JPH0372293A - 原子炉の出力制御装置 - 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、個々の駆動装置によって動かせる多数の制御
要素を備え、これらの各制御要素が複数の制御棒とこれ
らの制御棒を互いに結合する支持部材とを有している原
子炉、特に改良溶加圧水形原子炉の出力制御装置に関す
る。

〔従来の技術］ 多くの原子力発電所において既に実証済みの加圧爪形原
子炉の技術から出発して、加圧爪形原子炉の炉心を僅か
に変更し新形の燃料集合体を使用して槽底したいわゆる
改良溶加圧水形原子炉においては、エネルギー原材料を
極めて良好に利用することができる。しかしそのために
は炉心における平均中性子エネルギーを高めねばならな
い。中性子を減速する水は同時に冷却材として利用され
るので、改良溶加圧水形原子炉において平均中性子エネ
ルギーＬよ、減速材容積と燃料容積との比率が減少する
ことによって熱領域以上にそらされる。

液体冷却形原子炉の場合、燃料集合体は球状底および球
状蓋を持った一般には円筒状の原子炉圧力容器の中に配
置されている。冷却材は原子炉圧力容器を下から上に向
けて貫流し、減速材を兼ねている。各燃料集合体は燃料
棒の束から威り、これらの燃料棒はスペーサから構成さ
れた格子に案内され、共通の頭部部材および脚部部材に
移動可能に支持されている。燃料棒は支持板に保持され
た頭部部材と脚部部材との間において膨張でき、従って
その軸方向における熱膨張は妨げられない。

燃料としての酸化ウランを収容するために、燃料棒は、
燃料がベレツトの形で気密に封じ込まれている管として
形成されている。

原子炉の出力制御は、とりわけ炉心の反応部分に深くあ
るいは浅く挿入される制御棒によって行われる。そのた
めに所定の燃料集合体は、制御棒がその中を通される案
内管を有している。もっとも原子炉を運転する際、選ば
れた数の燃料集合体にしか制御棒は装備されない。制御
棒駆動装置の数を減少するために、同一の燃料集合体に
属する制御棒はすべて、その燃料集合体の上側において
共通の支持部材（スパイダ）を介して唯一の駆動ロッド
に連結されている。これらの制御要素の駆動ロフトは原
子炉圧力容器の蓋を貫通して外側に個々の制御要素駆動
装置まで導かれている。その場合、制御要素の位置は普
通は炉心の横断面に亘って対称に分布されている。制御
要素の数は、駆動ロンドが貫通する原子炉圧力容器の蓋
に設けられた孔の最大許容数によって制限される。

改良溶加圧水形原子炉における燃料棒格子構造は、加圧
爪形原子炉の横断面正方形の燃料棒格子構造と異なり、
横断面六角形をしている。これにより燃料棒間の間隔は
非常に小さくなるので、改良溶加圧水形原子炉において
は炉心の中に加圧爪形原子炉の炉心よりも平均して、多
くの燃料を入れることができる。改良溶加圧水形原子炉
の炉心の必要な緻密度は、原子炉圧力容器の寸法を変更
しない場合、一般の加圧爪形原子炉に比べて燃料棒が２
倍の数となる大きさであり、反応炉心高さは約半分とな
る。従って改良溶加圧水形原子炉の確実な制御および停
止を行うためには、炉心の単位断面積当たりにおいて一
般の加圧爪形原子炉よりも多数の制御要素を設ける必要
がある。他方においてかかる改良溶加圧水形原子炉は、
文献「原子炉（ｌ［ｅｒｎｒｅａｋｔｏｒｅｎ）　Ｊ　
　（ツェヒ（ＬＪ、Ｚｅｃｈ）著、１９８８年、Ｄｅｕ
ｔｃｈｅｓ　Ａｔｏ＋ｉｆｏｒｕｍ社（ポン）出版）に
記載されているように、原子炉圧力容器の寸法を変更し
ない場合、特に原子炉圧力容器の蓋にある所定数の孔に
よって、制御要素用の駆動ロンドの数が制限される。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、所定数の制御要素駆動装置において、
改良溶加圧水形原子炉の炉心において従来の普通の加圧
爪形原子炉の場合よりも単位面積当たり多くの制御要素
を駆動できるような出力制御装置を提供することにある
。その場合、炉心において一様な出力分布を得るために
、炉心の全横断面積に亘って制御要素を一様に平面を覆
い且つ対称に分布しなければならない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によればこの１題は、冒頭に述べた形式の原子炉
炉心において、複数の制御要素がそれぞれ唯一の駆動装
置を持つ制御要素グループにまとめられ、これらのグル
ープが、炉心の横断面の面重心を通って延び横断面平面
内に位置する少なくとも２つの対称軸線に対して対称に
配置され、各制御要素グループが同じ大きさの燃料集合
体グループ属するようにされ、この燃料集合体グループ
が、制御要素を有していない燃料集合体によって包囲さ
れることによって解決される。その場合本発明の特に有
利な実施形態では、制御要素グループの制御要素の数が
１．２又は３個であり、従ってそれに属する燃料集合体
の数もｌ、２又は３個であり、断面ほぼ円形の原子炉炉
心の場合、隣接する２つの対称軸線の成す角度が３０°
の整数倍である０本発明の別の有利な実施形態は請求項
４〜８に記載されている。

〔発明の効果〕

本発明に基づく原子炉の出力制御装置の利点は、僅かな
経費で制御要素をグループにまとめることによって、制
御要素駆動装置の数を変更せずに、炉心の中に単位面積
当たりにおいて多数の制御要素を挿入できることである
。その場合、炉心の横断面に亘って制御要素を平面を覆
い且つ対称に分布することは、本発明に基づいて２個あ
るいは３個の制御要素の駆動ロンドがそれぞれ結合部材
を介して１本の駆動ロンドにまとめられることによって
達成される。これは個々に駆動される制御要素と共に、
制御要素を炉心横断面に亘って互いに３０”の整数倍の
角度を成している６本の対称軸をもって特に有利に幾何
学的に配置することを可能にする。これによって炉心の
設計時の計算および監視は３０°のセクタ、一部分が基
礎とされ、続いて全横断面についての計算が行われる。

更に、３個以上の制御要素から成る制御要素グループを
形成することによって、局所的あるいは総炉心横断面に
亘って、その都度の要求に応じた数の燃料集合体に制御
棒を設けることができる。本発明に基づく装置は特に、
加圧爪形原子炉を改良溶加圧水形原子炉に変換する際に
有利である。何故ならば、原子炉圧力容器蓋も制御要素
駆動装置も交換する必要がないからである。

〔実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

なお各図面において同一部品には同一符号が付されてい
る。

第１図は改良溶加圧水形原子炉の原子炉圧力容器１を示
している。原子炉圧力容器１は下側が球面底３で閉じら
れている円筒状円胴体２を有している。円胴体２の範囲
には、冷却材を案内するために原子炉圧力容器ｌから出
ている配管に対する接続短管５を持ったリング部４が配
置されている。

このリング部４の上側には球面蓋６があり、そのフラン
ジ７は蓋締めボルト（図示せず）を収容する孔８を有し
ている。

原子炉圧力容器１内には、炉心１１を包囲する炉心容器
１０が配置されている。炉心容器１ｏと炉心１１との間
に、運転中に炉心１１から放射される中性子に対して炉
心容器ｌｏを遮蔽する炉心バッフル１２が設けられてい
る。炉心１１は個々の燃料集合体１３から構成され、そ
の内の選択された数の燃料集合体１３に制御型素工４が
備えられている。各制御要素１４は制御棒１５の束およ
びこれらの制御棒１５を支持するスパイダとも呼ばれる
支持部材１６から構成されている。

燃料集合体１３は下側支持板１８における下側格子１７
の上に置かれている。上側炉心構造物１９の下側におい
て燃料集合体１３は上側支持板２０で案内されている。

出力１３００ＭＷの原子ヵ設備に対する原子炉圧力容器
は、高さが約１２ｍであり、内径が約５ｍであり、円筒
状部分における肉厚が約２５０ｍｍである。その自重は
約５００トンである。原子炉圧力容器１は１７５バール
の運転圧力、約３５０°Ｃの運転温度に対して設計され
ている。改良溶加圧水形原子炉の場合、原子炉圧力容器
１の高さと炉心１１の高さとの比率は約４：１である。

炉心容器ｌＯはフランジ２１で原子炉圧力容器ｌにおけ
るリング部４の内側肩部２２に懸けられている。炉心容
器１０はその下端に内側に向いたフランジ２３を有して
おり、このフランジ２３に下側格子１７が懸けられてい
る。

炉心容器１０も円筒状をしており、原子炉圧力容器１の
円胴体２と共に環状室２４を形成している。この環状室
２４は冷却材人口２５ａから流入する冷却材を矢印２６
の方向に下向きに案内する、冷却材は球面底３で転向さ
れて、下から下側格子１７を通して炉心１工の中に流入
し、冷却材出口２５ｂで原子炉圧力容器１から流出する
。その転向により流れは中央炉心範囲に集中するので、
炉心１１の横断面に亘って流れを一様にするために、棒
形スクリーン２７が球面底３の上に置かれて設けられて
いる。

改良溶加圧水形原子炉の上側炉心構造物１９には、上側
支持格子２９および案内管３０と共に取り出し可能な組
物を形成している補助的な心合わせ格子２日が配置され
ている。案内管３０はその内部に制御要素１４の駆動ロ
ッド３２を案内する案内板３１が設けられている。駆動
ロッド３２は球面蓋６を貫通して制御要素駆動装置３３
（１個しか図示せず）まで導かれている。本発明に基づ
いて若干の案内管３０は、複数の制御要素１４から成る
制御要素グループを案内するために形成されている。第
１図には、２個の制御要素１４から成る制御要素グルー
プに対する案内管３０も示されている。かかる制御要素
グループの制御要素１４の駆動ロッド３２は結合部材３
４を介して１本の駆動ロッド３２に置き換えられている
。

第２図には、横断面正六角形の燃料棒格子構造をした第
１図における原子炉圧力容器Ｉが横断面図で示されてい
る。その紙面に直角座標を置き、その原点を原子炉圧力
容器１の面重心Ｍに位置させた場合、０″の軸＆＊３５
が横軸を表し、９０’の軸線３８が縦軸を表している。

原子炉圧力容器１は４つの一次冷却材回路に冷却材を導
くために８個の接続短管５が設けられている。それらの
冷却材人口２５ａおよび冷却材出口２５ｂは軸線３５お
よび軸線３８に対して鏡面対称に配置されている。この
実施例の場合、炉心バッフル１２で取り囲まれた炉心１
１は、３４９個の横断面六角形の燃料集合体１３を有し
ており、その内の１５１個の燃料集合体１３が制御要素
１４を備えている。

選択された数の燃料集合体１３に属し本発明に基づいて
グループにまとめられた制御要素１４は、大枠４５で概
略的に示されている。

第２図から理解できるように（面重心Ｍから出発して）
、それぞれ３個の制御要素１４から成る６群の制御要素
グループが、唯一の制御要素１４から成る制御要素グル
ープの周りに配置されている。その場合、各グループは
制御要素１４を備えていない燃料集合体１３によって包
囲されている。

炉心１１の周辺領域において、幾何学的に０°の軸線３
５の上およびこの軸線３５に対して６０’の整数倍だけ
ずれている軸線３７．３９の上に、それぞれ２個の制御
要素１４から成る補助グループが配置されている。１５
１個の制御要素１４を炉心１１の全横断面に亘って平面
を覆い対称に分布するために、好ましくは、それぞれ１
個の制御要素工４から成る１３群のグループ、それぞれ
２個の制御要素１４から成る６群のグループ、およびそ
れぞれ３個の制御要素１４から成る４２群のグループが
設けられている。

これにより生ずる制御要素１４を備えた燃料集合体重３
の配置構造は、各軸線間の角度が３０゜の整数倍となっ
ている６つの軸線３５〜４０に対して対称になっている
。各軸線３５〜４０は鏡面軸線であるので、炉心１１を
設計するために演算する幾何学的形状部分は、任意の３
０°のセクタ一部分に限定できる。

第３図には三叉状の案内プレー）５０が示されている。

その互いに隣接するアームはそれぞれ１２０°の角度を
成している。この案内プレート５０は、３つの制御要素
１４の３本の駆動ロッドを１本の駆動ロッド３２にする
結合部材３４を案内するために使用する。このために案
内プレート５０は結合部材３４に相応した部分５１が切
り抜かれている。

【図面の簡単な説明】

第１図は例えば出力１３００ＭＷの改良溶加圧水形原子
炉における圧力容器の縦断面図、第２図は制御要素付き
燃料集合体および制御要素無し燃料集合体が本発明に基
づいて分布して設けられている第１図における原子炉圧
力容器の横断面図、第３図は３個の制御要素を支持する
結合部材に対する案内プレートの平面図である。 １１、、、原子炉炉心 １３゜０．燃料集合体 １４、、、制御要素 １５、、、制御棒 １６、、、支持部材 ３３、、、駆動装置 ３４、、、結合部材 ３５〜４０．、、対称軸 ５０、、、案内プレート −・・ｉｉｌユ ξ−Ｉｓ、７士 「ＩＧ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）個々の駆動装置（３３）によって動かせる多数の制
   御要素（１４）を備え、これらの各制御要素（１４）が
   複数の制御棒（１５）とこれらの制御棒（１５）を互い
   に結合する支持部材（１６）とを有している原子炉の出
   力制御装置において、複数の制御要素（１４）がそれぞ
   れ唯一の駆動装置（３３）を持つ制御要素（１４）グル
   ープにまとめられ、これらのグループが、炉心（１１）
   の横断面の面重心（Ｍ）を通って延び横断面平面内に位
   置する少なくとも２つの対称軸線（３５、３８）に対し
   て対称に配置され、各制御要素グループが同じ大きさの
   燃料集合体（１３）グループに属するようにされ、この
   燃料集合体グループが、制御要素（１４）を有していな
   い燃料集合体（１３）によって包囲されていることを特
   徴とする原子炉の出力制御装置。 ２）制御要素グループの制御要素（１４）の数が１、２
   又は３個であり、従ってそれに属する燃料集合体（１３
   ）の数も１、２又は３個であることを特徴とする請求項
   １記載の装置。 ３）断面ほぼ円形の原子炉炉心の場合、隣接する２つの
   対称軸線（３５〜４０）の成す角度が３０゜の整数倍で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。 ４）断面ほぼ円形の原子炉炉心（１１）が断面六角形の
   燃料棒格子構造を有していることを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれか１つに記載の装置。 ５）全部で１５１個の制御要素（１４）が全部で６１群
   の制御要素グループで設けられ、その場合１個の制御要
   素から成る制御要素グループの数が１、３であり、２個
   の制御要素から成る制御要素グループの数が６であり、
   ３個の制御要素から成る制御要素グループの数が４２で
   あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ
   に記載の装置。 ６）各制御要素グループの制御要素（１４）が、１つの
   駆動装置（３３）によって動かせる結合部材（３４）に
   着脱自在に保持されていることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれか１つに記載の装置。 ７）結合部材（３４）が多腕状案内プレート（５０）で
   案内されていることを特徴とする請求項１記載の装置。 ８）案内プレート（５０）の互いに隣接する腕の角度が
   、３６０゜をその腕の数で割った角度であることを特徴
   とする請求項７記載の装置。