JP2007278814A - Reactor water supply nozzle - Google Patents

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Kiyoshi Fujimoto
清志 藤本
Koji Shiina
孝次 椎名
Kazuaki Kito
和明 木藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve structure soundness of a water supply nozzle by suppressing thermal fatigue, caused by temperature fluctuation to the inside of the water supply nozzle attached to a reactor pressure vessel. <P>SOLUTION: This reactor water supply nozzle is equipped as a basic constitution with the water supply nozzle 1 being provided in the reactor pressure vessel, to which a water supply system is connected; a thermal sleeve 3 provided in the inside; a header tube 35 connected to its end through a T-piece 6; and a water injection nozzle 2 connected to the header tube 35. The width of a circular channel 9, between the water supply nozzle 1 inner surface and the thermal sleeve 3 outer surface, is widened to satisfy the inequality: 0.11<δ/Di≤0.16, in a range of the horizontal distance from a nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 to a safe end 39, wherein Di is the minimum value of the inner diameter of the water supply nozzle, and δ is the width of the circular channel between the minimum value Di of the inner diameter of the water supply nozzle and the maximum value of an outer diameter do of the thermal sleeve. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明の技術分野は、原子炉圧力容器への給水を司る原子炉給水ノズルに関する。   The technical field of the present invention relates to a reactor water supply nozzle that controls water supply to a reactor pressure vessel.

改良型沸騰水型原子炉に採用されている原子炉圧力容器の構成を図2に示す。その原子炉圧力容器11内のシュラウド12内に炉心17が設置される。核分裂性物質を含む炉心17で水を沸騰させ、沸騰によって生じた蒸気は温水と混合状態で気水分離器13に流入して液滴を含む蒸気と温水に分離される。   FIG. 2 shows the configuration of the reactor pressure vessel employed in the improved boiling water reactor. A core 17 is installed in the shroud 12 in the reactor pressure vessel 11. Water is boiled in the core 17 containing fissile material, and the steam generated by the boiling flows into the steam separator 13 in a mixed state with warm water, and is separated into steam containing droplets and warm water.

気水分離器13で分離された温水は、給水ノズル1の注水ノズル2からの給水と混合して原子炉圧力容器11とシュラウド12との間に形成されたダウンカマ14を通り、原子炉圧力容器11底部に設けた再循環ポンプ15で駆動され、下部プレナム16を経由して炉心17に再循環される。   The hot water separated by the steam separator 13 is mixed with the water supplied from the water injection nozzle 2 of the water supply nozzle 1, passes through the downcomer 14 formed between the reactor pressure vessel 11 and the shroud 12, and passes through the reactor pressure vessel. 11 is driven by a recirculation pump 15 provided at the bottom, and is recirculated to the core 17 via the lower plenum 16.

一方、気水分離器13で分離された液滴を含む蒸気は、気水分離器13の上方に配置された蒸気乾燥器18で蒸気内の液滴が除去され、その後、主蒸気配管19を経由して高圧タービン,低圧タービンへと送られ、高圧タービン,低圧タービンの軸と連動した発電機で電気を発生させている。   On the other hand, the steam containing the droplets separated by the steam separator 13 is removed from the steam by the steam dryer 18 disposed above the steam separator 13. It is sent to a high-pressure turbine and a low-pressure turbine via, and electricity is generated by a generator linked to the shafts of the high-pressure turbine and the low-pressure turbine.

各タービンで用いられた蒸気は復水器で凝縮され水となり、その水は給水として各給水加熱器で温度調整されて給水ポンプで昇圧され、給水ノズル1の注水ノズル2を介して原子炉圧力容器11内に給水される。給水ノズル1は原子炉圧力容器11の周方向に複数設けられ、原子炉圧力容器11内でT字管により左右に分かれている。給水ノズル1の注水ノズル2の向きは、水平断面で温水と冷却水が均一に混合されるように、原子炉圧力容器11中心に向かう水平方向となっている。   Steam used in each turbine is condensed into water by a condenser, and the temperature of the water is adjusted by each feed water heater as the feed water, the pressure is raised by the feed water pump, and the reactor pressure is passed through the water injection nozzle 2 of the feed water nozzle 1. Water is supplied into the container 11. A plurality of water supply nozzles 1 are provided in the circumferential direction of the reactor pressure vessel 11, and are divided into right and left by T-tubes in the reactor pressure vessel 11. The direction of the water injection nozzle 2 of the water supply nozzle 1 is a horizontal direction toward the center of the reactor pressure vessel 11 so that warm water and cooling water are uniformly mixed in a horizontal section.

改良型沸騰水型原子炉の給水ノズルの構造を図3に示す。原子炉圧力容器11内で下降する高温の炉水7、その炉水よりも低温の給水8の温度差による熱応力,熱疲労を低減するため、給水ノズル1内部には、給水ノズル1と同心状にサーマルスリーブ3を設置して直接温度差のある二流体が接触することを回避している。   The structure of the feed nozzle of the improved boiling water reactor is shown in FIG. The water supply nozzle 1 is concentric with the water supply nozzle 1 in order to reduce thermal stress and thermal fatigue due to the temperature difference between the high-temperature reactor water 7 descending in the reactor pressure vessel 11 and the water supply 8 having a temperature lower than that of the reactor water. The thermal sleeve 3 is installed in a shape to avoid contact between two fluids having a direct temperature difference.

その給水ノズル1の内面とサーマルスリーブ3の外面との間には環状流路9が設けられている。給水ノズル1の給水の入口1aに近い部位には、サーマルスリーブ3の一端が一体化されている。サーマルスリーブ3の他端である先端には、Tの字状のT字管6が接続され、そのT字管6の左右両端には左右のヘッダー管35が接続され、そのヘッダー管
35にはLの字状の注水ノズル2が複数個接続されている。
An annular channel 9 is provided between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3. One end of the thermal sleeve 3 is integrated with a portion of the water supply nozzle 1 near the water supply inlet 1a. A T-shaped T-shaped tube 6 is connected to the tip which is the other end of the thermal sleeve 3, and left and right header tubes 35 are connected to the left and right ends of the T-shaped tube 6. A plurality of L-shaped water injection nozzles 2 are connected.

注水ノズル2は、図3のように、ヘッダー管35の上部位置に接続され、給水の吐出口36は原子炉圧力容器11中心に向かう水平方向に向いている。給水は注水ノズル2の吐出口36から原子炉圧力容器11中心に向かう水平方向に吐出して原子炉圧力容器11内に給水される。給水の吐出口36の中心を通っている注水ノズル2の中心軸2aは、サーマルスリーブ3と給水ノズル1の共通の中心軸3aよりも上方に配置されている。ヘッダー管35の近傍には、図3に示すように、シュラウドヘッドボルト4やシュラウドヘッドボルトリング5が配置されている。   As shown in FIG. 3, the water injection nozzle 2 is connected to the upper position of the header pipe 35, and the water supply discharge port 36 faces in the horizontal direction toward the center of the reactor pressure vessel 11. Water is discharged from the discharge port 36 of the water injection nozzle 2 in the horizontal direction toward the center of the reactor pressure vessel 11 and supplied into the reactor pressure vessel 11. The central axis 2 a of the water injection nozzle 2 passing through the center of the water supply outlet 36 is disposed above the central axis 3 a common to the thermal sleeve 3 and the water supply nozzle 1. As shown in FIG. 3, a shroud head bolt 4 and a shroud head bolt ring 5 are disposed in the vicinity of the header pipe 35.

原子炉の定格運転時の炉水の通常運転水位が図2(b)中に示したA−A矢視レベルの高さにあるので、その高さよりより低い位置に設けられている給水ノズル1内は高温の炉水によって満たされ、シュラウドヘッドボルトリング5や注水ノズル2やヘッダー管35やT字管6やサーマルスリーブ3は、その高温の炉水中に存在する。当然に、給水ノズル1内面とサーマルスリーブ3外面との間の環状流路9にも高温の炉水7が満たされている。   Since the normal operating water level of the reactor water during the rated operation of the nuclear reactor is at the level indicated by the arrows AA in FIG. 2B, the water supply nozzle 1 provided at a position lower than that level. The inside is filled with high-temperature reactor water, and the shroud head bolt ring 5, the water injection nozzle 2, the header tube 35, the T-shaped tube 6 and the thermal sleeve 3 are present in the high-temperature reactor water. Naturally, the high-temperature reactor water 7 is also filled in the annular flow path 9 between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3.

通常の沸騰水型原子炉の設計ではまず、炉心の熱出力を決定し、その熱出力で最高の熱効率が得られるように主蒸気管以降の蒸気の流れを最適化している。具体的には、復水器で蒸気を水にすると熱サイクルの原理から通常の沸騰水型原子炉の圧力(約7MPa)ではエネルギーの2/3が排出される。   In the design of a normal boiling water reactor, the thermal power of the core is first determined, and the steam flow after the main steam pipe is optimized so that the highest thermal efficiency can be obtained with that thermal output. Specifically, when steam is converted into water by a condenser, 2/3 of the energy is discharged at a normal boiling water reactor pressure (about 7 MPa) from the principle of thermal cycle.

そこで、主蒸気のうちの一部を抽気して給水加熱器における給水を加熱するために用いる。この場合、抽気蒸気の熱が回収されるため原子炉の熱効率は向上する。一般に再循環ポンプとジェットポンプを用いて、湿分分離器を備えている沸騰水型原子炉においては、主蒸気のうち最終的に低圧タービン出口から復水器に送られる蒸気の量は約55%で、残りの蒸気は給水の加熱に用いている。   Therefore, a part of the main steam is extracted and used to heat the feed water in the feed water heater. In this case, since the heat of the extracted steam is recovered, the thermal efficiency of the nuclear reactor is improved. In a boiling water reactor generally equipped with a moisture separator using a recirculation pump and a jet pump, the amount of steam finally sent from the low-pressure turbine outlet to the condenser is about 55 of the main steam. The remaining steam is used to heat the feed water.

特開2005−201696号公報において、給水管,主蒸気配管,原子炉内の構造物にかかる負荷の増加を抑制するため、主蒸気流量及び給水流量を増加させずに給水温度を低下させる方法が提案されている。この際、給水ノズル部では高温の炉水と低温の給水との間には大きな温度差が生じ、前記給水ノズル部での熱応力及び熱疲労が懸念される。従って、耐熱応力や耐熱疲労に優れた給水システムが必要になる。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-201696, there is a method for lowering the feed water temperature without increasing the main steam flow rate and the feed water flow rate in order to suppress an increase in load on the feed water pipe, the main steam pipe, and the structure in the reactor. Proposed. At this time, a large temperature difference occurs between the high-temperature reactor water and the low-temperature water supply in the water supply nozzle portion, and there is concern about thermal stress and thermal fatigue in the water supply nozzle portion. Therefore, a water supply system excellent in heat stress and heat fatigue is required.

また、給水ノズルの熱疲労の原因として、定格運転の給水時に発生する「高サイクル熱疲労」と給水停止時に発生する「低サイクル熱疲労」の両者が考えられる。定格運転の給水時には給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面との間の環状流路内は高温の炉水で満たされているが、サーマルスリーブ内の低温の給水により、サーマルスリーブの内外面で熱交換し、環状流路内の炉水には密度差が生じる。   Moreover, as a cause of thermal fatigue of the water supply nozzle, both “high cycle thermal fatigue” that occurs during water supply during rated operation and “low cycle thermal fatigue” that occurs when water supply is stopped are considered. During water supply during rated operation, the annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve is filled with high-temperature reactor water, but heat is exchanged between the inner and outer surfaces of the thermal sleeve by the low-temperature water supply in the thermal sleeve. A density difference occurs in the reactor water in the annular flow path.

そのため、環状流路内の炉水は上部の高温部と下部の低温部に分離され、高低温水界面が環状流路内に形成される。定格運転の給水時には、給水ノズルの注水ノズルから放出された給水が炉内構造物に跳ね返り、その跳ね返り水が環状流路内に入り込み、ノズルコーナ部周辺の流体の温度を変動させるため、熱疲労に影響することが懸念される。   Therefore, the reactor water in the annular channel is separated into an upper high temperature part and a lower low temperature part, and a high / low temperature water interface is formed in the annular channel. When water is supplied during rated operation, the water discharged from the water injection nozzle of the water supply nozzle bounces back to the reactor internal structure, and the bounced water enters the annular flow path, causing the temperature of the fluid around the nozzle corner to fluctuate. There are concerns about the impact.

そこで、給水ノズル本体のノズルコーナ側の内壁にテーパ部を設け、テーパ部の内径が圧力容器壁に向かって拡大する円錐状の凹部を形成し、給水ノズルで懸念される熱疲労を排除するものが実開昭59−8197号公報に記載されている。これより、ノズルコーナ部の環状流路の幅が広くなり、低温の跳ね返り水が環状流路内に入りやすくなると共に環状流路内の炉水との混合が促進される。   Accordingly, a taper portion is provided on the inner wall of the water supply nozzle body on the nozzle corner side, and a conical concave portion in which the inner diameter of the taper portion expands toward the pressure vessel wall is formed to eliminate thermal fatigue that is a concern with the water supply nozzle. This is described in Japanese Utility Model Publication No. 59-8197. Thereby, the width of the annular flow path of the nozzle corner portion is widened, so that low-temperature rebound water can easily enter the annular flow path, and mixing with the reactor water in the annular flow path is promoted.

一方、環状流路内の低温の跳ね返り水による温度変動は、テーパ部を設けたノズルコーナ側だけではなくノズルコーナ側から給水ノズルとサーマルスリーブ接続部であるセーフエンド側までの範囲で発生することが考えられる。給水ノズル部は、圧力容器壁と同様に圧力容器外部との境界部であり、熱疲労に関してはノズルコーナ側からセーフエンド側までの範囲で考えておく必要がある。   On the other hand, temperature fluctuations due to low-temperature rebound water in the annular flow path may occur not only on the nozzle corner side provided with the tapered part but also on the nozzle corner side to the safe end side where the water supply nozzle and thermal sleeve are connected. It is done. The water supply nozzle portion is a boundary portion with the outside of the pressure vessel as well as the pressure vessel wall, and thermal fatigue needs to be considered in a range from the nozzle corner side to the safe end side.

しかし、従来例では、給水ノズル本体の内壁は、圧力容器壁に向かって拡大する円錐状の凹部を形成するテーパ部とテーパ部より奥の方に円筒面を形成する直線部からなっている。そのため、テーパ部より奥のセーフエンド側の環状流路内で発生する炉水の温度変動による熱疲労が懸念される。   However, in the conventional example, the inner wall of the water supply nozzle main body is composed of a tapered portion that forms a conical concave portion that expands toward the pressure vessel wall and a linear portion that forms a cylindrical surface deeper than the tapered portion. Therefore, there is a concern about thermal fatigue due to temperature fluctuations in the reactor water generated in the annular flow path on the safe end side behind the tapered portion.

また、特開昭55−122196号公報では給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面との間の環状流路内にコレクタ部とガイド部を設置し、環状流路内に積極的に低温の跳ね返り水を導入させ循環するようにしている。給水ノズルの組み立て時、サーマルスリーブの中心軸は給水ノズルの中心軸と同一になっている、即ち、環状流路の幅が周方向で均等になっていることが望ましい。   In JP-A-55-122196, a collector part and a guide part are installed in an annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve, and low-temperature rebound water is actively introduced into the annular flow path. Let them circulate. When the water supply nozzle is assembled, it is desirable that the center axis of the thermal sleeve is the same as the center axis of the water supply nozzle, that is, the width of the annular flow path is uniform in the circumferential direction.

したがって、サーマルスリーブの外周面にガイド部を設ける場合、ガイド部の製作精度及びサーマルスリーブへの設置精度を高める必要がある。また、コレクタ部やガイド部の効果を十分に生かすためには、適切な寸法でコレクタ部やガイド部を製作し、適切な設置場所にコレクタ部やガイド部を設置する必要があり、それらの機能確認も必要である。   Therefore, when the guide portion is provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve, it is necessary to improve the manufacturing accuracy of the guide portion and the installation accuracy on the thermal sleeve. In addition, in order to fully utilize the effects of the collector part and guide part, it is necessary to manufacture the collector part and guide part with appropriate dimensions, and to install the collector part and guide part in an appropriate installation location. Confirmation is also required.

一方、給水ノズル内壁の浸透試験を実施する際に、給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面には構造材は無い方が望ましく、従来例の構造ではコレクタ部やガイド部を考慮した前記試験方法を検討する必要がある。   On the other hand, when performing the penetration test of the inner wall of the water supply nozzle, it is desirable that there is no structural material on the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve. In the structure of the conventional example, the above test method considering the collector part and the guide part is examined. There is a need.

特開2005−201696号公報JP 2005-201696 A 実開昭59−8197号公報Japanese Utility Model Publication No.59-8197 特開昭55−122196号公報JP-A-55-122196

図4に原子炉圧力容器内への給水時の給水ノズル1内の流体の温度分布及び流れの状態図を示す。給水ノズル1内面とサーマルスリーブ3外面との間の環状流路9には高温の炉水7が満たされているが、サーマルスリーブ3内には低温の給水8が流れているため、サーマルスリーブ3の内外面で熱交換する。   FIG. 4 shows the temperature distribution and flow state diagram of the fluid in the water supply nozzle 1 when water is supplied into the reactor pressure vessel. The annular flow path 9 between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3 is filled with high-temperature reactor water 7, but since the low-temperature water supply 8 flows in the thermal sleeve 3, the thermal sleeve 3. Heat exchange on the inside and outside of

このとき、環状流路9内では、サーマルスリーブ外面に接する高温の炉水7は熱交換により温度が低下し、温度低下した低温水21は密度が大きいため環状流路9の下部へ、高温水20は密度が小さいため環状流路9の上部へと密度差により分離して高低温水界面を生じる。しかし、高低温水界面22が静的に安定していれば、給水ノズル1やサーマルスリーブ3は静的熱応力発生だけの問題となる。   At this time, the temperature of the high-temperature reactor water 7 in contact with the outer surface of the thermal sleeve decreases in the annular flow path 9 due to heat exchange, and the low-temperature water 21 whose temperature has decreased has a high density. Since 20 has a low density, it separates to the upper part of the annular flow path 9 due to the density difference, thereby generating a high / low temperature water interface. However, if the high-low-temperature water interface 22 is statically stable, the water supply nozzle 1 and the thermal sleeve 3 become a problem only for static thermal stress generation.

しかしながら、給水時には注水ノズル2から原子炉圧力容器11中心方向に放出した低温の給水8が、注水ノズル2出口近傍に設置してあるシュラウドヘッドボルトリング5により給水ノズル1側に跳ね返り、環状流路9内の高低温水界面22へ作用して温度変動が生じる。   However, at the time of water supply, the low-temperature water supply 8 discharged from the water injection nozzle 2 toward the center of the reactor pressure vessel 11 rebounds to the water supply nozzle 1 side by the shroud head bolt ring 5 installed in the vicinity of the water injection nozzle 2 outlet, and the annular flow path 9 acts on the high / low temperature water interface 22 in 9 to cause temperature fluctuation.

これより、環状流路9内での温度変動が熱伝達を介して給水ノズル1内面及びサーマルスリーブ3外面へと伝播し、温度変動に起因した熱疲労がそれぞれの材料に発生することになるため、温度変動を低減する必要がある。なお、原子力圧力容器11内においては注水ノズル2上方から流下する高温の炉水流量が支配的な流れを形成しており、図4に示すシュラウドヘッドボルトリング5が無い場合にでも、給水は原子炉圧力容器の中央部に位置するスタンドパイプなどに衝突し、給水ノズル側へ跳ね返ることが懸念される。   As a result, the temperature fluctuation in the annular flow path 9 propagates to the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3 through heat transfer, and thermal fatigue due to the temperature fluctuation occurs in each material. There is a need to reduce temperature fluctuations. In the nuclear pressure vessel 11, the flow of hot reactor water flowing down from above the water injection nozzle 2 forms a dominant flow, and even when the shroud head bolt ring 5 shown in FIG. There is a concern that it will collide with a stand pipe located at the center of the furnace pressure vessel and bounce back to the water supply nozzle.

また、給水ノズル1の注水ノズル2から放出された跳ね返り水23はサーマルスリーブ3での熱交換や原子炉圧力容器11内に放出されたときに温度が上昇するが、高低温水界面22を形成する低温水21の温度より低いことが推定される。そのため、注水ノズル2から放出される跳ね返り水が直接高低温水界面22へ作用すると温度変動幅が大きくなり、給水ノズル1及びサーマルスリーブ3で熱疲労が発生しやすくなるため、この場合においても温度変動を低減する必要がある。   The rebound water 23 discharged from the water injection nozzle 2 of the water supply nozzle 1 rises in temperature when heat is exchanged in the thermal sleeve 3 or discharged into the reactor pressure vessel 11, but forms a high / low temperature water interface 22. It is estimated that the temperature is lower than that of the low-temperature water 21. Therefore, if the rebound water discharged from the water injection nozzle 2 directly acts on the high / low temperature water interface 22, the temperature fluctuation range becomes large, and thermal fatigue is likely to occur in the water supply nozzle 1 and the thermal sleeve 3. Need to be reduced.

一般に沸騰水型原子力発電システムにおいては、特に給水温度制御をしていないため、プラント全体の熱バランスの変化、具体的には復水器で蒸気を凝縮させる冷却材(海水の場合が多い)の温度変化などで、同一の沸騰水型原子力発電システムで同一の炉心,熱出力であっても1℃未満の範囲では変化しうる。出力向上時の炉心特性の低下を補うために給水温度を低下させる範囲とすれば、通常運転時の給水温度の振れ幅以上である1℃以上給水温度を下げればよい。   Generally, in boiling water nuclear power generation systems, there is no particular control of the feed water temperature, so there is a change in the thermal balance of the entire plant, specifically, a coolant that condenses steam in a condenser (usually seawater). Due to temperature changes, even the same core and thermal power in the same boiling water nuclear power generation system can change within a range of less than 1 ° C. In order to compensate for the deterioration of the core characteristics when the power is improved, the feed water temperature may be reduced by 1 ° C. or more, which is greater than the fluctuation width of the feed water temperature during normal operation.

ただし、給水は原子炉圧力容器に入るときに原子炉圧力容器内の飽和温度の水と混合する。したがって、給水管と原子炉圧力容器の間に温度差が生じる。給水温度を下げすぎるとこの部分で温度差が大きくなり、熱疲労の観点から設計限界を超える懸念がある。   However, the feed water is mixed with water at the saturation temperature in the reactor pressure vessel when entering the reactor pressure vessel. Therefore, a temperature difference is generated between the water supply pipe and the reactor pressure vessel. If the feed water temperature is lowered too much, the temperature difference increases at this part, and there is a concern that the design limit will be exceeded from the viewpoint of thermal fatigue.

本発明の目的は、原子炉圧力容器の給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの広い領域で熱疲労を簡単な構成で抑制することにある。   An object of the present invention is to suppress thermal fatigue with a simple configuration in a wide region from a nozzle corner of a water supply nozzle of a reactor pressure vessel to a safe end.

本発明の目的を達成するための第1手段は、原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路とを備えた原子炉給水ノズルにおいて、Diを前記給水ノズルの内径の最小値、δを前記給水ノズルの内径の最小値Diと前記サーマルスリーブの外径doの最大値との間の環状流路の幅であるとした際に、前記給水ノズルのノズルコーナから前記セーフエンドまでの水平距離の範囲で、0.11 <δ/
Di≦0.16 の関係式を満足する前記環状流路の幅を備えていることを特徴とする原子炉給水ノズルである。
A first means for achieving the object of the present invention includes a water supply nozzle provided in a reactor pressure vessel, a water supply nozzle provided in the water supply nozzle, a safe end connected to the water supply nozzle, and an anti-safe end side In a reactor water nozzle comprising a thermal sleeve communicating with a header pipe and an annular flow path between the inner surface of the water nozzle and the outer surface of the thermal sleeve, Di is the minimum inner diameter of the water nozzle, When δ is the width of the annular flow path between the minimum value Di of the inner diameter of the water supply nozzle and the maximum value of the outer diameter do of the thermal sleeve, the horizontal from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end Within the distance range, 0.11 <δ /
A reactor water supply nozzle having a width of the annular flow path satisfying a relational expression of Di ≦ 0.16.

同じく第2手段は、上記第1手段において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナに一番近い段差の位置は、Lが前記ノズルコーナから前記セーフエンドまでの水平距離、xが前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに最も近い段差までの距離であるとした際に、0.35<x/L≦1 の関係式を満足する位置に配置されていることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, in the first means, the second means has, in the horizontal distance range, a step on the outer peripheral surface of the thermal sleeve where the outer diameter of the thermal sleeve is smaller on the nozzle corner side than on the safe end side, The position of the step closest to the nozzle corner is 0.35 <x where L is the horizontal distance from the nozzle corner to the safe end and x is the distance from the nozzle corner to the step closest to the nozzle corner. The reactor water nozzle is arranged at a position satisfying the relational expression / L ≦ 1.

同じく第3手段は、原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路とを備えた原子炉給水ノズルにおいて、前記水平距離の範囲で、前記セーフエンドから前記ノズルコーナに近づくにしたがって前記給水ノズルの内径が拡大するテーパ形状であることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, the third means includes a water supply nozzle provided in a reactor pressure vessel, a thermal nozzle provided in the water supply nozzle, a safe end connected to the water supply nozzle, and an anti-safe end side communicating with the header pipe. In the reactor water nozzle comprising a sleeve and an annular flow path between the inner surface of the water nozzle and the outer surface of the thermal sleeve, the water supply as the nozzle corner is approached from the safe end within the horizontal distance range. A reactor water supply nozzle having a tapered shape in which an inner diameter of a nozzle is enlarged.

同じく第4手段は、原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路と、を備えた原子炉給水ノズルにおいて、前記水平距離の範囲で、前記セーフエンドから前記ノズルコーナに近づくにしたがって前記サーマルスリーブの外径が縮小するテーパ形状であることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, the fourth means includes a water supply nozzle provided in the reactor pressure vessel, a thermal nozzle provided in the water supply nozzle, the safe end connected to the water supply nozzle, and the anti-safe end side communicating with the header pipe. In a nuclear reactor water supply nozzle comprising a sleeve and an annular flow path between an inner surface of the water supply nozzle and an outer surface of the thermal sleeve, in the range of the horizontal distance, as the nozzle corner approaches the nozzle corner A reactor water supply nozzle having a tapered shape in which an outer diameter of a thermal sleeve is reduced.

同じく第5手段は、上記第1手段又は第2手段において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに一番近い段差の位置までの水平距離の範囲に位置する前記給水ノズルの内径をDiより大きくすることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, in the first means or the second means, the fifth means has a step in which the outer diameter of the thermal sleeve is smaller on the outer peripheral surface of the thermal sleeve on the nozzle corner side than on the safe end side in the horizontal distance range. The reactor water supply nozzle is characterized in that an inner diameter of the water supply nozzle located in a horizontal distance range from the nozzle corner to the position of the step closest to the nozzle corner is made larger than Di.

同じく第6手段は、上記第1手段又は第2手段又は第5手段において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに一番近い段差の位置までの水平距離の範囲に位置する前記給水ノズルの内面をノズルコーナに向かって前記給水ノズルの内径が拡大するテーパ形状になっていることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, in the first means, the second means, or the fifth means, the sixth means has an outer diameter of the thermal sleeve on the outer peripheral surface of the thermal sleeve on the nozzle corner side than the safe end side in the horizontal distance range. The inner surface of the water supply nozzle located in a horizontal distance range from the nozzle corner to the position of the step closest to the nozzle corner has a tapered shape in which the inner diameter of the water supply nozzle increases toward the nozzle corner. This is a reactor water nozzle.

同じく第7手段は、第1手段から第6手段までのいずれか一手段において、前記原子炉圧力容器は、建設当初の原子炉の定格熱出力を前記建設の後に前記当初の定格熱出力を超えて上昇させた出力向上後の原子炉に適用されている原子炉圧力容器であることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, the seventh means is any one of the first means to the sixth means, wherein the reactor pressure vessel exceeds a rated heat output of the reactor at the initial stage of construction beyond the initial rated heat output after the construction. A reactor water supply nozzle which is a reactor pressure vessel applied to a reactor whose power is increased and increased.

同じく第8手段は、上記第7手段において、前記原子炉は、前記給水ノズルの入口での水の温度を前記原子炉の建設当初の定格運転時のその温度よりも1℃以上低下させて前記原子炉圧力容器内に向けて導く給水系統が接続されていることを特徴とする原子炉給水ノズルである。   Similarly, the eighth means is the seventh means, wherein the nuclear reactor reduces the temperature of water at the inlet of the water supply nozzle by 1 ° C. or more from the temperature at the rated operation at the beginning of construction of the nuclear reactor. A reactor water nozzle is connected to a water supply system that leads toward a reactor pressure vessel.

この出願の発明によれば、給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲で高温の炉水と跳ね返り水の混合を促進して給水ノズル内面及びサーマルスリーブ外面に発生する熱応力を低減できるため、耐熱疲労に優れた給水ノズルを実現できる。   According to the invention of this application, it is possible to reduce the thermal stress generated on the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve by promoting the mixing of high-temperature reactor water and rebound water in the horizontal distance range from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end. Therefore, the water supply nozzle excellent in heat fatigue can be realized.

本発明の目的を達成するための各実施例による手段は概ね以下の通りである。即ち、第1の手段は、給水ノズル,サーマルスリーブ,T字管及び注水ノズルは定格運転時における原子炉圧力容器内の炉水の液面より下方に配置され、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲で給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面との間の環状流路の幅を広くすることである。   Means according to each embodiment for achieving the object of the present invention is as follows. That is, the first means is that the water supply nozzle, the thermal sleeve, the T-shaped tube and the water injection nozzle are arranged below the level of the reactor water in the reactor pressure vessel during the rated operation, and are parallel to the central axis of the water supply nozzle. Thus, the width of the annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve is widened in the range of the horizontal distance from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end.

第2の手段は、第1の手段に加えて、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲でサーマルスリーブの外周面にノズルコーナに向かってサーマルスリーブの外径が小さくなる段差があり、その中でノズルコーナに一番近い段差の位置をセーフエンド側に移動することである。   In the second means, in addition to the first means, the thermal sleeve is arranged on the outer peripheral surface of the thermal sleeve toward the nozzle corner in the range of the horizontal distance from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end in parallel with the central axis of the water supply nozzle. There is a step with a smaller outer diameter, and the position of the step closest to the nozzle corner is moved to the safe end side.

第3の手段は、給水ノズルの中心軸に平行してセーフエンドからノズルコーナまでの水平距離の範囲で給水ノズルの内面がセーフエンドからノズルコーナに向かって拡大するテーパ形状になっていることである。   The third means is that the inner surface of the water supply nozzle has a tapered shape that expands from the safe end toward the nozzle corner in the range of the horizontal distance from the safe end to the nozzle corner in parallel with the central axis of the water supply nozzle.

第4の手段は、給水ノズルの中心軸に平行してセーフエンドからノズルコーナまでの水平距離の範囲でサーマルスリーブの外周面がセーフエンドからノズルコーナに向かって縮小するテーパ形状になっていることである。   The fourth means is that the outer peripheral surface of the thermal sleeve is tapered such that the outer peripheral surface of the thermal sleeve is reduced from the safe end toward the nozzle corner in the range of the horizontal distance from the safe end to the nozzle corner in parallel with the central axis of the water supply nozzle. .

第5の手段は、第1,第2及び第4の手段に加えて、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからサーマルスリーブの外周面に設けたノズルコーナに最も近い段差までの水平距離の範囲に対応する給水ノズルの内径を大きくすることである。   The fifth means includes, in addition to the first, second and fourth means, a horizontal line from the nozzle corner of the water supply nozzle to the step closest to the nozzle corner provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve in parallel with the central axis of the water supply nozzle. The inner diameter of the water supply nozzle corresponding to the distance range is increased.

第6の手段は、第1,第2,第4及び第5の手段に加えて、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからサーマルスリーブの外周面に設けたノズルコーナに最も近い段差までの水平距離の範囲に対応する給水ノズル内面をノズルコーナに向かって拡大するテーパ形状にすることである。   In addition to the first, second, fourth and fifth means, the sixth means is a step closest to the nozzle corner provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve from the nozzle corner of the water supply nozzle in parallel with the central axis of the water supply nozzle. The inner surface of the water supply nozzle corresponding to the range of the horizontal distance up to the taper shape that expands toward the nozzle corner.

第7の手段は、既設、新設及び出力向上する原子力発電プラントに第1〜第6の手段に示す原子炉給水ノズルを採用することである。   The seventh means is to adopt the reactor water supply nozzles shown in the first to sixth means in the existing, new and improved nuclear power plants.

以下、本発明を原子力発電所の原子炉設備に適用した各実施例を図を用いて具体的に解説する。本発明の給水ノズルは図2に示した原子炉圧力容器11に採用されるものである。その原子炉圧力容器11内の高温の炉水7と給水ノズル1からの低温の給水8の流れについて説明する。   Hereinafter, each embodiment in which the present invention is applied to a nuclear power plant reactor facility will be specifically described with reference to the drawings. The water supply nozzle of the present invention is employed in the reactor pressure vessel 11 shown in FIG. The flow of the high-temperature reactor water 7 in the reactor pressure vessel 11 and the low-temperature feed water 8 from the feed water nozzle 1 will be described.

図1のB−B断面より、図2に示した原子力圧力容器11内の気水分離器13で蒸気と分離された高温の炉水7(例えば、280℃)は、給水ノズル1の注水ノズル2の上方から流れてくる。その後、高温の炉水7は注水ノズル2から吐出された低温の給水8と混合して、ダウンカマ14を通り、再循環ポンプ15で駆動され、下部プレナム16を経由して炉心17に再循環される。   From the BB cross section of FIG. 1, high-temperature reactor water 7 (for example, 280 ° C.) separated from steam by the steam separator 13 in the nuclear pressure vessel 11 shown in FIG. Flowing from above 2. Thereafter, the high temperature reactor water 7 is mixed with the low temperature feed water 8 discharged from the water injection nozzle 2, passes through the downcomer 14, is driven by the recirculation pump 15, and is recirculated to the core 17 via the lower plenum 16. The

低温の給水8は、給水管37から給水ノズル1内のサーマルスリーブ3を通り、T字管6で2方向に分流されてその二方向にあるヘッダー管35内を通って各注水ノズル2内に至り、その各注水ノズル2の吐出口36から原子炉圧力容器11内に吐出する。   The low-temperature water supply 8 passes through the thermal sleeve 3 in the water supply nozzle 1 from the water supply pipe 37, is divided in two directions by the T-shaped pipe 6, passes through the header pipe 35 in the two directions, and enters each water injection nozzle 2. Then, the water is discharged from the discharge port 36 of each water injection nozzle 2 into the reactor pressure vessel 11.

給水ノズル1の注水ノズル2の吐出口36の向きは、原子炉圧力容器11中心に向かう水平向きになっているので、原子炉圧力容器11内に吐出された低温の給水8は、原子炉圧力容器11中心に向かう水平方向へ移動,拡散しながら高温の炉水7と混合する。   Since the direction of the discharge port 36 of the water injection nozzle 2 of the water supply nozzle 1 is a horizontal direction toward the center of the reactor pressure vessel 11, the low-temperature water supply 8 discharged into the reactor pressure vessel 11 is the reactor pressure. Mixing with the high-temperature reactor water 7 while moving and diffusing horizontally toward the center of the vessel 11.

一方、給水ノズル1内面とサーマルスリーブ3外面との間の環状流路9には高温の炉水7が満たされているが、サーマルスリーブ3内には低温の給水8が流れているため、サーマルスリーブ3の内外面で熱交換する。このとき、環状流路9内では、サーマルスリーブ外面に接する高温の炉水7は熱交換により温度が低下し、温度低下した低温水21は密度が大きいため環状流路9の下部へ、高温水20は密度が小さいため環状流路9の上部へと密度差により分離して高低温水界面22を生じる。   On the other hand, the annular flow passage 9 between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3 is filled with high-temperature reactor water 7, but since the low-temperature water supply 8 flows in the thermal sleeve 3, Heat exchange is performed on the inner and outer surfaces of the sleeve 3. At this time, the temperature of the high-temperature reactor water 7 in contact with the outer surface of the thermal sleeve decreases in the annular flow path 9 due to heat exchange, and the low-temperature water 21 whose temperature has decreased has a high density. Since 20 has a low density, it is separated to the upper part of the annular flow path 9 due to the density difference, and a high / low temperature water interface 22 is generated.

吐出された低温の給水8の一部は、原子炉圧力容器11内のシュラウドヘッドボルト4やシュラウドヘッドボルトリング5や炉内構造物により給水ノズル1側へ跳ね返り、環状流路9内の高低温水界面22へ作用して温度変動が生じる。これより、環状流路9内での温度変動が熱伝達を介して給水ノズル1内面及びサーマルスリーブ3外面へと伝播し、温度変動に起因した熱疲労がそれぞれの材料に発生することが懸念される。   A part of the discharged low-temperature water supply 8 rebounds to the water supply nozzle 1 side by the shroud head bolt 4, the shroud head bolt ring 5 and the reactor internal structure in the reactor pressure vessel 11, and the high and low temperature water in the annular channel 9. It acts on the interface 22 to cause temperature fluctuation. As a result, there is a concern that temperature fluctuations in the annular flow path 9 propagate to the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3 through heat transfer, and thermal fatigue due to temperature fluctuations occurs in each material. The

給水ノズルの構造健全性は、図5及び式(1)(2)に示す関係を用いて熱応力で評価することが出来る。給水ノズル壁面で発生する熱応力を小さくするためには、給水ノズル1内面とサーマルスリーブ3外面との間の環状流路9内の流体の温度変動幅ΔTf 及び熱伝達率hを小さくする必要がある。 The structural soundness of the water supply nozzle can be evaluated by thermal stress using the relationship shown in FIG. 5 and equations (1) and (2). In order to reduce the thermal stress generated on the wall surface of the water supply nozzle, it is necessary to reduce the temperature fluctuation width ΔT f and the heat transfer coefficient h of the fluid in the annular flow path 9 between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3. There is.

ΔTw ∝ f(ΔTf,h) (1)
σalt ∝ f(ΔTw) (2)
但し、ΔTw は給水ノズル壁面の温度変動幅、ΔTf は給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面との間の環状流路内の流体の温度変動幅、hは環状流路内の熱伝達率、σalt は給水ノズル壁面で発生する熱応力である。
ΔT w ∝ f (ΔT f , h) (1)
σ alt f f (ΔT w ) (2)
Where ΔT w is the temperature fluctuation width of the wall surface of the water supply nozzle, ΔT f is the temperature fluctuation width of the fluid in the annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve, h is the heat transfer coefficient in the annular flow path, σ alt is a thermal stress generated on the wall surface of the water supply nozzle.

最終的な評価として、給水ノズル壁面で発生する熱応力σalt が材料の疲労限度σcr よりも低ければ、給水ノズルの熱疲労の問題は無いと考えられる。但し、実際には、疲労限度よりも低くなることは勿論であるが、安全裕度を考慮して、給水ノズルを設計製作する必要がある。 As a final evaluation, if the thermal stress σ alt generated on the wall surface of the water supply nozzle is lower than the fatigue limit σ cr of the material, it is considered that there is no problem of thermal fatigue of the water supply nozzle. However, in practice, the water supply nozzle needs to be designed and manufactured in consideration of safety margin, although it is naturally lower than the fatigue limit.

次に、縮小モデル試験により得られた結果の概要について説明する。縮小モデル試験では、給水ノズル1内面とサーマルスリーブ3外面との間の環状流路9の幅を変えた試験を実施した。図6は給水ノズルの無次元軸方向距離x/Lに対する温度変動幅βmaxを示す。横軸には無次元軸方向距離x/Lを示す。xは図5に示すようにノズルコーナからの距離を示す。Lは給水ノズル1の中心軸に平行したノズルコーナ38からセーフエンド
39までの水平距離(図示なし)を示す。縦軸には任意の位置における給水ノズルの外周面上(周方向角度は0〜180°)から少し離れた流体の温度変動幅ΔTf が最大になるものβmaxを示す。
Next, an outline of the results obtained by the reduced model test will be described. In the reduction model test, a test was performed in which the width of the annular flow path 9 between the inner surface of the water supply nozzle 1 and the outer surface of the thermal sleeve 3 was changed. FIG. 6 shows the temperature fluctuation range βmax with respect to the dimensionless axial distance x / L of the water supply nozzle. The horizontal axis indicates the dimensionless axial distance x / L. x represents a distance from the nozzle corner as shown in FIG. L indicates a horizontal distance (not shown) from the nozzle corner 38 to the safe end 39 parallel to the central axis of the water supply nozzle 1. The vertical axis indicates βmax that maximizes the temperature fluctuation width ΔT f of the fluid slightly away from the outer peripheral surface of the water supply nozzle (circumferential angle is 0 to 180 °) at an arbitrary position.

図中の○印は従来例1(δ/Di≒0.11)、△印は従来例2(δ/Di<0.11)、□印は本発明(δ/Di>0.11 )を示す。なお、Diは給水ノズルの内径の最小値、δは給水ノズルの内径の最小値Diとサーマルスリーブの外径doの最大値との間の環状流路の幅を示す。無次元軸方向距離x/Lに対する流体の温度変動幅βmaxは、ノズルコーナ38側で大きくなり、セーフエンド39側で減衰し小さくなる。   In the figure, ◯ indicates conventional example 1 (δ / Di≈0.11), Δ indicates conventional example 2 (δ / Di <0.11), and □ indicates the present invention (δ / Di> 0.11). Show. Di represents the minimum value of the inner diameter of the water supply nozzle, and δ represents the width of the annular flow path between the minimum value Di of the inner diameter of the water supply nozzle and the maximum value of the outer diameter do of the thermal sleeve. The temperature fluctuation range βmax of the fluid with respect to the dimensionless axial distance x / L increases on the nozzle corner 38 side and decreases and decreases on the safe end 39 side.

また、環状流路9の幅が広くなると流体の最大温度変動幅βmaxは小さくなる。環状流路9の幅を広げた構造では、温度変動幅βmaxが最大になる無次元軸方向距離で比較すると、従来例1の構造に対して本発明の構造では流体の最大温度変動幅は約10%低減される。   Further, when the width of the annular flow path 9 is increased, the maximum temperature fluctuation range βmax of the fluid is decreased. In the structure in which the width of the annular channel 9 is widened, the maximum temperature fluctuation range of the fluid in the structure of the present invention is about Reduced by 10%.

図7は給水ノズルの無次元軸方向距離に対する熱伝達率を示す。横軸に無次元軸方向距離x/L、縦軸には任意の位置における給水ノズルの外周面上(周方向角度は0〜180°)の熱伝達率hが最大になるものhmaxを示す。図には給水ノズルの軸方向で代表的な3点をプロットしている。図6と同様に、ノズルコーナ38側で熱伝達率は大きくなり、セーフエンド39側で熱伝達率は小さくなる。   FIG. 7 shows the heat transfer coefficient with respect to the dimensionless axial distance of the water supply nozzle. The abscissa indicates the dimensionless axial distance x / L, and the ordinate indicates hmax that maximizes the heat transfer coefficient h on the outer peripheral surface (circumferential angle is 0 to 180 °) of the water supply nozzle at an arbitrary position. In the figure, three representative points are plotted in the axial direction of the water supply nozzle. As in FIG. 6, the heat transfer coefficient increases on the nozzle corner 38 side, and the heat transfer coefficient decreases on the safe end 39 side.

また、環状流路9の幅の影響については、熱伝達率hmaxが最大になる無次元軸方向距離で比較すると、従来例1より幅を狭くすると約5%熱伝達率が大きくなる。一方、従来例1と2では熱伝達率は従来とほぼ同様である。図6および図7の結果と式(1),
(2)から、無次元軸方向距離x/Lに対する熱応力はノズルコーナ38側で大きくなり、セーフエンド39側では小さくなることが推定される。
As for the influence of the width of the annular flow path 9, when compared with the dimensionless axial distance at which the heat transfer coefficient hmax is maximized, the heat transfer coefficient is increased by about 5% when the width is narrower than that of the conventional example 1. On the other hand, in the conventional examples 1 and 2, the heat transfer coefficient is almost the same as the conventional one. The results of FIG. 6 and FIG.
From (2), it is estimated that the thermal stress for the dimensionless axial distance x / L increases on the nozzle corner 38 side and decreases on the safe end 39 side.

次に、図8に環状流路の幅に対する温度変動幅を示す。横軸には環状流路9の幅δを給水ノズルの内径Diで割った無次元環状流路幅δ/Di、縦軸には従来例1の温度変動幅βmaxに対して、従来例2や本発明の温度変動幅の割合βcを示す。なお、βc導出時の温度変動幅は図5の温度変動幅の最大値とする。従来例1より環状流路9の幅を狭くすると温度変動幅βcは小さくなることが分かる。   Next, FIG. 8 shows the temperature fluctuation width with respect to the width of the annular flow path. The horizontal axis represents the dimensionless annular flow path width δ / Di obtained by dividing the width δ of the annular flow path 9 by the inner diameter Di of the water supply nozzle, and the vertical axis represents the temperature fluctuation width βmax of Conventional Example 1 compared to Conventional Example 2 or The ratio βc of the temperature fluctuation range of the present invention is shown. Note that the temperature fluctuation range when βc is derived is the maximum value of the temperature fluctuation range shown in FIG. It can be seen that when the width of the annular flow path 9 is narrower than that of the conventional example 1, the temperature fluctuation width βc becomes smaller.

図9に環状流路の幅に対する熱伝達率を示す。横軸には環状流路9の幅δを給水ノズルの内径Diで割った無次元環状流路幅δ/Di、縦軸には従来例1の熱伝達率hmaxに対して、従来例2や本発明の熱伝達率の割合hcを示す。なお、hc導出時の熱伝達率は図6の熱伝達率の最大値とする。従来例1より環状流路9の幅が狭い範囲では熱伝達率はほぼ同等であると共に、熱伝達率も低いことが分かる。   FIG. 9 shows the heat transfer coefficient with respect to the width of the annular flow path. The horizontal axis represents the dimensionless annular flow path width δ / Di obtained by dividing the width δ of the annular flow path 9 by the inner diameter Di of the water supply nozzle, and the vertical axis represents the heat transfer coefficient hmax of Conventional Example 1, The heat transfer rate hc of the present invention is shown. The heat transfer coefficient when hc is derived is the maximum value of the heat transfer coefficient in FIG. It can be seen that the heat transfer coefficient is substantially the same and the heat transfer coefficient is low in the range where the width of the annular flow path 9 is narrower than in the conventional example 1.

したがって、従来例1及び本発明の熱伝達率を下限値と考え、δ/Diの下限値は従来のδ/Di=0.11 とする。一方、環状流路9の幅を広げすぎると、サーマルスリーブ3内を低温の給水8が流れるときの圧力損失が増加して、給水ポンプの仕様を変更しなければならなくなる。   Therefore, the heat transfer coefficient of Conventional Example 1 and the present invention is considered as the lower limit value, and the lower limit value of δ / Di is set to the conventional δ / Di = 0.11. On the other hand, if the width of the annular flow path 9 is excessively widened, the pressure loss when the low-temperature water supply 8 flows in the thermal sleeve 3 increases, and the specifications of the water supply pump must be changed.

そこで、サーマルスリーブ3の内径を狭くすることでサーマルスリーブ3内の給水の流速が増加することによる圧力損失の増加を、例えば10%以下に抑え、さらにサーマルスリーブ先端のT字管やヘッダー管の仕様を変更せず、サーマルスリーブの外径と給水ノズルの内径のみを変更する条件とすると、δ/Diの上限値はδ/Di=0.16となる。   Therefore, by reducing the inner diameter of the thermal sleeve 3, the increase in pressure loss due to the increase in the flow rate of the water supply in the thermal sleeve 3 is suppressed to, for example, 10% or less. Assuming that only the outer diameter of the thermal sleeve and the inner diameter of the water supply nozzle are changed without changing the specification, the upper limit value of δ / Di is δ / Di = 0.16.

したがって、本発明の効果が得られるδ/Diの範囲は0.11<x/L≦0.16となる(従来例1のδ/Di=0.11 は含まない)。なお、寸法表示のある原子炉給水ノズルの製作図面からδ/Diを算出することで、本実施例を実現することが可能である。   Therefore, the range of δ / Di in which the effect of the present invention is obtained is 0.11 <x / L ≦ 0.16 (δ / Di = 0.11 of Conventional Example 1 is not included). In addition, it is possible to implement | achieve a present Example by calculating (delta) / Di from the manufacture drawing of the reactor water nozzle with a dimension display.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図10に示す。本実施例の特徴は、給水ノズル1の中心軸3aに平行して給水ノズル1のノズルコーナ38からセーフエンド39までの水平距離の範囲でサーマルスリーブ3の外周面にノズルコーナ38に向かってサーマルスリーブ3の外径が小さくなる段差があり、サーマルスリーブ3の外周面のノズルコーナ38に一番近い段差40の位置をセーフエンド39側に移動することである。   Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The feature of this embodiment is that the thermal sleeve 3 extends toward the nozzle corner 38 on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 in the range of the horizontal distance from the nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 to the safe end 39 in parallel with the central axis 3a of the water supply nozzle 1. This is to move the position of the step 40 closest to the nozzle corner 38 on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 toward the safe end 39 side.

本実施例の場合、図1の実施例に加えて、さらにノズルコーナ38の環状流路9の空間スペースが広くなるため、高温の炉水7が環状流路9内に流入しやすくなり、高温の炉水7と低温の給水8の混合が促進され、確実に温度変動を低減できる。なお、段差の位置をセーフエンド39側に移動し環状流路9の幅を広くすることにより得られる効果と、図1の実施例のように給水ノズル1のノズルコーナ38からセーフエンド39までの環状流路9の幅を広くすることにより得られる効果は同様であると考えられる。   In the case of the present embodiment, in addition to the embodiment of FIG. 1, the space space of the annular flow path 9 of the nozzle corner 38 is further widened, so that the high-temperature reactor water 7 can easily flow into the annular flow path 9. Mixing of the reactor water 7 and the low-temperature feed water 8 is promoted, and temperature fluctuation can be reliably reduced. The effect obtained by moving the position of the step to the safe end 39 side and widening the annular flow path 9 and the annular shape from the nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 to the safe end 39 as in the embodiment of FIG. The effect obtained by widening the width of the flow path 9 is considered to be the same.

図5に示す軸方向距離からx/Lの範囲を導出する。図1の実施例と同様に、x/Lの下限値は従来のx/L=0.35 とする。上限値は給水ノズル1のセーフエンド39と段差が一致するx/L=1とする。したがって、本発明の効果が得られるx/Lの範囲は
0.35<x/L≦1となる(従来例1のδ/Di=0.35は含まない)。なお、寸法表示のある原子炉給水ノズルの製作図面からx/Lを算出することで、本実施例を実現することが可能である。
The range of x / L is derived from the axial distance shown in FIG. As in the embodiment of FIG. 1, the lower limit value of x / L is assumed to be conventional x / L = 0.35. The upper limit value is set to x / L = 1 where the step matches the safe end 39 of the water supply nozzle 1. Therefore, the range of x / L in which the effect of the present invention is obtained is 0.35 <x / L ≦ 1 (not including δ / Di = 0.35 in Conventional Example 1). In addition, it is possible to implement | achieve a present Example by calculating x / L from the manufacture drawing of the reactor water nozzle with a dimension display.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図11に示す。本実施例の特徴は、給水ノズル1の中心軸3aに平行して給水ノズル1のノズルコーナ38からセーフエンド39までの水平距離の範囲でサーマルスリーブ3の外周面にノズルコーナ38に向かってサーマルスリーブ3の外径が小さくなるノズルコーナ38に一番近い段差の位置をセーフエンド
39に一致させ、サーマルスリーブ3外周面に段差を設けないことである。
Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The feature of this embodiment is that the thermal sleeve 3 extends toward the nozzle corner 38 on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 in the range of the horizontal distance from the nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 to the safe end 39 in parallel with the central axis 3a of the water supply nozzle 1. The position of the step closest to the nozzle corner 38 where the outer diameter of the nozzle becomes smaller is made to coincide with the safe end 39 and no step is provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3.

本実施例では、環状流路9の入口部のノズルコーナ38だけでなく、ノズルコーナ38からセーフエンド39までの水平距離の範囲において環状流路9の幅を広くすることで、給水ノズル1の注水ノズル2から放出された給水が炉内構造物に跳ね返り、その跳ね返り水が環状流路9内に入り易くなり、低温の給水8と環状流路9内の炉水の混合が促進され、環状流路9内の炉水の温度変動を低減でき、それに伴い熱応力も低減できる。また、サーマルスリーブ3の外周面の段差を削除することが出来るため、段差を製作するための物量及び費用を削減できるとともにサーマルスリーブ3の製作は容易となり、経済性が向上する。   In the present embodiment, not only the nozzle corner 38 at the inlet of the annular channel 9 but also the width of the annular channel 9 in the range of the horizontal distance from the nozzle corner 38 to the safe end 39, the water injection nozzle of the water supply nozzle 1 The water supply discharged from 2 rebounds to the reactor internal structure, and the rebound water easily enters the annular flow path 9, and the mixing of the low-temperature water supply 8 and the furnace water in the annular flow path 9 is promoted. 9 can reduce the temperature fluctuation of the reactor water, and the thermal stress can be reduced accordingly. Further, since the step on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 can be eliminated, the amount and cost for manufacturing the step can be reduced, and the manufacturing of the thermal sleeve 3 is facilitated and the economy is improved.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図12に示す。本実施例の特徴は、給水ノズル1の中心軸3aに平行して給水ノズル1のセーフエンド39からノズルコーナ38までの水平距離の範囲で給水ノズル1の内面をセーフエンド39からノズルコーナ38に向かって拡大するテーパ形状にすることである。   Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The feature of this embodiment is that the inner surface of the water supply nozzle 1 is directed from the safe end 39 toward the nozzle corner 38 within a horizontal distance from the safe end 39 of the water supply nozzle 1 to the nozzle corner 38 in parallel with the central axis 3a of the water supply nozzle 1. The taper shape is enlarged.

本実施例では、図1,図10や図11の実施例に加えて、環状流路9内の炉水の温度変動が大きいことが推定されるノズルコーナ38に近い環状流路9の幅を広くすることが出来るので、環状流路9内の高温の炉水と低温の跳ね返り水は混合しやすくなり、温度変動は小さくなる。それに伴い給水ノズル1内壁で発生する熱応力も低減できる。さらに、セーフエンド39側の環状流路9の幅は、図1の実施例に示すように0.11<δ/Di≦0.16の範囲にすることが望ましい。   In this embodiment, in addition to the embodiments of FIGS. 1, 10 and 11, the width of the annular passage 9 close to the nozzle corner 38 where the temperature fluctuation of the reactor water in the annular passage 9 is estimated to be large is widened. Therefore, the high-temperature reactor water and the low-temperature rebound water in the annular flow path 9 can be easily mixed, and the temperature fluctuation is reduced. Accordingly, the thermal stress generated on the inner wall of the water supply nozzle 1 can also be reduced. Furthermore, the width of the annular flow path 9 on the safe end 39 side is preferably in the range of 0.11 <δ / Di ≦ 0.16 as shown in the embodiment of FIG.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図13に示す。本実施例の特徴は、給水ノズル1の中心軸3aに平行してセーフエンド39からノズルコーナ38までの水平距離の範囲でサーマルスリーブ3の外周面をセーフエンド39からノズルコーナ38に向かって縮小するテーパ形状にすることである。   Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The feature of this embodiment is that the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 is reduced from the safe end 39 toward the nozzle corner 38 within a horizontal distance from the safe end 39 to the nozzle corner 38 in parallel with the central axis 3a of the water supply nozzle 1. It is to make a shape.

本実施例では、図12と同様に、環状流路9内の炉水の温度変動が大きいことが推定されるノズルコーナ38に近い環状流路9の幅を広くすることが出来るので、環状流路9内の高温の炉水7と低温の跳ね返り水は混合しやすくなり、温度変動は小さくなる。なお、図1や図12の実施例を組み合わせても問題ない。   In the present embodiment, as in FIG. 12, the width of the annular channel 9 close to the nozzle corner 38 where the temperature fluctuation of the reactor water in the annular channel 9 is estimated to be large can be increased. The high-temperature reactor water 7 in 9 and the low-temperature rebound water are easy to mix, and the temperature fluctuation becomes small. It should be noted that there is no problem even if the embodiments of FIGS. 1 and 12 are combined.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図14に示す。本実施例の特徴は、給水ノズル1の中心軸3aに平行して給水ノズル1のノズルコーナ38からサーマルスリーブ3の外周面に設けたノズルコーナ38に最も近い段差までの水平距離zの範囲に対応する給水ノズル1の内径をDiより大きくすることである。なお、Diは給水ノズルの内径の最小値を示す。   Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The feature of the present embodiment corresponds to the range of the horizontal distance z from the nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 to the step closest to the nozzle corner 38 provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 in parallel with the central axis 3a of the water supply nozzle 1. This is to make the inner diameter of the water supply nozzle 1 larger than Di. Di indicates the minimum value of the inner diameter of the water supply nozzle.

本実施例では、図1の実施例に加えて、給水ノズル1のノズルコーナ38からセーフエンド39までの範囲で温度変動を低減できる。さらに、環状流路9内の炉水の温度変動が大きいことが推定されるノズルコーナ38に近い環状流路9の幅を広くすることが出来るので、環状流路9内の高温の炉水と低温の跳ね返り水は混合しやすくなり、温度変動は小さくなる。さらに、セーフエンド39側の環状流路9の幅は、図1の実施例に示すように0.11<δ/Di≦0.16の範囲にすることが望ましい。   In this embodiment, in addition to the embodiment of FIG. 1, temperature fluctuation can be reduced in the range from the nozzle corner 38 to the safe end 39 of the water supply nozzle 1. Furthermore, since the width of the annular flow path 9 close to the nozzle corner 38, where the temperature fluctuation of the reactor water in the annular flow path 9 is estimated to be large, can be widened. The rebound water becomes easy to mix and the temperature fluctuation becomes small. Furthermore, the width of the annular flow path 9 on the safe end 39 side is preferably in the range of 0.11 <δ / Di ≦ 0.16 as shown in the embodiment of FIG.

本発明の原子炉給水ノズルの別の実施例を図15に示す。給水ノズル1の中心軸3aに平行して給水ノズル1のノズルコーナ38からサーマルスリーブ3の外周面に設けたノズルコーナ38に最も近い段差までの水平距離zの範囲に対応する給水ノズル1内面をノズルコーナに向かって拡大するテーパ形状にすることである。   Another embodiment of the reactor water nozzle of the present invention is shown in FIG. The inner surface of the water supply nozzle 1 corresponding to the range of the horizontal distance z from the nozzle corner 38 of the water supply nozzle 1 in parallel to the central axis 3a of the water supply nozzle 1 to the step closest to the nozzle corner 38 provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve 3 is used as the nozzle corner. It is to make it into the taper shape which expands toward.

本実施例では、図14の実施例と同様に、給水ノズル1のノズルコーナ38からセーフエンド39までの範囲で温度変動を低減できる。また、ノズルコーナ38にテーパ部を設けることで、さらに高温の炉水7が環状流路9内に入りやすくなり、環状流路9内で高温の炉水7と給水の混合が促進し、温度変動を低減することが出来る。   In the present embodiment, as in the embodiment of FIG. 14, temperature fluctuations can be reduced in the range from the nozzle corner 38 to the safe end 39 of the water supply nozzle 1. Further, by providing the nozzle corner 38 with a tapered portion, it becomes easier for the high-temperature reactor water 7 to enter the annular flow path 9, and the mixing of the high-temperature reactor water 7 and the feed water in the annular flow path 9 is promoted, resulting in temperature fluctuations. Can be reduced.

本発明の原子炉給水ノズルを用いた原子力発電システムの実施例を図16に示す。本実施例の特徴は、原子炉建設時の定格熱出力よりも熱出力を上昇させた出力向上後の原子炉であり、出力向上後の定格運転時の給水ノズル入口温度を原子炉建設時の定格運転時の給水ノズル入口温度よりも1℃以上低下させて運転することである。   FIG. 16 shows an embodiment of a nuclear power generation system using the reactor water supply nozzle of the present invention. The feature of the present embodiment is a reactor whose power output has been improved by increasing the heat output from the rated heat output at the time of reactor construction, and the feed water nozzle inlet temperature at the rated operation after the power improvement is the same as that at the time of reactor construction. The operation is performed by lowering the feed water nozzle inlet temperature during rated operation by 1 ° C. or more.

原子力発電所の原子炉は、図16のように、原子炉圧力容器11に接続されている主蒸気系統と給水系統を備えている。主蒸気系統は、原子炉圧力容器11内から蒸気を高圧タービン26及び低圧タービン28へ供給する系統である。即ち、原子炉圧力容器11内で発生した高温高圧な蒸気は、主蒸気配管19を通じて高圧タービン26に供給されてその高圧タービン26を回転するのに用いられる。   As shown in FIG. 16, a nuclear power plant nuclear reactor includes a main steam system and a water supply system connected to the reactor pressure vessel 11. The main steam system is a system that supplies steam from the reactor pressure vessel 11 to the high-pressure turbine 26 and the low-pressure turbine 28. That is, the high-temperature and high-pressure steam generated in the reactor pressure vessel 11 is supplied to the high-pressure turbine 26 through the main steam pipe 19 and used to rotate the high-pressure turbine 26.

その高圧タービン26で用いられた蒸気は湿分分離器27に供給されて湿分が低減される。湿分が低減された蒸気は低圧タービン28に供給されて低圧タービン28を回転するのに用いられる。このように主蒸気系統の各タービンで用いられた蒸気は、復水器29に供給され、そこで蒸気は凝縮されて低温の水となる。   The steam used in the high-pressure turbine 26 is supplied to the moisture separator 27 to reduce the moisture. The steam with reduced moisture is supplied to the low-pressure turbine 28 and used to rotate the low-pressure turbine 28. Thus, the steam used in each turbine of the main steam system is supplied to the condenser 29, where the steam is condensed into low-temperature water.

高圧タービン26と低圧タービン28が回転駆動されると、各タービンに接続されている発電機が各タービンの回転駆動力で駆動されて発電作用を発揮し、発電電力はケーブルで原子力発電所外へ送電されるように構成されている。   When the high-pressure turbine 26 and the low-pressure turbine 28 are rotationally driven, the generator connected to each turbine is driven by the rotational driving force of each turbine to exert a power generation action, and the generated power is output to the outside of the nuclear power plant with a cable. It is configured to transmit power.

各タービンで用いられた蒸気が復水器29で低温の水に戻された後に、その水は給水として給水系統で取り扱われる。給水系統は以下の通りである。即ち、給水系統は、復水器29で蒸気から生成した水を給水として給水管37に通して、給水ポンプ31でその給水を原子炉圧力容器11内に給水する。   After the steam used in each turbine is returned to low-temperature water by the condenser 29, the water is handled as water supply in the water supply system. The water supply system is as follows. That is, in the water supply system, water generated from the steam by the condenser 29 is passed as water supply through the water supply pipe 37, and the water supply is supplied into the reactor pressure vessel 11 by the water supply pump 31.

その給水管37の途中には、低圧給水加熱器30と高圧給水加熱器32とが直列に装備され、給水系統を通過中の給水を加熱する。給水系統の低圧給水加熱器30へは給水との熱交換対象流体として蒸気が湿分分離器27と低圧タービン28の中間段から抽出して供給されている。同じく、給水系統の高圧給水加熱器32には、給水との熱交換対象流体として蒸気が高圧タービン26の中間段と最終段から抽出して供給されている。   In the middle of the water supply pipe 37, a low-pressure feed water heater 30 and a high-pressure feed water heater 32 are equipped in series to heat the feed water passing through the feed water system. Steam is extracted and supplied from the intermediate stage of the moisture separator 27 and the low-pressure turbine 28 to the low-pressure feed water heater 30 of the feed water system as a fluid subject to heat exchange with the feed water. Similarly, steam is extracted and supplied from the intermediate stage and the final stage of the high-pressure turbine 26 to the high-pressure feed water heater 32 of the feed water system as a fluid subject to heat exchange with the feed water.

高圧タービン26の最終段から抽出された蒸気を高圧給水加熱器32へ供給する配管の途中には、抽気流量調整弁33が設けられて高圧給水加熱器32へ供給する蒸気量を抽気流量調整弁33の開度調整で調整できる。また、給水系統には、高圧給水加熱器32を給水が迂回する給水バイパス管34や、高圧給水加熱器32内の熱源である蒸気を低圧給水加熱器30に供給する配管や、低圧給水加熱器30の熱源である蒸気等の流体を復水器
29に供給する配管等が付属する。
In the middle of the pipe for supplying the steam extracted from the final stage of the high-pressure turbine 26 to the high-pressure feed water heater 32, an extraction flow rate adjustment valve 33 is provided so that the amount of steam supplied to the high-pressure feed water heater 32 is extracted. It can be adjusted by adjusting the opening of 33. Further, the water supply system includes a water supply bypass pipe 34 that bypasses the high-pressure feed water heater 32, a pipe that supplies steam, which is a heat source in the high-pressure feed water heater 32, to the low-pressure feed water heater 30, and a low-pressure feed water heater. A pipe or the like for supplying a fluid such as steam as a heat source 30 to the condenser 29 is attached.

給水系統は、給水ノズルの入口での給水の温度を前記原子炉の建設当初の定格運転時のその温度よりも1℃以上低下させて前記原子炉圧力容器11内に向けて導くことが出来るように、抽気流量調整弁33を建設当初の定格運転よりも絞る(閉じる方向)操作を行って、高圧タービン26内の蒸気(熱源)を高圧給水加熱器32へ供給する流量を減らす。あるいは、給水ポンプ31からの給水を高圧給水加熱器32に供給せず、給水バイパス管34に通して直接原子炉圧力容器11へ給水することで、給水ノズルの入口での給水の温度を、建設当初の定格運転時の給水ノズルの入口における給水温度よりも1℃以上低下させて出力向上運転条件とする。   The water supply system can guide the temperature of the feed water at the inlet of the feed water nozzle into the reactor pressure vessel 11 by lowering the temperature by 1 ° C. or more from the temperature at the rated operation at the beginning of the construction of the reactor. Further, the flow rate of supplying steam (heat source) in the high-pressure turbine 26 to the high-pressure feed water heater 32 is reduced by performing an operation of narrowing (closing direction) the extraction flow rate adjusting valve 33 from the rated operation at the beginning of construction. Alternatively, the feed water from the feed water pump 31 is not supplied to the high-pressure feed water heater 32, but is fed directly to the reactor pressure vessel 11 through the feed water bypass pipe 34. The operating condition is to improve the output by reducing it by 1 ° C. or more from the water supply temperature at the inlet of the water supply nozzle during the initial rated operation.

給水バイパス管34に流量調整弁を設けて、その流量調整弁の開度を調整して、給水バイパス管34と高圧給水加熱器32への給水の流量配分を調整し、給水ノズルの入口での給水温度を建設当初の定格運転時の給水ノズルの入口における給水温度よりも1℃以上低下させて出力向上運転条件としても良い。   The water supply bypass pipe 34 is provided with a flow rate adjustment valve, the opening of the flow rate adjustment valve is adjusted to adjust the flow distribution of the water supply to the water supply bypass pipe 34 and the high pressure feed water heater 32, and at the inlet of the water supply nozzle. The operation condition for improving the output may be set by lowering the feed water temperature by 1 ° C. or more than the feed water temperature at the inlet of the feed water nozzle at the rated operation at the beginning of construction.

本実施例では、主蒸気流量及び給水流量を増加させずに給水温度を低下させて出力を向上する方法を採用している。つまり、原子炉圧力容器内の炉水の温度と給水の温度差が大きくなるため給水ノズル部の熱疲労が懸念されるが、図1の実施例の原子炉給水ノズルを設けることで、給水ノズルの熱応力及び熱疲労の発生を防止でき、給水ノズルの構造健全性を向上させることができる。   In this embodiment, a method is adopted in which the output is improved by lowering the feed water temperature without increasing the main steam flow rate and the feed water flow rate. That is, since the temperature difference between the reactor water in the reactor pressure vessel and the temperature of the feed water becomes large, there is a concern about thermal fatigue of the feed nozzle portion. However, by providing the reactor feed nozzle in the embodiment of FIG. The occurrence of thermal stress and thermal fatigue can be prevented, and the structural integrity of the water supply nozzle can be improved.

このように、通常運転時の給水温度の振れ幅以上である1℃以上給水温度を下げれば良い。但し、給水は、原子炉圧力容器11に入るときに原子炉圧力容器11内の飽和温度の水と混合することから、給水ノズル部に温度差が生じる。給水温度を下げすぎるとこの部分で温度差が大きくなり、熱疲労の観点から設計限界を超える可能性があるので、その懸念が無いように設計限界との兼ね合いも考慮して下げ幅を設定する。   Thus, the feed water temperature may be lowered by 1 ° C. or more, which is equal to or greater than the fluctuation width of the feed water temperature during normal operation. However, since the feed water is mixed with water at the saturation temperature in the reactor pressure vessel 11 when entering the reactor pressure vessel 11, a temperature difference occurs in the feed water nozzle portion. If the water supply temperature is lowered too much, the temperature difference will increase at this part, and it may exceed the design limit from the viewpoint of thermal fatigue, so set the reduction range considering the balance with the design limit so that there is no concern .

図16において、Qは原子炉圧力容器内で生成される熱出力百分率を、Gは図16の系統内の質量流量百分率を、Hは同じくエンタルピ(kJ/kg)を示す。図16ではQ=
105とあるのは、原子炉建設当初の定格熱出力の熱出力百分率Qが100%であったものを建設後に105%まで出力向上したことを意味している。
In FIG. 16, Q represents the percentage of heat output generated in the reactor pressure vessel, G represents the mass flow percentage in the system of FIG. 16, and H represents enthalpy (kJ / kg). In FIG. 16, Q =
“105” means that the power output percentage Q of the rated heat output at the beginning of the reactor construction was 100%, and the power was improved to 105% after the construction.

以上のように、既存の沸騰水型原子炉の給水システムを本発明のいずれかの実施例による給水システムに代替し、出力を向上した運転を行えば、例え給水温度が従来よりも低下しても十分に高信頼性の維持が出来、現状のプラント運転前に比べて電気出力の増加が図れる有効な原子力発電システムとなる。   As described above, if the existing boiling water reactor water supply system is replaced with the water supply system according to any of the embodiments of the present invention and the operation is performed with improved output, the water supply temperature will be lower than the conventional one. However, it is possible to maintain sufficiently high reliability, and an effective nuclear power generation system capable of increasing the electric output as compared with the current plant operation.

本発明の実施例によれば、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲で給水ノズル内面とサーマルスリーブ外面との間の環状流路の幅を広くすることで、高温の炉水と跳ね返り水の混合を促進でき、温度変動を低減でき、それに伴い給水ノズル内面及びサーマルスリーブ外面に発生する熱応力を低減できるため、耐熱疲労に優れた給水ノズルを実現できる。   According to the embodiment of the present invention, the width of the annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve is widened in the range of the horizontal distance from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end in parallel with the central axis of the water supply nozzle. As a result, mixing of high-temperature reactor water and rebound water can be promoted, temperature fluctuations can be reduced, and thermal stress generated on the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve can be reduced accordingly. realizable.

また、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲でサーマルスリーブの外周面にノズルコーナに向かってサーマルスリーブの外径が小さくなる段差がある場合において、サーマルスリーブの外周面のノズルコーナに一番近い段差の位置をセーフエンド側に移動することで、給水ノズル内のノズルコーナ側の環状流路の幅を広げることができ、高温の炉水と跳ね返り水の混合を促進でき、温度変動を低減できる。また、一層確実に熱応力及び熱疲労を抑制できる構造健全性を向上させた給水ノズルを実現できる。   Also, if there is a step on the outer peripheral surface of the thermal sleeve in the horizontal distance from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end parallel to the central axis of the water supply nozzle, the outer diameter of the thermal sleeve decreases toward the nozzle corner. By moving the position of the step closest to the nozzle corner on the outer peripheral surface of the sleeve to the safe end side, the width of the annular channel on the nozzle corner side in the water supply nozzle can be expanded, and mixing of hot reactor water and rebound water The temperature fluctuation can be reduced. Moreover, the water supply nozzle which improved the structural soundness which can suppress a thermal stress and thermal fatigue much more reliably is realizable.

また、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲で給水ノズルの内面をセーフエンドからノズルコーナに向かって拡大するテーパ形状とすることで、ノズルコーナ部の環状流路の幅を広げることができ、さらに炉水と給水の混合を促進できる。   In addition, by forming the inner surface of the water supply nozzle in a horizontal distance range from the nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end in parallel with the central axis of the water supply nozzle, the nozzle corner portion has an annular shape. The width of the flow path can be widened, and the mixing of reactor water and feed water can be further promoted.

また、給水ノズルの中心軸に平行してノズルコーナからセーフエンドまでの水平距離の範囲でサーマルスリーブの外周面がセーフエンドからノズルコーナに向かって縮小するテーパ形状とすることで、さらに環状流路内の高温の炉水と給水ノズルの注水ノズルからの低温の給水の混合促進につながる。   In addition, the outer peripheral surface of the thermal sleeve has a taper shape that decreases in the horizontal direction from the nozzle corner to the safe end in parallel with the central axis of the water supply nozzle, and further decreases in the annular flow path from the safe end to the nozzle corner. This leads to the promotion of mixing of high-temperature reactor water and low-temperature feed water from the water injection nozzle.

また、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからサーマルスリーブの外周面に設けたノズルコーナに最も近い段差までの水平距離の範囲に対応する給水ノズルの内径を大きくすることで、ノズルコーナの環状流路の幅を広くすることができ、特に熱疲労が懸念されるノズルコーナの環状流路内の炉水の温度変動を低減できるため、耐熱疲労に優れた給水ノズルを実現できる。   Further, by increasing the inner diameter of the water supply nozzle corresponding to the horizontal distance range from the nozzle corner of the water supply nozzle to the step closest to the nozzle corner provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve in parallel with the central axis of the water supply nozzle, Since the width of the annular channel can be widened, and the temperature fluctuation of the reactor water in the annular channel of the nozzle corner, which is particularly concerned about thermal fatigue, can be reduced, so that a water supply nozzle excellent in heat fatigue can be realized.

また、給水ノズルの中心軸に平行して給水ノズルのノズルコーナからサーマルスリーブの外周面に設けたノズルコーナに最も近い段差までの水平距離の範囲に対応する給水ノズル内面をノズルコーナに向かって拡大するテーパ形状とすることで、ノズルコーナの環状流路の幅を広くすることができ、耐熱疲労に優れた給水ノズルを実現できる。   Also, the taper shape that expands the inner surface of the water supply nozzle toward the nozzle corner corresponding to the horizontal distance from the nozzle corner of the water supply nozzle to the step closest to the nozzle corner provided on the outer peripheral surface of the thermal sleeve in parallel with the central axis of the water supply nozzle By doing so, the width of the annular channel of the nozzle corner can be widened, and a water supply nozzle excellent in heat fatigue can be realized.

また、原子炉建設時の定格熱出力よりも熱出力を上昇させた出力向上後の原子炉に本発明の原子炉給水ノズル設けても、給水ノズルの構造健全性を向上させることができる。   Moreover, even if the reactor water supply nozzle of the present invention is provided in the reactor whose power output is increased by increasing the heat output from the rated heat output at the time of reactor construction, the structural integrity of the water supply nozzle can be improved.

また、原子炉建設時の定格熱出力よりも熱出力を上昇させた出力向上後の原子炉に請求項1から請求項6に示す原子炉給水ノズルを、出力向上後の定格運転時の給水ノズル入口温度を原子炉建設時の定格運転時の給水ノズル入口温度よりも1℃以上低下させた出力向上運転する原子力発電システムに設けても、給水ノズルの構造健全性を向上させることができる。   Further, the reactor water nozzle shown in claims 1 to 6 is used for the reactor whose power output has been increased by increasing the heat output from the rated heat output at the time of reactor construction. Even if the inlet temperature is provided in a nuclear power generation system that performs an output improvement operation in which the inlet temperature is lowered by 1 ° C. or more than the inlet temperature of the feed water nozzle during rated operation at the time of reactor construction, the structural soundness of the feed water nozzle can be improved.

本発明は、原子炉圧力容器に付属する給水ノズルに利用分野がある。   The present invention has a field of application to a water supply nozzle attached to a reactor pressure vessel.

本発明の好適な実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。FIG. 1 is a view showing a reactor water supply nozzle which is a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a view of the front surface of the water supply nozzle together with surrounding structures from the inside of the reactor pressure vessel, and FIG. (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 原子炉圧力容器を示す図にして、(a)図は(b)図のA−A矢視断面図、(b)図は原子炉圧力容器の縦断面の概略図である。It is a figure which shows a reactor pressure vessel, (a) A figure is AA arrow sectional drawing of the (b) figure, (b) figure is the schematic of the longitudinal cross-section of a reactor pressure vessel. 従来の原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the conventional nuclear reactor water supply nozzle, (a) figure is the figure which looked at the front of the water supply nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) figure is B- of figure (a). It is B arrow sectional drawing. 図3の従来の給水ノズル部の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution of the conventional water supply nozzle part of FIG. 図3の従来の給水ノズル部の熱疲労評価に関する評価指標の説明図である。It is explanatory drawing of the evaluation parameter | index regarding the thermal fatigue evaluation of the conventional water supply nozzle part of FIG. 原子炉給水ノズル部の軸方向距離と温度変動幅との関係グラフ図である。It is a graph of the relationship between the axial direction distance of a nuclear reactor water supply nozzle part, and a temperature fluctuation range. 原子炉給水ノズル部の軸方向距離と熱伝達率との関係グラフ図である。It is a relationship graph of the axial direction distance of a nuclear reactor water supply nozzle part, and a heat transfer rate. 原子炉給水ノズル部の環状流路の幅と温度変動幅との関係グラフ図である。It is a graph of the relationship between the width | variety of the annular flow path of a nuclear reactor water supply nozzle part, and a temperature fluctuation range. 原子炉給水ノズル部の環状流路の幅と熱伝達率との関係グラフ図である。It is a graph of the relationship between the width | variety of the annular flow path of a nuclear reactor water supply nozzle part, and a heat transfer rate. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の他の実施例である原子炉給水ノズルを示す図にして、(a)図は原子炉圧力容器内側から周囲構造物とともに給水ノズルの正面を見た図であり、(b)図は(a)図のB−B矢視断面図である。It is a figure which shows the reactor water nozzle which is another Example of this invention, (a) A figure is the figure which looked at the front of the water nozzle with the surrounding structure from the reactor pressure vessel inner side, (b) Figure (A) It is BB arrow sectional drawing of a figure. 本発明の実施例である原子炉給水ノズルを用いた原子力発電所の主蒸気及び給水系統図である。It is a main steam and water supply system diagram of a nuclear power plant using a reactor water supply nozzle which is an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…給水ノズル、2…注水ノズル、3…サーマルスリーブ、3a…中心軸、4…シュラウドヘッドボルト、5…シュラウドヘッドボルトリング、6…T字管、7…高温の炉水、8…低温の給水、9…環状流路、11…原子炉圧力容器、12…シュラウド、13…気水分離器、14…ダウンカマ、15…再循環ポンプ、16…下部プレナム、17…炉心、
18…蒸気乾燥器、19…主蒸気配管、20…高温水、21…低温水、22…高低温水界面、23…跳ね返り水、24…連通管、25,35…ヘッダー管、26…高圧タービン、27…湿分分離器、28…低圧タービン、29…復水器、30…低圧給水加熱器、31…給水ポンプ、32…高圧給水加熱器、33…抽気流量調整弁、34…給水バイパス管、
36,36a,36b…吐出口、37…給水管、38…ノズルコーナ、39…セーフエンド、40…段差。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water supply nozzle, 2 ... Water injection nozzle, 3 ... Thermal sleeve, 3a ... Center axis, 4 ... Shroud head bolt, 5 ... Shroud head bolt ring, 6 ... T-tube, 7 ... High temperature reactor water, 8 ... Low temperature Feed water, 9 ... annular flow path, 11 ... reactor pressure vessel, 12 ... shroud, 13 ... steam separator, 14 ... downcomer, 15 ... recirculation pump, 16 ... lower plenum, 17 ... core,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Steam dryer, 19 ... Main steam piping, 20 ... High temperature water, 21 ... Low temperature water, 22 ... High / low temperature water interface, 23 ... Rebound water, 24 ... Communication pipe, 25, 35 ... Header pipe, 26 ... High pressure turbine, 27 ... Moisture separator, 28 ... Low pressure turbine, 29 ... Condenser, 30 ... Low pressure feed water heater, 31 ... Feed water pump, 32 ... High pressure feed water heater, 33 ... Extraction flow rate adjustment valve, 34 ... Feed water bypass pipe,
36, 36a, 36b ... discharge port, 37 ... water supply pipe, 38 ... nozzle corner, 39 ... safe end, 40 ... step.

Claims (8)

原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、
前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、
前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路と、
を備えた原子炉給水ノズルにおいて、
Diを前記給水ノズルの内径の最小値、δを前記給水ノズルの内径の最小値Diと前記サーマルスリーブの外径doの最大値との間の環状流路の幅であるとした際に、
前記給水ノズルのノズルコーナから前記セーフエンドまでの水平距離の範囲で、0.11<δ/Di≦0.16 の関係式を満足する前記環状流路の幅を備えていることを特徴とする原子炉給水ノズル。
A water supply nozzle installed in the reactor pressure vessel;
A thermal sleeve that is installed in the water supply nozzle, has a safe end connected to the water supply nozzle, and is connected to the header pipe on the anti-safe end side;
An annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve;
In the reactor water nozzle with
When Di is the minimum value of the inner diameter of the water supply nozzle and δ is the width of the annular flow path between the minimum value Di of the inner diameter of the water supply nozzle and the maximum value of the outer diameter do of the thermal sleeve,
Reactor feed water characterized by having a width of the annular flow passage satisfying a relational expression of 0.11 <δ / Di ≦ 0.16 in a horizontal distance range from a nozzle corner of the water supply nozzle to the safe end nozzle.
請求項1において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナに一番近い段差の位置は、Lが前記ノズルコーナから前記セーフエンドまでの水平距離、xが前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに最も近い段差までの距離であるとした際に、0.35<x/L≦1 の関係式を満足する位置に配置されていることを特徴とする原子炉給水ノズル。   2. The step according to claim 1, wherein the outer peripheral surface of the thermal sleeve has a step in which the outer diameter of the thermal sleeve is smaller on the nozzle corner side than the safe end side in the range of the horizontal distance, and is closest to the nozzle corner. Where L is the horizontal distance from the nozzle corner to the safe end, and x is the distance from the nozzle corner to the step closest to the nozzle corner, 0.35 <x / L ≦ 1 The reactor water nozzle is arranged at a position satisfying the above. 原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、
前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、
前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路と、
を備えた原子炉給水ノズルにおいて、
前記水平距離の範囲で、前記セーフエンドから前記ノズルコーナに近づくにしたがって前記給水ノズルの内径が拡大するテーパ形状であることを特徴とする原子炉給水ノズル。
A water supply nozzle installed in the reactor pressure vessel;
A thermal sleeve that is installed in the water supply nozzle, has a safe end connected to the water supply nozzle, and is connected to the header pipe on the anti-safe end side;
An annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve;
In the reactor water nozzle with
A reactor water supply nozzle having a taper shape in which an inner diameter of the water supply nozzle expands as the nozzle corner is approached from the safe end within the range of the horizontal distance.
原子炉圧力容器に装備された給水ノズルと、
前記給水ノズル内に装備され、セーフエンドが前記給水ノズルに接続されるとともに、反セーフエンド側がヘッダー管に連通しているサーマルスリーブと、
前記給水ノズルの内面と前記サーマルスリーブの外面との間の環状流路と、
を備えた原子炉給水ノズルにおいて、
前記水平距離の範囲で、前記セーフエンドから前記ノズルコーナに近づくにしたがって前記サーマルスリーブの外径が縮小するテーパ形状であることを特徴とする原子炉給水ノズル。
A water supply nozzle installed in the reactor pressure vessel;
A thermal sleeve that is installed in the water supply nozzle, has a safe end connected to the water supply nozzle, and is connected to the header pipe on the anti-safe end side;
An annular flow path between the inner surface of the water supply nozzle and the outer surface of the thermal sleeve;
In the reactor water nozzle with
A reactor water supply nozzle having a taper shape in which an outer diameter of the thermal sleeve is reduced as the nozzle corner is approached from the safe end within the range of the horizontal distance.
請求項1又は請求項2において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに一番近い段差の位置までの水平距離の範囲に位置する前記給水ノズルの内径をDiより大きくすることを特徴とする原子炉給水ノズル。   In Claim 1 or Claim 2, it has a level | step difference in which the outer diameter of the said thermal sleeve becomes smaller on the outer peripheral surface of the said thermal sleeve than the said safe end side on the outer peripheral surface of the said thermal distance in the range of the said horizontal distance, From the said nozzle corner A reactor water supply nozzle, wherein an inner diameter of the water supply nozzle located in a horizontal distance range to a position of a step closest to the nozzle corner is made larger than Di. 請求項1又は請求項2又は請求項5において、前記水平距離の範囲で、前記サーマルスリーブの外周面に前記ノズルコーナ側で前記セーフエンド側よりも前記サーマルスリーブの外径が小さくなる段差を有し、前記ノズルコーナから前記ノズルコーナに一番近い段差の位置までの水平距離の範囲に位置する前記給水ノズルの内面をノズルコーナに向かって前記給水ノズルの内径が拡大するテーパ形状になっていることを特徴とする原子炉給水ノズル。   6. The step according to claim 1, wherein the outer diameter of the thermal sleeve is smaller on the outer peripheral surface of the thermal sleeve on the nozzle corner side than on the safe end side in the horizontal distance range. The inner surface of the water supply nozzle located in the range of the horizontal distance from the nozzle corner to the position of the step closest to the nozzle corner has a tapered shape in which the inner diameter of the water supply nozzle increases toward the nozzle corner. Reactor water nozzle. 請求項1から請求項6までのいずれか一項において、前記原子炉圧力容器は、建設当初の原子炉の定格熱出力を前記建設の後に前記当初の定格熱出力を超えて上昇させた出力向上後の原子炉に適用されている原子炉圧力容器であることを特徴とする原子炉給水ノズル。   7. The reactor pressure vessel according to claim 1, wherein the reactor pressure vessel increases the rated heat output of the reactor at the beginning of the construction beyond the original rated heat output after the construction. A reactor water supply nozzle, which is a reactor pressure vessel applied to a later reactor. 請求項7において、前記原子炉は、前記給水ノズルの入口での水の温度を前記原子炉の建設当初の定格運転時のその温度よりも1℃以上低下させて前記原子炉圧力容器内に向けて導く給水系統が接続されていることを特徴とする原子炉給水ノズル。
8. The reactor according to claim 7, wherein the temperature of the water at the inlet of the water supply nozzle is decreased by 1 ° C. or more from the temperature at the rated operation at the beginning of the construction of the reactor, and directed into the reactor pressure vessel. Reactor water nozzle characterized by being connected to the water supply system.
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