JPS62225995A

JPS62225995A - 原子炉構造

Info

Publication number: JPS62225995A
Application number: JP61068361A
Authority: JP
Inventors: 佳彦石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は複数の種類の燃料集合体から構成された炉心を
持つ原子炉の原子炉構造に関する。

〔従来の技術〕

軽水を利用した原子炉には沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）と
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）がある。

第３図に沸騰水型原子炉１、第４図に加圧水型原子炉２
１の圧力容器２．２２内の構造を表わした縦断面図を示
す。いずれの型の原子炉も、燃料集合体４，２４を円形
に配置した円筒形状の炉心７゜２７をもち、炉心７．２
７の上下にはそれぞれ上部プレナム６．２６、下部プレ
ナム５，２５と呼ばれる空間部がある。冷却材はポンプ
により一度下部プレナム５．２５に輸送され、そこから
炉心７．２７の各燃料集合体４，２４に分配される。

現在稼動している軽水炉の炉心は、同じ形状の燃料集合
体から構成されているが、１体当たりの発熱量は燃料集
合体毎に異なる。沸騰水型原子炉１では、燃料集合体４
の発熱量が異なると発生蒸気量も異なり、それに伴って
燃料集合体４内の圧損にも違いを生ずる。炉心７の上端
と下端での圧力差がどの燃料集合体４をとっても等しい
時が流動的に安定であるため、燃料集合体４への流量配
分は、燃料集合体４の発熱量と圧損特性より決まる。沸
騰水型原子炉１では、下部プレナム５と燃料集合体４と
の間の流路にオリフィスを設け、燃料集合体４上端の出
口でのクォリティ（クォリティ＝蒸気質量流量／全質量
流量）が炉心７全般しこわたってほぼ均一になるような
流量配分をめざして、オリフィス口径を設計する。これ
は各燃料集合体４の熱的余裕を平均化することに対応す
る。

一方、加圧水型原子炉２１では炉心２７で蒸気が発１生
しないが、やはり燃料棒がバーンアウトを起こす熱流束
に対する熱的余裕を炉心２７全体で平均化するようにオ
リフィスを設置して、流量配分を設定する。

ところで、原子炉の燃料経済性向上を目的として、従来
と異なる構造の原子炉が提案されている。

この原子炉は、燃料寿命の前半で水対ウラン体積比を小
さくして中性子エネルギーを高め、二８８Ｕへの中性子
捕獲吸収を増加させて核分裂性物質である！８１１ｐ　
ｕ、　２４１ｐ　ｕ　の生産を増加させ、次に寿命後半
で水対ウラン体積比を大きくして生産された核分裂性物
質！ＬＲ９ｐ　ｕ、　２４１ｐ　ｕ　及び残存”ＩＳＵ
　を効率良く燃やすことにより、燃料サイクル費を低減
するものである。第５図は、この型の原子炉の炉心構成
を示す横断面図である。炉心５０を半径方向に対して２
分し、中心部は水対つラン比の小さな燃料集合体５５か
ら構成する高転換領域５１とし、周辺部は水対ウラン比
の大きな燃料集合体５６から構成するバーナー領域５２
とする。制御棒は図のＡｏ、Ｂｏで示された燃料集合体
に挿入する。１体の燃料集合体は、ＵＯ３のペレットを
含んだ複数の燃料棒５７と、燃料棒５７を支持する上部
タイプレート、下部タイブレ出し、燃料集合体５６に再
組み立てする。

高経済性を達成できるこの高転換バーナー型原子炉は沸
騰水型原子炉、加圧水型原子炉のいずれにも適用できる
。

この高転換バーナー型原子炉で問題となる点は、高転換
領域５１の燃料集合体５５とバーナー領域５２の燃料集
合体５６の発熱量の差が大きいため炉心５０に流入する
冷却材の各燃料集合体５５゜５６への流量配分の設計が
難しい点にある。第５図に示した燃料集合体を例にとる
と、燃料集合体１体当たりの燃料棒５７の本数は、高転
換領域５１の燃料集合体５５で１６９本、バーナー領域
５２の燃料集合体５６で９１本である。燃料棒５７の線
出力密度が２つの領域で変わらないとすると、高転換領
域５１の燃料集合体５５はバーナー領域５２の燃料集合
体５６の２倍近い発熱量になる。

炉心への流量配分に関するものには、例えば特開昭５５
−６６７９５号がある。しかし、炉心部に複数の種類の
燃料集合体を装荷し、燃料集合体の発熱量の差が大きい
原子炉は対象として考えられていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

高転換バーナー型原子炉では、流路面積が小さく流動抵
抗の大きな高転換領域５１の燃料集合体５５で発熱量が
大きい。冷却材は流路面積が大きく流動抵抗の小さなバ
ーナー領域５２の燃料集合体５６へ流入しやすいが、高
転換領域５１の燃料集合体５５の熱的余裕を充分とるた
め、バーナー領域５１燃料集合体５６の入口に高転換領
域５１に対するオリフィスよりも絞ったオリフィスを設
置し、高転換領域５１へ流入する冷却材料量の配分割合
を増加させる必要がある。沸騰水型の高転換バーナー型
原子炉において、高転換領域５１とバーナー領域５２の
燃料集合体出口クォリティが等しくなるようにオリフィ
スを設計するとバーナンプが必要になる。

本発明の目的は、発熱量の大きく異なる炉心領域をもつ
原子炉において、炉心の圧損を必要以上高めずに充分な
熱的余裕のある冷却材流量を供給でき、また炉心の状態
に応じて各炉心領域の冷却材流量を他の炉心領域の冷却
材流量によらずに設定できる装置を提供することにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、各炉心領域毎に流量を設定できるように各
炉心領域に対する専用の再循環ポンプ及びポンプ流量制
御機器を設置し、１つの炉心領域に対しては均一な流量
分布を与える形状の流路を再循環ポンプと各炉心領域の
間に設置することにより達成される。

〔作用〕

本発明では、下部プレナム内に隔壁を設け、発熱量や圧
損特性の異なる燃料集合体群に対して独立な流路を設定
し、各流路に対して独立に回転数を制御できるポンプを
割りあてる。この構造により、炉心全般にわたって圧損
一定という制約が除かれるため、ポンプ回転数を制御す
ることで、燃料集合体群に供給する冷却材流量を自由に
変更することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図は本発明を実施した沸騰水型の高転換バーナ
ー型原子炉の縦断面図、第２図は第１図の原子炉をｃ−
ｃ’断面で切断して、ダウンカマから下部プレナム中心
部へ続く流路の形状を示した図である。炉心は炉心隔壁
５３により、高転換領域５１とバーナー領域５２に分割
されている。下部プレナムは下部プレナム隔壁６０によ
り、下部プレナム中央部６１と下部プレナム周辺部６２
に完全に分割されている。

下部炉心支持板１２には冷却材流路が設けられており、
下部プレナム中央部６１と炉心高転換領域５１、下部プ
レナム周辺部６２と炉心バーナー領域５２が接続してい
る。ダウンカマ９下端には１２台のインターナルポンプ
が再循環ポンプとして炉心シュラウド５４の周囲に環状
に配置されている。このうち６台は、中心領域用ポンプ
１７であり、残る６台は周辺領域用ポンプ１８である。

炉心領域５１．５２各々に対し、平坦な流量分布が得ら
れるように、中心領域用ポンプ１７と、周辺領域用ポン
プ１８は２台ずつ互い違いに配置され、中心領域ポンプ
１７は下部プレナム中央部６１へ、周辺領域用ポンプ１
８は下部プレナム周辺部６２へ冷却材を供給できるよう
に下部プレナム隔壁６０が設置されている。ダウンカマ
９の下部のバッフル６３は、インターナルポンプ１７゜
１８へ流入する冷却材を整流するために設置してある。

この構造により■ダウンカマ９→下部プレナム中央部６
１→高転換領域５１→上部プレナム６゜■ダウンカマ９
→下部プレナム周辺部６２→バーナー領域５２→上部プ
レナム６の２つの流路が確保される。中心領域用ポンプ
１７と周辺領域用ポンプ１８の回転数は独立に制御でき
る構成とする。

とバーナー領域５２の流量配分を特に考慮しなくても、
燃料集合体入口のオリフィス口径を設計できる。また炉
心のボイド率を測定し、高転換領域５１とバーナー領域
５２の熱的余裕が充分大きくとれるようにインターナル
ポンプ１７，１８の回転数を制御するフィードバック制
御系を設置して、原子炉の安全性を高めることができる
。

第６図は、本発明を加圧水型の高転換バーナー型原子炉
に適用した他の実施例である。炉心は炉心隔壁５３によ
って中央部の高転換領域５１と周辺部のバーナー領域５
２に分割されている。下部プレナムは円筒形の下部プレ
ナム隔壁７０により下部プレナム中央部７１と下部プレ
ナム周辺部７２に分割され、各々高転換領域５１とバー
ナー領域５２に接続している。下部プレナム隔壁７０の
下部には流路ロア３とインターナルポンプ１４を設置し
である。入口ノズル３９より流入した冷却材はダウンカ
マ２９を下降し、下部プレナム周辺部７２に流入する。

流入した冷却材の一部は、ｒ部炉心支持板３２の流路を
介して炉心周辺部のバーナー領域５１に流入し、残りの
冷却材は流路ロア３を通りインターナルポンプ１４によ
り昇圧されて下部プレナム中央部７１、及び炉心中央部
の高転換領域５１に流入する。本実施例のように、円筒
形状の下部プレナム隔壁７０とインターナルポンプ１４
を組み合わせた構造は、制御棒を炉心の上方から挿入す
る方式の沸騰水型原子炉にも適用できる。本実施例は、
下部プレナム隔壁７０の構造が簡単で、製作工程を短縮
できるという利点がある。

第７図に、本発明を加圧木型の高転換バーナー型原子炉
に適用した他の実施例を示す。再循環系の戻り水の一部
を抜きだす配管８３を設置し、一方の端は圧力容器２９
を貫通して、下部プレナム隔１壁８ｏで囲まれた下部プ
レナム中央部８１へ接続する。下部プレナム中央部８１
は高転換領域５１に接続している。配管８３の途中には
再循環ポンプ８４を設置し、冷却材を昇圧する。この構
造は、ポンプを炉外に置くため、下部プレナム内の構造
を簡素化できる。

以上の実施例は、高転換バーナー型原子炉を例にして説
明したが、複数の種類の燃料集合体を同心円状に配した
原子炉に対して本発明は有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発熱量や圧損特性の大きく異なる燃料
集合体から構成された炉心をもつ原子炉に対し、充分な
熱的余裕のある冷却材流量を容易に供°給でき、原子炉
の安全性を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原子炉の縦断面図、第２図
は第１図の下部プレナム部構造の概観図、第３図は沸騰
水型原子炉の縦断面図、第４図は加圧力型原子炉の縦断
面図、第５図は高転換バーナー型原子炉炉心部の横断面
図、第６図、第７図は本発明の他の実施例の原子炉の縦
断面図である。１・・・沸騰水型原子炉、２１・・・加圧木型原子炉、
２゜、　　２２・・・圧力容器、３，２３・・・圧力容
器上ぶた、４゜２４．５０・・・炉心、５，２５・・・
下部プレナム、６゜２６・・・上部プレナム、７，２７
，５５．５６・・・燃料集合体、８，２８．５４・・・
炉心シュラウド、９゜２９・・・ダウンカマ、１０・・
・制御棒、１１，３１゜６４・・・制御棒案内管、１２
．３２・・・下部炉心支持板、１３・・・上部炉心支持
板、１４，１７．１８・・・インターナルポンプ、１４
ａ、１７ａ、１８ａ・・・エンペラ、１５・・・セパレ
ータ、１６・・・蒸気乾燥器。３９・・・入口ノズル、４０・・・出口ノズル、４１・
・・アダプタチューブ、４２・・・上部フランジ、４３
・・・制御棒駆動軸、５１・・・高転換領域、５２・・
・バーナー領域、５３・・・炉心隔壁、５７・・・燃料
棒。

Claims

【特許請求の範囲】

１、構造の等しい複数の燃料集合体で１つの燃料集合体
群を構成し、複数の燃料集合体群を同心円状に配置して
円筒形状の炉心を構成した原子炉において、各燃料集合
体群に専用のポンプを設置し、上記ポンプから燃料集合
体群への流路を圧力容器壁と隔壁あるいは配管により構
成したことを特徴とする原子炉構造。