JPS6398596A - 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
プレナム内が一次冷却材で充満した状態で運転が可能な
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、−次および二次冷却材と
して液体全屈ナトリウムを使用し、炉心部で加熱された
一次ナトリウムを原子炉容器内に設置した中間熱交換器
に導いて二次ナト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６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、−次ナトリウムを収容した原子炉容器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！１２の中央部には炉心燃料集合体５
、プ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。

原子炉容器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４通して設置されており、こ
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
軸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ｆ’ｌ　２２と、この二次ナトリウム出口
管２２とシュラウド２０の間に形成された熱交換室に介
挿した多数本の伝熱管２３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
めの流入孔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、下端部には一次ナトリウム出口２９
がＳＱ　Ｇ−Ｊられる。

また、中間熱交換器プレナム３４の上部には仕切壁３８
が設けられ、この仕切壁３８は中間熱交換器上部空間３
７と中間熱交換器プレナム３４とを区画する。なお、仕
切壁３８には貫通孔３９が穿設され、その貫通孔３９は
中間熱交換器上部空間３７と中間熱交換器プレナム３４
とを連通ずる。

運転時、中間熱交換器プレナム３４内部には上部プレナ
ム３内の一次冷却材の液面とほぼ等しい高さに、自由液
面が形成される。自由液面の上部空間７１１には一次冷
却材と空気との接触を避けるために例えばアルゴンなど
のカバーガスが充填される。

このタンク型高速増殖炉において、上部プレナム３内の
一次ナトリウムは流入孔２６を通り、中間熱交換器１１
のシュラウド２０内に流入し、上部管板２４から伝熱管
２３内を流れ、下部管板２５および一次ナトリウム出口
２９を経て、下部プレナム４内に流入する。

下部プレナム４内に流入した一次ナトリウムは駆動モー
タ１３によって駆動される循環ポンプ１２により入口配
管１４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およびプランケット燃料集合体６の間
隙部を上界し、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、再び流入孔２６を通
り中間熱交換器プレナム３４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の間に形成された熱交換室に流入し、伝熱管２３
内を通る−次ナトリラムと熱交換を行なった後、透孔２
８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、二次す
］・リウムは図示しない二次ナトリウムひ循環ポンプで
加圧され、再び二次ナトリウム入口管２１を通り、中間
熱交換器１１に戻される。

（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、隔壁２を
貫通するようにして上部プレナム３内に中間熱交換器１
１が配設される。上部プレナム３内の一次すトリウムの
液面位置を含有するように中間熱交換器プレナム３４が
設けられているため、中間熱交換器プレナム３４内に流
入する一次ナトリウムの自由液面が常に形成される。

流入孔２６を通り中間熱交換器１１内に流入した一次ナ
トリウムの一部は二次ナトリウム出口管２２に衝突し、
このとき衝突した一次ナトリウムの一部は、動圧によっ
て自由液面上に吹き上げられて、自由液面上に落下する
。そのため、中間熱交換器プレナム３４内の自由液面の
揺動が大きくなり、熱交換室の各伝熱管への流入［ｌが
不均一になったり、また自由液面上に充填したカバーガ
スを一次ナトリウム内に巻き込む原因となる。

各伝熱管２３への流ｍが不均一になると、温度差によっ
て伝熱管、管板の熱変形が生起するおそれがある。

また、−次ナトリウム中にカバーガスが混入すると伝熱
管２３における伝熱抵抗が大きくなり、熱交換効率が箸
しく低下する問題がある。

さらに混入したカバーガスが高圧ブレ少ム１５まで同伴
されガス溜りを形成すると、カバーガスは炉心部８の高
熱によって膨張する。この膨張したカバーガスは、炉心
部８に流入する一次ナトリウムの流量を適正に調整する
運転管理上大きな障害となる。

また、混入したカバーガスが炉心燃料集合体５の外面に
滞留すると、ガス体に接する被覆管部分がナトリウムに
よって冷却されないため、局部的に異常発熱し、場合に
よっては燃料棒が破損するおそれもある。

さらに液面の揺動によって発生する撮動が構造物に対し
て疲労をもたらし、強度の低下を招くおそれもある。

本発明は上記の問題点を解消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内における液面動揺をな
くし、また一次冷却材中にカバーガスが混入することを
防止することによって中間熱交換器の熱交換効率を改善
し、また、振動の発生が少なく、構造上の健全性に優れ
、ざらに運転管理が容易な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
冷却材を収容した原子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原子炉容器
内に一次冷却材と二次冷ｆ１１］材とを熱交換させる中
間熱交換器と、一次冷却材を循環させる循環ポンプとを
配設したタンク型高速増殖炉において、前記中間熱交換
器のシュラウド内の軸方向に間隔をおいて配設された上
部管板と下部管板との間に複数の伝熱管を設けるととも
に、上記上部管板の上方に、一次冷却材の流入孔を備え
、かつ一次冷却材を充満状態で流通せしめる中間熱交換
器プレナムを設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明においては、中間熱交換器に一次冷却材を充満さ
せて流通せしめる中間熱交換器プレナムを設けているた
め一次冷却材の自由液面が形成されない。そのため、従
来のように液面動揺によってカバーガスが一次冷却材中
に混入することが少ない。

したがって、伝熱管における熱交換効率の低下が防止さ
れ、また、カバーガスが高圧プレナムに滞留して一次冷
却材の流量調整の障害となることが少ない。また、液面
動揺による撮動の発生がないため構造上の健全性に優れ
、さらに運転ｔ’！埋が容易なタンク型高速増殖炉を提
供することができる。

（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６図に示す従来例と同一の部品要素には同一
の符号を付して説明は省略する。

第１図は本発明に係るタンク型高速増殖炉の第１実施例
を示すｌ断面図であり、特に発明の特徴部となる中間熱
交換器１１を部分的に示す縦断面図である。

第１図において、中間熱交換器１１は隔壁２を４通し、
ルーフスラブ９によって支持され、原子炉容器内に配設
される。中間熱交換器１１の本体胴を形成するシュラウ
ド２０内には、軸方向に間隔をおいて上部管板２４と下
部管板２５が配設され、その間に複数の伝熱管２３が配
設される。上部管板２４の上方には、仕切壁３８が設け
られ、仕切壁３８と上部管板２４およびシュラウド２０
で囲まれた環状部分が中間熱交換器プレナム３４を形成
する。さらに上部管板２４上方のシュラウド２０には一
次ナトリウムの流入孔２６が穿設される。仕切壁３８は
シュラウド２０内部を軸方向に中間熱交換器プレナム３
４と中間熱交換器上部空間３７とに区画する。仕切壁３
８には、中間熱交換器プレナム３４と減圧装置４２とを
接続する吸引管３０が設けられる。

減圧装置４２の作動により吸引管３０を経て、中間熱交
換器プレナム３４には負圧が作用し、中間熱交換器プレ
ナム３４内の一次ナトリウムの液面は吸引管３０の内部
まで上昇する。この状態で吸引管の元弁（図示せず）を
閉止すれば、−次すトリウムが充満した中間熱交換器プ
レナム３４が形成される。

上記構成の中間熱交換器プレナム３４を有するタンク型
高速増殖炉においては、−次すトリウムが上部プレナム
３から流入孔２６を通り、中間熱交換器プレナム３４内
に高速度で流入した場合でも一次ナトリウムの自由液面
が形成されていないので、従来のようなカバーガスの巻
き込み現象または液面の動揺による振動の発生は少ない
。

したがって、カバーガスが原子炉容器内の各所に滞留す
ることによって生じる弊害、例えば伝熱性の低下、振動
の発生、燃料棒の過熱損傷、冷却材温石の調整困難など
の問題点が解消される。

また、第２図は本発明の第２実施例を示し、第１図に示
す実施例とは吸引管３０の外周部に加熱冷却装置３３を
設番プた点が基本的に相違する。しかして、減圧装置４
２により中間熱交換器プレナム３４内の液面を上昇せし
め、吸引管３０内の所定位置に達した時点で吸引管３０
を冷ｒＪＩすると吸引管３０内の一次ナトリウムが凝固
し、液面が固定される。その状態で運転を行なえば中間
熱交換器プレナム３４内に自由液面が形成されない。一
方、点検時などにおいて、吸引管３０の内部まで上昇し
た一次ナトリウムの液面を、上部プレナム３内の一次ナ
トリウムの液面と同一レベルにする場合は、吸引管３０
を加熱し、凝固していた一次ナトリウムを融解すること
によって一次ナトリウムを降下させる。

この加熱冷却装置３３を使用して一次ナトリウムを融解
または凝固させることによって吸引管３０の流路を開閉
する方式によれば、元弁を使用して開閉する場合と比較
して機械的な操作が少なく、液面の位置設定も容易であ
る。

第３図は本発明の第３実施例を示すもので、この実施例
においては一次ナトリウムの流入孔２６を穿設したシュ
ラウド２０から間隔をおいて外周側に二重筒構造に形成
したフロースカート３２を設けることによりフロースカ
ート３２とシュラウド２０の間に一次ナトリウムの環状
流路となるフロースカートプレナム３５を形成したもの
である。

フロースカートプレナム３５の上端は例えば溶接によっ
てシュラウド２０側面に密閉するように固定される。一
方、フロースカートプレナム３５の下端は、上部プレナ
ム３に収容された一次ナトリウム内に開放状態で浸漬さ
れる。

また、フロースカートプレナム３５と中間熱交換器プレ
ナム３４とを連絡する連通孔３１がフロースカートプレ
ナム３５上端部に設けられる。

上記構成にて減圧装置４２を作動させると、吸引管３０
を経由して中間熱交換器プレナム３４に負圧が作用し、
−次ナトリウムが吸引されて中間熱交換器プレナム３４
に充満する。同時に連通孔３１を経由してフロースカー
トプレナム３５にも負圧が作用し、同様に一次ナトリウ
ムが充満する。

したがって、中間熱交換器プレナム３４内におけるカバ
ーガスの巻き込みおよび液面動揺による影響は回避され
る。

また、第３図に示す実施例において、−次プトリウムの
流入孔２６はフロースカート３２によって上部プレナム
３内の一次ナトリウムの液面から隔離され、かつ流入孔
２６は、フロースカートプレナム３５に充満した一次ナ
トリウム中に常に浸漬されているため、上記プレナム３
内の一次ナトリウムの液面から流入孔２６に巻き込まれ
るカバーガスａは少ない。

したがって、流入孔２６の穿設位置は従来の中間熱交換
器の流入孔より高い位置に設けることができる。このた
め、上部管板２４を従来より高い位置に設けることが可
能となり、必然的に伝熱管２３を長く設定することがで
きる。また、伝熱管長を従来通りとすれば、中間熱交換
′！ａ１１の全長を短縮することが可能となり、タンク
型高速増殖炉自体を小型化することができる。

次に、第４図は本発明の第４実施例を示すもので、この
実施例においては中間熱交換器プレナム３４は中間熱交
換器１１のシュラウド２０内に収容した仕切壁３８を備
えている。前記仕切壁３８の下面位隋は、少なくとも上
部プレナム３に収容した一次ナトリウムの液面高さより
下方に設定する。また、中間熱交換器プレナム３４内に
一時的に混入したカバーガスを系外に排出するためのガ
ス抜管３６を仕切壁３８に設ける。

上記構成によれば、中間熱交換器プレナム３４の最上部
は、上部プレナム３内の一次ナトリウムの液面より下位
に設定されているため、中間熱交換器プレナム３４内は
常に一次ナトリウムが充満している。したがって、中間
熱交換器プレナム内において、ガバーガスが一次すトリ
ウムに巻き込まれることが少ない。また本構成によれば
、減圧装置を使用せずとも、中間熱交換器プレナム内に
一次ナトリウムを充満させることができる。

第５図に示す第５実施例では、上部プレナム３内の一次
ナトリウム液面より下方に配設した仕切壁３８の下面に
傾斜面４０を形成してｊＸる。すなわち仕切壁３８の下
面は、−次ナトリウムの流入孔２６の上縁部から中間熱
交換器の中心方向に向って次第に下降する傾斜面４０を
形成する。

上記構成によれば、傾斜面４０は、上部プレナム３内に
収容した一次ナトリウムの液面より低い位置に設定され
ているため、中間熱交換器プレナム３４内は常に一次ナ
トリウムで満たされる。また、中間熱交換器プレナム３
４内に混入したカバーガスは、滞留することなく傾斜面
４０に沿って逐次上部プレナム３内に排出される。した
がって、第４図に示す実施例において設けたガス抜き管
３６は不要である。

以上いずれの実施例においても、中間熱交換器プレナム
３４は一次ナトリウムが充満した状態であり、内部に一
次ナトリウムの自由液面が形成されないため、カバーガ
スの巻き込みおよび液面動揺によって発生する！＆初に
よる悪影響が回避される。したがって、タンク型高速増
殖炉の熱効率および様械的な健全性が大幅に改善される
。

〔発明の効果〕

本発明に係るタンク型高速増殖炉によれば、運転時にお
いて常に一次冷却材が充満した中間熱交換器プレナムを
備えているため、自由液面を中間熱交換器プレナムを備
えた従来のタンク型高速増殖炉と比較して、一次冷却材
中に混入するカバーガスの影響および液面動揺に起因す
る振動の影響が少ない。

ずなわち、一次冷却材に混入するカバーガスが少ないた
め、伝熱管における熱交換率が向上し、また、振動によ
る構造物の疲労度が減少し、熱効率および健全性の高い
タンク型高速増殖炉を提供することができる。

また、高圧プレナム内に滞留するカバーガスが減少する
ため、炉心部へ送給する一次冷却材の流量配分が容易に
なり、運転管理作業が軽減される。

さらに、燃料集合体の燃料ビンなどに生成するガス溜り
も解消されるため、被覆管の１１部的な異常過熱による
燃料破損を防止することができるなど、タンク型高速増
殖炉を運転する際の効率上、管理上、安全上多くの優れ
た効用を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタンク型高速増殖炉の第１実施例を示
す縦断面図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の第２実
施例、第３実施例を示す部分縦断面図、第４図は本発明
の第４実施例を示す縦断面図、第５図は本発明の第５実
施例を示す部分縦断面図、第６図は従来のタンク型高速
増殖炉の構造を示すＩ断面図である。 １・・・原子炉容器、２・・・隔壁、３・・・上部プレ
ナム、４・・・下部プレナム、５・・・炉心燃料集合体
、６・・・ブランケット燃料集合体、８・・・炉心部、
１０・・・炉心上部機構、１１・・・中間熱交換器、１
２・・・循環ポンプ、１３・・・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・・・流入孔、２
７．２８・・・透孔、２９・・・−次す１−リ１クム出
口、３０・・・吸引管、３１・・・連通孔、３２・・・
フロースカート、３３・・・加熱冷却装置、３４・・・
中間熱交換器プレナム、３５・・・フロースカートプレ
ナム、３６・・・ガス扱き管、３７・・・中間熱交換器
上部空間、３８・・・仕切壁、３９・・・４通孔、４０
・・・傾斜面、４１・・・液面上部空間、４２・・・減
圧装置。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第　１　図 第５図 菊６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉心部および一次冷却材を収容した原子炉容器内を
   隔壁で上部プレナムと下部プレナムに仕切り、上記隔壁
   を貫通して原子炉容器内に一次冷却材と二次冷却材とを
   熱交換させる中間熱交換器と、一次冷却材を循環させる
   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シュラウド内の軸方向に間隔をおい
   て配設された上部管板と下部管板との間に複数の伝熱管
   を設けるとともに、上記上部管板の上方に、一次冷却材
   の流入孔を備え、かつ一次冷却材を充満状態で流通せし
   める中間熱交換器プレナムを設けたことを特徴とするタ
   ンク型高速増殖炉。 ２、中間熱交換器プレナムは、中間熱交換器プレナムと
   減圧装置とを連通する吸引管を備え、前記減圧装置によ
   り中間熱交換器プレナム内を減圧し、一次冷却材の液面
   を吸引管内まで吸い上げて中間熱交換器プレナム内を一
   次冷却材で充満させてなる特許請求の範囲第１項記載の
   タンク型高速増殖炉。 ３、中間熱交換器プレナムは、一次冷却材の流入孔を穿
   設したシュラウドから間隔をおいて外周側に二重筒構造
   に形成したフロースカートを備え、前記フロースカート
   とシュラウドとの間に形成された環状流路は下端におい
   て上部プレナムと連通してなる特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載のタンク型高速増殖炉。 ４、吸引管は、外周部に加熱冷却装置を備え、上記加熱
   冷却装置は吸引管に吸引した一次冷却材を加熱または冷
   却して一次冷却材を融解または凝固せしめることによつ
   て、吸引管路を開閉することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載のタンク型高速増殖炉。 ５、中間熱交換器プレナムは、中間熱交換器のシュラウ
   ド内に収容した仕切壁を備え、仕切壁の下面位置は少な
   くとも上部プレナムに収容した一次冷却材の液面高さよ
   り下方に設定してなる特許請求の範囲第１項記載のタン
   ク型高速増殖炉。 ６、仕切壁の下面は、一次冷却材の流入孔の上縁部から
   中間熱交換器の中心方向に向つて次第に下降する傾斜面
   で形成してなる特許請求の範囲第５項記載のタンク型高
   速増殖炉。