JPS63286794A - 原子炉容器冷却設備 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉容器の冷却設備に係り、特に黒鉛減速ガ
ス冷却型原子炉の原子炉圧力容器冷却設備において、動
的機器を必要としない高信頼性のシステムからなる冷却
設備に関する。

〔従来の技術〕

多目的高温ガス実験炉の原子炉容器冷却設備の系統構成
を第３図に示す、この設備は、圧力容器１の表面からの
輻射伝熱により炉心および圧力容器１を冷却するもので
あり、通常運転時のみならず炉心強制循環冷却喪失事故
等の重大事故時に予想される燃料温度異常上昇（燃料温
度の異常上昇は燃料の破損を起こし、冷却材中への放射
性物質拡散による機器の汚染や公衆の放射線被爆をもた
らす可能性がある）を防止する目的で設置されており、
如何なる場合においても確実に作動する高度の信頼性が
要求される工学的安全施設である。

黒鉛減速ガス冷却型の原子炉は、炉内の構造物の殆どが
黒鉛ブロックで構成されているため、軽水減速型原子炉
等に比べ、炉内の熱容量が極めて大きい、従って、炉心
燃料の温度変化が緩慢であることが知られている。この
熱容量の大きさの故に炉内冷却材の強制循環が停止する
様な事故においても、原子炉をスクラムした後に予想さ
れる核分裂生成物の崩壊熱による炉心燃料温度の異常上
昇を原子炉圧力容器ｌの表面から冷却パネル２へ、の輻
射伝熱によって抑えることができる。

この設備の系統は、第３図に示すように原子炉圧力容器
１の周りに設置された冷却パネル２、す−ジタンク３、
空気冷却器４、循環ポンプ５Ａ、外部電源６、非常用デ
ィーゼル発電設置１および熱媒体である冷却水８により
構成される。循環ポンプ５Ａによって昇圧された冷却水
８は冷却パネル２の下部入口より流入し、原子炉圧力容
器１からの受熱量により単相流のまま温度上昇し冷却パ
ネル２の上部より流出する。この冷却水８は空気冷却器
４に流入し、最終ヒートシンクである大気中への自然放
熱により低温状態となり再度循環ポンプ５Ａの入口に流
入する。サージタンク３は冷却水８の温度上昇による密
度差を吸収するｉ能を有している。

また、従来の冷却設備では、システムの信顛性を向上さ
せるために、循環ポンプ５Ａの故障を考慮し予備機とし
ての循環ポンプ５Ｂを１台設置し、更に外部電源６の喪
失を想定し、非常用ディーゼル発電設備７を設置してい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕 原子炉容器冷却設備は、通常運転時の他、炉心の強制冷
却喪失事故時等の重大事故時においても確実に作動し、
炉心および原子炉圧力容器を冷却する機能を有する工学
的安全施設であり、高信頬性が要求される。これを満足
させるため、従来の冷却設備では循環ポンプの１００％
容量２基構成（１基は予備）を採用し、電源入力は外部
電源および非常用ディーゼル発電設備に接続する事で対
処していた。しかしながら、冷却材循環能力喪失の確立
をゼロにすることはできないという問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
動的機器である循環ポンプを用いることなく、冷却材を
循環させ、静的機器のみから構成される高信顛性の原子
炉容器冷却設備を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、冷却材として低沸点冷媒（フロン等）を用
い、受熱部としての冷却パネルにおいて、低沸点冷媒を
気化させ、放熱部としての冷却器において液化させ、そ
の密度差を駆動力として、冷却材を自然循環させること
により達成される。

【作用〕

ここでは炉容器冷却軽の冷却材に低沸点冷媒を使用する
ことにより、循環ポンプを用いることなく、充分な循環
能力および冷却能力を有することを第２図を基に説明す
る。

第２図に受熱部１１と放熱部１２を有する閉ループ内の
自然循環の概略図を示す、Ｗ環材（冷却材）に低沸点冷
媒を使用すると、受熱部１１において低温で液相から気
相への相変化が生じ、気液二相流状態１３となり、逆に
放熱部１２では冷却凝縮され、再び液単相流１４となる
。

このような閉ループ内の循環力（循環材を受熱部１１に
送り込む力）（ΔＨ）は、放熱部１２と受熱部１１の循
環材密度差（Δρ＝ρ。−ρ１）とヘッド差（Ｌ）の積
で表される。特に本実施例の場合、冷却材は受熱部１１
で相変化を伴っているため、Δρが大きく循環力を確保
することが容易に可能となる。更に、受熱部１１におい
ては液の蒸発潜熱として冷却材中に蓄熱輸送されるため
、循環流量に対する除熱の割合（冷却能力）は、第３図
に示す従来の冷却設備のような冷却材の温度変化のみの
場合に比べ、より大きくすることが可能である。

このように冷却材として低沸点冷媒を使用することによ
り、受熱部１１の温度が低温状態のままで必要な除熱を
行うのに必要十分な冷却材の循環能力を維持することが
できる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の原子炉容器冷却設備の一実施例を示す
系統構成図である。

この冷却設備は、原子炉圧力容器１の周囲であって、原
子炉圧力容器１からの輻射熱の影響を受ける領域に受熱
部としての冷却パネル２が設置され、この冷却パネル２
はフロン等の低沸点冷媒９が循環する閉ループからなる
循環系統を構成して、いる、この循環系統にはサージタ
ンク３と放熱部としての空気冷却器４が設置され、空気
冷却器４は下降管１０により冷却パネル２側に連通され
ている。

この原子炉圧力容器冷却設備において、この系統内にに
注入されているフロン等の冷却材（低沸点冷媒）は、冷
却パネル２で圧力容器１からの輻射伝熱により加熱され
る。冷却材９は沸点が低いため、冷却パネル２内におい
て低温で気化を始め、冷却パネル２内は気液二相流の状
態となり、冷却パネル２内を上昇する。

冷却パネル２を出た冷却材（気液二相流状態）は空気冷
却器４で冷却凝縮され、液単相流となって、下降管１０
を経て再び冷却パネル２に戻る。

このように冷却材として低沸点冷媒を用いると冷却パネ
ル２内での流体密度（気液二相流）と下降管１０内での
流体密度（液単相流）の差が大きくなるため、従来設備
されていた循環ポンプがなくても必要循環量を確保する
ことが可能である。

また、冷却パネル２内では相変化による潜熱のため、単
相流の温度上昇に比べ原子炉圧力容器１を冷却するのに
必要な冷却材流量も従来技術構造に比べ少なくすること
が可能である。

本発明において、受熱部としては、冷却パネルに限定さ
れるものでなく、原子炉圧力容器からの輻射熱の影響を
受ける領域に配置され、その輻射伝熱を受けるのに有効
な形状であればよく、また、空気冷却器の代わりに水等
による冷却機能を有するものでもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば原子炉容器冷却設備の冷却
材として低沸点冷媒を使用することにより動的機器であ
る循環ポンプを用いることなく、充分な自然循環能力、
炉容器冷却能力を確実に維持できる。このため、動的機
器を含まない系統構成が可能となり、高信頼性の炉容器
冷却システムとすることができる。更に、循環ポンプに
付随する電源設備、制御設備も削除することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却設備の一実施例を示す系統構成図
、第２図は第１図の冷却設備の作用を説明するための閉
ループの自然循環概略図、第３図は従来の多目的高温ガ
ス化実験炉の原子炉圧力容器冷却設備の系統構成図であ
る。 １・・・・・・原子炉圧力容器、２・・・・・・冷却パ
ネル、３・・・・・・サージタンク、４・・・・・・空
気冷却器、１０・・・・・・下降管、１１・・・・・・
受熱部、１２・・・・・・放熱部。 代理人　弁理士　西　元　勝　− 第１図 第２図 　ｌｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低沸点冷媒を冷却材とする冷却系統を有し、原子
   炉圧力容器からの輻射熱の影響を受ける領域に前記冷却
   系統の受熱部を設け、該受熱部に対する前記冷却系統内
   の放熱部を冷却材の自然循環可能な領域の配置したこと
   を特徴とする原子炉容器冷却設備。