(57)【要約】【課題】燃料交換を行う高速炉の原子炉容器のコンパクト化を図る。【解決手段】実施形態によれば、原子炉システム１００は、炉心２、原子炉容器１０、炉心支持板、遮へいプラグ、炉心槽４、複数の反射体、隔壁７、複数の中間熱交換器１６、複数の内蔵ポンプ１７、炉停止棒駆動機構および燃料交換システムを有する。燃料交換システムは、原子炉容器１０内に設けられた炉容器内中継部２１、移送対象燃料集合体を炉心２と炉容器内中継部２１との間で移送する燃料取扱機、炉容器内中継部２１と原子炉容器１０の外部との間で移送可能とする燃料出入部を有する。隔壁７には径方向外側に突出する隔壁突出部２２が形成され、炉容器内中継部２１は、隔壁突出部２２内に設けられている。【選択図】図３
2015158471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配されて上下に延びる複数の燃料集合体を有する高速炉の炉心と、
前記炉心、原子炉冷却材および前記原子炉冷却材の上部を覆うカバーガスを収納して上部が開放されて上下に延びる円筒形状の原子炉容器と、
前記原子炉容器内で前記原子炉容器に支持されて水平方向に拡がって前記炉心を支持する炉心支持板と、
前記原子炉容器の上部を覆う遮へいプラグと、
前記原子炉容器内で前記炉心の径方向周囲に設けられ前記炉心を保護する上下が開放された円筒形状の炉心槽と、
前記原子炉容器内で前記炉心槽の径方向外側に前記炉心槽を全体として囲むように設けられ前記炉心で生じた中性子を反射して反応度を制御する上下に移動可能な複数の反射体と、
前記原子炉容器内で前記反射体の径方向外側に設けられ、前記原子炉冷却材が前記炉心内を上昇する上昇流路と前記原子炉冷却材が前記炉心の上方で径方向外側に折り返した後の外側流路である外環状部とを隔離する上下に延びて上下が開放されたほぼ円筒形状の隔壁であって、径方向外側に突出して当該隔壁の上端まで延びた隔壁突出部が形成されている隔壁と、
前記外環状部の周方向に互いに間隔をもって設けられた複数の中間熱交換器と、
前記外環状部の周方向に互いに間隔をもってかつ前記中間熱交換器と周方向に間隔をもって設けられて前記原子炉容器内で前記原子炉冷却材を循環させる複数の内蔵ポンプと、
前記炉心での反応を停止する炉停止棒と、
前記炉停止棒を駆動する炉停止棒駆動機構と、
燃料交換時において前記炉心内の前記燃料集合体のうち移送対象である移送対象燃料集合体を前記炉心から前記原子炉容器外へ移送するとともに、前記移送対象燃料集合体として新たな燃料集合体を前記原子炉容器の外部から前記炉心へ移送する燃料交換システムと、
を備えた原子炉システムであって、
前記燃料交換システムは、
前記隔壁突出部内に設けられて、前記移送対象燃料集合体を仮置き可能な炉容器内中継部と、
前記燃料交換時に前記原子炉容器内にあって前記炉心と前記炉容器内中継部との間で前記移送対象燃料集合体を移送する燃料取扱機と、
前記燃料交換時に、前記遮へいプラグにおいて前記炉容器内中継部の直上部分に形成された開閉可能な前記移送対象燃料集合体の移送用の遮へいプラグ出入用開口部を有して、前記炉容器内中継部と前記原子炉容器の外部との間で前記移送対象燃料集合体を移送可能とする燃料出入部と、
を有することを特徴とする原子炉システム。
【請求項２】
前記燃料出入部は、前記移送対象燃料集合体の移送を行う際の前記カバーガスの封じ込めを行う出入用ドアバルブと、
前記燃料交換時に前記出入用ドアバルブの上面と結合して前記炉容器内中継部との間で、前記移送対象燃料集合体を上下に移送するとともに、前記移送対象燃料集合体を収納した状態で前記原子炉容器の外部を水平方向に移動可能な走行式燃料出入機と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の原子炉システム。
【請求項３】
前記燃料取扱機は、
前記遮へいプラグ上に搭載された駆動部と、
前記駆動部の下方に前記駆動部と接続して設けられ前記遮へいプラグを貫通して下方に延びて上下移動可能かつ回転自在な中心軸体と、
前記移送対象燃料集合体と結合および切り離し可能に形成されて鉛直方向に延びたホールドダウンチューブと、
前記中心軸体と前記ホールドダウンチューブとを回転自在に結合する主アームと、
前記主アームと平行に設けられて前記中心軸体と前記ホールドダウンチューブとを回転自在に結合する補助アームと、
を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の原子炉システム。
【請求項４】
前記ホールドダウンチューブは、前記中心軸体、前記主アームおよび前記補助アームとともに構成する平行四辺形リンクによって直立姿勢を維持しながら、前記主アームおよび前記補助アームの鉛直方向に対する角度の増減および前記中心軸体の上下によって炉心の直上の径方向に伸縮し、また前記中心軸体の回転によって周方向に回転移動することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の原子炉システム。
【請求項５】
前記燃料交換システムは前記移送対象燃料集合体を収納可能な燃料移送ポットをさらに有し、
前記炉容器内中継部は、前記移送対象燃料集合体を収納した前記燃料移送ポットを仮置き可能であり、
前記炉内中継装置により移送される前記移送対象燃料集合体が前記燃料移送ポットに収納されて、当該燃料移送ポットとともに前記燃料出入部において移送されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の原子炉システム。
【請求項６】
前記炉容器内中継部の上方には、前記移送対象燃料集合体を移送する際のガイドとなるガイド部が設けられ、当該ガイド部は上下が開放されて上方に向かって徐々に広がっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の原子炉システム。
【請求項７】
前記燃料取扱機は、前記炉心の中央部の直上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の原子炉システム。
【請求項８】
前記燃料取扱機は、前記隔壁突出部の内側であって前記隔壁突出部に囲まれた位置の直上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の原子炉システム。
【請求項９】
複数の燃料集合体を含む高速炉の炉心と、前記炉心を収納する原子炉容器と、前記原子炉容器の上部を覆う遮へいプラグと、前記炉心の周囲に設けられた炉心槽と、前記炉心槽の径方向外側に前記炉心槽を全体として囲むように設けられた複数の反射体と、前記反射体の径方向外側に設けられた隔壁と、前記隔壁の径方向外側の外環状部に設けられた複数の中間熱交換器および複数の内蔵ポンプとを備える原子炉システムにあって、燃料交換時において前記炉心内の前記燃料集合体のうち移送対象である移送対象燃料集合体を前記炉心から前記原子炉容器外へ移送するとともに、前記移送対象燃料集合体として新たな燃料集合体を前記原子炉容器の外部から前記炉心へ移送する燃料交換システムであって、
前記隔壁には径方向外側に突出して当該隔壁の上端まで延びた隔壁突出部が形成されており、
前記隔壁突出部の内側に設けられて、前記移送対象燃料集合体を仮置き可能な炉容器内中継部と、
前記燃料交換時に前記原子炉容器内にあって前記炉心と前記炉容器内中継部との間で移送対象である前記移送対象燃料集合体を移送する燃料取扱機と、
前記燃料交換時において、前記遮へいプラグにおいて前記炉容器内中継部の直上部分に形成された開閉可能な前記移送対象燃料集合体の移送用の遮へいプラグ出入用開口部を有して、前記炉容器内中継部と前記原子炉容器の外部との間で前記移送対象燃料集合体を移送可能とする燃料出入部と、
を有することを特徴とする燃料交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高速炉の燃料交換システムおよびこれを用いた原子炉システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軽水冷却型の原子炉においては、燃料交換にあたり、原子炉停止時に原子炉圧力容器の上蓋を取り外し、炉心を開放状態にして、炉心に装荷されている燃料を、装荷されている場所から直接吊り上げて取り出すことができる。また、新燃料は逆に上方から装荷場所に直接装荷することができる。
【０００３】
一方、液体金属冷却型の高速炉においては、原子炉冷却材である液体金属たとえばナトリウムが外気と接触することによる酸化、あるいはカバーガスへの外気の混入を避ける必要がある。したがって、燃料交換は、原子炉容器の内部を外気から隔離し原子炉容器内を密閉状態にして行う必要がある。すなわち、原子炉容器の蓋である遮へいプラグが存在する状態で行う必要があるため、炉心のそれぞれの位置に装荷されている燃料をそのまま上方に引き抜いて取り出すことはできない。また、取り出す経路では遮へいプラグを貫通する必要がある。遮へいプラグを貫通するという点からは、貫通箇所は限定される。また、遮へいプラグの上方における燃料の移送経路との取り合い上も、貫通部分は、特定箇所に限定する必要がある。
【０００４】
このような条件のもとでは、液体金属冷却型の高速炉における燃料交換は、基本的には、第１に炉心と原子炉容器内の前記の特定箇所に対応する位置との間の移送、第２にこの特定箇所に対応する位置と原子炉容器外との間の移送、という少なくとも２つの移送ステップを有する方式が一般的である。
【０００５】
特に、第１の移送については、回転プラグを設けて回転プラグと燃料交換機とを組み合わせて炉心各部および特定箇所へのアクセス性を確保する方式と、燃料交換機のみにより同様のアクセス性を確保する方式とがある。また、第１の移送と第２の移送との間にさらにステップを有する方式もある。
【０００６】
図１０は、回転プラグを用いずに、燃料交換機のみによりアクセス性を確保する燃料交換方式の場合の従来の構成の例を示す立断面図である（特許文献１参照）。すなわち、原子炉容器１０の上部蓋の中心部またはその近傍には、昇降・回転機能を有する可変アーム式燃料取扱機２１０が設けられている。この可変アーム式燃料取扱機２１０は、燃料取扱機本体２１１の下端部にアーム２１２を有している。アーム２１２の先端にホールドダウンチューブ２１３が連結され、アーム２１２の水平方向の伸縮と燃料取扱機本体２１１の昇降・回転動作とによって前記の第１の移送が行われる。
【０００７】
また、前記の第２の移送、すなわち、燃料集合体の原子炉容器１０の内外の移送は、炉心２の外側の炉内中継槽２２２に設置された燃料移送ポットを介して行われる。炉内中継槽２２２の上方に炉内中継装置２２０が設けられ、直上部の遮へいプラグの上方にアクセスする燃料出入機により、ルーフデッキ２０１上に設けられた出入用ドアバルブ２２１を介して燃料の出し入が行われる。ここで、図１０に示す例においては、炉内中継槽２２２は、炉心槽４内の領域の中に設けられている。
【０００８】
図１１は、従来の小型高速炉の原子炉システム１００の構成の例を示す立断面図である。また、図１２は、従来の小型高速炉の原子炉システム１００の構成の例を示す水平断面図である。ここに示す小型高速炉は、原子炉容器１０の直径が約３〜５ｍ程度の例である（特許文献２参照）。
【０００９】
この小型高速炉は、原子炉容器１０内に炉心２を有する。この炉心２を構成する燃料集合体１は、流量配分のために流調モジュール６ｃを介して炉心支持台６ｂ上に搭載されている。炉心２はほぼ円柱状に形成されている。炉心２の外周には炉心２を保護する炉心槽４が設けられている。炉心槽４の外側には部分円弧状で上下に延びる複数の反射体５が配置されている。反射体５は、遮へいプラグ１１の上面に設置された反射体駆動機構５ａに反射体駆動軸５ｂを介して連結されている。反射体５が、反射体駆動機構５ａに駆動されて炉心２の周囲を上下に移動することによって、炉心２の反応度が制御される。複数の反射体５は、互いに間隔をもって周方向に、炉心２をほぼ環状に包囲するように配されている。また、それぞれの隣接する反射体５の間には、中性子検出器１９が配設されている。
【００１０】
反射体５の外側には、反射体５を取り囲む円筒状の隔壁２０２が設けられ、この隔壁２０２と原子炉容器１０の間には、炉心２内を上昇した冷却材が炉心２の上方で折り返した後に下降する１次冷却材の下降流路が形成される。この下降流路には鉛直方向の上から下に向かって順次、環状に形成された環状中間熱交換器２５１、環状に形成された主循環用の環状電磁ポンプ２５２、および中性子遮へい体８が、それぞれ隔壁を取り囲むように設けられている。なお、炉心２、炉心槽４、隔壁２０２および中性子遮へい体８は、すべて炉心支持板６上に搭載され、炉心支持板６によって支持されている。
【００１１】
ガードベッセル１２は、原子炉容器１０の側面および底面の外側を覆うように設けられている。また、トップドーム１３は、遮へいプラグ１１の側面および上部を覆うように設けられている。ガードベッセル１２とトップドーム１３は互いに接続されており、格納障壁としての密閉空間を構成している。トップドーム１３は、原子炉建屋３００に囲まれている。
【００１２】
炉心２の径方向外側で原子炉容器１０内には、上下が開放された円筒形状の炉心槽４が、炉心２を囲むように設けられている。炉心槽４の径方向外側で、後述する隔壁７の内側の環状空間に、複数の反射体５が設けられている。
【００１３】
反射体５の上部には反射体上部遮へい体５ｃが設けられている。また、隔壁７は、原子炉容器１０の内壁との間に外環状部１５を形成している。なお、符号９の部分は、炉停止棒駆動機構であり、符号１８の部分は遮へいプラグを支持する原子炉ペデスタルを示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−１９０７９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１２２２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図１１、図１２に示した小型高速炉は、燃料交換を必要としない場合の原子炉の例を示したものである。一方、たとえば、材料試験炉のような用途の原子炉にこの小型高速炉を適用するような場合には、燃料交換が必要となる。図１０に示した燃料交換方式を適用すると、図１１、図１２に示した環状に炉心を包囲する複数の反射体５を備える小型高速炉では、反射体５が配列されている領域の外周より内側に、炉内中継槽２２２を設置するための空間を確保することは難しい。
【００１６】
また、反射体５が配列されている領域の外側には、環状中間熱交換器２５１あるいは環状電磁ポンプ２５２は配されているため、この領域にも炉内中継槽２２２を設置するための空間を確保することはできない。
【００１７】
このため、反射体５が配列されている領域の外側であって、かつ、環状中間熱交換器２５１および環状電磁ポンプ２５２の内側にあらたに空間を設ける必要がある。この結果、炉内中継槽２２２（図１０）を設ける分だけ原子炉容器１０の径が増大する。
【００１８】
そこで、本発明の実施形態は、燃料交換を行う高速炉の原子炉容器のコンパクト化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、互いに平行に配されて上下に延びる複数の燃料集合体を有する高速炉の炉心と、前記炉心、原子炉冷却材および前記原子炉冷却材の上部を覆うカバーガスを収納して上部が開放されて上下に延びる円筒形状の原子炉容器と、前記原子炉容器内で前記原子炉容器に支持されて水平方向に拡がって前記炉心を支持する炉心支持板と、前記原子炉容器の上部を覆う遮へいプラグと、前記原子炉容器内で前記炉心の径方向周囲に設けられ前記炉心を保護する上下が開放された円筒形状の炉心槽と、前記原子炉容器内で前記炉心槽の径方向外側に前記炉心槽を全体として囲むように設けられ前記炉心で生じた中性子を反射して反応度を制御する上下に移動可能な複数の反射体と、前記原子炉容器内で前記反射体の径方向外側に設けられ、前記原子炉冷却材が前記炉心内を上昇する上昇流路と前記原子炉冷却材が前記炉心の上方で径方向外側に折り返した後の外側流路である外環状部とを隔離する上下に延びて上下が開放されたほぼ円筒形状の隔壁であって、径方向外側に突出して当該隔壁の上端まで延びた隔壁突出部が形成されている隔壁と、前記外環状部の周方向に互いに間隔をもって設けられた複数の中間熱交換器と、前記外環状部の周方向に互いに間隔をもってかつ前記中間熱交換器と周方向に間隔をもって設けられて前記原子炉容器内で前記原子炉冷却材を循環させる複数の内蔵ポンプと、前記炉心での反応を停止する炉停止棒と、前記炉停止棒を駆動する炉停止棒駆動機構と、燃料交換時において前記炉心内の前記燃料集合体のうち移送対象である移送対象燃料集合体を前記炉心から前記原子炉容器外へ移送するとともに、前記移送対象燃料集合体として新たな燃料集合体を前記原子炉容器の外部から前記炉心へ移送する燃料交換システムと、を備えた原子炉システムであって、前記燃料交換システムは、前記隔壁突出部内に設けられて、前記移送対象燃料集合体を仮置き可能な炉容器内中継部と、前記燃料交換時に前記原子炉容器内にあって前記炉心と前記炉容器内中継部との間で前記移送対象燃料集合体を移送する燃料取扱機と、前記燃料交換時に、前記遮へいプラグにおいて前記炉容器内中継部の直上部分に形成された開閉可能な前記移送対象燃料集合体の移送用の遮へいプラグ出入用開口部を有して、前記炉容器内中継部と前記原子炉容器の外部との間で前記移送対象燃料集合体を移送可能とする燃料出入部と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の実施形態は、複数の燃料集合体を含む高速炉の炉心と、前記炉心を収納する原子炉容器と、前記原子炉容器の上部を覆う遮へいプラグと、前記炉心の周囲に設けられた炉心槽と、前記炉心槽の径方向外側に前記炉心槽を全体として囲むように設けられた複数の反射体と、前記反射体の径方向外側に設けられた隔壁と、前記隔壁の径方向外側の外環状部に設けられた複数の中間熱交換器および複数の内蔵ポンプとを備える原子炉システムにあって、燃料交換時において前記炉心内の前記燃料集合体のうち移送対象である移送対象燃料集合体を前記炉心から前記原子炉容器外へ移送するとともに、前記移送対象燃料集合体として新たな燃料集合体を前記原子炉容器の外部から前記炉心へ移送する燃料交換システムであって、前記隔壁には径方向外側に突出して当該隔壁の上端まで延びた隔壁突出部が形成されており、前記隔壁突出部の内側に設けられて、前記移送対象燃料集合体を仮置き可能な炉容器内中継部と、前記燃料交換時に前記原子炉容器内にあって前記炉心と前記炉容器内中継部との間で移送対象である前記移送対象燃料集合体を移送する燃料取扱機と、前記燃料交換時において、前記遮へいプラグにおいて前記炉容器内中継部の直上部分に形成された開閉可能な前記移送対象燃料集合体の移送用の遮へいプラグ出入用開口部を有して、前記炉容器内中継部と前記原子炉容器の外部との間で前記移送対象燃料集合体を移送可能とする燃料出入部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の実施形態によれば、燃料交換を行う高速炉の原子炉容器のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図３のＩ−Ｉ線矢視立断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図３のＩＩ−ＩＩ線矢視立断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視水平断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る原子炉システムの通常運転時の構成を示す図３のＩＶ−ＩＶ線矢視立断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る原子炉システムにおける燃料交換システムの一部を示す拡大立断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る原子炉システムの構成を示す図１のＶＩ−ＶＩ線矢視水平断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る原子炉システムにおける燃料交換方法の手順を示すフロー図である。
【図８】第２の実施形態に係る原子炉システムの構成を示す水平断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る原子炉システムの構成の変形例を示す水平断面図である。
【図１０】従来の燃料交換システムの構成の例を示す立断面図である。
【図１１】従来の小型高速炉の原子炉システムの構成の例を示す立断面図である。
【図１２】従来の小型高速炉の原子炉システムの構成の例を示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る高速炉の燃料交換システムおよび原子炉システムについて説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２４】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図３のＩ−Ｉ線矢視立断面図である。図２は、第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図３のＩＩ−ＩＩ線矢視立断面図である。また、図３は、第１の実施形態に係る原子炉システムの燃料交換時の構成を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視水平断面図である。
【００２５】
原子炉システム１００は、炉心２、原子炉容器１０、遮へいプラグ１１、反射体５、中間熱交換器１６、電磁ポンプ１７、ガードベッセル１２、トップドーム１３、および燃料交換システム５０を有する。
【００２６】
炉心２は、図３に示すように、水平方向に六角形の格子状に配列されて、それぞれの外形が六角柱であって上下方向に延びた複数の燃料集合体１を有する。燃料集合体１は、図１、図２に示すように、それぞれ、流量配分のために流調モジュール６ｃを介して炉心支持台６ｂ上に搭載されている。炉心支持台６ｂは軸を鉛直方向とする円筒形状であって、下部を炉心支持板６によって支持されている。炉心支持板６は、水平に広がった円板形状であり、周囲は原子炉容器１０の内壁に結合され、原子炉容器１０によって支持されている。炉心支持板６には、その上方に設けられた燃料集合体１入口の炉心支持台６ｂ、後述する反射体５および炉容器内中継部２１に通じる冷却用の複数の原子炉冷却材の流通孔が形成されている。
【００２７】
原子炉容器１０は、軸を鉛直方向として下部に鏡板を有する円筒形状で上部が開放されている。遮へいプラグ１１は、原子炉容器１０の上部の開口を塞ぐとともに、遮へいプラグ１１上の空間の放射線レベルを低減させる放射線遮へい機能を有する。原子炉容器１０内には、炉心２を冷却するための原子炉冷却材３ａが収納されている。原子炉冷却材３ａはたとえば液体金属である。液体金属としてはナトリウムなどがある。また、原子炉冷却材３ａの上部の原子炉容器１０と遮へいプラグ１１とで形成される密閉空間、すなわち原子炉冷却材３ａの上部空間には、カバーガス３ｂが収納されている。
【００２８】
ガードベッセル１２は、原子炉容器１０の側面および底面の外側を覆うように設けられている。また、トップドーム１３は、遮へいプラグ１１の側面および上部を覆うように設けられている。ガードベッセル１２とトップドーム１３は互いに接続されており、格納障壁としての密閉空間を構成している。トップドーム１３は、原子炉建屋３００に囲まれている。
【００２９】
炉心２の径方向外側で原子炉容器１０内には、上下が開放された円筒形状の炉心槽４が、炉心２を囲むように設けられている。炉心槽４の径方向外側で、後述する隔壁７の内側の環状空間に、複数の反射体５が設けられている。反射体５は水平断面が部分円弧状で上下に延びており、周方向に互いに間隙を有しながら配列されている。反射体５は、炉心２から漏えいする中性子を炉心２側に戻すことによって炉心２の反応度レベルを制御する機能を有する。また、それぞれ互いに隣接する反射体５同士の間には、中性子検出器１９が配列されている。
【００３０】
反射体５の上方には、反射体５に隣接して設けられた反射体上部遮へい体５ｃ、反射体５および反射体上部遮へい体５ｃを上下に駆動する反射体駆動機構５ａ、および反射体駆動機構５ａと反射体５とを接続する反射体駆動軸５ｂが設けられている。反射体５と結合している反射体駆動軸５ｂは、反射体上部遮へい体５ｃの中心軸を貫通することによって反射体上部遮へい体５ｃを反射体５とともに駆動可能としている。図３に示すように、反射体上部遮へい体５ｃおよびこれを貫通する反射体駆動軸５ｂが、複数、周方向に配設されている。
【００３１】
反射体５の径方向外側には、円筒形状で上下に延びて上下が開放された隔壁７が設けられている。隔壁７の下部は炉心支持板６に接続されており、隔壁７は炉心支持板６によって支持されている。隔壁７の上端は、原子炉冷却材３ａの液面より低い位置にある。隔壁７は、原子炉容器１０の内壁との間に外環状部１５を形成している。
【００３２】
この外環状部１５には、軸を鉛直方向とする円筒型の複数の中間熱交換器１６、および内蔵ポンプである軸を鉛直方向とする円筒型の複数の電磁ポンプ１７（図２、図３）が配設されている。図３に示すように、中間熱交換器１６および電磁ポンプ１７は、外環状部１５内で周方向に互いに間隔をあけて配設されている。
【００３３】
複数の中間熱交換器１６および複数の電磁ポンプ１７はこのように配置上では、ほぼ並列に設けられているが、流路としては、中間熱交換器１６と電磁ポンプ１７は直列の流路となるように図示しない仕切りが外環状部１５内に設けられている。すなわち、炉心２から上昇した原子炉冷却材３ａは、隔壁７の上部を径方向外側に方向を変えた後に、外環状部１５を下降して中間熱交換器１６に流入する。中間熱交換器１６から流出した原子炉冷却材３ａは、電磁ポンプ１７に流入し、電磁ポンプ１７から流出した後に、外環状部１５の下側の領域に設けられた中性子遮へい体８を経由して、原子炉容器１０の下部に至り、ふたたび、炉心２に流入する。
【００３４】
燃料交換システム５０は、燃料取扱機３０、炉容器内中継部２１および燃料出入部４０を有する。燃料取扱機３０は、原子炉停止時に燃料交換に先立って据え付けられ、燃料交換の終了後に取り外される。燃料取扱機３０は、遮へいプラグ１１上に搭載された駆動部３１、駆動部３１に接続する中心軸体３２、ホールドダウンチューブ３３、主アーム３４および補助アーム３５を有する。
【００３５】
駆動部３１は、トップドーム１３に形成された開口部を貫通するように設けられる。駆動部３１の据え付けに先立って炉停止棒駆動機構９および燃料取扱機貫通部蓋１３ａ（図４参照）が取り外される。
【００３６】
中心軸体３２は、炉停止棒駆動機構９の取り外された後の空間位置、すなわち炉停止棒９ａが置かれている炉心２の中央からみて鉛直方向の直上に設けられ、遮へいプラグ１１を貫通して炉心２の径方向の中央の上方まで延びており、駆動部３１に、上下に移動可能でありかつ回転自在に接続されている。
【００３７】
ホールドダウンチューブ３３は鉛直上方に延びている。ホールドダウンチューブ３３は、移送対象である移送対象燃料集合体１ａ（図５参照）と結合可能、かつ移送対象燃料集合体１ａを切り離し可能な図示しないグリッパを内蔵している。移送対象燃料集合体１ａを掴むときはこのグリッパがホールドダウンチューブ３３から下方に延びて移送対象燃料集合体１ａと結合する。このグリッパは移送対象燃料集合体１ａと結合した状態で上方に引き上げられ移送対象燃料集合体１ａがホールドダウンチューブ３３内に収納される。中心軸体３２とホールドダウンチューブ３３とは、主アーム３４および主アーム３４と平行に設けられた補助アーム３５により結合されている。それぞれの結合部は回転自在に形成されている。
【００３８】
ホールドダウンチューブ３３、中心軸体３２、主アーム３４および補助アーム３５は、平行四辺形リンクを構成する。この平行四辺形リンクによってホールドダウンチューブ３３の直立姿勢を維持しながら、主アーム３４および補助アーム３５の鉛直方向に対する角度の増減によって炉心２の上方の径方向に移動可能である。また、中心軸体３２の上下移動と組み合わせることによって、炉心２の上部との間隙を一定に維持しながら炉心２の上方において径方向の移動が可能である。
【００３９】
また、中心軸体３２の回転によって、ホールドダウンチューブ３３は、周方向に回転移動する。この結果、ホールドダウンチューブ３３は、炉心２のいずれの位置にもアクセス可能である。また、炉容器内中継部２１の位置にもアクセス可能となっている。
【００４０】
炉容器内中継部２１は、図１に示すように、反射体５に対して原子炉容器１０の径方向外側に隣接している。平面的には、図３に示すように、中間熱交換器１６および電磁ポンプ１７が配されている外環状部１５の領域に食い込んだ位置に配されている。このため、反射体５が設けられている原子炉冷却材３ａが上昇する領域と、原子炉冷却材３ａが下降する外環状部１５とを区画する隔壁７は、炉容器内中継部２１の周囲の部分のみは、外環状部１５側に食い込んだ形状の隔壁突出部２２を形成している。すなわち、炉容器内中継部２１は、隔壁７の内側の領域に属している。なお、平面的にホールドダウンチューブ３３の中心が炉容器内中継部２１の中心に重なったときに、隔壁突出部２２の炉容器内中継部２１側すなわち隔壁突出部２２の内側は、ホールドダウンチューブ３３の外側と干渉しない大きさとなっている。
【００４１】
燃料出入部４０は、遮へいプラグ１１に形成された鉛直方向に貫通する遮へいプラグ出入用開口部４２を有する。遮へいプラグ出入用開口部４２は、炉容器内中継部２１の直上に形成されている。遮へいプラグ出入用開口部４２は、原子炉システム１００の燃料交換時以外は、図４について後述するように、燃料出入孔プラグ４６によって閉止されている。
【００４２】
燃料出入部４０は、さらに、図１に示すように、燃料交換時に設置される出入用ドアバルブ４１、出入案内管４３および走行式燃料出入機４４を有する。なお、走行式燃料出入機４４は、トップドーム１３の上方の図示しない床上を走行可能である。出入案内管４３は、鉛直方向を軸とする上下が開放された円管形状で、遮へいプラグ出入用開口部４２を上下に貫通した状態で遮へいプラグ１１によって支持されている。なお、出入案内管４３は、出入用ドアバルブ４１によって支持されてもよい。
【００４３】
出入用ドアバルブ４１は、移送対象燃料集合体１ａが出入する経路にあって、出入しないときは閉鎖し、出入するときには出入通路を形成する。出入用ドアバルブ４１はその下部に、原子炉建屋３００上に搭載できる接続筒部が形成されている。また、出入用ドアバルブ４１の上面は水平な平面状になっている。走行式燃料出入機４４は、移送対象燃料集合体１ａの移送時には、出入用ドアバルブ４１の上面に接続する。
【００４４】
走行式燃料出入機４４は、出入グリッパ４５を下方に吊り下げる。出入グリッパ４５は、炉心２内から取り出した移送対象燃料集合体１ａを移送する場合は、移送対象燃料集合体１ａを後述する燃料移送ポット２３（図５参照）に収納した状態で、燃料移送ポット２３を取り扱う。また、新燃料を移送対象燃料集合体１ａとして遮へいプラグ１１の上方から原子炉容器１０内に移送するときにも、燃料移送ポット２３を炉心２内に戻すことを兼ねて、移送対象燃料集合体１ａを燃料移送ポット２３に収納した状態で、燃料移送ポット２３を取り扱う。出入グリッパ４５は、上下する際に、出入案内管４３によってガイドされる。
【００４５】
図４は、第１の実施形態に係る原子炉システムの通常運転時の構成を示す図３のＩＶ−ＩＶ線矢視立断面図である。以下、図１も参照しながら説明する。遮へいプラグ１１の中央には、燃料交換時には燃料取扱機３０が設置されているが、原子炉システム１００の通常運転時には、燃料取扱機３がはずされてその跡の空間位置に炉停止棒駆動機構９が設けられている。炉停止棒駆動機構９は、炉停止棒９ａを下部に接続しており、原子炉システム１００に異常が発生すれば炉停止棒９ａを切り離して、炉停止棒９ａが下方に落下させられるような待機状態となっている。なお、燃料交換時においては、炉停止棒９ａは、炉停止棒駆動機構９と切り離されて炉心２内に置かれた状態になっている。
【００４６】
また、燃料出入部４０については、炉容器内中継部２１に燃料移送ポット２３（図５）が置かれており、燃料移送ポット２３内には、ポット用遮へい体２３ｃが挿入され、遮へい機能を確保している。また、遮へいプラグ１１に形成された遮へいプラグ出入用開口部４２には、燃料出入孔プラグ４６が設置され、気密および遮へい機能を確保している。
【００４７】
トップドーム１３の燃料取扱機貫通開口３９には燃料取扱機貫通部蓋１３ａが取り付けられている。また、トップドーム１３のトップドーム出入用開口４７には、トップドーム出入用開口蓋１３ｂが取り付けられている。この結果、トップドーム１３の気密機能が確保される。
【００４８】
図５は、第１の実施形態に係る原子炉システムにおける燃料交換システムの一部を示す拡大立断面図である。また、図６は、第１の実施形態に係る原子炉システムの構成を示す図１のＶＩ−ＶＩ線矢視水平断面図である。
【００４９】
炉容器内中継部２１は、炉心支持板６上に取り付けられており、上下が開放された上下に延びる円筒形状である。このため、図５に示すように、移送対象燃料集合体１ａおよび燃料移送ポット２３が炉心支持板６上に自立することができる。なお、炉容器内中継部２１は必ずしも円筒形状に限定されない。たとえば、枠材で構成された受け台状のものでもよいし、円筒容器形状のものでもよい。
【００５０】
炉心支持板６の炉容器内中継部２１の下方の部分には原子炉冷却材３ａを下方から炉容器内中継部２１内に導く冷却孔２１ａが形成されている。冷却孔２１ａは炉容器内中継部２１に導かれる原子炉冷却材３ａの流量調節機能を有する。
【００５１】
炉容器内中継部２１の上方には、ガイド部２４が設けられている。ガイド部２４は、隔壁７あるいは隔壁突出部２２により支持されている。ガイド部２４は筒状であって上下が開放されて下端は水平断面が円環状であってその中心は炉容器内中継部２１の中心と同一鉛直線上にある。この下端から上方に向かって徐々に広がっている。上端は、隔壁突出部２２の内面にほぼ接している。
【００５２】
燃料移送ポット２３は、上部筒２３ａと下部筒２３ｂを有する。上部筒２３ａは上下に延びて上下が開放されたたとえば円筒形状である。下部筒２３ｂは、上部筒２３ａよりも径が小さく上下が開放されたたとえば円筒形状である。下部筒２３ｂは、上部筒２３ａの下部に同心に円錐台形状の接続部を介して接続されている。
【００５３】
また、燃料移送ポット２３の上部筒２３ａの内径は移送対象燃料集合体１ａを収納できる内径を有する。また、燃料移送ポット２３の下部筒２３ｂは移送対象燃料集合体１ａのノズル部１ｂを収納できる内径を有する。このため、燃料移送ポット２３は、移送対象燃料集合体１ａのノズル部１ｂが下部筒２３ｂ内に挿入された状態で、移送対象燃料集合体１ａを収納することができる。なお、上部筒２３ａおよび下部筒２３ｂは多角形状の筒でもよい。
【００５４】
また。燃料移送ポット２３が炉容器内中継部２１上に置かれたときに、燃料移送ポット２３の上端が、ガイド部２４の下端より鉛直方向に高い位置になるように形成されている。このため、ガイド部２４は、移送対象燃料集合体１ａを上方から炉容器内中継部２１上に移送する際のガイドとなるとともに、燃料移送ポット２３が炉容器内中継部２１上に置かれた際の燃料移送ポット２３の転倒防止の機能を有する。
【００５５】
図７は、第１の実施形態に係る原子炉システムにおける燃料交換方法の手順を示すフロー図である。本実施形態における原子炉システム１００において、燃料交換を行う際は、先ず、原子炉の運転が停止される（ステップＳ０１）。
【００５６】
ステップＳ０１の後に、原子炉システム１００を燃料交換時の構成に移行する（ステップＳ０２）。具体的には、トップドーム１３の燃料取扱機貫通部蓋１３ａおよびトップドーム出入用開口蓋１３ｂの取り外し、炉停止棒駆動機構９の取り外し、燃料出入孔プラグ４６の取り外し、燃料取扱機３０の設置、出入用ドアバルブ４１、出入案内管４３の設置、燃料移送ポット２３からのポット用遮へい体２３ｃの抜き取りなどを行う。また、走行式燃料出入機４４の燃料収納部分を出入用ドアバルブ４１の上面に接続する。
【００５７】
本実施形態に係る原子炉システム１００においては、トップドーム１３に燃料取扱機貫通部蓋１３ａおよびトップドーム出入用開口蓋１３ｂが設けられているため、燃料交換の準備のためにトップドーム１３自体を取り外す必要がない。
【００５８】
ステップＳ０２の後に、燃料取扱機３０により炉心２内から移送対象燃料集合体１ａである使用済燃料集合体を炉容器内中継部２１上に設置されている燃料移送ポット２３内に移送する（ステップＳ０３）。この際、燃料取扱機３０のホールドダウンチューブ３３は、移送対象燃料集合体１ａを直接取り扱う。
【００５９】
燃料取扱機３０は、炉心２上の各場所および炉容器内中継部２１上にアクセス可能であることから、炉心２内のいずれの箇所に装荷されている燃料集合体も炉容器内中継部２１に移送することができる。炉容器内中継部２１は、隔壁７の内側に設けられているため、燃料取扱機３０は、原子炉容器１０内の隔壁７に囲まれた領域内で炉心２と炉容器内中継部２１間の移送を行うことができる。炉容器内中継部２１においては、炉心支持板６に形成された冷却孔２１ａから原子炉冷却材が上昇してくる。また、燃料移送ポット２３内には下部筒２３ｂの下側の開口部から上部筒２３ａの上部の開口に流路が形成されるので、移送対象燃料集合体１ａである使用済燃料の冷却が確保される。
【００６０】
ステップＳ０３の後に、走行式燃料出入機４４から出入グリッパ４５を燃料移送ポット２３まで降ろす。出入グリッパ４５で移送対象燃料集合体１ａである使用済燃料集合体を収納した燃料移送ポット２３を掴み、燃料移送ポット２３を上昇させ、出入案内管４３および出入用ドアバルブ４１内を経由して、走行式燃料出入機４４内に収納する（ステップＳ０４）。出入用ドアバルブ４１、出入案内管４３および炉容器内中継部２１は鉛直方向に並んでいる。また、出入案内管４３と炉容器内中継部２１の間の高さには、ガイド部２４が設けられているため、燃料移送ポット２３が下降する際は、炉容器内中継部２１の直上にスムーズに移送される。また、燃料移送ポット２３が炉容器内中継部２１上に到達した際は、ガイド部２４が燃料移送ポット２３の上端を保持することによって、燃料移送ポット２３は安定な状態で炉容器内中継部２１上に置かれることになる。
【００６１】
ステップＳ０４の後に、走行式燃料出入機４４内に収納されている新たな移送対象燃料集合体１ａである新燃料集合体を、燃料移送ポット２３に収納する。さらに、出入グリッパ４５によって移送対象燃料集合体１ａである新燃料を収納した燃料移送ポット２３を掴み、出入用ドアバルブ４１および出入案内管４３内を経由して下降させ炉容器内中継部２１上まで移送する（ステップＳ０５）。
【００６２】
ステップＳ０５の後に、燃料取扱機３０によって、炉容器内中継部２１上に置かれた燃料移送ポット２３内の移送対象燃料集合体１ａである新燃料集合体を掴む。さらに、燃料取扱機３０によって、移送対象燃料集合体１ａである新燃料を燃料移送ポット２３内から取り出し、炉心２内の取り出した使用済燃料集合体が装荷されていた位置に装荷する（ステップＳ０６）。
【００６３】
ステップＳ０６の後に、燃料交換が予定されていた全ての燃料集合体について交換が行われた否かを判定する（ステップＳ０７）。まだ、予定の燃料集合体の交換が残されている場合（ステップＳ０７  ＮＯ）には、ステップＳ０３からステップＳ０７を繰り返す。
【００６４】
なお、以上の使用済燃料集合体の取り出しと、新燃料集合体の装荷の都度、走行式燃料出入機４４は、使用済燃料集合体および新燃料集合体の図示しない貯蔵場所との間で使用済燃料集合体および新燃料集合体の移送を行う。
【００６５】
予定されていた全ての燃料集合体についての燃料交換が完了したと判定された場合（ステップＳ０７  ＹＥＳ）は、原子炉システム１００を通常運転可能な構成に移行する（ステップＳ０８）。具体的には、燃料移送ポット２３へのポット用遮へい体２３ｃの挿入、燃料取扱機３０の取外し、出入用ドアバルブ４１、出入案内管４３の取外し、トップドーム１３の燃料取扱機貫通部蓋１３ａおよびトップドーム出入用開口蓋１３ｂの設置、炉停止棒駆動機構９の設置、燃料出入孔プラグ４６の設置、などを行う。
【００６６】
以上のように、本実施形態による原子炉システム１００の燃料交換システム５０によれば、原子炉容器１０のコンパクト化を図りながら、燃料交換機能を確保することができる。
【００６７】
［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る原子炉システムの構成を示す水平断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。第１の実施形態における燃料取扱機３０の中心軸体３２は炉心中央の直上に設けられているが、本第２の実施形態における燃料取扱機３０の中心軸体３２は、炉容器内中継部２１に隣接して、隔壁突出部２２の内側の位置にあり、燃料取扱機３０は隔壁突出部２２内に設けられている。本実施形態における燃料取扱機３０のホールドダウンチューブ３３は、炉心２内の最も遠い燃料集合体の位置にもアクセス可能である。
【００６８】
このように、燃料取扱機３０を反射体５が設けられている領域より原子炉容器の径方向外側に設けることによって、燃料取扱機３０は、原子炉の通常運転状態において炉心２の上部に設けられる機器と干渉することがなくなる。このため、燃料取扱機３０を常設することが可能となる。この結果、燃料交換の前の燃料交換状態の構成のための、炉停止棒駆動機構９の取外しと、燃料取扱機３０の設置に係る作業がなくなる。また、燃料交換の後に原子炉の通常運転可能な構成のための、燃料取扱機３０の取外しと炉停止棒駆動機構９の設置に係る作業もなくなる。
【００６９】
このように、第２の実施形態に係る原子炉システムにおいては、第１の実施形態に係る原子炉システムにおける効果に加えて、さらに、燃料交換時に必要とする工程が短縮される効果がある。
【００７０】
図９は、第２の実施形態に係る原子炉システムの構成の変形例を示す水平断面図である。本実施形態においては、燃料取扱機３０は、炉容器内中継部２１とは別の隔壁突出部２２の内側に設けられている。
【００７１】
このような本変形例においては、第２の実施形態と同様の効果が得られる。また、燃料取扱機３０の周方向位置と炉容器内中継部２１の周方向の位置の組合せの幅が広がり、コンパクトであるが故に厳しい原子炉システム１００の配置設計において、自由度が確保できる。
【００７２】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、小型高速炉の場合を示したが、小型高速炉には限定されない。本発明は、タンク型の高速炉、すなわち、１次冷却系が同一の原子炉容器内に設けられているタイプの原子炉システムにおいて適用できる。また、実施形態では、内蔵ポンプとして電磁ポンプを用いる場合を示したが、機械式ポンプを用いることもできる。
【００７３】
また、本発明の構成は、炉心２内の燃料のシャッフリングを行うような場合に、炉容器内中継部２１を介して炉心の別の箇所に移動するためにも有効である。
【００７４】
各実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料集合体、１ａ…移送対象燃料集合体、１ｂ…ノズル部、２…炉心、３ａ…原子炉冷却材、３ｂ…カバーガス、４…炉心槽、５…反射体、５ａ…反射体駆動機構、５ｂ…反射体駆動軸、５ｃ…反射体上部遮へい体、６…炉心支持板、６ｂ…炉心支持台、６ｃ…流調モジュール、７…隔壁、８…中性子遮へい体、９…炉停止棒駆動機構、９ａ…炉停止棒、１０…原子炉容器、１１…遮へいプラグ、１２…ガードベッセル、１３…トップドーム、１３ａ…燃料取扱機貫通部蓋、１３ｂ…トップドーム出入用開口蓋、１５…外環状部、１６…中間熱交換器、１７…電磁ポンプ（内蔵ポンプ）、１８…原子炉ペデスタル、１９…中性子検出器、２１…炉容器内中継部、２１ａ…冷却孔、２２…隔壁突出部、２３…燃料移送ポット、２３ａ…上部筒、２３ｂ…下部筒、２３ｃ…ポット用遮へい体、２４…ガイド部、３０…燃料取扱機、３１…駆動部、３２…中心軸体、３３…ホールドダウンチューブ、３４…主アーム、３５…補助アーム、３９…燃料取扱機貫通開口、４０…燃料出入部、４１…出入用ドアバルブ、４２…遮へいプラグ出入用開口部、４３…出入案内管、４４…走行式燃料出入機、４５…出入グリッパ、４６…燃料出入孔プラグ、４７…トップドーム出入用開口、５０…燃料交換システム、１００…原子炉システム、２０１…ルーフデッキ、２０２…隔壁、２１０…可変アーム式燃料取扱機、２１１…燃料取扱機本体、２１２…アーム、２１３…ホールドダウンチューブ、２２０…炉内中継装置、２２１…出入用ドアバルブ、２２２…炉内中継槽、２５１…環状中間熱交換器、２５２…環状電磁ポンプ、３００…原子炉建屋
【図１】
2015158471.tif 000003
【図２】
2015158471.tif 000004
【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】
2015158471.tif 000009
【図８】
2015158471.tif 000010
【図９】
2015158471.tif 000011
【図１０】
2015158471.tif 000012
【図１１】
2015158471.tif 000013
【図１２】
2015158471.tif 000014