(57)【要約】【課題】本発明の目的は、原子炉下部の炉内構造を変更する場合でも、低コストで短期に開発でき、炉水漏れ要因の増加を抑制できる高精度な原子炉の炉心流量計測装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、燃料支持金具に設けたオリフィスの下流側領域の圧力を計測する第１の圧力導管と、複数の第１の圧力導管を内部に収納しオリフィスの上流側領域の圧力を計測する第２の圧力導管とを備える。また、オリフィスの下流側領域の圧力を計測する第１の圧力導管と、オリフィスの上流側領域の圧力を計測する第２の圧力導管と、複数の第１の圧力導管及び複数の第２の圧力導管を内部に収納するハウジングとを備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内の燃料集合体を支持する燃料支持金具に設けたオリフィスの上流側圧力と下流側圧力との差から各燃料集合体の冷却材流量を求め、炉心流量を算出する原子炉の炉心流量計測装置において、
前記オリフィスの下流側領域に連通し該下流側領域の圧力を計測するための第１の圧力導管と、前記オリフィスの上流側領域に連通し該上流側領域の圧力を計測するための第２の圧力導管とを備え、
前記第２の圧力導管が、複数の前記第１の圧力導管を内部に収納した状態で前記原子炉圧力容器を貫通するように設置されていることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項２】
原子炉圧力容器内の燃料集合体を支持する燃料支持金具に設けたオリフィスの下流側領域に連通し該下流側領域の圧力を前記原子炉圧力容器の外側に導く第１の圧力導管と、
前記オリフィスの上流側領域に連通し該上流側領域の圧力を前記原子炉圧力容器の外側に導くと共に、複数の前記第１の圧力導管を内部に収納した状態で前記原子炉圧力容器を貫通する第２の圧力導管と、
前記第１の圧力導管により導かれた前記オリフィスの下流側領域圧力及び前記第２の圧力導管により導かれた前記オリフィスの上流側領域圧力を前記原子炉圧力容器の外側で計測し、該上流側領域圧力と下流側領域圧力との差から各燃料集合体の冷却材流量を求め、該燃料集合体の冷却材流量から炉心流量を算出する炉心流量算出手段と、を備えることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項３】
請求項２において、さらに、前記燃料支持金具及び前記第２の圧力導管と接合され、内部に前記第１の圧力導管と前記オリフィスの下流側領域とを連通する流路を有する結合部材を備えることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項４】
請求項３において、前記結合部材と前記燃料支持金具は、一方のオス側部材と他方のメス側部材との嵌合により接合され、前記メス側部材の線膨張係数が前記オス側部材の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項５】
請求項１または２において、前記第２の圧力導管の数が燃料集合体総数の１／３２〜１／８であることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項６】
原子炉圧力容器内の燃料集合体を支持する燃料支持金具に設けたオリフィスの上流側圧力と下流側圧力との差から各燃料集合体の冷却材流量を求め、炉心流量を算出する原子炉の炉心流量計測装置において、
前記オリフィスの下流側領域に連通し該下流側領域の圧力を計測するための第１の圧力導管と、前記オリフィスの上流側領域に連通し該上流側領域の圧力を計測するための第２の圧力導管と、複数の前記第１の圧力導管及び複数の前記第２の圧力導管を内部に収納した状態で前記原子炉圧力容器を貫通するハウジングと、を備えることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項７】
請求項６において、前記ハウジングの数が燃料集合体総数の１／３２〜１／８であることを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、炉心の最外層の燃料集合体以外の燃料集合体の冷却材流量を求めて炉心流量を算出することを特徴とする原子炉の炉心流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＢＷＲ（沸騰水型原子炉）プラントにおける原子炉の炉心流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＡＢＷＲ（改良型沸騰水型原子炉）では、シュラウドの外側と内側の冷却材の圧力差を測定し、この圧力差から炉心流量を算出している（第１の方法）。この場合、実機規模の試験で計測したＲＩＰ（インターナルポンプ）の流量と圧力差との関係を予め求め、原子炉で測定した圧力差から炉心流量を計算している。
【０００３】
また、第２の方法として、燃料支持金具のオリフィスにおける前後の圧力差から燃料集合体の流量を求め、炉心の圧力損失を考慮して炉心流量を算出する方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、原子炉下部の炉内構造を変更する場合、上記第１の方法では、シュラウド，ＲＩＰ，ＣＲＤ（制御棒駆動機構）ハウジング等の炉内構造物を模擬した実機規模の大型試験が必要となり、莫大な開発時間とコストを必要とする。
【０００５】
また、上記第２の方法では、各燃料集合体の流量を個別に測定するため、計測装置の数量が多くなる。例えば、燃料支持金具による差圧測定装置を各燃料集合体に設置すると、数百個の装置が必要となる。これに伴い、差圧測定部の圧力をＲＰＶ（原子炉圧力容器）外部に導き出す必要があるため、圧力導管のハウジングを通す数百の貫通孔をＲＰＶに設ける必要があり、炉水漏れ要因が増加する。
【０００６】
上記第２の方法では、炉心の圧力損失を考慮した計算により、８体程度の燃料集合体の流量から炉心流量を予測する方法もあるが、８体から数百体の流量を評価するため予測精度が不十分となる可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、原子炉下部の炉内構造を変更する場合でも、低コストで短期に開発でき、炉水漏れ要因の増加を抑制できる高精度な原子炉の炉心流量計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料支持金具に設けたオリフィスの下流側領域の圧力を計測する第１の圧力導管と、複数の第１の圧力導管を内部に収納し、オリフィスの上流側領域の圧力を計測する第２の圧力導管とを備える。
【０００９】
また、他の本発明は、燃料支持金具に設けたオリフィスの下流側領域の圧力を計測する第１の圧力導管と、オリフィスの上流側領域の圧力を計測する第２の圧力導管と、複数の第１の圧力導管及び複数の第２の圧力導管を内部に収納するハウジングとを備える。
【００１０】
第１の圧力導管を介して計測したオリフィスの下流側圧力と第２の圧力導管を介して計測したオリフィスの上流側圧力との差から各燃料集合体の冷却材流量を求め、これらの冷却材流量から炉心流量を算出する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図６は、本発明の炉心流量測定装置が設置されたＡＢＷＲ（改良型沸騰水型原子炉）の概略部分縦断面図である。シュラウド１０とＲＰＶ（原子炉圧力容器）１１で挟まれた空間であるダウンカマ１２を降下した原子炉冷却材（炉水）は、ＲＩＰ（インターナルポンプ）１３によって加圧／吐出され、原子炉圧力容器１１の下鏡１１ａに沿って流れ、制御棒案内管１５の軸方向に沿って原子炉内を上昇する。ＲＩＰ１３は、下鏡
１１ａの円周方向に１０台設置されている。図中、炉水の流れを矢印で示している。
【００１２】
その後、原子炉冷却材は、燃料支持金具（炉心支持金具）のオリフィスを通過して、燃料集合体３へ流入する。原子炉冷却材が燃料集合体３で加熱され、蒸発した蒸気は、蒸気ダービン（図示せず）に送られ、発電に寄与する。燃料集合体３の出力は制御棒１４で制御される。制御棒１４はＣＲＤ（制御棒駆動機構、図示せず）により上下に移動される。制御棒１４は制御棒案内管１５に格納され、ＣＲＤはＣＲＤハウジング１６に格納される。燃料支持金具及び燃料集合体３は、炉心支持板９に支持されている。尚、図６では、原子炉構造の説明を簡単にするために、燃料集合体３，制御棒１４，制御棒案内管１５，ＣＲＤハウジング
１６などは、その一部のみを表示している。
【００１３】
図１は、本発明による炉心流量測定装置の第１実施例を示す図で、（ａ）は燃料支持金具周りの概略部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。この実施例では、オリフィス２（破線部）が燃料支持金具１の底部に設けられている。即ち、オリフィス２は、鉛直方向（図１の上下方向）の下から上に流れる炉水の流れ方向に開口している。燃料支持金具１は燃料集合体３を支えるために設置されており、オリフィス２は炉心の流量配分を制御し、炉心安定性に寄与する。
【００１４】
原子炉冷却材（炉水）が燃料支持金具１のオリフィス２を通過すると、その圧力損失により原子炉冷却材の圧力が次式に従って低下する。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
ここで、ｄＰ：オリフィスの上下の差圧、Ａ：オリフィス断面積、Ｑ：冷却材流量、α：流量係数、ρ：冷却材密度である。
【００１７】
従って、モデル試験等で流量係数αを予め求めておくことにより、測定した差圧ｄＰから数１を用いて冷却材流量Ｑを算出できる。燃料支持金具１は比較的小さな構造物であるため、比較的小規模な試験により流量係数αを算出できる。
【００１８】
図１の例では、１つの圧力導管ハウジング５の中に４本の圧力導管８が配置されている。圧力導管ハウジング５の上端部は、結合金具（結合部材）４の下端部に溶接で接合されている。各圧力導管８の上端は、結合金具４に設けられた４つの圧力伝達孔（圧力伝達流路）７の下端７ｂにそれぞれ連通している。結合金具４は、その上部に４つの突出部４ａを備える。各突出部４ａは、各燃料支持金具１が有する貫通孔にそれぞれ挿入して接合される。
【００１９】
圧力伝達孔７の上端７ａが突出部４ａの先端に設けられており、圧力導管８は、圧力伝達孔７を介して燃料支持金具１のオリフィス２よりも下流側（上側）の領域１ａに連通している。圧力伝達孔７の上端７ａは、オリフィス２の下流側圧力測定用の孔（圧力測定孔）として機能する。こうして、各圧力導管８は、１つの燃料支持金具１のオリフィス２よりも下流側の領域（空間）１ａに連通する。各領域１ａは、１体の燃料集合体３の上流側領域に対応している。尚、結合金具４は、分割構造にして製作性を向上しても良い。
【００２０】
圧力導管ハウジング５は、燃料支持金具１のオリフィス２よりも上流側（下側）に４つの上流側圧力測定用の小孔（圧力測定孔）６を有する。４つの小孔６は、圧力導管ハウジング５の円周方向に対称に配置される。小孔６は、燃料支持金具１の近傍に設ける方が好ましい。圧力導管ハウジング５及び圧力導管８は、ＲＰＶの下鏡１１ａを貫通してその外側まで延び、差圧計測装置２０（図６参照）に接続される。
【００２１】
図２は、図１の燃料支持金具１と結合金具４を下側から見た概略構成図である。図１は、図２のＡ−Ａ断面図に相当する。十字型の制御棒案内管１５との干渉を避けるために、４つの圧力伝達孔７を内蔵する結合金具４は、斜めの４方向に伸びたＸ状の形状を有する。各圧力伝達孔７は、制御棒案内管１５が十字に延びている方向に対して、４５度傾いた斜め方向に延びている。
【００２２】
この結果、圧力導管ハウジング５内部の圧力はオリフィス２上流側の高圧側圧力となり、圧力導管８内部の圧力はオリフィス２下流側の低圧側圧力となる。即ち、４つの低圧側の圧力導管８が１つの圧力導管ハウジング５に囲まれて、このハウジング自身を高圧側の圧力導管として利用している。この場合、１つの結合金具４で接合される４体の燃料集合体の冷却材流量を求める際に用いるオリフィス２上流側の圧力は全て同じ値となる。
【００２３】
図６に示した差圧計測装置２０は、圧力導管８内部の低圧側圧力と圧力導管ハウジング５内部の高圧側圧力との差圧ｄＰを測定する。差圧ｄＰは、圧力計による測定値から差を求めても、差圧計により直接求めても良い。炉心流量算出手段２１は、数１を用いて、各燃料集合体３の冷却材流量Ｑを求め、各燃料集合体３の冷却材流量を積分することにより全炉心流量を算出する。尚、図６では、説明を簡単にするために、圧力導管ハウジング５，差圧計測装置２０などは、その一部のみを表示している。実際には、圧力導管ハウジング５毎に差圧計測装置２０が設けられ、炉心流量算出手段２１は、複数の差圧計測装置２０から入力した差圧信号に基づいて全炉心流量を算出する。
【００２４】
本実施例では、４つの圧力導管８を１つの圧力導管ハウジング５内に設置することにより、４体の燃料集合体３の冷却材流量を１つの圧力導管ハウジング５で同時に測定できる。もちろん、４体には限定されず、２体，３体、又は複数の燃料集合体の冷却材流量を１つの圧力導管ハウジング５で同時に測定するようにしても良い。
【００２５】
本実施例では、結合金具４の突出部４ａを燃料支持金具１の貫通孔に挿入することにより、結合金具４と燃料支持金具１とを取り外し可能に結合したが、燃料支持金具１の一部を結合金具４に差し込んで結合するようにしても良い。何れの場合でも、結合金具４と燃料支持金具１との結合部は、オリフィス２の下流側の冷却材圧力を圧力導管８に伝達できる程度に、密接に結合される必要がある。
【００２６】
このため、結合金具４と燃料支持金具１は、同じ材料にするか、又は材料の線膨張係数を適切に選択する必要がある。常温で挿入でき、高温（原子炉運転）で圧力を測定する観点から、２つの金具のギャップが常温で大きく、高温で狭まるような材料を組み合わせる必要がある。このためには、結合金具４がオス構造を有する場合、結合金具４の線膨張係数が燃料支持金具１の線膨張係数よりも大きくなるような材料にすれば良い。燃料支持金具１がオス構造を有する場合には、結合金具４の線膨張係数が燃料支持金具１の線膨張係数よりも小さくなるような材料にすれば良い。即ち、メス側部材の線膨張係数がオス側部材の線膨張係数よりも小さくなるようにすれば良い。
【００２７】
本実施例によれば、燃料支持金具のオリフィス２を利用した流量計測方法を用いることにより、原子炉下部の炉内構造を変更する場合でも、従来のような実機規模の大型試験が不要となるので、低コストで短期に炉心流量計測装置を開発できる。また、オリフィス２の差圧から流量を計測する方法の採用により、高精度な流量計測が可能となる。さらに、４体の燃料集合体３の冷却材流量を１つの圧力導管ハウジング５で同時に測定する構成にしたことにより、圧力導管ハウジング５をＲＰＶの外側に導くための貫通孔（計測用貫通孔）の数を、燃料集合体総数の１／４まで減少できるので、その分、炉水漏れ要因の増加を抑制できる。
【００２８】
尚、本実施例のように、圧力導管ハウジング５自身を圧力導管として利用することは合理的であるが、圧力導管８をさらに設置して、オリフィス２上流側の各圧力も圧力導管８で測定しても良い。この場合、オリフィス２上流側の圧力は各燃料集合体で異なり、より高精度な測定ができる。
【００２９】
また、本実施例では、結合金具４に設けた圧力伝達孔７を介して圧力導管８と燃料支持金具１内部とを連通したが、炉心支持板９や補強ビーム（図示せず）に圧力伝達孔７を設けて圧力導管８と燃料支持金具１内部とを連通しても良い。
【００３０】
図３は、本発明による炉心流量測定装置の第２実施例を示す図で、（ａ）は燃料支持金具周りの概略部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。この実施例では、現行ＡＢＷＲのように、オリフィス２が燃料支持金具１の側面下部に設けられている。即ち、オリフィス２は、鉛直方向（図３の上下方向）の下から上に流れる炉水の流れ方向に対して垂直に開口している。その他の構成は基本的に第１実施例と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
この場合も、図１の第１実施例と同様に、複数の燃料集合体３の冷却材流量を１つの圧力導管ハウジング５で同時に測定するように流量測定装置を構成することにより、第１実施例と同様な効果が得られる。但し、オリフィス２の配置が第１実施例と異なるため、図３の構成を反映したモデル試験などで予め流量係数αを求め、実際に測定した差圧ｄＰから（数１）を用いて冷却材流量Ｑを算出すれば良い。
【００３２】
図４は、本発明による炉心流量測定装置の第３実施例における燃料支持金具周りの概略部分縦断面図である。本実施例は、図１の第１実施例において、オリフィス２の前後（上下）に整流管１７を取り付けたものである。その他の構成は第１実施例と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００３３】
本実施例でも、第１実施例と同様な効果が得られる。本実施例の場合、整流管１７によりオリフィス２前後の冷却材流れを整流できるので、冷却材流量の計測精度はより向上する。
【００３４】
尚、以上の実施例では、冷却材流量を求めるために、オリフィス２を用いて冷却材の差圧ｄＰを発生させる例について説明したが、冷却材の流路の断面積や流れの方向を変化させることでも、冷却材の差圧ｄＰを発生させることが可能である。例えば、冷却材の流路の途中に曲がり部，拡大部，縮小部などを設けて、冷却材の差圧ｄＰを発生させても良い。
【００３５】
図５は、本発明による炉心流量測定装置の第４実施例における燃料支持金具周りの概略部分縦断面図である。本実施例は、図１の第１実施例において、２つの圧力導管ハウジング５同士を１つに結合した構成である。本実施例でも、第１実施例と同様な効果が得られる。本実施例の場合、２つの圧力導管ハウジング５を１つに結合することにより、圧力導管ハウジング５をＲＰＶの外側に導くための貫通孔の数をさらに減少でき、炉水漏れ要因の増加をさらに抑制できる。
【００３６】
本実施例では、圧力導管ハウジング５は、炉心の外側の層（特に、炉心を覆うシュラウド近傍の位置）にまとめて配置した方が好ましい。この場合、炉心の外側の層は内側の層よりも冷却材の流速が相対的に遅いので、圧力導管ハウジング５が存在することによる炉心流量測定への影響を極力抑制できる。
【００３７】
一般的に、原子炉炉心では、１／２又は１／４対称となるように燃料集合体の配置が決定される。このような炉心は、１／２対称炉心又は１／４対称炉心と呼ばれる。このため、以上の実施例の結合金具４は、炉心内で１／２又は１／４対称となる位置と重ならないように設置することが望ましい。即ち、原子炉内で１／２又は１／４対称となる位置にある複数の燃料集合体のうち１体だけに対して冷却材流量を代表して計測すれば良い。
【００３８】
第１〜第３実施例では１つの圧力導管ハウジング５で４体の燃料集合体３の冷却材流量を測定できるため、１／２対称炉心で全ての燃料集合体３の冷却材流量を測定するためには、燃料集合体総数の１／８に相当する数の計測用貫通孔を
ＲＰＶの下鏡１１ａに設ければ良い。また、第４実施例では１つの圧力導管ハウジング５で８体の燃料集合体３の冷却材流量を測定できるため、１／４対称炉心で全ての燃料集合体３の冷却材流量を測定するためには、燃料集合体総数の１／３２に相当する数の計測用貫通孔をＲＰＶの下鏡１１ａに設ければ良い。
【００３９】
即ち、第１〜第４実施例を１／２又は１／４対称炉心に適用することにより、ＲＰＶの下鏡１１ａに設ける計測用貫通孔の数を燃料集合体総数の１／８〜１／３２に低減でき、その分、炉水漏れ要因の増加を抑制できる。
【００４０】
また、実際には、第１〜第３実施例のようにして、１つの圧力導管ハウジング５で４体の燃料集合体３の冷却材流量を測定する方法は、炉心の最外層（最外周）の燃料集合体に適用することが困難である。このため、最外層の燃料集合体以外の燃料集合体の冷却材流量を測定して炉心流量を算出する方法が合理的である。この場合、最外層の燃料集合体での冷却材流量はその内側よりも小さいので、炉心流量測定への影響は極力抑制できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、原子炉下部の炉内構造を変更する場合でも、高精度な原子炉の炉心流量計測装置を低コストで短期に開発でき、炉水漏れ要因の増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による炉心流量測定装置の第１実施例を示す図で、（ａ）は燃料支持金具周りの概略部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図２】図１の燃料支持金具と結合金具を下側から見た概略構成図。
【図３】本発明による炉心流量測定装置の第２実施例を示す図で、（ａ）は燃料支持金具周りの概略部分縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図。
【図４】本発明による炉心流量測定装置の第３実施例における燃料支持金具周りの概略部分縦断面図。
【図５】本発明による炉心流量測定装置の第４実施例における燃料支持金具周りの概略部分縦断面図。
【図６】本発明の炉心流量測定装置が設置されたＡＢＷＲの概略部分縦断面図。
【符号の説明】
１…燃料支持金具、２…オリフィス、３…燃料集合体、４…結合金具、４ａ…突出部、５…圧力導管ハウジング、６…小孔（圧力測定孔）、７…圧力伝達孔、８…圧力導管、９…炉心支持板、１０…シュラウド、１１…ＲＰＶ（原子炉圧力容器）、１２…ダウンカマ、１３…ＲＩＰ（インターナルポンプ）、１４…制御棒、１５…制御棒案内管、１６…ＣＲＤ（制御棒駆動機構）ハウジング、１７…整流管、２０…差圧計測装置、２１…炉心流量算出手段。
【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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