JPS58118988A - 非常炉心冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は原子炉における燃料交換時の炉心冷却、あるい
は◆故時の非常炉心冷却のために使用する非常炉心冷却
装置に関する。

原子炉容器内の炉心を冷却する主冷却系を停止して燃料
を交換する場合、または主冷却系事故あるいは電源喪失
事故などにより、冷却材流量が喪失した場合、炉心冷却
を確保し、燃料の溶融事故を防止する。

そのためには従来、主冷却系の自然循環およびポンプに
よる非常炉心冷却装置を組み合わせて対処している。

しかしながら、主冷却系の自然循環を利用する場合は冷
却系の流動抵抗（二対して必要な流量を確保するために
、炉心中心と熱交換器の伝熱中心との高低差を適切に設
定する必要があり、機器配置とのバランスが問題となる
。

また、ポンプを用いた非常炉心冷却装置は原子炉の通常
運転時には冷却機能を停止しており、必要時には確実に
作動する必要があり、電源喪失事故などの場合には間融
となる。

以前から炉心を冷却する方法として、外部動力を必要と
しないヒートパイプを使用した炉心冷却方法が知られて
いる。

たとえば”　Ｊｏｈｎ、　Ａｎｄ＠ｒｍｏｍ；　ａｎｄ
　Ｅｄｗａｒｄ　Ｌａｍｂ　：ＡＮＬＪＣＬＥＡＲＴＨ
ＲＭｉＯＮＩＣ５ＰＡＣＥ　　Ｐω出ＲＣ０ＮＣＩＰτ
ＵＳＩＮＧ　　　ＲＯＤ　　Ｃ０ＮＴＲ０Ｌ　　　ＡＮ
Ｄ　　ＨＥＡ丁　　ＰＩＰＥＳ、　　　ＬｓｖｉｓＲｅ
ｓｅａｒｃｈ　　Ｃ＠ｎｔｅｒ　　Ｃ１＠ｖ＊１ａｎｄ
、０ｈｉｏ、　　　ＮＡＳＡ　　ＴＮＤ−５２５０ｐ１
９６９’等ａ二記載されている。

この方法はヒートパイプ内（−おける熱媒体の蒸発、凝
縮の相変化により炉心の熱を奪し１、その熱を外部に設
けられたラジェターへ移送すること（：より、炉心冷却
を行なうことにある。

また、特開昭５１−１０４１９９号公報にはヒートバイ
ブ（二よる熱媒体の蒸発、凝縮作用を利用して炉心の冷
却を行なう原子炉非常冷却装置力１提案されている。

第１図はヒートバイブを使用した炉心冷却装置を液体金
属冷却形高速増殖炉に適用した例を示したものである。

すなわち、ペデスタル壁に支持された原子炉容器１は底
部に冷却材の流入ノズル２および上方の側部；二流出ノ
ズル６を備えている。

原子炉容器１の下部（二は炉心支持構造物４の支持板５
を水平（二設けるとともにこの支持板５の下位に位置し
た原子炉容器１に入口プレナム６を設け、上記支持板５
の上位にブランケット６および燃料集合体７を装荷する
炉心８を設置し、上記流出ノズル３の位置する原子炉容
器１に冷却材の出口プレナム９を設けている。

上記炉心８内には制御棒１０が挿入される。

また炉心８の上位の出口プレナム９にはカバーガス１１
を充填し遮蔽プラグ１２で閉塞されている。

この遮蔽プラグ１２には回転プラグ１６が偏倚して＠転
嶌朧Ｃ挿入され、Ｅ転プラグ１１じ炉心上部機構、制御
棒駆動機構および燃料交換機などの上部機構１４貫通し
て固定されているっ上記制御棒駆動機構は原子炉の停止
を行うためのもので、炉心８内に制御棒１０を挿入した
り、また炉心８から引抜いたりする。

そして、原子炉容器１を貫通してヒートパイプ１５が挿
入されて装着されており、ヒートバイブ１５は放熱部［
１６に接続されている。

放熱装置１６は液体金属冷却、水冷、あるし１は空冷を
利用する。

なお、ヒートバイブ１５の熱媒体としては、　Ｌｉ　。

Ｎａ、にあるいはＮａＫを使用する。

（背景技術の問題点） 前記熱媒体は炉容器上部の冷却材から熱を奪り＼蒸発し
、発生した蒸気は放熱部へ伝熱し、そこで凝縮する。

熱媒体の蒸気はヒートパイプ内の凝縮部と蒸発部（二お
ける蒸気圧の差により移動する。

また、凝縮液体は管内周辺にある有孔質材料（以下ウィ
ック材という）の毛細管現象によって蒸発部へ送り返さ
れる。

このよう；二確実な冷却機能が期待できる。

しかしながら、非常冷却装置としては冷却性能のほかに
原子炉の通常運転時には作動せず、非常時に確実にかつ
敏速な始動が要求される。

この要求に対して、ヒートバイブは常４＝熱を伝達する
ため、通常運転時にも炉心を冷却し、非常炉心冷却装置
として充分使用ζ二耐えるものではなかった。

（発明の目的） 本発明は上述した問題点を解消するため；：なされたも
ので、その目的とするところは通常運転時旧家動作せず
、非常炉心冷却装置＝は、確実（二作動し、炉心冷却を
行なうことができる原子炉や非常炉心冷却装置を提供す
るこ日＝ある。

（発明の概要） 上記目的を達成するために本発明におり１て）まヒート
バイブの放熱部Ｉ：放熱ダクトを設け、このダクトの入
口及び出口に断熱弁を設けてなるもので、この断熱弁を
開とし、ヒートノ（イブ奪機能させ、そのパイプ内にお
ける熱媒体の蒸発、凝縮９相変化によって、炉容器内の
冷却材から熱を奪Ｖ１、炉容器内で冷却材の対流循環を
行ない原子炉容器内の炉心を冷却することを特徴とする
非常炉ｌじ・冷却装置である。

（発明の実施例） 以下、本発明に係る非常炉心冷却装置の一実施例を第２
図によって詳細に説明する。

第２図は本発明の要部のみ示しており、原子炉容器内へ
のヒートパイプの装着は第１図とほぼ同様なので省略し
、かっヒートパイプは上部のみ示している。

また図ではヒートパイプは単数のみ示しているが、たと
えば第５図から第７図に示したように単独のヒートパイ
プ２０．２１を複数本束ねて外筒２２゜２３内に収納し
てヒートパイプ集合体２４．２５を構成したものを使用
してもよい。

すなわち、第５図は横断面が六角形のヒートパイプ２０
をハニカム状に配列して円筒状筒体２２内に組込んで一
体化したものであり、また第７図は横断面円形のヒート
パイプ２１を横断面六角形の外筒２６内に組込んで、各
ヒートパイプ２１間に保温材２６を充填した例を示して
いる。

なお、ヒートパイプ２０．２１は第２図に示したように
外筒２２，２３の内面に有孔質の材料（以下、ウィツク
材という）２７が張設されたものである。

また、外筒２２または２６の上端にはフィン２８を有す
るネック部２９が接続されている。

ネック部２９には上端板３０を貫通して熱電対３１が挿
入され、熱電対３１は温度検出器６２に接続されている
。

温度検出器３２の出力信号は記録計６３に入力される。

記録計３３にはまた炉心冷却材の温度モニタ３４からの
信号が入力される。

ヒートパイプ２０または２１の外筒２２，２３の外周面
には保温材３５が設けられる。

ここで、保温材３５の端面からネック部６ｏまでの間を
放熱部６６と称する。

この放熱部６６を包囲して放熱ダクト３７が設けられ、
この放熱ダクト３７は断熱材３８により保温されている
。

放熱ダクト６７の入口部６９および出口部４゜にはそれ
ぞ終話熱弁４１　　、４２　、４３が設けられている。

（発明の作用） 次に本発明の非常炉心冷却装置の作用について説明する
。

通常運転時は断熱弁４１　、４２　、４３は閉となって
おり、ヒートパイプ２０または２１により炉心部から移
送されてきた熱は冷却フィン２８によって放熱ダクト６
７内へと伝えられる。

放熱ダクト６７は断熱材３８によって覆われているため
に外部への放熱はほとんどない。

このためヒートパイプ２０または２１内の蒸発部と凝縮
部の温度はほぼ等しくなり、熱移送がなされず、炉心冷
却機能を果さない。

非常時においては、断熱弁４１　　、４２　、４３を開
とし、冷却フィン２８を自然空冷又はファンなどによる
強制空冷を行ない、凝縮部の熱を奪うことにより、ヒー
トパイプ２０または２１を機能させ、炉心冷却を行なう
。

またヒートパイプ２０または２１の性能劣化すなわち真
空度の低下等が起こると、熱媒体の蒸発量が減少し、熱
移送されなくなり、放熱部６６の温度が第６図（ｂ）に
示したように低下し出す。

この半により、通常運転時のヒートパイプ２０または２
１の性能劣化が記録計６６で確認できる。

またヒートパイプ２０または２１が機能し始めたどうか
は、炉心冷却材の温度モニタ６４からの信号が記録計６
３へ導入されているの、で、前記冷却材温度（第４図（
ａ））とヒートパイプ放熱部６６の温度（第４図（ｂ）
）の変化が第４図のように一定の温度差を示す事（二よ
り確認できる。

（発明の効果） このように、本発明の装置においては通常運転時には冷
却機能を果さず、作動時において熱媒体の蒸発によって
冷却機能を生じるため、非常時において確実に動作する
信頼性の高・い非常炉心冷却装置となる。

また本発明に係る装置により冷却された液体金属は、炉
容器の下方へ流動し、一方炉心で加熱された液体金属は
上方へ流動し、冷却材は炉容器内で対流循環を行なう。

したがって、主冷却系の自然循環を利用する場合のよう
に炉心と熱交換器との配置関係が問題となることはない
。

また電源喪失事故時においても作動のための電源は必要
としないので問題はなく、電動弁、空気作弁、電磁等を
用いて、電源喪失と同時に弁が開く様にする事も容易で
ある。

さらに、冷却能力向上のために冷却ダクトにブアン等を
設置したとしても非常に小型のもので良く、ポンプ等に
よる冷却設備等と比較して、原子炉施設内の他の装置と
の配置関係ζ二制約をきたすことが少なくて済む。

また、作動、停止が容易なので、繰り返し使用が可能で
あり、燃料交換時の炉心冷却にも使用できる。

以上詳述したように本発明によれば、燃料交換時の炉心
冷却、あるいは事故時の非常炉心冷却装置として、通常
運転時の熱損失がほとんどなく、必要時に確実に作動し
、冷却機能Ｃ二対する信頼性の高い非常炉心冷却装置を
得ることができる。

また、ヒートパイプの使用条件Ｃ二より、水、有機溶剤
、種々金属を熱媒体として使用することにより、軽水炉
、ガス炉等に本発明に係る装置を使用しても前述同様の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のヒートパイプを用いた炉心冷却装置を液
体金属冷却形原子炉に使用した例を概略的（二示す断面
図、第２図は本発明に係るヒートパイプを用いた非常炉
心冷却装置の一実施例を一部ブロック的に要部のみ示す
断面図、１３図はヒートパイプの性能が劣化した時の温
度変化を示す特性図、第４図はヒートパイプが作動し始
めた時の温度を示す特性図、第５図および第７図は第２
図の装置において使用されるヒートパイプ集合体の２例
を示す横断面図、第６図は第５図のヒートパイプ集合体
を一部切欠して示す斜視図である。 ２０．２１　・・・・・・ヒートパイプ２２　、２５・
−・・・・外筒 ２４　、２５・・・・・・ヒートパイプ集合体２７　・
・・・・・・・・・・・クイック材２８　　・・・・・
・・・・・・・フィン２９　・・・・・・・・・・・・
ネック部３０　　・・・・・・・・・・・・端板６１　
　・・・・・・・・・・・・熱電対６２　　・・・・・
・・・・・・・温度検出器５３　　・・・・・・・・・
・・・記録計３４　　・・・・・・・・・・・・炉心冷
却材の温度モニタ６５　　・・・・−・・・・・・保温
材６６　　・・・・・・・・・・・・放熱部６７　　・
・・・・−・・・・・・放熱ダクト６８　　・−・・・
・・・・・・・断熱材６９　　・・・・・・・・・・・
・入口部４０　　・・・・・・・・・・・・出口部４１
．４２．４３・・・断熱弁 代理人弁理士　須　山　佐　− 第１図 第２図 ４１ 第３図 □時間 第４図 時悶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器内の冷却材に一端が没入されかつ他端が
   該原子炉容器外に露出して設けられたヒートパイプと、
   このヒートパイプの放熱部を包囲して設けられた断熱材
   により断熱されている放熱ダクトと、この放熱ダクトの
   入口および出口に設けられたしきり弁とを具備したこと
   を特徴とする非常炉心冷却装置。 ２、ヒートパイプの放熱部の温度信号と原子炉炉心冷却
   材の温度信号とは記録計に接続されてなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の非常炉心冷却装置。