JPH08160178A

JPH08160178A - 液体金属冷却型原子炉

Info

Publication number: JPH08160178A
Application number: JP6298389A
Authority: JP
Inventors: Kengo Iwashige; 健五岩重
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】液体金属冷却型原子炉において、炉壁冷却機構
の冷却流路の壁を越流して落下した低温流体、及び地震
等による、冷却材の液面変動を低減する。【構成】次の２式の少なくとも、いずれかを満足する仕
切り１３を設定する。【数１４】ｗ₂≧ｗ≧ｗ₁＋ｚ・(ｗ₂−ｗ₁)／Ｈ ……………………
(１) ｋ₁ ²ｎ₁≧０.５ ……………………………………………
(２) ここで、ｚ(≦Ｈ)は自由液面から仕切りまでの距離、ｗ
はｚの位置に設けた仕切りの幅、Ｈは自由液面から、自
由液面より流入した低温流体の幅が冷却流路の幅と一致
するまでの距離、ｗ₁は自由液面に到達前の低温流体の
幅、ｗ₂は冷却流路の幅、ｋ₁は仕切りと冷却流路との水
平方向断面積の比率、ｎ₁は仕切り段数。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体金属冷却型原子炉に
係り、特に高速炉用の液体金属冷却型原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体金属冷却型原子炉は、冷却材に液体
金属を用いた原子炉であるが、このような原子炉におけ
る原子炉容器の冷却については、例えば、米国特許４,
４７７,４１０号明細書に開示されている。したがっ
て、この公知例に基づいて、従来の液体金属冷却型原子
炉における原子炉容器の冷却を、図２及び図３を用いて
説明する。図２は従来の液体金属冷却型原子炉の略解
図、図３は図２の要部説明図である。

【０００３】液体金属冷却型原子炉は、図２に示すよう
に、原子炉容器内３を液体金属ナトリウム(以下、ナト
リウムと略称する)で満たし、原子炉容器３内に炉心１
及び炉上部機構２が設置されている。原子炉容器３内に
は、中間プレナム４と、中間プレナム４により分離され
た高温プレナム６と低温プレナム５とを有しており、通
常の定格運転時には、ナトリウムは、炉心出口側の高温
ナトリウムと、炉心入口側の低温ナトリウムとに分離さ
れている。また、原子炉容器３の上部は、ルーフデッキ
１４と呼ばれる上蓋によって閉ざされている。

【０００４】通常の定格運転時には、高温プレナム６内
の高温ナトリウムは、配管１５を通して外部の熱交換器
に取り出され、冷却されて低温ナトリウムとなった後、
ポンプにより配管１６を通して低温プレナム５に送ら
れ、再び炉心１と熱交換して高温となり、高温プレナム
６に流出する。

【０００５】原子炉容器３の内側には、高温プレナム６
の高温ナトリウムから原子炉容器３の壁を保護するため
の、炉壁冷却機構７が設けられており、炉壁冷却機構７
は、図３に示すように、ライナ板からなる冷却流路の壁
８で仕切られた冷却流路９、１０、１１を有している。

【０００６】低温流体は、低温プレナム５から冷却流路
９を原子炉容器３の壁沿いに上昇して原子炉容器３の壁
を冷却した後、冷却流路９の上部で冷却流路の壁８を越
流して冷却流路１０に流れ込み、冷却流路１０を下降す
る。そして、冷却流路１１の下部を通って中間プレナム
４に入り、排出部１２から高温プレナム６に排出され
る。

【０００７】このような液体金属冷却型原子炉の冷却機
構において、冷却流路の壁を蛇腹状に形成し、かつ冷却
流路の壁の上部に周方向に沿って複数の冷却材流出孔を
設けることにより、周方向の剛性を円筒形状に比べて高
め、原子炉容器の冷却の均一化を図ったものが、特開昭
６２−８１５９７号公報に開示されている。

【０００８】また、冷却流路の壁に、上下方向に連続す
るスペーサと、低温流体の流量を調整する部材とを取り
付け、冷却流路内を仕切ることにより冷却の均一化を図
ったものが、特開昭５６−４２１８５号公報に開示され
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の炉壁冷却機構７
では、低温流体が冷却流路９の上部で冷却流路の壁８を
越流して冷却流路１０に流れ込む際、冷却流路９の上部
から落下した低温流体は冷却流路１０の自由液面に衝突
する。

【００１０】この場合、低温流体の落下速度は急激に低
下するので、低温流体の保持する運動量の関係から、大
きな圧力波が発生し、この圧力波の伝播により冷却流路
１０及び冷却流路１１の各自由液面で液面変動が生じる
ことがある。

【００１１】また、地震時には自由液面に加振力が加わ
るため、高温プレナム６の自由液面のみでなく、冷却流
路９、１０、１１の自由液面でも液面変動が発生する。

【００１２】このような液面変動の発生に対して、特開
昭６２−８１５９７号公報に開示の方法は、ある程度、
液面変動の低減効果を有するものと考えられる。また、
特開昭６２−８１５９７号公報に開示の方法も、液面変
動の低減効果を有するものと考えられるが、この方法
は、冷却流路内を仕切るスペーサや流量調整部材の最適
な形状や取り付け位置について、理論及び実験の両面か
らの検討結果に基づいて設定されているようにはみられ
ない。したがって、十分な効果は期待できないように考
えられる。

【００１３】本発明の目的は、液体金属冷却型原子炉に
おいて、炉壁冷却機構の冷却流路の壁を越流して落下し
た低温流体が、自由液面への衝突時に発生する圧力波を
小さく抑制するとともに、圧力波の伝播を防止して、液
面変動を極力少なくし、更に、地震時等に、冷却流路内
に発生する可能性のある液面変動を大幅に低減するため
の効果的な手段を提供することにある。

【００１４】

【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。

【００１５】（１）原子炉容器内に炉心及び１次系冷却
材を有し、原子炉容器内が高温プレナムと低温プレナム
とに分離され、原子炉容器壁を低温流体を用いて冷却す
る冷却流路が原子炉容器壁に沿って複数設けられ、冷却
流路内に冷却流路を遮るように水平方向に仕切りが設け
られた液体金属冷却型原子炉において、冷却流路の自由
液面より下側ｚの位置に仕切りを設けたときの仕切りの
幅ｗが次式を満たしていること。

【００１６】

【数４】ｗ₂≧ｗ≧ｗ₁＋ｚ・(ｗ₂−ｗ₁)／Ｈ ………………(１) ここで、ｚ(≦Ｈ)は自由液面から仕切りまでの距離、Ｈ
は自由液面から、この自由液面より下降流路に流入した
低温流体の幅が冷却流路の幅と一致する位置までの距
離、ｗ₁は自由液面に到達前の低温流体の幅、ｗ₂は冷却
流路の幅である。

【００１７】（２）(１)において、仕切りにおける冷却
流路を遮る水平方向の断面積Ｓ_oと、冷却流路の断面積
Ｓ_fとの比Ｓ_o／Ｓ_fを、ｋ₁とするとき、ｋ₁が次式を満
たしていること。

【００１８】

【数５】ｋ₁ ²・ｎ₁≧０.５ ………………………………………(２) ここで、ｎ₁は仕切りの段数である。

【００１９】（３）(１)及び(２)の少なくとも１項にお
いて、仕切りが冷却流路の周方向に連続して設置されて
いること。

【００２０】（４）(１)及び(２)の少なくとも１項にお
いて、仕切りが冷却流路の周方向に不連続に設置されて
いること。

【００２１】（５）(１)〜(４)の少なくとも１項におい
て、仕切りが冷却流路を構成する２つの壁面のうちの内
周側壁面に取り付けられていること。

【００２２】（６）(１)〜(４)の少なくとも１項におい
て、仕切りが冷却流路を構成する２つの壁面のうちの外
周側壁面に取り付けられていること。

【００２３】（７）(１)〜(６)の少なくとも１項におい
て、仕切りが孔を有していること。

【００２４】（８）(１)〜(７)の少なくとも１項におい
て、仕切りが多孔材で構成されていること。

【００２５】（９）原子炉容器内に炉心及び１次系冷却
材を有し、原子炉容器内が高温プレナムと低温プレナム
とに分離され、原子炉容器壁を低温流体を用いて冷却す
る冷却流路が原子炉容器壁に沿って複数設けられ、冷却
流路内に周方向への低温流体の流れを遮るように高さ方
向に仕切りが設けられた液体金属冷却型原子炉におい
て、仕切りにおける高さ方向の断面積Ａ_oと、冷却流路
の高さ方向の断面積Ａ_fとの比Ａ_o／Ａ_fを、ｋ₂とすると
き、ｋ₂が次式を満たしていること。

【００２６】

【数６】ｋ₂ ²・ｎ₂≧０.５ ………………………………………(３) ここで、ｎ₂は仕切りの数である。

【００２７】（１０）(９)において、仕切りが冷却流路
の高さ方向に連続して設置されていること。

【００２８】（１１）(９)において、仕切りが冷却流路
の高さ方向に連続して設置されていること。

【００２９】（１２）(９)〜(１１)の少なくとも１項に
おいて、仕切りが冷却流路を構成する２つの壁面のうち
の内周側壁面に取り付けられていること。

【００３０】（１３）(９)〜(１１)の少なくとも１項に
おいて、仕切りが冷却流路を構成する２つの壁面のうち
の外周側壁面に取り付けられていること。

【００３１】（１４）(９)〜(１３)の少なくとも１項に
おいて、仕切りが孔を有していること。

【００３２】（１５）(９)〜(１４)の少なくとも１項に
おいて、仕切りが多孔材で構成されていること。

【００３３】

【作用】本発明では、原子炉容器壁を低温流体を用いて
冷却する冷却流路が原子炉容器壁に沿って複数設けら
れ、冷却流路内に冷却流路を遮るように水平方向に仕切
りが設けられた液体金属冷却型原子炉の炉壁冷却機構に
おいて、仕切りが、理論及び実験結果に基づく適切な形
状及び段数であるように設定している。

【００３４】すなわち、冷却流路の壁を越流して落下し
た低温流体が、冷却流路の自由液面に衝突した場合、低
温流体の落下速度が急激に低下するので、低温流体が保
持する運動量の関係から、大きな圧力波が発生する。

【００３５】しかし、本発明では、適切な形状及び段数
の仕切りの設定により、低温流体の落下速度を緩慢に低
下させるので、発生する圧力波は小さなものとなる。ま
た、この圧力波を冷却流路の周方向及び幅方向に、それ
ぞれ拡散させるので、圧力波の伝播を有効に防止するこ
とができる。

【００３６】更に、地震等により液面変動が生じた場
合、低温流体は冷却流路内を変動するが、本発明の水平
方向の仕切りは、低温流体の上下方向の変動に対する抵
抗体として作用するので、液面変動を大きく防止するこ
とができる。

【００３７】また、原子炉容器壁を低温流体を用いて冷
却する冷却流路が原子炉容器壁に沿って複数設けられ、
冷却流路内に周方向への低温流体の流れを遮るように高
さ方向の仕切りが設けられた液体金属冷却型原子炉の炉
壁冷却機構において、仕切りが、理論及び実験結果に基
づく適切な形状及び数であるように設定している。

【００３８】したがって、前述のような適切な形状及び
段数の水平方向の仕切りの設定により、冷却流路の壁を
越流して落下した低温流体の自由液面への衝撃時に、小
さい圧力波が発生し、この圧力波が冷却流路の周方向に
伝播する場合、高さ方向の仕切りは、この伝播に対する
抵抗体として作用するので、周方向への圧力波の伝播を
有効に防止することができる。

【００３９】更に、この仕切りは、地震等により冷却流
路内に周方向への低温流体の変動が発生した場合、低温
流体の周方向への変動の抵抗体として作用するので、こ
の変動を抑制することができる。

【００４０】すなわち、本発明では、冷却流路の壁を越
流して落下した低温流体が、自由液面に衝突して発生す
る圧力波を小さく抑制するとともに、圧力波の伝播を防
止することができ、また、地震時等に発生する可能性の
ある液面変動を大幅に低減することができる。

【００４１】

【実施例】本発明の第１実施例を、図１を用いて説明す
る。図１は本実施例の仕切りを有する炉壁冷却機構の説
明図である。

【００４２】ナトリウムを満たした原子炉容器３の内部
に炉心１が設置され、原子炉容器３内には、中間プレナ
ム４と、中間プレナム４により分離された高温プレナム
６と低温プレナム５とを有しており、通常の定格運転時
には、ナトリウムは、炉心出口の高温ナトリウムと、炉
心入口の低温ナトリウムとに分離されている。原子炉容
器３の壁の内側には、ライナ板からなる冷却流路の壁８
で仕切られた、冷却流路９、１０、１１を有する炉壁冷
却機構７が設けられている。なお、これらのことは、従
来例の説明の際に用いた図３の場合と同様である。

【００４３】このような炉壁冷却機構７の構成におい
て、本実施例は、それぞれ２つの壁面によって構成され
ている冷却流路９、１０、１１のうち、冷却流路９では
内周側壁面に、冷却流路１０、１１では外周壁側面に、
冷却流路を遮るように、水平方向の仕切り１３を、それ
ぞれ複数設置した場合である。すなわち、本実施例の特
徴は、適切な幅及び段数の仕切り１３を設定し、このよ
うに設定した仕切り１３を冷却流路の周方向に連続させ
て設置したことである。

【００４４】前述のように、冷却流路９の上部から落下
した低温流体が冷却流路１０の自由液面に衝突したと
き、液面内を伝播する圧力波が発生する。本実施例で
は、このような状態に効果的に対応するため、発生した
圧力波を自由液面から下側の所定の位置で拡散させるこ
とにし、所定の位置に仕切り１３を設置したときの、仕
切り１３における最も効果的な幅を求め、このような幅
を持つ仕切り１３を、冷却流路における所定の位置の周
方向に連続して設置している。

【００４５】すなわち、本実施例では、液面内を伝播す
る圧力波が発生した場合、この圧力波を、自由液面より
下側に、図４に示すように設定したｚ座標におけるｚの
位置で拡散させることにして、ｚの位置に仕切り１３を
設置したときの、仕切り１３の幅ｗを、次式を満足する
ように設定した。次式は、実験に基づく近似式である。

【００４６】

【数７】ｗ₂≧ｗ≧ｚ・(ｗ₂−ｗ₁)／Ｈ＋ｗ₁……………………(４) ここに、図４において、ｚ(≦Ｈ)は自由液面から仕切り
１３までの距離、Ｈは自由液面から、この自由液面より
下降流路に流入した低温流体の幅が冷却流路の幅と一致
するまでの距離、ｗ₁は自由液面に到達前の低温流体の
幅、ｗ₂は冷却流路の幅である。

【００４７】本実施例では、Ｈ＝１.５ｍ、ｗ₁＝０.０
３ｍ、ｗ₂＝０.１ｍ、ｚ＝０.７５ｍと設定している。
したがって、仕切り１３の幅ｗを、式(４)を満足する値
の中から、０.０６５ｍと選定した。すなわち、本実施
例では、自由液面から下側０.７５ｍの位置に、幅０.０
６５ｍの仕切り１３を設置した。

【００４８】一方、仕切りが無いと仮定した場合、落下
する低温流体が自由液面に突入する速度をＶとすると、
ｚ＝Ｈにおける動圧Ｐ_mは、次式で与えられる。

【００４９】

【数８】Ｐ_m＝１／２・ρ・Ｖ²・ｗ₁／ｗ₂ ………………………(５) この動圧が冷却流路１１に伝わったとき、冷却流路１１
の液面上昇Δｈは、ｇを重力の加速度とすると、次式で
表される。

【００５０】

【数９】 Δｈ＝Ｐ_m／ρ・ｇ ……………………………………(６) また、図４のように低温流体の自由液面までの落下高さ
をｈとし、低温流体が自由落下すると仮定すると、低温
流体の落下速度は次式で表される。

【００５１】

【数１０】Ｖ²＝２・ｇ・ｈ ……………………………………………(７) 本実施例では、ｈ＝０.２ｍと設定している。したがっ
て、式(７)から、Ｖ＝１.９８ｍ／ｓ、式(５)から、Ｐ_m
＝９７１Ｐａが、それぞれ求められるので、これらの値
を用いて、式(６)から液面上昇Δｈ＝０.１２ｍが得ら
れる。すなわち、仕切りが無いと仮定した場合、冷却流
路１１では０.１２ｍの液面上昇が起こり、冷却流路１
０、１１の各自由液面間でも液面変動が生じる可能性が
あることになる。

【００５２】しかし、本実施例のように、仕切り１３を
冷却流路１０内に設置した場合、低温流体の保持する運
動量は、仕切り１３によって徐々に減少するので、発生
する圧力波は小さく、圧力波の低温流体の下流側への伝
播も低減されることになる。

【００５３】また、地震時に、冷却流路９、１０、１１
内の低温流体に対して、速度に換算して上下方向にＶに
相当する力が加わったと仮定した場合、冷却流路内の低
温流体に加わる動圧はＰｍ＝１／２・ρ・Ｖ²で表され
る。

【００５４】このような動圧に対応するため、本実施例
では、更に、仕切りに設けた孔の部分を除く冷却流路を
遮る水平方向の仕切りの断面積Ｓ_oと、冷却流路の断面
積Ｓ_fとの比Ｓ_o／Ｓ_fを、ｋ₁とするとき、ｋ₁が次式を
満たすように高さ方向の仕切りの段数ｎ₁を定めてい
る。

【００５５】

【数１１】０.５≧ｋ₁ ²・ｎ₁ …………………………………………(８) 本実施例では、冷却流路の幅ｗ₂＝０.１ｍと設定してい
る。このときのｋ₁を求めると約０.６５となる。したが
って、式(８)により、このｋ₁を用いて、ｎ₁を求める
と、ｎ≧１.２となり、仕切り１３を高さ方向に２段以
上設置することが必要となる。すなわち、仕切り１３は
最小、２段の設置で済むことになるが、本実施例では、
地震時等に発生する可能性のある液面変動を完全に消滅
させることができるように、冷却流路９、１０、１１
に、仕切り１３を、それぞれ４〜５段にわたり設置し
た。なお、このときの仕切り１３の幅は、上述のように
０.０６５ｍである。

【００５６】このように仕切り１３の段数の設定に、式
(８）を用いたが、更に、式(８）の内容について説明す
る。冷却流路内の圧力損失Ｐ_lossは次式で近似される。

【００５７】

【数１２】Ｐ_loss＝ζ・１／２・ρ・Ｖ²・ｎ₁ ……………………………(９) ここで、ζ＝ｋ₁ ²であり、ｋ₁は式(８)のものと同一で
ある。したがって、例えば、高さ方向の仕切りを２段に
わたり設置した場合、地震に伴う動圧は約１６％に低減
され、４段にすることにより仕切り１３の抵抗で動圧を
完全に消滅させることが可能となる。このように抵抗が
動圧を低減することに着目して、式(８)は、式(９)及び
実験結果から誘導している。

【００５８】上述のように、本実施例の場合、必要な仕
切り１３の段数は、式(８)を用いて求めると、２段で済
むことになるが、式(９)を用いて求めると、４段とな
る。これは、式(８）を誘導に際して、式(９)を用いた
が、式(９)は動圧を完全に消滅させるという条件で構成
されているのに対して、式(８)は、動圧を完全に消滅さ
せずに、原子炉の構成要素に強度的被害を及ぼすことの
ない範囲で、動圧を低減させるという条件で構成したも
のであるので、段数は式(９)を用いたときよりも少なく
なっている。すなわち、本実施例では、式(９)を用い、
段数を動圧を消滅させるという条件で設定した。

【００５９】図５は、仕切りに設けた孔の部分を除い
た、冷却流路を遮る仕切り１３の水平方向の断面積Ｓ_o
と、冷却流路の断面積Ｓ_fとの比ｋ₁(＝Ｓ_o／Ｓ_f)を横軸
に、圧力波の伝播率１-Ｐ_loss／Ｐ_mを縦軸にとり、動圧
の低減効果を各段数ｎ₁について示したものである。す
なわち、ｋ₁が同一の場合、段数ｎ₁が多いほど、圧力波
の伝播を効果的に抑制できるが、ｋ₁が小さい場合、こ
の効果は鈍くなる傾向にある。

【００６０】本発明の第２実施例を、図６を用いて説明
する。図６の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含む要
部縦断面図、図６の(ｂ)は、図６の(ａ)の炉壁冷却機構
付近の斜視図である。

【００６１】本実施例において、仕切り部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、前述の実施例と同じである。本
実施例の特徴は、冷却流路１０、１１に、冷却流路と同
じ幅の、冷却流路を遮る水平方向の仕切り１３を、周方
向に連続させて、それぞれ４段にわたり設置したことで
ある。

【００６２】本実施例は、第１実施例と同様に、冷却流
路９の上部から落下した低温流体が冷却流路１０の自由
液面に衝突した際に発生する圧力波を小さく抑制すると
ともに、圧力波の伝播を防止し、更に、液面変動を低減
するため、式(８)を用いて、仕切り１３及び孔１７を設
定している。

【００６３】本実施例では、第１実施例と同様に、Ｈ＝
１.５ｍ、ｗ₁＝０.０３ｍ、ｗ₂＝０.１ｍ、ｈ＝０.２ｍ
に、それぞれ設定している。したがって、式(７)、式
(５)から、落下速度Ｖ＝１.９８ｍ／ｓ、動圧Ｐｍ＝９
７１Ｐａとなる。このような条件において、本実施例
は、仕切り１３に孔１７を設置し、孔１７の径を０.０
５ｍ、孔１７のピッチを０.１ｍとした場合である。

【００６４】したがって、孔１７の部分を除く仕切り１
３における冷却流路を遮る水平方向の断面積Ｓ_oと、冷
却流路の断面積Ｓ_fとの比ｋ₁(＝Ｓ_o／Ｓ_f)は、０.８と
なり、ｎ₁≧０.８以上となるので、仕切り１３は１段以
上必要ということになる。本実施例では、動圧の低減が
大きいように、冷却流路１０、１１に、孔１７を有する
仕切り１３を、それぞれ４段にわたり設置した。

【００６５】本発明の第３実施例を、図７を用いて説明
する。図７の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含む要
部縦断面図、図７の(ｂ)は、図７の(ａ)の炉壁冷却機構
付近の斜視図である。

【００６６】本実施例において、仕切り部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、第１及び第２の各実施例と同じ
である。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路１０、
１１に、冷却流路の幅と同一の水平方向の幅で、周方向
に不連続な仕切り１８を、それぞれ複数設置してあり、
仕切り１８間の隙間を、低温流体が流れることである。

【００６７】仕切り１８間の隙間は、第１及び第２の各
実施例の場合と同様に、冷却流路９の上部から落下した
流体が冷却流路１０の自由液面に衝突した際に発生する
圧力波を小さく抑制するとともに、圧力波の伝播を防止
し、更に、液面変動を低減することを考慮して、式(８)
を用いて設定している。

【００６８】本実施例では、第１及び第２の各実施例の
場合と同様に、Ｈ＝１.５ｍ、ｗ₁＝０.０３ｍ、ｗ₂＝
０.１ｍ、ｈ＝０.２ｍに、それぞれ設定している。した
がって、式(７)、式(５)から、落下速度Ｖ＝１.９８ｍ
／ｓ、動圧Ｐ_m＝９７１Ｐａとなる。このような条件に
おいて、本実施例は、仕切り１８を設け、仕切り１８の
周方向平均長さを０.１ｍ、周方向平均ピッチを０.２ｍ
とした場合である。

【００６９】したがって、仕切り１８の隙間部分を除く
仕切り１８における冷却流路を遮る水平方向の断面積Ｓ
_oと流路の断面積Ｓ_fとの比ｋ₁(＝Ｓ_o／Ｓ_f)は０.５とな
り、ｎ₁≧２となるので、仕切り１８は２段以上必要と
いうことになる。本実施例では、動圧の低減が大きいよ
うに、冷却流路１０、１１に、周方向に不連続な仕切り
１８を、それぞれ４段にわたり設置した。

【００７０】本発明の第４実施例を、図８を用いて説明
する。図８の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含む要
部縦断面図、図８の(ｂ)は、図８の(ａ)の炉壁冷却機構
付近の斜視図である。

【００７１】本実施例において、仕切りの部分を除いた
原子炉容器３内の構造は、第１〜第３の各実施例と同じ
である。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路１０、
１１に、周方向に連続した、冷却流路と同じ幅の多孔材
からなり、かつ冷却流路を遮る水平方向の仕切り１９
を、それぞれ複数設置してあり、この多孔材における多
孔部を低温流体が流れることである。

【００７２】仕切り１９の多孔材の空隙率εは、第１〜
第３の各実施例の場合と同様に、冷却流路９の上部から
落下した流体が冷却流路１０の自由液面に衝突した際に
発生する圧力波を小さく抑制するとともに、圧力波の伝
播を防止し、更に、液面変動を低減することを考慮し、
式(８)を用いて設定している。

【００７３】本実施例では、上述の第１〜第３の各実施
例の場合と同様に、Ｈ＝１.５ｍ、ｗ₁＝０.０３ｍ、ｗ₂
＝０.１ｍ、ｈ＝０.２ｍに、それぞれ設定している。し
たがって、式(７)、式(５)から、落下速度Ｖ＝１.９８
ｍ／ｓ、動圧Ｐｍ＝９７１Ｐａとなる。このような条件
において、本実施例は、多孔材からなる仕切り１９を設
置した場合である。

【００７４】本実施例では、空隙率ε＝０.６と設定し
ている。また、仕切り１９の隙間部分を除く仕切り１９
における冷却流路を遮る水平方向の流路を遮る水平方向
の断面積Ｓ_oと流路の断面積Ｓ_fとの比ｋ₁(＝Ｓ_o／Ｓ_f)
とεとの間には、ｋ₁＝１−εの関係がある。したがっ
て、ｋ₁は０.４となり、ｎ₁≧３.２となるので、仕切り
１９は４段以上必要ということになる。本実施例では、
冷却流路１０、１１に、多孔材よりなる仕切り１９を、
周方向に４段にわたり、それぞれ設置した。

【００７５】多孔材として、本実施例では多数の小孔を
設けたステンレス鋼板を用いたが、このほか、多孔質金
属、多孔質セラミック、及び金属繊維や金属ワイヤを集
めたもの、並びに金属片や、金属及びセラミックの耐熱
製材料からなる球、管を集めたものでも同様の効果を得
ることができる。

【００７６】本発明の第５実施例を、図９を用いて説明
する。図９の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含む要
部縦断面図、図９の(ｂ)は、図９の(ａ)の炉壁冷却機構
付近の斜視図である。

【００７７】本発明において、仕切りの部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、第１〜第４の各実施例と同じで
ある。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路９、１
０、１１に、高さ方向に連続しており、周方向の低温流
体の流れを遮る、周方向の冷却流路の仕切り２０を、そ
れぞれ複数設置したことである。

【００７８】仕切り２０の幅と仕切り２０の数ｎ₂は、
次式に基づいて設定している。

【００７９】

【数１３】ｋ₂・ｎ₂≧０.５ ………………………………………(１０) ここで、ｋ₂は仕切りの孔の部分を除く、仕切りにおけ
る周方向の冷却流路に直角方向の断面積Ａ_oと周方向の
冷却流路の断面積Ａ_fとの比、すなわちＡ_o／Ａ_fであ
る。

【００８０】本実施例では、冷却流路の幅を０.１ｍ、
仕切り２０の幅を０.０２ｍに、それぞれ設定してい
る。したがって、ｋ₂＝０.２となり、式(１０)から、ｎ
₂≧１２.５となるので、仕切り２０は１３枚以上必要と
いうことになる。本実施例では、動圧の低減が大きいよ
うに、冷却流路９、１０、１１の周方向に、仕切り２０
を２０度間隔で、それぞれ１８枚設置した。なお、冷却
流路を構成する２つの壁面のうち、本実施例は内周側壁
面に仕切り２０を取り付けた場合であるが、外周側壁面
に取り付けても同様の効果を得ることができる。

【００８１】本発明の第６実施例を、図１０を用いて説
明する。図１０の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含
む要部縦断面図、図１０の(ｂ)は、図１０の(ａ)の炉壁
冷却機構付近の斜視図である。

【００８２】本発明において、仕切りの部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、第１〜第５実施例と同じであ
る。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路９、１０、
１１に、高さ方向に連続した周方向の仕切り２０を複数
設置してあり、仕切り２０には孔２１を、それぞれ複数
設けたことである。この場合、仕切り２０の幅は、冷却
流路における周方向の幅と同一である。

【００８３】本実施例では、冷却流路の幅を０.１ｍ、
孔２１の径を０.０８ｍ、孔２０のピッチを０.１ｍに、
それぞれ設定している。したがって、仕切り２０の孔の
部分を除く、仕切り２０における周方向の冷却流路の直
角方向の断面積Ａ_oと、周方向の冷却流路の断面積Ａ_fと
の比ｋ₂(＝Ａ_o／Ａ_f)は、０.４９となるので、式(１０)
から、ｎ≧２.１となる。本実施例では、冷却流路９、
１０、１１の周方向に、仕切り２１を、それぞれ３枚設
置した。

【００８４】本発明の第７実施例を、図１１を用いて説
明する。図１１の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含
む要部縦断面図、図１１の(ｂ)は、図１１の(ａ)の炉壁
冷却機構付近の斜視図である。

【００８５】本実施例において、仕切り部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、第１〜第６実施例と同じであ
る。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路９、１０、
１１に、周方向の冷却流路を遮る、周方向の冷却流路の
仕切り２２を、高さ方向に不連続に、それぞれ複数設置
したことである。

【００８６】本実施例では、冷却流路の幅を０.１ｍ、
仕切りの幅を０.０５ｍ、仕切りの長さを０.２ｍ、仕切
りのピッチを０.２ｍに、それぞれ設定している。した
がって、仕切り２２における周方向の冷却流路に直角方
向の断面積Ａ_oと、周方向の冷却流路の断面積Ａ_fとの比
ｋ₂(＝Ａ_o／Ａ_f)は、ｋ＝０.１７となり、式(１０)か
ら、ｎ≧１８となるので、仕切り２２は１８枚以上必要
ということになる。本実施例では、冷却流路９、１０、
１１の周方向に、仕切り２１をそれぞれ２０枚設置し
た。

【００８７】本発明の第８実施例を、図１２を用いて説
明する。図１２の(ａ)は、本実施例の原子炉の軸心を含
む要部断面図、図１２の(ｂ)は、図１２の(ａ)の炉壁冷
却機構付近の斜視図である。

【００８８】本発明において、仕切りの部分を除いた原
子炉容器３内の構造は、第１〜第７実施例と同じであ
る。すなわち、本実施例の特徴は、冷却流路９、１０、
１１に、高さ方向に連続的に多孔材よりなる周方向の冷
却流路の仕切り２３を、それぞれ複数設置したことであ
る。

【００８９】本実施例では、冷却流路の幅を０.１ｍ、
多孔材の空隙率ε＝０.６に、それぞれ設定している。
したがって、仕切り２３の多孔部分を除く、仕切り２３
における周方向の冷却流路に直角方向の断面積Ａ_oと、
周方向の冷却流路の断面積Ａ_fとの比ｋ₂(＝Ａ_o／Ａ_f)
は、ｋ＝０.４となり、式(１０)から、ｎ≧３.２となる
ので、仕切り２３は４枚以上必要ということになる。本
実施例では、冷却流路９、１０、１１の周方向に、仕切
り２３を、それぞれ４枚設置した。

【００９０】本発明の第９実施例を、図１３を用いて説
明する。図１３は本実施例における水平方向及び半径方
向の各仕切りを組み合わせた場合の説明図である。この
ように、水平方向及び半径方向の各仕切りを組み合わせ
て用いることにより、液面変動の低減について、より大
きな効果を得ることができる。

【００９１】次に、第１〜第８実施例における仕切り設
置例を、図１４を用いて説明する。

【００９２】第１例は、図１４の(ａ)の溶接部２４に示
すように、仕切り１３を、冷却流路の壁８に溶接により
設置した場合である。第２例は、図１４の(ｂ)のねじ止
め部２５に示すように、仕切り１３を、冷却流路の壁８
にねじ止めにより設置した場合である。更に、第３例
は、図１４の(ｃ)に示すように、仕切り１３を、冷却流
路の壁８に取り付け金具２６により設置し、支持した場
合である。

【００９３】なお、仕切り１３は、水平方向の仕切りで
あるが、高さ方向の仕切りについても、同様に設置する
ことができる。すなわち、第１〜第８実施例の各仕切り
は、容易に設置が可能である。

【００９４】

【発明の効果】本発明によれば、液体金属冷却型原子炉
において、炉壁冷却機構の冷却流路の壁を越流して落下
した低温流体が、自由液面への衝突時に発生する圧力波
を小さく抑制できるとともに、圧力波の伝播を防止し
て、液面変動を大きく減少させ、更に、地震時等に、冷
却流路内に発生する可能性のある液面変動を大幅に低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の炉壁冷却機構の説明図で
ある。

【図２】従来の液体金属冷却型原子炉の略解図である。

【図３】図２の要部説明図である。

【図４】本発明における数式の記号の説明図である。

【図５】本発明における仕切り段数と圧力波低減効果と
の関係線図である。

【図６】本発明の第２実施例の炉壁冷却機構の説明図で
ある。

【図７】本発明の第３実施例の炉壁冷却機構の説明図で
ある。

【図８】本発明の第４実施例の炉壁冷却機構の説明図で
ある。

【図９】本発明の第５実施例の炉壁冷却機構の説明図で
ある。

【図１０】本発明の第６実施例の炉壁冷却機構の説明図
である。

【図１１】本発明の第７実施例の炉壁冷却機構の説明図
である。

【図１２】本発明の第８実施例の炉壁冷却機構の説明図
である。

【図１３】本発明の第９実施例の炉壁冷却機構の説明図
である。

【図１４】本発明の各実施例における仕切り設置例の説
明図である。

【符号の説明】

１…炉心、２…炉上部機構、３…原子炉容器、４…中間
プレナム、５…低温プレナム、６…高温プレナム、７…
炉壁冷却機構、８…冷却流路の壁、９、１０、１１…冷
却流路、１２…排出部、１３、１８、１９、２０、２
２、２３…仕切り、１４…ルーフデッキ、１５、１６…
配管、１７、２１…孔、２４…溶接部、２５…ネジ止め
部、２６…取り付け金具。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉容器内に炉心及び１次系冷却材を
有し、前記原子炉容器内が高温プレナムと低温プレナム
とに分離され、原子炉容器壁を低温流体を用いて冷却す
る冷却流路が前記原子炉容器壁に沿って複数設けられ、
前記冷却流路内に前記冷却流路を遮るように水平方向に
仕切りが設けられた液体金属冷却型原子炉において、前
記仕切りを前記冷却流路の自由液面より下側ｚの位置に
設置したときの前記仕切りの幅ｗが次式を満たしている
ことを特徴とする液体金属冷却型原子炉。【数１】ｗ₂≧ｗ≧ｗ₁＋ｚ・(ｗ₂−ｗ₁)／Ｈ ………………(１) ここで、ｚ(≦Ｈ)は前記自由液面から前記仕切りまでの
距離、Ｈは前記自由液面から、この自由液面より下降流
路に流入した前記低温流体の幅が前記冷却流路の幅と一
致する位置までの距離、ｗ₁は前記自由液面に到達前の
前記低温流体の幅、ｗ₂は前記冷却流路の幅である。
【請求項２】前記仕切りにおける前記冷却流路を遮る
水平方向の断面積Ｓ_oと、前記冷却流路の断面積Ｓ_fとの
比Ｓ_o／Ｓ_fを、ｋ₁とするとき、ｋ₁が次式を満たしてい
る請求項１記載の液体金属冷却型原子炉。【数２】ｋ₁ ²・ｎ₁≧０.５ ………………………………………(２) ここで、ｎ₁は前記仕切りの段数である。
【請求項３】前記仕切りが前記冷却流路の周方向に連
続して設置されている請求項１及び請求項２の少なくと
も１項に記載の液体金属冷却型原子炉。
【請求項４】前記仕切りが前記冷却流路の周方向に不
連続に設置されている請求項１及び請求項２の少なくと
も１項に記載の液体金属冷却型原子炉。
【請求項５】前記仕切りが前記冷却流路を構成する２
つの壁面のうちの内周側壁面に取り付けられている請求
項１〜４の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子
炉。
【請求項６】前記仕切りが前記冷却流路を構成する２
つの壁面のうちの外周側壁面に取り付けられている請求
項１〜４の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子
炉。
【請求項７】前記仕切りが孔を有している請求項１〜
６の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子炉。
【請求項８】前記仕切りが多孔材で構成されている請
求項１〜７の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原
子炉。
【請求項９】原子炉容器内に炉心及び１次系冷却材を
有し、原子炉容器内が高温プレナムと低温プレナムとに
分離され、原子炉容器壁を低温流体を用いて冷却する前
記冷却流路が原子炉容器壁に沿って複数設けられ、前記
冷却流路内に周方向への前記低温流体の流れを遮るよう
に高さ方向に仕切りが設けられた液体金属冷却型原子炉
において、前記仕切りにおける高さ方向の断面積Ａ
_oと、前記冷却流路の高さ方向の断面積Ａ_fとの比Ａ_o／
Ａ_fを、ｋ₂とするとき、ｋ₂が次式を満たしていること
を特徴とする液体金属冷却型原子炉。【数３】ｋ₂ ²・ｎ₂≧０.５ ………………………………………(３) ここで、ｎ₂は前記仕切りの数である。
【請求項１０】前記仕切りが前記冷却流路の高さ方向
に連続して設置されている請求項９記載の液体金属冷却
型原子炉。
【請求項１１】前記仕切りが前記冷却流路の高さ方向
に不連続に設置されている請求項９記載の液体金属冷却
型原子炉。
【請求項１２】前記仕切りが冷却流路を構成する２つ
の壁面のうちの内周側壁面に取り付けられている請求項
９〜１１の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子
炉。
【請求項１３】前記仕切りが冷却流路を構成する２つ
の壁面のうちの外周側壁面に取り付けられている請求項
９〜１１の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子
炉。
【請求項１４】前記仕切りが孔を有している請求項９
〜１３の少なくとも１項に記載の液体金属冷却型原子
炉。
【請求項１５】前記仕切りが多孔材で構成されている
請求項９〜１４の少なくとも１項に記載の液体金属冷却
型原子炉。