JPS6125111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高出力高温ガス冷却炉における環状
側面反射体で囲まれた炉心の支持装置に係わり、
とくに、球状燃料要素を堆積して構成されるとと
もに貫通する複数個の球状燃料要素排出管を設け
た炉心用支持装置に関するものである。

ガス冷却炉では、縦型柱状減速材よりなる減速
材ブロツクの支持構造については公知である。こ
こにおいては、一平面上に相互に間げきをあけて
複数個の方形支持板を配置し、その各支持板毎に
一定数の柱状減速材を支える方式か、または各々
の柱状減速材をそれぞれ１個の金属円筒で支え、
その際、柱状減速材および金属円筒に設けた冷却
ガス通路を相互に連通させる方式が用いられる。

最初に述べた支持構造の例は、西ドイツ特許公
告公報第1177751号に記載されている。すなわ
ち、各支持板には、中央に貫通孔を設けた柱状減
速材が７個ずつ配置され、その際、これらの貫通
孔は支持板に設けた孔と同心とされる。１個の支
持板に配置された７個の柱状減速材のうちで、中
央におかれた減速材だけが支持板に個定されてい
るので、支持板はこの減速材の軸のまわりに伸張
することができる。

西ドイツ特許公告公報第1122641号には、前述
のような各々の柱材減速材がそれぞれ１個の金属
円筒状支持要素を備えた方式の支持構造が記載さ
れている。この場合、柱状減速材と金属円筒と
は、その球面状支持面において、重なり合うよう
に玉継手で支えられている。

ドイツ特許公告公報第1194071号には、固体材
料よりなる原子炉減速材構造体を、それ自体剛体
のいくつかの支持面部材から構成された１個の平
坦な支持面で支える方式が示されている。ここで
各支持面部材は、減速材構造体の軸に対称に配置
された所定数の支柱により支えられている。支持
面部材は、１個の中央の板状部材と、いくつかの
同心の環状枠材とからなり、それらの間には、半
径方向に小さい間げきを設けることができる。

西ドイツ特許公開公報第1614684号に係る原子
炉ブロツク支持装置においては、当該装置がいく
つかの管状要素で構成されたハニカム構造を有
し、その構造は２つの水平に配置された円板によ
つて両端のところで互いに結合してつくられてい
る。六角断面を有するこの管状要素は、それぞれ
柱状原子炉ブロツクの１個と整合している。この
支持装置は生体しやへい体を同時に兼ねており、
その目的のために、管状要素には黒鉛装入体が少
くとも２層設けられる。

ガス冷却炉の炉心用支持構造としては、この
他、西ドイツ特許公開公報第1956226号に、炉心
を耐火材料によつて炉心が原子炉圧力容器の床の
上に支持される方式のものが記載されている。こ
こにおいて、耐火材料には通路が設けられ、これ
が炉心のガス通路および炉心外部のガス室と連通
しているので、これを通じて炉心に冷却ガスを送
ることができる。

更に、球状核燃料堆積型原子炉用としては、高
温耐熱材料からなりガスを通過し得る球状核燃料
支持層と、この支持層ならびに球状核燃料の重量
を支える支持構造体とからなる支持床面の構成も
公知の技術である。ここにおいて、球状核燃料は
支持層上に直接的に堆積し、支持層と支持構造体
とは高温耐熱性のタイルの層により分離されてい
る。

球状核燃料を常時取り出すために、支持構造体
および支持層を通して、いくつかの縦形貫通管が
規則的に配置され、この貫通管が支持層の最小厚
さおよび平均厚さを決める。

他の球状核燃料堆積型原子炉であるTHTR
型、出力300MWeの原子炉においては、球状核燃
料を堆積するための支持床面は多数の六角形黒鉛
ブロツクからなり、このブロツクは自由に動き得
る柱状体として配置され、軸方向の冷却ガス用貫
通孔を備える。この黒鉛ブロツクから構成された
柱状体の各々は、黒鉛板からなる床面にとりつけ
た円柱により支えられる。中央の球状核燃料排出
管が、これらの円柱の固定点となる。六角形黒鉛
ブロツクの呼び寸法を小さくとることによつて、
膨張間げきが得られるが、これにより、支持床面
内で、その全体寸法を越えることなく自由な熱膨
張が可能になる。しかし、非定常的な操作条件に
よつては、あるいは故障の場合には、これらの間
げきが集まつてかなり大きな単一の間げきを生ず
ることも起り得る。このような間げきを黒鉛ブロ
ツクの復元によつてなくそうとするには、大きな
復元力を必要とするが、しかし、これは、
THTR型、出力300MWe程度の規模では、まだ、
それ程、大きな問題とはならない。

原子炉出力が増大し、それに伴つて、原子炉寸
法およびその据付け寸法が増大すれば、上述の六
角形ブロツク配置における膨張間げきあるいは復
元力は、パラメータが大きく変るため、大きな値
をとらざるをえず、その状態では支持床面がその
機能（核燃料要素の縦方向支持、核燃料要素の炉
心からの取出し、ガス導入、しやへい）をもはや
果すことができなくなりうるので、上記原理で構
成された支持床面は、そのままでは採用し難い。
ここで球状核燃料の炉心を通過する際の流れ特性
が決定的な因子となる。釣合いのとれた流れ特性
には、いくつかの球状核燃料排出管の設置が必要
で、その各々に円錐形の球状核燃料流入口を設け
ねばならない。その他の考慮すべきパラメータと
しては、自重、圧力低下および制御棒駆動力によ
つてきまる機械的負荷、ならびに大きい寸法の炉
心に生ずる熱膨張があり、これらは制御されねば
ならない。

このような技術の現状にあるので、冒頭で述べ
た高温原子炉の炉心用として、炉心の出力とは関
係なく、前述の支持装置に課せられた機能を完全
に果すことができ、その際生ずる熱的、機械的問
題を解決しうるような支持装置を案出すること
が、本発明の基本的課題である。

この課題は、本発明によれば次のような方法で
解決された。すなわち、支持装置は、膨張間げき
なしに密集ユニツトに組みあげ、上下に配置した
角柱状黒鉛ブロツクのいくつかの層からなり、一
つの層のブロツクは隣接する層のブロツクとはめ
あいにより組合わされ、上の層は冷却ガス用通路
を設けた、好ましくは六角形の多数の黒鉛ブロツ
クで構成され、下の層は好ましくは六角形断面形
状に組み合わされたいくつかの支持セグメントか
らなる多数の支持ユニツトにより形成され、各支
持ユニツトは、それぞれその中央部において、柱
状ヘツドを介して円柱により支えられ、同様に、
それぞれ所定数の六角形黒鉛ブロツクを支える。
下の層の３個の支持ユニツトの集まつた個所には
冷却ガス通路を設ける。

本発明による支持装置は、安定した堅固な支持
構造体であつて、支持、球状燃料取出し、ガス導
入、および、しやへいのような全ての機能に適し
ている。また、膨張間げきなしで密集ユニツトを
構成しているので、原子炉炉心の熱的サイクルに
順応できる。すなわち、角柱状黒鉛ブロツクをは
めあいにより層状に組み合わせてあるので、支持
装置の熱運動は隣接ブロツクに伝えられ、間げき
の生成は起りえない。このようにして、支持装置
全体ならびに環状側面反射体は半径方向に膨張す
る。

角柱状ブロツクのはめあい構造をとつているの
で、床面配置を均衡するため復元力は必要がな
く、この支持装置はすべて原子炉の状態に適応で
きる。半径方向の熱膨張と支持力とは、側面反射
体の相当する側面の支持体によつて均衡を保つ。
角柱状黒鉛ブロツクの設計にあたつては、とくに
材料特性を考慮して、たとえば、地震などの外的
負荷が加わつた場合でも、この支持装置には決し
て引張力が伝わることのないように配慮された。

本発明による支持装置は、炉心構造の出力や大
きさには全く影響されない。これは、とくに球状
核燃料要素を用いる高温原子炉に適しているが、
わずかの調整によつて塊状核燃料要素を使用する
高温原子炉にも使用することができる。その場合
に、とくに熱的問題の解決が容易である。

本発明による支持装置のその他の利点として、
高温原子炉の底部の構造上の問題および側面反射
体の支持構造に関する問題を容易に解決できる点
がある。たとえば、底部において、ころ軸受を用
いる必要はなく、また、側面反射体には全くまた
はごくわずかの力しか生じない。

角柱状黒鉛ブロツクの上側の層の高さを、それ
ぞれの球状燃料排出管に対して球状核燃料要素用
の円錐状流入口を形成するように決めると好都合
である。最下層にある支持ユニツトの断面形状
は、球状燃料排出管の周辺では、この排出管をす
き間なく取り囲みうるような形状となつている。
周辺部分においては、側面反射体に対して適合し
うる形状とされる。

本支持装置は、好ましくは３層により構成し、
その場合、上の層と中間層においては、６個の黒
鉛ブロツクに囲まれた中央黒鉛ブロツクが、それ
ぞれ円柱上にくるようにされる。ここで、外縁黒
鉛ブロツクは、それぞれ異なる３個の中央黒鉛ブ
ロツクと隣接する。すなわち、各外縁黒鉛ブツク
は同時に３個の中央黒鉛ブロツクの外縁の一部を
なす。

上の層の六角形黒鉛ブロツクには、すべて、多
数の冷却ガス用の縦孔が設けてあり、これは中間
層にある集合管と連絡している。外縁黒鉛ブロツ
クの集合管は貫通孔で、これは、下の層に設けた
冷却ガス通路と連絡する。中央黒鉛ブロツクの集
合管は袋孔で、いくつかの連通孔により、それぞ
れの外縁黒鉛ブロツクに設けた貫通孔に通じてい
る。冷却ガスは、さらに下の層の冷却ガス通路を
通つて、支持装置の下部に設けた高温ガス集合室
に導かれる。高温ガス集合室は側面反射体の下部
まで延出しているので、これによつて、対応する
直径の放射状ガス通路からの連絡が可能になる。

支持装置と側面反射体との間には、貫通した縦
の継ぎ目を設けて、垂直方向において異つた熱膨
張（温度の差異による）を可能とするのがよい。

以下、本発明を図面に示す実施例に従つて詳細
に説明する。

第１図および第３図に示すように、高温ガス冷
却炉の球状核燃料要素２を堆積してなる炉心１
は、多数の黒鉛レンガ４から構成された環状の側
面反射体３により囲まれている。球状燃料の堆積
用床面には、６個の球状燃料排出管５が設けら
れ、これは装入装置（図示せず）と連絡してい
る。第２図には、規則的に配置された球状排出管
５の一部が、原子炉炉心の軸を中心とする円周上
に示されている。各球状燃料排出管５には円錐形
の球状燃料流入口６が設けられ、これは支持装置
の一部をなす。

当該支持装置は、第２図に示すように、密集ユ
ニツトとして膨張間げきなしに組み立てられた角
柱状黒鉛ブロツクの２層からなる。最上層７と中
間層８は、多数の六角形黒鉛ブロツク９から構成
され、これらは、はめあい１０により相互に組み
合わされている。層７および８の黒鉛ブロツクの
高さは、上述の円錐形球状燃料流入口６が形成さ
れるように定められる。下の層１１は、多数の支
持ユニツト１２からなり、これは同様に、その上
の層８とはめあいにより組み合わされる。本支持
装置の層１１の下部には、球状核燃料要素の堆積
を上から下に向つて貫流する冷却ガス用の高温ガ
ス集合室１３がある。球状燃料排出管５の周辺で
は、支持ユニツト１２は球状燃料排出管との間に
空げきが残らないような形状をとる。側面反射体
３の附近でも、支持ユニツト１２ならびに黒鉛ブ
ロツク９は同様に変形した断面形状となる。側面
反射体３の下部には、高温ガス集合室１３の延長
部１４があり、これによつて、該集合室１３と放
射状冷却ガスとを連絡することができる。

各支持ユニツト１２は、第５図に示すごとく、
六角形断面形状に組み合わされたいくつかの支持
セグメント１５からなる。下の層１１の、３個の
支持ユニツトの集まつたところに、冷却ガス通路
１６が設けられ、これは高温ガス集合室１３に通
ずる。支持ユニツト１２は、全て、柱状へツド１
８を介して円柱１７で支えられ、その柱状ヘツド
は支持ユニツトの中央に設けたみぞにはめこまれ
ている。円柱１７は高温ガス集合室１３を貫通
し、原子炉の床面まで達している。

第２図に示すように、六角形の支持ユニツト１
２の断面形状は、支持装置の最上層および中間層
の六角形黒鉛ブロツク９に比べてかなり大きい。
従つて、各支持ユニツトは、いくつかの黒鉛ブロ
ツク９とその上に堆積された球状核燃料要素２の
両方の重量を支えることになる。層７および８に
は相当数の中央黒鉛ブロツク１９があり、これ
は、第４図に示すように、それぞれ６個の外縁黒
鉛ブロツク２０で囲まれている。ここで、外縁黒
鉛ブロツク２０の各々は、同時に３個の異なる中
央黒鉛ブロツク１９の外縁の一部をなす。すなわ
ち、７個の黒鉛ブロツクからなるグループ毎に層
１１を介して組み合わされている。各中央黒鉛ブ
ロツク１９は円柱１７の一つと上下に整合する。

最上層７の六角形黒鉛ブロツク９には、全て、
冷却ガス用の多数の細い縦孔２１が設けてある。
この縦孔は中間層８の黒鉛ブロツク９にある集合
室２２につながる。中央黒鉛ブロツク１９に設け
られた集合室はめくら孔２２ａのような形状をな
しているが、外縁黒鉛ブロツク２０の中を貫通し
支持ユニツト１２の中にあけられた冷却ガス通路
１６に整合しかつ連通する貫通孔２２ｂに対する
集合室を形成している。黒鉛ブロツク１９のめく
ら孔２２ａは、第３図および第４図に示すよう
に、いくつかの連通孔２３によつて、貫通孔２２
ｂと連絡している。ここで注意しておくが、第３
図の左側には連通孔２３の一つを断面まで回転し
て示してある。

第３図から更にわかるように、側面反射体３
と、支持装置の３つの層７，８，１１との間には
貫通する従の隙き間２４が設けてあり、そのた
め、この両方の構造体は垂直方向に別々に膨張す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による高出力球状核燃料堆積型原
子炉用支持装置の一実施例を示すもので、第１図
は、当該支持装置の第２図におけるＡ―Ａ線縦断
面図、第２図は、右側が球状燃料流入口の平面又
左側が支持ユニツトの平面をあらわす支持装置の
第１図においてＸ方向から見た図、第３図は支持
装置の球状燃料排出管附近の縦断面拡大図、第４
図は支持装置の第３図におけるＢ―Ｂ線断面図、
第５図は支持装置の第３図におけるＣ―Ｃ線断面
図である。 １……炉心、２……核燃料要素、３……側面反
射体、７……最上層、８……中間層、１１……最
下層、１２……支持ユニツト、１３……高温ガス
集合室、１５……支持セグメント、１７……円
柱、１８……柱状ヘツド、１９……中央黒鉛ブロ
ツク、２０……外縁黒鉛ブロツク、２２……集合
室、２４……隙き間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膨張間げきなしに密集ユニツトに組みあげら
   れるとともに上下に配置した角柱状黒鉛ブロツク
   のいくつかの層からなり、一つの層のブロツクは
   隣接する層のブロツクとはめあいにより組み合わ
   され、上の層は冷却ガス用の通路を備えた、好ま
   しくは六角形をなす多数の黒鉛ブロツクにより構
   成され、下の層は、好ましくは六角形の断面形状
   で組み合わされたいくつかの支持セグメントから
   なる多数の支持ユニツトにより構成され、各支持
   ユニツトはその中央部において柱状ヘツドを介し
   て円柱により支えられるとともに一定数の六角形
   黒鉛ブロツクを支持し、３個の支持ユニツトが突
   き合わされた下の層の個所に冷却ガス通路を設け
   ることを特徴とする高出力高温ガス冷却炉の環状
   側面反射体に囲まれ、とくに球状核燃料要素を堆
   積して構成されるとともに貫通する複数個の球状
   燃料排出管を設けた炉心用支持装置。 ２ 各球状燃料排出管に対して球状核燃料要素用
   の円錐形流入口が形成されるように、黒鉛ブロツ
   クの高さを定め、球状燃料排出管の周辺において
   は支持ユニツトの断面形状を当該管に対応するよ
   うにしてなる特許請求の範囲１記載の支持装置。 ３ ３層から構成されるとともに上層および中間
   層において、６個の黒鉛ブロツクにより囲まれた
   中央黒鉛ブロツクが円柱の一つと整合し、外縁の
   各黒鉛ブロツクは夫々３個の異なる中央黒鉛ブロ
   ツクに対応配置されてなる特許請求の範囲１又は
   ２記載の支持装置。 ４ 上の層のすべての六角形黒鉛ブロツクには、
   冷却ガス用の多数の細い縦孔が設けられ、この縦
   孔が中間層のブロツクの集合室に接続し、外縁の
   黒鉛ブロツクの集合室は下の層にある冷却ガス通
   路と整合した貫通孔として構成され、中央黒鉛ブ
   ロツクの集合管は連通孔により対応する外縁の黒
   鉛ブロツクの貫通孔と練結されてなる特許請求の
   範囲３記載の支持装置。 ５ 側面反射体との間に貫通した縦の隙き間を設
   けてなる特許請求の範囲１記載の支持装置。