| 【発明の名称】 |
原子炉容器 |
| 【発明者】 |
【氏名】高田 智成
【氏名】久保 登
【氏名】朝田 誠治
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| 【要約】 |
【課題】加圧水型原子炉の炉心を流れる冷却材流の流量分布を一様化する。
【解決手段】下部鏡板４３を備えた有底円筒状容器本体４１と取り外し自在の上蓋１３とを有する原子炉容器４０、容器本体４１の中に垂下支持され容器本体４１内面との間にダウンカマー２１を画成する円筒状の炉心槽１９、及び炉心槽１９の下端部に水平方向に展延して設けられ鏡板４３と協働して下部プレナム５３を画成する下部炉心支持板２３を有する原子炉において、容器本体４１の上部にはダウンカマー２１に開口する複数の冷却材入口ノズル１５が離れて一体的に形成され、鏡板４３の内面上部にはダウンカマー２１の下端開口に臨んで階段状突起５５が配設されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 下部鏡板を備えた有底円筒状容器本体と取り外し自在の上蓋とを有する原子炉容器、該容器本体の中に垂下支持され該容器本体内面との間に環状下降流路を画成する円筒状の炉心槽、及び該炉心槽の下端部に水平方向に展延して設けられ前記鏡板と協働して下部プレナムを画成する下部炉心支持板を有する原子炉において、前記容器本体の上部には前記環状下降流路に開口する複数の冷却材入口ノズルが離れて一体的に形成され、前記鏡板の内面上部には前記環状下降流路の下端開口に臨んで冷却材流流れ均一化構造物が配設されていることを特徴とする原子炉容器。
【請求項２】 前記流れ均一化構造物が階段状突起から形成され、その突出高さが前記環状下降流路の厚さの０．２倍乃至０．５倍である請求項１記載の原子炉容器。
【請求項３】 前記流れ均一化構造物が粒状物層から形成され、その厚さが前記環状下降流路の厚さの０．２倍乃至０．５倍である請求項１記載の原子炉容器。
【請求項４】 前記流れ均一化構造物が環状突起から形成され、その高さが前記環状下降流路の厚さの０．２倍乃至０．５倍である請求項１記載の原子炉容器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉容器に関し、特に加圧水型原子炉用原子炉容器の内部構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】加圧水型原子炉は一般に、原子炉容器の内部で発生せしめた高温高圧の原子炉冷却材を、原子炉容器の外側に設けた蒸気発生器に導いてタービン駆動用蒸気を発生するようになっており、その原子炉容器の典型的な構造の一例が図４及び図５に示されている。図示された原子炉容器１０は、４基の蒸気発生器を持つ、所謂４ループ型の加圧水型原子炉用のものであるが、有底円筒形の容器本体１１と着脱自在の上部蓋体１３から主としてなっている。容器本体１１の側壁上部には、冷却材入口ノズル１５と冷却材出口ノズル１７とがそれぞれ一体的に形成されている。前述のように、原子炉容器１０は４ループ型原子炉用であるから、図５に特に示すように入口ノズル１５と出口ノズル１７はそれぞれ４個対称的に配置されている。なお、図において矢印は冷却材の流れ方向を示している。
【０００３】容器本体１１の内部には、上方開口部に近い棚部から円筒形の炉心槽１９が垂下支持され、炉心槽１９と容器本体１１との間に環状下降流路所謂ダウンカマー２１が画成されている。炉心槽１９の下部に下部炉心支持板２３と下部炉心板２５が水平に延びて設けられ、下部炉心板２５上に多数の燃料集合体が並べられて炉心２７を形成する。燃料集合体の上端は上部炉心板２９で押さえられるが、その上方に上部プレナム３１が形成され、これは出口ノズル１７にのみ連通している。なお、容器本体１１の底部は半球殻状の鏡板３３として形成され、鏡板３３と下部炉心支持板２３との間が下部プレナム３５となっている。
【０００４】そして、上述のような構造の原子炉容器１０の内部における冷却材の流れを概説すると、図示しない冷却材ポンプから送られた冷却材は、入口ノズル１５を通って内部のダウンカマー２１へ流入する。冷却材は矢印に示すようにダウンカマー２１内を流下し、下部プレナム３５内で反転し、下部炉心支持板２３と下部炉心板２５を貫流して炉心２７内に入る。炉心２７内では、冷却材は燃料集合体の燃料棒の外側をこれに沿って上向きに流れつつ核反応熱を吸収して昇温する。炉心２７内を上昇して上部プレナム３１に至ったら、水平方向に向きを変え、蒸気発生器に向けて出口ノズル１７から流出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、図示しない４基の蒸気発生器に連絡するそれぞれ４個の入口ノズル１５と出口ノズル１７とには、図示はしないが高温高圧用高強度配管が取り付けられている。これらの配管には冷却材ポンプや加圧器なども連結され、その配置に際し物理空間的制約も多いから、製作性や空間効率を考慮すると前述のようなノズル配置となることが多い。しかしながら、入口ノズル１５を通った冷却材は、炉心槽１９の外面にほぼ直角に衝突するから、方向や速度が時間的にランダムに変化する乱流となり、隣接した入口ノズル１５から発した二つの冷却材流れは、互いに衝突する境界で攻め合う。ダウンカマー２１の上部で攻め合って生じた冷却材の流動変動が、ダウンカマー２１を通って下部プレナム３５に至る過程でより大きくなる。このような流れの変動は、炉心２７内を上昇する冷却材の流量分布を乱し、均一な炉心流量分布の確保に支障を来し、ホットスポット等の発生に繋がる虞もあり、原子炉の安全な運転上好ましくない。従って、本発明の課題は、冷却材入口ノズルの数が増え、隣接入口ノズルからの冷却材流れの相互干渉が生じても、原子炉炉心内を流れる冷却材の流量分布が一様に維持される内部構造を持つ原子炉容器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明によれば、下部鏡板を備えた有底円筒状容器本体と取り外し自在の上蓋とを有する原子炉容器、該容器本体の中に垂下支持され該容器本体内面との間に環状下降流路を画成する円筒状の炉心槽、及び該炉心槽の下端部に水平方向に展延して設けられ前記鏡板と協働して下部プレナムを画成する下部炉心支持板を有する原子炉における前記原子炉容器は、該容器本体の上部に該環状下降流路に開口する複数の冷却材入口ノズルが離れて一体的に形成され、更に前記鏡板の内面上部には該環状下降流路の下端開口に臨んで冷却材流流れ均一化構造物が配設されて構成される。前記流れ均一化構造物としては、階段状突起、粒状物層又は環状突起から形成するのが好ましく、その突出高さ乃至厚さは、環状下降流路の厚さの０．２倍乃至０．５倍とするのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、前述の従来技術に関する図面を含め、全図に亘り同一部分には同一の符号を付している。先ず図１を参照するに、原子炉容器４０は、有底円筒形の容器本体４１と着脱自在の上部蓋体１３を有している。容器本体４１の側壁上部には、それぞれ１個ずつ示された４個の冷却材入口ノズル１５と冷却材出口ノズル１７とが一体的に形成されている。それぞれ４個の入口ノズル１５と出口ノズル１７の平面的配置関係は、前述の図５に示すものと同じである。容器本体４１の内部には、上方開口部に近い棚部から円筒形の炉心槽１９が垂下支持され、炉心槽１９と容器本体１１との間にダウンカマー２１が画成されている。ダウンカマー２１の幅即ち、炉心槽１９の外面と容器本体４１の内面との距離は、符号Ｈで表されている。そして、炉心槽１９の下部に下部炉心支持板２３と下部炉心板２５が水平に設けられ、炉心槽１９は下部炉心支持板２３の位置で容器本体１１から水平方向に支持されている。その下部炉心板２５の上には、図示しない多数の燃料集合体が互いに隣接して装荷され、炉心２７を形成する。燃料集合体の上端は上部炉心板２９で押さえられるが、その上方に上部プレナム３１が形成され、これは炉心槽１９のノズルフランジを通して出口ノズル１７へ連絡している。
【０００８】而して、炉心２７内の中性子束などを検出するため、容器本体４１の半球殻状鏡板４３を貫いて複数の計装案内管４５が延びていて、下部炉心支持板２３、上部連接板４７及び下部連接板４９によって計装案内管４５が保持されている。下部プレナム５３内に位置する上部連接板４７及び下部連接板４９は、原子炉の運転時に鏡板４３の上面に着座する支持柱５１により保持されている。そして、下部プレナム５３に面する鏡板４３の内面の上部には階段状突起５５が形成され、更に下方には階段状突起５７が形成されている。突起５５と突起５７との境界は、下部連接板４９とほぼ同じ高さにあり、突起５５の突出高さ（ステップ高さ）は、０．２〜０．５Ｈ（Ｈはダウンカマー２１の幅）の範囲にある。他方突起５７の高さは、０．５Ｈ以上の範囲にある。階段状突起５５，５７の上面は円周方向に延びているが、必ずしも連続する必要はない。
【０００９】上述のような構造の原子炉容器４０において、冷却材Ｃは従来の原子炉容器の場合と同様に、図示しない冷却材ポンプにより配管を流れ、入口ノズル１５を通ってダウンカマー２１へ流入し、炉心槽１９の外面に衝突する。衝突した冷却材Ｃは、炉心槽１９の外面に沿って四方に向かって流れるが、最終的には矢印に示すようにダウンカマー２１内を流下し、下部プレナム３５内で反転し、下部炉心支持板２３と下部炉心板２５を貫流して炉心２７内に入る。炉心２７内では、冷却材Ｃは、燃料集合体の燃料棒の外側をこれに沿って上向きに流れつつ、核反応熱を吸収して昇温する。炉心２７内を上昇し、上部プレナム３１に至った後、冷却材Ｃは水平方向に向きを変え、蒸気発生器に向けて出口ノズル１７から流出する。
【００１０】炉心槽１９の外面は水平面内で円弧を描いているから、前述の衝突後に炉心槽１９の円周面に沿って側方へ回り込む冷却材Ｃの流れは、衝突前の速度成分と同方向の速度成分を持っていて、量が多くなり易い。このようにして炉心槽１９の円周方向に流れる隣接入口ノズル１５からの冷却材Ｃは、互いに衝突して干渉し合うから、最終的には下向きになるダウンカマー２１内の冷却材流の円周方向流量分布は変動している。しかしながら、このような冷却材Ｃの下向き流が、階段状突起５５の上面に衝突し若しくは上面から形状抵抗を受けると、横方向特に円周方向の流れ成分が生じ、このため円周に沿う半径方向流量分布が一様になる。このようにして、下部プレナム５３に入る冷却材Ｃの反転流の円周方向流量分布は比較的一様になり、この状態を保持して炉心２７内を上向きに流れる。即ち、炉心２７内の冷却材流の速度成分分布は一様となり、ホットスポット等が生じない。なお、下部連接板４９より下方にある階段状突起５７は、省略して平滑な面としても、前述の主要な作用効果は得られる。
【００１１】次に図２を参照して本発明の別の実施形態を説明する。本実施形態に係る原子炉容器６０は後記する以外前述の原子炉容器４０と同じ構造である。即ち、図２の（ａ）に示されるように、原子炉容器６０において、容器本体６１の底部の半球殻状鏡板６３の内面に粒状物層６５が形成されている。粒状物層６５の概念図が図２（ｂ）に拡大して示されている。粒状物層６５の厚さは、０．０２Ｈ乃至０．０５Ｈの範囲が良く、好ましくは約０．０５Ｈである。以上のような構成の原子炉容器６０においても、ダウンカマー２１を流下した冷却材Ｃは、鏡板６３の内面の粒状物層６５に接して大きな流体摩擦を受ける。このため、大きい流速を持つ領域の冷却材Ｃの一部は側方に流れて、流速分布は一様化し、下部プレナム５３内に流れ込む反転流の流量分布は一様化して、前述の実施形態の場合と同様の作用効果が得られる。
【００１２】更に本発明の別の改変実施形態を図３を参照して説明する。図３に示す原子炉容器７０は、以下に説明する部分のみが前述の原子炉容器４０、６０と異なる。即ち、容器本体７１の底部の半球殻状の鏡板７３の内面に、環状突起７５が複数形成されている。環状突起７５の断面は矩形であり、高さは０．２Ｈ乃至０．５Ｈ（Ｈはダウンカマー２１の幅）であるが、更に隣接する環状突起７５の間隔は高さの４乃至６倍である。なお、環状突起７５の断面形状は、矩形に代えて三角形や円形等でも良い。
【００１３】前記した構成の原子炉容器７０において、ダウンカマー２１を通って下部プレナム５３に流入するステップ状流速分布を有する冷却材Ｃの噴流は、環状突起７５と干渉するために減速される。更に、流体摩擦によりステップ状流速分布が急速に平滑化され、下部プレナム５３内で矢印に示すように流れ方向を反転し、下部炉心支持板２３及び下部炉心板２５を順次通過し、炉心２７内にほぼ均一に流入する。従って、前述と同様の作用効果を奏する。
【００１４】
【発明の効果】前記したように、本発明によれば、原子炉容器の容器本体の底部鏡板内面に、ダウンカマー乃至環状下降流路の下端開口に臨んで、流れ均一化構造を設けたので、下部プレナム内に向かう冷却材流の半径方向流速は円周に沿って均一化されるから、炉心内を流れる冷却材流の流量分布が一様化される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月２８日（２００１．２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５７８７４
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２５７９７１（Ｐ２００２−２５７９７１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月１１日（２００２．９．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−５４０８３（Ｐ２００１−５４０８３） |
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