JPH0357999A

JPH0357999A - 高温原子炉

Info

Publication number: JPH0357999A
Application number: JP2189597A
Authority: JP
Inventors: Jasbir Singh; ヤスビール・ジング; Heiko Barnert; ハイコ・バルネルト; Hans Hohn; ハンス・ホーン
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1991-03-13
Also published as: DE3923962C2; DE3923962A1; RU2018984C1; US5061435A

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〕この発明は、燃料要素を装備し、炉心に冷却ガスを下か
ら上に流すため、一個の下部冷却ガス導入部と一個の上
部冷却ガス排出部を有する少なくとも一個の炉心を備え
た高温原子炉に関する。

［従来の技術］上方に流れる原子炉の原理に従って運転される高温原子
炉は、Ｊｕｌｉｃｈ　ＧｍｂＨの原子核研究施設のＡＶ
Ｒ試験炉によって公知である。この原理はＨＴＲ１００
の場合にも使用されている。この炉はより多きいい産業
設備に電流と熱を供給するために定めてある。両方の原
子炉は、カバー反射体の上部に蒸気発生機を保有する。

この蒸気発生機中では原子炉から上向きに排出され、加
熱された冷却ガス（これには、通常へリュームを使用す
る）が水蒸気循環路で熱を放出する。この水蒸気を、そ
の時所望の目的のために使用できる。

原子炉を止める場合、未だ発生している熱を制御されて
いる予熱排出運転で確実に排出する必要がある。上記の
高温原子炉の場合、自然対流のために炉心中で冷却ガス
が上向きに流れている。熱の排出は、その時蒸気発生機
を経由して生じる。

この蒸気発生機が故障した場合、輻射、伝導及び対流に
よる熱の排出しか残っていない。しかし、より大きい出
力ユニットの場合では、この状況では不充分である。炉
心を上から下に、即ち下向きに流れる高温原子炉の場合
、独立した予熱排出循環系を装備できる（西独特許第３
６　４３　９２９号明細書）。この系は、垂直に配設さ
れた一本の垂直円管とこれに同様に垂直に配設された一
本の落下円管とから構威されている。この落下円管は遮
断弁を備えた排出部に通じている。落下円管の上部には
、冷却機が装備されている。通常の運転では、上記予熱
排出系を流れない。

冷却ガスの主循環路の主送風機が故障したら、補助送風
機が動作し、この送風機が冷却ガスを炉心の下側から上
昇導管に吸い込む。ここで、冷却ガスは接続している落
下円管の冷却機中で冷える．こうして、落下円管の冷却
機が充分に働き、垂直導管と落下導管の間の温度差が充
分である限り、補助循環路が動作する。短時間運転した
後、補助送風機は再び動作を止め、補助送風機に回すバ
イパス弁が開く。自然対流のために、冷媒の補助循環が
自動的に、しかも冷却ガスをそこで加熱しているにもか
かわらず、炉心の降下流れと共に移動方向に維持してい
る。予熱の排出は落下円管中の冷却機を介して行われる
。

補助送風機が故障しても、予熱の排出循環を確保するた
め、落下円管の冷却機の下にガスジェット送風機が装備
してある。この送風機は高温反応炉の外部から、例えば
新鮮なガスを供給する。こうして、落下円管には吸引力
が生じる。この力は冷媒を炉心から上昇導管に、次いで
冷却機を経由して上昇導管に送る。前記ガスジェット送
風機は、補助送風機のように、予熱排出循環を始動させ
るためのみ使用される。このガスジェット送風機の動作
が終了すると、ここでも自然対流によって維持される循
環が生じる。

この様なガスジェット送風機の配置によって、補助送風
機を省略できる。しかし、一般には炉心の冷却が自然対
流のみでは不充分な加圧炉の場合でも予熱の排出を確実
にするため、補助送風機が配設されている。

上に説明した予熱排出系は、上昇導管、落下導管、補助
送風機及びガスジェット送風機を配設するため、かなり
複雑な構造を有する。更に、予熱排出循環を維持する必
要な温度差を実際上達戒できるように、落下円管の冷却
機を高く配置し、大きく設計する必要がある。従って、
これには重大な問題が生じる。その理由は冷却ガスが炉
心を通って下方に流れる場合、加熱され、この領域で流
れの方向が逆転する傾向があるからである。

〔発明の課題］この発明は、許容される予熱排出のために冷却ガスを使
用し、その予熱排出に無関係に使用される冒頭に述べた
種類の高温原子炉の予熱排出系を提供することにある。

〔課題を解決する手段］上記の課題は、この発明により、通常の運転時に冷却ガ
スの一部の流れが冷却ガス導入部を通して上に流れるよ
うに、下端を前記冷却ガス導入部に連結し、上端を冷却
ガス排出部に連結しているバイパス通路が装備してあり
、予熱排出運転期間中にこのバイパス通路の冷却ガスの
一部の流れを下方に流すため少なくとも一個の冷却機が
このバイパス通路中に配設してある高温原子炉によって
解決されている。

［作用・効果］この発明によれば、反応炉に並列にバイパス通路が設け
てある。この通路によって、通常の運転で冷却ガスの一
部の流れが下から上に流れる。この冷却ガスの部分流は
、僅かばかり温度上昇し、冷却機でいくぶん冷える。前
記部分流は冷却ガスの排出部で炉心から出た冷却ガスと
再び合流する。

原子炉を止めた後には、自然対流のため、炉心の上昇流
れが維持されている。これに反して、バイバス通路のか
なり冷えた冷却ガスの上昇流れは静止し、自然に逆流す
る。その理由は、バイパス通路の冷却ガスが炉心中の自
然対流のためその中に吸引されからである。同時に、炉
心中で加熱された冷却ガスの一部が冷却ガス排出部の領
域でハイパス通路に入り、そこで冷却機によって冷却さ
れる。即ち、パイバス通路でも自然対流の流れが生じる
。バイパス通路を通過する予熱排出ｉ環がこうして問題
なく維持される。何故なら、バイパス通路中で発生した
自然対流が炉心中で生じる自然対流によって支援される
、つまり自然対流の力が二つの箇所で循環方向に作用す
るからである。従って、降下流れの炉心を有する反応炉
用の予熱排出系の場合に必要なような、バイパス弁及び
／又はガスジェット送風機を備えた補助送風機の予熱排
出循環を始動させるためにも、維持するために必要とさ
れる。従って、この発明による予熱排出系は高度な機能
信頼性、及び僅かな構造経費の点で優れている。

上記のことは、例えば反応炉が圧力の低下したとき予熱
排出を支援するために合理的であるなら、バイパス通路
の冷却ガスの部分流を制御するため、例えば弁、補助送
風機等のような補助装置を装備することを除外しない。

この様な多数のバイパス通路を備えることもできる。同
様に、バイパス通路に一個でなく、数個の冷却機を配設
する場合もこの発明の枠内にある。

特許請求の範囲の上記装置に関して、一個の数のみを使
用する限り、このことが言葉の上で単純化のみに使用さ
れる。

冷却機はバイパス通路の上部領域に出来る限り高く配設
すると有利である。何故なら、こうして自然対流がバイ
パス通路で行われるからである。

流れの抵抗と断面に関するバイパス通路と冷却機の設計
は、充分な予熱排出出力を保証するため、予熱排出運転
で充分大きい冷却ガスの部分流がバイパス通路を通過す
るように行われ、どんな場合でも炉心での温度上昇がほ
んの僅かになる。この設計は予熱排出運転で最大全冷却
ガスの流れの５％まで通常の運転でバイパス通路を経由
して流れるように行われる。、その場合、約１〜２％の
値で充分である。通常の運転では、冷却ガスの全流れの
最大１０％まで、主として５％までバイパス通路を流れ
る。

冷却機にガス用の冷媒が流れ、この冷媒の輸送も同様に
自然対流によって行われる場合、特に有利である。この
様な冷却機はそれ自体公知である（Ｊ．　Ｓｉｎｇｈ，
　Ｈ，　Ｂａｒｎｅｒｔ，　Ｈ．　Ｈｏｈｎ，　Ｍ．　
Ｍｏｎｄｒｙ　ｉｎＳＴＥＡＭ　ＧＥＮＥＲＥＴＯＲ　
ＣＯＮＣＥＰＴ　ＯＦ　Ａ　ＳＭＡＬＬ　ＨＴＲ　ＦＯ
ＲＲＥＨＥＡＴＩＮＧ　　ＡＮＤ　　ＦＯＲ　　ＲＥＭ
ＯＢＶＡＬ　　ＯＦ　　ＴＨＥ　　ＲＥＳＩＤＵＡＬＩ
Ｉ　Ｅ　Ａ　Ｔ会議録ＴＥＣＩＩＮＯＬＯＧＹ　ＯＦ　
ＳＴＥＡＭ　ＧＥＮＥＲＥＴＯＲＳＦＯＲ　ＧＡＳ−Ｃ
ＯＯＬＥＤ　ＲＥＡＣＴＯＲＳ，　ＭＡＲＣ｝ｌ　１９
８７）　．　　この様な冷却系を使用する場合、予熱排
出系は完全に受動的である、即ちこの系の個々の部材が
外部エネルギの導入なしに、炉を止めたときに変更した
条件の下でのみ機能する。

炉心に対するバイパス通路の配置では、バイパス通路か
ら来る冷却ガスの部分流は一様、つまり断面に対して一
様に分布して炉心に入ることに注意する必要がある。環
状又は類似な断面を有する炉心を問題にする限り、全周
にわたって分布した多数のバイパス通路を設けるべきで
ある。しかしながら、炉心の断面をリング状に形成し、
中央バイパスがあると、特に有利である。

〔実施例］添付図に模式的に示した実施例の助けを借りてこの発明
を説明する。

この添付図には、高温原子炉１の垂直断面図が示してあ
る。ここでは、この発明を理解するために重要でない全
ての部材は省略されている。その基本構造には、高温原
子炉Ｉは中心支柱３を取り巻く、水平断面で見てリング
状の炉心２を保有する。炉心には、球状の燃料要素から
成る球パイル４がある。

炉心２は側面反射体５、底部反゜射体６及びカバー反射
体７によって取り囲まれている。この炉心は全体として
グラファイトで構威されている。上側ではカバー板８に
よって、また下側では底板９によってこの高温原子炉１
は閉ざされている。

炉心２には、二つの冷却ガス導入部１０．１１と二つの
冷却ガス排出部１２．１３がある。冷却ガス導入部１０
．１１は先ず水平に延びていて、次いで上に向けて曲が
り、そこで貫通通路１４，１５，１６．１７を経由して
底部反射体６を通過して炉心２に達する。上記貫通通路
１４，１５１６．１７は、これ等の通路を通過して燃料
要素が下に落下しないように形戒されている。カバー反
射体７も同じ様に貫通通路１８，１９，２０．２１を通
過する。これ等の通路は冷却ガス排出部１２．１３の一
部である。排出部は水平に外に向けて出ている。

中心支柱３には、一本の垂直なバイパス通路２２が延び
ている。この通路の上端でバイパス通路は両方の冷却ガ
ス排出部１２．１３に連結している。他方、このバイパ
ス通路は下端で冷却ガス導入部１０．１１に向けて開口
している。上端では、バイパス通路２２は広がっている
。そこには、一方の側で冷媒導入部２４に、他方の側で
冷媒排出部２５に連結している冷却機２３が配設してあ
る。

冷媒としては、気体、例えば窒素又はヘリュームが使用
される。冷媒の輸送は、冷媒循環路中の自然対流により
行われる。この循環路の他の部分は詳しく図示していな
い。しかし、自然対流を基にしたこの様な冷却系の構或
は従来の技術で公知である。

上に説明した高温原子路１は以下のように動作する。

通常の運転では、主送風機で駆動される冷却ガスが冷却
ガス導入部１４．１５を経由して（白い矢印で示した方
向に相当する）高温原子路ｌに流れ込む。バイパス通路
２２の断面と流れ抵抗を同じように設計しているので、
主冷却ガスの流れは貫通通路１４，１５，１６．１７を
経由して炉心２に流入し、次いで球状パイル４を流れる
。ここを通過して、約４００゜Ｃで流入しｋ主冷却ガス
の流れは、設計に応じて約１０００″Ｃまで加熱される
。

この様に加熱された冷却ガスは冷却ガス排出部１２．１
４を経由して外に出て、後続する図示していない他の目
的用の装置に利用される。例えば、蒸気発生、プロセス
熱使用又はヘリュームガスタ一ビンのエネルギ源に利用
される。

冷却ガス導入部１０．１１に連結しているので、バイパ
ス冷却ガスの流れは分岐して、同じ様に約４００゜Ｃの
温度でバイパス通路２２に上向きに流れる。そこで、こ
の流れは冷却機２３に導入され、いくぶん冷却される。

その後、このバイパス冷却ガスの流れは炉心２から排出
された主冷却ガスの流れに合流し、冷却ガス排出部１２
．１３を経由して高温原子炉１を離れる。従って、炉心
２を通る流れも、バイパス通路を通る流れも、冷却ガス
の主循環路の主送風機による強制循環で維持されている
。

例えば、主送風機が故障したため、炉を止めた後には、
この強制循環は中断する。しかし、炉心２の上向きの流
れは維持されている。何故なら、冷却ガスには球状バイ
ル４で加熱されて下から上に向かう自然対流の流れが加
わっているからである。これに対して、バイパス通路２
２のバイパス冷却ガスの流れの上向きの流れは強制力と
加熱が不足して自然に静止する。炉心２の自然対流で生
した吸引作用のため、バイパス通路２２の流れを強制的
に循環させる。即ち、比較的冷えたバイパス冷却ガスの
流れがバイパス通路２２を今度は下向きに（黒色の矢印
に相当する）流れ、冷却ガス導入部１０．１１のところ
で主冷却ガスの流れに合流し、こうして炉心２に達する
。この炉心は再び冷却ガス排出部１２．１３からバイパ
ス通路２２に冷却ガスを流す。ｌ０００”ｃの高温で流
入したバイパス冷却ガスの流れは冷却機２３で冷却され
る。

ここを通過して、バイパス通路２２にも自然対流源が形
成される（しかし、ここでは降下方向のである）。二次
循環流れが生じ（黒い矢印に相当する）、その場合、冷
却機２３の配置と寸法、バイパス通路２２の断面構成と
流れの抵抗は、定常予熱排出運転の場合、全体の冷却ガ
スの流れの約１〜２％になるバイパス冷却ガス流れが生
じるように設計される。この状況は、炉心２の温度をそ
れ程上げないで充分な予熱排出を保証する。

冷却出力が冷却機２３に付属する冷却系によって生じ、
冷却ｍ２３に正常運転で４００”Ｃの最高温度が加わる
。この温度は、実際の周囲温度の冷媒の導入温度に対立
している。この場合、温度差が冷却系の自然対流をもた
らしている。予熱排出運転では、冷却機２３は約１００
０゜Ｃの温度を有する加熱されたバイパス冷却ガスの流
れが加わっている。このことは、それに応じて冷却機２
３の冷媒を加熱することに通ずる。こうして、正常な運
転に比べて非常に大きい温度差が生し、このことが冷媒
循環の流れをそれに応じて高める結果になる。

このことは、再びバイパス冷却ガスの流れから熱を冷却
機２３を介してこの冷却機を通過する冷媒により多く移
すことになる。このことは、冷却機２３が予熱排出運転
え特に有効に動作することを意味する。

この発明による予熱排出系は完全、に受動的に動作し、
それ故、高度な機能信頼性で優れている。

この系は、冷却ガスに含まれている熱エネルギを利用す
る後続装置に構戒と機能に全く無関係である。従って、
この発明による高温原子炉ｌは冷却ガスの一次循環路に
蒸気発生機や特別な冷却装置が存在しないところにも使
用できる。

【図面の簡単な説明】

添付図は、この発明による高温原子炉の主要部を示す模
式断面図。図中引用記号：ｌ・・・高温原子炉、２・・・炉心、３・・・中心支柱、４・・・球状パイル、５・・・側面反射体、６・・・底部反射体、７・・・カバー反射体、８・・・カバー板、９・・・底板、１０．１１・・・冷却ガス導入部、１２．１３・・・冷却ガス排出部、１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０．２１・・
・貫通通路、２２・・・バイパス通路、２３・・・冷却機、２４・・・冷媒導入部、２５・・・冷媒排出部。

Claims

【特許請求の範囲】１、燃料要素を装備し、炉心に冷却ガスを下から上に流
すため、一個の下部冷却ガス導入部と一個の上部冷却ガ
ス排出部を有する少なくとも一個の炉心を備えた高温原
子炉において、通常の運転時に冷却ガスの一部の流れが冷却ガス導入部
（１０、１１）を通して上に流れるように、下端を前記
冷却ガス導入部（１０、１１）に連結し、上端を冷却ガ
ス排出部（１２、１３）に連結しているバイパス通路（
２２）が装備してあり、予熱排出運転期間中にこのバイ
パス通路（２２）の冷却ガスの一部の流れを下方に流す
ため少なくとも一個の冷却機（２３）がこのバイパス通
路（２３）中に配設してあることを特徴とする高温原子
炉。２、前記冷却機（２３）はバイパス通路（２２）の上部
領域に配設してあることを特徴とする請求項１に記載の
高温原子炉。３、バイパス通路（２２）の流れ抵抗と断面積は、予熱
排出運転時に通常の運転での全冷却ガスの流れの５％ま
でをバイパス通路（２２）を通して下向きに流すことを
特徴とする請求項１又は２に記載の高温原子炉。４、バイパス通路（２２）の流れ抵抗と断面積は、通常
の運転時に全冷却ガスの流れの１０％までをバイパス通
路（２２）を通して上向きに流すことを特徴とする請求
項１〜３の何れか１項に記載の高温原子炉。５、気体状の冷媒が冷却機（２３）を通過し、この冷媒
の輸送は自然対流によって行われることを特徴とする請
求項１〜４の何れか１項に記載の高温原子炉。６、炉心（２）の断面はリング状に形成してあり、その
周囲にわたって多数のバイパス通路が分割配置してある
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の高
温原子炉。７、炉心（２）の断面はリング状に形成してあり、中心
バイパス通路（２２）が配設してあることを特徴とする
請求項１〜５の何れか１項に記載の高温原子炉。