JPH11109071A - 高速増殖炉およびその炉心上部機構の引抜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】炉心上部機構を引抜式あるいは引上げ式とし、
回転プラグを不要として原子炉容器の小型・コンパクト
化を図る。 【解決手段】高速増殖炉２０は、原子炉容器２１内に炉
心２３と冷却材２６が収容される。原子炉容器２１の上
部にカバーガスバウンダリ３４を形成する上部蓋３３を
設け、この上部蓋３３に炉心上部機構３６が引抜自在に
据え付けられる。炉心上部機構３６には制御棒駆動機構
が搭載される一方、炉心上部機構３６の引抜領域に設置
可能な燃料交換機を備え、この燃料交換機で炉心２３に
装荷された燃料の交換が行なわれる。上部蓋３３の上方
に運転床４０が位置され、この運転床４０上にドアバル
ブ装置４１を介して筒状収納容器４５が気密に設置さ
れ、引き抜かれた炉心上部機構３６を収納可能としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高速増殖炉に係り、
特に、燃料交換時に制御棒駆動機構を搭載した炉心上部
機構を引上げもしくは引抜き可能な高速増殖炉およびそ
の炉心上部機構の引抜装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉は、ウラン（Ｕ）とプルトニ
ウム（Ｐｕ）の混合酸化物を燃料として使用し、Ｐｕ２
３９を核分裂させる一方、生れ出た余剰の高速中性子を
Ｕ２３８に吸収させ、燃やす量よりも多くのプルトニウ
ムを新たに作り出すことができるため、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】高速増殖炉は、有底円筒状の原子炉容器１
を有し、この原子炉容器１の内部には、核反応によって
熱エネルギを発生させる炉心２が設けられる。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と炉心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。これら冷却材入口
配管４および冷却材出口配管５は、いずれも原子炉容器
１内で周方向にほぼ等間隔をおいて配置される。

【０００４】炉心２の下部には炉心入口プレナム部６が
設けられる。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
される。炉心２の上方には炉心上部機構８が設置され
る。

【０００５】一方、原子炉容器１の外側には、万一の冷
却材漏洩事故に備えた有底円筒状の安全容器（ガードベ
ッセル）１１が設けられ、この安全容器１１を介して耐
震サポートが設置されている。このように構成された高
速増殖炉は、原子炉建屋のキャビティウォールに支持部
材を介して支持される。

【０００６】また、原子炉容器１の上部開口は、上部蓋
１０で閉塞されており、この上部蓋１０下面には冷却層
（図示せず）が設置され、この冷却層に冷却ガスを循環
させることによって、上部蓋１０の加熱を防止してい
る。上部蓋１０は原子炉容器１の頂部を覆う固定プラグ
１２とこの固定プラグ１２の偏心位置に設けられた回転
プラグ１３とを有する。

【０００７】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
と上部蓋１０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１４がカバーガスバウンダ
リとして形成される。

【０００８】炉心上部機構８は円筒状の本体胴８ａを備
え、この本体胴８ａ内に図示しない制御棒駆動機構が据
え付けられる一方、回転プラグ１３には燃料交換機１５
も設けられている。また、回転プラグ１３の回転によっ
て炉心上部機構８または燃料交換機１５を炉心２の上方
に適宜位置に選択的に配置することができるようになっ
ている。

【０００９】このように従来の高速増殖炉では、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１４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１３を設けていた。

【００１０】なお、符号１７は炉内中継装置駆動装置に
より駆動される炉内中継装置であり、符号１８は炉内中
継槽である。

【００１１】この高速増殖炉において、燃料交換時には
原子炉の運転を停止させた後に回転プラグ１３を回転さ
せ、炉心上部機構８を移動させて炉心２の上方から退避
させると同時に、燃料交換機１５を炉心２の上方に移動
させる。そして、燃料交換機１５のアーム１５ａで炉心
２から使用済燃料を引き抜いて炉内中継槽１８に移動さ
せ、炉内中継装置１７を介して新たな燃料と交換する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の高速増殖炉にお
いて、燃料交換機１５と炉心上部機構８を搭載して回転
する回転プラグ１３は、放射線遮蔽や断熱構造を含める
と重量は数百トンにも達する。回転プラグ１３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等）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。

【００１３】従来の高速増殖炉は大口径の回転プラグ１
３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。

【００１４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、回転プラグを廃止する一方、炉心上部機構を引
抜き式あるいは引上げ式とし、確実で安全な引抜動作を
行ない得、原子炉容器の小型・コンパクト化が図れる高
速増殖炉およびその炉心上部機構の引抜装置を提供する
ことを目的とする。

【００１５】本発明の他の目的は、炉心上部機構を引き
抜いて移送するキャスク設備の軽量化や炉心上部機構の
引抜後の開口部バウンダリを形成する床側ドアバルブの
簡素化を図った高速増殖炉およびその炉心上部機構の引
抜装置を提供するにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速増殖炉
は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載し
たように、炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、
この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成す
る上部蓋と、制御棒駆動機構を搭載支持し、燃料交換時
に上記上部蓋から引抜き可能な炉心上部機構と、燃料交
換時に上記炉心上部機構の引抜領域に設置され、炉心内
の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、前
記炉心上部機構は、その本体胴外面廻りに、上部蓋の据
付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した
筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙
をおいて設置したものである。

【００１７】また、本発明に係る高速増殖炉は、上述し
た課題を解決するために、請求項２に記載したように、
炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、この原子炉
容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する上部蓋
と、制御棒駆動機構を搭載支持して燃料交換時に炉心直
上に引き上げられる炉心上部機構と、燃料交換時に炉心
上部機構周囲の上部蓋に設置され炉心内の任意位置の燃
料を交換可能な燃料交換機とを備え、前記炉心上部機構
はその本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面から冷却材中
もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状スリーブを、
アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をおいて設置した
ものである。

【００１８】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る高速増殖炉は、請求項３に記載したよう
に、筒状スリーブは、上部蓋とカバーガスバウンダリの
境界部にオフセット部を形成する一方、このオフセット
部に対応する炉心上部機構の本体胴に下方側が縮径構造
の段部を形成し、前記筒状スリーブと本体胴との間に形
成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の間隙はオフ
セット部上方がその下方より幅狭に形成したものであ
る。

【００１９】さらにまた、上述した課題を解決するため
に、本発明に係る高速増殖炉は、請求項４に記載したよ
うに、筒状スリーブはスリーブ下端部でナトリウムの融
点以上の温度となる箇所にアニュラス状の狭間隙部を形
成する水平段部を設け、この水平段部に炉心上部機構の
本体胴外面に蒸着したナトリウムの滴下を受ける滴下液
受部を形成したものである。

【００２０】本発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、
上述した課題を解決するために、請求項５に記載したよ
うに、原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成
する上部蓋と、この上部蓋上方に位置する運転床に設置
されたドアバルブ装置と、このドアバルブ装置上に設け
られ、炉心上部機構を収納可能な気密構造の筒状収納容
器とを有し、前記ドアバルブ装置は上部蓋から運転床を
貫いて収納容器に至る炉心上部機構の引抜開口部を閉止
する床側ドアバルブと、このドアバルブを開閉動作させ
るドアバルブ駆動装置と、上記ドアバルブのバルブサポ
ート上に分離可能に設置された容器密封蓋とを有し、上
記ドアバルブの開閉動作に合せて容器密封蓋をリフティ
ングさせ、筒状収納容器の底部開口を気密に閉塞したも
のである。

【００２１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、請求項６に記載
したように、ドアバルブにリフティングかつ分離可能に
設置された容器密封蓋は筒状収納容器の底部にボルト締
結機構で気密に固定される一方、上記収納容器はドアバ
ルブ装置に着脱可能に設けられて移送キャスクを構成し
たものである。

【００２２】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、請求項７に記
載したように、筒状収納容器は周側壁に縦方向および周
方向に所要の間隔をおいて複数の振止めサポートを、収
納させる炉心上部機構に係合可能に設けたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明に係る高速増殖炉の一実施
形態を添付図面を参照して説明する。

【００２４】図２は本発明に係る高速増殖炉の第１実施
形態を示す縦断面図である。

【００２５】この高速増殖炉は全体を符号２０で示した
ものであり、有底円筒状の原子炉容器２１を備える。原
子炉容器２１内には炉内構造物２２である炉心支持体に
支持された炉心２３が設けられる。炉心２３の上方には
炉心上部プレナム２４が、炉心下方に炉心下部プレナム
２５がそれぞれ形成され、両プレナム２４，２５には一
次冷却材としての液体金属２６が充填される。液体金属
２６には熱伝導性に優れた液体ナトリウムが代表的に用
いられる。

【００２６】液体金属２６は冷却材入口配管２７を通っ
て原子炉容器２１の炉心下部プレナム２５あるいは炉心
入口プレナム（図示せず）に案内され、続いて炉心入口
プレナムから炉心２３を通って上昇する間に核反応によ
る熱エネルギを受けて高温となり、炉心上部プレナム２
４に導かれる。炉心上部プレナム２４に導かれた一次冷
却材は続いて冷却材出口配管２８に導かれて原子炉容器
２１外設置の中間熱交換器（図示せず）に案内され、こ
の中間熱交換器でタービン駆動用蒸気を加熱する二次冷
却材と熱交換される。

【００２７】また、原子炉容器２１の外側には有底円筒
状の安全容器２９がガードベッセルとして設けられて二
重容器構造をなし、万一の冷却材漏洩事故に備えてい
る。この高速増殖炉２０は原子炉建屋３０のキャビティ
ウォール３１に支持部材を介して支持される。

【００２８】さらに、原子炉容器２１の頂部は固定プラ
グとしての上部蓋３３で覆われ、上部蓋３３と原子炉容
器２１内に収容された液体金属２６の自由液面との間に
カバーガス空間３４が形成される。このカバーガス空間
３４にはヘリウムガス等の不活性ガスが充填され、カバ
ーガスバウンダリを構成している。上部蓋３３は原子炉
容器２１の上部にカバーガスバウンダリを形成してい
る。

【００２９】原子炉容器２１の上部蓋３３の中央部には
昇降式あるいは引抜式の炉心上部機構３６が搭載され
る。この炉心上部機構３６は炉心２３の上部に対向して
設置される筒状、好ましくは円筒状の本体胴３７を有
し、内部に制御棒駆動機構３８が搭載され、制御棒（図
示せず）を炉心２３に出し入れ可能に作動制御してい
る。

【００３０】また、原子炉容器２１の上部を閉塞する上
部蓋３３の上方に運転床４０が位置され、この運転床４
０に上部蓋３３の中央開口部に対向してドアバルブ装置
４１が固定され、炉心上部機構３６の引抜き開口部を遮
蔽している。運転床４０上には上記ドアバルブ装置４１
を介して炉心上部機構収納装置４３が気密に立設され、
炉心上部機構３６の引抜装置４４が構成される。この炉
心上部機構収納装置４３は、昇降式あるいは引抜式の炉
心上部機構３６を引き抜き、移送可能に収納するように
なっている。

【００３１】炉心上部機構収納装置４３は、図２および
図３に示すように、筒状、好ましくは円筒状の炉心上部
機構収納容器４５を移送キャスクとして有し、この収納
容器４５内に炉心上部機構３６を収納可能な収納スペー
ス４６を形成している。収納容器４５の頂部には複数
台、例えば２台の巻上機構４９，４９が対向設置される
一方、両巻上機構４９の外側に吊金具５０が固定され
る。この吊金具５０は吊設ロープ５１を介してクレーン
吊上げ治具５２に接続可能に構成され、このクレーン吊
上げ治具５２により原子炉建屋３０内の天井クレーンで
移動可能に構成される。

【００３２】炉心上部機構収納容器４５の巻上機構４９
から吊り降ろされるワイヤロープ等の吊設ロープ５３に
炉心上部機構３６の頂部に固定される吊りボルト等の吊
金具５４が吊設用接続具５５を介して接続され、巻上機
構４９の巻上げあるいは巻き降ろしにより、炉心上部機
構３６は上部蓋３３に据え付けられる据付位置と収納ス
ペース４６に収納される収納位置との間を収納容器内周
壁および案内筒５６に案内されて昇降するようになって
いる。案内筒５６は運転床４０と上部蓋３３の据付面と
の間に装荷される。吊設用接続具５５は吊金具５４に遠
隔操作により着脱可能に構成してもよい。

【００３３】炉心上部機構３６が巻上機構４９で巻き上
げられ、炉心上部機構収納容器４５内に収納されたと
き、炉心上部機構３６の揺れを防止する振止めサポート
５８が設けられる。振止めサポート５８は、炉心上部機
構収納容器４５の周側壁に、上下方向および周方向に所
要の間隔をおいて複数個所設けられ、炉心上部機構３６
を収納スペース４６内に安定的に保持できる構造となっ
ている。

【００３４】一方、原子炉容器２１上方の運転床４０に
ドアバルブ装置４１が炉心上部機構３６の引抜開口部５
９に設置され、このドアバルブ装置４１で原子炉容器２
１内のカバーガスバウンダリを形成するカバーガス空間
３４と炉心上部機構収納容器４５内の収納スペース４６
との雰囲気を仕切っている。

【００３５】ドアバルブ装置４１は、炉心上部機構３６
の引抜孔（引抜開口部）５９を閉止する床側ドアバルブ
である床側密封蓋６０と炉心上部機構収納容器４５の底
部開口を閉止する密閉バルブとしての容器密封蓋６１と
を備えたドアバルブ６２と、このドアバルブ６２を引抜
孔閉止位置と引抜孔を開放させる収納位置との間をスト
ローク移動させるドアバルブ駆動装置６３とを有する。

【００３６】ドアバルブ駆動装置６３は可逆回転可能な
駆動モータ等のドアバルブ駆動機構６４とこのドアバル
ブ駆動機構６４の出力軸であるスクリューシャフトとし
てのドアバルブ駆動軸６５とを有し、このドアバルブ駆
動軸６５がドアバルブ６２のドリブンメンバとしてのバ
ルブサポート６６にねじ結合される。そして、ドアバル
ブ駆動軸６５の回転駆動により、ドアバルブ６２のバル
ブサポート６６が進退ストロークさせるようになってい
る。ドアバルブ駆動装置６３はスクリユー機構に代えて
リンク機構やカム機構等の種々の駆動方式を採用しても
よい。

【００３７】一方、ドアバルブ６２はバルブサポート６
６の両側に２つの４節リンク機構６７，６８を備える。
一方の４節リンク機構６７はバルブサポート６６と床側
密封蓋６０とを連接リンク７０で結合して床側ドアバル
ブを構成しており、図４（Ａ）に示すように、ばね手段
としての引張スプリング７１のばね力で常時後退した不
作動位置に保たれる。

【００３８】他方の４節リンク機構６８は、バルブサポ
ート６６と容器密封蓋６１を分離可能に装着した蓋受け
７２とを連接リンク７３で結合して構成される。この４
節リンク機構６８も図４（Ａ）に示すように、ばね手段
としての引張スプリング７４のばね力で常時後退した不
作動位置に保たれる。

【００３９】ドアバルブ装置４１のドアバルブ６２がド
アバルブ駆動機構６４を駆動させることにより、収納位
置から閉止位置に移動させることができ、この閉止位置
でドアバルブ６２が炉心上部機構３６の引抜孔５９を遮
断し、閉塞させる。

【００４０】具体的には、図４（Ｂ）に示すように、ド
アバルブ６２の蓋受け７２および床側密封蓋６０の各先
端テーパ部７５，７６がドアバルブ装置４１のバルブケ
ーシングである基台７７側のテーパ部７８，７９にそれ
ぞれ係合して乗り上げる。ドアバルブ６２の蓋受け７２
および床側密封蓋６０が基台７７側テーパ部７８，７９
に乗り上げると、４節リンク機構６７，６８が引張スプ
リング７１，７４のばね力に抗して拡開作動される。こ
の拡開作動により、床側密封蓋６０は炉心上部機構３６
の引抜孔５９を密封し、気密に閉止する一方、容器密封
蓋６１がリフティングされ、炉心上部機構収納容器４５
の底部開口を密封し、気密に閉止され、図５（Ｂ）に示
すようにドアバルブ閉状態となる。

【００４１】ドアバルブ６２が閉状態にあるか、開状態
にあるかは、位置決めピン８０等の位置検出手段で検出
される。

【００４２】図４（Ａ）および（Ｂ）はドアバルブ６２
の開閉状態を示すものである。ドアバルブ６２が開状態
では床側密封蓋用スプリング７１の圧縮力によってバル
ブサポート６６にリンク結合した床側密封蓋６０が上方
に引き上げられており、また、収納容器側密封蓋用スプ
リング７４の圧縮力によってバルブサポート６６にリン
ク結合した収納容器側密封蓋６１を着脱可能に載せた蓋
受け７２が下方に押し下げられている。

【００４３】一方、ドアバルブ６２が閉状態では基台７
７側に設けたテーパ部７８，７９に床側密封蓋６０のテ
ーパ部７５が係合して下方に押し下げられて、床側ドア
バルブとして機能し、床側の雰囲気の気密性を保つ。ま
た、容器密封蓋６１を載せた蓋受け７２のテーパ部７６
も斜面に沿って上方に押し上げられ、炉心上部機構収納
容器４５下端の底部開口のシールリング８１に密着す
る。この密着状態で、締結ボルト等のボルト締結機構８
３を締めることにより、炉心上部機構収納容器４５内の
雰囲気の気密性を保ちつつ、ドアバルブ６２から炉心上
部機構収納容器４５を切り離して移送することができ
る。

【００４４】これにより、炉心上部機構収納容器４５は
移送キャスクとして機能し、下部のキャスクドアバルブ
を備え付けることを削除でき、キャスク全体重量の軽量
化を図り、引抜・移送作業を確実にかつ容易に行なうこ
とができる。

【００４５】炉心上部機構３６の本体胴３７の所要の外
面廻りは筒状スリーブ８５で覆われる。この筒状スリー
ブ８５は図５に示すように頂部に外周フランジ８６が形
成され、この外周フランジ８６が上部蓋３３の中央開口
部（炉心上部機構３６の引抜孔）５９周りの上部に形成
される据付段部８７に係合して固定される。筒状スリー
ブ８５の外周フランジ８６は炉心上部機構３６の本体胴
３７の頂部フランジ３７ａで押し付けられ、挟持され
る。

【００４６】しかして、筒状スリーブ８５は上部蓋３３
の据付面から吊り下げられ、原子炉容器２１内のカバー
ガス空間３４を経て液体金属２６自由液面から液面下ま
で延びて終端している。筒状スリーブ８５は本体胴３７
の外面廻りに所要の間隙をおいて覆設され、自然対流抑
制スリーブあるいはサーマルスリーブとして機能する。
筒状スリーブ８５の内周面と本体胴３７の外周面との間
に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の間隙は
狭く設定され、間隙部の自然対流やナトリウム蒸着の防
止を図っている。なお、筒状スリーブ８５の下端はカバ
ーガス空間３４内で終端させてもよい。

【００４７】また、筒状スリーブ８５には上部蓋８３と
カバーガス空間３４との間にオフセット部８８が形成さ
れる。このオフセット部８８付近の本体胴３７は図５に
示すように段部３７ａが形成される。本体胴３７は段部
３７ａより先端側が幾分縮径されている。上記オフセッ
ト部８８および本体胴３７の段部３７ａにより、熱遮蔽
機能を有する上部蓋領域でのアニュラス状の間隙（狭隘
幅）９０を、図６に示すように、カバーガス空間領域で
のアニュラス状間隙９１より狭くし、制御棒駆動機構等
の機器保護を図っている。カバーガス空間領域は、高
温、例えば約５５０℃あるいはそれ以上の液体金属２６
からの熱輻射を受けて高さ方向に温度勾配がつきにく
く、温度勾配の大きな上部蓋領域とは相違する。

【００４８】さらに、オフセット部８８には、図６に示
すように、筒状スリーブ８５のオフセット部８８内周面
に先細形状のテーパ部９２が形成され、このテーパ部９
２により、炉心上部機構３６の液体金属浸漬部を引き抜
くと、飛散するナトリウムを滴下し易く案内している。
オフセット部８８および本体胴３７の段部３７ａを形成
することにより、上部蓋領域のアニュラス状あるいはス
リーブ状間隙９０をカバーガス空間領域のアニュラス状
あるいはスリーブ状間隙９１から区画することができ、
上方のアニュラス状間隙９０の自然対流作用が下方のア
ニュラス状態間隙９１に及ばないよう配慮している。

【００４９】しかして、炉心上部機構３６の本体胴３７
と筒状スリーブ８５とによりアニュラス状の狭間隙９
０，９１を形成することにより、冷却材自由液面からカ
バーガス空間３４に配置される炉心上部機構外面に自然
対流で輸送される冷却材（ナトリウム）ミストを低減し
ている。なお、オフセット部８８を設けない場合および
筒状スリーブ８５の下端を液体金属２６の自由液面より
上げてカバーガス空間位置とした場合でも、間隙幅をさ
らに狭くすることにより、同様な効果が得られる。

【００５０】図７および図８は炉心上部機構３７の本体
胴３７廻りのスリーブ構造の変形例を示すものである。

【００５１】この変形例に示された筒状スリーブ９５
は、スリーブ下端がカバーガス空間３４内で終点してい
る点が、図５および図６に示された筒状スリーブ８５と
基本的に相違する。

【００５２】筒状スリーブ９５は例えば円筒状をなし、
炉心上部機構３６の本体胴３７をアニュラス状の微小間
隙９６をおいて覆うように設けられ、カバーガス空間３
４と上部蓋３３との間に配置される。筒状スリーブ９５
の下端は液体金属２６が充分に溶融する１５０度以上の
箇所とし、炉心上部機構３６と水平面をアニュラス状の
狭間隔とした水平段部９７が下端部に設けられる。水平
段部９７には炉心上部機構３６の液体金属浸漬部を引き
抜く時の飛散冷却材（ナトリウム）や、それより上方の
炉心上部機構３６外面に付着した冷却材（ナトリウム）
の滴下を受ける周溝を付けた滴下液受部９８を形成して
いる。

【００５３】これにより、アニュラス状狭隙部により冷
却材自由液面からカバーガス中の炉心上部機構３６の本
体胴３７外面に自然対流で輸送される冷却材（ナトリウ
ム）ミストを低減するとともに、液体金属２６が高温と
なる出力運転時には滴下液受部９８と炉心上部機構３６
の本体胴３７との間を滴下冷却材（ナトリウム）で閉塞
させて、上方のアニュラス状間隙である狭隙部に冷却材
（ナトリウム）ミストが上昇するのを防止したり、低減
させている。

【００５４】次に、高速増殖炉の作用を説明する。

【００５５】高速増殖炉２０の運転は、一次冷却材であ
る液体金属２６を冷却材入口配管２７を通して原子炉容
器２１下部の炉心下部プレナム２５に案内する。炉心下
部プレナム２５に案内された液体金属２６は炉心入口プ
レナムを経て炉心２３の下方に導かれ、炉心２３を上方
に向って通過する間に、液体金属２６は核反応による熱
エネルギを受けて高温となり、炉心上部プレナム２４に
導かれる。高温の液体金属２６は続いて冷却材出口配管
２８を通って原子炉容器２１外に設置された中間熱交換
器（図示せず）に流入し、この中間熱交換器でタービン
駆動用蒸気を加熱する二次冷却材と熱交換される。

【００５６】二次冷却材と熱交換し、冷却された一次冷
却材は、再び冷却材入口配管２７を通って原子炉容器２
１内に還流されるようになっている。

【００５７】高速増殖炉２０の運転制御は、炉心上部機
構３６に搭載された制御棒駆動機構３８を駆動制御する
ことにより行なわれる。制御棒駆動機構３８の作動制御
により、所要の制御棒が炉心内に挿入され、あるいは引
き抜かれるようになっている。

【００５８】また、炉心２３に装荷された燃料を交換す
る場合には、炉心上部機構３６を図２に実線で示す据付
位置から炉心上部機構引上げ装置４４により筒状の収納
容器４５内に引き上げ、この筒状収納容器４５の収納ス
ペース４６内に収納させる。

【００５９】図２は、高速増殖炉２０の出力運転を終了
して燃料交換を行なうために、炉心上部機構３６の引抜
時の状態を示すものである。炉心上部機構３６の引抜時
には、ドアバルブ装置４１を作動させてドアバルブ６２
を開放させる収納位置に移動させる。

【００６０】ドアバルブ６２を開放した状態で、巻上機
構４９から吊り降ろされる吊設ロープ５３を炉心上部機
構３６頂部の吊金具５４に連結させる。吊設ロープ５３
は炉心上部機構３６の吊金具５４に予め接続しておいて
もよい。

【００６１】続いて、巻上機構４９を作動させて炉心上
部機構３６をゆっくり引き上げ、炉心上部機構収納容器
４５内に移送し、この収納容器４５内の所定位置に収納
させる。炉心上部機構収納容器４５の所定位置に収納さ
せた状態で、振止めサポート５８を作動させ、各振止め
サポート５８を炉心上部機構３６の本体胴３７に係合さ
せて振れ止めし、安定的に収納保持させる。炉心上部機
構３６をその収納容器４５内に収納した状態でドアバル
ブ装置４１を駆動させ、ドアバルブ６２を必要に応じて
閉塞させる。

【００６２】一方、炉心上部機構３６が原子炉容器２１
から引き上げられ、炉心上部機構収納容器４５内に収納
された状態で、原子炉容器２１内における炉心上部機構
３６の引抜領域に、図示しない燃料交換機を炉心２３の
上方に移動させる。そして、燃料交換機のアームグリッ
パで炉心２３から使用済燃料を引き抜き、新しい燃料と
交換せしめられる。

【００６３】この燃料交換時に、原子炉容器２１から引
き上げられ、炉心上部機構３６の収納容器４５に格納さ
れる炉心上部機構３６には、本体胴３７の冷却材（ナト
リウム）浸漬部表面への冷却材（ナトリウム）付着とカ
バーガス空間３４への暴露部への冷却材ミスト蒸着があ
る。冷却材浸漬部は通常高温条件であるので、表面への
付着はあるものの引抜の際に多くは滴下される。

【００６４】しかし、カバーガス空間３４においては炉
心上部機構３６が引き抜かれる際に冷却材付着が問題と
なる。引抜式もしくは昇降式の炉心上部機構３６の運用
では、移送キャスク（炉心上部機構収納容器４５）を用
いた移動・据付作業を伴うため、真空引きによる移送キ
ャスク４５内のガス置換作業を充分に行なっても空気中
の湿分・酸素の移送キャスタ４５内への混入は避けられ
ない。

【００６５】湿分や酸素が移送キャスク４５内に混入さ
れると、炉心上部機構３６の本体胴２７表面に付着する
冷却材（ナトリウム）と反応して（Ｎａ）反応生成物が
表面に生成する。この生成状態で炉心上部機構３６の引
抜きと再据付を繰り返すとカバーガス空間暴露部の炉心
上部機構表面に（Ｎａ）反応生成物が堆積していく可能
性がある。このため、引抜式炉心上部機構３６の反応生
成物堆積を防止する対策が必要となる。

【００６６】しかし、この高速増殖炉２０においては、
炉心上部機構３６の本体胴３７を筒状スリーブ８５（９
５）で覆っており、筒状スリーブ８５と本体胴３７との
間にアニュラス状の微小間隙を形成している。このアニ
ュラス状の間隙への冷却材（ナトリウム）ミストの輸送
は殆ど自然対流によるものであり、冷却材ミストの浮力
が粘性等による散逸効果を上回ると自然対流が起こる。

【００６７】一方、カバーガス空間３４は全体に亘って
温度差が生じにくく、上下端の温度条件がほぼ同一であ
る。上下端の温度条件が同一の場合には、間隙部９０，
９１の高さが高いほど温度勾配が小さいので自然対流は
生じにくく、また、間隙幅が狭いほどミストの上昇には
流体抵抗となる散逸効果があるので自然対流は生じにく
い。したがって、引抜式炉心上部機構３６のアニュラス
状間隙９０，９１での冷却材ミスト蒸着防止構造として
は、筒状スリーブ８５を覆設して炉心上部機構３６の本
体胴３７外面と上部蓋３３の間隙を液体金属（冷却材）
液面もしくは液面に近い位置まで狭い状態を保つ構造と
することにより、冷却材ミストの蒸着を有効的に効率よ
く防止できる。

【００６８】図９は、本発明に係る高速増殖炉の他の実
施形態を示す原子炉構造の縦断面図である。

【００６９】この実施形態に示された高速増殖炉２０Ａ
は、炉心上部機構３６の引上げ構造が、一実施形態で示
された炉心上部機構３６の引抜き構造と基本的に相違
し、他の構成は実質的に異なるところがないので、同じ
符号を付して説明を省略する。図９は、引上げ式あるい
は引上げ待機式の炉心上部機構３６を備えた高速増殖炉
における燃料交換時の引上げ待機状態を示すものであ
る。

【００７０】高速増殖炉２０Ａは運転床４０上に炉心上
部機構３６を引き上げて収納する炉心上部機構引上げ装
置１００が設置される。炉心上部機構引上げ装置１００
は運転床４０上に立設された筒状好ましくは円筒状の炉
心上部機構引上げ容器１０１を有し、この引上げ容器１
０１内から案内筒５６を経てカバーガス空間３４に至る
スペースが炉心上部機構３６の収納スペース１０２とし
て形成される。

【００７１】炉心上部機構引上げ容器１０１の頂部には
複数の巻上機構３９が対をなして設けられ、上記巻上機
構３９から吊り降ろされるワイヤロープ等の吊設ロープ
５３が炉心上部機構３６の本体胴３７頂部に固定される
吊金具５４に接続具５５を介して連結される。そして、
巻上機構３９を作動させて巻き上げたり、巻き戻すこと
により炉心上部機構３６を収納スペース１０２に収納す
る引上げ収納位置である引上げ待機位置と上部蓋３３に
据え付けられる据付位置との間を昇降するようになって
いる。

【００７２】炉心上部機構３６は巻上機構３９で引き上
げられ、引上げ待機位置に収納されたとき、炉心上部機
構３８の本体胴３７の下端は、カバーガス空間３４内に
あるいは上部蓋３３の下面とほぼ面一となるように位置
される。円筒状炉心上部機構３６に多数の制御棒駆動機
構３８が搭載され、上記制御棒駆動機構３８により炉心
２３への制御棒の挿入あるいは引抜きが作動制御され
る。

【００７３】炉心上部機構３６の本体胴３７は所要の外
表面が筒状スリーブ８５で覆設される。この筒状スリー
ブ８５は図５および図６に示すようにスリーブ頂部に外
周フランジ８６が形成され、この外周フランジ８６が上
部蓋３３の据付段部８７に係合して固定される。筒状ス
リーブ８５は上部蓋３３からカバーガスバウンダリとし
てのカバーガス空間３３を下方に延び、その下端は液体
金属２６の自由液面を貫いて液体金属内に浸漬して終端
している。筒状スリーブ８５は本体胴３７との間にアニ
ュラス状の微小間隙９０，９１が形成され、自然対流抑
制スリーブあるいはサーマルスリーブとして機能する。

【００７４】しかして、高速増殖炉２０Ａの燃料交換時
には巻上機構３９を作動させて炉心上部機構３６を引き
上げ、図９に実線で示される引上げ待機位置に収納され
る。炉心上部機構３６が引上げ待機位置に収納されてい
る間に、燃料交換機１０４を用いて炉心２３に装荷され
た使用済燃料が新しい燃料と交換される。燃料交換機１
０４は原子炉容器２１の頂部開口を閉塞する上部蓋３３
に設置され、燃料交換を行なうグリッパ１０５を備えて
いる。

【００７５】この燃料交換時には、運転床４０上に気密
に設置された炉心上部機構引上げ容器１０１内および炉
心上部機構３６の引上げガイドとなる案内筒５６内はカ
バーガス空間３４と同じＨｅガス等の不活性ガスで雰囲
気をガス置換し、不活性ガスが充填された状態に保たれ
る。炉心上部機構引上げ容器１０１および案内筒５６内
の収納スペース１０２内雰囲気を不活性ガスでガス置換
した状態で炉心上部機構３６が収納スペース１０２内に
収納される。収納された炉心上部機構３６は振止めサポ
ート５８により振れ止めされ、安定的に収納される。

【００７６】なお、図９に示された高速増殖炉２０Ａの
炉心上部機構３６の引上げ構造では、図５および図６に
示された筒状スリーブ８５を採用した例を示したが、こ
の筒状スリーブは図７および図８に示された筒状スリー
ブ９５を採用してもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る高速増
殖炉においては、燃料交換時に炉心上部機構を上部蓋上
に引き抜く引抜き式あるいは炉心直上に引き上げる引上
げ式としたので、上部蓋に回転プラグの設置が不要とな
り、上部蓋や原子炉容器の小型・コンパクト化が図れ、
重量軽減を図ることができる。

【００７８】また、請求項１および２に記載の高速増殖
炉においては、燃料交換時に炉心上部機構を上方に引上
げ退避させる引抜きあるいは引上げ方式の炉心上部機構
を採用する一方、炉心上部機構の本体胴外面の所要部を
覆う筒状スリーブを設けたので、冷却材の自由液面から
カバーガス中の炉心上部機構外面に自然対流で輸送され
る冷却材ミストが低減される。このため、炉心上部機構
引上げ作業時のガス置換に伴う残留空気中の湿分・酸素
の混入で生じる炉心上部機構アニュラス部への冷却材反
応生成物の堆積を防止あるいは抑制することができ、炉
心上部機構の引抜き・再据付作業の信頼性を確保するこ
とができる。

【００７９】さらに、請求項３に係る高速増殖炉におい
ては、炉心上部機構の本体胴に段部を、また筒状スリー
ブにオフセット部をそれぞれ形成することにより、本体
胴と筒状スリーブとの間に形成されるアニュラス状ある
いはスリーブ状間隙を自然対流が生じにくい構造とする
ことができ、炉心上部機構外面への冷却材ミストの付着
を有効的に防止できる。

【００８０】さらに、請求項４に係る高速増殖炉におい
ては、筒状スリーブの下端部において、ナトリウムの融
点以上の温度となる箇所に狭間隙部を融する周溝付き水
平段部を設け、炉心上部機構の本体胴外面に蒸着した冷
却材（ナトリウム）の滴下を受ける構造としたので、出
力運転時には滴下冷却材をディップして間隙部に冷却材
ミストが上昇するのを抑制できる。

【００８１】さらに、請求項５に係る炉心上部機構の引
抜装置においては、燃料交換時に引き抜かれる炉心上部
機構の筒状収納容器の容器密封蓋を床側ドアバルブのバ
ルブサポート上に分離可能に設置し、上記ドアバルブの
開閉動作に合せて容器閉止蓋をリフティングさせて気密
に閉止させたり、また容器閉止蓋を収納容器に固定する
ボルト締結機構を設けることにより、筒状収納容器に備
え付けるキャスクドアバルブを削除できる。床側ドアバ
ルブに筒状収納容器（キャスク）側の容器閉止蓋（弁
体）を内蔵させることができ、キャスク全体重量が軽量
化され、確実で容易な引抜き、移送作用を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の液体金属冷却部型高速増殖炉を示す縦断
面図。

【図２】本発明に係る高速増殖炉の第１実施形態を示す
縦断面図。

【図３】本発明に係る高速増殖炉に用いられる炉心上部
機構の引抜装置を示す縦断面図。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）はドアバルブ装置の開状態
および閉状態をそれぞれ示す図。

【図５】本発明に係る高速増殖炉に据え付けられる炉心
上部機構と筒状スリーブの詳細を示す図。

【図６】図５のＡ部を拡大して示す縦断面図。

【図７】本発明に係る高速増殖炉に据え付けられる炉心
上部機構と筒状スリーブの変形例を示す図。

【図８】図７のＢ部の拡大縦断面図。

【図９】本発明に係る高速増殖炉の他の実施形態を示す
縦断面図。

【符号の説明】

２０，２０Ａ 高速増殖炉 ２１ 原子炉容器 ２２ 炉内構造物 ２３ 炉心 ２４ 炉心上部プレナム ２５ 炉心下部プレナム ２６ 液体金属（一次冷却材） ２７ 冷却材入口配管 ２８ 冷却材出口配管 ２９ 安全容器 ３０ 原子炉建屋 ３１ キャビティウォール ３３ 上部蓋 ３４ カバーガス空間（カバーガスバウンダリ） ３６ 炉心上部機構 ３７ 本体胴 ３８ 制御棒駆動機構 ４０ 運転床 ４１ ドアバルブ装置 ４３ 炉心上部機構収納装置 ４４ 炉心上部機構引抜装置 ４５ 収納容器（炉心上部機構収納容器、移送キャス
ク） ４６ 収納スペース ４９ 巻上機構 ５０，５４ 吊金具 ５１，５３ 吊設ロープ ５２ クレーン吊上げ治具 ５６ 案内筒 ５８ 振止めサポート ５９ 引抜孔（引抜開口部） ６０ 床側密封蓋（固定ドアバルブ） ６１ 収納容器側密封蓋 ６２ ドアバルブ ６３ ドアバルブ駆動装置 ６４ ドアバルブ駆動機構 ６５ ドアバルブ駆動軸 ６６ バルブサポート ６７，６８ ４節リンク機構 ７０，７３ 連接リンク ７１，７４ 引張スプリング ７２ 蓋受け ７５，７６，７８，７９ テーパ部 ７７ 基台（バルブケーシング） ８１ シールリング ８３ ボルト締結機構 ８５ 筒状スリーブ ８６ 外周フランジ ８７ 据付段部 ８８ オフセット部 ９０，９１，９６ 間隙 ９２ テーパ部 ９５ 筒状スリーブ ９７ 水平段部 ９８ 滴下液受部 １００ 炉心上部機構引上げ装置 １０１ 炉心上部機構引上げ容器 １０２ 収納スペース １０４ 燃料交換機 １０５ グリッパ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心および冷却材を収容した原子炉容器
   と、この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形
   成する上部蓋と、制御棒駆動機構を搭載支持し、燃料交
   換時に上記上部蓋から引抜き可能な炉心上部機構と、燃
   料交換時に上記炉心上部機構の引抜領域に設置され、炉
   心内の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備
   え、前記炉心上部機構は、その本体胴外面廻りに、上部
   蓋の据付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂
   下した筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ
   状間隙をおいて設置したことを特徴とする高速増殖炉。
2. 【請求項２】 炉心および冷却材を収容した原子炉容器
   と、この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形
   成する上部蓋と、制御棒駆動機構を搭載支持して燃料交
   換時に炉心直上に引き上げられる炉心上部機構と、燃料
   交換時に炉心上部機構周囲の上部蓋に設置され炉心内の
   任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、前記
   炉心上部機構はその本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面
   から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状
   スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をお
   いて設置したことを特徴とする高速増殖炉。
3. 【請求項３】 筒状スリーブは、上部蓋とカバーガスバ
   ウンダリの境界部にオフセット部を形成する一方、この
   オフセット部に対応する炉心上部機構の本体胴に下方側
   が縮径構造の段部を形成し、前記筒状スリーブと本体胴
   との間に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の
   間隙はオフセット部上方がその下方より幅狭に形成した
   請求項１または２記載の高速増殖炉。
4. 【請求項４】 筒状スリーブはスリーブ下端部でナトリ
   ウムの融点以上の温度となる箇所にアニュラス状の狭間
   隙部を形成する水平段部を設け、この水平段部に炉心上
   部機構の本体胴外面に蒸着したナトリウムの滴下を受け
   る滴下液受部を形成した請求項１または２記載の高速増
   殖炉。
5. 【請求項５】 原子炉容器の上部にカバーガスバウンダ
   リを形成する上部蓋と、この上部蓋上方に位置する運転
   床に設置されたドアバルブ装置と、このドアバルブ装置
   上に設けられ、炉心上部機構を収納可能な気密構造の筒
   状収納容器とを有し、前記ドアバルブ装置は上部蓋から
   運転床を貫いて収納容器に至る炉心上部機構の引抜開口
   部を閉止する床側ドアバルブと、このドアバルブを開閉
   動作させるドアバルブ駆動装置と、上記ドアバルブのバ
   ルブサポート上に分離可能に設置された容器密封蓋とを
   有し、上記ドアバルブの開閉動作に合せて容器密封蓋を
   リフティングさせ、筒状収納容器の底部開口を気密に閉
   塞したことを特徴とする炉心上部機構の引抜装置。
6. 【請求項６】 ドアバルブにリフティングかつ分離可能
   に設置された容器密封蓋は筒状収納容器の底部にボルト
   締結機構で気密に固定される一方、上記収納容器はドア
   バルブ装置に着脱可能に設けられて移送キャスクを構成
   した請求項５記載の炉心上部機構の引抜装置。
7. 【請求項７】 筒状収納容器は周側壁に縦方向および周
   方向に所要の間隔をおいて複数の振止めサポートを、収
   納させる炉心上部機構に係合可能に設けた請求項５記載
   の炉心上部機構の引抜装置。