(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却材を通すための通路を備えた上部炉心支持板と、
上部炉心支持板の上方に位置し、これと協働してプレナムを画定する上部支持板と、
上部炉心支持板の通路の上方においてプレナムを貫通して上方に延び、上部支持板を上部炉心支持板の上方に支持すると共に冷却材の流れを通路からプレナム内へ案内するための周辺部中空支柱とを有し、
プレナムの上方領域を延びる各周辺部中空支柱の上方部分には周辺部支柱内の冷却材をプレナム内へ導くスロットが周囲方向に設けられており、プレナムの下方領域を延びる各周辺部中空支柱の下方部分にはスロットが設けられていないことを特徴とする原子炉容器。
【請求項２】
原子炉容器はホットレッグノズルを有し、周辺部中空支柱のホットレッグノズルの底部よりも下方にはスロットが設けられていないことを特徴とする請求項１記載の加圧水型原子炉容器。
【請求項３】
各周辺部中空支柱のスロットは、支柱の上方部分の周囲表面積の５０％〜６６％を占めることを特徴とする請求項１記載の原子炉容器。
【請求項４】
案内管が上部炉心支持板から上部支持板まで延び、案内管には冷却材をプレナム内へ導くためのスロットが周囲方向に設けられており、各周辺部中空支柱の上方部分に設けたスロットの垂直方向位置は、案内管のスロットより上方にあることを特徴とする請求項１記載の原子炉容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部プレナム内において上部支持板を上部炉心支持板の上方に支持する支柱を備えた加圧水型原子炉の原子炉容器に関し、特に、上部炉心支持板から上部プレナム内へ流入する冷却材を案内するスロット付き支柱を備えた原子炉容器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
加圧水型原子炉施設の稼働中、原子炉冷却材は、下部炉心支持板及び上部背炉心支持板により原子炉容器の炉心内に支持された約１２０本〜約１９０本の燃料集合体内に配列されている数千個の直径１インチ以下の燃料棒の中に収納されたペレット状燃料の核分裂反応から生じる熱を吸収する。次いで、高温冷却材流は炉心領域から上部炉心支持板に設けられている種々の通路を通り上方に流れて上部プレナムに入り、この中で、幾つかの冷却材流が互いに混じり合い、次いで上部プレナムからホットレッグを通り蒸気発生器へ流れる。
【０００３】
商用施設では、異なる濃縮度の燃料集合体が炉心内へ、炉心全体にわたって均一な出力分布をもたらすパターンで装荷される。漏れの少ない燃料集合体装荷パターンでは、濃縮度の最も高い燃料集合体は一般に、周辺に位置したそれよりも濃縮度の低い燃料集合体の間に配置され（これにより、中性子フルエンスが減少すると共に炉心効率が向上するという利点がある）、濃縮度の最も低い燃料集合体は中央炉心領域に配置される。しかしながら、計算の示すところによれば、漏れの少ないパターンをもつ炉心の種々の領域上方の通路を流れる冷却材流には、最高で約３０〜５０°Ｆの温度差があることが判明している。本発明者の見解によれば、これら冷却材流は、上部炉心支持板上方の上部プレナム内で互いに充分に混じり合わず、また、この熱条件により、ホットレッグを流れる冷却材にホットレッグストリーミングが発生し、嵩冷却材温度に相当大きなばらつきが生じる場合がある。ホットレッグストリーミングが生じると、ホットレッグ抵抗温度検知器による読みが不正確になると共に原子炉周囲の熱勘定が不確定になる。
【０００４】
本発明の目的は、冷却材がホットレッグ内に流入する前に、上部プレナム内の高温冷却材の流れを熱的に混合させることにある。本発明のもう一つの目的は、ホットレッグストリーミングを無くすことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑みて、本発明の要旨は、冷却材を通すための通路を備えた上部炉心支持板と、上部炉心支持板の上方に位置し、これと協働してプレナムを画定する上部支持板と、上部炉心支持板の通路の上方においてプレナムを貫通して上方に延び、上部支持板を上部炉心支持板の上方に支持すると共に冷却材の流れを通路からプレナム内へ案内するための周辺部中空支柱とを有し、プレナムの上方領域を延びる各周辺部中空支柱の上方部分には周辺部支柱内の冷却材をプレナム内へ導くスロットが周囲方向に設けられており、プレナムの下方領域を延びる各周辺部中空支柱の下方部分にはスロットが設けられていないことを特徴とする原子炉容器にある。この原子力容器では、有利なことに、周辺部支柱から流れてくる比較的低温の冷却材の流れがプレナム内の冷却材と実質的に混じり合い、その後にホットレッグ内へ流入することになる。
【０００６】
特許請求の範囲に記載された本発明の内容は、添付の図面に例示的に示すに過ぎない本発明の好ましい実施の形態についての以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
今、図面を詳細に参照し、特に図１を参照すると、一基又は二基以上の蒸気発生器（図示せず）との間で循環する冷却材を加熱するための原子炉容器１０が示されており、この原子炉容器１０は、全体として円筒形の容器本体１２及び取外し可能なヘッド１４を有している。商用原子炉は通常は、２〜４基の蒸気発生器と結合されている。冷却材（これは一般に量的にはｐｐｍレベルのホウ素及びリチウムを含む脱イオン水である）は、蒸気発生器（図示せず）から大径のコールドレッグ２０を通り、そして原子炉容器１０のコールドレッグノズル２２内へ流れる。冷却材は、原子炉容器本体１２及び全体として同心状の炉心バレル２４で画定された環状空間を通って下方に流れる。冷却材は次に、燃料集合体（符号２６で示された内側部燃料集合体及び符号２８で示された周辺部燃料集合体）を上方に通って上部プレナム３２内へ流れ、そしてホットレッグノズル３４を通って原子炉容器１０から流出し、ホットレッグ管３６内へ流れて蒸気発生器に戻る。本明細書において、「周辺部」燃料集合体とは、炉心バレル２４に近い方の燃料集合体を意味し、「内側部」燃料集合体とは、アレイの内部の他の燃料集合体を意味するものとする。
【０００８】
上部プレナム３２は一般に、炉心バレル２４内の上部炉心支持板４０と上部支持板４２によって画定されている。支持板４０，４２は共に、炉心バレル２４上に支持され、この炉心バレル２４は原子炉容器本体１２で支持されている。上部支持板４２は更に、上部炉心支持板４０から延びる周辺部支柱（一つが符号４６で示されている）及び内側部支柱（一つが符号４８で示されている）によって支持されている。本明細書においては、「周辺部」支柱とは、炉心バレル２４に近い方の支柱を意味し、「内側部」支柱とは、アレイの内部の他の支柱を意味するものとする。
【０００９】
図１に示す内側部支柱４８は一般に、下方に延びる支持脚５０を備えた円筒形の鉛直方向に延びる長さ部分を備えた周知の支柱設計のものである。内側部支柱は通常、上部炉心支持板４０に設けられた通路５２及び上部支持板４２に設けられた通路５４と整列しており、これら通路により炉内計装５６はヘッド１４から炉心３０内への挿入が可能となる。類似の設計の周辺部支柱は一般に、計装５６の保護として用いられないので、筒体ではなくて鉛直方向ロッドである。通路５２の直径は、最大約６インチ以上であるのがよい。また、この種の設計により、冷却材のうち何割かは通路５２を通って上部プレナム３２の下方領域内へ流れることができる。もう一つの公知の支柱設計は、フランジを備えた鉛直方向に向いた筒体であり、フランジは、図１に示す周辺部支柱４６が支持板４０，４２に接触するような態様で支持板４０，４２に接触している。しかしながら、図１の支柱４６（これは、一連の周囲方向スロット６２が設けられた上方部分６４及びスロットの設けられていない下方部分６６を有する）とは異なり、従来の設計では、冷却材を下方領域だけではなくて上部プレナムの上方領域にも導入する円筒体の全長に沿って一連の周囲方向スロットが設けられている。
【００１０】
図１に示すように、上部プレナム３２はまた、これを貫通して延びる底部スロット７２を備えた案内管７０を含む。これら案内管７０により、制御棒駆動装置７４が炉心３０内の制御棒制御クラスタ７６を位置決めすることができる。スロット７２は、炉心領域３０内の冷却材の大部分が底部スロット７２を通って上部プレナム３２内へ流れるように寸法決めされている。案内管７０の上方部分にはスロットが設けられておらず、したがって、冷却材の流れはホットレッグノズル３４のレベルの下方で上部プレナム３２の下方領域内へ流れ、そしてホットレッグノズル３４に向かって流れているときにアレイの内部内で互いに混じり合うようになる。
【００１１】
図２は一般に、上部プレナム３２の四分円内の周辺部支柱４６、内側部支柱４８及び案内管７０（図１に示す）の相対的位置を示している。支柱４６，４８及び案内管７０の相対的位置は、他の四分円内のものと同一である。図３は一般に、炉心領域３０から流れる冷却材の流れの温度計算値を示しており、かかる炉心領域３０内では、燃料集合体は、濃縮度の最も低い燃料が炉心の中央部に、濃縮度の最も高い燃料が炉心の周囲部分にそれぞれ位置する漏れの少ないパターンで装荷され、濃縮度の低い周辺部燃料集合体２８（図１に示す）が炉心シュラウドに隣接して配置されている。図３で理解されるように、周辺位置の冷却材温度は、約５７７〜約５９１°Ｆであり、内部の最も高い冷却材温度は、約６０８〜約６３５°Ｆであろう。
【００１２】
本発明者は、漏れの小さな装荷パターンをもつ原子炉容器からのホットレッグストリーミングは、上部プレナムの内部領域から流れる冷却材と十分に混合しないで、ホットレッグノズル３４の下方部分に向かって周辺部支柱の下方部分を通る比較的低温の冷却材の流れに起因して生じるとの仮説を立てた。かくして、上部炉心支持板４０の通路から流れる比較的低温の冷却材を周辺部燃料集合体２８の上方で上部プレナム３２の上方領域内に導入すると、比較的低温の冷却材がそれよりも高温の上部プレナム３２の内部部分からの冷却材と混じり合うことができるようになる。したがって、本発明の原子炉容器１２は、スロット６２が設けられた上方部分６４及びスロットの設けられていない下方部分６６を備えた周辺部中空支柱を有する。好ましくは、スロット６２は、上方部分６４の周囲表面積のうち少なくとも約５０％を占め、最適には、上方部分６４の周辺部表面積の約５０％〜約６６％を占め、それにより比較的低温の冷却材を事実上最低の速度で冷却材中へ導入するための大きな流れ面積が得られる。本明細書において、周辺部支柱の「上方部分」とは、支柱の上半分を意味し、支柱の「下方部分」とは、支柱の下半分を意味している。しかしながら、周辺部支柱４６のスロット６２は、ホットレッグノズル３４の底部よりも下方には延びないことが好ましい。図１に示すように、周辺部支柱４６のスロット６２は、好ましくは、案内管７０のスロット７２の上方に位置している。
【００１３】
本発明者は、図３の炉心出口温度を標準型の４ループ上方プレナムへの入力として用いて上記仮説の実験のためのコンピュータによる流体力学的手法を利用して幾種類の分析的なホットレッグストリーミング研究を行なった。本発明を具体化した上部スロット付き設計の周辺部支柱を、スロットが設けられていない標準設計型の周辺部支柱設計及び全体にスロットが設けられた設計の周辺部支柱と比較した。いずれの場合についても、混合の有効度を、抵抗温度検知器（Temp.Range）におけるホットレッグ横断面積における冷却材温度の範囲及び抵抗温度検知器におけるホットレッグ横断面積における冷却材温度の標準偏差（Temp.Dev）の観点から計測した。各設計の混合の有効度は、各パラメータの減少につれて増大した。比較結果を以下の表に示す。
【００１４】
【表１】
0003853415.tif 000002
この表の示すように、本発明の支柱設計（周辺部支柱の上方部分にのみスロットを設けた設計）は、熱混合度をホットレッグにおいて約３０〜４０％高めている。
【００１５】
本発明の現時点における好ましい実施例を図示説明したが、本発明は特許請求の範囲の技術的事項の範囲内において種々の変形例を想到できることは言うまでもない。
【００１６】
【図面の簡単な説明】
【図１】上部プレナム領域を示すように部分切欠き状態にした原子炉容器の立面図である。
【図２】図２は、図１の切欠き線２−２における上部プレナムの四分円内の支柱及び案内管の相対的位置を示す原子炉容器の平面図である。
【図３】図２に示す同一の半径方向位置における原子炉容器の炉心から上方に流れる冷却材の温度計算値（°Ｆ）を示す原子炉容器の平面図である。
【符号の説明】
１０  加圧水型原子炉
１２  原子炉容器本体
２０  コールドレッグ管
２６，２８  燃料集合体
３０  炉心領域
３２  上部プレナム
３６  ホットレッグ管
４０  上部炉心支持板
４２  上部支持板
４６  周辺部支柱
４８  内側部支柱
５２  通路
６２，７２  スロット
７０  案内管
【図１】
0003853415.tif 000003
【図２】
0003853415.tif 000004
【図３】
0003853415.tif 000005