JPH04230896A - 出力調整可能な自然循環沸騰水型原子炉 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エネルギ発生装置に関
し、特に、自由表面気水分離を採用した型の自然対流沸
騰水型原子炉に関する。このような原子炉は、典型的に
は核分裂を利用して熱を発生する。本発明の主な目的は
、自然対流原子炉の出力調整を向上させて、例えば、負
荷追従能力を与えることである。

【０００２】

【従来の技術】核分裂原子炉は、例えば、ウラニウム同
位元素（Ｕ２３３，Ｕ２３５）およびプルトニウム同位
元素（Ｐｕ　２３９，Ｐｕ　２４１）のような核分裂性
原子の核分裂に拠っている。核分裂性原子は、中性子を
吸収することにより壊変して、高運動エネルギのより小
さい原子量の原子と幾つかの高エネルギ中性子を生じる
。核分裂生成物の運動エネルギは、熱として速やかに散
逸する。これは、原子炉の主なエネルギ生産である。壊
変中に放出された全中性子中の幾つかは、他の核分裂性
原子に吸収され、壊変連鎖反応および熱発生を引起す。 核分裂原子炉内の核分裂性原子は、壊変連鎖反応が自己
持続できるように配置される。

【０００３】取扱いを容易にするため、核分裂性燃料は
、典型的な場合、例えば、燃料要素内に保持される。 典型的には、これらの燃料要素は耐腐食性被覆を有する
。燃料要素は、燃料バンドル内において、互いに一定距
離でグル―プ化することができる。これらの燃料バンド
ルは、十分な本数まとめられて、自己持続連鎖反応を起
すことのできる炉心を構成する。中性子吸収制御棒が炉
心に挿入されることにより、炉心の反応度が制御される
。炉心の反応度は、制御棒の挿入および引抜きの程度に
より調節することができる。

【０００４】原子炉は、核分裂により発生した炉心から
の熱を移動するのに使用される方法により分類すること
ができる。沸騰水型原子炉においては、水が炉心を通過
する際に水蒸気に変換され、水蒸気は炉心を包囲する原
子炉容器からタ―ビンへ送られて、タ―ビンを駆動し、
タ―ビンは発電機を駆動して電気を発生させる。強制循
環沸騰水型原子炉では、ポンプを使用して、炉心内を上
昇させてから戻り路に沿って炉心の底部へ水を強制的に
循環させる。「キャリオ―バ（ｃａｒｒｙｏｖｅｒ　）
」すなわち分離された水蒸気に巻込まれた水は、乾燥器
により除去される。そして、水蒸気は、原子炉容器から
タ―ビンに接続された導管内へ流出する。分離された水
は、強制循環システムへ戻される。

【０００５】自然対流沸騰水型原子炉（ＮＣＢＷＲ）は
、循環ポンプ系を含まずに冷却材の循環を実現すること
により複雑さを低減する。チムニが、炉心の上方におい
て水蒸気カラム（ｃｏｌｕｍｎ）を支持する。この水蒸
気カラムは、水循環の駆動ヘッドとして機能する。炉心
およびチムニ内を上昇循環する水の少なくとも一部は、
炉心よりも上方に比較的低い圧力ヘッドを形成する水蒸
気へ変換される。水は、原子炉容器とチムニおよび炉心
との間の環状下降部内を下降循環する。下降部内の水は
、炉心およびチムニ領域中の気水混合物よりも比重が大
きい。水は、この比重の違いにより炉心およびチムニ内
を上昇し下降部内を下降するように強制される。

【０００６】自然対流沸騰水型原子炉において、出力調
整は解決困難な問題であった。他の型の原子炉の場合と
同様に、自然対流沸騰水型原子炉のパワ―出力も制御棒
を動かすことにより変化させることができる。しかし、
制御棒を動かすことは、この出力調整方法が控え目に使
用されなければならないほどに燃料要素の被覆を疲労さ
せる。制御棒は、より離れた位置の燃料内においてより
も近接した位置の燃料内において核分裂をより効果的に
抑制する。下方から挿入される制御棒は、該制御棒の上
端の高さよりも低い所にある燃料部分で、より効果的に
核分裂を抑制する。したがって、燃料要素は、制御棒の
上端の高さより低い所にある部分がそれより高い所にあ
る部分よりも温度が高い。これに伴って、燃料要素の被
覆に沿った垂直方向の熱勾配は制御棒の上端の高さに近
い所で最も急峻となる。この熱勾配は、被覆内にかなり
の機械的応力を伴なう。制御棒が動かされる毎に、急峻
な熱勾配は被覆に沿って移動する。これにより、被覆は
疲労する。したがって、制御棒を動かすことは、めった
に行われない総パワ―出力調節には有益であるが、連続
的な実時間パワ―出力調整に対しては実行可能な方法で
はない。

【０００７】強制循環沸騰水型原子炉では、パワ―出力
は、循環系のポンピング速度を制御することにより調整
することができる。水は、効果の高い減速材である。す
なわち、水は高エネルギ中性子を減速して、これら中性
子の吸収の可能性を高める。ポンピング速度を大きくす
ることにより、炉心を流れる水の速度、したがって蒸発
する前のカラム内の水の平均高さが増大する。この結果
、ポンピング速度が大きくなることにより、炉心内で水
の量が増大し、水蒸気の量が少なくなる。ポンピング速
度が小さくなれば、より低い高さの所で蒸発が生じる。 このように、ポンピング速度が増大すると、減速材が多
くなり、したがって連鎖反応が強くなり、発熱が大きく
なり、パワ―出力が増大することを意味する。

【０００８】反応度に対するポンピング速度の変化の効
果は、制御棒を動かすことによって得られる効果よりも
はるかに小さい。このため、ポンピング速度は、制御棒
を利用して設定された総出力レベルを中心として出力を
変更するのに有益である。ポンピング速度の効果が弱い
ことは、被覆上の熱勾配および熱応力に対する影響が小
さくなることを意味する。また、炉心の高さの関数とし
ての水から水蒸気への転移は漸進的である。したがって
、ポンピング速度を変えても、非常に急峻な熱勾配は被
覆に沿って移動しない。したがって、ポンピング速度を
調整することによりパワ―出力を変更しても、燃料要素
の被覆を顕著に疲労させることはない。したがって、ポ
ンピング速度は、強制循環沸騰水型原子炉においてパワ
―出力を制御するのに連続的に使用することができる。

【０００９】定義によれば、自然対流沸騰水型原子炉は
、再循環ポンプを欠き、したがってパワ―出力をポンピ
ング速度の関数として制御することができない。ある程
度の調整は、原子炉容器からタ―ビンに至る水蒸気路の
弁を調節することにより行うことができる。この弁を閉
じることによりタ―ビンに到達する水蒸気を減少させ、
タ―ビンに対する駆動力を減少させ、これにより発電機
に対する駆動力を減少させる。しかし、この弁を閉じる
ことにより、原子炉容器内の圧力増大も生じる。この圧
力増大により、閉じられる弁をより多くの水蒸気が通過
しようとすることになり、最初のパワ―減少効果が低減
する。このように正味の効果が制限されているので、自
然対流沸騰水型原子炉では有益な負荷追従能力が得られ
ない。他の欠点は、原子炉容器内圧力の増大が安全性の
点で問題になることである。

【００１０】自然対流沸騰水型原子炉の負荷追従能力の
欠如は、現存の設計が原子力発電所および非原子力発電
所から成るより大きなネットワ―クの一部であるため、
実際上回避されて来た。化石燃料発電所の出力は容易に
調整できるため、原子力発電所は常に全出力で運転する
ことができる。総パワ―出力は化石燃料発電所で調節さ
れる。しかし、全発電能力が消費者によって常に消費さ
れないほど大きなパワ―出力を持つ自然対流沸騰水型原
子炉が開発されつつある。そこで、燃料要素を顕著に疲
労させることなく、安全にかなり広い負荷追従能力範囲
を与える改善されたパワ―出力調整手段が必要となる。

【００１１】

【発明の概要】本発明によれば、循環水または他の循環
冷却液に混入する水蒸気または他の蒸気を捕集するため
に蒸気トラップが配置されている。タ―ビンを駆動する
のを補助するために、このように捕集された蒸気を送給
する補助蒸気路が設けられる。補助蒸気路中の弁は、原
子炉システムの動力出力が規制され得るようにキャリア
ンダ（ｃａｒｒｙｕｎｄｅｒ）排出流量を調節する。

【００１２】本発明を組込んだ原子炉は、原子炉容器お
よびその内装品を含む。内装品には、炉心、蒸気を上方
へ案内して自由表面気水分離を促進し且つ自然対流循環
のための駆動ヘッドを支持するチムニ、およびチムニを
出た流体を炉心の下方へ戻す下降部が含まれる。チムニ
上端から出た水蒸気は、原子炉容器内の水の中を上昇し
て、原子炉容器上端にある蒸気ノズルから排出される。 乾燥器列は、水蒸気に混入した水を捕集し、捕集した水
を再循環流へ戻すように、原子炉容器上端の近くに配置
することができる。

【００１３】出口を通じての原子炉容器からの水＋蒸気
の正味損失が存在するので、原子炉容器内の水を補給す
る手段が備えられている。

【００１４】上記水の補給は、通常、過冷された戻り水
を下降部全周に配給する給水スパ―ジャを通して注水す
る供給ポンプを含む流体処理系を使用して、タ―ビンか
らの復水を戻すことにより行われる。

【００１５】原子炉容器内を炉心を通して再循環する水
流内に混入した蒸気を指す「キャリアンダ」は、自然対
流沸騰水型原子炉の性能に悪影響を及ぼす。キャリアン
ダは、給水スパ―ジャを通して行われる過冷を損う虞が
あるほどに単位質量当りの熱エネルギが大きい蒸気泡か
ら成る。キャリアンダが炉心内を上昇するので、炉心入
口の温度が高くなり、再循環流体の沸騰が早くなる。沸
騰が早くなることにより、炉心内の水蒸気ボイドが大き
くなる。水蒸気ボイドが大きくなることにより、水蒸気
ボイドが小さい場合に比べて燃料バンドルによる圧力降
下が不可逆的に大きくなる。この効果は、水蒸気ボイド
が大きくなると再循環流量を絞る傾向があるので、駆動
ヘッドが高くなるにも拘らず増幅される。これらの不可
逆的なヘッド損失は、チムニの高さをより高くすること
により設計段階で補償することができる。しかし、これ
により、原子炉容器は大きくなり、原子炉のコストが顕
著に増大する。

【００１６】一般的に、キャリアンダは、原子炉運転に
とってマイナスの要因と見なされる。キャリアンダは、
駆動ヘッドに悪影響を及ぼし冷却材循環を阻害する。し
たがって、自然対流沸騰水型原子炉の設計は、キャリア
ンダを最小化するのを目指さなければならなかった。本
発明は、キャリアンダを最小化すると共に、キャリアン
ダを利用して、従来このクラスの原子炉で出来なかった
程度のパワ―出力調整を行うことである。

【００１７】本発明の考案中において、チムニから出る
大部分の気泡が主として原子炉容器の壁の方へ径方向外
方へ移動することが判明した。一般的に大きい気泡は、
上昇するように重力により強制されて、再循環流から脱
出する。小さい気泡は、再循環流により下降部内へ押し
流され易い。中間寸法の気泡に対しては、重力と流れと
が相互に作用して、これらの気泡の主たる運動がチムニ
から原子炉容器の壁の方へ外向きとなる。

【００１８】本発明は、トロイド形の蒸気コレクタ、お
よび下方へ延びた複数本の管または他のチャネル手段を
含む蒸気トラップを使用する。上記管は、原子炉容器の
側壁に沿って下降部内へ延びている。上記側壁に達した
キャリアンダ（水蒸気の泡）は、下降部の冷却材流れの
うち最も強力な流れの外にある。そのとき上記管に捕捉
された水蒸気は、上記管内を上昇して、トロイド形の蒸
気コレクタ内へ進入する。捕集された水蒸気は、補助導
管によってタ―ビンへ送ることができる。気泡が継続的
に脱出するので、下降部内の水蒸気の体積も小さくなり
、キャリアンダも少なくなり、炉心内のボイドも小さく
なり、炉心において発生するパワ―も大きくなる。

【００１９】パワ―出力が過大なときは、補助導管中の
パワ―調整弁を部分的に閉じることによりパワ―出力を
減少させることができる。上記弁を閉じることにより、
タ―ビンに達する水蒸気量を減少させ、これにより原子
炉のパワ―を直接減少させる。また、上記弁を閉じるこ
とにより、水蒸気トラップを通って逃げるキャリアンダ
の量を減少させる。これによるキャリアンダの増大は、
炉心でのパワ―出力を低下させる。この結果、タ―ビン
へ送給されるパワ―が減少する。

【００２０】炉心で発生するパワ―が減少するので、原
子炉容器内の圧力増大に伴う問題はない。この結果、主
蒸気路の弁を調節することにより出力を調整する場合の
主な欠点が、避けられる。

【００２１】このように、本発明は、キャリアンダを減
少させ、実際の負荷追従に適したパワ―出力調整を行え
るようにすることである。パワ―出力調整範囲の多くは
、蒸気トラップによるキャリアンダの減少により与えら
れる出力改善の余裕内にある。したがって、負荷追従能
力は、大部分「無償」で達成される。これらの改善は、
原子炉容器の寸法を増大せず、水の体積流量を減らすこ
となく、または原子炉容器の複雑さを不適当なまでに増
大させることなく達成される。本発明の上記特徴、他の
特徴および利益は、図面を参照した以下の記載より明ら
かである。

【００２２】

【実施例の説明】図１に示されているように、発電装置
１００は、原子炉装置１０２、タ―ビン１０４、発電機
１０６および流体処理部１０８を含む。原子炉装置１０
２は、原子炉容器１１０およびその内装物（例えば、炉
心１１２、チムニ１１４および乾燥器１１６）を含む。 原子炉容器１１０は、円筒形の器壁１１８、半球状頂部
１２０および半球状底部１２２を有する。原子炉容器１
１０は、運転のため常時達成される公称水位１２４を有
する。炉心１１２およびチムニ１１４は、主として水没
するように公称水位１２４よりも下方にある。乾燥器１
１６は、原子炉運転中、主として水蒸気中にあるように
、公称水位１２４よりも上方にある。下降部１２６は、
原子炉器壁１１８とチムニ１１４および炉心１０２との
間に延びている。下降部１２６は、矢印１２７で示され
ているように、原子炉容器１１０内で再循環する水の戻
り路として機能する。

【００２３】水蒸気は、原子炉装置１０２から蒸気ノズ
ル１２８および原子炉容器１１０の頂部１２０を通って
、主蒸気流量制御弁１３２を含む主蒸気路１３０に送ら
れる。主蒸気流量制御弁１３２は、メンテナンス中、原
子炉装置１０２からタ―ビン１０４を切り離すのに使用
される。上述した通り、例えば、主蒸気流量制御弁１３
２のような主蒸気路中の弁は、原子炉容器１１０内での
圧力増大のため有益な負荷追従を行えない。タ―ビン１
０４は、軸１３４により発電機１０６を駆動する。タ―
ビン１０４内の復水は、水路１３５を介して流体処理部
１０８へ流れる。

【００２４】流体処理部１０８は、復水の収集、戻り水
の予熱、および給水路１３６を通って下降部１２６内の
給水スパ―ジャ１３８にポンプで戻り水を供給すること
を含む各種の従来機能を有する。給水スパ―ジャ１３８
は、給水が再循環流体内に進入することによりキャリア
ンダを除去するための水平方向に向けられた多数のノズ
ルを含むトロイド体である。戻り水は、原子炉容器１１
０からタ―ビン１０４へ向けて失われた分を補給する。

【００２５】本発明は、下降部１２６からキャリアンダ
水蒸気を除去し、この除去された水蒸気を補助蒸気路に
よりタ―ビン１０４に送るようにしたものである。発電
機１０６の出力は、補助蒸気路を通って流れる水蒸気流
を制御することにより調整することができる。蒸気トラ
ップ１４０は、器壁１１８の近くに配置されている。図
１および図２に示されているように、蒸気トラップ１４
０は、ド―ナツ形の蒸気コレクタ１４２、２１本の蒸気
管１４４、および３本のドレイン管１４６を含む。２４
本の管１４４および１４６は、図２に示されているよう
に、原子炉容器１１０内において円形状に配列されてい
る。全ての管は、ステンレス鋼で作られ約７．６２ｃｍ
（３インチ）の内径を有する。各蒸気管１４４は、下降
部１２６内に入口１４８を有する。各入口１４８は、矢
印１４９で示されているように、径方向に流れる水蒸気
を捕捉するために、より大きな面積を持つように斜面に
なっている。各ドレイン管１４６は、矢印１５１で示さ
れているように、ドレン水を下降部１２６に戻すことが
できるように出口１５０を下降部１２６内に有する。

【００２６】補助蒸気路は、蒸気路１５２、補助乾燥器
１５４、および他の蒸気路１５６を含む。ドレン路１５
７は、補助乾燥器１５４を流体処理部１０８に接続する
。蒸気路１５６は、Ｔ型継手１５８において主蒸気路１
３０と結合する。二方向弁１６０は、水蒸気を蒸気路１
５６から蒸気路１６２へそらすことにより、補助水蒸気
流が主蒸気路１３０に流れる主蒸気流と混合する前にタ
―ビン１０４に達するようにする。二方向弁１６０は、
蒸気路１３０および１５６の相対圧力に従って設定され
る。相対圧力がほぼ同一のときは、二方向弁１６０は、
補助水蒸気流が蒸気路１５６に沿って流れて主蒸気流と
混合するようにする。蒸気路１５６の圧力が主蒸気路１
３０の圧力よりも顕著に低いときは、二方向弁１６０は
、補助水蒸気流を蒸気路１６２に沿った方向に向けるよ
うに設定される。蒸気路１６２は、多段タ―ビン１０４
の後段側に水蒸気を導入する。上記後段では、主蒸気流
の圧力は低下して圧力差が減少する。二方向弁１６０の
目的は、主水蒸気流および補助水蒸気流が合流するとき
、これらの水蒸気流の圧力がほぼ同一となるようにして
主蒸気流が補助水蒸気流を逆流させるのを防止すること
である。

【００２７】補助蒸気路の一の利点は、キャリアンダの
減少、およびこれに伴う発電装置１００の発生出力の増
大である。蒸気トラップ１４０および補助蒸気路は、下
降部１２６からキャリアンダ水蒸気を除去する。下降部
１２６からキャリアンダ水蒸気を除去することにより、
水流に使用可能となる下降部の断面積が増大し、これに
より、下降部内を下降し炉心内を上昇する水の体積流量
が増大する。また、下降部からキャリアンダを除去する
ことにより、炉心に進入する水蒸気の量を減少させる。 炉心に進入する水の体積が増大し、炉心に進入する水蒸
気の量が減少することにより、炉心内のボイドが小さく
なる。ボイドが小さくなることにより、中性子の減速が
多くなり、一定の制御棒位置に対して炉心のパワ―出力
が大きくなる。これにより、最大原子炉出力が大きくな
り、一定の出力レベルにおける燃料寿命が長くなる。

【００２８】本発明によれば、パワ―出力調整は、補助
流量制御弁１６４により行われる。補助流量制御弁１６
４を閉じることにより、タ―ビン１０４を駆動するのに
使用可能な水蒸気を直接に減少させ、これにより発電機
１０６の出力を低減する。また、補助水蒸気流量を減少
させることにより蒸気トラップ１４０からの水蒸気流量
を制限し、水蒸気トラップ内の圧力を増大させる。これ
により、管１４４へのキャリアンダ水蒸気の流量を減少
させる。より多くのキャリアンダ水蒸気が下降部１２６
内に残留することにより、水の体積流量が減少し、より
多くのキャリアンダ水蒸気が炉心内へ押し流される。こ
れらの効果は、いずれも炉心内のボイドを大きくし、そ
れによって炉心内のパワ―発生を減少させる。弁１５４
を開くことにより、これとは逆の効果が生じ、炉心１１
２のパワ―出力を増大させる。

【００２９】補助流量制御弁１６４を閉じる効果は、主
蒸気流量制御弁１３２を閉じる効果と対比することがで
きる。弁１３２および１６４のいずれかを閉じることに
よりタ―ビン１０４を駆動する水蒸気が直接的に減少し
、これにより発電機１０６の出力が減少する。しかし、
補助流量制御弁１６４を閉じることにより、炉心１１２
において発生するパワ―をも同様に迅速に減少させ、発
電機１０６の出力を対応して低下させる。これにより、
主蒸気流量制御弁１３２が閉じられたときに問題となる
圧力増大が実質的に回避される。

【００３０】補助流量制御弁１６４は、選定されたパワ
―出力を維持するように、または選定された負荷もしく
は時間の関数としてパワ―出力を調節するように設定す
ることができるコントロ―ラ１６６により制御される。 運転員は、コントロ―ラ１６６の設定を調節することが
でき、または補助流量制御弁１６４を調節して、直接、
原子炉運転に影響を与えることができる。コントロ―ラ
１６６は、制御ライン１６８により補助流量制御弁１６
４に接続されて所望の制御を行う。コントロ―ラ１６６
は、該コントロ―ラ１６６が発電機１０６の出力変化お
よび／または発電機１０６の負荷に応じて補助流量制御
弁１６４を調節することができるように、デ―タライン
１７０により発電機１０６に接続されている。

【００３１】図２に示されているように、チムニ１１４
は、４群、すなわち中央の第１群２０１、第２群２０２
、第３群２０３および周辺の第４群２０４を構成する４
５個のチムニ部分を含む。チムニ部分のうち大部分は、
正方形横断面を有する。第４群２０４は、幾つかの２分
の１サイズの部分を含む。これら２分の１サイズの部分
により、チムニ１１４が原子炉容器１１０の器壁１１８
に順応することができる。

【００３２】図１に示されているように、第１群２０１
は、残りの４４個の部分よりも高い１個のみの部分を含
む。第１群２０１の高さは、第１群の高さ、すなわち長
さを定め、これはまた、チムニの高さ、および下降部１
２２の最高到達距離をも定める。第２群２０２は、第１
群２０１の１個のみの部分よりも径方向外側にあり、か
つこれに隣接する８個の部分を含む。これら８個の第２
群部分は、第１群の高さより低く残りの周辺側部分の高
さよりも高い第２群の共通高さを共有する。第３群２０
３は１６個の部分を含む。これらの第３群部分は、第２
群２０２から径方向外方へ向うとともに、これに隣接し
、第２群の高さよりも低い第３群の共通高さを共有する
。第４群２０４は、第３群２０３から径方向外方へ向う
とともに、これに隣接する２０個の部分を含む。第４群
２０４の部分は、第３群高さよりも低い第４群の共通高
さを共有する。各群は、他と異なる高さを有するので、
チムニ１１４は食違い形と言われる。

【００３３】図１に示されているように、第２群の高さ
と第１群の高さとの差は、第３群の高さと第２群の高さ
との差よりも小さい。同様に、第３群の高さと第２群の
高さとの差は、第４群の高さと第３群の高さとの差より
も小さい。換言すれば、チムニ１１４の食違いは、その
中心軸から離れるにつれて急峻となる。

【００３４】蒸気コレクタ１４２は、チムニ１１４の上
端の高さよりも上方に配置されている。蒸気管入口１４
８は、第４群２０４のほぼ上端の高さまたは該上端の高
さよりも上方に配置されている。ドレン管１４６は、ド
レン出口１５０が給水スパ―ジャ１３８よりも下方にあ
るように、下降部１２６内へ十分下方に延びている。ド
レン管１４６からは、水蒸気がほとんど排出されないの
で、ドレン管出力を冷却するために給水スパ―ジャ１３
８から出た冷却材を使用する必要がない。

【００３５】発電機１０６が計画されたものよりも大き
い出力値をフィ―ドバックするとき、補助流量制御弁１
６４は絞られる。補助蒸気路の流路面積は直ちに低減さ
れ、これによりパワ―出力が減少する。また、補助流量
制御弁１６４を絞ることにより、蒸気路１５２内の圧力
が増大し、蒸気コレクタ１４２からの流れは遅延される
。これにより、下降部のより多くの部分が水蒸気泡によ
り通行妨害されるほどに、下降部１２６からの水蒸気の
流出が遅らされる。これにより、チムニ１１４およびダ
ウンカマ１２６間の圧力差も減少される。これらの両効
果、すなわち水蒸気の流出の遅延と下降部の妨害の増大
とにより、循環比が低下する。循環比が小さくなること
により、炉心１１２内のボイドが大きくなるように炉心
１１２内で水が蒸発する時間が長くなる。このため減速
が少なくなり、したがって核分裂が減少する。熱の発生
が少なくなることにより、タ―ビン１０４、したがって
発電機１０６へ送られるエネルギが少なくなる。

【００３６】発電機１０６からのフィ―ドバックがコン
トロ―ラ１６６に出力が少なすぎることを通報すること
により、補助流量制御弁１６４は開かれる。補助蒸気路
を通ってタ―ビン１０４へ送られる水蒸気が多くなるこ
とにより、直ちに出力増大が生じる。また、キャリアン
ダが減少されることにより、炉心１１２によって発生さ
れる熱が増大する。

【００３７】第１群２０１と同一の高さを有する非食違
いチムニに対して、食違いチムニ１１４は、第４群２０
４の上方に下降部１２２内に追加の再循環容積を与える
。気水分離に使用できる時間を増大させる下降部１２２
上端の上記追加再循環容積は、キャリアンダを減少させ
、管１４４および１４６を収容する。このように、食違
いチムニ構造は、それ自体の特性によりキャリアンダを
減少させるだけでなく、下降部１２６を制限することな
く蒸気トラップ１４０のための空間をも与える。このよ
うに、食違いチムニ１１０の使用と蒸気トラップ１４０
との間には、相乗作用が存在する。

【００３８】図示された実施例についての各部寸法は、
およそ次の通りである。チムニの高さは、群２０１〜２
０４についてそれぞれ３００ｃｍ、２９０ｃｍ、２６５
ｃｍおよび２２５ｃｍである。第１群２０１と第２群２
０２との間の高さの差は１０ｃｍであり、第２群２０２
と第３群２０３との間の高さの差は２５ｃｍであり、第
３群２０３と第４群２０４との間の高さの差は４０ｃｍ
である。これは、周辺に向かって漸次急となる食違いに
対応する。正方形横断面の各辺は２５ｃｍであり、第４
群２０４の一側から反対側までの長さは１７５ｃｍであ
る。原子炉容器１１０の高さは約１２ｍであり、原子炉
容器１０２の直径は約２．８ｍである。炉心１１２の高
さは１９０ｃｍであり、上端１０ｃｍは無効部分である
。炉心１１２の一側から反対側までの長さは約１８０ｃ
ｍである。炉心１１２は８角形横断面を有し、その土台
は原子炉容器底部１２２の中心から２．４ｍ上方にある
。これらの寸法は、オランダのド―デワ―ドにある６０
メガワット原子炉の寸法に対応する。原子炉容器１１０
はステンレス鋼被覆の炭素鋼で作ることができ、チムニ
１１４はステンレス鋼で作ることができる。

【００３９】図１から明らかなように、食違いは、水蒸
気が再循環水の流れから分離するためのより大きな容積
を与える。群２０２〜２０４の上端と中央の第１群２０
１の上端により定まるレベルとの間の全空間は、気水分
離のために使用できる容積に追加される。また、種々の
群から出た流れの大部分は結合されない。最外側の第４
群２０４から出た流れは、径方向内側の群２０１，２０
２および２０３の複合流れにより径方向外方へ押し流さ
れる前に、かなりの距離を上昇し続けることができるこ
とに留意しなければならない。この追加上側クリアラン
スは、第４群２０４の重要な気水分離時間を与える。２
つの最外側群である第３群２０３および第４群２０４間
の相対的に急な段差は上記利点を更に強める。また、食
違いは、第２群２０２および第３群２０３に対して非結
合および追加の気水分離時間を与える。また、中央の第
１群２０１から出た流れは、チムニ１１４外の全容積の
増大により追加の気水分離時間を有する。

【００４０】他方、同一の方法で、食違いは、キャリオ
―バを減少させる。第４群２０４の上端と公称水位１２
４との間で使用できる高さが増大するので、水が原子炉
容器１１０の頂部１２０に向う水蒸気流から分離するの
に利用できる気水分離時間が増大する。これは、程度は
落ちるが有意な程度で中間の第２群２０２および第３群
２０３の部分に当てはまる。

【００４１】キャリオ―バの一層の減少は、チムニ１１
４に対して相補的な形で垂直位置が食違った乾燥器を使
用することにより達成される。乾燥器１１６は、３個の
環状乾燥器要素を含む。中央乾燥器要素は、最も高く、
チムニ１１４の食違いにより最小キャリオ―バの利点が
与えられる群でもある第１群２０１の真上にあるもので
ある。換言すれば、食違いチムニ１１４が第１群２０１
の上端と公称水位１２４との間の距離を増大しないのに
対して、食違い乾燥器１１６は、公称水位１２４と第１
群２０１の真上にある中央乾燥器要素との間の距離を増
大させる。乾燥器１１６の食違いも、また、中間位置乾
燥器要素の位置が高くなることによる利益を与える。周
辺乾燥器要素は、従来の乾燥器の高さの位置にあるが、
公称水位１２４上の追加の気水分離空間を最も少なくし
か必要としない周辺の２つの第３群２０３および第４群
２０４の真上にある。したがって、食違い乾燥器１１６
は、蒸気出力からの水の分離を増強するとともに、気水
分離を最も必要としているところで気水分離を行うよう
に上記分離増強を配分する。

【００４２】新規のチムニ形状は、炉心１１２からの伝
熱の分布をも改良する。炉心１１２は、従来の炉心なの
で、その中央においてより大きい出力を発生し、周辺に
向ってより小さい出力を発生する。最適な熱除去は、炉
心中央からより速く熱が除去され、炉心周辺からより遅
く熱が除去されるのでなければならない。これは、炉心
と水との間において、炉心中央の熱束が増大することに
より、従来の自然循環沸騰水型原子炉内において或る程
度生じる。しかし、この温度差効果は、炉心全体の最適
伝熱分布を与えるには十分でない。

【００４３】本発明の構造は、炉心中央を通してより速
く水を強制移動させることにより、最適伝熱分布に一層
接近するものである。例えば、第１群２０１は、他の部
分よりも高いので、より高い水蒸気カラムを支持する。 水蒸気カラムが高くなる結果、炉心１１２およびチムニ
１１４を通過する流体と下降部１２６内の水との間の圧
力差が大きくなる。圧力差が大きくなる結果、第１群２
０１とその真下にある炉心中央とを通る流体流れの速度
は大きくなる。他方、最外側の第４群２０４の部分は、
相対的に短い水蒸気カラムを支持する。この結果、圧力
差は小さくなるとともに、チムニ周辺部分とその下方の
炉心周辺領域とを通過する流体流れの速度は小さくなる
。これにより、流量差は、群２０１〜２０４間の比重差
間の差を補足し、炉心１１２からの伝熱を増大させる。 また、キャリアンダが減少することにより、再循環水の
炉心からの除熱能力をも増大させる。

【００４４】したがって、食違いチムニ構造と組合わせ
て蒸気トラップ１４０を設けることにより、キャリアン
ダを減少させ、キャリアンダの調節によるパワ―出力調
整を行う。最大装置効率および最大装置出力が増大し、
パワ―出力調整が行える。

【００４５】本発明は、上述した以外の多数の実施態様
を含む。蒸気トラップは、好適な実施例の場合と同様な
一連の蒸気管、または原子炉容器壁から隔置されたシュ
ラウドまたはライニングを含むことができる。シュラウ
ドは、１本のみの蒸気チャネルを構成することができ、
または複数本のチャネルを構成するように分割すること
ができる。放出構造物は、原子炉容器壁に溶接し、また
は他の手段で取付けることができる。他の実施例におい
ては、複数本の蒸気管は、一体として、原子炉容器壁に
取付けられる枠体に取付けることができる。この構成は
、保守のために原子炉容器の内装物に近づくことを容易
とする。

【００４６】各種の寸法、材料およびパワ―能力が可能
である。以上原子炉として示した反応炉は必ずしも原子
炉であること、または発電用であることは必要でない。 炉心は、核分裂、融合または熱を発生するための他のプ
ロセスを利用することができる。反応炉から生じた熱は
、中間変換しないで他の目的に利用することができる。 水に加えて、または水の代りに他の冷却材を使用するこ
とができる。反応炉容器からの伝熱に使用される水蒸気
または蒸気は、反応炉容器内の流体を補給するために再
収集し戻すことができる。他の実施例によれば、補給は
、部分的にまたは専用の流体源によって全体的に行うこ
とができる。本発明は、食違い乾燥器を使用して（また
は使用しないで）および食違いチムニを使用して（また
は使用しないで）実施することができる。反応炉容器は
、他の形状を有することができる。例えば、頂部および
底部は、半球状である必要がなく、反応炉容器壁の直径
は、該容器の高さ全体に亘って一定である必要がない。 上述された実施例に対する上記および他の変形例が本発
明により可能であり、本発明の特許請求の範囲は上記を
考慮して定められるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発電装置の概略立面図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【符号の説明】

１００　　発電装置 １０２　　原子炉装置 １０４　　タ―ビン １０６　　発電機 １０８　　流体処理部 １１０　　原子炉容器 １１２　　炉心 １１４　　チムニ １１６　　乾燥器 １２４　　公称水位 １２６　　下降部 １３０　　主蒸気路 １３８　　給水スパ―ジャ １４０　　蒸気トラップ １４２　　蒸気コレクタ １４４　　蒸気管 １４６　　ドレイン管 １５４　　補助乾燥器 １６０　　二方向弁 １６４　　補助蒸気流量制御弁 １６６　　コントロ―ラ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉装置において、側壁および頂部
   を有する原子炉容器であって、上記頂部が当該原子炉容
   器内で発生した蒸気を出力する蒸気出口を有し、当該原
   子炉容器がその中に液体を入力する液体入口を有すると
   共に公称液位を有し、かつ軸方向および径方向を規定し
   ている原子炉容器と、熱を発生する炉心であって、上記
   原子炉容器内の上記公称液位の下方に配置され、当該炉
   心を通過する液体を蒸気に変換する炉心と、自由表面気
   液分離および上記炉心を通過する上記液体の対流を促進
   するように、上記原子炉容器内において上記炉心と上記
   公称液位との間に配置されたチムニと、上記公称液位の
   上方において自由表面気液分離された蒸気を目的個所へ
   移動させる主移動手段と、上記チムニを出た液体を上記
   炉心へ戻す通路を構成する下降部であって、上記炉心と
   上記チムニとの全体の軸方向範囲に亘って軸方向に延び
   ると共に上記炉心および上記チムニから上記側壁まで径
   方向に延びている下降部と、上記下降部からの蒸気の排
   出のために設けられ、上記下降部内に少なくとも１個の
   入口と上記下降部の上方に少なくとも１個の出口とを有
   するトラップ手段と、上記トラップ手段と流通していて
   上記トラップ手段から上記目的個所へ加熱された流体を
   移動させる補助移動手段と、比較的一定の液位を上記原
   子炉容器内の上記公称液位に維持するように、上記原子
   炉容器から上記目的個所へ移動された流体に代る液体を
   供給する補給手段であって、上記液体入口を通じて上記
   原子炉容器と流通している補給手段と、蒸気が上記トラ
   ップ手段から排出される速度を調整する弁手段とを含み
   、原子炉装置のパワ―出力を上記弁手段の調節により調
   整可能とした原子炉装置。
2. 【請求項２】　　上記目的個所にはタ―ビンおよび発電
   機が配置されており、上記タ―ビンは、該タ―ビンが駆
   動されたとき上記発電機が電気を発生するように上記発
   電機に接続され、上記主移動手段および上記補助移動手
   段は、上記タ―ビンへ蒸気を移動させることにより上記
   タ―ビンを駆動する請求項１記載の原子炉装置。
3. 【請求項３】　　上記発電機は、上記弁手段が上記発電
   機のパワ―出力の関数として調節されて所定のパワ―出
   力レベルを維持するように、上記弁手段に結合されてい
   る請求項１記載の原子炉装置。
4. 【請求項４】　　上記トラップ手段は、蒸気捕集カラ―
   と、該蒸気捕集カラ―から下方へ延びる円形配列の複数
   本の管とで構成されている請求項１記載の原子炉装置。
5. 【請求項５】　　上記管の入口がそれぞれ食違う高さの
   所に位置している請求項２記載の原子炉装置。
6. 【請求項６】　　上記チムニは複数の群の垂直に延びた
   部分から成り、これらの群は、他の一群に対して径方向
   外側に配置された一群が該他の一群よりも短くなるよう
   に、互いに対して径方向に配置されている請求項１記載
   の原子炉装置。