JP2009052999A - 原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉において、上部プレナムから複数の出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを抑制することで適正な運転制御を可能とする。
【解決手段】中空密閉形状をなす原子炉容器４１に炉心槽４６を配置し、この炉心槽４６内に炉心５３を配置する一方、炉心槽４６の上部に上部プレナム５７を区画し、上部プレナム５７に連通する複数の出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を原子炉容器４１の径方向における対称位置に形成し、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのいずれか一方に誘導するガイド部材６１，６２を設ける。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内部に炉心を有する原子炉に関し、特に、炉心の冷却構造に関するものである。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）では、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電するものである。

このような加圧水型原子炉では、外部から冷却材を原子炉内に導入し、内部を循環することで炉心を冷却している。即ち、冷却材は、原子炉容器に形成された複数の冷却材入口ノズルから流入し、この原子炉容器と炉心槽との間に形成されたダウンカマー部を下向きに流れ落ちて下部プレナムに至る。そして、この冷却材は、下部プレナムの球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心板などを通過した後、炉心に流入する。この炉心に流入した冷却材は、炉心を構成する燃料集合体から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体を冷却する一方、高温となり、上部プレナムまで上昇し、原子炉容器に形成された冷却材出口ノズルを通って排出される。

このような加圧水型原子炉では、ダウンカマー部を下向きに流れ落ちて下部プレナムに至った冷却材は、この下部プレナムの球面状の内面により上向きに案内されることから、炉心に流入する冷却材は、その中心部での流量が多く、外周部で流量が少なくなる。また、炉心の中心部では、冷却材が燃料集合体（燃料棒）に効率的に接触して熱交換が行われることから、炉心から上部プレナムに上昇した冷却材は、その中心部での温度が高く、外周部で温度が低くなる。

そのため、冷却材の温度差を小さくすることで、原子炉の運転制御をより容易に行うことが望ましい。

そこで、上部プレナムから出口ノズルに流入する冷却材の温度の平均化を促進するものとして、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された竪型熱交換器の被加熱流体混合促進構造は、低温域出口から高温域を出る被加熱流体の出口経路に至る流れ案内部材出口ノズルの流入側近傍に設けたものである。

特開平０９−０７２９８５号公報

ところで、一般的な加圧水型原子炉にて、入口ノズルは、原子炉容器の上部に複数設けられており、径方向に対して対称位置に配置されている。一方、出口ノズルも、原子炉容器の上部に複数設けられており、各入口ノズルに対してほぼ９０度ずれ、径方向に対して対称位置に配置されている。そのため、例えば、炉心の中心部から上部プレナムに上昇した高温の冷却材は、その中心部から外周部側に移動し、近傍の出口ノズルから外部に排出される。

本発明は上述した課題を解決するものであり、上部プレナムから複数の出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを抑制することで適正な運転制御を可能とする原子炉を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１の発明の原子炉は、中空密閉形状をなす圧力容器と、該圧力容器内に配置される炉心槽と、該炉心槽内に配置される炉心と、前記炉心槽の上部に区画される上部プレナムと、前記圧力容器の径方向における対称位置に形成されると共に前記上部プレナムに連通する複数の冷却材出口ノズルとを備える原子炉において、前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材を対称位置にある前記冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導するガイド部材が設けられることを特徴とするものである。

請求項２の発明の原子炉では、前記圧力容器に径方向における対称位置に形成される複数の冷却材入口ノズルと、前記炉心槽の下部に区画される下部プレナムと、前記圧力容器と前記炉心槽とにより区画されて前記冷却材入口ノズルに連通すると共に前記下部プレナムに連通するダウンカマー部とを有することを特徴としている。

請求項３の発明の原子炉では、前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、前記高温域の冷却材が前記ガイド部材により前記冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導されることを特徴としている。

請求項４の発明の原子炉では、前記ガイド部材は、対称位置にある前記複数の冷却材出口ノズルの間であって、前記上部プレナムにおける前記圧力容器の内壁面に配置されることを特徴としている。

請求項５の発明の原子炉では、前記ガイド部材は、対称位置にある前記複数の冷却材出口ノズルの一方に設けられる流動抵抗部材を有することを特徴としている。

請求項６の発明の原子炉では、前記ガイド部材は、制御棒案内管または炉内計装案内管であることを特徴としている。

請求項７の発明の原子炉では、前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、少なくとも前記上部プレナムに上昇した高温域の冷却材を分散して整流させる整流部材が設けられることを特徴としている。

請求項８の発明の原子炉では、前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、前記上部プレナムに上昇した高温域の冷却材または低温域の冷却材のいずれか一方を他方側へ誘導して混合させる混合促進部材が設けられることを特徴としている。

請求項１の発明の原子炉によれば、中空密閉形状をなす圧力容器内に炉心槽を配置し、この炉心槽内に炉心を配置する一方、炉心槽の上部に上部プレナムを区画し、上部プレナムに連通する複数の冷却材出口ノズルを圧力容器の径方向における対称位置に形成し、炉心から上部プレナムに上昇する冷却材を対称位置にある冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導するガイド部材を設けるので、炉心にて熱交換して加熱された冷却材は、上部プレナムに上昇した後、ガイド部材により対称位置にあるいずれか一方の冷却材出口ノズルに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナムから各冷却材出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

請求項２の発明の原子炉によれば、複数の冷却材入口ノズルを圧力容器の径方向における対称位置に形成し、炉心槽の下部に下部プレナムを区画し、圧力容器と炉心槽とにより区画されるダウンカマー部を冷却材入口ノズルに連通すると共に下部プレナムに連通するので、複数の冷却材入口ノズルから圧力容器内に流入した冷却材は、ダウンカマー部を下降して下部プレナムに至り、ここから上昇して炉心に流入することとなり、炉心にて効率良く熱交換を行うことができる。

請求項３の発明の原子炉によれば、炉心から上部プレナムに上昇する冷却材は、炉心の中心部を上昇する高温域と炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、高温域の冷却材をガイド部材により冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導するので、高温域の冷却材がガイド部材により所定の冷却材出口ノズルに誘導されることで、冷却材出口ノズルを流れる冷却材の温度分布のばらつきを適正に抑制することができる。

請求項４の発明の原子炉によれば、対称位置にある複数の冷却材出口ノズルの間であって、上部プレナムにおける圧力容器の内壁面にガイド部材を配置するので、上部プレナムに配置される各種配管を邪魔することなくガイド部材を配置することができ、装置の大型化や高コスト化を抑制することができる。

請求項５の発明の原子炉によれば、ガイド部材として、対称位置にある複数の冷却材出口ノズルの一方に流動抵抗部材を設けるので、上部プレナムに上昇した冷却材は、流動抵抗部材により一方の冷却材出口ノズルに流れにくくなる一方、他方の冷却材出口ノズルには流れやすくなり、上部プレナムから各冷却材出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを適正に抑制することができる。

請求項６の発明の原子炉によれば、ガイド部材を制御棒案内管または炉内計装案内管とするので、既存の制御棒案内管または炉内計装案内管の位置や大きさ、形状などを変更するだけで、冷却材を所定の冷却材出口ノズルに誘導することができ、装置の大型化や高コスト化を抑制することができる。

請求項７の発明の原子炉によれば、炉心から上部プレナムに上昇する冷却材は、炉心の中心部を上昇する高温域と炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、少なくとも上部プレナムに上昇した高温域の冷却材を分散して整流させる整流部材を設けるので、炉心にて熱交換して加熱された高温の冷却材は、上部プレナムに上昇した後、分散部材により分散されることとなり、上部プレナムから各冷却材出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを抑制することができる。

請求項８の発明の原子炉によれば、炉心から上部プレナムに上昇する冷却材は、炉心の中心部を上昇する高温域と炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、上部プレナムに上昇した高温域の冷却材または低温域の冷却材のいずれか一方を他方側へ誘導して混合させる混合促進部材を設けるので、炉心にて熱交換して加熱された高温の冷却材と低温の冷却材は、上部プレナムに上昇した後、混合促進部材分散部材により両者の混合が促進されることとなり、上部プレナムから各冷却材出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを抑制することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る原子炉の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図、図２は、実施例１の加圧水型原子炉の内部構造を表す概略構成図、図３は、図２のIII−III断面図、図４は、実施例１の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントの概略構成図である。

実施例１の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

本実施例の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントにおいて、図４に示すように、原子炉格納容器１１内には、加圧水型原子炉１２及び蒸気発生器１３が格納されており、この加圧水型原子炉１２と蒸気発生器１３とは冷却水配管１４，１５を介して連結されており、冷却水配管１４に加圧器１６が設けられ、冷却水配管１５に冷却水ポンプ１５ａが設けられている。この場合、減速材及び一次冷却水として軽水を用い、炉心部における一次冷却水の沸騰を抑制するために、一次冷却系統は加圧器１６により１５０〜１６０気圧程度の高圧状態を維持するように制御している。従って、加圧水型原子炉１２にて、燃料として低濃縮ウランまたはＭＯＸにより一次冷却水として軽水が加熱され、高温の一次冷却水が加圧器１６により所定の高圧に維持した状態で冷却水配管１４を通して蒸気発生器１３に送られる。この蒸気発生器１３では、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われ、冷やされた一次冷却水は冷却水配管１５を通して加圧水型原子炉１２に戻される。

蒸気発生器１３は、蒸気タービン１７と冷却水配管１８を介して連結されており、この蒸気タービン１７は高圧タービン１９及び低圧タービン２０を有すると共に、発電機２１が接続されている。また、高圧タービン１９と低圧タービン２０との間には、湿分分離加熱器２２が設けられており、冷却水配管１８から分岐した冷却水分岐配管２３が湿分分離加熱器２２に連結される一方、高圧タービン１９と湿分分離加熱器２２は低温再熱管２４により連結され、湿分分離加熱器２２と低圧タービン２０は高温再熱管２５により連結されている。更に、蒸気タービン１７の低圧タービン２０は、復水器２６を有しており、この復水器２６には冷却水（例えば、海水）を給排する取水管２７及び排水管２８が連結されている。そして、この復水器２６は、冷却水配管２９を介して脱気器３０に連結されており、この冷却水配管２９に復水ポンプ３１及び低圧給水加熱器３２が設けられている。また、脱気器３０は、冷却水配管３３を介して蒸気発生器１３に連結されており、この冷却水配管３３には給水ポンプ３４及び高圧給水加熱器３５が設けられている。

従って、蒸気発生器１３にて、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行って生成された蒸気は、冷却水配管１８を通して蒸気タービン１７（高圧タービン１９から低圧タービン２０）に送られ、この蒸気により蒸気タービン１７を駆動して発電機２１により発電を行う。このとき、蒸気発生器１３からの蒸気は、高圧タービン１９を駆動した後、湿分分離加熱器２２で蒸気に含まれる湿分が除去されると共に加熱されてから低圧タービン２０を駆動する。そして、蒸気タービン１７を駆動した蒸気は、復水器２６で冷却されて復水となり、低圧給水加熱器３２で、例えば、低圧タービン２０から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器３０で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、高圧給水加熱器３５で、例えば、高圧タービン１９から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１３に戻される。

また、加圧水型原子炉１２において、図２及び図３に示すように、原子炉容器（圧力容器）４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が開閉可能となっている。原子炉容器本体４２は、上部が開口して下部が球面状に閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を給排する入口ノズル４４及び出口ノズル４５が形成されている。

この入口ノズル４４は、図３に詳細に示すように、４個形成されており、９０°−２７０°中心線に対して所定の角度Ａをもって配置され、且つ、０°−１８０°中心線に対して対称な位置に配置されている。一方、出口ノズル４５は、４個形成されており、０°−１８０°中心線に対して所定の角度Ｂをもって配置され、且つ、９０°−２７０°中心線に対して対称な位置に配置されている。

原子炉容器本体４２内にて、入口ノズル４４及び出口ノズル４５より下方には、円筒形状をなす炉心槽４６が原子炉容器本体４２の内面と所定の隙間をもって配置されており、この炉心槽４６の上部には、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された上部炉心板４７が連結され、下部には、同じく円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板４８が連結されている。そして、原子炉容器本体４２内には、炉心槽４６の上方に位置して円板形状をなす上部炉心支持板４９が固定されており、この上部炉心支持板４９から複数の炉心支持ロッド５０を介して上部炉心板４７、つまり、炉心槽４６が吊下げ支持されている。また、炉心槽４６の下部には、円板形状をなす下部炉心支持板５１が固定されており、この下部炉心支持板５１、つまり、炉心槽４６は、原子炉容器本体４２の内面に対して複数のラジアルキー５２により位置決め保持されている。なお、この下部炉心支持板５１にも、後述する多数の連通孔が形成されている。

炉心槽４６と上部炉心板４７と下部炉心板４８により炉心５３が形成されており、この炉心５３には、多数の燃料集合体５４が配置されている。この燃料集合体５４は、図示しないが、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。そして、この燃料集合体５４は、多数の燃料棒に加えて、制御棒が挿入される制御棒案内管と、炉内計装用検出器が挿入される炉内計装案内管を有している。

そして、上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒案内管５５が支持されており、原子炉容器蓋４３に設けられた図示しない制御棒駆動装置から延出されて制御棒駆動軸が、この制御棒案内管５５内を通って燃料集合体５４まで延出され、下端部に制御棒が取付けられている。また、上部炉心支持板４９を貫通して多数の炉内計装案内管５６が支持されており、下端部が燃料集合体５４まで延出されている。

従って、制御棒駆動装置により制御棒駆動軸を移動して燃料集合体５４に制御棒を挿入することで、炉心５３内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４５から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。即ち、燃料集合体５４を構成する燃料としてのウランまたはプルトニウムが核分裂することで中性子を放出し、減速材及び一次冷却水としての軽水が、放出された高速中性子の運動エネルギを低下させて熱中性子とし、新たな核分裂を起こしやすくすると共に、発生した熱を奪って冷却する。また、制御棒を燃料集合体５４に挿入することで、炉心５３内で生成される中性子数を調整し、また、原子炉を緊急に停止するときには炉心５３に急速に挿入される。

また、原子炉容器４１内には、炉心に５３に対して、その上方に出口ノズル４５に連通する上部プレナム５７が形成されると共に、下方に下部プレナム５８が形成されている。そして、原子炉容器４１と炉心槽４６との間に入口ノズル４４及び下部プレナム５７に連通するダウンカマー部５９が形成されている。即ち、上部プレナム５７は、炉心槽４６と上部炉心支持板４９と上部炉心板４７に区画されることで形成され、出口ノズル４５に連通すると共に、上部炉心板４７に形成された多数の連通孔（図示略）を介して炉心５３に連通している。下部プレナム５８は、炉心槽４６の底部となる下部炉心支持板５１と原子炉容器本体４２に区画されることで形成され、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８に形成された多数の連通孔（図示略）を介して炉心５３に連通している。ダウンカマー部５９は、原子炉容器本体４２と炉心槽４６の側壁に区画されることで形成され、上部が入口ノズル４４に連通する一方、下部が下部プレナム５７に連通している。

従って、軽水は、４つの入口ノズル４４から原子炉容器本体４２内に流入し、ダウンカマー部５９を下向きに流れ落ちて下部プレナム５８に至り、この下部プレナム５８の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過した後、炉心５３に流入する。この炉心５３に流入した軽水は、炉心５３を構成する燃料集合体５４から発生する熱エネルギを吸収することで、この燃料集合体５４を冷却する一方、高温となって上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、出口ノズル４５を通って排出される。

そして、本実施例では、図１及び図２に示すように、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）のいずれか一方に誘導するガイド部材６１，６２が設けられている。

即ち、原子炉容器４１内の上部プレナム５７にて、上述したように、４つの出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄは、各入口ノズル４４に対してほぼ９０度ずれ、径方向に対して対称位置に配置されている。そして、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水は、炉心５３の中心部で高温域となり、炉心５３の外周部で低温域となる。本実施例のガイド部材６１，６２は、炉心５３の中央部から上部プレナム５７に上昇する高温域の軽水を、所定の出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに誘導する。

具体的には、上部プレナム５７にて、出口ノズル４５ａと４５ｂが所定の距離をもって対称位置に配置されると共に、出口ノズル４５ｃと４５ｄが所定の距離をもって対称位置に配置されている。そして、ガイド部材６１は、この対称位置にある出口ノズル４５ａと４５ｂの間であって、上部プレナム５７における原子炉容器本体４２の内壁面に配置されており、０°−１８０°中心線に対して時計回り方向に所定角度傾斜した平板形状をなしている。一方、ガイド部材６２は、対称位置にある出口ノズル４５ｃと４５ｄの間であって、上部プレナム５７における原子炉容器本体４２の内壁面に配置されており、０°−１８０°中心線に対して時計回り方向に所定角度傾斜した平板形状をなしている。この場合、ガイド部材６１は、高温域の軽水を出口ノズル４５ａに誘導可能であり、ガイド部材６２は、高温域の軽水を出口ノズル４５ｄに誘導可能である。

従って、ダウンカマー部５９を下向きに流れ落ちて下部プレナム５８に至った軽水は、この下部プレナム５８の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過して炉心５３に流入する。そして、この炉心５３に流入した軽水は、ここで熱交換が行われて高温となり、上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、各出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を通って排出される。

このとき、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その中心部でその流量が多く、且つ、高温であるため、この高温の軽水ＨＷは、径方向外周側に流れる。そして、ガイド部材６１，６２側に流れた一部の軽水ＨＷは、ガイド部材６１により出口ノズル４５ａに誘導される一方、ガイド部材６２により出口ノズル４５ｄに誘導される。そのため、このガイド部材６１，６２側に流れた軽水ＨＷが、出口ノズル４５ｂ，４５ｃ側に流れるのが抑制されることで、径方向外周側に流れた一部の軽水ＨＷは、直接出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流れる。一方、炉心５３の外周部から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その流量が少なく、且つ、低温であるため、この低温の軽水ＣＷは、近傍にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに直接流れる。その結果、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、高温の軽水ＨＷと低温の軽水ＣＷとが適切に混合してから各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流入されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制される。

このように実施例１の原子炉によれば、中空密閉形状をなす原子炉容器内４１に炉心槽４６を配置し、この炉心槽４６内に炉心５３を配置する一方、炉心槽４６の上部に上部プレナム５７を区画し、上部プレナム５７に連通する複数の出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を原子炉容器４１の径方向における対称位置に形成し、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのいずれか一方に誘導するガイド部材６１，６２を設けている。

従って、炉心５３にて熱交換して加熱された軽水は、上部プレナム５７に上昇した後、ガイド部材６１，６２により対称位置にあるいずれか一方の冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｄに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナム５７から各冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

また、実施例１の原子炉では、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水は、炉心５３の中心部を上昇する高温の軽水ＨＷと炉心５３の外周部を上昇する低温の軽水ＣＷとに分かれ、高温の軽水ＨＷをガイド部材６１，６２により一方の冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｄに誘導している。従って、高温の軽水ＨＷがガイド部材６１，６２により所定の出口ノズル４５ａ，４５ｄに誘導されることで、各冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきを適正に抑制することができる。

また、実施例１の原子炉では、対称位置にある冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの間であって、上部プレナム５７における原子炉容器４１の内壁面にガイド部材６１，６２を配置している。従って、上部プレナム５７に配置される制御棒案内管５５などの各種配管を邪魔することなく、ガイド部材６１，６２を容易に配置することができ、装置の大型化や高コスト化を抑制することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。なお、本実施例の原子炉における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図２を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の原子炉において、図２及び図５に示すように、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）のいずれか一方に誘導するガイド部材６５，６６が設けられている。本実施例のガイド部材６５，６６は、炉心５３の中央部から上部プレナム５７に上昇する高温域の軽水を、所定の出口ノズル４５ａ，４５ｄに誘導する。

具体的には、上部プレナム５７にて、出口ノズル４５ａと４５ｂが所定の距離をもって対称位置に配置されると共に、出口ノズル４５ｃと４５ｄが所定の距離をもって対称位置に配置されている。そして、ガイド部材６５は、この対称位置にある出口ノズル４５ａと４５ｂの間であって、上部プレナム５７における原子炉容器本体４２の内壁面に配置されており、９０°−２７０°中心線に対して出口ノズル４５ｂ側に所定距離近接した三角柱形状をなしている。一方、ガイド部材６６は、対称位置にある出口ノズル４５ｃと４５ｄの間であって、上部プレナム５７における原子炉容器本体４２の内壁面に配置されており、９０°−２７０°中心線に対して出口ノズル４５ｃ側に所定距離近接した三角柱形状をなしている。この場合、ガイド部材６５は、高温域の軽水を出口ノズル４５ａに誘導可能であり、ガイド部材６６は、高温域の軽水を出口ノズル４５ｄに誘導可能である。

従って、ダウンカマー部５９を下向きに流れ落ちて下部プレナム５８に至った軽水は、この下部プレナム５８の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過して炉心５３に流入する。そして、この炉心５３に流入した軽水は、ここで熱交換が行われて高温となり、上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、各出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を通って排出される。

このとき、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その中心部でその流量が多く、且つ、高温であるため、この高温の軽水ＨＷは、径方向外周側に流れる。そして、ガイド部材６５，６６側に流れた一部の軽水ＨＷは、ガイド部材６５により出口ノズル４５ａに誘導される一方、ガイド部材６６により出口ノズル４５ｄに誘導される。そのため、このガイド部材６５，６６側に流れた軽水ＨＷが、出口ノズル４５ｂ，４５ｃ側に流れるのが抑制されることで、径方向外周側に流れた一部の軽水ＨＷは、直接出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流れる。一方、炉心５３の外周部から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その流量が少なく、且つ、低温であるため、この低温の軽水ＣＷは、近傍にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに直接流れる。その結果、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、高温の軽水ＨＷと低温の軽水ＣＷとが適切に混合してから各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流入されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制される。

このように実施例２の原子炉によれば、中空密閉形状をなす原子炉容器４１に炉心槽４６を配置し、この炉心槽４６内に炉心５３を配置する一方、炉心槽４６の上部に上部プレナム５７を区画し、上部プレナム５７に連通する複数の出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を原子炉容器４１の径方向における対称位置に形成し、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄのいずれか一方に誘導するガイド部材６５，６６を設けている。

従って、炉心５３にて熱交換して加熱された軽水は、上部プレナム５７に上昇した後、ガイド部材６５，６６により対称位置にあるいずれか一方の冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｄに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

なお、上述した実施例１、２では、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの一方に誘導するガイド部材６１，６２，６５，６６として、平板部材や三角柱部材を別途は位置したが、既存の部材である制御棒案内管５５または炉内計装案内管５６を兼用し、この制御棒案内管５５や炉内計装案内管５６の位置を変更することで、軽水を対称位置にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの一方に誘導するガイド部材として機能させてもよい。この場合、既存の制御棒案内管５５または炉内計装案内管５６の位置や大きさ、形状などを変更するだけで、軽水を所定の冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに誘導することができ、装置の大型化や高コスト化を抑制することができる。

図６は、本発明の実施例３に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。なお、本実施例の原子炉における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図２を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の原子炉において、図２及び図６に示すように、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水を対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）のいずれか一方に誘導するガイド部材として、この対称位置にある出口ノズル４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄの一方に流動抵抗部材を設けている。本実施例では、この流動抵抗部材として、出口ノズル４５ｂと４５ｃの通路径を出口ノズル４５ａと４５ｄの通路径より太く設定している。

具体的には、上部プレナム５７にて、出口ノズル４５ａと４５ｂが所定の距離をもって対称位置に配置されると共に、出口ノズル４５ｃと４５ｄが所定の距離をもって対称位置に配置されている。そして、出口ノズル４５ｂの通路径を出口ノズル４５ａの通路径より太く設定すると共に、出口ノズル４５ｃの通路径を出口ノズル４５ｄの通路径より太く設定している。

従って、下部プレナム５８の軽水は、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過して炉心５３に流入し、ここで熱交換が行われて高温となり、上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、各出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を通って排出される。このとき、炉心５３の中心部から上部プレナム５７に上昇した高温の軽水ＨＷは、径方向外周側に流れる。そして、対称位置にある出口ノズル４５ａと４５ｂの間に流れた一部の軽水ＨＷは、通路径が太く設定された出口ノズル４５ｂ側に誘導される一方、対称位置にある出口ノズル４５ｃと４５ｄの間に流れた一部の軽水ＨＷは、通路径が太く設定された出口ノズル４５ｃ側に誘導される。そのため、この軽水ＨＷが、出口ノズル４５ａ，４５ｄ側に流れるのが抑制されることで、径方向外周側に流れた一部の軽水ＨＷは、直接出口ノズル４５ａ，４５ｄに流れる。その結果、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、高温の軽水ＨＷと低温の軽水ＣＷとが適切に混合してから各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流入されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制される。

このように実施例３の原子炉によれば、中空密閉形状をなす原子炉容器４１に炉心槽４６を配置し、この炉心槽４６内に炉心５３を配置する一方、炉心槽４６の上部に上部プレナム５７を区画し、上部プレナム５７に連通する複数の出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を原子炉容器４１の径方向における対称位置に形成し、出口ノズル４５ｂの通路径を出口ノズル４５ａの通路径より太く設定すると共に、出口ノズル４５ｃの通路径を出口ノズル４５ｄの通路径より太く設定している。

従って、炉心５３にて熱交換して加熱された軽水は、上部プレナム５７に上昇した後、通路径が太く流れやすい出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナム５７から各冷却材出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

なお、上述した実施例３では、対称位置にある出口ノズル４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄにて、流動抵抗部材として、出口ノズル４５ｂと４５ｃの通路径を出口ノズル４５ａと４５ｄの通路径より太く設定し、出口ノズル４５ｂ，４５ｃの流動抵抗を低く設定したが、対称位置にある４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄのいずれか一方に流動抵抗を高くする抵抗部材を設けてもよい。この場合、既存の部材である制御棒案内管５５または炉内計装案内管５６を兼用し、この制御棒案内管５５や炉内計装案内管５６の位置を変更することで、軽水を対称位置にある出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄの一方の流動抵抗としてもよい。

図７は、本発明の実施例４に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図、図８は、図７のVIII−VIII断面図である。なお、本実施例の原子炉における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図２を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の原子炉において、図２、図７及び図８に示すように、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水に対して、対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）に向かうように、高温域の軽水を分散して整流させる整流部材７１，７２と、低温域の軽水を分散して整流させる整流部材７３，７４が設けられている。

具体的には、上部プレナム５７にて、出口ノズル４５ａと４５ｂが所定の距離をもって対称位置に配置されると共に、出口ノズル４５ｃと４５ｄが所定の距離をもって対称位置に配置されている。そして、整流部材７１は、出口ノズル４５ｂの近傍で、高温の軽水ＨＷの通路上に配置されている。一方、整流部材７３は、出口ノズル４５ｂの近傍で、低温の軽水ＣＷの通路上に配置されている。この場合、整流部材７１は、高温の軽水ＨＷを分散して出口ノズル４５ｂに誘導可能であり、整流部材７３は、低温の軽水ＣＷを分散して出口ノズル４５ｂに誘導可能である。

また、整流部材７２は、出口ノズル４５ｃの近傍で、高温の軽水ＨＷの通路上に配置されている。一方、整流部材７４は、出口ノズル４５ｃの近傍で、低温の軽水ＣＷの通路上に配置されている。この場合、整流部材７２は、高温の軽水ＨＷを分散して出口ノズル４５ｃに誘導可能であり、整流部材７４は、低温の軽水ＣＷを分散して出口ノズル４５ｃに誘導可能である。

従って、ダウンカマー部５９を下向きに流れ落ちて下部プレナム５８に至った軽水は、この下部プレナム５８の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過して炉心５３に流入する。そして、この炉心５３に流入した軽水は、ここで熱交換が行われて高温となり、上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、各出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を通って排出される。

このとき、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その中心部でその流量が多く、且つ、高温であるため、この高温の軽水ＨＷは、上部プレナム５７の上端部まで上昇してから下降し、その一部が出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流れる。そして、この軽水ＨＷは、整流部材７１，７２により分散されて整流された後、出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導される。一方、炉心５３の外周部から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その流量が少なく、且つ、低温であるため、この低温の軽水ＣＷは、上部プレナム５７の上端部まで上昇せずに、そのまま出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流れる。そして、この低温の軽水ＣＷは、整流部材７３，７４により分散されて整流された後、出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導される。そのため、この整流部材７１，７２，７３，７４により事前に分散された高温の軽水ＨＷ及び低温の軽水ＣＷが出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流入することとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制される。

このように実施例４の原子炉によれば、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水に対して、対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）に向かうように、高温域の軽水を分散して整流させる整流部材７１，７２と、低温域の軽水を分散して整流させる整流部材７３，７４が設けられている。

従って、炉心５３にて熱交換して加熱された軽水は、上部プレナム５７に上昇した後、整流部材７１，７２，７３，７４により分散され、整流されてから出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

なお、上述した実施例４では、高温域の軽水を分散して整流させる整流部材７１，７２と、低温域の軽水を分散して整流させる整流部材７３，７４を設けたが、既存の部材である制御棒案内管５５または炉内計装案内管５６を兼用し、この制御棒案内管５５や炉内計装案内管５６の位置を変更することで、整流部材として機能させてもよい。

図９は、本発明の実施例５に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図、図１０は、実施例５の加圧水型原子炉における上部プレナムを表す縦断面図である。なお、本実施例の原子炉における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図２を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の原子炉において、図２、図９及び図１０に示すように、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水が、対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）に流入する前に、高温域の軽水または低温域の軽水の一方を他方側へ誘導して混合させる混合促進部材して、整流部材８１，８２，８３，８４が設けられている。

具体的には、上部プレナム５７にて、出口ノズル４５ａと４５ｂが所定の距離をもって対称位置に配置されると共に、出口ノズル４５ｃと４５ｄが所定の距離をもって対称位置に配置されている。そして、整流部材８１は、出口ノズル４５ｂの近傍に設けられた制御棒案内管５５の上部外周に、リング形状をなして固定されており、高温の軽水ＨＷの通路上に配置されている。一方、整流部材８３は、出口ノズル４５ｂの近傍に設けられた制御棒案内管５５の下部外周に、リング形状をなして固定されており、低温の軽水ＣＷの通路上に配置されている。この場合、整流部材８１は、高温の軽水ＨＷを低温の軽水ＣＷ側に誘導可能であり、整流部材８３は、低温の軽水ＣＷを高温の軽水ＨＷ側に誘導可能である。

また、整流部材８２は、出口ノズル４５ｃの近傍に設けられた制御棒案内管５５の上部外周に、リング形状をなして固定されており、高温の軽水ＨＷの通路上に配置されている。一方、整流部材８４は、出口ノズル４５ｃの近傍に設けられた制御棒案内管５５の下部外周に、リング形状をなして固定されており、低温の軽水ＣＷの通路上に配置されている。この場合、整流部材８２は、高温の軽水ＨＷを低温の軽水ＣＷ側に誘導可能であり、整流部材８４は、低温の軽水ＣＷを高温の軽水ＨＷ側に誘導可能である。

従って、ダウンカマー部５９を下向きに流れ落ちて下部プレナム５８に至った軽水は、この下部プレナム５８の球面状の内面により上向きに案内されて上昇し、下部炉心支持板５１及び下部炉心板４８を通過して炉心５３に流入する。そして、この炉心５３に流入した軽水は、ここで熱交換が行われて高温となり、上部炉心板４７を通過して上部プレナム５７まで上昇し、各出口ノズル４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ）を通って排出される。

このとき、炉心５３から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その中心部でその流量が多く、且つ、高温であるため、この高温の軽水ＨＷは、上部プレナム５７の上端部まで上昇してから下降する。一方、炉心５３の外周部から上部プレナム５７に上昇した軽水は、その流量が少なく、且つ、低温であるため、この低温の軽水ＣＷは、上部プレナム５７の上端部まで上昇しない。そして、高温の軽水ＨＷは、整流部材８１，８２により低温の軽水ＣＷ側に誘導され、低温の軽水ＣＷは、整流部材８３，８４により高温の軽水ＨＷ側に誘導され、上部プレナム５７内で事前に混合してから出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導される。そのため、この整流部材８１，８２，８３，８４により事前に混合された高温の軽水ＨＷ及び低温の軽水ＣＷが出口ノズル４５ｂ，４５ｃに流入することとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる冷却材の温度分布のばらつきが抑制される。

このように実施例５の原子炉によれば、炉心５３から上部プレナム５７に上昇する軽水が、対称位置にある出口ノズル４５（４５ａと４５ｂ、４５ｃと４５ｄ）に流入する前に、高温域の軽水または低温域の軽水の一方を他方側へ誘導して混合させる混合促進部材して、整流部材８１，８２，８３，８４が設けられている。

従って、炉心５３にて熱交換して加熱された軽水は、上部プレナム５７に上昇した後、整流部材８１，８２，８３，８４により事前に混合され、整流されてから出口ノズル４５ｂ，４５ｃに誘導され、外部に排出されることとなり、上部プレナム５７から各出口ノズル４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄに流れる軽水の温度分布のばらつきが抑制され、適正な運転制御を可能とすることができる。

本発明に係る原子炉は、炉心から上部プレナムに上昇する冷却材を対称位置にある冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導するガイド部材を設けることで、上部プレナムから複数の出口ノズルに流れる冷却材の温度分布のばらつきを抑制して適正な運転制御を可能とするものであり、いずれの種類の原子炉にも適用することができる。

本発明の実施例１に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。 実施例１の加圧水型原子炉の内部構造を表す概略構成図である。 図２のIII−III断面図である。 実施例１の加圧水型原子炉を有する原子力発電プラントの概略構成図である。 本発明の実施例２に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。 本発明の実施例３に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。 本発明の実施例４に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。 図７のVIII−VIII断面図である。 本発明の実施例５に係る加圧水型原子炉における上部プレナムを表す概略図である。 実施例５の加圧水型原子炉における上部プレナムを表す縦断面図である。

符号の説明

１２ 加圧水型原子炉
４１ 原子炉容器（圧力容器）
４４ 入口ノズル（冷却材入口ノズル）
４５ 出口ノズル（冷却材出口ノズル）
４６ 炉心槽
４８ 下部炉心板
５３ 炉心
５５ 制御棒案内管
５６ 炉内計装案内管
５７ 上部プレナム
５８ 下部プレナム
５９ ダウンカマー部
６１，６２，６５，６６ ガイド部材
７１，７２，７３，７４ 整流部材
８１，８２，８３，８４ 整流部材（混合促進部材）

Claims (8)

1. 中空密閉形状をなす圧力容器と、該圧力容器内に配置される炉心槽と、該炉心槽内に配置される炉心と、前記炉心槽の上部に区画される上部プレナムと、前記圧力容器の径方向における対称位置に形成されると共に前記上部プレナムに連通する複数の冷却材出口ノズルとを備える原子炉において、前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材を対称位置にある前記冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導するガイド部材が設けられることを特徴とする原子炉。
2. 前記圧力容器に径方向における対称位置に形成される複数の冷却材入口ノズルと、前記炉心槽の下部に区画される下部プレナムと、前記圧力容器と前記炉心槽とにより区画されて前記冷却材入口ノズルに連通すると共に前記下部プレナムに連通するダウンカマー部とを有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉。
3. 前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、前記高温域の冷却材が前記ガイド部材により前記冷却材出口ノズルのいずれか一方に誘導されることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉。
4. 前記ガイド部材は、対称位置にある前記複数の冷却材出口ノズルの間であって、前記上部プレナムにおける前記圧力容器の内壁面に配置されることを特徴とする請求項３に記載の原子炉。
5. 前記ガイド部材は、対称位置にある前記複数の冷却材出口ノズルの一方に設けられる流動抵抗部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の原子炉。
6. 前記ガイド部材は、制御棒案内管または炉内計装案内管であることを特徴とする請求項５に記載の原子炉。
7. 前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、少なくとも前記上部プレナムに上昇した高温域の冷却材を分散して整流させる整流部材が設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の原子炉。
8. 前記炉心から前記上部プレナムに上昇する冷却材は、前記炉心の中心部を上昇する高温域と前記炉心の外周部を上昇する低温域とに分かれ、前記上部プレナムに上昇した高温域の冷却材または低温域の冷却材のいずれか一方を他方側へ誘導して混合させる混合促進部材が設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載の原子炉。

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