(57)【要約】【課題】地震発生時の燃料集合体の撓みを低減させ、制御棒の挿入性を向上させる沸騰水型原子炉を提供する。【解決手段】燃料集合体１０の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板７と、燃料集合体１０の下部を支持する燃料支持金具９と、燃料支持金具１０を支持する炉心支持板８と、を備え、上部格子板７は、各格子目を構成する各辺の中央部に凸部７ａを有し、凸部７ａの幅Ｗ７ａは、水ギャップ１７の幅Ｗ１７よりも小さく、凸部７ａの下面は、上部格子板の下面と同一の高さである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料集合体の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板と、
前記燃料集合体の下部を支持する燃料支持金具と、
前記燃料支持金具を支持する炉心支持板と、を備え、
前記上部格子板は、各格子目を構成する各辺の中央部に凸部を有し、
前記凸部の幅は、水ギャップの幅よりも小さく、
前記凸部の下面は、前記上部格子板の下面と同一の高さである
ことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項２】
燃料集合体の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板と、
前記燃料集合体の下部を支持する燃料支持金具と、
前記燃料支持金具を支持する炉心支持板と、を備え、
前記上部格子板は、各格子目を構成する各辺の中央部に凸部を有し、
前記凸部の幅は、水ギャップの幅よりも小さく、
前記凸部の下面は、前記燃料集合体が前記上部格子板および前記燃料支持金具に支持された状態における前記燃料集合体に設けられたチャンネルファスナの下端の位置よりも下側である
ことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項３】
前記凸部は、
切り込みを有するはり板を、前記水ギャップに沿って前記上部格子板に差し込むことで形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉。
【請求項４】
前記凸部の水ギャップと平行な面に弾性体である板ばねを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉に係り、特に上部格子板を備える沸騰水型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉は、内部に炉心が配置されている原子炉圧力容器を有している。炉心は、複数の燃料集合体を縦に装荷して並べ、直円柱状に配置されており、炉心シュラウドに取り囲まれている。炉心シュラウドの上部には、燃料集合体の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板が設けられており、炉心シュラウドの下部には、燃料支持金具を支持する炉心支持板が設けられている。炉心を構成する燃料集合体は、炉心の最外周を除き、４体を１組として燃料支持金具によって支持されている。なお、最外周の燃料集合体は、１体ずつ燃料支持金具によって支持されている。
【０００３】
燃料集合体は、複数の燃料棒が正方格子状に並べられており、側面はチャンネルボックスで囲まれている。燃料集合体の上部には、板ばねを有するチャンネルファスナが取り付けられており、チャンネルファスナによって隣り合う燃料集合体が押し付け合うことで、燃料集合体間の水ギャップが確保されている。また、燃料集合体の上部には、地震などで燃料集合体の上部に横方向の荷重が加わり、チャンネルファスナの板ばねが縮んだ場合でも水ギャップが維持されるように、チャンネルスペーサが取り付けられている。
【０００４】
原子炉圧力容器の底部には、複数の制御棒駆動機構ハウジングが取り付けられている。制御棒駆動機構ハウジングの上部には、制御棒案内管が配置されており、制御棒案内管の上部が炉心支持板に嵌め込まれている。制御棒駆動機構ハウジングの内部には、制御棒駆動機構が配置されており、制御棒案内管に配置されている十字断面の制御棒と接続されている。制御棒は、燃料支持金具に形成される十字断面の貫通孔を通って、４体の燃料集合体間の水ギャップに挿入される。
【０００５】
通常運転時の沸騰水型原子炉の反応制御は、制御棒を制御棒駆動機構で上下に駆動させることにより、炉心の中性子量を制御するようになっている。また、大きな地震が発生するなどの緊急時は、全制御棒を炉心に挿入して沸騰水型原子炉を緊急停止（以下、「スクラム」という。）させるようになっている。
【０００６】
ここで、地震発生時は、地震の揺れによって燃料集合体が弓なりに撓むため、制御棒を炉心に挿入する際、燃料集合体と制御棒が接触し、摩擦抗力が制御棒に作用する。そのため、通常運転時の制御棒挿入時間よりも、地震発生時の制御棒挿入時間の方が長くなることが知られている。したがって、地震発生時の燃料集合体の撓みを低減させることにより、スクラム時における制御棒挿入時間をできるだけ短くすることが求められている。
【０００７】
地震による燃料集合体の撓みを低減することを目的とした技術として、特許文献１（特開平０８−２８５９７９号公報）が開示されている。特許文献１には、原子炉圧力容器内に配置された炉心の上部を構成する上部格子板の格子内にそれぞれ複数体の燃料集合体が挿入して前記燃料集合体の角筒状チャンネルボックスの上部が水平方向に支持され、前記複数体の燃料集合体の下部が炉心支持板により支持され、前記複数体の燃料集合体の下方から制御棒が挿入される沸騰水型原子炉において、前記燃料集合体は横揺れ防止金具を有し、この横揺れ防止金具は前記チャンネルボックスに取り付けられたチャンネルファスナの板ばねと燃料パッドとからなり、前記板ばねに平面と凸面を形成し、この平面を前記チャンネルファスナの表面に接触してなることが記載されている（請求項２参照）。また、前記板ばねの平面と凸面は上下２段とし、かつ上部の平面は前記上部格子板の上端を貫通し、下部の平面は前記上部格子板の下端を貫通する高さに配置してなることが記載されている（請求項３参照）。特許文献１によれば、燃料集合体の横揺れ時の水平方向の支持点を上部格子板の上下両端部と一致させているので、燃料集合体はいずれの面でも支持点が上下二段となり、上部格子板側の支持点と同一高さにあり、燃料集合体のスパン長さが同一のため、撓みによる燃料集合体間の相対変位を防止することができることが記載されている（段落００４３参照）。
【０００８】
ちなみに、燃料集合体の交換時に燃料集合体が直立した状態を維持することを目的とした技術として、特許文献２（特開昭５８−１３５４８８号公報）が開示されている。特許文献２には、多数個の格子目を有し原子炉内でそれぞれの前記格子目中に複数本の核燃料集合体の上部を一定の間隔を置いて直立に整列支持する原子炉上部格子板において、この上部格子板が、原子炉内に水平に固着された下側上部格子板と、この下側上部格子板と前記格子目の位置を合致させて下側上部格子板上に着脱自在に載置された上側上部格子板とからなり、この上側上部格子板がそのそれぞれの格子目盛にその格子目の中心に向って直角に突出し整列した前記核燃料集合体上部間のすき間にほぼ等しい厚さを有して各核燃料集合体間にのぞき出ている複数個のガイド板を備えていることを特徴とする原子炉上部格子板が記載されている（特許請求の範囲参照）。特許文献２によれば、核燃料集合体のそれぞれは、上部格子板中に支持されている間、上部格子板の格子目壁およびガイド板によりその上部を直立に整列支承されているため、核燃料集合体のいずれを上部格子板から上方に引き抜いても残りの核燃料集合体は傾くことなく、それを引き抜いた跡に別の核燃料集合体を円滑容易に挿入する事ができることが記載されている（第５０７頁、右上、第１行目〜第８行目参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−２８５９７９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１３５４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１（特開平０８−２８５９７９号公報）で開示された方法では、弾性体であるチャンネルファスナの板ばねによって水ギャップを確保しているため、バネ力が地震発生時の水平方向の荷重よりも小さい場合、燃料集合体の上部の水ギャップが小さくなる。そのため、スクラム時は、燃料集合体の上部の水ギャップが狭くなることによって、燃料集合体と制御棒が接触しやすくなるおそれがある。
【００１１】
また、特許文献２（特開昭５８−１３５４８８号公報）で開示された方法では、上部格子板の下部よりも高い位置で燃料集合体をガイド板によって支持しているため、地震発生時の燃料集合体の撓みを低減させる効果は小さい。
【００１２】
そこで、本発明は、地震発生時の燃料集合体の撓みを低減させ、制御棒の挿入性を向上させる沸騰水型原子炉を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような課題を解決するために、本発明は、燃料集合体の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板と、前記燃料集合体の下部を支持する燃料支持金具と、前記燃料支持金具を支持する炉心支持板と、を備え、前記上部格子板は、各格子目を構成する各辺の中央部に凸部を有し、前記凸部の幅は、水ギャップの幅よりも小さく、前記凸部の下面は、前記上部格子板の下面と同一の高さであることを特徴とする沸騰水型原子炉である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、地震発生時の燃料集合体の撓みを低減させ、制御棒の挿入性を向上させる沸騰水型原子炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る沸騰水型原子炉の内部構造を示すために一部を切断して示した斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る沸騰水型原子炉に配置される燃料集合体の支持構造を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る沸騰水型原子炉が備える上部格子板の斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る沸騰水型原子炉が備える上部格子板および燃料集合体の上面図である。
【図５】上部格子板および燃料集合体を図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例に係る上部格子板および燃料集合体を図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図７】第２実施形態に係る沸騰水型原子炉が備える上部格子板の斜視図である。
【図８】第３実施形態に係る沸騰水型原子炉が備える上部格子板を説明する図であり、（ａ）は図４のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。
【図９】第３実施形態の変形例に係る沸騰水型原子炉が備える上部格子板を説明する図であり、（ａ）は図４のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１７】
≪第１実施形態≫
＜沸騰水型原子炉＞
第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１について、図１から図５を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１の内部構造を示すために一部を切断して示した斜視図である。
【００１８】
図１に示すように、沸騰水型原子炉１は、原子炉圧力容器２と、炉心３と、炉心シュラウド４と、制御棒案内管５と、制御棒駆動機構ハウジング６と、上部格子板７と、炉心支持板８と、を備え、炉心３に燃料集合体１０が装荷されるようになっている。
【００１９】
原子炉圧力容器２の内部には、複数の燃料集合体１０が装荷される炉心３と、炉心３（燃料集合体１０）を取り囲む炉心シュラウド４と、制御棒１５（後述する図２参照）が格納される制御棒案内管５と、炉心シュラウド４の上部に配置され燃料集合体１０の横方向の支持の役目を持つ格子形状をした上部格子板７と、炉心シュラウド４の下部に配置され燃料集合体１０を支持する炉心支持板８と、が配置されている。
【００２０】
原子炉圧力容器２の底部には、複数の制御棒駆動機構ハウジング６が設けられている。制御棒駆動機構ハウジング６の上部は、原子炉圧力容器２の底部を貫通して、制御棒案内管５の下部と接続されている。制御棒案内管５の上部は、炉心支持板８（後述する燃料支持金具９）に嵌め込まれている。制御棒駆動機構ハウジング６の内部には、制御棒駆動機構（図示せず）が設けられており、制御棒案内管５に格納された制御棒１５（後述する図２参照）を炉心３（後述する水ギャップ１７）に挿入することができるようになっている。
【００２１】
図２は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１に配置される燃料集合体１０の支持構造を示す斜視図である。なお、図２において、手前側の燃料集合体１０および上部格子板７の一部を切断して図示している。
【００２２】
図２に示すように、炉心３を構成する燃料集合体１０は、複数の燃料棒１１が正方格子状に並べられており、側面はチャンネルボックス１２で囲まれて構成されている。また、燃料集合体１０（チャンネルボックス１２）の上部には、チャンネルファスナ１３およびチャンネルスペーサ１４が取り付けられている。
【００２３】
炉心支持板８には、複数の燃料支持金具９が配置されている。燃料集合体１０は、４体を１組として、燃料支持金具９によって支持されるようになっている。これにより、４体を１組として支持される燃料集合体１０の相互間には、水ギャップ１７（後述する図４参照）が形成される。燃料支持金具９の下側には、制御棒案内管５の上部が嵌め込まれている。
【００２４】
制御棒１５は、制御棒駆動機構ハウジング６（図１参照）の内部に設けられた制御棒駆動機構（図示せず）により駆動されるようになっている。制御棒駆動機構（図示せず）を動作させることにより、十字断面の制御棒１５は、制御棒案内管５から燃料支持金具９に形成される十字断面の貫通孔９ａを通って、４体を１組として支持される燃料集合体１０の間の水ギャップ１７（後述する図４参照）に挿入されるようになっている。
【００２５】
＜上部格子板＞
図３は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１が備える上部格子板７の斜視図である。図４は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１が備える上部格子板７および燃料集合体１０の上面図である。図５は、上部格子板７および燃料集合体１０を図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。なお、上部格子板７は、複数の各格子目を有しているが、図３から図５では、そのうちの１つの格子目について図示している。
【００２６】
図４に示すように、上部格子板７の１つの格子目に対して、１つの燃料支持金具９（図２参照）によって支持される４体１組の燃料集合体１０が対応するようになっている。燃料集合体１０は、チャンネルファスナ１３により隣り合う燃料集合体１０と互いに押し付けあうことで、上部格子板７の格子目の角の方向に付勢され、制御棒１５（図２参照）を挿入するための水ギャップ１７が確保されている。
【００２７】
ここで、図３および図４に示すように、上部格子板７の各格子目を構成する各辺の中央部には、水ギャップ１７に沿った凸部７ａが形成されている。ちなみに、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１における凸部７ａは、剛体である上部格子板７と一体で製作されるようになっている。
【００２８】
図３および図５に示すように、凸部７ａの下面は、上部格子板７の下面と同じ高さとなっている。ちなみに、図３および図５に示す例において、凸部７ａの上面は、上部格子板７の上面と同じ高さとなっている。
【００２９】
また、図４に示すように、凸部７ａの幅Ｗ７ａは、水ギャップ１７の幅Ｗ１７よりも小さくなっている。これにより、従来の沸騰水型原子炉と同様に燃料集合体１０を配置することができるようになっている。なお、凸部７ａの幅Ｗ７ａは、制御棒１５（図２参照）の板厚以上であることが望ましい。
【００３０】
また、図４に示すように、制御棒１５（図２参照）を交換する際に、上部格子板７の格子目から制御棒１５を取り出すことが可能となるように、水ギャップ１７の長さＬ１７が設定され、その水ギャップ１７の長さＬ１７が確保できるように凸部７ａの突出長さＬ７ａを設定することが望ましい。このように、凸部７ａの突出長さＬ７ａを設定することで、従来の沸騰水型原子炉と同様の手順で制御棒１５（図２参照）を交換することができる。
【００３１】
＜作用・効果＞
第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１によれば、燃料集合体１０の下端が燃料支持金具９によって支持されている。また、地震発生時に燃料集合体１０が制御棒１５の側（上部格子板７の格子目の中心側）に振れる際、燃料集合体１０の上側が凸部７ａの下部で支持されるようになっている。これにより、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１は、従来の沸騰水型原子炉と比較して、燃料集合体１０の支持点間距離が短くなり、燃料集合体１０の固有振動数が高くなる。このように、燃料集合体１０の固有振動数と原子炉建屋（図示せず）の固有振動数を離すことによって、地震発生時の燃料集合体１０の振動応答を低減し、地震発生時の燃料集合体１０の撓みを低減することができる。燃料集合体１０の撓みが小さいほど制御棒１５が炉心３に挿入するのに要する時間の遅れは小さくなる。
【００３２】
また、燃料集合体１０の上部が上部格子板７と一体に形成された剛体である凸部７ａで支持されているため、チャンネルファスナ１３の板ばねのバネ力以上の荷重が加わった場合でも、水ギャップ１７の幅Ｗ１７が、凸部７ａの幅Ｗ７ａより狭くなることはなく、制御棒１５の挿入路を確保することができる。これにより、地震発生時に炉心３に挿入される制御棒１５の挿入性を向上させることができる。
【００３３】
＜第１実施形態の変形例＞
図６は、第１実施形態の変形例に係る上部格子板７および燃料集合体１０を図４のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１は、図５に示すように、上部格子板７の上面と凸部７ａの上面とが同一の高さであるものとして説明したが、これに限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。図６に示すように、上部格子板７の上面ＴＳ７と凸部７ａの上面ＴＳ７ａとが異なる高さであってもよい。
【００３４】
また、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１は、図５に示すように、上部格子板７の下面と凸部７ａの下面とが同一の高さであるものとして説明したが、これに限られるものではない。図６に示すように、上部格子板７の下面ＵＳ７と凸部７ａの下面ＵＳ７ａとが異なる高さであってもよい。ここで、凸部７ａの下面ＵＳ７ａが、チャンネルファスナ１３の下端ＬＥ１３よりも下側にあれば、前述の効果を得ることができる。もっとも、凸部７ａの下面ＵＳ７ａを下側にするほど、燃料集合体１０の支持点間距離が短くなり、地震発生時の燃料集合体１０の撓みを低減することができるので、図５に示すように、上部格子板７の下面ＵＳ７と凸部７ａの下面ＵＳ７ａが同じ高さとすることが望ましい。また、図示は省略するが、凸部７ａの下面ＵＳ７ａが上部格子板７の下面ＵＳ７よりも下側となってもよい。
【００３５】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１について図７を用いて説明する。ここで、第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１と比較して、上部格子板７の構成が異なっている。その他の構成は同一であり、説明を省略する。
【００３６】
＜上部格子板＞
図７は、第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１が備える上部格子板７の斜視図である。
ここで、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１における凸部７ａは、図３に示すように、上部格子板７と一体で製作されるのに対し、第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１における凸部７ａは、図７に示すように、切欠溝７ｂ１が形成された剛体であるはり板７ｂを水ギャップ１７に沿うように上部格子板７に形成された切欠溝７ｂ２に差し込むことで凸部７ａを構成する点で異なっている。その他の構成は同一であり、説明を省略する。
【００３７】
第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１によれば、上部格子板７に凸部７ａを有していない既設の沸騰水型原子炉１の上部格子板７に、凸部７ａを追設することが可能となり、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１と同様の作用・効果を得ることができる。
【００３８】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１について図８を用いて説明する。ここで、第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１は、第１実施形態に係る沸騰水型原子炉１と比較して、上部格子板７の構成が異なっている。その他の構成は同一であり、説明を省略する。
【００３９】
＜上部格子板＞
図８は、第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１が備える上部格子板７を説明する図であり、（ａ）は図４のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。
第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１における凸部７ａは、上部格子板７の凸部７ａの水ギャップ１７と平行な面に、弾性体である板ばね７ｃが取り付けられた構成となっている。
【００４０】
第１実施形態および第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１では、燃料集合体１０と凸部７ａとの間に製作公差等に由来するガタ（遊び、隙間）が存在してしまう。これに対し、第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１によれば、燃料集合体１０と凸部７ａが板ばね７ｃを介して常時接触するようになる。この構成とすることで、第１実施形態および第２実施形態に係る沸騰水型原子炉１では、ガタ（遊び、隙間）によって燃料集合体１０の変形が拘束されないタイミングが存在するが、第３実施形態に係る沸騰水型原子炉１では、板ばね７ｃを上部格子板７の凸部７ａと燃料集合体１０のチャンネルボックス１２との間に介することで常時変形が拘束されるので、燃料集合体１０の固有振動数をさらに高振動数側に変化させることが可能となる。
【００４１】
＜第３実施形態の変形例＞
図９は、第３実施形態の変形例に係る沸騰水型原子炉１が備える上部格子板７を説明する図であり、（ａ）は図４のＢ−Ｂ線で切断した断面図であり、（ｂ）は図４のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。
なお、凸部７ａに取り付けられる板ばね７ｃの形状として、凸部７ａの側面上側に配置されているものとして説明したが（図８参照）、これに限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。図示は省略するが、板ばね７ｃの下端が凸部７ａの下端まで延長されていてもよく、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、板ばね７ｃを上下２段に配置する構成であってもよい。
【００４２】
＜その他＞
なお、本実施形態（第１〜第３実施形態）に係る沸騰水型原子炉１は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１      沸騰水型原子炉
２      原子炉圧力容器
３      炉心
４      炉心シュラウド
５      制御棒案内管
６      制御棒駆動機構ハウジング
７      上部格子板
７ａ    凸部
７ｂ    はり板
７ｃ    板ばね
８      炉心支持板
９      燃料支持金具
９ａ    貫通孔
１０    燃料集合体
１１    燃料棒
１２    チャンネルボックス
１３    チャンネルファスナ
１４    チャンネルスペーサ
１５    制御棒
１７    水ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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