[go: up one dir, main page]

JP3597165B2 - 原子炉容器の熱荷重緩和装置 - Google Patents

原子炉容器の熱荷重緩和装置 Download PDF

Info

Publication number
JP3597165B2
JP3597165B2 JP2001351310A JP2001351310A JP3597165B2 JP 3597165 B2 JP3597165 B2 JP 3597165B2 JP 2001351310 A JP2001351310 A JP 2001351310A JP 2001351310 A JP2001351310 A JP 2001351310A JP 3597165 B2 JP3597165 B2 JP 3597165B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
reactor vessel
gas
coolant
stress
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001351310A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2003149374A (ja
Inventor
直人 笠原
昌教 安藤
Original Assignee
核燃料サイクル開発機構
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 核燃料サイクル開発機構 filed Critical 核燃料サイクル開発機構
Priority to JP2001351310A priority Critical patent/JP3597165B2/ja
Priority to US10/115,902 priority patent/US6594333B2/en
Priority to FR0214327A priority patent/FR2832544B1/fr
Publication of JP2003149374A publication Critical patent/JP2003149374A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3597165B2 publication Critical patent/JP3597165B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C13/00Pressure vessels; Containment vessels; Containment in general
    • G21C13/02Details
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C11/00Shielding structurally associated with the reactor
    • G21C11/08Thermal shields; Thermal linings, i.e. for dissipating heat from gamma radiation which would otherwise heat an outer biological shield ; Thermal insulation
    • G21C11/088Thermal shields; Thermal linings, i.e. for dissipating heat from gamma radiation which would otherwise heat an outer biological shield ; Thermal insulation consisting of a stagnant or a circulating fluid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子炉容器液面近傍の熱応力緩和、原子炉容器温度成層化界面近傍の熱応力緩和等に利用できる原子炉容器の熱荷重緩和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高速増殖炉の原子炉容器は、上端を100℃以下に保つ必要があるコンクリート壁により支持され、炉心上部プレナムに500℃以上の高温冷却材を有することから、冷却材液面から上端支持部の間に鉛直方向の大きな温度勾配が生じる。特に、起動時においては昇温と液位上昇が同時進行することから勾配が厳しくなる。この結果、温度勾配が最大となる炉壁液面近傍部に原理的に高い熱応力が発生する。
これに対して、従来では、液位制御装置による液位上昇の防止、低温ナトリウムの循環装置による炉壁の一様冷却、および薄肉化による曲げ応力の低減を図っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の熱荷重緩和方策は、液位制御装置による液位上昇の防止、低温ナトリウム循環装置による炉壁の一様冷却、および薄肉化による曲げ応力の低減であり、液位制御装置と低温ナトリウム循環装置は物量増加によるコスト高を招き、薄肉化は他の故障のモードの制限から限界があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明は、原子炉壁の液面近傍部に発生する応力の発生要因である温度勾配自体を、アニュラス空間内に仕切り板を設けて、ガス空間の下半分を加熱、上半分を冷却するという簡素な方法で緩和し、一層の安全性の向上を図ろうとするものである。
本発明の原子炉容器の熱荷重緩和装置は、原子炉容器とガードベッセル間のアニュラス空間内の冷却材液面より上部に仕切り部材を配置し、前記仕切り部材より上部のアニュラス空間を通して低温ガスを運転中一定流速で循環させて冷却するとともに、冷却材液面下部から前記仕切り部材に渡るアニュラス空間を通して昇温時のみガスを循環させ、冷却材液面下部で加熱された高温ガスで冷却材液面上部を加熱するようにしたことを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は原子炉容器液面近傍の応力低減を行う本発明の熱荷重緩和装置の例を示す図、図2は熱荷重緩和装置の制御シーケンスを説明する図である。
原子炉容器1とガードベッセル2との間のアニュラス空間3には、原子炉容器の保護のために不活性ガスが満たされている。冷却材液面9より下部においてアニュラス空間内に設けられた仕切り板4と、冷却材液面9より上部においてアニュラス空間内に設けられた2つの仕切り板5、5とで挟まれた鉛直方向に沿ったアニュラス空間を利用して循環ガス流路6を形成し、ポンプ7で不活性ガスを循環させる。
【0006】
この不活性ガスは冷却材液面9より下部の高温の炉壁で加熱される。一方、冷却材液面より上部の原子炉容器内壁には断熱材10が設けられていて冷却材と断熱されているためこの部分の炉壁は低温状態にある。したがって、高温炉壁で加熱された不活性ガスは、循環の過程で冷却材液面より上部の低温炉壁を加熱し、冷却材液面9の近傍における急激な温度勾配を緩和する。なお、このような高温炉壁で加熱された高温ガスにより低温炉壁を加熱する温度制御をここではアクティブ温度制御と云う。なお、ガードベッセルの仕切り板4、5間のアニュラス空間に対応する外壁には断熱材8が設けられて外部のコンクリート温度を上げないようにしている。
【0007】
また、仕切り板5で仕切られた原子炉容器上端部の鉛直方向に沿ったアニュラス空間を利用して循環ガス流路11を形成するとともに、循環ガス流路11に冷却器12を設ける。この循環ガス流路を通してポンプ13により低温の不活性ガスを循環させ、原子炉容器上端部を100℃以下に保持する。このように低温ガスを循環させて炉壁を冷却する温度制御をここではパッシブ温度制御と云う。
【0008】
図2(a)、(b)に示すように、昇温時、冷却材温度Tf、ガス流路6を循環する高温ガスThは、200℃から15℃/hrの速度で昇温して550℃に達し、ガス流路11を循環する低温ガスTcは100℃に保持される。循環させるガスの流速は低温ガスは運転中一定で、高温ガスは昇温時のみ循環し、その流速は低温ガスの流速の倍程度で、この例では高温ガス流速Vh=0.5m/secである。
【0009】
図3は原子炉容器冷却材液面近傍の応力低減のためのアクティブ温度制御による熱荷重緩和の原理説明図であり、図3(a)は制御なしの場合、図3(b)はアクティブ温度制御を行った場合の図である。
前述したように、高速増殖炉の原子炉容器は、コンクリート構造物に支持されることから上端を100℃以下に保つ必要がある。起動時には内包する冷却材の温度が200℃から550℃まで昇温するため、その過程で生じる鉛直方向の局所的温度勾配により炉壁に高い熱応力が発生する。すなわち、原子炉容器の起動時の温度分布を成り行きまかせにした場合(図3(a))、高温の冷却材に接した接液部と低温のガス空間部の昇温終了時の急激な温度勾配(図3(a)の時刻Tにおける温度勾配)によって、昇温終了時に液面近傍炉壁外面(図3(a)のS点)に最大応力が生ずる。これを緩和するため、図3(b)に示すように、液面上部の低温炉壁を昇温中に加熱することによって、応力の要因となっている鉛直方向の温度勾配を小さくする。
【0010】
一方、炉壁加熱によりコンクリート壁に支持される上端の温度が上昇しないように、炉壁上端近傍は冷却する。その結果、最大応力発生位置Sにおける温度勾配は、最大応力発生時刻Tにおいて滑らかになることが分かる。このように、アニュラス空間内に仕切り板を設けて、ガス空間の下半分を加熱、上半分を冷却するという簡素な方法で応力低減が可能となる。
【0011】
表1は温度制御をしない場合、パッシブ温度制御のみ行った場合、アクティブ温度制御とパッシブ温度制御を行った場合の数値実験による応力分布から評価されたき裂発生および変形の指標となる応力強さ範囲Snと許容値との比較結果を示すものである。
【0012】
Figure 0003597165
ただし、表1のアクティブ温度制御はパッシブ温度制御を併用している。表1からアクティブ温度制御によって、原子炉容器液面近傍の応力が許容値を余裕をもって下回ることが確かめられた。
【0013】
次に、温度制御をしない場合、パッシブ温度制御のみ行った場合、アクティブ温度制御とパッシブ温度制御を行った場合の原子炉起動時の最大応力発生時点における外表面に沿った炉壁鉛直方向の温度と応力分布について説明する。
図4は温度制御をしない場合、図5はパッシブ温度制御のみ行った場合、図6はアクティブ温度制御とパッシブ温度制御を行った場合の応力強さの範囲のそれぞれの軸方向分布(図4(a)、図5(a)、図6(a))、それぞれの温度の軸方向分布(時間に対する変化)(図4(b)、図5(b)、図6(b))を示している。また、図中、10は断熱材で、図4、図6の場合は冷却材液面上方のガス空間の炉壁内面に、図5の場合は冷却材液面の直近上部を除いた炉壁内面に設けられている。炉壁(板厚30mm)の熱伝達係数は、冷却材に接液する部分が930W/mK(W:ワット、K:絶対温度)、ガス空間の断熱材のある部分では0.64W/mK、断熱材のない部分では3.49W/mK、冷却材の部分では5.82W/mKであり、NsLは冷却材の液面の位置を表している。
【0014】
パッシブ温度制御のみ行った場合(図5)、温度制御をしない場合(図4)に比して、炉上端部近傍の温度が低下しているとともに、上端部の応力強さが減少している。これに対してアクティブ温度制御とパッシブ温度制御を行った場合(図6)には、冷却材液面近傍における応力が大幅に低下し、熱応力が緩和されていることが分かる。
【0015】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、原子炉容器とガードベッゼルのアニュラス空間を流路とし、ガス循環によりガス空間の下半分を加熱し、上半分を冷却するとい簡素で非接触な方法で物量の増加を伴わずに原子炉容器液面近傍の応力低減が可能となる。原子炉容器液面近傍の熱応力で想定される破損様式は回数が関係するクリープ疲労とラチェット変形であるため、頻度の少ない電源喪失や故障事象の影響を無視しても問題はない。
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉容器液面近傍の応力低減を行う本発明の熱荷重緩和装置の例を示す図である。
【図2】熱荷重緩和装置の制御シーケンスを説明する図である。
【図3】原子炉容器冷却材液面近傍の応力低減のためのアクティブ温度制御による熱荷重緩和の原理説明図である。
【図4】温度制御をしない場合の応力強さ範囲の軸方向分布、温度の軸方向分布を示す図である。
【図5】パッシブ温度制御のみ行った場合の応力強さ範囲の軸方向分布、温度の軸方向分布を示す図である。
【図6】アクティブ温度制御とパッシブ温度制御を行った場合の応力強さ範囲の軸方向分布、温度の軸方向分布を示す図である。
【符号の説明】
1…原子炉容器、2…ガードベッセル2、3…アニュラス空間、4、5…仕切り板、6、11…循環ガス流路、7、13…ポンプ、8、10…断熱材、9…冷却材液面、12…冷却器。

Claims (1)

  1. 原子炉容器とガードベッセル間のアニュラス空間内の冷却材液面より上部に仕切り部材を配置し、前記仕切り部材より上部のアニュラス空間を通して低温ガスを運転中一定流速で循環させて冷却するとともに、冷却材液面下部から前記仕切り部材に渡るアニュラス空間を通して昇温時のみガスを循環させ、冷却材液面下部で加熱された高温ガスで冷却材液面上部を加熱するようにしたことを特徴とする原子炉容器の熱荷重緩和装置。
JP2001351310A 2001-11-16 2001-11-16 原子炉容器の熱荷重緩和装置 Expired - Fee Related JP3597165B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001351310A JP3597165B2 (ja) 2001-11-16 2001-11-16 原子炉容器の熱荷重緩和装置
US10/115,902 US6594333B2 (en) 2001-11-16 2002-04-05 Thermal load reducing system for nuclear reactor vessel
FR0214327A FR2832544B1 (fr) 2001-11-16 2002-11-15 Dispositif de reduction de charge thermique dans un recipient de reacteur nucleaire

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001351310A JP3597165B2 (ja) 2001-11-16 2001-11-16 原子炉容器の熱荷重緩和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003149374A JP2003149374A (ja) 2003-05-21
JP3597165B2 true JP3597165B2 (ja) 2004-12-02

Family

ID=19163637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001351310A Expired - Fee Related JP3597165B2 (ja) 2001-11-16 2001-11-16 原子炉容器の熱荷重緩和装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6594333B2 (ja)
JP (1) JP3597165B2 (ja)
FR (1) FR2832544B1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7567645B2 (en) * 2005-07-19 2009-07-28 Advent Engineering Services, Inc. Modular integrated head assembly

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2868708A (en) * 1945-11-02 1959-01-13 Harcourt C Vernon Neutronic reactor
GB929941A (en) * 1959-06-01 1963-06-26 Havilland Engine Co Ltd Nuclear power plant
GB951896A (en) * 1962-02-07 1964-03-11 Soc Anglo Belge Vulcain Sa Improvements in or relating to nuclear reactor plant
FR1353703A (fr) * 1962-02-14 1964-02-28 Atomic Energy Authority Uk Réacteur nucléaire à coeur immergé dans un métal liquide
FR1375157A (fr) * 1962-08-23 1964-10-16 Babcock & Wilcox Co Installations nucléaires de production de vapeur
DE1937627A1 (de) * 1969-07-24 1971-02-04 Licentia Gmbh Kernnotkuehlung bei einem mit Natrium gekuehlten Kernreaktor
DE2217057C2 (de) * 1972-04-08 1982-09-09 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Naturumlauf - Notkühlung für Kernreaktoren
JPS5125914B2 (ja) * 1973-04-02 1976-08-03
US3912584A (en) * 1974-01-09 1975-10-14 Us Energy LMFBR with booster pump in pumping loop
FR2283521A1 (fr) * 1974-08-30 1976-03-26 Commissariat Energie Atomique Dispositif de refroidissement pour attentes de cuves d'un reacteur nucleaire a neutrons rapides
FR2333328A1 (fr) * 1975-11-26 1977-06-24 Commissariat Energie Atomique Reacteur nucleaire
US4232224A (en) * 1978-09-28 1980-11-04 Westinghouse Electric Corp. Nuclear reactor primary coolant loop flowmeter with phase shift tracking compensation
FR2486296B1 (fr) * 1980-07-04 1986-06-06 Electricite De France Reacteur nucleaire refroidi par un metal liquide
FR2495815B1 (fr) * 1980-12-09 1986-09-19 Commissariat Energie Atomique Reacteur nucleaire refroidi par un metal liquide contenu dans une cuve obturee par des fermetures superieures
GB2090042B (en) * 1980-12-22 1984-04-26 Westinghouse Electric Corp Improved configuration for loop-type liquid metal fast breeder reactor
US4762667A (en) * 1982-12-20 1988-08-09 Westinghouse Electric Corp. Passive reactor auxiliary cooling system
USH119H (en) * 1983-07-15 1986-09-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Passive emergency core cooling system for a liquid metal fast
US4761261A (en) * 1984-02-21 1988-08-02 Stone & Webster Engineering Corp. Nuclear reactor
US4909981A (en) * 1984-02-21 1990-03-20 Stone & Webster Engineering Corporation Nuclear reactor
DE3416397A1 (de) * 1984-05-03 1985-11-07 INTERATOM GmbH, 5060 Bergisch Gladbach Fluessigmetallgekuehlter kernreaktor mit verbesserter tankwand-kuehlung
US4759899A (en) * 1984-08-29 1988-07-26 Ga Technologies Inc. Reactor with natural convection backup cooling system
JPS62269094A (ja) * 1986-05-19 1987-11-21 株式会社東芝 原子炉容器の熱保護装置
FR2599179B1 (fr) * 1986-05-22 1988-07-22 Commissariat Energie Atomique Petit reacteur nucleaire a eau pressurisee et a circulation naturelle
US4702879A (en) * 1986-06-11 1987-10-27 Westinghouse Electric Corp. Nuclear reactor with passive safety system
FR2603131B1 (fr) * 1986-08-20 1990-12-07 Novatome Dispositif de refroidissement de secours d'un reacteur nucleaire a neutrons rapides
IT1225690B (it) * 1988-09-15 1990-11-22 Ansaldo Spa Reattore nucleare a sicurezza intrinseca del tipo ad acqua in pressione
IT1225699B (it) * 1988-09-27 1990-11-22 Ansaldo Spa Blocco reattore di un reattore veloce con tanca interna cilindrica perl'evacuazione della potenza residua del nocciolo in circolazione naturale
SE467028B (sv) * 1989-02-13 1992-05-11 Asea Atom Ab Anordning foer resteffektkylning av en kaernreaktorhaerd
US5087412A (en) * 1989-09-15 1992-02-11 The Babcock & Wilcox Company Nuclear reactor
CA1333941C (en) * 1989-09-15 1995-01-10 John S. Hewitt Nuclear reactor plant
JPH0593794A (ja) * 1991-10-01 1993-04-16 Toshiba Corp ナトリウム冷却型高速炉
JPH08136687A (ja) * 1994-11-04 1996-05-31 Toshiba Corp 原子炉容器の容器壁冷却構造

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003149374A (ja) 2003-05-21
US20030095620A1 (en) 2003-05-22
FR2832544A1 (fr) 2003-05-23
FR2832544B1 (fr) 2004-02-13
US6594333B2 (en) 2003-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8300759B2 (en) Decay heat removal system comprising heat pipe heat exchanger
JPS62265597A (ja) 放熱容器補助冷却系
JP3597165B2 (ja) 原子炉容器の熱荷重緩和装置
JP3979764B2 (ja) 基板熱処理装置
JPH02176596A (ja) 高速増殖炉の崩壊熱除去システム
US3769161A (en) Reactor vessel supporting device
JPH02210295A (ja) 補助炉心冷却装置
CN221708802U (zh) 一种电池散热隔离系统
JPH06235787A (ja) 高速増殖炉
JPH0363713B2 (ja)
JPH018955Y2 (ja)
JPH032692A (ja) 自然通風冷却型崩壊熱除去装置
JPS61130895A (ja) 原子炉
JPS58165095A (ja) 原子炉の予熱装置
JP2795400B2 (ja) ガラス基板のバッチ式熱処理炉
JPS6125114B2 (ja)
JPH05140614A (ja) 熱間静水圧加圧装置及びその制御方法
JPS6288993A (ja) 原子炉容器
JPH03110380A (ja) 堅型誘導加熱炉
JPS588324A (ja) 電気加熱炉の温度制御装置
JPH01105190A (ja) 核融合炉の炉壁
KR100203325B1 (ko) 열성층이 형성되는 배관부재에서의 열성층 완화방법
JPH06174871A (ja) 軽水冷却型原子炉
JPS6157889A (ja) 高速増殖炉の上部遮蔽体
JPH05119181A (ja) 高速増殖炉

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040903

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130917

Year of fee payment: 9

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees