(57)【要約】本発明は、互いに角度的に離れた位置で混合チャンバ内に通じる２つの入口を有する混合チャンバを画定する混合装置を提供する。該装置は混合チャンバから導かれる出口をさらに含む。混合チャンバは一般的に形状が略球形であり、出口は直径方向に入口の１つと対向して配置される。本発明はさらに、１対の熱交換器すなわちレキュペレータおよび水冷式熱交換器を含む炉心コンディショニングシステムを有する原子力プラントを提供する。レキュペレータは高温側および低温側を有し、プラントはレキュペレータの高温側の入口の上流に配置された混合装置を含み、混合物をレキュペレータの高温側に供給する前に混合装置で高温および低温ガスを混合することによって、レキュペレータに供給されるガスの温度を予め定められた最大値に制限することが可能である。
2004508568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ストリームを混合する方法であって、互いに角度的に離れた位置から球状混合チャンバ内に前記ストリームを供給することを含む方法。
【請求項２】
２つの流体ストリームを混合する方法であって、混合すべき前記２つの流体ストリームを、前記ストリームが相互に直角にチャンバに入るように混合チャンバ内に供給することを含む方法。
【請求項３】
前記混合チャンバの入口ストリームの少なくとも１つから直角に離れた位置から混合物を抜き出すことを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ストリームが異なる温度のガスであり、高温側ストリームが高温入口を介して前記混合チャンバ内に供給され、低温側ストリームが低温入口を介して前記混合チャンバ内に供給され、混合物が出口を介して前記混合チャンバから排出される、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記低温側ストリームを前記混合チャンバ内に供給し、かつ、この供給側に対して前記混合物を前記混合チャンバの直径方向に対向する位置から排出することを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
混合チャンバと、
互いに角度的に離れた位置で前記混合チャンバ内に通じる少なくとも２つの入口と、
前記混合チャンバから導かれる出口と
を含み、
前記混合チャンバが形状的に略球形である
混合装置。
【請求項７】
混合チャンバと、
互いに角度的に離れた位置で前記混合チャンバ内に通じる少なくとも２つの入口と、
前記混合チャンバから導かれる出口と
を含み、
前記入口が前記混合チャンバの中心に向かって方向付けられた
混合装置。
【請求項８】
相互に直角をなす第１および第２入口を含み、前記出口が前記入口の１つに対向して配置される、請求項６または７に記載の混合装置。
【請求項９】
原子力プラントにおいて、前記原子力プラントの構成要素となる原子炉の炉心で発生する崩壊熱を除去する方法であって、前記原子炉と、炉心コンディショニングシステムとの間で冷却材を循環させるステップを含む方法。ここに、前記炉心コンディショニングシステムは、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、前記高温側入口が前記原子炉の出口と流体連通しており、かつ前記低温側出口が前記原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータ、および、前記高温側出口と前記低温側入口との中間で前記レキュペレータに接続された第２熱交換器を含む。
【請求項１０】
前記レキュペレータの前記高温側に供給される冷却材の温度を予め定められた最大温度に制限するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レキュペレータの前記高温側に供給される冷却材の温度を制限する前記ステップが、混合物を前記レキュペレータの前記高温側に供給する前に、前記原子炉からの高温冷却材を低温冷却材と混合するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
出口が前記レキュペレータの前記高温側入口に接続されている請求項６ないし８のいずれか一項に記載の混合装置で、前記高温冷却材と前記低温冷却材を混合するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
原子炉と、前記原子炉に直列に接続された炉心コンディショニングシステムとを含む原子力プラントであって、前記炉心コンディショニングシステムが、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、前記高温側入口が前記原子炉の出口と流体連通しており、かつ前記低温側出口が前記原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータと、前記高温側出口と前記低温側入口の中間で前記レキュペレータに接続された第２熱交換器とを含んで成る原子力プラント。
【請求項１４】
前記レキュペレータの前記高温側の上流に配置された混合装置を含み、その混合装置によって前記原子炉からの高温冷却材を、前記レキュペレータ内に供給する前に、低温冷却材と混合することができる、請求項１３に記載のプラント。
【請求項１５】
前記混合装置が請求項６ないし８のいずれか一項に記載の混合装置であり、前記混合装置の第１入口が原子炉容器の出口に接続され、前記混合装置の出口が前記レキュペレータの前記高温入口に接続され、前記混合装置の第２入口が前記第２熱交換器の出口に接続されているかまたは接続可能であり、前記炉心コンディショニングシステムが前記第２熱交換器の出口から前記混合装置への冷却材の流量を調整するために弁を含む、請求項１４に記載のプラント。
【請求項１６】
前記炉心コンディショニングシステムが並列に接続された少なくとも２組の熱交換器を含む、請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１７】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項１または２に記載の２つの流体ストリームを混合する方法。
【請求項１８】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項６または７に記載の混合装置。
【請求項１９】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項９に記載の原子炉から熱を除去する方法。
【請求項２０】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項１３に記載の原子力プラント。
【請求項２１】
本書で実質的に説明した新しい方法、装置、またはプラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、２つの流体ストリームを混合する方法に関する。それはさらに混合装置に関する。加えて、それは原子力プラント、および原子力プラントの炉心に発生した熱を排除する方法に関する。
【０００２】
明細書では、用語「レキュペレータ」は広い意味を与えられ、原子炉容器または類似物から出る高温流体を原子炉容器の流入流体の加熱に利用することを可能にする熱伝達手段を含み、そこでは流出高温流体および流入冷温流体がそれぞれ高温側および低温側を通過し、その高温側および低温側に熱伝達手段における流出および戻り流体流路が画定され、かつ両側間で熱が伝達される。用語レキュペレータ状は対応する意味を与えられる。
【０００３】
本発明の一態様では、互いに角度的に離れた位置から球状混合チャンバ内にストリームを供給することを含む、流体ストリームを混合する方法を提供する。
【０００４】
本発明の別の態様では、混合すべき２つの流体ストリームを、ストリームが相互に直角にチャンバに入るように混合チャンバ内に供給することを含む、２つの流体ストリームを混合する方法を提供する。
【０００５】
該方法は、混合チャンバの入口ストリームの少なくとも１つと角度的に離れた位置から混合物を抜き出すことを含むことができる。
【０００６】
ストリームは異なる温度のガス、一般的にヘリウムとすることができ、高温側ストリームは高温入口を介して混合チャンバ内に供給され、低温側ストリームは低温入口を介して混合チャンバ内に供給され、混合物は出口を介して混合チャンバから排出される。
【０００７】
本発明の好適な実施形態では、該方法は、低温側ストリームを混合チャンバ内に供給し、かつ、この供給側に対して混合物を混合チャンバの直径方向に対向する位置から排出することを含むことができる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様では、
混合チャンバと、
互いに角度的に離れた位置で混合チャンバ内に通じる少なくとも２つの入口と、
混合チャンバから導かれる出口と
を含み、
混合チャンバが形状的に略球形である
混合装置を提供する。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、
混合チャンバと、
互いに角度的に離れた位置で混合チャンバ内に通じる少なくとも２つの入口と、
混合チャンバから導かれる出口と
を含み、
入口が混合チャンバの中心に向かって方向付けられている
混合装置を提供する。
【００１０】
本発明の一実施形態では、混合チャンバは相互に直角をなす第１および第２入口を含み、出口が入口の１つに対向して配置される。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、原子力プラントにおいて、原子力プラントの構成要素となる原子炉の炉心で発生する崩壊熱を除去する方法であって、原子炉と、炉心コンディショニングシステムとの間で冷却材を循環させるステップを含む方法を提供する。ここに、炉心コンディショニングシステムは、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、高温側入口が原子炉の出口と流体連通しており、かつ低温側出口が原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータ、および、高温側出口と低温側入口の中間でレキュペレータに接続された第２熱交換器を含む。
【００１２】
出願人は、高温ガス冷却原子炉を有する原子力プラントであって、ブレイトンサイクルに基づく熱力学的変換サイクルを利用するプラントを知っている。出願人は、本発明が特にこの形のプラントでブレイトンサイクルが作動しないときに崩壊熱を除去するのに用途を見出すと信じる。
【００１３】
該方法は、レキュペレータの高温側の冷却材、特にヘリウムの温度を予め定められた最大温度に制限することを含むことができる。
【００１４】
レキュペレータの高温側に供給される温度の制限は、混合物をレキュペレータの高温側に供給する前に、原子炉炉心コンディショニングシステムからの高温冷却材を低温冷却材と混合することを含むことができる。
【００１５】
該方法は、出口がレキュペレータの高温側入口に接続されている上述した型の混合装置内で高温冷却材と低温冷却材を混合することを含むことができる。
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、原子炉と、原子炉に直列に接続された炉心コンディショニングシステムとを含む原子力プラントであって、炉心コンディショニングシステムが、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、高温側入口が原子炉の出口と流体連通しており、かつ低温側出口が原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータと、高温側出口と低温側入口の中間でレキュペレータに接続された第２熱交換器とを含んでいる原子力プラントを提供する。
【００１７】
プラントは、レキュペレータの高温側の上流に配置された混合装置を含み、その混合装置によって原子炉からの高温冷却材を、レキュペレータ内に供給する前に、一般的に第２熱交換器からの低温冷却材と混合することができる。このやり方で、レキュペレータ内に供給される冷却材の最大温度を調整することができる。
【００１８】
混合装置は上述した混合装置とすることができ、混合装置の第１入口は原子炉の出口に接続され、混合装置の出口はレキュペレータの高温入口に接続され、混合装置の第２入口は第２熱交換器の出口に接続されているかまたは接続可能であり、炉心コンディショニングシステムは第２熱交換器の出口から混合装置への冷却材の流量を調整するために弁を含む。これは、高温冷却材と低温冷却材の比率、およびしたがって混合装置から流出しかつレキュペレータの高温側に流入する冷却材の温度を制御することを可能にする。
【００１９】
炉心コンディショニングシステムは、並列に接続された少なくとも２組の熱交換器を含むことができる。前記または各組の熱交換器にブロワを関連させることができる。各組の熱交換器は一般的にそれ自体で原子炉から崩壊熱を除去することができ、それによって安全性を向上し、保守を促進する。
【００２０】
原子炉は、上述した通り、高温ガス冷却型とすることができる。特に、原子炉は、多数の球状燃料要素を含む燃料が使用される、ペブルベッド炉として知られる炉とすることができる。燃料要素は、核分裂可能物質とセラミックマトリックスの、またはセラミック材に包封された、球体を含むことができる。原子炉はヘリウム冷却式とすることができる。原子炉は、制御された核分裂プロセスによって熱エネルギを発生し、ブレイトン直接ガスサイクルに基づく熱力学的プロセスを利用して熱エネルギを電気エネルギに変換することができる。その場合、原子炉は実質的純ヘリウムガスを作動流体として利用することができる。その場合、作動流体は冷却材流体をも含むことは理解されるであろう。
【００２１】
本発明の好適な実施形態では、レキュペレータはガス対ガス熱交換器である。レキュペレータは、既知の型のプレートコンパクトフィン熱交換器とすることができる。
【００２２】
第２熱交換器は筒形熱交換器とすることができ、水冷式とすることができる。
【００２３】
ヘリウムブロワは磁気軸受上に支持することができ、電動機によって駆動することができる。
【００２４】
炉心コンディショニングシステム、およびさらに詳しくはレキュペレータの高温入口は、混合チャンバが取り付けられている出口ガスフローダクトによって、原子炉の出口に接続することができる。レキュペレータの高温出口は、第１中間ガスフローダクトによって第２熱交換器のガス入口に接続することができる。レキュペレータの低温入口は、第２中間ガスフローダクトによって第２熱交換器のガス出口に接続することができる。レキュペレータの低温出口は入口ガスフローダクトによって原子炉に入口に接続することができる。そうすると、出口ガスフローダクトからレキュペレータの高温側を介して第１中間ガスフローダクトへ、第２熱交換器を介して第２中間ガスフローダクトへ、かつレキュペレータの低温側を介して入口ガスフローダクトおよび原子炉の入口へと続くことによって、原子炉の出口から入口への通常のガス流路を画定することができる。
【００２５】
第２熱交換器とレキュペレータの低温入口との間のガス流量を制御するために、第２中間ガスフローダクトに入口弁を配設することができる。第２中間ガスフローダクトと入口ガスフローダクトの中間に分岐フローダクトを配設することができ、かつそこに第１バイパス弁を配設することができる。プラントが混合装置を含む場合、分岐フローダクトは混合装置の第２入口に接続することができる。そうすると、分岐フローダクトの第１バイパス弁によって、低温側のガスは混合チャンバ内で、混合装置の混合チャンバに流入する原子炉の高温プレナムからの高温ガスと混合して、予め定められた温度のガスをレキュペレータの高温入口に提供することができる。バイパスダクトを分岐フローダクトと入口ガスフローダクトとの中間に配設することができ、そこに配設された第２バイパス弁を持つことができる。入口弁ならびに第１および第２バイパス弁の操作によって、第２水冷式熱交換器の出口からの低温ガスを入口ガスフローダクトに直接分流し、原子炉の低温プレナムに向かわせ、それによりレキュペレータの戻り流路を効果的に迂回することができることは理解されるであろう。
【００２６】
使用中、原子炉の炉心の高温プレナムから高温炉心ガスが抜き出され、レキュペレータの高温入口に移送される。それがレキュペレータに入る前に、ガスは混合チャンバ内で第２熱交換器を出た低温ガスの一部分と混合される。これは、レキュペレータに入るガスの温度がレキュペレータの最大温度限界、一般的に９００℃を決して超えないことを確実にするために行われる。レキュペレータでヘリウム温度は、それが第２熱交換器に入る前にさらに低下される。第２熱交換器で熱はシステムから除去される。第２熱交換器から出る低温ヘリウムは次いでブロワに入り、レキュペレータの低温入口に続く。希望するならば、低温ガスの一部分は混合装置に分流され、上述の通り混合チャンバに入る高温ガスと混合される。残りのガスストリームは次いでレキュペレータの低温入口に入り、そこでその温度は、レキュペレータの高温側を介して流れる高温入口ガスから熱交換器によって上昇される。その温度が出口を介して原子炉圧力容器から出るガスの温度よりも低いにもかかわらず、加熱されたガスストリームは、原子炉入口を介して原子炉低温プレナムに移送される。
【００２７】
本発明を今から、例として添付の線図に関連して説明する。
【００２８】
図面の図１で、参照番号１０は一般的に本発明に係る原子力プラントの部分を指す。
【００２９】
原子力プラント１０は、一般的に参照番号１２で示される閉ループ発電回路を含む。発電回路１２は原子炉１４、高圧タービン１６、低圧タービン１８、パワータービン２０、レキュペレータ２２、予冷機２４、低圧圧縮機２６、中間冷却機２８、および高圧圧縮機３０を含む。
【００３０】
原子炉１４は、球状燃料要素を利用するペブルベッド炉である。原子炉１４は入口１４．１および出口１４．２を有する。
【００３１】
高圧タービン１６は高圧圧縮機３０にそれを駆動するように接続され、上流側または入口１６．１および下流側または出口１６．２を有し、入口１６．１は原子炉１４の出口１４．２に接続される。
【００３２】
低圧タービン１８は低圧圧縮機２６にそれを駆動するように接続され、上流側または入口１８．１および下流側または出口１８．２を有する。入口１８．１は高圧タービン１６の出口１６．２に接続される。
【００３３】
原子力プラント１０は一般的に参照番号３２によって示される発電機を含み、それをパワータービン２０が駆動するように接続される。パワータービン２０は上流側または入口２０．１および下流側または出口２０．２を有する。パワータービンの入口２０．１は低圧タービン１８の出口１８．２に接続される。
【００３４】
可変抵抗器バンク３３が発電機３２に着脱自在に接続可能である。
【００３５】
レキュペレータ２２は高温または低圧側３４および低温または高圧側３６を有する。レキュペレータの低圧側３４は、入口３４．１および出口３４．２を有する。低圧側の入口３４．１は、パワータービン２０の出口２０．２に接続される。
【００３６】
予冷機２４は水対ヘリウム熱交換器であり、ヘリウム入口２４．１およびヘリウム出口２４．２を含む。予冷機２４の入口２４．１は、レキュペレータ２２の低圧側３４の出口３４．２に接続される。
【００３７】
低圧圧縮機２６は上流側または入口２６．１および下流側または出口２６．２を有する。低圧圧縮機２６の入口２６．１は、予冷機２４のヘリウム出口２４．２に接続される。
【００３８】
中間冷却器２８はヘリウム対水熱交換器であり、ヘリウム入口２８．１およびヘリウム出口２８．２を含む。ヘリウム入口２８．１は低圧圧縮機２６の出口２６．２に接続される。
【００３９】
高圧圧縮機３０は上流側または入口３０．１および下流側または出口３０．２を有する。高圧圧縮機３０の入口３０．１は、中間冷却機２８のヘリウム出口２８．２に接続される。高圧圧縮機３０の出口３０．２は、レキュペレータ２２の高圧側の入口３６．１に接続される。レキュペレータ２２の高圧側の出口３６．２は原子炉１４の入口１４．１に接続される。
【００４０】
原子力プラント１０は、レキュペレータ２２の低圧側３４の出口３４．２と予冷機２４の入口２４．１との間に接続された、一般的に参照番号３８で示される起動ブロワシステムを含む。
【００４１】
起動ブロワシステム３８は、レキュペレータの低圧側の出口３４．２と予冷機２４の入口２４．１との間に直列に接続された、常開起動ブロワシステム直列弁４０を含む。２つのブロワ４２が起動ブロワシステム直列弁４０と並列に接続され、常閉遮断弁４４が各ブロワ４２に関連し、直列に接続される。
【００４２】
低圧圧縮機バイパス管路４６が、低圧圧縮機２６の下流側２６．２の出口と中間冷却機２８の入口２８．１との間の位置から、起動ブロワシステム３８と予冷機２４の入口２４．１との間の位置まで伸長する。常閉低圧バイパス弁４８が低圧圧縮機バイパス管路４６に取り付けられる。
【００４３】
高圧圧縮機バイパス管路５０が、高圧圧縮機の下流側３０．２の出口とレキュペレータ２２の高圧側３６の入口３６．１との間の位置から、低圧圧縮機２６の出口または下流側２６．２と中間冷却機２８の入口２８．１との間の位置まで伸長する。常閉高圧バイパス弁５１が高圧圧縮機バイパス管路５０に取り付けられる。
【００４４】
レキュペレータバイパス管路５２がレキュペレータ２２の高圧側３６の入口３６．１の上流の位置から、レキュペレータ２２の高圧側３６の出口３６．２の下流の位置まで伸長する。常閉レキュペレータバイパス弁５４がレキュペレータバイパス管路５２に取り付けられる。
【００４５】
プラント１０は高圧冷却材弁５６および低圧冷却材弁５８を含む。高圧冷却材弁５６は、開のとき、高圧圧縮機３０の高圧側または出口３０．２から低圧タービン１８の低圧側１８．１へのヘリウムのバイパスを提供するように構成される。低圧冷却材弁５８は、開のとき、高圧圧縮機３０の高圧側または出口３０．２からパワータービン２０の入口２０．１へのヘリウムのバイパスを提供するように構成される。
【００４６】
ブレイトンサイクルの通常の動作中、原子炉１４で発生した熱は発電回路１２で消散される。
【００４７】
プラント１０はまた、原子炉１４と直列に接続された、一般的に参照番号１００（図２）によって示される炉心コンディショニングシステムをも含む。炉心コンディショニングシステムは、高温供給管または出口ガスフローダクト１０２を介して出口１４．２に接続され、低温戻り管１０４または入口フローダクトを介して原子炉の入口に接続される。高温供給管１０２はその上流端で炉心出口プレナムに接続され、低温戻り管１０４はその下流端で炉心入口プレナム（図１には図示せず）に接続される。
【００４８】
炉心コンディショニングシステム１００は、高温側１０８および低温側１１０を有するガス対ガス熱交換器またはレキュペレータ１０６を含む。高温側は入口１０８．１および出口１０８．２を有する。同様に、低温側１１０は入口１１０．１および出口１１０．２を有する。
【００４９】
炉心コンディショニングシステム１００はさらに、ガス入口１１２．１およびガス出口１１２．２を有する水対ガス熱交換器１１２を含む。
【００５０】
炉心コンディショニングシステム１００は、一般的に参照番号１１４で示されるブロワ構成を含む。ブロワ構成１１４は、並列に接続された３つのブロワ１１６と、ブロワ１１６の各々に直列に接続されたブロワ遮断弁１１８とを含む。炉心コンディショニングシステム１００はさらに混合装置１２０を含む。図面の図３から最もよく分かるように、混合装置１２０は球形混合チャンバ１２４を画定する本体１２２を含む。高温入口１２６が混合チャンバ１２４内につながっており、供給管１０２または出口ガスフローダクトに接続される。低温入口１２８は、高温入口１２６に対して９０°の位置で混合チャンバ１２４内につながっている。出口１３０は混合チャンバ１２４からつながっており、レキュペレータ１０６の高温側１０８の入口１０８．１に接続される。
【００５１】
炉心コンディショニングシステム１００はさらに、ブロワバイパス弁１３２、フローバルブ１３４、混合弁１３６、およびレキュペレータバイパス弁１３８を含む。
【００５２】
炉心コンディショニングシステムの目的は、原子炉が停止し、ブレイトンサイクルが作動しないときに、原子炉から崩壊熱を除去することである。発電回路のトリップが発生した場合、炉心コンディショニングシステムは、再始動が可能になる温度まで原子炉を冷却するのに役立つ。再始動時に、起動ブロワシステム３８は必要な炉心の質量流量を提供して、炉心の核分裂熱を除去する。
【００５３】
炉心コンディショニングシステムのレキュペレータ１０６の機能は、原子炉に戻るガスの温度が受入れ可能な範囲より下まで低下しないことを確実にすることである。同時に、それは熱交換器１１２への入口温度を低下する。混合装置１２０は、レキュペレータ１０６の高温側１０８の入口１０８．１に供給されるガスの温度を制限して、それが予め定められた最大温度、一般的に９００℃を超えないようにするために設けられる。
【００５４】
この目的のために、原子炉からの高温ガスは高温入口１２６を通して混合チャンバ１２４内に供給される。高温ガスの温度によっては、すでに冷却されたガスが低温入口１２８を介して混合チャンバ１２４内に供給され、そこでそれは高温ガスと混合して、出口１３０を通して排出され、そこからレキュペレータの高温側に供給される。
【００５５】
図面の図３から最もよく分かるように、入口１２６および１２８は球形混合チャンバ１２４の中心の方向に向けられ、相互に直角である。出口１３０は、直径方向に低温入口１２８の反対側に配置される。発明者らは、混合チャンバ１２４内に供給される低温ガスのストリームが高温ストリームに浸透すると信じる。結合ストリームが混合チャンバ１２４の反対側の壁に衝突すると渦運動が誘発され、結果的に非常に低い成層レベルで効率的な混合が達成される。当然、入口１２８および出口１３０の直径を変化させ、それによって混合チャンバ内に供給されるガスストリームの速度およびしたがってその運動量を変化させて、低温ガスと高温ガスとの間の浸透のレベルを変化させ、それによって混合プロセスを最適化することができる。
【００５６】
炉心コンディショニングシステム１００は、圧力容器（図示せず）内に収容することが好ましい。
【００５７】
今、図面の図４を参照すると、ここでは、特に指摘しない限り、上で使用したのと同じ参照番号を用いて同様の部品を指定している。
【００５８】
図面で、参照番号２００は一般的に別の炉心冷却システムまたは炉心コンディショニングシステムであって、本発明に係るものを指す。
【００５９】
炉心コンディショニングシステム２００は、高温ガス冷却炉であって、多数の球状燃料要素（図示せず）を含む燃料が使用される、ペブルベッド炉として知られる型の原子炉２０２に接続される。燃料要素は、セラミック材に包封されたセラミックマトリックス内の核分裂可能物質の球体を含む。原子炉はヘリウム冷却式である。原子炉は、制御された核分裂プロセスによって熱出力を発生し、ブレイトン直接ガスサイクルに基づく熱力学的プロセスを利用して熱エネルギを電気エネルギに変換する。原子炉は実質的純ヘリウムガスを作動流体として利用し、それは炉心用の冷却材流体（図示せず）をも含む。
【００６０】
原子炉２０２は、ヘリウムガスによって冷却される炉心２０６を含む原子炉圧力容器２０４を有する。原子炉容器２０４は入口２０８および出口２１０を有する。原子炉容器２０４の出口２１０は炉心２０６の高温プレナム２１２と流体連通する。原子炉容器２０４の入口２０８は炉心２０６の低温プレナム２１４と流体連通する。
【００６１】
保守および安全上の問題に備えるために、一般的に圧力容器（図示せず）に収容される炉心コンディショニングシステム２００は２組２２０の熱交換器を有する。各組２２０はシステム１００の熱交換器に類似しており、入口１０８．１、出口１０８．２、入口１１０．１および出口１１０．２を有するレキュペレータ１０６を有している。入口１０８．１は出口フローダクト１０２を介して出口２１０に接続され、出口１１０．２は入口フローダクト１０４を介して入口２０８に接続される。各レキュペレータ１０６は多管ガス熱交換器である。
【００６２】
さらに、各組２２０は、その入口１１０．１と出口１０８．２の中間でその関連レキュペレータ１０６に接続された第２熱交換器１１２を有する。第２熱交換器１１２はプリント回路熱交換器であり、水冷式である。
【００６３】
さらになお、各組２２０は、レキュペレータ１０６の出口２１０と入口１０８．１の中間にガス混合装置１２０を含む。
【００６４】
各組２２０はまた、熱交換器１０６および１１２内にヘリウムガスを通すためのヘリウムブロワ１１６をも有する。ブロワ１１６は磁気軸受（図示せず）に支持され、電動機によって駆動される。
【００６５】
各組２２０において、レキュペレータ１０６の出口１０８．２は、第１中間ガスフローダクト２３０によってその関連第２熱交換器１１２のガス入口１１２．２に接続される。レキュペレータ１０６の入口１１０．１は、第２中間ガスフローダクト２３２によって第２熱交換器１１２のガス出口１１２．２に接続される。したがって、通常の動作では、出口フローダクト１０２からレキュペレータ１０６を介して第１中間ガスフローダクト２３０へ、第２熱交換器１１２を介して第２中間ガスフローダクト２３２へ、かつレキュペレータ１０６を介して入口フローダクト１０４および入口２１０へと続くことによって、出口２１０から入口２０８へのガス流路２３４が画定される。
【００６６】
第２熱交換器１１２とレキュペレータ１０６の入口１１０．１との間のガス流量を制御するために、第２中間ガスフローダクト２３２に入口弁１３４が配設される。第２中間ガスフローダクト２３２と出口フローダクト１０４の中間に分岐フローダクト２３６が配設され、かつそこに第１バイパス弁１３６が配設される。混合装置１２０の入口１２８に分岐フローダクト２３６が接続され、出口フローダクト１０２を介して混合装置１２０の入口１２６に出口２１０が接続される。混合装置１２０の出口１３０はレキュペレータ１０６の入口１０８．１に接続される。次いで、分岐フローダクト２３６の第１バイパス弁１３６によって、低温ガスを装置１２０内で、原子炉２０６の高温プレナム２１２から混合装置１２０に入る高温ガスと混合して、予め定められた温度のガスをレキュペレータ１０６の入口１０８．１に提供することができる。バイパスダクト２３８が分岐フローダクト２３６と入口ガスフローダクト１０４との中間に配設され、そこに配設された第２バイパス弁２４０を持つ。入口弁１３４ならびに第１および第２バイパス弁１３６、２４０の操作によって、第２水冷式熱交換器１１２の出口１１２．２からの低温ガスは入口フローダクト１０４に直接分流され、原子炉２０６の低温プレナム２１４に向けられ、それによりレキュペレータ１０６の戻り流路を効果的に迂回することができる。
【００６７】
使用中、原子炉２０２の炉心２０６の高温プレナム２１２から高温炉心ガスが抜き出され、レキュペレータ１０６の入口１０８．１に移送される。それは、レキュペレータ１０６に入る前に、混合装置１２０内で水冷却器１１２を出た低温ガスと混合される。これは、レキュペレータ１０６に入るガスの温度がレキュペレータ１０６の最大温度限界を決して超えないことを確実にするために行われる。レキュペレータ１０６でヘリウム温度は、それが水冷却器１１２に入る前にさらに低下される。水冷却器１１２で熱がシステムから除去される。水冷却器１１２から出る低温ヘリウムは次いでブロワ１１６に入り、レキュペレータ１０６の入口１１０．１に続く。低温ガスの一部分は混合装置１２０に分流され、上述の通り混合装置１２０に入る高温ガスと混合される。残りのガスストリームは次いでレキュペレータ２０の入口１１０．１に入り、そこでその温度は、レキュペレータ１０６の高温側１０８を介して流れる高温ガスから熱交換器によって上昇される。その温度が出口２１０を介して原子炉圧力容器２０４から出るガスのそれより低いにもかかわらず、加熱されたガスストリームは、原子炉容器入口２０８を介して原子炉低温プレナム２１４に移送される。
【００６８】
使用中、ガス混合装置１２０はレキュペレータ１０６への流入ガス温度を制限する。レキュペレータ１０６は、炉心２０６前後の温度差を制御し、かつ水冷式熱交換器１１２に入るガス温度も低下させる。こうして、ヘリウムガスの温度は、周知の標準水冷式熱交換器１１２が使用できる温度に低下することができる。ブロワ１１６は必要なヘリウム質量流量を提供する。炉心コンディショニングシステム圧力容器（図示せず）は、原子炉圧力容器２０４の一次圧力バウンダリに直接連結することが好ましく、したがってその動作圧力は一次システムのそれに従うように意図される。
【００６９】
使用中、炉心コンディショニングシステム１００、２００は、ブレイトンサイクルが使用されないときに炉心の崩壊熱除去し、起動動作中に炉心核分裂熱を除去する。したがって、発電回路（図１に示す）がトリップした場合、原子炉出口の平均ヘリウム温度は、ブレイトンサイクルの再始動が可能になるレベルまで低下させることができる。さらに、保守による運転停止中、原子炉出口の平均ヘリウム温度は、保守作業を行うことができるレベルまで低下させることができる。さらになお、炉心コンディショニングシステム１００、２００は、炉心核分裂熱が原子炉の炉心１４、２０６から除去される率を制御し、炉心の制御された加熱を可能にする。コンディショニングシステム１００、２００はまた、出口ヘリウム温度をブレイトンサイクルが開始できるレベルまで上昇させるために使用することもできる。
【００７０】
ペブルベッド原子炉の提案実施形態では、炉心および原子炉の出口のヘリウムガスは約９００℃の温度とすることができる。ガスはレキュペレータ１０６に入る前に、必要ならば、低温ガスストリームと混合することによって約９００℃に冷却される。レキュペレータ１０６で、ガスは５５０℃未満に冷却される。これは、入手可能な工業用ブロワ１１６および水冷式熱交換器１１２の使用を可能にする。次いでガスは水冷却器１１２に入り、そこでガスから熱が取り出され、それは約３５０℃の最大温度にまで冷却される。レキュペレータ１０６に再流入した後、ガスは原子炉の入口に入る前に、炉心が徐々に冷却される一方で炉心の所望の入口対出口温度比を維持することができるように加熱される。レキュペレータ１０６が効果的でなくなるところまで炉心温度が降下すると、レキュペレータ１０６は上述の通りガス流路から除去することができ、炉心を完全に冷却する必要がある場合、水冷式熱交換器１１２によってさらなる冷却をもたらすことができる。
【００７１】
本発明によって、保守のために炉心の制御された冷却を可能にする、原子炉および原子炉冷却または炉心コンディショニングシステム１００、２００を提供する。さらに、ブレイトン直接ガス熱力学サイクルが使用される場合、コンディショニングシステム１００、２００はブレイトンサイクルを開始するためにヘリウム作動流体の温度の制御をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原子力プラントの発電回路の略図である。
【図２】原子力プラントの構成要素となる炉心コンディショニングシステムの略図である。
【図３】図２の炉心コンディショニングシステムの構成要素となる、本発明に係る混合装置の略図である。
【図４】本発明に係る別の炉心コンディショニングシステムを示す、図２と同様の略図である。
【図１】
2004508568.tif 000003
【図２】
2004508568.tif 000004
【図３】
2004508568.tif 000005
【図４】
2004508568.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2004508568.tif 000007
2004508568.tif 000008
2004508568.tif 000009
2004508568.tif 000010
2004508568.tif 000011
2004508568.tif 000012
2004508568.tif 000013
2004508568.tif 000014
2004508568.tif 000015
2004508568.tif 000016
2004508568.tif 000017
2004508568.tif 000018
2004508568.tif 000019
2004508568.tif 000020
2004508568.tif 000021
2004508568.tif 000022
2004508568.tif 000023
2004508568.tif 000024
2004508568.tif 000025
2004508568.tif 000026
2004508568.tif 000027
2004508568.tif 000028
2004508568.tif 000029
2004508568.tif 000030
2004508568.tif 000031
2004508568.tif 000032
2004508568.tif 000033
2004508568.tif 000034
2004508568.tif 000035
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508568.tif 000036
2004508568.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月22日(2002.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体ストリームを混合する方法であって、
混合すべき２つの流体ストリームを、前記ストリームが相互に直角にチャンバに流入するように、混合チャンバ内に供給するステップと、
前記混合チャンバの入口ストリームの少なくとも１つから直角に離れた位置から混合物を取り出すステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ストリームが異なる温度のガスであり、高温側ストリームが高温入口を介して前記混合チャンバ内に供給され、低温側ストリームが低温入口を介して前記混合チャンバ内に供給され、前記混合物が出口を介して前記混合チャンバから排出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合チャンバが形状的に略球形であり、前記低温側ストリームを前記混合チャンバ内に供給し、かつ、前記混合物を前記混合チャンバの直径方向に対向する位置から排出することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
形状的に略球形である混合チャンバと、
前記混合チャンバ内に通じる第１入口および第２入口であって、相互に垂直である前記第１入口および第２入口と、
前記混合チャンバから導かれる出口と
を含み、
前記入口が前記混合チャンバの中心に向かって方向付けられ、前記出口が前記入口の１つに対向して配置される
混合装置。
【請求項５】
原子炉を含む閉ループ発電回路を有する原子力プラントにおいて、発電回路のトリップが発生した場合に、前記原子炉の炉心で発生する崩壊熱を除去する方法であって、
炉心コンディショニングシステムを前記原子炉と流体連通して接続するステップと、
前記原子炉と前記炉心コンディショニングシステムとの間で冷却材を循環させるステップと
を含む方法。
ここに、炉心コンディショニングシステムは、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、前記高温側入口が前記原子炉の出口と流体連通しており、かつ前記低温側出口が前記原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータと、前記高温側出口と前記低温側入口の中間で前記レキュペレータに接続された第２熱交換器とを含む。
【請求項６】
前記レキュペレータの前記高温側に供給される冷却材の温度を予め定められた最大温度に制限するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レキュペレータの前記高温側に供給される冷却材の温度を制限する前記ステップが、混合物を前記レキュペレータの前記高温側に供給する前に、前記原子炉からの高温冷却材を低温冷却材と混合するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
出口が前記レキュペレータの前記高温側入口に接続されている請求項４に記載の混合装置で、前記高温冷却材と前記低温冷却材を混合するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
原子炉を含む閉ループ発電回路を含む原子力プラントであって、前記原子炉と直列に着脱自在に接続可能な炉心コンディショニングシステムをさらに含み、前記炉心コンディショニングシステムが、入口および出口を有する高温側ならびに入口および出口を有する低温側を有し、前記高温側入口が前記原子炉の出口と流体連通しており、かつ前記低温側出口が前記原子炉の入口と流体連通している少なくとも１つのレキュペレータと、前記高温側出口と前記低温側入口の中間で前記レキュペレータに接続された第２熱交換器とを含んでいるプラント。
【請求項１０】
前記レキュペレータの前記高温側の上流に配置された混合装置を含み、その混合装置によって前記原子炉からの高温冷却材を、前記レキュペレータ内に供給する前に、低温冷却材と混合することができる、請求項９に記載のプラント。
【請求項１１】
前記混合装置が請求項４に記載の混合装置であり、前記混合装置の第１入口が原子炉容器の出口に接続され、前記混合装置の出口が前記レキュペレータの前記高温入口に接続され、前記混合装置の第２入口が前記第２熱交換器の出口に接続されているかまたは接続可能であり、前記炉心コンディショニングシステムが前記第２熱交換器の出口から前記混合装置への冷却材の流量を調整するために弁を含む、請求項１０に記載のプラント。
【請求項１２】
前記炉心コンディショニングシステムが並列に接続された少なくとも２組の熱交換器を含む、請求項９ないし１１のいずれか一項に記載のプラント。
【請求項１２】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項１に記載の２つの流体ストリームを混合する方法。
【請求項１４】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項４に記載の混合装置。
【請求項１５】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項９に記載の原子炉から熱を除去する方法。
【請求項１６】
本書で実質的に説明しかつ図示した、請求項９に記載の原子力プラント。
【請求項１７】
本書で実質的に説明した新しい方法、装置、またはプラント。
【国際調査報告】
2004508568.tif 000038
2004508568.tif 000039
2004508568.tif 000040
2004508568.tif 000041
2004508568.tif 000042