JPH07270560A - 高速増殖炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転プラグを廃止することにより、原子炉上部
構造を簡素化する。また原子炉容器の炉壁熱応力を低減
し、炉心の耐震性を向上させる。 【構成】炉心２および冷却材３を内包する原子炉容器１
と、この原子炉容器１の上部蓋１０を形成し且つ原子炉
容器１と等温状態とした上部鏡１７と、上部蓋１０の上
方から原子炉容器１内に設置され核反応を制御する制御
棒３５を駆動する制御棒駆動機構２５と、燃料交換時に
炉心２上方に配置され任意の位置の燃料を交換可能な燃
料交換機４２と、制御棒駆動機構２５を燃料交換機４２
の移動可能な範囲まで引き上げる昇降装置２４とを備え
た。

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に係り、特に
回転プラグを使用せず固定式の上部蓋を使用するととも
に、この上部蓋を上部鏡により形成し、制御棒駆動機構
を燃料交換時に引上げ可能な高速増殖炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉は、ウランとプルトニウムの
混合酸化物の燃料を使用し、Ｐｕ２３９を核分裂させる
とともに、生れ出た余剰の高速中性子を周囲のＵ２３８
に吸収させ、燃やす量よりも多くのプルトニウムを作り
出すことから、今後のエネルギー源として大きな期待が
かけられている。

【０００３】図１０に従来の高速増殖炉の概略構成を示
す。図１０に示すように、有底円筒状の原子炉容器１の
内部には、核反応によって熱エネルギーを発生させる炉
心２が設けられている。また、原子炉容器１の内部に
は、一次冷却材として液体金属（通常液体ナトリウム）
３を炉心２へ導く複数の冷却材入口配管４、炉心２から
原子炉容器１の外部に設置された中間熱交換器（図示せ
ず）へ冷却材を導く複数の冷却材出口配管５がそれぞれ
配設されている。これら複数の冷却材入口配管４および
複数の冷却材出口配管５は、いずれも原子炉容器１内に
周方向に対し等間隔に配置されている。

【０００４】炉心２の下部には炉心入口プレナム部６が
設けられ、これら炉心２および炉心入口プレナム部６は
原子炉容器１内の底部に設けられた炉心支持体７により
支持されている。そして、炉心２の上方には炉心上部機
構８が設置されている。

【０００５】原子炉容器１の外側には、万一の冷却材漏
洩事故に備えて有底円筒状の安全容器（ガードベッセ
ル）１４が設けられ、この安全容器１４を介して耐震サ
ポート１３が設置されている。このように構成された高
速増殖炉は、上部外周に設けられた支持部材１５を介し
て原子炉建屋のキャビティー・ウォール１６に支持され
ている。

【０００６】また、原子炉容器１の上部開口は、上蓋を
構成するルーフデッキ１２で閉塞されており、このルー
フデッキ１２下面には冷却層１８が設置され、この冷却
層１８に冷却ガスを循環させることによって、ルーフデ
ッキ１２の加熱を防止するようにしている。そして、原
子炉容器１には一次冷却材として液体金属３が収容され
ており、この液体金属３の液面とルーフデッキ１２との
間にはアルゴンガスなどの不活性ガスが充填され、カバ
ーガス空間１９が形成されている。

【０００７】さらに、炉心上部機構８には制御棒駆動機
構が据え付けられ、この制御棒駆動機構は原子炉運転中
に炉心から制御棒を出入れして出力制御を行う。燃料交
換時は回転プラグ２０を回転して炉心２上部から炉心上
部機構８を移動させ、燃料交換機で炉心２の燃料を交換
する。

【０００８】このように従来技術の原子炉上部構造で
は、燃料交換のために炉心上部機構８を炉心２上部から
退避させ、燃料交換機を炉心２の各燃料位置に移動する
ため、巨大な回転プラグ２０を設けていた。

【０００９】次に、従来の高速増殖炉の作用について説
明する。

【００１０】まず、一次冷却材である液体金属３は、冷
却材入口配管４に導かれて炉心入口プレナム部６に流入
する。この炉心入口プレナム部６から入って炉心２を上
方に向かって通過する間に、液体金属３は核反応による
熱エネルギーを受けて高温となり、冷却材出口配管５に
導かれて原子炉容器１の外部に設置された中間熱交換器
（図示せず）へ流入する。この中間熱交換器で加熱され
た二次冷却材としての液体金属はタービン駆動用の蒸気
を加熱することになる。そして、原子炉の運転制御は、
炉心２の上部に設置される炉心上部機構８の制御棒を炉
心２に挿入したり、引抜きしたりすることにより行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の高速増殖炉において、燃料交換
機と炉心上部機構８を搭載して回転する回転プラグ２０
は、放射線遮蔽や断熱構造を含めると重量は数百トンに
達する。この回転駆動により必要となる多数の機器設備
（歯車、駆動装置、軸受、回転部気密装置、回転部ケー
ブル処理装置など）により原子炉上部は極めて複雑な構
造となっている。その結果、設計、製作、据付、組立、
試験、検査に多大な労力を要している。

【００１２】このように、従来の高速増殖炉は回転プラ
グ２０を使用して燃料交換を行っているため、原子炉上
部に占めるスペースが大きくなり、結果として原子炉容
器の大型化を招く課題がある。

【００１３】また、高速増殖炉においては、冷却材であ
るナトリウムの熱膨張による体積の増加を吸収するた
め、一次ナトリウムのループ内において自由液面を設定
し、残りのガス空間で体積膨張を吸収することが必要で
ある。原子炉容器１の液面より下側はナトリウムに接
し、ナトリウムとの熱伝達がよいため、容器の温度はナ
トリウムの温度に追従する。一方、液面より上側はアル
ゴンガスなどの不活性ガスが充填されたカバーガス空間
１９で覆われている。このカバーガス空間１９の温度は
ナトリウムの温度変化に追従する。

【００１４】そして、ルーフデッキ１２の構造は、溶接
組立構造であることから、１００℃程度以下の比較的低
い温度に制限する必要がある。これは、温度分布による
大きな変形を回避するためであったり、コンクリート製
のキャビティー・ウォール１６に直接接しているためで
あったり、またコンクリートの健全性を確保するためで
ある。

【００１５】このため、カバーガス空間１９の温度にル
ーフデッキ１２が追従しないようにルーフデッキ１２の
下面に冷却層１８が設置されている。このような構造で
は、原子炉容器１の鉛直軸方向の温度分布が発生し、原
子炉容器１とルーフデッキ１２との接合部に大きな熱応
力が発生するおそれがある。このため、原子炉容器１の
ルーフデッキ１２付け根部近傍を断熱材２１で保護し、
温度分布を適正化して熱応力を低減させている。

【００１６】すなわち、回転プラグ２０が冷却される一
方、原子炉容器１の液体金属３の液面近傍は高温であ
り、結果的にこの領域における原子炉容器１の軸方向温
度格差が大きく、軸方向長さが短いために、温度勾配が
大きなものとなる。このことは熱応力の増大を招くこと
となるため、耐熱性の観点から原子炉容器１の液体金属
３の液面レベルの部分に断熱材２１のような炉壁熱保護
構造を設ける必要があった。

【００１７】しかし、図１０に示す直径１０ｍ程度、板
厚５０ｍｍ程度の原子炉の場合のように、ルーフデッキ
１２付け根部近傍の熱応力は、図１１に示すように断熱
材２１の性能に敏感であり、設計の自由度を低下させて
いた。

【００１８】また、従来の高速増殖炉では、原子炉容器
１が上部外周に設けられた支持部材１５を介して原子炉
建屋のキャビティー・ウォール１６に支持されているた
め、炉心重量の荷重伝達経路は原子炉容器１の胴部およ
び下部鏡からなり、原子炉容器１の振動性状が炉心２に
影響し易くなる。そのため、地震入力を軽減させる原子
炉建屋の免震構造または地震応答を低減する耐震サポー
トなどを設ける必要があった。

【００１９】さらに、従来の高速増殖炉では、炉心２の
燃料集合体の閉塞状態を検知するため、２００〜３００
本の燃料集合体の出口にそれぞれ熱電対を配置し、各燃
料集合体毎に温度上昇の監視を行っている。そして、上
記熱電対を各燃料集合体の出口に導くためには、炉上部
に多数の熱電対案内管を設置する必要があり、そのため
炉心上部機構の構造が複雑化する課題があった。

【００２０】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、回転プラグを廃止す
ることにより、原子炉上部構造を簡素化した高速増殖炉
を提供することにある。

【００２１】また、本発明の他の目的とするところは、
原子炉容器の炉壁熱応力を低減することができるととも
に、炉心の耐震性を向上させることのできる高速増殖炉
を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、炉心および冷却材を内包
する原子炉容器と、この原子炉容器の上部蓋を形成し且
つ上記原子炉容器と等温状態とした上部鏡と、上記上部
蓋の上方から原子炉容器内に設置され核反応を制御する
制御棒を駆動する制御棒駆動機構と、燃料交換時に上記
炉心上方に配置され任意の位置の燃料を交換可能な燃料
交換機と、上記制御棒駆動機構を上記燃料交換機の移動
可能な範囲まで引き上げる昇降装置とを備えたことを特
徴とする。

【００２３】請求項２は、請求項１記載の高速増殖炉に
おいて、上記制御棒駆動機構は、上記昇降装置にて引き
上げられる駆動軸を案内する上部案内管を取り除いたこ
とを特徴とする。

【００２４】請求項３は、請求項１項記載の高速増殖炉
において、上記炉心を構成する燃料集合体の出口温度を
測定する燃料集合体出口温度計装を支持する炉心上部機
構を有し、この炉心上部機構は燃料交換時に上記制御棒
駆動機構とともに上記燃料交換機の移動可能な範囲まで
引き上げられることを特徴とする。

【００２５】請求項４は、請求項１記載の高速増殖炉に
おいて、上記上部鏡の外側に保温材を設けたことを特徴
とする。

【００２６】請求項５は、請求項１記載の高速増殖炉に
おいて、上記炉心および原子炉容器を下方から支持する
支持体を設けたことを特徴とする請求項６は、請求項１
または３記載の高速増殖炉において、上記炉心の燃料集
合体の上部周囲に、その温度を検出する超音波センサを
複数設置したことを特徴とする。

【００２７】

【作用】請求項１においては、原子炉容器の上部蓋を形
成する上部鏡を原子炉容器と等温状態としたことによ
り、原子炉容器と上部鏡との間に大きな温度差は生じな
い。したがって、原子炉容器と上部鏡との接合部の熱応
力を容易に低減させることができる。

【００２８】また、請求項１においては、燃料交換時に
制御棒駆動機構を昇降装置によって燃料交換機の移動可
能な範囲まで引き上げることにより、燃料交換機は任意
の位置の燃料を交換することができる。したがって、従
来のような回転プラグを不要とし、原子炉上部構造を簡
素化することができる。

【００２９】請求項２において、請求項１記載の制御棒
駆動機構は、昇降装置にて引き上げられる駆動軸を案内
する上部案内管を取り除いたことにより、燃料交換時に
制御棒駆動機構の引き上げ操作が簡略化される。

【００３０】請求項３においては、請求項１項記載の炉
心を構成する燃料集合体の出口温度を測定する燃料集合
体出口温度計装を支持する炉心上部機構を有し、この炉
心上部機構は燃料交換時に制御棒駆動機構とともに燃料
交換機の移動可能な範囲まで引き上げられることによ
り、燃料交換機は任意の位置の燃料を交換することがで
きる。したがって、従来のような回転プラグを不要と
し、原子炉上部構造を簡素化することができる。

【００３１】請求項４においては、請求項１記載の上部
鏡の外側に保温材を設けたことにより、上部鏡は内部の
冷却材からの輻射および冷却材と接液している原子炉容
器からの熱伝導で容易に原子炉容器と同等の温度に追従
する。このため、冷却層を設置せずに、軸方向に大きな
温度分布が作用することなく、原子炉容器と上部鏡との
接合部の熱応力を低く抑えることができる。

【００３２】請求項５においては、請求項１記載の原子
炉容器を下方から支持する支持体を設けたことにより、
上部蓋がコンクリートと接する必要がなくなり、上部蓋
を冷却する必要がない。したがって、請求項４と同様の
作用をなす。

【００３３】また、請求項５においては、炉心が支持体
により下方から支持されるため、地震荷重入力位置が下
方に移動するとともに、原子炉容器が荷重伝達経路から
除外されて炉心から原子炉建屋までの荷重伝達経路が短
縮され、原子炉建屋の地震荷重が増幅されて炉心に伝達
される増倍率が減少することから、炉心位置での地震応
答が緩和される。

【００３４】請求項６においては、請求項１または３記
載の炉心の燃料集合体の上部周囲に、その温度を検出す
る超音波センサを複数設置したことにより、燃料集合体
の出口温度を超音波を使用して音速の変化として検知
し、遠隔測定により監視を行うことができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３６】図１は本発明に係る高速増殖炉の一実施例
を示す縦断面図である。なお、従来の構成と同一または
対応する部分には図１０と同一の符号を用いて説明す
る。図１に示すように、有底円筒状の原子炉容器１の内
部には、核反応によって熱エネルギーを発生させる炉心
２が設けられている。また、原子炉容器１の内部には、
一次冷却材として液体金属（通常液体ナトリウム）３を
炉心２へ導く複数の冷却材入口配管４、炉心２から原子
炉容器１の外部に設置された中間熱交換器（図示せず）
へ冷却材を導く複数の冷却材出口配管５がそれぞれ配設
されている。これら複数の冷却材入口配管４および複数
の冷却材出口配管５は、いずれも原子炉容器１内に周方
向に対し等間隔に配置されている。

【００３７】炉心２の下部には炉心入口プレナム部６が
設けられ、これら炉心２および炉心入口プレナム部６は
原子炉容器１内の底部に設けられた炉心支持体７により
支持されている。そして、炉心２の上方には炉心２を構
成する燃料集合体の出口温度を測定する燃料集合体出口
温度計装を支持する炉心上部機構８が設置されている。

【００３８】原子炉容器１の上部開口は、上部蓋１０を
形成し且つ原子炉容器１と等温状態とした上部鏡１７に
より閉塞されている。原子炉容器１には一次冷却材とし
て液体金属３が収容されており、この液体金属３の液面
と上部鏡１７との間にはアルゴンガスなどの不活性ガス
が充填され、カバーガス空間１９が形成されている。上
部鏡１７の内部には断熱層および冷却層を設けず、その
内面はカバーガス空間１９と接しており、外面に断熱性
能に優れた保温材９が配設され、上部鏡１７の温度が液
体金属３の液面近傍温度から急激に変化しないようにし
ている。

【００３９】また、原子炉容器１の外側には、万一の冷
却材漏洩事故に備えて有底円筒状の安全容器１４が設け
られている。そして、原子炉容器１および炉心２は、原
子炉建屋のベースマット２２上に載置した支持体として
の支持スカート２３により下方から支持されている。

【００４０】次に、本実施例の全体的な作用を説明す
る。

【００４１】一次冷却材である液体金属３は、従来と同
様に原子炉容器１の外部に設置された中間熱交換器（図
示せず）へ送られ、この中間熱交換器で加熱された二次
冷却材としての液体金属はタービン駆動用の蒸気を加熱
することになる。

【００４２】原子炉を低温状態から高温待機状態を経て
定格出力運転状態に移行させる場合において、原子炉容
器１内の液体金属３の液面近傍は温度が上昇していく
が、原子炉容器１の上部鏡１７もカバーガス空間１９を
介して液体金属３の液面から輻射熱伝達および対流熱伝
達により温度上昇していき、さらに上部鏡１７の外側は
保温材９により断熱されているために、原子炉容器１の
液面近傍から上方の原子炉容器１に沿った温度格差は大
きくならない。また、原子炉の出力上昇とは逆に高温状
態から低温状態に移行させる停止操作においても、液体
金属３の液面近傍での温度変化に原子炉容器１の上部鏡
１７も起動時と同様に追従することが可能になる。

【００４３】すなわち、上部鏡１７では内側に断熱材お
よび冷却層を設置せず、外側に保温材９を設置している
ことから、内部の液体金属３からの輻射、および液体金
属３に接液している原子炉容器１からの熱伝導により、
容易に原子炉容器１と同等の温度に追従する。このた
め、軸方向に大きな温度分布が作用することなく、原子
炉容器１と上部鏡１７との接合部の熱応力を低く抑える
ことができる。

【００４４】一方、炉心２が支持スカート２３を介して
原子炉建屋のベースマット２２から直接支持されている
ため、入力地震荷重が減少することになる。加えて、原
子炉容器１の円筒胴部が荷重伝達経路から除外され、炉
心２から原子炉建屋までの荷重伝達距離が短縮されるこ
とにより、原子炉建屋の地震荷重が増幅されて炉心２に
伝達される増倍率が減少することから、炉心２位置での
地震応答が緩和される。

【００４５】ここで、原子炉容器１の円筒胴部が荷重伝
達経路から除外されるので、地震荷重としては水平地震
だけでなく、鉛直地震時の上下動に対しても緩和効果が
あり、その結果、水平地震と鉛直地震との重ね合せに対
しても炉心２位置での地震応答緩和に効果を発揮する。

【００４６】このように本実施例によれば、従来の原子
炉構造において最も厳しい熱応力が発生していた原子炉
容器１の液面近傍での温度勾配が緩やかになり、熱応力
の低減のために必要とされた炉壁冷却装置や炉壁熱保護
構造が不要となる。加えて、炉心２位置での地震時応答
荷重が軽減されることから、炉心２に加わる荷重を軽減
するための原子炉建屋免震構造や地震応答を低減する耐
震サポートなども不要となり、これにより炉内で原子炉
容器１の周囲に余分の装置を配置することなく、原子炉
容器１の直径を小さくすることが可能となる。

【００４７】次に、上部蓋１０の上方から原子炉容器１
内に設置され核反応を制御する制御棒を駆動する制御棒
駆動機構２５を図２に基づいて説明する。この制御棒駆
動機構２５は、燃料交換時に昇降装置２４によって後述
する燃料交換機の移動可能な範囲まで引き上げられる。
制御棒駆動機構２５は、図２に示すようにハウジング２
６を有し、このハウジング２６内の上部にはモータ２７
が設置され、このモータ２７を駆動させることにより図
示しないギヤなどを介してねじ軸２８，２８が回転す
る。このねじ軸２８，２８にはボールナット２９が螺合
され、このボールナット２９に電磁石３０が固定されて
いる。

【００４８】また、電磁石３０にはラッチ機構３１が接
離可能に取り付けられ、ラッチ機構３１の下部に駆動軸
３２が取り付けられ、この駆動軸３２のハウジング２６
の挿通部分にはカバーガスシール３３が設けられてい
る。この駆動軸３２にはその移動を案内するための上部
案内管が取り除かれている一方、炉心上部機構８に短尺
の案内管３４が配設されている。そして、駆動軸３２の
下端には下部案内管３６内に配設された制御棒３５が接
離可能に取り付けられている。

【００４９】駆動軸３２にはダッシュラム３７が設けら
れ、このダッシュラム３７を支持するダッシュポット３
８が案内管３４の内面に固定されている。そして、原子
炉の緊急停止時には、電磁石３０を消磁することによ
り、駆動軸３２および制御棒３５を一体で落下させ、こ
の時の衝撃はダッシュラム３７とダッシュポット３８と
で吸収される。

【００５０】また、燃料交換時には、図３に示すように
駆動軸３２の下端と制御棒３５とを切り離した後、モー
タ２７を駆動させることにより、ねじ軸２８，２８が回
転する。このねじ軸２８，２８の回転により、回転方向
に拘束されたボールナット２９が上方に移動し、電磁石
３０およびラッチ機構３１を介して駆動軸３２を引上
げ、燃料交換に必要なスペースＳを確保することができ
る。

【００５１】したがって、駆動軸３２を案内するための
上部案内管を取り除いたことにより、燃料交換時に制御
棒駆動機構２５の引き上げる際に支障となるものがなく
なり、その操作が簡略化される。また、制御棒駆動機構
２５が軽量・簡素化され、容易に燃料交換を行うことが
できる。

【００５２】図４は本実施例に係る高速増殖炉の燃料交
換時の状態を示す縦断面図である。燃料交換時の制御棒
駆動機構２５は前述のように引き上げられる一方、炉心
上部機構８は昇降駆動装置４０により支柱４１を介して
引き上げられる。その後、燃料交換機４２は上部蓋１０
に搭載支持され、伸縮自在の可変アーム４３を所定の位
置に伸ばし、炉心２内の所定の燃料要素をグリッパ装置
４４に引き抜き収納した後、燃料交換機４２全体を移動
させ、燃料中継槽４５に燃料要素を収納する。このよう
にして、全ての炉心２内の燃料要素を燃料中継槽４５に
移送できることになる。

【００５３】また、燃料中継槽４５から炉外へ燃料を取
り出すには、原子炉容器１の上部鏡１７を貫通して設置
された燃料出入機４６のシュート４７から図示しないグ
リッパを炉内に挿入して燃料中継槽４５内の燃料要素を
把持し、引上げることにより行う。

【００５４】したがって、燃料交換時に制御棒駆動機構
２５を昇降装置２４によって燃料交換機４２の移動可能
な範囲まで引き上げることにより、燃料交換機４２は任
意の位置の燃料を交換することができる。したがって、
従来のように燃料交換機や制御棒駆動機構を搭載して回
転する回転プラグが不要となり、回転に必要な多数の機
器設備（歯車、駆動装置、軸受、回転部気密装置、回転
部ケーブル処理装置）が不要となる。この結果、構造は
極めて簡略化され、設計、製作・据付組立・試験装置が
簡素になる。また、原子炉上部に配置する機器が小型と
なり、結果的に原子炉容器の直径を小さくすることが可
能となる。

【００５５】図５は本実施例に係る高速増殖炉において
超音波センサを設置した炉心上部を示す平面図である。
図５に示すように、炉心２には炉心燃料集合体５０およ
び制御棒３５などが配置されるとともに、炉心２の上部
には６本の支柱４１が設置され、これらの支柱４１間に
は炉心燃料集合体５０頂部から５０〜１００ｍｍ程度上
部に梁５１がそれぞれ架け渡されている。これらの梁５
１には、超音波センサ５２（５２ａ〜５２ｄ）が炉心燃
料集合体５０を取り囲むように複数個配置されており、
互いに超音波の送受信が可能なように配置されている。

【００５６】図６は炉心上部機構の垂直方向の構造を示
し、図６に示すように、超音波センサ５２は支柱４１を
経由した案内管５３により所定の位置まで導かれてお
り、この案内管５３は図７に示すように矩形状に形成さ
れ、鉱物絶縁（ＭＩ）ケーブル５４に接続した超音波セ
ンサ５２が内挿されている。

【００５７】次に、本実施例における超音波センサ５の
作用を説明する。

【００５８】超音波センサ５２は、支柱４１を経由した
案内管５３により、炉心燃料集合体５０の出口温度を走
査することが可能で、炉心燃料集合体５０を取り囲む位
置まで導かれている。また、矩形状に形成された案内管
５３を使用することにより、超音波センサ５２を対向す
る超音波センサの向きへ合わせることができる。

【００５９】ところで、液体金属であるナトリウムの温
度Ｔ（℃）と超音波の音速Ｃ(m/sec) とは、以下の関係
がある。

【００６０】

【数１】Ｃ＝２５７７．２５−０．５２４×Ｔ

【００６１】したがって、ナトリウムの温度が上昇する
と、音速は遅くなる。ここで、炉心燃料集合体５０の出
口温度が上昇したと仮定する。超音波センサ５２ａから
パルス波を発信し、超音波センサ５２ｂで受信すると、
燃料集合体出口温度の上昇に伴い、発信と受信のパルス
間隔が大きくなる。また、超音波センサ５２ｃからパル
ス波を発信し、超音波センサ５２ｄで受信すると、燃料
集合体出口温度の上昇に伴い、発信と受信のパルス間隔
が大きくなる。つまり、２方向以上の超音波パルスの送
信および受信により、温度上昇した炉心燃料集合体５０
の位置を同定でき、またパルス間隔の増加した値より温
度測定が可能である。

【００６２】上記のように超音波センサ５２を配置した
ので、超音波センサ５２の不具合時の交換が可能とな
り、また案内管５３は超音波センサ５２に対応した本数
のみであり、案内管５３の本数を大幅に削減することが
できる。さらに、炉心燃料集合体５０の出口温度を超音
波を使用して音速の変化として検知し、遠隔測定により
全ての炉心燃料集合体５０の出口温度を監視することが
できる。

【００６３】図８および図９は本実施例における超音波
センサの他の配置態様を示し、図８は炉心上部機構の垂
直方向の構造を示している。図８に示すように、各支柱
４１の間には梁５１がそれぞれ架け渡されており、支柱
４１および梁５１には、支柱４１から梁５１を通るガイ
ドレール５５が設置されている。このガイドレール５５
内には複数のホルダー５６が連結されて収納され、これ
らのホルダー５６内には超音波センサ５２が設けられて
いる。

【００６４】そして、図９に示すように複数のホルダー
５６の連結部には、ガイドローラ５７が取り付けられ、
このガイドローラ５７により連結した複数のホルダー５
６をガイドレール５５に沿って誘導できるようにしてい
る。

【００６５】次に、上記のように配置した超音波センサ
５２の作用を説明する。

【００６６】超音波センサ５２は、支柱４１から梁５１
を通るガイドレール５５により、炉心燃料集合体５０の
出口温度を走査することが可能で、炉心燃料集合体５０
を取り囲む位置まで導かれている。また、２本のガイド
レール５５に沿ってガイドローラ５７を回転させてホル
ダー５６を移動させるようにしたので、ホルダー５６の
向きが規定され、超音波センサ５２を対向する超音波セ
ンサに合わせることができる。

【００６７】上記のように構成することにより、超音波
センサ５２の不具合時の交換が可能となり、支柱４１か
ら梁５１を通るガイドレール５５により、超音波センサ
５２を誘導するため、上記のような案内管が不要とな
り、炉上部構造を簡素化し、且つ信頼性を高めることが
できる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、原子炉容器の上部蓋を形成する上部鏡を原子
炉容器と等温状態としたことにより、原子炉容器と上部
鏡との間に大きな温度差は生じない。したがって、原子
炉容器と上部鏡との接合部の熱応力を容易に低減させる
ことができ、原子炉の効率的な運転に寄与する。

【００６９】また、請求項１によれば、燃料交換時に制
御棒駆動機構を昇降装置によって燃料交換機の移動可能
な範囲まで引き上げることにより、燃料交換機は任意の
位置の燃料を交換することができる。したがって、従来
のように燃料交換機や制御棒駆動機構を搭載して回転す
る回転プラグを不要となり、原子炉上部構造を簡素化す
ることができる。

【００７０】請求項２によれば、請求項１記載の制御棒
駆動機構は、昇降装置にて引き上げられる駆動軸を案内
する上部案内管を取り除いたことにより、燃料交換時に
制御棒駆動機構の引き上げ操作が簡略化されるととも
に、制御棒駆動機構を軽量化することができる。。

【００７１】請求項３によれば、請求項１項記載の炉心
を構成する燃料集合体の出口温度を測定する燃料集合体
出口温度計装を支持する炉心上部機構を有し、この炉心
上部機構は燃料交換時に制御棒駆動機構とともに燃料交
換機の移動可能な範囲まで引き上げられることにより、
燃料交換機は任意の位置の燃料を交換することができ
る。したがって、従来のような回転プラグを不要とし、
原子炉上部構造を簡素化することができる。

【００７２】請求項４によれば、請求項１記載の上部鏡
の外側に保温材を設けたことにより、上部鏡は内部の冷
却材からの輻射および冷却材と接液している原子炉容器
からの熱伝導で容易に原子炉容器と同等の温度に追従す
る。このため、冷却層を設置せずに、軸方向に大きな温
度分布が作用することなく、原子炉容器と上部鏡との接
合部の熱応力を低く抑えることができる。

【００７３】請求項５によれば、請求項１記載の原子炉
容器を下方から支持する支持体を設けたことにより、上
部蓋がコンクリートと接する必要がなくなり、上部蓋を
冷却する必要がない。したがって、請求項４と同様の効
果が得られる。

【００７４】また、請求項５によれば、炉心が支持体に
より下方から支持されるため、地震荷重入力位置が下方
に移動するとともに、原子炉容器が荷重伝達経路から除
外されて炉心から原子炉建屋までの荷重伝達経路が短縮
され、原子炉建屋の地震荷重が増幅されて炉心に伝達さ
れる増倍率が減少することから、炉心位置での地震応答
が緩和される。その結果、炉心に加わる荷重を軽減する
ための原子炉建屋免震構造や地震応答を低減する耐震サ
ポートなども不要となり、炉内で原子炉容器の周囲に余
分の装置を配置することなく、原子炉容器の直径を小さ
くすることが可能となる。

【００７５】請求項６によれば、請求項１または３記載
の炉心の燃料集合体の上部周囲に、その温度を検出する
超音波センサを複数設置したことにより、燃料集合体の
出口温度を超音波を使用して音速の変化として検知し、
遠隔測定により監視を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す縦断
面図。

【図２】図１における制御棒駆動機構を示す構成図。

【図３】図１における制御棒駆動機構の燃料交換時の状
態を示す構成図。

【図４】図１における高速増殖炉の燃料交換時の状態を
示す縦断面図。

【図５】図１における高速増殖炉において超音波センサ
を設置した炉心上部を示す平面図。

【図６】図５における超音波センサの炉心上部機構への
配置態様を示す概略図。

【図７】図６における超音波センサの配置態様を示す拡
大図。

【図８】炉心上部機構において超音波センサの他の配置
態様を示す概略図。

【図９】図８の超音波センサを示す拡大図。

【図１０】従来の高速増殖炉を示す縦断面図。

【図１１】従来の高速増殖炉において断熱材の性能をパ
ラメータとしたルーフデッキと原子炉容器接合部の熱応
力の計算例を示す図。

【符号の説明】

１ 原子炉容器 ２ 炉心 ３ 液体金属 ８ 炉心上部機構 ９ 保温材 １０ 上部蓋 １７ 上部鏡 １９ カバーガス空間 ２２ ベースマット ２３ 支持スカート（支持体） ２４ 昇降装置 ２５ 制御棒駆動機構 ３２ 駆動軸 ３５ 制御棒 ４０ 昇降駆動装置 ４１ 支柱 ４２ 燃料交換機 ４６ 燃料出入機 ４７ シュート ５０ 炉心燃料集合体 ５１ 梁 ５２ 超音波センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 隆夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 久保田 健一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 松本 浩二 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 佐藤 孝男 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 坂井 康弘 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 石鳥 隆司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 田中 信之 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 平山 浩 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 竹島 徳幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心および冷却材を内包する原子炉容器
   と、この原子炉容器の上部蓋を形成し且つ上記原子炉容
   器と等温状態とした上部鏡と、上記上部蓋の上方から原
   子炉容器内に設置され核反応を制御する制御棒を駆動す
   る制御棒駆動機構と、燃料交換時に上記炉心上方に配置
   され任意の位置の燃料を交換可能な燃料交換機と、上記
   制御棒駆動機構を上記燃料交換機の移動可能な範囲まで
   引き上げる昇降装置とを備えたことを特徴とする高速増
   殖炉。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高速増殖炉において、上
   記制御棒駆動機構は、上記昇降装置にて引き上げられる
   駆動軸を案内する上部案内管を取り除いたことを特徴と
   する高速増殖炉。
3. 【請求項３】 請求項１項記載の高速増殖炉において、
   上記炉心を構成する燃料集合体の出口温度を測定する燃
   料集合体出口温度計装を支持する炉心上部機構を有し、
   この炉心上部機構は燃料交換時に上記制御棒駆動機構と
   ともに上記燃料交換機の移動可能な範囲まで引き上げら
   れることを特徴とする高速増殖炉。
4. 【請求項４】 請求項１記載の高速増殖炉において、上
   記上部鏡の外側に保温材を設けたことを特徴とする高速
   増殖炉。
5. 【請求項５】 請求項１記載の高速増殖炉において、上
   記炉心および原子炉容器を下方から支持する支持体を設
   けたことを特徴とする高速増殖炉。
6. 【請求項６】 請求項１または３記載の高速増殖炉にお
   いて、上記炉心の燃料集合体の上部周囲に、その温度を
   検出する超音波センサを複数設置したことを特徴とする
   高速増殖炉。