JPH10227883A - 炉心支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大型燃料集合体を採用した沸騰水型原子炉で、
製造・廃棄時の経済性，機械的強度及び運転性能などに
優れた炉心の支持構造を提供する。 【解決手段】制御棒駆動機構ハウジング６′の上に短尺
で燃料支持金具１６付きの十字型制御棒案内管１７を直
立させ、燃料支持金具１６上に短尺の流体慣性管１８を
直立させ、流体慣性管１８の上に燃料集合体２をのせ
る。流体慣性管１８の上部は流体慣性管支持格子で振れ
止めをする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炉心支持構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３に現行の沸騰水型原子炉の断面を示
した。沸騰水型原子炉は、原子炉を収納する圧力容器
１，多数の燃料集合体２を設置した炉心３，炉心３を囲
んで冷却材の流路を形成するシュラウド４，圧力容器１
とシュラウド４とで形成される環状流路の底部に設けた
複数のインターナルポンプ５（冷却材貿環ポンプ）、圧
力容器１の底部を貫通した制御棒駆動機構６により下部
プレナム７と炉心３の間を上下動される制御棒８，下部
プレナム７の制御棒８を収納してガイドする制御棒案内
管９，炉心３で発生した蒸気と水を分離する気水分離器
１０及び蒸気乾燥器１１等から成る。

【０００３】本発明に係わる炉心３の支持構造（図３の
Ａ部）を図４に示した。圧力容器１の底部を貫通した制
御棒駆動機構６の最外周のハウジング６′が圧力容器１
に溶接されている。制御棒案内管９は円筒形で、上部は
全面開口しているが、下部には底板があり、底板に制御
棒駆動機構６の駆動軸１２が貫通するノズル９′が設け
てある。

【０００４】制御棒案内管９はコアプレート１３に設け
た孔に差し込み、ノズル９′がハウジング６′に差し込
まれる。制御棒案内管９上部の開口部には燃料支持金具
１４が差し込まれ、さらに、その上に燃料集合体２が載
せられる。したがって、燃料集合体２（炉心３）の重量
は燃料支持金具１４，制御棒案内管９及びハウジング
６′を介して圧力容器１が支える。

【０００５】インターナルポンプ５から吐き出された冷
却材は制御棒案内管９の間を上昇して制御棒案内管９に
設けた孔と燃料支持金具１４に設けた孔が一致した冷却
材流路１５から燃料支持金具１４に入り、燃料集合体２
に導かれる。

【０００６】このような現行の沸騰水型原子炉に対し
て、燃料効率向上を目的にして、大型の燃料集合体を採
用する沸騰水型原子炉が提案されている。図５に現行の
沸騰水型原子炉の炉心の一部の断面を示したが、燃料集
合体２の２辺にだけ制御棒８の十字翼８′が接してい
る。これに対して、大型の燃料集合体を採用した炉心の
断面は図６に示したように、燃料集合体２の４辺に制御
棒８の十字翼８′が接している。したがって、現行の沸
騰水型原子炉と同様に、円筒形の制御棒案内管９を採用
すると隣接の制御棒案内管９同士が干渉して構造として
成立しない。

【０００７】そこで、制御棒案内管９同士の干渉を避け
るために特開昭63−83691 号公報では図７に示したよう
な燃料支持金具１６と一体の十字型の制御棒案内管１７
を提案している。この十字型制御棒案内管１７の向きを
９０度変えて組み合わせると、燃料支持金具１６が炉心
３下部を覆い、コアプレート１３のように冷却材流路の
制限と十字型制御棒案内管１７上端の振動の拘束とを行
う。したがって、コアプレート１３は不必要になる。図
７のＢ−Ｂ矢視図を図８に示したが、燃料支持金具１６
の上に燃料集合体２が載るので、現行の沸騰水型原子炉
と同様に燃料集合体２（炉心３）の重量は燃料支持金具
１６，制御棒案内管１７及びハウジング６′を介して圧
力容器１が支える。

【０００８】円筒形制御棒案内管９に比べて十字型制御
棒案内管１７は機械的強度が劣るので、相応の肉厚が必
要になり、材料と加工度の増加で製造コストが増大し、
寿命後の廃棄コストも増大することが見込まれる。ま
た、炉心配置上許される肉厚の十字型制御棒案内管１７
は座屈強度は十分であるが、ねじれ強度が不足して冷却
材の流れによるねじれ振動が心配される。

【０００９】他の制御棒案内管９同士の干渉を避ける方
法として、特開平5−249275 号がある。この発明は、図
９に一例を示したが、制御棒案内管を使用しないで、流
体慣性管（冷却材案内管）１８を採用する。駆動軸１２
が貫通する孔１９及び流体慣性管１８に連通する孔２０
を持つ仕切板２１をハウジング６′の上に載せる。

【００１０】仕切板２１の孔２０に合わせて流体慣性管
１８を直立させ、その上に燃料集合体２を載せる。流体
慣性管１８の上部は支持格子２２で支えるが、支持格子
２２は流体慣性管１８の振れを防止するが、流体慣性管
１８の上下方向の動きを拘束しない。

【００１１】したがって、燃料集合体２（炉心３）の重
量は流体慣性管１８，仕切板２１及びハウジング６′を
介して圧力容器１が支える。

【００１２】インターナルポンプ５から吐き出された冷
却材は圧力容器１の底と仕切板２１の間を流れ、各流体
慣性管１８からそれぞれ燃料集合体２に入る。現行の沸
騰水型原子炉と同様に（制御棒案内管１７を使用した場
合も同様）制御棒８が冷却材主流と接することはない。
この発明では、圧力容器１の底と仕切板２１の間が狭い
ので圧力損失が大きくなり、冷却材が燃料集合体２にバ
ランス良く配分されないと心配する向きもある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大型
の燃料集合体を採用した沸騰水型原子炉において、製造
・廃棄時の経済性，機械的強度及び運転性能などを総合
的に勘案した上で、優れた炉心の支持構造を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】特開平5−249275 号公報
で、冷却材の配分の心配を払拭するためには圧力容器１
の底と仕切板２１の間を広くする必要がある。圧力容器
１を大きくしないで圧力容器１と仕切板２１の間を広く
するには仕切板２１を上に移動すればよい。制御棒８よ
り下にあった仕切板２１を上に移動すると、図１０に示
したように十字型の制御棒８が仕切板２１を貫通するよ
うになる。仕切板２１の制御棒８貫通孔は当然十字型
で、中心部に制御棒８と駆動軸１２のカップリング２３
が通過するための丸孔がある。制御棒８の下端が仕切板
２１から抜け出すと、仕切板２１を貫通するのは駆動軸
１２だけになり、燃料集合体２内をバイパスする冷却材
流量が増大する。つまり、制御棒８の位置によって仕切
板２１と制御棒８（駆動軸１２）の隙間の大きさが変わ
り、冷却材のバイパス流量が変わることは都合の悪いこ
とである。さらに、仕切板２１の下にある制御棒８は冷
却材主流に接するので制御棒８の流動振動の発生が心配
される。

【００１５】制御棒８の位置によって冷却材のバイパス
流量が変わることと制御棒８の流動振動の発生は仕切板
２１以下の制御棒８を十字型の制御棒案内管１７のよう
なもので覆えば解決できる。また、十字型の制御棒案内
管１７が短いためにねじれ強度が増大し、流動振動によ
るねじれも防止できる。

【００１６】以上のように、特開平5−249275号と特開
昭63−83691号公報に示された構造を組み合わせること
によって個々の欠点を解消した優れた炉心支持構造が提
供できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１及び図２
に示した。図１は燃料支持金具１６と一体の十字型制御
棒案内管１７と流体慣性管１８の組立状態を示す斜視図
である。従来の半分の長さは十字型制御棒案内管１７と
流体慣性管１８を組み合わせて従来と同じ長さにする。
流体慣性管１８の上部はリング２４と板２５から成る流
体慣性管支持格子２６によって横振れを防止する。

【００１８】図２は炉心支持状態を示す断面図である
が、短尺の十字型制御棒案内管１７は従来と同様に下端
のノズルをハウジング６′に差し込み、ハウジング６′
上に自立する。制御棒案内管１７と一体の燃料支持金具
１６に流体慣性管１８を差し込み、流体慣性管支持格子
２６と上部を支えた流体慣性管１８に燃料集合体２を載
せる。燃料集合体２（炉心３）の重量は流体慣性管１
８，燃料支持金具１６，十字型制御棒案内管１７及びハ
ウジング６′を介して圧力容器１によって支えられる。
冷却材は圧力容器１の底部から十字型制御棒案内管１７
の外側に上昇し、燃料支持金具１６によって制限されて
流体慣性管１８に入り、燃料集合体２に導かれる。

【００１９】燃料支持金具１６の部分の詳細を図１１に
示したが、特開昭63−83691 号に示された燃料支持金具
１６の下には鎖線で示したようなノズルがある。このノ
ズルは入口部の圧力損失を大きくするので、本発明では
図示したように入口部に曲線の面取りを施す。燃料支持
金具１６の孔の上部には座繰りを施し、流体慣性管１８
の下部を差し込むが、差し込み深さの不足分を補うため
にリング状の保持具２７を燃料支持金具１６に溶接する
か、または、燃料支持金具１６と一体に形成するかして
流体慣性管１８の自立を助ける。

【００２０】図１２に現時点で計画されている流体慣性
管１８と十字型制御棒案内管１７の断面寸法を示した
が、流体慣性管１８の断面積は約１,５００mm²で、十字
型制御棒案内管１７の断面積は約１０,０００mm²にな
る。図９に示したように流体慣性管１８は１本で１体の
燃料集合体２を支えるのに対して、十字型制御棒案内管
１７は１体で２体の燃料集合体２を支える。したがっ
て、２本の流体慣性管１８と１体の十字型制御棒案内管
１７の断面積を比較すると、十字型制御棒案内管１７の
方が３.３ 倍大きい。つまり、十字型制御棒案内管１７
だけを使用した場合に比べ、流体慣性管１８と十字型制
御棒案内管１７を各半分長さ使用した方が原材料が１.
６ 分の１で済み、加工時及び廃棄時のコストも安くな
る。また、十字型制御棒案内管１７が半分の長さになる
と、ねじれ強度が大きくなるのでねじれ振動を心配する
必要がなくなる。

【００２１】圧力容器１底部から流体慣性管１８入口ま
での距離がどれくらいあれば、流体慣性管１８への流量
配分が均一になるのか確認されていない。しかし、イン
ターナルポンプ５は圧力容器１底部に向けて冷却材を吐
き出すので、本発明のように下部プレナム７高さの中間
位置に流体慣性管１８入口があれば、流量配分は均一に
なると考えられる。

【００２２】流体慣性管１８は冷却材に慣性を与え、チ
ャンネル内の流動安定性を向上させる作用をする。特
に、自然循環時のチャンネル内流動安定性の向上が顕著
である。図１３の相対長さ（流体慣性管１８と燃料集合
体２の長さの比）と相対減幅比（流体慣性管１８がある
場合とない場合の減幅比の比、減幅比は安定性を示す指
標）との関係の一例を示した。流体慣性管１８長さを下
部プレナム７高さ（燃料集合体２の長さとほぼ等しい）
の１／２（相対長さ０.５ ）にしても相対減幅比は０.
９ になる。つまり、流体慣性管１８長さを半分にして
も流体慣性管１８がない場合に比べてチャンネル内の流
動安定性を１０％向上させる効果があり、自然循環時の
運転余裕が増大する。

【００２３】以上に本発明の実施例として、１／２長さ
の流体慣性管１８と十字型制御棒案内管１７を組み合わ
せた例を示したが、図１３に示したように相対長さが
０.２以上であれば相対減幅比が小さくなり、チャンネ
ル内の流動安定性を向上させる効果がある。しかし、流
体慣性管１８をあまり短くすると十字型制御棒案内管１
７のねじれ振動の問題が再浮上し、逆に流体慣性管１８
をあまり長くするとチャンネル内の流動安定性向上効果
は大きくなるが冷却材流量配分の不均一問題が再浮上す
る。

【００２４】流体慣性管１８と十字型制御棒案内管１７
の組み合わせた場合の最適な両者の長さの比率は炉心３
の大きさによって異なると考えられるが、１／２長さの
流体慣性管１８と十字型制御棒案内管１７を組み合わせ
ると、最適ではないかも知れないが、個々に使用した場
合の欠点が解消される。

【００２５】また、制御棒案内管は十字型に限らず、特
開平5−249275 号公報に示されている四角の辺を内側に
湾曲させた四角状の制御棒案内管のように制御棒案内管
同士が干渉せず、流体慣性管が開口する下部プレナム部
に冷却材流路が確保できるものであれば、十字型制御棒
案内管と同じ効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、大型燃料集合体を採用
した沸騰水型原子炉で、製造・廃棄時の経済性，機械的
強度及び運転性能などで優れた炉心の支持構造を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示し炉心支持構造の一部の斜
視図。

【図２】本発明の実施例を示す炉心支持構造の一部の断
面図。

【図３】現行の沸騰水型原子炉の断面図。

【図４】現行の沸騰水型原子炉の炉心支持構造の断面
図。

【図５】現行の沸騰水型原子炉の炉心の一部の横断面
図。

【図６】大型燃料集合体を採用した炉心の一部を横断面
図。

【図７】燃料支持金具付十字型制御棒案内管の斜視図。

【図８】燃料支持金具付十字型制御棒案内管の炉心支持
状態を示す断面図。

【図９】流体慣性管による炉心支持状態を示す断面図。

【図１０】仕切板を高い位置にした場合の流体慣性管に
よる炉心支持状態を示す断面図。

【図１１】本発明の流体慣性管の組立状態を示す部分断
面図。

【図１２】流体慣性管と十字型制御棒案内管の横断面
図。

【図１３】流体慣性管のチャンネル安定性向上効果を示
す特性図。

【符号の説明】

１…圧力容器、２…燃料集合体、６′…制御棒駆動機構
ハウジング、８…制御棒、１６…燃料支持金具、１７…
十字型制御棒案内管、１８…流体慣性管、２４…リン
グ、２５…板、２６…流体慣性管支持格子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の燃料棒を束ねた燃料集合体を多数配
   置した炉心を支える炉心支持構造において、上部を流体
   に慣性を与える管とし、下部を隣接のものとの干渉を避
   ける形状の制御棒案内管としたことを特徴とする炉心支
   持構造。
2. 【請求項２】流体に慣性を与える管が直円管で、その長
   さが燃料集合体長さの０.２ 倍以上である請求項１に記
   載の炉心支持構造。
3. 【請求項３】制御棒案内管の形状が十字型である請求項
   １に記載の炉心支持構造。
4. 【請求項４】制御棒案内管の形状が四角形状である請求
   項１に記載の炉心支持構造。