JPS63218893A - 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、高速増殖炉の原子炉構造設備に関する。

（従来の技術） 代表的なタンク型高速増殖炉を第４ｖ！１を参照して説
明する。同図において、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。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ＩＡ
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。

このルーフスラブ５は、原子炉容５１ｈ１に固定された
固定プラグ５Ａと、この固定プラグ５Ａの内周側に回転
可能に設置された回転プラグ５Ｂとから構成されている
。また、炉心３の上方には炉心上部機構７が回転プラグ
５Ｂを貫通して配置されている。

どの炉心上部機１１７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４１８により制御棒を炉心３
内に挿入、あるいは引抜いて炉心出力の制御を行なう、
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を貫通して図示しな
い中間熱交換器および１１環ポンプ１２が周方向に交互
に設置されており、また回転プラグ５Ｂには燃料取扱機
１３が設置されている。＠環ポンプ１２と炉心３との間
にはポンプノズル１４が設置されている。原子炉容器１
の外側にはその周囲を断熱材１６で覆われた安全容器１
５が設けられており、万一原子炉容器１から冷却材２が
漏洩した場合、この冷却材２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にこれを保持する。また、［
子炉容器１は原子炉容器フランジＩＢによってペデスタ
ル１７により支持されている。

ところで、出力運転時には冷却材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の上方の上部ブレナムｌＯ内
に流出して図示しない中間熱交換器内に流入する。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１
１内に流出する。

流出した冷却材２は循環ポンプ１２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、この出力運転時には図にも示すよう
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のガイドをなす。

次に、上記従来のタンク型高速増殖炉の燃料交換につい
て説明する。

すなわち、燃料交換時には回転プラグ５Ｂが持上げ装置
！１８、回転装！！１９によって持上げ回転され、この
回転プラグ５Ｂに設置された燃料取扱機１３の回転と相
俟って燃料グリッパ２０を炉心３の上方の任意の位置に
移動させる。そして、取出す燃料集合体を把持し、引抜
き、移動し、中継ラック２１に置かれた設置パケット２
２内に挿入する。中継ラック２１から炉外へ向けてルー
フスラブ５を貫通して炉内斜道２３が設けられており、
前記燃料パケット２２が巻上げｆｉ２４に取付けられた
ワイヤ２５により引上げられる。炉外に引上げられた燃
料パケット２２は、パケット移動装置！２６により炉外
斜道２７に移され、巻上げ機２４の装作により炉外中継
槽２８に置かれる。

クレーン２９により、燃料パケット２２内の燃料集合体
が引抜かれ、移送される。新しい燃料集合体を炉内に取
入れる場合は、この逆の過程に従って作業が行われる。

なお、３０は燃料移送セル、３１はしやへい体である。

（発明が解決しようとする問題点） 第４図に示したように、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ＩＢによってペデ
スタル１７により支持されている。また、炉心上部機構
７．中間熱交換器（図示せず）。

循環ポンプ１２．燃料取扱機１３等の重量機器はルーフ
スラブ５に支持され、ルーフスラブ５は原子炉容器１と
同様ペデスタル１７により支持されている。

このため１通常鉄骨鉄筋コンクリート等で構成されるペ
デスタル１７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
は多大なものであった。また、原子炉容器１は大量の冷
却材２、炉心３等を支持しているが、原子炉容器フラン
ジＩＢによる上吊り構造のため耐震性の点から必要以上
の厚肉構造とする必要があった。このため、厳しい品質
管理が要求される原子炉容器１の材料の増大、および厚
肉構造による溶接の困罵さ等の問題があった。さらに、
ルーフスラブ５についても上述のように数多くの重量機
器を塔載するため、同じく耐震性の点から多大な資材を
用いて十分量な支持構造とする必要があった。

しかして、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１３の回転によりグリッパ２０
を移動して取扱い、一方、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
かつ瞬時に挿入可能なように、炉心上部機構７が第４図
に示すように炉心３の直上に配置されている。一方、燃
料交換時には、グリッパ２０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５Ｂが設けられ
ている。この回転プラグ５Ｂと燃料取扱機１３の回転の
相互作用により、グリッパ２０が炉心３上の任意の位置
に移動される１重量機器である炉心上部機構７や燃料取
扱機１３を塔載する回転プラグ５Ｂを回転するため、ル
ーフスラブ５上には持上げ装＠１８．回転装置！１９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、さらにその外径が拡大する。また
、燃料集合体を炉内から出入れするための諸設備のうち
、前記炉内斜道２３はルーフスラブ５を貫通する必要が
あるため、第５図の平面図に示すように、燃料移送セル
３０がルーフスラブ５の領域の一部を占有する構成とな
っている０図では中間熱交換器３２及び循環ポンプ１２
は４基ずつ設置されているが、配置を対称とするため、
燃料移送セル３０が占めているスペース分だけルーフス
ラブ５の外径を大きくする必要がある。このように回転
プラグ５Ｂ、燃料移送セル３０の存在によりルーフスラ
ブ５の外径が大となり、原子炉全体が大型化しそれに伴
なう物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ＩＢ
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
につれて大となる。このため原子炉容器１の冷却材２の
液面近傍の構造の健全性を確保する点からも原子炉界ｓ
１の外径を小さくする必要があった。

また、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に覆われており、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られている。このため、ル
ーフスラブ５には前述の重量機器を支持する機能に加え
、カバーガス６を封じ込める機能が必要であり、通常鋼
製気密構造で構成されている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。従ってルーフスラブ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
その構造も複雑であり、前述の耐震強度の問題と相まっ
て、製作性・費用の各面からその設計は非常に困難であ
った。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
できるだけ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を有し、全体としてコンパ
クトで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） 上記目的を達成するために、本発明は炉心と、この炉心
を冷却する冷却材と、これら炉心及び冷却材を収納した
原子炉容器とを備えた原子炉において、前記原子炉容器
の上面を円錐状蓋体で覆いかつこの円錐状蓋体に複数の
円筒状の開口部を設けるとともに前記蓋体と前記原子炉
容器とが一体に形成されていることを特徴とするもので
ある。

そして、原子炉容器は当該容器の底面に設けた支持体に
より支持されている。さらに原子炉容器の円錐状蓋体の
円筒状開口部は炉心上部機構中間熱交換器、循環ポンプ
を原子炉容器に気密に支持している。また原子炉容器の
円錐状蓋体を賞通し、炉心と原子炉外を結ぶ燃料集合体
移送用の斜道を設け、燃料出入れ設備を原子炉直上領域
外に設置している。

（作　用） このように構成された原子炉においては、炉心上部機構
、中間熱交換器、循環ポンプの荷重は原子炉容器に伝え
られ、さらに冷却材、炉心等を含めた原子炉容器の荷重
は下部支持構造により底面から支持される。また、ｙＸ
子炉容器内の冷却材の液面は、ＪＭ子炉容鼎の蓋に設け
られた開口部分に限られるとともに、液面を覆うカバー
ガスはこの開口部分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。さらに。

出力運転時に炉心上に設置される制御棒駆動機構が、燃
料交換時には上昇移動することにより、燃料取扱機の作
業に干渉することがない、このため、制御棒駆動機構と
燃料取扱機の位置交換をするために従来必要であった回
転プラグが不要となる。

しかも、燃料出入れ設備のうち原子炉外に設置される部
分を、原子炉直上の領域外に設置することにより、中間
熱交換器、循環ポンプ等の機器をより集中して配置する
ことができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の断面図であり、既に説明し
た第４図と同一部分には同一符号を附して説明する。同
図に示すように、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。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、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。ｍ子炉容器
１は複数の下部支持構造３３により支持されている。上
部炉容器ＩＣは原子炉容器１の上部を覆い円錐構造をな
しており、後述する機器のための複数の上部開口１０．
　ＩＥ・・・を設けている。各上部開口ＩＤ・・・の冷
却材２の液面は、カバーガス６に覆われている。炉心３
の上方には炉心上部機構７が上部開口ＩＤ上に据付けら
れている。この炉心上部機構７には制御棒駆動機４ｉ！
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、あるいは引抜いて炉心出力の制御
を行なう、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内を上下に部分
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ｌ１１９を賞通し原子炉容器１の
上部開口ＩＥ・・・上に１図示しない中間熱交換器およ
び循環ポンプ１２が周方向に交互に設置されている。ま
た、炉心上部機構７には燃料取扱機１３が設置されてお
り、循環ポンプ１２と炉心３との間にはポンプノズル１
４が設置されている。原子炉容器１の外側にはその周囲
を断熱材１６で覆われた安全容８１５が設けられており
、万一原子炉容器１から冷却材２が漏洩した場合、この
冷却材２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
るようにこれを保持するものである。

図示しない中間熱交換器カバーおよびポンプカバー３４
はそれぞれ中間熱交換器、循環ポンプ１２を覆い、しや
へいコンクリート３５上に設置されている。また、炉心
上部カバー３６は炉心上部機構７の一部をなし、しゃへ
いコンクリート３５上に設置されている。

次に、炉心上部機構７および燃料取扱機１３を第２図の
詳細図を参照して説明する。原子炉容器１の上部開口Ｉ
Ｄ上に炉心上部プラグ３７が気密に設置されている。制
御棒駆動機構８は上板３８に固定されており、その下部
は炉心上部プラグ３７を貫通している。この貫通部には
後述する制御棒駆動機構８の昇降時に、カバーガス６の
炉外への漏出を防ぐための軸封シール３９が設けられて
いる。上板３８にはワイヤ４０が取付けられ、炉心上部
カバー３６のカバー上板３６Ａに設置された昇降装置４
１により上下に移動する。上板３８と炉心上部プラグ３
７の間には、上板３８の昇降時に昇降空間４２を気密に
保つ複数、の昇降胴４３・・・が設けられている。第２
図は上板３８が完全に下降した状態、第１図は完全に上
昇した状態を示している。燃料取扱機１３はカバー上板
３６＾に固定設置されており、その下部は上板３８およ
び炉心上部プラグ３７を貫通しており１貫通部には軸封
シール３９が設けられている。また、第１図に示すよう
に燃料取扱機１３の下部には駆動軸４４、パンタグラフ
アーム４５が設置されており、グリッパ２０を炉心３の
上方の任意の位置に移動できる構成となっている。また
、駆動軸４４、パンタグラフアーム４５、グリッパ２０
は燃料取扱機１３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、なお、３０は燃料取
扱セル、４６は駆動昇降装置である。第１図に示す燃料
集合体を炉内から出入れするための諸設備の構成につい
ては、従来例と同様なので同一符号を付してその説明は
省略する。

第３図は、本実施例の原子炉の上面の配置の概要を示す
平面図であり、本実施例で４基ずつ設置される中間熱交
換器３２．循環ポンプ１２は原子炉容器１の領域におい
て対称に配置されている。

次に、本実施例の作用を説明する。原子炉集合体を炉内
から出入れするための諸設備の作用及び原子炉内の冷却
材２の流れについては従来例と同様なので省略する０本
実施例では原子炉全体の重量のうち、原子炉容器１、冷
却材２、炉心３、炉心上部機構７、中間熱交換器３２、
循環ポンプ１２等の荷重は、原子炉容器１を介して下部
支持構造３３によって支持される。一方、しゃへいコン
クリート３５は、中間熱交換器カバー、ポンプカバー３
４、炉心上部カバー３６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しやへい機能
を有する。また原子炉容器１は円錐構造の上部炉容器Ｉ
Ｃを有し、上部開口１０．　ＩＥ・・・上に炉心上部機
構７、中間熱交換器３２．　＠環ポンプ１２を設置して
いる。上部開口ＩＤ・・・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ＩＤには炉心上部プラグ３
７が気密に設置されているが、炉心上部プラグ３７を貫
通している制御棒駆動機構８、燃料取扱機１３の貫通部
には軸封シール３９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３９の外側は、炉心上部プラグ
３７．上板３８．昇降側４３・・・で形成された昇降空
間４２で囲まれており。

カバーガス６に対して２重の境界をなしている。

次に、炉心上部機＃Ｉｔ７および燃料取扱機１３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
３８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・引抜あるいは急速挿入を行う、燃料交
換時には、第１ｔｌに示すように上板３８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、
出力運転時には燃料取扱機１３の上部に収納されていた
駆動軸４４、パンタグラフアーム４５．グリッパ２０が
展開され、グリッパ２０を炉心３の上方の任意の位置に
移動し燃料の交換および炉内移送作業を行う。

しかして、燃料取扱セル３０は、第３図に示すように、
原子炉容器１の領域上から外れている。

以上述べたところから明らかなように、本実施例による
と、しやへいコンクリート３５の塔載する機器は、中間
熱交換器カバー、ポンプカバー３４、炉心上部カバー３
６等であり、その塔載重量は従来例に比べて極めて軽い
、従って、しやへいコンクリート３５に要求される強度
・剛性の条件は緩和され、主としてしやへい構造として
の自立条件のみとなり、その物量は低減するので、設計
が容易となる。また、原子炉容器１は下部支持構造３３
により下部から支持され耐震性に優れており、容器板厚
の薄肉化が図られる。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塔載の機能は。

後述するように原子炉容器１の機能となっており。

ルーフスラブ５に必要とされた多大な資材は大幅に減少
して前述のしゃへいコンクリート３５に吸収されている
。

さらにまた、炉心上部機構７および燃料取扱機１３は上
述のように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７が昇降し、制御棒駆動機構８とパ
ンタグラフアーム４５等が互いに干渉しないように構成
されている。このため従来例の回転プラグ５Ｂが不要と
なり、上述したルーフスラブ５の構造簡素化・物量削減
の一助をなす。

さらに第３図に示すように、回転プラグ５Ｂが不要とな
ることにより、中間熱交換器、循環ポンプ１２各４基は
、原子炉容器１の領域の中心に近づいて配置される。こ
れに加え、燃料取扱セル３０が原子炉集合体の領域から
外れているため、中間熱交換器３２、循環ポンプ１２が
より集中配置されることにより、原子炉容器１の外径の
縮小に対し大きな効果がある。原子炉容器１の小型化に
より、原子炉容器１の剛性が高まり薄肉化が図られると
ともに、上部炉容器ＩＣの上部開口１０．　ＩＥ・・・
への重量機器の塔載が可能となる。これにより、また上
述したルーフスラブ５の簡素化が成立している。さらに
、冷却材２の液面が上部開口１０．　ＩＥ・・・に形成
されている。液面近傍で生じる原子炉容器１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ＩＡ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本
実施例では解消する。

一方、カバーガス６は原子炉容器１、中間熱交換器３２
および循環ポンプ１２の取付部、炉心上部プラグ３７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であり、
上述したルーフスラブ５の構造簡素化・物量削減の御坊
をなす、このうち、複数の制御棒駆動機構８、燃料取扱
機１３等の貫通部を有する炉心上部プラグ３７の境界外
側には、さらに昇降空間４２が２重の境界をなし安全性
を高めている。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明による原子炉は。

簡素なペデスタルと、耐震性に優れがっ熱応力に対する
構造健全性を確保できる外径の小さな原子炉容器と、Ｗ
！ｉ素なルーフスラブを有しているので、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縦断面図、第２図は第１図
の炉心上部機構および燃料取扱機部分の詳細図、第３図
は第１図を上面から見た平面図、第４図は従来の高速増
殖炉の縦断面図、第５図は第４図を上面から見た平面図
である。 １・・・原子炉容器　　　ＩＣ・・・上部炉容器ＩＤ〜
ＩＦ・・・上部開口　　２・・・冷却材３・・・炉心　
　　　　　６・・・カバーガス７・・・炉心上部機構　
　８・・・制御棒駆動機構１２・・・循環ポンプ　　　
１３・・・燃料取扱機２０・・・燃料グリッパ　　２１
・・・中継ラック２３・・・炉内斜道　　　　３０・・
・燃料取扱セル３２・・・中間熱交換器　　３３・・・
下部支持構造３７・・・炉心上部プラグ　４３・・・昇
降用４４・・・駆動軸　　　　　４５・・・パンタグラ
フアーム（８７３３）代理人弁理士　猪　股　祥　晃（
はが１名）第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心と、この炉心を冷却する冷却材と、これら炉
   心及び冷却材を収納した原子炉容器とを備えた原子炉に
   おいて、前記原子炉容器の上面を円錐状蓋体で覆いかつ
   この円錐状蓋体に複数の円筒状の開口部を設けるととも
   に前記蓋体と前記原子炉容器とが一体に形成されている
   ことを特徴とする原子炉。
2. （２）原子炉容器は当該容器の底面に設けた支持体によ
   り支持されている特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
3. （３）原子炉容器の円錐状蓋体の円筒状開口部は炉心上
   部機構、中間熱交換器、循環ポンプを原子炉容器に気密
   に支持している特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
4. （４）原子炉容器の円錐状蓋体を貫通し、炉心と原子炉
   外を結ぶ燃料集合体移送用の斜道を設け燃料出入れ設備
   を原子炉直上領域外に設置している特許請求の範囲第１
   項記載の原子炉。
5. （５）炉心上部機構内には昇降移動可能な制御棒駆動機
   構と、炉心構成要素を把持するグリッパと、前記グリッ
   パを炉心上の任意の位置に移動可能な燃料取扱機とを備
   えている特許請求の範囲第１項記載の原子炉。
6. （６）グリッパの移動装置が制御棒駆動機構の降下時に
   干渉しないように燃料取扱機内に収納されている特許請
   求の範囲第５項記載の原子炉。