JPH0827368B2 - 高速増殖炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速増殖炉、さらに詳細には、収納管によつ
て収納されていない、いわゆる収納管を削除した燃料集
合体を炉心中央部に装架した高速増殖炉に係り、特に、
炉心燃料領域からの冷却材漏洩を低減することのできる
高速増殖炉の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、高速増殖炉の課題として、ウラン資源量の増
大，軽水炉使用済燃料からのプルトニウム蓄積を背景
に、炉心燃料の高燃焼度化，長寿命化にともなう燃料サ
イクルコストを低減する高経済性炉心の開発の必要性が
高まつている。

一般に、高速増殖炉は、冷却材として液体金属ナトリ
ウムを用い、また燃料としてプルトニウム，ウランを用
いている。高速増殖炉の炉心には、炉心燃料集合体とブ
ランケット燃料集合体とが装架され、さらにその外周部
に、炉心支持構造物の中性子照射量を低減するために、
中性子遮蔽体が配設される。

ところで、近時、前記した炉心燃料の高燃焼度化，長
寿命化を達成することを目的として、炉心燃料集合体の
収納管を削除した高速増殖炉が提案されている。その概
念を、図面を用いて説明すると、第10図は収納管を削除
した炉心燃料集合体11の縦断面図である。

第10図において、エントランスノズル１の下端開口部
５から流入した冷却材は、プルトニウム，ウランからな
る燃料を収納した炉心燃料要素３を冷却し、熱エネルギ
ーを受け取つた後、ハンドリングヘツド４の上端口部６
から外部に流出する。なお、前記した炉心燃料要素３
は、グリツドスペーサ２によつてその相対的位置が保持
されている。

第11図は第10図に示す炉心燃料集合体11を装架した高
速増殖炉の炉内構造を示す垂直方向端面図であり、第11
図において、炉心支持板15には、冷却材流入管16が多数
装入されている。炉心支持板15の下部に位置する冷却材
流入管16の間隙部は、高圧プレナム17となつており、冷
却材は、冷却材供給管19からリング状の冷却材室18を経
由して、前記高圧プレナム17に供給される。収納管を削
除した炉心燃料集合体11は、前記冷却材流入管16の上端
開口部に当該炉心燃料集合体11の下方のエントランスノ
ズル（第10図の符号１参照）を装入することにより、炉
内に装架される。一方、ブランケット燃料集合体12,中
性子遮蔽体13も、それらの下端に設けられたエントラン
スノズルを冷却材流入管16の上端開口部に挿入すること
により炉内に装架されるが、ブランケット燃料集合体1
2,中性子遮蔽体13は、共に収納管を有している。冷却材
流入管16の側面部には、冷却材流入口が設けられてお
り、冷却材は、その流入口を介して、高圧プレナム17か
ら冷却材流入管16内に流入し、さらにエントランスノズ
ル１より炉心燃料集合体11,ブランケット燃料集合体1
2、さらには中性子遮蔽体13中に流入する。

ここで、前記した第11図を用いて、中性子遮蔽体13の
外側の構造について説明する。

第11図において、中性子遮蔽体13の外周部には、炉心
槽24および炉心拘束枠23が設置されている。炉心拘束枠
23は、炉心を径方向に支持する機能を有し、炉心槽24
は、円筒状に構成されていて、炉心拘束枠23を支持する
機能を有する。炉心槽24の外側には、使用済燃料集合体
14を一時的に貯蔵する炉内使用済燃料貯蔵ポツト22が配
設され、さらにその外周には、固定中性子遮蔽体25が設
置されている。第12図は以上説明した従来の炉心構造を
上方から見た図面である。

第12図に示すように、収納管を削除した炉心燃料集合
体11,ブランケット燃料集合体12,中性子遮蔽体13は、そ
れぞれ正六角形断面を有し、正三角形配列されている。
なお、第12図には、制御棒集合体26が図示されている
が、この制御棒集合体26は、ブランケット燃料集合体1
2,中性子遮蔽体13と同様、収納管に収納されている。

収納管を削除した燃料集合体を炉心中央部に装架した
従来提案に係る高速増殖炉の炉内構造は以上のごときで
あり、収納管を削除した炉心燃料集合体からなる高速増
殖炉は、燃料の高燃焼度化，長寿命化の点で有効である
ことが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記した従来提案に係る高速増殖炉、
すなわち収納管を削除した燃料集合体を炉心に装架した
高速増殖炉にあつては、炉心燃料集合体11が収納管によ
つて収納されていないため、冷却材は、一旦炉内燃料集
合体11中に流入しても、その一部は、炉心燃料集合体11
の外部に流出する。炉心燃料集合体11外に流出した冷却
材は、これと隣接する他の炉心燃料集合体11との間の間
隙を流れ、炉心外に流出するか、あるいは隣接する炉心
燃料集合体11内に流入する。また、ブランケット燃料集
合体12と隣接する炉心燃料集合体11、すなわち収納管を
削除した炉心燃料集合体11から流出した冷却材は、炉心
燃料集合体11と隣接するブランケット燃料集合体12の収
納管との間に形成される間隙に到達する。この様子を第
13図を用いて説明する。すなわち、第13図は収納管を削
除した炉心燃料集合体11がブランケツト燃料集合体12に
隣接する領域の水平断面を拡大して示したものである。
なお、第13図はブランケツト燃料集合体12が炉心燃料集
合体11の外周部に１層配設された炉心の例であり、ブラ
ンケツト燃料集合体12の外周部には、中性子遮蔽体13が
配設されている。

第13図に明示するように、ブランケツト燃料集合体12
は、収納管32を有し、ブランケツト燃料集合体12の内部
には、ウランを充填したブランケツト燃料要素31が正三
角形配列で収納されており、冷却材は、収納管32の内部
を下方から上方に向かつて流れる。一方、中性子遮蔽体
13は、ブランケツト燃料集合体12と同様、収納管34を有
し、その内部に中性子遮蔽材33が収納されており、冷却
材は、ブランケツト燃料集合体12の場合と同様、収納管
34の内部を下方から上方に流れる。

しかして、収納管を削除した炉心燃料集合体11からそ
の径方向に流出した冷却材は、これと隣接するブランケ
ツト燃料集合体12の収納管32との間に形成される間隙35
に流出する。ところで、ブランケツト燃料集合体12,中
性子遮蔽体13のそれぞれの収納管32,34は、これらと隣
接する他の収納管32,34との間に巾5mm前後の間隙36を有
する。これは、ブランケツト燃料集合体12あるいは中性
子遮蔽体13の交換時における引抜，挿入性を確保するた
めに設けられるものであるが、間隙36を有することによ
つて１つの問題が生じる。

すなわち、収納管を削除した炉心燃料集合体11とブラ
ンケツト燃料集合体12の収納管32との間に形成された間
隙35を経由して前記間隙36に達した冷却材は、炉心燃料
集合体領域から漏洩してしまう。その理由を述べると、
前記した間隙36は、本来、冷却材が供給されない領域で
あり、したがつて当該領域の冷却材圧力は、炉心燃料集
合体領域の圧力に比べて低いためである。そして、間隙
36から漏洩した冷却材は、当該間隙36内を上方に移動す
るか、あるいは第11図に示す間隙37、すなわち中性子遮
蔽体13の最外周と炉心槽24との間に形成された間隙37に
到達し、その後、炉心外に流出する。この模様を第14図
を用いて説明する。すなわち、第14図は第10図〜第13図
に符号11で示す炉心燃料集合体を装架した従来形高速増
殖炉炉内における垂直方向の冷却材流速分布図である。

第14図から明らかなように、冷却材は、炉心の主な発
熱領域である燃料領域に到達する前に、ブランケツト燃
料領域あるいは中性子遮蔽体領域，最外周間隙（第11図
の符号37参照）に漏洩していることが分る。そして、全
炉心燃料集合体に供給された冷却材のうち、炉心燃料集
合体上端開口部（第10図の符号６参照）から流出する冷
却材の量は、60％にも減少することが知られている。こ
れに対し、炉心燃料領域は、或る一定温度以下に保たれ
る必要があるため、前記減少分を見込んで、炉心燃料集
合体11に余分な冷却材を供給しなければならない。すな
わち、従来にあつては、冷却材の利用効率が悪いという
問題があつた。一方、炉心燃料集合体11に余分な冷却材
を供給するということは、原子炉の出口温度が低下し
て、原子炉プラントの発電効率が低下する原因となる。

本発明は、前記した従来技術の問題点を解決すべく検
討の結果なされたものであつて、その目的とするところ
は、収納管を削除した炉心燃料集合体を炉心中央部に装
架する構造の高速増殖炉において、炉心燃料領域からの
冷却材の漏洩を従来よりも低減して、冷却材の使用効率
を高めるとともに、炉心に余分な冷却材を供給すること
なく、ひいては原子炉の出口温度を低下させることな
く、原子炉プラントを効率的に稼働させることのでき
る、経済性にすぐれた高速増殖炉を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、収納管を削除した燃料集合体を炉心中央
部に装架する構造の高速増殖炉において、前記炉心燃料
集合体の周囲に配設されているブランケツト燃料集合体
および中性子遮蔽体のうち、少なくともその一方の部材
を収納する収納管の外側に位置して、各収納管の間に形
成された間隙部分における炉心径方向の冷却材流動抵抗
を高める手段を備えることによって達成される。

〔作用〕

しかして、前記構成よりなる本発明によれば、収納管
を削除した炉心燃料集合体に供給された冷却材が炉心径
方向に漏洩しようとしても、その冷却材は、当該冷却材
が炉心径方向に漏洩するのを阻止しようとする機能を有
する冷却材流動抵抗素子によつて妨げられることにな
る。その結果、前記した冷却材は、炉心内の非発熱領域
に無駄に漏洩することなく、発熱領域を通過して、その
昇温を図ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を、図面にもとづいて具体的に説明する
と、第１図は本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す
炉内構造の水平方向一部端面図、第２図は第１図に符号
13で示す中性子遮蔽体の外観斜視図、第３図は第２図の
横断面図である。

第１図〜第３図において、第10図〜第13図と同一符号
は同一部分を示し、中性子遮蔽体収納管34の表面６個所
には、各６面部分における中心線から外れた位置に、軸
方向長尺の冷却材流動抵抗素子突起51が設けられてい
る。なお、前記した冷却材流動抵抗素子突起51の高さ
は、これと隣接する中性子遮蔽収納管34の表面に前記冷
却材流動抵抗素子突起51が接する高さにあらかじめ設定
されており、また冷却材流動抵抗素子突起51は、中性子
遮蔽体13,13間の相対的位置関係を保つスペーサとして
の機能をも有する。

第４図は本発明の第２の実施例を示す冷却材流動抵抗
素子突起51の横断面図である。

すなわち、第１図〜３図において、冷却材流動抵抗素
子51と収納管34とは固定的関係にあるが、第４図の実施
例において、冷却材流動抵抗素子突起51は、その底部
が、収納管34の表面に設けられた軸方向長尺溝52内に嵌
合され、冷却材流動抵抗素子突起５と溝32の底部との間
には、バネ53が挿入されている。また、押え板54は、冷
却材流動抵抗素子突起51が収納管34から脱落するのを防
止する。

しかして、第４図の実施例において、冷却材流動抵抗
素子突起51は、前後方向に進退自在で、中性子遮蔽体を
炉心に装架した場合、隣接する中性子遮蔽体との間に干
渉が生じても、干渉面での圧力は低下し、中性子遮蔽体
の引抜・挿入性を向上させることができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示す中性子遮蔽体収
納管34の横断面図、第６図は第５図に示す中性子遮蔽体
収納管34の外観斜視図である。

すなわち、第１図〜第３図の実施例において、正六角
形断面形状を有する収納管34の６面各面は、一体構造と
なつていたが、第５図および第６図の実施例において
は、収納管34の各面が分割されており、収納管34の各面
を形成する側板55上に冷却材流動抵抗素子突起51を突設
する。そして、前記した側板55,55…は、中性子遮蔽体
角部に設けられた６体のタイロツド56,56…と、これら
タイロツド56,56…を軸方向の複数箇所で結合する結合
板57との間にはさみ込まれた状態で固定されており、タ
イロツド56と結合板57とは、溶接あるいはねじ止め等で
結合されているが、各側板55,55…は、タイロツド56,結
合板57のいずれにも結合されず、単にタイロツド56と結
合板57との間にはさみ込まれるのみであつて、中性子遮
蔽材33は、結合板57,57の間に装架される。

しかして、第５図および第６図の実施例において、冷
却材流動抵抗素子突起51がこれと隣接する中性子遮蔽体
収納管と干渉した場合、前記冷却材流動抵抗素子突起51
の荷重が隣接する中性子遮蔽体収納管の各側板に加えら
れるが、これら各側板は、相互にセパレート状態にある
から、中性子遮蔽体の中心軸方向に変形し易くなり、し
たがって前記冷却材流動抵抗素子突起51に作用する圧力
が低下して、中性子遮蔽体の引抜・挿入性を向上させる
ことができる。

第７図は第５図および第６図の変形例、すなわち本発
明の第４の実施例を示す中性子遮蔽体収納管34の横断面
図である。

しかして、第７図の実施例においては、冷却材流動抵
抗素子突起51を側板55から打出し加工により成形して間
隙59を設けた場合を示し、その作用系は、第５図および
第６図に示す実施例の場合と同様であるが、第７図の実
施例によれば、側板55が中性子遮蔽体の中心軸側に変形
する際、間隙59の存在によつて、その変位をよりスムー
ズにおこなわしめることができる。

また、第５図〜第７図の各実施例に共通して、各側板
55,55…を軸方向に分割することもできる。

第８図は本発明の第５の実施例を示す中性子遮蔽体収
納管34の横断面図である。

すなわち、第１図〜第７図の実施例においては、冷却
材流動抵抗素子として、収納管34の表面に位置して、軸
方向長尺突起を形成した場合について例示したが、第８
図の実施例においては、冷却材流動抵抗素子として、収
納管34の表面に、軸方向長尺溝58を複数列設けた場合を
示し、前記各溝58,58…は、隣接する収納管面上の溝と
ともに冷却材流動抵抗素子（ラビリンス）を形成する。

第９図は第８図の変形例、すなわち本発明の第６の実
施例を示す中性子遮蔽体収納管34の横断面図であり、第
９図の実施例において、タイロツド56およびタイロツド
結合板57の構成は、第５図および第６図の実施例の場合
と同様である。

なお、冷却材流動抵抗素子は、これに隣接する中性子
遮蔽体の収納管と接触するため、各中性子遮蔽体が長期
にわたつて炉内に装架された場合は、前記した冷却材流
動抵抗素子とこれに隣接する収納管とが融着する可能性
があるが、これを防止するためには、冷却材流動抵抗素
子の表面に融着防止処理、例えば表面硬化処理をほどこ
すとよい。

また、第１図〜第７図の実施例に示した冷却材流動抵
抗素子としての軸方向長尺突起51、あるいは第８図およ
び第９図に示した冷却材流動抵抗素子としての軸方向長
尺溝58は、ブランケツト燃料集合体収納管の表面に設置
することも可能である。

さらに、冷却材流動抵抗素子を設けることの目的であ
る炉心領域からの冷却材漏洩防止対策は、炉心の発熱領
域、さらにはその下方で達成されればよく、発熱領域よ
りも上方においては、ブランケツト燃料領域および中性
子遮蔽体領域に冷却材が漏洩しても、それほど問題とな
るものではなく、したがつて冷却材流動抵抗素子を設け
る領域を発熱領域のみ、さらにはその下方にのみ限定す
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のごときであり、図示実施例の説明から
明らかなように、本発明によれば、収納管を削除した燃
料集合体を炉心中央部に装架する構造の高速増殖炉にお
いて、前記炉心燃料集合体の周囲に配設されているブラ
ンケツトの燃料集合体および中性子遮蔽体のうち、少な
くともその一方の部材を収納する収納管の外側に位置し
て、各収納管の間に形成された間隙部分における炉心径
方向の冷却材流動抵抗を高める手段を備えることによ
り、炉心燃料領域からの冷却材の漏洩を従来よりも低減
して、冷却材の使用効率を高めるとともに、炉心に余分
な冷却材を供給することなく、ひいては原子炉の出口温
度を低下させることなく、原子炉プラントを効率的に稼
働させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高速増殖炉の一実施例を示す炉内
構造の水平方向一部端面図、第２図は第１図に符号13で
示す中性子遮蔽体の外観斜視図、第３図は第２図の横断
面図、第４図は本発明の第２の実施例を示す冷却材流動
抵抗素子突起51の横断面図、第５図は本発明の第３の実
施例を示す中性子遮蔽体収納管34の横断面図、第６図は
第５図に示す中性子遮蔽体収納管34の外観斜視図、第７
図は本発明の第４の実施例を示す中性子遮蔽体収納管34
の横断面図、第８図は本発明の第５の実施例を示す中性
子遮蔽体収納管34の横断面図、第９図は本発明の第６の
実施例を示す中性子遮蔽体収納管34の横断面図、第10図
は従来提案に係る高速増殖炉用炉心燃料集合体（収納管
を削除した炉心燃料集合体）11の縦断面図、第11図は第
10図に示す炉心燃料集合体11を装架した高速増殖炉の炉
内構造を示す垂直方向端面図、第12図は第11図の水平方
向一部端面図、第13図は第12図の一部拡大図、第14図は
第10図〜第13図に符号11で示す炉心燃料集合体を装荷し
た従来形高速増殖炉炉内における垂直方向の冷却材流速
分布図である。 11……収納管を削除した炉心燃料集合体、12……ブラン
ケツト燃料集合体、13……中性子遮蔽体、32……ブラン
ケツト燃料集合体収納管、34……中性子遮蔽体収納管、
51……冷却材流動抵抗素子突起。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】収納管を削除した燃料集合体を炉心中央部
   に装架する構造の高速増殖炉において、前記炉心燃料集
   合体の周囲に配設されているブランケット燃料集合体お
   よび中性子遮蔽体のうち、少なくともその一方の部材を
   収納する収納管の外側に位置して、各収納管の間に形成
   された間隙部分における炉心径方向の冷却材流動抵抗を
   高める手段を備えてなることを特徴とする高速増殖炉。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、炉心径方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、
   中性子遮蔽体収納管の側板外表面上に、当該収納管の全
   長にわたって、軸方向長尺突起を設けた高速増殖炉。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、炉心径方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、
   中性子遮蔽体収納管の側板外表面上に、当該収納管の全
   長にわたって、軸方向長尺溝を複数列設けた高速増殖
   炉。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、炉心径方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、
   ブランケット燃料集合体収納管の側板外表面上に、当該
   収納管の全長にわたって、軸方向長尺突起を設けた高速
   増殖炉。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項記載の発明におい
   て、炉心径方向に流れる冷却材の流動抵抗手段として、
   ブランケット燃料集合体収納管の側板外表面上に。当該
   収納管の全長にわたって、軸方向長尺溝を複数列設けた
   高速増殖炉。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第２項〜第５項のいずれか
   １項に記載の発明において、冷却材流動抵抗素子を設け
   た収納管の側板が、他の側板とセパレート状態にある高
   速増殖炉。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第２項〜第６項のいずれか
   １項に記載の発明において、隣接する収納管の冷却材流
   動抵抗素子の表面に融着防止処理がほどこされている高
   速増殖炉。