(57)【要約】【課題】炉心槽の内壁と中性子反射体の背面壁との間に画成された空間部に流入する冷却材のバイパス流が引き起こす温度揺らぎを防止することができる中性子反射体背面構造を提供する。【解決手段】本発明に係る中性子反射体背面構造は、原子炉容器内の炉心槽の内部に支持され並置された多数の燃料集合体から形成される炉心と前記炉心槽との間に配設される中性子反射体（２０）において、該中性子反射体の背面壁（２０ａ）と前記炉心槽の内壁との間に画成される空間部へ流入する冷却材の流れに起因する温度揺らぎを防ぐための整流手段（３０）を少なくとも一つ備えてなることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉容器内の炉心槽の内部に支持され並置された多数の燃料集合体から形成される炉心と前記炉心槽との間に配設される中性子反射体において、
該中性子反射体の背面壁と前記炉心槽の内壁との間に画成される空間部へ流入する冷却材の流れに起因する温度揺らぎを防ぐための整流手段を少なくとも一つ備えてなる中性子反射体背面構造。
【請求項２】
前記整流手段は、鉛直方向に延在する板状部材である請求項１に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項３】
前記板状部材は、該中性子反射体の下端のフランジ部から上端のフランジ部に亘って延在すると共に、該中性子反射体の前記背面壁から前記炉心槽の前記内壁に向かって奥行き方向全体に亘って延在する請求項２に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項４】
前記板状部材は、該中性子反射体の下端のフランジ部から上端のフランジ部に亘って延在すると共に、該中性子反射体の前記背面壁から前記炉心槽の前記内壁に向かって奥行き方向の一部に延在するフィンである請求項２に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項５】
前記板状部材は、該中性子反射体の下端のフランジ部から上端のフランジ部に亘って延在すると共に、該中性子反射体の前記背面壁とほぼ平行に配設される請求項２に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項６】
前記整流手段は、鉛直方向に間隔を置いて水平に延在する板状部材である請求項１に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項７】
前記板状部材は、前記空間部の水平方向断面の一部にのみ配設されラビリンス構造を形成する請求項５に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項８】
該中性子反射体は、複数段部の積み重ね構造からなり、前記板状部材は、該中性子反射体を構成する各段部毎に配設されている請求項６に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項９】
前記整流手段は、該中性子反射体の下端のフランジ部側に配設され且つ前記冷却材を攪拌する旋回翼である請求項１に記載の中性子反射体背面構造。
【請求項１０】
前記整流手段は、該中性子反射体に取り付けられている請求項１乃至９の内のいずれか１項に記載の中性子反射体背面構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉容器内の炉内構造物に関し、特に、炉心槽の内壁と中性子反射体の背面壁との間に画成された空間部における中性子反射体背面構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、一般的な原子炉構造全体を示す概略縦断面図である。この図において、原子炉容器１０は、内部に燃料集合体１４を支持する炉心槽１２を備えている。炉心槽１２内の燃料集合体１４は、上側を上部炉心板１６で、下側を下部炉心板１８で、そして側周囲を中性子反射体２０で囲まれており、燃料集合体１４から外部に放出される中性子をこの中性子反射体に反射させて、燃焼効率の増加が図れるようになっている。
【０００３】
次に、この中性子反射体２０の構造を、図８を参照しながら説明する。中性子反射体２０は、略円環状の８個の段部を上下に８段重ねにした構造になっており、円周上の８箇所に設けられたタイロッド２２によって締め付ける構造になっている。なお、各段部を組み立てる際の位置決めは、位置決めピン２３によりなされる。また、中性子反射体２０は、タイロッド２２によって下部炉心板１８に固定されている。
【０００４】
一方、中性子反射体２０の最下段部２０Ａには、その周囲にフランジ部２０１が４箇所（図面では２箇所しか見えない）設けられており、最上段部２０Ｃには、同じくその周囲にフランジ部２０２が４箇所設けられており、各フランジ部には、冷却材を流すための小孔２１０（図９参照）が多数穿設されている。中性子反射体２０の炉心槽１２に対向する側、すなわち背面壁２０ａ側は、炉心槽１２の内壁１２ａの形状と整合するように円弧状に形成されている円弧状部分と、上下のフランジ部２０１及び２０２に挟まれた平面状部分とを備える構造になっている。そのため、図７から良く分かるように、炉心槽１２の内壁１２ａと中性子反射体２０の背面壁２０ａとの間には、空間部Ｓが画成される。
【０００５】
また、炉心槽の内壁との間に画成された空間部Ｓへ鉛直方向に間隔をおいてほぼ水平に延びる複数のバッフル板を備える中性子反射体もある（例えば、特許文献１参照）。各バッフル板には、中性子反射体の背面壁側を冷却する目的で、中性子反射体の背面壁側近傍に冷却材が通る流路穴が穿設されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１０９０７７号公報　（図１〜図３）
【０００７】
以上のように構成された原子炉容器１０の内部の冷却材の流れを説明する。原子炉運転時には、冷却材ポンプ（図示せず）により送給された冷却材が矢印に示すように、入口ノズル１５を通って原子炉容器１０の内部に流入し、炉心槽１２の外側を下向きに流れて下部プレナム１１に至る。冷却材は、この下部プレナム１１で反転した後、炉心、すなわち燃料集合体１４を上向きに流れ、その際に核反応熱を吸収して昇温しつつ上部プレナム１３に至り、この上部プレナム１３において横方向に向きを変えて、矢印で示すように、出口ノズル１７から蒸気発生器（図示せず）へと流出する。
【０００８】
このように下部プレナム１１で反転した冷却材の主流は、炉心内部を上に向かって流れているが、一部のバイパス流が、炉心槽１２と中性子反射体２０との間の空間部Ｓに中性子反射体２０の最下段部２０Ａのフランジ部２０１に穿設された小孔２１０を通って流入する（図９参照）。空間部Ｓに流入したバイパス流は、中性子反射体２０の背面壁２０ａ側を冷却しながらそのまま空間部Ｓを上に向けて流れていき、最上段部２０Ｃのフランジ部２０２に穿設された小孔（図示せず）から流出するようになっている。
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すように、フランジ部２０１の小孔２１０を通って空間部Ｓに流入するバイパス流（強制対流）は、断面積の小さな小孔２１０から噴出されるために局所的な噴流であると共に流速が比較的遅いため、炉心槽１２の内壁側に自然対流が共存する。このように強制対流と自然対流とが共存する場合には、空間部Ｓにおける両対流の混合領域で温度揺らぎが発生し、温度揺らぎに伴う金属表面の温度変動が原因で中性子反射体２０の金属が金属疲労を起こす可能性がある。温度揺らぎは、中性子反射体２０の背面壁２０ａの平面状部分に沿った幅方向の揺らぎと、背面壁側から炉心槽１２の内壁側に向かう奥行き方向の揺らぎとの両方で生じてしまう可能性がある。
【００１０】
上述した先行文献１のものにおいても、バッフル板の流路穴が中性子反射体の背面壁側近傍にのみ穿設されているため、各バッフル板の流路穴から流出するバイパス流（強制対流）に対して自然対流が発生し、温度揺らぎを防ぐことができないという問題点があった。
【００１１】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、炉心槽の内壁と中性子反射体の背面壁との間に画成された空間部に流入する冷却材のバイパス流が引き起こす温度揺らぎを防止することができる中性子反射体背面構造を提供することを主な目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、原子炉容器内の炉心槽の内部に支持され並置された多数の燃料集合体から形成される炉心と前記炉心槽との間に配設される中性子反射体において、該中性子反射体の背面壁と前記炉心槽の内壁との間に画成される空間部へ流入する冷却材の流れに起因する温度揺らぎを防ぐための整流手段を少なくとも一つ備えてなる中性子反射体背面構造を特徴とする。
【００１３】
整流手段は、鉛直方向に延在する板状部材であり、特に、中性子反射体の下端のフランジ部から上端のフランジ部に亘って延在すると共に、中性子反射体の背面壁から炉心槽の内壁に向かって奥行き方向全体に亘ってあるいは奥行き方向の一部に延在するのが好ましい。また、板状部材は、中性子反射体の背面壁とほぼ平行に配設することもできる。
【００１４】
また、整流手段は、鉛直方向に間隔を置いて水平に延在する板状部材であり、板状部材を空間部の水平方向断面の一部にのみ配設して、ラビリンス構造を形成することもできる。さらに、これらの板状部材を中性子反射体を構成する各段部毎に配設することも好ましい。
【００１５】
さらに、整流手段は、中性子反射体の下端のフランジ部側に配設され且つ冷却材を攪拌する旋回翼であることが望ましい。なお、整流手段は中性子反射体に取り付けられていることが好ましい。
【００１６】
【作用】
中性子反射体の背面壁と炉心槽の内壁との間の空間部に流入する冷却材のバイパス流の流れ方向を確定したり、流れに対する抵抗を上げて逆流を防いだり、さらには、攪拌して混合を促進することにより、温度揺らぎを防止して、熱による金属疲労が生じないようになっている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を、添付図面を参照しながら説明するが、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。
【００１８】
最初に、図１を参照しながら、本発明に係る中性子反射体背面構造の第一の実施の形態を説明する。中性子反射体２０の基本的な構造は、図８を参照しながら説明したものと同様であるので、詳細な説明を省略する。中性子反射体２０の平面状部分背面壁２０ａと炉心槽の内壁との間の空間部Ｓに位置する場所、すなわち、最下段部２０Ａの下端のフランジ部２０１と最上端部２０Ｃの上端のフランジ部２０２との間には、本願発明の特徴部である整流手段３０が配設されている。整流手段３０は、鉛直方向に延在する複数枚の板状部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄからなる。各板状部材は、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２に亘って延在すると共に、中性子反射体２０の背面壁２０ａから炉心槽１２の内壁１２ａ（図７参照）に向かって奥行き方向全体に亘って延在している。従って、円弧状のフランジ部の奥行き方向の幅が大きい部分に配設された板状部材（本実施形態では板状部材３０ｂあるいは３０ｃ）の方が、奥行き方向の幅の小さい部分に配設された板状部材（本実施形態では板状部材３０ａあるいは３０ｄ）より板状部材の奥行き方向の幅が大きく形成されている。
【００１９】
このように形成された板状部材からなる整流手段３０の作用を説明する。前述したように、下部プレナムで反転した冷却材の一部であるバイパス流は、炉心槽１２と中性子反射体２０との間の空間部Ｓ（図７参照）に中性子反射体２０の最下段部２０Ａのフランジ部２０１に穿設された小孔２１０を通って流入する。空間部に流入したバイパス流は、整流手段３０の各板状部材３０ａ〜３０ｄにより区画された鉛直方向の流路の中を上に向けて流れていき、フランジ部２０２に穿設された小孔２１１から流出する。このように、空間部Ｓの中に流入したバイパス流は、その流れの方向を、各板状部材３０ａ〜３０ｄにより区画された細い鉛直方向流路によって一方向に確定させられる。すなわち、背面壁２０ａの平面状部分に沿った幅方向（左右方向）におけるバイパス流（強制対流）と自然対流との混合による温度揺らぎは、板状部材により確実に防止され、流れを安定化することができる。
【００２０】
なお、板状部材は、本実施形態においては４枚配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施状況に応じて適当数の板状部材を配設することができる。また、各板状部材は、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２までに亘って延在しているが、各板状部材で区画された鉛直方向の流路の中で区分けされたバイパス流を一方向に方向付けできるのであれば、各板状部材の寸法形状を同一にしてもよいし、あるいは鉛直方向全体に亘って延在させる必要はなく不連続板であってもよいし、上端あるいは下端がフランジ部へ連設されていなくてもよい。また、材質としては、中性子反射体と同じＳＵＳ３０４が好適である。さらに、板状部材の表面は、流れの安定化を考えて、滑らかなほうが好ましい。
【００２１】
次に、図２を参照しながら、本発明に係る中性子反射体背面構造の第二の実施の形態を説明する。本願発明の特徴部である整流手段４０は、図１に示した第一の実施の形態と同様に、鉛直方向に延在する板状部材４０ａからなる。しなしながら、第一の実施の形態と異なり、板状部材４０ａは、中性子反射体２０の平面状部分の背面壁２０ａとほぼ平行に配設されている。なお、板状部材４０ａは、単一の部材でもよく、あるいは複数の部材を連設したものでもよい。
【００２２】
このように形成された板状部材４０ａからなる整流手段４０の作用を説明する。前述したように、フランジ部２０１に穿設された小孔２１０を通って空間部に流入した冷却材のバイパス流は、整流手段４０の板状部材４０ａにより区画された鉛直方向の平坦流路の中を上に向けて流れていき、フランジ部２０２に穿設された小孔２１１から流出する。このように、空間部Ｓの中に流入したバイパス流は、その流れの方向を、板状部材４０ａにより区画された背面壁２０ａと平行な平坦な鉛直方向流路によって一方向に確定させられる。すなわち、背面壁２０ａ側から炉心槽の内壁側に向かう奥行き方向におけるバイパス流（強制対流）と自然対流との混合による温度揺らぎは、板状部材４０ａにより確実に防止され、流れを安定化することができる。
【００２３】
なお、板状部材は、本実施形態においては１枚配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施状況に応じて適宜複数枚配設することができる。また、第一の実施の形態と同様に、板状部材は、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２までに亘って延在しているが、各板状部材で区画された鉛直方向の流路の中で区分けされたバイパス流を一方向に方向付けできるのであれば、全体に亘って延在する必要はなく、鉛直方向あるいは幅方向において不連続であってもよいし、上端あるいは下端がフランジ部へ連設されていなくてもよい。
【００２４】
次に、図３を参照しながら、本発明に係る中性子反射体背面構造の第三の実施の形態を説明する。本願発明の特徴部である整流手段５０は、図１に示した第一の実施の形態と同様に、鉛直方向に延在する複数枚の板状部材５０ａからなる。各板状部材５０ａは、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２に亘って延在しているが、第一の実施の形態と異なり、中性子反射体２０の背面壁２０ａから炉心槽１２の内壁１２ａ（図７参照）に向かって奥行き方向の一部に延在しているに過ぎない。各板状部材５０ａは、背面壁２０ａに直接取り付け固定されており、中性子反射体２０の内部に配設された炉心からの熱を伝えるためのフィンとして機能する。
【００２５】
このように形成された板状部材５０ａからなる整流手段５０の作用を説明する。フランジ部２０１の小孔２１０を通って空間部に流入した冷却材のバイパス流は、整流手段５０の各板状部材５０ａに沿って鉛直方向上向きに流れていき、フランジ部２０２に穿設された小孔２１１から流出する。ここで、各板状部材５０ａは、フィンとして機能するので、すなわち、炉心から中性子反射体２０の背面壁２０ａを介して伝わってくる熱のバイパス流への伝熱効果を促進させる。この伝熱促進によって、強制対流を促進させることにより温度揺らぎを防止して、流れを安定化することができる。
【００２６】
なお、板状部材は、本実施形態においては６枚配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、伝熱促進を図れるのであれば、実施状況に応じて適宜枚数を変更することができる。また、各板状部材の形状も同一ではなく、多少変更することもできるし、伝熱促進のために波状の板を用いることもできる。さらに、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２までに亘って延在しているが、各板状部材は、不連続であってもよいし、上端あるいは下端がフランジ部へ連設されていなくてもよい。
【００２７】
次に、図４を参照しながら、本発明に係る中性子反射体平面構造の第四の実施の形態を説明する。本願発明の特徴部である整流手段７０は、中性子反射体２０の平面状部分背面壁２０ａから炉心槽の内壁との間の空間部Ｓにおいて、各段部毎に、水平方向に部分的に延在する複数枚の板状部材７０ａ及び７０ｂの組み合わせからなっている。ほぼ長方形状の板状部材７０ａは、中性子反射体２０の平面状部分の幅方向のほぼ中央に位置しており、一対のヒレ状の板状部材７０ｂは、平面状部分の幅方向の左右両端部側に位置しており、これらの板状部材７０ａ及び７０ｂが各段部の間で鉛直方向に一段置きに交互に配設されることにより、いわゆるラビリンス構造を形成し、下端のフランジ部２０１から上端のフランジ部２０２に向かってサーペンタイン形状の流路を画成している。また、各板状部材７０ａ及び７０ｂの外周縁は、炉心槽の内壁の形状に合わせて円弧状に形成されている。
【００２８】
このように形成された複数枚の板状部材７０ａ及び７０ｂからなる整流手段７０の作用を説明する。各板状部材７０ａ及び７０ｂは、最下段部のフランジ部２０１に穿設された小孔２１０を通って空間部へ流入した冷却材のバイパス流に対して抵抗を上げるように機能するため、バイパス流は、ラビリンス構造に配置された板状部材７０ａ及び７０ｂによって画成されたサーペンタイン状の流路を上に向かって流れていき、フランジ部２０２の小孔２１０から流出する。このように、ラビリンス構造に配置された板状部材によりバイパス流の流れに対して抵抗を上げるため、逆流（自然対流）を防ぐことができ、それにより温度揺らぎが防止されて流れの安定化を図ることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、各段部毎に１枚と２枚との板状部材を交互に組み合わせることによりラビリンス構造を構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バイパス流に対して抵抗を上げる作用を及ぼす限り、例えば、各段部毎に１枚と３枚との組み合わせ、２枚と３枚との組み合わせ、あるいは１枚と２枚と３枚との組み合わせなど、如何なる組み合わせにすることもできる。なお、板状部材は、可能な限り相似形にした方が、製造コストを抑えることができる。
【００３０】
なお、本実施形態においては、各板状部材は、中性子反射体２０を構成する各段部の間、すなわち、最下段部２０Ａと第２段部２０Ｂとの間〜以下同様に、最上段部２０Ｃとの間までの７箇所から水平方向に延在しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施状況に応じて各段部に適当数の板状部材を配設することができる。しかしながら、本実施の形態のように各段部の間から延在させると、各段部の上端部あるいは下端部に板状部材を取り付け固定すればよく、取り付けが容易となる。
【００３１】
次に、図５を参照しながら、本発明に係る中性子反射体背面構造の第五の実施の形態を説明する。本願発明の特徴部である整流手段８０は、中性子反射体２０の平面状部分背面壁２０ａから炉心槽の内壁との間の空間部Ｓにおいて、下端のフランジ部２０１側に配列された複数個の旋回翼８０ａからなる。各旋回翼８０ａは、フランジ部２０１の小孔２１０から流出する冷却材のバイパス流を攪拌するために、フランジ部２０１とほぼ平行に一列に配設されている。また、各旋回翼８０ａは、固定翼であり、複数枚の旋回羽根８０ｂを備えているが、攪拌状況に応じて、羽根枚数は適宜変更することができる。
【００３２】
このように形成された複数個の旋回翼８０ａからなる整流手段８０の作用を説明する。小孔２１０を通って空間部へ流入した冷却材のバイパス流は、旋回翼８０ａに攪拌されながら鉛直方向上向きに流れていき、フランジ部２０２に穿設された小孔２１１から流出する。冷却材のバイパス流は、旋回翼８０ａによって攪拌されて、自然対流との混合を強制的に促進させることにより、温度揺らぎを防止して、流れの安定化を図ることができる。
【００３３】
なお、旋回翼８０ａは、本実施形態においては一列に３個配設したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バイパス流を効率よく攪拌できるのであれば、２個あるいは４個など適当数配設することができる。また、旋回翼を複数列に配列し、列ごとに互い違いに設置することもできる。
【００３４】
以上、本発明に係る中性子反射体背面構造の特徴部である整流手段の実施形態を幾つか説明したが、各整流手段は、ボルト留めや溶接等の既知の手段を用いて、中性子反射体へ直接あるいは適宜中間部材を介して取付固定されるのが好ましい。また、各整流手段は、互いに干渉しない限り、任意に適宜組み合わせて使用することができる。例えば、図６に示すように、第一の実施の形態の鉛直方向に延在する板状部材である整流手段３０と、第五の実施の形態の旋回翼からなる整流手段８０とを組み合わせることができる。この組み合わせによれば、冷却材のバイパス流を板状部材で細い流路に区分けして流れ方向を確定することにより左右方向の揺らぎを防止すると共に、旋回翼で流れを攪拌することにより強制対流を促進して混合による温度揺らぎを防ぐことができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、中性子反射体の背面壁と炉心槽の内壁との間の空間部に温度揺らぎを防ぐための整流手段を配設するで、流入する冷却材のバイパス流に起因する温度揺らぎを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中性子反射体背面構造の第一の実施の形態を示す概要図である。
【図２】本発明に係る中性子反射体背面構造の第二の実施の形態を示す概要図である。
【図３】本発明に係る中性子反射体背面構造の第三の実施の形態を示す概要図である。
【図４】本発明に係る中性子反射体背面構造の第四の実施の形態を示す概要図である。
【図５】本発明に係る中性子反射体背面構造の第五の実施の形態を示す概要図である。
【図６】第一の実施の形態と第五の実施の形態との組み合わせ示す概要図である。
【図７】一般的な原子炉構造全体を示す概略断面図である。
【図８】中性子反射体の構造を示す概要図である。
【図９】中性子反射体と炉心槽との間の空間部における流れを説明する概要図である。
【符号の説明】
１０…原子炉容器、１１…下部プレナム、１２…炉心槽、１２ａ…内壁、１３…上部プレナム、１４…燃料集合体、１５…入口ノズル、１６…上部炉心板、１７…出口ノズル、１８…下部炉心板、２０…中性子反射体、２０ａ…背面壁、２０Ａ…最下段部、２０Ｂ…第２段部、２０Ｃ…最上段部、２２…タイロッド、２３…位置決めピン、３０…整流手段、３０ａ〜３０ｄ…板状部材、４０…整流手段、４０ａ…板状部材、５０…整流手段、５０ａ…板状部材（フィン）、７０…整流手段、７０ａ，７０ｂ…板状部材、８０…整流手段、８０ａ…旋回翼、２０１，２０２…フランジ部、２１０，２１１…小孔、Ｓ…空間部。
【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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