(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部支持板（４）を備え、この上部支持板（４）が上部接続短管（２）の上側における原子炉圧力容器（１）の横断面を覆い、上側蓋空間（１ｂ）を下部空間（１ａ）から分離し、上部支持板（４）に制御棒（６）を収容するための開口（５）と少なくとも１つの平衡開口（７）が存在している原子炉圧力容器（１）において、平衡開口（７）の横断面積が、下部空間（１ａ）における温度に関係して、温度が低下する際に平衡開口（７）の横断面積が増大し温度が上昇する際に平衡開口（７）の横断面積が縮小するように変えられることを特徴とする原子炉圧力容器。
【請求項２】
平衡開口（７）が、原子炉圧力容器壁と炉心組込物（１５）とによって画成された原子炉環状空間である下部空間（１ａ）と蓋空間（１ｂ）との間のバイパスを形成していることを特徴とする請求項１記載の原子炉圧力容器。
【請求項３】
平衡開口（７）の横断面積が受動的に温度制御されることを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉圧力容器。
【請求項４】
温度が低下する際に材料の熱収縮を利用して平衡開口（７）の横断面積を増大させ、温度が上昇する際に材料の熱膨張を利用して平衡開口（７）の横断面積を縮小させる装置（８）が、平衡開口（７）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の原子炉圧力容器。
【請求項５】
装置（８）が伸びブッシュ（１１）を含んでいることを特徴とする請求項４記載の原子炉圧力容器。
【請求項６】
伸びブッシュ（１１）が、両側端面を開いたシリンダ（９）の中に挿入された中空ピストン（１２）に結合され、この中空ピストン（１２）の内部空間が、中空ピストン（１２）の両側端面にある開口（１３、１９）を介して、上部支持板（４）の下側にある下部空間（１ａ）並びに上部支持板（４）の上側にある蓋空間（１ｂ）に連通され、中空ピストン（１２）が、伸びブッシュ（１１）が収縮した際にシリンダ（９）の側壁にある開口（１０）と一致するかこの開口（１０）と重なり合う横側開口（１４）を有していることを特徴とする請求項５記載の原子炉圧力容器。
【請求項７】
原子力設備の原子炉圧力容器（１）における支持板（４）が上部接続短管（２）の上側における原子炉圧力容器（１）の横断面を覆い、媒体が支持板（４）にある平衡開口（７）を通して流れるようにして、支持板（４）の上側における蓋空間（１ｂ）と下側における下部空間（１ａ）との間の温度を平衡させる方法において、平衡開口（７）を通る媒体の流れが、下部空間（１ａ）における温度に関係して、温度が低下する際に媒体の流量が増大し温度が上昇する際に媒体の流量が減少するように変えられることを特徴とする原子炉圧力容器の温度平衡方法。
【請求項８】
媒体のバイパス流が、平衡開口（７）を通して、原子炉圧力容器壁と炉心組込物とによって画成された原子炉環状空間である下部空間（１ａ）から蓋空間（１ｂ）に到達することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
媒体の流れが受動的に温度制御されることを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
【請求項１０】
原子炉設備の停止時における温度低下に従って、媒体の流れが増大されることを特徴とする請求項７乃至９の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、上部支持板を備え、この上部支持板が上部接続短管の上側における原子炉圧力容器の横断面を覆い、上側蓋空間を下部空間から分離し、上部支持板に制御棒を収容するための開口と少なくとも１つの平衡開口が存在している原子炉圧力容器に関する。
【０００２】
本発明はまた、原子力設備の原子炉圧力容器における支持板が上部接続短管の上側における原子炉圧力容器の横断面を覆い、媒体が支持板にある平衡開口を通して流れるようにして、支持板の上側における蓋空間と下側における下部空間との間の温度を平衡させる方法に関する。
【０００３】
加圧水形原子炉を備えた原子力発電所において、一般に、原子炉圧力容器内に、一次回路における上部接続短管の上側に上部支持板が配置され、この上部支持板はそこの原子炉圧力容器の横断面を覆っている。この上部支持板は原子炉圧力容器を、大きな下部空間と原子炉圧力容器蓋側の小さな上側蓋空間とに分割し、制御棒の位置を保持するために使われる。
【０００４】
原子炉圧力容器には、少なくとも二種類の構造様式が存在している。その第１の構造様式は主にドイツで使用されている。この場合、上部支持板は格子板として形成され、その格子板に制御棒を収容するための複数の開口が存在し、これらの開口はそれぞれ制御棒の横断面積よりかなり大きくされている。即ちその各開口に、制御棒を包囲する比較的大きな自由開口断面が存在している。その自由開口断面を通して、原子炉圧力容器において上側蓋空間と下部空間との間で、媒体（冷却材）が交換される。それにもかかわらず、上部格子板の縁部範囲に、補助開口（蓋バイパス）が存在している。この構造は「ホットドーム」形と呼ばれている。
【０００５】
第２の構造形式の原子炉圧力容器は主にフランスと米国で使用され、この場合、上部支持板に、制御棒を収容するための開口が設けられ、この開口の横断面積は制御棒の横断面積に一致している。即ちこの場合、支持板の上下の両空間間における媒体（冷却材）の交換のために、非常に狭い隙間しか存在しないか、あるいは隙間が全く存在しない。この構造は「コールドドーム」形と呼ばれ、常に十分な冷却材交換を保証するために、支持板の縁部範囲に比較的大きな平衡開口（蓋バイパス）を必要とする。
【０００６】
原子力発電所の連続出力運転中には、小さな横断面積の小さな蓋バイパスで足りる。この小さなバイパスは、原子炉圧力容器全体において均質なホウ素濃度が確保されることを保証するだけでよい。出力運転中における過大な蓋バイパスは望ましくない。何故ならば、過大な蓋バイパスのために、原子炉圧力容器内における冷却材回路が、炉心を通してだけでなく、上側蓋空間を通しても導かれ、これが、冷却材の原子炉出口温度を低下させ、一次回路における冷却材ポンプの所要動力を増大させ、このために原子力発電所の出力損失を生じさせるからである。
【０００７】
「コールドドーム」形の原子炉圧力容器は、制御棒がその制御棒用に設けられた支持板における開口にできるだけぴったりはめ込まれているので、高温冷却材を蓋空間から十分に隔離する。しかしそれでも、比較的大きな蓋バイパスが存在する場合、上述の出力損失が生じてしまう。
【０００８】
「ホットドーム」形と呼ばれる原子炉圧力容器は、格子板に大きな開口を有し、この開口は、制御棒が挿入されている場合も、大部分が自由に開いている。そのために、原子炉圧力容器内における冷却材回路が、常に上側蓋空間を通しても導かれるので、出力運転中、蓋空間内における冷却材の温度は、上部支持板の下側における温度とほとんど同じとなる。
【０００９】
修理あるいは燃料要素交換のために、原子力発電所を停止する際、別の状態が生ずる。その場合、上述の両形式の原子炉圧力容器において、原子炉圧力容器内に存在する冷却材は、約３００℃から約５０℃へ冷却されねばならない。その蓋空間の内部および原子炉圧力容器蓋自体の冷却時間は、蓋バイパスの大きさによって決定される。
【００１０】
「コールドドーム」形の場合、十分に短い冷却時間を得るために、比較的大きな蓋バイパスが必要であった。しかしそのような蓋バイパスは、上述したように、原子力発電所の大きな出力損失を生じさせた。
【００１１】
「ホットドーム」形の場合、原理的には格子板を通して冷却材を交換できるが、原子力設備の出力停止時に、即ち冷却材回路を介しての冷却中に、原子炉圧力容器の上部接続短管の上側における蓋空間内に、比較的軽い高温冷却材が存在するが、一方原子炉圧力容器の下部空間における温度が連続して低下する。
【００１２】
原子力発電所の出力停止時に生ずる原子炉圧力容器の下部とその蓋との温度差によって、その両部分が異なった熱膨張を生ずる。それによって、蓋締付けボルトのねじが幾分傾いてしまい、そのために引き抜けなくなってしまう。従って、原子炉圧力容器蓋も原子炉圧力容器と同じ温度となるようにするための補助的な冷却時間が必要である。
【００１３】
本発明の課題は、一方では出力運転中における損失が非常に小さく、他方では原子力発電所の出力停止時に、原子炉圧力容器の下部とその蓋との間に、温度差が生じないかあるいは速やかに平衡するような原子炉圧力容器を提供することにある。
【００１４】
また本発明の課題は、原子炉圧力容器における支持板の上下に存在する上側蓋空間と下部空間との温度を平衡させるのに適した方法を提供することにある。
【００１５】
原子炉圧力容器に関する課題は、本発明に基づいて、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が、下部空間における温度に関係して、温度が低下する際に平衡開口の横断面積が増大し温度が上昇する際に平衡開口の横断面積が縮小するように変えられることによって解決される。
【００１６】
これによって、原子力発電所の出力運転中には、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が小さくされ、僅かな媒体（冷却材）しか蓋空間に到達せず、一方原子力発電所の停止時には、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が大きくされ、原子炉圧力容器の蓋空間と下部空間との間で、急速に媒体交換が行われ、従って、温度が速やかに平衡する、という利点が得られる。
【００１７】
大きな蓋バイパスに起因する出力損失は有利に小さくされる。それに応じて、一次回路における冷却材のポンプ動力は小さく済ませられる。ただ支持板の上下のホウ素濃度がほぼ同じであるようにする量の冷却材が、支持板の上下の両空間間で交換されるだけでよく、このことは連続運転にとって価値がある。
【００１８】
本発明に基づく原子炉圧力容器によれば、原子力発電所の出力停止時に、平衡開口（蓋バイパス）を通して非常に多量の冷却材が交換されることによって、原子炉圧力容器蓋が原子炉圧力容器と同じように急速に冷却される、という利点が得られる。ほぼ完全密閉の支持板の上側に受け止められるか、あるいは格子板が存在する場合に低温媒体内における高温媒体の浮上だけで原子炉圧力容器蓋の下側に集まったまだ高温の冷却材は、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が増大されることによって、低温冷却材と置き換えられる。即ち、原子炉圧力容器の下部と原子炉圧力容器蓋は従来に比べて一様に冷却されるので、原子炉圧力容器蓋の熱を吸収するための補助的な冷却時間は必要とされない。
【００１９】
例えば、平衡開口が、原子炉圧力容器壁と炉心組込物とによって画成された原子炉環状空間である下部空間と蓋空間との間の蓋バイパスを形成している、ことが有利である。公知のこの環状空間に接続短管が開口しているので、冷却材は有利に短い距離をたどって、特に蓋バイパスを通って蓋空間に到達する。冷却材はそこから、制御棒に沿って流れるか、格子板の開口を通して、原子炉圧力容器の下部空間に戻る。「コールドドーム」形の場合、制御棒は例えば被覆管で包囲され、そこに冷却材流が僅かに流れる場所が存在する。
【００２０】
例えば、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が受動的に温度制御される。これによって特に、外から操作することなしに、生じている温度に適した大きさの開口が常に存在する、という利点が得られる。
【００２１】
例えば、温度が低下する際に材料の熱収縮を利用して平衡開口の横断面積を増大させ、温度が上昇する際に材料の熱膨張を利用して平衡開口の横断面積を縮小させる装置が、平衡開口（蓋バイパス）に組み込まれている。その装置は特に、平衡開口を温度に関係して受動的に制御するのに適している。
【００２２】
平衡開口（蓋バイパス）は、例えば、温度が低下した際に流れ開口断面積を増大する伸びブッシュを有している。例えばドイツ特許出願公開第１９６０７６９３号明細書で公知のそのような伸びブッシュは、生じている温度に基づいて、開口横断面積を変化させる。
【００２３】
例えば、伸びブッシュが、両側端面を開いたシリンダの中に挿入された中空ピストンに結合されている。この中空ピストンの内部空間は、中空ピストンの両側端面にある開口を介して、上部支持板の下側にある下部空間並びに上部支持板の上側にある蓋空間に連通している。更に、中空ピストンは、伸びブッシュが収縮した際にシリンダの側壁にある開口と一致するかこの開口と重なり合う横側開口を有している。伸びブッシュが温度低下に基づいて収縮したとき、平衡開口（蓋バイパス）の横断面積が増大される。
【００２４】
原子炉圧力容器における温度を平衡させるのに適した方法に関する課題は、本発明に基づいて、平衡開口を通る媒体の流れが、下部空間における温度に関係して、温度が低下する際に媒体の流量が増大し温度が上昇する際に媒体の流量が減少するように変えられることによって解決される。
【００２５】
これによって、原子力発電所の出力運転中において、高温時に平衡開口を通る媒体流（冷却材流）が僅かであることによって、原子力発電所の出力低下が生じない、という利点が得られる。他方では、原子力発電所の停止時に、蓋空間における媒体（冷却材）の急速な冷却が必要とされるとき、平衡開口を通る媒体が非常に低温であり、その流量が大きいために、蓋空間における所望の温度低下が短時間で得られる。
【００２６】
例えば、平衡開口を通して、媒体のバイパス流が、原子炉圧力容器壁と炉心組込物とによって画成された原子炉環状空間である下部空間から蓋空間に到達する。このようにして、必要に応じて、蓋空間に媒体（冷却材）を迅速に且つ確実に供給できる。その媒体は制御棒に沿って蓋空間から出る。
【００２７】
媒体流（冷却材流）が例えば受動的に温度制御される。その場合、流れを制御するための補助的な高価な装置は不要である。
【００２８】
例えば、原子炉設備の停止時における原子炉圧力容器内の温度低下に従って、平衡開口を通る媒体流が増大される。これによって、原子力発電所の停止、およびこれに起因する原子炉圧力容器の下部空間の冷却時に直ぐに、原子炉圧力容器と蓋空間との急速な温度平衡が保証される。
【００２９】
本発明に基づく原子炉圧力容器および本発明に基づく方法によれば、特に、原子炉圧力容器内における上部支持板にあるバイパスを形成する平衡開口（蓋バイパス）の横断面積およびそのバイパスにおける媒体流の強さが、常に要求に適っている、という利点が得られる。
【００３０】
本発明による方法を実施できる本発明による原子炉圧力容器を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
図１には、一次回路への上部接続短管２と蓋３とを備えた原子炉圧力容器１の上部が示されている。上部接続短管２の上側において、原子炉圧力容器１の横断面は上部支持板４によって覆われている。この上部支持板４は制御棒６用の開口５を有している。
【００３２】
制御棒用の開口５は、「ホットドーム」形原子炉圧力容器１の場合、制御棒６の横断面積より大きくされている。上部支持板４は例えば格子板の形をしている。「コールドドーム」形原子炉圧力容器１の場合、制御棒用開口５は制御棒６の横断面積と全く同じ大きさをしている。
【００３３】
上述の両形式の原子炉圧力容器において、原子炉圧力容器１内に存在する媒体（冷却材）が、支持板４の下側における下部空間１ａと上部支持板４の上側における上側空間１ｂとの間で交換されるようにするために、上部支持板４に、平衡開口（蓋バイパス）７が設けられている。この平衡開口７は、「ホットドーム」形の場合、「コールドドーム」形の場合より小さい。
【００３４】
「コールドドーム」形の場合、平衡開口７を通る冷却材のバイパスは、上部支板４の上下におけるホウ素濃度が平衡される程度しか必要とされない。ちなみに、原子力発電所の出力をできるだけ高くするために、出力運転中にできるだけ僅かな冷却材しか蓋空間１ｂに到達しないようにすることが望まれる。しかし原子力発電所を停止した時に、蓋空間１ｂが下部空間１ａに比べて遅れて冷却されてはならない。つまり、上部支持板４の上下に大きな温度差が生ずると、これは、冷却過程を不必要に遅くし、概略的に図示した蓋締付けボルト１６を緩める際に問題を生ずる。そのために、停止時に下部空間１ａと蓋空間１ｂとの間で大きな冷却材交換が行われることが重要である。
【００３５】
平衡開口７を原子力発電所の停止時には比較的大きくし、出力運転中には比較的小さくするために、平衡開口（蓋バイパス）７に、開口断面積、従ってバイパスにおける媒体流を温度に関係して変化させる図２に示されている装置８が組み込まれている。原子力発電所を停止したときに、下部空間１ａにおける温度は蓋空間１ｂにおける温度以下まで低下する。この下部空間１ａにおける温度低下中に、平衡開口７の横断面積が増大され、これによって、まだ高温の蓋空間１ｂが冷却されて、確実に温度平衡される。しかし出力運転中に下部空間１ａの温度が蓋空間１ｂの温度より高い限り、平衡開口７の横断面積は比較的小さく保たれ、上下の両空間１ａ、１ｂ間のホウ酸水の交換しか保証しない。これによって、不必要に大きな蓋バイパスないしは不必要に大きな平衡開口７による出力損失は防止される。
【００３６】
装置８は図２に詳細に示されている。この装置８は両側端面が開いたシリンダ９を有している。このシリンダ９の上部側壁に開口１０が設けられている。シリンダ９の下部範囲に、温度が上昇するとシリンダ９の軸線の方向に増大する、例えばドイツ特許出願公開第１９６０７６９３号明細書に記載されている公知の伸びブッシュ１１が存在している。この伸びブッシュ１１は中空ピストン１２に結合されている。伸びブッシュ１１の内部に、装置８の下側開口１７に接続された通路１８が存在している。この通路１８はピストン１２の下側端面側開口１９でピストン１２の内部に連通している。ピストン１２はその上側端面に上側開口１３を有し、この上側開口１３は装置８の最小横断面積を表している。ピストン１２は、伸びブッシュ１１が収縮したときだけ、シリンダ壁にある開口１０と一致するか、それと重なり合う補助的な横側開口１４を有している。
【００３７】
原子力発電所の停止時に生ずる下部空間１ａの温度低下は、伸びブッシュ１１を収縮させる。この伸びブッシュ１１の収縮は、ピストン１２の横側開口１４をシリンダ９のシリンダ壁にある開口１０と一致させ、これによって、装置８の開口横断面積を大きく増大する。
【００３８】
即ち、図示した装置８によれば、平衡開口（蓋バイパス）７を通る媒体ないしは冷却材の流れを温度に関係して変化させるようにして、上部支持板４の上下の空間１ａ、１ｂ間の温度を確実に平衡することができる。原子力発電所の停止時には、蓋３を速やかに冷却するために下部空間１ａから蓋空間１ｂに多量の媒体流が確実に流れ、一方出力運転時には、出力損失が防止されるように少量の流れしか存在しない、という利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上部支持板に平衡開口が存在する原子炉圧力容器の一部断面図。
【図２】平衡開口の中に組み込まれ、温度に関係してその平衡開口の横断面積を変化させる装置の断面図。
【符号の説明】
１    原子炉圧力容器
１ａ  下部空間
１ｂ  蓋空間
２    上部接続短管
４    上部支持板
５    制御棒用開口
６    制御棒
７    平衡開口
８    装置
９    シリンダ
１０    シリンダ側壁にある開口
１１    伸びブッシュ
１２    中空ピストン
１３    中空ピストン端面にある開口
１４    中空ピストンにある横側開口
【図１】
0003579354.tif 000002
【図２】
0003579354.tif 000003