JP2000180576A

JP2000180576A - 反射体制御型原子炉

Info

Publication number: JP2000180576A
Application number: JP10362768A
Authority: JP
Inventors: Naruhito Kondo; 成仁近藤; Hisato Matsumiya; 壽人松宮; Norihiko Iida; 式彦飯田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】１次冷却材の熱および流動等を利用して原子炉
自体において直接に蒸気または電気を発生させることが
でき、それにより従来必要とされていた多数の伝熱管等
の構造材の減少あるいは削除を可能とし、経済性の向
上、システムの単純化およびメンテナンスの容易化等を
図る。【解決手段】原子炉容器２２の内部に、炉心２３と、炉
心２３を囲む中性子遮蔽体２６と、これら炉心２３と中
性子遮蔽体２６との間に配置する可動式の中性子反射体
２４とを設ける。中性子遮蔽体２６の移動によって炉心
２３からの中性子の漏洩を調整して、炉心２３の反応度
を制御する。原子炉容器２２内に導入した２次冷却材３
１を１次冷却材２１と熱交換させる。原子炉容器２２の
２次冷却材３１の導入部に、１次冷却材２１と２次冷却
材３１とが熱電素子モジュール４２の高低温度側で隣接
して流れる流路とを有し、各流路に流れる１次，２次冷
却材２１，３１間の熱交換を行わせ、温度差に基づいて
発電を行う熱電発電器２８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液体金属を
冷却材とし、原子炉容器内の炉心周囲部に設けた中性子
反射体の移動によって炉心の反応度を制御するようにし
た反射体制御型原子炉に係り、特に原子炉容器内で直
接、発電または蒸気発生等を行えるようにした反射体制
御型原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】中性子反射体の移動によって炉心の反応
度を制御する反射体制御型原子炉は、炉心内部に制御棒
を挿入する型式のものに比べて保守性、安全性等の面で
優れていることから、比較的小出力の発電用として近年
着目されている。

【０００３】この反射体制御型原子炉の従来の一般的な
構成について、図１０および図１１を参照して説明す
る。図１０は全体構成図であり、図１１は炉心部の横断
面図である。

【０００４】図１０に示すように、原子炉容器１の内部
中央に炉心２が設けられ、この炉心２の周囲に中性子反
射体３が配置されている。中性子反射体３は、その上部
に設けられた反射体駆動装置４によって上下方向に移動
できるようになっている。また、中性子反射体３の周囲
には中性子遮蔽体５が配置されている。さらに中性子遮
蔽体５の上方には１次循環ポンプ６と中間熱交換器７と
が設置されている。これらの機器の周囲は、例えば液体
金属からなる１次冷却材８で満たされている。中間熱交
換器７の内部には伝熱管７ａが設けてあり、この伝熱管
７ａは液体金属からなる２次冷却材１０で満たされてい
る。２次冷却材１０は蒸気発生器１１と２次ポンプ９と
に配管１２を介して接続されている。蒸気発生器１１に
は、２次冷却材１０との熱交換より蒸気を発生させるた
めの蒸気系１３が接続されている。

【０００５】炉心２は、図１１に示すように、円筒状の
炉心バレル１６の内側に複数本、例えば１８本の断面六
角形状の燃料集合体１４を稠密に配置した構成とされ、
炉心バレル１６の中心位置には、運転時に上方に引き抜
かれる中性子吸収棒１５が配置されている。

【０００６】炉心バレル１６の外側には、一定の径方向
間隔をあけてこれと同心状配置で円筒状の隔壁１７が設
けられ、これら炉心バレル１６と隔壁１７との間の空間
が中性子反射体３の移動領域１８とされ、この移動領域
１８内で炉心２の運転時に中性子反射体３を上下方向に
移動できるようになっている。

【０００７】このような構成において、図１０に矢印ａ
で示すように、１次冷却材８は隔壁１７の内側をその下
方から上向きに流れ、その途中で炉心２に入り、核分裂
によって生じた熱を奪って温度上昇する。そして、その
温度上昇した１次冷却材８は、中間熱交換器７の内部に
流入して２次冷却材１０との熱交換を行い、それによっ
て冷却された後、中間熱交換器７の下方に流出し、その
後１次循環ポンプ６によって下降流となり、隔壁１７の
外周側を通って炉心２の下部に回り込み、再び炉心２に
導入される。

【０００８】一方、中間熱交換器７で加熱された２次冷
却材１０は矢印ｂで示すように、２次ポンプ９によって
配管１２を通って蒸気発生器１１に送られ、蒸気系１３
との熱交換によって冷却され、再度２次ポンプ９によっ
て原子炉容器１内の中間熱交換器７に導かれる。蒸気系
１３で発生した蒸気は図示しないタービンに循環し、タ
ービン回転により発電が行わる。

【０００９】なお、中性子遮蔽体５は、原子炉容器１の
中性子照射量をプラント寿命に亘って所定値以下に制限
するものであり、原子炉容器１と隔壁１７との間に配置
された複数の遮蔽体要素によって構成されている。

【００１０】そして、炉心バレル１６と隔壁１７との間
の移動領域１８に設けた中性子反射体３を反射体駆動装
置４によって、その移動領域１８内で上下方向に移動さ
せることにより、炉心２１からの中性子の漏洩を調整し
て、炉心２の反応度を調整するようになっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の反射体移動型原子炉においては、その原子炉内で単
に１次冷却材８と２次冷却材１０との熱交換を行い、こ
れによって加熱された２次冷却材１０を外部の蒸気発生
器１１に導き、そこで蒸気系１３との熱交換によって蒸
気を発生させた後、その蒸気を用いた発電を行うように
なっている。

【００１２】このため、中間熱交換器７、蒸気発生器１
１、蒸気系１３、タービン等が必須の構成要素となって
おり、これら中間熱交換器７、蒸気発生器１１、タービ
ンおよび付随する多くの配管等によって構成が複雑とな
り、経済性の悪化やシステムの複雑さ、タービン等の回
転機器のメンテナンス等の課題があった。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、１次冷却材の熱および流動等を利用して原子炉
自体において直接に蒸気または電気を発生させることが
でき、それにより従来必要とされていた多数の伝熱管等
の構造材の減少あるいは削除を可能とし、経済性の向
上、システムの単純化およびメンテナンスの容易化等が
図れる反射体制御型原子炉を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、１次冷却材を収容する原子炉
容器の内部に、炉心と、この炉心を囲む中性子遮蔽体
と、これら炉心と中性子遮蔽体との間に配置する可動式
の中性子反射体とを設け、前記中性子反射体の移動によ
って前記炉心からの中性子の漏洩を調整して、その炉心
の反応度を調整するとともに、前記原子炉容器内に導入
した２次冷却材を前記１次冷却材と熱交換させる反射体
制御型原子炉において、前記原子炉容器の２次冷却材導
入部に、前記１次冷却材と２次冷却材とが熱電素子モジ
ュールの高温度側と低温度側とで隣接して流れる流路と
を有し、前記各流路に流れる前記１次，２次冷却材間の
熱交換を行わせるとともにそれらの温度差に基づいて発
電を行う熱電発電器を設けたことを特徴とする反射体制
御型原子炉を提供する。

【００１５】請求項２の発明では、請求項１記載の反射
体制御型原子炉において、熱電発電器の高温側の流路は
１次冷却材と共存性の高い材料によって構成されるとと
もに、低温側の流路は２次冷却材と共存性の高い材料に
よって構成されていることを特徴とする反射体制御型原
子炉を提供する。

【００１６】請求項３の発明では、請求項１または２記
載の反射体制御型原子炉において、熱電発電器内の１次
冷却材および２次冷却材の各流路を囲む壁は、原子炉運
転温度範囲内において電気的絶縁性が高い材料により構
成されていることを特徴とする反射体制御型原子炉を提
供する。

【００１７】請求項４の発明では、請求項１から３まで
のいずれかに記載の反射体制御型原子炉において、熱電
発電器の熱電素子モジュールは、ｎ型半導体、ｐ型半導
体およびこれらの半導体を電気的に直列に接続する電極
により構成される熱電素子と、この熱電素子の両面に設
けられ、前記熱電素子の熱膨張およびその熱膨張により
発生する熱応力ならびに１次冷却材および２次冷却材の
流路に生じる流体圧力を緩和するためのコンプライアン
トパッドと、このコンプライアンドパッドの外側に設け
られた電気的な絶縁体とにより、層状に構成されている
ことを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００１８】請求項５の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載の反射体制御型原子炉において、１次
冷却材は液体金属、不活性ガスまたは二酸化炭素である
ことを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００１９】請求項６の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載の反射体制御型原子炉において、２次
冷却材は１次冷却材よりも低温の液体金属、溶融塩、不
活性ガスまたは二酸化炭素であることを特徴とする反射
体制御型原子炉を提供する。

【００２０】請求項７の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載の反射体制御型原子炉において、１次
冷却材が液体金属または溶融塩であり、かつ２次冷却材
が溶融塩、不活性ガス、二酸化炭素、水または空気であ
ることを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００２１】請求項８の発明では、請求項１から５まで
のいずれかに記載の反射体制御型原子炉において、２次
冷却材は液体金属であり、かつ前記２次冷却材は原子炉
容器の外部に設けた冷却器を介して３次冷却材によって
冷却される構成とされていることを特徴とする反射体制
御型原子炉を提供する。

【００２２】請求項９の発明では、請求項８記載の反射
体制御型原子炉において、２次冷却材が液体金属または
溶融塩であり、２次冷却材の冷却のための３次冷却材が
溶融塩、不活性ガス、二酸化炭素、水または空気である
ことを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００２３】請求項１０の発明では、請求項８記載の反
射体制御型原子炉において、２次冷却材および３次冷却
材が不活性ガス、二酸化炭素、水または空気であること
を特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００２４】請求項１１の発明では、請請求項５から１
０までのいずれかに記載の反射体制御型原子炉におい
て、不活性ガスは、窒素ガスまたはアルゴンガスである
ことを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００２５】請求項１２の発明では、液体または気体か
らなる１次冷却材を収容する原子炉容器の内部に、炉心
と、この炉心を囲む中性子遮蔽体と、これら炉心と中性
子遮蔽体との間に配置する可動式の中性子反射体とを設
け、前記中性子反射体の移動によって前記炉心からの中
性子の漏洩を調整して、その炉心の反応度を制御すると
ともに、前記原子炉容器内に導入した２次冷却材を前記
１次冷却材と熱交換させる反射体制御型原子炉におい
て、前記原子炉容器に、気体または液体からなる２次冷
却材を導入して前記１次冷却材との直接接触により熱交
換を行わせる直接接触式熱交換器と、この熱交換器で前
記１次冷却材との熱交換によって加熱された気体状態の
２次冷却材を取出すための２次冷却材出口部とを設けた
ことを特徴とする反射体制御型原子炉を提供する。

【００２６】請求項１３の発明では、請求項１２記載の
反射体制御型原子炉において、直接接触式熱交換器は原
子炉容器の内部に配置し、さらに前記原子炉容器の内部
には、２次冷却材中に随伴する１次冷却材を前記２次冷
却材から分離する１次冷却材除去装置と、前記１次冷却
材中に随伴する前記２次冷却材を前記１次冷却材から分
離する２次冷却材分離装置とを設けたことを特徴とする
反射体制御型原子炉を提供する。

【００２７】請求項１４の発明では、請求項１２または
１３に記載の反射体制御型原子炉において、原子炉容器
内に、１次冷却材を炉心に強制的に循環させる１次冷却
材循環用ポンプを設けたことを特徴とする反射体制御型
原子炉を提供する。

【００２８】請求項１５の発明では、請求項１２または
１３に記載の反射体制御型原子炉において、原子炉容器
は反射体の外周側に配置された筒状の隔壁を有し、この
隔壁の外周側に、２次冷却材との熱交換によって冷却さ
れた１次冷却材がその熱交換前の前記１次冷却材との密
度差により下降流となって炉心に自然循環する１次冷却
材下降領域を形成したことを特徴とする反射体制御型原
子炉を提供する。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る反射体制御型
原子炉の実施形態について、図面を参照して説明する。

【００３０】第１実施形態（図１〜図８）本実施形態の反射体制御型原子炉は、原子炉容器内に熱
電発電器を設け、原子炉内で直接発電を行うようにした
ものである。

【００３１】図１は原子炉全体の構成を示す断面図であ
り、図２は図１のＡ−Ａ線拡大断面図（横断面図）であ
る。

【００３２】これらの図に示すように、本実施形態の反
射体制御型原子炉２０は、１次冷却材２１を収容する原
子炉容器２２の内部に、炉心２３を有し、この炉心２３
の周囲部に同心的に設けられた割筒状の中性子反射体２
４が反射体駆動装置２４ａによってそれぞれ上下方向に
移動できるようになっている。そして、炉心２３および
中性子反射体２４の外周側には円筒状の隔壁２５が設け
られ、この隔壁２５の内周側が中性子反射体２４の移動
領域とされるとともに、炉心２３で加熱される１次冷却
材２１が上昇する領域とされている。一方、隔壁２５の
外周側は１次冷却材２１の下降する領域となっており、
この領域には中性子遮蔽体２６および１次冷却材循環用
のポンプ２７が設けられている。以上の構成について
は、上述した従来例と特に変りがなく、それらの説明は
省略する。

【００３３】本実施形態では、ポンプ２７の上方の領域
に、従来の中間熱交換器に代えて、熱電発電器２８が原
子炉容器２２の周方向に沿って複数、例えば４基設置さ
れている。これらの熱電発電器２８は図２に示すよう
に、例えば横断面が略四角形状の熱電発電器ベッセル２
９内に熱電発電器本体３０を収納した構成となってお
り、この熱電発電器本体３０内に流通する１次冷却材２
１と後述する２次冷却材３１との熱交換によって直接、
発電を行うようになっている。

【００３４】以下、熱電発電器２８の構成について、図
３〜図７も参照して詳しく説明する。

【００３５】図３は熱電発電器２８の構成を示す斜視図
であり、図４はその縦断面図である。これらの図に示す
ように、熱電発電器ベッセル２９は上下端部が開口し、
その内側に収容した熱電発電器本体３０にその周囲部か
ら２次冷却材３１を例えば蛇行流として通過させる低温
側流路３２を有する構成となっている。即ち、この低温
側流路３２は上下方向に仕切壁３３で仕切られ、下部に
連設した２次冷却材の入口配管３４から導入された２次
冷却材３１が、仕切り壁３３により蛇行流となって熱電
発電器本体３０を通過した後、低温側流路３２の上部に
連設した２次冷却材出口配管３５から炉外に導出される
ようになっている。

【００３６】なお、図１に示すように、２次冷却材入口
配管３４および２次冷却材出口配管３５は、原子炉容器
２２の外部に設けた冷却器３６に、ポンプ３７を有する
２次冷却材配管３８を介して接続されている。この冷却
器３６は、３次冷却系配管３９を流通する３次冷却材４
０との熱交換によって、２次冷却材３１の冷却を行うよ
うになっている。

【００３７】再び熱電発電器２８について説明する。図
３および図４に示すように、熱電発電器本体３０は、複
数の本体構成ブロック４１を上下に積層したもので、各
本体構成ブロック４１は、その内部に１次冷却材２１を
上方から下方に流通させることができる１次冷却材流路
孔４５ａと、２次冷却材３１を横方向に流通させること
ができる２次冷却材流路孔４５ｂとを有する構成となっ
ている。

【００３８】図５は本体構成ブロック４１を拡大して示
す斜視図である。図６は図５に示した本体構成ブロック
４１の構成要素である熱電素子モジュール４２をさらに
拡大して示す断面図であり、図７は熱電素子モジュール
４２の組立て構成を示す分解斜視図である。

【００３９】図５に示すように、本体構成ブロック４１
は、複数の平板状の熱電素子モジュール４２を縦スペー
サ４３および横スペーサ４４を介して間隔的に接合する
ことで、ブロック状に構成されている。即ち、等間隔で
平行に配列された複数の熱電子素子モジュール４２間の
間隙部のうち、例えば縦方向に沿う両端位置の１つおき
の間隙部に、縦スペーサ４３を嵌込んで固定することで
上下方向に沿う１次冷却材流路孔４５ａを形成するとと
もに、他の１つおきの間隙部の横方向に沿う両端位置お
よび中間位置に、横スペーサ４４を嵌込んで固定するこ
とで、横方向に沿う２次冷却材流路孔４５ｂを形成して
ある。なお、各スペーサ４３，４４は電気的絶縁性を持
つ材料によって構成されている。

【００４０】また、各熱電素子モジュール４２は、例え
ば各隅角部に設けたモジュール間リード４６によって互
いに電気的に接続するとともに、両端配置の熱電素子モ
ジュール４２（４２ａ，４２ｂ）にプラス（＋）側電流
端子４７およびマイナス（−）側電流端子４８をそれぞ
れ突設してある。

【００４１】そして、図３および図４に示すように、上
下に積層された本体構成ブロック４１が相互に各端子４
７，４８を介して電気的に接合され、さらに最上端に位
置する本体構成ブロック４１（４１ａ）の上端の各端子
４７，４８に（＋）側電流端子管４９および（−）側電
流端子管５０がそれぞれ接続され、これらの各端子管４
９，５０が炉外の図示しな送配電設備に導かれている。

【００４２】さらに、熱電素子モジュール４２の構成を
詳しく説明する。図６および図７に示すように、熱電素
子モジュール４２はｎ型半導体５１とｐ型半導体５２と
を熱的に並列かつ電気的に直列に多数接続した構成のも
のである。ｎ型半導体５１とｐ型半導体５２とは、その
外側に設けた１対の電極５３により電気的に直列に接続
されており、これらの両外側には電気絶縁のための絶縁
体５４がそれぞれ設置されている。さらに各絶縁体５４
の両外側には、熱膨張、熱応力、１次冷却体２１および
２次冷却体３１からの圧力等に対するクッションの役割
を果すコンプライアントパッド５５が設置されている。
さらに、熱電素子モジュール４２の高温側に配置される
コンプライアントパッド５５の外側には、１次冷却材２
１と共存性の高い材料からなる高温用外側板５６が設け
られ、また熱電素子モジュール４２の低温側に配置され
るコンプライアントパッド５５の外側には２次冷却材３
１と共存性の高い材料からなる低温用外側板５７が設け
られ、これにより化学変化、腐蝕等の防止が図られてい
る。

【００４３】なお、本発明において、ｎ型半導体５１お
よびｐ型半導体５２の配置は図６および図７に示した配
置に限定されるものではない。

【００４４】上述した構成の熱電素子モジュール４２を
例えば横方向に６体、間隔的に対向させ、かつ縦方向に
２段積層として構成したものが、図５に示した本体構成
ブロック４１であり、さらにこの本体構成ブロック４１
を２体、縦方向に重ねたものが、図４に示した熱電発電
器２８である。即ち、図４および図５において、１次冷
却材２１が流れる１次冷却材流路孔４５ａの壁面が、高
温用外側板５６によって構成され、また２次冷却材３１
が流れる２次冷却材流路孔４５ｂの壁面が、低温用外側
板５７によって構成されている。そして、１次冷却材２
１が１次冷却材流路孔４５ａを通る際、２次冷却材流路
孔４５ｂを流れる２次冷却材３１と熱交換される。この
際に熱電素子モジュール４２内に発生する熱流束により
直流電流が発生するものである。

【００４５】各熱電素子モジュール４２はモジュール間
リード４６によって電気的に直列に接続されているの
で、発生した直流電流は（＋）側電流端子４７および
（＋）側電流端子管４９、ならびに（−）側電流端子４
８および（−）側電流端子管５０により外部に取り出さ
れる。なお、各熱電素子モジュール４２間の流路孔４５
ａ，４５ｂの間隔は電気的絶縁性を持つ材料により構成
される縦スペーサ４３および横スペーサ４４により確保
されているので、モジュール間リード４６は各スペーサ
４３，４４内に設置されていてもよい。

【００４６】以上の構成において、１次冷却材２１とし
ては、液体金属（例えばＮａ，ＮａＫ，Ｐｂ，Ｐｂ−Ｂ
ｉ合金，Ｇａ，Ｇａ−Ｉｎ合金，Ｇａ−Ｐｂ合金，Ｇａ
−Ｓｎ合金等）、溶融塩（例えばＬｉ塩化物、Ｋ塩化物
等の混合物）、窒素ガスまたはアルゴンガス等の不活性
ガスまたは二酸化炭素等が適用されている。

【００４７】また、２次冷却材としては、１次冷却材よ
りも低温の前記同様の液体金属、溶融塩、不活性ガス、
または二酸化炭素、水（真水、海水等）または空気等が
適用されている。

【００４８】さらに、２次冷却材３１の冷却のための３
次冷却材しては、前記同様の溶融塩、不活性ガス、二酸
化炭素、水または空気等が適用されている。

【００４９】また、熱電発電器２８の高温側の流路を構
成する、１次冷却材２１と共存性の高い材料としては、
例えばステンレス鋼等が適用され、低温側の流路を構成
する、２次冷却材３１と共存性の高い材料としては低炭
素鋼、ステンレス鋼等が適用されている。

【００５０】さらにまた、熱電子素子モジュール４２の
外側板５６，５７等の１次冷却材２１および２次冷却材
３１の各流路を囲む壁は、原子炉運転温度範囲内におい
て電気的絶縁性が高い材料、例えば雲母、アルミナその
他のセラミックス等により構成されている。

【００５１】次に作用を説明する。

【００５２】図１に矢印ａで示すように、１次冷却材２
１はポンプ２７によって炉心２３に流入する。発熱して
いる炉心２３によって１次冷却材２１は炉心２３を通過
中に加熱され、炉心２３から高音になって隔壁２５の内
周側に沿う上昇流として流出する。高温になった１次冷
却材２１は隔壁２５の上端を超えた位置から下降流とな
って熱電発電器２８に導かれ、熱電発電器２８内で低温
の２次冷却材３１との熱交換によって冷やされて、下方
に流出する。このとき、高温の１次冷却材２１と低温の
２次冷却材３１との温度差を起電力として、熱電発電器
２８内の熱電素子モジュール４２により発電が行われ
る。熱交換後に低温となった１次冷却材２１はポンプ２
７によって中性子遮蔽体２６を通過し、炉心２３に下方
から再び流入する。

【００５３】一方、熱交換した後の高温になった２次冷
却材３１は、２次冷却材配管３８を通って冷却器３６に
循環し、ここで３次冷却材４０と熱交換され、低温とな
った２次冷却材３１はポンプ３７によって再度熱電発電
器２８に導かれる。

【００５４】本実施形態によれば、原子炉内で直接発電
が行えるので、従来のタービン等、発電のための水蒸気
系が不要となり、発電部に動的機器を用いることなく殆
ど静的機器によって構成することができる。したがっ
て、構成が簡易となり、メンテナンスも容易となり、耐
用寿命も長期化でき、また、システムも単純化でき、経
済性の向上も図れるようになる。

【００５５】第２実施形態（図８，図９）本実施形態の反射体制御型原子炉は、原子炉自体におい
て直接蒸気を発生させるようにしたものであり、図８は
原子炉全体の構成を示す断面図である。

【００５６】図８に示すように、本実施形態の反射体制
御型原子炉２０は、１次冷却材２１を収容する原子炉容
器２２の内部に、炉心２３を有し、この炉心２３の周囲
部に同心的に設けられた割筒状の中性子反射体２４が反
射体駆動装置２４ａによってそれぞれ上下方向に移動で
きるようになっている。そして、炉心２３および中性子
反射体２４の外周側には円筒状の隔壁２５が設けられ、
この隔壁２５の内周側が中性子反射体２４の移動領域と
されるとともに、炉心２３で加熱される１次冷却材２１
が上昇する領域とされている。一方、隔壁２５の外周側
は１次冷却材２１の下降する領域となっており、この領
域には中性子遮蔽体２６および１次冷却材循環用のポン
プ２７が設けられている。以上の構成については、上述
した従来例と特に変りがなく、それらの説明は省略す
る。

【００５７】このような構成の下で、本実施形態では、
原子炉容器内２２の上部に、２次冷却材を導入して１次
冷却材２１との直接接触により熱交換を行わせる直接接
触式熱交換器６１が設けてある。

【００５８】この直接接触式熱交換器６１は、１次冷却
材２１が上昇する炉心上方の隔壁２５で囲まれた領域に
２次冷却材３１を噴射するノズル型の構成とされてい
る。即ち、この熱交換器６１は、炉外に設けた図示しな
い２次冷却材供給源に２次冷却材供給配管６２を介して
接続された、多数の噴出孔６３を有する環状のノズル体
６４として構成されている。このノズル体６４に、２次
冷却材供給源から２次冷却材として例えば水６５が供給
され、水６５はノズル体６４の噴出孔６３から１次冷却
材２１中に噴出され、１次冷却材２１との熱交換によっ
て加熱されて蒸気６６となり、浮力によって原子炉容器
２２の上方に向って移動するようになっている。なお、
１次冷却材２１としては、前記第１実施形態と同様のも
のが適用されている。また、２次冷却材としては水６５
に代え、不活性ガス等の気体を適用することも可能であ
る。

【００５９】原子炉容器２２には、１次冷却材２１液面
よりも高い配置で、１冷却材除去装置６７と、２次冷却
材出口部としての蒸気出口６８とが上方に向って順次に
配設されている。

【００６０】１次冷却材除去装置６７は、例えば複数枚
の上面凸状の折曲板６９のそれぞれ異なる位置に、蒸気
流通用の小孔７０を設けた構成のもので、熱交換器６１
で発生した蒸気（気泡）６６中に随伴して上昇する１次
冷却材２１を折曲板６９の下面によって流通阻止するこ
とで、蒸気６６から分離するようになっている。

【００６１】蒸気出口６８には、図示しない蒸気配管を
介して蒸気タービンが接続され、蒸気６６をその蒸気タ
ービンに供給して発電用動力を得るようにしてある。

【００６２】前述した隔壁２５の上端は、１次冷却材２
１の液面よりも低位置に設定されており、１次冷却材２
１は水との熱交換によって冷却された後、隔壁２５の外
周側の領域に移動し、冷却による密度差に基づき、自重
によって下方に流動する。そこで、この隔壁２５の周囲
の領域の上部には、１次冷却材１２１中に随伴して下降
する２次冷却材３１としての蒸気６６を１次冷却材２１
から分離する２次冷却材分離装置７１が設けてある。

【００６３】この１次冷却材分離装置７１は、例えば原
子炉容器２２の内面と隔壁２５の外面の対向部分にそれ
ぞれ突出した水平で、かつ互いに段違いの高さに配置さ
れた流れ規制板７２，７３によって構成されている。そ
して、これらの流れ規制板７２，７３によって１次冷却
材２１が蛇行流となって流下する際に、例えば気泡とな
って随伴した蒸気６６が除去されるようになっている。
この２次冷却材分離装置７１の下方に、前述した１次冷
却材循環用ポンプ２７が設けてある。

【００６４】次に、作用について説明する。

【００６５】１次冷却材２１はポンプ２７によって炉心
２３に流入する。発熱している炉心２３によって１次冷
却材２１はその炉心２３を通過する間に加熱され、高温
になって上方に流出される。

【００６６】一方、原子炉容器２２内には、その上部に
設けられたノズル体６４から２次冷却材として水６５を
注入し、注入した水６５は高温になった１次冷却材２１
と直接接触して加熱され、液体から蒸気になる。発生し
た蒸気６６は気泡となって上昇し、蒸気出口６８に向っ
て上昇する。

【００６７】蒸気６６はその上昇途中で１次冷却材除去
装置６７を通過し、ここで蒸気６６に随伴した１次冷却
材２１が除去される。１次冷却材２１が除去された蒸気
６６は図示しない蒸気タービンに供給される。その後、
蒸気６６は図示しない復水器によって水に戻され、低温
となって再度、２次冷却材供給配管を介して原子炉容器
２２の上部に送られ、ノズル体６４から１次冷却材２１
に注入される。

【００６８】一方、水６５と熱交換された一次冷却材２
１は密度差によって蒸気６６から分離され、一部残留し
た蒸気６６については２次冷却材分離装置７１によって
除去され、その後ポンプ２７によって流下され、中性子
遮蔽体２６を通過して炉心２３に流入する。

【００６９】このような構成の本実施形態によれば、１
次冷却材２１と、２次冷却材としての水６５とを直接接
触させて熱交換するため、伝熱管等の複雑な構造を採用
することなく、熱交換が行え、しかも蒸気６６を原子炉
２０から直接発生させることができる。

【００７０】したがって、従来構成に比して設備が著し
く簡易となり、また伝熱管等の破損等による故障も生じ
ることがなく、運転性、経済性、保守補修性等が向上で
きる。

【００７１】図９は、図８に示した原子炉２０の変形例
を示す図である。即ち、この例では、図８に示した１次
冷却材循環用のポンプ２７が省略されている。そして、
隔壁２５の外周側の領域では、圧力損失が、１次冷却材
２１の自重による流下を妨げない値に設定されている。
これにより、２次冷却材３１との熱交換によって冷却さ
れた１次冷却材２１がその熱交換前の１次冷却材２１と
の比重差により下降流となって炉心２３に自然循環する
ようになっている。他の構成については、図９に示した
ものと略同様であるから、図８の対応部分に図９と同一
の符号を付して説明を省略する。

【００７２】このような構成によれば、前記同様の効果
が奏されることに加え、１次冷却材循環用のポンプを省
略することにより、一層の構成の簡素化が図れるものと
なる。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、１次冷
却材の熱および流動等を利用して原子炉自体において直
接に蒸気または電気を発生させることができ、それによ
り従来必要とされていた多数の伝熱管等の構造材の減少
あるいは削除を可能とし、経済性の向上、システムの単
純化およびメンテナンスの容易化等が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による反射体制御型原子
炉の全体構成を示す図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】前記実施形態における熱電発電器の構成を示す
斜視図。

【図４】図３に示した熱電発電器の断面図。

【図５】図３および図４に示した熱電発電器の本体構成
ブロックを示す拡大斜視図。

【図６】図５に示すブロックの要素となる熱電素子モジ
ュールの構成を示す拡大断面図。

【図７】図５に示すブロックの要素となる熱電素子モジ
ュールの構成を示す分解斜視図。

【図８】本発明の第２実施形態による反射体制御型原子
炉の全体構成を示す図。

【図９】図８の変形例を示す図。

【図１０】従来の反射体制御型原子炉を示す構成図。

【図１１】図１０のＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

２０反射体制御型原子炉２１１次冷却材２２原子炉容器２３炉心２４中性子反射体２４ａ反射体駆動装置２５隔壁２６中性子遮蔽体２７ポンプ（１次冷却材循環用）２８熱電発電器２９熱電発電器ベッセル３０熱電発電器本体３１２次冷却材３２低温側流路３３仕切壁３４入口配管３５２次冷却材出口配管３６冷却器３７ポンプ３８２次冷却材配管３９３次冷却系配管４０３次冷却材４１，４１ａ本体構成ブロック４２，４２ａ，４２ｂ熱電素子モジュール４３縦スペーサ４４横スペーサ４５ａ１次冷却材流路孔４５ｂ２次冷却材流路孔４６モジュール間リード４７プラス（＋）側電流端子４８マイナス（−）側電流端子４９（＋）側電流端子管５０（−）側電流端子管５１ｎ型半導体５２ｐ型半導体５３電極５４絶縁体５５コンプライアントパッド５６高温用外側板５７低温用外側板６１直接接触式熱交換器６２２次冷却材供給配管６３噴出孔６４ノズル体６５水６６蒸気６７１冷却材除去装置６８蒸気出口６９層状折曲板７０小孔７１１次冷却材分離装置７２，７３規制板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｄ 7/04 Ｇ２１Ｄ 7/04 Ｈ０１Ｌ 35/32 Ｈ０１Ｌ 35/32 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次冷却材を収容する原子炉容器の内部
に、炉心と、この炉心を囲む中性子遮蔽体と、これら炉
心と中性子遮蔽体との間に配置する可動式の中性子反射
体とを設け、前記中性子反射体の移動によって前記炉心
からの中性子の漏洩を調整して、その炉心の反応度を調
整するとともに、前記原子炉容器内に導入した２次冷却
材を前記１次冷却材と熱交換させる反射体制御型原子炉
において、前記原子炉容器の２次冷却材導入部に、前記
１次冷却材と２次冷却材とが熱電素子モジュールの高温
度側と低温度側とで隣接して流れる流路とを有し、前記
各流路に流れる前記１次，２次冷却材間の熱交換を行わ
せるとともにそれらの温度差に基づいて発電を行う熱電
発電器を設けたことを特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項２】請求項１記載の反射体制御型原子炉にお
いて、熱電発電器の高温側の流路は１次冷却材と共存性
の高い材料によって構成されるとともに、低温側の流路
は２次冷却材と共存性の高い材料によって構成されてい
ることを特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項３】請求項１または２記載の反射体制御型原
子炉において、熱電発電器内の１次冷却材および２次冷
却材の各流路を囲む壁は、原子炉運転温度範囲内におい
て電気的絶縁性が高い材料により構成されていることを
特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項４】請求項１から３までのいずれかに記載の
反射体制御型原子炉において、熱電発電器の熱電素子モ
ジュールは、ｎ型半導体、ｐ型半導体およびこれらの半
導体を電気的に直列に接続する電極により構成される熱
電素子と、この熱電素子の両面に設けられ、前記熱電素
子の熱膨張およびその熱膨張により発生する熱応力なら
びに１次冷却材および２次冷却材の流路に生じる流体圧
力を緩和するためのコンプライアントパッドと、このコ
ンプライアンドパッドの外側に設けられた電気的な絶縁
体とにより、層状に構成されていることを特徴とする反
射体制御型原子炉。
【請求項５】請求項１から４までのいずれかに記載の
反射体制御型原子炉において、１次冷却材は液体金属、
不活性ガスまたは二酸化炭素であることを特徴とする反
射体制御型原子炉。
【請求項６】請求項１から４までのいずれかに記載の
反射体制御型原子炉において、２次冷却材は１次冷却材
よりも低温の液体金属、溶融塩、不活性ガスまたは二酸
化炭素であることを特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項７】請求項１から４までのいずれかに記載の
反射体制御型原子炉において、１次冷却材が液体金属ま
たは溶融塩であり、かつ２次冷却材が溶融塩、不活性ガ
ス、二酸化炭素、水または空気であることを特徴とする
反射体制御型原子炉。
【請求項８】請求項１から５までのいずれかに記載の
反射体制御型原子炉において、２次冷却材は液体金属で
あり、かつ前記２次冷却材は原子炉容器の外部に設けた
冷却器を介して３次冷却材によって冷却される構成とさ
れていることを特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項９】請求項８記載の反射体制御型原子炉にお
いて、２次冷却材が液体金属または溶融塩であり、２次
冷却材の冷却のための３次冷却材が溶融塩、不活性ガ
ス、二酸化炭素、水または空気であることを特徴とする
反射体制御型原子炉。
【請求項１０】請求項８記載の反射体制御型原子炉に
おいて、２次冷却材および３次冷却材が不活性ガス、二
酸化炭素、水または空気であることを特徴とする反射体
制御型原子炉。
【請求項１１】請請求項５から１０までのいずれかに
記載の反射体制御型原子炉において、不活性ガスは、窒
素ガスまたはアルゴンガスであることを特徴とする反射
体制御型原子炉。
【請求項１２】液体または気体からなる１次冷却材を
収容する原子炉容器の内部に、炉心と、この炉心を囲む
中性子遮蔽体と、これら炉心と中性子遮蔽体との間に配
置する可動式の中性子反射体とを設け、前記中性子反射
体の移動によって前記炉心からの中性子の漏洩を調整し
て、その炉心の反応度を制御するとともに、前記原子炉
容器内に導入した２次冷却材を前記１次冷却材と熱交換
させる反射体制御型原子炉において、前記原子炉容器
に、気体または液体からなる２次冷却材を導入して前記
１次冷却材との直接接触により熱交換を行わせる直接接
触式熱交換器と、この熱交換器で前記１次冷却材との熱
交換によって加熱された気体状態の２次冷却材を取出す
ための２次冷却材出口部とを設けたことを特徴とする反
射体制御型原子炉。
【請求項１３】請求項１２記載の反射体制御型原子炉
において、直接接触式熱交換器は原子炉容器の内部に配
置し、さらに前記原子炉容器の内部には、２次冷却材中
に随伴する１次冷却材を前記２次冷却材から分離する１
次冷却材除去装置と、前記１次冷却材中に随伴する前記
２次冷却材を前記１次冷却材から分離する２次冷却材分
離装置とを設けたことを特徴とする反射体制御型原子
炉。
【請求項１４】請求項１２または１３に記載の反射体
制御型原子炉において、原子炉容器内に、１次冷却材を
炉心に強制的に循環させる１次冷却材循環用ポンプを設
けたことを特徴とする反射体制御型原子炉。
【請求項１５】請求項１２または１３に記載の反射体
制御型原子炉において、原子炉容器は反射体の外周側に
配置された筒状の隔壁を有し、この隔壁の外周側に、２
次冷却材との熱交換によって冷却された１次冷却材がそ
の熱交換前の前記１次冷却材との密度差により下降流と
なって炉心に自然循環する１次冷却材下降領域を形成し
たことを特徴とする反射体制御型原子炉。