JP2012141298A - 原子炉の炉内構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】ダウンカマを流下する一次冷却材を周方向に均一化し、燃料集合体に均等に分布した一次冷却材を与える。
【解決手段】複数の入口ノズル４が接続された原子炉圧力容器１と、多数の燃料集合体２を囲む炉心槽３と、前記原子炉圧力容器１と炉心槽３との間に形成されたダウンカマ６と、前記ダウンカマ６の下方に配置され炉心槽３と原子炉圧力容器１とを位置決めするラジアルキー２３と、を有する原子炉の炉内構造物において、前記ラジアルキー２１は炉心槽３側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器１側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、原子炉、特に、加圧水型原子炉の炉内構造物に関する。

加圧水型原子炉において、原子炉に導かれた一次冷却材は、原子炉の燃料集合体の熱エネルギーによって加熱され、蒸気発生器へと導かれる。蒸気発生器では、加熱された一次冷却材と二次冷却材とが熱交換され、二次冷却材が沸騰して発生した蒸気はタービンへと導かれて発電を行う。

図８は、従来の加圧水型原子炉の圧力容器の概略図である。原子炉圧力容器１は、多数の燃料集合体２と、燃料集合体２を囲む炉心槽３と、一次冷却材が流入する入口ノズル４と、加熱された一次冷却材が流出する出口ノズル５と、燃料集合体２を支持する下部炉心支持板８と、原子炉圧力容器１と炉心槽３との間に形成される環状のダウンカマ６と、ダウンカマ６の下部に設置され原子炉圧力容器１を径方向に位置決めするラジアルキー９と、から構成されている。

一次冷却材は、入口ノズル４から原子炉圧力容器１に流入し、ダウンカマ６を下降し、燃料集合体２の下部に形成される下部プレナム７で合流して流れ方向を上向きに反転し、下部炉心支持板８を通って、炉心槽３内の燃料集合体２を上昇する。燃料集合体２で加熱された一次冷却材は、上部で合流し混合されて出口ノズル５から流出し、蒸気発生器（図示せず）へ導かれる。

このような加圧水型原子炉では、通常運転時において一次冷却材の流量および圧力が不均一になると、燃料集合体２の冷却が不均一となる。したがって、燃料集合体２に均等に分布した一次冷却材を与えることが重要となる。

そこで、入口ノズルから流入する冷却材を周方向に均一化するため、ダウンカマに流線形の剥離抑制部材を配置するとともにラジアルキーを流線形に形成すること（特許文献１）が提案されている。

特開２００５−２４３８３号公報

上述したように、原子炉の燃料集合体を流れる一次冷却材を均一化するために、ダウンカマを流下する一次冷却材を均一にする提案がなされているが、ダウンカマに剥離抑制部材を設置したり、ラジアルキーを流線形状にする従来技樹では、その流域で流れの剥離を抑制できる効果があるが、ダウンカマ全周にわたって一次冷却材を均一化することは困難であった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、ダウンカマを流下する一次冷却材を周方向に均一化し、燃料集合体に均等に分布した一次冷却材を与えることができる原子炉の炉内構造物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る原子炉の炉内構造物は、複数の入口ノズルが接続された原子炉圧力容器と、多数の燃料集合体を囲む炉心槽と、前記原子炉圧力容器と炉心槽との間に形成されたダウンカマと、前記ダウンカマの下方に配置され炉心槽と原子炉圧力容器とを位置決めするラジアルキーと、を有する原子炉の炉内構造物において、前記ラジアルキーは炉心槽側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、ダウンカマを流下する一次冷却材を周方向に均一化し、燃料集合体に均等に分布した一次冷却材を与えることができる。

第１の実施形態に係る原子炉圧力容器の構成図。 第１の実施形態に係る入口ノズルヘッダ管の構成図。 （ａ）は第２の実施形態に係る炉内構造物の断面図、（ｂ）は給水リングの構成図。 第３の実施形態に係る原子炉圧力容器の構成図。 （ａ）は第４の実施形態に係る炉内構造物の断面図、（ｂ）は流路付ラジアルキーの構成図。 （ａ）は第５の実施形態に係る炉内構造物の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 第５の実施形態に係る炉内構造物の変形例を示す図。 従来の原子炉圧力容器の構成図。

以下、本発明に係る原子炉の炉内構造の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。
なお、上記従来の炉内構造と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
本第１の実施形態の炉心構造は、原子炉圧力容器１に接続されている複数の入口ノズル４のそれぞれに入口ノズルヘッダ管１５を接続したことを特徴としている。入口ノズルヘッダ管１５はダウンカマ６の上方に設置され、その側面に複数の流出孔１６が設けられ、先端部にノズル部１７が設けられている。

このように構成された本実施形態において、入口ノズル４から流入する一次冷却材は入口ノズルヘッダ管１５に導かれ、多数の流出孔、すなわち複数の側面流出孔１６および先端ノズル１７から噴出され、ダウンカマ６へと流出する。

このように、入口ノズル４に流入した一次冷却材は、一旦入口ノズルヘッダ管１５へと導かれ、入口ノズルヘッダ管１４の側面流出孔１６及び先端ノズル１７を経て噴出することにより、入口ノズルヘッダ管１４が無い場合に比べて入口ノズル４の直下方向へ流れる冷却材の流量が減り、ダウンカマ６における一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。また、入口ノズル４から大流量の一次冷却材が流入して直接炉心槽３に衝突すること、あるいは、隣り合う入口ノズル４から流れる一次冷却材が干渉することによる乱れも抑制され、炉心流量を安定化することができる。
本第１の実施形態によれば、入口ノズル４に入口ノズルヘッダ管１５を接続することにより、ダウンカマにおける一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図３を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

本第２の実施形態では、複数の入口ノズル４に多数の噴出孔１９が設けられた給水リング１８が接続されている。給水リング１８はダウンカマ６の上部に設置され、複数の噴出口１９は給水リング１８の下部にダウンカマ６に向けて設けられている。

このように構成された本第２実施形態において、入口ノズル４から一次冷却材が流入すると、給水リング１８に導かれ、複数の噴出孔１９からダウンカマ６へと流出することにより、ダウンカマ６における一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。また、入口ノズル４から大流量の一次冷却材が流入して直接炉心槽３に衝突し、また隣り合う入口ノズル４から流れる一次冷却材が干渉することによる乱れも抑制され、炉心流量を安定化することができる。

本第２の実施形態によれば、入口ノズル４に多数の噴出孔１９が設けられた給水リング１８を接続することにより、ダウンカマにおける一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を、図４を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態では、炉心槽３と原子炉圧力容器１に囲まれたダウンカマ６に、リング状の整流板２０を設けたことを特徴としている。整流板２０としてリング状部材に多数の開口を設けたものが用いられ、ダウンカマ６の中央又は下方に設けられる。

このように構成された本第３の実施形態において、入口ノズル４から流入してダウンカマ６に流れこんだ一次冷却材は、ダウンカマ６に設置されたリング状の整流板２０を通る際に周方向に均一化された後、下部プレナム７に流れ込み、下部プレナム７内で上方向に向きを変え燃料集合体２に流入する。

本第３の実施形態によれば、ダウンカマ６において一次冷却材が整流板２０の抵抗によって周方向に広がり、下部プレナム７に流入するまでに冷却材の流速分布を周方向に均一化することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を、図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態では、ラジアルキーとしてその内部に流路を設けた流路付ラジアルキー２１を用いることを特徴としている。流路付ラジアルキー２１は炉心槽３側と原子炉圧力容器１側にそれぞれ周方向に４箇所において設置された一対の部品からなり、中央部に冷却材が流れる冷却材流路２２が設けられている。

このように構成された本実施形態において、流路付ラジアルキー２１によって、炉心槽３が原子炉圧力容器１に隙間を維持して位置決めされる。入口ノズル４から流入し、ダウンカマ６を下降する一次冷却材は、流路付ラジアルキー２１を通る際に左右に分かれるとともに、中央に設けられた冷却材流路２２を通る流れも生じる。これにより、流路付ラジアルキー２１を冷却材が通過する際に起こる剥離によって、流路付ラジアルキーの下流に位置する燃料集合体２に流れる流量が局所的に低下することを防止できる。
本第４の実施形態によれば、ラジアルキーの内部に冷却材流路２２を設けることにより、ラジアルキーを冷却材が通過する際に起こる剥離を防止することができる。

なお、本実施形態において、流路付ラジアルキー２１は円周方向に４箇所において固定された場合を図示しているが、ラジアルキーの個数は適宜増減できる。また、流路２２は炉心槽３側の部品（内側部材）に設けられているが、原子炉圧力容器１側の部品（外側部材）に、又は両方の部品に流路２２を設けることができる。
なお、この流路付ラジアルキー２１は、上記実施形態１乃至３で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態を、図６乃至図８を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。

本第５の実施形態では、ラジアルキー２３を構成する炉心槽３側の部品（内側部材）と原子炉圧力容器１側の部品（外側部材）として、一対の磁性体２４、２５を用いることを特徴としている。このラジアルキー２３は、炉心槽３側に固定設置される磁性体２４と、対向する面の原子炉圧力容器１側に固定設置される磁性体２５で構成され、炉心槽３の円周方向に複数個配置される。これらの対向する磁性体２４と磁性体２５は互いに吸引し合うか、または反発しあう力が働くように磁化される。

また、磁性体２４と磁性体２５の間は流路２６が形成される。その際、磁性体２４と磁性体２５の上下端部を図６（ｂ）に示すように、流動抵抗を少なくするために傾斜部２７を形成してもよい。

このように構成された本実施形態において、炉心槽３が互いに吸引し合う電磁力（または反発力）によって半径方向に非接触で位置決めされる。非接触で位置決めされることにより、流路２６の隙間を大きくすることができるとともに、円周方向流路を均一に配置できるので局所的流量低下を防止できる。

なお、本実施形態ではラジアルキー２３を４個設置しているが、その数は任意に変更できる。例えば、図７に示す変形例では、炉心槽３の円周方向全体にわたってラジアルキー２３が配置されている。
また、このラジアルキー２３は、上記実施形態１乃至３で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…原子炉圧力容器、２…燃料集合体、３…炉心槽、４…入口ノズル、５…出口ノズル、６…ダウンカマ、７…下部プレナム、８…下部炉心支持板、９…ラジアルキー、１５…入口ノズルヘッダ管、１６…側面流出孔、１７…先端ノズル、１８…給水リング、１９…噴出孔、２０…整流板、２１…流路付ラジアルキー、２２…流路、２３…ラジアルキー、２４，２５…磁性体、２６…流路、２７…傾斜部。

Claims (3)

1. 複数の入口ノズルが接続された原子炉圧力容器と、多数の燃料集合体を囲む炉心槽と、前記原子炉圧力容器と炉心槽との間に形成されたダウンカマと、前記ダウンカマの下方に配置され炉心槽と原子炉圧力容器とを位置決めするラジアルキーと、を有する原子炉の炉内構造物において、
   前記ラジアルキーは炉心槽側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられていることを特徴とする原子炉の炉内構造物。
2. 前記外側部材および前記内側部材が一対の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の炉内構造物。
3. 前記外側部材および前記内側部材を炉心槽の円周方向全体にわたって設置したことを特徴とする請求項２記載の原子炉の炉内構造物。

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