JP7394041B2 - 原子炉 - Google Patents

Description

本開示は、例えば、高速炉として使用される原子炉に関するものである。

高速炉は、主容器の内部に炉心とポンプと中間熱交換器と炉壁冷却部などが配置されて構成される。炉壁冷却部は、ホットプールから主容器への熱の伝達を抑制するためのものである。炉壁冷却部は、主容器の内面に沿って設けられる外側仕切板および内側仕切板を有する。炉壁冷却部として、主容器と外側仕切板との間に設けられる上昇流路と、外側仕切板と内側仕切板との間に設けられる下降流路とが設けられる。そのため、冷却材は、上昇流路を上昇し、外側仕切板を超えて下降流路に移行して下降する。このとき、冷却材により主容器の内壁面が冷却される。

炉壁冷却部を有する高速炉としては、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。特許文献１は、炉容器の内側に外側ライナおよび内側ライナを配置して上降流路となる外側アニュラス部と下降流路となる内側アニュラス部を設け、内側アニュラス部の上部に仕切壁を配置したものである。また、特許文献２は、原子炉容器の内側に複数の壁を配置して上降流路および下降流路となる複数の冷却流路を設け、下降流路となる冷却流路に仕切りを配置したものである。

特許第２９７２１６２号公報 特開平０８－１６０１７８号公報

高速炉は、主容器に貯留される冷却材の自由液面の近傍の温度が大きく変化するため、液面と接する主容器に大きな熱応力が作用する。主容器の構造上の健全性を確保するため、高速炉は、上述した炉壁冷却部が設けられる。すなわち、炉壁冷却部にて、冷却材が上昇流路を上昇して主容器を冷却した後、外側仕切板を超えて下降流路に移行して下降する。ところが、冷却材が下降する下降流路は、外側仕切板が非加熱面となり、内側仕切板が加熱面となる。そのため、冷却材が下降流路を下降するとき、冷却材が加熱面である内側仕切板に加熱されて高温となり、一部が浮力によって上昇し、渦状の対流が発生する。すると、外側仕切板や内側仕切板などが低温の下降流と高温の上昇流に交互にさらされることとなり、熱疲労により構造上の健全性が脅かされるおそれがある。

上述した特許文献１では、下降流路となる内側アニュラス部の上部に仕切壁を配置することで、冷却材が上昇流路から下降流路へ移行するときの流動を安定化させるものである。また、特許文献２では、下降流路となる冷却流路に仕切りを配置することで、冷却材が上昇流路から下降流路へ落下するときの圧力波の発生を防止すると共に、圧力波の伝播を防止するものである。特許文献１，２は、冷却材が上昇流路から下降流路へ移行するときの課題を解決するものである。そのため、冷却材が下降流路を下降するときに発生する渦状の対流を抑制することは困難である。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、冷却材が下降流路を下降するときの渦状の対流の発生を抑制することで構造物の健全性を維持する原子炉を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の原子炉は、容器と、前記容器の内部に設けられる冷却材上昇流路と、前記冷却材上昇流路より前記容器の中心側に設けられて上端部が前記冷却材上昇流路の上端部に連通する冷却材下降流路と、前記冷却材下降流路に設けられて対流の発生を抑制する対流発生抑制部材とを備える。

本開示の原子炉によれば、冷却材が下降流路を下降するときの渦状の対流の発生を抑制することで、構造物の健全性を維持することができる。

図１は、第１実施形態のタンク型原子炉の内部構造を模式的に表す概略図である。 図２は、炉壁冷却部を表す断面図である。 図３は、炉壁冷却部における一次冷却材の流れを表す概略図である。 図４は、第１実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部の変形例を表す断面図である。 図５は、第２実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部を表す断面図である。 図６は、図５のVI－VI断面図である。 図７は、炉壁冷却部における一次冷却材の流れを表す概略図である。 図８は、第３実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部を表す断面図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
＜原子炉の構成＞
図１は、第１実施形態のタンク型原子炉の内部構造を模式的に表す概略図である。

第１実施形態において、図１に示すように、タンク型原子炉１０は、高速中性子による核分裂連鎖反応を用いてエネルギを発生させる高速炉である。高速炉は、冷却材として液体金属を使用しており、ここでは、金属ナトリウムを使用している。なお、液体金属としては、金属ナトリウム以外に、例えば、鉛、ビスマス、鉛とビスマスの合金、水銀、カリウム、ＮａＫ（ナトリウムカリウム合金）などが使用可能である。

タンク型原子炉１０は、主容器１１を有する。主容器１１は、下部が半球状に閉塞された円筒形状をなし、内部に一次冷却材が貯留される。主容器１１は、上部にルーフデッキ１２が設けられる。主容器１１は、内部にストロングバック１３と、ダイヤグリッド１４と、炉心を有する炉心槽１５とが配置される。ストロングバック１３は、主容器１１の下部に設けられ、ストロングバック１３の上部にダイヤグリッド１４が配置され、ダイヤグリッド１４の上部に炉心槽１５が配置される。炉心槽１５は、炉心を構成する複数の燃料集合体１６が配置される。

主容器１１は、内部に炉心上部構造１８と、ポンプ１９と、中間熱交換器２０とが配置される。炉心上部構造１８は、主容器１１における径方向の中心部に配置され、上部がルーフデッキ１２に支持される。ポンプ１９と中間熱交換器２０は、主容器１１における径方向の外周部側に配置され、上部がルーフデッキ１２に支持される。ポンプ１９は、下部に図示しない吸込口と吐出口が設けられ、吐出口が炉内配管２１によりダイヤグリッド１４に連結される。

中間熱交換器２０は、図示しない蒸気発生器から二次冷却材が供給される供給配管２２が連結されると共に、熱交換して温度上昇した二次冷却材を蒸気発生器に排出する排出配管２３が連結される。中間熱交換器２０は、上部に流入口２４が設けられ、下部に流出口２５が設けられる。中間熱交換器２０は、主容器１１の一次冷却材が流入口２４から流入し、流出口２５から流出する。このとき、中間熱交換器２０は、高温の一次冷却材と低温の二次冷却材との間で熱交換を行う。

主容器１１は、外周部に炉壁冷却部３０が設けられる。炉壁冷却部３０は、ホットプール４１から主容器１１への熱の伝達を抑制するものである。

炉壁冷却部３０は、内側仕切板３２と、外側仕切板３３と、炉壁冷却用配管３４とを有する。

主容器１１は、内容器３１によりホットプール４１とコールドプール４２に区画される。内容器３１は、略円筒形状をなし、鉛直方向の上方から下方に向けて配置される鉛直仕切板３１ａと、水平仕切板３１ｂとを有する。鉛直仕切板３１ａは、外径が主容器１１の内径より若干小さい。水平仕切板３１ｂは、鉛直仕切板３１ａと炉心槽１５とを接続し、鉛直仕切板３１ａから炉心槽１５側に向けて若干下方に向けて傾斜する。なお、水平仕切板３１ｂは、傾斜せずに水平であってもよい。鉛直仕切板３１ａは、下部が水平仕切板３１ｂの外径部に一体に連結され、水平仕切板３１ｂは、内径部が炉心槽１５の上部に連結される。ホットプール４１は、鉛直仕切板３１ａの内側で、水平仕切板３１ｂより上方の領域である。コールドプール４２は、鉛直仕切板３１ａの外側で、水平仕切板３１ｂより下方の領域である。

内側仕切板３２は、円筒形状をなす。内側仕切板３２は、内径が内容器３１の鉛直仕切板３１ａの外径より大きい。内側仕切板３２は、内容器３１の鉛直仕切板３１ａの外側に配置される。内容器３１の鉛直仕切板３１ａと内側仕切板３２は、鉛直方向の上方における高さがほぼ同じ高さであり、内容器３１の鉛直仕切板３１ａと内側仕切板３２は、鉛直方向の下方における高さがほぼ同じ高さである。外側仕切板３３は、円筒形状をなす。外側仕切板３３は、内径が内側仕切板３２の外径より大きい。外側仕切板３３は、内側仕切板３２の外側に配置される。外側仕切板３３は、鉛直方向の上方における高さが内側仕切板３２より低く、鉛直方向の下方における高さは内側仕切板３２と同じ高さである。

主容器１１は、主容器１１の内面と外側仕切板３３の外面との間に冷却材上昇流路４３が設けられる。主容器１１は、外側仕切板３３の内面と内側仕切板３２の外面との間に冷却材下降流路４４が設けられる。また、主容器１１は、内側仕切板３２の内面と内容器３１の鉛直仕切板３１ａの外面との間にスタグナント部４５が設けられる。冷却材上昇流路４３と冷却材下降流路４４とスタグナント部４５は、リング形状をなす空間部である。

冷却材上昇流路４３は、上部が開放され、下部が閉塞板３５により閉塞される。閉塞板３５は、主容器１１と外側仕切板３３の下部に固定される。炉壁冷却用配管３４は、一端部が閉塞板３５に連結され、他端部がストロングバック１３に連結される。冷却材上昇流路４３は、炉壁冷却用配管３４によりストロングバック１３に連通する。冷却材下降流路４４は、上部および下部が開放される。外側仕切板３３と内側仕切板３２の下部に多孔板３６が固定される。冷却材上昇流路４３と冷却材下降流路４４は、上方で連通しており、冷却材下降流路４４は、多孔板３６を介してコールドプール４２に連通する。主容器１１は、一次冷却材が貯留される。一次冷却材は、液面Ｓが内容器３１および内側仕切板３２の上端部より下方で、外側仕切板３３の上端部より上方に維持される。すなわち、炉壁冷却部３０は、冷却材上昇流路４３および冷却材下降流路４４の上端部が一次冷却材の液面Ｓより下方で連通する潜り堰方式である。

＜原子炉の作動＞
ポンプ１９が作動すると、コールドプール４２に貯留されている低温の一次冷却材がポンプ１９の下部の吸込口から吸い込まれ、吐出口から炉内配管２１を通してダイヤグリッド１４に供給される。ダイヤグリッド１４に供給された一次冷却材は、炉心槽１５で加熱されて高温となって上昇する。高温の一次冷却材は、流入口２４から中間熱交換器２０に流入する。このとき、中間熱交換器２０は、高温の一次冷却材と供給配管２２から供給された二次冷却材との間で熱交換を行う。熱交換により高温となった二次冷却材は、排出配管２３から蒸気発生器に送られる。一方、熱交換により低温となった一次冷却材は、流出口２５からコールドプール４２に流出される。

また、ダイヤグリッド１４の一次冷却材は、一部がストロングバック１３に流れ、炉壁冷却用配管３４により冷却材上昇流路４３に供給される。一次冷却材は、冷却材上昇流路４３を上昇し、上端部から冷却材下降流路４４に流れ、冷却材下降流路４４を下降し、コールドプール４２に流出される。このとき、一次冷却材が冷却材上昇流路４３および冷却材下降流路４４を流動することで、主容器１１の内壁面が冷却される。

＜対流発生抑制部材の構成＞
図２は、炉壁冷却部を表す断面図である。

図２に示すように、第１実施形態のタンク型原子炉１０は、対流発生抑制部材５０を有する。対流発生抑制部材５０は、炉壁冷却部３０の冷却材下降流路４４に設けられる。対流発生抑制部材５０は、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材における対流の発生を抑制するものである。

対流発生抑制部材５０は、冷却材下降流路４４の下部に設けられる。ここで、冷却材下降流路４４の下部とは、冷却材下降流路４４の長手方向（鉛直方向）における中間位置より下方側の領域である。すなわち、冷却材下降流路４４の全長Ｌ、全長Ｌの１／２の中間位置Ｍとしたとき、冷却材下降流路４４は、中間位置Ｍより上方側の上方領域Ａ１と、中間位置Ｍより下方側の下方領域Ａ２とに区画される。対流発生抑制部材５０は、下方領域Ａ２だけに配置され、上方領域Ａ１には配置されない。

対流発生抑制部材５０は、冷却材下降流路４４の通路面積を減少させて隙間通路４４ａを設ける抵抗板５１を有する。抵抗板５１は、冷却材下降流路４４の下方領域Ａ２に長手方向に所定間隔を空けて複数（本実施形態では、３枚）配置される。抵抗板５１の枚数は、本実施形態に限定されるものではなく、冷却材下降流路４４の全長に応じて適宜設定される。

抵抗板５１は、中央部に円形の孔が設けられたリングの円板形状をなす。抵抗板５１は、外径が外側仕切板３３の内径と同径である。また、抵抗板５１は、内径が内側仕切板３２の外径より大きい。抵抗板５１は、外周部５１ａが外側仕切板３３の内面に固定され、内周部５１ｂが内側仕切板３２の外面と所定隙間を空けて対向する。すなわち、抵抗板５１の内周部５１ｂと内側仕切板３２の外面との間に隙間通路４４ａが設けられる。隙間通路４４ａは、内側仕切板３２の外面の周方向に沿って連続する。

＜対流発生抑制部材の作用＞
図３は、炉壁冷却部における一次冷却材の流れを表す概略図である。

図２および図３に示すように、一次冷却材は、冷却材上昇流路４３を上昇し、上端部から冷却材下降流路４４に流れ、冷却材下降流路４４を下降する。冷却材下降流路４４は、外側仕切板３３の内面が非加熱面となり、内側仕切板３２の外面が加熱面となる。このとき、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材は、加熱面である内側仕切板３２に加熱されて高温となり、一部が浮力によって上昇し、渦状の対流が発生しやすい。

そこで、本実施形態では、冷却材下降流路４４に対流発生抑制部材５０としての複数の抵抗板５１が配置されている。そのため、内側仕切板３２に沿って下降する高温の一次冷却材Ｃ１は、隙間通路４４ａに流れる。また、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材Ｃ２は、抵抗板５１により隙間通路４４ａ側に流れる。すると、高温の一次冷却材Ｃ１と低温の一次冷却材Ｃ２が隙間通路４４ａの近傍で混合して一次冷却材Ｃ３の下降流となり、混合しなかった場合と比較して一次冷却材Ｃ１の温度が抑制されるため、低温の一次冷却材と高温の一次冷却材の温度差が小さくなり、浮力による対流を抑制できる。また、一次冷却材Ｃ３の下降流は、隙間通路４４ａの通過時に流速が増加する。すると、渦状の対流が発生することで上昇する高温の一次冷却材Ｃ４の上昇流は、高速で下降する一次冷却材Ｃ３の下降流により抑え込まれる。そのため、内側仕切板３２や外側仕切板３３などが下降する低温の一次冷却材Ｃ２と上昇する高温の一次冷却材Ｃ４に交互にさらされることはなく、熱疲労により構造上の健全性が脅かされることもない。

＜変形例＞
なお、本発明の対流発生抑制部材は、上述した構成に限定されるものではない。図４は、第１実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部の変形例を表す断面図である。

第１実施形態の変形例において、図４に示すように、対流発生抑制部材５０Ａは、炉壁冷却部３０の冷却材下降流路４４に設けられる。対流発生抑制部材５０Ａは、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材における対流の発生を抑制するものである。

対流発生抑制部材５０Ａは、冷却材下降流路４４の全長にわたって設けられる。対流発生抑制部材５０Ａは、冷却材下降流路４４の通路面積を減少させて隙間通路４４ａを設ける抵抗板５１を有する。抵抗板５１は、冷却材下降流路４４の全長に渡って長手方向に所定間隔を空けて複数（本実施形態では、６枚）配置される。抵抗板５１の枚数は、本実施形態に限定されるものではなく、冷却材下降流路４４の全長に応じて適宜設定される。

対流発生抑制部材５０Ａであっても、対流発生抑制部材５０と同様に、内側仕切板３２に沿って下降する高温の一次冷却材と、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材とが、隙間通路４４ａで混合して流速が増加して下降する。そのため、高速で下降する一次冷却材により渦状の対流が発生することで上昇する高温の一次冷却材を抑え込むことができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部を表す断面図、図６は、図５のVI－VI断面図、図７は、炉壁冷却部における一次冷却材の流れを表す概略図である。なお、第２実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図１を用いて説明し、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図５および図６に示すように、対流発生抑制部材５０Ｂは、炉壁冷却部３０の冷却材下降流路４４に設けられる。対流発生抑制部材５０Ｂは、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材における対流の発生を抑制するものである。対流発生抑制部材５０Ｂは、冷却材下降流路４４の下部に設けられる。

対流発生抑制部材５０Ｂは、冷却材下降流路４４の通路面積を減少させて隙間通路４４ａを設ける抵抗板５２を有する。抵抗板５２は、冷却材下降流路４４の下部に長手方向に所定間隔を空けて複数（本実施形態では、３枚）配置される。

抵抗板５２は、中央部に円形の孔が設けられたリング状の円板形状をなす。抵抗板５２は、外周部５２ａが外側仕切板３３の内面に固定され、内周部５２ｂが内側仕切板３２の外面と所定隙間を空けて対向する。すなわち、抵抗板５２の内周部５２ｂと内側仕切板３２の外面との間に隙間通路４４ａが設けられる。隙間通路４４ａは、内側仕切板３２の外面の周方向に沿って連続する。

抵抗板５２は、複数の貫通孔５３が設けられる。貫通孔５３は、円形であるが、楕円形状、多角形状、スリット形状などであってもよい。また、複数の貫通孔５３は、千鳥格子状に配置されるが、格子状やランダム状であってもよい。さらに、複数の貫通孔５３は、抵抗板５２の全域に設けたが、外周部５２ａ側だけに設けたり、内周部５２ｂ側だけに設けたり、外周部５２ａと内周部５２ｂとの間だけに設けたりしてもよい。なお、複数の貫通孔５３のうちの１つの貫通孔５３の開口面積は、隙間通路４４ａの開口面積より小さいことが好ましい。また、貫通孔５３の開口面積を合計した複数の貫通孔５３の合計の開口面積は、隙間通路４４ａの開口面積より小さくしてもよい。

図７は、炉壁冷却部における一次冷却材の流れを表す概略図である。

図５および図７に示すように、一次冷却材は、冷却材上昇流路４３を上昇し、上端部から冷却材下降流路４４に流れ、冷却材下降流路４４を下降する。このとき、内側仕切板３２に沿って下降する高温の一次冷却材Ｃ１は、隙間通路４４ａに流れる。また、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材Ｃ２は、抵抗板５２により隙間通路４４ａ側に流れる。すると、高温の一次冷却材Ｃ１と低温の一次冷却材Ｃ２が隙間通路４４ａで混合して一次冷却材Ｃ３の下降流となり、混合しなかった場合と比較して一次冷却材Ｃ１の温度が抑制されるため、低温の一次冷却材と高温の一次冷却材の温度差が小さくなり、浮力による対流を抑制できる。また、一次冷却材Ｃ３の下降流は、隙間通路４４ａの通過時に流速が増加する。すると、渦状の対流が発生することで上昇する高温の一次冷却材Ｃ４の上昇流は、高速で下降する一次冷却材Ｃ３の下降流により抑え込まれる。そのため、内側仕切板３２や外側仕切板３３などが下降する低温の一次冷却材Ｃ２と上昇する高温の一次冷却材Ｃ４に交互にさらされることはなく、熱疲労により構造上の健全性が脅かされることもない。

また、一次冷却材Ｃ３が隙間通路４４ａを通って下降することから、抵抗板５２の外周部５２ａの下方側の領域で一次冷却材のよどみが発生しやすい。そこで、本実施形態では、抵抗板５２に複数の貫通孔５３を設けている。そのため、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材Ｃ２の一部は、複数の貫通孔５３を通過する一次冷却材Ｃ５の下降流となる。すると、抵抗板５２の外周部５２ａの下方側の領域は、複数の貫通孔５３を通過した一次冷却材Ｃ５の下降流により一次冷却材の流れが生成され、一次冷却材のよどみが解消される。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態のタンク型原子炉における炉壁冷却部を表す断面図である。なお、第３実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図１を用いて説明し、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態において、図８に示すように、対流発生抑制部材５０Ｃは、炉壁冷却部３０の冷却材下降流路４４に設けられる。対流発生抑制部材５０Ｃは、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材における対流の発生を抑制するものである。対流発生抑制部材５０Ｃは、冷却材下降流路４４の下部に設けられる。

対流発生抑制部材５０Ｃは、冷却材下降流路４４の通路面積を減少させて隙間通路４４ａを設ける抵抗板５４を有する。抵抗板５４は、冷却材下降流路４４の下部に長手方向に所定間隔を空けて複数（本実施形態では、３枚）配置される。抵抗板５４は、中央部に円形の孔が設けられた円板形状をなす。抵抗板５４は、外側仕切板３３の内面に固定され、内側仕切板３２側に隙間通路４４ａが設けられる。隙間通路４４ａは、内側仕切板３２の外面の周方向に沿って連続する。抵抗板５４は、複数の貫通孔５５が設けられる。

抵抗板５４は、主容器１１の径方向の一端部が冷却材下降流路４４の流れ方向の下流側に向けて傾斜して配置される。すなわち、抵抗板５４は、外周部が外側仕切板３３の内面に固定され、内周部側が内側仕切板３２側に向けて鉛直方向の下方に所定の傾斜角度θだけ傾斜するように延出される。抵抗板５４は、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜している。

なお、抵抗板５４を、主容器１１の径方向の一端部が冷却材下降流路４４の流れ方向の下流側に向けて傾斜して配置したが、抵抗板５４を、主容器１１の径方向の一端部が冷却材下降流路４４の流れ方向の上流側に向けて傾斜して配置してもよい。すなわち、抵抗板５４を、内周部側が内側仕切板３２側に向けて鉛直方向の上方に傾斜角度θだけ傾斜するように延出してもよい。

一次冷却材は、冷却材上昇流路４３を上昇し、上端部から冷却材下降流路４４に流れ、冷却材下降流路４４を下降する。このとき、内側仕切板３２に沿って下降する高温の一次冷却材Ｃ１は、隙間通路４４ａに流れる。また、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材Ｃ２は、抵抗板５１により隙間通路４４ａ側に流れる。このとき、抵抗板５４は、隙間通路４４ａ側が下方に傾斜していることから、低温の一次冷却材Ｃ２が隙間通路４４ａに流れやすくなる。すると、高温の一次冷却材Ｃ１と低温の一次冷却材Ｃ２が隙間通路４４ａで混合して一次冷却材Ｃ３の下降流となり、混合しなかった場合と比較して一次冷却材Ｃ１の温度が抑制されるため、低温の一次冷却材と高温の一次冷却材の温度差が小さくなり、浮力による対流を抑制できる。また、一次冷却材Ｃ３の下降流は、隙間通路４４ａの通過時に流速が増加する。すると、渦状の対流が発生することで上昇する高温の一次冷却材Ｃ４の上昇流は、高速で下降する一次冷却材Ｃ３の下降流により抑え込まれる。そのため、内側仕切板３２や外側仕切板３３などが下降する低温の一次冷却材Ｃ２と上昇する高温の一次冷却材Ｃ４に交互にさらされることはなく、熱疲労により構造上の健全性が脅かされることもない。

なお、抵抗板５４が傾斜していることから、抵抗板５４の外周部の下方側の領域で一次冷却材のよどみが発生しやすい。そこで、本実施形態では、抵抗板５４に複数の貫通孔が設けられている。そのため、一次冷却材の一部が複数の貫通孔を通って下降することから、抵抗板５４の外周部の下方側の領域でのよどみが解消される。

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る原子炉は、主容器１１と、主容器１１の内部に設けられる冷却材上昇流路４３と、冷却材上昇流路４３より主容器１１の中心側に設けられて上端部が冷却材上昇流路４３の上端部に連通する冷却材下降流路４４と、冷却材下降流路４４に設けられて対流の発生を抑制する対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃとを備える。

第１の態様に係る原子炉は、冷却材下降流路４４に対流の発生を抑制する対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが設けられる。一次冷却材は、冷却材上昇流路４３を上昇し、上端部から冷却材下降流路４４に流れ、冷却材下降流路４４を下降する。このとき、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材は、加熱面である内側仕切板３２に加熱されて高温となり、一部が浮力によって上昇し、渦状の対流が発生しやすい。しかし、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材は、対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃにより対流の発生が抑制される。そのため、主容器１１、内側仕切板３２、外側仕切板３３などの構造物の健全性を維持することができる。

また、冷却材下降流路４４に対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが設けられていることから、冷却材下降流路４４を形成する内側仕切板３２や外側仕切板３３が互いに接近する方向に熱変形しようとするとき、対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃがサポート部材として機能することで、内側仕切板３２や外側仕切板３３の大きな変形を抑制することができる。

第２の態様に係る原子炉は、対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、冷却材下降流路４４における下部に設けられる。これにより、一次冷却材が冷却材下降流路４４を下降するとき、渦状の対流が冷却材下降流路４４の下部で発生する。そのため、対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを冷却材下降流路４４の下部に配置することで、渦状の対流魔の発生を効果的に抑制することができる。

第３の態様に係る原子炉は、対流発生抑制部材５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃは、冷却材下降流路４４の通路面積が減少する隙間通路４４ａを形成する抵抗板５１，５２，５４を有する。これにより、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材は、隙間通路４４ａの通過時に加速されることから、対流の発生による一次冷却材の上昇を適正に抑制することができる。

第４の態様に係る原子炉は、抵抗板５１，５２，５４は、冷却材下降流路４４の長手方向に所定間隔を空けて複数配置される。これにより、冷却材下降流路４４における所定の区間で、抵抗板５１，５２，５４により対流の発生を適正に抑制することができる。

第５の態様に係る原子炉は、冷却材上昇流路４３は、主容器１１と主容器１１の内側に配置される外側仕切板３３との間に設けられ、冷却材下降流路４４は、外側仕切板３３と外側仕切板３３の内側に配置される内側仕切板３２との間に設けられ、抵抗板５１，５２，５４は、主容器１１の径方向における一端部が外側仕切板３３と内側仕切板３２のいずれか一方に固定され、主容器１１の径方向における他端部と外側仕切板３３と内側仕切板３２のいずれか他方との間に隙間通路４４ａが設けられる。これにより、内側仕切板３２に沿って下降する高温の一次冷却材Ｃ１と、外側仕切板３３に沿って下降する低温の一次冷却材Ｃ２は、加熱面側にある隙間通路４４ａの近傍で合流し、隙間通路４４ａの追加時に加速される。そのため、加熱面側で発生しやすい渦状の対流の発生を効果的に抑制することができる。

第６の態様に係る原子炉は、抵抗板５２は、貫通孔５３が設けられる。これにより、冷却材下降流路４４を下降する一次冷却材は、隙間通路４４ａ側に流れると共に、一部が複数の貫通孔５３を通って下降することとなり、抵抗板５２の外周部５２ａの下方側の領域で一次冷却材の流れが生成され、一次冷却材のよどみを解消することができる。

第７の態様に係る原子炉は、貫通孔５３の開口面積は、隙間通路４４ａの開口面積より小さい。これにより、対流の発生を効果的に抑制することができると共に、一次冷却材のよどみを解消することができる。

第８の態様に係る原子炉は、抵抗板５４は、主容器１１の径方向における一端部が冷却材下降流路４４の流れ方向の上流側または下流側に向けて傾斜して配置される。これにより、冷却材下降流路４４で一次冷却材をスムースに流すことができる。

第９の態様に係る原子炉は、冷却材上昇流路４３および冷却材下降流路４４は、上端部が一次冷却材の液面Ｓより下方で連通する。これにより、抵抗板５１，５２，５４により対流の発生を適正に抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、抵抗板５１，５２，５４を外側仕切板３３に固定し、内側仕切板３２との間に隙間通路４４ａを設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、抵抗板５１，５２，５４を内側仕切板３２に固定し、外側仕切板３３との間に隙間通路４４ａを設けてもよい。

また、上述した実施形態では、抵抗板５１，５２，５４を内側仕切板３２および外側仕切板３３の周方向に連続したものとしたが、内側仕切板３２および外側仕切板３３の周方向に断続的に設けてもよい。

また、上述した実施形態にて、炉壁冷却部３０は、冷却材上昇流路４３および冷却材下降流路４４の上端部が一次冷却材の液面Ｓより下方で連通する潜り堰方式であるが、冷却材上昇流路４３および冷却材下降流路４４の上端部が一次冷却材の液面Ｓより上方で連通するオーバーフロー方式であってもよい。

また、上述した実施形態では、本発明の対流発生抑制部材をタンク型原子炉１０の炉壁冷却部３０に適用したが、一般的な原子炉にも適用することができる。すなわち、非加熱面と加熱面を有する下降流路であれば、適用箇所は限定されない。

１０ タンク型原子炉（原子炉）
１１ 主容器
１２ ルーフデッキ
１３ ストロングバック
１４ ダイヤグリッド
１５ 炉心槽
１６ 燃料集合体
１８ 炉心上部構造
１９ ポンプ
２０ 中間熱交換器
２１ 炉内配管
２２ 供給配管
２３ 排出配管
２４ 流入口
２５ 流出口
３０ 炉壁冷却部
３１ 内容器
３１ａ 鉛直仕切板
３１ｂ 水平仕切板
３２ 内側仕切板
３３ 外側仕切板
３４ 炉壁冷却用配管
３５ 閉塞板
３６ 多孔板
４１ ホットプール
４２ コールドプール
４３ 冷却材上昇流路
４４ 冷却材下降流路
４４ａ 隙間通路
４５ スタグナント部
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 対流発生抑制部材
５１，５２，５４ 抵抗板
５３ 貫通孔
Ａ１ 上方領域
Ａ２ 下方領域
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５ 一次冷却材
Ｌ 全長
Ｍ 中間位置
Ｓ 液面
θ 傾斜角度

Claims (6)

1. 容器と、
   前記容器の内側に設けられる冷却材上昇流路と、
   前記冷却材上昇流路より前記容器の中心側に設けられて上端部が前記冷却材上昇流路の上端部に連通する冷却材下降流路と、
   前記冷却材下降流路に設けられて対流の発生を抑制する対流発生抑制部材と、
   を備え、
   前記対流発生抑制部材は、前記冷却材下降流路の通路面積が減少する隙間通路を形成する抵抗板を有し、
   前記抵抗板は、貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔の開口面積は、前記隙間通路の開口面積より小さい、
   原子炉。
2. 前記対流発生抑制部材は、前記冷却材下降流路における下部に設けられる、
   請求項１に記載の原子炉。
3. 前記抵抗板は、前記冷却材下降流路の長手方向に所定間隔を空けて複数配置される、
   請求項１または請求項２に記載の原子炉。
4. 前記冷却材上昇流路は、前記容器と前記容器の内側に配置される外側仕切板との間に設けられ、前記冷却材下降流路は、前記外側仕切板と外側仕切板の内側に配置される内側仕切板との間に設けられ、前記抵抗板は、前記容器の径方向における一端部が前記外側仕切板と前記内側仕切板のいずれか一方に固定され、前記容器の径方向における他端部と前記外側仕切板と前記内側仕切板のいずれか他方との間に前記隙間通路が設けられる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の原子炉。
5. 前記抵抗板は、前記容器の径方向における一端部が前記冷却材下降流路の流れ方向の上流側または下流側に向けて傾斜して配置される、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の原子炉。
6. 前記冷却材上昇流路および前記冷却材下降流路は、上端部が冷却材液面より下方で連通する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の原子炉。

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