JP4078057B2

JP4078057B2 - Natural circulation boiling water reactor

Info

Publication number: JP4078057B2
Application number: JP2001330119A
Authority: JP
Inventors: 貴夫近藤; 秀夫曽根田; 公三明守屋
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003130982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却水の密度差により冷却水循環駆動力を得る自然循環型沸騰水型原子炉に関わり、特にセパレータ及びドライヤを設けずに冷却水から蒸気を分離することが出来る自然循環型沸騰水型原子炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自然循環型沸騰水型原子炉に関しては、これまで特開平６−２６５６６５号公報，特開平８−９４７９３号公報等を始め、多くの例示が成されている。図６は、従来の自然循環型沸騰水型原子炉を示すもので、図６中、符号１は原子炉圧力容器であり、この原子炉圧力容器１内には、炉心２が格納されているとともに、炉心２を取囲むように円筒状のシュラウド５が設けられ、さらにシュラウド５の上部にはこれにつながるかたちで円筒状のチムニー３が設けられている。
【０００３】
これらシュラウド５及びチムニー３の内側には冷却水の上昇流路が、外側には冷却水の下降流路としてダウンカマ４が形成されている。そして冷却水（以下、炉水６という。）は、ダウンカマ４，下部プレナム７，炉心２およびチムニー３を自然循環している。
【０００４】
その循環途中で、炉水６が炉心２からの熱を受けて発生した蒸気は、主蒸気管８を介し、図示しないタービンに送られるとともに、そのタービンで仕事をした後の蒸気は、復水後、給水管９を介して原子炉圧力容器１内に戻されるようになっている。
【０００５】
炉心２には制御棒１０が挿脱して炉心２の出力が制御される。しかして、上記構成の従来の自然循環沸騰水型原子炉では原子炉圧力容器１内の炉心２を包囲した円筒状のシュラウド５及び円筒状のチムニー３と、シュラウド５及びチムニー３の外周部と原子炉圧力容器１に囲まれ冷却水の流路となるダウンカマ４をもち、シュラウド５及びチムニー３内の水と蒸気の浮力による上昇力およびダウンカマ４における水頭圧を駆動力として冷却材を循環させている。
【０００６】
自然循環型沸騰水型原子炉は、現行の沸騰水型原子炉から設備を簡素化し建設費低減を計るものであり、上記従来例は現行の沸騰水型原子炉に備わっているセパレータ及びドライヤを取り除いている構成が採用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例には次のような課題が存在する。まず比較のため現行の沸騰水型原子炉について説明する。現行の沸騰水型原子炉は一般に図７に示すように構成されている。すなわち図中、符号１１で示す原子炉圧力容器内には中心部に炉心１２が配置され、この炉心１２を覆うように筒状のシュラウド１３が配設されている。このシュラウド１３と原子炉圧力容器１１との間隙のダウンカマ１９の下部には複数の再循環ポンプ１４が配設されている。
【０００８】
炉心１２における核反応によって生成した熱エネルギーを得て、冷却水は高温高圧の蒸気となってシュラウド１３内を上方向に流れる。水と蒸気との混合流は、セパレータ１５によって水分が分離された後に、さらにドライヤ１６に導入され、ここで湿分が除去された後に、主蒸気管１７を通り、タービンに導かれる。タービンを駆動し仕事をしたのちの蒸気は復水となり、この復水は主給水管１８を通り、再びシュラウド１３の外側のダウンカマ１９に流入する。
【０００９】
上記のように現行の沸騰水型原子炉では、炉心１２で加熱され気液２相となった冷却水をセパレータ１５及びドライヤ１６により気相，液相に分離するため、主蒸気管１７を通りタービンに導かれる蒸気は充分に湿分が除去されており、一方ダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みは充分小さく抑えられている。
【００１０】
ところが従来の自然循環型沸騰水型原子炉においては、セパレータ及びドライヤが省略されており、加熱された冷却水の気液２相への分離についても充分考慮された従来例は無く、タービンに導かれる蒸気は充分に湿分が除去されず、またダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みは充分小さく抑えられていない。
【００１１】
タービンに導かれる蒸気が充分に湿分が除去されていないとエロージョン等によりタービンが劣化するという不具合が生じる。またダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みが充分小さく抑えられていないと温度の高い冷却水が炉心に循環し炉心のヒートバランスに不具合が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、セパレータ及びドライヤを省略しても、炉心で加熱された冷却水の気液２相への分離を充分に行い、タービン側の劣化が起こらないようにタービンに導かれる蒸気の湿分を充分に除去し、炉心のヒートバランスを保つためダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みを充分小さく抑えることのできる自然循環型沸騰水型原子炉を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理は、原子炉圧力容器内の中央部に冷却水の上昇流路を、前記上昇流路の外周囲に前記冷却水の下降流路となるダウンカマを、原子炉運転時の前記冷却水水位より上方に前記原子炉圧力容器に接続された主蒸気管の入口を備えた自然循環型沸騰水型原子炉において、前記上昇流路として、気液２相の自由界面の安定性を維持できる許容蒸気流速の圧力に対する原子炉の運転圧力変化との関係から求められた前記自由界面が安定する前記許容蒸気流速を前記上昇流路内径に換算して得た値以上の上昇流路内径を有し、前記冷却水水位から主蒸気管の入口までの高さとして、前記主蒸気管の入口での所望する蒸気の湿分を得るに必要な前記運転圧力変化と前記冷却水位の主蒸気管の入口までの高さとの関係から求められた前記許容蒸気流速に対応する高さ以上の高さ有し、ダウンカマの幅として、ダウンカマへの蒸気の巻き込み許容上限値とダウンカマ冷却水流速との関係から求めたダウンカマ幅以上の幅を有するようにしたものである。
【００１４】
このような原理は、発明の解決手段として具体的な実施例に展開して説明すると、上記目的を達成するために本発明の実施例では、圧力容器内にシュラウドを有し、このシュラウド内に配置された炉心により冷却材を加熱し、加熱された冷却材がシュラウド内及びシュラウドの上部に続くチムニーを上昇し、さらに蒸気を分離した冷却水がチムニー及びシュラウドと圧力容器の間に形成されるダウンカマ部を下降しさらに炉心下部より炉心内に上昇し循環し、シュラウド及びチムニー内外の冷却水密度差による差圧を冷却水循環の駆動力とする自然循環型沸騰水型原子炉であり、蒸気を水から分離するセパレータ及び蒸気を乾燥させるドライヤを配置しない自然循環型沸騰水型原子炉において、チムニーの内径を充分大きくする。具体的には５.４ｍ以上とする。かつ運転時の冷却水水位から主蒸気管までの高さを充分大きくする。具体的には２.５ｍ以上とする。かつダウンカマ部の幅を充分大きくする。具体的には０.３７ｍ以上とする。
【００１５】
セパレータ及びドライヤを省略した場合の気液分離は重力によるものである。従ってタービンに導かれる蒸気の湿分を充分に除去するためには、チムニーから水面を通して上昇していく蒸気の流速を抑え水面を安定させること、及び運転時の冷却水水位から主蒸気管までの高さを充分大きくすることが有効である。
【００１６】
さらにチムニーから水面を通して上昇していく蒸気の流速は、簡単には（蒸気発生量÷チムニー断面積）で表されるため、チムニー内径を大きくすることが有効となる。またダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みを充分小さく抑えるためには、ダウンカマ部を下降していく冷却水の流速を抑えることが有効である。この冷却水の流速は簡単には（総循環流量÷ダウンカマ部面積）で表されるため、ダウンカマ部の幅を充分大きくすることが有効である。
【００１７】
以上により、現行の沸騰水型原子炉からセパレータ及びドライヤを省略することによる建設費低減を可能にし、かつ炉心で加熱された冷却水の気液２相への分離を充分に行い、タービン側の劣化が起こらないようにタービンに導かれる蒸気の湿分を充分に除去し、炉心のヒートバランスを保つためダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みを充分小さく抑える自然循環型沸騰水型原子炉が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて以下詳細に説明する。図１において、自然循環型沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器３０の内側には、冷却水が炉水６として入れられている。その原子炉圧力容器３０内には、炉水６の水面下において炉心２６を囲む円筒状のシュラウド２５とそのシュラウド２５の上方に連続する円筒状のチムニー２４とを内蔵する。
【００１９】
そのシュラウド２５とチムニー２４の内側が炉水の上昇流路とされ、外側が原子炉圧力容器内壁面との間で炉水の下降流路としてのダウンカマ３４とされる。ダウンカマ３４の流路断面は水平断面形状が環状の形状を有する。
【００２０】
その炉水６の原子炉運転時の水位（冷却水水位）から高さ２１の位置には主蒸気管８の入口が接続されている。また、炉水６の水位以下の高さには、給水管９が接続されている。
【００２１】
シュラウド２５に囲まれた領域内には、炉心２６が配備されている。その炉心２６内に出入りできる制御棒２７の上下動によって、その炉心２６の出力が制御される。
【００２２】
したがって、炉心２６が制御棒２７によって制御された熱出力に相当する発熱を生じると、炉水６は炉心２６によって加熱されて気液２相流となってチムニー２４内を上昇し、炉水６の水面から蒸気が上昇して主蒸気管８の入口内に入りタービンへ供給され、タービンで仕事をした蒸気は復水化されて給水管で再度原子炉圧力容器３０内のダウンカマ３４内にチムニー２４内の炉水６より低い温度にて供給される。炉水６の水面から蒸気が上昇して、その蒸気が主蒸気管８の入口に到達するまでに重力によってその蒸気中の湿分が炉水６の水面に降下して主蒸気管８の入口内に流入する蒸気の湿分が低下する。
【００２３】
このように、チムニー内の炉水とダウンカマ内の炉水とは温度差があるので、温度依存による密度差で炉水がチムニー内では上昇流となって、炉水水面で蒸気を上方に放出した後にダウンカマ内に入って下降流となって再度炉心に下方から上方へと流入する循環が生じ、その循環が継続される。
【００２４】
図１に示す本発明の第１実施例と従来の自然循環型沸騰水型原子炉の図６との一見した違いは▲１▼チムニー２４の内径２０が大きく、▲２▼炉水６（冷却水）の水位から主蒸気管８までの高さ２１が大きく、▲３▼ダウンカマ部の幅２２が大きいことである。
【００２５】
本実施例において熱出力を約９００ＭＷとした場合の、上記▲１▼▲２▼▲３▼３つの設計寸法についての評価結果を示す。図２は気液２相の自由界面の安定性を維持できる許容蒸気流速の圧力に対する変化を示している。図２のグラフ２３より上の領域は気液２相の自由界面が不安定となり主蒸気管８を経由してタービンに導かれる蒸気の湿分が増加し、グラフ２３より下の領域は気液２相の自由界面が安定して主蒸気管８を経由してタービンに導かれる蒸気の湿分が減少する。
【００２６】
ここで図２に示す通り沸騰水型原子炉の運転圧力において許容蒸気流速は0.68ｍ／ｓである。上記に説明したように蒸気流速は簡単には（蒸気発生量÷チムニー断面積）で表され、熱出力を約９００ＭＷとした第１の実施例の条件ではチムニー２４の内径、チムニー内径２０が５.４ｍに相当する。従って炉水６の上昇流路の内径であるチムニー内径２０が５.４ｍ以上であれば安定した炉水６の水面が得られる。
【００２７】
図３は主蒸気管８の入口における蒸気の湿分を０.１％とした時の、蒸気流速と炉水６の水位（冷却水水位）から主蒸気管８までの高さ２１の関係を表すグラフである。ここでは現行と同じく蒸気の湿分０.１％を許容上限値と考えた。図３は蒸気流速が増加する程、蒸気の湿分を抑えるために必要な炉水６の水位（冷却水水位）から主蒸気管８までの高さ２１が増加することを示している。
【００２８】
ここで先に示した許容蒸気流速０.６８ｍ／ｓの時の必要な炉水６の水位（冷却水水位）から主蒸気管８までの高さ２１は２.５ｍである。従って炉水６の水位（冷却水水位）から主蒸気管２１までの高さが２.５ｍ以上であれば、上記の湿分を許容上限値以下に抑えることが出来る。
【００２９】
図４はダウンカマ３４部を下降する炉水６（冷却水）の流速とダウンカマ３４への蒸気の巻き込みとの関係を示すグラフである。図４はダウンカマ冷却水流速が増加する程蒸気の巻き込みが増加することを示している。ここで蒸気の巻き込みの許容上限値を０.２５％とすると対応するダウンカマ冷却水流速は０.２４ｍ／ｓである。これは第１の実施例の条件においてダウンカマ３４の幅２２が0.37ｍに相当する。従ってダウンカマ３４の幅２２が０.３７ｍ以上であれば、蒸気の巻き込みを許容上限値以下に抑えることが出来る。
【００３０】
以上に説明した３つの設計寸法について、現行の熱出力が約３９００ＭＷの沸騰水型原子炉，従来の自然循環型沸騰水型原子炉，本発明の自然循環型沸騰水型原子炉の第１の実施例の間で比較する。
【００３１】
まずチムニー内径２０に関しては、本発明の第１の実施例は現行の沸騰水型原子炉のシュラウド内径とおおよそ同等の大きさとなっている。これは熱出力が１／４以下であることを考慮すると、大きなサイズである。一方従来の自然循環型沸騰水型原子炉では、特に詳細な設計例は無いが、現行と同様に炉心をちょうど包むように炉心外径と同等のシュラウド内径を設定し、それと同じ内径のチムニーを配置するのみである。本発明の第１の実施例では大きなチムニー径２０を確保するため、必ずしも炉心２６の外径とシュラウド２５及びチムニー２４内径は一致させず、シュラウド２５及びチムニー２４と炉心２６の間に比較的大きな間隔が存在してもよい。
【００３２】
次に炉水６の水位（冷却水水位）から主蒸気管８までの高さ２１に関しては、本発明の第１の実施例は現行の沸騰水型原子炉とおおよそ同等の高さとなっている。やはり熱出力を１／４以下としていることを考慮すると、大きなサイズである。一方従来の自然循環型沸騰水型原子炉では、特に詳細な設計例は無いが、現行から出力に比例させてサイズを変更するのみである。
【００３３】
またダウンカマ３４部の幅２２に関しては、本発明の第１の実施例は現行の沸騰水型原子炉よりも小さいが、やはり熱出力を１／４以下としていることを考慮すると、大きなサイズと言える。従来の自然循環型沸騰水型原子炉では、特に詳細な設計例は無いが、現行から出力に比例させてサイズを変更するのみである。これら３つの設計寸法は当然設計条件により変化するが、簡単には原子炉の熱出力が増加すればこれらの設計寸法も増加し、熱出力が減少すればこれらの設計寸法も減少するという関係が主である。先に述べたように第１の実施例は現行の熱出力３９００ＭＷの１／４以下である９００ＭＷというかなり小さな熱出力を想定しているが、これ以上の場合、自然循環型沸騰水型原子炉の上記３つの設計寸法はそれぞれ先に示した値以上の大きさが必要であり、それによりタービンに導かれる蒸気の湿分を充分に除去し、ダウンカマ３４を下降する冷却水への蒸気の巻き込みを充分小さく抑えることができる。
【００３４】
次に本発明の第２の実施例を図５により説明する。図５は制御棒駆動機構等で制御棒２８を炉心２９の上方から挿入する実施例である。その他の構成は第１の実施例と同じである。これにより、第１の実施例の下から挿入する制御棒２７に比べ、重力が挿入方向に働くため安全性が向上する。
【００３５】
また緊急炉停止のため制御棒２８を高速挿入するスクラムの動力源として重力を用いることが出来、さらに制御棒駆動機構等が炉心下部を貫通することによるシール構造も不要となることから設備の簡素化による建設費低減が可能になる。
【００３６】
また同時に本実施例は現行の沸騰水型原子炉からセパレータおよびドライヤが省略されており、制御棒駆動機構等とこれらの取り合いの問題が無く、簡単なシステム構成が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、現行の沸騰水型原子炉からセパレータ及びドライヤを省略することによる建設費低減を可能にし、かつセパレータ及びドライヤを省略したにもかかわらず、炉心で加熱された冷却水の気液２相への分離を充分に行い、タービン側の劣化が起こらないようにタービンに導かれる蒸気の湿分を充分に除去し、炉心のヒートバランスを保つためダウンカマを下降する冷却水への蒸気の巻き込みを充分小さく抑える自然循環型沸騰水型原子炉が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例の自然循環型沸騰水型原子炉の概略図である。
【図２】気液２相の自由界面の安定性を維持できる許容蒸気流速の圧力に対する変化を示すグラフ図である。
【図３】蒸気流速と冷却水水位から主蒸気管までの高さの関係を示すグラフ図である。
【図４】ダウンカマ部を下降する冷却水の流速とダウンカマへの蒸気の巻き込みとの関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明による第２の実施例の自然循環型沸騰水型原子炉の概略図である。
【図６】従来の自然循環型沸騰水型原子炉の概略図である。
【図７】現行の沸騰水型原子炉の概略図である。
【符号の説明】
６…炉水、８…主蒸気管、９…給水管、２０…チムニー内径、２１…冷却水水位から主蒸気管までの高さ、２２…ダウンカマ部の幅、２４…チムニー、２５…シュラウド、２６，２９…炉心、２７，２８…制御棒、３０…原子炉圧力容器、３４…ダウンカマ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a natural circulation boiling water nuclear reactor that obtains a cooling water circulation driving force by a difference in density of cooling water, and in particular, natural circulation boiling water that can separate steam from cooling water without providing a separator and a dryer. It relates to type reactors.
[0002]
[Prior art]
Regarding natural circulation boiling water reactors, many examples have been made so far, including JP-A-6-265665 and JP-A-8-94793. FIG. 6 shows a conventional natural circulation boiling water reactor. In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a reactor pressure vessel, and a reactor core 2 is stored in the reactor pressure vessel 1. At the same time, a cylindrical shroud 5 is provided so as to surround the reactor core 2, and a cylindrical chimney 3 is provided on the upper portion of the shroud 5 in a manner connected to this.
[0003]
A downcomer 4 is formed inside the shroud 5 and chimney 3 as a cooling water ascending channel and outside as a cooling water descending channel. Cooling water (hereinafter referred to as reactor water 6) naturally circulates through the downcomer 4, the lower plenum 7, the core 2, and the chimney 3.
[0004]
During the circulation, steam generated when the reactor water 6 receives heat from the core 2 is sent to a turbine (not shown) via the main steam pipe 8, and steam after working in the turbine is condensed water. Then, it is returned to the reactor pressure vessel 1 through the water supply pipe 9.
[0005]
The control rod 10 is inserted into and removed from the core 2 and the output of the core 2 is controlled. Thus, in the conventional natural circulation boiling water reactor configured as described above, the cylindrical shroud 5 and the cylindrical chimney 3 surrounding the core 2 in the reactor pressure vessel 1, the outer periphery of the shroud 5 and the chimney 3, It has a downcomer 4 that is surrounded by the reactor pressure vessel 1 and serves as a cooling water flow path, and the coolant is circulated using the ascending force due to the buoyancy of water and steam in the shroud 5 and chimney 3 and the head pressure in the downcoma 4 as the driving force. ing.
[0006]
The natural circulation boiling water reactor is a facility that simplifies the equipment from the current boiling water reactor and reduces the construction cost. The above conventional example uses a separator and a dryer provided in the current boiling water reactor. The removed configuration is adopted.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional example has the following problems. First, the current boiling water reactor will be explained for comparison. The current boiling water reactor is generally configured as shown in FIG. That is, in the figure, in the reactor pressure vessel denoted by reference numeral 11, a core 12 is disposed at the center, and a cylindrical shroud 13 is disposed so as to cover the core 12. A plurality of recirculation pumps 14 are disposed below the downcomer 19 in the gap between the shroud 13 and the reactor pressure vessel 11.
[0008]
The thermal energy generated by the nuclear reaction in the core 12 is obtained, and the cooling water becomes high-temperature and high-pressure steam and flows upward in the shroud 13. After the water is separated by the separator 15, the mixed flow of water and steam is further introduced into the dryer 16, where moisture is removed, and then the main stream passes through the main steam pipe 17 and is guided to the turbine. The steam after the turbine has been driven to work becomes condensate, and this condensate passes through the main water supply pipe 18 and again flows into the downcomer 19 outside the shroud 13.
[0009]
As described above, in the current boiling water reactor, the cooling water heated in the core 12 and having a gas-liquid two phase is separated into a gas phase and a liquid phase by the separator 15 and the dryer 16, and therefore passes through the main steam pipe 17. The steam guided to the turbine is sufficiently dehumidified, while the entrainment of the steam in the cooling water descending the downcomer is kept small enough.
[0010]
However, in the conventional natural circulation boiling water reactor, separators and dryers are omitted, and there is no conventional example that sufficiently considers separation of heated cooling water into gas-liquid two phases. Moisture is not sufficiently removed from the steam, and the entrainment of steam into the cooling water descending the downcomer is not sufficiently small.
[0011]
If the moisture introduced into the turbine is not sufficiently removed, there is a problem that the turbine deteriorates due to erosion or the like. Moreover, if the entrainment of steam into the cooling water descending the downcomer is not sufficiently reduced, the high-temperature cooling water circulates in the core, causing a problem in the heat balance of the core.
[0012]
The object of the present invention is to sufficiently separate the cooling water heated in the core into a gas-liquid two-phase, even if the separator and the dryer are omitted, so that the steam guided to the turbine does not deteriorate on the turbine side. It is an object to provide a natural circulation boiling water reactor capable of sufficiently removing moisture and suppressing the entrainment of steam into cooling water descending a downcomer in order to maintain the heat balance of the core.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The principle of the present invention is that the cooling water ascending flow path is provided at the center of the reactor pressure vessel, and the downcomer serving as the cooling water descending flow path is provided around the outside of the ascending flow path. In a natural circulation boiling water reactor equipped with a main steam pipe inlet connected to the reactor pressure vessel above the water level, the stability of the free interface of the gas-liquid two-phase is maintained as the rising channel Ascending flow path inner diameter equal to or greater than the value obtained by converting the allowable steam flow rate at which the free interface is stable, calculated from the relationship with the change in the operating pressure of the reactor with respect to the pressure of the allowable allowable steam flow rate, to the rising flow path inner diameter And having a height from the cooling water level to the inlet of the main steam pipe as the height of the operating steam required to obtain the desired steam moisture at the inlet of the main steam pipe and the main steam pipe at the cooling water level The allowable steam obtained from the relationship with the height to the entrance of the It has a height greater than the height corresponding to the speed, and the width of the downcomer is greater than the downcomer width obtained from the relationship between the upper limit of steam entrainment to the downcomer and the downcoma cooling water flow rate. is there.
[0014]
Such a principle is developed and explained in a specific embodiment as a solution of the invention. In order to achieve the above object, the embodiment of the present invention has a shroud in a pressure vessel. The coolant is heated by the arranged core, the heated coolant rises in the chimney that continues in the shroud and at the top of the shroud, and the cooling water that separates the steam is formed between the chimney and the shroud and the pressure vessel. It is a natural circulation boiling water nuclear reactor that descends the downcomer part and then rises and circulates in the core from the bottom of the core, and uses the differential pressure due to the cooling water density difference inside and outside the shroud and chimney as the driving force for cooling water circulation. In a natural circulation boiling water reactor that does not have a separator for separating water and a dryer for drying steam, the inside diameter of the chimney is sufficiently large. Specifically, it is 5.4 m or more. In addition, the height from the cooling water level during operation to the main steam pipe is made sufficiently large. Specifically, it should be 2.5m or more. And make the downcomer width wide enough. Specifically, it should be 0.37m or more.
[0015]
Gas-liquid separation when the separator and the dryer are omitted is due to gravity. Therefore, in order to sufficiently remove the moisture of the steam guided to the turbine, the flow rate of the steam rising from the chimney through the water surface is suppressed and the water surface is stabilized, and the cooling water level during operation to the main steam pipe is It is effective to make the height sufficiently large.
[0016]
Furthermore, since the flow velocity of the steam rising from the chimney through the water surface is simply expressed as (steam generation amount / chimney cross-sectional area), it is effective to increase the chimney inner diameter. Moreover, in order to suppress the entrainment of steam into the cooling water descending the downcomer sufficiently, it is effective to suppress the flow rate of the cooling water descending the downcomer portion. Since the flow rate of this cooling water is simply expressed by (total circulation flow rate / downcomer area), it is effective to sufficiently increase the width of the downcomer part.
[0017]
As described above, the construction cost can be reduced by omitting the separator and the dryer from the current boiling water reactor, and the cooling water heated in the core can be sufficiently separated into the gas-liquid two phases. A natural circulation boiling water reactor that sufficiently removes the moisture of the steam introduced to the turbine so as not to deteriorate and keeps the steam entrained in the cooling water descending the downcomer sufficiently to maintain the heat balance of the core. Is obtained.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, cooling water is placed as reactor water 6 inside a reactor pressure vessel 30 of a natural circulation boiling water reactor. The reactor pressure vessel 30 contains a cylindrical shroud 25 surrounding the core 26 below the surface of the reactor water 6 and a cylindrical chimney 24 continuous above the shroud 25.
[0019]
The inside of the shroud 25 and chimney 24 is a reactor water ascending channel, and the outside is a downcomer 34 as a reactor water descending channel between the reactor pressure vessel inner wall surface. The channel cross section of the downcomer 34 has an annular shape in horizontal cross section.
[0020]
The inlet of the main steam pipe 8 is connected to the position of the reactor water 6 at a height 21 from the water level (cooling water level) during the reactor operation. A water supply pipe 9 is connected to a height below the water level of the reactor water 6.
[0021]
A core 26 is provided in a region surrounded by the shroud 25. The output of the core 26 is controlled by the vertical movement of the control rod 27 that can enter and leave the core 26.
[0022]
Accordingly, when the core 26 generates heat corresponding to the heat output controlled by the control rod 27, the reactor water 6 is heated by the reactor core 26 to rise into a gas-liquid two-phase flow and rise in the chimney 24, and the reactor water 6 The steam rises from the surface of the water and enters the inlet of the main steam pipe 8 and is supplied to the turbine. The steam that has worked in the turbine is condensed, and is again fed into the downcomer 34 in the reactor pressure vessel 30 through the water supply pipe. It is supplied at a temperature lower than the reactor water 6 in 24. Steam rises from the surface of the reactor water 6, and moisture in the steam falls to the surface of the reactor water 6 by gravity until the steam reaches the inlet of the main steam pipe 8. The moisture content of the steam flowing into the inside decreases.
[0023]
In this way, there is a temperature difference between the reactor water in the chimney and the reactor water in the downcomer, so the reactor water becomes an upward flow in the chimney due to the temperature-dependent density difference, and steam is discharged upward on the reactor water surface. After that, a circulation that enters the downcomer and becomes a downward flow again flows into the core from the lower side to the upper side, and the circulation is continued.
[0024]
The first difference between the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional natural circulation boiling water reactor shown in FIG. 6 is that (1) the inner diameter 20 of the chimney 24 is large and (2) the reactor water 6 (cooling) The height 21 from the water level to the main steam pipe 8 is large, and (3) the width 22 of the downcomer portion is large.
[0025]
The evaluation results for the above three design dimensions (1), (2), and (3) when the heat output is about 900 MW in this example are shown. FIG. 2 shows the change of the allowable vapor flow rate with respect to the pressure capable of maintaining the stability of the free interface of the gas-liquid two phases. In the region above the graph 23 in FIG. 2, the free interface of the gas-liquid two phases becomes unstable, and the moisture content of the steam guided to the turbine via the main steam pipe 8 increases, and the region below the graph 23 is in the gas-liquid region. The two-phase free interface is stabilized and the moisture content of the steam guided to the turbine via the main steam pipe 8 is reduced.
[0026]
Here, as shown in FIG. 2, the allowable steam flow rate at the operating pressure of the boiling water reactor is 0.68 m / s. As described above, the steam flow rate is simply expressed as (steam generation amount / chimney cross-sectional area), and the inner diameter of the chimney 24 and the chimney inner diameter 20 are 5 under the conditions of the first embodiment in which the heat output is about 900 MW. It is equivalent to .4m. Therefore, if the chimney inner diameter 20 which is the inner diameter of the ascending flow path of the reactor water 6 is 5.4 m or more, a stable water surface of the reactor water 6 can be obtained.
[0027]
FIG. 3 shows the relationship between the steam flow rate and the height 21 from the water level (cooling water level) of the reactor water 6 to the main steam pipe 8 when the moisture content of the steam at the inlet of the main steam pipe 8 is 0.1%. It is a graph to represent. Here, as with the current situation, the moisture content of steam was considered to be the allowable upper limit of 0.1%. FIG. 3 shows that the height 21 from the water level (cooling water level) of the reactor water 6 to the main steam pipe 8 required to suppress the moisture of the steam increases as the steam flow rate increases.
[0028]
Here, the required height 21 from the water level (cooling water level) of the reactor water 6 to the main steam pipe 8 at the allowable steam flow rate of 0.68 m / s is 2.5 m 2. Therefore, if the height from the water level (cooling water level) of the reactor water 6 to the main steam pipe 21 is 2.5 m or more, the moisture can be suppressed to the allowable upper limit value or less.
[0029]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flow rate of the reactor water 6 (cooling water) descending the downcomer 34 and the entrainment of steam into the downcomer 34. FIG. 4 shows that steam entrainment increases as the downcomer cooling water flow rate increases. Here, if the allowable upper limit value of the entrainment of steam is 0.25%, the corresponding downcomer cooling water flow velocity is 0.24 m / s. This corresponds to the width 22 of the downcomer 34 being 0.37 m under the conditions of the first embodiment. Therefore, if the width 22 of the downcomer 34 is 0.37 m or more, the entrainment of steam can be suppressed to an allowable upper limit value or less.
[0030]
With respect to the three design dimensions described above, the boiling water reactor having a current heat output of about 3900 MW, the conventional natural circulation boiling water reactor, and the first of the natural circulation boiling water reactor of the present invention are the first. Comparison is made between examples.
[0031]
First, with respect to the chimney inner diameter 20, the first embodiment of the present invention is approximately the same size as the shroud inner diameter of the current boiling water reactor. This is a large size considering that the heat output is ¼ or less. On the other hand, in the conventional natural circulation boiling water nuclear reactor, there is no detailed design example, but the shroud inner diameter equivalent to the core outer diameter is set so as to wrap the core just like the present, and a chimney with the same inner diameter is arranged. Just do it. In the first embodiment of the present invention, in order to ensure a large chimney diameter 20, the outer diameter of the core 26 does not necessarily match the inner diameter of the shroud 25 and chimney 24, and the shroud 25, chimney 24, and the core 26 are relatively large. There may be an interval.
[0032]
Next, regarding the height 21 from the water level (cooling water level) of the reactor water 6 to the main steam pipe 8, the first embodiment of the present invention has a height approximately equal to that of the current boiling water reactor. . Considering that the heat output is 1/4 or less, it is a large size. On the other hand, in the conventional natural circulation boiling water reactor, there is no specific design example, but the size is changed in proportion to the output from the present.
[0033]
Regarding the width 22 of the downcomer 34 part, the first embodiment of the present invention is smaller than the current boiling water reactor, but considering that the heat output is 1/4 or less, it can be said that the size is large. . In the conventional natural circulation boiling water reactor, there is no specific design example, but the size is changed in proportion to the output from the present. These three design dimensions naturally change depending on the design conditions. However, there is a relationship that if the thermal power of the reactor increases, these design dimensions will increase, and if the thermal output decreases, these design dimensions will also decrease. The Lord. As described above, the first embodiment assumes a considerably small heat output of 900 MW, which is ¼ or less of the current heat output of 3900 MW, but in the case of more than this, the natural circulation boiling water reactor Each of the above three design dimensions needs to be larger than the value shown above, thereby sufficiently removing the moisture of the steam guided to the turbine and entraining the steam into the cooling water descending the downcomer 34. Can be kept sufficiently small.
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows an embodiment in which the control rod 28 is inserted from above the core 29 by a control rod drive mechanism or the like. Other configurations are the same as those of the first embodiment. Thereby, compared with the control rod 27 inserted from the bottom of the first embodiment, the gravity works in the insertion direction, so that safety is improved.
[0035]
In addition, gravity can be used as a power source for the scrum that inserts the control rod 28 at a high speed to stop the emergency reactor, and a seal structure is not required because the control rod drive mechanism penetrates the lower part of the core. The construction cost can be reduced by making it easier.
[0036]
At the same time, in this embodiment, the separator and dryer are omitted from the current boiling water reactor, and there is no problem with the control rod drive mechanism and the like, and a simple system configuration is possible.
[0037]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to reduce the construction cost by omitting the separator and the dryer from the current boiling water reactor, and in spite of omitting the separator and the dryer, Fully separate the heated cooling water into gas-liquid two phases, remove the moisture of steam introduced to the turbine to prevent deterioration on the turbine side, and use a downcomer to maintain the heat balance of the core. It is possible to provide a natural circulation boiling water nuclear reactor in which the entrainment of steam into the descending cooling water is sufficiently reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a natural circulation boiling water reactor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing changes in allowable steam flow rate with respect to pressure that can maintain the stability of the free interface of the gas-liquid two phases.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the steam flow rate and the height from the cooling water level to the main steam pipe.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flow rate of cooling water descending the downcomer section and the entrainment of steam into the downcomer.
FIG. 5 is a schematic view of a natural circulation boiling water reactor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic view of a conventional natural circulation boiling water reactor.
FIG. 7 is a schematic view of a current boiling water reactor.
[Explanation of symbols]
6 ... Reactor water, 8 ... Main steam pipe, 9 ... Feed water pipe, 20 ... Chimney inner diameter, 21 ... Height from cooling water level to main steam pipe, 22 ... Width of downcomer section, 24 ... Chimney, 25 ... Shroud, 26, 29 ... core, 27, 28 ... control rod, 30 ... reactor pressure vessel, 34 ... downcomer.

Claims

セパレータとドライヤが非内蔵された原子炉圧力容器を有し、前記原子炉圧力容器に内蔵した円筒状のチムニーによって内側の冷却水上昇流路と外側の冷却水の下降流路とを有する循環流路を形成するとともに、主蒸気管の入口が前記原子炉圧力容器内の冷却水よりも上方の前記原子炉圧力容器部位に接続されている自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記チムニーの内径が５.４ｍ以上であり、前記冷却水の運転時の水位から主蒸気管の入口までの高さが２.５ｍ以上であり、前記下降流路の幅が０.３７ｍ以上であり、熱出力が９００ＭＷであることを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。A circulating flow having a reactor pressure vessel in which a separator and a dryer are not built, and having an inner cooling water rising channel and an outer cooling water lowering channel by a cylindrical chimney built in the reactor pressure vessel In the natural circulation boiling water reactor in which a passage is formed and the inlet of the main steam pipe is connected to the reactor pressure vessel part above the cooling water in the reactor pressure vessel,
The inner diameter of the chimney is 5.4 m or more, the height from the water level during operation of the cooling water to the main steam pipe inlet is 2.5 m or more, and the width of the descending flow path is 0.37 m or more. There is a natural circulation boiling water reactor characterized by having a heat output of 900 MW .