JP2012141298A - 原子炉の炉内構造物 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】複数の入口ノズル4が接続された原子炉圧力容器1と、多数の燃料集合体2を囲む炉心槽3と、前記原子炉圧力容器1と炉心槽3との間に形成されたダウンカマ6と、前記ダウンカマ6の下方に配置され炉心槽3と原子炉圧力容器1とを位置決めするラジアルキー23と、を有する原子炉の炉内構造物において、前記ラジアルキー21は炉心槽3側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器1側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられている。
【選択図】図5
【解決手段】複数の入口ノズル4が接続された原子炉圧力容器1と、多数の燃料集合体2を囲む炉心槽3と、前記原子炉圧力容器1と炉心槽3との間に形成されたダウンカマ6と、前記ダウンカマ6の下方に配置され炉心槽3と原子炉圧力容器1とを位置決めするラジアルキー23と、を有する原子炉の炉内構造物において、前記ラジアルキー21は炉心槽3側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器1側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられている。
【選択図】図5
Description
本発明は、原子炉、特に、加圧水型原子炉の炉内構造物に関する。
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8は、従来の加圧水型原子炉の圧力容器の概略図である。原子炉圧力容器1は、多数の燃料集合体2と、燃料集合体2を囲む炉心槽3と、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、燃料集合体2を支持する下部炉心支持板8と、原子炉圧力容器1と炉心槽3との間に形成される環状のダウンカマ6と、ダウンカマ6の下部に設置され原子炉圧力容器1を径方向に位置決めするラジアルキー9と、から構成されている。
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。
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、ラジアルキー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原子炉の炉内構造物は、複数の入口ノズルが接続された原子炉圧力容器と、多数の燃料集合体を囲む炉心槽と、前記原子炉圧力容器と炉心槽との間に形成されたダウンカマと、前記ダウンカマの下方に配置され炉心槽と原子炉圧力容器とを位置決めするラジアルキーと、を有する原子炉の炉内構造物において、前記ラジアルキーは炉心槽側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられてい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。
以下、本発明に係る原子炉の炉内構造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構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
本第1の実施形態の炉心構造は、原子炉圧力容器1に接続されている複数の入口ノズル4のそれぞれに入口ノズルヘッダ管15を接続したことを特徴としている。入口ノズルヘッダ管15はダウンカマ6の上方に設置され、その側面に複数の流出孔16が設けられ、先端部にノズル部17が設けられている。
(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構成には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
本第1の実施形態の炉心構造は、原子炉圧力容器1に接続されている複数の入口ノズル4のそれぞれに入口ノズルヘッダ管15を接続したことを特徴としている。入口ノズルヘッダ管15はダウンカマ6の上方に設置され、その側面に複数の流出孔16が設けられ、先端部にノズル部17が設けられている。
このように構成された本実施形態において、入口ノズル4から流入する一次冷却材は入口ノズルヘッダ管15に導かれ、多数の流出孔、すなわち複数の側面流出孔16および先端ノズル17から噴出され、ダウンカマ6へと流出する。
このように、入口ノズル4に流入した一次冷却材は、一旦入口ノズルヘッダ管15へと導かれ、入口ノズルヘッダ管14の側面流出孔16及び先端ノズル17を経て噴出することにより、入口ノズルヘッダ管14が無い場合に比べて入口ノズル4の直下方向へ流れる冷却材の流量が減り、ダウンカマ6における一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。また、入口ノズル4から大流量の一次冷却材が流入して直接炉心槽3に衝突すること、あるいは、隣り合う入口ノズル4から流れる一次冷却材が干渉することによる乱れも抑制され、炉心流量を安定化することができる。
本第1の実施形態によれば、入口ノズル4に入口ノズルヘッダ管15を接続することにより、ダウンカマにおける一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。
本第1の実施形態によれば、入口ノズル4に入口ノズルヘッダ管15を接続することにより、ダウンカマにおける一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を、図3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。
本発明の第2の実施形態を、図3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、複数の入口ノズル4に多数の噴出孔19が設けられた給水リング18が接続されている。給水リング18はダウンカマ6の上部に設置され、複数の噴出口19は給水リング18の下部にダウンカマ6に向けて設けられている。
このように構成された本第2実施形態において、入口ノズル4から一次冷却材が流入すると、給水リング18に導かれ、複数の噴出孔19からダウンカマ6へと流出することにより、ダウンカマ6における一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。また、入口ノズル4から大流量の一次冷却材が流入して直接炉心槽3に衝突し、また隣り合う入口ノズル4から流れる一次冷却材が干渉することによる乱れも抑制され、炉心流量を安定化することができる。
本第2の実施形態によれば、入口ノズル4に多数の噴出孔19が設けられた給水リング18を接続することにより、ダウンカマにおける一次冷却材の流量を周方向に均一化することができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態を、図4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。
本発明の第3の実施形態を、図4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。
本実施形態では、炉心槽3と原子炉圧力容器1に囲まれたダウンカマ6に、リング状の整流板20を設けたことを特徴としている。整流板20としてリング状部材に多数の開口を設けたものが用いられ、ダウンカマ6の中央又は下方に設けられる。
このように構成された本第3の実施形態において、入口ノズル4から流入してダウンカマ6に流れこんだ一次冷却材は、ダウンカマ6に設置されたリング状の整流板20を通る際に周方向に均一化された後、下部プレナム7に流れ込み、下部プレナム7内で上方向に向きを変え燃料集合体2に流入する。
本第3の実施形態によれば、ダウンカマ6において一次冷却材が整流板20の抵抗によって周方向に広がり、下部プレナム7に流入するまでに冷却材の流速分布を周方向に均一化することができる。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態を、図5(a)、(b)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。
本発明の第4の実施形態を、図5(a)、(b)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。
本実施形態では、ラジアルキーとしてその内部に流路を設けた流路付ラジアルキー21を用いることを特徴としている。流路付ラジアルキー21は炉心槽3側と原子炉圧力容器1側にそれぞれ周方向に4箇所において設置された一対の部品からなり、中央部に冷却材が流れる冷却材流路22が設けられている。
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によって、流路付ラジアルキー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ことを防止できる。
本第4の実施形態によれば、ラジアルキーの内部に冷却材流路22を設けることにより、ラジアルキーを冷却材が通過する際に起こる剥離を防止することができる。
本第4の実施形態によれば、ラジアルキーの内部に冷却材流路22を設けることにより、ラジアルキーを冷却材が通過する際に起こる剥離を防止することができる。
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(内側部材)に設けられているが、原子炉圧力容器1側の部品(外側部材)に、又は両方の部品に流路22を設けることができる。
なお、この流路付ラジアルキー21は、上記実施形態1乃至3で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。
なお、この流路付ラジアルキー21は、上記実施形態1乃至3で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態を、図6乃至図8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。
本発明の第5の実施形態を、図6乃至図8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5の実施形態では、ラジアルキー23を構成する炉心槽3側の部品(内側部材)と原子炉圧力容器1側の部品(外側部材)として、一対の磁性体24、25を用いることを特徴としている。このラジアルキー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6(b)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キー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7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キー23が配置されている。
また、このラジアルキー23は、上記実施形態1乃至3で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。
また、このラジアルキー23は、上記実施形態1乃至3で説明した炉心構造とともに用いることができるが、単独で用いてもその効果を発揮することができる。
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。
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、15…入口ノズルヘッダ管、16…側面流出孔、17…先端ノズル、18…給水リング、19…噴出孔、20…整流板、21…流路付ラジアルキー、22…流路、23…ラジアルキー、24,25…磁性体、26…流路、27…傾斜部。
Claims (3)
- 複数の入口ノズルが接続された原子炉圧力容器と、多数の燃料集合体を囲む炉心槽と、前記原子炉圧力容器と炉心槽との間に形成されたダウンカマと、前記ダウンカマの下方に配置され炉心槽と原子炉圧力容器とを位置決めするラジアルキーと、を有する原子炉の炉内構造物において、
前記ラジアルキーは炉心槽側に設けられた内側部材と、前記原子炉圧力容器側に設けられた外側部材とを有し、前記外側部材と前記内側部材の間に流路が設けられていることを特徴とする原子炉の炉内構造物。 - 前記外側部材および前記内側部材が一対の磁性体であることを特徴とする請求項1に記載の原子炉の炉内構造物。
- 前記外側部材および前記内側部材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2記載の原子炉の炉内構造物。
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