JPS61176887A - 高温ガス炉の冷却材ガス取出し配管 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は高温ガス炉の原子炉容器を貫通して熱交換器へ
接続し内管と外管とからなる二重管のうち、内管と外管
とのアニユラス部に低温冷却材ガスを通流して炉心へ導
き、内管内に高温冷却材ガスを通流して熱交換器へ導く
ようにした二重管としてなり、高温ガス炉から冷却材ガ
スを取出す冷却材ガス取出し配管に関する。

（従来技術とその問題点） 高温ガス炉では原子炉容器内に支持されたダイヤグリッ
ドにシールプレートを介して炉心構造体を支持し、熱交
換器からの低温冷却材を原子炉容器内に導き、炉心構造
体の外囲と原子炉容器との間を上方に通流させ、炉心構
造体の上方から炉心に通流して加熱された高温冷却材ガ
スを炉心構造体内に配された高温プレナムに集め、高温
プレナムから炉心構造体を貫通して下方に配設し、さら
に原子炉容器を貫通させた配管により熱交換器に導いて
伝熱管内を通流する二次冷却材ガスに熱を与える。原子
炉容器は上記のように低温ガス冷却材が原子炉容器を冷
却するため低合金鋼製で製作されるが高温冷却材ガスの
温度は７５０〜１０００°Ｃ９圧力は４０〜７０に４７
／Ｃ−にも達するため、その取出配管には断熱材で内張
すした低合金鋼製のものが使用される。

このため上記の配管の直径は従来の流速や流量から経験
的に選定されたものより断熱材の厚さにより非常に大き
くなり、熱交換器と原子炉容器とを接続して冷却系を形
成する配管は熱膨張を考慮して引きまわしや支持等に広
い空間が必要となる。

上記の問題を緩和するために原子炉の低温冷却材ガスの
入口配管と高温冷却材ガスの出口配管とを二重管で構成
し、二重管の内管に高温冷却材ガスを通流させ、内管と
外管とのアニユラス部には低温冷却材ガスを通流し、高
温冷却材ガスの内管の耐圧管壁を低温冷却材ガスにより
積極的に冷却し、かつ耐圧管壁にかかる差圧を炉心の冷
却材ガスの圧力損失の程度に低減し配管のひきまわしス
ペースの削減をはかることが一般に行なわれている。

しかしながらこのような構造によっても外管である低温
側配管の熱膨張の吸収や外管である低温配管壁と内管で
ある高温配管壁との間に運転における過渡時にかなりの
温度差がつくため、配管の熱応力緩和のための配管引き
まわしは、例えばＵベンドを設けるなどしてかなり冗長
なものになる。

第１図は上述のような考えにより熱膨張差を配管の引き
まわしで吸収する場合の二重管による配管のレイアウト
を示す斜視図である。第４図において原子炉容器１は原
子炉ピット８のコンクリ−）Ｊｉ［［置され、原子炉ピ
ットのしゃへい壁９により隔てられた冷却系室１０に熱
交換器２が設置されている。そして原子炉容器１と熱交
換器２とを接続する二重管３は高温冷却材ガスが矢印Ａ
方向に通流する内管３αと、低温冷却材ガスがＢ方向に
通流する内管３αの外周域のアニユラス部を形成する外
管３ｂと、内管３αに内張すした断熱材３Ｃとからなっ
ている。そしてこの二重管３は原子炉容器１と熱交換器
２とを接続する冷却系配管として配設され、熱膨張差を
吸収するために複数個所にＵベンドを設けて配、管され
ているため、冗長な配管になるとともに配管スペースが
大きくなるという問題がある。

上記の問題を解決するために第β図に示すように原子炉
容器と熱交換器とを二重管の直管で接続したものが知ら
れている。第β図におし１て原子炉容器１は原子炉ピッ
ト８に設置され、熱交換器２はしやへい壁９を隔てて冷
却系室１０に設置されており、原子炉容器１と熱交換器
２とは二重管３の直管で接続されている。二重管３の外
管３ｂｔま原子炉容器１と熱交換器２の外側ケーシング
２ｔＬとにそれぞれ剛に接続され、内管３ａは炉心構造
体１１に配される高温プレナム１２と熱交換器の管束と
しての伝熱管コイル１４の外囲を囲む内側ケーシング１
３とにそれぞれ剛に接続され、かつ内管３αの途中にベ
ローズ３ｄを設けている。また原子炉容器１および熱交
換器２は二重管３の軸心と同一レベルに支持するサポー
）　２０．２１をそれぞれ設け、原子炉容器１はサポー
ト２０に固定し、熱交換器２はサポート２１に前記の二
重管の軸心方向に摺動可能として熱膨張を吸収するよう
にしている。

冷却材ガスは熱交換器２の底部に設けられたブロワ１５
により原子炉容器１と熱交換器２との間を矢印の方向に
循還される。すなわち炉心構造体１１の炉心により加熱
された高温冷却材ガスは高温プレナム１２に集められ、
二重管３の内’［３ｅＬを流れて熱交換器２の内側ケー
シング１３内を上方に流れ、伝熱管コイル１４内を流れ
る二次冷却材ガスに熱を与えて低温冷却材ガスとなり図
示しないボートより内側ケーシング１３と外側ケーシン
グ２αとの間を下方に流れ吸入管１６を通ってプロワ１
５に流入して昇圧される。昇圧された低温冷却材ガスは
二重管３の内管３ｔＬと外管３ｂとのアニユラス部を流
れて原子炉容器１内に流入し、炉心構造体１１の外囲と
原子炉容器１の胴との間を上方に流れ、炉心構造体１１
の上方より炉心に通流して高温冷却材ガスとなって循還
される。

上記のような構造において原子炉運転時の直管の二重管
３の軸心方向の熱膨張は熱交換器２のすボート２１によ
る摺動により吸収し直管の過大な熱応力の発生を防止し
ている。−ガニ重管３の内防止している。

しかしながら上記のような構造において二重管の内管の
熱膨張差を吸収するためにベローズが使用されているが
、ベローズは一般に薄肉であるため熱疲労等により損傷
しやすい、また損傷した場合は原子炉に直接接続されて
いるため補修や取換が極めて困灘であり、原子炉の一次
冷却系配管としての信頼性が低くなるので、十分な実証
試験を必要とするという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上述のような点に鑑み原子炉容器と熱交換器
とを直管の二重管で接続する際、炉心から冷却材ガスを
信頼性高く取出すことのできる高温ガス炉の冷却材ガス
取出し配管を提供することを目的とする。

（発明の要旨） 上記の目的は、本発明によれば原子炉容器と熱交換器と
を高温冷却材ガスの流れる内管と、この内管と同心の外
管とのアニユラス部を低温冷却材ガスが流れる二重管の
直、管により接続する構造において、原子炉容器に支持
されるダイヤグリッドの下位に、かつ二重管の細心のレ
ベル含む位置に高温室を原子炉容器に前記レベルと同一
レベルに支持して配設し、この高温室と炉心構造体に配
されル高温プレナムブロックの通路とを連通ずる連結管
をダイヤグリッドとシールプレートと炉心構造体とを貫
通して設け、この連結管をシールプレートの熱膨張を吸
収可能にしてダイヤグリッドに支持し、かつ高温室の貫
通部を摺動可能に支持し、さらに二重管の軸心方向に前
記内管の熱交換器側の管端を剛に接続し、他方の管端を
前記高温室に摺動可能に貫通して支持するか、または高
温室側の管端を剛に接続し、他方の管端を熱交換器の内
側ケーシングに摺動可能に貫通して支持することにより
達成される。

（発明の実施例） 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例による冷却材ガス取出し配管を
備えた原子炉の部分断面図である。なお第１図および後
述する第２図において第３図および第４図の従来例と同
一部分には同じ符号を付している。第１図において原子
炉容器１と図示しない熱交換器とを接続する水平な直管
の二重管３の細心と同一レベルで原子炉容器１と熱交換
器とが支持されているのは従来技術のものと同じである
。

炉心構造体１１は原子炉容器１に支持されたダイヤグリ
ッド１８にシールプレート２２を介して図示しない段付
支持柱に支持されたサポートプレート１９の上に支持さ
れて載置されている。そしてシールプレート２２は段付
支持柱の段部にシールプレート２２に設けられた貫通孔
を挿入して炉心構造体１１の底面を覆っている。炉心構
造体１１は炉床断熱層２３と高温プレナムブロック２４
と燃料体や反射体を積層した炉心２７とから構成されて
いる。高温プレナムブロック２４を構成する各プレナム
ブロック２４ｄには炉心構造体１１の中の燃料体のガス
チャンネルを通流して加熱された高温冷却材ガスが通流
する通路２４α、２４Ａと、コレラが合流して通流する
通路２４１？が設けられている。高温室２５はケーシン
グ２５αに断熱材２５ｂを内張すして設けられ、原子炉
容器１の支持金具１ｃＬに二重管３の軸心と同一レベル
に支持されている。高温室２５と高温プレナムブロック
２４の通路２４Ｃとを連通ずる連結管２６を設け、連結
管２６の一方の管端をダイヤグリッド１８゜シールプレ
ート２２．サポートプレート　１９．炉床断熱層２３を
貫通して高温プレナムブロックの通路Ｑ４ｃに開口させ
、他方を高温室２５に開口させている。そして連結管２
６はダイヤグリッド１８に支持されるがその構造は本出
願人により既に出願された実願昭５９−１４７８６０に
て提案された支持構造の手段をとっている。

第２図は上記による連結管の支持構造を示す部分断面図
である。第２図において連結管２６は内筒２６αと断熱
材２６Ａ　とを内蔵し、ダイヤグリッド１８と鞘状の支
持部材２６ｃで取付けられている。なお支持部材ｚ６Ｃ
には開口２ｅｄを設は連結管２６とダイヤグリッド１８
との間を通る低温冷却材ガスをシールプレート２２とダ
イヤグリッド１８との空間ＩＣに導いている。シールプ
レ’−）２２は支持部材２ｅｃの上に設けられた溝２６
−にシールプレート２２を貫通する孔の周縁部を遊嵌し
、シールプレート２２の熱膨張を吸収するようにしてい
る。

冷却材ガスが高温冷却材ガスへの漏れ込み量の制限値に
応じて単なる隙間嵌めやピストンリングタイプのシール
、あるいはグランドパツキンタイプのシール等を行なっ
て上下に摺動可能としている。

原子炉容器１と図示しない熱交換器とを接続する二重管
３の外管の接続構造は従来技術のものと同じであるので
説明を省略する。内管３αは断熱摺動可能に支持されて
いる。なおこの貫通部も冷却材ガスの漏れ込み量の制限
値に応じて前述の連結管と同じシール手段をとっている
。上記のように連結管および内管の高温ガス室の貫通部
は制限値内の漏洩量を許容しているが、これは高温ガス
炉の炉心構造体が黒鉛等からなる六角柱を配列して積み
重ねたものであり、これらの配列および積み重ねられた
六角柱の隙間から低温冷却材ガスが洩れこんで正規の炉
心の燃料体のガスチャンネルを通らずにバイスパスする
ことを見込んで設計しているので、前記連結管および内
管からの漏洩量は制限値以下であれば通常特に問題は生
じない。

なお、内管３αの他方の管端は図示しない熱交内 換器の伝熱管の管束を囲う外側ケーシングに貫珊する個
所を剛に支持し、内管３ｃＬと外管３ｂとの熱膨張差を
高温室２５側の内管３ｃＬの摺動により吸収するように
している。次に原子炉運転時の冷却材ガスの流れについ
て説明する。図示しない熱交換器からの低温冷却材ガス
は内管３αと外管３ｂ〉のかす７ニユ丹７対’＜ａル襦
り百工柵需箕１由に流入し、一部は直接炉心構造体１１
の外周域を残すは連結管ｚ６とダイヤグリッド１８との
空間２６メを流れて第２図にて説明したようにシールプ
レート２２とダイヤグリッド１８との間を流れて炉心構
造体の外周域を上方に流れて炉心構造体１１の上部に流
入する。そして炉心構造体１１の燃料体のガスチャンネ
ルを通流して加熱された高温冷却材ガスは高温プレナム
ブロックｚ４の通路２４ｇ、２４Ａ、２４ｃを通り、連
結管ｚ６を経て高温室２５に集められ、二重管３の内管
３ｔＬを通って図示しない熱交換器の伝熱管の管束を囲
む内側ケーシング内に流入し、伝熱管内を流れる二次冷
却材ガスと熱交換されて低温冷却材ガスとなり再びアニ
ユラス３−を通って原子炉容器１内に送入されて冷却材
ガスの循還が行なわれる。

このような運転により低温、高温冷却材ガスが原子炉内
外を通流するが連結管をダイヤグリッドに支持する構造
を前述の支持構造にすることによりシールプレートやダ
イヤグリッド等に著しい熱変形や熱応力を生じさせない
ため破損を生じさせない。また高温か唄室は原子炉容器
と熱交換器岐ともに二重管の細心のレベルと同一レベル
に配設されているので高さ方向の熱膨張差により変形を
受けず、一方連結管は上下方向に、内管は二重管の軸心
方向に高温室に摺動可能に支持されているので熱膨張差
を吸収することができる。

本実施例では内管３αを熱交換器側の管端を剛に接続し
たが、高温室側の管端を剛に接続し、他方の管端を熱交
換器の伝熱管を囲む内側ケーシングの貫通部にて摺動可
能にしてもその作用は前述と同じである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば高温室
、二重管の細心、原子炉容器、熱交換器を同一レベルに
配置したことにより原子炉の定格および過渡遅蒔におい
て高温室と熱交換器とに接続する内管には上下方向の熱
膨張差の影響を受けないので上下方向の熱変形の発生を
防止するとともに、内管の高温室または熱交換器の伝熱
管の管束を囲む内側ケーシングの貫通部を二重管の軸心
方向に摺動可能に支持したため、二重管の内管。

外管の温度差による熱膨張差を容易に吸収し、従来のよ
うにベローズ等の特殊な構造要素を使用することなく信
頼性の高いコンパクトな配管レイアウトができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による冷却材ガス取出し配管を
備えた高温ガス炉の構造要部の部分断面図、第２図は第
１図における連結管をダイヤグリッドに支持する支持構
造を示す部分断面図、第３図は従来の原子炉容器と熱交
換器とを二重管により接続した配管レイアウトの斜視図
、第４図は従来の異なる原子炉容器と熱交換器とを二重
管により接続した構造要部の部分断面図である。 １：原子炉容器、２：熱交換器、２１ｚ＝外側ケーシン
グ、３：二重管、３α：内管、３ｂ：外管、１１：炉心
構造体、１３：内側ケーシング、１４＝伝熱管、１８：
ダイヤグリッド、２２：シールプレート、２４：高温プ
レナムブロック、２４α。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉容器を貫通して設けられた内管と外管とからなる
   二重管のうち前記外管を原子炉容器内に開口させ、原子
   炉容器の胴に支持されたダイヤグリッドにシールプレー
   トを介して配設された炉心構造体の上方に前記内管と外
   管とのアニュラス部を通流する低温冷却材ガスを導き、
   前記開口より突出する内管を前記低温冷却材ガスが前記
   炉心構造体内の炉心を通流し加熱される高温冷却材ガス
   を導くように前記炉心の下位に配された高温プレナムブ
   ロックの通路に接続してなる前記二重管を水平に配設し
   、該二重管の外管を前記原子炉容器と該原子炉容器の鉛
   直方向の軸と並列して配設された伝熱管の管束を包む内
   側ケーシングと該内側ケーシングを包む外側ケーシング
   とからなる熱交換器の該外側ケーシングとにそれぞれ剛
   に接続し、一方前記内管の他方の管端を前記内側ケーシ
   ングに貫通して設け、前記二重管の軸心のレベルに前記
   原子炉容器を固定して支持し、かつ前記レベルにて熱交
   換器を前記軸心方向に摺動可能に支持してなる高温ガス
   炉の冷却材ガス取出し配管において、前記ダイヤグリッ
   ドの下位に、かつ二重管の軸心を含む位置に高温室を原
   子炉容器内の前記レベルと同一レベルに設け、該高温室
   と前記高温プレナムブロックの通路とを連通する連結管
   を前記ダイヤグリッドとシールプレートと炉心構造体を
   貫通して設け、該連結管をシールプレートの熱膨脹の吸
   収可能にダイヤグリッドに支持し、かつ前記高温室との
   貫通部を摺動可能に支持し、さらに二重管の軸心方向に
   前記内管の熱交換器側の管端を剛に接続し、他方の管端
   を前記高温室に摺動可能に貫通して支持するか、または
   高温室側の管端を剛に接続し、他方の管端を熱交換器の
   前記内側ケーシングに摺動可能に貫通して支持すること
   を特徴とする高温ガス炉の冷却材ガス取出し配管。