(57)【要約】【課題】陽子ビーム入射筒の交換を容易にする。陽子ビーム入射筒支持部での冷却材の  漏洩を抑制する。陽子ビーム入射筒の取り出し時、陽子ビーム入射窓下からの冷却材圧力によって陽子ビーム入射筒の引き抜きを容易にする。【解決手段】内側炉心槽内に配した冷却材反転流動用二重筒の外筒の上端外側に一体に  設けた環状受部の内側面と底面とが連なる部分を円錐面となし、陽子ビーム入射筒の支持外筒の下端外側に一体に設けたフランジの外周部下側を球面となし、前記環状受部内にフランジを挿入し、その球面を環状受部の円錐面に接触させて、陽子ビーム入射筒の支持外筒を冷却材反転流動用二重筒の外筒に支持する。この陽子ビーム入射筒支持部の内外の冷却材に差圧を生じさせたり、均圧にするため陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を調整する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側炉心槽内に配した冷却材反転流動用二重筒の上端開口された内筒よりも短い外筒の上端外側に、Ｌ形の環状受部を一体に設けると共にこの環状受部の内側面と底面とが連なる部分を円錐面となし、陽子ビーム入射筒のそれよりも長くし、前記外筒と同じ内径となした陽子ビーム入射筒の支持外筒の下端外側に、前記環状受部の内径よりも外径を小さくすると共に外周部下側を球面となしたフランジを一体に設け、このフランジを前記環状受部内に挿入し、フランジの外周部下側の球面を環状受部の円錐面に接触させて、陽子ビーム入射筒の支持外筒を冷却材反転流動用二重筒の外筒に支持するようにしたことを特徴とする陽子ビーム入射筒の着脱構造。
【請求項２】
請求項１記載の陽子ビーム入射筒の着脱構造において、陽子ビーム入射筒の支持外筒の下端内周面の周方向に、冷却反転流動用二重筒の外筒内上端に嵌合する複数の円弧状の下部案内板を等間隔に設け、陽子ビーム入射筒の支持外筒の外周面の周方向に、内側炉心槽上端内周の炉心支持枠に嵌合する複数の円弧状の上部案内板を等間隔に設けたことを特徴とする陽子ビーム入射筒の着脱構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載の陽子ビーム入射筒の着脱構造を備え、陽子ビーム入射窓と、これに冷却材を供給するポンプと、陽子ビーム入射窓を冷却して高温となった冷却材を冷却して前記ポンプに戻す冷却器とから成る陽子ビーム入射窓冷却系を原子炉容器内に組み込むと共にその冷却系に原子炉容器内で液位調整タンクを付加し、その液位調整タンクの上部に弁を備えたガス加圧・排気系を設け、下部に前記陽子ビーム入射窓冷却系に連なる弁を備えた配管を設け、底に弁を備えた配管を設けて原子炉容器内に開口して成る陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統。
【請求項４】
請求項３記載の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統において、ガス加圧・排気系の弁の閉，開と陽子ビーム入射窓冷却系に連なる配管の弁の開，閉により陽子ビーム入射窓冷却系から液位調整タンク内に導いた冷却材を、該液位調整タンクの底の配管の弁を開いて原子炉容器内に排出することを繰り返すことにより、陽子ビーム入射窓冷却系の液位を低下し、炉容器系の液位を上昇して、陽子ビーム入射筒の支持外筒内外の冷却材の差圧により支持外筒下端のフランジの球面を環状受部の円錐面に密着して、受動的に陽子ビーム入射窓冷却系の冷却材の漏洩を抑制するようにしたことを特徴とする陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整方法。
【請求項５】
請求項３記載の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統において、ガス加圧・排気系の弁を閉じ、陽子ビーム入射窓冷却系に連なる配管の弁と液位調整タンクの底の配管の弁を開いて原子炉容器内の冷却材を液位調整タンクを経由して陽子ビーム入射窓冷却系に導入してその液位を上昇し、炉容器系の液位を低下することにより、陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を均一にして、陽子ビーム入射筒の支持外筒内外の冷却材の圧力を等しくし、陽子ビーム入射筒の交換のための引き抜きを陽子ビーム入射窓下からの冷却材圧力によって容易にできるようにしたことを特徴とする陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核変換利用の加速器駆動炉プラントにおける陽子ビーム入射筒の着脱構造、陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統及びその液位調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、核変換利用の加速器駆動炉プラントに関して、冷却材を鉛−ビスマスとして陽子ビームを炉心に入射し、核変換を行う未臨界炉概念設計研究が行われている。陽子ビーム入射筒は、炉心の中央上部に配設し、陽子ビームを先端の陽子ビーム入射窓から炉心に入射する構成となしているが、陽子ビーム入射窓が外圧と中性子照射の厳しい環境下にあるので、外圧荷重低減のため、陽子ビーム入射窓の冷却と炉心の冷却は別系統としている。
【０００３】
陽子ビーム入射窓冷却系の概念を図１によって説明すると、１は原子炉容器、２は炉心部、３は炉心で、この炉心３の中央上部に陽子ビーム入射筒４を配設している。この陽子ビーム入射筒４の先端の球面状の陽子ビーム入射窓５を冷却する冷却材は、原子炉容器１内の鉛−ビスマス６で、この冷却材はポンプ７にて吸引されて配管８から吐出され、陽子ビーム入射窓５に対向して炉心３の中央部に挿入配設した冷却材反転流動用二重筒９の内筒１０内に流入し、その上端開口１０ａで陽子ビーム入射窓５を冷却した後反転して外筒１１内を流れ、その下端から配管１２に吐出され、この配管１２を通って冷却器１３内に流入し、伝熱管１４内を流れるＨｅガスにより冷却された後配管１５を通ってポンプ７に送り込まれる。
【０００４】
上記のように陽子ビーム入射筒４は、炉心３の中央上部に配設し、陽子ビームを先端の陽子ビーム入射窓５から炉心３に入射する構成となしているが、陽子ビーム入射窓５が高中性子束環境下にあるため、プラント寿命中に陽子ビーム入射筒４を何度か交換する必要がある。
【０００５】
現在行われている概念設計では、図２に示すように陽子ビーム入射筒４の交換は、内側炉心槽１６内の冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１の上端のフランジ１７と陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の下端のフランジ１９とをボルト２０にて接合し、ボルト２０の取り外しにより離脱する方式を採用している。
【０００６】
ところで、上記のフランジ１７，１９をボルト２０にて接合し、ボルト２０の取り外しにより離脱する方式では、冷却材である鉛−ビスマス６の液柱が５ｍ以上の深さで、しかも内側炉心槽１６と冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１との間の狹い空間で、ボルト２０によるフランジ１７，１９の接合作業及びボルト２０の取り外し作業の実現は非常に厳しく、その確認も困難であることから、陽子ビーム入射筒４の交換は極めて難しく、時間もかかる。
【特許文献１】特開平５−５２９７９
【特許文献２】特開２０００−３２１３８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、陽子ビーム入射筒の交換を容易にできる陽子ビーム入射筒の着脱構造と、陽子ビーム入射筒支持部での冷却材の漏洩が少なくなるように荷重を作用させるようにし、また陽子ビーム入射筒の交換のための引き抜きが容易となるように陽子ビーム入射窓下から冷却材圧力が作用するようにした陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統及びその液位調整方法を提供しょうとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の陽子ビーム入射筒の着脱構造は、内側炉心槽内に配した冷却材反転流動用二重筒の上端開口された内筒よりも短い外筒の上端外側に、Ｌ形の環状受部を一体に設けると共にこの環状受部の内側面と底面とが連なる部分を円錐面となし、陽子ビーム入射筒のそれよりも長くし、前記外筒と同じ内径となした陽子ビーム入射筒の支持外筒の下端外側に、前記環状受部の内径よりも外径を小さくすると共に外周部下側を球面となしたフランジを一体に設け、このフランジを前記環状受部内に挿入し、フランジの外周部下側の球面を環状受部内の円錐面に接触させて、陽子ビーム入射筒の支持外筒を冷却材反転流動用二重筒の外筒に支持するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
上記の陽子ビーム入射筒の着脱構造においては、陽子ビーム入射筒の支持外筒の下端内周面の周方向に、冷却材反転流動用二重筒の外筒内上端に嵌合する複数の円弧状の下部案内板を等間隔に設け、陽子ビーム入射筒の支持外筒の外周面の周方向に、内側炉心槽上端内周の炉心支持枠に嵌合する複数の円弧状の上部案内板を等間隔に設けることが好ましい。
【００１０】
本発明の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統は、上記段落０００８又は０００９記載の陽子ビーム入射筒の着脱構造を備え、陽子ビーム入射窓と、これに冷却材を供給するポンプと、陽子ビーム入射窓を冷却して高温となった冷却材を冷却して前記ポンプに戻す冷却器とから成る陽子ビーム入射窓冷却系を原子炉容器内に組み込むと共に、その冷却系に原子炉容器内で液位調整タンクを付加し、その液位調整タンクの上部に弁を備えたガス加圧・排気系を設け、下部に前記陽子ビーム入射窓冷却系に連なる弁を備えた配管を設け、底に弁を備えた配管を設けて原子炉容器内に開口してなるものである。
【００１１】
本発明の陽子ビーム入射冷却系と炉容器系の液位調整方法の１つは、上記段落００１０に記載の液位調整系統において、ガス加圧・排気系の弁の閉，開と陽子ビーム入射窓冷却系に連なる配管の弁の開，閉により陽子ビーム入射窓冷却系から液位調整タンク内に導いた冷却材を、該液位調整タンクの底の配管の弁を開いて原子炉容器内に排出することを繰り返すことにより、陽子ビーム入射窓冷却系の液位を低下し、炉容器系の液位を上昇して、陽子ビーム入射筒の支持外筒内外の冷却材の差圧により支持外筒下端のフランジの球面を環状受部の円錐面に密着して、受動的に冷却材の漏洩を抑制するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整方法の他の１つは、前記段落００１０に記載の液位調整系統において、ガス加圧・排気系の弁を閉じ、陽子ビーム入射窓冷却系に連なる配管の弁と液位調整タンクの底の配管の弁を開いて原子炉容器内の冷却材を液位調整タンクを経由して陽子ビーム入射窓冷却系に導入してその液位を上昇し、炉容器系の液位を低下することにより、陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を均一にして、陽子ビーム入射筒の支持外筒内外の冷却材圧力を等しくし、陽子ビーム入射筒の交換のための引き抜きを陽子ビーム入射窓下からの冷却材圧力によって容易にできるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
核変換利用の加速器駆動炉プラントの炉容器内における炉心中央部に配されている内側炉心槽内にて冷却材反転流動用二重筒へ陽子ビーム入射筒をボルト締結によらずに簡単に取り付け、取り外しできるようにした。また、陽子ビーム入射筒支持部での冷却材の漏洩を抑制した。さらに、陽子ビーム入射筒の取り出し時、陽子ビーム入射窓下からの冷却材圧力によって陽子ビーム入射筒の引き抜きを容易とした。
【００１４】
【実施例１】
本発明の陽子ビーム入射筒の着脱構造の実施例を図によって説明する。先ず陽子ビーム入射窓周りの構造を図３によって説明すると、内側炉心槽１６内に配された冷却材反転流動用二重筒９は図示せぬ炉内構造物に立設され、その内筒１０は外筒１１よりも高く、その上端開口１０ａが、炉心３（図１参照）の中央上部に配設した陽子ビーム入射筒４の先端の球面状の陽子ビーム入射窓５に対向している。内筒１０内の上端部には矢印の如く下方から上昇してくる鉛−ビスマスの冷却材を整流し、均等に上端開口１０ａで陽子ビーム入射窓５に冷却材を当てるための整流装置２１が設けられている。陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８は、陽子ビーム入射窓５よりも下方に突出していて、その下端が冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１の上端に、後述する本発明の着脱構造にて支持されて、支持外筒１８と冷却材反転流動用二重筒９の内筒１０との間に冷却材反転通路２２が形成されている。従って、陽子ビーム入射窓５に当接して冷却した鉛−ビスマスの冷却材は内筒１０の外周の冷却材反転通路２２に入り、ここから冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１内を矢印の如く下方に流れていく。
【００１５】
さて、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の下端を、冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１の上端に支持する本発明による陽子ビーム入射筒の着脱構造を図４によって説明すると、冷却材反転流動二重筒９の外筒１１の上端外側に、Ｌ形の環状受部２３を一体に設けると共にこの環状受部２３の内側面２３ａと底面２３ｂとが連なる部分を円錐面２４となしている。前記外筒１１と同じ内径となした陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の下端外側に、前記環状受部２３の内径よりも外径を小さくすると共に外周部下側を球面２５となしたフランジ２６を一体に設けている。そして、このフランジ２６を前記環状受部２３内に挿入し、フランジ２６の外周部下側の球面２５を環状受部２３の円錐面２４に接触させて、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８を冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１に支持するようにしている。
【００１６】
上記のように構成された陽子ビーム入射筒の着脱構造によれば、陽子ビーム入射筒４の交換時、従来のようにボルトの取り外し作業を行うことなく、陽子ビーム入射筒４を図３に示す内側炉心槽１６から上方に引き上げることにより、その支持外筒１８の下端の図４に示されるフランジ２６が、冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１における上端外側の環状受部２３から抜け出るので、陽子ビーム入射筒４の冷却材反転流動用二重筒９からの取り外しは至って容易である。こうして取り外した陽子ビーム入射筒４を新規なものと交換して取り付けるには、新規な陽子ビーム入射筒４を図３に示す内側炉心槽１６内に上方から吊り降ろすことにより、その支持外筒１８の下端の図４に示されるフランジ２６が、冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１における上端外側の環状受部２３内に挿入され、フランジ２６の外周部下側の球面２５が環状受部２３の円錐面２４に接触し、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８は冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１に支持される。この時、フランジ２６は陽子ビーム入射筒４内外の差圧によって矢印のように押え付けられるので、球面２５と円錐面２４との隙間を少なくでき、冷却材のリークを少なくできる。
【００１７】
【実施例２】
上記実施例の陽子ビーム入射筒の着脱構造において、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の下端内周面の周方向には、図５〜図７に示されるように冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１内の上端に嵌合する複数の横断面円弧状の下部案内板２７を等間隔に設け、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の外周面の周方向に、内側炉心槽１６の上端内周の炉心支持枠２８に嵌合する複数の円弧状の上部案内板２９を等間隔に設けてよい。このようにすると、陽子ビーム入射筒４を内側炉心槽１６内に吊り降ろし、陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８を冷却材反転流動用二重筒９の外筒１１に支持する際、上部案内板２９と下部案内板２７により芯合せされてフランジ２６の環状受部２３内への挿入が容易となり、また、陽子ビーム入射筒４の垂直度を精度よく保たれる。
【００１８】
【実施例３】
本発明の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統の実施例を図８によって説明する。図８中の付号１〜１０、１０ａ、１１〜１５は、図１と同一部分を示すのでその説明を省略する。尚、この図８では示さないが陽子ビーム入射筒の着脱構造は、図５〜図７に示すものと同一である。３０は陽子ビーム入射窓冷却系に付加した液位調整タンクで、この液位調整タンク３０の上部には弁３１を備えたガス加圧・排気系３２が設けられ、下部にはポンプ７に連なる配管１５に連通する弁３３を備えた配管３４が設けられ、底には弁３５を備えた配管３６が設けられて原子炉容器１内に開口されている。
【００１９】
上記のように構成された陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統において、冷却材充填直後、その陽子ビーム入射窓冷却系、液位調整タンク３０および炉容器系の液位は、図９に示すように一様水準である。この状態から陽子ビーム入射窓冷却系の液位を調整するには、配管１５に連通する配管３４の弁３３を閉じ、ガス加圧・排気系３２の弁３１を開いて液位調整タンク３０内のガスを加圧し、液位調整タンク３０内の冷却材を配管３６の弁３５を開いて原子炉容器１内に排出する。次に、弁３５を閉じ、液位調整タンク３０内のガスを排気した後、ガス加圧・排気系３２の弁３１を閉じ、配管３４の弁３３を開くことにより、陽子ビーム入射窓冷却系内の冷却材を液位調整タンク３０内に導いて、陽子ビーム入射窓冷却系内の液位を低下していく。次いで、配管３４の弁３３を閉じ、ガス加圧・排気系３２の弁３１を開いて液位調整タンク３０内のガスを加圧し、液位調整タンク３０内の冷却材を配管３６の弁３５を開いて原子炉容器１内へ排出する。こうして陽子ビーム入射窓冷却系から液位調整タンク３０内に導いた冷却材を原子炉容器１内に排出することを繰り返すことにより、陽子ビーム入射窓冷却系の液位が図１０に示すように低下し、炉容器系の液位が上昇する。陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を均一に戻すには、ガス加圧・排気系３２の弁３１を閉じ、配管３６の弁３５及び配管３４の弁３３を開いて原子炉容器１内の冷却材を液位調整タンク３０を経由してポンプ７側に導入し、陽子ビーム入射窓冷却系の液位を上昇し、炉容器系の液位を低下していくことにより、図９に示すように陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位は均一となる。
【００２０】
【実施例４】
上記の液位調整系統において、図１０に示すように陽子ビーム入射窓冷却系の液位を低下し、炉容器系の液位を上昇することにより、図４，図５に示される陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の内外の差圧、つまり支持外筒１８外の冷却材圧力が大きく支持外筒１８内の冷却材圧力が小さいことにより、支持外筒１８の下端のフランジ２６の上下面に作用する圧力差によって、フランジ２６の球面２５が環状受座２３の円錐面２４に密着せしめられ、受動的に陽子ビーム入射窓冷却系の冷却材が炉容器系への漏洩が抑制される。
【００２１】
【実施例５】
前述の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統において、陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を図９に示すように均一にすることにより、図４，図５に示される陽子ビーム入射筒４の支持外筒１８の内外の冷却材の圧力は等しくなり、陽子ビーム入射筒４の交換のための引き抜きは、陽子ビーム入射窓５の下からの冷却材圧力によって容易にできる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の陽子ビーム入射筒の着脱構造によれば、細く長い内側炉心槽内への挿入による陽子ビーム入射筒の冷却材反転流動用二重筒への支持が球面と円錐面の接触により行われ、ボルトによる締結を行わないので、陽子ビーム入射筒の冷却材反転流動用二重筒への取り付け、取り外しが簡単となって、陽子ビーム入射筒の交換が容易にできる。
【００２３】
また、本発明の液位調整系統における液位調整方法の１つによれば、陽子ビーム入射窓冷却系の液位を低下し、炉容器系の液位を上昇することによる陽子ビーム入射筒内外の差圧によって陽子ビーム入射筒支持部の球面と円錐面が密着し、受動的に陽子ビーム入射窓冷却系の冷却材の漏洩が抑制される。
【００２４】
さらに本発明の液位調整系統における液位調整方法の他の１つによれば、陽子ビーム入射筒の取り出し時、陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位を等しくすることによって、陽子ビーム入射筒の支持外筒内外の冷却材圧力を等しくすることができるので、陽子ビーム入射窓下からの冷却材圧力によって陽子ビーム入射筒の引き抜きが容易となる。
【００２５】
そして本発明は、陽子ビームを炉心に入射して核変換を行う未臨界炉の基礎設計の実現に寄与でき、加速器駆動炉プラントの開発を進展させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】陽子ビーム入射窓冷却系の概念図である。
【図２】現在行われている概念設計における陽子ビーム入射筒の取付け構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明による陽子ビーム入射筒の着脱構造を示す縦断面図である。
【図４】図３のＡ部拡大図でる。
【図５】図４の陽子ビーム入射筒の着脱構造の一部を変更した例を示す縦断面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図８】本発明の陽子ビーム入射窓冷却系と炉容器系の液位調整系統を示すものである。
【図９】図８の液位調整系統の冷却材充填時の状態を示すものである。
【図１０】図８の液位調整系統の液位調整運転時の状態を示すものである。
【符号の説明】
１  原子炉容器
２  炉心部
３  炉心
４  陽子ビーム入射筒
５  陽子ビーム入射窓
６  鉛−ビスマス
７  ポンプ
８  配管
９  冷却材反転流動用二重筒
１０  冷却材反転流動用二重筒の内筒
１０ａ  冷却材反転流動用二重筒の内筒の上端開口
１１  冷却材反転流動用二重筒の外筒
１２  配管
１３  冷却器
１４  伝熱管
１５  配管
１６  内側炉心槽
１７  フランジ
１８  陽子ビーム入射筒の支持外筒
１９  フランジ
２０  ボルト
２１  整流装置
２２  冷却材反転流路
２３  Ｌ形の環状受部
２３ａ  Ｌ形の環状受部の内側面
２３ｂ  Ｌ形の環状受部の底面
２４  円錐面
２５  球面
２６  フランジ
２７  下部案内板
２８  内側炉心槽の上端内周の炉心支持枠
２９  上部案内板
３０  液位調整タンク
３１  弁
３２  ガス加圧・排気系
３３  弁
３４  配管
３５  弁
３６  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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