JPS6396596A - タンク型高速増殖炉 - 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、タンク型高速増殖炉に係り、特に中間熱交換
器内に流入する一次ナトリウムに旋回流を生ビしめる案
内装置を備えたタンク型高速増殖炉に関する。

（従来の技術） タンク型高速増殖炉は一般に、−次Ｊ３よび二次冷却材
として液体金属ナトリウムを使用し、炉心部で加熱され
た一次ナトリウムを炉容器内に設置した中間熱交換器に
導いて二次すｌ−リウムと熱交換させ、冷却された一次
ナトリウムを再び炉心部へ送り込むようにしている。

第１９図は従来のタンク型高速増殖炉の概略構成を示す
もので、−次す１−リウムを収容した炉容器１の内部は
隔壁２により上部プレナム３と下部プレナム４に仕切ら
れており、この隔壁２の中央部には炉心燃料集合体５、
ブランケット燃料集合体６および反射体７からなる炉心
部８が設置される。

炉容器１内の上端を閉塞するルーフスラブ９の中央部に
は炉心上部機構１０が頁通して設置されており、その周
囲には複数基の中間熱交換器１１および複数基の循環ポ
ンプ１２等がそれぞれ独立して設置される。

１３は循環ポンプ１２を駆動するモータを示し、また、
循環ポンプ１２の吐出側は入口配管１４を介して高圧プ
レナム１５に連結される。

中間熱交換器１１はシュラウド２０と、その中心部に同
ｔｒｔ的に配置した二次ナトリウム入口管２１および二
次ナトリウム出口管２２と、この二次ナトリウム出口管
２２とシュラウド２０の間に介装した多数本の伝熱管２
３と、これらの伝熱管２３を支持する上部管板２４およ
び下部管板２５とを備えている。

また、シュラウド２０には一次ナトリウムを吸い込むた
めの透孔２６が設けられ、出口管２２には、二次ナトリ
ウムを伝熱管２３の外側に出入りさせるための透孔２７
，２８が設けられる。また、シュラウド２０の下端には
、−次ナトリウム出口２９が設けられる。

このタンク型高速増殖炉において、上部プレナム３内の
一次ナトリウムは透孔２６を通り、中間熱交換器１１の
シュラウド２０内に流入し、下部管板２４から伝熱管２
３内を流れ、下部管板２５および一次ナトリウム出口２
９を経て下部プレナム４内に流入する。

ここで、透孔２６は第２０図および第２１図に例示ザる
ようにシュラウド２０の周方向に所定量隔をおいて穿設
されている。透孔２６を水平方向に通過し、中間熱交換
器プレナム３０内に流入した一次ナトリウムは中心部に
配設された二次ナトリウム出口管２２に水平方向から衝
突して流れの向きを変え下降する。したがって、下降す
る一次す１ヘリウムの流速は二次ナトリウム出口管２２
に近い程大きく、一方、シュラウド側では小さいという
不均一な流速分布が形成される。

したがって、−次ナトリウムは不均一な流速分布のまま
伝熱管２３内に流入するため、各伝熱管２３における一
次ナトリウムの滞留時間は異なる。

伝熱管２３を通り下部プレナム４内に流入した一次ナト
リウムは、第１９図に示すＪ：うに駆動モータ１３によ
って駆動される循環ポンプ１２により入口配？ｆｆ１４
に送り込まれ、さらに高圧プレナム１５を経て炉心燃料
集合体５　Ｊ３よびブランケット燃料集合体６の間隙部
を上昇し、この間に一次ナトリウムは加熱される。

加熱された一次す１〜リウムは炉心上部機構１０の下端
に衝突し、流れを放射方向に変え、再び透孔２６を通り
中間熱交換器プレナム３０内に流入する 一方、二次ナトリウムは入口管２１内を下部管板２５に
向って流れ、入口管２１と二重管をなす出口管２２の下
端近傍に設けた透孔２７を通り、出口管２２とシュラウ
ド２０の間の熱交換室に流入し、伝熱管２３内を通る一
次ナトリウムと熱交換を行なった後、透孔２８から出口
管２２内を流れ、図示しない二次系熱交換器に導かれる
。この二次系熱交換器で放熱した後、二次ナトリウムは
図示しない二次ナトリウム循環ポンプで加圧され、再び
二次ナトリウム入口管２１内へ返送される。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のタンク型高速増殖炉の構造においては、シュラウ
ド２０に穿設した透孔２６を通り中間熱交換器プレナム
３０内に水平方向に流入した一次ナトリウムは中心部に
配設された二次すトリウム出口管２２に衝突して流れ方
向を変え、下降する。

下降するτ次プ用・リウムの流速Ｖは第２１図に示すよ
うに、二次ナトリウム出口管２２に近い稈大きく、一方
、シュラウド２０に近い程小さいという不均一な流速分
布を形成する。したがって、各伝熱管２３に流入する一
次ナトリウムの流入速度も不均一になり、各伝熱管２３
にお（ブる一次ナトリウムの滞留時間も異なる。そのた
め、各伝熱管２３における熱交換間に差異を生じ、中間
熱交換器全体としての熱効率が低下する欠点があった。

また、熱交換間の差異によって伝熱管２３群の各位置毎
に冷ｆｊｌ調度が異なり、主として中間熱交換器の半径
方向に不均一な温度分布を生じ、その温度分布により伝
熱管２３に熱膨張または熱収縮を生じ、軸方向に過大な
圧縮応力または引張応力が作用し、極端な場合には、伝
熱管２３が座屈破壊したり、変形や引張りによって破損
するというおそれがあった。

特に何らかの原因で原子炉がトリップし、原子炉におけ
る発生熱量が過渡的に急変した場合は、中間熱交換器プ
レナム３０内に流入する一次ナトリウム温度も急変する
。したがって、各伝熱管２３に流入する一次ナトリウム
の流速が不均一であると、各伝熱管２３相互の湿度較差
はさらに拡大し、熱膨張または収縮に伴う伝熱管の破損
、管板の熱変形など、中間熱交換器の健全性を損う問題
が生起する。

本発明は上記問題点を解決するために発案されたもので
あり、中間熱交換器プレナムに流入した一次ナトリウム
が各伝熱管内に均一に流入するようにし、各伝熱管にお
ける熱交換量を均一化し、かつ伝熱管相互の温度較差を
解消することにより、ＰＡｋ張または熱収縮による伝熱
管および管板の変形、破損を防止し、健全性Ｊ３よび熱
効率が優れた寿命の長いタンク型高速増殖炉を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るタンク型高速増殖炉は、炉心部および一次
す１〜リウムを収容した炉容器内を隔壁で上部プレナム
と下部プレナムに仕切り、上記隔壁を頁通して炉容器内
に中間熱交換器と循環ポンプとを配設したタンク型高速
増殖炉において、前記中間熱交換器のプレナム内に流入
する一次ナトリウムの流入方向を案内し、プレナム内の
周方向に一次ナトリウムの旋回流を生ぜしめる案内装置
を設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明においては、−次す（・リウムが中間熱交換器プ
レナム内に流入する際、その流入方向が案内され、中間
熱交換器プレナム内の周方向に旋回流を形成する案内装
置が設けられているため、従来構造においては発生する
一次す（−リウムの半径方向の動圧が緩和される。その
ため、各伝熱管に流入する一次ナトリウムの流但が均一
化され、熱交換量も均一になり、中間熱交換器全体とし
ては熱効率が向上する。また、伝メ１！！管相互の温度
較差が減少し、熱膨張または熱収縮による伝熱管Ｊ３よ
び管板の変形線ｊａを防止することができる。

〈実施例） 以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する
。なお、第１９図ないし第２１図に示す従来例と同一部
品、要素には同一符号を付して詳細説明は省略する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す平断面図
および縦断面図である。中間熱交換器１１のシュラウド
２０内面に一次冷却材に旋回流を与える旋回流形成装置
としての案内装置３９を設置ノることにより、−次ナト
リウムの流入方向をシュラウド２０内で案内するように
構成している。

？ｉなわち、案内装置３９は、中間熱交換器１１のシュ
ラウド２０に穿設した透孔２６と、この透孔２Ｇに連通
ずるトーラス状の導入路４０と、導入路４０の仕切壁３
１に穿設した流入口４１とで１１η成し、透孔２６と流
入口４１とは周方向に所定？偏心させて配置している。

上記構成において、透孔２６を通り中間熱交換器１１内
に流入した一次ナトリウムは、透孔２６と流入口４１と
を結んで形成される流路に案内されて、中間熱交換器プ
レナム３０内に流入する。

流路は半径方向に対して所定角度傾斜して中間熱交換器
１１の内外を連通しているため、流入口４１から流入す
る一次ナトリウムは全て一定周方向に、例えば時計方向
あるいは反時計方向に案内されて中間熱交換器プレナム
３０内に流入し、旋回流を生じさせる。

この旋回流より、従来生じていた垂直方向の流速の不均
一さが解消され、伝熱管２３に流入する一次ナトリウム
の流速■の分布は半径方向で均一化される。

そのため、伝熱効率が向上し、また伝熱管引！ｌの温度
較差が減少し、熱影響による伝熱管２３および管板２４
，２５の変形破損を防止することができる。

次に、他の実施例を順次図面に従って説明する。

第３図および第４図に示づ実施例においては案内装置３
９を透孔２６内に設けて構成する。すなわちシュラウド
２０に穿設した透孔２６内に平面状の案内羽根３２を、
例えば２枚平行に配置し固着する。平面状案内羽根３２
は、中間熱交換器１１の半径方向の垂直面に対して所定
角度傾斜して配設しているため、流入した一次ナトリウ
ムは一定周方向に案内され、中間熱交換器プレナム３０
内において旋回流を生じ、以下第１図および第２図に示
した実施例と同様な作用効果を呈する。

また、第５図〜第７図に示す実施例においては、第３図
および第４図に示す実施例において採用した平面状案内
羽根３２の代りに曲面状に成形した案内羽根３３を透孔
２６内に固着している。曲面状案内羽根３２を採用した
ことにより、−次ナトリ「クムの流入抵抗を低減させる
ことができる。

さらに、第８図および第９図に示す実施例においては、
シュラウド２０に穿設した各々の透孔２６の内面に変向
板３４を突設して案内装置３９を構成する。変向板３４
は中間熱交換器１１の半径方向の垂直面に対して所定角
度だけ傾斜して配設する。

透孔２６から流入した一次す１〜リウムは変向板３４に
案内され、中間熱交換器プレナム３０内の周方向に導入
され、旋回流を形成する。

また、第１０図および第１１図に示す実施例においては
、透孔２６に対向した二次すトリウム出口管２２の側面
に変向板３５を固着して案内装置３９を構成する。変向
板３５は中間熱交換器１１の半径方向垂直面に対して所
定角度傾斜して配設される。

透孔２６を通り半径方向に流入した一次ナトリウムは変
向板３５の表面に衝突して、流れの向きを周方向に転向
する。各変向板３５で転向した一次す１−リウムの流れ
が合流して、中間熱交換器プレナム３０内に旋回流を生
じさせる。旋回流となった一次ナトリウムは半径方向に
均一な流速■の分布をもって、各伝熱管２３内に流入す
る。

さらに、第１２図および第１３図に示ず実施例において
は、シュラウド２０に穿設された透孔２６と、シュラウ
ド２０の外側に所定量隔をおいて二重筒構造に形成され
たフロースカート３６と、フロースカート３６に穿設さ
れた流入口４２とから案内装置３９が構成される。なＪ
３、透孔２６ど流入口４２とは、周方向に所定量偏心さ
せて配置する。

流入口４２を通りフロースカート３６内に流入した一次
ナトリウムは、流入口４２と透孔２６とを結んで形成さ
れる流路に沿って案内され、中間熱交換器プレナム３０
内に導入される。各透孔２６から周方向に導入された一
次すｌ−リウムは中間熱交換器プレナム３０内で旋回流
を生じ、第１図および第２図で示す実施例と同様な作用
効果を呈する。

また、第１４図および第１５図に示す実施例においては
、平坦に屈曲形成されたループ状の補助冷却管３７を中
間熱交換器プレナム３０内に配置して案内装置３つを形
成する。補助冷却管３７は中間熱交換器１１の半径方向
内方に対して所定角度だけ傾斜させて配置している。

ここで、補助冷却管３７は中間熱交換器１１内で適正な
熱交換が実施できない場合に予備的に使用する冷却系で
ある。

透孔２６から中間熱交換器プレナム３０内に流入した一
次す１ヘリウムは、補助論２ｊ′ｌ管３７に案内されて
周方向に流れの向きを変え、旋回流を形成する。

なお、第１６図〜第１８図に示すように、平坦に屈曲形
成したループ状の補助冷却管３７のループ内に案内板３
８を固着すると、流入した一次すｉ・リウムを案内する
案内装置の面積が増大するため、より線速度の大きい旋
回流を形成することができる。

以上の通り、各種の案内装置により形成された旋回流に
よって、半径方向に流入する一次す（ヘリウムの流れの
影響を解消することができる。そのため、各伝熱管に流
入する一次す１〜リウムの流速分布は均一化される。し
たがって、中間熱交換器全体としての伝熱効率が向上し
、また伝熱管相互の温度較差が減少し、熱影響による伝
熱管２３および管板２４，２５の変形破損を防止するこ
とができる。特に原子炉トリップなどにより中間熱交換
器に流入する一次ナトリウム温度が急変する場合におい
ても、各伝熱管に対して一次ナトリウムの流入ｍが均一
になるため、大きな温度較差を生じることも少なく、熱
影響が少ない。

（発明の効果） 以上説明の通り、本発明に係るタンク型高速増殖炉によ
れば、中間熱交換器プレナム内に流入する一次ナトリウ
ムの流入方向を案内し、周方向に旋回流を形成せしめる
案内装置を装備しているため、従来の半径方向に流入す
る一次ナトリウムの流れの影響を解消することができる
。

そして、伝熱管内に流入する一次ナトリウムの流速を均
一化し、各伝熱管における熱交換量を均一化したことに
より、中間熱交換器全体としての熱効率を向上させ、ま
た熱影響による弊害を解消することができる。すなわち
、温度較差により発生する熱膨張または熱収縮による伝
熱管または上下部管板の変形破損を防止することが可能
となり、叶全性と熱効率に（９れたＤ命の良いタンク型
高速増殖炉を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図、第５図、第８図、第１０図、ｆｆ！１
２図、第１４図、第１６図は本発明に係るタンク型高速
増殖炉に設ける案内装置の実施例を示す平断面図、第２
図、第４図、第７図、第９図、第１１図、第１３図、第
１５図、第１７図は案内装置の実１ｍ例を示す縦断面図
、第６図は第５図に示す曲面状案内羽根を固着した状態
を示す斜視図、第１８図は第１７図に示す補助冷却管を
部分的に示す斜視図、第１９図は従来のタンク型高速増
殖炉の概略構成を示す縦断面図、第２０図は従来の中間
熱交換器プレナム内に導入された金属す１−リウムの流
通状態を説明する平断面図、第２１図は第２０図におけ
るＸＸＩ−Ｘ刈矢視断面図である。 １・・・炉容器、２・・・隔壁、３・・・上部プレツム
、４・・・下部プレナム、５・・・炉心燃料集合体、６
ブランケツト燃料束合体、７・・・反射体、８・・・炉
心部、９・・・ルーフスラブ、１０・・・炉心上部機構
、１１・・・中間熱交換器、１２・・・循環ポンプ、１
３・・・駆動モータ、１４・・・入口配管、１５・・・
高圧プレナム、２０・・・シュラウド、２１・・・二次
ナトリウム入口管、２２・・・二次ナトリウム出口管、
２３・・・伝熱管、２４・・・上部管板、２５・・・下
部管板、２６．２７．２８・・・透孔、２９・・・−次
ナトリウム出口、３０・・・中間熱交換器プレナム、３
１・・・中「１！ｌプレナム仕切壁、３２・・・平面状
案内羽根、３３・・・曲面状案内羽根、３４．３５・・
・変向板、３６・・・フロースカート、３７・・・補助
冷却管、３８・・・案内板、３９・・・案内装置、４０
・・・導入路、４１．４２・・・流入口。 出願人代理人　　　波　多　野　　　入渠２　コ ＄　４　図 第　７　図 ＄　９　回 ＄／／コ 萎７５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉心部および一次ナトリウムを収容した炉容器内を
   隔壁で上部プレナムと下部プレナムに仕切り、上記隔壁
   を貫通して炉容器内に中間熱交換器と循環ポンプとを配
   設したタンク型高速増殖炉において、前記中間熱交換器
   のプレナム内に流入する一次ナトリウムの流入方向を案
   内し、プレナム内の周方向に一次ナトリウムの旋回流を
   生ぜしめる案内装置を設けたことを特徴とするタンク型
   高速増殖炉。 ２、案内装置は、中間熱交換器のシュラウドに穿設した
   透孔と、上記透孔に連通するトーラス状の導入路と、導
   入路の内周壁面に穿設した流入口とから成り、前記透孔
   と流入口とを周方向に所定量偏心させて配置した特許請
   求の範囲第１項記載のタンク型高速増殖炉。 ３、案内装置は、中間熱交換器のシュラウドに穿設した
   透孔内に取付けられた案内羽根で構成し、前記案内羽根
   は中間熱交換器の半径方向内方に対し所定角度だけ周方
   向に傾斜して配設した特許請求の範囲第１項記載のタン
   ク型高速増殖炉。 ４、案内装置は、中間熱交換器のシュラウドに穿設した
   透孔の内側縁部から変向板を突設して構成し、前記変向
   板は中間熱交換器の半径方向内方に対して所定角度だけ
   周方向に傾斜して配設した特許請求の範囲第１項記載の
   タンク型高速増殖炉。 ５、案内装置は、中間熱交換器のシュラウドに穿設した
   透孔に対向し、二次ナトリウム出口管側面に固着した変
   向板で構成し、前記変向板は中間熱交換器の半径方向内
   方に対して所定角度だけ周方向に傾斜して配設した特許
   請求の範囲第１項記載のタンク型高速増殖炉。 ６、案内装置は、中間熱交換器のシュラウドに穿設した
   透孔と、シュラウドの外側に所定間隔をおいて二重筒構
   造に形成したフロースカートと、フロースカートに穿設
   した流入口とから成り、前記透孔と流入口とを周方向に
   所定量偏心させて配置した特許請求の範囲第１項記載の
   タンク型高速増殖炉。 ７、案内装置は、平坦に屈曲形成されたループ状の補助
   冷却管を中間熱交換器のプレナム内に配設して構成し、
   前記補助冷却管は中間熱交換器の半径方向内方に対して
   所定角度傾斜させて配置した特許請求の範囲第１項記載
   のタンク型高速増殖炉。 ８、補助冷却管は、ループ内に固着した案内板を有する
   特許請求の範囲第７項記載のタンク型高速増殖炉。