(57)【要約】【課題】炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させ、建設費増大を抑制した核的結合分断型停止装置及びこれを備える原子炉を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の核的結合分断型停止装置は、炉心を内蔵する容器を複数備えるマルチ型原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって前記容器間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、各カセット間に挿入された際に前記カセットの側面を囲むように構成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心を内蔵する容器を複数備えるマルチ型原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって前記容器間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、各容器間に挿入された際に前記容器の側面を囲むように構成されていることを特徴とする核的結合分断型停止装置。
【請求項２】
原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって炉心を内蔵する容器間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、原子炉容器内の核燃料を各々では臨界に達しないサブ領域に分断するように前記核燃料側に設けられた挿入口に挿入されることを特徴とする核的結合分断型停止装置。
【請求項３】
前記制御体は、前記容器または前記サブ領域の各々に対応して独立的に構成されており、前記容器間または前記挿入口に独立的に挿入するための昇降手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の核的結合分断型停止装置。
【請求項４】
前記制御体は、挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体によって構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の核的結合分断型停止装置。
【請求項５】
前記制御体は、前記各容器の側面を囲むように構成された、または、前記挿入口内で前記サブ領域の側面に対面するように構成されたカーテン状の制御体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の核的結合分断型停止装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の核的結合分断型停止装置を備える原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中性子束分布の乱れを低減すると共に、緊急炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させ、建設費増大を抑制した核的結合分断型停止装置及びこれを備える原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、一般的に加圧水型原子炉で使用されている制御棒は、図示しない制御棒駆動装置によって駆動されるスパイダ２に複数本の制御棒吸収材ピン１を吊設した構成である。
一般的な原子炉ではこのような制御棒を用い、図１０に示すように、制御棒駆動装置で制御棒を駆動し、原子炉に装荷されている燃料集合体の制御棒案内シンブル３内に制御棒吸収材ピン１を深く挿入したり浅く引き抜くことにより、炉心の反応度を制御している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０９８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１は、従来の原子炉における制御棒周辺の中性子束分布を概念的に示す図である。この図１１は、２体の制御棒と中性子束の分布のみを示すものであり、図１１（Ａ）は、２体の制御棒が均一に挿入されている状態を示し、図１１（Ｂ）は、２体の制御棒のうちの１体が本来の位置より深く挿入されている状態（制御棒の高さ不揃いの状態）を示す。
【０００５】
図１１（Ａ）に示すように、各制御棒が均一に挿入されている場合であっても、炉心内では水平方向に制御棒同士が離れて配置されているため、挿入された制御棒の周囲における中性子束の減少（矢印ａ参照）や、制御棒から離れた位置での中性子束の増加（矢印ｂ参照）が生じていた。
【０００６】
特に、図１１（Ｂ）に示すように、制御棒の挿入高さに不揃いが生じると、制御棒の挿入量が不均一となり、炉心内の中性子束分布が矢印ｃ及び矢印ｄの方向に振れることにより大きく乱れる。
このため、制御棒の挿入量が不均一になった場合を想定した反応度余裕を見込んで原子炉を設計する必要があるという課題があった。
【０００７】
また、このような炉停止装置を備える原子炉では、一般的に、炉停止時において、制御棒のうちの１体が挿入されなくても（すなわち、ワンロッドスタックの状態でも）、所定の炉停止余裕を満たす設計が要求される。
すなわち中性子吸収体を用いた制御棒を備える原子炉では、ワンロッドスタックに対して十分な反応度余裕を見込む必要があるため、設計条件を満足するために制御棒の数が増大し、建設費増大を招くという課題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、炉心を内蔵する容器である各カセット間に挿入された際に各カセットの側面を囲むことにより、中性子束分布の乱れを低減すると共に、緊急炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させ、建設費増大を抑制した核的結合分断型停止装置及びこれを備える原子炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の核的結合分断型停止装置は、炉心を内蔵するカセット（１４）を複数備えるマルチ型原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって前記カセット間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体（２５）であって、前記制御体は、各カセット間に挿入された際に前記カセットの側面を囲むように構成されている（図５参照）。
【００１０】
本発明の他の形態に係る核的結合分断型停止装置は、原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって炉心を内蔵するカセット（１４）間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、原子炉容器内の核燃料を各々では臨界に達しないサブ領域に分断するように前記サブ領域側に設けられた挿入口に挿入される。
【００１１】
また、前記制御体（２５）は、前記カセットまたは前記サブ領域の各々に対応して独立的に構成されており、前記カセット間または前記挿入口に独立的に挿入するための昇降手段を備える。
【００１２】
また、前記制御体は、挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体によって構成される。
【００１３】
また、前記制御体（２５）は、前記各カセットの側面を囲むように構成された、または、前記挿入口内で前記サブ領域の側面に対面するように構成されたカーテン状の制御体である（図５参照）。
【００１４】
本発明の原子炉は、先行するいずれかに記載の核的結合分断型停止装置を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の核的結合分断型停止装置は、炉心を内蔵するカセット（１４）を複数備えるマルチ型原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって前記カセット間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、各カセット間に挿入された際に前記カセットの側面を囲むように構成されているので、制御棒挿入に伴う中性子束分布の歪みを低減できると共に、炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させることができ、さらに、原子炉の建設費増大を抑制することができる。
【００１６】
本発明の他の形態に係る核的結合分断型停止装置は、原子炉の上部または下部に配設された昇降手段によって炉心を内蔵するカセット（１４）間に挿入自在に配置され、中性子吸収体が内部に充填されると共に、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するための制御体であって、前記制御体は、原子炉容器内の核燃料を各々では臨界に達しないサブ領域に分断するように前記核燃料側に設けられた挿入口に挿入されるので、制御棒挿入に伴う中性子束分布の歪みを低減できると共に、炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させることができ、さらに、原子炉の建設費増大を抑制することができる。
【００１７】
また、前記制御体は、前記カセットまたは前記サブ領域の各々に対応して独立的に構成されており、前記カセット間または前記挿入口に独立的に挿入するための昇降手段を備えるので、各カセットまたは各サブ領域に対して、個別的に、制御棒挿入に伴う中性子束分布の歪みを低減できると共に、炉停止時のワンロッドスタック反応度余裕を低減させることができる。
【００１８】
また、前記制御体は、挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体によって構成されるので、ワンロッドスタックの場合においても炉停止余裕の低下を最小限に抑えることができ、また、制御体及びその駆動装置の構造を簡略化することができ、核的結合分断型停止装置及びこれを用いた原子炉の建設費増大を抑制することができる。
【００１９】
また、前記制御体は、前記各カセットの側面を囲むように構成された、または、前記挿入口内で前記サブ核燃料の側面に対面するように構成されたカーテン状の制御体であるので、ワンロッドスタックの場合においても炉停止余裕の低下を最小限に抑えることができ、制御体及びその駆動装置の構造を簡略化することができ、核的結合分断型停止装置及びこれを用いた原子炉の建設費増大を抑制することができる。
【００２０】
本発明の原子炉は、先行するいずれかに記載の核的結合分断型停止装置を備えるので、建設費増大を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る核的結合分断型停止装置を備える原子炉の構造を概略的に示す部分断面図である。
図２は、図１に示す核的結合分断型停止装置を備える原子炉の構造を概略的に示す垂直断面図である。
図３は、図１に示す核的結合分断型停止装置を備える原子炉の構造を概略的に示す上面図である。
なお、図１ないし３には、核的結合分断型停止装置を図示しない。
【００２２】
図１ないし図３に示すように、格納容器１０内の下部には水平断面が円形の水遮へい槽１１が水遮へい槽支持槽１１Ａを介して配設される。水遮へい槽１１内には、黒鉛反射体槽１２及びカセット収納槽１３が配設されている。黒鉛反射体槽１２の上部外側には黒鉛反射体支持脚１２Ｂが備え付けられており、この黒鉛反射体支持脚１２Ｂにより、黒鉛反射体槽１２は水遮へい槽１１が水遮へい槽支持槽１１Ａに固定されている。また、黒鉛反射体槽の下部外側には、黒鉛反射体槽振止１２Ｃが設けられており、水遮へい槽１１の内側で黒鉛反射体槽１２を支持することにより、黒鉛反射体槽１２が振れないようにしている。
【００２３】
水遮へい槽１１と黒鉛反射体槽１２との間には水が充填され、これが水遮へい１１Ｂとなり、また、黒鉛反射体槽１２とカセット収納槽１３との間には黒鉛反射体１２Ａが充填されている。
カセット収納槽１３内には、後述する複数のカセット１４が設置されている。このカセット１４の周囲を囲むように、格納容器の内壁にメンテナンス台１０Ａが設けられている。
なお、カセット１４は、炉心を内蔵する容器であり、後述する支持構造物１５によってカセット収納槽１３内に固定されている。
【００２４】
図４は、本発明の実施例１に係る核的結合分断型停止装置を備える原子炉に含まれるカセットの構造を概略的に示す断面図である。
図４に示すように、カセット１４は、上下端を閉じた細長い円筒状の圧力管１６を備えており、この圧力管１６は、ジルコニウム合金ないしはステンレス鋼等の金属管、あるいはそれを圧力管ライナとしてその外周面に炭素繊維を巻いて強度を補強した強化繊維層とで構成されている。
【００２５】
圧力管１６内にはシュラウド１７が配設され、さらにその内部にカセット内炉心１８が配設されている。
圧力管１６内には、矢印Ａで示す高さまで一次冷却材が充填されており、圧力管１６とシュラウド１７との間にダウンカマー部１９が形成され、液相の一次冷却材が矢印Ｂ、Ｃで示される方向に循環するように構成されている。
【００２６】
一次側冷却材と二次側冷却材とを熱交換する蒸気発生器２０は、カセット１４の外部に設けられている。ライザー管２１は、カセット１４の上部と蒸気発生器２０の上部を接続するように配設されており、一方、復水管２２はカセット１４の一次冷却材の液面より下となる位置と、蒸気発生器２０の一次冷却材の液面より下となる位置とを接続するように配設されている。
なお、蒸気発生器２０内の一次冷却材の液面は、カセット１４内の一次冷却材の液面（矢印Ａで示す）と同じ高さに設定されている。
【００２７】
マルチ型原子炉の通常運転時において、カセット１４内の一次冷却材は気液二相にて自然循環し、カセット内炉心１８の反応熱により温められ、蒸気がライザー管２１内を（矢印Ｄの方向に）移動して蒸気発生器２０において二次冷却材との間で熱交換が行われる。冷却された一次冷却材は復水管２２を通じて（矢印Ｅの方向に移動して）カセット１４内に戻り、ダウンカマー部１９を下降し、再びカセット内炉心１８において加熱される。
【００２８】
蒸気発生器２０において、一次冷却材から熱を奪い加熱されて蒸気となった二次冷却材は、主蒸気管２３を介して（矢印Ｆの方向に移動して）図示しないタービンに導かれ、タービンによって駆動される発電機により発電される。タービンを通過して冷却された二次冷却材は、主給水管２４を通じて（矢印Ｇの方向に移動して）再び蒸気発生器２０内に戻される。
このように、それぞれのカセット１４から、二次冷却材が蒸気となってタービンに供給され発電に供され、カセット１４の数に応じて所望の発電量または所望量の熱水を得ることができる。
なお、このようなカセット１４は、格納容器１０内に図示しない支持構造物によって固定される。
【００２９】
図５は、本発明の核的結合分断型停止装置の制御体と、カセットとの関係を概略的に示す図である。実際には、黒鉛反射体１２Ａ、カセット収納槽１３（図２参照）、ライザー管２１、復水管２２、あるいは、支持構造物等が存在するが、説明の便宜上省略する。
【００３０】
図５に示すように、制御体２５は、一般的な原子炉における制御棒と同様に、中性子吸収体が内部に充填され、上端部および下端部がそれぞれ封印され、原子炉出力を制御するためのものであり、カセット１４の側面を覆うように円環状に構成されたものである。この制御体２５は、各カセット１４に対応して独立的に構成されており、炉心を内蔵するカセット１４を複数備えるマルチ型原子炉の上部で図示しない昇降手段に吊設して配置され、カセット１４間に独立的に挿入するための昇降手段によって挿入される。
【００３１】
図５には、各カセット１４の側面を囲むように構成されたカーテン状の制御体２５を示すが、この制御体は、挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体によって構成することもできる。すなわち、従来の制御棒のように棒状のサブ制御体を各カセット１４の周囲に複数個挿入可能に構成してもよい。
【００３２】
このように、本発明の核的結合分断型停止装置の制御体を用いれば、原子炉の停止時にいずれか１本のカセット１４に対応する制御体２５が各カセット１４の間挿入されなかったとしても（すなわち、ワンロッドスタックの場合においても）、中性子実効増倍係数（Ｋｅｆｆ）の増加時は１％以下で、安全上は問題が生じない。これはワンロッドスタック時でもカセット間の核的結合がほぼ遮断された状態が維持されるからである。
【００３３】
図６は、２つのカセット間における中性子の流れを概念的に示す図である。
原子炉運転時は、制御体２５は昇降手段によって上げられているので、図６（Ａ）に示すように、中性子は各カセット１４間を拡散している。
原子炉停止時は、各カセット１４に対して独立的に昇降手段によって駆動制御される制御体２５が各カセット１４の側面に対面するように降ろされるので、中性子は制御体２５によって吸収され、原子炉が停止される。
【００３４】
ワンロッドスタック時は、図６（Ｃ）に示す右側のカセット１４の制御体２５が降りてこないので、左側のカセット１４の制御体２５だけが降りているが、このような状況では、左側のカセット１４から放出される中性子は左側のカセット用の制御体２５によって吸収され、右側のカセット１４から放出される中性子は、左側のカセット１４用の制御体２５によって吸収されるので、原子炉は停止される。
なお、図６（Ｃ）には説明の便宜上、カセット１４を２つしか図示しないが、実際には全てのカセット１４のうちのひとつのカセット１４の制御体２５が降りてこない状態がワンロッドスタック時である。
【００３５】
また、図１に示すような蒸気発生器２０が各カセット１４の上方に配設されるマルチ型原子炉においては、制御体２５を上昇させた際に、復水管２２と干渉しないために、図５に示す円環状の制御体２５の円周部分の一部において長手方向に切り込みを入れなければならないが、このような切り込みを入れた場合においても（切り込みを入れない場合に比べて）中性子実効増倍係数（Ｋｅｆｆ）の増加率は１％以下であり安全上は問題が生じない。
【００３６】
また、カーテン状の制御体２５を挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体にした場合は、各サブ制御体の間に隙間ができるが、各サブ制御体同士の間隔を相隣接するサブ制御体同士が接触しない程度に狭めることにより、立体角との関係でカーテン状の制御体２５と同程度の反応度制御効果を得ることができる。
【００３７】
なお、以上の説明では、炉心を内蔵するカセットを複数備えるマルチ型原子炉に本発明の核的結合分断型停止装置の制御体を用いる場合について説明したが、本発明の範囲はこのような形態に限定されるものではない。
即ち、原子炉容器内の核燃料が各々では臨界に達しないサブ領域に分けられており、各サブ核燃料間にカーテン状または挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体を挿入するように構成してもよい。
【００３８】
このような形態においても、各サブ領域に対応して制御体を独立的に構成し、各サブ領域間の挿入口に制御体を独立的に挿入するための昇降手段を備えるように構成してもよい。
【００３９】
（実施例２）
本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置は、制御体２５の昇降手段である炉停止クラスタ装置３０がカセット１４の下部に配設され、炉停止時または緊急停止時にカセット１４の下側から制御体２５を挿入するように構成されている以外は、実施例１に係る核的結合分断型停止装置の構成に準じる。
【００４０】
図８は、本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置の構成を概略的に示す図である。
図９は、本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置の制御体と、カセットとの関係を概略的に示す図である。
なお、図８及び図９では説明の便宜上、カセット１４を２本しか示さないが、実際のカセット１４の数及び配置は、実施例１の場合と同様である。
【００４１】
図８に示すように、本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置では、制御体２５を昇降制御する炉停止クラスタ装置３０が、カセット１４の下部に配設されている。
炉停止時または緊急停止時には、炉停止制御体駆動軸３１を介して炉停止クラスタ装置３０が制御体２５をカセット１４間に挿入する。
【００４２】
制御体２５の構成は、実施例１の核的結合分断型停止装置に準ずる。すなわち、制御体２５は、カセット１４の側面を覆うように円環状に構成されたカーテン状のものであってもよいし、原子炉容器内の核燃料が各々では臨界に達しないサブ領域に分けられており、各サブ核燃料間にカーテン状または挿入方向に長い棒状の複数のサブ制御体を挿入するように構成してもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置によれば、通常の炉停止時または緊急停止時には、図９に示すように制御体をカセット１４間に挿入することができるので、実施例１の核的結合分断型停止装置と同様に安全に原子炉を停止することができる。また、原子炉の停止時にいずれか１本のカセット１４に対応する制御体２５が各カセット１４の間挿入されなかったとしても（すなわち、ワンロッドスタックの場合においても）、実施例１の核的結合分断型停止装置と同様に安全に原子炉を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る核的結合分断型停止装置の構造を概略的に示す部分断面図である。
【図２】図１に示す核的結合分断型停止装置の構造を概略的に示す垂直断面図である。
【図３】図１に示す核的結合分断型停止装置の構造を概略的に示す上面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る核的結合分断型停止装置を備える原子炉に含まれるカセットの構造を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の核的結合分断型停止装置の制御体と、カセットとの関係を概略的に示す図である。
【図６】２つのカセット間における中性子の流れを概念的に示す図である。
【図７】一般的に加圧水型原子炉で使用されている制御棒集合体の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】本発明の実施例２に係る核的結合分断型停止装置の制御体と、カセットとの関係を概略的に示す図である。
【図１０】従来の燃料集合体及び制御棒集合体の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１１】従来の原子炉における制御棒周辺の中性子束分布を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  格納容器、１０Ａ  メンテナンス台、１１  水遮へい槽、１１Ａ  水遮へい槽支持槽、１１Ｂ  水遮へい、１２  黒鉛反射体槽、１２Ａ、３２Ａ  黒鉛反射体、１２Ｂ  黒鉛反射体支持脚、１３  カセット収納槽、１４  カセット、１６  圧力管、１７  シュラウド、１８  カセット内炉心、１９  ダウンカマー部、２０  蒸気発生器、２１  ライザー管、２２  復水管、２３  主蒸気管、２４  主給水管、２５  制御体、３０  炉停止クラスタ装置、３１  炉停止制御体駆動軸。
【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】
2005274336.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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