(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材の入口ノズル及び複数の出口ノズルを有する原子炉容器と、該原子炉容器内の複数の燃料集合体が立設され燃料集合体領域を画成して構成される炉心と、該炉心の上方に配置されプレナム部を画成する炉心支持構造物とを含み、前記プレナム部には、前記燃料集合体領域の直上に制御棒案内筒が各燃料集合体に直線状に整列して設けられ、同燃料集合体の直上領域の外周部に、下端が前記燃料集合体領域に流体連通可能でその本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第１流れ案内部材を設けると共に、隣接する前記出口ノズルの冷却材流入開口の間において前記第１流れ案内部材よりも半径方向の外側に、その本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第２流れ案内部材を設けた加圧水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子炉に関し、特にその原子炉容器内の炉心槽出口ノズル近傍に設ける温度混合流況安定化構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の４ループ型加圧水型原子力発電プラントの原子炉容器１において燃料集合体領域の上方にある上部プレナム部の横断面を示す図であり、同図において、符号２は原子炉容器出口ノズルを示し、３は炉心槽出口ノズルを示している。原子炉の運転中、符号４で総括的に示された燃料集合体領域（便宜的に格子状に表示された領域で、周知のように、格子の各桝目に燃料集合体が装荷される）を上方に通過し高温に加熱された冷却材は、上部プレナム部に入ってそこで転向し、炉心槽出口ノズル３及びこれと整列する原子炉容器出口ノズル２を通って、原子炉容器出口ノズル２と接続する配管に流入する。なお、符号２’は原子炉容器１に形成された入口ノズルである。
【０００３】
この場合、燃料集合体領域４の中央部から流出する冷却材の温度は、良く知られているように中性子束分布の関係上、燃料集合体領域４の周辺部から流出する冷却材の温度に比較して高い。このような温度差を有する冷却材を混合して温度差を可及的になくして出口ノズル２、３へ流出させる目的のために、燃料集合体領域４の冷却材流出の直上領域の最外周部に符号５で示す流量混合器もしくは流況安定化構造を２ループにつき７体、合計１４体設置している。これらの流量混合器５を図示の位置に設置することで、冷却材の温度混合を行うと共に、冷却材流中の渦発生をある程度制限している。図６に流量混合器５の構造が示されている。流量混合器５は下端が開放した二段筒状の本体部５ａを有する。二段筒状の本体部５ａは、下端大径部５ｂで燃料集合体領域４と流体連通可能に上部炉心板９に、そして上端支持軸部５ｃで上部炉心支持板１０にそれぞれ適宜の手段で固定されている。この本体部５ａの長筒部５ｄには、複数の開口５ｅが分布して形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図５で示す４ループの従来型においては、燃料集合体領域の直上領域の最外周部に流量混合器５が設けられている。これにより出口ノズル２、３へ流入する冷却材は温度混合が図られ、また、渦の発生に対してもある程度の効果は期待できる。しかし、図５において出口ノズル間に矢印で示すように、相反する方向の流れが生じ、これが渦流に発展するため、十分に満足しうる程度まで冷却材の温度混合及び渦発生を防止しているとは言えず、改善の余地が未だに存在することが分かった。
従って、本発明の目的は、冷却材の温度混合を十分に行い、しかも渦発生を十分に防止しうる加圧水型原子炉を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的から、請求項１に記載の本発明による加圧水型原子炉は、冷却材の入口ノズル及び複数の出口ノズルを有する原子炉容器と、該原子炉容器内の複数の燃料集合体が立設され燃料集合体領域を画成して構成される炉心と、該炉心の上方に配置されプレナム部を画成する炉心支持構造物とを含み、前記プレナム部には、前記燃料集合体領域の直上に制御棒案内筒が各燃料集合体に直線状に整列して設けられ、同燃料集合体の直上領域の外周部に、下端が前記燃料集合体領域に流体連通可能でその本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第１流れ案内部材を設けると共に、隣接する前記出口ノズルの冷却材流入開口の間において前記第１流れ案内部材よりも半径方向の外側に、その本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第２流れ案内部材を設けている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明するが、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、本発明は、以下の説明から分かるように、この実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
【０００７】
図１は、原子炉容器１において燃料集合体領域４の上方にある上部プレナム部ＵＰを部分的に示す縦断面図であり、この上部プレナム部ＵＰ内に、本発明の実施形態に従って出口ノズル内温度混合流況安定化構造６（第２流れ案内部材）が図示のように設置されている。出口ノズル内温度混合流況安定化構造６について説明する前に、それが設置される上部プレナム部ＵＰの構造、即ち炉心支持構造物等について述べると、原子炉容器１内の炉心槽７の上半部（下半部が燃料集合体領域４を画成しており、そこに多数の燃料集合体８が立設され、炉心を構成する。）は、その上部フランジ７ａで原子炉容器１の内面に形成された棚部１ａに垂下し、上部プレナム部ＵＰを画成している。上部プレナム部ＵＰのほぼ側面中間のレベルに、炉心槽７に形成された出口ノズル３と原子炉容器１に形成された出口ノズル２が横方向に整列して配置されている。
【０００８】
従って、ほぼ円筒形の上部プレナム部ＵＰは、その側面が炉心槽７の上半部により画定されており、下端面が周知のように各燃料集合体８に嵌合する上部炉心板９により画定され、上端面が上部炉心支持板１０により画定されている。上部炉心支持板１０の外周部にはフランジ１０ａが形成されており、これも原子炉容器１のフランジ１ａに支持されている。上部プレナム部ＵＰ内には、図示しない多数の上部炉心支持柱が上部炉心板９及び上部炉心支持板１０間に立設されていて、上部炉心支持板１０は、該上部炉心支持柱を介して炉心を押圧保持するようになっている。このようにして炉心支持構造物が構成される。また、この上部プレナム部ＵＰには、各燃料集合体８に直線状に整列するように、多数の制御棒案内筒１１（図には代表的に１体のみを示す）が配設されている。上部プレナム部ＵＰ外でこの制御棒案内筒１１に整列して配置されているのは周知の制御棒駆動装置１２である。
【０００９】
上部プレナム部ＵＰを画成する炉心上部構造物は以上のように構成されているので、原子炉運転中、高温高圧の冷却材は、矢印で示すように、燃料集合体領域４を上向きに流れて上部炉心板９を通流し、上部プレナム部ＵＰの中に入りそこで向きを変えて、出口ノズル２、３を介して例えば蒸気発生器（図示せず）に供給される。
【００１０】
さて、本発明の実施形態によると、炉心出口ノズル内温度混合流況安定化構造（以下、単に安定化構造と称する）６は、図２及び図３から了解されるように、燃料集合体領域４の直上領域から外れた上部プレナム部ＵＰの最外周領域で、従来の流量混合器５（第１流れ案内部材）よりも半径方向の外側に、即ち、従来の流量混合器５を設けただけでは渦流が発生する可能性がある領域に、隣接するループの出口ノズル間に好ましくは２体、合計４体設置され、これによりその両側の２つの出口ノズルに流れ込む冷却材の温度混合及び渦発生防止は、従来型に比較して著しく改善されることが分かった。
【００１１】
図２は、この安定化構造６の詳細を示す立面図で、安定化構造６は下端が開放した筒状の本体部６ａからなる。筒状の本体部６ａは、下端部で燃料集合体領域４と流体連通可能に上部炉心板９に、そして上端部で上部炉心支持板１０にそれぞれ適宜の手段で固定されている。この本体部６ａには、実施形態では出口ノズル２、３の冷却材流入側開口に幾分臨むように、複数の開口６ｂが形成されている。開口６ｂの数、形状、位置等は、冷却材の温度混合及び渦発生防止を最適化するように実機をシミュレーションして決定しうる。そのため、本体部６ａの下端部近傍や上端分近傍にも同様の目的で開口６ｃ，６ｄを形成してもよい。
【００１２】
図３は、４ループ式原子力発電プラントに本発明を適用した例を示すが、図４に示すように３ループ式原子力発電プラントに本発明を適用することもできる。この場合、出口ノズル２，３へ回り込んで流入する冷却材流の中に安定化構造６を設けることによって、平面で見て燃料集合体領域の外側に安定化構造６を設けない従来例に比較して、温度混合及び渦発生防止は著しく改善される。即ち、図５の従来例においては、前述したように、燃料集合体領域の直上領域内の最外周部に設けられた温度混合流況安定化構造５群と炉心槽間の空間に矢印１３で示す渦を伴う冷却材の流れが見られるが、従来の流量混合器５（３体を図示）に加え、この冷却材の流れの中に図２で示す温度混合流況安定化構造６を設けることによって、温度混合及び渦発生防止が実現される。
【００１３】
以上のように、上述した本発明の実施形態において、従来の流量混合器５に加えて、該流量混合器５を用いても渦流が発生する上部プレナム部領域に安定化構造６を設置している。そのため、原子炉運転中、冷却材が燃料集合体領域から上部プレナム部領域に流入し、そこで流れを転向して炉心槽７及び原子炉容器１にそれぞれ一体的に形成された出口ノズル３及び２内に入る前に、従来の流量混合器５による混合に加え、更に本発明に従って設けられた安定化構造６により混合されてから、出口ノズル３、２に流入する。そのため、温度混合が更に促進され、渦発生のない冷却材が出口ノズルに流入するので、出口ノズル内の温度混合流況が安定化する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、加圧水型原子炉は、請求項１に記載のように、冷却材の入口ノズル及び複数の出口ノズルを有する原子炉容器と、該原子炉容器内の複数の燃料集合体が立設され燃料集合体領域を画成して構成される炉心と、該炉心の上方に配置されプレナム部を画成する炉心支持構造物とを含み、前記プレナム部には、前記燃料集合体領域の直上に制御棒案内筒が各燃料集合体に直線状に整列して設けられ、同燃料集合体の直上領域の外周部に、下端が前記燃料集合体領域に流体連通可能でその本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第１流れ案内部材を設けると共に、隣接する前記出口ノズルの冷却材流入開口の間において前記第１流れ案内部材よりも半径方向の外側に、その本体部に形成された複数の開口からなるフローホール部を有する第２流れ案内部材を設けたので、原子炉運転中、冷却材が燃料集合体領域からプレナム部領域に流入し、そこで流れを転向して原子炉容器に一体的に形成された出口ノズル内に入る前に、従来の第１流れ案内部材による混合に加え、更に本発明に従って設けられた第２流れ案内部材により混合されてから、出口ノズルに流入する。そのため、温度混合が更に促進され、渦発生のない冷却材が出口ノズルに流入するので、出口ノズル内の温度混合流況を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態による加圧水型原子炉を部分的に示す縦断面図である。
【図２】  図１の加圧水型原子炉で用いられている温度混合流況安定化構造の立面図である。
【図３】  図１の原子炉容器に設けられた出口ノズルの中心軸を通る水平面に沿って切断した上部プレナム部の部分断面図である。
【図４】  本発明の第２実施形態における上部プレナム部の図３に相当する断面図である。
【図５】  従来の加圧水型原子炉における上部プレナム部の図３に相当する断面図である。
【図６】  従来の加圧水型原子炉に使用されている流量混合器の構造を示す立断面図である。
【符号の説明】
１…原子炉容器
２’…原子炉容器の入口ノズル
２…原子炉容器の出口ノズル
３…炉心槽の出口ノズル
４…燃料集合体領域
５…流量混合器（第１流れ案内部材）
６…温度混合流況安定化構造（第２流れ案内部材）
６ｂ〜６ｄ…開口（フローホール）
７…炉心槽
８…燃料集合体
９…上部炉心板（炉心支持構造物）
１０…上部炉心支持板（炉心支持構造物）
ＵＰ…上部プレナム部
【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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