JPS6311893A - 原子炉の炉内上部構造 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、加圧水型原子炉に関し、特にその炉内上部構
造における案内管支持構造の改良に関するものである。

［従来の技術］ 加圧水型原子炉においては、多数の燃料集合体から構成
される炉心の上方に、該炉心に挿入されたり該炉心から
引き抜かれたりする水排除棒及び制御棒の運動を案内す
るため所定のパターンで配置された水排除棒案内管と制
御棒案内管とを有する炉内上部構造が配設され、また、
該炉内上部構造の上方に、前記案内管に整列する保護管
を有するカランドリア構造体が配設されている。水排除
棒案内管は、はぼ矩形断面の角筒ハウジングを有すると
共に、水排除棒の全長を収容しうるように、数メートル
の長さを有する。

原子炉運転中、このような水排除棒案内管の内外を冷却
材が上方に流れるが、水排除棒案内管の相互間の隙間は
狭く、しかも、はぼ十字形断面の制御棒案内管が水排除
棒案内管間に散在しているので、冷却材はかなりの圧力
降下を受け、角筒ハウジング内外に冷却材の差圧が生じ
、これによる曲げ荷重が水排除棒案内管に作用する。ま
た、冷却材温度分布の不均一や、地震等によって生ずる
荷重も水排除棒案内管に１ヤ用する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従って、水排除棒案内管の支持については、格別の配慮
が必要である。水排除棒案内管の下部は炉内上部構造の
上部炉心板に容易に固定されるので問題ないが、上部支
持については、次の問題がある。

１、炉内上部構造の組立時に水排除棒クラスタを水排除
棒案内管内に上方から挿入するため、また、案内管の相
互間隔が狭いため、一体的固定板を全案内管に取り付け
ることは構造上困難である。

２、そのため、案内管の上方に位置し、水排除棒案内管
への水排除棒クラスタの挿入時に取り外されるカランド
リア構造体の底板下面に、水排除棒案内管用の差し込み
式上方支持体を設ける場°合、この上方支持体が次の機
能を有していなければならない。

（ａ）差圧、熱変形、ＬＯＣ＾（冷却材喪失事故）及び
地震荷重のような大荷重を支持する。

（ｂ）カランドリア構造体の組立時、上方支持体と案内
管上部とが円滑に結きする。

本発明の目的は、かかる問題点を速やかに解決しうる原
子炉の炉内上部構造を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この目的から本発明は、原子炉の炉心上方に配設され、
下端で上部炉心板に支持され、上端でカランドリア構造
体の底板に支持される複数の案内管を備える、原子炉の
炉内上部構造において、前記底板の下面には、各案内管
の上端に対応する位置に配設され該上端に上方から挿入
されるようになっている上方支持体が設けられており、
該上方支持体は、中央の本体部と、該本体部の外周面か
ら半径方向外方に隔たって且つ互いに円周方向に隔たっ
て上方に延びる複数のリーフ部とを含む、ことを特徴と
するものである。

［作用］ このようにリーフ部が設けられているため、冷却材の流
れによる小さな横方向の振動荷重は、該リーフ部のばね
力によって吸収され、案内管の振動が抑止される。また
、案内管の圧力ハウジング内外の冷却材の差圧による曲
げ荷重、冷却材温度の不均一分布による熱変形、冷却材
喪失事故、地震等による大きな荷重に対しては剛な本体
部が支持を受は持つことができる。

［実施例コ 次に、本発明の好適な実施例を添付図面を参照して詳細
に説明するが、図中、同一符号は同−又は対応部分を示
すものとする。

第１図は本発明による炉内上部構造を備えた原子炉の縦
断面を示し、第２図は第１図において円Ａで囲まれた部
分の詳細断面図であり、第３図は第２図のＢ−Ｂ線断面
図である。第１図において、原子炉容器１は、円筒形本
体１ａと、該本体１ａのフランジ部に着脱自在に取り付
けられた上部蓋体１ｂとを有し、該容器本体１ａには、
冷却材入口ノズル１８及び出口ノズル１９が一体に形成
されている。該容器１の本体ｌａ内には、そ−の内壁面
と協働して環状下降流路１ｃを画成するように、炉心槽
２が上部で本体１ａのフランジ部から垂下支持され、下
部で下部炉心板４に溶接されている。

炉心槽２の内部下方には、多数の燃料集合体３（図には
２体のみを示す）からなる炉心２５が下部炉心板４と上
部炉心板６との間に支持されている。

また、誤炉心槽２の内部には、炉心２５の直上に位置す
る炉内上部構造５と、該炉内上部構造５の上方に位置し
たカランドリア構造体７とがある。

炉内上部構造５は上部で炉心槽同様に容器本体１ａのフ
ランジ部に取り付けられ、下部で上部炉心板６に溶接で
取り付けられており、該炉内上部構造５は多数の案内管
１６及び１７（図には代表的に２本のみを示す）を有す
る。この実施例では、案内管１６がクラスタとして組み
立てられた熱出力制御用の制御棒１１を案内し、案内管
１７がクラスタとして組み立てられた余剰反応度制御用
の水排除棒１２を案内且つ保護するものとなっている。

カランドリア構造体７は互いに平行な上板８及び底板９
を持っており、該上板８及び底板９は多数の中空保護管
１０によって互いに剛に連結されている、この保護管１
０は、前述した制御棒１１又は水排除棒１２に接続され
る制御棒駆動軸１３を取り囲んでおり、機械的には、そ
の下部がカランドリア構造体７での横向き流から駆動軸
１３を保護し、上部が原子炉容器頂部でのバイパス流か
ら駆動軸１３を保護している。制御棒駆動軸１３のうち
、制御棒１１に連結されたものは、上部蓋体１ｂに取り
付けられた駆動装置１４に、水排除棒１２に連結された
ものは、同様に蓋体１ｂに取り付けられた駆動装置１５
にそれぞれ接続されるものとして図示しである。従って
、燃料集自体３内には、熱出力を制御する制御棒１１及
び余剰反応度を制御する水排除棒１２が進退可能であり
、これ等の棒を駆動軸１３を介して駆動装置１４．１５
により燃料集合体３に対して挿入したり引き抜いたりす
ることにより、出力の制御、反応度の制御が行なわれる
。

水排除棒案内管１７自体の詳細構造は本発明の要旨では
ないので図示しないが、水排除棒案内管１７は、はぼ矩
形断面の角筒ハウジングを有し、該ハウジング内には、
穿孔を有する複数の排除棒案内板が上下方向に隔たって
設けられている。水排除棒案内管１７は複数あり、炉心
２５の上方に所定のパターンで垂直に配置されている。

また、これ等の水排除棒案内管１７の間にはほぼ十字形
断面を持つ制御棒案内管１６も所定のパターンで垂直に
配置されている。図示しないが、これ等の案内管１６．
１７の下部は上部炉心板６にボルト、ビン等によって支
持されている。

上述した構造を有する原子炉の運転中において、入口ノ
ズル１８から流入した冷却材は、矢印で示すように、容
器本体１ａと炉心槽２との間の環状下降流路１ｃを下降
し、本体底部のブレナム部で反転し、上昇流となって下
部炉心板４の多数の流路孔（図示せず）を経て炉心領域
に入り、そこで加熱された後、上部炉心板６の流路孔を
経て炉内上部構造５内へと流入する。冷却材は案内管１
６．１７の内側及び外側を上昇してカランドリア構造体
７内に入り、そこで横方向に流れの向きを変え、出口ノ
ズル１９から出て図示しない蒸気発生器に向がって流れ
る。

このように、炉心２５を出た高温の冷却材は案内管１７
の外も流れるが、上述したように、案内管１７の相互間
隔は狭い上に、案内管１７間に制御棒案内管１６も散在
しているため、冷却材は上部炉心構造５通過の際にかな
りの圧力降下を受け、圧力ハウジングの内外に冷却材の
差圧が生じ、案内管にはこれによる曲げ荷重が生ずる。

また、炉心を出る冷却材の温度分布は均一が望ましいが
、場合によっては温度の不均一分布が生じ、その場合、
案内管に熱変形が生ずる。また、案内管１７及び内外の
冷却材は、地震時に水平方向の加速度を受け、その荷重
が案内管１７に動く。

そこで、本発明によれば、冷却材の差圧による曲げ荷重
、温度分布の不均一による熱変形、地震時の荷重等を吸
収するように、案内管１７の上部は次のように支持され
ている。

即ち、第２図において、カランドリア構造体の上板（第
１図）と底板９とを連結する保護管１０は底板９を貫い
て下方に延びており、この延長部１０ａを取り巻くよう
に、センターガイド、即ち上方支持体２０が底板９の下
面に例えば六角穴付きボルト２３のような適当な締結手
段によって取り付けられている。案内管１７の上端（ト
ッププレート２１）を支持するこの上方支持体２０は、
第２Ｉ２１及び第３図から諒解さ□れるように、駆動軸
１３の通過を許容するように中央に開口があり且つ下端
縁にテーパ一部２０ｄのある剛な本体部２０ｂと、該本
体部２０ｂの外周辺下端から半径方向外方に間隔をおい
て上方に延びる複数（実施例では４枚）のリーフ部２０
ａとがらなっている。リーフ部２０４１に可撓性を与え
るため、これ等のリーフ部２０ａは円周方向に互いに隔
てられると共に、各リーフ部２０ａはその中央に切欠き
２０ｃを有している。

上方支持体２０の材料は比較的に靭性の大きいマルテン
サイト系ステンレス鋼が好ましく、その場合、該上方支
持体２０が嵌合するトッププレート２１も同様にマルテ
ンサイト系ステンレス鋼で形成し、両者間の熱膨張差を
無くすように構成するのがよい。

また、第３図のＣ−Ｃ線断面を示す第４図がら諒解され
るように、トッププレート２１はオーステナイト系ステ
ンレス鋼の六角穴付きボルト２４により案内管１７の圧
力ハウジングに固定されており、ａｌボルト２４は同様
にオーステナイト系ステンレス鋼から形成されたスリー
ブ２６に挿通している。

［発明の効果］ 以上のように構成した上方支持体２０を使用すると、特
に第５図及び第６図から諒解されるように、冷却材によ
る横方向の振動荷重のような比較的に小さい荷重に対し
ては、その支持をリーフ部２０ａが受は持つが、リーフ
部２０ａの変形δは本体部により制限されているので、
リーフ部２０ａの応力は許容値以上に大きくならない、
そして、前述したような圧力差、熱変形、冷却材喪失事
故、地震等により一定以上の荷重になると、同荷重を剛
な本体部２０ｂが受は持つ、リーフ部２０ａは本体部２
０ｂの下端から上向きに延びているので、必然的に、据
え付は時には構造的に剛な本体部２０ｂから案内管１７
に挿入され、リーフ部２０ａは据え付は時のミスアライ
ンメントに対して保護される。

また、本発明の好適な実施例によれば、本体部２０ｂの
下端縁は面取りされテーパ一部２０ｄに形成されている
ので、上方支持体２０はテーパ一部２０ｄによって案内
されながら案内管１７内導入され、案内管１７内への上
方支持体２０の挿入が容易になる。

更に、各リーフ部２０ａには切欠きないしは切込み２０
ｃが設けられているので、第７図（ｂ）から諒解される
ように、切欠き２０ｃのない第７図（ａ）の場合よりも
中立軸からの距ｉｃ、ｃ′が小さくなり、ばね力をさほ
ど減少することなく、リーフ部２０ａの最大応力を減ら
すことができる。

更に、上方支持体２０及びトッププレー■・２１は共に
マルテンサイト系ステンレス鋼から形成されているので
、熱膨張差がなく、且つ許容応力が高くばね特性に優れ
た炉内上部構造が提供される。また、マルテンサイト系
ステンレス鋼のトッププレート２１と案内管１７の圧力
ハウジングとをスリーブ２６を介して締結するオーステ
ナイト系ステンレス鋼のボルト２４は長尺化されており
、柔軟性が増してボルトの応力が低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による炉内上部構造を持つ原子炉の縦
断面図、第２図は第１図において円Ａで囲まれた部分の
詳細断面図、第３図は第２図のＢ−Ｂ線断面図、第４図
は第３図のＣ−Ｃ線断面図、第５（２Ｉ、第６図及び第
７図（ａ）、（ｂ）は、本発明による上方支持体の作動
について説明するための、案内管へのセンターガイド挿
入途中の断面図、センターガイド挿入完了時の部分拡大
断面図、及びセンターガイドの部分拡大平面図である。 １　・・・原子炉容器　　　５・・・炉内上部構造６　
・・・上部炉心板　　　７・・・カランドリア構造体９
・・・底板　　　　　　１６・・・制御棒案内管１７・
・・水排除棒案内管　２０・・・上方支持体２０ａ・・
・リーフ部　　　　２０ｂ・・・本体部２１・・・トッ
ププレート（案内管の上端）２５・・・炉心 第１図 第２図 第３図 ｎ とｊ　とりＯ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉の炉心上方に配設され、下端で上部炉心板に支持
   され、上端でカランドリア構造体の底板に支持される複
   数の案内管を備える、原子炉の炉内上部構造において、
   前記底板の下面には、各案内管の上端に対応する位置に
   配設され該上端に上方から挿入されるようになっている
   上方支持体が設けられており、該上方支持体は、中央の
   本体部と、該本体部の外周面から半径方向外方に隔たっ
   て且つ互いに円周方向に隔たって上方に延びる複数のリ
   ーフ部とを含む、ことを特徴とする原子炉の炉内上部構
   造。