JPH0296688A - 原子炉 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉の炉心および炉心構成物とりわけ燃料
集合体、制御棒案内管に係り、特に高速増殖炉の炉心出
口温度の均一化に好適な炉心および燃料集合体、制御棒
案内管に関する。

［従来の技術］ 従来の高速増殖炉の炉心およびそれを構成する燃料集合
体と制御棒案内管については１例えば三木良平著、「高
速増殖炉」第１０１頁から第１０３頁、および１１４頁
から第１１６頁に記載されている。燃料集合体は第２図
に示すように主として核燃料が充てんされた燃料要素束
２２．これを収納する外筒管３０（以後、ラッパ管と称
す）、および冷却材入口ノズル２３からなる。燃料要素
の発熱部を冷却するため、冷却材は燃料集合体下部の冷
却材入口ノズルより導入され、ラッパ管によって形成さ
れる流路を通って上方へ流れていく。

燃料集合体の横断面は通例六角形をとる。一方、制御棒
案内管は、主として制御棒を長手方向に通すための中空
部、これを収納するラッパ管および冷却材入口ノズルか
らなる。制御棒において、若干の発熱があるので、これ
を冷却するため、冷却材は制御棒案内管下部の冷却材入
口ノズルより導入され、ラッパ管によって形成される流
路を通って上方に流れていく。

燃料集合体出口の冷却材温度は、制御棒案内管出口のそ
れよりかなり高い（場合によっては１５０℃）ため、炉
心直上部に位置する炉心上部機構の構造部材は、炉心出
口部からの温度差の大きな噴流を直接受けることになる
。この際に、構造部材には高サイクルの熱荷重が加わる
。従って両者の温度差を低減することは、構造設計上の
重要な課題となっている。

別の従来技術（特開昭５４−８７３７９）として、ラッ
パ管の側壁に開口を設けることが知られている。この場
合、開口を通じて燃料集合体から高温の冷却材を低温の
制御案内管内に導くことにより、炉心出口部の温度差を
緩和しようというものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ラッパ管の側壁に開口を設けた場合に
、隣接するラッパ管とラッパ管の間のギャップ空間へ高
温の冷却材が流れ込むのを防止する方策について配慮が
されておらず、その結果開口を通じて、燃料集合体から
制御棒案内管内に導かれる高温の冷却材の量が充分でな
いため、制御棒案内管出口部の冷却材温度は上昇が不十
分となり、炉心出口部の温度差が依然として大きいとい
う問題があった。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、炉心出口部の
温度差を低減するのに好適な炉心燃料集合体と制御棒案
内管およびこれらで構成した炉心を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、燃料集合体と制御棒案内管において、隣接
するラッパ管とラッパ管の間のギャップ幅を、炉心発熱
部上端より上方部で下方部より小さくし、かつ上方部の
ラッパ管側壁に開口を設けることにより達成される。

［作用］ 上記構成による本発明の作用の内１次の２点が本質的で
ある４ （１）ギャップ部の流動抵抗の増大 中性子束レベルの高い炉心発熱部では、中性子の照射に
より、ラッパ管の側壁が膨れるので、隣接するラッパ管
とラッパ管の間のギャップをある程度大きくとり、この
膨れを吸収する必要がある。

一方発熱部上端より上方では、中性子束レベルは低く、
従って中性子照射によるラッパ管の側壁の膨れが小さい
ので、上記ギャップを炉心発熱部より小さくしても障害
を生じない。本発明においては１発熱部上端より上方に
設けたラッパ管の開口から上記ギャップ部に流れ込む冷
却材は、ギャップが狭いため大きな流動抵抗を受けるこ
とになり。

ギャップ部を上方に向かう流量は非常に小さくなる。そ
れだけ、ラッパ管の開口を通じ、燃料集合体から制御棒
案内管へ導入される冷却材流量が増大し、制御棒案内管
出口の温度が上昇する結果、炉心出口部の温度差は低減
される。

（２）開口からギャップ部へ漏れるＡＪｉの低減隣接す
るラッパ管の側壁に設けた開口の端面間のギャップを、
ラッパ管とラッパ管の間のギャップより小さくすること
により、開口の端面間ギャップからラッパ管の間のギャ
ップ部へ漏れる流量を低減でき、これにより上記（１）
と同様に炉心出口部の温度差は低減される。

炉心出口部の温度差ΔＴ　ｏ　ｕ　ｔは次式で与えられ
る。

ここで、ＱＣＲ：制御棒案内管流量、Ｑ８：開口当りの
燃料集合体から制御棒案内管へ導入される流量、ΔＴ１
：燃料集合体出入ロ温度差（”１５０℃）である。従来
は、Ｑｓ＝Ｏのために、ΔＴ　ｏ　ｕ　ｔ　＝１５０℃
であるが、本発明によれば、例えば開口当り９％（Ｑａ
／Ｑｃｎ）の流量で、ΔＴ　ｏ　ｕ　ｔを２／３　（１
００℃）以下にできる。これを燃料集合体の流量に換算
すると高目、２％以下である。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明を詳述する。

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施例を示
す縦断面図および横断面図であり、隣接する燃料集合体
１０と制御棒案内管１１が炉心支持板１２に置かれてい
る。燃料集合体は炉心部を形成する発熱部２０とガスプ
レナム２１からなる燃料要素東２２．冷却材入口ノズル
２３．ラッパ管３０．およびラップ管の側壁に取付けら
れた突起部３１と開口３２からなる。制御棒案内管１１
は冷却材入口ノズル２３ａ、ラッパ管３０ａ、ラッパ管
に取付けられた突起物３１ａ、および開口３２ａからな
る。ラッパ管３０．３０ａの肉厚は一定である。

突起物３１．３１ａはいずれも発熱部２ｏの上端より上
方にあり、開口３２と３２ａの端面間のギャップ４１は
ラッパ管とラッパ管の間のギャップ４０と比べ極めて小
さい。

入口ノズル２３より導入された冷却材は、発熱部２０で
加熱され高温となるが、冷却材の一部は開口３２へ入る
。関口３２と３２ａの端面間のギャップ４１が非常に小
さいため、冷却材はラッパ管とラッパ管の間にギャップ
部４０の方へ漏れることなく開口３２ａを経て、制御棒
案内管の中空部３３へ流入する。これにより制御棒案内
管出口の温度が上昇するので炉心出口部の温度差が低減
される。

第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の第２の実施例を示
すものである。この実施例ではラッパ管と周方向に取り
巻く環状突起物３１．３１ａを設けているが、第１の実
施例と同様の効果を得ることができる。

第４図（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施例を
示すものである。押し出し加工により、開口部３２，３
２ａが位置するところのラッパ管の外径を大きくしたも
のであり、これにより第１と第２の実施例における突起
物と同様の効果が得られる。

第５図（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施例を
示すものである。この実施例は突起物３３１．３３１ａ
をラッパ管壁面に対して平行とせずにこれら燃料集合体
及び制御棒案内管の垂直軸を中心とする回転方向に傾斜
角度をつけたことが特徴である。燃料集合体を炉心支持
板にはめこむ際の回転（前出、三木良平著「拘束増殖炉
」の第１０１頁から第１０３頁に記載）を利用すると、
突起物３３１，３３１ａの端面同志を向き合うようにで
きる。この構造では開口の端面間のギャップ４０を第１
の実施例に見られるラッパ管壁面に対し平行とした場合
より一層狭くできるので、制御棒案内管にはより多くの
高温冷却材が流入され、炉心出口部の温度差はさらに減
少される。

第６図（ａ）および（ｂ）は本発明の第５の実施例を示
すものである。環状突起物３１．３１ａの表面を燃料集
合体及び制御棒案内管の垂直軸を中心とする回転方向に
傾斜させたものであるが、第４の実施例と同様の効果が
得られる。

第７図（、）および（ｂ）は本発明の第６の実施例を示
すものである。この例では、開口３２゜３２ａの向きを
冷却材の流入方向に上向きとしたものである。この場合
、開口の入口および出口における圧力損失が開口の向き
がラッパ管壁面と直角である場合に比べ低減されるので
、開口を通る冷却材流量が増大する。それだけ制御棒案
内管出口の温度は上がり、炉心出口部の温度差はさらに
低減される。

第８図（ａ）および（ｂ）は本発明の第７・の実施例を
示すものである。この例では上記した第１〜第６の実施
例で使用した突起物の代りに発熱部上端より上方のラッ
パ管の肉厚を下方より大きくすることにより、ラッパ管
とラッパ管の間のギャップを減少させ、ギャップ部の上
向き流動抵抗を増大している。これによりギャップ部の
上向き流量が低減されるため、制御棒案内管へ流入する
冷却材料流量が増大し、炉心出口部の温度を均一化でき
る。

第９図（ａ）および（ｂ）は本発明の第８の実施例であ
り、ラッパ管肉厚は一定のまま、発熱部上端より上方で
、ラッパ管外径を大きくしている。

この例では、第７の実施例と同様の効果を得られる。

第１０図（ａ）および（ｂ’　）は本発明の第９の実施
例であり、燃料集合体において、発熱部」二端より上方
では、ラッパ管を削除し、代わりに六つ角に相当する部
分に支持棒５０を設けている。また制御棒案内管におい
て、炉心発熱部上端より上方に相当する位置のラッパ管
に開口を設けている。

この例では炉心発熱部を通過した高温の冷却材の一部が
制御棒案内管のラッパ管に設けた開口より導入されるの
で、他の実施例と同様、炉心出口部の温度差を低減する
ことができる。

第１１図は本発明の第１−０の実施例であり、この炉心
は富化度の低い内側炉心、πτ化度の高い外側炉心、燃
料親物質を含む径方向ブランケット６２及び制御棒案内
管からなるものでこれらはそれぞれ温度差を有するが、
これらの間に本発明を適用するものである。それによっ
て同炉心出口部の温度差を低減することが出来る。

第１２図は本発明の燃料集合体とブランケットとの間に
適用した第１０の実施例を示すものである。この場合は
プランケラ！・内を流れて回出「１から出る冷却材の温
度が低いのでこれに隣接する燃料集合体との間に本発明
を適用し、出口温度差の減少を図ったものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、従来より炉心出口部の温度差を著しく
低減できる。

また、本発明によればラッパ管に開口を付けたことによ
り、炉心の冷却材圧力損失が低減できる。

したがって１本発明によれば、炉心出口部の温度差が低
減されることから、炉心部機構の寿命延長、炉心部構造
のコスト低減等が可能となり、また炉心の圧力損失の低
減により、冷却材を駆動するポンプの容量を低減できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３〜第１０図はそれぞれ本発明の実施例を示
す断面図、第２図は、燃料集合体の模式図、第１１〜第
１２図は本発明の他の実施例を示す炉心部の配置図であ
る。 １０・・・燃料集合体、１１・・・制御棒案内管、２２
・・・燃料要素束、３０・・・ラッパ管、３１・・・突
起部、３２・・・開口、４１・・・ギヤツブ部刀 図 第 １ノ 図 １１５’！！’七〒七

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ管
   を有する燃料集合体とこの燃料集合体に隣接しかつ間隙
   を保って配置された核分裂性物質以外の部材を収納する
   ラッパ管を有する炉心構成部材からなるものにおいて、
   前記燃料集合体の発熱部の上端部位置より上方に前記間
   隙が下方の間隙よりも小となる部分を設け、前記間隙を
   小とした部分のそれぞれのラッパ管に開口を設けたこと
   を特徴とする原子炉。 ２、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ管
   を有する燃料集合体とこの燃料集合体と隣接しかつ間隙
   を保って配置された制御棒を収納する制御棒案内管から
   なるものにおいて、前記燃料集合体の発熱部の上端部位
   置より上方に前記間隙が下方の間隙よりも小なる部分を
   設け、前記間隙を小とした部分の外筒管と案内管にそれ
   ぞれ開口を設けたことを特徴とする原子炉。 ３、請求項１ないし２の発明において、前記間隙を小と
   した部分が隣接するラッパ管に設けられた突起物である
   ことを特徴とする原子炉。 ４、請求項１ないし２の発明において、前記間隙を小と
   した部分がラッパ管に設けられた環状の突起物であるこ
   とを特徴とする原子炉。 ５、請求項１ないし２の発明において、前記間隙を小と
   した部分がラッパ管を押し出し加工により突起させてな
   ることを特徴とする原子炉。 ６、請求項３および４の発明において、前記突起物の表
   面をラッパ管の回転方向に傾斜させてなることを特徴と
   する原子炉。 ７、請求項１ないし２の発明において、前記燃料集合体
   の発熱部の上端部位置により上方におけるラッパ管の壁
   面を突出させるようにしたことを特徴とする原子炉。 ８、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ管
   を有する燃料集合体とこの燃料集合体に隣接しかつ間隙
   を保って配置された核分裂性物質以外の部材を収納する
   ラッパ管を有する炉心構成部材からなるものにおいて、
   前記燃料集合体の発熱部の上端部位置より上方のラッパ
   管を部分的に取り除き、核分裂性物質以外の部材を収納
   するラッパ管に開口を設けたことを特徴とする原子炉。 ９、請求項１ないし８の発明において、前記開口が上向
   きになっていることを特徴とする原子炉。 １０、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ
   管を有するものにおいて、前記燃料集合体の発熱部の上
   端部位置より上方におけるラッパ管に突起部を設けその
   部分に開口を設けたことを特徴とする燃料集合体。 １１、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ
   管を有するものにおいて、前記燃料集合体の発熱部の上
   端部位置より上方におけるラッパ管に環状突起部を設け
   その部分に開口を設けたことを特徴とする燃料集合体。 １２、核分裂性物質を充填した発熱部を収納するラッパ
   管を有するものにおいて、前記燃料集合体の発熱部の上
   端部位置より上方におけるラッパ管の一部に押し出し加
   工による突起部を設けその部分に開口を設けたことを特
   徴とする燃料集合体。 １３、核分裂性物質を充填した発熱部を収納する燃料集
   合体に隣接しかつ間隙を保って配置される核分裂性物質
   以外の部材を収納するラッパ管を有する炉心構成物にお
   いて、前記燃料集合体の発熱部の上端部位置より上方に
   おけるラッパ管に突起部を設けその部分に開口を設けた
   ことを特徴とする核燃料以外の部材を収納する炉心構成
   物。 １４、核分裂性物質を充填した発熱部を収納する核燃料
   集合体に隣接しかつ間隙を保って配置される制御棒を収
   納するラッパ管を有するものにおいて、前記燃料集合体
   の上端部位置より上方に相当するラッパ管の部分に突起
   部を設けその部分に開口を設けたことを特徴とする制御
   棒案内管。