JPH0658424B2

JPH0658424B2 - 軽水冷却型原子炉

Info

Publication number: JPH0658424B2
Application number: JP59241356A
Authority: JP
Inventors: 宥孝長
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1984-11-15
Filing date: 1984-11-15
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS61118694A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、ほう酸水の濃度により出力の制御を行なうよ
うにした軽水冷却型原子炉に関するものである。

「従来の技術」ほう酸水の濃度により出力の制御を行なうようにした軽
水冷却型原子炉は、万一、内部温度の異常上昇が生じた
ときに、炉心の付近とその周囲のプール水との温度差等
によって、流体の比重の差が生じ対流を起こす現象を利
用して、プール水であるほう酸水を炉心に送り込むこと
により、原子炉を自然停止状態に導くようにしたもの
で、いわゆるフールプルーフ式となっており、近年、原
子力発電プラントの都市接近等の立地条件を十分考慮し
なければならないところから、注目されている。

その従来構造例について、第３図及び第４図に基づき説
明すると、ほう酸水からなるプール水Ｗを収納するため
の圧力容器31は、厚いプレストレストコンクリート壁に
よって構成されるとともに、圧力容器31のライナ32の中
に炉心33が設けられ、該炉心33は二重構造の外側ケース
34及び内側ケース35で囲まれ、また、二重ケース34・35
の上部に二重筒体36・37が連設され、内側ケース35は二
重筒体36・37の間の環状流路38に、二重ケース34・35の
間の環状流路39は連通管40を経由して内側筒体37に接続
され、外側筒体36の上部は熱交換器（蒸気発生器）41の
一次冷却水入り口42に、内側筒体37の上部は熱交換器41
の一次冷却水出口43にそれぞれ接続されている。また、
熱交換器41の下部には、一次冷却水を強制循環させるた
めのポンプ44が設けられている。

そして、二重筒体36・37の上方位置には、一次冷却水入
り口42及び出口43への配管を貫通状態に支持するための
プレナム用ケーシング45が設けられるとともに、該ケー
シング45の上にカバー46が取り付けられ、さらに、前記
圧力容器31等の上部に遮蔽蓋47が配設された構造であ
る。

このような構造を有する原子炉を運転状態とすると、第
３図に実線の矢印で示すように、一次冷却水が炉心33、
内側ケース35、環状流路38、一次冷却水入り口42、熱交
換器41、一次冷却水出口43、内側筒体37、運通管40、環
状流路39、炉心33を経由する循環流となり、このとき、
プレナム用ケーシング45の中に液面レベルWL１が、ま
た、カバー46の中に液面レベルWL２がそれぞれ形成され
る。一方、運転停止状態とすると、第３図に破線の矢印
で示すように自然循環が生じる。即ち、一次冷却水が炉
心33、内側ケース35、環状流路38、プレナム用ケーシン
グ45の下部開口、外側筒体36等の周囲であるプール水
Ｗ、外側ケース34の下部開口、炉心33を経由する循環流
となり、このとき、ほう酸水の濃度の高いプール水Ｗが
順次炉心33に供給されることにより、核分裂反応が抑制
されて自然停止に導かれるものである。

「発明が解決しようとする問題点」しかしながら、前記従来例では、原子炉運転時の一次冷
却水の流路が、第３図に実線で示すように複雑な経路を
たどり、加熱状態及び冷却状態の一次冷却水を両筒体36
・37で往復させている等により、全体の構造が複雑とな
る傾向が避けられず、また、原子炉停止時には熱交換器
41における自然対流がほとんど期待できなくなる等の問
題点がある。本発明は、これらの問題点を有効に解決す
ることを目的としている。

「問題点を解決するための手段」かかる目的を達成する手段として、圧力容器の内部のほ
う酸水からなるプール水中に、炉心及び一次冷却水を隔
離状態に収納し、ほう酸水の濃度により出力を制御する
軽水冷却型原子炉とする場合に、炉心の上部に接続され
一次冷却水の上昇流を導くライザ管と、該ライザ管の上
部に一次冷却水入り口を介して上部が接続される一次冷
却系用熱交換器と、該一次冷却系用熱交換器の下部に一
次冷却水出口を介して接続される一次冷却水出口用プレ
ナム部とその下方に位置して炉心の下部に対して接続さ
れる炉心入り口プレナム部とを形成する下部ケーシング
とを具備し、ライザ管の上部と下部ケーシングの下部と
に、一次冷却水とプール水との挿通を行なう上部境界と
下部境界とが配される構成を採用している。

また、一次冷却水出口用プレナム部と炉心入り口プレナ
ム部との間に、一次冷却水を炉心入り口プレナム部に向
けて移送するポンプが介在状態に配され、該ポンプが、
一次冷却水出口用プレナム部の内部から吸引した一次冷
却水を駆動する駆動部と、該駆動部に接続され駆動状態
の一次冷却水を噴出するノズルと、該ノズルの噴出流に
よって一次冷却水を炉心入り口プレナム部に移送する拡
がり管部とを有するジェットポンプである構成を付加す
るようにしている。

「作用」原子炉の運転状態にあっては、炉心で加熱された一次冷
却水が、炉心、ライザ管、熱交換器の上部まで上昇し、
熱交換器で冷却された一次冷却水が、熱交換器、一次冷
却水出口用プレナム部、炉心入り口プレナム部まで下降
する。したがって、自然対流とポンプの移送とによる循
環が行なわれる。

その際に、ポンプがジェットポンプである場合には、一
次冷却水出口用プレナム部の一次冷却水の一部が、駆動
部によって駆動されてノズルから拡がり管部に噴出させ
られ、この際に一次冷却水出口用プレナム部の一次冷却
水をともなって拡がり管部から炉心入り口プレナム部に
移送される。

一方、原子炉の停止時、ポンプ停止時にあっては、炉
心、ライザ管の上部まで上昇した一次冷却水が、上部境
界からプール水中に混入し、プール水中の下降流が、下
部境界を経由して炉心入り口プレナム部に混入する自然
対流による循環流が形成されて、ほう酸水が炉心に送り
込まれて原子炉が自然停止状態に導かれる。

そして、ポンプがジェットポンプであって、これが停止
した場合には、一次冷却水出口用プレナム部から拡がり
管部を経由して炉心入り口プレナム部に至る流路の存在
によって、熱交換器を経由する循環路が残されたままと
なり、原子炉の冷却が促進される。

「実施例」第１図及び第２図に示すように、本実施例における軽水
冷却型原子炉は、圧力容器１が、鋼製とされるとともに
その上部に、胴部よりも直径を狭めた状態の機器搬入口
２が設けられている点、熱交換器（蒸気発生器）３の一
次冷却水入り口４が上部に、また、一次冷却水出口５が
下部に位置をずらして配設されている点、熱交換器３の
一次冷却水出口５と炉心６の上部との間に、これらを連
通するとともに一次冷却水出口５よりも下方に位置する
一次冷却水出口用プレナム部７が連設されている点、一
次冷却水出口用プレナム部７に一次冷却水を下方に付勢
するジェットポンプ（ポンプ）８が配設されている点、
炉心６の上部に一次冷却水入り口４に連通するライザ管
９が設けられるとともに、該ライザ管９の開口上部に、
熱交換器３と分離した状態とされ、かつ、上方に引き抜
き可能な上部プレナム用ケーシング10が配設されている
点等が、第３図及び第４図の従来例と著しく相異するも
のである。

これらの詳細について説明すると、前記圧力容器１は、
その壁の厚さが例えば数百mmで耐圧性を有する一体構造
とされるとともに、第１図に示すように、上部にのみ配
管貫通部が設けられ、また、機器搬入口２には、これを
閉塞するための半球状の上蓋11が取り付けられるととも
に、該上蓋11と前記上部プレナム用ケーシング10との間
に、キャップ12が介在させられており、該キャップ12
は、ボルト13等により上蓋11の内面に一体に取り付けら
れて、上蓋11と一緒に前記機器搬入口２から外されると
ともに、この中の圧力ガス室14に液面レベルWL２が形成
される構造である。

前記熱交換器３は、圧力容器１の中に、第２図に示すよ
うにライザ管９の回りに等間隔で複数配設され、一次冷
却水と熱交換される二次冷却水の入り口15及び出口16
が、圧力容器１の上部鏡を貫通して設けられ、また、前
記一次冷却水出口用プレナム部７に挿入されたジェット
ポンプ８の出口付近と炉心６の下方との間が、炉心入り
口プレナム部17とされ、これらが下部プレナムケーシン
グ18により囲まれた構造である。なお、下部プレナムケ
ーシング18の下部開口と、圧力容器１の下鏡部付近との
間は、下部プレナム部19となっており、該下部プレナム
部19と炉心入り口プレナム部17との間は、一次系外のプ
ール水（ほう酸水）Ｗの緩やかな通過を許容するための
下部境界20とされている。

前記炉心６の周囲には、炉心用ケーシング21が設けられ
て、その上部が前記ライザ管９に、その下部開口が炉心
入り口プレナム部17に、それぞれ連通状態に接続される
構造である。

前記ポンプ８は、ジェットポンプが採用される。第１図
に示すように、下部プレナムケーシング18の外側等に
は、一次冷却水出口用プレナム部７を充満している一次
冷却水の一部を吸引し、加圧状態にしてジェットポンプ
８の駆動流として戻すための駆動部22が配される。駆動
部22は、第２図例では、各熱交換器３の間に４基設置さ
れている。さらに、ジェットポンプ８は、第１図に示す
ように、駆動部22に接続されて駆動状態の一次冷却水を
下部ケーシング18の内部において噴出するためのノズル
8aと、ノズル8aの先端近傍位置で一次冷却水出口用プレ
ナム部７と炉心入り口プレナム部17とを接続した状態の
拡がり管部8bとを有している。

これら拡がり管部8b等は、第２図に示すように、駆動部
22の１基当たり複数台設置されている。

前記上部プレナム用ケーシング10は、その外径が機器搬
入口２の内径よりも小さく形成されて、機器搬入口２を
経由して上方へ引き抜き可能とされるとともに、その下
部開口付近には一次冷却水及びプール水Ｗの緩やかな通
過を許容するための上部境界23が設けられている。

なお、一次冷却水出口用プレナム部７には、圧力容器１
の上部鏡を貫通してプール水／純水置換系24が接続され
る。また、図中符号25はプール水冷却器、符号26は前記
上蓋11のエア抜き、符号27は、キャップ12・液面WL１・
液面WL２で形成される前記圧力ガス室11に外部より接続
されている圧力制御系及び蒸気逃し系統の接続管であ
る。

このような構造を有する軽水冷却型原子炉を運転状態と
すると、第１図に実線の矢印で示すような循環系とな
る。即ち、一次冷却水が炉心６、ライザ管９、一次冷却
水入り口４、熱交換器３、一次冷却水出口５、一次冷却
水出口用プレナム部７、ジェットポンプ８、炉心入り口
プレナム部17、炉心６を経由する循環流となり、このと
き、上部プレナム用ケーシング10の中に液面レベルWL１
が、また、キャップ12内の下面周辺部に液面レベルWL２
がそれぞれ形成され、液面レベルWL１は、水温に基づく
比重差により液面レベルWL２よりも若干上方に位置する
ことになる。このような循環流は、加熱状態の一次冷却
水が上昇流となるとともに、冷却された一次冷却水を下
降流とする単純な流れを構成する。

一方、軽水冷却型原子炉を運転停止状態とすると、第１
図に破線の矢印で示すような自然循環が生じる。即ち、
一次冷却水が炉心６から、ライザ管９、上部境界23、ラ
イザ管９の周囲であるプール水Ｗ、下部プレナム部19、
下部境界20、炉心入り口プレナム部19、炉心６を経由す
る第１の循環流となるとともに、原子炉運転時と同様
に、熱交換器３を経由する第２の循環流も生じる。この
とき、ほう酸水の濃度の高いプール水Ｗが順次炉心６に
供給されて、当初の純水に混入することにより、核分裂
反応が抑制されて自然停止に導かれるのであるが、熱交
換器３を経由する循環流の存在により、圧力容器１の内
部を有効に活用した冷却が行なわれ、速やかに放射性物
質の核崩壊熱を除去し得ることになるものである。

また、原子炉運転時には、ジェットポンプ８による循環
の促進が行なわれるとともに、原子炉停止時には、ジェ
ットポンプ８の運転が停止しても、ジェットポンプ８に
おける拡がり管部8bが、第１図に示すように、一次冷却
水出口用プレナム部７と炉心入り口プレナム部17とを接
続しているとともに、拡がり管部8bの入口とノズル8aと
の間には、一次冷却水をともなって移送するための間隙
が空けられているので、熱交換器３を経由する循環流路
の構成を妨げることがない。

「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、次のような優れ
た効果を奏することができる。

炉心の上部に接続され一次冷却水の上昇流を導くラ
イザ管と、ライザ管に上部が接続される熱交換器と、熱
交換器の下部に一次冷却水出口用プレナム部とその下方
に位置して炉心の下部に対して接続される炉心入り口プ
レナム部とを形成する下部ケーシングとを具備している
から、一次冷却水の上昇流が炉心からライザ管を経由し
て熱交換器の上部まで円滑に流れ、冷却された一次冷却
水の下降流が熱交換器から下部ケーシングの炉心入り口
プレナム部及び炉心入口プレナム部まで流れる循環路が
形成されて、原子炉運転時における一次冷却水を自然対
流作用を付加して円滑に循環させ、原子炉の構造の単純
化を図ることができる。

ポンプの停止に基づいてプール水を一次冷却水に混
入する際に、ライザ管の上部と下部ケーシングの下部と
の位置で挿通状態にし、自然対流に基づく循環によって
原子炉を自然状態に導くことができる。

一次冷却水出口用プレナム部と炉心入り口プレナム
部との間に、一次冷却水を下方に移送するジェットポン
プが配されるため、ポンプ停止時にあっても、拡がり管
部に基づいて熱交換器を経由する循環路が残されたまま
となり、プール水による冷却水の冷却作用に、熱交換器
を経由する循環による冷却作用が付加され、ほう酸水濃
度を高めることによる原子炉停止への誘導作用と、一次
冷却水の冷却作用との相乗作用とによって、原子炉の安
全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軽水冷却型原子炉の一実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図のII−II線矢視図、第３図は軽
水冷却型原子炉の従来例を示す縦断面図、第４図は第３
図のIV−IV線矢視図である。１……圧力容器、２……機器搬入口、３……熱交換器、
４……一次冷却水入り口、５……一次冷却水出口、６…
…炉心、７……一次冷却水出口用プレナム部、８……ジ
ェットポンプ（ポンプ）、8a……ノズル、8b……拡がり
管部、９……ライザ管、17……炉心入り口プレナム部、
18……下部ケーシング、20……下部境界、22……駆動
部、23……上部境界、Ｗ……プール水。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力容器（１）の内部のほう酸水からなる
プール水（Ｗ）中に、炉心（６）及び一次冷却水を隔離
状態に収納し、ほう酸水の濃度により出力を制御する軽
水冷却型原子炉であって、炉心の上部に接続され一次冷
却水の上昇流を導くライザ管（９）と、該ライザ管の上
部に一次冷却水入り口（４）を介して上部が接続される
一次冷却系用熱交換器（３）と、該一次冷却系用熱交換
器の下部に一次冷却水出口（５）を介して接続される一
次冷却水出口用プレナム部（７）とその下方に位置して
炉心の下部に対して接続される炉心入り口プレナム部
（１７）とを形成する下部ケーシング（１８）とを具備
し、ライザ管の上部と下部ケーシングの下部とに、一次
冷却水とプール水との挿通を行なう上部境界（２３）と
下部境界（２０）とが配されることを特徴とする軽水冷
却型原子炉。
【請求項２】圧力容器（１）の内部のほう酸水からなる
プール水（Ｗ）中に、炉心（６）及び一次冷却水を隔離
状態に収納し、ほう酸水の濃度により出力を制御する軽
水冷却型原子炉であって、炉心の上部に接続され一次冷
却水の上昇流を導くライザ管（９）と、該ライザ管の上
部に一次冷却水入り口（４）を介して上部が接続される
一次冷却系用熱交換器（３）と、該一次冷却系用熱交換
器の下部に一次冷却水出口（５）を介して接続される一
次冷却水出口用プレナム部（７）とその下方に位置して
炉心の下部に対して接続される炉心入り口プレナム部
（１７）とを形成する下部ケーシング（１８）とを具備
し、ライザ管の上部と下部ケーシングの下部とに、一次
冷却水とプール水との挿通を行なう上部境界（２３）と
下部境界（２０）とが配され、一次冷却水出口用プレナ
ム部（７）と炉心入り口プレナム部（１７）との間に、
一次冷却水を炉心入り口プレナム部に向けて移送するポ
ンプ（８）が介在状態に配され、該ポンプが、一次冷却
水出口用プレナム部の内部から吸引した一次冷却水を駆
動する駆動部（２２）と、該駆動部に接続され駆動状態
の一次冷却水を噴出するノズル（８ａ）と、該ノズルの
噴出流によって一次冷却水を炉心入り口プレナム部に移
送する拡がり管部（８ｂ）とを有するジェットポンプで
あることを特徴とする軽水冷却型原子炉。