JPS6190082A - モジユール原子力装置および原子力を電力に転換する方法 - 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】 本発明は一般に原子力装置に係り、更に詳細にいえば、
水冷原子炉を使用する原子力装置に係るものである。

従来の技術 発電に適した本来的に安全な原子炉の必要が本出願人へ
るシイエイ・チクノロシース・インコーホレイチットゝ
に譲渡されている米国特許第３，２５７，２８５号に記
載した如き同社が当初の特許権者もしくはその両者が商
標「Ｔｒｉｇα」　の下に販売している形式の原子炉の
開発を導いた。

Ｔｒｉｇα　の原子炉の安全に寄与する１つの特徴は炉
心に大きな反応性のものをそう人した場合に炉心に即刻
大きな負の温度係数を与えるウラニウム−）ルコニウム
水素化物（ＵＺｙＨ）を使用することである。

本発明は先のＴｒｉｇα　原子炉に関連して開発された
証明されている技術と後記する特徴とを併用する原子力
装置を提供するものである。

作用 本発明の一般的な目的は小ぢんまりした自足原子力供給
装置を提供することである。

本発明の他の１つの目的は現場での作業を少くして遠隔
個所に容易に据え付けできる小ぢんまりした原子力装置
を提供することである。

本発明の他の１つの目的は据え付は以前にあらかじめ個
々に組み立てできる特定の個所で防用後に移動し再び配
置できる複数の個別のモジュールから成る原子力装置を
提供することである。

本発明の更に他の１つの目的は低い温度と圧力とで比較
的に高い燃料効率を生じる原子力装置を提供することで
ある。

本発明の他の１つの目的は装置の１つまだはそれ以上の
数の部品が故障した場合に核分裂生成物を封じ込める受
動的手段を有する原子炉装置を提供することである。

本発明の他の１つの目的は防衛まだは作業用に遠隔個所
で使用するのに適した原子力装置を提供することである
。

本発明の他の１つの目的は比較的に低い形状を有し平面
で見て比較的に小ぢんまりしている原子力装置を提供す
ることである。

本発明の他の１つの目的は原子炉容器内に燃料要素を貯
蔵する新規な手段を有する原子力装置を提供することで
ある。

本発明のその他の目的と利点とは以下の説明と添付図面
とにより明かになることと思う。

実施例 本発明は一般に原子力装置に具体化しである。

本発明の第１の具体例が第１図ないし第４図に示しであ
る。第２の具体例が第５図ないし第８図に□示しである
。

先づ第１図ないし第４図に示した第１の具体例を説明す
ると、原子力装置ｌｏ用の動力は水冷の原子炉モジュー
ル１２により供給する。水が第１の流体循環回路内を流
れこの回路内で約３３０　’Ｆの温度で原子炉モジュー
ル１２に入シ約４１０’Ｆにまで加熱され水から第２の
流体に熱を伝達して水を約３３０°Ｆに冷却する熱交換
器モジュール１４を通り流れポンプ１５によりパイプ１
３を通り原子炉モジュール１２に戻される。この具体例
では第２の流体はＲ−１１４フロロカーボンである。

Ｒ−１１４フロロカーボンは第２の流体回路内を運動し
この回路では約１７０’Ｆの温度と約６５０ｐｓｉｇの
圧力とで熱交換器モジュール１４に入り加熱され気化さ
れ、約３７００　の温度と約６００ｐ８ｉαの圧力とで
この熱交換器ユニットを出てタービン１６を通シ膨張し
このタービンかう約２２０下の温度と４４ｐｓｉ（ｚの
圧力とでタービン１６から熱回収装置１８に流れ下りこ
の熱回収装置にょり約１２０’Ｆの温度と約４２　ｐｓ
ｉαの圧力とに減少され、この熱回収装置を蒸気として
出て凝縮器モジュール２０に流れ、この凝縮器モジュー
ルで約９５’Ｆの温度と約４２　ｐｓｉαの圧力とに冷
却され、ポンプを流れこのポンプは流体の圧力を約７０
０　ｐｓｉαに温度を約１０５’Ｆに引き上げ、第２の
流体は次いで熱回収装置１８を流れ戻り（液体として）
タービン１６から出る蒸気により加熱され約１７４下の
温度と６５０　ｐｓｉαの圧力とで熱回収装置を出て熱
交換器モジュール１４に戻り加熱され気化される。

本発明の原子力装置の１つの重要な面はこの装置が比較
的に現場での労力をかけずに比較的に容易に据え付けで
きるということである。この目的のため、この原子力装
置は据え付は以＃ＪＫ工場で組み立て試験できる複数の
モジュールで構成されている。

第１図ないし第４図に示した装置は必須的に４つのモジ
ュール、すなわち、原子炉モジュール１２と、熱交換器
モジュール１４と、熱回収装置１８およびタービン１６
を含むタービン発電機ユニット２４から成る電力転換器
モジュール２４と凝縮器モジュール２０とを備えている
。モジュール１２．１４．２２．２０はそれらの上端が
上方７５１ら近付けるよう斜面下の穴内に配置されてい
る。

水の配管全体はそれぞれのモジュールの上端に近い高さ
に位置決めしである。これによシ炉心はパイプ漏洩の際
に水を満たされたままになるようにする。同様に、流体
配管全体が凝縮物排出部を除いてモジュールの上端近く
の高さに位置決めされている。各モジュールは据え付け
を比較的に簡単にするよう外方に延びている複数の支持
体を有するタンクを含み、据付けは必須的にモジュール
をそれに関係した穴内に下げ次いで配管を地面の高さか
ら接続することから成る。

電力転換モジュール２２のタービン発電機ユニット２４
と熱回収装置１８とは先づ熱回収装置１８を穴内に下げ
次いでタービン発電機ユニット２４を熱回収装置１８の
上に据え付ける２段階作業で据え付けできる。モジュー
ル１２．１４．２２．２０を据付は現場へ輸送しやすく
するため、モジュールは比較的に小形でありＣ−１４１
型航空機で空輸できるような寸法であることが好ましい
。原子力装置をこのように設計すると各モジュールが個
々に取り外しできるようＫなる。

本発明の原子力装置の第２の重要な面は運転が本来的に
安全であるということである。原子炉モジュールの設計
は後記する如き危険の極減に寄与しまたはその他のいく
つかの利点が原子力装置の安全に寄与する。１つの特徴
は穴を不透過性物質で内張すして大きな破裂の場合に作
用流体を封じ込めるようにしてあるということである。

このことは原子炉容器の場合に特に重要でその理由は原
子炉容器が破裂した場合にその穴により炉心の露出を防
止するからである。作用流体を入れるほかにまた原子炉
の穴とそれを取り巻く基層とが作業員が地下の原子炉付
近で作業できるようにするじゃへいを形成する。別の安
全上の特徴は内部モジュール配管が破裂してもどのタン
クからも液体が排出されないようにする配管の高さにあ
る。また原子力装置を比較的に低い温度と圧力とで運転
するという事実も装置の安全に寄与する。有機２次流体
を使用するとそのような条件の下での電力転換サイクル
の効率を高める。このようにすると電力転換回路を独立
して気密にシールできるようにする。フロロカーボンを
２次流体として使用すると漏洩の際にフロロカーボンが
同様な熱力学的特性を有する他の流体の如き安全上の危
険を防止するので原子力装置の安全に寄与する。

前記した安全上の特徴により事故の状態に続く核分裂生
成物を封じ込める圧力封入構造体の必要をなくす。

本発明の原子力装置の第３の重要な面はそれが軍事的ま
たはテロの攻撃による損傷を減少するように設計しであ
るということである。この目的のため、本発明の原子力
装置は平面で見て比較的に小ぢんまりしていて比較的に
低い形状を有していて小さい目標になるようにしてある
。安全保障を高めるため、穴は爆発物に抵抗するよう固
めることができる。

本発明の原子力装置の第４の面はその効率である。高い
効率に寄与する１つの特定の特徴はタービンから凝縮器
にまで流れる蒸気用に流れにほとんど抵抗しない流路を
設けたことである。

以上のことにより第１図ないし第４図に示した原子力装
置の一般的上面図で示したものになる。

以下に個々のモジュールを個別に説明する。これらの説
明には前記した特徴以外の追加の特徴も説明しである。

第９図ないし第１１には拡大して示しである第１図ない
し第４図に示しだ原子力装置の原子炉モジュール１２は
下端付近に炉心３２が支持され炉心３２を通り１次冷媒
が流れるようにする手段を含む閉じだ容器すなわちタン
ク３０を備えている。

炉心３２は本出願人たるジーエイ・テクノロジイーズ・
インコーホレイテッドに１朱カ帷キ≠る米国特許第４，
１８６，０５０号に記載した形式で良い。

炉心３２はほぼ垂直に配置した複数の細長い燃料棒３３
と複数の制御棒３５（１つが第９図に示しである）とを
含んでいる。燃料要素は高い核分裂生成物保持能力を示
し、従って１次冷媒が漏洩しても環境汚染は最少限であ
る。各燃料組合わせ体は複数の燃料棒を含んでいる。各
燃料組合わせ体は以下の仕様を有することができる。す
なわち、全長　　　　　　　　　　　　　　　　１０４
．５ｃｍ　（４１，４インチ）外部の被覆の直径　　　
　　１．３７７ｃｍＣＯ，５４２インチ）総軍゛量　　
　　　　　　　　　　６００．９（１，３３ポンドつ燃
料の外径　　　　　　　　１．２９５ｃｍ（０，５１０
インチ）燃料の長さ　　　　　　　　　８３．８ｃｍ　
（３３，０インチ）燃料の組成　　　　　　　　Ｕ−Ｚ
ｙＨ−ＥＴＵ−２３５の重量　　　　　　８：ｌ（３オ
ンス）ウラニウムの含有量　　　　４５重量％ウラニウ
ム−２３５の濃度　２０％（公称）水素対ジルコニウム
の比率　１対６ 被覆材　　　　　　　　　　合金８００Ｈ被覆の厚味　
　　　　　　　０．０４１ｃｍ（０，０１６インチ）容
器３０はほぼ円筒形の側壁３４と、閉じた底３６と着脱
自在のカバープレート４０を有する上部の出し入れ口孔
３８とを備えているほぼ円筒形断面の細長いタンクであ
る。カバープレート４０を取り外すと燃料補給、維持管
理等の目的で口孔３８から容器３０の内部に近寄れる。

炉心３２はその下端３２ｃＬから上端３２ｂにまで垂直
に延び容器に冷媒が流れるようにする複数の通路を有し
ている。通常の運転中、１次冷媒は入口々孔４２を通り
原子炉容器３０に入りそれから入口導管系統４４を通シ
炉心３２に移動する。

入口導管系統４４は炉心３２の下の入口充満空間４８を
形成する入口室４６と入口々孔４２から入口室４６にま
で延びている入口バイブ５０とを備えている。入口室４
６には流れ分布おおい５１が設けてあり流れを炉心３２
の下端３２ａの面積にわたりほぼ均一に分布する。

冷媒は入口室４６から出口導管系統５２にまで炉心３２
を通り上方に流れ、出口導管系統は炉心３２の上方に位
置決めした出口充満空間５６を形成する出口室５４と出
口室から容器の側壁３４の上端付近の出口々孔６０にま
で延びている出口バイブ５８とを含んでいる。出口々孔
６ｏは外部のバイブロ２に連通（−この外部のパイプは
１次冷媒をそれから熱を抽するだめ熱交換器モジュール
１４にまで運ぶ。

原子炉モジュール１２は容器３０をほぼ満たす比較的に
冷たい水（たとえば、１４０’Ｆ″）のプールを収容す
る。原子炉モジュール１２は冷たい水のプールを２次冷
媒として使用する２次すなわち補助冷却系統を含んでい
る。水がプールから炉心３２を通り循環して１次冷媒を
強制循環させない場合に自然対流により炉心３２から熱
を奪えるようにする手段が設けである。強制冷媒流がな
い場合にプールから２次冷媒が流れる通路を形成する一
方通常の運転中１次および２次冷媒が混合するのを防止
するだめ、入口導管系統４４は間隙６８を形成する１対
のヴエンチュリー咽喉部６６を含み、出口導管系統５２
は１対のほぼＴ−字形の散布器７０を介してプールに連
通している。冷媒の強制循環が終ると、炉心３２内の熱
い冷媒とプール内の比較的に冷たい冷媒との間の密度の
差により炉心３２内の冷媒を上昇させ２次冷媒をヴエン
チュリー咽喉部６６の間隙６８を通り入口導管系統５２
に引き入れプールから炉心３２を通り上方に流れさせ出
口室５４に流入し次いで散布器７０を通りプールに戻る
よう循環させる。

ヴエンチュリー咽喉部６６はその間隙６８と出口充満空
間５６との間の圧力を平衡させ通常の運転中１次冷媒の
流路にプール水が流入したりそれから流出しないように
する形状にしてある。ヴエンチュリー咽喉部６６の断面
を変えられるようにする調節手段７２が設けである。

冷却器７４が散布器７０の出口アロ付近に位置決めしで
ある。各冷却器７４は外部の供給源からの比較的に冷た
い水（たとえば、７５°Ｆ）が通り流れる複数の管から
成る。

これら管の外部はプールから水を奪うようプールの水に
接触する。補助冷却系統の作用中、水は散布器７０から
流出して冷却器７４を通り管の外部に流れる。１対の冷
却水供給管７８が原子炉容器３０の上端を通り下方に冷
却器にまで延び、１対の排出パイプ８０で冷却器から容
器３０の上端にまで延びている。それぞれの・ξイブ７
８．８０は外部の・ξイブ８２（第１図）に接続され、
このパイプ８２は池または堀割で良い冷却水の外部の供
給源に連通している。

原子炉モジュール１２の冷媒循環系統は本出願人に譲渡
されている「自然の補助冷却系統を有する原子炉」と称
する発明に係る米国特許出願第６４５，９０７号に詳細
に記載されている。

炉心の上方に多量の水を配置するとパイプが破壊した場
合に炉心が過熱する機会を少くする。第１図ないし第４
図に示した具体例では、入口および出口々孔４２．６０
は炉心の上端の上方約１９フイートの高さに配置されて
いる。・ξイブが犬きく破壊しても容器内の水の僅かの
部分しか蒸気に変らず炉心３２は水におおわれたままで
ある。

容器３０を穴８４内に支持するため、側壁３４の外部に
は複数の支持ブラケット８６が設けである。各ブラケッ
ト８６は穴８４を包囲しているほぼ平たい水平の表面８
８に置くようにしてあり従って容器３０を据え付けるに
はブラケット８６が表面８８に載る深度にまで容器３０
を穴８４内に降ろすだけで良い。次いでブラケット８６
をボルト留めまたはその他の方法で係止する。

図示した支持ブラケット８６のそれぞれは側壁３４から
外方に延びている水平の板９０と水平の板９０と側壁３
４との間に延びている１対のほぼ３角形の垂直に配向し
だ板９１とを備えている。

原子炉の容器３０内の圧力は一般に大気圧より高く保持
されている。容器内の圧力はその上端において約３５０
　ｐｓｉαであることが好ましい。容器３０内の圧力は
出口々孔６０に接続されたバイブロ２に連通している従
来の浮袋形加圧器９３を通し作用する加圧した窒素によ
り調整する。あるいはまた加熱した加圧器を使用するこ
ともできる。

この具体例における原子炉モジュール１２の１つの特徴
はそれが燃料要素３３を貯蔵するため炉心３２の上方に
配置した後退可能なラック９２を含んでいるということ
である。貯蔵ラック９２は後退位置にあると燃料要素３
３を貯蔵するため側壁３４の付近の周辺個所に配置され
ている出し入れ口孔３８から炉心３２に妨害もなく近寄
れるようにする。ラック９２は燃料要素３３を装入また
は取り出すため引出し式に原子炉の内部の中心個所に引
っ張り込みできる。ラック９２は直線的軸受または軸受
に装着したローラを有する従来の入れ子犬支持体９４に
装着されている。支持体９４はラック９２の上方で側壁
３４に締め付けである。

支持体９４はステンレス鋼で作れる。

各ラック９２はいくつかの燃料要素３３用の貯蔵位置を
有し個々の燃料要素を支持する手段をそれぞれ有する複
数のホルダー９６を含んでいる。

炉心３２のそれぞれの側に１組づつにｊ〜て２組９８゜
１００に配置しである。各ラック９２はラック９２の運
動方向に垂直に容器３０を２分する平面以上は伸張でき
ずそれによりそれぞれが各組のラック９８，１００に関
係して互いに干渉することなく２つの独立した作業によ
り燃料補給を同時に行えるようにする。図示したラック
９２は炉心３２内の燃料要素３３の数に等しい出口アロ
用の貯蔵スペースを有している。

熱交換器モジュール１４ 前にも述べたように、熱交換器モジュール１４は原子炉
の炉心を冷却する水からタービン１６を２駆動するＲ−
１１４流体に熱を伝達する。特に、第１２図ないし第１
４図を参照すると、図示した熱交換器モジュール１４は
第１および第２の熱交換器１０２，１０４を含み、Ｒ−
１１４流体と原子炉の水とがそれぞれこの熱交換器を通
り互いに則方向に流れる。従って、反対方向に流れると
比較的に効率良く所望の熱交換を行えるようにする。

図示しだ熱交換器モジュール１４においては、熱交換器
１０２，１０４はそれぞれ上方の管板１０６．１０７と
下方の管板１０８．１０９とを有し、これら管板はそれ
らの間に長さ方向に延びているほぼ円筒形の外殻１１８
，１２０により包囲されだ管１１０，１１２の束を有し
ている。Ｒ−１１４流体は管の内部を流れ他方原子炉の
水は管の外面に接触する。従って、熱は原子炉の水がら
管壁を通してＲ−１１４流体に伝達される。

それぞれの熱交換器１０２，１０４の外殻１１８゜１２
０の内部はその下端付近で短かい接続パイプ１２４に連
通して原子炉の水が流れるようにする。

入口充満空間１２６がほぼド−ム状の上壁１２８により
第１の熱交換器１０２の上方の管板１０６の上方に形成
されている。同様な形状の下壁１３０が下方の管板の下
方に出口充満空間１３２を形成している。はぼド−ム状
の下壁１３６が熱交換器ＩＱ４の下方の管板１０９の下
方にこの熱交換器用の入口充満空間１３７を形成し、ま
だ同様な形状の上壁１３８がモジュール１１４のと端付
近に出口々孔１４２に隣接して出口充満空間１４０を形
成している。

モジュール１１４は２つの熱交換器１０２．１０４を包
囲しているほぼ円筒形の側壁すなわち外殻１４２とモジ
ュールの底を閉じるほぼドーム状の底壁１４４とを有ｌ
−でいる。このモジュールは更にまだＲ−１１４流体用
の入口々孔１４８と。

Ｒ−１１４流体用の出口々孔１５０と原子炉水用の出口
々孔１５２とを有するほぼ平たい円形の頂壁１４６も含
んでいる。原子炉水用の入口々孔１５４は側壁１４２の
頂部付近に位置決めされている。

モジュール１４がその穴１５８内の据付は位置にある時
それを支持するため熱交換器モジュール１４の外殻１４
２の外面に支持体１５６が設けである。モジュール１４
の周囲にこのモジュールの上端付近に等間隔にして４個
の支持体１５６を設けることが好ましい。各支持体１５
６は穴の上端。

の捷わりの支持面に載る水平の底壁１６０とこの底壁１
６０を吊る２つの３角形の側壁１６２とを有している。

運転中、Ｒ−１１４流体は熱交換器モジュール１４の頂
壁１４６に設けた入口々孔１４８に流入し、第１の熱交
換器１０２の管束１１０の管の内部を通り出口充満空間
１３２にまで流れ下り第２の熱交換器１０４の入口充満
空間１３７にまで延びているＵ−字形の接続パイプ１３
４を通９１下方の管板１０９を通り第２の熱交換器の管
束１１２の管を通りこの熱交換品の出口充満空間１４０
にまで上方に流れ出口々孔１５０を通り接続パイプ１６
４に流出しこの接続パイプはＲ−１１４流体を電力転換
モジュール２２に運ぶ。原子炉の冷却水はモジュール１
４の側壁１４２の上端付近の水の入口々孔１５４を通り
内方に、降水管１６７を通りモジュール１４の底にまで
下方に、熱交換器１０２．１０４の外面のまわシをまわ
り第２の熱交換器１０４の外殻１２０の上端付近の水の
入口々孔１６６にまで上方に、第２の熱交換器１０４の
管束１１２の管の外側をまわりそれぞれの熱交換器の外
殻間の接続パイプにまで下方に流れて第１の熱交換器１
０２の外殻１１８に流入し、第１の熱交換器の管束１１
２の管の外面に沿い上方にこの熱交換器の外殻１１８の
上端付近の出口々孔１６８にまで上方に、短かい接続パ
イプ１７０を通りモジュール１４の頂ｖ１４６に設けた
水の出口々孔１５２にまで流れる。図示。

しだ熱交換器モジュールに満足であると判った１組の仕
様が以下の表に示しである。すなわち第１の熱交換器　
第２の熱交換器 管通過回数　　　　　　　　　１回　　　　　１回管の
数　　　　　　　　　　　８００本　　　８００本管の
外径（インチ）　　　　　　　　０．６２５　　　０．
６２５壁厚（インチ）　　　　　　　　　　０．０６５
　　　０．０４９管のピッチ（インチ）　　　　　　　
０．８１２　　　０．８１２管の長さくフィー））　　
　　　　　３４．０　　　　　３４．０外殻の内径（イ
ンチ）　　　　　　　２９．０　　　　５２．０据付は
面積（平方フィー））　　　　４．４５１　　　　１８
．３５９有効面積（平方フィート）　　　　　４．４０
７　　　　１７．８７０全体のウラニウム　　　　　　
　　２２３．　　　　１２２゜（Ｂｔｕ／時平方フィー
ト°Ｆ） 管側　　　　　　　　　　　　　　０．０００３　　　
０．０００３外殻側　　　　　　　　　　　　　０．０
００３　　　０．０００３外殻の側圧 降下（ｐｓｉ）　　　　　　　　　　３．９４　　　　
１．１５管の側圧降下Ｃｐｓｉ）　　　　　　　１４．
７０　　　　１６．６０１温度（Ｒ−１１４流入流体）
（下）　　　１７４．　　　　３００温度（Ｒ−１１４
流出流体）（’Ｆ）　　３００　　　　３７０！　　　
　　　　　温度（流入水）（’Ｆ）　　　　　　　３７
１．４　　　４２０温度（流出水）　（０Ｆ）　　　　
　　３３０．０　　　３７１．４熱効率（ＮＭＢｔｄ時
）９４．９　　　　　８８．７ＭＴＤ（下）　　　　　
　　　　　　　１０８．２　　　　４１．２Ｒ−１１４
の走置（ＮＭ＃？ンド／時）　　　２．５６０６　　　
２．５６０６水の流量　　　　　　　　　　　　２．１
７６　　　　２．１７６図示した熱交換器１４０１つの
特徴は降下管１６７が水の人口々孔１５４と水が最初に
管の外面に接触する個所との間に原子炉の冷却水用に比
較的に長い流路を形成するということである。この目的
のため、管内のＲ−１１４流体に潜在的に好ましくない
影響を及ぼさないよう炉心に生じたＮ−１６に対して十
分な壊変時間を設ける。

前にも述べたように１図示しだ原子力装置の電力転換モ
ジュール２２は熱回収装置１８の上端に装着したタービ
ン発電機ユニット２４を備えている。

まだこれも前に説明したように、電力転換モジュール２
２０１つの利点は熱回収装置１８にタービン発電機１８
を直接装着することによりＲ−１１４流体の蒸気がター
ビンの吐出し側から熱回収装置１８の入口充満空間にま
で方向を変えずに直接流入できるようにしそれによりタ
ービンと熱回収装置１８とを方向を変えるパイプにより
接続する構造と比較して流れの損失を減少する。

図示したタービン発電機ユニット２４は単一段ラシアル
流入タービン１６により気密にシールされている。この
ユニットは更に交流発電機１７６とＲ−１１４！体を熱
回収装置１８と熱交換器モジュール１４とを通し圧送す
るポンプ１７８とを含んでいる。タービン１６と、発電
機１７６とポンプ１７８とは共通の垂直のシャツ）１７
９（第４図）に装着されている。シャフト１７９はスラ
スト軸受（図示せず）により従来方法で支持されている
。Ｒ−１１４流体は軸受を潤滑にし発電機１７６を冷却
する。

図示した熱回収装置１８は本出願人に譲渡され、ている
１９８４年８月３０日付で出願した米国特許出願第６４
５，９９９号に記載されている。きわめて一般的に、図
示した熱回収装置はＲ−１１４の蒸気用の入口孔８２お
よびＲ−１１４の蒸気が冷却された後それを排出する出
口々孔１８４を有する一般に円筒形のタンク１８０と凝
縮器モジュール２０から排出されだＲ−１１４液体を運
ぶため。

タンク１８０内に配置した環状の管束１８６（第４図）
とを備えている。管束１８６の管はそれぞれ上下端で管
板１８８．１９０に接触している。

上下のマニホルド１９２．１９４がそれぞれ管束のそれ
ぞれ上下端で液体の流れを分布する。Ｒ−１１４液体は
上方のマニホルド１９２０入口々孔・１９１と出口々孔
１９３とを通り熱回収装置１８を出入する。

タンク１８０は管束１８６を包囲する側壁すなわち外殻
１９６とそれぞれのマニホルドの外壁を形成する上下の
壁１９８．２００とを含んでいる。

Ｒ−１１４！体は管の内部を通り流れ他方ガスは管の外
側を流れ従って管の壁を通してガスから液体に熱を伝達
する。熱回収装置の内部は流体の管とマニホルドとの内
側を含む「管側」また外殻１９６内の管の外側のスＲ−
スを含む「外殻側」という用語で呼称できる。

環状の管束１８６は、一般的に円筒形のタンク１８０の
長さ方向軸線と平行な長さ方向軸線を有する一般的に円
筒形の内部２０２を有している。

環状の管束１８６の内部２０２は入口々孔１８２に並ん
でいて熱回収装置１８に入る蒸気用の充満空間を形成し
−でいる。従って、運転中、蒸気は入口充満空間２０２
に流れ下りそれから半径方向外方に管上を管束１８６と
外殻１９６との間に形成された出口充満空間に流れる。

その後出口充満空間２０４では蒸気は円周方向に次に軸
線方向にガスの出口々孔１８４に向は流れる。環状の管
束１８６の管は束１８６の円周方向に均一に分布されて
いる。管束１８６をタンク１８０内に偏心して装着する
とＲ−１１４の蒸気は環状の管束１８６の個々の管上に
比較的に均一に分布される。

管は垂直に配置されその上下端が上下の管板１８８．１
９０により抑制されている。看板１８８゜１９０は穿孔
され各穿孔はそれぞれ管端に密封されている。穿孔を除
いて、管板１８８，１９０は不透過で管の端部の長さ方
向に管の外部にガスが流れるのを防止する。

管板１８８．１９０は一般に円形である。上方の管板１
８８は蒸気が入口充満空間に流入するよう比較的に大き
い開口を有している。

マニホル）’１９２，１９４にはデイバイダ（図示せず
）が設けてありＲ−１１４の液体が管内を４つの流れに
して流れ管を４つの管状の同軸グループに有効に分割す
る。各環状グループはすべての管間における流量をほぼ
均一にするよう同数の管を含んでいることが好ましい。

２つの流体間での熱伝達を向上させるため管は外殻側に
フィンを設けることが好ましい。管の面積を拡大するた
めらせん状に縦溝を設けた管を使用することもできる。

入口充満空間からの半径方向外方の流れは管束１８６の
長さに沿い比較的に均一に分布される。

管束１８６の長さに沿う流れの分布の均一性を向上する
だめ、複数の穿孔を有する環状の流れおおい（図示せず
）が環状の管束の内部に沿い延びることができまた弧状
の穿孔した邪魔板と蒸気の出口々孔１８４付近で環状の
管束の外面の一部分に沿い位置決めできる。

電力転換モジュール２２をその穴に支持するため、支持
体２０６がタンクの外側に設けである。

支持体２０６は原子炉モジュール１２と熱交換器モジュ
ール１４とに関連して前記したものと同様である。

以下の性能パラメータを保持できる。すなわち蒸気 流量　　　　　　　　１．５６Ｘ１０”、＋？ント″／
時大入口温度／エンタルピー２２１°Ｆ／１０７．Ｂｔ
ｄポンドゝ出口温度／エンタルピー　１７４°１５１．
０Ｂｔｕ／ポンドゝ入口圧力　　　　　　　　７０２ｐ
ｓｉα熱効率 以上の性能パラメータは以下に述べる形状により得られ
る。すなわち、 フィンの外径　　＝　０．７５インチ 管の外径　　　　＝０．５２インチ（ルート直径）Ｎづ
イン／インチ フィンの厚味　　＝０．０１８インチ 最小壁厚　　　　　＝０．０３１インチフィンの高さ　
　　＝０．９０インチ ７．６８８本の管長 外殻の内径　　　　２１０４インチ 管の長さく全体）　　＝２９．０フィート有効長さ　　
　　　＝２８．６６７フイート外殻ノズル内径：出口：
　３６．０インチ入口：　４０．０インチ 管ノズル外径：出口：　１２．１インチムロ：１２．１
インチ 総有効熱交換面ｙ：１１５．９２５平方フィート総据付
は熱交換面積：１１６．４２８平方フイート外殻の圧力
降下：２−５ｐｓｉ 管の圧力降下：　１３．Ｏｐｓｊ 材料ニアルミニウム この特定の具体例では、環状の管束１８６は外殻１９６
の中心から３インチ片寄り、外殻１９６は１０４インチ
の内径を有し、管束１８６は９３インチの外径を有して
いる。従って、管束１９６と外殻１９６との間の出口充
満空間２０４の半径方向寸法は熱回収装置１８の円周を
中心として出口々孔１８４に向かい合った最小の２５イ
ンチがら出口々孔１８４の真近の８５インチの最大にま
で変化する。

第１図ないし第４図に示しだ具体例における凝縮器モジ
ュール２０は１対の管板２１２，２１４間に延びている
一般に円筒形の側壁すなわち外殻２１０と外殻内のこれ
もまた管板２１２，２１４間に延びている細長い垂直に
配向した管束（図示せず）とを備えている。熱回収装置
におけるように、凝縮器は管の外部に連通している個所
から成る「外殻側」と管の内部に連通している個所から
成る「管側」という用語で呼称できる。

タンク２０８は円筒形の側壁すなわち外殻２１０のほか
にもまた冷媒が流れる入口々孔２００および出口々孔２
２２を有するヘソ）２１６と凝縮物が流れる出口々孔２
２６を有する底部２２４とを！　　　　　　含んでいる
。凝縮物に入る蒸気用の充満空間を形成するため、入口
々孔２２９を有する周辺の蒸気ベルト２２８が凝縮器モ
ジュール２０の外殻２１０の頂部付近で外方に延びてい
る。蒸気ベルト２２８はほぼ円筒形の垂直の側壁２３０
を含みこの側壁は入口々孔の付近にはその反対側に大き
い而ＫＭを形成するよう偏心的に位置決めされ、このよ
うにすると管束の周囲から管束に蒸気を比較的に均一に
分布する。蒸気ベルトは垂直の側壁２３０のほかにまた
上下の水平の壁２３２．２３４も含んでいる。凝縮器の
入口々孔２２９は短かい水平のパイプ２−３６により熱
回収装置の出口々孔１８４に接続されている。凝縮器の
ヘッド２１６と底部２２４とには冷媒が管内をいくつか
の流れにして流れるようにする適当なデバイダを設ける
ことができる。

図示しだ凝縮器の１つの利点は蒸気の流れ方向を変えず
に短かい水平のパイプ２２６により熱回収装置１８に接
続できるような形状にしてあり熱回収装置１８と凝縮器
２０との間の流れ損失を極減し原子炉装置の総体的効率
を良くするということである。

凝縮物は出口々孔２２６を通り凝縮器２０を出て次いで
戻し・ξイブ２３７を通り熱回収装置１８に圧送されこ
の熱回収装置では管側を通り循環せしめられる。凝縮物
は２台のポンプ１７８，２３８により圧送され、一方の
ポンプ２３８は凝縮器の底部付近に他方のポンプ１７８
はタービン発電機ユニット２４に位置決めされている。

前記したモジュールと同様に、凝縮器２０はその外部に
支持体２４０を含み関係した穴２４２に据え付けやすい
ようにしてある。

凝縮器２０は以下の仕様を有することができる。

すなわち、 管の形成　　　　　　　　　　　　らせん状に縦溝が設
けである管を通過する回数　　　　　　　　　　　　２
回管の本数　　　　　　　　　　　　　　　　３５００
本管の外径（インチ）　　　　　　　　　　　　　１．
００壁厚　　　　　　　　０．０２０ 管のピッチ（インチ）１．３ 管の長さくフィート）　　　　　　　　　　　　３４．
３外殻の内径（インチ）　　　　　　　　　　　８８０
据付は面積（平方フィート）　　　　　　　　　４３．
９８２有効面積（平方フィート）　　　　　　　　　　
４３．４９３全体のウラニウム（Ｂｔｕ／時平方フィー
ト　　２５１゜’Ｆ　／　Ｂ　ｔ　ｕ 汚染物（時平方フィート’＠／Ｂｔｕ 管側　　　　　　　　　　　　　　　　　　０．００１
外殻側　　　　　　　　　　　　　　　　　０．０００
３外殻側圧力（ｐｓｉ）　　　　　　　　　　　　１．
２６管側圧力（ｐｓｆｆｌ）　　　　　　　　　　　　
　　５．７２温度（Ｒ−１１４流体）流入（下）　　　
　　　　　１２１．０温度（Ｒ−１１４流体）流出（’
Ｆ）　　　　　　　９５．０温度（水）流入（’Ｆ）　
　　　　　　　　　　　７２．０温度（水）流出（〒）
　　　　　　　　　　　ＳＳ、Ｏ熱効率（ＮＭＢｊｕ／
時）　　　　　　　　　　　１４　ｓ、。

流量（ＮＭポンド／時）　　　　　　　　　　　２．５
６０６冷却水流量（ＮＭ＃？ンビ／時）　　　　　　　
　９．３０１前記した原子力装置１０は従来構造の建物
２４４に収容できる。前にも述べたように１種々の安全
性により建物２４４は汚染を防止するよう設計する必要
はない。

建物２４４は制御室２４６を含み原子炉の内蔵物等を貯
蔵する個所２４８を形成している。３０トンの電動で天
井を運動するクレーン２５０が建物２４４の長さに沿い
レール２５２上を走行し配管等の掘付けを助ける。モジ
ュールを据え付けるには大形の野外クレーン（図示せず
）を必要とし建物の屋根２５４の取付は以前に行う。

図示した穴の構造によりすべてで４つのモジュールの上
端が共有する比較的に大きな凹所２５６を形成し、３つ
の個別の穴８４．１５８．２４２が凹所２５６から下方
に延び、１つの穴８４は原子炉モジュール１２用で、１
つの穴１５８は熱交換器モジュール用で、１つの穴２４
２は電力転換モジュール２２と凝縮器２０と用である。

原子炉モジュール１２のみを収容する個別の穴８４を設
けると原子炉の容器１２が破裂した場合に原子炉の水を
封じ込めるのを助けまだ炉心３２を有効にじゃへいする
助けともなる。同様に、熱交換器モジュール１４用に個
別の穴１５８を設けると熱交換器モジュール１４の外殻
１４２の破裂によるプールの水位の低下を減少する。

第１図ないし第４図に示した原子力装置は約１０メガワ
ツトの電力を出力するよう設計されている。原子炉の熱
出力は約１９％の正味効率を生じる約５３メガワツトで
ある。

第５図ないし第８図には約３メガワツトを出力するよう
設計した本発明の第２の具体例の装置３００が示しであ
る。この装置３００は前記した原子炉モジュール１２よ
りいく分車形であるが第９図ないし第１１図に示（７だ
原子炉モジュールとほぼ同じ構造の水冷原子炉モジュー
ル３０２を含んでいる。装置３００は更にまた前記した
原子力装置に使用したものに似ている熱交換器モジュー
ル３０４と、前記した原子力装置１０に使用したものに
似ているタービン発電機ユニット３０８および凝縮器３
１０を備えている電力転換モジュール３０６とを含んで
いる。第５図ないし第８図に示しだ原子力装置３００は
タービン発電機３０８から出る蒸気の凝縮を電力転換モ
ジュール３０６において行うので３つのモジュール３０
２，３０４゜３０６しか有していない。

タービン発電機３０８は共通の垂直のシャフト３２４に
装着されているタービン３１８と、発電機３０２とポン
プ３２２とを含んでいる。タービン３１８は第１図ない
し第４図に示した原子力装置に使用したものとほぼ同じ
である。発電機３２０とポンプ３３２とは原子力装置３
００の電力出力が前記具体例よりも小さいので小形であ
る。

この第２の具体例における凝縮器３１０は前記した熱回
収装置１８とその一般的形状が似ている。

従って、凝縮器３１０は一般に円筒形であり上端には蒸
気がタービン３１８からタンク内に配置した環状の管束
（図示せず）の中心に直接排出されるようにする蒸気人
口々孔３２８を有し７ている外殻すなわちタンク３２６
を含んでいる。蒸気は管の外側を横切り半径方向外方に
流れる際に凝縮し凝縮物ドレン３２９を通り凝縮器から
出る。外部の供給源からの冷却水は冷却水人口々孔３３
０を通りタンクに入り、管束の管を通り流れ冷却水排出
口孔３３２からタンクを出る。

第５図に示した原子力装置３００は制御室３４２を有す
る建物３４０を上方に位置決めして全体が傾斜面の下方
に配置されている。モジュールの上端はコンクリートで
内張すした底３３６と側部３３８とを有する大きく比較
的に浅い穴３３４に配置されている。モジュールの下部
は穴３２４の底３３６から下方に延びている３つのそれ
より深い穴３１２，３１４．３１６内に収容されている
。

支持ブラケット３３７がモジュールを支持している。放
射能による環境汚染を防止するだめ、原子炉モジュール
３０２と熱交換器モジュール３０４とは電力転換モジュ
ールと上の建物とから絶縁されるようにじゃへいされて
いる。この目的のため。

建物３４００床として機能する水平の壁３４０が原子炉
モジュール３０２と熱交換器モジュール３０４との上に
延びまた垂直のデイバイダ壁３４６が原子炉モジュール
３０２と熱交換器モジュール３０４とを電力転換モジュ
ール３０６から分離している。水平の壁は原子炉と熱交
換器とに近付きやすいようにするため複数の着脱自在の
部分３４７で構成することが好ましい。

発明の効果 運転中、水は第１の流体回路内を流れ、この回路内で水
は約３００″Ｆで原子炉モジュール３０，２に入り約３
４０”Ｆに加熱され、熱交換器モジュール３０４を通り
流れて熱を２次流体に伝達しポンプ３４８を通り流れポ
ンプはこの水を原子炉モジュールに戻す。第１の流体回
路は従来の加圧器３４９により加圧される。原子炉モジ
ュール３０２内の圧力は上端で約２５０°Ｆに保持する
ことが好ましい。

２次流体は冷媒Ｒ−１１３フロロカーボンであることか
好ましい。Ｒ−１１３流体は約９５’Ｆの温度と約１９
３　ｐｓｉａの圧力とで熱交換品モジュール３０４に入
り加熱および気化され約３００’Ｆと１７６　ｐｓｉａ
とで熱交換器モジュール３０４を出てタービン３１８を
通り流れて膨張しタービンから約１６６’Ｆの温度と約
１０　ｐｓｉａの圧力とで排出され凝縮器３１０により
約９３６Ｆの温度と約９０５　ｐｓｉａの圧力とに冷却
されポンプ３５０．３２２を通り流れこれらポンプはこ
の流体の圧力を約１９０　ｐｓｉａに温度を約９５６Ｆ
に引き１ばて流体を熱交換器モジュール３０４に戻す。

原子炉の電力出力は約１８％の正味効率である約１８メ
ガワツトである。

以上の説明により本発明が新規な原子力装置を提供する
ものであることは理解できよう。好ましい具体例を示し
て説明したが、本発明はこの具体例にのみ限定するもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の具体例の原子力装置を一部略図
で示す平面図、第２図は第１図のほぼ２−２線に沿い切
断し明確にするため一部分を切欠いて示す断面図、第３
図は第１図のほぼ３−３線に沿い切断し明確にするため
一部分を切り欠いて示す第１図の装置の断面図、第４図
は第１図のほぼ４−４線に沿い切断し明確にするため一
部分を切り欠いて示す断面図、第５図は本発明の第２の
具体例の原子力装置の平面図、第６図は第５図のほぼ６
−６線に沿い切断明確にするだめ一部分切欠いて示す断
面図、第７図は第５図のほぼ７−７線に沿い切断して示
す第５図に示した装置断面図、第８図は第５図のほぼ８
−８線に沿い切断して示した第５図の装置の断面図、第
９図は本発明に係る原子カモジュールの長さ方向断面図
、第１０図は第９図のほぼ１０−１０線に沿い切断して
示す第９図の原子炉モジュールの長さ方向断面図、第１
１図は第９図のほぼ１１−１１線に切断して示す第９図
の原子力装置の断面図、第１２図は第１３図のほぼ１２
−１２ｍに沿い切断して示す第１の原子力装置の横断面
図、第１３図は第１２図のほぼ１３−１３線に沿い切断
して示す第１２図のモジュールの断面図、第１４図は第
１２図のほぼ１４−１４線に沿い切断して示す第１２図
のモジュールの断面図である。 １０・・・原子力装置、１２・・・原子炉モジュール。 １４・・・熱交換器モジュール、１８・・・熱回収装置
、２０・・・冷却手段、２２・・・電力転換モジュール
、２４・・・タービン発電機、３０・・・タンク、３２
・・・炉心、３３・・・燃料要素、１１０，１１２・・
・管束。 ＦＩＧ、　８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第１の流体を加熱する原子炉モジュールと、第１の
   流体から第２の流体に熱を伝達する熱交換器モジュール
   と、第１の流体回路において第１の流体を原子炉モジュ
   ールと熱交換器モジュールを順次に通り流れさせる第１
   の配管系統と、第２の流体により駆動されるタービン発
   電機およびそれから第２の流体が出るとこの流体を冷却
   する手段を備えている電力転換モジュールと、第２の流
   体回路において第２の流体を熱交換器モジュールと電力
   転換モジュールとを通り順次に流れさせる手段を備えて
   いる第２の配管系統と、前記モジュールを収容する複数
   の穴とを備え、各モジュールが細長く上下端部分を有し
   下部がそれぞれ１つの穴内に配置されてほぼ垂直に配向
   され、原子炉モジュールと熱交換器モジュールとがそれ
   ぞれ上端付近において第１の配管系統に接続する手段を
   有し、各モジュールが関係した穴に上から据え付けされ
   るよう支持手段を有するタンクを含んでいることを特徴
   とするモジュール原子力装置。 ２）第２の流体を冷却する手段が凝縮器である特許請求
   の範囲第１項の装置。 ３）第２の流体を冷却する手段が位相を変えずに第２の
   流体を流れさせる熱回収装置であり、装置が更にまた凝
   縮器モジュールを備え、第２の配管系統が更にまた凝縮
   器を通り第２の流体を流れさせる手段を備えている特許
   請求の範囲第１項の装置。 ４）第２の流体を凝縮器を通り流れさせる手段が熱回収
   装置から凝縮器にまで延び第２の流体を熱回収装置に方
   向を変えずに直接流れさせるほぼ水平の真直なパイプを
   含んでいる特許請求の範囲第３項の装置。 ５）原子炉モジュールが炉心を収容しているタンクと、
   炉心を取り巻いている水のプールと、第１の流体が原子
   炉もジュールを通る流れを中断した場合に自然に対流に
   よりプールから炉心を通り水を循環させる手段とを備え
   、１つまたはそれ以上の数の穴がプールの２次的封じ込
   めを行いそれによりタンクが破裂した場合に炉心が水に
   囲まれたままとなるようにする特許請求の範囲第１項の
   記載の装置。 ６）第２の流体が熱回収装置から出るとそれを冷却する
   手段が第２の流体を収容する中心の充満空間を形成する
   環状の管束を含み、電力転換手段がタービンから中心の
   充満空間の第２の流体を流れ方向を変えずに流れさせる
   形状にしてある特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７）タービン発電機が共通の垂直なシャフトに回転可能
   に支持されたタービンと発電機とを備え第２の流体がタ
   ービン発電機から出るとそれを冷却する手段がタービン
   の真下に中心の充満空間を形成する環状の管束を含み、
   それにより第２の流体が方向を変えずにタービンから入
   口充満空間に流れ下る特許請求の範囲第１項の装置。 ８）第２の流体がタービンから出るとこの流体を冷却す
   る手段が第２の流体がタービンから入口充満空間に流れ
   下り次いで管束を通り半径方向に流れるようにする形状
   にしてある特許請求の範囲第７項の装置。 ９）タービンと熱交換器とを備え、熱交換器が中心の充
   満空間を形成する環状の管束と管束を収容し出口々孔を
   有するタンクとを含み、環状の管束が冷媒が通る複数の
   管を備え、タービンが方向を変えずにタービンから入口
   充満空間に直接流体を排出する手段を含み、それにより
   入口充満空間に排出した流体が充満空間から環状の管束
   に半径方向外方に流れ熱を冷媒に次いで出口々孔に伝達
   することを特徴とする電力転換モジュール。 １０）水平に流れる上記を収容する入口手段およびター
   ビンから蒸気を下向きに排出する出口手段を有するター
   ビン発動機と、出口手段の真下に位置決めされ出口手段
   の真下に位置決めされそれに連通している中心の入口充
   満空間を形成する環状の管束を備えている熱交換手段と
   、環状の管束を包囲している一般に円筒形の外殻とを備
   え、それにより第２の流体がタービンから入口充満空間
   に方向を変えずに下方に流れ次いで入口充満空間から環
   状の管束に半径方向外方に流れて冷却されることを特徴
   とするタービンと熱交換器とを備えている電力転換器モ
   ジュール。 １１）上端および下端を有する細長いタンクとタンクの
   ほぼ中心でその下端付近に位置決めされた複数の燃料要
   素で構成された炉心とを備えている原子炉において、使
   用していない燃料要素をタンク内に支持する可動の燃料
   貯蔵手段を備え該可動の燃料貯蔵手段が炉心の真上でタ
   ンクのほぼ執心で燃料要素の装填および搬出を容易にす
   る第１の位置と炉心の真上でなく炉心の上から炉心に近
   付けるようにする第２の位置との間を可動であることを
   特徴とする原子炉。 １２）燃料貯蔵手段がタンクの両側に位置決めした２つ
   の個別のラック組合わせ体から成る特許請求の範囲第１
   １項の燃料貯蔵手段。 １３）各ラック組合わせ体が複数の個別のラックから成
   り、各ラックが複数の個別のホルダーを有し、各ホルダ
   ーが個々の燃料要素を支持する手段を有し、各ラックが
   組合わせ体の他のラックと独立して直線的に運動するよ
   う個々に支持されている特許請求の範囲第１２項の燃料
   貯蔵手段。 １４）水が炉心で加熱され熱交換器で流れを変えずに冷
   却される第１の閉じた流体回路を通り圧送し、有機の作
   用流体をそれが液体として熱交換器に入り、熱交換器に
   おいて水からの熱伝達により気化され、発電機を駆動す
   るタービンを通り膨張しタービンを上記として出で、凝
   縮器に入り液体として熱交換器に流れ戻る第２の閉じた
   液体回路を通り圧送することから成ることを特徴とする
   原子力を電力に転換する方法。 １５）タービンから凝縮器に蒸気として流れる作用流体
   が熱を凝縮器から熱交換器へ液体として流れる作用流体
   に熱を伝達する特許請求の範囲第１４項の方法。 １６）有機作用流体がフロロカーボンである特許請求の
   範囲第１４項の方法。 １７）フロロカーボンがＲ−１１３である特許請求の範
   囲第１６項の方法。 １８）フロロカーボンがＲ−１１４である特許請求の範
   囲第１６項記載の方法。