JPS6082891A - 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〕 仁の発明は液体金属を１次冷却材としたタンク型筒速増
殖炉に係り、特に原子炉ｒｆ器内に収容されるタンク型
高速増殖炉用甲間熱交換器に関する。

〔発明の技術的背景とその１４１題点〕この種のタンク
型高速瑠Ｉ／１α炉は、二重壁構造の原子炉容器を有し
、その頂部Ｖまルーフスラブで扱われて密閉空間が形成
され、内部ＶＣ炉心が収容さ几る。原子炉容器内は水平
方向に設けられた隔壁により上下に区画され、上方のホ
ットゾールと下方のコールドゾールが形成される。両プ
ール内には金属ナトリウム等の液体金属からなる一次冷
却材が充填され、この１次冷却材は一次主循環、＋？ン
ゾにより原子炉容器内で循環せしめられる。

しかして、炉心を通ることにより温度上昇した１次冷却
材は、炉心上部機構１ｆｆｌてホットゾール内に案内さ
れ、このホットプール内に設けられた中１１４１熱交換
器により熱交換され、冷却される。中間熱交換器で熱交
換され、冷却された１次冷却材は、コールドプール内に
４かれて、古び一次主循環ポンプに案内されるようにな
っている。

従来の中間熱交換器は、第１図および第２図に示すよう
に構成され、原子炉容器のルーフスラブ１から垂設され
る中免状の外胴２を有し、この外胴２の下端は隔壁３お
よび隔壁支持体３ａ’に貫通して縮径されｆｃ後、コー
ルドプール４内に出口ノズル５により開口している。外
胴２内下部には、上下の仕切板６ａ、６ｂにより多数の
伝熱管（熱交換管）７が支持されて、慈父換部８が形成
される。上部仕切板６ａの上方には外胴２の周方向に沿
って複数の人口窓９が開口している。この入口窓９を介
して外胴２内はポットゾール１０に連通しており、この
ホットゾール内Ｏ内の高温１次冷却材が外胴２内に導入
される。

１だ、上記外胴２内には軸方向ＶＣｊＬびるダウンカマ
１１が形成されている。ダウンカマＩ］＆、ｉ、内側の
供給管１２とこの周囲に配設さＩする戻り省１３とで二
重管構造に構成される。供給管）２はルーフスラブ１の
上部から放射線遮蔽体ｌ・１および熱遮蔽板１６を介し
て外胴２内に入り、上部仕切板６ａを貫いて下方に延び
、その下端は下部仕切板ｔｉ　ｂ　＆こ画定される。供
給管１２は下端近傍において、両仕切板６ａ　、６ｂで
仕すｊＩ−１れた熱交」奥部８の・にｆ閉窒曲内に［５
「］口している。一方、戻り管１；３ばＦ　〈ｉｉが上
部仕切板６ａにし５１尾されて密閉空間内にｉ；ｉｉ　
ｌ−１すゐ一方、その上端は外ｌｉｔμ１２の頂部かり
外力（ｆこ欠出し、この突出部から２次冷却材（液体電
属）が１■”ｌ　リｆｊｊされるようになっている。

一方、隔壁３と隔壁支持体：３ａとの１％分に１・」１
、第２図に示すように外胴２紮グ（側から１オコ１１嗅
するために、スタンド・ξイブ１６が設けろオｔている
。スタンドパイプ１６の下端部は外胴２の外形形状に沿
って湾曲成形され、その下端部において、外胴２とスタ
ンドパイプ１６との１ｄｊには、ノールベローズ■７が
設Ｍ−Ｇれ、ホットプール１０とコールドプール４と全
遮蔽している。また、外胴２と下部仕切板６　ｂに装着
された内部本体鏡（出口ノズル）１８とのＩＥ１］にも
、伝熱管７と外胴２との熱膨張差を吸収する熱膨張差吸
収ベローズ１９が設けられている。

ところで、熱膨張差吸収ベローズ１９と内部本体鏡１８
との間に形成される下部空間は、２次冷却材が流動しな
い滞溜部分となっているため、冷却材の不純物濃度が高
くなりやすい傾向にある。このため、ベローズを腐食さ
せやすい雰囲気になっており、ベローズの健全性を保つ
上で好ましくない。

ベローズに大きな腐食式を考慮すると、ベローズの肉厚
全増加させなければならず、ベローズの肉厚が増すと、
同じ熱膨張差による荷重負荷変位に対し、ベローズに発
生する曲げ応力が大きくなる。

曲げ応力を低減させるためには、ベローズの山数を多く
する必要があり、ベローズの長大化、ひいては中間熱交
換器の全長が長くなり、大型化を招く等の問題があった
。

〔発明の目的〕

この発明は上述した点を考慮し、熱膨張差吸収４０−ズ
に接する下部空間内の冷却材に流動性金持たせて冷却材
の滞ａｔを有効Ｏて防さ、ベローズの腐食を効果的に防
止し、肉厚ベローズの使用全不要にして熱交換器の信頼
性を向上させるようにしたタンク型高速増殖炉用中ｌｉ
：Ｉｌ熱父換器を）是供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明に係るタンク型高速」、′Ｊ殖炉用甲Ｉ、ｊｊ
熱交換器は、上述した目的を達成するために、原子炉容
器の頂部を閉塞するルーフスラブに外胴の頂部が支持さ
れ、上記外胴の下部に原子炉？を器内を循環する１次冷
却材と２次冷却利との慈父換部が形成され、この慈父換
部の［Ｊ万全仕切ろ１・部仕切機に内部本体鏡を設けた
ものにおいて、ＦｊｉＪ記外胴に接合された本体鏡と上
記下部本体鏡との［「１ｊに熱膨張差吸収ベローズを介
装するとともに上記測水Ｒ・鏡開に細管を配設し、上記
細管は一端が熱交換部内空間に開口し、他端が前記熱膨
張１４ミ吸収ベローズと内部本体鏡との間の下部空間に
開口し、ｌｒ、ｉｉ己熱交換部内を流れる２次冷却材が
上記下部空間内を流動可能に構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の好捷しい実施例について添付図面を参
照して説明する。

第３図はこの発明の中間熱交換器を組み込んだタンク型
市速増殖炉を示す縦断面図であり、図中符号加は、原子
炉建屋の円筒状キャピテイウオール２１内に収納された
タンク型旨速増殖炉の原子炉容器を示す。この原子炉容
器２０は、安全性確保のために内側の主客１４２０ａと
外側のガードベッセル２０ｂとの二重壁構造に４１り成
され、その頂部はルーフスラグ２２により閉基され、内
部に密閉空間が形成される。

原子炉容器２０内は水平方向に設けられた隔壁乙により
一ヒ下に区画され、上方のホットプール別と下方のコー
ルドゾール乙が形成される。両プール２４．２５には金
げ≦すトリウム等の液体金属からなる１次冷却材が充填
され、貯溜さｎる。噛壁ムは水平方向に装架された隔壁
支持体２３ａにより支持される。

一方、原子炉容器２０内の底部には炉心支持体２（ｉが
設置され、この炉心支持体２６上にゾレナム２７を介し
て炉心路が設けられる。炉心、２８＆まぞの一ヒ瑞部が
隔壁乙面上に位置され、炉心路の上方（ｌこは炉心上部
機（溝間が配堕きれる。この炉心上部（ｄ（Ｉ・７３ｏ
はルーフスラブ２２に設けられる。炉心上部機（１り３
０の下部周辺には多数の窓孔３１が４設されており、炉
心２８を通って送られる１次冷却材（、ｊ：　Ｃの窓孔
；３１か１’）ホ７）フール２４内に条内される。この
ホントプール部内に２いて、■仄冷却材の液面とルーフ
スラブ２２との間にカバーガス空間、３３が形成され、
このカバーガス空間３３にはヘリウム等の不活１％ガス
が充満されている。

前記ルーフスラブ２２には原子炉容器か内の１次冷却材
に循環させる一次玉循環ポンプ３５が周方向に適宜ｌｉ
、ｆｌ隔をおいて核故台垂設されている。各−法主循環
ポンプ、３５は薄肉の中空円１ｍ体３６で覆われて、１
＝′す、この中空円筒体３６は隔壁２３ケ十ドに貫通す
るようにして設けられる。各−次主循ＪＱＩ　、Ｉ？ン
ゾ３５の下端からは吐出配管３７が導出され、この吐出
配管３７はその先端がプレナム２７内に開口してｂる。

また、前記ルーフスラブ２２には１次冷却材と２次冷却
材との熱交換を行なう複数の中間熱交換器３８が周方向
に適宜間隔をおいて、複数個垂設されており、その下端
部は隔壁２３を貫通してコールｒプール′／！５円に達
している。ルーフスラグ２２内の空１１ｉｉ１部は原子
炉容器加昇に設置したガス循環装置４０により冷却ガス
が循環供給され、空洞部の過熱を防止している。

前記中間熱交換器あけ、第４図に示すように長尺な中空
状外胴・１２を有し、この外胴４２の上端フランジ４２
ａはルーフスラグ２２に装着され支持される。

外胴４２の下端は隔壁るおよび隔壁支持体２３ａを貫い
て縮径された後、コールドプール部内に出口ノズル・１
４にて開口している。外胴内上部には上下の仕切板４５
　ａ　＋　４５　ｂが軸方向に適宜離間して介装される
。上記内仕切板４５ａ、４５ｂ間に多数の伝熱管４１５
が貫通支持され熱交換部４７が形成される。内仕切板４
５ａ、４５ｂのうち上部仕切板４５ａは外胴４２の内周
壁に溶接等により固着され、下部仕切板４５ｂは伝熱管
４６の熱膨張を吸収可能に設けられる。下部仕切板４５
ｂには出口ノズル４４を形成する内部本体鏡４９が一体
あるいは一体的に装着されている。

ところで、上部仕切板４５　ａの上方の外胴４２には周
方向に複数の人口窓５０　、５０が形成きれておＱｌこ
の入口窓５０を介して外胴４２内はホットゾールＵに連
通される。そして、ホットプール調に位置する外胴４２
はルーフスラブ２２から垂Ｆされたスカート５１で榎わ
れており、このスカート〕】ば、入口窓■から外胴４２
内に流入する１次冷却材に整流作用を持たせている。外
胴４２の上端部には、１次冷却材Ａからの輻射熱防嫂の
ための熱遮蔽板、〕３と銅球を充填した放射線遮蔽体潟
とが介装をれてお９、この放射線遮蔽体５４で炉心路か
ら１次冷ｈ［Ｊ材Ａを介して伝達される放射線を遮断し
ている。

また、外胴４２の中心部にはダウンカマ５５が設けられ
ている。ダウンカマ５５ハルーフスラブ２２の外から放
射線遮蔽体５４および熱遮蔽板５３を貞いて外胴４２内
に入り、内仕切板４５ａ、ｉ５ｂで囲まれた熱交換部４
７に連通され、液体ナトリウム等の液体金属からなる２
次冷却材Ｂを熱交換部に案内している。ダウンカマ５５
は２次冷却材Ｂを熱交換部４７に供給する内側の供給管
５６と、熱交換された２次冷却材Ｂを取り出す外側の戻
り管５７とで二重管構造に構成される。このうち、供給
菅５６は上部仕切板４５ａを貫いて熱交換部４７内に入
り、その先端が下部仕切板４５ｂに固定される一方、下
部仕切板４５’　ｂ近傍で熱交換部４７の密閉空間内に
開口している。

′　戻り管５７は上部仕切板４５ａに装着され、熱交換
部４７で熱交換され、温度上昇した２次冷却材Ｂを取り
出すことができるようになっている。

さらに、隔壁おと隔壁支持体２３ａの部分にはスタント
ノξイゾ５９が装着されており、このスタンＰパイゾ５
９Ｆｉ外胴４２および外胴下部を構成する本体鏡６０を
外側から覆って株数している。本体鏡ωは外胴下端部に
接合されており、この本体鏡ωとスタンｒパイプ５９下
端部との間にシールベローズ６１が介装され、ホットゾ
ールＵとコールドプール５とを仕切っている。また、本
体鏡ωと内部本体鏡４９との間には熱膨張差吸収ベロー
ズ６２が介装され、このベローズ６２の伸縮により伝熱
管４６の熱膨張を吸収している。

一方、前記本体鏡６０と内部本体鏡４９とで囲捷れる間
隙空間ｂ４内に細管ｂ５が配設されている。この細管６
５は一端が熱交換部４７の密閉空間内に開口する一方、
その他端は外胴４２と下部仕切板４５ｂとの間隙６６を
通って上記間隙空間０４内に入り、その空間６４内底部
で開口している。すなわち、細％ｊ　６５の他端は内部
本体鏡４９と熱膨張差吸収ベローズ６２とで囲まれる下
部空間９４　ａ　Ｖ３に開口して寂り、冒速増殖炉の運
転時、熱交換部４７内ｆ：２次Ｇ却材Ｂが流れることに
より、静圧差が生じ、この静圧差により下部空間０４ａ
内に貯溜されている２次冷却材Ｂに流動を生せしめ、２
次冷却材Ｂの面溜が生じないようにしたものである。

次に、この発明の作用について説明する。

タング型高速増殖炉の運転により、液体金属からなる１
次冷却材Ａが炉心２８ヲ通過するＩＢｌに、核反応によ
る熱エネルギを受けて加熱され、篩部になる。この高温
になった１次冷却材Ａは炉心上部機構３０の窓孔３１全
通してホットゾール送向に案内され、続いてスカー）５
１ＶＣよる整流作用を受け、中間熱交換器３８　Ｋ　案
内される。　。

；ｇ４図に示すように、中間熱交換器間の入口窓５０よ
り外胴４２内に案内された高温の１次冷却材Ａは各伝熱
Ｈ４６内を通って流下し、出口ノズル４４がらコールド
プール５内に送られる。コールドプール乙に送られた１
次冷却材Ａは一次主循環ポンプ、３：〕により昇圧され
、吐出配管３７を経てプレナム２７に送られ、このプレ
ナムｎから再び炉心側内に案内されて加熱作用を受ける
。

一方、中間熱交換器あの熱交換部４７には、ダウンカマ
５５の供給管５６を通して液体金属からなる２次冷却材
Ｂが、下端開口５６ａから流入される。熱交換部４７の
密閉空間内に流入した２次冷却材Ｂは各伝熱管４６内を
流下する高温の１次冷却材Ａと相互に熱交換され、高温
の２次冷却材Ｂとなる。この２次冷却材Ｂは上部仕切板
４５ａの部分でダウンカマＩの戻り管５７内に流入され
、続いてこの戻り管５７を通り、２次主冷却系の蒸気発
生器（図示せず）に送給される。

その際、中間熱交換器間の外胴下部の本体鏡６゜と内部
本体鏡４９とで四重れた間隙空１Ｌｊ６４内に細管６５
が配置畑れ、このＲ［Ｉ’ｊｌ　ｂ５の一端は熱交換部
４７の密閉空１田内に開口し、他端は熱膨張差吸収ベロ
ーズ６２の下端近傍の下部空間６４ａに開口し、この部
分を、細管６５を介して熱交換部・１７の・折開空間内
に連通している。しかも、熱交換部４７の密閉空１ＦＪ
ｊは、高速増殖炉の運転中、′成に２次冷却材Ｂが流れ
ているため、熱交換部４７は内部本体鏡４９と熱膨張吸
収ベローズ６２とで囲まれる下部空１ｔｊ１６４ａとの
間に静圧差が生じ、下部２ｉｉ４］内の２次冷却ＩＡＢ
は細管６５を介して熱交換部４７内に流入する。熱交換
部の密閉空間内に開口する細官ｂ５の開口位置如何によ
っては逆に流れる。

したがって、Ｆ部空間（）４ａ内で２次冷却材Ｂの流動
が生じ、２次冷却材Ｂの浦イ留（よどみ）が防止される
。下部空間６４ａ内で２次冷却材Ｂの流れが生ずること
により、その部分の冷却材Ｂの不純物濃度が下がり、ベ
ローズの腐食防止上有利な環境となる。このため、熱膨
張差吸収ベローズ６２の肉厚を増大させる必要がなく、
ベローズ構造の信頼性が向上する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明に係るタンク型高速増殖
炉用中間熱交換器においては、外胴に接合された本体鏡
と下部本体鏡との間に熱膨張差吸収ベローズを介装する
とともに上記測水体説間に、１（１１’αを配設し、上
記配管は一端が熱交換部内空間に開口し、他端が熱膨張
差吸収ベローズと内部本体鏡との１ｉ４Ｊの下部空間に
開口し、上記熱交換部内を流れる２次冷却材の一部が上
記下部空間で流動可能に構成されたから、下部空間内に
２次冷却材の滞溜が生ずるのを未然に防止され、この部
分の冷却材の不純物濃度が低減される。したがって、熱
膨張差吸収ベローズの腐食防止上有利な環境となり、ベ
ローズの信頼性が向上する。

捷た、熱膨張差吸収ベローズに肉厚上の腐食式を大きく
とる必要がなく、従来のベローズに較ベベローズに必要
な肉厚を減少させることができ、この結果、ベローズの
伸縮性が向上し、熱膨眼変位吸収のために必要なベロー
ズの山数が少なくなり、ベローズ部分の長さの短縮化ひ
いては中間熱交換器全体の小型化、信頼性の向上ｆｉ［
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク型高速増殖炉に用いられる従来の中間熱
交換器を示す縦向面図、第２図は第１図に示された中間
熱交換器の部分拡大断面図、第３図はこの発明に係る中
間熱交換器を使用したタンク型高速増殖炉を示す図、第
４図はこの発明に係るタンク型高速増殖炉用中間熱交換
器の一失施りＵを示す縦断面図、第５１ｆｆｉは第４図
に示される中間熱交換器の要部を示す部分断面図である
。 加・・・原子炉容器、２２・・・ルーフスラズ、藻・・
・隔壁、２３ａ・・・隔壁支持体、２４・・・ホットプ
ール、δ・・・コールドゾール、が・・・炉心支持体、
２７・・・ゾレナム、路・・・炉心、（９）・・・炉心
上部機構、３３・・・カバーガス空間、３５・・・−次
主循環、Ｉ？ンプ、３８・・・中間熱交換器、４２・・
・外胴、（５ａ＋４５ｂ・・・仕切板、４６・・・伝熱
室、４７・・熱交換部、４９・・・内部本体鏡、５３・
・・熱遮蔽板、５４・・・放射線遮蔽体、５５・・・ダ
ウンカマ、５６・・・供給管、−５７・・・戻り管、；
５９・・・スタントノξイゾ、６０・・・重体説、６１
・・・シールベローズ、６２・・・熱膨張差吸収ベロー
ズ、（〕４・・・間隙空間、６４ａ・・・下部空間、６
５・・・＋Ｉ（ｌ］管。 代理人弁理士　則　近　慈　佑　（ほか１名）第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器の頂部を閉塞するルーフスラブに外胴の
   頂部が支持され、上記外胴の下ｆＡに原子炉容器内を循
   環する１次冷却材と２次冷却材との熱交換部が形成され
   、この熱交換部の下方を仕切る下部仕切板に内部本体鏡
   を設けたタンク型活速増殖炉用中間熱交換器において、
   前記外胴に接合された本体鏡と上記下部本体鏡との間に
   熱膨張差吸収ベローズを介装するとともに上記側本体鏡
   開に細管を配設し、上記細管は一端が熱交換部内空間に
   開口し、他端が前記熱膨張差吸収ベローズと内部本体鏡
   との間の下部空間に開口し、上記熱交換部内を流れる２
   次冷却材の１部が上記下部空間内を流動可能に構成され
   たタンク型高速増殖炉用中間熱交換器。 ２、細管は、熱交換部内空間全外胴と′Ｆ部仕切板