【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも一のエジェクターポンプ装置によって炉心と熱交換器との間の液体金属の循環を行なう一体型高速中性子原子炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一体型高速中性子原子炉においては、原子炉のすべての一次循環路は、水平な密封スラブにより封止された縦型の、一般に主容器として知られる容器内に配置される。 従って、炉心や熱交換器、あるいは上記容器内に入れられた液体金属をこれら炉心と熱交換器との間で循環するのに用いられるポンプ手段は、上記容器内に配置される。 上記主容器を満たす液体金属は、概してアルゴンにより構成される中性のガス層により覆われている。

【０００３】炉心は実際には主容器の中央部に配置されており、熱交換器とポンプ手段とはこの炉心の周りに環状に、交互に配置されている。 そして一般的には、上記ポンプ手段はインペラーを備えた機械式のポンプにより構成され、このインペラーは上記密封板の上方に配置された電気モーターにより、垂直の長軸を介して駆動されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高出力の高速中性子原子炉（例えば２５００ＭＷｅ）においては、
炉心を冷却するのに必要な公称流量（例えば１８０００
ｋｇ／ｓ）を確保するために、この種の機械式ポンプが、上記主容器の垂直軸について規則的に分配されるように、少なくとも３機必要とされる。 しかも、これらのポンプは２メートル近い最大直径を有する、巨大なものとなる。

【０００５】一方、高速中性子原子炉の工業化において避けることのできない問題の一つにその製造コストの問題が挙げられる。 そして、このような製造コストの削減には原子炉の小型化改良、特に主容器の径の縮小が必要とされる。 しかしながら、従来知られた原子炉主容器内の液体金属のポンプ手段では、上述したように少なくとも３機の径の大きなポンプを使用することが避けられず、この結果、高出力の原子炉が必要とされる場合には、原子炉主容器の縮径は妨げられざるを得なかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、現在使用されている機械式ポンプに比べて必要部品数の削減、および／または、その全体寸法の縮小が可能な新規なポンプ手段を備えて、原子炉の大幅な小型化を図り、結果的にその製造コストを低減することを目的とした一体型高速中性子原子炉に関するものである。

【０００７】本発明によれば、液体金属が収められた縦型の主容器内に、炉心と、少なくとも一の熱交換器と、
これら炉心と熱交換器との間で液体金属を循環可能なポンプ手段とを備え、このポンプ手段が少なくとも一のエジェクターポンプ装置を具備する一体型高速中性子原子炉によって、このような結果を得ることができる。

【０００８】

【作用】高出力原子炉においては、それ自体が炉心を冷却するのに必要な流量を有する単一のエジェクターポンプ装置を用いるか、あるいは中程度の流量を有する２つのエジェクターポンプ装置を用いるか、あるいは低流量の３つのエジェクターポンプ装置を用いるかにより、一般的な機械式ポンプに代えてエジェクターポンプ装置を用いることが可能となる。 最初の場合においては、上記単一のエジェクターポンプ装置の最大直径は、同じ流量を供給するのに用いられる上記３機の機械式ポンプの各々の最大直径に対して半分程度であり、また３機のエジェクターポンプ装置を用いる場合は４倍少ない。 結果的に、全ての場合で全体寸法の縮小が図られ、上述した小型化の促進と原子炉の製造コストの削減をなすことが可能となる。

【０００９】より詳しくは、エジェクターポンプ装置はそれぞれ吐出ノズルを備えた機械式ポンプを有しており、この吐出ノズルは、炉心に供給ポンプを介して連結される二次ノズルに噴出する。 上記機械式ポンプは比較的低流量を供給するものであるが、この流量は、上記吐出ノズルと二次ノズルとの組み合せにより形成されるエジェクターによって、３以上の係数で増大する。

【００１０】本発明を実施するに際しては、吐出ノズルと二次ノズルとは略垂直軸に沿って配置され、二次ノズルは吐出ノズルの下方に配置されるのが望ましい。

【００１１】また一般的に炉心は、該炉心を支持するとともに液体金属の供給を行なう支承部の上に配置されるのが好ましい。 ここで、二次ノズルを炉心に連結する上記供給管は、この支承部内に噴出する。

【００１２】さらに高速中性子原子炉では一般的に、内部容器が主容器の内部を、炉心から流出する相対的に高温の収集部と、熱交換器から流出する相対的に低温の収集部とに分割する。 そして上記エジェクターポンプ装置は、この相対的に低温となる収集部内に配置される。

【００１３】

【実施例】以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施例について詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に係わる、液体金属により冷却される一体型高速中性子原子炉を示す縦断面図である。

【００１５】図２は、図１に示す原子炉の主容器内の液体金属の循環を行なう、本発明に係わるエジェクターポンプ装置の拡大縦断面図である。

【００１６】図１に示す液体金属冷却式の一体型高速中性子原子炉は、一般的に知られた構成を有する。 従って、本発明の理解に必要な構成上の特徴についてのみ、
以下に記述する。

【００１７】この高速中性子原子炉は、上端が密封スラブ１２によって封止された縦型の主容器１０を備えている。 主容器１０は、安全容器１４によって外部が二重になっており、コンクリートケーソン１６に形成された容器坑内に設置されている。

【００１８】一体型原子炉においては一般的に、原子炉の主容器１０には炉心１８と、熱交換器２０と、ポンプ手段とが収納されており、本発明によれば、このポンプ手段は少なくとも一のエジェクターポンプ装置２２から構成されている。 炉心１８は、主容器１０中央の縦軸上に配置され、その底部に、液体金属を供給する支承部２
４と、床板として知られる支持構造材２６とを介して設置される。 熱交換器２０およびエジェクターポンプ装置２２は上記密封スラブ１２に吊持されて、主容器１０の炉心１８の周りに配置されている。

【００１９】主容器１０は、通常ナトリウムより成る液体金属により満たされていて、炉心１８、熱交換器２
０、およびエジェクターポンプ装置２２はこの液体金属内に浸漬されている。 この液体金属は、通常アルゴンより成る中性ガス層８により覆われている。

【００２０】主容器１０の内部は、内部容器３０によって、相対的に高温となる収集部３２と相対的に低温となる収集部３４とに分割される。 この内部容器３０はその底部が上記支承部２４の周縁部に接合されており、上記相対的に高温の収集部３２はこの内部容器３０と主容器１０との間に形成される。

【００２１】図１に示すように、熱交換器２０は内部容器３０を突き抜けるように配置されおり、上記相対的に高温の収集部３２内に臨む吸入口３６と、上記相対的に低温の収集部３４内に臨む吐出口３８とを備えている。
さらに、上記エジェクターポンプ装置２２は上記相対的に低温の収集部３４内に配置され、供給管４０を介して上記供給用の支承部２４に連通せしめられている。

【００２２】このような配置を採ることにより、図１に矢線で示すように上記エジェクターポンプ装置２２を用いて炉心１８と熱交換器２０との間の液体金属の循環を行なうことができる。 より詳しくは、収集部３４内の相対的に低温の液体金属がエジェクターポンプ装置２２に吸い込まれ、供給管４０および支承部２４を介して炉心１８内に排出される。 炉心１８における核分裂反応の結果、上記液体金属は上記収集部３２に達する前に加熱される。 そして、この相対的に高温となった液体金属は熱交換器２０を通り、ここで当該原子炉の図示されない二次循環路を流れる伝熱流体にその熱の一部を伝達する。
従って、熱交換器２０を通過して上記吐出口３８から上記収集部３４に至った時点で、上記液体金属は低温となっている。

【００２３】図２には、本発明に係わるエジェクターポンプ装置２２の特徴的構成が詳細に説明されている。 これに示されるように、各エジェクターポンプ装置２２は比較的低流量の機械式ポンプ４２と、吐出ノズル４４および二次ノズル４６により形成されるエジェクターとを備えており、これら吐出ノズル４４と二次ノズル４６とは同一の垂直軸の周りに中心を同じくして配置されている。 より詳しくは、上記液体金属は吐出ノズル４４を通って機械式ポンプ４２の下端から吐出し、さらに該機械式ポンプ４２の下方に位置する二次ノズル４６に流入する。

【００２４】上記低流量の機械式ポンプ４２は、高速中性子原子炉において従来用いられている高流量の機械式ポンプと同様、当該原子炉の主容器１０の密封スラブ１
２に吊持されており、図示されないインペラーを備えている。 このインペラーは、密封スラブ１２上に配置された電気モーター４８（図１）により、やはり図示されない垂直駆動軸を介して回転される。

【００２５】上記機械式ポンプ４２は、上記内部容器３
０に下端が接合された縦型の筒状軸５０内に設置されており、この筒状軸５０の上端は、上記相対的に高温の収集部３２内における上記液体金属の最大レベルよりも上に位置するように配置されている。 さらに、この筒状軸５０は、上記機械式ポンプ４２が上記相対的に低温の収集部３４内に配置されるように、その下端が開口されている。

【００２６】上記収集部３４内の相対的に低温の液体金属は、上記機械式ポンプ４２により、その上方の筒状軸５０内に位置する吸引口５２を通って吸引される。 この液体金属は、上記機械式ポンプ４２によりその下端の吐出ノズル４４を通って吐出されるが、この吐出ノズル４
４は上記内部容器３０と略同じ高さに配置されている。
この吐出ノズル４４は垂直下向きに、該吐出ノズル４４
よりも十分大きな径を有する上記二次ノズル４６の、首部に臨んで噴出するように設けられている。

【００２７】上記機械式ポンプ４２により吐出ノズル４
４を通って噴出された液体金属は誘導流を構成して、その運動エネルギーをエジェクターポンプ装置２２部に位置する上記相対的に低温の収集部３４内の液体金属に伝達し、この液体金属は、吐出ノズル４４および二次ノズル４６により形成されるエジェクターの被誘導流を構成する。 この被誘導流は、上記吐出ノズル４４から噴出する上記誘導流により流動せしめられ、二次ノズル４６の出口において上記機械式ポンプ４４による誘導流れよりも一層大きな被誘導流れを生じるという効果をもたらす。

【００２８】図２に矢線で明確に示すように、上記相対的に低温の収集部３４にある液体金属は、上記吐出ノズル４４から噴出した液体金属に引きずられ、吐出ノズル４４と二次ノズル４６との間に形成される環状の空間部５４を通って、さらに二次ノズル４６を通る。 そして、
この二次ノズル４６の下端は、供給用の支承部２４に直接連結された供給管４０に連通している。

【００２９】機械式ポンプとエジェクターとの結合により得られる流量の増大は、該機械式ポンプの公称流量の３倍以上になるという特徴がある。 この多大な流量の増大により、高出力の高速中性子原子炉（１５００ＭＷ
ｅ）の炉心の冷却を、かかる原子炉に従来使われていた機械式ポンプに比べて最大直径が略半分に減少された単一のエジェクターポンプ装置２２を用いたり、いっそう小さな径の２または３機のエジェクターポンプ装置を用いたりして、可能とすることができる。

【００３０】このように全体寸法の縮小が図られる一方で、単一のエジェクターポンプ装置を用いることにより、原子炉の内部構造を簡略化させ、部品数を削減し、
結果的に原子炉の製造コストを低減させることができる。

【００３１】また、２機のエジェクターポンプ装置を用いることにより、製造コストの低減をなお促しつつも、
原子炉の全体寸法をより縮小すると同時に、その縮小された大きさにおいて構造の簡略化を図ることができる。

【００３２】さらに、３機のエジェクターポンプ装置を用いることにより、要求される製造コストの低減を保証しながら、より一層顕著な空間の確保を促すことが可能となる。

【００３３】さらにまた、すべての場合において、本発明に係わるエジェクターポンプ装置を用いることにより、たとえ上記機械式ポンプ４２が停止するような事態に陥っても、自然対流によって良好な炉心冷却を行なうことができるということは特筆すべきことである。

【００３４】次表は、本発明に係わるエジェクターポンプ装置２２の主な特性を、かかる装置を１機、または２
機、または３機用いた場合について示すものである。 ただしこれらの特性は、炉心における液体金属の公称流量を約１８０００ｋｇ／ｓとし、また圧力勾配を約５ｂａ
ｒとする場合に得られるものである。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【発明の効果】流量の増大を図って、ポンプ手段の大きさ、または数、あるいはこれら双方の削減を可能とし、
結果的に原子炉の製造コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる液体金属冷却式の一体型高速中性子原子炉を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す原子炉の主容器内の液体金属の循環を行なうエジェクターポンプ装置の拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１０ 主容器 １８ 炉心 ２０ 熱交換器 ２２ エジェクターポンプ装置 ３０ 内部容器 ３２ 高温収集部 ３４ 低温収集部 ４０ 供給管 ４２ 機械式ポンプ ４４ 吐出ノズル ４６ 二次ノズル