JP2745766B2 - ペブルベッド型高温ガス炉 - Google Patents

ペブルベッド型高温ガス炉

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    • G21C1/04Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/07Pebble-bed reactors; Reactors with granular fuel
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ペブルベッド型高温ガス炉の構成に関す
る。
〔従来の技術〕
頭記したペブルベッド型高温ガス炉は、被覆燃料粒子
を黒鉛マトリックス中に分散して直径6cm程度の球に焼
き固めた球状燃料を使用して炉心を構成したものであ
り、高温熱の供給,高い固有の安全性,燃料の高燃焼度
などに加え、運転中に燃料交換ができるなどの特徴を有
し、近年では国際的に各国でその開発が進められてい
る。
また、ペブルベッド型高温ガス炉に対する開発動向と
して、現状ではモノリシック型とモジュール型との二種
類のタイプの開発が進められている。
ここで、モノリシック型ペブルベッド炉は、プレスト
レスト・コンクリート圧力容器の中心部に形成したシン
グルキャビティ内に、ペブルベッド炉心を収容し、その
周囲にガス循環機,蒸気発生器などの一次冷却系機器を
組み込んで構成したものであり、西独では単基出力300M
W規模の原型炉が既に運転中であり、さらに500MW規模プ
ラントの計画も進んでいる。
一方、モジュール型ペブルベッド炉は、燃料による放
射性物質の格納特性を高めて炉の固有な安全性をより一
層増するよう、炉心の寸法,出力密度,燃料球1個当た
りの重金属装荷重など炉心の設計諸元を限定したもので
ある。すなわち、反射体領域に制御素子を重力落下させ
るだけで炉の低温停止が可能なように、出力密度を3W/c
c以下,炉心の直径を3m以下に制限した上で、ペブルベ
ッド炉心,一次冷却系機器を個別に鋼製の圧力容器内に
収容し、さらに炉心の圧力容器と蒸気発生器の圧力容器
との間を大口径の管で相互接続してユニット化したもの
である。なお、前記した設計諸元によりその出力は比較
的小さく、単基出力は80MW程度である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、現在開発が進められている前記のモノリシ
ック型,モジュール型のペブルベッド炉には、プラント
を構成する上で次記のような問題点がある。すなわち、 (1)モノリシック型ペブルベッド炉は、単基で大出力
が得られる反面、炉心の径寸法も大きくなるために反射
体領域に挿入する制御素子(制御棒,ボロン球)だけで
は冷態時の核的制御が不十分であり、低温停止を行うに
は反射体領域へ挿入する制御素子の他に、直接炉心内へ
強制的に挿入する炉心制御棒が必要である。しかして、
ペブルベッド炉心は炉心内に燃料球が一杯に充填されて
いるために、制御棒を無理やりに炉心内に挿入すると燃
料球が破損すると言ったトラブルの実例報告もあり、こ
のことが大きな弱点となっている。また、別な問題とし
て、炉心の直径が大きくなるに伴い頂部反射体が大形,
重量物となるために、大出力規模の炉では頂部反射体の
荷重を支える支持構造として、例えば頂部反射体を例え
ばコンクリート製圧力容器の天井から吊り下げて支える
などの厄介な支持構造が必要であり、特に地震発生のあ
る立地条件で炉を構築する場合には、耐震性の強化を図
るために頂部反射体の支持構造がより一層困難となるこ
とが想定される。
(2)一方、モジュール型ペブルベッド炉では、炉心内
への制御棒挿入の必要なしに炉の低温停止が可能であっ
て高い固有の安全性が得られる反面、前述のように単基
出力が80MW程度と低いことから、大出力規模のプラント
を構成するには、同一の立地場所に各独立した複数基の
モジュール型炉のユニットを組合わせて構築したマルチ
・モジュールプラントとして対応させる必要がある。し
かしながら、同じ敷地内に複数基のモジュール型炉のユ
ニットを並べてプラントを構成したものでは出力規模の
割に整備が大形化し、経済性,敷地の有効利用の観点か
ら見て不利である。
さらに、炉心の圧力容器と一次冷却系機器の圧力容器
との間を大口径管で相互接続してユニットを構成してい
るので、地震などでにより万一に接続管が破断すると重
大事故を招くと言った構造面での安全性にも問題があ
る。
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、モ
ノリシック型ペブルベッド炉における核的制御面での問
題点を排除し、モジュール型ペブルベッド炉の安全設計
思想を生かしながら、しかも堅牢な,かつ小型な構成で
出力数百MW規模までのプラントに対応できるようにした
新規なペブルベッド型高温ガス炉を提供することを目的
とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のペブルベッド型高温ガス炉は、単一のプレス
トレスト・コンクリート圧力容器内部の中心部と周辺部
に複数のキャビティを画成し、該周辺部に画成した複数
の各キャビティごとに単基炉心の寸法,出力密度などの
設計諸元をモジュール型ペブルベッド炉と同等に定めた
ペブルベッド炉心をそれぞれ収容し、前記中心部に画成
したキャビティに蒸気発生器,ガス循環機などの一次冷
却系機器を収容し、前記プレストレスト・コンクリート
圧力容器の内部に配管した高温ガスダクトを通じて前記
ペブルベッド炉心を一次冷却系機器との間を放射状に相
互接続して構成するものとする。
〔作用〕
上記の構成によれば、炉体、特にプレストレスト・コ
ンクリート圧力容器は外形的に単基のモノリシック型炉
と同様に構築されるのに対し、運転面での複数基のモジ
ュール型炉を組合わせたマルチ・モジュール炉として機
能する。
ここで、各基当たりのペブルベッド炉心の寸法,出力
密度などに関する設計上の主要諸元を、先記した単基の
モジュール型炉と同等(炉心直径を3m,出力密度を3W/cc
程度)に定めることにより、炉心内に直接挿入する制御
棒の必要がなく、各基の炉心ごとに反射体に制御素子を
重力落下により挿入するのみで炉の低温停止が可能であ
る。また、各基の炉心とガス循環機,蒸気発生器などの
一次冷却形機器との間は外部配管を用いずに、プレスト
レスト・コンクリート圧力容器内に配管した高温ガスダ
クトを通じて相互接続されているので、地震などに対し
ても高い安全性が確保できる。なお、ペブルベッド炉心
の上部反射体はプレストレスト・コンクリート圧力容器
側から吊り下げることなく、側部反射体と一体に組合わ
せて組み込むことが可能である。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、第1図において、1はプレストレスト・コンク
リート圧力容器、2はペブルベッド炉心、3はガス循環
機、4は蒸気発生器、5は制御棒駆動装置であり、プレ
ストレスト・コンクリート圧力容器1の内部には、周方
向に分散して画成した複数の炉心用キャビティ6,中心部
に画成した一次冷却系機器用キャビティ7,および周上に
並ぶ各キャビティ6の中心のキャビティ7との間を放射
状に結ぶトンネルダクト8とが形成されている。そし
て、前記したキャビティ6には各キャビティごとに1基
ずつペブルベッド炉心2が、キャビティ7には各ペブル
ベッド炉心2と個々に1対1で対応するガス循環機3,蒸
気発生器4を含む一次冷却系機器が収容されており、か
つダクト8内に配管した高温ガスダクト(二重管)9を
介してペブルベッド炉心2と蒸気発生器4とが相互接続
されている。
一方、各キャビティ5に収容されているペブルベッド
炉心2は、その設計上での主要諸元を先記したモジュー
ル型ペブルベッド炉と同等、つまり単基の炉心直径を3m
以下,出力密度を3W/cc以下に定めて構成されている。
なお、2aはペブルベッド炉心2の側部反射体、2bは側部
反射体2aと一体に組合わせて組み込んだ上部反射体、2c
は燃料交換系機器のうちペブルベッド炉心2の底部に接
続した燃料排出装置である。
また、第2図,第3図はそれぞれ4モジュール,6モジ
ュールのペブルベッド炉心で構成したプラントの実施例
を示すものであり、そのモジュール数は原子炉の出力規
模に応じて選定される。
〔発明の効果〕
本発明によるペブルベッド型高温ガス炉は以上説明し
たように構成されているので、次記の効果を奏する。
(1)単一のプレストレスト・コンクリート圧力容器の
内部周辺部に複数基に分割してペブルベッド炉心,中心
部に各ペブルベッド炉心に対応する一次冷却系機器を収
容したことにより、外形的には単基のモノリシック型炉
と同様で、機能的には複数基のモジュール型炉を組合わ
せたマルチ・モジュール型炉と同様なペブルベッド型高
温ガス炉が得られる。これにより、従来のマルチ・モジ
ュール型炉のように各独立したモジュール型炉のユニッ
トを複数基並べて大規模出力のプラントを構成したもの
と比べて小形コンパクトに構成でき、原子炉プラント敷
地の有効活用化,並びに製作コストの低減化が図れる。
(2)各基のペブルベッド炉心ごとに、その反射体領域
にのみ制御素子を挿入するだけで炉の低温停止が可能で
あって炉心内に直接制御棒を挿入する必要がなく、これ
により炉心に装荷した球状燃料が制御棒の強制挿入で破
損されると言ったトラブルを安全に回避でき、従来のモ
ノリシック型炉で問題視されていた弱点が解消できる。
(3)従来のモジュール型炉のように炉心の圧力容器と
一次冷却系機器の圧力容器との間を接続した大口径管が
不要であり、これによりモノリシック型炉と同等な堅
牢,耐震性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例によるペブルベッド型高温ガス炉
の構成を示す縦断面図、第2図,第3図はそれぞれ第1
図の横断面図であって第2図は4モジュールのペブルベ
ッド炉心、第3図は6モジュールの炉心で構成した実施
例を示す。図において、 1:プレストレスト・コンクリート圧力容器、2:ペブルベ
ッド炉心、3:ガス循環機、4:蒸気発生器、6,7:キャビテ
ィ、9:高温ガスダクト。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】単一のプレストレスト・コンクリート圧力
    容器内部の中心部と周辺部に複数のキャビティを画成
    し、該周辺部に画成した複数の各キャビティごとに単基
    炉心の寸法,出力密度などの設計諸元をモジュール型ペ
    ブルベッド炉と同等に定めたペブルベッド炉心をそれぞ
    れ収容し、前記中心部に画成したキャビティに蒸気発生
    器,ガス循環機などの一次冷却系機器を収容し、前記プ
    レストレスト・コンクリート圧力容器の内部に配管した
    高温ガスダクトを通じて前記ペブルベッド炉心を一次冷
    却系機器との間を放射状に相互接続したことを特徴とす
    るペブルベッド型高温ガス炉。
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