JPS5940294A - 原子炉容器のノズル構造 - 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〕 本発明は液体金属冷却形高速増殖炉等における原子炉容
器のノズル構造に関する。

〔発明の技術的背景〕

まず、液体金属冷却形高速増殖炉の一般的な構成を第１
図を参照して説明する。図中１は原子炉容器であって、
この原子炉容器１内には炉心槽２が設けられている。そ
して、この炉心槽２内には炉心３が収容されている。ま
た、４は冷却材入口配管であって、この冷却材入口配管
４は原子炉容器１を貫通しており、低温の冷却材はこの
冷却材入口配管４を通って炉心槽２の下部に供給される
。この炉心槽２の下部に供給された液体す｝　ＩＪウム
等の一次冷却材５は炉心３内を上方に流れ、加熱される
。この炉心３を通過して高温となった一次冷却材５は原
子炉容器１向上部に流れ、原子炉容器１を貫通して設け
られた冷却材出口配管６を介して外部に流れ、中間熱交
換器（図示せず）等に送られて二次冷却材と熱交換され
、低温となった一次冷却材５は上記の冷却材入口配管４
を介してふたたび炉心槽２内下部に送られ、この径路を
循環するように構成されている。また、この原子炉容器
１の上端は遮蔽プラグｌによって閉塞されている。

この遮蔽ゾラダ７は固定プラグ７ａｔ大回転プラグ７ｂ
および小回転プラグ７Ｃとから構成されており、小回転
プラグ７Ｃには炉心上部機構８や燃料交換機９が取付け
られている。また、上記原子炉容器１内の一次冷却材５
の液面より上の部分はカバーガス空間１０に形成され、
このカバーガス空間１０内にはカッ々−ガスたとえばア
ルゴンガスが封入されている口 ところで、上記原子炉容器１は高温の一次冷却材と接触
し、また冷却材入口配管４内には低温の一次冷却材が流
通している。このため、原子炉容器１と冷却材入口配管
４との間に大きな温度差が生じ、冷却材入口配管４が原
子炉容器１を貫通する部分に過大な熱応力を生じる。ま
た、このような高速増殖炉では原子炉容器１を貫通して
オーバーフロー配管（図示せず）が設けられており、原
子炉容器１内の一次冷却材５の液位が所定の液位以上に
上昇した場合には余分の一次冷却材をこのオーバーフロ
ー配管を介して原子炉容器１外のオーバーフロータンク
に取り出し、このオーバーフロータンク内に溜った一次
冷却材は電磁ポンプによって汲上げ配管を介して原子炉
容器１内に戻されるように構成されている。この場合、
原子炉がスクラムすると原子炉容器１内の一次冷却材５
の温度は急速に低下して低温となるが、オーバーフロー
タンク内の一次冷却材は高温のままであり、この高温の
一次冷却材は汲上げ配管を通って原子炉容器１内に戻さ
れる。よってこの汲上げ配管と原子炉容器１との間にも
大きな温度差が生じ、過大な熱応力が発生する。

このような過大な熱応力の発生を防止するため、従来冷
却材入口配管４．汲上げ配管等の配管が原子炉容器１を
貫通する部分には第２図に示す如きノズル構造が採用さ
れている。すなわち、１ノはノズルであって原子炉容器
１から一体に突設されている。そして、このノズル１１
内には配管たとえば冷却材人口配管４が挿入され、この
冷却材入口配管４はノズル１１の先端に溶接されている
。なお、第２図中左方が原子炉容器１の内側である。ま
た１２は熱遮蔽体であって、−次冷却材から原子炉容器
１への熱伝達を制限するものである。よって、運転時に
は原子炉容器１側が高温となり、また冷却材入口配管４
側が低温となるが、原子炉容器１側の熱はこのノズル１
１を介して冷却材入口配管４に流れる。この場合、ノズ
ル１１は比較的長く形成されているので、このノズル１
１内に生じる温度勾配は比較的小さくなり、この部分の
熱応力は軽減されるものである。

〔背景技術の問題点〕

上記ノズル１１の内面と配管たとえば冷却材５− 入口配管４の外面との間には一次冷却材が介在しており
、原子炉容器１側の熱はこの一次冷却材を介して冷却材
入口配管４に流れる。ところで、この−次冷却材には液
体ナトリウム等が使用されており、その熱搬送能力はき
わめて大きい。このため、上記の冷却材入口配管４や汲
上げ配管のノズル部等温度差の大きな箇所では一次冷却
材を介して多量の熱が搬送され、ノズル１１の大部分が
冷却材入口配管４とほぼ等しい温度となってしまう。こ
のため、ノズル１１の基端部の温度勾配がきわめて大き
くなり、このノズＡ／１１の基端部に過大な熱応力が発
生する不具合があった。よって、たとえば冷却材入口配
管のノズルの熱応力を軽減するにはこのノズルを一次冷
却材の液面より上方のカバーガス空間の部分に設け、ノ
ズルと冷却材入口配管との間に一次冷却材が介在しない
ようにする等の対策を講じなければならないが、このよ
うにすると原子炉容器が高くなり、耐震性を損なう不具
合を生じる。また汲上げ配管のノズルの熱応力６一 を軽減するには原子炉のスクラム時にオーツぐ一フロー
タンクからの一次冷却の汲上げを一時停止するか、ある
いは低温の一次冷却材を貯溜しておくオーバーフロータ
ンクを別に設け、原子炉のスクラム時にはこのオーバー
フロータンクから低温の一次冷却材を汲上げるように構
成する等の対策を講じなければならず、構造が複雑とな
る等の不具合を生じる。

〔発明の目的〕

本発明はノズル内の熱勾配を小さくシ、このノズルに生
じる熱応力を軽減することができる原子炉容器のノズル
構造を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は原子炉容器から突設された筒状のノズルと、こ
のノズル内に挿入されこのノズルの先端部に溶接された
配管と、上記ノズルの内周面と上記配管の外周面との間
に介在された熱遮蔽体とを具備したものである。したが
って、この熱遮蔽体によってノズルと配管との間に存在
する一次冷却材を介して流れる熱流束を大幅に減少させ
ることができ、ノズルの大部分が配管と等しい温度とな
ってしまうのを防止できる。

よってこのノズル内の温度勾配は小さくなり、熱応力を
軽減することができるものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細な説明する。第３図および第４図は本
発明の第１実施例を示し、図中１０１は原子炉容器であ
って、この原子炉容器１０１内には炉心槽１０２が設け
られている。

そして、この炉心槽１０２内には炉心１０３が収容され
ている。また、１ｏ４は冷却材入口配管であって、この
冷却材入口配管１０４は原子炉容器１０１を貫通してお
り、低温の冷却材はこの冷却材入口配管１０４を通って
炉心槽１０２の下部に供給される。この炉心槽１０２の
下部に供給された液体ナトリウム等の一次冷却材１θ５
は炉心１０３内を上方に流れ、加熱される。この炉心１
θ３を通過して高温となった一次冷却材１０５は原子炉
容器１０１内上部に流れ、原子炉容器１θ１を貫通して
設けられた冷却材出口配管１０６を介して外部に流れ、
中間熱交換器（図示せず）等に送られて二次冷却材と熱
交換され、低温となった一次冷却材１０５は上記の冷却
材入口配管１０４を介してふたたび炉心槽１０２内下部
に送られ、この径路を循環するように構成されている。

また、この原子炉容器１０１の上端は遮蔽プラグ１θ７
によって閉塞されている。この遮蔽プラグ１０７は固定
プラグ１０７ｈ　＃大回転プラグ１０７ｂおよび小回転
プラグ１０７ｃとから構成されており、小回転プラグ１
０７ｃには炉心上部機構１０Ｂや燃料交換機１０９が取
付けられている。また、上記原子炉容器１０１内の一次
冷却材１０５の液面より上の部分はカバーガス空間１１
０に形成され、このカバーガス空間１１０内にはカバー
ガスたとえばアルゴンガスが封入されている。

また、このような高速増殖炉では原子炉容器１０１を貫
通してオーバーフロー配管（図示せず）が設けられてお
り、原子炉容器１０ノ内の９− 一次冷却材１θ５の液位が所定の液位以上に上昇した場
合には余分の一次冷却材をこのオーバーフロー配管を介
して原子炉容器ｌＯＸ外のオーバーフロータンクに取り
出し、このオーバーフロータンク内に溜った一次冷却材
は電磁ポンプによって汲上げ配管を介して原子炉容器１
０１内に戻されるように構成されている。

また、上記の冷却材入口配管１０４．汲上げ配管等の配
管が原子炉容器１０１を貫通する部分には第４図に示す
如きノズル構造が採用されている。すなわち、１１ノは
ノズルであって原子炉容器１０１から一体に突設されて
いる。そして、このノズル１１１内には配管たとえば冷
却材入口配管１０４が挿入され、この冷却材入口配管１
０４はノズル１１１の先端部１１２に溶接されている。

なお、第４図中左方が原子炉容器１０１の内側である。

また１１３は熱遮蔽体であって、−次冷却材から原子炉
容器１０１への熱伝達を制限するものである。

そして、上記ノーｅル１ツノの内周面と冷却材１０− 入口配管１０４の外周面との間および冷却材入口配管１
０４のエルボ部１０４ａにわたって熱遮蔽体１１５が設
けられている。この熱遮蔽体１１５は気密構造の二重管
状をなし、冷却材入口配管１０４の外側を覆っている。

この熱遮蔽体１１’５内には輻射熱を反射する熱反射板
１１６・・・が設けられ、また内部にはアルゴンガス等
の不活性ガスが封入されている。また、上記冷却材入口
配管１０４外の汲上げ配管等が原子炉容器１０１を貫通
する部分にも同様のノズル構造が採用されている。

次にこの第１実施例の作用を説明する。原子炉運転時に
は原子炉容器１０１内には高温たとえば５３０℃の一次
冷却材１０５が存在し、また冷却材入口配管１０４内に
は低温たとえば３８５℃の一次冷却材が流通する。した
がって、原子炉容器１０１は高温に、冷却材入口配管１
０４は低温となる。そして、この場合はノズル１１１を
通って原子炉容器１０ノ側から冷却材入口配管１０４側
に向って熱が伝達される。また、原子炉容器１０１側の
熱はノズル１１１内面と冷却材入口配管１０４外面との
間に存在する一次冷却材を介して冷却材入口配管１０４
側に流れようとする。しかし、このノズル１１１の内面
と冷却材入口配管１０４の外面との間には熱遮蔽体１１
５が設けられているので、−次冷却材を介して原子炉容
器１０１側がら冷却材入口配管１０４側に熱が流れるこ
とは防止される。よって原子炉容器１０１側から冷却材
入口配管１０４側に流れる熱の大部分はノズル１１１内
を熱伝導によって流れる。よって、このノズル１１１の
基端部は原子炉容器１０１と等しい温度、先端部１１２
は冷却材入口配管１０４と等しい温度となり、このノズ
ル１１１内には軸方向にわたって略均−な温度勾配を生
じる。よって局部的に大きな温度勾配を生じることはな
く、このノズル１１１内に発生する熱応力は軽減される
。なお、第５図にはこの一実施例のノズル１１１内に生
じる温度分布を解析した結果を示し、この第５図の結果
は熱遮蔽体１１５の熱貫流率を５０Ｋｃ１１！、／ｆｒ
Ｌ２・ｈｒ・℃とした場合のものであり、温度分布を等
温線Ａ・・・で示すものである。

この第５図から明らかなように本発明によればノズル１
１１内の温度勾配が均一化され、熱応力が大幅に軽減さ
れるものである。

また、この一実施例では熱遮蔽体１１５が冷却材入口配
管１０４のエル号？部１０４ａにも設けられているので
、このエルが部１０４ａの熱応力を軽減することができ
る。すなわち、この冷却材入口配管１０４はその外面に
は高温の一次冷却材が接触し、また内面には低温の一次
冷却材が接触するのでこの冷却材入口配管１０４には板
厚方向の大きな温度勾配が生じ、エルボ部１０４ａの如
き屈曲部には大きな熱応力が生じ、この熱応力は３０に
９７ｍｍ”に達する。しかし、この一実施例ではこのエ
ルボ部１０４ａが熱遮蔽体１１５で覆われているため、
高温の一次冷却材からこの冷却材入口配管１０４に伝わ
る熱流束が大幅に制限され、このエルが部１０４ａの熱
応力を５０％まで軽減することができる。

１３− なお、本発明は上記の第１実施例には限定されない。

たとえば第６図には本発明の第２実施例を示す。この第
２実施例は内部にアルゴンがス等の不活性ガスを封入し
た細管１２０を配管たとえば冷却材入口配管１０４の外
周に螺旋状に巻きつけて熱遮蔽体１１５′を構成したも
のである。

また、第７図には本発明の第３実施例を説明する。この
第３実施例は断熱性を有するセラミック材料で筒状の熱
遮蔽体り工１１を形成し、この熱遮蔽体１１５′で配管
たとえば冷却材入口配管１０４を覆ったものである。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明は原子炉容器から突設された筒状のノ
ズルと、このノズル内に挿入されこのノズルの先端部に
溶接された配管と、上記ノズルの内周面と上記配管の外
周面との間に介在された熱遮蔽体とを具備したものであ
る。したがって、この熱遮蔽体によってノズルと配管と
の間に存在する一次冷却材を介して流れる熱流１４− 束を大幅に減少させることができ、ノズルの大部分が配
管と等しい温度となってしまうのを防止できる。よって
このノズル内の温度勾配は小さくなり、熱応力を軽減す
ることができる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来例を示し、第１図は高速増殖
炉の縦断面図、第２図はノズル部分の縦断面図である。 第３図ないし第５図は本発明の第１実施例を示し、第３
図は高速増殖炉の縦断面図、第４図はノズル部分の縦断
面図、第５図はノズルの温度分布を示す等温線図である
。 また第６図は第２実施例のノズル部分の縦断面図、第７
図は第３実施例のノズル部分の縦断面図である。 １０１・・・原子炉容器、１０３・・・炉心、１０４・
・・冷却材入口配管、１θ５・・・−軟冷却材、１１１
・・・ノズル、１１５，１１５’、１１５“・・・熱遮
蔽体、１１６・・・熱反射板、Ｉ２０・・・細管。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉容器から突設された筒状のノズルと、この
   ノズル内に挿入されこのノズルの先端部に溶接された配
   管と、上記ノズルの内周面と上記配管の外周面との間に
   介在された熱遮蔽体とを具備したことを特徴とする原子
   炉容器のノズル構造。
2. （２）前記熱遮蔽体は密閉された二重管状をなし、内部
   に熱反射板を有するとともに内部に不活性がスが封入さ
   れているものであることを特徴とする特許 炉容器のノズル構造。
3. （３）前記熱遮蔽体は内部に不活性ガスを封入した細管
   を前記配管の周囲に螺旋状に配置したものであることを
   特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の原子炉容器
   のノズル構造。
4. （４）前記熱遮蔽体は断熱性を有するセラミック材料で
   形成されていることを特徴とする前記特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉容器のノズル構造。