JPS5888693A - 高速増殖炉の炉容器等の容器の熱変形、熱応力緩和機構 - 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 この発明は液体金属冷却形の高速増殖炉の炉容器等の容
器に係り、特に容器の熱応力、熱変形を緩和する容器の
熱変形、熱応力緩和機構に関する。

発明の技術的背唄とその問題点 従来、液体金属冷却形高速増殖炉（以下、高速炉という
０）の炉容器の液面近傍は、例えば第１図に示すような
構造を有し、炉容器１の上部に放射線や熱を遮蔽するた
めのフランジ構造の蓋部、すなわち遮蔽プラグ２が設け
られる。この遮蔽プラグ２と炉容器１の上部上の間に、
炉容器壁の温度勾配を緩やかにするサーマルライナー３
が介装される。サーマルライナー３はパツキン４，４に
よって頂部が気密にシールされる。

また、炉容器１内には容器壁５より分岐され。

上方に延びるライナー６が設けられ、このライナー６に
よって液体金属の液面７の位置が規制され、液量がこれ
以上増えると液はライナー６と容器壁５の間のガス空間
８にオーバーフローし、ドレン配管９より炉容器１外に
流出するように構成される。

一般に、高速炉の炉容器１内に収容される液体金属の温
度は約４００°０〜５５０°Ｃ程度で、遮蔽プラグ２の
上面の温度は室温付近の温度であるから、上記液面７と
遮蔽プラグ２の上面との間に４００°０〜５００°Ｃ程
度の温度勾配が生じることとなる。

このことから、炉容器１内にライナー６を設は炉容器１
内上部にカバーガス空間１０を設け、このカバーガス空
間１０により炉容器ｌ上部の温度勾配を出来るだけ緩和
し、熱応力による炉容器１の変形を防止している。

しかしながら、この高速炉においては、液面７もしくは
ライナー６からの輻射熱かサーマルライナー３に伝わっ
て次第に高温となり、結局その熱が炉容器１にまで伝わ
って、設計通りの温度勾配とならない難点があった。

しかも、液面７と遮蔽プラグ２との間に存在するカバー
ガスは、オーバーフローする高温の液に加熱され、対流
を生じてカバーガスが温度上昇し、遮蔽プラグの下面に
多量の熱を伝達する恐れがあるという問題もある。さら
に、炉容器１と遮蔽プラグ２との間に２箇所のシール箇
所があるため、シール部であるパツキン４，４からカバ
ーガスが外部に流出する危１１６！があった。

才た、第２図に示すよ・うに、炉容器１の入口配管１１
から炉心１２を通り出口配管１３へ流れる液の一部を、
炉容器１とその内側に設けた筒状ライナー１４との間の
環状流路１別こ導ひき、炉容器１の内壁温度を比較的低
温に保つことも行なわれでいる。

しかし、この方法では、炉心１２を通る液量ζこ比べて
１埋伏流路１５内を流れる流量が少なくないため、全流
計が多量となり、配管の大径化や送液ポンプの大容量化
が必要となる。また、炉心側の高温液がライナー１４を
介して環状流路１５を通る液を加熱するため、炉容器１
の上方に向うに従って両者の温度差は小さくなり、高い
緩和効果を期待できない。

一方、炉容器１内上部には、炉心１２で加熱された高温
の液体金属（液体ナトリウム）と、炉容器１内壁を冷却
した低温の液体金属とが混合し、互いに接触して熱疲労
を起こしたり、また、筒状ライナー１４の内外で大きな
温度差があるため、大きな熱応力を生じ、熱変形を起こ
しやすいという問題があった。

発明の目的 この発明は上述した点を考慮し、炉容器等の容器のシー
ル性能や熱的性能を向上させるとともに、容器内の流体
流路を単純化し、炉容器の内壁温度を低く保って、液面
近傍の温度勾配を緩やかにし。

容器の熱応力、熱変形の緩和を確実かつ有効的に図るこ
とができるようにした高速増殖炉の炉容器等の容器の熱
変形、熱応力緩和ｈＡ１構を提供することを目的とする
。

発明の概装 上述した目的を達ｒＲ■るため、この発明屹おいては、
萬速Ｊ＋ｉ殖炉の炉容器等の容器内に自由液面を有する
液体金属を収容し、容器の上方に器部を設けて内部を密
」−１構・告とした容器の熱変形、熱応力緩和機構にお
いて、上記自由液面より下方の容器内壁に第１および第
２のライナーを同心状に装着し、上記両ライナーを藷部
直下まで延長させて終端させ、上記第１う・ｆナーと容
器内壁との間に断熱空間を、゛上ｉ白１１７１ライナー
間にガス空聞をそれぞれ画成し、上記断熱望間内に断熱
材を充填させたものである。

発明の実施例 この発明の一実施例について旅＋ｉ図面を参照して説明
する。

第３図において、符号加は液体ナトリウム等の液体金属
冷却形の高速増殖炉を示し、この高速増殖炉加は有底筒
状をなす炉容器２１を有する。炉容器２１は頂部が開口
し、その頂部フランジ２］、ａ上に蓋部としての遮蔽プ
ラグ乙がシール材としてのパツキン２４を介して設置さ
れ、炉容器２１内が密封される。

一方、炉容器２１内には図示しない炉心部が構成され、
内部に液体金属すｌ−ＩＪウムあ等の液体金属が貯溜さ
れる。液体金属ナトリウム部は自由液面ｎを有し、この
液面ｎの上方がカバーガス空間側として画成され、カバ
ーガスで満される。

また、炉容器２１の上部に第１ライナー側および第２ラ
イナー３１が同心状に設置され、全体として三重壁構造
をなしている。第１ライナー（９）および第２ライナー
３１は筒状をなし、下部が炉容器２１の内壁に、液体ナ
トリウム２６の液面ｎより下方で一体成形される。ライ
ナーの他端は下部固着部からほぼ垂直方向上方に延び、
遮蔽プラグ乙のフランジ部２３ａ近傍で終端している。

しかして、炉容器２１内壁と第１ライナー加とにより環
状あるいは筒状の断熱空間３３が画成され、この断熱空
間３３内ｌ乙輻射熱を反射する効果のある断熱材３４が
充填される。断熱材あとしては、金属すｌ−ＩＪウムが
と化学的に反応しない金属網、例えば平織金網や、ヨー
クメツシュと呼ばれるステンレス網等を用い、細かなメ
ツシュのもの程遮熱性が良好である。

また、断熱材３４としで金属網に代えて、第４図に示す
ような、金属ナトリウム（液体金属）と化学的に反応し
ない材料からなる環状体、例えばラシヒリングあや中空
球３６を多量に充填してもよい。

また、第１ライナー（資）と第２ライナー３１とにより
ガス空！１Ｊ１３７が画成され、このガス空間３７内に
カバーガスが充填される。

上述したこの発明の装置において、通常の連転時には、
高温の液体金属ナトリウム２６の液面は第３図に示した
レベルを有し、この状態では、断熱空間３３内（こ充填
された熱の遮敞体（断熱材）３４によって径方向の熱が
遮蔽される。したがって、液体金属ナトリウム２６の高
温な液面２７に最も近い炉容器２１の内壁は上記液面２
７の温度より相当低い値に保たれる。しかも、炉容器２
１の分岐部２１ｂより上方においては、２重空間構造を
とり、第２ライナー３０から炉容器２１に伝達される伝
熱量も小さいので、上記分岐部２１ｂと頂部フランジ２
１ａの間の炉容器の壁間は均一かつ緩やかな温度勾配と
なる。

また、カバーガス空間２８内のカバーガスと接する高温
部は液面２７およびその周側の第２ライナー３１のみで
あって、金属す）　ＩＪウム拠の液の流動等も緩やかで
あるため、従来のものに比ベカバーガスの対流もなく、
カバーガスが熱せられ畦い。このため、カバーガスの著
しい温度上昇を防止でき、遮蔽プラグ乙の内表面の温度
上昇も効果的に防止できるので、遮蔽プラグに特殊な冷
却構造を必要としない。

さらに、第２ライナー３１は炉容器２１の頂部フランジ
２１ａ近傍まで延び、遮蔽プラグあのフランジ部２３ａ
直下で終端しているため、蓋部である遮蔽プラグｎ直下
にわずかな隙間を残しているだけであるから、金属すｌ
−ＩＪウム加の液面２７から蒸発した液体金属の蒸気が
断熱空間３３やガス空間３７に浸入し難い。したがって
、金属ナトリウム蒸気がガス空間３１や断熱空間（９）
に浸入するのを有効的に防止できるので、断熱性能の劣
化を防山できる。

一方、炉容器２１と°第１ライナー関とにより画成され
る断熱空間３３内には断熱材３４がほぼその全空間にわ
たって充填され、頂部フランジ２１ａの近傍才で充填さ
れているので、遮蔽プラグおからの頂部フランジ２１ａ
に伝達される熱も有効的に遮断でき、頂部フランジ２１
ａの部分の温度をも充分に低く保′つことができる。し
たがって、頂部フランジ２１ａを載置することにより、
炉容器２１を収容する高速炉のペデスタル部に特殊な耐
熱処理を必要としない。

一般に、ペデスタル部は鉄筋コンクリートで作られるの
で、使用温度限界は例えば約８０°Ｃであるが、この発
明のように構成すれば、使用限界温度以下に充分に納め
ることができる。さらに、この高速炉の炉容器において
は、液体金属の流路は一系統のみであり、オーバフロー
分を戻すような配管を必要としないので、設備コストが
安価である０ また、炉心部を通る流量は人出目配管内を通る流量と等
しいので配管系を必要以上に太くする必要がなく、流動
抵抗も小さいので、小容量のポンプを使用することがで
き、さらに、炉容器上部の温度勾配を緩やかにすること
ができるので、炉容器壁に発生する熱応力が小ざくなり
炉容器の耐久性が向上する。

次に、この発明の第１変形例について第５図を参照して
説明する。

第１変形例に示されたものは、炉容器に一体的に装着さ
れた第１ライナー加と第２ライナー３１とにより画成さ
れる断熱空間３３およびガス空間３７の下部にドレン配
管４０　、４１を接続し、各ドレン配管４０　、４１に
は開閉バルブ４２　、４３をそれぞれ設けたものである
。それ以外の構成は、第１実施例に示したものと同様で
あるので、省略する。

万一、第２ライナー３１に熱歪みや熱変形等によりクラ
ックが生じ、ガス空間３７内ｌこ液体金属ナトリウム２
６が流入した場合には、バルブ４３を開き、ドレン配管
４１により金属ナトリウムを排出除去でき、断熱部の劣
化を防止できる。

さらに、万一、第１ライナー３０′ｊｒ３よひ第２ライ
ナー３１の双方にクランクが生じても、バルブ４３を開
くことによりガス空間３７内ζこ流入された液体金属ナ
トリウムは随時ドレン配管４１から排出されるので、ガ
ス空間３７内の液面を光分に低く保つことができるので
断熱空間３３へ液ｆト金属プｌ−ＩＪウムが直接浸入す
るのを有効的に防止でき、断熱部の劣化を防ぎイｎる。

また、第１および第２ライナー３０゜３１の破損が同時
に生じても、両ライナー３０　、３１が防護壁となって
充填物質（断熱材）が炉容器２１の炉心部に浸入するこ
とを防止できる。したがって、炉心の流路閉塞を生じさ
せることもない。

また、第６図はこの発明の第２変形例を示す。

この第２変形例に示されたものは、炉容器２１の頂部フ
ランジ２１ａと遮蔽プラグｚ３との間に上部ライナー４
５を介装し、この上部ライナー４５と頂部フランジ２１
ａおよび遮蔽プラグｎとの接触部にパツキン４６を介装
して炉容器２１内を密封構造としたものである。上部ラ
イナー４５にはこの本体４７から垂下された第１および
第２の環状体４８　、４９を一体もしくは一体的に有す
る。第１環状体４８は第１ライナー加の上端部に外側か
ら緩く嵌合され、第２環状体４９は第２ライナー３１の
上端部に外側から緩く嵌合され、各間隙が狭くなるよう
に配置される。

また、第２ライナー３１の上部内周壁には蒸発した金属
すｌ−ＩＪウムを貯溜する環状樋関が一体あるいは一体
的に成形される。環状柳刃は遮蔽プラグ乙の下面直下に
位置する一方、上記環状樋５０内に入るように遮蔽プラ
グ乙の下面から環状の仕切板５１が延びている。

しかして、第２ライナー３１の内周壁に環状柳刃を設け
た場合には、樋５０に貯溜された蒸着ナトリウムのシー
ル効果によって、柳刃内のナトリウム温度は液体金属ナ
トリウムあの液面温度より低く、その蒸気圧は液面ｎの
すｌ−ＩＪウム蒸気圧より充分に低い。このため、蒸発
ｔたナトリウムがガス空間３７や断熱空間３３に浸入す
るのをより有効的に防止でき、断熱性能の劣化を確実か
つより効果的に防ぐことができる。

また、上部ライナー４５から垂下される第１および第２
環状体４８　、４９が運転時にも比較的低温に保たれる
ため、熱変形を起さない。一方、第１および第２ライナ
ー３０　、３１は貯溜された高温液体金属すｌ−ＩＪウ
ムがからの伝熱により割合高温となり、熱膨張するので
、第１および第２環状体４８　、４９と第１および第２
ライナー加、３１との間隙が狭くなり、これによっても
断熱性能劣化防止を効果的に図ることができる。

高速増殖炉の炉容器２１内上部を第７図に示すように構
成してもよい。

この第７図に示したものは、この発明の第３変形例を示
す。この第３変形例に示されたものは、第１ライナー３
０の中間部に水平方向内方に延びる環状の対流防止板５
３を一体あるいは一体的に成形し、第２ライナー（ト）
を上記対流防止板５３の直下まで延ばすようにしたもの
である。なお、第１ライナー凹の上部（対流防止板５３
より上方）は薄肉壁で形成してもよい。

しかして、対流防止板５３と遮蔽プラグ乙下面（底面）
との間隙は例えば０〜８羽程度と小さく構成され、この
間隙を小さくすることにより、カバーガス空間路内のカ
バーガスの対流を有効的に防止でき、遮蔽プラグ器下面
が異常高温となるのを有効的に防止できる。

また、ガス空間３７や断熱空間３３内の蒸気圧を低くす
る効果は、対流防止板５３上に付着したナトリウムが、
Ｏ〜８ｍｙｎ程度の間隙の場合、遮蔽プラグ乙下面との
間でブリッジ現象が生じ、このブリッジによりシール性
が発揮されることをこよっても得られる。

さらに、第１ライナー３０の熱応力は、上部薄板構造の
熱変形効果により、軽減することができる。

また、第２ライナー３１の上端を第７図に示すように、
遮蔽プラグるの下面直下に位置させるようにすれば、第
２ライナー３１の内周面全体が高温状態となり、熱応力
が小さくなるので、破損の起りｌこくいライナー構造と
することができる。

また、第８図はこの発明の第４変形例を示す。

この第４変形例は炉容器２１と第１ライナー加とにより
画成される断熱空間３３内に、一体的に構成された断熱
体５５を介装するようにしたものである。

断熱体５５は断熱空間３３に対応する形状を■し、包囲
体５６内にセラミックス等の耐熱物質からなる充填材５
７を充填させたものである。包囲体５６には金属ナトリ
ウムと共存性の良いステンレス等による環状の金属製網
で構成される。

断熱材５５を金属製網等の包囲体５６で覆い、一体的に
成形したものを断熱空間３３内に設置することにより、
第１および第２ライナー韻、３１が万一破損しでも、充
填物である断熱材が炉心部に落下するのを完全かつ確実
に防止することができる。

なお、この発明の各実施例の説明番こおいては、高速増
殖炉の炉容器について説明したが、他の自由液面を有す
る機器の中間熱交換器、蒸気発生器、膨張タンク、ダン
プタンク、機械ポンプ等にも適（１７） 用可能であり、また高速増殖炉以外にも自由液面を有す
る高温の流体を使用する容器に対して使用することもで
きる。

発明の効果 この発明においては、液体金属の自由液面より下方の容
器内壁に第１および第２のライナーを同心状ｔこ装看し
、上記両ライナーを蓋部直下まで延長させて終端させ、
上記第１ライナーき容器内壁との間に断熱空間を、上記
両ライナー間にガス空間をそれぞれ画成し、断熱空間内
に断熱材を充填させたので、炉容器等の容器のンール性
能や熱的性能を向上させることができ、容器内壁温度を
低く保つことができるので液面近傍の容器の温度勾配を
緩やかにでき、容器の熱応力、熱変形の緩和を確実かつ
有効的に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の高速増殖炉の炉容器の熱変
形、熱応力緩和機構を示す図、第３図はこの発明に係る
高速増殖炉の炉容器等の容器の熱変形、熱応力緩和機構
を示す部分断面図、第４図（Ｎおよび＋Ｂ）は上記緩和
機構の断熱空間内に充填される断熱材のピースをそれぞ
れ示す図、第５図はこの発明の第１電形例を示す部分断
面図、第６図はこの発明の第２変形例を示す部分断面図
、第７図はこの発明の第３変形例を示す部分断面図、第
８図はこの発明に係る緩和機構の断熱空間内に介装され
る断熱体を示す部分断面図である。 加・・・高速増殖炉、２１・・炉容器、２３・・・遮蔽
プラグ。 ２６・・・液体金網ナトリウム、鴎・・・カバーガス空
間。 （資）・・・第１ライナー、３１・・・第２ライナー、
３３・・・断熱空間、３４・・・断熱材、３７・・・ガ
ス空間、４０　、４１・・・ドレン配管、４５・・・上
部ライナー、　４８　、４９・環状体、シ）・・・環状
樋、５１・・・仕切板、５３・・・対流防止板、５５・
・断熱体（断熱材）、５６・・・包囲体、５７・・・充
埴材。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清（１９） 躬１−目 躬７図 ２３ ５１５− 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高速増殖炉の炉容器等の容器内に自由液面を有する
   液体金属を収容し、容器の上方に蓋部を設けて内部を密
   封構造とした容器の熱変形、熱応力緩和機構において、
   上記自由液面より下方の容器内壁に第１および第２のラ
   イナーを同心状に装着し、上記両ライナーを蓋部直下ま
   で延長させて終端させ、上記第１ライナーと容器内壁と
   の間ｔこ断熱空間を、上記両ライナー間にガス空間をそ
   れぞれ画成し、上記断熱空間内に断熱材を充填したこと
   を特徴とする高速増殖炉の炉容器等の容器の熱変形、熱
   応力緩和機構。 ２、断熱材は多数の中空球または環状体からなる特許請
   求の範囲第１項に記載の容器の熱変形、熱応力緩和機構
   。 ３、断熱空間およびガス空間の底部にドレン配管を接続
   した特許請求の範囲第１項または第２項に記載の容器の
   熱変形、熱応力緩和機構。 ４容器の頂部フランジと蓋部との間にサーマルライナー
   を設置し、このサーマルライナーに、第１ライナーおよ
   び第２ライナーの頂部に緩く嵌合する第１および第２の
   環状体をそれぞれ設けて両者間のギャップを小さくし、
   液体金属の高温蒸気の没入を防止するようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の容器の熱変形、熱応力緩和機構
   。 ５、蓋部は遮蔽プラグで構成され、この遮蔽プラグ下方
   の第２ライナーの内周壁に環状樋を設け、この環状樋内
   に延びる環状の仕切板を遮蔽プラグの下部に装着した特
   許請求の範囲第１項に記載の容器の熱変形、熱応力緩和
   機構。 ６、断熱空間内に充填される断熱材は、断熱空間に対応
   する金網等の包囲体内に金属メツシュ。 中空球等の充填材を詰めて一体的に構成された特許請求
   の範囲第１項に記載の容器の熱変形、熱応力緩和機構。 ７．第１ライナーは、炉容器内に貯溜された液体金属を
   覆う高温部を厚板で、この高温部より上８蓋部を遮蔽プ
   ラグで構成するとともに、第１ライナーの中間部から第
   ２ライナーの頂部を越えて水平方向内方に延びる対流防
   止板を設け。 上記対流防止板と遮幣プラグとのギャップを約０〜８朋
   程度とした特許請求の範囲第１項に記載の容器の熱変形
   、熱応力緩和機構。