JPS63256889A - 原子炉の燃料サブアセンブリ - Google Patents

原子炉の燃料サブアセンブリ

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JPS63256889A
JPS63256889A JP63055916A JP5591688A JPS63256889A JP S63256889 A JPS63256889 A JP S63256889A JP 63055916 A JP63055916 A JP 63055916A JP 5591688 A JP5591688 A JP 5591688A JP S63256889 A JPS63256889 A JP S63256889A
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JP
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nuclear reactor
housing
coolant
fuel
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JP63055916A
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ドナルド　ブロードリー
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National Nuclear Corp Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21C7/30—Control of nuclear reaction by displacement of the reactor fuel or fuel elements
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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〕 本発明は原子炉の反応の制御に関する。
〔従来の技術〕
原子炉の炉心の半径方向の膨張により炉心の反応が減少
することが、例えば、英国特許第１１７６６４６号及び
米国特許第４１３１５１０号によって知られている。
米国特許第４１３１５１０号は、通常は炉心の半径方向
の膨張を拘束しているが、使用する強磁性材料のキュー
リ一点以上の温度上昇に応答して、半径方向に膨張させ
て反応を減少させることができない電磁作動式炉心抑制
構造体を開示している。
英国特許第１１７６６４６号は、炉心を形成する燃料サ
ブアセンブリの下端が、異なる線膨張率をもつ材料から
作られたベア゛リングカップの中に着座しているボール
継手によって取り付けられている異なる解決策に関する
。サブアセンブリの出口（出口は炉心自体の下に位置決
めされている）の冷却材の温度上昇に応答して、異なる
膨張にょリ、サブアセンブリがボール継手を中心として
炉心の膨張に相当する方向に変位する。
米国特許第３６（１０）２７６号は、燃料サブアセンブ
リが、喫状に作用する傾斜接触面によって互いに接触し
、サブアセンブリが熱膨張を受けるとき互いに変位する
ように、異なる取り付は装置をもつ群に燃料サブアセン
ブリを配置した原子炉の炉心の反応制御装置を開示して
いる。
英国特許出願第２０４８５５２Ａ号及び同第２０６４２
０２Ａ号は、原子炉の作動中、燃料要素の変位を制御す
るために、燃料要素のグリッドの１つにバイメタル要素
を組み込んだ加圧木型原子炉の炉心の燃料要素のグリッ
ド設計を開示している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、原子炉の炉心用の改良した反応制御手
段を提供することである。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明の１つの観点によれば、原子炉の燃料サブアセン
ブリであって、両端に又はこれらに隣接して、冷却材入
口手段及び出口手段をそれぞれ有する細長い管状のハウ
ジングと、ハウジングの内部の入口手段と出口手段との
間に囲まれた冷却材が通過できる燃料収容領域と、冷却
材の温度が上昇すると長さ方向の膨張を受けるようにハ
ウジングの内部に位置決めされ、且つこれのほぼ長さ方
向に延びた少なくとも１つの細長い要素と、前記要素の
長さ方向の膨張に応答し、使用の際、サブアセンブリと
隣接するサブアセンブリ、すなわちサブアセンブリ間で
相対変位させるように、ハウジングの外周を超えて突出
するための半径方向に拡張可能な手段とを含むことを特
徴とするサブアセンブリが提供される。
本発明のもう１つの観点によれば、並設関係に取り付け
られ炉心支持構造体によって下端が支持された複数の細
長いほぼ垂直に配向した燃料サブアセンブリを含んだ原
子炉であって、各サブアセンブリは、下端の又はこれに
隣接した冷却材の入口手段と上端の又はこれに隣接した
冷却材の出口手段を有し、入口手段と出口手段との間の
レベルで、冷却材が入口手段から出口手段にハウジング
を通って流れる燃料収容領域を囲む細長い管状ハウジン
グを含み、燃料サブアセンブリの少なくともいくつかに
は各々、ハウジングの内部に位置決めされ且つこれのほ
ぼ長さ方向に延びた少なくとも１つの細長い要素と、前
記細長い要素の長さ方向の熱膨張を少なくとも１つの隣
接したサブアセンブリに対する関連したサブアセンブリ
の変位に変えるための半径方向に拡張可能な手段とが設
けられていることを特徴とする原子炉が提供される。
本発明の一層の特徴及び観点は、添付図面に単なる例示
として示した種々の実施例の以下の説明から明らかにな
るであろう。
〔実施例〕
第１図を参照すると、液体金属冷却式高速増殖炉（ＬＭ
ＦＢＲ）の炉心組立体が、全体として第２図に示した形
態を各々有しグイアゲリッド１２に取り付けられ且つこ
のグイアゲリッドを通していわゆる冷却プールから冷却
材（通常は液体ナトリウム）が供給される燃料サブアセ
ンブリ１１の列ＩＯからなる。第２図に示すように、各
サブアセンブリは、その長さの大部分にわたって六角形
断面を有しフェライト鋼から製造された管状のハウジン
グすなわち被覆体１４を含む。被覆体１４の下端部はス
パイク部材１６で終わっており、このスパイク部材によ
ってサブアセンブリはダイアグリッド構造体１２に差し
込まれる。スパイク部材１６は入口孔１８を有し、冷却
材が被覆体を通って上方（矢印参照）に流れサブアセン
ブリの出口２０を通って熱いナトリウムプールに排出さ
れる前に、この孔を通って冷却材が被覆体に入る。
冷却材が入口孔１８から出口２０に上方に通過する際、
冷却材は燃料収容領域２２を通り、燃料は、細長い密封
缶の中に囲まれたベレットの形態をなしており、この缶
は、隙間を通して冷却材を通すため、ワイヤ又はグリッ
ドによってほぼ平行に間隔を隔てた関係に位置決めされ
ている。
サブアセンブリ１１は、実際には、スパイク部材１６の
レベルＹ−Ｙに位置する炉心列の下部支持面によってダ
イアグリッドから片持梁状に取り付けられている。サブ
アセンブリ１１は、より高い面Ｘ−Ｘで互いに接触する
ように配置されている。かかる接触は、被覆体のこの領
域の面から突出した支持又は係合パッド２１によってな
される。
サブアセンブリの燃料収容領域より上の出口２０の近く
に、好適には炉心列の各サブアセンブリの中に、反応制
御機構が設けられ、この反応制御機構は、冷却材の流量
の増減による冷却材の温度上昇に応答して原子炉を半径
方向に膨張させることによって反応を制御するのに役立
つ。反応制御機構の種々の実施例が第３図乃至第１４図
に示されているが、各々の場合において、反応制御機構
は、以下の説明から明らかになるように、熱膨張の差異
に基づいている。
第３図乃至第５図を参照すると、被覆体１４の各面には
孔２４が形成され、この孔は通常、それぞれクランク状
に曲げられたレバー２８の第１アーム２６によって実質
的に閉鎖されており、このレバー２８は、十分な曲げ弾
性を有しく第５図に鎖線で示したように）回動運動を受
ける取り付はアーム３０によって被覆体に連結されてい
る。レバー２８の第２アーム３２は、被覆体１４の長さ
方向に延び且つ反対端が固定受台３６によって軸線方向
に拘束されているそれぞれのロッド３４の自由端に接続
されている。
ロッド３４は、被覆体の材料よりも大きな線膨張率を有
する材料からなる。例えば、ロッド３４はオーステナイ
ト鋼からなるのに対し被覆体はフェライト鋼からなり、
フェライト鋼はオーステナイト鋼よりも５０９小さな線
膨張率を有する。原子炉が所望の作動条件で作動してい
るとき、サブアセンブリの出口の温度は一定の範囲内に
あり、レバー２８は、第３図及び第５図に示すように、
被覆体の面とばぼ面一なアームを有する。
冷却材の流れが減少するような異常事態が発生し、これ
により１つ以上のサブアセンブリで冷却材の温度が上昇
すると、被覆体とロッド３４との膨張差に、より、レバ
ーが半径方向外方に回動変位する。すなわち、（接触す
る係合パッドによって定メられるような）隣接するサブ
アセンブリ間の間隔がふさがれるまで、この変位の始端
部分の運動は失われない。一旦ふさがれると、レバー２
８の一層の変位により、サブアセンブリを片持部を中心
としてダイアグリッドに対して変形させ、これにより炉
心を小麦の束のように膨張させることによってサブアセ
ンブリ間の間隔が増大する。冷却材の温度が所定値（例
えば、原子炉が通常状態下で作動しているときサブアセ
ンブリの出口の温度以上のおよそ１（１０）℃）まで上
昇した場合に、炉心を十分膨張させて停止させるように
働（ようにサブアセンブリの反応制御機構を設計するの
が良い。変形例として、サーモスタット効果が達成され
るように（すなわち、サブアセンブリの出口の温度を一
定に維持するように炉心の膨張が生ずるように）、制御
機構の設計をしても良い。かくして、本発明は、ロッド
の抜き取り障害、（例えばステーションの電気供給のロ
スによる）圧送力の減少、及び（２次回路の破損による
）伝熱装置の故障のような要因に抗して本質的に安全で
ある原子炉の炉心を提供する可能性を有する。
第６図乃至第８図の実施例は第３図乃至第５図の実施例
とほぼ同様であり、同じ参照符号を使用して両方の実施
例に共通な要素を表示している。
第９図乃至第１１図の実施例及び第１２図乃至第１４図
の実施例においても同様である。第６図乃至第８図にお
いて、レバー２８は、例えばフェライト鋼の被覆体１４
に連結された例えばオーステナイト鋼のシリンダ４０の
自由端によって作動される。
第９図乃至第１１図の実施例は又、環状形態のレバー作
動機構を使用している。この場合には、作動機構は、１
組の連続的に連結されたシリンダ４２．４４．４６が被
覆体１４とレバー２８との間で作用する変位増幅装置と
して効果的に働く。
外側シリンダ４２の上端は、４８のところが被覆体に、
下端が中間シリンダ４４の下端に連結されており、この
中間シリンダ４４は、上端が、レバー２８のアーム３２
に下端を連結された内側シリンダ４６の上端に連結され
ている。シリンダ４２．４６は、オーステナイト鋼で作
られる中間シリンダ４４よりも大きな線膨張率をもった
フェライト鋼のような材料からなる。この構成について
、所定のシリンダ寸法で得られる変位が、第６図乃至第
８図′のような単一のシリンダの場合に得られる変位と
比較して増加することが分かる。
第１２図乃至第１４図の実施例では、レバー作動機構は
、被覆体１４とレバー２８のアーム３２との間で作用す
る軸線方向に伸縮可能なベローズ５０からなる。ベロー
ズ５０は、バイメタル積層板（すなわち、異なる線膨張
率をもった２つの層５２．５４）から作られる。
説明した実施例の各々において、反応制御機構は冷却材
の中に完全に浸漬される。反応制御機構を構成する要素
は、典型的には１〜３龍の薄い部分を有し、従って、小
さな熱時定数を有し、これにより、反応制御機構は異常
事態に迅速に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は液体金属冷却式高速増殖炉の炉心組立体及びダ
イアグリッドの線図、第２図は本発明に使用する燃料サ
ブアセンブリの部分切取線図、第３図は第１図のＡ部分
の拡大図、第４図は第３図の方向４における平面図、第
５図は第３図の部分のもう１つの拡大図、第６図乃至第
８図、及び第９図乃至第１１図は本発明の変形例を示す
ものであって第３図乃至第５図に対応する図、第１２図
及び第１３図は本発明のもう１つの変形例を示すもので
あって第３図及び第４図に対応する図、第１４図は第１
２図のＢ部分の拡大図である。 １１・・・燃料サブアセンブリ、 １２・・・ダイアグリッド、１４・・・被覆体、１６・
・・スパイク部材、１８・・・入口孔、２０・・・出口
、２２・・・燃料収容領域、２６・・・第１アーム、２
８・・・レバー、３０・・・取り付はアーム、３２・・
第２アーム、３４・・・ロッド。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）原子炉の燃料サブアセンブリであって、両端に又
    はこれらに隣接して、冷却材入口手段及び出口手段をそ
    れぞれ有する細長い管状のハウジングと、ハウジングの
    内部の入口手段と出口手段との間に囲まれた冷却材が通
    過できる燃料収容領域と、冷却材の温度が上昇すると長
    さ方向の膨張を受けるようにハウジングの内部に位置決
    めされ、且つこれのほぼ長さ方向に延びた少なくとも１
    つの細長い要素と、前記要素の長さ方向の膨張に応答し
    、使用の際、サブアセンブリと隣接するサブアセンブリ
    、すなわちサブアセンブリ間で相対変位させるように、
    ハウジングの外周を超えて突出するための半径方向に拡
    張可能な手段とを含むことを特徴とするサブアセンブリ
    。
  2. （２）並設関係に取り付けられ炉心支持構造体によって
    下端が支持された複数の細長いほぼ垂直に配向した燃料
    サブアセンブリを含んだ原子炉において、各サブアセン
    ブリは、下端の又はこれに隣接した冷却材の入口手段と
    上端の又はこれに隣接した冷却材の出口手段を有し、入
    口手段と出口手段との間のレベルで、冷却材が入口手段
    から出口手段にハウジングを通って流れる燃料収容領域
    を囲む細長い管状ハウジングを含み、燃料サブアセンブ
    リの少なくともいくつかには各々、ハウジングの内部に
    位置決めされ且つこれのほぼ長さ方向に延びた少なくと
    も１つの細長い要素と、前記細長い要素の長さ方向の熱
    膨張を少なくとも１つの隣接したサブアセンブリに対す
    る関連したサブアセンブリの変位に変えるための半径方
    向に拡張可能な手段とが設けられていることを特徴とす
    る原子炉。
  3. （３）半径方向に拡張可能な手段は、冷却材の温度が上
    昇すると前記要素の長さ方向の膨張に応答して漸次半径
    方向に拡張するように作動できることを特徴とする請求
    項（１）又は（２）記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  4. （４）前記要素は、前記燃料収容領域より上の領域に卓
    越する冷却材の温度に応答することを特徴とする請求項
    （１）乃至（３）のいずれか１つに記載のサブアセンブ
    リ又は原子炉。
  5. （５）前記要素は、関連したサブアセンブリのハウジン
    グに対して移動しないように一端が拘束されていること
    を特徴とする請求項（１）乃至（４）のいずれか１つに
    記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  6. （６）前記要素は、ハウジングの材料の線膨張率よりも
    大きな線膨張率を有する材料から作られていることを特
    徴とする請求項（１）乃至（５）のいずれか１つに記載
    のサブアセンブリ又は原子炉。
  7. （７）関連したハウジングに取り付けられた少なくとも
    １つの回動変形可能な要素を有することを特徴とする請
    求項（１）乃至（６）のいずれか１つに記載のサブアセ
    ンブリ又は原子炉。
  8. （８）回動変形可能な要素は、関連した側壁のそれぞれ
    の開口に隣接して取り付けられていることを特徴とする
    請求項（７）記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  9. （９）回動変形可能な要素は、これを関連したハウジン
    グに連結するばね部分を有することを特徴とする請求項
    （７）又は（８）記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  10. （１０）前記要素は、その軸線が関連したハウジングの
    軸線とほぼ平行であるように構成された環状形体を有す
    ることを特徴とする請求項（１）乃至（９）のいずれか
    １つに記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  11. （１１）前記要素はベローズの形体を有することを特徴
    とする請求項（１０）記載のサブアセンブリ又は原子炉
    。
  12. （１２）ベローズはバイメタル性状を有することを特徴
    とする請求項（１１）記載のサブアセンブリ又は原子炉
    。
  13. （１３）熱膨張可能な要素は、連続して連結された多数
    の長さ方向にオーバーラップした部材からなり、前記部
    材の中間の１つはその両側の部材よりも小さな線膨張率
    を有することを特徴とする請求項（１）項乃至（１２）
    項のいずれか１つに記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  14. （１４）前記部材は、一端がハウジングに連結された長
    さ方向に拡張する第１部材と、第１部材の前記一端の方
    へ後戻りするように一端が前記部材の反対端に連結され
    た長さ方向に拡張する第２部材と、第２部材の前記一端
    の方へ拡張するように第２部材の反対端に連結された軸
    線方向に拡張する第３部材とからなり、第２部材は、よ
    り小さな線膨張率をもつ中間部材を構成することを特徴
    とする請求項（１３）記載のサブアセンブリ又は原子炉
    。
  15. （１５）前記要素は、ロッド、バー等の形態をなしてい
    ることを特徴とする請求項（１）乃至（９）のいずれか
    １つに記載のサブアセンブリ又は原子炉。
  16. （１６）半径方向に拡張可能な手段は、冷却剤の温度が
    所定値に達したとき或いはこれを越えたときにだけ、前
    記隣接するサブアセンブリに接触するように構成されて
    いることを特徴とする請求項（２）乃至（１５）のいず
    れか１つに記載のサブアセンブリ又は原子炉。
JP63055916A 1987-03-31 1988-03-09 原子炉の燃料サブアセンブリ Pending JPS63256889A (ja)

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GB878707614A GB8707614D0 (en) 1987-03-31 1987-03-31 Reactivity control in nuclear reactors

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