JPS6133396B2

JPS6133396B2 -

Info

Publication number: JPS6133396B2
Application number: JP54129759A
Authority: JP
Inventors: Isao Hashiguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1979-10-08
Publication date: 1986-08-01
Also published as: JPS5653491A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は原子炉における炉容器の上部開口を
遮蔽する回転プラグのシール構造に関する。

高速増殖炉において、炉容器の上部開口を、固
定プラグおよびこの固定プラグに回転可能に設け
た回転プラグで遮蔽したものが知られている。こ
の回転プラグと固定プラグとは、炉内のカバーガ
スの漏洩防止のため厳格なシールを必要とする。
このシール構造としては、従来から液体シール材
を用いるものが知られている。すなわちこのもの
は、固定プラグ内周または回転プラグ外周のいず
れか一方に、液体シール材を収容する樋状の凹部
を全周に亘つて形成するとともに、他方には上記
凹部内の液体シール材内に浸漬される仕切板を全
周に亘つて形成し、これら仕切板と液体シール材
とによつて炉容器内の気密性を保つものである。
上記液体シール材としては、たとえばBi―Bn系
の低融点合金などのように常温では固化している
が100〜150℃の温度で液体化する金属が用いら
れ、回転プラグを回転させるときのみヒータで加
熱して液体化させ、仕切板の移動を許容するよう
に使用されている。

しかしながらこのようなシール構造によると、
シール材が液化しているときに炉内のカバーガス
圧が変動した場合、凹部内のシール材液面がガス
圧を受けて揺動し、ガス圧の変動が著しく大きい
場合やシール材液面の固有振動数がガス圧の変動
周期に一致して共振を生じたときなどには、シー
ル材が凹部から溢れて炉容器内に飛び込む不具合
があつた。このように液体シール材が炉容器内に
入り込むと、カバーガスや冷却材を汚し、冷却材
の熱的、核的特性を変えたり、構造材の腐食を招
き、また不純物として析出して流路を塞ぐなどの
惧れがある。またシール材液面の揺動が激しい
と、カバーガスがこのシール材を通り抜けて外部
へ漏洩するなどの問題もあつた。

この発明はこのような事情にもとづきなされた
もので、その目的とするところは、カバーガス圧
の変動があつても凹部内における液体シール材の
揺動を軽減し、シール材の炉容器内への流出およ
びカバーガスの炉外への漏洩を防止する原子炉に
おける遮蔽プラグのシール構造を提供することに
ある。

以下この発明の一実施例を第１図および第２図
を参照して説明する。図中１は炉容器であり、保
温材、ガス空間などを介在させてコンクリートな
どの遮蔽構造体で覆われている。上記炉容器１内
には燃料集合体を備えた炉心部２が設けられ、こ
の炉心部２の周囲に燃料貯蔵部３が装備されてい
る。上記炉心部２は液体ナトリウムなどの冷却材
を導入する入口配管４に連なつており、この入口
配管４を介して導入された冷却材は炉心部２で加
熱されて出口配管５から導出されるようになつて
いる。

また炉容器１の上部は開口されており、この開
口部には固定プラグ６が気密に被着されている。
この固定プラグ６は前記燃料貯蔵部３の鉛直上方
に位置する燃料出入機７を備えている。そしてこ
の固定プラグ６には炉容器１の中心軸0₁―0₁から
偏心した位置0₂―0₂に中心をもつ開口部８が形成
されている。この開口部８には回転プラグ９が回
転可能に取付けられている。この回転プラグ９に
は、これが回転したとき炉心部２の真上に位置す
る制御棒駆動機構１０が設けられているととも
に、回転プラグ９の回転に伴つて炉心部２の真上
と燃料貯蔵部３の真上とに亘つて移動される燃料
交換機１１が取着されている。また、回転プラグ
９は固定プラグ６との間に旋回軸受１２を装着
し、図示しない回転駆動装置によつて旋回駆動さ
れる。なお１３はバツクアツプシールを示す。

しかして、上記固定プラグ６と回転プラグ９と
の間には本発明に係るシール部１４が構成されて
いる。このシール部１４は第２図に拡大して示さ
れており、以下これにもとづき説明する。すなわ
ち、固定プラグ６における開口部８の内周面には
全周に亘つて樋状の凹部１５が形成されている。
この凹部１５は、水平な段部１５ａを境として、
上半部が幅広に、また下半部が幅狭となるような
形状に形成されている。１５ｂは立上り壁であ
る。そして上記幅狭な下半部に液体シール材１６
としてたとえばBi―Sn系の低融点金属が収容さ
れている。

そして回転プラグ９にはその外周面に全周に亘
つて仕切板１７が垂下されており、この仕切板１
７の下部は上記凹部１５の幅狭な下半部内に進入
し、液体シール材１６に浸漬されている。したが
つて凹部１５は仕切板１７によつて２つのシール
室１８ａ，１８ｂに仕切られ、各々のシール室１
８ａ，１８ｂはそれぞれシール材１６の液面上に
ガス空間部１９ａ，１９ｂを有している。そし
て、炉容器１内のカバーガスに連なる内側のガス
空間部１９ａは、外側のガス空間部１９ｂに比べ
て容積を大とし、好ましくは内側のガス空間部１
９ａの幅が外側のガス空間部１９ｂの幅の３〜30
倍程度となるように形成されている。また、外側
のガス空間部１９ｂの容積よりも、内側シール室
１８ａ内のシール材１６の通常時の容積を大きく
してある。また本実施例の場合、内側のガス空間
部１９ａには、上記仕切板１７から水平方向に延
出する防飛部２０が少なくとも１箇所に設けられ
ている。この防飛部２０は、後述するごとく、内
側シール室１８ａのシール材１６の飛出しを防止
するものである。

次に上記構成する一実施例の作用について説明
する。

運転中においては、制御棒駆動機構１０を炉心
部２の真上に位置させ、図示しない制御棒を操作
して出力を制御する。このとき冷却材としての液
体ナトリウムは入口配管４から導かれ、炉心部２
にて加熱されて出口配管５から出て行く。一方、
燃料交換時には、制御棒は全て制御棒駆動機構１
０の図示しないグリツパから外されて炉心部２に
挿入され、出力が低下される。そして出力低下後
に回転プラグ９を旋回させて燃料交換機１１を炉
心部２上に移動し、任意の位置の燃料を取出し、
再び回転プラグ９の旋回に伴つて使用済燃料を貯
蔵部３へ移す。また、貯蔵部３内の新しい燃料は
回転プラグ９の回転によつて炉心部２に移され
る。このように回転プラグ９は必要に応じて旋回
駆動されるが、シール部１４にあつては、回転プ
ラグ９の旋回に先立つて、シール材１６がヒータ
によつて加熱され液体化し、仕切板１７の旋回を
許容するので回転プラグ９は旋回可能となる。

しかしてこのようにシール材１６が液体化して
いる状態において、炉容器１内のカバーガス圧が
急激に低下すると、このガス圧の低下はシール部
１４における内側のガス空間部１９ａに作用す
る。しかるにこの空間部１９ａは外側のガス空間
部１９ｂよりも大容積に形成されており、しかも
この実施例の場合、外側のガス空間部１９ｂはバ
ツクアツプシール１３を介して外気と遮断されて
いるため、内側のシール室１８ａの液面がたとえ
ばＨ線まで上昇されると、外側のシール室１８ｂ
の液面は上記Ｈの値よりも大きなｈ線まで低下す
ることになる。したがつて、この液面低下による
液面圧力差と、外側ガス空間部１９ｂの容積膨張
によつて、外側ガス空間部１９ｂに大きな背圧が
発生してカバーガス圧の低下分と平衡を保持しよ
うとする。このため液面の変動を阻止することに
なる。そしてまた、内側シール室１８ａの液面が
上昇した場合、液面は容積の広い内側ガス空間部
１９ａに達するために、内側シール室１８ａにお
ける液面上昇が比較的小さいうちに外側シール室
１８ｂの液面が仕切板１７の下端縁まで下がるこ
とになる。そしてこのときには、外側ガス空間部
１９ｂ内のガスが気泡となつて内側ガス空間部１
９ａ側に抜け、炉容器１のカバーガスの圧力低下
分を補充するので、これ以上のカバーガス圧低下
を防止する。したがつて内側シール室１８ａ内の
液面変動はきわめて小さく、立上り壁１５ｂを越
えて炉容器１内へ溢れ出ることはない。

また、上記内側ガス空間部１９ａは大容積であ
るので、圧力変動によつてシール材１６がこの内
側ガス空間部１９ａ内を上昇する際の液面の上昇
速度は小さく、よつて慣性によつてこのシール材
１６が炉容器１内に飛び込むことが防止される。
さらに、内側ガス空間部１９ａ内には防飛部２０
が設けられているので、万一シール材１６が慣性
によつて飛散してもこの防飛部２０に当つて遮ら
れ、炉容器１内に飛び込むことが確実に防止され
る。

また、逆にカバーガス圧が急激に高まつた場合
には、内側シール室１８ａの液面が押し下げられ
て外側シール室１８ｂの液面が大きく上昇する。
しかしながらこの外側シール室１８ｂのガスはバ
ツクアツプシール１３で封止されているので外側
ガス空間部１９ｂのガスは封ぢ込められ、この外
側ガス空間部１９ｂのガス圧が上昇する。このガ
ス圧上昇は、外側ガス空間部１９ｂの容積が内側
シール室１８ａの通常時のシール材容積より小さ
いため、内側シール室１８ａの液面の僅かな低下
であつてもきわめて大きな増圧となり、しかもこ
の場合は炉容器１内側から外側ガス空間部１９ｂ
へのガスバブリングは生じないので、一定以上の
液面の変動が阻止される。

また、このようなシール部１４であれば、内側
シール室１８ａの液面変動が一定のレベルで規制
されることから、液面振動数が炉容器１内のカバ
ーガス圧の変動周期に合致するようなことがあつ
ても、共振を生じることはなく、液体シール材１
６の炉容器１内への溢出およびカバーガスの炉外
への漏洩を防止できるものである。

なお上記一実施例では防飛部２０を仕切板１７
に設けたが、この防飛部２０は必らずしも仕切板
１７に設ける必要はなく、たとえば第３図の一変
形例として示すように、防飛部２０を、仕切板１
７に対向する壁面すなわち立上り壁１５ｂに設け
るようにしても同様の効果が得られる。また上記
防飛部２０は、第４図に他の変形例として示すよ
うに、仕切板１７および立上り壁１５ｂの双方か
ら交互に水平方向に延出させるうにしてもよく、
この場合、シール材１６の飛出しを一層確実に防
止できるものである。なおこれらの防飛部２０
は、それぞれ複数箇所に設けてもよいのは勿論で
ある。

なお上記実施例および各変形例においては固定
プラグ６側に凹部１５を設けるとともに回転プラ
グ９側に仕切板１７を設けるようにしたが、凹部
１５と仕切板１７とは互に逆のブラグに設けるよ
うにしてもよい。この場合大切なことは、炉容器
１の内部と連なる内側のガス空間部１９ａを必ず
外側のガス空間部１９ｂよりも大容積に構成する
こと、および内側シール室１８ａのシール材容積
を外側ガス空間部１９ｂの容積よりも大きくする
ことである。

また上記実施例においては回転プラグを１個だ
け使用した高速増殖炉について説明したが、回転
プラグを半径方向に二重、または三重に備えた増
殖炉も知られており、本発明はこれら各プラグ相
互間のシールにも実施可能であるから実施例に制
約されるものではない。さらに液体シール材とし
て水銀などのように常温中でも液体化しているも
のを使用できることは勿論である。

以上説明したようにこの発明は、固定プラグ内
周または回転プラグ外周のいずれか一方に液体シ
ール材を収容した樋状の凹部を全周に亘つて形成
するとともに、他方にはこの凹部内の液体シール
材に浸漬される仕切板を全周に亘つて設けたもの
において、上記仕切板によつて区分された凹部内
における炉容器内と連通した内側のシール室のガ
ス空間部を、外側のガス空間よりも大容積に形成
し、かつ内側のシール室における通常時のシール
材容積を外側のガス空間の容積より大きくし、ま
た内側のガス空間部に防飛部を設けたことを特徴
とする。したがつて炉容器内のカバーガス圧が低
下して内側のシール室の液面が上昇しても、少な
い上昇分のうちに外側のシール室からガスバブリ
ングが発生して炉容器内のガス圧低下を阻止する
ので内側シール室のこれ以上の液面上昇を防止す
る。このため液体シール材が凹部から炉容器内に
溢れ出すことがなくなり、原子炉の各種特性を損
うこともなくなる。また内側のガス空間部は大容
積であるからシール材がこの内側のガス空間部内
を上昇する際の速度が小さくなり、慣性によつて
シール材が炉容器の内側に飛び込むことが防止さ
れる。さらにこの内側のガス空間部には水平方向
に延出した防飛部が設けられているので、万一シ
ール部材が慣性によつて飛散してもこの防飛部に
当つて遮られ、炉容器内に飛び込むことを確実に
防止することができる。また逆に、カバーガス圧
が急激に高まつた場合には、外側ガス空間部の容
積が通常時の内側シール室のシール材容積より小
さいことから、内側シール室の僅かな液面低下で
あつても、外側ガス空間部はきわめて大きな増圧
となり、液面の変動が阻止される。したがつて炉
容器内の放射能を帯びたカバーガスが炉外へ漏洩
することを防止できるなど、原子炉の安全性を一
段と向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示
し、第１図は高速増殖炉の概略的構成を示す断面
図、第２図は第１図中部の拡大断面図、第３図
および第４図はそれぞれシール部の変形例を示す
断面図である。１……炉容器、６……固定プラグ、８……開口
部、９……回転プラグ、１４……シール部、１５
……凹部、１６……液体シール材、１７……仕切
板、１８ａ……内側のシール室、１８ｂ……外側
のシール室、１９ａ，１９ｂ……ガス空間部、２
０……防飛部。

Claims

【特許請求の範囲】

１炉容器上部の開口部を固定プラグおよびこの
固定プラグに回転可能に設けた回転プラグで遮断
し、上記固定プラグの開口部内周または回転プラ
グのいずれか一方に液体シール材を収容した樋状
の凹部を全周に亘つて形成するとともに、他方に
はこの凹部内の液体シール材に浸漬されて炉容器
内外を隔離する仕切板を設けてなる原子炉におい
て、上記仕切板によつて区分された凹部内の炉容
器内部の連なる内側のシール室のガス空間部を、
外側のシール室のガス空間部よりも大容積に形成
し、かつこの外側のガス空間部の容積よりも上記
内側のシール室の液体シール材の容積を大きく形
成し、また上記内側のガス空間部には水平方向に
延出して液体シール材の飛出しを防止する少なく
とも１箇所の防飛部を設けたことを特徴とする原
子炉における遮蔽プラグのシール構造。