(57)【要約】      （修正有）【課題】水分を含む蒸気のみかけ流速を低減し、更なる気液分離性能の向上を可能とする自然循環型沸騰水型原子炉を提供する。【解決手段】炉心１を収容する原子炉圧力容器２内に、炉心１の上部に配置され、横断面四角形状の筒状体を複数格子状に円筒部材内に配列し、蒸気を含む冷却水を通流するチムニ１６と、チムニ１６を構成する一部の筒状体を上方に伸長し、伸長部を傾斜させてなる旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを備える。更に、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの上方に円筒状の内筒２５と、内筒２５の上方に所定の間隔にて配置され内筒２５の上部を覆う環状のピックオフリング２４を設け、ピックオフリング２４の上方に配置される蒸気乾燥器１７と旋回流発生機構との間に自由空間２３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を収容する原子炉圧力容器内に、
前記炉心の上部に配置され、横断面四角形状の筒状体を複数格子状に円筒部材内に配列し、蒸気を含む冷却水を通流するチムニと、
前記チムニを構成する一部の筒状体を上方に伸長し、当該伸長部を傾斜させてなる旋回流発生機構と、
前記旋回流発生機構の上方であって、前記原子炉圧力容器と同心円状に配置された円筒状の内筒と、
前記内筒の上方に所定の間隔にて配置され、前記内筒の上部を覆う環状のピックオフリングと、
前記ピックオフリングの上方に配置される蒸気乾燥器と前記旋回流発生機構との間に形成される自由空間と、を備えることを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項２】
請求項１に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記内筒の外周面と前記原子炉圧力容器の内周面との間に環状流路を形成し、
前記旋回流発生機構により発生される旋回流により、前記自由空間内を周方向に傾斜し上昇する水分を含む蒸気から前記内筒の内周面により水分を分離し、分離後の水分を前記環状流路へ導入することを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項３】
請求項１に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記チムニを構成する複数の筒状体のうち、最外周に配置された筒状体より内側であって、周方向に隣接配置される４列の筒状体を上方に伸長し、当該伸長部を周方向に沿って同一方向に傾斜することにより、前記旋回流発生機構を形成することを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項４】
請求項１に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記ピックオフリングの外径は、前記チムニを構成する円筒部材の外径より大きく、前記内筒の内径より小さいことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項５】
請求項２に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記内筒は、軸方向上下に離間して配置される上部内筒及び下部内筒より構成され、
前記上部内筒は、前記下部内筒と内径が略同一である上部領域と、前記ピックオフリングの内径と略同一である下部領域を有し、前記上部領域と下部領域とを接続する段差部を有することを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項６】
請求項３に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記旋回流発生機構を形成する４列の筒状体の内側に配列される前記チムニを構成する筒状体の高さは、前記４列の筒状体の外側に配列される前記チムニを構成する筒状体の高さよりも低いことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【請求項７】
請求項４に記載の自然循環型沸騰水型原子炉において、
前記ピックオフリングは、縦断面略Ｌ字状の形状を有し、
前記内筒は、前記原子炉圧力容器の内周面に支持部を介して接続されることを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然循環型沸騰水型原子炉にかかり、特に、自由空間内において気液分離性能を向上させる自然循環型沸騰水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を強制循環させる再循環ポンプを有さず、自然循環により冷却水を炉心に供給する自然循環型沸騰水型原子炉が知られている。自然循環型沸騰水型原子炉では、円筒部材に格子部材を設けてなるチムニを炉心上部に配し、チムニ内を上昇する蒸気と冷却水との密度差により原子炉圧力容器内で冷却水を自然循環させるものである。
【０００３】
このような自然循環型沸騰水型原子炉として、例えば、特許文献１に記載される原子炉がある。特許文献１では、原子炉圧力容器内に、炉心、炉心上部に配されたチムニ、気水分離空間（以下、自由空間という）を介してチムニの上部に配された蒸気乾燥器を備える。上記チムニ内を上昇する蒸気を含む冷却水（気液二相状態）は、自由空間を上昇する間に重力により蒸気を含む冷却水は流下し、チムニの外周部に設けられた複数の羽根部材からなる旋回流発生装置により下方へと向かう旋回流となる。旋回流は上記チムニと原子炉圧力容器内壁との間を流れ、給水スパージャからの供給水と混合されダウンカマー内を通り下部プレナムを介して炉心下部へと流入する。これにより循環される冷却水中の蒸気の割合を低減するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２２１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、チムニの外周に設けられた複数の羽根部材により旋回流を形成するものであるため、気液二相状態の蒸気を含む冷却水は上記羽根部材との衝突により発生するカルマン渦の影響によりその旋回力が減衰する可能性がある。また、自由空間を上昇する気液二相状態の水分を含む蒸気のみかけ流速が増加すると、重力による気液分離性能が低下することが懸念される。
【０００６】
本発明は、水分を含む蒸気のみかけ流速を低減し、更なる気液分離性能の向上を可能とする自然循環型沸騰水型原子炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の自然循環型沸騰水型原子炉は、炉心を収容する原子炉圧力容器内に、前記炉心の上部に配置され、横断面四角形状の筒状体を複数格子状に円筒部材内に配列し、蒸気を含む冷却水を通流するチムニと、前記チムニを構成する一部の筒状体を上方に伸長し、当該伸長部を傾斜させてなる旋回流発生機構と、前記旋回流発生機構の上方であって、前記原子炉圧力容器と同心円状に配置された円筒状の内筒と、前記内筒の上方に所定の間隔にて配置され、前記内筒の上部を覆う環状のピックオフリングと、前記ピックオフリングの上方に配置される蒸気乾燥器と前記旋回流発生機構との間に形成される自由空間とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、自然循環型沸騰水型原子炉において、水分を含む蒸気のみかけ流速を低減し、更なる気液分離性能の向上を図ることが可能となる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る自然循環型沸騰水型原子炉の縦断面全体構成図である。
【図２】図１に示す自然循環型沸騰水型原子炉を備えた原子力発電システムの全体構成図である。
【図３】本発明の一実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の主要部縦断面である。
【図４】図３に示す原子炉のチムニ上部の概略構成図である。
【図５】図３に示す原子炉のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図６】図５に示すチムニ上部の旋回流における径方向距離と圧力との関係を示す図である。
【図７】ランキン渦の圧力分布及び周速分布を示す図である。
【図８】図３に示すチムニ及び旋回流発生機構の縦断面図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の主要部縦断面図である。
【図１０】図９に示す原子炉のチムニ上部の概略構成図である。
【図１１】図９に示す原子炉のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図２に、本発明の自然循環型沸騰水型原子炉を備えた原子力発電システムの全体構成図を示す。図２において蒸気を通流する配管を１点鎖線及び２点鎖線矢印で示し、冷却水を通流する配管を実線矢印で示している。図２に示すように、原子力発電システムは、核分裂性物質を含む燃料集合体が複数装荷された炉心１、炉心１を収容する原子炉圧力容器２、原子炉圧力容器２から流出する蒸気により駆動される高圧タービン４及び低圧タービン６、及び高圧タービン４とび低圧タービン６と軸７を介して連結される発電機８から構成される。また、原子力発電システムは、更に、タービンの駆動に使用された蒸気を凝縮し水に戻す復水器９、復水ポンプ１０、給水ポンプ１２、給水ポンプ１２を駆動する駆動用タービン１４及び給水加熱器１３を備える。図示しない燃料集合体は、横断面四角形状のチャンネルボックス内に、燃料ペレット（例えば、ＭＯＸ燃料）がステンレス製の被覆管内に複数充填された燃料棒を正方格子状に配列する。
【００１２】
また更に、原子力発電システムは、原子炉圧力容器２から流出する蒸気を高圧タービン４及び低圧タービン６へ供給するための主蒸気系配管３、復水器９からの凝縮水を復水ポンプ１０、給水ポンプ１２及び給水加熱器１３を介して原子炉圧力容器２へ供給するための給復水系配管１１、高圧タービン４と低圧タービン６間に設置される湿分分離器５、湿分分離器５による湿分除去後の蒸気を駆動用タービン１４及び給水加熱器１３へ供給する抽気系配管１５を備えている。
【００１３】
そして、原子力発電プラントは、炉心１にて加熱された蒸気を、主蒸気系配管３を介して高圧タービン４及び低圧タービン６に供給し、高圧タービン４及び低圧タービン６と軸７を介して連結された発電機８により発電を行う。高圧タービン４及び低圧タービン６の駆動に使用された蒸気は、復水器９で凝縮されて水に戻り、その後、給水ポンプ１２及び給水加熱器１３を通ってそれぞれ昇圧及び加熱され、原子炉圧力容器２へ冷却水として給水される。
【００１４】
また、湿分分離器５から抽気された蒸気は、駆動用タービン１４を駆動し給水ポンプ１２を回転させ、その後、蒸気は復水器９に送られ凝縮され水に戻される。駆動用タービン１４の軸封止部においても、シール部からケーシング外への漏洩を防止するため、蒸気は復水器９へ送られ凝縮されて水に戻される。
【００１５】
次に、本発明の自然循環型沸騰水型原子炉について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る自然循環型沸騰水型原子炉の縦断面全体構成図である。図１に示すように、本発明の自然循環型沸騰水型原子炉４０は、原子炉圧力容器２内に、炉心１、チムニ１６、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄ及び蒸気乾燥器１７を収容する。チムニ１６は、炉心１の上部に配置され、後述するように円筒部材に格子部材を設けて横断面四角形状の筒状体を成しており、例えば、ステンレス鋼で形成されている。チムニ１６を構成する複数の横断面四角形状の筒状体内を、気液二相状態の蒸気を含む冷却水が原子炉圧力容器２の軸方向上方へ通流する。蒸気乾燥器１７により乾燥後の蒸気は、主蒸気系配管３を介して図１に示す高圧タービン４へと供給される。
【００１６】
ここで、通常、自然循環型沸騰水型原子炉は、チムニ１６内を原子炉圧力容器２の軸方向上方へ通流する気液二相の蒸気と水の密度差により自然循環力を得る。自然循環流は、チムニ１６を構成する円筒部材の外周面と原子炉圧力容器２の内周面との間に形成される環状の第２流路３２を通り再び炉心１に戻る。自由空間２３内で水分を含む蒸気のみかけ流速が増加すると、蒸気に含まれる水分を随伴したまま、図１に示す蒸気乾燥器１７へと上昇することとなり気液分離性能が低下することに本発明者らは着目した。
【００１７】
そこで、図１に示すように、チムニ１６を構成する複数の横断面四角形状の筒状体の一部を軸方向上方に伸長し、所定の方向に傾斜させることで旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを形成している。この旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄと蒸気乾燥器１７との間には自由空間２３が形成されている。原子炉圧力容器２の内周面と対向するよう同心円状に配置された円筒状の内筒２５、及び内筒２５の上部を覆うように所定の間隔にて環状のピックオフリング２４が原子炉圧力容器２の内周面に取り付けられている。そして、内筒２５の外周面と原子炉圧力容器２の内周面との間に環状の第１流路２６が形成される。なお、図１に示すように内筒２５の下端部は、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの上方に位置する。
【００１８】
また、ダウンカマー１９内には、原子炉圧力容器２の内周面に沿って環状に複数のノズルが配列された給水スパージャ１８が設けられている。炉心１の下部には、制御棒案内管２１が配置され、出力の制御又は原子炉の停止時に炉心１へ制御棒を挿入可能に構成されている。
【００１９】
旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄは、後述するように、チムニ１６内を流れる気液二相状態の蒸気を含む冷却水を、それぞれの傾斜方向へと流出させる。これにより原子炉圧力容器２内の冷却水中に、所定の方向に旋回する旋回流が発生する。冷却水中に発生した旋回流は、自由液面２２まで波及し、自由液面２２上では、原子炉圧力容器２の中心に向かい自由液面２２上の圧力は低下し、且つ自由液面２２上に同様に旋回流が発生する。これにより、自由空間２３内では、上記圧力分布により全体として下降流（ダウンフォース）が発生し、原子炉圧力容器２の中心部で下降流は最大となる。よって、自由液面２２の中心部より上昇する気液二相の水分を含む蒸気の流速は、上記下降流の作用により減速される。すなわち、蒸気のみかけ流速が低減され自由空間２３内における気液分離性能が向上する。
【００２０】
また、自由液面２２では、上記圧力分布により、中心部における冷却水の水位が低く、中心から内筒２５の内周面へ向かうに従いその水位は高くなる。また、内筒２５の内周面側の自由液面２２より上昇する気液二相状態の水分を含む蒸気は、自由空間２３内に生じる下降流の影響が比較的小さく、旋回流により傾斜角を持って上昇し内筒２５の内周面に衝突する。衝突により気液二相状態の水分を含む蒸気は、気液分離され分離後の水分が内筒２５の内周面に付着する。内筒２５の内周面に付着した水分は、図１に示すように、ピックオフリング２４により、内筒２５の上端部を乗越え環状の第１流路２６に流入する。これにより更に気液分離性能を向上することが可能となる。環状の第１流路２６に流入した水分は、チムニ１６による自然循環流と共に、原子炉圧力容器２の内周面とチムニ１６の外周面との間に形成される環状の第２流路３２を流れる。ガウンカマー１９へと向かう途中で給水スパージャ１８から供給される冷却水と混合され、混合後の自然循環流は、ダウンカマー１９内を流れ下部プレナム２０を介して炉心１下部へ流入する。
【００２１】
以下、図３から図１２を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図３に本発明の一実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の主要部縦断面図を示し、図４は図３に示す原子炉のチムニ上部の概略構成図であり、図５は図３に示す原子炉のＡ−Ａ断面矢視図である。図３に示すように、原子炉圧力容器２内に、炉心１、チムニ１６、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを収容する。チムニ１６は、炉心１の上部に配置され、円筒部材に格子部材を設けて横断面四角形状の筒状体を成しており、例えば、ステンレス鋼で形成されている。チムニ１６を構成する複数の横断面四角形状の筒状体内を、気液二相状態の蒸気を含む冷却水が原子炉圧力容器２の軸方向上方へ通流する。
【００２３】
そこで、図３に示すように、チムニ１６を構成する複数の横断面四角形状の筒状体の一部を軸方向上方に伸長し、旋回流を発生する方向に傾斜させ、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを形成している。また、図３に示すように、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの上方に、原子炉圧力容器２の内周面と対向するよう同心円状に円筒状の内筒２５を設けると共に、内筒２５の上部を覆うように環状のピックオフリング２４が原子炉圧力容器２の内周面に取り付けている。ピックオフリング２４は、図３に示すように、縦断面略Ｌ字状の形状を備え、内筒２５の先端部を所定の間隔にて囲むように配置している。これにより、内筒２５の外周面と原子炉圧力容器２の内周面との間に環状の第１流路２６が形成される。
【００２４】
ここで、チムニ１６、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄ、内筒２５及びピックオフリング２４の配置関係について図５を用いて説明する。図５は図３に示す原子炉のＡ−Ａ断面矢視図であるが、説明を分かり易くするため、ピックオフリング２４の内周を点線で示している。図５に示すように内筒２５は、内筒支持部２７により原子炉圧力容器２の内周面に支持される。内筒支部２７は溶接にて接合され、図５では周方向４箇所に配置し支持する例を示している。この内筒支持部２７は、第１流路２６を通流する上述の気液分離された水分の流路抵抗となり得るため、その数は少ない方が好ましく、支持部材として機能し得る強度を維持できる範囲内であれば、例えば、２箇所あるいは３箇所に配置する構成としても良い。また、ピックオフリング２４の内径は、チムニ１６を構成する円筒部材の外径より大きく、内筒２５の内径よりも小さい。
【００２５】
図５に示すように、複数の横断面四角形状の筒状体が格子状に配列されてなるチムニ１６のうち、最外周より１列内側に配列された相互に隣接する３体の筒状体を１列とし、相互に対向する２列及びこの２列に直交する２列からなる計４列の筒状体（１２体の筒状体）にて旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを形成している。すなわち、最外周より１列内側に配列され、周方向に隣接配置される４列の筒状体から旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを構成する。具体的には、最外周より１列内側に配列された３体の筒状体を原子炉圧力容器２の軸方向に伸長し、その伸長部を図５において右方向へ傾斜させ旋回流発生機構２８ａを形成する。ステンレス鋼製の筒状体の伸長部をプレス加工により屈曲させることで、伸長部を傾斜させる。同様に、最外周より１列内側に配列された３体の筒状体を伸長し、その伸長部を図５において上方に傾斜させ旋回流発生機構２８ｂを形成する。また、最外周より１列内側に配列された３体の筒状体を伸長し、その伸長部を図５において左方向へ傾斜させ旋回流発生機構２８ｃを形成する。同様に、最外周より１列内側に配列された３体の筒状体を伸長し、その伸長部を図５において下方へ傾斜させ旋回流発生機構２８ｄを形成する。なお、ここで、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを構成する筒状体として、最外周に配置されたチムニ１６を構成する筒状体より１列内側に配列された筒状体を用いる理由を説明する。上述の通り、チムニ１６は横断面四角形状の筒状体を、円筒部材内に格子状に配列して形成される。従って、最外周に配置された筒状体より流出する気液二相状態の蒸気を含む冷却水は、自然循環流の形成に最も寄与するためである。すなわち、最外周より内側に配置される筒状体から流出する蒸気を含む冷却水の流れは、その筒状体の周囲に隣接配置された他の筒状体から流出する蒸気を含む冷却水流と干渉するため、その分、自然循環流形成に対する寄与度は低下するためである。
【００２６】
上述のように旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを形成することにより、図４に白抜き矢印で示す液中（冷却水中）の旋回流２９を発生させることが可能となる。図４において、この液中の旋回流２９は、巨視的にチムニ１６を構成する円筒部材の周方向左周りに旋回する。なお、本実施例においては、プレス加工にて伸長部を屈曲させる例を説明したが、これに限らず、予め横断面四角形状の筒状体の下端部を斜めに切断することで伸長部を形成し、その伸長部をチムニ１６の先端部に溶接にて接合しても良い。また、切削加工により傾斜する伸長部を形成しても良い。
【００２７】
図４に示す、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄにより発生される液中の旋回流２９は、原子炉圧力容器２の中心から径方向に旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの位置までは強制渦、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの位置から径方向に原子炉圧力容器２の内周面までは自由渦となり、これら強制渦と自由渦の組合せであるランキン渦（Ｒａｎｋｉｎｅ’ｓ  ｖｏｒｔｅｘ）となっている。
【００２８】
ここで、ランキン渦について説明する。図６は、図４及び図５に示すチムニ上部の液中の旋回流２９における径方向距離と圧力との関係を示す図であり、図７は、ランキン渦の圧力分布及び周速分布を示す図である。図６に示す横軸の径方向距離は、原子炉圧力容器２の中心から原子炉圧力容器２の内壁面までの径方向距離を表している。図６に示すように、原子炉圧力容器２の中心から径方向に原子炉圧力容器２の内周面へ到達する間に、強制渦から自由渦に渦の形態が変化する位置が存在する。圧力は中心から径方向に原子炉圧力容器２の内壁に向かうに従い上昇する。
【００２９】
また図７に、ランキン渦の圧力（Ｐ／ｐｇ）の径方向における分布を上段に、ランキン渦の周速νの径方向における分布を中段に示す（「流れの科学」有田正光著、東京電機大学出版局から抜粋）。強制渦領域では周速は径方向距離に比例し、自由渦領域では周速は径方向距離に反比例し、この強制渦領域と自由渦領域との境界で周速は最大となる。また圧力分布は中心付近で低く負圧となる。
【００３０】
図５に示す旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの配置位置は、図７に示めす周速が最大となる径方向位置、すなわち、図６及び図７に示す強制渦と自由渦との境界部としている。これにより、図４に示す液中の旋回流２９の周速は最大となり、液中の旋回流２９は自由液面２２へ波及し、白抜き矢印で示す自由液面上の旋回流３０が発生する。このとき、自由液面２２上では、原子炉圧力容器２の中心に向って自由液面２２上の圧力は低下し、自由液面２２に中心付近では負圧となる。これにより自由空間２３内では原子炉圧力容器２の中心付近を最大とする下降流（ダウンフォース）が生じる。この下降流は、チムニ１６を気液二相状態で流れ自由液面２２より上方へ上昇する水分を含む蒸気に対する抵抗として作用する。これにより、自由液面２２から自由空間２３の上方に向い流れる水分を含む蒸気のみかけの流速が低下し、重力による水分の分離性能が向上する。
【００３１】
また、自由液面上の旋回流３０により、水分を含む上昇蒸気流３１の向きは、旋回方向に転換され内筒２５へ向う流れとなる。そのため、水分を含む上昇蒸気流３１は内筒２５の内周面に衝突し気液分離され、内筒２５の内周面に水分が付着する。付着した水分は、ピックオフリング２４により内筒２５の内周面先端部へと導かれ、原子炉圧力容器２の内周面と内筒２５の外周面との間に形成される環状の第１流路２６を流れ、原子炉圧力容器２内の冷却水へと戻される。これにより、更に気液分離性能を向上することができる。
【００３２】
また、図８に、図３に示すチムニ及び旋回流発生機構の縦断面図を示す。チムニ１６を構成する横断面四角形状の筒状体の軸方向の長さをＬ２、旋回流発生機構２８ａを構成する筒状体の伸長部の長さをＬ１としたとき、例えば、Ｌ１：Ｌ２＝１：９の関係とするのが望ましい。すなわち、伸長部を含みチムニ１６を構成する筒状体の長さに対し、伸長部の長さを約１割程度とする。なお、旋回流発生機構２８ａより発生する液中の旋回流２９の旋回量は、伸長部の曲げ角度θにより調整すれば良い。
【００３３】
本実施例では、チムニ１６を構成する最外周部に配置される筒状体より発生する自然循環流を抑制することなく旋回流を発生すべく、最外周部より１列内側に配置される筒状体１列により旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄを構成する例を説明した。但し、自然循環流を抑制しない範囲内であれば、それぞれ２列の筒状体を伸長し、その伸長部を傾斜させ旋回流発生機構を構成しても良い。
【００３４】
本実施例によれば、チムニ１６を構成する筒状体の一部を軸方向に伸長し、その伸長部を傾斜させ旋回流発生機構を構成するものであるため、旋回流発生機構より流出する気液二相状態の蒸気を含む冷却水は、チムニ１６内を通流する際の状態を維持し、ほぼ均一に流出する。すなわち、従来の羽根部材への衝突時に生じるカルマン渦等の乱流による旋回力の減衰を受けることなく、効率的に旋回流を発生することが可能となる。
【００３５】
また、本実施例によれば、自由空間内を上昇する水分を含む蒸気のみかけの流速を低減できることから、重力による気液分離性能を更に向上することが可能となる。
【００３６】
更にまた、内筒及びピックオフリングを有することにより、自由液面上における旋回流の影響を受け、自由空間内を周方向に傾斜し上昇する水分を含む蒸気から水分を回収することが可能となり、更に気液分離性能を向上することが可能となる。
【実施例２】
【００３７】
図９に本発明の他の実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の主要部縦断面図を示す。図３から図５に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。本実施例では、内筒を２段、すなわち、上部内筒２５ａ及び下部内筒２５ｂを設けた点が実施例１と異なる。以下では、実施例１と同一の構成については説明を省略する。
【００３８】
図９に示すように、本実施例の自然循環型沸騰水型原子炉は、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの上方に、原子炉圧力容器２の内周面と対向するよう同心円状に配置された円筒形状の下部内筒２５ｂ、下部内筒２５ｂの上方に所定の間隔にて配置された上部内筒２５ａ、上部内筒２５ａの上部を覆うように原子炉圧力容器２の内周面に取り付けられた環状のピックオフリング２４を備える。上部内筒２５ａの下部領域は、ピックオフリング２４と同様に下部内筒２５ｂの上部を所定の間隔にて覆うよう縦断面略Ｌ字状の形状を有し、上部内筒２５ａの上部領域は、下部内筒２５ｂと略同一の内径を有する円筒形状を有している。すなわち、上部内筒２５ａは内径が異なる２つの円筒部材を、下部内筒２５ｂの上方にて接続する、縦断面ステップ状の段差を有する円筒形状を成している。
【００３９】
図１０は、図９に示す原子炉のチムニ上部の概略構成図である。図１０に示すように、実施例１と同様に、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄにより発生される液中の旋回流２９は、自由液面２２に波及し、自由液面上の旋回流３０が形成される。自由液面２２上の自由空間２３には、原子炉圧力容器２の中心部付近に下降流が形成される。この下降流により、自由液面２２の中心部付近より自由空間２３へと上昇する水分を含む蒸気のみかけの流速は減速され、重力による気液分離性能は更に向上する。
【００４０】
また、自由液面２２の中心部付近から原子炉圧力容器２の内周面の範囲に存在する水分を含む上昇蒸気流３１は、自由液面上の旋回流３０の旋回方向に転換され、原子炉圧力容器２の内周方向へ傾斜し上昇する。このとき、傾斜し上昇する水分を含む上昇蒸気流３１は、異なる傾斜角（自由液面２２に対する角度）を有する上昇蒸気流を含んでいる。図１０に示すように、傾斜角の大きい水分を含む上昇蒸気流３１は、上部内筒２５ａの上部領域の内周面と衝突し、気液分離後の水分がその内周面に付着し、ピックオフリング２４により上部内筒２５の上部領域上端部へと導かれる。その後、上部内筒２５ａの上部領域の外周面と原子炉圧力容器２の内周面との間に形成される第１流路２６内を流れ冷却水へ戻される。一方、傾斜角の小さい水分を含む上昇蒸気流３１は、下部内筒２５ｂの内周面に衝突し、気液分離後の水分が下部内筒２５ｂの内周面に付着する。ピックオフリング２４の内径と略同一の内径を有する上部内筒２５ａの下部領域により、付着した水分は下部内筒２５ｂの上端部へと導かれる。その後、下部内筒２５ｂの外周面と原子炉圧力容器２の内周面との間に形成される第１流路２６を流れ冷却水へ戻される。
【００４１】
図１１は、図９に示す原子炉のＡ−Ａ断面矢視図である。説明を得分かり易くするため、ピックオフリング２４の内周を点線で示している。図１１に示すように、上部内筒２５ａの上部領域の内径は、下部内筒２５ｂの内径と略同一のため重なりを示している。また、上部内筒２５ａの下部領域の内径は、ピックオフリング２４の内径と略同一のため重なりを示している。
【００４２】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、自由液面２２より自由空間２３へ上昇する水分を含む上昇蒸気流３１より気液分離後の水分の回収率を向上できる。
【実施例３】
【００４３】
図１２に、本発明の他の実施例に係る自然循環型沸騰水型原子炉の横断面図を示す。図５と同一の構成要素に同一の符号を付している。本実施例では、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄより内側に配置されるチムニ１６を構成する横断面四角形状の筒状体の高さを低くした点が実施例１と異なる。その他は実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００４４】
図１２に示すように、チムニ１６を構成する横断面四角形状の筒状体のうち、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの内側に配置される筒状体（斜線で示す領域：チムニ中央領域３３）の高さを、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄの外側に配置される筒状体の高さよりも低く形成している。斜線で示す内側に配置される筒状体を流れる気液二相の蒸気を含む冷却水は、筒状体から流出後相互に干渉する率が高い。そのため、これらの筒状体の高さを低くすることで、旋回流発生機構２８ａ〜２８ｄにより発生する旋回流に対する圧損を低減でき、また外側に配置される筒状体から流出する自然循環流への影響も低減できる。
【００４５】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、旋回流発生効率を向上でき、更に気液分離性能を向上することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  炉心
２  原子炉圧力容器
３  主蒸気系配管
４  高圧タービン
５  湿分分離器
６  低圧タービン
７  軸
８  発電機
９  復水器
１０  復水ポンプ
１１  給復水系配管
１２  給水ポンプ
１３  給水加熱器
１４  駆動用タービン
１５  抽出系配管
１６  チムニ
１７  蒸気乾燥器
１８  給水スパージャ
１９  ダウンカマー
２０  下部プレナム
２１  制御棒案内管
２２  自由液面
２３  自由空間
２４  ピックオフリング
２５  内筒
２５ａ  上部内筒
２５ｂ  下部内筒
２６  第１流路
２７  内筒管支持部
２８ａ，２８ｂ、２８ｃ，２８ｄ  旋回流発生機構
２９  液中の旋回流
３０  自由液面上の旋回流
３１  水分を含む上昇蒸気流
３２  第２流路
３３  チムニ中央領域
４０  自然循環型沸騰水型原子炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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