JPS587957B2 - ゲンシロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は原子炉に関するもので、特に原子炉の上部内
部構造に関するものである。

原子炉は圧力容器を備え、この容器内には高速増殖炉で
は典型的に液体ナトリウムであり、現在のより慣用な商
用原子炉については沸騰水あるいは加圧水である熱伝達
流体がポンプで圧送される。

この流体は炉心を通って流れ、加熱されて、高温流体は
圧力容器を出て、熱は機械的に分離された一次および二
次ループを経て発電設備へと流れる。

圧力容器内には炉心構成要素のための支持構造体がある
。

消費する以上の核分裂燃料を生成する液体金属冷却高速
炉においては典型的にこれらの炉心構成要素は燃料棒束
すなわち燃料棒集合体、制御棒集合体、ブランケット燃
料親物質すなわち燃料親物質集合体および取外し可能な
径方向しゃへい集合体からなる。

“炉心集合体”あるいは“炉心構成要素集合体”あるい
は“集合体”と言う表現はここで炉心の構成要素に関し
て使用する場合、これらの集合体の１種類以上の型式を
意味する。

炉心支持構造体はこれらの集合体を位置決めし、支持し
、軸方向および径方向に制限し、集合体に冷却材を分配
する役目をする。

炉心構成要素集合体はここに示す実施例では核分裂燃料
および燃料親物質の双方の型の燃料集合体、制御棒集合
体およびしやへい集合体を含み、これは液体金属冷却高
速増殖炉の炉心を構成し、入口支持モヂュールすなわち
モヂュラーユニット内で別々に支持されている。

各人口支持モジュラーユニットは取外し可能に装架され
、重力だけによって下部炉心支持構造体内のライナー内
に保持され、一線になったモヂュールの流体人口孔とラ
イナー、モジュールの上部および下部およびライナーと
の間に置かれた流体シールを具えている。

各モヂュールは熱伝達すなわち冷却流体の流れを多数の
（典型的には７個の）炉構成要素集合体に導びくが、集
合体は相応するモヂュールユニットの容器内に取外し可
能に装架され、重力だけによって保持されている。

シールの下方において各モヂュールは低圧力にさらされ
、この低圧は流体が炉心要素から出る場所の区域におけ
る低圧と均合っている。

モヂュールの下部シールより下の区域内の低圧はこの区
域を原子炉の圧力容器の低圧区域へ放出することによっ
て発生され維持される重力はモジュールをライナー内に
保持するのに適する。

典型的には、この発明は９７５熱的Ｍｗｔ、４００電気
的Ｍｗｔの液体金属冷却高速増殖炉に応用され、この原
子炉は１５０径方向ブランケット集合体および３２４径
方向しやへい集合体によって取囲まれる１９８本の六角
柱燃料集合体を持つ、液体金属で冷却される高速増殖炉
である。

この典型的の原子炉では、各集合体は各々が７個の容器
を持つ６１の入口モヂュールによって受入れられる。

ナトリウムである熱伝達すなわち冷却流体の速度および
その分布は冷却されるべき要素または集合体の特性によ
って変わる。

速度は取換不能な要素内において約９．１ｍ／ｓｅｃ（
約３０ｆｔ／ｓ）であるが、取換可能な要素においては
人口低温度端で約１５ｍ／ｓｅｃ（約５０ｆｔ／ｓ）で
あり、出口高温度端で約１２ｍ／ｓｅｃ（約４０ｆｔ／
ｓ）である。

燃料棒区域内では６．２ｍ／ｓｅｃ（約２５ｆｔ／ｓ）
である。

流体の８０％が炉心に分配され、１２％が径方向ブラン
ケットに、１．６％が制御集合体に分配され、残りがし
ゃへい、バイパスおよび漏洩となる。

この発明が応用される型の典型的な原子炉は例えば炉心
人口と炉心出口との間の温度差が３００°Ｆまたはそれ
以上の多量の冷却材で作動されるナトリウム冷却増殖炉
である。

この温度勾配は炉心の両側において一様ではなく、広範
囲に変動し、炉心の幾伺学的形式状燃料の燃焼、および
燃料の豊富さの計画的の変動によって炉心全体に亘って
温度ピークがある。

局部的の温度変化は制御集合体のような炉心の局部的異
常の原因によっても起りうる。

そしてまた典型的には、ナトリウム冷却増殖炉は原子炉
の急停止、急負荷減のような場合の当然の“混乱”の間
の動力負荷水準における急激な変化のための炉心出口に
おける急速な激しい温度変化を行なう。

原子炉圧力容器の炉心より上の部分内の構造、すなわち
この明細書で上部内部構造と称しているものは、スクラ
ムのような危急の間の重力による支持が故障した不慮の
事故に対する炉心の一次または二次の支持構造と、制御
棒駆動系および設備支持装置とからなる。

これらの上部内部構造は炉心からの流出流、温度勾配、
熱的の一時的の状態および熱いそして冷たい冷媒流の急
激な“重なり合い”に曝される。

“重なり合い”と言う語は原子炉の近接している部材間
に起る温度の重複を意味し、近接している部材とは例え
ば広い範囲の異った温度で作動する相隣る炉心構成要素
集合体である。

その結果の熱的歪および熱的疲労は通常原子炉自体の寿
命と等しく設計されている上部内部構造の設計寿命を減
少する。

原子炉の正当な長い寿命を確保するために、炉心出口液
体金属流は炉心出口を出る時に混合される。

この混合は広範囲の異った温度における流れの間の温度
勾配を減じ、上部内部構造内の残りの構造部を流れから
の直接の危害から絶縁し、熱的一時的事故のための変化
割合を減ずる。

混合は多数の炉心構成要素集合体の多数に奉仕している
各出口モヂュールによって行なわれる。

これらの出口モヂュールは炉心集合体から流出する冷却
材を集め、上部炉心構造部を通ってそれを原子炉の出口
プレナムに導びく。

各出口モヂュールは支持格子、流れ集収器、煙突すなわ
ち流路素子、およびこの流路素子を他の上部内部構造か
ら絶縁する熱的ライナすなわち短管からなっている。

支持格子は炉心からの流出流が上部内部構造の他の近傍
の部材に直接当たるのを防止するように設計され、それ
の下方にある炉心集合体の軸方向の移動を制限し、この
ようにして”支持″格子として役立つ。

炉心流出流は各出口モヂュールの流集収器から煙突すな
わち流路素子によって上部内部構造を通って流出される
。

各流路素子およびその熱的ライナは上部の炉心支持構造
体を高度の温度的急変の循環から保護する。

集収器および流路素子内の流れの混合はモヂュールに入
る高温と低温の流れを混合し、流路素子間の径方向勾配
をより平均にする。

流路素子と”構造″との熱的絶縁は炉心負荷水準変化に
よる熱的過度現象に対する変化の割合における激しさを
減ずる。

炉心からの液体の高温および低温ジェットの混合は炉心
の直上で始まり、出口プレナムに向かうある距離だけ下
流にまで続くことが見出された。

これらの流れにおける温度は実質的に異なり、出口モヂ
ュールの内部に近いこれらの流れの混合は結果として多
くの熱的重なり合い過渡現象を生ずる。

モヂュールのために選ばれる材料はそれ故、流体の混合
によって生ずる最大予想応力幅の過剰において耐えうる
応力限度を持たねばならない。

このような鋭い温度変動を受ける出口モヂュール集合体
の部分は優秀な循環熱的歪特性を持った合金で形成され
、他方、構造の残りの部分は比較的安価な材料で製作さ
れる。

鋭い温度変化を受ける集合体の部分は典型的に、耐火耐
蝕ニッケル・クロム鉄合金インコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ
）７１８で作られ、他の部分はＡＩＳＩ−３０４すなわ
ち３１６ステンレス鋼で作られる。

インコネル−７１８は以下の成分を持っている。

ニッケル ５０．００−５５．００％ク
ロム １７．００−２１．００％エン
ビウム（＋タン タル） ４．７５−５．５０％モリブデ
ン ２．８０−３．３０％チタン
０．６５−１．１５％アルミニウム ０
．２０−０．８０％コバルト １，００％
最大炭素 ０．０８％ 〃マン
ガン ０．３５％ 〃硅素
０．３５％ 〃燐 ０．０
１５％ 〃硫黄 ０．０１５％ 〃硼
素 ０．００６％ 最大銅
０．３０％ 〃鉄 残
部 ３０４ステンレス鋼は次の成分を持つ。

炭 素 ０．０８％ 最大マンガ
ン ２００％ 〃燐
０．０４０％ 〃硫黄 ０
．０３０％ 〃硅素 １．００％
〃ニッケル ８．００−１１．００％
クロム １８．００−２０．００％鉄
残部 ３１６ステンレス鋼は次の成分を持つ。

炭 素 ０．０８％ 最大マンガ
ン ２．００％ 〃燐
０．０４０％ 〃硫黄
０．０３０％ 〃硅素 １．
００％ 〃ニッケル １０．００−１
４．００％クロム １６．００−１８
．００％モリブデン ２．００− ３．
００％鉄 残部 これらの合金内のコバルト、およびインコネル７１８内
のコバルトとタンタルとは原子炉容器内に使用するのは
制限される。

コバルトおよび、またはタンタルの限度は材料の位置に
おける中性子束、一次冷却材に曝される表面積、曝され
る表面積を通る冷却材の速度および原子炉容器内の材料
の存在時間の函数である。

インコネル７１８はどちらのステンレス鋼とも溶接する
に適さない。

流路素子を伴なってさえも、局部的温度変化が起る。

著しく異った温度で流路素子から出るナトリウム流は出
口プレナム内で混合し、上部内部構造の表面材料上に変
動する温度を与える。

スクラムの間に、上部内部構造の区分はナトリウムまた
は他の液体プール内に漬かり、制御棒が完全に炉心内に
挿入されているので、非常に急速な表面温度低下を受け
る。

炉心から出る流れからのジェット衝突力および上部プレ
ナム横断流の力は双方共不安定であり、上部内部構造の
流で誘発される振動を生ずる傾向にある。

この構造は適当な構造的剛性を持たなければならないこ
とが見出された。

所要の剛性を与えることにおいて、悪く定められた熱的
の周囲状況において満足な成積を納めるであろう構造的
の形式のみが使用できると言う問題に直面する。

原子炉容器出口プレナムの混合容積の有効な利用は原子
炉容器およびすべての高放射能脚成分によって経験され
る過渡現象の軽減のために本質的なことである。

出口プレナムにおける自然流特性はこれをある程度確実
にするが、スクラムの場合に困難に遭遇する。

スクラムを流れる冷たい炉心流出流の成層は強制しなけ
れば適正な出口プレナム混合を起さないと考えられる。

上部内部構造出口プレナム流路素子は炉心流出流の大部
分をプレナム内に高い高さで放出することを確実にする
ことによって所要の混合を強制する手段を与える。

しかし、流路素子を構成する高い耐火性の腐蝕に対して
高い抵抗をもつニッケル・クロム合金は応力には耐えう
るが構造の残部と溶接によって接合し得ない故に、流路
素子を含む完全な構造を製作することにおいて重大な問
題が存在する。

それ故、この発明の主な目的は以上に記載した欠点を克
服することであり、冷却材流路を含む上部内部構造が熱
応力に敏感でなくて必要な剛性を持つような原子炉を提
供することである。

この目的で、この発明は、入口プレナムと、出口プレナ
ムと、入口および出口プレナム間にある炉心と、この炉
心を拘束するための炉心バレルと前記入口および出口プ
レナムを含み前記炉心によって加熱される熱交換流体を
前記炉心を通って移送する装置と、前記炉心と前記出口
プレナムとの間にあって加熱された流体を前記炉心から
前記出口プレナムへ流通させる多数の大体鉛直な流路素
子とを内蔵する容器を有する原子炉において、前記流路
素子が高度に耐火性の耐腐蝕ニッケル・クロム鉄合金の
内側殼と、前記ニッケル・クロム鉄合金と溶接に適しな
いステンレス鋼の外側殼と、前記ステンレス鋼と溶接す
るに適しかつ前記耐火耐腐蝕合金と実質的に等しい熱膨
脹係数を持つ他のニッケル・クロム鉄合金からなり前記
外側殼と溶接されかつ素子上の横荷重を保つように前記
内側殼と緊密に係合する外側殼と延長部とを具えている
ことを特徴とする原子炉を提供している。

流れによって誘発される振動を抑えるために、各ニッケ
ル・クロム・鉄製の流路素子とステンレス鋼構造体との
間の接合において、作動温度における緊密な公差の嵌合
が要求される。

この目的を達成するように、ステンレス鋼（典型的に３
１６）と溶接するに適しかつ高度に耐火性のニッケル・
クロム・鉄合金の熱膨脹係数と同じ熱膨脹係数を持った
別のニッケル・クロム・鉄合金の延長部がステンレス鋼
の外側殼に溶接される。

典型的にこの別のニッケル・クロム・鉄合金はインコネ
ル（ＩＮＣＯＮＥＬ）−６００であって、次のような成
分である。

ニッケルとコバルト ７２．０％ 最小クロ
ム １４．０−１７．０％鉄
６．０−１０．０％炭 素
０．１５ ％ 最大マンガン
１．００ ％ 〃硫黄
０．０１５％ 〃硅素
０．５０％ 〃銅 ０
．５０％ 〃上記合金で、このようにこの合金が原子
炉内に使用される場合はコバルトは０．１０％に限定さ
れるべきである。

板への延長部分の溶接は作動温度における局部的曲げモ
ーメントを許容水準にまで減ずるために、板から充分な
距離で行なわれる。

流路素子の上端における延長部分は流路素子の上端から
の横方向および垂直方向の負荷を運ぶ。

横荷重パッドが板の下部対の上のものに設けられる。

流路素子上の上向き荷重はあせによってステンレス鋼構
造体に運ばれ、下向き荷重は分割キーによって運ばれる
。

あせとキーとの双方が上部対の上板に位置する。

錠止帯がキーを所定位置に保持する。

この構造の新規な特徴は、接合部が横および垂直（上下
）荷重を流路素子からステンレス鋼構造部（材料は熱膨
脹の異った割合をもち、溶接できない）は作動温度にお
いて、大きな隙間を生じない。

冷却材の容器壁へのそして出口ノズルを通る横方向の流
れを抑えるように、炉心のしゃへい集合体上に、炉心の
上端において周縁シールが設けられる。

このシールは高い耐火性の合金部材（典型的にインコネ
ル７１８）で構成される。

シールは取外し可能なしゃへい集合体上に置かれる。

これらの集合体上に取付けるために、シールははめ絵の
ように係合する結合縁を持った部分を形成されている。

炉心ハレルに近接する円筒ではなくて、この形にシール
が作られている故に、シールを含む上部内部構造の持つ
べき半径は減少され、圧力容器の直径もこれに応じて減
少する。

この発明の機構および作動方法の双方と共にその附加的
目的および利点をさらによく理解するために添附図面に
関する以下の記載を参照すべきである。

図示する原子炉は、入口プレナム２５を形成するベル２
３により底が閉ざされた略々円筒形の圧力容器２１を備
えている。

圧力容器２１はベル２３の上方に複数の入口ノズル２７
を持ち、液体ナトリウム等の熱伝達流体すなわち冷却材
がこの人口ノズル２７を通って人口プレナム２５に圧力
下で供給される。

圧力容器２１は又出ロプレナム２９を有し、ここから複
数の出口ノズル３１を通って高温冷却材が出る。

圧力容器２１には、出口プレナム２９およびその上下の
周囲部を囲む熱的ライナー３３が設けてある。

冷却材の許容上限レベルおよび最低安全レベルを第１Ａ
図および第１Ｂ図に波形線３５および３７で示す。

冷却材の表面３７上には、大気圧より高い、低い正の差
ゲージ圧力（水柱５０〜７５ｍｍ）のアルゴン等の不活
性ガスが充填されている。

圧力容器２１の頂部はヘッド４１で閉じてある３ヘッド
４１は圧力容器２１のフランジ４５にボルト結合された
固定外側環４３を持っている。

環４３およびフランジ４５の結合部はボルト（図示せず
）の内側でオメガシール４７によりシールされている。

圧力容器２１はコンクリート格納容器の支持縁４９に支
持されている。

環４３は支持縁４９にボルト結合されている。

ヘッド４１は複数の回転プラグ５１，５３，５５を備え
、これらは原子炉カバーガスの格納建物雰囲気への漏れ
を防ぐためにシールされている。

最大直径のプラグ５１は圧力容器と同軸である。

固定環４３は環状立上り５７およびベアリング５９を介
してプラグ５１を支持している。

中程度の直径のプラグ５３と最小直径のプラグ５５は圧
力容器２１の軸心に対して偏心している。

プラグ５１は環状立上り６１およびベアリング６３を介
してプラグ５３を支持し、プラグ５３は環状立上り６５
およびベアリング６７を介してプラグ５５を支持してい
る。

立上り５７，６１および６５は、固定環４３、プラグ５
１および５３の周縁上の円筒形延長部であ１る。

立上り５７，６１および６５は、ベアリング５９，６３
，６７、プラグ用圧力シール（図示してない）およびプ
ラグ駆動機構（図示してない）の一部を取付ける作用を
する。

回転プラグ５１，５３および５５により燃料棒および制
御棒交換機を全ての炉心集合体上に位置させる。

プラグ５５は圧力容器内移送機孔７１を偏心して支持し
ている。

プラグ５１は圧力容器外移送機孔７３を偏心して支持し
ている。

プラグ５３は上部内部構造７γを支持する柱７５、主制
御棒集合体駆動機構８１、補助制御棒駆動機構８３およ
び１つ以上の封止監視孔８５を支持している。

プラグ５１，５３および５５を回転させると、圧力容器
内移送機孔７１を第２図の矢印８７で示すように圧力容
器内の種々の要素上に、また矢印８９で示すように圧力
容器外移送機孔７３上に位置させることができる。

プラグ５３０回転中、柱７５、制御棒駆動機構８１およ
び８３ならびに監祈孔８５は矢印９１で示すように回転
する。

プラグ５１，５３および５５が回転するときには、制御
棒駆動機構８１および８３は被駆動部から切り離される
。

ジャッキ（図示せず）が上部内部構造を上昇させるため
に設けられる。

典型的には、圧力容器内移送機孔７１は、プラグ５１，
５３および５５を各々１８０°回転させると燃料移送孔
上に来るようにしてある。

圧力容器２１内には上部内部構造７７の他に炉心９３お
よび下部内部構造９５が在る。

炉心９３は、第３図に示すように低濃縮度（典型的には
１８．７％。

符号ＩＣで示す）の燃料集合体１０３（典型的には１０
８本）の内側ゾーン１０１と、高濃縮度（典型的には２
７．１％。

符号ＯＣで示す）の燃料集合体１０７（典型的には９０
本）の外側ゾーン１０５とを有する。

外側ゾーン１０５の囲りには半径方向ブランケット集合
体１１１（典型的には１５０本。

符号ＲＢで示す）の半径方向ブランケット１０９が在る
。

半径方向ブランケット１０９の囲りには符号ＲＳで示す
取外し可能の半径方向しゃへい集合体１１５のゾーン１
１３が在る。

取外し可能しゃへい集合体１１５のまわりに固定しゃへ
い１１６がある。

固定のしゃへいは炉心バレル１１８により囲まれている
。

炉心拘束成形環１２０（第２０，２１図）が炉心の変形
を拘束するために炉心９３に沿って離間して設けられて
いる。

成形環１２０は円弧の区分からなり、ピン４５２によっ
て環４５４，４５６間に固着されている。

キー溝２８０が上部環４５４に溶接されたスペーサ４５
８（第１９図）に固着されている。

キー溝２８０はその内部にキー２７８が摺動する溝の形
をとる。

キーとキー溝の対が３対あるので、上部内部構造７７は
垂直方向にだげ動きうる。

熱的しやへい４６０が炉心バレルの上端をめぐって設け
られている。

このしやへい４６０は炉心バレルのスロット内のシャー
リング４６２で所定位置に保持される。

シャーリング４６２は環４５６，４５４および成形環１
２０の組立体の垂直に動くのを阻止している。

環４５４はキー４６４を具え、キーは炉心バレル内のス
ロット（図示せず）と係合する。

内側ゾーン１０１は燃料集合体の他に一次制御シ棒集合
体１１７（典型的に１５個で符号ＰＣ）および二次制御
棒集合体１１９（典型的に４個で符号ＳＣ）を具えてい
る。

制御棒駆動機構８１および８３は制御棒集合体１１７が
完全に取除かれるかまたは炉心９３内の任意の軸方向位
置に置かれるかのどちらをも行いうるようにセットしう
る。

内側ゾーン１０１および外側ゾーン１０５内の低濃縮度
および高濃縮度燃料は全炉心９３に亘って均等の動力発
生を助長する。

典型的に各燃料棒集合体は２１７本の燃料棒を具えてい
る。

燃料棒束すなわち集合体１３０（第４および５図）は薄
壁の六角筒１２１内に収納され、筒は集合体を通る熱伝
達流体を案内しかつ操作の間に束を保護する役目をする
。

燃料ピンは燃料および軸方向親物質ブランケット区分上
にガス状核分裂生成物を入れるためのプレナム１２２を
持っている。

筒１２１の両端の中間に炉心拘束負荷パツド１２４があ
る。

束すなわち集合体１３０内の燃料棒１３２はワイヤ１３
４でまかれ、それでワイヤによって間隔を保たれている
。

燃料棒取付装置（図示せず）は筒１２１の下部に設けら
れ、均等な流れ分布と燃料棒の軸方向の拘束を行なう。

取付装置組立レールが筒の底端キャップ１２３のキー溝
と区別する態様で一致し異った濃縮度のものの混合を阻
止している。

筒１２１は入口ノズル１２５と出口ノズル１２７を有し
ている。

入口ノズルは横向き開孔１２９を有し、これを通って流
体が筒１２１内に入る。

この開孔の下に周溝１３１がピストンリングを受入れる
ためにあって、集合体がソケット内に挿入された時ピス
トンリングは開孔１２９の下の区域を流体の流れに対し
てシールする。

筒は流体の流れを制御するためのオリフイス環（図示せ
ず）を具えている。

入口ノズル１２５の端に区別口１３３があって、これは
燃料集合体１０３または１０７が制御集合体位置に挿入
され得ないことを確実にしている。

各出口ノズル１２７は関連する出口モヂュール１４０の
支枝格子１３８の一致する開孔１３６（第５Ａ，５Ｂ図
）を通り、次いで流路素子１４２を通って出口プレナム
２９に至るように流体の流れを導く。

格子１３８、出口モヂュール１４０および流路素子は上
部内部構造７７の部材を構成する。

径方向ブランケット集合体１１１の一次作用は親物質（
典型的には減損ウラン−２３８）を中性子捕獲によって
核分裂物質（典型的にプルトニウム）に変えることであ
る。

集合体１１１の二次作用は燃料集合体１０３，１０７か
らの中性子を吸収反射スることで、これによってブラン
ケットの外側の構造をしやへいする。

径方向ブランケット集合体１１１はまたエネルギーを生
成する。

径方向ブランケット１０９の作動性能は集合体１１１を
外側ゾーン１０５近い位置から周辺位置へすり足で歩く
のを便にする。

径方向ブランケット１０９の内側列内の新鮮な親物質集
合体は核分裂可能物質のない故にほとんどエネルギーを
生成しない。

核分裂可能な物質が増すにつれ、発生するエネルギーも
増加する。

集合体１１１をブランケット１０９のより外側の列に動
かすことによって、クラツデイングの設計限度を越えた
過剰な温度に上昇するのが避けられる。

径方向集合体をすり足で進めることは径方向ブランケッ
ト１０９内に発生するエネルギーを均等化し、径方向の
温度勾配を減ずる。

典型的に集合体１１１のすり足進行は燃料補給の間に一
年毎に行なわれる。

制御棒集合体１１７，１１９、ブランケット集合体１１
１および径方向じゃへい集合体１１５は先に記載した筒
１２１と同じ形状の筒１３７，１３９，１４１を持ち、
これらは炉心拘束負荷パツド１３６′，１３８′，１４
０′および入口ノズル１４３，１４５，１４７を具えて
いる。

炉心９３は近接するブランケット１０９の監祈用の供試
見本１４９およびバレル１１８に近接して他の供試見本
１５１を具えている。

監視用見本１５１は流れ案内１５３，１５５に囲まれて
いる。

バレル１１８近くにはまた燃料輸送および貯蔵コンテナ
１５７があって流れ案内１５９に囲まれている。

上部内部構造７７は次の作用をする。

（１）炉心流体支持系の誤動作の場合に炉心９３のため
の機械的支持の助けを与える。

（２）炉心設備を位置決めし、保護し、案内しかつ支持
する。

（３）安定状態および地震状態下で制御集合体系の一致
を確実にし、制御集合体駆動管１７９を流れの誘発する
振動から保護する。

（４）容器の出口プレナム内の流れをスクラム過渡現象
の間に流れの層化を最小にするように匍脚する。

この発明に関する装置の上部内部構造７７の新規な特性
は次のようである。

（１）上部内部構造がそれを構成している部材、７５，
１３６，１３８，１４０，１４２の著しい温度差に比較
的不感応である。

（２）高度の耐火性ニッケルクロム合金からなる流路素
子の内側殼１４２の上端の主としてステンレス鋼からな
る隣接構造体への機械的の取付け方。

（３）周辺シール。

これは流路素子内側殼１４２を，上昇する多量の冷却材
を出口プレナム２９に強制し導く低圧流体シールであり
、さらに炉心建設装置の助けとして作用する。

上部内部構造７７の荷重支承構造の主体部はステンレス
鋼（３１６）の溶接体（第６，７，８図）．である。

この溶接体は柱７５と多数の板の対１６１，１６３とを
含み、板の対はサンドイッチ状板と言いうるもので、板
１６５，１６７，１６９，１７１を含んでいる。

短管すなわち流路素子外側殼１７５が各対１６１，１６
３の板１６５，１６７，１６９，１７１に周溶接２１０
および周突き合わせ溶接２１２で溶接されている。

短管すなわち外側殼１７５は板の対１６１，１６３のた
めのシャーウエブとして役立つ。

柱７５はまた板１６５ないし１１１に溶接されている。

さらに各柱７５及びそれに近い短管１７５ａ，１７５ｂ
間にリブ４５０がある。

リブ４５０は柱７５、サンドイツチ板１６５，１６７，
１６９，１７１および短管に溶接されている。

上部の板１６５上で、各柱７５はライナーすなわちスリ
ーブ１７６を具え、これは内側殼１７８に溶接されてい
る。

内側殼１７８は突き合わせた部分１７８ａ，１７８ｂ，
１７８ｃを突き合わせた周縁で溶接したものである。

部分１７８ａと１７８ｃは鍛造品であり、１７８，１１
８ｂは引抜き品である。

最上の部分１７８ａおよび最下の部分１７８ｃはそれぞ
れ板の対１６１の上の板１６５および対１６３の板１６
９に周横溶接部１８０，１８２で溶接されている。

対１６１の板１６７は中間部分１７８ｂと上の部分１７
８ａに突き合わせ溶接部１８４で、下の板１７１は突き
合わせ溶接部１８６で下の部分１７８ｃに溶接されてい
る。

板１６９は容器内移送機構７７のための貫通孔１９０（
第７および８図）を具えている。

スリーブ１７６および殼１７８を含んだ柱７５、板１６
５，１６７，１６９，１７１および短管すなわち流路素
子外側殼１７５はステンレス鋼（典型的に３１６）で作
られている。

上部内部構造７７は多数の出口モヂュール１４０（第５
Ａ，５Ｂ，１０ないし１８図）を具えている。

これらの出口モヂュール１４０は全部高度に耐火性のニ
ッケル・クロム鉄合金から作られ、溶接体７５〜１６１
−１６３−１７５と機械的に接合されている。

各モヂュール１４０は格子１３８、流れ集収器１９２お
よびチムニーすなわち流路素子内側殼１４２を具えてい
る。

各モジュール１４０は多数の炉心構成要素集合体１０３
，１０７，１１７および１１９から冷却材の流れを関連
する流路素子内側殼１４２内に導く役目をする。

各格子１３８は大体卵運送用枠のような外観を呈してい
る。

第９図は格子１３８の配置を示している。典型的に２１
個の格子１３８があって、各々９個の炉心構成要素集合
体から冷却材を受け、１０個の格子が各々１６個の集合
体から冷却材を受け、４個の格子が各々１２個の集合体
から冷却材を受け、全部で３５個の格子がある。

出口モヂュール１４０およびそれに関連する流路素子は
異った寸法である（第６図）。

制御集合体を含むモヂュール用の流路素子１４２ａが最
大の直径（約２５４ｍｍ＝１０インチの内径）を持って
いる。

１２個および１６個の集合体を含むモヂュールのための
流路素子１４２ｂが中間の直径（約１９０ｍｍ＝７１／
２インチの内径）を持ち、残りのモヂュールのための流
路素子１４２ｃが最小の直径（約１６７ｍｍ＝６５／８
インチの内径）である。

径方向しゃへい集合体のゾーン１１３からの流出流は流
路素子に入らない。

各格子１３８は広い範囲で異った温度の流れをそれの関
連する流路素子１４２に導くものであることが強調され
る。

典型的には、中心にある格子１３８ａは制御棒１１７ａ
からの比較的低温の流出流と燃料棒１０３ａからの比較
的高温度の流れを導く。

他の格子１３８ｂは制御棒１１７ｂからの比較的低温の
流れと低濃縮燃料棒１０３ｂからの高温の流れとより高
濃縮された燃料棒１０７ｂからのより高温の流れとを導
く。

周辺にある格子１３８ｃは燃料棒１０７ｃからの流体と
親物質棒１１１ｃからのより低温の流れとを流す。

しやへい棒１１５を通った流出流は低温であり流路素子
べ導く必要はない。

出口モヂュール１４０は関連する流路素子１４２を含み
、高度に耐火性のニッケル・クロム・鉄合金（典型的に
インコネルー７１８）で構成されている。

各モヂュール１４０（第１０ないし１８図）は格子１３
８の他にさらに菱形の格子と円形円筒、状の流路素子１
４２との間を仲介する渡し部材２００を具えている。

格子１３８と渡し部材２００とはこれらに溶接で固着さ
れている殼２０８（インコネルー７１８）内に収容され
ている。

渡し部材２００はその頂部に下部板１７１に治って延長
、する肩部２０２を持っている。

溶接体７５−１６１−１６３−１７５に対する渡し部材
２００の相対的回転は板１７１から延長して部材２００
に係合しているピン２０４によって阻止される。

格子１３８および渡し部材２００は突起２４０，２４２
を具え、これらの突起は殼２０８と係合する。

渡し部材２００はその頂にさらに唇部２０６を有し、こ
の唇部へ流路素子内側殼１４２が溶着されている。

流路素子１４２は短管１７５に囲まれすなわち収容され
ていて、短管１７５は同心であって、ステンレス鋼で作
られている。

この合金は耐火性合金と溶接するに適さないので、流路
素子１４２は溶接体７５−１６１−１６３−１７５に機
械的に固着されている。

この機械的固着の目的を達するために、ニッケル・クロ
ム・鉄合金（典型的にインコネルー６００）の円形円筒
形の外側殼延長部２１４（第１２図）が上部短管すなわ
ち外側殼１７５の端に溶接されている。

この延長部の合金は短管を構成しているステンレス鋼と
の溶接に適したもので、かつ流路素子内側殼１４２を形
成しているニッケル・クロム・鉄合金と殆んど同じ熱膨
脹係数を持っている。

延長部２１４は内側殼に対して小公差で極めて緊密に嵌
合し、熱膨脹係数が殆んど同じであるがために、この嵌
合は温度の変動に対してよく維持され、流れによって誘
発される振動が抑圧される。

延長部２１４はステンレス鋼の他の延長部２１６に溶接
され、延長部２１６自体は板１６５に溶接されている。

この延長部２１６を設ける目的は延長部２１４を充分に
板１６５から離隔し、作動温度における局部的の曲げモ
ーメントを許容水準内にすることである。

延長部２１４はその上端に突縁２１８を具えている。

突縁２１８は肩部２２０で内側殼１４２に係合する。

延長部２１４の上方にキー２２２があって、このキーは
割り環の形状をとり、その頂近くの溝内で内側殼に緊密
に係合する。

キー２２２は溝内に突出する突縁２２４を具えている。

キー２２２は同じ合金（インコネル−７１８）で作られ
、同じ合金の緊帯２２６で保持されている。

これもまた同じ合金（インコネル−７１８）で作られた
熱的ライナ２２８が緊帯２１６によって所定位置に保持
されている。

延長部２１４、キー２２２、内側殼１４２の形成する機
械的接合は横方向の荷重を伝えるだけでなく、上下双方
の垂直方向荷重をも伝える。

上向き荷重は延長部２１６の突縁２１８により、下向き
荷重はキー２２２の突縁２２４によって伝達される。

横向き荷重パッドがまた下部短管すなわち外側殼１７５
と内側殼１４２との間に設けられる。

この発明の場合、ステンレス鋼の延長部２３０が板１６
９に溶接され、ステンレス鋼と溶接するに適しかつ耐火
性合金と同じ熱膨脹係数を持つニッケル・クロム・鉄合
金の延長部２３２が延長部２３０に溶接されている。

延長部２３２は流路素子内側殼１４２と微小公差で緊密
に嵌合している。

格子１３８の各開孔は燃料棒集合体用の筒１２１の出口
ノズル１２７を受入れるためのソケットを有し、筒から
の流出流はとの開孔を通って導かれる。

第１２図は制御棒集合体の筒２４０の出口ノズル２４４
を受入れている開孔１３６を示している。

制御棒集合体はまた外側筒を通って運動可能な内側筒（
図示せず）を具えている。

この場合ソケット２４６は二重端にされている。

ソケット２４６は格子１３８の隣接した壁２４８に溶接
されている耐火性ニッケル・クロム・鉄合金の殼である
。

ソケット２４６は出口ノズル２４４を受入れる下部開口
２５０を具えている。

ソケットはまた端部２５４を受けるように上部テーパー
付開口２５２を具え端部２５４に流管１７７が取付けら
れる。

流管１７７の端２５６はソケット２４６の環縁内に座し
ている。

シュラウド１７９（第１Ａ図）が流管１７７に取付けら
れている。

ソケット２４６および流管１７７は高度に耐火性の合金
で作られてる。

制御棒集合体の内側筒（図示せず）は制御棒駆動管２７
０に連結され、流管１７７およびシュラウド１７９に沿
って運動しうる。

流管は流路素子内側殼１４２内に同心の環２６２および
２６４とスパイダ２６６とによってこれと一線にされす
なわち同心にされているが、環とスパイダとはすべて耐
火性のニッケル・クロム・鉄合金で作られている。

出口モヂュール１４０はステンレス鋼（３１６）からな
るシュラウド１３５（第７および８図）内に収容されて
いる。

シュラウド１３５は板の対１６３の板１７１と共に延長
する項板と、環状底板２７０と、内側および外側環状板
２７２，２７４で形成される。

その延長部が頂板として作用する板１７１は環状板２７
６によって対１６３の上部板１６９と接続され、環状板
２７６は耐火性合金で作られ、板１６９，１７１とそれ
ぞれ溶接されている。

ステンレス鋼（３１６）製のキー２７８が頂板１７１と
底板２７０との間において、シュラウド１３５の周に沿
って約１２０°の間隔の所定位置に固着されている。

各キー２７８は環４５６，４５４および成形環１２０の
組立体に固着されたキー溝２８０と係合し、組立体は炉
心バレル１１８（第１８，１９，２０図）にキー止めさ
れている。

このようにして、上部内部構造７７は柱７５を介してヘ
ッド４１および炉心バレル１１８間にそれらによってし
っかりと支持される。

第１図にシュラウド１３５の部分断面が点線で示されて
いる。

炉心構成要素集合体がシュラウド内に延長している。

周辺シール２８２が炉心９３の周に沿って、炉心出口と
シュラウド１３５との間において延長している。

シール２８２は多数の衝合するブロック２８４を含み、
ブロックは取外し可能なしゃへい集合体１１５の第２お
よび第３列の上を径方向外向きに延長している（第１８
図参照）。

シールドブロック２８４はシュラウド１３５の底板２７
０に固着されている。

下部内部構造９５（第１Ｂ図）は逆截頭円錐形の板１９
１を具え、この板は圧力容器２１に一体的に溶接されて
いる。

炉心バレル１１８はこの板の水平板部１９３の周辺に溶
接されている。

ライナー２０３が水平板部１９３の開孔内に摺動可能に
装架されている。

ライナーは大体中空の円筒形である。

ライナー２０３の底端から流れ分布閉塞防止円板２０５
が人口プレナム２５内へ懸垂されている。

ライナー２０３は板部１９３の頂面からカラー２０７に
よって懸架され、カラーはライナーにねじ込まれかつ溶
接され、板部１９３の開口のまわりの凹部に沿って板部
１９３と係合している。

人口モヂュラユニット２２１が各ライナー２０３に取外
し可能に装架されている。

モヂュラユニットはそれが用いられる目的に応じて板部
１９３の任意にあるライナー２０３に装架される型によ
って異った型でありうる。

あるユニット２２１は燃料棒集合体１０３，１０７また
は制御棒集合体１１７，１１９を受入れ、これらは高い
冷却流体の流れを要し、他のユニットはブランケット集
合体１１１または取外し可能しゃへい集合体１１５を受
ける。

集合体１０３，１０７，１１７，１１９は人口モヂュラ
ユニット２２１内に挿入される。

各集合体はこの場合がそうであるように、冷却液体より
大きい比重でありうる。

集合体の上方および下方の圧力が平衡しているから、集
合体はその容器内に自重で医持されている。

入口モヂュラユニット２２１はライナー２０３にシール
関係で装架され、それでモジュラユニット２２１の上下
の圧力は平衡する。

シールを通った漏洩流体はベント管２７５を経て圧力容
器２１の外部区域に運ばれる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図は共にこの発明による原子炉の
圧力容器を開いて示す縦断面図、第２図は第１図の原子
炉の平面図、第３図は第１図の線■−■に沿って炉心構
成要素を示す水平断面図、第４図は燃料棒集合体を示す
側面図、第５図は第４図に示す集合体の一部を破断して
示す部分斜視図、第５Ａ図は第１Ａおよび１Ｂ図に示す
原子炉の出口モヂュールを示す部分斜視図、第５Ｂ図は
第５Ａ図に示す出口モヂュールの支持格子を示す平面図
、第６図は第１Ａおよび１Ｂ図に示す原子炉の上部内部
構造を示す平面図、第７図は第６図の線■−■に沿ウ断
面図、第８図は第１Ａおよび１Ｂ図に示す原子炉の上部
内部構造の一部を断面図で示す側面図、第９図は第１Ａ
および１Ｂ図に示す原子炉の出口モヂュールと炉心構成
集合体との間の関係を示す平面図、第１０図は第１３図
の線Ｘ−Ｘ方向から見た出口モヂュールの側面図、第１
１図は第１２図のＸＩ−ＸＩ方向から見た平面図、第１
２Ａ図および第１２Ｂ図は共に第１３図の線■一■にＧ
５縦断面図、第１３図、第１４図、第１５図、第１６図
および第１７図はそれぞれ第１２図の線Ｘ■−Ｘ■，Ｘ
ＩＶ−ＸＩＶ，ＸＶ−ＸＶ，ＸＶＩ−ＸＶＩおよびＸ■
一Ｘ■に沿う横断面図、第１８図は第ＩＡ，ＩＢ図に示
す原子炉の炉心直上の部分の周辺シールを示す平面図、
第１９図は第１８図の線ＸＩＸ−ＸＩＸに沿う部分断面
図、第２０図は炉心バレル、炉心成形環および上部内部
構成を炉心バレルに連結するキーとキー溝を示す平面図
、第２１図は第２０図の線ＸＸＩ−ＸＸＩに沿う部分縦
断面図である。 ２１・・・・・・圧力容器、２５・・・・・・人口プレ
ナム、２９・・・・・・出口プレナム、３３・・・・・
・熱ライナ、４１・・・・・・ヘッド、５１，５３，５
５・・・・・・回転プラグ、７１・・・・・・圧力容器
内移送機孔、７３・・・・・・圧力容器外移送機孔、７
７・・・・・・上部内部構造、８１・・・・・・制御棒
駆動機構、９３・・・・・・炉心、９５・・・・・・下
部内部構造、１０３・・・・・・燃料集合体、１１１・
・・・・・ブランケット集合体、１１５・・・・・・し
やへい集合体、１１７・・・・・・制御棒集合体、１１
８・・・・・・炉心バレル、１２０・・・・・・成形環
、１３５・・・・・・シュラウド、１３８・・・・・・
格子、１４２・・・・・・流路素子内側殼、１７５・・
・・・・短管すなわち流路素子外側殼、２１４・・・・
・延長部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人口プレナムと、出口プレナムと、人口および出口
   プレナム間にある炉心と、この炉心を拘束するための炉
   心バレルと、前記入口および出口プレナムを含み前記炉
   心によって加熱される熱交換流体を前記炉心を通って移
   送する装置と、前記炉心と前記出口プレナムとの間にあ
   って加熱された流体を前記炉心から前記出口プレナムへ
   流通させる多数の大体鉛直な流路素子とを内蔵する容器
   を有する原子炉において、前記流路素子が高度に耐火性
   の耐腐蝕ニッケル・クロム鉄合金の内側殼と、前記ニッ
   ケル・クロム鉄合金と溶接に適しないステンレス鋼の外
   側殼と、前記ステンレス鋼と溶接するに適しかつ前記耐
   火耐腐蝕合金と実質的に等しい熱膨脹係数を持つ他のニ
   ッケル・クロム鉄合金からなり前記外側殼と溶接されか
   つ素子上の横荷重を保つように前記内側殼と緊密に係合
   する外側殼延長部とを具えていることを特徴とする原子
   炉。