JP5959043B2 - 高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置 - Google Patents

Description

本発明は高速増殖炉（ＦＢＲ）原子炉容器内の上部プレナムに設けられる上部プレナム内整流装置に関する。

新型の原子力発電プラントとして、現在、高速増殖炉型の発電プラント（ＦＢＲ発電プラント）が開発されている。このＦＢＲ発電プラントにおけるＦＢＲ原子炉容器の内部は、冷却材（液体金属ナトリウム）が、炉心を通過して炉心上方の上部プレナム内へ噴出した後、上部プレナムに設けられている冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）に吸い込まれる構成になっている。

前記上部プレナムの内部における炉心上部機構などの構成を、図１４及び図１５に示す。なお、図１４では波立ち防止板（ディッププレート）を一点鎖線の透視図で示している。

図１４及び図１５に示すように、上部プレナム１の内部には、上下方向に延びた複数本の管１２と、これらの管１２が貫通し、燃料交換機挿入用のスリット部２ｂが形成され且つ円板状の多孔板である複数枚のバッフル板２と、バッフル板２のうちの最上段のバッフル板２の上方に配置され且つ燃料交換機挿入用の貫通孔３ａを有する円板状の内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３と、下端の吸込み口４ａがバッフル板２の側方に位置し且つ上方へ延びた２本の冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４と、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４が貫通した円環状の外側波立ち防止板（外側ディッププレート）５などが設けられている。なお、管１２は、制御棒案内管や計装保護管などである。原子炉運転時には、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３の貫通孔３ａに燃料交換機貫通孔プラグ８が挿入されている。

また、上部プレナム１内には、冷却材を炉心に供給するための冷却材供給配管（コールドレグ配管）６、冷却材（液体金属ナトリウム）に含まれている不純物を除去するための純化装置であるコールドトラップ７、直接炉心冷却系熱交換器１０、燃料出入機案内管９などの炉内構造物が設けられており、これらの炉内構造物は外側波立ち防止板（外側ディッププレート）５を貫通している。図１４及び図１５において、上部プレナム１内に示す矢印は、上部プレナム１内における冷却材の流動状態を示している。

なお、ＦＢＲ原子炉容器の上部プレナムなどが開示されている先行技術文献としては、例えば次のものがある。

特開２０００−３４６９７０号公報

図１６には、図１４を矢印Ｉ方向から見た上部プレナム１内における冷却材の流動状態を示しており、図１７には、図１４を矢印Ｈ方向から見た上部プレナム１内における冷却材の流動状態を示している。

上部プレナム１内においては、炉心を通過して上部プレナム１内へ噴出した冷却材が、図１６及び図１７に示すような矢印Ｆ１及びＦ２で示す２つの流れとなって、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４に吸込まれる。

即ち、一方は、図中に矢印Ｆ１で示すような冷却材の下降流である。前述のとおり、炉心を通過して上部プレナム１へ噴出した冷却材は、バッフル板２のスリット部２ｂや流路孔２ａを通って上昇し、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３の下面に衝突して水平に広がる。その後、この水平に広がった冷却材が、ＦＢＲ原子炉容器の内面１１などに沿って、矢印Ｆ１の如く下降し、吸込み口４ａから冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４内に吸込まれる。このときの冷却材は、大きな旋回半径を有する旋回流となり、大きな循環を持った流れとなる。

もう一方は、図中に矢印Ｆ２で示すような冷却材の上昇流である。バッフル板２は炉心から噴出した冷却材が上部プレナム１内を上方に流れる際の流動抵抗としても作用するため、炉心を通過して上部プレナムへ噴出した冷却材の一部は、バッフル板２の下から１段目や２段目などの下段のバッフル板２の下面に沿って水平に広がる。その後、この水平に広がった冷却材が、ＦＢＲ原子炉容器の内面１１などに沿って、矢印Ｆ２の如く上昇し、吸込み口４ａから冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４内に吸込まれる。このときの冷却材は、大きな旋回半径を有する旋回流となり、大きな循環を持った流れとなる。

このため、矢印Ｆ１のような大きな循環を有する下降流の冷却材と、矢印Ｆ２のような大きな循環を有する上昇流の冷却材が、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４へ吸込み口４ａから吸い込まれる際に、当該部近傍に強い液中渦Ｇが発生し、渦中心部にキャビテーションが発生するおそれがある。

この液中渦Ｇが生じた状態の冷却材が、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４に吸込まれた場合、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）４の内面がキャビテーションにより侵食させるおそれがある。このため、上部プレナム１内に整流装置を設けて、液中渦Ｇの発生を防止することが必要である。

また、ＦＢＲ原子炉容器に特有の液中渦発生要因として、バッフル板２のスリット部２ｂがある。スリット部２ｂは、燃料交換時に燃料交換機を挿入するために必要なスペースである。スリット部２ｂは流動抵抗が小さいため、スリット部２ｂを上昇する冷却材は流速が速くなる。従って、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３の下面に衝突して水平に広がった後にＦＢＲ原子炉容器の内面１１などに沿って下降する冷却材は、特に大きな循環を持った流れとなるため、これを防止する技術が必要である。

従って本発明は上記の事情に鑑み、ＦＢＲ原子炉容器特有の制約条件に適しており、上部プレナム内に液中渦が発生するのを防止することができる上部プレナム内整流装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置は、上下方向に延びた複数本の管と、前記管が貫通し、燃料交換機挿入用のスリット部が形成され且つ円板状の多孔板である複数枚のバッフル板と、前記バッフル板のうちの最上段のバッフル板の上方に配設され且つ燃料交換機挿入用の貫通孔を有し、前記管が貫通している円板状の一段の内側波立ち防止板と、下端の吸込み口が前記バッフル板の側方に位置し且つ上方へ延びた少なくとも１本の冷却材吸込み配管と、前記冷却材吸込み配管が貫通している円環状の外側波立ち防止板が設けられているＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナム内において、冷却材を整流するための上部プレナム内整流装置であって、
各前記冷却材吸込み配管と前記ＦＢＲ原子炉容器の内面との間の隙間に設けられ、前記冷却材吸込み配管の吸込み口よりも上方及び下方に延びている少なくとも２本のフローガイドを各前記冷却材吸込み配管ごとに有することを特徴とする。

また、第２発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置は、第１発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
前記フローガイドは、前記ＦＢＲ原子炉容器の炉壁に設けられている熱遮蔽板を折り曲げて形成したものであることを特徴とする。

また、第３発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置は、第１又は第２発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
前記内側波立ち防止板の周縁部から下方に垂れ下がった鍔部を有することを特徴とする。

また、第４発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置は、第１〜第３発明の何れか１つのＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
前記スリット部は、バッフル板の周方向の一部に径方向に向かって該径方向の途中まで切り欠かれて形成されており、
前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側を仕切る仕切り板を有すること、
又は、前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側及び外側を仕切る仕切り板を有すること、
を特徴とする。

また、第５発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置は、第１〜第３発明の何れか１つのＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記スリット部に対応する位置に切欠き部を有し、前記複数の管の周囲を囲む多孔胴を有すること、
又は、前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記複数の管の周囲全体を囲む多孔胴を有すること、
を特徴とする。

第１発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置によれば、上下方向に延びた複数本の管と、前記管が貫通し、燃料交換機挿入用のスリット部が形成され且つ円板状の多孔板である複数枚のバッフル板と、前記バッフル板のうちの最上段のバッフル板の上方に配設され且つ燃料交換機挿入用の貫通孔を有し、前記管が貫通している円板状の一段の内側波立ち防止板と、下端の吸込み口が前記バッフル板の側方に位置し且つ上方へ延びた少なくとも１本の冷却材吸込み配管と、前記冷却材吸込み配管が貫通している円環状の外側波立ち防止板が設けられているＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナム内において、冷却材を整流するための上部プレナム内整流装置であって、各前記冷却材吸込み配管と前記ＦＢＲ原子炉容器の内面との間の隙間に設けられ、前記冷却材吸込み配管の吸込み口よりも上方及び下方に延びている少なくとも２本のフローガイドを各前記冷却材吸込み配管ごとに有することを特徴としているため、渦中心に向かった前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に沿う冷却材の流れが前記フローガイドに沿った上下方向の流れのみとすることにより、循環の供給を防止することができる。
即ち、冷却材は、フローガイドに沿って下降することにより、循環の無い流れとなって、冷却材吸込み配管の吸込み口へ向かう。同様に、冷却材は、フローガイドに沿って上昇することにより、循環の無い流れとなって、冷却材吸込み配管の吸込み口へ向かう。このため、冷却材吸込み配管の吸込み口近傍での液中渦の発生を防止することができる。

第２発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置によれば、第１発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、前記フローガイドは、前記ＦＢＲ原子炉容器の炉壁に設けられている熱遮蔽板を折り曲げて形成したものであることを特徴としているため、熱伸びの影響を受けずにフローガイドを設置することができる。
即ち、原子炉運転時と原子炉停止時では温度差が大きいため、原子炉容器と構造物の熱伸びの関係から、原子炉容器の炉壁に構造物を溶接することができない場合がある。この場合にはフローガイドを炉壁に溶接することができない。これに対して、熱遮蔽板を折り曲げてフローガイドを形成する場合には、熱伸びの影響を受けることがなく、確実にフローガイドを設けることができる。

第３発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置によれば、第１又は第２発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、前記内側波立ち防止板の周縁部から下方に垂れ下がった鍔部を有することを特徴としているため、鍔部により、冷却材の下降流の旋回半径を小さくして循環を小さくすることができる。
即ち、鍔部を設けない場合、冷却材は、内側波立ち防止板の下面に衝突して水平に広がりながら前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に向かい大きな旋回半径を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管に対して循環の大きい下降流となる。
これに対して、鍔部を設けた場合には、内側波立ち防止板の下面に衝突して水平に広がった冷却材の流れを、鍔部によって下方に向けることができる。このため、冷却材の下降流の旋回半径を小さくて循環を小さくすることができる。従って、液中渦の発生を防止することができる。

第４発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置によれば、第１〜第３発明の何れか１つのＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、前記スリット部は、バッフル板の周方向の一部に径方向に向かって該径方向の途中まで切り欠かれて形成されており、前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側を仕切る仕切り板を有すること、又は、前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側及び外側を仕切る仕切り板を有することを特徴としているため、仕切り板により、冷却材の下降流の旋回半径を小さくして循環を小さくすることができる。また、スリット部側の冷却材流量と、スリット部と反対側の冷却材流量のバランスも改善される。
即ち、仕切り板を設けない場合、冷却材は、スリット部を通って内側波立ち防止板の下面まで達し、前記下面に衝突して水平に広がるため、大きな旋回半径を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管に対して循環の大きい下降流となる。また、スリット部側へ流出する冷却材流量のほうが、スリット部と反対側へ流出する冷却材流量よりも多くなる。
これに対して、仕切り板を設けた場合には、仕切り板によって冷却材の流れが堰き止められるため、仕切り板内の圧力が高くなる。このため、スリット部を上昇する冷却材は、仕切り板内（内側波立ち防止板の下面）に達する前に水平に（バッフル板の径方向の外側へ）に流出する。従って、冷却材は旋回半径が小さく循環の小さい下降流となるため、液中渦の発生を防止することができる。また、スリット部と反対側へ流出する冷却材の流量が増加するという効果も得られるため、スリット部側の冷却材流量と、スリット部と反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

また、第５発明のＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置によれば、第１〜第３発明の何れか１つのＦＢＲ原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記スリット部に対応する位置に切欠き部を有し、前記複数の管の周囲を囲む多孔胴を有すること、又は、前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記複数の管の周囲全体を囲む多孔胴を有することを特徴としているため、内側波立ち防止板の下面に衝突して水平に広がりながら前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に向かう冷却材の強い流れが、多孔胴によって減速されることで、冷却材吸込み配管に吸い込まれる液中渦を弱めることができる。また、スリット部側の冷却材流量と、スリット部と反対側の冷却材流量のバランスも改善される。
即ち、多孔胴を設けない場合、冷却材は、スリット部を通って内側波立ち防止板の下面まで達し、前記下面に衝突して水平に広がりながら前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に向かい大きな旋回半径を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管に対して循環の大きい下降流となる。また、スリット部側へ流出する冷却材流量のほうが、スリット部と反対側へ流出する冷却材流量よりも多くなる。
これに対して、多孔胴を設けた場合には、多孔胴が流動抵抗となるため、スリット部を上昇した冷却材の流れを弱めると同時に、多孔胴に対して周方向の流量分配を均一に近づけることにより、スリット部を上昇し内側波立ち防止板の下面に衝突して水平に広がりながら前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に向かい冷却材吸込み配管に吸い込まれる流れによる循環を抑制する。従って、液中渦の発生を防止することができる。また、スリット部と反対側へ流出する冷却材の流量が増加するという効果も得られるため、スリット部側の冷却材流量と、スリット部と反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

本発明の実施の形態例１に係る上部プレナム内整流装置が適用されたＦＢＲ原子炉容器の概要を示す断面である。 前記ＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナム内における炉心上部機構（中心部の構造物）の構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面拡大図である。 伸縮アーム式の燃料交換機を示す斜視図である。 前記上部プレナム内整流装置の構成と前記上部プレナム内における冷却材の流動状態を示す図である。 （ａ）は前記上部プレナム内整流装置におけるフローガイドの構成及び作用効果を示す図、（ｂ）は前記上部プレナム内整流装置における他のフローガイドの構成及び作用効果を示す図である。 前記上部プレナム内整流装置における鍔部の構成及び作用効果を示す断面拡大図である。 本発明の実施の形態例２に係る上部プレナム内整流装置の構成を示す斜視図である。 前記上部プレナム内整流装置の構成と上部プレナム内における冷却材の流動状態を示す図である。 （ａ）は前記上部プレナム内整流装置における仕切り板の構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は他の仕切り板の構成例を示す斜視図、（ｄ）は（ｃ）のＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｅ）は他の仕切り板の構成例を示す斜視図、（ｆ）は（ｅ）のＤ−Ｄ線矢視の断面図、（ｇ）は他の仕切り板の構成例を示す斜視図、（ｈ）は（ｇ）のＥ−Ｅ線矢視断面図である。 本発明の実施の形態例３に係る上部プレナム内整流装置の構成を示す斜視図である。 前記上部プレナム内整流装置の構成と上部プレナム内における冷却材の流動状態を示す図である。 （ａ）は前記上部プレナム内整流装置における多孔胴の構成を示す斜視図、（ｂ）は他の多孔胴の構成例を示す斜視図である。 従来のＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナム内における炉心上部機構などの構成を示す斜視図である。 従来のＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナム内における炉心上部機構などの構成を示す斜視図である。 前記上部プレナム内における冷却材の流動状態を示す図である。 前記上部プレナム内における冷却材の流動状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

＜実施の形態例１＞
図１〜図７に基づき、本発明の実施の形態例１に係る上部プレナム内整流装置について説明する。

図１に示すように、本実施の形態例１の上部プレナム内整流装置が適用されるＦＢＲ発電プラントのＦＢＲ原子炉容器２１は、内部にＦＢＲの炉心（発熱部）２２を有しており、炉心２２の上側が上部プレナム２３、炉心２２の下側が下部プレナム２４になっている。炉心２２の上方には、炉心上部機構２５が設けられている。上部プレナム２３には冷却材（液体金属ナトリウム）２６が溜まっており、この冷却材２６の液面２６ａの上側の空間部２７にはアルゴンガスが充填されている。また、図示例のＦＢＲ原子炉容器２１においては、炉壁２１ａに熱遮蔽板（サーマルライナ）５１が設けられている。

図１〜図３に示すように、上部プレナム２３内には、複数本の管３１と、複数枚（図示例では５枚）のバッフル板３２と、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３と、２本の冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４と、外側波立ち防止板（外側ディッププレート）３５などが設けられている。バッフル板３２、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３及び管３１などは、炉心上部機構２５を構成している。

バッフル板３２は、管３１を支持するためのものである。バッフル板３２は多数の流路孔３２ａを有する円板状の多孔板であり、且つ、周方向の一部が径方向の途中まで切り欠かれることによって、燃料交換機挿入用のスリット部３２ｂが形成されている。そして、バッフル板３２は上下面が水平になり、互いに上下方向に間隔をあけて重ね合わされ、且つ、互いのスリット部３２ｂの周方向位置が一致するように配設されている。

管３１は制御棒案内管や計装保護管などであり、上下方向に延びて、バッフル板３２及び内側の波立ち防止板（内側ディッププレート）３３を貫通している。

内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３は円板状のものであり、燃料交換機挿入用の貫通孔３３ａが形成されている。内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３は、ＦＢＲ原子炉容器２１の上部に設けられているルーフデッキ２８から、吊り下げられている。原子炉運転時、貫通孔３３ａには燃料交換機貫通孔プラグ４１が挿入されている。そして、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３は上下面が水平になり、複数枚のバッフル板３２のうちの最上段のバッフル板３２の上方に位置し、且つ、冷却材２６の液面２６ａよりは下方に位置している。また、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３は、貫通孔３３ａの周方向位置が、バッフル板３２のスリット部３２ｂの周方向位置に対応するように配設されている。

冷却材２６の液面２６ａが波立つと、空間部２７のアルゴンガスが冷却材２６中に巻き込まれることによって、炉心２２の出力変動などを招くおそれがある。このため、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３と外側波立ち防止板（外側ディッププレート）３５によって、液面２６ａが波立つのを防止している。

燃料交換時には、燃料交換機貫通孔プラグ４１を内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の貫通孔３３ａから引き抜いた後、図４に示すような伸縮アーム式の燃料交換機５２を、貫通孔３３ａへ挿入し、更にバッフル板３２のスリット部３２ｂに挿入することにより、炉心２２の燃料交換を行う。また、バッフル板３２、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３、管３１などから成る炉心上部機構２５全体を、鉛直軸回りに回転させることができるため、燃料交換機挿入用の貫通孔３３ａ及びスリット部３２ｂの周方向位置を、炉心２２に対して任意に変えることができる。このため、燃料交換機５２によって、炉心２２の何れ位置の燃料も交換可能である。

また、図１〜図３に示すように、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４は、ＦＢＲ原子炉容器２１の径方向の両側に１本ずつ設けられている。図示例のＦＢＲ発電プラントは１次冷却系が２ループであり、各ループに１本ずつ冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４が設けられている。冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４は、上部プレナム２３内において、下端の吸込み口３４ａがバッフル板３２の側方に位置し（図示例では上部プレナム２３の上下方向のほぼ中央部に位置し）、上方へ延びている。また、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４は熱応力に対応するため、外管３７に挿通された二重管構造になっている。

外側波立ち防止板（外側ディッププレート）３５は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の周囲を囲む円環状のものであり、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４が貫通している。外側波立ち防止板（外側ディッププレート）３５は、ルーフデッキ２８から吊り下げられている。

また、上部プレナム２３内には、冷却材供給配管（コールドレグ配管）４２、コールドトラップ４３、直接炉心冷却系熱交換器４４、燃料出入機案内管４５などの構造物も設けられており、これらの構造物も外側波立ち防止板（外側ディッププレート）３５を貫通している。

冷却材供給配管（コールドレグ配管）４２は下部プレナム２４に冷却材２６を供給するためのものであり、各ループに２本ずつ設けられている。冷却材供給配管（コールドレグ配管）４２は、下端の吐出口４２ａが下部プレナム２４内に位置し、上方へ延びている。また、冷却材供給配管（コールドレグ配管）４２は熱応力に対応するため、外管４６に挿通された二重管構造になっている。コールドトラップ４３は、冷却材（液体金属ナトリウム）２６に含まれている不純物を除去するための純化装置である。

かかる構成のＦＢＲ原子炉容器２１において、冷却材２６は冷却材供給配管（コールドレグ配管）４２によって下部プレナム２４内に供給された後、炉心２２で発生した熱が伝えられる。炉心２２を通過した高温の冷却材２６は、上部プレナム２３内に噴出されて、上部プレナム２３内を流動した後、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に吸込まれる。冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に吸込まれた冷却材２６は、熱交換器（図示せず）において２次冷却系の冷却材（液体金属ナトリウム）と熱交換する。そして、この２次冷却系の冷却材と、水・蒸気系の水とが蒸気発生器（図示せず）で熱交換することによって蒸気が発生し、この蒸気によって蒸気タービンとともに発電機を回転駆動することによって発電する。

このときに上部プレナム２３内においては、炉心２２を通過して上部プレナム２３内へ噴出した冷却材２６が、下降流や上昇流となって流動した後、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に吸込まれる。

そして、図１〜図３及び図５〜図７に示すように本実施の形態例２では、上部プレナム２３内における冷却材２６の流れを整流するための上部プレナム内整流装置として、フローガイド６１と鍔部６２が設けられている。

フローガイド６１は横断面形状が三角形状のものであり、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４とＦＢＲ原子炉容器２１の内面（図示例では炉壁２１ａに熱遮蔽板５１が設けられているため、熱遮蔽板５１の内面５１ａ）と間の隙間６３に設けられている。図示例のＦＢＲ原子炉容器２１では炉壁２１ａに熱遮蔽板５１が設けられているため、この熱遮蔽板５１を折り曲げることによって、フローガイド６１が形成されている。これらのフローガイド６１は平行に配置され、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４の吸込み口３４ａよりも上方及び下方に延びている。

なお、図示例では３本のフローガイド６１を設けているが、これに限定するものではなく、フローガイド６１の本数は１本、２本又は４本以上であってもよい。
フローガイド６１の横断面形状も、三角形状（図６（ａ））に限定するものではなく、実験などにより、最適な形状となるように適宜調整すればよい。例えば、フローガイド６１の横断面形状を、図６（ｂ）に示すような矩形状にしてもよい。このような矩形状のフローガイド６１も、熱遮蔽板５１を折り曲げることによって形成することができる。
フローガイド６１の寸法（長さ、突起の高さ、幅）についても、実験などにより、最適なものとなるように適宜調整すればよい。

鍔部６２は、円板状の内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の周縁部に設けられた円環状のものであり、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の周縁部から下方に垂れ下がっている。

なお、鍔部６２の横断面形状は、図示例のような長方形状に限定するものでなく、適宜、実験などにより、最適な形状に調整すればよい。例えば、鍔部６２の横断面形状を、Ｕ字状や三角形状などにしてもよい。
鍔部６２の寸法（長さ、高さ、幅、厚さ）についても、実験などにより、最適なものとなるように適宜調整すればよい。

以上のように、本実施の形態例１の上部プレナム内整流装置によれば、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４とＦＢＲ原子炉容器２１（熱遮蔽板５１）の内面５１ａと間の隙間６３に設けられ、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４の吸込み口３４ａよりも上方及び下方に延びているフローガイド６１を有することを特徴としているため、渦中心に向かったＦＢＲ原子炉容器２１の内面５１ａに沿う冷却材の流れがフローガイド６１に沿った上下方向の流れのみとすることにより、循環の供給を防止することができる。

即ち、図５に示すように、冷却材２６は、矢印Ｆ１１の如くフローガイド６１に沿って下降することにより、循環の無い流れとなって、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４の吸込み口３４ａへ向かう。同様に、冷却材２６は、矢印Ｆ１２の如くフローガイド６１に沿って上昇することにより、循環の無い流れとなって、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４の吸込み口３４ａへ向かう。このため、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４の吸込み口３４ａ近傍での液中渦の発生を防止することができる。

また、本実施の形態例１の上部プレナム内整流装置によれば、フローガイド６１は、熱遮蔽板５１を折り曲げて形成したものであることを特徴としているため、熱伸びの影響を受けずにフローガイド６１を設置することができる。
即ち、原子炉運転時と原子炉停止時では温度差が大きいため、原子炉容器２１と構造物の熱伸びの関係から、原子炉容器２１の炉壁２１ａに構造物を溶接することができない場合がある。この場合にはフローガイドを炉壁に溶接することができない。これに対して、熱遮蔽板５１を折り曲げてフローガイド６１を形成する場合には、熱伸びの影響を受けることがなく、確実にフローガイド６１を設けることができる。

また、本実施の形態例１の上部プレナム内整流装置によれば、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の周縁部から下方に垂れ下がった鍔部６２を有することを特徴としているため、鍔部６２により、冷却材２６の下降流の旋回半径を小さくして循環を小さくすることができる。

即ち、図７に示すように、鍔部６２を設けない場合、冷却材２６は、矢印Ｆ１４の如く内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に衝突して水平に広がりながらＦＢＲ原子炉容器２１の内面５１ａに向かい大きな旋回半径Ｒ２を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に対して循環の大きい下降流となる。
これに対して、鍔部６２を設けた場合には、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に衝突して水平に広がった冷却材２６の流れを、矢印Ｆ１５の如く鍔部６２によって下方に向けることができる。このため、冷却材２６の下降流の旋回半径Ｒ１を小さくして循環を小さくすることができる。従って、液中渦の発生を防止することができる。

＜実施の形態例２＞
図８〜図１０に基づき、本発明の実施の形態例２に係る上部プレナム内整流装置について説明する。なお、本実施の形態例２の上部プレナム内整流装置を適用するＦＢＲ原子炉容器の構成などについては、上記実施の形態例１（図１〜図４）の場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、図８〜図１０において上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付しており、重複する詳細な説明は省略する。

図８，図９，図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、本実施の形態例２では、上部プレナム内整流装置として、上記実施の形態例１と同様のフローガイド６１及び鍔部６２が設けられていることに加えて、仕切り板７１も設けられている。

仕切り板７１は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面から、バッフル板３２のスリット部３２ｂに向かって下方へ垂れ下がり、バッフル板３２の周方向の両側と、バッフル板３２の径方向の内側を仕切っている。

詳述すると、仕切り板７１は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に溶接で固定されている（その他の固定手段で固定してもよい）。仕切り板７１は正面視（図１０（ａ）のＢ１方向矢視）がコ字状のものであり、バッフル板３２の周方向の両側に位置する側板７１ａ，７１ｂと、バッフル板３２の径方向の内側に位置する内側板７１ｃと、上板７１ｄとを有しており、この上板７１ｄが内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に固定されている。

そして、一方の側板７１ａは、バッフル板３２の周方向における一方側を仕切っている。即ち、前記一方側へ向かう冷却材２６の流れを、一方の側板７１ａによって堰き止めている。他方の側板７１ｂは、バッフル板３２の周方向における他方側を仕切っている。即ち、前記他方側へ向かう冷却材２６の流れを、他方の側板７１ｂによって堰き止めている。また、内側板７１ｃは、バッフル板３２の径方向における内側を仕切っている。即ち、前記内側へ向かう冷却材２６の流れを、内側板７１ｃによって堰き止めている。

なお、上板７１ｄが無く、側板７１ａ，７１ｂ及び内側板７１ｃが、直接、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に固定されていてもよい。

また、仕切り板７１は、正面視がコ字状のものに限定するものではなく、適宜、実験などにより、最適な形状に調整すればよい。例えば、仕切り板７１を、図１０（ｃ）〜図１０（ｈ）に示すような形状にしてもよい。

図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示す仕切り板７１は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す仕切り板７１において、更に外側板７１ｅも有するものである。この仕切り板７１を内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に固定した場合、外側板７１ｅは、バッフル板３２の径方向の外側に位置する。従って、外側板７１ｅは、バッフル板３２の径方向における外側を仕切る。即ち、前記外側へ向かう冷却材２６の流れを、外側板７１ｅによって堰き止める。

なお、図８（図１０（ａ），図１０（ｂ））に示す仕切り板７１に外側板７１ｅを設けていないのは、外側板７１ｅを設けた場合、燃料交換機５２をスリット部３２ｂへ挿入する際に燃料交換機５２が、外側板７１ｅと干渉してしまうためである。従って、燃料交換機の構造が変わることなどにより、燃料交換機と干渉のおそれがない場合には、外側板７１ｅを設けてもよい。

図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）に示す仕切り板７１は、正面視（図１０（ｅ）のＤ１方向矢視）がＵ字状のものであり、バッフル板３２の周方向の両側に位置する側板７１ａ，７１ｂと、バッフル板３２の径方向の内側に位置する内側板７１ｃと、円弧状の上板７１ｄとを有しており、この上板７１ｄが内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に固定される。

図１０（ｇ）及び図１０（ｈ）に示す仕切り板７１は、図１０（ｅ）及び図１０（ｅ）に示す仕切り板７１において、更にバッフル板３２の径方向の外側に位置する外側板７１ｅも有するものである。

また、仕切り板７１の寸法（長さ、高さ、幅、厚さ）についても、実験などにより、最適なものとなるように適宜調整すればよい。

本実施の形態例２におけるその他の構成については、上記実施の形態例１（図１〜図７）と同様である。

以上のように、本実施の形態例２の上部プレナム内整流装置においても、フローガイド６１及び鍔部６２を有するため、上記実施の形態例１と同様の効果が得られる。

しかも、本実施の形態例２の上部プレナム整流装置によれば、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面からスリット部３２ｂに向かって下方へ垂れ下がり、バッフル板３２の周方向の両側と、バッフル板３２の径方向の内側を仕切る仕切り板７１を有すること、又は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面からスリット部３２ｂに向かって下方へ垂れ下がり、バッフル板３２の周方向の両側と、バッフル板３２の径方向の内側及び外側を仕切る仕切り板７１を有することを特徴としているため、仕切り板７１により、冷却材２６の下降流の旋回半径を小さくして循環を小さくすることができる。また、スリット部３２ａ側の冷却材流量と、スリット部３２ｂと反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

即ち、図９に示すように、仕切り板７１を設けない場合、冷却材２６は、スリット部３２ｂを通って内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面まで達し、前記下面に衝突して水平に広がるため、大きな旋回半径を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に対して循環の大きい下降流となる。また、スリット部３２ｂ側へ流出する冷却材流量のほうが、スリット部３２ｂと反対側へ流出する冷却材流量よりも多くなる。
これに対して、仕切り板７１を設けた場合には、仕切り板７１によって冷却材２６の流れが堰き止められるため、仕切り板７１内の圧力が高くなる。このため、スリット部３２ｂを上昇する冷却材２６は、仕切り板７１内（内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面）に達する前に水平に（バッフル板３２の径方向の外側へ）に流出する。従って、冷却材２６は旋回半径が小さく循環の小さい下降流となるため、液中渦の発生を防止することができる。また、スリット部３２ｂと反対側へ流出する冷却材２６の流量が増加するという効果も得られるため、スリット部３２ｂ側の冷却材流量と、スリット部３２ｂと反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

＜実施の形態例３＞
図１１〜図１３に基づき、本発明の実施の形態例３に係る上部プレナム内整流装置について説明する。なお、本実施の形態例３の上部プレナム内整流装置を適用するＦＢＲ原子炉容器の構成などについては、上記実施の形態例１（図１〜図４）の場合と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、図１１〜図１３において上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付しており、重複する詳細な説明は省略する。

図１１，図１２及び図１３（ａ）に示すように、本実施の形態例２では、上部プレナム内整流装置として、上記実施の形態例１と同様のフローガイド６１及び鍔部６２が設けられていることに加えて、多数の流路孔８１ａを有する多孔胴８１も設けられている。

多孔胴８１は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面から下方に垂れ下がり、バッフル板３２のスリット部３２ｂに対応する位置に切欠き部８１ｂを有しており、複数の管３１（即ちバッフル板３２を貫通している管群）の周囲を囲んでいる。即ち、多孔胴８１は、スリット部３２ｂを除いて、複数の管３１（バッフル板３２を貫通している管群）の周囲を囲んでいる。

詳述すると、多孔胴８１は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に溶接で固定されている（その他の固定手段で固定してもよい）。多孔胴８１はほぼ円環状のものであり、且つ、周方向の一部が切欠かれて、切欠き部８１ｂを有している。そして、多孔胴８１は、切欠き部８１ｂがスリット部３２ｂの真上に位置する状態で内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に固定されている。

なお、多孔胴８１は、必ずしも切欠き部８１ｂを有するものに限定するものではなく、図１３（ｂ）に示すような切欠き部が無い円環状のものを用いてもよい。この場合、多孔胴８１は内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面から下方に垂れ下がり、複数の管３１（バッフル板３２を貫通している管群）の周囲全体を囲む。

また、図１１，図１３（ａ）に示す多孔胴８１に切欠き部８１ｂを設けているのは、切欠き部８１ｂを設けない場合、燃料交換機５２をスリット部３２ｂへ挿入する際に燃料交換機５２が、多孔胴８１と干渉してしまうためである。従って、燃料交換機の構造が変わることなどにより、燃料交換機と干渉のおそれがない場合には、多孔胴８１に切欠き部８１ｂが無くてもよい。

また、多孔胴８１の寸法（長さ、高さ、幅、厚さ）及び形状（開口率、孔径、孔形状）については、実験などにより、最適なものとなるように適宜調整すればよい。

本実施の形態例３におけるその他の構成については、上記実施の形態例１（図１〜図７）と同様である。

以上のように、本実施の形態例３の上部プレナム内整流装置によれば、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面から下方に垂れ下がり、スリット部３２ｂに対応する位置に切欠き部８１ｂを有し、複数の管３１の周囲を囲む多孔胴８１を有すること、又は、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面から下方に垂れ下がり、複数の管３１の周囲全体を囲む多孔胴８１を有することを特徴としているため、内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に衝突して水平に広がりながらＦＢＲ原子炉容器２１の内面５１ａに向かう冷却材の強い流れが、多孔胴８１によって減速されることで、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に吸い込まれる液中渦を弱めることができる。また、スリット部３２ｂ側の冷却材流量と、スリット部３２ｂと反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

即ち、図１２に示すように、多孔胴８１を設けない場合、冷却材２６は、スリット部３２ｂを通って内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面まで達し、前記下面に衝突して水平に広がりながら前記ＦＢＲ原子炉容器の内面に向かい大きな旋回半径を有する旋回流となり、冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に対して循環の大きい下降流となる。また、スリット部３２ｂ側へ流出する冷却材流量のほうが、スリット部３２ｂと反対側へ流出する冷却材流量よりも多くなる。
これに対して、多孔胴８１を設けた場合には、多孔胴８１が流動抵抗となるため、スリット部３２ｂを上昇した冷却材２６の流れを弱めると同時に、多孔胴８１に対して周方向の流量分配を均一に近づけることにより、スリット部３２ｂを上昇し内側波立ち防止板（内側ディッププレート）３３の下面に衝突して水平に広がりながらＦＢＲ原子炉容器２１の内面５１ａに向かい冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４に吸い込まれる流れによる循環を抑制する。従って、液中渦の発生を防止することができる。また、スリット部３２ｂと反対側へ流出する冷却材２６の流量が増加するという効果も得られるため、スリット部３２ｂ側の冷却材流量と、スリット部３２ｂと反対側の冷却材流量のバランスも改善される。

なお、上記実施の形態例１〜３では冷却ループが２ループで冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）３４が２本ある場合について説明したが、必ずしもこれに限定するものでなく、本発明の上部プレナム内整流装置は、冷却ループが１ループで冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）が１本である場合や、冷却ループが３ループ以上で冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）が３本以上である場合にも適用することができる。

本発明はＦＢＲ原子炉容器内の上部プレナムに設けられる上部プレナム内整流装置に関するものであり、ＦＢＲ原子炉容器特有の制約条件に適しており、上部プレナム内に液中渦が発生するのを防止することができる上部プレナム内整流装置を実現する場合に適用して有用なものである。

２１ ＦＢＲ原子炉容器
２１ａ 炉壁
２２ 炉心
２３ 上部プレナム
２４ 下部プレナム
２５ 炉心上部機構
２６ 冷却材（液体金属ナトリウム）
２６ａ 液面
２７ 空間部
２８ ルーフデッキ
３１ 管
３２ バッフル板
３２ａ 流路孔
３２ｂ スリット部
３３ 内側波立ち防止板（内側ディッププレート）
３３ａ 燃料交換機挿入用の貫通孔
３４ 冷却材吸込み配管（ホットレグ配管）
３４ａ 吸込み口
３５ 外側波立ち防止板（外側ディッププレート）
３７ 外管
４１ 燃料交換機貫通孔プラグ
４２ 冷却材供給配管（コールドレグ配管）
４３ コールドトラップ
４４ 直接炉心冷却系熱交換器
４５ 燃料出入機案内管
４６ 外管
５１ 熱遮蔽板
５１ａ 内面
５２ 燃料交換機
６１ フローガイド
６２ 鍔部
６３ 隙間
７１ 仕切り板
７１ａ，７１ｂ 側板
７１ｃ 内側板
７１ｄ 上板
７１ｅ 外側板
８１ 多孔胴
８１ａ 流路孔
８１ｂ 切欠き部

Claims (5)

1. 上下方向に延びた複数本の管と、前記管が貫通し、燃料交換機挿入用のスリット部が形成され且つ円板状の多孔板である複数枚のバッフル板と、前記バッフル板のうちの最上段のバッフル板の上方に配設され且つ燃料交換機挿入用の貫通孔を有し、前記管が貫通している円板状の一段の内側波立ち防止板と、下端の吸込み口が前記バッフル板の側方に位置し且つ上方へ延びた少なくとも１本の冷却材吸込み配管と、前記冷却材吸込み配管が貫通している円環状の外側波立ち防止板が設けられている高速増殖炉原子炉容器内の上部プレナム内において、冷却材を整流するための上部プレナム内整流装置であって、
   各前記冷却材吸込み配管と前記原子炉容器の内面との間の隙間に設けられ、前記冷却材吸込み配管の吸込み口よりも上方及び下方に延びている少なくとも２本のフローガイドを各前記冷却材吸込み配管ごとに有することを特徴とする高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置。
2. 請求項１に記載の高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
   前記フローガイドは、前記高速増殖炉原子炉容器の炉壁に設けられている熱遮蔽板を折り曲げて形成したものであることを特徴とする高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置。
3. 請求項１又は２に記載の高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
   前記内側波立ち防止板の周縁部から下方に垂れ下がった鍔部を有することを特徴とする高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
   前記スリット部は、バッフル板の周方向の一部に径方向に向かって該径方向の途中まで切り欠かれて形成されており、
   前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側を仕切る仕切り板を有すること、
   又は、前記内側波立ち防止板の下面から前記スリット部に向かって下方へ垂れ下がり、前記スリット部の周方向の両側と、前記スリット部の径方向の内側及び外側を仕切る仕切り板を有すること、
   を特徴とする高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載の高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置において、
   前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記スリット部に対応する位置に切欠き部を有し、前記複数の管の周囲を囲む多孔胴を有すること、
   又は、前記内側波立ち防止板の下面から下方に垂れ下がり、前記複数の管の周囲全体を囲む多孔胴を有すること、
   を特徴とする高速増殖炉原子炉容器内上部プレナム内整流装置。

Images