JPH08327763A - ガス封入集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転時の原子炉運転圧力の微少変動では内部の
冷却材液面の変動を抑制して原子炉出力の変動を防止す
る。 【構成】ダクト６内に冷却材のナトリウム２と封入ガス
３を有し、ダクト６の上部に上部遮蔽体７とハンドリン
グヘッド８を有し、ダクト６の下部に冷却材流入孔５が
形成されたエントランスノズル４と下部遮蔽体９を有し
てガス封入集合体１ａを構成する。ダクト６内には液位
変動抑制構造16が設けられている。液位変動抑制構造16
はダクト６内の上部遮蔽体７下面からナトリウム２の液
面やや下方に浮子18がコイルばね製弾性体19により支持
されたものである。浮子18の下部には邪魔板17が接続さ
れ、邪魔板17にはナトリウム２の流路用オリフィス21が
設けられている。浮子18とコイルばねの弾性支持により
液面の変動抑制効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体金属冷却高速炉炉心
に装荷され、特にダクト内の冷却材液面が変動するのを
抑制した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、核分裂性物質を
装荷した多数の炉心燃料集合体，ブランケット燃料集合
体，中性子遮蔽体および制御棒などから構成され、燃料
からの熱除去のための冷却材として主に液体金属ナトリ
ウムが使用されている。

【０００３】通常、炉心の各部の温度は流量を一定に保
持することにより安定して維持されているが、万一、冷
却材用ポンプの停止などの冷却能力低下時でも炉心が安
全に停止できるようになっている。

【０００４】原子炉で流量低下等の異常事象が発生した
場合、スクラム信号で速やかにスクラムして、十分安全
な原子炉停止状態に至る。これに対して、仮にスクラム
できないと仮定した場合でも、受動的に負の反応度が投
入されて原子炉出力が低下すれば、炉心の健全性は確保
される。そのための受動的炉停止機構としてガス封入集
合体が提案されており、図３に示すガス封入集合体１を
燃料集合体間または周辺部に配置する対策が講じられて
いる。

【０００５】図３に示したようにガス封入集合体１はエ
ントランスノズル４の冷却材流入孔５を通じて流入する
冷却材としてのナトリウム２および封入ガス３を下部遮
蔽体９と上部遮蔽体７とダクト６で内包し、上部遮蔽体
７の上面に取り扱い用のハンドリングヘッド８を取り付
けたものである。

【０００６】定格運転時にはポンプの吐出圧により封入
ガス３は圧縮され、定格運転時冷却材液面レベル11は炉
心上端レベル13から上方の上部軸ブランケット上端レベ
ル12付近に上昇している。

【０００７】ポンプ停止事故時等でナトリウム２の圧力
が低下した場合には、ポンプ停止時冷却材液面レベル10
は炉心下端レベル14から下方の下部軸ブランケット下端
レベル15付近まで低下する。

【０００８】この結果、炉心からの中性子はガス封入集
合体１内ダクト６の封入ガス３の空間を通して上下方向
等にストリーミングし、負の反応度を炉心に与えて安全
に原子炉を停止することが可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス封
入集合体のダクト６内のナトリウム２の液面レベルは、
封入ガス３の圧力および体積とナトリウム２の圧力から
ほぼ定まるものであるが、ナトリウム２の圧力が冷却系
の種々の要因により微少な変動をした場合に、ダクト６
内部のナトリウム２の液面レベルもこれに伴って変動
し、原子炉出力の変動を引き起こして安定な運転を続け
ることが困難となる課題がある。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、ダクト内のナトリウム（冷却材）の液面が
ダクト外部の冷却材の圧力に伴って変動する内部液面の
変動を抑制し、原子炉出力の安定化を図ることができる
ガス封入集合体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、核分裂性物質
を装荷した多数の燃料集合体の間または外周部に配置さ
れ、内部に封入ガスおよび冷却材流入孔を有するダクト
を含み、そのダクト内における冷却材液面が冷却材圧力
の変化により、炉心上端レベルを含む上部から下部へ変
化するガス封入集合体において、(1) ダクト内に設置す
る液面変動抑制構造により運転中の冷却材圧力の微少変
動に対しダクト内の冷却材液面の変動を抑制すること、
(2) 液面変動抑制構造を、浮子と弾性支持構造として運
転中の冷却材圧力変動に対し確実に内部液位変動の抑制
を図ること、(3) 弾性支持構造として、コイルばねを用
いる液面変動抑制構造とすること、(4) 弾性支持構造と
して、金属べローズを用いる液面変動抑制構造とするこ
と、(5) 弾性支持構造に用いるべローズには、呼吸用の
孔が設けられている液面変動抑制構造とすること、(6)
液面変動抑制構造を、弾性構造を持った浮遊浮子として
運転中の冷却材圧力変動に対し確実に内部液位変動の抑
制を図ること、(7) 弾性構造を持った浮遊浮子は、通常
の運転時に浮遊した状態で、上端を内部空洞の上部構造
材料に接し、下部が略内部冷却材の液面下に位置するよ
うにすることを特徴とする。

【００１２】

【作用】

(1) ガス封入集合体への冷却材の流出入は、冷却材の圧
力と封入ガスの圧力バランスにより生ずるが、特に工夫
を施さない場合、内部の液面が外部の冷却材圧力変化に
よりこれに追随して変動して原子炉出力の変動が起き
る。したがって、内部に微少な外部圧力変動に対し液位
の変動を防止するような液位抑制構造を付けることによ
り、このような原子炉出力の変動を防止でき、原子炉の
安定な運転が可能となる。

【００１３】(2) 液位変動の抑制構造としては、ダクト
内の冷却材の液面下に液位低下に対する抵抗とするため
の邪魔板や、オリフィスを設置することが考えられてい
るが、これらと同等な液位変動に対する抵抗機能を有
し、かつ追従性の大きい液面変動抑制構造を付けること
により、液面変動の抑制をさらに効率的に行うことが可
能となる。

【００１４】(3) 液位変動に対する抵抗機能は、浮子付
きの邪魔板またはオリフィス付き邪魔板として、これら
をダクトに固定せず、内部空洞を形成する上部構造材か
ら懸垂させることにより同等の機能を発揮することが可
能となる。

【００１５】(4) 液位変動抑制構造を上部構造材から懸
垂させるにあたり、弾性支持部材を用いることにより、
邪魔板等の流体抵抗だけでなく、弾性支持体の変形抵抗
を合わせ持たせる。これによってより効果的な液位変動
抑制が可能となる。

【００１６】(5) 液位変動抑制構造に用いる弾性支持体
には、コイルばねまたは金属べローズを用いて、信頼性
のある液位変動抑制構造を得ることが可能となる。金属
べローズの場合、内外の圧力差により伸縮動作が制約を
受けるため、最も効果的な伸縮動作時間もしくは変位を
得るために、内外を連通する適切なガス流出入孔を設置
することによりこれらを調節することが可能となる。

【００１７】(6) 液位変動抑制構造は、必ずしも内部空
洞の上部構造に固定しなくても良い。内部空洞内の液面
で浮遊する構造として、通常運転時にのみその上端を内
部空洞の上端構造材に接するようにし、接した状態で、
上部構造から懸垂したのと、同様な浮子構造を用いて効
果を発揮させることが可能となる。

【００１８】(7) 自由に浮遊させる液位変動抑制構造に
おいて、(5) 項に示すと同様な弾性構造物を組み合わせ
ることにより、通常運転時の液位変動に対しては、邪魔
板等の流体抵抗と弾性体の変形抵抗を合わせ持つことが
できることにより、より効果的な液位変動抑制が可能と
なる。

【００１９】(8) 自由に浮遊させる液位変動抑制構造に
おいては、原子炉が部分出力状態で、外部冷却材圧力が
種々の値をとることに対し、ガス封入集合体内の液位が
変動しても、その液位の位置での液位変動抑制効果を期
待することができ、計画外の原子炉出力変動を抑制する
ことが可能となる。

【００２０】

【実施例】図１（ａ）〜（ｂ）を参照しながら本発明に
係るガス封入集合体１ａの第１の実施例を説明する。な
お、図１中、図３と同一部分は同一符号を付している。

【００２１】本実施例のガス封入集合体１ａは、円筒状
ダクト６と、このダクト６の下部に接続され冷却材流入
孔５を有し炉心支持構造物（図示せず）との位置決めを
行うエントランスノズル４と、前記冷却材流入孔５から
流入するナトリウム２の流量を測定する前記エントラン
スノズル４に設けられた流量センサー22と、ダクト６の
上下両端に接続され炉心（図示せず）からの中性子を遮
蔽する下部遮蔽体９および上部遮蔽体７と、ダクト６内
に封入された中性子のストリーミングを促進する封入ガ
ス３と、上部遮蔽体７の上面に取り付けた取り扱い用の
ハンドリングヘッド８と、ダクト内に設けられナトリウ
ム２の液面に浮遊する液位変動抑制構造16とから構成さ
れる。

【００２２】定格運転時冷却材液面レベル11は封入ガス
３の体積および圧力とナトリウム２の圧力でほぼ決ま
り、封入ガス２の圧力とナトリウム２の圧力が平衡に達
すると、定格運転時冷却材液面レベル11は一定となり、
ガス封入集合体１ａへのナトリウムの流入も止まる。し
かし、外部ナトリウムの圧力が種々の要因により微少に
変動すると、定格運転時冷却材液面レベル11は、これに
伴って変動することになる。

【００２３】液位変動抑制構造16は、特に原子炉の通常
運転時に定格運転時冷却材液面レベル11が外部圧力変動
に追随して変動することを抑制するために設けたもので
ある。この液位変動抑制構造16は、ナトリウム２（冷却
材）の液面下に存在し流体抵抗となって定格運転時冷却
材液面レベル11の敏感な変動を抑制する図１（ｂ）に示
したように中心部に１個のオリフィス21を有する邪魔板
17と、この邪魔板17を液面下の適切な位置に保持するた
めの浮子18と、この浮子18を上部遮蔽体７から懸垂する
ための弾性支持体19とから構成している。

【００２４】本実施例によれば、ダクト６の外部ナトリ
ウムの圧力が変動した場合、エントランスノズル４を通
じて流出入するナトリウムは、邪魔板17および浮子18に
より荷重が伝達される弾性支持体19の変形抵抗により、
その流出入自体が抑制され液位変動を防止することがで
きる。

【００２５】第１の実施例では、弾性支持体19の変動範
囲以下に液面レベル11が低下した場合には、液位変動抑
制構造16は不作動となり、本来の機能である内部空間の
拡大による負の反応度投入に関しては何ら障害を与えな
い。

【００２６】なお、上記実施例では邪魔板17は中心部に
オリフィス21を１個設けた例で説明したが、図１（ｅ）
に示したようにオリフィス21を３個設けた邪魔板17を使
用することもでき、このオリフィス21の数には限定され
るものではない。

【００２７】また、図１（ｃ）には浮子18の弾性支持体
19ａとしてべローズを用いた例を示し、同（ｄ）には弾
性支持体19ａにべローズを使用し、かつこの弾性体19ａ
と上部遮蔽体７との間にガス流通孔20を設けた例を示し
ている。本実施例では図１（ｂ）から（ｅ）の構造の一
部または全部を組み合わせることができ、これにより本
発明の目的とする作用効果を得ることができる。

【００２８】つぎに図２（ａ）〜（ｂ）を参照しながら
本発明に係るガス封入集合体１ｂの第２の実施例を説明
する。なお、この第２の実施例は第１の実施例と本質的
に同様の構造であるため、図２中、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する。

【００２９】この第２の実施例が第１の実施例と異なる
点は、上部遮蔽体７から懸垂していた液位変動抑制構造
16を上下に２個設けてなるもので、上方の浮子18により
定格運転時冷却材液面レベル11に浮遊でき、下方の浮子
18によりポンプ停止時冷却材液面レベル10に浮遊できる
構造としている。

【００３０】また、本実施例では、液位変動抑制構造16
は邪魔板17と浮子18および弾性支持体19とから構成して
いる。浮子18に対する浮力は液位変動抑制構造16全体を
液面上に保持するに十分なものとしている。

【００３１】しかして、この第２の実施例によれば、液
位変動抑制構造16の軸方向長さを、原子炉の通常運転時
の定格運転時冷却材液面レベル11の時に浮遊した状態で
液位変動抑制構造16の上端を上部遮蔽体７に接するよう
な長さとして、この状態で液位変動に対する抑制効果を
保持することができる。

【００３２】液位変動抑制構造16は、内部液面レベル11
に追随して上下する構造であり、液面レベル11が何処に
あっても、邪魔板17により外部の微少圧力変動に対して
は、その内部液位変動に対する影響を防止すること可能
とする副次的機能も合わせ持っている。

【００３３】邪魔板17にオリフィスを設ける場合、浮子
19および弾性支持体19ａとしてべローズを使用する場
合、べローズにあけるガス流通孔20の構造に関しては、
それぞれ、図１（ａ）〜（ｅ）に示す構造と同様な構造
を採ることもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、原子炉の運転時におけ
る冷却材の運転中の微少圧力変動に対して、ガス封入集
合体のダクト内に液位変動抑制構造を設けて内部の冷却
材液面レベルの変動を抑制することにより、安定した出
力を得ることができる。

【００３５】内部液位変動抑制構造は、邪魔板構造等と
共に、弾性支持構造体を使用して単に流体抵抗による抑
制効果だけでなく、浮子を介して弾性支持体の変形抵抗
による抑制効果を保持している。

【００３６】これにより、固定した邪魔板等の構造で
は、一つの条件に対してのみ有効に作用するが、ある条
件では邪魔板による流体抵抗を期待し、またある条件で
は弾性支持体の変形を期待し得るのみならず、さらに、
液位変動抑制に関する追従性への裕度を広げることがで
きる。

【００３７】また、液面変動抑制構造自体を内部液面に
浮遊させ、通常運転時には、上部構造体（上部遮蔽体）
に懸垂させたのと同じ効果を期待できると共に、副次的
効果として部分出力運転時等で冷却材圧力が、通常運転
時と異なる際にも、そのガス封入集合体のダクト内の冷
却材液面レベル位置で液面の微少変動に対し液位変動抑
制効果を発揮できる効果を有する。

【００３８】さらに、液位変動抑制構造は、本来の機能
である冷却材循環ポンプ停止事故時等で冷却材圧力が大
きく低下した場合に、ガス封入集合体内部の冷却材液面
レベル低下を行わせる機能に対し阻害することはなく、
確実に液位変動を抑制し、炉心からの中性子のストリー
ミングを促進して負の反応度を炉心に与えられ、安全に
原子炉を停止できる余裕を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係るガス封入集合体の第１の
実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における邪魔板
を示す平面図、（ｃ）は（ａ）におけるダクト内上部の
他の例を示す部分断面図、（ｄ）は（ａ）におけるダク
ト内上部のさらに他の例を示す部分断面図、（ｅ）は
（ｂ）に示した邪魔板の変形例を示す平面図。

【図２】（ａ）は本発明に係るガス封入集合体の第２の
実施例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）における邪魔板
を示す平面図、（ｃ）は（ａ）におけるダクト内上部の
他の例を示す部分断面図、（ｄ）は（ａ）におけるダク
ト内上部のさらに他の例を示す部分断面図、（ｅ）は
（ｂ）に示した邪魔板の変形例を示す平面図。

【図３】従来のガス封入集合体を示す縦断面図。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ…ガス封入集合体、２…ナトリウム、３
…封入ガス、４…エントランスノズル、５…冷却材流入
孔、６…ダクト、７…上部遮蔽体、８…ハンドリングヘ
ッド、９…下部遮蔽体、10…ポンプ停止時冷却材液面レ
ベル、11…定格運転時冷却材液面レベル、12…上部ブラ
ンケット上端レベル、13…炉心上端レベル、14…炉心下
端レベル、15…下部軸ブランケット下端レベル、16…液
位変動抑制構造、17…邪魔板、18…浮子、19，19ａ…弾
性支持体、20…ガス流通孔、21…オリフィス、22…流量
センサー。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダクト内に液体金属冷却材と封入ガスを
   有し、前記ダクトの上部に上部遮蔽体とハンドリングヘ
   ッドを有し、前記ダクトの下部に下部遮蔽体と冷却材流
   入孔が形成されたエントランスノズルを有するガス封入
   集合体において、前記ダクト内に液面変動抑制機構を設
   けてなることを特徴とするガス封入集合体。
2. 【請求項２】 前記液面変動抑制構造は前記ダクト内で
   前記上部遮蔽体から前記冷却材液面の下方まで弾性的に
   支持された浮子からなることを特徴とする請求項１記載
   のガス封入集合体。
3. 【請求項３】 前記浮子の支持部材はコイルばねまたは
   金属べローズからなることを特徴とする請求項２記載の
   ガス封入集合体。
4. 【請求項４】 前記金属べローズの一部にこの金属べロ
   ーズの内外のガスを流通させるガス流通孔を設けてなる
   ことを特徴とする請求項３記載のガス封入集合体。
5. 【請求項５】 ダクト内に液体金属冷却材と封入ガスを
   有し、前記ダクトの上部に上部遮蔽体とハンドリングヘ
   ッドを有し、前記ダクトの下部に下部遮蔽体と冷却材流
   入孔が形成されたエントランスノズルを有するガス封入
   集合体において、前記ダクト内に液面変動抑制構造を設
   けてなり、この液面変動抑制構造は前記ダクト内の冷却
   材に自身の受ける浮力する第１の浮子と、原子炉の出力
   運転時の冷却材の液面位置で上端が前記ダクト内の上部
   遮蔽体と接する第２の浮子とを具備したことを特徴とす
   るガス封入集合体。