JPS6117984A - 高速増殖炉の熱遮蔽装置 - 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の熱遮蔽装置に関づ−る。

〔発明の技術的前景とその問題点〕

一般に、高速増殖炉は液体ナトリウム等の液体金属を冷
却材として使用しており、原子炉容器内にその冷却材を
充填し、その自由液面上とルーフスラブとの上部空間に
不活性ガスからなるカバーガスを充填して形成されてい
る。

一方、この液体金属からなる冷却材は熱伝達能力が極め
て大きいため、この冷ｌＪ′Ｉ材に接している原子炉容
器の壁部の渇疫はこの冷却材の温度変化に対して極めて
早く追従する。しかしながら、原子炉容器のうＪ５冷却
材の液面より上方の部分の壁部の温度は、冷却材の温度
変化には追従しない。

このため、原子炉の運転開始、停止の場合のように冷却
材の温度が変化すると、原子炉容器のうち冷却材の液面
下の部分と液面上の部分との間に大きな温度差が生じて
しまう。これに伴って、この冷却材の液面近傍の原子炉
容器壁には大きな渇爪勾配が生じ、過大／ｉ熱応力が発
生し、原子炉容器の針金性を損なう酊能竹があった。

そこで、従来は原子炉容器の内側に断熱壁を添設し、こ
の断熱壁と原子炉容器内面との間に低温の冷却材を流通
させ、炉心の上面から流出した高温の冷却材が原子炉容
器に直接接触しないようにして、原子炉容器の健全性の
確保を行１−．っている。

すなわち、原子炉容器内に設けられた循環ポンプから炉
心部に向けて送出される原子炉容器内の低温な冷却材の
一部を、前記断熱壁と原子炉容器内面との間を流通せし
める冷却材流路を設けて形成している。

しかし、この方式には循環ポンプがトリップした時に断
熱効果が低下する等の問題があった。

そのほかに、原子炉容器内壁の液面近傍に、全周に亘っ
てガス空間であるガスダムを形成する内壁ライナを毅（
Ｊて、高温イ↑冷却材と原子炉容器内壁どの直接接触を
防止して、液面近傍の冷１１材の温度変化が直接原子炉
容器に伝わるのを防１１することが行なわれている。

しかし、この方式では上部ガス空間の原子炉容器内壁で
凝縮した冷７１材や、何らかの原因で冷７Ｊｌ材が原子
炉容器ど内壁ライナどの間のガスダム内に流入して溜っ
た場合には、伝熱を妨げる効果が減少してしまう。　　
　　　　　　・ 〔発明の目的〕　　′ 本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ガス
ダム内の冷！」材を汲出して、冷却材の液面近傍の原子
炉容器内面と冷却材どをガス空間により確実に隔離する
ことができ、冷却材から原子炉容器への伝熱量を低減さ
せて原子炉容器の熱応力を減少さ１４、原子炉容器の健
全性を確保し、更に構造が筒中であり長期に亘る動作が
可能であり、信頼性の高い高速増殖炉の熱遮蔽装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置は、原子炉容器の内壁
面の内方全周に亘って内壁ライナを設けて、内部の冷却
材の自由液面上からその自由液面下の部分と前記内壁面
との間にガス空間となるガスダムを形成し、このガスダ
ム内に溜った冷却材を不活性ガスの気泡を利用して前記
自由液面上へ汲出す気泡ポンプを設【プて形成し、ガス
ダｌオ内に冷却材が滞溜するのを防１トシ、原子炉容器
を冷却材から隔ｍ−ｉることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明は冷却材が自由液面をもって充填されている如何
なる原子炉容器にも適用されるものであり、特に冷却材
温度が５００℃以上で運転されることの多いループ型や
タンク型の高速増殖炉の原子炉容器に適している。

第１図から第９図に示す実施例はタンク型の高速増殖炉
に適用したものである。

第１図および第２図ｔま本発明の一実施例を示す。

先ず、タンク型の高速増殖炉を第１図について説明する
。

タンク型の原子炉容器１は、その外側を安全容器２によ
って保護されており、この安全容器２をコンクリート製
の格納容器３内に吊下することにより支承されている。

この原子炉容器１は、その上端開口部をルーフスラブ４
により閉塞されて密閉容器とされ、内部に液体ナトリウ
ム等の液体金属からなる冷却材５が充填されており、そ
の冷却材５の自由液面５ａどルーフスラブ４の下面との
間のカバーガス空間６内にアルゴンガスやヘリウムガス
等の不活性ガスからなるカバーガスが充填されている。

また、原子炉容器１の中央底部には高圧プレナム７を介
して炉心８が設けられており、この炉心８の上方にはル
ーフスラブ４に大回転プラグ９および小回転プラグ１０
を介して炉心上部機構１１が設けられている。

ルーフスラブ４には冷却材５を強制循環させる循環ポン
プ１２と、−次冷却材と二次冷却材との熱交換を行なわ
せる中間熱交換器１３が垂下支持されている。原子炉容
器１内は中性子遮蔽体１４により上方の高温域１４ａと
下方の低温域１４ｂとに隔離されている。

このタンク型の高速増殖炉の運転は次のようにして行な
われる。

すなわノ５、循環ポンプ１２を稼働させて、入口１２ａ
から低温ｔｆｉ　１４　ｂ内の低温の冷却材を吸込み、
そして高圧配管１５を通して冷却材を高圧プレナム７内
に送給する。冷却材は高圧プレナム７を経て炉心８内を
上り？１−る間にジノ温されて高ｎ１の冷却材５となっ
て高温域、１　’Ｉ　ａ内に流出Ｊる。この高温域１４
ａ内の冷却材５は中間熱交換器１３内へ人口１３ａから
流入し、その中間熱交換器１３内を流れる２次冷用材と
熱交換して冷ＩＪされ、出口１３ｂから低温域１４ｂ内
に流出され、再び循環ポンプ１２内へ流入する。

そして、この運転の際に、カバーガス空間６内にあるカ
バーガスは、冷却材がその渇度賓化に伴ってその体積を
膨縮された場合の原子炉容器１内の内圧変化を吸収緩和
させて、ハ；（子炉構成機器に及ぼす悪影響の発生を防
１にづ−る。更に、ルーフスラブ４や回転プラグ９．１
０に取付けられている原子炉上部機器の熱的トラブル発
生を防止し、また、冷却材５自身が直接接触またはイ」
着することによって生じる断熱性低下等のトラブルの発
生を防止している。

次に、第１図および第２図に示す本発明の熱連蔽装胃に
ついて説明する。　　　　　　　　　　　　　　　　１
原子炉容器１の内方に、冷却材５の自由液面５ａの−Ｌ
７’ｊからその下方部分までの間に断面り字形で全周に
負る内壁ライナ、１６を固着して、原子炉容器１と内壁
ライナ１６．と１の間にカバーガス空間６と連通ずるガ
スダム１７が形成されている。このガスダム１７内には
、内部に溜った冷却材を冷却材５の自由液面５ａ上へ不
活性ガスの気泡を利用して吸出す気泡ポンプ１８が設け
られている。

この気泡ポンプ１８は不活性ガスを）Ｊスダム１７内の
底部へ送給するガス注入管１９と、このガス注入管１９
の、Ｆ向きの吹出しノズルＩＣ１ａに、下端が外嵌され
、上端が内壁ライナ１．６の上端卯より高所部分で自由
液面５ａに向けて曲げられている吸出し管２０とにより
形成されている。また、ガス注入管１９はルーフスラブ
４を貫１通して原子炉容器１の外部から導入されており
、ガス循環ポンプ２１に・よりガス注出管２２およびベ
ーパートラップ２，３を通して注出されへカバーガス空
間６内のカバーガスが循環供給させられる。ガス注入管
１９にはカバーガス圧を調整するために不活性ガ。

スボンベ２４が接続さ、れている。　　　　　　。

次に本実施例による熱遮蔽作用を説明する。

高温域１４ａ内の冷却材５は炉心８を通過する間に約５
０．０℃に加熱４され、その自由液面５ａからカバーガ
ス空間６内へ蒸発する。−・方、ルーフスラブ４はその
−Ｌ面は常温に近く低温であり、イのためカバーガス空
間６に面する下面の温度も冷却材５の温度より低い。そ
こで、カバーガス空間６内へ蒸発した冷却材５の蒸気が
ルーフスラブ４の下面に凝縮する。また、原子炉容器１
の壁面も安全容器２を通して外部へ熱が放散されて冷却
される。こ９原子炉容器１０力バーガス空間６．内にあ
る内壁部分の温度は冷却５の液温まりも低く、そのため
冷却材５の蒸気が凝縮する。この冷却材５の凝縮は、原
子炉運転中または冷却材５が原子７炉容器１．の内壁温
度よりも高温に保たれている間は常に進行する。

従って、原子炉容器１の内壁温度が冷却材５である液体
金属ナトリウムの凝固温度（約９８℃）以上に保たれて
いると、原子炉容器１の内壁面、に凝縮したナトリウム
が常に液体状態に保ｔこ札る為に、液滴として流下【ノ
、ガスダム１７の底部に溜る。このガスダム１７内に溜
った液体金属ナトリウムの熱伝導率は極めて高いので、
内壁ライナ１６内の冷却材５の保有する熱が原子炉容器
１に伝達されてしまう。

そこで本実施例では、ガス循環ポンプ２１を稼働させて
、ガスＬ［入管１９へ不活性ガスを強制送給する。する
と、このガス注入管１９の吹出しノズル１９ａから汲出
し管２０内に吹出された不活性ガスは、ガスダム１７内
に溜った液体金属ナトリウｌオ中で気泡となり、気泡間
に液体金属ナトリウムを挾持した状態で汲出し管２０内
を上昇し、その上端開口２０ａから放出されるとともに
液体金属ナトリウムを自由液面５ａ上に戻す。この気泡
ポンプ１８による液体金属ナトリウムの汲出しを断続す
ることにより、ガスダム１７内の液体金属を全部自由液
面５ａ上に汲出することができる。

これにより、ガスダム１７内は常に不活性ガスで満され
ることとなり、その熱遮蔽作用が完全に果され、原子炉
容器１に大ぎな熱応力が発生するのを防＋１される。ま
た、ガスダム１７０手部りイ【わち内壁ライナ１６の下
部は、低温域１／ｌｂとなっているので、原子炉容器１
は低温に保たれる。

この気泡ポンプ１８は原子炉容器１内に機械的稼働部分
がなく、故障が起り難く、信頼性が高い。

また、ガス注入管１９の吹出しノズル１９ａを汲出し管
２０内に更に深く挿入するど、吹出しノズル１９ａの部
分で発生した気泡を汲出しノズル２０の外部へ洩らすこ
とがほとんど無くなり、少ないガス注入量で効率よく液
体金属ナトリウムの汲出しを行なうことができる。また
、注入ガス圧を高くしても気泡が汲出しノズル２０から
漏洩することがないので、吹出しノズル１９ａからのガ
スの吹出し流速を上げ、高速かつ短時間でガスダム１７
内の液体金属ナトリウムを汲出することができる。

また、ガス注入管１９内へは、カバーガス空間６内の不
活性ガスが循環供給されるものであり、放射性ガスが外
界へ放出されるおそれがなく、また原子炉容器１内のカ
バーガス圧力が異常に１胃するおそれもなく、安全□性
が大きい。゛また、非常時にガス循環ポンプ２１への通
電が断たれたときには、図示しない隔離弁を開けて、不
活′性ガスボンベ２４内の不活性ガスをガス注入管１９
へ送給することにより、ガスダム１７内の液体金属ナト
リウムの汲出しが断続され、安全性、信頼性が確保され
る。この時には、カバーガス空間６内のガス圧の調整が
図示せぬ調整系により行なわれる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

本実施例はガスダム１７の底部に単数もしくは複数個の
有底状の液溜め２５を設け、各液溜め２５にガス注入管
１９および汲出し管２０からなる気泡ポンプ１８の下端
部を挿入させて形成したものである。　゛ 本実施例においては、液溜め２５内に溜った液体金属ナ
トリウムを汲出すものであり、ガスダム１７内に溜った
液体金属ナトリウムを汲残しなく汲出すことができる。

　゛ また、気泡ポンプにおいてはその原理より、液体の最高
汲上げ高さは、被汲上げ液体の液高の４＝　　１２　− 〜８倍必要であることが知られている。一方、この種の
タンクへ１１の高速増殖炉においては、原子炉容器１の
直径が２０　ｙｎ前後にもなり、その内周面全周に頁っ
て設けられるガスダム１７の底面積が広（、更にガスダ
ム１７の高さも数ｍから１０数ｍにもなるので、汲出し
管２０による汲−トげ可能な高さまでの液体金属ナトリ
ウムの量は非常に多く必要である。しかしながら、本実
施例においては、液溜め２５の部分において汲上げ可能
な＾さの大部分を占めることができ、しかも液溜め２５
の容積は小さいので少量の液体金属ナトリウムが溜った
場合でも、能率よく汲出すことができる。

また、液溜め２５は原子炉容器１とは接触していないの
で、液溜め２５内に溜った液体金属ナトリウムにより原
子炉容器１が加熱されることもない。

第４図および第５図は本発明の他の実施例を示し、それ
ぞれルーフスラブ４の上部からガスダム１７の底部およ
び液溜め２５の底部まで有底状の液位計ガイド管２６．
２６を挿入するとともに、各液位計ガイド管２６．２６
の底部に液体金属すトリウムの液位を検出する液位計２
７．２７を設置したものである。

この液位計２７．２７によりガスダム１７内にどの位い
の液体金属ナトリウムが溜っているか常に監視すること
ができ、気泡ポンプ１８の作動させる時期の判断が可能
であり、かつ気泡ポンプ１８による汲１１目ノが順調に
行なわれているが否かの監視や汲出し終了時期の判断を
行なうことができる。また、この液位計２７．２７の検
出信号とガス循環ポンプ２１の駆動スイッチとを連動さ
せることにより、ガスダム１７内に溜った液体金属すｌ
・リウムを自動的に汲出すことができる。

第６図から第８図は、気泡ポンプによる液体金属ナトリ
ウムの汲出し効率を向上させた実施例を示す。

一方の第６図は、ガス注入管１９の吹出しノズル１９　
ａの部分に複数の吹出し口を穿設したり、多孔質の焼結
金属をもって吹出しノズル１９ａとしたものである。

すなわち、吹出しノイル１９ａか、ら発生される不活性
ガスの気泡の大きさと個数を汲出し菅２０内径との関係
で適切に調整して、できるだけ少量の注入ガス量で、か
つ、できるだけ多量の液体金属ナトリウムを、できるだ
け短時間で汲上げるようにしたものであり、小径の多数
の気泡の上背力が液体金属ナトリウムに伝わり、相互に
混合して二相流となって上昇するので、極めて効率のＪ
こい汲出しが行なわれる。

他方の第７図および第８図は、中心部の直管状のガス注
入管１９の外側に二重管状にして汲出し管２０を設け、
このガス注入管１９と汲出し管２０との間の直管部分に
多数（本実施例でｔま８本）の複合管２０ｂ、２．Ｏｂ
を介装したものである。

一般に、汲出し管２０の内径を過大にすると、不活性ガ
スの気泡の上背力による汲出し管２０．内の液体金属ナ
トリウムの持上げ力よりも液体金属ナトリウムの自重が
大きくなったり、一方その内径を過小にすると液体金属
ナトリウムの粘性や表面張力が作用して不活性ガス気泡
が汲出し管２゜内を上昇できなりイ【ったすして、気泡
ポンプとｌノて機能しなくなってしまう。そのため、効
率的な汲出しが可能な汲出し管の内径には制限があり、
１本の汲出し管によって汲出し可能な液体金属ナトリウ
ムの量にも限界がある。

これに対し、本実施例では、中央のガス注入管１９から
多量の不活性ガスを注入し、多量の液体金属す１−リウ
ムを各複合管２０ｂ、２０ｂに分割して、良好に汲上げ
ることができ、短時間に多量の液体金属ナトリウムの汲
出しを行なうことが工きる。

第９図ａ−７ｃはそれぞれガス注入管から原子炉容器内
へ送給される不活性ガスを所定温疫まで昇温させるよう
にしたものである。

すなわち、第９図ａはガス注入管１９内にピー９２８ｅ
ｉｉｉｌ＊Ｌｔ□活性ガニや、−全２昇温加熱昇温させ
るものであり、同図ｂ％Ｃはガス注入管１９の途中をガ
スダム１７内で螺旋状１９ｂに形成したり、蛇行状１９
ｃに形成したりしてガス注入管１９を長く形成し、ガス
ダム内の高温なカバーガスにＪｚり内部の不活性ガスを
加熱昇温させるものである。

このようにルーフスラブ４の外部から、注入される不活
性ガスはヒータ２８、螺旋状１９ｂ部、蛇行状１９ｃ部
において十分加熱臂温されるので、低温のまま吹出しノ
ズル１９ａから吹出されて、そのノズル周辺に液体金属
ナトリウム中の不純物が析出して、不活性ガスの気泡発
生妨害が生じることを防Ｉにする。

なお、気泡ポンプ１８において、ガス注入管１９と汲出
し管２０とを１１に二重管状に形成してもよく、またガ
ス循環ポンプ２１を原子炉容器１内に設置してもよい。

また、熱遮蔽のために原子炉容器内壁、に熱、抵抗体を
取付けた原子炉や、ガスダムを形成する内壁ライチ部に
原子炉容器内下部の低温域の冷たい冷却材を導入して原
子炉内壁を冷却する炉壁冷ｌｌｌ１型原子炉に本発明の
熱連蔽装買を合せて適用すれば、熱遮蔽効果が更に高く
なる。

また、気泡ポンプのルーフスラブ貫通部分に７ランジ構
造またはドアバルブ構造等にＪ：り開閉自ｎとし、この
開閉部分から気泡ポンプの構成部分をガスダム内に挿脱
するように□形成すると、ガスダム内の液体金属ナトリ
ウムの汲出し時めみに気泡ポンプを原子炉容器内に装置
することができ、保守、点検等が容易となり信頼性が＾
い。

また、気泡ポンプ１８の構成各部や内壁ライナ１６等は
すトリウムどの共存性が子分確められているステンレス
系の鋼材で製するので、耐久性は十分である。

また、気泡ポンプ１８へ′の不活性ガスの供給は閉ル゛
−プににり循環させるものであるから、ガス循環ポンプ
２１の運転を断続させることができ、ガスダム１７内に
液体金属ナトリウムが汲上げ可能高さまで溜ると自動“
的に汲上げることができ、その高さより低い場合には不
活性ガスのみが循環する運転を行なうことができる。　
　　　　　″本発明装置は規模が小さいので、原子炉容
器１やルーフスラブ４′の設計、−作、組立てに与える
また、ガスダム１７の幅を自由に設定することができ原
子炉容器１自身の直径を小さく抑えることも可能となる
。

〔発明の効果〕

このように本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置は、ガス夛
ム内に溜った液体金属ナトリウムを常に遠出すことがで
き、冷ＩＪ目４の液面近傍のＤハ了か容器内面と高温（
２冷）Ｊ１材とをガス空間にＪ：り確実に隔離すること
ができ、ん却Ｉから原子炉容器への伝熱量を低減させて
原子炉容器の熱応ノｊを減少させ、原子炉容器の健全性
を確保し、更に構造が簡単であり長期に亘る動作が可能
であり、信頼ｖ１も高い等の効果を暮する。　　　　□

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置の実施例を示し
、第１図は尿発明の一実施例を備えた高速増殖炉の縦断
側面画、第２図は同実施例のガスダム部の拡大断面図、
第３図から第７図はそれぞれ本発明の他の実施例を承り
第２図同様の断面図、第８図は第７図の■−■線に沿っ
た拡大断面図、第９図ａ〜Ｃはそれぞれ本発明の更に伯
の実施例を示す第２図同様のｍ１面図である。　　　□
１・・・原子炉容器、４・・・ルーフスラブ、５・・・
冷却材、５ａ・・・自由液□面、６・・・カバーガス空
間、１６・・・内壁ライブ、１７・・・ガスダム、１８
・・・気″泡ポンプ、１′９：・・ガス注入管、１９ａ
・・・吹□出しノズル、２０・・・汲出し管、２０ａ゛
・・・複合管、２５・・・液溜め。 ′出願人代理人゛　猪　　股　　　　清、、□　　　　
　　　シ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器の内壁面の内方全周に亘って内壁ライナ
   を設けて、内部の冷却材の自由液面上部からその自由液
   面下部までの部分と前記内壁面との間にガス空間となる
   ガスダムを形成し、このガスダム内に溜った冷却材を不
   活性ガスの気泡を利用して前記自由液面上へ汲出す気泡
   ポンプを設けたことを特徴とする高速増殖炉の熱遮蔽装
   置。 ２、気泡ポンプは、ルーフスラブの外部からガスダム低
   部へ不活性ガスを送給するガス注入管と、下端が前記ガ
   ス注入管の吹出しノズルにゆるく外嵌され上端が冷却材
   の自由液面上方に開口している汲出し管とで形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速
   増殖炉の熱遮蔽装置。 ３、ガスダムの底部に単数若しくは複数の有底状の液溜
   めを設け、この液溜め内に気泡ポンプの下端部を挿入し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の高速増殖炉の熱遮蔽装置。 ４、ガス注入管の吹出しノズル部を小径気泡を発生させ
   るように、複数の吹出口を穿設したり多孔質金属で形成
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の高速
   増殖炉の熱遮蔽装置。 ５、ガス注入管を直管状とし、その外側を二重管状にし
   て汲出し管により覆い、この汲出し管とガス注入管との
   間の直管部分に複数の複合管を配設したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の高速増殖炉の熱遮蔽装置
   。 ６、ガス注入管は内部を流通する不活性ガスを加温でき
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の高速増
   殖炉の熱遮蔽装置。