JPS6238676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ナトリウムのような液体金属を冷却
材として使用する高速増殖炉に係り、特に、この
高速増殖炉の炉心上部機構に関する。

（従来の技術） 従来の高速増殖炉は、第１図及び第２図に示さ
れるように、冷却材ａの供給管ｂ及び吐出管ｃを
備えた炉容器ｄ内に炉心支持構造物ｅを設け、こ
の炉心支持構造物ｅに炉心ｆを設置し、この炉心
ｆの上位に位置する上記炉容器ｄの上部開口部に
回転プラグｇを設け、この回転プラグｇの中程に
炉心上部機構ｈを上記炉心ｆの上位に垂設したも
のである。又、この炉心上部機構ｈ内には、制御
棒駆動機構ｉ、計装ウエルｊ、炉心上部整流装置
ｋ及び温度計流量計が組込まれており、上記冷却
材ａの液面と上記回転プラグｇとの間には、不活
性ガスによるカバーガスｌが密封して充填されて
いる。

特に、上記炉心上部機構ｈは、第２図に拡大し
て示されるように、円筒状をなす本体ｍ内に制御
棒案内管ｎを装着する扁平な各案内板ｏを設け、
上記本体ｍの上部に大径をなす膨出継筒部m₁に
遮弊蓋体m₂を複数の取付部材ｐで連結して固着
されている。

従つて、上記高速増殖炉の通常の起動及び停止
をする場合、冷却材ａとしての高温ナトリウムに
浸漬している上記本体ｍは、この冷却材ａの温度
変化に追随して変位する。上記冷却材ａの液面よ
り上位のカバーガスｌによる空間に位置する上記
膨出継筒部m₁及び取付部材ｐの近傍の遮蔽蓋体
m₂の熱容量は大きくなり、しかも、上記膨出継
筒部m₁及び遮弊蓋体m₂はステンレス鋼による熱
伝導率の小さい材料で構成されている関係上、上
記冷却材ａとしての高温ナトリウムの温度変化に
追随して対応できず、軸方向の温度勾配を生じさ
せる。そのため、上記膨出継筒部m₁の軸方向に
急激な温度勾配を生じて、ここに発生する熱応力
の増大に伴い、上記膨出継筒部m₁の健全性及び
安全性を損うおそれがある。

即ち、冷却材ａが一定の昇温率で温度上昇する
場合、冷却材液面より上のカバーガス空間にある
膨出継胴部m₁やこれに連結している遮弊蓋体m₂
及び回転プラグｇ等は、大型のため熱容量が大き
く、しかも、これらの構成材料であるステンレス
鋼は、熱伝動率が小さいこともあつて、温度上昇
する冷却材ａの熱エネルギーが上部へ伝わりにく
く、さらに、昇温速度を遅くしている。このた
め、上記冷却材ａの液面より上位のカバーガス空
間にある低温にさらされている膨出継胴部m₁と
冷却材ａ中にあつて高温状態にある膨出継胴部
m₁との間には、液面を境にして大きな温度変化
を生じ、大きな熱応力を生じている。

又一方、炉心上部機構ｈの軸方向の温度分布
は、回転プラグｇを抜け出た炉外部分が常温であ
るのに対し、下部先端部分は一次冷却材ａと同じ
温度であり、上記両者間の温度差に基づき炉心上
部機構ｈの軸方向に沿つて温度勾配が生じる。ま
た、炉内一次冷却材ａの温度は原子炉の運転休止
状態では、約200℃程度であるのに対し、運転中
には、約500℃以上にも達し、炉の運転起動ある
いは運転停止に伴つて、一次冷却材ａは前記の温
度幅が大きく変化する。特に、炉の起動時は徐々
に冷却される停止時に較べて温度変化率が大きい
場合が多い。

他方、炉内に封入されたカバーガスは、一次冷
却材ａに較べて熱伝導性は著しく低く、かつ、こ
のカバーガス自身は一次冷却材ａと遮弊蓋体m₂
との間の断熱材として働いている。これ等のこと
から、前記炉心上部機構ｈは炉の起動、停止過程
に伴つて、一次冷却ａの液面下の部分は一次冷却
材ａと殆ど同じ変化率で大巾な温度変化があるに
もかかわらず、カバーガスｌ中あるいは遮弊蓋体
m₂の貫通部分の温度は一次冷却材ａの温度変化
に追随し得ず、過渡内に温度変化に遅れを生じ
る。

この傾向は、温度変化率が大である炉の起動時
に大きくなる。この結果、上記炉心上部機構ｈは
軸方向に沿い、一次冷却材ａの液面上に近い部分
で大きな温度勾配が生じる。しかも、炉の起動時
と停止時とでは前記温度勾配の向きも逆となり、
かつ、これが繰返されることにより、上記膨出継
胴部m₁は熱応力によつて材料に疲労が生じ、つ
いには、その部分が破損する恐れがある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した点に鑑み、カバーガスの位
置する炉心上部構構の膨出継筒部の内側に冷却材
を貯溜する輪堤を設けてバスケツト部を形成し、
これに冷却材を常に貯溜するようにし、これによ
り、炉心上部機構の膨出継筒部の熱応力を緩和
し、この炉心上部機構の健全性及び安全性の向上
を図ることを目的とした高速増殖炉を提供するも
のである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。

第３図及び第４図において、符号１は、冷却材
２及び不活性ガスによるカバーガス３を容れた炉
容器の上部開口部に設けられた回転プラグであつ
て、この回転プラグ１の中程には、炉心上部機構
４が上記炉容器の炉心の上位に垂設されている。
又、この炉心上部機構４の円筒状をなす本体５内
には、複数の案内板６が設けられており、この各
案内板６には複数の制御棒案内管（図では、１本
のみ示されている）７が上記炉心に向つて垂設さ
れている。さらに、上記本体５の下部には、炉心
上部整流装置８が設けられており、上記本体５の
上部には膨出継筒部５ａが上記カバーガス３に位
置して形成されている。さらに又、この膨出継筒
部５ａの内側には、薄肉をなす輪堤９が上記冷却
材２の一部を貯溜し得るバケツト部１０を形成し
て設けられている。

即ち、上記膨出継筒部５ａの内側には、輪堤９
が上記カバーガス空間まで上方へ延設して上記冷
却材２を貯溜するバスケツト部１０を形成してい
る。しかして、このバスケツト部１０の冷却材の
液面は、常に、上記炉容器内の冷却材（一次冷却
材）２の液面より高く形成されている。

従つて、このバケツト部１０内への冷却材は、
上記炉容器内の冷却材液位を定期的に上昇させて
貯溜される。

なお、上記バケツト部１０内の冷却材液位は、
このバケツト部１０部に付設された液位計（図示
されず）で常時検出し得るようになつている。

一方、上記本体５の上部には、遮弊蓋体１１が
複数の取付部材１２によつて固着されており、上
記カバーガス３は上記遮蔽体１１と上記回転プラ
グ１との間隙１３から漏洩しないようになつてい
る。

従つて、原子炉の通常起動時及び通常停止時に
おいて、冷却材としての高温ナトリウムが一定の
昇温率で温度上昇する場合、薄肉をなす上記輪堤
９及びバケツト部１０に高温ナトリウムを常に貯
溜するようになつているので、上記輪堤９及びバ
ケツト部１０の冷却材２に対して熱の伝導授受が
円滑に行われるため、上記カバーガス３に位置す
る膨出継筒部５ａに対して軸方向の温度勾配を緩
かにしている。即ち、本発明は冷却材２の液面近
傍に位置する膨出継筒部５ａにおける熱応力を緩
和し、炉心上部機構４の信頼性の向上を図つてい
る。

次に、炉心上部機構の熱応力緩和のための作用
を第６図ａ，ｂのグラフについて説明する。

このグラフは、横軸に温度、縦軸に左端に示し
た炉心上部機構ｈに対応する高さを表わした温度
分布図である。従来の高速増殖炉では、第６図ａ
に示されるように、Ａ線は炉の運転休止中の定常
状態を示す。つまり、炉心上部機構ｈの遮弊蓋体
m₂を抜け出た炉外側の頂部の(イ)点は室内常温T₀
であり、これに対し炉内の一次冷却材２へ浸漬さ
れている部分の(ロ)点から(ハ)点の間は、略200℃程
度の温度T₁であり、(イ)点と(ロ)点との間では、温
度T₀とT₁の差に基づき炉心上部機構ｈの軸方向
に沿つて直線的に傾斜した温度分布となる。その
状態から運転が再開されて原子炉が起動すると、
炉内の一次冷却材２の温度は、略500℃程度の温
度T₁まで上昇する。したがつて(ロ)点、(ハ)点もそ
れぞれ(ロ)′点、(ハ)′点へ移行する。これに対し、(
イ)
点は依然として常温T₀に維持され、かつ(イ)点と
(ロ)点の間は、カバーガスｌの雰囲気に在るため、
このままでは、炉の起動過程の過渡現象として液
面下の浸漬部分の温度変化に直ちに追随し得ず、
(イ)−(ロ)の間では温度変化に遅れが生じ軸方向に沿
つてＢ線のような温度勾配となる。又、このＢ線
から明らかなように、温度勾配の急激な範囲が生
じ、特に、液面上に近い部分の(ロ)′点では局部的
に温度勾配が最も大きくなり、この部分に大きな
熱応力が発生する。

これに対し、本発明は、他の実施例で述べたと
おり、冷却材を液面から一部カバーガス空間側に
貯溜することによつて、炉心上部機構４の軸方向
に沿つた温度分布はＣ線のようになる。つまり、
カバーガス空間のバケツト部１０内のナトリウム
によつて膨出継胴部の加熱を促進することによ
り、温度変化の遅れを補償してＢ線に較べてＣ線
のように温度勾配を緩やかにし、特に、液面に近
い箇所の熱応力を大巾に緩和させる。この場合、
バケツト部１０の高さ、幅等の形状は炉の起動特
性から予め、解つている一次冷却材の温度上昇変
化率に見合つて適宜値に定められる。

次に、第６図ｂにおいて、炉を運転状態から停
止する際の場合を述べる。図中、A′線は、炉の
運転時における定常状態の温度分布を示してい
る。ここから炉を停止すると、所定の温度変化率
で一次冷却材２にしたがつて炉心上部機構４の液
面下部分は温度T₂からT₁に低下する。これに対
し、液面Ｈより上方の炉内挿入部分は、このまま
では、温度変化の遅れが生じてB′線のようにな
り、炉の起動時と同様に局部的に急峻な温度勾配
を生じる。但し、炉の起動時と較べて一次冷却材
の降温温度変化率は、比較的に緩やかであるの
で、熱応力も左程苛酷にはならない。

次に、第５図に示される実施例は、本発明の他
の実施例であつて、これは輪堤９の上位に傘形を
なす回収カバー１４を被冠して設け、これによ
り、蒸発したナトリウムによる冷却材２を回収し
て、上記バケツト部１０内に供給し得るようにし
たものであり、上述した具体例と実質的に同一内
容をなすものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、カバーガス
３の位置する炉心上部機構４の膨出継筒部５ａの
内側に輪堤９をカバーガス空間まで上方へ延設し
て冷却材を貯溜するバスケツト部１０を形成し、
このバスケツト部１０の冷却材の液面を、常に、
上記炉容器内の冷却材の液面よりも高く形成して
あるので、原子炉の運転起動及び停止時の熱応力
を緩和できるばかりでなく、構成も簡素であるか
ら、組立、加工も容易である等の優れた効果を有
するものであり、原子炉の健全性及び安全性の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来の高速増殖炉を説明
するための各図、第３図は、本発明の高速増殖炉
の要部を示す断面図、第４図は、本発明の主要部
のみを拡大して示す断面図、第５図は、本発明の
他の実施例を示す図、第６図は、炉心上部機構の
温度分布を示すグラフである。 １……回転プラグ、２……冷却材、３……カバ
ーガス、４……炉心上部機構、５……本体、５ａ
……膨出継筒部、６……案内板、９……輪堤、１
０……バケツト部、１１……遮蔽蓋体、１２……
取付部材、１４……回収カバー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷却材の供給管及び吐出管を備えた炉容器内
   に炉心支持構造物を設け、上記炉容器の上部開口
   部に回転プラグを設け、この回転プラグに炉心上
   部機構を垂設し、上記冷却材の液面と上記回転プ
   ラグとの間にカバーガスを充填した高速増殖炉に
   おいて、このカバーガスの位置する上記炉心上部
   機構の膨出継筒部の内側に輪堤を上記カバーガス
   空間まで上方へ延設して上記冷却材を貯溜するバ
   スケツト部を形成し、このバスケツト部の冷却材
   の液面を常に上記炉容器内の冷却材の液面より高
   く形成したことを特徴とする高速増殖炉。 ２ 輪堤の上位に回収カバーを被冠するようにし
   て配設した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。