JPH01172797A

JPH01172797A - 高速増殖炉

Info

Publication number: JPH01172797A
Application number: JP62333524A
Authority: JP
Inventors: Shusaku Sawada; 周作澤田; Yoshio Watari; 渡　孔男; Masahisa Ohashi; 大橋　正久; Kunikazu Kaneto; 金戸　邦和
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-26
Filing date: 1987-12-26
Publication date: 1989-07-07
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0827368B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔門業上の利用分野〕本発明は高速増殖炉、さらに詳細には、収納管によって
収納されていない、いわゆる収納管を削除した燃料集合
体を炉心中央部、に装架した高速増殖炉に係り、特に、
炉心燃料領域からの冷却材漏洩を低減することのできる
高速増殖炉の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、高速増殖炉の課題として、ウラン資源量の増大、
軽水炉使用済燃料からのプルトニウム蓄積を背景に、炉
心燃料の高燃焼度化、長寿命化にともなう燃料サイクル
コストを低減する高経済性炉心の開発の必要性が高まっ
てい為。

一般に、高速増殖炉は、冷却材、とじて液体金属ナトリ
ウムを用い、また燃料としてプルトニウム。

ウランを用いている。高速増殖炉の炉心には、炉心燃料
集合体とブランケット燃料集合体とが装架され、さらに
その外周部に、炉心支持構造物の中性子照射量を低減す
るために、中性子遮蔽体が配設される。

ところで、近時、前記した炉心燃料の高燃焼度化、長寿
命化を達成することを目的として、炉心燃料集合体の収
納管を削除した高速増殖炉が提案されている。その概念
を、図面を用いて説明すると、第１０図は収納管を削除
した炉心燃料集合体１１の縦断面図である。

第１０図において、エントランスノズル１の下端開口部
５から流入した冷却材は、プルトニウム。

ウランからなる燃料を収納した炉心燃料要素３を冷却し
、熱エネルギーを受は取った後、ハンドリングヘッド４
の上端口部６から外部に流出する。

なお、前記した炉心燃料要素３は、グリッドスペーサ２
によってその相対的位置が保持されている。

第１１図は第１０図に示す炉心燃料集合体１１を装架し
た高速増殖炉の炉内構造を示す正直方向端面図であり、
第１１図において、炉心支持板１５には、冷却材流入管
１６が多数挿入されている。炉心支持板１５の下部に位
置する冷却材流入管１６の間隙部は、高圧プレナム１７
となっており、冷却材は、冷却材供給管１９からリング
状の冷却材室１８を経由して、前記高圧プレナム１７に
供給される。収納管を削除した炉心燃料集合体１１は、
前記冷却材流入管１６の上端開口部に当該炉心燃料集合
体１１の下方のエントランスノズル（第１０図の符号１
参照）を挿入することにより、炉内に装架される。一方
、ブランケット燃料集合体１２．中性子遮蔽体１３も、
それらの下端に設けられたエントランスノズルを冷却材
流入管１６の上端開口部に挿入することにより炉内に装
架されるが、ブランケット燃料集合体体１２．中性子遮
蔽体１３は、共に収納管を有している。冷却材流入管１
６の側面部には、冷却材流入口が設けられており、冷却
材は、その流入口を介して、高圧プレナム１７から冷却
材流入管１６内に流入し、さらにエントランスノズル１
より炉心燃料集合体１１、ブランケット燃料集合体１２
、さらには中性子遮蔽体１３中に流入する。

ここで、前記した第１１図を用いて、中性子遮蔽体１３
の外側の構造について説明する。

第１１図において、中性子遮蔽体１３の外周部には、炉
心槽２４および炉心拘束枠２３が設置されている。炉心
拘束枠２３は、炉心を径方向に支持する機能を有し、炉
心槽２４は、円筒状に構成されていて、炉心拘束枠２３
を堅持する機能を有する。炉心槽２４の外側には、使用
済燃料集合体１４を一時的に貯蔵する炉内使用済燃料貯
蔵ボッ１−２２が配設され、さらにその外周には、固定
中性子遮蔽体２５が設置されている。第１２図は以上説
明した従来の炉心構造を上方から見た図面である。

第１２図に示すように、収納管を削除した炉心燃料集合
体１１．ブランケット燃料集合体体１２゜中性子遮蔽体
１３は、それぞれ正六角形断面を有し、正三角形配列さ
れている。なお、第１２図には、制御棒集合体２６が図
示されているが、この制御棒集合体２６は、ブランケッ
ト燃料集合体１２、中性子遮蔽体１３と尚様、収納管に
収納されている。

収納管を削除した燃料集合体を炉心中央部に装架した従
来提案に係る高速増殖炉の炉内携造は以上のごときであ
り、収納管を削除した炉心燃料集合体からなる高速増殖
炉は、燃料の高燃焼度化。

長寿命化の点で有効であることが知られている。

〔発明が清快しようとする問題点〕

しかしながら、前記した従来提案に係る高速増殖炉、す
なわち収納管を削除した燃料集合体を炉心に装架した高
速増殖炉にあっては、炉心燃料集合体１１が収納管によ
って収納されていないため、冷却材は、−旦炉内燃料朶
合体ｌｌ中に流入しても、その一部は、炉心燃料集合体
１１の外部に流出する。炉心燃料集合体１１外に流出し
た冷却材は、これと隣接する他の炉心燃料集合体１１と
の間の間隙を流れ、炉心外に流出するか、あるいは隣接
する炉心燃料集合体１１内に流入する。また、ブランケ
ット燃料集合体１２と隣接する炉心燃料集合体１１．す
なわち収納管を削除した炉心燃料集合体１１から流出し
た冷却材は、炉心燃料集合体１１と隣接するブランケッ
ト燃料集合体１２の収納管との間に形成される間隙に到
達する。この様子を第１３図を用いて説明する。すなわ
ち、第１３図は収納管を削除した炉心燃料集合体１１が
プランケラ１−燃料集合体１２に隣接する領域の水平断
面を拡大して示したものである。なお、第１３図はブラ
ンケット燃料集合体体１２が炉心燃料集合体］１の外周
部にＩＷＩ配設された炉心の例であり、ブランケット燃
料集合体１２の外周部には、中性子遮蔽体１３が配設さ
れている。

第１３図に明示するように、ブランケット燃料集合体１
２は、収納管３２を有し、プランケラ１−燃料集合体１
２の内部には、ウランを充填したプランケラ１へ燃料要
素３１が正三角形配列で収納されており、冷却材は、収
納管３２の内部を下方から上方に向かって流れる。一方
、中性子遮蔽体１３は、ブランケット燃料集合体１２と
同様、収納管３４を有し、その内部に中性子遮蔽材３３
が収納されており、冷却材は、プランヶッＩ−燃料集合
体１２の場合と同様、収納管３４の内部を下方から上方
に流れる。

しかして、収納管を削除した炉心燃料集合体１１からそ
の径方向に流出した冷却材は、これと隣接するプランケ
ラ１〜燃料集合体１２の収納管３２との間に形成される
間隙３５に流出する。ところで、ブランケット燃料集合
体体１２．中性子遮蔽体１３のそれぞれの収納管３２．
３４は、これらと隣接する他の収納管３２．３４との間
に＋ｉ　５川前後の間隙３６を有する。これは、ブラン
ケット燃料集合体１２あるいは中性子遮蔽体１３の交換
時における引抜、挿入性を確保するために設けられるも
のであるが１間隙３６を有することによって１つの問題
が生じる。

すなわち、収納管を削除した炉心燃料集合体１１とブラ
ンケット燃君集合体１２の収納管３２との間に形成され
た間隙３５を経由して前記間隙３６に達した冷却材は、
炉心燃料集合体領域から漏洩してしまう、その理由を述
べると、前記した間隙３６は、本来、冷却材が供給され
ない領域であり、したがって当該領域の冷却材圧力は、
炉心燃料集合体領域の圧力に比べて低いためである。

そして、間隙３６から漏洩した冷却材は、当該間隙３６
内を上方に移動するか、あるいは第１１図に示す間隙３
７、すなわち中性子遮蔽体１３の最外周と炉心槽２４と
の間に形成された間隙３７に到達し、その後、炉心外に
流出する。この模様を第１４図を用いて説明する。すな
わち、第１４図は第１０図〜第１：３図に符号１１で示
す炉心燃料集合体を装架した従来形高速増殖炉炉内にお
ける垂直方向の冷却材流速分布図である。

第１４図から明らかなように、冷却材は、炉心の土な発
熱領域である燃料領域に到達する前に、ブランケット燃
料領域あるいは中性子遮蔽体領域。

最外周間隙（第１１図の符号３７参照）に漏洩している
ことが分る。そして、全炉心燃料槃合体に供給された冷
却材のうち、炉心燃料集合体上端開口部（第１０図の符
号６参照）から流出する冷却材の量は、６０％にも減少
することが知られている。これに対し、炉心燃料領域は
、成る一定温度以下に保たれる必要があるムめ、前記減
少分を見込んで、炉心燃料集合体１１に余分な冷却材を
供給しなければならない、すなわち、従来にあっては、
冷却材の利用効率が悪いという問題が・あった。

一方、炉心燃料集合体１１に余分な冷却材を供給すると
いうことは、ＪｆＫ　？−炉の出口温度が低下して。

原子炉プラントの発電効率が低下する原因となる。

本発明は、前記した従来技術の１問題点を解決すべく検
討の結果なされたものであって、その目的とするところ
は、収納管を削除した炉心燃料集合体を炉心中央部に装
架する構造の高速増殖炉において、炉心燃料領域からの
冷却材の漏洩を従来よりも低減して、冷却材の使用効率
を高めるとともに。

炉心に余分な冷却材を供給することなく、ひいては原子
炉の出口温度を低下させることなく、原子炉プラントを
効率的に稼動させることのできる。

経済性にすぐれた高速増殖炉を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、収納管を削除した燃料東合体を炉心中央部
に装架する構造の高速増殖炉において、前記炉心燃料集
合体の周囲に配設されているブランケット燃料集合体お
よび中性子遮蔽体のうち。

少なくともその一方の部材を収納する収納管の外側に位
置して、各収納管の間に形成された間隙部分における炉
心径方向の冷却材流動抵抗を高める手段を備えることに
よって達成される。

（作用〕しかして、前記構成よりなる本発明によれば、収納管を
削除した炉心燃料集合体に供給された冷却材が炉心径方
向に漏洩しようとしても、その冷却材は、当該冷却材が
炉心径方向に漏洩するのを阻止しようとする機能を有す
る冷却材流動抵抗素子によって妨げられることになる。

その結果、前記した冷却材は、炉心内の非発熱領域に無
駄に漏洩することなく、発熱領域を通過して、その昇温
を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を１図面にもとづいて具体的に説明すると
、第１図は本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す炉
内構造の水平方向一部端面図、第２図は第１図に符号１
３で示す中性子遮蔽体の外観斜視図、第３図は第２図の
横断面図である。

第１図〜第３図において、第１０図〜第１３図と同一符
号は同一部分を示し、中性子遮蔽体収納管３４の表面６
個所には、各６面部分における中心線から外れた位置に
、軸方向長尺の冷却材流動抵抗素子突起５１が設けられ
ている。なお、前記した冷却材流動抵抗素子突起５１の
高さは、これと隣接する中性子遮蔽体収納管３４の表面
に前記冷却材流動抵抗素子突起５１が接する高さにあら
かじめ設定されており、また冷却材流動抵抗素子突起５
１は、中性子遮蔽体１３．１３間の相対的位置関係を保
つスペーサとしての機能をも有する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す冷却材流動抵抗素
子突、ｔｉｌｉ５１の横断面図である。

すなわち、第１図〜３図において、冷却材流動抵抗素子
５１と収納管３４とは固定的関係にあるが、第４図の実
施例において、冷却材流動抵抗素子突起５１は、その底
部が、収納管３４の表面に設けられた軸方向長尺Ｒ４５
２内に嵌合され、冷却材流動抵抗素子突起５と溝３２の
底部との間には。

バネ５３が挿入されている。また、押え板５４は、冷却
材流動４ｒｇ抗素子突起５１が収納管３４から脱ｉ８す
るのを防止する。

しかして、第４図の実施例において、冷却材流１す」抵
抗素子突起５１は１前後方向に進退自在で、中性子遮蔽
体を炉心に装架した場合、隣接する中性子遮蔽体との間
に干渉が生じても、干渉面での圧力は低下し、中性子遮
蔽体の引抜・挿入性を向上させることができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示す中性子遮蔽体収納
管３４の横断面図、第６図は第５図に示す中性子遮蔽体
収納管コ３４の外観斜視図である。

すなわち、第１図〜第３図の実施例において。

正六角形断面形状を有する収納管３４の６面各面は、一
体枯造となっていたが、第５図および第６図の実施例に
おいては、収納管３４の各面が分割されており、収納’
ｉ？３４の各面を形成する側板５５上に冷却材流動抵抗
素子突起５１を突設する。

そして、前記した側板５５，５５・・・は、中性子遮蔽
体角部に設けられた６体あタイロッド５６゜５Ｇ・・・
と、これらタイロッド５６．５６・・・をｉｌＤ　方向
の複数箇所で結合する結合板５７との間にはさみ込まれ
た状態で固定されており、タイロッド５６と結合板５７
とは、溶接あるいはねじ止め等で結合されているが、各
側板５５．．５５・・・は、タイロクド５６．結合板５
７のいずれにも結合され・ず、単にタイロッド５６と結
合板５７との間にはさみ込まれるのみであって、中性子
遮蔽材３３は、結合板５７．５７の間に装架される。

しかして、第５図および第６図の実施例において、冷却
材流動抵抗素子突起５１がこれと隣接する中性子遮蔽体
収納管と干渉した場合、前記冷却（４流動抵抗素子突起
５１の荷重が隣接する中性子遮蔽体収納管の各側抜に加
えられるが、これら各側板は、相互にセパシーｌ−状態
にあるから、中性子遮蔽体の中心軸方向に変形し易くな
り、したがって前記冷却材流動抵抗素子突起５１に作用
する圧力が低下して、中性子遮蔽体の引抜・挿入性を向
上させることができる。

第７図は第５図および第６図の変形例、すなわち本発明
の第４の実施例を示す中性子遮蔽体収納管３４の横断面
図である。

しかして、第７図の実施例においては、冷却材流動抵抗
素子突起５１を側板５５から打出し加工により成形して
間隙５９を設けた場合を示し、その作用系は、第５図お
よび第６図に示す実施例の場合と同様であるが、第７図
の実施例によれば、側板５５が中性子遮蔽体の中心軸側
に変形する際。

間隙５９の存在によって、その変位をよりスＡｓ−ズに
おこなわしめることができる。

また、第５図〜第７図の各実施例に共通して、各側板５
５，５５・・・を軸方向に分割することもできる。

第８図は本発明の第５の実施例を示す中性子連１１＆体
収納管３４の横断面図である。

すなわち、第１図〜第７図の実施例においては。

冷却材流動抵抗素子として、収納管３４の表面に位置し
て、軸方向長尺突起を形成した場合について例示したが
、第８図の実施例においては、冷却材流動抵抗素子とし
て、収輛管３４の表面に、軸方向長尺溝５８を複数列設
けた場合を示し、前記各溝５８．５８・・は、隣接する
収納管面上の溝とともに冷却材流動抵抗素′７−（ラビ
リンス）を形成する。

第９図は第８図の変形例、すなわち本発明の第６の実施
例を示す中性子遮蔽体収納管３４の横断面図であり、第
９図の実施例において、タイロッド５６およびタイロッ
ド結合板５７の構成は、第５図および第６図の実施例の
場合と同様である。

なお、冷却材流動抵抗素子は、これに隣接する中性子遮
蔽体の収納管と接触するため、各中性子遮蔽体が長期に
わたって炉内に装架された場合は。

前記した冷却材流動抵抗素子とこれに隣接する収納管と
が融着する可能性があるが、これを防止するためには、
冷却材流動抵抗素子の表面に融着防止処理、例えば表面
硬化処理をほどこすとよい。

また、第１図〜第７図の実施例に示した冷却材流動抵抗
素子としての軸方向長尺突起５１、あるいは第８図およ
び第９図に示した冷却材流動抵抗素子としての軸方向長
尺溝５８は、ブランケット燃料集合体収納管の表面に設
置することも可能である。

さらに、冷却材流動抵抗素子を設けることの目的である
炉心領域からの冷却材漏洩防止対策は、炉心の発熱領域
、さらにはその下方で達成されればよく、発熱領域より
も上方においては、ブランケット燃料領域および中性子
遮蔽体領域に冷却材が漏洩しても、それほど問題となる
ものではなく。

したがって冷却材流動抵抗素子を設ける領域を発熱領域
のみ、さらにはその下方にのみ限定するようにしてもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明は以」二のごときであり、図示実施例の説明から
明らかなように、本発明によれば、収納管を削除した燃
料集合体を炉心中央部に装架する構造の高速増殖炉にお
いて、前記炉心燃料集合体の周囲に配設されているブラ
ンケット燃料集合体および中性子遮蔽体のうち、少なく
ともその一方の部材を収納する収納管の外側に位置して
、各収納管の間に形成された間隙部分における炉心径方
向の冷却材流動抵抗を高める手段を備えることにより、
炉心燃料領域からの冷却材の漏洩を従来よりも低減して
、冷却材の使用効率を高めるとともに。

炉心に余分な冷却材を供給することなく、ひいては原子
炉の出口温度を低下させることなく、原子炉プラントを
効率的に稼動させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す炉内
構造の水平方向一部端面図、第２図は第１図に符号１３
で示す中性子遮蔽体の外観斜視図、第３図は第２図の横
断面図、第４図は本発明の第２の実施例を示す冷却材流
動抵抗素子突起５１の横断面図、第５図は本発明の第３
の実施例を示す中性子遮蔽体収納管３４の横断面図、第
６図は第５図に示す中性子遮蔽体収納管３４の外観斜視
図、第７図は本発明の第４の実施例を示す中性子遮蔽体
収納管３４の横断面図、第８図は本発明の第５の実施例
を示す中性子遮蔽体収納管３４の横断面図、第９図は本
発明の第６の実施例を示す中性子遮蔽体収納管３４の横
断面図、第１０図は従来提案に係る高速増殖炉用炉心燃
料集合体（収納管を削除した炉心燃料集合体）１１の縦
断面図、第１１図は第１０図に示す炉心燃料集合体１１
を装架した高速増殖炉の炉内構造を示す垂直方向端面図
、第１２図は第１１図の水平方向一部端面図。第１３図は第１２図の一部拡大図、第１４図は第１０図
〜第１３図に符号１１で示す炉心燃料集合体を装荷した
従来形高速増殖炉炉内における垂直方向の冷却材流速分
布図である。１１・・・収納管を削除した炉心燃料集合体、１２・・
・ブランケット燃料集合体、１３・・・中性子遮蔽体。３２・・・ブランケット燃料集合体収納管、３４・・・
中性子遮蔽体収納管、５１・・・冷却材流動抵抗素子突
起。茶　ｊ　図第５図第り図第　７　図昇８６ＥＪ第９回第１０図第１Ｚ　　口第１４　１￥］ ↑

Claims

【特許請求の範囲】１、収納管を削除した燃料集合体を炉心中央部に装架す
る構造の高速増殖炉において、前記炉心燃料集合体の周
囲に配設されているブランケット燃料集合体および中性
子遮蔽体のうち、少なくともその一方の部材を収納する
収納管の外側に位置して、各収納管の間に形成された間
隙部分における炉心径方向の冷却材流動抵抗を高める手
段を備えてなることを特徴とする高速増殖炉。２、特許請求の範囲第１項記載の発明において、炉心径
方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、中性子遮蔽
体収納管の側板外表面上に、当該収納管の全長にわたつ
て、軸方向長尺突起を設けた高速増殖炉。３、特許請求の範囲第１項記載の発明において、炉心径
方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、中性子遮蔽
体収納管の側板外表面上に、当該収納管の全長にわたつ
て、軸方向長尺溝を複数列設けた高速増殖炉。４、特許請求の範囲第１項記載の発明において、炉心径
方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、ブランケッ
ト燃料集合体収納管の外表面上に、当該収納管の全長に
わたつて、軸方向長尺突起を設けた高速増殖炉。５、特許請求の範囲第１項記載の発明において、炉心径
方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、ブランケッ
ト燃料集合体収納管の側板外表面上に、当該収納管の全
長にわたつて、軸方向長尺溝を複数列設けた高速増殖炉
。６、特許請求の範囲第２項〜第５項のいずれかに記載の
発明において、冷却材流動抵抗素子を設けた収納管の側
板が、他の側板とセパレート状態にある高速増殖炉。７、特許請求の範囲第２項〜第６項のいずれかに記載の
発明において、隣接する収納管の冷却材流動抵抗素子の
表面に融着防止処理がほどこされている高速増殖炉。