(57)【要約】【課題】位置決めキーを回り込む流れによる位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善する。【解決手段】加圧水型原子炉は、下部炉心支持板９と原子炉容器３との相互の位置決めするための位置決めキー１２を有する原子炉容器３内に、下部プレナム８と環状流路部６の底部とを区画するように配置され下部プレナム８への流路を構成する複数の内向き流路孔が形成された円筒状多孔板２０が設けられており、炉心槽５と原子炉容器３間の環状流路であるダウンカマ６から下部プレナム８に流入する流れが、位置決めキー１２が存在することにより位置決めキー１２の下方部分において低下することを抑制するために、円筒状多孔板２０のこの領域における流動抵抗を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向を軸とする円筒状の原子炉容器と、
前記原子炉容器内に設けられて該原子炉容器の内側面との間で環状流路部を形成する筒状の炉心槽と、
前記炉心槽内に配置された炉心と、
前記炉心の下方にあり前記炉心槽の下部に接して水平方向に広がるように設けられ前記炉心への複数の上向き流路孔を有し前記原子炉容器の底部と共に下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
前記炉心槽の下部と前記原子炉容器との相互の位置決めをするための位置決めキーと、
前記原子炉容器の側壁に互いに間隔をあけて水平に並んで形成された複数個の冷却材入口ノズルと、
前記原子炉容器の側壁に互いに間隔をあけて水平に並んで形成され前記炉心の上部と直接に接続する複数個の冷却材出口ノズルと、
前記原子炉容器の底部に接する下部プレナムと前記環状流路部の底部とを区画するように配置され前記環状流路部の底部から前記下部プレナムへの流路を構成する複数の内向き流路孔が形成され、前記位置決めキーの下方部分から下部プレナムに流入する冷却材の流量低下を抑制するために、前記位置決めキーの下方に属する部分の流動抵抗を小さくした円筒状多孔板と、
を具備することを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項２】
前記内向き流路孔は、少なくとも一つの大型内向き流路孔と、前記大型内向き流路孔より相対的に面積の小さな複数の小型流路孔とを含み、前記大型内向き流路孔は、前記位置決めキーの下方にあたる部分に配設されることを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
【請求項３】
前記円筒状多孔板は、前記位置決めキーの下方にあたる部分の少なくとも一部に切欠き部を有することを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
【請求項４】
前記切欠き部の出口に冷却材のガイドのためのガイド板を有することを特徴とする請求項３に記載の加圧水型原子炉。
【請求項５】
前記円筒状多孔板は、前記位置決めキーの下方部分の少なくとも一部に開口部を有し、前記開口部の出口に冷却材を内側上方にガイドするための偏向板を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の加圧水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、加圧水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に加圧水型原子炉においては、冷却材が原子炉容器の入口ノズルより原子炉容器内に流入し、原子炉容器の内側面と炉心槽の外面との間に構成される環状流路部であるダウンカマを下降する。ダウンカマを下降しダウンカマの下端すなわち下部プレナム入口に到達した冷却材は、ほぼ半球状の領域である下部プレナムにて上昇流に転じ、下部炉心支持板に開けられている多数の縦孔を通過し、燃料集合体が設置されている炉心に到達する。
【０００３】
入口ノズルから炉心に至るまでの流路は、渦や流れの衝突などを発生させる要因を極力排除し、各燃料集合体に入る冷却材の流量が安定して一様となるように設計される。
【０００４】
例えば、特許文献１では、下部プレナムに渦抑制板を設置する技術が公開されている。
【０００５】
図１２は、従来の加圧水型原子炉の例における下部プレナム近傍の流れを示す立断面図である。ダウンカマ６を下降する流れは下部プレナム入口７を通り、下部プレナム８内に流入する。下部プレナム入口７の流路が狭くなると下部プレナム８への流入流速は増加し、慣性が増大することになる。
【０００６】
この慣性のため、下部プレナム８内の流れとしては速度の速い流れが原子炉容器３の底部内面沿いに下降し原子炉容器３の底部中央に向かい、この周囲から中央に向かった流れが底部中央で方向を変えて上昇する傾向を持つ。この流れの傾向により、下部炉心支持板９の上向き流通孔を通過する冷却材流量としては下部炉心支持板９の中央部で多くなる分布が現れる。すなわち、下部プレナム入口７の流路が狭くなると、中央の燃料集合体に供給される冷却材流量が多くなる傾向が表れやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１６３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１３は、従来の加圧水型原子炉の例における円筒状多孔板を設けた場合の下部プレナム近傍の流れを示す立断面図である。炉心流量分布の非一様性を緩和するため、図１３に示すように多数の半径方向貫通孔を有する円筒状多孔板３０１を下部プレナム入口７に設置することがある。
【０００９】
この円筒状多孔板３０１を用いた場合、ダウンカマ下降流は下部プレナム入口７において半径方向内側に流れの向きを換え、円筒状多孔板３０１を通過し、下部プレナム８内に対しほぼ半径方向内側向きの流れとして流入する。円筒状多孔板３０１を通過する際に流れは拡散すること、および流れは下部炉心支持板９の下面至近を流れることから、中央部に収斂する流れにはなりにくくなり、中央の燃料集合体を流れる冷却材流量が多くなるという前述の傾向は緩和される。
【００１０】
図１４は、位置決めキーを含む下部プレナム近傍の立断面図である。円環状流路であるダウンカマ６には、通常、炉心槽５の下部と原子炉容器３とを径方向に相互に位置決めする位置決めキー１２が周方向に数ヶ所、設置される。
【００１１】
図１５は、従来の加圧水型原子炉の例における下部プレナム近傍の流れを示す図１４のXV−XV線矢視図である。図１５の破線は冷却材の流れを示す。図示のように、ダウンカマ下降流が位置決めキー１２近くに到達すると、位置決めキー１２を回り込む流れができる。この回り込む流れは、その上流側である周方向にほぼ一様なダウンカマ下降流に比べて流速が大きくなる。
【００１２】
また、流れにとって障害物である位置決めキー１２のすぐ下流側すなわち位置決めキーの直下領域は後流領域と呼ばれ、この領域では圧力が低下する。一方、この回り込む流れの下に位置する領域では後流領域より圧力は上昇する。
【００１３】
図１４においては、Ａ点で代表させた円筒状多孔板３０１の上部外側領域は位置決めキーの後流部であり、Ｂで代表させた円筒状多孔板３０１の下部外側領域に比べて圧力が低下する。このような場合、通常、ＡとＣ間の差圧はＢとＤ間の差圧よりも小さくなるため、円筒状多孔板３０１の上部を通過して下部プレナムに流入する冷却材の流量は、下部やその他の領域に比べて少ない。
【００１４】
このように、位置決めキーの直下領域においては、円筒状多孔板３０１の上部を通過して下部プレナムに流入する冷却材の流量が少なくなるため、図１３に示す流れから容易に類推できるように、下部炉心支持板９の上向き流通孔のうちの周辺部に流入する冷却材の流量が少なくなることが課題であった。
【００１５】
このような位置決めキー１２を回り込む流れによる圧力分布のため、位置決めキー１２に近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給が減少するという問題がある。
【００１６】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能な加圧水型原子炉を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の目的を達成するため、本発明に係る加圧水型原子炉の実施形態は、鉛直方向を軸とする円筒状の原子炉容器と、前記原子炉容器内に設けられて該原子炉容器の内側面との間で環状流路部を形成する筒状の炉心槽と、前記炉心槽内に配置された炉心と、前記炉心の下方にあり前記炉心槽の下部に接して水平方向に広がるように設けられ前記炉心への複数の上向き流路孔を有し前記原子炉容器の底部と共に下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、前記炉心槽の下部と前記原子炉容器との相互の位置決めをするための位置決めキーと、前記原子炉容器の側壁に互いに間隔をあけて水平に並んで形成された複数個の冷却材入口ノズルと、前記原子炉容器の側壁に互いに間隔をあけて水平に並んで形成され前記炉心の上部と直接に接続する複数個の冷却材出口ノズルと、前記原子炉容器の底部に接する下部プレナムと前記環状流路部の底部とを区画するように配置され前記環状流路部の底部から前記下部プレナムへの流路を構成する複数の内向き流路孔が形成され、前記位置決めキーの下方部分から下部プレナムに流入する冷却材の流量低下を抑制するために、前記位置決めキーの下方に属する部分の流動抵抗を小さくした円筒状多孔板と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施形態によれば、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能な加圧水型原子炉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る加圧水型原子炉の第１の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。
【図２】本発明に係る加圧水型原子炉の第１の実施形態の全体立断面図である。
【図３】本発明に係る加圧水型原子炉の第１の実施形態の下部プレナム近傍の図１のIII−III線矢視図である。
【図４】本発明に係る加圧水型原子炉の第２の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。
【図５】本発明に係る加圧水型原子炉の第２の実施形態の下部プレナム近傍の図４のV−V線矢視図である。
【図６】本発明に係る加圧水型原子炉の第３の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。
【図７】本発明に係る加圧水型原子炉の第３の実施形態の下部プレナム近傍の図６のVII−VII線矢視図である。
【図８】本発明に係る加圧水型原子炉の第３の実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。
【図９】本発明に係る加圧水型原子炉の第４の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。
【図１０】本発明に係る加圧水型原子炉の第４の実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。
【図１１】本発明に係る加圧水型原子炉の第５の実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。
【図１２】従来の加圧水型原子炉の例における下部プレナム近傍の流れを示す立断面図である。
【図１３】従来の加圧水型原子炉の例における円筒状多孔板を設けた場合の下部プレナム近傍の流れを示す立断面図である。
【図１４】従来の加圧水型原子炉の例における位置決めキーを含む下部プレナム近傍の立断面図である。
【図１５】従来の加圧水型原子炉の例における下部プレナム近傍の流れを示す図１４のXV−XV線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に係る加圧水型原子炉の実施形態について説明する。ここで、同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２１】
[第１の実施形態]
図１は、本発明に係る加圧水型原子炉の第１の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。図２は、本実施形態の全体立断面図である。また、図３は、本実施形態の下部プレナム近傍の図１のIII−III線矢視図である。
【００２２】
炉心１は、その周囲を炉心槽５により囲まれている。鉛直方向を軸とする円筒状の原子炉容器３が、炉心槽５を内包し、原子炉容器３の側部と炉心槽５は、環状流路であるダウンカマ６を形成している。
【００２３】
原子炉容器３の側壁には、互いに間隔をあけて水平に並んで形成された複数個の冷却材入口ノズル４と、互いに間隔をあけて水平に並んで形成された複数個の冷却材出口ノズル１１とが設けられている。冷却材出口ノズル１１は炉心の上部を構成する上部プレナム１０と直接に接続されている。
【００２４】
炉心１の下方には、炉心槽５の下部に接して水平方向に広がるように下部炉心支持板９が設けられている。下部炉心支持板９は複数の上向き流路孔を有しており、各流路孔を通過した冷却材は炉心１の図示しない各燃料集合体に流入する。
【００２５】
原子炉容器３の上部は取り外し可能な蓋であり、下部は密閉状態を構成するための底部板３ａである。原子炉容器３内の空間のうち、底部板３ａで囲まれた部分は、下部プレナム８が構成されている。
【００２６】
冷却材入口ノズル４から炉心１に至るまでの流路は、渦や流れの衝突などを発生させる要因を極力排除し、各燃料集合体に入る冷却材の流量が安定して一様となるように設計される。このために、下部プレナム８内には、渦抑制板１３が設けられている。
【００２７】
さらに、下部プレナム入口７には、環状流路部であるダウンカマ６と原子炉容器３内の底部空間である下部プレナム８とを区画するように配置された円筒状多孔板２０が設けられている。円筒状多孔板２０には、複数の内向き流路孔２１が形成され、これらはダウンカマ６の底部から下部プレナム８への流路を構成する。
【００２８】
円筒多孔板２０がない場合、図１２に示すようにダウンカマ６から下部プレナム入口７を経由して下部プレナム８に流入する冷却材は下部プレナム８の中央部に向かう流れとなるため、下部プレナム入口７が狭い場合、炉心１の中央部の燃料集合体へ供給される冷却材流量に比べ周辺部の燃料集合体へ供給される冷却材流量が低減する傾向が現れる。円筒多孔板２０を設けるのは、このような炉心１における流量分布の非均一性を緩和するためである。
【００２９】
また、ダウンカマ６の下部において、炉心槽５下部の下部炉心支持板９と原子炉容器３との間に、下部炉心支持板９と原子炉容器３との相互の位置決めをするための位置決めキー１２が設けられている。
【００３０】
円筒状多孔板２０はその下部が、支持部材３１により原子炉容器３に接続、支持されている。なお、支持部材３１による接続は単なる溶接による接続でもよい。
【００３１】
炉心槽５の下部に円筒状多孔板２０が設けられ、円筒状多孔板２０の上端と炉心槽５の間は、間隙部３２があって流路を形成している。
【００３２】
図中の破線は炉心槽５の下端に設けられている位置決めキー１２の近傍の流れの状態を示す。ダウンカマ６の下降流が位置決めキー１２近くに到達すると、位置決めキー１２を回り込む流れができる。この回り込む流れは、その上流側である周方向にほぼ一様なダウンカマ下降流に比べて流速が大きくなり、位置決めキー１２の直下領域の圧力が低下する。
【００３３】
円筒状多孔板２０に設けられた内向き流路孔２１のうち、この圧力が低下する領域に相当する範囲に他の領域と同様の内向き流路孔２１を設けると、この領域における円筒状多孔板２０内外の圧力差が小さいため下部プレナムに流入する流れが低下してしまう。
【００３４】
これを避け、流量低下を抑制するために、この領域では、流動抵抗の小さい大口径の内向き流路孔である大型内向き流路孔２１ａが設けられている。
【００３５】
なお、図３では、大型内向き流路孔２１ａは円形としたが、円形に限らず、他の形状でもよい。また、図３では、大型内向き流路孔２１ａは、円筒状多孔板２０において位置決めキー１２に近い領域にのみ設けているが、位置決めキー１２を回り込む流れとの関係で、円筒状多孔板２０の下側まで設けてもよい。
【００３６】
このように流動抵抗の小さな大型内向き流路孔２１ａを設けることにより、円筒状多孔板２０内外の圧力差が小さくなる位置決めキー１２の直下領域からの流れは、その差圧の低下を流動抵抗の低下で補償することにより、位置決めキー１２の設けられていない領域と同等の内向きの流量を確保することができる。この結果、下部プレナムに流入する流量の周方向の分布の局所的な低下が抑制される。
【００３７】
以上のように構成されることにより、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能となる。
【００３８】
[第２の実施形態]
図４は、本発明に係る加圧水型原子炉の第２の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。また、図５は、本実施形態の下部プレナム近傍の図４のV−V線矢視図である。
【００３９】
本実施形態においては、円筒状多孔板２０の位置決めキー１２の直下の圧力の低下する領域に面した部分に切欠き部２２が設けられている。切欠き部２２を設けることにより、円筒状多孔板２０の外側から内側へ通過する流れの流動抵抗が小さくなり、この領域の内外の圧力差の局部的な低下を補償し、位置決めキー１２の設けられていない領域と同等の内向きの流量を確保することができる。
【００４０】
以上のように構成されることにより、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能となる。
【００４１】
[第３の実施形態]
図６は、本発明に係る加圧水型原子炉の第３の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。図７は、本実施形態の下部プレナム近傍の図６のVII−VII線矢視図である。また、図８は、本実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。
【００４２】
本実施形態は、第２の実施形態の変形であり、切欠き部２２の出口側に、下部ガイド２３および側部ガイド２４が設けられている。これらのガイドは、切欠き部２２の存在による円筒状多孔板２０の強度、剛性の低下を補償する機能も有する。
【００４３】
このように下部ガイド２３、側部ガイド２４が設けられていることにより、ダウンカマ６を下向きに流れてきた冷却材の流れが、円筒状多孔板２０を通過して下部プレナム８に流入する際、ほぼ水平な面を持つ下部ガイド２３により、半径方向内側に向いたほぼ水平面内の流れに置き換えられる。切欠き部２２から下部プレナム８に流入する流れが、中心方向にガイドされ、他の内向き流路孔２１から下部プレナムに流入した流れを乱すことが抑制され、局部的な流量低下が適切に抑制される。
【００４４】
以上のように構成されることにより、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能となる。
【００４５】
[第４の実施形態]
図９は、本発明に係る加圧水型原子炉の第４の実施形態の下部プレナム近傍の立断面図である。また、図１０は、本実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。
【００４６】
位置決めキー１２の後流領域よりさらに下部の下部領域において、円筒状多孔板２０の下側部分に開口部２５を設け、下部ガイド２３、側部ガイド２４でガイドした出口側に偏向板２６が設けられている。
【００４７】
位置決めキー１２の直下の直下領域が圧力が低くなっているのに対して、この下部領域は圧力が高くなっている領域である。従って、この領域では、円筒状多孔板２０の内外圧力差が大きい。この領域の円筒状多孔板に、流動抵抗が小さくかつ流路面積の大きな流路を設けることにより、この領域を通して下部プレナムに流入する冷却材の流れを積極的に確保するとともに、偏向板２６により斜め上方にガイドすることにより、周辺部への燃料集合体への冷却材の供給の低下を防止しようとするものである。
【００４８】
すなわち、本実施形態では、下部プレナム入口７から下部プレナム８へ流入する流れのうち、外周部に配された燃料集合体に供給される冷却材が位置決めキー下部で低下することを、下部プレナム入口７から直接外周部に向かって流れをガイドすることにより、抑制している。
【００４９】
以上のように構成されることにより、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能となる。
【００５０】
[第５の実施形態]
図１１は、本発明に係る加圧水型原子炉の第５の実施形態の円筒状多孔板の鳥瞰図である。本実施形態は、第４の実施形態の変形であり、第４の実施形態では矩形の開口部であったのが、本実施形態では円形の円形流路孔２１ｂとなっている。
【００５１】
本実施形態では、第４の実施形態と同様に、位置決めキーに近接する周辺部の燃料集合体への冷却材の供給減少を抑制し流量配分を改善することが可能となる。
【００５２】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、各実施形態において、円筒状多孔板はその下部で原子炉容器から支持されている場合を示したが、円筒状多孔板はその上部でたとえば炉心槽下部あるいは下部炉心支持板から支持されることでもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００５３】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・炉心
２・・・燃料集合体
３・・・原子炉容器
３ａ・・・底部板
４・・・冷却材入口ノズル
５・・・炉心槽
６・・・ダウンカマ（環状流路部）
７・・・下部プレナム入口
８・・・下部プレナム
９・・・下部炉心支持板
１０・・・上部プレナム
１１・・・冷却材出口ノズル
１２・・・位置決めキー
１３・・・渦抑制板
２０・・・円筒状多孔板
２１・・・内向き流路孔
２１ａ・・・大型内向き流路孔
２１ｂ・・・円形流路孔
２２・・・切欠き部
２３・・・下部ガイド
２４・・・側部ガイド
２５・・・開口部
２６・・・偏向板
３１・・・支持部材
３２・・・間隙部
３０１・・・円筒状多孔板
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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