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【発明の名称】 冷却材自然循環型原子炉
【発明者】 【氏名】牧原 義明

【氏名】古賀 淳

【氏名】鈴田 忠彦

【氏名】吉田 善一
【要約】 【課題】炉心高さの大型化や、ポンプ等の強制循環設備を備えることなく冷却材の流量を増加させ、経済性の向上を図る。

【解決手段】核分裂のエネルギーによって加熱された炉心１を冷却するとともに自身は加熱される冷却材２を、対流により炉心１側からその上方側へと上昇させ、炉心１の上方側に備えられた蒸気発生器３によって冷却材２の熱を奪い、熱が奪われた冷却材２を、対流により蒸気発生器３側から炉心１側へと下降させ、下降した冷却材２を再び炉心１の冷却に供させることによって、冷却材２を原子炉容器４内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、原子炉容器４の内部を、加熱された冷却材２が沸騰しないように加圧するとともに、炉心１側の冷却材２にガス１６を供給して気泡１７を形成させ、炉心１側からその上方側へと上昇する冷却材２に気泡１７を同伴させることによって冷却材２の上昇速度を高める。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内部に炉心を備えた原子炉容器内で、前記炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された前記炉心を冷却するとともに自身は加熱される冷却材を、対流により前記炉心側からその上方側へと上昇させ、前記炉心の上方側であって前記冷却材に液浸して備えられた熱交換器によって前記冷却材の熱を奪い、前記熱が奪われた冷却材を、対流により前記熱交換器側から前記炉心側へと下降させ、前記下降した冷却材を再び前記炉心の冷却に供させることによって、前記冷却材を前記原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、前記原子炉容器の内部を、加熱された冷却材が沸騰しないように加圧するとともに、前記炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、前記炉心側からその上方側へと上昇する前記冷却材に前記気泡を同伴させることによって前記冷却材の上昇速度を高めるようにしたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項２】 内部に炉心を備えた原子炉容器内で、前記炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された前記炉心を冷却するとともに自身は加熱される冷却材を、対流により前記炉心側からその上方側へと上昇させ、前記炉心の上方側であって前記冷却材に液浸して備えられた熱交換器によって前記冷却材の熱を奪い、前記熱が奪われた冷却材を、対流により前記熱交換器側から前記炉心側へと下降させ、前記下降した冷却材を再び前記炉心の冷却に供させることによって、前記冷却材を前記原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、前記原子炉容器の内部を、加熱された冷却材が沸騰しないように加圧する加圧手段と、前記炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、前記炉心側からその上方側へと上昇する前記冷却材に前記気泡を同伴させることによって前記冷却材の上昇速度を高めるガス供給手段とを備えたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項３】 請求項２に記載の冷却材自然循環型原子炉において、前記ガス供給手段は、前記冷却材に同伴して前記炉心側から上昇した気泡によって、前記冷却材の液面の上部側である気相部に移送された、前記気泡を形成している前記ガスを回収し、前記回収したガスを前記炉心側の冷却材に供給するようにしたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項４】 請求項２または請求項３に記載の冷却材自然循環型原子炉において、前記加圧手段として加圧器を用いたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項５】 請求項２または請求項３に記載の冷却材自然循環型原子炉において、前記加圧手段は、前記炉心であって、前記炉心で引き起こる核分裂のエネルギーで前記冷却材を加熱することによって前記原子炉容器の内部を加圧するようにしたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項６】 内部に炉心を備えた原子炉容器内で、前記炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された前記炉心を冷却するとともに自身は加熱されその一部から蒸気が発生する冷却材を、前記蒸気によって形成される気泡と共に対流により前記炉心側からその上方側へと上昇させ、前記炉心の上方側であって前記冷却材の液面をその一部に含むように配置された熱交換器によって、前記液面以下の液相部で前記冷却材の熱を奪うと共に、前記液面以上の気相部で前記気泡によって前記気相部に移送された前記蒸気の熱を奪ってこの蒸気を液体の前記冷却材に戻し、前記液相部で熱が奪われた冷却材を、対流により前記熱交換器側から前記炉心側へと下降させ、前記下降した冷却材を再び前記炉心の冷却に供させることによって、前記冷却材を前記原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、前記炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、前記炉心側からその上方側へと上昇する冷却材にこの気泡を同伴させることによって、前記蒸気によって形成される気泡と共に上昇する冷却材の上昇速度を高め、前記冷却材に同伴して前記炉心側から上昇した気泡によって前記気相部に移送された、前記気泡を形成している前記ガスおよび前記蒸気を回収し、前記回収したガスおよび蒸気を、前記炉心側の冷却材に供給して気泡を形成させるようにしたことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【請求項７】 請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の冷却材自然循環型原子炉において、前記熱交換器として、前記冷却材から奪った熱を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器を適用したことを特徴とする冷却材自然循環型原子炉。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炉心を冷却する冷却系統を原子炉容器内に一体化して収納し、冷却系統内で冷却材を自然循環させることによって炉心から熱出力を取り出す冷却材自然循環型原子炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７に示すように、炉心１を冷却する冷却材２、および冷却材２の熱を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器３からなる炉心冷却系を原子炉容器４内に一体化して収納するタイプの原子炉においては、冷却材２を、炉心１と蒸気発生器３との間で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉が一般的である。
【０００３】この種の冷却材自然循環型原子炉では、原子炉容器４内に炉心１と蒸気発生器３とが設けられており、更に、炉心１で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された炉心１を冷却するとともに自身は加熱される冷却材２によって炉心１と蒸気発生器３とが液浸されている。このような冷却材自然循環型原子炉は、軽水炉であっても、高速増殖炉であっても適用可能であり、軽水炉の場合には冷却材２として軽水が、高速増殖炉の場合には冷却材２としてナトリウム（Ｎａ）が一般的に用いられている。
【０００４】炉心１近傍の冷却材２は、炉心１で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱されると密度が小さくなり、図中矢印Ｗ１に示すように、対流により炉心１側からその上方側へと上昇する。そして、炉心１の上方側に設けられた蒸気発生器３の伝熱管５内を流れる２次冷却水６によって冷却されその熱が奪われるとともに、蒸気発生器３の伝熱管５内を流れる２次冷却水６は沸騰し、蒸気７として取り出される。
【０００５】冷却材２は、このようにして蒸気発生器３において冷却されることによって密度が大きくなるので、図中矢印Ｗ２に示すように対流により蒸気発生器３側から炉心１側へと下降する。この下降した冷却材２が炉心１を冷却することによって、冷却材２自身は加熱されて密度が小さくなり、対流により再び炉心１側からその上方側へと上昇する。
【０００６】上述したようなメカニズムを繰り返すことによって、冷却材２は原子炉容器４内において図中矢印Ｗ１および図中矢印Ｗ２に示すように自然循環するとともに、炉心１において発生した核分裂エネルギーによって蒸気７が生成される。この蒸気がタービンの回転に用いられることによって電力エネルギーとして、あるいはこの蒸気が熱源に用いられることによって熱エネルギーとして利用される。
【０００７】なお、制御棒９は、炉心１で発生する核分裂反応を制御することにより、原子炉の出力調整を行うものであって、内部に硼素（Ｂ）など中性子を吸収する物質が含まれている。そして、炉心１に挿入されることによって核分裂反応を抑制し、逆に炉心１に挿入されている状態から炉心１の上部側へと引き抜かれることによって核分裂反応が促進される。このような制御棒９の上下方向への駆動は制御棒駆動機構１０によってなされる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような従来の冷却材自然循環型原子炉では、以下のような問題がある。
【０００９】すなわち、上述したような従来の冷却材自然循環型原子炉では、炉心１で発生した核分裂エネルギーを用いて蒸気発生器３において蒸気を生成することによってエネルギーを転換している。このような原子炉において、出力を高めて経済性を高めようとした場合、冷却材２の流量を増加させる必要がある。つまり、冷却材２の流量を増加して、単位時間あたりの熱輸送量を高め、単位時間あたりの蒸気の生成量を高める必要がある。
【００１０】従来の冷却材自然循環型原子炉において冷却材２の流量を高めるための第１の方法として、原子炉容器４の高さをより高くする方法がある。これによって、炉心１近傍の高温の冷却材２と、原子炉容器４の上部側の低温の冷却材２との密度差を高め、この密度差を駆動力として流量を増加させるものである。しかしながら、この方法では、原子炉容器４をある程度高くしなくては効果が得られない。原子炉容器４の高さを増加させることは、コスト的にも不利であり、また、原子炉容器４の製造性の観点からも限界であるという問題がある。
【００１１】一方、第２の方法として、ポンプ等の強制循環設備を原子炉容器内４に備え、この強制循環設備を用いて冷却材２を原子炉容器４内で強制的に循環させることによって冷却材２の流量を高めることも考えられる。しかしながら、ポンプ等の強制循環設備を原子炉容器４内に備えると、原子炉容器４内の構造の複雑化をもたらしてしまうのみならず、強制循環設備のメンテナンスや、あるいは故障時の対応等も必要となり、冷却材自然循環型原子炉が本来備えている固有の安全性、およびメンテナンスの簡素化といったメリットが失われてしまうという問題がある。
【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、炉心近傍の冷却材にガスを注入して気泡を形成し、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に、気泡を同伴させることによって、炉心高さの大型化や、ポンプ等の強制循環設備を備えることなく冷却材の流量を増加させ、もって、経済性の向上を図ることが可能な冷却材自然循環型原子炉を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１４】すなわち、請求項１の発明では、内部に炉心を備えた原子炉容器内で、炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された炉心を冷却するとともに自身は加熱される冷却材を、対流により炉心側からその上方側へと上昇させ、炉心の上方側であって冷却材に液浸して備えられた熱交換器によって冷却材の熱を奪い、熱が奪われた冷却材を、対流により熱交換器側から炉心側へと下降させ、下降した冷却材を再び炉心の冷却に供させることによって、冷却材を原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、原子炉容器の内部を、加熱された冷却材が沸騰しないように加圧する。
【００１５】更に、炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に気泡を同伴させることによって冷却材の上昇速度を高める。
【００１６】請求項２の発明では、内部に炉心を備えた原子炉容器内で、炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された炉心を冷却するとともに自身は加熱される冷却材を、対流により炉心側からその上方側へと上昇させ、炉心の上方側であって冷却材に液浸して備えられた熱交換器によって冷却材の熱を奪い、熱が奪われた冷却材を、対流により熱交換器側から炉心側へと下降させ、下降した冷却材を再び炉心の冷却に供させることによって、冷却材を原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、加圧手段とガス供給手段とを備える。
【００１７】この加圧手段は、原子炉容器の内部を、加熱された冷却材が沸騰しないように加圧する。また、このガス供給手段は、炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させ、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に気泡を同伴させることによって冷却材の上昇速度を高める。
【００１８】請求項３の発明では、請求項２の発明の冷却材自然循環型原子炉において、ガス供給手段は、冷却材に同伴して炉心側から上昇した気泡によって、冷却材の液面の上部側である気相部に移送されたガス、すなわち、気泡を形成しているガスを回収し、回収したガスを炉心側の冷却材に供給する。
【００１９】請求項４の発明では、請求項２または請求項３の発明の冷却材自然循環型原子炉において、加圧手段として加圧器を用いる。
【００２０】請求項５の発明では、請求項２または請求項３の発明の冷却材自然循環型原子炉において、加圧手段は、炉心であって、炉心で引き起こる核分裂のエネルギーで冷却材を加熱することによって原子炉容器の内部を加圧する。
【００２１】請求項６の発明では、内部に炉心を備えた原子炉容器内で、炉心で引き起こる核分裂のエネルギーによって加熱された炉心を冷却するとともに自身は加熱されその一部から蒸気が発生する冷却材を、蒸気によって形成される気泡と共に対流により炉心側からその上方側へと上昇させ、炉心の上方側であって冷却材の液面をその一部に含むように配置された熱交換器によって、液面以下の液相部で冷却材の熱を奪うと共に、液面以上の気相部で気泡によって気相部に移送された蒸気の熱を奪ってこの蒸気を液体の冷却材に戻し、液相部で熱が奪われた冷却材を、対流により熱交換器側から炉心側へと下降させ、下降した冷却材を再び炉心の冷却に供させることによって、冷却材を原子炉容器内で自然循環させる冷却材自然循環型原子炉であって、炉心側の冷却材にガスを供給して気泡を形成させる。そして、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に、この気泡を同伴させることによって、蒸気によって形成される気泡と共に上昇する冷却材の上昇速度を高める。
【００２２】また、冷却材に同伴して炉心側から上昇した気泡によって気相部に移送されたガスおよび蒸気、すなわち、気泡を形成しているガスおよび蒸気を回収する。そして、回収したガスおよび蒸気を、炉心側の冷却材に供給して気泡を形成させる。
【００２３】請求項７の発明では、請求項１乃至６のうちいずれか１項の発明の冷却材自然循環型原子炉において、熱交換器として、冷却材から奪った熱を用いて蒸気を発生させる蒸気発生器を適用する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図７と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２６】（第１の実施の形態）第１の実施の形態を図１から図４を用いて説明する。
【００２７】図１は、第１の実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉の一例を示す立断面構成図である。
【００２８】すなわち、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉は、図７に示す従来技術の冷却材自然循環型原子炉にブロア１２と、ガス注入管１３とを付加した構成としている。
【００２９】ブロア１２は、冷却材２の液面より上部側の空間である気相部１１に存在するガス１８を取り込むガス取込口を備えており、ガス注入管１３と接続している。そして、このガス取込口から取り込んだガス１８を、気泡１７を形成するためのガス１６としてガス注入管１３に送風する。
【００３０】ガス注入管１３は、一端（ガス１６の上流側）がブロア１２と接続しており、ブロア１２から送風されたガス１６を受け、このガス１６を炉心１近傍の上部側に導く。ガス１６の下流側であるガス注入管１３の他端は、炉心１近傍の上部側に配置するようにしており、更に、多数のガス噴出穴１４を穿孔して備えている。
【００３１】図２および図３は、それぞれガス注入管１３の構成例を示すものである。図２は、リング状の端部に多数のガス噴出穴１４を穿孔して備えた例を示している。また、図３は、同心円状からなる２つのリング上に多数のガス噴出穴１４を穿孔して備えた例を示している。なお、ガス噴出穴１４の構成はこれらに限るものではなく、実質的に気泡１７を形成するようにガス１６を噴出できればその構成は何れであっても良い。
【００３２】ブロア１２から送風されたガス１６は、ガス注入管１３を介して炉心１近傍の上部側に導かれ、上述したような構成のガス噴出穴１４から噴出され気泡１７を形成するようにしている。
【００３３】ガス噴出穴１４から噴出したガス１６によって形成された気泡１７は、その密度が冷却材２の密度よりも十分小さいことから、炉心１近傍からその上方側へと、冷却材２の上昇速度よりも速い速度で上昇する。この気泡１７の上昇は、炉心１近傍にある冷却材２をも同伴することから、冷却材２の上昇速度を高める。これによって、冷却材２の流量を増加させる。
【００３４】炉心１近傍からその上方側へと上昇した気泡１７は、冷却材２の液面を介して気相部１１に移行し、気泡１７を形成していたガス１６が気相部１１に移送されるようにしている。このようにして気相部１１に移送されたガス１６は、気相部１１に存在しているガス１８とともにブロア１２のガス取込口からブロア１２に取り込まれ、再びガス注入管１３に送風されるようにしている。
【００３５】なお、原子炉容器４内の圧力は、冷却材２が沸騰しないように、例えば１３０気圧程度に加圧する。この加圧には、図示しない加圧手段を別途備え、この加圧手段を用いて行っても良く、また、特別な加圧手段を備えることなくても、炉心１の核分裂反応によってもたらされる熱エネルギーを原子炉容器４内に蓄えることによって加圧するようにしても良い。
【００３６】また、図１では、蒸気発生器３を、原子炉容器４内に備えた構成を示しているが、炉心１で発生した熱エネルギーによる蒸気の生成は、原子炉容器４に備えられた蒸気発生器３によってなされる場合に限るものではない。例えば、図４に示すように、蒸気発生器３の代わりに熱交換器１９を備え、この熱交換器１９において冷却材２によって加熱された２次冷却水６を熱源とし、蒸気発生器２１において３次冷却水２２から蒸気２３を生成するような構成としても良い。
【００３７】次に、以上のように構成した本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉の作用について説明する。
【００３８】本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉では、ブロア１２およびガス注入管１３によって炉心１の上部側の冷却材２にガス１６が吹き込まれ、炉心１近傍の上部側に気泡１７が形成される。気泡１７の密度は、冷却材２の密度よりも十分小さいことから、気泡１７は、冷却材２が上昇する上流側である炉心１近傍からその上方側へと、冷却材２の上昇速度よりも速い速度で上昇する。この気泡１７の上昇は、炉心１近傍にある冷却材２をも同伴することから、冷却材２の上昇速度もまた高められる。これによって、冷却材２の流量が増加される。
【００３９】一方、炉心１近傍からその上方側へと上昇した気泡１７は、冷却材２の液面を介して気相部１１に移行し、気泡１７を形成していたガス１６が気相部１１に移送される。気相部１１に移送されたガス１６は、気相部１１に存在しているガス１８とともにブロア１２のガス取込口からブロア１２に取り込まれ、再びガス注入管１３に送風されることによって気相部１１の圧力バランスが保たれるとともに、炉心１近辺の上部側に気泡１７を生成するためのガス１６として再利用される。
【００４０】上述したように、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉においては、上記のような作用により、原子炉容器４の高さを高くすることもなく、また、冷却材２を強制的に循環させるポンプ等を備えることもなく、自然循環流量を増加することができ、その結果、出力を高めて経済性を高めることが可能となる。
【００４１】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図５を用いて説明する。
【００４２】図５は、第２の実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉の一例を示す立断面構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４３】すなわち、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉は、図１に示す第１の実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉における蒸気発生器３を、炉心１の上方側であって、冷却材２の液面をその一部に含むように配置している。そして、原子炉容器４を加圧しても良いが、第１の実施の形態ほどは加圧せず、炉心１の核分裂反応によってもたらされる熱エネルギーによって、冷却材２の一部が原子炉容器４内で沸騰するようにしている。
【００４４】したがって、図５中に示す気泡１７は、ガス注入管１３から注入されたガス１６によって形成されるものと、冷却材２が沸騰して発生した蒸気２５によって形成されるものとの両方に相当する。このように、ガス１６および蒸気２５により形成されてなる気泡１７は、原子炉容器４内を上昇し、冷却材２の液面を介して気相部１１に移行し、ガス１６および蒸気２５を気相部１１に移送する。
【００４５】蒸気発生器３は、冷却材２の液面以下の部分では、伝熱管５内を流れる２次冷却水６によって冷却材２を冷却し、この冷却材２の熱を奪う。また、冷却材２の液面以上の気相部１１では、同様に伝熱管内を流れる２次冷却水６によって、気相部１１に移行した蒸気２５を冷却し、この蒸気２５の熱を奪う。このように、蒸気発生器３は、冷却材２の液面以下の部分では、冷却材２から熱を奪うことによって、また、冷却材２の液面以上の気相部１１では、蒸気２５から熱を奪うことによって２次冷却水６を蒸気７に転換する。
【００４６】このようにして熱を奪われた冷却材２は、密度が大きくなるので、図中矢印Ｗ２に示すように、対流により蒸気発生器３側から炉心１側へと下降する。また、このようにして熱を奪われた蒸気２５は、蒸気発生器３の伝熱管５の表面によって凝縮され、液体の冷却材２に戻り、自重によって冷却材の液面に落下するようにしている。
【００４７】なお、蒸気発生器３によって熱が奪われず、液体の冷却材２に戻らなかった蒸気２５は、気相部１１に存在しているガス１８とともにブロア１２によって取り込まれ、このブロア１２によってガス注入管１３に送風されるようにしている。
【００４８】その他の構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様であるので重複説明を避ける。
【００４９】次に、以上のように構成した本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉の作用について説明する。
【００５０】本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉は、炉心１の核分裂反応によってもたらされる熱エネルギーによって、冷却材２の一部が原子炉容器４内で沸騰する原子炉であって、蒸気発生器３が冷却材２の液面をその一部に含むように配置されている。
【００５１】これによって、ブロア１２およびガス注入管１３によって吹き込まれるガス１６と、炉心１の近傍における冷却材２が沸騰することによって生成した蒸気との両方によって気泡１７が形成されることから、原子炉容器４内における冷却材２の上昇速度が高められ、冷却材２の流量が増加される。
【００５２】このようにガス１８および蒸気２５からなる気泡１７は、炉心１近傍からその上方側へと上昇し、冷却材２の液面を介して気相部１１に移行し、ガス１６および蒸気２５が気相部１１に移送される。気相部１１に移送されたガス１６は、気相部１１に存在しているガス１８とともにブロア１２のガス取込口からブロア１２に取り込まれる。また、気相部１１に移送された蒸気２５は、蒸気発生器３の伝熱管５の表面によって熱が奪われ凝縮されることによって液体の冷却材２に戻り、自重によって冷却材２の液面に落下し、冷却材２と合流する。
【００５３】なお、気相部１１において液体の冷却材２に戻らなかった蒸気２５もまた、気相部１１に存在しているガス１８や、気相部１１に移送されたガス１６とともにブロア１２によって取り込まれる。このようにしてブロア１２に取り込まれたガス１６、ガス１８、および蒸気２５は、気泡１７を形成するためのガスとして、ブロア１２によってガス注入管１３に再び送風される。
【００５４】蒸気発生器３では、冷却材２の液面以下の部分において、伝熱管５を介して冷却材２の熱が２次冷却水６に伝達される。これによってこの冷却材２は、自身は熱を奪われ密度が大きくなるので、図中矢印Ｗ２に示すように、対流により蒸気発生器３側から炉心１側へと下降し、炉心１の冷却に再び供される。また、冷却材２の液面以上の部分である気相部１１においては、伝熱管５を介して蒸気２５の熱が２次冷却水６に伝達される。この蒸気２５は、自身は熱を奪われ凝縮することによって液体の冷却材２に戻り、自重によって冷却材２の液面に落下し、冷却材２と合流する。
【００５５】すなわち、蒸気発生器３では、冷却材２の液面以下の部分では液体の冷却材２の熱が、また、冷却材２の液面以上の部分である気相部１１では蒸気２５の熱がそれぞれ、２次冷却水６から蒸気７を発生するために用いられる。このように、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉では、原子炉容器４内における気相部１１、および冷却材２の液面以下である液相部の両相において熱交換がなされることから高い熱効率が実現される。
【００５６】上述したように、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉においては、上記のような作用により、炉心１近傍の上部に注入したガス１６のみならず、冷却材２の沸騰により発生した蒸気２５によっても気泡１７が形成されることから、効率的に気泡１７を炉心１近傍の上部の冷却材２中に形成することができる。その結果、原子炉容器４の高さを高くすることもなく、また、冷却材２を強制的に循環させるポンプ等を備えることもなく、自然循環流量を増加することができ、もって、出力を高めて経済性を高めることが可能となる。
【００５７】また、蒸気発生器３は、冷却材２の液面以下において液体の冷却材２からのみならず、気相部１１において蒸気２５からも熱を奪うことから、熱利用を効率的に行うことが可能となる。
【００５８】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施の形態を図６を用いて説明する。
【００５９】図６は、第３の実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉の一例を示す立断面構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６０】すなわち、本実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉は、図１に示す第１の実施の形態に係る冷却材自然循環型原子炉におけるガス注入管１３の先端のガス噴出穴１４が設けられた部位を、炉心１の下方側に配置している。
【００６１】このような構成とすることによって、炉心１内でも気泡１７に冷却材２が同伴されて上昇するため、冷却材２の上昇流量が増大する。これによって、ガス注入管１３の先端のガス噴出穴１４が設けられた部位を、炉心１の上方側に配置する場合に比べて、自然循環流量を増加することができる。その結果、出力を更に高めることが可能となる。
【００６２】なお、本実施の形態で示したような、ガス注入管１３の先端のガス噴出穴１４が設けられた部位を炉心１の下方側に配置するような構成を、図５に示すような構成の冷却材自然循環型原子炉に適用しても同様な作用効果を奏することができる。
【００６３】以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、炉心近傍の冷却材にガスを注入して気泡を形成し、炉心側からその上方側へと上昇する冷却材に、気泡を同伴させることによって、炉心高さの大型化や、ポンプ等の強制循環設備を備えることなく冷却材の流量を増加させることができる。
【００６５】以上により、経済性の向上を図ることが可能な冷却材自然循環型原子炉を実現することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成１３年５月２３日（２００１．５．２３）
【代理人】 【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外５名）
【公開番号】 特開２００２−３５０５８３（Ｐ２００２−３５０５８３Ａ）
【公開日】 平成１４年１２月４日（２００２．１２．４）
【出願番号】 特願２００１−１５３７８６（Ｐ２００１−１５３７８６）