JPH0332037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高速増殖炉の熱遮蔽装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、高速増殖炉は液体ナトリウム等の液体
金属を冷却材として使用しており、原子炉容器内
にその冷却材を充填し、その自由液面上とルーフ
スラブとの上部空間に不活性ガスからなるカバー
ガスを充填して形成されている。

一方、この液体金属からなる冷却材は熱伝達能
力が極めて大きいため、この冷却材に接している
原子炉容器の壁部の温度はこの冷却材の温度変化
に対して極めて早く追従する。しかしながら、原
子炉容器のうち冷却材の液面より上方の部分の壁
部の温度は、冷却材の温度変化には追従しない。

このため、原子炉の運転開始、停止の場合のよ
うに冷却材の温度が変化すると、原子炉容器のう
ち冷却材の液面下の部分と液面上の部分との間に
大きな温度差が生じてしまう。これに伴つて、こ
の冷却材の液面近傍の原子炉容器壁には大きな温
度勾配が生じ、過大な熱応力が発生し、原子炉容
器の健全性を損なう可能性があつた。

そこで、従来は原子炉容器の内側に断熱壁を添
設し、この断熱壁と原子炉容器内面との間に低温
の冷却材を流通させ、炉心の上面から流出した高
温の冷却材が原子炉容器に直接接触しないように
して、原子炉容器の健全性の確保を行なつてい
る。すなわち、原子炉容器内に設けられた循環ポ
ンプから炉心部に向けて送出される原子炉容器内
の低温な冷却材の一部を、前記断熱壁と原子炉容
器内面との間を流通せしめる冷却材流路を設けて
形成している。

しかし、この方式には循環ポンプがトリツプし
た時に断熱効果が低下する等の問題があつた。

そのほかに、原子炉容器内壁の液面近傍に、全
周に亘つてガス空間であるガスダムを形成する内
壁ライナを設けて、高温な冷却材と原子炉容器内
壁との直接接触を防止して、液面近傍の冷却材の
温度変化が直接原子炉容器に伝わるのを防止する
ことが行なわれている。

しかし、この方式では上部ガス空間の原子炉容
器内壁で凝縮した冷却材や、何らかの原因で冷却
材が原子炉容器と内壁ライナとの間のガスダム内
に流入して溜つた場合には、伝熱を妨げる効果が
減少してしまう。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、ガスダム内の冷却材を汲出して、冷却材の液
面近傍の原子炉容器内面と冷却材とをガス空間に
より確実に隔離することができ、冷却材から原子
炉容器への伝熱量を低減させて原子炉容器の熱応
力を減少させ、原子炉容器の健全性を確保し、更
に構造が簡単であり長期に亘る動作が可動であ
り、信頼性の高い高速増殖炉の熱遮蔽装置を提供
することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置は、原子炉容
器の内壁面の内方全周に亘つて内壁ライナを設け
て、内部の冷却材の自由液面上からその自由液面
下の部分と前記内壁面との間にガス空間となるガ
スダムを形成し、このガスダム内に溜つた冷却材
を不活性ガスの気泡を利用して前記自由液面上へ
汲出す気泡ポンプを設けて形成し、ガスダム内に
冷却材が滞留するのを防止し、原子炉容器を冷却
材から隔離することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明は冷却材が自由液面をもつて充填されて
いる如何なる原子炉容器にも適用されるものであ
り、特に冷却材温度が500℃以上で運転されるこ
との多いループ型やタンク型の高速増殖炉の原子
炉容器に適している。

第１図から第９図に示す実施例はタンク型の高
速増殖炉に適用したものである。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示
す。

先ず、タンク型の高速増殖炉を第１図について
説明する。

タンク型の原子炉容器１は、その外側を安全容
器２によつて保護されており、この安全容器２を
コンクリート製の格納容器３内に吊下することに
より支承されている。この原子炉容器１は、その
上端開口部をルーフスラブ４により閉塞されて密
閉容器とされ、内部に液体ナトリウム等の液体金
属からなる冷却材５が充填されており、その冷却
材５の自由液面５ａとルーフスラブ４の下面との
間のカバーガス空間６内にアルゴンガスやヘリウ
ムガス等の不活性ガスからなるカバーガスが充填
されている。また、原子炉容器１の中央底部には
高圧プレナム７を介して炉心８が設けられてお
り、この炉心８の上方にはルーフスラブ４に大回
転プラグ９および小回転プラグ１０を介して炉心
上部機構１１が設けられている。

ルーフスラブ４には冷却材５を強制循環させる
循環ポンプ１２と、一次冷却材と二次冷却材との
熱交換を行なわせる中間熱交換器１３が垂下支持
されている。原子炉容器１内は中性子遮蔽体１４
により上方の高温域１４ａと下方の低温域１４ｂ
とに隔離されている。

このタンク型の高速増殖炉の運転は次のように
して行なわれる。

すなわち、循環ポンプ１２を稼働させて、入口
１２ａから低温域１４ｂ内の低温の冷却材を吸込
み、そして高圧配管１５を通して冷却材を高圧プ
レナム７内に送給する。冷却材は高圧プレナム７
を経て炉心８内を上昇する間に昇温されて高温の
冷却材５となつて高温域１４ａ内に流出する。こ
の高温域１４ａ内の冷却材５は中間熱交換器１３
内へ入口１３ａから流入し、その中間熱交換器１
３内を流れる２次冷却材と熱交換して冷却され、
出口１３ｂから低温域１４ｂ内に流出され、再び
循環ポンプ１２内へ流入する。

そして、この運転の際に、カバーガス空間６内
にあるカバーガスは、冷却材がその温度変化に伴
つてその体積を膨縮された場合の原子炉容器１内
の内圧変化を吸収緩和させて、原子炉構成機器に
及ぼす悪影響の発生を防止する。更に、ルーフス
ラブ４や回転プラグ９，１０に取付けられている
原子炉上部機器の熱的トラブル発生を防止し、ま
た、冷却材５自身が直接接触または付着すること
によつて生じる断熱性低下等のトラブルの発生を
防止している。

次に、第１図および第２図に示す本発明の熱遮
蔽装置について説明する。

原子炉容器１の内方に、冷却材５の自由液面５
ａの上方からその下方部分までの間に断面Ｌ字形
で全周に亘る内壁ライナ１６を固着して、原子炉
容器１と内壁ライナ１６との間にカバーガス空間
６と連通するガスダム１７が形成されている。こ
のガスダム１７内には、内部に溜つた冷却材を冷
却材５の自由液面５ａ上へ不活性ガスの気泡を利
用して吸出す気泡ポンプ１８が設けられている。
この気泡ポンプ１８は不活性ガスをガスダム１７
内の底部へ送給するガス注入管１９と、このガス
注入管１９の上向きの吹出しノズル１９ａに下端
が外嵌され、上端が内壁ライナ１６の上端面より
高所部分で自由液面５ａに向けて曲げられている
吸出し管２０とにより形成されている。また、ガ
ス注入管１９はルーフスラブ４を貫通して原子炉
容器１の外部から導入されており、ガス循環ポン
プ２１によりガス注出管２２およびペーパートラ
ツプ２３を通して注出されたカバーガス空間６内
のカバーガスが循環供給させられる。ガス注入管
１９にはカバーガス圧を調整するために不活性ガ
スボンベ２４が接続されている。

次に実施例による熱遮蔽作用を説明する。

高温域１４ａ内の冷却材５は炉心８を通過する
間に約500℃に加熱され、その自由液面５ａから
カバーガス空間６内へ蒸発する。一方、ルーフス
ラブ４はその上面は常温に近く低温であり、その
ためカバーガス空間６に面する下面の温度も冷却
材５の温度より低い。そこで、カバーガス空間６
内へ蒸発した冷却材５の蒸気がルーフスラブ４の
下面に凝縮する。また、原子炉容器１の壁面も安
全容器２を通して外部へ熱が放散されて冷却され
る。この原子炉容器１のカバーガス空間６内にあ
る内壁部分の温度は冷却５の液温よりも低く、そ
のため冷却材５の蒸気が凝縮する。この冷却材５
の凝縮は、原子炉運転中または冷却材５が原子炉
容器１の内壁温度よりも高温に保たれている間は
常に進行する。

従つて、原子炉容器１の内壁温度が冷却材５で
ある液体金属ナトリウムの凝固温度（約98℃）以
上に保たれていると、原子炉容器１の内壁面に凝
縮したナトリウムが常に液体状態に保たれる為
に、液滴として流下し、ガスダム１７の底部に溜
る。このガスダム１７内に溜つた液体金属ナトリ
ウムの熱伝達率は極めて高いので、内壁ライナ１
６内の冷却材５の保有する熱が原子炉容器１に伝
達されてしまう。

そこで本実施例では、ガス循環ポンプ２１を稼
働させて、ガス注入管１９へ不活性ガスを強制送
給する。すると、このガス注入管１９の吹出しノ
ズル１９ａから汲出し管２０内に吹出された不活
性ガスは、ガスダム１７内に溜つた液体金属ナト
リウム中で気泡となり、気泡間に液体金属ナトリ
ウムを挟持した状態で汲出し管２０内を上昇し、
その上端開口２０ａから放出されるとともに液体
金属ナトリウムを自由液面５ａ上に戻す。この気
泡ポンプ１８による液体金属ナトリウムの汲出し
を断続することにより、ガスダム１７内の液体金
属を全部自由液面５ａ上に汲出することができ
る。

これにより、ガスダム１７内は常に不活性ガス
で満されることとなり、その熱遮蔽作用が完全に
果され、原子炉容器１に大きな熱応力が発生する
のを防止される。また、ガスダム１７の下部すな
わち内壁ライナ１６の下部は、低温域１４ｂとな
つているので、原子炉容器１は低温に保たれる。
この気泡ポンプ１８は原子炉容器１内に機械的稼
働部分がなく、故障が起り難く、信頼性が高い。

また、ガス注入管１９の吹出しノズル１９ａを
汲出し管２０内に更に深く挿入すると、吹出しノ
ズル１９ａの部分で発生した気泡を汲出しノズル
２０の外部へ洩らすことがほとんど無くなり、少
ないガス注入量で効率よく液体金属ナトリウムの
汲出しを行なうことができる。また、注入ガス圧
を高くしても気泡が汲出しノズル２０から漏洩す
ることがないので、吹出しノズル１９ａからのガ
スの吹出し流速を上げ、高速かつ短時間でガスダ
ム１７内の液体金属ナトリウムを汲出することが
できる。

また、ガス注入管１９内へは、カバーガス空間
６内の不活性ガスが循環供給されるものであり、
放射性ガスが外界へ放出されるおそれがなく、ま
た原子炉容器１内のカバーガス圧力が異常に上昇
するおそれもなく、安全性が大きい。また、非常
時にガス循環ポンプ２１への通電が断たれたとき
には、図示しない隔離弁を開けて、不活性ガスボ
ンベ２４内の不活性ガスをガス注入管１９へ送給
することにより、ガスダム１７内の液体金属ナト
リウムの汲出しが断続され、安全性、信頼性が確
保される。この時には、カバーガス空間６内のガ
ス圧の調整が図示せぬ調整系により行なわれる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

本実施例はガスダム１７の底部に単数もしくは
複数個の有底状の液溜め２５を設け、各液溜め２
５にガス注入管１９および汲出し管２０からなる
気泡ポンプ１８の下端部を挿入させて形成したも
のである。

本実施例においては、液溜め２５内に溜つた液
体金属ナトリウムを汲出するものであり、ガスダ
ム１７内に溜つた液体金属ナトリウムを汲残しな
く汲出することができる。

また、気泡ポンプにおいてはその原理より、液
体の最高汲上げ高さは、被汲上げ液体の液高の４
〜８倍必要であることが知られている。一方、こ
の種のタンク型の高速増殖炉においては、原子炉
容器１の直径が20ｍ前後にもなり、その内周面全
周に亘つて設けられるガスダム１７の底面積が広
く、更にガスダム１７の高さも数ｍから10数ｍに
もなるので、汲出し管２０による汲上げ可能な高
さまでの液体金属ナトリウムの量は非常に多く必
要である。しかしながら、本実施例においては、
液溜め２５の部分において汲上げ可能な高さの大
部分を占めることができ、しかも液溜め２５の容
積は小さいので少量の液体金属ナトリウムが溜つ
た場合でも、能率よく汲出すことができる。ま
た、液溜め２５は原子炉容器１とは接触していな
いので、液溜め２５内に溜つた液体金属ナトリウ
ムにより原子炉容器１が加熱されることもない。

第４図および第５図は本発明の他の実施例を示
し、それぞれルーフスラブ４の上部からガスダム
１７の底部および液溜め２５の底部まで有底状の
液位計ガイド管２６，２６を挿入するとともに、
各液位計ガイド管２６，２６の底部に液体金属ナ
トリウムの液位を検出する液位計２７，２７を設
置したものである。

この液位計２７，２７によりガスダム１７内に
どの位いの液体金属ナトリウムが溜つているか常
に監視することができ、気泡ポンプ１８の作動さ
せる時期の判断が可能であり、かつ気泡ポンプ１
８による汲出しが順調に行なわれているか否かの
監視や汲出し終了時期の判断を行なうことができ
る。また、この液位計２７，２７の検出信号とガ
ス循環ポンプ２１の駆動スイツチとを連動させる
ことにより、ガスダム１７内に溜つた液体金属ナ
トリウムを自動的に汲出すことができる。

第６図から第８図は、気泡ポンプによる液体金
属ナトリウムの汲出し効率を向上させた実施例を
示す。

一方の第６図は、ガス注入管１９の吹出しノズ
ル１９ａの部分に複数の吹出し口を穿設したり、
多孔質の焼結金属をもつて吹出しノズル１９ａと
したものである。

すなわち、吹出しノズル１９ａから発生される
不活性ガスの気泡の大きさと個数を汲出し管２０
内径との関係で適切に調整して、できるだけ少量
の注入ガス量で、かつ、できるだけ多量の液体金
属ナトリウムを、できるだけ短時間で汲上げるよ
うにしたものであり、小径の多数の気泡の上昇力
が液体金属ナトリウムに伝わり、相互に混合して
二相流となつて上昇するので、極めて効率のよい
汲出しが行なわれる。

他方の第７図および第８図は、中心部の直管状
のガス注入管１９の外側に二重管状にして汲出し
管２０を設け、このガス注入管１９と汲出し管２
０との間の直管部分に多数（本実施例では８本）
の複合管２０ｂ，２０ｂを介装したものである。

一般に、汲出し管２０の内径を過大にすると、
不活性ガスの気泡の上昇力による汲出し管２０内
の液体金属ナトリウムの持上げ力よりも液体金属
ナトリウムの自重が大きくなつたり、一方その内
径を過小にすると液体金属ナトリウムの粘性や表
面張力が作用して不活性ガス気泡が汲出し管２０
内を上昇できなくなつたりして、気泡ポンプとし
て機能しなくなつてしまう。そのため、効率的な
汲出しが可能な汲出し管の内径には制限があり、
１本の汲出し管によつて汲出し可能な液体金属ナ
トリウムの量にも限界がある。

これに対し、本実施例では、中央のガス注入管
１９から多量の不活性ガスを注入し、多量の液体
金属ナトリウムを各複合管２０ｂ，２０ｂに分割
して、良好に汲上げることができ、短時間に多量
の液体金属ナトリウムの汲出しを行なうことがで
きる。

第９図ａ〜ｃはそれぞれガス注入管から原子炉
容器内へ送給される不活性ガスを所定温度まで昇
温させるようにしたものである。

すなわち、第９図ａはガス注入管１９内にヒー
タ２８を装填して不活性ガスをヒータ２８で加熱
昇温させるものであり、同図ｂ，ｃはガス注入管
１９の途中のガスダム１７内で螺旋状１９ｂに形
成したり、蛇行状１９ｃに形成したりしてガス注
入管１９を長く形成し、ガスダム内の高温なカバ
ーガスにより内部の不活性ガスを加熱昇温させる
ものである。

このようにルーフスラブ４の外部から注入され
る不活性ガスはヒータ２８、螺旋状１９ｂ部、蛇
行状１９ｃ部において十分加熱昇温されるので、
低温のまま吹出しノズル１９ａから吹出されて、
そのノズル周辺に液体金属ナトリウム中の不純物
が析出して、不活性ガスの気泡発生妨害が生じる
ことを防止する。

なお、気泡ポンプ１８において、ガス注入管１
９と汲出し管２０とを単に二重管状に形成しても
よく、またガス循環ポンプ２１を原子炉容器１内
に設置してもよい。

また、熱遮蔽のために原子炉容器内壁に熱抵抗
体を取付けた原子炉や、ガスダムを形成する内壁
ライナ部に原子炉容器内下部の低温域の冷たい冷
却材を導入して原子炉内壁を冷却する炉壁冷却型
原子炉に本発明の熱遮蔽装置を合せて適用すれ
ば、熱遮蔽効果が更に高くなる。

また、気泡ポンプのルーフスラブ貫通部分にフ
ランジ構造またはドアバルブ構造等により開閉自
在とし、この開閉部分から気泡ポンプの構成部分
をガスダム内に挿脱するように形成すると、ガス
ダム内の液体金属ナトリウムの汲出し時のみに気
泡ポンプを原子炉容器内に装置することができ、
保守、点検等が容易となり信頼性が高い。

また、気泡ポンプ１８の構成各部や内壁ライナ
１６等はナトリウムとの共存性が十分確められて
いるステンレス系の鋼材で製するので、耐久性は
十分である。

また、気泡ポンプ１８への不活性ガスの供給は
閉ループにより循環させるものであるから、ガス
循環ポンプ２１の運転を断続させることができ、
ガスダム１７内に液体金属ナトリウムが汲上げ可
能高さまで溜ると自動的に汲上げることができ、
その高さより低い場合には不活性ガスのみが循環
する運転を行なうことができる。

本発明装置は規模が小さいので、原子炉容器１
やルーフスラブ４の設計、製作、組立てに与える
困難性、や工期延長等の影響を生じることがな
く、また、ガスダム１７の幅を自由に設定するこ
とができ原子炉容器１自身の直径を小さく抑える
ことも可能となる。

〔発明の効果〕

このように本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置
は、ガスダム内に溜つた液体金属ナトリウムを常
に汲出すことができ、冷却材の液面近傍の原子炉
容器内面の高温な冷却材とをガス空間により確実
に隔離することができ、冷却材から原子炉容器へ
の伝熱量を低減させて原子炉容器の熱応力を減少
させ、原子炉容器の健全性を確保し、更に構造が
簡単であり長期に亘る動作が可能であり、信頼性
も高い等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の高速増殖炉の熱遮蔽装置の実施
例を示し、第１図は本発明の一実施例を備えた高
速増殖炉の縦断側面図、第２図は同実施例のガス
ダム部の拡大断面図、第３図から第７図はそれぞ
れ本発明の他の実施例を示す第２図同様の断面
図、第８図は第７図の−線に沿つた拡大断面
図、第９図ａ〜ｃはそれぞれ本発明の更に他の実
施例を示す第２図同様の断面図である。 １……原子炉容器、４……ルーフスラブ、５…
…冷却材、５ａ……自由液面、６……カバーガス
空間、１６……内壁ライナ、１７……ガスダム、
１８……気泡ポンプ、１９……ガス注入管、１９
ａ……吹出しノズル、２０……汲出し管、２０ａ
……複合管、２５……液溜め。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器の内壁面の内方全周に亘つて内壁
   ライナを設けて、内部の冷却材の自由液面上部か
   らその自由液面下部までの部分と前記内壁面との
   間にガス空間となるガスダムを形成し、このガス
   ダム内に溜つた冷却材を不活性ガスの気泡を利用
   して前記自由液面上へ汲出す気泡ポンプを設けた
   ことを特徴とする高速増殖炉の熱遮蔽装置。 ２ 気泡ポンプは、ルーフスラブの外部からガス
   ダム低部へ不活性ガスを送給するガス注入管と、
   下端が前記ガス注入管の吹出しノズルにゆるく外
   嵌され上端が冷却材の自由液面上方に開口してい
   る汲出し管とで形成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の熱遮蔽
   装置。 ３ ガスダムの底部に単数若しくは複数の有底状
   の液溜めを設け、この液溜め内に気泡ポンプの下
   端部を挿入したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の高速増殖炉の熱遮蔽装
   置。 ４ ガス注入管の吹出しノズル部を小径気泡を発
   生させるように、複数の吹出口を穿設したり多孔
   質金属で形成することを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の高速増殖炉の熱遮蔽装置。 ５ ガス注入管を直管状とし、その外側を二重管
   状にして汲出し管により覆い、この汲出し管とガ
   ス注入管との間の直管部分に複数の複合管を配設
   したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の高速増殖炉の熱遮蔽装置。 ６ ガス注入管は内部を流通する不活性ガスを加
   温できることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の高速増殖炉の熱遮蔽装置。