(57)【要約】【課題】炉心入口での冷却材流量分布の均一性をより向上させ、炉心に流入する冷却材の流れの変動を抑制可能な加圧水型原子炉を提案する。【解決手段】加圧水型原子炉１は、有底円筒形状の原子炉容器３と、原子炉容器３に収容されて原子炉容器３の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路１２を原子炉容器３の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽９と、原子炉容器３に設けられて環状流路１２に連通されるとともに原子炉容器３との接続部分において原子炉容器３の中心線に直交する面に対して原子炉容器３の他方側へ傾斜させた中心線を有する冷却材入口ノズル６と、を備える。【選択図】  図１
2011237230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通されるとともに前記原子炉容器との接続部分において前記原子炉容器の中心線に直交する面に対して前記原子炉容器の他方側へ傾斜させた中心線を有する冷却材入口ノズルと、を備えたことを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項２】
前記冷却材入口ノズルは、前記原子炉容器との接続部分の近傍に直管部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
【請求項３】
前記冷却材入口ノズルは、前記原子炉容器との接続部分の近傍に曲管部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
【請求項４】
前記原子炉容器との接続部分において前記原子炉容器の中心線に直交する面に対して前記冷却材入口ノズルの中心線のなす角度θは、前記冷却材入口ノズルの管径をＤ、前記原子炉容器の内面の曲率半径をＲ、前記炉心槽の外面の曲率半径をｒ、としたとき、
α＝ｓｉｎ−１（０．５×Ｄ÷Ｒ）＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
０．８×α＜＝θ＜＝１．２×α（但し  ０°＜θ＜９０°）
であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加圧水型原子炉。
【請求項５】
前記原子炉容器との接続部分において前記原子炉容器の中心線に直交する面に対して前記冷却材入口ノズルの中心線のなす角度θは、前記冷却材入口ノズルの管径をＤ、前記原子炉容器の内面の曲率半径をＲ、前記炉心槽の外面の曲率半径をｒ、としたとき、
α＝０．５×Ｄ÷Ｒ＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
０．８×α＜＝θ＜＝１．２×α（但し  ０°＜θ＜９０°）
であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加圧水型原子炉。
【請求項６】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、
前記原子炉容器の周方向に見て前記冷却材入口ノズルの側方に配置させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられ前記冷却材入口ノズルの側方の前記環状流路を絞る狭窄部と、を備えたことを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項７】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、
前記原子炉容器の周方向に見て前記冷却材入口ノズルの側方に配置させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられ前記冷却材入口ノズルの側方の前記環状流路を塞ぐ閉塞部と、を備えたことを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項８】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、
前記冷却材入口ノズルよりも前記原子炉容器の一方の端部側に偏倚させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられるとともに前記環状流路を流れる冷却材を前記冷却材入口ノズルが連通された位相へ偏向させる案内板と、を備えたことを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項９】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、を備え、
前記炉心槽は、前記冷却材入口ノズルの正面に配置され前記原子炉容器の周方向および他方端方向よりも一方端方向へより長く凹没させて形成された凹み部を有することを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項１０】
有底円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器に収容された炉心と、
前記原子炉容器の一方側の端部に設けられた冷却材入口ノズルと、
前記原子炉容器に収容されて前記炉心と前記冷却材入口ノズルとの間に配置された多孔板と、を備えたことを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項１１】
前記多孔板は、前記炉心に向かって凸となる曲面形状を有することを特徴とする請求項１０に記載の加圧水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来の加圧水型原子炉を示した縦断面図である。  
図１７に示すように、従来の加圧水型原子炉１０１は、有底円筒形状の原子炉容器１０３と、原子炉容器１０３内に収容された炉内構造物１０４と、を備える。炉内構造物１０４は、原子炉容器１０３との間に環状流路１０５を区画する炉心槽１０９と、炉心槽１０９の内部に支持された炉心１１１と、を備える。原子炉容器１０３は、筒状の胴部に設けられて環状流路１０５に連通された冷却材入口ノズル１１２と、筒状の胴部を貫通させて炉心槽１０９内の上部プレナム１１３に連通された冷却材出口ノズル１１４と、を備える。
【０００３】
このように構成された従来の加圧水型原子炉１０１において、冷却材は、相対的に温度が低い状態で冷却材入口ノズル１１２から環状流路１０５へ流入し、環状流路１０５を下降して原子炉容器１０３内の下部プレナム１１５に至る。この後、冷却材は、下部プレナム１１５で向きを反転させて炉心槽１０９内へ流入し、複数の燃料集合体からなる炉心１１１を上向きに貫流して上部プレナム１１３へ至る。炉心１１１を貫流する過程で加熱されて相対的に高温になった冷却材は、上部プレナム１１３から冷却材出口ノズル１１４を通って原子炉容器１０３外の蒸気発生器（図示省略）へ向かう。
【０００４】
ここで、冷却材入口ノズル１１２から炉心１１１へ至るまでの流路は、炉心１１１の各燃料集合体に入る冷却材の流量が一様となることを意図した流路設計がなされると共に、渦や流れの衝突など流れの変動（不安定流動）を誘発する要因をできるだけ排除するように設計される（例えば、特許文献１から５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６３４７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１７１２２号公報
【特許文献３】特開２００２−２５７９７１号公報
【特許文献４】特開平１０−１１１３７９号公報
【特許文献５】特開平０８−１５４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の加圧水型原子炉は、原子炉容器の円筒状胴部に対して略平行な外面を有する炉心槽と、原子炉容器の円筒状胴部側面の法線方向に延びた冷却材入口ノズルと、を備える。この場合、冷却材入口ノズルから環状流路に流入し環状流路を下降する冷却材は、入口ノズルの取り付け位置の下方で流速が遅くなり、環状流路の周方向にみて一様性を大きく欠いた下降流速分布を有する。このような環状流路における冷却材の下降流速分布の不均一は、炉心入口における流量分布の均一性を害するという課題があった。
【０００７】
また、特許文献４のように同一水平面内で互いに隣接した冷却材入口ノズルから環状流路へ流入した冷却材は、それぞれの冷却材ノズルによる流れが衝突する境界で攻め合い、流れの変動を生じる。入口ノズルの取り付け位置の下方で流速が遅くなることは、その周辺、つまり隣接する入口ノズルからの流れと衝突する領域の流速が大きくなる可能性が高く、その場合、炉心入口での冷却材流れの変動に関しても良好とはいえない方向に作用していたことになる。このような環状流路における冷却材の下降流速分布の不均一や隣接する冷却材入口ノズル間における流れの衝突は、炉心入口における冷却材の流れの変動を助長あるいは拡大させるという課題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、炉心入口での冷却材流量分布の均一性をより向上させ、炉心に流入する冷却材の流れの変動を抑制可能な加圧水型原子炉を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通されるとともに前記原子炉容器との接続部分において前記原子炉容器の中心線に直交する面に対して前記原子炉容器の他方側へ傾斜させた中心線を有する冷却材入口ノズルと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、前記原子炉容器の周方向に見て前記冷却材入口ノズルの側方に配置させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられ前記冷却材入口ノズルの側方の前記環状流路を絞る狭窄部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、前記原子炉容器の周方向に見て前記冷却材入口ノズルの側方に配置させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられ前記冷却材入口ノズルの側方の前記環状流路を塞ぐ閉塞部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、前記冷却材入口ノズルよりも前記原子炉容器の一方の端部側に偏倚させて前記原子炉容器の内面または前記炉心槽の外面に設けられるとともに前記環状流路を流れる冷却材を前記冷却材入口ノズルが連通された位相へ偏向させる案内板と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容されて前記原子炉容器の一方側の端部へ冷却材を導く環状流路を前記原子炉容器の内面との間に区画する円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器に設けられて前記環状流路に連通された冷却材入口ノズルと、を備え、前記炉心槽は、前記冷却材入口ノズルの正面に配置され前記原子炉容器の周方向および他方端方向よりも一方端方向へより長く凹没させて形成された凹み部を有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明に係る加圧水型原子炉は、有底円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器に収容された炉心と、前記原子炉容器の一方側の端部に設けられた冷却材入口ノズルと、前記原子炉容器に収容されて前記炉心と前記冷却材入口ノズルとの間に配置された多孔板と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、炉心入口での冷却材流量分布の均一性をより向上させ、炉心に流入する冷却材の流れの変動を抑制可能な加圧水型原子炉を提案できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉の冷却材入口ノズルの傾き角の算定方法を説明する模式的な横断面図。
【図３】従来の加圧水型原子炉における流れの解析に用いた解析モデルおよび解析結果の一例を示した図。
【図４】図３に示した解析モデルの冷却材入口ノズル位置における横断面図。
【図５】従来の加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した縦断面図。
【図６】従来の加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した横断面図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉における流れの解析に用いた解析モデルおよび解析結果の一例を示した図。
【図８】本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した縦断面図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る加圧水型原子炉の要部を示した縦断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉を示した横断面図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉の他の例を示した横断面図。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る加圧水型原子炉を示した鳥瞰透視図。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る加圧水型原子炉を部分的に示した横断面図。
【図１６】本発明の第６実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図。
【図１７】従来の加圧水型原子炉を示した縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る加圧水型原子炉の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉について、図１から図１６を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図である。
【００２０】
図１に示すように、加圧水型原子炉１は、有底円筒形状の原子炉容器３と、原子炉容器３内に収容された炉内構造物４と、を備える。
【００２１】
原子炉容器３は、圧力容器であり、一方の端部（ここでは下端部）に半球殻状の底部３ａを有するとともに、他方の端部（ここでは上端部）に開口を閉じる半球殻状の原子炉容器蓋３ｂを備える。また、原子炉容器３は、円筒状の胴部３ｃに設けられた冷却材入口ノズル６および冷却材出口ノズル７を備える。冷却材入口ノズル６は冷却材ポンプ（図示省略）に接続され、冷却材出口ノズル７は蒸気発生器（図示省略）に接続される。
【００２２】
炉内構造物４は、円筒形状の炉心槽９と、炉心槽９内に保持された炉心１１と、を備える。
【００２３】
炉心槽９は、原子炉容器３の開口の部分に支持され原子炉容器３の内部に垂下される。また、炉心槽９は、原子炉容器３の胴部３ｃ内面との間に環状流路１２（所謂、ダウンカマー）を区画する。また、炉心槽９は、炉心１１よりも上方に上部プレナム１３を区画する。一方、原子炉容器３は、炉心１１と底部３ａとの間に下部プレナム１５を区画する。
【００２４】
冷却材入口ノズル６は、環状流路１２に連通されるとともに原子炉容器３（より詳しくは、胴部３ｃ）との接続部分において原子炉容器３の中心線ＣＣに直交する基準面Ｐに対して原子炉容器３の他方側（ここでは上方側）へ傾斜させた中心線ＣＰを有するよう胴部３ｃに傾けて接続される。なお、基準面Ｐは加圧水型原子炉１を起立させた状態で略水平面となる。基準面Ｐと冷却材入口ノズル６の中心線ＣＰとのなす角θ（以下、単に「冷却材入口ノズル６の傾き角θ」あるいは「傾き角θ」と呼ぶ。）は、基準面Ｐから原子炉容器３の他方端（ここでは上端）に向かう角度（図１中、実線矢の方向）を正とする。
【００２５】
また、冷却材入口ノズル６は、原子炉容器３との接続部分の近傍に直管部１７を備える。
【００２６】
次に、冷却材入口ノズル６の傾き角θについて説明する。
【００２７】
図２は、本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉の冷却材入口ノズルの傾き角の算定方法を説明する模式的な横断面図である。
【００２８】
図２に示すように、冷却材入口ノズル６から環状流路１２の周方向に進む代表的な流れの方向は、冷却材入口ノズル６の開口端である点Ａから炉心槽９の外面（すなわち、環状流路１２の内側面）に引いた接線の方向（図２中、破線矢）であると近似する。この接線と冷却材入口ノズル６の中心線ＣＰに垂直な線分とのなす角度φは、冷却材入口ノズル６の管径Ｄ、原子炉容器３の胴部３ｃ内面の曲率半径Ｒ、炉心槽９の外面の曲率半径ｒ、としたとき［数１］で表される。角度φは、冷却材入口ノズル６から環状流路１２に流れ込む冷却材の基準面Ｐにおける向き換え角度であり、転向角φと呼ぶ。  
［数１］
φ＝ξ＋η
φ＝ｓｉｎ−１（０．５×Ｄ÷Ｒ）＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
なお、原子炉容器３の胴部３ｃ内面の曲率半径Ｒに比べて冷却材入口ノズル６の管径Ｄが十分に小さい場合、［数１］は［数２］のように簡略化できる。
【００２９】
［数２］
φ＝０．５×Ｄ÷Ｒ＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
【００３０】
冷却材入口ノズル６の傾き角θは、０°より大きく９０°よりも小さい範囲であればよく、転向角φとの差が±２０％の範囲に設定されることがより好ましい。すなわち、最も望ましい傾き角θは［数３］または［数４］で表される。  
［数３］
θ＝ｓｉｎ−１（０．５×Ｄ÷Ｒ）＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
［数４］
θ＝０．５×Ｄ÷Ｒ＋ｃｏｓ−１（ｒ÷Ｒ）
【００３１】
冷却材入口ノズル６の傾き角θについてさらに詳述する。
【００３２】
先ず、本実施形態に係る加圧水型原子炉１との比較のために、冷却材入口ノズルが傾いていない（すなわち、傾き角θ＝０°）従来の加圧水型原子炉の流れの状態について説明する。
【００３３】
図３は、従来の加圧水型原子炉における流れの解析に用いた解析モデルおよび解析結果の一例を示した図である。  
図４は、図３に示した解析モデルの冷却材入口ノズル位置における横断面図である。  
図５は、従来の加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した縦断面図である。  
図６は、従来の加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した横断面図である。
【００３４】
図３から図６に示すように、従来の加圧水型原子炉に係る解析モデル１２１は、原子炉容器の円筒状胴部に対して略平行な外面を有する炉心槽と、原子炉容器の円筒状胴部側面の法線方向に延びた冷却材入口ノズルと、を備えた従来の加圧水型原子炉をモデル化したものである。すなわち、従来の加圧水型原子炉に係る解析モデル１２１は、原子炉容器の内面と炉心槽の外面との間に区画された環状流路の一部をモデル化した環状領域１２２と、原子炉容器の円筒状胴部側面の法線方向に延びた冷却材入口ノズルをモデル化した管状領域１２４と、を備える。
【００３５】
環状領域１２２は、環状領域１２２の内側壁面（すなわち、炉心槽の外面）の曲率半径ｒに対して、環状領域１２２の外側壁面（すなわち、原子炉容器の内面）の曲率半径Ｒ＝１．１５×ｒとし、周方向に１／４円弧分の領域をモデル化したものである。
【００３６】
管状領域１２４は、環状領域１２２の他方の端部１２２ｂ側へ偏倚させて環状領域１２２に接続される。また、管状領域１２４は、環状領域１２２の内側壁面（すなわち、炉心槽の外面）の曲率半径ｒに対して、直径Ｄ＝０．４×ｒとした領域をモデル化したものである。
【００３７】
また、管状領域１２４の端部１２４ａは流体の流入境界であり、環状領域１２２の一方の端部１２２ａは流体の流出境界である。
【００３８】
このような従来の加圧水型原子炉に係る解析モデル１２１を用いた流動解析の結果を説明する。
【００３９】
先ず、図３に示すように、管の中心線の高さから直径Ｄの６倍離れた平面における環状領域１２２の流速ベクトル群Ｖｆ１は、他の位相（環状領域の周方向の位置）に比べて管状領域１２４が接続された位相における流速が明らかに遅く、周方向に不均一な流速分布を有することが分かる。
【００４０】
次に、図５および図６に示すように、管状領域１２４から環状領域１２２へ流れ込む流れ（図５および図６中の各矢印の方向）は、環状領域１２２の長手軸方向（ここでは、他方の端部１２２ｂから一方の端部１２２ａへ向かう方向）における流れの向き換え角度α（以下、単に「転向角α」と呼ぶ。）が略９０°であるのに対して、環状領域１２２の周方向における流れの向き換え角度β（以下、単に「転向角β」と呼ぶ。）が９０°よりも小さくなっている。
【００４１】
これらの解析結果から、従来の加圧水型原子炉は、冷却材入口ノズルから環状流路へ流れ込んだ冷却材が原子炉容器の長手方向よりも周方向へ流れ易く、不均一な流速分布を発生させていたことが分かった。
【００４２】
次に、本実施形態に係る加圧水型原子炉１の流れの状態について説明する。
【００４３】
図７は、本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉における流れの解析に用いた解析モデルおよび解析結果の一例を示した図である。
【００４４】
図８は、本発明の第１実施形態に係る加圧水型原子炉における流れの解析結果の一例を示した縦断面図である。
【００４５】
解析モデル２１は、原子炉容器３の胴部３ｃに対して略平行な外面を有する炉心槽９と、原子炉容器３の胴部３ｃに傾き角θで接続された冷却材入口ノズル６と、を備えた加圧水型原子炉１をモデル化したものである。すなわち、解析モデル２１は、環状流路１２の一部をモデル化した環状領域２２と、冷却材入口ノズル６をモデル化した管状領域２４と、を備える。また、解析モデル２１は、管状領域２４に傾き角θを有する他は従来の加圧水型原子炉に係る解析モデル１２１と同じ特性を有する。また、傾き角θ＝４０°として解析を行った。この傾き角θは［数３］、［数４］によって求められたものである。
【００４６】
また、管状領域２４の端部２４ａは流体の流入境界であり、環状領域２２の一方の端部２２ａは流体の流出境界である。
【００４７】
このような解析モデル２１を用いた流動解析の結果を説明する。
【００４８】
先ず、図７に示すように、管の中心線の高さから直径Ｄの６倍離れた平面における環状領域２２の流速ベクトル群Ｖｆ２は、管状領域２４が接続された位相における流速を含めて略一様な流速分布を有することが分かる。
【００４９】
次に、図８に示すように、管状領域２４から環状領域２２へ流れ込む流れ（図８中の各矢印の方向）は、環状領域２２の長手軸方向（ここでは、他方の端部２２ｂから一方の端部２２ａへ向かう方向）における流れの向き換え角度が９０°よりも小さくなっている。
【００５０】
これらの解析結果から、加圧水型原子炉１は、傾き角θによって冷却材入口ノズル６から環状流路１２へ流れ込んだ冷却材が原子炉容器３の長手方向へも流れ易くなり、周方向に略一様な流速分布を発生させる。
【００５１】
また、解析モデル２１について０°＜θ＜９０°の範囲内で傾き角θを適宜に選択し解析を行った結果、傾き角θによって環状流路１２の周方向における流速分布の一様化が図られることが確認できた。さらに、傾き角θは、［数１］または［数２］から求められる角度φを中心に±約２０％の範囲であることがより好ましい。
【００５２】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１は、従来の加圧水型原子炉に比べ、環状流路１２の冷却材入口ノズル６の取り付け位相において原子炉容器３の一方端（ここでは下端）に向かう流速を早め、環状流路１２における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【００５３】
また、構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１は、冷却材入口ノズル６の傾き角θを［数１］または［数２］から求められる角度φを中心に±約２０％の範囲にすることによって環状流路１２における周方向の流速分布を略一様にできる。
【００５４】
［第２の実施形態］
本発明に係る加圧水型原子炉の第２実施形態について、図９を参照して説明する。
【００５５】
図９は、本発明の第２実施形態に係る加圧水型原子炉の要部を示した縦断面図である。
【００５６】
本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ａにおいて第１実施形態の加圧水型原子炉１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５７】
図９に示すように、加圧水型原子炉１Ａは、原子炉容器３（より詳しくは、胴部３ｃ）との接続部分の近傍に曲管部２９を有する冷却材入口ノズル６Ａを備える。
【００５８】
冷却材入口ノズル６Ａは、環状流路１２に連通されるとともに原子炉容器３との接続部分において原子炉容器３の中心線ＣＣに直交する基準面Ｐに対して原子炉容器３の他方側（ここでは上方側）へ傾斜させた中心線ＣＰを有するよう胴部３ｃに傾けて接続される。なお、基準面Ｐは加圧水型原子炉１Ａを起立させた状態で略水平面となる。基準面Ｐと冷却材入口ノズル６Ａの中心線ＣＰとのなす角θ（以下、単に「冷却材入口ノズル６Ａの傾き角θ」あるいは「傾き角θ」と呼ぶ。）は、基準面Ｐから原子炉容器３の他方端（ここでは上端）に向かう角度を正とする。
【００５９】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ａは、図３から図６に示したような流速分布の非一様性を有する従来の加圧水型原子炉に比べ、環状流路１２の冷却材入口ノズル６Ａの取り付け位相において原子炉容器３の一方端（ここでは下端）に向かう流速を早め、環状流路１２における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【００６０】
また、構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ａは、冷却材入口ノズル６Ａの傾き角θを［数１］または［数２］から求められる角度φを中心に±約２０％の範囲にすることによって環状流路１２における周方向の流速分布を略一様にできる。
【００６１】
［第３の実施形態］
本発明に係る加圧水型原子炉の第３実施形態について、図１０から図１２を参照して説明する。
【００６２】
図１０は、本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図である。
【００６３】
本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｂにおいて第１実施形態の加圧水型原子炉１または第２実施形態の加圧水型原子炉１Ａと同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６４】
図１０に示すように、加圧水型原子炉１Ｂは、有底円筒形状の原子炉容器３Ｂと、原子炉容器３Ｂ内に収容された炉内構造物４Ｂと、を備える。
【００６５】
原子炉容器３Ｂは、円筒状の胴部３ｃに設けられた冷却材入口ノズル３１を備える。
【００６６】
冷却材入口ノズル３１は、加圧水型原子炉１の冷却材入口ノズル６、６Ａと異なり原子炉容器３の胴部３ｃ側面の法線方向に延びていても良い。すなわち、冷却材入口ノズル３１の傾き角θは、［数３］および［数４］によって求められる角度に加えて０°＜＝θ＜９０°の範囲で設定できる。
【００６７】
炉内構造物４Ｂは、原子炉容器３Ｂの周方向に見て冷却材入口ノズル３１の側方に配置させて原子炉容器３Ｂの内面または炉心槽９の外面に設けられ、冷却材入口ノズル３１の側方の環状流路１２を絞る狭窄部３２を備える。
【００６８】
図１１は、本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉を示した横断面図である。
【００６９】
図１１に示すように、加圧水型原子炉１Ｂの狭窄部３２は、炉心槽９の外面から径外方向へ突出させて形成され、原子炉容器３Ｂの周方向に見て冷却材入口ノズル３１の側方における環状流路１２の流路断面を絞る。なお、狭窄部３２は、原子炉容器３Ｂの内面から径内方向へ突出させて形成しても良い。
【００７０】
図１２は、本発明の第３実施形態に係る加圧水型原子炉の他の例を示した横断面図である。
【００７１】
図１２に示すように、加圧水型原子炉１Ｂは、原子炉容器３Ｂの周方向に見て冷却材入口ノズル３１の側方に配置させて原子炉容器３Ｂの内面または炉心槽９の外面に設けられ、冷却材入口ノズル３１の側方の環状流路１２を塞ぐ閉塞部３３を備える。
【００７２】
閉塞部３３は、原子炉容器３Ｂの内面または炉心槽９の外面から径方向へ突出させて形成され、原子炉容器３Ｂの周方向に見て冷却材入口ノズル３１の側方における環状流路１２の流路断面を塞ぐ。
【００７３】
狭窄部３２または閉塞部３３は、原子炉容器３Ｂの長手方向に見て、少なくとも冷却材入口ノズル３１の直径と同等な長さを有していれば良い。また、狭窄部３２または閉塞部３３は、板状のものでも良い。
【００７４】
冷却材入口ノズル３１から環状流路１２へ流れ込んだ冷却材は、狭窄部３２または閉塞部３３によって原子炉容器３の周方向へ流れ難く、他方、長手方向へ流れ易くなり、環状流路１２において周方向に略一様な流速分布を発生させる。
【００７５】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｂは、図３から図６に示したような流速分布の非一様性を有する従来の加圧水型原子炉に比べ、環状流路１２の冷却材入口ノズル３１の取り付け位相において環状流路１２を原子炉容器３Ｂの一方端（ここでは下端）に向かう流速を早め、環状流路１２における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【００７６】
［第４の実施形態］
本発明に係る加圧水型原子炉の第４実施形態について、図１３を参照して説明する。
【００７７】
図１３は、本発明の第４実施形態に係る加圧水型原子炉を示した鳥瞰透視図である。
【００７８】
本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｃにおいて第３実施形態の加圧水型原子炉１Ｂと同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７９】
図１３に示すように、加圧水型原子炉１Ｃは、冷却材入口ノズル３１よりも原子炉容器３Ｂの一方の端部側（ここでは下端部側）に偏倚させて原子炉容器３Ｂの内面または炉心槽９の外面に設けられるとともに環状流路１２を流れる冷却材を冷却材入口ノズル３１が連通された位相へ偏向させる案内板４１を備える。
【００８０】
冷却材入口ノズル３１から環状流路１２へ流れ込んだ冷却材は、一旦、原子炉容器３の周方向へ広がって流れるものの、案内板４１によって冷却材入口ノズル３１の取り付け位相へ再び導かれ（図１３中の実線矢）て環状流路１２において略一様な流速分布を発生させる。
【００８１】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｃは、図３から図６に示したような流速分布の非一様性を有する従来の加圧水型原子炉に比べ、環状流路１２の冷却材入口ノズル３１の取り付け位相において環状流路１２を原子炉容器３Ｂの一方端（ここでは下端）に向かう流速を早め、環状流路１２における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【００８２】
［第５の実施形態］
本発明に係る加圧水型原子炉の第５実施形態について、図１４および図１５を参照して説明する。
【００８３】
図１４は、本発明の第５実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図である。
【００８４】
図１５は、本発明の第５実施形態に係る加圧水型原子炉を部分的に示した横断面図である。
【００８５】
本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｄにおいて第３実施形態の加圧水型原子炉１Ｂと同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８６】
図１４および図１５に示すように、加圧水型原子炉１Ｄの炉心槽９Ｄは、冷却材入口ノズル３１の正面に配置され原子炉容器３Ｂの周方向および他方端方向（ここでは上端方向）よりも一方端方向（ここでは下端方向）へより長く凹没させて形成された凹部５１を有する。
【００８７】
凹部５１は、炉心槽９Ｄ内に区画された上部プレナム１３へ窪んでいるので、炉心１１が収容された領域に影響を与えることなく、比較的自由度の高い形状に形成できる。
【００８８】
冷却材入口ノズル３１から環状流路１２へ流れ込んだ冷却水は、その流れ方向における炉心槽９Ｄの外壁面の形状、具体的には、原子炉容器３Ｂの一方端方向（ここでは下端方向）へより長く凹没させた凹部５１によって、環状流路１２において略一様な流速分布を発生させる。
【００８９】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｄは、図３から図６に示したような流速分布の非一様性を有する従来の加圧水型原子炉に比べ、環状流路１２の冷却材入口ノズル３１の取り付け位相において環状流路１２を原子炉容器３Ｂの一方端（ここでは下端）に向かう流速を早め、環状流路１２における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【００９０】
［第６の実施形態］
本発明に係る加圧水型原子炉の第６実施形態について、図１６を参照して説明する。
【００９１】
図１６は、本発明の第６実施形態に係る加圧水型原子炉を示した縦断面図である。
【００９２】
本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｅにおいて第３実施形態の加圧水型原子炉１Ｂと同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９３】
図１６に示すように、加圧水型原子炉１Ｅは、有底円筒形状の原子炉容器３Ｅと、原子炉容器３内に収容された炉内構造物４Ｅと、を備える。
【００９４】
原子炉容器３Ｅは、圧力容器であり、一方の端部（ここでは下端部）に半球殻状の底部３ａを有するとともに、他方の端部（ここでは上端部）に開口を閉じる半球殻状の原子炉容器蓋３ｂを備える。
【００９５】
また、原子炉容器３Ｅは、底部３ａに設けられた冷却材入口ノズル６１と、円筒状の胴部３ｃに設けられた冷却材出口ノズル７Ｅと、を備える。冷却材入口ノズル６１は冷却材ポンプ（図示省略）に接続され、冷却材出口ノズル７Ｅは蒸気発生器（図示省略）に接続される。
【００９６】
炉内構造物４Ｅは、円筒形状の炉心槽９Ｅと、炉心槽９Ｅ内に保持された炉心１１と、原子炉容器３Ｅの底部３ａに設けられた多孔板６２と、を備える。
【００９７】
炉心槽９Ｅは、原子炉容器３Ｅの開口の部分に支持された支柱（図示省略）によって原子炉容器３Ｅの内部に垂下される。
【００９８】
ここで、原子炉容器３Ｅは、炉心１１と底部３ａとの間に下部プレナム１５を区画し、炉心槽９Ｅおよび炉心１１よりも上方の胴部３ｃに上部プレナム１３を区画する。
【００９９】
冷却材入口ノズル６１は、下部プレナム１５に連通される。
【０１００】
多孔板６２は、冷却材入口ノズル６１と炉心１１（より詳しくは、下部炉心支持板６３）との間に設けられ、所定の曲率を有し、炉心１１側へ向かって凸となる曲面形状に形成される。
【０１０１】
冷却材入口ノズル６１から下部プレナム１５へ流れ込んだ冷却材は、多孔板６２によって流速分布の不均一性が弱められ、炉心１１の入口以前の下部プレナム１５において略一様な流速分布を発生させる。
【０１０２】
このように構成された本実施形態に係る加圧水型原子炉１Ｅは、図３から図６に示したような流速分布の非一様性を有する従来の加圧水型原子炉に比べ、下部プレナム１５における周方向の流速分布の非一様性を緩和できる。
【０１０３】
また、加圧水型原子炉１Ｅは、多孔板６２の曲率や、冷却材入口ノズル６１の取り付け角度、各孔の孔径、孔の開口方向、孔の開口間隔を適宜に調整し、最適化を図ることにより、炉心１１を貫流する冷却材流量の一様性をさらに高めることができる。
【０１０４】
さらに、加圧水型原子炉１Ｅは、原子炉容器３Ｅと炉心槽９Ｅとの間に環状流路を形成する必要が無く、従来の加圧水型原子炉の原子炉容器に比べて、同じ寸法の原子炉容器へより多くの燃料を装荷できる。
【０１０５】
したがって、本実施形態に係る加圧水型原子炉１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅは、炉心１１入口での冷却材流量分布の均一性をより向上させ、炉心１１に流入する冷却材の流れの変動を抑制できる。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ  加圧水型原子炉
３、３Ｂ、３Ｅ  原子炉容器
３ａ  底部
３ｂ  原子炉容器蓋
３ｃ  胴部
４、４Ｂ、４Ｅ  炉内構造物
６、６Ａ  冷却材入口ノズル
７、７Ｅ  冷却材出口ノズル
９、９Ｄ、９Ｅ  炉心槽
１１  炉心
１２  環状流路
１３  上部プレナム
１５  下部プレナム
１７  直管部
１２１  解析モデル
１２２  環状領域
１２２ａ  端部
１２２ｂ  端部
１２４  管状領域
１２４ａ  端部
２１  解析モデル
２２  環状領域
２２ａ  端部
２２ｂ  端部
２４  管状領域
２４ａ  端部
２９  曲管部
３１  冷却材入口ノズル
３２  狭窄部
３３  閉塞部
４１  案内板
５１  凹部
６１  冷却材入口ノズル
６２  多孔板
６３  下部炉心支持板
１０１  加圧水型原子炉
１０３  原子炉容器
１０４  炉内構造物
１０５  環状流路
１０９  炉心槽
１１１  炉心
１１２  冷却材入口ノズル
１１３  上部プレナム
１１４  冷却材出口ノズル
１１５  下部プレナム
【図１】
2011237230.tif 000003
【図２】
2011237230.tif 000004
【図４】
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【図９】
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【図１０】
2011237230.tif 000007
【図１１】
2011237230.tif 000008
【図１２】
2011237230.tif 000009
【図１３】
2011237230.tif 000010
【図１４】
2011237230.tif 000011
【図１５】
2011237230.tif 000012
【図１６】
2011237230.tif 000013
【図１７】
2011237230.tif 000014
【図３】
2011237230.tif 000015
【図５】
2011237230.tif 000016
【図６】
2011237230.tif 000017
【図７】
2011237230.tif 000018
【図８】
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