JPH02151791A

JPH02151791A - 分散型高速増殖炉の蒸気発生器

Info

Publication number: JPH02151791A
Application number: JP63307183A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yatabe; 谷田部　敏男
Original assignee: Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Current assignee: Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corp
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1988-12-05
Publication date: 1990-06-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は高速増殖炉に係り、特に高速増殖炉の新規な炉
心、熱輸送系、及び蒸気発生器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の高速増殖炉プラントでは、原子炉で発生した熱を
、熱伝導率が良く、特に加圧することなしに高温が得ら
れ易いナトリウムで除熱し、このナトリウムを配管、ポ
ンプ等により輸送し、原子炉格納施設の外に設置された
蒸気発生器により水と熱交換して蒸気を発生させ、ター
ビンを駆動させていた。

本システムの代表例として高速増殖炉「もんしゅ」につ
いて説明をする。

第４図は高速増殖炉「もんしゅ」の主系統を示す図で、
図中、ｌは原子炉、２は中間熱交換器、３は１次主循環
ポンプ、４は蒸気発生器、５は２次主循環ポンプ、６は
空気冷却器、７はタービン、８は発電機である。

図において、冷却系統は原子炉格納施設内にある中間熱
交換器２．１次主循環ポンプ３、配管及び弁頚等からな
る１次ナトリウム系、原子炉格納施設外にある蒸気発生
器４．２次主循環ポンプ５、配管及び弁類等からなる２
次ナトリウム系、さらに、空気冷却器６を含む補助炉心
冷却系等から構成されている。

原子炉内で核分裂連鎖反応によって発生した熱を除熱し
て高温となった原子炉１内のナトリウムは原子炉１の出
口ノズルから流出し、中間熱交換器２で２次ナトリウム
系に熱を伝え、１次主循環ポンプ３を経て原子炉容器９
の下部に設けられたノズルから流入する。

２次ナトリウム系のナトリウムは中間熱交換器２の上部
から流入し、下部プレナムで反転した後、管内を上昇し
、１次ナトリウムから熱を吸収して中間熱交換器２の上
部から流出する。そして蒸気発生器４を通り、２次主循
環ポンプ５を経て中間熱交換器２に戻る。

このようにして、原子炉１内で発生した熱をナトリウム
を介して原子炉格納施設の外に取り出し、蒸気発生器４
でナトリウムの熱を水に伝えて蒸気を発生し、タービン
７を駆動して発電機８で発電している。

〔発明が解決すべき課題〕

このように従来の高速増殖炉においては、原子炉格納施
設の外に設置した蒸気発生器で、１次及び２次ナトリウ
ム系を介し°ζ原子炉の炉心で発生した熱を水と熱交換
してタービンを駆動するに必要な蒸気を発生していたた
め、ナトリウム配管、中間熱交換器及びポンプ等が必要
となり、高信顛性及びコストの低減の観点から問題があ
った。

また、原子炉出力を増大させようとすると炉心が大型化
し、炉心固存反応度が正の領域となって安全性が低下す
る欠点があった。

本発明は上記課題を解決するためのもので、複数のユニ
ット型原子炉を主容器内に分散配置させると共に、カー
トリッジ化した蒸気発生器をユニット型原子炉に対向配
置して冷却材の自然循環を利用して熱交換することによ
りナトリウム配管、中間熱交換器及びポンプ等を省略し
、信頼性の向上を図り、コストを低減化すると共に、出
力の変更を容易に行うことができ、また蒸気発生器の交
換を容易に行うことができる分散型高速増殖炉の蒸気発
生器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〕

そのために本発明は、複数のユニット型高速増殖炉を主
容器内周辺部に分散配置すると共に、各ユニット型高速
増殖炉と対向する複数の蒸気発生器を主容器内中央部に
配置し、各蒸気発生器をカートリッジ式としてそれぞれ
個別に交換可能にしたことを特徴としている。各蒸気発
生器は、ヘアピン形２重管構造の伝熱管を板状伝熱板で
はさみ込んで形成し、伝熱管と伝熱板の空隙部にヘリウ
ムガスを加圧封入することによりリークディテクタの機
能を持たせることができる。この各蒸気発生器は、主容
器内中央部から放射状に配置されており、その中心部に
は、直接炉心冷却装置が備えられている。そして各ユニ
ット型高速増殖炉と蒸気発生器はそれぞれ主容器の上部
デツキに着脱可能に取り付けられている。

〔作用〕

本発明は、主容器周辺部に複数のユニット型原子炉を配
置すると共に、主容器中央部に複数のカートリッジ式の
蒸気発生器を配置し、ユニット型原子炉の発生熱を冷却
材の自然循環により蒸気発生器内に給水された水と熱交
換して主容器外に蒸気として取り出すことにより、従来
のような１次、２次冷却系を省略してそのための駆動機
器を省（ことができ、また、必要に応じてユニット化さ
れた原子炉及びカートリッジ化された蒸気発生器を個別
に容易に交換することが可能である。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示す図で、同図（Ａ）は縦
断面図、同図（Ｂ）は平面図、第２図はユニット型高速
増殖炉の一実施例を示す図、第３図はカートリッジ型蒸
気発生器の一実施例を示す図で、同図（Ａ）は縦断面図
、同図（Ｂ）は平面図、同図（Ｃ）は蒸気発生器を上方
から見た図である０図中、第４図と同一番号は同一内容
を示しており、２０はナトリウム、２１は主容器、２２
はユニット型原子炉、２３はカートリッジ型蒸気発生器
、２４は直接炉心冷却装置、２５は給水、２６は蒸気、
２７は自然循環の流れ、２日は炉心、２９は熱交換要素
、３０は主容器上部デツキ、３１はユニット型原子炉容
器、３２はナトリウム、３３は炉心燃料集合体、３４は
制御棒、３５は増殖用ブランケット集合体、３６は燃料
集合体支持ロッド、３７は制御棒駆動機構、３８は炉心
支持機構、３９は炉心支持機構ベローズ、４０は自然循
環の流れ、５２は伝熱管、５３は下降管、５４は伝熱板
、５５はグレイロックである。

本発明による分散型高速増殖炉の蒸気発生器は、冷却材
であるナトリウム２０を収納した主容器２１内の周辺部
に小型の高速増殖炉炉心を有するユニット型原子炉２２
を複数個分散配置し、中心部にカートリッジ型蒸気発生
器２３と、さらに、その中心部に直接炉心冷却装置２４
が配設された構造になっている。

ユニット型原子炉２２は第２図に示すように、主容器２
１の上部デツキ３０に取付けられ、第１図（Ｂ）に示す
ように容器内に複数個分散配置され才いる。ユニット型
原子炉容器３１内の炉心２８は、炉心燃料集合体３３、
増殖用ブランケット集合体３５、及び制御棒３４等から
構成されている。炉心燃料集合体３３は６〜７体ごとに
燃料集合体支持ロッド３６で吊り下げられ、また、それ
らの中心に制御棒３４が位置し、取り外しが容易なよう
にカートリッジ化している。Ｍｉｌｌ棒３４棒上４の制
御棒駆動機構３７によって上下作動し、反応度変化を制
御している。炉心支持機構３８は炉心出口の温度変化の
影響を受は熱膨張を吸収するように炉心支持機構ベロー
ズ３９が設けられている。この膨張はユニット型原子炉
容器３１のそれよりも変化が大きく、炉心２８及び制御
棒３４が相対的に熱膨張によって引き抜き状態にならな
いようにしている。

また、ユニット型原子炉容器３１の外周に熱交換要素２
９を設け、発熱する炉心２８とともに主容器２１の下部
の方に配置して冷却材の自然循環が生じ易い構造となっ
ている。したがって、ユニット型原子炉容器３１も比較
的長尺となっていて、炉心２８の燃料集合体３３及びブ
ランケット集合体３５及び制御棒３４もこの長尺を利用
した前述のような固有の安全機構すなわち熱膨張による
炉心反応度変動の抑制などを取り入れている。

炉心２日において加熱されたユニット型原子炉容器３１
内の冷却材のナトリウム３２は浮力により上昇して自然
循環の流れ４０を形成し、ユニット型原子炉容器３１の
熱交換要素２９を介して、主容器２１内のナトリウム２
０へ熱を伝達して冷却され、主容器２１内には自然循環
の流れ２７が形成される。

カートリッジ型蒸気発生器は第３図（Ｂ）に示すように
、中央部から放射状に配置され、２〜３個の蒸気発生器
が一つのユニット型原子炉に対応するように配置されて
いる。

各蒸気発生器は、第３図（Ａ）、（Ｃ）に示すように大
きく蛇行したヘアピン形状の伝熱管５２と、伝熱管５２
の下部において接続された下降管５３とを保護し、かつ
、熱伝導要素として作用する板状の伝熱板５４で挟み込
みプレート状にしたもので、伝熱板５４、伝熱管５２及
び下降管５３は同一金属材料で作られている。また、伝
熱管５２と下降管５３は破損から防護するため２重管構
造とし、これら管は蒸気発生器の上外部において機械式
グレイロックで容易に外部の管と着脱が可能なようにし
である。

また、伝熱板５４と伝熱管５２及び下降管５３の空隙部
にはヘリウムガスを加圧封入し、ガス圧及び湿分等を監
視することにより、伝熱管５２、下降管５３及び伝熱板
５４の破損を早期に発見するり−クディテクタ機能を備
えている。

蒸気発生器２３の給水２５は下降管５３により下部に導
かれ、伝熱管５２を上昇しながら高温のナトリウム２０
から伝熱板５４を介して熱交換を行って蒸気２６となる
。この熱交換により高温のナトリウム２０は温度降下し
、下方への自然循環の流れ２７（第２図）を発生する。

なお、それぞれの蒸気発生器は主容器２１の上部デツキ
３０から吊り下げる構造となっているので容易に交換す
ることができる。

分散型高速増殖炉は以上のような構造になっているので
、ユニット型原子炉２２の炉心２８で発生した熱はユニ
ット型原子炉容器３１内のナトリウム３２に伝えられ、
熱交換要素２９を介して主客器２Ｉ内のナトリウム２０
と熱交換して各蒸気発生器２３の給水２５を蒸気２６に
変える。このようにして発生した蒸気２６はタービン系
へ導かれ発電に利用される。

なお、直接炉心冷却装置２４は緊急時における除熱能力
を担保しており、図示しない蓄熱プールの水系に直接接
続されている。

〔発明の効果］以上のように本発明によれば、従来の高速増殖炉におけ
る１次及び２次ナトリウム系を省略することができ、そ
れに伴うナトリウム配管、中間熱交換器及びポンプ等の
熱輸送のための機器を使用する必要がなく、また、ユニ
ット型原子炉或いは蒸気発生器は故障に対して容易に交
換復旧することができ、さらに、需要と用途に応してユ
ニット型原子炉の数を増減することにより、出力規模を
変化させることができ、安全性、信頼性、経済性の向上
を回ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における分散型高速増殖炉の一実施例を
示す図で、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は平面図
、第２図はユニット型高速増殖炉の一実施例を示す図、
第３図はカートリッジ型蒸気発生器の一実施例を示す図
で、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は平面図、同図
（Ｃ）は蒸気発生器要素を上方から見た図、第４図は高
速増殖炉「もんしゅ」の主系統を示す図である。１・・・原子炉、２・・・中間熱交換器、３・・・１次
主循環ポンプ、４・・・蒸気発生器、５・・・２次主循
環ポンプ、２０・・・ナトリウム、２１・・・主容器、
２２・・・ユニット型原子炉、２３・・・カートリッジ
型蒸気発生器、２８・・・炉心、２９・・・熱交換要素
、３３・・・炉心燃料集合体、５２・・・伝熱管、５３
・・・下降管、５４・・・伝熱板。第２図出　願　人　　　動力炉・核燃料開発事業団代理人弁理
士　　蛭　川　昌　信（外５名）Ｊ−株 ■ や

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のユニット型液体ナトリウム冷却高速増殖炉
を主容器内周辺部に分散配置すると共に、各ユニット型
高速増殖炉と対向する複数の蒸気発生器を主容器内中央
部に配置し、各蒸気発生器をカートリッジ式としてそれ
ぞれ個別に交換可能にしたことを特徴とする分散型高速
増殖炉の蒸気発生器。
（２）前記各蒸気発生器は、ヘアピン形伝熱管を板状伝
熱板ではさみ込んで形成した請求項１記載の分散型高速
増殖炉の蒸気発生器。
（３）前記伝熱管と伝熱板の空隙部にヘリウムガスを加
圧封入した請求項２記載の分散型高速増殖炉の蒸気発生
器。
（４）前記伝熱管が２重管構造である請求項２または３
記載の分散型高速増殖炉の蒸気発生器。
（５）前記各蒸気発生器は、主容器内中央部から放射状
に配置されている請求項１記載の分散型高速増殖炉の蒸
気発生器。
（６）前記ユニット型高速増殖炉と前記蒸気発生器はそ
れぞれ前記主容器の上部デッキに着脱可能に取り付けら
れている請求項１記載の分散型高速増殖炉の蒸気発生器
。
（７）主容器内中心部には、直接炉心冷却装置が備えら
れている請求項１記載の分散型高速増殖炉の蒸気発生器
。