JPH0129276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炉心と、該炉の上部に配置された多く
の蒸気発生器を収容するケイブを有し、冷却ガス
が炉心の下部から上部に通り貫ける様に形成され
た、ガス冷却式ペブルベツド原子炉に関する。

いわゆるケイブ型の、すなわち炉心と蒸気発生
器をプレストレスコンクリート圧力容器のケイブ
の中に一緒に設置したガス冷却式ペブルベツド原
子炉は、先行技術に属する。構成部品としての炉
心と蒸気発生器の相互の相対的配列は、種々の型
式の原子炉で様々に行うことができる。

蒸気発生器が炉心の周囲のピツチ円上に、炉心
と同じ高さにあるガス冷却式ペブルベツド原子
炉、THTR―300型原子炉は公知である。冷却ガ
スの循環のために必要な送風機は、プレストレス
コンクリート圧力容器の側壁の中に格納されてい
る。冷却ガスは上から下へ炉心を貫いて導かれ
る。

蒸気発生器が炉心の軸方向下側にあるように、
炉心と蒸気発生器を２つの異なる水平面に配設す
ることも公知である。たとえば英国特許第
1025859号に開示されている。６個の蒸気発生器
が設けられている蒸気発生器は、圧力容器の軸線
を中心にして等しい角度間隔で同一円上にある。
送風機はそれぞれ１個が１個の蒸気発生器と連結
されており、圧力容器の側壁内で蒸気発生器の下
方に設置されている。炉心には上から下へ冷却ガ
スが貫流する。

ケイブ型の別の原子炉設備、たとえば西独公開
特許第1514501号公報で開示されたものでは、複
数個のユニツトから成る蒸気発生器が、やはり炉
心の下に配設され、それぞれの蒸気発生器ユニツ
トごとに１個の送風機が設けられる。圧力容器側
壁内に設置された送風機は、蒸気発生器ユニツト
と隣り合つて並んでいる。冷却ガスが蒸気発生器
ユニツトを水平方向に流され、炉心を上から下へ
貫通し、蒸気発生器ユニツトの間の中央隔室に集
められる。この場合、蒸気発生器へ近寄ることは
ほとんどできない。

また、複数個の蒸気発生器が炉心より低い平面
にあるガス冷却式原子炉において、各送風機を当
該蒸気発生器の直下に設置することも公知であ
る。たとえば、西独公開特許第2216848号公報に
開示されている。但し、この場合はケイブ型原子
炉でなくて、それぞれの蒸気発生器と送風機のた
めに圧力容器内に別個の、垂直に伸張する室が設
けられ、これらのすべての室は原子炉を収容する
主室と連通する。垂直の室は圧力容器の軸線を中
心に均一に分布し、圧力容器の下側で開口する。

又、更に、炉心で発生した熱を同じく蒸気の発
生によつて利用するケーブ型ペブルベツド原子炉
も先行技術である。しかしこの公知の原子炉（略
称AVR）は１個の蒸気発生器を装備するのみで
あり、この蒸気発生器は炉心の上に配設されてい
る。炉心を下から上へ貫流する冷却ガス循環用の
送風機は、炉心の下に配置されている。この公知
のペブルベツド原子炉は、同じ形式で大出力の原
子炉を製造するには適さないという欠点を伴な
う。

そこで本発明の目的は、簡単な構造で多面的に
使用可能であり、小型のものから大型のもの迄製
造が可能であり、しかも高い安全性を具備する、
ガス冷却式ペブルベツド原子炉を提供することで
ある。

この目的は前述のペブルベツド原子炉に於て、 (a) 上記蒸気発生器のそれぞれに対して１個の冷
却ガス用の送風機が設けられ、該送風機は炉心
の上部に対応する蒸気発生器と隣り合つて配置
されていること、 (b) 上記各送風機とこれに対応する蒸気発生器は
交換可能な１ユニツトに形成され、導管により
関連部材と連結されていること、 (c) 炉心に使用される球形燃料要素の堆積物は円
筒状に形成され、該堆積物の側面は、いずれも
円筒状の外部反射体と内部反射体によつて区切
られていること、及び (d) 原子炉に設けられ、該原子炉の制御、調整及
び停止に用いられる吸収棒は、外部反射体及び
内部反射体の中に挿入される反射棒として形成
されていること、 により達成される。

本発明による原子炉では、炉心の上方に１個で
なく、複数個の蒸気発生器が配設される。この場
合、蒸気発生器も炉心の上方に配置され、炉心か
ら上方に流れて来る熱せられた冷却ガスを直接に
蒸気発生器に導入できる利点がある。このような
冷却ガスの流れ方向をとることによつて、炉心の
支承を簡単に構成することができる。なぜなら炉
心支持装置は低温の冷却ガスにのみ接触すること
となり、熱膨張が著しく少くなるからである。

冷却ガスは複数個の蒸気発生器に分割して供給
される。従つて複数個の一次流路すなわちループ
が形成されるので、１つのループが動作不能とな
つても原子炉を停止する必要はない。従つて、原
子炉を停止する機会は減少し経済性が高められ
る。又炉心寸法を変更することによつて、出力の
異なる原子炉を設計し、製作することが容易であ
る。

球形燃料要素を過熱による損傷や破壊から守る
ために、炉心の特定の出力密度は所定の許容値を
超えないことが望ましく、それによつて原子炉の
安全性が高められる。また、冷却ガスが炉心を下
から上へ貫流することは、炉心に小さな出力密度
のみを許容することとなり、燃料要素が過熱する
危険は、設計段階から除外されている訳である。
本発明によつて構成される原子炉で、より高い出
力のものを製造することが必要であれば、それは
単に炉心の拡大、すなわち炉の心直径を大きくす
ることによつて達成される。

本発明による原子炉では少くとも３個の蒸気発
生器を設けることが好ましい。それは、形成され
たループの数が多い方が原子炉の利用価値が高ま
るからである。蒸気発生器は圧力容器の軸線を中
心に等しい角度間隔で同一円上に配設される。

複数個の蒸気発生器と、その特殊な配列によつ
て、故障の際に排出すべき余熱を、追加的な補助
系統を用いることなしに炉心から排出することが
可能である。

原子炉の余熱は冷却ガスの自然対流によつて排
出することが好ましい。なぜなら、上記自然対流
の方向は、主要な蓄熱部と圧力下の原子炉を流れ
る冷却ガスと同じ方向に流れるからである。

各蒸気発生器には冷却ガス用送風機がそれぞれ
配属され、該送風機は共通のケイブの中に於て、
炉心の上部に設置される。該送風機は冷却ガスの
流れ方向に関して、蒸気発生器の下流側に配置さ
れる。この配置によれば、送風機と蒸気発生部の
重要部分は、すべて上方から容易に接近可能とな
り、保守、点検交換等の作業が極めて容易とな
る。

圧力容器の総高をなるべく小さくできるよう
に、蒸気発生器と送風機は並べて挿設される。そ
れぞれ１個の送風機と１個の蒸気発生器はユニツ
トとして形成され、相互に導管によつて連結す
る。このように形成された上記ユニツトは、原子
炉運転中に冷却ガス回路から遮断し、必要に応じ
て前記のように別のユニツトと取替えることがで
きる。

蒸気発生器と送風器の重量は、原子炉ケイブの
中に設けられた共通の支持床によつて支承され
る。

蒸気発生器に入る前の冷却ガスの流れをなるべ
く均一にするために、炉心の上方には、蒸気発生
器と連通する高温ガス集合室が設けられる。

燃料要素の堆積物は外部反射体と内部反射体の
間に形成された円筒状室の中に、円筒状に形成さ
れる。このような炉心では、円筒状室の幅を拡げ
または狭めることにより、または円筒状室の幅を
変えず該円筒状室の直径を変更することにより、
出力を増加しまた低下させることができる。

円筒状の内部反射材の内側には自由な内室が形
成され、この自由な内室を計器装備、反復検査の
実施、保守および検査等の種々の作業のために利
用することができる。

この原子炉に於ては、側部反射材に吸収棒を挿
入するだけで、原子炉の制御、調整および停止を
行うことができるように、燃料要素堆積物の円筒
状室の大きさが定められている。

中実型炉心、すなわち燃料要素堆積物の中に、
本発明のように自由な内室を有しない在来方式の
燃料要素堆積物では、原子炉の制御、調整および
停止を「反射棒」だけで行おうとすると、堆積物
の直径が著しく制限されるが、本発明のように円
筒状の燃料堆積物の場合は反射棒の効果が大きい
ため、上述のような堆積物の直径の制限は特別の
必要がある場合以外には生じない。この様な場合
は円筒状室の幅を増減する事によつて行なうのが
通例である。

吸収棒は下から両方の側部反射材に挿入され
る。それは原子炉の下側に十分な場所をとる事が
容易であるからである。

この発明の原子炉では吸収棒の挿入のために側
部反射材に設けられた開口のほかに、第２の停止
系統のための開口が側部反射材に設けられてい
る。この第２の停止系統の例は、例えばホウ素球
の送入する方式をとる場合である。この場合に
は、側部反射材の上記開口は上方から近づき易
く、ホウ素球を重力によつて側部反射材に送入す
る装置が、該開口の上に装着されている。

燃料要素堆積物のための円筒状室は複数個の球
抽出シユートを装備することができ、燃え尽きた
燃料要素はこのシユートにより炉心から下方へ除
去される。補給は公知のように圧気輸送管を介し
て、上から行われる。円筒状の燃料要素堆積物を
使用する本発明の原子炉は、燃料要素の一回通過
と多数回通過のいずれの方式によつても運転する
ことができる。

燃料要素堆積物の円筒状室の上部は天井反射材
によつて閉鎖される。天井反射材は自立式に構成
され、側部反射材の上に直接に載坐することが好
ましい。

高温ガス集合室は天井反射材と、該天井反射材
の上に設置された天井ブロツクによつて区画され
ている。高温の冷却ガスを蒸気発生器に送給する
ために、天井反射材は一連の冷却ガス通過口を有
する。

天井ブロツクは、高温ガス集合室の上方と側方
を閉鎖するように配設される。高温ガス集合室に
対して、天井ブロツクの上方にある設備部分の良
好な断熱効果を得るために、天井ブロツクの上部
隔壁の厚みは側部隔壁の厚みの多数倍である。

炉心と蒸気発生器並びに送風機を収容する圧力
容器は、プレストレスコンクリートで作製するこ
とができる。但し、ねずみ鋳鉄材による実施形態
も可能である。

圧力容器の天井の中央には立穴が設けられてい
る。この組立用立穴は、ケイブの中にある原子炉
部品を取付け並びに解体するために主として使用
される。上記立穴を設けたことにより、圧力容器
内の多くの部品の取付けと解体を容易に行うこと
ができる。

本発明による原子炉は、100ないし200MWの出
力のものに適しており、例えば化学工業の領域に
おいて広く使用されている。もし大出力の原子炉
を必要とするときは前述のように炉心寸法を変更
することによつて、容易に製造することができ
る。

本発明の原子炉は出力の変更が容易にできるの
で、多面的の使用が可能であるばかりでなく、１
個の炉心と複数個の蒸気発生器から成る複数個の
原子炉ユニツトのそれぞれを、共通の圧力容器の
中に収容することによつて、原子炉の使用範囲を
更に拡大することができる。

本発明により構成された原子炉をユニツト方式
で連結して、複合した原子炉とすることも可能で
ある。

以下、本発明によるペブルベツド原子炉の実施
例を図面に従つて説明する。

ペブルベツド原子炉１は、ケイブ３を有するプ
レストレストコンクリート圧力容器２と、炉心４
と４個の蒸気発生器５を具備する。炉心４と蒸気
発生器５はケイブ３の中に設置され、蒸気発生器
５は炉心の上に於て、同一円上に等角度間隔に配
設されている。炉心４は外部反射材７と内部反射
材８の間に形成された円筒状室内に形成された円
筒状の球形燃料要素堆積物６、天井反射材９、お
よび上記外部反射材７と内部反射材８とから成る
側部反射材を具備する。燃料要素は補給装置（図
示せず）により上から炉心内に補給される。燃料
要素の抽出は、円筒状室は複数個の球抽出シユー
ト１０を介して行なわれる。

各蒸気発生器５には該蒸気発生器と隣合つて配
置された冷却剤すなわち冷却ガス用送風機１１が
配属され、両者は１つのユニツトとして形成され
る。１つのユニツトの２つの部分、すなわち蒸気
発生器５と送風機１１は導管１９によつて連結さ
れる。天井反射材９の上に、高温の冷却ガスの集
合のための高温ガス集合室１３が設けられ、高温
ガス集合室１３は天井反射材９の冷却ガス通過口
１２を経て、燃料要素堆積物６を収容する円筒状
室と連通する。高温ガス集合室１３の上方と側方
は、上部隔壁１４ａと側部隔壁１４ｂから成る天
井ブロツク１４によつて劃定される。上部隔壁１
４ａの厚さは、側部隔壁１４ｂの厚さの多数倍に
形成されている。天井ブロツク１４は天井反射材
９の上にあり、天井反射材９は側部反射材７，８
の上に配置される。

蒸気発生器５と送風機１１は、ケイブ３の中の
天井ブロツク１４の上部に設置された支持床２０
に載置され、送風機１１は支持床２０を貫通して
下方に開口するのみであるが、蒸気発生器５は支
持床２０及び上部隔壁１４ａを貫通して高温ガス
集合室１３に結合される。

内部反射材８にも外部反射材７にも上下に突き
抜ける開口２４が設けられ、原子炉の制御、調整
および停止のためにこの開口２４の中に下から吸
収棒１５が挿入される。それ故、吸収棒１５を以
下反射棒と呼ぶこととする。反射棒１５のための
開口２４のほかに、側部反射材７，８は第２の停
止系統のための開口（図示せず）を設けることが
できる。この系統が補助反射棒を使用するもので
ある場合は、これらの開口は前記開口２４と同様
に形成される。第２のスクラム系統（図示せず）
としては、ホウ素球を使用することも可能であ
る。ホウ素球は適宜配設された開口を経て重力の
作用により上から挿入される。

内部反射材８もまた環状に形成され、内側には
自由に使用できる内室１６が形成される。この内
室１６に種々の測定器を配置して必要な検査や点
検等を行ない、また測定器を原子炉内の他の場所
に運搬して種々の測定を行なうことができる。ま
たこの内室１６を定期検査の場合に利用すること
もできる。プレストレスコンクリート圧力容器２
は天井１７に組立用立穴１８を有し、この立穴１
８を経て個々の原子炉部品をケイブ３の中に搬入
または搬出することができる。ケイブ３を取囲む
プレストレスコンクリート圧力容器の内壁はライ
ナ２１で被覆され、該ライナは気密の内側表皮を
形成する。

燃料要素堆積物６に下から上へ、冷却ガスが貫
流する。熱せられた冷却ガスは次に冷却ガス通過
口１２を経て高温ガス集合室１３に到達し、そこ
から蒸気発生器５に供給される。冷却されたガス
は当該の導管１９を経て送風機１１に流れ、送風
機１１によつて炉心４とライナ２１の間の空間２
２に圧入される。次いで冷却ガスは炉心の下にあ
る低温ガス集合室２３に到達し、そこから燃料要
素堆積物６の中に入り、そこで再び熱せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のペブルベツド原子炉の実施例
の、第２図における―線に沿う断面図、第２
図は上記原子炉の、第１図における―線に沿
う断面図である。 ４…炉、５…蒸気発生器、６…堆積物、７…外
部反射体、８…内部反射体、９…天井反射材、１
０…球抽出シユート、１１…送風機、１２…冷却
ガス通過口、１３…高温集合室、１４…天井ブロ
ツク、１４ｂ…側部隔板、１５…反射棒、１６…
内室、１７…天井、１９…導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心と、該炉心の上部に配置された多くの蒸
   気発生器を収容するケイブを有し、冷却ガスが炉
   心の下部から上部に通り貫ける様に形成された、
   ガス冷却式ペブルベツド原子炉に於て、 (a) 上記蒸気発生器５のそれぞれに対して１個の
   冷却ガス用の送風機１１が設けられ、該送風機
   １１は炉心の上部に、対応する蒸気発生器５と
   隣り合つて配置されていること、 (b) 上記各送風機１１とこれに対応する蒸気発生
   器５は交換可能な１ユニツトに形成され、導管
   １９により関連部材と連結されていること、 (c) 炉心に使用される球形燃料要素の堆積物６
   は、円筒状に形成され、該堆積物の側面は、い
   ずれも円筒状の外部反射体７と内部反射体８に
   よつて区切られていること、及び (d) 原子炉に設けられ、該原子炉の制御、調整及
   び停止に用いられる吸収棒は、外部反射体７及
   び内部反射体８の中に挿入される反射棒１５と
   して形成されていること、 を特徴とするガス冷却式ペブルベツド原子炉。 ２ 少くとも３個の蒸気発生器５が設けられ、該
   蒸気発生器は圧力容器の軸線を中心に同一円上に
   等角度間隔で配設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のガス冷却式ペブルベ
   ツド原子炉。 ３ 送風機１１と蒸気発生器５が共通の支持床２
   ０の上に固定されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のガス冷却式ペブルベツド
   原子炉。 ４ 炉心４の上方に高温ガス集合室１３が設けら
   れ、蒸気発生器５がこれと連通していることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。 ５ 燃料要素の堆積物６が円筒形状に形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。 ６ 自由な内室１６が、計器装備、反復検査の実
   施および保守並びに検査作業のために利用される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   ガス冷却式ペブルベツド原子炉。 ７ 吸収棒１５が下から側部反射材７，８の中に
   挿入されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。 ８ 側部反射材７，８が第２の停止系統の挿入、
   特にホウ素球の送入のための開口を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス冷
   却式ペブルベツド原子炉。 ９ 燃料要素堆積物６のための円筒状室が複数個
   の球抽出シユート１０を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載のガス冷却式ペブル
   ベツド原子炉。 １０ 燃料要素堆積物６のための円筒状室の上部
   が天井反射材９によつて区画され、該天井反射材
   ９が側部反射材７，８の上に設置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス
   冷却式ペブルベツド原子炉。 １１ 高温ガス集合室１３が天井反射材９と該天
   井反射材９の上に設置された天井ブロツク１４に
   よつて区画され、天井反射材９に冷却ガス通過口
   １２が設けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項または第１０項に記載のガス冷却式
   ペブルベツド原子炉。 １２ 天井ブロツク１４が高温ガス集合室１３の
   上方と側方を閉鎖し、上部隔壁１４ａの厚さが側
   部隔板１４ｂの厚さの多数倍であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１１項に記載のガス冷却式
   ペブルベツド原子炉。 １３ 圧力容器２の天井１７に組立用立穴が設け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。 １４ 原子炉の出力が100ないし200MWeである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   １３項のいずれか１に記載のガス冷却式ペブルベ
   ツド原子炉。 １５ それぞれ１個の炉心４と複数個の蒸気発生
   器５から成る複数個の原子炉ユニツトが、共通の
   圧力容器の中に配設されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第１４項のいずれか
   １に記載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。 １６ 複数個の原子炉がユニツト式に連結されて
   複合原子炉を形成していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第１５項のいずれか１に
   記載のガス冷却式ペブルベツド原子炉。