(57)【要約】【課題】  超臨界圧水冷却原子炉の周辺部の燃料集合体の冷却水を下降流とすることで、炉心出口の冷却水温度を上昇させる。【解決手段】  原子炉圧力容器１にコールドレグ３より低温の冷却水が流入する。冷却水は一部がダウンカマー２を通り、下部ドーム１２に達する。冷却水の残りは上部ドーム５を通り、制御棒クラスタ案内管７を下降し、さらに周辺部の燃料集合体９を下降し、下部ドーム１２に達する。下部ドーム１２で合流した冷却水は、炉心下部１１から中央部の燃料集合体１０に流入し、加熱された後、炉心上部８に放出される。ここで中央部の各燃料集合体から放出された高温の冷却水が混合し、原子炉圧力容器１を出てホットレグ４を通りタービンに向かう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心の周辺部の燃料集合体の燃料棒間流路中の冷却水を下降流とし、中央部の燃料集合体の燃料棒間流路中の冷却水を上昇流とすることを特徴とする超臨界圧水冷却原子炉。
【請求項２】
請求項１に記載の超臨界圧水冷却原子炉において、周辺部および中央部の燃料集合体の水ロッド中の冷却水を下降流とすることを特徴とする超臨界圧水冷却原子炉。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超臨界圧水冷却原子炉において、原子炉圧力容器の上部ドームから制御棒クラスタ案内管を通じて燃料集合体上端に冷却水を導くことを特徴とする超臨界圧水冷却原子炉。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の超臨界圧水冷却原子炉において、燃料棒間流路中の冷却水が下降流となる周辺部の燃料集合体には制御棒が無いことを特徴とする超臨界圧水冷却原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は超臨界圧水冷却原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】  超臨界圧水冷却原子炉は、高温高圧の超臨界圧水を冷却材とする原子炉で、その概念は既に公知である（例えば、非特許文献１参照）。従来の軽水炉と異なり炉心内で沸騰が生じないため、より高温まで冷却材を加熱することができ、発電効率が大幅に上昇する。【０００３】  超臨界圧水冷却原子炉は、貫流直接サイクルであり、給水ポンプより供給される冷却水が炉心で加熱された後に全量がタービンへと向かう。炉心は複数の燃料集合体で構成されているので、各燃料集合体を出た冷却水が炉心上部で混合される。混合後の炉心上部の冷却水温度を上昇させると熱効率が高くなる。さらに、炉心上部の冷却水温度を高くすると、炉心上部と下部の温度差が大きくなることで炉心流量が低下し、機器や建屋が小型化する。このように超臨界圧水冷却原子炉では、炉心上部の冷却水温度を高くすることで原子炉の性能を向上することができる。【０００４】  しかしながら、燃料集合体によって出力が異なると、燃料集合体出口での冷却水温度に差が生じる。原子炉の健全性を保つためには最高温度が制約となるので、燃料集合体出口で温度差が生じると、混合した後の冷却水温度は低くなってしまう。【０００５】  特に、原子炉の特性上、炉心の周辺部の燃料集合体の出力はあまり高くならず、こうした燃料集合体の出口における冷却水温度は低くなり、原子炉の性能を低下させる。【０００６】  これまでに提案された超臨界圧水冷却原子炉に関する技術はいくつかあるが（例えば、特許文献１〜１１参照）、原子炉出口温度を高くする方法としては、超臨界圧軽水冷却高速炉におけるブランケット燃料集合体を下降冷却とする方法しかない（例えば、特許文献３参照）。この方法は高速炉にしか適用できず、ブランケット燃料集合体を持たない熱中性子炉には適用できない。【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３１３６６４号公報
【特許文献２】特開２０００−０５６０８１号公報
【特許文献３】特開２００１−００４７７４号公報
【特許文献４】特開２００１−０９１６８９号公報
【特許文献５】特開２００２−０３１６９４号公報
【特許文献６】特開２００２−１５６４９２号公報
【特許文献７】特開２００２−３４１０７９号公報
【特許文献８】特開２００３−０５０２９２号公報
【特許文献９】特開２００３−０６３８０１号公報
【特許文献１０】特開２００３−１２９８８１号公報
【特許文献１１】特開２００３−２９４８７８号公報
【非特許文献１】岡芳明「超臨界圧軽水炉の概念」原子力工業、第３８巻１１月号、ページ７１−７７（１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  そこで、燃料集合体の出口温度になるべく差が生じないようにし、炉心上部で混合した後の冷却水温度をできるだけ高くするような手段が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記の課題を解決するため、本発明では、炉心の周辺部の燃料集合体の燃料棒間流路中の冷却水を下降流とし、中央部の燃料集合体の燃料棒間流路中の冷却水を上昇流とする。こうすることで、出力の低い周辺部の燃料集合体から流出する冷却水が炉心上部に放出されることを防ぐ。中央部の燃料集合体から流出する冷却水だけが炉心上部で混合されるため、混合後の冷却水温度を高く保つことができる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明により、超臨界圧水冷却原子炉は、炉心の周辺部の出力の低い燃料集合体から流出する低温の冷却水が炉心上部に放出されることが無く、炉心上部で混合された後の冷却水温度を高く保つことができる。これにより、熱効率が上昇するとともに、炉心流量が減少することで機器や建屋を小型化することができ、超臨界圧水冷却原子炉の性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係わる原子炉圧力容器の垂直断面を示す図である。原子炉圧力容器１にコールドレグ３より低温の冷却水が流入する。冷却水は一部がダウンカマー２を通り、下部ドーム１２に達する。冷却水の残りは上部ドーム５を通り、制御棒クラスタ案内管７を下降し、さらに周辺部の燃料集合体９を下降し、下部ドーム１２に達する。下部ドーム１２で合流した冷却水は、炉心下部１１から中央部の燃料集合体１０に流入し、加熱された後、炉心上部８に放出される。ここで中央部の各燃料集合体から放出された高温の冷却水が混合し、原子炉圧力容器１を出てホットレグ４を通りタービンに向かう。【００１２】  図２は本発明の実施形態に係わる周辺部の燃料集合体の上部における垂直断面および水平断面を示す図である。図１における制御棒クラスタ案内管７は二重になっており、制御棒クラスタ案内管外管１３および制御棒クラスタ案内管内管１４により、制御棒クラスタ案内管外側流路１５と制御棒クラスタ案内管内側流路１６を作る。制御棒クラスタ案内管外側流路１５を下降する冷却水は、燃料棒間流路接続管２２を通り、燃料棒間流路に導かれ下降流となる。制御棒クラスタ案内管内側流路１６を下降する冷却水は、水ロッド２１に導かれ下降流となる。なお、制御棒クラスタは複数の制御棒１９より構成され、それぞれの制御棒１９は水ロッド２１内の制御棒案内管２０の中に挿入される。炉心設計上、燃料棒間流路の流量と水ロッド２１の流量の配分を設定する必要があるが、制御棒クラスタ案内管外側流路オリフィス１７と制御棒クラスタ案内管内側流路オリフィス１８によって設定が可能となる。【００１３】  図３は中央部の燃料集合体の上部における垂直断面および水平断面を示す図である。図１における制御棒クラスタ案内管７はこの場合は単管であり、単一の制御棒クラスタ案内管流路２３がある。これが水ロッド２１に接続され、水ロッド内の冷却水を下降流とすることができる。なお、燃料棒２５の間隙に形成される燃料棒間流路２６の冷却水は下部ドーム１２から導かれ、上昇流となる。【００１４】  上に示した実施形態では、冷却水を上部ドームから制御棒案内管を通じて周辺部の燃料集合体の上部に導いたが、ダウンカマーから直接導くこともできる。【００１５】  また、下部ドームから炉心周辺部に上昇流路を設け、そこから周辺部の燃料集合体の上部に冷却水を送る構造とすることもできる。【００１６】  また、下部ドームの冷却水が燃料集合体間を上昇し、周辺部の燃料集合体の上部に達するようにすることもできる。【００１７】  上に示した実施形態では、炉心の中央部および周辺部のすべての燃料集合体において水ロッド内の冷却水は下降流となっているが、中央部の燃料集合体の水ロッド内の冷却水は必ずしも下降流とする必要はない。【００１８】  上に示した実施形態では、周辺部の燃料集合体に接続される制御棒クラスタ案内管は二重管で、しかも制御棒クラスタも中に含むため、構造が複雑になっている。そこで、燃料中の可燃性毒物を増加させるなどにより制御棒以外の手段で燃焼反応度を補償できるようにすれば、周辺部の燃料集合体では制御棒は必要なくなる。この場��、制御棒案内管の構造は簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】原子炉圧力容器の垂直断面を示す図。
【図２】周辺部の燃料集合体の上部における垂直断面および水平断面を示す図。
【図３】中央部の燃料集合体の上部における垂直断面および水平断面を示す図。
【符号の説明】
【００２０】        １    原子炉圧力容器
２    ダウンカマー
３    コールドレグ
４    ホットレグ
５    上部ドーム
６    制御棒駆動装置
７    制御棒クラスタ案内管
８    炉心上部
９    周辺部の燃料集合体
１０  中央部の燃料集合体
１１  炉心下部
１２  下部ドーム
１３  制御棒クラスタ案内管外管
１４  制御棒クラスタ案内管内管
１５  制御棒クラスタ案内管外側流路
１６  制御棒クラスタ案内管内側流路
１７  制御棒クラスタ案内管外側流路オリフィス
１８  制御棒クラスタ案内管内側流路オリフィス
１９  制御棒
２０  制御棒案内管
２１  水ロッド
２２  燃料棒間流路接続管
２３  制御棒クラスタ案内管流路
２４  制御棒クラスタ案内管流路オリフィス
２５  燃料棒
２６  燃料棒間流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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