JP4202200B2 - 原子炉の炉内構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、原子炉の炉内構造に関し、特に加圧水型原子炉内のダウンカマー部内の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
原子炉の1次冷却系の冷却材の流れに関する、従来技術として、特許文献1〜3があり、図8に従来の加圧水型原子炉の原子炉容器内の基本的構造を示す。
圧力容器である原子炉容器2は、着脱自在の蓋により上部開口が閉じられ、そこから炉心槽4が垂下支持されている。炉心槽4の下部には水平な下部炉心板4aに支持された炉心13を構成する多数の燃料集合体15が下部炉心板4a上に並べられている。
また、原子炉容器2と炉心槽4との間には、冷却材1が流れる環状の流路であるダウンカマー部5が画設されている。さらに、原子炉容器2は、底部に半球面状の下部プレナム8が画設されており、下部炉心支持板12に連結した下部炉心支持柱18が上部連接板11、下部連接板10に連絡している。
【0003】
図9は、ダウンカマー部5内の構造を説明するために、円筒状の炉心槽4の外面を平面に展開した図である。
説明の便宜のため、一対の冷却材出口ノズル17が対称な位置となる軸線を角度0°の軸線とし、反時計回りに角度を規定し、各軸の名称として用いる。
90°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル3が配置され、180°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル17が配置されている。また、270°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル3が配置されている。
炉心槽4の外周面には、略直方体状の熱遮蔽体19が、ダウンカマー部5内に張り出して設置されている。隣接する2つの熱遮蔽体19の間には、冷却材1が下方に向かって流れる、ほぼ均等の間隔で配置された熱遮蔽体間流路21,22が形成されている。
また、熱遮蔽体19の下方には、キー溝構造により炉心槽4の下部と原子炉容器2との位置決めを行うラジアル連結部7が直方体形状に設けられ、ダウンカマー部5内で炉心槽4と原子炉容器2とを連結している。
【0004】
図8に示されるように、冷却材1は冷却材入口ノズル3から流入し、ダウンカマー部5内を下向きに下降流6として流れる。ダウンカマー部5内では、図9に示されるように、冷却材1は熱遮蔽体間流路21,22を主に通って下方に流れ、ラジアル連結部7の間を通って下部プレナム8に流れ込む。
ここで、熱遮蔽体間流路21は、冷却材入口ノズル3の下方に設けられ冷却材1が比較的速い流速で流れる主流路を構成する。一方、冷却材出口ノズル17の下方に設けられた熱遮蔽体間流路22では、冷却材1は主流路と比較して遅い流速で流れる。又、流路の中央にラジアル連結部7が位置している。
また、ダウンカマー部5の下部のラジアル連結部7に到達した冷却材1は、略直方体形状のラジアル連結部7の上部に衝突して剥離流となって、下部プレナム8に流れ込む。下部プレナム8に流れ込んだ冷却材1は、図8に示されるように、下部プレナム8の球面状の内面9により向きを変えられ上昇し、下部連接板10、上部連接板11および下部炉心支持板12等を通過した後、炉心13に流入する。炉心13に流入した上昇流14は、炉心13内の燃料集合体15で発生する熱エネルギーを吸収して高温となり、上部プレナム16の冷却材出口ノズル17を通り、図示しない蒸気発生器へと流出する。
【0005】
【特許文献1】
特許第2999124号公報(第2−3頁、図3、図4)
【特許文献2】
特許第3193532号公報(第3−4頁、図2、図3)
【特許文献3】
特開平8−62372号公報(第2−2頁、図4)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却材は高レイノルズ数の乱流の状態で炉内を流れており、乱流の特性上、小さな渦が発生・消滅を繰り返し、ランダムな速度の流れを繰り返し有している。又、上述したようにダウンカマー部5の下部のラジアル連結部7において、冷却材1の流れに剥離が起こり、物体後流の剥離渦ができる。特に、冷却材出口ノズル17の下方の0°軸線、180°軸線にあるラジアル連結部7により発生した剥離流は、2つの主流路21を通って下部プレナム8内に流れ込んだ主流同士が下部プレナム8の中心付近で衝突した衝突流と合流することがあり、合流の仕方によってはこれらの渦が安定、或いは発展する可能性があり得る。
もし、このような状態が起こると、炉心13に流れ込む冷却材1の流量に変化をもたらす。原子炉の出力性能に問題はなくても、流量分布の変化をなくすことが原子炉の安定した管理のためには望ましい。
【0007】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ダウンカマー部のラジアル連結部における剥離流の発生を抑え、剥離渦を抑制すると共に、剥離流と衝突流のランダムな合流を抑制して安定した炉内流動を実現する原子炉の炉内構造を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る原子炉の炉内構造は、冷却材入口ノズルと、底部に下部プレナムを画設する圧力容器と、この圧力容器内に配置された炉心と、この炉心の周囲に配置された炉心槽と、圧力容器と炉心槽との間に画設される環状のダウンカマー部と、炉心槽の外周に設けられ、ダウンカマー部内に張り出した複数の熱遮蔽体と、ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部とを備え、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かってダウンカマー部を流れる原子炉において、ラジアル連結部は、ダウンカマー部を流れラジアル連結部に衝突する冷却材による剥離流の発生を抑制するように、ラジアル連結部の冷却材衝突側が流線形状をなし、前記ダウンカマー部内には、隣接する2つの熱遮蔽体に囲まれて、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かって流れる熱遮蔽体間流路が複数形成され、熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの直下に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成されたことを特徴とするものである。
さらに、熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成されてもよい。
また、熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この実施の形態1に係る原子炉の炉内構造を示す断面図である。この原子炉は加圧水型原子炉であり、その炉内構造は、原子炉容器2は、着脱自在の蓋により上部開口が閉じられ、そこから炉心槽4が垂下支持されている。炉心槽4の下部には水平な下部炉心板4aに支持された炉心13を構成する多数の燃料集合体15が下部炉心板4a上に並べられている。
また、原子炉容器2と炉心槽4との間には、冷却材1が流れる環状の流路であるダウンカマー部31が画設されている。ダウンカマー部31の下部で、下部炉心支持板12の外側には、炉心槽4を原子炉容器2に対して固定するラジアル連結部32が設けられている。
さらに、原子炉容器2は、底部に半球面状の下部プレナム8が画設されており、下部炉心支持板12に連結した下部炉心支持柱18が上部連接板11、下部連接板10に連絡している。
【0010】
図2は、実施の形態1に係る原子炉のダウンカマー部31内の構造を説明するために、円筒状の炉心槽4の外面を平面に展開した図である。
0°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル17が配置され、90°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル3が配置されている。また、180°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材出口ノズル17が配置され、270°軸線に対して対称な位置に一対の冷却材入口ノズル3が配置されている。
炉心槽4の外周面には、冷却材入口ノズル3が配置された90°軸線を挟んで対称に、略直方体状の熱遮蔽体33が配置され、その間には、熱遮蔽体間流路の一つとして、流路幅WMの主流路35が形成されている。また、これらの熱遮蔽体33の対向する上部角部34には円弧状に角丸みが形成されている。
また、同じく冷却材入口ノズル3が配置された270°軸線を挟んで対称に、略直方体状の熱遮蔽体36が配置されている。また、270°軸線上には、冷却材入口ノズル3側の先端37が流線形状の曲面に形成された棒状の狭路生成部材38が設けられている。熱遮蔽体36間には、狭路生成部材38を挟んで、流路幅WM1とWM2の和からなる流路幅を有する主流路39が熱遮蔽体間流路として形成されている。
【0011】
一方、冷却材出口ノズル17が配置された180°軸線上にも先端40が流線形状の曲面に形成された剥離抑制部材41が設けられている。180°軸線上の剥離抑制部材41を挟んで両側には、それぞれ流路幅WS1、WS2とからなる熱遮蔽体流路42が形成されている。
また、冷却材出口ノズル17が配置された0°軸線上には、冷却材出口ノズル17側の先端43が流線形状の曲面に形成された剥離抑制部材44が設けられている。0°軸線上の剥離抑制部材44を挟んで両側には、それぞれ流路幅WS3、WS4とからなる熱遮蔽体流路45が形成されている。
【0012】
ここで、主流路35の流路幅WMは、流路幅がWS1とWS2の和である熱遮蔽体流路42及び流路幅がWS3とWS4の和である熱遮蔽体流路45のそれぞれの流路幅よりも狭く構成されている。
また、流路幅WM1とWM2との和で主流路39の流路幅は、同じく熱遮蔽体流路42,45の流路幅よりも狭く構成されている。
【0013】
ラジアル連結部32の詳細な形状を図3〜5に示す。
ラジアル連結部32は、図3(a)、(b)、(c)の三面図に示されるように、原子炉容器2に溶接にて固定されているラジアルサポート部51と、炉心槽4に溶接にて固定されているラジアルキー部52とから構成されている。
ラジアルサポート部51は、図4(a)に斜視図で示されるように、例えば、楕円形状である流線形状をしており、上部から垂直に、矩形断面をしたキー溝53が形成されている。
一方、ラジアルキー部52は、図4(b)に斜視図で示されるように、例えば、楕円形状である流線形状をしている。また、上部が流線形状であって、略直方体形状のキー54が突起している。このキー54が、キー溝53に上方から挿入され嵌合して、原子炉容器2に対して炉心槽4が位置決めされて固定される。
キー54がキー溝53に挿入され嵌合した状態を図5に示す。
この組み付け状態において、ラジアルサポート部51とラジアルキー部52とは、外周面が流線形状になった、ほぼ段差のない一つの曲面となるように構成されている。
【0014】
次に、この発明の実施の形態に係る原子炉の内部構造の冷却材の流れを図2に基づいて説明する。
90°軸線付近にある一対の冷却材入口ノズル3から流入した冷却材1同士は合流して流速を速め、主流路35を通ってダウンカマー部31を下降する。270°軸線付近にある一対の冷却材入口ノズル3から流入した冷却材1同士も合流して流速を速め、主流路39を通ってダウンカマー部31を下降する。
また、冷却材入口ノズル3から流入した冷却材1の一部は周方向に分散しながら、0°軸線及び180°軸線付近の熱遮蔽体流路45及び42を通って下降する。
【0015】
主流路35及び39は、熱遮蔽体流路45及び42に比較して流路幅が狭く、旋回流の発生に影響を与えることが少なくなるように流速を遅くした状態で下部プレナム8に流れ込む。また、主流路35を流れる冷却材1において、熱遮蔽体33の上部角部34が曲面形状に形成されているので、冷却材1がこの部分に衝突しても剥離流が形成されることなく主流路35を下方に流れる。
狭路生成部材38,剥離抑制部材41,44の先端37,40,43はそれぞれの流線形状にされているので冷却材1の流れが剥離することなく、整流化されて下方に流れる。
その後、ラジアル連結部32に到達した冷却材1は、ラジアル連結部32の流線形状により剥離の発生が抑制されながら下部プレナム8に流れ込む。
このように、ラジアル連結部32が流線形状に形成されているので、ダウンカマー部5を下方に向かって流れる冷却材1がラジアル連結部32に衝突しても剥離流が発生しないので、その後流において剥離渦が発生するのを抑制できる。また、冷却材入口ノズル3の直下の流量を抑えるため、主流路35の流路を狭くし、且つ、又、狭路生成部材38により主流路39の流路を狭くすることにより、衝突流を緩和させることができると共に、0°、180°方向の流量を増やして、周方向の流量分布を均一にすることができる。
【0016】
実施の形態2.
実施の形態1に係る原子炉の炉内構造は、実施の形態1におけるラジアル連結部の構造を変更したものである。
図6(a)に示されるように、原子炉容器2に固定されるラジアルサポート部61は、従来から用いられているもので略直方体形状の上方から垂直にキー溝63が形成されている。一方、図6(b)に示されるように、炉心槽4に固定されるラジアルキー部62は、略楕円形状であり、下部にはラジアルサポート部61の上面及び側面を組み付け時に覆うように形成された矩形の凹部64が形成されている。凹部64の上部中央には、キー溝63に嵌合する細長直方体のキー65が突起している。
【0017】
このように、ラジアルキー部62は、従来から用いられている直方体形状のラジアルサポート部61に嵌合して固定されるので、図7に示されるように、炉心槽4に固定するラジアルキー部62のみを流線形状にしてラジアルサポート部61を覆うことによって、既設の原子炉においても剥離渦の発生を抑制し、流れの変動を抑制できる。
【0018】
なお、上述した実施の形態において、ラジアル連結部32は略楕円形状に形成されているが、ラジアル連結部32に衝突する冷却材1の流速に応じて、剥離の発生抑制に効果的な流線形状であれば、これに限定されるものではなく、例えば水滴形状でもよい。
また、主流路35は、両側面の熱遮蔽体33の幅を大きくして流路幅を狭くしたが、270°軸線上と同様に狭路生成部材38を設けて流路幅を狭くしてもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部が流線形状をしているので、剥離流の発生を抑え、この剥離流に起因する剥離流や衝突流とのランダムな合流により起こり得る渦の安定や発展を抑制することができる。
また、ダウンカマー部内の隣接する2つの遮蔽体に囲まれた、冷却材が流れる熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの直下に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成されているので、主流の流速を遅くして、衝突流や剥離流・剥離渦との合流の発生をさらに抑制することができる。また、0°〜360°方向の流量の分布の均一化が図られ、その結果炉心に流れる流量を均一にすることができ、原子炉の運転、出力管理に寄与することができる。
請求項2に記載の発明によれば、熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成されているので、冷却材が、熱遮蔽体上部に衝突して剥離流を形成するのを抑制でき、また、冷却材流れの圧力損失を低減できる。
請求項3に記載の発明によれば、熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられているので、熱遮蔽体間流路を流れる冷却材が剥離するのを抑制できる。また、熱遮蔽体間の流路幅を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態1に係る原子炉の炉内構造を示す立断面図である。
【図2】 図1の炉心槽の外面を平面に展開した図である。
【図3】 図1のラジアル連結部を示す図で、(a)は平面断面図、(b)は側面断面図、(c)は正面図である。
【図4】 図1のラジアル連結部の構造を説明する図であり、(a)はラジアルサポート部の斜視図、(b)はラジアルキー部の斜視図である。
【図5】 図1のラジアル連結部の斜視図である。
【図6】 実施形態2に係る原子炉の炉内構造に用いられるラジアル連結部の構造を説明する図であり、(a)はラジアルサポート部の斜視図、(b)はラジアルキー部の斜視図である。
【図7】 実施形態2に係るラジアル連結部の構造を説明する図であり、図1のラジアル連結部の斜視図である。
【図8】 従来の原子炉の炉内構造を示す立断面図である。
【図9】 図8の炉心槽の外面を平面に展開した図である。
【符号の説明】
1 冷却材、2 原子炉容器、3 冷却材入口ノズル、4 炉心槽、8 下部プレナム、13 炉心、31 ダウンカマー部、32 ラジアル連結部、34 上部角部、35,39 主流路(熱遮蔽体間流路)、40,43 先端、41,44 剥離抑制部材、42,45 熱遮蔽体間流路。
Claims (3)
- 冷却材入口ノズルと、底部に下部プレナムを画設する圧力容器と、この圧力容器内に配置された炉心と、この炉心の周囲に配置された炉心槽と、圧力容器と炉心槽との間に画設される環状のダウンカマー部と、
炉心槽の外周に設けられ、ダウンカマー部内に張り出した複数の熱遮蔽体と、
ダウンカマー部内に設けられ炉心槽を圧力容器と連結するラジアル連結部と、とを備え、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かってダウンカマー部を流れる原子炉において、
ラジアル連結部は、ダウンカマー部を流れラジアル連結部に衝突する冷却材による剥離流の発生を抑制するように、ラジアル連結部の冷却材衝突側が流線形状をなし、
前記ダウンカマー部内には、隣接する2つの熱遮蔽体に囲まれて、冷却材が冷却材入口ノズルから導入され下部プレナムに向かって流れる熱遮蔽体間流路が複数形成され、
熱遮蔽体間流路のうち、冷却材入口ノズルの直下に配置された主流路が、他の熱遮蔽体間流路に対して、流路幅が狭く形成されたことを特徴とする原子炉の炉内構造。 - 熱遮蔽体は、冷却材入口ノズル側の角部が曲面形状に形成された請求項1に記載の原子炉の炉内構造。
- 熱遮蔽体間には、冷却材入口ノズル側の先端が流線形状に形成された剥離抑制部材が設けられた請求項1または2に記載の原子炉の炉内構造。
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