JPS6089795A

JPS6089795A - 高速増殖炉

Info

Publication number: JPS6089795A
Application number: JP58197696A
Authority: JP
Inventors: 桜井　彰雄; 良一加藤
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Hitachi Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Hitachi Ltd
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1983-10-24
Publication date: 1985-05-20
Also published as: DE3467062D1; EP0140326B1; US4681726A; JPH0426078B2; EP0140326A1

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〕不発叩け、高速増殖炉に係シ、特に炉心を原子炉容器の
底部にて支持するタンク壓高速増殖炉に適用するのに好
適な高速増殖炉に関するものである。

〔発明の背景〕

タンク型高速増殖炉（タンク型ＦＢＲとは、液体金属で
あるす）　＋Ｊウムが充填される主容器と呼ばれる原子
炉容器内に、炉心、中間熱交換器及び循環ポンプが設置
されている。回転プラグを有するルーフスラブが、原子
炉容器の上端部に取付けられて原子炉容器の上方を被っ
ている。中間熱交換器及び循環ポンプは、ルーフスラブ
に取付けられる。多数の燃料集合体が配置されてなる炉
心は、原子炉容器の底部に取付けられた炉心支持部材に
よってサポートされている。このような炉心支持構造の
例としては、特開昭５３−６７９７号公報の第１図、特
開昭５６−１８７９０号公報の第１図、特開昭５７−４
４８８５号公報の第１図及び特開昭５７−１３３３７９
号公報の第１図にそれぞれ示されている。

前述の炉心支持部材は、中間熱交換器及び循環ポンプが
貫通することなく、低温のナトリウムが存在するコール
ドプレナム内に配置されている。

従って、強度部材である炉心支持部材に生じる熱応力は
、小さい。前述のタンク型ＦＢＲ，は、炉心支持部材に
生じる応力についてみれば極めて好しい構造であるとい
える。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、炉心の振動を抑制できる高速増殖炉を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、炉心を取囲んで炉心との間に液体金属
が存在する環状間隙を形成する筒状体を設け、この筒状
体を支持部材にて原子炉容器に取付けたことにある。

本発明は、前述したタンク型ＦＢＲの地震時における炉
心の振動現象を詳細に検討した結果に基づいてなされた
ものである。その検討結果を以下に説明する。

〔発明の実施例〕

第１図に基づいてタンク型ＦＢＲの概略構造を説明する
。タンク型ＦＢＲは、ナトリウムが充填された原子炉容
器１内に炉心２を配置してなシ、しかも、原子炉容器１
の底面に取付けられる炉心支持部材３上に炉心２が設置
されている。４はルーフスラブである。

地震が発生した時、前述のタンク型ＦＢＲの炉心２に生
じる振動は、炉心２が原子炉容器１の底面に支持されて
いる関係上、ロッキング振動、上下振動及び水平振動が
ある。

炉心２のロッキング振動を、第１図（Ａ）に示す。炉心
２のロッキング振動は、原子炉容器１の底部と炉心支持
部材３との接合部を中心として原子炉容器１が局部的に
変形し、炉心２が炉心支持部材３の中心を節として倒立
振子の如くに頭を左右に振る運動である。すなわち、炉
心２の頂部は、ロッキング振動によシ上下方向及び水平
方向に変位する。

第１図（Ｂ）は、炉心２の上下振動を示している。この
振動は、原子炉容器１の底部でその鋭部における曲率開
始部から炉心支持部材３との接合部までの上下方向の剛
性が比較的低いために生じる。すなわち、上下振動は、
炉心２が炉心支持部（４３とともに上下方向に振れる振
動である。

第１図（Ｃ）は、炉心２の水平振動を示している。これ
は、原子炉容器１の側壁の水平方向に対する剛性が低い
ために生じる。水平振動は、炉心２が水平方向に揺れる
振動である。

本発明は、上記した振動のうち特にロッキング振動を第
１番目に解消しようとしたものである。゛このようなロ
ッキング振動を解消するために、流体制振効果を適用す
ることが最もよいことを見出すことによってなされたも
のである。

〔発明の実施例〕

上記の検討結果に基づいてなされた本発明の好適な一実
施例であるタンク型Ｆ　Ｂ　Ｒを第２図に基づいて説明
する。

タンク型ＦＢＲＩＯは、原子炉容器１１、炉心１５、中
間熱交換器１６、循環ポンプ１９及び制振シュラウド２
１からなっている。

原子炉容器１１は、原子炉建屋のコンクリート床面９に
サポート８にて支持されるルーフスラブ２０に取付けら
れる。原子炉容器１１は、鋭部１２を有し、その鋭部１
２に厚肉部であるナックル部１３及び１４が存在する。

鋭部１２は、最も”　底部が球面をなし、それより上部
で原子炉容器１１の側壁部までが円錐状をなしている。

また、鋭部１２は、厚肉のナックル部１３及び１４を有
している。ナックル部１３は原子炉容器１１の側壁部か
ら鋭部１２の円錐部に変わる部分に、ナックル部１４は
鋭部１２の円錐部からその球面部に変わる部分にそれぞ
れ存在する。原子炉容器１１の下部は、ガードベッセル
７内に挿入されている。

ガードベッセル７は、スカート６によって原子炉建屋に
設置される。ガードベッセル７と原子炉容器１１との間
には、環状の間隙が形成される。

炉心１５は、同心円状に配置された炉心内部シュラウド
２３及び炉心外部シュラウド２４を有し、炉心内部シュ
ラウド２３内に多数の炉心燃料集合体、ブランケット燃
料集合体及び中性子遮蔽体を−４，た炉心内部シュラウ
ド２３と炉心外部シュラウド２４との間にステンレス製
でしかも中実である多数の中性子遮蔽体３５（第３図）
をそれぞれ配置してなる。炉心内部シュラウド２３及び
炉心外部シュラウド２４は、内部にミキシング室２５が
形成される高圧プレナムケーシング２６の上端に取付け
られる。中性子遮蔽体３５は、第３図に示されるように
高圧プレナムケーシング２６の上面に設けられた凹部３
７内に挿入されて設置される。

多数の中性子遮蔽体３５は、炉心内部シュラウド２３と
炉心外部シュラウド２４との間において格子状に密接し
、中性子遮蔽体３５相互間の間隔はそれらに設けられる
バッド３６によって保たれている。高圧プレナムケーシ
ング２６の上面に、中性子遮蔽体３５相互間冷却用のナ
トリウムを供給する開口３８が鰻けられている７、燃料支持板２７が、高圧プレナムケーシング２６の内部
側壁に取付けられる。炉心内部シュラウド２３内に配置
された多数の燃料集合体は、燃料支持板２７にて支持さ
れる。高圧プレナムケーシング２６の下端は、ペースプ
レート３ｏに取付けられる。高圧プレナム２８は、高圧
プレナムケーシング２６の内部側壁、燃料支持板２７及
びベースプレート３０によって取囲まれて形成される。

高圧プレナムケーシング２６の内部側壁に設けられた多
数の開口２９が、ミキシング室２５と高圧プレナム２Ｂ
を連絡する。

ペースプレー）３０は、その周縁部が厚肉構造でその中
央部が板厚方向の温度差による熱応力を低減するために
薄肉構造になっている。ベースプレート３０の薄肉部の
下面には、薄肉のリブを格子状に組んだ補強リプ３１が
溶接にて取付けられている。このため、ベースプレート
３０は、約５〜１３　Ｋｙ　／　ｃｒｒｌの高圧プレナ
ム２８内の圧力に対して耐えることができる。

炉心支持部材３２は、リングガーダ３３と円筒状のスカ
ート３４とから構成される。スカート３４は、リングガ
ーダ３３の下面に溶接されている。スカート３４の下端
は、鋭部１２のナックル部１４に接合される。ベースプ
レート３０の外縁部の厚肉部が、ボルトにてリングガー
ダ３３に取付けられる。

円筒状の制振シュラウド２１は、炉心外部シュラウド２
４の外側にそのシュラウドと同心円状に配置される。制
振シュラウド２１は、原子炉容器１１のナックル部１３
に取付けられる平板でリング状をした水平レダン３９に
取付けられる。制振シュラウド２１と炉心外部シュラウ
ド２４との間には、環状間隙４０が形成される。

炉心上部機構（制御棒駆動装置等）１８は、ルーフスラ
ブ２０の中央部に回転可能に設置された回転プラグ２２
に取付けられる。６基の中間熱交換器１６及び４基の循
環ポンプ１９が、同一円周上でルーフスラブ２０に取付
けられる。中間熱交換器１６及び循環ポンプ１９の下端
部は、水平レダン３９を貫通して水平レダン３９よりも
下方に達している。１７は中間熱交換器１６の流入口で
あり、４１は中間熱交換器１６の吐出口である。

円筒状の断熱壁４４が、水平レダン３９に取付けられ、
中間熱交換器１６の周囲を取囲んでいる。

ナトリウム液面４６上方に上端が顔を出している円筒状
の断熱壁４７が、水平レダン３９に取付けられてしかも
循環ポンプ１９の周囲を取囲んでいる。循環ポンプ１９
の吐出口に連結される配管４３は、ミキシング室２５に
接続される。４？は、循環ポンプ１９の流入口である。

上方に凸ｉトロイダル断面形状を有する隔壁４８は、そ
の内周端を炉心外部シュラウド２４に、その外周端を原
子炉容器１１に取付けられている。断熱壁４４及び４７
も、隔壁４８に取付けられる。隔壁４８のすぐ下方に図
示されていないが、断熱壁が存在する。

隔壁４８は、原子炉容器１１内を、高温のす）　ＩＪウ
ムが存在する上部の高温プレナム４５及び低温のす）　
ＩＪウムが存在する下部の低温プレナム４９に分離して
いる。

炉心１５内の燃料集合体を通過する際に加熱されて高温
になったナトリウム（１次系のナトリウム）は、炉心１
５より高温プレナム４５内に吐出される。この高温のナ
トリウムは、流入口１７より中間熱交換器１６のシェル
内に供給されて中間熱交換器１６の伝熱管（図示せず）
内に供給される２次系のナトリウムとの間で熱交換され
る。すなわち、流入口１７より内部に流入した１次系の
ナトリウムは、２次系のナトリウムを加熱することによ
って温度が低下する。温度が上昇し′ｆＣ２次系のす）
　ＩＪウムは、伝熱管より吐出された高温の２次系ナト
リウムは、蒸気発生器（図示せず）に導かれ、蒸気発生
器に供給される給水を加熱して蒸気にする。熱交換によ
シ温度が低下して蒸気発生器から吐出された２次系ナト
リウムは、中間熱交換器１６の伝熱管内に再び供給され
る。

温度の低下した１次系のナトリウムは、中間熱交換器１
６の吐出口４１より低温プレナム４９内に吐出される。

低温プレナム４９内の低温のナトリウムは、流入口４２
よシ循項ポンプ１９内に導かれ、循環ポンプ１９内で昇
圧された後、配管４３内に吐出される。この高圧で低温
のす）　ＩＪウムは、ミキシング室２５内に導入される
。ミキシング室２５は、各循環ポンプ１９よシ吐出され
たす）　ＩＪウムを混合して温度、圧力を均一化する。

このナトリウムは、ミキシング室２５がら多数の開口２
９を通って高圧プレナム２８内に供給される。高圧プレ
ナム２８内のナトリウムは、燃料支持板２７に取付けら
れる燃料集合体（図示せず）内に導かれる。ミキシング
室２５内の一部のナトリウムは、開口３８を通して中性
子遮蔽体３５間に供給される。このす）　ＩＪウムは、
中性子遮蔽体３５が吸収した放射線により過熱されるの
を防ぐために、中性子遮蔽体３５を冷却する。

さらに、シアキー５０が、原子炉容器１１とガードベッ
セル７との間に取付けられている。シアキー５０は、丁
度、水平レダン３９と原子炉容器１１との接合部に対向
して配置される。シアキー５０は、キー５１とラグ５２
とから構成される。

シアキー５０は、第４図に示されるように原子炉容器１
１の周囲に多数設置される。第４図は、シアキー５０の
配置部分を詳細に示したものである。

キー５１は原子炉容器１１の外面に取付けられ、ラグ５
２はガードベッセル７の内面に取付けられる。キー５１
は、ラグ５２に設けられて原子炉容器１１の軸方向に延
びる凹部内に挿入されている。

第４図で矢印Ａの方向に地震力が加わった場合、矢印Ａ
と直角の方向に存在するシアキー５０（例えばＢ、Ｂ’
点のシアキー）によって原子炉容器１１のｌ’ｌ１３れ
が抑制さ・ルる。すなわち、Ｂ及びＢ′点にあるシアキ
ー５０のキー５１の動きがラグ５２によって拘束される
ので、原子炉容器１１の揺れが抑制される。

制振シュラウド２１を設けたことによる本実施例の制振
作用について以下に説明する。第４図の矢印Ａの方向に
地震による揺れが生じたことを想定して以下に述べる。

原子炉容器１１が地震時に水平方向で矢印人の方向の加
速度を受けると、炉心１５内の燃料集合体等が矢印Ａの
方向に振動しようとする。しかし、燃料集合体等が振動
しようとする力は、炉心内部シュラウド２５、中性子遮
蔽体３５のパッド３６及び炉心外部シュラウド２４へと
伝わり、最終的に炉心外部シュラウド２４がそれに対抗
する。この力が、炉心１５にロッキング振動を生じさせ
る原因となるのである。

割振シュラウド２１は、水平レダン３９、原子炉容器１
１、シアキー５０、ガードベッセル７及びスカート６を
介して水平方向に原子炉建屋に支持されておシ、水平方
向には振動しない構造となっている。環状間隙４０には
ナトリウムが満されている。従って、地震により炉心１
５が炉心外部シュラウド２４とともに、第１図（Ａ）に
示す如く炉心支持部材３２を支点として倒立振子の如く
その頂部を左右に振るロッキング振動を生じようとして
も、環状間隙４０内に存在する液体状のナトリウムをそ
の間隙４０外に押出さないとロッキング振動ができない
。環状間隙４０内のナトリウムは、炉心１５の振動が１
秒間に６〜８回と環状間隙４０内のす）・リウムが外部
に押出される速度よりも早いので、炉心１５の振動に追
従して移動できず、結果として環状間隙４０内に封じ込
められたことと同様な状態になる。従って、割振シュラ
ウド２１は、炉心１５のロッキング振動を抑制する結果
、すなわち、環状間隙４０内のナトリウムの慣性抵抗に
基づく炉心１５に対する制振効果を生じる。この割振効
果は、環状間隙４ｏの幅が広がる程、低下する。しかし
、環状間隙４０の幅が炉心外部シュラウド２４の１０％
以下の時、必要な制振効果を得ることができることを確
認している。従って、環状間隙４ｏの幅は、炉心外部シ
ュラウド２４の半径の１０％以下にすることが必要であ
る。

制振シュラウド２１を設けることによって、炉心１５か
ら原子炉容器ｌｉｔでの温度差に基づくそれらの構造物
の熱変位の差を吸収することができる。すなわち、炉心
１及び炉心外部シュラウド２１は温度が約５００ｃまで
上昇し、制振シュラウド２１．水平レダン３９及び原子
炉容器１１の各々の温度は約３６０ｔＺ’となる。従っ
て、割振シュラウド２１を設けず、水平レダン１２と炉
心外部シュ２ウド２４を、直接、連結することは、炉心
１５及び炉心外部シュラウド２４の半径方向の熱膨張に
よる水平レダン１２及び原子炉容器１１の熱応力が増加
することになる。これは、構造物の健全性上好ましいこ
とではない。本実施例は、炉心外部シュラウド２４と制
振シュラウド２１との間に環状間隙４ｏが及在するので
、炉心１５等の半径方向の熱膨張を環状間隙４ｏによっ
て容易に吸収することができる。従って、炉心１５の半
径方向の熱膨張に伴う前述のような大きな応力が、水平
レダン１２及び原子炉容器１１に生じることはない。−
１，り、炉心外部シュラウド２４と制振シュラウド２１
が切離されているので、炉心１２の温度が直接水平レダ
ン１２に伝わらなく、水平レダン１２の炉心１５側とそ
の原子炉容器１１側とで温度が生じない。このため、水
平レダン１２に熱応力が生じない。

また、ガードベッセル７の温度は２００Ｃであって、原
子炉容器１１とガードベッセル７との間には約１６０Ｃ
の温度差が生じる。この温度差に基づく両者の構造物の
熱膨張差は、シアキー５０で吸収することができる。す
なわち、原子炉容器１１の半径方向でシアキー５０のキ
ー５１とラグ５２との間に存在する間隙が、原子炉容器
１１の半径方向の熱膨張を吸収する。

本実施例における原子炉容器１１は、鏡１２の形状を、
一部円錐状とし、しかもナックル部１４の板厚を鏡１２
の板厚の約２〜３倍にすることによってｒＭｌ＋方向の
剛性が増大する。このため、本実施例では、第１図（Ｂ
）に示す炉心１５の上下振動の変位を小さくすることが
できる。すなわち、炉心１５は、炉心支持部材３２によ
り原子炉容器１１の鏡１２に支持されている。炉心１５
の上下振動を抑制する剛性は、原子炉容器１１の円筒部
の下端よりｒ心支持部材３２のスカート３４までに存在
する鏡１２の部分で負担している。この剛性は、鏡１２
の形状に依存しておシ、解析の結果、本実施例の形状が
最も高い剛性を得ることができる。

換言すれば、本実施例の鏡１２の形状は、炉心１５を上
下方向に支持する高いバネ定数を得ることができ、炉心
１５の上下方向の振動数を高くすることができる。振幅
は振動数の２乗に反比例する。例えば、振動数を１．５
倍にすることによって、上下振動の振幅が１／２．２５
倍になる。このように上下振動の振幅が小さくなること
によって、原子炉容器１１の下端部に支持される炉心１
５と原子炉容器１１の上端部に設置されたルーフスラブ
２０に取付けられた制御棒駆動装置（図示せず）の相対
変位量が少なくなシ、地震によって炉心１５に投入され
る反応度の量を小さく抑えることができる。地震時にお
ける炉心１５と制御棒駆動装置との間の上下方向の変位
量が相対的に異なると、制御棒駆動装置に把持代してい
る制御棒の炉心１５内への挿入量が地震による上下振動
に対応して変化する。すなわち、炉心１５を基準にする
と、制御棒が地震による上下振動に対応して炉心１５内
に挿入されたりそれよシ引抜かれたりすることになる。

炉心１５と制御棒駆動装置との間における上下方向の相
対的な変位量が大きくなると、炉心１５と制御棒駆動装
置が逆方向に移動する場合に制御棒の引き抜き量が大き
くなシ、その分だけ大きな正の反応度が投入されること
になる。本実施例では、前述の如く上下振動の振幅が小
さくなるので、炉心１５と制御棒駆動装置との間の相対
的な変位量が小さくなシ、それに伴って地震によシ付加
される正の反応度も小さくなる。特に、前述のように炉
心１５のロッキング振動を防止できるので、それに基づ
く上下４辰動を解消できる。

従って、炉心１５と制御棒駆動装置との間の上下方向に
おける相対変位量が極めて小さくなム地震時に炉心１５
に投入される正の反応度が極めて小さくなる。

本実施例の隔壁４８は、上下に凸なトロイダル断面形状
を有しているので、炉心１５と原子炉容器１１との間の
熱変位差を吸収できる柔軟構造であるにもかかわらず、
地震時に隔壁４８の上下面に作用するナトリウムの振動
圧に対して強いという効果を有する。

また、中間熱交換器に接続される２次冷却系のポンプト
リップ等にょシ、中間熱交換器１６において１次系のナ
トリウムの冷却が不可能になった時、吐出口４１よシ低
温プレナム４９内に高温ナトリウムが吐出され、いわゆ
るポットショックが生じる。このような低温プレナム４
９内の急激な温度変化に対する水平レダン３９の変形を
、本実施例はかなシ許容することができる。

隔壁４８は、第２図のように上に凸なトロイダ／’ｌＥ
４テｌ’ｌ：なく、平板状にあてもよい。

本発明は、タンク型ＦＢＲだけでか（、ループ型のＦＢ
Ｒの原子炉容器にも適用することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、炉心のロッキング振動を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉心の振動現象を示したものであって第１図（
Ａ）は炉心のロッキング振動を示す説明図、第１図（Ｂ
）は炉心の上下振動を示す説明図、第１図（Ｃ）は炉心
の水平振動を示す説明図、第２図は本発明の好適な一実
施例であるタンク型ＦＢＲの縦断面図、第３図は第２図
に示す炉心外部シュラウド付近の詳細縦断面図、第４図
は第２図のＩＶ−ＩＶ断面図である。７・・・ガードベッセル、１１・・・原子炉容器、１５
・・・炉心、１６・・・中間熱交換器、１８・・・炉心
上部機構、１９・・・循環ポンプ、２１・・・制振シュ
ラウド、２３・・・炉心内部シュラウド、２４・・・炉
心外部シュラウド、３９・・・水平レダン、４０・・・
環状間隙、４５・・・高温プレナム、４８・・・隔壁、
４９・・・低温プレナム、第　１　目第　２　口第　３　ｍ箔　４　口９

Claims

【特許請求の範囲】１、液体金属が充填される原子炉容器と、前記原子炉容
器内に配置された炉心と、前記原子炉容器に取付けられ
て前記炉心を支持する第１支持部材とを有する高速増殖
炉において、前記炉心の周囲を取囲んで前記炉心との間
に前記液体金属が存在する環状間隙を形成する筒状体を
設け、前記筒状体を第２支持部材にて前記原子炉容器に
取付けたことを特徴とする高速増殖炉。２、前記炉心の半径方向における前記環状間隙の幅を、
前記炉心の半径の１／１０以下にする特許請求の範囲第
１項記載の高速増殖炉。３、液体金属が充填された原子炉容器と、前記原子炉容
器内に配置された炉心と前記原子炉容器の上部に取付け
られたルーフスラブと、前記ルーフスラブに取付けられ
て前記原子炉容器内に挿入された炉心上部機構、熱交換
器及び循環ポンプとを有するタンク型の高速増殖炉にお
いて、前記炉心を支持する第１支持部材を前記原子炉容
器の底部に取付け、前記炉心の周囲を取囲んで前記炉心
の周囲を取囲んで前記炉心との間に前記液体金属が存在
する環状間隙を形成する筒状体を設け、前記筒状体を第
２支持部材にて前記原子炉容器に取付け、前記原子炉容
器内の低温プレナムと高温プレナムとに分離する隔壁を
、前記筒状体の上方に配置してしかも前記炉心と前記原
子炉容器に取付けたことを特徴とする高速増殖炉。４、前記炉心の半径方向における前記環状間隙の幅を、
前記炉心の半径の１／１０以下にする特許請求の範囲第
３項記載の高速増殖炉。