JPS63225196A - 原子炉プラント - 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〕 本発明は原子炉プラントに係り、特に冷却材を原子炉容
器内外間に循環させる冷却材循環系に二重配管及びポン
プ一体型の熱交換器を設け、配管の熱膨張を吸収し、冷
却材循環系の物量を削減するのに好適な液体金属冷却型
の原子炉プラントに関するものである。

〔従来の技術〕

従来の冷却材配管を二重管とするこの種原子炉プラント
は、仏特許第８１４，３０４号に記載しであるように、
第８図に示す如く、一次系高温冷却材を流す内管３、低
温冷却材を流す外管４、炉心２にて発生し、輸送される
熱を二次系冷却材に伝達する熱交換器５、冷却材を原子
炉容器１内外間に循環させるポンプ６及び熱交換器５と
ポンプ６をつなぐ配管１１からなる冷却材循環系を備え
ている。

この冷却材循環系は、原子炉容器１から高温の冷却材を
二重管内管３にて取り入れる必要上、その内管３は原子
炉容器１を貫通して自由液面８の下位の冷却材中に開口
し、開口端部は貫通部周囲で原子炉容器１の内側に拘束
されている。熱交換器５においては、内管３は伝熱管１
２の上部支持板及び下部支持板に拘束されている。また
、低温冷却材が流れる外管４は、原子炉容器１の貫通部
及び熱交換器５の容器に拘束され、原子炉容器１の内側
にて炉心２の入口に至る垂直部は全長にわたって原子炉
容器１に拘束されている。かかる原子炉プラントにおい
て、原子炉出力の上昇にともなって冷却材温度が上昇し
、内管３及び外管４が熱膨張するとエルボ部及び拘束部
に大きな応力が生じ、内管３及び外管４を破損する恐れ
がある。原子炉容器１を貫通する二重管は、貫通部にお
いて冷却材バウンダリを形成するので、特に貫通部で外
管４が破損すると原子炉容器１内の冷却材の漏出を生ず
る。そこで、熱膨張による応力を吸収することが必要で
あるが、上記の従来原子炉プラントでは、原子炉容器１
内において内管３及び外管４が原子炉容器１に拘束され
ているため、熱膨張による応力を吸収することができな
いという問題があった６ また、ポンプ６は耐高温性の問題から低温冷却材流路の
途中に設けることが必要になる。上記従来原子炉プラン
トでは、低温冷却材が熱交換器５内の上部プレナム１３
を介して外管４へ流れる。

低温冷却材流路の一部である上部プレナム１３にポンプ
６を設けることは、上部プレナム１３の容量が大きいこ
と、熱交換器５における外管４の開口部の径が外管４の
内側に棒内管３を有する構造のため大きく、また、開口
部がリング状であることから低温冷却材を有効に外管４
に流すことができない、従って上記従来原子炉プラント
では、上部プレナム１３に仕切板１４を設け、仕切板１
４の上下位置から熱交換器５の外側に配管１１を引き回
し、その途中にポンプ６を設ける構成としている。冷却
材配管を二重管で構成することは、冷却材循環系の構成
要素の物量を減らし、冷却材循環系の占める面積を小さ
くして原子炉プラントを小型にし安価にすることにある
。しかるに上記従来原子炉プラントでは、熱交換器５と
ポンプ６を別々に設置し、この間を配管１１でつないで
いる分だけ物量及び占有面積が減らず、コストを高くす
るという問題がある。また、ポンプ６を二重管の途中に
設置する方法があるが、この場合も外管４とポンプ６の
間に配管引き回しが必要となり、しかも、配管構成が複
雑となり、物量及び占有面積の減少に寄与せず、コスト
高になるという上記同様の問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、二重管における熱膨張による応力の吸
収について配慮されておらず、安全性の問題があり、ま
た、冷却材循環系の途中に設けられるポンプの出入口に
二重管と別の冷却材配管を引き回すため、冷却材循環系
の物量及び表面積を減少して原子炉プラントを小型化す
る点について配慮がされておらず、コスト高の問題があ
った。

本発明の目的は、冷却材循環系の配管を二重管のみとす
ることができ、しかも、熱膨張による応力を吸収でき、
さらに、ポンプと熱交換器を一体にした二重管構成の冷
却材循環系として二重管の破損を防止し、冷却材循環系
の物量及び占有面積を減少できる原子炉プラントを提供
することにある。

〔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、ポンプを熱交換器胴内の冷
却材流路中に設置し、原子炉容器と上記熱交換器をつな
ぐ冷却材循環系の冷却材配管を二重管として上記原子炉
容器を貫通させ、冷却材の自由液面より上位の気相中に
至らしめ１貫通部で上記原子炉容器とベローズでつなが
れている外管を自由液面を有する気相空間の液面の下位
で開口させ、内管を上記外管の当該開口部内側を通して
炉心入口につながる構成とした。

〔作用〕

外管は、原子炉容器貫通部でベローズにより原子炉容器
につながっており、原子炉容器の気相部を経て冷却材中
に開口している。それによって、外管の水平方向の熱膨
張はベローズにより吸収され、垂直方向については開口
部が拘束されていないので自由度が大きく、応力を生ず
ることがない。

また、ベローズは原子炉容器内の気相に接しており、冷
却材バウンダリとなっていない。このため、仮に、貫通
部においてベローズが破損しても原子炉容器内の冷却材
が漏出することはない６内管は、全長に両端において熱
交換器と炉心入口で拘束されており、熱交換器と貫通部
の間は水平、貫通部と炉心入口の間は垂直となっている
。

それによって、水平方向及び垂直方向に自由度があり、
熱膨張による伸びを吸収でき、大きな応力を生じない。

また、熱交換器において高温冷却材が流れる外側流路と
外管をつなぎ、低温冷却材が流れる中心流路と内管をつ
なぎ、低温冷却材流路である中心流路にポンプを設置し
た。それにより、ポンプ出入口配管が不要となるので、
冷却材循環系の物量及び占有面積を減少できる。

〔実施例〕

以下本発明を第１図〜第７図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第１図は本発明の原子炉プラントの一実施例を示す構成
図である。第１図の特徴は１機械式の無液面型のポンプ
６を熱交換器５の中心流路の途中に設置し、原子炉容器
１と熱交換器５をつなぐ冷却材配管を、内管３に低温冷
却材を流し、外管４に高温冷却材を流す二重管として原
子炉容器１を貫通させ、冷却材の自由液面８より上位の
気相中に至らしめ、貫通部で原子炉容器１と外管ベロー
ズ７でつながれている外管４を自由液面８を有する気相
空間の液面の下位で開口させ、内管３を外管４の当該開
口部内側を通して炉心入口につなげた点にある。

このような原子炉プラント構成により、内管３及び外管
４の水平方向、垂直方向の熱膨張が吸収でき、冷却材配
管の拘束部、エルボ部の応力を軽減できる。また、外管
４は貫通部で原子炉容器１内において冷却材バウンダリ
とならないので、ベローズ７が仮に破損しても原子炉容
器１内の冷却材を漏出することはない。さらに、冷却材
配管を原子炉容器１と熱交換器５をつなぐ二重配管のみ
とし、ポンプ６と熱交換器５を一体にしたことで、この
原子炉プラント構成要素の物量及び占有面積を減少する
ことができる。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図で、第１図と
同一部分は同じ符号で示しである。本実施例の特徴は、
二重管内管３を原子炉容器１外の水平部途中で内管ベロ
ーズ９によりつないだ点にある。この内管ベローズ９を
設けることにより、内管３の水平方向及び垂直方向の熱
膨張を吸収し、内管ベローズ９のない第１図の実施例に
比較してより大きな応力軽減ができ、安全性を向上でき
る。

本発明のさらに他の実施例を第３図に示す。本実施例の
特徴は、二重管内管３の原子炉容器１外の水平部途中及
び原子炉容器１内の垂直部途中に摺動可能な嵌合部１５
．１６を設けた点にある。

二重管外管４には同じ一次冷却材が流れるので、嵌合部
１５に多少の漏えいがあってもかまわない。

この嵌合部１５．１６を設けることにより、内管３の水
平方向の熱膨張が嵌合部１５にて吸収でき。

垂直方向の熱膨張が嵌合部１６にて吸収できるため、第
２図の実施例と同様、より大きな応力軽減効果があり、
安全性を向上できる。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示す電磁ポンプを
用いたポンプ一体型熱交換器の概略図である。本実施例
は第１図〜第３図の実施例における熱交換器５とポンプ
６に係るもので、本実施例の特徴は、熱交換器５内の中
心流路の途中に電磁ポンプ１７を設置した点にある。電
磁ポンプ１７を設置することにより、第１図〜第３図の
実施例における機゛核的ポンプ６のようなポンプ軸及び
ポンプ軸上部で冷却材と接する軸受がなくなり、軸受か
らの冷却材漏出の恐れがないため、安全性が向上する。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示す熱交換器の概
略図である。第１図〜第４図の実施例では、伝熱管１２
において一次系冷却材を管側に流し、二次系冷却材を胴
側に流すようにしであるが、本実施例においては、伝熱
管１２において、一次系冷却材を胴側に流し、二次系冷
却材をヘリカルコイルとした管側に流すようにしである
。従来のヘリカルコイルを用いた熱交換器では、中央の
部分に無駄な空間が生じるが、本実施例の構造とするこ
とにより、極めてコンパクトな配置が可能となる。

次に、本発明のさらに他の実施例を第６図に示す。本実
施例は第１図〜第３図の実施例における熱交換器５とポ
ンプ６に係るもので、本実施例では、電磁フローカプラ
を用いた本発明の出願人が出願した特開昭６１−２９６
８８号公報の熱交換装置の構造を変えて、本発明の二重
管構造の冷却材配管に適合するようにしたポンプ一体型
の熱交換装置としてある。第６図は電磁フローカプラを
用いた熱交換装置の一実施例を示す概略図であり、第７
図は第６図のＡ−Ａ線断面図である。一次系の高温冷却
材が流れる流路と二次系の出入口配管１０を通じて冷却
材が流れる二次系流路とを交互に配列してなる環状の伝
熱流路２０にコイル１８と導電体１９により放射状磁場
を与え、一次系流路において電磁気ジェネレータとして
作用させ、二次系流路において電磁ポンプとして作用す
るように構成した。このように構成することにより、熱
交換に必要な伝熱壁と電磁フローカプラの境界壁を兼用
するポンプとすることができる。熱交換により低温とな
った一次系冷却材が、熱交換器５内の中心流路を経て内
管３へと流れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、原子炉容器内に
冷却材の自由液面を有し、かつ、冷却材を原子炉容器内
外間に循環させるためのポンプと冷却材配管と熱交換器
からなる冷却材循環系を備えた原子炉プラントにおいて
、熱膨張を吸収できる二重管の冷却材配管とポンプ一体
型の熱交換器を設けることにより、内外管の拘束部及び
エルボ部の応力を軽減でき、また、冷却材循環系の構成
要素の物量及び占有面積を減少でき、小型な原子炉プラ
ントとすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子炉プラントの一実施例を示す構成
図、第２図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当す
る構成図、第３図は本発明のさらに他の実施例を示す第
１図に相当する構成図、第４図は本発明のさらに他の実
施例を示す電磁ポンプを用いたポンプ一体型熱交換器の
概略図、第５図は本発明のさらに他の実施例を示す熱交
換器の概略図、第６図は電磁フローカプラを用いた熱交
換装置の一実施例を示す概略図、第７＠は第６図のＡ−
Ａ線断面図、第８図は従来の原子炉プラントの構成図で
ある。 １・・・原子炉容器、２・・・炉心、３・・・二重管内
管、４・・・二重管外管、５・・・熱交換器、６・・・
ポンプ、７・・・外管ベローズ、８・・・自由液面、９
・・・内管ベローズ、１５・・・内管水平嵌合部、１６
・・・内管垂直嵌合部。 １７・・−電磁ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉心を包囲する原子炉容器内に前記炉心より上位に
   冷却材の自由液面を有し、前記冷却材を前記原子炉容器
   内外間に循環させるためのポンプ及び冷却材配管を含む
   冷却材循環系を備え、該冷却材循環系の途中で前記炉心
   にて発生し前記冷却材で輸送される熱を伝達する熱交換
   器を具備する原子炉プラントにおいて、前記ポンプを前
   記熱交換器胴内の冷却材流路中に設置し、前記原子炉容
   器と前記熱交換器をつなぐ前記冷却材循環系の冷却材配
   管を二重管として前記原子炉容器を貫通させ、前記冷却
   材の自由液面より上位の気相中に至らしめ、前記二重管
   の外側の管を前記自由液面を有する気相空間の液面の下
   位で開口させ、内側の管を前記外側の管の開口部内側を
   通して前記炉心入口に接続したことを特徴とする原子炉
   プラント。 ２、前記二重管は、前記原子炉容器貫通部で前記外側の
   管を前記原子炉容器とベローズで継いである特許請求の
   範囲第１項記載の原子炉プラント。 ３、前記二重管の前記原子炉容器外側の水平部において
   、前記内側の管がベローズでつないである特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の原子炉プラント。 ４、前記二重管の前記原子炉容器外側の水平部の前記内
   側の管及び前記原子炉容器内部の垂直方向の前記内側の
   管がともに摺動可能な嵌合配管としてある特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の原子炉プラント。 ５、前記熱交換器は、外側シユラウドと内側シユラウド
   の間に伝熱管を有し、前記炉心からの高温冷却材を前記
   伝熱管にて熱を伝達して低温冷却材とし、該低温冷却材
   流路である前記内側シユラウドの内側に前記ポンプを設
   けてある特許請求の範囲第１項または第２項または第３
   項または第４項記載の原子炉プラント。 ６、前記熱交換器の伝熱管は、一次系冷却材流路を胴側
   とし、二次系冷却材流路を管側としてある特許請求の範
   囲第１項または第２項または第３項または第４項または
   第５項記載の原子炉プラント。 ７、前記ポンプが電磁フローカプラを用いたものである
   特許請求の範囲第１項または第２項または第３項または
   第４項記載の原子炉プラント。 ８、前記熱交換器が電磁フローカプラの機能を備えたも
   のである特許請求の範囲第１項または第２項または第３
   項または第４項記載の原子炉プラント。