JPS604883A - 炉心上部機構 - 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］ 本発明は高速増殖炉における炉心上部機構に係り、とく
に継胴内面に仕切板を固定するに際してその継嗣に過大
な熱応力が生じないような構造を有する炉心上部機構に
関する。

［発明の技術的背景］ 液体金属冷却型高速増殖炉は、原子炉容器内に炉心を収
容するとともに、この原子炉容器内に液体ナトリウム等
の液体金属冷却材を炉心を通して循環し、その炉心で発
生した熱を取り出すように構成されている。この原子炉
容器の上端は間口は回転プラグおよび固定プラグを右づ
る蓋によって閉塞されており、また蓋の下面から炉心直
上に位置するように炉心上部機構が取り付番ノられてい
る。更に、炉心上部機構に制御棒駆動機構が取り付けら
れており、この制御棒駆動機構にＪ：って上方から制御
棒を炉心内に挿入し、また炉心内から引抜きをして炉心
の出力制御を行うように構成されている。

また、炉心上部機構は円筒状継嗣とその継胴内部に設置
された制御棒および制御棒駆動機構の一部も含まれる案
内管と、その案内管の変位を最小限におさえるための仕
切板ならびに、炉心出口の液体金属の流量および温間を
計測する装置類を案内するための案内管および整流装置
から成っている。

１なわも、第１図を参照して上記高速増殖炉の概要を説
明する。図中、符号１は原子炉容器であって、この原子
炉容器１内には炉心２が収容され、炉心２は炉心支持構
造物３によって支持されている。また、この原子炉容器
１の上端はＭ４で気密に閉塞されている。上記蓋４の下
面からは円筒状の継胴５を外形とする炉心上部機構６が
下向に突設されており、複数本の制御棒案内管７　′／
Ｊ＜　１ｔ　Ｉｌｌ　５の内面に固定された仕切板８に
設けられた貫通孔９を挿通して固定されている。冷）４
１４．１は図中の矢印で示すように、原子炉容器１の底
部に接続された入口ノズル１０から下部プレナム１１を
経て、炉心支持構造物３および燃料集合体を多数本配列
して構成した炉心２を通過し、炉心上部機構６の下面か
ら、流れの方向を変えて放射状に流れる。大部分の冷Ｎ
１材は内筒１２の内側を上方に向って流れ、前記内筒１
２の上端を溢流して原子炉容器１の内側面と内筒１２の
外側面との間のアニユラス部２９を下降し、原子炉容器
１に設けられた出口ノズル１３から流出する。しかし一
部（約１０％）の冷却材は、内筒１２の側面に設けられ
た複数個の７０−ホール３０を通り、出口ノズル１３を
経て原子炉容器１の外へ流出する。上記２通りのルー１
−を経て原子炉容器１の外へ流出した冷却材は出口ノズ
ル１３および出口配管１４から中間熱交換器（ＩＩ−Ｉ
Ｘ）、循環ポンプ等を経由して、入口配管１５から原子
炉容器１の入口ノズル１０に戻るように構成されている
。

原子炉容器１および出口配管１４、入口配管１５は、冷
却材の液位を保持するためのガードベッセル１６内に収
容されており、また、炉心２の内部に配列された使用済
燃料は燃料交換機１７によって新しい燃料と交換される
。

また、原子炉容器１は上端開口に設けたフランジ１８で
生体じゃへい休１つに吊着保持されている。

制御棒【よ案内管７の内部に設置され、制９１１棒を炉
心２に挿入あるいは炉心内から引扱くことにより、原子
炉運転時にお（）る炉心用ツノの制御を行うとともに、
地震等の緊急時には急速に制御棒を炉心２内に挿入して
原子炉を停止させるというスクラム機能も有している。

この制御棒の挿入あるいは引抜きを確実に行うために、
地震時などに制御ｌｌ棒駆動機構に生じる変位量は厳し
く制限されている。炉心上部機構６の継胴５内に設けら
れ、かつ案内管７を挿通する仕切板８はその案内管７を
固定することで制御棒駆動機構の変位量を低く抑える機
能を有している。

第２図はこの仕切板８がｗ１胴５の内面に固定されて状
態を説明するための部分拡大断面図である。

仕切板８は案内管７が貝通ずるための複数個の貫通孔９
を有するステンレス鋼製円板であって、炉心上部機構６
の継胴５の内面に設けられた凸部２０に、ポル］・２１
によって固定されている。そして地震時等の異常な負何
時に、継胴５と一体になった仕切板８の剛性によって案
内管７の変位を防ぎ、もって制御棒の炉心２への挿入を
確実なものとする機能を有している。

［背景技術の問題点］ 上記炉心上部機構６では、仕切板８がボルト２１によっ
て継胴５の内面の凸部２０に完全剛直に固定されている
ために、この継胴５に過大な熱応力が発生する不具合が
あった。づなわも、原子炉の起動、停止あるいは１ヘリ
ツブ時等の非定常時においては、炉心上部機構の外側に
は炉心２からの冷ｋｌ材の流れが直接に及ぶので、冷却
材の温度が急速に変化する。そして液体す１ヘリウム等
の冷却材は、゛その熱伝達能力がきわめて大きいので、
継胴５のうち冷却材に浸漬されている部分はこの冷ＩＪ
Ｉ材の温度変化に急速に追従する。一方、炉心上部機構
６内部の冷ん１材は完全な滞留状態にあるか、またはほ
とんど滞留状態にあって、内部の冷ｒＪＩ材の温度は、
外部の冷却材の温度に十分法やかに追従しない。

従って、仕切板８の温度は、継胴５の平均的な温度に十
分法やかに追従「ず、両者の間には大きな温度差が生じ
る。このため仕切板８がボルト２１によって固定されて
いる部分トド１近の継Ｉｆｉ５には、熱膨張差に起因す
る大きな熱応力が生じる。

このような不具合を解消するための１つの対策は、炉心
上部機構６の継１ｆ１５に内外を連通ずる複数個の孔を
設けて、炉心上部機構６の内外部の冷却材の流通をはか
ることにより、炉心上部（幾横６の内外部の冷却材の温
度差を小さくし、更に仕切板８と継胴５の温度差を減少
させることが考えられる。しかしながら、このような対
策が十分有効に発揮するためには、かなり大きな流通孔
を継胴５に設（〕る必要があり、そのうえＮ朋５の剛性
を低下させて地震時等の負ｖＪ峙の座屈に抗することが
難しく、制御棒の挿入を保証リ−るｌこめに変位制限の
機能を十分満足させることができない。

また、継胴５の下端部から流入し、あるいは制御棒駆動
機構の内部を通って炉心上部機構６内部に流入する冷却
Ｈによって、内部の冷却材の温度変化の促進に期待する
ことも考えられる。

しかし炉心上部機構６下部には炉心２からの冷Ｎｊ材の
温度や流速を測定するＪ１測装胃類が密集して配設され
て冷却材の流れを阻害するので、口れらの流入冷却材の
効果だけでは全く不十分である。

［発明の目的］ 本発明は上記背景技術の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は非定常運転時において仕切板の固
定部附近の継胴に生じる熱応力を軽減することができ、
しかも地震時等の急速な変動負荷時に制御棒駆動機構の
案内管の変位制限を十分に行うことができる炉心上部機
構を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は仕切板を継胴に固定する手段として、従来のよ
うにポルＩ・によって剛直に仕切板を継胴内面の凸部に
固定するのではなり、継胴内面に凹部を形成するととも
に、その四部に継胴内径より若干小さい径をもち、制御
棒案内管を挿通させるための複数個の貫通孔を有する円
板状仕切板をはめ込むようにして保持したことを特徴と
する炉心上部機構である。

したがって、本発明によれば非定常運転時に、仕切板と
継胴の温度差が大きくなった場合、熱膨服は仕切板と継
胴内面との間にある間隙にＪ：って吸収され、継嗣に過
大な熱応力が加わることが４ｊ−い。また、凹部の幅を
仕切板の四部にはめ込まれる部分の厚さとほとんど同じ
に形成し、かつ仕切板の外周面にラビリンスを設りるこ
とによって、地震時等の急速に変動する負荷が加わった
場合、仕切板と継胴間の間隙部を満９冷１４１月の流体
抵抗により、仕切板の速やかな自由運動が妨げられて制
御棒案内管の変位制限という機能は十分発揮される。

［ざｔ明の・実施例］ 以下、第３図および第４図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

第３図において、炉心上部機構６の継胴５の内面に、上
下一対の環状板２２．２３が対向し凹部２６を有して固
定されている。また、制御棒案内管７を保持し、地震時
等の負何時に制御棒案内管７の変位を制限し、制御棒の
炉心２内挿入の信頼性を高めるために、制御棒案内管７
が貫通づる複数個の孔９を有づる円板状の仕切板８が、
四部２６にはめ込まれるようにして保持されている。こ
の仕切板８の直径は１＄１１４５の内径よりわずかに小
さい。そのため、イ」切根８ど継胴５内面どの間には間
隙部２４を有り。

この仕切板８と継胴との関係を第４図の横断面図で示１
゜すなわら、仕切板８の外周面には、間隙部２４の冷却
材が流動するときの流体抵抗を増すためのラビリンス２
５が設けられている。

次に上記構成の一実施例の作用を説明する。

まず、原子炉の起動時、炉心上部機構６の外部には、炉
心２から高）品度に加熱された冷却材が直接急速に流れ
てくる。継１ｌｉｉ５はこの急速に温度上昇する冷却材
に接しているので継胴５の温度は冷部材の温度に十分よ
く追従し、その継胴の径は温度上昇にともなって熱膨服
のために増大する。一方、仕切板８ｔよ、その表面の大
部分が炉心上部機構６内部の低温度の冷却材に浸されて
おり、極めて一部が凹部２６を形成する環状板２２．２
３を介して継１ｉｉ５に接しているのみでおるから、温
度はそれ程急速に上がせず、仕切板８の直径の熟膨販に
よる増加色は小さい。

この時、仕切板８は継胴５にボルト等によって剛に固定
され°（いるわりで【よないので、間隙部２４の間隔が
若干増加するのみで、熱応力が継胴５に生ずることを避
１）ることかできる。

次に、原子炉の停止時あるいはトリップ時等の非定當運
転時、リ−なわち、炉心２から流出する冷却材の温度が
急速に低下する場合、炉心上部１１ｆＧ６の外部には、
この急速に温度低下する冷却材が流れて来るので、継１
ｆＬ、＋の温度は冷却材の温度に十分よく追従し、その
径は温度低下にともなって熱収縮のために減少する。一
方、仕切板８のまわりをとりまいている炉心上部機構６
の内部の冷却材は直接炉心２から流出して来る低温の冷
却材と速やかに入れ替ることもなく、また、熱伝導に頼
って温度を下げるためには長時間を要するので、仕切板
８の温度はそれ程急速には低下ｕす゛、仕切板８の直径
の熱収縮による減少は小さい。

従って継ＩＩＩ　５の内径と仕切板８の１径の熱収縮け
にはかなりな差が生ずる。例えば継胴の直径を２ｍ、１
１胴と仕切板の材質はステンレス鋼で、それらの温度差
がおよそ１００℃とすれば、収縮ｍの差はおよそ４ｍｍ
になる。

この差を見込んで、継胴５と仕切板８の）品度差がない
場合に間隙部２４の間隙を２１１ＩＩ１１程度としてお
けば、温度差が生じた場合に熱応力が生ずることを避け
ることができるし、例えば間隙部２４の間隙を１１程度
としても、ポル１−などによって仕切板８を継胴５に剛
直に固定した場合に比べれば、継１１５に生じる熱応力
を大幅に低下させることができる。

次に、原子炉運転時、地震等の＠速に変動する荷重が加
わった場合を考える。本発明による仕切板８に継胴５に
は剛直に固定されていないが、継胴５に固定された凹部
２６に密接してはめ込まれており、この四部２６の幅は
ほどんど仕切板８の凹部２６にはめ込まれる部分の厚さ
に等しい。また、仕切板８と継胴５との間隙部２４は小
さく、更に仕切板８の外周にはラビリンス２５が設けら
れてＪ３す、間隙部２４をＦ４２リ−冷却材が急速に流
れる際の流体抵抗を大きくできる。

さらに仕切板８は地震時等にも間隙部２４を満づ冷ｆｉ
１１月が流体抵抗により、急速に運動し得ないことから
、その変動量は著しく制限される。

また、仕切板８のｎ通孔を貴くことにより変位が制限さ
れている制御棒駆！ＪＪ機構の変位量もきわめ′Ｃわず
かな範囲にＪ３さえることができ、もって、制御棒の炉
心２への挿入性の確実性を保証することができる。

この流体抵抗を増すためには、間隙部２４の大きさを、
熱応力が過大なものとならない程度にできるだけ小さく
することも可であり、ま／ｊ第３図に示ずＪ：うに一様
な板厚の仕切板と限らず、継胴に設けられた凹部２６に
板２７をはめ込んで第５図に示すような］字形状とする
こともできる。

また、仕切板の変８（５）を抑えるｌ〔めに、仕切板と
継胴との間隙部２４の間隔を一定に保つように板ばねの
ようなものを間に挾んだ構造としてもよい。

［発明の効果］ 上述の如く、本発明は、継嗣の内径よりわずかに直径の
小さい円板状仕切板を、継胴内面に固定した上下一対に
パっている環状板によって形成される四部にはめ込んで
支持し、この四部の幅を、冷ｋＩ材か流れにくくするた
めに仕切板の板厚とはとｌυど同様とし、必要に応じて
、この仕切板の外周に冷ＪＪ′Ｉ祠の流体抵抗を大きく
するためのラビリンスを設りたものである。

したがって原子炉の起動、停止あるいはトリップ等の非
定常運転時に炉心上部機構の冷却材温度に差が生じて継
胴の温度と仕切板の温度に大きな差が生じた場合、仕切
板の拘束による継胴の大きな熱応力を抑えることができ
る。また地震時において速やかに変動Ｊる荷重が加えら
れた場合には、仕切板と継嗣どの間の間隙部の流体抵抗
により、この仕切板は（Ｊとんど剛直に継胴に固定され
ていると考えてよいので、制御棒案内管の変異を十分小
さい伯に制限Ｊ−ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はループ型高速増殖炉の全体構造を一部概略的に
示す縦断面図、第２図は第１図にｉＪ３ける炉心上部機
構を拡大して示す縦断面図、第３図は本発明に係る炉心
」一部機構の一実施例を示す縦断面図、第４図は第３図
の横断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。 １・・・原子炉容器 ５・・・継胴 ６・・・炉心上部機構 ７・・・制御棒案内管 ８・・・仕切板 ２０・・・仕切板支持用凸部 ２１・・・仕切板取（Ｊポル１〜 ２２．２３・・・仕切板支持用環状板 ２４・・・間隙部 ２５・・・ラビリンス ２６・・・凹部 代理人弁理士 則　近　憲　佑（ばか１名） 第２図 １ 第３図 第４Ｂ ５ 第５ＷＡ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　原子炉容器内に炉心が炉心支持構造物によって
   支持されかつ上記原子炉容器の上端を閉塞＝ｌ’′る蓋
   の下面から下方に突設され上記炉心の直上に位置した継
   胴を有する炉心上部機構において、上記Ｎ胴内を縦方向
   に仕切る複数の仕切板を前記ｇ胴内面に設けられた四部
   にはめ込んで固定しかつ上記仕切板と継胴内面との間に
   間隙部を設りたことを特徴とする炉心上部機構。
2. （２）　仕切板と継胴内面との間隙部には上記仕切板の
   外周にラビリンスを設けたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の炉心上部Ｉ幾構。
3. （３）　仕切板とｆＩ！胴内面との間隙部に、上記間隙
   部の間隔を一定に保つようなバネを設りたことを特徴と
   する特許・請求の範囲第１項記載の炉心上部機構。