JPH03197898A - 深海用原子炉プラント - 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） 本発明は深海用原子炉プラントに関する。詳しくは、本
発明は、深海潜水船のエネルギー源や深海底常設のエネ
ルギー源として利用するための深海用原子炉プラントに
関する。

（従来の技術） 従来、深海器のエネルギー源としては、通常、化学電池
が用いられているが、重量当りの取り出し可能なエネル
ギー量が小さいために、大出力のものが得られなかった
。よって、運行時間が短時間に制限されることや、運行
速度が遅いことなどの不都合が生じている。また、放射
性同位元素を熱源とする発電設備も考えられているが、
発熱密度が小さいために、大出力は困難である。

かくして、エネルギー源として、原子炉の利用が望まし
く、小型で、運転が易しく、かつ、極めて安全性の高い
プラントが要求される。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、このような小型で運転が易しく、かつ
、極めて安全性の高い深海用原子炉プラントを提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） 本願発明者は、原子炉プラントの受動的安全性を高める
ような構造、配置とすることによって、陸上の発電炉（
ＰＷＲやＢＷＲ）と同様な形式の小型の水冷却型原子炉
プラントを実現することによって上記の問題点を解決せ
んとして鋭意研究の結果、本発明の深海用原子炉プラン
トを発明するに至った。

すなわち、本発明は、この手段として、水を充填した耐
圧殻内の下部に原子炉を設置し、上部に発電設備（蒸気
タービンと直結した発電機）を収容し、原子炉上部の水
の入った空間をタービンのコンデンサーとして利用する
構造配置とした、配管破断等の事故対策を単純化し、簡
素で安全な原子炉プラントを提供するものである。

常識的には、原子炉室とタービン発電機室は、別々の耐
圧殻に収容し、耐圧殻間に蒸気の通る主蒸気管と復水の
通る主給水管が接続されるが、その場合には、例えば、
主蒸気管や主給水管が破損した場合、蒸気発生器の伝熱
管に深海の圧力が加わり、例えば、６５００ｍの深海に
おいては、６８０気圧程度の海水圧が、直接、内圧とし
て加わる。そして、伝熱管が破損すると、海水が原子炉
容器内に侵入する。従って、蒸気発生器の伝熱管は、耐
圧性を高める必要があるために、厚肉の構造となり、著
しく非効率的となる。

耐圧殻に水を充填し、タービン発電機を原子炉の上部水
中に収容したことによる本発明の原子炉プラントの作用
効果は次の通りである。

（１１原子炉とタービン発電機は同じ耐圧殻内に設置さ
れているので、主蒸気管は外部に出ないので、破損して
も、単にタービンの駆動力が無くなり、発電能力を喪失
するだけで、伝熱管に過大な圧力を印加する等の問題は
生じない。

（２）原子炉と同じ耐圧殻内の水中にタービン発電機が
設置されているので、タービンの周りの水がタービンの
コンデンサーとして利用でき、また、主給水管が不要と
なる。

（３）主蒸気管が破損しても、コンデンサーの水温が僅
かに上昇するだけで、安全を損なうような問題は生じな
い。

（４）原子炉と同じ耐圧殻の水中の上部にタービン発電
機が設置されているので、タービンのコンデンサーが非
常用冷却器を兼用することができ、耐圧殻の内部空間を
有効利用できると共に、冷却設備の簡素化が図れる。

（５）原子炉容器に接続された一次系配管や蒸気発生器
の伝熱管が破損した場合、原子炉容器内の高圧水が耐圧
殻内の水中に噴出するが、耐圧殻内の水位を適切に設定
して置くことによって、耐圧殻内の水面が上昇し、−杯
になると均圧化し、それ以上の噴出が止まり、原子炉容
器内の水位が確保され、炉心の露出を防止できる。

なお、発電機を水漬けにすることに関しては、例えば、
石油採掘のモータル等の技術が活用できるので、実現性
の面で問題はない。また、タービンは、停止時には水漬
けであっても、蒸気の供給によって、タービン内部の水
が排出されて蒸気と置き換わり、やがて高速回転に移行
するので、タービンを破損するような問題は生じない。

従来のタービンの延長線上で実現できる。

（実施例） 本発明の深海用原子炉を、実施例について図面をもって
具体的に説明する。

第１図は原子炉プラント、第２図は原子炉本体の説明図
で、加圧水炉（ＰＷＲ）の応用を想定したものである。

本発明の原子炉プラントにおいては、耐圧殻２の下部に
原子炉１が設置され、上部には蒸気タビン３と直結した
発電機４が設置されている。

タービン３は下向きに排気するシングルフロ竪型（無抽
気）である。タービンの周囲の空間（水中）はタービン
排気を凝縮するためのコンデンサー室５を形成する。コ
ンデンサー室５の水はヒートパイプ式冷却器７で冷却さ
れる。この冷却器は、コンデンサー水冷却器として蒸発
器８と海水で冷却される凝縮器９、ならびに両者をっな
く蒸留管１０と給液管１１で構成される。この冷却器と
しては、周囲の海水を循環させる方式も可能であるが、
冷却管が破損すると高圧の海水が耐圧殻に入るので好ま
しくない。そこで、閉ループとし、また、信頼性向上の
ために、自然循環冷却ループ式（分離型ヒートパイプ等
）としている。

本発明の原子炉プラントにおける原子炉１は、原子炉容
器２１、炉心２２、蒸気発生器２４、主循環ポンプ２５
等で構成される。炉心２２の出力は、安全性確保の観点
から、多重化した制御棒で制御する。モーター２６で駆
動される主循環ポンプ２５は、配置上の都合及びサブク
ール度の低減或いは不要（自己加圧）の可能性があるの
で、炉底部に設置しであるが、上部に設置しても良い。

蒸気発生器２４の給水部を下部に設けたのも配置上の都
合であるが、これも上部に設置しても良い。

図示されてはいないが、給水ヘッダー１５の下部には給
水ポンプが設置されている。

蒸気発生器２４としては、公知の貫流式ヘリ力コイル型
が想定されている。組み立てた後は、ヘッダーの部分か
らの点検修理のみとし、原子炉容器２１から取り外すこ
とはしない。

原子炉冷却水は、炉心２２を上昇中に加熱されて温度上
昇し、蒸気発生器２４の上部に入り、下降しながら二次
側に熱を伝え、主循環ポンプ２５によって加圧され、再
び炉心に向かう。

二次側の耐圧殻２（格納容器）内の水は、給水ヘッダー
１５から弁を持つ主蒸気管６を通ってタビン３に向かう
。

タービン３からの排気（蒸気）は、蒸気噴出口１３を通
って、タービン周囲のコンデンサー室５の水中に噴出し
、凝縮して水となる。コンデンサー室５の水は、ヒート
パイプ式冷却器７によって冷却され、運転中一定の温度
を保つ。

コンデンサー室５の水は、耐圧殻２を下降し、給水ポン
プによって昇圧され、給水ヘッダー１５から蒸気発生器
２４に入る。

ヒートパイプ式冷却器７の放熱器（凝縮器９：海水中）
は、原子炉運転中は船が停止状態の時、ポンプで海水を
流通させて冷却する。船が運行中の時は、流水により冷
却する。原子炉停止中の崩壊熱は、自然循環（自然冷却
）のみで冷却可能である。

図示されてないが、原子炉容器内の水位は、ポンプ、弁
を持つ原子炉冷却水注入排出系によって調節される。ま
た、原子炉容器内の過大な圧力を防止するための安全弁
が原子炉容器上部に設けられている。

格納容器としての耐圧殻には、製造上の面から寸法的に
厳しい制限がある。

一方、船体を小さくすることが重要（経済性、運転の自
由さの観点）なので、この面からも、耐圧殻は出来るだ
け小さくすることが大切である。

本実施例では、耐圧殻２は、二つ縦につないで対処する
ことにしである。

原子炉プラントの運用の簡素化のために、−次系の水処
理設備等は内臓せず、水は封じたままで１力月程度連続
運転可能な設計としである。実際には、母船に設備を設
けて置き、潜水の都度水質の管理を行う。

原子炉の点検保守の容易化のために、耐圧殻の上部フラ
ンジで原子炉容器を吊るし、その支持筒１２の上端にタ
ービン／発電機を置くような構造とし、簡単に分解でき
るようにした。

例えば、２年（或いは４年）に−度、原子炉プラント（
コンデンサー冷却器のついた耐圧殻）を船体から丸ごと
取り外し、陸上設備で分解し、点検修理する。そして、
点検済の別の原子炉プラントを用意して置いて、船体に
取り付けるというような方法が合理的と考えられる。

なお、原子炉としては、ＢＷＲ型も適用可能と想定され
る。制御上の課題はあるかも知れないが、炉構造が著し
く簡素化されるので、検討に値する。

ＢＷＲの場合も原子炉以外は上記と同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原子炉ろプラントの説明図である。 第２図は、原子炉本体の説明図である。 図において、 １　　原子炉 ２　　耐圧殻 ３　　タービン ４　　発電機 ５　　コンデンサー室 ６　　主蒸気管 ７　　ヒートパイプ式冷却器 ８　　蒸発器 ９　　凝縮器 １０　　蒸気管 １１　　給液管 原子炉支持筒 蒸気噴出口 断熱材 給水ヘッダー 蒸気ヘッダー 原子炉容器 炉心 制御棒駆動機構 蒸気発生器 主循環ポンプ モータ 特許出廓人 日 本 原

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水を充填した耐圧殻の下部に原子炉を設置し、上部にタ
   ービン発電機を設置したことを特徴とする深海において
   発電用として使用するための深海用原子炉プラント。