JPS623392B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高速増殖炉用原子炉容器に係り、特
に容器壁に加わる熱応力を軽減させることができ
るようにした原子炉容器に関する。

高速増殖炉においては、冷却材として、一般に
液体ナトリウムで代表される液体金属が用いられ
ている。そして、このような液体金属冷却材は原
子炉容器内を第１図に示すように通流する。すな
わち図中１は内部に炉心２を収容してなる炉容器
であり、この炉容器１の容器壁３に設けられた入
口ノズル４より流入した冷却材ｐは炉心２内を導
びかれ、炉心２から熱を奪つて加熱された後、自
由な液面５を形成しながら容器壁３の上部に設け
られた出口ノズル６を通つて図示しない中間熱交
換器へと流れ循環する。なお、図中７は遮蔽栓を
示している。このような高速増殖炉にあつて冷却
材温度は、通常運転時には、炉心入口で300℃〜
400℃、炉心出口で450℃〜550℃であり、また、
原子炉運転停止状態においては、入口、出口共約
200℃に保たれる。そして、原子炉運転開始時に
は、冷却材の出口ノズル６の温度が、第２図に示
すように、停止温度Tsより通常運転温度Tvま
で、ある一定の昇温率で上昇するように炉心反応
が制御される。この昇温率はプラントの運転上可
能な限り大きくすることが効率ならびに稼動率を
高めるうえで望ましい。

ところで、高速増殖炉にあつては、冷却材とし
て腐食性の高いアルカリ金属液体を用いる関係
上、通常、炉容器をステンレス鋼で製作するよう
にしている。ステンレス鋼は周知のように温度伝
導率が非常に小さい。このために、上述の如く、
運転開始時に昇温率を大きくすると、第３図ａに
対応させて、第３図ｂに示すように、容器壁３の
各部温度は図中８ａで示すようになり、液面近傍
に大きな温度勾配が発生し、この結果、この部分
に過大な熱応力が加わつて容器壁３を塑性変形さ
せてしまうおそれが多分にある。したがつて、運
転開始時における昇温率を大きくするには、上記
の熱応力を何らかの手段で軽減させることが不可
欠となる。なお、上記説明は運転開始時の例であ
るが、原子炉運転停止時においても現象としては
逆であるが応力が発生することには変りない。す
なわち、運転停止時における容器壁３の各部温度
は第３図ｂ中に破線８ｃで示すように、炉容器１
を構成している部材の温度伝導率が低いことが原
因して、液面近傍の部分に大きな温度勾配が発生
する。したがつて、この場合も温度勾配の大きな
部分に大きな熱応力が発生することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、原子炉運転開始
時および運転停止時に炉容器壁の冷却材の液面近
傍に発生する熱応力を簡単な構成で軽減させるこ
とができ、もつて安全性の向上化と、原子炉プラ
ントの効率ならびに稼動率の向上化とに寄与でき
る高速増殖炉用原子炉容器を提供することにあ
る。

すなわち、本発明は、原子炉容器本体の側壁外
面に、それぞれが冷却材の液面とほぼ直交する向
きで、一端が上記液面より上部に、他端が液面よ
り下部の炉心の低部近傍に位置するようにヒート
パイプを少くとも周方向に複数配置し、容器壁、
特に液面近傍の、温度勾配を緩和させることによ
つて上記目的を達成したものである。

以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明
する。

第４図ａは本発明に係る炉容器１ａの中心線か
ら右半分を切断して示すもので、第１図と同一部
分は同一符号で示してある。したがつて重複する
部分の説明は省略する。

この実施例では、容器壁３の側壁部外面に、そ
れぞれが炉容器内の冷却材の液面５とほぼ直交す
る向きで、上端が上記液面５より上方の液面近傍
に位置し、下端が液面５より下方の炉心２の低部
近傍に位置する関係に複数本のパイプ状の毛細管
圧力を利用した無方向性ヒートパイプ９ａを周方
向に等間隔に配置固定したものとなつている。

このような構成であると、原子炉運転開始時に
おいては、ヒートパイプ９ａの良好な伝熱作用に
より、容器壁３の炉心２の低部近傍に位置する部
分の熱が、ヒートパイプ９ａを通つて容器壁３の
冷却材の液面５より上部の低温部分へ伝えられる
ことになる。したがつて、容器壁３の液面５より
上方に位置する部分は、上記ヒートパイプ９ａの
存在によつて、容器壁３の側面からも、つまり十
分広い熱供給路で熱供給を受けることになるの
で、たとえ容器壁３が温度伝導率の低い材料で形
成されている場合であつても、短時間に昇温し、
この結果、上記部分の温度勾配を十分緩やかにす
ることができる。

したがつて、原子炉の運転開始時に昇温率を高
くしても熱応力によつて容器壁が塑性変形される
ようなことがなく、結局、安全性の向上化と原子
炉プラントの効率および稼動率の向上化に寄与す
ることができる。そして、ヒートパイプの付加と
いう簡単な構成で、かつ、動力や制御の全く必要
としない手段で、液面近傍の容器壁の温度勾配を
緩和させることができるので、設備全体が高価格
化したり、制御が複雑化したりするおそれがな
い。

そして、この場合には、特に、ヒートパイプ９
ａの下部を容器壁３の炉心２の低部近傍に位置さ
せているので、液面５近傍の冷却材温度、つまり
中間熱交換器に流入する冷却材温度を下げること
なく、容器壁３の液面５より上部部分の温度を上
げて、液面近傍の温度勾配を緩和させることがで
きるので、運転開始時における炉心発生熱も有効
に利用することができる。

すなわち、このようにヒートパイプ９ａを設け
ることによつて運転開始時には、第４図ａに対応
させて示す第４図ｂに実線８ｂで示すように容器
壁の冷却材の液面５近傍の温度勾配を従来の場合
の温度分布８ａの温度勾配に比較させて緩和させ
ることができる。運転停止時にも、上記ヒートパ
イプにより逆の温度勾配を緩和させることができ
る。すなわち、運転停止時には、ヒートパイプ９
ａの作用で、容器壁３における液面上方の高温部
分の熱が液面より下方に位置する低温部分へと伝
えられる。このため、容器壁３の液面近傍の温度
分布は第３図ｂ中に一点鎖線８ｄで示すようにな
り、液面近傍の温度勾配が大幅に緩和されること
になる。なお、ヒートパイプ９ａの下端の位置を
最適に選定しておけば、定常運転時にヒートパイ
プ９ａの両端間の温度差を無くすことができ、ヒ
ートパイプの存在が熱効率に影響を与えるのを防
止することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。すなわち、上述した実施例では、ヒ
ートパイプ９ａを冷却材の液面と直交した軸に沿
つて、１ケ所のみ配置させているが、たとえば、
第５図に示すように、長さの異る二種類のヒート
パイプ９ａ，９ｂを上記軸方向に分散させて配置
してもよい。上述のように軸方向に複数のヒート
パイプを設置すると前記の温度勾配をさらに緩和
させることができる。また、ヒートパイプの種類
も限定されるものではない。実施例では運転開始
時および運転停止時共にヒートパイプを動作させ
るために、方向性を有さない毛細管圧力を利用し
たヒートパイプを用いているが、運転開始時のみ
温度勾配を緩和させればよい場合には、重力型ヒ
ートパイプを用いてもよい。さらに、ヒートパイ
プの形状、大きさ、使用する個数も限定されるも
のではない。

以上述べたように本発明によれば、複雑な構造
や制御システム、余分な動力を用いることなく、
運転開始時や運転停止時に炉容器壁に加わる熱応
力を軽減させることができ、もつて、安全性の向
上化ならびに稼動率の向上化に寄与できる高速増
殖炉用原子炉容器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高速増殖炉用原子炉容器を模式的に示
す図、第２図は原子炉の運転開始時および運転停
止時における冷却材温度の変化の一例を示す図、
第３図ａは第１図の拡大図、同図ｂは運転開始時
および運転停止時における第３図ａに対応する容
器壁の温度分布を示す図、第４図ａは本発明の一
実施例に係る原子炉容器を一部切欠して示す側面
図、同図ｂは同実施例における容器壁の温度分布
を説明するための図、第５図は本発明の別の実施
例に係る原子炉容器の縦断面図である。 １ａ，１ｂ……炉容器、２……炉心、３……容
器壁、４……入口ノズル、５……液面、６……出
口ノズル、７……遮蔽栓、８ａ，８ｂ……温度分
布曲線、９ａ，９ｂ……ヒートパイプ、ｐ……冷
却材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体金属冷却材の循環路に介在して設けられ
   内部を上記液体金属冷却材が自由液面をもつて通
   流する原子炉容器本体と、この原子炉容器本体の
   側壁外面に、それぞれが上記自由液面とほぼ直交
   する向きで、一端が上記自由液面より上部位置に
   固定され、他端が上記自由液面より下部の炉心低
   部近傍位置に固定され、少くとも周方向に複数配
   置固定されたヒートパイプとを具備してなること
   を特徴とする高速増殖炉用原子炉容器。