JPS59171895A - タンク型高速増殖炉用中間熱交換器 - 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〕 不発明はタンク型高速増殖炉用中間熱交換器に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、タンク型高速増殖炉は第１図に示すように形成
されている。

すなわち、原子炉容器１は安全のため内／ｌｌ！ｆの主
容器１ａと外側のガードベッセル１ｂとの二重構造とさ
れており、円筒状のキャビティウオール２内に吊下支持
されている。この原子炉容器１およびキャビティウオー
ル２はルーフスラブ３により閉塞されている。そして、
主容器１ａ内の下部には炉心支持体４を介してプレナム
部５および炉心６が順に積層されている。この炉心６の
上部にはレーンスラブ３に炉心上部機構７が設けられて
いる。また、炉心６０丁度上端部位置において主容器１
ａ内を上方のホットプール９と下方のコールドプール１
０とに区画する隔壁８か隔壁支持体８ａによって設けら
れている。また、ルーフスラブ３からは主容器ｌａ内の
一次冷却材１５を循環させる複数の一次主循環ボンプ１
１が周方向等間隔にして主容器１ａ内に吊下されている
。これらの各−次主循環ボンプ１１の外側を包囲する薄
肉円筒体１２が隔壁８を上下に貫通するようにして設け
られている。また、各−次主循環ポンプ】１の下端から
は炉内配管１３が導出され、その先端がプレナム部５に
接続されている。また、ルーフスラブ３からは一次冷却
材と二次冷却付与の熱交換を行なう複数の中間熱交換器
１４が周方向等間隔にして主容器１内に吊下されており
、その下端部は隔壁８を貫通してコールドプール１０内
に達している。このルーフスラブ３は内部の空洞部へ主
容器１外に設置したガス循環装置１７により冷却ガスを
循環供給することにより過熱防止されている。また、レ
ーンスラブ１３の下面と一次冷却材１５の上面との空間
には不活性ガスからなるカバーガスが充填されている。

以上のように構成されたタンク型高速増殖炉は次のよう
に作動する。

まず、液体ナトリウム等の液体金属からなる一次冷却材
１５は、炉心６を上方に向って通過する間に、核反応に
よる熱エネルギーを受けて加熱されて高温となり、炉心
上部機構７の窓孔を通し℃ホットプール９内へ流入する
。そして、−次冷却材１５は中間熱交換器１４へ上部よ
り流入し、二次冷却材としての液体金属へ熱エネルギを
伝達し、自らは下部されてコールドプール１０円へ流下
する。一方コールドプール１０内の一次冷却材１５は、
薄肉円筒体１２内を上昇し、−次循環ポンプ３により昇
圧され、炉内配管１３を通ってプレナム部５へ戻される
。

次に、中間熱交換器１４について更に説明する。

中間熱交換器１４は、第２図に示すように、上端に形成
した７ランジ１９ａをルーフスラブ３に１漸することに
より長尺な中空状の外、胴１９を吊下して形成されてい
る。この外胴１９の下端は隔壁８を貫通してん径された
後にコールドクール１０内ｉｃ出ロノズル１９ｂをもっ
て開口している。また、外側１９の下部には上下の仕切
板２υａ、２（ＪｂＯ間に多数の伝熱管２１　、２１が
貫通支持されており、外胴１９に開設された入口窓２２
　、２２から上の仕切板２Ｏａ上に流入した一次冷却材
１５（同図大口矢印）か、各伝熱管２１　、２１内を流
下して、下の仕切板２０ｂより流出し、出ロノズ／ｌ／
１９ｂを通ってコールドプール１０内に流下するように
形成されている。また、外胴１９の中心部には、ルーフ
スラブ３の外部より液体ナトリウム等の液体金属からな
る二次冷却材２３（同温された二次冷却材２３を取り出
し、ルーフスラブ３外へ導出する外側管５とで形成され
たダウンカマ２６か設けられている。また、外胴１９の
上端部には一次冷却材１５からの輻射熱防御のための熱
遮蔽板２７と放射線遮蔽のために鏑球を充填した放射線
遮蔽体側とが設けられている。そして、ホントプール９
内の外胴■９の外側には、入口窓２２から外胴１９内へ
流入する一次冷却材１５を整流させるスカート２９がル
ーフスラブ３から垂下されている。また、隔壁８と隔壁
支持体８ａとの部分には、外胴１９の外側を保也するス
タンドパイプ３０が設けられている。

次に、この中間熱交換器１４による熱交換を説明する。

一犬冷却材１５ば、第２図大口矢印に示すように、ホッ
トプール９内において外胴１９とスカート２９との間を
通り、整流状態にして入口窓２２　、２２から外胴１９
内へ流入する。そして、−次冷却材１５は」二の仕切板
２０ａに開口している多数の伝熱ｇ２１，２１内へ流入
する。一方、二次冷却材乙は、第２図太黒豆に熱交換さ
れる。この熱交換後、低温状態になった一次冷却材１５
は伝熱管２１の下端開口から外胴１９内に流出し、出口
ノズル１９ａを通ってコールドプール１０内に流入する
。一方、高温状態になった二次冷却材２３は、上の仕切
板２ｔｌ）ａの部分でダウンカマ２６の外側管δ内に流
入し、二次主冷却系の蒸気発生器（図示せず）へ送給さ
れる。

〔背景技術の問題点〕

ところが、前記中間熱交換器１４には、プラントの起動
、停止時や地震時に大きな曲げ応力か作用するという不
都合があった。

以下、ルーフスラブ３の直径が約２０ｍ、中間熱交換器
１４の全長が約１．７ｍの場合における曲げ応力の作用
を説明する。

先ず、プラントの起動、停止時について説明する。。

タンク型高速増殖炉のルーフスラブ３には、中間熱交換
器１４、−次主冷却ボンプ１１、炉心上部機構７等の多
（の大重量機器が、搭載されているので、それらの自重
のためにある程度ルーフスラブ３の中心部が下側へ撓む
。加えて、プラント連転［＋、ｉＶｃはルーフスラブ３
の上下面間には太ぎた温度差かあり、下部の方の温度が
高いため、ル−フスラブ３の撓みはよ０助長される。従
って、ル−フスラブ３の撓みはプラントの起動、停止時
に大小変化することとなる。

ところが、中間熱交換器１４は、ルーフスラブ３（α：
フランジ１９’　ａをもって直接フランジ結合されてい
るため、プラントの起動、停止時におけるルーフスラブ
３の撓みの変化に伴い、半径方向に傾斜変」ｊυする。

この傾斜変動に伴い一中間熱交換器１４の下端は１００
ｍｍ以上も変位する。

一方、原子炉容器１とルーフスラグ３の相対変位も存在
する。これはルーフスラブ３の温度が室温に近（低いの
に対して原子炉容器１は内部の一次冷却材１５により高
温とされるからである。

以上のルーフスラブ３自身の撓みと、ルーフスラブ３と
原子炉容器１の温度差による半径方向変化は、相殺する
方向にあるか、結果として、中１１」１熱交換器］４の
下部と、スタンドパイプ３０の躬対変位は数ＩＵｍｍに
達する。この変位に伴い、中間熱交換器１４は曲げ応力
な受け、その曲げ応力は、フランジ１りａの付は根部で
最大と１よる−り、に、地震時について説す」する。

中間熱交換器１４につき−フランジ１９ａでノＶ−フス
ラブ３に固定した以外には、半径方向の振れ止め部材を
設けないとすると、中１川熱交撲器１４の固有振動数は
５〜９Ｈｚ程度となる。

−万、原子炉建屋の地震応答の一１食を行ない、地震加
速度と振動数との関係を調べてみると、４〜１．０　Ｉ
（ｚ程度の領域で最も地震加速度が太さくなることか判
明している。

これらの結果より、中間熱交換器１４の地震応答解析を
行なってみると、中間熱交換器１４の外胴１９の最大曲
げ応力ば２０　Ｋｐ／ｌｎＵ以上となる。この結果は外
胴１９の材料がオーステナイトステンレス鋼であるとす
ると、設計応力をはるかに超えており、地震時の中間熱
交換器１４０機能維持は望めない。

この地震時の機能維持のための対策として、振れ止め部
材を設けることが考えられる。しかしながら、中間熱交
換器１４の外胴」９の曲げ応力を設計許容応力以下にす
るためには、中間熱交換器１４と同等、若しくはそれ以
上の剛性を持つ振れ止め部材を設けなければならない事
が解析の結果判明している。この４ような大きな剛性を
持つ振れ止め部材を設けた場合、地震時の機能維持のみ
を考慮した場合には良いが、前述のプラントの起動、停
止等にとも７．Ｃ５たわみをも考慮すると、逆に中間熱
交換器１４に大ぎな曲げ応力を生じさせることになる。

それは、中間熱交換器１４が上端をフランジ１．９　ａ
によって固定され、下部の一部で振れ止め部原子炉容器
１が相対変位する事によるものである。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、プラ
ントの起動、停止時および地震時に作用する曲げ応力を
小さく抑えることかでさ、地震時においても熱交換機能
を維持することができるとともにルーフスラブと原子炉
容器との間に生じる相対的変位を良好に吸収することの
できるタンク型高速増殖炉用中間熱交換器を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の第一の発明は、外胴とルーフスラブとの間にそ
の外胴の半径方向移動を防止する振れ止め部材を設け、
この振れ止め部材の回転中心に曲率中心を有する球面部
を前記外胴に設けるとともにこの球面部に対応する球面
座を前記ルーフスラブに設け、この球面座上に前記球面
部を載置するコトニヨり外胴なルーフスラブに支承させ
、コノルーフスラブに前記中間熱交換器の上方への抜は
出しを防止する上部抑え部材を設け、この上部抑え部材
と前記中間熱交換器との間に原子炉容器内のカバーガス
の漏洩を防止するカバーガスシールを設けることにより
、中間熱交換器に作用する曲げ応力を小さく抑えるよう
にしたことを特徴とする。

第二の発明は、前記第一の発明に更に、外胴と原子炉容
器内の隔壁支持体との間に外胴の半径方向移動を防止す
る下部振れ止め部材を設げて形成したものである。

第三の発明は、前記第一の発明の球面部と球面受座との
組合わせに代えて、円錐面部と円錐面部の組合わせを用
いて形成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例について説明する。

第３商は第一の発明の実施例を示す。

本実施例においては、ルーフスラブ３ＶＣ段付の挿通孔
３１が開設されており、中間熱交換器１４の外胴１９は
この挿通孔３１に間隔を介して弛ろく押通されている。

この外胴１９の上端部とルーフスラブ１３との間には、
外胴１９の半径方向の移動を防止する振れ止め部材３２
が設けられている。この振れ止め部材３２は、外胴１９
の上端に設けた円板状のフランジ３２ａに、ルーフスラ
ブ３の内周面に突設した環状突部３２ｂを若干の間隙を
介して対向させて形成されている。そして、外胴１９の
フランジ３２ａの下方には、ボックス部材３３が固着さ
れており、このボックス部材３３の外周下端部には曲率
半径Ｒの球面部３４がその曲率中心を前記振れ止め部材
３２の回転中心Ｏと一致するようにして形成されている
。

一方、ルーフスラブ３の段部には環状の角部材３５が固
着されており、この角部材３５の内周上端部には前記球
面部３４と対応する球面座３６が形成されている。そし
て、この球面座３６に球面部３４を載置することにより
ルーフスラブ３に外胴１９を支承してイル。これらの球
面部３４および球面座３６は共ＶＣＨ化肉盛処理を行な
って形成されている。また、外胴１９の上端内部には、
下方に熱遮蔽板２７　、２７および放射線遮蔽体四を有
し、内周部にダウンカマ２６からの熱伝達を防ぐ断熱体
３７を有する環状の内胴北が嵌装されている。また、レ
ーフスラブ３の挿通孔３１の上端部には、外胴１９のフ
ランジ３２ａの上方に張り出して、外胴１９の上方への
抜は出しを防止する環状の上部抑え部材３９が締結ボル
ト（図示せ′ｆ）ＩＣより固着されている。そして、こ
の上部抑え部材３９と内胴３８との間には、原子炉容器
１内のカバーガスの漏洩を防止する可撓性を有するカバ
ーガスシール４０が張設されている。また、内胴３８と
外胴１９のフランジ３２ａとの接合面および上部抑え部
材３９とルーフスラブ３との接合面には、それぞれシー
ル用の０１Ｊング４１　、４１が介装されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

外胴Ｘ９はルーフスラブ３Ｋ、球面部３４を球面座３６
上に載置することにより支承され℃おり、更にその球面
部３４０曲率中心が振れ止め部材３２の回転中心Ｏと一
致しているから、プラントの起動、停止時にルーフスラ
ブ３自身の撓みが変化しても、外胴１９は球面部３４と
球面座３６との摺動により回転中心Ｏを中心として常に
鉛直方向を向くように保持される。そして、振れ止め部
材３２０部分の半径方向の移動長さも小さく抑えられる
。これにより、外胴１９のルーフスラブ３への支承部に
作用する中間熱交換器１４の自重による曲げモーメント
か極めて小さくなり、同支承部に作用する曲げ応力も極
めて小さくなる。

更に外胴１９は、従来のように７ランジ１９ａＫよりル
ーフスラブ３に固着されたものではなく、球面部あを球
面座３６上に載置してルーフスラブ３に対して相対移動
可能に形成されており、しかも振れ止め部材３２により
その半径方向に大きく移動することを防止されているの
で、地震時においても大振幅で振動することがなくなり
、ルーフスラブ３への支承部に作用する曲げ応力も極め
て小さくなる。これにより、地震時においても熱交換機
能を十分に維持した運転を行なうことができる。

また、仮想炉心崩壊事故時に、原子炉容器１内の圧力が
高くなる事が予想されるが、上部抑え部材３９を設けで
あるので、中間熱交換器１４自体の抜は出しを確実に防
止することができる。更に、カバーガスシール４０およ
びＯリング４１にヨリ、カッ＜−ガスの漏洩が確実に防
止され、中間熱交換器１４に期待されるカバーガスバウ
ンダリーとしての機能を十分に発揮することができる。

また、上部抑え部用３９を取り外すだけで、中間熱交換
器１４を引抜（ことがでさ、保守点検、交換等の作業も
容易となる。

紀４図は第一の発明の他の実施例を示し、ル−フスラブ
３の挿通孔３１をほぼ直孔とし、振れ止め部材３２と球
面部３４および球面座３６との位置を前記実施例と上下
逆に形成したものである。その他の構成は前記実施例と
同一であり、同一部分には同一符号を伺しである。この
振れ止め部材３２ば、ル−フスラブ３の挿通孔３１の中
央部において、ルーフスラブ３および外胴１９の双方か
ら環状の突出部３２ｂ、３２ｃを突出形成して、若干の
間隙を介して対向させて形成され℃いる。一方、外胴１
９のフランジ３２ａの下面およびルーフスラブ３に相互
に摺動自社で、曲率中心が振れ止め部材３２０回転中心
Ｏと一致する球面部３４および球面座３６がそれぞれ設
けられている。

本実施例も前記実施例と同様に作用する。

なお、ルーフスラブ３の挿通孔３１に前記各実施例のよ
うな加工が不可能な揚台には、挿通孔３１を直孔とし、
振れ止め部材３２と球面部３４および球面座３６をそれ
ぞれルーフスラブ３より上方位置に設けるとよい。

第二の発明は前記第一の発明に加えて、第５図に示すよ
うに外胴１９と隔壁支持体８ａとの間に、外胴１９の半
径方向の移動を防止する下部振れ止め部材４２を設けた
ものである。この下部振れ止め部材４２は、スタンドパ
イプ（９）の内側に断面コ字形をした縦溝４３ａを有す
る溝部材４３を４個円周方向等間隔に配設し、外胴１９
の外周にこの縦溝４３ａに周方向に弛くかつ半径方向に
若干の間隙を介ｌ−で嵌められるキ一部材４４を配設し
て形成されている。

そして、各部材４４　、４３は中間熱交換器１４と同等
以上の剛性を有するように形成する。

本発明においては前記第一の発明と同様に作用するとと
もに、特に地ＭＲにおいて曲げ応力を／Ｊλさく抑える
作用がある。

すなわち、下部振れ止め部材４２を設けると、中ｊ；」
」熱交換器４の固有振動数が１０数Ｈｚ程度となり、地
震時の応答性も非常に良好となる。そして、地震時の最
大振幅部分は中間熱交換器１４の中央部である上方の仕
切板２０　ａの付近であり、その最大振幅は１．０　ｍ
ｍ程度以下であり、耐久上全く問題にならない。そして
、その場合に作用する最犬曲げ応力も５　Ｋ９／−程度
であり、充分許容範囲内である。

第三の発明は第一の発明における球面部と球面座との組
合わせに代えて、円錐面部と円錐面部との組合わせケ採
用したものである。

すなわち、第３図および第４図において、球面部３１お
まひ球面座３６を母線が各図の半径線分Ｒと直交する円
錐面部および円錐面部と置換することにより形成される
。他の構成は前記各実施例と同様に構成されている。

このような実ｌ・布例においては、球面座を円錐面部に
置換することにより、球面座に比較してその座の摺動性
は若干低下し、外胴１９に生じる回転モーメントを多少
拘束して曲げモーメントが生じる可能性があるが、その
円錐座の弾性範囲内であり、その曲げモーメンＩ・は小
さい。そして、従来例のように外胴１９のフランジ１９
ａをボルト締めする場合に比較すると、そのｔＪＩ＋　
ｔずモーメントは極めて小さいものである。更に、円錐
面ではあるか、円錐面座部で相互に接触している面の幅
すなわち母馬）長さが小さく、その円錐面部において双
方が相互に摺動する長さすなわち中心０を中心として回
転する角度は多（て数分の１度であるから、球面を円錐
面に置換しても、十分に外胴１９が中心０を中心として
回転することができ、前記各実施例と同様に曲げ応力は
小さく抑えられる。

そして、球面に比べて円錐面は製作し易く、更にその精
度も高くすることができる。

〔発明の効果〕

このように本発明は構成され作用するものであるから、
次のような効果を奏する。

１）中間熱交換器の外胴をルーフスラブて球面座もしく
は円錐面部をもって載置して吊下支持しているから、プ
ラントの起動、停止時にルーフスラブと原子炉容器とが
相対変位しても、その影響を受げす、支承部に生じる曲
げモーメントが小さく抑えられる。

２）、中に、前記球面座もしくは円錐面部による支承と
、外胴の半径方向の大きな移動を防止する振れ止め部材
とな設けたので、地震時に中間熱交換器に曲げモーメン
トが作用しても、従来例の固くルーフスラブに外圧司を
固着したものに比較して、支承部に作用する曲げ応力か
小さく抑えられる。

；３）外胴を上部と下部とでそれそｉｚ振を止め部材に
より半径方向の大きな移動を防止すると、中１１１１熱
交換器の固有振動数が高くなり、地震波のスペクトルに
おいて、最大加速度を発生させる振動数領域を避けるこ
とかでき、耐震性が向上する。

４）支承部に作用する曲げ応力を小さく抑えることがで
きるので、外胴の厚さを薄（することかできる。

一般に、高速増殖炉においては、その構造材料として使
用されるオーステナイト系ステンレス鋼の熱伝導率が低
（、冷却材として使用される液体すｌ・リウムの熱伝導
率が高い事から、起動、停止時等に液体ナトリウムの液
面近傍の部材に太きな熱応力が生じろものであった。こ
の熱応力を避けるために部材の板厚を薄くすることが有
効１よ手段となっており、本発明により、外胴を薄（形
成することかでき、外胴に生しる熱応力を小さく抑える
ことができ、中間熱交換器の耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク型高速増殖炉を示す縦断１１！１面図、
第２図は従来のタンク型高速増殖炉用中間熱父換器を示
す縦断側面図、第３図から第５１Ａは本発明の中間熱交
換器の実施例を示し、第３図は第一の発明を示すルーフ
スラブとの支承部分の縦断側面図、第４図は第一の発明
の他の実施例を示す縦画側面図、第５図は第二の発明の
下部振れ止め部材を示す横断平面図である。 ３・・・ルーフスラブ、１４・・・中間熱交換器、１９
・・・外胴、３２・・・振れ止め部材、３４・・・球面
部、３６・・・球面座、３９・・・上部抑え部材、４０
・・カッ（−ガスシール、４２・・・下部振れ止め部材
。 出願人代理人　　猪　　股　　　　　清乃４陥 第す図 −５９３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １外胴の上部をルーフスラブに支承されて原子炉容器内
   に吊下支持されたタンク型高速増殖炉用中間熱交換器に
   おいて、前記外胴とルーフスラブとの間にその外胴の半
   径方向移動を防止する振れ止め部材を設け、この振れ止
   め部材の吋転中心に曲率中心を有する球面部を前記外胴
   に設けるとともにこの球面部に対応する球面座を前記ル
   ーフスラブに設け、この球面座上に前記球面部を載置す
   ることにより外胴をルーフスラブに支承させ、このルー
   フスラブに前記中間熱交換器の上方への抜は出しを防止
   する上部抑え部材を設け、この上部抑え部材と前記中間
   熱交換器との間に原子炉容器内のカバーガスの漏洩を防
   止するカバーガスシールを設けたことを特徴とするタン
   ク型高速増殖炉用中間熱交換器。 ２、外胴の上部をルーフスラブに支承されて原子炉容器
   内に吊下支持されたタンク型高速増殖炉用中間熱交換器
   において、前記外胴とルーフスラブとの間にその外胴の
   半径方向移動を防止する振れ止め部材を設け、この振れ
   止め部材の回転中心に曲率中心を有する球面部を前記外
   胴に設けるとともにこの球面部に対応する球面座を前記
   ルーフスラブに設け、この球面座上に前記球面部を載置
   することによう外胴をルーフスラブに支承させ、このル
   ーフスラブに前記中間熱交換器の上方への抜は出しを防
   止する上部抑え部材を設け、この上部抑え部材と前記中
   間熱交換器との間に原子炉容器内のカバーガスの漏洩を
   防止するカバーガスシールを設け、前記外胴と原子炉容
   器内の隔壁支持体との間に外胴の半径方向移動を防止す
   る下部振れ止め部材を設けたことを特徴とするタンク型
   高速増殖炉用中間熱交換器。 ３、外胴の上部をルーフスラブに支承されて原子炉容器
   内に吊下支持されたタンク型高速増殖炉用中間熱交換器
   において、前記外胴とルーフスラブとの間にその外胴の
   半径方向移動を防止する振れ止め部材を設げ、前記外胴
   に円錐面部を設けるとともにこの円錐面部に対応する円
   錐面部を前記ルーフスラブに設け、この円錐面座上に前
   記円錐面部を載置することにより外胴をルーフスラブに
   支承させ、このルーフスラブに前記中間熱交換器の上方
   への抜は出しを防止する上部抑え部材を設げ、この上部
   抑え部材と前記中間熱交換器との間に原子炉容器内のカ
   バーガスの漏洩を防止するカバーガスシールを設けたこ
   とを特徴とするタンク型高速増殖炉用中間熱交換器。