JP4184811B2 - ペブルベッド型原子炉の球状要素減速方法および原子力発電プラント - Google Patents

Description

本発明は、原子力に関するものである。更に詳しくは、本発明は、球体流路の放出端から放出される前における球状要素の減速方法に関するものであり、原子力発電プラントに関するものであり、減速組立体（a decelerating assembly ）に関するものであり、減速器部材（a decelerating fitting）に関するものである。

高温ガス冷却型の原子炉では、燃料要素(fuel elements）及びしばしば減速材要素(moderator elements ）が使用され、それらは形状において球状である。これらは、“ペブル”と呼ばれ、この型の原子炉は、ペブルベッド型原子炉として一般に知られている。ペブルベッド型原子炉では、多数回通過燃料供給機構で運転することがよく知られており、この機構では、燃料球体を、燃料の燃焼度を最適化するために１度ではなくそれより多い複数回、原子炉の炉心を通過させる。燃料球体、及び適用できる場合には、減速材球体は球体流路中原子炉または貯蔵容器の入口に、部分的には重力によるが主として加圧ガスを用いて運ばれる。

本発明は、上述したように、特に燃料球体への適用と減速材球体への適用を見出したものでもある。本明細書においては、“球体”の語は、燃料球体、及び適当な場合には、減速材球体の両方を充分に含む広いものである。

これらの球体は、原子炉容器中に開口している放出端を持つ球体流路を通って原子炉容器に供給される。球体は、原子炉容器中にその上部またはその付近で供給され、そこから球体は原子炉炉心中の球体ベッドの上表面に落下する。
原子炉炉心中の球体の不正確な配置を生じさせる球体のはね返りばかりではなく球体に対する損傷の危険を減らすためにも、球体は原子炉容器に比較的低い速度で入るのが望ましい。

本発明の一態様によれば、球体燃料要素及び減速材要素を使用し、要素取扱システムが少なくとも一つの球体流路を有し、その球体流路に沿って球体が流動体流の勢いを受けて運ばれるペブルベッド型原子炉を持つ原子力発電プラントにおいて、球体が球体流路の放出端から放出される前に球体の速度を減少させる下記に示される工程を含む方法、すなわち

球体を球体流路に沿ってその放出端に向けて一次系流動体流の勢いで運ぶ工程、球体流路の放出端付近の位置で球体流路に反対流流動体を導入する工程、および球体流路の放出端から離れた位置で少なくとも一部の反対流が放出端から遠ざかってその内部へ流れるような速度で球体流路から流動体を抜取る工程であって球体流路の放出端から放出される前に球体を減速させることに役立つ工程、を含む方法が提供される。

球体流路は、少なくとも部分的に、長さのあるパイプによって形成にされていてもよく、その方法は、球体流路の放出端を形成にする長さのあるパイプ端付近のパイプ管管壁を貫いて広がっている反対流入口を通じてその長さのあるパイプ管内に反対流を供給する。

高温原子炉では、冷却材は原子炉内に残り、球体流路に入っていかないことが望ましい。なぜならば、高温に曝されると球体流路に用いられている密閉材のような構成要素が損傷するからである。それ故、球体流路の放出端が原子炉の原子炉容器中に開口しているときは、原子炉容器からの球体流路中への高温冷却材の進入を阻止するために、反対流の一部が球体流路の放出端を通って原子炉容器中に流れるような速度で球体流路から流動体を抜取ってもよい。

本発明の他の態様によれば、ペブルベッド型原子炉と球体燃料及び／または減速材要素を輸送するための要素取扱システムを持つ原子力発電プラントであって、要素取扱システムが、一次系流動体流の勢いでそれに沿って球体を運ぶことができる少なくとも一つの球体流路であってそこから球体が放出される放出端を持っている球体流路、放出端付近の位置で球体流路に導かれる反対流流動体入口であってその反対流流動体入口は加圧供給流動体と連結しているかまたは連結可能である反対流流動体入口、及び球体流路の放出端から反対流流動体入口より更に離れた位置で球体流路から導かれる流動体抜取出口であってその流動体抜取出口は流動体抜取手段と連結されているかまたは連結可能でありその流動体抜取手段によって流動体を球体流路から流動体抜取出口を通って抜取ることができる流動体抜取出口を備えている原子力発電プラントが提供される。

原子力発電プラントの反対流流動体入口は周囲に間隔をおいて配置された、複数の入口開口であって球体流路を囲む供給室から球体流路の中へ導く開口を含んでいてもよく、供給室は加圧供給流動体と通じて連結されているかまたは連結可能な入口を持っている。

流動体抜取出口は、周囲に間隔をおいて配置された複数の出口開口であって、球体流路からその球体流路を囲んでいる抜取室の中へ導く出口開口からなっていてもよく、抜取室は流動体抜取手段と連結されているかまたは連結可能な出口を持っている。

原子力発電プラントは、少なくとも一つの反対流流動体入口及び流動体抜取出口を通して流動体流の速度を調節する制御手段を含んでいてもよい。制御手段は、流動体抜取出口を通る流動体流の速度を、一次系流動体流の流速よりも大きくて一次系流動体流の流れの流速と反対流流動体入口を通る流れの流速の合計よりも小さい速度に、維持するように構成されている。

球体流路の放出端は、原子炉の原子炉容器中に開口している。
本発明のさらなる他の態様によれば、球体流路の中に導く一次系流動体入口、放出端及び一次系流動体入口の下方流付近の位置で球体流路の中に導く反対流流動体入口であってその反対流流動体入口は流動体の供給と流れが通じて連結可能な反対流流動体入口、および一次系流動体入口と反対流流動体入口の中間の位置で球体流路から導く流動体抜取出口を備えている、流動体流の勢いでそれに沿って球体要素が運ばれる球体流路の放出端から放出される前に球体要素を減速させるための減速組立体が提供される。

本組立体は、上述した型の原子力プラントの要素取扱システムの一部として特に適用される。
したがって、球体流路の放出端は原子炉の原子炉容器の中に開口していてもよい。

本発明のさらなる他の態様によれば、球体流路の末端部を明確にする球体流路端末部材であって、球体流路の上流部と連結可能で、かつ使用時に球体流路の放出端を形成する球体流路端末部と連結可能な球体入口端を形成する球体流路端末部材；及び
加圧供給流動体と流れを通じて連結可能であり、球体入口と球体出口の間の球体流路の末端部内に導かれる少なくとも一つの反対流流動体入口を備えている、流動体流の勢いで球体要素がそれに沿って運ばれる球体流路の放出端から放出される前に球体要素を減速させるために用る減速器部材が提供される。

本部材は、上述した型の原子力プラントの要素取扱システムの一部として適用される。
反対流流動体入口は、球体出口または球体流路の放出端のそばに近接した位置にある。
球体流路末端部分は管状のシリンダでよく、反対流流動体入口は周囲に配置された複数の入口開口を球体流路末端部分に含んでいてもよい。
反対流流動体入口は、球体流路末端部分を囲む供給室から導かれてもよく、供給室は加圧供給流動体と連結可能な入口を持つ。

ここで、本発明を添付図面を参照しながら例を挙げて説明する。
図１において、参照数字（１０）は本発明の原子力発電施設（プラント）の部分を一般的に示す。プラント（１０）は、一般的に円筒状の原子炉容器であって（１２）で一般的に示される原子炉容器を持つペブルベッド型の原子炉（１１）を含む。炉心空洞（１４）は、原子炉容器（１２）の内部に明瞭に示されている。原子炉（１１）は複数の入口開口（１６）を含み、それらの一つが図１に示され、原子炉容器（１２）の上部（１８）に明瞭に示されているが、それら入口開口（１６）のどれかを通って燃料及び／または減速材要素（形状は球状である）が、炉心空洞（１４）に充填される。入口開口（１６）は原子炉容器（１１）の内部に備えられた黒鉛反射体を通って（１８）自体の上端に伸びている。入口開口（１６）は、球体が所望の位置で原子炉容器（１２）の中ヘ放出されるように設けられている。

この型の原子炉（１１）は、しばしば、多数回通過燃料供給機構で運転されるが、この機構では、燃料球体は燃料の燃焼度を最適化するために１度ではなくそれより多い複数回原子炉（１１）の炉心（１４）を通過させる。そのために、球体出口（図示されていない。）が原子炉容器（１２）の底部（図示されていない。）に備えられていて、そこを通して燃料要素及び／または減速材要素を原子炉容器（１２）から抜取ることができる。

ここで、図２及び図３をもまた参照すると、プラント（１０）は要素取扱システムを含み、その一部は、参照数字（２０）で一般的に示され、それは原子炉容器の外部にあり、それによって燃料要素及び／または減速材要素がプラント（１０）内の所望の位置に運ばれる。

一部が添付の図２に示される要素取扱システム（２０）は、それは燃料及び／または減速材要素を入口開口（１６）を通して原子炉容器（１２）に供給することを意図している。

要素取扱システム（２０）は放出端（２４）を持つ球体流路（２２）を含み、それを通して球体を入口開口（１６）を通じて原子炉炉心（１４）に放出することができる。球体は加圧ガスで形成された一次系流動体流の勢いで球体流路（２２）に沿って運ばれる。

図面に示されるように、放出端（２４）は下向きに開口している。それ故、一次系流動体流の勢いと球体流路（２２）に沿って移動する球体の重力とが合わさって比較的高速で原子炉容器（１２）に入り込む傾向がある。これは、潜在的に、球体の損傷及び／または炉心空洞（１４）内での球体のはね返りを導く可能性があり、その結果、原子炉（１２）の炉心（１４）内で球体の好ましくない配置を生じる可能性がある。

それ故に、球体が炉心空洞（１４）に入る速度を減少させるため、プラント（１０）は参照数字（２６）によって一般的に示される減速組立体を含み、球体流路（２２）の放出端（２４）から炉心空洞（１４）にそれら球体が放出される前に球体を減速する。

そこから放出端（２４）が開口している球体流路（２２）の末端部は、一定の長さのある管状のシリンダ状導管またはパイプ（２８）の形で球体流路末端部材に形成されている。長さのある導管（２８）の上流端は、球体流路の残りの部分とガスが漏れない状態で結合している。

図３から最もよくわかるように、長さのある導管（２８）中、球体流路（２２）の放出端（２４）付近に反対流入口（３０）が導管（２８）の壁（３１）を貫通して広がるよう設けられている。反対流入口（３０）は、円周に間隔をおいて配置された複数の入口開口（３２）を含み、この複数の入口開口（３２）は導管（２８）の壁（３１）を貫通して広がるよう設けられている。スリーブ管（３４）は、反対流入口（３０）が設けられた導管（２８）の末端部の周りに隙間をとって広がっており、リーブ管（３４）の両端で導管（２８）とつながって環状の供給室（３６）を形成し、環状供給室（３６）は球体流路（２２）と、入口開口（３２）によって、流れが流通するようつながっている。入口（３８）は供給室（３６）に導かれ、加圧ガスの供給とつなげることができる。入口（３８）は典型的には、ガスを要素取扱システムに供給する加圧ガス供給システムの多岐管の出口と接続されている。

同様に、減速組立体（２６）はスリーブ管（４０）（図４）を含み、スリーブ管（４０）はスリーブ管（３４）の上流の離れた位置で導管（２８）の周りに広がり、排出または抜取室（１００）を形成し、その排出または抜取室（１００）は供給室と同様であり、そして離れて配置された複数の出口開口（５０）によって球体流路（２２）と流れが通じるようつながっている。出口（４２）は、スリーブ管（４０）から導かれ、流動体抜取手段に連結可能である。出口（４２）は典型的には、送風機（図示されていない。）の吸込み側で多岐管入口と連結され、送風機は圧力ガス供給システムの多岐管の入口から出口にわたって必要な圧力差を生じ、ガスを要素取扱システムにガスに供給する。

上述したように、使用時には、球体は加圧流動体の勢いで球体流路（２２）に沿って運ばれる。反対流流動体は、反対流入口（３０）を通って球体流路（２２）に導入される。さらに、流動体は出口（４２）を通って球体流路（２２）から抜取られる。流動体が出口（４２）から抜取られる速度を、出口（４２）を通る流速が、球体流路（２２）に沿って球体を運ぶ流れにある流動体流の速度よりも大きくなるように制御すると、少なくとも、反対流入口（３０）を通って球体流路（２２）に供給される流動体の一部は、球体流路（２２）の放出端（２４）とは反対方向に流れて、球体流路（２２）の放出端（２４）から放出される前に球体を減速させることができる。

球体流路（２２）に沿って球体を運ぶ流れの流動体流の速度は、典型的には、ニードル弁やシート弁で制御され、定常圧力バルブや定常流動バルブが、流路（２２）に配設される。定常流動バルブまたは定常圧力バルブのいずれかの使用は、通常の多岐管を経由して複数の球体流路が相互連絡している場所の動的流動体相互作用の影響を和らげて、システム操作の安定性を改善する。

反対流流動体流の減速効果は、反対流入口（３０）を通る流動体の供給速度に比例している。１つまたはそれ以上の多数の流れ制御ニードル弁やシート弁が、反対流入口（３０）を通る流動体流の速度を制御するために用いられる。圧力や温度は、球体の径と共に、要求される流動体の供給速度に影響を与える。流動体が出口（４２）から抜取られる速度も、同様に、炉心への所望の流れの漏出が確実となるよう調整される。流動体抜取りの速度の制御は、典型的には、ニードル弁やシート弁によって成し遂げられる。

高温ガス冷却原子炉においては、高温にさらすと、球体流路（２２）の、例えばシール材などの構成要素を損傷させるので、高温の冷却材は原子炉容器（１２）内から放出端（２４）を通って球体流路（２２）に入らないことが望ましい。それ故、流動体が球体流路（２２）から出口（４２）を通じて抜取られる速度と流動体が球体流路（２２）に入口（３０）を通じて供給される速度は、反対流入口（３０）に供給される流動体の一部が下向きに流れるように、そして球体流路（２２）の放出端（２４）から原子炉容器（１１）に流れるように制御される。すなわち、流動体抜取速度は球体を運ぶ流れの流速と反対流入口（３０）を通る流れの流速との合計よりも小さく制御される。これは、効果的に密封（シール）を形成して高温冷却材の球体流路（２２）への進入を阻止する。

本発明者らは、本発明が高温及び高放射線環境及びガス密度の変化を伴うペブルベッド型の原子炉容器（１２）内に入る前に球体を減速する効果的な手段を提供するものであると確信する。本発明は、更に、原子炉容器（１２）内へのガス漏洩の調節を可能とし、原子炉容器（１２）から要素取扱システム（２０）内への高温ガスの進入を制御することを可能とするものである。

本発明による原子力発電プラントの一部断面図を示す。 本発明による減速組立体の斜視図を示す。 本発明による図２の組立体及び減速器部材の部分斜視図を示す。 図２の組立体の他の部分断面斜視図を示す。

符号の説明

１０ 原子力発電プラント
１１ 原子炉
１２ 原子炉容器
１４ 炉心空洞
１６ 入口開口
１８ 上部
２０ 要素取扱システム
２２ 球体流路
２４ 放出端
２６ 減速組立体
２８ 導管またはパイプ管
３０ 反対流入口
３１ 壁
３２ 入口開口
３４ スリーブ管
３６ 供給室
３８ 入口
４０ スリーブ管
４２ 出口
５０ 出口開口
１００ 排出または抜取室

Claims (7)

1. 球体状もしくは球体燃料要素及び／または減速材要素からなる球体を使用し、原子炉容器を持つペブルベット型原子炉と、前記球体が流動体流の勢いを受けて運ばれる少なくとも一つの球体流路であって前記球体が球体流路から原子炉容器中に放出される放出端を持つ球体流路を有する要素取扱いシステムとを備えた原子力発電プラントにおいて、
   球体を球体流路に沿ってその放出端に向けて一次系流動体流の勢いで運ぶ工程；
   球体流路の放出端に近接した位置で球体流路に反対流流動体を導入する工程；および
   一部の反対流流動体が球体流路の放出端とは反対方向に流れて、球体が球体流路の放出端から放出される前に減速するように、かつ反対流流動体の一部が球体流路の放出端から原子炉容器中に流れ、それによって原子炉容器から球体流路中への高温冷却材の進入を阻止するように、一次系流動体流の流速よりも大きい速度であって、かつ一次系流動体流と反対流流動体の流れの速度の合計より小さい速度で、反対流が導入される位置よりも放出端から遠い位置にある球体流路から流動体を抜取る工程を含む、球体が球体流路の放出端から放出される前に球体の速度を減少させる方法。
2. 球体流路が、端部が放出端を形成する、少なくとも部分的に、縦のパイプによって形成され、球体流路の放出端を形成する前記縦のパイプ端に近接した壁を貫いて広がる反対流入口を通じて前記縦のパイプ管内に反対流を供給する請求項１に記載の方法。
3. ペブルベッド型原子炉と球体状もしくは球体燃料及び／または減速材要素からなる球体を輸送するための要素取扱システムとを有する原子力発電プラントであって、前記要素取扱システムが、
   一次系流動体流の勢いでそれに沿って球体を運ぶことができる少なくとも一つの球体流路であって、原子炉容器中に開口していてそこから球体が原子炉容器中に放出される放出端を持っている球体流路；
   放出端に近接した位置で球体流路に導かれる反対流流動体入口であって、それを通って反対流流動体が球体流路に導入される反対流流動体入口；
   球体流路の放出端から反対流流動体入口より更に離れた位置で球体流路から導かれる流動体抜取出口であって、その流動体抜取出口は流動体抜取手段と連結されているかまたは連結可能であり、その流動体抜取手段によって流動体を球体流路から流動体抜取出口を通して抜取ることができる流動体抜取出口；及び
   一部の反対流流動体が球体流路の放出端とは反対方向に流れて、球体が球体流路の放出端から放出される前に減速するように、かつ一部の反対流流動体が球体流路の放出端から原子炉容器中に流れるように、流動体抜取出口を通る流動体流の速度を一次系流動体流の流速よりも大きく、一次系流動体流の流れの流速と反対流流動体の流れの流速の合計よりも小さい速度に維持するように構成されている制御手段を備えている原子力発電プラント。
4. 横断面が円形である球体流路の反対流流動体の入口が、球体流路を囲む供給室と球体流路をつなぐ、円周に間隔をおいて配置された複数の入口開口部を含み、供給室が加圧供給流動体に通じるように前記供給室に連結されているかまたは連結可能な入口を備えている請求項３に記載の原子力発電プラント。
5. 原子力発電プラントの流動体抜取出口が、その球体流路を囲んでいる抜取室の中へ導かれる、間隔をおいて配置された複数の出口開口部からなり、抜取室が流動体抜取手段と連結されているかまたは連結可能な出口を備えている請求項３または請求項４に記載の原子力発電プラント。
6. 制御手段が、少なくとも一つの反対流流動体入口及び流動体抜取出口を通る流動体流の速度を調節するように構成されている、請求項３に記載の原子力発電プラント。
7. ペブルベット型原子炉と球体状もしくは球体燃料及び／または減速材要素からなる球体を輸送するための要素取扱システムとを有する原子力発電プラントであって、前記要素取扱システムが、
   一次系流動体流の勢いでそれに沿って球体を運ぶことができる少なくとも一つの球体流路であって、原子炉容器中に開口していてそこから球体が原子炉容器中に放出される放出端を持っている球体流路；
   放出端に近接した位置で球体流路に導かれる反対流流動体入口であって、それを通って反対流流動体が球体流路に導入される反対流流動体入口；及び
   球体流路の放出端から反対流流動体入口より更に離れた位置で球体流路から導かれる流動体抜取出口であって、その流動体抜取出口は流動体抜取手段と連結されているかまたは連結可能であり、その流動体抜取手段によって流動体を球体流路から流動体抜取出口を通して抜取ることができる流動体抜取出口を備え、
   前記反対流流動体入口を通って球体流路に供給される流動体の一部が球体流路の放出端とは反対方向に流れ、かつ一部の反対流流動体が球体流路の放出端から原子炉容器中に流れるように、球体流路から前記流動体抜取出口を通して流動体が抜き取られる原子力発電プラント。

Images