JP5607883B2 - 原子炉の一次回路 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、原子炉に関する。

特に、本発明は、第１の観点によれば、
−原子炉の一次冷却用流体を流通させる内側空間を画定する一次冷却材管を有し、一次冷却用流体は、一次冷却材管の上流側の方向から下流側の方向に流れ、
−一次冷却材管から枝分かれした追加の管を有し、追加の管は、一次冷却材管の内側空間と連通する内側空間を画定し、
−追加の管に連結された第１の端部及び一次冷却材管の内側空間内に位置する第２の自由端部を備えたスリーブを有する形式の原子炉一次冷却材系に関する。

仏国特許出願公開第２５６１０３０（Ａ）号明細書は、このような形式のシステムを記載している。このシステムは、冷却材管と面一をなして終端するスリーブを有する。スリーブは又、小さな凹部で終端し又は短い深さにわたってこの凹部内に入り込んでも良い。

上述の追加の管は、典型的には、化学体積制御系（chemical volume and control system :ＣＶＣＳ）の充填部分を一次冷却材系に連結するために用いられるこの管は、一次冷却材系のコールド枝管から、即ち、原子炉容器の上流側に配置されていて、一次冷却用流体の循環ポンプを原子炉容器の入口のうちの１つに連結する一次冷却材系の部分から枝分かれしている。追加の管により、ＣＶＣＳを源とする数回分の充填液体を一次冷却材系中に注入することができる。その目的は、一次冷却材系中を流れる一次冷却材としての液体の量を増大させ又は一次冷却材系の化学的性質を変更することにある。

仏国特許出願公開第２５６１０３０（Ａ）号明細書

注入される充填物としての液体は、一次冷却材系中を流れる液体冷却材よりも温度が低い。したがって、注入が一次冷却材系内部の充填ラインを介して行われた場合、ＣＶＣＳからの液体と一次冷却材としての液体との混合区域の付近に位置する一次冷却材管は、相当大きな温度変化を生じる。さらに、一次冷却材管からの追加の管の枝分かれ部は、充填物とコールド枝管との間の温度差がかなり大きい場合に生じるかなり大きな熱的変動を生じる。これら負荷は、一次冷却材管のこの区域の疲労を生じさせる場合があり、それにより、枝分かれ部の付近の漏れ又は破損の恐れが増大する場合がある。

本発明の目的は、一次冷却材管からの追加の管の枝分かれ部の付近の疲労及び漏れの恐れを極めて大きな程度まで減少させ又はそれどころか無くす原子炉用一次冷却材系を提供することにある。

この目的のため、本発明は、上述した形式の原子炉一次冷却材系であって、スリーブの第２の自由端部が、少なくとも上流側セクタ及び下流側セクタを備えた自由周縁によって画定され、上流側セクタ及び下流側セクタが、一次冷却材管の上流側方向及び下流側方向にそれぞれ差し向けられ、上流側セクタが、一次冷却材管から下流側セクタよりも内側空間中へ深く入り込んでいることを特徴とする一次冷却材系に関する。

一次冷却材系は、単独で又は技術的に可能な組み合わせで以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を更に有することができる。

上流側セクタ及び下流側セクタは、それぞれ、第１の平均入り込み深さ及び第２の平均入り込み深さにわたり内側空間内にそれぞれ入り込んでおり、第１の深さは、追加の管の断面の最も大きな寸法の少なくとも１０％だけ第２の深さよりも大きく、
第１の平均入り込み深さは、スリーブの自由端部の付近のスリーブの断面の最も大きな寸法の５０％よりも大きく、
周縁は、斜切プロフィールを有し、
周縁は、切欠き付きプロフィールを有し、
上流側セクタは、周縁の少なくとも３０％にわたって延び、
スリーブは、自由端部で終端する縮流通路を有し、縮流通路は、追加の管の流れ断面よりも小さな流れ断面を有し、
縮流通路は、スリーブ内に形成された絞り部と第２の自由端部との間に延び、絞り部は、追加の管へのスリーブの連結区域に配置され、
追加の管の流れ断面の最も大きな寸法は、縮流通路の流れ断面の最も大きな寸法の１．７倍〜３倍である。

第２の観点によれば、本発明は、加圧水型原子炉であって、
核燃料集合体を収容するようになった容器を有し、容器は、少なくとも入口及び出口を備え、
少なくとも、容器の入口に連結されたコールド枝管及び容器の出口に連結されたホット枝管を備えた一次冷却材系を有する、原子炉において、
一次冷却材系は、上述したような冷却材系であることを特徴とする原子炉に関する。

原子炉は、単独で又は技術的に可能な組み合わせで以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を更に有することができる。

追加の管は、充填液体を追加の管経由で一次冷却材管中に注入できるシステムに連結され、追加の管は、一次冷却材系のコールド枝管から枝分かれしており、
原子炉は、一次冷却材系内の一次冷却用流体の圧力を制御された仕方で変化させることができる加圧器を有し、追加の管は、加圧器と一次冷却材管を互いに連通させ、追加の管は、一次冷却材系のホット枝管から枝分かれしている。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図を参照して例示的に且つ非限定的に以下に与えられる本発明の説明から明らかになる。

図１に部分的に示された原子炉１は、核燃料集合体を収容した容器２と、蒸気発生器４と、一次冷却材ポンプ６と、加圧器８と、一次冷却材系１０とを有している。容器２は、少なくとも入口１２及び出口１４を備えている。一次冷却材系１０は、容器２の出口１４を蒸気発生器４に連結するホット枝管１６と、蒸気発生器４を一次冷却材ポンプ６に連結するＵ字形枝管１８と、ポンプ６を容器２の入口１２に連結するコールド枝管２０とを有する。

一次冷却材系１０は、閉回路内を流れる一次冷却材、代表的には水を収容している。一次冷却材は、一次冷却材ポンプ６によって容器２まで送り出され、核燃料集合体と接触した状態で加熱状態になってこの容器を通過し、次に、蒸気発生器４に流入すると、二次系（図示せず）内を流れている二次流体にその熱を伝える。

加圧器８は、主として、密閉組立てケーシング２１によって形成され、このケーシングは、管２２を介してホット枝管１６の内容積部と連通しており、この管２２は、このホット枝管１６から枝分かれしている。ケーシング２１は、一次冷却材によって部分的に満たされており、このケーシング２１の頂部のところのルーフは、一次冷却材と流体静力学的平衡状態にある加圧水蒸気によって占められている。加圧器８は、一次系１０内の一次冷却材の圧力を調節するためにケーシング２１のルーフ内の水蒸気の圧力を制御された仕方で変化させる手段（図示せず）を更に有している。

原子炉は、図１に概略的に示されている化学体積制御系（ＣＶＣＳ）と呼ばれているシステム２４を更に有している。化学体積制御系は、充填物としての流体を一次冷却材系１０中に数回注入することにより又はこの一次冷却材系から充填物としての流体を数回抜き出すことによって一次冷却材系１０中を流れる一次冷却材の量を制御された仕方で変化させることができる。この目的のため、一次冷却材系１０は、化学体積制御系２４に連結されると共に一次冷却材系１０のコールド枝管２０から枝分かれした充填管２６を有している。

一次冷却材系１０は、一次冷却材系１０のＵ字形枝管１８の底部の箇所から枝分かれした抽出管２８を更に有している。

一次冷却材系の充填管２６とコールド枝管２０との間のインターフェイスが、図２に示されている。コールド枝管２０は、一次冷却用流体を流通させる内側空間３２を画定した円筒形の一次冷却材管３０を有し、この流体は、一次冷却材管の上流側の方向から、即ち、ポンプ６から一次冷却材管の下流側の方向に、即ち、容器２の入口１２に向かって流れる。一次冷却材管３０の中心軸線Ｃ′が、図２では水平である。一次冷却材系は、充填管２６を一次冷却材管３０に連結するタップ又は枝分かれ部３４及び内側保護スリーブ３６を更に有している。

タップ３４は、管３０のオリフィス内に溶接され、内部にチャネル３８を備え、このチャネルは、管３０の内側空間３２から実質的に垂直に枝分かれしている。チャネル３８は、実質的に円筒形である。このチャネルは、充填管２６の内容積部と一次冷却材管３０の内側空間３２を互いに連通させている。

充填管２６は、チャネル３８の内径と比較して減少した内径を有する実質的に円筒形の主要部分４０と、主要部分４０とタップ３４との間に介在して位置する中間部分４２とを有している。

中間部分４２、主要部分４０及びチャネル３８は、同軸であり、一次冷却材管３０の中心軸線Ｃ′に対して垂直中心軸線Ｃを有し又は一次冷却材管３０の中心軸線に垂直な垂直軸線に対して３０°傾けられている。

中間部分４２は、主要部分４０に溶接された円筒形上方部分４４と、タップ３４に溶接された円筒形の下方部分４６と、上方部分と下方部分を互いに連結し、上方部分から下方部分まで幅が広がった形状を有する切頭円錐形中間部分４８とを有している。

スリーブ３６は、全体として円筒形の形状を有し、中心軸線として軸線Ｃを有している。このスリーブは、充填管２６の内側フェース及び外側フェースに固定的に接合された第１の端部５０を有している。この第１の端部５０は、切頭円錐形部分４８の内側部分と共に厚さが増大している。スリーブ３６は、この第１の端部５０から第２の自由端部５２まで実質的に直線状に延びており、この自由端部は、一次冷却材管３０の内容積部３２内に位置している。したがって、スリーブ３６は、部分４６及び内側チャネル３８の内部を延びている。スリーブは、部分４６及び内側チャネル３８と比較して減少した外径を有し、したがって、一方においてスリーブ３６と他方において部分４６及びタップ３４との間には環状区域５４が画定されるようになっている。この区域５４は、図２の下に向かって開口すると共に一次冷却材管３０の内側空間３２内で開口している。この区域は、スリーブ３６とタップ３４との間の接合区域によって図２の上に向かって閉じられている。

スリーブの第２の端部５２は、斜切プロフィールを備えた自由周縁５３によって画定されている。図２及び図３で理解できるように、この周縁は、一次冷却材管３０の上流側方向及び下流側方向にそれぞれ差し向けられた上流側セクタ５６及び下流側セクタ５８を有している。一次冷却材の流れ方向は、図２に矢印Ｆで示されている。

周縁５３が斜切されているということによって、周縁の上流側セクタ５６は、下流側セクタ５８よりも一次冷却材管の内側空間３２内に深く入り込んでいる。

周縁５３の先端の入り込み深さを、この場合、この先端を内側空間３２内に開口したチャネル３８の開口部から隔てる距離と称し、この距離は、一次冷却材管３０の中心軸線Ｃに対して実質的に半径方向に取られている。

この場合に図示されている実施形態では、スリーブの周縁５３は、傾斜平面Ｐ（図２）内に位置している。この平面に対する垂線は、スリーブの軸線Ｃに対して約２０°の角度αをなしている。平面Ｐは、内側空間３２内に最も深く入り込んでいる周縁５３の箇所Ｐ_maxが最も上流側に位置した箇所であるように上流側方向に傾けられている。入り込みの深さが最も小さい周縁５３の箇所Ｐ_minは、箇所Ｐ_maxと直径方向反対側で最も下流側に位置した箇所である。

この実施形態では、箇所Ｐ_maxのところの入り込み度ｐ_maxは、スリーブ３６の内径に実質的に等しい。箇所Ｐ_maxの入り込み度ｐ_maxと箇所Ｐ_minのところの入り込み度ｐ_minの差は、スリーブ３６の下方部分の外径の約３０％である。

上流側セクタ５６が一次冷却材管３０の上流側方向に差し向けられた周縁５３の半分に相当し、下流側セクタ５８が一次冷却材管３０の下流側方向に差し向けられた周縁５３の半分に相当すると見なされる場合、上流側セクタ５６の平均入り込み度は、この場合、下流側セクタ５８の平均入り込み度よりも約１５％大きい。

周縁５３は、他のプロフィール、例えば、切欠き付きプロフィール、例えば、図４に示す切欠き付きプロフィールを有しても良い。この周縁の上流側セクタ５６及び下流側セクタ５８は、各々、周縁の周囲の半分にわたって延びる。これらセクタの各々は、実質的に一定した入り込み度を有し、上流側セクタ５６と下流側セクタ５８との間の入り込み度の差は、この場合、スリーブ３６の外径の約２５％である。

周縁５３は、複数の他のプロフィールを有しても良い。好ましくは、上流側セクタ５６は、自由縁部５３の周囲の少なくとも３０％にわたって延びる。

また、好ましくは、上流側セクタ５６の平均入り込み深さは、下流側セクタ５８の平均入り込み深さよりも、充填管２６の断面の最も大きな寸法の少なくとも１０％だけ大きく、この最も大きな寸法は、この場合、充填管２６の内径に一致している。

また、好ましくは、上流側セクタ５６の平均入り込み深さは、スリーブ３６の自由端部５２の付近のスリーブ３６の断面の最も大きな寸法の５０％よりも大きく、この最も大きな寸法は、この場合、スリーブ３６の内径に一致している。

図２で理解できる本発明の別のオプションとしての特徴によれば、スリーブ３６は、その第１の端部５０から見て、絞り部を形成する細まり部分６０を有し、次に、第２の端部５２まで延びる内側断面が一様な縮流通路又はスロート６２を有している。スリーブ３６の内径は、細まり部分６０に沿って次第に減少している。スリーブ３６の内径は、第１の端部５０の付近では、主要部分４０の内径に等しい。管２６の主要部分４０の付近で取った管２６の直径と縮流通路６２の内側断面の最も大きな寸法、この場合、その内径との非率的な関係は、１．７〜３である。

上述の一次冷却系は、多くの利点を有している。

充填物としての液体が充填管２６を介して一次冷却材管３０内に注入されると、スリーブの自由縁部の上流側セクタ５６は、高温冷却材としての液体がスリーブ３６の内部で上昇するのを阻止する。

この上流側セクタ５６は、周縁５３の残部よりも一次冷却材管の内側空間３２内に深く入り込んでいる。

この種のセクタが存在しない場合、高温の一次冷却材としての液体の渦は、特に充填管２６及びスリーブ３６を通る液体の流量が低い場合、スリーブ３６内で上昇する場合がある。周縁５３の上流側セクタ５６は、これら小さな渦を一次冷却材管３０の中心に向かって差し向け、これら小さな渦がスリーブ３６内に導入されるという恐れが抑制される。

一次冷却材管内に注入される充填物としての液体によって最も低温の状態に保たれる充填管２６の部分は、一次冷却材管から上昇する高温の液体の小さな渦にはさらされない。

したがって、充填管２６のこれらの部分は、熱サイクルを受けず、しかも、結果としての負荷にはさらされない。その結果、充填管２６のタップの付近における漏れの長期間にわたる危険性は、減少する。

さらに、スリーブ３６は、その自由端部の付近に位置する直線部分の最も大きな寸法の５０％よりも大きな深さにわたって一次冷却材管３０内に深く入り込んでいる。これは、注入された流体と一次冷却材との間の混合区域を一次冷却材管３０の中心に向かって動かすという作用効果を有する。その結果、タップ３４を含む混合区域の付近に位置する一次冷却材管３０の部分の受ける重大な温度変化の度合いは小さい。

スリーブ３６が追加の管２６の流れ断面よりも小さな流れ断面を有する縮流通路６２を有しているということにより、一次冷却材管内に注入された流体を加速させることができる。流体の速度は、一次冷却材及びタップの壁から混合区域を更に遠ざけることに寄与する。

さらに、スリーブの細まり部分６０がこのスリーブの第１の端部５０の付近に、即ち、スリーブ３６が充填管２６に連結されている領域に形成されているということにより、厚い周辺壁を図２に示すようにこの場所に形成することができる。このようにすることにより、有利には、スリーブ３６と充填管２６との間の連結部の機械的強度を増大させることができる。管３０内の一次冷却材の流れは、特にこのスリーブが一次冷却材管３０内に深く入り込んでいるということによりスリーブ３６の振動を生じさせる。かかる振動は、スリーブ３６の自由端部５２からスリーブ３６と充填管２６との間の接合箇所まで伝搬する。したがって、連結部の場所の材料の厚さを増大させることにより、耐振動性をこの場所で増大させることができ、スリーブ３６、充填管２６及びタップ３４に関する有効寿命を延ばすことができる。

化学体積制御系に連結された充填管２６と一次冷却材管３０との間のインターフェイス区域の構造について上述した。この構造を有利には、一次冷却材系の管２２とホット枝管１６との間のインターフェイスのところに移すことができる。上記において理解されたように、管２２は、加圧器のケーシング２１と一次冷却材系のホット枝管１６を互いに連通させる。場合によっては加圧器８から到来した非常に高温の流体とホット枝管１６内を流れる一次冷却材との混合により、ホット枝管１６からの管２２のタップの付近に熱応力が生じる。上述したスリーブ３６の使用により、管２２のタップの付近での熱的挙動及び機械的挙動を改善することができる。

上述した一次冷却材系には、複数の変形例が存在し得る。
スリーブ３６は、内側断面が円形でなくても良く、その代わりに、長円形又は任意他の形状であって良い。絞り部を形成する細まり部分６０は、スリーブの第１の端部５０のところに配置されなくても良く、その代わり、このスリーブの任意の箇所で第２の端部５２に向かってオフセットしていても良い。また、スリーブ３６は、細まり部分６０を全く備えていなくても良い。

図２は、充填管２６及び一次冷却材管３０の中心軸線Ｃ′に対して垂直に延びるスリーブ３６を示している。また、管２６、タップ３４及びスリーブ３６は、管３０の中心軸線Ｃ′に対して傾けられていても良い。

本発明の加圧水型原子炉の一次側の全体的略図である。 図１の細部ＩＩの拡大断面図であり、化学体積制御系に連結された充填管と一次冷却材管との間のインターフェイスを示す図である。 図２の矢印ＩＩＩに沿って見た充填管の保護スリーブの縦断面図である。 図２と同一の平面に沿って断面で示した本発明の別の実施形態のスリーブの自由端部の拡大図である。

Claims (13)

1. 原子炉の一次冷却材系（１０）であって、
   前記原子炉の一次冷却用流体を流通させる第１の内側空間（３２）を画定する一次冷却材管（３０）を有し、前記一次冷却用流体は、前記一次冷却材管（３０）の上流側の方向から下流側の方向に流れ、
   第２の内側空間を画定する追加の管（２６）を有し、
   前記一次冷却材管（３０）のオリフィスに取り付けられ、前記追加の管（２６）を前記一次冷却材管（３０）に接続するタップ（３４）を有し、前記タップ（３４）は流路（３８）を内側に画定し、前記流路は前記追加の管（２６）の第２の内側空間を前記一時冷却材管（３０）の第１の内側空間と連通するように位置し、
   前記追加の管（２６）に連結された第１の端部（５０）及び前記一次冷却材管（３０）の前記第１の内側空間（３２）内に位置する第２の自由端部（５２）を備えたスリーブ（３６）を有し、一方においてスリーブ（３６）と他方においてタップ（３４）との間に環状区域（５４）が画定され、前記環状区域（５４）は前記一次冷却材管（３０）の第１の内側空間（３２）に開口する、一次冷却材系において、
   前記スリーブ（３６）の前記第２の自由端部（５２）は、少なくとも上流側セクタ（５６）及び下流側セクタ（５８）を備えた自由周縁（５３）によって画定され、前記上流側セクタ（５６）及び前記下流側セクタ（５８）は、前記一次冷却材管（３０）の上流側方向及び下流側方向にそれぞれ差し向けられ、前記上流側セクタ（５６）は、前記一次冷却材管（３０）から前記下流側セクタ（５８）よりも前記第１の内側空間（３２）中へ深く入り込んでいる、
   ことを特徴とする一次冷却材系。
2. 前記上流側セクタ（５６）及び前記下流側セクタ（５８）は、それぞれ、第１の平均入り込み深さ及び第２の平均入り込み深さにわたり前記第１の内側空間（３２）内にそれぞれ入り込んでおり、前記第１の平均入り込み深さは、前記追加の管（２６）の最も大きな内径の少なくとも１０％だけ前記第２の平均入り込み深さよりも大きい、
   請求項１に記載の一次冷却材系。
3. 前記第１の平均入り込み深さは、前記スリーブ（３６）の前記第２の自由端部（５２）の付近の前記スリーブ（３６）の断面の最も大きな寸法の５０％よりも大きい、
   請求項２に記載の一次冷却材系。
4. 前記周縁（５３）は、前記追加の管の中心線と垂直な平面に対して傾斜している、請求項１ないし３の何れか１項に記載の一次冷却材系。
5. 前記周縁（５３）の上流側セクタ（５６）は、この周縁（５３）の下流側セクタ（５８）に対して階段状に突出している、請求項１ないし３の何れか１項に記載の一次冷却材系。
6. 前記上流側セクタ（５６）は、前記周縁（５３）の少なくとも３０％にわたって延びている、
   請求項１ないし５の何れか１項一に記載の一次冷却材系。
7. 前記スリーブ（３６）は、前記第２の自由端部（５２）で終端する縮流通路（６２）を有し、前記縮流通路（６２）は、前記追加の管（２６）の流れ断面よりも小さな流れ断面を有する、
   請求項１ないし６の何れか１項に記載の一次冷却材系。
8. 前記縮流通路（６２）は、前記スリーブ（３６）内に形成された絞り部（６０）と前記第２の自由端部（５２）との間に延び、前記絞り部（６０）は、前記追加の管（２６）への前記スリーブ（３６）の連結区域に配置されている、
   請求項７に記載の一次冷却材系。
9. 前記追加の管（２６）の前記流れ断面の最も大きな寸法は、前記縮流通路（６２）の前記流れ断面の最も大きな寸法の１．７倍〜３倍である、
   請求項７又は８に記載の一次冷却材系。
10. 前記下流側セクタ（５８）は、０よりも大きな第２の平均入り込み深さまで、前記一次冷却材管（３０）の第１の内側空間（３２）へと入り込んでいる、
    請求項１ないし９の何れか１項に記載の一次冷却材系。
11. 加圧水型原子炉であって、
    核燃料集合体を収容するようになった容器（２）を有し、前記容器（２）は、少なくとも入口（１２）及び出口（１４）を備え、
    少なくとも、前記容器（２）の前記入口（１２）に連結されたコールド枝管（２０）及び前記容器（２）の前記出口（１４）に連結されたホット枝管（１６）を備えた一次冷却材系（１０）を有する、原子炉において、
    前記一次冷却材系（１０）は、請求項１ないし１０の何れか１項に記載の冷却材系である、
    ことを特徴とする原子炉。
12. 前記追加の管（２６）は、充填液体を前記追加の管（２６）経由で前記一次冷却材管（３０）中に注入できるシステム（２４）に連結され、前記追加の管（２６）は、前記一次冷却材系（１０）の前記コールド枝管（２０）から枝分かれしている、
    請求項１１に記載の原子炉。
13. 前記原子炉は、前記一次冷却材系（１０）内の前記一次冷却用流体の圧力を制御された仕方で変化させることができる加圧器（８）を有し、前記追加の管（２６）は、前記加圧器（８）と前記一次冷却材管（３０）を互いに連通させ、前記追加の管（２６）は、前記一次冷却材系（１０）の前記ホット枝管（１６）から枝分かれしている、
    請求項１２に記載の原子炉。

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