原子炉炉内構造物
【課題】スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減できる。
【解決手段】原子炉圧力容器内のシュラウドヘッド３に植設されるスタンドパイプ２と、このスタンドパイプ２上部に配設された気水分離器１と、スタンドパイプ２を連結する補強板１６、１７を有する原子炉炉内構造物において、補強板は最外周に配置された第１の補強板１６と、この第１の補強板１６より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板１６より長い第２の補強板１７と、を有することを特徴とする。
【解決手段】原子炉圧力容器内のシュラウドヘッド３に植設されるスタンドパイプ２と、このスタンドパイプ２上部に配設された気水分離器１と、スタンドパイプ２を連結する補強板１６、１７を有する原子炉炉内構造物において、補強板は最外周に配置された第１の補強板１６と、この第１の補強板１６より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板１６より長い第２の補強板１７と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉セパレータのスタンドパイプを補強する原子炉炉内構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）の原子炉圧力容器５１には燃料集合体５２、原子炉炉内構造物５３、図示しない制御棒等が内蔵されている。この原子炉炉内構造物５３は、気水分離器５５、蒸気乾燥器５６、給水スパージャ５７、炉心支持板６７、上部格子板６８等から構成されている。
【０００３】
この原子炉炉内構造物５３の一部を構成する給水スパージャ５７から原子炉圧力容器５１内に注入された冷却材は、炉内構造物５３の一部である炉心シュラウド５８と原子炉圧力容器５１との間のダウンカマ部６５を流れ、図示しないジェットポンプにより加圧され炉心下部に入り、流れを上向きに変え燃料集合体５２から熱をとり二相流となり、気水分離器５５、蒸気乾燥器５６にて蒸気中の湿分が除去される。
【０００４】
なお、ＡＢＷＲ（Ａｄｖａｎｃｅｄ ＢＷＲ）においては、図示しない原子炉冷却材再循環ループとジェットポンプがなく、原子炉圧力容器５１に内蔵されたインターナルポンプ（以下、ＲＩＰという。）を用いて原子炉冷却材は再循環されている。
【０００５】
炉心で発生した蒸気を直接タービンに送り込むのがＢＷＲの特徴となっている。この流れを最も簡単に行うように、原子炉圧力容器５１内に気水分離器５５と蒸気乾燥器５６が設けられている。
【０００６】
上記の気水分離器５５は可動部品のない軸流式である。シュラウドヘッド６０のスタンドパイプ６１を上昇してきた気水混合物は静止翼で旋回流となり、遠心分離作用で冷却材は外側、蒸気は内側に分離される。分離された水は、炉心シュラウド５８の外側のダウンカマ部６５上部の水中に戻され、蒸気は蒸気乾燥器ハウジング内の湿り蒸気プレナムから蒸気乾燥器５６へと送られる。
【０００７】
この気水分離器５５から出てくる蒸気は最大１０％の湿分を含んでいる。これを０．１％に抑え、図示しないタービンに送り込むために気水分離器５５の上部には蒸気乾燥器５６が設けられている。
【０００８】
上記の気水分離器であるセパレータ５５は、シュラウドヘッド６０に植設され蒸気が流れるスタンドパイプ６１の上部に設置されている。このセパレータ５５より排水された水は、上述のように、シュラウドヘッド６０の外周へ流れ、ダウンカマ部６５を通り、再循環機構により再び下部プレナムから炉心へと供給される。
【０００９】
上記のスタンドパイプ６１は補強板６６によって補強されているが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この補強板６６について、図８を用いて説明する。この補強板６６はセパレータ５５から炉心までの再循環流れの途中にある。このように、この補強板６６はセパレータ５５の下端排水口５５ａからダウンカマ部６５までの補強構造に大きく係わるものである。
【００１１】
上記の補強板６６は、一例として、高さ方向の幅が７６ｍｍあり、隣接する全てのスタンドパイプ６１と連結されている。また、この補強板６６は、ここでは、その上端がセパレータ５５の下端排水口５５ａより３３６ｍｍ低い位置に設置されている。
【００１２】
この補強板６６を取り付けることにより耐震性を確保し、また曲がり等による隣接するスタンドパイプ６１同士すなわちセパレータ５５同士が接触することを防止している。
【００１３】
また最近では、図９に示すように、上記の７６ｍｍ幅の補強板６６に加えて、耐震性向上のために４５２ｍｍ幅の補強板６７が６０°毎に中心から外側に６方向で設置されている。なお、両補強板６６、６７を区別するために、補強板６６を小補強板、補強板６７を大補強板と称する。
【００１４】
上述のように、従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造において、耐震性を向上させた場合は、小補強板６６が３３６−１０８＝２２８ｍｍ高い位置、すなわちセパレータ下端排水口５５ａから１０８ｍｍ低い位置に設置されている。このように、従来のプラントでは、小補強板６６の位置や大補強板６７の有無に係わる仕様がプラント毎に異なっていた。
【特許文献１】特開昭６２−２２８９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した従来の原子炉炉内構造物においては、耐震性向上のために小補強板６６に加えて、大補強板６７を６０°毎に挿入する構造が採用されている。この小補強板６６の位置や大補強板６７の有無に係わる仕様がプラント毎に異なっていた。
【００１６】
しかしながら、このように設置された小補強板６６及び大補強板６７が流動に与える影響についてはこれまで考慮されていない、という課題があった。この流動が変化すれば圧損も変化し、原子炉の出力に影響を及ぼすことになる。また、この圧損が小さいと出力を大きくすることができる。原子炉増出力や将来炉設計においては、より圧損の小さい設計が望ましく、このために流動と補強板の関係を明らかにすることは重要である、という課題があった。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減できる原子炉炉内構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の原子炉炉内構造物においては、原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに植設されるスタンドパイプと、このスタンドパイプ上部に配設された気水分離器と、前記スタンドパイプを連結する補強板を有する原子炉炉内構造物において、前記補強板は最外周に配置された第１の補強板と、この第１の補強板より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板より長い第２の補強板と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の原子炉炉内構造物によれば、セパレータの下端排水口から流出する冷却材と前記シュラウドヘッドの外周部に設けられた複数の給水スパージャから供給される冷却材との給水混合を促進することにより、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る原子炉炉内構造物の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造の構成を示す正面図である。
【００２２】
本図において、圧損低減効果のあるスタンドパイプ２の補強構造の一例を示す。気水分離器であるセパレータ１は、スタンドパイプ２の上部に設置されている。このスタンドパイプ２は、シュラウドヘッド３の上部に複数立設され蒸気が流れる構造となっている。このスタンドパイプ２の外側面は、補強手段であり給水混合を促進させる手段でもある補強板１６、１７によって補強されている。また、シュラウドヘッド３の外周部には複数の給水スパージャ６が設けられ冷却材を供給している。
【００２３】
上記のセパレータ１により蒸気から分離され排水された水は、シュラウドヘッド３の外周へ流れ、図７に示すダウンカマ部６５を通り、再循環機構により再び下部プレナムから炉心へと供給される。すなわち、上記の補強板１６、１７はセパレータ１から炉心までの再循環流れの途中にある。従って、この補強板１６、１７は、セパレータ１の下端排水口１ａからダウンカマ部６５までの補強構造に大きく影響を与える。
【００２４】
この補強板１６、１７を取り付けることにより耐震性を確保し、また曲がり等による隣接するスタンドパイプ２同士すなわちセパレータ１同士が接触することを防止している。
【００２５】
この補強板１６、１７は、少なくとも２種類の補強板に分類される。一つ目は、上記シュラウドヘッド３の周辺に設けられ上記給水スパージャ６から供給される冷却材の流れに影響を受ける第１の補強板である小補強板１６である。二つ目は、上記シュラウドヘッド３の中心部に設けられ上記給水スパージャ６から供給される冷却材の流れに影響を受けにくい第２の補強板である大補強板１７である。この補強板の構造は、後述する熱流動解析の結果に基づいて、以下のように決定される。
【００２６】
上記の第１の補強板である小補強板１６は、例えば、高さ方向の幅が７６ｍｍ以上あり、この小補強板１６の下端はセパレータ１の下端排水口１ａより３６０ｍｍ以内の位置に設置され、図８（ｂ）に上面図で示すように、隣接する全て又は一部のスタンドパイプ２と連結されている。また、この小補強板１６と給水スパージャ６との間隔は、４５７−３６０＝９７ｍｍある。なお、耐震構造の関係から図９（ｂ）に示す配置でも可能となることはもちろんである。
【００２７】
また、第２の補強板である大補強板１７は、例えば、その下端がセパレータ１の下端排水口１ａより４３０ｍｍ以内の位置に設置され、隣接する全て又は一部のスタンドパイプ２と連結されている。この大補強板１７と給水スパージャ６との間隔は、４５７−４３０＝２７ｍｍある。なお、第２の補強板が設けられている上記シュラウドヘッド３の中心部とは、ここでは一例として、半径Ｒ＝２４００ｍｍとした。この点については後述する。
【００２８】
一方、図１０に示すように補強板が給水スパージャノズル６と同じ高さにあると給水流れ８に対して邪魔板になり、この給水流れ８とセパレータ１の下端排水口１ａからの蒸気から分離された冷却材の流れ７との給水混合を妨げ、結果として給水混合を悪化させる恐れがあるである。よって、図１に示すように第１の補強板１６と第２の補強板１７の間には適宜その給水スパージャ６の給水流れを邪魔しない大きさ（セパレータ１の下端排水口１ａから３６０ｍｍ〜４３０ｍｍの間に下端が形成されるように配置）の第３の補強板１６ａを設けてもよい。
【００２９】
このように構成された本実施の形態において、シュラウドヘッド３の外周に近い位置にある小補強板１６の下端は給水スパージャノズル６よりも９７ｍｍ高い位置にあるので、給水スパージャノズル６からの給水流れ８に対して給水混合を促進させる影響を与える。
【００３０】
本実施の形態によれば、セパレータ１の下端排水口１ａから流出する冷却材と上記シュラウドヘッド３の外周部に設けられた複数の給水スパージャ６から供給される冷却材との給水混合を促進することにより、スタンドパイプ２の補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減することができる。
【００３１】
ここで、セパレータ１の下端排水口１ａからの冷却材の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口１ａからの距離との関係について説明する。
【００３２】
図２は、原子炉構造物の熱流動解析に係る説明図で、（ａ）は熱流動解析に係る９０°セクタモデルの斜視図であり、（ｂ）は従来構造の補強板を設けた場合の熱流動解析図であり、（ｃ）は本実施例の補強板を設けた場合の熱流動解析図である。
【００３３】
図７に示す原子炉構造物に係る９０°セクタモデルを使用して熱流動解析を行った。この解析対象は、シュラウドヘッド６０からスタンドパイプ６１、セパレータ５５を含む原子炉圧力容器５１内部の領域からダウンカマ部６５、ＲＩＰへと流れる蒸気と水からなる流体である。この９０°セクタモデルの周方向については、境界条件を設定する。補強構造を比較するために、一つ目は従来の補強構造について熱流動解析を行い、二つ目は耐震性向上を図った本実施例の補強構造について熱流動解析を行った。また、ここでは蒸気と飽和水の２流体解析を行った。
【００３４】
上記の熱流動解析の結果について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、補強板がない場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口からの距離の関係を示すグラフであり、図４は、補強板がある場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフである。
【００３５】
図３に示すように、補強板がない場合の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口１ａからの距離の関係を示す。横軸がセパレータ１の下端排水口１ａからの距離（ｍｍ）であり、縦軸が平均流速（ｍ／ｓ）である。なお、この平均流速は、補強板がない場合の任意の水平方向（ｘ−ｙ方向）断面の流速の面積分値である。
【００３６】
図中にある矢印とその両端の線は小補強板の位置を示しており、実線が従来構造の小補強板を示し、点線が本実施例の小補強板を示す。図中において、矢印の右側が下端、左側が上端となる。補強板がない場合は、高温水の水平方向速度は、セパレータ１の下端排水口１ａから離れるに従って大きくなっていることが分る。
【００３７】
すなわち、セパレータ１の下端排水口１ａから排水された高温水は、まず水平方向断面の平均流速が増加していく。水平速度が増加しているのは、高温水がセパレータ１から離れるとシュラウドヘッド３から図１に示すダウンカマ６５に向かう流れが強くなるからである。
【００３８】
次に図４に示すように、補強板がある場合の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向（ｘ−ｙ平面）速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示す。基本的には、図３に示すグラフに従来構造の補強板および本実施例の補強板を設けた場合の水平方向平均流速を加えたグラフである。白抜き四角と実線が従来構造の補強板を設けた場合の冷却材の水平方向平均流速を示し、白抜きひし形と点線が本実施例の補強板を設けた場合の冷却材の水平方向平均流速を示す。上記の両解析共に小補強板の位置における水平方向速度が小さくなっていることが分る。
【００３９】
上述のように、両方の解析で小補強板のある位置で水平方向の平均流速が低下している。これは、小補強板が整流効果を有することを示すものである。ここで、両解析結果を更に検討する。
【００４０】
本実施例の補強板高さ方向幅７６ｍｍの小補強板は、その位置に関わらず、水平方向の平均流速を約０．１〜０．２ｍ／ｓの間まで低下させる効果がある。つまり、小補強板の位置が低くなれば（図３、図４おいて右側で）水平方向の平均流速の減速幅が大きく、より整流効果が大きくなる。このことは、水平方向の平均流速が小さい領域に小補強板を設置すれば、減速幅は小さくて済むことを示している。
【００４１】
一方従来構造の小補強板は、高さ方向幅が７６ｍｍであり、その上端がセパレータ１の下端排水口１ａから３３６ｍｍ低い位置にある。しかも、図１に示す給水スパージャノズル６の上部より約２４ｍｍ上側に位置している。このため、従来構造の小補強板は、給水スパージャ６から出る低温水の一部がシュラウドヘッド３の外周近傍に位置する最外郭の小補強板の下部に衝突し、流れが妨げられている。このことは、つまり一部で給水混合が妨げられていることを示すものである。この給水混合が進行しないことは、再循環する水の温度が下がらず、原子炉の増出力をより困難なものにすることを示す。上述のように、従来構造の小補強板より低い位置に小補強板を設置することは、高温水と低温水との給水混合を妨げることになり、好ましくないといえる。
【００４２】
上述したように、小補強板の設置位置が高い方が、セパレータ１の下端排水口１ａから流出する高温水の流動への影響が小さく、また従来構造の小補強板より低い位置に小補強板を設置することは給水混合の観点から好ましくないことが分かる。
【００４３】
換言すれば、圧損低減効果のある補強構造の小補強板は、少なくとも従来構造の小補強板の位置すなわち小補強板の上端がセパレータ１の下端排水口１ａから３３６ｍｍの距離にある位置よりも高い位置に、すなわちセパレータ１の下端排水口１ａにより近い位置に設けることが好ましいといえる。
【００４４】
また図４において、高温水が従来構造の小補強板を通過するときに水平方向の平均流速が通過前の約４０％まで減少しており、小補強板を抜けるまで水平方向の平均流速はほぼ線形に下がり続ける。一方これに対して、実施例の小補強板を通過している間は水平方向の平均流速は大きく変化しない。
【００４５】
このことは、セパレータ１の下端排水口１ａに近い領域では水平方向の速度が十分に発達しておらず、小補強板で形成されるチャンネルを通過する間の速度変化量は小さくて済むことを示している。つまり、補強板の上端がセパレータ１の下端排水口１ａに近ければ、補強板の高さ方向幅を長くとっても圧損にはさほど影響しないと言える。つまり、補強板の上端をより高い配置にすれば、従来構造の小補強板や実施例の小補強板の高さ方向の幅７６ｍｍよりも長い補強板を、小補強板のように隣接するスタンドパイプ２を連結する補強構造として採用することが可能であることを示している。
【００４６】
しかしながら、耐震性を考慮して設計された現行の７６ｍｍという小補強板の高さ方向幅より短くなると強度的に従来構造よりも弱くなってしまう恐れがある。現行の７６ｍｍの小補強板の高さ方向幅をより短くすることは、冷却材の圧損を低減しても強度が下がってしまうので、ここでは従来構造よりも耐震性を悪化させないことを考慮し、高さ方向幅は少なくとも従来構造の７６ｍｍであるような補強板を採用する。そうすると、セパレータ１の下端排水口１ａからの小補強板上端の距離は最大で従来構造の３３６ｍｍであることが前提となる。
【００４７】
本実施の形態によれば、給水スパージャから出る低温水の一部が小補強板の下部に衝突して給水混合が妨げられない位置に小補強板を設けることにより、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、また流動変化による圧損を低減でき更に給水混合を妨げないセパレータスタンドパイプの補強構造を得ることができる。
【００４８】
すなわち、従来明らかにされてこなかったスタンドパイプ補強構造による圧損への影響を小補強板の位置を従来構造から変えて解析した解析結果から圧損低減の効果のあるスタンドパイプ補強構造を得ることができる。
【００４９】
また、小補強板よりも大きい補強板を用いることにより、耐震性を向上させかつ給水混合をできるだけ妨げない補強構造を有する補強を得ることができる。
【００５０】
次に、セパレータ１の下端排水口１ａからＲＩＰ流入口の手前までの圧力分布について説明する。図５は、セパレータの下端排水口からＲＩＰ流入口手前における圧力分布を示す説明図で、（ａ）は従来構造の補強板を設けた場合の圧力分布図であり、（ｂ）は本実施例の補強板を設けた場合の圧力分布図である。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）を用いて、セパレータ１の下端排水口１ａからＲＩＰ流入口の手前までの圧力分布について説明する。この圧力分布は、図２〜図４で用いられた熱流動解析の結果から得られた圧力データと差圧の計算から構成されている。
【００５２】
図５（ａ）は、従来構造の補強板を設けた場合の各断面Ａ〜Ｄの圧力分布を示し、図５（ｂ）は、本実施例の補強板を設けた場合の各断面Ａ〜Ｄの圧力分布を示し、両場合の各断面は同じ高さになっている。ここで、Ａは図７のセパレータ５５の下端排水口５５ａの位置を示し、Ｂはダウンカマ部６５の中段の位置を示し、Ｃはダウンカマ部６５の下段の位置を示し、ＤはＲＩＰ流入口手前の位置を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較すると、圧力分布そのものには両者で有意な相違は見られない。
【００５３】
次に、差圧DＰについて検討する。
【００５４】
断面Ａでの平均圧力をＰ１、断面Ｂでの平均圧力をＰ２とすると、差圧DＰは静圧を引くことにより下記の（１）式のように求めることができる。
【００５５】
DＰ＝Ｐ１−（Ｐ２−r ｇDｈ）・・・・・（１）
ここで、
r：密度
ｇ：重力加速度
Dｈ：断面Ａと断面Ｂ〜Ｄとの高さの差
ここでは、断面ＡとＢについて説明する。密度rはセパレータ５５からの流入条件から７３４．４ｋｇ／ｍ３、重力加速度ｇは９．８ｍ／ｓ２、高さの差Dｈは４０９６．９ｍｍであるので、それぞれの差圧は以下のように求めることができる。
【００５６】
本実施例の補強板を設けた場合は、DＰ＝１２９２９Ｐａとなり、従来構造の補強板を設けた場合は、DＰ＝１３２０２Ｐａとなる。
【００５７】
上述のことは、小補強板の位置が３３６−１０８＝２２８ｍｍ上昇したことにより、１３２０２−１２９２９＝２７３Ｐａだけ差圧が小さくなっており有意な相違が見られる。
【００５８】
上記の両解析は補強構造以外の解析条件が同じであるので、差圧はそのまま圧損を意味する。つまりこれは、従来構造の小補強板を設けた場合に比較して、本実施例の小補強板を設けたときの高く設置した場合の方が、圧損低減の効果があることを示している。
【００５９】
次に、給水スパージャ６の水平断面における水平方向速度分布について説明する。図６、実施例における給水スパージャノズルの水平断面における水平方向速度分布を示す分布図である。
【００６０】
本図において、給水スパージャ６のノズルがある高さの水平断面における水平方向速度分布が示されている。この水平方向速度分布は、図２〜図４で用いられた熱流動解析の結果から得られたものである。白い丸がスタンドパイプ２であり、白い四角が給水スパージャ６のノズルである。濃淡は流速の大きさを表しており、色が濃い程流速が大きいことを示す。給水スパージャ６のノズルからの給水は最大で中心から２４９５ｍｍの範囲まで入り込んでいる。このように、本実施例では給水スパージャ６からの低温水流れと小補強板の衝突はあまり見られない。
【００６１】
上述したように、シュラウドヘッド３の外周では給水スパージャ６から供給される低温水との混合領域がある。この給水混合を妨げるとプラントの効率が低下するため、それは避けなければならない。給水スパージャノズル６はセパレータ１の下端排水口１ａから４５７ｍｍの位置にある。この給水スパージャ６のノズルと従来構造の小補強板との間隔は２４ｍｍ程度である。このときは、給水スパージャ６からの低温水流れと小補強板の衝突はあまり見られない。すなわち、小補強板が給水流れ８に対して邪魔板になり、この給水流れ８とセパレータ１の下端排水口１ａからの冷却材の流れ７との給水混合を妨げる事象はあまり見られない。
【００６２】
また図６において、本実施例のように小補強板がノズルより十分高い位置にあれば低温水は十分内部まで流れ込む。本実施例では、小補強板の下端がセパレータ下端排水口から約３６０ｍｍの位置にある。つまり、最も給水スパージャノズル６に近い外側の小補強板でも下端が本実施例と同程度であれば、給水混合の抑制の影響も小さい。
【００６３】
さらに図６より、本実施例のように小補強板が低温水流れに大きく影響しない場合は、低温水は最大で中心から約２４９５ｍｍの距離まで入り込んでいる。
【００６４】
上述の事象から、中心部から２４００ｍｍ程度までの距離であれば、従来構造のように給水スパージャノズル６と小補強板の下端の距離が２４ｍｍ程度、つまりセパレータ１の下端排水口１ａからの距離が４３０ｍｍ程度あれば給水混合を妨げることにはならない。
【００６５】
上述の熱流動解析の結果から、原子炉内セパレータのスタンドパイプの圧損低減効果のある補強構造とは、一例として、下記のようにまとめることができる。その一つは、少なくとも高さ方向幅が７６ｍｍある小補強板の上端が、セパレータ下端排水口から３３６ｍｍ以内の距離に配置したものをいう。二つ目は、中心から２４００ｍｍ以内の距離で補強板の下端がセパレータ１の下端排水口１ａから４３０ｍｍ程度に配置したものをいう。三つ目は、最も外周にある小補強板の下端がセパレータ１の下端排水口１ａから３６０ｍｍ程度の距離に配置したものをいう。
【００６６】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、補強構造を平板から、上端と下端とが平行でない形状の板材、断面形状が楕円の板や窓付き平板に変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造の構成を示す正面図。
【図２】原子炉構造物の熱流動解析に係る説明図で、（ａ）は熱流動解析に係る９０°セクタモデルの斜視図、（ｂ）は従来構造の補強板を設けた場合の熱流動解析図、（ｃ）は本実施例の補強板を設けた場合の熱流動解析図。
【図３】補強板がない場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフ。
【図４】補強板がある場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフ。
【図５】セパレータの下端排水口からＲＩＰ流入口手前における圧力分布を示す説明図で、（ａ）は従来構造の補強板を設けた場合の圧力分布図、（ｂ）は本実施例の補強板を設けた場合の圧力分布図。
【図６】給水スパージャノズルの水平断面における水平方向速度分布を示す分布図。
【図７】ＢＷＲの原子炉および炉内構造物の構造を示す斜視図。
【図８】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの小補強板の構造を示す説明図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図。
【図９】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの大補強板の構造を示す説明図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図。
【図１０】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造と給水スパージャの関係を示す正面図。
【符号の説明】
【００６８】
１…セパレータ、２…スタンドパイプ、３…シュラウドヘッド、４…小補強板、５…大補強板、６…給水スパージャ、７…排水流れ、８…給水流れ、１６、１６ａ、１７…補強板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉セパレータのスタンドパイプを補強する原子炉炉内構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、沸騰水型原子炉（Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＢＷＲ）の原子炉圧力容器５１には燃料集合体５２、原子炉炉内構造物５３、図示しない制御棒等が内蔵されている。この原子炉炉内構造物５３は、気水分離器５５、蒸気乾燥器５６、給水スパージャ５７、炉心支持板６７、上部格子板６８等から構成されている。
【０００３】
この原子炉炉内構造物５３の一部を構成する給水スパージャ５７から原子炉圧力容器５１内に注入された冷却材は、炉内構造物５３の一部である炉心シュラウド５８と原子炉圧力容器５１との間のダウンカマ部６５を流れ、図示しないジェットポンプにより加圧され炉心下部に入り、流れを上向きに変え燃料集合体５２から熱をとり二相流となり、気水分離器５５、蒸気乾燥器５６にて蒸気中の湿分が除去される。
【０００４】
なお、ＡＢＷＲ（Ａｄｖａｎｃｅｄ ＢＷＲ）においては、図示しない原子炉冷却材再循環ループとジェットポンプがなく、原子炉圧力容器５１に内蔵されたインターナルポンプ（以下、ＲＩＰという。）を用いて原子炉冷却材は再循環されている。
【０００５】
炉心で発生した蒸気を直接タービンに送り込むのがＢＷＲの特徴となっている。この流れを最も簡単に行うように、原子炉圧力容器５１内に気水分離器５５と蒸気乾燥器５６が設けられている。
【０００６】
上記の気水分離器５５は可動部品のない軸流式である。シュラウドヘッド６０のスタンドパイプ６１を上昇してきた気水混合物は静止翼で旋回流となり、遠心分離作用で冷却材は外側、蒸気は内側に分離される。分離された水は、炉心シュラウド５８の外側のダウンカマ部６５上部の水中に戻され、蒸気は蒸気乾燥器ハウジング内の湿り蒸気プレナムから蒸気乾燥器５６へと送られる。
【０００７】
この気水分離器５５から出てくる蒸気は最大１０％の湿分を含んでいる。これを０．１％に抑え、図示しないタービンに送り込むために気水分離器５５の上部には蒸気乾燥器５６が設けられている。
【０００８】
上記の気水分離器であるセパレータ５５は、シュラウドヘッド６０に植設され蒸気が流れるスタンドパイプ６１の上部に設置されている。このセパレータ５５より排水された水は、上述のように、シュラウドヘッド６０の外周へ流れ、ダウンカマ部６５を通り、再循環機構により再び下部プレナムから炉心へと供給される。
【０００９】
上記のスタンドパイプ６１は補強板６６によって補強されているが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
この補強板６６について、図８を用いて説明する。この補強板６６はセパレータ５５から炉心までの再循環流れの途中にある。このように、この補強板６６はセパレータ５５の下端排水口５５ａからダウンカマ部６５までの補強構造に大きく係わるものである。
【００１１】
上記の補強板６６は、一例として、高さ方向の幅が７６ｍｍあり、隣接する全てのスタンドパイプ６１と連結されている。また、この補強板６６は、ここでは、その上端がセパレータ５５の下端排水口５５ａより３３６ｍｍ低い位置に設置されている。
【００１２】
この補強板６６を取り付けることにより耐震性を確保し、また曲がり等による隣接するスタンドパイプ６１同士すなわちセパレータ５５同士が接触することを防止している。
【００１３】
また最近では、図９に示すように、上記の７６ｍｍ幅の補強板６６に加えて、耐震性向上のために４５２ｍｍ幅の補強板６７が６０°毎に中心から外側に６方向で設置されている。なお、両補強板６６、６７を区別するために、補強板６６を小補強板、補強板６７を大補強板と称する。
【００１４】
上述のように、従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造において、耐震性を向上させた場合は、小補強板６６が３３６−１０８＝２２８ｍｍ高い位置、すなわちセパレータ下端排水口５５ａから１０８ｍｍ低い位置に設置されている。このように、従来のプラントでは、小補強板６６の位置や大補強板６７の有無に係わる仕様がプラント毎に異なっていた。
【特許文献１】特開昭６２−２２８９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した従来の原子炉炉内構造物においては、耐震性向上のために小補強板６６に加えて、大補強板６７を６０°毎に挿入する構造が採用されている。この小補強板６６の位置や大補強板６７の有無に係わる仕様がプラント毎に異なっていた。
【００１６】
しかしながら、このように設置された小補強板６６及び大補強板６７が流動に与える影響についてはこれまで考慮されていない、という課題があった。この流動が変化すれば圧損も変化し、原子炉の出力に影響を及ぼすことになる。また、この圧損が小さいと出力を大きくすることができる。原子炉増出力や将来炉設計においては、より圧損の小さい設計が望ましく、このために流動と補強板の関係を明らかにすることは重要である、という課題があった。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減できる原子炉炉内構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の原子炉炉内構造物においては、原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに植設されるスタンドパイプと、このスタンドパイプ上部に配設された気水分離器と、前記スタンドパイプを連結する補強板を有する原子炉炉内構造物において、前記補強板は最外周に配置された第１の補強板と、この第１の補強板より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板より長い第２の補強板と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の原子炉炉内構造物によれば、セパレータの下端排水口から流出する冷却材と前記シュラウドヘッドの外周部に設けられた複数の給水スパージャから供給される冷却材との給水混合を促進することにより、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る原子炉炉内構造物の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造の構成を示す正面図である。
【００２２】
本図において、圧損低減効果のあるスタンドパイプ２の補強構造の一例を示す。気水分離器であるセパレータ１は、スタンドパイプ２の上部に設置されている。このスタンドパイプ２は、シュラウドヘッド３の上部に複数立設され蒸気が流れる構造となっている。このスタンドパイプ２の外側面は、補強手段であり給水混合を促進させる手段でもある補強板１６、１７によって補強されている。また、シュラウドヘッド３の外周部には複数の給水スパージャ６が設けられ冷却材を供給している。
【００２３】
上記のセパレータ１により蒸気から分離され排水された水は、シュラウドヘッド３の外周へ流れ、図７に示すダウンカマ部６５を通り、再循環機構により再び下部プレナムから炉心へと供給される。すなわち、上記の補強板１６、１７はセパレータ１から炉心までの再循環流れの途中にある。従って、この補強板１６、１７は、セパレータ１の下端排水口１ａからダウンカマ部６５までの補強構造に大きく影響を与える。
【００２４】
この補強板１６、１７を取り付けることにより耐震性を確保し、また曲がり等による隣接するスタンドパイプ２同士すなわちセパレータ１同士が接触することを防止している。
【００２５】
この補強板１６、１７は、少なくとも２種類の補強板に分類される。一つ目は、上記シュラウドヘッド３の周辺に設けられ上記給水スパージャ６から供給される冷却材の流れに影響を受ける第１の補強板である小補強板１６である。二つ目は、上記シュラウドヘッド３の中心部に設けられ上記給水スパージャ６から供給される冷却材の流れに影響を受けにくい第２の補強板である大補強板１７である。この補強板の構造は、後述する熱流動解析の結果に基づいて、以下のように決定される。
【００２６】
上記の第１の補強板である小補強板１６は、例えば、高さ方向の幅が７６ｍｍ以上あり、この小補強板１６の下端はセパレータ１の下端排水口１ａより３６０ｍｍ以内の位置に設置され、図８（ｂ）に上面図で示すように、隣接する全て又は一部のスタンドパイプ２と連結されている。また、この小補強板１６と給水スパージャ６との間隔は、４５７−３６０＝９７ｍｍある。なお、耐震構造の関係から図９（ｂ）に示す配置でも可能となることはもちろんである。
【００２７】
また、第２の補強板である大補強板１７は、例えば、その下端がセパレータ１の下端排水口１ａより４３０ｍｍ以内の位置に設置され、隣接する全て又は一部のスタンドパイプ２と連結されている。この大補強板１７と給水スパージャ６との間隔は、４５７−４３０＝２７ｍｍある。なお、第２の補強板が設けられている上記シュラウドヘッド３の中心部とは、ここでは一例として、半径Ｒ＝２４００ｍｍとした。この点については後述する。
【００２８】
一方、図１０に示すように補強板が給水スパージャノズル６と同じ高さにあると給水流れ８に対して邪魔板になり、この給水流れ８とセパレータ１の下端排水口１ａからの蒸気から分離された冷却材の流れ７との給水混合を妨げ、結果として給水混合を悪化させる恐れがあるである。よって、図１に示すように第１の補強板１６と第２の補強板１７の間には適宜その給水スパージャ６の給水流れを邪魔しない大きさ（セパレータ１の下端排水口１ａから３６０ｍｍ〜４３０ｍｍの間に下端が形成されるように配置）の第３の補強板１６ａを設けてもよい。
【００２９】
このように構成された本実施の形態において、シュラウドヘッド３の外周に近い位置にある小補強板１６の下端は給水スパージャノズル６よりも９７ｍｍ高い位置にあるので、給水スパージャノズル６からの給水流れ８に対して給水混合を促進させる影響を与える。
【００３０】
本実施の形態によれば、セパレータ１の下端排水口１ａから流出する冷却材と上記シュラウドヘッド３の外周部に設けられた複数の給水スパージャ６から供給される冷却材との給水混合を促進することにより、スタンドパイプ２の補強構造に係る耐震性を向上させ、さらに流動変化による圧損を低減することができる。
【００３１】
ここで、セパレータ１の下端排水口１ａからの冷却材の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口１ａからの距離との関係について説明する。
【００３２】
図２は、原子炉構造物の熱流動解析に係る説明図で、（ａ）は熱流動解析に係る９０°セクタモデルの斜視図であり、（ｂ）は従来構造の補強板を設けた場合の熱流動解析図であり、（ｃ）は本実施例の補強板を設けた場合の熱流動解析図である。
【００３３】
図７に示す原子炉構造物に係る９０°セクタモデルを使用して熱流動解析を行った。この解析対象は、シュラウドヘッド６０からスタンドパイプ６１、セパレータ５５を含む原子炉圧力容器５１内部の領域からダウンカマ部６５、ＲＩＰへと流れる蒸気と水からなる流体である。この９０°セクタモデルの周方向については、境界条件を設定する。補強構造を比較するために、一つ目は従来の補強構造について熱流動解析を行い、二つ目は耐震性向上を図った本実施例の補強構造について熱流動解析を行った。また、ここでは蒸気と飽和水の２流体解析を行った。
【００３４】
上記の熱流動解析の結果について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、補強板がない場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口からの距離の関係を示すグラフであり、図４は、補強板がある場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフである。
【００３５】
図３に示すように、補強板がない場合の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向速度の平均流速とセパレータ１の下端排水口１ａからの距離の関係を示す。横軸がセパレータ１の下端排水口１ａからの距離（ｍｍ）であり、縦軸が平均流速（ｍ／ｓ）である。なお、この平均流速は、補強板がない場合の任意の水平方向（ｘ−ｙ方向）断面の流速の面積分値である。
【００３６】
図中にある矢印とその両端の線は小補強板の位置を示しており、実線が従来構造の小補強板を示し、点線が本実施例の小補強板を示す。図中において、矢印の右側が下端、左側が上端となる。補強板がない場合は、高温水の水平方向速度は、セパレータ１の下端排水口１ａから離れるに従って大きくなっていることが分る。
【００３７】
すなわち、セパレータ１の下端排水口１ａから排水された高温水は、まず水平方向断面の平均流速が増加していく。水平速度が増加しているのは、高温水がセパレータ１から離れるとシュラウドヘッド３から図１に示すダウンカマ６５に向かう流れが強くなるからである。
【００３８】
次に図４に示すように、補強板がある場合の水平断面（ｘ−ｙ平面）における水平方向（ｘ−ｙ平面）速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示す。基本的には、図３に示すグラフに従来構造の補強板および本実施例の補強板を設けた場合の水平方向平均流速を加えたグラフである。白抜き四角と実線が従来構造の補強板を設けた場合の冷却材の水平方向平均流速を示し、白抜きひし形と点線が本実施例の補強板を設けた場合の冷却材の水平方向平均流速を示す。上記の両解析共に小補強板の位置における水平方向速度が小さくなっていることが分る。
【００３９】
上述のように、両方の解析で小補強板のある位置で水平方向の平均流速が低下している。これは、小補強板が整流効果を有することを示すものである。ここで、両解析結果を更に検討する。
【００４０】
本実施例の補強板高さ方向幅７６ｍｍの小補強板は、その位置に関わらず、水平方向の平均流速を約０．１〜０．２ｍ／ｓの間まで低下させる効果がある。つまり、小補強板の位置が低くなれば（図３、図４おいて右側で）水平方向の平均流速の減速幅が大きく、より整流効果が大きくなる。このことは、水平方向の平均流速が小さい領域に小補強板を設置すれば、減速幅は小さくて済むことを示している。
【００４１】
一方従来構造の小補強板は、高さ方向幅が７６ｍｍであり、その上端がセパレータ１の下端排水口１ａから３３６ｍｍ低い位置にある。しかも、図１に示す給水スパージャノズル６の上部より約２４ｍｍ上側に位置している。このため、従来構造の小補強板は、給水スパージャ６から出る低温水の一部がシュラウドヘッド３の外周近傍に位置する最外郭の小補強板の下部に衝突し、流れが妨げられている。このことは、つまり一部で給水混合が妨げられていることを示すものである。この給水混合が進行しないことは、再循環する水の温度が下がらず、原子炉の増出力をより困難なものにすることを示す。上述のように、従来構造の小補強板より低い位置に小補強板を設置することは、高温水と低温水との給水混合を妨げることになり、好ましくないといえる。
【００４２】
上述したように、小補強板の設置位置が高い方が、セパレータ１の下端排水口１ａから流出する高温水の流動への影響が小さく、また従来構造の小補強板より低い位置に小補強板を設置することは給水混合の観点から好ましくないことが分かる。
【００４３】
換言すれば、圧損低減効果のある補強構造の小補強板は、少なくとも従来構造の小補強板の位置すなわち小補強板の上端がセパレータ１の下端排水口１ａから３３６ｍｍの距離にある位置よりも高い位置に、すなわちセパレータ１の下端排水口１ａにより近い位置に設けることが好ましいといえる。
【００４４】
また図４において、高温水が従来構造の小補強板を通過するときに水平方向の平均流速が通過前の約４０％まで減少しており、小補強板を抜けるまで水平方向の平均流速はほぼ線形に下がり続ける。一方これに対して、実施例の小補強板を通過している間は水平方向の平均流速は大きく変化しない。
【００４５】
このことは、セパレータ１の下端排水口１ａに近い領域では水平方向の速度が十分に発達しておらず、小補強板で形成されるチャンネルを通過する間の速度変化量は小さくて済むことを示している。つまり、補強板の上端がセパレータ１の下端排水口１ａに近ければ、補強板の高さ方向幅を長くとっても圧損にはさほど影響しないと言える。つまり、補強板の上端をより高い配置にすれば、従来構造の小補強板や実施例の小補強板の高さ方向の幅７６ｍｍよりも長い補強板を、小補強板のように隣接するスタンドパイプ２を連結する補強構造として採用することが可能であることを示している。
【００４６】
しかしながら、耐震性を考慮して設計された現行の７６ｍｍという小補強板の高さ方向幅より短くなると強度的に従来構造よりも弱くなってしまう恐れがある。現行の７６ｍｍの小補強板の高さ方向幅をより短くすることは、冷却材の圧損を低減しても強度が下がってしまうので、ここでは従来構造よりも耐震性を悪化させないことを考慮し、高さ方向幅は少なくとも従来構造の７６ｍｍであるような補強板を採用する。そうすると、セパレータ１の下端排水口１ａからの小補強板上端の距離は最大で従来構造の３３６ｍｍであることが前提となる。
【００４７】
本実施の形態によれば、給水スパージャから出る低温水の一部が小補強板の下部に衝突して給水混合が妨げられない位置に小補強板を設けることにより、スタンドパイプの補強構造に係る耐震性を向上させ、また流動変化による圧損を低減でき更に給水混合を妨げないセパレータスタンドパイプの補強構造を得ることができる。
【００４８】
すなわち、従来明らかにされてこなかったスタンドパイプ補強構造による圧損への影響を小補強板の位置を従来構造から変えて解析した解析結果から圧損低減の効果のあるスタンドパイプ補強構造を得ることができる。
【００４９】
また、小補強板よりも大きい補強板を用いることにより、耐震性を向上させかつ給水混合をできるだけ妨げない補強構造を有する補強を得ることができる。
【００５０】
次に、セパレータ１の下端排水口１ａからＲＩＰ流入口の手前までの圧力分布について説明する。図５は、セパレータの下端排水口からＲＩＰ流入口手前における圧力分布を示す説明図で、（ａ）は従来構造の補強板を設けた場合の圧力分布図であり、（ｂ）は本実施例の補強板を設けた場合の圧力分布図である。
【００５１】
図５（ａ）、（ｂ）を用いて、セパレータ１の下端排水口１ａからＲＩＰ流入口の手前までの圧力分布について説明する。この圧力分布は、図２〜図４で用いられた熱流動解析の結果から得られた圧力データと差圧の計算から構成されている。
【００５２】
図５（ａ）は、従来構造の補強板を設けた場合の各断面Ａ〜Ｄの圧力分布を示し、図５（ｂ）は、本実施例の補強板を設けた場合の各断面Ａ〜Ｄの圧力分布を示し、両場合の各断面は同じ高さになっている。ここで、Ａは図７のセパレータ５５の下端排水口５５ａの位置を示し、Ｂはダウンカマ部６５の中段の位置を示し、Ｃはダウンカマ部６５の下段の位置を示し、ＤはＲＩＰ流入口手前の位置を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較すると、圧力分布そのものには両者で有意な相違は見られない。
【００５３】
次に、差圧DＰについて検討する。
【００５４】
断面Ａでの平均圧力をＰ１、断面Ｂでの平均圧力をＰ２とすると、差圧DＰは静圧を引くことにより下記の（１）式のように求めることができる。
【００５５】
DＰ＝Ｐ１−（Ｐ２−r ｇDｈ）・・・・・（１）
ここで、
r：密度
ｇ：重力加速度
Dｈ：断面Ａと断面Ｂ〜Ｄとの高さの差
ここでは、断面ＡとＢについて説明する。密度rはセパレータ５５からの流入条件から７３４．４ｋｇ／ｍ３、重力加速度ｇは９．８ｍ／ｓ２、高さの差Dｈは４０９６．９ｍｍであるので、それぞれの差圧は以下のように求めることができる。
【００５６】
本実施例の補強板を設けた場合は、DＰ＝１２９２９Ｐａとなり、従来構造の補強板を設けた場合は、DＰ＝１３２０２Ｐａとなる。
【００５７】
上述のことは、小補強板の位置が３３６−１０８＝２２８ｍｍ上昇したことにより、１３２０２−１２９２９＝２７３Ｐａだけ差圧が小さくなっており有意な相違が見られる。
【００５８】
上記の両解析は補強構造以外の解析条件が同じであるので、差圧はそのまま圧損を意味する。つまりこれは、従来構造の小補強板を設けた場合に比較して、本実施例の小補強板を設けたときの高く設置した場合の方が、圧損低減の効果があることを示している。
【００５９】
次に、給水スパージャ６の水平断面における水平方向速度分布について説明する。図６、実施例における給水スパージャノズルの水平断面における水平方向速度分布を示す分布図である。
【００６０】
本図において、給水スパージャ６のノズルがある高さの水平断面における水平方向速度分布が示されている。この水平方向速度分布は、図２〜図４で用いられた熱流動解析の結果から得られたものである。白い丸がスタンドパイプ２であり、白い四角が給水スパージャ６のノズルである。濃淡は流速の大きさを表しており、色が濃い程流速が大きいことを示す。給水スパージャ６のノズルからの給水は最大で中心から２４９５ｍｍの範囲まで入り込んでいる。このように、本実施例では給水スパージャ６からの低温水流れと小補強板の衝突はあまり見られない。
【００６１】
上述したように、シュラウドヘッド３の外周では給水スパージャ６から供給される低温水との混合領域がある。この給水混合を妨げるとプラントの効率が低下するため、それは避けなければならない。給水スパージャノズル６はセパレータ１の下端排水口１ａから４５７ｍｍの位置にある。この給水スパージャ６のノズルと従来構造の小補強板との間隔は２４ｍｍ程度である。このときは、給水スパージャ６からの低温水流れと小補強板の衝突はあまり見られない。すなわち、小補強板が給水流れ８に対して邪魔板になり、この給水流れ８とセパレータ１の下端排水口１ａからの冷却材の流れ７との給水混合を妨げる事象はあまり見られない。
【００６２】
また図６において、本実施例のように小補強板がノズルより十分高い位置にあれば低温水は十分内部まで流れ込む。本実施例では、小補強板の下端がセパレータ下端排水口から約３６０ｍｍの位置にある。つまり、最も給水スパージャノズル６に近い外側の小補強板でも下端が本実施例と同程度であれば、給水混合の抑制の影響も小さい。
【００６３】
さらに図６より、本実施例のように小補強板が低温水流れに大きく影響しない場合は、低温水は最大で中心から約２４９５ｍｍの距離まで入り込んでいる。
【００６４】
上述の事象から、中心部から２４００ｍｍ程度までの距離であれば、従来構造のように給水スパージャノズル６と小補強板の下端の距離が２４ｍｍ程度、つまりセパレータ１の下端排水口１ａからの距離が４３０ｍｍ程度あれば給水混合を妨げることにはならない。
【００６５】
上述の熱流動解析の結果から、原子炉内セパレータのスタンドパイプの圧損低減効果のある補強構造とは、一例として、下記のようにまとめることができる。その一つは、少なくとも高さ方向幅が７６ｍｍある小補強板の上端が、セパレータ下端排水口から３３６ｍｍ以内の距離に配置したものをいう。二つ目は、中心から２４００ｍｍ以内の距離で補強板の下端がセパレータ１の下端排水口１ａから４３０ｍｍ程度に配置したものをいう。三つ目は、最も外周にある小補強板の下端がセパレータ１の下端排水口１ａから３６０ｍｍ程度の距離に配置したものをいう。
【００６６】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、補強構造を平板から、上端と下端とが平行でない形状の板材、断面形状が楕円の板や窓付き平板に変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造の構成を示す正面図。
【図２】原子炉構造物の熱流動解析に係る説明図で、（ａ）は熱流動解析に係る９０°セクタモデルの斜視図、（ｂ）は従来構造の補強板を設けた場合の熱流動解析図、（ｃ）は本実施例の補強板を設けた場合の熱流動解析図。
【図３】補強板がない場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフ。
【図４】補強板がある場合の水平断面における水平方向速度の平均流速とセパレータ下端排水口からの距離の関係を示すグラフ。
【図５】セパレータの下端排水口からＲＩＰ流入口手前における圧力分布を示す説明図で、（ａ）は従来構造の補強板を設けた場合の圧力分布図、（ｂ）は本実施例の補強板を設けた場合の圧力分布図。
【図６】給水スパージャノズルの水平断面における水平方向速度分布を示す分布図。
【図７】ＢＷＲの原子炉および炉内構造物の構造を示す斜視図。
【図８】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの小補強板の構造を示す説明図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図。
【図９】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの大補強板の構造を示す説明図で、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその上面図。
【図１０】従来の原子炉内セパレータのスタンドパイプの補強構造と給水スパージャの関係を示す正面図。
【符号の説明】
【００６８】
１…セパレータ、２…スタンドパイプ、３…シュラウドヘッド、４…小補強板、５…大補強板、６…給水スパージャ、７…排水流れ、８…給水流れ、１６、１６ａ、１７…補強板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに植設されるスタンドパイプと、このスタンドパイプ上部に配設された気水分離器と、前記スタンドパイプを連結する補強板を有する原子炉炉内構造物において、
前記補強板は最外周に配置された第１の補強板と、
この第１の補強板より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板より長い第２の補強板と、
を有することを特徴とする原子炉炉内構造物。
【請求項２】
前記第１及び第２の補強板は、前記原子炉圧力容器内に配置された給水スパージャの上方に配置され、さらに第１の補強板の下端は前記第２の補強板の下端より上方に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【請求項３】
前記第１の補強板は、前記スタントパイプを連結する高さ方向幅は７６ｍｍ以上あり、この第１の補強板の上端は前記気水分離器の下端排水口から３３６ｍｍ以内に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項２記載の原子炉炉内構造物。
【請求項４】
前記第２の補強板は、前記シュラウドヘッドの中心部から、前記給水スパージャから供給される冷却材が前記シュラウドヘッドと第１の補強板との間を経由して流れ込む箇所の手前までに配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【請求項５】
前記第２の補強板は、前記シュラウドヘッドの中心部から半径が２４００ｍｍ以内に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項４記載の原子炉炉内構造物。
【請求項６】
前記補強板は、この上端と下端とが平行でない形状の板材で構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【請求項１】
原子炉圧力容器内のシュラウドヘッドに植設されるスタンドパイプと、このスタンドパイプ上部に配設された気水分離器と、前記スタンドパイプを連結する補強板を有する原子炉炉内構造物において、
前記補強板は最外周に配置された第１の補強板と、
この第１の補強板より内周に配設され高さ方向の幅が第１の補強板より長い第２の補強板と、
を有することを特徴とする原子炉炉内構造物。
【請求項２】
前記第１及び第２の補強板は、前記原子炉圧力容器内に配置された給水スパージャの上方に配置され、さらに第１の補強板の下端は前記第２の補強板の下端より上方に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【請求項３】
前記第１の補強板は、前記スタントパイプを連結する高さ方向幅は７６ｍｍ以上あり、この第１の補強板の上端は前記気水分離器の下端排水口から３３６ｍｍ以内に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項２記載の原子炉炉内構造物。
【請求項４】
前記第２の補強板は、前記シュラウドヘッドの中心部から、前記給水スパージャから供給される冷却材が前記シュラウドヘッドと第１の補強板との間を経由して流れ込む箇所の手前までに配置されて構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【請求項５】
前記第２の補強板は、前記シュラウドヘッドの中心部から半径が２４００ｍｍ以内に設けられて構成されていること、を特徴とする請求項４記載の原子炉炉内構造物。
【請求項６】
前記補強板は、この上端と下端とが平行でない形状の板材で構成されていること、を特徴とする請求項１記載の原子炉炉内構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−１７１０９７（Ｐ２００７−１７１０９７Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７２１０４（Ｐ２００５−３７２１０４）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
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