(57)【要約】【課題】超臨界圧蒸気の一部を再循環流として利用することにより、炉心流量を増加させ冷却水の熱伝達特性の改善及び出力向上を図るとともに、圧力容器の健全性を維持する。【解決手段】炉心１及び前記炉心の上部に設置された複数の筒状部材７及び前記筒状部材の上部に形成された蒸気溜８を収容する中間容器２と、前記中間容器２を収容する圧力容器３と、前記中間容器２の側壁に設けられ前記圧力容器３に流入した超臨界圧軽水１４を中間容器２に導く複数の給水管５と、前記蒸気溜８の側壁に設けられ超臨界圧蒸気１５の一部を前記中間容器８に流出させる複数の開口１１と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心及び前記炉心の上部に設置された複数の筒状部材及び前記筒状部材の上部に形成された蒸気溜を収容する中間容器と、前記中間容器を収容する圧力容器と、前記中間容器の側壁に設けられ前記圧力容器に流入した超臨界圧軽水を中間容器に導く複数の給水管と、前記蒸気溜の側壁に設けられ超臨界圧蒸気の一部を前記中間容器に流出させる複数の開口と、を有することを特徴とする超臨界圧軽水冷却炉。
【請求項２】
前記給水管は前記開口よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項１記載の超臨界圧軽水冷却炉。
【請求項３】
炉心及び前記炉心の上部に形成された蒸気溜を収容する中間容器と、前記中間容器を収容する圧力容器と、前記中間容器の側壁に設けられ前記圧力容器に流入した超臨界圧軽水を中間容器に導く複数の開口と、前記蒸気溜の側壁に設けられた複数の開口に設けられ超臨界圧蒸気の一部を前記中間容器に流出させる蒸気インジェクタと、を有することを特徴とする超臨界圧軽水冷却炉。
【請求項４】
前記炉心と前記蒸気溜との間に複数の筒状部材を設けたことを特徴とする請求項３記載の超臨界圧軽水冷却炉。
【請求項５】
前記中間容器の側壁に設けられた開口は、前記蒸気インジェクタよりも上方に設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の超臨界圧軽水冷却炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷却材として高温高圧の超臨界圧軽水を用いる超臨界圧軽水冷却炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超臨界圧軽水冷却炉（ＳＣＷＲ）は、圧力容器内構造の単純化と圧力容器の耐熱温度制限から貫流型の炉心冷却構造の原子炉が採用されている。この貫流型の原子炉は、給水流量と炉心流量が一致しており、単位出力あたりの炉心流量は沸騰水型原子炉の約１／１０程度にすぎない（特許文献１）。
【０００３】
また、特許文献２に示されている超臨界圧軽水冷却炉は、炉心内の冷却水の流れを炉心周辺部では下降流と炉心中央部では上昇流とすることで実効的に炉心内の冷却材流量を増加させているが、これも原子炉への給水流量と炉心内の冷却材流量が一致する貫流型原子炉であり、単位出力あたりの炉心流量は沸騰水型原子炉の約１／１０程度である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−４７７４号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の超臨界圧軽水冷却炉は、圧力容器内構造の単純化と圧力容器の耐熱温度制限から給水流量と炉心流量が一致する貫流型の原子炉が採用されており、単位出力あたりの炉心流量は沸騰水型原子炉の約１／１０程度に過ぎず、これにより熱出力を大きくすることができないとともに、燃料棒被覆管の温度が高くなりやすくなるという課題があった。
【０００６】
また、従来の超臨界圧軽水冷却炉では、炉心で高温となった超臨界圧蒸気は直接圧力容器と接触するため、圧力容器が熱疲労等により健全性が損なわれるという課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、超臨界圧蒸気の一部を再循環水として利用することにより、炉心流量を増加させ冷却水の熱伝達特性を改善するとともに、圧力容器の健全性を保つことができる超臨界圧軽水冷却炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る超臨界圧軽水冷却炉は、炉心及び前記炉心の上部に設置された複数の筒状部材及び前記筒状部材の上部に形成された蒸気溜を収容する中間容器と、前記中間容器を収容する圧力容器と、前記中間容器の側壁に設けられ前記圧力容器に流入した超臨界圧軽水を中間容器に導く複数の給水管と、前記蒸気溜の側壁に設けられ超臨界圧蒸気の一部を前記中間容器に流出させる複数の開口と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る超臨界圧軽水冷却炉は、炉心及び前記炉心の上部に形成された蒸気溜を収容する中間容器と、前記中間容器を収容する圧力容器と、前記中間容器の側壁に設けられ前記圧力容器に流入した超臨界圧軽水を中間容器に導く複数の開口と、前記蒸気溜の側壁に設けられた複数の開口に設けられ超臨界圧蒸気の一部を前記中間容器に流出させる蒸気インジェクタと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧力容器内に中間容器を設け超臨界圧蒸気の一部を再循環流として利用することにより、炉心流量を増加させ冷却水の熱伝達特性を改善するとともに、圧力容器の健全性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉の断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図。
【図２】冷却水流量と被覆管表面温度との関係図。
【図３】第２の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉の断面図。
【図４】第３の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る超臨界圧軽水冷却炉の実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉を、図１（ａ）、（ｂ）及び図２を用いて説明する。
【００１３】
（構成）
本実施形態の超臨界圧軽水冷却炉は、炉心１、炉心１の上部に設置され炉心１から流出する超臨界圧蒸気１５を上方へ導く複数の筒状部材７、筒状部材７の上方に設けられ超臨界圧蒸気１５を貯溜する蒸気溜８、炉心１、筒状部材７及び蒸気溜８を収容する中間容器２、中間容器２を内部に収容する圧力容器３、超臨界圧軽水１４を圧力容器内に供給する吸水ノズル６、蒸気溜８内の超臨界圧蒸気１５を外部のタービン等に導く主蒸気管４、とから構成される。
【００１４】
中間容器２の側壁には吸水ノズル６から導入された超臨界圧軽水１４の一部を中間容器２内に導くための複数の吸水管５が設けられ、蒸気溜８の側面には蒸気溜８内の一部の超臨界圧蒸気１５を中間容器２へ流出させるための複数の開口１１が設けられている。吸水管５は、超臨界圧軽水１４を中間容器２の下方に導くように逆Ｌ字状の配管構造をしており、開口１１よりも上方に位置するように設けられている。
【００１５】
炉心１には複数の燃料集合体が配置され、制御棒が炉心１の上部又は下部から炉心１に挿脱可能に配置されている（図示せず）。また、燃料集合体、筒状部材７は４角形、６角形、円形、等種々の形状のものを用いることができる。さらに、炉心の形状も円筒体、矩形体等種々の形体の炉心を用いることができる。
【００１６】
(作用)
このように構成された超臨界圧軽水冷却炉において、吸水ノズル６から圧力容器３内に導入された超臨界圧軽水１４は中間容器２と圧力容器３との間の間隙を流れ、吸水管５から中間容器２内に流入し、蒸気溜８から開口１１を介して流入した超臨界圧蒸気１５と混合して中間容器２内を下降し、炉心１の冷却水として炉心１に流入する。
【００１７】
炉心１で高温となった超臨界圧蒸気１５は、複数の筒状部材７内を上昇し、蒸気溜８に流入し、主蒸気管４からタービン等（図示せず）へ導かれるが、一部は開口１１から中間容器２へ再循環流として流出する。
【００１８】
（効果）
本実施形態によれば、吸水ノズル６からの超臨界圧軽水１４と蒸気溜８から抽出された超臨界圧蒸気１５とが中間容器２の中で混合され炉心１に冷却水として供給されることになり、超臨界圧軽水１４のみの場合よりも炉心流量を増大させることができる。
【００１９】
図２は、炉心１を流れる冷却水温度が４５０℃（炉心中央部）、５００℃（炉心中上部）、５５０℃（炉心上部）の場合の冷却水流量と被覆管表面温度の関係図である。ここで、従来の超臨界圧軽水１４のみの場合の冷却水流量は約１０００（ｋｇ／ｍ2／ｓ）であるが、本実施形態では超臨界圧蒸気１５を再循環流として用いることで２０００（ｋｇ／ｍ2／ｓ）程度まで増加させることができる。これにより、炉心の中央部、中上部、上部の被覆管表面温度を２０℃（冷却水流量が１５００（ｋｇ／ｍ2／ｓ）の場合）〜４０℃（冷却水流量が２０００（ｋｇ／ｍ2／ｓ）の場合）低下させることができる。
【００２０】
このように、超臨界圧蒸気１５を再循環流として用いることで炉心流量を増加させ、被覆管表面温度を大幅に低下させることができるので、超臨界圧軽水の熱伝達特性を改善することができるとともに、炉心の出力を増加させ、かつ炉心の安全性を高めることができる。その際、図２から、冷却水水量は１５００〜２０００（ｋｇ／ｍ2／ｓ）とするのが好ましい。
【００２１】
また、炉心１の上部に複数の筒状部材７を設けたことにより、自然循環により各燃料集合体の出力に比例した流量が発生することになり、出力が高く被覆管温度が上がりやすい燃料集合体に多くの炉心流量が流れることになるので、被覆管温度を低減することができる。
【００２２】
さらに、中間容器２を設けたことにより、高温の超臨界圧蒸気１５が直接圧力容器１に接触することがなく、圧力容器３を吸水ノズル６から導入された比較的低温の超臨界圧軽水１４により効率的に冷却することが可能となり、熱疲労を軽減することができる。また、中間容器２の内外差圧は吸水管５での圧力損失であるので、圧力容器３に要求される強度、耐圧性は小さくすることができるので、熱応力を低減できる薄肉化や断熱材の採用が可能となる。
【００２３】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉を、図３を用いて説明する。
本実施形態の超臨界圧軽水冷却炉は、蒸気溜８の開口１１に蒸気インジェクタ１０を接続し、筒状部材７を省略したことを特徴としている。
中間容器２には、開口１１よりも高い位置に複数の開口１２が設けられている。
【００２４】
このように構成された超臨界圧軽水冷却炉において、蒸気溜８から抽出された超臨界圧蒸気１５は蒸気インジェクタ１０を通って中間容器２下方に流れるが、その下方流が駆動源となって、超臨界圧軽水１４が開口１２から導入された超臨界圧蒸気と混合し中間容器２の下方に流れ、冷却水として炉心１を冷却する。
【００２５】
本実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様な作用効果を奏するほか、蒸気インジェクタ１０を用いたことで再循環流量を増加させるとともに、その駆動力によって冷却水の循環能力を高め、炉心の熱伝達特性を改善し、炉心の出力向上を図ることができる。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る超臨界圧軽水冷却炉を、図４を用いて説明する。
本実施形態の超臨界圧軽水冷却炉は、第２の実施形態に筒状部材７を加えた構成としている。
【００２７】
本実施形態によれば、上記第２の実施形態の作用効果に加え、炉心１上部に筒状部材７を設けたことにより、自然循環により各燃料集合体の出力に比例した流量が発生することになり、出力が高く被覆管温度が上がりやすい燃料集合体に多くの炉心流量が流れることになるので、被覆管温度を低減できる。
【００２８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１…炉心、２…中間容器、３…圧力容器、４…主蒸気管、５…給水管、６…給水ノズル、７…筒状部材、８…蒸気溜、１０…蒸気インジェクタ、１１、１２…開口、１４…超臨界圧軽水、１５…超臨界圧蒸気。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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