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JPS6367160B2 - - Google Patents
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JPS6367160B2 - - Google Patents

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JPS6367160B2
JPS6367160B2 JP59119966A JP11996684A JPS6367160B2 JP S6367160 B2 JPS6367160 B2 JP S6367160B2 JP 59119966 A JP59119966 A JP 59119966A JP 11996684 A JP11996684 A JP 11996684A JP S6367160 B2 JPS6367160 B2 JP S6367160B2
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JP
Japan
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reactor vessel
sodium
temperature
porous material
reactor
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JP59119966A
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JPS61789A (en
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Kengo Iwashige
Seigo Yamakawa
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は原子炉容器に係り、特にタンク型高速
増殖炉に使用するに好適な原子炉容器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a nuclear reactor vessel, and particularly to a nuclear reactor vessel suitable for use in a tank-type fast breeder reactor.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

液体金属ナトリウム(以下ナトリウムと記す)
を冷却材として用いるタンク型高速増殖炉におい
ては、原子炉容器をナトリウムで満たし、その内
部に炉心、炉心上部構造物、複数基の中間熱交換
器および複数基の1次側主循環ポンプが設置され
ている。さらに原子炉容器内には炉心より流出す
る高温の1次ナトリウムと中間熱交換器より流出
する低温の1次ナトリウムとを分離する隔壁が設
置され、この隔壁により原子炉容器内は上部のホ
ツトプレナムと下部のコールドプレナムとに分離
されている。
Liquid metallic sodium (hereinafter referred to as sodium)
In tank-type fast breeder reactors that use sodium as a coolant, the reactor vessel is filled with sodium, and the reactor core, core superstructure, multiple intermediate heat exchangers, and multiple primary side main circulation pumps are installed inside the reactor vessel. has been done. Furthermore, a partition wall is installed inside the reactor vessel to separate the high temperature primary sodium flowing out from the reactor core from the low temperature primary sodium flowing out from the intermediate heat exchanger. It is separated into a lower cold plenum.

原子炉容器の上部は厚いふた板(ルーフスラ
ブ)により閉ざされており、ルーフスラブ自身は
コンクリート製の原子炉容器拡納室により支持さ
れている。原子炉容器は一般にルーフスラブに固
着されており、原子炉容器とその内部構造物およ
びナトリウムは原子炉容器の上部を介してルーフ
スラブに吊り下げられた形となり、原子炉容器の
上部には大きな応力がかかることになる。
The top of the reactor vessel is closed off by a thick lid plate (roof slab), and the roof slab itself is supported by a concrete reactor vessel expansion chamber. The reactor vessel is generally fixed to a roof slab, and the reactor vessel, its internal structures, and sodium are suspended from the roof slab through the top of the reactor vessel. This will cause stress.

従つて原子炉の運転時にナトリウムと直接、接
している原子炉容器が、急激な温度変化を受けた
り、その温度が過大となることを防止することが
必要となつてくる。
Therefore, it is necessary to prevent the reactor vessel, which is in direct contact with sodium, from undergoing sudden temperature changes or from becoming excessively high during nuclear reactor operation.

従来の技術ではホツトプレナム部の原子炉容器
壁が高温ナトリウムにより高温となるのを防ぐた
め、原子炉主容器の内側円周方向に熱遮蔽板を設
置するとともに熱遮蔽板と原子炉容器内壁との間
を強制的に冷却する原子炉容器冷却機構を取り入
れている。しかしこの方法では、ルーフスラブと
高温ナトリウム液面の間に存在するカバーガス領
域と高温ナトリウムが接する部分、すなわち、ナ
トリウム液面近傍における原子炉容器壁にカバー
ガス領域と高温ナトリウムの温度差により、急激
な温度勾配が発生したり、原子炉スクラムなどの
過度運転によるナトリウム液面変動に伴い、原子
炉容器壁の温度が急激に変化したりして、原子炉
容器に熱応力、熱衝撃が加わる場合が出てくると
いう欠点がある。
In conventional technology, in order to prevent the reactor vessel wall in the hot plenum from becoming hot due to high-temperature sodium, a heat shield plate is installed circumferentially inside the reactor main vessel, and a heat shield plate is installed between the heat shield plate and the reactor vessel inner wall. A reactor vessel cooling mechanism is installed to forcefully cool the reactor vessel. However, in this method, due to the temperature difference between the cover gas region and the high temperature sodium, the temperature difference between the cover gas region and the high temperature sodium is caused by the temperature difference between the cover gas region and the high temperature sodium at the part where the cover gas region and the high temperature sodium come into contact between the roof slab and the high temperature sodium liquid surface, that is, the reactor vessel wall near the sodium liquid surface. Thermal stress and thermal shock are applied to the reactor vessel due to rapid temperature gradients and sudden changes in the temperature of the reactor vessel wall due to fluctuations in the sodium liquid level due to excessive operations such as reactor scrams. The disadvantage is that there are cases.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、カバーガス領域と高温ナトリ
ウムの間の温度差やナトリウム液面の変動などの
要因によつて原子炉容器に加わる熱応力、熱衝撃
を緩和する機構を備えた原子炉容器を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a nuclear reactor vessel equipped with a mechanism for alleviating thermal stress and thermal shock applied to the reactor vessel due to factors such as the temperature difference between the cover gas region and high-temperature sodium and fluctuations in the sodium liquid level. It is about providing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明で問題としている原子炉容器に加わる熱
応力、熱衝撃は主に次のような要因によつて生じ
る。
Thermal stress and thermal shock applied to the reactor vessel, which are the problem of the present invention, are mainly caused by the following factors.

ルーフスラブと高温ナトリウム液面との間には
カバーガス領域が存在している。このカバーガス
領域と高温ナトリウム間の温度差によつてナトリ
ウム液面近傍の原子炉容器壁には急激な温度勾配
が生じる。また原子炉スクラムなどの過渡運転に
より、高温ナトリウム液面の上下変動が生じた場
合には、原子炉容器壁のカバーガスに接していた
部分が高温ナトリウムに接触したり、高温ナトリ
ウムと接していた部分がカバーガスと接触するよ
うになるという変化が短時間で急速に起こり、原
子炉容器壁に急激な温度変化が生じる。このよう
な温度勾配および温度変化によつて生ずる熱応
力、熱衝撃を緩和するためには、急撃な温度勾配
および温度変化を柔わらげる機構を原子炉容器に
設ける必要がある。
A cover gas region exists between the roof slab and the hot sodium liquid level. This temperature difference between the cover gas region and the hot sodium creates a sharp temperature gradient on the reactor vessel wall near the sodium liquid surface. In addition, when transient operations such as reactor scrams cause vertical fluctuations in the high-temperature sodium liquid level, the parts of the reactor vessel wall that were in contact with the cover gas may come into contact with the high-temperature sodium, or The change in parts coming into contact with the cover gas occurs quickly and rapidly, causing a rapid temperature change in the reactor vessel wall. In order to alleviate the thermal stress and thermal shock caused by such temperature gradients and temperature changes, it is necessary to provide the reactor vessel with a mechanism that softens sudden temperature gradients and temperature changes.

本発明は、以上に述べたような要求される機能
を満足する機構としてナトリウムの自由液面付近
の原子炉容器壁に、空孔を多数有し、その空孔内
にナトリウムが浸透する材料を取り付けるという
単純な構造を用いたものである。
As a mechanism that satisfies the required functions as described above, the present invention uses a material that has a large number of holes in the wall of the reactor vessel near the free sodium liquid level and allows sodium to permeate into the holes. It uses a simple structure of attachment.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明が適用される公知のタンク型高
速増殖炉の原子炉容器およびその内部構造を示し
たものである。原子炉容器1の上部には炉内と外
界とを隔離するとともに炉内構造物を搭載するル
ーフスラブ2が設賃されている。また原子炉容器
1の内部には複数基の主中間熱交換器3、複数基
の1次主循環ポンプ4、炉心5が収納されてお
り、炉心5の上方には原子炉の出力を制御する制
御棒および炉心出口の温度と流量を測定する検出
器からなる炉心上部機構6が設置されている。炉
心5より流出する高温ナトリウムを収容するホツ
トプレナム7と主中間熱交換器3より流出する低
温ナトリウムを収容するコールドプレナム8とは
隔壁9で分離されている。炉心5より流出した1
次側ナトリウムは主中間熱交換器3に流入し、伝
熱管内を流れる2次側ナトリウムに熱を与えなが
ら下降し、コールドプレナム8内に流出する。こ
の1次側ナトリウムは、1次主循環ポンプ4によ
り炉心5に送られ、炉心内で加熱された後、ホツ
トプレナム7に流出する。
FIG. 1 shows the reactor vessel and its internal structure of a known tank-type fast breeder reactor to which the present invention is applied. A roof slab 2 is provided at the top of the reactor vessel 1 to isolate the inside of the reactor from the outside world and to mount reactor internals. Additionally, a plurality of main intermediate heat exchangers 3, a plurality of primary main circulation pumps 4, and a reactor core 5 are housed inside the reactor vessel 1, and above the reactor core 5, a device for controlling the output of the reactor is installed. An upper core mechanism 6 is installed, which consists of control rods and detectors that measure the temperature and flow rate at the core outlet. A hot plenum 7 that accommodates high-temperature sodium flowing out from the reactor core 5 and a cold plenum 8 that accommodates low-temperature sodium flowing out from the main intermediate heat exchanger 3 are separated by a partition wall 9. 1 leaked from core 5
The sodium on the secondary side flows into the main intermediate heat exchanger 3, descends while giving heat to the sodium on the secondary side flowing inside the heat transfer tube, and flows out into the cold plenum 8. This primary side sodium is sent to the reactor core 5 by the primary main circulation pump 4, heated within the reactor core, and then flows out to the hot plenum 7.

またホツトプレナム部の原子炉容器壁が高温に
なるのを防ぐために原子炉容器内側円周方向に熱
遮蔽板10を設け、熱遮蔽板10と原子炉容器1
の内壁の間11には、コールドプレナム内の低温
ナトリウムを流すことにより、原子炉容器壁を冷
却する原子炉容器冷却機構を取り入れている。
In addition, in order to prevent the reactor vessel wall in the hot plenum from becoming high temperature, a heat shield plate 10 is provided in the inner circumferential direction of the reactor vessel, and the heat shield plate 10 and the reactor vessel 1
A reactor vessel cooling mechanism is installed between the inner walls of the reactor vessel 11 to cool the reactor vessel walls by flowing low-temperature sodium in the cold plenum.

以下本発明の一実施例を図面によつて説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は本発明の空孔を多数有する材料をナト
リウム液面付近の内壁に取り付けた原子炉容器の
断面図である。すなわち、原子炉容器1の内壁に
ナトリウム液面付近のホツトプレナム7側の部分
からカバーガス領域13側の部分まで、空孔を多
数有する材料12を取り付けている(図中で、楕
円によつて囲まれた部分A)。この部分を拡大し
た図が第3図と第4図であり、第3図は透視図、
第4図は断面図である。なお、これらの図は原子
炉容器1とその内壁に取り付けられた空孔を多数
有する材料12の一部を示したものであり、空孔
を多数有する材料12は原子炉容器の周方向にも
取り付けられている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a reactor vessel in which the material having a large number of pores according to the present invention is attached to the inner wall near the sodium liquid level. That is, a material 12 having a large number of holes is attached to the inner wall of the reactor vessel 1 from the part on the hot plenum 7 side near the sodium liquid level to the part on the cover gas region 13 side (in the figure, the material 12 is surrounded by an ellipse). part A). Figures 3 and 4 are enlarged views of this part, and Figure 3 is a perspective view.
FIG. 4 is a sectional view. These figures show part of the reactor vessel 1 and the material 12 with many holes attached to its inner wall, and the material 12 with many holes also extends in the circumferential direction of the reactor vessel. installed.

ここで述べている空孔を多数有する材料として
使用できる材料には、たとえば、各種の多孔質金
属、金属繊維、セラミツク材、ワイヤーメツシユ
を組み合わせたもの、箔や板を成形して空孔を作
成したもの等があり、以下の記述では、これらを
総称して多孔質材料と呼ぶことにする。
Materials that can be used as the material with many pores mentioned here include, for example, combinations of various porous metals, metal fibers, ceramic materials, wire mesh, and molded foils or plates to create pores. In the following description, these will be collectively referred to as porous materials.

多孔質材料の材質としては、高温における耐熱
性、耐腐食性を有するステンレス鋼、インコネ
ル、ハステロイなどを使用したものも存在してお
り、多孔質材料は、既に溶融ナトリウムの浄化に
使用されている。これらのことから、ナトリウム
を冷却材として使用する高速増殖炉の原子炉容器
内壁に多孔質材料を取り付けた場合、多孔質材料
とナトリウムの共存性は十分にあり、本発明は実
用上の問題点が少ない。
Porous materials include stainless steel, Inconel, and Hastelloy, which have heat resistance and corrosion resistance at high temperatures, and porous materials are already being used to purify molten sodium. . From these facts, when a porous material is attached to the inner wall of the reactor vessel of a fast breeder reactor that uses sodium as a coolant, the coexistence of the porous material and sodium is sufficient, and the present invention solves the practical problems. Less is.

第4図において、本発明の多孔質材料12を内
壁に取り付けた原子炉容器1は、過渡運転時のナ
トリウム液面の上下変動14,15あるいは毛管
現象によりナトリウム液面下のみでなくナトリウ
ム液面上のカバーガス領域に接する多孔質材料中
にもナトリウムが浸透し、その空孔にナトリウム
を保持して、カバーガス領域においても原子炉容
器壁がナトリウムに濡れた状態を作り出す。
In FIG. 4, the reactor vessel 1 in which the porous material 12 of the present invention is attached to the inner wall is not only below the sodium liquid level but also at the sodium liquid level due to vertical fluctuations 14, 15 of the sodium liquid level during transient operation or capillary action. Sodium also permeates into the porous material in contact with the upper cover gas region and retains sodium in its pores, creating a state in which the reactor vessel wall is wet with sodium even in the cover gas region.

このような多孔質材料とその空孔に浸透したナ
トリウムからなる混合媒質の有効熱伝導率λeは、
第(1)式で与えられる。
The effective thermal conductivity λ e of a mixed medium consisting of such a porous material and sodium permeated into its pores is:
It is given by equation (1).

λe/λf=ε+1−ε/φ+(2/3)(λf/λn
(1) ここで、 λe:混合媒質の有効熱伝導率 λf:流体の熱伝導率(ナトリウム) λn:固体の熱伝導率(多孔質材料) ε :多孔質材料の空隙率 φ :(多孔質材料の粒子接点近傍の流体膜有
効厚さ)/(多孔質材料の粒径) である。
λ ef =ε+1−ε/φ+(2/3)(λ fn )
(1) Where, λ e : Effective thermal conductivity of mixed medium λ f : Thermal conductivity of fluid (sodium) λ n : Thermal conductivity of solid (porous material) ε : Porosity of porous material φ : (Effective thickness of the fluid film near the particle contact point of the porous material)/(Particle size of the porous material).

多孔質材料として空隙率40%のステンレス製の
多孔質金属を使用した場合、前述の各値は、 λf=60 (Kcal/mh℃) λn=13 (Kcal/mh℃) ε =0.4 φ =0.165 であり、混合媒質の有効熱伝導率は、 λe=35.1(Kcal/mh℃) となる。
When stainless steel porous metal with a porosity of 40% is used as the porous material, the above values are: λ f = 60 (Kcal/mh°C) λ n = 13 (Kcal/mh°C) ε = 0.4 φ = 0.165, and the effective thermal conductivity of the mixed medium is λ e = 35.1 (Kcal/mh°C).

このように多孔質材料とその空孔に浸入したナ
トリウムからなる混合媒質の有効熱伝導率は、ナ
トリウムの熱伝導率60(Kcal/mh℃)と近い値
であり、ホツトプレナム内の高温ナトリウムの熱
が、ナトリウム液面上部のカバーガス領域に位置
する多孔質材料中の熱伝導によつて上方へ輸送さ
れる。多孔質材料を通して輸送された熱は、原子
炉容器壁に伝達され、ナトリウム液面下とカバー
ガス領域の間の原子炉容器の温度勾配を低減し、
原子炉容器に加わる熱応力を緩和する。この温度
勾配の低減の効果を示したものが第5図である。
In this way, the effective thermal conductivity of the mixed medium consisting of the porous material and the sodium that has penetrated into its pores is close to the thermal conductivity of sodium, 60 (Kcal/mh℃). is transported upward by heat conduction in the porous material located in the cover gas region above the sodium liquid level. The heat transported through the porous material is transferred to the reactor vessel wall, reducing the temperature gradient in the reactor vessel between the sodium liquid surface and the cover gas region, and
Alleviates thermal stress applied to the reactor vessel. FIG. 5 shows the effect of reducing this temperature gradient.

次に本実施例の毛管現象によつて多孔質材料中
をナトリウムがカバーガス領域まで上昇する効果
について述べる。液体中に毛細管を立てたときの
液体の上昇高さhは次式で表わされる。
Next, the effect of sodium rising in the porous material to the cover gas region due to capillary action in this example will be described. The rising height h of the liquid when a capillary tube is erected in the liquid is expressed by the following formula.

h=2σcosθ/rρg (2) ここで、 h:管の内外の液面の高さの差 σ:液体の表面張力 θ:接触角 r:管の半径 ρ:液体の密度 g:重力加速度 である。 h=2σcosθ/rρg (2) here, h: Difference in height of liquid inside and outside the tube σ: Surface tension of liquid θ: contact angle r: radius of tube ρ: density of liquid g: gravitational acceleration It is.

ナトリウムの表面張力σは157dyn/cm、比重
量ρgは832Kg重/m3であり、接触角θは、実験的
観察により10゜程度である。これらの値を(2)式に
代入すると、 h=0.379/r(cm) (3) となる。第3式を図示したものが第6図である。
図からわかるように、ナトリウム液面とルーフス
ラブ間の距離すなわちカバーガス領域の高さであ
る1m程度まで、ナトリウムを毛管現象で上昇さ
せるためには、半径約3×10-3mmの毛細管が必要
となる。多孔質材料は、空隙率が5〜95%、空孔
径が2×10-6〜2(mm)まで広い範囲の材料が製
作可能であり、多孔質材料の有する連続した空孔
で生じる毛管現象を利用して、カバーガス領域の
原子炉容器壁がナトリウムに濡れた状態を作り出
すことが可能である。この毛管現象でナトリウム
が液面上部のカバーガス領域の位置にまで浸透し
た多孔質材料は、前述のように熱伝導によつてホ
ツトプレナム内の高温ナトリウムの熱を上方へ輸
送し、液面近傍における原子炉容器の温度勾配を
低減し、原子炉容器に加わる熱応力を緩和する。
The surface tension σ of sodium is 157 dyn/cm, the specific weight ρg is 832 Kg/m 3 , and the contact angle θ is approximately 10° according to experimental observation. Substituting these values into equation (2) yields h=0.379/r(cm) (3). FIG. 6 illustrates the third equation.
As can be seen from the figure, a capillary tube with a radius of approximately 3 × 10 -3 mm is required to raise sodium by capillary action to the distance between the sodium liquid level and the roof slab, that is, the height of the cover gas area, which is approximately 1 m. It becomes necessary. Porous materials can be manufactured in a wide range of materials with porosity of 5 to 95% and pore diameters of 2 x 10 -6 to 2 (mm). It is possible to create a state in which the reactor vessel wall in the cover gas region is wetted with sodium by using this method. The porous material in which sodium permeates to the cover gas region above the liquid level by this capillary phenomenon transports the heat of the high temperature sodium in the hot plenum upwards by thermal conduction, and It reduces the temperature gradient in the reactor vessel and relieves the thermal stress applied to the reactor vessel.

次に本実施例の熱衝撃緩和効果について述べ
る。第4図において過渡運転時のナトリウム液面
の上下変動によつて液面が14から15へ、または15
から14へ変化したとする。このような液面変動
は、瞬時に起こると考えて、多孔質材料を原子炉
容器内壁に取り付けていない場合と取り付けた場
合の原子炉容器の温度の時間変化を比較する。ま
ず液面が上昇し、今までカバーガス領域であつた
部分がナトリウム液面下に没した場合を考える。
多孔質材料を取り付けていない場合、第7図のよ
うに計算の体系を考え、熱収支をとると、 ρCV∂T/∂t=q (4) q=h(TS−T) (5) 1/h=δ/λ+δS/λS (6) となる。
Next, the thermal shock mitigation effect of this example will be described. In Figure 4, the liquid level changes from 14 to 15 or 15 due to fluctuations in the sodium liquid level during transient operation.
Suppose that it changes from to 14. Assuming that such liquid level fluctuations occur instantaneously, we will compare the temporal changes in the temperature of the reactor vessel when the porous material is not attached to the inner wall of the reactor vessel and when it is attached. First, let's consider a case where the liquid level rises and the area that used to be the cover gas area is submerged below the sodium liquid level.
If no porous material is installed, consider the calculation system as shown in Figure 7, and take the heat balance: ρCV∂T/∂t=q (4) q=h(T S −T) (5) 1/h=δ/λ+δ SS (6).

ここで、 ρ :原子炉容器の密度 C :原子炉容器の比熱 V :原子炉容器の単位面積当りの体積 T :原子炉容器の温度 t :時間 q :原子炉容器に流入する熱量 h :ナトリウムと原子炉容器の熱伝達係数 TS:ナトリウムの温度 λ :原子炉容器の熱伝導率 λS:ナトリウムの熱伝導率 δ :原子炉容器内壁面から原子炉容器内部の
温度計算点までの距離 δS:原子炉容器内壁からナトリウム内部の点ま
での距離 である。
Here, ρ: Density of the reactor vessel C: Specific heat of the reactor vessel V: Volume per unit area of the reactor vessel T: Temperature of the reactor vessel t: Time q: Amount of heat flowing into the reactor vessel h: Sodium and the heat transfer coefficient of the reactor vessel T S : Temperature of sodium λ : Thermal conductivity of the reactor vessel λ S : Thermal conductivity of sodium δ : Distance from the inner wall surface of the reactor vessel to the temperature calculation point inside the reactor vessel δS : Distance from the inner wall of the reactor vessel to the point inside the sodium.

初期条件は、 t=0で T=T0 (7) である。式(4)〜(6)を(7)の条件で解くと、原子炉容
器の温度の時間変化は次のようになる。
The initial conditions are t=0 and T=T 0 (7). When equations (4) to (6) are solved under the condition (7), the temporal change in the reactor vessel temperature becomes as follows.

T=TS−(TS−T0)e-at (8) ここで、 a=h/ρCV (9) である。 T=T S −(T S −T 0 )e −at (8) where a=h/ρCV (9).

次に原子炉容器内壁に多孔質材料を取り付けた
場合の原子炉容器温度の時間変化を計算する。第
8図のように計算の体系を考え、熱収支をとる
と、 ρCV∂T/∂t=q (10) ρSCSVP∂TP/∂t=qP−q (11) q=h*(TP−T) (12) qP=hP(TS−TP) (13) 1/h*=δ/λ+δP/λe (14) 1/hP=δP/λe+δS/λS (15) となる。ここで、 ρ:原子炉容器の密度 C:原子炉容器の比熱 V:原子炉容器の単位面積当りの体積 T:原子炉容器の温度 t:時間 q:原子炉容器に流入する熱量 h*:多孔質材料と原子炉容器の熱伝達係数 ρS:ナトリウムの密度 CS:ナトリウムの比熱 VP:多孔質材料の単位面積当りの体積 TP:多孔質材料の温度 qP:多孔質材料に流入する熱量 TS:ナトリウムの温度 hP:多孔質材料とナトリウムの熱伝達係数 δ:原子炉容器内壁面から原子炉容器内部の温
度計算までの距離 δP:多孔質材料の厚さ δS:多孔質材料表面からナトリウム内部の点ま
での距離 λ:原子炉容器の熱伝導率 λS:ナトリウムの熱伝導率 λe:多孔質材料とナトリウムからなる混合媒質
の有効熱伝導率 である。初期条件は t=0で T=T0,TP=T0 (16) とする。式(10)〜(15)を(16)の条件で解くと、
原子炉容器温度の時間変化は次のようになる。
Next, we calculate the temporal change in reactor vessel temperature when a porous material is attached to the inner wall of the reactor vessel. Considering the calculation system as shown in Figure 8 and taking the heat balance, ρCV∂T/∂t=q (10) ρ S C S V P ∂T P /∂t=q P −q (11) q =h * (T P −T) (12) q P =h P (T S −T P ) (13) 1/h * =δ/λ+δ Pe (14) 1/h PP / λ e + δ SS (15). Here, ρ: Density of the reactor vessel C: Specific heat of the reactor vessel V: Volume per unit area of the reactor vessel T: Temperature of the reactor vessel t: Time q: Amount of heat flowing into the reactor vessel h * : Heat transfer coefficient between porous material and reactor vessel ρ S : Density of sodium C S : Specific heat of sodium V P : Volume per unit area of porous material T P : Temperature of porous material q P : To the porous material Amount of heat flowing in T S : Temperature of sodium h P : Heat transfer coefficient between the porous material and sodium δ : Distance from the inner wall surface of the reactor vessel to the temperature calculation inside the reactor vessel δ P : Thickness of the porous material δ S : Distance from the surface of the porous material to a point inside the sodium λ : Thermal conductivity of the reactor vessel λ S : Thermal conductivity of sodium λ e : Effective thermal conductivity of the mixed medium consisting of the porous material and sodium. The initial conditions are t=0, T=T 0 , T P =T 0 (16). Solving equations (10) to (15) under the condition of (16), we get
The temporal change in reactor vessel temperature is as follows.

T=a1a2TS/m2+n2{1−e-mtsecφcos(nt+φ)}
+T0(cos nt+m/nsin nt)e-mt(17) ここで、 a1=h*/ρCV,a2=hP/ρSCSVP,a3=h*/ρSCSVP m=a1+a2+a3/2,n2=a1+a2−m2 φ=tan-1(−m/n) (18) である。
T=a 1 a 2 T S /m 2 +n 2 {1−e -mt secφcos(nt+φ)}
+T 0 (cos nt+m/nsin nt)e -mt (17) Here, a 1 = h * / ρCV, a 2 = h P / ρ S C S V P , a 3 = h * / ρ S C S V P m=a 1 +a 2 +a 3 /2, n 2 =a 1 +a 2 −m 2 φ=tan −1 (−m/n) (18).

式(8)と(17)を用いて原子炉容器壁内面に多孔
質材料を取り付けた場合と取り付けない場合の原
子炉容器の温度の時間変化を比較したものが、第
9図である。図のように、多孔質材料を取り付け
た場合、原子炉容器の時間変化が、取り付けない
場合に比べて緩やかとなり、熱衝撃が緩和され
る。この場合の時定数を比較すると l=t1/t2a/m (19) となり、実際に次のような各値を代入して試算す
ると、 ρ=7820Kg/m2,C=0.118Kcal/Kg℃,V=
0.08m,δ=0.04m,δS=0.1m,λ=14Kcal/
mh℃,λS=60Kcal/mh℃,VP=0.1m,δP
0.1m,λe=35.1Kcal/mh℃,ρS=844Kg/m3
CS=0.314Kcal/Kg℃,l0.35 (20) となる。すなわち多孔質材料を取り付けたことに
よつて原子炉容器の温度変化率が、多孔質材料を
取り付けない場合の約35%に緩和される。
Figure 9 shows a comparison of the temporal changes in the temperature of the reactor vessel when a porous material is attached to the inner surface of the reactor vessel wall and when it is not attached using equations (8) and (17). As shown in the figure, when a porous material is attached, the change in the reactor vessel over time becomes more gradual than when it is not attached, and thermal shock is alleviated. Comparing the time constants in this case, l=t 1 /t 2 a/m (19), and actually calculating by substituting the following values, ρ=7820Kg/m 2 , C=0.118Kcal/ Kg℃,V=
0.08m, δ=0.04m, δ S =0.1m, λ=14Kcal/
mh℃, λ S =60Kcal/mh℃, V P =0.1m, δ P =
0.1m, λ e = 35.1Kcal/mh℃, ρ S = 844Kg/m 3 ,
C S =0.314Kcal/Kg℃, l0.35 (20). That is, by installing the porous material, the rate of temperature change in the reactor vessel is reduced to about 35% of the rate when no porous material is installed.

ナトリウム液面が下降し、今までナトリウム液
面下に没していた部分がカバーガス領域にさらさ
れた場合についても同様にして計算できる。ここ
では、その結果のみを示す。第10図は、ナトリ
ウム液面下降時の原子炉容器温度の時間変化を、
多孔質材料を取り付けた場合と取り付けない場合
について比較したものである。この場合の時定数
を比較すると次のようになる。
Similar calculations can be made in the case where the sodium liquid level falls and the part that was previously submerged below the sodium liquid level is exposed to the cover gas area. Here, only the results are shown. Figure 10 shows the temporal change in reactor vessel temperature when the sodium liquid level falls.
A comparison is made between a case where a porous material is attached and a case where a porous material is not attached. A comparison of the time constants in this case is as follows.

l=t1/t20.01 (21) すなわち、多孔質材料を取り付けた場合、原子炉
容器の温度降下率が取り付けない場合の約1%に
まで緩和されることを示している。これは、多孔
質材料の空孔中に保持された高温ナトリウムの存
在によつて熱が原子炉容器からカバーガス領域へ
逃げてゆくのが押えられているためである。
l=t 1 /t 2 0.01 (21) In other words, this shows that when a porous material is attached, the rate of temperature drop in the reactor vessel is reduced to about 1% of the rate when it is not attached. This is because the presence of hot sodium held within the pores of the porous material prevents heat from escaping from the reactor vessel to the cover gas region.

以上に示したように原子炉容器内壁に多孔質材
料を取り付けた場合には、ナトリウム液面の上下
変動に伴う急激な温度変化が、直接、原子炉容器
に加わるのを防止し、原子炉容器の熱衝撃を緩和
する効果がある。
As shown above, when a porous material is attached to the inner wall of the reactor vessel, it is possible to prevent rapid temperature changes associated with fluctuations in the sodium liquid level from directly applying to the reactor vessel. It has the effect of alleviating thermal shock.

以上が本発明の一実施例であるが、多孔質材料
は、第3図および第4図に示した構造のものだけ
でなく、ワイヤーメツシユを組み合わせた材料、
繊維状の材料、箔や板を成形して空孔や毛細管を
作成したものなどであつても、空孔に冷却材が浸
透する構造であれば、同様の効果がある。
The above is an embodiment of the present invention, and the porous material includes not only those with the structure shown in FIGS. 3 and 4, but also materials that combine wire mesh,
A similar effect can be obtained even if the material is made of fibrous material, a foil or plate formed to have holes or capillaries, as long as the structure allows the coolant to penetrate into the holes.

また実施例では原子炉容器内壁に多孔質材料を
取り付けた場合について述べたが、主中間熱交換
器、主循環ポンプなどの炉内構造物および原子炉
に限らず、同様の問題を生じるタンクや容器など
に対しても利用できる。
In addition, although the example describes the case where a porous material is attached to the inner wall of the reactor vessel, it is not limited to reactor internal structures such as the main intermediate heat exchanger and main circulation pump, but is also applicable to tanks and reactors that cause similar problems. It can also be used for containers, etc.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、原子炉容器内壁に取り付けた
多孔質材料中にナトリウムが浸透することによつ
て、ホツトプレナム内の高温ナトリウムの熱が、
ナトリウム液面上部のカバーガス領域に位置する
多孔質材料中の熱伝導によつてナトリウム液面よ
り上方へ輸送される。この熱が原子炉容器壁に伝
達され、ナトリウム液面下とカバーガス領域の間
の原子炉容器の温度勾配を低減し、原子炉容器に
加わる熱応力を緩和できる。さらに過渡運転時な
どに発生するナトリウム液面の上下変動に伴う急
激な温度変化が直接、原子炉容器に加わるのを防
止し、原子炉容器の熱衝撃を緩和できる。
According to the present invention, the heat of high-temperature sodium in the hot plenum is
Heat is transported above the sodium surface by conduction in the porous material located in the cover gas region above the sodium surface. This heat is transferred to the reactor vessel wall, reducing the temperature gradient in the reactor vessel between the sodium liquid level and the cover gas region, and can relieve thermal stress on the reactor vessel. Furthermore, it is possible to prevent rapid temperature changes associated with up and down fluctuations in the sodium liquid level that occur during transient operations from being directly applied to the reactor vessel, thereby alleviating thermal shock to the reactor vessel.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来例によるタンク型高速増殖容器内
の構造図、第2図は本発明の一実施例のタンク型
高速増殖炉容器内の構造図、第3図は本発明の一
実施例の透視図、第4図は本発明の一実施例の断
面図、第5図は本発明のナトリウム液面近傍にお
ける温度勾配緩和効果を示す温度分布図、第6図
は毛細管の半径と毛管現象によるナトリウムの上
昇高さの関係線図、第7図は多孔質材料を取り付
けない場合におけるナトリウム液面上昇時の原子
炉容器の温度変化計算体系説明図、第8図は多孔
質材料を取り付けた場合におけるナトリウム液面
上昇時の原子炉容器の温度変化計算体系説明図、
第9図はナトリウム液面上昇時の原子炉容器温度
の時間変化を示す線図、第10図はナトリウム液
面下降時の原子炉容器温度の時間変化を示す線図
である。 1…原子炉容器、2…ルーフスラブ、3…主中
間熱交換器、4…1次主循環ポンプ、5…炉心、
6…炉心上部機構、7…ホツトプレナム、8…コ
ールドプレナム、9…隔壁、10…熱遮蔽板、1
1…原子炉容器冷却流路。
Fig. 1 is a structural diagram inside a tank type fast breeder reactor vessel according to a conventional example, Fig. 2 is a structural diagram inside a tank type fast breeder reactor vessel according to an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a structural diagram inside a tank type fast breeder reactor vessel according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a temperature distribution diagram showing the temperature gradient relaxation effect near the sodium liquid surface of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the radius of the capillary tube and the capillary phenomenon. Figure 7 is an explanatory diagram of the temperature change calculation system in the reactor vessel when the sodium liquid level rises when no porous material is installed. Figure 8 is a diagram showing the relationship between the height of rise in sodium. Figure 8 is when a porous material is installed. An explanatory diagram of the temperature change calculation system in the reactor vessel when the sodium liquid level rises in
FIG. 9 is a diagram showing the temporal change in the reactor vessel temperature when the sodium liquid level rises, and FIG. 10 is a diagram showing the temporal change in the reactor vessel temperature when the sodium liquid level falls. 1... Reactor vessel, 2... Roof slab, 3... Main intermediate heat exchanger, 4... Primary main circulation pump, 5... Reactor core,
6... Core upper mechanism, 7... Hot plenum, 8... Cold plenum, 9... Partition wall, 10... Heat shield plate, 1
1...Reactor vessel cooling channel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 原子炉容器内に炉心の冷却材である液体金属
を有する原子炉において、冷却材の自由液面付近
の原子炉容器壁に、空孔を多数有し、その空孔内
に冷却材が浸透する材料を取り付けたことを特徴
とする原子炉容器。
1. In a nuclear reactor that has liquid metal, which is the core coolant, in the reactor vessel, there are many holes in the reactor vessel wall near the free liquid surface of the coolant, and the coolant penetrates into the holes. A nuclear reactor vessel characterized by having a material attached thereto.
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