JPH04204090A - 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、冷却水の循環により炉心を冷却する沸騰水形
原子炉に関する。

〔従来の技術〕

従来の沸騰水形原子炉においては、冷却水の炉心循環流
量の確保と炉心循環流量の調整による炉心出力の制御を
目的として、シュラウド壁と圧力容器壁間のダウンカマ
内で炉水位より下方に給水ジェットポンプを設け、ダウ
ンカマ内の冷却水の一部を圧力容器外に設けた再循環ポ
ンプで昇圧して給水ジェットポンプの駆動水とし、冷却
水を炉心内に循環させていた。

このほかに、圧力容器外に設けた再循環系を取り除き、
給水を駆動、水として給水ジェットポンプを駆動する方
法及び２段ジェットポンプを用いて給水ジェットポンプ
の吐出量の流量を増加する方法などが考えられている。

、更に、従来の原子炉では高温側の主蒸気系からの抽出
蒸気で低温側の給水を加熱するのに、間接的な熱交換が
用いられていた。

なお、例えば特公昭４３−２３１１７号公報及び特開昭
６３−２７５９９２号公報に関連技術が開示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来の技術において、再循環ポンプを使用する方
法は原子炉システムの信頼性の上で十分でなかった。ま
た、給水を駆動水として給水ジェットポンプを駆動する
方法は十分な炉心循環流量が得られず、２段ジェットポ
ンプを用いる方法は１段目ジェットポンプの吐出圧が低
くなり、２段目ジェットポンプを十分に駆動できないた
めポンプ効率の低下がみられた。更に、抽出蒸気と給水
とは間接熱交換であるため熱損失があり、蒸気の運動エ
ネルギーも失われるために効率が低下する問題があった
。

本発明の目的は、沸騰水形原子炉において、より簡単な
構造で冷却水の炉心循環流量を増加させ、かつ出力制御
性を向上させ、更に効率良く給水の加熱と昇圧とを行う
方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、次のようにして達成される。

（１）炉心、炉心を囲むシュラウド、圧力容器及び炉心
で発生した蒸気の流路からなる主蒸気系と、蒸気を凝縮
する復水器、復水を圧力容器内に供給する給水ポンプ及
び給水加熱器からなる給水系と、シュラウドと圧力容器
の各壁間のダウンカマ内に循環水を吸い込む給水ジェッ
トポンプを有する原子炉において、給水ポンプによりダ
ウンカマ内に設けられた給水ノズルから吐出される給水
を駆動水として、ダウンカマ内に延在する抽気管端の蒸
気を吸い込み、この吸い込んだ蒸気の凝縮水と給水との
混合吐出水を駆動水として給水ジェットポンプ内に吐き
出す蒸気吸込ジェットをダウンカマ内の炉水位より下方
で給水ジェットの真上に設けること。

（２）　（１）において、給水ノズルから吐出される給
水を駆動水として循環水を吸い込み、この吸い込んだ循
環水と給水との混合吐出水を駆動水として、蒸気吸込ジ
ェットポンプ内に吐き出す先細形給水ジェットポンプを
給水ノズルと蒸気吸込ジェットポンプとの間に設けるこ
と。

（３）炉心、炉心を囲むシュラウド、圧力容器及び炉心
で発生した蒸気の流路からなる主蒸気系と、蒸気を凝縮
する復水器、復水を圧力容器内に供給する給水ポンプ及
び給水加熱器からなる給水系と、シュラウドと圧力容器
の各壁間のダウンカマ内に給水ジェットポンプを有する
原子炉において、復水器で凝縮した給水を圧力容器内に
注入する給水系の給水ポンプの吐出側と圧力容器との間
の給水系に、給水を駆動水として主蒸気系の蒸気を吸い
込み、この吸い込んだ蒸気の凝縮水と給水との混合吐出
水が駆動水となって給水ジェットポンプ内に吐き出す蒸
気吸込ジェットポンプを設けること。

（４）　（１）　、　（２）又は（３）において、給水
系に、主蒸気系の蒸気を駆動源として給水を吸込水とす
るインジェクタを設けること。

（５）　（４）において、インジェクタを並列に複数基
設けること。

〔作用〕

本発明は、上述のように、冷却水の再循環系を具備しな
い原子炉において、シュラウドと圧力容器の各壁間のダ
ウンカマ内で炉水位より下方に、給水を駆動水として主
蒸気系の蒸気を吸い込む蒸気吸込ジェットポンプを設け
、このポンプからの吐出水を給水ジェットポンプの駆動
水とする構造にしである。このため、給水により蒸気吸
込ジェットポンプ内に吸い込まれた蒸気は蒸気吸込ジェ
ットポンプのど部で凝縮し、この蒸気の運動エネルギー
と熱エネルギーが給水に伝達されるので、給水の速度は
増加する。その後、給水は蒸気吸込ジェットポンプの拡
大部で凝縮及び昇圧され、給水ジェットポンプ内に駆動
水として噴射されるが、このときの駆動水の圧力は蒸気
の運動エネルギー及び熱エネルギーにより、蒸気吸込ジ
ェットポンプへの流入前の給水より昇圧するので冷却水
の炉心循環流量が増加する。更に、給水ジェットポンプ
を多段で使用する場合は、各段の間に蒸気吸込、ジェッ
トポンプを設けることにより、各段の駆動水の圧力が回
復するので、ポンプ効率が低下せずに冷却水の炉心循環
流量が増加する。

また、炉心出力の調整にあたっては、蒸気吸込ジェット
ポンプへの蒸気流量を弁によって減少させると、給水ジ
ェットポンプの粁動水圧が低下し、吐出水量が減少する
。このため、炉心循環流量が減少して炉心における蒸気
体積率が増加し、炉心出力が減少する。このときの炉心
循環流量の最少量は、蒸気吸込ジェットポンプを用いな
い給水ジェットポンプのみの循環流量であり、最大量は
蒸気吸込ジェットポンプで吸い込む蒸気量が最大のとき
の循環流量である。従来のように、給水ジェットポンプ
への駆動水流量によって循環流量を調節する場合は、圧
力容器内への給水全量が決まっているため、給水ジェッ
トポンプ外の圧力容器内に注入する給水の量も同時に調
節する必要があった。また、給水流量の変動に対する炉
心出力の変動も大きかった。これに対して、本発明の場
合は蒸気吸込ジェットポンプへ供給する蒸気流量の変化
に対する炉心流量の変化は緩やかであるので、炉心出力
の変動は比較的小さく、炉心出力の微調整が可能となっ
た。

更に、復水器から給水ポンプへの給水系に、主蒸気系か
らの蒸気を駆動源とするインジェクタを設けたので、給
水中に蒸気を吹き込むことにより、給水は蒸気の運動エ
ネルギーと熱エネルギーを吸収して加速され、インジェ
クタ拡大部で減速および昇圧されて給水ポンプに送水さ
れるようになった。また、従来の熱交換器による加熱が
間接熱交換であったのに対し、インジェクタによる加熱
は直接熱交換であるので、熱効率はほぼ１００％となっ
た。そのほか、給水ポンプの吸込圧力が増加するのでキ
ャビテーションの発生も防止でき、かつインジェクタの
吐出圧は給水ポンプ容量の余裕となっている。なお、給
水温度の設定は主蒸気油気管に設けた弁によって行われ
る。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第７図を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の説明図、第２図は第１
図の要部の模式断面図、第３図は本発明の第２の実施例
の要部の模式断面図、第４図は本発明の第３の実施例の
要部の模式断面図、第５図は本発明の第４の実施例の説
明図、第６図は第５図の要部の模式断面図、第７図は本
発明の第５の実施例の説明図であり、各図とも同一部分
には同一符号を付しである。第１図〜第７図において、
１は圧力容器、２は炉心、３はシュラウド、４はダウン
カマ、５はドライヤ、６は主蒸気管、７は給水管、８は
給水ポンプ、９は給水スパージャ、１０は給水ジェット
ポンプ、１１は蒸気吸込ジェットポンプ、１２は抽気管
、１３，１４．１５はバルブ、１６．１９は給水ノズル
、１７は蒸気吸込ジェットポンプ拡大部、１８は先細形
給水ジェットポンプ、 ２０はタービン、２１は復水器、２２は復水ポンプ、２
３はインジェクタ、２４はインジェクタ用蒸気流量調整
弁、２５は蒸気ノズル、２６はインジェクタ拡大部であ
る。

本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

圧力容器１の炉心２で発生した蒸気はドライヤ５を経て
主蒸気管６に流れる。圧力容器１とシュラウド３の各壁
間のダウンカマ４内部には蒸気吸込ジェットポンプ１１
が設けられている。蒸気吸込ジェットポンプ１１の駆動
水は給水ポンプ８及び給水管７により送水される給水で
あり、この給水によって主蒸気管６の蒸気が抽呂管１２
を通り蒸気吸込ジェットポンプ１１に吸い込まれる。蒸
気吸込ジェットポンプ１１の下流側には給水ジェットポ
ンプ１０が設けられている。給水ジェットポンプ１０の
駆動水は蒸気吸込ジェットポンプ１１からの吐出水であ
り、吸込水はダウンカマ４内の循環水である。

第２図に示すように、給水ノズル１６から蒸気吸込ジェ
ットポンプ１１内に噴射された給水は。

油気管１２から蒸気を吸い込み、蒸気は蒸気吸込ジェッ
トポンプ１１内で凝縮される。このとき、給水は蒸気の
運動エネルギーと熱エネルギーを吸収して加速される。

加速された給水は蒸気吸込ジェットポンプ拡大部１７に
おいて減速および昇圧される。このときの給水の圧力は
、蒸気のエネルギーにより給水ノズル１６に流入する前
より増大する。蒸気吸込ジェットポンプ１１の吐出水を
駆動水とする給水ジェットポンプ１０では、輛動圧力の
増大にともない吸込流量及び吐出流量が増加する。これ
により、炉心２における冷却水の循環流量が増加するこ
とになる。

また、炉心２の冷却水循環流量の調整による出力制御に
ついて以下に説明する。

まず、従来室われていた循環流量の調整方法を、本発明
の一実施例の第１図を用いて説明する。従来の場合は、
第１図において蒸気吸込ジェットポンプ１１がなく、循
環ポンプにより給水ジェットポンプ１ｏに駆動水が吐き
出されるようになっていた。このような構造では、給水
全量は炉心２の出力により決まり、給水ジェットポンプ
１０への駆動水流量のほか、給水スパージャ９などへの
給水流量も同様に変化することになる。このため、ダウ
ンカマ４内と炉心２内の各冷却水の間の密度差に起因す
る循環力の変化が大きくなり、出力の微調整は容易では
なかった。

これに対して、本発明の蒸気吸込ジェットポンプ１１へ
の蒸気供給量を変化させた場合は、給水ジェットポンプ
１０の駆動水圧力を蒸気吸込ジェットポンプ１０が設け
られていないときの通常の圧力から、蒸気吸込ジェット
ポンプ１１の寄与分の圧力の間で微調整することができ
る。したがって、炉心２の出力の変動は比較的小さく、
炉心２の出力微調整が可能となる。以上のことから、本
実施例によれば、冷却水の炉心循環流量を増加する効果
があり、これに伴って炉心２の高出力高密度化が可能と
なるので、原子炉の経済性が向上する効果がある。また
、炉心２の出力を微調整できることにより、更に信頼性
が向上する効果がある。

本発明の第２の実施例を第３図により説明する。

第２図の実施例と異なるところは、第２図の給水ノズル
１６と蒸気吸込ジェットポンプ１１との間に先細形給水
ジェットポンプ１８を設けた点にある。ダウンカマ４内
部には、給水ノズル１６から噴射される給水を駆動水と
して、ダウンカマ４内の循環水を吸い込む先細形給水ジ
ェットポンプ１８が設けられ、この吐出水を駆動水とし
て抽気管１２からの蒸気を吸入する蒸気吸込ジェットポ
ンプ１１が設けられている。更に、この下流側に、蒸気
吸込ジェットポンプ１１の吐出水を駆動水としてダウン
カマ４内の循環水を吸い込む給水ジェットポンプ１０が
設けられている。通常、ジェットポンプを多段に配置し
た場合、前段の吐出圧は駆動水圧よりも低いため、後段
になるほど駆動水圧が減少し、ポンプ効率が低下する。

したがって、ジェットポンプ部における圧損とのバラン
スによって、ジェットポンプの段数には限界が生じる。

本実施例では、先細形ジェットポンプ１８の後段に蒸気
吸込ジェットポンプ１１を設けてあり、これにより先細
形給水ジェットポンプ１８の吐出水圧を増加できるので
、給水ジェットポンプ１゜の駆動水圧の低下が防止され
、高いポンプ効率を維持することができる。給水ジェッ
トポンプ１゜の前段に蒸気吸込ジェットポンプ１１を配
置する構造は、３段以上の給水ジェットポンプにも適用
できる。本実施例によれば、第１の実施例による効果に
加えて、給水ジェットポンプを多段に配置した場合のポ
ンプ効率を向上で守る効果があるので、冷却水の炉心循
環流量を更に増加することができる。

本発明の第３の実施例を第４図により説明する。

本実施例では、圧力容器１の外部に給水管７からの給水
を駆動水として、油気管１２からの蒸気を吸い込む蒸気
吸込ジェットポンプ１１が設けられている。また、ダウ
ンカマ４の内部には、蒸気吸込ジェットポンプ１１の吐
出水を駆動水としてダウンカマ４内の循環水を吸い込む
給水ジェットポンプ１０が設けられている。蒸気吸込ジ
ェットポンプ１１をダウンカマ４の外部に設置すること
により、ダウンカマ４の流動抵抗が減少できるので、ダ
ウンカマ４内の循環流量の低下を防止できる。

また、蒸気吸込ジェットポンプ１１により給水は昇圧さ
れるので、給水ジェットポンプ１ｏの吐出流量が増加で
きる。給水の吐出圧を増加することは、給水ポンプ８の
容量の余裕度が増加できることになり、給水系の信頼性
も向上する。本実施例によれば、第１の実施例による効
果に加えて、ダウンカマ４内の循環水の流動抵抗を減少
できる効果がある。また、給水ポンプ８の容量の余裕度
を増加できる効果がある。

本発明の第４の実施例を第５図により説明する。

本実施例では、タービン２０で仕事をした蒸気は復水器
２１で凝縮され、復水ポンプ２２及び給水ポンプ８によ
って昇圧されて圧力容器１内に注入される。復水器２１
から給水ポンプ８までの給水系に、主蒸気管６からの蒸
気を駈動源として給水を吸い込むインジェクタ２３を設
けている。また、給水加熱量はインジェクタ用蒸気流量
調整弁２４によって調整される。インジェクタ２３は第
６図に示すように、給水管７を流れる給水に、抽気管１
２を通りインジェクタ２３内の蒸気ノズル２５から蒸気
が噴射される。噴射後の蒸気は給水中で凝縮し、そのと
きの運動エネルギーと熱エネルギーが給水に伝達され、
給水は加速される。加速された給水は、インジェクタ２
３内のインジェクタ拡大部２６において減速及び昇圧さ
れ、インジェクタ２３に流入前よりも温度及び圧力が増
加する。

インジェクタ方式の場合、熱効率はほぼ１００％であり
、給水加熱器としては通常の熱交換方式よりもはるかに
効率が良い。また、蒸気の運動エネルギー利用によって
、インジェクタ２３に流入前よりも給水圧力が増加する
ため、インジェクタ２３の吐出水が流入する給水ポンプ
８（第５図参照）においては、この容量の余裕度が増加
するだけでなく、給水ポンプ８の吸込圧の増加によって
キャビテーション防止効果も増大する。インジェクタ２
３に使用する蒸気は、第５図に示す圧力容器１からター
ビン２０及び復水器２１までの主蒸気系から抽気して使
用できる。更に、インジェクタ２３は復水ポンプ２２の
上流側においても配置できる。本実施例によれば、第１
〜３の各実施例による効果に加えて、給水系の熱効率向
上の効果と、給水ポンプ容量の余裕度増加の効果と、こ
れに伴う経済性向上の効果及び給水ポンプにおけるキャ
ビテーション防止による信頼性向上の効果がある。また
、簡単な構造で給水を加熱できるので、従来の給水加熱
用熱交換器と比較して、経済性が大幅に向上する効果が
ある。

本発明の第５の実施例を第７図により説明する。

この実施例は、第４の実施例におけるインジェクタ２３
を給水管７に対して並列に複数基設置したものである。

１基のインジェクタ２３内では、蒸気の凝縮により流量
及び圧力に変動が生じる可能性がある。これに対して、
インジェクタ２３を複数基設置することにより、１基の
インジェクタ２３あたりの流量が減少し、流量及び圧力
の変動が相対的に小さくなる。また、流量及び圧力の変
動がそれぞれ打ち消し合う効果も生じ、給水の流量及び
圧力の変動は減少する。本実施例によれば。

第４の実施例による効果に加えて、給水の流量及び圧力
の変動を減少させることによる信頼性向上の効果がある
。

〔発明の効果〕

本発明の請求項１の原子炉においては、炉心循環流量の
増加によって炉心の小形化が可能であり、原子炉の経済
性が向上する効果がある。また、炉心出力制御性が向上
し、原子炉の信頼性が向上する効果がある。同じく請求
項２においては、上述の請求項１の原子炉の効果に加え
て、炉心循環流量を更に増加できるので経済性が向上す
る効果がある。同じく請求項３においては、上述の請求
項１及び２の原子炉の各効果に加えて、ダウンカマ内の
流動抵抗を減少できるので、炉心が更に小形化され、原
子炉の経済性が向上する。同じく請求項４においては、
上述の請求項１，２及び３の原子炉の各効果に加えて、
給水系の熱効率が増加し、給水ポンプ容量の余裕度も増
加するので、原子炉の経済性が向上する効果がある。ま
た、給水ポンプのキャビテーションを防止できるので、
原子炉の信頼性が向上する効果がある。更に、原子炉給
水系の製造コストを低減できるので、その面においても
経済性が向上する効果がある。同じく請求項５において
は、上述の請求項１，２．３及び４の原子炉の各効果に
加えて、給水系の流量及び圧力の変動を防止できるので
、原子炉の信頼性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の説明図、第２図は第１
図の要部の模式断面図、第３図は同じく第２の実施例の
要部の模式断面図、第４図は同じく第３の実施例の要部
の模式断面図、第５図は同じく第４の実施例の説明図、
第６図は第５図の要部の模式断面図、第７図は同じく第
５図の実施例の説明図である。 １・・・圧力容器、２・・・炉心、３・・・シュラウド
、４・・・ダウン、カマ、６・・・主蒸気管、７・・・
給水管、８・・・給水ポンプ、１ｏ・・・給水ジェット
ポンプ、１１・・・蒸気吸込ジェットポンプ、１６．１
９・・・給水ノズル５１７・・蒸気吸込ジェットポンプ
拡大部、１８・・先細形給水ジェットポンプ、２０・・
タービン、２１・・・復水器、２２・・・復水ポンプ、
２３・・・インジェクタ、２４・・インジェクタ用蒸気
流量調整弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉心、前記炉心を囲むシユラウド、圧力容器及び前
   記炉心で発生した蒸気の流路からなる主蒸気系と、前記
   蒸気を凝縮する復水器、復水を前記圧力容器内に供給す
   る給水ポンプ及び給水加熱器からなる給水系と、前記シ
   ユラウドと前記圧力容器の各壁間のダウンカマ内に循環
   水を吸い込む給水ジェットポンプを有する原子炉におい
   て、前記給水ポンプにより前記ダウンカマ内に設けられ
   た給水ノズルから吐出される給水を駆動水として、前記
   ダウンカマ内に延在する抽気管端の前記蒸気を吸い込み
   、この吸い込んだ蒸気の凝縮水と前記給水との混合吐出
   水を駆動水として前記給水ジェットポンプ内に吐き出す
   蒸気吸込ジェットポンプを前記ダウンカマ内の炉水位よ
   り下方で、かつ前記給水ジェットポンプの真上に設けて
   なることを特徴とする原子炉。 ２、前記給水ノズルから吐出される前記給水を駆動水と
   して前記循環水を吸い込み、この吸い込んだ循環水と前
   記給水との混合吐出水を駆動水として、前記蒸気吸込ジ
   ェットポンプ内に吐き出す先細形給水ジェットポンプを
   前記給水ノズルと前記蒸気吸込ジェットポンプとの間に
   設けてなる請求項１記載の原子炉。 ３、炉心、前記炉心を囲むシユラウド、圧力容器及び前
   記炉心で発生した蒸気の流路からなる主蒸気系と、前記
   蒸気を凝縮する復水器、復水を前記圧力容器内に供給す
   る給水ポンプ及び給水加熱器からなる給水系と、前記シ
   ユラウドと前記圧力容器の各壁間のダウンカマ内に循環
   水を吸い込む給水ジェットポンプを有する原子炉におい
   て、前記復水器で凝縮した給水を前記圧力容器内に注入
   する給水系の前記給水ポンプの吐出側と前記圧力容器と
   の間の給水系に、前記給水を駆動水として前記主蒸気系
   の蒸気を吸い込み、この吸い込んだ蒸気の凝縮水と前記
   給水との混合吐出水が駆動水となつて前記給水ジェット
   ポンプ内に吐き出す蒸気吸込ジェットポンプを設けてな
   ることを特徴とする原子炉。 ４、前記給水系に、前記主蒸気系の蒸気を駆動源として
   給水を吸込水とするインジェクタを設けてなる請求項１
   、２又は３記載の原子炉。 ５、前記インジェクタを並列に複数基設けてなる請求項
   ４記載の原子炉。