JPS5855882A

JPS5855882A - 沸騰水形原子炉

Info

Publication number: JPS5855882A
Application number: JP56155191A
Authority: JP
Inventors: 勝久林; 茂渡辺
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-04-02
Also published as: JPS623393B2

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】本発明は炉心の上側に制御棒駆動機構を備えた沸騰水形
原子炉に関する。

従来の沸騰水形原子炉は一般に第１図に示されるように
構成されている。すなわちａは原子炉圧力容器でありて
、この圧力容器１内には炉心すが設置される。ｔた、こ
の炉心すの下方位置には制御棒駆動機構Ｃが設けられ、
また、炉心すの上方位置には気水分離器ｄおよび蒸気乾
燥器・が設けられている。そして炉心すで発生した水蒸
気はこれら気水分離器ｄおよび蒸気乾燥器［相］を通っ
て湿分が除去され、主蒸気管ｆを介して発電タービン等
の外部熱機器ｇを駆動する。そして復水器りを経た復水
は給水ポンダ１および給水スノタージャｍを通じて再び
原子炉圧力容器１内に送り込まれるようＫなっている。

また、原子炉圧力容器ａ内には冷却材再循環用のゾエ、
トポンゾｊが設けられ、再循環ポンプｋによって冷却材
を循環させるようＫなっている。

以上のように構成された従来の原子炉は、制御棒駆動機
構Ｃが炉心すの下側に設けられており、水圧式制御棒駆
動ユニット等を使用して水圧で制御棒を昇降させるため
、引抜き制御等の水圧制御が比較的やっかいで構造も複
雑である。

また制御棒は自重により落下する方向、つまり炉心すの
核反応を促進する方向に重力を受けるため、制御棒の不
用意な引抜き事故を防止する上で厳格な安全対策が必要
となる。たとえば従来は制御棒自身に速度リミッタを取
付けて落下を抑制したり、制御棒駆動機構にロック装置
を設けるなどしているため、構造の複雑化を招いている
。また、制御棒駆動機構Ｃが比較的放射線汚染度の高い
炉底部に位置することから、制御棒駆動機構Ｃの放射線
汚染度が高く、したがって制御棒駆動機構ｅの保守点検
、交換時などくおける作業員の被ばく量が大きいという
問題があった。しかも従来はジ８．トＩングｊを再循環
−ンプｋによって駆動させており、冷却材の給水系とは
゛独立した専用の再循環系を備えているため、原子炉設
備が一層複雑なものとなり、原子炉を小形に構成する上
での障害になっている。

また、従来の原子炉では気水分離器ｄおよび蒸気乾燥器
・を沸騰水面に対して隔離した構造となっていないため
、気水分離器ｄおよび蒸気乾燥器・を通過した乾燥蒸気
に沸騰水面で生じた湿った蒸気が混入し易く、良質な蒸
気を得る上で問題であった。

本発明は上記事情にもとづきなされたものでその目的と
するところは、原子炉の構造を簡略化でき、特に中・小
出力の中形以下の原子炉を得る上で有利となるとともに
１良質な蒸気を得ることができ、しかも制御棒駆動機構
の汚染度を低めることができる沸騰水形原子炉を提供す
ることにある。

すなわち、本発明の概略は第２図に示したように構成さ
れる。以下第２図を参照して説明する１図中１は炉心２
を内蔵した原子炉圧力容器であって、上記炉心２の上方
位置に制御棒案内管３が鉛直に設置されている。これら
制御棒案内管３の上方には制御棒駆動機構４が設けられ
ており、上記案内管３を通じて炉心２の上方から制御棒
５を昇降するようになっている。また、上記原子炉圧力
容器１の上部の内周壁と制御棒案内管３との間に仕切円
筒６が設けられておシ、この仕切円筒６と原子炉圧力容
器壁７との間の空間部に気水分離器８が設置され、炉心
２で生じた蒸気を導入できるようになっている。また、
気水分離器８の上部には蒸気乾燥器９を設けてあり、乾
燥させた蒸気を主蒸気ノズル１０を通じて主蒸気管１１
に送るようになっている。

１２は発電タービン等の外部熱機器、１３は復水器であ
り、この復水器１３には給水配管１４が接続されている
。この給水配管Ｊ４の途中には給水ポンプ１５が設けら
れている。

また、炉心２の下面側圧冷却材流入室２０を形成してあ
シ、炉心２の下側から冷却材を送り込めるようになって
いる。さらに、原子炉圧力容器１内にはジェ、トＩング
２１が設置されている。このジェ、トＩンｆ２１は、吸
入口２Ｊａを上記給水ポンププ１５の吐出側に連通させ
、また噴射口２１ｂを上記冷却材流入室２０に連通させ
たものである。そして給水ポンプ１５から噴出する水の
勢いＫよ）、吸入口２１ａ周辺の冷却材を吸い込み、冷
却材流入室２０４ｆＣ噴射するようＫなっている。なお
、給水配管１４は給水４ンプＪ５の下流側において、−
例として２方に分岐され、一方の管を上記ジェ、トポン
グ２１の吸入口２１ｍ１ｌＣ接続し、また他方の管を給
水ス、パーシャ２２に接続しである。

以上のように構成された本発明原子炉によれば、制御棒
駆動系が全て炉心ｌの上方に設けられており、炉心２の
上方から制御棒５の挿入・引抜きを行なうため、万一制
御棒駆動機構４郷に不具合を生じて制御棒５が落下する
事故を生じても、核反応を抑制する方向に落下する訳で
あるから、安全対策を講じる上で非常に有利となる。す
なわち、従来のように炉心の下側から制御棒を挿入する
場合に比べて、比較的簡単な構造の制御棒駆動機構４を
採用でき、駆動制御も容易であるとともに、制御棒５に
速度リミッタが不要となシ、安全性も充分に確保できる
。

しかも、制御棒案内管３および制御棒駆動機構４等が比
較的放射線汚染度の低い原子炉上部に設けられるから、
たとえば制御棒駆動機構４の保守・点検、交換作業を行
なう際に作業員の被ばくを低減できる。よって安全性が
高く、かつ作業性が向上する。

しかも上記構成によれば給水ポンプ１５から送り出す冷
却材によってジェットポンプ２１を直接駆動するもので
あるから、従来のように再循環ポンプを使用した専用の
再循環系は不要となり、構造が簡略化する。したがって
、上記したごとく制御棒駆動系を全て炉心２の上方に設
置したことと相まって、原子炉を小形に構成する上で非
常に有利となり、ＷＫ中・小出力の中形以下の沸騰水形
原子炉を得る上での効果は大きい。

しかも本発明によれば、仕切円筒６と原子炉圧力容器Ｊ
との間の空間部に気水分離器Ｉと蒸気乾燥器９を設置し
てあシ、沸騰水面で生じる湿った蒸気を仕切円筒６の内
側に閉じ込めることができるため、気水分離器８と蒸気
乾燥器９を湿った蒸気から隔離できる。したがって、気
水分離器８および蒸気乾燥器９を通過した乾燥蒸気に湿
った蒸気が混入することを防止できるから、第１図に示
した従来のものに比べて良質の蒸気を効率良く得ること
ができるものである。

次に、本発明を具体化した一実施例について、第３図な
いし第１３図を参照して説明する。なお、ＷＪ２図と共
通する箇所については同一符号を付して説明は省略する
。

第３図において図中１鼻は原子炉圧力容器１の蓋であっ
て、この蓋１１はへ、ドダルト３０によって圧力容器本
体１ｂに固定されている。

また、上記圧力容器１内ｖｃＶｉ、炉心２の外側を構成
する円筒状のシュラウドＳ１が設置されている・そして
このシＪＬラウド３ノの上部に上部格子板３１が設けら
れ、ま水下部に炉心支持板３３が設けられている。この
炉心支持板ＪＪには燃料支持金具３４が設置されていて
、上部格子板３２との間で燃料集合体３５を４本−組に
して保持するようになりでいる。これら燃料集合体１５
は、四角筒状の庫チャンネルメツクス内に多数の燃料棒
を収容したものであり、従来の沸騰水形原子炉の燃料集
合体と同機の構造をなしている。そして、第５図に示し
たように中央に制御棒５が挿通している。

また、上記炉心支持板Ｊ３の下側に整流板３８が設けら
れている。この整流板１８には多数の整流孔Ｓ９・・・
を形成してあシ、これら整流孔１ｇ−・を追じて、冷却
材流入室２ｏ内の冷却材が整流家４０内に流入できるよ
うになっている・したがって、冷却材流入室２ｏに送シ
込まれた冷却材を均等に分配し、かつ整流して各燃料支
持金具３４のオリフィスｔｉｘＫ５Ｍ、入させることが
できる。

また、上部格子板３１の上方には、多数の流通孔を設け
た仕切板４１が設けられており、さらにこの仕切板４１
の上側にシュラウドへ、ド４２が設けられている。この
シュラウドヘッド４２は中央部が最も低くなるような凹
状をなしている。したがって上記仕切板ｔｘｔ通過して
上昇してくる気水混合物は、気水分離器８のスタンドパ
イプ４３の下端開口部に円滑に導びくことができる。

また、上記制御棒５は第６図および第７図に示したよう
に、横断面が十字状をなすグレード４５内に、メロンカ
ーバイトを充填したＩイズンチ、−ゾ４６を多数収容し
たものである。

４７はチューブ冷却孔である。そして、上記グレード４
ｊの上下両端部に端部金物４１１．４９を取着し、これ
ら端部金物４８．４９の外筒端にそれぞれ上部ガイドロ
ー２５０・・・と下ｓｆイトローラ５１・・・を取着し
である。したがって、制御棒案内管３内を円滑に昇降で
きるとともに、各燃料集合体３５０チャンネルゲ、クス
間を円滑に昇降できるものである。また、上側の端部金
物４ｇＫ吊上げ用の制御棒へ、ド５２が設けられている
。

一方、燃料支持金具３４は第８図および第９図に示すよ
うに構成されている。すなわち、４箇所に燃料支持孔５
５・・・が形成されているとともに、中央部に略十字状
の制御棒支持穴５６が形成され、この制御棒支持穴５６
の中心位置に緩衝突子５７が設けられている。この緩衝
突子５７は、ばね収容室５８に収容したばね５９の反発
力によって常時上向きに付勢され、頭部が突出している
。また、上記ばね収容室５８内には炉水が侵入できるよ
うになっている・また、上記燃料支持孔５５・・・は、
鉛直方向に形成された冷却材流通孔６０・・・Ｋ連通し
ておシ、これら冷却相流通孔６０・・−の下端開口部に
流量調整用のオリフィス６１・・・が設けられている。

６２は位置決め用のがイドピン嵌合凹部であり、との凹
部６２は、炉心支持板３３に突設された位置決めピン（
図示せず）Ｋ嵌合されるようになっている。

上記燃料支持金臭３４は以上のように構成されるから、
スクラム時等の緊急停止時に制御棒５が急速全挿入され
て端部金物４９が燃料支持金具３４に衝突する位置まで
落下しても、端部金物４９が緩衝突子５１に突き当たる
ため、落下衝撃を吸収できる。すなわち、ばね５９の反
発力と、ばね収容室５８内に溜っている水によるパ、７
７作用によって落下衝撃を吸収できるものである。

しかも燃料支持金具３４のオリスイス６ノは燃料支持孔
５５の真下に開口していて、オリフィス６１に流入した
冷却材をまっすぐに上昇させて燃料支持孔５５まで導び
くことができるから、上記のように整流板１８によって
冷却材を整流して均等に配分できるよう圧したことと相
まって、安定した均等の流れで冷却材を燃料集合体３５
１Ｃ導入できる。すなわち、従来のように燃料支持金具
の側部にオリフィスを設け、このオリフィスを通じて横
方向から冷却材を取シ入れるものに比べて、冷却材の流
れが安定しているから、燃料を均一にかつ効率良く冷却
することができ、燃料の機能と寿命が向上するものであ
る。

一方、上記冷却材流入室２０に冷却材を送）込む機能を
もつジェットテンプ２１は、吸入口２１ａの下流側に第
２の吸入口１１ｅｔを設けた多段ジェット式としてあシ
、よシ多量の冷却材を吸入して再循環させることができ
るよう罠なっている。

そして、上記ジェットポンプ２１は、給水Ｉング１６に
よって駆動されるようになっているから、従来の沸騰水
形原子炉のように再循環Ｉン！を用いた専用の再循環系
が不要となシ、省設備化を図る上で非常に有利である。

次に、制御棒駆動系について説明する。制御棒案内管３
の上端部には管状のハウジング６５が接続されている。

これらハウジング６５および制御棒案内管３は、仕切円
筒Ｃの内ｆＩＫ形成された空間に挿通している。上記ハ
ウジング６５は圧力容器蓋ＪａＫ直接溶接されている。

そして、上記ハウジングＣ５内に、第１０図に示すとと
１！２．チ機構６Ｇを先端に設けた口。

ドロアが昇降自在に挿通されている。上記う。

チ機構６６は、口、ドロアの先端に取着した先％ｌｌａ
ツＩＦｇ７ｍと、この先端口、ドσ１＆に対して昇降自
在に取付けられたスライド部材６８と、このスライド部
材６８にピン６＃を中心として揺動自在に枢着され九２
ツチ７ｏな゛どからなシ、このう、チ１０の先端係止Ｗ
６７０　ｍが制御棒へ、ドロＩＫ係説できるように構成
されている。九とえば、スライド部材６１を先端口。

ドロ１ａに対して相対的に上昇させ九ときに先端ｌ、ド
４７ｍの第１の押突部１１がう、チア０の受は座７２Ｋ
ｌｒ接し、これにより先端係止部２０ａが制御棒へ、ド
１１Ｋ係合し、制御棒５とロッド６７の連結がなされる
。また、スライド部材６８を先端口、ドロアｍ圧対して
相対的に降下させると、今度は第２の押突部７Ｂが受は
座７４に当接し、これによシ先端係止部７０ｍの保合が
外れる方向に回動し、制御棒へラド５２が切離せるよう
になっている。

そして、上記口、ドロアは制御棒駆動機構４によって昇
降駆動され、口、ドロアと一体に制御棒５を昇降させる
ことができる。上記制御棒駆動機構４としては、たとえ
ばマグネチ、クジャック式の２段う、チ、３段電磁石の
周知の構造を採用でき、スクラム駆動時には電磁石消磁
による自由落下方式とする。

一方、気水分離器８は第１２図に示されるように、−例
としてたて形軸流遠心式のものを採用する。すなわち、
４３はスタンド／ダイブ、７５は静止翼であり、スタン
ド−ダイア”４Ｊを上昇してきた気水混合物は静止翼７
５で旋回流とされ、遠心分離作用で水は外側、蒸気は内
側に分離される０分離された水は仕切円筒６の外側の水
中に戻される。

上記気水分離器８は、第４図に示したように仕切円筒６
の外側に局方向に複数個設置されており、仕切円筒６に
よって仕切円筒６内の沸騰水面１６と隔離されているか
ら、仕切円筒６内に溜っている湿り蒸気が気水分離器８
＠に混入することを防止でき、良質な蒸気を蒸気乾燥器
９に送シ込むことができる。しかも仕切板４ノによって
気水混合物を均等に各スタンドパイプ４３に配分できる
から、各気水分離器８を効率良く機能させることができ
る。

また、蒸気乾燥器９は一例として第１３図に示したよう
に構成されている。すなわち、多数の平行波板８０・・
・を水平方向に並べるとともに、これら波板８０・−・
の底部にドレン樋８１を取付けたものであシ、波板８０
・・・の間を通過する蒸気が方向を変えるたびに波板８
０・・・に衝突した水滴をドレン樋８ノに集めて蒸気か
ら分離する。

この蒸気乾燥器９は、第４図に示したように仕切円筒６
の外＠に周方向に沿って複数個設置されており、仕切円
筒６とｆイドプレート８１との間に収容されている。す
なわち、仕切円筒６内の湿り蒸気から隔離されているた
め、蒸気乾燥器９を通過した乾燥蒸気に湿り蒸気が混入
することを防止でき、良質の蒸気を効率良く得ることが
できる。

次に、上記一実施例原子炉の作用について説明する。給
水Ｉンプ１５によって送り出され要冷却材は、給水ス・
ダージャ２２を通じて原子炉圧力容器１内に噴出し、冷
却材の補給をなすとと４に、ノエ、トポング２１の吸入
口２１ｍＫ送゛られてゾエ、トＩンプ２１を駆動し、シ
ュラウド３１の外側の冷却材を吸入して冷却材流入室２
０内に送り込む。また、給水スフ４−ジヤ２２から噴出
する水量に応じて炉内水量が調節される。そして冷却材
流入室２０内に流入した冷却材は、ＪＩ流版板３８通っ
て燃料支持金具３４のオリフィス６１に流入し、流量が
調整さノｔつつ冷却材流通孔６０を上昇し、燃料集合体
３５の下端に設けた冷却材流入ノズルからチャンネルメ
ックス内に入り、核反応熱を受けつつ上昇する。そして
気水二相流となって燃料集合体３５の上部出口から流出
し、仕切板４ノを通り、シュラウドへ、ド４２の下面に
沿って外周側に案内されスタンドパイプ４３の下端開口
部に流入する。

そして気水分離器ＪＫよシ水と分離した湿り蒸気は、蒸
気乾燥器９に入シ、湿分が除去されて乾燥蒸気となシ、
主蒸気ノズル１ｏがら流出する。そして第２図に示す主
蒸気管１１を通じて発電タービン等の外部熱機器１２を
駆動し、復水器１２を通って復水となり、再び給水Ｉン
プ１５により原子炉圧力容器Ｊ内に送υ込まれる。以上
が蒸気の循環ループである。

一方、炉心２の出力制御は、制御棒駆動機構４を用いて
制御棒５を昇降することにより核反応度を調整して行な
う。そしてスクラム時等の緊急停止時には、制御棒５を
自重により落下させて炉心２に急速全挿入する。この場
合、前記したように、制御棒下端が燃料支持金具３４の
緩衝突子５７に衝突し、落下衝撃が吸収される。

なお、制御棒の落下衝撃を吸収する機構としては、上記
のような緩衝突子５７に限らず、たとえば制御棒の下端
にダッシュラムを設け、また炉心支持板側にこのダッシ
ュ２ムに嵌合するダッシ、／ットを設けた緩衝機構を採
用してもよい。

本発明は前記のごとく構成されるものであり、原子炉圧
力容器内の上部を仕切円筒で仕切シ、この仕切円筒の内
側空間を利用して制御棒駆動系を全て炉心の上方位置に
設置したから、従来のように原子炉底部側から制御棒を
挿入するものに比べて駆動制御が容易で安全性が高く、
かつ構造も簡略化する。また、これら制御棒駆動系が比
較的放射線汚染度の低い原子炉上部側に設けられるから
、制御棒駆動系の保守・点検、交換作業などに伴なう被
ばく量の低減が可能となる。

また、仕切円筒の内側に湿シ蒸気を閉じ込めるようにし
て、この仕切円筒の外側忙気水分離器と蒸気乾燥器を設
けたから、これら気水分離器と蒸気乾燥器を通過した乾
燥蒸気Ｉ／ｃｆｌシ蒸気が混入することを防止でき、良
質な蒸気が得られる。

そして、給水配管に接続された給水Ｉンデによって冷却
材再循環用のジェットポンプを直接駆動するから、従来
のように再循環４ノブを用いた専用の再循環系が不要と
なシ、省設備化が図れるなど、効率の高い中・小形原子
炉を提供する上で大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉を示す概略縦断面図。第２図は本発明の構成を示す原子炉の概略縦断面図。第
３図ないし第１３図は本発明の一実施例を示し、第３図
は原子炉の縦断面図、第４図は第３図中の■−１１１’
線に沿う横断面図、第５図は上部格子板部分の横断面図
、第６図は制御棒を一部断面で示す側面図、第７図は同
制御棒の底面図、第８図は燃料支持金具の平面図、第９
図は第８図中のＩＸ−ＥＫ線に沿う縦断面図、第１θ図
は制御棒駆動機構の２．一部を示す断面１２図は気水分
離器の縦断面図、第１３図は蒸気乾燥器の一部の斜視図
である。１・・・原子炉圧力容器、２・・・炉心、３・・・制御
棒案内管、４・・・制御棒駆動機構、５・・・制御棒、
６・・・仕切円筒、７・・・原子炉圧力容器壁、８・・
・気水分離器、９・・・蒸気乾燥器、１４・・・給水配
管、１５・・・給水ポンプ、２０・・・冷却材流入室、
２１００．ジェットポンプ、２１ａ・・・吸入口、２１
ｂ・・・噴射口。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１０図第１３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　炉心を内蔵した原子炉圧力容器と、上記炉心
の上方位置に鉛直に設置した制御棒案内管　３゜と、こ
の制御棒案内管を通じて炉心の上方から制御棒を昇降さ
せる制御棒駆動機構と、上記原子炉圧力容器上部の内周
壁と上記制御棒案内管との間に設けた仕切円筒と、この
仕切円筒と原子炉圧力容器壁との間に収容され上記炉心
で生じた蒸気を導入する気水分離器と、この気水分離器
の上方位置に設けた蒸気乾燥器と、原子炉外部から冷却
材を原子炉圧力容器内に供給する給水配管と、この給水
配管に接続した給水ポンプと、炉心の下面側に形成した
冷却材流入室と、上記原子炉圧力容器内圧収容されかつ
吸入口を上記給水ポンプの吐出側に連通しまた噴射口を
上記冷却材流入室に連通させたジェ、トＩングとを具備
したことを特徴とする沸騰水形原子炉。
（２）上記給水配管は２方に分岐し、一方の管を上記ジ
ェ、トポンデの吸入口に接続し他方の管を原子炉圧力容
器内の給水スパージャに接続したことを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項記載の沸騰水形原子炉。