JP2016170062A - 制御棒クラスタ案内管及び原子炉容器 - Google Patents

Abstract

【課題】制御棒に作用する振動外力を低減可能な制御棒クラスタ案内管を提供する。【解決手段】複数の制御棒により形成される制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管は、上部炉心板に形成された流路孔の上方において鉛直方向に沿って延在するように設けられ、前記流路孔を通過した冷却材を排出するための窓部を有する囲板と、前記制御棒を覆うように前記囲板の内側において鉛直方向に沿って延在する複数の鞘板５を含むコンティニュアス部６と、を備え、前記複数の鞘板５は、前記流路孔の中心軸の周りに該中心軸を避けて配置されており、各々の前記鞘板５の前記流路孔に対向する下端部は、該下端部のうち少なくとも前記中心軸側の領域において、前記中心軸に近づくほど上方に向かうように水平方向に対して傾斜面８を有する。【選択図】図５

Description

本開示は制御棒クラスタ案内管及び原子炉容器に関する。

一般的な原子炉において、制御棒の集合体である制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管が設けられる。制御棒クラスタ案内管は、燃料集合体等が配置される炉心の上方に設けられ、原子炉の通常運転時には、炉心から引き抜かれた状態の制御棒が内部に保持されるようになっている。また、制御棒クラスタ案内管は、下方の炉心から冷却材が流れ込む構造となっている。このような制御棒クラスタ案内管において、炉心からの冷却材の流れに制御棒が直接曝されることがないよう制御棒を保護するためのコンティニュアス部を設けることが知られている。
例えば、特許文献１には、制御棒クラスタ案内管の下端部に、制御棒を覆うように設けられ、制御棒を鉛直方向に沿って連続的に案内するための鞘板を有するコンティニュアス部を設けることが開示されている。

特開平９−１５９７７９号公報

本発明者らが鋭意検討した結果、コンティニュアス部には下方から冷却材が流入するため、コンティニュアス部の形状によっては、コンティニュアス部の下端部において剥離渦が発生し得ることが明らかになった。
コンティニュアス部の下端部において剥離渦が発生すると、制御棒クラスタ案内管の内部における冷却材の流れに乱れが生じ、制御棒クラスタ案内管に支持される制御棒に作用する振動外力が生じる場合がある。このような振動外力により制御棒が加振されると、制御棒を支持する構造物に制御棒が繰り返し接触し、制御棒の損耗が加速される可能性がある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、制御棒に作用する振動外力を低減可能な制御棒クラスタ案内管を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管は、
複数の制御棒により形成される制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管であって、
上部炉心板に形成された流路孔の上方において鉛直方向に沿って延在するように設けられ、前記流路孔を通過した冷却材を排出するための窓部を有する囲板と、
前記制御棒を覆うように前記囲板の内側において鉛直方向に沿って延在する複数の鞘板を含むコンティニュアス部と、を備え、
前記複数の鞘板は、前記流路孔の中心軸の周りに該中心軸を避けて配置されており、
各々の前記鞘板の前記流路孔に対向する下端部は、該下端部のうち少なくとも前記中心軸側の領域において、前記中心軸に近づくほど上方に向かうように水平方向に対して傾斜面を有する。

コンティニュアス部において、下方からの冷却材の流れに対抗する下端部の形状によっては、剥離渦が発生しやすい。例えば、コンティニュアス部の下端部が冷却材の流れ方向に直行する平面形状を有する場合、流路孔を通る冷却材の流れが該下端部の近傍を流れる際に剥離渦が生じやすい。
この点、上記（１）の構成では、コンティニュアス部のうち鞘板の流路孔に対向する下端部において、流路孔の中心軸側の領域に傾斜面を形成したので、流路孔を通過して制御棒クラスタ案内管の内部に流れ込んだ冷却材の流れが該下端部近傍を流れる際に、剥離渦の発生が抑制される。よって、剥離渦に起因して生じる制御棒に作用する振動外力を低減することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記傾斜面は、前記中心軸側の前記傾斜面の端において、鉛直方向に向かう前記鞘板の面と不連続に接続されている。
冷却材の流れの近傍において、鞘板の下端部における傾斜面と、鉛直方向に向かう鞘板の面とが連続的に接続されている場合（すなわち、傾斜面と鉛直方向に向かう面とが１つの連続的に湾曲した面を形成する場合）、剥離渦の発生はより抑制され得る。しかしながら、この場合、剥離渦が発生した場合に、その発生位置を特定し、それにより剥離渦の周波数を特定することが難しい。
この点、上記（２）の構成では、冷却材の流れの近傍において、鞘板の下端部の傾斜面は、鉛直方向に向かう鞘板の面と不連続に接続されるようにした。このため、仮に剥離渦が発生する場合には一定の位置において発生するので（剥離点が固定されるので）、剥離渦の周波数を特定することができる。よって、仮に剥離渦が発生しても、剥離渦に起因して生じる制御棒の振動を抑制しやすくなる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記傾斜面は、鉛直方向に対してなす角度が３０度以上４５度以下である。
上記（３）の構成では、傾斜面の鉛直方向に対してなす角度を３０度以上４５度以下としたので、剥離渦の発生を効果的に抑制することができ、剥離渦に起因して生じる制御棒に作用する振動外力を低減することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの構成において、前記傾斜面は、前記制御棒に差し掛かるように設けられている。
上記（４）の構成によれば、傾斜面が制御棒に差し掛かるようにしたので、傾斜面の面積を十分に大きくすることができ、冷却材が鞘板の下端部近傍を流れる際に剥離渦を十分に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れかの構成において、
前記制御棒クラスタ案内管は、前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板をさらに備え、
前記底板は、前記流路孔に連通する開口を有し、
各々の前記鞘板の前記下端部は、前記開口の周囲において前記底板の上面に当接する当接面をさらに有し、
前記傾斜面は、前記当接面に対して前記中心軸側に設けられる。
上記（５）の構成によれば、鞘板の下端部には、制御棒クラスタ案内管の底板の開口周囲において前記底板の上面に当接する当接面が形成される。このため、制御棒クラスタ案内管の底板に形成された開口を介して制御棒クラスタ案内管の内部に流入した冷却材は、基本的には、鞘板の下端部の前記当接面よりも中心軸側において上方に向かって流れる。一方、鞘板の傾斜面は、前記当接面よりも中心軸側に設けられる。よって、制御棒クラスタ案内管の内部における冷却材の主流（当接面よりも中心軸側において上方に向かう流れ）は、鞘板の傾斜面に作用して、該傾斜面によって剥離渦が効果的に抑制される。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
各々の前記鞘板の前記下端部は、前記当接面に対して前記中心軸側に段差を介して隣接する平坦面をさらに有し、
前記傾斜面は、前記平坦面に対して前記中心軸側に設けられる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、前記傾斜面と前記平坦面との境界は、前記鞘板によって覆われる複数の前記制御棒のうち前記中心軸側に位置する制御棒の軸心に対して前記中心軸側に位置する。
上記（７）の構成によれば、傾斜面と平坦面との境界を、中心軸側に位置する制御棒の軸心よりも中心軸側としたので、複数の制御棒の大部分を、鞘板のうち平坦面を占める部分でより下方まで覆うことができる。このため、鞘板のうち平坦面を占める部分により制御棒の大部分をより効果的に保護するとともに、鞘板のうち傾斜面を占める部分により冷却材が鞘板の下端部近傍を流れる際の剥離渦を抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記制御棒クラスタ案内管は、
前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板と、
前記底板を前記上部炉心板に連結するための連結ピンと、をさらに備え、
前記連結ピンは、
前記上部炉心板に形成された孔に嵌合する小径部と、
前記小径部よりも前記底板側に位置し、前記小径部よりも直径が大きい大径部と、
を含み、
前記底板の底面と前記上部炉心板の上面との間には、前記大径部の長さに対応した隙間が形成される。
上記（８）の構成では、底板の底面と上部炉心板の上面との間に、連結ピンの大径部の長さに対応した隙間を形成したので、上部炉心板の流路孔を通って制御棒クラスタ案内管の内部に流入しようとする冷却材の一部がこの隙間を通って上部プレナムに排出される。これにより、制御棒クラスタ案内管の内部を通過する冷却材流量が低減されるため、冷却材が制御棒クラスタ案内管の内部を流れることに起因する制御棒の振動（例えば剥離渦に起因する振動）を抑制することができる。
また、上記（８）の構成では、連結ピンの大径部の長さを適切に選択することで、前記隙間を介した冷却材の排出量を調節することができる。また、連結ピンのうち冷却材の流れに曝される部位（大径部）の直径を、上部炉心板に形成された孔に嵌合する連結ピンの小径部よりも大きくすることで、上部炉心板の上方に制御棒クラスタ案内管を強固に支持することができる。

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管は、
複数の制御棒により形成される制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管であって、
上部炉心板に形成された流路孔の上方において鉛直方向に沿って延在するように設けられ、前記流路孔を通過した冷却材を排出するための窓部を有する囲板と、
前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板と、
前記底板を前記上部炉心板に連結するための連結ピンと、をさらに備え、
前記連結ピンは、
前記上部炉心板に形成された孔に嵌合する小径部と、
前記小径部よりも前記底板側に位置し、前記小径部よりも直径が大きい大径部と、
を含み、
前記底板の底面と前記上部炉心板の上面との間には、前記大径部の長さに対応した隙間が形成される。

上記（９）の構成では、底板の底面と上部炉心板の上面との間に、連結ピンの大径部の長さに対応した隙間を形成したので、上部炉心板の流路孔を通って制御棒クラスタ案内管の内部に流入しようとする冷却材の一部がこの隙間を通って上部プレナムに排出される。これにより、制御棒クラスタ案内管の内部を通過する冷却材流量が低減されるため、冷却材が制御棒クラスタ案内管の内部を流れることに起因する制御棒の振動（例えば剥離渦に起因する振動）を抑制することができる。
また、上記（９）の構成では、連結ピンの大径部の長さを適切に選択することで、前記隙間を介した冷却材の排出量を調節することができる。また、連結ピンのうち冷却材の流れに曝される部位（大径部）の直径を、上部炉心板に形成された孔に嵌合する連結ピンの小径部よりも大きくすることで、上部炉心板の上方に制御棒クラスタ案内管を強固に支持することができる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る原子炉容器は、
冷却材が通過可能な流路孔を有する上部炉心板と、
前記上部炉心板の上方に位置し、前記上部炉心板とともにプレナムを形成する上部炉心支持板と、
前記上部炉心板の上方に配置される上記（１）〜（９）の何れかの構成を有する制御棒クラスタ案内管と、を備える。

コンティニュアス部において、下方からの冷却材の流れに対抗する下端部の形状によっては、剥離渦が発生しやすい。例えば、コンティニュアス部の下端部が冷却材の流れ方向に直行する平面形状を有する場合、流路孔を通る冷却材の流れが該下端部の近傍を流れる際に剥離渦が生じやすい。
この点、上記（１０）の構成では、コンティニュアス部のうち鞘板の流路孔に対向する下端部において、流路孔の中心軸側の領域に傾斜面を形成したので、流路孔を通過して制御棒クラスタ案内管の内部に流れ込んだ冷却材の流れが該下端部近傍を流れる際に、剥離渦の発生が抑制される。よって、剥離渦に起因して生じる制御棒に作用する振動外力を低減することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、制御棒に作用する振動外力を低減可能な制御棒クラスタ案内管が提供される。

一実施形態に係る原子炉容器の内部構成を示す概略図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管の構成を示す概略図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管の構成を示す概略図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管のコンティニュアス部を示す概略図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管における鞘板を示す図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管における鞘板を示す図である。 従来の制御棒クラスタ案内管における鞘板を示す図である。 一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

まず、図１を参照して、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管を備える原子炉容器について説明する。図１は、一実施形態に係る原子炉容器の内部構成を示す概略図である。なお、図１に示す実施形態に係る原子炉容器１は、加圧水型原子炉で用いられる原子炉容器１である。他の実施形態では、原子炉容器１は、加圧水型以外の原子炉で用いられるものであってもよく、例えば、沸騰水型原子炉で用いられる原子炉容器であってもよい。

図１に示すように、原子炉容器１には、冷却材を原子炉容器１の内部に導入するための入口ノズル１１及び外部に導出するための出口ノズル１２が設けられる。
原子炉容器１の内部には炉心槽３０が垂下支持されており、炉心槽３０の内部には、複数の燃料棒を含む燃料集合体３３が相隣接して装荷され、炉心を形成している。
原子炉容器１は、燃料集合体３３が形成する炉心の上部に設けられる上部炉心板２１と、上部炉心板２１の上方に位置する上部炉心支持板２０を備える。上部炉心板２１は、上部炉心支持柱２３を介して上部炉心支持板２０により支持されており、この上部炉心板２１により燃料集合体３３を押さえて、冷却材流による浮き上り等を防止している。上部炉心板２１と、上部炉心支持板２０との間には、上部プレナム（プレナム）４０が形成される。また、上部炉心板２１には、冷却材が通過可能な流路孔２２（図４等を参照）が形成されている。
炉心槽３０の内部下方には、水平方向に広がる下部炉心支持板３２及び下部炉心板３１が設けられ、それらの下方に下部プレナム４１が形成されている。
なお、本明細書において、「上部プレナム」を、単に「プレナム」と称することがある。

図１において、原子炉容器１の内部における冷却剤の流れが矢印で表される。原子炉容器１の内部において、入口ノズル１１から流入した冷却材は、炉心槽３０と原子炉容器１の内面との間の環状下降空間を流れ下り、下部プレナム４１で反転する。上向きに方向を変えた冷却材は、下部炉心支持板３２及び下部炉心板３１を通って炉心内に流入する。炉心内を上昇する冷却材は、ほぼ平行な流れとなって流れ、燃料集合体３３の燃料棒から核反応熱を奪って温度が上昇する。炉心で加熱された冷却材はさらに上昇し、上部炉心板２１の流路孔を通過して上部プレナム４０に流入した後横方向に転向し、出口ノズル１２から流出し、出口配管４２を通って図示しない蒸気発生器へ向かう。
なお、一実施形態において、冷却材としては軽水が用いられる。

上部炉心板２１の上方には、制御棒クラスタを案内するための複数の制御棒クラスタ案内管２が設けられる。制御棒クラスタ案内管２は、下端部において支持ピンにより上部炉心板２１に固定されるとともに、上部炉心支持板２０を通って上方に延出している。
制御棒クラスタ（不図示）は、炉心における燃料棒による熱出力を調節するための制御棒の集合体であり、中性子吸収材をステンレス鋼製の管で被覆した複数の制御棒の上端をスパイダと呼ぶ継手によりクラスタ状に結合したものである。制御棒クラスタは、上部炉心支持板２０の上方に設けられる制御棒駆動装置１４によって駆動されて、制御棒クラスタ案内管２に案内されて上下方向に移動できるようになっている。制御棒駆動装置１４によって制御棒クラスタを制御棒クラスタ案内管２の中から炉心の燃料集合体３３の中に挿入し、あるいは、制御棒クラスタを炉心から制御棒クラスタ案内管２の中に引きこむことにより、炉心の熱出力が調整可能になっている。

原子炉の通常運転時には、制御棒クラスタは、燃料集合体３３の上方の引き抜き位置に保持される。この引き抜き位置の近傍は、冷却材の主流が高速で流れる領域となっており、制御棒はこの流れに曝された状態にある。そして、制御棒クラスタ案内管２は、燃料集合体３３に対する制御棒の正確な位置決め挿入・引き抜きを行えるように、制御棒を冷却材の流れから保護する役割を有する。

次に、図２〜図８を参照して、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管２について説明する。
図２及び図３は、それぞれ、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管を示す概略図である。図２には、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管の全体の外観が示されており、図３には、制御棒クラスタ案内管の一部が上部炉心板とともに示されている。また、図４は、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管のコンティニュアス部を示す概略図である。なお、図４（ａ）はコンティニュアス部の一部を破断した斜視図であり、図４（ｂ）は鞘板を示す図である。

図２及び図３に示すように、制御棒クラスタ案内管２は、鉛直方向に沿って延在するように設けられる囲板４と、囲板４の内側において鉛直方向に沿って延在する複数の鞘板５を含むコンティニュアス部６と、を備える。
制御棒クラスタ案内管２は、その下端部に底板４３を有し、底板４３において連結ピン５０により上部炉心板２１に連結される。また、底板４３は、上部炉心板２１に形成された流路孔２２に連通する開口４５を有し、炉心から上方に向かう冷却材の流れが流路孔２２及び開口４５を通過可能になっている。

囲板４は、制御棒クラスタ案内管２の下部において制御棒クラスタ案内管２の外形を形成する。また、図４に示すように、囲板４は、制御棒クラスタ案内管２の軸方向に離間して横断方向に付設された複数の案内板６０（図２参照）により補強されている。
囲板４は、図３に示すように、上部炉心板２１に形成された流路孔２２の上方に設けられ、炉心からの冷却材の流れが流路孔２２を通過して制御棒クラスタ案内管２の内部に流れ込むようになっている。また、囲板４は窓部６６を有しており、流路孔２２を通過して制御棒クラスタ案内管２の内部に流れ込んだ冷却材が窓部６６から排出されるようになっている。

コンティニュアス部６は、炉心から上方に向かう冷却材の流れに制御棒が直接曝されることがないよう制御棒を保護するように構成される。コンティニュアス部６の複数の鞘板５は、制御棒を保護しながら鉛直方向に沿って連続的に案内可能に、制御棒を覆うように設けられる。なお、コンティニュアス部には、鞘板５と同様の機能を有する案内筒６４（Ｃチューブ）が設けられていてもよい。
図４（ｂ）に示す鞘板５は２本の制御棒を案内するように構成されており、２本の制御棒は、それぞれ、凹部３Ａ及び凹部３Ｂによって案内されるようになっている。なお、２つの凹部は、流路孔２２の中心軸Ｏ側に位置する凹部３Ａと、流路孔２２の中心軸Ｏから遠い側に位置する凹部３Ｂとを含む。なお、本明細書において、説明の便宜のため、凹部（３Ａ，３Ｂ）を制御棒（３Ａ，３Ｂ）と称することがある。
制御棒を覆うための鞘板５及び案内筒６４は、案内板６０に設けられた凹部６２によって位置決めがなされる。
複数の鞘板５は、流路孔２２の中心軸Ｏ（図３参照）の周りに中心軸Ｏを避けて配置される。このため、上部炉心板２１の流路孔２２を通過して制御棒クラスタ案内管２の内部に流れ込む冷却材の多くは、鞘板５の存在しない中心軸Ｏの近傍を通る。

図５及び図６は、それぞれ、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管における鞘板を示す図である。図７は、従来の制御棒クラスタ案内管における鞘板を示す図である。図５（ａ）、図６及び図７（ａ）は、それぞれ鞘板５のうち制御棒クラスタ案内管の径方向に沿った面を示す図であり、図５（ｂ）及び図７（ｂ）は、それぞれ、図５（ａ）及び図７（ａ）のＡ矢視図である。
幾つかの実施形態では、図５（ａ）又は図６に示すように、鞘板５の流路孔２２（図４参照）に対向する下端部７０は、下端部７０のうち少なくとも流路孔２２の中心軸Ｏ側の領域において、中心軸Ｏに近づくほど上方に向かうように水平方向に対して傾斜する傾斜面８を有する。

本発明者らの鋭意検討の結果、コンティニュアス部６において、下方からの冷却材の流れに対抗する下端部７０の形状によっては、剥離渦が発生しやすいことがわかった。例えば、図７に示すような従来例では、コンティニュアス部６の下端部７０が冷却材の流れ方向に直行する平坦面４９を有し、この平坦面４９と、鉛直方向に向かう鞘板５の面７２Ａとが略直交する場合、上部炉心板２１の流路孔２２を通る冷却材の流れが下端部７０の近傍を流れる際に剥離渦Ｕが生じやすい。
コンティニュアス部６の下端部において剥離渦が発生すると、制御棒クラスタ案内管２の内部における冷却材の流れに乱れが生じ、制御棒クラスタ案内管２に支持される制御棒（３Ａ，３Ｂ）に作用する振動外力が生じる場合がある。このような振動外力により制御棒が加振されると、制御棒（３Ａ，３Ｂ）を支持する構造物（例えば制御棒クラスタ案内管２の軸方向にわたって複数設けられる案内板６０等）に制御棒が繰り返し接触し、制御棒の損耗が加速される可能性がある。

この点、図５及び図６に示す実施形態の場合、コンティニュアス部６のうち鞘板５の流路孔２２に対向する下端部７０において、流路孔２２の中心軸Ｏ側の領域に形成された傾斜面８により、流路孔２２を通過して制御棒クラスタ案内管２の内部に流れ込んだ冷却材の流れが下端部７０近傍を流れる際に、剥離渦の発生が抑制される。よって、剥離渦に起因して生じる制御棒（３Ａ，３Ｂ）に作用する振動外力を低減することができる。

図５及び図６に示す実施形態では、傾斜面８は、流路孔２２の中心軸Ｏ側の傾斜面の端Ｅにおいて、鉛直方向に向かう鞘板５の面７２Ａ（流路孔２２の中心軸Ｏを向く面）と不連続に接続されている。
このように、冷却材の流れの近傍において、鞘板５の下端部７０の傾斜面８が、鉛直方向に向かう鞘板５の面７２Ａと不連続に接続されるようにした。このため、仮に剥離渦が発生する場合には一定の位置において発生するので（剥離点が固定されるので）、剥離渦の周波数を特定することができる。よって、仮に剥離渦が発生しても、剥離渦に起因して生じる制御棒の振動に対する対策を講じやすい。

傾斜面８は、鉛直方向に対してなす角度α（図５（ａ）又は図６（ａ）参照）が３０度以上４５度以下であってもよい。
傾斜面８の鉛直方向に対してなす角度αを３０度以上４５度以下とすることで、剥離渦の発生を効果的に抑制することができ、剥離渦に起因して生じる制御棒（３Ａ，３Ｂ）に作用する振動外力を低減することができる。

傾斜面８は、図５又は図６に示すように、制御棒３Ａ又は制御棒３Ｂに差し掛かるように設けられてもよい。すなわち、傾斜面は、制御棒３Ａ又は制御棒３Ｂの少なくとも一部と交差するようになっていてもよい。この場合、流路孔の中心軸Ｏに直交する平面への傾斜面８の射影の面積は、冷却材の流れに対して影響を与えるような大きさである。
このように、傾斜面８が制御棒３Ａ又は制御棒３Ｂに差し掛かるようにすることで、傾斜面８の面積を十分に大きくすることができ、冷却材が鞘板５の下端部７０の近傍を流れる際に剥離渦を十分に抑制することができる。

図５又は図６に示す実施形態では、鞘板５の下端部７０は、底板４３の開口４５の周囲において底板４３の上面４４（図３参照）に当接する当接面７をさらに有する。そして傾斜面８は、当接面７よりも流路孔２２の中心軸Ｏ側に設けられる。
鞘板５の下端部７０には、制御棒クラスタ案内管２の底板４３の開口４５周囲において底板４３の上面４４に当接する当接面７が形成される。このため、制御棒クラスタ案内管２の底板４３に形成された開口４５を介して制御棒クラスタ案内管２の内部に流入した冷却材は、基本的には、鞘板５の下端部７０の当接面７よりも中心軸Ｏ側において上方に向かって流れる。一方、鞘板５の傾斜面８は、当接面７よりも中心軸Ｏ側に設けられる。よって、制御棒クラスタ案内管２の内部における冷却材の主流（当接面７よりも中心軸Ｏ側において上方に向かう流れ）は、鞘板５の傾斜面８に作用して、傾斜面８によって剥離渦が効果的に抑制される。

幾つかの実施形態では、図５（ａ）に示すように、各々の鞘板５の下端部７０は、当接面７に対して中心軸Ｏ側に段差Ｓを介して隣接する平坦面４８をさらに有し、傾斜面８は、平坦面４８よりも流路孔２２の中心軸Ｏ側に設けられる。
幾つかの実施形態では、図６（ａ）に示すように、各々の鞘板５の下端部７０は上述の平坦面４８を有さず、傾斜面８と当接面７とは、このような平坦面４８を介さずに接続されてもよい。

幾つかの実施形態では、図５（ａ）に示すように、傾斜面８と平坦面４８との境界Ｂは、鞘板５によって覆われる複数の制御棒（３Ａ，３Ｂ）のうち、流路孔２２の中心軸Ｏ側に位置する制御棒３Ａの軸心Ｐよりも中心軸Ｏ側に位置する。
このように、傾斜面８と平坦面４８との境界を、中心軸Ｏ側に位置する制御棒３Ａの軸心Ｐよりも中心軸Ｏ側とする場合、複数の制御棒（３Ａ，３Ｂ）の大部分を、鞘板５のうち平坦面４８を占める部分でより下方まで覆うことができる。このため、鞘板５のうち平坦面４８を占める部分により複数の制御棒（３Ａ，３Ｂ）の大部分をより効果的に保護するとともに、鞘板５のうち傾斜面８を占める部分により冷却材が鞘板５の下端部７０近傍を流れる際の剥離渦を抑制することができる。

幾つかの実施形態では図５（ｂ）に示すように、鞘板５の流路孔２２（図４参照）に対向する下端部７０は、流路孔２２の径方向における鞘板５の中心線Ｑから遠ざかるほど上方に向かうように水平方向に対して傾斜する傾斜面９を有する。

本発明者らの鋭意検討の結果、コンティニュアス部６において、下方からの冷却材の流れに対抗する下端部７０の形状によっては、剥離渦が発生しやすいことがわかった。例えば、図７に示すような従来例では、コンティニュアス部６の下端部７０が冷却材の流れ方向に直行する平坦面４９を有し、この平坦面４９と、鉛直方向及び流路孔２２の径方向に沿う鞘板５の面７２Ｂとが略直交する場合、上部炉心板２１の流路孔２２を通る冷却材の流れが下端部７０の近傍を流れる際に剥離渦Ｕが生じやすい。

この点、図５（ｂ）に示す実施形態の場合、コンティニュアス部６のうち鞘板５の流路孔２２に対向する下端部７０において、傾斜面９により、流路孔２２を通過して制御棒クラスタ案内管２の内部に流れ込んだ冷却材の流れが下端部７０近傍を流れる際に、剥離渦の発生が抑制される。よって、剥離渦に起因して生じる制御棒（３Ａ，３Ｂ）に作用する振動外力を低減することができる。

図８は、一実施形態に係る制御棒クラスタ案内管の構成を示す概略図であり、とくに、制御棒クラスタ案内管２のコンティニュアス部６と上部炉心板２１との連結部を示す図である。
図８に示す実施形態では、制御棒クラスタ案内管２の底板４３と上部炉心板に連結するための連結ピン５０は、上部炉心板２１に形成された孔５６に嵌合する小径部５２と、小径部５２よりも底板４３側に位置し、小径部５２よりも直径が大きい大径部５４と、含む。そして、底板４３の底面４６と上部炉心板２１の上面２４との間には、大径部５４の長さＬに対応した隙間Ｇが形成される。

上述のように、底板４３の底面４６と上部炉心板２１の上面２４との間に、連結ピン５０の大径部５４の長さＬに対応した隙間Ｇを形成することで、上部炉心板２１の流路孔２２を通って制御棒クラスタ案内管２の内部に流入しようとする冷却材の一部がこの隙間Ｇを通って上部プレナム４０に排出される。これにより、制御棒クラスタ案内管２の内部を通過する冷却材の流量が低減されるため、冷却材が制御棒クラスタ案内管２の内部を流れることに起因する制御棒の振動（例えば剥離渦に起因する振動）を抑制することができる。
また、連結ピン５０の大径部５４の長さＬを適切に選択することで、隙間Ｇを介した冷却材の排出量を調節することができる。また、連結ピン５０のうち冷却材の流れに曝される部位（大径部５４）の直径を、上部炉心板２１に形成された孔５６に嵌合する連結ピン５０の小径部５２よりも大きくすることで、上部炉心板２１の上方に制御棒クラスタ案内管２を強固に支持することができる。

底板４３の底面４６と上部炉心板２１の上面２４との間に形成される、連結ピン５０の大径部５４の長さＬに対応した隙間Ｇの幅、すなわち大径部５４の長さＬは、例えば５ｍｍ以上としてもよい。大径部５４を５ｍｍ以上とすることで、上部炉心板２１の流路孔２２を通って制御棒クラスタ案内管２の内部に流入しようとする冷却材の一部を、積極的にこの隙間Ｇを通して上部プレナム４０に排出させることができる。このため、冷却材が制御棒クラスタ案内管２の内部を流れることに起因する制御棒の振動を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

また、本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

１ 原子炉容器
２ 制御棒クラスタ案内管
３ 凹部
４ 囲板
５ 鞘板
６ コンティニュアス部
７ 当接面
８ 傾斜面
９ 傾斜面
１１ 入口ノズル
１２ 出口ノズル
１４ 制御棒駆動装置
２０ 上部炉心支持板
２１ 上部炉心板
２２ 流路孔
２３ 上部炉心支持柱
２４ 上面
３０ 炉心槽
３１ 下部炉心板
３２ 下部炉心支持板
３３ 燃料集合体
４０ 上部プレナム
４１ 下部プレナム
４２ 出口配管
４３ 底板
４４ 上面
４５ 開口
４６ 底面
４８ 平坦面
４９ 平坦面
５０ 連結ピン
５２ 小径部
５４ 大径部
５６ 孔
６０ 案内板
６２ 凹部
６４ 案内筒
６６ 窓部
７０ 下端部

Claims (10)

1. 複数の制御棒により形成される制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管であって、
   上部炉心板に形成された流路孔の上方において鉛直方向に沿って延在するように設けられ、前記流路孔を通過した冷却材を排出するための窓部を有する囲板と、
   前記制御棒を覆うように前記囲板の内側において鉛直方向に沿って延在する複数の鞘板を含むコンティニュアス部と、を備え、
   前記複数の鞘板は、前記流路孔の中心軸の周りに該中心軸を避けて配置されており、
   各々の前記鞘板の前記流路孔に対向する下端部は、該下端部のうち少なくとも前記中心軸側の領域において、前記中心軸に近づくほど上方に向かうように水平方向に対して傾斜面を有することを特徴とする制御棒クラスタ案内管。
2. 前記傾斜面は、前記中心軸側の前記傾斜面の端において、鉛直方向に向かう前記鞘板の面と不連続に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の制御棒クラスタ案内管。
3. 前記傾斜面は、鉛直方向に対してなす角度が３０度以上４５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御棒クラスタ案内管。
4. 前記傾斜面は、前記制御棒に差し掛かるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の制御棒クラスタ案内管。
5. 前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板をさらに備え、
   前記底板は、前記流路孔に連通する開口を有し、
   各々の前記鞘板の前記下端部は、前記開口の周囲において前記底板の上面に当接する当接面をさらに有し、
   前記傾斜面は、前記当接面に対して前記中心軸側に設けられることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の制御棒クラスタ案内管。
6. 各々の前記鞘板の前記下端部は、前記当接面に対して前記中心軸側に段差を介して隣接する平坦面をさらに有し、
   前記傾斜面は、前記平坦面に対して前記中心軸側に設けられることを特徴とする請求項５に記載の制御棒クラスタ案内管。
7. 前記傾斜面と前記平坦面との境界は、前記鞘板によって覆われる複数の前記制御棒のうち前記中心軸側に位置する制御棒の軸心に対して前記中心軸側に位置することを特徴とする請求項６に記載の制御棒クラスタ案内管。
8. 前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板と、
   前記底板を前記上部炉心板に連結するための連結ピンと、をさらに備え、
   前記連結ピンは、
   前記上部炉心板に形成された孔に嵌合する小径部と、
   前記小径部よりも前記底板側に位置し、前記小径部よりも直径が大きい大径部と、
   を含み、
   前記底板の底面と前記上部炉心板の上面との間には、前記大径部の長さに対応した隙間が形成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の制御棒クラスタ案内管。
9. 複数の制御棒により形成される制御棒クラスタを案内するための制御棒クラスタ案内管であって、
   上部炉心板に形成された流路孔の上方において鉛直方向に沿って延在するように設けられ、前記流路孔を通過した冷却材を排出するための窓部を有する囲板と、
   前記囲板の下部に連結され、前記上部炉心板に対向して配置される底板と、
   前記底板を前記上部炉心板に連結するための連結ピンと、をさらに備え、
   前記連結ピンは、
   前記上部炉心板に形成された孔に嵌合する小径部と、
   前記小径部よりも前記底板側に位置し、前記小径部よりも直径が大きい大径部と、
   を含み、
   前記底板の底面と前記上部炉心板の上面との間には、前記大径部の長さに対応した隙間が形成されたことを特徴とする制御棒クラスタ案内管。
10. 冷却材が通過可能な流路孔を有する上部炉心板と、
    前記上部炉心板の上方に位置し、前記上部炉心板とともにプレナムを形成する上部炉心支持板と、
    前記上部炉心板の上方に配置される請求項１乃至９の何れか一項に記載の制御棒クラスタ案内管と、を備えることを特徴とする原子炉容器。

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