JPH04259894A - 自然循環型の沸騰水型原子炉 - 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】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は自然循環能力を確保しな
がら過渡時の炉内水位の低下を抑制するように構成した
自然循環型の沸騰水型原子炉に関する。

【０００３】

【従来の技術】自然循環型の沸騰水型原子炉は気水分離
器を必要とせず、また冷却材を循環させるポンプも必要
としないので中小型原子炉として注目されている。

【０００４】従来のこの種の原子炉について図５により
説明する。図５において、原子炉圧力容器１内にはシュ
ラウド２が配設されている。このシュラウド２の上方は
開放され、内部には炉心３が収容されている。この炉心
３は燃料集合体４と制御棒５を格子状に配列して構成し
ており、炉心３の上部は上部格子板６で、下部は炉心支
持板７によって支持されている。なお、前記制御棒５は
前記炉心３の下方に配設された制御棒案内管８内を収納
自在に移動する構成になっている。この制御棒案内管８
の下部には前記制御棒５を駆動させる制御棒駆動機構９
および制御棒駆動機構ハウジング１０が配設されている
。 前記シュラウド２の上部には炉心３で発生した湿分の多
い蒸気から湿分を取り除く蒸気乾燥器１１が配設されて
いる。さらにシュラウド２の側部には給水スパージャ１
２が配設されている。

【０００５】以上の構成において、ＢＷＲの図５中矢印
で示す循環流の駆動力は炉心３下端から上方のシュラウ
ド２内外の冷却材の密度差によって得られる。このシュ
ラウド２内における冷却材の密度差は、炉心３から発生
する熱によって冷却材が水−蒸気の気液二相流になり、
蒸気分の密度の低減によって生ずる。従って、炉心３の
下端からシュラウド２の上端までの距離が大きいほど、
大きな駆動力が得られる。なお、炉心３から下方ではシ
ュラウド２の内外で冷却材の密度差が生じないので、駆
動力には寄与しない。

【０００６】通常水位の設定は通常運転時の必要な炉心
流量を確保すると共に主蒸気隔離弁（図示せず）閉鎖等
の過渡時に気相部の圧力上昇により冷却材中の気泡がつ
ぶれ水位が低下した場合でも、その水位がシュラウドの
上端から上方にあり、自然循環流が断たれることなく、
炉心の冷却が可能となるように水位１２の位置に設定さ
れている。すなわち、シュラウド上端から上方の冷却材
は自然循環流の駆動力に寄与しないため、シュラウド上
端が水没していないとシュラウド上端から外側面に冷却
材が流入せず、循環流の流れが断たれ炉心の冷却が困難
となる可能性がある。

【０００７】また、特開平１−１１９７９８号公報に記
載されているように自然循環能力の向上と、炉心の蒸気
泡キャリアンダー防止のために、シュラウドつまりチム
ニーの上端全周にわたり上方に向うに従い流路面積が減
少するような傘状バッフルを設けた自然循環型原子炉が
知られている。

【０００８】さらに、特開平　２−５９６９７号公報に
記載されているようにシュラウドを上部チムニーと下部
チムニーとに分割して設け、通常運転時の自然循環流路
の他に過渡変化時の原子炉水位が低下した場合に自然循
環流路を確保した自然循環型原子炉も知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】自然循環型の沸騰水型
原子炉の自然循環特性はダウンカマとチムニー間の水頭
差と、炉心およびチムニー内の二相圧力損失で決まる。 従って、従来のこの種の原子炉では自然循環流量を確保
するために大きなチムニーを採用して通常運転時や過渡
変化時の自然循環能力の確保について考慮しているが、
過渡時の水位の低下防止については考慮されていない。 すなわち、従来の自然循環型原子炉では大きなチムニー
の採用は水頭差を増加し圧力損失を減少させるため、自
然循環流量の確保の観点から利点である。しかしながら
、チムニー内の流れが多次元的になり、自然循環特性が
悪化すると共に高ボイドのチムニー領域の体積が大きい
ことから出力低下を伴う過渡時に炉内水位の低下が大き
くなる課題がある。また、詳細な熱水力解析コードでも
自然循環型原子炉の過渡時の水位低下幅が大きいことが
示されており、水位設定点の適切な設定が重要な課題と
なっている。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、チムニーを採用している自然循環型原子炉で
自然循環流量を確保しながら過渡時の炉内水位の低下を
抑制し得る自然循環型の沸騰水型原子炉を提供すること
にある。 ［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は原子炉容器と、
この原子炉容器内に配置された炉心と、この炉心を囲ん
で上方に延設した下部チムニーと、この下部チムニーの
上端に接続された該下部チムニーより流路面積が小さい
上部チムニーと、この上部チムニーおよび下部チムニー
内に設けられた該上部チムニーおよび下部チムニー内を
径方向に複数領域に分割する仕切り部材とを具備したこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】自然循環型の沸騰水型原子炉では冷却材はダウ
ンカマを下向きに流れ、下部プレナムを通って炉心部を
上昇していく。この場合、燃料棒からの伝熱により蒸気
が発生する。水と蒸気は炉心上部のチムニー部を上昇し
ていき原子炉圧力容器の上部で水と蒸気は分離され、蒸
気は主蒸気管を通ってタービンへ、水はダウンカマを再
び下降していく。蒸気の一部は水と共にダウンカマへ下
降するが低温の給水により凝縮してしまう。

【００１３】チムニー内を、出力の比較的大きな炉心の
中央部では下部チムニーと上部チムニーの流路面積が変
わらないように、また、出力の比較的小さな炉心周辺部
では上部チムニーの流路面積を下部チムニーより小さく
するように径方向に数領域に分割する仕切り部材を設け
ることにより、チムニー内の流れは一次元的になり、出
力の大きな炉心の中央部も出力の比較的小さな炉心の周
辺部でも良好な自然流量は確保される。また、チムニー
の上部を狭くすることにより高ボイドのチムニー部の体
積が減少でき、過渡時の水位の低下が抑制可能となる。

【００１４】

【実施例】図１から図４を参照しながら本発明に係る自
然循環型の沸騰水型原子炉の一実施例を説明する。なお
、図１では従来例と異なる本発明の要部のみを概略的に
示しており、その他の部分は図５とほぼ同様なのでその
部分は省略している。図２は図１のチムニー部の詳細を
拡大して示し、図３はＡ−Ａ′矢視線方向に沿って切断
して示す横断面図である。

【００１５】すなわち、図１において原子炉容器１内に
配置された炉心３を包囲し、且つ上方に延在して下部チ
ムニー１３が設けられている。また、この下部チムニー
１３の上端には上部チムニー１４が接続されている。下
部チムニー１３は従来例のシュラウド２に相当するが、
その長さは短い。その短くなった分だけ上部チムニー１
４で補っている。図２から明らかなように上部チムニー
１４の内径ｒは下部チムニー１３の半分ｒ／２である。 また、下部チムニー１３および上部チムニー１４内には
径方向に３分割する第１および第２の円筒状仕切り部材
１５，１６が設けられている。第１の仕切り部材１５は
上方へ向うにつれて流路面積が狭くなっているのに対し
て、第２の仕切り部材１６は下端から上端まで同じ流路
面積で形状は変わらない。

【００１６】しかして、上記実施例において、原子炉圧
力容器１内に装荷された炉心３は下部チムニー１３で囲
まれている。冷却材１７はダウンカマ１８を下向きに流
れ、下部プレナム１９を通って炉心３内を上昇していく
。この時に燃料棒からの伝熱により蒸気が発生する。水
と蒸気は炉心上部の仕切り部材１５，１６で分割された
下部チムニー１３と上部チムニー１４内を一次元的に上
昇していく。原子炉圧力容器１の上部で水と蒸気は分離
され水は再びダウンカマ１８を下降する。

【００１７】この場合、出力の比較的大きな炉心３の中
央部では蒸気が多く発生するが、炉心３の中央部では下
部チムニー１３と上部チムニー１４の流路面積は変わら
ないため、流れが一次元的になり、且つチムニー部のボ
イド率が高く自然循環駆動力が増すため自然循環流量は
確保される。一方、出力の比較的小さな炉心３の周辺部
では蒸気発生が少ないため、上部チムニー１４の流路面
積を小さくしても二相の圧力損失は小さく自然循環流量
は確保される。また、円筒状のチムニーに比べて、上部
チムニー１４を下部チムニー１３より狭くすることによ
り、チムニー部の体積を約半分に減少できるため、過渡
時の水位の低下が抑制できる。この結果、定格運転状態
では下部および上部チムニー１３，１４内に仕切り部材
１５，１６を挿入することによってチムニー１３，１４
内の流れを一次元的にすることで自然循環流量が確保で
きる。さらに、出力低下を伴うような過渡時では高ボイ
ドのチムニー部の体積が減少するため、出力低下を伴う
過渡変化時の炉内水位の低下を抑制できる。

【００１８】図４は従来例と本発明との原子炉スクラム
時を示したもので、縦軸が炉内水位を、横軸がスクラム
後の時間を任意単位で示している。実線は本発明を、破
線は従来例を示している。図４から明らかなように本発
明は炉内水位の低下は少ないのに対して、従来例では出
力低下を伴う過渡時に炉内水位の低下が大きくなる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、自然循環流量を確保し
つつ出力が低下するような過渡変化が発生した場合の炉
内水位の低下の抑制が可能となる。この結果、自然循環
型の沸騰水型原子炉の各水位設定点の設計が容易になる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自然循環型の沸騰水型原子炉の一
実施例を概略的に示す縦断面図。

【図２】図１におけるチムニーを拡大して概略的に示す
縦断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ′線に沿って切断して示す横断面
図。

【図４】本発明と従来例との原子炉スクラム時の水位を
比較して示す特性図。

【図５】従来の自然循環型の沸騰水型原子炉を示す縦断
面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、２…シュラウド、３…炉心、４…
燃料集合体、５…制御棒、６…上部格子板、７…炉心支
持板、８…制御棒案内管、９…制御棒駆動機構、１０…
制御棒駆動機構ハウジング、１１…蒸気乾燥器、１２…
水位、１３…下部チムニー、１４…上部チムニー、１５
…第１の仕切り部材、１６…第２の仕切り部材、１７…
冷却材、１８…ダウンカマ、１９…下部プレナム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉容器と、この原子炉容器内に配
   置された炉心と、この炉心を囲んで上方に延設した下部
   チムニーと、この下部チムニーの上端に接続された該下
   部チムニーより流路面積が小さい上部チムニーと、この
   上部チムニーおよび下部チムニー内に設けられた該上部
   チムニーおよび下部チムニー内を径方向に複数領域に分
   割する仕切り部材とを具備したことを特徴とする自然循
   環型の沸騰水型原子炉。