JPH02251796A

JPH02251796A - 沸騰水型原子炉

Info

Publication number: JPH02251796A
Application number: JP1071783A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Yokobori; 誠一横堀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1989-03-27
Publication date: 1990-10-09

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は軽水冷却材を自然循環により駆動する沸騰水型
原子炉に関する。

（従来の技術）沸騰水型原子炉〈以下ＢＷＲと略記）は炉心で軽水冷却
材を沸騰させて駆動させ、その発生蒸気を炉外のタービ
ンに送って発電を行うもので、従来商用となっている高
出力のタイプのものはこの軽水冷却材を炉内の周方向に
配設される複数のポンプで強制駆動することにより循環
・させている。

他方、最近発電量が比較的小ざい、いわゆる中小型原子
炉が注目されるようになった。ここで、当該中小型ＢＷ
Ｒの属性としては固有の安全性を有することが期待され
ることが少なくない。これに鑑み、動的機器である循環
ポンプ等を用いず、沸騰によって発生する気泡の浮力の
みにより炉心内を自然循環させることが考えられている
。これは炉心内の二相流と戻り流量となる外側（ダウン
カマ）との単層による水頭差を駆動源として回流せしめ
るものである。

すなわち、第５図に示すように炉容器５０内に配置され
た炉心５１で沸騰させシュラウドヘッド１０１゜スタン
ドパイプ１００内に二相流を集め円筒状のライザ５２を
かぶせることにより上方に気液の二相流が導かれ、所定
の位置で界面５３を形成する。それより上方に蒸気流の
領域が発生することになるが、液面向上端に位置する気
水分離器（セパレータともいう）で気液を分離した後、
乾燥器５４で蒸気ざらに乾燥させ、高乾きとなって主蒸
気管５５を通してタービン系に導き、発電された後、復
水器で凝縮させてから給水管５６から炉内に戻す。他方
、気水分離器で分離された液は循環流量としてライザ５
２と炉容器５０とで囲まれる二重管状のダウンカマ５７
を流下させる。炉心内に二相流、ライザ内は単相流で両
者は自由界面５３を共有しているため、このようにすれ
ば炉心以外の気泡（ボイド）量の違いによりそれだけで
駆動力がつき、自然循環によって冷却水を駆動させるこ
とができる。

従来の強制循環型原子炉における気水分離器は第６図に
示すようにシュラウドヘッド部に複数配設されている。

すなわち、炉心６１から発生する蒸気と水の混合流は上
部プレナム６２に入り、シュラウドヘッドに林立するス
タンドバイブロ３を通って気水分離器６４に流入する。

気水分離器６４は第７図に示すような構造を有している
。すなわち、スタンドバイブロ３から流入する蒸気と水
の混合流は、スタンドバイブロ３と同軸同径で接続する
ライザ６５から旋回羽根６６に至り、この旋回羽根６６
により旋回力を与えられ、螺旋状に旋回しながら旋回ｇ
ｉ４６７の内部を上昇していく。この際、比重の大きい
水は遠心力のため旋回羽６７の内壁に押し付けられ、比
重の小ざい蒸気は旋回胴６７の中心部（コア）を流れる
ために気水分離が行われる。旋回ｌｌ１ｉ６７の上方は
分離した水を排出するための排水口６８が設けられてい
て、旋回胴６７の内壁を伝って流れてくる水は排水口６
８に流入し、旋回胴６７と外筒６９との間に形成されて
いる環状流路７０の下方に流れ排水される。一方、旋回
胴６７の中心部を流れる蒸気は旋回胴６７の上方の蒸気
排出ロア１に入り、蒸気排出管７２を経て蒸気ドーム（
図示せず）に流入する。

（発明が解決しようとする課題）以上説明した過程において、蒸気と水の混合流は大きな
流動抵抗を受ける。現行のポンプを有するタイプのＢＷ
Ｒにおいては、特に上部プレナム６２からスタンドバイ
ブロ３に流入する際の流量配分に起因する圧力損失、縮
流に起因する圧力損失、スタンドバイブロ３を通過する
際の圧力損失、および旋回羽根を通過する際の圧力損失
が大きい。圧力損失が大きいとポンプを有する現行ＢＷ
Ｒでは再循環ポンプの負荷が大きくなり、また再循環ポ
ンプ停止時の自然循環流量が減少するためＢＷＲの熱力
学的安定性が悪くなることが考えられる。

他方、本発明で注目するような、ポンプを炉内に保有し
ないタイプの自然循環型原子炉においても現行セックレ
ータを付ける限り、旋回羽根を通過する際の圧力損失が
依然として残る。この部分で圧力損失がつけば自然循環
量が減少し、原子炉の定格運転時の発電量を低い値に設
定しなければならない。

他方、気水分離器は鉛直方向にかなりの長さを必要とす
る。因みに現行ＢＷＲでのセパレータは高さおよそ２ｍ
である。また、自然循環において流量をかせごうとすれ
ばライザの高さを高くしなければならない。すなわち所
定の循環流量と湿り度を得るために現行よりも高いライ
ザを設ける上に該セパレータの高さも加えなければなら
ぬとなると、原子炉容器が勢い長尺化する。これは低出
力の割に原子炉の物量増大をもたらし、その設計上好ま
しいものではない。したがって、中小型炉の気水分離器
の設計において最も重要な点は気水分離器の性能を損な
わずに可能な限り圧力損失の低減を計り、コンパクトな
設計とすることが課題である。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、極
力コンパクトな原子炉容器の構造でありながら、より簡
単な構造により従来型と同等の気水分離性能を発揮でき
る気水分離器を組込んだ自然循環用原子炉を提供するこ
とにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は炉容器内に炉心と、この炉心を囲み上方に位置
する長尺の円筒状ライザと、前記炉容器の上方に蒸気乾
燥器（ドライヤ）を有し、前記炉容器内の冷却材を強制
駆動するポンプを前記炉容器内に保有することなく前記
炉心で発生する熱を定常状態で自然循環によって除去す
るタイプの沸騰水型原子炉において、前記炉容器内の上
方にシュラウドヘッドを保有せず、かつ前記ライザ内の
冷却材を旋回せしめる複数の羽根と、これらの羽根を囲
む円管群とを設けてなり、前記巷ライザの内壁に液膜を
次第に付着せしめ、前記ライザの上端およびその横腹部
に開口させた孔から次第に液膜をダウンカマに排出して
気液分離するように構成したことを特徴とする。

（作　用）本発明は炉心上部ライザ内に複数の旋回羽根を内蔵し、
咳旋回羽根を二相流が通過する際、羽根の与える遠心力
によって液膜をライザ内側に付着させて気液を分離させ
ることにより軸方向の高さを軽減させて自然循環をつか
せながらもコンパクトな炉容器をつくることができる。

（実施例）第１図を参照しながら本発明に係る自然循環型ＢＷＲの
第１の実施例を説明する。第１図において、炉容器１内
の下方に炉心５１が配置され、この炉心５１を包囲して
上方まで延びた円筒状ライザ２が設けられている。炉容
器１とライザ２との間にはダウンカマ１６が形成されて
いる。

また、炉心５１より上部、ライザ２の上端より下部に複
数の円筒３が林立されて円筒群を形成している。円筒３
の両端は開口しており、それぞれの円筒３の下部に管−
本当り一体の旋回羽根４が配設されていてる。流れを安
定に保つために旋回羽根４は円筒３の入口よりも適当に
下流側に設けている。炉心５で授熱された二相流は必ず
該円筒群を通過するように、円筒部下部は円板５で仕切
られている。この仕切円板５はライザ２と管群双方を溶
接しており、これによって円筒部は支持される。円筒の
上端６はライザ上端７より上部に位置していることが必
要で、さらに円筒３の側面には適当な個数の孔が開口し
ている（図示せず）。

このとき、炉心からの二相流は各円筒の下部３で流入し
、旋回羽根４を通過する際に遠心力によって上方に移動
しつつ、円筒の中心に蒸気２円筒内面で液膜付着と分離
される。この様相は局所的には第７図の例で説明した場
合と同様である。円筒側面には小孔が開口されているか
ら付着液は円筒内外の圧力差に釣り合う量だけが外側の
プレナムに排出される。当該液体はライザ２の内部にあ
りなから二相冷却材の充満する下部プレナム１０とは円
板５によって別のプレナムを形成しているから仕切円板
５の上を単相の飽和液としてたまる。

他方蒸気の流出する円筒上部６はライザ上端７よりさら
に上部であるから、ついにはその容積を越えた排出量が
ライザ上端７を乗り越えてダウンカフ１６を流下し、炉
容器１仝体として自然循環が実現される。この際ライザ
２の側面への小孔の開口はどちらでもよい。小孔開口の
場合は液位が低下する。

第２図は本発明の第２の実施例を示したもので、第１図
と同一部分には同一符号を付して重複した部分の説明を
省略する。すなわち、第２図において第１図における円
管の本数が一本の場合、すなわちライザ全体を一つのセ
パレセータとしたものである。この場合、ライザ上部プ
レナム９は不要となる。炉心５１の上部に位置するライ
ザ２の内径は一般に２ｍ前後であるから旋回羽根を用い
る場合は一体でなく小型旋回羽根１５を複数個配設して
全体として旋回流を起すことになる。これとは別にライ
ザ２の下方の内面に羽根１４を埋め込み、または溶接に
よって取り付は旋回流を起すこともできる。因みに、炉
心上部でのボイドはおよそ６０％程度であるので、もし
これが実現され完全にライザの内部上端で気液に分離さ
れるとすると、ライザの内半径Ｒに対して気体蒸気相１
１の半径は０．７７Ｒ程度である。これでは液膜はやや
厚くなるので第３図に示すように、ライザ側面に小孔径
の孔１７を複数個配設するのが望ましい。

第４図は本発明の第３の実施例を示したもので、第１図
と同一部分には同一符号を付して重複した部分の説明を
省略する。この実施例では第１図における実施例で複数
の円筒３の下端入口の高さを上方に凸に湾曲するように
変えたものである。−般に二相となった冷却材は炉心中
央では周辺に比べて蒸気」が多い（クォリティが高い）
ので、気液分離に要する円筒３の長さは中央はど短くて
よい。この方が全体の圧力損失低減にともなう循環流量
確保の観点から有効である。

［発明の効果］本発明によれば、自然循環型のＢＷＲにおいて、ライザ
とそれに上置される従来タイプのセパレータとを分離す
ることなく、ライザとセパレータとを一体化させ、縦方
向の炉容器インベントリを多くとらずに、セパレータの
働きを兼ねる旋回羽根付き配管をライザ内部（かつ上方
）に設置して、コンパクトでありながら気液の分離効果
と自然循環但増進効果とを兼ねる炉容器の製作を可能な
らしめるため、炉容器のコスト低減化に資することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る沸騰水型原子炉の第
１および第２の実施例を概念的に示す縦断面図、第３図
は本発明の詳細な説明するための概念的部分断面図、第
４図は本発明に係る沸騰水型原子炉の第３の実施例を概
念的に示す縦断面図、第５図は従来のこの種の沸騰水型
原子炉を概念的に示す縦断面図、第６図は従来の強制循
環型原子炉内の要部を示す縦断面図、第７図は第６図に
おける気水分離器を拡大して示す縦断面図である。１・・・炉容器２・・・ライザ３・・・円筒４・・・旋回羽根５・・・円板６・・・円筒上部７・・・ライザ上端８・・・円筒下部９・・・炉心上部ライザ上部プレナム１０・・・炉心上部ライザ下部プレナム１１・・・蒸気
相１２・・・液膜１３・・・ライザ上部に開けた小孔１４・・・埋込み羽根１５・・・旋回羽根群１Ｇ・・・ダウンカマ１７・・・小孔５１・・・炉心（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ばか　
１名）辛７Ｗ：Ｉ茅２　ｍ芽３ＴＩ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉容器内に炉心と、この炉心を囲み上方に位置す
る長尺の円筒状ライザと、前記炉容器の上方に蒸気乾燥
器を有し、前記炉容器内の冷却材を強制駆動するポンプ
を前記炉容器内に保有することなく前記炉心で発生する
熱を定常状態で自然循環によって除去するタイプの沸騰
水型原子炉において、前記炉容器内の上方にシュラウド
ヘッドを保有せず、かつ前記ライザ内の冷却材を旋回せ
しめる複数の羽根と、これらの羽根を囲む円管群とを設
けてなり、前記ライザの内壁に液膜を次第に付着せしめ
、前記ライザの上端およびその横腹部に開口させた孔か
ら次第に液膜をダウンカマに排出して気液分離するよう
に構成したことを特徴とする沸騰水型原子炉。