JPH0797147B2 - 加圧水型原子炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新しい設計による加圧水型原子炉装置、特に、
作用する種々の応力条件の限界及び振動の問題を考慮し
て必要とされる機械的支持機能を果たすように改良され
た圧力容器内のカランドリア集合体に係る。

周知のように、従来の加圧水型原子炉は互いにほぼ平行
に間隔を保ち、燃料棒集合体と入れ子関係に軸方向並進
移動できるように原子炉容器内に取り付けられた制御棒
を採用している。制御棒は中性子を吸収して炉心内に中
性子束レベルを低下させる毒物と呼ばれる物質を含有す
る。連携の燃料棒集合体に対する制御棒の位置を調節す
ることによって、反応度を、従って、原子炉の出力レベ
ルを制御、調節する。典型的には、制御棒を束ねてクラ
スタを構成するために、各クラスタに属する棒をスパイ
ダに取り付け、各スパイダを連携の棒クラスタを上下さ
せる機構に連結する。

新しい設計の加圧水型原子炉には、制御棒クラスタ（RC
C）及び水排除棒クラスタ（WDRC）のほかに、いわゆる
弱吸収制御棒クラスタを採用するものがあるが、この弱
吸収制御棒クラスタはその構造がRCCと同じであること
から、ここでは一括してRCCと呼称する。このような原
子炉の設計では、合計2,800本以上の制御棒及び水排除
棒が185個のクラスタに分けられ、各クラスタと連携す
るスパイダに各クラスタの棒が個別に取り付けられる。

新しい設計の典型的な加圧水型原子炉では、原子炉容器
内に下方から順次上方へそれぞれがほぼ円筒形の下槽集
合体、内槽集合体、及びカランドリア、及び上部を閉鎖
するドームを設ける。下槽集合体はその内部に軸平行関
係に複数の燃料集合体が配設され、それぞれの両端が下
部及び上部炉心板で支持され、上部炉心板は内槽集合体
の円筒形側壁の底縁に溶接されている。内槽集合体内に
は、その断面積のほぼ全域にわたって狭い間隔で多数の
棒案内管が配列されている。棒案内管には第１タイプと
第２タイプがあり、前者は原子炉制御棒クラスタ（RC
C）を、後者は水排除棒クラスタ（WDRC）を収容してい
る。それぞれに連携の案内管内に入れ子式に収容される
これらのクラスタはそれぞれと連携する燃料棒集合体と
整列する。

新設計加圧水型原子炉の主な目的の１つは燃料利用効率
を高めて総燃料コストを軽減することにある。この目的
に沿って、水排除棒クラスタ（WDRC）は機械的減速材制
御手段として作用し、新しい燃料サイクルの開始に際し
てすべてのWDRCが完全挿入されて燃料棒集合体、従って
炉心内に来る。多くの場合、燃料サイクルは約18カ月で
あり、18カ月が経過したら燃料を交換しなければならな
い。燃料サイクルの進行により過剰反応度レベルが低下
するに従って、WDRCをグループごとに少しづつ炉心から
引抜き、たとえ燃料棒集合体の反応度レベルが経時的な
消失で低下しつつあっても原子炉が同じ反応度レベルを
維持できるようにする。他方、制御棒クラスタを連携の
燃料棒集合体に対して軸方向並進、即ち、入れ子関係に
移動させることにより、例えば負荷需要に応じて、公知
の原子炉制御操作と同様に原子炉の反応度を、従って出
力レベルを連続的に制御する。WDRCは原子炉のスペクト
ルシフト制御を行うための機械的手段として作用し、こ
れを組込んだ原子炉は1983年４月29日付米国出願「原子
炉」に開示されている。

このような新型原子炉の重要な設計条件のひとつは、原
子炉の炉内構造物を通過する炉心排出流が発生され易い
炉内構造物の振動を極力少なくすることである。この条
件を満たすための重要な要因は内槽集合体の全長にわた
って炉心排出流を軸方向に、従って、棒クラスタ及び連
携の棒案内管と軸平行関係に維持することにある。軸方
向の流れを維持することの意義は棒クラスタに横流が作
用する可能性を極力少なくすることにあり、このことは
棒の数が多いことと、摩耗を発生させ易いWDRCの材料に
鑑み特に重要な課題である。この課題を解決するため、
容器の長さを充分大きく設定して棒が容器の出口ノズル
よりも下方に位置するようにし、軸方向の流れだけを棒
に作用させる。その場合に、カランドリアを内槽集合体
よりも上方、従って、棒のレベルよりも上方に配置す
る。カランドリアは軸方向の炉心排出流を受けて、これ
を容器の半径方向出口ノズルから排出されるように半径
方向へ90度方向転換させる。従って、カランドリアは冷
却材が軸方向から半径方向へ方向転換する際に発生する
横流に耐えねばならず、かつ容器の上部炉内構造物に対
するシールディング及び流れ配分の機能を果たさねばな
らない。

カランドリアはカランドリア底板及びカランドリア上板
を含み、カランドリア底板及び上板に棒案内管の上下端
をそれぞれ固定する。カランドリア内には、その底板及
び上板に形成した整列孔間に、棒案内管とそれぞれ整列
させて複数のカランドリア管を軸平行関係に取り付け
る。カランドリア上板及び底板にはカランドリア管と連
携する孔からずれた位置に複数のフローホールを形成し
てあり、炉心排出流が内槽集合体の上向き通路から流出
する際にこれらのフローホールを通過する。炉心排出流
またはその大部分は軸方向から半径方向に向きを変え
て、カランドリアと流体流通関係にある半径方向外向き
の出口ノズルへ流れる。

カランドリア管は同じく軸平行整列関係にドーム内の所
定の高さまで延びる対応のフローシュラウドと接続さ
れ、前記フローシュラウドは対応のヘッド延長部と整列
し、かつ近接する。ヘッド延長部はドームの構造壁を貫
通し、ドームの外部でその真上に位置するそれぞれの自
由端に、上述した対応の調節機構が取り付けてある。こ
の調節機構は連携のヘッド延長部、フローシュラウド、
及びカランドリア管を貫通して、RCC棒クラスタ及びWDR
C棒クラスタが取り付けられている連携のスパイダに連
結される対応の駆動棒を含み、内槽集合体内での前記棒
の高さ位置、即ち、棒を内槽集合体へ下降させて燃料棒
集合体と連携させることにより炉心内の反応度を制御す
る際の内槽集合体への下降位置を調節する機能を果た
す。

すでに述べたように、カランドリアは駆動棒をシールド
するという重要な機能を果たすと共に、上部炉内構造物
への流れを配分する機能をも有する。半径方向流、即ち
横流の速度は10m/sec程度であるから、カランドリアは
頑丈で、横流によって加えられる振動負荷に耐えなけれ
ばならない。また、容器はヘッド集合体及び容器のドー
ムに取り付けた調節機構を冷却するため、ヘッド領域へ
直接冷却材が流入できる流路を有する一方、ヘッド冷却
材をヘッド領域から排出して炉心排出流と合流させ出口
ノズルを介して容器から排出するための降水流路をも含
む。ヘッド領域は低温冷却材のタンクとしても作用し、
この冷却材はLOCA（冷却材流失事故）の際に降水流路を
通過し、下部路内構造物に流入して炉心を冷却する。即
ち、カランドリアは高温の炉心排出流とヘッド領域の低
温冷却材との界面にあるため両者間の著しい温度差の影
響を受け、その結果生じる熱応力の大きさを制限するた
め、可撓性でなければならない。

本発明の主要目的は緊急時にヘッド領域の冷却材が緊急
冷却のため冷却材を必要とする炉心へ流入できるように
することである。

この目的に鑑み、本発明は、容器と、容器内に支持され
た炉心と、容器内を上下動可能なように支持され、炉心
上方のプレナムに配列された垂直制御棒案内手段によっ
て案内される制御棒と、制御棒を炉心内へ挿入し、また
炉心から引抜くため制御棒に連結した駆動棒を含み、容
器に設けた少なくとも１つの入口ノズルを介して流入し
た冷却材が炉心を上向きに流れたのち案内手段を通過し
容器の側壁に設けた出口ノズルから流出し、複数の制御
棒を支持するスパイダが炉心との間の空間内を移動でき
るように炉心上方の炉心から充分距離を隔てたところで
容器内を横断するよう装着されたカランドリアを含み、
カランドリアが上部支持板と下部支持板の間に取り付け
られて駆動棒を収容する複数のカランドリア管を含み、
下部支持板が炉心からの冷却材が軸方向上方へ流れるの
を可能にする孔あき構造であり、カランドリアに流入す
る冷却材が駆動棒に衝突することなく管の外面に沿って
横方向に流れ出口ノズルを通って流れ出ることができる
ようにカランドリアに半径方向の開口が形成され、さら
に、上部支持板の上方で駆動棒を囲むカランドリア管と
連結する第１の連結管を含む加圧水型原子炉であって、
第１の連結管の少なくともいくつかが上部支持板の直ぐ
上方でそれぞれの壁に形成されたフローホールを有する
ことと、収容している駆動棒をフローホールを介して噴
射する液状の冷却材から遮蔽すべく対応の駆動棒を囲む
ように第１連結管の内部にこれと同軸にほぼ円筒形の転
流手段を設けたことを特徴とする原子炉を提案する。

また、本発明ではカランドリア管とカランドリア上板及
び底板を溶接することにより、同じ目的に機械的連結手
段を採用した場合に流れによって発生する振動でゆるみ
が生じる可能性を解消すると共に、機械的連結に必要と
なるスペースよりも狭いスペースで済むという利点をも
提供する。こうして得られた構造は極めて頑丈であり、
カランドリアの支持条件に合致するが、材料の構造及び
幾何学的形状の多様性、特に、カランドリア管や円筒形
連結部材、即ちスカートなどによってカランドリア上板
及び底板間に形成されるリダンダント（冗長）構造のた
め、これらの構造部分が受ける温度を考慮すれば著しい
熱応力が発生するおそれがある。また、カランドリア上
板は比較的厚く丈夫であるがこれに作用する温度差また
は温度勾配により湾曲する可能性があり、円筒形連結部
材またはスカートも極めて強固であるがカランドリア上
板よりも薄いから、異なる温度応答を示す。従って、カ
ランドリア集合体に発生するおそれのある熱応力の開放
またはそのレベル制限のための厳しい条件が課せられ
る。

本発明ではカランドリア底板の軸方向の剛性をその厚さ
及びこれに形成するフローホールのパターンを適当に選
択すると共に板とカランドリア管との間を可撓性の溶接
ジョイントで連結することによって制御し、これによっ
て熱応力を開放しそれが大きくならないように制限す
る。具体的にはカランドリア底板の厚さを約4cmに設定
し、カランドリア管と連携する各取り付け孔を中心にフ
ローホールのパターンがほぼ対称的に形成されるように
設定する。さらに、ここに述べる実施例では端ぐりされ
た環状の「Ｊ字形」溶接界面によってカランドリア管と
カランドリア底板の間に可撓溶接ジョイントを形成す
る。これらの構成要件が相俟って、熱応力を解放する一
方、必要な構造支持を与えかつ振動に耐え得る充分な剛
度を達成する。

すでに述べたように、もし駆動棒に直接接触すれば、駆
動棒が長い距離にわたって支持されていないためこれに
許容限度を越えるレベルの振動を発生させるおそれのあ
るヘッド領域の冷却材の流れに駆動棒を直接露出しない
ようにするため、ヘッド集合体にフローシュラウドを設
ける。ただし、駆動棒を囲む単純な円筒部材とした場
合、フローシュラウドはLOCAの際に炉心冷却を行うヘッ
ド集合体内の冷却材の大部分が流下するのを妨げること
になる。即ち、ブローダウンの際のヘッド領域から炉心
への冷却材の流路は駆動棒の外面と対応カランドリア管
の内面との間に画定される内側環状路を通る。従って、
ヘッド領域の冷却材がフローシュラウド頂部から排水さ
れると、残りの冷却材はカランドリア上板よりも上方の
ヘッド領域内にトラップされ、もはやフローシュラウド
とカランドリア管の間の環状路を通って炉心へ流下する
ことはできなくなる。

この問題を解決すべく、本発明ではフローシュラウドの
基部でカランドリア上板の頂面上方にフローホールを形
成すると共に、各フローシュラウド内にこれと同軸に転
流手段を配設して、フローホールの近傍で駆動棒を囲
み、それをシールドするようにする。このフローホール
によってヘッド領域の冷却材をブローダウンの際残らず
排水することができ、しかも運転手段はヘッド領域の冷
却材がフローホールを通過する際にその噴流が駆動棒に
作用するのを防止する。もし噴流が駆動棒に作用すれ
ば、駆動棒の横揺れを、従って、その摩耗を増大させる
という由々しい状態が発生する。転流手段にはさらに、
駆動棒と近接し、かつフローホール上方に位置する内側
部分に、ブローダウン時蒸気の噴流が冷却材のフローホ
ール通過を妨げないようにするための流量制限手段を設
ける。フローシュラウドの頂部からフローホールに至る
流路に流量制限措置が講じられていなければ、ブローダ
ウンの際ヘッド領域内の液位がフローシュラウドの頂部
に達すると上記したように冷却材の通過が妨げられるお
それがある。具体的には流れ制限手段が充分な流れ抵抗
を発生させるから、ヘッド領域の冷却材はフローシュラ
ウドの頂部に流入する蒸気によって閉塞されることなく
フローシュラウド基部のフローホールへ連続的に流入す
ることができる。従って、カランドリア、これと連携す
るフロシュラウド及びフローホール／転流構造はヘッド
領域から棒案内管頂部に至る全域にわたって駆動棒を冷
却材の横流から完全にシールドする一方、ブローダウン
に際して、必要な冷却材を流失させることなく炉心へ流
入させる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第1A図及び1B図から成る複合図（以下、第１図と総称）
はドーム形頂部またはヘッド集合体12a、円筒形側壁12b
及び原子炉10の基部を構成する閉じた底部12cを有する
圧力容器12を含む加圧水型原子炉10を一部断面で示す立
面図である。側壁12bには、その上部環状端面12dに複数
の入口ノズル11及び出口ノズル13（第１図にそれぞれ１
個だけ示す）を形成してある。円筒形側壁12bは溶接な
どで閉じた底部12cと一体的に接合してもよいが、ヘッ
ド集合体12aは着脱自在に側壁12bの上部環状端面12dに
嵌着し、固定する。側壁12bには後述する種々の炉内構
造物を支持するためのほぼ環状の内側棚部12eが形成し
てある。閉じた底部12c内には図面に略示するようにい
わゆる底部計装手段14が設けられている。

下槽集合体16は略示したように取り付け支持部材18bに
嵌着された下部炉心板18に下端を固定したほぼ円筒形の
側壁17を含む。円筒形側壁17は容器12のほぼ全軸高に相
当する高さを有し、その上端に環状取り付けリング17a
を含み、該リング17aはその上端が取り付け用環状棚部1
2eに嵌着されて下槽集合体16を容器12内に支持する。詳
しくは後述するように、側壁17は入口ノズル11の近傍で
は無孔であるが、出口ノズル13に近くこれと整列して内
部にノズルリング17cが取り付けられた孔17bを有する。
円筒形側壁17の軸高の約1/2の位置において該側壁17の
内面に固定された取り付け用支持部材13dによって上部
炉心板19を支持する。下部炉心板18に装着した底部マウ
ント22及び上部炉心板19に装着され、これを貫通してい
るピン状マウント23によって下槽集合体16内にほぼ垂直
にかつ軸平行関係に燃料棒集合体20を配置する。上部及
び下部炉心板18、19のほぼ全域にわたってフローホール
18a,19a（図面には２個だけを示した）を所定のパター
ンで設ける。フローホール18aは原子炉冷却材が下槽集
合体16へ流入して炉心を画定する燃料棒集合体と熱交換
関係になることを可能にし、フローホール19aは炉心排
出流が内槽集合体24へ流入することを可能にする。円筒
形側壁17の内側に公知の態様で中性子反射／遮蔽手段21
を設ける。

内槽集合体24はその下縁端が上部炉心板19に一体的に接
合された円筒形側壁26を含む。側壁26の上部開口端に環
状取り付けリング26aを固定してあり、このリング26aを
環状保持ばね27上に載置し、取り付けリング17aと共に
取り付け用棚部12eで支持する。側壁26は孔17b及び出口
ノズル13と整列する孔26bをも含む。内槽集合体24の円
筒形側壁26内に、複数の棒案内管が狭い間隔で互いに軸
平行関係に配列されている。図示を簡略化するため、第
１図にはそのうちの２本、即ち、放射線制御棒（RCC）
クラスタ30を収容する棒案内管28及び水排除棒（WDRC）
クラスタ34を収容する棒案内管32だけを示してある。各
RCCクラスタ30及び各WDRCクラスタ34の棒はそれぞれに
対応のスパイダ100、120に取り付けてある。棒案内管28
の上下端にそれぞれ取り付け手段36、37を、同様に、棒
案内管32の上下端にそれぞれ取り付け手段38、39を設
け、下端取り付け手段37、39によって対応の棒案内管2
8、32を上部炉心板19に取り付け、上端取り付け手段3
6、38によって対応の棒案内管28、32をカランドリア集
合体50、具体的にはカランドリア底板52にそれぞれ取り
付ける。

詳しくは第３図に図示し、該図に関連して後述するカラ
ンドリア集合体50はカランドリア底板52のほかに、カラ
ンドリア集合体50の主要支持板として機能し、かつフラ
ンジ26aに載置された環状フランジ50aに接合されてカラ
ンドリア集合体50を取り付け用棚部12e上に支持するカ
ランドリア上板54を含む。カランドリア上板54及び底板
52の孔と整列させて複数の軸平行カランドリア管56、57
を配置し、その両端を前記カランドリア上板及び底板に
取り付ける。具体的にはカランドリア延長部58、59がカ
ランドリア底板52の対応孔を貫通してそのカランドリア
底板に固定され、対応のカランドリア管56、57がそれぞ
れ延長部58、59に固定される。同様に、カランドリア管
56、57の上端はカランドリア上板54に連結される。カラ
ンドリア管56、57の具体的な連結態様は本発明にとって
重要であり、第３図及び第４図乃至第７図を参照しれこ
れを説明する。

図示の各カランドリア延長部58、59の具体的な構成につ
いて、カランドリア延長部58だけがカランドリア底板52
から下方へ突出し、RCC棒案内管28の上端または頂部の
ための対応取り付け手段36と連結している。WDRC棒案内
管32と連携の上下取り付け手段38は可撓リンケージを介
してRCC棒案内管28の取り付け手段36と連結することが
できる。これに代わる方式として、WDRC棒案内管32をカ
ランドリア底板52と独立に連結し、カランドリア延長部
59も延長部58と同様に底板52から下方へ突出させてWDRC
取り付け手段38と係合させ、これを側方から支持させて
もよい。

カランドリア上板54よりも上方へ、即ち、容器12のヘッ
ド集合体12a内へ、複数のカランドリア管56、57とそれ
ぞれ整列し、かつこれと連結された複数のフローシュラ
ウド60、61が延びている。これと同数のヘッド延長部6
2、63が複数のフローシュラウド60、61と整列するが、
それぞれの下端62a,63aは組立て作業を容易にするた
め、即ち、ヘッド集合体12aをこれと係合する容器側壁1
2bの環状端面12dへ降下させる際駆動棒（第１図に示さ
ない）をヘッド延長部62、63内へ案内するためフレアさ
せるか鐘形に形成してある。フレア端62a、63aには完全
に組立てた状態で、第１図に示すように、フローシュラ
ウド60、61の対応上端60a,61aが嵌入する。ヘッド延長
部62、63はヘッド集合体12aの頂壁部分を密閉関係に貫
通する。制御棒クラスタ（RCC）駆動機構64及び水排除
棒クラスタ（WDRC）駆動機構66をそれぞれ対応のヘッド
延長部62、63、フローシュラウド60、61及びカランドリ
ア管56、57と連携させ、前記延長部、フローシュラウド
及びカランドリア管を放射線制御棒クラスタ30及び水排
除棒クラスタ34と連携させる。RCC駆動機構（CRDM）64
は従来型の原子炉容器に使用されているような公知のタ
イプのものでもよい。

CRDM64及びDRDM66と連携するそれぞれの駆動棒は、各CR
DM64及びDRDM66から放射線制御棒クラスタ（RCC）30及
び水排除棒クラスタ（WDRC）34に至る細長い剛性の棒と
構造的に機能的にも等価であり、それぞれの下端がスパ
イダ100、120に連結されている。従って、CRDM64及びDR
DM66は対応の駆動棒を介してRCC30及びWDRC34の垂直位
置を制御する。即ち、上部炉心板19に設けた対応の孔
（図示しない）を通してRCC30及びWDRC34を降下及び／
または上昇させ、降下位置では連携の燃料集合体20を包
囲する。

尚、下槽集合体16の内高D1は約4.5m（178インチ）、燃
料棒集合体20の有効長D2は約4mである。内側軸高D3は約
4.47m（176インチ）、棒クラスタ34、40の移動範囲D4は
約4.5mである。対応するCRDM及びDRDM駆動棒の移動範囲
も約4.5mである。

具体的な制御機能は本発明にとって重要ではないが、炉
心内での反応の制御が各棒クラスタ30、34を選択的に位
置決めすることによって行われる限り、制御棒クラスタ
30を炉心に挿入したり引き抜いたりする程度と、水排除
棒クラスタ34を選択的に位置決めして行う排水の実効量
とで反応の減速または制御が達成されることは当業者に
とって明白であろう。原子炉からの出力を所期のレベル
に設定するには、WDRC34よりもRCC30の調節が頻繁に行
われる。逆に、WDRC34は各燃料サイクルの開始時に先ず
下槽集合体16へ完全に降下または挿入される。次いで
（第１図には示さないが）連携の駆動棒及びDRDM66によ
りWDRC32を、過剰反応度が燃料サイクルの経過と共に低
下するに従って選択的に引き上げる。多くの場合、この
操作は、４つのWDRC34から成るグループを同時に燃料棒
集合体20と連携する完全挿入位置から対応のWDRC案内管
32内の、従って内槽集合体24内の完全上昇位置へ連続的
かつ制御下で引き抜いて行われる。典型的には、約18カ
月の燃料サイクルの約60％乃至70％にわたってWDRC34は
すべて燃料棒集合体20内に完全挿入状態のままである。
次いで、過剰反応度が低下するに従って、WDRC群を選択
的にかつ順次完全引き抜き位置へ移動させることによ
り、調節可能なRCC30の制御下に所期の出力レベルを維
持するのに必要な公称反応度レベルを維持する。

容器10内を流動する原子炉冷却材または冷却水は第１図
にそのうちの１個を示した複数の入口ノズル11から、容
器12の円筒形側壁12bの内面によって画定されるほぼ円
筒形の外面と下槽集合体16の円筒形側壁17によって画定
されるほぼ円筒形の内面との間の環状チェンバ15を通っ
て降下する。次いで流れ方向が反転し、軸方向に下部炉
心板18のフローホール18aを上向きに通過して下槽集合
体16に流入し、上部炉心板19の複数のフローホール19a
から内槽集合体24に流入し、軸平行流のまま内槽集合体
24内を流れ、最後にカランドリア底板52のフローホール
52aから上向きにカランドリアへ流入する。従って下槽
集合体16内でも内槽集合体24内でも軸平行の流れ状態が
維持される。カランドリア50内で、流れはほぼ90度方向
変換して（第１図にそのうちの１個を示した）複数の出
口ノズル13から半径方向に流れ出る。冷却材の流れは脚
部12eに載置された取り付けフランジの周縁バイパス通
路を通ってヘッド集合体12aの内部へも流入する。具体
的には、フランジ17aに、共通の半径距離を保ちながら
周方向に間隔を隔てて形成した複数の孔170が環状チェ
ンバ15からばね27と容器12の側壁内面との間の環状空間
172に至る軸方向流路を提供する。また、複数の整列孔1
74、176がフランジ26a,50aを貫通し、孔174は環状空間1
72からヘッド集合体12aの内部に至る流路を完成するよ
うに傾斜させてある。冷却材の流れはヘッド領域から、
後述するようにいくつかのフローシュラウド60、61及び
カランドリア管56、57の内側に画定される環状降水流路
を通り、カランドリア底板52の直ぐ下方の内槽集合体24
の頂部領域へ流れ出て炉心排出流と合流し、カランドリ
ア50を通過し、出口ノズル13から流出する。

ヘッド領域の冷却材の流れはヘッド集合体12aをこの集
合体に設けられている設備、例えばCRDM64によって必要
な、容器12の他の部分よりも充分に低い温度に維持す
る。後述するように、ヘッド領域は冷却材タンクを兼
ね、冷却材流失事故（LOCA）の際に、冷却材がこのタン
クから降水通路を通っていわゆるブローダウン動作によ
り急速に流下し、燃料棒集合体20の炉心を冷却すること
ができる。

ヘッド領域内での循環水または原子炉冷却材の圧力は普
通約160kg/cm²程度であり、上記引用特許に詳細に開示
されているようにDRDM駆動棒を完全挿入位置から完全引
き抜き位置または上昇位置へ上昇させるためのエネルギ
ー源、即ち、DRDM66に対する流体圧となる。尚、下槽集
合体16及び上槽集合体20、特に燃料棒集合体20を冷却材
が通過するのに伴って圧力が降下するから、炉心排出流
の圧力は比較的低い。

第２図は第１図におけるRCC及びWDRC棒案内管28、32の
取り付け手段36、38と底板52との中間位置においてカラ
ンドリア底板52を略示する断面図である。また、第２図
は拡大図であり、内槽集合体24内に間隔を詰めて配列さ
れた複数の制御棒及び水排除棒クラスタ30、34の配列を
示すため、カランドリア50の内部構造の四分円だけを示
している。円で囲んだ「Ｄ」は対応のWDRCクラスタ34と
連携する対応のDRDM駆動棒を挿入するためカランドリア
底板52に形成した孔であり、同様に円で囲んだ「Ｃ」は
対応のRCCクラスタ30と連携する対応のCRDM駆動棒を挿
入するためカランドリア底板52に形成した孔である。こ
れらの孔Ｃ及びＤは対応のRCC及びWDRC、カランドリア
管56、57、及び対応のシュラウド60、61及びこれらに収
容されている駆動棒と共に降水流路を画定する。また、
第２図に示すカランドリア底板52上の円52aは第１図に
示す孔52aに対応し、内槽集合体24からカランドリア集
合体50への原子炉冷却材排出流が通過する。

要素74はボルト76によって１対づつ反対向きにカランド
リア底板52に取り付けた板ばねであり、互い違いの直交
パターンでRCC連携の孔「Ｃ」の直径とほぼ整列関係に
ある。ばね74の自由端は下向きに、隣接孔「Ｃ」のRCC
取り付け手段36の頂面と当接することにより、取り付け
手段36の、従って、連携の棒案内管28の横方向変位に抗
する摩擦力を発生させる一方、棒案内管の軸方向位置の
設定にある程度の柔軟性を持たせる。ばね74の使用はRC
C棒案内管構造取り付け手段として好ましい一例である
が、上記同時出願“FLEXIBLE ROD GUIDE SUPPORT STRUC
TURE FOR INNER BARREL ASSEMBLY OF PRESSURIZED WATE
R REACTOR（加圧水型原子炉の内槽集合体のための棒案
内管弾性支持機構）”に記載されているように、他の取
り付け手段を使用してもよく、従って上記構造は本発明
の限定するものではなく、あくまでもその一例に過ぎな
い。

第２図は第１図に示した複数の入口及び出口ノズル11、
13の相対位置を示し、第２図に平面図で示す容器の四分
円を図示の90度軸線を中心に鏡像関係に反転させ、さら
に０゜/180゜軸線を中心に反転させれば容器12の完全形
状（360゜）が得られる。従って、合計４個の入口ノズ
ル11が存在し、そのうち２個は90゜及び270゜位置をそ
れぞれ中心として等間隔に配置されている。または出口
ノズル13も合計４個あり、そのうち２個は０゜及び180
゜位置をそれぞれ中心として等間隔に配置されている。
第１及び第２図を比較すれば明らかなように、RCCクラ
スタ及びWDRCクラスタは内槽集合体24のほぼ全断面積に
わたって間隔の詰まった、互いに入り組んだ配列体とし
て配置されている。RCC及びWDRC棒クラスタ30、34は、
対応の駆動棒を介して後述のCRDM64及びDRDM66と連結す
る第１図に示した対応のスパイダ100、120によって支持
される。

第３図は、カランドリア管56、57とそれぞれ連携するシ
ュラウド60、61を含むカランドリア50を容器12から取り
外した状態で示す一部断面拡大立面図である。延長部5
8、59を介してカランドリア管56、57の下端とカランド
リア底板52との連結を第４及び５図に、カランドリア管
56、57の上端と連携のシュラウド60、61の下端及びカラ
ンドリア上板54との連結を第６及び第７図にそれぞれ詳
細に示した。第４乃至７図はいずれも第３図のような垂
直断面図であるが、第３図よりも拡大されている。第３
乃至７図に沿って以下に説明する。

第３図から明らかなように、カランドリア集合体はフラ
ンジ50a,上下周縁部をフランジ50a及びカランドリア上
板54にそれぞれ溶接した円筒形上部連結部材152、及び
上下端縁をカランドリア上板54及び底板52にそれぞれ溶
接した円筒形下部連結部材またはスカート154より成る
複合構造のほぼ円筒形フランジ付外殻150を含む。円筒
形下部連結部材またはスカート154はカランドリア板底5
2の孔52aを通ってカランドリア52内に流入した軸方向炉
心排出流が90゜方向転換してカランドリア50から孔154a
を通って半径方向に出口ノズル13へ流出できるように各
出口ノズル13と整列する孔154aを含む。

特に第４及び５図から明らかなように、カランドリア管
56、57の延長部58、59はカランドリア底板52に形成した
対応の取り付け孔158、159に挿入され、前記取り付け孔
158、159は対応の延長部58、59の周囲を囲む「Ｊ字形」
断面環状路158a,159aを画定するように端ぐりされてい
る。Ｊ字形環状路158a,159aとこれに隣接する各延長部5
8、59の周面との界面に全厚溶け込み溶接部158b,159bを
形成して両者間に可撓性環状溶接ジョイントを形成す
る。次いで各カランドリア管56、57の下端を対応の延長
部58、59の傾斜した上端面58a,59aに突き合わせ溶接す
る。このようにして延長部58、59は環状路158a,159a及
び可撓性環状溶接ジョイント158b,159bと共にカランド
リア管56、57の下端とカランドリア底板52との間に弾性
連結手段を形成する。

すでに述べたように、WDRC駆動棒201及びWDRC棒案内管3
8と連携する延長部59をカランドリア底板52の下面と同
高に形成するのではなく、RCC棒案内管36と連携する延
長部58と同様に軸方向下方へ延長突出させることによ
り、WDRC棒案内管32のための独自の取り突け手段38と係
合させてもよいが、その場合、上記同時出願に開示され
ているように、WDRC棒案内管32はRCC棒案内管28の取り
突け手段36に弾性的にリンクされない。

カランドリア管56、57をカランドリア上板54と連結する
手段を第６及び７図に示した。カランドリア上板54に取
り突け孔160、161を形成し、これにそれぞれのコネクタ
162、163を挿入し、それぞれの下端162a,163aを対応の
カランドリア管56、57の上端に、またそれぞれの上端16
2b,163bを対応シュラウド60、61の下端にそれぞれ突き
合わせ溶接する。コネクタ162、163はカランドリア上板
54の頂面の近傍で孔160、161の側壁と並置接触関係とな
るように半径方向に張り出した環状取り付けカラー16
4、165を具備し、両者の間にそれぞれ対応の全厚溶け込
み溶接部166、167が形成されている。

第４図及び６図と第５及び７図からそれぞれ明らかなよ
うに、RCC駆動棒200及びWDRC駆動棒201を対応のカラン
ドリア管56、57、その延長部58、59、コネクタ162、163
及びシュラウド160、161に挿通することにより、対応の
RCC及びWDRC駆動機構64、66が各スパイダ100、120及び
連携のRCC棒クラスタ30及びWDRC棒クラスタ34に連結さ
れる。

特に第３図から明らかなように、カランドリア上板54及
び底板52の間隔が円筒形連結部材またはスカート154及
びカランドリア管56、57によって決定され、これらがい
ずれも第３乃至７図に関連して述べたようにそれぞれの
上下端をカランドリア上板54及び底板52に連結されてい
るという点から見てカランドリア集合体50はリダンダン
ト（冗長）構造である。構造的な安定性を確保すると共
に、流れによって発生する振動力に耐えて内部構造要
素、特に駆動棒200、201及びこれに取り付けられた棒ク
ラスタ30、34の過度の摩耗を防止するためにはカランド
リア構造に剛性が必要である。しかし、炉心排出流によ
って発生するヘッド集合体内の低温冷却材に対する熱過
渡現象及び定常的な温度差のため、カランドリア集合体
50内に著しい熱応力が発生し、これが主要支持手段であ
るカランドリア上板54をある程度湾曲させたり歪めたり
するおそれがある。板52、54、円筒形連結部材またはス
カート154及びカランドリア管56、57における温度分布
のパターンがそれぞれ異なり、しかも板54が歪み易いた
め、かなりの軸方向熱応力が発生する可能性がある。

本発明はこの熱応力を極力抑制し、許容レベルに制限す
る構造を提供する。即ち、カランドリア底板52の厚さを
約3.8センチ（1.50インチ）とし、すでに述べたよう
に、取り付け孔158、159を中心としてそれにほぼ対称的
なパターンでフローホール52aを形成する。従って、カ
ランドリア底板52は特にカランドリア上板54に比較して
可撓性が高い。しかもＪ字形環状路158a,159aは溶接ジ
ョイント158a,159bに充分な健全性を与えると共に横方
向の剛性に加えて軸方向の可撓性を与える。これらの要
因が組み合わされて軸方向熱応力及びこれに付随する曲
げ応力を補償する。

ヘッド集合体12a内において、フローシュラウド60、61
は、もし駆動棒200、201に直接作用すればこの領域を延
びる駆動棒200、201が長い範囲にわたって支持されてい
ないだけに、駆動棒200、201を振動させるおそれのある
ヘッド領域の冷却材の流れから駆動棒200、201を保護す
る。このような目的上必要な存在であるが、このフロー
シュラウド60、61はブローダウンの際にヘッド領域から
の冷却材の流れを阻止する原因ともなる。即ち、冷却材
流失事故（LOCA）の際、ヘッド集合体12a,即ち、ヘッド
領域内の冷却材が残らず降水流路を介して下槽集合体16
内の燃料集合体20より成る炉心に到達しこれを冷却でき
なければならない。すでに述べたように、降水流路21
0、211は駆動棒200、201と、これと連携するフローシュ
ラウド60、61、カランドリア管56、57及びこれと連携の
連結構造との間の環状路によって画定され、さらに内槽
集合体24及び上部炉心板19の孔19aを通って、下槽集合
体16の燃料集合体20を含む炉心部に延びる。尚、フロー
シュラウド60、61はヘッド延長部62、63のフレア端62a,
63aに嵌入されているがこれに付着されてはいない。

しかし、フローシュラウド60、61は必然的に無孔の側壁
を備えているから、ブローダウンの際にヘッド領域の冷
却材がフローシュラウド60、61の頂部を介して排水され
ても、残りの冷却材がヘッド領域内にトラップされ、降
水流路を介して炉心へ排水されない。そこで本発明は各
フローシュラウド61の基部に、コネクタ163の側壁を半
径方向に貫通するフローホール221を設け、ヘッド領域
内の冷却材がほとんど全部それぞれの環状降水流路211
に流入できるようにしてこの問題を解決する。図示の例
ではWDRCと関連するフローシュラウド61だけにフローホ
ールを採用しているが、流量をもっと大きくしたけれ
ば、同様のフローホール及びこれに関連する構造をRCC
関連のフローシュラウド60及びカランドリア管56のコネ
クタ162にも採用すればよい。

フローホール221を設ける場合には、フローホール221か
ら流入して駆動棒201に衝突する冷却材の噴流から駆動
棒201をシールドすると共に、冷却材のフローホール221
の通過を妨げるおそれのある蒸気の噴流に対しても対策
を講じることが重要である。即ち、周知のように、例え
ばLOCAの結果、ヘッド集合体12aのヘッド領域に蒸気が
トラップされることがある。ブローダウンの際にヘッド
領域内の冷却水の水位がフローシュラウド61の頂部より
も低くなると、蒸気はいわゆる「噴出」現象により環状
流路211に進入してそれ以上の冷却水がフローホール211
を通過できなくなるおそれがある。

本発明は各コネクタ163内にこれと同軸に転流手段222を
配設することによってこの問題の発生を未然に防止す
る。前記転流手段222は環状棚部163cに嵌着されてこれ
に溶接された環状フランジ223と、コネクタ164の内径よ
りも小さい外径を有する一体的な管状延長部224とより
成り、この延長部はコネクタとの間にフローホール221
に流入する冷却材を通過させる環状の降水流路211aを画
定し、この冷却材の流れが通常の環状降下流路211を介
するブローダウン流と合流する。

転流手段222はこのほかに、好ましくは転流手段222内の
半径方向内側カラーとして一体的に形成され、その内面
が駆動棒201の外面とわずかに隔たった流れ制限手段225
を含む。約4.5cmの駆動棒を使用する実際例では、環状
流れ制限手段225の内径が約5cm、軸方向長さが約3cmで
ある。流れ制限手段225は蒸気噴流がフローシュラウド6
1の開口頂部に流入するのを阻止するに充分な流れ抵抗
を発生させるから、冷却材がフローホール221を通過す
るのを蒸気の噴流が妨げることはない。流れ制限手段22
5を設けて蒸気の噴流による降水流の停滞を防止するこ
とで、正常な運転時においても、ヘッド領域からの降水
流のほとんどすべてかフローホール221を通過する。転
流手段222はこれと連携する一体的な流れ制限手段225と
共に、駆動棒210をヘッド領域内の冷却材の横流から完
全にシールドする構造を提供すると共に、駆動棒は、事
実上、ヘッド領域から棒案内管の頂部までの全長にわた
り保護され、ブローダウン時ヘッド領域の冷却材は減損
することなく全部炉心へ流入する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良型カランドリア集合体を組み込ま
れた新しい設計の加圧水型原子炉を一部断面で示す立面
図。 第２図は改良型カランドリア集合体の一部を第１図２−
２線において略示する平面図。 第３図はカランドリア集合体の構成要素の構造を明らか
にするため、カランドリア集合体の一部を一部断面で、
第１図よりも拡大して示す立面図。 第４、５、６及び７図はカランドリア管とカランドリア
上板及び底板との具体的な連結態様を示すための、第３
図図示の構造の各部の部分立面及び部分断面図である。 50……カランドリア 52……カランドリア底板 54……カランドリア上板 56、57……カランドリア管 58、59……カランドリア延長部 60、61……フローシュラウド 162、163……コネクタ 200……RCC駆動棒 210、211……降水流路 221……フローホール 222……転流手段 223……フランジ 225……流れ制御手段

フロントページの続き (71)出願人 999999999 四国電力株式会社 香川県高松市丸の内２番５号 (71)出願人 999999999 九州電力株式会社 福岡県福岡市中央区渡辺通２丁目１番82号 (71)出願人 999999999 日本原子力発電株式会社 東京都千代田区大手町１丁目６番１号 (72)発明者 ジェームス・エドウィン・ジレット アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、グリ ーンズバーグ レン・ドライブ 400 (72)発明者 ジョン・イー・グーセン アメリカ合衆国、ペンシルベニア州、アー ウィン ペン・ヒルズ・ドライブ ９ (56)参考文献 特公 昭53−47880（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器と、容器内に支持された炉心と、容器
   内を上下動可能なように支持され、炉心上方のプレナム
   に配列された垂直制御棒案内手段によって案内される制
   御棒と、制御棒を炉心内へ挿入し、また炉心から引抜く
   ため制御棒に連結した駆動棒を含み、容器に設けた少な
   くとも１つの入口ノズルを介して流入した冷却材が炉心
   を上向きに流れたのち案内手段を通過し容器の側壁に設
   けた出口ノズルから流出し、複数の制御棒を支持するス
   パイダが炉心との間の空間内を移動できるように炉心上
   方の炉心から充分距離を隔てたところで容器内を横断す
   るよう装着されたカランドリアを含み、カランドリアが
   上部支持板と下部支持板の間に取り付けられて駆動棒を
   収容する複数のカランドリア管を含み、下部支持板が炉
   心からの冷却材が軸方向上方へ流れるのを可能にする孔
   あき構造であり、カランドリアに流入する冷却材が駆動
   棒に衝突することなく管の外面に沿って横方向に流れ出
   口ノズルを通って流れ出ることができるようにカランド
   リアに半径方向の開口が形成され、さらに、上部支持板
   の上方で駆動棒を囲みカランドリア管と連通する第１の
   連結管を含む加圧水型原子炉であって、第１の連結管の
   少なくともいくつかが上部支持板の直ぐ上方でそれぞれ
   の壁に形成されたフローホールを有することと、収容し
   ている駆動棒をフローホールを介して噴射する液状の冷
   却材から遮蔽すべく対応の駆動棒を囲むように第１連結
   管の内部にこれと同軸にほぼ円筒形の転流手段を設けた
   ことを特徴とする原子炉。
2. 【請求項２】転流手段のそれぞれが環状フランジ及びそ
   れと一体的に連結された管状延長部を含むことと、第１
   連結管のそれぞれがその内側に連携の転流手段の対応す
   る環状フランジと係合する環状棚部を有することと、転
   流手段の管状延長部が連携の第１連結管内をこれと同軸
   関係にフローホールと並置する位置から下方へ延びてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の原子
   炉。
3. 【請求項３】転流手段のそれぞれが、事故の際にヘッド
   集合体内部に発生して集合体から液体を排除する蒸気が
   環状の降水流路を介して噴出するのを制限する流れ制御
   手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の原子路。
4. 【請求項４】流れ制限手段が、収容している駆動棒の外
   周面と近接して外周面との間にフローホールから上方へ
   所定の軸方向距離にわたって狭い環状流路を形成するよ
   うに管状延長部の内径よりも小さい内径の環状カラーよ
   り成ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の
   原子炉。
5. 【請求項５】カランドリア管をカランドリア管の下端の
   第２の連結管を介して下部支持板と連結することによ
   り、熱応力を許容レベルに制限すると共にカランドリア
   管に比較的剛性の横方向支持を与えることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれかに記載
   の原子炉。
6. 【請求項６】第２連結管が、対応カランドリア管の下端
   と下部支持板に形成した対応取り付け孔の側壁の間に形
   成した可撓性でほぼ環状の溶接ジョイントより成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の原子炉。
7. 【請求項７】それぞれの第２連結管の可撓性溶接ジョイ
   ントが対応取り付け孔を画定するＪ字形断面の環状体
   と、対応カランドリア管の下端へのＪ字形断面環状体の
   全厚溶け込み溶接部とから成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載の原子炉。
8. 【請求項８】カランドリア管がその頂部に、上部支持板
   に形成した対応取り付け孔の内径に一致する外径の環状
   カラーを備えたほぼ円筒形の中空コネクタを有し、上部
   支持板の対応取り付け孔の側壁と対応コネクタの環状カ
   ラーの間には全厚溶け込み溶接部が形成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項、第６項または第７項に
   記載の原子炉。