JP2531899B2 - Ｂｗｒ再循環系 - Google Patents

Ｂｗｒ再循環系

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JP2531899B2
JP2531899B2 JP4149747A JP14974792A JP2531899B2 JP 2531899 B2 JP2531899 B2 JP 2531899B2 JP 4149747 A JP4149747 A JP 4149747A JP 14974792 A JP14974792 A JP 14974792A JP 2531899 B2 JP2531899 B2 JP 2531899B2
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  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、全体的に沸騰水型原子
炉に関し、更に詳しくは、その原子炉冷却液再循環系に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）におい
ては、円筒形の圧力容器は、その底部からその上部まで
直列に連通して、水のような原子炉冷却液を加熱して、
蒸気を発生する原子炉の炉心、水および蒸気の混合物が
上昇する上側プレナム、蒸気から液体の大部分を除去す
る水分分離器、および蒸気からほぼ全ての残りの水分を
除去する蒸気乾燥器を有している。この乾燥した蒸気は
容器から出口ノズルを通って通常の蒸気タービンに流れ
込むように放出される。原子炉の炉心を取り囲んで環状
の炉心シュラウドがあり、この炉心シュラウドは原子炉
の圧力容器から半径方向内側に間隔をあけて設けられ、
環状の降水部を画成している。上側プレナムの上部近く
には通常の給水器が配設され、この給水器は比較的冷た
い給水を受け取って、原子炉の冷却液内に放出されて、
降水部を下方に流れる。
【０００３】原子炉の冷却液は炉心内で加熱されるの
で、その密度は低減し、炉心および上側プレナムを通っ
て上昇する。それから、冷却液は給水と混合されて、そ
の温度を低減されるので、その密度は増大し、冷却液は
重力によって下方に向かって降水部を通り、炉心の下側
に設けられている圧力容器の下側プレナムに流れ込む。
冷却液は下側プレナムにおいて下向きから上向きに変え
られて、炉心の入口に入り、この自然再循環処理が繰り
返される。
【０００４】原子炉の冷却液の再循環を増大するため
に、ＢＷＲは一般に降水部内に羽根車駆動式原子炉内部
ポンプ（ＲＩＰ）または流体駆動式ジェットポンプのよ
うなある形式のポンプを有している。このようなポンプ
は降水部内に配設され、降水部を下側プレナムから分離
している環状ポンプデッキに取り付けられている。ポン
プはポンプデッキの周りに円周方向に間隔をあけて設け
られ、冷却液を降水部から下側プレナムへ、そして炉心
の入口内へと送り出す。ポンプデッキはポンプのポンプ
動作を有効にするために降水部を下側プレナムから密閉
している。降水部を密閉するポンプデッキがない場合に
は、ポンプから放出される加圧された冷却液の大部分は
降水部内を上方に向かってポンプの入口へ再循環し、炉
心内への全体の流れを低減する。
【０００５】最新のＢＷＲにおいては羽根車駆動式ＲＩ
Ｐが一般に好ましいものとされている。これはこれらの
羽根車駆動式ＲＩＰが通常のジェットポンプに比較して
比較的短い長さで有効なポンプ容量を有しているからで
ある。しかしながら、ポンプが不動作状態になるポンプ
のトリップ状態の後では、原子炉の冷却液の自然再循環
はＲＩＰによって、そして主にはその羽根車によって実
質的に妨げられる。ＲＩＰがポンプモードで動作してい
る間はポンプデッキは降水部における局部的な再循環を
防止しているが、これはまたＲＩＰを不動作状態にする
ポンプのトリップの後の冷却液の自然再循環をも妨げ
る。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は、沸騰水型原子炉の新規
で改良された冷却液再循環系を提供することにある。本
発明の他の目的は、ポンプのトリップ後の冷却液の自然
再循環を改良した原子炉の冷却液再循環系を提供するこ
とにある。
【０００７】本発明の他の目的は、ポンプが不動作モー
ドにある間降水部内における下方への自然再循環を可能
としながら、ポンプモードのときの降水部内における再
循環ポンプの周りにおける局部的な冷却液の再循環がほ
とんどまたは全くない原子炉の冷却液再循環系を提供す
ることにある。
【０００８】
【発明の概要】ＢＷＲ冷却再循環系は、降水部内に配設
され、原子炉の圧力容器および炉心シュラウドに固定さ
れているポンプデッキを有する。複数の円周方向に間隔
をおいて設けられている原子炉内部ポンプ（ＲＩＰ）が
デッキに連結され、原子炉の冷却液を下向きに降水部か
ら炉心入口へ送り出すようにポンプモードで動作する。
ポンプが不動作モードにある場合には、冷却液の一部は
降水部から炉心入口内への冷却液の自然再循環を増大す
るようにＲＩＰをバイパスする。
【０００９】本発明の特色と考えられる新規な特徴は特
許請求の範囲に記載されている。本発明を好適で典型的
な実施例に関連して、その別の目的および利点とともに
添付図面を参照して以下に詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施態様】図１には典型的な沸騰水型原子炉
（ＢＷＲ）１０が示されており、この沸騰水型原子炉１
０は縦の中心軸１４の周りに配設された底側ヘッドおよ
び上側ヘッドを有する円筒形圧力容器１２を有してい
る。このＢＷＲ１０は、下側プレナム１６、環状炉心１
８、環状上側プレナム２０、蒸気分離器２２および蒸気
乾燥器２４からなる通常の構成要素を直列に連通して有
する。圧力容器１２から半径方向内側に間隔をあけて設
けられている通常の円筒形炉心シュラウド２６が炉心１
８を取り囲み、通常の環状降水部２８を画成している。
環状ポンプデッキ３０が降水部２８内に配設され、容器
１２および炉心シュラウド２６に通常通り固定的に接合
されている。
【００１１】複数の円周方向に間隔をあけて設けられて
いる通常の原子炉内部ポンプ（ＲＩＰ）３２がデッキ３
０に固定的に接合されている。ＲＩＰ３２の各々は羽根
車３４を有し、この羽根車３４は駆動軸３６に固定さ
れ、駆動軸３６は下側プレナム１６および容器１２の底
部を通って下方に延出し、羽根車３４を通常のように駆
動する通常のモータ３４に連結されている。
【００１２】容器１２は炉心１８および上側プレナム２
０より上方のレベルまで水のような原子炉冷却液４０で
満たされ、これは炉心１８を冷却するとともに、蒸気を
発生するために使用される。更に詳しくは、冷却液４０
は炉心１８の底側の入口４２に入って、炉心１８を冷却
するので、冷却液４０はここで加熱される。従って、加
熱された冷却液４０は密度が低減し、上向き矢印４０ｒ
で示すように炉心１８および上側プレナム２０内を上昇
する。この上昇する冷却液４０ｒは液体と蒸気の混合物
になり、炉心１８を通って上昇するに従って蒸気の量は
増大し、従って蒸気のない部分は少しになる。４０ｓで
示す蒸気は冷却液４０の上面から上方に放出され、蒸気
分離器２２および蒸気乾燥器２４の両方において水分か
ら分離され、通常の出口ノズル４４を通って容器１２か
ら排出され、通常の蒸気タービン（図示せず）に流され
ていく。
【００１３】容器１２から失われた水は、容器１２内に
通常のように供給され、上側プレナム２０の上部近くに
設けられている通常の給水器から放出される給水４０ｆ
によって補充される。この給水４０ｆは蒸気分離器２２
によって分離された液体４０と混合されて、その温度が
下がるとともに、その密度が増大し、矢印４０ｄによっ
て示すように降水部２８内を下方に流れる。降水部内の
冷却液の流れ４０ｄはＲＩＰ３２内に入り、羽根車３４
によって加圧され、下側プレナム１６内に放出される。
そして、ここにおいて炉心入口４２内に入るように上向
きに方向が変えられ、上述した再循環ループを繰り返
す。
【００１４】ＲＩＰ３２がポンプモードで動作している
間、原子炉冷却液４０は炉心１８を通って上方に上り、
降水部２８を通って下方に降りるように再循環する。し
かしながら、ＲＩＰ３２がポンプのトリップにより不動
作モードになると、羽根車３４は回転せずに、停止した
状態に留まり、羽根車３４を有するＲＩＰ３２は降水部
２８を通って下方に進む冷却液３４の自然再循環を妨げ
る。従って、上昇する冷却液４０ｒの流量も低減し、冷
却液の炉心１８を冷却する能力が低減する。
【００１５】本発明の一実施例によれば、図１および図
２に示す原子炉冷却液再循環系は好ましいことにＲＩＰ
がポンプのトリップにより不動作モードになったとき、
ＲＩＰ３２をバイパスして、詳しくは図３および図４に
示すようにバイパス流４０ｂとしてデッキ３０を通って
自然再循環すなわち重力によって下向きに降水部の冷却
液４０ｄの一部を流すバイパス手段４８を有している。
【００１６】更に詳しくは、図３および図４を参照する
と、ＲＩＰ３２の各々は更に羽根車３４を取り囲んでい
る外被５０を有し、その上部には入口５２が設けられ、
その底部には出口５４が設けられている。図４に示すよ
うに、複数の通常の流れをまっすぐにする羽根５６が羽
根車３４とＲＩＰ出口５４との間の外被５０の内側に固
定されている。降水部の冷却液４０ｄの一部はＲＩＰの
入口５２内に流れ込み、ポンプモードにおいて回転する
羽根車３４によって加圧され、ポンプ流４０ｐとしてＲ
ＩＰの出口５４を通って下方に押し出され、下側プレナ
ム１６内に放出され、炉心の入口４２内に流れ込む。
【００１７】本発明の好適実施例によれば、前記バイパ
ス手段４８は好ましくは第１のバイパスオリフィス５８
および第２のバイパスオリフィス６０の対で構成される
複数の円周方向に間隔をおいて設けられたバイパスオリ
フィスを有する。前記第１のバイパスオリフィス５８お
よび第２のバイパスオリフィス６０はデッキ３０に設け
られ、降水部２８およびデッキ３０を通る冷却液バイパ
ス流４０ｂをＲＩＰ３２と並列な流れとして下側プレナ
ム１６および炉心個入口４２に流れるようにしている。
バイパスオリフィス５８、６０はＲＩＰ３２の間のデッ
キ３０の種々の位置に設けてもよいが、ＲＩＰ３２のそ
れぞれに隣接して対で設けられることが好ましい。
【００１８】好適実施例においては、第１および第２の
オリフィス５８、６０は詳しくは図２および図３に示す
ように容器の中心軸１４の周りで円周方向にそれぞれの
ＲＩＰ３２の各々の両側に直径方向に対向して配置され
ている。また、これらのオリフィスは好ましくは三日月
形であり、各々はＲＩＰ３２に面する側の凹状部５８
ａ、６０ａおよびＲＩＰ３２から離れている側の凸状部
５８ｂ、６０ｂを有している。オリフィスの各々は容器
１２および炉心シュラウド２６から隔たっている一対の
頂端５８ｃおよび６０ｃを有している。このように、オ
リフィス５８、６０はＲＩＰ３２のそれぞれに密接に隣
接して位置決めされてもよく、凹面５８ａおよび６０ａ
は外側ケース５０の曲率とほぼ同じ曲率を有している。
【００１９】ＲＩＰ３２のそれぞれに隣接しているオリ
フィス５８、６０のこの好適な構成は、以下に更に説明
するようにバイパス流４０ｂを得るとともに、環状ポン
プデッキ３０および降水部２８の内側および外側半径の
間の距離を最小にしながらデッキ３０の許容し得る構造
的一体性を得るために利用されている。デッキ３０は例
えばボルトによってＲＩＰ３２を支持しているので、三
日月形のオリフィス５８はＲＩＰ３２に隣接するデッキ
３０の負荷担持能力における不連続性を低減しながらデ
ッキ３０を通る流れを可能としている。オリフィス５８
および６０は円周方向に延在して直径方向に対向する三
日月形であるので、デッキ３０はＲＩＰ３２と炉心シュ
ラウド２６および容器１２の両方との間で連続している
ので、ＲＩＰ３２を支持するための直接的な負荷担持経
路を構成している。
【００２０】再び、図３および図４を参照すると、バイ
パス手段４８は好ましくは更に複数の導管６２を有して
いる。この導管６２の各々はポンプデッキ３０の下側に
おいてＲＩＰ３２のそれぞれを取り囲むとともに、第１
および第２のバイパスオリフィス５８および６０の少な
くとも一方および好ましくは両方と連通して設けられて
いる。導管５２の各々はＲＩＰ３２のそれぞれと協働し
て、流体ジェットポンプすなわちエダクタ（eductor ）
を形成し、ＲＩＰ３２がポンプモードにあるとき、吸引
によってバイパス流４０ｂをオリフィス５８および６０
を通って下方に引き込み、オリフィス５８、６０を通る
上方への逆流を低減または防止している。
【００２１】更に詳しくは、ＲＩＰの外被５０はポンプ
デッキ３０から上方に延出している前端部５０ａおよび
ポンプデッキ３０から下方に延出し、ポンプ流４０ｐを
放出するポンプ出口５４で終端した後端部５０ｂを有し
ている。導管６２の各々はＲＩＰのケースの後端部５０
ｂから半径方向外側に間隔をあけて設けられ、バイパス
オリフィス５８および６０に隣接して配設され、降水部
２８からのバイパス流４０ｂを受け入れる入口６２ａ、
ケースの後端部５０ｂに対して徐々に近づき、両者間の
出口５４においてのど部６２ｃを画成している収束部６
２ｂ、のど部６２ｃおよび出口５４から下流に延出し、
冷却液混合流４０ｍを形成するようにバイパス流４０ｂ
をポンプ流４０ｐと混合させる混合部６２ｄ、この混合
部６２ｄから下流に延出している発散形の拡散部６２
ｅ、および拡散部６２ｅから下流に延出している円筒形
出口６２ｆを有している。好適実施例においては、ＲＩ
Ｐの外被５０の後端部５０ｂは好ましくは円錐形であ
り、導管６２で収束部６２ｂを形成するように下流方向
内向きに傾斜している。
【００２２】ポンプモードにおいては、ＲＩＰ３２は、
オリフィス５８および６０からバイパス流４０ｂを吸引
によって引き込んでポンプ流４０ｐと混合するためのジ
ェットポンプを形成するように導管６２と協働するため
に、運動エネルギを有する噴流としてＲＩＰ出口５４か
らのポンプ流４０ｐを放出するように作用する。混合し
た冷却液流４０ｍは混合部６２ｄから拡散部６２ｅを通
って流れる。ここにおいて、その速度は低減し、その静
圧は運動量の転移によって増大する。加圧された混合冷
却液流４０ｍは導管出口４２ｆから下側プレナム１６内
に放出され、炉心入口４２内に流れ込む。例えば、図３
に示すように、炉心入口４２を画成している炉心シュラ
ウド２６の底端部はほぼ同じ垂直方向の高さで導管出口
６２ｆに隣接して配設され、原子炉冷却液を導管６２か
ら炉心入口４２へ直接流れるようにしている。
【００２３】好適実施例においては、導管６２およびＲ
ＩＰ３２によって画成されるジェットポンプは通常ポン
プモードにおいてオリフィス５８および６０を通るバイ
パス流４０ｂを逆流なしで引き込むような大きさおよび
構造である。例えば、混合部６２ｃおよび拡散部６２ｅ
のそれぞれの長さＬm およびＬd は通常オリフィス５８
および６０において発生する吸引圧力を最大にするよう
な長さに形成され、逆流を防止するようになっている。
しかしながら、通常のジェットポンプは全体の長さが約
６−７メートルであるが、導管６２の全体の長さＬはオ
リフィス５８および６０を通る自然再循環流と、ＲＩＰ
３２による動力流との許容し得る妥協を得るために約１
メートルの短い長さにしてある。
【００２４】更に詳しくは、分析された一実施例におい
ては、導管６２は長さが約１メートルであり、オリフィ
ス５８および６０の全体の流れ面積はＲＩＰ出口５４の
約１００分の１程度である。ポンプのトリップ後におい
ては、オリフィス５８および６０がない場合における停
止状態のＲＩＰ３２のみを通る流れと比較して、オリフ
ィス５８および６０による炉心１８への原子炉冷却液４
０の重力による自然再循環流が増大することは明らかで
ある。
【００２５】また、短い導管６２は既知の原子炉容器に
設置することができ、降水部の冷却液４０ｄの圧力が低
減した沸騰によるキャビテーション（cavitation）を避
けるようにＲＩＰ３２の入口を可能な最も低い高さの所
に維持するために使用できる。したがって、オリフィス
５８および６０およひび導管６２はポンプのトリップの
際における自然再循環を増大する有効なバイパス路をＲ
ＩＰ３２の周りに形成すると同時に、ＲＩＰ３２が動作
している間における降水部２８への受け入れることがで
きない逆流再循環を防止するのにも有効である。オリフ
ィス５８および６０および導管６２の適切な通常の設計
によって、オリフィス５８および６０における吸引圧力
はＲＩＰ３２の動作の間最大となり、そこを通る逆流再
循環は上述したように防止される。
【００２６】本発明の好適実施例と考えられるものにつ
いて説明したが、本技術分野に専門知識を有する者にと
ってはその教示から本発明の他の変更が明らかであろ
う。従って、本発明の真の精神および範囲内に入るこの
ような全ての変更は特許請求の範囲によって保護される
べく要望されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例による冷却液再循環系を有す
る典型的な沸騰水型原子炉の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す原子炉の線２−２に沿って見た横断
面図である。
【図３】図１に示す原子炉内部ポンプの１つを図２の線
３−３に沿って見た部分断面斜視図であり、原子炉内部
ポンプの周りの冷却液の流れの一部をバイパスするオリ
フィスおよび導管も示している。
【図４】図３に示す原子炉内部ポンプおよびバイパス手
段の線４−４に沿って見た縦断面図である。
【符号の説明】
１０ ＢＷＲ １２ 圧力容器 １６ 下側プレナム １８ 炉心 ２０ 上側プレナム ２２ 蒸気分離器 ２４ 蒸気乾燥器 ２６ 炉心シュラウド ２８ 降水部 ３０ デッキ ３２ 原子炉内部ポンプ（ＲＩＰ） ３４ 羽根車 ４０ 冷却液 ４８ バイパス手段 ５０ 外被 ５８、６０ オリフィス ６２ 導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエイン・マーキノ アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サ ン・ホセ、リンドセイ・ウエイ、1360番 (56)参考文献 特開 昭52−142194（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炉心を取り囲み、再循環冷却液を下方に
    向けて圧力容器の下側プレナムに配設されている炉心入
    口に導く環状降水部を画成するように圧力容器から半径
    方向内側に間隔をあけて設けられている円筒形炉心シュ
    ラウドを有する沸騰水型原子炉の再循環系であって、 前記降水部内に配設され、前記容器および前記炉心シュ
    ラウドに固定されている環状ポンプデッキと、 各々が前記デッキに連結されている複数の円周方向に間
    隔をおいて設けられている原子炉内部ポンプ（ＲＩＰ）
    であって、ポンプモードで動作して、前記降水部から冷
    却液をポンプ流として前記ＲＩＰの出口を通って前記炉
    心入口内へ下向きに送り出す前記複数の原子炉内部ポン
    プ（ＲＩＰ）と、 前記ＲＩＰをバイパスし、前記ＲＩＰが不動作モードに
    あるとき、前記冷却液の一部を自然再循環によって前記
    デッキを通るバイパス流として下向きに通すバイパス手
    段とを有し、 前記バイパス手段は、前記デッキ内に配設され、前記降
    水部から前記バイパス流を前記デッキを通って前記炉心
    入口へ通す複数の円周方向に間隔をおいて設けられてい
    るバイパスオリフィスを有し、 前記バイパス手段は更に、各々が前記複数のＲＩＰのう
    ちの対応する１つのＲＩＰを取り囲み、かつ前記バイパ
    スオリフィスのうちの少なくとも対応する１つの第１の
    バイパスオリフィスと連通して配設されて、前記１つの
    ＲＩＰと協働して、前記ＲＩＰが前記ポンプモードにあ
    るとき前記バイパス流を前記第１のバイパスオリフィス
    を通って下向きに引き込むジェットポンプを形成する複
    数の導管を有していることを特徴とする、沸騰水型原子
    炉の再循環系。
  2. 【請求項２】 前記ＲＩＰの各々は前記ポンプ流を放出
    する前記ＲＩＰ出口で終端した後端部を有している外被
    を備えており、 前記導管のそれぞれは前記ＲＩＰの外被の後端部から半
    径方向外側に間隔をあけて配設されていて、前記ＲＩＰ
    出口において環状のど部を画成しており、 前記ＲＩＰは前記ＲＩＰ出口から前記ポンプ流を噴流と
    して放出することにより、前記バイパス流が前記第１の
    オリフィスから前記のど部を通って前記ポンプ流と混合
    するように引き込まれる請求項１記載の再循環系。
  3. 【請求項３】 前記それぞれの導管は、更に前記のど部
    から前記ＲＩＰ出口の下流に延出して、前記ポンプ流を
    前記バイパス流と混合する環状混合部と、 前記混合流の速度を低減して、その圧力を増大する拡散
    部と、 前記混合流を前記導管から前記下側プレナム内に放出す
    るジェットポンプ出口と、 を有する請求項２記載の再循環系。
  4. 【請求項４】 前記炉心シュラウドは底端部を有し、前
    記ジェットポンプ出口は該底端部に隣接して配設されて
    いる請求項３記載の再循環系。
  5. 【請求項５】 前記導管の各々は前記第１のバイパスオ
    リフィスおよび前記バイパス流を集合的に受け入れる第
    ２のバイパスオリフィスの両方と連通して配設されてい
    る請求項３記載の再循環系。
  6. 【請求項６】 前記第１および第２のバイパスオリフィ
    スは対応する１つの前記ＲＩＰに隣接して配設されてい
    る請求項５記載の再循環系。
  7. 【請求項７】 前記第１および第２のバイパスオリフィ
    スは前記ＲＩＰの両側で直径方向で対向して設けられて
    いる請求項６記載の再循環系。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２のバイパスオリフィ
    スは前記ＲＩＰに面する側の凹状部および前記ＲＩＰか
    ら離れている側の凸状部を有する三日月形である請求項
    ７記載の再循環系。
  9. 【請求項９】 前記ジェットポンプの各々は逆流するこ
    となく前記ポンプモードにおいて前記バイパス流を前記
    バイパスオリフィスを通して引き込むような大きさおよ
    び構造である請求項３記載の再循環系。
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