JPS63121784A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はタンク型の高速増殖炉に関するものである。

［従来の技術］ 第１０図および第１１図には従来一般のタンク型の高速
増殖炉１が示されている。タンク型高速増殖炉１は、基
本的には、原子炉容器２内に、炉心３．１次系主循環ポ
ンプ（以下、「ポンプ」と略称する）４および中間熱交
換器５が収容されて構成されている。

タンク型高速増殖炉１に通常用いられる中間熱交換器５
はいわゆるシェル・アンド・チューブ型て、シェルの水
平断面形状としては丸形および矩形があり、図示のシェ
ルは丸形となっている。また、中間熱交換器５の垂直断
面は第１２図に示す通りであり、中間熱交換器５内部の
チューブは、直管状の伝熱管を束ねた構造（以下、管束
部６と称する）で構成されている。チューブには、この
他、伝熱管をヘリカル状に巻いた構造のものもある。

このような構成において、運転時、１次冷却材はポンプ
４によって炉心３から高温状態て上部プレナム７に送り
出され、中間熱交換器５の上部の入口窓８から流入し、
管束部６を通る。この際、１次冷却材は、管束部６の各
伝熱管内を流れる２次冷却材と熱交換が行われる。その
後、中間熱交換器５下部の出゛口開口９から下部プレナ
ム１０に吐き出された１次冷却材は、ポンプ４の下端か
ら吸い込まれ、再度炉心３に送られて循環される。２次
冷却材は、入口管１１から流入し、下部管ヘッダ１２で
折り返して管束部６の伝熱管内を通過し、熱交換により
高温状態となって上部管ヘッダ１３を経て吐出管１４に
導かれる。

ところて、高速増殖炉では、軽水炉と比べ熱効率を上け
るために、１次冷却材および２次冷却材にナトリウムを
使用しているが、冷却材か高温になることにより、冷却
材に接する機器のクリープが顕著となるという材料強度
上の問題がある。また、構造材に急激な温度勾配が分布
することにより熱応力が過大となることも知られている
。

そこで、原子炉構造を構成する１つの機器として原子炉
容器２があるが、原子炉容器２は冷却材バウンダリとし
て最も重要な機器であるので、上述の熱的な問題に対し
て従来がら種々の対策が講じられている。その代表的な
ものとしては、原子炉容器２の内側に炉壁冷却シェル１
５を設け、このシェル１５と原子炉容器２との間に形成
されるチャンネル１６に、炉壁冷却用流体を流通させる
ようにしたものがある。この炉壁冷却用流体は、炉心に
入る前の低温の１次冷却材ナトリウムの一部を分岐した
ものであり、原子炉容器２はその内側を流れる低温のナ
トリウムにより冷却されるのである。

また、この炉壁冷却シェル１５は、原子炉の運転に伴い
急激に温度変化する上部プレナム７内の１次冷却材が原
子炉容器２に直接当たるのを防止し、該原子炉容器２に
板厚方向の温度勾配が生じて熱応力が発生するのを抑制
する機能、即ち、熱衝撃が加わるのを防止する役割を果
たしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来構成においては、大きく分けて２つの問題点が
ある。

第１は、シェル・アンド・チューブ型の中間熱交換器５
を原子炉容器２内へ収納する場合のスペース効率上の問
題である。

即ち、伝熱管が直管である場合には、伝熱性能を高くす
るために、伝熱管の軸長を長くする必要があり、従って
、必然的に中間熱交換器５自体の軸長が延び、これに伴
って原子炉容器２の軸長も長くせざるを得なかった。ま
た、伝熱管をヘリカル状に巻く構造は、シェルの径が大
きくなり、原子炉容器２の径も追従して大きくせざるを
得なかった。更に、中間熱交換器５のシェル形状を矩形
にし、伝熱管をヘリカル状に巻く構造もあるが、伝熱管
の折曲げ部が増大し、製作が非常に困難であつた。

このように、従来のシェル・アンド・チューブ型の中間
熱交換器５を原子炉容器２内へ収容することは、スペー
ス効率が悪く、無効スペースが生しることを覚悟しなけ
ればならない、という問題点があった。

第２の問題点は原子炉容器２の熱的防護に関するもので
ある。即ち、炉壁冷却用流体自体は、原子炉にとっては
、熱効率上、無効流量となるため、プラント効率を低下
させる原因となる。従って、プラント効率を高く維持す
る観点からは、熱的防護のために炉壁冷却用流体の流量
を大きくとることには制約があった。

このため、少量の炉壁冷却流量で原子炉容器２を所要の
低温状態に維持すべく、上部プレナム７に接する炉壁冷
却シェル１５に、例えばサーマルライナ１７やガス断熱
層を設ける等の断熱対策を施すことが従来から考えられ
ているが、これは、物量の増大、もしくは、炉壁冷却シ
ェル１５の構造の複雑化の問題につながる欠点があった
。

本発明はかかる問題点を解決することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明による高速増殖炉は、原子炉容器内に、炉心と、
原子炉容器と同心に設けられた円筒形の内側シェルおよ
び外側シェルと、これらシェル間に周方向等間隔に配置
された複数個のポンプと、内側シェルおよび外側シェル
の間であって前記ポンプ同士の間に設けられた中間熱交
換器とを具備している。中間熱交換器は、内側シェルか
ら外側シェルに径方向に延びる垂直プレートを周方向等
間隔に複数枚配置し、垂直プレート間に形成される間隙
を交互に１次冷却材流路と２次冷却材流路とすると共に
この間隙にフィンを取り付け、更に、２次冷却材を２次
冷却材流路の下部に導くダウンカマー部を外側シェルに
沿って形成して構成されている。また、運転時において
、１次冷却材は、内側シェルの上部がら１次冷却材流路
を通って下降され、他方、２次冷却材は、原子炉容器外
から導かれ、ダウンカマー部を下降し、次いで２次冷用
材流路を上昇して原子炉容器外に至るように構成されて
いる。

［作用］ 上述したような高速増殖炉においては、高伝熱性能を有
するプレート・フィン型中間熱交換器を、２重のシェル
の間に形成することによって、スペース効率が向上し、
原子炉容器サイズの縮小化が可能となり、同時に、シェ
ルと中間熱交換器が熱遮蔽物となるので原子炉容器の熱
的防護を図ることができる。

［実施例］ 以下、図面と共に本発明による高速増殖炉の好適な実施
例について詳細に説明する。

尚、従来構成と同一または相当部分には同一符号を用い
て説明する。

第１図および第２図には、本発明に従ったタンク型の高
速増殖炉２１の全体構成が概略的に示されており、従来
と同様、原子炉容器２内に、炉心３、ポンプ４および中
間熱交換器２２が炉心支持構造物２３によって支持され
ている。原子炉容器２の上部を閉じるルーフスラブ２４
には上部炉心機［２５が設けられており、この上部炉心
機構２５から垂直下方に延びる制御棒２６を炉心３に出
し入れすることによって、炉の制御が行われる。ルーフ
スラブ２４はまた、ポンプ４の上部を支持している。

原子炉容器２内の炉心支持構造物２３上には、原子炉容
器２の内側に僅かに間隔を置いて円筒形の外側シェル２
７が設置され、外側シェル２７の更に内側には炉心３を
取り囲むようにして内側シェル２８が設置されている。

これらシェル２７．２８は原子炉容器２と同心となって
いる。内側シェル２８と外側シェル２７との間にはポン
プ４が周方向等間隔に配置され、ポンプ４間には中間熱
交換器２２が配置されている。

各中間熱交換器２２は、第３図および第４図に明示され
るように、いわゆるプレート・フィン型で、内側シェル
２８、外側シェル２７、および、これらシェル２７．２
８の間に設けられた２枚の隔壁２９を、その外周壁とし
ている。外側シェル２７の内面側には一定の間隔を置い
て１枚のプレート３０が取り付けられており、このプレ
ート３０と外側シェル２７との間で２次冷却材のための
ダウンカマー部３１を形成している。ダウンカマー部３
１の上部は、ルーフスラブ２４を貫通している入口管１
１に、入口管ヘッダ３２を介して接続されている。

中間熱交換器２２内には多数の平板状の垂直プレート３
３が設けられており、それぞれ、内側シェル２８からプ
レート３０に亘り径方向に延びると共に、互いに周方向
等間隔に配置されている。各垂直プレート３０の上端縁
はシェル２７．２８および隔壁２９の上端縁よりも下方
に位置し、また、その下端縁はジェル２７．２８および
隔壁２９の下端縁よりも上方に位置している。

垂直プレート３３間に形成される間隙は、交互に、１次
冷却材流路３４と２次冷却材流路３５となっている。各
２次冷却材流路３５の上端には上部ヘッダ３６が形成さ
れており、各上部ヘッダ３６は出口管ヘッダ３７で合流
して、ルーフスラブ２４を貫通して設けられた吐出管１
４に接続されている。また、２次冷却材流路３５の下端
には、上部ヘッダ３６と同様な下部へツタ３８（第２図
）が設けられ、ダウンカマー部３１の下部と連通してい
る。

１次冷却材流路３４の上下両端は開放されており、内側
シェル２８の上部に形成された切欠き３９から流入する
１次冷却材がこの］次冷却材流路３４を通って下部プレ
ナム１０に至るようになっている。

第５図に特に示される如く、垂直プレート３３間には波
形のフィン４０が介設され、流路３４．３５間の伝熱面
積を増大させると共に、１次、２次冷却材間の圧力差に
よる垂直プレート３３の変形を防止する。尚、タウンカ
マ一部３１にも波形フィン４１を設けると、強度が向上
し好適である。

このような構成に関し、本発明の高速増殖炉の作用につ
いて説明する。

運転時において、１次冷却材はポンプ４によって原子炉
容器２内を循環される。即ち、ポンプ４から送り出され
た１次冷却材は、炉心３の入口配管４２を経て炉心３内
に流入し、炉心３内で熱せられて上部プレナム７に送ら
れる。第３図および第４図において、符号４３を１次冷
却材の流れとし、符号４４を２次冷却材の流れとすると
、高温の１次冷却材４３は、内側シェル２８上部の切欠
き３９から中間熱交換器２２に流入し、１次冷却材流路
３４を、隣接の２次冷却材流路３５を流れる２次冷却材
４４と熱交換を行いながら下降する。この際、１次冷却
材４３は、中間熱交換器２２の隔壁２９を越えることは
ないので、高温の冷却材４３かポンプ４に直接に接する
ことはない。１次冷却材流路３４の下端から流出した１
次冷却材４３は下部プレナム１０に至り、ポンプ４に戻
って上記の流れか繰り返される。

他方、２次冷却材４４は入口管１１を介して原子炉容器
２内に導かれ、入口管ヘッダ３２からダウンカマー部３
１を下降し、下部ヘッダ３８で折り返して２次冷却材流
路３５を上昇し、上記の如く１次冷却材４３と熱交換を
行い、高温状態となって上部へツタ３６に至り、更に、
出口管へツタ３７で集められて吐出管１４から原子炉容
器２外に導き出される。

上述した実施例においては、垂直プレート３３間に設け
られたフィン４０は波形となっているが、第６図に示さ
れるように、複数枚の細長い平板状の一１１＝ フィン４０′を設けることとしてもよい。

また、フィン４０またはフィン４０’の垂直断面は第７
図に示されるように直線状が一般的であるが、強度上の
観点からは第８図の如く千鳥状としてもよく、また、伝
熱効果を更に向上させたい場合には、第９図のように垂
直方向に波形としてもよい。

尚、第１図、第２図、第１０図および第１１図における
符号５０は、原子炉容器２の外周に設けられる安全容器
である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、内側と外側のシェルの
間に、高伝熱性能で知られているプレート・フィン型中
間熱交換器を、二重のシェルの間に扇形に設けることと
したので、原子炉容器内のスペースか効率よく使用され
、原子炉容器を小型化することかでき、それに伴って、
コストの低減化も図ることができる。

また、高温の１次冷却材は、内側および外側のシェルに
より原子炉容器に直接接することがなく、加えて、中間
熱交換器の熱交換部による除熱作用およびダウンカマー
部を流れる低温の２次冷却材による炉壁冷却作用によっ
て、原子炉容器は低温に維持され、原子炉容器の構造強
度上の信頼性が著しく向上すると共に、原子炉容器の熱
遮蔽体としての機能も向上する。また、従来のように１
次冷却材の一部を炉壁冷却用流体として使用する必要も
なくなるので、プラント効率が改善される。

更に、本発明によれば、ポンプに高温の１次冷却材が接
しない構造となっているので、ポンプに対する防熱対策
も従来に比して少なくてすむ、という効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従ったダンク型の高速増殖炉を概略
的に示す部分断面平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に
沿っての断面図、第３図は第１図の高速増殖炉における
中間熱交換器の上部を示す斜視図、第４図は中間熱交換
器を水平に断面しての斜視図、第５図は中間熱交換器に
おける波形のフィンを示す平面図、第６図はフィンの別
の形状を示す平面図、第７図はフィンの垂直断面形状を
示す第６図のＢ−Ｂ線に沿っての断面図、第８図はフィ
ンの垂直断面形状を千鳥状にした場合の第７図と同様な
図、第９図はフィンの垂直断面形状を波形にした場合の
第７図と同様な図、第１０図は従来のタンク型高速増殖
炉の水平断面図、第１１図は第１０図のＣ−Ｃ線に沿っ
ての断面図、第１２図は従来のシェル・アンド・チュー
ブ型の中間熱交換器を示す垂直断面図である。図中、 １．２１：高速増殖炉　２：Ｍ子炉容器３：炉心　　　
　　　　４：く１次系主循環）ポンプ５．２２：中間熱
交換器１１：入口管 １４：吐出管　　　　　　２７：外側シェル２８：内側
シェル　　　２９：隔壁 ３１：タウンカマ一部　３３：垂直プレート３４：１次
冷却材流路　３５：２次冷却材流路４０．４０′：フィ
ン ＝１５− 第７図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原子炉容器内に、炉心と、前記原子炉容器と同心に設け
   られた円筒形の内側シェルおよび外側シェルと、該内側
   シェルおよび該外側シェルの間に周方向等間隔に配置さ
   れた複数個の１次系主循環ポンプと、前記内側シェルお
   よび前記外側シェルの間であって前記１次系主循環ポン
   プ同士の間に設けられた中間熱交換器とを具備する高速
   増殖炉において、 前記中間熱交換器は、前記内側シェルから前記外側シェ
   ルに径方向に延びる垂直プレートを周方向等間隔に複数
   枚配置し、前記垂直プレート間に形成される間隙を交互
   に１次冷却材流路と２次冷却材流路とすると共に該間隙
   にフィンを取り付け、２次冷却材を前記２次冷却材流路
   の下部に導くダウンカマー部を前記外側シェルに沿って
   形成して成り、 運転時において、１次冷却材を前記内側シェルの上部か
   ら前記１次冷却材流路を通って下降させると共に、前記
   原子炉容器外からの２次冷却材を前記ダウンカマー部を
   下降させた後に前記２次冷却材流路を上昇させて該原子
   炉容器外に導くように構成したことを特徴とする高速増
   殖炉。