JP4197696B2 - 自然循環型沸騰水型原子炉 - Google Patents

Description

本発明は、良好な自然循環特性を確保し、安全性を向上させた自然循環型沸騰水型原子炉に関する。

自然循環型沸騰水型原子炉（以下、自然循環型ＢＷＲという。）では、自然循環流量を確保するために、原子炉圧力容器を高くし、炉心を原子炉圧力容器内の相対的低い位置に設置し、炉心上部にチムニという大きな自由空間を形成している。

自然循環型ＢＷＲは、強制循環型の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のように原子炉内再循環ポンプ（インターナルポンプ）や原子炉再循環系（原子炉外再循環ポンプおよびジェットポンプ）を備えず、原子炉内再循環ポンプ等で原子炉圧力容器内を強制循環させる構造となっていない。

自然循環型ＢＷＲにおいては、原子炉圧力容器内で循環流路を形成する役割を果たしているシュラウド内外であるダウンカマ部および炉心部の密度差と炉心部の気液二相流の圧力損失のバランスで自然循環流量が決定される。この自然循環流量は、原子炉圧力容器を高くしてダウンカマ部の水頭圧（ヘッド）を大きくし、かつ炉心上部に大きな自由空間であるチムニを配置し、チムニでの気液二相流の圧力損失を低減させて水頭圧（ヘッド）を小さくし、シュラウド内外の密度差に基づく水頭圧差（ヘッド差）を大きくして確保される。

炉心上部に構成されるチムニは、大型の自然循環型ＢＷＲでは、半径約５ｍ、高さ約１０ｍ程度にもなる非常に大きな自由空間である（特許文献１参照）。この自由空間を炉心上部に形成し、炉心から流出した気液二相流が流れる場合、大きな自由空間のチムニ内で多次元的な流れが発生し、自然循環流が阻害されることが考えられ、自然循環型ＢＷＲの開発で問題となっている。この多次元的な流れ現象は、ロシアの自然循環型ＢＷＲ Ｖｋ−５０で確認されている。

また、炉心上部に設置されるチムニ内の熱流動挙動の解明のため、いわゆる大口径垂直配管内の気液二相流挙動試験がカナダのオンタリオハイドロ社で実施された。

この気液二相流挙動試験は、口径約６０ｃｍの垂直配管を用いた高温高圧の試験であり、この試験により口径約６０ｃｍの垂直配管内の流れは、多次元ではなく、一次元的な安定した流れであることが判明した。

カナダの気液二相流挙動試験結果に基づき、大型の自然循環型沸騰水型原子炉、例えばＳＢＷＲでは、大きな自由空間であるチムニ領域に対して、気液二相流の安定した流れを確保するため、複数の４角格子板から構成される角筒状の分割チムニを採用している。分割チムニの大きさは、約６０ｃｍ四方であり、この大きさの角筒状の分割チムニであれば、カナダのオンタリオハイドロ社の試験結果のように、安定した自然循環流が確保される。

自然循環型ＢＷＲでは、分割チムニを採用することにより、各分割チムニ内の流れが多次元的な流れでなく、一次元的な安定した流れとなり、安定した自然循環流量が確保できるようになった。

分割チムニを採用した自然循環型原子炉として、特許文献２に開示された技術がある。この自然循環型原子炉は、分割チムニを採用することで良好な自然循環特性を確保するとともに、過渡時の水位低下を抑制している。この自然循環型ＢＷＲでは、分割チムニを上下に２分割し、上部の分割チムニの流路断面積が下部の分割チムニの流路断面積よりも小さくした分割チムニを採用している。

分割チムニ領域を上下に２分割し、流路断面積を異にした分割チムニを採用することにより安定した自然循環流量が確保できる一方で、安定性が悪くなる虞がある。一般に、自然循環型ＢＷＲは安定性が悪いと言われている。

安定性の観点から考察すると、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の安定性には、チャンネル安定性、炉心安定性および領域安定性がある。このうち、チャンネル安定性は、燃料チャンネル（チャンネルボックス）内の圧力損失変化を介した熱流動フィードバックによる流量変動に関する熱水力的安定性である。炉心安定性と領域安定性は、炉心内のボイド変化による反応度変化を介した核的フィードバックによる中性子束振動の核熱水力的安定性である。また、炉心安定性は、炉心全体の出力が一体となって変動する中性子束の基本モードにおける安定性であり、領域安定性は、炉心出力の空間変動に伴う中性子束の高次モードの安定性である。

従来のＢＷＲは、多数の燃料集合体（燃料チャンネル）が装荷されて炉心が構成され、この炉心の上部および下部に共有のプレナム部を有して並行流路体系を形成している。多数の燃料チャンネルで並行流路体系を構成すると、特定の燃料チャンネルに流量変動が生じても、他の大多数の安定な燃料チャンネルの存在により、炉心の上下部のプレナム部間の圧力損失は一定に保たれる。

並行流路体系の炉心では、特定の燃料チャンネル内が流量変動して圧力損失が変化しようとしても、この圧力損失を一定値に戻そうとする力が流体に作用する。チャンネル安定性は、上部プレナムおよび下部プレナムが炉心部共通の圧力境界として機能し、燃料チャンネル部の圧力損失が一定となるような境界条件下での単一な燃料チャンネルの安定性である。

ＢＷＲの燃料チャンネルは、垂直な加熱流路を形成しており、炉心部に流入した流体は沸騰によりボイドを発生し、炉心上部に向うに従ってボイド率が大きくなる炉心軸方向のボイド率分布を持つ気液二相流となるので、炉心入口流量の変化に対して、気液二相部の圧力損失は、ボイドの輸送遅れに伴う時間遅れをもって変化する。

ＢＷＲの炉心部のように、気液二相部が存在する加熱流路においては、入口流量の変化に対して気液二相部の圧力損失は、ボイドの輸送遅れに伴う時間遅れをもって変化する。この時間遅れを伴う気液二相流の圧力損失変化がチャンネル安定性のフィードバックループのフィードバック量となる。一般的には、気液二相流の圧力損失の大きさが大きいほど、また、時間遅れが大きいほど、チャンネル安定性は不安定になる。

自然循環型ＢＷＲの場合には、ＢＷＲの炉心部と異なり、炉心上部の圧力境界が分割チムニ出口となる。燃料チャンネルと分割チムニを一まとめにしたものとを仮想的に燃料チャンネルと考えると、チムニが無い場合に比べて気液二相流の領域が長くなり、ボイドのチムニ内での輸送遅れが付加されることとなる。このため、気液二相流の圧力損失や時間遅れが大きくなって仮想燃料チャンネルの安定性が悪化する虞がある。

分割チムニ付きの自然循環型ＢＷＲにおいて、燃料チャンネルの安定性の改善を目指した先行技術は存在しない。
特開平２−８０９９８号公報 特開平４−２５９８９４号公報

分割チムニ付きの自然循環型ＢＷＲでは、多次元的な流れが抑制されるので安定した一次元的流れとなって自然循環流量は確保されるが、燃料チャンネルと分割チムニを一まとめにしたものとを仮想的に燃料チャンネルと考えると、ＢＷＲの炉心に比べて気液二相流の領域が炉心軸方向に長くなり、ボイドのチムニ内での輸送遅れが付加され、仮想チャンネルの安定性が悪化する可能性がある。

従来のＢＷＲでは、図１３に示すように、各燃料集合体１内の圧力損失ΔＰが、炉心出口の上部プレナム部２において、炉心全体で均一となる条件でチャンネル安定性が評価されている。従来のＢＷＲの炉心３には、数百体の燃料集合体１が配置され、核燃料集合体１は炉心３に装荷されて並行流路を形成している。

並行流路を形成した炉心３部では、特定の燃料集合体（燃料チャンネル）１内で流体振動が生じても、その周辺の多くの燃料チャンネルに吸収され、炉心上部プレナム２と炉心下部プレナム４との間の各チャンネル差圧ΔＰ（ΔＰ_１〜ΔＰ_Ｎ）は、ほぼ一定に保たれるフィードバック効果がチャンネル流量に対して作用する。

チャンネル差圧ΔＰを一定に保つフィードバック効果が作用する過程で、燃料チャンネル内が気液二相状態であるため、流量変化から圧力損失変化に時間遅れが生じており、ある気液二相の条件下では燃料チャンネルに不安定性が生じることになる。気液二相状態の圧力損失変化から遅れ時間が大きい低流量や長流路の場合や、気液二相流の圧力損失変化が大きなゲインの場合には、安定性がより不安定となる。

分割チムニ付き自然循環型ＢＷＲでは、図１４に示すように、分割チムニ６に流入する燃料チャンネルの圧力が炉心出口で一旦均圧化（差圧ΔＰ_Ｃ１〜ΔＰ_ＣＮのＮ個の燃料チャンネル１内で均圧化）された後、全燃料チャンネル１の圧力がチムニ５出口で均圧化（差圧ΔＰ_ＣＭ１〜ΔＰ_ＣＭｋＰのｋ個の分割チムニ５間で均圧化）される。

このため、燃料集合体１と分割チムニ５を一まとめにしたものとを仮想的な燃料チャンネルと仮定すると、仮想燃料チャンネルは、従来のＢＷＲ炉心の燃料集合体１に比べ、分割チムニの軸方向長さ分だけ気液二相流領域の長さが長くなり、分割チムニ内でボイドによる輸送遅れが付加される。

このため、自然循環型ＢＷＲでは仮想燃料チャンネルのチャンネル安定性等の安定性が悪化する可能性がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、良好な自然循環特性を確保し、安定性を改善した自然循環型沸騰水型原子炉を提供することを目的とする。

本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、前記炉心シュラウド内に設置された分割チムニの角筒状格子板に分割チムニ部を均圧にする構造を設け、この均圧化構造により、前記分割チムニ部を均圧化させたものである。

また、本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉は、上述した課題を解決するために、請求項７に記載したように、原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、前記炉心シュラウド内に設置された前記分割チムニの領域をチムニ高さ方向に複数に分け、上部分割チムニ群の角筒状格子板を下部分割チムニ群の角筒状格子板より大きな横断面積を有するように構成し、前記分割チムニの高さ方向中間部で前記燃料集合体の間の圧力を均一化させたものである。

さらに、本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉は、上述した課題を解決するために、請求項９に記載したように、原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、前記炉心シュラウド内に設置された前記分割チムニの領域をチムニ高さ方向に複数に分け、上部分割チムニ群の角筒状格子板の中心位置を下部分割チムニ群の角筒状格子板の中心位置から横方向にシフトさせ、前記分割チムニの高さ方向中間部で燃料集合体の間を均圧化させたものである。

本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉は、炉心シュラウド内に設置された分割チムニの出口より上流側で分割チムニ部あるいは燃料集合体間の圧力を均圧化させることができて、安定性に重要な炉心上部の圧力境界位置を低下させることができる。気液二相流領域が短くなり、分割チムニ内の輸送遅れを解消でき、安定性の改善を図ることができる。

本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明に係る自然循環型沸騰水型原子炉（以下、自然循環型ＢＷＲという。）の第１実施形態を示す概念的な構成図である。この自然循環型ＢＷＲ１０は、原子炉圧力容器１１内に炉心シュラウド１２が設けられ、この炉心シュラウド１２内に数百体、例えば８００体程度の多数の燃料集合体１３を装架して炉心１４が構成される。炉心１４は炉心シュラウド１２の下部に設けられ、炉心１４の上方に角筒状の分割チムニ１５が複数設けられる。複数の分割チムニ１５を組み合せて分割チムニ群に組み立てられる。

分割チムニ１５は複数個が束ねられてチムニ１６が構成され、各分割チムニ１５内部に自由空間をそれぞれ形成している。炉心１４は多数の燃料集合体１３を正方格子状に整列配置して炉心内に並列流路を構成している。炉心１４はその上部に分割チムニ１５群を有し、この炉心１４および分割チムニ１５群の上部および下部に共通のプレナム部１７，２８を有する並行流路体系を構成している。

チムニ１６の出口側に炉心上部プレナム１７が形成され、この上部プレナム１７はシュラウドヘッド１８で覆われている。シュラウドヘッド１８上には多数の気水分離器１９が林立状態で設置され、この気水分離器１９の上方に蒸気乾燥器２０が設けられる。蒸気乾燥器２０は気水分離器１９で気液分離された蒸気分から湿分を除去して乾燥させて乾き蒸気を形成し、この乾き蒸気を主蒸気として主蒸気管２１から図示しない蒸気タービンに供給されるようになっている。この主蒸気管２１は主蒸気系２２を構成している。

蒸気タービンで仕事をし、発電を行なうことで膨張した蒸気は復水器（図示せず）に排出され、この復水器で凝縮（冷却）されて復水となる。この復水は、復水給水系２４を通り、給水配管２５から給水として原子炉圧力容器１１内に還流されるようになっている。

原子炉圧力容器１１に還流された給水は、気水分離器１９で気水分離された水分（戻り水）と混合されてダウンカマ部２７に案内される。ダウンカマ部２７は原子炉圧力容器１１と炉心シュラウド１２との間のスリーブ状あるいは円筒状の環状空間に形成され、給水と炉水の冷却材の混合流をダウンカマ部２７の上下部の水頭圧差を利用して自然循環流で下降させ、炉心１４下方の炉心下部プレナム２８に導くようになっている。

ダウンカマ部２７を下降した混合流は、炉心下部プレナム２８で反転して上昇流となって炉心下部の入口に案内される。この混合流が炉心１４を通る間に核加熱作用を受けて加熱されて気液二相流となり、分割チムニ１５に流入せしめられる。この気液二相流は、その後炉心上部プレナム１７を上昇して気水分離器１９に導かれ、ここで気水分離される。

一方、原子炉圧力容器１１内に収容される炉心シュラウド１２内の下部には多数の燃料集合体１３を装荷した炉心１４が形成され、この炉心１４の上部に角筒状分割チムニ１５が設けられる。分割チムニ１５は格子板３０を角筒状に構成して内部に自由空間を形成している。分割チムニ１５は隣り合う分割チムニ１５と均圧管３１で連絡され、この均圧管３１を介して隣り合う分割チムニ１５内の圧力が均一となるように調節される。均圧管３１は分割チムニ１５の軸方向高さの中間領域より下方に設けられ、分割チムニ１５部の圧力均圧構造を構成している。角筒状の分割チムニ１５は約６０ｃｍ四方の大きさで軸方向高さが数ｍ〜１０数ｍの高さ、例えば１０ｍの高さとなるように設けられる。チムニ１６は一例として全体の口径、分割チムニ１５の合計口径が約５ｍ、軸方向高さが１０ｍとなるように構成される。

また、炉心１４を構成する燃料集合体１３は角筒状のチャンネルボックス３３内に多数の燃料棒が正方格子状に整列配置されて収納される。多数の燃料集合体１３間に制御棒３４が図示しない制御棒駆動装置により出し入れされて炉出力が調節される。制御棒３４は横断面十字形をなして４体１組の燃料集合体１３間に出し入れ調節制御される。

炉心１４上方に隣接して設置される各分割チムニ１５は、図２に示すように、均圧管３１で連絡して隣り合う分割チムニ１５内の空間圧力が均一となるように調節される。

分割チムニ１５間の圧力を均一にするための圧力均圧化構造は、均圧管３１を設ける代りに、分割チムニ１５の入口部近傍に連絡孔３５を、図３に示すように設けてもよい。連絡孔３５は、円形、楕円形、長円形あるいは矩形形状に形成され、角筒状の分割チムニ１５入口部の格子板３０の各板面に対応してそれぞれ設置される。

この実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０では原子炉圧力容器１１内に多数の燃料集合体１３を収容して炉心シュラウド１２内下部に炉心１４を形成し、各燃料集合体１３の出口側に分割チムニ１５を束ねた分割チムニ群を設ける。

隣り合う分割チムニ１５は均圧管３１により、また、各分割チムニ１５に形成された連絡孔３５により、分割チムニ部の圧力を均一化させることができる。すなわち、炉心１４を構成する燃料集合体１３出口の分割チムニ部で全燃料集合体１３間で均圧化することができる。

これにより、燃料チャンネルのチャンネル安定性に重要である炉心上部の圧力境界が分割チムニ１５出口から分割チムニ１５入口側の連絡孔３５あるいは均圧管３１となって気液二相流領域が短くなり、分割チムニ１５内の輸送遅れがなくなり、あるいは、この輸送遅れを大幅に改善できるので、安定性を改善することができる。

［第１実施形態の変形例］
図４は、本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第１実施形態の第１変形例を示すものである。

この第１変形例に示された分割チムニ１５Ａは、図２および図３に示した分割チムニ１５と構成を異にし、他の構成および作用は図１に示された自然循環型ＢＷＲ１０と異ならないので同一部材には同じ符号を付して図示ならびに説明を省略する。

図４に示された分割チムニ１５Ａは、角筒状の各格子板３０の各板面下部に複数個の連絡孔３６ａ，３６ｂを上下方向にそれぞれ形成したものである。

また、図５は、本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第１実施形態における第２変形例を示すものである。

この第２変形例に示された分割チムニ１５Ｂは、角筒状の各格子板３０にチムニ軸方向に延びるスリット３７をそれぞれ形成したものである。図５では縦スリット３７を形成した例を示したが、横スリットを角筒状格子板３０のチムニ軸方向に多段に形成してもよい。

さらに、図６は、本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第１実施形態における第３変形例を示すものである。

この第３変形例に示された自然循環型ＢＷＲ１０は、各分割チムニ１５に連絡孔３５；３６ａ，３６ｂやスリット３７を形成する代りに、炉心１４を構成する燃料集合体１３群の上部と分割チムニ１５の入口（下部）との間に隙間３８を形成したものである。

自然循環型ＢＷＲ１０では、燃料集合体１３群の上部に設けられる分割チムニ１５に均圧管３１を設け、この均圧管３１で隣り合う分割チムニ１５，１５同士を連通したり、また、燃料集合体１３群の上部に設置される角筒状の各分割チムニ１５の角筒状の格子板３０に、１つ以上の連絡孔３５；３６ａ，３６ｂを設けたり、スリット３７を設けたり、さらに、燃料集合体１３群の上部と分割チムニ１５群の下部との間に隙間３８を設けることにより、燃料集合体１３出口の分割チムニ１５部で全燃料集合体１３間を均圧化することができる。複数の連絡孔３６ａ，３６ｂは分割チムニ１５のチムニ軸方向下部側に設けられる一方、スリット３７は分割チムニ１５の格子板３０の中間部下方から下部にかけて穿設される。スリット３７は縦方向に形成する代りに、横方向（幅方向）に１段以上形成するようにしてもよい。

全燃料集合体１３，１３間を分割チムニ１５部で均圧化することにより、燃料チャンネルのチャンネル安定性に重要である炉心上部の圧力境界が分割チムニ１５の出口側から分割チムニ１５の略入口側に下降させて形成することが可能となって気液二相流領域を短くすることができる。これにより、分割チムニ１５群の輸送遅れがなくなるので、チャンネル安定性等の安定性の改善を図ることができる。

［第２実施形態］
図７および図８は本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第２実施形態を示す図である。

図７は、自然循環型ＢＷＲの第２実施形態を示す概略的な縦断面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う平断面図である。

第２実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ａにおいて、第１実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。

図７に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ａは、炉心１４を構成する燃料集合体１３群の上部に複数の角筒状の分割チムニ１５を束ねて設置し、分割チムニ群からなるチムニ１６を構成している。

チムニ１６を構成する各分割チムニ１５は、最外周に配設された分割チムニ１５の角筒状格子板４０に少なくとも１つの連絡孔４１を設ける。最外周領域に配設される隣り合う分割チムニ１５の各格子板４０の連絡孔４１の口径は、最外周領域以外の中央側領域の分割チムニ１５の格子板４３に形成された少なくとも１つの連絡孔４４の口径よりも大きくし、チャンネル流量が少なくかつ炉出力が大きく異なる周辺部の燃料集合体１３間の圧力を均圧化するものである。

第２実施形態の自然循環型ＢＷＲ１０Ａにおいては、炉出力が大きく異なる原子炉圧力容器１１内炉心１４の周辺部の各燃料集合体１３内および各燃料集合体１３間の圧力を均圧化することができる。

この結果、安定性に重要な炉心上部圧力境界位置を分割チムニ１５の各連絡孔４１，４４形成位置まで下げることができ、気液二相流の流れが短くなり、分割チムニ１５内の輸送遅れがなくなるので、安定性を改善することができる。

分割チムニ１５に形成される各連絡孔４１，４４は、燃料集合体１３の外周部に対応する分割チムニ１５の最外周部の各連絡孔４１が残りの分割チムニ１５の各連絡孔４４より大きな径に形成される。各連絡孔４１，４４は、分割チムニ１５の格子板４０，４３の適宜位置に１個以上形成される。各連絡孔４１，４４の孔形状は、円形であっても、矩形であっても、楕円や長円形であっても、また、スリット形状であってもよい。

また、各分割チムニ１５の連絡孔４１，４４は、好ましくはチムニ軸方向において中央部より下部側に対応して形成される。各連絡孔４１，４４は、分割チムニ１５角筒状の各格子板４０，４３の適宜位置に、または各格子板４０，４３の板面全体に上下方向に沿って複数個形成してもよい。いずれにしても各分割チムニ１５に形成される各連絡孔４１，４４は、それぞれ少なくとも１つが燃料集合体１３群の出口側近くに形成され、炉心上部の圧力境界位置が炉心上部プレナム１７より下方位置に形成されるように配慮している。

［第３実施形態］
図９および図１０は、本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第３実施形態を示す図である。

図９は、自然循環型ＢＷＲ１０Ｂの第３実施形態を示す概略的な縦断面図、図１０は、図９のＢ部を拡大して示し、かつ炉心部および分割チムニ１５の軸方向高さと炉圧力との関係を示す図である。

第３実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ｂにおいて、第１実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０と同じ構成には、同一符号を付して説明を省略する。

図９に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ｂは、原子炉圧力容器１１内において炉心１４上部に形成されるチムニ１６が分割チムニ領域５０，５１をチムニ高さ方向に複数領域に分けられる。図９ではチムニ１６の軸方向上下に分割チムニ領域５０，５１を２分割したものである。

上部分割チムニ領域５０を構成する角筒状の分割チムニ５２群は、下部チムニ領域５１を構成する角筒状分割チムニ５３群より、分割チムニ格子板の枚数を少なくし、上部分割チムニ５２の横断面積を、複数、例えば４個の下部分割チムニ５３の合計横断面積とほぼ等しく形成される。

チムニ１６は平面視において、上部分割チムニ５２の横断面積が複数、例えば４個の下部分割チムニ５３の合計横断面積とほぼ等しく、上部および下部分割チムニ５２，５３の境界位置が、従来の分割チムニの出口より下方になるように設定される。

上下の分割チムニ領域５０，５１をチムニ高さ方向（チムニ軸方向）に複数に分け、１つの上部分割チムニ５２が複数の下部分割チムニ５３と横断面積において等価に構成することにより、分割チムニ５２，５３の上流側で、図１０に示すように、燃料集合体１３間の圧力（炉圧力）を均一化させることができる。

この結果、安定性に重要な炉心上部の圧力境界位置を低下させることができる。炉心上部の圧力境界位置を従来の自然循環型ＢＷＲの分割チムニ出口位置より下方に下げることができ、気液二相流領域が短くなる。このため、分割チムニ内の輸送遅れを解消することができ、チャンネル安定性等の安定性を改善することができる。

［第３実施形態の変形例］
図１１および図１２は、自然循環型ＢＷＲの第３実施形態における変形例を示す図である。

図１１は、自然循環型ＢＷＲ１０Ｂの第３実施形態の変形例を示す概略的な縦断面図であり、図１２は、図１１のＣ部を拡大して示す斜視図である。

この変形例を説明するに当たり、第３実施形態に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ｂと同じ構成は、同一符号を付して説明を省略する。この変形例に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ｂは、炉心１４上部に設けられるチムニ１６の上下分割構造を、図９および図１０のチムニの上下分割構造と異にする。

変形例に示された自然循環型ＢＷＲ１０Ｂにおいても、複数の燃料集合体１３の上部に形成される分割チムニ領域５６，５７をチムニ高さ方向に複数、例えば２つの分割チムニ領域に分け、角筒状の上部分割チムニ５８と同じく角筒状の下部分割チムニ５９の中心位置を炉心１４の径方向、具体的には水平方向にシフトさせたものである。炉心径方向へのシフト量は、分割チムニ５９の１個当たりの幅寸法の範囲内で適宜設定される。

この変形例の自然循環型ＢＷＲ１０Ｂは、上部分割チムニ８の角筒状格子板６０と下部分割チムニ５９の角筒状格子板６１の中心位置をずらすことにより、上部分割チムニ５８出口より上流側で燃料集合体１３間の圧力を均圧化させることができる。

このように、チムニ１６の出口より上流側で燃料集合体１３間の圧力を均圧化させることができるので、安定性に重要な炉心上部の圧力境界位置を下方に下げることができ、気液二相流領域が短くなるので、分割チムニ５８，５９内の輸送遅れを解消することができ、安定性を改善することができる。

本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第１実施形態を示す概略的な縦断面図。 図１のＡ部を拡大して示す斜視図、ならびに高さと圧力との関係を示す図。 図１に示された自然循環型ＢＷＲに備えられる分割チムニを示す斜視図。 自然循環型ＢＷＲに備えられる分割チムニの第１変形例を示す斜視図。 自然循環型ＢＷＲに備えられる分割チムニの第２変形例を示す斜視図。 自然循環型ＢＷＲに備えられる分割チムニの第３変形例を示すもので自然循環型ＢＷＲの簡略的な縦断面図。 本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第２実施形態を概略的に示す縦断面図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う平断面図。 本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第３実施形態を概略的に示す縦断面図。 図９のＢ部を拡大して示す斜視図、ならびに高さと圧力との関係を示す図。 本発明に係る自然循環型ＢＷＲの第３実施形態の変形例を概略的に示す縦断面図。 図１１のＣ部を拡大して示す斜視図。 従来の沸騰水型原子炉のチャンネル安定性を示す解説図。 分割チムニ付きの自然循環型ＢＷＲのチャンネル安定性を示す解説図。

符号の説明

１０ 自然循環型沸騰水型原子炉
１１ 原子炉圧力容器
１２ 炉心シュラウド
１３ 燃料集合体
１４ 炉心
１５ 分割チムニ
１６ チムニ
１７ 炉心上部プレナム
１８ シュラウドヘッド
１９ 気水分離器（セパレータ）
２０ 蒸気乾燥器
２１ 主蒸気管
２２ 主蒸気系
２４ 復水給水系
２５ 給水配管
２７ ダウンカマ部
２８ 炉心下部プレナム
３０ 格子板
３１ 均圧管
３３ チャンネルボックス
３４ 制御棒
３５ 連絡孔
３６ａ，３６ｂ 連絡孔
３７ スリット
３８ 隙間
４０，４３ 格子板
４１，４４ 連絡孔
５０，５１，５６，５７ 分割チムニ領域
５２，５３，５８，５９ 分割チムニ
５４，５５，６０，６１ 分割チムニ格子板

Claims (10)

1. 原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、前記炉心シュラウド内に設置された分割チムニの角筒状格子板に分割チムニ部を均圧にする構造を設け、この均圧化構造により、前記分割チムニ部を均圧化させたことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
2. 前記均圧化構造は、前記分割チムニの格子板の板面に１個以上の連絡孔を設けて構成し、上記分割チムニの連絡孔により分割チムニ部を均圧化させた請求項１記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
3. 前記均圧化構造は、前記分割チムニの格子板の板面にスリットを設けて構成し、上記分割チムニのスリットにより分割チムニ部を均圧化させた請求項１記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
4. 前記均圧化構造は、分割チムニの格子板の板面に連絡孔もしくはスリットをそれぞれ複数設けて構成し、上記分割チムニの連絡孔もしくはスリットにより分割チムニ部を均圧化させた請求項１記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
5. 前記均圧化構造は、燃料チャンネル出口を分割チムニの格子板との間に隙間を設けて構成し、この隙間により燃料チャンネル出口において前記燃料集合体間を均圧化させた請求項１記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
6. 前記炉心上部に設けられる複数の分割チムニは、最外周領域に配置される各分割チムニに１個以上の連絡孔またはスリットを形成し、残りの領域に配置される各分割チムニにも１個以上の連絡孔またはスリットを形成し、最外周領域配置の各分割チムニの連絡孔またはスリットを、残りの分割チムニの連絡孔またはスリットより大きく構成し、チャンネル流量が少なくかつ炉出力が大きくなる周辺部の燃料集合体の間を均圧化させた請求項１記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
7. 原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、
   前記炉心シュラウド内に設置された前記分割チムニの領域をチムニ高さ方向に複数に分け、
   上部分割チムニ群の角筒状格子板を下部分割チムニ群の角筒状格子板より大きな横断面積を有するように構成し、
   前記分割チムニの高さ方向中間部で前記燃料集合体の間の圧力を均一化させたことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
8. 前記上部分割チムニの角筒状格子板の横断面積を複数の前記下部分割チムニの角筒状格子板の横断面積とほぼ等しく構成した請求項７記載の自然循環型沸騰水型原子炉。
9. 原子炉圧力容器の炉心シュラウド内において炉心上部に複数の分割チムニを備え、上記炉心に多数の燃料集合体を装荷した自然循環型沸騰水型原子炉において、
   前記炉心シュラウド内に設置された前記分割チムニの領域をチムニ高さ方向に複数に分け、
   上部分割チムニ群の角筒状格子板の中心位置を下部分割チムニ群の角筒状格子板の中心位置から横方向にシフトさせ、
   前記分割チムニの高さ方向中間部で燃料集合体の間を均圧化させたことを特徴とする自然循環型沸騰水型原子炉。
10. 前記上部分割チムニ群の各分割チムニは、前記下部分割チムニ群の各分割チムニに対し、この分割チムニの幅方向寸法の範囲内で横方向にシフトさせた請求項９記載の自然循環型沸騰水型原子炉。

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