JPS6232439B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の容器内部の炉心に燃料を装
入するための方法に関する。

多くの型式の原子炉は、炉心を形成する複数個
の取外し可能な炉心要素を有する。このような炉
心要素は、核分裂性物質即ち燃料親物質、中性子
減速物質、中性子反射物質、またはこれらのある
ものまたは全ての組合わせからなる。原子炉の運
転を開始する前に、炉心は通常炉心要素から形成
され、ある運転期間後は炉心は通常核分裂性物質
を含む炉心要素を一部または全体を交換すること
により燃料を装入される。燃料親物質、中性子減
速物質、または反射物質を含む炉心要素の定期的
な交換作業もまた必要である。

事故の場合の放射性物質を閉じ込めるため炉心
部を密閉し、また必要に応じて炉体の周囲で作業
する人員のための生体遮蔽を設けるため、炉心を
密閉するためにある型式の原子炉容器がしばしば
用いられる。炉心の液体または気体の冷却材を封
じ込めるための原子炉容器も建設されている。

原子炉容器が完全に炉心部を密閉するように設
計される時、炉心要素が炉心容器内に定置できま
たこれから取外すことができるように、適当な貫
通口が炉体容器に設けることができる。計器や制
御棒のごとき物品のための炉体容器の他の貫通口
に加えて、炉心要素の取扱いのための１つ以上の
貫通口の提供は、炉体容器のための適当な一体性
を確保することが困難となりあるいはコスト高に
なるような数の貫通口の問題が生じる。したがつ
て、燃料装入のための制御棒の貫通口の使用のご
とき１つ以上の目的のための貫通口の利用が望ま
しいこととなる。

ある用途のための炉心の構造の１つの有利な形
態は、炉心要素がブロツク形態であり、炉心の複
数の隣接する柱状のこのようなブロツクからなる
如きものである。主として、燃料装入の目的のた
めには、炉心は複数個のブロツクの柱領域に分割
される如きものと考えられ、前記各領域は、燃料
装入操作の間制御棒の貫通口の１つからサービス
を受ける。反応度制御、冷却材の流れの制御、お
よび燃料の装入の目的には、各領域内の柱材の特
に都合のよい数は７個で、この場合中心の柱体は
６本の周りの柱体により囲繞されている。このよ
うな型式の炉心構造は、米国特許第3383286号に
示される。

前述の型式の炉心部のための望ましい燃料装入
法は、炉心部の底部から使用済みの燃料ブロツク
を取出しながら、炉心部の頂部に新しい燃料ブロ
ツクを定置することである。この種の炉心形態に
おいて燃料装入するためにこれまで採られた方法
は、燃料取扱い機械に一時的に貯蔵するため使用
済みの燃料ブロツク上に全ての炉体および燃料ブ
ロツクを一時的に層状に定置する方法を含んでい
た。次に使用済みの燃料ブロツクを炉心部から取
出して燃料貯蔵区域に転送する。次いで、前以つ
て取出された使用済みに至つていない燃料ブロツ
クは炉心部内に再び戻されるが、既に取出された
使用済みの燃料ブロツクの多くの層に相当する量
だけその前の高さより下方の高さに戻される。炉
心部はこの時頂部の層の新しい使用済みに至つて
いない燃料ブロツクを定置することにより放射性
区域において完成し、次に反射ブロツクを交換す
る。

前述の燃料装入法は、炉心部へ戻されるべき上
部の反射ブロツクおよび使用済みに至つていない
燃料ブロツクの全量を収容する燃料取扱い機械の
一時的貯蔵区域において、十分な貯蔵量を必要と
する。更に、前述の手法は、燃料の装入工程の間
に全量の使用済みに至つていない燃料ブロツクを
炉体容器から取出した後再びこれに戻すことを必
要とする。燃料の装入作業はかなりの時間を要す
るため、必要とされる工数はできる限り減少され
ることが望ましい。

本発明の目的は、原子炉炉心部に燃料装入を行
ない、従来の技術に比較して燃料装入時間の実質
的な減少が可能で、炉心外の作業工数が少なくか
つ一時的貯蔵スペースが少ない改良された方法の
提供にある。

本発明によれば、炉体容器内側の原子炉の炉心
に燃料を装入する方法が提供され、炉心部は複数
の領域を有し、各領域は実質的に垂直な複数の柱
体より構成され、該柱体の各々は複数の燃料ブロ
ツク及び反射材ブロツクから構成されており、該
燃料ブロツクは実質的に水平な複数の層を形成
し、そして原子炉の作動に際して下層の燃料ブロ
ツクが使用済みとなる様な原子炉の容器内の炉心
部に燃料を装入する方法において、各々の領域に
ついて (a) ２つ以上の柱体中の使用済みに至つていない
燃料ブロツクを反射材ブロツクと共に容器から
取り出し、２つ以上の使用済み燃料ブロツクを
露出させ、 (b) 露出された使用済み燃料ブロツクを容器から
取り出し、 (c) 容器内で、使用済みに至つていない燃料ブロ
ツクを他の位置へ移動し、該他の位置は工程(a)
で取り出された使用済みに至つていない燃料ブ
ロツク及び工程(b)で取り出された使用済み燃料
ブロツクがあつた位置を含んでおり、そして１
つ以上の別の使用済み燃料ブロツクを露出さ
せ、 (d) 露出された別の使用済み燃料ブロツクを容器
から取り出し、 (e) 同じ程度に消費されている燃料ブロツクが同
一の層に定置される様な態様で前記工程(c)及び
(d)と同様な工程を繰り返して、残りの使用済み
燃料ブロツクを容器から取り出し、 (f) 前記工程(a)で容器から取り出された使用済み
に至つていない燃料ブロツクを、炉心部中の他
の位置へ定置し、そして (g) 新しい燃料ブロツクを上層位置へ定置し、そ
して前記工程(a)で容器から取り出された反射材
ブロツクを元の位置へ定着し、そして その他の領域について前記工程(a)−(g)を繰り返
して、炉心部への燃料装入作業を、完了する。

本発明について例示する事により、添付図に関
連して、以下詳細に説明する。

第１図に示される如く、原子炉の炉心部１１は
コンクリートまたは他の適当な材料による炉体容
器１２内に密閉されている。この炉体容器１２の
内側にはダクト１４内に循環する冷却材により冷
却される金属のライナー１３が設けられている。

炉心部の全体的形態は、その高さより若干大き
な直径を有する直円形の円筒状である。炉心部
は、均等な三角形状のピツチ線上に配置された六
角形の断面の別個の燃料要素即ち燃料ブロツク２
１の複数個の列部即ち柱体からなつている。燃料
ブロツクは、複数個の核分裂可能物質のロツド
（図示せず）が蔵置された押出し成形によるグラ
フアイト構造であることが望ましい。各燃料ブロ
ツクは、垂直の通路２２を内部に形成するよう整
合する複数個の開口が設けられている。通路２２
は、燃料ブロツクを完全に貫通して延在し、各燃
料ブロツク内の同じ位置に配置されている。この
ように、垂直の通路は燃料ブロツクの各柱体の長
さを完全に貫通して延在する。これらの垂直の通
路２２は、炉心部に冷却ガスを通すために用いら
れる。

通路２２の整合位置は、各燃料ブロツクの頂面
から延在する複数個のグラフアイトの位置決めピ
ン（図示せず）により維持できる。各燃料ブロツ
ク上の位置決めピンは、直上位置のブロツクの底
部の係合穴内に嵌入する。

炉心部の燃料ブロツク２１は、更に各ブロツク
の長さの一部だけ延在して燃料の装入および再装
入の間前記燃料ブロツクを昇降運動させるためブ
ロツク内に吊降ろすことができる内部の垂直方向
穴２３を有する。

炉心部もまた反射材を含んでいる。この反射材
は形態が燃料ブロツク２１と同じグラフアイトブ
ロツク２５の外壁部からなる。別の反射材ブロツ
ク即ち反射材要素２７は、燃料ブロツクと同じ列
状の構成で配置され、３層上方および２層下方の
燃料ブロツク列部の連続部を形成する。反射材ブ
ロツクは、燃料ブロツク内の通路２２の連続部分
を形成する通路を含んでいる。

反射材の半径方向外方の部分は、これもまた列
状に構成される複数個のグラフアイト反射材ブロ
ツク２９からなつている。反射材ブロツク２９
は、反射材ブロツク２５より実質的に大きく、２
つの対向位置のある角度で離反する側面と、１つ
の円弧状の側面と、前記円弧状側面と反対位置の
不規則な形状の側面とで形成されている。各々の
反射材ブロツク２９の不規則な側面は反射材ブロ
ツク２５の隣接する列部と係合関係をなし、円弧
状側面は外側の円筒状表面の一部を形成する。も
ち論反射材の形態は図示されたものと異なるが、
前述の形態で満足できるものであることが判つ
た。

頂部の層の反射材ブロツク（即ちキヤツプ）２
７ａは、部分的に中空で、燃料ブロツク列部のた
めの冷却材通路２２の上端部の上方の中空のスペ
ース即ちプレナム３２を形成する。円形状開口３
３はこのプレナム３２と連通する。オリフイス装
置（図示せず）はこの開口３３上に配置されて各
燃料領域にわたりプレナム３２に対する冷却ガス
の流量を制御する。反射材ブロツク２９の外側の
列部は中空ではなく、頂部に至る迄ずつと中実の
ブロツクで延在している。

各ブロツク２７と２７ａは内部に中心部開口３
４が設けられて、燃料の装入作業の間キヤツプを
付された反射材ブロツクを取出すためのピツクア
ツプ具（図示せず）の受取りを容易にする。他の
ブロツク２１もまた図示しないピツクアツプ具に
より係合される形状の開口２３を有する。適当に
離間されたブロツク列部のあるものにおいては、
開口２３はブロツク内をずつと貫通して延在し、
３６で示す制御棒通路を形成する。

燃料ブロツク及び反射材ブロツクの柱体は大形
グラフアイト炉心部支持ブロツク４１の層上に載
置されている。図中に示された様に、各々の支持
ブロツク４１はそれぞれの炉心部の領域におい
て、燃料ブロツクと反射材ブロツクの７個の柱体
を支持している。燃料ブロツクと反射材ブロツク
の柱体は複数のグラフアイト位置決めピン（図示
せず）によつて支持ブロツク４１上に位置され
て、該位置決めピンは横方向抑制作用及び炉心部
の底部における柱体の整合を提供する。

反射材ブロツク２７の最下底層は、各ブロツク
内の冷却材通路２２が各ブロツク内に形成された
補集チヤンバ４３内に収束する如く設計されてい
る。各支持ブロツク４１は複数個の取入れ通路４
４を有し、各通路は前記チヤンバ４３の各１個と
連通している。取入れ通路４４は、支持ブロツク
の下側で出口オリフイス４５に収束している。

炉心部支持ブロツク４１の層は、ブロツク４１
と係合して円筒状の外面を形成するような形態を
有する複数個の大形の炉心部支持ブロツク５０に
より半径方向に囲繞されて連続する。ブロツク５
０は、反射材ブロツク２５，２９の側部列部を支
持する。２重壁部を設けた円筒状の金属製シユラ
ウド５１は、炉心部を囲繞し、スタツド支持部４
７によりライナー１３から離間されている。バイ
パスガスシールド４９は、ブロツク５０とシユラ
ウド５１の間に位置される。

支持ブロツク４１，５０は、複数個の垂直のグ
ラフアイト柱体５２により心部支持床５５から支
持されている。このグラフアイトの柱体は、凹状
の柱体の座５２ａに定置して、構造部の各部分間
の異なる膨張を収容するため僅かに各柱体を揺動
させる球状端部を有する。

炉心部およびこれを囲む反射材の頂部上方の空
間内の入口ダクト５３から補集された冷却ガスは
キヤツプ２７ａにより形成されたプレナム内に流
入する。次いでこのガスは通路２２に流入してこ
れを流過してチヤンバ４３内に流入する。ガスは
通路２２を流過する時、炉心部内の核分裂連鎖反
応により発生した熱のため炉心部により加熱され
る。加熱されたガスは、チヤンバ４３内に補集さ
れ、次に支持ブロツク４１、通路４４を流過し、
オリフイス４５から下部の支持ブロツク４１下方
の空間内に放出される。冷却ガスはここからダク
ト５４を通りスチーム発生器またはタービンに流
入する。

図解された原子炉に燃料を装入するのにおい
て、７個の柱体の炉心領域全体が、他の領域に先
立つて燃料を装入される。図示しない好適な燃料
装入機構が、各領域の上方にある図解されていな
い制御棒貫通口を介して原子炉の容器内に延在し
ている。図解された実施例において、各々の柱体
は２個の底部反射材ブロツク、８個の燃料ブロツ
ク、及び３個の頂部反射材ブロツクより構成され
ている。この構成は第２〜９図の略図より更に容
易に理解され得る。図示記述の如く第２図乃至第
９図においてはブロツクの位置決めのため番号方
式が採用されている。小数点の前の数字は層の位
置（高さ）を示しており、頂部から底部に向つて
１から７までの番号が付されている。小数点の次
の数字は１から７迄番号を付した特定の燃料領域
における列部（列）の位置を示す。反射材ブロツ
クの２つの下底層は、１つの層の位置、即ち１２
により示される。

第２図乃至第９図に示される炉心部に関して本
発明の方法を実施するに当り、燃料ブロツクの最
下部の２層が消費されたものと仮定する。第１の
工程は、炉体容器から燃料領域の上部の３層にお
ける総ての反射材ブロツク、及び列１の層４〜９
における燃料ブロツクを取出すことである。該ブ
ロツクは、これは、第２図の層１，２，３、即ち
ブロツク01.01〜03.07およびブロツク04.01〜
09.01に相当する。これらは、燃料取扱い機械内
部の様な一時的貯蔵場所におかれる。

次の工程は第３図に示され、この工程において
は、列２の層４〜９、列３の層４〜７、および列
４の層４および５の燃料ブロツクが容器から取出
される。これらのブロツクは、04.01〜04.04、
05.02〜05.04、06.02〜06.03、07.02〜07.03、
08.02および09.02である。これらの燃料ブロツク
は、全て燃料取扱い機械の様な一時的貯蔵場所内
におかれる。その結果の形態は第３図に示され、
斜線をひいたブロツクが一時的な貯蔵が必要であ
る。図示した実施態様においては、この数は合計
で39個のブロツクとなる。この工程の終了時に
は、最下部の２層における使用済みの燃料ブロツ
クの全部ではないがいくつかが露出されることに
留意すべきである。これらの使用済みの燃料ブロ
ツクは列１および２における燃料ブロツクであ
る。列３〜７における下部の２層の使用済み燃料
ブロツクは露出されない。

列１および２の最下部の２つの燃料層における
使用済み燃料ブロツク10.01、10.02、11.01および
11.02はこの時取出され、燃料貯蔵区域に搬送す
るため適当な転送機構におかれる。この結果の炉
心部の形態は第４図に示される如くである。

前記の露出された使用済み燃料ブロツクを取出
した後、燃料装入工程は引続いて、炉体容器内で
炉心部内の１つの位置から他の位置に燃料ブロツ
クを移動する。第５図に示されるように、この工
程が行われる１形態は、ブロツク08.03を位置
11.02へ、ブロツク09.03を位置10.02へ、ブロツク
06.04を位置09.02へ、ブロツク07.04を位置08.02
へ、ブロツク04.05を位置07.02へ、ブロツク05.05
を位置06.02へ移動することである。これは第５
図に示され、その結果、使用済み燃料ブロツク
10.03と11.03が露出される。これらのブロツクは
この時炉心部および炉体容器から取出され、使用
済み燃料ブロツク貯蔵場所に移送するため適当な
転送装置におかれる。その結果の炉心部の形態は
第６図に示される。

第４図および第６図を比較すれば、前述の最後
の８つのブロツクの移動することにより、その前
の位置よりも２層低い高さにブロツクを移動させ
た新しい列２が形成される。第６図の形態になる
各工程の結果は、炉心部の形態が第４図の場合と
類似した階段状の形態となる。このため、他の燃
料ブロツクの（炉体容器）内部における転送と類
似の方法で更に別の使用済み燃料ブロツクを取出
すための露出作業を進行させる。このような工程
は第７図に示され、この場合更に６個の炉心部内
の転送作業が使用済み燃料ブロツクの２つの取出
し作業と同様に行われる。第７図の形態を得るた
めに、08.04におけるブロツクを位置11.03へ、位
置09.04（におけるブロツク）を位置10.03へ、位
置06.05（におけるブロツク）を位置09.03へ、位
置07.05（におけるブロツク）を位置08.03、位置
04.06（におけるブロツク）を位置07.03へ、位置
05.06（におけるブロツク）を位置06.03へ移動す
る。位置10.04および11.04における使用済み燃料
ブロツクはこの時貯蔵場所へ移動される。

第８図においては、第７図に示した状態から更
に12個の使用済み燃料ブロツクの置換えおよび６
個の同ブロツクの取出しの後の炉心部の状態を示
す。この行程は下記の順序で行われる。即ち、位
置08.05（におけるブロツク）を位置11.04へ、
09.05（におけるブロツク）を位置10.04へ、06.06
（におけるブロツク）を位置09.04へ、07.06（に
おけるブロツク）を位置08.04へ、04.07（におけ
るブロツク）を位置07.04へ、05.07（におけるブ
ロツク）を位置06.04へ移動し、10.05および11.05
（における使用済み燃料ブロツク）を貯蔵場所へ
転送し、 08.06（におけるブロツク）を位置11.05へ、
09.06（におけるブロツク）を位置10.05へ、06.07
（におけるブロツク）を位置09.05へ、07.07（に
おけるブロツク）を位置08.05へ移動し、10.06お
よび11.06（における使用済み燃料ブロツク）を
貯蔵場所へ転送し、 08.07（におけるブロツク）を位置11.06へ、
09.07（におけるブロツク）を位置10.06へ移動
し、10.07および11.07（における使用済み燃料ブ
ロツク）を貯蔵場所へ転送する。

第８図に示された状態においては、下部の２層
における全ての使用済み燃料ブロツクが取出さ
れ、使用済みに至つていない燃料ブロツクの炉体
容器における移動が完了する。既に一時的貯蔵場
所に取出された18個の使用済みに至つていない燃
料ブロツクは、この時（炉体）容器の内部に戻さ
れ、炉心部内の下記位置におかれる。即ち、
07.05、06.05、09.06、08.06、07.06、06.06、
11.07、10.07、09.07、08.07、07.07、06.07、
11.01、10.01、09.01、08.01、07.01および06.01で
ある。その結果の状態は、第９図に示される様
に、燃料ブロツクの頂部の２層および反射材ブロ
ツクの頂部の３層を除いて炉心部（へのブロツク
の装入）が完了する。次いで14個の新しい燃料ブ
ロツクが容器内に持込まれて、燃料ブロツクの上
部の２レベルにおかれる。既に取出された21個の
反射材ブロツクはこの時炉心部の頂部の３レベル
の容器内に置換えられる。この特定の領域に対す
る燃料の全ての取扱いが完了する。

燃料に関して使用される用語「使用済み」とは
特定の原子炉の燃料の設計サイクルにおける燃料
ブロツクの交換時期を意味する。このように、用
語は必らずしも特定の燃料ブロツクの消耗量の意
味に使用されるのではなく、むしろ運転上の基準
として使用される。特に、前述の炉体における燃
料ブロツクは４年毎に交換される。底部の反射材
の層１２と頂部の反射材の層３は、多くの場合露
出して取出される措置により12年毎に交換され
る。

尚、炉心部における「領域」は燃料ブロツクの
１群の柱体より構成されており（本発明の実施例
においては、前記「領域」が７個の柱体より構成
されている。）、複数の該「領域」が原子炉の炉心
部を形成している。

本発明の方法は、燃料取扱い装置内の一時的貯
蔵空間所要量が少なくでき、また炉心部の取扱い
作業の合計工数が減少する。一時的頂蔵の所要量
は周知の方法の場合のほぼ30％以下が減少する。
更に、所要の炉心部以外の取扱い作業工数はほぼ
同じ量だけ少なくなる。従つて、本発明は、燃料
装入時間の大巾な短縮および一時的貯蔵場所の所
要空間の大巾な減少をもたらす前述の型式の原子
炉炉心部の燃料装入のための改良された方法を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法が用いられる型式の炉心
部および圧力容器の一部を示す部分斜視図、およ
び第２図乃至第９図は本発明の方法の望ましい実
施態様における連続する工程を示す合成図であ
る。 １１……原子炉炉心部、１２……炉体容器、１
３……金属製ライナー、１４……ダクト、２１…
…燃料ブロツク、２２……通路、２３……垂直
穴、２５……グラフアイト（反射材）ブロツク、
２７……反射材ブロツク、２９……反射材ブロツ
ク、３２……ブレナム、３３……開口、３４……
中心開口、３６……制御棒通路、４１，５０……
炉心部支持ブロツク、４３……補集チヤンバ、４
４……取入れ通路、４５……出口オリフイス、５
２……グラフアイト柱体、５３……入口ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉心部は複数の領域を有し、各領域は実質的
   に垂直な複数の柱体より構成され、該柱体の各各
   は複数の燃料ブロツク及び反射材ブロツクから構
   成されており、該燃料ブロツクは実質的に水平な
   複数の層を形成し、そして原子炉の作動に際して
   下層の燃料ブロツクが使用済みとなる様な原子炉
   の容器内の炉心部に燃料を装入する方法におい
   て、各々の領域について (a) ２つ以上の柱体中の使用済みに至つていない
   燃料ブロツクを反射材ブロツクと共に容器から
   取り出し、２つ以上の使用済み燃料ブロツクを
   露出させ、 (b) 露出された使用済み燃料ブロツクを容器から
   取り出し、 (c) 容器内で、使用済みに至つていない燃料ブロ
   ツクを他の位置へ移動し、該他の位置は工程(a)
   で取り出された使用済みに至つていない燃料ブ
   ロツク及び工程(b)で取り出された使用済み燃料
   ブロツクがあつた位置を含んでおり、そして１
   つ以上の別の使用済み燃料ブロツクを露出さ
   せ、 (d) 露出された別の使用済み燃料ブロツクを容器
   から取り出し、 (e) 同じ程度に消費されている燃料ブロツクが同
   一の層に定置される様な態様で前記工程(c)及び
   (d)と同様な工程を繰り返して、残りの使用済み
   燃料ブロツクを容器から取り出し、 (f) 前記工程(a)で容器から取り出された使用済み
   に至つていない燃料ブロツクを、炉心部中の他
   の位置へ定置し、そして (g) 新しい燃料ブロツクを上層位置へ定置し、そ
   して前記工程(a)で容器から取り出された反射材
   ブロツクを元の位置へ定置し、そして その他の領域について前記工程(a)−(g)を繰り返
   して、炉心部への燃料装入作業を完了する事を特
   徴とする方法。 ２ 炉心部からの各ブロツクの取出し、及び前記
   炉心部内の該ブロツクの定置作業が、前記炉心部
   上方の位置から実施される特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 前記領域が、３層の上層部の反射材ブロツク
   と、８層の燃料ブロツクと、１層の下層部の反射
   材ブロツクとを含む特許請求の範囲第１項記載の
   方法。