JPS61215995A - 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、冷却材に液体金属ナトリウムなどを使用する
液体金属冷却型高速増殖炉の熱遮蔽装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

まず、一般的なタンク型の高速増殖炉を第１図により説
明する。

上部開口２を有する炉容器１内には、冷却材である液体
金属ナトリウム３が充填されており、多数本の燃料集合
体４，４の整列配置された炉心５が前記炉容器１の中央
部に位置するようにナトリウム３内に浸漬配置されてい
る。前記炉容器１内は炉心５の外周に接続された仕切壁
６によシ上下方向に仕切られており、この仕切壁６に設
けられたボンｆ７の駆動により、ナトリウム３が炉心５
の下方から上方へ流れるように炉容器１内を循環するよ
うになっている。

前記炉容器１の上部開口２はルーフスラブ８によシ閉塞
されており、このルーフスラブ８の中Ｉし部には前記炉
心５の直上位置に臨む炉上部機構９が垂設されている。

また、このルーフスラブ８には二次ナトリウム供給機構
１０が取付１ノが取付けられている。

前述した構成によれば、炉心５で約５００〜６００℃に
加熱されたナトリウム３は、仕切壁６の上側の高温ナト
リウムプール１２から中間熱交換器ＩＩに導入されて、
ここで二次ナトリウム供給機構１０からの二次ナトリウ
ムと熱交換して冷却され約３００〜４００℃となる。そ
の後、このナトリウム３は仕切壁６の下側の低温ナトリ
ウムゾール１３へ流下し、ポンプ７で加圧された上で炉
心５に再循環される。

ところで、炉心５内の燃料集合体４を交換する際、液面
り近傍のナトリウム３の温度は約５００〜６００℃から
約３００〜４００℃へ降下し、また燃料交換後、再運転
すると逆に温度上昇する。この温度変動の際、ナトリウ
ム３の液面りが直接接触する炉容器１、炉上部機構９、
ポンプ７、中間熱交換器１１などの厚肉板に大きな熱応
力が発生し、これらの部材の疲労を速めるおそれがある
。

そこで従来例えば炉容器１の温度変動を小さくシ、熱応
力を減少させるために第２図にその要部のみを部分的に
示すような熱遮蔽装置が設けられていた。

第２図のものは炉容器１内に周設した環状壁２１により
ナトリウム３から区画された環状空間（ｆｆスダム）２
２を形成し、この環状空間２２内に熱遮蔽板２３を配設
したものである。

しかし、この熱遮蔽装置では上部ガス空間の炉容器１内
壁で多量に凝縮され、環状空間（ガスダム）に滴下し溜
るナトリウムや、何らかの原因でナトリウムが環状空間
２２内に流入し、溜った場合には熱遮蔽効果（伝熱を妨
げ、炉容器の熱応力を緩和する機能）が著しく減少して
しまう。ナトリウム３の自由液面りの上部空間には刀バ
ーガス１４が充填されておシ、さらに、ルーフスラブ８
と炉容器Ｉとの間には、１０ｍ１＋ないし５０畷程度の
間隙部１５が設けられている。

このカバーガス１４は高温のナトリウムの自由液面りか
らの熱を受けるとともに、ルーフスラブ８の内部が断熱
構造となっていてこの部分からの放熱量は低く抑えられ
ているためかなりの高温状態に保持される。

一方、間隙部１５は熱源が下部にあるため、上部にいく
ほど温度が低くなっており、特に間隙部１５の最上部で
は、常温近くまで冷却され、間隙部１５の壁面の平均温
度は、カバーガス１４の温度と比較してかなシ低い温度
に保たれる。このため自由液面り近くのカバーガス１４
と、間隙部□へ力・・−ガ−１４との間には密度差が生
じる。間隙部１５で冷却された密度の大きい重いガスと
自由液面り近くの密度の小さ昇して側壁部を下降するよ
うな二次元的な流れと共に、ルーフスラブ８の周方向に
回転するような流れをも起こし、これらが原因でルーフ
スラブ８などに大きな温度差を生じ、構造材に大きな熱
応力、熱変形を引き起こす。

また、逆にカバーがスフ４自体は間隙部１５で冷却され
るため、冷却されない場合より低い温度となる。

サラニ、カバーがスフ４中のナトリウム蒸気の飽和蒸気
圧は低くなシ、ナトリウムの自由液面りからのナトリウ
ム蒸発が促進され、カバーがスフ４中ではナトリウムミ
ストが多量に発生し、間隙部１５め壁面へのすｌ−ＩＪ
ウム付着凝縮が増加する。

一方、環状壁２１と炉容器１との間の環状空間２２にお
いても、同様の現象が発生する。炉容器１の内壁温度が
ナトリウムの凝固温度（約９８℃）以上に保たれている
と炉容器１の内壁′　面、間隙部１５及び環状空間２２
近傍壁面に付着凝縮したナトリウムが常に液体状態に保
たれる為に、液滴として流下し、環状空間２２の底部に
多量のナトリウムが溜る。この環状空間２２内に溜った
ナトリウムの熱伝導率は極めてたことによる熱遮蔽効果
が損なわれるという問題点がある。

つまり、従来の熱遮蔽装置では上記したように炉容器１
のみならずルーフスラブ８等の構造材の熱遮蔽効果が十
分でなく、原子炉容器等の健全性を損なう不具合があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情にもとづいてなされたもので、その
目的は冷却材から炉容器及びその炉容器を閉塞するルー
フスラブ等への熱流束を常に減少させ、さらに、カバー
ガスの自然対流発生を有効に防止し、それらによって生
じる炉容器等の熱応力、熱変形を常に確実に軽減し、各
機能を維持し、炉容器の健全性を確保し、信頼性の大き
な高速増殖炉の熱遮蔽装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は炉容器内に冷却材が収納されて自由液面を有し
、その炉容器を閉塞するルーフスラブの下端または周縁
部に取つけられた円筒状の抑制壁と、炉容器の内面壁、
または炉容器内面壁の内方全周でかつ、前記冷却材の自
由液面上部からその自由液面下部までの部分と前記炉容
器内面壁との間に冷却材から区画する環状空間を處（で
、−一フスラブから前記自由液面下（液面下１．　Ｏｍ
以内）ｔで垂下されていることを特徴とする高速増殖炉
の熱遮蔽装置である。

従って、炉容器内面壁もしくは、環状壁内面よシ所定の
間隔を存して、ルーフスラブの下部よシ液面下（１ｍ以
内）まで垂下させた円筒状の抑制壁を設けることによシ
、炉容器壁面、環状空間及び炉容器とルーフスラブとの
間隙部等へ自然対流、拡散により液面から発生するナト
リウム蒸気の付着、凝縮さらに環状空間底部への滴下、
ナトリウム溜りを防止する。そしてそれらによりて生ず
る熱応力、熱変形等を常に確実に軽減し、各機能を維持
し、信頼性の大きな高速増殖炉を得ることができる。

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炉容器に適している。

〔発明の実施例〕

以下、第３図、第４図および第５図を参照しながら本発
明の一実施例を説明する。

第３図において符号１は炉容器で、その上端開口部をル
ーフスラブ８により閉塞されて密閉容器とされ、内部に
冷却材として液体金属ナトリウム３が充填されている。

そのナトリウム３の液面りとルーフスラブ８の下面との
間のカバーガス空間内にアルゴンガスまたはヘリウムガ
ス等の不活性ガスからなるカバーガス１４が充填されて
いる。また炉容器１の中央底部には炉心５が設けられて
おυ、炉心５の上方にはルーフスラブ８に炉上部機構、
１が設けられている。

ルーフスラブ８にはす）　ＩＪウム３を強制循環させる
ポングアと、−次ナトリウムと二次ナトリウムとの熱交
換を行なわせる中間熱交換器１１が垂下支持されている
。炉容器１内は仕切壁６によυ上方の高温ナトリウムプ
ール１２と下方の低温ナトリウムブール１３とに隔離さ
れている。原子炉運転の際、カバーガス空間内にあるカ
バーガス１４は、ナトリウム３がその温度変化に伴なっ
てその体積を膨張された場合の炉容器１内の内圧変化を
吸収緩和させて、原子炉構成機器に及ぼす悪影響の発生
を防止している。

次に第３図及び第４図に示す本発明の熱遮蔽装置につい
て説明する。

炉容器１内面壁の内方に、ナトリウム３の液面りの上部
からその液面下部までの間に炉容器ｌ内面壁との間にナ
トリウムから区画する環状を存して、ルーフスラブ８の
下部（下端又は周縁部）に取付けられ、ルーフスラブ８
下部から下部液面下（液面１．０ｍ以内）まで垂下させ
た円筒状の抑制壁３１が設けられている。抑制壁３ノに
はルーフスラブ８とナトリウム３との重量のカバーガス
１４のガス圧力と抑制壁３１によって仕切られる　　　
　　　　　　間隙３３のガス圧戸播均−にするための微
小径の複数個の導通孔３２が設けられている。

次に以上の如く構成された本発明の一実施例の作用につ
いて説明する。

低温ナトリウムプール１３内のナトリウムは炉心５を通
過する間に約５００℃に加熱され、高温ナトリウムプー
ルＩ２に達し、その液面りからカバ−ガス１４空間内へ
蒸発する。

このカバーガス１４は高温のナトリウムの自由液面りか
らの熱を受けるとともＫ、ルーフスラブ８の内部が断熱
構造となっていてこの部分からの放熱量は低く抑えられ
ているため、かなりの高温状態に保持される。

一方、間隙部１５は熱源が下部にあるため、上部にいく
ほど温度が低くなっており、特に間隙部１５の最上部で
は、常温近くまで冷却され、間隙部壁面の平均温度は、
カバーガス１４の温度と比較してかなシ低い温度に保た
れる。このため、自由液面近くの力／４−ガス１４と、
間隙部１５０カバーガスとの間には密度差が生じ、間隙
部１５で冷却された密度の大きい重いガスと、自由液面
り近くの密度の小さい軽いガスとの間には、自然対流が
起きて熱交換が起こる。

この自然対流は、間隙の中央部を上昇して側壁部を下降
するような二次元的な流れと共に、ルーフスラブ８の周
方向に回転するような流れをも起こし、これらが原因で
ルーフスラブ８等に大きな温度差を生じ、構造材に大き
な熱応力、熱変形を引き起こす。

ルーフスラブ８はその上面慎常温に近く低温であり、そ
のためカバ−ガス１４空間に面する下面の温度もナトリ
ウム３の温度より低い。そこで、カバーガス空間内へ蒸
発したナトリウム３の蒸発がルーフスラブ８の下面に凝
縮する。

また、原子炉容器１の壁面も安全容器を通して外部へ熱
が放散されて冷却される。この原子炉容器１のカバーガ
ス空間内にある内壁部分の温度はナトリウム３の液温よ
りも低く、そのためナトリウム３の蒸気が凝縮する。こ
のナトリウム３の凝縮は、原子炉運転中またはナトリウ
ム３が原子炉容器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、冷却材である液体
金属ナトリウム３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たれる為に、液滴として流下し、環
状空間２２の底部に溜る。この環状空間２２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、環状
壁２１内のナトリウム３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、環状壁２１よシ所定の間隙を存し
て、ルーフスラブ８下部より下方液面下（液面下１．　
Ｏｍ以内）まで垂下された円筒状の抑制壁３１を設ける
。すると、ナトリウム３の蒸気の原子炉容器１内壁面方
向、間隙部１５及び環状空間２２への自然対流、拡散が
防止される。さらに間隙部１５及び環状空間２２の壁面
への多量のナトリウム付着、凝縮およびやゝ“ す）　ＩＪウムの液溜と化して流下し環状空間２２の底
部にナトリウムが溜ることを防止できる。

これにより、環状空間２２は常に不活性ガスで満たされ
ることになシ、その熱遮蔽作用が完全に果たされ、原子
炉容器１に大きな熱応力が発生するのを防止できる。さ
らに、ルーフスラブ８と原子炉容器１内壁面との間隙部
１５における大きな温度差等もなくなり、ルーフスラブ
に ８等構造材の大きな熱応力、熱変形が発生するのを防止
できる。

一方、一般にナトリウム液面からカバーガス中に蒸発す
るナトリウム量は以下の式で表わされることが知られて
いる。

Δｍ＝　Ｄ・（（ＣＣｏ）／　ｙ　）　Ｘ　Ａ　ＸΔｔ
Δｍ＝拡散Ｎａ量（ｙ＞ Ｄ　：拡散係数（ｃｍ２／−ｅＣ） Ｃ：Ｎａ液面上部でのＮａ蒸発濃度（ｇ／ｃｒｎ）Ｃｏ
−上端開口部でのＮ＆蒸気濃度（１１／ｃｍ　）ｙ　：
開口部よシＮａ液面までの距離（ｔＭ）Ａ　：表面積（
副） Δｔ：時間（、、ｃ） 上式よシ Δｍ（ナトリウム量）　ＯＣＡ　（表面積）であること
がわかる。

七在（て設けることにより、ナトリウムの蒸気が発生す
る表面積を小さくでき、原子炉容器１壁面方向へのナト
リウム蒸発量を小さくできる。

タンク型の原子炉を一例にとれば、原子炉内径は約２２
ｍであシ、ナトリウム液面表面積は約３８０　ｍ２であ
る。一方、本発明による抑制壁３１を仮に０．１ｍの間
隙３３を設定し設けた場合、間隙３３のすｌ−ＩＪウム
液面表面積は３ｒｎ２となり、抑制壁３１の有無による
ナトリウム表面積比はｌ／１２７となる。上記式の関係
かられかるように、ナトリウム蒸発量は１／１２７に減
少し、間隙部１５及び環状空間２２内に侵入するナトリ
ウム量がきわめて減少する。

さらに、抑制壁１１に微小径の複数個の導通孔３２を設
けることにより、力・々−ガス１４に圧力変動が起きた
場合でも、導通孔３２を通じてカバーガス圧力が伝わり
、各構造材に圧力差て２ にぶる応力等がかかることを防止し１酌る。さらに、導
通孔３２の径を微小にすることにより、ナトリウム蒸気
の拡散を防止できる。

りをにおいて、０．７〜０．８ｍ程度である。抑匍ｊ壁
３１は、常時ナトリウム液面下（液面下１００ｍ以内）
に保つことによって機能を十分満足する。

第５図は本発明の他の実施例を示し、ループ型の原子炉
容器に設置したものである。

なお本発明は上記の氷実施例には限定されない。

たとえば、炉容器内面壁の内方全周に設けられる抑制壁
はその機能を保てる範囲内で、原子炉容器内面壁の内方
向の円周方向を分割して配設されてもよい。

さらに抑制壁は円周方向に多重に配設されても工い。

〔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、原子
炉内のナトリウム蒸気の炉容器壁面、ルーフスラブと炉
容器との間隙部及び環状空間への自然対流さらにす）　
ＩＪウムの付着、凝縮、滴下流下による滞溜を確実に防
止できる。

また、冷却材の液面近傍の炉容器内面と高温つ 次冷却材とをガス空間によシ確実に隔離するととができ
、冷却材から炉容器への伝熱量を低減させて炉容器の熱
応力を減少させ、炉容器の健

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な高速増殖炉の概略を示す縦断面図、第
２図は従来の熱遮蔽装置の要部のみを拡大して示す縦断
面図、巣３図は本発明の一実施例を備えた高速増殖炉の
縦断面図、第４図および第５＠はそれぞれ本発明の実施
例の要部のみを拡大して示す断面図である。 １・・・炉容器、３・・・ナトリウム、５・・・炉心、
６・・・仕切壁、７・・・ポンプ、８・・・ルーフスラ
ブ、９・・・炉上部機構、１１・・・中間熱交換器、１
２・・・高温ナトリウムプール、１３・・・低温ナトリ
ウムプール、１４・・・カバーガス、Ｌ・・・液ｍ、２
１・・・環状壁、２２・・・環状空間、３１・・・抑制
壁、３２・・・導通孔、３３・・・抑制壁と炉容器との
間隙。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦矛１図 矛３図 矛４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却材が収納された炉容器の内周面に沿い、かつ
   上記炉容器の上部開口を閉塞するルーフスラブの下端ま
   たは周縁部に取つけられた円筒状の抑制壁と、炉容器内
   面壁または炉容器内面壁の内方全周でかつ前記冷却材の
   自由液面上部からその自由液面下部までの部分と前記炉
   容器内面壁との間に、冷却材から区画する環状空間を形
   成すべく設けられた環状壁とからなり、前記抑制壁は環
   状壁との間に所定の間隙をあけて、前記ルーフスラブの
   下部から前記自由液面下まで垂下されていることを特徴
   とする高速増殖炉の熱遮蔽装置。
2. （２）抑制壁にはカバーガス中に位置する部分に微小径
   の複数個の導通孔が設けら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. （３）抑制壁の下部は冷却材の自由液面から１．０ｍ以
   内まで垂下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。