JPH0829572A

JPH0829572A - 沸騰水型原子炉

Info

Publication number: JPH0829572A
Application number: JP6166998A
Authority: JP
Inventors: Akihito Orii; 明仁折井; Terufumi Kawasaki; 照文河崎; Shinichi Kashiwai; 進一柏井; Osamu Yokomizo; 修横溝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料棒の有効発熱長さを短くすることなく、
制御棒による炉心の制御が可能で、しかも原子炉圧力容
器の高さを低くした原子炉の提供にある。【構成】燃料ペレット３２の位置を上方にシフトし、
燃料棒下端部にガスプレナム３３を設け、燃料ペレット
３２より下方に制御棒１３の中性子吸収材１３ａの上端
部が位置した高さを制御棒１３の全引き抜き位置とし、
この位置から前記中性子吸収材１３ａの上端部が前記燃
料ペレット３２の上方に位置する高さを全挿入位置と
し、この全挿入までのストローク間において制御棒１３
と燃料支持金具１２、チャンネルファスナ２１が干渉し
ない炉心構造とした。【効果】これにより、制御棒の位置を上方にシフト
し、制御棒案内管を短くすることにより、原子炉圧力容
器の高さを低くすることができ、原子炉建家のコンパク
ト化が図れ、用地利用効率、経済性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉、特に
下部にガスプレナム部を設けた燃料棒により構成された
燃料集合体からなる炉心に係り、前記燃料集合体の炉心
を適用するのに好適な炉心構造の沸騰水型原子炉に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の沸騰水型原子炉の概略を図１２に
示す。原子炉容器１の内にシュラウド２で囲われ、多数
の燃料集合体３が設置され、上部格子４と下部格子５に
挟まれた領域を炉心６と呼ぶ。下部格子５より下の部分
を下部プレナム７と呼び、そこには原子炉容器１の底板
を貫通した制御棒駆動機構のハウジング８と制御棒案内
管９などが設置してある。原子炉容器１とシュラウド２
の間の環状流路１０の冷却材はポンプ１１によって下部
プレナム７から燃料集合体３に送られる。

【０００３】下部プレナム７に設置してある構造物を図
１３を用いて説明する。原子炉容器１の底板に溶接され
た制御棒駆動機構ハウジング８の上に制御棒案内管９が
嵌め込まれて直立する。さらに、制御棒案内管９の頂部
に燃料集合体３を４体乗せることのできる燃料支持金具
１２１を嵌めこむ。つまり、燃料集合体３の重量は燃料
支持金具１２１、制御棒案内管９及び制御棒駆動機構ハ
ウジング８を介して原子炉容器１の底板で支持する。下
部格子５は制御棒案内管９の頂部の横振れを防止する。
ポンプから吐出された冷却材は制御棒案内管９の外側を
上昇し、制御棒案内管９の上端近くに設けた穴から燃料
支持金具１２１に入り、燃料集合体３に導かれる。制御
棒案内管９の中にある制御棒１３（図１３は全挿入状態
を示す）は発熱量が少ないので制御棒案内管９の中には
冷却材を積極的には流さない。つまり、制御棒案内管９
はその外壁で循環冷却材の流路を限定する役割をもつ。

【０００４】制御棒案内管９の内には十字型のブレード
から成る制御棒１３が上下に動くことができるように設
けてある。制御棒１３の下端部には傘型の落下速度制限
器１４１が設けてある。この落下速度制限器１４１はそ
の構造から燃料支持金具１２１に形成される略十字型の
空隙を貫通することができないため、図に示すように制
御棒１３を全挿入した場合、落下速度制限器１４１は燃
料支持金具１２１の直下の位置までしか上昇することが
できない。

【０００５】以上に、従来の原子炉圧力容器内の構造物
の配置について述べたが、現在、用地利用効率、経済性
向上の観点から、原子炉圧力容器の小型化が望まれてい
る。圧力容器の小型化は原子炉建家のコンパクト化につ
ながり、また、大幅なコスト低減となるため、用地利用
効率、経済性向上が可能となる。

【０００６】圧力容器を短尺化するには、図１２に示す
圧力容器内にある構造物を短くすることにより達成で
き、それら構造物は主に次のような物である。

【０００７】１．炉心上部（蒸気乾燥器４１、気水分離
器４２）２．炉心（燃料集合体３）３．炉心下部（制御棒１３、制御棒案内管９）ところで、まず炉心上部の構造物である蒸気乾燥器、気
水分離器はタービン翼を保護する観点から、炉心より発
生した湿り蒸気を順次除湿し、湿り度の条件を満足した
蒸気をタービンへ供給しなければならない。また、気水
分離器は蒸気と水を分離するため気水分離器上部には蒸
気を吐き出す空間が必要であり、炉心水位より上部に位
置しなければならない。この水位は冷却材保有量確保の
観点から、高くして圧力容器内により多くの水を確保す
る方が望ましい。また、圧力過渡等により変動するため
気水分離器の高さは水位変動を考慮した高さが必要とな
る。このように蒸気乾燥器、気水分離器の高さを低くす
ることは除湿能力を低下させることにつながり、その分
除湿能力を高めた構造とする必要があり、技術面、信頼
性の観点からも問題がある。

【０００８】次に燃料集合体であるが圧力容器の高さを
低くするために、集合体長さを短くすると、原子炉一基
あたりの出力を確保するためには、炉心の径、すなわち
圧力容器の径を大きくしなければならず、前記した経済
性向上の観点から好ましくない。

【０００９】最後に制御棒１３、制御棒案内管９である
が、図１２からわかるように外周部の制御棒案内管９の
圧力容器底板１は制御棒案内管９を短くすると圧力容器
底板１が短くなった分上方に移動することができ、圧力
容器高さを低くすることができる。しかし、制御棒案内
管９を短くすると案内管に収納される制御棒１３も短く
なる。制御棒１３を短くすると、燃料集合体も短くなり
上記と同様、経済性向上の観点から好ましくない。

【００１０】ところで、燃料集合体の安定性の向上を目
的として、特開平１−２８５８９５号公報に燃料棒の有
効発熱長さを短くしないで、燃料棒内にある燃料ペレッ
トを上方にシフトした燃料集合体が提案されている。こ
れによれば燃料ペレットを上方にシフトした分、制御棒
の上端面も上方にシフトすることができるとしている。
その他燃料棒に関して特開昭５５−１０９９８６号公
報、特開昭６３−１８４０９０号公報、特開平１−１８
７４９４号公報、制御棒に関して特開平１−１３６０９
６号公報、特開昭５９−４３３８４号公報、特開昭６２
−２７３４８８号公報等がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に記載された
発明では制御棒１３と炉心構造物との関係が明記されて
いないが、図１３からもわかるように制御棒１３下部に
は落下速度制限器１４１があり、挿入時にはこの落下速
度制限器１４１は燃料支持金具１２１の直下の位置まで
しか上昇できないため、制御棒１３をさらに上方に移動
しようとすると落下速度制限器１４１は燃料支持金具１
２１とぶつかってしまう。さらに、図１３に示すように
燃料集合体３上端部には制御棒１３が移動する間隙を確
保するためにチャンネルファスナ２１１が存在してお
り、制御棒１３は、このチャンネルファスナ２１１より
上方に移動することができない。

【００１２】このように、従来の技術では、制御棒１３
の上方への移動は前記したように燃料支持金具１２１、
チャンネルファスナ２１１が障害物となり、制御棒１３
の全挿入が不可能となり、充分に制御棒１３の役割を果
たすことができない。

【００１３】本発明の目的は燃料棒の有効発熱長さを短
くすることなく、制御棒による充分な炉心の制御が可能
で、しかも原子炉圧力容器の高さを低くすることを可能
とすることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、燃料棒内に
ある燃料ペレットの位置を上方にシフトし、燃料棒下端
部にガスプレナムを設け、前記燃料ペレットの最下端と
同じ高さあるいは下方に制御棒の中性子吸収材の上端部
が位置した高さを制御棒の全引き抜き位置とし、この位
置から前記中性子吸収材の上端部が前記燃料ペレットの
上方に位置する高さを全挿入位置とし、この全挿入まで
のストローク間において、制御棒下部と燃料支持金具、
制御棒上部とチャンネルファスナがそれぞれ干渉しない
炉心構造とすることにより達成される。

【００１５】

【作用】上記手段によれば、制御棒を燃料集合体内に移
動をさまたげられることなく挿入でき、制御棒の全挿入
をすることができ、充分に制御棒の役割を果たすことが
できる。これにより、制御棒引き抜き時の位置を上方に
シフトでき、この制御棒を上方にシフトした分、制御棒
案内管の長さを短くすることができ、したがって、圧力
容器の高さを低くすることができる。図１１に示すよう
に、制御棒１３の引き抜き時の位置がＬの長さだけ上方
に移動することにより、制御棒案内管９の長さもＬだけ
短くすることができ、圧力容器１もＬだけ上方にシフト
可能となり、圧力容器高さもＬだけ低くできる。図中の
点線は従来技術でのそれぞれの構造物高さを示してい
る。このＬの長さは燃料ペレットを上方にシフトした長
さに比例し、数十ｃｍのオーダーである。このように、
燃料棒の有効発熱長さを短くすることなく、制御棒の位
置を上方にシフトするだけで圧力容器高さを低くでき
る。よって、原子炉一基あたりの出力を小さくすること
なく、原子炉建家のコンパクト化が図れるため、大幅な
コストダウンとなり、用地利用効率及び経済性が向上す
る。

【００１６】また、燃料ペレットを上方にシフトしたこ
とにより、発熱部が上方に移動するため、冷却材の沸騰
開始点も上方に位置し、炉心での沸騰長が短くなる。よ
って、二相流長さが短くなり、この部分での圧力損失が
低減され、集合体の安定性が向上し、安定性余裕を増大
できるのでその増大分だけ、大幅なスペクトルシフト運
転ができ、燃料サイクル費を低減でき、さらに経済性が
向上する。また、沸騰長が短くなることにより、炉心内
でのボイドのボリュームが減少し、圧力過渡等による炉
心水位の変動幅を低減できる。

【００１７】

【実施例】以下本発明を一実施例によって説明する。本
発明の第１の実施例を図１、図２、図１０によって説明
する。本発明は、沸騰水型原子炉に適用した例であり、
その適用により変更を受けた構成につき説明し、他の構
成は従来通りである。

【００１８】図１０は本発明における制御棒１３の全引
き抜き時の燃料ペレット３２と制御棒１３の位置関係を
示した図である。まず燃料棒３であるが、燃料ペレット
３２が上方にシフトした分燃料ペレット３２の下部には
ガスプレナム３３が設けられる。燃料ペレット３２の上
方へシフトする長さはガスプレナム３３を燃料棒の上下
部に設けることにより調整することができる。制御棒１
３には中性子吸収材１３ａの上端部が制御棒１３の上端
部のハンドル部分より下方の位置に存在する。このため
制御棒１３の全引き抜き位置は中性子吸収材１３ａの上
端部高さが前記燃料棒３内の上方へシフトした燃料ペレ
ット３２の最下端位置と同等または下方に位置する高さ
となる。

【００１９】図１に本発明の炉心部の構造を示す。ここ
で、制御棒案内管９は、制御棒１３が上方へシフトした
長さ分短くなっており、圧力容器１も上方にシフトして
いる。燃料支持金具１２は落下速度制限器１４と接触す
るコーナ部１２ｂの位置を上方にシフトした構造となっ
ている。図示状態の制御棒１３の高さ位置は従来での制
御棒の高さ位置に図示してあり、前記燃料支持金具１２
の採用により、制御棒１３はさらに上方に移動できるこ
とがわかる。また冷却材流入口１２ａは下部格子５の下
方に下向きに向かって開口しており、ここから冷却材を
取り入れ、燃料集合体３内に導く。

【００２０】次に燃料集合体３上部で障害となっている
チャンネルファスナ２１について説明する。従来のチャ
ンネルファスナ２１１の構造を図１４（上面）、図１５
（側面）に示しているが、このように燃料集合体３の間
でチャンネルファスナ２１１が互いに接触２１１ａし、
制御棒１３が移動できる間隙を確保している。しかしな
がら、このチャンネルファスナ２１１に制御棒１３の上
端が当って上方に移動できない。これを本発明では図４
に示すようにチャンネルファスナ２１の接触部２１ａを
燃料集合体３の上部とし、制御棒１３が接触部２１ａま
で上方に移動できる構造となっている。

【００２１】以上の構造により、制御棒１３が従来の全
挿入時の高さより上方に移動できるため、圧力容器１の
高さを低くすることができる。

【００２２】本実施例によれば、制御棒１３は従来の構
造のものが使用でき、また、燃料支持金具１２とチャン
ネルファスナ２１の構造の変更ですみ、特にチャンネル
ファスナ２１は接触部２１ａを上方にするだけの構造で
あり、製作が容易となり信頼性も高い。さらに、圧力容
器が短尺となるため、放射性廃棄物の量も少なくなると
いうメリットもある。

【００２３】次に第２実施例を図５、図６、図７に示
す。図５に本実施例での制御棒案内管の構造を示す。制
御棒案内管９の上部は燃料支持金具１２が挿入されるた
め、円筒形となっているが、燃料支持金具１２が挿入さ
れない部分は略十字形となっている。上断面の図６に制
御棒案内管９の略十字形となっている部分での制御棒１
３との関係を示す。制御棒１３の下部にある落下速度制
限器１４は制御棒案内管９の略十字形の内面を沿うよう
な形状となっており、制御棒１３は制御棒案内管９内を
上下に移動できる。図７に燃料支持金具１２と制御棒１
３との関係を示す。図６と同様に落下速度制限器１４は
燃料支持金具１２の略十字形の内面を沿うようになって
いる。つまり、燃料支持金具１２の略十字形と制御棒案
内管９の下部の断面形状を略同一形状としている。

【００２４】本実施例によれば、落下速度制限器１４が
燃料支持金具１２の略十字形内に収まる形状となってい
るため、落下速度制限器１４が燃料支持金具１２内を上
下に移動通過できる。このため前記実施例よりさらに制
御棒１３が上方に移動することができ、圧力容器１の高
さもより低くすることができる。また、落下速度制限器
１４が制御棒案内管９の下部の断面形状の内面を移動可
能な相似形な構造となっており、制御棒案内管９と落下
速度制限器１４の間の隙間が小さくなり、落下速度制限
器１４の形状を略十字形としても十分にその役割を果た
すことができ、制御棒１３の落下速度を制限できる。な
お、落下速度を制限しない場合は、落下速度制限器１
４、制御棒案内管９の形状はこの限りでない。

【００２５】次に第３実施例を図２に示す。本実施例で
はチャンネルファスナ２１を上部格子板４のコーナ部に
設け、上部格子板４にチャンネルファスナ２１をひっか
ける構造とする。上記構成により燃料集合体３は上部格
子板４側に拘束されているため、中央に移動することが
なく、制御棒１３が移動する空間を確保することができ
る。

【００２６】本実施例によれば、燃料集合体３の上部に
は制御棒１３と干渉する構造物が存在しないため、第１
実施例のチャンネルファスナ２１の構造よりさらに制御
棒１３が上方に移動することができ、燃料集合体３下部
の構造物で制御棒１３が干渉されないかぎり、制御棒１
３は上方に移動できる。

【００２７】次に第４実施例を図３に示す。本実施例で
はチャンネルファスナを排除し、上部格子板４に制御棒
１３が干渉することなく、制御棒１３が移動できる空間
を確保する突起部４ａを上部格子板４の各辺に設ける。

【００２８】本実施例によれば、突起部４ａにより燃料
集合体３は上部格子板４側に拘束されるため、第３実施
例と同様の効果が得られる。さらに、チャンネルファス
ナを排除したことにより燃料集合体３を構成する部品数
が減るというメリットもある。次に第５実施例を図
８、図９に示す。図９に本実施例の炉心構造を示す。こ
こで制御棒１３は制御棒駆動ロッド１６とカップリング
１５が原子炉運転中においては外れない構造となってお
り、落下速度制限器が排除されている。図８に燃料支持
金具１２と制御棒１３との関係を示す。制御棒１３には
落下速度制限器がないため、カップリング１５が燃料支
持金具１２と干渉する構造物となる。しかし、図からわ
かるようにカップリング１５は燃料支持金具１２が形成
する略十字形より小さいためカップリング１５は燃料支
持金具１２内を自在に上下に移動することができる。よ
って、第１実施例、第３実施例および第４実施例の燃料
集合体３上部構造と組合せることにより、制御棒１３が
上方に容易に移動することができる。

【００２９】本実施例によれば、燃料集合体３上部のチ
ャンネルファスナ２１構造の変更だけで、前記実施例と
同様の効果が得られる。

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
燃料棒の有効発熱長さを短くすることなく燃料ペレット
を上方へシフトし、それに伴なって制御棒の位置を上方
にシフトさせる炉心構造とするだけで圧力容器の高さを
低くでき、原子炉一基あたりの出力を小さくすることな
く、原子炉建家のコンパクト化が図れるため、大幅なコ
ストダウンとなり、用地利用効率及び経済性が向上す
る。

【００３１】また、燃料ペレットを上方にシフトしたこ
とにより、発熱部が上方に移動するため、冷却材の沸騰
開始点も上方に位置し、炉心での沸騰長が短くなる。よ
って、二相流長さが短くなり、この部分での圧力損失が
低減され、集合体の安定性が向上し、安定性余裕を増大
できるのでその増大分だけ、大幅なスペクトルシフト運
転ができ、燃料サイクル費を低減でき、さらに経済性が
向上する。また、沸騰長が短くなることにより、炉心内
でのボイドのボリュームが減少し、圧力過渡等による炉
心水位の変動幅を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の炉心及び炉心下部構造側断
面図である。

【図２】本発明の他の実施例の燃料集合体上部構造上面
図である。

【図３】本発明の他の実施例の燃料集合体上部構造上面
図である。

【図４】本発明の一実施例の燃料集合体上部構造側面図
である。

【図５】本発明の他の実施例の制御棒案内管構造斜視図
である。

【図６】本発明の他の実施例の制御棒案内管構造と落下
速度制限器の上面図である。

【図７】本発明の他の実施例の落下速度制限器と燃料支
持金具の上面図である。

【図８】本発明の他の実施例のカップリングと燃料支持
金具の上面図である。

【図９】本発明の他の実施例の炉心及び炉心下部構造側
断面図である。

【図１０】本発明の一実施例の炉心構造の拡大側断面図
である。

【図１１】本発明と従来との炉心構造の違いを説明する
側面図である。

【図１２】従来の沸騰水型原子炉構造側断面図である。

【図１３】従来の炉心及び炉心下部構造側断面図であ
る。

【図１４】従来の燃料集合体上部構造上面図である。

【図１５】従来の燃料集合体上部構造側面図である。

【符号の説明】

１…圧力容器、２…シュラウド、３…燃料集合体、４…
上部格子、５…下部格子６…炉心、７…下部プレナム、
９…制御棒案内管、１２…燃料支持金具、１３…制御
棒、１４…落下速度制限器、１５…カップリング、１６
…制御棒駆動ロッド、２１…チャンネルファスナ、３２
…燃料ペレット、３３…ガスプレナム４１…蒸気乾燥
器、４２…気水分離器。

フロントページの続き (72)発明者横溝修茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の燃料ペレットが充填された複数の
燃料棒を備えた燃料集合体からなる炉心構造の沸騰水型
原子炉において、前記燃料集合体燃料棒が複数の燃料ペ
レットを充填した下部に空洞のガスプレナム部を設け、
該下部ガスプレナム部により前記燃料ペレットを上方へ
シフトした構造を有し、且つ前記燃料集合体より全引抜
きされたときの制御棒の中性子吸収材の最上端の高さが
前記燃料集合体燃料棒の燃料ペレットの最下端の高さと
同等または下方となる高さまでとすると共に、前記燃料
集合体に全挿入されたときの前記制御棒の中性子吸収材
の最上端の高さが前記燃料集合体燃料棒の燃料ペレット
の最上端の高さと同等または上方となる高さまでとし
て、前記制御棒を上方へシフトした炉心構造とし、該炉
心の下部に前記全引き抜き高さの制御棒を収納できる高
さの制御棒案内管を設置したことを特徴とした沸騰水型
原子炉。
【請求項２】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記燃料集合体下部に設けられた燃料支持金具の前
記制御棒が干渉する高さを上方へシフトした燃料支持金
具構造としてなることを特徴とした請求項１記載の沸騰
水型原子炉。
【請求項３】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記燃料集合体下部に設けられた燃料支持金具と前
記制御棒が干渉しないで前記制御棒が前記燃料支持金具
内を通過できる構造としてなることを特徴とした請求項
１記載の沸騰水型原子炉。
【請求項４】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記制御棒案内管の下部断面形状を上部に支持する
複数の燃料支持金具によって形成される内面の略十字形
と相似形にし、且つ前記制御棒下部の落下速度制限器の
断面形状を前記制御棒案内管の略十字形内面に沿って移
動通過できる相似形に形成してなることを特徴とする請
求項３記載の沸騰水型原子炉。
【請求項５】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記制御棒の下端を落下速度制限器を排除して制御
棒駆動ロッドと直接カップリング結合してなることを特
徴とする請求項３記載の沸騰水型原子炉。
【請求項６】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記燃料集合体上部に設けられたチャンネルファス
ナの前記制御棒が干渉する高さを上方へシフトしたチャ
ンネルファスナ構造としてなることを特徴とした請求項
１記載の沸騰水型原子炉。
【請求項７】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記燃料集合体上部に設けられたチャンネルファス
ナと前記制御棒が干渉しないようチャンネルファスナを
上部格子板のコーナ部に配置してなることを特徴とした
請求項１記載の沸騰水型原子炉。
【請求項８】前記制御棒の全挿入を可能とする手段
が、前記燃料集合体上部に設けられるチャンネルファス
ナを排除し、前記上部格子板に前記チャンネルファスナ
の役割を持たせてなることを特徴とした請求項１記載の
沸騰水型原子炉。