JP2008510133A - 原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉の反射体を支えるのに使用するための支持ストラップ、及び原子炉と高温ガス冷却炉の反射体を支持する方法とを提供する。
【解決手段】本発明は、高温ガス冷却原子炉５０に対する反射体１２を支持するための支持体を提供する。支持体は、反射体１２の周りに延びる複数のストラップ５２を含む。各ストラップ５２は、相互結合されたセグメント１８及び２０を含む。ストラップ５２の熱膨張係数が反射体１２のそれに対応するように、セグメント１８は、金属で形成され、セグメント２０は、繊維強化セラミックで形成される。本発明はまた、高温ガス冷却原子炉と、高温ガス冷却原子炉の反射体を支持する方法とを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉に関する。より具体的には、本発明は、原子炉の反射体を支えるのに使用するための支持ストラップに関する。本発明は、更に、原子炉と高温ガス冷却炉の反射体を支持する方法とに関する。

核燃料を内部に受け取ることのできる空洞を形成する本発明者が知っている高温ガス冷却原子炉の炉心は、多くの場合にグラファイトのような炭素材料で作られる。これらの炭素材料は、金属（フェライト又はオーステナイト鋼）で製造された炉心支持構成要素によって支持される。しかし、これらの材料の熱膨張係数の差異並びに作動温度の変動及び局所的差異に起因して、異なる熱膨張が生じる可能性がある。

高温ガス冷却ペブルベッド炉は、一般的に、鋼で形成された炉心バレルと、炉心バレル内に間隙を空けて収容されたグラファイトブロックで形成された外側反射体とを有する。炉心支持構成要素は、炉心バレルとグラファイトブロックの間の空間に位置決めされる。反射体及び金属支持体の間の熱膨張係数の差は、内部応力の発生又は反射体内の漏出流路の発生をもたらす可能性がある。
この問題に対処するための従来技術の試みは、複雑かつ比較的高価である。
目的は、本発明者がこの問題を少なくとも緩和することになると考える手段を提供することである。

本発明の１つの態様によれば、高温ガス冷却原子炉の反射体の支持に使用するための支持体が提供され、この支持体は、ストラップを含み、このストラップは、支持される反射体の周りに位置決めすることができ、複数の相互結合されたセグメントを含み、その一部は金属で形成され、その他は繊維強化セラミックで形成される。
ストラップは、交互する金属のセグメント及び繊維強化セラミックのセグメントを含むことができる。
金属は、一般的に等級３１６のオーステナイト鋼とすることができる。
ストラップの隣接セグメントは、隣接セグメント間の制限された相対移動を許すような方法で相互結合することができる。

本発明の好ましい実施形態では、隣接するセグメントは、ヒンジによって相互結合される。
少なくとも１つのセグメントは、使用時に支持体により支持されている反射体に対して支持体を周方向に位置決めする働きをする位置決め構造を有することができる。
金属セグメントのうちの少なくとも一部の各々は、内向きの反射体接触面を有することができ、その又は各位置決め構造は、反射体接触面から突出して使用時に反射体内の補完的凹部に係合する突起の形態である。
セグメントのうちの少なくとも一部の各々は、少なくとも１つの外向きの安定化又は炉心バレル接触構造を有することができる。

本発明の別の態様によれば、少なくとも部分的に炉心空洞を形成する反射体を有する炉心と、反射体の周りに位置決めされてそれに対して支持をもたらす少なくとも１つの分割型支持ストラップとを含み、支持ストラップが、複数の相互結合されたセグメントを含み、セグメントのうちの一部が、反射体の材料よりも高い熱膨張係数を有する材料で形成され、その他のセグメントが、反射体の材料よりも低い熱膨張係数を有する材料で形成され、セグメントが、ストラップの熱膨張係数が炉心のそれに対応するように構成された高温ガス冷却原子炉が提供される。

使用時の反射体の膨張は、反射体の温度上昇のみならず、燃料及び反射体内に収容された中心構造体のような構成要素の温度上昇にもよることが認められるであろう。この理由のために、ストラップの膨張は、全ての要素を考慮に入れて反射体又は炉心全体としての実際の膨張に一致させられる。
反射体は、複数のグラファイトブロックで形成することができ、支持ストラップは、上述のようなストラップとすることができる。

反射体は、ほぼ円筒形であり、垂直方向に延びる軸線を有することができ、原子炉は、垂直方向に離間した位置で反射体の周囲の周りで延びる複数の支持ストラップを含む。
反射体は、その外側表面上に、ストラップの一部分を内部に受け取ることができてストラップを反射体に対して垂直方向に位置決めする働きをする環状凹部を含むことができる。

反射体の外側表面を形成するブロックのうちの少なくとも一部の各々は、平面中心面と、この中心面の各反対側に位置決めされてそこから後方へ傾斜した２つの平面外側面とを有する外側表面を有することができ、支持ストラップのセグメントのうちの少なくとも一部の各々は、ブロックのうちの１つの中心面に近接又は当接してそれと平行に延びる内向きの反射体接触面を有する。
隣接ブロックの隣接外側面は、同一平面上とすることができる。各外側面は、反射体がほぼ同じ幅の複数の周方向に離間した平面を有するように、各中心面の幅の約半分の幅を有することができる。

原子炉は、その又は各ストラップを反射体に対して周方向に位置決めするための位置決め手段を含むことができる。位置決め手段は、セグメントのうちの少なくとも１つの反射体接触面から突出してブロックのうちの１つの中心面内の補完的凹部に収容可能な突起を含むことができる。
その又は各支持ストラップのセグメントは、その又は各ストラップの全体的な熱膨張が反射体及びそこに収容されたペブルベッドのものと一致するように選択される。ストラップの望ましい膨張の調節は、ストラップのセグメントの相対的長さ及び／又は使用される材料を変えることによって達成することができる。隣接セグメントは、ヒンジによって相互結合することができる。

原子炉は、炉心が内部に収容された炉心バレルを含むことができ、反射体の外側表面は、反射体の高さの少なくとも一部にわたって反射体と炉心バレルの間に環状空隙が形成されるように、炉心バレルの内側表面から半径方向内向きに離間し、その又は各ストラップのセグメントのうちの少なくとも一部は、安定化構造を有し、これは、それぞれのセグメントから外向きに突出し、通常の作動条件及び荷重下では炉心バレルから離れており、原子炉が地震中に遭遇する場合があるような異常な荷重を受けた時には炉心バレルと接触し、それによって炉心を安定化させる働きをする。
安定化構造は、安定化構造と炉心バレルの間の間隔を必要に応じて設定することができるように調節可能とすることができる。更に、安定化構造は、地震中の炉心及び炉心バレルへの衝撃荷重を低減する減衰特性を有することができる。

本発明の更に別の態様によれば、高温ガス冷却原子炉の反射体を支持する方法が提供され、本方法は、ストラップの熱膨張係数が反射体のそれに対応するように、一部のセグメントが反射体の材料よりも高い熱膨張係数を有する材料で形成され、その他のセグメントが反射体の材料よりも低い熱膨張係数を有するようなセグメントを含む少なくとも１つの分割型支持ストラップを反射体の周りに位置決めし、それに対する支持を提供する段階を含む。
支持ストラップは、上述のような支持ストラップとすることができる。
本方法は、複数の支持ストラップを離間した位置で反射体の周りに位置決めする段階を含むことができる。
ここで、添付の概略図面を参照して本発明を例示的に以下に説明する。

図面の図１において、参照符号１０は、本発明による原子炉の一部を全体的に参照している。原子炉１０は、ペブルベッド原子炉のような高温ガス冷却原子炉であり、図面に一部が示され、かつ複数の相互結合されたグラファイトブロック１４で形成された側面又は外側反射体１２を含む。
原子炉１０は、垂直方向に離間した位置で反射体１２の周囲の周りに延びる複数の支持ストラップ１６の形態の支持構造体を含む。
各ストラップ１６は、交互するセグメント１８、２０を含む。セグメント１８は、オーステナイトステンレス鋼、特に等級３１６で形成され、セグメント２０は、炭素繊維強化炭素で形成される。

セグメント１８、２０は、ほぼダンベル状プロフィールを備え、胴部がくびれている。セグメント１８の各々は、その各端部から長手方向内方に延びる凹部を有しており、その中に、隣接セグメント２０の端部部分を受け取ることができる。セグメント１８、２０内には位置合せ孔２２が設けられ、これらのセグメントは、孔２２を貫通して延びるピンによって互いに結合される。
反射体１２とそこに収容された炉心との温度上昇による反射体１２の熱膨張と、セグメント１８、２０の材料の熱膨張係数とを考慮に入れて、ストラップ１６は、ストラップ１６の膨張が反射体１２のそれと一致するように特定の長さを有するセグメントで構成される。従って、ストラップ１６は、熱膨張の違いからもたらされる応力を生じることなく反射体１２に対する支持を提供する。

ここで、参照符号３０が本発明による別の支持ストラップを全体的に参照し、特に断らない限り、上述で使用された同じ参照符号が同様な部分を指示するために使用されている図面の図２を参照する。
本発明のこの実施形態では、オーステナイトステンレス鋼で形成された各セグメント１８は、横断面がほぼ矩形である細長い本体を含む。１対の開口ラグ３２が、本体３１の各端部から突出している。

炭素繊維強化炭素で形成された各セグメント２０は、湾曲した端部３７によって相互結合された横断方向に離間した平行な側面３５を備えた細長い本体３４を含む。必要に応じて、本体３４内に充填材を設けてもよい。１対の離間した凹部３６が、本体３４の各端部から長手方向内方に延びている。孔３８が、本体３４の各端部において凹部３６と垂直に充填材を貫通して延びている。使用時に、ラグ３２は、凹部３６に収容可能であり、孔３８及びラグ３２内の開口を貫通して延びるピン４０によってセグメント１８、２０が互いに結合され、それによってピン４０によって形成された軸線４２の周りのセグメント１８、２０の互いに対する相対的ピボット移動を可能にする。

ここで、参照符号５０が本発明による別の原子炉の一部を全体的に参照し、特に断らない限り、上で使用されたものと同じ参照符号が同様の部分を指示するために使用されている図面の図３及び４を参照する。本発明のこの実施形態では、複数の垂直方向に離間したストラップ５２により側面反射体１２に対する支持が提供されており、そのうちの１つの一部が図面に示されている。各ストラップ５２は、反射体１２の外側表面の環状凹部５４に収容可能である。
ストラップ５２は、ラグ３２が本体３１の上部と底部に設けられ、かつセグメント２０の端部部分がラグ３２の間に収容可能であるという点を除けば、構造がストラップ３０と同様である。

図面の図４に最も良く見ることができるように、反射体１２は、グラファイトブロック７２の参照符号７０で全体的に指示した内側リングと、グラファイトブロック１４の参照符号７４で全体的に指示した外側リングとを含む。外側リング７４の各ブロック１２は、平面中心面７６と、中心面７６の各反対側に位置決めされてそこから後方に傾斜した２つの外側面７８とを有する外側表面を有する。隣接ブロック１２の外側面７８は、同一平面上にある。各外側面７８は、中心面７６の幅の約半分の幅を有し、それによって反射体にほぼ同じ幅である複数の周方向に離間した平面を備え、これらの平面は、中心面７６と隣接外側面７８の対で構成されている。

原子炉５０は、炉心が内部に収容された炉心バレルを含み、その一部は、全体的に参照符号８０で表されている。反射体１２の外側表面は、反射体１２と炉心バレルの間に反射体１２の高さの少なくとも一部にわたって環状空隙８４が形成されるように、炉心バレル８０の内側表面８２から半径方向内向きに離間している。
セグメント１８の各々は、内向き反射体接触面８６と平行外向き表面８８とを有する。
図示の実施形態では６つである複数のセグメント１８の各々には、反射体接触面８６から中心方向に突出し、ブロック１２のうちの１つの中心面７６に設けられた補完的凹部９２に収容可能な内向きラグ９０の形態の位置決め構造が設けられる。更に、セグメント１８の各々には、外側表面８８から中心方向に突出したラグ５６の形態の安定化構造が設けられる。

使用時に、ストラップ５２は、ラグ９０が凹部９２に位置決めされた状態で凹部５４に位置決めされる。凹部５４は、反射体１２に対してストラップを垂直方向に位置決めする働きをする。更に、ラグ９０と凹部９２は、反射体１２に対してストラップを周方向に位置決めする働きをする。セグメント１８の内側表面８２は、ブロック１４の補完的中心面７６と平行であり、かつこれに接触又は近接している。セグメント１８、２０は、セグメント２０が隣接外側面７８と平行であるが、これから離間するような寸法に作られる。この配置により、セグメント２０は、引張荷重のみを受けることになることが認められるであろう。セグメント２０を上述のような細長いループの形態に製造することにより、それらは、引張に対しては比較的強いが、大きな横断方向荷重を支えることはできない。この理由で、ストラップは、反射体に対して周方向に位置決めされることが重要である。仮にストラップが反射体に対して回転すれば、セグメント２０は、中心面７６と外側面７８の間の交差部と接触するようになり、セグメント２０の横断方向荷重並びに反射体１２に対する点荷重をもたらす可能性があり、これは、当然のことながら望ましくないストラップ及び反射体の両方に損傷をもたらす可能性があると考えられる。

更に、図面の図４に最も良く見ることができるように、ラグ５６の寸法は、通常の作動条件下においてラグ５６と炉心バレル８０の内側表面８２との間に間隙が設けられ、それによって炉心とストラップが炉心バレルと接触することなく膨張及び収縮することができるように選択される。しかし、地震中に遭遇すると考えられるような例外的荷重を原子炉が受けた場合には、炉心は、炉心バレル内で横方向に移動することができ、この場合、ラグ５６は、炉心バレルの内側表面と接触することになり、炉心に加わる荷重を炉心バレルに伝えることができる荷重経路を形成すると考えられ、それによって炉心を安定化してその横方向移動を制限する働きをする。必要に応じて、ラグ５６の長さは、ラグ５６と炉心バレルの内側表面との間の間隙を望ましい間隙に調節することができるように、調節可能とすることができる。更に、ラグ５６は、炉心バレルと反射体の間の衝撃荷重を低減し、原子炉に対する損傷の危険性を低減するために、減衰特性を組み込むことができる。

本発明者は、本発明による支持ストラップが原子炉の側面反射体に対して適切な支持を提供することになると考えている。更に、本発明者は、支持ストラップの構造のために、それらが製造するのに比較的簡単であり、従来技術と比べた時にコストの低減と信頼性の改善をもたらすことになると考えている。更に、支持ストラップの望ましい熱膨張は、セグメントの相対的長さを変えることにより、比較的容易かつ簡単に達成することができる。

本発明による原子炉の一部の斜視図である。 本発明による支持ストラップの一部の斜視図である。 本発明による更に別の支持ストラップを組み込んだ本発明による別の炉の一部の斜視図である。 図３の原子炉の一部の平面図である。

Claims (20)

1. 高温ガス冷却原子炉の反射体の支持に使用するための支持体であって、
   支持される反射体の周りに位置決めすることができ、複数の相互結合されたセグメントを含み、一部のセグメントが金属で形成され、その他のセグメントが繊維強化セラミックで形成されたストラップ、
   を含むことを特徴とする支持体。
2. 前記ストラップは、交互する金属のセグメント及び繊維強化セラミックのセグメントを含むことを特徴とする請求項１に記載の支持体。
3. 前記金属は、オーステナイトステンレス鋼であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の支持体。
4. 前記繊維強化セラミックは、炭素繊維強化炭素であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の支持体。
5. 前記ストラップの隣接するセグメントは、隣接セグメント間の制限された相対移動を許す方法で相互結合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の支持体。
6. 隣接セグメントは、ヒンジによって相互結合されていることを特徴とする請求項５に記載の支持体。
7. 少なくとも１つのセグメントは、支持体がその周りに延びる反射体に対して使用時に支持体を周方向に位置決めする働きをする位置決め構造を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の支持体。
8. 前記金属セグメントのうちの少なくとも一部の各々は、内向き反射体接触面を有し、前記又は各位置決め構造は、該反射体接触面から突出して使用時に前記反射体の補完的凹部に係合する突起の形態であることを特徴とする請求項７に記載の支持体。
9. 前記セグメントのうちの少なくとも一部の各々は、少なくとも１つの外向き炉心バレル接触構造を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の支持体。
10. 少なくとも部分的に炉心空洞を形成する反射体を有する炉心と、
    前記反射体の周りに位置決めされてそれに対する支持をもたらす少なくとも１つの分割型支持ストラップと、
    を含み、
    前記支持ストラップは、複数の相互結合セグメントを含み、該セグメントのうちの一部は、前記反射体の材料よりも高い熱膨張係数を有する材料で形成され、その他のセグメントは、該反射体の材料よりも低い熱膨張係数を有する材料で形成され、該セグメントは、該ストラップの熱膨張係数が前記炉心のそれに対応するように構成されている、
    ことを特徴とする高温ガス冷却原子炉。
11. 前記反射体は、複数のグラファイトブロックで形成され、前記支持ストラップは、包含的に請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の支持体であることを特徴とする請求項１０に記載の高温ガス冷却原子炉。
12. 前記反射体は、ほぼ円筒形であり、かつ垂直方向に延びる軸線を有し、
    複数の支持ストラップが、垂直方向に離間した位置で前記反射体の周縁部の周りに延びている、
    ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の高温ガス冷却原子炉。
13. 前記反射体は、その外側表面上に、前記ストラップの一部分を内部に収容可能な環状凹部を含むことを特徴とする請求項１２に記載の高温ガス冷却原子炉。
14. 前記反射体の外側表面を形成する前記ブロックのうちの少なくとも一部の各々は、平面中心面と、該中心面の各反対側に位置決めされてそこから後方へ傾斜した２つの平面外側面とを有する外側表面を有し、前記支持ストラップの前記セグメントのうちの少なくとも一部の各々は、該ブロックのうちの１つの該中心面に近接又は当接して平行に延びる内向き反射体接触面を有することを特徴とする包含的に請求項１１から請求項１３のいずれか１項に記載の高温ガス冷却原子炉。
15. 前記又は各ストラップを前記反射体に対して周方向に位置決めするための位置決め手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載の高温ガス冷却原子炉。
16. 前記位置決め手段は、前記セグメントのうちの少なくとも１つの前記反射体接触面から突出して前記ブロックのうちの１つの前記中心面の補完的凹部に収容可能である突起を含むことを特徴とする請求項１５に記載の高温ガス冷却原子炉。
17. 前記炉心が内部に収容された炉心バレルを含み、前記反射体の外側表面が、該反射体の高さの少なくとも一部にわたって該反射体と該炉心バレルの間に環状空隙が形成されるように、該炉心バレルの内側表面から半径方向内向きに離間しており、各ストラップの前記セグメントのうちの少なくとも一部は、安定化構造を有し、該安定化構造は、該それぞれのセグメントから外向きに突出し、通常の作動条件及び荷重下では該炉心バレルから離れており、原子炉が地震中に遭遇する場合があるような異常な荷重を受けた時には該炉心バレルと接触し、それによって該炉心を安定化させる働きをすることを特徴とする包含的に請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の高温ガス冷却原子炉。
18. 高温ガス冷却原子炉の反射体を支持する方法であって、
    ストラップの熱膨張係数が反射体のそれに対応するように、一部のセグメントが該反射体の材料よりも高い熱膨張係数を有する材料で形成され、その他のセグメントが該反射体の材料よりも低い熱膨張係数を有するようなセグメントを含む少なくとも１つの分割型支持ストラップを該反射体の周りに位置決めし、それに対する支持を提供する段階、
    を含むことを特徴とする方法。
19. 前記支持ストラップは、包含的に請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の支持ストラップであることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 複数の支持ストラップを離間した位置で前記反射体の周りに位置決めする段階を含むことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の方法。

Images