JPS6170486A - 高速増殖炉 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、液体金属冷却形高速増殖炉に係り、特にカバ
ーガスの自然対流防止と原子炉容器の熱変形、熱応力を
緩和するのに好適な高速増殖炉に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、液体金属冷却形の高速増殖炉は、原子炉容器の
上端開口部が遮蔽プラグで遮蔽されている。

第６図は、従来のこの種の高速増殖炉を示すもので、冷
却材としての液体ナトリウムは原子炉容器１内に入口配
管２ａより流入し、炉心３において加熱されて出口配管
２ｂより排出される。この液体ナトリウムは、通常原子
炉容器１内で自由液面４を有し、原子炉容器１の上端開
口部は遮蔽プラグ５で遮蔽され、シールされている。遮
蔽プラグ５には、炉心制御用制御棒の駆動部を有する炉
心上部［１６が設置され、遮蔽プラグ５と原子炉容器１
との間には、間隙部７ａが形成されている。

そして、液体ナトリウムの自由液面４の上部空間にはカ
バーガス７が充填されている。

このカバーガス７は、８温のナトリウムの自由液面４か
らの熱を受けるとともに、遮蔽プラグ５の内部が断熱構
造となっており、この部分からの放熱倶は低く抑えられ
ているため、かなりの高温状態に保持される。

一方、間隙部７ａ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７ａの再上部で
は、常温近くまで冷却され、間隙部７ａ壁面の平均温度
は、カバーガス７の温度と比較してかなり低い温度に保
たれる。このため、自由液面４近くのカバーガス７と、
間隙部７ａのカバーガス７との間には温度差に起因した
密度差が生じ、間隙部７ａで冷却された密度の大きい重
いガスと、自由液面４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に沿っ
て下降するような二次元的な流れを必ずしも形成才ず、
遮蔽プラグの周方向に回転するような流れを起こし、こ
れが原因で遮蔽プラグおよび原子炉容器は、周方向に大
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。

ところで、カバ−ガス７自体は間隙部７ａ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。このため
、自由液面４近傍の構造材の温度が低くなり、構造強度
上かなりの熱応力を受ける。

また、カバーガス７に含まれるナトリウム蒸気の飽和蒸
気圧は低くなり、ナトリウムの自由液面４からのナトリ
ウム蒸気の蒸発が促進される。このため、カバーガス７
中にナトリウムミストが多聞に発生し、間隙部７ａの壁
面へのナトリウム付着ωが増加するおそれがある。

このことから、第７図に示すように間隙部７ａの上部よ
りアルゴンガスをブローダウンして間隙部７ａにナトリ
ウムミスト等を含んだカバーガス７の進入を防止する方
法や自由液面４が形成される原子炉容器１の内周面に周
方向にサーマル部材（桶）８を設け、このサーマル部材
８により炉容器壁の温度勾配を出来るだけ緩和し、熱応
力による炉容器の変形を防止する方法がある。

しかし、上述の方法においては、カバ−ガス７空間に排
出されたブローダウン用アルゴンガスの回収系統が必要
であったり、サーマル部材８の周溝内に発生する自然対
流により熱応力が原子炉容器壁に生じるおそれがあった
。

〔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、カバ
ーガスの自然対流を有効に防止し、かつ原子炉容器壁の
温度勾配も出来るだけ緩和し、熱応力による炉容器の変
形を未然に防止するようにした高速層殖炉を提供するこ
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
の上方開口を遮蔽プラグで閉塞し、内部に液体ナトリウ
ム等の液体金属を収容した高速増殖炉において、上記液
体金属の自由液面付近の原子炉容器内周壁に設けられ、
上方に開口する周溝を形成したサーマルスリーブと、上
記原子炉容器と遮蔽プラグとの間に設置された二重筒構
造のアウターサーマルライナおよびインナーサーマルラ
イナとを有し、上記両サーマルライナの下端は前記サー
マルスリーブの周溝内に収納されたことを特徴とするも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る高速増殖炉の好ましい実施例につい
て添付図面を参照して説明する。

第１図において、符号１０は液体金属冷却形高速増殖炉
の原子炉容器を示す。この原子炉容器１０は上方が開口
し、その開口部に遮蔽プラグ１１が介装されて閉塞され
る。原子炉容器１０の内部には炉心１２が収容される一
方、この炉心１２は冷却材としての液体金属ナトリウム
１３内に浸漬される。液体ナトリウム１３は自由液面１
４を有し、この自由液面１４の上方には遮蔽プラグ１１
との間でカバーガス空間１５が形成され、このカバーガ
ス空間１５内にアルゴン等の不活性ガスからなるカバー
ガスが充填される。なお、符号１６は炉心１２を制御ｌ
ブる制御棒駆動部を有する炉心上部機構である。

一方、液体ナトリウム１３は入口配管１８から原子炉容
器１０内に流入されるようになっており、流入された液
体ナトリウム１３は炉心１２で加熱された後、出口配管
１９から排出されるようになっている。

また原子炉容器１０の上部と遮蔽プラグ１１との間に周
方向の間隙部が形成され、この間隙部内にアウターサー
マルライナ２０が垂設される。アウターサーマルライナ
２０の頂部には外側７ランジ２０ａが一体に周設され、
この外側７ランジ２０ａは、原子炉容器１０の頂部と遮
蔽プラグ１１の外周フランジ１１ａとの間に気密に挾持
される。アウターサーマルライナ２０の下部はスリーブ
状に延び、その下端はサーマルスリーブ２１により形成
される周溝２２内に延びて終端している。サーマルスリ
ーブ２１は下端に外周フランジ２１ａを一体に有し、こ
の外周７ランジ２１ａが原子炉容器１０の内周壁に固着
されて、上方に開口する周溝２２が形成される。

他方、アウターサーマルライナ２０の内側には第２図に
詳細に示すように、インナーサーマルライナ２３が同心
円状に設けられて二重筒構造に構成される。インナーサ
ーマルライナ２３は頂部が遮蔽°プラグ１１の下端周縁
部に固定され、その下端はサーマルスリーブ２１の周溝
２２内に延びて終端している。しかして、原子炉容器１
０の遮蔽プラグ１１にインナーサーマルライナ２３を設
けることにより、間隙部は下方に延長され、かつこの間
隙部は二重筒構造のサーマルライナ２０゜２３により外
側間隙２５と内側間隙２６とに分割される。外側間隙２
５は原子炉容器１０とアウターサーマルライナ２０との
間に、内側間隙２６はアウターサーマルライナ２０とイ
ンナーサーマルライナ２３との間にスリーブ状に形成さ
れ、各間隙２５．２６には自然対流防止装置２８が設け
られる。

自然対流防止装置２８は第３図および第４図に示すよう
に、山型をなすフィン状自然対流防止板２９．３０をア
ウターサーマルライナ２０の内外周面に多数取付けたも
のである。自然対流防止板２９．３０は例えばステンレ
ス薄板で山型に形成され、アウターサーマルライナ２０
の内外周面に縦方向に数段乃至数十段、周方向に数十分
割された形で整列配置される。各自然対流防止板２９゜
３０はその上端部（または下端部）がスポット溶接等に
より固着される一方、中間の突起部は原子炉容器１０の
内周壁およびインナーサーマルライナ２３の外周壁に圧
着され、その下端部（または上端部）はアウターサーマ
ルライナ２０の内外周面に圧着される弾性構造に形成さ
れる。

次に、高速増殖炉の作用について説明する。

高速増殖炉の運転により入口配管１８から原子炉容器１
０内に冷却材としての液体ナトリウムが流入され、流入
された液体ナトリウム１３は炉心１２を通るとき、この
炉心１２を冷却している。

一方、液体、ナトリウム１３が炉心１２を通過する際、
炉心１７から核反応熱を受けて温度上昇し、この温度上
昇した液体ナトリウムは出口配管１９を通って図示しな
い中間熱交換器に送られる。

また、高速増殖炉の運転により、カバーガス空問１５内
のカバーガスは高温ナトリウムの自由液面１４からの放
熱作用により温度上昇する。一方、遮蔽プラグ１１の内
部は断熱構造となっていて、このプラグ部分からの放熱
母が低く押えられる。

このため、カバーガスはかなりの高温状態に保持される
。その際、間隙部２５．２６は熱源（炉心）から離れて
いるため、自由液面１４近傍のカバーガスに比較すると
かなり低い温度に保たれる。このため、間隙部２５．２
６内の密度の大きな重いカバーガスと自由液面１４近傍
の軽いカバーガスとの間で自然対流が発生する恐れがあ
る。

しかしながら、両力バーガス間にアウターサーマルライ
ナ２０やインナーサーマルライナ２３および自然対流防
止装置２８が設けられ、上記両刃バーガス間に直接自然
対流が生じるのを防いでいる。

さらに、両サーマルライナ２０．２３の下端はサーマル
スリーブ２１の周溝２２内に延びているため、周溝２２
内における自然対流も有効的に防止される。しかして、
自由液面１４近傍で発生した高温なカバーガスによる放
射方向く半径方向外方）への放射熱の伝達は両サーマル
ライナ２０゜２３により遮断され、減衰される。その際
、サーマルスリーブ２１の上端は遮蔽プラグ１１の下面
近傍まで延びて終端しているので、自由液面近傍のカバ
ーガスがサーマルスリーブ２１の周溝２２内や間隙部２
５．２６内に流入するのが防止される。

このように、原子炉容器１０内に収容された液体金属ナ
トリウム１３の自由液面１４近傍のカバーガスは、間隙
部２５．２６およびサーマルスリーブ２１の周溝２２内
のカバーガスと、両サーマルライナ２０．２３や自然対
流防止装置２８およびサーマルスリーブ２１により隔離
され、カバーガスの自然対流防止構造が形成されるので
、両刃バーガス間の直接の自然対流が防止される。した
がって、原子炉容器１０や遮蔽プラグ１１の周方向に大
きな温度差が生じるのが未然にしかも確実に防止され、
周方向の大きな温度差による熱応力や熱変形の発生が防
止される。

また、自然対流を有効的に阻止できるので、液体金属ナ
トリウム１３の自由液面１４より発生したナトリウムミ
ストが間隙部２’５．２６やサーマルスリーブ２１の周
溝２２内に侵入して付着するのを効果的に防止でき、付
着量を減らすことができるので、付着ナトリウムによる
アンバランスな熱伝達を防ぐことが可能になる。

さらに、カバーガス空間１５のカバーガスに圧力変動゛
が生じても、間隙部２５．２６やサーマルスリーブの周
溝２２内はカバーガス空間に連通しているので、均一に
保たれ、原子炉容器１０の村４造材に圧力差による応力
がかかることがない。

さらにまた、原子炉容器１０内へカバーガスの充填やガ
ス抜き等が間隙部２５を介して行なわれる場合、通過す
るガスの抵抗力によって薄板構造の自然対流防止板２９
．３０に駆動力が加わっても、自然対流防止板の上端部
は溶接等で固定されているので落下することがなく、大
地震等の振動が加わった場合でも自然対流防止板２９．
３０設置箇所の下方にサーマルスリーブ２１が設けられ
ているため、原子炉容器１０内に落下することがない。

したがって、落下物の存在による流路閉塞等のトラブル
が発生しない。

他方、自由液面近傍に設置したサーマルスリーブ内に自
然対流防止板２９．３０およびサーマルライナ２０．２
３を組み合わせた構造物を挿入したので、自由液面近傍
に発生する温度差による原子炉容器１０の熱変形、熱応
力を緩和できる。

本発明の一実施例の説明においては、アウターサーマル
ライナの内外周面に自然対流防止板を取付けた例につい
て説明したが、さらに、第５図に示すように、インナー
サーマルライナ２３とサーマルスリーブ２１との間のス
リーブ状間隙３２にも自然対流防止板３３を設けてもよ
い。さらに、サーマルスリーブ２１の上端を遮蔽プラグ
１１の底面に接近させることにより、スリーブ状間隙３
２やサーマルスリーブ２１内にカバーガス中のナトリウ
ムミストの流入をざらに抑制することができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明に係る高速増殖炉は、液体
金属の自由液面付近の原子炉容器内周壁に設けられ、上
方に開口する周溝を形成したサーマルスリーブと、上記
原子炉容器と遮蔽プラグとの間に設置された二重筒慴造
のアウターサーマルライナおよびインナーサーマルライ
ナとを有し、上記両サーマルライナの下端は前記サーマ
ルスリーブの周溝内に収納させたから、原子炉容器と遮
蔽プラグとの間隙部に発生するカバーガスの自然対流を
有効的に防止でき、また、液体金属の自由液面から生じ
たミストが上記間隙部に進入するのも効果的に防止でき
る。また、自由液面近傍で発生した高温のカバーガスは
、サーマルスリーブや両サーマルライナにより熱的に遮
断され、原子炉容器の構造材へ熱伝達されることが少な
いので、周方向の温度勾配が小さく、原子炉容器や遮蔽
プラグの熱変形、熱応力を緩和させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す縦断
面図、第２図は第１図の高速増殖炉の要部を簡略的に示
す部分図、第３図は上記高速増殖炉に適用される自然対
流防止装置の部分的斜視図、第４図は上記自然対流防止
装置の部分的断面図、第５図は本発明の高速増殖炉の他
の実施例を示す図、第６図および第７図は従来の高速増
殖炉をそれぞれ示す縦断面図である。 １０・・・原子炉容器、１１・・・遮蔽プラグ、１２・
・・炉心、１３・・・液体ナトリウム（液体金属）、１
４・・・自由液面、１５・・・カバーガス空間、１６・
・・炉心上部機構、２０・・・アウターサーマルライナ
、２１・・・サーマルスリーブ、２２・・・周溝、２３
・・・インナーサーマルライナ、 ２５．２６・・・間隙、２８・・・自然対流防止装置、
２９．３０．３３・・・自然対流防止板。 第１図 箪　３　品　　２９ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉容器の上方開口を遮蔽プラグで閉塞し、内部
   に液体ナトリウム等の液体金属を収容した高速増殖炉に
   おいて、上記液体金属の自由液面付近の原子炉容器内周
   壁に設けられ、上方に開口する周溝を形成したサーマル
   スリーブと、上記原子炉容器と遮蔽プラグとの間に設置
   された二重筒構造のアウターサーマルライナおよびイン
   ナーサーマルライナとを有し、上記両サーマルライナの
   下端は前記サーマルスリーブの周溝内に収納されたこと
   を特徴とする高速増殖炉。 ２、アウターサーマルライナは頂部フランジが原子炉容
   器頂部と遮蔽プラグのフランジとの間に気密に挾持され
   、インナーサーマルライナは遮蔽プラグの下端周縁部に
   垂設され、両サーマルライナの下端はサーマルスリーブ
   の周溝の底壁近傍まで延びて終端している特許請求の範
   囲１項に記載の高速増殖炉。 ３、サーマルスリーブは上端が遮蔽プラグの底面近傍ま
   で延びて終端している特許請求の範囲第１項に記載の高
   速増殖炉。 ４、原子炉容器とアウターサーマルライナの間および両
   サーマルライナの間にスリーブ状の間隙が形成され、こ
   の間隙に複数の自然対流防止板が介装された特許請求の
   範囲第１項に記載の高速増殖炉。 ５、自然対流防止板は、フィン形状をした山型のステン
   レス薄板で形成され、アウターサーマルライナの内外周
   面に周方向に数十分割、軸方向に数段あるいは数十段に
   わたつて多数設置された特許請求の範囲第４項に記載の
   高速増殖炉。 ６、インナーサーマルライナとサーマルスリーブとの間
   に形成されるスリーブ状間隙にも自然対流防止板が介装
   された特許請求の範囲第１項または第４項に記載の高速
   増殖炉。