JPH0464038B2

JPH0464038B2 -

Info

Publication number: JPH0464038B2
Application number: JP58084274A
Authority: JP
Inventors: Beroneshi Rushiaano; Ei Arutoman Deibido; Shii Gaanaa Danieru; Jii Shaautsudo Donarudo; Ii Kinbureru Jeimuzu; Ii Bosuto Guren; Eichi Boido Chaaruzu
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1983-05-16
Publication date: 1992-10-13
Also published as: JPS59212795A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、原子炉に関し、特に臨界温度及び圧
力の水等の冷却材を原子炉容器内に設けた炉心を
通して循環させる原子炉に関するものである。炉
心は、燃料を有し、原子炉容器の下部領域に配置
されている。また、原子炉は制御棒集合体を備え
ている。制御棒集合体は、制御棒と、制御棒用の
支持体と、多数の制御棒及び他の関連要素用の駆
動軸とを備えている。一般に、炉心は、燃料集合
体と共に、原子炉の下部炉内構造物と呼ばれてい
る。制御棒及び制御棒案内装置は原子炉の上部炉
内構造物と呼ばれている。制御棒は、駆動軸によ
り上部炉内構造物と炉心内の凹部即ち制御棒案内
管との間を可動である。

制御棒は、スパイダーにより駆動軸にクラスタ
として房状に装着されている。該制御棒には、中
性子に対して大きな吸収断面積を持つ制御棒クラ
スタ（RCC）がある。この制御棒クラスタは、
原子炉出力を低下させたり原子炉を停止させるの
に用いられ、原子炉の燃料サイクル中に、何度も
炉心と案内装置との間を動かされる。また、高吸
収性の制御棒クラスタよりも相当に小さな中性子
吸収断面積のいわゆる灰色制御棒もあり、これ等
は、負荷追従、即ち原子炉の出力を制御もしくは
減速するのに役立つものである。灰色制御棒は、
原子炉の燃料サイクル中、炉心と案内装置との間
を高吸収性の制御棒クラスタよりも相当に多く
（一般には約5600回）も動かされる。更に、水排
除棒クラスタ（WDRC）もあり、これ等の水排
除棒は制御棒クラスタのものと同じ直径である。
水排除棒は、炉心内の水冷却材の量を原子炉の運
動初期に比較的多く保つと共に、その後の原子炉
運転中に同水排除棒を取り除くことにより水冷却
材の量を増大させるのに用いられる。このような
水排除棒クラスタは、一般に燃料サイクルの初め
の60％だけ炉心内にあり、燃料サイクルの残り即
ち40％の期間は、上部炉内構造物内に引き上げら
れている。

一般的に、各クラスタの制御棒及び灰色制御棒
は、十字形支持体により支持されると共に、中空
十字形案内装置の内部で可動である。従来、同案
内装置は、冷却材が通つて流れる溝を備えてい
た。水排除棒クラスタはそのようには保護されて
いない。多数のこれ等の水排除棒は、従来、冷却
材を流す穴を有していた矩形或は正方形案内装置
内で可動である。燃料サイクル後期に、水排除棒
クラスタは、穴付きの案内装置内に動かされてそ
こに保持される。全ての案内装置は原子炉の上部
炉内構造物の一部分である。

冷却材は、炉心を垂直に通つて上部炉内構造物
内に流入する。容器の出口ノズルは、上部炉内構
造物の端部間に設けられていて、冷却材が水平に
流れるようにする。冷却材は、次に、出口ノズル
に通過する際に制御棒集合体を略々横方向に通つ
て流れる。例えば、炉心を通る冷却材の垂直流れ
の速さは約５ｍ／secである。ノズルを通る流れ
の速さは約15ｍ／secで、上部炉内構造物の或る
部分の横方向流れの速さは９〜12ｍ／secにもな
る。このような速さでは、冷却材により、燃料サ
イクルの後期に垂直部材、特に水排除棒クラスタ
が振動する。

この振動を起こさせる機構は、例えば渦の離
脱、乱流によるバフエツテイング即ち振動流体弾
性相互作用及びキヤビテーシヨン等である。

これまでに、制御棒を受け入れ案内するための
管を備えたカランドリア構造を炉心の直上に設
け、該カランドリア構造により制御棒を支持する
ことが提案されている。カランドリアにおいて
は、炉心からの冷却水は、比較的高速の横行流と
なつて、カランドリア外の半径方向の出口ノズル
に導かれるが、制御棒は上述の管によつて高速冷
却水から保護されている。

しかし、このようなカランドリアは、各制御棒
につき一つの多数の管を密接した間隔で設置しな
ければならないので複雑である。管が多数あるた
め半径方向流路面積が制限され、流速が大きくな
り、圧力降下が比較的大きくなる。

従つて、本発明の目的は、上述のカランドリア
の全ての利点を有し、欠点を無くした原子炉を得
ることである。

上述の目的を達成するため、本発明は、容器
と、該容器内に支持フランジで垂下支持された炉
心バレルと、該炉心バレル内に支持された炉心
と、前記容器内に可動に支持され、前記炉心上方
のプレナム内に垂設された制御棒案内装置により
案内される制御棒集合体と、制御棒を前記炉心に
対して出入させるため前記制御棒集合体を支持し
たヨーク部材に接続された駆動軸とを備え、前記
容器は、前記炉心に冷却材を供給するための少な
くとも一つの入口ノズルと、流入冷却材を前記炉
心の内部を通過させた後に前記容器から放出する
ための少なくとも一つの出口ノズルとを有し、更
に、前記炉心の上方で前記容器を横切つて延びる
カランドリアを備え、該カランドリアは、上部支
持板と下部支持板との間に装架された複数の中空
部材を含み、該下部支持板には、前記炉心から軸
方向上向きに流れる冷却材が通過しうる穴が設け
られ、前記カランドリアは、半径方向に開放して
いて前記出口ノズルと連通する原子炉において、
前記カランドリアは、前記炉心よりも上方に充分
に離間して配設されており、前記制御棒集合体を
支持した前記ヨーク部材は、前記カランドリアと
前記炉心との間の空間内で可動であり、前記駆動
軸は、前記中空部材内を通つて延び同中空部材に
よつて案内され、前記中空部材の外表面を横切つ
て前記出口ノズルに流れる冷却材から保護されて
いると共に、該出口ノズルは前記カランドリアよ
りも実質的に下方に配設されていて、該カランド
リアから前記出口ノズルに冷却材を案内するよう
に、前記カランドリアの周囲と前記出口ノズルと
の間に、環状の流路が設けられており、更に、前
記炉心バレルの前記支持フランジは、前記環状の
流路を介して前記カランドリアの内部と開放連通
する前記出口ノズルよりも下方に配設されるが、
前記炉心バレルを囲む環状空間を介して前記容器
の底部にある炉心入口領域と開放連通する前記入
口ノズルよりも上方に配設されている、ことを特
徴とするものである。

このように構成すると、上述の目的を達成する
原子炉を得ることができるだけでなく、炉心バレ
ルが実質的に短くなると共に、炉心バレルの支持
フランジによつて環状の流路と環状空間とが必然
的に分離される。そのため、出口ノズルが炉心バ
レルと容器との間の環状空間を貫いて外部に延出
する必要がなくなるので、特別なシール装置を設
けなくてもよくなり、また、漏れの問題も起きな
い。

次に、第７図に示す本発明の実施例について説
明する前に、第１図〜第６図に示した原子炉構造
の参考例について説明する。

第１図〜第６図において、原子炉１１は、球形
の底部１７により底を閉ざされた円筒形胴部１５
を有する圧力容器を備えている。該容器は、フラ
ンジ２１のところで胴部１５にボルト結合された
半球形の頭部１９を備えている。胴部１５は、そ
の周囲に分散配置された複数の出口ノズル２５と
複数の入口ノズル２３とを備えている。典型的に
は、４つの出口ノズル２５間に対をなして間挿さ
れた４つの入口ノズル２３がある。胴部１５の下
部領域には炉心２７がある。炉心は燃料集合体２
９と制御棒（図示せず）を受け入れるための制御
棒案内管３１とを備えている。燃料集合体２９及
び制御棒案内管３１は、上部炉心板３３と下部炉
心板３５との間に装架されている。制御棒は、ヨ
ーク部材によりクラスタとして房状に装着されて
おり、中性子吸収断面積の大きな制御棒クラスタ
（RCC）と、中性子吸収断面積の小さな灰色制御
棒クラスタと、水排除棒クラスタ（WDRC）と
を含んでいる。制御棒クラスタは、原子炉の運転
を停止させたり、その熱出力を減少させる作用を
する。灰色制御棒クラスタは、負荷追従制御の作
用をする。水排除棒クラスタは、制御棒クラスタ
或は灰色制御棒クラスタを受け入れない制御棒案
内管内の冷却材を排除する。この排除は、原子炉
の燃料サイクルの早期、一般には燃料サイクルの
初めの約60％の期間中に行う。

胴部１５の上方部内には、上部炉内構造物３７
及びカランドリア３９が収容されている。上部炉
内構造物３７は、制御棒クラスタ及び灰色制御棒
クラスタ用の垂直案内装置４１（第３図）と、水
排除棒クラスタ用の垂直案内装置４３とを備えて
いる。制御棒クラスタ及び灰色制御棒クラスタ
は、十字形構造体４０上に装架され、これ等の制
御棒及び灰色制御棒のための案内装置４１は中空
十字形缶である。水排除棒クラスタ用の案内装置
４３は、四隅を切つた略矩形或は正方形断面であ
り、正確には８角形缶であると言うこともでき
る。案内装置４３の側辺３８は、４つの案内装置
４１の突出腕により囲まれ、これ等の腕に平行に
延びている。同軸の穴４７を有する複数の板４５
は、案内装置４３に沿つてその内側で垂直方向に
離間している（第３Ａ図）。板４５は側辺３８を
支持する作用をし、水排除棒クラスタが穴４７を
通つて延び同穴４７内で案内されている。案内装
置４１及び４３は、垂直側壁４９，５１（第１
図）では実質的に無孔であるが、その頂部及び底
部では開放している。案内装置４１及び４３に小
穴５３及び５５を設けて冷却材圧力を安定或は平
衡させることもできる。

カランドリア３９（第６図）は、ほぼ水平な下
部支持板５４（第４図）とほぼ水平な上部支持板
５６（第５図）とを備え、これ等の支持板間に、
ほぼ垂直な中空部材５８が支持されている。中空
部材５８は典型的には円形断面の管である。これ
等の管は、上部支持板５６の皿穴６２内に隅肉溶
接６０（第６図）により固着され、下部支持板５
４を通つている。中空部材５８は、下部支持板５
４との接合部に僅かにテーパが付いている。下部
支持板５４は一般に長円形の穴６４を持つてい
る。各中空部材５８は４つの穴６４により囲まれ
ている。また、下部支持板５４は、案内装置４１
及び４３の心合わせをするためのピン穴７１を有
している。案内装置の頂部にはピン穴７１に入る
ピン（図示せず）が設けられている。

下部及び上部支持板５４，５６は円形であり、
中空部材５８は、これ等の支持板間に形成された
円筒形空間内にほぼ一様に離間して配置されてい
る。これ等の支持板はシエル６６（第６図）に囲
まれており、シエル６６は、内側バレル５７の開
口６１（第２図）と同軸状に同開口６１から離間
して組み合う開口７２を有する下方部分６８を持
つている。

シエル即ち支持円筒７４は、上部支持板５６か
ら延びると共に、上部円筒部７６及びフランジ部
材７８を有している。上部円筒部７６はその下端
で上部支持板５６に溶接され、フランジ部材７８
は上部円筒部７６の上端に溶接されている。

上部炉内構造物３７及びカランドリア３９はバ
レル５７（第２図）内に収容されている。バレル
５７は、円筒形であつて、頂部の下方に開口６１
を有しており、該開口６１は、出口ノズル２５の
縁及びカランドリアのシエル６６の開口７２と合
うような形にされている。バレル５７は頂部にフ
ランジ６５を有し下端に上部炉心板３３を支持し
ている。

案内装置４１及び４３は、周辺部近くを除いて
密に装着されている。従つて、炉心２７から案内
装置間の空間に流入する冷却材は高速であり、周
辺部に向かつて流れる傾向がある。この冷却材の
圧力は上部炉内構造物３７の底部から頂部に向か
つて減少している。密に配置された案内装置４１
及び４３と上部炉内構造物３７の周囲の比較的自
由な空間との間の圧力による冷却材の横方向流れ
を抑制するために、バレル５７に沿つて水平フオ
ーマー板６７が設けてある。

炉心２７、上部炉内構造物３７及びカランドリ
ア３９は外側バレル８１内に囲まれている。下部
炉心板３５はこのバレル８１の下端に取り付けら
れている。バレル８１の上端にはフランジ８５が
ある。バレル８１はカランドリアのシエル６６に
ある開口６１の縁と合う位置及び形で出口ノズル
２５と整列した開口を備えている。

炉心２７、上部炉内構造物３７及びカランドリ
ア３９はほぼ同軸状に装着されている。上部炉心
板３３は、燃料集合体２９に係合して同燃料集合
体２９を心合わせするピン８７（第１図及び第２
図）を備えている。側壁７６及びシエル６６並び
にバレル５７及び８１は、互いにほぼ同軸状に装
着され、且つ炉心２７、上部炉心構造物３７及び
カランドリア３９に対してほぼ同軸に装着されて
いる。フランジ８５は胴部１５の内表面の棚部８
９上に乗つている。バレル５７のフランジ６５は
フランジ８５上にあり、これ等のフランジ間にば
ね（図示せず）が挿入されている。フランジ７８
はフランジ６５上に乗つている。シエル６６、バ
レル５７及び８１は、開口７２及び６１の境界９
１及び９３が互いに合い、バレル５７の開口６１
の境界９３（第１図）がバレル８１の開口の境界
９５と合い、バレル８１の開口の境界９５が出口
ノズル２５の内縁９７と合うように周方向に配向
されている。バレル８１と胴部１５との間の環状
空間９９は入口ノズル２３と炉心２７の下端とを
連通させている。入口ノズル２３から入つた冷却
材は環状空間９９を下方に流れて底部１７に入
り、炉心２７内を上方に、上部炉内構造物３７を
真つすぐ上方に流れてカランドリア３９内に入
り、その中でほぼ水平方向に流れて出口ノズル２
５から出る。境界９１，９３と９３，９５との間
及び境界９５と内縁９７との間の接合部は、出口
ノズルに耐圧シールを形成し、冷却材が環状空間
９９から直接出口ノズル２５に流れる側路が全く
無いか最小限となるようにしてある。

図示のように、出口ノズル２５の出口流路は、
上部炉内構造物の直上であり且つカランドリア３
９の中空部材５８とほぼ同じレベルであるので、
カランドリアを通過した冷却材は直接出口ノズル
２５から流出する。カランドリア３９の下部支持
板５４は上部炉内構造物３７の頂部に隣接して配
置されており、冷却材は、カランドリア内へ案内
装置４１及び４３の開口を通り、これ等の案内装
置間の空間を通り、また、水平フオーマー板６７
と上部炉内構造物の周縁との間の間〓を通つて流
れる。カランドリア３９は上部炉内構造物のため
の上部支持体の作用をする。制御棒の駆動軸１０
１（第５図）は、カランドリアの中空部材５８を
通つていて、出口ノズル２５に向かつて半径方向
外方に高速で流れる冷却材から、この中空部材５
８により保護されている。

カランドリアの下部及び上部支持板５４，５６
と中空部材５８とはステンレス鋼から形成されて
いる。出口ノズル２５は代表的には直径約１ｍで
ある。中空部材５８は代表的には外径8.8cm、内
径5.5cm、長さ約125cmである。このような構造の
中空部材５８の両端を下部及び上部支持板５４，
５６により支持すると、13ｍ／secという高速の
横方向冷却材流により生ずる応力は最少限にな
り、中空部材が破損することがなくなる。

次に、第７図に示した本発明の好適な実施例に
ついて説明するが、全図面を通じて同一又は相当
する部分は同一の符号で表されている。

本発明によると、出口ノズルはより低い位置に
設けることができ、この場合容器高さが低くな
り、また、カランドリアを通る原子炉冷却材の半
径方向外方の流れは、圧力降下は大きいがより均
一になる。

即ち、第７図において、本発明による原子炉
は、前述した原子炉の参考構造例と同様に、容器
１５と、該容器１５内に支持された炉心２７と、
該容器１５内に可動に支持され、炉心２７上方の
プレナム内に垂設された制御棒案内装置（代表的
に符号４１で示す）により案内される制御棒集合
体（図示せず）と、該制御棒集合体を炉心２７に
対して出入させるため同制御棒集合体を支持した
ヨーク部材（図示せず）に接続された駆動軸１０
１とを備えている。容器１５は、炉心２７に冷却
材を供給するための少なくとも一つの入口ノズル
２３と、流入冷却材を炉心２７の内部を通過させ
た後に容器１５から放出するための少なくとも一
つの出口ノズル２５とを有する。更に、原子炉
は、炉心２７の上方で容器１５を横切つて延びる
カランドリア３９を備え、このカランドリア３９
は、上部支持板１６１と下部支持板１８１との間
に装架された複数の中空部材５８を含み、該下部
支持板１８１には、炉心２７から軸方向上向きに
流れる冷却材が通過しうる穴６４が設けられてい
る。また、カランドリア３９は、半径方向に開放
していて出口ノズル２５と連通する。

本発明によると、カランドリア３９は、炉心２
７よりも上方に充分に離間して配設されており、
制御棒集合体を支持したヨーク部材（図示せず）
は、カランドリア３９と炉心２７との間の空間内
で可動であり、駆動軸１０１は、中空部材５８内
を通つて延び同中空部材５８によつて案内され、
中空部材５８の外表面を横切つて出口ノズル２５
に流れる冷却材から保護されていると共に、出口
ノズル２５はカランドリア３９よりも実質的に下
方に配設されていて、該カランドリア３９から出
口ノズル３５に冷却材を案内するように、カラン
ドリア３９の周囲と出口ノズルとの間に、環状流
路１６０が設けられている。

更に、炉心バレル８１の支持フランジ８５は、
環状の流路１６０を介してカランドリア３９の内
部と開放連通する出口ノズル２５よりも下方に配
設されるが、炉心バレル８１を囲む環状空間９９
を介して容器１５の底部１７にある炉心入口領域
と開放連通する入口ノズル２３よりも上方に配設
されている。

カランドリア３９は、断面が漏斗状で流路断面
積が半径方向の外方ほど増大しており、流れ方向
が出口ノズル２５に向かつて下向きに転向する部
分の冷却材の流速を相当に減少させている。この
構成においても、制御棒及び制御棒駆動軸１０１
は、半径方向外向きの高速冷却材流から保護され
る。その理由は、上述のような半径方向の流れが
あるカランドリア３９内で、制御棒駆動軸１０１
が保護管即ち中空部材５８内に設けられているか
らであり、また、カランドリア３９より下方の領
域では、半径方向の流れは無く、制御棒及び制御
棒駆動軸１０１に振動を生じさせない軸方向の流
れだけがあるためである。

第７図に示すように、出口ノズル２５をカラン
ドリア３９よりも下方に設けると、カランドリア
３９から半径方向に出た冷却材流は、先ず下方に
転向して環状の流路もしくは空間１６０内に入
り、その後、半径方向の出口ノズル２５に入る。
この構成においては、カランドリア３９外への半
径方向の流出流れはより一様になるが、この流れ
は、カランドリア３９の外周で下方に転向し、次
に外方に転向して出口ノズル２５内に入らねばな
らない。第７図に示すように、カランドリア３９
は、上部支持板１６１及び下部支持板１８１を備
えている。これ等の支持板１６１及び１８１は、
それ等の間にある空間１６３が流れの方向に拡が
るような形状を有しているので、カランドリア３
９の外周における冷却材流は比較的に低速であ
り、冷却材流が転向する部位での圧力降下は比較
的に僅かに過ぎない。また、第７図から分かるよ
うに、この構成によれば、下部支持板１８１上に
支持されたカランドリア３９は、図示のように原
子炉頭部１９内に入つているので、第１図に示し
た構成よりも高さの低い原子炉器を用いることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、原子炉の参考構造例を示す縦断面
図、第２図は、第１図の原子炉のカランドリア及
び上部炉内構造物用バレルの縦断面図、第３図
は、第１図の−線に沿つた上部炉内構造物の
部分平面図、第３Ａ図は、第３図の円Ａ内の部
分拡大図、第４図は、第１図の−線に沿つた
カランドリアの下部支持板の部分平面図、第５図
は、第１図の−線に沿つたカランドリアの上
部支持板の部分平面図、第６図は、カランドリア
の部分縦断面図、第７図は、本発明の実施例によ
る原子炉を示す縦断面図である。１５……容器（胴部）、１７……容器の底部、
２３……入口ノズル、２５……出口ノズル、２７
……炉心、３９……カランドリア、４１……制御
棒案内装置、５８……中空部材、６４……穴、８
１……炉心バレル、８５……支持フランジ、９９
……環状空間、１０１……駆動軸、１６０……環
状流路、１６１……上部支持板、１８１……下部
支持板。

Claims

【特許請求の範囲】

１容器１５と、該容器１５内に支持フランジ８
５で垂下支持された炉心バレル８１と、該炉心バ
レル８１内に支持された炉心２７と、前記容器１
５内に可動に支持され、前記炉心２７上方のプレ
ナム内に垂設された制御棒案内装置により案内さ
れる制御棒集合体と、制御棒を前記炉心２７に対
して出入させるため前記制御棒集合体を支持した
ヨーク部材に接続された駆動軸１０１とを備え、
前記容器１５は、前記炉心２７に冷却材を供給す
るための少なくとも一つの入口ノズル２３と、流
入冷却材を前記炉心２７の内部を通過させた後に
前記容器１５から放出するための少なくとも一つ
の出口ノズル２５とを有し、更に、前記炉心２７
の上方で前記容器１５を横切つて延びるカランド
リア３９を備え、該カランドリア３９は、上部支
持板１６１と下部支持板１８１との間に装架され
た複数の中空部材５８を含み、該下部支持板１８
１には、前記炉心２７から軸方向上向きに流れる
冷却材が通過しうる穴６４が設けられ、前記カラ
ンドリア３９は、半径方向に開放していて前記出
口ノズル２５と連通する原子炉において、前記カ
ランドリア３９は、前記炉心２７よりも上方に充
分に離間して配設されており、前記制御棒集合体
を支持した前記ヨーク部材は、前記カランドリア
３９と前記炉心２７との間の空間内で可動であ
り、前記駆動軸１０１は、前記中空部材５８内を
通つて延び同中空部材５８によつて案内され、前
記中空部材５８の外表面を横切つて前記出口ノズ
ル２５に流れる冷却材から保護されていると共
に、該出口ノズル２５は前記カランドリア３９よ
りも実質的に下方に配設されていて、該カランド
リア３９から前記出口ノズル２５に冷却材を案内
するように、前記カランドリア３９の周囲と前記
出口ノズル２５との間に、環状の流路１６０が設
けられており、更に、前記炉心バレル８１の前記
支持フランジ８５は、前記環状の流路１６０を介
して前記カランドリア３９の内部と開放連通する
前記出口ノズル２５よりも下方に配設されるが、
前記炉心バレル８１を囲む環状空間９９を介して
前記容器１５の底部１７にある炉心入口領域と開
放連通する前記入口ノズル２３よりも上方に配設
されている、ことを特徴とする原子炉。