JPH0271192A - 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は下部プレナム、９は上部プレ
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、人口ノズル７か
ら原子炉容器１の内部に流入し、下部プレナム８、炉心
４上部プレナム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、上部炉心
支持板１５ａ、下部炉心支持板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及び上部炉心支持板１５ａ、下部炉心支持板１５
ｂ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ト、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
嵌合面、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（ａ）は上記燃料集合体２が挿入される従来の連
結管１４ａ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は低圧プレ
ナム、３４は連結管下部流入口、３５はフローホール、
３６は低圧プレナム迎通孔、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。

また、６０は上部炉心支持板１５ａと下部炉心支持板１
５ｂとの間隔を保持するためのスリーブ、６１は該スリ
ーブ６０に穿設された孔で、低圧プレナム連通孔３６と
相対する泣面に設けられている。６２は低圧プレナム３
３とほぼ同じ圧力の低圧室である。

第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であって
、フローホール３５は冷却材流量の多い連結管の場合に
は図示の如くまゆ形の孔を同一円周上に３個配設してあ
り、流量の少ない連結管の場合には丸形の孔を同一円周
上に１２個配設しである。

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、第４図（ａ）の
矢印方向に下部プレナム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条。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、下部プレナム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ｒＨＨＤ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１
４ａ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−低圧プレナム圧力）×下部嵌合部断
面積・・・（１１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。

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、燃料集合体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ＨＨＤ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Ｈ）ＩＤ力を確保する１つの構造として
、（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５
０ａ、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、ＤＩ２１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Ｄｕ
□、Ｄ　１２２となり、それぞれの断面積が望ましい状
態に近づいていることが分る。

しかしながら、この方法でもまだ下部嵌合部断面積Ｄ　
Ｑ　２が充分大きくなく、鉛直地震力による燃料集合体
２の抜は出しを防止するには不充分であった。ＨＨＤ力
をさらに向上させるために、第６図（ａ）（ｂ）に示す
様な発明がなされている（特願昭６３−４９８５５号）
。

第６図（ａ）（ｂ）に示す発明では、上下炉心支持板間
の間隔を保持するスリーブをなくし、その代わり連結管
Ｌ４ａ上端を上部サポートピース７１下端に外挿して固
着し、連結管１４ａの仕切部３０に下部嵌合部断面積を
大きくするための下部サポートピース７０を設け、エン
トランスノルズ２５の下部嵌合面を嵌入して下部嵌合部
３９を形成し、ＨＨＤ力を増大させると共 に、フローダイオード機構により鉛直地震力による燃料
集合体２の急激な上昇の際にフローダイオード機構の作
用により低圧プレナム３３から低圧室６２への冷却材の
急激な流入が緩和され燃料集合体２の抜は出しが防止さ
れる。

前記フローダイオード機構を説明すると、下部サポート
ピース７０が嵌合された仕切部３ｏには下部サポートピ
ース７０先端との間には低圧室６２が形成され、該低圧
室６２にはオリフィス付蓋７２が取り付けられ、低圧室
６２は低圧プレナム連通孔３６を通り低圧プレナム３３
に連通しており、前記低圧プレナム連通孔３６から前記
低圧室６２に通じる通路にはフローダイオード機構が設
けである。該機構は、低圧室６２下端の渦室６２ａ及び
これに連通ずる低圧プレナム連通孔３６と、渦室６２ａ
上方に取り付けられたオリフィス付蓋７２とから構成さ
れている。渦室６２ａは第６図（ｂ）に示したように円
形ではなく、２つの半円が低圧プレナム連通孔３６の口
径とガイド部７３の幅だけ水平方向へずれた合わせ構造
に形成されており、低圧プレナム３３より冷却材が前記
低圧プレナム連通孔３６を通り渦室６２ａに流入した場
合、冷却材の渦が生じるようになっている。低圧プレナ
ム連通孔３６の数は第６図（ｂ）では２個となっている
が、該連通孔３６の総開口面積が下部嵌合部３９の隙間
面積よりも大きければよいので、その数は特に限定され
ない。しかしながら、ダイオード機能を高めるためには
必要面積以上設けないほうが効果的であるので、第６図
では２個としである。オリフィス付蓋７２は中央にオリ
フィス孔７５を有するが、該孔７５の直径はその開口面
積が下部嵌合部３９の隙間面積よりも若干大きくなるよ
うに形成する。また、オリフィス孔７５には下方へわず
かに突出したノズル７６を設けることにより、冷却材の
逆流、即ち低圧プレナム３３から低圧室６２に流入する
急激な流れを阻止する効果が大きくなる。なお、該ノズ
ル７６の突出量は渦室６２ａの高さの半分位とするのが
効果的である。該オリフィス付蓋７２の取付位置より上
方の低圧室６２は、単純な円形断面を持つ空間に形成さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 第６図（ａ）　　（ｂ）に示す従来例により、ＨＨＤ力
はかなり増加したが、近年の原子炉設計の進捗により、
鉛直地震力が増大しており、さらなるＨＨＤ力増大が求
められる様になった。

第６図（ａ）（ｂ）の発明は、（１）式に照らしてみる
と、下部嵌合部断面積を大きくする工夫であった。（１
）式は、容易に次の様に変形できる。

ＨＨＤ力＝（燃料集合体重量−同浮力）−高圧部圧力×
（土部嵌合部断面積−下部嵌合部断面積）−低圧プレナ
ム×下部嵌合部断面積・・・（２）式（２）式において
、上部嵌合部断面積が下部嵌合部断面積に等しければ、
ＨＨＤ力がさらに増加することが分かる。しかしながら
これらの嵌合部の寸法は、燃料集合体が、所定の連結管
以外に誤挿入されない様に、わざと変えており、両嵌合
部断面積を等しくすることは不可能である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の炉心支持構造は燃料集合体下部のエントランス
ノズルの上部嵌合面を上部炉心支持板に固着した上部サ
ポートピースの貫通孔に嵌挿、摺接して上部嵌合部を形
成し、下部嵌合面を下部小径部が連結管本体内の仕切部
に嵌入、固着された下部サポートピースの孔に嵌入、摺
接して下部嵌合部を形成し、前記連結管上端を前記上部
サポートピース下部に外挿して固着し、前記下部サポー
トピースの孔は下部の低圧室を経て、低圧プレナム連通
孔を通り、低圧プレナムに連通し、前記低圧プレナム連
通孔から前記低圧室に通じる通路にフローダイオード機
構を設け、鉛直地震力による燃料集合体の急激な上昇の
際に、前記低圧プレナムから前記低圧室へ流入する冷却
材に所定の流入抵抗が生じるよう構成したものにおいて
、前記上部嵌合部の下方に中間嵌合部を形成し、該中間
嵌合部は連結管内周と前記エントランスノズ外周との間
に僅かな隙間を形成し、前記中間嵌台部上端面と上部サ
ポートピース下端面とに囲まれた低圧アニユラスと前記
低圧プレナムとを前記連結管に穿設した低圧アニユラス
連通孔で連通し、前記中間嵌合部の横断面積と前記下記
嵌合部の横断面積とをほぼ等しくしたことを特徴とする
。

［作　用］ 前記（２）式が次で表される様になる。

ＨＨＤ力＝（燃料集合体重量−同浮力）−高圧部圧力×
（中間嵌合部断面積−下部嵌合部断面積）−低圧プレナ
ム×（土部嵌合部断面積−中間嵌合部断面積）−低圧プ
レナム圧力×下部嵌合部断面積・・・（３）式 （３）式において、中間嵌合部断面積が下部嵌合部断面
積に等しくできれば、高圧部圧力を考慮する必要がなく
なり、圧力としては低圧プレナム圧力のみが作用するこ
とになり、ＨＨＤ力は格段に向上する。

中間嵌合部断面積が下部嵌合部断面積に等しくできない
場合でも極力等しくする様に構造を工夫すれば、ＨＨＤ
力は向上する。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。炉
心支持構造の基本的構成は第２図〜第６図によって説明
した従来のものと同様であるので、同一部分には同一の
符号を付しである。

第１図において９０は、中間嵌合部であり、９０ａは中
間嵌合部の下端面、９０ｂは、固嵌面、９０Ｃは同上端
面である。９１は、中間嵌台部上端面９０Ｃと上部サポ
ートピース７１の下端面とによって囲まれる低圧アニユ
ラス、９２は、低圧プレナム３３と前記低圧アニユラス
９１とを連通させるための低圧アニユラス遣通孔である
。

この連通孔の数と孔径は、低圧アニユラス９１と、低圧
プレナム３３とほぼ同圧力となる様に定めれば良い。

燃料集合体の誤装荷防止に係る上部嵌合部及び下部嵌合
部は、従来通りの寸法、構造とする。

中間嵌合部の嵌合面９０ｂのすきま寸法は高圧部４０か
ら低圧アニユラス９１に流入する流れを極力制限する様
に十分に小さく設定されている。

中間嵌合部はそれが接続する連結管の部位と比較して厚
さが厚くなるため、冷却材の熱過渡変化時に、大きな熱
応力を生じる可能性があるにの熱応力を軽減するため、
中間嵌合部下端面９０ａはテーバ構造とする必要がある
。このテーバ構造は、冷却材がエントランスノズル図に
設けたスロット３７に滑らかに流入させる効果もあり、
スロット上端のエントランスノズ内部に発生する渦、あ
るいはキャビテーションの発生の防止に役立っている。

［発明の効果］ 製作費用の増加を伴なうが、それ以上にＨＨＤ力を向上
する効果の方が大きい。たとえば（２）式（３）式を具
体的数値で比較すると次の通りである。

燃料集合体重量−同浮力＝３２０ｋｇ 高圧部圧力＝５．０ｋｇ／ｃｍ” 低圧プレナム圧力＝１．０ｋｇ／ｃｍ２上部嵌合部断面
積＝８６．６ｃｍ” 中間嵌合部断面積＝７５．４ｃｍ２ 下部嵌合部断面積＝７５．４ｃｍ” （２）式のＨＨＤ力＝１８８．６ｋｇ （第２項以降１３１．４ｋｇ） （３）式のＨＨＤ力＝２３３．４ｋ。

（第２項以降８６．６ｋｇ） すなわち、ＨＨＤ力は約４５ｋｇ増加している。第２項
以降で比較すると、１３１．４ｋｇが８６．６ｋｇとな
っている。第２項以降は、上部嵌合部断面積＝中間嵌合
部断面積＝下部嵌合部断面積、となる理想状態では７５
．４Ｋｇであるので、８６．６ｋｇは、はぼ理想状態に
近い状態であることが分る さらに、中間嵌合部を設けることにより、エントランス
ノズ流入部の流動状況も向上するなど波及効果も大きい
。

【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（ａ）は従来の炉心支持構造物と燃
料集合体の嵌合状態の一例を示す縦断面図、第４図（ｂ
）は第４図（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図、第５図及び
第６図（ａ）は従来の燃料集合体と連結管との嵌合状態
の他の例を示す縦断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）
のＡ−Ａ線断面図である。 ２・・・燃料集合体、５・・・炉心支持構造物、１４ａ
・・・連結管、 １５ａ・・・上部炉心支持板、 １５ｂ・・・下部炉心支持板、 ２５・・・エントランスノズル、３０・・・仕切部、３
１・・・連結管本体、３３・・・低圧プレナム、３６・
・・低圧プレナム連通孔、 ３８・・・土部嵌合部、３８ａ・・・上部嵌合面、３９
・・・下部嵌合部、 ３９ａ・・・下部嵌合面、６２・・・低圧室、７０・・
・下部サポートピース、 ７１・・・上部サポートピース、６２ａ・・・渦室、７
２・・・オリフィス付蓋。 ９０・・・中間嵌合部、９０ａ・・・中間嵌合部下端面
９０ｂ・・・中間嵌合部嵌合面、 ９０ｃ・・・中間嵌台部上端面、 ９１・・・低圧アニユラス、 ９２・・・低圧アニユラス連通孔。 コ （ａつ

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の上部嵌合面を上
   部炉心支持板に固着した上部サポートピースの貫通孔に
   嵌挿、摺接して上部嵌合部を形成し、下部嵌合面を下部
   小径部が連結管本体内の仕切部に嵌入、固着された下部
   サポートピースの孔に嵌入、摺接して下部嵌合部を形成
   し、前記連結管上端を前記上部サポートピース下部に外
   挿して固着し、前記下部サポートピースの孔は下部の低
   圧室を経て、低圧プレナム連通孔を通り、低圧プレナム
   に連通し、前記低圧プレナム連通孔から前記低圧室に通
   じる通路にフローダイオード機構を設け、鉛直地震力に
   よる燃料集合体の急激な上昇の際に、前記低圧プレナム
   から前記低圧室へ流入する冷却材に所定の流入抵抗が生
   じるよう構成したものにおいて、前記上部嵌合部の下方
   に中間嵌合部を形成し、該中間嵌合部は連結管内周と前
   記エントランスノルズ外周との間に僅かな隙間を形成し
   、前記中間嵌台部上端面と上部サポートピース下端面と
   に囲まれた低圧アニユラスと前記低圧プレナムとを前記
   連結管に穿設した低圧アニユラス連通孔で連通し、前記
   中間嵌合部の横断面積と前記下記嵌合部の横断面積とを
   ほぼ等しくしたことを特徴とする炉心支持構造物。