JPH0353589B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の実施に関するもので、この原
子炉内で炉心を構成する燃料は、相互に平行な
個々の燃料棒からなり、冷却液はこれらの燃料棒
に沿つて炉心を通り抜け燃料体を冷却する。特に
本発明は、炉心を仕切ることによつて冷却液もし
くは冷却材の流れを系統だてる手段に関するもの
で、冷却効果に有害な周辺部の横方向流れを、こ
れによつて防ぐことができる。この様な有害な流
れが生ずるのは、一般的に言つて冷却材の流路と
なる断面が、燃料集合体の配置上から不均一にな
るからである。

このように液体で冷却される原子炉の場合、燃
料は燃料棒をまとめた集合体からなり、冷却材は
この集合体を通り抜ける。炉心はこのような集合
体の多数からなり、これが並列に置かれ相互にし
つかり締めつけられ、各集合体は柱状の形で、そ
の断面は通常正方形である。それ故炉心の周囲は
必らず段状形になる。燃料集合体は炉心を支える
スカートケーシング内に置かれ、このケーシング
は円筒形または大体においてかどのない形状であ
り、炉心とその付属設備を含む原子炉容器とし
て、冷却液の中に浴漬される。それ故周辺部の燃
料集合体とスカートケーシングとの間には、燃料
体の無い環形区域が存在することになる。

この区域内を冷却材が勝手に流れるを妨げ、炉
心本体に冷却材を導くため、炉心の形状に正確に
従つた仕切り組立体を用いることが知られてい
る。この様な仕切り組立体の固定には、実際の製
作上に問題があつて、今日迄、この問題には満足
すべき解決が得られていない。即ち、仕切りプレ
ートは横方向の補強プレートもしくは構造保持器
に固定され得るが、補強プレートそのものは炉心
の円筒形ケーシングに固定される。然しながら、
この様な原子炉の分野で要求される非常に厳しい
寸法上の精度を満たし、仕切り手段と補強プレー
トとに生ずる温度差を原因とする機械的応力に抗
し、しかも原子炉作動時の中性子とガンマ線の強
力な放射束に損傷無く耐える固定方法を設計する
のは容易なことではない。ネジによる固定は、機
械的応力と中性子放射に非常に敏感で、このため
特別な冷却システムを各ネジに備えさせることを
考えた。溶接とラグよる固定では、製作と取付け
の複雑さ、および熱膨脹の差による応力が惹起さ
れるから、最早この固定方法を受入れることはで
きない。

本発明による新しい設計の仕切りは、このよう
な様々な欠点を避けることができる。これによれ
ば、従来の垂直プレートに代わり、冷却液の流れ
に対して導管と同じ機能を果すロツドを取付ける
ことにあるが、種々な点で改善されているから前
記のような固定上の問題を生ずることなく、しか
も補足的な長所として、局部的な適応性として炉
心本体と原子炉容器間における中性子減衰に大巾
に寄与し、これによつて照射に対する容器の保護
をより効果的にしている。

以上から本発明の目的は、ケーシングの内部に
並列に置かれた柱状燃料集合体からなる炉心を備
えた原子炉であつて、このケーシングが、上記燃
料集合体内を縦方向に流れる炉心冷却液が通過す
る容積を側面から限定している原子炉において、
周辺部の燃料集合体とケーシングとの間に、後者
と一体的なスペーサープレートおよびロツドが設
けられ、このロツドが燃料集合体と平行に取付け
られ、スペーサープレート内で自由に滑動するよ
うになつていることを特徴とする原子炉を提供す
ることである。

ロツドは数が非常に多く、炉心の段状形外周の
間近に沿い、炉心本体の周囲全体に亘つて複数列
で配置され、ロツドは相互に近付き合つている。
それ故ロツドは、炉心周辺部における冷却液流通
内の横方向の流れを限定する。この横方向の流れ
は、周辺部燃料集合体の燃料を振動させたり、或
いは冷却不足にさせたりするものである。ロツド
は上記のような限定作用ばかりでなく、炉心の内
部区域とも充分に連絡できるから、圧力を均衡に
すると共に、一次冷却剤の漏出事故が生じた場
合、ケーシングと炉心との間に存在する一次冷却
材を、燃料集合体を通り抜ける一次冷却材と同時
に排出させることができる。このようにして、従
来の仕切りプレートが惹起こす変形の危険から全
面的に解放される。変形の危険は故障後の冷却を
妨げるものである。

一般的に言つて、本発明による原子炉のロツド
は、熱膨脹の差から生ずる応力も含む機械的応力
の問題に、簡明な解決方法をもたらす。このロツ
ドの取付は容易で、スペーサープレートのロツド
用の孔にこれ差し通すだけであるから、その取付
け時点と同様作動中の熱膨脹時にも、上記スペー
サープレートにおいて縦方向、即ち実際には燃料
集合体の垂直方向にロツドは自由に滑動すること
ができる。スペーサープレートだけはケーシング
と緊密に一体化し、例えばネジまたは溶接でケー
シングに固定される。

ロツドは優れた円筒形であるから、スペーサー
プレートの対応する円筒孔に容易に入り込む。一
般的に言つて、ロツドは一定のピツチに従い三角
形、四角形もしくは他の全ての形状で配置され、
隣接するロツド間の間隔は相対的に緊密で、例え
ばロツドの直径より大きくないピツチで配置され
る。ロツドは炉心周囲の照射情況に適したすべて
の材質、例えばステンレススチールまたはジルコ
ニウム合金および好ましくは中性子反射係数の大
きい材質で製造される。それ故、例えばベリリウ
ムのような反射材を含む金属製のパイプで、ロツ
ドを構成することができる。

冷却材の流れに対する役割の他に、このロツド
は、作動中に核燃料から生ずる中性子放射とガン
マ線放射から原子炉容器を保護する。この観点か
らすれば、炉心の周囲でロツドの列数即ち径方向
に対するロツドの数量密度を変えることには長所
があり、周辺部の燃料と容器間における距離の変
動を補償し、放射線が容器に達する前にこの放射
線を充分減衰することができる。

本発明による原子炉の好ましい実施例では、ロ
ツドを側面から保持しているスペーサープレート
が、燃料集合体のグリツドと同じ水平高さに置か
れるが、このグリツドは燃料集合体の高さ全体を
区切る様々なレベルに配置されており、上記プレ
ートは炉心の周囲全体にわたり、その内周形が炉
心周辺部の燃料集合体グリツドの外周形に従つて
いる。本発明による原子炉のスペーサープレート
が、その内周形に従つて炉心周辺部燃料集合体の
グリツドに接している場合、例えば地震により炉
心に横方向の応力がかかるなら、周辺部燃料集合
体はそのグリツドを介してスペーサープレートで
支持されるから、この種の事故に対する原子炉全
体の耐力に寄与することになる。

好ましくはロツド通過孔以外の孔がスペーサー
プレートに設けられるから、炉心とそのケーシン
グ間において、或る種の垂直流を冷却材に与える
ことができる。炉心を回る冷却剤の圧力低下は、
上記孔の数、構成および寸法によつて調整され
る。炉心の迂回流量は、炉心を効果的に通り抜け
る主流量の100分の１程度であるから、各スペー
サープレートを通り抜ける時に迂回流の冷却材が
こうする圧力降下は、同じ高さに置かれた燃料集
合体グリツドを通り抜ける主流の冷却材の圧力降
下と同じ程度の大きさになり得る。炉心ケーシン
グとロツドとの間に位置するスペーサープレート
に穿孔された幾つかの孔は、好ましくも垂直に貫
通した孔であり、しかもこのプレートの内周には
切欠がついている。

本発明のその他の特徴は、以下の説明で明らか
になるが、本発明に従つて設計される炉心仕切り
式軽水冷却型原子炉の特定実施例に関するもの
で、本発明はこれに限定されるものではない。説
明には第１図から第５図迄の添付の図面が参照さ
れる。

第１図には容器１に閉込められた原子炉の全体
が図式的に示されており、この容器には管路２お
よび３が設けられ、各々炉心４の冷却を行う一次
冷却剤の入口と出口になつている。この炉心は垂
直な燃料集合体５から構成され、後者は各々燃料
棒７の組立体からなり、相互に側面からグリツド
６により様々な高さで保持される。

集合体は断面が正方形で、第３図の断面図が示
すように、並列に置かれ相互にしつかり締めつけ
られる。集合体は円筒形のスカートケーシング８
の内部に置かれ、このスカートケーシングが底部
支持体９と共に炉心全体を保持し、炉心は上記ケ
ーシングを介して容器の上部フランジで吊下げら
れる。冷却剤の入口管２は、スカートケーシング
の外部で容器を通り抜け、出口管３は前者の内部
から容器を通り抜ける。それ故、作動状態の冷却
材径路は、容器１とスカートケーシング８間の環
形空間を下がる下降行程、および底部支持体９と
炉心４とを通り抜ける上昇行程から成る。

第１図には炉心下部プレート１２、炉心の計装
柱状体１３および上部内側設備なども図示されて
おり、後者の設備には炉心の上部プレート１４と
制御ブロツクのガイド管１５とが含まれる。燃料
集合体５は炉心の下部プレート１２から上部プレ
ート１４に達する。燃料集合体を支持する下部プ
レートは、柱状体１６を介して底部支持体９に載
置され、他方上部プレートは、上部内側設備の重
量と容器カバーの締付けとによつて、燃料集合体
上に直接支承される。上記プレートは両者共に多
数の孔が貫通し、、燃料集合体の心出しと冷却水
の流路とにあてられる。その外ロツド１７とスペ
ーサープレート１８とが図示されており、前者の
ロツドは燃料集合体のように炉心プレート１２お
よび１４間で垂直に伸び、後者のスペーサープレ
ートには上記ロツドが取付けられて軽く摺動す
る。

ロツドの構成の詳細については、第２図では原
子炉の縦断面（垂直方向）として、第３図では横
断面（水平方向）の分割図として示されている。
スペーサープレート形状および構成についても上
記の図に示されている。

第３図は、並列に置かれた燃料集合体の柱状形
がどのようにして炉心の外周で段状にされるかを
示している。基本的には、３列特別な場合には三
角形のピツチでロツド１７がこの外周に沿つて配
分される。外側に向つて突出したかどに面し、ス
カートケーシングに対する補足的なロツド２１が
列状に置かれ、容器に対する熱保護機能を強化す
る。

ロツド１７は中実の円筒形である。このロツド
の下端は、炉心下部プレート１２に設けられた専
用の盲穴に嵌め込まれる。上記下部プレートは、
燃料集合体の重さを支持すると共に、ロツドの重
さも支持する。第２図には周辺部の燃料集合体２
２が示され、集合体はその下部先端部材２６を介
して炉心下部プレート１２に載置され、他方その
上部先端部材２７を介して炉心上部プレート１４
で固定されるが、燃料集合体５の中を垂直に動く
制御ブロツクに通り路を与えることができる。ロ
ツド１７はその上端で、所定の位置に置かれた炉
心上部プレートに固定される。但し、或る程度の
自由が残され、ロツドの熱膨脹を吸収する。

スペーサープレート１８はロツドをガイドし、
後者を垂直移動させる。このスペーサープレート
は炉心の様々な高さに取付けられるが、特に燃料
集合体の横方向グリツドが存在する各々のレベル
に取付けられる。このスペーサープレートは、多
数の扇形が相互に溶接されて、炉心の全周に環状
に拡がつている。その外周は円形に沿い、半径は
スカートケーシング８の内径に対応し、スペーサ
ー自体は、図示の場合溶接によつてこのケーシン
グに固定されている。その外形は炉心の外周の段
状形を補足するような段状であり、同じ高さにあ
る周辺部の燃料集合体のグリツド２８により、あ
らゆる個所ですぐ近くから支持される。

スペーサープレートはすべて同一であるから、
その製作が容易になる。このプレートはロツドを
通すために孔が貫通しているばかりでなく、ロツ
ド１７とスカートケーシング８との間の空間部に
は孔２３があり、その円周には半円形の切欠２４
もある。同じような孔が、炉心の上部プレート１
２および下部プレート１４に各々設けられてい
る。炉心の上部には最後のスペーサープレート２
５が、燃料集合体の上部先端部材の高さで、上部
プレート１４の直ぐ下に置かれ、他方この上記プ
レートはロツド１７の上方の部分において中実と
なつている。ロツドの全長は、その上端が最後の
スペーサープレート２５の厚さ用に正しくおさま
るようになつている。それ故ロツドが熱膨脹して
も、炉心上部プレートの下面に当たるようにはな
らない。図示されてないがバネをロツド１７のヘ
ツドに取付け、流通する冷却材の作用でもつてロ
ツドが振動するのを妨ぐこともできる。どんな場
合でも上部プレートはロツドを燃料集合体と同じ
ように押え、冷却材の圧力による飛出しを防ぐ。

ロツド１７の間隔とその直径とを選択し、更に
孔２３と切欠２４とを選択することによつて、炉
心近辺における冷却材の流通条件が定められる。
このような全体によつて、炉心の仕切りと呼ばれ
るものができあがり、炉心とそのケーシング間の
環状迂回区域と炉心本体との間のつながりによる
冷却材の混流を限定するが、それを完全に禁止す
るものでわなく、僅かではあるが迂回流量を存在
させ、炉心周囲のこの区域に垂直流を生じさせる
が、この垂直流は充分に制動しうるものであるか
ら、燃料集合体のグリツドならびに迂回区域のス
ペーサープレートを通り抜ける時の水圧降下をほ
ぼ同一にすることができる。

第２図および第３図の特定実施例によれば、炉
心を仕切る働きは、基本的には連続した３列のロ
ツドによるもので、これらのロツドは直径が同一
でしかも同じ間隔で置かれ、燃料集合体の燃料棒
の直径と間隔よりも大きくすることはできるが、
同じ程度の大きさである。炉心の突出したかどに
面する補助ロツド２１は、放射線を減衰させるべ
く３列のロツドを補助する。

この実施方法の様々な長所については既に指摘
してきた。この点について想起すべきは、ロツド
の取付けにはいかなる固定もいらないこと、この
ロツドは引抜き法によつて簡単に製造され、特別
な機械加工を一切必要としないこと、更にスペー
サープレートも各々同一なプレートを穿孔して簡
単に製造されることである。取付けられたロツド
は、スペーサープレートと炉心のケーシングとに
対して自由に膨脹できる。その上、ロツドとケー
シングとの膨脹差は小さい。その理由はロツドと
ケーシングとの平均温度が近寄つているからであ
る。確しかにロツドはより大きなガンマ放射線を
受けるが、実際にはロツドはケーシングより薄い
から冷却効率がより高い。その外、上部の内部構
造物を取外した後、何本かのロツドを取出して仕
切りの状態を検査することができ、必要があれば
この時ロツドを何本か取換えることもできる。

この様な長所はそのほとんどが、第４図および
第５図の変形例にも具備されており、ここではロ
ツド１７がスペーサー管４０の中に同軸的に挿入
され、この管は連続した２枚のスペーサープレー
ト１８間で各々垂直に巻込まれている。この様な
管はロツド間の空間を減少するから、炉心と環状
区域との間における流体間の従来を更に少なくす
ることができる。

スペーサー管４０はロツドと同じ材質である。
この管はスペーサープレート１８に支承され、そ
の上に自由に取付けられる。管４０およびロツド
１７との間ならびに管４０とスペーサープレート
１８と間に間隙が存在することで、各々自由に膨
脹することができる。図示の実施例では、管は相
互に接している。この様な構成によれば、ロツド
は１列だけ取付ければよく、第２図および第３図
の変形例のように３列にする必要がない。然しな
がら、補足ロツドを、炉心の外形の突出したかど
に面して取付けることもできる。

以上すべての場合について、図示の特定原子炉
は単なる例に過ぎず、本発明は原子炉におけるロ
ツド、スペーサープレートおよびこれらの組合せ
に関する変形実施例をすべて包含するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の部分的な断面図である。第２
図は第一変形実施例に従い炉心を仕切る部材の詳
細な垂直断面図である。第３図は炉心周辺部にお
ける上記部材の水平断面図で、スペーサープレー
トの上面図を含む。第４図および第５図は、第２
図および第３図と同一であるが、第二変形実施例
を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直立円筒形ケーシング８と、下部炉心プレー
   トと、前記ケーシングの内部に配置され、段状の
   輪郭を有し、並列に置かれ、冷却水が上方に循環
   できるように構成され、前記下部炉心プレートに
   よつて支持された直立柱状燃料集合体５からなる
   炉心と、ケーシング８にしつかりと固定された複
   数の水平なスペーサープレート１８と、を含み、
   前記スペーサープレートの内側輪郭は炉心の段状
   の輪郭に従う軽水炉において、該軽水炉は、炉心
   の周辺部の燃料集合体２２とケーシングとの間
   に、下端が前記下部炉心プレートに動かないよう
   に保持され、炉心のまわりで互いに隣接して配置
   され、前記炉心の垂直方向長さに亘つて延び、前
   記炉心の前記段状の輪郭に厳密に従い、スペーサ
   ープレート１８の孔に滑動自在に受け入れられた
   少なくとも１列の直立したロツド１７と、隣接し
   た２つの前記スペーサープレート１８の間ごとに
   前記各ロツド１７のまわりに配置され、炉心と、
   ロツド１７およびケーシング８によつて構成され
   た空間との間に実質的な半径方向流れが生じない
   ようにするため互いに接触しているスペーサー管
   ４０とを含むことを特徴とする軽水炉。 ２ 或るスペーサープレート１８が、各集合体で
   燃料を側面から支持するグリツド６と同じ高さに
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の軽水炉。 ３ スペーサープレート１８はさらに、一方の側
   に、ロツド１７で取り囲まれた空間とケーシング
   ８との間に配置された孔２３を有し、他方の側に
   内周上に設けた切欠２４を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の軽
   水炉。 ４ スペーサー管４０内には間隙があつて、自由
   に熱膨張できるようにロツド１７が同軸的に装入
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第３項いずれか１項に記載の軽水炉。 ５ 冷却水が上方に循環するときにロツド１７お
   よび燃料集合体を保持する上部炉心プレート１４
   をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第４項いずれか１項に記載の軽水炉。 ６ ロツド１７は上部炉心プレート１４の下で熱
   膨張できる長さになつており、適当ならばロツド
   １７と上部炉心プレート１４との間にバネが挿入
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項に記載の軽水炉。