(57)【要約】【課題】超臨界圧原子力プラントにおいて、超臨界圧水中に含まれる腐食生成物がタービン系へ移行するのを抑制する。【解決手段】高温の超臨界圧水が生成される原子炉圧力容器１と、その高温の超臨界圧水が供給されるタービン４と、タービンから排出された水を凝縮させて復水とする復水器６と、復水を昇圧して超臨界圧水として原子炉に供給する給水ポンプ８とを有する超臨界圧原子力プラントにおいて、原子炉で生成された高温の超臨界圧水中に含まれる腐食生成物をタービンより上流側で捕集するための集塵装置１５を有する。集塵装置１５は、高温出口管１０または燃料集合体３の出口部などに配置される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界圧水が導入されて高温の超臨界圧水が生成される原子炉と、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水が供給されるタービンと、このタービンから排出された水を凝縮させて復水とする復水器と、この復水を昇圧して超臨界圧水として前記原子炉に供給する給水ポンプとを有する超臨界圧原子力プラントにおいて、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水中に含まれる腐食生成物を前記タービンより上流側で捕集するための集塵手段を有することを特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項２】
請求項１に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水が通って前記タービンに至る高温出口配管の途中に配置されていること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉内に配置されていること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項４】
請求項３に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉内の燃料集合体の冷却材出口部に配置されていること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、曲線流路を含み、この曲線流路の曲線外側部の内面に衝突する前記腐食生成物を捕集するように構成されていること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、サイクロンを含むこと、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、粒子充填層を含むこと、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項８】
請求項７に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記粒子充填層が、けい砂およびセラミックスを含むこと、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集する吸着材を含むこと、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集するための凹凸部を有すること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集するための磁石を有すること、を特徴とする超臨界圧原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界圧原子力プラントに関し、特に、原子炉で生成された高温の超臨界圧水（超臨界水）がタービンに直接供給される直接サイクルの原子力プラントにおいて、腐食生成物のタービンへの流入を抑制する原子力プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超臨界圧軽水炉プラントは、超臨界域温度４５０℃〜６００℃において発電させることによって、熱効率を上昇させる画期的な発電プラントである。臨界点を超えた水は、液体と気体の中間状態となるため、再循環系統、気水分離器、蒸気乾燥器もしくは蒸気発生器が不要となり、構造の簡素化が可能である（例えば、特開平８−３１３６６４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示すように、水の物性は臨界温度付近で劇的に変化し、臨界温度を越すと、密度および誘電率は低下する。そのため、無機物の溶解度が低下し、不純物は析出する。したがって、超臨界圧軽水炉プラントにおいても、水に溶解していた腐食生成物はほとんど析出し、蒸気とともにタービン系へ移行することが予測される。
【０００４】
析出した腐食生成物はほとんど放射性であるため、タービン系の線量は上昇し、作業者の被爆量は増加すると考えられる。また、移行した腐食生成物がタービン等の構造物に付着することも考えられ、装置の腐食促進または故障の原因となることが危惧される。構造が簡略化されていて再循環系統がないため、再循環系統のフィルターによる不純物除去も不可能であり、腐食生成物の低減は難しい。
本発明は、超臨界水を用いた原子力プラントにおいて、超臨界圧水中に含まれる腐食生成物がタービン系へ移行するのを抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１に記載の発明は、超臨界圧水が導入されて高温の超臨界圧水が生成される原子炉と、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水が供給されるタービンと、このタービンから排出された水を凝縮させて復水とする復水器と、この復水を昇圧して超臨界圧水として前記原子炉に供給する給水ポンプとを有する超臨界圧原子力プラントにおいて、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水中に含まれる腐食生成物を前記タービンより上流側で捕集するための集塵手段を有することを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、超臨界圧水中に含まれる腐食生成物がタービン系へ移行するのを抑制することができ、それにより、放射性腐食生成物によるタービン系の線量上昇を抑制でき、作業者等の被爆低減が達成できる。また、腐食生成物によるタービン系構造物のスケール発生および腐食抑制が可能となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉で生成された高温の超臨界圧水が通って前記タービンに至る高温出口配管の途中に配置されていること、を特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用・効果が得られるほか、集塵手段が原子炉の外に配置されているので、集塵手段で捕集された腐食生成物の回収や集塵手段の保守が容易である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉内に配置されていること、を特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用・効果が得られるほか、腐食生成物の原子炉からの流出が抑制されるので、原子炉外の線量上昇を抑制できる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、前記原子炉内の燃料集合体の冷却材出口部に配置されていること、を特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用・効果が得られるほか、原子炉内での腐食生成物の拡散を抑制できる。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、曲線流路を含み、この曲線流路の曲線外側部の内面に衝突する前記腐食生成物を捕集するように構成されていること、を特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、単純な配管形状によって腐食生成物を捕集することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、サイクロンを含むこと、を特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、サイクロンによって確実に腐食生成物を捕集することができる。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、粒子充填層を含むこと、を特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、粒状充填層によって確実に腐食生成物を捕集することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記粒子充填層が、けい砂およびセラミックスを含むこと、を特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明の作用・効果が得られるほか、容易に入手可能な材料によって腐食生成物を捕集することができる。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集する吸着材を含むこと、を特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、さらに確実に腐食生成物を捕集することができる。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集するための凹凸部を有すること、を特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１ないし９のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、さらに確実に腐食生成物を捕集することができる。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の超臨界圧原子力プラントにおいて、前記集塵手段が、腐食生成物を捕集するための磁石を有すること、を特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１ないし１０のいずれかに記載の発明の作用・効果が得られるほか、磁性体の腐食生成物を確実に捕集することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る超臨界圧原子力プラントの実施の形態について説明する。ここで、相互に類似または同一の部分には同じ符号を用い、重複説明は省略する。
図１および図２は、本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第１の実施の形態を示す。超臨界圧軽水炉は、超臨界水を用いた原子力プラントである。水の特性が変化して液体と気体の中間状態となることから、従来の沸騰水型原子炉などにあった再循環系統、気水分離器、蒸気乾燥器もしくは蒸気発生器が不必要となる。
【００２４】
図１に示すように、原子炉圧力容器１で発生した高温の超臨界圧水は、高温断熱ノズル１４から高温出口管（主蒸気管）１０を通って、タービン４へ送られて仕事をし、それによって発電機５を回転させる。タービン４を出た水は復水器６で冷却されて凝縮し、復水となる。復水器６の冷却のために、循環水ポンプ７によって海水などの冷却水が循環される。復水は給水ポンプ８によって超臨界圧に昇圧されて給水配管９を経て原子炉圧力容器１に戻される。
【００２５】
図１および図２に示すように、原子炉圧力容器１内に炉心３０があって、炉心３０内に複数の制御棒２を挿入・引き抜きできるようになっている。炉心３０には複数の燃料集合体３があって、各燃料集合体３は、それぞれの側面がチャンネルボックスに覆われている。
【００２６】
図１および図２に示すように、この実施の形態では、主蒸気管１０の途中に腐食生成物捕集用集塵装置１５が設置されている。原子炉圧力容器１に近い位置に腐食生成物捕集用集塵装置１５を設置することによって、腐食生成物の移行を抑制することができる。
【００２７】
図３は、本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、燃料集合体３の冷却材出口に腐食生成物捕集用集塵装置１５ａを設置している。小型装置をいくつも取り付けることによってより多くの腐食生成物を捕集することができる。
【００２８】
図４は、本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第３の実施の形態を示す。この実施の形態では、主蒸気管１０および燃料集合体３の冷却材出口の両方に腐食生成物捕集用集塵装置１５，１５ａを設置している。このように原子炉圧力容器１の内側および外側に２重に集塵装置を設置することによって、腐食生成物捕集能力を高めることができる。
【００２９】
次に、図５〜図１３を用いて、本発明に係る超臨界圧原子力プラントで使用可能な腐食生成物捕集用集塵装置の例を説明する。これらの集塵装置は、上記第１〜第３の実施の形態における腐食生成物捕集用集塵装置１５または１５ａのいずれにも適用できる。
【００３０】
図５は、曲線流路壁を用いた腐食生成物集塵装置の例を示す。装置内の配管１７に、急激な曲線流路１７ａを形成する壁を設け、この曲線流路１７ａの外側部１７ｂの内面付近で腐食生成物１８を捕集する。これは、直進する気流が障害物や壁などのために急激に曲げられると、粒子は流れに追随できずに自らの慣性により、曲線流路１７ａの外側部の内面に衝突して捕集されるという特性を用いたものである。析出した腐食生成物１８を含んだ超臨界水が装置内配管１７に入り、曲線流路１７ａの内壁に当たることによって、腐食生成物は捕集される。
【００３１】
図６は、サイクロンを用いた腐食生成物集塵装置の例を示す。装置内に、図に示すようなサイクロン２１を設置し、遠心力を用いて腐食生成物を捕集する。粒子を含んだ気流に旋回運動を与えると、粒子に重量加速度の数百倍以上の遠心加速度を与えることができ、粒子の集塵が可能になる。超臨界水入口１９より入った腐食生成物１８を含んだ超臨界水は、サイクロン２１内の旋回部を通って超臨界水出口２０から排出される。このとき、サイクロン２１内の旋回部において遠心力が働き、腐食生成物は後方に飛ばされ捕集が可能となる。
【００３２】
図７は、粒子充填層を用いた腐食生成物集塵装置の例を示し、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。装置内に図に示すような粒子充填層２２を付加させた装置を設置し、腐食生成物を捕獲する。超臨界水入口１９より入った腐食生成物を含んだ超臨界水は、粒子充填層２２を通過することによって腐食生成物が除去され、超臨界水出口２０から排出される。粒子充填層２２を通過させることによって腐食生成物を捕集し、タービン系への移行を抑制させる。このとき、粒子充填層には、例えば、けい砂およびセラミックス粒子等を用いる。
【００３３】
図８は、図５に示した曲線流路壁を用いた腐食生成物集塵装置の変形例を示す。この例では、腐食生成物１８が衝突して捕集される配管１７の曲がり部１７ａの外側の内面に、腐食生成物１８を吸着するための吸着材２３を配置する。吸着材２３としては、例えばチタン、チタン合金およびシリカ等が利用できる。吸着材２３を利用することによって、より確実に腐食生成物１８を捕集することが可能になる。
【００３４】
図９は、図６に示したサイクロンを用いた腐食生成物集塵装置の変形例であって、図８に示した吸着材２３と組み合わせた例を示し、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。すなわちこの例では、サイクロン２１全体に、腐食生成物１８を吸着するための吸着材２３を配置する。
【００３５】
図１０は、図５などに示した曲線流路壁を用いた腐食生成物集塵装置のさらに他の変形例を示す。この例では、腐食生成物１８が衝突して捕集される配管１７の曲線流路１７ａの外側１７ｂの内面に、腐食生成物１８を吸着するための凹凸材２４を配置する。凹凸材２４を利用することにより、確実に腐食生成物１８を捕集することが可能になる。
【００３６】
図１１は、図６などに示したサイクロンを用いた腐食生成物集塵装置のさらに他の変形例であって、図１０に示した凹凸材２４と組み合わせた例である。すなわちこの例では、サイクロン２１全体に、腐食生成物１８を吸着するための凹凸材２４を配置する。
【００３７】
図１２は、図５などに示した曲線流路壁を用いた腐食生成物集塵装置のさらに他の変形例を示す。この例では、腐食生成物１８が衝突して捕集される配管１７の曲がり部１７ａの外側１７ｂの内面に、腐食生成物１８を捕捉するための電磁フィルター２５を設置し、さらにその配管１７の外側に磁石２６を設置する。電磁フィルター２５に磁場を発生させることによって、腐食生成物１６が引き寄せられ、より確実に捕集することが可能になる。
【００３８】
図１３は、図６などに示したサイクロンを用いた腐食生成物集塵装置のさらに他の変形例であって、図１２に示した電磁フィルター２５および磁石２６と組み合わせた例を示し、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図である。すなわちこの例では、サイクロン２１全体に、磁性体の腐食生成物１８を捕捉するための電磁フィルター２５を設置し、さらにそのサイクロン２１の外側に磁石２６を設置する。電磁フィルター２５に磁場を発生させることによって、腐食生成物１６が引き寄せられ、より確実に捕集することが可能になる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超臨界水を用いた原子力プラントにおいて、超臨界圧水中に含まれる腐食生成物がタービン系へ移行するのを抑制することができる。またそれにより、放射性腐食生成物によるタービン系の線量上昇を抑制でき、作業者等の被爆低減が達成できる。さらに、腐食生成物によるタービン系構造物のスケール発生および腐食抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第１の実施の形態の全体系統図。
【図２】図１の原子炉圧力容器を中心とする部分の縦断面図。
【図３】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第２の実施の形態の原子炉圧力容器を中心とする部分の縦断面図。
【図４】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの第３の実施の形態の原子炉圧力容器を中心とする部分の縦断面図。
【図５】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置の一例の模式的縦断面図。
【図６】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置の他の例を示す模式図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図。
【図７】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例を示す模式図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図。
【図８】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例の模式的縦断面図。
【図９】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例を示す模式図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図。
【図１０】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例の模式的縦断面図。
【図１１】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例を示す模式図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図。
【図１２】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例の模式的縦断面図。
【図１３】本発明に係る超臨界圧原子力プラントの腐食生成物捕集用集塵装置のさらに他の例を示す模式図であって、（ａ）は平断面図、（ｂ）は縦断面図。
【図１４】水の物性の温度依存性を表すグラフであって、（ａ）は密度、（ｂ）は誘電率、（ｃ）は有機物溶解度、（ｄ）は無機物溶解度をそれぞれ表す。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…制御棒、３…燃料集合体、４…タービン、５…発電機、６…復水器循環ポンプ、８…給水ポンプ、９…給水配管、１０…高温出口管、１４…高温断熱ノズル、１５，１５ａ…腐食生成物捕集用集塵装置、１６…超臨界水流れ方向、１８…配管、１９…腐食生成物、２０…超臨界水入口、２１…サイクロン、２２…粒子充填層、２３…吸着材、２４…凹凸材、２５…磁気フィルター、２６…磁石、３０…炉心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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