JPH0648308B2

JPH0648308B2 - 軽水冷却型原子炉

Info

Publication number: JPH0648308B2
Application number: JP59241359A
Authority: JP
Inventors: 宥孝長
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1984-11-15
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPS61118695A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、一次冷却系ほう酸水の濃度により出力の制御
を行なうようにするとともに、特に炉心からの冷却水の
上昇流を熱交換器に押し込むことにより、熱効率を高め
るようにした軽水冷却型原子炉に関するものである。

「従来の技術」ほう酸水の濃度により出力の制御を行なうようにした軽
水冷却型原子炉は、万一、内部温度の異常上昇が生じた
ときに、炉心の付近とその周囲のプール水との温度差等
によって、流体の比重の差が生じ対流を起こす現象を利
用して、プール水であるほう酸水を炉心に送り込むこと
により、原子炉を自然停止状態に導くようにしたもの
で、いわゆるフールプルーフ式となっており、近年、原
子力発電プラントの都市接近等の立地条件を十分考慮し
なければならないところから、注目されている。

その従来構造例について、第３図及び第４図に基づき説
明すると、ほう酸水からなるプール水Ｗを収納するため
の圧力容器33は、厚いプレストレストコンクリート壁に
よって構成されるとともに、圧力容器33のライナ34の中
に炉心５が設けられ、該炉心５は二重構造の外側ケース
20及び炉心用ケーシング19で囲まれ、また、二重ケース
19・20の上部に二重筒体16・35が連設され、炉心用ケー
シング19は二重筒体16・35の間の環状流路23に、二重ケ
ース19・20の間の環状流路21は連通管22を経由して内側
筒体16に接続され、外側筒体35の上部は熱交換器（蒸気
発生器）３の一次冷却水入り口４に、内側筒体16の上部
は熱交換器３の一次冷却水出口15にそれぞれ接続されて
いる。また、熱交換器３の下部には、一次冷却水を強制
循環させるためのポンプ36が設けられている。

そして、二重筒体16・35の上方位置には、一次冷却水入
り口４及び出口15への配管を貫通状態に支持するための
上部プレナム用ケーシング８が設けられるとともに、該
ケーシング８の上にカバー37が取り付けられ、さらに、
前記圧力容器33等の上部に遮蔽蓋38が配設された構造で
あり、内側筒体16と一次冷却水入り口４との間には、環
状流路23と上部プレナム用ケーシング８の内部との連通
路を有する入り口用ヘッダ39が設けられ、外側筒体35と
上部プレナム用ケーシング８の下部との間は、一次冷却
水及び一次系外のプール水（ほう酸水）Ｗの緩やかな通
路を許容するための上部境界９とされている。

このような構造を有する原子炉を運転状態とすると、第
３図に実線の矢印で示すように、一次冷却水が炉心５、
炉心用ケーシング19、環状流路23、一次冷却水入り口
４、熱交換器３、一次冷却水出口15、内側筒体16、通連
管22、環状流路21、炉心５を経由する循環流となり、こ
のとき、上部プレナム用ケーシング８の中に液面レベル
WL１が、また、カバー37の中に液面レベルWL２がそれぞ
れ形成される。一方、運転停止状態とすると、第３図に
破線の矢印で示すように自然循環が生じる。即ち、一次
冷却水が炉心５、炉心用ケーシング19、環状流路23、上
部境界９、外側筒体35等の周囲であるプール水Ｗ、外側
ケース20の下部開口、炉心５を経由する循環流となり、
このとき、ほう酸水の濃度の高いプール水Ｗが順次炉心
５に供給されることにより、核分裂反応が抑制されて自
然停止に導かれるものである。

「発明が解決しようとする問題点」しかしながら、前記従来例のような構造であると、一次
冷却水入り口４に近接した下方位置で、上部境界８を経
由して一次冷却水とプール水Ｗとが連通状態となってい
るために、熱交換器３等の流路抵抗、一次冷却水の温度
等に起因して、一次冷却水とプール水Ｗとの間で相互干
渉が生じ易く、このため、温度むら、プール水Ｗの取り
込みによる原子炉の出力変動等の問題点が考えられる。
本発明は、これらの問題点を有効に解決することを目的
としている。

「問題点を解決するための手段」かかる目的を達成する手段として、圧力容器の内部のほ
う酸水からなるプール水中に、炉心及び一次冷却水を隔
離状態に収納し、ほう酸水の濃度により出力を制御する
軽水冷却型原子炉とする場合に、炉心の上部に接続され
一次冷却水の上昇流を導くライザ管と、該ライザ管の上
部に一次冷却水入り口を介して上部が接続される一次冷
却系用熱交換器と、該一次冷却系用熱交換器に一次冷却
水出口を介して接続される内側筒体と、該内側筒体の下
部と炉心との間にこれらを接続した状態に配される連通
管，環状流路及び炉心入り口プレナム部と、ライザ管と
一次冷却水入り口との間に介在状態に配され一次冷却水
を熱交換器に送り込むポンプとを具備し、該ポンプは、
一次冷却水入口とライザ管との間に接続状態に配される
デヒューザと、一次冷却水の一部を駆動流としてデヒュ
ーザに噴出して一次冷却水を一次冷却水入り口に押し込
むためのノズルとを有し、ライザ管の上部とプール水と
の間にほう酸水の挿通を許容する上部境界を配し、炉心
の下部とプール水との間にこれらを連通する下部境界を
配設した構成を採用している。

「作用」原子炉の運転時にあっては、炉心で加熱された一次冷却
水がライザ管の中を上昇し、ポンプのノズルからの噴出
流によって一次冷却水入口からの熱交換器の内部に押し
込まれる。

熱交換器における熱交換によって低温となった一次冷却
水は、一次冷却水出口から内側筒体、連通管、環状流路
及び炉心入り口プレナム部を経由する下降流となって炉
心に戻され、炉心で再び加熱されて上昇する循環流とな
る。

これらの一次冷却水の循環の際に、一次冷却水とプール
水とは、上部境界及び下部境界で区画されて混合するこ
とがなく、一次冷却水中のほう酸水の濃度が保持され
る。

ポンプが停止すると、炉心において引き続き発生する崩
壊熱によって一次冷却水が上昇し、ポンプによる熱交換
器への一次冷却水の送り込みが行われないために、一次
冷却水が上部境界を経由してプール水に流出し、プール
水との混合水が炉心に送り込まれることにより、ほう酸
水濃度の上昇によって原子炉が停止状態に導かれる。

また、この場合にあっては、ポンプにおけるノズルとデ
ヒューザとの間隙を介して、上昇する一次冷却水の一部
が熱交換器に送り込まれて冷却され、炉心に戻る循環を
する。

「実施例」第１図及び第２図に示すように、本実施例における軽水
冷却型原子炉は、圧力容器１が、鋼製とされるとともに
その上部に、胴部よりも直径を狭めた状態の機器搬入口
２が設けられている点、熱交換器（蒸気発生器）３の一
次冷却水入り口４と炉心５とがライザ管６及びジェット
ポンプ７を介して連結されている点、ライザ管６の開口
上部に、熱交換器３と分離した状態とされ、かつ、上方
に引き抜き可能な上部プレナム用ケーシング８が配設さ
れている点、上部プレナム用ケーシング８のの開口下部
とライザ管６との間が、一次冷却水及びプール水Ｗの緩
やかな通過を許容するための上部境界９となっている点
等が、第３図及び第４図の従来例と著しく相異するもの
である。

これらの詳細について説明すると、前記圧力容器１は、
その壁の厚さが例えば数百mmで耐圧性を有する一体構造
とされるとともに、第１図に示すように、上部にのみ配
管貫通部が設けられ、また、機器搬入口２には、これを
閉塞するための半球状の上蓋10が取り付けられるととも
に、該上蓋10と前記上部プレナム用ケーシング８との間
に、キャップ11が介在させられており、該キャップ11
は、ボルト12等により上蓋10の内面に一体に取り付けら
れて、上蓋10と一緒に前記機器搬入口２から外されると
ともに、この中の圧力ガス室13に液面レベルWL２が形成
される構造である。

前記熱交換器３は、圧力容器１の中に、第２図に示すよ
うにライザ管６の回りに等間隔で複数配設され、一次冷
却水入り口４が後述するジェットポンプ７のデヒューザ
14と接続され、一次冷却水出口15がライザ管６を貫通し
て内側筒体16に接続され、一次冷却水と熱交換される二
次冷却水の入り口17及び出口18が、圧力容器１の上部鏡
を貫通して設けられた構造である。

また、前記炉心５の周囲には、炉心用ケーシング19とそ
の回りを囲む外側ケース20とが設けられて、その間には
環状流路21を形成しており、該環状流路21は連通管22を
介して前記内側筒体16に、かつ、炉心用ケーシング19は
ライザ管６と内側筒体16との間の環状流路23に連通状態
に接続される構造である。なお、外側ケース20の下部開
口と、圧力容器１の下鏡部付近との間は、下部プレナム
部24となっており、該下部プレナム部24と炉心入り口プ
レナム部25との間は、一次系外のプール水（ほう酸水）
Ｗの緩やかな通過を許容するための下部境界26とされて
いる。

前記ジェットポンプ７は、その駆動部27がライザ管６の
外側の適宜位置（第１図例では熱交換器３の間）に設け
られるとともに、環状流路23を充満している一次冷却水
の一部を駆動部27に吸い込んで、リング管28及びノズル
29から駆動流として前記デヒューザ14に噴出し、デヒュ
ーザ14の出口流を熱交換器３の一次冷却水入り口４に押
し込むようにしたものであり、第２図例では核熱交換器
３の間に４基設置されており、ジェットポンプ７のノズ
ル29及びデヒューザ14は、駆動部20の１基当たり複数台
設置されている。

前記上部プレナム用ケーシング８は、その外径が機器搬
入口２の内径よりも小さく形成されて、機器搬入口２を
経由して上方へ引き抜き可能とされるとともに、その開
口上部に液面レベルWL１が形成される構造である。

なお、図中符号30はプール水冷却器、符号31は前記上蓋
10のエア抜き、符号32は、キャップ11・液面WL１・液面
WL２で形成される前記圧力ガス室13に外部より接続され
ている圧力制御系及び蒸気逃し系統の接続管である。

このような構造を有する軽水冷却型原子炉を運転状態と
すると、第１図に実線の矢印で示すように、従来例の第
３図と類似する循環系となるが、環状流路23と熱交換器
３の一次冷却水入り口４との間で特徴のある相異を生じ
る。即ち、炉心５で加熱された一次冷却水は、環状流路
23を上昇する途中で、その一部が捕捉されて駆動部27を
経由し、リング管28及びノズル29から駆動流として前記
デヒューザ14に噴出することにより、その付近の一次冷
却水を巻き込んで、デヒューザ14からの噴出流となり、
この噴出流を熱交換器３の一次冷却水入り口４に押し込
むことになる。

また、原子炉が運転されている状態では、上部プレナム
用ケーシング８の中に液面レベルWL１が、キャップ11の
中に液面レベルWL２がそれぞれ形成され、液面レベルWL
１は、水温に基づく比重差により液面レベルWL２よりも
若干上方に位置することになる。このとき、上部境界９
は、前記ジェットポンプ７の一次冷却水の吸い込み口の
位置よりも高い位置とされており、ライザ管６を上昇す
る一次冷却水が途中で捕捉されて、一次冷却水入り口４
に送り込まれているために、一次冷却水とプール水Ｗと
が上部境界９を経由して移動する現象が抑制される。

一方、軽水冷却型原子炉を運転停止状態とした場合も、
第１図に破線の矢印で示すように、従来の例の第３図と
類似する循環系となるが、熱交換器３を経由する循環流
が生じる点で特徴のある相異を生じる。即ち、一次冷却
水の一部がジェットポンプ７のデヒューザ14から一次冷
却水入り口４、熱交換器３、一次冷却水出口15を経由し
て、内側筒体16、連通管22、環状流路21、炉心入り口プ
レナム部25に流れ、プール水Ｗ、下部プレナム部24、下
部境界26、炉心入り口プレナム部25、炉心６を経由する
循環流と合流することになる。このとき、ほう酸水の濃
度の高いプール水Ｗが順次炉心６に供給されて、当初の
純水に混入することにより、核分裂反応が抑制されて自
然停止に導かれるのであるが、熱交換器３を経由する循
環流の存在により、圧力容器１の内部を有効に活用した
冷却が行なわれ、速やかに放射性物質の核崩壊熱を除去
し得ることになるものである。

なお、本発明の軽水冷却型原子炉の場合、いわゆるフー
ルプルーフ式とされていることは、前述したとおりであ
るが、熱交換器３の一次冷却系と二次冷却系とがそれぞ
れ配管破断する等の異常な事故により、一次、二次冷却
系が連結されて、さらに、サイホン現象により一次冷却
水が外部に吸引されて排出されるようなことが考えられ
る。このような不測の事態を考慮した場合は、サイホン
現象を抑制するサイホンブレーカを設置することが望ま
しいが、ジェットポンプ７は、そのデヒューザ14が一種
のサイホンブレーカの構造であるため、サイホンブレー
カは、ジェットポンプ７よりも上方のみに設置すればよ
いことになる。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、次のような優れ
た効果を奏することができる。

炉心の上部に一次冷却水を上昇させるライザ管を設
け、該ライザ管と前記熱交換器の一次冷却水入口とを連
結するとともに、該連結部に一次冷却水を熱交換器内に
送り込むポンプを配設しているため、炉心で加熱された
一次冷却水が、上昇の途中でポンプにより捕捉されて熱
交換器に送り込まれ、また、上部境界がその上方に位置
して一次冷却水の循環の円滑にすることにより、熱効率
の向上が期待できる。

ポンプをジェットポンプとすることにより、一次冷却
水の押し込みむらを少なくするとともに、ポンプ停止時
にあっては、プール水の濃度の高いほう酸水が自然循環
に基づいて炉心に流れ込んで、原子炉が運転停止状態に
導かれるとともに、プール水による炉心の冷却作用に加
えて、熱交換器を経由する循環流によっても冷却作用が
生じ、これらの相乗作用によって冷却効果を高めること
ができる。

ポンプを一次冷却水入り口の前に設けることにより、
循環流の単純化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軽水冷却型原子炉の一実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図のII−II線矢視図、第３図は軽
水冷却型原子炉の従来例を示す縦断面図、第４図は第３
図のIV−IV線矢視図である。１……圧力容器、２……機器搬入口、３……熱交換器、
４……一次冷却水入り口、５……炉心、６……ライザ
管、７……ジェットポンプ、８……上部プレナム用ケー
シング、９……上部境界、14……デヒューザ、15……一
次冷却水出口、16……内側筒体、21……環状流路、22…
…連通管、23……環状流路、25……炉心入り口プレナム
部、26……下部境界、27……駆動部、29……ノズル、Ｗ
……プール水。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器（１）の内部のほう酸水からなる
プール水（Ｗ）中に、炉心（５）及び一次冷却水を隔離
状態に収納し、ほう酸水の濃度により出力を制御する軽
水冷却型原子炉であって、炉心の上部に接続され一次冷
却水の上昇流を導くライザ管（６）と、該ライザ管の上
部に一次冷却水入り口（４）を介して上部が接続される
一次冷却系用熱交換器（３）と、該一次冷却系用熱交換
器に一次冷却水出口（１５）を介して接続される内側筒
体（１６）と、該内側筒体の下部と炉心との間にこれら
を接続した状態に配される連通管（２２），環状流路
（２１）及び炉心入り口プレナム部（２５）と、ライザ
管と一次冷却水入り口との間に介在状態に配され一次冷
却水を熱交換器に送り込むポンプ（７）とを具備し、該
ポンプは、一次冷却水入口とライザ管との間に接続状態
に配されるデヒューザ（１４）と、一次冷却水の一部を
駆動流としてデヒューザに噴出して一次冷却水を一次冷
却水入り口に押し込むためのノズル（２９）とを有し、
ライザ管の上部とプール水との間にほう酸水の挿通を許
容する上部境界（９）を配し、炉心の下部とプール水と
の間にこれらを連通する下部境界（２６）を配設したこ
とを特徴とする軽水冷却型原子炉。