JP2005233704A - 自然循環型原子炉 - Google Patents

自然循環型原子炉 Download PDF

Info

Publication number
JP2005233704A
JP2005233704A JP2004041021A JP2004041021A JP2005233704A JP 2005233704 A JP2005233704 A JP 2005233704A JP 2004041021 A JP2004041021 A JP 2004041021A JP 2004041021 A JP2004041021 A JP 2004041021A JP 2005233704 A JP2005233704 A JP 2005233704A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
riser
downcomer
coolant
gas phase
natural circulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004041021A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadahiko Suzuta
忠彦 鈴田
Kikuo Nakamura
喜久男 中村
Takashi Kanekawa
孝 金川
Hiromoto Hibi
宏基 日比
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2004041021A priority Critical patent/JP2005233704A/ja
Publication of JP2005233704A publication Critical patent/JP2005233704A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

【課題】 循環流量が大きくコンパクトな自然循環型原子炉を提供する。
【解決手段】 ライザを上昇する冷却材の気泡の流れが、ダウンカマへの入口となる循環孔から離れる向きの運動量を得るように案内板を設置する。循環孔に、ライザからの入口が上向きとなるように板を設置する。循環孔からダウンカマに流入した冷却材はバッフル板によって下向きの運動量を減らされることにより、蒸気発生器の冷却配管で効率的に冷却されて凝縮する。その結果、ダウンカマに流入する気泡が減り循環流量が増す。ライザの液面近くに設けられたバッフル板により液面から飛散する液滴が減る。さらに気相部の循環孔に、湿分分離器、またはライザの蒸気が入る入口が上向きとなるような板を設置する。その結果、気相部の蒸気発生器に液滴が付着することを防止しつつ気相部の鉛直方向の長さを短くすることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、自然循環型原子炉に関する。
原子炉において、原子炉容器の内部に設置された炉心が発生する熱と、原子炉容器の内部に設置された冷却器とによって発生する冷却材の対流を利用して冷却材を循環させる自然循環型の原子炉の開発が進められている。
核分裂のエネルギーによって加熱された炉心を冷却するとともに自身は加熱される冷却材を、対流により炉心側からその上方側へと上昇させ、炉心の上方側に備えられた蒸気発生器によって冷却材の熱を奪い、熱が奪われた冷却材を、対流により蒸気発生器側から炉心側へと下降させ、下降した冷却材を再び炉心の冷却に炉心の冷却に供させることによって、冷却材を原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であて、原子炉容器の内部を、加熱された冷却材が沸騰しないように加圧するとともに、炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に気泡を同伴させることによって冷却材の上昇速度を高める技術が知られている(特許文献1参照)。
特開2002−350583号公報
本発明の目的は、コンパクトな自然循環型原子炉を提供することである。
本発明の他の目的は、自然循環流量の大きい自然循環型原子炉を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、循環流量が安定した自然循環型原子炉を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、蒸気発生器による熱交換の効率が高い自然循環型原子炉を提供することである。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明による自然循環型原子炉(2)は、原子炉容器(4)と、原子炉容器(4)の内部の冷却材(14)が充填される部分をライザ(10)とダウンカマ(12)とに仕切り、ライザ(10)とダウンカマ(12)とをつなげる孔(28)を有するシュラウド(8)と、ライザ(10)に設置された炉心(6)と、ダウンカマ(12)の内部の冷却材(14)から2次系冷却材に熱を移転する蒸気発生器(22)と、冷却材(14)に含まれる気泡(26)がライザ(10)からダウンカマ(12)へ流入する量を抑制する気泡抑制手段(32、40、42、50、52、54)とを具備している。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、気泡抑制手段は、孔(28)に設置された網(42)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、気泡抑制手段は、ライザ(10)から平均的な運動量が鉛直方向上向きの成分を持つ冷却材(14)が孔(28)に流入することを防止する第1ガイド板(32)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、気泡抑制手段は、ライザ(10)の内部で孔(28)に近い部分の冷却材(14)の流れに孔(28)から遠ざかる向きの運動量を与える第2ガイド板(40)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、蒸気発生器(22)は鉛直方向を長手方向とする熱交換用の配管を備えている。気泡抑制手段は、孔(28)からダウンカマ(12)に流入した冷却材(14)が持つ運動量の鉛直方向下向きの成分を減らす第3ガイド板(50)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、気泡抑制手段は、孔(28)からダウンカマ(12)に流入した冷却材(14)をシュラウド(8)の近傍に沿って蒸気発生器(22)の上端よりも上に導く第4ガイド板(54)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、気泡抑制手段は、孔(28)からダウンカマ(12)に流入した冷却材(14)をシュラウド(8)の近傍に沿って冷却材(14)の液面(16)に近い位置に導く第5ガイド板(54)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)は、原子炉容器(4)の内部かつダウンカマ(12)における冷却材(14)の液面(16)より上部の蒸気を冷却する冷却器(24)を具備している。気泡抑制手段は、冷却器(24)からダウンカマ(12)に落ちるサブクール水の運動量に孔(28)に近い向きの成分を与える第6ガイド板(52)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)は、原子炉容器(4)の内部で冷却材(14)の液面(16)の上方の気相部(20)に設置され、気相部(20)の蒸気の熱を奪う冷却配管(24)と、ライザ(10)における液面(17)から飛び散る液滴が冷却配管(24)に付着することを防止する液滴防止手段(36、46、48)とを具備している。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、シュラウド(8)は、気相部をライザ(10)の上方のライザ気相部(18)とダウンカマ(12)の上方のダウンカマ気相部(20)とに仕切り、かつライザ気相部(18)とダウンカマ気相部(20)とを繋げる気相部孔(30)を有している。液滴防止手段は、ライザ気相部(18)から気相部孔(30)に流入する蒸気の平均的な運動量が下向きの成分を持つようにガイドする第7ガイド板(36)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、シュラウド(8)は、気相部をライザ(10)の上方のライザ気相部(18)とダウンカマの上方のダウンカマ気相部(20)とに仕切り、かつライザ気相部(18)とダウンカマ気相部(20)とを繋げる気相部孔(30)を有している。液滴防止手段は、気相部孔(30)に設置された湿分分離器(48)を含む。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、液滴防止手段は、冷却材(14)の液面(17)の揺れを低減する液面安定手段(46)を具備する。
本発明による自然循環型原子炉(2)において、孔(28)は水平方向に長い。
本発明の目的によれば、コンパクトな自然循環型原子炉が提供される。
さらに本発明によれば、自然循環流量の大きい自然循環型原子炉が提供される。
さらに本発明によれば、循環流量が安定した自然循環型原子炉が提供される。
さらに本発明によれば、蒸気発生器による熱交換の効率が高い自然循環型原子炉が提供される。
以下、図面を参照しながら本発明による自然循環型原子炉について詳細に説明する。
(実施の第1形態)
図1を参照すると、実施の第1形態における自然循環型原子炉2aの構成が示されている。自然循環型原子炉2aは、鉛直方向を中心軸として回転対称な略円筒形状の原子炉容器4を備えている。原子炉容器4の内部には、原子炉容器4と同軸に回転対称な略円筒形状のシュラウド8が設置されている。
原子炉容器4の内部には冷却材14が充填されている。原子炉容器4の冷却材14が充填されている部分は、シュラウド8により、シュラウド8の内側のライザ10とシュラウド8の外側のダウンカマ12とに仕切られている。シュラウド8は液相部循環孔28を有しており、冷却材14は液相部循環孔28を通ってライザ10からダウンカマ12に流入することができる。
ダウンカマ12には液相部冷却器22が設置されている。液相部冷却器22は原子炉容器4の外部から内部に入りダウンカマ12を通って再び原子炉容器4の外部に引き出される配管を備えている。その配管の内部には2次系の冷却材が流される。
液相部循環孔28には気泡分離板32が設置されている。気泡分離板32は、開口(気泡分離板入口34)が上を向いたポケット状をなしてシュラウド8のライザ10側の壁面に設置されている。気泡分離板32は、液相部循環孔28が設けられている位置におけるシュラウド8の壁面に垂直な方向から見たときに、液相部循環孔28を完全に覆っていることが好ましい。
ライザ10の下部には炉心6が設けられている。炉心6の下端と原子炉容器4の下端との間には冷却材14が充填されているプレナム9がある。シュラウド8の下端と原子炉容器4の下端との間には隙間があり、その隙間を通してダウンカマ12の冷却材14はプレナム9に流入することができる。
原子炉容器4の内部の空間はすべて冷却材14が充填されているのではない。ライザ10における冷却材14のライザ液面17よりも上には冷却材14が蒸気となって充満するライザ気相部18がある。ダウンカマ12における冷却材14のダウンカマ液面16よりも上にはダウンカマ気相部20がある。ライザ気相部18とダウンカマ気相部20とはシュラウド8によって仕切られている。シュラウド8には気相部循環孔30が設けられている。ライザ気相部18にある蒸気は、気相部循環孔30を通ってダウンカマ気相部20に流入することができる。
ダウンカマ気相部20には気相部冷却器24が設置されている。液相部冷却器24は原子炉容器4の外部から内部に入りダウンカマ気相部20を通って再び原子炉容器4の外部に引き出される配管を備えている。その配管の内部には2次系の冷却材が流される。
液相部冷却器8は、その上端がダウンカマ液面16よりも上のダウンカマ気相部20まで達しており、気相部冷却器24の機能を兼ね合わせていることがある。
気相部循環孔30には液滴分離板36が設置されている。液滴分離板36は、開口(液滴分離板入口38)が上を向いたポケット状をなしてシュラウド8のライザ気相部18側の壁面に設置されている。液滴分離板36は、気相部循環孔30が設けられている位置におけるシュラウド8の壁面に垂直な方向から見たときに、気相部循環孔30を完全に覆っていることが好ましい。
図2を参照すると、液相部循環孔28の形状が示されている。液相部循環孔28は、垂直方向に比べて水平方向に長い扁平な形状をしている。原子炉容器4には、定格運転時にライザ液面17の平均的な液位と、その液位より低い液相部循環孔28の上端との間のマージン56が充分に大きくなるように冷却材14が充填される。
円形、正方形等の形状をした液相部循環孔に比べて、水平方向に長い扁平な形状をした液相部循環孔28は、同じ開口面積ならばよりマージン56が大きい。または、開口面積が同じでマージン56も同じならば、円形、正方形等の形状をした液相部循環孔に比べて、液相部循環孔28が水平方向に長い扁平な形状をしていると、シュラウド8及び原子炉容器4の鉛直方向のサイズを小さくすることが可能である。
以上の構成を備えた自然循環型原子炉は、以下のように動作する。
炉心6が起動され、液相部冷却器22と気相部冷却器24とに2次系の冷却材が流される。ライザ10の内部の冷却材14は炉心6により加熱され、沸騰する。沸騰したライザ10の内部の冷却材14は、気泡26が混ざった気液二相流となり、上向きの運動量成分を有する流れが生じる。
ライザ10の内部の冷却材14は、気泡分離板入口34より気泡分離板32に沿って平均的に下向きの運動量成分を有する流れとなって液相部循環孔28に達し、そこからダウンカマ12に流入する。ダウンカマ12における冷却材14は液相部冷却器22により冷却され、下向きに流れる。
ライザ液面17の液位は、自然循環型原子炉2の運転条件により変化する。さらに、冷却材14は対流しており、沸騰しているため、ライザ液面17は波打っている。
ライザ液面17の平均的な液位と液相部循環孔28の上端の位置との間には充分なマージン56があるため、ライザ液面17は常に液相部循環孔28の上端よりも上にある。そのため、ライザ液面17が液相部循環孔28の高さに位置することによる循環流量の変動は防止されている。
ライザ10の内部の冷却材14に混じっている気泡26は、概ね上向きに移動する。したがって気泡分離板入口34から下方に入り込む気泡26は少ない。そのため、ライザ10からダウンカマ12に入り込む気泡26は少ない。
ダウンカマ12の冷却材14に混じっている気泡26が少ない方が、自然循環型原子炉2aの冷却材14の対流による自然循環流量が大きい。すなわち気泡分離板32を備えた自然循環型原子炉2aは、冷却材14の循環流量が大きい。
冷却材の循環を促進するポンプを備えた自然循環型原子炉においても、自然循環型原子炉2aのように対流による自然循環流量が大きいことは好ましい。
冷却材14の循環流量は、原子炉容器4のサイズが大きいほど、大きくすることができる。しかし原子炉容器4はサイズが小さい方が、原子炉容器もその原子炉容器を含む原子力発電プラントも製造が容易でありコストが小さい。気泡分離板32を備えた自然循環型原子炉2aは、所望の循環流量を得るために、気泡分離板32を備えていない自然循環型原子炉2aよりも原子炉容器4のサイズを小さくすることができ、好ましい。
ダウンカマ12において下向きに流れる冷却材14は、原子炉容器4の下端の近くに達するとシュラウド8と原子炉容器4の下端との間の隙間からプレナム9に流入する。プレナム9の冷却材14は上昇して炉心6により加熱され、ライザ10における冷却材14の上昇流となる。
ライザ10における冷却材14は蒸発してライザ気相部18に充満する。ライザ気相部18の蒸気は液滴分離板入口38から液滴分離板36に沿って気相部循環孔30に達し、ダウンカマ気相部20に流入する。流入した蒸気は、ダウンカマ気相部20で気相部冷却器24により冷却される。冷却された蒸気の一部は凝縮してダウンカマ液面16に落下する。
ライザ10における冷却材14は沸騰しており、ライザ液面17からライザ気相部18に液滴が飛散する。気相部循環孔30の向きに飛散した液滴は、液滴分離板36に衝突し、ライザ液面17に滴下する。そのため、ライザ液面17から飛散した液滴が気相部冷却器24に付着することが防止され、気相部冷却器24の性能劣化が防止される。
液滴分離板36を設けない場合、ライザ液面17から気相部循環孔30までの距離を大きくすると、ライザ液面17から飛散した液滴が気相部冷却器22に付着することを防止される。この場合、原子炉容器4のサイズは鉛直方向に大きくなる。液滴分離板36を備えた自然循環型原子炉2aは、ライザ液面17から気相部循環孔30までの鉛直方向の距離をより小さくすることができるため、液滴分離板36を備えていない自然循環型原子炉よりも小さいサイズで同じ性能が得られ、好ましい。
(実施の第2形態)
図3を参照すると、本発明による自然循環型原子炉の実施の第2形態が示されている。実施の第2形態における自然循環型原子炉2bにおいて、原子炉容器4、シュラウド8、冷却材14、液相部冷却器22、炉心6、プレナム9、ライザ気相部18、ダウンカマ気相部20、及び気相部冷却器24は実施の第1形態における自然循環型原子炉2aと同じである。
シュラウド8の液相部循環孔28には網42が取り付けられている。網42の位置は、シュラウド8の壁面と同一の曲面上、シュラウド8のやや内側、またはシュラウド8のやや外側である。網42は金属、セラミック等により形成されている。網42の目の粗さは、自然循環型原子炉2bの定格運転時の液相部循環孔28の位置における気泡26の平均的な大きさよりも小さい。網42は、定格運転時の液相部循環孔28の位置における平均的な大きさの気泡26が網42に引っ掛かって滞留しない程度に小さい網目であることが好ましい。
ライザ10の液相部循環孔28よりも低い位置には気泡ガイド板40が設置されている。気泡ガイド板40は、上方ほど内側(原子炉容器4の中心軸に近い側)になるように傾斜している。気泡ガイド板40は、原子炉容器4の中心軸を中心とした回転対称形であるか、又は周方向の角度が液相部循環孔28に対応する位置においてより内側に張り出した形状をしている。気泡ガイド板40は、液体が透過しない板であるか、又は気泡ガイド板40の位置における気泡26の平均的な大きさよりも小さい網目を有する板である。
気泡ガイド板40は、シュラウド8の壁面に取り付けられていることがある。好ましくは、気泡ガイド板40はシュラウド8との間に隙間を有し、取り付け具41を介して間接的にシュラウド8に取り付けられる。その場合、気泡ガイド板40とシュラウド8との間の隙間には冷却材14が流れることができる。
気相部循環孔30には湿分分離器48が設置されている。湿分分離器48は、ライザ気相部18からダウンカマ気相部20へ気体が移動するときにその気体から湿分を取り除く。
以上の構成を備えた自然循環型原子炉2bは、以下のように動作する。
炉心6が起動され、液相部冷却器22と気相部冷却器24とに2次系の冷却材が流される。ライザ10の内部の冷却材14は炉心6により加熱され、沸騰する。沸騰したライザ10の内部の冷却材14は、気泡26が混ざった気液二相流となり、上向きの運動量成分を有する流れが生じる。
ライザ10の内部の冷却材14は、上昇する途中で気泡ガイド板40の高さに達すると、気泡ガイド板40により内側向き(原子炉容器4の中心軸に近い方へ向かう向き)の運動量を与えられる。気泡ガイド板40の下端において気泡ガイド板40よりも内側にある気泡26は、気泡ガイド板40の上端において気泡ガイド板40よりも内側の位置、すなわち液相部循環孔28からより離れた位置に移動する。
気泡ガイド板40の下端において気泡ガイド板40よりも外側、すなわちシュラウド8の壁面に近い位置にある気泡26は、気泡ガイド板40の傾斜によって生じる内側向きの冷却材14の流れに乗って、シュラウド8の内側すなわち液相部循環孔28からより離れる向きに移動する。
気泡ガイド板40が設けられていることにより、液相部循環孔28に到達する気泡26は少ない。
液相部循環孔28に到達した気泡26は、網42により、ダウンカマ12に移動することを妨げられ、ライザ10の内部で上昇する。
ダウンカマ12に流れ込む気泡26が少ないことにより、ライザ10における冷却材14とダウンカマ12における冷却材14との密度差は大きい。そのため自然循環の流量が大きい。
別の見方をすれば、気泡ガイド板40または網42を備えた自然循環型原子炉2bは、所望の循環流量を得るために、気泡ガイド板40を備えていない自然循環型原子炉よりも原子炉容器4のサイズを小さくすることができる。
ライザ10における冷却材14は沸騰しており、ライザ液面17からライザ気相部18に液滴が飛散する。
ライザ気相部18における蒸気は対流により気相部循環孔30を通ってダウンカマ気相部20に移動する。気相部循環孔30を通るときに、ライザ液面17から飛散した液滴は湿分分離器48により除去される。そのため、ライザ液面17から飛散した液滴が気相部冷却器24に付着することが防止され、気相部冷却器24の性能劣化が防止される。
湿分分離器48を備えた自然循環型原子炉2bは、ライザ液面17から気相部循環孔30までの鉛直方向の距離をより小さくすることができるため、湿分分離器48を備えていない自然循環型原子炉よりも小さいサイズで同じ性能が得られる。
(実施の第3形態)
図4を参照すると、実施の第3形態における自然循環型原子炉の構成が示されている。実施の第3形態における自然循環型原子炉2cにおいて、原子炉容器4、シュラウド8、冷却材14、炉心6、プレナム9、ライザ気相部18、ダウンカマ気相部20、及び気相部冷却器24は実施の第1形態における自然循環型原子炉2aと同じである。
液相部冷却器22が有する熱交換用の配管は、鉛直方向に延長している。その配管に流される2次系の冷却材は、ダウンカマ12において液相部冷却器22の上の方から下の方へ向けて流されることが好ましい。
ダウンカマ12には気泡分離バッフル50が設置されている。気泡分離バッフル50は多孔板である。気泡分離バッフル50は、液相部循環孔28の下端と同じか若干低い位置に、ほぼ水平に設置されている。
ライザ10の液相部循環孔28よりも低い位置には気泡ガイド板40aが設置されている。気泡ガイド板40aは、シュラウド8の中心軸と同軸な円筒形の部材と、その円筒形部材の上端を外縁としシュラウドの中心軸と同軸でより直径の小さい円を内縁として有する水平な円盤形の部材とを有している。気泡ガイド板40aは、液体が透過しない板であるか、又は気泡ガイド板40aの位置における気泡26の平均的な大きさよりも小さい網目を有する板である。
気泡ガイド板40aはシュラウド8との間に隙間を有し、取り付け具41を介して間接的にシュラウド8に取り付けられる。その場合、気泡ガイド板40aとシュラウド8との間の隙間には冷却材14が流れることができる。
気泡ガイド40aは、上記した水平な円盤形の部材の外縁がシュラウド8に接合される形状であることがある。その場合、上記した円筒形の部材は無くてもよい。
ライザ10のライザ液面17よりも少し低い位置には、バッフル46が設けられている。バッフル46は、ライザ液面17における冷却材14の波を低減する形状をしている。
以上の構成を備えた自然循環型原子炉2cは、以下のように動作する。
炉心6が起動され、液相部冷却器22と気相部冷却器24とに2次系の冷却材が流される。ライザ10の内部の冷却材14は炉心6により加熱され、沸騰する。沸騰したライザ10の内部の冷却材14は、気泡26が混ざった気液二相流となり、上向きの運動量成分を有する流れが生じる。
ライザ10の内部の冷却材14は、上昇する途中で気泡ガイド板40aの高さに達する。気泡ガイド板40aの下端において気泡ガイド板40aの円筒形の部材よりも内側にある気泡26は、気泡ガイド板40aの上端の高さにおいて気泡ガイド板40aの円盤形の部材の内縁よりも内側(原子炉容器4の中心軸に近い側)に移動する。気泡ガイド板40aの下端において気泡ガイド板40aの円筒形の部材よりも外側、すなわちシュラウド8の壁面に近い位置にある気泡26は、気泡ガイド板40aの上端において流路の幅が急速に広くなることによって生じる内側向きの冷却材14の流れに乗って、シュラウド8の内側すなわち液相部循環孔28からより離れた向きに移動する。
気泡ガイド板40が設けられていることにより、液相部循環孔28に到達する気泡26は少ない。
ライザ10の冷却材14は、液相部循環孔28を通ってダウンカマ12へ流れる。ダウンカマ12に設置されている気泡分離バッフル50により、冷却材14の流れは下向きの運動量成分を減らされる。そのため、冷却材14の流れは、液相部冷却器22の配管を水平方向に横切るクロスフローとなる。
冷却材14が液相部冷却器22の配管に沿って平行に流れるよりもクロスフローの方が、冷却材14から2次系の冷却材への熱伝達が効率よく行われる。冷却材14は、流れがクロスフローであることによりすばやく冷却され、気泡26が凝縮する。
ライザ10とダウンカマ12の密度差による対流により、液相部循環孔28からダウンカマ12に流れ込んだ冷却材14は下向きに移動する。その際、気泡26は気泡分離バッフル50において凝縮しているため、下向きの流れに含まれる気泡26は少ない。
ダウンカマ12における冷却材14の下向きの流れに気泡が少ないことにより、ライザ10の冷却材14とダウンカマ12の冷却材14の密度差は大きい。そのため、自然循環の流量が大きい。
別の見方をすれば、気泡分離バッフル50を備えた自然循環型原子炉2cは、所望の循環流量を得るために、気泡分離バッフル50を備えていない自然循環型原子炉よりも原子炉容器4のサイズを小さくすることができる。
図5を参照すると、実施の第3形態における自然循環型原子炉の変形例におけるダウンカマ12の様子が示されている。変形例におけるダウンカマ12には、気泡分離バッフル50に代えて、サブクール水導入板52が設置されている。サブクール水導入板52は、ダウンカマ液面16に近い部分の冷却材14が下向きに流れるとき、その流れを液相部循環孔28の近くに導く。
こうした自然循環型原子炉が運転されると、ダウンカマ気相部20における蒸気が気相部冷却器24により冷却されて凝縮し、サブクール水となってダウンカマ液面16に滴下する。滴下したサブクール水は、ダウンカマ12における冷却材14の下向きの流れによって液相部循環孔28の近くに導かれる。
自然循環により冷却材14がライザ10から液相部循環孔28を通ってダウンカマ12に流入する。冷却材14とともに流入した気泡26は、サブクール水導入板52によって導入されたサブクール水により効果的に冷却されて凝縮する。
ライザ10とダウンカマ12の密度差による対流により、液相部循環孔28からダウンカマ12に流れ込んだ冷却材14は下向きに移動する。その際、気泡26はサブクール水により凝縮しているため、下向きに流れる冷却材14に含まれる気泡26は少ない。
ダウンカマ12における冷却材14の下向きの流れに気泡が少ないことにより、ライザ10の冷却材14とダウンカマ12の冷却材14の密度差は大きい。そのため、自然循環の流量が大きい。
別の見方をすれば、サブクール水導入板52を備えた自然循環型原子炉は、所望の循環流量を得るために、サブクール水導入板52を備えていない自然循環型原子炉よりも原子炉容器4のサイズを小さくすることができる。
図6を参照すると、実施の第3形態における自然循環型原子炉の他の変形例におけるダウンカマ12の様子が示されている。他の変形例による自然循環型原子炉は、実施の第3形態における気泡分離バッフル50に代えて、気泡誘導板54を備えている。
ダウンカマ12は、液相部冷却器22が設置されている部分において、液相部冷却器22の上端よりも上の部分に比べて、液相部冷却器22の配管などの設備が存在していることにより、冷却材14が流れることができる流路の水平方向の断面積が小さい。
気泡誘導板54は、冷却材14がライザ10から液相部循環孔28を通ってダウンカマ12に流入したとき、その流れを液相部冷却器22の上端よりも上まで導く。好ましくは、気泡誘導板54は、冷却材14の流れをダウンカマ液面16の近くまで導く。
気泡誘導板54は、液体が透過しない板であってもよい。好ましくは、気泡誘導板54は、液相部循環孔28の下端の位置における気泡26の平均的な大きさよりも小さい網目を有し冷却材14を透過する多孔板である。
こうした自然循環型原子炉が運転されると、ダウンカマ気相部20における蒸気が気相部冷却器24により冷却されて凝縮し、サブクール水となってダウンカマ液面16に滴下する。ライザ10の冷却材14は自然循環により液相部循環孔28を通ってダウンカマ12に流入する。
ダウンカマ12に流入した冷却材14は、気泡誘導板54に沿ってダウンカマ液面16の近くに誘導される。気泡誘導板54が多孔板であるとき、冷却材14の一部は液相部循環孔28を通ってダウンカマ12の下方へ向かう流れとなり、気泡26を含む冷却材14の流れはダウンカマ液面16の近くに誘導される。
ダウンカマ液面16の近くには気相部冷却器24から滴り落ちたサブクール水が存在する。ダウンカマ液面16の近くに誘導された気泡26はサブクール水によって凝縮する。
ダウンカマ12の液相部冷却器22の上端より上の部分においては、冷却材14の流路の水平方向の断面積が大きいため、冷却材14が下向きに流れる流れの速度が小さい。そのため下向きの流れに巻き込まれる気泡26は少なく、多くの気泡26は冷却材14の下向きの流れから分離して上に向かって移動する。さらに、液相部冷却器22の上端よりも上では流れの速度が小さいことにより、気泡26がダウンカマ液面16の近くに存在する時間が長く、サブクール水により凝縮が促進される。
本発明の実施の第1形態における水平方向に長い扁平な液相部循環孔28、気泡分離板32、液滴分離板36、実施の第2形態における網42、気泡ガイド板40、湿分分離器48、実施の第3形態におけるバッフル46、気泡分離バッフル50、及びサブクール水導入板52は、それらの全て、またはそれらのうちから選択された任意の組み合わせを、ひとつの自然循環型原子炉に対して同時に設置して使用することが可能である。
前段落の組み合わせのうち、気泡ガイド板40を気泡ガイド板40aに取り替えた全ての組み合わせを、ひとつの自然循環型原子炉に対して同時に設置して使用することが可能である。
前段落の組み合わせのうち、サブクール水導入板52を気泡誘導板54に取り替えた全ての組み合わせを、ひとつの自然循環型原子炉に対して同時に設置して使用することが可能である。
前段落の組み合わせのうち、気泡ガイド板40を気泡ガイド板40aに取り替え、サブクール水導入板52を気泡誘導板54に取り替えた全ての組み合わせを、ひとつの自然循環型原子炉に対して同時に設置して使用することが可能である。
図1は、自然循環型原子炉の構成を示す。 図2は、液相部循環孔の形状を示す。 図3は、自然循環型原子炉の構成を示す。 図4は、ダウンカマを示す。 図5は、ダウンカマを示す。 図6は、ダウンカマを示す。
符号の説明
2…自然循環型原子炉
4…原子炉容器
6…炉心
8…シュラウド
9…プレナム
10…ライザ
12…ダウンカマ
14…冷却材
16…ダウンカマ液面
17…ライザ液面
18…ライザ気相部
20…ダウンカマ気相部
22…液相部冷却器
24…気相部冷却器
26…気泡
28…液相部循環孔
30…気相部循環孔
32…気泡分離板
34…気泡分離板入口
36…液滴分離板
38…液滴分離板入口
40…気泡ガイド板
41…取り付け具
42…網
46…バッフル
48…湿分分離器
50…気泡分離バッフル
52…サブクール水導入板
54…気泡誘導板
56…マージン

Claims (15)

  1. 原子炉容器と、
    前記原子炉容器の内部の冷却材が充填される部分をライザとダウンカマとに仕切り、前記ライザと前記ダウンカマとをつなげる孔を有するシュラウドと、
    前記ライザに設置された炉心と、
    前記ダウンカマの内部の前記冷却材から2次系冷却材に熱を移転する蒸気発生器と、
    前記冷却材に含まれる気泡が前記ライザから前記ダウンカマへ流入する量を抑制する気泡抑制手段
    とを具備する
    自然循環型原子炉。
  2. 請求項1に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記気泡抑制手段は、前記孔に設置された網を含む
    自然循環型原子炉。
  3. 請求項1または2に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記気泡抑制手段は、前記ライザから平均的な運動量が鉛直方向上向きの成分を持つ前記冷却材が前記孔に流入することを防止する第1ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  4. 請求項1から3のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記気泡抑制手段は、前記ライザの内部で前記孔に近い部分の前記冷却材の流れに前記孔から遠ざかる向きの運動量を与える第2ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  5. 請求項1から4のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記蒸気発生器は鉛直方向を長手方向とする熱交換用の配管を備え、
    前記気泡抑制手段は、前記孔から前記ダウンカマに流入した前記冷却材が持つ運動量の鉛直方向下向きの成分を減らす第3ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  6. 請求項1から5のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記気泡抑制手段は、前記孔から前記ダウンカマに流入した前記冷却材を前記シュラウドの近傍に沿って前記蒸気発生器の上端よりも上に導く第4ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  7. 請求項1から6のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記気泡抑制手段は、前記孔から前記ダウンカマに流入した前記冷却材を前記シュラウドの近傍に沿って前記冷却材の液面に近い位置に導く第5ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  8. 請求項1から7のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    更に、前記原子炉容器の内部かつ前記ダウンカマにおける前記冷却材の液面より上部の蒸気を冷却する冷却器
    を具備し、
    前記気泡抑制手段は、前記冷却器から前記ダウンカマに落ちるサブクール水の運動量に前記孔に近づく向きの成分を与える第6ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  9. 請求項1から8のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    更に、前記原子炉容器の内部で前記冷却材の液面の上方の気相部に設置され、前記気相部の蒸気の熱を奪う冷却配管と、
    前記ライザにおける前記液面から飛び散る液滴が前記冷却配管に付着することを防止する液滴防止手段
    とを具備する
    自然循環型原子炉。
  10. 原子炉容器と、
    前記原子炉容器の内部の冷却材が充填される部分をライザとダウンカマとに仕切り、前記ライザと前記ダウンカマとをつなげる孔を有するシュラウドと、
    前記ライザに設置された炉心と、
    前記原子炉容器の内部で前記冷却材の液面の上方の気相部に設置され、前記気相部の蒸気の熱を奪う冷却配管と、
    前記ライザにおける前記液面から飛び散る液滴が前記冷却配管に付着することを防止する液滴防止手段
    とを具備する
    自然循環型原子炉。
  11. 請求項9または10に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記シュラウドは、前記気相部を前記ライザの上方のライザ気相部と前記ダウンカマの上方のダウンカマ気相部とに仕切り、かつ前記ライザ気相部と前記ダウンカマ気相部とを繋げる気相部孔を有し、
    前記液滴防止手段は、前記ライザ気相部から前記気相部孔に流入する蒸気の平均的な運動量が下向きの成分を持つようにガイドする第7ガイド板を含む
    自然循環型原子炉。
  12. 請求項9から11のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記シュラウドは、前記気相部を前記ライザの上方のライザ気相部と前記ダウンカマの上方のダウンカマ気相部とに仕切り、かつ前記ライザ気相部と前記ダウンカマ気相部とを繋げる気相部孔を有し、
    前記液滴防止手段は、前記気相部孔に設置された湿分分離器を含む
    自然循環型原子炉。
  13. 請求項9から12のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記液滴防止手段は、前記冷却材の液面の揺れを低減する液面安定手段を具備する
    自然循環型原子炉。
  14. 請求項1から13のうちのいずれか1項に記載された自然循環型原子炉であって、
    前記孔は水平方向に長い
    自然循環型原子炉。
  15. 原子炉容器と、
    前記原子炉容器の内部の冷却材が充填される部分をライザとダウンカマとに仕切るシュラウドと、前記シュラウドは前記ライザと前記ダウンカマとをつなげる水平方向に長い孔を有し、
    前記ライザに設置された炉心と、
    前記ダウンカマの内部の前記冷却材から2次系冷却材に熱を移転する蒸気発生器
    とを具備する
    自然循環型原子炉。
JP2004041021A 2004-02-18 2004-02-18 自然循環型原子炉 Pending JP2005233704A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004041021A JP2005233704A (ja) 2004-02-18 2004-02-18 自然循環型原子炉

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004041021A JP2005233704A (ja) 2004-02-18 2004-02-18 自然循環型原子炉

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005233704A true JP2005233704A (ja) 2005-09-02

Family

ID=35016834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004041021A Pending JP2005233704A (ja) 2004-02-18 2004-02-18 自然循環型原子炉

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005233704A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012509466A (ja) * 2008-11-18 2012-04-19 ニュースケール パワー インコーポレイテッド 原子炉容器冷却材の偏向遮蔽板
KR101565817B1 (ko) 2014-05-15 2015-11-05 한국기계연구원 에너지 제어를 통해 냉각재 상실 차단이 가능한 순환형 원자로
KR101565816B1 (ko) 2014-05-15 2015-11-05 한국기계연구원 운동량 제어를 통해 냉각재 상실 차단이 가능한 순환형 원자로
WO2016106051A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 Nuscale Power, Llc Light water reactor with condensing steam generator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012509466A (ja) * 2008-11-18 2012-04-19 ニュースケール パワー インコーポレイテッド 原子炉容器冷却材の偏向遮蔽板
KR101565817B1 (ko) 2014-05-15 2015-11-05 한국기계연구원 에너지 제어를 통해 냉각재 상실 차단이 가능한 순환형 원자로
KR101565816B1 (ko) 2014-05-15 2015-11-05 한국기계연구원 운동량 제어를 통해 냉각재 상실 차단이 가능한 순환형 원자로
WO2016106051A1 (en) * 2014-12-23 2016-06-30 Nuscale Power, Llc Light water reactor with condensing steam generator
US10629312B2 (en) 2014-12-23 2020-04-21 Nuscale Power, Llc Light water reactor with condensing steam generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101056010B1 (ko) 기수 분리기
US7522693B2 (en) Passive safety-grade decay-heat removal method and decay-heat removal system for LMR with pool direct heat cooling process
WO2011129063A1 (ja) 気水分離器およびそれを用いた原子炉システム
JP4599319B2 (ja) 気水分離器
US9534779B2 (en) Steam generator tube lane flow buffer
JP2005233704A (ja) 自然循環型原子炉
JP2009210157A (ja) 蒸気発生器
US10729040B2 (en) Cooler, power conversion apparatus, and cooling system
US20070274428A1 (en) Natural circulation type boiling water reactor
JP2010236791A (ja) 蒸気発生器
JP2011191080A (ja) 原子炉の気水分離器
JP2012058113A (ja) 原子炉の気水分離設備
JP2012251693A (ja) 熱輸送装置及び原子炉格納容器の冷却装置
JP4504343B2 (ja) 自然循環型沸騰水型原子炉
JP2008298309A (ja) 気水分離器
JPH01119798A (ja) 自然循環型原子炉
JP3964587B2 (ja) 原子炉用気水分離器
WO2018109928A1 (ja) 沸騰冷却システムの気液分離装置
JP2010016049A (ja) 沸騰冷却装置
JP2018124129A (ja) 原子炉格納構造、気泡発生装置の操作方法
JP2002341079A (ja) 原子炉
JP2016011788A (ja) 熱交換器
JP2013257254A (ja) 沸騰水型原子炉
JP2010210529A (ja) 沸騰水型原子炉
JPS63201599A (ja) 自然循環型原子炉

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050531

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20060411

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20060411

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080519

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080528

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080929