JP2004003932A - 冷却材炉心入口構造 - Google Patents

冷却材炉心入口構造 Download PDF

Info

Publication number
JP2004003932A
JP2004003932A JP2002299645A JP2002299645A JP2004003932A JP 2004003932 A JP2004003932 A JP 2004003932A JP 2002299645 A JP2002299645 A JP 2002299645A JP 2002299645 A JP2002299645 A JP 2002299645A JP 2004003932 A JP2004003932 A JP 2004003932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coolant
inlet
inlet orifice
plate
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002299645A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4300011B2 (ja
Inventor
Toshihiro Fujii
藤井 敏浩
Shiho Fujita
藤田 志保
Akira Mototani
本谷 朗
Hideo Komita
小見田 秀雄
Yoshiyuki Akiba
秋葉 美幸
Sunao Narabayashi
奈良林 直
Masaru Ukai
鵜飼 勝
Shinichi Morooka
師岡 慎一
Tetsuzo Yamamoto
山本 哲三
Tatsuma Kato
加藤 竜馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2002299645A priority Critical patent/JP4300011B2/ja
Priority to US10/403,283 priority patent/US20030185334A1/en
Publication of JP2004003932A publication Critical patent/JP2004003932A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4300011B2 publication Critical patent/JP4300011B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

【課題】補強ビーム板によって囲まれた部分に配置された入口オリフィス部等における流路圧力損失係数を適正化することができ、燃料集合体内の流量の均一化を高精度で図り、ひいては冷却性能を向上する。
【解決手段】炉心支持板6と、この炉心支持板16を下面側から補強する補強ビーム7と、原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板6の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管10と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、炉心支持板6に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体15の下端を支持する燃料支持金具16と、燃料支持金具16に設けられ燃料集合体15へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィス19とを備え、燃料支持金具16に設けられた入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段を、入口オリフィス19より上流側に設け設ける。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力炉の炉心に装荷される燃料集合体内を流れる冷却材流量を均一化するための技術に係り、特に燃料集合体内への冷却材入口となる燃料支持金具の冷却材流入口部位における流路圧力損失係数を低減させて流量均一化を図った冷却材炉心入口構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
図32〜図39を参照して従来技術について説明する。図32は、沸騰水型原子炉の一例として、改良型沸騰水型原子炉(ABWR)の原子炉圧力容器の構成を示す全体構成図である。このABWRにおいて、原子炉圧力容器内1には上方から順に、蒸気乾燥器2、気水分離器3、上部格子板4、炉心シュラウド5、炉心支持板6等が配置されている。炉心シュラウド5の内側には、数百体の燃料集合体17が格子状配列で垂直に配置され、これにより炉心が形成されている。また、原子炉出力を制御したり、緊急時に原子炉を停止する機能を有する制御棒18が、制御棒案内管10を介して炉心下方から炉心入口まで導入されるようになっている。さらに、原子炉圧力容器1の下部には、冷却材循環用の再循環ポンプ8が複数台配置されている。
【0003】
このような構成において、運転時には、原子炉圧力容器1の下部に配置された再循環ポンプ8により、炉心への冷却材循環が行われる。すなわち、冷却材は炉心下部より上昇して燃料集合体17内に流入し、燃料集合体17内で加熱されて気液2相流となって上昇し、気水分離器3で蒸気と水とに分離される。蒸気は、さらに上昇して蒸気乾燥器2で水分を分離されて主蒸気管9に導かれ、図示しないタービンに導かれる。一方、気水分離器3および蒸気乾燥器2から分離して単相状態となった水は下降し、炉心シュラウド5の外側を経由して再循環ポンプ8に導かれ、再び炉心に向って上昇し、燃料集合体17内を流通する。
【0004】
図33は、燃料集合体17およびその支持構造等を拡大して示す断面図である。燃料集合体17は、上下端が開口する縦長な角筒状のチャンネルボックス11内に、核分裂性物質を内包する複数の燃料棒12を並列に配置し、これらの燃料棒12をチャンネルボックス11内で燃料スペーサ13により上下方向複数箇所で支持し、燃料棒12の上下端部を、冷却材が流通し得る上部タイプレート14および下部タイプレート15により固定した構成とされている。そして、これら燃料集合体17の上下端部がそれぞれ水平な上部格子板4および炉心支持板6に支持されている。冷却材は、下部タイプレート15から流入してチャンネルボックス11内を上昇し、燃料棒12を通過する間に加熱されて気液2層流となって上部タイプレート14から排出される。
【0005】
このような燃料集合体17の下端部は、炉心支持板6に燃料支持金具16を介して支持されている。なお、燃料支持金具としては、図示しないが炉心の周辺部において燃料集合体17を単体で支持する周辺部燃料支持金具と、図33に示すように、炉心の中心部において4体の燃料集合体17を1組として支持する中心部燃料支持金具16とが適用される。前者の周辺部燃料支持金具は垂直な筒状の構成とされ、下向きの開口から冷却材が直接上方に向って導入されるため、冷却材流路の構造は比較的単純で円滑な流れとなり、流路圧力損失係数等は特に問題とならない。これに対し、図33に示した後者の中心部燃料支持金具16の場合は、4体の燃料集合体17を格子状配列で支持し、その中心部に制御棒18が挿入される構成となっていることから、この中心部燃料支持金具16は制御棒案内管10の上端部内に配置されており、その制御棒案内管10の周壁外面側に、冷却材を導入するための冷却材流入口41が横向きに開口し、この冷却材流入口41に入口オリフィス19が設けられている。また、中心部燃料支持金具16内には、冷却材流入口41から流入した冷却材を各燃料集合体17に案内する冷却材流路42が上方に向って形成されている。したがって、この中心部燃料支持金具16の場合には、冷却材が炉心下部から上昇した後、冷却材流入口41に横向きに向きを変えて導入され、その後冷却材流路42においてさらに垂直上方に向きを変えて燃料集合体17に流通するという複雑な経路をもつ構造となっている。以下、本発明の説明において「燃料支持金具」は、この中心部燃料支持金具16を意味するものとする。
【0006】
燃料支持金具16の周囲には、さらに炉心支持板6を下側から補強する補強ビーム7のビーム材である縦板状のビーム板7a等が配置されている。このため、中心部燃料支持金具16に支持された燃料集合体17には、原子炉圧力容器1の下部に設けられた再循環ポンプ8により上昇する冷却材が、炉心支持板6の下面に共に接する補強ビーム7および制御棒案内管10の隙間を介して流入するため、流線が一層複雑となる構造になっている。
【0007】
この点について、図34〜図37を用いて詳しく説明する。図34は炉心支持板6と補強ビーム7の構成を示す全体図である。
【0008】
図34(A)は、炉心支持板6と補強ビーム7の一構成例であるクロスビームとを示している。炉心支持板6は水平な円板状のもので、燃料支持金具16を装着するための多数の孔6aを有している。クロスビームである補強ビーム7は、円形枠20内に、ビーム材として、正方格子状に組合せた縦板からなるビーム板7aを設けた構成とされている。このクロスビームの各ビーム板7aの上端縁が炉心支持板6の下面に接合されて補強がなされる。また、図34(B)は、他の構成例として、シングルビームと呼ばれる補強ビーム7を示している。このシングルビームは、円形枠20に、ビーム材として、平行な縦型のビーム板7aとそれに直行する接続棒21とを有し、これらを正方格子状に配列した構成とされている。なお、以下の説明においては、機械強度的に優れたクロスビームについて代表的に説明するが、シングルビームについても内容的には、ほぼ同様である。
【0009】
図35は、補強ビーム7のビーム板7aにより形成される1つの格子状空間の内側に配置される燃料支持金具16、燃料集合体17および制御棒18等の配置関係を平面的に示す拡大図である。図36は、図35の一部(図35に仮想線Aで区分した右上の1/4部分)を拡大して示す詳細図(図33のA0−A0線断面図)であり、図37は、図36のB−B線断面図である。
【0010】
図36に示すように、補強ビーム板7aによって囲まれる平面視で正方形の1つの領域C内には、4本の制御棒案内管10および4体の燃料支持金具16が正方格子状に配置されている。そして、各燃料支持金具16には、それぞれ4本の燃料集合体17が周方向に等間隔で支持されている。これにより、補強ビーム7aで囲まれた1つの領域内には、16体の燃料集合体17が配置されている。
【0011】
燃料支持金具16は、各燃料集合体17の下部タイプレート15を支持する部分から炉心支持板6の下方まで延びる冷却材流路を有し、この冷却材流路に冷却材を導入するための冷却材流入口41が燃料支持金具16の側面に開口し、この冷却材流入口41の部位に入口オリフィス19が設けられている。そして、冷却材は、補強ビーム7のビーム7aと制御棒案内管10との隙間を経て上昇した後、入口オリフィス19へ横向きに流れ込む。
【0012】
炉心支持板6の補強ビーム7として、図34(A)に示したクロスビームを採用した場合には、補強ビーム板7aの直角に交差する隅角部に位置し、その両面に囲まれて流路面積が狭くなっており、隅角部以外の位置に比べ流路圧力損失係数が大きくなる。このため、そのままでは補強ビーム板7aの直角に交差する隅角部に位置する燃料集合体17に流入する流量が少なくなる。
【0013】
そこで、各々の燃料集合体17に流入する流量を適正に配分するために、入口オリフィス19により調整している。
【0014】
なお、各燃料集合体17を流れる冷却材の流量は、炉心支持板6及び補強ビーム板7付近の入口オリフィス19の口径、燃料集合体17の構造等によって決まる流路圧力損失係数に基づいて決定される。ここで流路圧力損失係数とは、ある区間の圧力差ΔPと流量Qに対して
【数1】
Figure 2004003932
で定義される値である。なお流量Qとしては、体積流量を用いる場合と質量流量を用いる場合がある。
【0015】
燃料集合体17で発生する出力の大きさにより、燃料集合体17の内部で発生する気泡も相違し、この結果、燃料集合体17における流路圧力損失係数も異なることになるが、通常の沸騰水型原子力発電所の設計においては、各燃料集合体の出力が同一であるとした場合に流量の配分が均一となるように入口オリフィス19の口径等を調整している。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各燃料集合体17に流入する流量は入口オリフィス19により調整されており、補強ビーム板7aの直角に交差する隅角部に位置する入口オリフィス19は、流路断面積は、どの隅角部であっても同じになるはずであるから、同一の形状に調整されるはずである。しかしながら、隅角部の位置に同一形状の入口オリフィス19を設置した場合に、その入口オリフィス19で調整された燃料集合体17に流入する冷却材の流量が同じにならない場合が観測されている。
【0017】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、燃料集合体の入口オリフィス部における冷却材の流量不均一化の原因とその対策を明らかにし、冷却材炉心入口構造における流路圧力損失係数を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる冷却材炉心入口構造を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
発明者においては、試験設備を用いて補強ビーム板によって囲まれた部分に配置された燃料支持金具の冷却材流入口の冷却材流れを詳細に観察した。その結果、図36にCで示す入口オリフィスの水平方向中央の位置のビーム板7aと制御棒案内管10の間隔は、図36にDで示す入口オリフィスの水平方向周辺位置のビーム板7aと制御棒案内管10の間隔より広い。このため、Cで示す位置の流路圧力損失係数がDで示す位置の流路圧力損失係数より小さくなり、Cで示す位置を上昇する冷却材の流速はDで示す位置の流速より大きくなる。このため、Cで示す位置を上昇した冷却材が炉心支持板6の下面に衝突し、流速の小さいDで示す位置を下降する流れとなり、上昇する流れと下降する流れによって渦が発生していることが分かった。
【0019】
この事象を、図38および図39によって説明する。図38は前述した図36のB−B断面、すなわち正方格子状に配列される補強ビーム7のビーム板7aの対角線方向に対向して開口する入口オリフィス19における冷却材の流入状態を模式的に示したものであり、図39は、その入口オリフィス19正面方向、すなわち図38のD−D断面における冷却材の流れを示す図である。
【0020】
これらの図に流線25として示すように、原子炉圧力容器1内の下方から上昇する冷却材は、補強ビーム7のビーム板7aおよび制御棒案内管10の隙間に上昇流として流入する。制御棒案内管10の外面付近に沿って上昇する一部の冷却材は入口オリフィス19の位置に達すると、横向きに流れ変えて入口オリフィス19内に直接流れ込む。しかし、補強ビーム7のビーム板7a側に沿って上昇する大部分の冷却材は、上昇流25aとして上昇し、炉心支持板6の下面に衝突し、その後入口オリフィスの水平方向周辺位置で下向きの下降流25bとなる。
【0021】
直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に面する狭い領域22では、ビーム板7aと制御棒案内管10の位置関係が水平方向に対して対称となるため、図39に示すように、入口オリフィスの水平方向周辺位置を下降する下降流25bとなり、入口オリフィス19に向って渦25cが2つ発生し、いわゆる双子渦となる。この時、ビーム板7aと制御棒案内管10の間を上昇する冷却材の入口オリフィス19の水平方向中央位置と周辺位置での流路圧力損失係数の差が大きい場合には強い渦が発生する。このような渦25cの形成は、実際の形状を模擬した流動試験、例えば圧力約7MPa、温度約280℃、流速約2m/sの条件下で明確に観察された。
【0022】
このような渦25cを伴って、冷却材が入口オリフィス19に流入する場合には、入口オリフィス19での流路流路圧力損失係数係数が増加することが分かった。また、入口オリフィス19での流路流路圧力損失係数係数の増加量は、渦の状態によって異なる。さらに、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に位置する入口オリフィス19のように対称性のある双子渦の場合には、製作精度範囲のわずかな形状の違いによって発生する渦の状態が異なり、また、その渦が時間的に変動する量も大きい。このため、本来同様な流路流路圧力損失係数係数を生じるはずの直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に位置の入口オリフィス19において、わずかな形状の違いにより発生している双子渦の状態が変化し、流路流路圧力損失係数係数の違いを生じていることを見出した。
【0023】
一方、ビーム板7aに面していない位置の入口オリフィス19、すなわち、燃料支持金具16において、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に位置の入口オリフィス19と反対側に位置する入口オリフィス19においては、入口オリフィス19の水平方向周辺位置での制御棒案内管10と制御棒案内管10により形成されている流路幅は狭くないため、入口オリフィス19の水平方向周辺位置と中央位置を上昇する冷却材の流速に大きな差が生じていない。このため、炉心支持板6に衝突し、入口オリフィス19の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れは生じないか、また、生じても流速の速い流れにはならない。したがって、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部のような強い渦は発生しない。よって、入口オリフィス19での渦による流路圧力損失係数増加量も少なくなる。
【0024】
また、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部の位置から燃料支持金具の中心を軸に90°回転させた位置の入口オリフィス19では、入口オリフィス19の水平方向周辺位置の一方のみがビーム板7aと制御棒案内管10により狭い流路が形成され、他方は、制御棒案内管10と制御棒案内管10とで形成される比較的幅の広い流路となっており、入口オリフィス19の水平方向で冷却材の流路が対称ではない。このため、ビーム板7aと制御棒案内管10により流路が形成されている入口オリフィス19の水平方向周辺位置での冷却材の下降する流れが速くなり、発生する渦は1つとなったり、2つ発生したとしても対称性のない渦になる。このように対称性のない渦の場合には、対称性のある渦に比べてわずかな流路の形状よる渦の状態の変化は少なくなることが分かった。このため、渦を伴って入口オリフィス19に冷却材が流入した場合に入口オリフィス19の前の流路の形状のわずかな変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化は、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部の位置の入口オリフィス19に比べて小さい。
【0025】
そこで、発明者においては、以上の観察結果に基づき、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部の位置の入口オリフィス19で生じる流路流路圧力損失係数係数を安定させ燃料集合体内の流量調整を適切にするためには、この位置に発生している双子渦を制御する必要があり、具体的には、▲1▼入口オリフィス19に流入する渦を少なくする。▲2▼発生している渦を抑制する、▲3▼発生している渦を安定化させること等が有効であることを見出した。
【0026】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項1に係る発明では、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、この炉心支持板を下面側から補強する補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、燃料支持金具に設けられ前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスとからなる冷却材炉心入口構造において、前記燃料支持金具に設けられた入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段を前記入口オリフィスまたは前記入口オリフィスより上流側に設けたことを特徴とする冷却材炉心入口構造を提供する。
【0027】
請求項2に係る発明では、前記渦制御手段は、炉心支持板の下端から前記燃料支持金具の入口オリフィスの中心位置までの長さをL1とし、また1つの入口オリフィスに対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管の外面の四半円弧長とこの四半円弧長部分を囲む補強ビームの水平方向長さとの和により前記上昇流路の横断面積を除した値を入口流路代表径D1としたとき、L1/D1を1.7以上に設定し、かつ前記入口オリフィスの中心が前記補強ビームの下端より上方に配置された構造である請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0028】
請求項3に係る発明では、前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対称にそのビーム板の一部に貫通孔を穿設した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0029】
請求項4に係る発明では、前記渦制御手段は、前記補強ビーム板および制御棒案内管の少なくともいずれか一方の表面粗さを大きくし、もしくはこれらの表面に溝もしくは突起を形成した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0030】
請求項5に係る発明では、前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の冷却材流入口に臨む炉心支持板の下面位置、もしくは前記補強ビームのビーム板表面位置、またはこれらの両方に、前記冷却材流入口に臨む面が曲面状もしくは平面状をなし、冷却材の流れを前記冷却材入口に偏向させる整流部材であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0031】
請求項6に係る発明では、前記補強ビームは正方格子状に板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスが前記補強ビームの正方格子状に組み合わされた板が直交する隅角部に面するように配置され、前記渦制御手段は、前記補強ビームの前記補強ビームの正方格子状に組み合わされた板が直交する隅角部に配置された整流部材であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0032】
請求項7に係る発明では、前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に垂直な線に対して、そのビーム板の隅角部に対向する入口オリフィスの開口面が傾くように設置された構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0033】
請求項8に係る発明では、前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、ビーム板が直交する隅角部に対向する入口オリフィスに設けられた冷却材流入用孔が前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対象に配置された構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0034】
請求項9に係る発明では、前記渦制御手段は、前記入口オリフィスに設けられた複数の冷却材流入用孔よりからなる冷却材流入用孔群を少なくとも2つ設け、隣接する冷却材流入用孔群間の間隔が冷却材流入用孔群内で隣接する冷却材流入用孔間の間隔より大きく設定された前記入口オリフィスであることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0035】
請求項10に係る発明では、前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの少なくとも一端を前記燃料支持金具内の冷却材流路の面に支持した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0036】
請求項11に係る発明では、前記入口オリフィスより上流側の前記燃料支持金具内の冷却材流路に複数の平行な縦板からなる渦抑制板を設けた請求項10記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0037】
請求項12に係る発明では、前記燃料支持金具の冷却材流入口の下端を前記補強ビームの下端よりも下側に配置したことを特徴とする請求項10記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0038】
請求項13に係る発明では、前記入口オリフィスが網目状もしくは多孔板状の冷却材流入用孔を有することを特徴とする請求項5記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図1〜図32を参照して説明する。なお、従来例で示したものと同一または対応する構成部分については図32〜図39を参照し、これらの図に付した符号と同一の符号を使用して説明する。また、以下の実施形態においては、補強ビームとして、図32(A)に示したクロスビームを適用した場合について説明するが、同図(B)に示したシングルビームについても同様である。
【0040】
第1実施形態(図1〜図3)
図1は、本発明の第1実施形態による冷却材炉心入口構造を示す流路部の側断面図であり、図2は、本実施形態で適用される炉心支持金具の斜視図である。図3(A),(B)は作用説明図である。
【0041】
図1および図2に示すように、本実施形態の冷却材炉心入口構造は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板6と、この炉心支持板16を下面側から補強する補強ビーム7と、原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板6の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管10と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、炉心支持板6に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体15の下端を支持する燃料支持金具16と、燃料支持金具16に設けられ燃料集合体15へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィス19とを備えている。
【0042】
燃料支持金具16は4体の燃料集合体15を支持する燃料支持部16aと、それらの中央に位置する制御棒挿通孔16bとを有する。このような構成において、燃料支持金具16に設けられた入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段が、入口オリフィス19より上流側に設け設けられている。この渦制御手段は、炉心支持板6から入口オリフィス19に至る冷却材の下向きの流れを弱くし、それにより入口オリフィス19に向う略水平軸心回りの旋回流を弱くして渦の発生を抑止するものである。
【0043】
すなわち、本実施形態の冷却材炉心入口構造においては、渦制御手段が、炉心支持板6の下端から燃料支持金具16の入口オリフィス19の中心位置までの長さをL1とし、また図3(A)に示すように、1つの入口オリフィス19に対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管10の外面の四半円弧長cとこの四半円弧長部分を囲む補強ビーム7のビーム板7aの水平方向長さa,bとの和(a+b+c)により上昇流路の横断面積Sを除した値を入口流路代表径D1としたとき、L1/D1を1.7以上に設定し、かつ入口オリフィス19の中心が補強ビームの下端より上方に配置された構造とされている。
【0044】
この点について、図3(B)を参照して説明する。図3(B)は、L1/D1を横軸にとり、入口オリフィス19の流路圧力損失係数の比を縦軸にとり、これらの関係を実験結果により求めたものである。なお、実験は、冷却材の圧力約7MPa、温度約280℃、流速約2m/sの条件下で行なった。
【0045】
この結果、図3(B)に示すように、L1/D1を大きくすると、流路圧力損失係数の比が次第に低下する傾向認められた。そして、L1/D1が約1.4となる現行の炉心オリフィス位置に対し、次第にL1/D1を増加、すなわち入口オリフィス19の中心位置を炉心支持板6の下方に設定すると、流路圧力損失係数の比が次第に低下し、L1/D1=約1.7以上になると、流路圧力損失係数の比の減少割合が緩やかになり、安定化することがわかる。
【0046】
L1/D1が約1.7となるのは、D1を4とすると炉心支持板6の下端から燃料支持金具16の入口オリフィス19の中心位置までの長さL1が約7cmとなる位置である。このことから、入口オリフィスの高さを炉心支持板6の下方約7cmを超える位置に設定することで、流路圧力損失係数の比を適正化することができることがわかる。
【0047】
そこで、本実施形態ではL1/D1を1.7以上、すなわち炉心支持板6の下端から燃料支持金具16の入口オリフィス19の中心位置までの長さ約L1が約7cmを超える値に設定した。
【0048】
この結果、図1に流線を示したように、再循環ポンプにより上昇する冷却材が、補強ビーム7および制御棒案内管10の隙間を介して上昇する上昇流25aとなって炉心支持板6の下面に衝突した後、下向き流となる下降流25bが、従来に比して長くなる。このような長い距離の移動により下降流25bが減衰し、それにより入口オリフィス19に向う略水平軸心回りの旋回流が減衰して、渦の発生が抑止される。
【0049】
通常の設計においては、冷却材の圧力約7MPa、温度約280℃、流速約2m/sの条件下で、入口オリフィス19の高さ位置は、炉心支持板6の約7センチ下方に設定しており、前述した渦が発生しているのに対し、上述した構成の本実施形態の場合には渦の発生を抑制することが可能となる。
【0050】
なお、渦の発生を抑止するためには、入口オリフィス19の高さ位置が炉心支持板6の高さに比して低いほど有効である。ただし、入口オリフィス19を低くし過ぎると燃料支持金具16の高さが大きくなり、燃料支持金具16の製作に必要が材料が多くなったり、製作性が悪化したりする。なお、入口オリフィスの中心は、補強ビーム7の下端より低くならないようにすることが望ましい。
【0051】
本実施形態によれば、燃料支持金具16および制御棒案内管10の構造を変更して、入口オリフィス19を通常の設計より低い配置とすることにより、炉心支持板6に衝突した後の旋回流れが入口オリフィス19付近における冷却材の流れに及ぼす影響を緩和し、渦の発生を抑えて入口オリフィス19での渦による流路流路圧力損失係数係数の増加を少なくして入口オリフィス19の流路流路圧力損失係数係数の変化を抑制することができる。このため、燃料集合体17に流入する冷却材の流量を適正に調整することができ、冷却性能を向上することができる。
【0052】
第2実施形態(図4)
図4は、本発明の第2実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【0053】
本実施形態では、補強ビーム7の直角に交差する2つのビーム板7aの一方のビーム板7aの一部に1または複数の貫通孔26を穿設する。直角に交差する2つのビーム板7aに穿設した貫通孔26が、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部の位置に配置された入口オリフィス19に対して水平方向に非対称であれば、直角に交差する2つのビーム板7aの双方に貫通孔26を穿設してもよい。
【0054】
このような構成によると、貫通孔26の位置で流路面積が等価的に拡大され、または貫通孔26からの冷却材の出入りにより、炉心支持板6に衝突する冷却材の流線が乱れ、冷却材の流れの入口オリフィス19に対する水平方向の対称性が崩れる。この結果、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化により、入口オリフィス19での流路流路圧力損失係数係数が変化することを抑制できる。その結果、燃料集合体17に流入する冷却材の流量を適正に調整することができる。
【0055】
本実施形態によれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0056】
第3実施形態(図5、図6)
図5は、本発明の第3実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図6(A)、(B)は図5のE部拡大断面図でそれぞれ異なる例を示すものである。
【0057】
本実施形態は、炉心支持板6に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ入口オリフィス19の水平方向中央位置を上昇し、水平方向周辺位置で下降する流れを抑制しするものである。
【0058】
すなわち、本実施形態では図5にE,Fとして示すように、制御棒案内管10または補強ビーム7のビーム板7aの流路途中となる表面に、渦制御手段としての表面加工を施したものである。
【0059】
表面加工としては、例えば図6(A)に示したように、補強ビーム板7aおよび制御棒案内管10の少なくともいずれか一方の表面に、微小な凹凸31を形成して表面粗さを大きくしてある。また、図6(B)に示したように、補強ビーム板7aおよび制御棒案内管10の少なくともいずれか一方の表面に、溝32を形成する。このような構成により、補強ビーム板7aおよび制御棒案内管10の表面粗さを例えば25μmもしくはこれ以上の表面粗さに仕上げてある。
【0060】
このような構成によると、入口オリフィス19に向う旋回流を弱くし、渦の発生が抑止することが可能である。すなわち、従来の通常的な設計においては、炉心支持板の補強ビーム7のビーム板7aまたは制御棒案内管10の表面粗さが12.5μm程度であり、前述した旋回流の発生による渦の発生が認められたのに対し、本実施形態によればこのような渦の発生を抑止することができる。
【0061】
これは、補強ビーム板7aおよび制御棒案内管10の表面粗さを大きくすることにより、乱流状態が促進され、入口オリフィス19の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなる。この結果、渦の発生が抑制され、入口オリフィス19の渦による流路圧力損失係数の増加が少なくなり、安定した流路圧力損失係数が得られる。
【0062】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0063】
第4実施形態(図7)
図7は、本発明の第4実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【0064】
本実施形態は、炉心支持板6に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ、渦の発生を抑止するものである。すなわち、渦制御手段として、補強ビーム板7aおよび制御棒案内管10の少なくともいずれか一方の表面に突起27を形成することにより、乱流を促進させ、入口オリフィス19に向う旋回流を弱くする構成としたものである。
【0065】
このような構成によると、流路を上昇する冷却材の流れが攪拌され、第3実施形態と同様に、乱流が促進され、渦の発生を抑止することができる。その結果、入口オリフィス19での渦による流路圧力損失係数が少なくなる。
【0066】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0067】
第5実施形態(図8)
図8は、本発明の第5実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【0068】
本実施形態は、冷却材の上昇流25aをスムーズに入口オリフィス19に流入させることにより渦を抑止するものである。
【0069】
すなわち、渦制御手段として、入口オリフィス19に臨む炉心支持板6の下面位置に、入口オリフィス19に臨む面が曲面状をなす整流部材28を設け、冷却材の流れを円滑にすることにより、入口オリフィス19の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れを弱くし、発生する渦を抑制する構成としたものである。
【0070】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0071】
なお、図示の例では整流部材28の表面を円弧状の曲面としたが、複数の面により構成してもよい。
【0072】
第6実施形態(図9)
図9は、本発明の第6実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【0073】
本実施形態では、渦制御手段として、補強ビーム7の直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に、入口オリフィス19に臨む面が曲面状をなす整流部材30を設ける構成としたものである。
【0074】
整流部材30を設けることにより、入口オリフィス19の水平方向周辺位置の御棒案内管10とビーム板7aで形成される流路幅と、入口オリフィス19の水平方向中央位置の御棒案内管10と整流部材30で形成される流路幅の違いが少なくなる。このため、それぞれの位置を上昇する冷却材の流速の差が少なくなり、入口オリフィス19の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなり、渦の発生が抑制される。
【0075】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0076】
なお、図示の例では整流部材30の表面を円弧状の曲面としたが、流路幅の違いを少なくするものであれば平面状としてもよい。
【0077】
第7実施形態(図10)
図10は、本発明の第7実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【0078】
本実施形態は、入口オリフィス19の開口面の向きを、互いに直交するビーム板7aの隅角部における対角線方向に対して非対称とすることにより、発生する渦を非対称とする構成としたものである。
【0079】
上述した従来例においては、入口オリフィス19の開口面の向きが互いに直交するビーム板7aの隅角部における対角線方向に対して対称的であるため、対称な双子渦が発生し易い。対称な双子渦は、流路のわずかな形状の変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス19での渦による流路圧力損失係数を変化させ易い。
【0080】
本実施形態によれば、直交するビーム板7aの隅角部の位置の入口オリフィスの開口面の向きを直交するビーム板7aの隅角部における対角線方向に対して非対称となすることにより、発生する渦を非対称とし、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス19での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。
【0081】
本実施形態によれば、発生する渦を非対称とすることによって、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス19での流路圧力損失係数が変化しないようにし、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0082】
第8実施形態(図11、図12)
図11は、本発明の第8実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図12は、図11に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図である。
【0083】
本実施形態は、入口オリフィス19の開口部内に網目状もしくは多孔板状の流れ分散部材29を配置する構成としたものである。
【0084】
流れ分散部材29へは冷却材が分散して流入するため、大きな渦の状態で流入することができない。そして、流れ分散部材29まで大きな渦の旋回が継続しないため、流れ分散部材29の上流に生じている渦も弱くなる。このため、流れ分散部材29へ流入する渦の旋回エネルギーは小さくなり、結果として、流れ分散部材29での渦による流路圧力損失係数の増加量は少なくなる。
【0085】
本実施形態よれば、流れ分散部材に流入する渦の旋回エネルギーが小さくなることにより渦による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化が少なくなり、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0086】
なお、流れ分散部材29の形状は図示のものに限らず、種々の変更が可能である。
【0087】
第9実施形態(図13)
図13は、本発明の第9実施形態を示すものであり、第8実施形態で示した流れ分散部材29の変形例を示す構成図である。なお、流れ分散部材29の燃料支持金具16への取付け構造については、基本的に図11に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【0088】
この第9実施形態では、図13に示したように、流れ分散部材29が、燃料支持金具16の冷却材流入口41に設けた入口オリフィス19の中心位置に対して非対称に配置された冷却材流入用孔43を有する構成となっている。すなわち直交するビーム板7aの交差点と燃料支持金具16の中心を結ぶ線上に入口オリフィス19の中心は配置され、直交するビーム板7aの交差点と燃料支持金具16の中心を結ぶ線に対して冷却材流入用孔43は非対象に配置された構造。図示の例では、流れ分散部材29を縦配置とした状態において、一群の冷却材流入用孔43が入口オリフィス19の中心位置に対して左右の一方側に偏在した構成となっている。
【0089】
このような構成によると、冷却材流入用孔43の位置が左右対称ではなく、左右いずれか一方に偏在させたことにより、双子渦ではなく、ひとつの渦が形成される。また、双子渦となった場合であっても非対称になる。
【0090】
このような渦が形成されるのは、実際の形状を模擬した流動試験により観察されている。このように従来構造のもとで発生していた双子渦が本実施形態では一つの渦になることにより、流路のわずかな形状の違いにより発生する渦の状態が変化しなくなり、流れ分散部材29での流路圧力損失係数の変化が少なくなる。
【0091】
本実施形態によれば、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0092】
第10実施形態(図14)
図14は、本発明の第10実施形態を示すものであり、第8実施形態で示した流れ分散部材29の他の変形例を示す構成図である。なお、本実施形態においても、流れ分散部材29の燃料支持金具16への取付け構造については、基本的に図11に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【0093】
この第9実施形態では、図14に示したように、流れ分散部材29の冷却材流入用孔43が、燃料支持金具16の冷却材流入口41に設けた入口オリフィス19の中心位置に対して左右に略対称的に群をなして配置されているが、これら左右の冷却材流入用孔43の群の間隔は、一方の冷却材流入用孔43の群内の隣接する冷却材流入用孔43間の間隔より大きな構成となっている。
【0094】
このような構成によると、第8実施形態と同様に双子渦が発生するが、左右の冷却材流入用孔43の群の間に間隔があるため、わずかな流路の形状の変化によっては、発生している双子渦の状態が変化しない。このため、流れ分散部材29での流路圧力損失係数もわずかな流路の形状の変化によっては変化しない。
【0095】
本実施形態によれば、発生する渦の状態が安定化されることにより、流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0096】
第11実施形態 図15、図16
図15は、本発明の第11実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図16は、図15に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【0097】
本実施形態は、補強ビーム7の下端よりも下側に燃料支持金具16の冷却材流入口41の下端がくるように配置するとともに、燃料支持金具16内部の冷却材流路42内に入口オリフィス19を設けたものである。すなわち、入口オリフィス19の一端は、燃料支持金具16内の冷却材流路42の内面に支持されている。このように入口オリフィス19の一端を燃料支持金具16内の冷却材流路42の内面に支持すると、入口オリフィス19の他端が燃料支持金具16の冷却材流入口41に支持されていても、実質的に入口オリフィス19を燃料支持金具16内部の冷却材流路42内に設けることができる。
【0098】
図示の例では、冷却材流入口41は上下方向に細長い形状とされ、その下端が補強ビーム7の下端よりも下側に配置されている。なお、図16に示したように、制御棒案内管10にも、冷却材流入口41と同形状の孔が形成されている。
【0099】
また、冷却材流路42の内部に設けられた入口オリフィス19は、多数の小径なオリフィス孔を有する多孔板により構成され、または通常の円形オリフィス孔を有する板に多孔板を重合して構成されて多孔オリフィス構造となっている。これにより、入口オリフィス19が上述した流れ分散部材29と同様の機能を発揮する。
【0100】
このような本実施形態の構成によると、冷却材流入口41は上下方向に細長い形状で、その下端が補強ビーム7の下端よりも下側に配置され、また冷却材流入口41での流路断面積も大きいので、冷却材は円滑に燃料支持金具16内に流入するため、前述した渦の発生が抑制される。また、渦が発生する制御棒案内管10とビーム板7aで形成された流路から入口オリフィス19までの距離が長いので、発生した渦が入口オリフィス19に到達するまでに減衰する効果もある。
【0101】
本実施形態によれば、入口オリフィス19に流入する渦を少なくできるので、でのわずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0102】
なお、入口オリフィス19を多孔板とすることによる作用、入口オリフィス19を燃料支持金具16内部の冷却材流路42内に設けたことによる作用、補強ビーム7の下端よりも下側に燃料支持金具16の冷却材流入口41の下端がくるように配置したことによる作用は、入口オリフィス19に流入するときの渦を低減するにあたり相乗的に作用するが、それぞれ独立であっても入口オリフィス19に流入するときの渦を低減する作用がある。このため、それぞれの構成を独立で用いたり、複数の構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【0103】
なお、下部タイプレート15に入口オリフィスを設置することによって、渦が発生する制御棒案内管10とビーム板7aで形成された流路から入口オリフィスまでの距離を長くして発生した渦が入口オリフィスに到達するまでに減衰させることができるが、下部タイプレート15は燃料集合体17とともに、交換されるため、燃料集合体17の交換の度に入口オリフィスが必要となり、その材料や製作が必要となり不経済である。また、燃料集合体17は、運転中に炉心内に配置される位置を移動させることもあり、直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に相当する位置に配置されていた燃料集合体17が、移動後も直角に交差する2つのビーム板7aの隅角部に相当する位置に配置されないので、燃料集合体17の炉心内での移動に伴っても、入口オリフィスの交換が必要となり不都合である。
【0104】
これに対して、燃料支持金具は、燃料集合体17の交換などにともない交換されたり位置が変更されたりするものでないので、燃料支持金具に入口オリフィスを設けた場合には、燃料集合体17の交換などによって入口オリフィスを交換する必要がない。
【0105】
第12実施形態(図17〜図19)
図17は、本発明の第12実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図18は図17のG−G線に沿う拡大断面図である。図19は図17に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【0106】
本実施形態は、第11実施形態と略同様の構成に加えて、燃料支持金具16の冷却材流入口41から冷却材流路42の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板46を設けたものである。その他の構成については第11実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【0107】
渦抑制板46は、例えば図17に示したように、等間隔で複数枚平行に配置された構成とされ、例えば燃料支持金具16の冷却材流入口41と対向する冷却材流路42の内面に溶接等によって流路方向に沿って一体に形成されている。
【0108】
このような第12実施形態の構成によると、渦抑制板46を設けたことにより、燃料支持金具16の内部において、冷却材流入口41から流入した冷却材の流れが一方向に沿って平行に、かつスムーズに流れるようになる。このため、入口オリフィス19に流入するときの渦がより低減され、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより少なくすることができる。
【0109】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0110】
第13実施形態(図20〜図23)
図20は、本発明の第13実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図21は、図20に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管10と燃焼支持金具16とを上下に離間させた状態として示したものである。
【0111】
本実施形態は、燃料支持金具16の冷却材流入口41の下端を補強ビーム7の下端よりも上側に配置し、入口オリフィス19を燃料支持金具の内部に設置したものである。図20および図21に示した例では、燃料支持金具16の外形は従来例を略同様であるが、入口オリフィス19が冷却材流路42内に水平に配置されている。また、冷却材流路42には第12実施形態と同様に、燃料支持金具16の冷却材流入口41から冷却材流路42の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板46が設けられている。
【0112】
このような構成によると、燃料支持金具16の構造のみを変更して多穴オリフィス構造の入口オリフィス19を燃料支持金具16の内部に設置したことにより、多穴オリフィス構造による入口オリフィス19に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、燃料支持金具16の内部に入口オリフィス19を設置したことによる入口オリフィス19に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、渦抑制板46による入口オリフィス19に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用が働き、入口オリフィス19での流路圧力損失係数を安定化できる。
【0113】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。また、本実施の形態では、既存プラントの変更を少なくすることができるという利点が得られる。
【0114】
また、図22、図23に示すように、渦抑制板46を設けなくても、多穴オリフィス構造による作用などにより、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0115】
第14実施形態(図24、図25)
図24は、本発明の第14実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図25は、図24に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管10と燃焼支持金具16とを上下に離間させた状態として示したものである。
【0116】
本実施形態は、第13実施形態の変形例であり、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス19を、燃料支持金具16内部に斜めに設置したものである。他の構成は第13実施形態とほぼ同様であり、例えば渦抑制板46を有している。
【0117】
入口オリフィス19は、燃料支持金具16の冷却材流路42の形状から、本実施形態のように斜めに配置した方が流路断面積が大きくとれる。
【0118】
このような第14実施形態の構成によると、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス19を、燃料支持金具16の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス19の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0119】
第15実施形態(図26、図27)
図26は、本発明の第15実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図27は、図26に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管10と燃焼支持金具16とを上下に離間させた状態として示したものである。
【0120】
本実施形態は、第14実施形態の構成から渦抑制板16を省略した構成のものである。そして、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス19を備えている。
【0121】
このような第15実施形態の構成によっても、燃料支持金具16の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス19の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての入口オリフィス19の作用などにより、入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0122】
第16実施形態(図28、図29)
図28は、本発明の第16実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図29は、図28に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管10と燃焼支持金具16とを上下に離間させた状態として示したものである。
【0123】
本実施形態は、第14実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の1孔のオリフィスとした構成である。
【0124】
このような第16実施形態の構成によっても、燃料支持金具16の内部に斜めに入口オリフィス19を配置したことにより、入口オリフィス19の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、渦抑制版46の作用などにより、入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0125】
第17実施形態(図30、図31)
図30は、本発明の第17実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図31は、図30に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管10と燃焼支持金具16とを上下に離間させた状態として示したものである。
【0126】
本実施形態は、第14実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の1孔のオリフィスとした構成である。
【0127】
このような第17実施形態の構成によっても、燃料支持金具16の内部に斜めに入口オリフィス19を配置したことにより、入口オリフィス19の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、燃料支持金具16の内部の冷却材流路42内に設置したことの作用などにより、入口オリフィス19に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス19での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス19により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【0128】
他の実施形態
本発明は、以上の各実施形態で示したものを単独で実施する場合に限らず、各実施形態の要素を任意に結合等する等の組合せ構成として、前記以外の各種形態で実施することができる。これにより、各実施形態における効果を相乗した形で得ることが可能である。
【0129】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、入口オリフィス部等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図2】本発明の第1実施形態に適用される炉心支持金具の構成を示す斜視図。
【図3】(A)は本発明の第1実施形による作用説明図、(B)は本発明の第1実施形による機能を説明する特性図。
【図4】本発明の第2実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図5】本発明の第3実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図6】(A)、(B)は図5のE部拡大断面図。
【図7】本発明の第4実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図8】本発明の第5実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図9】本発明の第6実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図10】本発明の第7実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図11】本発明の第8実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図12】図11に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図。
【図13】本発明の第9実施形態を示す構成図。
【図14】本発明の第10実施形態を示す構成図。
【図15】本発明の第11実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図16】図15に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図17】本発明の第12実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図18】図17のG−G線に沿う拡大断面図。
【図19】図17に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図20】本発明の第13実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図21】図20に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図22】本発明の第13実施形態による流路部の変形例を示す側断面図。
【図23】図22に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図24】本発明の第14実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図25】図24に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図26】本発明の第15実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図27】図26に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図28】図28は、本発明の第16実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図29】図29は、図28に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図30】図30は、本発明の第17実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図31】図31は、図30に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図32】原子炉圧力容器の全体構成を示す概略断面図。
【図33】図32に示した燃料集合体を拡大して示す断面図。
【図34】(A)は炉心支持板および補強ビームの一構成例を示す斜視図、(B)は補強ビームの他の構成例を示す斜視図。
【図35】燃料支持金具の配置構成を示す平面図。
【図36】図35の一部を拡大して示す平面図。
【図37】図36のB−B線断面図。
【図38】渦の発生状況を側面視で示す説明図。
【図39】渦の発生状況を示す図38のD−D矢視図。
【符号の説明】
1 原子炉圧力容器
2 蒸気乾燥器
3 気水分離器
4 上部格子板
5 炉心シュラウド
6 炉心支持板
6a 多数の穴
7 補強ビーム
7a ビーム板
8 再循環ポンプ
9 主蒸気管
10 制御棒案内管
11 チャンネルボックス
12 燃料棒
13 燃料スペーサ
14 上部タイプレート
15 下部タイプレート
16 燃料支持金具
17 燃料集合体
18 制御棒
19 入口オリフィス
20 円板枠
21 接続棒
22 領域1
23 領域2
24 領域3
25 流線
26 貫通孔
27 突起
28 整流部材
29 流れ分散部材
30 整流部材
31 微小な凹凸
32 溝
41 冷却材流入口
42 冷却材流路
46 渦抑制板

Claims (13)

  1. 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、この炉心支持板を下面側から補強する補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、燃料支持金具に設けられ前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスとからなる冷却材炉心入口構造において、前記燃料支持金具に設けられた入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段を前記入口オリフィスまたは前記入口オリフィスより上流側に設けたことを特徴とする冷却材炉心入口構造。
  2. 前記渦制御手段は、炉心支持板の下端から前記燃料支持金具の入口オリフィスの中心位置までの長さをL1とし、また1つの入口オリフィスに対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管の外面の四半円弧長とこの四半円弧長部分を囲む補強ビームの水平方向長さとの和により前記上昇流路の横断面積を除した値を入口流路代表径D1としたとき、L1/D1を1.7以上に設定し、かつ前記入口オリフィスの中心が前記補強ビームの下端より上方に配置された構造である請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  3. 前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対称にそのビーム板の一部に貫通孔を穿設した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  4. 前記渦制御手段は、前記補強ビーム板および制御棒案内管の少なくともいずれか一方の表面粗さを大きくし、もしくはこれらの表面に溝もしくは突起を形成した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  5. 前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の冷却材流入口に臨む炉心支持板の下面位置、もしくは前記補強ビームのビーム板表面位置、またはこれらの両方に、前記冷却材流入口に臨む面が曲面状もしくは平面状をなし、冷却材の流れを前記冷却材入口に偏向させる整流部材であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  6. 前記補強ビームは正方格子状に板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスが前記補強ビームの正方格子状に組み合わされた板が直交する隅角部に面するように配置され、前記渦制御手段は、前記補強ビームの前記補強ビームの正方格子状に組み合わされた板が直交する隅角部に配置された整流部材であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  7. 前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に垂直な線に対して、そのビーム板の隅角部に対向する入口オリフィスの開口面が傾くように設置された構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  8. 前記補強ビームは正方格子状にビーム板を組み合わせた構成であり、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、ビーム板が直交する隅角部に対向する入口オリフィスに設けられた冷却材流入用孔が前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対象に配置された構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  9. 前記渦制御手段は、前記入口オリフィスに設けられた複数の冷却材流入用孔よりからなる冷却材流入用孔群を少なくとも2つ設け、隣接する冷却材流入用孔群間の間隔が冷却材流入用孔群内で隣接する冷却材流入用孔間の間隔より大きく設定された前記入口オリフィスであることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  10. 前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの少なくとも一端を前記燃料支持金具内の冷却材流路の面に支持した構造であることを特徴とする請求項1記載の冷却材炉心入口構造。
  11. 前記入口オリフィスより上流側の前記燃料支持金具内の冷却材流路に複数の平行な縦板からなる渦抑制板を設けた請求項10記載の冷却材炉心入口構造。
  12. 前記燃料支持金具の冷却材流入口の下端を前記補強ビームの下端よりも下側に配置したことを特徴とする請求項10記載の冷却材炉心入口構造。
  13. 前記入口オリフィスが網目状もしくは多孔板状の冷却材流入用孔を有することを特徴とする請求項5記載の冷却材炉心入口構造。
JP2002299645A 2002-04-01 2002-10-11 冷却材炉心入口構造 Expired - Lifetime JP4300011B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002299645A JP4300011B2 (ja) 2002-04-01 2002-10-11 冷却材炉心入口構造
US10/403,283 US20030185334A1 (en) 2002-04-01 2003-04-01 Core inlet structure for coolant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002098984 2002-04-01
JP2002299645A JP4300011B2 (ja) 2002-04-01 2002-10-11 冷却材炉心入口構造

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008076818A Division JP2008157972A (ja) 2002-04-01 2008-03-24 冷却材炉心入口構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004003932A true JP2004003932A (ja) 2004-01-08
JP4300011B2 JP4300011B2 (ja) 2009-07-22

Family

ID=28456359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002299645A Expired - Lifetime JP4300011B2 (ja) 2002-04-01 2002-10-11 冷却材炉心入口構造

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20030185334A1 (ja)
JP (1) JP4300011B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006194749A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Hitachi Ltd 原子炉炉心支持構造
WO2007099811A1 (ja) * 2006-02-28 2007-09-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 気水分離器
JP2012141302A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Global Nuclear Fuel Americas Llc 最適化された燃料支持体及びこれを用いた原子炉心を作製する方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7577230B2 (en) * 2006-12-22 2009-08-18 Global Nuclear Fuel-Americas, Llc Fuel support and method for modifying coolant flow in a nuclear reactor
RU2364962C1 (ru) * 2008-04-24 2009-08-20 Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" Отбойная решетка тепловыделяющей сборки ядерного реактора
EP3319090B1 (en) * 2016-11-03 2019-06-26 Westinghouse Electric Sweden AB A core plate assembly, and a method of performing work on a core plate assembly
US10937557B2 (en) * 2017-10-17 2021-03-02 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Systems and methods for airflow control in reactor passive decay heat removal

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3840051A (en) * 1971-03-11 1974-10-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Straightener
US3850795A (en) * 1972-05-01 1974-11-26 Babcock Atlantique Sa Means for adjustable clamping skirt between pressure vessel and core
FR2646004B1 (fr) * 1989-04-12 1993-12-24 Framatome Plaque de filtration associee a un embout inferieur d'un assemblage combustible d'un reacteur nucleaire
ES2079077T3 (es) * 1990-09-18 1996-01-01 Siemens Ag Elemento combustible para un reactor de agua hirviente con un pie fabricado a partir de partes standarizadas.
US5386440A (en) * 1992-01-10 1995-01-31 Hitachi, Ltd. Boiling water reactor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006194749A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Hitachi Ltd 原子炉炉心支持構造
JP4521284B2 (ja) * 2005-01-14 2010-08-11 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 原子炉炉心支持構造
WO2007099811A1 (ja) * 2006-02-28 2007-09-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. 気水分離器
US7867309B2 (en) 2006-02-28 2011-01-11 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Steam-water separator
JP2012141302A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Global Nuclear Fuel Americas Llc 最適化された燃料支持体及びこれを用いた原子炉心を作製する方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP4300011B2 (ja) 2009-07-22
US20030185334A1 (en) 2003-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2642761B2 (ja) 沸騰水型原子炉用の燃料バンドル
US6807246B1 (en) Lips-type multi-purposed nuclear fuel assembly spacer grid
US20050276367A1 (en) Fuel supporting attachment and fuel inlet mechanism
JP3044338B2 (ja) Pwr燃料集合体
JP2004003932A (ja) 冷却材炉心入口構造
JPH01126592A (ja) 制御棒クラスタ支持用スパイダ集合体
JP2008157972A (ja) 冷却材炉心入口構造
KR100431725B1 (ko) 측면 용접지지대 및 유동혼합날개를 구비하는핵연료집합체 지지격자
KR970003785B1 (ko) 스플릿형 콘 스페이서 그리드
JP2019529892A (ja) 燃料集合体
JPWO2008065889A1 (ja) 蓄圧注水タンク
JP2003075574A (ja) 複合流動混合装置を備えた核燃料集合体支持格子
WO2024050939A1 (zh) 反应堆涡流抑制及流量分配装置
JP2009186370A (ja) 冷却材炉心入口構造
JPH09101385A (ja) Pwr燃料集合体の下部ノズル
JP2001141866A (ja) 燃料集合体
US20060285628A1 (en) Fuel assembly for a pressurized-water nuclear reactor, and a core of a pressurized-water nuclear reactor which is composed of fuel assemblies of this type
JP6676505B2 (ja) 原子炉炉心支持構造
JP4521284B2 (ja) 原子炉炉心支持構造
JP2013217661A (ja) 沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び該燃料集合体のスペーサ
JP2013140091A (ja) 燃料集合体用下部タイプレート
JP3761232B2 (ja) 原子炉燃料集合体
JPH06214073A (ja) 核燃料スペーサ
JP2006053162A (ja) 燃料集合体
JP2656287B2 (ja) 燃料棒スペーサ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070925

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080324

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090331

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090420

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4300011

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120424

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130424

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140424

Year of fee payment: 5

EXPY Cancellation because of completion of term