JPS63243789A - 沸騰水型原子炉の炉内構造 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉の炉内構造に係り、特に大型
の燃料集合体や制御棒の使用に適した沸騰水型原子炉の
炉内構造に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉は原子炉圧力容器内に炉心部が構成され
、この炉心部には４体１組の燃料集合体が多数組装荷さ
れており、上記４体１組の燃料集合体間の間隙に横断面
十字状の制御棒が垂直方向に挿入、引抜きできるように
設けられる。

４体１組の燃料集合体１は第１８図（Ａ）および（Ｂ）
に示すように下端部が炉心支持板２に設けられた燃料支
持金具３に保持され、上端部は上部格子板４の１つの升
目内に挿入支持される。４体１組の燃料集合体１．１・
・・間の間隙に下方から出し入れ自在に設けられる制御
棒５は上部格子板４の単位セル中央下方に位置されるよ
うになっている。

最近の沸騰水型原子炉は燃料高燃焼度化を図る研究が進
められており、この燃料高燃焼度化を図った沸騰水型原
子炉は現在の改良型沸騰水型原子炉の炉心構成の基本的
概念を大きく逸脱しない範囲で、炉心フィーシビリテイ
研究とリンクして原子炉内構造に種々の検討が行なわれ
ている。この手段として従来の燃料集合体の２倍の断面
積を有する大型の燃料集合体を用いる検討が進められて
いる。

この大型の燃料集合体を採用した従来の沸騰水型原子炉
は特開昭６２−５１９７号公報に示されている。この沸
騰水型原子炉の炉心構造は、第１９図に示すように上部
格子板４Ａの各単位セルを大型の燃料集合体１Ａ１体の
大きさに対応した大きさ、形状に構成するとともに、横
断面十字状の制御棒５は上部格子板４Ａの各単位セルの
一方の対角線上の格子交差部下方に位置させたものであ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の沸騰水型原子炉の炉内構造では、上部格子板４Ａ
の単位セルの升目が小さくなるため、上部格子板４Ａの
格子枠の組み立てが複雑で面倒であったり、燃料交換時
の燃料集合体の取扱いが困難であったり、また、各単位
セルの升目が小さいために、大型の燃料集合体を使用し
ても、制御棒のブレード面積を大きくすることができず
、炉停止余裕の増加を図ることができないという問題が
あった。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、燃料
の高燃焼度化を図り、燃料コストを低減させるとともに
、炉停止余裕を増加させて安全性や信頼性を向上させた
沸騰水型原子炉の炉内構造を提供することを目的とする
。

本発明の他の目的は上部格子板の格子枠の組み立てを簡
単かつ短時間で行なうことができる沸騰水型原子炉の炉
内構造を提供するにある。

本発明のさらに他の目的は、大型の燃料集合体を用いて
燃料の燃焼度を向上させて運転サイクルの長期化を図り
、燃料交換回数を減少させて原子炉の運転効率を向上さ
せることができる沸騰水型原子炉の炉内構造を提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る沸騰水型原子炉の炉内構造は、原子炉炉心
の下部に設けられた燃料支持部材と、炉心上部に配設さ
れた上部格子板と、上記燃料支持部材に下端部が保持さ
れて上端部が上部格子板に支持された燃料集合体とを備
えた沸騰水型原子炉の炉内構造において、横断面十字状
の制御棒を前記上部格子板の各単位セル中央および格子
交差部の下方に、または各単位セルの側枠中央部下方に
それぞれ配設するとともに、互いに隣接する４体の燃料
集合体の上端部を前記上部格子板の各単位セルの升目内
に挿入支持させたものである。

（作用） この沸騰水型原子炉の炉内構造は、上部格子板の各単位
セルの升目内に４体の燃料集合体を挿入支持させるとと
もに、上記上部格子板の各単位セル中央および各単位セ
ル交差部下方に、または各単位セルの側枠中央部下方に
横断面十字状の制御棒をそれぞれ配設できるようにした
から、燃料集合体や制御棒の大型化を図ることができる
。燃料集合体の大型化を図ることにより、燃料の高燃焼
度化に対応でき、原子炉運転サイクルの長期化を図り、
燃料交換回数を減少させて原子炉の運転効率を向上させ
ることができる。

また、υＩ′ｍ棒のブレード面積の増大を図ることがで
きるので炉停止余裕が増加し、原子炉の安全性、信頼性
が向上する。

また、上部格子板の各単位セルは４体の大型の燃料集合
体の上端部を支持しているので、各単位セルの升目面積
が大きくなり、その組立てを簡単かつ短時間のうちに行
なうことができる。

（実施例） 以下、本発明に係る沸騰水型原子炉の炉内構造の一実施
例について添付図面を参照して説明する。

第２図は沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１０を示す斜
視図であり、この原子炉圧力容器１０内に多数体の大型
燃料集合体１１が装荷された原子炉炉心部１２が収容さ
れる。大型燃料集合体１１は既存の燃料集合体の２倍の
断面積を有する。上記原子炉炉心部１２の上方には炉心
スプレィスパージャ１３、気水分離器１４および蒸気乾
燥器１５がそれぞれ配設される。

一方、原子炉炉心部１２は第３図に示すように原子炉圧
力容器１０内に収容される炉心シュラウド１６内に画成
され１．この炉心シュラウド１６には炉心支持板１７が
設けられ、この炉心支持板１７に取付けられた燃料支持
金具１８に燃料集合体１１の下端部が保持される。上記
炉心支持板１７および燃料支持金具１８により燃料支持
部材１９が構成される。燃料集合体１１の上端部は上部
格子板２０の単位セルの升目２１内に第１図および第５
図に示すように４体ずつ挿入支持される。

互いに隣接する４体の燃料集合体１２．１２・・・間の
間隙に横断面十字状の制御棒２３が挿入、引抜き自在に
配設される。その際、制御棒２３は大型の燃料集合体１
２に対応して大型化され、制御棒２３のブレード幅は既
存制御棒ブレード幅の例えばｆｆ倍＜（’７倍以下でも
よい。）に形成される。しかして、上記制御棒２３は上
部格子板２０の各単位セルの交差部下方と、各単位セル
の升目２１中央部下方に中心軸がくるように位置される
。

すなわち、既存の制御棒ａは第４図（Ａ）に示すように
４体１紺の燃料集合体す、ｂ・・・間に配設され、制御
棒ａの中心軸が上部格子板Ｃの各単位セルの升目ｄ中央
部下方にくるようにセットされているのに対し、本実施
例の制御棒２３は第３図（８）に示すように上部格子板
２０の各単位セルの交差部下方および各単位セルの升目
２１中央部下方にセットされる。制御棒２３の配列ピッ
チは例えば約３１０履で従来の制御棒ａと同じ配列ピッ
チを有し、全体の制御棒２３の本数は従来と異ならない
。このうち、各単位セルの升目２１中央部下方セットさ
れる制御棒２３は炉出力運転制御用に用いられ、好まし
くはハフニウム等の長寿命型制御棒が使用される。

また、前記制御棒２３は第２図および第５図に示すよう
に、制御棒駆動礪構２５により駆動され、この駆動によ
り制御棒案内管２６内を案内されて原子炉炉心部１２に
垂直方向に出し入れされる。

制御棒案内管２６は第６図（Ａ）に示すように横断面十
字状をなし、対応する形状の制御棒２３の案内がスムー
ズに行ない得るようになっている。

制御棒案内管２６Ａは第６図（Ｂ）に示すように矩形の
横断面を有するようにしてもよい。また、第６図（Ｃ）
に示すように矩形の制御棒案内管２６Ａと横断面十字状
の制御棒案内管２６をミックスさせて配置してもよい。

なお、符号２７は中性子計装管である。

第７図（Ａ）および（Ｂ）は第５図のＡ−Ａ断面に沿う
燃料支持部材１９．１９Ａの平面図であって、炉心支持
板１７．１７Ａと燃料支持金具１８．１８Ａとの組合わ
せ例を示すものである。このうち、第７図（Ａ＞は第８
図（Ａ＞に示される炉心支持板１７に第８図（Ｂ）に示
される燃料支持金具１８を取付けた例を示すものであり
、この燃料支持金具１８の４つのの取付座１８ａ〜１８
ｄに各燃料集合体１１の下部タイブレートが載置され保
持される。制御棒２３は中央の制御棒ガイド孔２８を通
して出し入れされる。

また、第７図（Ｂ）に示される燃料支持部材１９Δは第
９図（Ａ）に示される炉心支持板１７Ａに第８図（Ｂ）
の燃料支持金具１８Ａを取付けた例であり、さらに燃料
支持部材１９Ｂは、第１０図（Ａ）に示される炉心支持
板１７Ｂに第１０図（Ｂ）の燃料支持金具１８Ｂを取付
けて組み合せてもよい。第１０図（Ｂ）に示される燃料
支持金具１８Ｂは、２つの燃料集合体１１．１１を１つ
の燃料支持金具１８Ｂで保持したものである。第６図な
いし第１０図に示される燃料支持部材′１９゜１９Ａ、
１９Ｂはいずれも燃料集合体１１．１１の重量を制御棒
案内管２６を介して原子炉圧力容器１０の下鏡部で支持
するようにしたものである。

さらに、燃料集合体１１の重量を制御棒案内管２６で受
ける代りに、炉心支持板１７で受けるようにしてもよい
。この場合には、炉心支持板１７で燃料集合体１１の全
重量を受けもつため、強度評価が重要であり、第１１図
に示すように炉心支持板１７Ｃに燃料集合体１１の取付
座１７ａ〜１７ｄを直接設けてもよい。この場合には、
燃料支持金具は不要となる。なお、符号２９は制御棒ガ
イド孔である。

また、第１２図（Ａ）に示す炉心支持板１７Ｄに対応す
る形状を有する第１２図（Ｂ）の燃料支持金具１８Ｄを
装着して燃料支持部材を構成してもよい。この場合、燃
料支持金具１８Ｄの取付座１８ａ〜１８ｄに燃料集合体
１１の下端部が載置される。また、第１１図および第１
２図（Ａ）に示される炉心支持板１７Ｃ，１７Ｄに第８
図（Ｂ）、第９図（Ｂ）、第１０図（Ｂ）に示される燃
料支持金具１８．１８Ａ、１８Ｂを装着して燃料支持部
材を構成し、原子炉炉心の下部支持構造としてもよい。

第１３図は第５図のＢ−Ｂ線に沿う平面図であり、上部
格子板２０の各単位セルの升目２１内に互いに隣接する
４体の燃料集合体１１の上端部が挿入支持される。升目
２１内に配設される４体の燃料集合体１１．１１間に配
設される制御棒２３は各単位セルの中央部下方に位置さ
れる。制御棒２３は各単位セルの交差部下方にもセット
され、各燃料集合体１１の各側辺は対角線方向に対向す
る１ｉｌＪ御棒２３．２３のブレードにより囲まれる。

この場合、上部格子板２０は燃料集合体１１やｆ、ＩＩ
御棒２３等の炉心機器の取扱時に取外されることがない
。したがって、炉心機器の取扱時に上部格子板２０取付
け、取外し作業は不要となる。その際、上部格子板２０
の各単位セルの升目２１は従来の上部格子板Ｃの升目ｄ
（第４図（Ａ）参照）に較べ面積が２倍となり大きくな
るので、上部格子板２０の格子板を少なくすることがで
き、その組立てが容易になる。

ただ、中性子計装管２７はその上端部が上部格子板２０
の単位セルの側板中央下部に形成された保持孔３１に支
持されるので、この部分の強度が不足する恐れがある。

側板強度が不足する場合には保持孔３１を第１４図（Ａ
＞および（Ｂ）に示すように形成し、その周辺部を膨出
させて強度的に補強してもよい。

また、制御棒２３の交換を考慮した場合。第１３図に示
すように、制御棒２３を上部格子板２０の各単位セルの
中央下方と、各単位セルの交差部下方にそれぞれ配設す
ることにより、原子炉運転パターンに応じて制御棒２３
の使い分けが可能になる。すなわち、交換頻度の高い制
御棒２３を各単位セルの中央部下方に位置させ、この制
御棒２３で原子炉の出力運転の制御を行なう、原子炉内
構造をこのように構成すると、制御棒２３の交換作業を
行なう際、燃料集合体１１．１１の取出本数が少なく、
有利である。

また、各単位セルの中央部下方に位置する制御棒２３は
そのままの状態で取出すことができる。

具体的には各単位セル内に支持された４体の燃料集合体
１１の一方の対角線位置の２体の燃料集合体１１を取り
出した後、その位置に図示しないブレードガイドを挿入
し、続いて他方の対角線の２体の燃料集合体１１．１１
を取り出す。この状態で各単位セルの中央部下方の制御
棒２３を取り出す。

次に、上部格子板２０の各単位セル交差部下方に位置す
る制御棒２３を取出す場合について第１５図＜Ａ）〜（
Ｄ）を参照して説明する。

この場合には、取出対象の制御棒２３に近接する１つの
単位セルの４体の燃料集合体１１．１１−を上方に引き
抜き、取り外した後、取出対象となる単位セル交差部の
３体の燃料集合体のうち、対角線方向の一対の燃料集合
体１１．１１を取り出す。その後、制御棒２３の取扱具
（図示せず）を用いて、第１５図（Ａ）に示すｉＪＩ　
ｉｌｌｌｌ的管２６または燃料支持金具１８から取出対
象の制御棒２３を第１５図（Ｂ）に示すように上方に引
き抜く。

その際、制御棒２３の全長ＢはストロークＡより短かい
ことはもちろんである。ｉ１１制御棒案内管２６や燃料
支持金具１８から引き抜かれた制御棒２３を第１５図（
Ｃ）に示すように単位セルの中央部下方に位置するよう
にシフトさせる。シフトされたｔ、ｌＪ御棒２３は、続
いて上部格子板２０の単位セルの升目２１を通って上方
に引き抜かれ、取り出される。

制御棒２３を上部格子板２０の各単位セルの交差部下方
に挿入し、セットする場合には、制御棒引後き操作の逆
を行なえばよい。

沸騰水型原子炉の炉内構造の一実施例では、制御棒が上
部格子板２０の各単位セルの中央部下方と、各単位セル
交差部の下方にそれぞれ設けた例について示したが、制
御棒２３は第１６図に示すように上部格子板２０の各単
位セルの鋼板中央部下方にそれぞれ位置するようにセッ
トしてもよい。

この場合には、中性子計装管２は上部格子板２０の交差
部に下方から形成された保持孔３２に上端部がセットさ
れ、支持される。この支持構造は既存の沸騰水型原子炉
の場合と異ならない。

この沸騰水型原子炉の炉内構造は、制御棒の配列ピッチ
や制御棒本数を既存の改良型沸騰水型原子炉の制御棒配
列ピッチや本数と異なることがなく、その炉心構成の基
本的概念をそのまま継承することができる。また、各燃
料集合体の横断面積は既存の燃料集合体の２倍となるた
め、原子炉炉心部に装荷される燃料集合体の本数は既存
の原子炉炉心部の１７２でよく、燃料集合体の装荷本数
の減少が図れるから、燃料集合体の挿入や引抜き等の取
扱作業が簡素化される。また、燃料集合体を大型化して
も、これに伴って制御棒のブレード面積の増大を図るこ
とができるので、炉停止余裕が低下することがなく、原
子炉の安全性や信頼性の向上を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る沸騰水型原子炉の炉内
構造においては、横断面十字状の制御棒に対向して４体
の燃料集合体をそれぞれ配設し、上記ｔｌＪ　ｌ棒を上
部格子板の各単位セル中央および格子交差部下方に、ま
たは各単位セルの側枠中央部下方にそれぞれ配設し、上
記上部格子板の各単位セルの升目自互いに隣接する４体
の燃料集合体の上端部を挿入支持させたから、燃料集合
体および制御棒の大型化を図ることができる。燃料集合
体の大型化を図ることにより、燃料集合体の装荷本数を
減少させることができ、その取扱いが容易になるととも
に、燃料の高燃焼度化を図ることができ、燃料の運転サ
イクルを長期化させ、燃料の交換回数を減少させて原子
炉の運転効率を向上させることができる。

また、燃料集合体の大型化に伴って制御棒の大型化が図
れるので、炉停止余裕の増大を図ることができ、原子炉
の安全性や信頼性が向上する。

さらに、上部格子板の各単位セルの升目内に４体の燃料
集合体が納められるので、升目面積が大きくなり、上部
格子板の組み立てが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る沸騰水型原子炉の炉内構造の一実
施例を示す原子炉炉心部の部分的平断面図、第２図は本
発明の沸騰水型原子炉の炉内構造を一部破断して示す斜
視図、第３図は上記沸騰水型原子炉の炉心部を示す平断
面図、第４図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の原子炉炉内
構造を従来の原子炉炉内構造と比較して示す部分的な平
断面図、第５図は本発明に係る沸騰水型原子炉の炉内構
造を部分的に示す縦断面図、第６図（Ａ）、（Ｂ）は原
子炉炉心下方に配設される制御棒案内管を示す図、第６
図（Ｃ）は第５図のＡ−Ａ線に沿う平面図、第７図（Ａ
）および（Ｂ）は原子炉炉心部の燃料支持部材をそれぞ
れ示す第５図のＢ−Ｂ線に沿う平面図、第８図（Ａ＞お
よび（Ｂ）、第９図（Ａ）および（Ｂ）、ならびに第１
０図（Ａ＞および（Ｂ）は上記燃料支持部材を構成する
炉心支持板と燃料支持金具とをそれぞれ部分的に示す平
面図、第１１図は燃料支持部材を構成する炉心支持板を
示す図、第１２図（Ａ）および（［３＞は炉心支持板お
よび燃料支持金具の各変形例を示す図、第１３図は第５
図のＣ−Ｃ線に沿う平面図、第１４図（Ａ）および（Ｂ
）は上部格子板に設（プられる中性子計装管の支持部を
示す下面図および断面図、第１５図（Ａ）〜（Ｄ）は制
御棒の取出操作を説明する図、第１６図は本発明に係る
沸騰水型原子炉の炉内構造の他の実施例を示す部分的な
平断面図、第１７図（Ａ）〜（Ｃ）は第１６図の原子炉
炉内構造に用いられる上部格子板の中性子計装管の支持
部を示す図、第１８図（Ａ）および（Ｂ）は従来の沸騰
水型原子炉の炉内構造を示す図、第１９図は大型燃料集
合体を用いた従来の原子炉炉内構造を示す平面図である
。 １０・・・原子炉圧力容器、１１・・・燃料集合体、１
２・・・原子炉炉心部、１４・・・気水分離器、１５・
・・蒸気乾燥器、１６・・・炉心シュラウド、１７．１
７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ，１７Ｄ・・・炉心支持板、１８
゜１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｄ・・・燃料支持金具
、１９．１９Ａ・・・燃料支持部材、２０・・・上部格
子板、２１・・・升目、２３・・・制御棒、２５・・・
制御棒駆動機構、２６・・・制御棒案内管、２７・・・
中性子計装管。 竿　ｌ　図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）＄４回 第２図 ＄　９　図 ２げ （Ａ）　　　　　　　　　　　　　（７３）　　　　　
　　　　　　　　　　　　（Ｃ）第　７　図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（Ｂ）（Ａ）（Ｂ） 第　９　図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（Ｂ）第　７０図 躬ｒｊ　　回 （Ａノ　　　　　　　　　　　　　　　　　（７３）　
　　　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）＄７７図 （Ａ）　　　　　　　　　　第　　／ｌタ　　ｒ≧Ｊ＄
１３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉炉心の下部に設けられた燃料支持部材と、炉
   心上部に配設された上部格子板と、上記燃料支持部材に
   下端部が保持されて上端部が上部格子板に支持された燃
   料集合体とを備えた沸騰水型原子炉の炉内構造において
   、横断面十字状の制御棒を前記上部格子板の各単位セル
   中央および格子交差部の下方に、または各単位セルの側
   枠中央部下方にそれぞれ配設するとともに、互いに隣接
   する４体の燃料集合体の上端部を前記上部格子板の各単
   位セルの升目内に挿入支持させたことを特徴とする沸騰
   水型原子炉の炉内構造。 ２、上部格子板の各単位セル中央下方に配設される制御
   棒廻り４体の燃料集合体を前記上部格子板の１つの升目
   内に挿入支持させた特許請求の範囲第１項に記載の沸騰
   水型原子炉の炉内構造。 ３、上部格子板の各単位セル中央下方に配設される制御
   棒は炉出力制御用で長寿命型制御棒である特許請求の範
   囲第１項に記載の沸騰水型原子炉の炉内構造。 ４、制御棒の配列ピッチは約３１０ｍｍである特許請求
   の範囲第１項に記載の沸騰水型原子炉の炉内構造。