(57)【要約】【課題】ダウンカマー部のラジアル連結部における剥離流の発生を抑え、この剥離流に起因する旋回流の発生を抑制する原子炉の炉内構造を提供する【解決手段】ダウンカマー部において、冷却材入口ノズル３の下方にある主流路３５の流路幅ＷＭ、主流路３９の流路幅ＷＭ１＋ＷＭ２は、冷却材出口ノズル１７の下方にある他の熱遮蔽体間流路４２，４５の流路幅よりも狭く構成されている。熱遮蔽体３３の上部角部３４に角丸みが形成されている。また、熱遮蔽体３３，３６の間には、先端４０，４３が流線形状にそれぞれ形成された剥離抑制部材４１，４４が設けられている。ラジアル連結部３２は、キー溝構造を有し、その外周形状は流線形状に形成されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材入口ノズルと、底部に下部プレナムを画設する圧力容器と、この圧力容器内に配置された炉心と、この炉心の周囲に配置された炉心槽と、圧力容器と炉心槽との間に画設される環状のダウンカマー部と、
炉心槽の外周に設けられ、ダウンカマー部内に張り出した複数の熱遮蔽体と、ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部と、とを備え、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かってダウンカマー部を流れる原子炉において、
ラジアル連結部は、ダウンカマー部を流れラジアル連結部に衝突する冷却材による剥離流の発生を抑制するように、ラジアル連結部の冷却材衝突側が流線形状をしたことを特徴とする原子炉の炉内構造。
【請求項２】
ダウンカマー部内には、隣接する２つの熱遮蔽体に囲まれて、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かって流れる熱遮蔽体間流路が複数形成され、
熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの下方に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成された請求項１に記載の原子炉の炉内構造。
【請求項３】
熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成された請求項１または２に記載の原子炉の炉内構造。
【請求項４】
熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられた請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子炉の炉内構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子炉の炉内構造に関し、特に加圧水型原子炉内のダウンカマー部内の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の１次冷却系の冷却材の流れに関する、従来技術として、特許文献１〜３があり、図８に従来の加圧水型原子炉の原子炉容器内の基本的構造を示す。
圧力容器である原子炉容器２は、着脱自在の蓋により上部開口が閉じられ、そこから炉心槽４が垂下支持されている。炉心槽４の下部には水平な下部炉心板４ａに支持された炉心１３を構成する多数の燃料集合体１５が下部炉心板４ａ上に並べられている。
また、原子炉容器２と炉心槽４との間には、冷却材１が流れる環状の流路であるダウンカマー部５が画設されている。さらに、原子炉容器２は、底部に半球面状の下部プレナム８が画設されており、下部炉心支持板１２に連結した下部炉心支持柱１８が上部連接板１１、下部連接板１０に連絡している。
【０００３】
図９は、ダウンカマー部５内の構造を説明するために、円筒状の炉心槽４の外面を平面に展開した図である。
説明の便宜のため、一対の冷却材出口ノズル１７が対称な位置となる軸線を角度０°の軸線とし、反時計回りに角度を規定し、各軸の名称として用いる。
９０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル３が配置され、１８０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル１７が配置されている。また、２７０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル３が配置されている。
炉心槽４の外周面には、略直方体状の熱遮蔽体１９が、ダウンカマー部５内に張り出して設置されている。隣接する２つの熱遮蔽体１９の間には、冷却材１が下方に向かって流れる、ほぼ均等の間隔で配置された熱遮蔽体間流路２１，２２が形成されている。
また、熱遮蔽体１９の下方には、キー溝構造により炉心槽４の下部と原子炉容器２との位置決めを行うラジアル連結部７が直方体形状に設けられ、ダウンカマー部５内で炉心槽４と原子炉容器２とを連結している。
【０００４】
図８に示されるように、冷却材１は冷却材入口ノズル３から流入し、ダウンカマー部５内を下向きに下降流６として流れる。ダウンカマー部５内では、図９に示されるように、冷却材１は熱遮蔽体間流路２１，２２を主に通って下方に流れ、ラジアル連結部７の間を通って下部プレナム８に流れ込む。
ここで、熱遮蔽体間流路２１は、冷却材入口ノズル３の下方に設けられ冷却材１が比較的速い流速で流れる主流路を構成する。一方、冷却材出口ノズル１７の下方に設けられた熱遮蔽体間流路２２では、冷却材１は主流路と比較して遅い流速で流れる。又、流路の中央にラジアル連結部７が位置している。
また、ダウンカマー部５の下部のラジアル連結部７に到達した冷却材１は、略直方体形状のラジアル連結部７の上部に衝突して剥離流となって、下部プレナム８に流れ込む。下部プレナム８に流れ込んだ冷却材１は、図８に示されるように、下部プレナム８の球面状の内面９により向きを変えられ上昇し、下部連接板１０、上部連接板１１および下部炉心支持板１２等を通過した後、炉心１３に流入する。炉心１３に流入した上昇流１４は、炉心１３内の燃料集合体１５で発生する熱エネルギーを吸収して高温となり、上部プレナム１６の冷却材出口ノズル１７を通り、図示しない蒸気発生器へと流出する。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９９９１２４号公報（第２−３頁、図３、図４）
【特許文献２】
特許第３１９３５３２号公報（第３−４頁、図２、図３）
【特許文献３】
特開平８−６２３７２号公報（第２−２頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却材は高レイノルズ数の乱流の状態で炉内を流れており、乱流の特性上、小さな渦が発生・消滅を繰り返し、ランダムな速度の流れを繰り返し有している。又、上述したようにダウンカマー部５の下部のラジアル連結部７において、冷却材１の流れに剥離が起こり、物体後流の剥離渦ができる。特に、冷却材出口ノズル１７の下方の０°軸線、１８０°軸線にあるラジアル連結部７により発生した剥離流は、２つの主流路２１を通って下部プレナム８内に流れ込んだ主流同士が下部プレナム８の中心付近で衝突した衝突流と合流することがあり、合流の仕方によってはこれらの渦が安定、或いは発展する可能性があり得る。
もし、このような状態が起こると、炉心１３に流れ込む冷却材１の流量に変化をもたらす。原子炉の出力性能に問題はなくても、流量分布の変化をなくすことが原子炉の安定した管理のためには望ましい。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ダウンカマー部のラジアル連結部における剥離流の発生を抑え、剥離渦を抑制すると共に、剥離流と衝突流のランダムな合流を抑制して安定した炉内流動を実現する原子炉の炉内構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る原子炉の炉内構造は、冷却材入口ノズルと、底部に下部プレナムを画設する圧力容器と、この圧力容器内に配置された炉心と、この炉心の周囲に配置された炉心槽と、圧力容器と炉心槽との間に画設される環状のダウンカマー部と、炉心槽の外周に設けられ、ダウンカマー部内に張り出した複数の熱遮蔽体と、ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部とを備え、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かってダウンカマー部を流れる原子炉において、ラジアル連結部は、ダウンカマー部を流れラジアル連結部に衝突する冷却材による剥離流の発生を抑制するように、ラジアル連結部の冷却材衝突側が流線形状をしたことを特徴とするものである。
また、ダウンカマー部内には、隣接する２つの熱遮蔽体に囲まれて、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かって流れる熱遮蔽体間流路が複数形成され、熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの下方に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成されるようにしてもよい。
さらに、熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成されてもよい。
また、熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１に係る原子炉の炉内構造を示す断面図である。この原子炉は加圧水型原子炉であり、その炉内構造は、原子炉容器２は、着脱自在の蓋により上部開口が閉じられ、そこから炉心槽４が垂下支持されている。炉心槽４の下部には水平な下部炉心板４ａに支持された炉心１３を構成する多数の燃料集合体１５が下部炉心板４ａ上に並べられている。
また、原子炉容器２と炉心槽４との間には、冷却材１が流れる環状の流路であるダウンカマー部３１が画設されている。ダウンカマー部３１の下部で、下部炉心支持板１２の外側には、炉心槽４を原子炉容器２に対して固定するラジアル連結部３２が設けられている。
さらに、原子炉容器２は、底部に半球面状の下部プレナム８が画設されており、下部炉心支持板１２に連結した下部炉心支持柱１８が上部連接板１１、下部連接板１０に連絡している。
【００１０】
図２は、実施の形態１に係る原子炉のダウンカマー部３１内の構造を説明するために、円筒状の炉心槽４の外面を平面に展開した図である。
０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル１７が配置され、９０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル３が配置されている。また、１８０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル１７が配置され、２７０°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル３が配置されている。
炉心槽４の外周面には、冷却材入口ノズル３が配置された９０°軸線を挟んで対称に、略直方体状の熱遮蔽体３３が配置され、その間には、熱遮蔽体間流路の一つとして、流路幅ＷＭの主流路３５が形成されている。また、これらの熱遮蔽体３３の対向する上部角部３４には円弧状に角丸みが形成されている。
また、同じく冷却材入口ノズル３が配置された２７０°軸線を挟んで対称に、略直方体状の熱遮蔽体３６が配置されている。また、２７０°軸線上には、冷却材入口ノズル３側の先端３７が流線形状の曲面に形成された棒状の狭路生成部材３８が設けられている。熱遮蔽体３６間には、狭路生成部材３８を挟んで、流路幅ＷＭ１とＷＭ２の和からなる流路幅を有する主流路３９が熱遮蔽体間流路として形成されている。
【００１１】
一方、冷却材出口ノズル１７が配置された１８０°軸線上にも先端４０が流線形状の曲面に形成された剥離抑制部材４１が設けられている。１８０°軸線上の剥離抑制部材４１を挟んで両側には、それぞれ流路幅ＷＳ１、ＷＳ２とからなる熱遮蔽体流路４２が形成されている。
また、冷却材出口ノズル１７が配置された０°軸線上には、冷却材出口ノズル１７側の先端４３が流線形状の曲面に形成された剥離抑制部材４４が設けられている。０°軸線上の剥離抑制部材４４を挟んで両側には、それぞれ流路幅ＷＳ３、ＷＳ４とからなる熱遮蔽体流路４５が形成されている。
【００１２】
ここで、主流路３５の流路幅ＷＭは、流路幅がＷＳ１とＷＳ２の和である熱遮蔽体流路４２及び流路幅がＷＳ３とＷＳ４の和である熱遮蔽体流路４５のそれぞれの流路幅よりも狭く構成されている。
また、流路幅ＷＭ１とＷＭ２との和で主流路３９の流路幅は、同じく熱遮蔽体流路４２，４５の流路幅よりも狭く構成されている。
【００１３】
ラジアル連結部３２の詳細な形状を図３〜５に示す。
ラジアル連結部３２は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の三面図に示されるように、原子炉容器２に溶接にて固定されているラジアルサポート部５１と、炉心槽４に溶接にて固定されているラジアルキー部５２とから構成されている。
ラジアルサポート部５１は、図４（ａ）に斜視図で示されるように、例えば、楕円形状である流線形状をしており、上部から垂直に、矩形断面をしたキー溝５３が形成されている。
一方、ラジアルキー部５２は、図４（ｂ）に斜視図で示されるように、例えば、楕円形状である流線形状をしている。また、上部が流線形状であって、略直方体形状のキー５４が突起している。このキー５４が、キー溝５３に上方から挿入され嵌合して、原子炉容器２に対して炉心槽４が位置決めされて固定される。
キー５４がキー溝５３に挿入され嵌合した状態を図５に示す。
この組み付け状態において、ラジアルサポート部５１とラジアルキー部５２とは、外周面が流線形状になった、ほぼ段差のない一つの曲面となるように構成されている。
【００１４】
次に、この発明の実施の形態に係る原子炉の内部構造の冷却材の流れを図２に基づいて説明する。
９０°軸線付近にある一対の冷却材入口ノズル３から流入した冷却材１同士は合流して流速を速め、主流路３５を通ってダウンカマー部３１を下降する。２７０°軸線付近にある一対の冷却材入口ノズル３から流入した冷却材１同士も合流して流速を速め、主流路３９を通ってダウンカマー部３１を下降する。
また、冷却材入口ノズル３から流入した冷却材１の一部は周方向に分散しながら、０°軸線及び１８０°軸線付近の熱遮蔽体流路４５及び４２を通って下降する。
【００１５】
主流路３５及び３９は、熱遮蔽体流路４５及び４２に比較して流路幅が狭く、旋回流の発生に影響を与えることが少なくなるように流速を遅くした状態で下部プレナム８に流れ込む。また、主流路３５を流れる冷却材１において、熱遮蔽体３３の上部角部３４が曲面形状に形成されているので、冷却材１がこの部分に衝突しても剥離流が形成されることなく主流路３５を下方に流れる。
狭路生成部材３８，剥離抑制部材４１，４４の先端３７，４０，４３はそれぞれの流線形状にされているので冷却材１の流れが剥離することなく、整流化されて下方に流れる。
その後、ラジアル連結部３２に到達した冷却材１は、ラジアル連結部３２の流線形状により剥離の発生が抑制されながら下部プレナム８に流れ込む。
このように、ラジアル連結部３２が流線形状に形成されているので、ダウンカマー部５を下方に向かって流れる冷却材１がラジアル連結部３２に衝突しても剥離流が発生しないので、その後流において剥離渦が発生するのを抑制できる。また、冷却材入口ノズル３の直下の流量を抑えるため、主流路３５の流路を狭くし、且つ、又、狭路生成部材３８により主流路３９の流路を狭くすることにより、衝突流を緩和させることができると共に、０°、１８０°方向の流量を増やして、周方向の流量分布を均一にすることができる。
【００１６】
実施の形態２．
実施の形態１に係る原子炉の炉内構造は、実施の形態１におけるラジアル連結部の構造を変更したものである。
図６（ａ）に示されるように、原子炉容器２に固定されるラジアルサポート部６１は、従来から用いられているもので略直方体形状の上方から垂直にキー溝６３が形成されている。一方、図６（ｂ）に示されるように、炉心槽４に固定されるラジアルキー部６２は、略楕円形状であり、下部にはラジアルサポート部６１の上面及び側面を組み付け時に覆うように形成された矩形の凹部６４が形成されている。凹部６４の上部中央には、キー溝６３に嵌合する細長直方体のキー６５が突起している。
【００１７】
このように、ラジアルキー部６２は、従来から用いられている直方体形状のラジアルサポート部６１に嵌合して固定されるので、図７に示されるように、炉心槽４に固定するラジアルキー部６２のみを流線形状にしてラジアルサポート部６１を覆うことによって、既設の原子炉においても剥離渦の発生を抑制し、流れの変動を抑制できる。
【００１８】
なお、上述した実施の形態において、ラジアル連結部３２は略楕円形状に形成されているが、ラジアル連結部３２に衝突する冷却材１の流速に応じて、剥離の発生抑制に効果的な流線形状であれば、これに限定されるものではなく、例えば水滴形状でもよい。
また、主流路３５は、両側面の熱遮蔽体３３の幅を大きくして流路幅を狭くしたが、２７０°軸線上と同様に狭路生成部材３８を設けて流路幅を狭くしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部が流線形状をしているので、剥離流の発生を抑え、この剥離流に起因する剥離流や衝突流とのランダムな合流により起こり得る渦の安定や発展を抑制することができる。
請求項２に記載の発明によれば、ダウンカマー部内の隣接する２つの遮蔽体に囲まれた、冷却材が流れる熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの下方に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成されているので、主流の流速を遅くして、衝突流や剥離流・剥離渦との合流の発生をさらに抑制することができる。また、０°〜３６０°方向の流量の分布の均一化が図られ、その結果炉心に流れる流量を均一にすることができ、原子炉の運転、出力管理に寄与することができる。
請求項３に記載の発明によれば、熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成されているので、冷却材が、熱遮蔽体上部に衝突して剥離流を形成するのを抑制でき、また、冷却材流れの圧力損失を低減できる。
請求項４に記載の発明によれば、熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられているので、熱遮蔽体間流路を流れる冷却材が剥離するのを抑制できる。また、熱遮蔽体間の流路幅を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１に係る原子炉の炉内構造を示す立断面図である。
【図２】図１の炉心槽の外面を平面に展開した図である。
【図３】図１のラジアル連結部を示す図で、（ａ）は平面断面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は正面図である。
【図４】図１のラジアル連結部の構造を説明する図であり、（ａ）はラジアルサポート部の斜視図、（ｂ）はラジアルキー部の斜視図である。
【図５】図１のラジアル連結部の斜視図である。
【図６】実施形態２に係る原子炉の炉内構造に用いられるラジアル連結部の構造を説明する図であり、（ａ）はラジアルサポート部の斜視図、（ｂ）はラジアルキー部の斜視図である。
【図７】実施形態２に係るラジアル連結部の構造を説明する図であり、図１のラジアル連結部の斜視図である。
【図８】従来の原子炉の炉内構造を示す立断面図である。
【図９】図８の炉心槽の外面を平面に展開した図である。
【符号の説明】
１  冷却材、２  原子炉容器、３  冷却材入口ノズル、４  炉心槽、８  下部プレナム、１３  炉心、３１  ダウンカマー部、３２  ラジアル連結部、３４  上部角部、３５，３９  主流路（熱遮蔽体間流路）、４０，４３  先端、４１，４４  剥離抑制部材、４２，４５  熱遮蔽体間流路。
【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】
2005024383.tif 000008
【図７】
2005024383.tif 000009
【図８】
2005024383.tif 000010
【図９】
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