JPS63238496A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は高速増殖炉に係り、特に原子炉容器の小型化を
効果的に図れるものに関する。

（従来の技術） 第５図乃至第８図を参照して従来例を説明する。第５図
はタンク型高速増殆炉の構成を示す断面図であり、図中
符号１は原子炉容器である。この原子炉容器１はリング
ガータ２を介して原子炉建屋３に支持されている。上記
原子炉容器１の外周側には安全容器４が設置されている
。上記原子炉容器１の上部間口１ａはルーフスラブ５に
より閉塞されており、このルーフスラブ５は固定プラグ
５ａと、この固定プラグ５ａの内周側に回転可能に配置
された大回転プラグ５ｂと、この大回転プラグ５ｂの内
周側に回転可能に配置された小回転プラグ５Ｃとから構
成されている。原子炉容器１内には冷却材６及び炉心７
が収容されており、冷却材６としては例えば液体金属ナ
トリウムが使用される。上記炉心７は炉心支持機構８を
介して原子炉容器１に支持されている。炉心７は複数の
炉心構成要素から構成され、ここに炉心構成要素とは燃
料集合体、ブランケット燃料集合体、制御棒、及び中性
子遮蔽体である。炉心の上方には炉心上部機構９が前記
小回転プラグ５Ｃを貫通して配置されており、この炉心
上部機構９には上記制御棒を駆動する制御棒駆動機構等
が設置されている。上記炉心７と原子炉容器１との間に
は隔壁１０が設置されこの隔壁１０により原子炉容器１
内を上下方向に二分して、上方を上部プレナム１１とし
下方を下部プレナム１２としている。炉心７の外周位置
には中間熱交換器１３及び主循環ポンプ１４が上記固定
プラグ５ａ及び隔壁１０を貫通して配置されている。こ
れら中間熱交換器１３及び主循環ポンプ１４は第６図及
び第７図にも示すように、主循環ポンプ１４が１台に対
してその両側に２台の中間熱交換器１３を配置した構成
となっている。中間熱交換器１３の上部には一次冷却材
流入口１３ａが形成されているとともにその下端部は一
次冷却材流出口１３ｂとなっている。また中間熱交換器
１３のルーフスラブ５の上方位置には二次冷却材流入配
管１５ａ及び二次冷却材流出配管１５ｂが夫々接続され
ている。また中間熱交換器１３の上端部外周には垂直サ
ック１６が前記隔壁１０から吊下げられている。そして
この垂直サック１６の開口１６ａと上記一次冷却材流出
口１６ａとの間には伸縮継手１３ｃが配設されている。

一方主循環ボンブ１４の外周には垂直パイプ１７が隔壁
１０に支持されかつ隔壁１０を貫通して立設されており
、中間熱交換器１３の一次冷却材流出口１３ｂさらには
伸縮継手１６の開口１６ａを介して下部プレナム１２内
に流出した一次冷却材６はこの垂直パイプ１７の下端よ
り主循環ポンプ１４に吸引されて加圧され供給配管１８
を介して炉心７下方の高圧プレナム１９内に供給される
。主循環ポンプ１４の上端は固定プラグ５ａを貫通して
駆動モータ２０に連結されている。図中符号２１は回転
軸シール部である。

上記構成によると、一次冷却材６は炉心７を上方に向っ
て流通しその際炉心７の核反応熱鴨より昇温する。昇温
した一次冷却材６は上部プレナム１１内に流出して一次
冷却材流入口１３ａを介して中間熱交換器１３内に流入
する。この中間熱交換器１３にて二次冷却材流入配管１
５ａを介して流入する二次冷却材と熱交換して冷却され
一次冷却材流・出口１３ｂから下部プレナム１２内に流
出する。下部プレナム１２内に流出した一次冷却材６は
主循環ポンプ１４に吸引されて加圧され供給配管１８を
介して高圧プレナム１９内に供給され、さらに炉心７内
に供給される。一方中間熱交換器１３にて加熱された二
次冷却材は二次冷却材流出配管１５ｂを介して図示しな
い蒸気発生器に移送され、そこで給水系と熱交換して冷
却される。冷却された二次冷却材は二次冷却材流入配管
１５ａを介して再度中間熱交換器１３内に移送される。

また蒸気発生器にて発生した蒸気はタービン系に移送さ
れて発電に供される。以下同様のサイクルを繰返す。

次に各部の特徴的な構成による作用を説明する。

まず中間熱交換器１３及び主循環ポンプ１４の数及び配
置であるが、前述したように中間熱交換器１３は周方向
に等間隔ピッチで配置され、かつ２台の中間熱交換器１
３の間に１台の主循環ボンブ１４を配置している。その
結果まず中間熱交換器１３への均一流量配分が確保され
ることとなり、又中間熱交換器１３から主循環ポンプ１
４への流通も各主循環ポンプ１４にあって均一なものと
なる。よって上部プレナム１１内における一次冷却材６
の流動安定性が確保される。

次に炉心７から上部プレナム１１内に流出した高温の一
次冷却材６は確実に中間熱交換器１３内に流入する。こ
れは隔壁１０を設置し、かつ中間熱交換器１３にあって
は垂直サック１６、及び主循環ポンプ１４にあっては垂
直パイプ１７を設置したことにより実現され、下部プレ
ナム１２内あるいは主循環ポンプ１４側に流入すること
はない。

次に主循環ポンプ１４の上方に設置された回転軸シール
機構２１であるが、この回転軸シール機構２１によりカ
バーガス空間２２に°対する気密性を確実に確保するこ
とができる。尚回申符号２３は補助熱交換器、符号２４
はコールドトラップ、符号２５は燃料出入口であり、さ
らに第１図申付号２６は原子炉容器バッフルである。

しかしながらかかる構成をなすタンク型高速増殖炉の場
合には以下のような問題がある。

■まず炉心性能の向上により原子炉の小型化を図る場合
に、従来の中間熱交換器１３及び主循環ポンプ１４の配
置では問題がある。すなわち従来の場合には中間熱交換
器１３及び主循環ポンプ１４と同一円周上（第６図乃至
第８図申付号ａで示す）に配置されているので、そのま
まの構成で原子炉容器１の縮径化を図ると中間熱交換器
１３及び主循環ポンプ１４とが相互に干渉することとな
り、よって大幅な縮径化は不可能である。

■次に第８図にも示すように下部プレナム１２にあって
は主循環ポンプ１４と＾圧プレナム１９との距離が比較
的大きく、よって供給配管１８が長くなってしまい物量
の低減を図る上で問題がある。

■また原子炉の出力規模が小さくなった場合に例えば中
間熱交換器１３の台数を４台に減少させると主循環ポン
プ１４は２台となる。その結果原子炉容器１は大幅・に
縮径されるが、逆に主循環ポンプ１４の台数が少なすぎ
て炉心冷却に対する信頼性が低下する恐れがある。

■また第７図に示すように中間熱交換器１３の側からみ
るとその一方のみが主循環ポンプ１４に近接した配置と
なっている。したがって炉心７から上部プレナム１１内
に流出した一次冷却材６の流れが中間熱交換器１３の周
辺で非対象となり、その結果不安定な流れが発生する恐
れがある。

■主循環ポンプ１４の外周に配置された垂直パイプ１７
はその下部が隔壁１０に固定されその上端は自由端とな
っている。このような一点支持の構成では固有振動数が
低く耐震性が低いという問題がある。また同じく垂直パ
イプ１７についてであるが上述したようにその下部が隔
壁１０に固定された状態にある。したがって万一の不具
合発生時にもこれを引抜いて交換することができないと
いう問題がある。

■さらに主循環ポンプ１４の回転軸シール機構２１には
高い信頼性が要求される。したがってそのシール様能の
寿命に合せて定期的に交換する必要があり、煩雑な作業
を余儀なりキれるとともにプラントの可動率も低下する
という問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） このように従来の高速増殖炉にあってはその小型化が容
易に図れない等種々の問題があり、本発明はこのような
点に基づいてなされたものでその目的とするところは、
原子炉の小型化を可能とするとともに信頼性及び安全性
を向上させることが可能な高速増殖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） すなわち本発明による高速増殖炉は、炉心及び一次冷却
材を収容する原子炉容器と、この原子炉容器の上部開口
を閉塞するルーフスラブと、上記炉心と原子炉容器との
間に設置され原子炉容器内を上下に二分して上方を上部
プレナムとするとともに下方を下部プレナムとする隔壁
と、上記原子炉容器内であって炉心の外周側の第１のピ
ッチ円上に上記ルーフスラブ及び隔壁を貫通して複数配
置された中間熱交換器と、上記原子炉容器内であって炉
心の外周側の上記第１のピッチ円とは異なる第２のピッ
チ円上に上記原子炉容器及び隔壁を貫通して複数配置さ
れた主循環ポンプとを具備したことを特徴とするもので
ある。

（作用） つまり中間熱交換器を第１のピッチ円上に配置するとと
もに、主循環ポンプについては上記第１のピッチ円とは
異なる第２のピッチ円上に配置することにより、中間熱
交換器と主循環ポンプとの周方向の空間裕度を確保し、
原子炉容器の縮径化を図る場合の中間熱交換器及び主循
環ポンプとの干渉を防止せんとする。

（実施例） 以下第１図乃至第４図を参照して本発明の一実施例を説
明する。尚従来と同一部分には同一符号を付して示しそ
の説明は省略する。まず本実施例の場合には第２図乃至
第４図にも示すように中間熱交換器１１３の配置ピッチ
円ａと主循環ポンプ１１４配置ピッチ円すとを異ならせ
ている。すなわち主循環ポンプ１１４の配置ピッチ円す
を中間熱交換器配置ピッチ円ａの内側におき、よって主
循環ポンプ１１４は中間熱交換器１１３よりも炉心７に
接近した状態で設置されている。そして実施例では中間
熱交換器１１３を周方向等間隔に４台設置し、主循環ポ
ンプ１１４については１台の中間熱交換器１１３を挟持
するように２台ずつ合計８台設置している。また中間熱
交換器１１３は従来のものより大径となっている。かか
る構成とづることにより一次冷却材６の流れが炉心７か
らみて完全対象となり、炉心７から上部プレナム１１内
に流出する一次冷却材６の流れが安定したものとなる。

それとともに中間熱交換器１１３の配置ピッチ円ａを主
循環ポンプ１１４の配置ピッチ円すと異ならせたことに
より中間熱交換器１１３と主循環ポンプ１１４との空間
裕度を確保することができるので、原子炉容器１の縮径
化を効果的に図ることができる。また本実施例の主循環
ポンプ１１４を従来よりも炉心７に接近した構成となっ
ている。それによって供給配管１１８の短縮化を図るも
のである。尚第１図申付号１１３８は中間熱交換器１１
３の一次冷却材流入口であり、１１３ｂは一次冷却材流
出口である。

又中間熱交換器１１３の下端部は隔壁１０より垂−下さ
れた垂直サック１１６内に収容され、この垂直サック１
１６の開口１１６ａと上記一次冷却材流出口１１３ｂと
の間には伸縮継手１１３Ｃが配設されている。

主循環ポンプ１１４の外周には垂直パイプ１１７が配設
されている。この垂直パイプ１１７はその上端を固定プ
ラグ５ａに回転可能に並持され、かつ下端は隔壁１０か
ら下方に吊下げられた垂直パイプ用サック１３１内に微
少隙間を存した状態で収容されている。そしてその下端
には伸縮継手１１７ｂが設置され、この伸縮継手１１７
ｂを垂直サック１３１の下端部に押圧することによりシ
ールがなされる。上記ルーフスラブ５における支持は例
えばスイベル支承機構のようなものにより実現され、こ
れは垂直パイプ１１７側に回転部を装着しルーフスラブ
５側にその回転受部を設置したものである。また上記垂
直パイプ１１７のカバーガス空間２２位置には小径の穴
１１７ａが形成されている。また上記垂直パイプ１１７
の上端開口は遮蔽蓋１３２により閉塞されている。さら
に本実施例の主循環ポンプ１１４は従来の機械式ポンプ
ではなく、一次冷却材６によって直接冷却される浸漬型
の電磁式ポンプである。この電磁式ポンプ１１４はその
吐出口を供給配管１１８内に挿入するもので吐出口と供
給配管１１８との間はピストンリングによりシールされ
る。

以上の構成によると以下のような作用・効果を秦づるこ
とができる。　　゛ ■まず原子炉圧力容器１の縮径化を効果的に図ることが
できる。すなわち中間熱交換器１１３の配置ピッチ円ａ
は主循環ポンプ１１４の配置ピッチ円すとは異なってお
り、よって従来のように縮径化に伴い中間熱交換器１１
３と主循環ポンプ１１４とが相互に干渉してしまうとい
った問題は効果的に解消されるからである。その際配置
ピッチ円を異ならせたことにより一次冷却材６の流動安
定性が懸念されるが、本実施例の場合にはこの点につい
ても効果的なものとなっている。すなわち周方向等間隔
に４台配置された中間熱効果器１１３は炉心７からみる
と完全対象となっているとともに、いずれか一方のみが
主循環ポンプ１１４に近接した構成ではない。したがっ
て炉心７から上部プレナム１１内に流出し中間熱交換器
１１３に向う一次冷却材６の流れは均一となり、よって
安定した一次冷却材流動状態を提供することができる。

そして上記原子炉容器１の縮径化を具体的にみてみると
、例えば出力１０万ｋｗ級のタンク型高速増殖炉で従来
１５．４ｍであったものを１４．４ｍとすることができ
る。

■次に主循環ポンプ１１４の配置ピッチ円すを従来より
炉心７に接近させたことにより、主循環ポンプ１１４と
炉心７との距離が大幅に短縮され、その結果供給配管１
１８の長さも大幅に短縮される。具体的には例えば出力
１０万ｋｗ級のタンク型高速増殖炉で従来主循環ポンプ
の軸心から高圧プレナム１１９の外周までの距離が約２
．６　ｍであったのを１．１　ｍ程度にすることができ
る。したがって物量も大幅に低減されコストの低減を効
果的に図ることができる。

■また本実施例の中間熱交換器１１３は図からも明らか
なように従来のものよりその直径が大きく、反面その台
数は半分となっている。したがって中間熱交換器１１３
の上端部に接続される二次冷却材流入配管１５ａ及び二
次冷却材流出配管１５ｂの物ωは半分となり、それによ
っても物量の大幅な低減が図れる。

■一方主循環ボンブ１４の方は原子炉容器１の縮径化を
図っているにも拘らず従来よりも多数のものを収容して
いる。具体的には図示する例の場合には従来４台であっ
たものを８台とすることかでき、よって仮に１台故障し
ても炉心冷却材の流量低下は小さく、それだけ全体とし
ては信頼性が向上することとなる。

■次に主循環ポンプ１１４の外周に配置された垂　・直
パイプ１１７について説明する。垂直パイプ１１７は下
端部に熱膨張を吸収しかつ押付は力でシール礪能を発揮
する伸縮継手１１７ｂを備えるとともにそ支持構造は二
点支持構造となっている。

その一点はルーフスラブ５側であり回転可能に支持され
ている。もう一点は隔壁１０側であり、その下端部が垂
直サック１３１内に微少隙間を存した状態で収容され該
隙間内には一次冷却材６が充満されており、この充満さ
れた一次冷却材６がいわゆる流体制振機能を発揮するも
のである。したがって従来の上端が自由端である場合に
比べて二点支持であるので固有振動数が増大して耐震設
計が容易となる。また上記微少隙間によって熱膨張差に
起因する垂直パイプ１１７と垂直サック１３２との軸心
の変動は効果的に吸収され、ルーフスラブ５と隔壁１０
との間に熱膨張差が発生しても問題はない。また垂直パ
イプ１１７のカバーガス空間２２位置には穴１１７ａが
形成されており、よって垂直パイプ１１７内は下端部に
て下部プレナム１２内と連通し、上端部にてカバーガス
空間２２と連通しており、常時均圧状態に保持されてい
る。さらに垂直パイプ１１７はルーフスラブ５に固定し
ている図示しない固定ボルトを外すことにより容易に抜
出すことができるので、保守・探検あるいは交換作業が
容易である。

■次に主循環ポンプ１１４自体について説明する。

本実施例の場合には主循環ポンプ１１４として一次冷却
材６により直接冷却される浸漬型の電磁式ポンプを採用
している。そして主循環ポンプ１１４は垂直パイプ１１
７の下部に固定され、その吐出ノズルは供給配管１１８
の入口に嵌込まれている。またこの嵌込み部にはピスト
ンリングを採用したシール機構が設置され高圧の一次冷
却材６が下部プレナム１２内に流出することを防止して
いる。そしてルーフスラブ５と供給管１１８との熱膨張
差に起因するＩｆｉｍポンプ１１４の吐出口の軸心と供
給管１１８の軸心とのずれは垂直パイプ１１７の上端固
定部を回転自由な支承構造により効果的に回避される。

尚垂直パイプ１１７のたわみにより吸収する構成でもよ
い。そして電磁ポンプ１１４を採用することによりルー
フスラブ５上のポンプ据付部における気密シールは垂直
パイプ１１７の上端に装着する遮蔽蓋１３２のフランジ
の気密性保持と電線貫通部の気密保持のみであリ、これ
らは全て静的し一ル構造であるのでルーフスラブ５の気
密性保持に対する信頼性が大幅に向上する。また電磁ポ
ンプ１１４の採用により従来の機械式ポンプに比べてコ
ンパクト化が図れるとともに、機械式の場合に必要とさ
れた駆動モータの発熱除去装置、及び回転軸シール□構
への潤滑油の冷却装置等が一切不要となる等構成が大幅
に簡略化される。

尚本発明は前記一実施例に限定されるものではなく、例
えば中間熱交換器、主循環ポンプの配置及び台数は種々
のものが想定されるとともに、主循環ポンプ用の垂直パ
イプの支持構造にも種々のものが考えられる。

［発明の効果コ 以上詳述したように本発明による高速増殖炉によると、
中間熱交換器及び主循環ポンプの配置ピッチ円を異なら
せたことにより、原子炉容器の縮径化に際しての両者の
干渉を効果的に回避することができ、よって原子炉容器
の縮径化ひいては原子炉の小型化を効果的に図ることが
可能となる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示す図で、第１
図はタンク型高速増殖炉の断面図、第２図は第１図の■
−■断面図、第３図は第１図の■−■断面図、第４図は
第１図のＩＶ−ｒＶ断面図、第５図乃至第８図は従来例
を示す図で、第５図はタンク型高速増殖炉の断面図、第
６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ断面図、第７図は第５図のＶ
ｌ−Ｖｌ断面図、第８図は第５図の■−■断面図である
。 １・・・原子炉容器、１ａ・・・原子炉容器の上部開口
、５・・・ルーフスラブ、６・・・一次冷却材、７・・
・炉心、１１３・・・中間熱交換器、１１４・・・主循
環ポンプ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５面 第６図 第７図 第８図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）炉心及び一次冷却材を収容する原子炉容器と、こ
   の原子炉容器の上部開口を閉塞するルーフスラブと、上
   記炉心と原子炉容器との間に設置され原子炉容器内を上
   下に二分して上方を上部プレナムとするとともに下方を
   下部プレナムとする隔壁と、上記原子炉容器内であって
   炉心の外周側の第１のピッチ円上に上記ルーフスラブ及
   び隔壁を貫通して複数配置された中間熱交換器と、上記
   原子炉容器内であって炉心の外周側の上記第１のピッチ
   円とは異なる第２のピッチ円上に上記原子炉容器及び隔
   壁を貫通して複数配置された主循環ポンプとを具備した
   ことを特徴とする高速増殖炉。
2. （２）上記中間熱交換器は周方向に等間隔で配置されて
   いる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。
3. （３）前記第１のピッチ円は第２のピッチ円の外側であ
   る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。
4. （４）前記主循環ポンプはその外周側に垂直パイプを備
   えるものであり、この垂直パイプはルーフスラブ及び隔
   壁側の二点により支持されるものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の高速増殖炉。
5. （５）上記垂直パイプは流体制振構造を介して隔壁に支
   持されていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の高速増殖炉。
6. （６）前記垂直パイプは回転を許容する支承機構を介し
   てルーフスラブに支持されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第４項記載の高速増殖炉。