JP2014122856A - 加圧水型原子炉の原子炉構造 - Google Patents

Abstract

【課題】流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、加圧水型原子炉の原子炉構造は、炉心９を収納し、上部側壁に入口ノズル２および出口ノズル１３を有する原子炉容器１と、原子炉容器１内であって炉心９の外周に設けられて原子炉容器１の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽３と、水平方向に広がり炉心槽３の下端と接続し原子炉容器１とともに下部プレナム６を形成する下部炉心支持板８と、炉心槽３の外壁面上であって入口ノズル２に対向する位置に取り付けられた整流部材３１とを備える。整流部材３１は、滑らかな曲面を持った突起を有する形状に形成されていることでもよい。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、加圧水型原子炉の原子炉構造に関する。

一般に加圧水型原子炉においては、冷却材が入口ノズルより原子炉容器内に流入し、原子炉容器の内側面と炉心槽の外側面との間に構成される環状流路であるダウンカマを下降する。ダウンカマ下端に到達した冷却材は下部プレナム入口を通過し、ほぼ半球状の領域である下部プレナムにおいて上昇流に転ずる。

この上昇流は、下部炉心支持板に設けられている多数の縦孔を通過し、燃料集合体が設置されている炉心に到達する。冷却材は、炉心内を上昇しながら温度が上昇する。冷却材は、上部プレナムを経て出口ノズルより原子炉容器の外に出る。出口ノズルから原子炉容器外に出た冷却材は、蒸気発生器に導かれる。

入口ノズルから炉心に至るまでの流路は、渦や流れの衝突などを発生させる要因を極力排除し、各燃料集合体に入る冷却材の流量が安定して一様となるように設計される。例えば下部プレナム内に渦抑制板が設置されているのもこの対策の一つである。

図１３は、従来の炉内構造物の構成における下部プレナム内の流れを概念的に示す部分立断面図である。

ダウンカマ４を下降する流れは下部プレナム入口５を通り、下部プレナム６内に流入する。下部プレナム入口５の流路が狭くなると下部プレナム６への流入流速は増加し、慣性が増大することになる。

この慣性のため、下部プレナム６内の流れとしては図１３に示すように速度の速い流れ１０２が下部プレナム６の炉容器底部７の内面に沿って下降し、炉容器底部７の中央に向かう傾向を持つ。

この流れの傾向により、下部炉心支持板８を通過する冷却材は中央部２５の方が周辺部２６に比べて流量が多くなるような流量分布となる。すなわち、下部炉心支持板８の上方に配置される図示しない燃料集合体において、中央部２５の上方に配された燃料集合体に供給される冷却材流量が、周辺部２６の上方に配された燃料集合体に比べて多くなる傾向が現れやすい。

特開２００７−１６３４７７号公報

入口ノズルが原子炉容器の円筒側面に対して垂直に取り付けられている従来の加圧水型原子炉の原子炉容器では、環状流路を下降する流れにおいて周方向に一様性を大きく欠く流れの分布が現れ、炉心入口流量分布の均一性を害する方向に作用していた。

また、入口ノズルの取り付け位置の下方で流速が遅くなることは、その周辺、つまり隣接する入口ノズルからの流れと衝突する領域の流速が大きくなる可能性が高く、その場合、炉心入口での冷却材流れの変動に関しても悪い方向に作用していた。

また、このような炉心流量分布の非一様性を緩和するために下部プレナム入口５に円筒状多孔板を設置することがあるが、周辺部の燃料集合体への冷却材供給を減少させる作用があること、各ループの流量バランス及び上部プレナムの構造物配置などによる流れの特徴により、原子炉容器１の各出口ノズルへ向かう冷却材の流れが複雑で不安定になるという問題がある。

そこで、本発明の実施形態は、上記問題点を解決するために、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、前記炉心槽の外壁面上であって前記入口ノズルに対向する位置に取り付けられた整流部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、前記下部プレナム内に設けられて複数の流路孔を有し、下方に向かって凸状のドーム状整流板と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、鉛直軸を中心とした環状の板材であって半径方向外側は前記原子炉容器の内面との間に隙間を形成し前記原子炉容器内面に沿って下降する流れを上方に導くような断面形状に形成され前記下部プレナム内に前記原子炉容器の内面に沿って設けられた複数の整流リングと、前記原子炉容器内に取り付けられて前記整流リングのそれぞれを支持する複数の整流リング支持部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、前記炉心の上部であって前記炉心槽の内側に形成された上部プレナム内に設けられて上下方向に延びる複数の制御棒クラスタ案内管と、前記上部プレナムから前記出口ノズルに至る流路を水平方向に放射状に分割するように前記制御棒クラスタ案内管の間の流路を塞いで取り付けられた上下に延びた仕切り板と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態は、炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、前記炉心の上部であって前記炉心槽の内側に形成された上部プレナム内に設けられて上下方向に延びる複数の制御棒クラスタ案内管と、を備え、前記制御棒クラスタ案内管のそれぞれの側面には、下部から流入した冷却材を外部に排出する冷却材流出孔が形成され、前記制御棒クラスタ案内管のそれぞれにおいて前記冷却材流出孔の向きと前記上部プレナムの鉛直中心線を通る面の半径方向とのなす角度は、プラスマイナス９０度以内である、ことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す全体立断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の突起部材まわりの構成を示す部分立断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の突起部材を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る炉内構造物の突起部材を示す立断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る炉内構造物のドーム状整流板の貫通孔部分を示す立断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す水平断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物の効果を説明するための水平断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す水平断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す部分縦断面図である。 従来の炉内構造物の構成における下部プレナム内の流れを概念的に示す部分立断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る炉内構造物について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す全体立断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の突起部材まわりの構成を示す部分立断面図である。

原子炉容器１には、入口ノズル２および出口ノズル１３が取り付けられている。原子炉容器１内には、炉心９が収納されている。炉心９は、下部および上部をそれぞれ下部炉心支持板８および上部炉心支持板１２に支持されている。また、炉心９の周囲は炉心槽３に囲まれている。

原子炉容器１の下部である炉容器底部７は滑らかな曲面によって原子炉容器１の底部を形成している。炉容器底部７と下部炉心支持板８とは、炉心９に流入する冷却材の空間である下部プレナム６を形成する。

炉心９の上方には、上部炉心板１０が設けられている。上部炉心板１０、その上方に設けられた上部炉心支持板１２および炉心槽３は、炉心９の出口の冷却材の空間である上部プレナム１１を形成する。上部プレナム１１内には、複数の制御棒クラスタ案内管１４が上下に貫通して設けられている。

入口ノズル２に対向する位置の炉心槽３の外壁には、整流部材としての突起部材３１が取り付けられている。なお、突起部材３１の取り付け位置は、入口ノズル２から流入する冷却材に接触する位置であれば入口ノズル２中心の正面でなくてもよい。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る炉内構造物の突起部材を示す正面図であり、入口ノズル２側からの矢視を示す。破線は、厚みの等高線を示す。周辺からなだらかな曲面を有して厚みを増し、頂部３１ａにおいて最も厚くなっている。なお、曲率に分布を持たせてもよい。

なお、図３では、頂部３１ａの正面から見た位置は上方に偏心している場合を示しているが、中央にあってもよい。入口ノズル２から流入する冷却材の流動状況に対して最も望ましい頂部３１ａの位置、曲面の形状を、解析あるいは流動実験等に基づいて設定することでもよい。また、突起部材３１の取り付け位置についても同様である。

以上のような本実施形態の構成により、入口ノズル２から流入した冷却材は、正面にある炉心槽３の外壁に向かって流れ、突起部材３１に最初に到達する。突起部材３１に到達した冷却材は、突起部材３１の曲面に沿って流れ、炉心槽３の外壁で広がる。

炉心槽３の外壁に衝突して流れが大きく乱れる代わりに、突起部材３１の曲面に沿って流れるため、炉心槽３の外壁における冷却材の流れは乱れの少ない流れとなる。

その後、冷却材は、原子炉容器１の内壁と炉心槽３の外壁とに囲まれた環状空間であるダウンカマ４を降下する。ダウンカマ４を下降した冷却材は、下部プレナム入口５を経て下部プレナム６に流入する。

炉心槽３の外壁において乱れの少ない流れであるため、乱れの少ない流れの状況で下部プレナム６に流入する。

本実施形態によれば、整流部材としての突起部材３１を環状流路における入口ノズル２から流入する冷却材に接触する適切な位置に設置することにより、入口ノズル２から環状流路に流入した複雑で不安定な冷却材の流れを緩和し、流れの方向を滑らかに意図した向きに変えることができ、環状流路を下降する流れにおける周方向の非一様性を緩和することが可能となる。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る炉内構造物の突起部材を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。

本実施形態では、第１の実施形態における突起部材３１に代えて、炉心槽３の外壁の同一箇所に、整流部材としてのスワラー３２が設けられている。スワラー３２には、複数の旋回部３２ａが設けられている。

入口ノズル２（図２参照）から流入してきた冷却材は、炉心槽３に取り付けられたスワラー３２に到達する。スワラー３２に到達した冷却材は、旋回部３２ａに沿って流れるため、炉心槽３の外壁において旋回流となる。スワラー３２を設けることにより炉心槽３に衝突することによる複雑で不安定な流れが緩和され、周方向に流れにくくその分下方向に流れやすくなるような同様な効果を得ることが可能である。

冷却材は、旋回流となることにより、流れの向きの揃った乱れの少ない状態で、原子炉容器１の内壁と炉心槽３の外壁とに囲まれた環状空間であるダウンカマ４を下方に降下し下部プレナム入口５を経て下部プレナム６に流入する。炉心槽３の外壁において乱れの少ない流れであったため、乱れの少ない流れの状況で下部プレナム６に流入する。

本実施形態によれば、整流部材としてのスワラー３２を環状流路における入口ノズル２から流入する冷却材に接触する適切な位置に設置することにより、入口ノズル２から環状流路に流入した複雑で不安定な冷却材の流れを緩和し、流れの方向を滑らかに意図した向きに変えることができ、環状流路を下降する流れにおける周方向の非一様性を緩和することが可能となる。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。

下部プレナム６内であって、下部炉心支持板８の下方に、ドーム状整流板４２が設けられている。ドーム状整流板４２は、下方に凸状をなした形状の板である。ドーム状整流板４２の凸状の曲面の形状は、炉容器底部７の曲面の形状と相まって、ドーム状整流板４２と炉容器底部７とにより形成される流路が、最も流動抵抗が少ない形状となっていることが望ましい。

ドーム状整流板４２は下方を中央支持部材４１により支持されている。中央支持部材４１は、炉容器底部７の中央に取り付けられている。また、中央支持部材４１は、中心方向の水平方向に対する角度が、中心に近いほど大きくなるような滑らかな曲面を有する部材である。すなわち、ドーム状整流板４２と炉容器底部７との間の空間を下降してきた冷却材の流れの方向を上方に転向させるように形成されている。

下部炉心支持板８の半径方向の端部の下部プレナム入口５の近傍には、下部炉心支持板８とほぼ同外径で環状のサポートリング４３が設けられている。サポートリング４３の内側面と、ドーム状整流板４２の外側面との間には間隙がある。下部プレナム６でのドーム状整流板４２の前後の差圧によりドーム状整流板４２の端部が広がるときの径方向の広がり寸法からこの間隙寸法が設定される。

サポートリング４３の外側の面は、サポートリング４３の後流側に渦などの流れの変動を誘発しないように滑らかな傾斜を有している。また、ドーム状整流板４２の内側の端部は、ドーム状整流板４２の後流側に渦などの流れの変動を誘発しないように滑らかな傾斜を有している。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る炉内構造物のドーム状整流板の貫通孔部分を示す立断面図である。ドーム状整流板４２には、複数の流路孔４４が形成されている。流路孔４４は、鉛直方向に形成されている。

なお、図６では、流路孔４４は鉛直方向に形成されているが、下部炉心支持板８に流入する冷却材の流れが、中央部２５および周辺部２６に望ましい配分がなされるように、流路孔４４の傾きを設定してもよい。また、中心からの距離に応じて、流路孔４４の傾きを変化させてもよい。

また、流路孔４４の流路面積は、全て同一であってもよいし、半径方向に面積を変化させてもよい。また、同一面積の流路孔４４の密度を半径方向に変化させてもよい。

ドーム状整流板４２と炉容器底部７とにより形成される流路における中央支持部材４１を含めた流動抵抗による圧力損失、ドーム状整流板４２の流路孔４４における圧力損などによる下部プレナム６における圧力損失と、下部炉心支持板８に流入する流量の中央部２５と周辺部２６への流量配分の両者を望ましい範囲にするように、ドーム状整流板４２、中央支持部材４１および流路孔４４の形状等が設定される。

以上のように構成された本実施形態によれば、下部プレナム入口５を通過した冷却材は、慣性のため炉容器底部７の内面に沿ってドーム状整流板４２と炉容器底部７間の環状流路を下降し中心方向に流れる。その一部が順次流路孔４４を通過してドーム状整流板４２の上部空間に移行し、残りは炉容器底部７の中心に向かうが、滑らかな曲面を持った中央支持部材４１により互いに衝突することなく上方向に流れの向きを変えられる。

このようにして、炉容器底部７内の渦や流れの衝突など流れの変動を緩和することが可能となる。また、炉容器底部７での流路面積が広くなることにより流速が遅くなり、圧力損失を低減することができる。また、ドーム状整流板４２に設けられた流路孔４４を通過することにより下部炉心支持板８に到達する流れの非一様性を緩和することができる。

さらに、ドーム状整流板４２の底部に流体力が加わることによりドーム状整流板４２の端部が外側に広がり、サポートリング４３に接触することで振動を抑制することが出来るため、ドーム状整流板４２の振動防止のための拘束用の構造物が必要なくなり圧力損失を低減することができる。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［第４の実施形態］
図７は、本発明の第４の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。

下部プレナム６内に、複数の整流リング５１が設けられている。整流リング５１は、原子炉容器１の鉛直中心軸を中心にしたリング状の板であり、言い換えれば、径に対する高さの比が小さい円筒である。

この円筒状の整流リング５１の外側と、原子炉容器１の内壁とは密着せずに、下部プレナム入口５から下部プレナム６に流入し、原子炉容器１の内壁に沿って下降する冷却材流れを上方に導くような断面形状に形成されている。すなわち、円筒の外側は、中心に向かうほど水平方向に対する傾きが急になっている。

整流リング５１は、下部を複数の整流リング支持部材５２で支持されている。なお、図７では、整流リング５１は下部で整流リング支持部材５２に支持されている場合を示しているが、原子炉容器１の内壁に沿った流れの障害にならなければ、たとえば、側部から支持されていてもよい。

整流リング５１は、原子炉容器１の炉容器底部７に沿って複数設けられている。これら複数の整流リング５１は、炉容器底部７に沿って、原子炉容器１の内壁への取り付け高さが低くなり、また、順次径が小さくなる。また、整流リング５１の立断面における曲面は、図７に示すように、据付高さが低いほど、すなわち、下流側になるほど、中心方向に向けての傾きが大きくなる。

なお、整流リング５１の外側形状は、図７に示すように滑らかな曲面の場合を示したが、これに限らない。たとえば、断面形状が、直線的に変化するものでもよい。

原子炉容器１の内壁に沿った冷却材の流れの最下流である炉容器底部７の中央には、中央整流部材５３が設けられている。中央整流部材５３は、高さ方向に径が小さくなるような円筒形状であり、外側の曲面の形状は、整流リング５１の外側形状と類似である。

以上のように形成された本実施形態においては、ダウンカマ４を降下し下部プレナム入口５から下部プレナム６に流入してきた冷却材は、原子炉容器１の内面に沿って、整流リング５１と炉容器底部７間の環状流路を下降しながら、その一部が、順次、整流リング５１により上方に導かれる。

このようにして、原子炉容器１の内面に沿った冷却材の流れは、下降するにつれて流量が減少し、最終的に中央整流部材５３に到達し、同様に上方に導かれる。このようにして、下部プレナム６においては、原子炉容器１の内面に沿って下降する冷却材は、それぞれの整流リング５１により上方に導かれ、冷却材の流れにおける乱れは低減し、中央部２５あるいは周辺部２６に偏ることなく下部炉心支持板８に流入する。

このように、本実施の形態によれば、下部プレナム入口５を通過した冷却材は、慣性のため炉容器底部７に沿って下降しながら炉容器底部７の中心に向かうが、滑らかな曲面を持った複数の整流リング５１により互いに衝突することなく上方向に流れの向きを変えられ、炉容器底部７内の渦や流れの衝突など流れの変動を緩和することが可能となる。また、炉容器底部７の流路面積が広く流速が遅い範囲で流れの向きが変えられるため、圧力損失を低減することができる。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［第５の実施形態］
図８は、本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物まわりの構成を示す部分立断面図である。炉心槽３、上部炉心板１０および上部炉心支持板１２は、これらにより囲まれた空間である上部プレナム１１を形成している。

上部プレナム１１を囲む炉心槽３の出口ノズル１３に対向する部分には、出口ノズル１３と接続して流路を形成する炉心槽開口部３ａが形成されている。炉心９から上部炉心板１０を通過して上方の上部プレナム１１に流出した冷却材は、炉心槽開口部３ａを通過し出口ノズル１３から原子炉容器１外に流出する。

また、複数の制御棒クラスタ案内管１４が上部プレナム１１を上下に貫通している。制御棒クラスタ案内管１１は、炉心９の反応度を制御するために図示しない燃料集合体内を鉛直方向上下に挿入・引抜される図示しない制御棒クラスタおよびその駆動部との連結構造を内包する四角筒形状の案内管である。

制御棒クラスタ案内管１４間には、横方向の流れの流路が形成されるが、その一部には、図８に示すように仕切り板６１がこの横方向の流路を塞ぐように上下に延びて設けられている。仕切り板６１は、制御棒クラスタ案内管１４に密着するように設けられることが望ましいが、必ずしも密着することは必須ではない。上部プレナム１１内どうしの箇所であり大きな差圧は生じないことから、密着しないことによるリーク量が十分に許容できる範囲であれば、多少の間隙はあってもよい。

図９は、本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す水平断面図である。図９は、上部プレナム１１の部分の水平断面を示している。上部プレナム１１は、周囲が炉心槽３に囲まれている。また、上部プレナム１１内を上下に制御棒クラスタ案内管１４が貫通しているため、上部プレナム１１内の冷却材は、制御棒クラスタ案内管１４の外側を流れる。また、２か所の出口ノズル１３は、上部プレナム１１と連通している。

上部プレナム１１を８つのエリアに区分するように、上部プレナム１１の中央から放射状に４５度間隔の方向で、仕切り板６１が制御棒クラスタ案内管１４の間に設けられている。また、最外周の制御棒クラスタ案内管１４と炉心槽３との間には、仕切り板６１は設けられていない。

なお、８つのエリアに分割するために４５度間隔の方向に仕切り板６１を設ける場合を示したがこれに限らない。分割の数は、中心から冷却材が放射状に外側に流れるように設けられれば、８つの区画より多い場合でも少ない場合でもよい。

また、方向の間隔についても等分割には限らない。たとえば、出口ノズル１３の方角と、これに直角な方角とを考慮して、間隔がそれぞれに異なっていてもよい。

以上のように構成された本実施形態においては、下方の炉心９から上部プレナム１１に流出してきた冷却材は、流れの向きを水平方向に変えて、制御棒クラスタ案内管１４の間を通過して流れる。このとき、制御棒クラスタ案内管１４の間に上部プレナム１１内を放射状に仕切り板６１が設けられているので、基本的に、周方向には大きな流れは生じずに、径方向に向かう流れが主流となる。

すなわち、上部プレナム１１内の各区画内で半径方向の流れが形成される。これらの流れは、炉心槽３の内壁に到達すると、冷却材の流れは向きを変えて、炉心槽３の内壁に沿った炉心槽開口部３ａに向かう流れとなる。この後、冷却材は、炉心槽開口部３ａを経て出口ノズル１３から原子炉容器１の外部に流出する。このように、上部プレナム１１において、冷却材の流れにおける乱れは低減した状態で、原子炉容器１から流出する。

図１０は、本発明の第５の実施形態に係る炉内構造物の効果を説明するための水平断面図である。図１０は、本実施形態の構成を有しない従来の上部プレナム１１内の冷却材の流れを示している。

図１０に示すように、この場合は、上部プレナム１１内の流れが大きく２つの出口ノズル１３に集中して向かう流れに２分される。このために、局所的に流速が速い部分が生じて、流れが乱れた状態で、出口ノズル１３から原子炉容器１外に流出する。

一方、本実施形態による構成では、上部プレナム１１内の半径方向に向かう放射状流れの速度が均一化され、仕切り板６１が無い図１０に示す従来構造のように制御棒クラスタ案内管１４の外側の流れが出口ノズル１３に向かって集中し局所的に流速が速くなる事象が緩和される。このように本実施形態による上部プレナム１１内の整流効果は明確である。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［第６の実施形態］
図１１は、本発明の第６の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す水平断面図である。また、図１２は、本発明の第６の実施形態に係る炉内構造物の構成を示す部分縦断面図である。本実施形態は、第５の実施形態の変形である。

制御棒クラスタ案内管１４は、下方は制御棒クラスタが移動するため開放されており、燃料集合体内を通過する冷却材の一部は、制御棒クラスタ案内管１４内を上昇する。このため、制御棒クラスタ案内管１４の側面には、この冷却材を制御棒クラスタ案内管１４の外側の上部プレナム１１内に放出するための冷却材流出孔６２が形成されている。

図１１に示す炉心の図１１の第３象限の各制御棒クラスタ案内管１４のそれぞれの４つの面の内２つの面に線分で表示しているが、この線分は、冷却材流出孔６２を有する面を示している。他の象限の各制御棒クラスタ案内管１４も第３象限に対称に同様に冷却材流出孔６２を有する側面を２つ有している。

それぞれの側面においては、図１２に示すように上下に２つの冷却材流出孔６２が形成されている。なお、冷却材流出孔６２の数は、２つに限定されず、制御棒クラスタ案内管１４内の流れの状況が図示しない燃料集合体内の流れに悪影響を与える等の問題がなければ１つでも、あるいは３つ以上でもよく、上部プレナム１１内への流出等を考慮して設定すればよい。

また、冷却材流出孔６２を形成している側面には、隣接している側面の場合と対向する側面の場合の２つの種類がある。２つの出口ノズル１３間を結ぶ垂直面に平行な方向およびこれと垂直の方向に設けられた仕切り板６１と連絡する制御棒クラスタ案内管１４の場合は、仕切り板６１と連絡する側面以外の２つの側面に冷却材流出孔６２が形成されている。したがって、この場合は、冷却材流出孔６２の向きは、上部プレナム１１の中心から半径方向に対してのなす角度は９０度である。

また、これ以外の制御棒クラスタ案内管１４の場合は、隣接する２つの側面に冷却材流出孔６２が形成されており、いずれの冷却材流出孔６２の向きも、上部プレナム１１の中心から半径方向に対してなす角度が９０度未満である。

以上のように構成された本実施形態においては、各制御棒クラスタ案内管１４内を上昇してきた冷却材が冷却材流出孔６２から流出する方向は、上部プレナム１１の中心から半径方向に対してのなす角度が９０度以下である。すなわち、上部プレナム１１の中心から内側には向いておらず、冷却材流出孔６２から流出する冷却材は、上部プレナム１１内の半径方向に広がる流れを乱さないような流れとなっている。

以上のように構成された本実施形態では、径方向に向かう流れがさらに乱されることなく、原子炉容器１から流出する。

以上のように、本実施形態により、流動抵抗を減少させることのできる形状および配置を有する加圧水型原子炉の原子炉構造を提供することができる。

［その他の実施形態］
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。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第１の実施形態または第２の実施形態の特徴を、第３の実施形態または、第４の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。また、これらの組合せのそれぞれに、さらに第５の実施形態および第６の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。

さらに、これらの実施形態は、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、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同様に、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ものである。

１…原子炉容器、２…入口ノズル、３…炉心槽、３ａ…炉心槽開口部、４…ダウンカマ、５…下部プレナム入口、６…下部プレナム、７…炉容器底部、８…下部炉心支持板、９…炉心、１０…上部炉心板、１１…上部プレナム、１２…上部炉心支持板、１３…出口ノズル、１４…制御棒クラスタ案内管、２５…中央部、２６…周辺部、３１…突起部材（整流部材）、３１ａ…頂部、３２…スワラー（整流部材）、３２ａ…旋回部、４１…中央支持部材、４２…ドーム状整流板、４３…サポートリング、４４…流路孔、５１…整流リング、５２…整流リング支持部材、５３…中央整流部材、６１…仕切り板、６２…冷却材流出孔、１０２…速度の速い流れ

Claims (9)

1. 炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、
   前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、
   水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
   前記炉心槽の外壁面上であって前記入口ノズルに対向する位置に取り付けられた整流部材と、
   を備えることを特徴とする加圧水型原子炉の原子炉構造。
2. 前記整流部材は、滑らかな曲面を持った突起を有する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉の原子炉構造。
3. 前記整流部材は、前記入口ノズルから流入した冷却材に旋回流を生ぜしめるための複数の螺旋板を有することを特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉の原子炉構造。
4. 炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、
   前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、
   水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
   前記下部プレナム内に設けられて複数の流路孔を有し、下方に向かって凸状のドーム状整流板と、
   を備えることを特徴とする加圧水型原子炉の原子炉構造。
5. 前記原子炉容器内の最下端に取り付けられて前記ドーム状整流板の中央下部を支持し前記ドーム状整流板と前記原子炉容器下方部内面との間の空間を下降してきた冷却材の流れの方向を上方に転向させる中央支持部材をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の加圧水型原子炉の原子炉構造。
6. 前記流路孔は鉛直方向に形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の加圧水型原子炉の原子炉構造。
7. 炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、
   前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、
   水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
   鉛直軸を中心とした環状の板材であって半径方向外側は前記原子炉容器の内面との間に隙間を形成し前記原子炉容器内面に沿って下降する流れを上方に導くような断面形状に形成され前記下部プレナム内に前記原子炉容器の内面に沿って設けられた複数の整流リングと、
   前記原子炉容器内に取り付けられて前記整流リングのそれぞれを支持する複数の整流リング支持部材と、
   を備えることを特徴とする加圧水型原子炉の原子炉構造。
8. 炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、
   前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、
   水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
   前記炉心の上部であって前記炉心槽の内側に形成された上部プレナム内に設けられて上下方向に延びる複数の制御棒クラスタ案内管と、
   前記上部プレナムから前記出口ノズルに至る流路を水平方向に放射状に分割するように前記制御棒クラスタ案内管の間の流路を塞いで取り付けられた上下に延びた仕切り板と、
   を備えることを特徴とする加圧水型原子炉の原子炉構造。
9. 炉心を収納し、上部側壁に入口ノズルおよび出口ノズルを有する原子炉容器と、
   前記原子炉容器内であって前記炉心の外周に設けられて、前記原子炉容器の内側とともに環状下降流路を形成する炉心槽と、
   水平方向に広がり前記炉心槽の下端と接続し、前記原子炉容器とともに下部プレナムを形成する下部炉心支持板と、
   前記炉心の上部であって前記炉心槽の内側に形成された上部プレナム内に設けられて上下方向に延びる複数の制御棒クラスタ案内管と、
   を備え、
   前記制御棒クラスタ案内管のそれぞれの側面には、下部から流入した冷却材を外部に排出する冷却材流出孔が形成され、
   前記制御棒クラスタ案内管のそれぞれにおいて前記冷却材流出孔の向きと前記上部プレナムの鉛直中心線を通る面の半径方向とのなす角度は、プラスマイナス９０度以内である、
   ことを特徴とする加圧水型原子炉の原子炉構造。

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