JPH0749391A - 原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料無交換で長期間運転でき、かつその間ボ
イド反応度を負に維持できる大出力の原子炉を得る。 【構成】 １つの一次冷却材容器２１内の中央部に、１
式または複数式の中間冷却機３５を設置する。この中間
冷却機３５の外周側に、６式の炉心容器２８を設ける。
中間冷却機３５には、中間熱交換器４０と一次電磁ポン
プ４１とを設ける。炉心容器２８には、炉心３２と反射
体３３とを設ける。炉心容器２８の外周部に中性子遮蔽
体４３を設け、炉心３２が相互に核的に干渉しないよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中性子反射体の上下移
動によって炉心の反応度を制御する反射体制御方式の原
子炉に係り、特に長期間燃料無交換で運転でき、しかも
運転期間中ボイド反応度を負に維持できる原子炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１７および図１８は、従来の反射体制
御方式の原子炉を示すもので、図中、符号１は一次冷却
材容器であり、この一次冷却材容器１の内部には、中央
部に炉心２が、またこの炉心２を囲む周囲部に中性子遮
蔽体３がそれぞれ配設され、一次冷却容器１の内部は、
液体金属ナトリウム等の一次冷却材４で満たされてい
る。

【０００３】炉心２は、図１８に示すように、例えば六
角形状の１８本の燃料集合体５によって構成されてお
り、その中央部には、炉心２の反応度制御用で運転時に
は上方に引抜かれる中性子吸収棒用のチャンネル６が配
置され、これらは、炉心バレル７によって包囲されてい
る。

【０００４】この炉心バレル７の外側には、所定間隔離
間して一次冷却材４の流路を分割する隔壁８が配設され
ており、この隔壁８と炉心バレル７との間には、炉心２
の運転に使用する反射体９の移動領域が形成されてい
る。

【０００５】ここで一次冷却材４は、隔壁８の内側を下
から上方向に流れ、その途中で炉心２に入り核分裂によ
って生じた熱を奪って温度が上昇する。そして、温度上
昇した一次冷却材４は、図示しない中間熱交換器の内部
に入り、ここで二次系ナトリウムとの熱交換を行なった
後、中間熱交換器から下方向に流出する。この熱交換後
の冷却された一次冷却材４は、隔壁８の外側を通って炉
心２の下部に廻り込み、再び炉心２に導入される。

【０００６】中性子遮蔽体３は、一次冷却材容器１の中
性子照射量を全プラント寿命に亘って所定値以下に制限
するためのものであり、この中性子遮蔽体３は、一次冷
却材容器１と隔壁８との間に配した複数の中性子遮蔽棒
１１で構成されている。

【０００７】この中性子遮蔽体３の構成としては、ステ
ンレス鋼等からなる構造体の他に、中性子吸収能力の大
きなボロンを含むＢ_４Ｃセラミックスを収納したピンを
配置したり、あるいはハフニウム、タンタル等の金属や
それらの合金を含むようにすることができる。また、中
性子吸収体を配置することにより、反射体９の反応度制
御能力を増大させることができる。

【０００８】反射体９は、移動領域１０内に配置され
る。この反射体９は、駆動棒１２の下端に吊下げ支持さ
れ、この駆動棒１２は、一次冷却材容器１の上端開口部
を閉塞する遮蔽プラグ１３を貫いて上方に延び、遮蔽プ
ラグ１３の上面に設置された駆動装置１４によって上下
に移動するよう構成されている。すなわち、駆動装置１
４の駆動に伴い、駆動棒１２ひいては反射体９が移動領
域１０内を上下動するようになっている。

【０００９】なお、一次冷却材４の液面４ａと遮蔽プラ
グ１３との間は、カバーガスで満たされたカバーガス空
間１５である。

【００１０】このように、反射体９を駆動装置１４によ
って上下動させることにより、炉心２からの中性子の漏
洩が調整され、これにより炉心２の反応度が制御され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の反射体制御方式の原子炉においては、出力を高める
ために炉心径を大きくすると、ボイド反応度を負に維持
することができないため、せいぜい１０万kwe 程度が限
界であるという問題がある。

【００１２】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、長期間燃料無交換で運転でき、しかも運転期
間中ボイド反応度を負に維持することができる大出力の
原子炉を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、反射体および燃料を有する炉心容器
と、一次循環ポンプおよび中間熱交換器を有する一次冷
却系とを、単一の一次冷却材容器内に収納した液体金属
冷却方式の原子炉において、一次冷却材容器の内周壁に
沿って複数の炉心容器を配設するとともに、これらの炉
心容器列によって形成される環状領域の内側に、複数の
一次循環ポンプおよび複数の中間熱交換器を配設するよ
うにしたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、前記目的を達成する手段
として、反射体および燃料を有する炉心容器と、一次循
環ポンプおよび中間熱交換器を有する一次冷却系とを、
単一の一次冷却材容器内に収納した液体金属冷却方式の
原子炉において、前記一次冷却材容器の中心部に複数の
炉心容器を配設するとともに、その周囲に形成される環
状領域に、複数の一次循環ポンプおよび複数の中間熱交
換器を配設するようにしたことを特徴とする。

【００１５】また、本発明は、前記目的を達成する手段
として、複数の炉心容器が配設される領域を一次冷却材
中で覆い、各炉心容器からの冷却材を周面の多数の孔か
ら分散して流出させる多孔整流円筒と、各中間熱交換器
の外周部にそれぞれ配設され、周面の多数の孔および下
端開口部を介し一次冷却材を中間熱交換器に導く多孔整
流円筒と、を設けるようにしたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明に係る原子炉においては、単一の一次冷
却材容器内に複数の炉心容器が配設される。従って、各
炉心容器を、長期間燃料無交換でかつボイド反応度を負
に維持できる小出力の炉心とした場合であっても、全体
としては大出力が得られ、しかも長期間燃料無交換でか
つボイド反応度を負に維持することが可能となる。

【００１７】また、本発明に係る原子炉においては、両
多孔整流円筒により一次冷却材の流速が抑えられ、結果
として安定した冷却材流動を実現できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。図１および図２は、本発明の第１実施例
に係る原子炉を示すもので、図中、符号２１は一次冷却
材容器であり、この一次冷却材容器２１は、生体遮蔽壁
２２、建物ベースマット２３、および生体遮蔽天井２４
で囲まれた原子炉室２５内に据付けられている。

【００１９】この一次冷却材容器２１内には、その底部
に、圧力隔壁構造２６で形成される高圧プレナム２７が
設けられているとともに、側壁に沿って周方向に、複数
の炉心容器２８が鉛直に配置されている。

【００２０】これら各炉心容器２８には、下部に炉心容
器流入ノズル２９が設けられているとともに、胴部上方
に炉心容器流出ポート３０が設けられており、また各炉
心容器２８の上端開口部には、炉心遮蔽プラグ３１が取
付けられている。そして、炉心容器２８の内側には、燃
料棒および反射体３３で構成される炉心３２が格納さ
れ、炉心遮蔽プラグ３１の上部には、反射体駆動装置３
４が設置されている。

【００２１】これら各炉心容器２８で形成される円環領
域の内側の領域には、中間冷却機３５が１基または複数
基鉛直に配置されている。

【００２２】これらの中間冷却機３５には、図１に示す
ように、その下部に中間冷却機流出ノズル３６が、また
胴部上方に中間冷却機流入ポート３７がそれぞれ設けら
れ、また上端開口部には、中間冷却機遮蔽プラグ３８が
取付けられている。そして、中間冷却機３５の内部は、
上方が一次冷却材３９と二次冷却材との熱交換を行なう
中間熱交換器４０、下方が一次冷却材３９を循環させる
ための一次電磁ポンプ４１で構成され、中間冷却機遮蔽
プラグ３８の上部には、蒸気発生器（図示せず）を加熱
するための二次冷却材流出入管４２が設置されている。

【００２３】生体遮蔽天井２４には、炉心容器２８およ
び中間冷却機３５を一次冷却材容器２１の上部鏡板を通
過させて一次冷却材容器２１内に挿入するための貫通口
が設けられており、炉心容器２８および中間冷却機３５
は、これらの貫通口を通じて設置または取外しができる
ようになっている。

【００２４】圧力隔壁構造２６で構成される高圧プレナ
ム２７には、中間冷却機流出ノズル３６が嵌合される開
口が設けられ、一次冷却材３９は、高圧プレナム２７か
ら環状の炉心分配プレナム２７ａに導かれるようになっ
ている。この炉心分配プレナム２７ａには、炉心容器流
入ノズル２９が嵌合される開口が設けられている。一次
冷却材３９は、炉心分配プレナム２７ａから炉心容器流
入ノズル２９に供給され、炉心３２を通過中に加熱され
た後に炉心容器流出ポート３０から排出される。そして
その後中間冷却機流入ポート３７から吸込まれて中間熱
交換器４０内の管束を通過し、この間に二次冷却材に熱
を与える。さらに一次電磁ポンプ４１で昇圧された後、
中間冷却機流出ノズル３６から高圧プレナム２７に戻さ
れるようになっている。

【００２５】各炉心容器２８の炉心３２の外周部には、
中性子遮蔽体４３がそれぞれ設置され、相互の炉心３２
が核的に干渉しないようになっている。

【００２６】このように、例えば１式の炉心３２当りの
熱出力を１０万kwe の小型炉心とすれば、本実施例の場
合には６式の炉心３２を有しているので、原子炉の熱出
力としては、６×１０万kwe ＝６０万kwe の大出力が得
られる。しかも個々の炉心３２は小型であるので、長期
間燃料無交換でかつボイド反応度を負に維持できる原子
炉が得られる。

【００２７】図３および図４は、本発明の第２の実施例
に係る原子炉を示すもので、以下これについて説明す
る。

【００２８】図３および図４において、符号２１は一次
冷却材容器であり、この一次冷却材容器２１内には、中
央部に例えば７式の炉心容器２８が鉛直に配設され、そ
の外側の環状領域には、例えば３式の中間冷却機５１と
３式の一次機械式ポンプ５２とが、周方向に等間隔で交
互に鉛直に配設されている。

【００２９】中間冷却機５１は、前記第１実施例におけ
る中間冷却機３５から一次電磁ポンプ４１を省略した構
造をなしており、また一次機械式ポンプ５２は、圧力隔
壁構造２６に直結され、一次冷却材３９を冷却材導入ヘ
ッダ５３で整流して炉心分配プレナム２７ａに導くよう
になっている。この炉心分配プレナム２７ａには、炉心
容器入力ノズル２９が嵌合される開口が設けられ、この
炉心分配プレナム２７ａと低圧プレナム５４とは、減圧
連結管５５を介して連結されている。

【００３０】一次冷却材容器２１の下部鏡板と圧力隔壁
支持板５６とで構成されるポンプサクションプレナム５
７には、中間冷却機流出ノズル３６が嵌合される開口が
設けられているとともに、一次機械式ポンプ５２の吸込
み部を形成するスタンドパイプ５８ａ、５８ｂが接続さ
れている。

【００３１】なお、その他の点については、前記第１実
施例と同一構成となっている。以上の構成において、一
次冷却材３９は、高圧プレナム２７から炉心容器流入ノ
ズル２９に供給され、炉心３２を通過中に加熱されて炉
心容器流出ポート３０から排出される。その後、中間冷
却機流入ポート３７から吸込まれ、中間熱交換器４０内
の管束を通過する間に二次冷却材に熱を与える。熱を与
えて降温した一次冷却材３９は、中間冷却機流出ノズル
３６からポンプサクションプレナム５７に排出され、そ
の後一次機械式ポンプ５２により炉心分配プレナム２７
ａに戻される。

【００３２】このように本実施例によっても、前記第１
実施例と同様に大出力が得られるとともに、長期間燃料
無交換でかつボイド反応度を負に維持することができ
る。本実施例において、一次機械式ポンプ５２に代えて
電磁ポンプを用いた場合も同様の効果を得ることができ
る。

【００３３】なお、前記各実施例においては、炉心容器
２８を、一次冷却材容器２１の内周面に沿って６式配設
するか、あるいは中央部に７式配設する場合について説
明したが、それ以外の構成の原子炉であっても、前記両
実施例と同様の効果が期待できる。図５ないし図１２は
その例を示す。

【００３４】すなわち、図５に示す原子炉は、一次冷却
材容器２１の中心部に、１式の中間冷却機５１を配設す
るとともに、その外周側に、３式の一次機械式ポンプ５
２を配設し、相隣子一次機械式ポンプ５２の間に２式ず
つ、合計６式の炉心容器２８を配設するようにしたもの
である。

【００３５】また、図６に示す原子炉は、一次冷却材容
器２１の中心部に、１式の炉心容器２８を配設するとと
もに、その外周側にさらに６式の炉心容器２８を配設
し、かつその外周側に３式の炉心容器２８を配設してあ
る。そしてさらにその外周側に、６式の中間冷却機５１
と３式の一次機械式ポンプ５２とを配設するようにした
ものである。

【００３６】また、図７に示す原子炉は、一次冷却材容
器２１の中央部に１３式の炉心容器２８を配設するとと
もに、その外周側に、３式の中間冷却機５１と３式の一
次機械式ポンプ５２とを配設するようにしたものであ
る。

【００３７】また、図８に示す原子炉は、一次冷却材容
器２１の中央部に７式の炉心容器２８を配設するととも
に、その外周側に３式の炉心容器２８を配設し、さらに
その外周側に、３式の中間冷却機５１と３式の一次機械
式ポンプ５２とを配設するようにしたものである。

【００３８】また、図９に示す原子炉は、一次冷却材容
器２１の中心部に、１式の炉心容器２８を配設するとと
もに、その外周側に３式の一次機械式ポンプ５２を配設
し、その外周側に３式の中間冷却機５１を配設してあ
る。そしてさらにその外周側に、６式の炉心容器２８を
配設するようにしたものである。

【００３９】また、図１０に示す原子炉は、一次冷却材
容器２の中央部に７式の炉心容器２８を配設するととも
に、その外周側に３式の炉心容器２８を配設し、かつそ
の外周側に３式の一次機械式ポンプ５２を配設し、さら
にその外周側に６本の炉内配管６１を配設するようにし
たものである。

【００４０】また、図１１に示す原子炉は、一次冷却材
容器２１の中央部に６式の炉心容器２８を配設するとと
もに、その外周側に３式の中間冷却機５１を配設し、さ
らにその外周側に３式の一次機械式ポンプ５２を配設す
るようにしたものである。

【００４１】さらに、図１２に示す原子炉は、一次冷却
材容器２１の中央部に３式の炉心容器２８を配設すると
ともに、その外周側にさらに３式の炉心容器２８を配設
し、そしてさらにその外周側に６本の炉内配管６１を配
置するようにしたものである。

【００４２】図１３は、本発明の第３実施例を示すもの
で、前記第２実施例に係る原子炉に、炉心用多孔整流円
筒７１およびＩＨＸ用多孔整流円筒７２を追設したもの
である。

【００４３】すなわち、炉心用多孔整流円筒７１は、一
次冷却材３９中においてすべての炉心容器２８を覆うよ
うに一次冷却材容器２１と同心状に配設されている。こ
の炉心用多孔整流円筒７１の各炉心容器２８の貫通部に
は、シール機構７３が設けられて炉心用多孔整流円筒７
１内外のシールができるようになっている。そして、各
炉心容器２８の炉心容器流出ポート３０から流出した高
温の一次冷却材３９は、炉心用多孔整流円筒７１周面の
多数の孔から分散して流出し、これにより一次冷却材３
９の流速が抑えられる。

【００４４】一方、前記ＩＨＸ用多孔整流円筒７２は、
各中間冷却機５１の外周部に装着されており、その外周
面には、一次冷却材３９中に没入する位置に多数の孔が
設けられているとともに、下端部は、一次冷却材３９中
に開放されている。そして、炉心用多孔整流円筒７１か
ら流出した一次冷却材３９は、ＩＨＸ用多孔整流円筒７
２外周面の多数の孔および下端開口を通って中間冷却機
流入ポート３７に案内され、これにより一次冷却材３９
の流速が抑えられるようになっている。

【００４５】なお、その他の点については、前記第２実
施例と同一構成となっており、作用も同一である。

【００４６】このように、両多孔整流円筒７１，７２に
より一次冷却材３９の流速が抑えられるので、一次冷却
材３９の自由液面でのガスの巻込みを防止し、液面揺動
を低減させて安定した冷却材流動を実現できる。

【００４７】なお、前記第３実施例においては、第２実
施例に係る原子炉に適用する場合について説明したが、
他の構成の原子炉にも同様に適用でき、同様の効果を得
ることができる。

【００４８】図１４ないし図１６は、本発明の第４実施
例を示すもので、例えば前記第１実施例に係る原子炉に
対し、その燃料交換を炉心単位１バッチで簡単に実施で
きるようにしたものである。

【００４９】すなわち、原子炉室２５の上方位置には、
燃料交換コンファインメント８１が設けられており、そ
の床面の原子炉室２５上方位置には、回転テーブル８２
が設置されている。

【００５０】この回転テーブル８２には、図１６に示す
ように、燃料交換孔８２ａとこれよりも大径の反射体駆
動装置引抜孔８２ｂとがそれぞれ設けられており、これ
ら各孔８２ａ，８２ｂは、回転テーブル８２の回転によ
り、燃料交換すべき炉心容器２８の位置に回転位置決め
されるようになっている。

【００５１】次に、燃料交換を炉心単位１バッチで実施
する方法について説明する。まず、燃料交換対象炉心の
反射体駆動装置３４および炉心遮蔽プラグ３１を原子炉
から取外す。この取外しは、回転テーブル８２の反射体
駆動装置引抜孔８２ｂを用いて行なう。

【００５２】次いで、案内筒８３、固定ドアバルブ８
４、燃料移送キャスク８５およびキャスクドアバルブ８
６により、原子炉カバーガスバウンダリを形成しなが
ら、使用済燃料の引抜きおよび新燃料の装荷を１本ずつ
行なう。

【００５３】原子炉で交換した燃料は、燃料中断ピット
８７に予め置いてある燃料輸送キャスク８８に移しか
え、ここでも新燃料と使用済燃料とを交換する。

【００５４】燃料輸送キャスク８８の原子炉建屋からの
搬出および原子炉建屋への搬入は、トラックヤード８９
のトレーラ９０に対し、ガントリクレーン９１で燃料輸
送キャスク８８を移送することにより行なわれる。この
ガントリクレーン９１は、燃料移送キャスク８５の移送
の際にも用いられる。

【００５５】なお、燃料輸送キャスク８８の搬入出の際
には、トラックヤード８９の天井シャッタ９２とシャッ
タ９３とは同時に開放しないようにし、燃料交換コンフ
ァインメント８１を破らないよう配慮されている。

【００５６】このように、回転テーブル８２を用いてい
るので、単一の一次冷却材容器２１内に複数の炉心容器
２８が配設されている場合でも、炉心単位１バッチで容
易に燃料交換を実施することができる。

【００５７】なお、前記第４実施例においては、第１実
施例に係る原子炉の燃料交換を例に採って説明したが、
他の構成の原子炉に対しても同様に実施することができ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の炉心容器を単一の一次冷却材容器内に配設してい
るので、長期間燃料無交換で、かつボイド反応度を負に
維持することができる大出力の原子炉が得られる。

【００５９】また、本発明によれば、多孔整流円筒によ
り一次冷却材の流速を抑えるようにしているので、安定
した冷却材流動を実現できる。

【００６０】さらに、本発明によれば、複数の開口を、
回転テーブルの回転により燃料交換すべき炉心容器に位
置合わせできるようにしているので、燃料交換を炉心単
位１バッチで容易に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る原子炉を示す断面
図。

【図２】図１の炉心位置の水平断面図。

【図３】本発明の第２実施例に係る原子炉を示す断面
図。

【図４】図３の炉心位置の水平断面図。

【図５】異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図６】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図７】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図８】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図９】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図１０】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図１１】他の異なる構成の原子炉を示す図３相当図。

【図１２】さらに他の異なる構成の原子炉を示す図３相
当図。

【図１３】本発明の第３実施例に係る原子炉を示す断面
図。

【図１４】本発明の第４実施例に係る原子炉建屋を示す
断面図。

【図１５】図１４のXV−XV線断面図。

【図１６】燃料交換コンファインメントの平面図。

【図１７】従来の原子炉の要部構成を示す断面図。

【図１８】一次冷却材容器の炉心位置の水平断面図。

【符号の説明】

２１ 一次冷却材容器 ２５ 原子炉室 ２８ 炉心容器 ３２ 炉心 ３３ 反射体 ３５，５１ 中間冷却機 ３９ 一次冷却材 ４０ 中間熱交換器 ４１ 一次電磁ポンプ ４３ 中性子遮蔽体 ５２ 一次機械式ポンプ ６１ 炉内配管 ７１ 炉心用多孔整流円筒 ７２ ＩＨＸ用多孔整流円筒 ８１ 燃料交換コンファインメント ８２ 回転テーブル ８２ａ 燃料交換孔 ８２ｂ 反射体駆動装置引抜孔 ８５ 燃料移送キャスク ８８ 燃料輸送キャスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中 村 博 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 服 部 禎 男 東京都千代田区大手町一丁目６番１号 財 団法人 電力中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反射体および燃料を有する炉心容器と、一
   次循環ポンプおよび中間熱交換器を有する一次冷却系と
   を、単一の一次冷却材容器内に収納した液体金属冷却方
   式の原子炉において、前記一次冷却材容器の内周壁に沿
   って複数の炉心容器を配設するとともに、これらの炉心
   容器列によって形成される環状領域の内側に、複数の一
   次循環ポンプおよび複数の中間熱交換器を配設したこと
   を特徴とする原子炉。
2. 【請求項２】反射体および燃料を有する炉心容器と、一
   次循環ポンプおよび中間熱交換器を有する一次冷却系と
   を、単一の一次冷却材容器内に収納した液体金属冷却方
   式の原子炉において、前記一次冷却材容器の中心部に複
   数の炉心容器を配設するとともに、その周囲に形成され
   る環状領域に、複数の一次循環ポンプおよび複数の中間
   熱交換器を配設したことを特徴とする原子炉。
3. 【請求項３】複数の炉心容器が配設される領域を一次冷
   却材中で覆い、各炉心容器からの冷却材を周面の多数の
   孔から分散して流出させる多孔整流円筒と；各中間熱交
   換器の外周部にそれぞれ配設され、周面の多数の孔およ
   び下端開口部を介し一次冷却材を中間熱交換器に導く多
   孔整流円筒と；を備えていることを特徴とする請求項１
   または２記載の原子炉。