JP6802736B2

JP6802736B2 - 原子炉

Info

Publication number: JP6802736B2
Application number: JP2017052406A
Authority: JP
Inventors: 晃久岩崎; 和生廣田; 慎一郎松原; 一輝川村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: JP2018155583A

Description

本発明は、原子炉に関する。

原子力発電設備では、炉心で進行する核分裂反応による熱を用いてタービンを駆動し、発電が行われる。炉心内部には、核燃料が封入された核燃料棒や、核分裂反応の進行を制御する制御棒等の炉心構成要素が格納されている。

炉心構成要素の端部にはエントランスノズルが形成されている。このエントランスノズルが連結管に挿入されることにより、炉心構成要素はそれぞれ自立した状態で支持されている。したがって、地震発生時に上下方向の振動が炉心構成要素に加わった場合、炉心構成要素連結管から上方に跳び上がってしまう。この場合、炉心構成要素が炉心内で散逸し、特に制御棒の挿入に支障を来す可能性がある。

上記のような炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための技術として、下記特許文献１に記載されたダッシュポッド構造を備えるものが知られている。特許文献１に記載された原子炉では、エントランスノズルの嵌合面に形成された段差部と、連結管の嵌合面に形成された段差部とによってダッシュポッド部としての空間が形成されている。これにより、炉心構成要素に跳び上がりを生じさせる力が加わった場合であっても、ダッシュポッド部内に充満した流体（液体）の体積変化を妨げる力が減衰力として作用することで、炉心構成要素の跳び上がりを抑制することができるとされている。

特開２０１３−１１７５００号公報

しかしながら、炉心構成要素の跳び上がりを抑制するためにダッシュポッド構造を設けた従来の原子炉では、連結管の嵌合面と炉心構成要素の嵌合面との間にダッシュポッド構造が形成されている。すなわち、連結管における上端側に立ち上り部などを設けて嵌合面を特定形状に形成するとともに、炉心構成要素におけるエントランスノズル側の嵌合面を特定形状に形成し、両者の相対形状を適切に設定することで、ダッシュポッド構造が形成されている。
そのため連結管と炉心構成要素とのそれぞれの形状に制約があり、炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための構造を設け難く、特に、既存の原子炉に炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための構造を追加することが容易でないという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、上下方向の振動による炉心構成要素の跳び上がりを抑制できる構造を容易に設けることが可能な原子炉を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、原子炉は、内部が液体で満たされる原子炉容器と、該原子炉容器内に設けられ、上下方向に延びる筒状をなすとともに水平方向に複数配列された連結管、及び、該連結管を支持して水平方向に延びる支持板を有する支持構造と、前記連結管に挿入される小径部、該小径部よりも上方に位置する大径部、及び、前記小径部と前記大径部との間に位置して前記連結管に上方から当接して支持される形状変化部を有する炉心構成要素と、を備え、前記炉心構成要素は、前記形状変化部に設けられて前記連結管と対向して開口した収容部と、前記収容部に下方に向かって突没可能に収容され、前記連結管に上方から当接することで減衰力を発生しつつ没する進退部と、を備えている。

本発明によれば、収容部に突没可能に収容された進退部が、連結管に上方から当接することで減衰力を発生しつつ没するように構成されている。そのため炉心構成要素が支持構造から上方へ変位して、形状変化部から進退部が下方へ突出すると、再び下方へ変位して支持構造に当接した際、進退部が没して運動エネルギーを減衰できる。これにより炉心構成要素に上下方向の振動が負荷されても炉心構成要素が支持構造から跳び上がることを抑制できる。

そして収容部及び進退部が炉心構成要素に設けられているので、支持構造の連結管に炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための構造を設ける必要がなく、連結管の構造の自由度が大きい。例えば既存の原子炉の支持構造や連結管をそのまま利用して、炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための構造を実現することも可能である。

本発明の第二の態様によれば、上記第一の態様において、前記炉心構成要素では、前記進退部の進退により容積が増減する貯留部と、前記貯留部に前記液体を流入及び流出させる抵抗流路と、を有する減衰部を前記収容部に設けていてもよい。

この構成によれば、進退部の進退により容積が増減する貯留部と、貯留部に液体を流入及び流出させる抵抗流路と、を有する減衰部を設けているので、進退部の進退により抵抗流路を流れる液体の流動抵抗により、進退部の進退速度に応じた減衰力を発生することができる。しかも減衰部を収容部に設けるので、炉心構成要素の跳び上がりを抑制できる構造を収容部に集約し易い。

本発明の第三の態様によれば、上記第二の態様において、前記炉心構成要素は、前記進退部を下方へ付勢する付勢部を備えていてもよい。
この構成によれば、付勢部により進退部が下方に付勢されるので、炉心構成要素が支持構造から上方に変位した際、形状変化部から進退部が確実に突出することができる。そのため炉心構成要素に上下方向の振動が負荷された際に炉心構成要素が支持構造から跳び上がることを確実に抑制し易い。

本発明の第四の態様によれば、上記第三の態様において、前記炉心構成要素は、内部が前記液体で満たされた筒状をなし、前記付勢部は、前記収容部を前記炉心構成要素内に開口させた連通開口部と、前記進退部に設けられて前記連通開口部を介して前記炉心構成要素内の圧力で下方に加圧される受圧部と、を有していてもよい。

貯留部内へは連通開口部を通じて炉心構成要素の内部から液体が流入する。このため連通開口部での圧力損失によって、炉心構成要素の内部に比べて貯留部内の液体の圧力は低い。
そして上記構成によれば、付勢部が収容部を炉心構成要素内に開口させた連通開口部と進退部の受圧部とを有している。そのため炉心構成要素が上方へ変位した際、進退部の受圧部に炉心構成要素内の高い圧力が作用し、進退部の下端側に支持構造上方における炉心構成要素周囲の低い圧力が作用する。よって炉心構成要素の内部と貯留部の内部との間の差圧によって進退部を下方へ付勢することができる。
これにより炉心構成要素が上方へ変位した際、進退部を確実に下方へ突出させることができ、付勢するための機械部材等を設置する必要がなくて簡素化できる。

本発明の第五の態様によれば、上記第三の態様において、前記収容部は、下向きに開口した有底形状をなし、前記収容部の底部と前記進退部との間に前記貯留部が設けられ、前記収容部の内周側面と前記進退部の外周側面との間の前記抵抗流路が設けられ、前記付勢部は、前記収容部内に配置された弾性部材であってもよい。

この構成によれば、有底穴形状の収容部内に進退部及び弾性部材が配置されると共に貯留部及び抵抗流路が設けられている。そのため炉心構成要素の跳び上がりを抑制するための構造を収容部に集約しつつ、弾性部材によって形状変化部から進退部を確実に突出させて炉心構成要素の跳び上がりを抑制することができる。

本発明の第六の態様によれば、上記第五の態様において、前記連結管には、前記収容部とは異なる位置で前記炉心構成要素に対向して下方から当接可能な突出部が設けられていてもよい。

このような構成によれば、支持構造に炉心構成要素が着座した状態において、進退部の周りで収容部が設けられていない位置で突出部が炉心構成要素を下方から支持できる。このため進退部へ支持構造から全ての荷重がかかることを回避できる。よって弾性部材が振動し、着座状態が不安定となることを回避できる。また炉心構成要素が支持構造に着座した状態において、例えば弾性部材を過剰に圧縮するようなことを防止できる。

本発明の第七の態様によれば、上記第五又は第六の態様において、前記進退部の上端面には、前記弾性部材を収容可能な凹形状の格納部が設けられていてもよい。

このような構成によれば、進退部の上端面に格納部が設けられているので、炉心構成要素が支持構造に着座した状態において、弾性部材である付勢部を格納部内に収容できる。よって炉心構成要素が支持構造に着座した状態において、弾性部材を過剰に圧縮するようなことを回避できる。

本発明によれば、上下方向の振動による炉心構成要素の跳び上がりを抑制できる構造を容易に設けることが可能な原子炉を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る原子炉の構成を示す図である。本発明の第一実施形態に係る炉心構成要素を示す斜視図である。本発明の第一実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造に着座した状態を示す。本発明の第一実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造から上方へ変位した状態を示す。本発明の第一実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造から上方へ変位した後に炉心構成要素が下方の支持構造上に向かって変位した状態を示す。本発明の第一実施形態に係る炉心構成要素の付勢部及び減衰部を示す拡大断面図である。本発明の第二実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造に着座した状態を示す。本発明の第二実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造から上方へ変位した状態を示す。本発明の第二実施形態に係る炉心構成要素、及び支持構造の構成を示す拡大断面図であり、炉心構成要素が支持構造から上方へ変位した後に炉心構成要素が下方の支持構造上に変位した状態を示す。本発明の第二実施形態に係る炉心構成要素の付勢部及び減衰部を示す拡大断面図である。本発明の第三実施形態に係る炉心構成要素の付勢部及び減衰部を示す拡大断面図である。本発明の第四実施形態に係る炉心構成要素の付勢部及び減衰部を示す拡大断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る原子炉１は、原子炉容器２と、炉心３と、支持構造４と、上部構造物５と、を備えている。

原子炉容器２は、原子炉容器本体６と、遮蔽プラグ７と、冷却材入口配管８及び冷却材出口配管９と、隔壁１０と、を有する。原子炉容器本体６の上部には開孔部１１が形成され、上部とは反対側の底部を鉛直下方に向けて原子炉格納容器（図示省略）内に格納されている。遮蔽プラグ７は、原子炉容器本体６における上記開孔部１１に配置されることで、該開孔部１１を封止している。冷却材入口配管８及び冷却材出口配管９は、原子炉容器２内への冷却材Ｃ（一次主冷却材）の出入口を形成する。隔壁１０は、中央部に開孔が形成された板状の部材である。隔壁１０は、原子炉容器２の内部で水平方向に延びることで、原子炉容器２内を上下方向に区画している。また、この原子炉容器２の内部は液体としての冷却材Ｃによって満たされている。

炉心３は、主として燃料棒集合体や、制御棒集合体を有し、原子炉容器２内の中央部に配置される。ここでは、燃料棒集合体や制御棒集合体など炉心３を構成する要素を総称して炉心構成要素１４と呼ぶ。なお、本実施形態に係る支持構造４は、炉心構成要素１４のうち、燃料棒１５に対して特に好適に採用することができる。

支持構造４は、図１及び図２に示すように、炉心構成要素１４を下方から支持するために原子炉容器２内に設けられた構造物であり、上下方向から見て原子炉容器２の中央部に配置される。隔壁１０は、この支持構造４と原子炉容器２とに固定されている。
支持構造４は、水平方向に延びる支持板１２と、この支持板１２に上方から挿通されて支持された複数の連結管１３と、を有している。連結管１３は上下方向に延びる筒状をなし、水平方向に配列されている。各連結管１３には、炉心構成要素１４が１つずつ配置されている（図２参照）。

上部構造物５は、例えば炉心構成要素１４である制御棒を駆動するための駆動装置等を含む。この上部構造物５は、炉心３の上方に配置され、遮蔽プラグ７を上下方向に貫通するとともに、該遮蔽プラグ７によって原子炉容器２に対して固定される。

次に、上記の支持構造４及び炉心構成要素１４の構成について詳述する。
支持構造４は、水平方向に広がる支持板１２と、支持板１２によって支持される複数の連結管１３と、を有している。支持板１２は、軸線Ａｃ方向（上下方向）に間隔をあけて配列された上側板部２４及び下側板部２５を有している（図１参照）。上側板部２４と下側板部２５との間の空間には冷却材Ｃの一部が流通する。

連結管１３は、上側板部２４及び下側板部２５の挿入開孔２６に上側から挿入されることで支持されている。本実施形態に係る連結管１３は、筒状部２８と、連結管側段差部３０と、を有している。
筒状部２８は、支持構造４に挿入される部位であり、連結管１３に燃料棒１５が挿入されている状態において、筒状部２８の内周面とエントランスノズル１６の外周面との間には間隙３１が形成されている。この間隙３１は、軸線Ａｃ方向から見て円環状をなすとともに、当該軸線Ａｃ方向にわたって広がる空間であり、エントランスノズル１６の流入開孔２０が配置されている。

筒状部２８における軸線Ａｃ方向の中央部には、上側板部２４と下側板部２５との間の空間を臨む開孔３２が形成されている。開孔３２を経て、上側板部２４と下側板部２５との間の空間内を流通する冷却材Ｃの一部が間隙３１内に取り込まれる。

連結管側段差部３０は、上側板部２４の上側の面と当接する円環状のフランジ部３６と、このフランジ部３６の内周側に一体に設けられた段差部本体３７と、を有している。
フランジ部３６は挿入開孔２６の開孔寸法よりも大きい。フランジ部３６が上側板部２４に対して上側から当接することで、当該連結管１３が下方へ脱落することなく支持される。

段差部本体３７は、燃料棒１５のノズル側段差部１８を上方から当接させて支持する部位であり、燃料棒１５におけるノズル側段差部１８の外表面２３に対して外周側から及び下方から対向する対向面３８を有している。本実施形態では対向面３８はノズル側段差部１８の外表面２３に対応して上方に向かうに従って拡径した略円錐台の外周面の形状をなしている。ここで対向面３８は、略円錐台の外周面の形状をなす場合に限らず、球面状,
曲面状等をなしていてもよい。

炉心構成要素１４としての燃料棒１５は、上下方向に延びる軸線Ａｃを中心とする円柱状又は角柱状をなしている。具体的には燃料棒１５は、水平方向の形状が相対的に小さいエントランスノズル１６（小径部）と、このエントランスノズル１６よりも上方に位置し、水平方向の形状が相対的に大きな断面形状を有する燃料棒本体１７（大径部）と、エントランスノズル１６および燃料棒本体１７を上下方向に接続するノズル側段差部１８（形状変化部）と、を有している。
燃料棒１５の内側の領域は、上下方向にわたって中空に形成されている。当該中空部は、外部から流入した冷却材Ｃが下方から上方に向かって流通させる冷却材流路１９の一部を構成している。

エントランスノズル１６は、燃料棒１５の下端側に設けられ、連結管１３に挿入されることで支持構造４内に挿入される部位である。エントランスノズル１６には、周囲を流通する液体としての冷却材Ｃを冷却材流路１９に取り入れるための複数の流入開孔２０が形成されている。エントランスノズル１６の下側の端部は、封止部材２１によって封止されている。
燃料棒本体１７は、核燃料等を内蔵することで、燃料棒１５の主要部をなす部材である。燃料棒本体１７は、軸線Ａｃ方向から見て六角形の断面形状を有している。燃料棒本体１７の内側の空間が冷却材流路１９の一部を構成している。

ノズル側段差部１８は、エントランスノズル１６と燃料棒本体１７との間に位置し、エントランスノズル１６と燃料棒本体１７とを軸線Ａｃに沿って同軸に連結する部位である。より具体的には、ノズル側段差部１８は、エントランスノズル１６側から燃料棒本体１７側に向かうにしたがって次第に拡径する外表面２３を有している。外表面２３は円錐面状、球面状、曲面状等をなしていてもよい。

燃料棒１５のノズル側段差部１８は、収容部４０と、収容部４０に収容された進退部４１と、進退部４１を付勢するように設けられた付勢部４２と、進退部４１の進退で減衰力を生じるように設けた減衰部４３と、を備えている。
収容部４０は、上下方向に延びる軸線Ａｃに沿って燃料棒１５に設けられた中空部位であり、ノズル側段差部１８の連結管１３と対向する外表面に開口して設けられている。収容部４０は単数又は複数の孔としてもよいが、本実施形態では弧状又は環状に設けた間隙により構成されている。この収容部４０では水平方向の断面形状が軸線Ａｃに沿って略一定形状に連続するのがよい。

本実施形態に係る収容部４０は、ノズル側段差部１８の外表面２３周囲の空間、即ち、支持構造４上方における燃料棒１５の外側周囲の空間と、燃料棒１５内部の冷却材流路１９と、の間を上下に連通している。
この収容部４０は下端側の下部収容部４４と上端側の上部収容部４５とを有する。上部収容部４５は下部収容部４４より太く形成され、上端には冷却材流路１９に開口した連通開口部４６が設けられている。

進退部４１は、上下方向に延びる軸線Ａｃに沿う形状を有し、収容部４０に下方に向かって突没可能に収容されている。進退部４１は、下端側の下部進退部４７と上端側となる上部進退部４８とを有している。
下部進退部４７は収容部４０の下部収容部４４に応じた水平断面形状を有している。下部進退部４７が下部収容部４４よりも細く形成されることで、下部進退部４７と下部収容部４４との間に上下方向に延びる間隙からなる抵抗流路４９が形成されている。
進退部４１が上方に没した状態、即ち、最も上部に配置された状態で下部進退部４７の上端側が上部収容部４５内に配置され、下部進退部４７と上部収容部４５との間に貯留部５０が形成される。

下部進退部４７の下端面には、下向きに突出した球面形状の球面座５１が設けられている。球面座５１は連結管１３の対向面３８と当接している。進退部４１が最も上部に配置された状態で下部進退部４７の下端面がノズル側段差部１８の外表面２３と略連続する位置に配置されている。

進退部４１の上部進退部４８は、収容部４０の上部収容部４５に対応した水平断面形状を有して板状に形成されている。上部進退部４８が上部収容部４５に収容されることで、上部進退部４８より下方に形成される貯留部５０の上端が閉じられている。
上部進退部４８と上部収容部４５との間には微小な間隙が設けられている。

付勢部４２は、収容部４０内に収容された進退部４１を下方へ付勢する構造を有している。即ち本実施形態に係る付勢部４２は、連通開口部４６と、進退部４１の上部進退部４８に設けられた受圧部５２を用いて構成されている。上部進退部４８の上面に設けられた受圧部５２には、後述するメカニズムによって燃料棒本体１７内の冷却材流路１９から圧力が負荷されている。また、連通開口部４６は上部進退部４８と上部収容部４５との間に設けられた微小な間隙である。

減衰部４３は、進退部４１の進退速度に応じて進退部４１に受ける運動エネルギーに対する減衰力を発生する構造を有している。即ち本実施形態に係る減衰部４３は、収容部４０と進退部４１との間に形成された抵抗流路４９と貯留部５０とを用いて構成されている。

抵抗流路４９は収容部４０と進退部４１との間の間隙に設けられているので、一端が支持構造４の上方における燃料棒１５の外側周囲の空間に開口し、他端が貯留部５０に開口している。抵抗流路４９は、収容部４０の進退位置に拘わらず、下部収容部４４の上下方向の長さを有する。

上部進退部４８により貯留部５０の上端が閉じられているため、進退部４１の進退により貯留部５０の容積が増減する。貯留部５０の容積の増減により抵抗流路４９及び連通開口部４６を介して貯留部５０に液体が流入又は流出する構成である。
減衰部４３では、抵抗流路４９を介して貯留部５０に液体が流入又は流出する際の流動抵抗により進退部４１が受ける運動エネルギーを減衰するように構成されている。また連通開口部４６でも運動エネルギーが減衰されるようになっている。

以上のような原子炉１では、図３に示す通常の稼働時に炉心構成要素が支持構造に着座した状態では、炉心３（燃料棒１５）での核分裂反応により、熱が発生する。さらに、冷却材Ｃが上記の冷却材入口配管８から原子炉容器２内の下部に供給された後、下方から上方に向かって流れる。冷却材Ｃは連結管１３を経て燃料棒１５の内部を通過しながら炉心３の熱を吸収する。高温となった冷却材Ｃは、冷却材出口配管９から原子炉容器２の外部に送出される。

そして、収容部４０の上部収容部４５と進退部４１の上部進退部４８との間の間隙を通して、冷却材流路１９の冷却材Ｃが貯留部５０に流入し、貯留部５０から抵抗流路４９を通して燃料棒１５の周囲に流出している。上部収容部４５と上部進退部４８との間の狭い間隙（連通開口部４６）から貯留部５０に冷却材Ｃが流入するため、その際の圧力損失により貯留部５０内の液体は冷却材流路１９より低圧に保たれている。

よって貯留部５０内の冷却材Ｃと冷却材流路１９内の冷却材Ｃとの間の圧力差によって、付勢部４２では受圧部５２に下方へ向かう力が常時負荷されることで、進退部４１が下方に付勢されている。

進退部４１が下方に付勢されることで、下部進退部４７に設けられた球面座５１は、連結管１３の略円錐形状の対向面３８に加圧状態で線接触する。冷却材流路１９の圧力が受圧部５２に負荷されて進退部４１が下方に付勢されているため、その付勢力により燃料棒１５が支持構造４に支持される。

地震などにより上下方向の振動が原子炉１に負荷され、図４に示すように、燃料棒１５が支持構造４から上方へ変位し、例えば跳び上がると、冷却材流路１９と貯留部５０との圧力差により、進退部４１がノズル側段差部１８から下方へ突出する。

その後、図５及び図６に示すように上方へ変位した燃料棒１５が下方の支持構造４へ向かって変位し、例えば支持構造４上へ落下すると、減衰部４３ではノズル側段差部１８から下方へ突出した進退部４１が先に支持構造４の連結管１３に上方から当接し、収容部４０へ収容される。

この際、燃料棒１５が支持構造４上へ変位して進退部４１が没して後退することで、貯留部５０の容積は増大し、抵抗流路４９を流動して貯留部５０に冷却材Ｃを吸引する。また抵抗流路４９では進退部４１の進退速度に対応して液体が流動して流動抵抗が生じるため、進退部４１の進退速度に応じて進退部４１の移動抵抗が生じる。またこの際には抵抗流路４９及び連通開口部４６を流動する冷却材Ｃの流速が急激に増加するため、進退部４１がダッシュポットとして機能し進退部４１が支持構造４から受ける運動エネルギーに対する減衰力が発生し、上方へ変位した燃料棒１５が支持構造４上に変位する際の衝撃を緩和できる。

以上のような原子炉１によれば、収容部４０に突没可能に収容された進退部４１が、連結管１３に上方から当接することで減衰力を発生しつつ没するように構成されていることで、上下方向の振動が負荷されても燃料棒１５が支持構造４から跳び上がることを抑制できる。

即ち、本実施形態の原子炉１では、付勢部４２により、冷却材Ｃの圧力差で進退部４１が下方に付勢されるので、燃料棒１５が支持構造４から上方に変位した際、ノズル側段差部１８から進退部４１を確実に突出させることができる。そして進退部４１が再び支持構造４に接触して退避することにより、進退部４１をいわゆるダッシュポットとして機能し、進退部４１の進退により抵抗流路４９を流れる液体の流動抵抗により、進退部４１の移動速度に応じた減衰力を発生できる。

よって進退部４１を下方に付勢するための機械部材を別途設置する必要がなく、減衰部４３を収容部４０に設けるので燃料棒１５の跳び上がりを抑制する構造を収容部４０に集約し易い。構造を簡素化しつつ上下方向の振動が原子炉１に負荷された際に燃料棒１５が支持構造４から跳び上がることを確実に抑制できる。

そして、このような収容部４０及び進退部４１が燃料棒１５に設けられているので、支持構造４の連結管１３などには、燃料棒１５の跳び上がりを抑制するための構造を設ける必要がなく、連結管１３の構造の自由度が確保できる。例えば既存の原子炉の支持構造４や連結管１３をそのまま利用して、燃料棒１５の跳び上がりを抑制するための構造を実現することも可能である。
従ってこの実施形態の原子炉１では、上下方向の振動による燃料棒１５の跳び上がりを抑制できる構造を容易に設けることができる。

なお、上記の実施形態では、炉心構成要素１４としての燃料棒１５を支持構造４によって支持する場合について説明した。しかしながら、炉心構成要素１４としては燃料棒１５の他に、制御棒の上下動を案内する制御棒案内管を用いることも可能である。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図７から図１０を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第二実施形態の原子炉１Ａでは、炉心構成要素１４の構成が異なる他は、第一実施形態と同様である。

第二実施形態に係る原子炉１Ａの炉心構成要素１４である燃料棒１５では、燃料棒１５のノズル側段差部１８に、収容部４０Ａと、収容部４０Ａに収容された進退部４１Ａと、進退部４１を付勢するように設けられた付勢部４２Ａと、進退部４１の進退で減衰力を生じるように設けた減衰部４３Ａと、を備えている。

第二実施形態では、収容部４０Ａが下向きに開口した有底の溝形状に設けられている。収容部４０Ａの水平断面形状は上下方向に延びる軸線Ａｃに沿って略一定に形成されている。
進退部４１Ａは、上下方向に延びる軸線Ａｃに沿う形状を有し、収容部４０Ａに下方に向かって突没可能に収容されている。

進退部４１Ａが上方に没した状態で進退部４１Ａの上端と収容部４０Ａの上端の底部との間に貯留部５０Ａが設けられている。収容部４０Ａ内の貯留部５０Ａに配置されたバネ等の弾性部材５３により付勢部４２Ａが構成されている。

収容部４０Ａの内側内周側面と進退部４１Ａの内側外周側面との間、収容部４０Ａの外側内周側面と進退部４１Ａの外側外周側面との間の一方又は双方に上下方向に延びる間隙からなる抵抗流路４９Ａが設けられている。抵抗流路４９Ａはノズル側段差部１８の外表面２３周囲の空間と貯留部５０Ａとの間を上下に連通している。

このような第二実施形態の原子炉１Ａでは、図７に示す炉心構成要素が支持構造に着座した状態の通常の稼働時には、弾性部材５３により進退部４１Ａが下方に付勢されている。また貯留部５０Ａには冷却材Ｃからなる液体が充満している。
地震などにより上下方向の振動が原子炉１に負荷され、図８に示すように、燃料棒１５が支持構造４から上方へ変位すると、弾性部材５３の付勢力により、進退部４１Ａがノズル側段差部１８から下方へ突出する。
これに伴い、貯留部５０Ａの容積が増大して、例えばノズル側段差部１８の周囲の空間や冷却材流路１９から冷却材Ｃが流入する。

そして図９及び図１０に示すように、上方へ変位した燃料棒１５が下方の支持構造４へ向かって変位すると、減衰部４３Ａではノズル側段差部１８から下方へ突出した進退部４１Ａが先に支持構造４の連結管１３に上方から当接して収容部４０Ａへ没し、収容部４０Ａに収容される。

燃料棒１５が支持構造４上へ変位して進退部４１が没して後退することで、貯留部５０Ａの容積が減少し、抵抗流路４９Ａを流動して貯留部５０Ａから冷却材Ｃを流出する。抵抗流路４９Ａでは、冷却材Ｃの流速が急激に増大し、進退部４１Ａの進退速度に対応して液体が流動して流動抵抗が生じるため、進退部４１Ａの進退速度に応じて進退部４１Ａの移動抵抗が生じる。
これにより進退部４１Ａが受ける運動エネルギーに対する減衰力が発生し、上方へ変位した燃料棒１５が支持構造４上に変位する際の衝撃を減衰できる。その結果、地震等により上下方向の振動が負荷されても燃料棒１５の跳び上がりを抑制することができる。

この第二実施形態の原子炉１Ａにおいても、第一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
即ち、収容部４０Ａに突没可能に収容された進退部４１Ａが、連結管１３に上方から当接することで減衰力を発生しつつ没するように構成され、支持構造４の連結管１３などに燃料棒１５の跳び上がりを抑制するための構造を別途設ける必要がない。そのため、連結管１３の構造の自由度が確保しつつ燃料棒１５が支持構造４から跳び上がることを抑制できる。

また進退部４１Ａの進退で容積が増減する貯留部５０Ａと、貯留部５０Ａに冷却材Ｃを流入及び流出させる抵抗流路４９Ａと、を有する減衰部４３Ａを設けているので、冷却材Ｃの流動抵抗により進退部４１Ａの進退速度に応じた減衰力を発生できる。
さらに弾性部材５３である付勢部４２Ａにより、進退部４１Ａが下方に付勢されているので、支持構造４から上方に変位した際、ノズル側段差部１８から進退部４１Ａを確実に突出させることができる。

しかも、第二実施形態の原子炉１Ａでは、有底穴形状の収容部４０Ａ内に進退部４１Ａ及び付勢部４２Ａの弾性部材５３が配置されると共に貯留部５０Ａ及び抵抗流路４９Ａが設けられていても、燃料棒１５の跳び上がりを抑制するための構造を収容部４０Ａに集約できる。

ここで、本実施形態では、収容部４０Ａの上面と冷却材流路１９とを連通する連通路（例えば第一実施形態の連通開口部４６等）を設けてもよい。これにより、第一実施形態と同様に冷却材Ｃの圧力差によっても、進退部４１Ａを下方に付勢することができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図１１を参照して説明する。なお、上記第二実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第三実施形態の原子炉１Ｂでは、連結管１３の上端面の構成が異なる他は、第二実施形態と同様である。
図１１に示すように、第三実施形態の原子炉１Ｂでは、連結管１３の連結管側段差部３０に上方に突出した球面座５４（突出部）が設けられている。
球面座５４は軸線Ａｃを中心とした環状に設けてられており、ノズル側段差部１８における収容部４０Ａ及び進退部４１Ａとは異なる位置に対向して配置されている。

このような第三実施形態の原子炉１Ｂにおいても第二実施形態と同様の作用効果が得られる。
さらに本実施形態では、炉心構成要素１４が支持構造４に着座した状態において、球面座５４がノズル側段差部１８に当接することで、燃料棒１５と連結管１３との上下方向の位置を規制することができる。

よって炉心構成要素１４が支持構造４に着座した状態において、弾性部材５３が振動し、着座状態が不安定となることを回避できる。
また炉心構成要素１４が支持構造４に着座した状態において、例えば弾性部材５３を過剰に圧縮するようなことを防止でき、進退部４１Ａへの支持構造４からの荷重が直接作用することも回避できる。
ここで球面座５４は連結管１３側に設けられる場合に限定されず、ノズル側段差部１８側に設けられていてもよい。即ち、球面座５４は炉心構成要素１４に収容部４０とは異なる位置で連結管１３（連結管側段差部３０）に対向して、連結管１３に上方から当接可能に設けられていてもよい。この場合であっても支持構造４の着座状態が不安定となることを回避でき、弾性部材５３を過剰に圧縮するようなことを防止できる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図１２を参照して説明する。なお、上記第二実施形態及び第三実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
第四実施形態の原子炉１Ｃでは、進退部４１の構成が異なる他は、第二実施形態と同様である。
図１２に示すように、第四実施形態の原子炉１Ｃでは、進退部４１Ｃの上端面から下方に凹むことで弾性部材５３を収容する凹形状の格納部５５を設けている。これにより進退部４１Ｃの上端面には、径方向外側及び内側の端部の位置で上方に突出するように突出縁部５６が設けられている。軸線Ａｃに沿う断面を見た時に、径方向外側及び内側の各々の突出縁部５６は、上方に向かって徐々に肉厚が薄くなっていく。即ち格納部５５は軸線Ａｃに沿う断面を見た時に、上方に向かって径方向の寸法が徐々に大きくなる断面台形状をなしている。ただし格納部５５はこのような形状に限定されず、単に弾性部材５３を収容可能な形状をなしていればよい。

このような第四実施形態の原子炉１Ｃにおいても第二実施形態と同様の作用効果が得られる。
特に本実施形態では、進退部４１Ｃの上端面に格納部５５が設けられているので、炉心構成要素１４が支持構造４に着座した状態において、突出縁部５６の上端が有底形状の収容部４０Ａの上端部に当接することで、弾性部材５３である付勢部４２Ａを格納部５５内に収容できる。
そのため炉心構成要素が支持構造に着座した状態において、弾性部材５３を過剰に圧縮するようなことを防止できる。

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して説明した。なお、上記の各実施形態は一例に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更を加えることが可能である。
例えば各実施形態では、収容部４０と進退部４１（４１Ａ、４１Ｃ）との間の間隙に付勢部４２（４２Ａ）や減衰部４３（４３Ａ）を設けた例について説明したが、特に限定されるものではなく、収容部４０内に収容された進退部４１に付勢力や減衰力を与えるように構成することも可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…原子炉
２…原子炉容器
３…炉心
４…支持構造
５…上部構造物
６…原子炉容器本体
７…遮蔽プラグ
８…冷却材入口配管
９…冷却材出口配管
１０…隔壁
１１…開孔部
１２…支持板
１３…連結管
１４…炉心構成要素
１５…燃料棒
１６…エントランスノズル
１７…燃料棒本体
１８…ノズル側段差部
１９…冷却材流路
２０…流入開孔
２１…封止部材
２３…外表面
２４…上側板部
２５…下側板部
２６…挿入開孔
２８…筒状部
３０…連結管側段差部
３１…間隙
３２…開孔
３６…フランジ部
３７…段差部本体
３８…対向面
４０、４０Ａ…収容部
４１、４１Ａ、４１Ｃ…進退部
４２、４２Ａ…付勢部
４３、４３Ａ…減衰部
４４…下部収容部
４５…上部収容部
４６…連通開口部
４７…下部進退部
４８…上部進退部
４９、４９Ａ…抵抗流路
５０、５０Ａ…貯留部
５１…球面座
５２…受圧部
５３…弾性部材
５４…球面座
５５…格納部
５６…突出縁部
Ａｃ…軸線
Ｃ…冷却材

Claims

内部が液体で満たされる原子炉容器と、
該原子炉容器内に設けられ、上下方向に延びる筒状をなすとともに水平方向に複数配列された連結管、及び、該連結管を支持して水平方向に延びる支持板を有する支持構造と、
前記連結管に挿入される小径部、該小径部よりも上方に位置する大径部、及び、前記小径部と前記大径部との間に位置して前記連結管に上方から当接して支持される形状変化部を有する炉心構成要素と、
を備え、
前記炉心構成要素は、前記形状変化部に設けられて前記連結管と対向して開口した収容部と、前記収容部に下方に向かって突没可能に収容され、前記連結管に上方から当接することで減衰力を発生しつつ没する進退部と、を備える原子炉。
前記炉心構成要素では、前記進退部の進退により容積が増減する貯留部と、前記貯留部に前記液体を流入及び流出させる抵抗流路と、を有する減衰部を前記収容部に設けた請求項１に記載の原子炉。
前記炉心構成要素は、前記進退部を下方へ付勢する付勢部を備え、
前記炉心構成要素は、内部が前記液体で満たされた筒状をなし、
前記付勢部は、前記収容部を前記炉心構成要素内に開口させた連通開口部と、前記進退部に設けられて前記連通開口部を介して前記炉心構成要素内の圧力で下方に加圧される受圧部と、を有する請求項２に記載の原子炉。
前記炉心構成要素は、前記進退部を下方へ付勢する付勢部を備え、
前記収容部は、下向きに開口した有底形状をなし、
前記収容部の底部と前記進退部との間に前記貯留部が設けられ、
前記収容部の内周側面と前記進退部の外周側面との間の前記抵抗流路が設けられ、
前記付勢部は、前記収容部内に配置された弾性部材である請求項２に記載の原子炉。
前記連結管には、前記収容部とは異なる位置で前記炉心構成要素に対向して下方から当接可能な突出部が設けられている請求項４に記載の原子炉。
前記進退部の上端面には、前記弾性部材を収容可能な凹形状の格納部が設けられている請求項４又は５に記載の原子炉。