置についても種々の
例があるが、本発明の変形例に含むものとする。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、外側アニュラス部およ
び中間アニュラス部に炉容器壁を冷却する低温ナトリウ
ムを流す際、旋回流成分を持たせることによって中間ラ
イナの上端による溢流部の周方向流量配分を均一にし、
従来例で生じていたある一部からの溢流が間欠的におこ
る現象によって誘起されていた中間ライナの振動と間欠
的でしかも周方向の不連続的な溢流によって生ずる中間
アニュラス部の液面揺動、ガス巻込みの３つの不具合を
極力小さくすることができる。

【００４３】また、中間アニュラス部にプレートを設け
ることによって中間アニュラス部の液面揺動を抑えるこ
とができ、ひいては中間ライナ及び内側ライナの振動を
抑えることもできる。さらに、中間ライナに小孔を設け
ることにより、せきを溢流する冷却材流量を減少させる
ことにより中間アニュラス部の液面揺動を抑えるのに効
果があり、ひいては中間ライナ及び内側ライナの振動を
抑制することに効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る原子炉容器の容器壁冷却
構造の第１の実施例を示す（ｂ）の上面図、（ｂ）は
（ａ）の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）の旋回流案内羽根の
近傍を部分的に示す斜視図。

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）を一部側面で示す縦断面図。

【図３】（ａ）は本発明の第３の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）を一部側面で示す縦断面図。

【図４】（ａ）は本発明の第４の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）を一部側面で示す縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）における上部旋回流案内羽根近傍を部分
的に示す斜視図。

【図５】（ａ）は本発明の第５の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）を一部側面で示す縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）における内側旋回流案内羽根の近傍を部
分的に示す斜視図。

【図６】（ａ）は本発明の第６の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）を一部側面で示す縦断面図、
（ｃ）は（ｂ）における外側および内側旋回流案内羽根
の近傍を部分的に示す斜視図。

【図７】（ａ）は本発明の第７の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）に
おける斜行フローホール近傍を部分的に示す斜視図。

【図８】（ａ）は本発明の第８の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）に
おける斜行ノズル近傍を部分的に示す斜視図。

【図９】（ａ）は本発明の第９の実施例を示す（ｂ）の
上面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図、（ｃ）は（ｂ）に
おける隔壁、斜行板および下部支切板近傍を部分的に示
す斜視図。

【図１０】本発明の第１０の実施例を一部側面で示す縦
断面図。

【図１１】（ａ）は本発明の第１１の実施例を一部側面
で示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における小孔の例を示
す部分図。

【図１２】従来のトップエントリ型高速増殖炉の構成を
一部ブロックで示す縦断面図。

【図１３】従来の原子炉容器の容器壁冷却構造を示す縦
断面図。

【符号の説明】

１…炉心、２…下部プレナム、３…上部プレナム（ホッ
トプレナム）、４…出口配管、５…ＵＣＳ（炉心上部機
構）、６…しゃへいプラグ、７…入り口配管、８…ＩＨ
Ｘ、９…２次側配管、１０…ミドルレグ配管、１１…ポ
ンプ、１２…炉心支持板、１３…隔壁、１４…原子炉容
器、１５…高圧プレナム、１６…低圧プレナム、１７…
中間ライナ、１８…内側ライナ、１９…フローホール、
２０…連通孔、２１…流出孔、２２…外側アニュラス
部、２３…中間アニュラス部、２４…中間プレナム、２
５…旋回流案内羽根、２６…旋回流連続案内羽根、２７
…旋回流案内羽根、２８…上部旋回流案内羽根、２９…
内側旋回流案内羽根、３０…外側旋回流案内羽根、３１
…内側旋回流案内羽根、３２…斜行フローホール、３３
…斜行ノズル、３４…斜行板、３５…下部支持板、３６
…下部フローホール、３７…プレート、３８…小孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉容器の容器壁を中間アニュラス部
と外周アニュラス部とからなる二重のアニュラス構造と
し、低圧プレナムから低温一次冷却材を外周アニュラス
部を上昇するように導き、中間ライナで構成されるせき
を乗り越えて下降し、ホットプレナムの冷却材と合流す
る原子炉容器の容器壁冷却構造において、前記容器壁に
沿って上昇する冷却材に旋回流成分を起こさせる上昇流
路を構成する前記中間ライナに旋回案内羽根を設けたこ
とを特徴とする原子炉容器の容器壁冷却構造。
【請求項２】前記中間ライナの底部に隔壁を設け、こ
の隔壁のフローホールとして斜め方向に形成した斜行フ
ローホールを設けたことを特徴とする請求項１記載の原
子炉容器の容器壁冷却構造。
【請求項３】前記隔壁のフローホール出口に斜行ノズ
ルを設けたことを特徴とする請求項２記載の原子炉容器
の容器壁冷却構造。
【請求項４】前記旋回案内羽根の代りに、前記中間ア
ニュラス部にプレートを設けたことを特徴とする請求項
１記載の原子炉容器の容器壁冷却構造。
【請求項５】前記プレートは前記中間ライナの内側で
かつ、液位変動を考慮して最低液位の液面下部近傍に設
けることを特徴とする請求項４記載の原子炉容器の容器
壁冷却構造。
【請求項６】前記旋回案内羽根の代りに、前記中間ラ
イナの液位が変動する範囲に小孔を設けたことを特徴と
する請求項１記載の原子炉容器の容器壁冷却構造。
【請求項７】前記小孔は中間アニュラス部の液位変動
を考慮して液位が変動する範囲の軸方向に数ヶ所設け、
また周方向にもなるべく均一に流出するように数ヶ所小
孔を設けたことを特徴とする請求項６記載の原子炉容器
の容器壁冷却構造。
【請求項８】前記小孔は中間ライナに直角または下向
きに孔を貫通し、前記容器壁冷却流路の一部がなめらか
に流下するようにしたことを特徴とする請求項６記載の
原子炉容器の容器壁冷却構造。