(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、
この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する単一の上部蓋と、
燃料交換時に上記上部蓋から引抜き可能な炉心上部機構と、
燃料交換時に上記炉心上部機構の引抜領域に設置され、炉心内の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、
前記炉心上部機構は、内部に複数の制御棒駆動機構を搭載支持する一方、上記炉心上部機構の本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をおいて設置したことを特徴とする高速増殖炉。
【請求項２】
炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、
この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する単一の上部蓋と、
燃料交換時に炉心直上に引き上げられる炉心上部機構と、
燃料交換時に炉心上部機構周囲の上部蓋に設置され炉心内の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、
前記炉心上部機構は、内部に複数の制御棒駆動機構を搭載支持する一方、上記炉心上部機構の本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をおいて設置したことを特徴とする高速増殖炉。
【請求項３】
前記筒状スリーブは、上部蓋とカバーガスバウンダリの境界部にオフセット部を形成する一方、このオフセット部に対応する炉心上部機構の本体胴に下方側が縮径構造の段部を形成し、前記筒状スリーブと本体胴との間に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の間隙はオフセット部上方がその下方より幅狭に形成した請求項１または２記載の高速増殖炉。
【請求項４】
前記筒状スリーブはスリーブ下端部でナトリウムの融点以上の温度となる箇所にアニュラス状の狭間隙部を形成する水平段部を設け、この水平段部に炉心上部機構の本体胴外面に蒸着したナトリウムの滴下を受ける滴下液受部を形成した請求項１または２記載の高速増殖炉。
【請求項５】
原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する上部蓋と、
この上部蓋上方に位置する運転床に設置されたドアバルブ装置と、
このドアバルブ装置上に設けられ、炉心上部機構を収納可能な気密構造の筒状収納容器とを有し、
前記ドアバルブ装置は、上部蓋から運転床を貫いて収納容器に至る炉心上部機構の引抜開口部を閉止する床側密封蓋を有する床側ドアバルブと、
このドアバルブを開閉動作させるドアバルブ駆動装置と、
上記ドアバルブのバルブサポート上に分離可能に設置された容器密封蓋とを有し、前記ドアバルブ駆動装置による上記ドアバルブの閉動作に合せて容器密封蓋をリフティングさせ、筒状収納容器の底部開口を気密に閉塞したことを特徴とする炉心上部機構の引抜装置。
【請求項６】
前記ドアバルブにリフティングかつ分離可能に設置された容器密封蓋は筒状収納容器の底部にボルト締結機構で気密に固定される一方、上記収納容器はドアバルブ装置に着脱可能に設けられて移送キャスクを構成した請求項５記載の炉心上部機構の引抜装置。
【請求項７】
前記筒状収納容器は周側壁に縦方向および周方向に所要の間隔をおいて複数の振止めサポートを、収納させる炉心上部機構に係合可能に設けた請求項５記載の炉心上部機構の引抜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速増殖炉に係り、特に、燃料交換時に制御棒駆動機構を搭載した炉心上部機構を引上げもしくは引抜き可能な高速増殖炉およびその炉心上部機構の引抜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速増殖炉は、ウラン（Ｕ）とプルトニウム（Ｐｕ）の混合酸化物を燃料として使用し、Ｐｕ２３９を核分裂させる一方、生れ出た余剰の高速中性子をＵ２３８に吸収させ、燃やす量よりも多くのプルトニウムを新たに作り出すことができるため、今後のエネルギー源として大きな期待がかけられている。
【０００３】
高速増殖炉は、有底円筒状の原子炉容器１を有し、この原子炉容器１の内部には、核反応によって熱エネルギを発生させる炉心２が設けられる。また、原子炉容器１の内部には、一次冷却材として液体金属（通常液体ナトリウム）３を炉心２へ導く複数の冷却材入口配管４と炉心２から原子炉容器１の外部に設置された中間熱交換器（図示せず）へ冷却材を導く複数の冷却材出口配管５がそれぞれ配設されている。これら冷却材入口配管４および冷却材出口配管５は、いずれも原子炉容器１内で周方向にほぼ等間隔をおいて配置される。
【０００４】
炉心２の下部には炉心入口プレナム部６が設けられる。炉心２および炉心入口プレナム部６は原子炉容器１内の底部に設けられた炉心支持体７により支持される。炉心２の上方には炉心上部機構８が設置される。
【０００５】
一方、原子炉容器１の外側には、万一の冷却材漏洩事故に備えた有底円筒状の安全容器（ガードベッセル）１１が設けられ、この安全容器１１を介して耐震サポートが設置されている。このように構成された高速増殖炉は、原子炉建屋のキャビティウォールに支持部材を介して支持される。
【０００６】
また、原子炉容器１の上部開口は、上部蓋１０で閉塞されており、この上部蓋１０下面には冷却層（図示せず）が設置され、この冷却層に冷却ガスを循環させることによって、上部蓋１０の加熱を防止している。上部蓋１０は原子炉容器１の頂部を覆う固定プラグ１２とこの固定プラグ１２の偏心位置に設けられた回転プラグ１３とを有する。
【０００７】
そして、原子炉容器１には一次冷却材として液体金属３が収容されており、この液体金属３の液面と上部蓋１０との間にはアルゴンガスなどの不活性ガスが充填され、カバーガス空間１４がカバーガスバウンダリとして形成される。
【０００８】
炉心上部機構８は円筒状の本体胴８ａを備え、この本体胴８ａ内に図示しない制御棒駆動機構が据え付けられる一方、回転プラグ１３には燃料交換機１５も設けられている。また、回転プラグ１３の回転によって炉心上部機構８または燃料交換機１５を炉心２の上方に適宜位置に選択的に配置することができるようになっている。
【０００９】
このように従来の高速増殖炉では、燃料交換のために炉心上部機構８を炉心２上部から退避させ、燃料交換機１４を炉心２の各燃料位置に移動するため、巨大な回転プラグ１３を設けていた。
【００１０】
なお、符号１７は炉内中継装置駆動装置により駆動される炉内中継装置であり、符号１８は炉内中継槽である。
【００１１】
この高速増殖炉において、燃料交換時には原子炉の運転を停止させた後に回転プラグ１３を回転させ、炉心上部機構８を移動させて炉心２の上方から退避させると同時に、燃料交換機１５を炉心２の上方に移動させる。そして、燃料交換機１５のアーム１５ａで炉心２から使用済燃料を引き抜いて炉内中継槽１８に移動させ、炉内中継装置１７を介して新たな燃料と交換する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高速増殖炉において、燃料交換機１５と炉心上部機構８を搭載して回転する回転プラグ１３は、放射線遮蔽や断熱構造を含めると重量は数百トンにも達する。回転プラグ１３の回転駆動により必要となる多数の機器設備（歯車、駆動装置、軸受、回転部気密装置、回転部ケーブル処理装置等）により原子炉上部は極めて複雑な構造となっている。その結果、設計、製作、据付、組立、試験、検査に多大な労力を要している。
【００１３】
従来の高速増殖炉は大口径の回転プラグ１３を使用して燃料交換を行っているため、原子炉上部に占めるスペースが大きくなり、結果として原子炉容器の大型化を招く課題がある。
【００１４】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、回転プラグを廃止する一方、炉心上部機構を引抜き式あるいは引上げ式とし、確実で安全な引抜動作を行ない得、原子炉容器の小型・コンパクト化が図れる高速増殖炉およびその炉心上部機構の引抜装置を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の他の目的は、炉心上部機構を引き抜いて移送するキャスク設備の軽量化や炉心上部機構の引抜後の開口部バウンダリを形成する床側ドアバルブの簡素化を図った高速増殖炉およびその炉心上部機構の引抜装置を提供するにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高速増殖炉は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する単一の上部蓋と、燃料交換時に上記上部蓋から引抜き可能な炉心上部機構と、燃料交換時に上記炉心上部機構の引抜領域に設置され、炉心内の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、前記炉心上部機構は、内部に複数の制御棒駆動機構を搭載支持する一方、上記炉心上部機構の本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をおいて設置したものである。
【００１７】
また、本発明に係る高速増殖炉は、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、炉心および冷却材を収容した原子炉容器と、この原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する単一の上部蓋と、燃料交換時に炉心直上に引き上げられる炉心上部機構と、燃料交換時に炉心上部機構周囲の上部蓋に設置され炉心内の任意位置の燃料を交換可能な燃料交換機とを備え、前記炉心上部機構は、内部に複数の制御棒駆動機構を搭載支持する一方、上記炉心上部機構の本体胴外面廻りに、上部蓋の据付面から冷却材中もしくはカバーガス空間まで垂下した筒状スリーブを、アニュラス状あるいはスリーブ状間隙をおいて設置したものである。
【００１８】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る高速増殖炉は、請求項３に記載したように、筒状スリーブは、上部蓋とカバーガスバウンダリの境界部にオフセット部を形成する一方、このオフセット部に対応する炉心上部機構の本体胴に下方側が縮径構造の段部を形成し、前記筒状スリーブと本体胴との間に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の間隙はオフセット部上方がその下方より幅狭に形成したものである。
【００１９】
さらにまた、上述した課題を解決するために、本発明に係る高速増殖炉は、請求項４に記載したように、筒状スリーブはスリーブ下端部でナトリウムの融点以上の温度となる箇所にアニュラス状の狭間隙部を形成する水平段部を設け、この水平段部に炉心上部機構の本体胴外面に蒸着したナトリウムの滴下を受ける滴下液受部を形成したものである。
【００２０】
本発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、原子炉容器の上部にカバーガスバウンダリを形成する上部蓋と、この上部蓋上方に位置する運転床に設置されたドアバルブ装置と、このドアバルブ装置上に設けられ、炉心上部機構を収納可能な気密構造の筒状収納容器とを有し、前記ドアバルブ装置は、上部蓋から運転床を貫いて収納容器に至る炉心上部機構の引抜開口部を閉止する床側密封蓋を有する床側ドアバルブと、このドアバルブを開閉動作させるドアバルブ駆動装置と、上記ドアバルブのバルブサポート上に分離可能に設置された容器密封蓋とを有し、前記ドアバルブ駆動装置による上記ドアバルブの閉動作に合せて容器密封蓋をリフティングさせ、筒状収納容器の底部開口を気密に閉塞したものである。
【００２１】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、請求項６に記載したように、ドアバルブにリフティングかつ分離可能に設置された容器密封蓋は筒状収納容器の底部にボルト締結機構で気密に固定される一方、上記収納容器はドアバルブ装置に着脱可能に設けられて移送キャスクを構成したものである。
【００２２】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る炉心上部機構の引抜装置は、請求項７に記載したように、筒状収納容器は周側壁に縦方向および周方向に所要の間隔をおいて複数の振止めサポートを、収納させる炉心上部機構に係合可能に設けたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高速増殖炉の一実施形態を添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図２は本発明に係る高速増殖炉の第１実施形態を示す縦断面図である。
【００２５】
この高速増殖炉は全体を符号２０で示したものであり、有底円筒状の原子炉容器２１を備える。原子炉容器２１内には炉内構造物２２である炉心支持体に支持された炉心２３が設けられる。炉心２３の上方には炉心上部プレナム２４が、炉心下方に炉心下部プレナム２５がそれぞれ形成され、両プレナム２４，２５には一次冷却材としての液体金属２６が充填される。液体金属２６には熱伝導性に優れた液体ナトリウムが代表的に用いられる。
【００２６】
液体金属２６は冷却材入口配管２７を通って原子炉容器２１の炉心下部プレナム２５あるいは炉心入口プレナム（図示せず）に案内され、続いて炉心入口プレナムから炉心２３を通って上昇する間に核反応による熱エネルギを受けて高温となり、炉心上部プレナム２４に導かれる。炉心上部プレナム２４に導かれた一次冷却材は続いて冷却材出口配管２８に導かれて原子炉容器２１外設置の中間熱交換器（図示せず）に案内され、この中間熱交換器でタービン駆動用蒸気を加熱する二次冷却材と熱交換される。
【００２７】
また、原子炉容器２１の外側には有底円筒状の安全容器２９がガードベッセルとして設けられて二重容器構造をなし、万一の冷却材漏洩事故に備えている。この高速増殖炉２０は原子炉建屋３０のキャビティウォール３１に支持部材を介して支持される。
【００２８】
さらに、原子炉容器２１の頂部は固定プラグとしての単一の上部蓋３３で覆われ、上部蓋３３と原子炉容器２１内に収容された液体金属２６の自由液面との間にカバーガス空間３４が形成される。このカバーガス空間３４にはヘリウムガス等の不活性ガスが充填され、カバーガスバウンダリを構成している。上部蓋３３は原子炉容器２１の上部にカバーガスバウンダリを形成している。
【００２９】
原子炉容器２１の上部蓋３３の中央部には昇降式あるいは引抜式の炉心上部機構３６が搭載される。この炉心上部機構３６は炉心２３の上部に対向して設置される筒状、好ましくは円筒状の本体胴３７を有し、内部に制御棒駆動機構３８が搭載され、制御棒（図示せず）を炉心２３に出し入れ可能に作動制御している。
【００３０】
また、原子炉容器２１の上部を閉塞する上部蓋３３の上方に運転床４０が位置され、この運転床４０に上部蓋３３の中央開口部に対向してドアバルブ装置４１が固定され、炉心上部機構３６の引抜き開口部を遮蔽している。運転床４０上には上記ドアバルブ装置４１を介して炉心上部機構収納装置４３が気密に立設され、炉心上部機構３６の引抜装置４４が構成される。この炉心上部機構収納装置４３は、昇降式あるいは引抜式の炉心上部機構３６を引き抜き、移送可能に収納するようになっている。
【００３１】
炉心上部機構収納装置４３は、図２および図３に示すように、筒状、好ましくは円筒状の炉心上部機構収納容器４５を移送キャスクとして有し、この収納容器４５内に炉心上部機構３６を収納可能な収納スペース４６を形成している。収納容器４５の頂部には複数台、例えば２台の巻上機構４９，４９が対向設置される一方、両巻上機構４９の外側に吊金具５０が固定される。この吊金具５０は吊設ロープ５１を介してクレーン吊上げ治具５２に接続可能に構成され、このクレーン吊上げ治具５２により原子炉建屋３０内の天井クレーンで移動可能に構成される。
【００３２】
炉心上部機構収納容器４５の巻上機構４９から吊り降ろされるワイヤロープ等の吊設ロープ５３に炉心上部機構３６の頂部に固定される吊りボルト等の吊金具５４が吊設用接続具５５を介して接続され、巻上機構４９の巻上げあるいは巻き降ろしにより、炉心上部機構３６は上部蓋３３に据え付けられる据付位置と収納スペース４６に収納される収納位置との間を収納容器内周壁および案内筒５６に案内されて昇降するようになっている。案内筒５６は運転床４０と上部蓋３３の据付面との間に装荷される。吊設用接続具５５は吊金具５４に遠隔操作により着脱可能に構成してもよい。
【００３３】
炉心上部機構３６が巻上機構４９で巻き上げられ、炉心上部機構収納容器４５内に収納されたとき、炉心上部機構３６の揺れを防止する振止めサポート５８が設けられる。振止めサポート５８は、炉心上部機構収納容器４５の周側壁に、上下方向および周方向に所要の間隔をおいて複数個所設けられ、炉心上部機構３６を収納スペース４６内に安定的に保持できる構造となっている。
【００３４】
一方、原子炉容器２１上方の運転床４０にドアバルブ装置４１が炉心上部機構３６の引抜開口部５９に設置され、このドアバルブ装置４１で原子炉容器２１内のカバーガスバウンダリを形成するカバーガス空間３４と炉心上部機構収納容器４５内の収納スペース４６との雰囲気を仕切っている。
【００３５】
ドアバルブ装置４１は、炉心上部機構３６の引抜孔（引抜開口部）５９を閉止する床側ドアバルブである床側密封蓋６０と炉心上部機構収納容器４５の底部開口を閉止する密閉バルブとしての容器密封蓋６１とを備えたドアバルブ６２と、このドアバルブ６２を引抜孔閉止位置と引抜孔を開放させる収納位置との間をストローク移動させるドアバルブ駆動装置６３とを有する。
【００３６】
ドアバルブ駆動装置６３は可逆回転可能な駆動モータ等のドアバルブ駆動機構６４とこのドアバルブ駆動機構６４の出力軸であるスクリューシャフトとしてのドアバルブ駆動軸６５とを有し、このドアバルブ駆動軸６５がドアバルブ６２のドリブンメンバとしてのバルブサポート６６にねじ結合される。そして、ドアバルブ駆動軸６５の回転駆動により、ドアバルブ６２のバルブサポート６６が進退ストロークさせるようになっている。ドアバルブ駆動装置６３はスクリユー機構に代えてリンク機構やカム機構等の種々の駆動方式を採用してもよい。
【００３７】
一方、ドアバルブ６２はバルブサポート６６の両側に２つの４節リンク機構６７，６８を備える。一方の４節リンク機構６７はバルブサポート６６と床側密封蓋６０とを連接リンク７０で結合して床側ドアバルブを構成しており、図４（Ａ）に示すように、ばね手段としての引張スプリング７１のばね力で常時後退した不作動位置に保たれる。
【００３８】
他方の４節リンク機構６８は、バルブサポート６６と容器密封蓋６１を分離可能に装着した蓋受け７２とを連接リンク７３で結合して構成される。この４節リンク機構６８も図４（Ａ）に示すように、ばね手段としての引張スプリング７４のばね力で常時後退した不作動位置に保たれる。
【００３９】
ドアバルブ装置４１のドアバルブ６２がドアバルブ駆動機構６４を駆動させることにより、収納位置から閉止位置に移動させることができ、この閉止位置でドアバルブ６２が炉心上部機構３６の引抜孔５９を遮断し、閉塞させる。
【００４０】
具体的には、図４（Ｂ）に示すように、ドアバルブ６２の蓋受け７２および床側密封蓋６０の各先端テーパ部７５，７６がドアバルブ装置４１のバルブケーシングである基台７７側のテーパ部７８，７９にそれぞれ係合して乗り上げる。ドアバルブ６２の蓋受け７２および床側密封蓋６０が基台７７側テーパ部７８，７９に乗り上げると、４節リンク機構６７，６８が引張スプリング７１，７４のばね力に抗して拡開作動される。この拡開作動により、床側密封蓋６０は炉心上部機構３６の引抜孔５９を密封し、気密に閉止する一方、容器密封蓋６１がリフティングされ、炉心上部機構収納容器４５の底部開口を密封し、気密に閉止され、図５（Ｂ）に示すようにドアバルブ閉状態となる。
【００４１】
ドアバルブ６２が閉状態にあるか、開状態にあるかは、位置決めピン８０等の位置検出手段で検出される。
【００４２】
図４（Ａ）および（Ｂ）はドアバルブ６２の開閉状態を示すものである。ドアバルブ６２が開状態では床側密封蓋用スプリング７１の圧縮力によってバルブサポート６６にリンク結合した床側密封蓋６０が上方に引き上げられており、また、収納容器側密封蓋用スプリング７４の圧縮力によってバルブサポート６６にリンク結合した収納容器側密封蓋６１を着脱可能に載せた蓋受け７２が下方に押し下げられている。
【００４３】
一方、ドアバルブ６２が閉状態では基台７７側に設けたテーパ部７８，７９に床側密封蓋６０のテーパ部７５が係合して下方に押し下げられて、床側ドアバルブとして機能し、床側の雰囲気の気密性を保つ。また、容器密封蓋６１を載せた蓋受け７２のテーパ部７６も斜面に沿って上方に押し上げられ、炉心上部機構収納容器４５下端の底部開口のシールリング８１に密着する。この密着状態で、締結ボルト等のボルト締結機構８３を締めることにより、炉心上部機構収納容器４５内の雰囲気の気密性を保ちつつ、ドアバルブ６２から炉心上部機構収納容器４５を切り離して移送することができる。
【００４４】
これにより、炉心上部機構収納容器４５は移送キャスクとして機能し、下部のキャスクドアバルブを備え付けることを削除でき、キャスク全体重量の軽量化を図り、引抜・移送作業を確実にかつ容易に行なうことができる。
【００４５】
炉心上部機構３６の本体胴３７の所要の外面廻りは筒状スリーブ８５で覆われる。この筒状スリーブ８５は図５に示すように頂部に外周フランジ８６が形成され、この外周フランジ８６が上部蓋３３の中央開口部（炉心上部機構３６の引抜孔）５９周りの上部に形成される据付段部８７に係合して固定される。筒状スリーブ８５の外周フランジ８６は炉心上部機構３６の本体胴３７の頂部フランジ３７ａで押し付けられ、挟持される。
【００４６】
しかして、筒状スリーブ８５は上部蓋３３の据付面から吊り下げられ、原子炉容器２１内のカバーガス空間３４を経て液体金属２６自由液面から液面下まで延びて終端している。筒状スリーブ８５は本体胴３７の外面廻りに所要の間隙をおいて覆設され、自然対流抑制スリーブあるいはサーマルスリーブとして機能する。筒状スリーブ８５の内周面と本体胴３７の外周面との間に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状の間隙は狭く設定され、間隙部の自然対流やナトリウム蒸着の防止を図っている。なお、筒状スリーブ８５の下端はカバーガス空間３４内で終端させてもよい。
【００４７】
また、筒状スリーブ８５には上部蓋８３とカバーガス空間３４との間にオフセット部８８が形成される。このオフセット部８８付近の本体胴３７は図５に示すように段部３７ａが形成される。本体胴３７は段部３７ａより先端側が幾分縮径されている。上記オフセット部８８および本体胴３７の段部３７ａにより、熱遮蔽機能を有する上部蓋領域でのアニュラス状の間隙（狭隘幅）９０を、図６に示すように、カバーガス空間領域でのアニュラス状間隙９１より狭くし、制御棒駆動機構等の機器保護を図っている。カバーガス空間領域は、高温、例えば約５５０℃あるいはそれ以上の液体金属２６からの熱輻射を受けて高さ方向に温度勾配がつきにくく、温度勾配の大きな上部蓋領域とは相違する。
【００４８】
さらに、オフセット部８８には、図６に示すように、筒状スリーブ８５のオフセット部８８内周面に先細形状のテーパ部９２が形成され、このテーパ部９２により、炉心上部機構３６の液体金属浸漬部を引き抜くと、飛散するナトリウムを滴下し易く案内している。オフセット部８８および本体胴３７の段部３７ａを形成することにより、上部蓋領域のアニュラス状あるいはスリーブ状間隙９０をカバーガス空間領域のアニュラス状あるいはスリーブ状間隙９１から区画することができ、上方のアニュラス状間隙９０の自然対流作用が下方のアニュラス状態間隙９１に及ばないよう配慮している。
【００４９】
しかして、炉心上部機構３６の本体胴３７と筒状スリーブ８５とによりアニュラス状の狭間隙９０，９１を形成することにより、冷却材自由液面からカバーガス空間３４に配置される炉心上部機構外面に自然対流で輸送される冷却材（ナトリウム）ミストを低減している。なお、オフセット部８８を設けない場合および筒状スリーブ８５の下端を液体金属２６の自由液面より上げてカバーガス空間位置とした場合でも、間隙幅をさらに狭くすることにより、同様な効果が得られる。
【００５０】
図７および図８は炉心上部機構３７の本体胴３７廻りのスリーブ構造の変形例を示すものである。
【００５１】
この変形例に示された筒状スリーブ９５は、スリーブ下端がカバーガス空間３４内で終点している点が、図５および図６に示された筒状スリーブ８５と基本的に相違する。
【００５２】
筒状スリーブ９５は例えば円筒状をなし、炉心上部機構３６の本体胴３７をアニュラス状の微小間隙９６をおいて覆うように設けられ、カバーガス空間３４と上部蓋３３との間に配置される。筒状スリーブ９５の下端は液体金属２６が充分に溶融する１５０度以上の箇所とし、炉心上部機構３６と水平面をアニュラス状の狭間隔とした水平段部９７が下端部に設けられる。水平段部９７には炉心上部機構３６の液体金属浸漬部を引き抜く時の飛散冷却材（ナトリウム）や、それより上方の炉心上部機構３６外面に付着した冷却材（ナトリウム）の滴下を受ける周溝を付けた滴下液受部９８を形成している。
【００５３】
これにより、アニュラス状狭隙部により冷却材自由液面からカバーガス中の炉心上部機構３６の本体胴３７外面に自然対流で輸送される冷却材（ナトリウム）ミストを低減するとともに、液体金属２６が高温となる出力運転時には滴下液受部９８と炉心上部機構３６の本体胴３７との間を滴下冷却材（ナトリウム）で閉塞させて、上方のアニュラス状間隙である狭隙部に冷却材（ナトリウム）ミストが上昇するのを防止したり、低減させている。
【００５４】
次に、高速増殖炉の作用を説明する。
【００５５】
高速増殖炉２０の運転は、一次冷却材である液体金属２６を冷却材入口配管２７を通して原子炉容器２１下部の炉心下部プレナム２５に案内する。炉心下部プレナム２５に案内された液体金属２６は炉心入口プレナムを経て炉心２３の下方に導かれ、炉心２３を上方に向って通過する間に、液体金属２６は核反応による熱エネルギを受けて高温となり、炉心上部プレナム２４に導かれる。高温の液体金属２６は続いて冷却材出口配管２８を通って原子炉容器２１外に設置された中間熱交換器（図示せず）に流入し、この中間熱交換器でタービン駆動用蒸気を加熱する二次冷却材と熱交換される。
【００５６】
二次冷却材と熱交換し、冷却された一次冷却材は、再び冷却材入口配管２７を通って原子炉容器２１内に還流されるようになっている。
【００５７】
高速増殖炉２０の運転制御は、炉心上部機構３６に搭載された制御棒駆動機構３８を駆動制御することにより行なわれる。制御棒駆動機構３８の作動制御により、所要の制御棒が炉心内に挿入され、あるいは引き抜かれるようになっている。
【００５８】
また、炉心２３に装荷された燃料を交換する場合には、炉心上部機構３６を図２に実線で示す据付位置から炉心上部機構引上げ装置４４により筒状の収納容器４５内に引き上げ、この筒状収納容器４５の収納スペース４６内に収納させる。
【００５９】
図２は、高速増殖炉２０の出力運転を終了して燃料交換を行なうために、炉心上部機構３６の引抜時の状態を示すものである。炉心上部機構３６の引抜時には、ドアバルブ装置４１を作動させてドアバルブ６２を開放させる収納位置に移動させる。
【００６０】
ドアバルブ６２を開放した状態で、巻上機構４９から吊り降ろされる吊設ロープ５３を炉心上部機構３６頂部の吊金具５４に連結させる。吊設ロープ５３は炉心上部機構３６の吊金具５４に予め接続しておいてもよい。
【００６１】
続いて、巻上機構４９を作動させて炉心上部機構３６をゆっくり引き上げ、炉心上部機構収納容器４５内に移送し、この収納容器４５内の所定位置に収納させる。炉心上部機構収納容器４５の所定位置に収納させた状態で、振止めサポート５８を作動させ、各振止めサポート５８を炉心上部機構３６の本体胴３７に係合させて振れ止めし、安定的に収納保持させる。炉心上部機構３６をその収納容器４５内に収納した状態でドアバルブ装置４１を駆動させ、ドアバルブ６２を必要に応じて閉塞させる。
【００６２】
一方、炉心上部機構３６が原子炉容器２１から引き上げられ、炉心上部機構収納容器４５内に収納された状態で、原子炉容器２１内における炉心上部機構３６の引抜領域に、図示しない燃料交換機を炉心２３の上方に移動させる。そして、燃料交換機のアームグリッパで炉心２３から使用済燃料を引き抜き、新しい燃料と交換せしめられる。
【００６３】
この燃料交換時に、原子炉容器２１から引き上げられ、炉心上部機構３６の収納容器４５に格納される炉心上部機構３６には、本体胴３７の冷却材（ナトリウム）浸漬部表面への冷却材（ナトリウム）付着とカバーガス空間３４への暴露部への冷却材ミスト蒸着がある。冷却材浸漬部は通常高温条件であるので、表面への付着はあるものの引抜の際に多くは滴下される。
【００６４】
しかし、カバーガス空間３４においては炉心上部機構３６が引き抜かれる際に冷却材付着が問題となる。引抜式もしくは昇降式の炉心上部機構３６の運用では、移送キャスク（炉心上部機構収納容器４５）を用いた移動・据付作業を伴うため、真空引きによる移送キャスク４５内のガス置換作業を充分に行なっても空気中の湿分・酸素の移送キャスタ４５内への混入は避けられない。
【００６５】
湿分や酸素が移送キャスク４５内に混入されると、炉心上部機構３６の本体胴２７表面に付着する冷却材（ナトリウム）と反応して（Ｎａ）反応生成物が表面に生成する。この生成状態で炉心上部機構３６の引抜きと再据付を繰り返すとカバーガス空間暴露部の炉心上部機構表面に（Ｎａ）反応生成物が堆積していく可能性がある。このため、引抜式炉心上部機構３６の反応生成物堆積を防止する対策が必要となる。
【００６６】
しかし、この高速増殖炉２０においては、炉心上部機構３６の本体胴３７を筒状スリーブ８５（９５）で覆っており、筒状スリーブ８５と本体胴３７との間にアニュラス状の微小間隙を形成している。このアニュラス状の間隙への冷却材（ナトリウム）ミストの輸送は殆ど自然対流によるものであり、冷却材ミストの浮力が粘性等による散逸効果を上回ると自然対流が起こる。
【００６７】
一方、カバーガス空間３４は全体に亘って温度差が生じにくく、上下端の温度条件がほぼ同一である。上下端の温度条件が同一の場合には、間隙部９０，９１の高さが高いほど温度勾配が小さいので自然対流は生じにくく、また、間隙幅が狭いほどミストの上昇には流体抵抗となる散逸効果があるので自然対流は生じにくい。したがって、引抜式炉心上部機構３６のアニュラス状間隙９０，９１での冷却材ミスト蒸着防止構造としては、筒状スリーブ８５を覆設して炉心上部機構３６の本体胴３７外面と上部蓋３３の間隙を液体金属（冷却材）液面もしくは液面に近い位置まで狭い状態を保つ構造とすることにより、冷却材ミストの蒸着を有効的に効率よく防止できる。
【００６８】
図９は、本発明に係る高速増殖炉の他の実施形態を示す原子炉構造の縦断面図である。
【００６９】
この実施形態に示された高速増殖炉２０Ａは、炉心上部機構３６の引上げ構造が、一実施形態で示された炉心上部機構３６の引抜き構造と基本的に相違し、他の構成は実質的に異なるところがないので、同じ符号を付して説明を省略する。図９は、引上げ式あるいは引上げ待機式の炉心上部機構３６を備えた高速増殖炉における燃料交換時の引上げ待機状態を示すものである。
【００７０】
高速増殖炉２０Ａは運転床４０上に炉心上部機構３６を引き上げて収納する炉心上部機構引上げ装置１００が設置される。炉心上部機構引上げ装置１００は運転床４０上に立設された筒状好ましくは円筒状の炉心上部機構引上げ容器１０１を有し、この引上げ容器１０１内から案内筒５６を経てカバーガス空間３４に至るスペースが炉心上部機構３６の収納スペース１０２として形成される。
【００７１】
炉心上部機構引上げ容器１０１の頂部には複数の巻上機構３９が対をなして設けられ、上記巻上機構３９から吊り降ろされるワイヤロープ等の吊設ロープ５３が炉心上部機構３６の本体胴３７頂部に固定される吊金具５４に接続具５５を介して連結される。そして、巻上機構３９を作動させて巻き上げたり、巻き戻すことにより炉心上部機構３６を収納スペース１０２に収納する引上げ収納位置である引上げ待機位置と上部蓋３３に据え付けられる据付位置との間を昇降するようになっている。
【００７２】
炉心上部機構３６は巻上機構３９で引き上げられ、引上げ待機位置に収納されたとき、炉心上部機構３６の本体胴３７の下端は、カバーガス空間３４内にあるいは上部蓋３３の下面とほぼ面一となるように位置される。円筒状炉心上部機構３６に多数の制御棒駆動機構３８が搭載され、上記制御棒駆動機構３８により炉心２３への制御棒の挿入あるいは引抜きが作動制御される。
【００７３】
炉心上部機構３６の本体胴３７は所要の外表面が筒状スリーブ８５で覆設される。この筒状スリーブ８５は図５および図６に示すようにスリーブ頂部に外周フランジ８６が形成され、この外周フランジ８６が上部蓋３３の据付段部８７に係合して固定される。筒状スリーブ８５は上部蓋３３からカバーガスバウンダリとしてのカバーガス空間３３を下方に延び、その下端は液体金属２６の自由液面を貫いて液体金属内に浸漬して終端している。筒状スリーブ８５は本体胴３７との間にアニュラス状の微小間隙９０，９１が形成され、自然対流抑制スリーブあるいはサーマルスリーブとして機能する。
【００７４】
しかして、高速増殖炉２０Ａの燃料交換時には巻上機構３９を作動させて炉心上部機構３６を引き上げ、図９に実線で示される引上げ待機位置に収納される。炉心上部機構３６が引上げ待機位置に収納されている間に、燃料交換機１０４を用いて炉心２３に装荷された使用済燃料が新しい燃料と交換される。燃料交換機１０４は原子炉容器２１の頂部開口を閉塞する上部蓋３３に設置され、燃料交換を行なうグリッパ１０５を備えている。
【００７５】
この燃料交換時には、運転床４０上に気密に設置された炉心上部機構引上げ容器１０１内および炉心上部機構３６の引上げガイドとなる案内筒５６内はカバーガス空間３４と同じＨｅガス等の不活性ガスで雰囲気をガス置換し、不活性ガスが充填された状態に保たれる。炉心上部機構引上げ容器１０１および案内筒５６内の収納スペース１０２内雰囲気を不活性ガスでガス置換した状態で炉心上部機構３６が収納スペース１０２内に収納される。収納された炉心上部機構３６は振止めサポート５８により振れ止めされ、安定的に収納される。
【００７６】
なお、図９に示された高速増殖炉２０Ａの炉心上部機構３６の引上げ構造では、図５および図６に示された筒状スリーブ８５を採用した例を示したが、この筒状スリーブは図７および図８に示された筒状スリーブ９５を採用してもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明に係る高速増殖炉においては、燃料交換時に炉心上部機構を上部蓋上に引き抜く引抜き式あるいは炉心直上に引き上げる引上げ式としたので、上部蓋に回転プラグの設置が不要となり、上部蓋や原子炉容器の小型・コンパクト化が図れ、重量軽減を図ることができる。
【００７８】
また、請求項１および２に記載の高速増殖炉においては、燃料交換時に炉心上部機構を上方に引上げ退避させる引抜きあるいは引上げ方式の炉心上部機構を採用する一方、炉心上部機構の本体胴外面の所要部を覆う筒状スリーブを設けたので、冷却材の自由液面からカバーガス中の炉心上部機構外面に自然対流で輸送される冷却材ミストが低減される。このため、炉心上部機構引上げ作業時のガス置換に伴う残留空気中の湿分・酸素の混入で生じる炉心上部機構アニュラス部への冷却材反応生成物の堆積を防止あるいは抑制することができ、炉心上部機構の引抜き・再据付作業の信頼性を確保することができる。
【００７９】
さらに、請求項３に係る高速増殖炉においては、炉心上部機構の本体胴に段部を、また筒状スリーブにオフセット部をそれぞれ形成することにより、本体胴と筒状スリーブとの間に形成されるアニュラス状あるいはスリーブ状間隙を自然対流が生じにくい構造とすることができ、炉心上部機構外面への冷却材ミストの付着を有効的に防止できる。
【００８０】
さらに、請求項４に係る高速増殖炉においては、筒状スリーブの下端部において、ナトリウムの融点以上の温度となる箇所に狭間隙部を融する周溝付き水平段部を設け、炉心上部機構の本体胴外面に蒸着した冷却材（ナトリウム）の滴下を受ける構造としたので、出力運転時には滴下冷却材をディップして間隙部に冷却材ミストが上昇するのを抑制できる。
【００８１】
さらに、請求項５に係る炉心上部機構の引抜装置においては、燃料交換時に引き抜かれる炉心上部機構の筒状収納容器の容器密封蓋を床側ドアバルブのバルブサポート上に分離可能に設置し、上記ドアバルブの開閉動作に合せて容器閉止蓋をリフティングさせて気密に閉止させたり、また容器閉止蓋を収納容器に固定するボルト締結機構を設けることにより、筒状収納容器に備え付けるキャスクドアバルブを削除できる。床側ドアバルブに筒状収納容器（キャスク）側の容器閉止蓋（弁体）を内蔵させることができ、キャスク全体重量が軽量化され、確実で容易な引抜き、移送作用を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体金属冷却部型高速増殖炉を示す縦断面図。
【図２】本発明に係る高速増殖炉の第１実施形態を示す縦断面図。
【図３】本発明に係る高速増殖炉に用いられる炉心上部機構の引抜装置を示す縦断面図。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）はドアバルブ装置の開状態および閉状態をそれぞれ示す図。
【図５】本発明に係る高速増殖炉に据え付けられる炉心上部機構と筒状スリーブの詳細を示す図。
【図６】図５のＡ部を拡大して示す縦断面図。
【図７】本発明に係る高速増殖炉に据え付けられる炉心上部機構と筒状スリーブの変形例を示す図。
【図８】図７のＢ部の拡大縦断面図。
【図９】本発明に係る高速増殖炉の他の実施形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
２０，２０Ａ  高速増殖炉
２１  原子炉容器
２２  炉内構造物
２３  炉心
２４  炉心上部プレナム
２５  炉心下部プレナム
２６  液体金属（一次冷却材）
２７  冷却材入口配管
２８  冷却材出口配管
２９  安全容器
３０  原子炉建屋
３１  キャビティウォール
３３  上部蓋
３４  カバーガス空間（カバーガスバウンダリ）
３６  炉心上部機構
３７  本体胴
３８  制御棒駆動機構
４０  運転床
４１  ドアバルブ装置
４３  炉心上部機構収納装置
４４  炉心上部機構引抜装置
４５  収納容器（炉心上部機構収納容器、移送キャスク）
４６  収納スペース
４９  巻上機構
５０，５４  吊金具
５１，５３  吊設ロープ
５２  クレーン吊上げ治具
５６  案内筒
５８  振止めサポート
５９  引抜孔（引抜開口部）
６０  床側密封蓋（固定ドアバルブ）
６１  収納容器側密封蓋
６２  ドアバルブ
６３  ドアバルブ駆動装置
６４  ドアバルブ駆動機構
６５  ドアバルブ駆動軸
６６  バルブサポート
６７，６８  ４節リンク機構
７０，７３  連接リンク
７１，７４  引張スプリング
７２  蓋受け
７５，７６，７８，７９  テーパ部
７７  基台（バルブケーシング）
８１  シールリング
８３  ボルト締結機構
８５  筒状スリーブ
８６  外周フランジ
８７  据付段部
８８  オフセット部
９０，９１，９６  間隙
９２  テーパ部
９５  筒状スリーブ
９７  水平段部
９８  滴下液受部
１００  炉心上部機構引上げ装置
１０１  炉心上部機構引上げ容器
１０２  収納スペース
１０４  燃料交換機
１０５  グリッパ
【図１】
0003875374.tif 000002
【図２】
0003875374.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003875374.tif 000005
【図５】
0003875374.tif 000006
【図６】
0003875374.tif 000007
【図７】
0003875374.tif 000008
【図８】
0003875374.tif 000009
【図９】
0003875374.tif 000010