(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内に貯留された一次冷却水に浸漬された炉心と、前記原子炉容器内において前記炉心の上方部位に配設された蒸気発生器とを具備し、前記炉心から放出される原子力エネルギにより前記一次冷却水を加熱して沸騰させ、発生した蒸気により前記蒸気発生器内を流通する二次冷却水を加熱して蒸気を発生させるようにした原子炉において、
前記蒸気発生器は、前記原子炉の外部から二次冷却水を受ける入口ヘッダと、前記入口ヘッダに連通し前記二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブと、前記熱交換チューブに連通して熱交換チューブにおいて発生した二次冷却水の蒸気を受ける出口ヘッダとを具備し、
前記熱交換チューブが環状に延設されていることを特徴とした原子炉。
【請求項２】
前記入口ヘッダと出口ヘッダは直径を挟んだ両側に配設されており、前記環状の熱交換チューブは前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が１８０°を越えない範囲で円弧状に延設されている請求項１に記載の原子炉。
【請求項３】
前記入口ヘッダと出口ヘッダは互いに隣接させて配設されており、前記環状の熱交換チューブは前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が１８０°を越える範囲で円弧状に延設されている請求項１に記載の原子炉。
【請求項４】
前記環状の熱交換チューブは水平に延設されている請求項１から３の何れか１項に記載の原子炉。
【請求項５】
前記環状の熱交換チューブは、鉛直の中心軸線を含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成されている請求項１から３の何れか１項に記載の原子炉。
【請求項６】
前記環状の熱交換チューブは、前記入口ヘッダと出口ヘッダを結ぶ直径から両側部に線対称に前記熱交換チューブの中央部分を上方に持ち上げた逆Ｕ字形状を呈している請求項１から３の何れか１項に記載の原子炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子炉に関し、特に原子炉容器内に蒸気発生器を配設した原子炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＷＲ型の原子炉は、炉心を収納した原子炉容器内に一次冷却水を充満して高圧の熱水を生成し、この高温、高圧の一次冷却水により蒸気発生器において二次冷却水を加熱し蒸気を生成する。このように、ＰＷＲ型の原子炉は、炉心と直接接触する一次冷却水と、蒸気を生成する二次冷却水とを分離することにより、放射能汚染の発生を防止するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、ＰＷＲ型の原子炉では、原子炉容器と蒸気発生器との間で高温、高圧の一次冷却水を循環させる一次系配管が長くなるので、この一次系配管の破断による放射能汚染の可能性があり、その安全性を確保するための付帯設備が必要となる。
【０００４】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、一次系配管破断の可能性を除去した原子炉を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、原子炉容器内に貯留された一次冷却水に浸漬された炉心と、前記原子炉容器内において前記炉心の上方部位に配設された蒸気発生器とを具備し、前記炉心から放出される原子力エネルギにより前記一次冷却水を加熱して沸騰させ、発生した蒸気により前記蒸気発生器内を流通する二次冷却水を加熱して蒸気を発生させるようにした原子炉において、
前記蒸気発生器は、前記原子炉の外部から二次冷却水を受ける入口ヘッダと、前記入口ヘッダに連通し前記二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブと、前記熱交換チューブに連通して熱交換チューブにおいて発生した二次冷却水の蒸気を受ける出口ヘッダとを具備し、
前記熱交換チューブが環状に延設されている原子炉を要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の本発明によれば、二次系蒸気を生成するための蒸気発生器を原子炉容器内に配設したために、従来のＰＷＲプラントのように、高温、高圧の一次系水を原子炉と蒸気発生器との間で循環させるための一次系配管が不要となる。従って、一次系配管の安全確保のための付帯設備が不要となる。また、原子炉が蒸気発生器を備えているために、プラントを小型化できる。
【０００８】
前記入口ヘッダと出口ヘッダは直径を挟んだ両側に配設し、前記環状の熱交換チューブを前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が１８０°を越えない範囲で円弧状に延設させる、または、前記入口ヘッダと出口ヘッダとを互いに隣接させて配設し、前記環状の熱交換チューブを前記入口ヘッダと出口ヘッダとの間で中心を見込む角度が１８０°を越える範囲で円弧状に延設させるようにできる。
【０００９】
前記環状の熱交換チューブは、鉛直の中心軸線を含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。更に、前記環状の熱交換チューブは、前記入口ヘッダと出口ヘッダを結ぶ直径から両側部に線対称に前記熱交換チューブの中央部分を上方に持ち上げた逆Ｕ字形状を呈するようにできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態による原子炉１０は、原子炉容器１２内の下方部位に炉心１４が配設されており、炉心１４の周囲にはダウンカマー１６が配設されている。原子炉容器１２内において炉心１４は一次冷却水に浸漬されている（図１において一次冷却水の液面レベルが二点差線Ｌにて指示されている）。炉心１４での核分裂により多量のエネルギーが放出され、一次冷却水が加熱される。これにより、原子炉容器１２内に貯留されている一次冷却水には、図１において実線の矢印Ｃで示すように、炉心１４が配置されている原子炉容器１２内の中心部分に上昇流が形成され、ダウンカマー１６の外側に下降流が形成される。一次冷却水の一部は、炉心１２による加熱のために蒸発する（図１において蒸気が破線Ｓで示されている）。
【００１２】
原子炉容器１２内の炉心１４の上方部位、より詳細には一次冷却水の液面レベルＬより高い位置に蒸気発生器としての熱交換器１８が配設されている。熱交換器１８には原子炉１０の外部から二次冷却水が供給され、熱交換器１８において、蒸気Ｓとの熱交換により加熱され、蒸発して二次冷却水の蒸気または二次系蒸気として原子炉１０の外部、例えば蒸気タービンへ取り出される。一方、一次冷却水の蒸気Ｓは一次冷却水との熱交換により冷却されて、凝縮水Ｄとなって重力により落下する。
【００１３】
本実施形態によれば、原子炉１０は原子炉容器１２内に蒸気発生器としての熱交換器１８を有しているために、従来技術によるＰＷＲ型の原子炉のように原子炉容器の外部に長い配管を有していない。従って、配管の破断による放射能汚染の可能性が格段に低減される。
【００１４】
蒸気発生器としての熱交換器１８は種々の形態とすることができる。例えば、図２を参照すると、熱交換器１００は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ１０２と、熱交換チューブ１０２の一端に連結された入口ヘッダ１０４、他端に連結された出口ヘッダ１０６とを有している。入口ヘッダ１０４へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ１０４から熱交換チューブ１０２内を流通し、熱交換チューブ１０２において加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ１０６へ流入する。
【００１５】
熱交換チューブ１０２は水平に延設された直線状の管とすることができる。然しながら、熱交換器１００は、図６に示すように、入口ヘッダ１０４および出口ヘッダ１０６を最も低い位置に配置し、熱交換チューブ１０２の中央部分を上方に持ち上げた逆Ｕ字形状とすることができる。こうすることにより、熱交換チューブ１０２の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水が熱交換チューブ１０２の表面を伝って落下しやすくなる。熱交換チューブ１０２の端部を原子炉容器１２内の可及的外側に配置することにより、凝縮水Ｄの大部分をダウンカマー１６の外側に落下させ、原子炉容器１２内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにもできる。
【００１６】
図３を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の他の例が図示されている。図３の実施形態による熱交換器１１０は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ１１２と、熱交換チューブ１１２の一端に連結された入口ヘッダ１１４、他端に連結された出口ヘッダ１１６とを有している。熱交換チューブ１１２は入口ヘッダ１１４から下降し、最下部にある概ね半円形の湾曲部１１２ａを経て出口ヘッダ１１６へ向けて上昇する概ねＵ字形状に形成されている。図３に示す熱交換器１１０を原子炉容器１２内に配置する場合には、図７に示すように、炉心１４の上方の空間において湾曲部１１２ａを炉心１４に最も近い位置に配置し、入口ヘッダ１１４および出口ヘッダ１１６を原子炉容器１２の内側または外側において原子炉容器１２の天井壁１２ａに隣接するように配置する。
【００１７】
図４を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の更に他の例が図示されている。図４の実施形態による熱交換器１２０は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ１２２と、熱交換チューブ１２２の一端に連結された入口ヘッダ１２４、他端に連結された出口ヘッダ１２６とを有している。図４の実施形態では、熱交換チューブ１２２は環状に延設されており、かつ、入口ヘッダ１２４と出口ヘッダ１２６は互いに直径を挟んだ両側に配設されている。従って、熱交換チューブ１２２は入口ヘッダ１２４と出口ヘッダ１２６との間で中心を見込む角度が１８０°を越えない範囲で円弧状に延設されることとなる。入口ヘッダ１２４へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ１２４から二手に分かれて熱交換チューブ１２２内を反対方向に流通し、熱交換チューブ１２２において加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ１２６へ流入する。熱交換器１２０を環状に形成することにより、一次冷却水の凝縮水Ｄの大部分をダウンカマー１６の外側に落下させ、原子炉容器１２内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにできる。また、炉心１４のための制御棒（図示せず）を原子炉１０の上方部から熱交換器１２０を横断させて鉛直方向に上下に移動するように配置することが可能となる。
【００１８】
熱交換チューブ１２２は、図８に示すように概ね水平に延設された円弧状の管とすることができる。然しながら、熱交換器１２０は、図９に示すように、鉛直の中心軸線Ｏを含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。これにより、一次系蒸気の凝縮水Ｄが熱交換チューブ１２２の表面を伝って落下しやすくなる。更に、図６に示すように、入口ヘッダ１２４と出口ヘッダ１２６とを結ぶ直線に対して線対称に熱交換チューブ１２２の中央部分を上方に持ち上げた逆Ｕ字形状としてもよい。こうすることにより、熱交換チューブ１２２の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水Ｄが熱交換チューブ１２２の表面を伝って落下しやすくなる。
【００１９】
図５を参照すると、蒸気発生器としての熱交換器の更に他の例が図示されている。図５の実施形態による熱交換器１３０は、二次冷却水が流通して前記一次冷却水の蒸気との熱交換により二次冷却水の蒸気を発生させる複数の熱交換チューブ１３２と、熱交換チューブ１３２の一端に連結された入口ヘッダ１３４、他端に連結された出口ヘッダ１３６とを有している。図５の実施形態では、熱交換チューブ１３２は環状に延設されており、かつ、入口ヘッダ１３４と出口ヘッダ１３６は互いに隣接して配設されている。従って、熱交換チューブ１３２は入口ヘッダ１３４と出口ヘッダ１３６との間で中心を見込む角度が１８０°を越える範囲で円弧状に延設されることとなる。入口ヘッダ１３４へ供給された二次形冷却水は、入口ヘッダ１３４から熱交換チューブ１３２に沿って流通する間に加熱されて蒸気または蒸気−水の二相流となって出口ヘッダ１３６へ流入する。熱交換器１３０を環状に形成することにより、一次冷却水の凝縮水Ｄの大部分をダウンカマー１６の外側に落下させ、原子炉容器１２内に貯留されている一次冷却水の下降流へ合流するようにできる。また、炉心１４のための制御棒（図示せず）を原子炉１０の上方部から熱交換器１３０を横断させて鉛直方向に上下に移動するように配置することが可能となる。
【００２０】
熱交換チューブ１３２は、図４の熱交換チューブ１２２と同様に、図８に示すように概ね水平に延設された円弧状の管とすることができる。然しながら、熱交換器１３０は、図９に示すように、鉛直の中心軸線Ｏを含む平面による断面において中心部が高く周辺部が低くなる概ね円錐台状に形成することができる。これにより、一次系蒸気の凝縮水Ｄが熱交換チューブ１３２の表面を伝って落下しやすくなる。更に、図６に示すように、入口ヘッダ１３４と出口ヘッダ１３６とを結ぶ直線に対して線対称に熱交換チューブ１３２の中央部分を上方に持ち上げた逆Ｕ字形状としてもよい。こうすることにより、熱交換チューブ１３２の表面に付着した一次系蒸気の凝縮水Ｄが熱交換チューブ１３２の表面を伝って落下しやすくなる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、二次系蒸気を生成するための蒸気発生器を原子炉容器内に配設したために、従来のＰＷＲプラントのように、高温、高圧の一次系水を原子炉と蒸気発生器との間で循環させるための一次系配管が不要となる。従って、一次系配管の安全確保のための付帯設備が不要となる。また、原子炉が蒸気発生器を備えているために、プラントを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図２】蒸気発生器としての熱交換器の好ましい実施形態を示す略図である。
【図３】蒸気発生器としての熱交換器の他の実施形態を示す略図である。
【図４】蒸気発生器としての熱交換器の更に他の実施形態を示す略図である。
【図５】蒸気発生器としての熱交換器の更に他の実施形態を示す略図である。
【図６】図１に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図２、４、５に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図７】図１に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図３に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図８】図１に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図４、５に示す熱交換器と組み合わせた実施形態による原子炉の略示断面図である。
【図９】図１に示す実施形態による原子炉の変形実施形態を示す図であり、図４、５に示す熱交換器と組み合わせた他の実施形態による原子炉の略示断面図である。
【符号の説明】
１０…原子炉
１２…原子炉容器
１４…炉心
１６…ダウンカマー
１８…蒸気発生器
１００…蒸気発生器としての熱交換器
１０２…熱交換チューブ
１０４…入口ヘッダ
１０６…出口ヘッダ
１１０…蒸気発生器としての熱交換器
１１２…熱交換チューブ
１１４…入口ヘッダ
１１６…出口ヘッダ
１２０…蒸気発生器としての熱交換器
１２２…熱交換チューブ
１２４…入口ヘッダ
１２６…出口ヘッダ
１３０…蒸気発生器としての熱交換器
１３２…熱交換チューブ
１３４…入口ヘッダ
１３６…出口ヘッダ
【図１】
0003676232.tif 000002
【図２】
0003676232.tif 000003
【図３】
0003676232.tif 000004
【図４】
0003676232.tif 000005
【図５】
0003676232.tif 000006
【図６】
0003676232.tif 000007
【図７】
0003676232.tif 000008
【図８】
0003676232.tif 000009
【図９】
0003676232.tif 000010