JP3676232B2 - 原子炉 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は原子炉に関し、特に原子炉容器内に蒸気発生器を配設した原子炉に関する。
【0002】
【従来の技術】
PWR型の原子炉は、炉心を収納した原子炉容器内に一次冷却水を充満して高圧の熱水を生成し、この高温、高圧の一次冷却水により蒸気発生器において二次冷却水を加熱し蒸気を生成する。このように、PWR型の原子炉は、炉心と直接接触する一次冷却水と、蒸気を生成する二次冷却水とを分離することにより、放射能汚染の発生を防止するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、PWR型の原子炉では、原子炉容器と蒸気発生器との間で高温、高圧の一次冷却水を循環させる一次系配管が長くなるので、この一次系配管の破断による放射能汚染の可能性があり、その安全性を確保するための付帯設備が必要となる。
【0004】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、一次系配管破断の可能性を除去した原子炉を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明は、原子炉容器内に貯留された一次冷却水に浸漬された炉心と、前記原子炉容器内において前記炉心の上方部位に配設された蒸気発生器とを具備し、前記炉心から放出される原子力エネルギにより前記一次冷却水を加熱して沸騰させ、発生した蒸気により前記蒸気発生器内を流通する二次冷却水を加熱して蒸気を発生させるようにした原子炉において、
前記蒸気発生器は、前記原子炉の外部から二次冷却水を受ける入口ヘッダと、前記入口ヘッダに連通し前記二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブと、前記熱交換チューブに連通して熱交換チューブにおいて発生した二次冷却水の蒸気を受ける出口ヘッダとを具備し、
前記熱交換チューブが環状に延設されている原子炉を要旨とする。
【0006】
請求項1に記載の本発明によれば、二次系蒸気を生成するための蒸気発生器を原子炉容器内に配設したために、従来のPWRプラントのように、高温、高圧の一次系水を原子炉と蒸気発生器との間で循環させるための一次系配管が不要となる。従って、一次系配管の安全確保のための付帯設備が不要となる。また、原子炉が蒸気発生器を備えているために、プラントを小型化できる。
【0008】
前記入口ヘッダと出口ヘッダは直径を挟んだ両側に配設し、前記環状の熱交換チューブを前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が180°を越えない範囲で円弧状に延設させる、または、前記入口ヘッダと出口ヘッダとを互いに隣接させて配設し、前記環状の熱交換チューブを前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が180°を越える範囲で円弧状に延設させるようにできる。
【0009】
前記環状の熱交換チューブは、鉛直の中心軸線を含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。更に、前記環状の熱交換チューブは、前記入口ヘッダと出口ヘッダを結ぶ直径から両側部に線対称に前記熱交換チューブの中央部分を上方に持ち上げた逆U字形状を呈するようにできる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、図1を参照すると、本発明の好ましい実施形態による原子炉10は、原子炉容器12内の下方部位に炉心14が配設されており、炉心14の周囲にはダウンカマー16が配設されている。原子炉容器12内において炉心14は一次冷却水に浸漬されている(図1において一次冷却水の液面レベルが二点差線Lにて指示されている)。炉心14での核分裂により多量のエネルギーが放出され、一次冷却水が加熱される。これにより、原子炉容器12内に貯留されている一次冷却水には、図1において実線の矢印Cで示すように、炉心14が配置されている原子炉容器12内の中心部分に上昇流が形成され、ダウンカマー16の外側に下降流が形成される。一次冷却水の一部は、炉心12による加熱のために蒸発する(図1において蒸気が破線Sで示されている)。
【0012】
原子炉容器12内の炉心14の上方部位、より詳細には一次冷却水の液面レベルLより高い位置に蒸気発生器としての熱交換器18が配設されている。熱交換器18には原子炉10の外部から二次冷却水が供給され、熱交換器18において、蒸気Sとの熱交換により加熱され、蒸発して二次冷却水の蒸気または二次系蒸気として原子炉10の外部、例えば蒸気タービンへ取り出される。一方、一次冷却水の蒸気Sは一次冷却水との熱交換により冷却されて、凝縮水Dとなって重力により落下する。
【0013】
本実施形態によれば、原子炉10は原子炉容器12内に蒸気発生器としての熱交換器18を有しているために、従来技術によるPWR型の原子炉のように原子炉容器の外部に長い配管を有していない。従って、配管の破断による放射能汚染の可能性が格段に低減される。
【0014】
蒸気発生器としての熱交換器18は種々の形態とすることができる。例えば、図2を参照すると、熱交換器100は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ102と、熱交換チューブ102の一端に連結された入口ヘッダ104、他端に連結された出口ヘッダ106とを有している。入口ヘッダ104へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ104から熱交換チューブ102内を流通し、熱交換チューブ102において加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ106へ流入する。
【0015】
熱交換チューブ102は水平に延設された直線状の管とすることができる。然しながら、熱交換器100は、図6に示すように、入口ヘッダ104および出口ヘッダ106を最も低い位置に配置し、熱交換チューブ102の中央部分を上方に持ち上げた逆U字形状とすることができる。こうすることにより、熱交換チューブ102の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水が熱交換チューブ102の表面を伝って落下しやすくなる。熱交換チューブ102の端部を原子炉容器12内の可及的外側に配置することにより、凝縮水Dの大部分をダウンカマー16の外側に落下させ、原子炉容器12内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにもできる。
【0016】
図3を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の他の例が図示されている。図3の実施形態による熱交換器110は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ112と、熱交換チューブ112の一端に連結された入口ヘッダ114、他端に連結された出口ヘッダ116とを有している。熱交換チューブ112は入口ヘッダ114から下降し、最下部にある概ね半円形の湾曲部112aを経て出口ヘッダ116へ向けて上昇する概ねU字形状に形成されている。図3に示す熱交換器110を原子炉容器12内に配置する場合には、図7に示すように、炉心14の上方の空間において湾曲部112aを炉心14に最も近い位置に配置し、入口ヘッダ114および出口ヘッダ116を原子炉容器12の内側または外側において原子炉容器12の天井壁12aに隣接するように配置する。
【0017】
図4を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の更に他の例が図示されている。図4の実施形態による熱交換器120は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ122と、熱交換チューブ122の一端に連結された入口ヘッダ124、他端に連結された出口ヘッダ126とを有している。図4の実施形態では、熱交換チューブ122は環状に延設されており、かつ、入口ヘッダ124と出口ヘッダ126は互いに直径を挟んだ両側に配設されている。従って、熱交換チューブ122は入口ヘッダ124と出口ヘッダ126との間で中心を見込む角度が180°を越えない範囲で円弧状に延設されることとなる。入口ヘッダ124へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ124から二手に分かれて熱交換チューブ122内を反対方向に流通し、熱交換チューブ122において加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ126へ流入する。熱交換器120を環状に形成することにより、一次冷却水の凝縮水Dの大部分をダウンカマー16の外側に落下させ、原子炉容器12内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにできる。また、炉心14のための制御棒(図示せず)を原子炉10の上方部から熱交換器120を横断させて鉛直方向に上下に移動するように配置することが可能となる。
【0018】
熱交換チューブ122は、図8に示すように概ね水平に延設された円弧状の管とすることができる。然しながら、熱交換器120は、図9に示すように、鉛直の中心軸線Oを含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。これにより、一次系蒸気の凝縮水Dが熱交換チューブ122の表面を伝って落下しやすくなる。更に、図6に示すように、入口ヘッダ124と出口ヘッダ126とを結ぶ直線に対して線対称に熱交換チューブ122の中央部分を上方に持ち上げた逆U字形状としてもよい。こうすることにより、熱交換チューブ122の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水Dが熱交換チューブ122の表面を伝って落下しやすくなる。
【0019】
図5を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の更に他の例が図示されている。図5の実施形態による熱交換器130は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ132と、熱交換チューブ132の一端に連結された入口ヘッダ134、他端に連結された出口ヘッダ136とを有している。図5の実施形態では、熱交換チューブ132は環状に延設されており、かつ、入口ヘッダ134と出口ヘッダ136は互いに隣接して配設されている。従って、熱交換チューブ132は入口ヘッダ134と出口ヘッダ136との間で中心を見込む角度が180°を越える範囲で円弧状に延設されることとなる。入口ヘッダ134へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ134から熱交換チューブ132に沿って流通する間に加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ136へ流入する。熱交換器130を環状に形成することにより、一次冷却水の凝縮水Dの大部分をダウンカマー16の外側に落下させ、原子炉容器12内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにできる。また、炉心14のための制御棒(図示せず)を原子炉10の上方部から熱交換器130を横断させて鉛直方向に上下に移動するように配置することが可能となる。
【0020】
熱交換チューブ132は、図4の熱交換チューブ122と同様に、図8に示すように概ね水平に延設された円弧状の管とすることができる。然しながら、熱交換器130は、図9に示すように、鉛直の中心軸線Oを含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。これにより、一次系蒸気の凝縮水Dが熱交換チューブ132の表面を伝って落下しやすくなる。更に、図6に示すように、入口ヘッダ134と出口ヘッダ136とを結ぶ直線に対して線対称に熱交換チューブ132の中央部分を上方に持ち上げた逆U字形状としてもよい。こうすることにより、熱交換チューブ132の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水Dが熱交換チューブ132の表面を伝って落下しやすくなる。
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、二次系蒸気を生成するための蒸気発生器を原子炉容器内に配設したために、従来のPWRプラントのように、高温、高圧の一次系水を原子炉と蒸気発生器との間で循環させるための一次系配管が不要となる。従って、一次系配管の安全確保のための付帯設備が不要となる。また、原子炉が蒸気発生器を備えているために、プラントを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図2】蒸気発生器としての熱交換器の好ましい実施形態を示す略図である。
【図3】蒸気発生器としての熱交換器の他の実施形態を示す略図である。
【図4】蒸気発生器としての熱交換器の更に他の実施形態を示す略図である。
【図5】蒸気発生器としての熱交換器の更に他の実施形態を示す略図である。
【図6】図1に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図2、4、5に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図7】図1に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図3に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図8】図1に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図4、5に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図9】図1に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図4、5に示す熱交換器と組み合わせた他の実施形態による原子炉の略示断面図である。
【符号の説明】
10…原子炉
12…原子炉容器
14…炉心
16…ダウンカマー
18…蒸気発生器
100…蒸気発生器としての熱交換器
102…熱交換チューブ
104…入口ヘッダ
106…出口ヘッダ
110…蒸気発生器としての熱交換器
112…熱交換チューブ
114…入口ヘッダ
116…出口ヘッダ
120…蒸気発生器としての熱交換器
122…熱交換チューブ
124…入口ヘッダ
126…出口ヘッダ
130…蒸気発生器としての熱交換器
132…熱交換チューブ
134…入口ヘッダ
136…出口ヘッダ
Claims (6)
- 原子炉容器内に貯留された一次冷却水に浸漬された炉心と、前記原子炉容器内において前記炉心の上方部位に配設された蒸気発生器とを具備し、前記炉心から放出される原子力エネルギにより前記一次冷却水を加熱して沸騰させ、発生した蒸気により前記蒸気発生器内を流通する二次冷却水を加熱して蒸気を発生させるようにした原子炉において、
前記蒸気発生器は、前記原子炉の外部から二次冷却水を受ける入口ヘッダと、前記入口ヘッダに連通し前記二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブと、前記熱交換チューブに連通して熱交換チューブにおいて発生した二次冷却水の蒸気を受ける出口ヘッダとを具備し、
前記熱交換チューブが環状に延設されていることを特徴とした原子炉。 - 前記入口ヘッダと出口ヘッダは直径を挟んだ両側に配設されており、前記環状の熱交換チューブは前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が180°を越えない範囲で円弧状に延設されている請求項1に記載の原子炉。
- 前記入口ヘッダと出口ヘッダは互いに隣接させて配設されており、前記環状の熱交換チューブは前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が180°を越える範囲で円弧状に延設されている請求項1に記載の原子炉。
- 前記環状の熱交換チューブは水平に延設されている請求項1から3の何れか1項に記載の原子炉。
- 前記環状の熱交換チューブは、鉛直の中心軸線を含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成されている請求項1から3の何れか1項に記載の原子炉。
- 前記環状の熱交換チューブは、前記入口ヘッダと出口ヘッダを結ぶ直径から両側部に線対称に前記熱交換チューブの中央部分を上方に持ち上げた逆U字形状を呈している請求項1から3の何れか1項に記載の原子炉。
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