JP4220845B2 - 原子炉の炉内構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【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、特に原子炉容器の下部プレナム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４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。
冷却材１は、原子炉容器２の上部の両端に形成された一対ずつの冷却材入口ノズル３から流入し、原子炉容器２と炉心槽４との間の環状に形成された下降流路、すなわちダウンカマー部５内を下向きに下降流６として流れ、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キー部７を通過し、下部プレナム８に至る。下部プレナム８では、冷却材１は、球面状の内面９に沿って向きを変えられ、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。その後、冷却材１は、蒸気発生器内の冷却水に熱を伝え加熱沸騰させた後、冷却材循環ポンプにより再び原子炉容器２に送られ、冷却材入口ノズル３より原子炉容器２内に戻される。
【０００３】
【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）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、ランダムな速度の成分を有して流れている。一方、ダウンカマー部５の下部のラジアルキー部７において、冷却材１の流れに剥離が起こり剥離流となり、物体後流の剥離渦が発生する。このような状態で、冷却材１が下部プレナム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、さらに、これらが衝突流となって剥離流と合流すると、複雑な流れになるだけでなく、合流の仕方によってはこれらの渦が安定、あるいは助長され、炉心に流入する流量分布が変動する可能性もあり得る。原子炉の出力性能に問題はなくても、安定・最適な流量分布・流動状態を常に形成することが、流体上また安定した原子炉のために望ましい。
【０００５】
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、下部プレナムにおいて、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。
【０００６】
【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、上部に冷却材入口ノズルが設けられ、底部に半球面状の下部プレナムが画設された圧力容器と、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を備え、下部炉心支持板に連結した下部炉心支持柱が連接板を貫通して下部プレナムの底部に向かって延びている原子炉において、下部プレナム内には、冷却材入口ノズルから導入されダウンカマー部を流れて下部プレナム内に異なる方向から流れ込んだ冷却材同士の衝突を避けて、冷却材を炉心側に上昇させる形状の外周面を有する連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドが、連接板用フローガイドは連接板の外周縁を覆うように配置され、下部炉心支持柱用フローガイドは下部炉心支持柱の周囲を覆うように配置されていることを特徴とするものである。
また、連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面は、先細の円筒状であってもよく、４つの台形面から構成されていてもよい。
さらに、連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面には、径方向に延びる板状の周方向流れ抑制部材を設けてもよい。
【０００７】
【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、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の上部の両端には、一対ずつの冷却材入口ノズル３が設けられ、９０°位相のずれた位置には、それぞれ一対ずつの冷却材出口ノズル１７が設けられている。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。ダウンカマー部５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キー部７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４２（１８）が上部連接板１１及び下部連接板１０を貫通して、下部プレナム８の底部に向かって延び緩衝板２０に連絡している。
下部連接板１０の周囲には、図２に詳述する連接板用フローガイド３１が下部連接板１０の外周縁１０ａを覆うように配置されている。下部プレナム８の底部には、図３に詳述する下部炉心支持柱用フローガイド４１が、下部炉心支持柱４２の周囲を覆うように配置されている。
【０００８】
図２に示されるように、連接板用フローガイド３１は、上方に向かうにつれて傾斜が大きくなる曲面からなる外周面３３を有し、先細の円筒状である。外周面３３は中心側が凸形状になるように内側にくぼんでいる。
外周面３３には、径方向に延びる矩形の板状部材である周方向流れ抑制部材３２が円周方向に例えば８つ配置されている。周方向流れ抑制部材３２は、円周状に均等な間隔をおいて配置されているが、均等ではなく、冷却材１の主流が流れる付近に、より狭い間隔をおいて密に配置するようにしてもよく、８つに限定されるものでもない。
図３に示されるように、下部炉心支持柱用フローガイド４１は、それぞれ中心側にくぼんだ４つの台形面からなる外周面４３を有し、内部を下部炉心支持柱４２が貫通し、底部４４で緩衝板２０に接続されている。
【０００９】
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１に基づいて説明する。
冷却材１は、原子炉容器２の上部の両端の冷却材入口ノズル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、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キー部７を通過し、下部プレナム８に至る。
下部プレナム８に到達した冷却材１は、球面状の内面９に沿って下部プレナム８の中心に向かって進むが、連接板用フローガイド３１の外周面３３に沿って向きを変え、炉心１３側に上昇する。また、下部プレナム８の内面９と連接板用フローガイド３１との間を通過した冷却材１も、下部炉心支持柱用フローガイド４１の外周面４３に沿って向きを変え、炉心１３側に上昇する。
このように、下部プレナム８に流れ込んだ冷却材１が、連接板用フローガイド３１及び下部炉心支持柱用フローガイド４１に沿って上昇し、冷却材１同士が下部プレナム８中心付近で衝突しない。したがって、冷却材１は炉心１３に常に均一に流れ込み、また流れを整流化して乱流渦、剥離渦の発展を抑制することにより、冷却材１の流れの圧力損失を低減することができる。
また、連接板用フローガイド３１の外周面３３に設けられた周方向流れ抑制部材３２によって、外周面３３に沿って上昇する冷却材１の一部が連接板用フローガイド３１の周方向に流れるのを遮り、流れを整流化して乱流渦、剥離渦の発展を防止できる。
【００１０】
なお、上述した実施の形態において、連接板用フローガイド３１、下部炉心支持柱用フローガイド４１の形状は、上述した形状に限定されるものではなく、下部プレナム８内に異なる方向から流れ込む冷却材１同士の衝突を避けて、冷却材１を炉心１３側に上昇させることができる形状であればよい。
また、下部炉心支持柱用フローガイド４１を、連接板用フローガイド３１のような先細の円筒状にしてもよい。さらに、下部炉心支持柱用フローガイド４１の外周面４３に周方向流れ抑制部材３２のような形状の部材を設けてもよい。
また、連接板用フローガイド３１は、上部連接板１１の上部に設けてもよい。これによっても、冷却材１の流れを整流化し、乱流渦、剥離渦の発生、発展を抑制することができる。
【００１１】
【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、下部プレナム内には、冷却材入口ノズルから導入されダウンカマー部を流れて下部プレナム内に異なる方向から流れ込んだ冷却材同士の衝突を避けて、冷却材を炉心側に上昇させる形状の外周面を有する連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドを設けたので、下部プレナムにおいて、流れを整流化して乱流渦、剥離渦の発展を抑制し、安定した炉内流動を実現することができる。
その場合に、連接板用フローガイドは連接板の外周縁を覆うように配置されているので、冷却材が互いに衝突するのを回避して連接板の上下を下部プレナムの中心に向かって進み、流れが整流化され、乱流渦、剥離渦の発生、発展を抑制することができる。また、流れの整流化および渦の抑制化により、冷却材の流れの圧力損失を低減することができる。
また、下部炉心支持柱用フローガイドは下部炉心支持柱の周囲を覆うように配置されているので、冷却材が下部炉心支持柱に衝突するのを回避して流れを整流化し、乱流渦、剥離渦の発生、発展を抑制することができる。
請求項２に記載の発明によれば、連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面は、先細の円筒状に形成されているので、冷却材を下部プレナムから炉心に向かってなめらかに導くことができる。
請求項３に記載の発明によれば、連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面は、４つの台形面に形成されているので、冷却材が主に流れてくる方向に各４つの面を向けることによって下部プレナムから炉心に向かって冷却材をなめらかに導くことができる。
請求項４に記載の発明によれば、連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面には、径方向に延びる板状の周方向流れ抑制部材が設けられているので、流れを整流化すると共に、周方向の流れの自由度空間があるために剥離渦が発展する、という可能性を防ぐことができる。
【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の立断面図である。
【図２】 図１の連接板用フローガイドの斜視図である。
【図３】 図１の下部炉心支持柱用フローガイドの斜視図である。
【図４】 従来の原子炉の炉内構造の立断面図である。
【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、５ ダウンカマー部、８下部プレナム、１０ 下部連接板、１０ａ 外周縁、１３炉心、３１ 連接板用フローガイド、３２ 周方向流れ抑制部材、３３、４３ 外周面、４１ 下部炉心支持柱用フローガイド。

Claims (4)

1. 上部に冷却材入口ノズルが設けられ、底部に半球面状の下部プレナムが画設された圧力容器と、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を備え、下部炉心支持板に連結した下部炉心支持柱が連接板を貫通して下部プレナムの底部に向かって延びている原子炉において、
   下部プレナム内には、冷却材入口ノズルから導入されダウンカマー部を流れて下部プレナム内に異なる方向から流れ込んだ冷却材同士の衝突を避けて、冷却材を炉心側に上昇させる形状の外周面を有する連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドが、連接板用フローガイドは連接板の外周縁を覆うように配置され、下部炉心支持柱用フローガイドは下部炉心支持柱の周囲を覆うように配置されていることを特徴とする原子炉の炉内構造。
2. 連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面は、先細の円筒状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。
3. 連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面は、４つの台形面からな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。
4. 連接板用フローガイド及び又は下部炉心支持柱用フローガイドの外周面には、径方向に延びる板状の周方向流れ抑制部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の原子炉の炉内構造。

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