JP3546157B2

JP3546157B2 - 燃料集合体および炉心

Info

Publication number: JP3546157B2
Application number: JP25903599A
Authority: JP
Inventors: 誠梅野; 邦博伊藤; 好彦斎藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001083272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料集合体および炉心に係り、更に詳しくは、炉心内に横置きで装荷する燃料集合体、およびその燃料集合体が装荷されてなる横置き炉心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、炉心で核分裂反応を制御する原子炉においては、燃料集合体を縦置きで装荷する縦置き型と、燃料集合体を横置きで装荷する横置き型との２タイプがある。
【０００３】
図７はこの種の従来から用いられている縦置き型原子炉の燃料装荷方法の一例を示す概念図、図８はこの種の従来から用いられている横置き型原子炉の燃料装荷方法の一例を示す概念図である。
【０００４】
また、図９は縦置き型原子炉に装荷される燃料集合体の一例を示す概要図である。
【０００５】
図７に示すように、縦置き型原子炉では、燃料貯蔵ラック５０に貯蔵されている燃料集合体４０を、クレーン５２により一旦吊上げ（１）、移動し（２）、所定の装荷場所に吊り下げて炉心５４に装荷する（３）。
【０００６】
この燃料集合体４０は、核燃料物質が充填された長尺の燃料棒４２を複数本束ねて構成される長尺構造であるため、縦置き型原子炉では、クレーン５２のような大掛かりな燃料集合体移動装置が必要となるばかりでなく、燃料集合体移動装置が長尺の燃料集合体４０を吊上げたまま移動することが可能な十分な階高が必要となり、原子炉建屋の大型化が避けられない。
【０００７】
一方、図８に示すように、横置き型原子炉の炉心５６に燃料集合体４１を装荷する場合には、燃料貯蔵ラック５１に貯蔵されている燃料集合体４１をリフター６０の荷台６１に載せて、そのリフター６０を炉心５６まで移動する（１）。
【０００８】
そして、燃料集合体４１を載せた荷台６１の高さを、所定の装荷口の高さまでジャッキアップ等により調整して（２）、プッシャ６２により燃料集合体４１を炉心５６に装荷する（３）。
【０００９】
すなわち、横置き型原子炉では、燃料集合体４１を装荷する場合に、燃料集合体４１を吊り上げる必要がないので、クレーン５２のような大掛かりな装置を必要としない。また、燃料集合体４１の吊上げに必要な階高を確保する必要も無い。
【００１０】
したがって、横置き型原子炉は、縦置き型原子炉に比べて、原子炉建屋を小型化することができるというメリットがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の横置き型原子炉では、以下のような問題がある。
【００１２】
すなわち、縦置き型原子炉に装荷される燃料集合体４０は、束ねられた燃料棒４２の間の間隙４４は、冷却材が流通する冷却材流路となっており、この間隙４４に冷却材を流通させることによって、核分裂により発生した熱を効率良く除去できる構成となっている。また、設計した通りに核分裂を持続するために、周囲に装荷される燃料集合体４０との間隔が一定に保たれる構成となっている。
【００１３】
そして、このような燃料集合体４０を、そのまま横置き型原子炉に装荷した場合、燃料集合体４０の上に他の燃料集合体４０が積み上げられることになる。そのため、上に積み上げられる燃料集合体４０の重量に耐えきれなくなり、下側に装荷された燃料集合体４０が撓んでしまう。
【００１４】
その結果、冷却材流路４４が確保されなくなるとともに、設計どおりに核分裂を制御できなくなるという問題がある。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、冷却材が流通する流路を確保するとともに、１体毎に重量を支持し、撓むことのない燃料集合体を提供することにある。
【００１６】
また、第２の目的は、この燃料集合体を横置きに装荷して、燃料集合体を積み重ねることなく、発熱を伴う運転を可能とした炉心を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１８】
すなわち、請求項１の発明では、柱状構造体に、その軸方向とほぼ平行に複数の挿入用穴を穿孔し、この挿入用穴に、核燃料物質が充填された少なくとも１本の燃料棒と、核燃料物質の核分裂反応により発生する熱を冷却する冷却材を流通させる少なくとも１本の中空管とを挿入し、柱状構造体の軸方向が炉心内でほぼ水平となるように炉心に柱状構造体を挿入して装荷する場合に、炉心内の柱状構造体の挿入方向前方側に設けられた支持穴に装着されて炉心内に固定される支持部を、柱状構造体の挿入方向前端部に備える。
【００１９】
請求項２の発明では、請求項１の発明の燃料集合体において、燃料棒から放出される放射線を遮蔽する遮蔽体を、柱状構造体の挿入方向後端部に備える。
【００２０】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明の燃料集合体において、複数の挿入用穴のいずれかに、核分裂反応のデータを取得する計測手段を挿入する。
【００２１】
請求項４の発明では、請求項３の発明の燃料集合体において、燃料集合体本体の炉心への装荷、および炉心からの取出し用の把持部を、遮蔽体に備える。
【００２２】
請求項５の発明では、請求項４の発明の燃料集合体において、把持部に、燃料集合体本体における燃料棒の配置方向に関する基準方向の識別用の識別部を施す。
【００２３】
請求項６の発明では、請求項５の発明の燃料集合体において、識別部として、把持部の表面に燃料集合体番号を表記する。
【００２４】
請求項７の発明では、請求項１乃至６のうちの少なくとも１項の発明の燃料集合体を、軸方向が水平になるように装荷する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
【００２７】
図１は第１の実施の形態に係る燃料集合体の一例を示す斜視図、図２は第１の実施の形態に係る燃料集合体の正断面図、図３は図１に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
すなわち、本実施の形態に係る燃料集合体１は、燃料装填部２と、前方反射体３と、支持部４と、後方反射体５と、遮蔽体６と、把持部７とを備えている。
【００２９】
燃料装填部２は、図３にその断面を示すように、例えば鉛や鉛合金製の金属からなる柱状（本例では正六角柱状）構造体１３に、軸方向とほぼ平行に穿孔され設けられた複数の挿入用穴に、核燃料物質が充填された少なくとも１本の長尺の燃料棒１０と、核燃料物質の核分裂反応により発生する熱を冷却する冷却材を流通させる少なくとも１本の長尺の冷却材用中空管１１とを挿入して構成する。また、これらの挿入用穴に、核分裂反応のデータを取得する計測手段１２を挿入しても良い。
【００３０】
なお、図３に示すように、本実施の形態では断面形状が正六角形の燃料集合体１を用いて説明しているが、本発明の燃料集合体の断面形状は、それに限るものではない。たとえば、現状の商業用軽水炉で用いられている正方格子断面の燃料集合体であっても良い。
【００３１】
前方反射体３および後方反射体５は、燃料装填部２における核分裂反応で発生した中性子を燃料装填部２側に反射させて、燃料装填部２から燃料装填部２外への中性子のリークを低減させるものであり、燃料装填部２の前部および後部にそれぞれ備えている。前方反射体３および後方反射体５には、例えばＳＵＳを用いる。
【００３２】
前方反射体３の前端部には、溶接等により支持部４を接続している。この支持部４は、燃料集合体１を横置き状態で炉心に装荷する場合に、炉心の燃料集合体挿入方向側の前方支持盤１８に備えられた支持穴１９に装着されることによって、炉心内で燃料集合体１を固定し、重量を前方で支持する。
【００３３】
この支持部４の長さは、支持穴１９の深さよりも長くなっており、支持部４が支持穴１９に装着された状態では、前方支持盤１８と前方反射体３との間に間隙１７が形成されるようにしている。また、この前方反射体３は、冷却材用中空管１１を挿入させる挿入用穴１５を備えている。
【００３４】
一方、後方反射体５には、溶接等により遮蔽体６を接続している。この遮蔽体６は、例えば鉛が用いられ、放射化された燃料棒１０自身、燃料棒１０に充填された核燃料物質、核燃料物質による核分裂反応、核分裂反応により生成した物質（ＦＰ）および超ウラン元素（ＴＲＵ）から放出される放射線を遮蔽する。また、この後方反射体５と遮蔽体６とは、冷却材用中空管１１を挿入させる挿入用穴１４と、計測手段１２を挿入する穴とを備えている。
【００３５】
燃料集合体１は、炉心に横置きで装荷された状態では、この後方反射体５と遮蔽体６とは炉心の後方支持盤１６に載せられ、重量を後方でも支持されるようにしている。
【００３６】
更に、遮蔽体６には、溶接等により、把持部であるハンドル７を接続している。
【００３７】
このハンドル７によって、作業員は、手作業等で燃料集合体１を炉心へ装荷したり、逆に炉心から取り出したりするようにしている。
【００３８】
図４は、ハンドルの一例を示す斜視図である。
【００３９】
図４に示すように、このハンドル７は、片側が膨らんだ左右非対称形状としており、この膨らんだ方向を燃料集合体１の左方向とすることにより、燃料集合体１における燃料棒１０の配置方向に関する基準を識別できるようにしている。
【００４０】
また、図５は、ハンドルの変形例を示す斜視図である。
【００４１】
図５に示すように、このハンドル７は、左右対称形状であるが、燃料集合体１における燃料棒１０の配置方向に関する基準を識別する識別部として、表面に燃料集合体番号２０を刻印等により表記しており、この燃料集合体番号２０を参照することにより、燃料集合体１の基準方向を識別できるようにしている。
【００４２】
なお、このような識別部は、これに限られるものではなく、実質的に燃料棒１０の配置方向を識別することができる構成であれば良い。
【００４３】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る燃料集合体の作用について説明する。
【００４４】
図３に示すように、本実施の形態に係る燃料集合体１の断面は、対称形状となっているが、ハンドル７の形状やハンドル７に表記された燃料集合体番号２０の方向によって、作業者により燃料棒１０の配置方向に関する基準方向が認識される。
【００４５】
また、本実施の形態に係る燃料集合体１は、燃料装填部２が、金属性の柱状構造体１３からなり、この柱状構造体１３の軸方向とほぼ平行に穿孔され設けられた複数の挿入用穴に、燃料棒１０と冷却材用中空管１１とを挿入した堅固な構成である。したがって、燃料集合体１を冷却することができるとともに、水平に設置することによって撓むことがない。
【００４６】
さらに、この燃料集合体１は、後端部に遮蔽体６を備えており、これによって放射線が遮蔽される。この遮蔽体６は、計測手段１２が挿入される穴が設けられているので、遮蔽体６を取り除くこと無く、計測手段１２の挿入や交換がなされる。
【００４７】
上述したように、本実施の形態に係る燃料集合体１は、上記のような作用により、燃料棒１０の配置方向に関する基準方向を正しく認識できる構成であるとともに、支持部４によって、炉心内の所定の場所に固定することができる。
【００４８】
また、それぞれの燃料集合体１を個別に重量を支持するために、他の燃料集合体１の重量が積み上げられないので、撓むこともなく、かつ、核分裂で発生したエネルギーを除去することができる。
【００４９】
さらに、遮蔽体６によって、燃料棒１０から放出される放射線を遮蔽することができるとともに、この遮蔽体６を取り外すことなく、計測手段１２の挿入や交換を行なうことができる。
【００５０】
これらの結果、発熱を伴う横置き型炉心に装荷するのに最適で優れた燃料集合体を実現することが可能となる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図６を用いて説明する。
【００５２】
図６は、第１の実施の形態に係る燃料集合体が装荷されてなる、第２の実施の形態に係る炉心の一例を示す概念図である。
【００５３】
すなわち、本実施の形態に係る炉心３０は、前方支持盤１８と後方支持盤１６との間に燃料集合体１を横置きに装荷する横置き型の炉心３０である。この炉心３０では、複数の支持体３１が、前方支持盤１８と後方支持盤１６とを、互いの間隔が一定でかつ互いの面が平行になるように支持している。
【００５４】
後方支持盤１６は、燃料集合体１の断面形状をした燃料装荷口３２を複数備えており、ここから燃料集合体１が、前方支持盤１８方向に押し入れられ装荷されるようになっている。また、後方支持盤１６及び燃料収納器７０は燃料集合体１の断面を積み重ねた構造で周りを囲みこむことにより、燃料集合体１の重量及び垂直方向の動きを支持できる構造を有しており、装荷されている途中の燃料集合体１が、後方支持盤１６と前方支持盤１８との間で下方に傾くことなく、前方支持盤１８の支持穴１９に水平に押し入れられるようにしている。
【００５５】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る炉心の作用について説明する。
【００５６】
燃料収納器７０に収納されている燃料集合体１は、作業員がハンドル７を用いて押し入れることによって、所定の燃料装荷口３２から炉心３０内に装荷される。
【００５７】
図３に示すように、この燃料集合体１の断面は、対称形状となっているが、ハンドル７の形状や燃料集合体番号２０の表記等の識別部によって作業者によって、燃料棒１０の配置方向に関する基準方向が認識され、上下左右方向の誤りがあることなく、正しく炉心３０内に押し入れられる。
【００５８】
後方支持盤１６と燃料収納器７０とは燃料集合体１の周りを囲む構造となっているので、装荷されている途中の燃料集合体１は、後方支持盤１６と前方支持盤１８との間で下方に傾くことなく、前方支持盤１８に設けられた所定の支持穴１９に支持部４が挿入されるまで水平に移動し、これによって１体の燃料集合体１の装荷が行われる。
【００５９】
このような作業を繰り返して、所定体数の燃料集合体１を装荷することにより炉心３０が完成する。
【００６０】
このような横置き型の炉心３０では、後方支持盤１６の後方から水やガスなどの冷却材を供給することにより、炉心３０に装荷されたおのおのの燃料集合体１には、遮蔽体６を貫通している冷却材用中空管１１の挿入用穴１４より冷却材が供給される。
【００６１】
さらに、このようにして供給された冷却材が、冷却材用中空管１１内を後方支持盤１６側から前方支持盤１８方向に向かって流通することによって、燃料集合体１が冷却される。このように燃料集合体１を冷却した後の冷却材は、前方反射体３を貫通している冷却材用中空管１１の挿入用穴１５より流出される。また、逆に、前方反射体３から冷却材を流入させても良い。
【００６２】
一方、支持部４の長さは、支持穴１９の深さよりも長いことから、前方支持盤１８と前方反射体３との間に間隙１７が形成される。冷却材用中空管１１内を流通する冷却材は、挿入用穴１５からこの間隙１７に解放されることにより、十分な流速が確保され、優れた除熱効率が得られる。
【００６３】
また、この燃料集合体１は、後端部に遮蔽体６を備えており、これによって放射化された燃料棒１０自身、燃料棒１０に充填された核燃料物質、核燃料物質による核分裂反応、核分裂反応により生成した物質（ＦＰ）および超ウラン元素（ＴＲＵ）から放出される放射線が遮蔽される。
【００６４】
さらに、本実施の形態に係る炉心３０は、炉心３０の後方一面に亘って、遮蔽壁が形成されることになるため、炉心３０を運転している途中においても作業員によるアクセスが可能とされる。例えば、炉心３０の運転中であっても、作業員は後方支持盤１６の後方であれば、作業をできるようになる。
【００６５】
また、本実施の形態に係る燃料集合体１は、計測手段１２が遮蔽体６に設けられた穴から直接挿入できるようになっているので、運転の途中においても計測装置１２を交換することが可能となる。
【００６６】
上述したように、本実施の形態に係る炉心３０においては、上記のような作用により、燃料集合体１を正しい方向で、かつ、人間の力により装荷することができる。
【００６７】
後方支持盤１６と燃料収納器７０とは、燃料集合体１の周りを取り囲む構造となっているので、装荷途中の燃料集合体１を、後方支持盤１６と前方支持盤１８との間で下方に傾かせることなく、前方支持盤１８に設けられた所定の支持穴１９に支持部４が挿入されるまで水平に移動させ、装荷を完了することができる。
【００６８】
また、前方支持盤１８と前方反射体３との間に間隙１７が形成されることから、冷却材用中空管１１内を流れる冷却材の流速を十分に確保でき、もって、優れた除熱効率を実現することができる。
【００６９】
さらに、本実施の形態に係る炉心３０は、炉心３０の後方一面に亘って、遮蔽壁が形成されるので、炉心３０を運転している途中においても作業員は、炉心３０後方で作業することができる。
【００７０】
これらの結果、この燃料集合体１を横置きに装荷して、発熱を伴う運転を行なうことが可能な炉心を実現することができる。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料集合体によれば、冷却材が流通する流路を確保するとともに、１体毎に重量を支持し、撓むことのない燃料集合体を実現することができる。
【００７３】
また、本発明の炉心によれば、この燃料集合体を横置きに装荷して、燃料集合体を積み重ねることなく、発熱を伴う運転を可能とした炉心を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る燃料集合体の一例を示す斜視図。
【図２】第１の実施の形態に係る燃料集合体の正断面図。
【図３】図１に示す燃料集合体のＡ−Ａ断面図。
【図４】ハンドルの一例を示す斜視図。
【図５】ハンドルの変形例を示す斜視図。
【図６】第１の実施の形態に係る燃料集合体が装荷されてなる、第２の実施の形態に係る炉心の一例を示す概念図。
【図７】この種の従来から用いられている縦置き型実験炉の燃料装荷方法の一例を示す概念図。
【図８】この種の従来から用いられている横置き型実験炉の燃料装荷方法の一例を示す概念図。
【図９】縦置き型実験炉に装荷される燃料集合体の一例を示す概要図。
【符号の説明】
１…燃料集合体、
２…燃料装填部、
３…前方反射体、
４…支持部、
５…後方反射体、
６…遮蔽体、
７…ハンドル、
１０…燃料棒、
１１…冷却材用中空管、
１２…計測手段、
１３…柱状構造体、
１４、１５…挿入用穴、
１６…後方支持盤、
１７…間隙、
１８…前方支持盤、
１９…支持穴、
２０…燃料集合体番号、
３０…炉心、
３１…支持体、
３２…燃料装荷口。
７０…燃料収納器。

Claims

柱状構造体に、その軸方向とほぼ平行に複数の挿入用穴を穿孔し、
この挿入用穴に、核燃料物質が充填された少なくとも１本の燃料棒と、前記核燃料物質の核分裂反応により発生する熱を冷却する冷却材を流通させる少なくとも１本の中空管とを挿入し、
前記柱状構造体の軸方向が炉心内でほぼ水平となるように前記炉心に前記柱状構造体を挿入して装荷する場合に、前記炉心内の前記柱状構造体の挿入方向前方側に設けられた支持穴に装着されて前記炉心内に固定される支持部を、前記柱状構造体の挿入方向前端部に備えたことを特徴とする燃料集合体。
請求項１に記載の燃料集合体において、
前記燃料棒から放出される放射線を遮蔽する遮蔽体を、前記柱状構造体の挿入方向後端部に備えたことを特徴とする燃料集合体。
請求項１または請求項２に記載の燃料集合体において、
前記複数の挿入用穴のいずれかに、前記核分裂反応のデータを取得する計測手段を挿入したことを特徴とする燃料集合体。
請求項３に記載の燃料集合体において、
燃料集合体本体の前記炉心への装荷、および前記炉心からの取出し用の把持部を、前記遮蔽体に備えたことを特徴とする燃料集合体。
請求項４に記載の燃料集合体において、
前記把持部に、燃料集合体本体における燃料棒の配置方向に関する基準方向の識別用の識別部を施したことを特徴とする燃料集合体。
請求項５に記載の燃料集合体において、
前記識別部として、前記把持部の表面に燃料集合体番号を表記したことを特徴とする燃料集合体。
請求項１乃至６のうちの少なくとも１項に記載の燃料集合体を、前記軸方向が水平になるように装荷してなる炉心。