JP2009186370A

JP2009186370A - 冷却材炉心入口構造

Info

Publication number: JP2009186370A
Application number: JP2008027832A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Akiba; 葉美幸秋; Shinichi Morooka; 岡慎一師
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】入口オリフィス等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる冷却材炉心入口構造を提供する。
【解決手段】冷却材炉心入口構造は、複数の燃料支持孔を有する炉心支持板６と、炉心支持板６を下面側から補強する補強ビーム７と、原子炉圧力容器１の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板６の各燃料支持孔に嵌合する複数の制御棒案内管１０と、各制御棒案内管１０の上端に挿入され、炉心支持板６に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体１７の下端を支持する燃料支持金具１６と、燃料支持金具１６に設けられ、燃料集合体１７へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィス１９と、を備えている。炉心支持板６、補強ビーム７または制御棒案内管１０に、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体内を流れる冷却材の流量を均一化するための技術に関し、とりわけ、燃料集合体内への冷却材の入口となる燃料支持金具の冷却材流入箇所における流路圧力損失係数を低減させて流量の均一化を図った冷却材炉心入口構造に関する。

従来技術について図１０乃至図１７を参照して説明する。図１０は、沸騰水型原子炉の一例として、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉圧力容器の構成を示す全体構成図である。このような沸騰水型原子炉としては、例えば引用文献１等に示すようなものが知られている。図１０に示すような改良型沸騰水型原子炉において、原子炉圧力容器１には上方から順に蒸気乾燥器２、気水分離器３、上部格子板４、炉心シュラウド５、炉心支持板６等が配置されている。炉心シュラウド５の内側には、数百体の燃料集合体１７が格子状配列で垂直に配置され、これにより炉心が形成されている。また、原子炉出力を制御したり、緊急時に原子炉を停止したりするような機能を有する制御棒１８が、制御棒案内管１０を介して炉心下方から炉心入口まで導入されるようになっている。さらに、原子炉圧力容器１の下部には、冷却材循環用の再循環ポンプ８が複数台配置されている。

このような構成において、運転時には、原子炉圧力容器１の下部に配置された再循環ポンプ８により、炉心への冷却材循環が行われる。すなわち、冷却材は炉心下部より上昇して燃料集合体１７内に流入し、燃料集合体１７内で加熱されて気液２相流となって上昇し、気水分離器３で蒸気と水とに分離される。蒸気はさらに上昇して、蒸気乾燥器２で水分が分離されて主蒸気管９に導かれ、図示しないタービンに導かれる。一方、気水分離器３および蒸気乾燥器２から分離して単相状態となった水は下降し、炉心シュラウド５の外側を経由して再循環ポンプ８に導かれ、再び炉心に向かって上昇し、燃料集合体１７内を流れる。

図１１は、燃料集合体１７およびその支持構造等を拡大して示す断面図である。燃料集合体１７は、上下端が開口する縦長な角筒状のチャンネルボックス１１内に、核分裂性物質を内包する複数の燃料棒１２を並列に配置し、これらの燃料棒１２をチャンネルボックス内で燃料スペーサ１３により上下方向の複数箇所で支持し、燃料棒１２の上下端部を、冷却材が流通し得る上部タイプレート１４および下部タイプレート１５により固定した構成とされている。そして、これらの燃料集合体１７の上下端部がそれぞれ水平な上部格子板４および炉心支持板６により支持されている。冷却材は、下部タイプレート１５から流入してチャンネルボックス１１内を上昇し、燃料棒１２を通過する間に加熱されて気液２相流となって上部タイプレート１４から排出される。

このような燃料集合体１７の下端部は、燃料支持金具１６を介して炉心支持板６により支持されている。なお、燃料支持金具としては、図示しないが炉心の周辺部において燃料集合体１７を単体で支持する周辺部燃料支持金具と、図１１の符号１６で示されるような、炉心の中心部において４体の燃料集合体１７を１組として支持する中心部燃料支持金具とが適用される。前者の周辺部燃料支持金具は鉛直方向に延びる筒状の構成とされ、下向きの開口から冷却材が直接上方に向かって導入されるため、冷却材流路の構造は比較的単純で円滑な流れとなり、流路圧力損失係数等は特に問題とならない。これに対し、図１１の符号１６で示されるような中心部燃料支持金具の場合は、４体の燃料集合体１７を格子状配列で支持し、その中心部に制御棒１８が挿入される構成となっていることから、この中心部燃料支持金具１６は制御棒案内管１０の上端部内に配置されており、その制御棒案内管１０の周壁外面側に、冷却材を導入するための冷却材流入口４１が横向きに開口し、この冷却材流入口４１に入口オリフィス１９が設けられている。また、中心部燃料支持金具１６内には、冷却材流入口４１から流入した冷却材を各燃料集合体１７に案内する冷却材流路４２が上方に向かって形成されている。したがって、この中心部燃料支持金具１６の場合には、冷却材が炉心下部から上昇した後、冷却材流入口４１に対して横向きに向きを変えて冷却材が導入され、その後冷却材流路４２においてさらに鉛直方向上方に向きを変えて燃料集合体１７に流通するという複雑な経路を持つ構造となっている。以下、本発明の説明において「燃料支持金具」は、この中心部燃料支持金具１６を意味するものとする。

燃料支持金具１６の周囲には、さらに炉心支持板６を下側から補強する補強ビーム７のビーム材である縦板状のビーム板７ａ等が配置されている。このため、中心部燃料支持金具１６に支持された燃料集合体１７には、原子炉圧力容器１の下部に設けられた再循環ポンプ８により上昇する冷却材が、炉心支持板６の下面に共に接する補強ビーム７および制御棒案内管１０の隙間を介して流入するため、流線がより一層複雑となる構造になっている。

このことについて、図１２乃至図１５を用いて詳しく説明する。図１２は、炉心支持板６と補強ビーム７の構成を示す全体図である。

図１２（Ａ）は、炉心支持板６、および補強ビーム７の一構成例であるクロスビームを示している。炉心支持板６は水平な円板状のものであり、燃料支持金具１６を装着するための多数の孔６ａを有している。クロスビームである補強ビーム７は、円形枠２０内に、ビーム材として、正方格子状に組み合わせた縦板からなるビーム板７ａを設けた構成とされている。このクロスビームの各ビーム板７ａの上端縁が炉心支持板６の下面に接合されて補強がなされる。また、図１２（Ｂ）は、他の構成例として、シングルビームとよばれる補強ビーム７を示している。このシングルビームは、円形枠２０に、ビーム材として、平行な縦型のビーム板７ａとそれに直交する接続棒２１とが設けられており、これらを正方格子状に配列した構成とされている。なお、以下の説明においては、機械強度的に優れたクロスビームについて代表的に説明するが、シングルビームについても内容的にはほぼ同様である。

図１３は、補強ビーム７のビーム板７ａにより形成される１つの格子状空間の内側に配置される燃料支持金具１６、燃料集合体１７およい制御棒１８等の配置関係を平面的に示す拡大図である。図１４は、図１３の一部（図１３において仮想線Ａで区分した右上の４分の１の部分）を拡大して示す詳細図（すなわち、図１１のＡ０−Ａ０ライン矢視による断面図）であり、図１５は、図１３のＢ−Ｂライン矢視による断面図である。

図１３および図１４に示すように、補強ビーム７のビーム板７ａによって囲まれる平面視で正方形の１つの領域内には、４本の制御棒案内管１０および４体の燃料支持金具１６が正方格子状に配置されている。そして、各燃料支持金具１６には、それぞれ４本の燃料集合体１７が周方向に等間隔で支持されている。これにより、補強ビーム７のビーム板７ａにより囲まれた１つの領域内には、１６体の燃料集合体１７が配置されている。

燃料支持金具１６は、各燃料集合体１７の下部タイプレート１５を支持する部分から炉心支持板６の下方まで延びる冷却材流路を有し、この冷却材流路に冷却材を導入するための冷却材流入口４１が燃料支持金具１６の側面に開口し、この冷却材流入口４１の箇所に入口オリフィス１９が設けられている。そして、冷却材は、補強ビーム７のビーム板７ａと制御棒案内管１０との隙間を経て上昇した後、入口オリフィス１９へ横向きに流れ込む。

炉心支持板６の補強ビーム７として、図１２（Ａ）に示したクロスビームを採用した場合には、補強ビーム７のビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する箇所２２では、直角に交差する２枚のビーム板７ａに囲まれることにより流路面積が狭くなっており、隅角部以外の位置２３、２４に比べて流路圧力損失係数が大きくなる。このため、そのままでは補強ビーム７のビーム板７ａの直角に公差する隅角部に位置する箇所２２では、燃料集合体１７に流入する冷却材の流量が少なくなる。

そこで、各々の燃料集合体１７に流入する流量を適正に配分するために、入口オリフィス１９により流量の調整を行っている。

なお、各燃料集合体１７を流れる冷却材の流量は、炉心支持板６および補強ビーム７のビーム板７ａ付近の入口オリフィス１９の口径、燃料集合体１７の構造等によって決まる流路圧力損失係数に基づいて決定される。

燃料集合体１７で発生する出力の大きさにより、燃料集合体１７の内部で発生する気泡も相違し、この結果、燃料集合体１７における流路圧力損失係数も異なることになるが、通常の沸騰水型原子力発電所の設計においては、各燃料集合体１７の出力が同一であるとした場合に流量の配分が均一となるように入口オリフィス１９の口径等を調整している。

特開２００４−３９３２号公報

上述したように、各燃料集合体１７に流入する冷却材の流量は入口オリフィス１９により調整されており、補強ビーム７のビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する箇所２２での入口オリフィス１９は、その流路断面積がどの隅角部であっても同じになるはずであるから、同一の形状に調整されるはずである。しかしながら、隅角部の位置２２に同一形状の入口オリフィス１９を設置した場合に、その入口オリフィス１９で調整された燃料集合体１７に流入する冷却材の流量が同じにならない場合が観測されている。

ここで、試験設備を用いて、補強ビーム７のビーム板７ａによって囲まれた部分に配置された燃料支持金具１６の冷却材流入口の冷却材の流れを詳細に観察した。その結果、図１４に符号Ｐで示す入口オリフィス１９の水平方向中央の位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０の間隔は、図１４に符号Ｑで示す入口オリフィス１９の水平方向周辺位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０との間隔よりも広くなる。このため、符号Ｐで示す位置の流路圧力損失係数が符号Ｑで示す位置の流路圧力損失係数よりも小さくなり、符号Ｐで示す位置で上昇する冷却材の流速は符号Ｑで示す位置で上昇する冷却材の流速よりも大きくなる。このため、符号Ｐで示す位置を上昇した冷却材が炉心支持板６の下面に衝突し、流速の小さい符号Ｑで示す位置を下降する流れとなり、上昇する流れと下降する流れとによって渦が発生していることがわかった。

この事象を、図１６および図１７によって説明する。図１６は、前述した図１４のＢ−Ｂライン矢視による断面、すなわち正方格子状に配列される補強ビーム７のビーム板７ａの対角線方向に対向して開口する入口オリフィス１９における冷却材の流入状態を模式的に示したものであり、図１７は、入口オリフィス１９の正面方向、すなわち図１６のＤ−Ｄライン矢視による冷却材の流れを示す図である。

これらの図において流線２５として示すように、原子炉圧力容器１内の下方から上昇する冷却材は、補強ビーム７のビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の隙間に上昇流として流入する。制御棒案内管１０の外面付近に沿って上昇する一部の冷却材は、入口オリフィス１９の位置に達すると、横向きに流れを変えて入口オリフィス１９内に直接流れ込む。しかし、補強ビーム７のビーム板７ａ側に沿って上昇する大部分の冷却材は、上昇流２５ａとして上昇し、炉心支持板６の下面に衝突し、その後入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下向きの下降流２５ｂとなる。

直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に面する狭い領域２２では、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の位置関係が水平方向に対して対称となるため、図１７に示すように、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する下降流２５ｂとなり、入口オリフィス１９に向かって渦２５ｃが２つ発生し、いわゆる双子渦となる。このとき、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の間を上昇する冷却材の入口オリフィス１９の水平方向中央位置と周辺位置での流路圧力損失係数の差が大きい場合には強い渦２５ｃが発生する。このような渦２５ｃの形成は、実際の形状を模擬した流動試験、例えば圧力７ＭＰａ、温度約２８℃、および流速２ｍ／ｓの条件下で明確に確認された。

このような渦２５ｃに伴って、冷却材が入口オリフィス１９に流入する場合には、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が増加することがわかった。また、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の増加量は、渦の状態によって異なる。さらに、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置する箇所２２での入口オリフィス１９のように対称性のある双子渦の場合には、製作精度範囲内のわずかな形状の違いによっても、発生する渦の状態が異なり、またその渦が時間的に変動する量も大きい。このため、本来同様な流路圧力損失係数を生じさせるはずの、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置２２に入口オリフィス１９をおいても、僅かな形状の違いにより、発生している双子渦の状態が変化し、流路圧力損失係数に差異を生じさせていることを見いだした。

一方、ビーム板７ａに面していない位置２４の入口オリフィス１９、すなわち、燃料支持金具１６において、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置する箇所２２での入口オリフィス１９と反対側に位置する入口オリフィス１９においては、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での制御棒案内管１０と、隣り合う制御棒案内管１０とにより形成されている冷却材流路の幅は狭くないため、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を上昇する冷却材の流速と中央位置を上昇する冷却材の流速との間に大きな差は生じていない。このため、炉心支持板６に衝突し、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れは生じないか、あるいは生じても流速の大きな流れにはならない。したがって、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部のような強い渦は発生しない。よって、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数の増加量も少なくなる。

また、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置２２から、燃料支持金具１６の中心を軸に９０°回転させた位置２３での入口オリフィス１９では、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の一方のみがビーム板７ａと制御棒案内管１０とにより狭い流路が形成され、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の他方では、制御棒案内管１０と、隣り合う制御棒案内管１０とにより形成される比較的幅の広い流路となっており、入口オリフィス１９の水平方向で冷却材の流路が対称ではない。このため、ビーム板７ａと制御棒案内管１０により流路が形成されている入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での冷却材の下降する流れが速くなり、発生する渦は１つとなったり、もし渦が２つ発生したとしても対称性のない渦になったりする。このような対称性のない渦の場合には、対称性のある渦に比べて、流路の形状のわずかな変化による渦の状態の変化は少なくなることがわかった。このため、渦を伴って入口オリフィス１９に冷却材が流入した場合に、入口オリフィス１９の前の流路の形状のわずかな変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化は、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置２２の入口オリフィス１９に比べて小さい。

そこで、本発明者は、以上の観察結果に基づき、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置２２の入口オリフィス１９で生じる流路圧力損失係数を安定させ燃料集合体内の流路調整を適切にするためには、この位置に発生している双子渦を制御する必要があることを見いだした。具体的には、本発明者は、燃料集合体内の流路調整を適切にするためには、入口オリフィス１９に流入する渦を少なくする必要があること、発生している渦を抑制すること、そして発生している渦を安定化させること等が必要であることを見いだした。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、入口オリフィス等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる冷却材炉心入口構造を提供することを目的とする。

本発明の冷却材炉心入口構造は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ、複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、前記炉心支持板を下面側から補強する補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔に嵌合する複数の制御棒案内管と、前記各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、前記燃料支持金具に設けられ、前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスと、前記炉心支持板、前記補強ビームまたは前記制御棒案内管に設けられ、前記入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の冷却材炉心入口構造においては、前記渦制御手段は、前記炉心支持板の下面に不規則な溝または突起が形成されたような構成からなることが好ましい。

本発明の冷却材炉心入口構造においては、前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記炉心支持板の下面の２つの領域の表面粗さが互いに異なるような構成からなることが好ましい。

本発明の冷却材炉心入口構造においては、前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記炉心支持板の下面の２つの領域のうちいずれか一方の領域のみに溝または突起が形成されたような構成からなることが好ましい。

本発明の冷却材炉心入口構造においては、前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、前記渦制御手段は、前記制御棒案内管にそれぞれ面した、前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板のうちいずれか一方のビーム板のみの表面に溝または突起が形成されたような構成からなることが好ましい。この場合、前記一方のビーム板の表面の全域に溝または突起が形成されていることがより好ましい。さらに、前記一方のビーム板の表面の上部において、溝または突起が前記制御棒案内管の延びる方向に対して斜め方向に延びるよう形成されていることがより好ましい。

本発明の冷却材炉心入口構造においては、前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記制御棒案内管の外周面における前記補強ビームに対向した２つの領域のうちいずれか一方の領域のみに溝または突起が形成されたような構成からなることが好ましい。

本発明の冷却材炉心入口構造によれば、このような点を考慮してなされたものであり、入口オリフィス等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図９を参照して説明する。なお、従来例で示したものと同一または対応する構成要素については図１０乃至図１７を参照し、これらの図に付した符号と同一の符号を使用して説明する。

第１実施形態（図１乃至図３）
図１は、本発明の第１実施形態による冷却材炉心入口構造を示す流路部の側断面図であり、図２は、本実施形態に適用される炉心支持金具の構成を示す斜視図である。また、図３は、図１および図２に示す冷却材炉心入口構造における渦の発生状況を示す説明図である。

図１および図２に示すように、本実施形態の冷却材炉心入口構造は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板６と、この炉心支持板６を下面側から補強する補強ビーム７と、原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板６の各燃料支持孔に嵌合する複数の制御棒案内管１０と、各制御棒案内管１０の上端に挿入され、炉心支持板６に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体１７の下端を支持する燃料支持金具１６と、燃料支持金具１６に設けられ、燃料集合体１７へ流入する冷却材の流量を調整する入口オリフィス１９と、を備えている。

燃料支持金具１６は、４体の燃料集合体１７を支持する燃料支持部１６ａと、これらの中央に位置する制御棒挿通孔１６ｂとを有する。このような構成において、燃料支持金具１６に設けられた入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段が、炉心支持板６、補強ビーム７または制御棒案内管１０に設けられている。この渦制御手段は、炉心支持板６から入口オリフィス１９に向かう冷却材の流れを非均一にして、双子渦の発生を抑止するものである。

ここで、双子渦が生成される態様を、図１６、図１７を用いて再度説明する。これらの図において流線２５として示されるように、原子炉圧力容器１内の下方から上昇する冷却材は、補強ビーム７のビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の隙間に上昇流として流入する。制御棒案内管１０の外面付近に沿って上昇する一部の冷却材は、入口オリフィス１９の位置に達すると、横向きに流れを変えて入口オリフィス１９内に直接流れ込む。しかし、補強ビーム７のビーム板７ａ側に沿って上昇する大部分の冷却材は、上昇流２５ａとして上昇し、炉心支持板６の下面に衝突し、その後、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下向きの下降流２５ｂとなる。直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に面する狭い領域２２では、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の位置関係が水平方向に対して対称となるため、図１７に示すように、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する下降流２５ｂとなり、入口オリフィス１９に向かって渦２５ｃが２つ発生し、いわゆる双子渦となる。

図３を用いて、本発明における第１実施形態を説明する。第１実施形態においては、渦制御手段を、炉心支持板６の下面３１に不規則な溝または突起が形成されたような構成としている。このような構成では、上昇流２５ａが、炉心支持板６の下面３１に衝突して、炉心支持板６の下面３１に沿った横方向の流れが発生する。この左右の流れの大きさおよび乱れは、炉心支持板６の下面３１の形状に依存している。従来では、炉心支持板６の下面３１の形状はほぼ平坦であったので、左右の流れも均一となり、下降流２５ｂも左右対称となり、双子渦が発生していた。これに対し、本実施形態では、炉心支持板６の下面３１に不規則な溝または突起を形成したような構成となっているため、左右の流れも非均一となり、下降流２５ｂも左右非対称となり、発生する渦２５ｃが左右非対称となる。対称な双子渦は、流路の形状のわずかな変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数を変化させやすいが、これに対して、本実施形態によれば、発生する渦２５ｃが非対称となるため、流路の形状のわずかな変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。

第２実施形態（図４）
図４は、第２実施形態の説明図である。本実施形態では、渦制御手段を、入口オリフィス１９の中心と、補強ビーム７における互いに交差するビーム板７ａの交差点とを結ぶ仮想線Ｌにより区切られる、炉心支持板６の下面３１の２つの領域の表面粗さが互いに異なるような構成としたものである。あるいは、渦制御手段を、入口オリフィス１９の中心と補強ビーム７における互いに交差するビーム板７ａの交差点とを結ぶ仮想線Ｌにより区切られる、炉心支持板６の下面３１の２つの領域のうちいずれか一方の領域（例えば、図４において斜線で示される領域３２）のみに溝または突起が形成されるような構成としてもよい。このことにより、発生する渦を非対称なものとすることができる。

従来では、炉心支持板６の下面３１の形状はほぼ平坦であったので、図１７に示すように左右の流れも均一となり、下降流２５ｂも左右対称となり、双子渦が発生していた。これに対し、本実施形態では、左右の流れが非均一となり、下降流２５ｂも左右非対称となり、発生する渦２５ｃが左右非対称となる。対称な双子渦は、流路の形状のわずかな変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数を変化させやすいが、これに対して、本実施形態によれば、発生する渦２５ｃが非対称となるため、流路の形状のわずかな変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。

第３実施形態（図５、図６）
図５、図６は、第３実施形態の説明図である。本実施形態では、渦制御手段を、制御棒案内管１０にそれぞれ面した、補強ビーム７における互いに交差する２枚のビーム板７ａのうちいずれか一方のビーム板７ａのみの表面に溝または突起が形成されたような構成としたものである。

横の流路からの流れ込み３３の量および乱れは、補強ビーム７のビーム板７ａの表面の形状に依存している。従来では、補強ビーム７のビーム板７ａの表面の形状がほぼ均一であったので、横の流路からの流れ込み３３について、左右の流れも均一となり、双子渦が発生していた。これに対し、本実施形態では、制御棒案内管１０に面した左右の補強ビーム７のビーム板７ａのいずれか１つのみの表面に溝または突起を形成し、このため横の流路からの冷却材の流れ込み３３の流量が非対称となり、発生する渦が非対称となる。対称な双子渦は、流路の形状のわずかな変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数を変化させやすいが、これに対して、本実施形態によれば、発生する渦２５ｃが非対称となるため、流路の形状のわずかな変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。図６に示すような実施形態では、補強ビーム７の上部に溝または突起を加工している。図６において、溝または突起が形成される箇所を符号３４で示している。

第４実施形態（図７）
図７は、第４実施形態の説明図である。
本実施形態は、上述した第３実施形態の変形例であり、補強ビーム７のビーム板７ａの表面の全域に溝または突起を形成している。図７において、溝または突起が形成される箇所を符号３４で示している。この構成により、横の流路からの流れ込み３３の流量をより一層非対称とすることができ、発生する渦２５ｃをより一層非対称にすることができる。

第５実施形態（図８）
図８は、第５実施形態の説明図である。
本実施形態は、上述した第４実施形態の変形例であり、補強ビーム７のビーム板７ａの表面の上部において（すなわち、符号３４で示す領域において）、制御棒案内管１０の延びる方向（図８における上下方向）に対して斜め方向に延びるよう溝または突起を形成している。この構成により、横の流路からの流れ込み３３の流量をより一層非対称とすることができ、発生する渦２５ｃをより一層非対称にすることができる。

第６実施形態（図９）
図９は、第６実施形態の説明図である。
本実施形態は、入口オリフィス１９の中心と、補強ビーム７における互いに交差する２枚のビーム板７の交差点とを結ぶ仮想線Ｌにより区切られる、制御棒案内管１０の外周面における補強ビーム７に対向した２つの領域のうちいずれか一方の領域（図９において符号３６で示される二点鎖線の領域）のみに溝または突起が形成されたような構成となっている。このような構成により、横の流路からの流れ込み３３の流量をより一層非対称とすることができ、発生する渦２５ｃをより一層非対称にすることができる。

本発明の第１実施形態による、入口オリフィスへの冷却材の流れを示す流路部の側断面図である。本発明の第１実施形態に適用される炉心支持金具の構成を示す斜視図である。本発明の第１実施形態による、図１および図２に示す冷却材炉心入口構造における渦の発生状況を示す説明図である。本発明の第２実施形態を示す構成図である。本発明の第３実施形態による、冷却材の流れを示すような流路部の断面図である。本発明の第３実施形態の側断面図である。本発明の第４実施形態を示す構成図である。本発明の第５実施形態を示す構成図である。本発明の第６実施形態を示す構成図である。一般的な原子炉圧力容器の全体構成を示す概略断面図である。図１０に示す原子炉圧力容器における燃料集合体を拡大して示す断面図である。（Ａ）は、炉心支持板および補強ビームの一構成例を示す斜視図であり、（Ｂ）は、補強ビームの他の構成例を示す斜視図である。図１０に示す原子炉圧力容器における燃料支持金具の配置構成を示す平面図である。図１３の一部を拡大して示す平面図である。図１４のＢ−Ｂライン矢視による断面図である。渦の発生状況を側面視で示す説明図である。図１６のＤ−Ｄライン矢視による、渦の発生状況を示す説明図である。

符号の説明

１原子炉圧力容器
２蒸気乾燥器
３気水分離器
４上部格子板
５炉心シュラウド
６炉心支持板
６ａ孔
７補強ビーム
７ａビーム板
８再循環ポンプ
９主蒸気管
１０制御棒案内管
１１チャンネルボックス
１２燃料棒
１３燃料スペーサ
１４上部タイプレート
１５下部タイプレート
１６燃料支持金具
１６ａ燃料支持部
１６ｂ制御棒挿通孔
１７燃料集合体
１８制御棒
１９入口オリフィス
２０円形枠
２１接続棒
２２直角に交差する２つのビーム板の隅角部に面する狭い領域
２５流線
２５ａ上昇流
２５ｂ下降流
２５ｃ渦
３１下面
３３流れ込み
４１冷却材流入口
４２冷却材流路

Claims

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ、複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、
前記炉心支持板を下面側から補強する補強ビームと、
前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔に嵌合する複数の制御棒案内管と、
前記各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、
前記燃料支持金具に設けられ、前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスと、
前記炉心支持板、前記補強ビームまたは前記制御棒案内管に設けられ、前記入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段と、
を備えたことを特徴とする冷却材炉心入口構造。
前記渦制御手段は、前記炉心支持板の下面に不規則な溝または突起が形成されたような構成からなることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、
前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記炉心支持板の下面の２つの領域の表面粗さが互いに異なるような構成からなることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、
前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記炉心支持板の下面の２つの領域のうちいずれか一方の領域のみに溝または突起が形成されたような構成からなることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、
前記渦制御手段は、前記制御棒案内管にそれぞれ面した、前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板のうちいずれか一方のビーム板のみの表面に溝または突起が形成されたような構成からなることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
前記一方のビーム板の表面の全域に溝または突起が形成されていることを特徴とする請求項５記載の冷却材炉心入口構造。
前記一方のビーム板の表面の上部において、溝または突起が前記制御棒案内管の延びる方向に対して斜め方向に延びるよう形成されていることを特徴とする請求項６記載の冷却材炉心入口構造。
前記補強ビームは格子状に設けられた複数のビーム板から構成されており、
前記渦制御手段は、前記入口オリフィスの中心と前記補強ビームにおける互いに交差する２枚のビーム板の交差点とを結ぶ仮想線により区切られる、前記制御棒案内管の外周面における前記補強ビームに対向した２つの領域のうちいずれか一方の領域のみに溝または突起が形成されたような構成からなることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。