JP2011021901A - 液体金属冷却原子炉用受動冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉建屋近くの空気温度が周囲での事故等で上昇した場合でも、受動冷却機能が働かなくなってしまう虞のない液体金属冷却原子炉用受動冷却システムを提供する。
【解決手段】原子炉容器１０２を格納する格納容器１０５とサイロ１０６との間に設けたヒートコレクタ１１２とサイロ１０６の間に気体冷却流路１１１の下降流通路１１３、格納容器１０５との間に上昇流通路１１４をそれぞれ形成し、下降流通路１１３に空気取入れ部７、取入れ配管８を介して外部空気を導入して流下させ、さらに上昇流通路１１４を流通させた後に、排出配管１１５、空気排出口１１６を介して外部に放出するようにして冷却を行う受動冷却システム２で、空気取入れ部７を相互間に離間距離を設けると共に空気排出口とも離間して複数設け、かつ格納容器１０５とも格納容器１０５近傍での航空機事故等の影響を受け難い所定の距離以上に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部から空気を導入して原子炉容器を受動冷却する液体金属冷却原子炉用受動冷却システムに関する。

従来、例えば図１０に縦断面図を示すように、液体金属冷却原子炉１００は、ナトリウム、あるいはナトリウム・カリウム等の液体金属冷却材１０１を満たした原子炉容器１０２内に原子燃料集合体から構成される原子炉炉心１０３を保持し、この原子炉容器１０２を、間に不活性ガスを満たした間隙１０４を設けて格納容器（ガードベッセル）１０５に格納し、格納容器１０５を地表下に掘り下げて形成したコンクリート製のサイロ１０６内に間隔を置いて収容するようにして構成されている。また、こうした構成の液体金属冷却原子炉１００では、原子炉運転中の緊急事態に対処するため、あるいは保守サービスを行うために、燃料の核分裂反応を停止し、低温停止の状態にする必要がある。このような場合、一般的には炉心１０３内に中性子吸収制御装置１０７を挿入して、核分裂を生じるために必要な中性子を奪うことにより原子炉運転の停止が行なわれる。

しかし、停止操作を行った後にも、ある一定時間残留崩壊熱が核燃料炉心１０３から生じ続けるため原子炉容器１０２内の液体金属冷却材１０１の温度は低下しない。従って、停止後に何らかの作業を行うためには、この残留崩壊熱をできるだけ速く消散させなければならない。炉心１０３の熱については、熱容量の大きい液体金属冷却材１０１から原子炉容器１０２、さらに格納容器１０５に熱放射により伝えられ、格納容器１０５の温度が上昇し、さらに格納容器１０５の熱は、外側のコンクリート製サイロ１０６等の構造物に向かって放射される。

しかしながら、コンクリート製のサイロ１０６等の構造物は、長期間の高温にさらされると、その性質が変化して脆くなる傾向があり、例えばサイロ１０６は膨張し、ひび割れを生じることも想定され得る。また、ステンレス鋼で形成された原子炉容器１０２も、過大な高温に長時間さらされると、その強度が低下することが考えられる。こうしたことから、格納容器１０５の熱除去のために、空気を作動流体として格納容器１０５とサイロ１０６の間の間隙１０８に流通させるようにし、自然対流、熱伝導、熱輻射の完全に受動的なプロセスで連続的に動作する受動冷却システム（ＲＶＡＣＳ：Reactor Vessel Auxiliary Cooling System）（原子炉容器補助冷却系）１０９を設け、これにより対応できるようになっている。

この受動冷却システム１０９は、作動流体の空気１１０を自然対流させて熱除去を行うので、空気１１０が格納容器１０５の外側を下降、上昇するための気体冷却流路１１１を、格納容器１０５とサイロ１０６の間の間隙１０８に筒状のヒートコレクタ１１２を設けた構成となっている。

気体冷却流路１１１は、サイロ１０６とヒートコレクタ１１２の間に形成された低温の空気１１０Ｃが下降する下降流通路１１３、ヒートコレクタ１１２と格納容器１０５外壁との間に形成された高温の空気１１０Ｈが上昇する上昇流通路１１４を有するものとなっている。格納容器１０５の熱により加熱され高温となった空気１１０Ｈが上昇流通路１１４中を上昇し、排出配管１１５を流れ、格納容器１０５が収容されたサイロ１０６近傍に設けられた空気排出口１１６から外部に放出される。

そして、これに伴い下降流通路１１３へは空気取入れ口１１７から外部の空気１１０の取り込みが行なわれ、取り込まれた低温の空気１１０Ｃは取入れ配管１１８から下降流通路１１３を下方に流れ、サイロ１０６の底部空間内で流れ方向を変えて上昇流通路１１４に流れ込み、格納容器１０５外壁に沿って上方に流れる間に加熱されて格納容器１０５の熱を外部に放出する。なお、１１９は反射体であり、１２０は電磁ポンプであり、１２１は中間熱交換器（ＩＨＸ）であり、１２２は上部を覆う格納ドームである。

また受動冷却システム１０９は、季節により４０℃〜−４０℃程度変化する外部から取り入れる低温の空気１１０Ｃと、原子炉容器１０２の熱で暖められた空気１１０Ｈとの温度差による密度差により起こる空気１１０の循環によって冷却機能を生じるものであるため、低温の空気１１０Ｃと高温の空気１１０Ｈの温度差が大きいと空気１１０の循環流量が増加し、残留崩壊熱の除去を行うには好ましが、通常運転時には、受動冷却システム１０９による除熱量が大きくなって原子炉の発電効率が低下することになる。

なお、こうした受動冷却システムについては、液体金属冷却原子炉の原子炉容器補助冷却系である受動熱除去系を、格納容器とサイロの間の間隙に、じゃま板として互いに隔離して筒状の無孔の集熱外壁と有孔の集熱内壁を設けて構成し、崩壊熱の除去を促進させるようにしたもの（例えば、特許文献１参照）があり、また、加圧水型原子炉の格納容器の受動的冷却装置として、格納容器と収納する遮蔽建屋との間に空気転流体を設けて内外に第１、第２の環状スペースを形成し、外部空気を両環状スペースに加熱による自然循環によって流しながら、水供給源から格納容器の上部中心に水を流下させ、発生した水蒸気を格納容器上方の煙突状筒体から排出させるようにして冷却を行うようにしたもの（例えば、特許文献２参照）がある。

特許第３４９９９２０号公報 特許第２８１３４１２号公報

上記のように液体金属冷却原子炉等では、外部からの低温の空気と原子炉容器の熱で暖められた高温空気の温度差により生じる空気の自然循環によって受動冷却システムを構成するので、例えば、原子炉建屋近くに航空機等が墜落し炎上するなどの火災が発生した場合、周囲の空気温度が上昇し高温となるため、原子炉建屋近くに受動冷却システムの空気取入れ口があると低温の空気の取り込みが行なえなくなり、受動冷却機能を確保することができなくなる虞が生じる。

こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、原子炉建屋近くの空気温度が、例えば航空機墜落炎上事故等による火災などにより上昇しても、受動冷却機能を正常に保つことができる液体金属冷却原子炉用受動冷却システムを提供することにある。

この発明は上記目的を達成するものであって、原子炉容器を格納する格納容器と、この格納容器を収納するサイロとの間に筒状のヒートコレクタを設けて前記ヒートコレクタと前記サイロとの間に気体冷却流路として下降流通路、前記ヒートコレクタと前記格納容器外壁との間に上昇流通路をそれぞれ形成し、前記下降流通路に空気取入れ部、取入れ配管を介して外部空気を導入して流下させ、前記サイロ底部で空気の流れを下降流から上昇流に変えて前記上昇流通路を流通させた後に、排出配管、空気排出口を介して外部に放出するよう構成して冷却を行う液体金属冷却原子炉用受動冷却システムであって、前記空気取入れ部が、相互間に所定離間距離以上の間隔を保って複数設けられ、かつ、前記空気排出口とも離間して設けるようにして配設されていると共に、前記空気取入れ部と前記格納容器との離間距離が、前記格納容器近傍での航空機事故等の影響を受け難い所定の距離以上となっていることを特徴とするシステムである。

本発明によれば、原子炉建屋近くの空気温度が、周囲での事故等により上昇した場合でも、受動冷却機能を正常に保つことができる等の効果を有する。

本発明の第１の実施形態における液体金属冷却原子炉の縦断面図である。 図１に示す液体金属冷却原子炉のＡ−Ａ線での横断面図である。 図１に示す液体金属冷却原子炉のＢ−Ｂ線での横断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形形態における液体金属冷却原子炉の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態における液体金属冷却原子炉の要部の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態における液体金属冷却原子炉の要部の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態における液体金属冷却原子炉の要部の縦断面図である。 本発明の第５の実施形態における液体金属冷却原子炉の要部の縦断面図である。 本発明の第６の実施形態における液体金属冷却原子炉の要部の縦断面図である。 従来の液体金属冷却原子炉を示す縦断面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、従来と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。

（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を図１乃至図３により説明する。また、本実施形態における変形形態を図４により説明する。

図１乃至図３に示すように、第１の実施形態の液体金属冷却原子炉１は、原子炉容器１０２内の液体金属冷却材１０１中に炉心１０３を沈め、原子炉容器１０２を格納容器１０５に格納し、コンクリート製サイロ１０６内に収容するようにして構成されている。そして、格納容器１０５とサイロ１０６の間の環状間隙１０８には、筒状のヒートコレクタ１１２を設けることにより受動冷却システム２の気体冷却流路１１１が形成されており、作動流体の気体、例えば空気１１０は、サイロ１０６とヒートコレクタ１１２の間の環状下降流通路１１３に外部から導入され、下降方向に流れ、ヒートコレクタ１１２の下端下方のサイロ１０６底部空間内で流れ方向を変え、ヒートコレクタ１１２と格納容器１０５外壁の間の環状上昇流通路１１４を上昇方向に流れ、外部に放出されるようになっている。

また、サイロ１０６の上部周囲の地表下には、環状の取入れ側ヘッダ３と排出側ヘッダ４が、取入れ側ヘッダ３を上方側とするようにして同心円状に設けられている。そして、取入れ側ヘッダ３は複数の取入れ側連通管５により気体冷却流路１１１の下降流通路１１３の上部に連通しており、排出側ヘッダ４は複数の排出側連通管６により気体冷却流路１１１の上昇流通路１１４の上部に連通するようになっている。

さらに、取入れ側ヘッダ３には、各先端部分に空気取入れ部７が設けられた長寸法、例えば長さ５０ｍ以上の地表下に放射状に埋設された複数の取入れ配管８の各他端が接続されている。各取入れ配管８先端に設けられた空気取入れ部７は、空気取入れ口９と所定温度以上で作動し閉止する溶融弁１０を備え、溶融弁１０が空気取入れ口９の近傍に位置するようにして、共に地表面上に露出するように設置されている。一方、排出側ヘッダ４には、取入れ配管８より短寸法で、各先端部分に空気排出口１１６が空気取入れ口９から離間した地表面上に露出するように設けるようにして地表下に同じく放射状に埋設された複数の排出配管１１５の各他端が接続されている。

これにより、各空気取入れ口９は格納容器１０５を収納する原子炉建屋から十分離れた位置に互いに所定離間距離を設けて開口し、空気排出口１１６は格納容器１０５の比較的近くの空気取入れ口９と異なる位置に開口することになる。なお、図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線での横断面を示す図２、図３では、原子炉容器１０２内に格納される原子炉炉心１０３、中性子吸収制御装置１０７、電磁ポンプ１２０等の図示を省略している（以下の各図も同じ）。

そして、上記のように構成された液体金属冷却原子炉１では、例えば中性子吸収制御装置１０７を炉心１０３に挿入して原子炉運転の停止が行なわれ、運転停止がなされた後も発生する炉心１０３の残留崩壊熱は、液体金属冷却材１０１から原子炉容器１０２、さらに格納容器１０５に熱放射により伝えられ、格納容器１０５の温度が上昇し、さらに格納容器１０５の熱は、受動冷却システム２により外部に放出される。

この受動冷却システム２による熱の外部への放出は、気体冷却流路１１１の格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４を、格納容器１０５で加熱された高温の空気１１０Ｈが上昇し、排出配管１１５、空気排出口１１６から外部に送り出されることで行なわれる。また高温の空気１１０Ｈが上昇流通路１１４を流れることで自然対流が起こり、サイロ１０６内壁に沿った下降流通路１１３に外部の低温の空気１１０Ｃが、空気取入れ口９及び取入れ配管８を介して導入され、空気１１０を介しての外部への熱放出が継続する。

このような液体金属冷却原子炉１では、通常時、原子炉容器１０２内に通常時液面位置まで満たされた液体金属冷却材１０１中に核燃料炉心１０３が沈められており、核燃料炉心１０３での核分裂によって発生した熱は、液体金属冷却材１０１を循環させることで外部に取り出され、発電等に供される。そして、運転中は核分裂による発生熱で格納容器１０５も高温になっていて、常時、受動冷却システム２の気体冷却流路１１１を流通する空気１１０で冷却が行なわれている。

また、格納容器１０５を収納する原子炉建屋の近くで航空機等が墜落し炎上するなどした場合、原子炉建屋の周囲温度は高温度となる。しかし、格納容器１０５を収容するサイロ１０６から、例えば５０ｍ以上の十分に遠く離れ、墜落事故等の熱影響を受け難い所定の距離以上の離れた場所に設けられている空気取入れ部７周囲の温度は高温度とならず、溶融弁１０は閉止動作することがない。また、空気取入れ部７から気体冷却流路１１１の下降流通路１１３に取入れ側ヘッダ３を介して導入される外部空気１１０の温度も高温度でないため、受動冷却システム２も機能して、原子炉運転停止後に発生する炉心１０３の残留崩壊熱の除去も確実に行うことができ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉１を低温停止の状態にすることができる。

また、例えば航空機等の墜落場所が空気取入れ部７の近くである場合には、複数がそれぞれ離間するようにして設けられている空気取入れ部７うち、墜落場所近くの空気取入れ部７周囲温度は高温度となる。それによって墜落場所近くの空気取入れ部７の溶融弁１０は閉止動作し、空気取入れ口９からの外部空気１１０の取入れが行われなくなる。しかし、他の空気取入れ部７は、少なくとも１つの空気取入れ部７が墜落事故等の影響を受けず機能するように離間して設けられているため、その周囲温度は高温度とはならず、空気取入れ口９から気体冷却流路１１１の下降流通路１１３に導入される外部空気１１０の温度も高温度でないため、受動冷却システム２も機能して、この場合においても原子炉運転停止後に発生する炉心１０３の残留崩壊熱の除去も確実に行うことができ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉１を低温停止の状態にすることができる。

またさらに、例えば航空機等の墜落場所が空気排出口１１６の近くである場合には、空気排出口１１６周囲温度は高温度となり、また墜落場所近くの空気温度が高くなることで上昇流が発生する。そして、上昇流の発生に伴い空気排出口１１６周囲の空気も随伴して上昇することになり、さらに格納容器１０５で加熱され空気排出口１１６から排出される高温の空気１１０Ｈも随伴し排出が促進されるので、受動冷却システム２の空気循環量が増加し、冷却機能を十分に確保することができる。

以上の通り、本実施形態によれば、例えば、航空機等が墜落し炎上するなどの火災が空気取入れ口９や空気排出口１１６の近くで発生した場合でも、受動冷却システム２が正常に機能し、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉１を低温停止の状態にすることができる。

なお、本実施形態においては、排出配管１１５を短寸法とし、空気排出口１１６を格納容器１０５が収容されたサイロ１０６近傍に設けるようにしたが、図４に示す変形形態のように排出配管１１を長寸法に構成してもよい。

すなわち、図４に示すように、液体金属冷却原子炉１ａの受動冷却システム２ａは、例えば取入れ配管８と同じ長さ寸法であるか、あるいはそれより短寸法である比較的長寸法の複数の排出配管１１が、排出側ヘッダ４から放射状に突出するように設けられている。排出配管１１は、取入れ配管８と同様に地表下に埋設されていて、各先端部分には空気排出口１１６が、格納容器１０５が収容されたサイロ１０６から所定距離離れ、空気取入れ口９からも離間した地表面上の位置に露出するように設けられている。

これにより、空気取入れ口９と空気排出口１１６は格納容器１０５を収納する原子炉建屋等から十分離れ、空気取入れ口９と空気排出口１１６とが相互に十分に離間した異なる位置に開口することになる。

このような構成により、受動冷却システム２ａの各空気取入れ口９、空気排出口１１６が分散配置され、例えば航空機等が墜落し炎上するなどした際に、航空機の機体残骸によって１つの空気排出口１１６が塞がれるようなことが有っても、受動冷却機能を確保することができて事故発生に伴う影響を最小限に止めることができるものとなり、上述した本実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図５により説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態とヒートコレクタの構成のみが異なるものであるため、異なる部分を主体に説明する。

図５に示すように、第２の実施形態の液体金属冷却原子炉２１は、受動冷却システム２２を構成するヒートコレクタ２３が、筒状の中空壁によって形成されており、中空部２４には、例えば球体状をなす同サイズあるいは異なるサイズの複数の中空部材２５が充填されている。なお、中空部材２５は、その中空内に、例えば空気や熱伝導度の低いアルゴンやクリプトン、キセノンなどのガスが封止された状態、あるいは中空内が所定圧力に減圧された真空状態となっている。

そして、このように構成された液体金属冷却原子炉２１では、上述した第１の実施形態と同様に、例えば中性子吸収制御装置１０７を炉心１０３に挿入して原子炉運転の停止が行なわれると、運転停止後に発生する残留崩壊熱は、液体金属冷却材１０１から原子炉容器１０２、さらに格納容器１０５に熱放射により伝えられ、伝えられた格納容器１０５の熱は、受動冷却システム２２によって外部に放出される。

この受動冷却システム２２による熱の外部への放出は、気体冷却流路１１１の格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４を、格納容器１０５で加熱された高温の空気１１０Ｈが上昇して空気排出口１１６から外部に送り出されることで行なわれる。また空気１１０が加熱され上昇流通路１１４を流れることで自然対流が起こり、サイロ１０６内壁に沿った下降流通路１１３に外部からの低温の空気１１０Ｃが空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入され、空気１１０を介しての外部への熱放出が継続する。

受動冷却システム２２による外部への熱放出の際、格納容器１０５の外壁表面から輻射によってヒートコレクタ２３の格納容器１０５外壁に対向する壁面に熱が伝えられる。伝えられた熱は、ヒートコレクタ２３の内部を熱伝導によりサイロ１０６内壁に対向する壁面側に伝えられる。しかし、ヒートコレクタ２３の中空部２４に複数の中空部材２５が充填され、熱通過抵抗が高くなっているので、サイロ１０６内壁に対向するヒートコレクタ２３の壁面の温度上昇が抑制され、壁面温度を低温度に保持することができる。

そして、ヒートコレクタ２３に対向するサイロ１０６の内壁面への輻射が抑えられ、サイロ１０６内壁の壁面温度を低温度に保持することができることになる。これにより、外部から空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入された低温の空気１１０Ｃが、低温度のまま格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４に流れ込むことになり、原子炉容器１０２の熱で暖められた格納容器１０５外壁との温度差を大きくとることができることになる。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができると共に、上昇流通路１１４に流れ込む低温の空気１１０Ｃと高温の空気１１０Ｈの温度差を大きくでき、より高い熱除去能力が得られ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉２１を低温停止の状態にすることができる。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を図６により説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態とヒートコレクタの構成のみが異なるものであるため、異なる部分を主体に説明する。

図６に示すように、第３の実施形態の液体金属冷却原子炉３１は、受動冷却システム３２を構成するヒートコレクタ３３が、筒状の中空壁によって形成されており、中空部３４には、空気より熱伝導度の低い、例えばアルゴンやクリプトン、キセノンなどのガス３５が所定圧力で充填され、熱伝達効率が低くなるようになっている。

そして、このように構成された液体金属冷却原子炉３１では、上述した第１の実施形態と同様に、例えば中性子吸収制御装置１０７を炉心１０３に挿入して原子炉運転の停止が行なわれると、運転停止後に発生する残留崩壊熱は、液体金属冷却材１０１から原子炉容器１０２、さらに格納容器１０５に熱放射により伝えられ、伝えられた格納容器１０５の熱は、受動冷却システム３２によって外部に放出される。

この受動冷却システム３２による熱の外部への放出は、気体冷却流路１１１の格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４を、格納容器１０５で加熱された高温の空気１１０Ｈが上昇して空気排出口１１６から外部に送り出されることで行なわれる。また空気１１０が加熱され上昇流通路１１４を流れることで自然対流が起こり、サイロ１０６内壁に沿った下降流通路１１３に外部からの低温の空気１１０Ｃが空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入され、空気１１０を介しての外部への熱放出が継続する。

受動冷却システム３２による外部への熱放出の際、格納容器１０５の外壁表面から輻射によってヒートコレクタ３３の格納容器１０５外壁に対向する壁面に熱が伝えられる。伝えられた熱は、ヒートコレクタ３３の内部を熱伝導によりサイロ１０６内壁に対向する壁面側に伝えられる。しかし、ヒートコレクタ３３の中空部３４にガス３５が充填され、熱通過抵抗が高くなっているので、サイロ１０６内壁に対向するヒートコレクタ３３の壁面の温度上昇が抑制され、壁面温度を低温度に保持することができる。

そして、ヒートコレクタ３３に対向するサイロ１０６の内壁面への輻射が抑えられ、サイロ１０６内壁の壁面温度を低温度に保持することができることになる。これにより、外部から空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入された低温の空気１１０Ｃが、低温度のまま格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４に流れ込むことになり、原子炉容器１０２の熱で暖められた格納容器１０５外壁との温度差を大きくとることができることになる。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができると共に、上昇流通路１１４に流れ込む低温の空気１１０Ｃと高温の空気１１０Ｈの温度差を大きくでき、より高い熱除去能力が得られ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉３１を低温停止の状態にすることができる。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を図７により説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態とヒートコレクタの構成のみが異なるものであるため、異なる部分を主体に説明する。

図７に示すように、第４の実施形態の液体金属冷却原子炉４１は、受動冷却システム４２を構成するヒートコレクタ４３が、筒状の中空壁によって形成されており、中空部４４内は、所定圧力にまで減圧された真空状態になっている。

そして、このように構成された液体金属冷却原子炉４１では、上述した第１の実施形態と同様に、例えば中性子吸収制御装置１０７を炉心１０３に挿入して原子炉運転の停止が行なわれると、運転停止後に発生する残留崩壊熱は、液体金属冷却材１０１から原子炉容器１０２、さらに格納容器１０５に熱放射により伝えられ、伝えられた格納容器１０５の熱は、受動冷却システム４２によって外部に放出される。

この受動冷却システム４２による熱の外部への放出は、気体冷却流路１１１の格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４を、格納容器１０５で加熱された高温の空気１１０Ｈが上昇して空気排出口１１６から外部に送り出されることで行なわれる。また空気１１０が加熱され上昇流通路１１４を流れることで自然対流が起こり、サイロ１０６内壁に沿った下降流通路１１３に外部からの低温の空気１１０Ｃが空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入され、空気１１０を介しての外部への熱放出が継続する。

受動冷却システム４２による外部への熱放出の際、格納容器１０５の外壁表面から輻射によってヒートコレクタ４３の格納容器１０５外壁に対向する壁面に熱が伝えられる。伝えられた熱は、ヒートコレクタ４３の内部を熱伝導によりサイロ１０６内壁に対向する壁面側に伝えられる。しかし、ヒートコレクタ４３の中空部４４が所定圧力に減圧された真空状態になっていて熱通過抵抗が高くなっているので、サイロ１０６内壁に対向するヒートコレクタ４３の壁面の温度上昇が抑制され、壁面温度を低温度に保持することができる。

そして、ヒートコレクタ４３に対向するサイロ１０６の内壁面への輻射が抑えられ、サイロ１０６内壁の壁面温度を低温度に保持することができることになる。これにより、外部から空気取入れ口９、取入れ配管８を介して導入された低温の空気１１０Ｃが、低温度のまま格納容器１０５外壁に沿った上昇流通路１１４に流れ込むことになり、原子炉容器１０２の熱で暖められた格納容器１０５外壁との温度差を大きくとることができることになる。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができると共に、上昇流通路１１４に流れ込む低温の空気１１０Ｃと高温の空気１１０Ｈの温度差を大きくでき、より高い熱除去能力が得られ、長時間を要することなく液体金属冷却原子炉４１を低温停止の状態にすることができる。

（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を図８により説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態とヒートコレクタの構成のみが異なるものであるため、異なる部分を主体に説明する。

図８に示すように、第５の実施形態の液体金属冷却原子炉５１は、受動冷却システム５２を構成する筒状のヒートコレクタ５３を備えており、そのヒートコレクタ５３には、下降流通路１１３の中間位置となる部位に、周方向に所定間隔で下降流通路１１３から上昇流通路１１４に向けて貫通する貫通孔５４が形成されている。また各貫通孔５４に対応して、上昇流通路１１４内にはエジェクタ５５が、ノズル部５５ａを空気流通方向の上流側に、ディフューザ部５５ｂを下流側とし、スロート部５５ｃの吸引孔５５ｄと貫通孔５４とが連通するように配置され、例えば炉心１０３の格納位置より上方に配置されている。

このように構成された液体金属冷却原子炉５１では、上述した第１の実施形態と同様に、通常時、原子炉容器１０２内に通常時液面位置まで満たされた液体金属冷却材１０１中に核燃料炉心１０３が沈められており、核燃料炉心１０３での核分裂によって発生した熱は、液体金属冷却材１０１を循環させることで外部に取り出され、発電等に供される。また運転中は核分裂による発生熱で格納容器１０５も高温になっていて、受動冷却システム５２の気体冷却流路１１１を流通する空気１１０で冷却が行なわれている。

そして、気体冷却流路１１１に空気１１０を流通させて冷却を行う際、例えば冬季で外部空気の温度が−４０℃であると、その低温の空気１１０Ｃが気体冷却流路１１１に取り込まれ、低温の空気１１０Ｃが低温度のまま下降流通路１１３を流下する。流下する低温の空気１１０Ｃの一部は、ヒートコレクタ５３と格納容器１０５の間の上昇流通路１１４内中間位置に設けられたエジェクタ５５により吸引され、高温の空気１１０Ｈとの混合がなされ、高温の空気１１０Ｈより低温となった混合空気１１０Ｍが上昇流通路１１４下流側に送り出されて流通し、空気排出口１１６から外部に排出される。

これにより、下降流通路１１３を流下する低温の空気１１０Ｃと上昇流通路１１４を流通しては排出される混合空気１１０Ｍの温度差が小さくなり、空気の循環流量が減少し、通常運転時の発電効率の減少を抑制することができる。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができると共に、通常運転時、空気取入れ口９から取り込む空気の温度が低い場合でも、空気排出口１１６から排出される空気との温度差を小さくでき、液体金属冷却原子炉５１の発電効率の減少を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、ヒートコレクタ５３が中空となっていないが、上述した第２乃至第４の実施形態のように、図示しないがヒートコレクタ５３に中空部を形成し、中空部内に多数個の中空部材を充填したり、所定のガスを充填したり、中空部を真空状態にするようにして熱通過抵抗を高くし、サイロ１０６内壁面温度を低温度に保持できるよう構成してもよい。

（第６の実施形態）
次に本発明の第６の実施形態を図９により説明する。なお、本実施形態は第１の実施形態とヒートコレクタの構成のみが異なるものであるため、異なる部分を主体に説明する。

図９に示すように、第６の実施形態の液体金属冷却原子炉６１は、受動冷却システム６２を構成する筒状のヒートコレクタ６３を備えており、そのヒートコレクタ６３には、下降流通路１１３の中間位置、例えば炉心１０３の格納位置より上方となる部位に、周方向に所定間隔で下降流通路１１３から上昇流通路１１４に向けて貫通する連通孔６４が形成されている。

このように構成された液体金属冷却原子炉６１では、上述した第１の実施形態と同様に、通常時、原子炉容器１０２内に通常時液面位置まで満たされた液体金属冷却材１０１中に核燃料炉心１０３が沈められており、核燃料炉心１０３での核分裂によって発生した熱は、液体金属冷却材１０１を循環させることで外部に取り出され、発電等に供される。また運転中は核分裂による発生熱で格納容器１０５も高温になっていて、受動冷却システム６２の気体冷却流路１１１を流通する空気１１０で冷却が行なわれている。

そして、気体冷却流路１１１に空気１１０を流通させて冷却を行う際、例えば冬季で外部空気の温度が−４０℃であると、その低温の空気１１０Ｃが気体冷却流路１１１に取り込まれ、低温の空気１１０Ｃが低温度のまま下降流通路１１３を流下する。流下する低温の空気１１０Ｃの一部は、ヒートコレクタ６３に形成された連通孔６４からヒートコレクタ６３と格納容器１０５の間の上昇流通路１１４内に流れ込み、上昇流通路１１４を流通する高温の空気１１０Ｈとの混合がなされ、高温の空気１１０Ｈより低温となった混合空気１１０Ｍが、連通孔６４形成位置より下流側の上昇流通路１１４内を流通し、空気排出口１１６から外部に排出される。

これにより、下降流通路１１３を流下する低温の空気１１０Ｃと上昇流通路１１４を流通しては排出される混合空気１１０Ｍの温度差が小さくなり、空気の循環流量が減少し、通常運転時の発電効率の減少を抑制することができる。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、確実に原子炉運転停止後に発生する残留崩壊熱を除去することができると共に、通常運転時、空気取入れ口９から取り込む空気の温度が低い場合でも、空気排出口１１６から排出される空気との温度差を小さくでき、液体金属冷却原子炉６１の発電効率の減少を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、ヒートコレクタ６３が中空となっていないが、上述した第２乃至第４の実施形態のように、図示しないがヒートコレクタ６３に中空部を形成し、中空部内に多数個の中空部材を充填したり、所定のガスを充填したり、中空部を真空状態にするようにして熱通過抵抗を高くし、サイロ１０６内壁面温度を低温度に保持できるよう構成してもよい。

１，１ａ，２１，３１，４１，５１，６１…液体金属冷却原子炉、２，２ａ，２２，３２，４２，５２，６２…受動冷却システム、３…取入れ側ヘッダ、４…排出側ヘッダ、５…取入れ側連通管、６…排出側連通管、７…空気取入れ部、８…取入れ配管、９…空気取入れ口、１０…溶融弁、１１，１１５…排出配管、２３，３３，４３，５３，６３，１１２…ヒートコレクタ、２４，３４,４４…中空部、２５…中空部材、３５…ガス、５４…貫通孔、５５…エジェクタ、５５ａ…ノズル部、５５ｂ…ディフューザ部、５５ｃ…スロート部、５５ｄ…吸引孔、６４…連通孔、１０１…液体冷却材、１０２…原子炉容器、１０３…炉心、１０４…間隙、１０５…格納容器、１０６…サイロ、１０７…中性子吸収制御装置、１０８…間隙、１１０…空気、１１０Ｃ…低温の空気、１１０Ｈ…高温の空気、１１０Ｍ…混合空気、１１１…気体冷却流路、１１３…下降流通路、１１４…上昇流通路、１１６…排出口、１１９…反射体、１２０…電磁ポンプ、１２１…ＩＨＸ、１２２…格納ドーム

Claims (7)

1. 原子炉容器を格納する格納容器と、この格納容器を収納するサイロとの間に筒状のヒートコレクタを設けて前記ヒートコレクタと前記サイロとの間に気体冷却流路として下降流通路、前記ヒートコレクタと前記格納容器外壁との間に上昇流通路をそれぞれ形成し、前記下降流通路に空気取入れ部、取入れ配管を介して外部空気を導入して流下させ、前記サイロ底部で空気の流れを下降流から上昇流に変えて前記上昇流通路を流通させた後に、排出配管、空気排出口を介して外部に放出するよう構成して冷却を行う液体金属冷却原子炉用受動冷却システムであって、
   前記空気取入れ部が、相互間に所定離間距離以上の間隔を保って複数設けられ、かつ、前記空気排出口とも離間して設けるようにして配設されていると共に、前記空気取入れ部と前記格納容器との離間距離が、前記格納容器近傍での航空機事故等の影響を受け難い所定の距離以上となっていることを特徴とする液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
2. 前記空気取入れ部が、空気取入れ口と溶融弁を備えてなり、かつ前記溶融弁が、前記空気取入れ口近傍の地表面に露出するように設けられていることを特徴とする請求項1記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
3. 前記ヒートコレクタが中空に形成されており、前記中空の内部に複数の中空部材が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項2記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
4. 前記ヒートコレクタが中空に形成されており、前記中空の内部に所定の気体が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項2記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
5. 前記ヒートコレクタが中空に形成されており、前記中空の内部が所定の真空度に保たれていることを特徴とする請求項１または請求項2記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
6. 前記ヒートコレクタと前記格納容器との間の前記上昇流通路中間部に、前記下降流通路中間部を流下する空気の一部を吸引し、前記上昇流通路を流通する空気と混合させて流通させるエジェクタが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項5の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。
7. 前記ヒートコレクタに、前記下降流通路中間部と前記上昇流通路中間部とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項5の何れか１項に記載の液体金属冷却原子炉用受動冷却システム。

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