JPH0843569A - 原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉運転不調の原因となる異物を冷却材か
ら分離して、集合させることのできる端壁ピースを備え
た原子炉を提供すること。 【構成】 沸騰水型原子炉はそれぞれ端壁ピース（１
９）を有した制御棒案内管を有し、各端壁ピース（１
９）は複数個の入口孔（２０）を有し、原子炉運転中は
その中を冷却材が流れる。前記入口孔（２０）の外側に
分離チェンバー（２４）が設けられ、その中で冷却材に
よって運ばれた固体物質が分離され、入口孔（２０）を
通って案内管の中へ入っていくのを防いでいる。冷却材
は前記チェンバー内のバッフル（２８）によって回転さ
れ、すべての固体物質は遠心力を受け、この遠心力と重
力とによって固体物質は案内管内へは入り込まないよう
になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は制御棒駆動装置の近くに
おいて固体物質分離器を有した、原子炉、特に、しかし
限定的ではなく、沸騰水型原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉プラントの沸騰水型原子炉は、原
子炉タンク内に組立てられた燃料集合体からなる炉心を
有している。運転中においては、原子炉タンクには冷却
材、即ち、水が炉心頂部より約２メートル上方の位置ま
で満たされている。この水は原子炉内を循環し、炉心内
をポンプで上昇させられ、水は炉心の燃料棒における核
分裂反応によって生じる熱によって沸騰させられ、水の
一部は蒸発される。蒸気（水蒸気）は発電のために蒸気
タービンへ送られる。炉心内で発生する出力は、炉心を
出入りする制御棒の作用、および炉心内を水を上昇させ
る機能を有する多数の循環ポンプの作用によって制御さ
れる。水は原子炉の減速材として、冷却材として、また
解放されたエネルギーの移送媒体としての機能を果た
す。原子炉の反応度は、通常の出力調整過程において
は、制御棒によって制御されるのではなく、原子炉の全
体出力を制御しなければならないような特別な過程の場
合以外は、循環ポンプの作用によって普通は制御され
る。制御棒は主として炉心内の出力分布を調節あるいは
制御するために使用され、１つの特定の燃料棒集合体に
特に高い出力が発生するのを防ぎ、従って燃料は、燃料
の運転寿命が終了に近づいた時に、燃料交換に先立っ
て、炉心内で均一に燃焼されるであろう。

【０００３】原子炉は、原子炉の寸法にもよるが、通常
約１００ないし１７５本の制御棒を有している。制御棒
は制御棒案内管の中に収納されており、冷却材はその中
をも流れる。前記案内管は上方向に開放されており、制
御棒駆動装置は案内管の底部に設けられている。制御棒
は普通は十字形の断面を有した形状になっており、その
底端部において数メートル、代表的には約４メートルの
長さを有した制御棒シャフトと連結されている。制御棒
シャフトは制御棒案内管の中を延在することに加えて、
案内管の底端近くに取り付けられた駆動装置ハウジング
の中に収納されてもいる。

【０００４】制御棒シャフトと駆動装置ハウジングとの
間の隙間は数ミリメートルであり、ハウジングの内壁と
シャフトの外面との間のギャップは、代表的には１ない
し２ミリメートルの巾である。制御棒は制御棒駆動装置
によって上方へ駆動され、下方へはその自重、即ち、重
力によって降下する。原子炉炉水の大部分は案内管の外
側を流れるが、炉水の一部分はまた案内管の下部におけ
る複数個の比較的小さな入口孔を通って、案内管の中へ
流入し、それが案内管を通過する時には、非常に乱れた
流れから少なくとも部分的に層流状態へ移行する。

【０００５】実際には、沸騰水型原子炉は２つの相互に
分離してはいるが、重なった炉水の流れを有している。
これらの分離的な流れは、部分的には、沸騰相において
蒸発する炉水の第１の流れからなっている。蒸気（水蒸
気）は蒸気タービン発電機へ送られ、次に復水器へ送ら
れて、そこで蒸気は液体状に転換され、最終的には給水
として原子炉に戻される。この第１の流れはこの明細書
においては給水流と呼ぶことにする。原子炉タンク内の
水の位置の高さは多数の給水ポンプによって制御され、
原子炉タンクにはタンクを出ていく水蒸気の容積に等し
い容積の給水が供給されるであろう。もう１つの流れは
この明細書では循環流と呼ばれ、流入する給水と、原子
炉タンク内の水蒸気から分離された水との混合物から形
成される。原子炉運転中は前記給水流は代表的には約
０．８５ないし１立方メートル毎秒になり、循環流は約
７ないし１４立方メートル毎秒になる。

【０００６】循環する冷却材によって動かされ、かつ与
えられた最大寸法を有する外部の固体が、原子炉の構造
の結果として最終的には制御棒案内管の中へ入るであろ
うということは確実である。固体は上方から上部開口を
通って、あるいは、最も普通のことであるが、それぞれ
の案内管の下部に位置した孔を通って、案内管の中へ入
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】既知の技術において
は、給水流によって原子炉タンクの中へ導入することの
できる固体の寸法は、原子炉タンク内への給水流の入口
に取付けられたふるい状の給水分配機によって制限され
ている。また材料片もタンク内に位置している構造体か
ら遊離し、循環流によってタンク周りを通過することも
ある、前述したように、なんらかの理由あるいはその他
のために、原子炉タンク内に存在していた遊離異物は制
御棒案内管に到達して、関連する駆動装置の機能を、例
えば、制御棒と案内管あるいは燃料集合体の近接表面と
の間へしっかりとくさび状になって挟まることによっ
て、損なうことがある。案内管の中へ入ったより小さな
異物は普通は関連する駆動装置ハウジングの中へ落下
し、ハウジングと制御棒シャフトとの間のギャップ内で
しっかりとくさび状になって入り込むことがある。この
ことは制御棒の動きの抵抗になったり、あるいは完全に
妨げたりすることになり、個々の燃料集合体において発
生する出力の制御を不可能にし、均一な燃料の燃焼制御
を不可能にすることがある。制御棒駆動装置の操作にお
ける不調の統計によると、不調の大部分は外部異物が制
御棒案内管へ入り込むことによって引き起こされている
ことがわかる。

【０００８】本発明の１つの目的は、流れている冷却材
によって運ばれる固体が制御棒案内管の入口孔を通って
制御棒案内管の中へ入る可能性をなくすことによって、
運転不調の危険性を最少にする原子炉を提供することに
ある。他の目的は、流れる冷却材によって運ばれる固体
を集合させることを可能にすることにある。さらに他の
目的は、固体や他の外部異物を分離させ制御棒案内管の
近くに集めるための装置を取付けることによって、既存
の原子炉を修正することにある。

【０００９】これらの目的および他の目的、および利点
は本発明によって得られ、上述した種類の原子炉は特許
請求の範囲請求項１の特徴部分において述べた特徴を有
している。

【００１０】本発明についてその例示的な実施例と、添
付図面とを参照しながらもっと詳細に説明することにす
る。

【００１１】図１は原子炉タンク２を有する沸騰水型原
子炉１を示しており、前記タンクは減速材タンク３と原
子炉水３１とを収納している。前記減速材タンク３は全
体的に円筒状になった減速材タンクスタンド３２の上に
密封的に取付けられている。減速材タンクの外壁と原子
炉タンクの内壁との間にはダウンカマー４が設けられて
いる。原子炉タンクの壁のほぼ中央には給水入口５が設
けられ、ダウンカマー４と連通している。原子炉が機能
している時に発生した水蒸気は、原子炉タンクの上端に
設けられた蒸気出口６を通って原子炉から出ていく。減
速材タンクスタンドの底部には多数の炉水入口７が設け
られており、減速材タンクの上端には複数個の蒸気出口
孔８が設けられ、これらを通って冷却材は減速材タンク
の中へ入り出ていく。前記炉水入口孔７はダウンカマー
の底部より下に位置し、前記ダウンカマーにもその底部
において入口孔（図示せず）が設けられている。原子炉
の底部には多数の、例えば、６台の循環ポンプ９とそれ
に関連するポンプモーター１５とが取付けられ、それら
はダウンカマーの底部における出口孔と連通していて、
炉水をダウンカマーから底部炉水入口孔７を通って減速
材タンクの中へ通過させるようになっている。図１の説
明においては、前記循環ポンプは原子炉タンク内に直接
的に取付けられているが、他の原子炉の例においては、
循環ポンプ９は原子炉タンクから分離されている。

【００１２】減速材タンクの上部には原子炉炉心１０が
配置され、これは炉心底部１１と炉心上部１２との間を
垂直方向に延在した細長い燃料集合体を有している。前
記燃料集合体は図１において概略的に示されているだけ
である。減速材タンクの下には多数の垂直方向に延在し
た制御棒案内管１３が設けられており、これらはその上
端において炉心底部１１と連結している。

【００１３】前記案内管はその上端において開放されて
おり、対称的に位置した制御棒孔を有した燃料集合体取
付け板（図示せず）のところで終わっている。各々の案
内管は制御棒を収納していて、前記制御棒は案内管の中
をそれぞれの制御棒駆動装置によって垂直方向に駆動す
ることができ、前記駆動装置は駆動装置のハウジング３
３を介して案内管の下部と連結しており、前記制御棒は
炉心の中へ燃料集合体と平行になって挿入することがで
きる。各々の制御棒案内管はその底部において多数の冷
却材入口孔を有しており、これは冷却材のそれぞれの案
内管内に流して、炉心内を上昇させることができる。原
子炉１の代表的な例においては、各々の案内管はその底
部においてそれぞれ端壁ピース１９を有しており、これ
は入口孔を含み、制御部材連結部分と合体している。

【００１４】図１に示した原子炉１はまた、入口５に取
付けられた給水分配器１６と、上部蒸気出口孔８に取付
けられた複数個の蒸気分離器１７と原子炉タンクの上部
に取付けられた湿分分離器１８とを有し、前記蒸気分離
器は炉心で発生した蒸気を炉水から分離させる機能を有
し、また前記湿分分離器は前記蒸気分離器１７を通過す
る蒸気から湿分を除去する機能を有している。

【００１５】炉水はこのようにして炉心内を循環し、加
熱発生された蒸気は原子炉タンクから分離され、そこか
ら出て発電機に送られ、その後、蒸気は凝縮されて給水
として原子炉へ戻される。循環ポンプによって減速材タ
ンクスタンドへ導入された水は、制御棒案内管の外側と
内側、即ち案内管の間と、燃料集合体の外側と内側とを
通って、炉心内を上昇していく。流入してくる水の大部
分は案内管の外側を流れる。

【００１６】図２は制御棒案内管１３の端壁ピース１９
の側断面図である。端壁ピース１９の上部は制御棒案内
管の直径と同じ直径を有し、また端壁ピース１９の底部
はより小さな直径を有し、駆動装置ハウジングと連結す
るための駆動装置連結部を形成している。説明している
実施例の端壁ピースは、複数個の原子炉炉水入口孔２０
を有している。前記入口孔２０は、端壁ピース１９の上
部と下部との連結部を形成している中間部分に位置して
いる。前記端壁ピース１９には本発明の好ましい実施例
による固体物質の分離器２２が設けられており、これは
分離チェンバー２４とバッフル２８とからなる。前記分
離器２２は対称的な形状をしており、分離チェンバー２
４が入口孔２０の外側に位置するように端壁ピース１９
と連結している。図には２つのバッフル２８が示されて
おり、それについて以下もっと詳細に説明する。

【００１７】図３は前記分離器を備えた端壁ピース１９
の概略的な側面図であり、見える部分は実線で、見えな
い部分は鎖線で示してある。説明している分離器２２は
２つの冷却材入口孔２６を有していて、図３ではその内
の１つだけが示されている。

【００１８】図４は図３の線Ｔ−Ｔにおいて見た端壁ピ
ース１９の断面図である。この図は端壁ピース１９の下
部、分離器２２、分離チェンバー２４、およびバッフル
２８を示している。

【００１９】原子炉が運転状態にある時には、循環する
原子炉炉水は、冷却材入口孔２６を通って分離器２２の
中へ入り、そこから入口孔２０を通ってそれぞれの制御
棒案内管の中へ流入していく。冷却材によって運ばれ、
分離器２４の中へ流入した全ての固体は、炉水から分離
され、入口孔２０を通って案内管の中へ入るのを防がれ
ているであろう。バッフル２８は冷却材入口孔２６の近
くに取付けられていて、冷却材を回転させ、炉水によっ
て運ばれてきた固体物質に対して、炉水の主な流れ方向
と異なった方向へ作用する遠心力を加える機能を有して
いる。前記固体物質は、それ自身に作用する遠心力、お
よび多分重力によって、流入する炉水によって制御棒案
内管１３，１９の中へ運ばれるのを防がれている。

【００２０】図５は本発明の他の実施例を概略的に示し
ている。この実施例の場合には、入口孔２０の外側に流
体チャンネル３０が設けられており、その形状は流入し
てくる炉水の与えられた容積に対する滞留時間が、炉水
によって運ばれてきた固体物質の落下時間よりも長くな
るような形状になっており、この固体物質は与えられた
所定の炉水内最少落下速度を有しており、従って前記固
体物質は炉水と一緒になって制御棒案内管１３内へ入る
のを重力によって防がれることになる。図５の実施例に
おいては、流体チャンネル３０は冷却材入口孔２６の近
くに取付けられたバッフル３２の助けを得るような形状
になっている。

【００２１】本発明の前述してきた実施例においては、
原子炉炉水の流れ状況が入口孔２０において変化され、
従って、重い固体物質あるいは異物、および強力な循環
流れによって原子炉タンク内に運ばれた固体物質に作用
する浮力が極めて小さくなり、従って異物や固体物質は
制御棒案内管の中へ運ばれる代わりに、分離チェンバー
２４の下部に集まるであろう。炉水はしばしばスラリー
状のより軽量の固体物質を含むことがあり、これらはそ
れ自身では原子炉に損傷を与えることはない。これらの
軽量の固体物質を集めることは本発明の目的ではない
が、それにもかかわらず、これらの軽量の固体物質の内
の幾らかは分離チェンバー２４の中に集まることがあ
る。本発明の１つの実施例（図示せず）においては、分
離チェンバー２４の底部には、そのような軽量の固体物
質を放出することのできる選択的に閉鎖可能な孔が設け
られている。

【００２２】従って、本発明の好ましい変形例の場合に
は、分離チェンバーの中にバッフルと流体チャンネルが
設けられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】全体的な原理を説明するための、沸騰水型原子
炉の断面図。

【図２】本発明にかかる好ましい実施例の分離器を設け
た、制御棒案内管の１つの端壁ピースの側断面図。

【図３】図２に示した端壁ピースの側面図。

【図４】図２および図３に示した端壁ピースの断面図。

【図５】本発明にかかる分離器を設けた、端壁ピースの
第２の実施例の概念図。

【符号の説明】

１ 原子炉 ２ 原子炉タンク ３ 減速材タンク ４ ダウンカマー ５ 給水入口 ６ 蒸気出口 ７ 炉水入口孔 ８ 蒸気出口孔 ９ 循環ポンプ １０ 炉心 １１ 炉心底部 １２ 炉心上部 １３ 制御棒案内管 １４ 制御棒駆動装置 １９ 制御棒案内管 ２０ 入口孔 ２２ ケーシング ２４ 分離チェンバー ２６ 冷却材入口孔 ２８ バッフル ３０ 流体チャンネル ３２ バッフル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉タンク（２）と、前記原子炉タン
   ク内に位置し、かつ減速材タンクスタンド（３２）上に
   密封的に取り付けられた減速材タンク（３）と、前記減
   速材タンク（３）と減速材タンクスタンド（３２）のそ
   れぞれの外壁面と原子炉タンク（２）の内壁面との間に
   おけるダウンカマー（４）と、原子炉タンク（２）の壁
   部のほぼ中央に位置し、かつ前記ダウンカマー（４）と
   連結した冷却材供給入口（５）、好ましくは給水入口
   と、原子炉（１）が運転中に発生する冷却材の蒸気のた
   めに、原子炉タンク（２）の上部に位置した蒸気出口
   （６）とからなる原子炉（１）、特に、しかし限定的な
   ものではなく、沸騰水型原子炉であって、前記減速材タ
   ンクスタンド（３２）の底部には原子炉炉水入口孔
   （７）が設けられ、前記スタンドの頂部には冷却材が減
   速材タンク（３）へ出入りするための蒸気出口孔（８）
   を備えた減速材タンク（３）が設けられ、前記原子炉は
   さらに、冷却材をダウンカマー（４）から炉水入口孔
   （７）を通って減速材タンク（３）内へ流入通過させる
   機能を有した循環ポンプ（９）を有し、前記減速材タン
   ク（３）は炉心底部（１１）と炉心上部（１２）との間
   を垂直方向に延在する細長い燃料集合体からなる原子炉
   炉心（１０）を有し、前記減速材タンクスタンド（３
   ２）は多数の、垂直方向に延在し、かつ上方に開放され
   た制御棒案内管（１３）を有し、各々の前記案内管はそ
   れぞれ垂直方向に可動的な制御棒を収納し、各々の制御
   棒はそれぞれの制御棒駆動装置（１４）によって、燃料
   集合体と平行になって炉心（１０）内へ挿入することが
   でき、各々の制御棒案内管（１３，１９）の底部には、
   冷却材が制御棒案内管（１３）内を流れて、炉心内を上
   昇することができるように入口孔（２０）が設けられて
   いる原子炉において、制御棒案内管（１３）の入口孔
   （２０）の外側に固体物質分離チェンバー（２４）が位
   置し、前記分離チェンバーが前記入口孔（２０）の周り
   で制御棒案内管（１３，１９）と密封的に連結するケー
   シング（２２）を有し、また前記ケーシングにはケーシ
   ング（２２）の壁部における孔の形をした冷却材入口孔
   （２６）が設けられていることを特徴とする原子炉。
2. 【請求項２】 請求項１記載の原子炉において、前記冷
   却材入口孔（２６）を通って分離チェンバー（２４）の
   中へ流入した冷却材に対して回転運動を与え、冷却材に
   よって運ばれた固体物質あるいは異物が遠心力を受け
   て、固体物質が冷却材の主な流れ方向とは異なった方向
   へ移動させられるような機能を有するバッフル装置（２
   ８）が設けられ、前記固体物質は固体物質に作用する遠
   心力によって、また多分重力によって、入口孔（２０）
   を通り案内管（１３）内へ運ばれることが阻止されてい
   ることを特徴とする原子炉。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２記載の原子炉におい
   て、前記入口孔（２０）の外側に流体チャンネル（３
   ０）を形成するように配置されたバッフル装置（３２）
   が設けられ、前記流体チャンネル（３０）が、冷却材の
   容積流量に対する滞留時間が冷却材によって運ばれた固
   体物質の落下時間より長くなるような形状を有してお
   り、従って、固体物質が前記異物に作用する重力によっ
   て、流入する冷却材と一緒になって制御棒案内管（１
   ３）の中へ入り込むのを阻止されていることを特徴とす
   る原子炉。
4. 【請求項４】 請求項３記載の原子炉において、前記分
   離チェンバー（２４）には流体チャンネル（３０）が設
   けられていることを特徴とする原子炉。
5. 【請求項５】 請求項２記載の原子炉において、前記分
   離チェンバー（２４）にはバッフル装置（２８，３２）
   が設けられていることを特徴とする原子炉。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項記載の原
   子炉において、分離チェンバー（２４）における冷却材
   の流体チャンネルの断面積が、制御棒案内管（１３）の
   入口孔（２０）におけるほうが、分離チェンバー（２
   ４）への冷却材入口孔（２６）におけるよりもかなり大
   きいことを特徴とする原子炉。