JPS61207996A - 高速炉 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はタンク型高速炉の原子炉構造に係り、特に１次
冷却系ポンプを省略し、シンプルなシステムと信頼性向
上に好適なタンク型高速炉に関する。

〔発明の背景〕

液体金属、特にナトリウムを冷却材として高速増殖炉（
高速炉）の炉型にはループタイプとタンクタイプがある
。いずれも、炉心内に装荷した核燃料の核分裂の熱を直
接冷却する１次冷却系と。

中間熱交換器を介して炉外に熱を輸送する２次冷却系、
さらに、タービン発電機を駆動する加熱蒸気を得る蒸気
発生器、および水・蒸気系等の冷却システムで構成され
ている。

ループタイプはこれらの冷却系および各コンポーネント
を配管で接続してシステムを構成する。

これに対して、タンクタイプは炉心、１次系ポンプ、中
間熱交換器等の１次冷却系機器を大きなタンク内に納め
、炉心を直接冷却する１次系の冷却材はこのタンク内を
循環して中間熱交換２次側から炉外へ熱を伝送するシス
テムである。本発明は後者のタンクタイプに適用すると
より効果的であるため、タンク型高速炉を例に記述する
。

第８図は一般のタンク型高速炉システムを示した全体系
統図である。炉心１，１次系ポンプ２゜および中間熱交
換器３等の１次系機器をタンク炉主容器４内に納めた１
次冷却系５を構成し、中間熱交換器３の２次側には２次
系ポンプ６、蒸気発生器７等で構成した２次冷却系８が
接続され、蒸気発生器７の２次側には給水ポンプ９、タ
ービン１０、発電機１１および復水器１２等で構成され
た水・蒸気系１３が接続され、タンク型高速炉の冷却系
を構成している。通常、熱交換効率、プラント制御性等
の観点から２次系以降タービンまでの冷却系を複数ルー
プに分割されている。５ｕｐｅｒＰｈｅｎｉｘ炉の場合
、中間熱交換器３の８基に対して２次系８及び水・蒸気
系１３がループで構成されている。

１次冷却系５と水・蒸気系１３の間に２次冷却系８を設
ける最大の理由は炉心１において１次冷却材が強い高速
中性子を受は放射化されたナトリウムになり、これが万
一外部に漏れて被爆するのを防ぐため、一旦中間熱交換
器を介して非放射性のナトリウムに熱を伝達した後、蒸
気発生器側へ熱を輸送する安全上の配慮からである。

第９図は上述した１次冷却系５の構造図である。

タンク炉主容器４内に１次冷却系５が全て納まっている
。はぼ中心に炉心１があり、炉心１の下部に高圧プレナ
ム室１９が存在し、１次系ポンプ２の出口配管がこの高
圧プレナム室１９に接続されている。タンク炉主容器４
の隔壁構造２０で上部プレナム部１７、下部プレナム部
１８に分割し、中間熱交換器３はこの隔壁構造２０を貫
通して配置されている。炉心１の直上には燃料交換、制
御棒等の駆動機構を有する炉上部機構１６がある。

タンク炉主容器４の頂部はルーフスラブ１４とよばれる
蓋を設け、前述の中間熱交換器３、炉上部機構１６及び
１次系ポンプ２等のコンポーネントを吊下げるように支
持している。ルーフスラブ１４の下面には、高温ナトリ
ウムからの輻射熱を防ぐための熱しゃへい板を設けであ
る。以上記述したタンク炉の構成は、５ｕｐｅｒ　ｐｈ
ａｎｉｘ炉及び特願昭４９−２６７４６号公報に記載の
基本的構造である。

１２００　Ｍ、　Ｗ　ｅ級の５ｕｐｅｒ　ｐｈｅｎｉｘ
炉の場合、タンク炉主容器の直径が約２１ｍあり、炉心
１を中心に周囲に８基の中間熱交換器３と４基の機械式
の１次系ポンプが配置されている。このように構成され
た１次系機器類は１次冷却材であるナトリウム液中にで
稼動する。まず１次系のナトリウムは炉心１内で加熱さ
れ、上部プレナム１７で中間熱交換器３に入り、２次系
８に熱を輸送した後冷却され、下部プレナム部１８に放
出する。１次系ポンプ２の吸込部がこの下部プレナム部
１８内に開放されていて、低温のナトリウムを導入し再
び高圧プレナム室１９に圧送される。したがって、１次
系ナトリウムはタンク炉主容器内を加熱、冷却をくり返
しながら循環するが１次系ナトリウムは炉心で強い放射
能を受は半減期の長い放射化ナトリウムが蓄積される。

一度放射化された１次系は補修、あるいは、点検が非常
に困難な状態になってくる。したがって、高速炉の１次
冷却系機器は高い信頼性が要求される。ところが、１次
系に使われている機械式ポンプは回転機器である０機械
式ポンプは前述したように、下部プレナム部１８にある
インペラを回転するため、長尺のシャフトを上部プレナ
ム部１７を貫通し、上部のルーフスラブ１４まで延長し
ているため、シャフトには原子炉運転条件の最大温度差
が加わることになる。このため９機械式ポンプは熱変形
、振動等によるカジリ故障が最も高い率で発生するポテ
ンシャルを秘めた機器である。

最近仏間でこの機械式ポンプに代って電磁ポンプを導入
する具体的構造検討がされている（１９８４゜４、第３
回液体金属技術国際会議で発表）、電磁ポンプは機械式
ポンプに比べ機械的可動部品がないため故障発生率は低
下するものと予想されるが、電磁ポンプの使用環境が高
温ナトリウム液中に埋設して稼動するため、新たな問題
として、励磁コイル、及び外部からの電源供給機構等に
電気的絶縁、高温対策、さらには耐ナトリウム構造の難
点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来技術の欠点を補うため、電磁フロー
カップラを用いて、１次系の機械式ポンプを省略するタ
ンク型高速炉を提供することにある。

〔発明の概要〕

この目的のため、本発明は、炉心の周囲から包囲するよ
うに電磁フローカップラを配置し、中間熱交換器の２次
流体の流動力で電磁フローカップラを駆動し、低温プレ
ナムのナトリウムを直接炉心に圧送できるようにした。

このため、タンク炉主容器内のスペースファクタが著し
く向上するとともに、機械的あるいは電気的特別な動力
源を必要としないため機器の信頼性も著しく向上した。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第３図、第
４図により説明する。

第１図は本発明の具体的構造を示したタンク型高速炉の
１次冷却系部の構造図である。タンク炉主容器４内に１
次冷却系機器が全て納まっているほぼ中央に炉心１があ
り、炉心１の下部に高圧プレナム室１９がある。炉心１
の頂部を境にして。

タンク炉主容器４は隔壁構造２０で上部プレナム部１７
と下部プレナム部１８に分割され、中間熱交換器３は上
方から隔壁構造２０を貫通し、炉心１を中心にサークル
状に配置されている。炉心１および高圧プレナム室１９
の外囲にトロイダル状の電磁フローカップラ２１を配置
し、中間熱交換器３の２次系と、高圧プレナム室１９と
の間を電磁フローカップラ２０で連絡する。詳細な配管
系は第２図、第４図を用いて後で述べる。

炉心１の直上には燃料交換、制御棒等の駆動機構を有す
る炉上部機構１６がある。タンク炉主客器４の頂部には
ルーフスラブ１４とよばれる蓋を設けである。前述の中
間熱交換器３、炉上部機構１６等のコンポーネントを吊
下げるように支持している。ルーフスラブ１４の下面は
上部プレナム部１７に存在する高温ナトリウムからの輻
射熱を防ぐための熱しゃへい板１５を設ける。このよう
に構成された第１図のタンク型高速炉をさらに本発明の
要素の部分を詳細に説明するためにＡ−Ａ親図を第２図
に示す。炉心１および高圧プレナム室１９を中心にして
トロイダル状の電磁フローカップラ２０を配置する。実
施例では便宜上４基の中間熱交換器３の場合について説
明する。電磁フローカップラ２０は４分割されていて、
内部の流路はそれぞれ独立した流路を形成するために仕
切り２１を４個所に設けである。この仕切り２１を境と
して中間熱交換器３の２次系配管を延長し、２次系入口
配管２２とする。一方２次系出口配管２４を仕切り２１
をはさんで設けである。電磁フローカップラ２０の１次
系入口部３０は下部プレナム部１８に開孔している。１
次系の出口は１次出口配管２３によって高圧プレナム室
１９に接続されている。トロイダル状の電磁フローカッ
プラ２０の断面構造はＢ−Ｂ挽回を第３図に示す如く、
環状の流路を敷板の隔壁２９で仕切り複数個の１次流路
（■印で示す）と２次流路（０印で示す）を構成する。

さらに環状流路の外周に磁極２７を又、中心部に鉄心２
８を設は放射状方向の磁気回路を形成しである。

以上のように構成した本発明の一実施例の動作例を第４
図および第５図を併用しながら第６図を用いて説明する
。第６図は本発明の１次系および２次系のフローを模式
的に示したもので中心部に１次系の高圧プレナム室１９
があり、その囲りを電磁フローカップラ２０で取り囲ま
れていて、さらにその囲りに２次系８の２次系ポンプ６
および蒸気発生器７を連結したループになっている電磁
フローカップラ２０と２次系８のループとの間に中間熱
交換器３が配置されている。２次系ループ８において、
２次系ポンプ６の駆動で流動した２次系ナトリウムはま
ず、中間熱交換器３の下降管を流動し、電磁フローカッ
プラ２０に流入する電磁フローカップラ２０の矢印の方
向に流動し、他の中間熱交換器３の伝熱管を上昇し、中
間熱交換器３から流出し、次に蒸気発生器７を経て再び
２次系ポンプのサクション側に戻るルートで循環する。

したがって２次系ナトリウムは１基の中間熱交換器に対
して互に交差して他の２次系ループのナトリウムが流動
する。電磁フローカップラ２０内を流動した前述の２次
系ナトリウムは磁界を受けて、壁を隔ててもう一方のナ
トリウムを反対の方向に流動させる力が発生する。この
ナトリ′ウムが１次系ナトリウムとなり、下部プレナム
部１８の低温のナトリウムを吸込み、高圧プレナム室１
９へ配管された流路を通って炉心１へ圧送される。この
動作は第３図および第４図の動作原理図で説明するとよ
り明確に理解できる。第３図において、共通な磁束（Ｂ
）内に２つの導電体が存在していて、一方の導電体に外
力により力（Ｆ）を与えて動かすと、可動した導電体内
に磁束（Ｂ）と力（Ｆ）とにそれぞれ直角方向の電流（
Ｉ）が発生する。この現象はフレミングの右手の法則に
よる発電効果である。一方この電流（Ｉ）は、もう一方
の導電体に給電すると同じ方向の磁束（Ｂ）との相互作
用を受けて動き出そうとする力が発生するこの現象がフ
レミングの左手の法則に従う電動作用である。このよう
に電磁フローカップラはフレミングの発電作用と、電動
作用とがカップリングしたものである。磁束（Ｂ）、力
（Ｆ又はＰ）、電流（Ｉ）の３要素はそれぞれ直角方向
に作用するため、電磁フローカップラ２０で誘起するポ
ンプ力（Ｐ）、は駆動力（Ｆ）に対して反対方向の流動
となる。

第５図はこの動作原理に基づいて具体的構造にした環状
流路型電磁フローカップラ２０である。

環状の流路を１次系と２次系に分離する隔壁２９を設は
外周と中心との間に放射状の磁界３１を与えると図に示
すように磁石２７の接合部で正負最大のループ電流３２
が発生しする６したがって１次系流体には放射状方向の
磁束３１とループ電流３２との作用を受けて矢印方向の
流動力が発生する５本発明では、さらにこの電磁フロー
カッズラ２０をリング状に整型し、第１図に示すように
炉心１の囲りに配置したものである。

このように本発明の一実施例によれば、タンク型高速炉
の１次冷却系の駆動力を得るため可動部品の機械あるい
は電気部品、電力供給部品を一切必要としない静的な電
磁フローカップラを用いるため原子炉プラントの信頼性
は著しく向上する。

また、電磁フローカップラの型状をトロイダル型にし炉
心周囲の下部プレナム部に配置することによってタンク
炉主容器の軸を長くすることなく、コンパクトに配置す
ることができるためスペースファクターも著しく向上し
、延いては、１次系システムの小型化にもつながり、大
巾な建設コストダウンの効果がある。

本発明の基本的な構造は第１図に示したようにトロイダ
ル状にした環状型電磁フローカップラを下部プレナム部
に設けたことであるが、その変形例として、電磁フロー
カップラの駆動流体である２次系流路を共通にし個々の
中間熱交換器の２次系流路が導通していることである。

この変形の概念を示したのが第７図である。実施例に示
した第６図との違いは１次系および２次系とも中間熱交
換器３の基数に合せて例えば４つに分割されているが２
次系のみを１個所の仕切り２１を残して他を共通流路と
したことである。この変形例によれば各中間熱交換器３
の２次系が電磁フローカップラ２０部で共通流路となる
ため例えば各中間熱交換器３に流動のアンバランスが生
じても均一化される効果が発生する。このことは前述し
た実施例の効果にさらに原子炉システムの安定性が加わ
った効果を発揮する。しかし構造上で、１次系と２次系
の仕切り２１及び２１′の仕切り構造が異なるため製作
手順に若干の工夫が必要である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、タンク炉主容器内
の１次系ポンプを省略することができるため１機械摩耗
、振動あるいは熱変形等による機械的故障は無くなる。

また、電磁ポンプを使用する場合に比べ絶縁破壊等によ
る電気的故障の要因が全て無くなるため、原子炉システ
ムの信頼性は著しく向上する。さらに、トロイダル状の
環状型電磁フローカップラを下部プレナム部に配置する
ことによって、タンク炉主容器の軸長を長くすることな
く本発明が達成できるためスペースファクターが向上し
、延いては炉容器の小型化につながり建設コスト低減に
つながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ挽回、第３図は第２図のＢ−Ｂ祖国、第４図は電
磁フローカップラの原理図、第５図は環状型電磁フロー
カップラの構造図、第６図は本発明のフロー系統図、第
７図は本発明の変形例の構成図、第８図はタンク型高速
炉の冷却系システム図、第９図は従来技術のタンク炉の
１次冷却系構造図である。 １・・・炉心、３・・・中間熱交換器、４・・・タンク
炉主容器、１８・・・下部プレナム部、１９・・・高圧
プレナム室、２０・・・電磁フローカップラ、２２・・
・２吹入口管、２７・・・磁極、２８・・・鉄心、２９
・・・隔壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炉心及び、複数基のポンプ、熱交換器などの１次冷
   却系機器を同一容器内に収納して構成する液体金属冷却
   、タンク型高速炉において、前記容器内に存在する１次
   系冷却材が、前記炉心で加熱され、前記熱交換器を流動
   し、再び炉心に戻る１次系循環力を得る前記ポンプの代
   りに熱交換器内を流動する２次系流動力で間接的に前記
   １次系に循環力を発生し得る電磁フローカップラを前記
   炉心を包囲し、かつ、前記熱交換器と、前記炉心との間
   の流路系に設けたことを特徴とする高速炉。