JPH0541954B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、原子炉の炉心を形成する短形の燃料
集合体の配列の周辺と該炉心を取り囲む円筒状の
炉心槽との間の不規則な空間内に挿入されて、中
性子を周辺燃料集合体に反射し戻して該周辺燃料
集合体の効率を高めるための金属装置に関するも
のである。特に、本発明は、現存の原子炉の上記
不規則な空間内に通常見られる形成板間に嵌合さ
れ、全方向における金属ブロツクの熱膨張を吸収
する取付手段により炉心槽に固定される中性子反
射体に関するものである。

先行技術 商用原子炉において、核分裂性物質は、短形の
細長い燃料集合体に収納されており、該燃料集合
体は集合化されてほぼ円筒状の炉心を形成してい
る。この炉心は、ステンレス鋼製の水平な上部炉
心板と下部炉心板との間で円筒状のステンレス鋼
製な炉心槽内部に収容されている。この燃料集合
体全体は、半球状の上部蓋体及び下部蓋体を有す
る円筒状の圧力容器内に装着される。入口ノズル
を介して圧力容器内に導入される原子炉冷却材
は、炉心槽と圧力容器との間の環状の空間内で下
向きに流れ、次いで方向を反転し、下部炉心板に
形成されている開口を経て燃料集合体を通り上向
きに流れて、核分裂反応の結果として加熱され、
しかる後に、出口ノズルを経て圧力容器から半径
方向に流出する。

燃料集合体は横断面が短形もしは正方形である
ので、炉心の周辺と炉心槽の内側表面との間には
不規則な空間が存在する。通常の慣行によれば、
上向きの冷却材流を燃料集合体に閉じ込めるため
に、軸方向に延びる平らな板を燃料集合体の外部
表面に沿つて配置する。これ等の軸方向に延びる
板は、該板及び炉心槽にボルト固定される不規則
な形状の水平な形成板もしくはフオーマープレー
トにより定位置に保持されている。形成板に設け
らている孔により、上記軸方向の板と炉心槽との
間のほぼ環状の空間内には制限された冷却材の流
れが許容され、これ等の構成要素を冷却すると共
に軸方向の板の両側における圧力を均等化する作
用をする。

これ等の垂直な板の元来の目的は、燃料集合体
を通るように原子炉冷却材流を案内することにあ
つたが、これ等の板も、或る程度、中性子を周辺
燃料集合体に向けて反射し戻す作用があることが
知られている。しかし、これ等の板は比較的薄肉
であるため、炉心から半径方向に逃げる中性子の
殆どは板間の大量の水内に飛走し、この水は殆ど
反射することなく中性子を吸収したり或は熱中性
子化する。

本出願人の特開昭60−181683号公報において認
識されているように、炉心と炉心槽との間におけ
る空間内の水を本質的に水素を含まない物質で置
換すれば、その結果、非常に効率的な半径方向に
おける中性子反射が実現される。特に、上記特開
昭60−181683号公報においては、この空間は、数
個の大きく離間された垂直の孔又は炉心の周辺部
を取り巻いて配列された多数の細長い金属筒を通
つて循環される原子炉冷却材によつて冷却される
垂直方向に積み重ねられたほぼ環状のステンレス
鋼板で埋めることが示唆されている。これ等の金
属筒は、垂直方向の冷却ポートを備えたジルコニ
ア又はステンレス鋼製のブロツクか、水平板によ
り幾つかの高さレベルで支持されている多数の棒
のどちらかを収容することができる。これ等の棒
は、ジルカロイ内に包入された固体のステンレス
鋼又はジルコニア円板から構成される。何れの場
合にも、反射平ユニツトの重量は、下部炉心板に
より支持され、そして、燃料集合体は、上部及び
下部炉心板に固定することにより定位置に保持さ
れる。

また、稠密に詰められた鋼製の棒の配列が懸持
されている金属箱からそれぞれ構成される取り外
し可能なモジユール式中性子反射体が知られてい
る。稠密に詰められた棒間の〓間は、原子炉冷却
材が循環するための通路を形成し、各モジユール
の容積の約８〜10％を占めており、各モジユール
の90〜92％が金属物質である。各モジユールは、
半径方向、円周方向及び軸方向における自由な熱
膨張を許容するように炉心槽に対する単一点取付
けにより燃料集合体と炉心槽との間の不規則な空
間内に支持されている。この単一点取付け部は、
モジユールをその上端部近傍で炉心槽に締結する
ようにトルクが加えられる４本の近接して離間配
設されたボルトを備えている。このボルトパター
ンの中心にある大寸法のピンで、モジユールの位
置が固定されると共に、該ピンは冗長支持体とし
ての機能をしている。モジユールの各々は、下端
部の横方向変位が下部炉心板に形成されている垂
直方向の孔内に滑り嵌めされている下向きに延び
るピンにより抑制されるようにして、炉心の全高
に沿い延在している。

これ等の反射体ユニツトは効果的であり、それ
ぞれ独自の利点を有するが、これ等の反射体ユニ
ツトは、全て炉心の全長に亙つて延在するもので
あり、炉内部構造物の設計に大きな変更を必要と
する。従つて、形成板の取外し又は炉内構造物に
対する他の変更を必要とすることなく、燃料集合
体と炉心槽との間の不規則な空間を中性子反射材
で実質的に埋める中性子反射体ユニツトに対する
必要性が存在する。

発明の概要 従つて、本発明は、上述の必要性を満たすこと
も目的とするもので、この目的から、原子炉内の
細長い直方体形の燃料集合体の略円筒状の配列
と、該配列を取り囲む円筒状の炉心槽との間にお
ける不規則な空間を横切り垂直方向に離間して設
けられた複数の形成板間に形成される複数の実質
的に環状の空間に配置される中性子反射装置を備
えた原子炉の炉心構造において、前記環状の空間
を実質的に埋めている複数の反射体ユニツトであ
つて、各反射体ユニツトが１つの環状の空間の扇
形部分を横切つて山形に延在する金属ブロツクか
ら構成されている、前記複数の反射体ユニツト
と、前記反射体ユニツトの質量中心を通る半径方
向の延長線に沿つて各反射体ユニツトから実質的
に半径方向に延びるように同反射体ユニツト中に
設けられると共に、前記炉心槽に前記反射体ユニ
ツトを支持するために該炉心槽にある孔内に滑動
自在に受け入れられるピンから構成される各反射
体ユニツトのための取付手段とを備え、複数の前
記反射体ユニツトは、同反射体ユニツトが前記ピ
ンから全方向に自由に膨張し得るような寸法に形
成され且つ離間されており、前記取付手段は、前
記自由な熱膨張を許容しつつ前記ピンを中心とす
る転倒モーメントに抗するように前記ピンら離間
した少なくとも１つの点で前記反射体ユニツトを
前記炉心槽に接続する締結手段を含んでいること
を特徴としている。

好適な実施例の説明 本発明は、加圧水形原子炉（PWR）に実施さ
れるものとして説明するが、本発明は、他の軽水
炉にも実施可能であることを理解すべきである。
第１図に示した典型的な加圧水形原子炉は、円筒
状の外殻３と、該外殻３に溶接された半球状の下
部蓋体５と、中央部の上端でフランジ９にボルト
固定された着脱可能な半球状の上部蓋体７とを有
する圧力容器１を備えている。圧力容器１内に
は、フランジ９から円筒状のステンレス鋼製の炉
心槽１１が懸持されている。炉心槽１１の下端部
は、炉心支持板１３に接続されており、一方、該
炉心支持板１３は、圧力容器の外殻３の下端部に
摺動可能に連結されている。上部炉心板１５は、
やはりフランジ９上に載置された上部支持板１９
から多数の柱１７（２つの柱のみを図示）により
懸持されている。下部炉心板１４は、炉心槽及び
炉心支持柱に取り付けらている。

炉心２１は、上部炉心板１５と下部炉心板１４
との間で炉心槽１１内に収容されている。炉心２
１は、短形の細長い燃料集合体２３の配列から構
成される。尚、第１図には、図示を明瞭にするた
め、２つの燃料集合体しか示されていない。第２
図も最も良く示すように、炉心２１を構成する短
形の燃料集合体２３のほぼ円筒状の配列と円筒状
の炉心槽１１との間には不規則な環状の空間２５
が形成される。細長いバツフル板２７が燃料集合
体をこの環状空間２５から遮閉しており、炉心槽
１１にボルト固定された水平の不規則な形成板２
９がバツフル板２７を支持している。一般に、形
成板２９は、燃料集合体２３を構成する燃料棒
（図示せず）を支持する格子３１と整列されてい
る。炉心２１が炉心槽に最も接近する領域で炉心
槽１１の外側部には中性子遮蔽体３３が取り付け
られている。

原子炉冷却材は、入口ノズル３５を介して圧力
容器１内に導入される。この冷却材は、円筒状の
外殻３及び炉心槽１１により形成される降水部３
７を経て半球状の下部蓋体プレナム３９へと下向
きに流れ、そこで方向を反転して炉心支持板１３
及び下部炉心板１４に形成されている開口４１及
び４２を上向きに通つて燃料集合体２３内を上向
きに流れ、その際に核分裂反応により加熱され、
そして出口ノズル４３から出る。典型的には、
PWRは、２〜４基の蒸気発生器（図示せず）に
加熱された冷却材を供給するものであり、従つ
て、各蒸気発生器ループに対し１つの入口ノズル
３５及び１つの出口ノズル４３が設けられる。開
口４５が形成板２９にも設けられており、それに
より、冷却材の或る部分は、環状空間２５を経て
上向きに流れてバツフル板２７を冷却すると共に
該バツフル板２７の両側における圧力を等しくす
る作用をする。

本発明によれば、形成板２９により水平方向に
おいて部分に分割される炉心槽１１と炉心２１と
の間の不規則な環状空間２５は、実質的に、複数
の反射体ユニツト４７で実質的に埋められてい
る。各反射体ユニツト４７は、環状空間２５の扇
形部分内の山形に延在する鋼鍛造物（金属ブロツ
ク）である。この鍛造物の内部輪郭は、対向する
バツフル板２７に相補形の１つ又は複数の平坦な
面４９を備えている。外側の輪郭５１は、炉心槽
１１の内面の曲がりに応じた曲面を有している。
第２図及び第５図に見られるように、炉心２１の
輪郭における不規則な段部に対応して４つの基本
形態４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ及び４７Ｄの反射体
ユニツトが必要である。第５図には、圧力容器の
１つの象限しか示されていないが、他の象限に
各々においても同じパターンが繰り返されるもの
であることは理解できよう。第５図から明らかな
ように、水平の横軸を中心に単に回転するだけ
で、同じ鍛造物を反射体ユニツト４７Ｂ及び４７
Ｄに使用することができる。特定の原子炉に要求
される異なつた反射体ユニツトの数及び形状は、
炉心の段付き輪郭に依存する。

製造及び設置に当たつて、反射体ユニツトの大
きさを一層管理し易くするために、典型的な
PWRにおいて約18〜20in（45.72〜50.8cm）だけ離
間している隣接の形成板間に２つの垂直方向に離
間した反射体ユニツト列を設置するのが好まし
い。しかし、反射体ユニツト４７は、反射体ユニ
ツト間及び該反射体ユニツトと形成板との間に空
間５３が生ずるような寸法にすることができる。
この空間５３は、図示を明瞭にするために第３図
には誇張して示されており、実際には数1000分の
1in台に過ぎないが、構成要素の自由な熱膨張を
許容するのにこの大きさで十分である。

反射体ユニツト４７の各々は、炉心槽１１に個
別に取り付けられ該炉心槽１１によつて支持され
ている。垂直荷重は、第２図に、反射体ユニツト
４７Ｃと関連して例示してある鍛造物の質量中心
５９を通る延長線５７に沿い半径方向外方に延び
る大径のピン５５により支持される。このピン５
５は、鍛造物と一体に形成することができるが、
硬化鋼から製作して、鍛造物に形成されている孔
６１内に圧力嵌めするのが有利である。炉心槽の
孔６３内にも圧力嵌めされるこのピン５５は、反
射体ユニツトの重量を支えるばかりでなく、垂直
方向の地震荷重をも担う。上述のように、ピン５
５は、ねじで取り付けられるのではなく圧力嵌め
されるので、滑動自在である。

ピン５５を中心とする転倒モーメントは、ピン
の回りに離間して設けられた或るパターンの締結
手段、即ち細長いボルト６５による抵抗を受け
る。第３図に示した好適な実施例においては、４
本のボルト６５がピン５５を中心とする短形のパ
ターンで配設されている。第４図に最も良く見ら
れるように、ボルト６５の各々は、炉心槽１１の
孔６９の端ぐりにより形成されている肩部６７に
座着する頭部６６と、関連の反射体ユニツト４７
の孔７３の螺刻終端部７１と係合する螺刻端部６
８まで延びている軸部とを有する。孔６９及び７
３は、ボルト６５の軸部よりも大きい直径を有し
ており、それにより、ボルトは、炉心槽１１と反
射体ユニツト４７との間の熱膨張における差に応
答し自由に曲がることができる。ピン５５及びボ
ルト６５は取付手段を構成している。

反射体ユニツト４７には、炉心２１に面する該
反射体ユニツトの面に、垂直方向に延びるスリツ
ト７５の形態で通路が設けられている。これ等の
スリツトは、炉心２１に隣接する部位で放射加熱
が一層強力であることを考慮して、反射体ユニツ
トを横切る方向における温度勾配を最小にするよ
うな大きさを付与されると共に互いに離間されて
いる。これ等のスリツトは、反射体ユニツト４７
に対する全容積の約８〜10％を占め、従つて、容
積の約90〜92％は鋼である。第５図に示すよう
に、スリツトの代わりに、反射体ユニツト４７を
貫通する垂直な孔７７を設けても良い。何れの場
合も、垂直方向に隣接する反射体ユニツト４７の
通路７５又は７７、原子炉冷却材が自由に流れる
ことができるように垂直方向に整列されている。

本発明によれば、各反射体ユニツト４７は炉心
槽１１に個別に取り付けられる。これ等の反射体
ユニツトは、互いに積み重ねられるのではなく、
従つて、形成板２９又はバツフル板２７に荷重を
加えることはない。これ等の反射体ユニツトは、
原子炉容器の内部構造に基本的変更を要すること
なく原子炉の製造中に設置することができ、従つ
て、標準設計の炉内構造物に対する実施に理想的
である。

以上、本発明の特定の実施例について詳細に説
明したが、当業者には、ここに開示した全体的教
示に照らし、細部に対して種々な変更及び代替設
計が可能であろうことは理解されるであろう。従
つて、ここに開示した特定の構成は単なる例示に
過ぎず、本発明の範囲を限定するものではないと
理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が実施される加圧水形原子炉
の垂直断面図、第２図は第１図の原子炉のある断
面における平面図、第３図は炉心槽を取り外して
第２図に示した原子炉の一部分を示す立面図、第
４図は第２図の一部分の拡大図、第５図は本発明
の変形実施例を示す第２図に類似の平面図であ
る。 １１……炉心槽、２１……炉心、２３……燃料
集合体、２５……不規則な空間、２９……形成
板、４７……反射体ユニツト、５５……取付手段
のピン、５７……延長線、５９……質量中心、６
５……取付手段の締結手段（ボルト）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉内の細長い直方体形の燃料集合体２３
   の略円筒状の配列と、該配列を取り囲む円筒状の
   炉心槽１１との間における不規則な空間を横切り
   垂直方向に離間して設けられた複数の形成板２９
   間に形成される複数の実質的に環状の空間２５に
   配置される中性子反射装置を備えた原子炉の炉心
   構造において、前記環状の空間２５を実質的に埋
   めている複数の反射体ユニツト４７であつて、各
   反射体ユニツト４７が１つの環状の空間２５の扇
   形部分を横切つて山形に延在する金属ブロツクか
   ら構成されている、前記複数の反射体ユニツト４
   ７と、前記反射体ユニツト４７の質量中心５９を
   通る半径方向の延長線５７に沿つて各反射体ユニ
   ツト４７から実質的に半径方向外方に延びるよう
   に同反射体ユニツト４７中に設けられると共に、
   前記炉心槽１１に前記反射体ユニツトを支持する
   ために該炉心槽１１にある孔６３内に滑動自在に
   受け入れられるピン５５から構成される各反射体
   ユニツトのための取付手段５５，６５とを備え、
   複数の前記反射体ユニツト４７は、同反射体ユニ
   ツト４７が前記ピン５５から全方向に自由に膨張
   し得るような寸法に形成され且つ離間されてお
   り、前記取付手段５５，６５は、前記自由な熱膨
   張を許容しつつ前記ピン５５を中心とする転倒モ
   ーメントに抗するように前記ピン５５から離間し
   た少なくとも１つの点で前記反射体ユニツト４７
   を前記炉心槽１１に接続する締結手段６５を含ん
   でいることを特徴とする原子炉の炉心構造。