JPH07318680A - 高速炉用ガス封入集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】流量喪失型事象や出力上昇型事象に対して負の
反応度を生じさせる。 【構成】上部にハンドリングヘッド１ａを、下部にエン
トランスノズル１ｂを有するラッパ管１内の上部を上部
端栓４で閉塞し、この上部端栓４の下方にアルゴンガス
３の領域と冷却材２が留る領域を保ってラッパ管１内を
仕切板７を設ける。仕切板７の中央に貫通孔７ａが設け
られており、この貫通孔７ａから下方向に垂下して連通
管５が接続されている。連通管５は下端部外面に下部支
持枠６が取り付けられてラッパ管１内の下部に固定され
る。仕切板７の下方にもアルゴンガス３の領域と冷却材
２の領域が設けられる。

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（以下、高速
炉と記す）の炉心に挿入して、ボイド反応度をスクラム
しない過渡変動（ＡＴＷＳ）時の炉心停止を円滑に行う
ために利用する高速炉用ガス封入集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に高速炉の炉心は、核分裂物質を装
荷した多数の燃料集合体から構成され、燃料からの熱除
去のための冷却材として主にナトリウムが使用されてい
る。通常、炉心の各部の温度は異常な温度上昇を生じる
ことはないが、万一の事故を想定して、定められた温度
異常に上昇した場合でも炉心が安全に停止することを確
認している。

【０００３】ナトリウムの温度が高温になり、密度が低
下した時の応答としては炉心が小型の場合には中性子の
炉心からの漏れが大きいため、負の反応度が入り、炉心
は安全に停止する。

【０００４】炉心が大型になると、中性子の漏れが少な
くなり、燃料集合体内のナトリウムが高温になったとき
の反応度は正となり、炉心が安全に停止するか否かに関
しては、他の反応度要因をも含めた詳細な解析を行い、
その安全性を確認する必要が生じる。従って、ナトリウ
ムの温度上昇による反応度効果、即ち冷却材温度係数を
負にできれば、安全設計上非常に価値がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラント設
計上、炉心出力を極度に小さくすることは発電コストの
点で好ましくない。一方、ナトリウムが温度上昇したと
きの炉心の反応度を負にするには従来設計では炉心出力
を 100ＭＷｅ程度以下にしなければならない。

【０００６】しかし、大出力にすると冷却材温度係数は
正になるという問題が生じ、負の反応度を挿入すること
はできない。炉心内の冷却材温度が異常に上昇する主な
原因として、ポンプ停止時による冷却材の減少（流量喪
失型事象）がある。

【０００７】流量喪失型事象に対しては流量減少時の冷
却材圧力の減少も同時に生じているが、従来これらの事
象に対し、受動的かつ確実な事故防止対策は具体化され
てない課題がある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、特に流量喪失型事象や出力上昇型事象に対し
て負の反応度を生じさせることができる高速炉ガス用封
入集合体を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上部にハンド
リングヘッドを、下部にエントランスノズルを有するラ
ッパ管と、このラッパ管内の上部を閉塞する上部端栓
と、この上部端栓の下方に設けられた貫通孔を有する仕
切板と、この仕切板の貫通孔に上端が連通し前記エント
ランスノズルの上部近傍で下端が開口する連通管とを具
備したことを特徴とする。

【００１０】また、上部にハンドリングヘッドを、下部
にエントランスノズルを有するラッパ管と、このラッパ
管内の上部を閉塞する上部端栓と、この上部端栓から下
方の空間に形成されるガスプレナムと、このガスプレナ
ムから下方に冷却材流入領域を有して設けた連通管と、
この連通管の外側とラッパ管の内側との間に設けた重り
体とを具備したことを特徴とする。

【００１１】さらに、上部にハンドリングヘッドを、下
部にエントランスノズルを有するラッパ管と、このラッ
パ管内に設けられた環状上部端栓と、この環状上部端栓
開口から前記エントランスノズルの上方近傍までの間に
設けられた保護管と、この保護管内に設けられた複数本
の燃料要素とを具備したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】ガス封入集合体を炉心に挿荷する直前はガス封
入集合体のラッパ管内にカーバーガスが充満している
が、１次系ポンプの吐出圧が上昇するにつれてラッパ管
内に冷却材が流入し、封入ガスが圧縮され、下部プレナ
ムの圧力と釣り合う位置で冷却材の流入が停止する。

【００１３】本発明は、ガス封入集合体のラッパ管内の
ガスを圧縮するために、通常運転時におけるポンプの吐
出圧を利用してガスを炉心上部に圧縮するものと、炉心
下端部に圧縮される構造を設けている。流量喪失型事象
に起因する冷却材圧力の減少によってガスを炉心領域に
膨脹させるとともに炉心下端のガスは下部ブランケット
に向かって膨脹する。

【００１４】炉心外に位置したガスが炉心領域にまで膨
脹すると、燃料集合体で発生した中性子は炉心上方向に
漏洩し、炉心に負の反応度が入る。また、炉心下端で圧
縮されたガスは下部ブランケットまで膨脹し、炉心上部
と同様に下方向の中性子の漏洩を促す。

【００１５】すなわち、流量低下事象が発生すると、一
次系の流量が低下するとともに下部プレナムの圧力も低
下する。下部プレナムの圧力低下が起こると封入ガスが
膨脹して冷却材をラッパ管外に押し出し、炉心上端およ
び炉心下端に空洞が生じ、燃料集合体の中性子束が炉心
領域の上下に位置する軸ブランケットに漏洩し負の反応
度を生じさせることができる。

【００１６】このように、上下部分を空洞にした場合に
は、上端から下端までを空洞化させた場合に比較して正
の反応度を与える中間部の効果が除去できるため、負の
反応土効果を大きくすることができる。

【００１７】

【実施例】図１により本発明に係る高速炉用ガス封入集
合体の第１の実施例を説明する。なお、図１（ａ）は本
実施例の縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視
断面図である。

【００１８】図１中、符号１は横断面が正六角形の筒状
ラッパ管で、このラッパ管１の上部にはハンドリングヘ
ッド１ａが設けられ、下部にエントランスノズル１ｂが
接続され、外周面にスペーサパッド１ｃが設けられてい
る。ラッパ管１内にはハンドリングヘッド１ａから下方
近傍に上部端栓４が設けられてラッパ管１内は閉塞され
ている。

【００１９】また、ラッパ管１内のスペーサパッド１ｃ
部近傍には仕切板７が設けられ、この仕切板７の中央部
には貫通孔７ａが形成されている。この仕切板７の下面
には下方向に沿って貫通孔７ａに連通する連通管５の上
端が接続されている。連通管５の下部外面はラッパ管１
の内面に固定する下部支持枠６によって支持されてい
る。

【００２０】ここで、上部端栓４と仕切板７との間には
上部ガスプレナムとしてのアルゴンガス３の領域と冷却
材２が流入する上部領域とが設けられ、仕切板７の下面
から下方には下部プレナムとしてのアルゴンガス３の領
域と冷却材２が流入する下部領域が設けられる。

【００２１】仕切板７の上下近傍は炉心領域であり、こ
の炉心領域の上下部はブランケット領域となり、上部ガ
スプレナムは上部ブランケットに、下部ガスプレナムは
下部ブランケットに位置している。上部端栓４および仕
切板７の下面はそれぞれガスプレナムのアルゴンガス３
を保持し、連通管５は冷却材２を流入，流出させるため
のものである。

【００２２】しかして、上記構成の第１の実施例におい
ては、ガス封入集合体を炉心に装荷する直前はラッパ管
１内にカーバーガスとしてのアルゴンガス３が充満して
いるが、１次系ポンプの吐出圧が上昇するにつれてラッ
パ管１内に冷却材２が流入しアルゴンガス３が圧縮さ
れ、下部ガスプレナムの圧力と釣り合う位置で冷却材２
の流入が停止する。

【００２３】以上の構成により、原子炉運転時には上部
端栓４と仕切板７の下に下部プレナムの圧力によって圧
縮されたアルゴンガス３が停滞している。流量低下事象
が発生すると、１次系の流量が減少するとともに下部プ
レナムの圧力も低下する。

【００２４】下部プレナムの圧力低下が起こると、アル
ゴンガス３が膨脹し、冷却材２をラッパ管１外に押し出
し炉心上端及び炉心下端に空洞が生じ、燃料集合体の中
性子束が炉心領域の上下に位置する軸ブランケットに漏
洩し負の反応度が生じさせることができる。

【００２５】このように上下部分のみを空洞にした場合
には、上端から下端までを空洞化させた場合に比べ反応
度を与える中間部の効果が除去できるため負の反応度効
果を大きくすることが可能となる。

【００２６】つぎに図２から図７を参照しながら本発明
に係る高速炉用ガス封入集合体の第２から第７の実施例
を説明するが、各図ともに図１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し、各実施例ともに
その要部のみ説明する。

【００２７】図２は本発明の第２の実施例を示す縦断面
図である。本実施例は図１における上部端栓４と仕切板
７間の上部ガス溜りを省略してラッパ管１内に中性子吸
収体８を挿入したことを特徴とする。すなわち、本実施
例では図１の上部端栓４を取り除き、その代わりに中性
子吸収体８をグリッパー９によって炉心領域に挿入でき
る構造となっている。

【００２８】この実施例によれば、ガス封入集合体を炉
心に装荷するために、燃料集合体の本数を削除するか、
炉心を構成する集合体の数を増やす必要があるが、制御
棒と組み合わせることにより、炉心の構成要素の数を増
やさずにガス封入集合体を炉心に設置できる。

【００２９】図３は本発明の第３の実施例を示す縦断面
図である。本実施例は下部ガスプレナムをガス封入集合
体中央と上方に設置したことを特徴とする。すなわち、
本実施例では図１に示した連通管５を短くしその連通管
５の上端に設けた仕切板７の中央上面にガス溜め管10を
設置している。

【００３０】本実施例によれば、通常運転時に下部ガス
プレナムの圧力で圧縮された封入ガスとしてのアルゴン
ガスの半径方向の断面積が減少し、燃料集合体から下方
向に漏洩する中性子束を軽減し、流量低下事象時により
効果的に負の反応度を生じさせることができる。

【００３１】図４は本発明の第４の実施例を示す断面図
である。本実施例は図３において下部ガスプレナムをガ
ス封入集合体の中央に設置し、ガス溜め管10内に発熱体
11を設けて、出力上昇型事象に対しても対応できるよう
にしたことを特徴とする。

【００３２】本実施例によれば、発熱体11は通常運転時
には冷却材２を介して除熱を行うが、出力が異常上昇し
た場合には除熱が間に合わず周囲の冷却材２を沸騰させ
ボイドを発生する。そのボイドが炉心下部方向に膨脹す
ることによって、燃料集合体から下方向に漏洩する中性
子が増大し負の反応度が生じる。

【００３３】図５は本発明の第５の実施例を示す断面図
である。本実施例は下部ガスプレナムを省略し、ラッパ
管１と連通管５の外周との間に浮き上がり防止用重り体
12を設けたことを特徴とする。

【００３４】すなわち、本実施例では図３から図４に示
した下部ガス溜め管10を取り除き、その代わりに重り体
12を設置する。重り体12には上部端栓４と重り体12との
間にある冷却材２に流入，流出させるための連結管５を
設置する。

【００３５】本実施例によればガス封入体はその構造か
らも分かるように、内部に封入したガスが燃料交換時
（冷却材の流量を低下するため、ガス封入集合体に加わ
る圧力も低下する）には膨脹し浮力を生じさせ、その浮
力によって冷却材中ではガス封入集合体自身を浮き上が
らせることがありうるので、これを防止するため、重り
体12を設置している。重り体12には比重の大きい物質を
使用して、燃料交換時におけるガス封入集合体の浮き上
がりを防止する。

【００３６】図６は本発明の第６の実施例を示す縦断面
図である。本実施例は下部ガスプレナムを省略し、ラッ
パ管１内に保護管14を設け、この保護管14内に燃料要素
13を配置したことを特徴とする。

【００３７】すなわち、本実施例では図３から図４に示
した下部ガス溜め管10を取り除き、その代わりにラッパ
管１の中央に保護管14を設け、その保護管14を上部端栓
４と下部支持枠６で固定する。その保護管14内に多数本
の燃料要素13を設置する。

【００３８】本実施例によれば、ガス封入集合体を炉心
に装荷するために、燃料集合体の本数を削除するか、炉
心を構成する集合体の数を増やす必要があるが、燃料要
素13をガス封入集合体内部にも設置することによって、
炉心の構成要素の数を増やさずにガス封入集合体を炉心
に設置できる。

【００３９】図７は本発明の第７の実施例を示す縦断面
図である。本実施例は下部ガスプレナムを省略し、ラッ
パ管１内に保護管14を設け、この保護管14内に中性子吸
収体８を設置したことを特徴とする。

【００４０】すなわち、本実施例では図３から図４に示
したガス溜め管10を取り除き、その代わりにラッパ管１
内の中央に保護管14を設け、この保護管14を上部端栓４
と下部支持枠６で固定する。その保護管14の内部に中性
子吸収体８をグリッパー９によって炉心領域に挿入でき
る構造となっている。

【００４１】本実施例によればガス封入集合体を炉心に
装荷するために、燃料集合体の本数を削除するか、炉心
を構成する集合体の数を増やす必要があるが、制御棒と
組み合わせることにより、炉心の構成要素の数を増やさ
ずにガス封入集合体を炉心に設置できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば流量低下型事象や出力上
昇事象に対して負の反応度を生じさせることが可能とな
り、安全性が大きく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る高速炉用ガス封入集合体
の第１の実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図。

【図２】（ａ）は本発明に係る高速炉用ガス封入集合体
の第２の実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図。

【図３】（ａ）は本発明に係る高速炉用ガス封入集合体
の第３の実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図。

【図４】（ａ）は本発明に係る高速炉用ガス封入集合体
の第４の実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図。

【図５】（ａ）は本発明に係る高速炉用ガス封入集合体
の第５の実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図。

【図６】本発明に係る高速炉用ガス封入集合体の第６の
実施例を示す縦断面図。

【図７】本発明に係る高速炉用ガス封入集合体の第７の
実施例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…ラッパ管、１ａ…ハンドリングヘッド、１ｂ…エン
トランスノズル、１ｃ…スペーサパッド、２…冷却材、
３…アルゴンガス、４…上部端栓、５…連通管、６…下
部支持枠、７…仕切板、７ａ…貫通孔、８…中性子吸収
体、９…グリッパ、10…ガス溜め管、11…発熱体、12…
重り体、13…燃料要素、14…保護管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 次男 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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部にハンドリングヘッドを、下部にエ
   ントランスノズルを有するラッパ管と、このラッパ管内
   の上部を閉塞する上部端栓と、この上部端栓の下方に設
   けられた貫通孔を有する仕切板と、この仕切板の貫通孔
   に上端が連通し前記エントランスノズルの上部近傍で下
   端が開口する連通管とを具備したことを特徴とする高速
   炉用ガス封入集合体。
2. 【請求項２】 前記上部端栓の代りに中性子吸収体を前
   記ラッパ管内に設け、この中性子吸収体にグリッパ機構
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の高速炉用ガス
   封入集合体。
3. 【請求項３】 前記仕切板の上面に前記貫通孔と下端開
   口が連通するガス溜め管を設けたことを特徴とする請求
   項１記載の高速炉用ガス封入集合体。
4. 【請求項４】 前記ガス溜め管内に発熱体を設けたこと
   を特徴とする請求項３記載の高速炉用ガス封入集合体。
5. 【請求項５】 上部にハンドリングヘッドを、下部にエ
   ントランスノズルを有するラッパ管と、このラッパ管内
   の上部を閉塞する上部端栓と、この上部端栓から下方の
   空間に形成されるガスプレナムと、このガスプレナムか
   ら下方に冷却材流入領域を有して設けた連通管と、この
   連通管の外側とラッパ管の内側との間に設けた重り体と
   を具備したことを特徴とする高速炉用ガス封入集合体。
6. 【請求項６】 上部にハンドリングヘッドを、下部にエ
   ントランスノズルを有するラッパ管と、このラッパ管内
   に設けられた環状上部端栓と、この環状上部端栓開口か
   ら前記エントランスノズルの上方近傍までの間に設けら
   れた保護管と、この保護管内に設けられた複数本の燃料
   要素とを具備したことを特徴とする高速炉用ガス封入集
   合体。
7. 【請求項７】 前記複数の燃料要素の代りに中性子吸収
   体を前記保護管内に設け、この中性子吸収体にグリッパ
   機構を設けたことを特徴とする請求項６記載の高速炉用
   ガス封入集合体。