JPS59693A - 原子炉 - 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〕 本発明は炉容器および内筒を過度な熱応力および熱変形
から保護し得る液体金属冷却財形高速増殖炉に関する。

［発明の技術的背景とその問題点〕 液体金属冷却材を用いる原子炉では熱効率を向上させる
ため番＝炉心に配列された核燃料集合体を通過する冷却
材の出口温度は５００℃から６００”Ｇｌ二も達する。

上部ブレナムＣ二は炉内計装に必要な炉心上部機構と炉
容器の内側（二内筒が設けである。

定格運転中は、冷却材の大部分は内筒の内側面≦二当た
り上方１：向かつて流れる。その一部は内筒の腹部１ユ
設けであるフローホールを通り抜は炉容器（あるいは出
口ノズル）晶：衝突し出口ノズルから流出する。

この冷却材は熱交換器、循環ポンプ等を経て再び炉容器
の冷却材流入側１：戻ってくるようになっている。

上記構造の原子炉１：おいてスクラムした場合など、炉
に燃料集合体からの冷却材流量が低下し、また出口温度
が低下する場合がある。すると温度の低い密度の大きい
冷却材がフローホールを直接流出していき、温度の高い
密度の小さい冷却材は上部プレナム上方に停滞するとい
う層化流動現象が生じる。

つまり、温度の異なる冷却材が互いも一混合せず層をな
す状態となる。また、層化流動現象時、内筒と炉容器の
間のアニユラスな部分には下部に密匿の大きい低、温の
冷却材、上部に密度の小さい高温の冷却材が層状をなし
、温度境界面を形成する。

温度境界面は時間経過に伴なって上昇する。スクラム後
ある一定時間経過後では温度差にＬる温度境界面が形成
される。このため、内筒と炉容器には軸方向（二急峻な
温度勾配が生じ、過度な熱応力熱変形が発生し、最悪の
場合６二はクラックが発生する恐れもある。また、原子
炉は長期間（約３０年）使用するのでスクラム等による
上記の過度の熱応力が繰り返し作用すること６二もなり
原子炉の安全上対策が望まれている。

第１図は、液体金属冷却材を用いる従来の高速増殖炉を
一部側面で示す縦断面図である。このような原子炉の定
格運転時においては、冷却材は、炉容器１の底部に接続
された入口ノズル２から下部プレナム１３に流入後、炉
心燃料集合体４およびブランケット燃料集合体５を通り
、炉心上部機構９の下面では譬直角亀二方向を変え内筒
１４に衝突して再び上向きに流れ、内筒１４の上部でＵ
ターンして向きを変え、炉容器１と内筒１４との間のア
ニユラス部を°下降して出口ノズル３から流出する。こ
のとき、一部の冷却材は、このアニユラス部を拡大した
第２図１＝示すようＩ：、内筒１４の側面に設けたフロ
ーホール１５から直接出口ノズル３へ流出する。なお、
第１図中６は反射体、７は制御棒、８は炉心構造物、ｌ
Ｏは回転プラグ、１１はディップドブレートである。

一方、原子炉のスクラム時においては、冷却材流量が定
格運転時の約１０％となｐ１炉心燃料集合体４の出口部
での冷却材の慣性力は小さく、また、炉心の発熱量も小
さくなるため炉心燃料集合体４の出口温度は低下する。

つまり、炉心スクラム時には、それ以前の密度の小さい
高温の冷却材は、炉心燃料集合体４から流出した密度の
大きい低温の冷却材に押し上げられる格好となり、冷却
材の温度差≦二よって上下１：分離する。このときは対
流が生じないので熱の移動は伝導のみとなり、密度の小
さい高温の冷却材と密度の大きい低温の冷却材とがしく
混合しないので温度境界面２０を形成する。したがって
、炉容器１の壁面おＬび内筒１４には温度境界面２０の
ところでスクラム後ある一定時間ｔ１経過後は第３図に
示す如く急峻な温度勾配が生じることになる。炉容器ｌ
と円筒１４との。

間のアニユラス部１：おける炉容器１側の下端部ａ。

中間ｉ　ｂ　、出口ノズル部Ｃのトランジェントな温度
分布の変化すなわち、スクラム後時間１．．１．。

ｔ、・・・・・・ｔ、経過後の温度分布変化を第３図に
示す。

したがって、この急峻な温度勾配に伴なって炉容器１１
＝過度の熱応力および熱変形が起こり、最悪の場合には
、クラックが発生して冷却材が漏れるという事故につな
がる恐れがある。さらに、原子炉は長期間（約３０年）
使用するので、スクラム時等番＝よる過度の熱応力が繰
り返し作用することになるので原子炉の安全上からも適
切な対策が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の点１′−鑑みてなされたもので、その
目的は、炉容器１；急峻な温度勾配が生ずることのない
安全な原子炉を提供するにある。

〔発明の概膚〕

本発明は、上記の目的を達成するために、炉容器底部の
入口ノズルから流入し炉心を経て炉容器側面の出口ノズ
ルに流出する液体金属冷却材を用いる高速増殖炉におい
て、炉容器内の上部ブレナムに配設した内筒と炉容器と
の間のアニユラス部に仕切板あるいはひさしの少くとも
一つを設け、炉心の出口温度及び流量が急に低下したと
き、前記内筒に設けたフローホールから流出する前記冷
却材（＝よってアニユラス部での急峻な温度勾配の発生
を防止するようにしたものである。そして、前記仕切板
は複数個の冷却材通過孔を有し、炉容器＠面の出口ノズ
ルより下部１二配置してもよいし、また、アニユラス部
にポケットが生じないように内筒下端と前記出口ノズル
との間に水平Ｓ二装置してもよい。さらに、ひさしはフ
ローホールのすぐ下か、あるいは内筒の上端縁に設け、
その形状は半筒、Ｕ字形あるいはその他適宜の形状のも
のを使用してもよい。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第４図について説明する。

第４図は既に説明した第２図と同様に、第１図における
アニユラス部の本発明の拡大断面図であり、第２図と同
一な部分は同一符号を付している。

この図に示すように、炉容器１と内筒１４との間のアニ
ユラス部（二おいて、炉容器１に設ケた出口ノズル３よ
り下の位置に冷却材が通過するための複数個の流入孔２
２と流出孔２３を設けた仕切板２１を配設し、内筒１４
と炉容器１と仕切板２１とでポケット２４を形成した構
成が第２図に示されたものと相違し、その他の構成につ
いては第２図図示のものとほぼ同様であるので、その説
明を省略する。なお、２０は温度境界面である。

次６二、その作用について説明する。

原子炉のスクラム時等直二おいて、炉心から出た密度の
大きい低温の冷却材がポケット２４にフローホール１５
から少量づつ流れ込むとポケット２４に停滞していた密
度の小さい高温の冷却材を密度差によって攪拌混合する
。この攪拌混合によりポケット２４内の冷却材は温度が
均一化されるので、ポケット２４の特１：炉容器壁１で
異なった冷却材による急峻な温度勾配が生じるのを防止
する。また、ポケット２４に低温の冷却材を小社づつ流
入させ、ポケット２４全体を第５図６＝示すよう１：な
だらかな温度勾配を保ちつつ時間経過とともに温度降下
するよう゛番ニジ、ポケット２４が低温の冷却材で満た
されるまでの時間が経過し九ときＩ：仕切板２１の上部
のアニユラス部の冷却材温度は熱伝導あるいは内筒の上
端を越えた低温の冷却材と混合されるよう≦二仕切板２
１の流入孔２２、流出孔２３およびポケット２４の容積
等を設計すれば、スクラム後の炉容器壁のａ、ｂ、ｃ各
地点でのトランジ干ントな温度勾配を第５図のごとくな
だらかにすることができる。すなわち、第３図のように
急峻な温度勾配をつくらず、温度降下を促進させること
ができる。さらに、仕切板２１を出口ノズル３Ｆ、、り
下の位置に配設することで、出口ノズル３の炉容器ｌへ
の取り付は部、特に構造的に弱い部分４二！ｊ！、酸な
温度勾配の形成Ｃ二よる過度な熱応力および熱変形の発
生を防止することができる。

第６図は本発明の他の実施例であって、第２図に示した
炉容器１と内筒１４とのアニユラス部の出口ノズル３の
下部≦二仕切板２５を設け、ポケットをなくした構成と
したものである。が＼る構成にすると、スクラム時等に
フローホール１５から流出した密度の大きい冷却材はア
ニユラス部に溜まることなく出口ノズル３より流出する
。このことは、それまでアニユラス部および出口ノズル
に存在していた密度の小さい高温の冷却材と混合して温
度が均一化されることを意味し、第２図に示したような
温度境界面は形成されず、急峻な温度勾配はできない。

したがって、炉容器壁に従来のような過度な熱＄力およ
び熱変形が生じることがない。さらに、内筒１４を仕切
板２５よりも下方に延長しているのは仕切板２５の下部
で温度境界面が形成され炉容器壁ｌに急峻な温度勾配が
できるのを防ぐためのもので、仕切板２５より下部のア
ニユラス部番−スクラム時≦二密度の小さい高温の冷却
材を閉じ込めてアニユラス部に在する冷却材で熱抵抗を
形成させて炉容器ｌ壁に急峻な温度勾配ができるのを防
ぎ出口ノズルより下部での炉容器を過度な熱応力および
熱変形から保護するものである。

第７図〜第９図は、本発明のさらに他の実施例を示すも
ので、第７図はアニユラス部の縦断面図、第８図は第７
図の一部横断面図、第９図は第７図のひさし部分の斜視
図である。図１−示すよう儂：、フローホール１５の各
々の下部（＝炉容器１まで達しないひさし２６を配設し
ている。このような構成龜ニすると、７０ホール１５を
流出した密度の大きい冷却材がひさし２６１−伝わりア
ニユラス部のはゾ中央でひさし２６から密度の太き（Ａ
冷却財力ｔ＠７図に示すよう４二液滴口なって落下する
。液滴状になって落下するときそれまでに停滞してｌ、
％た密度の小さい高温の冷却材を密度差（−よって攪拌
シｂ し、過度が均一化され、第２図で示したような温度境界
面の形成を防ぎ、温度勾配を緩やか１Ｚする。

また、ひさしの形状等≦二ついての変形例を、第１θ図
、第１１図、第１２図＋＝示す。すなわち、第１０図は
ひさし２７を半筒状に、また第１１図は・ひさしの代り
に第２θとしたもので、フローホール１５から流れ出た
密度の大きい冷却材をアニユラス部のはメ中央まで導き
落下させて混合すること（＝より冷却材温度を均一にし
てアニユラス部での温度境界面ができるのを防ぐもので
ある。第１２図は半円筒状のひさし２７を配設した点は
第１θ図図示のものと同一であるが、ひさし２７の下部
１ユ内筒１４まで達しない衝突板２９を炉容器１１＝設
けている。このため、ひさし２７から落下した密度の大
きい冷却材が衝突板２９に衝突、飛散すること１二より
混合し、冷却材温度を均一化してアニユラス部で温度境
界面ができるのを防ぐものである。

第１３図は、本発明のさら一′−また他の実施例の縦断
面図であり、この図番二足すように内筒１４と炉容器１
へのはソ中央までひさし３０を設けるととも！二円筒１
４の上端のひさし３０の部分番＝は切り欠き３１を加工
したものである。このような構成（二することも二より
、密度の大きい冷却材が円筒１４上端近くまで到達する
と切り欠き３１からひさし３０を経てアニユラス部に落
下する。した力玉って、密度の大きい低温の液滴がそれ
まで停滞していた密度の小さい高温の冷却材を密度差に
よってかきまぜ温度の均一化がはかれるので、アニユラ
ス部での温度境界面の形成を防ぐととも＆：炉容器１壁
に急峻な温度勾配を作らず炉容器１を過度の熱応力およ
び熱変形から守ることカニできる。

第１４図は第１３図の内筒１４の一部側面図であり、こ
の図ではひさし３０および切り欠き３１はＶ字形である
が、この形状（二限定すること＆家なく、円弧形、Ｕ字
形等適宜の形状のものでよｌ、Ｎことは勿論である。

第１５図、第１６図は上記第１４図Ｑ）変形例てあり、
第１５図は円筒１４の上端（＝ひさし３２を円周上に連
続に形成してその製作を容易とした庵のであり、また、
第１６図に示すひさし３３昏ま７ニユ、ラス部へ流れる
冷却材の流動抵抗を少なくするようＣ二アールを付けた
形状としたものである。

さらにＩ￥ｇ１３図、第１５図、第１６図（＝お０て４
第１２図１＝示したような衝突板を設けて密度のヰ達す
る高低温の冷却材の混合を促進させてアニユラス１１部
での温度境界面ができるのを効果的に防止させることも
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したよう１：、本発明によれば、スクラム時の
ＬうＩ：炉心の出口温度及び流祉が急に低下したとき内
筒１′−設けたフローホールから出た冷たい冷却材がア
ニユラス部の底部に溜まることにより生じる温度境界面
の形成を防止するととも１：炉容器壁に急峻な温度勾配
を生じさせないので炉容器を過度の熱応力及び熱変形か
ら守り、原子炉の健全性及び信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉の縦断面図、第２図は第１図のア
ニユラス部の出口ノズル近傍の縦断面図、第３図は第２
図の炉容器壁における温度分布図、第４図は本発明の一
実施例のアニユラス部の出口ノズル近傍の縦断面図、第
５図は第４図の炉容器壁における温度分布図、第６図、
第７図、第１０目　　図、第１１図、第１２図、第１３
図、第１５図。 第１６図は本発明の他の実施例のアニユラス部の出ロ／
ズル近傍の縦断面図、第８図及び第９図は第７図の一部
横断面図及びひさし部分の斜視図、第１４図は第１３図
の内筒の一部側面図である。 ｌ・・・炉容器　　　　　２・・・入口ノズル３・・・
出口ノズル　　　４・・・炉心燃料集合体５・・・ブラ
ンケット燃料集合体 ７・・・制御棒　　　　　８・・・炉心構造物９・・・
炉心−Ｅ部機構　　１２・・・上部プレナム１３・・・
下部プレナム　　１４・・・内筒１５・・・フローホー
ル　　２０・・・温度境界面２１．２５・・・仕切板　
　　２４・・・ポケット部２６．２７，３０．３２．３
３・・・ひさし２８・・・筒 （８７３３）　　代理人弁理士　猪　股　祥　晃　（ほ
か１名）第１図 第４図　　　第５２ 第６図 第７図 第８図　　　第９図 第１０図 第１５図　　第１６図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉容器底部の入口ノズルから流入し炉心を経て炉
   容器側面の出口ノズルから流出する液体金属冷却材を用
   いる高速増殖炉１：おいて、炉容器内の上部プレナムに
   配設した内筒と炉容器との間のアニユラス部に仕切板あ
   るいはひさしの少くとも一つを設け、前記炉心の出口温
   度及び流量が急１：低下したとき前記内筒に設けたフロ
   ーホールから流出する前記冷却材によって前記アニユラ
   ス部での急峻な温度勾配の発生を防止するよう１ユした
   ことを特徴とする原子炉。
2. （２）前記仕切板は前記炉容器側面の出口ノズルより下
   部に配置している特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
3. （３）　　前記仕切板は複数個の冷却材通過孔を設けで
   いる特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
4. （４）前記仕切板は前記内筒下端と前記出口ノズルとの
   間６二はソ水平に配置されている特許請求の範囲第１項
   記載の原子炉。
5. （５）前記ひさしは前記フローホールのすぐ下に設けて
   いる特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
6. （６）前記ひさしの形状は、半筒またはＵ字形である特
   許請求の範囲第１項記載の原子炉。
7. （７）前記ひさしとしては前記フローホールを中心とし
   た筒を用いた特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
8. （８）前記ひさしは前記内筒の上端縁に設けている特許
   請求の範囲第１項記載の原子炉。