JP7340698B2 - 原子炉ヘッド、このような原子炉ヘッドを含む原子炉および原子炉のメンテナンス方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉容器内に収容された炉心、炉心の反応度を調整するために炉心の内外へ移動させるべき原子炉容器の内側に収容された可動制御棒、および制御棒を移動させるために原子炉容器の外側に位置設定された制御棒駆動機構を含む核燃料反応炉の分野に関する。

原子炉は、原子炉容器内に収容された炉心で構成されており、この原子炉容器は、容器シェルおよびこの容器シェルの頂端部を閉鎖する容器頂部ヘッドを含んでいる。炉心は、核分裂性物質を格納する。使用中、冷却材流体が炉心を通って流れる。冷却材流体は、核反応を加減し炉心から熱を回収する機能を有する。

原子炉は、炉心の反応度を調整するために炉心の内外に移動可能な制御棒も含んでいる。

制御棒を炉心内に挿入することで、炉心の反応度は低下し、炉心から制御棒を取外すと炉心の反応度は上昇する。

原子炉は、制御棒を移動させるように構成された制御棒駆動機構を含む。制御棒は、制御棒アセンブリの形に集合させられる。各制御棒アセンブリは、互いにしっかりと取付けられた複数の制御棒を含む。各制御駆動機構は、それぞれ１つの制御棒アセンブリを駆動する。

各制御棒駆動機構は、原子炉容器の外側に位置設定され、貫通部を介して容器頂部ヘッドを通って延在するシャフトを介して制御棒アセンブリを駆動する。

各貫通部は、貫通部軸に沿って容器頂部ヘッドを通って延在し、容器頂部ヘッドに固定された貫通部管を、貫通部軸に沿って制限されたクリアランスを伴って貫通部管の内側に位置設定された熱スリーブと共に含む。この制限されたクリアランスは、貫通部軸に沿った貫通部管との関係における熱スリーブの運動を可能にする。

熱スリーブは、貫通部管の内側で懸吊されている。熱スリーブは、熱スリーブを軸方向に保定するためのものである貫通部管の担持表面上に載っている拡大上端部分を有する。

熱スリーブの下端部は、原子炉容器の内側にある貫通部管の内側に突出している。熱スリーブの下端部は、制御棒案内管の上端部と位置合わせされている。駆動シャフトは、熱スリーブの内側で、制御棒案内管内へと延在している。

熱スリーブは軸方向クリアランスを伴って貫通部管の内側に懸吊されていることから、熱スリーブと貫通部管との間の接触部域内に早期摩耗が発生し得る。

本発明の目的の一つは、この早期摩耗現象をよりうまく制御することである。

このために、容器頂部ヘッドと、制御棒駆動機構の制御シャフトが容器頂部ヘッドを通って原子炉の対応する制御案内管まで通過できるようにするため、貫通部軸に沿って容器頂部ヘッドを通って延在する貫通部であって、容器頂部ヘッドを通って延在する貫通部管および、熱スリーブと貫通部管との間に軸方向あそびを伴って貫通部管の内側に貫通部管と同軸的に延在する熱スリーブを含む貫通部と、を含む原子炉ヘッドにおいて、対応する制御棒案内管の上端部と最小限の離隔距離を維持するために熱スリーブの下端部に取付けられたスペーサをさらに含む、原子炉ヘッドが提供されている。

熱スリーブの下端部に具備されたスペーサは、貫通部管との関係における熱スリーブの下向きの移動を制限し、こうして、熱スリーブと貫通部管との間の接触部域における摩耗を回避している。

原子炉容器ヘッドを取外すことにより原子炉容器を開放することを必要とするメンテナンス作業と並行して、熱スリーブの下端部でスペーサをレトロフィットすることが可能である。

熱スリーブの下端部におけるスペーサの追加は、重大なことではなく、原子炉の安全性に対する影響は全く無い。スペーサは低コストで容易に製造できる。

具体的実施形態において、原子炉容器ヘッドは、単独でまたは技術的に実現可能な任意の組合せにしたがって、以下の特徴の単数または複数を含む：
－ 熱スリーブは、下向きに放射状に広がる下端部分を含み、スペーサは下端部分の下縁部に取付けられている；
－ 熱スリーブの下端部分は、円錐台状である；
－ スペーサは、スペーサが制御棒案内管と接触している場合に流体が半径方向に流れることができるようにするための開口部を有している；
－ スペーサは、透かし細工構造を有する；
－ スペーサは、熱スリーブの下端部に取付けられた上端部と下端部とを有する脚部を含み、脚部は、貫通部軸との関係において脚部間を円周方向に延在する開口部を間に画定している；
－ スペーサは、熱スリーブの下端部から軸方向に離隔した台座リングと、熱スリーブの下端部に台座リングを連結する脚部とを含み、脚部は円周方向に離隔して分布している；
－ スペーサは、締結具を用いてかつ／または溶接によって熱スリーブに取付けられている；
－ スペーサは、単数または複数の固定要素を介して熱スリーブに取付けられており、各固定要素はリベットまたはねじ山付き要素である。

本発明は、容器シェルおよび上記で定義した原子炉ヘッドを含む原子炉容器であって、原子炉ヘッドの容器頂部ヘッドが容器シェルの上部開口部を閉鎖している原子炉容器と、原子炉容器の内側に位置設定された制御棒案内管と、制御棒案内管の内側で誘導される制御棒アセンブリと、原子炉容器の外側に位置設定された制御棒駆動機構であって、貫通部を通って延在し制御棒案内管の内側での制御棒アセンブリの運動を制御するために制御棒アセンブリに連結されている制御シャフトを含む制御棒駆動機構と、を含む原子炉も提供している。

本発明は、容器シェルと容器シェルの上部開口部を閉鎖する容器頂部ヘッドを含む原子炉ヘッドとを含む原子炉容器と、制御棒駆動機構の制御シャフトが容器頂部ヘッドを通って原子炉の対応する制御棒案内管まで通過できるようにするため、貫通部軸に沿って容器頂部ヘッドを通って延在する貫通部であって、容器頂部ヘッドを通って延在する貫通部管および、貫通部管との関係における軸方向あそびを伴って貫通部管の内側に貫通部管と同軸的に具備された熱スリーブを含む貫通部と、を含む原子炉のメンテナンス方法において、対応する制御棒案内管の上端部と最小限の離隔距離を維持するために熱スリーブの下端部へのスペーサの取付けを含む方法も提供している。

本発明およびその利点は、単に非限定的な例として提供され添付図面を参照しながら成されている以下の説明を読むことにより、最も良く理解される。

原子炉の断面図である。 図１の原子炉の原子炉ヘッドの貫通部の断面図である。 制御棒案内管の上部部分をさらに例示する図２の貫通部の熱スリーブの下端部分の断面図である。 スペーサが備わった熱スリーブの下端部分の斜視組立図である。 組立て前の下端部分およびスペーサの斜視分解組立図である。

図１の原子炉２は、炉心６を格納する原子炉容器４を含む。

原子炉容器４は、実質的に垂直な中心軸Ａを有する。以下では、「垂直」、「水平」、「上部」、「下部」、「底部」および「頂部」なる用語は、原子炉容器の垂直中心軸を基準にしたものである。

原子炉容器４は、中心軸Ａに沿って延在する実質的に円筒形の容器シェル８および容器シェル８の底端部を閉鎖する容器底部ヘッド１０を含む。容器シェル８は、その頂端部に開口部を有する。

原子炉容器４は、容器シェル８の頂端部を閉鎖する容器頂部ヘッド１４を含む原子炉ヘッド１２を含む。容器頂部ヘッド１４は、取外し可能であり、ねじ１６を介して容器シェル８に取付けられている。

炉心６は、核分裂性物質を含む。炉心６は、原子炉容器４の内側に並んで配設されている複数の核燃料集合体１８で構成されている。各核燃料集合体１８は典型的に、各燃料棒が核分裂性物質を格納している状態で、離隔した関係でアーマチュアにより支持された燃料棒の束を含む。

原子炉容器４は、冷却材流体入口２０、冷却材流出口２２および炉心６を取り囲む内部スリーブ２４を有する。使用中、冷却材流体入口２０に入る冷却材流体は、内部スリーブ２４の外側を下向きに流れ、底端部で内部スリーブ２４内に入り、その後、内部スリーブ２４の内側を垂直方向上向きに炉心６を通って流れてから、冷却材流出口２２を介して原子炉容器から退出する。

原子炉２は、炉心６の反応度を調整するために炉心の内外に移動可能な制御棒２６を含む。制御棒２６は、中性子吸収物質を格納する。

制御棒２６を炉心６内に挿入することで、炉心６の反応度は低下し、炉心６から制御棒２６を取外すことで炉心６の反応度は上昇する。

制御棒は、制御棒アセンブリ２８の形に組合せられる。各制御棒アセンブリ２８は、制御棒２６の束を含む。

原子炉２は、制御棒案内管３０を含む。各制御棒案内管３０は、原子炉容器４の内側で炉心６の上方に位置設定され、制御棒案内管３０の内側を垂直に摺動するそれぞれの制御棒アセンブリ２８を収容する。

各制御棒案内管３０は、各制御棒２６が炉心６内に具備された対応する空間と整列した状態にとどまることを保証するために、対応する制御棒アセンブリ２８のための誘導を提供する。

原子炉は、制御棒２６、具体的には制御棒アセンブリ２８を移動させるために構成されている制御棒駆動機構３２を含む。各制御駆動機構３２は、それぞれの１つの制御棒アセンブリ２８に結び付けられている。

各制御棒駆動機構３２は、原子炉容器４の外側に位置設定され、容器頂部ヘッド１４を通って延在する駆動シャフト３４（図２）を介してそれぞれの制御棒アセンブリ２８を駆動する。各駆動シャフト３４は、容器頂部ヘッド１４を通ってそれぞれの制御棒駆動機構３２を対応する制御棒アセンブリ２８に連結する。

原子炉ヘッド１２は、容器頂部ヘッド１４を通って延在する貫通部３６を含む。各貫通部３６は、それぞれの駆動シャフト３４を収容するような構成を有する。各駆動シャフト３４は、対応する貫通部３６の内側に摺動可能な形で収容される。

各貫通部３６は、貫通部軸Ｂに沿って容器頂部ヘッド１４を通って延在し、容器頂部ヘッド１４に対して固定的に取付けられた貫通部管３８および貫通部管３８の内側に収容されている熱スリーブ４０で構成されている。

各熱スリーブ４０は、貫通部軸Ｂに沿って制限されたクリアランスを伴って対応する貫通部管３８を収容する。この制限されたクリアランスは、貫通部軸に沿った貫通部管との関係における熱スリーブの運動を可能にする。

各熱スリーブ４０は、熱スリーブ４０の上端部分４２を介して、対応する貫通部管３８の内側で懸吊される。熱スリーブ４０は、熱スリーブ４０を軸方向に保定するために貫通部管３８の台座表面４４上に着座する拡大した上端部分４２を有する。

貫通部管３８は、拡大した上端部分４６で構成されている。熱スリーブ４０の上端部分４２は、貫通部管３８の拡大した上端部分４６の内側に収容される。貫通部管３８の台座表面４４は、拡大した上端部分４６の内側に位置設定されている。

熱スリーブ４０の下端部は、原子炉容器４の内側で貫通部管３８から突出している。各貫通部３６のための熱スリーブ４０の下端部は、対応する制御棒案内管３０の上端部と位置合わせされている。駆動シャフト３４は、熱スリーブ４０の内側、ならびに制御棒案内管３０内へと延在する。

図３に例示されているように、制御棒案内管３０の上端部４８は、駆動シャフト３４の通過のための開口部５２が具備されているカバープレート５０によって閉鎖される。開口部５２は、貫通部軸Ｂと整列させられている。

熱スリーブ４０は、貫通部軸Ｂに沿って連続して、上端部分４２、中間部分５２および下端部分５４を有する。中間部分５２は、上端部分４２と下端部分５４との間に延在する。

熱スリーブ４０の下端部分５２は、下向きに放射状に広がっている。熱スリーブ４０の下端部分５２は円錐台状である。熱スリーブ４０の下端部分５２は、熱スリーブ４０の下端部に向かって徐々に増大する直径を伴う円形横断面である。

中間部分５２は、貫通部軸Ｂに沿った一定の横断面を伴う円筒形である。中間部分５２は、円形横断面を有する。

一実施例において、中間部分５２は、熱スリーブ管５６で構成され、下端部分５４は、溶接によってかまたはねじ山付き連結部を介して熱スリーブに取付けられた円錐台５８で構成されている。

熱スリーブ４０には、熱スリーブ４０の下端部に取付けられたスペーサ６０が具備されている。スペーサ６０は、少なくとも、貫通部管３８のための台座表面４４の界面に位置設定された熱スリーブ４０の既定の摩耗の後に、熱スリーブ４０の下端部と対応する制御棒案内管３０との間の軸方向離隔距離を維持するように構成されている。

スペーサ６０は、熱スリーブの上端部分４２と貫通部管３８の台座表面４４との間の既定の摩耗量の後、制御棒案内管３０と接触するように構成されている。

スペーサ６０は、熱スリーブ４０の下端部と対応する制御棒案内管３０との間で貫通部軸Ｂとの関係において半径方向に冷却材流体が流れることができるようにするために構成されている。

スペーサ６０は、開放したフレーム構造を有する。

スペーサ６０は、冷却材流体がスペーサ６０を通って貫通部軸Ｂとの関係において半径方向に流れることができるようにするため、貫通部軸Ｂの周りで円周方向に分布した開口部６２を含む。

スペーサ６０は、熱スリーブ４０の下端部に取付けられ熱スリーブ６４の下端部から下向きに延在して摩耗後に制御棒案内管に接する離隔用脚部６４を含む。

一例示的実施形態において、スペーサ６０は、貫通部軸Ｂに沿って熱スリーブ３８の下端部から離隔した台座リング６６を含み、この台座リング６６は、摩耗後に対応する制御棒案内管３０に接するように構成されている。

図３および４に例示されているように、スペーサは、熱スリーブ４０の下端部から下向きに延在する複数の離隔用脚部６４を介して熱スリーブ４０の下端部に取付けられる台座リング６６を含む。

離隔用脚部６４は、円周方向に分布している。流れ開口部６２が、熱スリーブ４０の下端部と台座リング６６との間で軸方向に、そして離隔用脚部６４の間で円周方向に境界画定されている。

複数の流れ開口部６２が、円周方向に分布している。各流れ開口部６２は、２つの隣接する脚部６４の間で円周方向に、そして熱スリーブ４０の下端部と台座リング６６との間で軸方向に境界画定されている。

流れ開口部６２は、正常運転中に冷却材流体が制御棒案内管３０に出入りできるようにする。原子炉２の非常停止において制御棒２６を落下させる場合、制御棒２６は降下して熱スリーブは上昇し、制御棒駆動機構内へと上向きに冷却材流体が流れることができるようにする。

スペーサ６０は当初、熱スリーブ４０から離隔しており、熱スリーブ４０に取付けられる。

スペーサ６０は、リベットおよび／またはねじなどの締結具、詳細にはねじなどのねじ山付き締結具を用いて熱スリーブ４０に取付けられる。代替的にまたは任意には、スペーサ６０は、溶接によって熱スリーブ４０に取付けられる。

少なくとも１つの熱スリーブ４０、詳細には各熱スリーブ４０が、熱スリーブ４０の下端部に取付けられたスペーサ６０を備えていない原子炉２に対して、原子炉２のメンテナンス方法が適用される。

該メンテナンス方法は、原子炉２の停止中に実施される。該メンテナンス方法は、容器シェル８からの容器頂部ヘッド１４の取外しおよび、熱スリーブ４０の下端部へのスペーサ６０の取付けを含む。

本発明により、熱スリーブ４０の交換が必要になると思われる熱スリーブの上端部の早期摩耗を回避することが可能となる。熱スリーブ４０の下端部へのスペーサ６０の取付けは、通常のメンテナンス作業中で行なうことができ、熱スリーブ４０の交換よりもはるかに容易である。

２ 原子炉
４ 原子炉容器
６ 炉心
８ 容器シェル
１０ 容器底部ヘッド
１２ 原子炉ヘッド
１４ 容器頂部ヘッド
１６ ねじ
１８ 核燃料集合体
２０ 冷却材流体入口
２２ 冷却材流出口
２４ 内部スリーブ
２６ 制御棒
２８ 制御棒アセンブリ
３０ 制御棒案内管
３２ 制御棒駆動機構
３４ 駆動シャフト
３６ 貫通部
３８ 貫通部管
４０ 熱スリーブ
６０ スペーサ
６２ 流れ開口部
６４ 離隔用脚部
６６ 台座リング
Ａ 中心軸
Ｂ 貫通部軸

Claims (10)

1. 容器頂部ヘッド（１４）と、
   制御棒駆動機構（３２）の制御シャフト（３４）が前記容器頂部ヘッド（１４）を通って原子炉（２）の対応する制御案内管（３０）まで通過できるようにするため、貫通部軸（Ｂ）に沿って前記容器頂部ヘッド（１４）を通って延在する貫通部（３６）であって、前記容器頂部ヘッド（１４）を通って延在する貫通部管（３８）および、熱スリーブ（４０）と前記貫通部管（３８）との間に軸方向あそびを伴って前記貫通部管（３８）の内側に前記貫通部管（３８）と同軸的に延在する熱スリーブ（４０）を含む、貫通部（３６）と、を含む原子炉ヘッド（１２）であって、前記原子炉ヘッドがさらに
   前記対応する制御棒案内管（３０）の上端部との離隔距離を維持するために前記熱スリーブ（４０）の下端部に取付けられたスペーサ（６０）を含み、前記スペーサ（６０）が、透かし細工構造を有する、原子炉ヘッド（１２）。
2. 前記熱スリーブ（４０）が、下向きに放射状に広がる下端部分（５４）を含み、前記スペーサ（６０）が、前記下端部分（５４）の下縁部に取付けられている、請求項１に記載の原子炉ヘッド。
3. 前記熱スリーブ（４０）の前記下端部分（５４）が、円錐台状である、請求項２に記載の原子炉ヘッド。
4. 前記スペーサ（６０）が、前記スペーサ（６０）が前記制御棒案内管（３０）と接触している場合に流体が半径方向に流れることができるようにするための開口部（６２）を有している、請求項１から３のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド。
5. 前記スペーサ（６０）が、前記熱スリーブ（４０）の前記下端部に取付けられた上端部と下端部とを有する脚部（６４）を含み、前記脚部が、前記貫通部軸（Ｂ）との関係において脚部（６４）間を円周方向に延在する開口部（６２）を間に画定している、請求項１から４のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド。
6. 前記スペーサ（６０）が、前記熱スリーブ（４０）の前記下端部から軸方向に離隔した台座リング（６６）と、前記熱スリーブ（４０）の前記下端部に前記台座リング（６６）を連結する脚部（６４）とを含み、前記脚部が円周方向に離隔して分布している、請求項１から５のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド。
7. 前記スペーサ（６０）が、締結具を用いてかつ／または溶接によって前記熱スリーブ（４０）に取付けられている、請求項１から６のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド。
8. 前記スペーサ（６０）が、単数または複数の固定要素を介して前記熱スリーブ（４０）に取付けられており、各固定要素がリベットまたはねじ山付き要素である、請求項１から７のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド。
9. 容器シェル（８）および請求項１から８のいずれか一つに記載の原子炉ヘッド（１２）を含む原子炉容器（４）であって、前記原子炉ヘッド（１２）の前記容器頂部ヘッド（１４）が前記容器シェル（８）の上部開口部を閉鎖している原子炉容器（４）と、前記原子炉容器（４）の内側に位置設定された制御棒案内管（３０）と、前記制御棒案内管（３０）の内側で誘導される制御棒アセンブリ（２８）と、前記原子炉容器（４）の外側に位置設定された制御棒駆動機構（３２）であって、前記貫通部（３６）を通って延在し前記制御棒案内管（３０）の内側での前記制御棒アセンブリ（２８）の運動を制御するために前記制御棒アセンブリ（２８）に連結されている制御シャフト（３４）を含む制御棒駆動機構（３２）と、を含む原子炉。
10. 原子炉容器（４）であって、容器シェル（８）と前記容器シェル（８）の上部開口部を閉鎖する容器頂部ヘッド（１４）を含む原子炉ヘッド（１２）とを含む原子炉容器（４）と、制御棒駆動機構（３２）の制御シャフト（３４）が前記容器頂部ヘッド（１４）を通って原子炉の対応する制御棒案内管（３０）まで通過できるようにするため、貫通部軸（Ｂ）に沿って前記容器頂部ヘッド（１４）を通って延在する貫通部（３６）であって、前記容器頂部ヘッド（１４）を通って延在する貫通部管（３８）および、前記貫通部管（３８）との関係における軸方向あそびを伴って前記貫通部管（３８）の内側に前記貫通部管（３８）と同軸的に具備された熱スリーブ（４０）を含む貫通部（３６）と、を含む原子炉のメンテナンス方法において、
    前記対応する制御棒案内管（３０）の上端部との離隔距離を維持するために前記熱スリーブ（４０）の下端部に透かし細工構造を有するスペーサ（６０）を取付けるステップ、
    を含む方法。

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