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

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。

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