WO2012081232A1 - 加圧水型原子炉 - Google Patents

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智香子 岩城
達實 池田
山本　哲三
勝信 渡邉
覚 阿部
憲 内田
佐藤　寿樹
奥田　健
貴一 伊藤
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株式会社 東芝
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    • G21C15/02—Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C5/02—Details
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a pressurized water reactor.
  • the primary coolant introduced to the reactor is heated by the thermal energy of the fuel assembly of the reactor and is guided to the steam generator.
  • the steam generator heat is exchanged between the heated primary coolant and the secondary coolant, and steam generated by boiling the secondary coolant is guided to the turbine to generate power.
  • FIG. 6 is a schematic sectional elevation view of a conventional pressurized water reactor.
  • the reactor pressure vessel 1 is a substantially cylindrical vessel whose axis is the vertical direction.
  • the reactor pressure vessel 1 is provided with an inlet nozzle 4 into which the primary coolant flows and an outlet nozzle 5 from which the heated primary coolant flows out.
  • a large number of fuel assemblies 2, a cylindrical core tank 3 surrounding the fuel assemblies 2, and a lower core support plate 8 that supports the fuel assemblies 2 are disposed in the reactor pressure vessel 1.
  • An annular downcomer 6 is formed between the reactor pressure vessel 1 and the reactor core 3.
  • a radial key 9 is installed below the downcomer 6 as a radial support for positioning the reactor pressure vessel 1 in the radial direction.
  • the primary coolant flows into the reactor pressure vessel 1 from the inlet nozzle 4, descends the downcomer 6, joins at the lower plenum 7 formed at the lower part of the fuel assembly 2, and reverses the flow direction upward.
  • the fuel assembly 2 in the core tank 3 is raised through the core support plate 8.
  • the primary coolant heated by the fuel assembly 2 joins and mixes at the upper part, flows out from the outlet nozzle 5, and is guided to a steam generator (not shown).
  • Patent Document 1 In order to make the coolant flowing in from the inlet nozzle uniform in the circumferential direction, it is proposed to arrange a streamlined peeling suppression member on the downcomer and to form a radial support (radial key) in a streamlined form.
  • Patent Document 1 Has been.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a reactor that can uniformize the primary coolant flowing down the downcomer in the circumferential direction and provide the primary coolant evenly distributed in the fuel assembly.
  • An object is to provide an in-furnace structure.
  • a pressurized water reactor includes a cylindrical reactor pressure vessel having a plurality of inlet nozzles connected to a side surface and having a vertical axis, and the reactor pressure.
  • a cylindrical shape having a vertical axis as an axis and forming an annular downcomer between a plurality of fuel assemblies housed in a vessel and the plurality of fuel assemblies and an inner surface of the reactor pressure vessel
  • the core tank and the downcomer below the inlet nozzle are spaced apart from each other in the circumferential direction, and a vertical flow path is formed inside each to position the core tank and the reactor pressure vessel.
  • a plurality of radial supports are provided.
  • the primary coolant flowing down the downcomer can be made uniform in the circumferential direction, and the primary coolant distributed evenly in the fuel assembly can be provided.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a radial key with flow passage according to the first embodiment, and is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a partial vertical sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • the horizontal sectional view showing the modification of the in-furnace structure concerning a 2nd embodiment. 1 is a schematic sectional elevation view of a conventional pressurized water reactor.
  • a radial key 21 with a flow path provided with a flow path 22 therein and a key groove member 40 are used as a radial support.
  • Each radial key 21 with flow passage 21 is attached to the outside of the lower part of the reactor core 3 at intervals in the circumferential direction.
  • the radial key with flow passage 21 has a protrusion extending in the vertical direction.
  • a keyway member 40 is attached at a position facing each radial key 21 with a flow path inside the reactor pressure vessel 1.
  • Each key groove member 40 is formed with a key groove 41 extending in the vertical direction, and the protruding portion of the radial key 21 with a flow path is fitted into each key groove 41 to position the reactor core 3 in the reactor pressure vessel 1. be able to.
  • a coolant flow path 22 in which the coolant flows in the vertical direction is provided.
  • the reactor core vessel 3 is positioned in the reactor pressure vessel 1 while maintaining a gap by the radial key 21 with the flow path and the key groove member 40.
  • the flow 12 of the primary coolant flowing in from the inlet nozzle 4 and descending the downcomer 6 is divided into left and right when passing through the radial key 21 with flow path, and also flows through the coolant flow path 22 provided in the center. .
  • the peeling which arises when a coolant passes the radial key 21 with a flow path is suppressed.
  • the radial key 21 with flow passage is illustrated as being fixed at four locations in the circumferential direction, but the number of radial keys can be increased or decreased as appropriate.
  • the flow path 22 is provided in the component by the side of the reactor core 3, the flow path 22 can be provided in the component by the side of the reactor pressure vessel 1, or in both components.
  • the radial key 21 with a flow path is attached to the outside of the reactor core 3, and the keyway member 40 is attached to the inside of the reactor pressure vessel 1.
  • the key groove member 40 may be attached to the outside of the reactor core 3, and the radial key 21 with a flow path may be attached to the inside of the reactor pressure vessel 1.
  • a radial support 23 including a pair of magnetic bodies 24 and 25 is used as a radial support instead of using the radial key 21 with a flow path and the key groove member 40.
  • the radial support 23 is composed of a magnetic body 24 fixedly installed on the reactor core 3 side and a magnetic body 25 fixedly installed on the reactor pressure vessel 1 side of the opposing surface, and in the circumferential direction of the reactor core 3. A plurality are arranged. These opposing magnetic body 24 and magnetic body 25 are magnetized so as to attract or repel each other.
  • a flow path 26 is formed between the magnetic body 24 and the magnetic body 25.
  • the inclined portions 27 may be formed at the upper and lower ends of the magnetic body 24 and the magnetic body 25 in order to reduce the flow resistance.
  • the reactor core 3 is positioned in a non-contact manner in the radial direction by electromagnetic forces attracting each other (or repulsive electromagnetic forces).
  • electromagnetic forces attracting each other or repulsive electromagnetic forces.
  • radial supports 23 are installed, but the number can be arbitrarily changed.
  • the radial support 23 is disposed over the entire circumferential direction of the core tank 3.
  • SYMBOLS 1 Reactor pressure vessel, 2 ... Fuel assembly, 3 ... Core tank, 4 ... Inlet nozzle, 5 ... Outlet nozzle, 6 ... Downcomb, 7 ... Lower plenum, 8 ... Lower core support plate, 9 ... Radial key, 21 ... radial key with flow path, 22 ... flow path, 23 ... radial support, 24, 25 ... magnetic material, 26 ... flow path, 27 ... inclined portion, 40 ... key groove member, 41 ... key groove

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Abstract

　実施形態によれば、加圧水型原子炉は、複数の入口ノズルが接続された円筒状の原子炉圧力容器（１）と、原子炉圧力容器（１）内に収容された複数の燃料集合体と、複数の燃料集合体を囲み原子炉圧力容器（１）の内側面との間に環状のダウンカマ（６）を形成する円筒状の炉心槽（３）と、複数のラジアルサポートと、を有する。複数のラジアルサポートは、ダウンカマ（６）の下方で周方向に互いに間隔をあけて配置され、それぞれの内部に鉛直方向の流路が形成されて、炉心槽（３）と原子炉圧力容器（１）とを位置決めするものであって、たとえば、流路付ラジアルキー（２１）およびキー溝部材（４０）からなる。

Description

加圧水型原子炉
　本発明は、加圧水型原子炉に関する。
　加圧水型原子炉において、原子炉に導かれた一次冷却材は、原子炉の燃料集合体の熱エネルギーによって加熱され、蒸気発生器へと導かれる。蒸気発生器では、加熱された一次冷却材と二次冷却材とが熱交換され、二次冷却材が沸騰して発生した蒸気はタービンへと導かれて発電を行う。
　図６は、従来の加圧水型原子炉の概略立断面図である。原子炉圧力容器１は軸を鉛直方向とするほぼ円筒状の容器である。原子炉圧力容器１には、一次冷却材が流入する入口ノズル４と、加熱された一次冷却材が流出する出口ノズル５とが取り付けられている。原子炉圧力容器１内には、多数の燃料集合体２と、燃料集合体２を囲む円筒状の炉心槽３と、燃料集合体２を支持する下部炉心支持板８とが配置されている。原子炉圧力容器１と炉心槽３との間に、円環状のダウンカマ６が形成されている。ダウンカマ６の下部に、原子炉圧力容器１を径方向に位置決めするラジアルサポートとしてラジアルキー９が設置されている。
　一次冷却材は、入口ノズル４から原子炉圧力容器１に流入し、ダウンカマ６を下降し、燃料集合体２の下部に形成される下部プレナム７で合流して流れ方向を上向きに反転し、下部炉心支持板８を通って、炉心槽３内の燃料集合体２を上昇する。燃料集合体２で加熱された一次冷却材は、上部で合流し混合されて出口ノズル５から流出し、蒸気発生器（図示せず）へ導かれる。
　このような加圧水型原子炉では、通常運転時において一次冷却材の流量および圧力が不均一になると、燃料集合体２の冷却が不均一となる。したがって、燃料集合体２に均等に分布した一次冷却材を与えることが重要となる。
　そこで、入口ノズルから流入する冷却材を周方向に均一化するため、ダウンカマに流線形の剥離抑制部材を配置するとともにラジアルサポート（ラジアルキー）を流線形に形成すること（特許文献１）が提案されている。
特開２００５－２４３８３号公報
　上述したように、原子炉の燃料集合体を流れる一次冷却材を均一化するために、ダウンカマを流下する一次冷却材を均一にする提案がなされているが、ダウンカマに剥離抑制部材を設置したり、ラジアルサポートを流線形状にする従来技樹では、その流域で流れの剥離を抑制できる効果があるが、ダウンカマ全周にわたって一次冷却材を均一化することは困難であった。
　本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、ダウンカマを流下する一次冷却材を周方向に均一化し、燃料集合体に均等に分布した一次冷却材を与えることができる原子炉の炉内構造物を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る加圧水型原子炉は、複数の入口ノズルが側面に接続されて軸を鉛直方向とする円筒状の原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に収容された複数の燃料集合体と、前記複数の燃料集合体を囲み、前記原子炉圧力容器の内側面との間に環状のダウンカマを形成する、軸を鉛直方向とする円筒状の炉心槽と、前記入口ノズルより下方の前記ダウンカマで周方向に互いに間隔をあけて配置され、それぞれの内部に鉛直方向の流路が形成されて、前記炉心槽と前記原子炉圧力容器とを位置決めする複数のラジアルサポートと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、ダウンカマを流下する一次冷却材を周方向に均一化し、燃料集合体に均等に分布した一次冷却材を与えることができる。
第１の実施形態に係る加圧水型原子炉の炉内構造物の水平断面図。 第１の実施形態に係る流路付ラジアルキーの構成を示す図であって、図１のＩＩ－ＩＩ線矢視立断面図。 第２の実施形態に係る炉内構造物の水平断面図。 図３のＩＶ－ＩＶ線矢視部分立断面図。 第２の実施形態に係る炉内構造物の変形例を示す水平断面図。 従来の加圧水型原子炉の概略立断面図。
　以下、本発明に係る加圧水型原子炉の実施形態について、図面を参照して説明する。
　　（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。
　なお、上記従来の炉内構造と同一の部分には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
　本実施形態では、ラジアルサポートとして、その内部に流路２２を設けた流路付ラジアルキー２１とおよびキー溝部材４０とを用いる。
　４個の流路付ラジアルキー２１が、炉心槽３の下部外側に、互いに周方向に間隔をあけて取り付けられている。流路付ラジアルキー２１は鉛直方向に延びる突起が形成されている。原子炉圧力容器１の内側の各流路付ラジアルキー２１に対向する位置に、キー溝部材４０が取り付けられている。各キー溝部材４０には鉛直方向に延びるキー溝４１が形成され、各キー溝４１に流路付ラジアルキー２１の突出部が嵌って、原子炉圧力容器１内で炉心槽３の位置決めを行うことができる。
　流路付ラジアルキー２１内の中央には、冷却材が鉛直方向に流れる冷却材流路２２が設けられている。
　その他の構成は、図６を参照して説明した上記従来技術と同様である。
　このように構成された本実施形態において、流路付ラジアルキー２１およびキー溝部材４０によって、炉心槽３が原子炉圧力容器１に隙間を維持して位置決めされる。入口ノズル４から流入し、ダウンカマ６を下降する一次冷却材の流れ１２は、流路付ラジアルキー２１を通る際に左右に分かれるとともに、中央に設けられた冷却材流路２２を通る流れも生じる。これにより、流路付ラジアルキー２１を冷却材が通過する際に起こる剥離が抑制される。それにより、流路付ラジアルキー２１の下流に位置する燃料集合体２に流れる流量が局所的に低下する現象を防止できる。
　なお、本実施形態において、流路付ラジアルキー２１は円周方向に４箇所において固定された場合を図示しているが、ラジアルキーの個数は適宜増減できる。また、流路２２は炉心槽３側の部品に設けられているが、原子炉圧力容器１側の部品に、又は両方の部品に流路２２を設けることができる。
　また、図示の例では、炉心槽３の外側に流路付ラジアルキー２１を取り付け、原子炉圧力容器１の内側にキー溝部材４０を取り付けている。これとは逆の例として、炉心槽３の外側にキー溝部材４０を取り付け、原子炉圧力容器１の内側に流路付ラジアルキー２１を取り付けるような構成とすることもできる。
　　（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態を、図３乃至図５を用いて説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
　本第２の実施形態では、ラジアルサポートとして、流路付ラジアルキー２１とキー溝部材４０とを用いる代わりに一対の磁性体２４、２５からなるラジアルサポート２３を用いる。このラジアルサポート２３は、炉心槽３側に固定設置される磁性体２４と、対向する面の原子炉圧力容器１側に固定設置される磁性体２５で構成され、炉心槽３の円周方向に複数個配置される。これらの対向する磁性体２４と磁性体２５は互いに吸引し合うか、または反発しあう力が働くように磁化される。
　また、磁性体２４と磁性体２５の間は流路２６が形成される。その際、磁性体２４と磁性体２５の上下端部を図４に示すように、流動抵抗を少なくするために傾斜部２７を形成してもよい。
　このように構成された本実施形態において、炉心槽３が互いに吸引し合う電磁力（または反発し合う電磁力）によって半径方向に非接触で位置決めされる。非接触で位置決めされることにより、流路２６の隙間を大きくすることができるとともに、円周方向流路を均一に配置できるので、局所的流量低下を防止できる。
　なお、本実施形態ではラジアルサポート２３を４個設置しているが、その数は任意に変更できる。例えば、図５に示す変形例では、炉心槽３の円周方向全体にわたってラジアルサポート２３が配置されている。
　　（他の実施形態）
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　たとえば、一つの加圧水型原子炉で、上記各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
１…原子炉圧力容器、２…燃料集合体、３…炉心槽、４…入口ノズル、５…出口ノズル、６…ダウンカマ、７…下部プレナム、８…下部炉心支持板、９…ラジアルキー、２１…流路付ラジアルキー、２２…流路、２３…ラジアルサポート、２４，２５…磁性体、２６…流路、２７…傾斜部、４０…キー溝部材、４１…キー溝

Claims (5)

  1. 　複数の入口ノズルが側面に接続されて軸を鉛直方向とする円筒状の原子炉圧力容器と、
    　前記原子炉圧力容器内に収容された複数の燃料集合体と、
    　前記複数の燃料集合体を囲み、前記原子炉圧力容器の内側面との間に環状のダウンカマを形成する、軸を鉛直方向とする円筒状の炉心槽と、
    　前記入口ノズルより下方の前記ダウンカマで周方向に互いに間隔をあけて配置され、それぞれの内部に鉛直方向の流路が形成されて、前記炉心槽と前記原子炉圧力容器とを位置決めする複数のラジアルサポートと、
    　を有することを特徴とする加圧水型原子炉。
  2. 　前記ラジアルサポートは、
    　鉛直方向に延びるキー溝が形成されて前記原子炉圧力容器の内側に固定されたキー溝部材と、
    　前記炉心槽の外側に向けて突出して前記キー溝内に少なくとも部分的に挿入されたキーと、
    　を含み、
    　前記流路は前記キー溝部材および前記キーの少なくとも一方に形成されていること、
    　を特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
  3. 　前記ラジアルサポートは、
    　鉛直方向に延びるキー溝が形成されて前記炉心槽の外側に固定されたキー溝部材と、
    　原子炉圧力容器の内側に固定されて前記キー溝に向けて突出して前記キー溝内に少なくとも部分的に挿入されたキーと、
    　を含み、
    　前記流路は前記キー溝部材および前記キーの少なくとも一方に形成されていること、
    　を特徴とする請求項１に記載の加圧水型原子炉。
  4. 　前記ラジアルサポートは、前記原子炉圧力容器の内側に固定された第１の磁性体と、前記第１の磁性体に対向する位置で前記炉心槽の外側に固定された第２の磁性体と、を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の加圧水型原子炉。
  5. 　前記ラジアルサポートを炉心槽の円周方向全体にわたって設置したことを特徴とする請求項４記載の加圧水型原子炉。
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