JPH0894787A

JPH0894787A - 沸騰水型原子炉

Info

Publication number: JPH0894787A
Application number: JP6232955A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kashiwai; 進一柏井; Terufumi Kawasaki; 照文河崎; Akihito Orii; 明仁折井; Koji Nishida; 浩二西田; Hiroyuki Nagayoshi; 拓至永吉; Toru Kanazawa; 徹金沢; Masao Chagi; 雅夫茶木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】冷却材再循環ポンプの保守・点検を容易にし、
延いては沸騰水型原子炉の保守・点検を容易にすること
のできる沸騰水型原子炉を提供する。【構成】原子炉圧力容器内に配置されている燃料集合体
３と原子炉圧力容器の底部に形成されている冷却材の底
部流路１６とを冷却材案内管１２にて連通し、循環ポン
プに１１より前記底部流路および前記冷却材案内管を介
して燃料集合体に冷却材を供給循環させるように形成さ
れている沸騰水型原子炉において、前記冷却材案内管１
２に、前記循環ポンプ１１の排出圧力を駆動力としたジ
ェットポンプ２５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉の改良に
係り、特に夫々の燃料集合体に冷却材案内管を備えてい
る沸騰水型原子炉の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷却材を再循環させる手段としてインタ
ーナルポンプを具備しているこの種沸騰水型原子炉（Ａ
ＢＷＲ）は、図３および図４にも示されているように、
圧力容器１の中心部に８００体程の燃料集合体３を集め
た炉心２があり、そしてこの炉心の周囲には、炉心を囲
むようにシュラウド４が設けられ、また炉心の上部には
シュラウドヘッド５が炉心を覆うように設けられてい
る。

【０００３】炉心２の上部の空間を上部プレナム６と呼
ぶが、この上部プレナム６とその上方に設けられている
セパレータ７とはスタンドパイプ８で連通されている。
また、セパレータ７の上方にはドライヤ９が設けてあ
り、圧力容器１とシュラウド４とで形成される環状流路
１０の底部には、通常１０台前後のインターナルポンプ
１１が同一円周上に均等に設けてある。

【０００４】炉心２の下部の構造については、例えば特
開平５−２４９２７５号公報に記載されたようなものが
ある。すなわち、炉心下部から燃料集合体へ冷却材を導
くために冷却材案内管１２を介して行うようにしたもの
である。

【０００５】このものの下部構造であるＡ部の拡大図が
図４に示されている。

【０００６】すなわち、シュラウドサポートレグ１３お
よび制御棒駆動機構ハウジング１４の上に仕切板１５が
載せられ、そしてこの仕切板の下方部が底部流路１６と
なるように形成されている。この仕切板１５と炉心２の
間の空間を下部プレナム２７と呼ぶが、仕切板１５はこ
の下部プレナム２７と底部流路１６との気密性が保たれ
るように設置される。

【０００７】下部プレナム２７の内部には、底部流路１
６に開口し、仕切板１５上に直立した冷却材案内管１２
が設けられ、そしてこの冷却材案内管１２の上端には燃
料支持金具１７を介して燃料集合体３が載せられてい
る。したがって、燃料集合体３と冷却材案内管１２の数
は等しい。冷却材案内管１２の上部は、炉心支持板１８
に保持され、この保持により冷却材案内管の動きが拘束
されるように形成されている。

【０００８】原子炉の定格運転時には、環状流路１０の
冷却材（水）はインターナルポンプ１１によって底部流
路１６に送られ、直立した冷却材案内管１２内を慣性を
増しながら通過し、燃料集合体３に流入する。燃料集合
体に流入した冷却材は、燃料集合体３内で水の１５％程
度が蒸発し、セパレータ７で水と蒸気が分離され、さら
に、ドライヤ９でも蒸気と湿分が分離される。分離され
た蒸気は主蒸気管１９からタービンへ送られ、水は環状
流路１０に戻り、再び循環される。

【０００９】タービンへ送られた蒸気は、タービンを駆
動した後復水器で水に戻され、温度が調整されて、給水
ポンプで圧力容器１の給水ノズル２１から半円弧状の給
水スパージャー２０の上に設けた複数のエルボノズルか
ら圧力容器１内に均等に給水される。給水は容器内の循
環水と混合して未飽和温度の混合水となり、インターナ
ルポンプ１１でのキャビテーションの発生を防止する。

【００１０】この場合、給水ノズル２１が炉心２より高
い位置にあるのは、万一、給水配管が破れても炉心２が
水中にあるように配慮されているためである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上に述べたように、
沸騰水型原子炉には、機械式のインターナルポンプが多
数（一般には１０台前後）用いられているのが普通で、
このようにポンプの台数が多いことは故障の頻度が増大
することは勿論のこと、普段の監視や保守ならびに定期
点検時に手数および時間がかかる嫌いがあり、さらに圧
力容器の下方部に多数のポンプモータが配置されている
ので、その保守・点検の作業スペースにも制約をうける
嫌いがあった。

【００１２】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、たとえ圧力容器の下方部に多数の
ポンプを具備しているもの、あるいは圧力容器外部に多
数のポンプを具備しているものであっても、冷却材再循
環ポンプの保守・点検を容易にし、延いては沸騰水型原
子炉の保守・点検を容易にすることのできるこの種沸騰
水型原子炉を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、原子
炉圧力容器内に配置されている燃料集合体と原子炉圧力
容器の底部に形成されている冷却材の底部流路とを冷却
材案内管にて連通し、循環ポンプにより前記底部流路お
よび前記冷却材案内管を介して燃料集合体に冷却材を供
給循環させるように形成されている沸騰水型原子炉にお
いて、前記冷却材案内管に、前記循環ポンプの排出圧力
を駆動力としたジェットポンプを設けるようになし所期
の目的を達成するようにしたものである。

【００１４】

【作用】このように形成された沸騰水型原子炉である
と、下部プレナム内の水を吸い込む分だけ駆動水供給ポ
ンプの吐出流量は少なくてよい。すなわち駆動水供給ポ
ンプの吐出流量が従来と変わらないものとすれば下部プ
レナム内の水を吸い込む分だけ駆動水供給ポンプの台数
を減らすことができ、したがって台数の少ない分冷却材
再循環ポンプの保守・点検を容易にし、延いては沸騰水
型原子炉の保守・点検を容易にすることができる。

【００１５】

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。図１にはインターナルポンプを採用した改
良型沸騰水型原子炉の例が示されている。なお、図２に
はジェットポンプ部の詳細が示されている。

【００１６】この実施例では、各冷却材案内管１２の最
も上流側の近傍にノズル２２、スロート２３およびデフ
ューザ２４から成るジェットポンプ２５を設け、シュラ
ウド４に複数の吸水孔２６を設けたものである。環状流
路１０の水の一部はインターナルポンプ１１によって昇
圧され、底部流路１６に送り出される。

【００１７】底部流路１６はシュラウドサポートレグ１
３と制御棒駆動機構ハウジング１４の上に仕切板１５を
載せて形成するが、底部流路１６から下部プレナム２７
に漏れる水量が少なくなるようにする。したがって、底
部流路１６の水は各ノズル２２から各スロート２３に噴
出する。ノズル２２から噴出する水を駆動水と呼ぶ。こ
の時、各スロート２３が負圧になり、下部プレナム２７
の水を吸い込む。

【００１８】前記したようにジェットポンプ２５の性能
は設計によって決まる。吸込水量を駆動水量で割った値
をＭ比と呼ぶが、仮に、Ｍ比を２にすると、駆動水量の
２倍の吸込水量が各スロート２３に入る。

【００１９】この吸込水量を確保するために、シュラウ
ド４に複数の吸水孔２６を設けて環状流路１０の水の一
部を下部プレナム２７に水頭差で流す。スロート２３で
駆動水と吸水は混合し、デフューザ２４で圧力を回復し
ながら冷却材案内管１２に入り、燃料集合体３に導かれ
る。

【００２０】図５に内径７０ｍｍの冷却材案内管１２の
長さと相対減幅比の関係を示した。ここで、相対減幅比
とは冷却材案内管１２を用いた場合の減幅比を冷却材案
内管１２を用いない場合の減幅比で割った値である。ま
た、減幅比とは、図６に示したように流動振動波の或る
山の高さａで次の山の高さｂを割った値で、１以下であ
れば振動波が収斂する方向で安定であるが、逆に１を越
えると不安定になる。

【００２１】図５によれば、仮に、４ｍの冷却材案内管
１２をジェットポンプ２５のために１ｍ使用し、冷却材
案内管１２の長さを３ｍにすると、相対減幅比は０．６
２から０．７５になるが、冷却材案内管１２がない場合
（相対減幅比は１）に比べて安定性向上の効果は十分あ
る。

【００２２】ジェットポンプのスロート２３とデフュー
ザ２４の部分は冷却材に慣性を与える効果が有るので、
冷却材案内管１２と考えれば、相対減幅比は０．６２に
近い値になる。つまり、ジェットポンプ２５を設けても
冷却材案内管１２の本来の目的である流動安定性向上の
効果は大きく阻害されない。冷却材案内管１２に流動安
定性向上の効果を期待しないならば、ジェットポンプ２
５を冷却材案内管１２の最も上流側の近傍に設ける必要
は無く、もっと下流側に設けても良い。

【００２３】図２ではジェットポンプ２５のノズル２２
を仕切板１５に固定し、スロート２３を複数の支持板２
８で仕切板１５に固定している。ジェットポンプ２５の
設置位置が下流側になると図２のような固定方法が困難
になることもある。このような場合は、図７に示したよ
うに仕切板１５に固定したノズル２２とスロート２３を
複数の支持板２８で固定しあっても良い。

【００２４】さらに、図８に示したように、管状の支持
部材３６と仕切板１５で冷却材案内管１２を支える方法
も有る。管状の支持部材３６には吸水が通る複数の孔３
７を設ける。管状の支持部材３６は前記の支持板２８に
比べてジェットポンプ２５の設置位置に関係無く加工が
容易で、強度的にも優れている。

【００２５】インターナルポンプ１１を本来の用途と異
なり、ジェットポンプ２５の駆動水供給用にすると、吐
出圧の増大が要求されるが、ポンプインペラの形状変更
や回転数の変更などで要求に答えることができる。当然
のことであるが、ジェットポンプ２５の仕様は、インタ
ーナルポンプ１１の仕様と併せて設計されるものであ
る。

【００２６】本実施例では、給水は従来通りの位置と方
法で行われる。したがって、インターナルポンプ１１と
下部プレナム２７を経てジェットポンプ２５に供給され
る水は未飽和水である。このため、インターナルポンプ
１１とジェットポンプ２５でのキャビテーションの発生
が防止できる。

【００２７】前記したようにジェットポンプのＭ比を仮
に、２にすると、全流量に対する駆動水量は３分の１に
なるからインターナルポンプ１１の吐出量が変わらなけ
ればインターナルポンプ１１の台数は３分の１になる。
したがって、インターナルポンプ１１の保守・点検の手
数が３分の１になる。インターナルポンプが少なくなれ
ば、ポンプ周りの作業スペースも広くすることができる
ので保守・点検がさらに容易になる効果がある。

【００２８】さらに、インターナルポンプ１１は炉心２
の外周部に配置されるので、従来の冷却水量では底部流
路１６の圧力損失により炉心２の外周部と内周部とでは
冷却水の流量配分が異なる恐れが指摘されている。しか
し、本実施例では駆動水量が３分の１になるので、底部
流路１６での流速が小さくなり、圧力損失が低下し、冷
却水の流量配分が均等になる効果がある。

【００２９】また、インターナルポンプ１１の台数が削
減できることは圧力容器１のインターナルポンプ１１の
取付けノズルが削減できることで、圧力容器１の製作工
程の大幅な削減と強度の向上が達成でき、点検場所を削
減する効果もある。

【００３０】インターナルポンプの削減台数はジェット
ポンプの設計によって決まるが、ジェットポンプの採用
によってインターナルポンプが削減できるので、確実に
インターナルポンプの保守・点検の手数が省け、ひいて
は、原子炉の保守・点検の手数が省ける。

【００３１】第２の実施例を図９に示した。前実施例で
は圧力容器１内の外周底部にインターナルポンプ１１が
設置されている場合について述べたが、他のポンプの場
合にも本発明は適用できる。本実施例は、シュラウド４
に設けた複数の吸水孔２６より下の位置で、圧力容器１
とシュラウド４とで形成される環状流路１０を仕切板２
９で上下に分ける。

【００３２】仕切板２９の上部の圧力容器１の側壁に吸
水ノズル３０を設け、仕切板２９の下部の圧力容器１の
側壁に給水ノズル３１を設ける。冷却材再循環ポンプ
（図示せず）を圧力容器の外部に設置し、吸水ノズル３
０と冷却材再循環ポンプの吸水側を配管でつなぎ、給水
ノズル３１と冷却材再循環ポンプの吐出側を配管（図示
せず）でつなぐ。冷却材再循環ポンプの吐出水は仕切板
２９の下側に供給され、ジェットポンプ２５の駆動水と
なる。

【００３３】駆動水は冷却材案内管１２に設けたジェッ
トポンプ２５の各ノズル２２から各スロート２３に噴出
し、各スロート２３が負圧になり、下部プレナム２７の
水を吸い込む。したがって、本実施例においても冷却材
案内管１２にジェットポンプ２５を設けない場合に比べ
て冷却材再循環ポンプの必要流量が少なくなり、ポンプ
の小型化ないしは台数削減ができる。したがって、ポン
プの保守・点検、ひいては、原子炉の保守・点検の手数
が省ける。

【００３４】また、圧力容器１の外部に冷却材再循環ポ
ンプを設置すると、作業スペースの確保が容易になり、
ポンプの保守・点検が容易になる。また、ポンプ型式の
選択の自由度が大きくなり、高吐出圧で高慣性のポンプ
を選択することによりジェットポンプの設計が容易にな
り、ポンプ停止時の流量低下速度の低下による安全性の
向上などの利点が得られる。さらに、冷却材再循環ポン
プの選定の自由度が大きくなると、冷却材再循環ポンプ
を１台にすることも可能になり、圧力容器のノズルの削
減になるので点検の手数が省ける。

【００３５】第３の実施例を図１０に示した。第２の実
施例では圧力容器１の底部近傍に吸水ノズル３０と給水
ノズル３１を設けたが、冷却材再循環ポンプにつながる
配管が破損すると、炉心２の水位の確保が困難になる。
そこで、本実施例では吸水ノズル３０と給水ノズル３１
の取付位置を炉心２より高くし、冷却材再循環ポンプ３
８の設置位置も炉心２より高くした。

【００３６】さらに、吸水ノズル３０が給水スパージャ
ー２０の近くに有るので、給水と循環水が十分に混合さ
れないうちに吸水ノズル３０から冷却材再循環ポンプに
供給される。そこで、本実施例では吸水ノズル３０から
配管３２を環状流路１０の下部に延長し、給水と循環水
が十分に混合された所で冷却材再循環ポンプに吸水する
ようにした。

【００３７】一方、給水ノズル３１からも配管３３を延
長し、環状流路仕切板２９の下に開口させ、仕切板２９
に固定する。圧力容器１の外部に設置した冷却材再循環
ポンプは、給水と循環水が十分に混合された所で吸水
し、仕切板２９の下に給水する。この後の作用は前実施
例と同じである。図１０では吸水ノズル３０と給水ノズ
ル３１が上下の位置関係に示されているが、取付角度を
変えれば同一円周上にも取り付けることができる。

【００３８】本実施例と異なり、図１１に示したように
冷却材再循環ポンプ３８の設置位置が炉心２より低い
と、仮に、冷却材再循系配管３９，４０の低い位置や冷
却材再循環ポンプ３８で冷却材の漏洩が起こるとサイホ
ンの作用で炉心２の水位が低下する。したがって、本実
施例のように冷却材再循環ポンプ３８の設置位置は炉心
２より高くするのが良い。

【００３９】本実施例によれば、冷却材再循環ポンプに
つながる配管が破損しても炉心２より高い水位が確保で
き、前実施例と同様にポンプの保守・点検、ひいては、
原子炉の保守・点検の手数が省ける。

【００４０】第４の実施例を図１２に示した。本実施例
は、前実施例で実施した給水ノズル３１から環状流路仕
切板２９の下に開口させた配管３３をジェットポンプ３
５に置き換えたものである。ジェットポンプ３５の採用
により、さらに、冷却材再循環ポンプに要求される吐出
水量が少なくなり、ポンプの台数削減、または、小容量
化が実現できる。したがって、ポンプの保守・点検、ひ
いては、原子炉の保守・点検の手数が省ける。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、各冷却材案内管にジェットポンプが取り付けられて
いることから、ジェットポンプの吸水量分だけ冷却材再
循環ポンプの吐出量を減らすことができ、冷却材再循環
ポンプの小型化ないしは台数の削減ができるので、冷却
材再循環ポンプの保守・点検の手数が省け、ひいては、
原子炉の保守・点検が容易になる。

【００４２】また、冷却材再循環ポンプにインターナル
ポンプを用いると、従来よりもインターナルポンプの台
数を削減できるので、圧力容器のポンプ取付ノズルを削
減でき、原子炉の保守・点検が容易になる。

【００４３】また、冷却材再循環ポンプに圧力容器の外
部に設置する冷却材再循環ポンプを用いると、冷却材再
循環ポンプの小型化ないしは台数の削減ができ、作業ス
ペースの確保が容易になり、冷却材再循環ポンプの保守
・点検の手数が省け、ひいては、保守・点検が容易なこ
の種沸騰水型原子炉を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の部分
断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示すジェットポンプ部の断
面図である。

【図３】従来の沸騰水型原子炉の断面図である。

【図４】従来の沸騰水型原子炉の部分断面図である。

【図５】冷却材案内管の流動安定性特性を示すグラフで
ある。

【図６】流動安定性の指標である減幅比を説明するグラ
フである。

【図７】本発明の一実施例のジェットポンプの固定方法
を示す断面図である。

【図８】本発明の一実施例のジェットポンプの他の固定
方法を示す断面図である。

【図９】本発明の第二の実施例を示す沸騰水型原子炉の
部分断面図である。

【図１０】本発明の第三の実施例を示す沸騰水型原子炉
の部分断面図である。

【図１１】本発明の第三の実施例と比較するポンプ設置
位置を示す配管図。

【図１２】本発明の第四の実施例を示す沸騰水型原子炉
の部分断面図である。

【符号の説明】

１…圧力容器、４…シュラウド、１０…環状流路、１１
…インターナルポンプ、１２…冷却材案内管、１５…仕
切板、１６…底部流路、２５…ジェットポンプ、２６…
吸水孔、２７…下部プレナム、２８…支持板、２９…仕
切板、３０…吸水ノズル、３１…給水ノズル、３２，３
３…配管、３５…ジェットポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西田浩二茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者永吉拓至茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者金沢徹茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者茶木雅夫茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉圧力容器内に配置されている燃料
集合体と原子炉圧力容器の底部に形成されている冷却材
の底部流路とを冷却材案内管にて連通し、循環ポンプに
より前記底部流路および前記冷却材案内管を介して燃料
集合体に冷却材を供給循環させるようになした沸騰水型
原子炉において、前記冷却材案内管に、ジェットポンプを設けたことを特
徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】原子炉圧力容器と、該圧力容器内に配置
された燃料集合体と、前記圧力容器の底部に形成され、
燃料集合体へ供給される冷却材の流通路となる底部流路
と、前記圧力容器内の冷却材を前記底部流路に供給し、
圧力容器内の冷却材を循環させる循環ポンプと、前記底
部流路内の冷却材を前記燃料集合体に導く冷却材案内管
とを備え、前記循環ポンプにより前記底部流路および前
記冷却材案内管を介して燃料集合体に冷却材を供給する
ようになした沸騰水型原子炉において、前記冷却材案内管に、前記循環ポンプの排出圧力を駆動
力としたジェットポンプを設けたことを特徴とする沸騰
水型原子炉。
【請求項３】前記ジェットポンプを、前記冷却材案内
管と前記底部流路との結合部近傍に設けてなる請求項１
若しくは２記載の沸騰水型原子炉。
【請求項４】前記循環ポンプが前記圧力容器の内部に
配置されてなる請求項１，２若しくは３記載の沸騰水型
原子炉。
【請求項５】原子炉圧力容器と、該圧力容器内に配置
された複数の燃料集合体と、前記圧力容器の底部に形成
され、燃料集合体へ供給される冷却材の流通路となる底
部流路と、前記圧力容器内の冷却材を前記底部流路に供
給し、圧力容器内の冷却材を循環させる循環ポンプと、
前記底部流路内の冷却材を前記夫々の燃料集合体に導く
複数の冷却材案内管とを備え、前記循環ポンプにより前
記底部流路および前記夫々の冷却材案内管を介して燃料
集合体に冷却材を供給するようになした沸騰水型原子炉
において、前記複数の冷却材案内管の全てに、前記循環ポンプの排
出圧力を駆動力としたジェットポンプを設けるととも
に、夫々のジェットポンプを、ほぼ等しいポンプ能力を
有するように形成したことを特徴とする沸騰水型原子
炉。
【請求項６】前記ジェットポンプのノズル部およびス
ロート部が、前記底部流路の外壁面に固定保持されてな
る請求項５記載の沸騰水型原子炉。
【請求項７】前記ジェットポンプのノズル部が、前記
底部流路の外壁面に固定保持されるとともに、ジェット
ポンプのスロート部は、前記ノズル部に支持されてなる
請求項５記載の沸騰水型原子炉。
【請求項８】前記ジェットポンプのノズル部が、前記
底部流路の外壁面に固定保持され、かつジェットポンプ
のスロート部は、その一方端が前記底部流路の外壁面に
固定保持されるとともに、他方端がスロート外周に固定
され、かつ壁面に開口孔を有する中空体にて支持されて
なる請求項５記載の沸騰水型原子炉。
【請求項９】原子炉圧力容器と、該圧力容器内に配置
された燃料集合体と、前記圧力容器の底部に形成され、
燃料集合体へ供給される冷却材の流通路となる底部流路
と、前記圧力容器内の冷却材を前記底部流路に供給し、
圧力容器内の冷却材を循環させる循環ポンプと、前記底
部流路内の冷却材を前記燃料集合体に導く冷却材案内管
とを備え、前記循環ポンプにより前記底部流路および前
記冷却材案内管を介して燃料集合体に冷却材を供給する
ようになした沸騰水型原子炉において、前記循環ポンプを、圧力容器の外部に配置するととも
に、前記冷却材案内管に、前記循環ポンプの排出圧力を
駆動力としたジェットポンプを設けたことを特徴とする
沸騰水型原子炉。
【請求項１０】前記外部に配置された循環ポンプと圧
力容器内間を結ぶ給排管は、圧力容器の上方部より外部
に導きだされ、かつその圧力容器内側先端は圧力容器内
の下方部に位置するように形成されてなる請求項９記載
の沸騰水型原子炉。
【請求項１１】前記循環ポンプが、前記給排管が圧力
容器外部に導きだされる位置より上方に配置されてなる
請求項１０記載の沸騰水型原子炉。