JPS60233595A - 高速増殖炉 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速増殖炉に関し、原子炉容器のルー７スラ
ブを貫通している機器を備える型式の高速増殖炉に係る
。

〔発明の背景〕

従来のタンク型高速増殖炉の原子炉構造の縦断面図を第
１図に示す。本原子炉構造においては、原子炉容器１は
ルーフスラブ２よシ、溶接で支持され、容器内の密閉空
間を形成する。原子炉容器　−１の中においては炉心３
が、炉心支持構造４によシ支持される。一方ルーフスラ
ブ２には、炉心３にて加熱された高温の１次ナトリウム
５と２次ナトリウムの熱交換を行なう中間熱光換器、即
ちＩＨＸ６．１次ナトリウムを炉内で循環させるための
ポンプ７、炉心３の出力を制御する制御棒駆動機構（図
示せず）を内包する炉心上部機構８および燃料交換時に
燃料交換機（図示せず）を所定の位置に位置決めするだ
めの回転プラグ９等の機器が塔載される。

コールドプール１０の低温ナトリウムは、ルーフスラブ
２よｐ吊シ下げられた循環ポンプ７に吸い込まれ、加圧
されて高圧ブレナム１１内に導びかれる。その後、炉心
３を通シ、高温となってポットプール５に至シ、ルーフ
スラブ２よシ吊シ下げられたＩＨＸ６のホットプール内
開口部１２よ、９ＩＨＸ６内に導入され、伝熱管を介し
て、工ＨＸＧ内の蒸気発生器（図示せず）を循環する２
次ナトリウムと熱交換し、低温となって、コールドプー
ル１０に戻る。ホットプール５の高温の１次ナトリウム
の上方には、不活性ガス（ナトリウムと反応しない）で
あるアルゴンガスがカバーガスとして充てんされておシ
、ナ１．　ＩＪウム液面２８とルーフスラブ２間を満し
ている。

このような原子炉構造においては、 （ａ）ルーフスラブ２と原子炉容器１の間に形成される
環状空間及び、 （ｂ）ルーフスラブ２とＩＨＸ、ポンプ、炉心上部機構
等のルースス２プ貫通機器の間に形成される環状空間が
かならず存在している。この上うな環状空間において、
以下に述べる理由にょシ、アルゴンカバーガスの流動不
安定による自然対流が生ずる。

即ち、原子炉の定格運転中は、ポットプール５の１次ナ
トリウム温度は一般的に５００Ｃ程度であ）、ホットプ
ール５に面したルーフスラブ２の下面の温度は特別な配
慮をしない限シホットプール５の高温ナトリウムにより
加熱されるため約４００Ｃ程度にまで上昇する。

一方、ルーフスラブ２には、制御棒駆動装置、燃料取扱
装置、回転プラグ、回転プラグ駆動装置、回転プラグの
軸受構造、各種炉心計装等の重要な機器が搭載されてお
シ、これらの機器は通常、各種の電気品を使用するため
、これら電気品の制限温度（一般的には約７ＣＩ程度）
以下にその温度を抑える必要がある。このためにルーフ
スラブ２および回転プラグ９の下部には、不活性ガスに
よる冷却流路１３と熱遮蔽層１４μ設けられている。

しかし、熱遮蔽や冷却を行っても前記（ａ）〜（ｂ）項
で述べた環状空間においては、下部が高温で上部が低温
となっておシ、このような温度分布が与えられた場合、
レイリ数 Ｒ，＝（ｇβΔＴＬ３）／（ａν） ここに、ｇ；重力加速度 β；ガスの体膨張係数 ΔＴ；環状空間における上下の温度 差 Ｌ；環状空間の代表長さ ａ；ガスの温度伝導率 β；ガスの動粘性係数 がある値（これを臨界レイリ数と呼ぶ）以上になると自
然対流が発生する。第２図にこの自然対流の流動状況の
一例を矢印で示すが、高温のアルゴンカバーガスが環状
空間の１ケ所１５で上昇流１６となシ、環状空間の上端
で２方向に分かれ、これと正反対の周方向位置１７で下
降流１８となッテカハーガス層へ戻るような自然対流が
生ずる。

このような対流のペアの数は、環状空間の高さと直径の
関係で決定され、対流の上昇・下降距離（−環状空間高
さ）と環状空間上部での対流の水平方向移動距離がほぼ
等しくなるような対流が生ずる。通常、タンク型原子炉
構造において、ルーフスラブ２を貫通する部分のＩ　Ｈ
Ｘ　６　、ポンプ７等の外周囲に形成される環状空間に
おいては、第２図に示すような１対の自然対流が生ずる
のが一般的であシ、一方原子炉容器１とルーフスラブ２
の間の環状空間のように環状空間高さに比べ、その直径
が著しく大きいような場合においては、数対の自然対流
が生ずる。

ルーフスラブを貫通するＩ　ＨＸ　６　、ポンプ７、炉
心上部機構８等の比較的直径が小さい機器のまわシの環
状空間においては、１対の自然対流が生ずるのが、この
ような場合においては、第２図に示すよう、上昇流１６
側の温度は下降Ｉ＆１８側の温度に比べ高温になるため
、周方向に温度差が生じＩＨＸ６やポンプや炉心、上部
機構８に熱変形が発生する原因となる。

また、原子炉容器１とルーフスラブ２０間に形成される
環状空間においては、環状空間高さに比べ、直径が大き
いため数対の自然対流が発生するが、これらの数対の自
然対流は、周囲の状況、すなわち、原子炉容器中心に対
し、非対称の位置に設置されている燃料移送シュート、
直接炉心冷却系用中間熱交換器、炉心中心に対し偏心さ
せて設置される各回転プラグ等の原子炉容器中心に対し
非対称な構造を有する原子炉構造機器の影響を受け、必
ずしも規則的な対流が生じるわけではない。

従って環状空間の１８０°正反対の方向における温度も
必ずしも等しい訳ではなく、原子炉容器全体を見れば周
方向に不均一な温度分布になる可能性は多分にあシ、こ
れは原子炉容器の熱変形の原因となる。

従来、上述のような環状空間を有し、自然対流の発生に
よシ循環ポンプの機能に損害を与えることが報告されて
いる。

この自然対流の発生要因を整理すると、以下の項目が同
時に満足された場合に自然対流が発生する。

（Ｃ）環状空間のギャップ幅がある値以上であること。

（ｄ）下方が高温、上方が低温のいわゆる流動不安定状
態であること。

（ｅ）環状空間を形成する内外の壁が熱抵抗を有するこ
と。

したがって、自然対流を防止するために、（Ｃ）項を利
用するなら、環状空間に金属メツシュを充てんする方法
が考えられる。この場合、プラント寿命中全体にわたっ
て、定格運転中においても、ＩＨＸ、ポンプの引抜き作
業をともなうメンテナンス時においてもメツシュの小片
が原子炉中に落下しないような構造の工夫が必要である
が、これを解決しようとすると次々と困難な問題が生ず
る。

一方、（ｄ）項を利用する場合、米国（ＦＦＴＦ）およ
び日本（常陽）においては、機器の外胴と外ケーシング
の環状空間に第３図、第４図に示すような自然対流防止
用の対流防止板１９が設けられている。しかしながら、
このような対流防止板１９のタンク型ＦＢＲ（タンク型
高速増殖炉）のルーフスラブ機器貫通孔への適用は下記
の理由によシ困難であると考えられる。

（ｆ）　Ｉ　ＨＸおよび循環ポンプは、故障時における
引き抜き作業をともなうメンテナンスが可能なように設
計されるが、上述のような対流防止板１９は、アルゴン
カバーガス中のナトリウムミストの付着と相まってルー
フスラブと固着する可能性がある。

（ｇ）上述の対流防止板１９は環状空間のギャップ幅が
ほぼ均一な場合には非常に有効であるが、タンク型高速
増殖炉においては、ＩＨＸ６は、ルーフスラブ２と炉心
支持構造４０２ケ所を貫通するため、ルーフスラブ貫通
孔と炉心支持構造の貫通孔の相対的製作誤差の分だけ環
状空間のギャップ幅が不均一となり、対流防止板が有効
に働かなくなる可能性がある。

（ｈ）原子炉構造に、このような対流防止板１９、即ち
金属の小片を用いる場合は特に、その小片の落下やナト
リウム中への混入を防止することが必要であるが、直径
２０数ｍにも及ぶ原子炉容器ｌの内面に美大な数の対流
防止板を取シ付けることは信頼性の観点から望ましいこ
とではない。

さらに、自然対流が生じたとしても、環状空間内に数対
の対流を生ぜしめ、温度差による機器の熱変形が一方向
に生じないようにすることも考えられる。

ＩＨＸ６、ポンプ７、炉心上部機構８等のルーフスラブ
貫通機器に対して、この考え方を適用した場合の構造の
一例を平面図で示すと第５図のようになる。ＩＨＸ６、
ポンプ７、炉心上部機構８等のルーフスラブ貫通機器２
０とルーフスラブ２との環状空間に垂直に配置した各仕
切シ板２１ａ、２１ｂの一方を機器２０に固定し他方を
ルーフスラブ２に固定して取シ付け、元来、１対の対流
が生じようとしていたものを数対の対流に分割しようと
するものである。しかしながら、ＩＨＸ６、ポンプ７等
のメンテナンス時９引き抜き作業を可能にするためには
、長期間の運転によって各仕切シ板２１ａ、　２１ｂど
うしがミストで固着しないよう、加仕切板２　ｒａ　ｒ
　２１　ｂを互いにわずかながら離して取付ける必要が
ちシ、逆に、少しでも各仕切板２１ａ、２１ｂ間に隙間
があると１対の自然対流が生じてしまい（一般に自然対
流の流速は小さいため、流路にかなシの障害があっても
圧力損失は小さく、流れは障害を通９抜けてしまう。）
この構造は成立しなくなる。

また、原子炉容器とルーフスラブ間の環状空間の泊然対
流は、もともと数対生じているが、前述のように、この
部分では対称な対流が生じているとは考えられず原子炉
容器に周方向温度差が生じる可能性がある。そのため、
第５図に示すような構造対策を施しても上述の問題点は
残るっ〔発明の目的〕 本発明の目的は、炉内のカバーガスの自然対流による機
器の変形を周方向への伝熱作用を利用して防止する構造
を有する高速増殖炉の構造を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉容器とルーフスラブの間の環状空間と
ルーフスラブを貫通するＩＨＸ（中間熱交換器）、ポン
プ、炉心上部機構等のルーフスラブ貫通機器とルーフス
ラブの間の環状空間のすくなくともいずれかの環状空間
において周方向について、伝熱を良くすることによシ、
環状空間でのカバーガスの対流により起こる周方向温度
差を小さくシ、同時に、対流を防止して前記各機器の熱
変形を防止しようとするものである。特にこの発明では
、液体ナトリウムを冷却媒体とする原子炉の運転中に発
生するナトリウムミストを利用するものも含まれておシ
、この場合には新たな伝熱媒体を必要としないという利
点も熱変形防止に加えて得ることができるものである、 〔発明の実施例〕 本発明の各実施例を第１図に示したＩ）（Ｘまわりの環
状空間について以下に示す。（原子炉容器とルーフスラ
ブ間の環状空間おるいはポンプ、炉心上部機構等のルー
フスラブ貫通機器とルーフスラブ間の環状空間等はＩＨ
Ｘまわシの環状空間で代表して説明できるので、これら
に対する記述は省略する。） 第６図から第９図に示す第１実施例のように、ＩＨＸ（
中間熱交換器）６の外胴２２はルーフスラブ２を貫通し
てホットプール中の高温の１次ナトリウム２８中に浸漬
されているため、外胴２２を軸方向上方へ伝導によυ熱
が伝わる。何らかの対策を講じないと外胴２２上端のフ
ランジ部２３まで高温となってしまい、ルーフスラブ２
との間に熱膨張差による応力が発生するので、通常は■
ＩＨＸ６の外胴２２の内側に冷却構造２４が設けられ外
胴２２及びフランジ２３を冷却するようになっている。

ＩＨＸ６とルーフスラブ２との環状空間Ａにおいて、前
述のごとく一般には１対の自然対流が発生しようとする
。ここでは、液体ナトリウムの熱伝導率が非常に良いと
いう特性を利用して、ＩＨＸ６（貫通機器Ｂ）とルーフ
スラブ２（被貫通機器Ｃ）の周方向に熱を伝え、周方向
温度差を小さくする原理を利用する。具体的にはナトリ
ウム・ミストの受皿２５は、第７図、第８図。

第９図の如く上部開方断面形状となるように貫通機器及
び被貫通機器に取付けられている。原子炉運転中に発生
するナトリウム・ミストは、環状空間Ａに入υ込み、受
皿２５に液体ナトリウムとして溜まる。この液体ナトリ
ウムが良伝熱媒体となって周方向の温度をバランスさせ
る。このように、第１実施例においては、伝熱媒体とし
゛て、原子炉運転時に自然に発生する原子炉冷却材とし
てのナトリウムのペーパ・ミストの蒸着物を利用する。

したがって新たな良伝熱体の導入は不要で機構も簡単な
ものとなる。本発明のもう一つの特徴は、ナトリウム・
ミスト受皿２５の存在により、実際の代表長さが小さく
なるので、レーリー数を小さくできる事にある。つまシ
、自然対流を防げる効果も合わせて持っている。

この第１実施例では環状空間Ａのギャップは３０ｏ＋で
あシ、ナトリウム・ミスト受皿２５の幅は貫通機器側で
１５ｍ、被貫通機器側で１０＋ｎ＊であり、貫通機器側
及び被貫通機器側の受皿２５は互い違いの配置に取り付
けることにより、斜め方向にとなり合う受皿２５の最も
距離の小さい所でも環状空間ギャップの３０關より大き
くとっておる。最も接近している所は貫通機器Ｂ側の受
皿と被貫通機器Ｃ側の壁との間であるが、これも１５■
あジナトリウム・ミストの蒸着による閉塞の心配はな−
と考えらｉる。据付時も受皿２５間の水平方向のすき間
が５ｍづつ計１０６あるので問題は生じない。本実施例
は以上の様にメインテナンス上も極めて有利である。

このようにして、貫通戦器や被貫通機器の周方向の温度
をバランスさせて熱変形を抑制すると、貫通機器がポン
プの場合にあっては、ロータと軸受のかじシが防止でき
るようにもなる。

本発明の他の実施例を第１０照〜１３図に示す。

第１０図、第１１図に示す第２実施例は、ナトリウム・
ミストを利用しない例で、あらかじめナトリウムを入れ
たパイプ２６を貫通機器Ｂ及び被貫通機器Ｃに巻いてお
く。原子炉運転中の温度では、ナトリウムは液体となシ
、非常に良い熱伝導性を示す。この周方向熱伝導の作用
によシ貫通機器Ｂと被貫通機器Ｃの周方向温度差を小さ
くし、各機器Ｂ、Ｃの熱変形を防止する。この例でも環
状空間人に突き出たパイプ２６は環状空間人での対流を
押える効果も有する。又、互い違いの配置でパイプ２６
間ギャップも大きくとれ、メインテナンス上の問題も生
じない。第１ｚ図、第１３図に示す第３実施例は、伝熱
媒体をナトリウム・ミスト自身にしたものでめる。フィ
ン２７を貫通機器Ｂに螺旋状に巻く。環状空間Ａ内の平
衝状態がくずれ、自然対流が起ろうとするが、流れは螺
旋状に貫通機器Ｂのまわりｋまわることになシ熱的な不
均衡は、周方向にバランスされ、小さくなる。又、フィ
ン２７に蒸着したナトリウムは良熱伝導媒体となシ周方
向に熱を伝える。これらの効果によシ周方向温度差は小
さくなシ、温度差による機器の変形は防止できる。メイ
ンテナンス時の引き抜き容易化を重視する場合にはフィ
ン２７の幅を狭くすれば良い。

いずれの実施例においても受皿２５やパイプ２６やフィ
ン２７などの環状空間Ａへの突起物は、被貫通部に接触
する必要はなく、メインテナンス上の問題も従来の仕切
板方式などに比べすぐれていると言える。伝熱媒体がも
れても原子炉冷却材のナトリウムであるので容器内で事
故にはつながらない事も特徴の一つである。又、その突
接吻は取付面が広く強固に取シ付は得る上に他の部材と
接していないので他の部材と当って破損落下して事故に
つながることがない。

特に、第１，２の各実施列では、貫通機器Ｂ又は被貫通
機器Ｃの部分面を利用して受皿２５やパイプ２６を構成
して、パイプ中のナトリウムや受皿内のナトリウムが貫
通機器Ｂや被貫通機器Ｃに直接的接するようにして効率
を向上しているとともに、パイプ２６は第１１図の如き
パイプ断面にして熱伝達面を広く確保して効率が良い。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、高速増殖炉に有する環状
空間での垂直上昇と垂直下降との組み合せから成る自然
対流を環状空間への突起物で抑制し且つその突起物を利
用して周方向の温度バランスを取るようにしたから、周
方向の温度バランスが従来になく良く達成でき、機器の
変形防止の可能性が極めて低下する信頼性の高い高速増
殖炉が提供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は高速増殖炉の内部構造図、第２図は自然対流の
流動状況図、第３図は従来の対流防止構造の概念斜視図
、第４図は第３図の要部断面図、・　佑Ｃ：　ｌ１９１
１．＋帰庫の油中すｒｒ入儲凄惰、仁澹港箇餌を平面図
、第６図は本発明の第１実施例による機器変形防止構造
の平面図、第７図は第６図に示した構造の縦断面図、第
８図は本発明の第１実施例による機器変形防止構造の概
念斜視図、第９図は第８図に示した構造の縦断面図、第
１０図は本発明の第２実施例による機器変形防止構造の
概念斜視図、第１１図は第１０図に示した構造の縦断面
図、第１２図は本発明の第３実施例による機器変形防止
構造の概念斜視図、第１３図は第１２図に示した構造の
要部断面図である。 １・・・原子炉容器、２・・・ルーフスラブ、６・・・
中間熱交換器、７・・・循環ポンプ、８・・・炉心上部
機構、２５・・・ナトリウム・ミストの受皿、２６・・
・パイプ、″　等５区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器のルーフスラブと、前記ルーフスラブを
   貫通する機器との外周囲に環状空間を備えた高速増殖炉
   において、前記環状空間に周方向に伝熱方向が向くよう
   に方向設定をして伝熱手段を設けたことを特徴とした高
   速増殖炉。 ２、前記伝熱手段は、周方向に長くて上部開方形状の冷
   却材ミストの受皿であることを特徴とする特許請求の範
   囲の第１項に記載の高速増殖炉。 ３、前記伝熱手段は、すくなくとも周方向に引廻して設
   けられ、ナトリウムが入ったパイプであることを特徴と
   する特許請求の範囲の第１項に記載の高速増殖炉。 ４、前記伝熱手段は、螺旋状のフィンであることを特徴
   とする特許請求の範囲の第１項に記載の高速増殖炉。