JPS61210993A - 炉心崩壊熱除去用熱交換装置 - 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〕 本発明は液体金属冷却型原子炉の補助冷却設備として原
子炉容器内に設置されている炉心崩壊熱除去用熱交換装
置に関する。

〔発明の技術的背景〕

液体金属を冷却材として使用している高速増殖炉では、
原子炉の出力運転停止後に炉心からの崩壊熱を除去する
ため、原子炉の補助冷却設備として第２図に示す炉心崩
壊熱除去用熱交換装置が設けられている。

この炉心崩壊熱除去用熱交換装置は、原子炉容器１の上
部開口をｒ！ｊ１塞するしやへいプラグ２に吊下げ支持
された炉内熱交換器３を有する。この炉内熱交換ｉ！１
３は炉内構造物４を支持する仕切板５を貫通して下方に
延びるように配置されている。

一方、しやへいプラグ２より上方に突出した炉内熱交換
器３の上部には、二次系冷却材入口配管６ａおよび出口
配管６ｂが接続されている。二次冷却材出口配管６ｂは
空気冷却器７の熱交換管７ａの流入側に接続され、この
熱交換管７ａの流出側は二次冷却材入口配管６ａに接続
されている。そして、空気冷却器７と炉内熱交換器３と
の間で二次冷却材を循環させる崩壊熱除去用二次冷却材
流路が形成される。なお、空気冷却器７に接続される上
側の排気ダクト８ａ１下側の吸気ダクト８ｂ内には、ダ
ンパ９ａ、９ｂがそれぞれ設けられている。

また、原子炉容器１内の炉内熱交換器３の下端部には一
次冷却材出口管１０が下方向に接続されている。この出
口管１０には炉内電磁ポンプ１１および炉内逆止弁１２
が順次設置され、この出口管１０の他端部は高圧プレナ
ムヘッダ１３に接続されている。この高圧プレナムヘッ
ダ１３は炉心１４の下方に形成される炉心入口高圧プレ
ナム１５に連通され、崩壊熱除去用１次冷却材流路が形
成される。

なお、第２図において、符号１６は原子炉格納容器を部
分的に示したものであり、この原子炉格納容器１６内に
部分的に示したしゃへいコンクリート１７を介して原子
炉容器１が格納されている。

この原子炉容器１には一次冷却材入口配管１８が接続さ
れ、図示しない一次主循環ポンプにて加圧された液体す
；・リウム等の一次冷却材が入口配管１８を介して供給
される。供給された一次冷却材は炉心１４を通るとぎ加
熱され、一次冷却材出口管１９から図示しない主中間熱
交換器に送られるようになっている。なお、図中群ｊ３
Ａはホットプレナム、Ｂはコールドプレナム、１ａは内
胴、１ｂは反射体をそれぞれ示している。

しかして、高速増殖炉の通常運転時には、−法主循環ポ
ンプにより加圧された液体ナトリウム等の一次冷却材が
一次冷却材入口配管１８から高圧プレナムヘッダ１３お
よび炉心入口＾圧プレナム１５を経て炉心１４に案内さ
れ、この炉心１４を通るとき加熱される。炉心１４にて
加熱された一次冷却材は原子炉容器１内に収容される内
１１１ａの開口部等を経由して一次冷却材出口１！１９
を通って主中間熱交換器（図示せず）に送られる。主中
間熱交換器で二次冷却材と熱交換して温度降下した一次
冷却材は、−法主循環ボンブに案内される。この通常運
転時には、炉心崩壊熱除去用熱交換装置は、−法主循環
ボンブからの吐出圧により、高圧プレナムヘッダ１３が
高圧に保たれ、炉内逆止弁１２がｗＩＮされているため
、起動されない。

しかして通常出力運転が終了し、炉心崩壊熱除去運転に
移行すると、−法主循環ポンプが停止するため、高圧プ
レナムヘッダ１３の圧力が低下し、炉内逆止弁１２が開
かれ、炉心崩壊熱除去用熱交換流路が構成される。

これにより、炉心１４を流出した一次冷却材は、内ｌｌ
１ｉｉａの上部および間隙部等を通過して炉内熱交換器
３へ一次入口窓３ａから流入し、この炉内熱交換器３内
で二次冷却材と熱交換して低温となる。低温となった一
次冷却材は、一次冷却材出口管１０を通り、炉内電磁ポ
ンプ１１で加圧され、炉内逆止弁１２を経て高圧プレナ
ムヘッダ１３および炉心入口高圧プレナム１５に案内さ
れ、炉心１４へ送られる。

一方、炉内熱交換器３で熱交換され、温度上昇した二次
冷却材は二次冷却材出口管６ｂを通り空気冷却器７に送
られ、ここで空気と熱交換して冷却される。冷却された
二次冷却材は二次冷却材入口管６ａを通過して炉内熱交
換器３に還流される。

空気冷却器７の上流側および下流側に取付けられたダン
パ９ｂ、９ａは通常出力運転時には開基されているが、
炉心崩壊熱除去用熱交換装置の起動信号により間かれる
。

〔背景技術の問題点〕

以上のように構成され、作用する炉心崩壊熱除去用熱交
換装置には、炉心崩壊熱除去用熱交換装置起動時に炉内
゛熱交換器３に厳しいホットショックが生じるという問
題点があった。

すなわち、液体金属冷却型高速増殖炉で冷却材として使
用する液体ナトリウムは常温では固体であり、約１００
℃以上に加熱されることによって液体となっている。ま
た炉心崩壊熱除去用熱交換装置の二次冷却材として用い
られるＮａＫ　（金属ナトリウムとカリウムの合金）は
常温でも液体であり、空気冷却器７をシステム内に含ん
でいるため、通常出力運転時に炉内熱交換器３内に一次
冷却材が流入せず、入熱がない場合、空気冷却器７では
ダンパ９ａ、９ｂを全問としていても熱の放散が生じ二
次冷Ｗ材が低温となり、炉内熱交換器３内のナトリウム
が固化してしまう虞れがある。

炉内熱交換器３内のナトリウムが固化した場合、炉心崩
壊熱除去運転の状態になったとしても、上記装置は稼動
することができなくなる。

ナトリウムの固化を防止するために、通常出力運転時も
炉内熱交換器３内に一次冷却材を微量流し、空気冷却器
７からの放熱を補償することが考えられる。しかしなが
ら、従来例では炉内熱交換器３内へ一次冷却材を流入さ
せるには一次人口窓３ａか、高圧プレナムヘッダ１３か
ら行なうしかなく、また、高圧プレナムヘッダ１３の方
がホットプレナムＡよりも圧力が高いため、高圧プレナ
ムヘッダ１３から流入させるのに限界があった。

一方、炉内電磁ポンプ１１により、一次冷却材を一次入
口窓３ａから流入させることも可能ではあるが、高圧プ
レナムヘッダ１３とホットプレナムＡとの間の圧力差は
数Ｋｇ　／　ｃｔ！　ｇ程度であり、炉内ｒＩｉ磁ポン
プ１１でこの圧力差を補償するには、電磁ポンプ１１は
非常に長尺物となる。

以上の理由により、通常出力運転時、炉内熱交換器３内
へ高圧プレナムヘッダ１３から一次冷却材を流入させる
と炉内熱交換器３内の一次冷却材の流れは逆流となる。

そして通常出力運転時にも一次冷却材から二次冷却材へ
の熱の流れが存在するため、通常出力運転時に一次人口
窓３ａからホットプレナムＡ内へ流入する一次冷却材は
より低温となる。

上記の通常出力運転時から、炉心崩壊熱除去運転に移行
すると、炉内熱交換器３内の一次冷却材の流れは逆流か
ら順流となり、ホットプレナムＡの熱い一次冷却材が流
入するため、炉内熱交換器３は厳しいホットショックを
受けることになる。

（発明の目的） 本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、通
常出力運転時と炉心崩壊熱除去運転時の炉内熱交換器内
の一次冷却材の流れの向きが同一であり、上記の運転状
態の変化に際しても炉内熱交換器内のホットショックを
生じることがなく、かつ炉内電磁ポンプの寸法を大きく
する必要がない炉心崩壊熱除去用熱交換装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するために、本発明は原子炉容器の
上部開口を覆うじゃへいプラグに吊下げ支持された炉内
熱交換器と、この炉内熱交換器の下方に設けられ、熱交
換された一次冷却材を加圧する炉内電磁ポンプと、この
電磁ポンプの下方に設けられた炉内逆止弁と、この逆止
弁を、炉心下部の炉心入口高圧プレナムに連通ずる高圧
プレナムヘッダに接続された一次冷却材出口管とを備え
た炉心崩壊熱除去用熱交換装置において、前記炉内熱交
換器、炉内電磁ポンプおよび炉内逆止弁は共通の筒状ケ
ーシング内に収容され、かつ、一次冷却材出口管に相対
変位吸収用ジャンクション部を設けるとともに、前記炉
内電磁ポンプと炉内逆止弁との間の筒状ケーシング壁面
に貫通孔を設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば熱交換器の起動時のホットショックが緩
和され、機器の健全性が向上する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る炉心崩壊熱除去用熱交換装置の好ま
しい実施例について第１図を参照して説明する。

第１図は本発明に係る炉心崩壊熱除去用熱交換装置を組
み込んだ＾速増殖炉の原子炉容器２０内の下部領域の右
半分を詳細に拡大して示すものであり、残りの領域は第
２図に示すものとほぼ同様であるので説明を省略する。

原子炉容器２０内には炉内構造物２１を支持する仕切板
２２が設けられており、この仕切板２２により炉容器２
０内は上方のホットブレナムＡと下方のコールドプレナ
ムＢに区分される。原子炉容器２０の上部開口はしやへ
いプラグ（図示せず）で覆われる一方、このしやへいプ
ラグの偏心位置に筒状ケーシング２３の上部が保持され
る。筒状ケーシング２３の中間部より下方は前記仕切板
２１２により保持される。

一方、筒状ケーシング２３内には上方から下方に向って
炉内熱交換器２５、炉内電磁ポンプ２６および炉内逆止
弁２７が順次配設されている。筒状ケーシング２３は炉
内熱交換器２５および炉内電磁ポンプ２６、炉内逆止弁
２７の各外胴を共通化し、ユニット化したものである。

炉内逆止弁２７にはボール２７ａを有するソフトタイプ
のフローダイオード２７ｂが用いられる。

また、炉内電磁ポンプ２６と炉内逆止弁２７との間の筒
状ケーシング２３の壁面には貫通孔２日が設けられてい
る。

さらに、筒状ケーシング２３は炉内逆止弁２７の下方に
鏡板部２９が形成され、この鏡板部２９の接続口３０は
絞られて小径となり、この接続口３０にユニバーサルジ
ヨイント３１が接続される。

ユニバーサルジヨイント３１は下端にジャンクション３
２が形成され、このジャンクション３２により高圧プレ
ナムヘッダ３３から立ち上がった一次冷却材出口管３４
に差し込まれ、接合される。

なお、鏡板部２９の接続口３０に一次冷却材出口管３４
を接続し、この途中にユニバーサルジヨイント３１を介
装してもよい。ユニバーサルジヨイント３１はテレスコ
ピック状の伸縮管３５の囲動部を伸縮ベローズ３６で液
密に習うとともに、上記伸縮管３５の両端に球面状に形
成し、この両端球面部を球面座３７ａ、３７ｂで支持し
たものである。しかして、前記ユニパーナルジヨイント
３１やジャンクション３２により、一次冷却材出口管３
４に相対変位吸収用ジャンクション部３８が形成される
。

また、高圧プレナムヘッダ３３は連通管３９を介して炉
心４０の下方に形成される炉心入口高圧プレナム４１に
連通される。

次に、炉心崩壊熱除去用熱交換装置の作用について説明
する。

高速増殖炉の通常出力運転時には図示しない一次主循環
ポンプの作動により、高圧プレナムヘッダ３３内が高圧
になるため、炉内逆止弁２７内のボール２７ａが持ち上
げられ、炉内逆止弁２７は閉塞される。しかしながら、
筒状ケーシング２３の側壁面に貫通孔２８を設けである
ため、炉内電磁ポンプ２６を起動させることにより、一
次冷却材は、−吹入口窓２５ａから炉内熱交換器２５内
へ流入し、炉内電磁ポンプ２６、貫通孔２８を経由して
、コールドプレナムＢへ流出する流路パスが形成される
。この時、二次冷却材を経由して第２図に示した空気冷
却器７から放散する熱を制御することが不可能であった
としても、炉内電磁ポンプ２６により、一次冷却材流量
を調節することにより、炉内熱交換器２５内の温度を制
御することが可能である。

次に炉心崩壊熱除去運転時においては、高圧プレナムヘ
ッダ３３内の圧力が低下することにより、炉内逆止弁２
７が開となり、炉心４０、ホットプレナムＡ１−吹入口
窓２５ａ、炉内熱交換器２５、炉内電磁ポンプ２６、炉
内逆止弁２７、ユニバーサルジヨイント３１、一次冷却
材出口管３４、高圧プレナムヘッダ３３および炉心入口
高圧プレナム４１を順路とした一次冷却材の流路パスが
形成される。

この炉心崩壊熱除去運転時に実施例では貫通孔２８を設
けたことにより、一次冷却材がコールドプレナムＢへ流
出することが考えられるが、この実施例については、フ
ローダイオード２７ｂと貫通孔２８の流路抵抗比を考慮
して貫通孔２８の大きさを設定することにより回避でき
る。通常運転時に炉内熱交換！ａ２５内を流れる一次冷
Ｗ材の流量は炉心、崩壊熱除去運転時に比較して小さい
ため、貫通孔２８を小ざくすることができるのである。

なお、第１図に示した矢印は、通常出力運転時の一次冷
却材流路である。

次に、炉心崩壊熱除去用熱交換装置の耐震性やメンテナ
ンス性について説明する。

第１図に示す炉心崩壊熱除去用熱交換装置は、炉内熱交
換器２５、炉内電磁ポンプ２６および炉内逆止弁２７を
筒状ケーシング２３に共通化して一体収容し、しかも、
筒状ケーシング２３を上部および下部がしやへいプラグ
（図示せず）および仕切板２２で支持しているので、剛
性力を向上させることができ、耐震性に優れている。

また、炉内熱交換器２５と高圧プレナムヘッダ３３との
間の相対変位は、一次冷却材出口管３４に相対変位吸収
用ジャンクション部３８を形成するユニバーサルジヨイ
ント３１を設けたので、充分かつ有効的に吸収すること
ができる。すなわち、ユニバーサルジヨイント３１は横
（水平）方向の変位を球面座３７ａ、３７ｂで吸収し、
縦（垂直）方向の変位を伸縮管３５およびベローズ３６
で吸収することができる。

さらに、筒状ケーシング２３内に炉内熱交換器２５や炉
内電磁ポンプ２６、炉内逆止弁２７を収容するとともに
、ジャンクション３２をユニバーサルジヨイント３１下
方に形成したので、取扱い作業時に炉内熱交換器２５、
炉内電磁ポンプ２６、炉内逆止弁２７およびユニバーサ
ルジヨイント３１を一体で引抜くことが可能であり、そ
の取扱いが容易となるとともに、メンテナンス性が向上
する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る炉心崩壊熱除去用熱交
換装置は、炉内熱交換器、炉内電磁ポンプおよび炉内逆
止弁を共通の筒状ケーシング内に収容し、かつ一次冷却
材出口管に相対変位吸収用ジャンクション部を設けると
ともに炉内電磁ポンプと炉内逆止弁との間の筒状ケーシ
ング壁に１通孔を設けたものである。よって、本発明に
よれば、耐震性に優れた構造となるとともに、通常出力
運転時の炉内温度の上昇により、炉内熱交換器と高圧ブ
レナムヘッダとの間に熱による相対変位が生じても、こ
の相対変位を相対変位吸収用ジャンクション部により有
効的に吸収することができる。

また、通常出力運転時から炉心崩壊熱除去運転に移行す
る際にホットショックを生じることなく健全性および信
頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る炉心崩壊熱除去用熱交換装置の一
実施例を示す部分断面図、第２図は従来の炉心崩壊熱除
去用熱交換装置を示す系統図である。 ２０・・・原子炉容器、２１・・・炉内構造物、２２・
・・仕切板、２３・・・筒状ケーシング、２５・・・炉
内熱交換器、２６・・・炉内電磁ポンプ、２７・・・炉
内逆止弁、２８・・・貫通孔、３１・・・ユニバーサル
ジヨイント、３２・・・ジャンクション、３３・・・高
圧ブレナムヘッダ、３４・・・一次冷即材出口管、３５
・・・伸縮管、３６・・・伸縮ベローズ、３７ａ、３７
ｂ・・・球面座、４０・・・炉心、４１・・・炉心入口
高圧プレナム、Ａ・・・ホットプレナム、Ｂ・・・コー
ルドプレナム。 出願人代理人　　波条　野　　　　久 蔓　ｌ　固

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉容器の上部開口を覆うしゃへいプラグに吊下げ支
   持された炉内熱交換器と、この炉内熱交換器の下方に設
   けられ、熱交換された一次冷却材を加圧する炉内電磁ポ
   ンプと、この電磁ポンプの下方に設けられた炉内逆止弁
   と、この逆止弁を、炉心下部の炉心入口高圧プレナムに
   連通する高圧プレナムヘッダに接続された一次冷却材出
   口管とを備えた炉心崩壊熱除去用熱交換装置において、
   前記炉内熱交換器、炉内電磁ポンプおよび炉内逆止弁は
   共通の筒状ケーシング内に収容され、かつ、一次冷却材
   出口管に相対変位吸収用ジャンクション部を設けるとと
   もに、前記炉内電磁ポンプと炉内逆止弁との間の筒状ケ
   ーシング壁面に貫通孔を設けたことを特徴とする炉心崩
   壊熱除去用熱交換装置。