JPS5844235B2 - 原子炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般に原子炉に関するもので、特に回転プラ
グ及び分割頂部炉心抑え装置を使用している原子炉に関
するものである。

原子炉においては、核物質を燃料要素に製造し、これを
圧力容器内の炉心に組み込み、この核物質の核分裂によ
って熱を生成する。

商業用原子炉では生成した熱は電気の発生に用いられる
。

このような原子炉は一般的には一つ又は複数の一次冷却
材流れ及び熱交換ループとそれに対応する二次冷却材流
れ及び熱交換ループを持っている。

これらの二次熱交換系は慣用の蒸気タービン及び発電機
に接続している。

したがって商業用原子炉の一般的なエネルギー変換のプ
ロセスとしては、まず炉心から一次系へ熱を伝え、次に
二次系へ熱を伝え、最後に発電用蒸気に熱を伝えること
になる。

液体金属冷却の増殖炉のような液体冷却原子炉では液体
ナトリウムのような原子炉冷却材が一次冷却系を通るよ
うに循環される。

典型的な一次冷却系は原子炉容器内の炉心、熱交換器及
び循環ポンプからなる。

−次冷却系内に１つより多い一次流ループを持つ原子炉
では、炉心及び圧力容器が各ループに共通である。

炉心に発生された熱は圧力容器内に流れかつ炉心を通っ
て流れる冷却材によって取去られる。

加熱された冷却材は次いで圧力容器から出て熱交換器を
通って流れ、熱交換器はこれに組合わされている二次冷
却系に熱を伝達する。

冷却された冷却材は熱交換器から出て、循環ポンプへ流
れ、ポンプは冷却材を再び圧力容器内に循環させ、この
ような流れのサイクルが繰返される。

原子炉圧力容器は通常その頂を一般に閉鎖ヘッドとして
知られている蓋によって封塞されている。

液体金属冷却増殖炉では、閉鎖ヘッドがプラグとして知
られている１個またはそれ以上の回転可能部材を具えて
いるのが普通である。

このようなプラグの適正な回転によって、これらのプラ
グ上に位置する計装、制御及び取扱用設備を炉心内のす
べての必要な位置の上方へ位置させることが可能になる
。

このようにして、プラグ下の燃料交換すなわち閉鎖ヘッ
ドが圧力容器及び炉心の頂のそれの所定位置に維持され
ている間に炉心の燃料交換の起ることを行うのが可能で
ある。

液体金属で冷却される増殖炉において、原子炉の作動の
間または炉心分裂事故のような望ましくない場合に燃料
素子をそれらの所定位置に維持するのを助ける積極的な
頂部炉心抑え装置が設けられるのが普通である。

この炉心抑え装置及び一体の部分としての上部内側構造
部分がまた種々の制御機構及び機器を保護し、案内し心
を一致するように維持する作用を行う。

炉心抑え装置は通常の原子炉作動の間に原子炉炉心の頂
の上の所定位置に置かれなければならない。

しかし、燃料交換のためのプラグの回転のような特殊な
動作の間には、炉心抑え装置はプラグの回転が起る前に
炉心の頂のその所定位置から離れるように上昇されなけ
ればならない。

その上、燃料交換作業の間に、炉心抑え装置は燃料取扱
い装置に炉心への接触を許すものでなければならない。

この問題は現在炉心抑え装置及び上部内側部分の残部を
小回転プラグに取付けることによって解決される。

通常の原子炉作動の間に、この炉心抑え装置は炉心の頂
部上に着座しかつ完全にそれを覆っている。

燃料交換のためには、この小回転プラグ及びこれに取付
けた炉心抑え装置は機械的に上昇され、かつ大回転プラ
グの回転により炉心の直上の位置から外へ回動される。

次いで燃料交換が大回転プラグの下にあるつかみ機また
は伸長可能ラムによって行われる。

しかし、炉心の直上を伺もない自由な空間にして置くた
めには、炉心抑え装置は炉心の直上にあるそれの位置か
ら去るように回転されなければならない。

これは燃料交換の間に炉心抑え装置の移動のために炉心
をめぐって大きい自由空間が必要であることを意味し、
それによって、原子炉圧力容器が原子炉炉心のそれより
非常に大きい直径を持つことを要求する。

他の配置においては、米国特許第３，７７３，６１６号
に記載されているように、炉心抑え装置は小回転プラグ
にそれの軸心と偏心に取付けられている。

この位置で、炉心抑え装置は小回転プラグの回転によっ
てその炉心の直上の位置から離れるように回動されうる
。

この配置は圧力容器に要する寸法を機分減じはするけれ
ども、炉心抑え装置の運動のために、なおまだ附加的な
空間が圧力容器内に必要である。

したがってこの発明の主な目的は、炉心への接触を許す
ような回転プラグを具え、かつこれに組合わされた炉心
抑え装置を有し、しかも燃料交換の間に炉心抑え装置を
移動するための空間を必要とせず、それによって比較的
小型の圧力容器の使用を許すような増殖原子炉を提供す
ることである。

このような目的で、この発明は円筒状の圧力容器と、こ
の圧力容器内に支持された多数の燃料集合体からなる炉
心と、前記燃料棒集合体を所定位置に保持するために炉
心の頂部上に位置する炉心抑え装置と、前記圧力容器の
頂壁に支持される少くとも２個の回転可能プラグとを備
え、前記プラグの１つが他のプラグによって偏心に支持
されかつ燃料作業用設備をそれに組合わされて具えてい
るものにおいて、前記炉心抑え装置３６もまた回転プラ
グ２６．２８のそれぞれに対応する少くとも２つの部分
６８．７０からなり、かつ抑え装置の２つの部分６８．
７０の各々が対応する回転プラグ２６．２８にそれらと
共に運動するように連結されていることを特徴とする原
子炉にある。

材料取扱いコラムが小回転プラグすなわちプラグの１つ
上に位置しているとよく、小回転プラグの軸心から径方
向にかたよっているとよい。

燃料取扱い設備が材料取扱いコラム内に置かれ、大回転
プラグすなわち他のプラグ及び小回転プラグの適当な回
動によって任意の燃料集合体上に位置し得るようになっ
ている。

この発明は例示の目的だけで望ましい実施例を示してい
る図面に関する以下の記載によってさらに容易に明かに
なるであろう。

第１図に示すように、円筒形の長い原子炉圧力容器１０
は炉心１２を収容している。

圧力容器１０は冷却材流入口装置１４及び冷却材流出口
装置１６を有し、これらは容器と一体に形成され容器の
円筒壁を貫通している。

原子炉炉心１２は円筒状の炉心胴１８に囲まれ、胴は炉
心支持構造体２０の一部でありかつそれと一体である。

圧力容器１０の上端は閉鎖ヘッド２２によって閉鎖され
ている。

閉鎖ヘッド２２はこの実施例では固定外側環２４、この
外側環に回転可能に組合わされている大回転プラグ２６
及び大回転プラグ２６と回転可能に組合わされている小
回転プラグ２８とからなっている。

外側環２４は多数のボルト４５によって圧力容器１０に
固着されている。

制御棒駆動装置３０及び炉心計装３２のような多数の貫
通体が大回転プラグ２６及び小回転プラグ２６の双方を
貫通して延長している。

貫通体は２つのプラグを貫通して円墳状の炉心抑え装置
３６に達している。

堅固な垂直延長部３４．４２がそれぞれ犬及び小回転プ
ラグ２６．２８と炉心抑え装置３６とを連結している。

炉心抑え装置３６、制御棒駆動装置３０、炉心計装３２
及び垂直延長部３４．４２は一緒になって上部内側構造
部３８として知られる大体堅固な構造体を形成している
。

この上部内側構造部３８は種々の機構を位置決めし、保
護し、案内し、支持し、かつ炉心１２内の適正位置に心
合わせするように作用する。

上部内側構造部３８内には材料取扱いコラム４０も含ま
れ、このコラム内には燃料交換作業のための燃料取扱い
設備（図示せず）がまた具えられている。

円筒状の圧力容器１０は第１図に線４４として示されて
いる中心線を持っている。

線４４は圧力容器１０の中心線であるだけでなく、炉心
１２、炉心胴１８、支持構造体２０、炉心抑え装置３６
、固定外側環２４及び大回転プラグ２６の中心線でもあ
る。

小回転プラグ２８は線４４から偏心した中心軸を持ち、
この小回転プラグの軸を線４６で示している。

第２図は炉心１２の構成の詳細を示している。

炉心１２は円筒状の炉心胴１８で囲まれている。

この炉心胴１８は炉心支持構造体２０の一部で、支持構
造体は下部炉心板４８を具えている。

下部炉心板４８は多数の孔５０を具え、これらの孔内に
個々の燃料集合体５２が置かれる。

燃料集合体５２は濃縮ウラン及びプルトニウムのような
核分裂性物質（図示せず）を収容している。

炉心１２の直上にあって、それを覆っているのが炉心抑
え装置３６である。

炉心抑え装置３６は多数の孔５４を具え、これらの孔内
に燃料集合体が位置している。

更に、炉心抑え装置３６は制御棒、制御棒駆動装置３０
及び炉心計装３２のための孔５６を具えている。

第３図はその頂に上部ノズル５ａを具えた典型的の燃料
集合体５２を示している。

この上部ノズル５８は通常作動の間のように炉心抑え装
置３６が炉心１２の直上に位置する時、炉心抑え装置３
６の孔５４内に位置する。

燃料集合体５２の底部には下部ノズル６０がある。

この下部ノズル６０は下部炉心板４８の孔５０内に嵌め
られている。

燃料集合体５２の開口６４は液体すｈ ＩＪウムのよう
な原子炉冷却材が集合体内にある核分裂性物質によって
発生する熱を取去るように、集合体内に流入するのを許
す。

原子炉起動の間に、炉心抑え装置３６は炉心１２の頂の
所定位置に置かれる。

この炉心抑え装置３６は燃料集合体５２をそれらの適正
な位置に保持する。

不作動状態から作動状態に移行する際に、液体冷却材の
温度は８００’Ｆにも上昇しうる。

燃料集合体５２の殻６６はその内部に核分裂性物質を収
容していて、この温度変化の間にその長さを膨張させる
。

炉心抑え装置３６及び下部炉心板４８は堅固であるから
、この殻の膨張を吸収する装置が設けられなければなら
ず、さもないと大きなひずみと座屈とが起りうる。

この膨張量を吸収する１つの手段はばね６２を用いるこ
とである。

このようなばね６２は燃料集合体５２の殻６６の膨張の
際は圧縮されて、燃料集合体５２の座屈及び割れを防止
する。

各燃料集合体５２がそれに組合わされたばね６２を具え
ている。

炉心抑え装置３６は２つの別個の部分すなわち大炉心蓋
６８及び小炉心蓋７０（第４図参照）からなっている。

大炉心蓋６８は炉心１２の直径に実質的に等しい直径を
持ち、かつ圧力容器１０及び炉心１２と同じ線４４を中
心軸としている。

大炉心蓋６８は孔７２を有し、この孔内に小炉心蓋７０
が位置している。

小炉心蓋７０は小回転プラグ２８の中心軸である線４６
を中心軸としている。

小炉心蓋７０は大炉心蓋６８の半径と実質的に等しい直
径を持っている。

小炉心蓋１０の中心線４６は大炉心蓋６８の中心線４４
から小炉心蓋７０の半径に実質的に等しい距離だけ径方
向に偏位している。

小炉心蓋１０上に材料取扱いコラム４０が位置している
。

材料取扱いコラム４０は燃料移動設備（図示せず）を具
えていて、小炉心蓋７０の半径に実質的に等しい直径を
有している。

材料取扱いコラム４０の中心軸７４は大炉心蓋の中心線
４４及び小炉心蓋の中心線４６の双方から偏心していて
、小炉心蓋ＴＯの中心軸４６から材料取扱いコラム４０
の半径と実質的に等しい距離だけ径方向に偏している。

簡単な幾何的考察で、材料取扱いコラム４０の中心軸７
４が大炉心蓋６８の中心軸４４からコラム４０の半径に
等しい距離だけ径方向に偏していることが容易に明かで
あろう。

このような配置から、大炉心蓋６８と小炉心蓋７０との
回転によって、炉心抑え装置３６を炉心１２から離れる
ように動かす必要なしに、材料取扱いコラム４０を炉心
１２の燃料集合体５２の任意のものの上に置きうろこと
が明かであろう。

、当業者に真に理解されるように、炉心抑え装置３６が
炉心１２の直上のそれの位置から取去られるまでは、燃
料交換も回転も遂行し得ない。

第５゜６及び７図は炉心抑え装置３６を垂直に炉心１２
から離れるように動かすための簡単な機構を示している
。

第５図は原子炉の通常の作動の間の各部材の相対的位置
を暗示している。

小炉心蓋ＴＯ及び大炉心蓋６８は炉心１２の個々の燃料
集合体５２の直上に位置している。

小炉心蓋７０は１個又はそれ以上の堅固な垂直延長部３
４を具え、この延長部が小炉心蓋を小回転プラグ２８と
連結している。

大炉心蓋６８は同様に１個又はそれ以上の垂直延長部４
２を具え、これが炉心蓋を大回転プラグ２６に連結して
いる。

小回転プラグ２８は径方向外向きに延長する環状フラン
ジ７６を具えている。

大回転プラグ２６は開孔７８を有しこの開孔内に小回転
プラグ２８が置かれている。

開孔７８の周を巡ってスロット８０が形成されている。

スロット８０は垂直隙間８２を形成していて、この隙間
はフランジＴ６の厚さ８４より犬である。

小回転プラグ２８のフランジ７６は大回転プラグ２６の
スロット８０内に位置している。

ボルト、締具または他の張力装置のような締付装置８６
が小回転プラグ２８のフランジ１６をスロット８０の上
側面８８に固着している。

スロット８０の下側面には大回転プラグ２６の回転を起
すことなしに小回転プラグ２８の回転を許すような荷重
受は装置９０が置かれている。

装置９０の１例としては荷重軸受がある。

通常の作動の間は、大炉心蓋６８及び小炉心蓋７０をで
きるだけ密接させることが望ましい。

これは大炉心蓋の頂部にあるフランジ９２及び小炉心蓋
７０の底部にある他のフランジ９４を用いることによっ
て遂行される。

大小炉心蓋６８．７０のそれぞれのフランジ９２．９４
は炉心抑え装置３６が炉心１２の直上に位置している時
はいつでも重なり合いかつ係合している。

燃料交換作業を開始したい場合は、締付装置８６がゆる
められる（第６図参照）。

次いで大回転プラグ２６はジヤツキ又はねじのような軸
方向移動装置９６によって垂直に上昇される。

大回転プラグ２６の上昇は、垂直延長部４２によってこ
れに堅固に連結されている大炉心蓋６８の上昇を伴なう
。

小回転プラグ２８及びこれに組合わされている小炉心蓋
γ０の回転は小炉心蓋のフランジ９４と大炉心蓋のフラ
ンジ９２とが係合している場合は遂行不可能であるから
、２つのフランジ９２．９４を分離させる装置が設けら
れなければならない。

大回転プラグ２６が上昇されると、ばね６２の上向きの
力が小回転プラグ２８及び小炉心蓋７０を垂直距離だけ
上昇させる。

小回転プラグ２８とばね６２との間に平衡が成立すると
、小回転プラグ２８は静止に保持される。

大炉心蓋６８はスロット８０の垂直隙間の軸方向長さの
故に小炉心蓋７０から離れるように動きうる。

小回転プラグ２８のフランジ７６は大回転プラグ２６に
関して相対的に静止に保持され、他方スロット８０は大
回転プラグ２６の上昇によって上昇される。

このようにして、小回転プラグ２８とばね６２との間に
平衡が成立している間は、そして小回転プラグのフラン
ジ７６が大回転プラグ２６のスロット８０の下側面９８
に接して動くとき小回転プラグ２８に大回転プラグ２６
に関する相対的移動は伺等与えられない。

大炉心蓋のフランジ９２と小炉心蓋のフランジ９４とが
分離されるのはこの期間中である。

ばね６２は燃料集合体５２の殻６６を介して上向きの力
を作用し、それらの上に小炉心蓋７０が位置しているす
べての燃料集合体５２のはね６２によって作用される上
向き力の総和は小回転プラグ２８、小炉心蓋７０及びこ
れらに組合わされた部材の重量によって作用される下向
きの力に実質的に等しいか又はより大きくするべきであ
る。

下向きに作用する重量は既知であるから、ばね６２はこ
れらのばねによって与えられる上向き力の和が小回転プ
ラグ２８及び小炉心蓋７０と安定な平衡状態に達するの
に充分なように寸法を決めることができる。

第７図は燃料交換の間の各部材の相対的の位置を示して
いる。

大炉心蓋６８が小炉心蓋７０から分離されると、小炉心
蓋７０をその燃料集合体５２の直上の位置から離れるよ
うに上昇するのが望ましい。

これは小回転プラグ２８の軸方向の運動を行うための軸
方向移動装置９６によって行われる。

この小回転プラグ軸方向移動装置９６は大回転プラグ２
６のスロット８０の下側面９８に接して静止している小
回転プラグ２８のフランジ７６によって有効にされる。

それ故、大回転プラグ２６の軸方向運動のための装置９
６が作動される時はいつでも、大回転プラグ２６の上昇
が小回転プラグ２８を上昇させることになる。

堅固な垂直延長部３４が小炉心蓋７０及び小回転プラグ
２８間を連結しているから、小回転プラグ２８の上昇は
小炉心蓋１０を上昇させる。

小炉心蓋７０が燃料集合体５２から充分な距離上昇され
た後に、材料取扱いコラム４０のそれの内側の燃料取扱
い設備（図示せず）を伴った回転が始められうる。

燃料交換作業から通常の運転に移行するには逆の手順が
とられる。

大回転プラグ２６用の軸方向移動装置９６は小炉心蓋７
０が燃料集合体５２の直上に達するまで大回転プラグ２
６を下降させる。

次いで、ばね６２と小炉心蓋７０及び小回転プラグ２８
とが静止平衡状態にあり、かつ小回転プラグ２８が大回
転プラグ２８の軸方向移動に対して静止している間に、
小回転プラグ２８のフランジ７６が大回転プラグ２６の
スロット８０内で上昇し、これは大炉心蓋６８及びその
フランジ９２が小炉心蓋７０及びそのフランジ９４に係
合するようになるまで大回転プラグ２６の下降の間続く
。

フランジの係合が起ると、小回転プラグ２８のフランジ
７６がスロット８０の上側面８８に接し、締付装置８６
が大回転プラグ２６を小回転プラグ２８のフランジ１６
に固着する。

次いで大回転プラグ２６のさらに下方へのいかなる運動
も、ばね６２の小炉心蓋ＴＯの下における圧縮を伴なっ
て、小回転プラグ２８及び小炉心蓋１０の相応する下向
きの運動を起こす。

このようにして、この発明は原子炉圧力容器内に燃料交
換作業中に炉心抑え装置を動かすための自由空間を確保
して置く必要がなく、かつ炉心抑え装置をその炉心直上
位置で上昇するように複雑な機構の付加を必要としない
ような積極的の炉心頂抑え装置を提供している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による原子炉の典型的な実施例の一部
を破断して示す斜視図、第２図は第１図の原子炉の炉心
部の一部を破断して示す斜視図、第３図はこの発明に用
いられる燃料集合体の詳細を示す斜視図、第４図は第１
図の線ＩＶ−ＩＶに沿って見た炉心抑え装置の平面図、
第５図は炉心抑え装置及び上昇機構を暗示する断面図、
第６図は燃料交換の準備中の状態を示す第５図と同様の
断面図、第１図は燃料交換中の状態を示す第５図と同様
の断面図である。 １０・・・・・・圧力容器、１２・・・・・・炉心、１
４・・・・・・冷却材流入口装置、１６・・・・・・冷
却材流出口装置、１８・・・・・・炉心胴、２０・・・
・・・支持構造体、２２・・・・・・閉鎖ヘッド、２４
・・・・・・固定外側環、２６・・・・・・大回転プラ
グ、２８・・・−・・小回転プラグ、３０・・・・・・
制御棒駆動装置、３２・・・・・・炉心計装、３４，４
２・・・・・・垂直延長部、３６・・・・・・炉心抑え
装置、３８・・・・・・上部内側構造部、４０・・・・
・・材料取扱いコラム、４４゜４６・・・・・・線、４
５・・・・・・ボルト、４８・・・・・・下部炉心板、
５０，５４，５６・・・・・・孔、５２・・・・・・燃
料集合体、５８・・・・・・上部ノズル、６０・・・・
・下部ノズル、６２・・・・・・ばね、６４・・・−・
・開口、６６・・・・・・殻、６８・・・・・・大炉心
蓋、７０・・・・・・小炉心蓋、７２・・・・・・孔、
７４・・・・・・中心軸、７６・・・・・・環状フラン
ジ、７８・・・・・・開孔、８０・・・・・・スロット
、８２・・・・・・垂直隙間、８４・・・・・・厚さ、
８６・・・・・・締付装置、８８・・・・・・上側面、
９０・・・・・・荷重受は装置、９２，９４・・・・・
・フランジ、９６・・・・・・軸方向移動装置、９８・
・・・・・下側面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の圧力容器と、この圧力容器内に支持された
   多数の燃料棒集合体からなる炉心と、前記燃料棒集合体
   を所定位置に保持するために炉心の頂部上に位置する炉
   心抑え装置と、前記圧力容器の頂壁に支持される少くと
   も２個の回転可能プラグとを備え、前記プラグの１つが
   他のプラグによって偏心に支持されかつ燃料作業用設備
   をそれに組合わされて具えているものにおいて、前記炉
   心抑え装置もまた回転可能プラグのそれぞれに対応する
   少くとも２つの部分からなり、かつ抑え装置の２つの部
   分の各々が対応する回転可能プラグにそれらと共に運動
   するように連結されていることを特徴とする原子炉。 ２ 他のプラグがその軸心が炉心の中心軸心と一致する
   ように前記圧力容器内に位置している特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉。 ３ プラグの１つとこれに対応する炉心抑え装置部分が
   他のプラグ及びこれに対応する炉心抑え装置部分の直径
   の１／２に等しい直径を持ち、プラグの１つと他のプラ
   グとかそれぞれ対応する炉心抑え装置部分と堅固な垂直
   の延長部で連結されている特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の原子炉。 ４ プラグの１つ及びこれに対応する炉心抑え装置部分
   がそれらの間に延長する材料取扱い柱を具えている特許
   請求の範囲前記各項いずれか記載の原子炉。 ５ プラグの各々とそれぞれに対応する炉心抑え装置部
   分をそれらの回転を許すために炉心から上昇する装置が
   設けられかつプラグの各々と対応する炉心抑え装置部分
   を相互に軸方向に移動させる装置が設けられている特許
   請求の範囲前記各項いずれか記載の原子炉。 ６ プラグの１つが他のプラグに関しそれらの間の限ら
   れた相対軸方向移動だけを許すように支持され、かつプ
   ラグの１つを他のプラグに密に連結する装置が設けられ
   ている特許請求の範囲第５項記載の原子炉。