JP6705832B2 - 原子炉 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉に関し、特に１つ以上の一次熱交換器を備える、小型の液体金属冷却原子炉（compact liquid-metal-cooled nuclear reactor）に関する。

具体的には、本発明は、炉心内において生成された熱が一次流体（液体金属）から二次流体（水）に伝達される一次熱交換器が主反応炉容器内に設置される、原子炉に関するものである。主反応炉容器はまた、収容される原子炉の構成部分とともに「一次系」（primary system）と呼ばれるいわゆる容積（volume）において炉心を収容する。炉心を含む液圧分離構造は、高温ヘッダー（hot header，高温配管集合（管寄せ））と呼ばれる容積と、低温ヘッダー（cold header）と呼ばれる外部の容積とを内部的に区切る。

特許文献１及び特許文献２は、この型式の原子炉を示しており、実質的に円筒形の分離構造が、中央の高温ヘッダーと高温ヘッダーを取り囲む環状の低温ヘッダーとを区切っており、低温ヘッダーは、ポンプと１つ又は２つの熱交換器とをそれぞれ備える複数の一体型熱交換ユニットを収容しており、一体型ユニットはそれぞれ、一次流体用に特別に設けられたダクトを介して高温ヘッダーに接続する入口を有する。

しかしながら、これらの解決手段は、異なる構成の熱交換器に一般的に類似する他のものと同様に、特に一次流体の導管系の複雑さ及び空間の不十分な利用のために、とりわけ寸法の点において欠点がないわけではない。ポンプ−交換器ユニットは、高温ヘッダーと低温ヘッダーとの間の分離構造の外側に収容される必要があるが、しかし該分離構造は、炉心と、通常は分離構造の中性子遮蔽構成部分とを含むので、比較的大きな直径を有する。従って、ポンプ−交換器ユニットは、原子炉の中心に対して周辺を取り巻く位置に設置されており、その結果として、一次系の全ての構成部分を含む原子炉容器の直径を増大させる。

特許文献３、特許文献４及び特許文献５は、上部では、より小さな直径の分離構造を、下部では、より大きな直径の分離構造を有効に備えている。これらの解決手段において、炉心から出る冷媒流体は、分離構造の内部においてその上端部まで上昇しており、前記上端部において、その方向は、熱交換器ユニットに下向きに供給するように逆転する。同様に、これらの解決手段は、例えば、流体方向反転領域の構造的複雑さ、及び、冷媒流体が液体金属である場合に、炉心内において偶然の正の反応度投入（accidental positive reactivity insertions）を引き起こす可能性があるブランケットガス（blanket gas）を伴う危険性等、欠点がないわけではない。

イタリア国特許出願公開第ＭＩ２００５００１７５２号公報 イタリア国特許出願公開第ＭＩ２００７００１６８５号公報 米国特許出願公開第２０１３／２６６１１１号明細書 欧州特許出願公開第３０８６９１号明細書 特開平０６−１７４８７１号公報

本発明の目的は、既知の解決手段に対して指摘された欠点を克服するとともに、構造上及び安全上の両方の利点を有する原子炉、特に液体金属冷却原子炉を提供することである。

本発明は従って、添付の請求項１において定義され、また本発明の補助的な特徴及びプラント構成に関して従属請求項において定義される原子炉、特に液体金属冷却原子炉に関する。

本発明は、以下の非限定的な実施の形態の例において、添付図面における図を参照して説明される。

図１は、複数のポンプ及び熱交換器を備えた本発明による原子炉の概略縦断面図である。 図２は、図１において、面II−IIにおける原子炉の概略部分断面図である。 図３は、図１の原子炉の部分平面図である。

図１−２−３を参照すると、原子炉１は、屋根３で覆われた主反応炉容器２を備えており、主反応炉容器２は、炉心４と、実質的にアンフォラ（amphora，両取っ手付きのつぼ）様の形状を有し且つ高温ヘッダー６及び低温ヘッダー７を区切る、液圧分離構造５とを内部に収容しており、低温ヘッダー７内を炉心４の一次冷却流体８が循環する。低温ヘッダー７は、原子炉容器２と分離構造５との間に含まれる領域９により画定され、従って、高温ヘッダー６の周囲に配置される。

原子炉容器２は、ポンプ１０と熱交換器１１とを収容し、該熱交換器１１を通って一次流体８が流れるとともに、該熱交換器１１は、炉心４において生成された出力を外部の二次回路（既知であり、図示せず）内において循環する二次流体に伝達する。好ましくは、一次流体８は液体金属であり、特に例えば、鉛又は鉛−ビスマス共晶合金等の重い液体金属である。一方、第２の流体は水（一次流体との熱交換の間において気化する）であるから、従って、熱交換器１１は蒸気発生器である。ブランケットガスは、原子炉容器２内の一次流体８の上に存在する。

様々な補助装置は、計装及び制御棒のための支持構造を含めて、分離構造５の内部に収容されるが、これらの補助装置は既知であり且つ本発明に関係しないので、簡略化のため説明しない。

分離構造５は、既知の設計であって且つ燃料構成部分１３を支持するグリッド（grid，格子）１２と、適切な形状とされ且つ炉心４の液圧的な封じ込めのための下側部分１４であって、且つ該分離構造の中性子損傷を許容可能な限界まで低減するように炉心の活性部分から所定の半径方向距離において始まる下側部分１４と、下側部分１４と上側部分１６との間において、例えば円錐形又は板状等の別の可能な形状を有する、接続部分１５とを備える。

この解決手段において、中性子遮蔽機能は、部分１４と燃料構成部分１３の外側リングとの間に介在する液体金属により達成される。一方、既知の解決手段において、炉心と分離構造との間において通常配置される遮蔽構成部分のリングは、数が削減されるか又は完全に除去される。

部分１６は、外側において実質的に円筒形であり、可変の厚さを有している。該部分１６は、（数が削減された）残りの遮蔽構成部分を、又は（遮蔽構成部分が完全に除去される場合には）不活性な上部１７内の燃料構成部分の外側リングを、収容し且つ半径方向に拘束（radially constrain）するように形成された内部輪郭（internal profile）を有する。これにより、部分１６は、部分１４に対して、より小さい半径方向の拡張部を有することになる。

熱交換器１１は、低温ヘッダー７内に完全に配置されており、分離構造５の円筒状の上側部分１６の周りで円周方向に離間する。各ポンプ−交換器ユニット２１は、接続部分１５に係合しており、適切な封止装置（sealing devices）１８（既知であり、簡略化のために図示せず）は、接続部分１５と熱交換器１１に一体の円筒状部分１９との間に設けられており、更に封止装置１８は、ポンプ−交換器ユニット２１に、炉心から出た高温の一次流体８を供給するダクト２０の範囲を定める。結果として、部分１６の内部の容積は実質的に停滞（substantially stagnant）しており、内部に収容される炉心計装制御システムに対して流体が引き起す振動の危険性はない。

円筒状部分１９の係合のために穿孔された部分を除いて、部分１４及び部分１５は、軸対称であり得るか、又は図１ないし２に示すように、ダクト２０の近くで半径方向への拡張がより大きい部分２２と、半径方向への拡張がより小さい部分２３とを有することが有利である。本発明の一部を形成しない既知の解決手段であるため図示しないが、残留出力排出システムの熱交換器および液体金属のための浄化および予熱装置（purging and pre-heating systems）の構成部分などの、一般的には２５ａ、２５ｂおよび２５ｃとして示される他の構成部分の設置のために、該部分２３は、該部分２３と原子炉容器２との間の低温ヘッダー７に対して、より広い容積２４を残すことができる。接続部分１５において、該半径方向への拡張がより大きい部分２２は、互いに所定の距離で円周方向に離間するローブ（lobe，丸い突起部）として平面図（図２）に示される。

分離構造５は、既知の解決手段によって、原子炉容器の下部又は原子炉の屋根の上部において適切に支持することができる。

解決手段は図１及び図３に示されており、分離構造５は原子炉の屋根３からカバー２６により支持される。ポンプ−交換器ユニットもまた、カバー２６に戴置される。別のカバー２７は高温ヘッダー６を覆っており、燃料交換作業を実施するために取り外し可能である。

本発明の利点は、前述の説明から明らかとなる。
原子炉の一次回路は、小型のシステムである。
分離構造５の遮蔽構成部分のリングは、数が減少するか又は完全に除去されるので、炉心の半径方向の拘束に関して経済性及び機械的強度の点において利点が存在する。
遮蔽構成部分のリングの除去は、交換するべき構成部分の数を減少させ、実施されるべき保守作業を簡単にし、原子炉の停止時間を短縮する。
熱交換器の半径方向の位置決めは、分離構造５の最大寸法により制限されるのではなく、より小さい直径を有する、分離構造５の部分１６によってのみ制限される。
熱交換器への供給は、分離構造から半径方向に離れるダクトを必要とせず、既知の解決手段において考えられているように、部分１６の上方から行われるのではなく、ポンプ−交換器ユニット２１に供給するダクト２０の円筒状部分１９と接続部分１５との間において封止装置１８を介して垂直方向において行なわれる。
分離構造５の下側部分１４及び接続部分１５のローブ形状（lobed shape，丸い突出形状）は、より多くの補助構成部分２５が原子炉に設置できるように、原子炉容器２に対して、半径方向への拡張がより小さい下側部分１４の部分２３と接続部分１５との間の幅広い自由な容積２４を残す。
分離構造５の下側部分１４及び接続部分１５のローブ形状と、カバー２６の対応するローブ形状とは、原子炉の補助構成部分２５を除去することなく、分離構造５を交換することを可能にする。

最後に、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多数の改変及び変形が、本明細書に記載され及び図示された原子炉に関して実施され得ることが理解される。

Claims (7)

1. 炉心（４）の上に高温ヘッダー（６）と、該高温ヘッダー（６）を取り囲む低温ヘッダー（７）とを有し、分離構造（５）によって分離され、前記炉心を冷却するために一次流体（８）が内部を循環する、原子炉（１）であって、
   前記原子炉は、二次流体を介して前記一次流体から熱を除去するように、少なくとも１つの熱交換器（１１）を備え、
   前記分離構造（５）は、前記炉心（４）の周りに設置された下側部分（１４）と、前記炉心（４）の上方に位置する上側部分（１６）と、を備え、
   前記上側部分（１６）は、前記下側部分（１４）に対して減少した半径方向の範囲を有し、接続部分（１５）により前記下側部分（１４）に結合されており、
   前記接続部分（１５）は、前記炉心（４）を出る高温一次流体を前記熱交換器に供給するために貫通部（２８）を備え、前記分離構造（５）の前記上側部分（１６）と前記原子炉の容器（２）との間に配置される１つ以上の熱交換器（１１）に接続するように垂直ダクト（２０）が該貫通部（２８）から延びている、原子炉において、
   前記分離構造（５）の前記接続部分（１５）及び前記上側部分（１６）は、前記炉心（４）の半径方向の拘束を構成する、
   ことを特徴とする原子炉。
2. 前記分離構造（５）の前記下側部分（１４）と前記上側部分（１６）との間の前記接続部分（１５）は、板である、請求項１に記載の原子炉。
3. 前記熱交換器（１１）に供給するための垂直ダクト（２０）は、前記分離構造（５）の前記接続部分（１５）及び前記下側部分（１４）の局所的な半径方向の拡張部により形成されるローブ（２２）において形成された貫通部（２８）において係合する、請求項１に記載の原子炉。
4. 前記分離構造（５）の前記接続部分（１５）及び前記下側部分（１４）の前記ローブの突出形状部は、前記原子炉の補助構成部分（２５）の設置のために、前記容器（２）に対して、前記下側部分（１４）及び前記接続部分（１５）の半径方向への拡張がより小さい部分（２３）の間において、自由な容積（２４）を残す、請求項３に記載の原子炉。
5. 前記分離構造（５）の前記上側部分（１６）内に含まれる前記一次流体は、実質的に停滞している、請求項１に記載の原子炉。
6. 前記一次流体（８）は液体金属であり、前記二次流体は前記熱交換器（１１）において水蒸気になる水であって、前記熱交換器（１１）は蒸気発生器である、請求項１から５のいずれか１項に記載の原子炉。
7. 前記下側部分（１４）は、前記炉心（４）の液圧的な封じ込めの構成部分として作用するとともに、半径方向に離間している、即ち、前記炉心（４）の活性部分から所定の半径方向距離に設置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の原子炉。

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