(57)【要約】【課題】電力系統網に繋がらない非ネットワーク電源として利用され、比較的小出力のパッケージ型原子炉に用いられ且つ安全に搬送できる原子力蒸気供給カセット及びその取り扱い方法を提供することを課題とする。【解決手段】カセット内炉心４の径方向外側には、カセット内炉心４を囲むように反射体５が設けられ、その外側には遮蔽体６が設けられている。カセット内炉心４は円筒形状であり、内部に円筒状の内壁面１３が形成されている。内壁面１３に対向するように、圧力管２は隔壁部１２を備え、底面２ｃ側に開口してくぼんだ凹部１４が形成されている。凹部１４には、制御棒３２または減速棒が挿入され且つ内部に１次冷却材８が封入されていない乾燥した状態で、原子炉が設置される現地まで原子力蒸気供給カセット１が搬送される。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力管と、
この圧力管の内部に、燃料集合体からなる炉心及び蒸気発生器とを備えた原子力蒸気供給カセットであって、
前記炉心は、前記圧力管の底面側に開口してくぼんだ内壁面を備え、
前記圧力管は、前記炉心の前記内壁面に対向すると共に、前記圧力管の底面側に開口してくぼんだ凹部を形成する隔壁部を備え、
この隔壁部を挟んで前記炉心の前記内壁面に対向するように、制御棒または減速棒が、前記圧力管の外部から前記凹部に挿入され得ることを特徴とする原子力蒸気供給カセット。
【請求項２】
前記炉心の周囲には、反射体が設けられた請求項１に記載の原子力蒸気供給カセット。
【請求項３】
前記炉心の周囲には、遮蔽体が設けられた請求項１または２に記載の原子力蒸気供給カセット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子力蒸気供給カセットは、前記凹部に前記制御棒が挿入され且つ前記圧力管の内部が乾燥した状態で搬送される原子力蒸気供給カセットの取り扱う方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子力蒸気供給カセットは、原子炉内に複数配置され、それぞれの原子力蒸気供給カセットの交換時期を変えることにより、原子炉の出力変動を調整する原子力蒸気供給カセットの取り扱う方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子力蒸気供給カセットを組み合わせて所望の出力の原子炉を構成するパッケージ型原子炉に用いられる原子力蒸気供給カセット及びその取り扱い方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地理的な事情により、他の電力供給源を有する電力系統網に繋げることができず、独立した電力供給源が必要な離島や奥地等の地域では、その地域に必要な小規模な電力を、コンパクトな設備で供給する電力供給システムが求められている。
また、従来このような地域では、ディーゼル発電やガスタービン発電などが利用されてきたが、発電に必要な燃料の搬送が容易でコストのかからない核燃料を利用する原子力発電が着目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の原子力発電プラントは、大規模な設備を用いて大出力発電を効率よく行うものが一般的である。例えば従来の原子力発電プラントに用いられる原子炉容器は、直径４ｍ前後におよび、高さも１０ｍを越えるものが一般的である。また、原子力発電の出力も、巨大なものが多く、小型炉でさえ３００ＭＷｔ（電気出力約１００ＭＷｅ）以上であり、この出力を１つの原子炉で得るためには、炉心及び圧力容器は大規模化してしまう。
このような大規模な原子炉では、原子炉を設置する現地での据付け作業量が増大し、離島や奥地といった地域では苛酷な気象条件下での困難な作業も多く、これらの地域の大規模な発展の阻害要因となっている。
また、原子炉を設計するにあたっては、まず原子炉の目標出力を定めて、この目標出力に応じて、炉心に装荷する燃料体数を設定し、炉心構成を決め、それを内蔵する原子炉圧力容器、炉内構造物の寸法を決定する。このように、炉出力に応じた各種機器を個別に設計するのでは標準化が図りづらい面がある。
核燃料は単位熱エネルギーあたりの重量は著しく小さいため、上述したように、搬送は容易であるが安全な搬送には十分留意する必要がある。
【０００４】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、電力系統網に繋がらない非ネットワーク電源として利用され、比較的小出力の原子炉に用いられ且つ安全に搬送できる原子力蒸気供給カセット及びその取り扱い方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る原子力蒸気供給カセットは、圧力管と、この圧力管の内部に、燃料集合体からなる炉心及び蒸気発生器とを備えた原子力蒸気供給カセットであって、炉心は圧力管の底面側に開口してくぼんだ内壁面を備え、圧力管は炉心の内壁面に対向すると共に、圧力管の底面側に開口してくぼんだ凹部を形成する隔壁部を備え、この隔壁部を挟んで炉心の内壁面に対向するように、制御棒または減速棒が、圧力管の外部から凹部に挿入され得ることを特徴とするものである。
また、炉心の周囲には、反射体が設けられてもよく、遮蔽体が設けられてもよい。
原子力蒸気供給カセットは、凹部に制御棒が挿入され且つ圧力管の内部が乾燥した状態で搬送されるのが好ましい。
原子力蒸気供給カセットは、原子炉内に複数配置され、それぞれの原子力蒸気供給カセットの交換時期を変えることにより、原子炉の出力変動を調整することもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係る原子力蒸気供給カセットの断面図を図１及び２に示す。また、この原子力蒸気供給カセットを用いたパッケージ型原子炉の断面図を図３及び４に示す。
原子力蒸気供給カセット１は、圧力管２、その内壁の中央から上方にかけて円周状に配置された蒸気発生器３、蒸気発生器３の下方に設けられた燃料集合体であるカセット内炉心４、反射体５、遮蔽体６及びシュラウド７とを備えている。
【０００７】
圧力管２は、上下端を閉じた、例えば直径約１．５ｍ程度、長さ数メートルの細長円筒管であってステンレス鋼等の金属材料からなる圧力管ライナ２ａと、その外周面に炭素繊維を巻いて強度を補強した強化繊維層２ｂとを備えている。圧力管２とカセット内炉心４との間には、圧力管２内部に封入された１次冷却材８が下方に向かって流れるダウンカマー部９が形成されている。また、カセット内炉心４の上方には、１次冷却材８の流路を画するシュラウド７が設けられている。さらに、シュラウド７の上方にはカセット内炉心４によって加熱された１次冷却材８が上昇するライザー１０が形成され、１次冷却材８が圧力管２内を白抜き矢印方向に循環するように構成されている。
【０００８】
また、カセット内炉心４の径方向外側には、カセット内炉心４を囲むように反射体５が設けられている。反射体５は、カセット内炉心４から漏れ出る中性子を反射してカセット内炉心４に戻し、より少ない燃料で原子炉の運転を維持する。
反射体５のさらに外側には、各カセット内炉心４から放射される中性子及びガンマ線を外部に対して遮蔽する遮蔽体６が設けられている。
【０００９】
一方、カセット内炉心４は、図１及び２に示されるように、円筒形状であり、上下に貫通した円筒状の内壁面１３が形成されている。
この内壁面１３に対向するように、圧力管２は隔壁部１２を備えている。隔壁部１２は、底面側２ｃから細長円筒状に延びて、くぼんだ凹部１４を形成する。凹部１４には制御棒３２が挿入されるように構成され、圧力管２の隔壁部１２を挟んで、制御棒３２とカセット内炉心４の内壁面１３とが対向するように配置される。
なお、カセット内炉心４は、制御棒３２が挿入されることで未臨界を維持する炉心構成となっている。
【００１０】
次に、このように構成された原子力蒸気供給カセット１を複数組み合わせて構成されるパッケージ型原子炉３０の構造を、図３及び４に示す。
図３に示されるように、タンク３１内には、複数の原子力蒸気供給カセット１が配置されている。原子力蒸気供給カセット１の凹部１４には制御棒３２が挿入されている。制御棒３２は、下方に向かって延びて、タンク３１の底面３１ａを貫通して制御棒駆動装置３３に接続されている。
制御棒駆動装置３３は、制御棒３２を上下に進退させることにより原子炉の出力を制御する。また、原子力蒸気供給カセット１の上方には、途中に開閉弁３７を備えた２次冷却材管が配置され、図示しないタービン及びポンプに接続されている。この２次冷却材管は、蒸気発生器３の２次冷却材３３の供給排出経路として給水ライン３４及び蒸気ライン３５を構成する。
【００１１】
次に、原子力蒸気供給カセット１をパッケージ型原子炉３０に装着するまでの搬送方法について説明する。
原子力蒸気供給カセット１は、凹部１４に制御棒３２が挿入され且つ内部に１次冷却材８が封入されていない乾燥した状態で、原子炉が設置される現地まで搬送される。搬送中、内部を乾燥した状態に維持しているので、原子力蒸気供給カセット１は未臨界状態で確実に維持して安全に搬送できる。さらに制御棒３２がカセット内炉心４に挿入されているので、原子力蒸気供給カセット１は制御棒３２により反応が抑制され未臨界状態を確実に確保でき、安全に搬送できる。すなわち、内部を乾燥した状態にし且つ制御棒３２を挿入することにより、原子力蒸気供給カセット１の未臨界状態を維持するための２重の処置が施されている。
その後、原子力蒸気供給カセット１は現地で原子炉内に据え付けた後、１次冷却材８が注入され、制御棒３２の引き抜き操作が行われる。
【００１２】
次に、この発明の実施の形態に係る原子力蒸気供給カセット１を用いたパッケージ型原子炉の動作を図３に基づいて説明する。
パッケージ型原子炉３０のそれぞれの原子力蒸気供給カセット１内の１次冷却材８はカセット内炉心４の反応熱により温められ、シュラウド７及びライザー１０を上昇して、蒸気発生器３において２次冷却材３３との間で熱交換が行われる。冷却された１次冷却材８はダウンカマー部９を下降し、再びカセット内炉心４において加熱される。
蒸気発生器３において１次冷却材８から熱を奪い加熱されて蒸気となった２次冷却材３３は、蒸気ライン３５を介してタービンに導かれ、その後、ポンプを介して給水ライン３４から蒸気発生器３に戻される。
タービンに導かれ蒸気はタービンを回転させ、タービンによって駆動される発電機により発電が行われる。
【００１３】
このように、それぞれの原子力蒸気供給カセット１から、２次冷却材３３が蒸気となってタービンに供給され発電に供され、原子力蒸気供給カセット１の数に応じて所望の発電量を得ることができる。
ここで、原子力蒸気供給カセット１が配置される数は、原子炉での必要な出力に応じて適宜選択することができる。したがって、原子炉内に収容される原子力蒸気供給カセット１の数に応じて所望の出力を有するパッケージ型原子炉３０を構成することができる。
【００１４】
このパッケージ型原子炉３０が長期間運転され、それぞれの原子力蒸気供給カセット１内での燃焼が進みカセット内炉心４の燃料が少なくなり、原子炉３０の出力が徐々に低下した場合、それぞれの原子力蒸気供給カセット１を新しいものに交換するのではなく、出力が低下した原子力蒸気供給カセット１のみを交換することが可能である。また、それぞれの原子力蒸気供給カセット１の交換時期をずらすことにより、原子炉３０全体の出力変動幅を容易に調整することができる。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態１においては、原子力蒸気供給カセット１の圧力管２の凹部１４には、制御棒３２を挿入するように構成されたが、制御棒３２の代わりに減速棒を挿入するようにしてもよい。
この場合、カセット内炉心４の燃料は、減速棒が挿入されない限り未臨界状態を維持するように構成され、原子力蒸気供給カセット１は、減速棒が挿入されず且つ内部に１次冷却材８が封入されていない乾燥した状態で、原子炉が設置される現地まで搬送される。
その後、現地で原子炉内に原子力蒸気供給カセット１を据え付けた後、減速棒を挿入することにより、中性子が減速して初めて臨界が達成される。
したがって、このような原子力蒸気供給カセットの構成にすることによっても、現地まで安全に原子力蒸気供給カセットを搬送することができる。
【００１６】
実施の形態３．
図５に、発明の実施の形態２に係る原子力蒸気供給カセットのカセット内炉心４１の断面を示す。この実施の形態に係る原子力蒸気供給カセットの構成は、図２に示した実施の形態１のカセット内炉心４において、一つの凹部１４の代わりに、凹部１４と略同一形状の３つの凹部４３を円周上に設け、各凹部４３に制御棒４２が挿入可能なようにしたものである。また、各制御棒４２は一端で制御棒クラスタ４４によって互いに接合され、この制御棒クラスタ４４を介して図１と同様に制御棒駆動装置３３に接続される。
なお、各制御棒４２の代わりに、実施の形態２で用いられた減速棒を用いてもよい。
【００１７】
以上説明してきた本発明は、上記に限定されるものではなく、適宜改変して実施することができる。
図１に示す圧力管２の隔壁部１２は、圧力管２と一体成形するものには限定されず、圧力管２の底面２ｃに貫通穴を設け、上端が閉じ下端が開口した細長円筒管の下端と貫通穴とを溶接して、圧力管２と別体で形成してもよい。
図１に示すカセット内炉心４の内壁面１３は、カセット内炉心４の上部まで貫通した円筒面に限定されず、底面２ｃ側に開口してくぼんでいればよい。すなわち、カセット内炉心４の上部まで開口している必要はない。
ない。
図１に示す原子力蒸気供給カセット１のシュラウド７の上部に、気水分離器を設けてもよい。これにより、蒸気発生器３における１次冷却材８の熱交換効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、圧力管と、この圧力管の内部に、燃料集合体からなる炉心及び蒸気発生器とを備えた原子力蒸気供給カセットであって、炉心は圧力管の底面側に開口してくぼんだ内壁面を備え、圧力管は炉心の内壁面に対向すると共に、圧力管の底面側に開口してくぼんだ凹部を形成する隔壁部を備え、この隔壁部を挟んで炉心の内壁面に対向するように、制御棒また減速棒が圧力管の外部から凹部に挿入され得るように構成したので、電力系統網に繋がらない非ネットワーク電源として利用され、比較的小出力の原子炉に用いることができ且つ安全に搬送できる原子力蒸気供給カセットを提供することができる。
また、この発明によれば、原子力蒸気供給カセットは、凹部に制御棒が挿入され且つ圧力管の内部が乾燥した状態で搬送されるので、原子炉の設置場所まで安全に搬送できる。
さらに、この発明によれば、原子力蒸気供給カセットは、原子炉内に複数配置され、それぞれの原子力蒸気供給カセットの交換時期を変えることにより、原子炉の出力変動を調整するので、原子炉全体の出力変動幅を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１に係る原子力蒸気供給カセットの構造を示す立断面図である。
【図２】図１の原子力蒸気供給カセットのカセット内炉心周辺の平面断面図である。
【図３】実施形態１に係る原子力蒸気供給カセットを用いたパッケージ型原子炉の構造を示す立断面図である。
【図４】図３のパッケージ型原子炉の平面断面図である。
【図５】この発明の実施形態３に係る原子力蒸気供給カセットに用いられるカセット内炉心周辺の平面断面図である。構造を示す立断面図である。
【符号の説明】
１…原子力蒸気供給カセット、２…圧力管、３…蒸気発生器、４，４１…カセット内炉心、５…反射体、６…遮蔽体、１２…隔壁部、１３…内壁部、１４，４３…凹部、３０…パッケージ型原子炉、３２，４２…制御棒。
【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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