JPS625197A - 沸騰水型原子炉の炉心構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉の炉心構造に係り、特に沸騰水型原子
炉それらによって支持される燃料集合体、制御棒等に適
用するのに好適な原子炉の炉心構造に関するものである
。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子炉は、その炉心に垂直に並べられた複数個
の燃料集合体を有し、それら燃料集合体の間隙に垂直方
向に挿入・引抜できる制御棒を有している。炉心は、原
子炉圧力容器内に内蔵され、冷却材および減速材の機能
を有する軽水中に浸漬されている。

燃料集合体１０は、第９図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、上部タイプレート１０２、下部タイプレート１０３
、とそれらのタイプレートに両端部が支持されている複
数の細長い燃料棒１ｏ４゜及び燃料棒１０４の束を取囲
む角筒のチャンネルボックス１０５よりなっている。燃
料集合体１０１は、下端部を下部炉心支持板１０６に設
置された燃料支持金具１０７によって支持され、その上
端部を上部格子板１０８によって支持される。制御棒１
０９は、炉心下部の制御棒案内管１１０を通して炉心内
の燃料集合体間に挿入され、またその間から引抜かれる
。各制御棒１０９はカップリングを介して制御棒駆動装
置（図示せず）に接続される。軽水は、原子炉圧力容器
内の炉心下部のスペースを通過する間に流れの分布が調
整され、燃料支持金具１０７内に設けるオリフィスにて
燃料集合体１０１への流量を所要の割合に調整されたの
ちに燃料集合体１０１内に導かれる。そして、軽水は、
燃料集合体１０１内を上昇する間に加熱され、気水温合
の二相流となる。

第１０図に、１体の制御棒１０９に隣接する４体の燃料
集合体１０１からなる従来炉心の単位セルを炉心上方か
ら見た平面図を示す。１つの燃料集合体１０１内には、
通常８×８格子の燃料棒１０４が配置され、外側には、
４体のチャンネルボックス１０５の間を十字形の断面を
もつ制御棒１０９が軸方向に移動できるような通路が形
成されている。チャンネルボックス１０５の内側の領域
をインチヤンネル領域１１１、チャンネルボックス１０
５の外側の領域をアウトチャンネル領域１１２と呼ぶ。

上部格子板１０８は、格子状になっている。上部格子板
１０Ｂの各各の升目の中には、４体の燃料集合体１０１
が配置されている。

これらの４体の燃料集合体１０１の間に、１体の制御棒
１０９が挿入される。上板格子板１０８の一部の交点の
下には、中性子検出器を内蔵シタ中性子計装案内管１１
３が下部炉心支持板１０６と上部格子板１０８の間を垂
直に立っている。

以上に記述した従来の沸騰水型原子炉の炉心構造には下
記の問題点がある。

第９図（ｂ）に示すように、上部格子板１０８の下の空
間は、中性子計装案内管１３が立っている上部格子板１
０８の交点部分を除いて、冷却水で満されている。また
、４体の燃料集合体１０１間のギャップには制御棒１０
９が占める部分以外・の空間は冷却水で満されている。

原子炉を運転している期間中、大部分の制御棒１０９は
炉心から引抜かれた状態にあり、前述のギャップはほと
んど冷却水が占めることになる。以上に示したアウトチ
ャンネル領域１１２の水は、冷却材としての能力は低く
、また減速材としての能力もインチヤンネル領域の水に
比べて少ない。したがって、炉心構造としてはインチヤ
ンネル領域を増やすことが望まれるが、従来の炉心構造
ではこれ以上上部格子板の板厚や制御棒の厚さを減らす
ことは強度上不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃焼効率を増加することができる沸騰
水型原子炉の炉心構造を提供することにある。

〔発明の概要〕

前述した問題点に対して以下の解決策を見い出した。

インチヤンネル領域とアウトチャンネル領域との面積比
を増加するために、上部格子板の交点の位置に制御棒を
配置し上部格子板に囲まれる単位格子に１体の燃料集合
体を配する炉心構造とした。

こうすることにより、従来の炉心構造では上部格子板の
直下の空間が無駄な領域であったものを、そこに制御棒
を配することでインチヤンネル領域を増やすことができ
た。

上部格子板の各単位セルに１体の燃料集合体を配置させ
、上部格子板の交点の下に制御棒を配する炉心構造によ
って、全炉心の制御棒本数を一定とする条件のもとで、
燃料集合体の大型化をはかることができた。

〔発明の実施例〕

本発明における好適な一実施例である沸騰水型原子炉の
炉心構造を、以下に説明する。

第１図は炉心の上部に位置している上部格子板１を炉心
上方から見た平面図である。上部格子板１は、沸騰水型
原子炉の原子炉圧力容器（図示せず）内に設置されてい
る。第１図において、本実施例における上部格子板１は
、従来炉心構造における上部格子板１０８（第１図に点
線で示す。）の単位格子において、４交点のうち対向す
る交点をそれぞれ結んだ形をしていて、従来炉心の格子
に対して４５”回転した位置となる。従来炉心における
制御棒１０９（第１図に点線で示す。）の中心軸の位置
は本実施例の上部格子板１の交点２に一致する。制御棒
３は、従来炉心における位置を変更せずに向きを４５＠
回転させ、炉心上方から見た場合に十字型のブレードが
完全に上部格子板１の真下になる配置とする。このよう
にして出来た井桁状の上部格子板１は、格子の一辺の長
さが従来炉心の上部格子板１０８の１／ノ２であり、上
部格子板１の交点は制御棒３の中心軸位置の真上に位置
する交点２と、制御棒位置にない交点４（従来炉心の上
部格子板の交点位置に一致する）とが交互に配列した構
造である。

制御棒３は、上部格子板１の１つの升目の対向する１対
の対角の位置にそれぞれ配置され、上部格子板１の真下
で隣接する燃料集合体５間に挿入される。１体の燃料集
合体５が、上部格子板１の１つの升目内に挿入される。

この１つの升目内に上端部が挿入される燃料集合体５は
、制御棒３が炉心に全挿入された状態で升目の対向して
いる対角にそれぞれ配置された制御棒３に直接隣接（対
向）し、それらの１対の制御棒３に挾まれることになる
。上部格子板１の交点のうち、制御棒位置にない交点４
の一部は、中性子計装案内管の上部支持部となる。上部
格子板１の単位格子面積は従来炉心に装荷されている燃
料集合体１０１の横断面積の約２倍であり、これらの各
単位格子に各１体の燃料集合体５を装荷し炉心を構成す
る。すなわち、燃料集合体５の上端部は、上部格子板１
の１つの升目内に挿入されて保持される。制御棒３は、
４体の燃料集合体５の間でしかも上部格子板１の真下の
間隙内に挿入される。燃料集合体５の下端部は、後述す
る第４図に示す燃料支持金具１０に支持される。燃料集
合体５は、後述する下部タイプレート８、図示されてい
ないが、上部タイプレート、下部タイプレート８及び上
部タイプレートに両端部が保持される多数の燃料棒２０
からなっている。燃料集合体５のチャンネルボックス２
１が、燃料棒２０の束を取囲んでいる。

本実施例における。燃料集合体装荷位置と燃料支持金具
の炉心上方から見た位置関係を第２図に示す。下部炉心
支持板６に取りつける制御棒案内管７に、はめ込まれる
燃料支持金具１０には、制御棒３が通る１つの十字型の
開口部１２と、４つの冷却材流出口１３が設けられてい
る。燃料集合体５は、２つの制御棒３に挾まれた位置に
装荷される。従って、１体の燃料集合体５は、第２図に
示すように独立した２つの燃料支持金具１０をまたいで
配置される。そして燃料集合体５内に導かれる冷却材は
、隣接した２つの燃料支持金具１０の冷却材流出口１３
の各１つから供給される。

第３図に、本実施例における燃料集合体５の支持方法を
示す。第３図（ａ）に、燃料集合体５を装荷した状態を
炉心上方から見た構造を示す。

第３図（ｂ）には、第３図（ａ）におけるＡ−Ａの断面
を示す。

第３図（ｂ）において、２つのノーズ９が設けられた下
部タイプレート８を有する燃料集合体５は、２つの下部
ノーズ９を、隣接する２つの燃料支持金具１０の上部に
開口した冷却水導入口１３にそれぞれ挿入することによ
って支持される。すなわち、燃料集合体５の重量は、２
つの燃料支持金具１０に均等に支持される。燃料支持金
具１゜は、制御棒案内管７と共に下部炉心支持板６に設
置されている。燃料集合体５を冷却する冷却材は、制御
棒案内管７及び燃料支持金具１ｏの側面に開いた流入口
１１を通り、燃料支持金具１０内に設けるオリフィスで
流量を調整した後、冷却材流出口１３及び下部ノーズ９
を通って燃料集合体５に流入する。燃料集合体５の上端
部は、上部格子板１により横方向に対して支持される。

燃料支持金具１０の中央には、十字形の開口部１２があ
る。制御棒駆動機構に接続されて制御棒案内管７内を上
下動する制御棒３は、開口部１２を通して燃料集合体５
の間に出し入れされる。

第４図に１本実施例における燃料支持金具１０を示す。

上部には、制御棒３が出入りする１つの十字型の開口部
１２、及び燃料集合体５の下部タイプレート８の下部ノ
ーズ９が嵌る４つの冷却材流出口１６が開口している。

また燃料支持金具１０の側面下部には、下部炉心支持板
６の下において冷却材を取り込むための、冷却材流入口
１１が開口している。冷却材流入口１１は周方向に８つ
あり、その２つづつが１つの冷却材流出口１３に連結さ
れている。

第２図に示したように、本実施例において冷却材流出口
１３に対応して１ケ所の冷却材流入口１１を設けると、
隣接する燃料支持金具１０が干渉し合い適正な流量が得
られない。このため前述のように冷却材流入口１１を二
叉として干渉を避けた構造にする。

第５図に、本実施例における燃料集合体５の下部タイプ
レート８を示す。燃料棒下部端栓挿入用グリッド１４の
下方に冷却材流路１５がありそれに続く２つの下部ノー
ズ９（冷却材取入口）が、１つの対角線上のコーナ部に
取り付けられている。

下部ノーズ９の位置は、第３図（ｂ）に示したように隣
接する２つの燃料支持金具１０の冷却材流出口１３に嵌
るようになっている。

次に本実施例におけるインチヤンネル領域１８の横断面
積Ｓ、とアウトチャンネル領域１２の横断面積Ｓ２との
比（”ｓ−／ｓ２）、すなわち面積比Ｃ工を従来例にお
けるインチヤンネル領域の横断面ＭＳ３　とアウトチャ
ンネル領域Ｓ、との比（＝Ｓ□／Ｓ、）、すなわち面積
比Ｃ２と比較して示す。第６図（ａ）は従来の炉心を示
し、第６図（ｂ）は本実施例の炉心を示している。イン
チヤンネル領域１８とは、従来例及び本実施例ともチャ
ンネルボックス１０５及び２１の内側の領域を意味する
。アウトチャンネル領域１７とは、従来例及び本実施例
ともチャンネルボックス１０５及び２１の外側の領域で
あり１次の要件を満足している。従来例のアウトチャン
ネル領域１８は、第６図（ａ）に示すように制御棒１０
９の２つのブレードと上部格子板１０８の１つの升目を
構成する二辺の板材とによって取囲まれた領域である。

詳細に言えば、２つのブレードの中心線及び１つの升目
を構成する二辺の板材の中心線によって囲まれた内側の
領域であってチャンネルボックス１０５の外側の領域で
ある。本実施例のアウトチャンネル領域１８は、上部格
子板１の１つの升目を構成する４つの板材の中心線より
内側でチャンネルボックス２１の外側の領域をいう。第
６図により燃料集合体一体当りのインチヤンネル領域１
８及びアウトチャンネル領域１７を炉心上方がら見た場
合の面積比Ｓを比較して示す。従来炉心における燃料集
合体１０１の１体当りの幅（チャンネルボックス１０５
の幅）をＡ、燃料集合体１体に付随する外周部領域の幅
をｇとする・このとき従来炉心における面積比ｃ２は、
Ｃ２＝１／４（ｇ　／　Ａ　十ｇ　”　／　Ａ　”　）
である。一方１本実施例における炉心では、燃料集合体
５の幅が、／２Ａであり、ｇは変わらないとすると面積
比Ｃ１は、Ｃ工＝１／２　（、／２ｇ／Ａ＋ｇ”／Ａ”
）となる。ｇ／Ａは１／１０程度であるから、本実施例
においては、インチヤンネル領域１８とアウトチャンネ
ル領域１７との面積比Ｃ１は、従来例の炉心に比べて約
１．４倍に増加する。

ところで本実施例においては、上部格子板１の格子位置
が制御棒３の位置と重なるため、制御棒交換の作業性が
悪いという欠点があるが、制御棒３に隣接する４体の燃
料集合体５を取り除いた後に、制御棒３と制御棒駆動装
置との結合ソケット部を切り放し、制御棒３を一旦横方
向に移動し上部格子板１の格子中央から取り出すことが
可能である。この場合、ベロシティ−リミッタとブレー
ド部の中間で２分割できる構造の制御棒３を用いるのが
作業性の面でより有利である。

本実施例の既存の沸騰水型原子炉へのバックフィツトは
、上部格子板１を変更して制御棒の向きを４５°回転さ
せることに伴ない、制御棒の駆動装置との結合ソケット
部の変更、制御棒案内管及び燃料支持金具に溶接された
位置固定用金具取り付は位置の変更及び炉心周辺部に用
いる燃料支持金具の変更を行なえば可能である。

本実施例によれば、制御棒３の挿入位置を上部格子板１
の格子の真下の位置と一致させることにより、従来上部
格子板位置と制御棒位置に別個にあった、アウトチャン
ネル領域の一部を減少させ。

インチヤンネル領域を増加することができるため。

燃焼特性が均一な経済性に優れた炉心を構成することが
可能である６ 又、本実施例においては燃料集合体の体積を従来の２倍
とすることが可能であり、炉心に装荷している燃料集合
体５の体数を減らすことができる。

従って、燃料集合体交換時に取扱う燃料集合体５ノ数を
半減することが可能であり、燃料集合体交換作業に要す
る時間を従来の約１／２に短縮できる。

本実施例においては、炉心における燃料と制御棒の体積
比は基本的に変化せず、炉心全体に対する反応度制御は
従来炉心と同等に行うことができる。また、制御棒と中
性子計装管の位置関係も従来炉心と同じにすることが出
来、従来と同様のコア、モニター手法が適用できる。

さらに１つの燃料集合体５内に２つの冷却材流出口１３
より冷却材を供給しているので、横断面積の大きな燃料
集合体５であっても燃料集合体５内を流れる冷却材の横
断面における流量分布がほぼ一様になる。

燃料集合体を大きくすることは、特開昭５４−８２５９
０号公報に示されている。この公開公報に示された燃料
集合体は、従来の４体の燃料集合体を合わせたものであ
る。このような燃料集合体を用いた場合は、燃料交換時
間はより短縮されるが。

インチヤンネル領域とアウトチャンネル領域との面積比
の増加は期待できない。また、上記公開公報の燃料集合
体では、集合体内に制御棒を案内する通路を設ける必要
があり、構造が複雑になる。

燃料支持金具１０としては、第７図に示す形状のもので
もよい６第７図の例では、冷却材流出口１３の開口部が
、制御棒通路となる十字型の開口部１２よりも低い位置
にある。この場合、燃料集合体５は第８図に示すように
燃料支持用補助金具１６によって支持される。

第８図（ａ）は、燃料支持金具１０に燃料支持用補助金
具１６を組み合すせた状態を上方から見た図である。第
８図（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を第８図（ｂ）に示す。

第８図（ｂ）には燃料集合体５を合わせて示す。燃料支
持用補助金具１６は。

下部に第７図に示す燃料支持金具１０の冷却材流出口１
３に接続する２つの開口部があり、上部に燃料集合体５
のノーズ９が接続する１つの開口部がある箱型の構造体
で、その高さは第７図に示す燃料支持金具１ｏの制御棒
出入口１２の開口部高さと冷却材流出口１３の開口部高
さの差に一致している。又、燃料支持用補助金具１６の
下部にある２つの開口部は、第８図において隣接する２
つの燃料支持金具１０の各々１つの冷却材流出口に合う
ようになっている。別々の燃料支持金具１０の各１ケの
冷却材流出口１３から出た冷却材は、燃料支持用補助金
具内で合流し、ノーズ９を通して設料集合体５の中へ流
れ込む。この場合、燃料集合体５の下部タイプレート８
には、１ケのノーズが取り付けられている。

〔発明の効果〕

本発明によれば（インチヤンネル領域の横断面積）／（
アウトチャンネル領域の横断面積）を大きくできるので
、燃焼効率を改善でき、燃料経済性を著しく向上できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉
の炉心構造の局部平面図、第２図は第１図の炉心構造に
おいて下端部に配置された燃料支持金具と燃料集合体の
配置関係を示す説明図、第３図は第１図に示す燃料集合
体の支持を示すものであって（ａ）は平面図及び（ｂ）
は側面図、第４図は第２図に示す燃料支持金具の斜視図
、第５図は第３図に示す燃料集合体の下部タイプレート
の構造を示すものであって（ａ）は平面図及び（ｂ）は
局部縦断面図、第６図はインチヤンネル領域とアウトチ
ャンネル領域との関係を示すものであって（ａ）は従来
例の構造図及び（ｂ）は第１図の実施例の構造図、第７
図は燃料支持金具の他の実施例の斜視図、第８図は第７
＠の燃料支持金具による燃料集合体の支持を示す説明図
、第９図は従来の炉心における燃料集合体配置を示す説
明図、第１０図は従来の炉心の平面図である。 １・・・上部格子板、３・・・制御棒、５・・・燃料集
合体、代理人　升埋士　／Ｊ％川謄用　′−ノ冶１　図 峯Ｚ図 第３　口 め藤ｍ 薯５囚 夢７囚 謬１０の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、格子状の上部炉心支持部材と、炉心下端部に配置さ
   れた燃料支持部材と、上端部が前記炉心支持部材に保持
   されて下端部が前記燃料支持部材に保持された燃料集合
   体とからなる沸騰水型原子炉の炉心構造において、前記
   上部炉心支持部材の真下に挿入されてしかも前記上部炉
   心支持部材の１つの升目の対向する１対の対角の位置に
   それぞれ配置された制御棒と、それらの制御棒にそれぞ
   れ対向して前記上部炉心支持部材の１つの升目内に上端
   部が挿入された燃料集合体とを具備したことを特徴とす
   る沸騰水型原子炉の炉心構造。