JP2000111678A

JP2000111678A - 沸騰水型原子炉

Info

Publication number: JP2000111678A
Application number: JP10286913A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kataoka; 一芳片岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】原子炉容器高さを小さくし且つ炉心寸法に対す
る原子炉容器容積を小さくした構造を簡素に構築できる
沸騰水型原子炉を経済性の面でより有利に提供する。【解決手段】チャンネルボックス（以下「ボックス」）
６及びセパレータ８は、互いの個数が同数であり、ボッ
クス６の形状で規定される水平内接円の径寸法がセパレ
ータ８の外筒で規定される水平外接円の径寸法以上であ
り、ボックス６内の冷却材流出状態がセパレータ８内の
冷却材流入条件を満たすように燃料集合体５の体数とそ
の寸法並びにセパレータ８の本数とその寸法が規定され
る。短尺シュラウド２０は、その円筒上端部の位置が上
部格子板７を配置した位置と同じになるように構成され
る。セパレータ連結金具２１は、ボックス６上に配置さ
れる。セパレータ格子板２２は、セパレータ８を支持
し、ドライヤー９のスカート９ｂの内壁部を介して原子
炉容器１に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、沸騰水型原子炉
の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、原子力を利用して蒸気を発生さ
せる沸騰水型原子炉（以下「ＢＷＲ」と呼ぶ）の従来例
を説明するものである。

【０００３】図９に示すＢＷＲには、原子炉容器１（図
中の符号１ａは上蓋）内の中心部に円筒状のシュラウド
２及びその上部に位置するシュラウドヘッド２ａが配設
されている。このシュラウド２の内側には、炉心支持板
３で支持された炉心４を成す複数体の燃料集合体５…５
（燃料チャンネルボックス６…６及び複数本の燃料棒
（図示しない）を搭載）が装備され、その炉心４の上側
に上部格子板７が配置されている。この上部格子板６の
上側にはセパレータスタンドパイプ８ａ…８ａを介して
複数本のセパレータ（気水分離器）８…８及びドライヤ
ー（蒸気乾燥器）９…９が設置されている。

【０００４】このように構成されたＢＷＲでは、冷却材
が燃料チャンネルボックス（以下単に「チャンネルボッ
クス」と呼ぶ）６…６の下部からその内部に移動中に加
熱され、その一部が蒸気となる。この蒸気は、チャンネ
ルボックス６…６の上端部から出てセパレータ８…８に
流れ込み、水と蒸気に分離される。そのうち蒸気はドラ
イヤー（図中の符号９ａはドライヤーフード）９…９に
流れ込み、ここでセパレータ８…８で取り残された水分
が取り除かれ、その蒸気が原子炉容器１に設置された蒸
気ノズル１０を介して容器外部に流れ出て図示しないタ
ービン系に向かう。

【０００５】一方、セパレータ８…８やドライヤー９…
９で分離された水は、原子炉容器１及びシュラウド２間
の空間部、すなわちダウンカマー１１に流れ込み、原子
炉容器１の下部を通って再びチャンネルボックス６…６
に流れ込む。とくにセパレータ８…８で分離された水
は、その下部に設置されたセパレータスタンドパイプ８
ａ…８ａの間隙に流れ落ち、そこから水平方向にダウン
カマー１１に向かって流れ出る。このうち、ドライヤー
９…９では蒸気を水平方向流れに変え、その内部の図示
しない波形板に流入させて水分を除去する。

【０００６】上記の炉心４内には、その核反応を制御す
るために互いに隣接する４個のチャンネルボックス６…
６に１本の割合で複数本の制御棒１３…１３がその下部
から上部の方向に挿入及びその逆方向に引き抜き自在に
配設される。この制御棒１３…１３は、原子炉容器１の
下部に設置された制御棒駆動装置（制御棒駆動機構ハウ
ジング）１４…１４により運転停止中には全てが炉心４
内に挿入され、出力運転時には数本又は十数本を除く大
部分が炉心４外に引き抜かれ、炉心支持板３の下の制御
棒案内管１５…１５内で待機するようになっている。

【０００７】また上記の炉心４内には、原子炉容器１の
下部から原子炉出力を計測する中性子検出器等のセンサ
ー（図示しない）も上下動自在に挿入される。このセン
サーは、原子炉容器１の下方に設置された炉内核計装装
置１６によりその炉内核計装ハウジング１７を介して燃
料集合体５…５の位置で上下動可能となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＢＷＲにおいては、原子炉容器内で制御棒の待
機空間（炉心支持板の下部空間）、燃料集合体、セパレ
ータスタンドパイプ、セパレータ、ドライヤーが垂直方
向に直列に並ぶ構造となっているため、原子炉容器の高
さが高くなり、炉心寸法に対する原子炉容器容積も大き
くなるといった問題があった。それに伴い、原子炉建屋
容積も大きくなる等、物量も多くなり、経済性の面で不
利であった。

【０００９】また、原子炉容器の下方には制御棒駆動装
置の空間が必要であるため、格納容器や原子炉建屋の高
さが大きくなり、同上の理由で経済性の面で不利であっ
た。この制御棒駆動機構は、制御棒を炉心の下部から上
部の方向に重力に逆らって挿入駆動するための強い力を
必要とし、これにより、その構造が複雑になるといった
問題もあった。

【００１０】さらに、ドライヤーは、ドライヤーユニッ
トの蒸気流入速度を充分低くするために蒸気流入面を垂
直方向に延ばし、ドライヤーユニットを複数にして蒸気
流入面積を確保している。そのため、ドライヤーの高さ
が高くなり、その結果、原子炉容器高さが大きくなり経
済性の面で不利であった。ドライヤーユニットを複数に
したためドライヤーフードが必要となり、炉心の上方に
シュラウドヘッド、セパレータ、ドライヤーを積み重ね
た構造となるため、その他の制御棒駆動機構等の構造物
を原子炉容器の下部に設置しなければならないといった
構造上の制約もあった。

【００１１】この発明は、このような従来の事情を考慮
してなされたものであり、原子炉容器高さを小さくし且
つ炉心寸法に対する原子炉容器容積を小さくした構造を
簡素に構築できる沸騰水型原子炉を経済性の面でより有
利に提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、沸騰水型原子炉において、燃料チャンネ
ルボックス個数とセパレータ本数を同じとし、各燃料チ
ャンネルボックス上端にセパレータ連結金具を介してセ
パレータのスタンドパイプ下端を接続し、シュラウドヘ
ッドを削除し、ドライヤースカート内壁で支持されたセ
パレータ格子板を備え、シュラウド円筒部の上端を燃料
格子板位置にした短尺シュラウドを備え、チャンネルボ
ックスの水平内接円の径がセパレータ外筒の水平外接円
の径以上で、かつ、チャンネルボックスの流出冷却材状
態がセパレータの冷却材流入条件を満たすように燃料集
合体体数と燃料集合体寸法ならびにセパレータ本数とセ
パレータ寸法を設定した構成に着目した。この構成によ
り、以下の各態様が可能となる。

【００１３】１）：セパレータスタンドパイプ下端を垂
直方向下に広がる円錐形状とし、その底面の水平外接円
の径が燃料チャンネルボックスの水平内接円の径以下と
したセパレータスタンドパイプと、燃料チャンネルボッ
クス上端に取り付けられ、且つ下部水平断面形状は燃料
チャンネルボックス上端の水平断面形状と同じとし、且
つ上部は垂直方向上に狭まる円錐形状とし、その側面の
垂直軸に対する角度が前記セパレータスタンドパイプ下
端の円錐形状のものと同じとしたセパレータ連結金具と
を備える。

【００１４】２）：炉心支持板と燃料上部格子板の間の
シュラウド円筒部の側面に冷却水排出口を備える。

【００１５】３）：最外周燃料集合体の外側と原子炉容
器内壁の間に冷却材流路を備えた上部格子板と、最外周
燃料集合体の外側と原子炉容器内壁の間に冷却材流路ま
たは原子炉内蔵ポンプのサクション部を設け、炉心支持
板と上部格子板をシュラウドの代わりに原子炉容器内壁
で支持し、シュラウドを省略する。

【００１６】４）：スタンドパイプを含むセパレータの
長さを制御棒長以上にし、制御棒の炉心引抜き位置を垂
直方向はセパレータのスタンドパイプと同じ位置とし、
水平方向は隣り合うスタンドパイプの間隙とする。

【００１７】５）：セパレータ格子板をドライヤースカ
ート内壁の代わりに、原子炉容器内壁で支持させ、その
セパレータ格子板上で最外周のセパレータと原子炉容器
の間に複数のドライヤーユニットを水平断面が多角筒状
に並べ、そのドライヤーユニットの頂部に蒸気シールを
設け、ドライヤーユニットの蒸気流入面総面積が蒸気流
入流速条件を満たす蒸気発生量を持つようにし、ドライ
ヤーフード及びドライヤースカートを省略する。

【００１８】６）：制御棒駆動装置を原子炉容器上蓋の
上部に設け、セパレータ格子板に制御棒連結棒案内管を
設け、原子炉容器の上蓋を貫通し連結棒案内管を通って
制御棒に接続される分割可能な制御棒連結棒を備える。

【００１９】７）：冷却材の循環機構として自然循環力
を利用し、再循環ポンプを使用しない沸騰水型原子炉に
適用する。

【００２０】この発明に係る沸騰水型原子炉は、以上の
着想に基づいて完成されたものである。

【００２１】すなわち、請求項１記載の発明に係る沸騰
水型原子炉は、原子炉容器と、この原子炉容器内に配置
される複数の燃料集合体の外筒部を成す複数のチャンネ
ルボックスと、前記複数の燃料集合体が成す炉心の周囲
を囲む円筒状のシュラウド及びその上部に位置するシュ
ラウドヘッドと、前記シュラウドの下部及び上部で前記
炉心を支持する炉心支持板及び上部格子板と、前記シュ
ラウドヘッド上にセパレータスタンドパイプを介して配
置される複数のセパレータと、このセパレータの上部に
配置されるドライヤーとを備えた構成である。

【００２２】この構成において、前記チャンネルボック
ス及び前記セパレータは、互いの個数が同数であり且つ
前記チャンネルボックスの形状で規定される水平内接円
の径寸法が前記セパレータの外筒で規定される水平外接
円の径寸法以上であり且つ前記チャンネルボックス内の
冷却材流出状態が前記セパレータ内の冷却材流入条件を
満たすように前記燃料集合体の体数とその寸法並びに前
記セパレータの本数とその寸法が規定される。

【００２３】そして、前記シュラウドと前記シュラウド
ヘッドとで互いに円筒状に一体に形成され且つその円筒
上端部の位置が前記上部格子板を配置した位置と同じに
なるように構成された短尺シュラウドと、この短尺シュ
ラウド内に配置される前記チャンネルボックス上に配置
され且つそのチャンネルボックスを前記セパレータスタ
ンドパイプに直接に連結するセパレータ連結金具と、こ
のセパレータ連結金具を介して前記チャンネルボックス
に連結された前記セパレータを支持し且つ前記ドライヤ
ーのスカート内壁部を介して前記原子炉容器に固定され
るセパレータ格子板とを備えたことを特徴とする。

【００２４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記セパレータスタンドパイプは、その下
端部は垂直方向下側にテーパ状に面積の広がる円錐形状
に形成され、且つその底面の水平外接円の径寸法が前記
燃料チャンネルボックスの水平内接円の径以下であり、
前記セパレータ連結金具は、その下部の水平断面形状が
前記チャンネルボックス上端部の水平断面形状と同じで
あり、且つその上部が垂直方向上側に向けてテーパ状に
面積の狭くなる円錐形状に形成され、且つその側面の垂
直軸に対する角度が前記セパレータスタンドパイプの下
端部を成す円錐形状側面の垂直軸に対する角度と同じで
あることを特徴とする。

【００２５】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記短尺シュラウドの側面における前記炉
心支持板を設置した位置及び前記燃料上部格子板を設置
した位置の間に冷却水排出口を設けたことを特徴とす
る。

【００２６】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記短尺シュラウドを前記原子炉容器の内
壁の一部として一体に構成し、前記上部格子板は、前記
複数体の燃料集合体の最外周外側の位置と前記原子炉容
器の内壁位置との間に冷却材流路を備え、前記炉心支持
板は、前記複数体の燃料集合体の最外周外側の位置と前
記原子炉容器の内壁位置との間に冷却材流路又は原子炉
内蔵ポンプ用サクション部を備え、前記炉心支持板と上
部格子板とを前記原子炉容器の内壁で支持したことを特
徴とする。

【００２７】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記炉心内に引き抜き自在に挿入される複
数の制御棒と、この制御棒を駆動する制御棒駆動機構を
備え、前記複数の制御棒は、前記セパレータスタンドパ
イプを含む前記セパレータの長さよりも短く、前記制御
棒駆動機構は、引抜き時に前記制御棒を前記チャンネル
ボックス間の間隙部に設定された挿入位置からその垂直
方向上側の前記セパレータスタンドパイプを含む前記セ
パレータ間の間隙部に予め設定された待機位置に移動さ
せると共に、挿入時に前記制御棒を前記挿入位置から前
記挿入位置に移動させる駆動機構であることを特徴とす
る。

【００２８】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記セパレータ格子板を前記原子炉容器の
内壁で支持すると共に、前記ドライヤーは、前記セパレ
ータ格子板上で前記セパレータの最外周位置と前記原子
炉容器の内壁位置との間にその水平断面が多角筒状にな
るように配列された複数のドライヤーユニットと、この
ドライヤーユニットの頂部に装備される蒸気シールとで
構成され、前記ドライヤーユニットの蒸気流入面総面積
を、蒸気流入流速条件を満たす蒸気発生量をもつように
設定したを特徴とする。

【００２９】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記炉心内に引き抜き自在に挿入される複
数の制御棒と、この制御棒を駆動する制御棒駆動機構を
備え、前記制御棒駆動機構は、前記複数の制御棒に連結
される分割可能な複数の制御棒連結棒と、この制御棒連
結棒を前記炉心内に案内する制御棒連結棒案内管とを備
え、この制御棒連結棒案内管を前記セパレータ格子板に
配置し、前記制御棒連結棒を前記原子炉容器の上蓋を貫
通して前記制御棒案内管を介して上下動自在に配置し、
この制御棒連結棒の先端部に前記制御棒を連結したこと
を特徴とする。

【００３０】請求項８記載の発明に係る沸騰水型原子炉
は、請求項１から７までのいずれか１項記載の発明にお
いて、前記原子炉容器内の冷却材の循環機構として自然
循環力を利用することを特徴とする。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る沸騰水型原
子炉の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００３２】（第１の実施の形態）図１に示すＢＷＲに
は、原子炉容器１（図中の符号１ａは上蓋）内の中心部
に円筒状の短尺シュラウド２０が配設されている。この
短尺シュラウド２０の内側には、炉心支持板３で支持さ
れた炉心４を成す複数体の燃料集合体５…５（燃料チャ
ンネルボックス６…６及び複数本の燃料棒（図示しな
い）を搭載）が装備され、その炉心４の上側に上部格子
板７が配置されている。この上部格子板６の上側にはセ
パレータスタンドパイプ８ａ…８ａを介して複数本のセ
パレータ（気水分離器）８…８及びドライヤー（蒸気乾
燥器）９…９が設置されている。

【００３３】このように構成されたＢＷＲでは、冷却材
が燃料チャンネルボックス（以下単に「チャンネルボッ
クス」と呼ぶ）６…６の下部からその内部に移動中に加
熱され、その一部が蒸気となる。この蒸気は、チャンネ
ルボックス６…６の上端部から出てセパレータ８…８に
流れ込み、水と蒸気に分離される。そのうち蒸気はドラ
イヤー（図中の符号９ａはドライヤーフード）９…９に
流れ込み、ここでセパレータ８…８で取り残された水分
が取り除かれ、その蒸気が原子炉容器１に設置された蒸
気ノズル１０を介して容器外部に流れ出て図示しないタ
ービン系に向かう。

【００３４】一方、セパレータ８…８やドライヤー９…
９で分離された水は、原子炉容器１及びシュラウド２間
の空間部、すなわちダウンカマー１１に流れ込み、原子
炉容器１の下部を通って再びチャンネルボックス６…６
に流れ込む。とくにセパレータ８…８で分離された水
は、その下部に設置されたセパレータスタンドパイプ８
ａ…８ａの間隙に流れ落ち、そこから水平方向にダウン
カマー１１に向かって流れ出る。このうち、ドライヤー
９…９では蒸気を水平方向流れに変え、その内部の波形
板（図示しない）に流入させて水分を除去する。

【００３５】上記の炉心４内には、その核反応を制御す
るために互いに隣接する４個のチャンネルボックス６…
６に１本の割合で複数本の制御棒１３…１３がその下部
から上部の方向に挿入及びその逆方向に引き抜き自在に
配設される。この制御棒１３…１３は、その下部に連結
された制御棒連結棒１３ａ…１３ａと共に原子炉容器１
の下部に設置された制御棒駆動装置（制御棒駆動機構ハ
ウジング）１４…１４により運転停止中には全てが炉心
４内に挿入され、出力運転時には数本又は十数本を除く
大部分が炉心４外に引き抜かれ、炉心支持板３の下の制
御棒案内管１５…１５内で待機するようになっている。

【００３６】また上記の炉心４内には、原子炉容器１の
下部から原子炉出力を計測する中性子検出器等のセンサ
ー（図示しない）も上下動自在に挿入される。このセン
サーは、原子炉容器１の下方に設置された炉内核計装装
置（図示しない）によりその炉内核計装ハウジング（図
示しない）を介して燃料集合体５…５の位置で上下動可
能となっている。

【００３７】上記のチャンネルボックス６…６及びセパ
レータ８…８は、互いの個数が同数であり、チャンネル
ボックス６の形状で規定される水平内接円の径寸法がセ
パレータ８の外筒で規定される水平外接円の径寸法以上
（図１中ではチャンネルボックス６の垂直断面の幅がセ
パレータ８の外筒幅と等しい）であり、チャンネルボッ
クス６内の冷却材流出状態が「セパレータ８…８内の冷
却材流入条件」を満たすように燃料集合体５…５の体数
とその寸法並びにセパレータ８…８の本数とその寸法が
規定されている。

【００３８】ここで、「セパレータ８…８の冷却材流入
条件」は、流量、クオリティ、原子炉水位などの関数で
表わされるが、話を簡単にするためにセパレータ流量
（Ｇｓ）とセパレータクオリティ（Ｘｓ）についての
み、それぞれ独立した条件、すなわち下限値（Ｇｓｍｉ
ｎ、Ｘｓｍｉｎ）と上限値（Ｇｓｍａｘ、Ｘｓｍａｘ）
があると仮定する。また、チャンネルボックス６の水平
断面形状を正方形、セパレータ８の水平断面形状を円と
し、原子炉の熱出力（Ｑ）、炉心流量（Ｇ）、原子炉出
入口のエンタルピー差（Ｄｈ）、燃料集合体５の平均出
力密度（ｑ）と表わす。すると、燃料集合体体数（Ｎ
ｃ）と燃料集合体寸法（一辺Ａｃ、長さＬｃ）ならびに
セパレータ本数（Ｎｓ）とセパレータ寸法（外筒外径Ｄ
ｓ）は、次のような関係を満足するように決められる
（なお、話を簡単にするために、個々の集合体出力と集
合体流量は全体等しいとする）。

【００３９】

【数１】原子炉の熱出力と炉心流量の関係：Ｑ＝ＧＸΔ
ｈ

【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】セパレータの流入流量：Ｇｓ＝Ｇ／Ｎｓ

【数７】

【数８】セパレータの流入クオリティ：Ｘｓ＝Ｘ

【数９】

【００４０】以上の［数１］〜［数９］式により、「セ
パレータ８…８の冷却材流入条件」を満たす燃料集合体
５…５の体数（Ｎｃ＝Ｎｓ）とその寸法（Ａｓ、Ｌｓ）
とは、次の関係を満たすように設定される。

【００４１】

【数１０】

【数１１】

【００４２】なお、実際の設計では、上記のほか、核
的、熱水力的条件等も加味されるが、この発明の趣旨に
は直接関係しないため、その説明を省略する。

【００４３】短尺シュラウド２０は、従来例のシュラウ
ドとシュラウドヘッドとで互いに円筒状に一体に形成
し、その円筒上端部の水平位置が上部格子板７を配置し
た水平位置と同じになるように構成されている。この短
尺シュラウド２０により、従来例のシュラウドヘッド部
分が省略可能となった。

【００４４】これに代わって、このＢＷＲは、短尺シュ
ラウド２０内に配置されるチャンネルボックス６…６上
に配置され、そのチャンネルボックス６…６をセパレー
タ・スタンドパイプ８ａ…８ａに直接に連結するセパレ
ータ連結金具２１と、このセパレータ連結金具２１を介
してチャンネルボックス６…６に連結されたセパレータ
８…８を支持し、ドライヤー９…９のスカート９ｂ…９
ｂの内壁部を介して原子炉容器１に固定されるセパレー
タ格子板２２とを備えている。

【００４５】セパレータ格子板２２は、図２に示すよう
に、上部格子板７と同様の井桁状の格子構造を持ち、そ
の格子構造によりセパレータ８の外筒８ｂの水平方向の
揺れを防ぐと共に水平方向の位置決めの役割をもつ。

【００４６】従って、この実施の形態によれば、短尺シ
ュラウドにより従来のシュラウドヘッドが省略される
分、原子炉容器の高さを低くでき、それに伴い原子炉格
納容器や原子炉建屋の高さも低減でき、これにより、原
子炉を経済的に比較的安価に提供できる。

【００４７】第２の実施の形態は、上記のセパレータ連
結金具２１を用いたチャンネルボックス６とセパレータ
８との連結構造を工夫したものである。この構造を図３
の水平断面に基づいて説明する。

【００４８】セパレータ８は、図３に示すようにそのス
タンドパイプ下端部８ｃが垂直方向下側に向けてテーパ
状に面積の広がる円錐形状に形成されている。

【００４９】セパレータ連結金具２１は、図３に示すよ
うに燃料集合体（図中の符号５ａは燃料棒）５のチャン
ネルボックス６の上端に取り付けられ、その下部の水平
断面形状が燃料チャンネルボックス上端の水平断面形状
と同じであり、その上部が垂直方向上側に向けてテーパ
状に面積の狭まる円錐形状に形成され、その側面の垂直
軸に対する角度が上述のセパレータスタンドパイプ下端
部８ｃの円錐形状のものと同じに設定している。

【００５０】従って、このセパレータ連結金具２１によ
れば、チャンネルボックス６とセパレータスタンドパイ
プ８ｃとを容易に分離できると共に、運転中はチャンネ
ルボックス６から出る冷却材がセパレータ８の周囲の空
間部に漏れ出るのを抑制できる。

【００５１】第３の実施の形態は、前述の図１に示すよ
うに短尺シュラウド２０の円筒部側面における炉心支持
板３と上部格子板７との間の位置に冷却材排出流路３０
を設けたものである。この冷却材排出流路３０により、
チャンネルボックス６…６の周りの冷却材がダウンカマ
ー１１に流れ込み、チャンネルボックス１周囲での冷却
材の淀みがなくなるため、この冷却材の淀みに起因する
チャンネルボックス表面の熱伝達低下等の不都合な事態
を解消できる。

【００５２】第４の実施の形態は、図４に示すように短
尺シュラウド２０を原子炉容器１の内壁の一部として一
体に形成することで削除し、この原子炉容器１の内壁と
燃料集合体５…５の最外周の外側位置とで形成される従
来のダウンカマー１１を含む新たな空間部に冷却材流路
３１を設け、この流路３１の上部位置に相当する上部格
子板７及びその下部位置に相当する炉心支持板３にそれ
ぞれ冷却材用開口部３１ａ、３１ｂを設けたものであ
る。このうち、炉心支持板３の冷却材用開口部３１ｂの
一部には、図示のように原子炉容器１の下部に設置され
た原子炉内蔵ポンプ３２のサクション部３３を設けるこ
とも可能である。

【００５３】このような冷却材流路系によれば、チャン
ネルボックス６周囲の冷却材が冷却材用開口部３１ａ、
３１ｂを介してダウンカマーを含む冷却材流路３１に流
れ込むため、上記と同様にチャンネルボックス周囲の冷
却材の淀みがなくなり、これに起因するチャンネルボッ
クス表面の熱伝達低下等の不都合な事態を解消できる。

【００５４】従って、この実施の形態によれば、従来の
シュラウドヘッドのほか、シュラウドも削除できるた
め、原子炉容器の高さをより一層低くでき、設計の自由
度もより一層増やすことができる。

【００５５】その結果、シュラウドヘッド及びシュラウ
ドを省略して設計の自由度が増える利点を生かすことに
より、様々な変形例及び応用例が可能となった。以下、
これらを第５以降の実施の形態として順次説明してい
く。

【００５６】第５の実施の形態は、図５に示すようにセ
パレータスタンドパイプ８ｂを含むセパレータ８の長さ
を制御棒１３の長さ以上にし、制御棒１３の炉心引抜き
位置（待機位置）を、その垂直方向はスタンドパイプ４
と同じ位置とし、その水平方向は隣り合うスタンドパイ
プ４の間隙位置に設定したものである。この構成によれ
ば、制御棒駆動装置１４により、挿入時に制御棒１３を
スタンドパイプ４の間隙位置から下方、すなわち重力の
方向に沿ってチャンネルボックス６内に挿入すると共
に、引抜き時にチャンネルボックス６から上方に向けて
セパレータスタンドパイプ８ｂの間隙位置に待機可能と
なる。

【００５７】従って、この実施の形態によれば、従来の
ように制御棒を重力に逆らって挿入する必要がなくなる
ため、制御棒駆動機構に要求されていた重力に抗する力
も必要となくなり、その構造をより簡素に構築でき、こ
れにより、原子炉を経済的に比較的安価に提供できる。

【００５８】第６の実施の形態は、図６、図７（ａ）及
び（ｂ）に示すように上述のドライヤーフード９ａ及び
そのスカート９ｂを含むドライヤー９に代えて、原子炉
容器１の内壁で直接に支持させたセパレータ格子板８上
で、セパレータ８の最外周部の位置と原子炉容器１の間
に水平断面が多角筒状になるように配列した複数のドラ
イヤーユニット４０…４０と、このドライヤーユニット
４０…４０の頂部に配設される蒸気シール４１とを備え
ている（図中の符号４２はドライヤー・ドレン配管を示
す）。この蒸気シール４１と原子炉容器１の内壁又はそ
の上蓋１ａとで従来のドライヤーフードと同様にセパレ
ータ８から流出する蒸気を取り囲むことが可能となって
いる。

【００５９】ドライヤーユニット４０…４０は、蒸気流
入流速条件を満たす蒸気流入面総面積（Ａｄ）を持つよ
うに構成されている。話を簡単にするために、ドライヤ
ーユニット４０…４０を無限の多角筒、すなわち円筒状
（内径Ｄｄｓ、高さＨｄｓ）に配列させたと仮定する。
また多くの場合、ドライヤーの蒸気流入流速（Ｖｓ）に
は上限値（Ｖｍａｘ）が与えられているため、原子炉の
蒸気発生体積流量（Ｇｓｔ）を考慮に入れると、以下の
関係式が成立する。

【００６０】

【数１２】

【数１３】

【数１４】

【数１５】原子炉容器の内径：Ｄｒｐｖ

【００６１】以上の［数１２］〜［数１５］により、ド
ライヤーユニット４０…４０は、次の関係式を満たす蒸
気流入面総面積をもつことが必要となる。

【００６２】

【数１６】

【００６３】従って、この実施の形態によれば、従来の
ドライヤーの代わりに筒状のドライヤーユニットを設け
たため、その筒状の中央部を他の用途を兼ねて有効に活
用したり、例えば制御棒駆動機構を原子炉容器の上部に
設置してその分、下部空間を小さくしたりする等の設計
の自由度をさらに増すことができ、これにより、原子炉
を経済的に比較的安価に提供できる。

【００６４】第７の実施の形態は、上記のドライヤーユ
ニット４０…４０の利点を生かして制御棒駆動機構を原
子炉容器の上部に設置したものである。すなわち、この
制御棒駆動機構は、図８に示すように制御棒駆動装置１
４を原子炉容器１の上蓋１ａの上部に配置し、制御棒連
結棒案内管１５をセパレータ格子板８に設けた案内管口
１５ａに設置し、分割可能な制御棒駆動棒（制御棒連結
棒）１３ａを上蓋１ａを貫通して制御棒駆動棒案内管１
５を通って制御棒１２に接続したものである（図中の符
号５０は燃料支持金具を示す）。これにより、従来の制
御棒駆動機構の設置スペースである原子炉容器１の下部
の高さを小さくでき、容器自体の高さもより一層小さく
でき、これにより、沸騰水型原子炉を経済的により有利
に提供できる。

【００６５】第８の実施の形態は、前記のＢＷＲを自然
循環型沸騰水型原子炉に適用したものである（図１〜図
８中の原子炉内蔵ポンプ（再循環ポンプ）３２を除いた
ＢＷＲ構成と実質的に同等である）。

【００６６】以上の第１〜第８の実施の形態では、従来
のＢＷＲの少なくともシュラウドヘッドが削除でき、原
子炉容器の高さが低減できる。

【００６７】また、制御棒の引抜き（待機）位置がセパ
レータスタンドパイプの位置に設定した場合には、従来
例で必要とされていた炉心下方の引抜き位置空間を省略
でき、原子炉容器の高さをより低減できる。同時に制御
棒を炉心の上部から挿入できるため、従来のような重力
に抗した駆動力をもつ機器も不要となり、装置構成をよ
り簡素に構築できる。

【００６８】さらに、ドライヤーフードを削除する等の
炉心上方の構造も簡素にでき、例えば制御棒駆動機構を
原子炉容器上部に置くことにより、従来の原子炉容器下
部空間をより小さくできる利点がある。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、原子炉容器高さ、それに伴い格納容器高さや原子炉
建屋の高さを大幅に低減できるため、沸騰水型原子炉を
経済的により有利に提供できる。

【００７０】特に制御棒を上方から下方に挿入させる構
成を採用すれば、重力に抗して制御棒を下から上に挿入
させる制御棒駆動機構が不要になるため、制御棒駆動機
構の駆動力が小さくて済み、機器をより簡素化でき、こ
の面でも経済的に有利となる。

【００７１】また、制御棒駆動機構を原子炉容器上部に
置く構成を採用すれば、従来の原子炉容器下部の空間が
小さくなり、それに伴い格納容器高さや原子炉建屋の高
さも大幅に低減できるため、沸騰水型原子炉を経済的に
より一層有利に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１及び第３の実施の形態に係る沸騰水型原子
炉の原子炉容器内部構造を示す概念図。

【図２】第１及び第３の実施の形態に係る沸騰水型原子
炉に搭載したセパレータ格子板の構造を説明する概略斜
視図。

【図３】第２の実施の形態に係る沸騰水型原子炉に搭載
したセパレータ連結金具、燃料集合体、及びセパレータ
の構造を示す概略垂直断面図。

【図４】第４の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子
炉容器内部構造を示す概念図。

【図５】第５の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子
炉容器内部構造を示す概念図。

【図６】第６の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子
炉容器内部構造を示す概念図。

【図７】（ａ）は図６中のＡ−Ａ線に沿って容器下方を
見た概略水平断面図、（ｂ）図６中のＢ−Ｂ線に沿って
容器下方を見た概略水平断面図。

【図８】第７の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の原子
炉容器内部構造を示す概念図。

【図９】従来の沸騰水型原子炉の原子炉容器内部構造を
示す概念図。

【符号の説明】

１原子炉容器（原子炉圧力容器）１原子炉容器上蓋２シュラウド２ａシュラウドヘッド３炉心支持板４炉心５燃料集合体６燃料チャンネルボックス７上部格子板８セパレータ８ａセパレータスタンドパイプ８ｂセパレータ外筒８ｃセパレータスタンドパイプ下端部９ドライヤー９ａドライヤーフード９ｂドライヤースカート１０蒸気ノズル１１ダウンカマー１３制御棒１３ａ制御棒連結棒１４制御棒駆動装置１５制御棒連結棒案内管１５ａ制御棒連結棒案内管口１６炉内核計装装置１７炉内核計装ハウジング２０短尺シュラウド２１セパレータ連結金具２２セパレータ支持板３０冷却材排出流路３１冷却材流路３１３１ａ上部格子板冷却材用開口部３１ｂ炉心支持板冷却材用開口部３２原子炉内蔵ポンプ（再循環ポンプ）３３原子炉内蔵ポンプサクション部４０ドライヤーユニット４１蒸気シール４２ドライヤー・ドレン配管５０燃料支持金具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉容器と、この原子炉容器内に配置
される複数の燃料集合体の外筒部を成す複数のチャンネ
ルボックスと、前記複数の燃料集合体が成す炉心の周囲
を囲む円筒状のシュラウド及びその上部に位置するシュ
ラウドヘッドと、前記シュラウドの下部及び上部で前記
炉心を支持する炉心支持板及び上部格子板と、前記シュ
ラウドヘッド上にセパレータスタンドパイプを介して配
置される複数のセパレータと、このセパレータの上部に
配置されるドライヤーとを備えた沸騰水型原子炉であっ
て、前記チャンネルボックス及び前記セパレータは、互いの
個数が同数であり且つ前記チャンネルボックスの形状で
規定される水平内接円の径寸法が前記セパレータの外筒
で規定される水平外接円の径寸法以上であり且つ前記チ
ャンネルボックス内の冷却材流出状態が前記セパレータ
内の冷却材流入条件を満たすように前記燃料集合体の体
数とその寸法並びに前記セパレータの本数とその寸法が
規定されると共に、前記シュラウドと前記シュラウドヘッドとで互いに円筒
状に一体に形成され且つその円筒上端部の位置が前記上
部格子板を配置した位置と同じになるように構成された
短尺シュラウドと、この短尺シュラウド内に配置される
前記チャンネルボックス上に配置され且つそのチャンネ
ルボックスを前記セパレータスタンドパイプに直接に連
結するセパレータ連結金具と、このセパレータ連結金具
を介して前記チャンネルボックスに連結された前記セパ
レータを支持し且つ前記ドライヤーのスカート内壁部を
介して前記原子炉容器に固定されるセパレータ格子板と
を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】請求項１記載の発明において、前記セパ
レータスタンドパイプは、その下端部は垂直方向下側に
テーパ状に面積の広がる円錐形状に形成され、且つその
底面の水平外接円の径寸法が前記燃料チャンネルボック
スの水平内接円の径以下であり、前記セパレータ連結金
具は、その下部の水平断面形状が前記チャンネルボック
ス上端部の水平断面形状と同じであり、且つその上部が
垂直方向上側に向けてテーパ状に面積の狭くなる円錐形
状に形成され、且つその側面の垂直軸に対する角度が前
記セパレータスタンドパイプの下端部を成す円錐形状側
面の垂直軸に対する角度と同じであることを特徴とする
沸騰水型原子炉。
【請求項３】請求項１記載の発明において、前記短尺
シュラウドの側面における前記炉心支持板を設置した位
置及び前記燃料上部格子板を設置した位置の間に冷却水
排出口を設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項４】請求項１記載の発明において、前記短尺
シュラウドを前記原子炉容器の内壁の一部として一体に
構成し、前記上部格子板は、前記複数体の燃料集合体の
最外周外側の位置と前記原子炉容器の内壁位置との間に
冷却材流路を備え、前記炉心支持板は、前記複数体の燃
料集合体の最外周外側の位置と前記原子炉容器の内壁位
置との間に冷却材流路又は原子炉内蔵ポンプ用サクショ
ン部を備え、前記炉心支持板と上部格子板とを前記原子
炉容器の内壁で支持したことを特徴とする沸騰水型原子
炉。
【請求項５】請求項１記載の発明において、前記炉心
内に引き抜き自在に挿入される複数の制御棒と、この制
御棒を駆動する制御棒駆動機構を備え、前記複数の制御
棒は、前記セパレータスタンドパイプを含む前記セパレ
ータの長さよりも短く、前記制御棒駆動機構は、引抜き
時に前記制御棒を前記チャンネルボックス間の間隙部に
設定された挿入位置からその垂直方向上側の前記セパレ
ータスタンドパイプを含む前記セパレータ間の間隙部に
予め設定された待機位置に移動させると共に、挿入時に
前記制御棒を前記挿入位置から前記挿入位置に移動させ
る駆動機構であることを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項６】請求項１記載の発明において、前記セパ
レータ格子板を前記原子炉容器の内壁で支持すると共
に、前記ドライヤーは、前記セパレータ格子板上で前記
セパレータの最外周位置と前記原子炉容器の内壁位置と
の間にその水平断面が多角筒状になるように配列された
複数のドライヤーユニットと、このドライヤーユニット
の頂部に装備される蒸気シールとで構成され、前記ドラ
イヤーユニットの蒸気流入面総面積を、蒸気流入流速条
件を満たす蒸気発生量をもつように設定したを特徴とす
る騰水型原子炉。
【請求項７】請求項６記載の発明において、前記炉心
内に引き抜き自在に挿入される複数の制御棒と、この制
御棒を駆動する制御棒駆動機構を備え、前記制御棒駆動
機構は、前記複数の制御棒に連結される分割可能な複数
の制御棒連結棒と、この制御棒連結棒を前記炉心内に案
内する制御棒連結棒案内管とを備え、この制御棒連結棒
案内管を前記セパレータ格子板に配置し、前記制御棒連
結棒を前記原子炉容器の上蓋を貫通して前記制御棒案内
管を介して上下動自在に配置し、この制御棒連結棒の先
端部に前記制御棒を連結したことを特徴とする沸騰水型
原子炉。
【請求項８】請求項１から７までのいずれか１項記載
の発明において、前記原子炉容器内の冷却材の循環機構
として自然循環力を利用することを特徴とする沸騰水型
原子炉。