JPS61120092A

JPS61120092A - 原子炉構造

Info

Publication number: JPS61120092A
Application number: JP59240717A
Authority: JP
Inventors: 哲司山口; 柴田　洋二; 昇中尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1986-06-07

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、炉容器ホットプレナムと炉容器壁の間に断熱
層である垂直隔壁を有する原子炉構造に係り、特にタン
ク型高速増殖炉等に使用するのに好適な原子炉構造に関
する。

〔発明の背景〕

従来の原子炉構造の一例として、ＨｉｊａｃｈｉＲｅｖ
ｉｅｗ　Ｖｏｌ、３２　（１９８３）、　Ｎｏ、２にお
けるＨ、Ｙａｍａｋｉ及びＨ，Ｙａｍａｍｏ七〇におけ
る’Ｈｉｅａｃｈｉ’ｓ　Ｌａｒｇｅ−５ｃａｌｅＦＢ
ＲＰｌａｒ＋ｔ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒ
ａ＋ｌ１ｇ”　と題する文献から、タンク型高速増炉の
原子炉構造を第１図に示す。

第１図において、原子炉容器１の中に、炉心２主中間熱
交換器４．１次主循環ポンプ６、炉心支持構造物８等が
収納されている。

炉心２で加熱された冷却材はホットプレナム３に入り、
その後主中間熱交換器４に入る。主中間熱交換器４の中
で２次側冷却材により、冷却された１次側冷却材は、コ
ールドプレナム５を経由し、主循環ポンプ６により再び
高圧プレナム７を経由して炉心２へ送り込まれる。

ところで、ホットプレナム内の冷却材温度は、通常運転
中で、約５００℃の高温状態になる。このような高温冷
却材に原子炉容器が直接に接し、炉容器が高温となるこ
と、また、高温冷却材とそれに対比較的温度の低いカバ
ーガスの境界である冷却材液面の近傍の炉容器の温度分
布が急勾配となることは、炉容器に発生する熱応力等の
点から構造健全性の成立上好ましくない、このような点
に加え、更に、炉容器の周方向の温度分布発生を緩和す
る点から、ホットプレナムと炉容器の間に、垂直隔壁と
呼ばれる断熱層或いは冷却層を設置することが考えられ
ている。そして、この垂直隔壁と呼ばれる断熱層を設置
することにより、原子炉容器の温度を例えば約４００℃
以下に抑え、軸方向（垂直方向）や周方向の温度分布を
緩和させ、炉容器の構造上の成立性を可能としている。

垂直隔壁の構造例としては、国内及び海外にて様々なも
のが知られている。（特開昭５３−６７０８９、特開昭
５７−１８６１９３）その構造を大きく分けると、第２
図に示すような次の３種類に分けられる。

（１）強制冷却方式：約３５０℃（通常運転中）である
コールドプレナム内の低温冷却材を、高圧プレナムより
導いて、ホットプレナムと炉容器の間を流し、炉容器の
温度上昇を防止する。（第２図（、）参照のこと）（２）ガス断熱層方式：ホットプレナムと炉容器の間に
ガス層を設け、熱の移動を主に輻射のみとし、断熱化を
図る。（第２図（ｂ）参照のこと）（３）併用方式二上記（１）と（２）を併用する。

（第２図（Ｃ）参照のこと）以上のような方式に対して、タンク型高速増殖実証炉の
ような大型の原子炉容器（直径約２０ｍ程度）では、そ
の構造健全性成立上、断熱（冷却）効果及び温度分布緩
和の為には（３）に示した併用方式が、一般に採用され
る傾向にある。（特開昭５３−６７０８９）（３）の方
式によると、垂直隔壁は第３図（ｃ）に示すように、最
低でもガス断熱層１層、冷却材上昇層、冷却材下降層と
が必要となる。そこで、このような垂直隔壁構造を採用
することは、原子炉容器の径を大きくしてしまうという
影響を与えることとなる。一般に、原子炉容器径が大き
くなることは、次のような欠点がある。

（１）耐震性の低下（２）構造健全性の低下（３）構造材物量の増大（４）冷却材量の増大（５）建物の増大したがって、原子炉容器の径をできる限り小さくできる
よう、薄い垂直隔壁が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、垂直隔壁層の厚さを減少可能とし、か
つ、断熱性能としても有効な垂直隔壁を有する原子炉構
造を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、垂直隔壁の断熱層内に冷却コイルを設ける構
造とすることにより、上記の目的を達成できるようにし
たものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第３図にて説明する。

第３図において垂直隔壁構造は以下のように構成されて
いる。

ホットプレナム３と原子炉容器１の間には、１層の垂直
隔壁層９を設ける。垂直隔壁層は炉容器壁１とその内債
１にある内筒１４と、ホットプレナム３とコールドプレ
ナムを仕切る水平隔壁板１５より囲まれたアニユラス形
状となっている。垂直隔壁層内には、冷却材１２ガスタ
グナンドな状態にて貯留されている。そして、その中に
、冷却コイル１３が設置される。冷却コイル１３は、第
３図の右図に示すように、炉心入口の高圧プレナム（第
１図の７）より導かれた配管が垂直隔壁層内のスタグナ
ント冷却材中に垂直に立った入口ヘッダ一部１６、そこ
から多数の水平伝熱管群に分岐している伝熱部１７、さ
らにそれらが集合しコールドプレナム部へと導いてゆく
出口ヘッダ一部１８から構成されている。このような冷
却コイルが、ホットプレナムをとり囲む形にて、垂直隔
壁層内に複数個配置されている。

以上説明したように、第３図の実施例においては、垂直
隔壁はＩＭであり、その中にスタグナントな冷却材があ
り、更にその中に冷却コイルを設ける構成となっている
。

このような構成をとった垂直隔壁は以下の如く運転され
る。

第１図に示す如く中間熱交換器４により冷却された冷却
材は低温、低圧のコールドプレナム５に流れ込む。コー
ルドプレナム内の冷却材は、１次主循環ポンプ６により
吹い込まれ加圧されて、炉心入口につながる高圧プレナ
ム７に送り込まれる。

高圧プレナム内の高圧、低温のナトリウムは大部分は炉
心２を通り、高温となってホットプレナム３に流出する
が、残りの１部を配置により垂直隔壁部へ導く。高圧プ
レナムより配管で導かれた冷却材は、第３図に示すよう
に、垂直隔壁層９の中のスタグナント冷却材層１２の中
におかれた冷却コイル１３へ導かれる。即ち、高圧プレ
ナムを出て冷却コイルへ送られた冷却材は、冷却コイル
の入口ヘッダーを通って多数の伝熱管１７へ送られる。

ここで、スタグナント冷却材１２と熱交換を行って、周
囲を冷却することによって、スタグナント冷却材の温度
上昇を防止する役割を果す。熱交換を行って温度が上昇
した伝熱管内の冷却材は、出口ヘッダ−１８に集合した
後、水平隔壁１５を貫通して、コールドプレナムへ流出
される。

以上のような構造、及び運転を行うこの垂直隔壁は以下
のような性能を有している。

冷却コイル内に低温冷却材を流して冷却するという強制
冷却方式を採用していることにより、十分な除熱能力を
有する。即ち、従来技術の強制冷却方式（第２図の（ａ
））と同等であり、ガス断熱層方式では不十分な除熱能
力を超えた。有効な除熱能力をもたせることが可能であ
る。

スタグナント冷却材層を設けていることにより。

強制対流冷却に伴う周方向温度分発生を大巾に緩和する
ことが可能とできる。即ち、従来技術のガス断熱層方式
（第２図の（ｂ））と同様に９周方同温度分布緩和効果
をもたせることが可能となる。

また、冷却コイルを第３図に示す如く、水平管方式とし
て、複数個の分散配置とすることもまた。

垂直方向及び周方向の温度分布発生防止に大きな効果を
有している。即ち、水平管とすることにより、垂直隔壁
内での垂直方向の温度分布発生を防止し、これにより、
自然対流の発生が防止され、スタグナント状態が保持で
き、自然対流発生に伴う温度分布発生が防止できる。ま
た、周方向への温度分布発生に対しては、第３図に示す
ような冷却コイルを、適切な個数で、適切な間隔にて配
置することにより、防止することが可能である。

スタグナント冷却材層内に冷却コイルを置くという方式
を探ることによって、上述したように、十分な除熱性能
を有し、かつ、周方向及び垂直方向の温度分布発生を防
止できる。即ち、従来技術であれば併用方式（第２図の
（Ｃ））で可能とした性能を第３図に示す実施例にて発
揮することができる。このことは、従来技術であれば第
２図（ｃ）に示すように合計３層から構成されていた垂
直隔壁層が、第３図に示すように、わずか１層の垂直隔
壁層にとってかわることが可能となったことを示す。即
ち、この構造をとることは、原子炉容器の径を小さくす
ることが可能となり、従来技術で挙げた数多くの欠点を
克服することができ、非常に大きな利点がある。

以上説明した、第３図の実施例による効果をまとめると
以下の通りである。

（１）垂直隔壁を１層から構成することができる為、原
子炉容器の径を小さくすることが可能となり、以下のよ
うな観点から大きな利点が生まれる。

■　耐震性の向上 ■　構造健全性の向上 ■　構層材物量の低減 ■　冷却材量の低減 ■　建物の縮少（２）スタグナント冷却材層が置かれていることにより
１周方向及び垂直方向に温度分布が発生しづらく、温度
を均一とし易い方向とすることができる。

（３）冷却コイルによる強制冷却方式も採用している事
により、ガス断熱層では得られない十分な除熱性能を持
たせることができる。

第４図、第５図は、本発明のその他の実施例を示す。第
４図は、第３図とは冷却コイルの形に異っている。即ち
、第４図において冷却コイルは以下のような形状となっ
ている。

高圧プレナムより導かれた配管は、垂直隔壁層に入って
伝熱管となり、そのまま垂直隔壁層上部まで上昇した後
、ヘリカルコイル状伝熱管となりホットプレナムをとり
囲むように回りながら下降して、再びコールドプレナム
へ貫通して流出する。

このヘリカルコイル形状を、第５図に示す。

本実施例によれば、冷却コイルは周方向に切れ目なくと
り囲む構造とできることによって、周方向の温度分布発
生をより緩和することができる。

第６図は、本発明の更に他の実施例を示す。本実施例の
、他の実施例と異なる点は、原子炉の外部から垂直隔壁
用冷却材を供給する点にある。

即ち、第６図に示すように、垂直隔壁内におかれた冷却
コイルを通り過ぎた冷却材は配管１９を通って、炉容器
外へ出る。その後、ブロワ２１を備えた空気冷却器２０
によって冷却された後、電磁ポンプ２２によって、再び
垂直隔壁内の冷却コイルへ供給される。

本実施例によれば、冷却コイルによる冷却に関し、その
除熱能力及び循環能力を任意に設定することができ、除
熱源を外部に置くことが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、垂直隔壁の厚さを著しく薄くすること
ができ、かつ、断熱性能についても有効な垂直隔壁構造
を可能とできる為、物量を低減し耐震性及び構造健全性
を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク型高速増殖炉の原子炉容器の断面図、第
２図は垂直隔壁の従来例断面図、第３図は本発明の実施
例断面図、第４図は他の実施例断面図、第５図は第４図
の実施例の全体図、第６図はその他の実施例である外部
冷却方式を示す図である。 ■・・・原子炉容器、２・・・炉心、３・・・ホットプ
レナム、４・・・中間熱交換器、５・・・コールドプレ
ナム、６・・・１次主循環ポンプ、７・・・高圧プレナ
ム、８・・・水平隔壁、９・・・垂直隔壁、１０・・・
強制冷却層、１１・・・ガス断熱層、１２・・・スタグ
ナント冷却材層、１３・・・冷却コイル、１４・・・垂
直隔壁内筒、１５・・・垂直隔壁底抜（水平隔壁の１部
）、１６・・・入口ヘッダー、１７・・・伝熱管、１８
・・・出口ヘッダー、１９・・・外部冷却系配管、２０
・・・空気冷却器、２１・・・ブロワ、２２・・・電磁
ポンプ、２３・・・膨張タンク。

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉容器内ホットプレナムと炉容器壁との間に断
熱層である垂直隔壁を有する原子炉構造において、垂直
隔壁内に冷却コイルを設置したことを特徴とする原子炉
構造。２、特許請求の範囲第１項において、冷却コイル内を流
れる冷却材として炉心入口高圧プレナムから冷却材を用
いることを特徴とする原子炉構造。