JPH1123773A - 高速増殖炉の炉心冷却構造 - Google Patents
高速増殖炉の炉心冷却構造Info
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- JPH1123773A JPH1123773A JP9179296A JP17929697A JPH1123773A JP H1123773 A JPH1123773 A JP H1123773A JP 9179296 A JP9179296 A JP 9179296A JP 17929697 A JP17929697 A JP 17929697A JP H1123773 A JPH1123773 A JP H1123773A
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- core tank
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- coolant
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】直接炉心冷却方式の高速増殖炉の炉心槽内の対
流を促進させ、自然循環時の崩壊熱除去機能を向上させ
る炉心構造の提供にある。 【解決手段】炉心槽と最外周の集合体(中性子遮へい
体)の間を支持する炉心側部支持板にフローホールを設
けることにより、炉内熱交換器から排出される低温の冷
却材が炉心槽内に流れこむ経路を設ける。また、制御棒
集合体のラッパ管の上部パッド及び中間パッド下部に開
口部を設け、炉心槽内部の冷却材と上部プレナムとの連
通経路を設ける。あるいは、ガス膨張機構(GEM)を
設置した炉心において、GEMの一部を炉心槽内部の冷
却材と上部プレナムとの連通経路を備えた機構とする。
流を促進させ、自然循環時の崩壊熱除去機能を向上させ
る炉心構造の提供にある。 【解決手段】炉心槽と最外周の集合体(中性子遮へい
体)の間を支持する炉心側部支持板にフローホールを設
けることにより、炉内熱交換器から排出される低温の冷
却材が炉心槽内に流れこむ経路を設ける。また、制御棒
集合体のラッパ管の上部パッド及び中間パッド下部に開
口部を設け、炉心槽内部の冷却材と上部プレナムとの連
通経路を設ける。あるいは、ガス膨張機構(GEM)を
設置した炉心において、GEMの一部を炉心槽内部の冷
却材と上部プレナムとの連通経路を備えた機構とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却材に熱伝導性
の高い液体金属を用いていることを活用し、全交流電源
が喪失された場合でも冷却材の自然循環により炉心の崩
壊熱を除去し、事象を安全に収束させる設計を行う高速
増殖炉に係り、崩壊熱除去系に直接炉心冷却系を採用し
た場合に、炉心のラッパ管とラッパ管の間に存在する流
体の自然対流(インターラッパーフロー:以下IWFと
略)を促進させ、ラッパ管の外から内部にある燃料から
発せられる崩壊熱を除去させる高速増殖炉炉心構造に関
する。
の高い液体金属を用いていることを活用し、全交流電源
が喪失された場合でも冷却材の自然循環により炉心の崩
壊熱を除去し、事象を安全に収束させる設計を行う高速
増殖炉に係り、崩壊熱除去系に直接炉心冷却系を採用し
た場合に、炉心のラッパ管とラッパ管の間に存在する流
体の自然対流(インターラッパーフロー:以下IWFと
略)を促進させ、ラッパ管の外から内部にある燃料から
発せられる崩壊熱を除去させる高速増殖炉炉心構造に関
する。
【0002】
【従来の技術】高速増殖炉においては、原子炉の運転を
継続しても炉心では所定の時間にわたって発熱を継続す
る。このような発熱を崩壊熱と呼んでいる。従来より、
この崩壊熱を除去するためにさまざまな装置が提案され
ており、その1つに原子炉容器内の冷却材中に熱交換器
を浸漬させて炉心からの崩壊熱を直接除去する直接炉心
冷却系がある。この浸漬型炉内熱交換器を含む直接炉心
冷却系を採用した高速増殖炉原子炉構造例を図1に、炉
心部の集合体配置例を図2に示す。
継続しても炉心では所定の時間にわたって発熱を継続す
る。このような発熱を崩壊熱と呼んでいる。従来より、
この崩壊熱を除去するためにさまざまな装置が提案され
ており、その1つに原子炉容器内の冷却材中に熱交換器
を浸漬させて炉心からの崩壊熱を直接除去する直接炉心
冷却系がある。この浸漬型炉内熱交換器を含む直接炉心
冷却系を採用した高速増殖炉原子炉構造例を図1に、炉
心部の集合体配置例を図2に示す。
【0003】図1において、原子炉容器1の中央部には
複数の燃料集合体2が装荷された炉心槽3があり、原子
炉容器入口配管18から供給された冷却材は炉心入口プ
レナムを介して各燃料集合体内に配分され、炉心上部プ
レナム9に出て合流した後原子容器出口配管17から出
ていき再び入口配管に戻る。
複数の燃料集合体2が装荷された炉心槽3があり、原子
炉容器入口配管18から供給された冷却材は炉心入口プ
レナムを介して各燃料集合体内に配分され、炉心上部プ
レナム9に出て合流した後原子容器出口配管17から出
ていき再び入口配管に戻る。
【0004】全交流電源喪失のような事故が発生する
と、1次冷却材の強制循環力が無くなり、直接炉心冷却
系の自然循環除熱により崩壊熱除去を行う。この時、直
接炉心冷却系の炉内熱交換器8は崩壊熱によって加熱さ
れた上部プレナム9の冷却材を上部の窓から取込み熱交
換した後下部の窓から流出させている。この方式では、
熱交換器での除熱が直接1次系の自然循環力に働くわけ
ではないため、炉心を流れる冷却材流量を大幅には増や
せず、燃料集合体の冷却能力が小さいのが大きな欠点で
となっている。
と、1次冷却材の強制循環力が無くなり、直接炉心冷却
系の自然循環除熱により崩壊熱除去を行う。この時、直
接炉心冷却系の炉内熱交換器8は崩壊熱によって加熱さ
れた上部プレナム9の冷却材を上部の窓から取込み熱交
換した後下部の窓から流出させている。この方式では、
熱交換器での除熱が直接1次系の自然循環力に働くわけ
ではないため、炉心を流れる冷却材流量を大幅には増や
せず、燃料集合体の冷却能力が小さいのが大きな欠点で
となっている。
【0005】従来、この欠点を解決する方策として、燃
料集合体ラッパ管13とラッパ管の間に存在する冷却材
を利用し、この部分の自然対流を促進させることで、ラ
ッパ管の外から集合体内部を冷却する方法が考えられて
いる。
料集合体ラッパ管13とラッパ管の間に存在する冷却材
を利用し、この部分の自然対流を促進させることで、ラ
ッパ管の外から集合体内部を冷却する方法が考えられて
いる。
【0006】図2に示す炉心配置においては、内側炉心
35及び外側炉心36において崩壊熱を発しており、径
方向ブランケット37、ガス膨張機構(GEMと略す)
40及び中性子遮へい体38においては発熱量が小さい
か発熱が全く無い領域なので、炉心槽内で中心部が高
温、外周部が低温という半径方向の温度分布が付き、本
来停留状態となっているラッパ管とラッパ管の間の領域
の冷却材が対流によって循環することになる。
35及び外側炉心36において崩壊熱を発しており、径
方向ブランケット37、ガス膨張機構(GEMと略す)
40及び中性子遮へい体38においては発熱量が小さい
か発熱が全く無い領域なので、炉心槽内で中心部が高
温、外周部が低温という半径方向の温度分布が付き、本
来停留状態となっているラッパ管とラッパ管の間の領域
の冷却材が対流によって循環することになる。
【0007】この、ラッパ管間の冷却材の自然対流はイ
ンターラッパーフロー(IWF)と呼ばれる。IWFを
促進させる方法としては、ラッパ管のスペーサとして上
部と中間部に取り付けられているパッドの隙間を大きく
するか、パッドに流路を設けることが考えられる。
ンターラッパーフロー(IWF)と呼ばれる。IWFを
促進させる方法としては、ラッパ管のスペーサとして上
部と中間部に取り付けられているパッドの隙間を大きく
するか、パッドに流路を設けることが考えられる。
【0008】このようなラッパ管形状を採用した場合、
炉内熱交換器で冷却された冷却材は、密度の関係で上部
プレナム下部に成層化して炉心上部に覆い被さり、パッ
ドの隙間を潜り込んで低温冷却材がラッパ管ギャップに
入り込むため、IWFによる燃料集合体内の除熱が期待
できる。特開昭59−44694 号,特開平8−240686 号にお
いて、このラッパ管パッドに開口を設けることを前提と
して、崩壊熱除去機能を促進させる方策が提案されてい
る。
炉内熱交換器で冷却された冷却材は、密度の関係で上部
プレナム下部に成層化して炉心上部に覆い被さり、パッ
ドの隙間を潜り込んで低温冷却材がラッパ管ギャップに
入り込むため、IWFによる燃料集合体内の除熱が期待
できる。特開昭59−44694 号,特開平8−240686 号にお
いて、このラッパ管パッドに開口を設けることを前提と
して、崩壊熱除去機能を促進させる方策が提案されてい
る。
【0009】一方、特開平8−62374号では、上部プレナ
ムから炉心槽外部(中間プレナム)あるいは炉心槽容器
を介して炉心槽内部につながる流路パスを設ける方法,
炉内熱交換器の1次側出口部を中間プレナムに貫通させ
て更に中間プレナムと炉心槽の間に貫通孔を設ける方
法,炉心外周部に設置されている非発熱集合体である中
性子遮へい体に逆流流路を設ける方法が提案されてい
る。
ムから炉心槽外部(中間プレナム)あるいは炉心槽容器
を介して炉心槽内部につながる流路パスを設ける方法,
炉内熱交換器の1次側出口部を中間プレナムに貫通させ
て更に中間プレナムと炉心槽の間に貫通孔を設ける方
法,炉心外周部に設置されている非発熱集合体である中
性子遮へい体に逆流流路を設ける方法が提案されてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】日本は世界有数の地震
国であり、実証炉以降に予定されている大型炉心では、
特にパッド部の耐震設計条件が厳しくなることから、燃
料集合体ラッパ管の6角形状に合わせた鉢巻き型のパッ
ドが現状では採用されている。このパッド形状では、パ
ッド間の隙間は殆ど無いため、炉内熱交換器からの低温
流体は炉心槽に入りにくく、炉心槽内のIWFは図1に
示すように、炉心槽内の閉じた空間での対流となるた
め、大きな除熱効果は期待できない。
国であり、実証炉以降に予定されている大型炉心では、
特にパッド部の耐震設計条件が厳しくなることから、燃
料集合体ラッパ管の6角形状に合わせた鉢巻き型のパッ
ドが現状では採用されている。このパッド形状では、パ
ッド間の隙間は殆ど無いため、炉内熱交換器からの低温
流体は炉心槽に入りにくく、炉心槽内のIWFは図1に
示すように、炉心槽内の閉じた空間での対流となるた
め、大きな除熱効果は期待できない。
【0011】一方、特開平8−62374号に提案されている
方法は、炉内熱交換器からの低温流体を炉心槽内に送り
込む方法としては有効であるが、送り込まれた冷却材が
炉心で暖められて上部プレナムに戻るための流路パスに
ついては提案されておらず、IWFを有効に活用するた
めには入口側の配慮だけでは不十分である。
方法は、炉内熱交換器からの低温流体を炉心槽内に送り
込む方法としては有効であるが、送り込まれた冷却材が
炉心で暖められて上部プレナムに戻るための流路パスに
ついては提案されておらず、IWFを有効に活用するた
めには入口側の配慮だけでは不十分である。
【0012】本発明は、直接炉心冷却方式の高速増殖炉
において、炉心の耐震性を損なうことなく、IWFを積
極的かつ有効に利用して自然循環時の崩壊熱除去機能を
促進させる炉心構造を提供することを目的とする。
において、炉心の耐震性を損なうことなく、IWFを積
極的かつ有効に利用して自然循環時の崩壊熱除去機能を
促進させる炉心構造を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の第1手段は、炉心槽内の中央部に燃料集合体、周辺部
にブランケット集合体と中性子遮へい体を、スペーサ用
のパッドを介在させて配置し、炉心槽に取り付けた側部
支持板によって中性子遮へい体を支持し、炉心槽より上
方の上部プレナム内に冷却装置と接続された炉内熱交換
器を備えた高速増殖炉において、炉心槽と中性子遮へい
体との間に設けられている側部炉心支持板にフローホー
ルを設けるとともに、炉心槽内に複数設けられている制
御棒集合体のラッパ管に開口部を設け、上部プレナム〜
炉内熱交換器〜炉心槽ラッパ管ギャップ領域の明確な流
路パスを形成させることを特徴とした高速増殖炉の炉心
冷却構造である。
の第1手段は、炉心槽内の中央部に燃料集合体、周辺部
にブランケット集合体と中性子遮へい体を、スペーサ用
のパッドを介在させて配置し、炉心槽に取り付けた側部
支持板によって中性子遮へい体を支持し、炉心槽より上
方の上部プレナム内に冷却装置と接続された炉内熱交換
器を備えた高速増殖炉において、炉心槽と中性子遮へい
体との間に設けられている側部炉心支持板にフローホー
ルを設けるとともに、炉心槽内に複数設けられている制
御棒集合体のラッパ管に開口部を設け、上部プレナム〜
炉内熱交換器〜炉心槽ラッパ管ギャップ領域の明確な流
路パスを形成させることを特徴とした高速増殖炉の炉心
冷却構造である。
【0014】また、前記目的を達成するための第2手段
は、炉心槽内の中央部に燃料集合体、周辺部にブランケ
ット集合体とガス膨張機構(GEM)と中性子遮へい体
を、スペーサ用のパッドを介在させて配置し、炉心槽に
取り付けた側部支持板によって中性子遮へい体を支持
し、炉心槽より上方の上部プレナム内に冷却装置と接続
された炉内熱交換器を備えた高速増殖炉において、炉心
槽と中性子遮へい体との間に設けられている側部炉心支
持板にフローホールを設けるとともに、炉心槽内に設け
られているGEM領域の一部を炉心槽内ラッパ管ギャッ
プ領域と上部プレナムとの連通機構に変えることで、上
部プレナム〜炉内熱交換器〜炉心槽ラッパ管ギャップ領
域の明確な自然循環パスを形成させることを特徴とした
高速増殖炉の炉心冷却構造である。
は、炉心槽内の中央部に燃料集合体、周辺部にブランケ
ット集合体とガス膨張機構(GEM)と中性子遮へい体
を、スペーサ用のパッドを介在させて配置し、炉心槽に
取り付けた側部支持板によって中性子遮へい体を支持
し、炉心槽より上方の上部プレナム内に冷却装置と接続
された炉内熱交換器を備えた高速増殖炉において、炉心
槽と中性子遮へい体との間に設けられている側部炉心支
持板にフローホールを設けるとともに、炉心槽内に設け
られているGEM領域の一部を炉心槽内ラッパ管ギャッ
プ領域と上部プレナムとの連通機構に変えることで、上
部プレナム〜炉内熱交換器〜炉心槽ラッパ管ギャップ領
域の明確な自然循環パスを形成させることを特徴とした
高速増殖炉の炉心冷却構造である。
【0015】前記第1手段によれば、上部プレナム内の
冷却材が炉内熱交換器で冷却されたのち、炉心上部に覆
い被さり、炉心槽の外周部に設置されている側部炉心支
持板に設けられた開口部の上が低温で密度の大きい流
体、下が高温で密度の小さい流体となることから、浮力
の関係で側部支持板上部の低温流体が炉心槽内部に潜り
込む。この低温冷却材の潜り込みが炉心槽内のラッパ管
ギャップ領域冷却材の自然対流を促進させ、崩壊熱が発
生している中央部の燃料集合体の冷却に寄与する作用が
得られる。
冷却材が炉内熱交換器で冷却されたのち、炉心上部に覆
い被さり、炉心槽の外周部に設置されている側部炉心支
持板に設けられた開口部の上が低温で密度の大きい流
体、下が高温で密度の小さい流体となることから、浮力
の関係で側部支持板上部の低温流体が炉心槽内部に潜り
込む。この低温冷却材の潜り込みが炉心槽内のラッパ管
ギャップ領域冷却材の自然対流を促進させ、崩壊熱が発
生している中央部の燃料集合体の冷却に寄与する作用が
得られる。
【0016】制御棒集合体ラッパ管に設けた炉心槽内部
と上部プレナムとの連通パスにより、炉心中央部で高温
化されたIWFが制御棒集合体を介して上部プレナムに
抜けるため、上部プレナム〜炉内熱交換器〜炉心槽ラッ
パ管ギャップ領域の明確な自然循環パスが形成され、炉
内熱交換器を介したIWFにより効率的に炉心を冷却す
る作用が得られる。
と上部プレナムとの連通パスにより、炉心中央部で高温
化されたIWFが制御棒集合体を介して上部プレナムに
抜けるため、上部プレナム〜炉内熱交換器〜炉心槽ラッ
パ管ギャップ領域の明確な自然循環パスが形成され、炉
内熱交換器を介したIWFにより効率的に炉心を冷却す
る作用が得られる。
【0017】前記第2手段によれば、GEMを採用した
高速増殖炉の炉心において、第1手段と同様に側部支持
板上部の低温流体が側部支持板に設けられた開口部によ
り炉心槽内部に潜り込みやすくしており、GEM領域の
一部を炉心槽内ラッパ管ギャップ領域と上部プレナムと
の連通機構に変えることで、炉心中央部で高温化された
IWFが制御棒集合体を介して上部プレナムに抜けるた
め、第1手段と同様の作用が得られる。
高速増殖炉の炉心において、第1手段と同様に側部支持
板上部の低温流体が側部支持板に設けられた開口部によ
り炉心槽内部に潜り込みやすくしており、GEM領域の
一部を炉心槽内ラッパ管ギャップ領域と上部プレナムと
の連通機構に変えることで、炉心中央部で高温化された
IWFが制御棒集合体を介して上部プレナムに抜けるた
め、第1手段と同様の作用が得られる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図2〜図
11により説明する。
11により説明する。
【0019】〔実施例1〕図4は発明の第1手段に係る
高速増殖炉原子炉構造の一実施例を示す縦断面図図であ
る。同図において、原子炉容器1の中央部に燃料集合体
2を内包する炉心槽3があり、自然循環時に炉心を出た
冷却材は炉心上部機構7,炉内熱交換器8,冷却材原子
炉出口配管17等を内包する上部プレナム9に流れ、冷
却材原子炉出口配管17から冷却系機器(図示せず)へ
移行した後、冷却材原子炉入口配管18に戻り、炉心入
口プレナム5を介して炉心部へ流入する流れとなる。
高速増殖炉原子炉構造の一実施例を示す縦断面図図であ
る。同図において、原子炉容器1の中央部に燃料集合体
2を内包する炉心槽3があり、自然循環時に炉心を出た
冷却材は炉心上部機構7,炉内熱交換器8,冷却材原子
炉出口配管17等を内包する上部プレナム9に流れ、冷
却材原子炉出口配管17から冷却系機器(図示せず)へ
移行した後、冷却材原子炉入口配管18に戻り、炉心入
口プレナム5を介して炉心部へ流入する流れとなる。
【0020】自然循環時においては、原子炉容器内に設
置された炉内熱交換器8の2次側も自然循環で流れてお
り、これによって上部プレナム9内の冷却材を自然循環
によって冷却される。この特、冷却材は炉内熱交換器の
上方にある入口窓から炉内熱交換器の伝熱部に行き、2
次側との熱交換で冷却された後炉内熱交換器下方にある
出口窓から上部プレナム内に排出される。
置された炉内熱交換器8の2次側も自然循環で流れてお
り、これによって上部プレナム9内の冷却材を自然循環
によって冷却される。この特、冷却材は炉内熱交換器の
上方にある入口窓から炉内熱交換器の伝熱部に行き、2
次側との熱交換で冷却された後炉内熱交換器下方にある
出口窓から上部プレナム内に排出される。
【0021】図4に燃料集合体部の部分縦断面図を示
す。炉心槽内では、6角形状断面のラッパ管13に収め
られた燃料集合体が多数設置されており、ラッパ管には
上端近傍及び燃料集合体発熱部14の上端近傍に耐震サ
ポート用のためのスペーサとして上部パッド15及び中
間パッド16が設置されている。
す。炉心槽内では、6角形状断面のラッパ管13に収め
られた燃料集合体が多数設置されており、ラッパ管には
上端近傍及び燃料集合体発熱部14の上端近傍に耐震サ
ポート用のためのスペーサとして上部パッド15及び中
間パッド16が設置されている。
【0022】燃料集合体部のパッドがある部分の水平断
面を図6、パッドが無い部分の水平断面を図7に示す。
燃料集合体廻りのラッパ管13は6角形状となってお
り、図7に示すようにラッパ管とラッパ管の間には隙間
領域が存在し、この領域にも冷却材が充填されている。
面を図6、パッドが無い部分の水平断面を図7に示す。
燃料集合体廻りのラッパ管13は6角形状となってお
り、図7に示すようにラッパ管とラッパ管の間には隙間
領域が存在し、この領域にも冷却材が充填されている。
【0023】パッドのある領域では、図6に示すように
その隙間は非常に狭くなっている。また、図2に示した
ように燃料集合体の配置は6角形状となっており、炉心
槽の容器は円筒となっているため、燃料集合体の最外層
部と炉心槽の間には、上部パッド及び中間パッドと同じ
レベルに炉心側部支持板4が設置されており、燃料集合
体の水平方向のサポートを確保している。
その隙間は非常に狭くなっている。また、図2に示した
ように燃料集合体の配置は6角形状となっており、炉心
槽の容器は円筒となっているため、燃料集合体の最外層
部と炉心槽の間には、上部パッド及び中間パッドと同じ
レベルに炉心側部支持板4が設置されており、燃料集合
体の水平方向のサポートを確保している。
【0024】図5はこの炉心側部支持板の水平断面を示
したものであり、外周部の集合体のラッパ管の面に沿う
ようなジグザグ上の支持板となっている。スペーサパッ
ドとスペーサパッドの隙間は設計寸法でも1mm以下と非
常に狭く、冷却材充填時には高温となっており中心部の
集合体に比べて周辺部の集合体は熱膨張によって半径方
向にずれることになり、外周部のパッド間の隙間は殆ど
塞がれているものと考えられる。
したものであり、外周部の集合体のラッパ管の面に沿う
ようなジグザグ上の支持板となっている。スペーサパッ
ドとスペーサパッドの隙間は設計寸法でも1mm以下と非
常に狭く、冷却材充填時には高温となっており中心部の
集合体に比べて周辺部の集合体は熱膨張によって半径方
向にずれることになり、外周部のパッド間の隙間は殆ど
塞がれているものと考えられる。
【0025】炉内熱交換器は通例図3に示すように上部
プレナムの外周側に設置されるので、炉内熱交換器で冷
却された冷却材は外周部から中心部に向かって広がる。
この低温化された冷却材を炉心槽内に潜り込ませるため
には、炉心槽の中で比較的低温な領域となっている外周
部から潜り込ませる必要があるが、上記で述べたように
隙間が殆ど塞がれているのでこのままでは潜り込むこと
が困難である。
プレナムの外周側に設置されるので、炉内熱交換器で冷
却された冷却材は外周部から中心部に向かって広がる。
この低温化された冷却材を炉心槽内に潜り込ませるため
には、炉心槽の中で比較的低温な領域となっている外周
部から潜り込ませる必要があるが、上記で述べたように
隙間が殆ど塞がれているのでこのままでは潜り込むこと
が困難である。
【0026】本実施例では、この炉心側部支持板に上部
プレナムと炉心槽内の冷却材が連通しやすいようにフロ
ーホール4aを設けている。
プレナムと炉心槽内の冷却材が連通しやすいようにフロ
ーホール4aを設けている。
【0027】また、炉心槽の中には発熱集合体である内
側炉心及び外側炉心には運転中の熱出力を制御する制御
棒を挿入させるための制御棒集合体32が数箇所設置さ
れており、本実施例においては図4に示すように制御棒
集合体のラッパ管に開口部20を設けて炉心槽内のIW
Fによって暖められた冷却材が制御棒集合体の中を通っ
て上部プレナムへ抜けやすくしている。
側炉心及び外側炉心には運転中の熱出力を制御する制御
棒を挿入させるための制御棒集合体32が数箇所設置さ
れており、本実施例においては図4に示すように制御棒
集合体のラッパ管に開口部20を設けて炉心槽内のIW
Fによって暖められた冷却材が制御棒集合体の中を通っ
て上部プレナムへ抜けやすくしている。
【0028】図8はIWF流出機構を設けた制御棒集合
体の構造概念を示した縦断面図である。制御棒集合体は
同図に示すように外周部はハンドリングヘッド23,ラ
ッパ管13,上部パッド15,中間パッド16及びエン
トランスノズル24から構成され、内部は制御棒案内管
21,制御棒要素22及び各種流路構成要素から構成さ
れている。燃料からの中性子を受けて制御棒要素が発す
る熱を除熱するために通常時は少量の冷却材を内部に流
している。
体の構造概念を示した縦断面図である。制御棒集合体は
同図に示すように外周部はハンドリングヘッド23,ラ
ッパ管13,上部パッド15,中間パッド16及びエン
トランスノズル24から構成され、内部は制御棒案内管
21,制御棒要素22及び各種流路構成要素から構成さ
れている。燃料からの中性子を受けて制御棒要素が発す
る熱を除熱するために通常時は少量の冷却材を内部に流
している。
【0029】本実施例では、上部パッド15の下部及び
中間パッドの下部のラッパ管に開口部20を設けてい
る。自然循環時にはIWFによって発熱集合体で暖めら
れた流体は上方に移動し、各パッドの下の位置が最も高
温になると予想されるので、この位置に開口があれば、
制御棒集合体ラッパ管内部に流入し、図8中に示した流
路25,26で上部プレナムへ流出しやすくなる。
中間パッドの下部のラッパ管に開口部20を設けてい
る。自然循環時にはIWFによって発熱集合体で暖めら
れた流体は上方に移動し、各パッドの下の位置が最も高
温になると予想されるので、この位置に開口があれば、
制御棒集合体ラッパ管内部に流入し、図8中に示した流
路25,26で上部プレナムへ流出しやすくなる。
【0030】この位置に開口があると通常運転時にこの
穴からラッパ管外へ流出する流れも発生するが、制御棒
要素の上部にある上部パッド下部の開口については流出
しても全く問題無い。中間パッド下方の開口については
ラッパ管外へ抜ける流量が多いと制御棒要素の除熱機能
が低下するので流出時と流入時の抵抗比が異なるような
流路形状としてテーパを付けている。
穴からラッパ管外へ流出する流れも発生するが、制御棒
要素の上部にある上部パッド下部の開口については流出
しても全く問題無い。中間パッド下方の開口については
ラッパ管外へ抜ける流量が多いと制御棒要素の除熱機能
が低下するので流出時と流入時の抵抗比が異なるような
流路形状としてテーパを付けている。
【0031】本実施例においては、自然循環時には炉内
熱交換器から流出された低温の冷却材は、浮力によって
炉心側部支持板に取り付けたフローホールから炉心槽内
部に潜り込む流れとなり、更に中間パッドのレベルにあ
る下段の側部炉心支持板からも下に潜り込む流れもでき
る。炉心槽に潜り込んだ冷却材は、中間パッドあるいは
炉心槽下面に沿って炉心中心部に移動し、炉心中心部の
崩壊熱を発している燃料集合体部に達すると熱伝導及び
熱伝達により集合体内部の冷却材と熱交換するため高温
化し、上昇流となって中間部及び上部パッドの下端領域
に達し、制御棒集合体の開口部を通って制御棒集合体内
に入った後上部プレナムに流出する。これにより図3中
の10及び11に示すような炉内自然循環流路が形成さ
れ、炉内熱交換器が燃料集合体の崩壊熱除去に効果的に
作用させることができる。
熱交換器から流出された低温の冷却材は、浮力によって
炉心側部支持板に取り付けたフローホールから炉心槽内
部に潜り込む流れとなり、更に中間パッドのレベルにあ
る下段の側部炉心支持板からも下に潜り込む流れもでき
る。炉心槽に潜り込んだ冷却材は、中間パッドあるいは
炉心槽下面に沿って炉心中心部に移動し、炉心中心部の
崩壊熱を発している燃料集合体部に達すると熱伝導及び
熱伝達により集合体内部の冷却材と熱交換するため高温
化し、上昇流となって中間部及び上部パッドの下端領域
に達し、制御棒集合体の開口部を通って制御棒集合体内
に入った後上部プレナムに流出する。これにより図3中
の10及び11に示すような炉内自然循環流路が形成さ
れ、炉内熱交換器が燃料集合体の崩壊熱除去に効果的に
作用させることができる。
【0032】〔実施例2〕図9は発明の第2手段に係る
高速増殖炉の一実施例を示す縦断面図である。同図にお
いては、発明の第1手段と同様に炉内熱交換器8からの
低温冷却材を炉心槽に流入させるための側部炉心支持板
内フローホール4aを設けている。
高速増殖炉の一実施例を示す縦断面図である。同図にお
いては、発明の第1手段と同様に炉内熱交換器8からの
低温冷却材を炉心槽に流入させるための側部炉心支持板
内フローホール4aを設けている。
【0033】更に本発明においては、原子炉停止時にス
クラムを失敗した場合に炉心の安全性を確保するための
手段であるガス膨張機構(GEM)33を設けた炉心構
造において、GEM領域の一部にIWF流出流路促進構
造を設置した炉心冷却構造としている。
クラムを失敗した場合に炉心の安全性を確保するための
手段であるガス膨張機構(GEM)33を設けた炉心構
造において、GEM領域の一部にIWF流出流路促進構
造を設置した炉心冷却構造としている。
【0034】GEMは原子炉トリップ時に制御棒挿入に
失敗した場合に、GEM内のガス層によって中性子の半
径方向への漏れを大きくして炉心の反応度を低下させ、
燃料の健全性を保つための安全機構である。
失敗した場合に、GEM内のガス層によって中性子の半
径方向への漏れを大きくして炉心の反応度を低下させ、
燃料の健全性を保つための安全機構である。
【0035】図10はGEMの構造概念を示す縦断面図
である。GEMは同図に示すようにハンドリングヘッド
23,エントランスノズル24,ラッパ管及び上部/中
間パッドから構成されており、内部にはガスを封入した
冷却材27が入っている。
である。GEMは同図に示すようにハンドリングヘッド
23,エントランスノズル24,ラッパ管及び上部/中
間パッドから構成されており、内部にはガスを封入した
冷却材27が入っている。
【0036】内部の冷却材の液面は運転時には炉心の燃
料集合体発熱部レベルより上方になるようにしており、
冷却材は炉心入口プレナムと連通している。原子炉停止
時にはポンプ吐出圧が下がるため、内部の液位が炉心の
燃料集合体発熱部より下がって、発熱部廻りがガス領域
となることで中性子の外周部への漏れを大きくして反応
度を下げるものである。最近の設計検討によると、GE
Mは必ずしも発熱集合体の廻りに全周に配置する必要は
なく、一部はガス層を設けないダミーとする設計も採り
うる。
料集合体発熱部レベルより上方になるようにしており、
冷却材は炉心入口プレナムと連通している。原子炉停止
時にはポンプ吐出圧が下がるため、内部の液位が炉心の
燃料集合体発熱部より下がって、発熱部廻りがガス領域
となることで中性子の外周部への漏れを大きくして反応
度を下げるものである。最近の設計検討によると、GE
Mは必ずしも発熱集合体の廻りに全周に配置する必要は
なく、一部はガス層を設けないダミーとする設計も採り
うる。
【0037】本実施例は、このダミーのGEM領域を有
効に活用する観点から、図11の縦断面図に示すように
IWFを炉上部プレナムへ流出させるための機構にする
ことで発明の第1手段と同様の効果を得ることを狙いと
している。図11のIWF流出促進機構は、上部プレナ
ムと内部の冷却材との連通部となるハンドリングヘッド
23と、IWFを内部に流入させるために上部パッド下
方と中間パッド下方にそれぞれ開口部20を設けたラッ
パ管から構成され、エントランスノズルには下部の炉心
入口プレナムとの連通口がないのが大きな特徴である。
効に活用する観点から、図11の縦断面図に示すように
IWFを炉上部プレナムへ流出させるための機構にする
ことで発明の第1手段と同様の効果を得ることを狙いと
している。図11のIWF流出促進機構は、上部プレナ
ムと内部の冷却材との連通部となるハンドリングヘッド
23と、IWFを内部に流入させるために上部パッド下
方と中間パッド下方にそれぞれ開口部20を設けたラッ
パ管から構成され、エントランスノズルには下部の炉心
入口プレナムとの連通口がないのが大きな特徴である。
【0038】通常時にはラッパ管内に強制的な流れを設
ける必要がないため、開口部20に対する制約条件が余
り無く、強度上許す限りの開口を設けることが可能とな
る。自然循環時には、炉心の発熱領域で高温化されたI
WFがこの開口部を通って、同図の30,31に示すよ
うな流路を通って上部プレナムに抜ける。ラッパ管内に
は制御棒集合体のように内部構造物を殆ど設ける必要が
ないため、流路30や31を冷却材が流れる際の流動抵
抗は非常に小さくできる。
ける必要がないため、開口部20に対する制約条件が余
り無く、強度上許す限りの開口を設けることが可能とな
る。自然循環時には、炉心の発熱領域で高温化されたI
WFがこの開口部を通って、同図の30,31に示すよ
うな流路を通って上部プレナムに抜ける。ラッパ管内に
は制御棒集合体のように内部構造物を殆ど設ける必要が
ないため、流路30や31を冷却材が流れる際の流動抵
抗は非常に小さくできる。
【0039】本実施例においては、自然循環時には炉内
熱交換器から流出された低温の冷却材は、浮力によって
炉心側部支持板に取り付けたフローホールから炉心槽内
部に潜り込む流れとなり、更に中間パッドのレベルにあ
る下段の側部炉心支持板からも下に潜り込む流れもがで
きる。炉心槽に潜り込んだ冷却材は、中間パッドあるい
は炉心槽下面に沿って炉心中心部に移動し、炉心中心部
の崩壊熱を発している燃料集合体部に達すると熱伝導及
び熱伝達により集合体内部の冷却材と熱交換するため高
温化し、上昇流となって中間部及び上部パッドの下端領
域に達し、GEM領域の一部に設置したIWF流出流路促
進機構の開口部を通って上部プレナムに流出する。
熱交換器から流出された低温の冷却材は、浮力によって
炉心側部支持板に取り付けたフローホールから炉心槽内
部に潜り込む流れとなり、更に中間パッドのレベルにあ
る下段の側部炉心支持板からも下に潜り込む流れもがで
きる。炉心槽に潜り込んだ冷却材は、中間パッドあるい
は炉心槽下面に沿って炉心中心部に移動し、炉心中心部
の崩壊熱を発している燃料集合体部に達すると熱伝導及
び熱伝達により集合体内部の冷却材と熱交換するため高
温化し、上昇流となって中間部及び上部パッドの下端領
域に達し、GEM領域の一部に設置したIWF流出流路促
進機構の開口部を通って上部プレナムに流出する。
【0040】これにより図9中の10及び11に示すよ
うな炉内自然循環流路が形成され、炉内熱交換器が燃料
集合体の崩壊熱除去に効果的に作用させることができ
る。
うな炉内自然循環流路が形成され、炉内熱交換器が燃料
集合体の崩壊熱除去に効果的に作用させることができ
る。
【0041】IWF流出流量促進機構内の流動抵抗が非
常に小さくできるため、炉内自然循環流路全体の流動抵
抗も小さくなり、よりIWFが流れやすい炉心構造とな
っている。
常に小さくできるため、炉内自然循環流路全体の流動抵
抗も小さくなり、よりIWFが流れやすい炉心構造とな
っている。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、炉心側部支持構造にフ
ローホールを設けたことにより炉内熱交換器からの低温
流体が炉心槽内に流れやすくなり、また、制御棒ラッパ
管を介した炉心槽と上部プレナムと連通パスを設けたこ
とにより炉心槽内の対流現象で高温化された冷却材が上
部プレナムに流出しやすくなり、炉内熱交換器〜炉心槽
〜上部プレナムを流路パスとしたIWFが促進され、高
速増殖炉の自然循環時の炉心崩壊熱除熱性能を向上させ
る効果が得られる。
ローホールを設けたことにより炉内熱交換器からの低温
流体が炉心槽内に流れやすくなり、また、制御棒ラッパ
管を介した炉心槽と上部プレナムと連通パスを設けたこ
とにより炉心槽内の対流現象で高温化された冷却材が上
部プレナムに流出しやすくなり、炉内熱交換器〜炉心槽
〜上部プレナムを流路パスとしたIWFが促進され、高
速増殖炉の自然循環時の炉心崩壊熱除熱性能を向上させ
る効果が得られる。
【0043】また、炉心側部支持構造にフローホールを
設けることにより炉内熱交換器からの低温流体が炉心槽
内に流れやすくなり、また、GEM領域の一部に炉心槽
と上部プレナムと連通パスを備えたIWF流出流量促進
機構を設けることにより、炉心槽内のIWFで高温化さ
れた冷却材が上部プレナムに流出しやすくなり、炉内熱
交換器〜炉心槽〜上部プレナムを流路パスとしたIWF
が促進され、高速増殖炉の自然循環時の炉心崩壊熱除熱
性能を向上させる効果が得られる。IWF流出流量促進
機構内の流路抵抗は非常に小さくできるので、これによ
りIWF効果が更に向上することが期待できる。
設けることにより炉内熱交換器からの低温流体が炉心槽
内に流れやすくなり、また、GEM領域の一部に炉心槽
と上部プレナムと連通パスを備えたIWF流出流量促進
機構を設けることにより、炉心槽内のIWFで高温化さ
れた冷却材が上部プレナムに流出しやすくなり、炉内熱
交換器〜炉心槽〜上部プレナムを流路パスとしたIWF
が促進され、高速増殖炉の自然循環時の炉心崩壊熱除熱
性能を向上させる効果が得られる。IWF流出流量促進
機構内の流路抵抗は非常に小さくできるので、これによ
りIWF効果が更に向上することが期待できる。
【図1】従来の高速増殖炉原子炉構造例。
【図2】従来の高速増殖炉燃料集合体配置例。
【図3】本発明の第1実施例の模式縦断面図。
【図4】本発明の第1実施例の燃料集合体部分縦断面
図。
図。
【図5】本発明の第1実施例の炉心槽容器部水平部分断
面図。
面図。
【図6】燃料集合体水平部分断面図(パッド部)。
【図7】燃料集合体水平部分断面図(パッド無し部)。
【図8】本発明の第1実施例の制御棒集合体構造縦断面
図。
図。
【図9】本発明の第2実施例の模式縦断面図。
【図10】ガス膨張機構(GEM)構造縦断面図。
【図11】本発明の第2実施例のIWF促進構造物縦断
面図。
面図。
1…原子炉容器、2…燃料集合体、3…炉心槽壁、4…
側部炉心支持板、4a…側部炉心支持板内フローホー
ル、5…炉心入口プレナム、6…下部プレナム、7…炉
心上部機構(UIS)、8…炉内熱交換器(DHX)、
9…上部プレナム、10…DHXの流路パス、11…炉
心槽内インターラッパーフロー、12…集合体内流路パ
ス、13…燃料集合体ラッパ管、14…燃料集合体発熱
部、15…ラッパ管上部パッド、16…ラッパ管中間パ
ッド、17…冷却材原子炉出口配管、18…冷却材原子
炉入口配管、19…水平隔壁、20…IWF流出流路
口、21…制御棒案内管、22…制御棒要素、23…ハ
ンドリングヘッド、24…エントランスノズル、25…
制御棒集合体内上部IWF流出流路、26…制御棒集合
体内中間部IWF流出流路、27…GEM内液体金属、
28…GEM内不活性ガス、29…GEM内液体金属流
入口、30…上部IWF流出流路、31…中間部IWF
流出流路、32…IWF促進型制御棒集合体、33…G
EM部IWF流出流量促進機構、34…遮へい集合体、
35…内側炉心、36…外側炉心、37…径方向ブラン
ケット、38…中性子遮へい体、39…制御棒集合体、
40…GEM(ガス膨張機構)。
側部炉心支持板、4a…側部炉心支持板内フローホー
ル、5…炉心入口プレナム、6…下部プレナム、7…炉
心上部機構(UIS)、8…炉内熱交換器(DHX)、
9…上部プレナム、10…DHXの流路パス、11…炉
心槽内インターラッパーフロー、12…集合体内流路パ
ス、13…燃料集合体ラッパ管、14…燃料集合体発熱
部、15…ラッパ管上部パッド、16…ラッパ管中間パ
ッド、17…冷却材原子炉出口配管、18…冷却材原子
炉入口配管、19…水平隔壁、20…IWF流出流路
口、21…制御棒案内管、22…制御棒要素、23…ハ
ンドリングヘッド、24…エントランスノズル、25…
制御棒集合体内上部IWF流出流路、26…制御棒集合
体内中間部IWF流出流路、27…GEM内液体金属、
28…GEM内不活性ガス、29…GEM内液体金属流
入口、30…上部IWF流出流路、31…中間部IWF
流出流路、32…IWF促進型制御棒集合体、33…G
EM部IWF流出流量促進機構、34…遮へい集合体、
35…内側炉心、36…外側炉心、37…径方向ブラン
ケット、38…中性子遮へい体、39…制御棒集合体、
40…GEM(ガス膨張機構)。
Claims (2)
- 【請求項1】炉心槽内の中央部に燃料集合体,周辺部に
ブランケット集合体と中性子遮へい体を、スペーサ用の
パッドを介在させて配置し、炉心槽に取り付けた側部支
持板によって中性子遮へい体を支持し、炉心槽より上方
の上部プレナム内に冷却装置と接続された浸漬型炉内熱
交換器を備えた高速増殖炉において、炉心槽と中性子遮
へい体との間に設けられている側部炉心支持板にフロー
ホールを設けることにより、炉内熱交換器から上部プレ
ナムに排出された低温の冷却材が炉心槽内の各集合体間
の隙間領域に流れ込みやすくし、炉心槽内に複数設けら
れている制御棒集合体のラッパ管に開口部を設け、炉心
槽内ラッパ管ギャップ部の冷却材がIWFによって暖めら
れた後、制御棒ラッパ管開口部を介してラッパ管内に流
れ、上部プレナムに流出させることで、上部プレナム〜
炉内熱交換器〜炉心槽ラッパ管ギャップ領域の明確な自
然循環パスを形成させることを特徴とした高速増殖炉の
炉心冷却構造。 - 【請求項2】炉心槽内の中央部に燃料集合体,周辺部に
ブランケット集合体とガス膨張機構(GEM)と中性子
遮へい体を、スペーサ用のパッドを介在させて配置し、
炉心槽に取り付けた側部支持板によって中性子遮へい体
を支持し、炉心槽より上方の上部プレナム内に冷却装置
と接続された浸漬型炉内熱交換器を備えた高速増殖炉に
おいて、炉心槽と中性子遮へい体との間に設けられてい
る側部炉心支持板にフローホールを設けることにより、
炉内熱交換器から上部プレナムに排出された低温の冷却
材が炉心槽内の各集合体間の隙間領域に流れ込みやすく
し、炉心槽内に設けられているGEM領域の一部を炉心
槽内ラッパ管ギャップ領域と上部プレナムとの連通機構
に変えることで、炉心槽内ラッパ管ギャップ部の冷却材
がIWFによって暖められた後、上記連通機構を介して
上部プレナムに流出させ、上部プレナム〜炉内熱交換器
〜炉心槽ラッパ管ギャップ領域の明確な自然循環パスを
形成させることを特徴とした高速増殖炉の炉心冷却構
造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9179296A JPH1123773A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 高速増殖炉の炉心冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9179296A JPH1123773A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 高速増殖炉の炉心冷却構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123773A true JPH1123773A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16063356
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9179296A Pending JPH1123773A (ja) | 1997-07-04 | 1997-07-04 | 高速増殖炉の炉心冷却構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1123773A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018071997A (ja) * | 2016-10-25 | 2018-05-10 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉の炉心 |
-
1997
- 1997-07-04 JP JP9179296A patent/JPH1123773A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018071997A (ja) * | 2016-10-25 | 2018-05-10 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 高速炉の炉心 |
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