(57)【要約】【課題】炉心流量の測定精度および信頼性を向上させることができる自然循環型原子炉を提供する。【解決手段】自然循環型原子炉１０は、原子炉圧力容器４と、原子炉圧力容器４内に設置されたシュラウド５と、シュラウド５内に設置された炉心１３とを有している。原子炉圧力容器４とシュラウド５とにより形成されるダウンカマ部６の下方に、原子炉圧力容器４の円周方向に沿って環状板２１が設けられ、環状板２１に、複数の整流ガイド管２２が穿設されている。各整流ガイド管２２に、整流ガイド管２２内の流路面積を任意に変更可能な回転式絞り機構２３が設けられ、整流ガイド管２２内に、冷却材１４Ａの流量を計測するベンチュリー流量計２４が設けられている。ベンチュリー流量計２４の計測値に基づいて、制御機構２６により回転式絞り機構２３を制御することにより、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整する。【選択図】図１
2008116334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、
環状板に穿設され、原子炉圧力容器の軸線と平行する方向に延びるとともに、円筒形状からなる複数の整流ガイド管と、
各整流ガイド管に設けられ、整流ガイド管内の流路面積を任意に変更可能な回転式絞り機構と、
少なくとも１つの整流ガイド管内に設けられ、整流ガイド管内を流れる冷却材の流量を計測するベンチュリー流量計と、を備え、
ベンチュリー流量計の計測値に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を制御することにより炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項２】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられ、冷却材が流れる複数の流路孔が形成された環状板と、
環状板の各流路孔内に設けられ、流路孔内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構と、
環状板上方におけるシュラウド外周側面に設けられ、ダウンカマ部の流路を狭める垂直断面半楕円形状からなる絞り部材と、を備え、
ダウンカマ部内の絞り部材の上方と下方との圧力差を差圧計により計測し、この圧力差に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を調整することにより、炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項３】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられ、冷却材が流れる複数の流路孔が形成された環状板と、
環状板の各流路孔内に設けられ、流路孔内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構と、
環状板上方においてダウンカマ部を閉塞するように設けられ、複数のオリフィス孔が形成されるとともに、環形状からなる流路閉塞板と、を備え、
ダウンカマ部内の流路閉塞板の上方と下方との圧力差を差圧計により計測し、この圧力差に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を調整することにより、炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項４】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
ダウンカマ部の上部に、乱流プロモータまたは旋回流発生部材からなる冷却材混合機構が設けられ、
冷却材混合機構は、シュラウド上部のシュラウドヘッド近傍において冷却材の混合を促進することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項５】
シュラウドヘッド上方にドライヤスカートが設けられ、冷却材混合機構は、ドライヤスカートに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の自然循環型原子炉。
【請求項６】
冷却材混合機構は、シュラウドヘッドに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の自然循環型原子炉。
【請求項７】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
シュラウドの側面外周に、凹形状または凸形状からなる冷却材混合機構が設けられ、
冷却材混合機構は、ダウンカマ部内における冷却材の混合を促進することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項８】
冷却材混合機構は、シュラウドの側面外周に形成された螺旋溝からなり、シュラウドの側面外周の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の自然循環型原子炉。
【請求項９】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、
原子炉圧力容器とシュラウドは、水平断面が円形状からなり、
シュラウドは、シュラウドの中心軸が原子炉圧力容器の中心軸に対して偏心するように設置されていることを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項１０】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に形成される冷却材が流れるダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、環状板に穿設され原子炉圧力容器の軸線と平行する方向に延び円筒形状からなる複数の整流ガイド管と、を有する自然循環型原子炉の出力を制御する方法であって、
少なくとも１つの整流ガイド管についてその内部を流れる冷却材の流量を計測する工程と、
この流量の計測値に基づいて、各整流ガイド管に設けられた回転式絞り機構を制御することにより整流ガイド管内の流路面積を変更する工程と、
を有することを特徴とする自然循環型原子炉の出力制御方法。
【請求項１１】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に形成される冷却材が流れるダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、環状板上方に設けられダウンカマ部の流路を狭める絞り手段と、を有する自然循環型原子炉の出力を制御する方法であって、
ダウンカマ部内の絞り手段の上方と下方との圧力差を測定する工程と、
この圧力差に基づいて、環状板の流路孔に設けられた回転式絞り機構を制御することにより流路孔の流路面積を変更する工程と、
を有することを特徴とする自然循環型原子炉の出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然循環型の沸騰水型原子炉（以下自然循環型原子炉ともいう）に係り、とりわけ冷却材の流量により原子炉の出力を制御することができ、またダウンカマ部の冷却材を十分混合することができる自然循環型原子炉およびその出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、沸騰水型原子炉において、原子炉内の冷却材を循環させる方法は２通り存在する。すなわち一つの方法は、強制循環ポンプを用いて冷却材を循環させる方法であり、もう一つの方法は、ポンプを用いることなく冷却材を自然循環させる方法である。このうち後者の自然循環させる方法は、原子炉の炉心で発生するボイド（蒸気）または冷却材密度の希薄な冷却材と、給水配管から供給される核加熱前の冷却材との比重差により、冷却水を自然循環させるものである。
【０００３】
以下、図１３を参照して一般の自然循環型原子炉について説明する。自然循環型原子炉１は、円筒形状からなる原子炉圧力容器４と、原子炉圧力容器４内に原子炉圧力容器４と同心円状に設置されたシュラウド５と、シュラウド５内に設置された多数の原子燃料集合体からなる炉心１３とを有している。また、原子炉圧力容器４とシュラウド５との間に、冷却水等からなる冷却材１４Ａが流れるダウンカマ部６が形成されている。
【０００４】
また、給水スパージャ３が、ダウンカマ部６の上方に、原子炉圧力容器４の内周方向に沿って円環状に設けられている。この給水スパージャ３は、タービン復水器（図示せず）から給水ポンプ（図示せず）を介して供給される冷却材１４を、原子炉圧力容器４内に供給する。さらに、シュラウド５は、複数のシュラウドレグ７によって支持されている。この各シュラウドレグ７間の流路から、冷却材１４Ａが炉心１３の下部に導入される。またシュラウド５の上方に、セパレータ２が設けられており、このセパレータ２は、炉心１３において発生した気液二相流１４Ｂを蒸気と液体冷却材とに分離し、このうち飽和蒸気１４Ｃをドライヤ９および主蒸気配管１１を介してタービン（図示せず）に導く。
【０００５】
このように構成された自然循環型原子炉１において、冷却材１４Ａは、給水スパージャ３から供給されてダウンカマ部６内を下降する。その後、この冷却材１４Ａは、各シュラウドレグ７間の流路からシュラウド５内に流入し、炉心１３により加熱される。次に炉心１３で加熱された冷却材１４Ａは、飽和状態の気液二相流１４Ｂとなり、この気液二相流１４Ｂは、上述したように、セパレータ２により気相の飽和蒸気１４Ｃと液相の飽和冷却材１４Ｄとに分離される。このうち飽和蒸気１４Ｃは、主蒸気配管１１によりタービン（図示せず）に導かれ、発電に使用される。一方、飽和冷却材１４Ｄは、原子炉圧力容器４内の冷却材１４と混合され、給水スパージャ３からのタービン復水器からの冷却材１４Ａと更に混合されて再びダウンカマ部６を下降する。このようにして冷却材１４は、循環して用いられるようになっている。
【特許文献１】特開平０８−１６６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の自然循環型原子炉１においては、給水スパージャ３から供給される冷却材１４Ａの比重と、炉心１３からの気液二相流１４Ｂとの比重差により、冷却材１４の自然循環を行なっている。すなわち、気液二相流１４Ｂは、冷却材１４Ａより比重が軽いため原子炉圧力容器４内を上昇する。これに対して冷却材１４Ａは、気液二相流１４Ｂより比重が重いため原子炉圧力容器４内を下降する。このようにして冷却材１４は、原子炉圧力容器４内を循環する。
【０００７】
ところで、図１４は、従来の自然循環型原子炉における炉心流量と原子炉出力との関係を示す特性図である。図１４から明らかなように、炉心流量と原子炉出力との関係を示す特性は１本の曲線で示されている。一般に、原子炉出力は炉心出力を制御する制御棒の位置により決定されるが、炉心流量に対して炉心出力が一義的に定まることを意味している。すなわち、従来の自然循環型の沸騰水型原子炉は、強制循環型の沸騰水型原子炉と異なり、制御棒と炉心流量という２つの手段により原子炉出力を制御するという機能を有していないことを示している。
【０００８】
また、前述した沸騰水型原子炉、とくに自然循環型の沸騰水型原子炉においては、温度の低い冷却材と炉内を循環する冷却材とを混合するポンプなどが存在しないため、冷却材を均一に混合しにくいことが課題となっている。一般に冷却材の自然循環流量を測定する方法の一つとして、炉心入口温度の計測に基づいて自然循環流量を評価する方法が用いられている。しかしながら、仮に冷却材が十分に混合されない場合、ダウンカマ部における冷却材の流体密度が非均一となる。これにより炉心入口温度の計測に誤差が生じ、冷却材の流量を正確に測定できないおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、炉心の制御棒を制御するのみならず、炉心における冷却材の流量を独立して制御することにより、原子炉の出力を制御することができ、起動、停止、および日負荷追従などの手動操作を容易にすることができる自然循環型原子炉、ならびに原子炉圧力容器内を循環する冷却材の混合を促進させることにより、炉心流量の測定精度および信頼性を向上させることができる自然循環型原子炉およびその出力制御方法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】
【００１０】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、環状板に穿設され、原子炉圧力容器の軸線と平行する方向に延びるとともに、円筒形状からなる複数の整流ガイド管と、各整流ガイド管に設けられ、整流ガイド管内の流路面積を任意に変更可能な回転式絞り機構と、少なくとも１つの整流ガイド管内に設けられ、整流ガイド管内を流れる冷却材の流量を計測するベンチュリー流量計と、を備え、ベンチュリー流量計の計測値に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を制御することにより炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１１】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられ、冷却材が流れる複数の流路孔が形成された環状板と、環状板の各流路孔内に設けられ、流路孔内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構と、環状板上方におけるシュラウド外周側面に設けられ、ダウンカマ部の流路を狭める垂直断面半楕円形状からなる絞り部材と、を備え、ダウンカマ部内の絞り部材の上方と下方との圧力差を差圧計により計測し、この圧力差に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を調整することにより、炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１２】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、ダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられ、冷却材が流れる複数の流路孔が形成された環状板と、環状板の各流路孔内に設けられ、流路孔内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構と、環状板上方においてダウンカマ部を閉塞するように設けられ、複数のオリフィス孔が形成されるとともに、環形状からなる流路閉塞板と、を備え、ダウンカマ部内の流路閉塞板の上方と下方との圧力差を差圧計により計測し、この圧力差に基づいて、制御機構により回転式絞り機構を調整することにより、炉心における冷却材の流量を調整することを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１３】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、ダウンカマ部の上部に、乱流プロモータまたは旋回流発生部材からなる冷却材混合機構が設けられ、冷却材混合機構は、シュラウド上部のシュラウドヘッド近傍において冷却材の混合を促進することを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１４】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、シュラウドの側面外周に、凹形状または凸形状からなる冷却材混合機構が設けられ、冷却材混合機構は、ダウンカマ部内における冷却材の混合を促進することを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１５】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、を有し、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に、冷却材が流れるダウンカマ部が形成された自然循環型原子炉において、原子炉圧力容器とシュラウドは、水平断面が円形状からなり、シュラウドは、シュラウドの中心軸が原子炉圧力容器の中心軸に対して偏心するように設置されていることを特徴とする自然循環型原子炉である。
【００１６】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に形成される冷却材が流れるダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、環状板に穿設され原子炉圧力容器の軸線と平行する方向に延び円筒形状からなる複数の整流ガイド管と、を有する自然循環型原子炉の出力を制御する方法であって、少なくとも１つの整流ガイド管についてその内部を流れる冷却材の流量を計測する工程と、この流量の計測値に基づいて、各整流ガイド管に設けられた回転式絞り機構を制御することにより整流ガイド管内の流路面積を変更する工程と、を有することを特徴とする自然循環型原子炉の出力制御方法である。
【００１７】
本発明は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたシュラウドと、シュラウド内に設置された炉心と、原子炉圧力容器とシュラウドとの間に形成される冷却材が流れるダウンカマ部の下方に原子炉圧力容器の円周方向に沿って設けられた環状板と、環状板上方に設けられダウンカマ部の流路を狭める絞り手段と、を有する自然循環型原子炉の出力を制御する方法であって、ダウンカマ部内の絞り手段の上方と下方との圧力差を測定する工程と、この圧力差に基づいて、環状板の流路孔に設けられた回転式絞り機構を制御することにより流路孔の流路面積を変更する工程と、を有することを特徴とする自然循環型原子炉の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、制御機構により回転式絞り機構を制御することにより炉心における冷却材の流量を調整するので、これにより自然循環型原子炉の出力を制御することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、冷却材混合機構により、シュラウド上部のシュラウドヘッド近傍およびダウンカマ部内における冷却材の混合を促進することができる。
【００２０】
さらにまた、本発明によれば、シュラウドは、シュラウドの中心軸が原子炉圧力容器の中心軸に対して偏心するように設置されているので、ダウンカマ部内における冷却材の混合を促進し、冷却材の温度を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１および図２を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略垂直断面図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態を示す概略水平断面図である。
【００２２】
まず、図１および図２により本実施の形態による自然循環型原子炉の概略について説明する。
図１および図２に示すように、自然循環型原子炉１は、円筒形状からなる原子炉圧力容器４と、原子炉圧力容器４内に原子炉圧力容器４と同心円状に設置された円筒形状のシュラウド５と、シュラウド５内に配置されるとともに、多数の原子燃料集合体からなる炉心１３とを有している。このうちシュラウド５は、上部にシュラウドヘッド１２を有している。
【００２３】
また、原子炉圧力容器４とシュラウド５との間に、水等からなる冷却材１４Ａが流れるダウンカマ部６が形成されている。また、給水スパージャ３が、ダウンカマ部６の上方に、原子炉圧力容器４の内周方向に沿って円環状に設けられている。この給水スパージャ３は、タービン復水器（図示せず）から給水ポンプ（図示せず）を介して供給される給水配管１４から冷却材１４Ａを、原子炉圧力容器４内に供給する。
【００２４】
またシュラウド５は、複数のシュラウドレグ７によって支持されている。冷却材１４Ａは、この各シュラウドレグ７間の流路から、炉心１３の下部に導入される。またシュラウド５の上方にセパレータ２が設けられ、セパレータ２の上方にドライヤ（蒸気乾燥器）９が設けられている。セパレータ２は、炉心１３において発生した気液二相流１４Ｂを蒸気と液体冷却材とに分離し、このうち飽和蒸気１４Ｃのみをドライヤ９および主蒸気配管１１を介してタービン（図示せず）に導く。また、ドライヤスカート１０が、シュラウドヘッド１２の上方に、セパレータ２を囲むように設けられている。
【００２５】
図１に示すように、自然循環型原子炉１の原子炉圧力容器４内には、ダウンカマ部６の下方に原子炉圧力容器４の円周方向に沿って環状板２１が設けられ、この環状板２１に、円筒形状からなる複数の整流ガイド管２２が、環状板２１を貫通して設けられている（穿設されている）。また各整流ガイド管２２は、環状板２１上方の原子炉圧力容器４の軸線と平行する方向（図１の上下方向）に延びている。また各整流ガイド管２２端部内に、制御機構２６により各整流ガイド管２２内の流路面積を任意に変更可能な回転式絞り機構２３が設けられている。また少なくとも１つの整流ガイド管２２内に、整流ガイド管２２内を流れる冷却材１４Ａの流量を計測するベンチュリー流量計２４が設けられている。各制御機構２６は、電動機式に回転式絞り機構２３を駆動制御するものであり、それぞれが原子炉圧力容器４外方に設けられ、絞り駆動軸２５を介して回転式絞り機構２３に連結されている。すなわち各制御機構２６は、ベンチュリー流量計２４の計測値に基づいて回転式絞り機構２３を駆動制御することにより、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整するようになっている。
【００２６】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１において、まず冷却材１４Ａが給水スパージャ３から供給され、ダウンカマ部６内を下降する。次に、冷却材１４Ａは整流ガイド管２２内へ入って整流ガイド管２２内を下方に流れ、この間、ベンチュリー流量計２４によりその流量が計測される。この際ベンチュリー流量計２４からの計測値は制御機構２６に送信され、制御機構２６は、この計測値に基づいて回転式絞り機構２３を駆動制御して回転式絞り機構２３内における冷却材１４Ａの流量を制御する。
【００２７】
その後、冷却材１４Ａは、回転式絞り機構２３を通過し、各シュラウドレグ７間の流路からシュラウド５内に流入し、炉心１３により加熱される。炉心１３で加熱された冷却材１４Ａは、飽和状態の気液二相流１４Ｂとなる。この気液二相流１４Ｂは、上述したように、セパレータ２により気相の飽和蒸気１４Ｃと液相の飽和冷却材１４Ｄとに分離される。このうち飽和蒸気１４Ｃは、主蒸気配管１１によりタービン（図示せず）に導かれ、発電に使用される。飽和蒸気１４Ｃは、タービンにおいて発電が行なわれた後、再度液体となって給水スパージャ３を介して原子炉圧力容器４内に戻される（符号１４）。
【００２８】
一方、飽和冷却材１４Ｄは、原子炉圧力容器４内の冷却材と混合され、タービン復水器から給水スパージャ３を介して原子炉圧力容器４内へ供給される冷却材１４Ａと更に混合され、再びダウンカマ部６を下降する。このようにして冷却材１４Ａは、循環して用いられるようになっている。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、制御機構２６により回転式絞り機構２３を制御することにより炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整し、これにより自然循環型原子炉１の出力を制御することができる。すなわち炉心１３の制御棒を制御するのみならず、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を独立して制御することにより、自然循環型原子炉１の出力を制御することができ、起動、停止、および日負荷追従などの手動操作を容易にすることができる。
【００３０】
また、本実施の形態によれば、原子炉圧力容器４内にベンチュリー流量計２４を設けて冷却材１４Ａの流量を実際に計測しているので、炉心流量の計測精度および信頼性を向上させることができる。
【００３１】
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について図３乃至図５を参照して説明する。
ここで、図３は、本発明の第２の実施の形態を示す概略垂直断面図であり、図４は、本発明の第２の実施の形態における絞り部材を示す拡大断面図であり、図５は、本発明の第２の実施の形態の変形例を示す拡大断面図である。
図３乃至図５に示す第２の実施の形態は、ダウンカマ部６内の構成が異なるものであり、他の構成や作用効果は上述した第１の実施の形態と略同一である。図３乃至図５において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３２】
まず、図３により本実施の形態による自然循環型原子炉の概略について説明する。
図３に示すように、自然循環型原子炉１の原子炉圧力容器４内には、ダウンカマ部６の下方に原子炉圧力容器４の円周方向に沿って環状板２１が設けられ、環状板２１には冷却材１４Ａが流れる複数の流路孔２１ａが形成されている。また環状板２１の各流路孔２１ａ内に、制御機構２６により流路孔２１ａ内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構２３が設けられている。
【００３３】
また、環状板２１上方におけるシュラウド５外周側面に、ダウンカマ部６の流路を狭める絞り部材２７が設けられている。この絞り部材２７は、図４に示すように、垂直断面が半楕円形状からなっている。なお、絞り部材２７は、原子炉圧力容器４の内周側面に設けられていても良い。
【００３４】
また、原子炉圧力容器４に、ダウンカマ部６内の絞り部材２７の上方部分６ａと下方部分６ｂとの圧力差を計測する差圧計２８が連結されている。制御機構２６は、差圧計２８が計測した圧力差に基づいて、回転式絞り機構２３を調整し、これにより、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整する。
【００３５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図１において、まず冷却材１４Ａが給水スパージャ３から供給され、ダウンカマ部６内を下降する。この間、差圧計２８によりダウンカマ部６内の絞り部材２７の上方部分６ａと下方部分６ｂとの冷却材１４Ａの圧力差が計測される。この際差圧計２８からの計測値は制御機構２６に送信され、制御機構２６は、この計測値に基づいて回転式絞り機構２３を制御して回転式絞り機構２３内における冷却材１４Ａの流量を制御する。
【００３６】
変形例
次に第２の実施の形態における自然循環型原子炉の変形例を図５により説明する。図５に示す変形例は、図３および図４に示す絞り部材２７に代えて、複数のオリフィス孔２９ａが形成された閉塞板２９が設けられているものであり、他は図３および図４に示す自然循環型原子炉と略同一である。
【００３７】
すなわち図５において、ダウンカマ部６の下方に、原子炉圧力容器４の円周方向に沿って冷却材１４Ａが流れる複数の流路孔２１ａが形成された環状板２１が設けられている。また、環状板２１の各流路孔２１ａ内に、制御機構２６により流路孔２１ａ内の流路面積を任意に変更する回転式絞り機構２３が設けられている。
【００３８】
また、環状板２１上方においてダウンカマ部６を閉塞するように環形状からなる流路閉塞板２９が設けられている。この流路閉塞板２９に、複数のオリフィス孔２９ａが形成されている。
【００３９】
また、原子炉圧力容器４に、ダウンカマ部６内の流路閉塞板２９の上方部分６ａと下方部分６ｂとの圧力差を計測する差圧計２８が連結されている。制御機構２６は、差圧計２８が計測した圧力差に基づいて、回転式絞り機構２３を調整することにより、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整する。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、制御機構２６により回転式絞り機構２３を制御することにより炉心１３における冷却材１４Ａの流量を調整し、これにより自然循環型原子炉１の出力を制御することができる。すなわち炉心１３の制御棒を制御するのみならず、炉心１３における冷却材１４Ａの流量を独立して制御することにより、自然循環型原子炉１の出力を制御することができ、起動、停止、および日負荷追従などの手動操作を容易にすることができる。
【００４１】
また、本実施の形態によれば、差圧計２８により冷却材１４Ａの流量を実際に計測しているので、炉心流量の計測精度および信頼性を向上させることができる。
【００４２】
第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について図６乃至図８を参照して説明する。
ここで、図６は、本発明の第３の実施の形態を示す概略垂直断面図であり、図７は、本発明の第３の実施の形態を示す概略水平断面図であり、図８は、本発明の第３の実施の形態の変形例を示す斜視図である。
図６乃至図８に示す第３の実施の形態は、ダウンカマ部６内およびダウンカマ部６周辺の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図６乃至図８において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４３】
まず、図６により本実施の形態による自然循環型原子炉の概略について説明する。
図６に示すように、ダウンカマ部６の上部に、シュラウドヘッド１２近傍において冷却材１４Ａの混合を促進する冷却材混合機構３０が設けられている。この冷却材混合機構３０は、例えば乱流プロモータまたは旋回流発生部材（旋回羽根）からなり、図７に示すように、ドライヤスカート１０に沿って円周状に設けられている。
【００４４】
この冷却材混合機構３０は、ドライヤスカート１０に設けられていても良く、あるいはシュラウドヘッド１２に設けられていても良い。
【００４５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
図６において、まず冷却材１４Ａが原子炉圧力容器４内へ供給され、ダウンカマ部６内を下降する。次に、冷却材１４Ａは、炉心１３により加熱され、飽和状態の気液二相流１４Ｂとなる。次に、気液二相流１４Ｂは、セパレータ２により気相の飽和蒸気１４Ｃと飽和冷却材１４Ｄとに分離される。このうち飽和蒸気１４Ｃは、主蒸気配管１１によりタービン（図示せず）に導かれ、発電に使用される。この飽和蒸気１４Ｃは、タービンにおいて発電が行なわれた後、再度液体となって原子炉圧力容器４内に戻される。
【００４６】
一方、飽和冷却材１４Ｄは、原子炉圧力容器４内の冷却材１４Ａと混合され、タービン復水器から原子炉圧力容器４内へ供給される冷却材１４Ａと更に混合され、再びダウンカマ部６を下降する。このようにして冷却材１４Ａは、循環して用いられるようになっている。
【００４７】
ところで、タービン復水器から原子炉圧力容器４内へ供給される冷却材１４Ａは、通常比較的温度が低く、他方セパレータ２により気水分離された飽和冷却材１４Ｄは飽和状態にある。このタービン復水器からの冷却材１４Ａと、セパレータ２からの飽和冷却材１４Ｄとがダウンカマ部６内で混合される。この際、冷却材混合機構３０により、このダウンカマ部６における冷却材の混合が促進される。すなわち、飽和冷却材１４Ｄのほとんどはセパレータ２から排出されてダウンカマ部６へ流出するので、このようなセパレータ２からの飽和冷却材１４Ｄの流れと、冷却材混合機構３０とにより、ダウンカマ部６に乱流または旋回流１４Ｅ（図７参照）が発生する。このようにして、タービン復水器からの冷却材１４Ａとセパレータ２からの飽和冷却材１４Ｄとが混合される。
【００４８】
上述したように、タービン復水器からの冷却材１４Ａの温度は、比較的低い。このため、この冷却材１４Ａがシュラウドヘッド１２やシュラウド５に直接接触した場合、シュラウド５内部の蒸気が凝縮されるおそれがある。したがって、ダウンカマ部６の上部に冷却材混合機構３０が設けられ、これにより冷却材１４Ａの混合が促進されることにより、シュラウド５内部の蒸気が凝縮されるおそれを低減することもできる。
【００４９】
変形例
次に第３の実施の形態における自然循環型原子炉の変形例を図８により説明する。図８に示す変形例は、冷却材混合機構３０が複数の孔３０ａからなっている点が異なるものであり、他は図６および図７に示す自然循環型原子炉と略同一である。
【００５０】
すなわち図８において、冷却材混合機構３０は、ドライヤスカート１０に設けられた複数の孔３０ａからなっている。この場合、セパレータ２からの飽和冷却材１４Ｄは、孔３０ａ内を通過してダウンカマ部６へ流出する。この際、孔３０ａにより、飽和冷却材１４Ｄの流速が局所的に変化し、冷却材内に小さな渦が発生する。このようにして、孔３０ａが乱流プロモータとしての役割を果たし、タービン復水器からの冷却材１４Ａとセパレータ２からの飽和冷却材１４Ｄとの混合が促進される。
【００５１】
このように、本実施の形態によれば、ダウンカマ部６の上部に、例えば乱流プロモータまたは旋回流発生部材からなる冷却材混合機構３０が設けられているので、シュラウド５のシュラウドヘッド１２近傍における冷却材１４Ａの混合を促進することができる。これにより、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの温度および流体密度を均一化して炉心流量の計測精度および信頼性を向上させることができる。
【００５２】
なお、図６乃至図８に示す第３の実施の形態と、図１および図２に示す第１の実施の形態、または図３乃至図５に示す第２の実施の形態とを組み合わせてもよい。
【００５３】
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について図９乃至図１１を参照して説明する。
ここで、図９は、本発明の第４の実施の形態を示す概略垂直断面図であり、図１０は、本発明の第４の実施の形態の変形例１を示す概略垂直断面図であり、図１０は、本発明の第４の実施の形態の変形例２を示す概略垂直断面図である。
図９乃至図１１に示す第４の実施の形態は、冷却材混合機構の構成が異なるものであり、他の構成は上述した第３の実施の形態と略同一である。図９乃至図１１において、図６乃至図８に示す第３の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５４】
まず、図９により本実施の形態による自然循環型原子炉の概略について説明する。
図９に示すように、シュラウド５の側面外周に、三角柱型の突起からなる冷却材混合機構３１が設けられている。これにより、ダウンカマ部６内において冷却材１４Ａの乱流の発生が促進され、ダウンカマ部６内における冷却材１４Ａの混合が促進される。
【００５５】
なお、冷却材混合機構３１の形状は、凹形状または凸形状からなっていれば良く、三角柱型の突起に限定されない（例えば、後述する変形例１および２参照）。
【００５６】
変形例１
次に第４の実施の形態における自然循環型原子炉の変形例１を図１０により説明する。図１０に示す変形例１は、冷却材混合機構３１がシュラウド５の側面外周に形成された螺旋溝３１ａからなっているものであり、他は図９に示す自然循環型原子炉と略同一である。
【００５７】
すなわち図１０において、冷却材混合機構３１は、シュラウド５の側面外周に形成された螺旋溝３１ａからなっている。この螺旋溝３１ａは、シュラウド５の側面外周の全体に設けられている。
【００５８】
これにより、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａに旋回流が発生し、冷却材１４Ａが混合され、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの温度分布を解消することができる。
【００５９】
変形例２
次に第４の実施の形態における自然循環型原子炉の変形例２を図１１により説明する。図１１に示す変形例２は、螺旋溝３１ｂがシュラウド５の側面外周の一部に設けられているものであり、他は図９に示す自然循環型原子炉と略同一である。
【００６０】
すなわち図１１において、冷却材混合機構３１は、シュラウド５の側面外周に形成された螺旋溝３１ｂからなっている。この螺旋溝３１ｂは、シュラウド５の側面外周の上部に部分的に設けられている。なお、螺旋溝３１ｂは、シュラウド５の側面外周のいずれか一部分に設けられていれば良く、シュラウド５の側面外周の中央部または下部であっても良い。
【００６１】
このような螺旋溝３１ｂにより、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａに旋回流が発生し、冷却材１４Ａが混合され、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの温度分布を解消することができる。
【００６２】
このように、本実施の形態によれば、シュラウド５の側面外周に、凹形状または凸形状からなる冷却材混合機構３１が設けられているので、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの混合を促進することができる。これにより、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの温度および流体密度を均一化して炉心流量の計測精度および信頼性を向上させることができる。
【００６３】
なお、図９乃至図１１に示す第４の実施の形態と、図１および図２に示す第１の実施の形態、図３乃至図５に示す第２の実施の形態、または図６乃至図８に示す第３の実施の形態とを組み合わせてもよい。
【００６４】
第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について図１２を参照して説明する。
ここで、図１２は、本発明の第５の実施の形態を示す概略水平断面図である。
図１２に示す第５の実施の形態は、シュラウド５は、シュラウド５の中心軸Ｘ５が原子炉圧力容器４の中心軸Ｘ４に対して偏心するように設置されている点が異なるものであり、他の構成は上述した従来の自然循環型原子炉と略同一である。図１２において、図１３に示す自然循環型原子炉と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
まず、図１２により本実施の形態による自然循環型原子炉の概略について説明する。
図１２に示すように、原子炉圧力容器４とシュラウド５は、ともに水平断面が円形状からなっている。このうちシュラウド５は、シュラウド５の中心軸Ｘ５が原子炉圧力容器４の中心軸Ｘ４に対して偏心するように設置されている。したがって、ダウンカマ部６の水平断面において、広い部分と狭い部分とが存在する。
【００６６】
この場合、冷却材１４Ａは、ダウンカマ部６の狭い部分から広い部分へ流れるようになり（図１２の矢印）、ダウンカマ部６の冷却材が混合される。これにより、ダウンカマ部６内の冷却材１４Ａの温度および流体密度を均一化して炉心流量の計測精度および信頼性を向上させることができる。
【００６７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形をとることができる。また、複数の実施の形態を組み合わせて実施することも可能である。例えば、図１２に示す第５の実施の形態と図１および図２に示す第１の実施の形態、図３乃至図５に示す第２の実施の形態、図６乃至図８に示す第３の実施の形態、または図９乃至図１１に示す第４の実施の形態とを組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明による自然循環型原子炉の第１の実施の形態を示す概略垂直断面図。
【図２】本発明による自然循環型原子炉の第１の実施の形態を示す概略水平断面図。
【図３】本発明による自然循環型原子炉の第２の実施の形態を示す概略垂直断面図。
【図４】本発明による自然循環型原子炉の第２の実施の形態における絞り部材を示す拡大断面図。
【図５】本発明による自然循環型原子炉の第２の実施の形態の変形例を示す拡大断面図。
【図６】本発明による自然循環型原子炉の第３の実施の形態を示す概略垂直断面図。
【図７】本発明による自然循環型原子炉の第３の実施の形態を示す概略水平断面図。
【図８】本発明による自然循環型原子炉の第３の実施の形態の変形例を示す斜視図。
【図９】本発明による自然循環型原子炉の第４の実施の形態を示す概略垂直断面図。
【図１０】本発明による自然循環型原子炉の第４の実施の形態の変形例１を示す概略垂直断面図。
【図１１】本発明による自然循環型原子炉の第４の実施の形態の変形例２を示す概略垂直断面図。
【図１２】本発明による自然循環型原子炉の第５の実施の形態を示す概略水平断面図。
【図１３】従来の自然循環型原子炉を示す概略垂直断面図。
【図１４】従来の自然循環型原子炉における炉心流量と原子炉出力との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・自然循環型原子炉、２・・・セパレータ、３・・・給水スパージャ、４・・・原子炉圧力容器、５・・・シュラウド、６・・・ダウンカマ部、７・・・シュラウドレグ、９・・・ドライヤ（蒸気乾燥器）、１０・・・ドライヤスカート、１１・・・主蒸気配管、１２・・・シュラウドヘッド、１３・・・炉心、１４・・・給水配管、１４Ａ・・・冷却材、１４Ｂ・・・気液二相流、１４Ｃ・・・飽和蒸気、１４Ｄ・・・飽和冷却材、２１・・・環状板、２１ａ・・・流路孔、２２・・・整流ガイド管、２３・・・回転式絞り機構、２４・・・ベンチュリー流量計、２５・・・絞り駆動軸、２６・・・制御機構、２７・・・絞り部材、２８・・・差圧計、２９・・・流路閉塞板、２９ａ・・・オリフィス孔、３０・・・冷却材混合機構、３０ａ・・・孔、３１・・・冷却材混合機構、３１ａ・・・螺旋溝、３１ｂ・・・螺旋溝
【図１】
2008116334.tif 000003
【図２】
2008116334.tif 000004
【図３】
2008116334.tif 000005
【図４】
2008116334.tif 000006
【図５】
2008116334.tif 000007
【図６】
2008116334.tif 000008
【図７】
2008116334.tif 000009
【図８】
2008116334.tif 000010
【図９】
2008116334.tif 000011
【図１０】
2008116334.tif 000012
【図１１】
2008116334.tif 000013
【図１２】
2008116334.tif 000014
【図１３】
2008116334.tif 000015
【図１４】
2008116334.tif 000016