JPH0570797B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉の炉心構造に係り、特に沸騰
水型原子炉それらによつて支持される燃料集合
体、制御棒等に適用するのに好適な原子炉の炉心
構造に関するものである。

〔発明の背景〕 沸騰水型原子炉は、その炉心に垂直に並べられ
た複数個の燃料集合体を有し、それら燃料集合体
の間隙に垂直方向に挿入・引抜できる制御棒を有
している。炉心は、原子炉圧力容器内に内蔵さ
れ、冷却材および減速材の機能を有する軽水中に
浸漬されている。

燃料集合体１０は、第９図ａ及びｂに示すよう
に、上部タイプレート１０２、下部タイプレート
１０３、とそれらのタイプレートに両端部が支持
されている複数の細長い燃料棒１０４、及び燃料
棒１０４の束を取囲む角筒のチヤンネルボツクス
１０５よりなつている。燃料集合体１０１は、下
端部を下部炉心支持板１０６に設置された燃料支
持金具１０７によつて支持され、その上端部を上
部格子板１０８によつて支持される。制御棒１０
９は、炉心下部の制御棒案内管１１０を通して炉
心内の燃料集合体間に挿入され、またその間から
引抜かれる。各制御棒１０９はカツプリングを介
して制御棒駆動装置（図示せず）に接続される。
軽水は、原子炉圧力容器内の炉心下部のスペース
を通過する間に流れの分布が調整され、燃料支持
金具１０７内に設けるオリフイスにて燃料集合体
１０１への流量を所要の割合に調整されたのち燃
料集合体１０１内に導かれる。そして、軽水は、
燃料集合体１０１内を上昇する間に加熱され、気
水混合の二相流となる。

第１０図に、１体の制御棒１０９に隣接する４
体の燃料集合体１０１からなる従来炉心の単位セ
ルを炉心上方から見た平面図を示す。１つの燃料
集合体１０１内には、通常８×８格子の燃料棒１
０４が配置され、外側には、４体のチヤンネルボ
ツクス１０５の間を十字形の断面をもつ制御棒１
０９が軸方向に移動できるような通路が形成され
ている。チヤンネルボツクス１０５の内側の領域
をインチヤンネル領域１１１、チヤンネルボツク
ス１０５の外側の領域をアウトチヤンネル領域１
１２と呼ぶ。上部格子板１０８は、格子状になつ
ている。上部格子体１０８の各各の升目の中に
は、４体の燃料集合体１０１が配置されている。
これらの４体の燃料集合体１０１の間に、１体の
制御棒１０９が挿入される。上板格子板１０８の
一部の交点の下には、中性子検出器を内蔵した中
性子計装案内管１１３が下部炉心支持板１０６と
上部格子板１０８の間を垂直に立つている。

以上に記述した従来の沸騰水型原子炉の炉心構
造には下記の問題点がある。

第９図ｂに示すように、上部格子板１０８の下
の空間は、中性子計装案内管１３が立つている上
部格子板１０８の交点部分を除いて、冷却水で満
されている。また、４体の燃料集合体１０１間の
ギヤツプには制御棒１０９が占める部分以外の空
間は冷却水で満されている。原子炉を運転してい
る期間中、大部分の制御棒１０９は炉心から引抜
かれた状態にあり、前述のギヤツプはほとんど冷
却水が占めることになる。以上に示したアウトチ
ヤンネル領域１１２の水は、冷却材としての能力
は低く、また減速材としての能力もインチヤンネ
ル領域の水に比べて少ない。したがつて、炉心構
造としてはインチヤンネル領域を増やすことが望
まれるが、従来の炉心構造ではこれ以上上部格子
板の板厚や制御棒の厚さを減らすことは強度上不
可能である。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、燃焼効率を増加することがで
きる沸騰水型原子炉の炉心構造を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

前述した問題点に対して以下の解決策を見い出
した。

インチヤンネル領域とアウトチヤンネル領域と
の面積比を増加するために、上部格子板の交点の
位置に制御棒を配置し上部格子板に囲まれる単位
格子に１体の燃料集合体を配する炉心構造とし
た。こうすることにより、従来の炉心構造では上
部格子板の直下の空間が無駄な領域であつたもの
を、そこに制御棒を配することでインチヤンネル
領域を増やすことができた。

上部格子板の各単位セルに１体の燃料集合体を
配置させ、上部格子板の交点の下に制御棒を配す
る炉心構造によつて、全炉心の制御棒本数を一定
とする条件のもとで、燃料集合体の大型化をはか
ることができた。

〔発明の実施例〕

本発明における好適な一実施例である沸騰水型
原子炉の炉心構造を、以下に説明する。

第１図は炉心の上部に位置している上部格子板
１を炉心上方から見た平面図である。上部格子板
１は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器（図示せ
ず）内に設置されている。第１図において、本実
施例における上部格子板１は、従来炉心構造にお
ける上部格子板１０８（第１図に点線で示す。）
の単位格子において、４交点のうち対向する交点
をそれぞれ結んだ形をしていて、従来炉心の格子
に対して45゜回転した位置となる。従来炉心にお
ける制御棒１０９（第１図に点線で示す。）の中
心軸の位置は本実施例の上部格子板１の交点２に
一致する。制御棒３は、従来炉心における位置を
変更せずに向きを45゜回転させ、炉心上方から見
た場合に十字型のブレードが完全に上部格子板１
の真下になる配置とする。このようにして出来た
井桁状の上部格子板１は、格子の一辺の長さが従
来炉心の上部格子板１０８の１／√２であり、上
部格子板１の交点は制御棒３の中心軸位置の真上
に位置する交点２と、制御棒位置にない交点４
（従来炉心の上部格子板の交点位置に一致する）
とが交互に配列した構造である。

制御棒３は、上部格子板１の１つの升目の対向
する１対の対角の位置にそれぞれ配置され、上部
格子板１の真下で隣接する燃料集合体５間に挿入
される。１体の燃料集合体５が、上部格子板１の
１つの升目内に挿入される。この１つの升目内に
上端部が挿入される燃料集合体５は、制御棒３が
炉心に全挿入された状態で升目の対向している対
角にそれぞれ配置された制御棒３に直接隣接（対
向）し、それらの１対の制御棒３に挾まれること
になる。上部格子板１の交点のうち、制御棒位置
にない交点４の一部は、中性子計装案内管の上部
支持部となる。上部格子板１の単位格子面積は従
来炉心に装荷されている燃料集合体１０１の横断
面積の約２倍であり、これらの各単位格子に各１
体の燃料集合体５を装荷し炉心を構成する。すな
わち、燃料集合体５の上端部は、上部格子板１の
１つの升目内に挿入されて保持される。制御棒３
は、４体の燃料集合体５の間でしかも上部格子板
１の真下に間隙内に挿入される。燃料集合体５の
下端部は、後述する第４図に示す燃料支持金具１
０に支持される。燃料集合体５は、後述する下部
タイプレート８、図示されていないが、上部タイ
プレート、下部タイプレート８及び上部タイプレ
ートに両端部が保持される多数の燃料棒２０から
なつている。燃料集合体５のチヤンネルボツクス
２１が、燃料棒２０の束を取囲んでいる。

本実施例における、燃料集合体装荷位置と燃料
支持金具の炉心上方から見た位置関係を第２図に
示す。下部炉心支持板６に取りつける制御棒案内
管７に、はめ込まれる燃料支持金具１０には、制
御棒３が通る１つの十字型の開口部１２と、４つ
の冷却材流出口１３が設けられている。燃料集合
体５は、２つの制御棒３に挾まれた位置に装荷さ
れる。従つて、１体の燃料集合体５は、第２図に
示すように独立した２つの燃料支持金具１０をま
たいで配置される。そして燃料集合体５内に導か
れる冷却材は、隣接した２つの燃料支持金具１０
の冷却材流出口１３の各１つから供給される。

第３図に、本実施例における燃料集合体５の支
持方法を示す。第３図ａに、燃料集合体５を装荷
した状態を炉心上方から見た構造を示す。

第３図ｂには、第３図ａにおけるＡ−Ａの断面
を示す。

第３図ｂにおいて、２つのノーズ９が設けられ
た下部タイプレート８を有する燃料集合体５は、
２つの下部ノーズ９を、隣接する２つの燃料支持
金具１０の上部に開口した冷却水導入口１３にそ
れぞれ挿入することによつて支持される。すなわ
ち、燃料集合体５の重量は、２つの燃料支持金具
１０に均等に支持される。燃料支持金具１０は、
制御棒案内管７と共に下部炉心支持板６に設置さ
れている。燃料集合体５を冷却する冷却材は、制
御棒案内管７及び燃料支持金具１０の側面に開い
た流入口１１を通り、燃料支持金具１０内に設け
るオリフイスで流量を調整した後、冷却材流出口
１３及び下部ノーズ９を通つて燃料集合体５に流
入する。燃料集合体５の上端部は、上部格子板１
により横方向に対して支持される。

燃料支持金具１０の中央には、十字形の開口部
１２がある。制御棒駆動機構に接続されて制御棒
案内管７内を上下動する制御棒３は、開口部１２
を通して燃料集合体５の間に出し入れされる。

第４図に、本実施例における燃料支持金具１０
を示す。上部には、制御棒３が出入りする１つの
十字型の開口部１２、及び燃料集合体５の下部タ
イプレート８の下部ノーズ９が嵌る４つの冷却材
流出口１６が開口している。また燃料支持金具１
０の側面下部には、下部炉心支持板６の下におい
て冷却材を取り込むための、冷却材流入口１１が
開口している。冷却材流入口１１は周方向に８つ
あり、その２つづつが１つの冷却材流出口１３に
連結されている。

第２図に示したように、本実施例において冷却
材流出口１３に対応して１ケ所の冷却材流入口１
１を設けると、隣接する燃料支持金具１０が干渉
し合い適正な流量が得られない。このため前述の
ように冷却材流入口１１を二又として干渉を避け
た構造にする。

第５図に、本実施例における燃料集合体５の下
部タイプレート８を示す。燃料棒下部端栓挿入用
グリツド１４の下方に冷却材流路１５がありそれ
に続く２つの下部ノーズ９（冷却材取入口）が、
１つの対角線上のコーナ部に取り付けられてい
る。下部ノーズ９の位置は、第３図ｂに示したよ
うに隣接する２つの燃料支持金具１０の冷却材流
出口１３に嵌るようになつている。

次に本実施例におけるインチヤンネル領域１８
の横断面積S₁とアウトチヤンネル領域１２の横断
面積S₂との比（＝S₁／S₂）、すなわち面積比C₁を
従来例におけるインチヤンネル領域の横断面積S₃
とアウトチヤンネル領域S₄との比（＝S₃／S₄）、
すなわち面積比C₂と比較して示す。第６図ａは
従来の炉心を示し、第６図ｂは本実施例の炉心を
示している。インチヤンネル領域１８とは、従来
例及び本実施例ともチヤンネルボツクス１０５及
び２１の内側の領域を意味する。アウトチヤンネ
ル領域１７とは、従来例及び本実施例ともチヤン
ネルボツクス１０５及び２１の外側の領域であ
り、次の要件を満足している。従来例のアウトチ
ヤンネル領域１８は、第６図ａに示すように制御
棒１０９の２つのブレードと上部格子板１０８の
１つの升目を構成する二辺の板材とによつて取囲
まれた領域である。詳細に言えば、２つのブレー
ドの中心線及び１つの升目を構成する二辺の板材
の中心線によつて囲まれた内側の領域であつてチ
ヤンネルボツクス１０５の外側の領域である。本
実施例のアウトチヤンネル領域１８は、上部格子
板１の１つの升目を構成する４つの板材の中心線
より内側でチヤンネルボツクス２１の外側の領域
をいう。第６図により燃料集合体一体当りのイン
チヤンネル領域１８及びアウトチヤンネル領域１
７を炉心上方から見た場合の面積比Ｓを比較して
示す。従来炉心における燃料集合体１０１の１体
当りの幅（チヤンネルボツクス１０５の幅）を
Ａ、燃料集合体１体に付随する外周部領域の幅を
ｇとする。このとき従来炉心における面積比C₂
は、C₂＝1/4（ｇ／Ａ＋g²A²）である。一方、本
実施例における炉心では、燃料集合体５の幅が√
２Ａであり、ｇは変わらないとすると面積比C₁
は、C₁＝1/2（√２ｇ／Ａ＋g²／A²）となる。
ｇ／Ａは1/10程度であるから、本実施例において
は、インチヤンネル領域１８とアウトチヤンネル
領域１７との面積比C₁は、従来例の炉心に比べ
て約1.4倍に増加する。

ところで本実施例においては、上部格子板１の
格子位置が制御棒３の位置と重なるため、制御棒
交換の作業性が悪いという欠点があるが、制御棒
３に隣接する４体の燃料集合体５を取り除いた後
に、制御棒３と制御棒駆動装置との結合ソケツト
部を切り放し、制御棒３を一旦横方向に移動し上
部格子板１の格子中央から取り出すことが可能で
ある。この場合、ベロシテイーリミツタとブレー
ド部の中間で２分割できる構造の制御棒３を用い
るのが作業性の面でより有利である。

本実施例の既存の沸騰水型原子炉へのバツクフ
イツトは、上部格子板１を変更して制御棒の向き
を45゜回転させることに伴ない、制御棒の駆動装
置との結合ソケツト部の変更、制御棒案内管及び
燃料支持金具に溶接された位置固定用金具取り付
け位置の変更及び炉心周辺部に用いる燃料支持金
具の変更を行なえば可能である。

本実施例によれば、制御棒３の挿入位置を上部
格子板１の格子の真下の位置と一致させることに
より、従来上部格子板位置と制御棒位置に別個に
あつた、アウトチヤンネル領域の一部を減少さ
せ、インチヤンネル領域を増加することができる
ため、燃焼特性が均一な経済性に優れた炉心を構
成することが可能である。

又、本実施例においては燃料集合体の体積を従
来の２倍とすることが可能であり、炉心に装荷し
ている燃料集合体５の体数を減らすことができ
る。従つて、燃料集合体交換時に取扱う燃料集合
体５の数を半減することが可能であり、燃料集合
体交換作業に要する時間を従来の約1/2に短縮で
きる。

本実施例においては、炉心における燃料と制御
棒の体積比は基本的に変化せず、炉心全体に対す
る反応度制御は従来炉心と同等に行うことができ
る。また、制御棒と中性子計装管の位置関係も従
来炉心と同じにすることが出来、従来と同表のコ
ア、モニター手法が適用できる。

さらに１つの燃料集合体５内に２つの冷却材流
出口１３より冷却材を供給しているので、横断面
積の大きな燃料集合体５であつても燃料集合体５
内を流れる冷却材の横断面における流量分布がほ
ぼ一様になる。

燃料集合体を大きくすることは、特開昭54−
82590号公報に示されている。この公開公報に示
された燃料集合体は、従来の４体の燃料集合体を
合わせたものである。このような燃料集合体を用
いた場合は、燃料交換時間はより短縮されるが、
インチヤンネル領域とアウトチヤンネル領域との
面積比の増加は期待できない。また、上記公開公
報の燃料集合体では、集合体内に制御棒を案内す
る通路を設ける必要があり、構造が複雑になる。

燃料支持金具１０としては、第７図に示す形状
のものでもよい。第７図の例では、冷却材流出口
１３の開口部が、制御棒通路となる十字型の開口
部１２よりも低い位置にある。この場合、燃料集
合体５は第８図に示すように燃料支持用補助金具
１６によつて支持される。

第８図ａは、燃料支持金具１０に燃料支持用補
助金具１６を組み合わせた状態を上方から見た図
である。第８図ａにおけるＢ−Ｂ断面を第８図ｂ
に示す。第８図ｂには燃料集合体５を合わせて示
す。燃料支持用補助金具１６は、下部に第７図に
示す燃料支持金具１０の冷却材流出口１３に接続
する２つの開口部があり、上部に燃料集合体５の
ノーズ９が接続する１つの開口部がある箱型の構
造体で、その高さは第７図に示す燃料支持金具１
０の制御棒出入口１２の開口部高さと冷却材流出
口１３の開口部高さの差に一致している。又、燃
料支持用補助金具１６の下部にある２つの開口部
は、第８図において隣接する２つの燃料支持金具
１０の各々１つの冷却材流出口に合うようになつ
ている。別々の燃料支持金具１０の各１ケの冷却
材流出口１３から出た冷却材は、燃料支持用補助
金具内で合流し、ノーズ９を通して燃料集合体５
の中へ流れ込む。この場合、燃料集合体５の下部
タイプレート８には、１ケのノーズが取り付けら
れている。

〔発明の効果〕 本発明によれば（インチヤンネル領域の横断面
積）／（アウトチヤンネル領域の横断面積）を大
きくできるので、燃焼効率を改善でき、燃料経済
性を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である沸騰水
型原子炉の炉心構造の局部平面図、第２図は第１
図の炉心構造において下端部に配置された燃料支
持金具と燃料集合体の配置関係を示す説明図、第
３図は第１図に示す燃料集合体の支持を示すもの
であつてａは平面図及びｂは側面図、第４図は第
２図に示す燃料支持金具の斜視図、第５図は第３
図に示す燃料集合体の下部タイプレートの構造を
示すものであつてａは平面図及びｂは局部縦断面
図、第６図はインチヤンネル領域とアウトチヤン
ネル領域との関係を示すものであつてａは従来例
の構造図及びｂは第１図の実施例の構造図、第７
図は燃料支持金具の他の実施例の斜視図、第８図
は第７図の燃料支持金具による燃料集合体の支持
を示す説明図、第９図は従来の炉心における燃料
集合体配置を示す説明図、第１０図は従来の炉心
の平面図である。 １……上部格子板、３……制御棒、５……燃料
集合体、１０……燃料支持金具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 格子状の上部炉心支持部材と、炉心下端部に
   配置された燃料支持部材と、上端部が前記炉心支
   持部材に保持されて下端部が前記燃料支持部材に
   保持された燃料集合体とからなる沸騰水型原子炉
   の炉心構造において、前記上部炉心支持部材の真
   下に挿入されてしかも前記上部炉心支持部材の１
   つの升目の対向する１対の対角の位置にそれぞれ
   配置された制御棒と、それらの制御棒にそれぞれ
   対向して前記上部炉心支持部材の１つの升目内に
   上端部が挿入された燃料集合体とを具備したこと
   を特徴とする沸騰水型原子炉の炉心構造。