JPH02243996A - 一体型圧力容器構造の原子炉 - Google Patents

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、重水減速材を内包したカランドリアタンクを
貫通するように多数の圧力管が配設され、該カランドリ
アタンクの外側を圧力容器が取り囲み、重水減速材と分
離されている圧力容器内の冷却材を再循環ポンプによっ
て圧力管を通して循環させる一体型圧力容器構造の原子
炉に関するものである。この原子炉では重水減速材と冷
却材とが圧力管壁のみで仕切られており、それを利用し
て減速材系に緊急炉心冷却装置（ＥＣＣ５）の機能を持
たせている。これによって減速材系と冷却材系とがそれ
ぞれ炉心崩壊熱レベル以上の熱除去を行うことが可能と
なり、信頼性と安全性が向上する。

［従来の技術］ 減速材と冷却材を分離した原子炉の一形式として、減速
材に重水を、冷却材に軽水を用いた重水減速・軽水冷却
圧力管型原子炉（新型転換炉：　ＡＴＲ）がある、この
種の原子炉では、重水減速材を内包するカランドリアタ
ンクを多数、の圧力管が貫通し、その圧力管の内部に燃
料集合体が装荷され冷却材が流通する。

第４図に従来の炉心燃料格子断面モデル図を示す、ここ
では燃料集合体１０が正方格子状に配列されている。各
燃料集合体１０は圧力管１２内に装荷され、圧力管１２
はカランドリア管１４内に挿入される０重水減速材はカ
ランドリア管１４の外側を満たし、圧力管１２の内部は
冷却材が流通する。圧力管１２内の冷却材は圧力約７Ｑ
ａｔ、温度約２８０℃で運転され、それに対してカラン
ドリアタンク内の重水減速材は圧力約Ｏａｔ、温度約５
０℃である。そこで断熱のために圧力管１２とカランド
リア管１４との間隙１６に炭酸ガスを充填している。従
って燃料集合体ｌＯからの除熱は主として冷却材によっ
て行われる。

ところで原子炉では、万一事故が発生した時に炉心の崩
壊熱による過熱を防止するため緊急炉心冷却装置が設置
される。従来技術ではこの緊急炉心冷却装置ぼ別系統で
あり冷却材系に接続され、通常運転時は停止しており、
非常時のみポンプを起動し弁開放を行い、炉心に軽水を
注入する動作を行う。

〔発明が解決しようとする謀Ｂ］ 緊急炉心冷却装置は作動信号により動作を開始する。従
って信号系の故障により作動信号を検出できなかったり
、ポンプの起動に失敗することも想定し、それらの対策
を盛り込まねばならない、このため建設費用が増大する
し、その上、信軌性の点でも問題がある。

本発明の目的は、減速材系に緊急炉心冷却機能を持たせ
ることにより別個に緊急炉心冷却装置を装備する必要が
なく、構成が単純化され、また通常運転時に使用してい
る減速材系で非常時の炉心冷却を行うようにして起動失
敗の想定を不要とし、飛躍的な安全性の向上を図ること
ができるようにした一体型圧力容器構造の原子炉を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る原子炉は、重水減速材を内包し・たカラン
ドリアタンクと、それを貫通するように設けられ内部に
燃料集合体が装荷される多数の圧力管を備え、重水減速
材と冷却材を分離した一体型圧力容器構造であり、圧力
管の出入口配管を一体化し合理化している。つまり前記
カランドリアタンクの外側を圧力容器が取り囲み、圧力
容器内の冷却材を再循環ポンプによって圧力管を通して
循環させる。

本発明の原子炉では減速材系も高温・高圧化する。従っ
てカランドリア管を使用して重水減速材と冷却材との間
に断熱層を設ける必要はない、そこで本発明では重水減
速材と冷却材とは圧力管壁のみによって仕切られている
。そのため燃料集合体から冷却材を通し重水減速材への
熱移行が容易となり、事故時の炉心からの熱除去に冷却
材系以外にも減速材系を使用することが可能となる０本
発明はこの点に着目してなされたものである。

更に本発明では、炉心下方に炉水保持プールが設けられ
、冷却枕系には急速注入系が、また減速材系には重水冷
却系がそれぞれ設けられている。

ここで重水冷却系は、圧力容器に供給される冷却材を加
熱する主熱交換器と外部流体で冷却される補助熱交換器
とを有し、事故時に主熱交換器による給水加熱から補助
熱交換器による補機冷へ除熱モードを切り換え、減速材
系により崩壊熱除去を行うようにする。また圧力容器内
の上部に冷却材系と減速材系とを仕切るラプチャーディ
スクを設け、その破損開放により重水減速材を冷却材系
へ流入させ、減速材系による炉心冷却を始動させる。

従って本発明は従来技術のように緊急炉心冷却装置を別
個に設ける必要はない。

［作用］ 事故時には冷却材系と減速材系の両方が互いに独立に炉
心冷却動作を行う、減速材系では重水冷却系が作動する
６例えば重水冷却系において主熱交換器による給水加熱
から補助熱交換器による補機冷へ除熱モードを切り換え
崩壊防除−去を行う、また冷却材流出事故のような場合
は、圧力容器内の上部に設けた冷却材系と減速材系とを
仕切るラプチャーディスクが一次系減圧により破損開放
し、重水減速材が冷却材系へ流入し蒸気となって燃料集
合体を冷却する。それによって減速材系による炉心冷却
が始動する。

［実施例］ 本発明に係る原子炉は一体型圧力容器構造である。炉心
燃料格子断面モデル図を第３図に示す、ここでは燃料集
合体１０が三角格子状に配列されている。燃料集合体１
０は圧力管１２内に装荷される。圧力管１２の外側には
従来技術のようなカランドリア管や断熱用の炭酸ガス層
はなく、圧力管１２の外面が直接カランドリアタンク内
の重水減速材に接している。このため重水減速材は通常
状態では冷却材系とほぼ同じ条件（圧力約７０〜８０ａ
ｔ、温度約２５０℃）で運転される。従って減速材系の
温度を調整すれば燃料集合体１０からの除熱を実現でき
る。

特に事故時、炉心か−らの崩壊熱レベルの除熱は減速材
系で十分行なえる。

第１図に本発明に係る一体型圧力容器構造の原子炉の一
実施例を示す、この原子炉の基本構造は、重水減速材を
内包したカランドリアタンク２２と、それを貫通するよ
うに設けられる多数の圧力管を備え、該圧力管の内部に
燃料集合体が装荷され、カランドリアタンク内の重水減
速材と圧力管内を通る冷却材を分離した構造である。特
に本発明では、重水減速材と冷却材とは圧力管壁のみに
よって（間に断熱層を介することなく）仕切られており
（前記第３図参照）前記カランドリアタンク２２の外側
は圧力容器２４が取り囲み、圧力容器２４内の冷却材を
圧力管を通して再循環ポンプ２６によって循環させる。

そして炉心下方には炉水保持ブー、ル２８が設けられ、
冷却材系には急速注入系３０が、また減速材系には重水
冷却系３２がそれぞれ２系統設けられている。冷却材系
と減速材系とは独立しているが差圧制御が行われる。

更に原子炉容器３４内にはスプレィヘッダ３６が設けら
れ、蒸気放出ブール３８との間に蒸気放出プール冷却系
４０が設けられる。

ここで重水冷却系３２は、圧力容器２４に供給する冷却
材を加熱する主熱交換器４２と外部流体で冷却される補
助熱交換器４４とを有する。

また圧力容器２４内の上部には冷却材系と減速材系とを
仕切るラプチャーディスク４６が設けられる。

その他、復水貯蔵槽５０及び２系統の高圧炉心補給水系
５２なども設けられる。

通常動作時、冷却材は給水系５４を通って供給され、主
熱交換器４２で重水減速材により加熱されて（逆に重水
減速材は冷却される）圧力容器１２内に入る。この冷却
材は再循環ポンプ２６により圧力管内を通って燃料集合
体を除熱し、加熱されて蒸気となって主蒸気系５６から
送り出される。

万−冷却材流出事故等が発生したとすると、冷却材系が
急減圧し−て大きな差圧がつき、ラプチャーディスク４
６が破損開放する。すると重水減速材は冷却材系へ入り
、燃料集合体の冷却を行いつつ炉外に放出される。これ
によって減速材系による炉心冷却が始まる。減速材系は
通常運転時に炉のＴ加熱量（〜１５０　ＭＷｔｈ）を冷
却材系の昇温に使用しているが、冷却材系による炉心冷
却が不能となった場合、主熱交換器４２による給水加熱
から補助熱交換器４４による補機冷へ除熱モードが切り
換わり、減速材系により崩壊熱除去を行う。

事故時における減速材系の機能の一例を第２図に示す、
これは再循環ポンプ（ＲＣＰ）の脱落による冷却材流出
事故（ＬＯＣＡ）を想定したものである。

再循環ポンプ（ＲＣＰ）２６が脱落したとする。すると
炉水水位が低下し、炉圧が急激に低下し、炉心下方の炉
水保持プール２８の水位が増加する。原子炉は停止しく
スクラム）、冷却材系には急速注入系３０により注水が
行われ再冠水する。冷却材系の減圧によりラプチャーデ
ィスク４６が破損開放し、重水減速材は蒸気となって燃
料集合体を冷却しつつ圧力容器２４外に放出される。炉
水の回復と共に圧力は低下し減速材系による冷却が行わ
れる。この時、重水冷却系では通常の主熱交換器４２に
よる給水加熱から補助熱交換器４４による補機冷へ除熱
モードが切り換わり、それによって崩壊熱は系外へ出る
。

重水冷却系のポンプ等は常時運転しているものであるか
ら、従来の緊急炉心冷却装置ＣＥＣＣ３）のポンプのよ
うな起動失敗を考慮する必要はなく、極めて安全性並び
に信顧性の高いシステムとなる。

［発明の効果］ 本発明は上記のように、冷却材と重水減速材とが圧力管
壁のみで仕切られており、燃料集合体から冷却材を通し
て重水減速材への熱移行が容易であることを利用し、冷
却材系と減速材系との両方に事故時の炉心冷却機能を持
たせたから、緊急炉心冷却装置を別個に設ける必要がな
くなり、減速材系の強化を考慮しても数十億円の建設費
用の削減が可能で経済性に冨むものとなる。

本発明では常時運転している減速材系により非常時の炉
心冷却を行うため、ポンプの起動失敗などの問題は全く
なく、信転度が飛躍的に増加する。また非常用ディーゼ
ル装置等の容量削減が可能である。冷却材流出事故時の
減速材系による炉心冷却はラプチャーディスク破損とい
う物理法則に従ったパッシブな動作で始動するから、作
動信号の検出失敗等を考慮する必要がなく、極めて安全
性並びに信転性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一体型圧力容器構造の原子炉の一
実施例を示す概略構成図、第２図はその冷却材流出事故
モードを示す説明図、第３図は一体型圧力容器構造の原
子炉の炉心燃料格子断面モデルの一例を示す説明図、第
４図は従来の原子炉の炉心燃料格子断面モデルの一例を
示す説明図である。 １０・・・燃料集合体、１２・・・圧力管、２４・・・
圧力容器、２６・・・再循環ポンプ、２８・・・炉水保
持プール、３０・・・急速注入系、４２・・・主熱交換
器、４４・・・補助熱交換器、４６・・・ラプチャーデ
ィスク。 第１図 特許出願人　動力炉・核燃料開発事業団化　　理　　人
　　　　　茂　　見　　　　　穣第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重水減速材を内包したカランドリアタンクと、それ
   を貫通するように設けられ内部に燃料集合体が装荷され
   冷却材が流通する多数の圧力管を備え、重水減速材と冷
   却材を分離した構造の原子炉において、重水減速材と冷
   却材とは圧力管壁のみで仕切られており、前記カランド
   リアタンクの外側を取り囲む圧力容器と、前記圧力管を
   通して圧力容器内の冷却材を循環させる再循環ポンプと
   を備え、炉心下方には炉水保持プールが設置され、冷却
   材系には急速注入系が、また減速材系には重水冷却系が
   設けられることを特徴とする一体型圧力容器構造の原子
   炉。 ２、重水冷却系は、圧力容器に供給される冷却材を加熱
   する主熱交換器と外部流体で冷却される補助熱交換器と
   を有し、事故時に主熱交換器による給水加熱から補助熱
   交換器による補機冷へ除熱モードを切り換え、減速材系
   により崩壊熱除去を行う請求項１記載の原子炉。 ３、圧力容器内の上部に冷却材系と減速材系とを仕切る
   ラプチャーディスクを設け、その破損開放により重水減
   速材を冷却材系へ流入させ、減速材系による炉心冷却を
   始動させる請求項１記載の原子炉。