JPS6239789A - 原子炉の炉心構造 - Google Patents

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】 本発明は、原子炉の炉心を形成する矩形の燃料集合体の
配列の周辺と該炉心を収り囲む円筒状の炉心槽との間の
不規則な空間内に挿入されて、中性子を周辺燃料集合体
に反射し戻して該周辺燃料集合体の効率を高めるための
金属装置に関するものである。特に、本発明は、現存の
原子炉の上記不規則な空間内に通常見られる形成板間に
嵌合され、全方向における金属ブロックのｆ！！、膨張
を吸収する取付手段により炉心槽に固定される中性子反
Ｑ・ｔ　４ｋｔこ１因１す７！１＜、のて’　ＡＺＮ　
−九上１１組 商用原子炉において、核分裂性物質は、矩形の細長い燃
料集合体に収納されており、該燃料集合体は集合化され
てほぼ円筒状の炉心を形成している。この炉心は、ステ
ンレス鋼製の水平な上部炉心板と下部炉心板との間で円
筒状のステンレス鋼製の炉心槽内部に収容されている。

この燃料集合体全体は、半球状の上部蓋体及び下部蓋体
を有する円筒状の圧力容器内に装着される。入口ノズル
を介して圧力容器内に導入される原子炉冷却材は、炉心
槽と圧力容器との間の環状の空間内で下向きに流れ、次
いで方向を反転し、下部炉心板に形成されている開口を
経て燃料集合体を通り上向きに流れて、核分裂反応の結
果として加熱され、しかる後に、出口ノズルを経て圧力
容器から半径方向に流出する。

燃料集合体は横断面が矩形もしくは正方形であるので、
炉心の周辺と炉心槽の内側表面との間には不規則な空間
が存在する。通常の慣行によれば、燃料集合体への上向
きの冷却材流を閉じ込めるために、軸方向に延びる平ら
な板を燃料集合体の外部表面に沿って配置する。これ等
の軸方向に延びる板は、鎖板及び炉心槽にボルト固定さ
れる不規則な形状の水平な形成板もしくはフォーマ−プ
レートにより定位置に保持されている。形成板に設けら
れている孔により、上記軸方向の板と炉心槽との間のほ
ぼ環状の空間内には制限された冷却材の流れが許容され
、これ等の構成要素を冷却すると共に軸方向の板の両側
における圧力を均等［ヒする作用をする。

これ等の垂直な板の元来の目的は、燃料集合体を通るよ
うに原子炉冷却材流を案内することにあったが、これ等
の板も、成る程度、中性子を周辺燃ａ集合体に向けて反
射し戻す作用があることが知られている。しかし、これ
等の板は比較的薄肉であるため、炉心から半径方向に逃
げる中性子の殆どは板間の大量の水内に飛走し、この水
は殆ど反射することなく中性子を吸収したり或は熱中性
子化する。

本出願人の米国特許願第５７６６５５号明ｍａにおいて
認識されているように、炉心と炉心槽との間における空
間内の水を本質的に水素を含まない物質で置換すれば、
その結果、非常に効率的な半径方向における中性子反射
が実現される。特に、上記米国特許願明細書においては
、この空間は、数個の大きく離間された垂直の孔又は炉
心の周辺部を取り巻いて配列された多数の細長い金属筒
を通って循環される原子炉冷却材によって冷却される垂
直方向に績み重ねられたほぼ環状のステンレス鋼板で埋
めうろことが示唆されている。これ等の金属筒は、垂直
方向の冷却ボートを備えたジルコニア又はステンレス鋼
製のブロックか、水平板により幾つかの高さレベルで支
持されている多数の棒のどちらかを収容することができ
る。これ等の棒は、ジルカロイ内に包入された固体のス
テンレス鋼又はジルコニア円板から構成される。何れの
場合にも、反射体ユニットの重量は、下部炉心板により
支持され、そして、燃料集合体は、上部及び下部炉心板
に固定することにより定位置に保持さ本出願人の米国特
許願第６７０７３２号明細書には、稠密に詰められた鋼
製の棒の配列が懸持されている金属箱からそれぞれ構成
される収り外し可能なモジュール式中性子反射体が開示
されている。稠密に詰められた棒間の隙間は、原子炉冷
却材が循環するための通路を形成し、各モジュールの容
積の約８〜１０％を占めており、各モジュールの９０〜
９２％が金属物質である。各モジュールは、半径方向、
円周方向及び軸方向における自由な熱膨張を許容するよ
うに炉心槽に対する単一点収付けにより燃ｒ：ｌ集合体
と炉心槽どの間の不規則な空間内に支持されている９こ
の単一点取付は部は、モジュ・−ルをその上端部近傍で
炉心槽に締結するように１〜ルクが加えられる４本の近
接して離間配設されたボルトを備えている。このボルト
パターンの中心にある大寸法のピンで、モジュールの位
置が固定されると共に、該ビニは冗長支持体としての機
能をしている。モジュ・−ルの各々は、下端部の横方向
変位が下部炉心板に形成されている垂直方向の１内に沿
りＩＡ’めさｈでい乙下向きｔ７延７メ°乙ピンにより
抑制されるようにして、炉心の全高に沿い延在している
。

これ等の反射体ユニットは効果的であり、それぞれ独自
の利点を有するが、これ等の反射体ユニットは、全て炉
心の全長に亙って延在するものであり、炉内部槽遺物の
設計に大きな変更を必要とする。従って、形成板の取外
し又は炉内構造物に対する他の変更を必要とすることな
く、燃料集合体と炉心槽との間の不規則な空間を中性子
反射材で実質的に埋める中性子反射体ユニットに対する
必要性が存在する。

ル曹し１１１一 本発明によれば、原子炉内の細長い長方形燃料集合体の
ほぼ円筒状の配列と該配列を取り囲む円筒状の炉心槽と
の間の不規則な空間を横切り垂直方向に離間された複数
の形成板間に形成されるほぼ環状の空間のための中性子
反射装置は、各金属製反射体ユニットが環状の空間の扇
形部分内に山形に延在するように、はぼ環状の空間を実
質的に埋める複数の金属製反射体ユニットを有する。各
反射体ユニットは、炉心槽に個別に収り付けられ且つ該
炉心槽によってのみ支持される。反射体ユニットは、該
反射体ユニットの重壁を支えるために反射体ユニットの
質量中心を通る延長線と半径方向に整列されたドエルピ
ンから構成される取付手段から全方向に自由に熱膨張で
きるように形成され且つ離間されており、そして少なく
とも１つ、好ましくは複数の紺長い取付けもしくは締結
部材が、転倒モーメントに対して抵抗するようにドエル
ピンの周りに離間して設けられる。Ｒ４「長い締結部材
は炉心槽及び反射体ユニットに設けられている孔の底部
と係合して、熱膨張に応答し自由に曲がることができる
。反射体ユニットには、原子炉冷却材の通路を画成する
垂直方向の孔もしくはスリ１１〜がその内部表面に沿っ
て設けられる。

本発明の深い理解は、添付図面と関連しての以下の説明
から得られるであろう。

Ｌ處ｌ去１」豆ｌ凭 本発明は、加圧水膨原子炉（ＰＷＲ）に実施されるもの
として説明するが、本発明は、他の軽水炉にも実施可能
であることを理解すべきである。第１図に示した典型的
な加圧水膨原子炉は、円筒状の外殻３と、該外殻３に溶
接された半球状の下部蓋体５と、中央部の上端でフラン
ジ９にボルト固定された着脱可能な半球状の上部蓋体７
とを有する圧力容器１を備えている。圧力容器１内には
、フランジ９から円筒状のステンレス鋼製の炉心槽１１
が懸持されている。炉心槽１１の下端部は、炉心支持板
１３に接続されており、一方、該炉心支持板１３は、圧
力容器の外殻３の下端部に摺動可能に連結されている。

上部炉心板１５は、やはりフランジ９上に載置された上
部支持板１９から多数の柱１７（２つの柱のみを図示）
により懸持されている。下部炉心板１４は、炉心槽及び
炉心支持柱に取り付けられている。

炉心２１は、上部炉心板１５と下部炉心板１４との間て
“炉心槽１１内に収容されている。炉心２１は、矩形の
細長い燃料集合体２３の配列から構成される。尚、第１
図には、図示を明瞭にするため、２つの燃料体Δ／、に
−Ｊ占〜工七柘プ１．ｓ？ａ口　帖”ＩＦＪＩ今具Ｊ白
／キすように、炉心２１を構成する矩形の燃料集合体２
３のほぼ円筒状の配列と円筒状の炉心槽１１との間には
不規則な環状の空間２５が形成される１Ｍｉ長いバッフ
ル板２７が燃料集合体をこの環状空間２５から遮閑して
おり、炉心槽１１にボルト固定された水平の不規則な形
成板２９がバッフル板２７を支持している。

一般に、形成板２９は、燃料集合体２３を構成する燃ｆ
’ｌ棒（図示せず）を支持する格子３１と整列されてい
る。炉心２１が炉心槽に最も接近する領域で炉心槽１１
の外側部には中性子遮蔽体３３が収り付けられている。

原子炉冷却材は、入口ノズル３５を介して圧力容器１内
に導入される。この冷却材は、円筒状の外殻３及び炉心
槽１１により形成される降水部３７を経て半球状の下部
蓋体プレナム３９へと下向きに流れ、そこで方向を反転
して炉心支持板１３及び下部炉心板１４に形成されてい
る開口４１及び４２を上向きに通って燃料集合体２３内
を上向きに流れ、その際に核分裂反応により加熱され、
そして出口ノズル４３カ）ら出る。典型的には　ＰＷＩ
（は、２〜４１．（の菟檗発止器（図示せず）に加熱さ
れた冷却材を供給するものであり、従って、各蒸気発生
器ループに対し１つの入口ノズル３５及び１つの出口ノ
ズル４３が設けられる。開口４５が形成板２９にも設け
られており、それにより、冷却材の成る部分は、環状空
間２５を経て上向きに流れてバッフル板２７を冷却する
と共に該バッフル板２７の両側における圧力を等しくす
る作用をする。

本発明によれば、形成板２９により水平方向において部
分に分割される炉心槽１１と炉心２１との間の不規則な
環状空間２５は、実質的に、複数の反射体ユニット４７
で実質的に埋められている。各反射体ユニット４７は、
環状空間２５の扇形部分内に山形に延在する鋼鍛造物（
金属ブロック）である。この鍛造物の内部輪郭は、対向
するバッフル板２７に相補形の１つ又は複数の平坦な面
４９を備えている。外側の輪郭５１は、炉心槽１１の内
面の曲がりに応じた曲面を有している。第２図及び第５
図に見られるように、炉心２１の輪郭における不規則な
段部に対応して４つの基本形態４７八、４７１１．４７
Ｃ及び４７Ｄの反射体ユニットが必要である。第５図に
は、圧力容器の１つの象限しか示されていないが、他の
象限の各々においてら同じパターンが繰り返されるもの
であることは理解できよう。第５図から明らかなように
、水平の横軸を中心に単に回転するだけで、同じ鍛造物
を反射体ユニット４７Ｂ及び４７Ｄに使用することがで
きる。特定の原子炉に要求される異なった反射体ユニッ
トの数及び形状は、炉心の段付き輪郭に依存する。

製造及び設置に当たって、反射体ユニットの大きさを一
層管理し易くするために、典型的なＰ　Ｗ　ｌ＜におい
て約１８〜２０ｉｎ（４５，７：ｌ’−５０，８ｃｚ）
だけ離間している隣接の形成板間に２つの垂直方向に離
間した反射体ユニ１１〜列を設置するのが好ましい。し
かし、反射体ユニット４７は、反射体ユニット間及び該
反射体ユニッＩ−と形成板との間に空間５３が生゛する
ような寸法にすることができる。この空間５３は、図示
を明瞭にするために第３図には誇張して示されており、
実際には数１０００分のｌｉｎ台に過ぎないが、構成要
素の自由な熱膨張を許容するのにこの大きさで寸分であ
る。

反射体ユニット４７の各々は、炉心槽１１に個別に取り
付けられ該炉心槽１１によって支持されている。

垂直荷重は、第２図に、反射体ユニット４７Ｃと関連し
て例示しである鍛造物の質量中心５９を通る延長線５７
に沿い半径方向外方に延びる大径のピン５５により支持
される。このピン５５は、鍛造物と一体に形成すること
ができるが、硬化鋼から製作して、鍛造物に形成されて
いる孔６１内に圧力嵌めするのが有利である。炉心槽の
孔６３内にも圧力嵌めされるこのピン５５は、反射体ユ
ニットの重置を支えるばかりでなく、垂直方向の地震荷
重をも担う。

ピン５５を中心とする転倒モーメントは、ピンの回りに
離間して設けられた成るパターンの締結手段、即ち細長
いポル１−６５による抵抗を受ける。第３図に示した好
適な実施例においては、４本のボルト６５がピン５５を
中心とする矩形のパターンで配設されている。第４図に
最も良く見られるように、ボルト６５の各々は、炉心槽
１１の孔６９の端ぐりにより汗壜虎されている肩対＋６
７ＡこＹ償若寸Ａｎ百部６（４鼾　ｒυ１運の反射体ユ
ニット４７の孔７３の螺刻終端部７１と係合する螺刻端
部６８まで延びている軸部とを有する。

孔６９及び７３は、ボルト６５の軸部よりも大きい直径
を有しており、それにより、ボルトは、炉心槽１１と反
射体ユニット４７との間の熱膨張における差に応答し自
由に曲がることができる。ピン５５及びボルト６５は取
イ・１手段を構成している。

反射体ユニット４７には、炉心２１に面する該反射体ユ
ニットの而に、垂直方向に延びるスリブｌ〜７５の形態
で通路が設けられている。これ等のスリットは、炉心２
１に隣接する部位で放射加熱が一層強力であることを考
慮して、反射体ユニットを横切る方向における温度勾配
を最小にするような大きさを付与されると共に互いに離
間されている、これ笠のスリブＩ−は、反射体ユニット
４７に対する全容積の約８〜１０％を占め、従って、容
積の約９０〜９２％は鋼である。第５図に示すように、
スリブＩ・の代わりに、反射体ユニツ１〜４７を貫通す
る垂直な孔７７を設けて（Ｊ良い。何れの場合も、垂直
方向にＩＪ接する反射体ユニット４７の通路７５又は７
７は、原子炉冷却材が自由に流れることができるように
垂直方向に整列されている。

本発明によれば、各反射体ユニット４７は炉心槽１１に
個別に取り付けられる。これ等の反射体ユニットは、互
いに積み重ねられるのではなく、従って、形成板２９又
はバッフル板２７に荷重を加えることはない、これ等の
反射体ユニットは、原子炉容器の内部ＷＩ造に基本的変
更を要することなく原子炉の製造中に設置することがで
き、従って、標準設計の炉内構造物に対する実施に理想
的である。

以上、本発明の特定の実施例について詳細に説明したが
、当業者には、ここに開示した全体的教示に照らし、細
部に対して種々な変更及び代替設計が可能であろうこと
は理解されるであろう、従って、ここしこ開示した特定
の構成は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定する
ものではないと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が実施される加圧水層原子炉の垂直断
面図、第２図は第１図の原子炉のある断面における平面
図、第３図は炉心槽を収り外して第２図に示した原子炉
の一部分を示す立面図、第４図は第２図の一部分の拡大
図、第５図は本発明の変形実施例を示す第２図に類似の
平面図である。 １１・・・炉心槽　　　　　２１・・・炉心２３・・・
燃料集合体　　　２５・・・不規則な空間２９・・・形
成板　　　　　４７・・・反射体ユニット５５・・・取
付手段のピン　５７・・・延長線５９・・・置屋中心

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原子炉内の細長い直方体形の燃料集合体の略円筒状の配
   列と、該配列を取り囲む円筒状の炉心槽との間における
   不規則な空間を横切り垂直方向に離間して設けられた複
   数の形成板間に形成される実質的に環状の空間のための
   中性子反射装置であって、 前記実質的に環状の空間を実質的に埋めている複数の反
   射体ユニットであって、各反射体ユニットが環状空間の
   扇形部分を横切って山形に延在する金属ブロックから構
   成されている、前記複数の反射体ユニットと、 前記反射体ユニットの質量中心を通る半径方向の延長線
   に実質的に沿って各反射体ユニットから実質的に半径方
   向外方に延びると共に、前記炉心槽に取着されるピンか
   ら構成され、且つ、前記自由な熱膨張を許容しつつ前記
   ピンを中心とする転倒モーメントに抵抗するように前記
   ピンから離間した少なくとも１つの点で前記反射体ユニ
   ットを前記炉心槽に接続する締結手段を含む、各反射ユ
   ニットの取付手段と、 を備え、複数の前記反射体ユニットは、前記ピンから全
   方向に自由に膨張し得るように形成され且つ離間されて
   いる、中性子反射装置。