JPH01136095A - 炉心支持構造物 - 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］ 本発明は、高速増殖炉（ＦＢＲと略称し、ループ型、タ
ンク型、ハイブリッド型、モジュラ−型等がある）の炉
心支持構造物に関する。

［従来の技術］ 第２図は高速増殖炉の一例を示したもので、１は原子炉
容器、４は炉心、５は炉心支持構造物、６は炉心上部機
構、７は入口ノズル、８は下部ブレナム、９は上部ブレ
ナム、１０は内筒、１１は出口ノズル、１２はホールド
ダウンプレート、１３はライナプレートである。炉心４
の冷却材であるナトリウム（Ｎａ）は、入口ノズル７か
ら原子炉容器１の内部に流入し、下部ブレナム８、炉心
４上部ブレナム９を経て、出口ノズル１１から中間熱交
換器（図示せず）へと流出する。　炉心４は燃料集合体
２、制御棒集合体（図示せず）、中性子遮蔽体３等から
構成され、それらの各下端部のエントランスノズルが炉
心支持構造物５の中に設置される連結管１４ａ、１４ｂ
に挿入されている。連結管１４ａ、１４ｂは、炉心支持
板１５ａ、１５ｂを介して炉心支持構造物５に支持され
ているが、前記連結管１４ａ、１４ｂ及び炉心支持板１
５ａ、１５ｂは機能としては炉心支持構造物５に包含さ
れる。

第３図は燃料集合体２の概要を示す図であり、２１は燃
料集合体本体、２２はハンドリングヘッド、２３は上部
パッド、２４は中間パッド、２５はエントランスノズル
で、３８ａはエントランスノズル２５に設けられる上部
庇部面、３９ａは下部嵌合面である。該嵌合面３８ａ、
３９ａは後述するように連結管１４ａに嵌合されるが、
その隙間が所定寸法以下となるように製作される。

第４図は上記燃料集合体２が挿入される従来の連結管１
４ａを示す図で、３１は連結管本体、３２はオリフィス
プレートを設けた流量調節機構、３３は低圧ブレナム、
３４は連結管下部流入口、３５はフローホール、３６は
低圧ブレナム連通孔、３７は燃料集合体２のエントラン
スノズル２５に設けられるスロットである。

前記制御棒集合体、中性子遮蔽体３は形状の異なる連結
管に挿入されるが、本発明は燃料集合体用の連結管に係
るものであるので、説明を省略する。

燃料集合体２は第３図に示す上部及び下部嵌合面３８ａ
、３９ａにおいてわずかな隙間を有して連結管本体３１
と嵌合し、上部嵌合部３８及び下部嵌合部３９を形成し
ている。冷却材ナトリウム（Ｎａ）は、矢印方向に下部
ブレナム８から流入口３４、流量調節機構３２及びフロ
ーホール３５を経て、スロット３７から燃料集合体２に
流入し、その冷却に利用される。なお、エントランスノ
ズル２５と連結管本体３１との隙間の領域は、下部ブレ
ナム８よりも若干圧力が低いが、高圧力の状態にある高
圧部４０を形成している。従って、上部嵌合部３８及び
下部嵌合部３９の隙間が大きいと、高圧部４０の圧力が
高いため、冷却材のナトリウムはこれらの隙間から漏出
してしまい燃料集合体２が充分冷却されなくなる虞れが
生じる。上部、下部嵌合部３８．３９は、このように漏
洩流を制限することの目的の他に、漏洩流の圧力を充分
に減圧させ、燃料集合体２のハイドローリックホールド
ダウンカ（通称ｒＨＨＤ力」と呼ばれるので、以下ｒＨ
ＨＤ力」と称すこととする）を充分に確保し、原子炉の
定格運転中に、燃料集合体２が連結管１４ａから抜は出
るのを防止している。ＨＨＤ力は、（燃料集合体重量−
同浮力）−高圧部圧力×上部嵌合部断面積＋（高圧部圧
力−定圧プレナム圧力）×（低圧ブレナム圧力）×下部
嵌合部断面積・・・（１）式 より求められ、ＨＨＤ力が大きい程、燃料集合体２は抜
けにくくなる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、設計の合理化が追究されるようになると
、燃料集合体２の重量が軽量化し、かつ燃料集合体２内
の流路が狭くなることにより、集合体２内の圧力損失が
大きくなるため、高圧部４０の圧力が高くなり、（１）
式に照らしてｆ（ＨＤ力は小さくなることが容易に推定
できる。そして、ＨＨＤ力が小さい燃料集合体２に鉛直
地震力が作用すると、該燃料集合体２が連結管１４ａか
ら抜は出す虞れが生じるため、これを防止する構造を工
夫する必要が生じる。

この方法として、燃料集合体２の頂部上方より、機械装
置により下方に押し付けて集合体２の抜は出しを防止す
るなどの対策が考えられるが、燃料集合体２の定格運転
中の全長がスウェリングなどにより変化し、かつそれが
個体ごとに異なるため、装置の設計は非常に複雑となる
。また、その装置は燃料交換時には、燃料交換に支障が
ないような位置に待避させる必要が生じるなど、機械装
置によることは好ましくない。

そこで、従来はＨＨＤ力を確保する１つの方法として、
（１）式において、上部嵌合部断面積を小さくし、下部
嵌合部断面積を大きくする工夫がなされていた。第５図
はその一例を示したもので、５０ａ、５０ｂはそれぞれ
上部嵌合面３８ａ、下部嵌合面３９ａの溝に装着された
ピストンリングである。これらのビストスンリング５０
ａ、５０ｂを設けない場合の上部及び下部嵌合部断面積
は、それぞれＤｕｌ、Ｄ　１２　＋であるが、ピストン
リング５０ａ、５０ｂを設けることによってそれぞれＤ
ｕ２、ＤＩ２２となり、それぞれの断面積が望ましい状
態になっていることが分る。

しかしながら、この方法では鉛直地震力によ之燃料集合
体２の抜は出しを防止するには不充分であり、またピス
トンリング５０ａ、５０ｂと連結管１４ａとの隙間が小
さく、燃料交換に支障を来す等の問題があり、抜本的対
策が必要であった。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、鉛直地
震力による連結管からの燃料集合体の抜は出しを防止す
ると共に、燃料交換も円滑に行われるようにした炉心支
持構造物を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成すべく本発明の炉心支持構造物は、燃料
集合体下部のエントランスノズルを連結管に挿入、嵌合
して上部嵌合部及び下部嵌合部を形成した炉心支持構造
物において、前記上部嵌合部の連結管内周面に環状溝を
設け、該環状溝に前記エントランスノズルより熱膨張係
数が小さく、燃料交換時の温度で前記エントランスノズ
ルの上部嵌合面と所定の隙間を有し、定格運転時の温度
では、しまりばめ状態もしくは食い違い状態状態となる
熱膨張係数を有する金属リングを収容したことを特徴と
する。

［作　用］ 前記構成により、定格運転時には金属リングがエントラ
ンスノズル上部嵌合面としまりばめ状態もしくは食い違
い状態となり、鉛直地震力に対し抜は出そうとする燃料
集合体側、この金属リングを介して連結管で受は止めよ
うとするので、本発明は従来燃料集合体側にピストンリ
ングを設けていた場合よりも確実にＨＨＤ力が確保でき
、しかも実施例に示すごとく、必要ＨＨＤ力に応じた金
属リングの寸法を決めることができる。

下部嵌合部については、従来通り、燃料集合体側にピス
トンリングを設けておけば、下部嵌合部からの漏洩流、
受圧面積算は変わらない。

上部嵌合部については燃料集合体側のピストンリングを
、連結管側の金属リングとしても、漏洩流、受圧面積の
観点では変化ないどころか、しまりばめ状態の場合はむ
しろ隙間が０となるだけ漏洩流が少なくなる。

［実施例］ 第１図に示すように、本発明の炉心支持構造物の金属リ
ング４は、モリブデン、ＴＺＭ　（商品名で、Ｔ＋　　
：　０．５ｗｔ％、Ｚ、：　０．０７ｗｔ％、Ｃ：０．
０５ｗｔ％、残部Ｍ、）タングステン等、熱膨張係数が
連結管及びエントランスノズル（オーステナイト系ステ
ンレス鋼から製作される）の材質と比較して３分の１程
度の材質のものが望ましく、また必要に応じて金属リン
グ４１をインコネル等の板バネ４２で上下方向に付勢す
る。しまりばめ状態の設計においては、金属リング４１
とエントランスノズル２５上部嵌合面３８ａとの隙間は
、次のように設定する。すなわち、燃料交換時（当該部
温度約２００℃）には、燃料交換に支障がない程度に隙
間を生じ、定格運転時（当該部温度約３５０〜４００℃
）には、金属リング４１がエントランスノズル２５上部
嵌合面３８ａとしまりばめ状態となり、鉛直地震力に対
し抜は出そうとする燃料集合体２（第２図）を、この金
属リング４１を介して連結管１４ａで受は止めるように
する。

金属リング４１は、耐放射線性、液体金属ナトリウムと
の共存性等に優れる必要があるが、モリブデン、ＴＺＭ
、タングステン等は特に問題ない。しかしながら、いず
れも酸化し易い材料であること及びしまりばめ部は自己
融着を防止しなければならないことから、ニッケルメッ
キ、硬質クロムメツキ等の表面処理を施す必要がある。

ニッケル及び硬質クロムについても耐放射線性、液体金
属ナトリウムとの共存性は問題ない。

上記金属以外に形状記憶合金の使用も考えられるが、現
時点では温度、中性子照射量の観点から使用できる形状
記憶合金はない。

第１図は本発明の一実施例で、連結管にエントランスノ
ズルが嵌入した状態を示す部分縦断面図である０図にお
いて、４５は連結管本体３１の上端内周面に設けた環状
溝で、この中に金属リング４１及び板バネ４２が収容さ
れている。また、４３は本体３１の上端面にボルト４４
によって取り付けられたフランジである。また、２１は
燃料集合体本体、２５はエントランスノズル、３８ａは
エントランスノズルの上部嵌合面である。

金属リングとしてモリブデンを採用した場合の寸法例を
示す。モリブデンの熱膨張係数は２０〜１０００℃ニオ
イテ、５．８Ｘ１０−’℃−１であり、一方、エントラ
ンスノズル２５及び連結管１４ａの材料でオーステナイ
ト系ステンレス鋼の熱膨張係数は、２０℃、２００　℃
、３５０℃テソれぞれ１６．３９ｘｌＯ−’、１６．５
４ｘｌＯ−６，１７，４７ｘｌＣｒ６である。定格運転
時３５０℃の時に、丁度しまりばめになる状態を作ると
する。製作時温度を２０℃とし、２０”Ｃでのエントラ
ンスノズル上部嵌合面３８ａの外径寸法Ｄ１を１０５ｍ
ｍ、製作時最大直径隙間を０．４ｍｍ（すなわち、金属
リング４１の内直径ＤＭ、は１０５゜４ｍｍ）とすると
、２００℃、３５０℃（７）状態テノ隙間は次の通りと
なる。

〈２００℃の時〉・・・燃料交換時 １ｏ！；、Ｌｆ士＋６ｔ、ＬＩＹ　、＋、８−１．＋０
−’Ｘ（２０ｔＪ−２０）＝　１０ｒ、！：１〈３５０
℃の時〉・・・定格運転時 ＩＱ飢％十１０ケ、ｑ×仁８×ｔｏ−６７（３夕ｏ−２
ｏ’）＝ｌ乙Ｓ、ど０２鎌句＝　−Ｏｆ、ｒ０３ｖ（７
） （隙間がマイナスとはしまりばめの状態を示している。

） 以上の計算は、ノミナル値ベースの値であり、実際には
製作公差を考慮して製作する必要がある。その場合、最
大直径隙間は０．４ｍｍとし、最小直径隙間は、モリブ
デン、オーステナイト系ステンレス鋼の強度から適切に
定まり、上記温度では金属リングの外直径ＤＭ、が製作
時１１０ｍｍの時には、最小直径隙間を製作時寸法で０
．３ｍｍ以上としておけば、モリブデン、オーステナイ
ト系ステンレス鋼のいずれも弾性範囲内に収めることが
できる。

金属リング４１の長さβは、燃料集合体２が浮かび上が
ろうとうるのを阻止するのに必要な力Ｆから次式より求
められる。

（以下余白） （３ｒｏ０ｃｍ１ａｈ　′）ンゲｔ／−ｔトｒ−；　ｆ
　５　＞　７、ノで）し上音ｐＱ’合−ｉ今、Ｄ４′＝
繭−最欠直往呟１姶０．鵠祈とすると、しまりばめの式
よりＰｆｆｉ→０．１ｋｇ／ｍｍと求められ、上式に代
入するとＦ＝１０ｋｇあたりβ＞０．３闘となる。

なお、２００℃の隙間０．２０ｍｍは、上部嵌合部３８
のノミナル寸法隙間、即ちエントランスノズル上部嵌合
面３８ａと、これが嵌合する連結管内周面とのノミナル
寸法隙間０．２ｍｍと同じであり、燃料交換性に問題は
生じない。

また、金属リング４１と連結管装着部との隙間は、３５
０℃の時は熱膨張差により２０’Ｃの時の隙間より若干
大きくなるため、金属リング４１の長さによっては、上
部嵌合部からの漏洩流が、リングの外側背面を通って流
出してしまう懸念もあるが、これに対しては、例えば金
属リング４１の下部に設けた板バネ４２により金属リン
グ４１を上方に押し付けておけば、極めて小さな隙間と
することができ、この部分で上部嵌合部からのナトリウ
ムの漏洩を極端に小さくできるので、結果として冷却材
ナトリウムは燃料集合体２のエントランススロット３７
へ流入する流量を多くすることができる。食い違い状態
の設計は、しまりばめ状態ではエントランスノズル２５
及び金属リング４１の応力及び面圧が高くなりすぎる場
合に使用するもので、エントランスノズル２５の当該部
に食い違い量に応じた深さの溝を設けるものである。

ただし、食い違い量は燃料交換時のすきまが確保できる
ような十分、小さなものでなければならない。この場合
、しまりばめ状態の設計よりも、すきまからの漏洩量が
若干増加するが、本設計を実施しない場合よりも小さく
抑えることができ、効果は変わらない。

［発明の効果］ 以上のように本発明においては、燃料集合体と金属リン
グとの嵌合間係が、定格運転時の温度ではしまりばめ状
態もしくは食い違い状態となり、燃料交換時の温度では
適度の隙間が生じるため、鉛直地震力による燃料集合体
の抜は出しが防止されると共に、燃料交換性も向上する
。また、嵌合部における冷却材の漏洩流量が著しく低下
し、その結果、燃料集合体への流入量が増加し、冷却効
果が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分縦断面図、第２図
は高速増殖炉の一例を示す縦断面図、第３図は燃料集合
体の正面図、第４図は炉心支持構造物と燃料集合体の嵌
合体を示す縦断面図、第５図は燃料集合体と連結管との
嵌合状態の従来構造の一例を示す縦断面図である。 ２・・・燃料集合体、５・・・炉心支持構造物、１４ａ
・・・連結管、２５・・・エントランスノズル、３８・
・・土部嵌合部、３８ａ・・・土部嵌合面、３９・・・
下部嵌合部、３９ａ・・・下部嵌合面、４１・・・金属
リング、４５・・・環状溝。 特許出願人　　三菱原子カニ業株式会社代理人　弁理士
　　佐　藤　英　昭 第１）椙 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １．事件の表示 昭和６２年特許願　第２９４５０３号 ２、発明の名称 炉心支持構造物 ３、補正をする者 事件との関係特許出願人 住所 名　称　（６１６）三菱原子カニ業株式会社自発 ６、補正の対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料集合体下部のエントランスノズルを連結管に挿入、
   嵌合して上部嵌合部及び下部嵌合部を形成した炉心支持
   構造物において、前記上部嵌合部の連結管内周面に環状
   溝を設け、該環状溝に前記エントランスノズルより熱膨
   張係数が小さく、燃料交換時の温度で前記エントラレン
   スノズルの上部嵌合面と所定の隙間を有し、定格運転時
   の温度では、しまりばめ状態もしくは食い違い状態とな
   る熱膨張係数を有する金属リングを収容したことを特徴
   とする炉心支持構造物。