JP2015527575A - 球状燃料の原子炉 - Google Patents

Abstract

一種の球形燃料原子炉のうち、核燃料や冷媒を一緒に実装球形固体で２セットの機械伝送システム（４）を球形固体原子炉容器（１）と蒸気発生器（２）との間で循環流動に達し、原子炉を発生した熱伝まで蒸気発生器の目的。この炉が固有の安全性が高く、温度が高い輸出パラメータ、核燃料の特徴を十分に利用し、発電、水素製造、熱、石炭液化ガス化などの分野で。

Description

本発明は、球状燃料の原子炉に、原子炉工学の研究とデザインの分野に属する。
背景の技術
球形燃料要素は応用して高温ガス冷却炉では、その容易に装入、排料交換、放射性物質の良好な包容力などの長所が一般的に認められる。溶融塩炉総合性能は良いが、高温で溶融塩の強腐食性工事では解決しない問題。
発明の内容
本発明は球形燃料原子炉を核燃料と固体の冷却材と一緒に実装球形固体燃料、球形のコンポーネントを機械伝送システム、球形固体原子炉や蒸気発生器の間に循環流動に達し、熱量は原子炉に届く蒸し蒸気発生器の目的。
一般的には液体や気体が原子炉冷却材として、本発明球形燃料原子積は採用球形固体として冷却材。球形の固体の良好なスクロール能力、大量の球形固体粒子が集まって流れ、表現できるいくつかと液体流動のような特徴があり、特にその球形固体粒径が時間、その流動特性と液体の流動特性に似ている。球形燃料原子炉は球形固体粒子をその自身の重力は原子炉内は上から下に移動し、アップで伝送装置を球形固体粒子の高さまで引き上げが必要、球形固体不断の上下循環流動。球形燃料原子積この球形固体粒子の流れの循環を伝えて熱。熱を伝える、温度が高いところまで温度の低い場所。核燃料を実装球形固体で、固体放射性物質の良好な被覆能力、放射性物質の拡散阻止に安全。このカロリーの過程を伝えるだけでなく、原子炉の中の応用価値、その他の工業分野もある応用価値。
球形固体顆粒集団移動の特性と粒径サイズが大きく関係して、粒度が小さいほど、その流動特性に近づく液体、性状と液体も近づくほどに。球形固体顆粒は己のスクロール流動、重力の作用で流れる時に実際との接触だけ壁面ボールが転がり、その上で他のボール並進を中心に。粒径が小さいほど、固体粒子蓄積時空隙率が小さいほど、熱伝導能力ほどいい。もし粒温度が高く、粒を熱放射伝熱も考える必要がある、高温を伝えるカロリーの放射粒子速度よりもまだ早い接触熱伝導。球形固体顆粒伝熱速度より水の熱速度より遅いかもしれないので、固体が通じない急な流れ熱。固体として冷却材の優位は核燃料は固体の中で拡散させない、熱源を過度に集中し、ある時から、熱力不足を補うことができて。原子炉の温度が高すぎる局部させることができないため、原子炉の冷却材としては球形の固体の体積の出力密度が低い。同じ出力原子炉の総体積比圧水が山嵩張る。
いくつかの設計を通じて核燃料をひとりでボールが自身の固有の安全性を制御することができ、１球の中の核燃料の数から、発生した熱速度制御一定限度か、核燃料ボールが自身の温度が高く升前に熱を通過熱放射伝わって週囲のほかない冷却材の情況の下で。炉内も多い含まない核燃料の粒径の小さいボール冷却、これらの球にも使われる熱を流れる炉。核燃料ボール通過熱伝導と熱放射熱を伝えるこれら冷却材のボール、これらのボールも原子炉と大きく熱工学裕量、事故状況が熱を伝え炉外、良好な被覆核燃料原子炉の安全性を高めた。原子炉容器の固体材料が多い外部を置くことができて、そしてそれによって原子炉容器と良好な接触、この原子炉の熱を熱伝導と熱輻射が伝わってきて、原子炉は溶けない。
本発明の球形の燃料原子積主回ルートは原子炉容器、蒸気発生器、引き上げ伝送装置から構成して、原子炉の下部に輸出の高さは以下のなりイコール蒸気発生器の上部に入り口の高さ、原子炉を設置２セットアップ伝送装置を用いてボールを、それぞれ形固体は原子炉下部輸出アップ転送の蒸気発生器の上部を固体の入り口、球形ボイラ下部から輸出アップ転送の炉容器上部の入り口。球形の固体の原子炉容器内核反応の熱量を吸収した後、重力の作用に下落炉容器の下部に輸出する伝送装置、ボールを向上転送のスチーマー入り口、球形の固体で蒸気発生器の中で自身の重力行方を熱伝に寒い側の水に落ちて、蒸気発生器の後、向上伝送装置をボール転送の原子炉容器の上部に入り口アップ。このように絶えず循環に達し、熱を、原子炉への目的が蒸気発生器。球形燃料原子炉の熱に対して中性子と高速中性子炉は適用され、それぞれ２種類の原子炉設計。
アップ伝送装置に似ているエスカレーター減らすため、核燃料要素の損傷を避けるために、ボールのスクロールを採用し、２セットアップ伝送装置、ボールは循環過程の中には重力作用行方過程が衝突。機械システムを採用して送信できる大断面低流速案。低流速を減らすことができる小核燃料のボールの摩擦を受け、球形固体顆粒の流動特性に応じて。ボールの温度が高いため、なるべく使用耐高温の巻上機。アップ伝送装置べき良好な密封性は、原子炉に近い常圧で動作が必要で、まだ充の保護性ガス、隔離酸素を主な回路を維持する密閉の環境が必要ですが、密閉の回路としてもいいと放射性安全障壁。採用はセットアップ伝送装置も可能だが、長期燃料ボールのスクロール増えるボールの摩耗、影響のボールの使用寿命。伝送装置はデザイン向上が伝送粒径の小さい固体顆粒、布で作ったベルトをワイヤ。固体粒子を防ぐためにベルトコンベアから両辺の隙間が経つにつれて、コンベア両辺設置ガードレール、しかもガードレールに一緒に移動できるコンベア。も設計できる中間低両辺の高いベルト、固体顆粒は両側の流失。さらに防止固体顆粒流モバイル部品と部品の間の隙間に静止し、影響伝送システムの安全運行。なるべく減小核燃料原子炉容器の上でボール重力行方時の衝撃力、伝送システム設計も一定の下あたりの傾斜をゆっくりと下ボールの核燃料が流れ、伝送システムのローエンド設計も一定の傾斜させ、核燃料ボールから動かない流れ、設計で特定のガイドレールで実現する。原子炉容器上方入り口設置ガイド溝、核燃料をゆっくりと下ボールの流れ。この伝送システムは固体粒子直径やはり一定の要求の、小さすぎて接近粉末状の固体可能にはこうした伝送装置、難しいから保証伝送の過程の中で流失しない。ベルトはデザインに一定のフレキシブル、減小核燃料ボールベルトの衝突が損傷し、この要求を満たすことができるワイヤー布。機械伝送システムは冷却防止策をその温度上昇を機械的強度が高い。２セットアップ伝送装置は同様の流量を維持し、相互間の協調を保つ必要。
球形燃料原子炉の制御を直径と圧水炉の制御棒に比べて大きく、主な理由は、核燃料原子炉容器内にボールを下の流れは機械運動の過程で、機械運動は、その運動の部品が機械的強度の要求に、細かい制御棒顕然満足できない機械的強度の要求柱状の制御棒を採用するべきで、その直径が大きい。ためには、核燃料ボール移動の特性に適応する機械に、制御棒柱の断面形状デザインに丸く滑走路のような形で、その側面と核燃料原子炉容器の方向に平行ボールに流れ込み、小さくできる流動抵抗。もし固体減速材、制御棒を減速材で作った機械的強度が高い棒柱は、制御棒は特殊な要求について。原子炉の制御棒を詰めて、耐高温高硬度材料製の中空柱管の中、管壁は厚く、高い機械的強度。機械運動の特性から、球形燃料原子炉に炉内の部材の機械強度が高く要求。数本の制御棒柱原子炉容器内部装飾が増えるかもしれない球形固体流動抵抗、球形固体顆粒の流動性液体より劣るいくつか。もし多環路の原子炉は、球形の固体の流れ方向の不一緻がその流動性の不足を補うことができて。水押しと山のように、制御棒相互接続に固定して、制御棒モジュール、制御棒の上下に移動して実現することができ、炉内反応性の制御。
核燃料球形固体、内層核燃料や外層冷却材の構成。球形燃料原子炉冷却材が続く液体の必要はありませんが、こちらも冷却材ソリッドステートと液体の間に転換。出力密度は大きくないに対しての原子炉は、固体の冷却材を採用することができ、必要もないと固体の冷却材溶けて、このようにしていくつかの耐高温材料として冷却材、固体の能力が強い外力に耐えない、ボールが起こりやすい破損。たとえ少しの破損、放射性核分裂生成物も比較的に難しいと広がり、固体顆粒冷却材も失われない、有利システムの安全。小さい電力の山を採用し、固体の冷却システムが固有の安全性。使用して冷却材の固体材料は中性子断面積が低く、熱伝導率が高く、比熱容大、耐高温、高硬度、くらいの高い温度でも良好な被覆放射性物質、酸化マグネシウム、アルミナ、炭化珪素は比較的によくある耐高温材料、いくつかの復合材料、例えばサーメット、タングステン銅など会的な要件を満たす。炭化ケイ素が比熱容大、２４７℃の時には１２６６．９３Ｊ／（ｋｇ・ｋ）、熱伝導率は大きくて、耐熱性が良く、高硬度の特徴は、総合性能の良い固体冷却材。核燃料を粉末押さえ込んで二ミリの核燃料にボールが、更に高温固体冷却材を包むてで、約１０ミリ程度の核燃料ボール。
もし許可固体が溶けて、あるいは採用液体核燃料、最外還有用耐高温高強度の固体材料で作った厚被覆、内層と外側の間を支える構造に耐え、外力外力作用を避けるために、核燃料要素に。冷却材の変態熱伝達能力が大幅に引き上げ、低融点の固体材料、例えばアルミニウム、マグネシウム、銅や彼らの合金作冷却冷却材の流量が大幅に減少。アルミニウムが中性子断面積が低く、化学的性質が安定して、熱伝導率が高く、比熱容大、低融点、核燃料が良好と共存の利点。アルミ合金と核燃料の形成、アルミニウムの核燃料が溶けた時、遊離液体アルミでは、溶融物溶融物を形成し、良好な伝熱能力にシステムの安全、アルミニウムのことを包む核燃料の役割は、アルミニウムの低融点が沸点が高く、原子炉が深刻な事故炉心溶融アルミニウムを防止することができる時、放射性物質拡散。アルミニウムの低融点、融解熱は、総合性能の良い金属冷却材。アルミの炉内に溶け蒸気発生器に固まって実現することができ、相転移熱、高速中性子炉が重要だが、液体のアルミニウムない機械的強度、球形の固体の外郭必要は高温高硬度材料で作ったバッグの殻、炭化珪素はより良い選択。ボールの衝撃に抵抗力を高めるために、必要な球形の固体の内部構造を架設を支えて、ボールが高い硬度。ボールのダメージによって放射性液体の流出を採用し、良好な機械設計案をボールが高強度高硬度が必要だ。ためには十分な冷却熱容量、冷却材の装量が多い。原子炉の用途に応じて、山の容量を確定して、合理的に手配核燃料や冷媒量。球形の固体の間にいくつかの合間には、いくつかの小規模な冷却材使用ボールこれらの隙間を埋める必要なのは、小さい冷却材ボールも付き添って核燃料ボールと一緒にはアップ伝送装置、原子炉や蒸気発生器の間に循環。
せるために核燃料球形固体顆粒より流動性、粒径が小さいほどほど流れやすい、にくいボールの間の衝突が破裂して、主にボールが自身の重みは小さくて、行方に衝突点の衝突の力は小さくて、固体材料がきっと許用応力しきい値は、小さな粒の粒群の形でも変わりやすいので、核燃料のボールをして出来るだけ小さい、需要の中に置かれた核燃料の数も少ない。いくつか参

み上げて空隙率が小さく、伝熱能力を強化し、粒子群の時は流れ実は小さい粒径冷却材、ボールと壁面が転がり、核燃料のボールはほとんどないスクロール、ただ従って移動。核燃料のボールの直径１０ミリ前後の可能性は比較的に適当な大きさに、具体的な需要を総合的に考慮を通じて、かつボールの流れ試験確定。
熱に対して中性子山は、球形燃料原子炉を採用することができる黒鉛と水として減速材。黒鉛減速材として固有の安全をもっと良くて、体積も大きく、石墨で柱状、原子炉格納容器内に置く。もし採用水減速材として、原子炉の体積が大幅に減少して、もし採用重水、もっと優越。水減速材として原子炉内だけに用いない原子炉の熱を、、水道と核燃料のボールの間にある断熱弁、中間は気体、カロリーが少ない伝える給水で、水の原子炉容器内は気化し、プレッシャーも大きく、その熱を外部回路導出。
球形燃料原子積正常運行状況で流出した放射性核分裂生成物が少なく、核分裂生成物はほとんど固化固体の冷却材の中にも、核燃料ボールも少ないのひびが入るだけ漏れ放射性核分裂生成物。
本発明の球形の燃料原子炉の蒸気発生器とは異なる圧水炉の蒸気発生器で、その機能と構造とボイラーに似ている。核燃料の熱を伝える給水ボール、多種の方式。核燃料ボールアップ伝送装置に移動、その断面積が大きく、伝送装置を設置する中で水道管、並んで水道とボールの移動方向一緻。システム設置エアダクトシステム、ガスからアップ伝送装置の底にハイエンドの流れ、核燃料のボールの熱量を通じて熱輻射、熱伝導、気体の対流リレー給水。もしボールの直径を大きくし、コンベア許せる隙間、ガスが透けて積もった核燃料のボール、ガスと核燃料のボールの間に良好な熱を気流は、ベルトコンベアから下側に上側流れ、空気の流れを汲んでまで上側に熱を伝渡し水、こうしてガス絶えず循環流動と熱放射水熱量と伝えました。もし十分な隙間にボールを積み上げさせ、原子炉容器の中にガスの流れもこのように導く熱。ボールが核燃料移動蒸気発生器のうち、蒸気発生器内に設置した多くのランナー、ランナーの方向と核燃料ボール流れ込んで一緻し、ランナーの間に水、ランナー狭くて長くて、ランナー用高硬度、耐摩耗性、熱伝導率の高い材料で作って、核燃料のボールの熱量を通じて、熱伝導熱放射リレー給水。長くて流れ道を蒸気発生器が大きく伝熱面積、蒸気発生器の体積を設計できるが大きく、核燃料球蒸気発生器の中に滯在時間が長く、核燃料ボールが比較的に長い時間が熱を伝える給水。もしボールの堆積空隙率大も設置ガス回路、助け伝熱、ガス吸収核燃料の熱を流れるボール後後ろの水道給水、熱量を伝える。出来る限りの向上冷却材の伝熱能力、アルミパッケージを球形固体顆粒内製冷却、熱伝導能力の球粒。ボイラ熱側も許される液体、加入液体金属が大幅に強化球形固体と寒い側工質の間の伝熱。熱側で水を加え、水の核燃料としてのボールと冷側の熱媒体だが、通常は水に入って原子炉内で、これを避けるため、ボイラ下部の設定やポンプ用水槽、ポンプで水をドロー蒸気発生器の上部に到着後、水蒸気発生器の上部を自身の重力下に流動し、核燃料冷却と接触して、核燃料のボール、そして流反落下部水槽まで、水から熱媒体の役割は、熱を伝えました。寒い側の水。設置似圧水炉の蒸気発生器、水循環回路冷却核燃料のボール、核燃料のボールの熱を伝え、給水で、蒸気発生器の熱交換、熱量を伝える２回路水も可能。蒸気発生器内部は低レベルの阻止のために核燃料が核反応、中大量放置の強中性子吸収材料、例えばホウ素、カドミウム。蒸気発生器』は、核反応で発生した熱を外部に流れるのボイラー、核燃料内部が崩壊、放出強い放射線でもあるので、放射性の環境が、原子炉内の高校に比べて子束照射放射性に少なく。核燃料のボールの温度が高く、２回路の水より高い温度に達する超臨界の要求を満たすことができるので、この原子炉の熱効率が高い。もし採用耐高温材料を流出の核燃料球温度が高く、さらに駆動効率が高いの敷設頓循環（ガスタービン）発電機。設置二次熱交換回路屏蔽放射性、用暖房、熱化学産水素、石炭液化ガス化などと。

大幅増値より場合は特に、設計高速中性子炉、その値能力が強い。使用できる水押し山下ろすの使用済み燃料を燃料に変貌し、ストレート廃棄物。いくつかの固体材料中性子吸収断面積はとても低くて、ほとんど吸収しない中性子を採用し、このような固体作冷却材、低濃度の核燃料臨界に達するため、球形燃料原子積が充分に核燃料の利用。
球形燃料原子炉内で燃料のタイプ、濃度、数量、冷却材のタイプ、数量、核燃料のボールの直径、構造は、原子炉の用途によってさらに詳しい確定。
機械伝送システムが故障が起きて、ボールがつながるない原子炉は、原子炉内の燃料冷却を得ることができない、炉心溶融事故を起こす可能性。炉内に大量の固体の冷却材、炉心溶融の時、冷却材と一緒に溶け形成核燃料溶融物、冷却材を包むて放射性物質が外部の環境を、そのに広がり、そのため出現メルトダウンの深刻な事故も少量しかの放射性物質漏れ。と他の種類の原子炉のように、球形燃料原子炉で多くの能動と非動けるの措置を阻止事故朝炉心溶融方向。
球形燃料原子炉が独特の安全性は、小規模なエネルギーを採用し、すでに停止が大量の余熱の核燃料ボールに移動蒸気発生器内、蒸気発生器の中に大量の水が、ゆっくりの熱を伝える給水。たとえ蒸気発生器の水の流出、核燃料がとても広いボール拡張され、大きな伝熱面積、単一核燃料ボール出力密度は大きくなくて、核燃料まで拡散の数が多いの固体の冷却材で、その自身の熱伝導が熱量と熱放射。重力をも利用できる球形固体顆粒冷却材注入から蒸気発生器の水側。蒸気発生器を包むて大きい固体保護バリア形成。
原子炉の余熱多種の方式を採用することができるを設定できるように、ガス冷却炉ガス伝熱システム用に、緊急の場合にエクスポート炉心の余熱、ガス伝熱システム可能用気体放射性核分裂生成物の吸収を浄化する。原子炉内に取っておく注水通路に炉停止オフ時に正常にカロリー伝送システム失効を導く炉心の余熱、注水チャネル原子炉正常運行中は空に水が入って、許さない。貸し切りの注水通路を採用することができると水押しの山のと同じ原理で、原子炉の余熱を導く。原子炉容器の外壁が螺旋式配置ステンレスパイプ、炉心を冷却時、配管内へ通水に達し、炉心を冷やすの目的。
本発明の球形の燃料原子炉を設計できる小さく電力の山ではなく、すべて動けるの炉心を導くシステムも余熱失効時、非動けるの措置を導く炉心余熱。原子炉のパワーは小さくて、体積出力密度の低いシステムは、十分なカロリーを導く拡散能力炉心余熱、この原子炉の安全性が高い固有。高い固有の安全性に受け入れられやすいので、この原子炉の広範な使用できる。
付図説明
図１球形燃料原子炉システム見取り図
１原子炉容器 ２蒸気発生器 ３モータ ４アップ伝送装置 ５制御棒
図２バンド冷却材の外層の核燃料球形固体
１核燃料 ２冷却剤 ３を支える構造 ４被覆層
具体的な実施方式
本発明に提出した一種の核燃料と固体の冷却材を一緒に実装球形固体を機械伝送システム球形固体、原子炉や蒸気発生器の間に流れに達するまで熱が蒸気発生器の原子炉。この炉用途が広く、実際に用途をさらに詳細設計。場合は特に設計小電力の山、固有の安全性が高く、たくさんの分野で使用できる。

Claims (5)

1. 一種球形燃料原子炉、その特徴は核燃料や冷媒一緒に実装球形固体。
2. 例えば請求項１記載の球形燃料原子炉、その特徴はこの炉主回路システムは、原子炉容器、蒸気発生器、２セットの球形固体アップ伝送装置構成、向上伝送装置をそれぞれ用い球形固体から蒸気発生器の下部に輸出アップ転送の原子炉容器の上部を固体の入り口と球形から原子炉容器の下部に輸出する転送の蒸気発生器の上部に入り口、球形固体原子炉や蒸気発生器の間を循環流動に達し、核反応が発生した熱まで蒸気発生器の目的。
3. 例えば請求項１記載の球形燃料原子炉、球形の固体の特徴は内層は核燃料、外側は冷却材、週りは高温高強度固体製のバッグの殻、内層と外側の間にも支えの剛性構造。
4. 例えば請求項１記載の球形燃料原子炉、特徴その昇降装置内に設置した水道管用に、核燃料の熱を吸収してボールを設置してエアダクトシステム、ガス中で循環流動、核燃料の熱を伝えるボール給水管。
5. １のような権利請求の球形燃料原子炉、その特徴は核燃料ボール内部熱を伝える給水、蒸気発生器中にたくさんの狭いで長いランナー供核燃料ボールを流れる。

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