JP2013076675A - 液体金属冷却原子炉用受動冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】炉心で発生した残留崩壊熱の除去時に十分な除熱を実現できること。
【解決手段】ヒートコレクタ３４とサイロ３１との間に下降流通路３５が、ヒートコレクタとガードベッセル１９との間に上昇流通路３６がそれぞれ形成され、これらの通路を備えて冷却用通路３３が構成され、外部空気を下降流通路内に導入して流下させ、サイロ底部で空気の流れを上昇流に変えた後に上昇流通路内を上昇させて外部へ排出する間に、液体金属冷却材１３、原子炉容器１１及びガードベッセルを冷却する液体金属冷却原子炉用受動冷却システム３２において、原子炉容器１１内の上部に、液体金属冷却材１３に浸漬した状態で配置された吸熱部材４１と、原子炉容器の上方に配置され、吸熱部材と熱的に連結または遮断可能に設けられたヒートシンク４２とを有し、ヒートシンクは、吸熱部材との熱的な連結時に、この吸熱部材の熱を原子炉容器外へ放熱するよう構成されたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体金属冷却原子炉において、原子炉停止時に炉心で発生した残留崩壊熱を除熱する液体金属冷却原子炉用受動冷却システムに関する。

図１１に示すような液体金属冷却原子炉１００では、運転中の緊急事態に対処するために、または保守点検を行うために、炉心１０１における燃料の核***反応を停止し、低温停止の状態に至らなければならない場合がある。一般的に、原子炉の停止は、炉心１０１内に中性子吸収制御装置１０２を挿入して、核***を生じるために必要な中性子を燃料から奪うことにより行われる。しかし、原子炉停止後も、ある一定時間残留崩壊熱が炉心１０１から発生し続けるため、原子炉容器１０３内の液体金属冷却材１０４の温度は、速やかには低下しない。従って、原子炉停止後に何らかの作業を行うためには、この残留崩壊熱を炉心１０１からできるだけ早く消散させる必要がある。

ところで、液体金属冷却材１０４及び隣接する原子炉構造材（原子炉容器１０３、ガードベッセル１０５等）は熱容量が大きいため、残留崩壊熱の消散が妨げられている。例えば、液体金属冷却材１０４に蓄積された残留崩壊熱は、原子炉容器１０３からガードベッセル１０５に伝達され、このガードベッセル１０５の熱も、ガードベッセル１０５から、外側に隔たって配置されてサイロ１０６を形成するコンクリート構造物１０７へ向かって外向きに伝達され、原子炉容器１０３、ガードベッセル１０５及びコンクリート構造物１０７の温度が上昇してしまう。

しかしながら、コンクリート構造物１０７は、長期間高温にさらされると、その性質が変化し脆くなる傾向にあり、例えば、高温にさらされたときに膨張してひび割れが生じる恐れがある。また、一般的にＳＵＳで製作されている原子炉容器１０３も、過大な高温に長時間さらされると、その強度が低下する恐れがある。

従って、残留崩壊熱による原子炉構造材の過熱を防止するため、一般に、崩壊熱除去系と呼ばれるシステムが採用されている。この崩壊熱除去系としては、空気を作動流体とし、自然対流、熱伝導、及び熱輻射の固有のプロセスによって連続的に動作する完全に受動的な受動冷却システム（ＲＶＡＣＳ）１０８を有しているものがある（特許文献１参照）。尚、図１１中の符号１１１は反射体、１１２は電磁ポンプ、１１３は中間熱交換器である。

この受動冷却システム（ＲＶＡＣＳ）１０８では、通常運転時に炉心１０１で発生した熱、及び原子炉停止時に炉心１０１で発生した残留崩壊熱は、まず、液体金属冷却材１０４から原子炉容器１０３へ伝達される。次に、原子炉容器１０３の熱は、ガードベッセル１０５へ熱輻射で伝達されると共に、これらの原子炉容器１０３とガードベッセル１０５との隙間に充填された不活性ガスによる熱伝導や自然対流によって、ガードベッセル１０５へ伝達される。次に、ガードベッセル１０５の熱は、ガードベッセル１０５の外表面と、受動冷却システム（ＲＶＡＣＳ）１０８内で空気通路１１０を形成するために設置されたヒートコレクタ１０９との間で、熱輻射によってヒートコレクタ９へ伝達されると共に、空気通路１１０内での自然対流によって空気通路１１０内の空気へ伝達される。更に、ヒートコレクタ１０９の熱は、コンクリート構造体１０７へ熱輻射により伝達されると共に、ヒートコレクタ１０９及びコンクリート構造体１０７の熱は、空気通路１１０内での自然対流によって、この空気通路１１０の空気へ伝達される。

特開２０１１−２１９０１号公報

ところが、上述のように受動冷却システム１０８を用いて炉心１０１にて発生した残留崩壊熱を除熱する場合には、原子炉容器１０３とガードベッセル１０５との隙間に充填された気体（例えば不活性ガス）の熱伝導性が低いため、この気体が、上記残留崩壊熱を除熱する際に熱抵抗になってしまう。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、炉心で発生した残留崩壊熱の除熱性能を向上した液体金属冷却原子炉用受動冷却システムを提供することにある。

本発明の実施形態による液体金属冷却原子炉用受動冷却システムは、液体金属冷却材が収容された原子炉容器の上部に、少なくとも一部が前記液体金属冷却材に浸漬した状態で配置された吸熱部材と、前記吸熱部材を支持し、前記原子炉容器の上方までのびた吸熱部材支持手段と、前記吸熱部材支持手段の上方に配置されたヒートシンクと、前記ヒートシンクを保持する前記ヒートシンク保持手段とを有し、前記ヒートシンクは、前記ヒートシンク保持手段による保持が解除されると落下し、前記吸熱部材支持手段を介して前記吸熱部材と熱的に連結されることを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、炉心の除熱性能を向上することができる。

本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第１実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す略半側断面図。 図１の吸熱部材及びヒートシンクなどを示す斜視図。 図２の電磁捕縛リングを示し、（Ａ）は閉状態、（Ｂ）は開状態をそれぞれ示す概略平面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第２実施形態における吸熱部材、ヒートシンク及び冷却装置を示す斜視図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第３実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第４実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第５実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第６実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第７実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第８実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図。 従来の液体金属冷却原子炉を示す側断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１、図２）
図１は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第１実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す略半側断面図である。

この図１に示す液体金属冷却原子炉１０では、原子炉容器１１内に炉心１２が配置されると共に、１次冷却材としての液体金属冷却材（例えば液体ナトリウム）１３が満たされて収容される。従って、炉心１２は液体金属冷却材１３に浸されている。炉心１２は、核燃料の燃料集合体（不図示）が配列されて成り、全体として円柱形状に構成される。

炉心１２の外側に、円柱形状の隔壁１４が、炉心１２を支持する炉心支持板１５から延在して設置されている。この隔壁１４と炉心１２との間に、全体として円環形状の反射体１６が配置される。また、隔壁１４と原子炉容器１１との間に、液体金属冷却材１３の流路１７が円環形状に形成され、この流路１７内に、炉心支持板１５にて支持された中性子遮蔽体１８が配置される。この中性子遮蔽体１８は、炉心１２から反射体１６を透過または迂回して放射する中性子を遮蔽する。また、原子炉容器１１の外側にガードベッセル１９が設けられて、原子炉容器１１が格納されて保護される。これらの原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６に、不活性ガスなどの気体が充填されている。

原子炉容器１１内においては、中性子遮蔽体１８の上方に円環形状の電磁ポンプ２０が配置され、この電磁ポンプ２０の上方に中間熱交換器２１が設置される。これらの電磁ポンプ２０と中間熱交換器２１は例えば一体に構成される。電磁ポンプ２０は、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３を、実線矢印Ａの如く、流路１７内において上方から下方へ向かって流動させる。また、中間熱交換器２１のチューブ側とシェル側に、それぞれ液体金属冷却材１３と２次冷却材２５が流れる。

前記反射体１６は、駆動軸２２を介して反射体駆動機構２３により、炉心１２の軸方向、つまり液体金属冷却原子炉１０の上下方向に移動可能に駆動される。駆動軸２２は、図示しない継手を介して反射体１６に連結され、原子炉容器１１の上部を閉塞する上部プラグ２４を貫通して原子炉容器１１の上下方向に延在する。また、反射体駆動機構２３は上部プラグ２４に設置される。反射体１６は、液体金属冷却原子炉１０の上下方向に移動することで、炉心１２からの中性子の漏洩を調整して、この炉心１２の反応度を制御する。

液体金属冷却原子炉１０の運転により、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３は炉心１２を冷却しつつ、この炉心１２の核***により発生した熱を外部へ取り出す。液体金属冷却材１３は、実線矢印Ａに示すように、電磁ポンプ２０によって流路１７内を下方へ流動し、中性子遮蔽体１８の内部を流れて原子炉容器１１の底部に至る。この液体金属冷却材１３は、原子炉容器１１の底部から炉心１２内へ至り、この炉心１２内を、矢印Ｂに示すように上方へ移動して温度が上昇し、中間熱交換器２１のチューブ側に流入する。この中間熱交換器２１内で、液体金属冷却材１３は２次冷却材２５と熱交換を行った後、再び電磁ポンプ２０により流路１７内を下方へ流動する。

２次冷却材２５は、入口ノズル２７を経て中間熱交換器２１のシェル側に流入し、この中間熱交換器２０のチューブ側を流れる液体金属冷却材１３により加熱された後、出口ノズル２８から外部へ流出し、その熱がタービンなどを用いて動力等に変換される。尚、図１中の符号２９は中性子吸収制御装置であり、この中性子吸収制御装置２９は、上部プラグ２４に設置された中性子吸収制御装置駆動機構３０により駆動される。

上述のような液体金属冷却原子炉１０では、ガードベッセル１９が、地表下に掘り下げて形成されたコンクリート製のサイロ３１に間隔を置いて収容されて据え付けられる。このガードベッセル１９とサイロ３１との間の空間に、空気を作動流体とし、自然対流、熱伝導及び熱輻射の固有のプロセスによって連続的に動作する完全に受動的な受動冷却システム（ＲＶＡＣＳ：Ｒｅａｃｔｏｒ Ｖｅｓｓｅｌ Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）３２の冷却用通路３３が形成されている。

つまり、ガードベッセル１９とサイロ３１との間に筒状のヒートコレクタ３４が設置される。このヒートコレクタ３４とサイロ３１との間に下降流通路３５が形成され、ヒートコレクタ３４とガードベッセル１９との間に上昇流通路３６が形成される。下降流通路３５は、地表下に埋設されて空気導入口３８を備えた吸気通路としての空気導入配管３７に接続される。また、上昇流通路３６は、地表下に埋設されて空気排出口４０を備えた排気通路としての空気排出配管３９に接続される。これらの下降流通路３５、上昇流通路３６、空気導入配管３７及び空気排出配管３９により、冷却用通路３３が構成される。

上昇流通路３６では、ガードベッセル１９により加熱された高温の空気が矢印Ｙに示すように上昇し、空気排出配管３９を通り空気排出口４０から外部へ排出される。この上昇流通路３６内での空気の流れによって下降流通路３５内に、空気導入口３８及び空気導入配管３７を経て外部の低温の空気が導入されて、矢印Ｘのように流下（下降）する。下降流通路３５内を流下した空気は、ヒートコレクタ３４端部下方のサイロ３１の底部で流れを上昇流に変えて上昇流通路３６内を上述のように上昇し、空気排出口４０から外部へ排出される。空気が下降流通路３５及び上昇流通路３６を流れる間に、液体金属冷却材１３、原子炉容器１１、ガードベッセル１９、及びサイロ３１を形成するコンクリート製構造物３１Ａが冷却される。

原子炉の通常運転時に炉心１２で発生した熱、及び中性子吸収制御装置２９が炉心１２内に挿入された原子炉停止時に炉心１２で発生した残留崩壊熱は、上述のように構成された受動冷却システム３２によって除熱される。

つまり、通常運転時に炉心１２にて発生した熱、及び原子炉停止時における炉心１２で発生した残留崩壊熱は、まず、液体金属冷却材１３を経て原子炉容器１１へ伝達される。次に、この原子炉容器１１の熱は熱輻射、及び原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に充填された気体（例えば不活性ガス）による熱伝導や自然対流によってガードベッセル１９へ伝達される。次に、ガードベッセル１９の熱は、熱輻射によってヒートコレクタ３４へ伝達されると共に、上昇流通路３６内の空気の自然対流によって、この上昇流通路３６内の空気へ伝達される。更に、ヒートコレクタ３４の熱の一部は、熱輻射によってコンクリート製構造物３１Ａへ伝達される。また、このコンクリート製構造物３１Ａ及び上記ヒートコレクタ３４の熱は、下降流通路３５内の空気へ伝達される。

本実施形態の受動冷却システム３２では、更に吸熱部材４１及びヒートシンク４２（図２）を有し、原子炉停止時に原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３を受動冷却する機能を有する。

前記吸熱部材４１は、図１及び図２に示すように、熱伝導性の高い材料にてリング形状に形成される。この吸熱部材４１は、原子炉容器１１内の上部、即ち中間熱交換器２１の上方に、少なくとも一部が液体金属冷却材１３に浸漬された状態で配置される。この吸熱部材４１は、原子炉容器の上方まで延びた吸熱部材支持手段としての吊り下げ棒４３と、着脱用リング４４とを介して上部プラグ２４に支持される。つまり、図２に示すように、吊り下げ棒４３の下端に吸熱部材４１が、吊り下げ４１の上端に着脱用リング４４がそれぞれ固着される。この着脱用リング４４は、上部プラグ２４に設置された収納ボックス４５に収納されると共に、この収納ボックス４５に取り付けられる。これにより吸熱部材４１が、吊り下げ棒４３、着脱用リング４４及び収納ボックス４５を介して上部プラグ２４に支持される。このうち、吊り下げ棒４３及び着脱用リング４４は、液体金属冷却材１３の熱を良好に伝達可能な形状及び熱伝導性を有する。

ヒートシンク４２は空気中に放熱する機能を有し、図２に示すように収納ボックス４５内に収納されて、原子炉容器１１及び吊り下げ棒４３の上方に配置される。このヒートシンク４２は、吸熱部材４１と同様にリング形状であり、上面に被把持棒４６が複数本立設され、下面に伝熱棒４７が複数本垂設される。これらの被把持棒４６は、ヒートシンク保持手段としての電磁捕縛リング４８に把持(保持)され、この電磁捕縛リング４８は、収納ボックス４５の天面に設けられた上部取付構造体４９に支持される。これにより、ヒートシンク４２は、被把持棒４６、電磁捕縛リング４８及び上部取付構造体４９を介して収納ボックス４５に支持される。

ヒートシンク４２の下面に垂設された複数本の伝熱棒４７は、着脱用リング４４に形成された複数の嵌合穴５０に挿入されて嵌合可能に構成される。また、電磁捕縛リング４８は、図３（Ａ）に示すように、通電状態では閉じて被把持棒４６を把持し、この被把持棒４６と一体化される。このときには、ヒートシンク４２は吸熱部材４１と分離されているので、この吸熱部材４１と熱的に遮断される。また、電磁捕縛リング４８は、図３（Ｂ）に示すように、電源消失（喪失）時には開いて被把持棒４６の把持を解除する。このときヒートシンク４２が落下し、このヒートシンク４２の伝熱棒４７が着脱用リング４４の嵌合穴５０に嵌合する。これにより、ヒートシンク４２が伝熱棒４７、着脱用リング４４及び吊り下げ棒４３を介して吸熱部材４１と熱的に連結される。

従って、液体金属冷却原子炉１０の通電運転時には、電磁捕縛リング４８がヒートシンク４２の被把持棒４６を把持して、ヒートシンク４２が被把持棒４６及び電磁捕縛リング４８を介して上部プラグ２４の収納ボックス４５の上部取付構造体４９に支持されるので、このヒートシンク４２は吸熱部材４１と熱的に遮断され、放熱機能を果たさない。また、液体金属冷却原子炉１０の停止時で電源が消失したときには、電磁捕縛リング４８が開くので、ヒートシンク４２は落下し、このヒートシンク４２の伝熱棒４７が着脱用リング４４の嵌合穴５０に嵌合する。これにより、ヒートシンク４２は、伝熱棒４７、着脱用リング４４及び吊り下げ棒４３を経て吸熱部材４１と熱的に連結され、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３の熱を原子炉容器１１外のガス中に放熱する。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）原子炉容器１１内で液体金属冷却材１３に浸漬された吸熱部材４１を、原子炉停止時で且つ電源消失時に、原子炉容器１１の上方に配置されたヒートシンク４２に熱的に連結させる。これにより、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３の熱を吸熱部材４１からヒートシンク４２へ、吊り下げ棒４３、着脱用リング４４及び伝熱棒４７を経て熱伝導により伝達させることで、液体金属冷却材１３を効率良く冷却できる。この結果、炉心１２の除熱性能を向上することができる。
なお、本実施形態ではリング状のヒートシンク４２と着脱用リング４４を接続するものとして説明したが、これらは中性子吸収制御装置駆動機構３０等との兼ね合いからリング状にしているだけであって、他機器との干渉がなければ、例えば双方とも単なる円板であっても構わない。また、ヒートシンク４２と着脱用リング４４は熱的に接続可能であればよく、例えば伝熱棒４７等の接続機構を省略して単にヒートシンク４２が着脱用リング４４上に載置されるのみであってもよい。
また、吸熱部材４１はリング状として説明したが、多角形であってもよいし、連続的に接続されてないものであってもよい。液体金属冷却材の流れを阻害しないように、また表面積を増加させるために、例えば多孔板、格子状、所定間隔を空けて板を複数並べた構成等にすると、より好ましい。
また、ヒートシンク４２と着脱用リング４４はそれぞれ一方または両方が、一体のリングとして形成されてなくともよい。例えば吸熱部材４１には単に吊り下げ棒４３が複数立設された構造（着脱用リング４４がない）とし、吊り下げ棒４３との接続部と放熱部を一体にしたヒートシンクを各吊り下げ棒４３の上方に配置した構造であってもよい。
上記のように、吸熱部材４１、ヒートシンク４２、およびこれらを熱的に接続する構造物は種々の変形をとることができる。なお、冷却効率の観点からは、吸熱部材４１やヒートシンク４２と及びこれらの間に介在する構造物の接触面積やヒートシンクの表面積は大きいほうが望ましい。
さらに、ヒートシンク４２は、ヒートシンク保持手段としての電磁捕縛リング４８と被把持棒４６によって吸熱部材４１が切り離された状態で維持されるものとして説明したが、この構成に限定されない。電源が喪失された場合に自動的に係合が解除されるような構成でヒートシンク４２を支持していればよく、例えばヒートシンク４２側面の凹部を設け、この凹部に挿入されて電力が供給されている間はヒートシンク４２を支持するラッチを収納ボックス４５に設けた構成であってもよい。

［Ｂ］第２実施形態（図１、図４）
図４は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第２実施形態における吸熱部材、ヒートシンク及び冷却装置を示す斜視図である。この第２実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム５５が前記第１実施形態と異なる点は、冷却用通路３３の上昇流通路３６側、即ちこの上昇流通路３６に連通する空気排出配管３９の空気排出口４０付近に、放熱部としての放熱体５６を備える冷却装置５７（図１に２点鎖線で表示）が内蔵され、この冷却装置５７の放熱体５６が、伝熱部材としての熱伝達用バー５８等を介してヒートシンク４２に連結可能に構成された点である。

つまり、冷却装置５７の装置ハウジング５９内には、複数本の伝熱棒６０が突設された前記放熱体５６と、熱伝達用バー５８の端部に装着された受け台６１と、通電時に伝熱棒６０を把持した状態で放熱体５６を装置ハウジング５９に支持させる電磁捕縛リング６２とが収容されている。

電磁捕縛リング６２は、電源消失時に開いて伝熱棒６０を解放し、これにより放熱体５６及び伝熱棒６０が落下し、この伝熱棒６０が受け台６１の嵌合穴６３に挿入して嵌合する。この結果、放熱体５６が伝熱棒６０、受け台６１及び熱伝達用バー５８を経てヒートシンク４２に熱的に連結され、液体金属冷却原子炉１０の停止時における電源消失時に、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３の熱がヒートシンク４２にて放熱されると共に、冷却装置５７の放熱体５６からも放熱される。また、液体金属冷却原子炉１０の通常運転時には、電磁捕縛リング６２が前述の如く伝熱棒６０を把持しているので、この伝熱棒６０が受け台６１の嵌合穴６３に嵌合せず、放熱体５６は、ヒートシンク４２に対し熱的に遮断されている。

従って、本実施形態によれば、前記第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（２）及び（３）を奏する。

（２）液体金属冷却原子炉１０の停止時における電源消失時に、冷却装置５７の放熱体５６が熱伝達用バー５８等を介してヒートシンク４２に熱的に連結されるので、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３の熱をヒートシンク４２にて放熱できると共に、熱伝達用バー５８等を経て冷却装置５７の放熱体５６にても放熱でき、液体金属冷却材１３を更に効率よく冷却できる。と同時に、放熱体５６による放熱によって冷却用通路３３の空気排出配管３９における空気排出口４０付近の空気温度が上昇するので、空気排出配管３９及び上昇流通路３６内を上昇する空気の流量を増大させることができる。この結果、冷却用通路３３の全体を流れる空気の流速が上昇し流量を増大できるので、この空気により液体金属冷却材１３、原子炉容器１１、ガードベッセル１９及びコンクリート製構造体３１Ａをより効率的に冷却できる。これらのことから、炉心１２にて生じた残留崩壊熱を、より一層好適に除熱できる。

（３）液体金属冷却原子炉１０の通常運転時には、冷却装置５７の放熱体５６がヒートシンク４２と熱的に遮断され、且つヒートシンク４２が原子炉容器１１内の吸熱部材４１と熱的に遮断されるので、この通常運転時における液体金属冷却材１３の熱が吸熱部材４１らを介して炉外に放出される量を低減することができる。

尚、本第２実施形態においては、冷却装置５７における伝熱棒６０、受け台６１及び電磁捕縛リング６２を省略し、放熱体５６が熱伝達用バー５８に常に熱的に連結されていてもよい。この場合には、上記効果（３）を実現できないものの、冷却装置５７の構造を簡素化でき、装置のロバスト性が向上する。
また、第１実施形態で吸熱部材４１等についての説明と同様に、放熱体５６や受け台６１は種々の変形をとることが可能である。

［Ｃ］第３実施形態（図５）
図５は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第３実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第３実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム６５が前記第１実施形態と異なる点は、ガードベッセル１９の上部に第１接続配管としての上流側接続配管６６が、この上流側接続配管６６と異なる位置、例えばガードベッセル１９の下部に第２接続配管としての下流側接続配管６７がそれぞれ設けられ、これらの上流側接続配管６６及び下流側接続配管６７が、冷却用通路３３の下降流通路３５内に少なくとも一部が鉛直方向に延在して配置された放熱用配管６８に接続されて構成された点である。

前記上流側接続配管６６及び下流側接続配管６７は、ガードベッセル１９及びヒートコレクタ３４を貫通して下降流通路３５内まで延び、これらの端部が放熱用配管６８に接続される。また、これらの上流側接続配管６６及び下流側接続配管６７には、溶融弁６９が設置されている。この溶融弁６９により、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の気体（例えば不活性ガス）が放熱用配管６８内に流入可能に構成される。尚、溶融弁６９は、放熱用配管６８に設けられてもよい。

つまり、液体金属冷却原子炉１０の停止時で液体金属冷却材１３の温度が設計温度を超えると、溶融弁６９が開弁される。この溶融弁６９の開弁時に、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の高温の気体が、上流側接続配管６６を経て放熱用配管６８内を流下し、下降流通路３５内を流れる低温の空気と熱交換されて冷却された後、下流側接続配管６７を経て隙間２６内に戻されて循環する。このようにして、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の気体が直接冷却される。

以上ように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

（４）液体金属冷却原子炉１０の停止時で液体金属冷却材１３の温度が設計温度を超えると、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の気体は放熱用配管６８内を流れ、下降流通路３５を流れる空気により冷却される。このため、原子炉容器１１を効率よく冷却することができる。

［Ｄ］第４実施形態（図６）
図６は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第４実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第６実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム７０が前記第１実施形態と異なる点は、ガードベッセル１９の上部に流出配管７１が、冷却用通路３３の下降流通路３５に開口して設けられ、この流出配管７１よりも低い位置、例えばガードベッセル１９の下部に流入配管７２が、下降流通路３５内で鉛直上方に延びた流入配管７３に接続されて構成された点である。この流入配管７３は、下降流通路３５に開口して設けられる。

流出配管７１及び流入配管７２は、ガードベッセル１９及びヒートコレクタ３４を貫通して下降流通路３５まで延び、溶融弁７４を備える。この溶融弁７４により、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の気体が、流出配管７１を経て下降流通路３５内へ流出可能とされ、この流出分に相当する下降流通路３５内の空気が、流入配管７３及び流入配管７２を経て上記隙間２６内へ流入可能に構成される。

つまり、液体金属冷却原子炉１０の停止時で液体金属冷却材１３の温度が設計温度を超えると、溶融弁７４が開弁される。この溶融弁７４の開弁により、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の高温の気体が、流出配管７１を経て下降流通路３５内へ流出する。この流出した気体と同量の低温の空気が、下降流通路３５から流入配管７３に取り込まれ、流入配管７２を経て隙間２６内へ流入し、この隙間２６内の温度上昇が抑制される。

以上のように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。

（５）液体金属冷却原子炉１０の停止時で液体金属冷却材１３の温度が設計温度を超えると、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内の高温の気体が冷却用通路３３の下降流通路３５へ流出し、この流出した気体と同量の低温の空気が下降流通路３５から流入配管７３により取り込まれ、上記隙間２６内へ流入する。このため、この低温の空気の流入によって隙間２６内の温度上昇が抑制されるので、原子炉容器１１を効率的に冷却できる。

［Ｅ］第５実施形態（図７）
図７は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第５実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第５実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム７５が前記第１実施形態と異なる点は、原子炉容器１１の上部に、この原子炉容器１１を貫通して、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６に開口する導出配管７６が設けられ、この導出配管７６を経て、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３が上記隙間２６内へ導入可能に構成された点である。

前記導出配管７６は、原子炉容器１１の上部で液体金属冷却材１３が満たされた箇所(つまり、液体金属冷却材１３の液面よりも低い位置)に設けられ、溶融弁７７を備える。この溶融弁７７は、液体金属冷却原子炉１０の停止時で、液体金属冷却材１３が設計温度を超えると開弁する。この溶融弁７７の開弁時に、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３が導出配管７６を経て、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に導入され、この隙間２６の熱伝導率が高められる。

以上のように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏する他、次の効果（６）を奏する。

（６）液体金属冷却原子炉１０の停止時で炉心１２の温度が設計温度以上のときに、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３が導出配管７６を経て、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に導入され、この隙間２６の熱伝導率が高められる。このため、原子炉容器１１とガードベッセル１９との温度差が小さくなり、冷却用通路３３の上昇流通路３６を流れる空気によって原子炉容器１１を効率良く冷却できる。

［Ｆ］第６実施形態（図８）
図８は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第６実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第６実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム８０が前記第１実施形態と異なる点は、ガードベッセル１９の上部に注入配管８１が設けられ、この注入配管８１が、ガードベッセル１９の外側に設置された液体金属貯蔵容器８２に接続され、この液体金属貯蔵容器８２内に貯蔵された液体金属（例えば液体ナトリウム）が注入配管８１を経て、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に注入可能に構成された点である。

前記注入配管８１は、ガードベッセル１９を貫通して設けられ、溶融弁８３を備える。この溶融弁８３は、液体金属冷却原子炉１０の停止時で、液体金属冷却材１３が設計温度を超えると開弁する。この溶融弁８３の開弁時に、液体金属貯蔵容器８２内の液体金属が注入配管８１を経て、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に注入され、この隙間２６の熱伝導率が高められる。

以上のように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（７）を奏する。

（７）液体金属冷却原子炉１０の停止時で炉心１２の温度が設計温度以上のときに、液体金属貯蔵容器８２内の液体金属が注入配管８１を経て、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に注入され、この隙間２６の熱伝導率が高められる。このため、原子炉容器１１とガードベッセル１９との温度差が小さくなり、冷却用通路３３の上昇流通路３６を流れる空気によって原子炉容器１１を効率良く冷却できる。

［Ｇ］第７実施形態（図９）
図９は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第７実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第７実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム８５が前記第１実施形態と異なる点は、冷却用通路３３の上昇流通路３６側、即ちこの上昇流通路３６に接続された空気排出配管３９の空気排出口４０付近に熱交換器８６が内蔵され、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３に浸漬される浸漬部８８を備えた配管８７が、前記熱交換器８６に接続されてループ状の流路を形成するよう構成された点である。

前記配管８７は、原子炉容器１１及びガードベッセル１９を貫通して設けられて、一部が熱交換器８６に接続されると共に、内部に冷媒（例えば液体ナトリウム）が充填されている。更に配管８７には、浸漬部８８に溶融弁８９が配設されている。この溶融弁８９により、冷媒が配管８７内を流通できないように構成される。

液体金属冷却原子炉１０の停止時に液体金属冷却材１３の温度が設計温度を超えると、溶融弁８９が開弁され、冷媒が配管８７内を自由に流通可能となる。そして、配管８７の浸漬部８８で原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３により加熱された高温の冷媒は、その密度が小さくなって熱交換器８６側へ流動する。冷媒は、熱交換器８６内で、冷却用通路３３の空気排出配管３９を流れる空気により冷却されて低温となり、密度が大きくなって、配管８７内を浸漬部８８へ向けて流動する。このようにして、配管８７内の冷媒は、浸漬部８８と熱交換器８６との間で循環し、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３が冷却される。

以上のように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（８）を奏する。

（８）液体金属冷却原子炉１０の停止時で炉心１２の温度が設計温度以上のときに、配管８７内の冷媒が、この配管８７の浸漬部８８で原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３により加熱され、熱交換器８６で冷却用通路３６の空気排出配管３９を流れる空気により冷却される。このため、この冷媒を介して、原子炉容器１１内の液体金属冷却材１３を効率良く冷却できる。

［Ｈ］第８実施形態（図１０）
図１０は、本発明に係る液体金属冷却原子炉用受動冷却システムの第８実施形態が適用された液体金属冷却原子炉を示す側断面図である。この第８実施形態において、前記第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施形態の受動冷却システム９０が前記第１実施形態と異なる点は、冷却用通路３３の上昇流通路３６側、即ちこの上昇流通路３６に接続された空気排出配管３９の空気排出口４０付近に熱交換器９１が内蔵され、原子炉容器１１とガードベッセル１９との隙間２６内に配管９２の一部が配設され、この配管９２がガードベッセル１９を貫通し、その他の一部が前記熱交換器９１に接続されて、配管９２がループ状の流路を形成するよう構成された点である。

配管９２は、内部に冷媒（例えば液体ナトリウム）が充填され、この冷媒に、原子炉容器１１からの熱が主に熱輻射及び熱伝導により伝達される。更に、配管９２には、例えば隙間２６に位置する部分に溶融弁９３が配設される。この溶融弁９３により、冷媒が配管９２内を流通できないように構成される。

つまり、液体金属冷却原子炉１０の停止時に隙間２６の温度が設計温度を超えると、溶融弁９３が開弁され、冷媒が配管９２内を自由に流通可能となる。そして、配管９２における隙間２６内に位置する部分で原子炉容器１１により加熱された高温の冷媒は、その密度が小さくなって熱交換器９１側へ流動する。冷媒は、熱交換器９１内で、冷却用通路３３の空気排出配管３９を流れる空気により冷却されて低温になり、密度が大きくなって、配管９２内を隙間２６に位置する部分側へ流動する。このようにして、配管９２内の冷媒は熱交換器９１を通って循環し、隙間２６内のガスを冷却する。

以上のように構成されたことから、本実施形態においても、前記第１及び第２実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（９）を奏する。

（９）液体金属冷却原子炉１０の停止時で炉心１２の温度が設計温度以上のときに、配管９２内の冷媒が、隙間２６に位置する部分において原子炉容器１１により加熱され、熱交換器９１で冷却用通路３３の空気排出配管３９を流れる空気により冷却される。このため、この冷媒を介して、隙間２６内のガスが効率よく冷却され、結果的に原子炉容器１１を効率的に冷却できる。

以上、本発明を各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形してもよく、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、第３〜第８実施形態では、第１実施形態の吸熱部材４１及びヒートシンク４２等、または第２実施形態の吸熱部材４１、ヒートシンク４２及び冷却装置５７等が適用された態様について述べたが、これらの第１及び第２実施形態が適用されない態様であってもよい。この場合にも、第３〜第８実施形態は、炉心１２にて発生した残留崩壊熱に対し受動冷却機能を十分に発揮できる。

１０ 液体金属冷却原子炉
１１ 原子炉容器
１２ 炉心
１３ 液体金属冷却材
１９ ガードベッセル
２４ 上部プラグ
２６ 隙間
３２ 受動冷却システム
３３ 冷却用通路
３４ ヒートコレクタ
３５ 下降流通路
３６ 上昇流通路
３７ 空気導入配管(吸気通路)
３９ 空気排出配管(排気通路)
４１ 吸熱部材
４２ ヒートシンク
４３ 吊り下げ棒(吸熱部材支持手段)
４８ 電磁捕縛リング(ヒートシンク保持手段)
５５ 受動冷却システム
５６ 放熱体(放熱部)
５７ 冷却装置
５８ 熱伝達用バー（伝熱部材）
６５ 受動冷却システム
６６ 上流側接続配管(第１接続配管)
６７ 下流側接続配管(第２接続配管)
６８ 放熱用配管
７０ 受動冷却システム
７１ 流出配管
７２ 流入配管
７３ 流入配管
７５ 受動冷却システム
７６ 導出配管
８０ 受動冷却システム
８１ 注入配管
８２ 液体金属貯蔵容器
８５ 受動冷却システム
８６ 熱交換器
８７ 配管
８８ 浸漬部
９０ 受動冷却システム
９１ 熱交換器
９２ 配管

Claims (10)

1. 液体金属冷却材が収容された原子炉容器の上部に、少なくとも一部が前記液体金属冷却材に浸漬した状態で配置された吸熱部材と、
   前記吸熱部材を支持し、前記原子炉容器の上方までのびた吸熱部材支持手段と、
   前記吸熱部材支持手段の上方に配置されたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを保持する前記ヒートシンク保持手段とを有し、
   前記ヒートシンクは、前記ヒートシンク保持手段による保持が解除されると落下し、前記吸熱部材支持手段を介して前記吸熱部材と熱的に連結されることを特徴とする液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
2. 前記ヒートシンク保持手段は、その電源が喪失すると前記ヒートシンクの保持を解除するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
3. 前記原子炉容器を格納するガードベッセルと、
   このガードベッセルを収容するサイロとの間に設けられたヒートコレクタと、
   前記サイロ内部に空気をとりこむ吸気流路と、
   前記サイロ内部の空気を排出する排気流路と、を備え、
   前記ヒートコレクタと前記サイロとの間に、前記吸気流路からとりこんだ空気が下降する下降流通路が形成され、
   前記ヒートコレクタと前記ガードベッセルとの間に、前記下降流通路を通過した空気が上昇する上昇流通路が形成され、
   前記上昇流通路を通過した空気は前記排気流路から排出されることを特徴とする請求項１または請求項１または２記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム
4. 前記排気流路中に配置された放熱部と、
   前記ヒートシンクと前記放熱部を連結する伝熱部材と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
5. 前記ガードベッセルを貫通して設けられた第１接続配管と、
   前記ガードベッセルを貫通し、前記第１接続配管と異なる位置に設けられた第２接続配管と、
   前記第１および第２接続配管に接続され、少なくとも一部が前記下降流通路中に位置する放熱用配管と、
   前記接続配管または前記放熱用配管に設けられた溶融弁と、を備えることを特徴とする請求項３または４に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
6. 前記ガードベッセルを貫通し、前記下降流通路中に開口した流出配管と、
   前記ガードベッセルを貫通し、前記流出配管よりも低位置で前記下降流通路中に開口した流入配管と、
   前記流出配管と前記流入配管それぞれに設けられた溶融弁と、を備えたことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
7. 前記液体金属冷却材の液面よりも低位置で前記原子炉容器を貫通し、前記原子炉容器とガードベッセルとの隙間内に開口する導出配管と、
   前記導出配管に設けられた溶融弁と、を備えることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
8. 前記ガードベッセルを貫通する注入配管と、
   この注入配管に接続され、内部に液体金属を貯蔵した液体金属貯蔵容器と、
   前記注入配管に設けられた溶融弁と、を特徴とする請求項３乃至７の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
9. 一部が前記排気流路中に位置し、一部が前記原子炉容器内の前記液体金属冷却材に浸漬され、前記原子炉容器および前記ガードベッセルを貫通してループ状の流路を形成し、内部を冷媒が流通する配管を備えることを特徴とする請求項３乃至８の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
10. 一部が前記排気流路中に位置し、一部が前記原子炉容器と前記ガードベッセルの隙間に位置し、前記ガードベッセルを貫通してループ状の流路を形成し、内部を冷媒が流通する配管を備えることを特徴とする請求項３乃至９の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。

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