JPH058996B2 - - Google Patents
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- JPH058996B2 JPH058996B2 JP61196640A JP19664086A JPH058996B2 JP H058996 B2 JPH058996 B2 JP H058996B2 JP 61196640 A JP61196640 A JP 61196640A JP 19664086 A JP19664086 A JP 19664086A JP H058996 B2 JPH058996 B2 JP H058996B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
- Tires In General (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧力管型原子炉に関する。
圧力管型原子炉の基本構造を動力炉核燃料開発
事業団が建設した新型転換炉「ふげん」原子炉設
置許可申請書を例にとり、第１０図、第１１図及
び第１２図により説明する。
事業団が建設した新型転換炉「ふげん」原子炉設
置許可申請書を例にとり、第１０図、第１１図及
び第１２図により説明する。
圧力管型原子炉は、炉心４を収容し圧力管案内
管３２内に挿通されている複数の圧力管２１と、
圧力管案内管を包囲している減速材５を収容して
いる減速材タンク１と、減速材タンク１内に設け
られ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する
複数の制御棒案内管１０とから成る。複数の圧力
管２１は、原子炉を通過した後、圧力管集合管
（図示せず）に接続されている。
管３２内に挿通されている複数の圧力管２１と、
圧力管案内管を包囲している減速材５を収容して
いる減速材タンク１と、減速材タンク１内に設け
られ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する
複数の制御棒案内管１０とから成る。複数の圧力
管２１は、原子炉を通過した後、圧力管集合管
（図示せず）に接続されている。
炉心で発生した熱は、圧力管内を環流する原子
炉冷却材で冷却され、加熱された原子炉冷却材
は、圧力管集合管に導かれて蒸気となる。しか
し、炉心で発生した熱の一部は、圧力管から圧力
管案内管３２を介して熱輻射により、減速材５に
伝達され、減速材の温度が上昇する。減速材の温
度が過度に上昇して沸騰すると、ボイド（気泡）
が発生し、原子炉に負の反応度が生じ、炉の制御
が不安定になるので、減速材の温度が過度に上昇
するのは好ましくない。
炉冷却材で冷却され、加熱された原子炉冷却材
は、圧力管集合管に導かれて蒸気となる。しか
し、炉心で発生した熱の一部は、圧力管から圧力
管案内管３２を介して熱輻射により、減速材５に
伝達され、減速材の温度が上昇する。減速材の温
度が過度に上昇して沸騰すると、ボイド（気泡）
が発生し、原子炉に負の反応度が生じ、炉の制御
が不安定になるので、減速材の温度が過度に上昇
するのは好ましくない。
従つて、減速材の温度を下げる為に、減速材循
環ポンプ２、減速材循環配管３３、熱交換器３及
び減速材配分管９から成る減速材冷却装置を設け
ている。減速材タンク１内の減速材５は減速材循
環ポンプ２で熱交換器３へ送られ、補機冷却系ポ
ンプ８で循環される二次冷却材で冷却された後、
減速材配分管９及び制御棒案内管１０を通つて減
速材タンクへ還流する。
環ポンプ２、減速材循環配管３３、熱交換器３及
び減速材配分管９から成る減速材冷却装置を設け
ている。減速材タンク１内の減速材５は減速材循
環ポンプ２で熱交換器３へ送られ、補機冷却系ポ
ンプ８で循環される二次冷却材で冷却された後、
減速材配分管９及び制御棒案内管１０を通つて減
速材タンクへ還流する。
又、圧力管２１から圧力管案内管３２を介して
の熱輻射を遮蔽する為に、圧力管２１の外壁と圧
力管案内管３２の内壁との間隔を充分大きくする
と共に、この間に炭酸ガスを流している。「ふげ
ん」の場合、この間隔は16mmである。
の熱輻射を遮蔽する為に、圧力管２１の外壁と圧
力管案内管３２の内壁との間隔を充分大きくする
と共に、この間に炭酸ガスを流している。「ふげ
ん」の場合、この間隔は16mmである。
このように、減速材５と圧力管２１内を流れる
原子炉冷却材とは、設計上、熱的にできるだけ切
りはなされており、減速材冷却装置も原子炉冷却
材の冷却とは、なんら関連を有していない。
原子炉冷却材とは、設計上、熱的にできるだけ切
りはなされており、減速材冷却装置も原子炉冷却
材の冷却とは、なんら関連を有していない。
自然循環による原子炉系装置の冷却について
は、「高速増殖炉」（安成弘著、昭和57年同文書院
刊）に記載されている。これを第１３図により説
明する。炉心１６は一次冷却材２０で満たされた
原子炉容器１４内に設置されており、この一次冷
却材が原子炉一次系冷却装置によつて循環されな
がら炉心で発生する熱を冷却している。原子炉一
次系冷却装置に故障が生じた際、炉心で加熱され
た一次冷却材を冷却する為の装置の一つとして、
原子炉容器内に設けられ、一次冷却材２０と二次
冷却材の熱交換をする中間交換器１５と、前記中
間熱交換器に接続されて二次冷却材を冷却する空
気冷却器１７と、前記中間熱交換器１５と前記空
気冷却器１７の間にあつて二次冷却材を循環させ
る二次循環ポンプ１９とから成る原子炉冷却材緊
急冷却装置を設けている。この装置は、二次循環
ポンプにより二次冷却材を循環させ、空気冷却器
１７により二次冷却材を冷却することにより、一
次冷却材を冷却するよう計画されているが、二次
循環ポンプが故障の場合でも、二次冷却材の自然
循環による冷却が可能である。但し、これは、炉
心を直接冷却する一次冷却材の冷却の為のもので
あつて、減速材を対象としたものではない。
は、「高速増殖炉」（安成弘著、昭和57年同文書院
刊）に記載されている。これを第１３図により説
明する。炉心１６は一次冷却材２０で満たされた
原子炉容器１４内に設置されており、この一次冷
却材が原子炉一次系冷却装置によつて循環されな
がら炉心で発生する熱を冷却している。原子炉一
次系冷却装置に故障が生じた際、炉心で加熱され
た一次冷却材を冷却する為の装置の一つとして、
原子炉容器内に設けられ、一次冷却材２０と二次
冷却材の熱交換をする中間交換器１５と、前記中
間熱交換器に接続されて二次冷却材を冷却する空
気冷却器１７と、前記中間熱交換器１５と前記空
気冷却器１７の間にあつて二次冷却材を循環させ
る二次循環ポンプ１９とから成る原子炉冷却材緊
急冷却装置を設けている。この装置は、二次循環
ポンプにより二次冷却材を循環させ、空気冷却器
１７により二次冷却材を冷却することにより、一
次冷却材を冷却するよう計画されているが、二次
循環ポンプが故障の場合でも、二次冷却材の自然
循環による冷却が可能である。但し、これは、炉
心を直接冷却する一次冷却材の冷却の為のもので
あつて、減速材を対象としたものではない。
圧力管型原子炉において、原子炉冷却材が圧力
管に充分供給されない為、炉心の温度が異常に上
昇する場合は、圧力管集合管に非常用冷却水が注
入され、該冷却水が各圧力管を通じて炉心に達し
て炉心を冷却する他、種々の緊急炉心冷却装置が
設けられているが、いずれも何らかの動力を要す
るものである。従つて、前記動力の途絶あるいは
その動力で駆動される機械の故障が生じた場合
は、炉心の冷却が充分行われず、過熱による圧力
管の損傷や、炉心の溶融につながる可能性があ
る。
管に充分供給されない為、炉心の温度が異常に上
昇する場合は、圧力管集合管に非常用冷却水が注
入され、該冷却水が各圧力管を通じて炉心に達し
て炉心を冷却する他、種々の緊急炉心冷却装置が
設けられているが、いずれも何らかの動力を要す
るものである。従つて、前記動力の途絶あるいは
その動力で駆動される機械の故障が生じた場合
は、炉心の冷却が充分行われず、過熱による圧力
管の損傷や、炉心の溶融につながる可能性があ
る。
また、減速材でもある冷却材の冷却装置を有す
る原子炉において、強制循環による冷却装置の他
に自然循環による冷却装置を設けることが知られ
ている。しかし、従来のこの技術では、通常運転
時に冷却材の自然循環による冷却によつて熱効率
が低下するのを防ぐためもあり、自然循環による
冷却装置を強制循環による冷却装置に隔離弁等を
介して接続し、通常運転時は該隔離弁等を閉じて
おき、異常時にのみ前記隔離弁等を開いて自然循
環による冷却装置を動作させるようになつてい
た。このため、これら隔離弁等の故障発生の可能
性に対する考慮が必要であつた。
る原子炉において、強制循環による冷却装置の他
に自然循環による冷却装置を設けることが知られ
ている。しかし、従来のこの技術では、通常運転
時に冷却材の自然循環による冷却によつて熱効率
が低下するのを防ぐためもあり、自然循環による
冷却装置を強制循環による冷却装置に隔離弁等を
介して接続し、通常運転時は該隔離弁等を閉じて
おき、異常時にのみ前記隔離弁等を開いて自然循
環による冷却装置を動作させるようになつてい
た。このため、これら隔離弁等の故障発生の可能
性に対する考慮が必要であつた。
本発明の目的は、圧力管型原子炉において炉心
周辺に大量に存在する減速材を冷却媒体として、
動力によつて駆動される機器を用いることなく、
炉心の熱を除去する装置を有する原子炉を提供す
ることにある。
周辺に大量に存在する減速材を冷却媒体として、
動力によつて駆動される機器を用いることなく、
炉心の熱を除去する装置を有する原子炉を提供す
ることにある。
前記の目的は、炉心を収容し冷却材が環流する
圧力管と、この圧力管が挿通されている圧力管案
内管と、前記圧力管を包囲する減速材を収容した
減速材タンクと、該減速材タンクの中に設けら
れ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する制
御棒案内管と、前記減速材タンクに接続されて該
減速材タンク内の減速材を循環させる減速材ポン
プと、該減速材循環ポンプによつて循環される減
速材を冷却する熱交換器とを含んでなる圧力管型
原子炉に、減速材タンクの上部に接続され炉心よ
り高い位置に設けられたサージタンクと、上部を
前記サージタンクに、下部を減速材タンクに接続
され、冷却塔に内蔵され且つ原子炉炉心より高く
前記サージタンクより低い位置に設けられて減速
材を空気冷却する空気冷却器とを設け、前記サー
ジタンクの上部と空気冷却器を接続する配管の最
も高い部分を、通常運転時は減速材が前記サージ
タンクから前記空気冷却器に流れることがなく、
減速材沸騰時に減速材が前記サージタンクから前
記空気冷却器に流れる高さに配置すること、又減
速材タンクに上下方向に貫設した圧力管案内管の
内壁と、前記圧力管案内管に挿通された圧力管の
外壁との間隔を、圧力管の過熱による熱膨脹に基
づく破断歪より小さく、且つ通常運転時の圧力管
と圧力管案内管の間の熱遮蔽に必要な最小の間隔
より大きくすることによつて達成される。
圧力管と、この圧力管が挿通されている圧力管案
内管と、前記圧力管を包囲する減速材を収容した
減速材タンクと、該減速材タンクの中に設けら
れ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する制
御棒案内管と、前記減速材タンクに接続されて該
減速材タンク内の減速材を循環させる減速材ポン
プと、該減速材循環ポンプによつて循環される減
速材を冷却する熱交換器とを含んでなる圧力管型
原子炉に、減速材タンクの上部に接続され炉心よ
り高い位置に設けられたサージタンクと、上部を
前記サージタンクに、下部を減速材タンクに接続
され、冷却塔に内蔵され且つ原子炉炉心より高く
前記サージタンクより低い位置に設けられて減速
材を空気冷却する空気冷却器とを設け、前記サー
ジタンクの上部と空気冷却器を接続する配管の最
も高い部分を、通常運転時は減速材が前記サージ
タンクから前記空気冷却器に流れることがなく、
減速材沸騰時に減速材が前記サージタンクから前
記空気冷却器に流れる高さに配置すること、又減
速材タンクに上下方向に貫設した圧力管案内管の
内壁と、前記圧力管案内管に挿通された圧力管の
外壁との間隔を、圧力管の過熱による熱膨脹に基
づく破断歪より小さく、且つ通常運転時の圧力管
と圧力管案内管の間の熱遮蔽に必要な最小の間隔
より大きくすることによつて達成される。
第５図、第６図、第７図及び第１４図により本
発明の作用を説明する。
発明の作用を説明する。
減速材タンク１内で熱せられた減速材５は、密
度が小さくなつて配管６内を上昇し、サージタン
ク２８を経て冷却塔７内の空気冷却器３０に達す
る。次いで、減速材は、空気冷却器３０で冷却さ
れ、密度が大となつて配管２９内を下降し、減速
材タンク１内へ還流する。
度が小さくなつて配管６内を上昇し、サージタン
ク２８を経て冷却塔７内の空気冷却器３０に達す
る。次いで、減速材は、空気冷却器３０で冷却さ
れ、密度が大となつて配管２９内を下降し、減速
材タンク１内へ還流する。
第６図は圧力管２１と圧力管案内管３２の間隔
を小さくした場合の作用を示し、第１４図は圧力
管の熱変形開始曲線と圧力管破断歪曲線を示す。
圧力管には、通常運転状態では常にある一定の応
力σcがかかつており、この条件下で圧力管温度が
圧力管熱変形開始温度Tcを超えると、圧力管は
破断歪εcで破断する。圧力管にかかる応力σcは次
の様に表わすことができる。
を小さくした場合の作用を示し、第１４図は圧力
管の熱変形開始曲線と圧力管破断歪曲線を示す。
圧力管には、通常運転状態では常にある一定の応
力σcがかかつており、この条件下で圧力管温度が
圧力管熱変形開始温度Tcを超えると、圧力管は
破断歪εcで破断する。圧力管にかかる応力σcは次
の様に表わすことができる。
σc＝Ｐ・di／2t ……(1)
σc…圧力管にかかる応力
Ｐ…圧力管にかかる内圧
ｔ…圧力管の肉厚
di…圧力管の内径
圧力管案内管３２の内径をDiとし、圧力管２１
の外径をd0とした時、 Di≧d0（１＋εc） ……(2) であれば、圧力管案内管は圧力管の破断に至る変
形に何ら関与しない。今、前記Diとdpの関係を、 Di＜d0（１＋εc） ……(3) となるように定めると、圧力管が異常昇温によつ
て変形をはじめても、歪量が破断歪εcに達する前
に圧力管２１が圧力管案内管３２の内面に接触し
て、圧力管案内管が圧力管の破損防止に有効に作
用する。更に圧力管外壁と圧力管案内管内壁が直
接接触することにより、圧力管から圧力管案内管
を介しての減速材タンク内の減速材への熱伝導性
がよくなり、炉心の熱の減速材への移動が促進さ
れる。第７図は、圧力管と圧力管案内管が接触し
た場合の圧力管の温度変化曲線２６と圧力管案内
管の温度変化曲線２７を示す図で、時間tAで圧力
管と、圧力管案内管が接触した状態を表わし、接
触後の圧力管の温度低下が明らかであり、熱伝導
性の向上と減速材による冷却の効果をよく示して
いる。
の外径をd0とした時、 Di≧d0（１＋εc） ……(2) であれば、圧力管案内管は圧力管の破断に至る変
形に何ら関与しない。今、前記Diとdpの関係を、 Di＜d0（１＋εc） ……(3) となるように定めると、圧力管が異常昇温によつ
て変形をはじめても、歪量が破断歪εcに達する前
に圧力管２１が圧力管案内管３２の内面に接触し
て、圧力管案内管が圧力管の破損防止に有効に作
用する。更に圧力管外壁と圧力管案内管内壁が直
接接触することにより、圧力管から圧力管案内管
を介しての減速材タンク内の減速材への熱伝導性
がよくなり、炉心の熱の減速材への移動が促進さ
れる。第７図は、圧力管と圧力管案内管が接触し
た場合の圧力管の温度変化曲線２６と圧力管案内
管の温度変化曲線２７を示す図で、時間tAで圧力
管と、圧力管案内管が接触した状態を表わし、接
触後の圧力管の温度低下が明らかであり、熱伝導
性の向上と減速材による冷却の効果をよく示して
いる。
第１〜４図及び第６図により本発明の一実施例
を説明する。
を説明する。
第１図は、本発明による圧力管型原子炉を示
す。炉心４を収容し冷却材が環流する圧力管２１
と、該圧力管２１を包囲する減速材５を収容した
減速材タンク１と、減速材タンク１の中に設けら
れ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する制
御棒案内管１０とから成る圧力管型原子炉が、原
子炉格納容器１１内に設けられ、減速材冷却装置
は、減速材タンク１に接続され、減速材を循環す
る減速材循環ポンプ２と、一端を減速材循環ポン
プ２に、他端を減速材配分管９に接続され、原子
炉格納容器外に設けられた補機冷却系ポンプ８に
よつて循環される二次冷却材で減速材を冷却する
熱交換器３とを有し、更に一端を前記熱交換器３
に、他端を複数の制御棒案内管１０に接続した減
速材配分管９と、炉心より高い位置に設けられた
サージタンク２８と、前記減速材タンク１と前記
サージタンク２８を接続する減速材上昇管６と、
格納容器外に設けられた冷却塔７及び冷却塔７に
内蔵され、且つ原子炉炉心より高い位置に設けら
れた空気冷却器３０と、空気冷却器３０と減速材
配分管９を接続する減速材戻り管２９とから成る
自然循環冷却装置３５を有する。
す。炉心４を収容し冷却材が環流する圧力管２１
と、該圧力管２１を包囲する減速材５を収容した
減速材タンク１と、減速材タンク１の中に設けら
れ、原子炉の出力を制御する制御棒を収容する制
御棒案内管１０とから成る圧力管型原子炉が、原
子炉格納容器１１内に設けられ、減速材冷却装置
は、減速材タンク１に接続され、減速材を循環す
る減速材循環ポンプ２と、一端を減速材循環ポン
プ２に、他端を減速材配分管９に接続され、原子
炉格納容器外に設けられた補機冷却系ポンプ８に
よつて循環される二次冷却材で減速材を冷却する
熱交換器３とを有し、更に一端を前記熱交換器３
に、他端を複数の制御棒案内管１０に接続した減
速材配分管９と、炉心より高い位置に設けられた
サージタンク２８と、前記減速材タンク１と前記
サージタンク２８を接続する減速材上昇管６と、
格納容器外に設けられた冷却塔７及び冷却塔７に
内蔵され、且つ原子炉炉心より高い位置に設けら
れた空気冷却器３０と、空気冷却器３０と減速材
配分管９を接続する減速材戻り管２９とから成る
自然循環冷却装置３５を有する。
本実施例では、減速材の液面は、通常運転状態
では第２図に示されるように、減速材上昇管６と
減速材戻り管２９（第２図及び第３図では、減速
材配分管９及び制御棒案内管１０を省略してあ
る）に自由液面を有するように制御されており、
且つ冷却された減速材は、減速材配分管９及び制
御棒案内管１０を経て減速材タンク１へ還流す
る。温度上昇による減速材の体積増加分は、配管
又はサージタンクの空間部分に収容され、減速材
を内包するタンク、配管に過大な圧力を生ずるこ
とはない。
では第２図に示されるように、減速材上昇管６と
減速材戻り管２９（第２図及び第３図では、減速
材配分管９及び制御棒案内管１０を省略してあ
る）に自由液面を有するように制御されており、
且つ冷却された減速材は、減速材配分管９及び制
御棒案内管１０を経て減速材タンク１へ還流す
る。温度上昇による減速材の体積増加分は、配管
又はサージタンクの空間部分に収容され、減速材
を内包するタンク、配管に過大な圧力を生ずるこ
とはない。
通常運転状態では、炉心４が発生した熱は、圧
力管２１内を環流する原紙炉冷却材によつて冷却
されるが、熱の一部は輻射により、圧力管外壁か
ら圧力管案内管壁を通して減速材タンク内の減速
材へ伝達される。この結果、減速材の温度が上昇
するので、減速材循環ポンプ２により減速材５を
循環させ、熱交換器３により所望の温度にまで冷
却する。この状態では、第２図に示したように減
速材液面は、減速材上昇管６及び減速材戻り管２
９の中にあり、空気冷却器３０を通過する減速材
の流れはなく、自然循環による減速材冷却は行わ
れない。
力管２１内を環流する原紙炉冷却材によつて冷却
されるが、熱の一部は輻射により、圧力管外壁か
ら圧力管案内管壁を通して減速材タンク内の減速
材へ伝達される。この結果、減速材の温度が上昇
するので、減速材循環ポンプ２により減速材５を
循環させ、熱交換器３により所望の温度にまで冷
却する。この状態では、第２図に示したように減
速材液面は、減速材上昇管６及び減速材戻り管２
９の中にあり、空気冷却器３０を通過する減速材
の流れはなく、自然循環による減速材冷却は行わ
れない。
何かの原因で圧力管２１の温度が異常に上昇
し、圧力管案内管３２を通しての減速材５への熱
伝達量が増加し、同時に減速材循環ポンプ２又は
補機冷却系ポンプ８が停止すると、減速材５が沸
騰して減速材中にボイド（気泡）３１が発生し、
減速材液位が上昇し、減速材は第３図に示す如く
サージタンク２８を経て空気冷却器３０に達す
る。これに伴い、減速材５は、空気冷却器３０で
冷却され、減速材戻り管２９、減速材配分管９及
び制御棒案内管１０を経て減速材タンク１へ還流
する。減速材沸騰時には、減速材の密度は次の通
りとなる。
し、圧力管案内管３２を通しての減速材５への熱
伝達量が増加し、同時に減速材循環ポンプ２又は
補機冷却系ポンプ８が停止すると、減速材５が沸
騰して減速材中にボイド（気泡）３１が発生し、
減速材液位が上昇し、減速材は第３図に示す如く
サージタンク２８を経て空気冷却器３０に達す
る。これに伴い、減速材５は、空気冷却器３０で
冷却され、減速材戻り管２９、減速材配分管９及
び制御棒案内管１０を経て減速材タンク１へ還流
する。減速材沸騰時には、減速材の密度は次の通
りとなる。
＝α・σg＋（１−α）σe ……(4)
…減速材沸騰時の減速材の密度
α…ボイド率
σg…減速材沸騰時の減速材の気相密度
σe…減速材沸騰時の減速材の液相密度
自然循環力は、減速材の冷却前と冷却後の密度
差により生じる為、次の式で表わすことができ
る。
差により生じる為、次の式で表わすことができ
る。
ΔP＝（−σ1）Ｈ ……(5)
＝｛α・σg＋（１−α）σe−σ1｝Ｈ……(6)
ΔP…自然循環力
σ1…減速材冷却後の減速材の密度
Ｈ…減速材タンクと空気冷却器の高さの差（比
高） これからＨとαの関係は、 Ｈ＝ΔP／σ−σ1 ＝ΔP／α（σg−σe）−（σ1−σe） ……(7) となり、減速材タンクと空気冷却器の高さの差Ｈ
が一定ならば、ボイド率が増加すればする程、す
なわち減速材の沸騰が激しくなるほど、自然循環
力が増加する。第９図は、前記第７式を図に表わ
したもので、ある特定の自然循環力に対しては、
ボイド率すなわち自然循環を行うべき沸騰状態を
定めれば、冷却塔７を配置すべき高さＨが求めら
れることを示している。
高） これからＨとαの関係は、 Ｈ＝ΔP／σ−σ1 ＝ΔP／α（σg−σe）−（σ1−σe） ……(7) となり、減速材タンクと空気冷却器の高さの差Ｈ
が一定ならば、ボイド率が増加すればする程、す
なわち減速材の沸騰が激しくなるほど、自然循環
力が増加する。第９図は、前記第７式を図に表わ
したもので、ある特定の自然循環力に対しては、
ボイド率すなわち自然循環を行うべき沸騰状態を
定めれば、冷却塔７を配置すべき高さＨが求めら
れることを示している。
高速増殖炉における原子炉一次冷却材の自然循
環冷却では、冷却材が沸騰してボイドができる
と、原子炉の正の反応度が生じて出力が増加し、
冷却できなくなるが、圧力管型原子炉の場合は、
減速材が沸騰してボイドができると、前述のよう
に自然循環力が増加する共に、第９図に示すごと
く、原子炉の出力が減少する方向の原子炉の負の
反応度を生じて出力が低下し、炉心の冷却に有利
である。
環冷却では、冷却材が沸騰してボイドができる
と、原子炉の正の反応度が生じて出力が増加し、
冷却できなくなるが、圧力管型原子炉の場合は、
減速材が沸騰してボイドができると、前述のよう
に自然循環力が増加する共に、第９図に示すごと
く、原子炉の出力が減少する方向の原子炉の負の
反応度を生じて出力が低下し、炉心の冷却に有利
である。
冷却塔７の比高Ｈの設定に当つても高速増殖炉
の原子炉一次冷却材は、温度による密度の差が大
きいので沸騰状態を考慮する必要はないが、圧力
管型原子炉の減速材の場合は、温度による密度の
差が少なく、沸騰を考慮に入れることによつては
じめて、実現可能な冷却塔の比高Ｈとすることが
可能となる。
の原子炉一次冷却材は、温度による密度の差が大
きいので沸騰状態を考慮する必要はないが、圧力
管型原子炉の減速材の場合は、温度による密度の
差が少なく、沸騰を考慮に入れることによつては
じめて、実現可能な冷却塔の比高Ｈとすることが
可能となる。
減速材冷却系の強制循環による冷却容量は、通
常運転時、炉心で発生する熱量のうちの減速材へ
の伝熱分と炉心で発生するγ線による減速材の発
熱分の冷却を行える容量として決定される。本実
施例の自然循環冷却装置は、異常事象が発生して
原子炉が停止し、原子炉停止後炉心で発生する崩
壊熱を除去するものであるから、要求される冷却
容量は、異常事象発生前の減速材の温度、減速材
のインベントリー、炉心で発生する崩壊熱、冷却
材のインベントリーで決定される。概ね、通常運
転時炉心で発生する熱出力の数％の除熱量があれ
ばよい。
常運転時、炉心で発生する熱量のうちの減速材へ
の伝熱分と炉心で発生するγ線による減速材の発
熱分の冷却を行える容量として決定される。本実
施例の自然循環冷却装置は、異常事象が発生して
原子炉が停止し、原子炉停止後炉心で発生する崩
壊熱を除去するものであるから、要求される冷却
容量は、異常事象発生前の減速材の温度、減速材
のインベントリー、炉心で発生する崩壊熱、冷却
材のインベントリーで決定される。概ね、通常運
転時炉心で発生する熱出力の数％の除熱量があれ
ばよい。
第４図は、減速材タンク１にヒートパイプ１２
を設けた実施例を示す図である。基本的な構造
は、従来の技術と同じであるので詳細な説明は省
略するが、第１０図の従来技術に示す部分と対応
する部分には同一の参照符号を付してある。従来
技術による減速材冷却装置に追加して、自然循環
冷却装置としてのヒートパイプ１２が、蒸発端を
減速材タンク１内に、冷却器１３を設けた凝縮端
を減速材タンク１の外側にして減速材タンク１に
装着されている。減速材タンク１内の減速材５の
熱は、ヒートパイプ１２の蒸発端でヒートパイプ
の内部流体を蒸発させ、蒸発した内部流体は、ヒ
ートパイプ内を凝縮端へ上昇した前記流体は凝縮
端に設けられた冷却器１３で熱を奪われて凝縮
し、再び液体となつてヒートパイプ内を蒸発端へ
移動する。この作用が継続して行われ、減速材５
の冷却が行われる。このようにして、ヒートパイ
プを用いることにより、減速材タンク１内の減速
材５を、動的機器を用いて循環することなく冷却
することが可能であり、減速材循環ポンプ運転時
間を短縮することができると共に、放射性物質を
含んだ減速材を原子炉格納容器外へ取出すことな
く自然循環冷却可能となり、放射線管理上も有利
である。
を設けた実施例を示す図である。基本的な構造
は、従来の技術と同じであるので詳細な説明は省
略するが、第１０図の従来技術に示す部分と対応
する部分には同一の参照符号を付してある。従来
技術による減速材冷却装置に追加して、自然循環
冷却装置としてのヒートパイプ１２が、蒸発端を
減速材タンク１内に、冷却器１３を設けた凝縮端
を減速材タンク１の外側にして減速材タンク１に
装着されている。減速材タンク１内の減速材５の
熱は、ヒートパイプ１２の蒸発端でヒートパイプ
の内部流体を蒸発させ、蒸発した内部流体は、ヒ
ートパイプ内を凝縮端へ上昇した前記流体は凝縮
端に設けられた冷却器１３で熱を奪われて凝縮
し、再び液体となつてヒートパイプ内を蒸発端へ
移動する。この作用が継続して行われ、減速材５
の冷却が行われる。このようにして、ヒートパイ
プを用いることにより、減速材タンク１内の減速
材５を、動的機器を用いて循環することなく冷却
することが可能であり、減速材循環ポンプ運転時
間を短縮することができると共に、放射性物質を
含んだ減速材を原子炉格納容器外へ取出すことな
く自然循環冷却可能となり、放射線管理上も有利
である。
第６図は、圧力管２１と圧力管案内管３２の間
隔を制限した時の実施例を示す。原子炉の基本的
な構造は、従来技術及び減速材の自然循環冷却装
置で構成したものであり、実施例を記載してある
ので詳細な説明は省略する。圧力管２１と圧力管
案内管３２の間隔は、前述の Di＜d0（１＋εc） ……(8) Di…圧力管案内管外径 d0…圧力管外径 εc…圧力管の破断歪 を満足し、且つ通常運転時の熱遮蔽の機能を果す
大きさとする。「ふげん」の場合６〜10mmが適当
である。圧力管２１の温度上昇が激しく、熱変形
や内圧による変形を生じた場合でも、前記(8)式に
より圧力管２１の外径と圧力管案内管３２の内径
の比を定めているので、破断歪εcに至る前に圧力
管２１の外径が圧力管案内管３２の内壁に接触し
て、圧力管２１から圧力管案内管３２を通しての
減速材５への熱伝達性が良くなり、減速材による
炉心の冷却が能率よく行えると共に、圧力管案内
管３２が圧力管２１の変形を防ぐ補強材として作
用する。
隔を制限した時の実施例を示す。原子炉の基本的
な構造は、従来技術及び減速材の自然循環冷却装
置で構成したものであり、実施例を記載してある
ので詳細な説明は省略する。圧力管２１と圧力管
案内管３２の間隔は、前述の Di＜d0（１＋εc） ……(8) Di…圧力管案内管外径 d0…圧力管外径 εc…圧力管の破断歪 を満足し、且つ通常運転時の熱遮蔽の機能を果す
大きさとする。「ふげん」の場合６〜10mmが適当
である。圧力管２１の温度上昇が激しく、熱変形
や内圧による変形を生じた場合でも、前記(8)式に
より圧力管２１の外径と圧力管案内管３２の内径
の比を定めているので、破断歪εcに至る前に圧力
管２１の外径が圧力管案内管３２の内壁に接触し
て、圧力管２１から圧力管案内管３２を通しての
減速材５への熱伝達性が良くなり、減速材による
炉心の冷却が能率よく行えると共に、圧力管案内
管３２が圧力管２１の変形を防ぐ補強材として作
用する。
本発明により、圧力管型原子炉において、動的
機器から成る原子炉冷却材冷却装置が使用できな
い事故が発生しても、炉心の温度上昇をおくらせ
ることが可能となり、他の対策を行う時間の余裕
を増すことができると共に、減速材冷却装置を確
率論に基づいて評価した時の信頼度を向上するこ
と可能となる。また、通常運転時は自然循環によ
る減速材の冷却は行われず、無駄に放熱されるこ
ともない。
機器から成る原子炉冷却材冷却装置が使用できな
い事故が発生しても、炉心の温度上昇をおくらせ
ることが可能となり、他の対策を行う時間の余裕
を増すことができると共に、減速材冷却装置を確
率論に基づいて評価した時の信頼度を向上するこ
と可能となる。また、通常運転時は自然循環によ
る減速材の冷却は行われず、無駄に放熱されるこ
ともない。
更に、炉心を収容した圧力管と圧力管案内管の
間の間隔を制限することにより、事故時の炉心の
温度上昇をおくらせ、事故に対する対策を行う時
間の余裕を増すことができる。
間の間隔を制限することにより、事故時の炉心の
温度上昇をおくらせ、事故に対する対策を行う時
間の余裕を増すことができる。
第１図は本発明の実施例を示す系統図、第２図
は本発明の実施例の通常運転時の作動状態を示す
図、第３図は事故時の作動状態を示す図、第４図
は本発明の他の実施例を示す系統図、第５図は本
発明の作用を示す図、第６図は本発明のもう一つ
の実施例を示す図、第７図は圧力管と圧力管案内
管が接触した時の温度変化を示す図、第８図は減
速材のボイド率αと空気冷却器の比高Ｈの関係を
示す図、第９図は減速材のボイド率αと炉心の反
応度との関係を示す図、第１０図は従来の圧力管
型原子炉を示す系統図、第１１図は圧力管と圧力
管案内管及び減速材タンクを示す図、第１２図は
圧力管と圧力管案内管の相互間連を示す図、第１
３図は高速増殖炉の原子炉一次冷却材の緊急冷却
装置であり、第１４図は圧力管の熱変形開始曲線
と圧力管破断歪曲線を示す。 １……減速材タンク、２……減速材循環ポン
プ、３……熱交換器、４……炉心、５……減速
材、６……減速材上昇管、７……冷却塔、１０…
…制御棒案内管、１２……自然循環冷却装置（ヒ
ートパイプ）、１３……冷却器、２１……圧力管、
２８……サージタンク、２９……減速材戻り管、
３０……空気冷却器、３２……圧力管案内管、３
５……自然循環冷却装置。
は本発明の実施例の通常運転時の作動状態を示す
図、第３図は事故時の作動状態を示す図、第４図
は本発明の他の実施例を示す系統図、第５図は本
発明の作用を示す図、第６図は本発明のもう一つ
の実施例を示す図、第７図は圧力管と圧力管案内
管が接触した時の温度変化を示す図、第８図は減
速材のボイド率αと空気冷却器の比高Ｈの関係を
示す図、第９図は減速材のボイド率αと炉心の反
応度との関係を示す図、第１０図は従来の圧力管
型原子炉を示す系統図、第１１図は圧力管と圧力
管案内管及び減速材タンクを示す図、第１２図は
圧力管と圧力管案内管の相互間連を示す図、第１
３図は高速増殖炉の原子炉一次冷却材の緊急冷却
装置であり、第１４図は圧力管の熱変形開始曲線
と圧力管破断歪曲線を示す。 １……減速材タンク、２……減速材循環ポン
プ、３……熱交換器、４……炉心、５……減速
材、６……減速材上昇管、７……冷却塔、１０…
…制御棒案内管、１２……自然循環冷却装置（ヒ
ートパイプ）、１３……冷却器、２１……圧力管、
２８……サージタンク、２９……減速材戻り管、
３０……空気冷却器、３２……圧力管案内管、３
５……自然循環冷却装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炉心を収容し冷却材が環流する圧力管と、こ
の圧力管が挿通されている圧力管案内管と、前記
圧力管を包囲する減速材を収容した減速材タンク
と、該減速材タンクの中に設けられ、原子炉の出
力を制御する制御棒を収容する制御棒案内管と、
前記減速材タンクに接続されて該減速材タンク内
の減速材を循環させる減速材循環ポンプと、該減
速材循環ポンプによつて循環される減速材を冷却
する熱交換器とを含んでなる圧力管型原子炉にお
いて、 減速材タンクの上部に接続され炉心より高い位
置に設けられたサージタンクと、上部を前記サー
ジタンクに、下部を減速材タンクに接続され、冷
却塔に内蔵され且つ原子炉炉心より高く前記サー
ジタンクより低い位置に設けられて減速材を空気
冷却する空気冷却器とを含んでなり、前記サージ
タンクの上部と空気冷却器を接続する配管の最も
高い部分は、通常運転時は減速材が前記サージタ
ンクから前記空気冷却器に流れることがなく、減
速材沸騰時に減速材が前記サージタンクから前記
空気冷却器に流れる高さに配置されていることを
特徴とする圧力管型原子炉。 ２ 圧力管案内管の内壁と、該圧力管案内管内に
挿通された圧力管の外壁との間隔を、圧力管の過
熱による熱膨張に基づく破断歪より小さく、且つ
通常運転時の圧力管と圧力管案内管の間の熱遮蔽
に必要な最小の間隔よりも大きくしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の圧力管型原
子炉。 ３ 炉心を収容し冷却材が環流する圧力管と、こ
の圧力管が挿通されている圧力管案内管と、前記
圧力管を包囲する減速材を収容した減速材タンク
と、該減速材タンクの中に設けられ、原子炉の出
力を制御する制御棒を収容する制御棒案内管と、
前記減速材タンクに接続されて該減速材タンク内
の減速材を循環させる減速材循環ポンプと、該減
速材循環ポンプによつて循環される減速材を冷却
する熱交換器とを含んでなる圧力管型原子炉にお
いて、 蒸発器を減速材タンク内に、冷却器を設けた凝
縮端を減速材タンク外にして配置されたヒートパ
イプを設けたことを特徴とする圧力管型原子炉。 ４ 圧力管案内管の内壁と、該圧力管案内管内に
挿通された圧力管の外壁との間隔を、圧力管の過
熱による熱膨張に基づく破断歪より小さく、且つ
通常運転時の圧力管と圧力管案内管の間の熱遮蔽
に必要な最小の間隔よりも大きくしたことを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載の圧力管型原
子炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61196640A JPS6352098A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 圧力管型原子炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61196640A JPS6352098A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 圧力管型原子炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6352098A JPS6352098A (ja) | 1988-03-05 |
| JPH058996B2 true JPH058996B2 (ja) | 1993-02-03 |
Family
ID=16361133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61196640A Granted JPS6352098A (ja) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | 圧力管型原子炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6352098A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR940008250B1 (ko) * | 1992-02-11 | 1994-09-09 | 한국과학기술원 | 핵연료 채널 및 이를 이용한 고유안전 수냉각형 튜브 원자로 |
| JP6249677B2 (ja) * | 2013-08-21 | 2017-12-20 | 三菱重工業株式会社 | 冷却装置 |
-
1986
- 1986-08-22 JP JP61196640A patent/JPS6352098A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6352098A (ja) | 1988-03-05 |
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