JP2809700B2 - 高速増殖炉用炉心構造 - Google Patents

高速増殖炉用炉心構造

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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は液体金属(金属ナトリウム)を冷却材として
使用する高速増殖炉における炉心上部機構の温度ゆらぎ
を低減した高速増殖炉用炉心構造に関する。
(従来の技術) 第4図は高速増殖炉の概略構成を示すもので、原子炉
容器1の内部には炉心2が設けられ、かつ冷却材(液体
ナトリウム)3が収容されている。また原子炉容器1は
底部に冷却材入口ノズル4、周壁部に冷却材出口ノズル
5を有し、上部開口を遮蔽体6で閉塞されている。
炉心2は燃料集合体7、ブランケット燃料集合体8、
反射体9および制御棒10から構成され、炉心支持体11上
に支持されている。
原子炉容器1内はこの炉心支持体11により上部プレナ
ム12と下部プレナム13とに区画されている。なお、図中
符号14は炉心2の下部に設けられた高圧プレナムであ
り、符号15は遮蔽体6の下面に設けられたデイップドプ
レートである。また符号16は原子炉容器1の内周壁との
間に所要の隙間17を設けて配設された内筒で、この内筒
14には複数のフローホール18が形成されている。
第5図は燃料集合体7およびこの燃料集合体7が連結
管27に挿入された状態を示すものである。すなわち、六
角筒状のラッパ管19の上端にハンドリングヘッド20が、
またラッパ管19の下端に小径のエントランスノズル21
が、それぞれ形成され、ラッパ管19の内部には多数の燃
料ピン22が収容されている。なお、図中符号23はこれら
の燃料ピン22をラッパ管19内に固定する固定板であり、
符号24は燃料ピン22同志の間に所定の間隙を形成するた
めのワイヤスペーサである。
ハンドリングヘッド20には冷却材流出口25が形成され
ている。エントランスノズル21は下端が閉塞され、周壁
に複数の冷却材流入オリフィス26を有している。
このように構成された燃料集合体7はエントランスノ
ズル21を高圧プレナム14の連結管27に挿入して所定の位
置に装荷されている。なお、連結管27にはエントランス
ノズル21の冷却材流入オリフィス26に連通するオリフィ
ス28が形成されている。
遮蔽体6には炉心上部機構29が取付けられている。こ
の炉心上部機構29は炉心2の構成要素である燃料集合体
7の交換等を行なうためのもので、下端部は第6図の如
く構成されている。すなわち符号30は炉心上部機構29の
下端に設けられた支持管板で、この支持管板30には各燃
料集合体7ごとに対応する複数の整流筒31が溶接により
固着されている。なお符号32は溶接部を示している。こ
れらの整流筒31は支持管板30から下方へ突出し、各々の
燃料集合体7の冷却材流出口25に、上方から対向するよ
うに配設されている。支持管板30には各整流筒31の取付
部の中間位置に冷却材流通口33が形成され、各整流筒31
内には計装ウェル34の下部が導入されている。
ここで、制御棒10は第6図に示したように燃料集合体
7と同様の形状をした六角筒状のラッパ管の上端にハン
ドリングヘッド20を有し、ラッパ管内に多数の中性子吸
収体が収納され、ラッパ管の下端に小径のエントランス
ノズルを有して制御棒集合体を構成したものである。本
明細書ではこの制御棒集合体を制御棒10と記している。
このように高速増殖炉の炉心構造において、第4図に
示した冷却材入口ノズル4から流入した冷却材3は、下
部プレナム13から第5図に示した高圧プレナム14を経て
流入オリフィス28,26を通過し、エントランスノズル21
内に流入する。そして冷却材3はラッパ管19内を上方へ
流通し、多数の燃料ピン22の間を通過する際に核反応熱
を与えられて冷却材流出口25から流出する。ここで、炉
心2に装荷され燃料集合体7はその装荷位置によって発
熱量が異なっているので、炉心2上部における冷却材3
の温度分布を均一化して熱効率を高めるように、各々の
燃料集合体7ごとの流量配分が定められている。
冷却材流出口25から流出した高温の冷却材3は冷却材
出口ノズル5を通して原子炉容器1外へ流出し、原子炉
容器1の外部に設けられた熱交換器、循環ポンプ(いず
れも図示せず)等を経て再び冷却材入口ノズル4に環流
する。
(発明が解決しようとする課題) 以上のごとく構成された高速増殖炉用炉心構造にあっ
ては各々の燃料集合体7から流出する冷却材3の温度は
一定でない。また燃料集合体7とこれに隣接する制御棒
案内管(図示せず)との間にも温度差があるため、炉心
上部機構29の下端部に設けられている整流筒31はそれら
の温度差ΔTの影響を受けて、 で表わされるところの温度ゆらぎΔφを生ずることにな
る。この温度ゆらぎΔφは温度差の約60%で、1Hz程度
のものである。なおT1,T2は隣接する2つの燃料用集合
体7と制御棒10から流出する冷却材温度ΔTはa,b間の
各位置における温度振幅を示すものである。
第6図中、符号c点は隣接する2つの燃料集合体7と
制御棒10から流出する温度の異なる冷却材T1,T2が混合
し始める点を示す。このc点は隣接する2つの整流筒3
1,31の間にある。また符号bは支持管板30の下面位置に
おけるc点上方の点を示し、aは燃料集合体7の上面位
置におけるc点下方の点を示すもので、これらのa,b,c
点を結ぶ線上の温度ゆらぎ分布は第7図に示したように
なる。すなわちc点より上方で温度ゆらぎが発生し、b
点ではやや減衰するが、その減衰量は僅かである。な
お、第7図の縦軸は燃料集合体7と支持管板30との間の
軸方向を、横軸は温度ゆらぎΔφを示している。
このような温度ゆらぎにより炉心上部機構29の下端部
は過度の熱疲労を受ける。特に支持管板30と整流筒31と
を固定する溶接部32は熱疲労に弱い部分であり、クラッ
クが生じ易いという課題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
炉心上部機構の下端部の支持管板と整流筒とを固定する
溶接部における温度ゆらぎΔφを減少させ、溶接部にク
ラック等が発生することを防止して安全性の高い高速増
殖炉炉心構造を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は炉心に装荷された燃料集合体と、この燃料集
合体の六角筒状ラッパ管の上端部に設けたハンドリング
ヘッドの上方に対向して設けた整流筒と、この整流筒を
下端部に取付けた炉心上部機構と、前記燃料集合体に隣
接して設けられた制御棒集合体とを配置した高速増殖炉
炉心構造において、前記制御棒集合体と隣接して面接触
した前記燃料集合体と前記ラッパ管内に中性子遮蔽体を
設け、この中性子遮蔽体の下部が位置する部位の前記ラ
ッパ管の一面のみに冷却材連通口を設けるとともに、前
記制御棒集合体の側面に前記燃料集合体の冷却材連通口
と対応した位置に前記燃料集合体の冷却材連通口と開口
面積が同じの冷却材連通口を設けてなることを特徴とす
る。
(作用) 炉心に装荷された各燃料集合体のハンドリングヘッド
の冷却材の出口温度と制御棒集合体の出口温度の差(Δ
T=T1−T2)をできるだけ小さくするために燃料集合体
のラッパ管の側面と制御棒内へ冷却材が流れ込むように
冷却材連通口を設けている。この冷却材連通口によって
温度ゆらぎΔφを減少せしめ、特に支持管板と整流筒と
を固定する溶接部に熱疲労によるクラック等が発生する
ことを防止でき、高速増殖炉の長期間にわたり健全性を
高めることができる。
(実施例) 第1図および第2図を参照しながら本発明に係る炉心
構造の一実施例を説明する。なお、図中、第6図と対応
する部分には同一符号を付して重複する部分の説明を省
略する。
すなわち、第1図においては、炉心を構成する燃料集
合体7と隣接する制御棒10および炉心上部機構下部の支
持管板30、整流筒31ならびに計装ウェル34の配置関係を
示している。制御棒10には制御棒連結管52が挿入されて
おり、図示しない制御素子を上下駆動させることによっ
て炉心発熱量をコントロールしている。
炉心の燃料集合体7には燃料ピン22とその上部に中性
子遮蔽体54を備えている。燃料集合体7の六角筒状ラッ
パ管19の側面には制御棒10の冷却材連通口50と対応する
位置の一面のみに冷却材連通口50を設けている。一方、
制御棒10の側面にも燃料集合体7の冷却材連通口50と対
応する位置に冷却材連通口50を設けているが、燃料集合
体7の冷却材連通口50と制御棒10の冷却材連通口50の開
口面積は同じである。燃料集合体7の燃料ピン22を通過
した高温冷却材(温度T1)は中性子遮蔽板54が設けられ
ているため流動抵抗があり、一部の冷却材が冷却材連通
口を通って制御棒10の中へ流入する。
制御棒10において冷却材連通口50から下部では炉心燃
料集合体7内冷却材温度よりも低い温度の冷却材(温度
T2)が流れる。冷却材連通口50から温度の高い燃料集合
体7からの冷却材が流入してくる。そのため高温,低温
冷却材が混合され、制御棒10のハンドリングヘッド20の
出口部で混合温度T2′となる。温度はT2<T2′<T1の関
係があり、したがって、T1−T2′<T1−T2となる。炉心
の燃料集合体7の出口温度と制御棒10の出口温度差T1−
T2′を非常に小さな値にすることができる。第2図は燃
料集合体7の上端と支持管板30の間における温度ゆらぎ
分布を示すもので、a,b,cは軸方向位置を示す。
この第2図から明らかなように温度ゆらぎΔφは連通
口50から下部の核燃料集合体7と制御棒10の温度差ΔT:
(T2−T1)を1.0とした場合0.2にすることができる。現
在の設計基準ではΔT=130℃程度の場合約20%以下の
温度ゆらぎであればステンレス鋼でも構造強度上許容さ
れる目安と考えられている。
次に第3図を参照しながら本発明の他の実施例を説明
する。なお、第1図と同一部分には同一符号を付して重
複する部分の説明を省略する。この実施例は冷却材連通
口50から制御棒10内に流入した高温の冷却材を制御棒10
のハンドリングヘッド20から流出するまでに制御棒10の
下部から流れてくる低温冷却材との混合を促進させるた
め制御棒連結棒52の周囲にらせんひれ53を設けたもので
ある。この構造によって燃料集合体7と制御棒10の出口
温度差T1−T2′を小さくして炉心上部機構下部における
温度ゆらぎ量を小さくできる。
[発明の効果] 本発明によれば、燃料集合体の側面と制御棒の側面の
対応する位置に連通口を加工することによって炉心燃料
集合体の高温冷却材と制御棒の低温冷却材を混合させて
炉心燃料集合体と制御棒の出口部における冷却材の温度
差を小さくすることができる。このため炉心上部機構の
下端部における支持管板、整流筒を固定する溶接部なら
びにその近傍の温度ゆらぎを小さくすることができる。
また、溶接部に温度ゆらぎの熱疲労によるクラック等の
発生が生じ難く、安全性の高い高速増殖炉を提供するこ
とができる。さらに、温度ゆらぎによる熱疲労を小さく
できるので、整流筒、支持管をインコネル等の高価で耐
疲労性の材料を使用することなくステンレス鋼を使うこ
とができるので製作時の大幅なコストダウンにつながる
効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る高速増殖炉用炉心構造の一実施例
を示す部分断面図、第2図は第1図における炉心構造の
温度ゆらぎ量の軸方向特性図、第3図は本発明に係る高
速増殖炉用炉心構造の他の実施例を示す部分断面図、第
4図は従来の高速増殖炉を一部側面で示す縦断面図、第
5図は第4図における燃料集合体を示す縦断面図、第6
図は従来の高速増殖炉用炉心構造を示す部分断面図、第
7図は第6図における炉心構造の温度ゆらぎ量の軸方向
特性図である。 1……原子炉容器 2……炉心 3……冷却材 4……入口ノズル 5……出口ノズル 6……遮蔽体 7……燃料集合体 8……ブランケット燃料集合体 9……反射体 10……制御棒 11……炉心支持体 12……上部プレナム 13……下部プレナム 14……高圧プレナム 15……ディップドプレート 16……内筒 17……隙間 18……フローホール 19……ラッパ管 20……ハンドリングヘッド 21……エントランスノズル 22……燃料ピン 23……固定板 24……ワイヤスペーサ 25……冷却材流出口 26……冷却材流入オリフィス 27……連結管 28……オリフィス 30……支持管板 31……整流筒 32……溶接部 33……冷却材流通口 50……冷却材連通口 51……上部案内管 52……制御棒連結管 53……らせんひれ 54……中性子遮蔽体

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉心に装荷された燃料集合体と、この燃料
    集合体の六角筒状ラッパ管の上端部に設けたハンドリン
    グヘッドの上方に対向して設けた整流筒と、この整流筒
    を下端部に取付けた炉心上部機構と、前記燃料集合体に
    隣接して設けられた制御棒集合体とを配置した高速増殖
    炉炉心構造において、前記制御棒集合体と隣接して面接
    触した前記燃料集合体と前記ラッパ管内に中性子遮蔽体
    を設け、この中性子遮蔽体の下部が位置する部位の前記
    ラッパ管の一面のみに冷却材連通口を設けるとともに、
    前記制御棒集合体の側面に前記燃料集合体の冷却材連通
    口と対応した位置に前記燃料集合体の冷却材連通口と開
    口面積が同じの冷却材連通口を設けてなることを特徴と
    する高速増殖炉用炉心構造。
JP1130246A 1989-05-25 1989-05-25 高速増殖炉用炉心構造 Expired - Lifetime JP2809700B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5786787A (en) * 1980-11-20 1982-05-29 Tokyo Shibaura Electric Co Nuclear reactor
JPS6247589A (ja) * 1985-08-28 1987-03-02 株式会社東芝 高速増殖炉

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