JPS63214690A - 原子炉 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉に係り、高速増殖炉の構造に関するも
のである。

（従来の技術） 第３図を参照して従来の原子炉の構造を説明する。なお
、第３図はタンク型高速増殖炉の構成を示す縦断面図で
ある。同図において、符号１は原子炉容器であり、この
原子炉容器１内には冷却材２および炉心３が収容されて
いる。この炉心３は図示しない複数の燃料集合体および
制御棒等から構成されており、炉心支持機構４を介して
原子炉容器１に支持されている。原子炉容器１の上部開
口１ａはルーフスラブ５により閉塞されており、カバー
ガス６が冷却材２を覆うように封じ込められている。ル
ーフスラブ５は、原子炉容器１に固定された固定プラグ
５ａと、この固定プラグ５ａの内側の偏心した位置に回
転可能に設置された回転プラグ５ｂとから構成されてい
る。炉心３の上方には、炉心上部機構７が回転プラグ５
ｂを貫通して配置されている。この炉心上部機構７には
、制御棒駆動機構８が設置されており、この制御棒駆動
機構８により制御棒を炉心３内に挿入または引抜いて炉
心出力の制御を行う。炉心３と原子炉容器１との間には
隔壁９が設置され、この隔壁９により原子炉容器１内を
上下に二分し、上方を上部プレナム１０、下方を下部プ
レナム１１としている。また、隔壁９および固定プラグ
５ａを貫通して中間熱交換器１２および循環ポンプ１３
が円周方向に沿って交互に設置されている。図中符号１
４は回転プラグ５ｂに設置された燃料取扱機であり、符
号１５はポンプノズルである。符号１６は安全容器であ
り、万一原子炉容器１から冷却材２が漏洩した場合、こ
れを貯留することによって原子炉容器１内の冷却材２の
液位が炉心３を冷却するのに必要な液位以上となるよう
これを保持する。安全容器１６の周囲は断熱材１７で覆
われている。また、原子炉容器１は、原子炉容器フラン
ジ１ｂによってペデスタル１８に支持されている。符号
１９は格納容器であり、原子炉と周囲環境とを分離して
いる。

上記構成によると冷却材２は炉心３を上方に向って流通
し、その際炉心３の核反応熱により昇温する。昇温した
冷却材２は炉心３の上方のＬ部プレナム１０内に流出し
て中間熱交換器１２内に流入口１２ａを介して流入する
。そこで二次側冷却材と熱交換して冷却され、下部プレ
ナム１１内に流出する。

この流出した冷却材２は循環ポンプ１３に吸引されて加
圧され、再度炉心３の下方に供給される。以下同様のサ
イクルをくりかえす６ また、出力運転時には、同図にも示すように炉心上部機
構７が炉心３の直上に位置し、制御棒駆動機構８のガイ
ドをする。これに対し、定期点検・燃料交換時には、回
転プラグ５ｂが持上げ装［２０゜回転装置２１によって
持上げ２回転され、回転プラグ５ｂに設置された燃料取
扱機１４の回転と相まってグリッパ２２を炉心３の上方
の任意の位置に移動させる。そして燃料取扱機１４によ
り燃料の交換および炉内移送作業を行う。

（発明が解決しようとする問題点） 以上説明したように、従来のタンク型高速増殖炉では、
原子炉容器１は原子炉容器フランジ１ｂによってペデス
タル１８により支持され、炉心上部機構７．中間熱交換
器１２．循環ポンプ１３．燃料取扱機１４等の重量機器
は、ルーフスラブ５に支持され、このルーフスラブ５は
原子炉容器１と同様ペデスタル１８により支持されてい
る。したがって、通常鉄骨鉄筋コンクリート等で構成さ
れるペデスタル１８は、原子炉のほとんどの荷重を受け
るため、特に地震に対する強度の点から、必要とされる
資材の重量は多大なものとなっていた。

また、原子炉容器１は、大量の冷却材２．炉心３等を支
持構ているが、原子炉容器フランジ１ｂによる上吊り構
造のため、耐震性の点から必要以上の厚肉構造にしなけ
ればならなかった。このため、厳しい品質管理を要求さ
れる原子炉容器１の材料の増大、または厚肉構造による
溶接の困難さ等の問題があった。さらに、ルーフスラブ
５についても上記したように数多くの重量機器を搭載す
るため、同様に耐震性の点から多大な資材を用いて十分
な剛性を持った支持構造とする必要があった。

一方、炉心３を構成する要素（図示しない）のうち燃料
集合体は、燃料取扱機１４の回転によりグリッパ２２を
移動して取扱い、制御棒は、炉心上部機構７に設置され
た制御棒駆動機構８により炉心３内への挿入、引抜が行
われる。出力運転時には。

制御棒を引抜き状態でかつ晴晴に挿入可能なように、炉
心上部機構７が同図に示すように炉心３の直上に配置さ
れている。燃料交換時には、グリッパ２２を炉心３上の
任意の位置に移動させるため、炉心上部機構７を炉心直
上から移動させる必要があり、このために回転プラグ５
ｂが設けら九でいる。

この回転プラグ５ｂと燃料取扱機１４の回転の相互作用
により、グリッパ２２が炉心３上の任意の位置に移動さ
れる。重量機器である炉心上部機ｎ７や燃料取扱機１４
を搭載する回転プラグ５ｂを回転するため、ルーフスラ
ブ５上には持上げ装置２０２回転装置２１が設けられて
いる。これら、回転プラグ５ｂやその他関連装置によっ
て、ルーフスラブ５はその重量が増すのみならず構造が
複雑となり、さらにその外径が増大し原子炉全体が大型
となり重量の増大が大きな問題となっていた。また、原
子炉容器１は通常５００℃を越える高温の冷却材２の液
面から通常１００℃以下の低温の原子炉容器フランジ１
ｂにかけて、大きな温度勾配を生じる。この温度勾配に
より発生する熱応力は、原子炉容器１の外径が大きくな
るにつれて増大する。このため原子炉容器１の冷却材２
の液面近傍の構造健全性を確保する関係からこの径を小
さくする必要がある。

周知のように冷却材２には通常化学的に活性な液体ナト
リウムが使用されるため、その液面は不活性ガスからな
るカバーガス６で覆われており、カバーガス６はルーフ
スラブ５により原子炉内に封じ込めにれでいる。このた
め、ルーフスラブ５には、上記したような重量機器を支
持する機能に加えてカバーガス６を封じ込める機能が必
要であり５通常は鋼製気密構造で構成され１機器の貫通
部分には種々の気密シール構造が施されている。

したがつってルーフスラブ５を構成する各部品は精度よ
く製作する必要があり、またその構造も複雑となり、上
記したような耐震強度の問題と相まって、製作性、製作
費用の各面からその設計は非常に困難であった。さらに
、原子炉内に対する最初の境界としてのルーフスラブ５
に対し、通常周囲環境に対する第２の境界として格納容
器１９が設けられるが、これは原子炉全体を取り囲む巨
大な設備でありその費用は膨大なものとなっていた。

本発明の目的は、以上の問題点に鑑みて、耐震性に優れ
かつ熱応力に対する構造健全性を確保でき、全体として
コンパクトかつ経済性に優れた高速増殖炉の原子炉を提
供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、原子炉容器に炉心および冷却材を収容すると
ともに、炉心上部機構、燃料取扱機、中間熱交換器、循
環ポンプを配設する原子炉において、原子炉容器の上部
に１円弧状に突出しかつ複数の円筒状の開口部を設けた
蓋を一体に接合して設け、この開口部に炉心上部機構、
中間熱交換器。

循環ポンプを設置し、燃料取扱機を制御棒駆動機構と動
作時干渉しないように炉心上部機構に設置し、原子炉容
器の外側に炉心上部機構、中間熱交換器、循環ポンプを
覆いかつ周囲環境に対し気密としたカバーを設けたもの
である。

（作用） 炉心上部機構、中間熱交換器、循環ポンプ等の荷重は原
子炉容器に伝えられ、冷却材、炉心等を含めた原子炉容
器の荷重は下部支持構造によって底面を介して支持され
る。また、原子炉容器内の冷却材の液面は、原子炉容器
の蓋に設けた円筒状の開口部に限られるとともに、冷却
材の液面を覆うカバーガスはこの開口部に設置された炉
心上部機構、中間熱交換器、循環ポンプによって封じ込
められる。一方、出力運転時に炉心上に位置した制御棒
駆動機構が、燃料交換時には上昇移動することによって
、燃料取扱機の動作に干渉することがなく、従来必要で
あった回転プラグが不要となる。さらに、カバーガスの
封入境界の外側に格納境界となる格納ライナを設け、多
重の境界構造を構成することができる。

（実施例） 以下、本発明に係る高速増殖炉の原子炉の一実施例を、
第１図を参照して説明する。

同図において、符号１は原子炉容器であり、冷却材２お
よび炉心３が内部に収容されている。この炉心３は図示
しない複数の燃料集合体および制御棒から構成されてお
り、上記した炉心支持機構４と同様に炉心支持機構３１
を介して原子炉容器３゜に支持されている。原子炉容器
３０は、平板状の底部を有する円筒状の原子炉容器本体
３０ａと、　この原子炉容器本体３０ａの上部を覆いか
つ円弧状に突出した構造の上部炉容器３０ｂとから構成
され、溶接等により一体に接合されたもので、底部を複
数の下部支持構造３２により支持されている。上部炉容
器３０ｂには後述する機器のための複数の円筒状の上部
開口３０ｃ、　３０ｄ、　３０ｅ・・・が設けられてい
る。

この各上部開口３０ｃ、　３０ｄ、　３０ｅ・・・の冷
却材２の液面は、カバーガス６で覆われている。炉心３
の上方には炉心上部機構３３が上部開口３０ｃ上に据付
けられている。この炉心上部機構３３には制御棒Ｋｐ動
機構８が設置されており、この制御棒駆動機構８により
制御棒を炉心３内に挿入したり、引抜いて炉心出力の制
御を行う。炉心３と原子炉容器３０との間には上記した
隔壁９と同様に隔壁３４が設置され、この隔壁３４によ
り原子炉容器３０内を上下に二分し、上方を上部プレナ
ム３５．下方を下部プレナム３６としている。また、隔
壁３４を貫通して上部炉容器３０ｂの上部開口３０ｃ、
　３０ｄ上に、　中間熱交換器１２および循環ポンプ１
３が円周方向に沿って交互に設置されている。同図中符
号３７は炉心上部機構３３に設置された燃料取扱機であ
り、符号１５はポンプノズルである。符号３８は安全容
器であり、万一原子炉容器３０から冷却材２が漏洩した
場合、これを貯留することによって原子炉容器３０内の
冷却材２の液位が炉心３を冷却するのに必要な液位以上
となるようにこれを保持し、下部支持構造３２により支
持されている。安全容器３８の周囲は断熱材３９で覆わ
れている。中間熱交換器カバー４０およびポンプカバー
４１は、それぞれ中間熱交換器１２．循環ポンプ１３を
覆い、格納領域４２に対して気密になるよう格納コンク
リート４３上に設置されている。また。

炉心上部カバー４４は、炉心上部機構３３の一部をなし
、格納領域４２に対して気密になるよう格納コンクリー
ト４３上に設置されている。符号４３ａは格納領域４２
に対して格納コンクリート４３の気密を保つため設けら
れた格納ライナであり、符号４３ｂは、万一中間熱交換
器１２が故障し交換が必要な場合に取外すコンクリート
ハツチである。

次に、炉心上部機構３３および燃料取扱機３７の構成を
第２図を参照して説明する。上部炉容器３０ｂの上部開
口３０ｃ上に炉心上部プラグ４５が気密に設置されてい
る。制御棒駆動機構８は上板４６に固定設置されており
、その下部は炉心上部プラグ４５を貫通している。この
貫通部には、制御棒駆動機構８が昇降する時にカバーガ
ス６が炉外への漏出するのを防ぐための軸封シール４７
が設けられている。

上板４６にはワイヤ４８が取付けられ、炉心上部カバー
４４のカバー上板４４ａに設置された昇降装置４９によ
り上下に移動する。上板４６と炉心上部プラグ４５の間
には上板４６の昇降時に昇降空間５０を気密に保つ複数
の昇降Ｍ５１ａ、　５１ｂ、　５１ｃ・・・が設けられ
ている。なお、第２図は上板４６が完全に下降した状態
、第１図は完全に上昇した状態を示し工いる。燃料取扱
機３７はカバー上板４４ａに固定設置されており、その
下部は、上板４６よおよび炉心上部プラグ４５を貫通し
ており貫通部には軸封シール４７が設けられている。第
１図に示すように燃料取扱機３７の下部には駆動軸５２
．パンタグラフアーム５３が設置されており、グリッパ
５４を炉心３の上方の任意の位置に移動できる機構とな
っている。また、駆動軸５２゜パンタグラフアーム５３
．グリッパ５４は燃料取扱機３７の上部に収納できる構
造となっており、第２図は収納された状態を示す、符号
５５は駆動・昇降装置を示す。

次に、上記した実施例の作用を説明する。原子炉内の冷
却材２の流れについては従来例と同様なので省略する。

原子炉全体の重量のうち、原子炉容器３０．冷却材２．
炉心３．炉心上部機構３３．中間熱交換器１２．循環ポ
ンプ１３等従来例ではペデスタル１８で支持されていた
荷重は、原子炉容器３０を介して下部支持構造３２によ
って支持される。格納コンクリート４３は、中間熱交換
器カバー４０．ポンプカバー４１．炉心上部カバー４４
等軽量の機器を支持するとともに、コンクリートで構成
されることによりじゃへいの機能を有する。原子炉容器
３０は、円弧状に突出した構造の上部炉容器３０ｂを有
し、上部開口３０ｃ、　３０ｄ、　３０ｅ上にそれぞれ
炉心上部機構３３．中間熱交換器１２．循環ポンプ１３
を設置している。上部開口３０ｃ、　３０ｄ、　３０ｅ
・・・には冷却材２がそれぞれ液面を有しており、それ
ぞれカバーガス６が封じ込められて液面を覆っている。

上部開口３０ｃには炉心上部プラグ４５が気密に設置さ
れているが、炉心上部プラグ４５を貫通している制御棒
駆動機構８．燃料取扱機３７の貫通部には軸封シール４
７が設けられカバーガス６を封じ込めている。この軸封
シール４７の外側は、炉心上部プラグ４５．上板４６．
昇降用５１ａ、　５１ｂ、　５１ｃ・・・で形成された
昇降空間５０で囲まれたおり、カバーガス６に通して２
重の境界をなしている。　また、格納ライナ４３ａ。

中間熱交換器カバー４０．循環ポンプカバー４１．炉心
上部カバー４４によって格納領域４２が形成されており
、カバーガス６を封じ込めた境界をさらに外部から取り
囲んだ境界を形成している。これは従来例における格納
容器１９と同じ機能をもっている。

次に、炉心上部機構３３および燃料取扱機３７の作用を
説明する。出力運転時には第２図に示すように、上板４
６が下降した状態で運用されている。制御棒駆動機構８
の下部は炉心３の直上に位置しており、図示していない
制御棒の挿入・引抜または急速挿入を行う。また、燃料
交換時には、第１図に示すように上板４６は上昇した状
態で運用され、・このとき制御棒を切離した制御棒駆動
機構８は、炉心３の上方に引き上げられている。そして
出力運転時に燃料取扱機３７の上部に収納されていた駆
動軸５２．パンタグラフアーム５３．グリッパ５４が展
開され、グリッパ５４を炉心３の上方の任意の位置に移
動し燃料棒の交換および炉内移送作業を行う。

したがって、以上のように構成することにより、従来例
のペデスタル１８に相当する格納コンクリート４３に搭
載する機器は、中間熱交換器カバー４０゜ポンプカバー
４１．炉心上部カバー４４等であり、その搭載重量は従
来例に比較して極めて軽くなる。

このため、格納コンクリート４３に要求される強度。

剛性等の条件は、従来例のペデスタル１８に比較して緩
和され、主としてしやへい構造としての自立条件のみと
なり、その所要資材量は低減しかつ設計も容易となる。

また原子炉容器３０は、下部支持構造３２により下部か
ら支持されていて耐震性に優れており、容器板厚の薄肉
化を図ることができる。

さらに、従来例のルーフスラブ５に要求されていた重量
機器搭載の機能は、後述するように原子炉容器３０の機
能となっており、ルーフスラブ５に必要とされていた多
大な資材は大幅に減少して格納コンクリート４３に吸収
されている。

また、炉心上部機構３３および燃料取扱機３７は、一体
に形成されており、出力運転時・燃料交換時に炉心上部
機構３３を昇降し、制御棒駆動機構８とパンタグラフア
ーム５３等が互いに干渉しない。このため、従来例の回
転プラグ５ｂが不要となり、ルーフスラブ５の構造簡素
化・所要資材量の削減に寄与するのみでなく、機器配置
に要する直径の小型化に伴い原子炉容器３０の外径の縮
小に対し大きな効果がある。原子炉容器３０の小型化に
より、原子炉容器３０の剛性が大きくなり、薄肉化が図
られるとともに、上部炉容器３０ｂの上部開口３０ｃ、
　３０ｄ。

３０θ・・・への重量機器の搭載が可能となる。これも
ルーフスラブ５の簡素化に寄与する。また、冷却材２の
液面が上部開口３０ｃ、　３０ｄ、　３０ｅ・・・に形
成されている。液面近傍で生じる原子炉容器３０の温度
勾配は、従来例と大差がないが、それぞれの開口の外径
は、従来例の上部開口１ａの外径に比して極めて小さく
なっており、発生する熱応力が低減する。このため、従
来例の原子炉容器１の液面近傍の構造健全性に対する問
題が解消する。

一方、カバーガス６は、原子炉容器３０．中間熱交換器
１２および循環ポンプ１３の取付部、炉心上部プラグ４
５等からなる境界内に封じ込められており、従来例のル
ーフスラブ５に相当する境界が不要となり、ルーフスラ
ブ５の構造簡素化・所要資材量の削減に寄与する。この
うち、複数の制御棒駆動機構８．燃料取扱機３７等の貫
通部を有する炉心上部プラグ４５の境界外側には、さら
に昇降空間５０が２重の境界をなし安全性を向上してい
る。このカバーガス６の境界の外側は、格納ライナ４３
ａ、中間熱交換器カバー４０．ポンプカバー４１．炉心
上部カバー４４によって形成される格納領域４２によっ
て覆われているため、従来例における格納容器１９が不
要となる。ところが、この格納容器１９は、原子炉全体
を取り囲む巨大な設備であるから、これが原子炉周囲の
設備に限られると、大幅な資材量の削減と同時に設置空
間も大幅に縮小される効果がある。

〔発明の効果〕

本発明は５以上のように構成されているから、簡素なペ
デスタルと、耐震性に優れかつ熱応力に対する構造健全
性を確保できる外径の小さな原子炉容器と、簡素なルー
フスラブと、小型の格納施設を有することができるので
、全体としてコンパクトかつ経済性に優れた高速増殖炉
の原子炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す縦断面図、第２
図は第１図の要部の異なる作動状態を示す説明図、第３
図は従来の原子炉の構成を示す縦断面図である。 ２・・・冷却材　　　　　３・・・炉心６・・・カバー
ガス　　　８・・・制御棒駆動機構１２・・・中間熱交
換器　　１３・・・循環ポンプ３０・・・原子１容器　
　　３０ｂ・・・上部炉容器３０ｃ、　３０ｄ、　３０
ｅ・・・開口部　３３・・・炉心上部機構３７・・・燃
料取扱機　　　４３ａ・・・格納ライナ第１図 第２図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉容器に炉心および冷却材を収容するととも
   に、炉心上部機構、燃料取扱機、中間熱交換器、循環ポ
   ンプを配設する原子炉において、前記原子炉容器の上部
   に、円弧状に突出しかつ複数の円筒状の開口部を設けた
   蓋を一体に接合して設けたことを特徴とする原子炉。
2. （２）原子炉容器の荷重を底面で支持するようにした特
   許請求の範囲第１項記載の原子炉。
3. （３）原子炉容器の蓋に設けた開口部を介して、炉心上
   部機構、中間熱交換器、循環ポンプの荷重を支持すると
   ともに、原子炉容器に気密に設置するようにした特許請
   求の範囲第１項記載の原子炉。
4. （４）炉心上部機構に、昇降移動可能とした制御棒駆動
   機構と、炉心要素を把持するグリッパを炉心上の任意の
   位置に移動可能とした燃料取扱機を備え、この燃料取扱
   機と制御棒駆動機構が動作時に相互に干渉しないように
   した特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
5. （５）グリッパの移動装置は、制御棒駆動機構の降下時
   に燃料取扱機の内部に収納可能とした特許請求の範囲第
   ４項記載の原子炉。
6. （６）原子炉容器の外側に、炉心上部機構、中間熱交換
   器、循環ポンプを覆いかつ周囲環境に対し気密とした格
   納ライナを設けた特許請求の範囲第１項記載の原子炉。