(57)【要約】【課題】チムニーの製造時間を短縮することができる自然循環型原子炉を提供する。【解決手段】原子炉圧力容器２内で、炉心４の上方にチムニー７が配置される。チムニー７のチムニー隔壁７Ａは、上端部に格子部を有し、格子部から下方に向かって伸びる複数の隔壁部を有する。炉心４内に挿入される制御棒８は、原子炉圧力容器２の内面に設置されたワイヤ巻き取り装置２１に巻き取られるワイヤ２７に接続されている。ワイヤ巻き取り装置２１によるワイヤ２７の巻き取り、巻き戻しにより、制御棒８が炉心４に出し入れされる。炉心４から引き抜かれた制御棒８のブレードが、隔壁部とスライド可能に嵌合されてチムニー隔壁７Ａの側壁の一部になり、チムニー７内に形成される複数の冷却材通路の形成に使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心と、炉心の上方に配置されたチムニーと、前記炉心に装荷された前記燃料集合体間に挿入される、軸心から四方に伸びる複数のブレードをそれぞれ有する複数の制御棒とを備え、
前記チムニーが、筒状体であるチムニー胴及びこのチムニー胴内に配置されて前記チムニー胴に取り付けられたチムニー隔壁を有し、前記チムニー隔壁が上端部に配置された格子部及びこの格子部から下方に向かって伸びている複数の隔壁部を有し、前記格子部の真下に位置する前記制御棒のブレードの先端部が、このブレードと隣り合う前記隔壁部に形成された、前記原子炉圧力容器の軸方向に伸びるガイド溝に噛み合い、前記炉心から引き抜かれた、前記格子部の真下に位置する前記制御棒の前記ブレードが、前記隔壁部と共に、前記チムニー内に形成される冷却材通路の側壁を形成することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項２】
前記制御棒に連結されたワイヤを巻き取るワイヤ巻き取り装置が、前記チムニーの上方で前記原子炉圧力容器内に設置されている請求項１に記載の自然循環型原子炉。
【請求項３】
前記炉心から引き抜かれた前記制御棒を保持する制御棒保持装置を、前記隔壁部に設けた請求項１または２に記載の自然循環型原子炉。
【請求項４】
前記制御棒が原子炉の運転中に軸方向の一部が炉心に挿入されている出力制御用の第１制御棒、及び原子炉の運転中に前記炉心から完全に引き抜かれる原子炉停止用の第２制御棒を含んでおり、
各々の前記第１制御棒が、前記炉心及び前記チムニー内に配置されて前記炉心の下端部から前記格子部の下端にまで伸びている複数の制御棒案内管内に配置され、複数の駆動水供給管がそれぞれの制御棒案内管の下端部に別々に接続され、前記格子部の真下に位置する前記制御棒案内管が、これに隣り合う前記隔壁部と共に、前記冷却材通路の側壁を形成し、前記第２制御棒に前記ワイヤが連結されている請求項２に記載の自然循環型原子炉。
【請求項５】
原子炉圧力容器と、前記原子炉圧力容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心と、炉心の上方に配置されたチムニーと、前記炉心に装荷された前記燃料集合体間に挿入される、軸心から四方に伸びる複数のブレードをそれぞれ有する複数の制御棒と、それぞれの前記制御棒を別々に収納する制御棒案内管と、各々の前記制御棒案内管の下端部に別々に接続された複数の駆動水供給管とを備え、
前記チムニーが、筒状体であるチムニー胴及びこのチムニー胴内に配置されて前記チムニー胴に取り付けられたチムニー隔壁を有し、前記チムニー隔壁が上端部に配置された格子部及びこの格子部から下方に向かって伸びている複数の隔壁部を有し、前記格子部の真下に位置する前記制御棒案内管が、前記隔壁部と共に、前記チムニー内に形成される冷却材通路の側壁を形成することを特徴とする自然循環型原子炉。
【請求項６】
前記炉心から引き抜かれた前記制御棒を保持する制御棒保持装置を、前記隔壁部に設けた請求項５に記載の自然循環型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然循環型原子炉に係わり、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な自然循環型原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、提唱されている自然循環型原子炉である自然循環型沸騰水型原子炉（以下、自然循環型ＢＷＲという）では、冷却水を炉心に供給する自然循環の駆動力を確保するために、複数の燃料集合体が装荷された炉心の上方に、炉心からの蒸気と水の二相流が流れる区画された領域形成するチムニーが設けられる（例えば、特公平７−２７０５１号公報参照）。この自然循環型ＢＷＲの炉心の反応度を調整して原子炉出力を制御する原子炉出力制御系は、従来の強制循環型沸騰水型原子炉と同様に、原子炉圧力容器の底部に設けた複数の制御棒駆動機構ハウジング内に制御棒駆動機構をそれぞれ設置し、それぞれの制御棒駆動機構に制御棒を連結して構成される。
【０００３】
制御棒は、制御棒駆動機構により炉心から引き抜かれ炉心に挿入されることによって、原子炉出力を制御する。制御棒の炉心への挿入操作及び炉心からの引抜き操作は、炉心の下方から行われる。制御棒駆動機構としては、水圧駆動の制御棒駆動機構及びモータ駆動の制御棒駆動機構がある。
【０００４】
制御棒駆動機構を炉心の下方に設置し、制御棒操作を炉心の下方にて行う理由の一つは、制御棒及び制御棒駆動機構を炉心の上方に配置した場合には、炉心から上方に流出する気液二相流により制御棒の流動振動が懸念されることである。制御棒駆動機構を原子炉圧力容器の底部に設けた自然循環型ＢＷＲでは、炉心から引き抜かれた制御棒を原子炉圧力容器内で炉心下方に形成された下部プレナムに配置する必要があり、チムニーの設置と相俟って原子炉圧力容器の高さが高くなる。
【０００５】
自然循環型ＢＷＲにおける制御棒駆動機構及び制御棒の配置について、以下の技術が知られている。特開２００２−５５１８９号公報では、原子炉圧力容器内において、炉心の上方にチムニーを設置し、このチムニーと気水分離器の間にモータ駆動の制御棒駆動機構を配置している。この制御棒駆動機構を用いて上方より制御棒の炉心への出し入れを行っている。
【０００６】
特開平６−２４９９８８号公報は、制御棒を操作するワイヤ巻上げ／巻下げ装置を設けた強制循環型沸騰水型原子炉を記載している。ワイヤ巻上げ／巻下げ装置は、気水分離器及び蒸気乾燥器より上方に配置されて原子炉圧力容器内に設置されている。制御棒はワイヤでワイヤ巻上げ／巻下げ装置に吊り下げられ、ワイヤ巻上げ／巻下げ装置がワイヤを巻き取ることによって制御棒を炉心から上方に向かって引き抜き、ワイヤを巻き戻すことによって制御棒を炉心内に挿入する。
【０００７】
特表平５−５０９１６６号公報は、自然循環型原子炉に反応度制御装置を設けることを記載している。この反応度制御装置は、炉心内の燃料集合体相互間に配置されて横断面が十字形をしている制御ブレード内に液体ポイズンを供給し、制御ブレード内におけるこの液体ポイズンの液位を調節して原子炉出力を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平７−２７０５１号公報
【特許文献２】特開２００２−５５１８９号公報
【特許文献３】特開平６−２４９９８８号公報
【特許文献４】特表平５−５０９１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特開２００２−５５１８９号公報及び特開平６−２４９９８８号公報に記載されたように、制御棒を炉心の上方から炉心に出し入れする場合には、炉心から引き抜かれている制御棒の、炉心から流出する冷却材による流動振動を抑制する必要がある。また、チムニーを有する自然循環型原子炉では、チムニーの製造に要する時間を短縮することが望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、チムニーの製造時間を短縮することができる自然循環型原子炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心と、炉心の上方に配置されたチムニーと、炉心に装荷された燃料集合体間に挿入される、軸心から四方に伸びる複数のブレードをそれぞれ有する複数の制御棒とを備え、
そのチムニーが、筒状体であるチムニー胴及びこのチムニー胴内に配置されたチムニー隔壁を有し、このチムニー隔壁が上端部に配置された格子部及びこの格子部から下方に向かって伸びている複数の隔壁部を有し、格子部の真下に位置する制御棒のブレードの先端部が、このブレードと隣り合う隔壁部に形成された、原子炉圧力容器の軸方向に伸びるガイド溝に噛み合い、炉心から引き抜かれた、格子部の真下に位置する制御棒のブレードが、隔壁部と共に、チムニー内に形成される冷却材通路の側壁を形成することにある。
【００１２】
炉心から引き抜かれた制御棒のブレードを、チムニー隔壁の一部としてチムニー内に形成される冷却材通路を画定するために用いることができるので、チムニー隔壁の交点における隔壁同士の溶接が格子部の高さの部分だけになり、チムニー隔壁の溶接長さを著しく短くすることができる。このため、自然循環型原子炉に用いるチムニーの製造時間を短縮することができる。
【００１３】
原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に配置され、複数の燃料集合体が装荷された炉心と、炉心の上方に配置されたチムニーと、炉心に装荷された燃料集合体間に挿入される、軸心から四方に伸びる複数のブレードをそれぞれ有する複数の制御棒と、それぞれの制御棒を別々に収納する制御棒案内管と、各々の制御棒案内管の下端部に別々に接続された複数の駆動水供給管とを備え、
そのチムニーが、筒状体であるチムニー胴及びこのチムニー胴内に配置されたチムニー隔壁を有し、このチムニー隔壁が上端部に配置された格子部及びこの格子部から下方に向かって伸びている複数の隔壁部を有し、格子部の真下に位置する制御棒案内管が、隔壁部と共に、チムニー内に形成される冷却材通路の側壁を形成することによっても、上記した目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、自然循環型原子炉に備えられるチムニーの製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の自然循環型原子炉の自然循環型沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】図１のIII−III断面図である。
【図４】制御棒とチムニーとの係合状態を示す図３の拡大図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図５に示したワイヤ巻き取り装置の拡大縦断面図である。
【図７】制御棒とチムニーとの係合状態の他の実施例の横断面図である。
【図８】本発明の他の実施例である実施例２の自然循環型原子炉の自然循環型沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図９】図８のIX部の拡大図で図１０のXI−XI断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例３の自然循環型原子炉の自然循環型沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の好適な一実施例である実施例１の自然循環型原子炉である自然循環型ＢＷＲを、図１、図２、図３、図４及び図６を用いて説明する。
【００１８】
自然循環型ＢＷＲ１は、原子炉圧力容器２、炉心シュラウド３、炉心４、チムニー７、複数の制御棒８、ロープ巻き取り装置２１を備えている。複数の燃料集合体５が装荷されている炉心４が、炉心シュラウド３によって取り囲まれて原子炉圧力容器２内に配置される。各燃料集合体５の下端部は、炉心シュラウド３内に配置されて炉心シュラウド３に取り付けられた炉心支持板（図示せず）によって支持される。各燃料集合体５の上端部は、炉心シュラウド３内に配置されて炉心シュラウド３に取り付けられた上部格子板６によって支持される。
【００１９】
チムニー７が、炉心シュラウド３の上端に設置される。チムニー７は円筒状のチムニー胴（図示せず）の内部にチムニー隔壁７Ａを設けており、チムニー隔壁７Ａがチムニー胴の内面に取り付けられている。チムニー胴は炉心シュラウド３と同じ外径を有する。チムニー隔壁７Ａは、上端部に格子部７Ｅを有し（図２及び図５参照）、格子部７Ｅに連結されて格子部７Ｅから下方に向かって伸びる複数の隔壁部７Ｂを有する（図３及び図４参照）。隔壁部７Ｂの下端は、上部格子板６の上面まで達している。チムニー隔壁７Ａは、横断面において、１つの升目内に１６体の燃料集合体５が配置される大きさを有する（図２参照）。
【００２０】
気水分離器１１がチムニー７の上方に配置されて原子炉圧力容器２内に設置され、蒸気乾燥器１２が気水分離器１１の上方に配置されて原子炉圧力容器２内に設置される。給水配管１４及び主蒸気配管１５が原子炉圧力容器２に接続される。
【００２１】
複数の制御棒８が原子炉圧力容器２内に配置される。制御棒８を操作するワイヤ巻き取り装置２１が原子炉圧力容器２の内面に設置される。ワイヤ巻き取り装置２１は制御棒８の数だけ設けられ、１本の制御棒８に対して１台のワイヤ巻き取り装置２１が設けられる。制御棒８ごとに制御棒８の上端部にワイヤ２７が取り付けられる。このワイヤ２７は、該当するワイヤ巻き取り装置２１に巻き付けられている。ワイヤ巻き取り装置２１がワイヤ２７を巻き戻すことによって、制御棒８が、炉心４内に、すなわち、燃料集合体５相互間に挿入される。ワイヤ巻き取り装置２１がワイヤ２７を巻き取ることによって、制御棒８が、炉心４から引き抜かれる。
【００２２】
ワイヤ巻き取り装置２１の構成を、図６を用いて説明する。ワイヤ巻き取り装置２１は、ケーシング２２、モータ２３、ボビン２４及び結合機２５，２６を有する。モータ２３がケーシング２２に固定される。ボビン２４及び結合機２５，２６がケーシング２２内に配置される。ボビン２４及び結合機２５が、互いに連結され、回転可能にケーシング２２に取り付けられる。結合機２６が、結合機２５に対向して配置され、モータ２３の回転軸に連結されている。ワイヤ２７はボビン２４に巻き取られる。結合機２５，２６はクラッチ装置を構成する。
【００２３】
チムニー７の構成を具体的に説明する。自然循環型ＢＷＲ１の運転中において、炉心４から引き抜かれた制御棒８は、チムニー７内に存在する。このとき、各隔壁部７Ｂは、図３に示すように、隣り合う制御棒８のブレード先端部の間に配置されている。この状態での、制御棒８と隔壁部７Ｂの関係を、図４及び図５を用いて詳細に説明する。
【００２４】
制御棒８の横断面形状は十字形をしており、制御棒８は中心軸から四方に伸びる４枚のブレードを有する。格子部７Ｅの交点の真下に位置する制御棒８では、４枚のブレードの先端部９Ａでの厚みが、ブレードの、制御棒の中心軸側における厚みよりも薄くなっている。格子部７Ｅの交点以外で格子部７Ｅの真下に位置する制御棒８では、１８０°反対方向に伸びる２枚のブレードの先端部９Ａでの厚みが、ブレードの、制御棒の中心軸側における厚みよりも薄くなっている。
【００２５】
チムニー７の各隔壁部７Ｂは、横断面における両端部に、縦溝（ガイド溝）７Ｃを形成している。この縦溝７Ｃは、隔壁部７Ｂの上端から下端まで伸びており、制御棒８のブレードの幅が狭くなっている先端部９Ａに対向する。
【００２６】
格子部７Ｅの真下に位置する各制御棒８が炉心４から引き抜かれたとき、これらの制御棒８のブレードの厚みが薄くなっている先端部９Ａが、縦溝７Ｃ内に挿入され、水平方向において隔壁部７Ｂによって保持される（図４参照）。制御棒８の各ブレードの上端部９Ｂは、その下方よりも厚みが薄くなっている。格子部７Ｅの下端部には、制御棒８の真上の位置で、下側に解放された水平溝７Ｄが形成されている。格子部７Ｅの真下に位置する各制御棒８が炉心４から完全に引き抜かれたとき、これらの制御棒８の上端部９Ｂが、水平溝７Ｄ内に挿入される。
【００２７】
複数の制御棒保持装置１８が、チムニー７の軸方向に所定の間隔を置いて、各隔壁部７Ｂに設けられる（図４参照）。これらの制御棒保持装置１８は、隔壁部７Ｂの水平方向における両端部にそれぞれ形成された収納室１７内に配置される。収納室１７は縦溝７Ｃの底から水平方向において隔壁部７Ｂの内部に向かって伸びている。収納室１７と縦溝７Ｃは、収納室１７の縦溝７Ｃ側で隔壁部７Ｂに設けられた仕切り部材２８によって仕切られる。ノッチ１９が仕切り部材２８を貫通できるようになっている。仕切り部材２８の縦溝７Ｃ側の平面は、縦溝７Ｃの底の一部を形成する。
【００２８】
制御棒保持装置１８は、ピン形状のノッチ１９、押し付けバネ２０及びピストン部材２９を有する。ピストン部材２９がノッチ１９に一体化されてノッチ１９の周囲を取り囲んでいる。ノッチ１９、押し付けバネ２０及びピストン部材２９が収納室１７内に配置される。押し付けバネ２０が収納室１７の底部とピストン部材２９の間に配置され、ピストン部材２９を仕切り部材２８側に押圧している。
【００２９】
水圧通路１６Ａが、隔壁部７Ｂ内に形成され、収納室１７の、ピストン部材２９と仕切り部材２８の間の領域に連絡されている。水圧通路１６Ａは、格子部７Ｅ内を通過して水圧配管１６に接続される。水圧配管１６は、チムニー７のチムニー胴及び原子炉圧力容器２を貫通して原子炉圧力容器２の外部に設けられた水圧駆動系（図示せず）に接続されている。
【００３０】
ワイヤ巻き取り装置２１に巻き取られるワイヤ２７は、図５に示すように、格子部７Ｅの上端部に取り付けられた複数のガイド部材２８内を通って、格子部７Ｅの上端面に沿って張られている。このワイヤ２７は制御棒８の上端部に取り付けられる（図５参照）。
【００３１】
自然循環型ＢＷＲ１が起動されると、炉心４内に全挿入されている制御棒８がワイヤ巻き取り装置２１の駆動により、順次、炉心４から引き抜かれる。制御棒８を操作するとき、結合機２５と結合機２６が接触しており、モータ２３の回転力が結合機２５，２６を介してボビン２４に伝えられ、ボビン２４がワイヤ２７を巻き取る方向に回転する。ワイヤ２７がボビン２４に巻き取られることによって、該当する制御棒８が炉心４から引き抜かれる。
【００３２】
格子部７Ｅの真下に位置する制御棒８が炉心４から引き抜かれるとき、この制御棒８のブレードの先端部９Ａが隔壁部７Ｂの縦溝７Ｃ内に挿入される。格子部７Ｅの交点の真下に位置する制御棒８が引き抜かれるとき、４枚のブレードの先端部９Ａがそれぞれのブレードの先端に対向する４つの隔壁部７Ｂの各縦溝７Ｃ内に挿入される。その交点以外で格子部７Ｅの真下に位置する制御棒８が引き抜かれるとき、１８０度反対方向に伸びる２枚のブレードの先端部９Ａがそれぞれのブレードの先端に対向する２つの隔壁部７Ｂの各縦溝７Ｃ内に挿入される。これらの制御棒８は、炉心４から引き抜かれるとき、隔壁部７Ｂの縦溝７Ｅをガイドにして上方に向かって移動する。
【００３３】
原子炉出力が定格出力である１００％出力に到達したとき、自然循環型ＢＷＲ１に設けられた全制御棒８のうち、定格運転時に原子炉出力を制御する制御棒８（出力制御用制御棒）を除く他の全ての制御棒（原子炉停止用制御棒）８が、炉心４から全引き抜きされる。全引き抜きされた全制御棒８は、隣り合う隔壁部７Ｂの間に配置されてチムニー隔壁７Ａの一部になり、チムニー隔壁７Ａ（格子部７Ｅ及び隔壁部７Ｂ）と共にチムニー７内に複数の冷却材通路３５を形成する（図２及び図３参照）。格子部７Ｅよりも下方では、冷却材通路３５は、全引き抜きされた制御棒の各ブレード及びこれらの制御棒８のブレード間に存在する各隔壁部７Ｂによって画定される。１つの冷却材通路３５の真下では、炉心４内に装荷された１６体の燃料集合体５が存在する。
【００３４】
自然循環型ＢＷＲ１が定格出力で運転されているとき、炉心４内で各燃料集合体５に含まれた核燃料物質の核分裂によって発生する熱により燃料集合体５内を上昇する冷却水が加熱され、冷却水の一部が蒸気になる。冷却水及び蒸気を含む気液二相流が、炉心４から上方に向かって流出し、チムニー７内に形成された各冷却材通路３５内を上昇する。各冷却材通路３５から流出した気液二相流は、気水分離器１１内に導かれ、気水分離器１１により蒸気と水分に分離される。気水分離器１１で分離された蒸気は、蒸気乾燥器１２でさらに湿分を除去され、主蒸気配管１５に流出する。この蒸気は、タービン（図示せず）に供給され、発電機（図示せず）に連結されたタービンを回転させる。タービンから排気された蒸気は、復水器（図示せず）で水に凝縮される。復水器で蒸気から生成された水は、給水として、給水配管１４を通って原子炉圧力容器２に供給される。
【００３５】
気水分離器１１で分離された冷却水及び給水配管１４で供給された給水は、チムニー７のチムニー胴及び炉心シュラウド３と原子炉圧力容器２の間に形成された環状のダウンカマ１３内で混合され、冷却水となって炉心４の下方に形成された下部プレナム３４に達する。この冷却水は、下部プレナム３４から炉心４内の各燃料集合体５内に供給される。
【００３６】
自然循環型ＢＷＲ１は、強制循環型ＢＷＲのように冷却水を炉心に供給する再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）を有していないので、炉心に冷却水を供給する駆動力は、ダウンカマ１３内に存在する冷却水の密度と炉心４から冷却材通路３５に流出する気液二相流の密度の差によって生じる。チムニー隔壁７Ａを有するチムニー７は、煙突効果によって気液二相流の上昇力を高める。このため、炉心４、冷却材通路３５、ダウンカマ１３及び炉心４を循環する冷却水の自然循環流量が増大する。
【００３７】
引き抜かれた制御棒８の制御棒保持装置１８による保持について説明する。制御棒保持装置１８は、引き抜かれた制御棒８を原子炉圧力容器２の軸方向において所定位置に保持し、制御棒８の落下を防止する機能を有する。引き抜かれる制御棒８が上方に向かって移動するとき、水圧駆動系からの高圧水が、水圧配管１６及び水圧通路１６Ａを介して収納室１７の、ピストン部材２９と仕切り部材２８の間の領域に高圧水を供給する。この高圧水の供給によって、ピストン部材２９が押し付けバネ２０側に押され、押し付けバネ２０が圧縮される。これにより、縦溝７Ｃ内に突出したノッチ１９の先端が仕切り部材２８の位置まで移動する。ノッチ１９の先端部が縦溝７Ｃ内に存在しなくなるので、制御棒８の先端部９Ａが縦溝７Ｃにてガイドされ、ワイヤ巻き取り装置２１の駆動による制御棒８の上方への移動を円滑に行うことができる。
【００３８】
引き抜かれて縦溝７Ｃ内を上昇する制御棒８が、全引き抜きされた状態で所定の位置に保持される。この制御棒８をその所定位置に保持する制御棒保持装置１８のノッチ１９が、その制御棒８の先端部９Ａの先端に形成された孔部１０内に挿入される。このノッチ１９の孔部１０への挿入は以下のように行われる。水圧駆動系から、収納室１７の、ピストン部材２９と仕切り部材２８の間の領域への高圧水の供給を停止する。ピストン部材２９を押圧していた水圧が減少するので、押し付けバネ２０の作用によって、ノッチ１９が制御棒８側に移動し、ノッチ１９の先端部が孔部１０内に挿入される（図４参照）。図４においては、１枚のブレードにおいてノッチ１９の先端部が孔部１０内に挿入されているが、このブレードと１８０°反対方向に伸びている他のブレードに形成された孔部１０内に、ノッチ１９が挿入される。このように、引き抜かれた制御棒８が一対の制御棒保持装置１８の各ノッチ１９によって保持される。制御棒８が引き抜かれてノッチ１９で保持される位置に達したことは、例えば、制御棒８に設けられた位置検出用のリミットスイッチ（図示せず）が、隔壁部７Ｂに設けられたリミットスイッチ作動部材に接触することにより作動し、検出することができる。
【００３９】
自然循環型ＢＷＲ１の運転中において、例えば、負荷遮断の発生によるタービントリップが生じたとき、全制御棒８が炉心４内に緊急挿入（スクラム）されて自然循環型ＢＷＲ１が緊急停止される。この制御棒８の緊急挿入は、ワイヤ巻き取り装置２１の結合機２５と結合機２６を切り離して孔部１０内に挿入されているノッチ１９の先端を前述したように仕切り部材２８の位置まで移動させ、制御棒８を自重で落下させることによって行われる。全ての制御棒８が自重落下により上方より炉心４に挿入され、自然循環型ＢＷＲ１が緊急停止される。
【００４０】
本実施例の自然循環型ＢＷＲ１では、チムニー７が格子部７Ｅ及び複数の隔壁部７Ｂを有するチムニー隔壁７Ａを有し、このチムニー隔壁７Ａで複数の冷却材通路３５をチムニー７内に形成し、格子部７Ｅを炉心４内での制御棒８の真上に配置しているので、炉心４から引き抜かれた制御棒８の４枚または２枚のブレードを、冷却材通路３５を画定する隔壁部として用いることができる。格子部７Ｅの真下に位置する全制御棒８のうち、出力制御用制御棒以外の全引き抜きされた全制御棒８の各ブレードは、チムニー隔壁７Ａにおいて格子部７Ｅの下方で隣り合う隔壁部７Ｂの間に形成された開口部を完全に塞いでいる。格子部７Ｅの真下に位置する、出力制御用制御棒である制御棒８は、一部が炉心４から引き抜かれており、炉心４からの引き抜き量に応じて、チムニー隔壁７Ａにおいて格子部７Ｅの下方で隣り合う隔壁部７Ｂの間に形成された開口部の一部を塞いでいる。このため、この開口部は制御棒８が存在しない領域（開放領域）を通して隣り合う冷却材通路３５は互いに連通した状態になっている。この開口部の開放領域を通して連通する、隣接した冷却材通路３５の開口部より上方の気液二相流の平均密度は、均一化される。しかし、従来のチムニー壁で区画される矩形の領域内では、１６体の燃料集合体から流出する冷却水が均一化されているのに対し、その領域が拡大するだけで、煙突効果を阻害することはない。
【００４１】
上記したように、本実施例は、炉心４から引き抜かれた制御棒８のブレードを、チムニー７のチムニー隔壁７Ａの一部として冷却材通路３５を画定するために用いることができるので、チムニー隔壁７Ａの交点における隔壁同士の溶接が格子部７Ｅの高さの部分だけになり、チムニー隔壁７Ａの溶接長さを著しく短くすることができる。このため、チムニー７の製造時間を短縮することができる。
【００４２】
炉心４から引き抜かれた、格子部７Ｅの真下に位置する制御棒８の先端部９Ａが、隔壁部７Ｂの縦溝７Ｃ内に挿入される。したがって、格子部７Ｅの真下に位置する引き抜かれた制御棒８が水平方向において隔壁部７Ｂで支持されるので、冷却材通路３５内を上昇する気液二相流による制御棒８の流動振動を抑制することができる。なお、炉心４から引き抜かれたときに冷却材通路３５の中央に位置する制御棒８は格子部７Ｅに取り付けられた支持部材（図示せず）で保持されるので、気液二相流によるその制御棒８の流動振動も抑制することができる。
【００４３】
本実施例では、炉心４から全引き抜きされた制御棒８がチムニー７内に位置するので、原子炉圧力容器２の高さを低減することができる。制御棒駆動機構を原子炉圧力容器の底部に設けて全引き抜きされた制御棒を炉心４より下方の下部プレナム内に配置し、その制御棒駆動機構の操作により制御棒を上方に移動させて炉心に全挿入する、炉心上方にチムニーを備えた従来の自然循環型ＢＷＲに比べて、下部プレナムの高さを低減できる本実施例の自然循環型ＢＷＲ１は、原子炉圧力容器２の高さを低減することができる。
【００４４】
出力制御用制御棒である制御棒８に対しては、制御棒保持装置１８を原子炉圧力容器２の軸方向において所定の複数個所に設置する。これにより、原子炉出力を制御するために、出力制御用制御棒の炉心への挿入量を変えた場合でも、所定位置の制御棒保持装置１８によって出力制御用制御棒を保持することができる。
【００４５】
本実施例では、過渡時などで制御棒８を保持するノッチ１９が制御棒８に形成された孔部１０から外れて制御棒８が炉心２に挿入され、制御棒８のブレードが塞いでいた、隣り合う隔壁部７Ｂの開口部が開いて、隣り合う冷却材通路３５が連通しても、過度時において原子炉出力が低下しているため、問題が生じない。
【００４６】
本実施例で用いられた制御棒保持装置１８は、図７に示す制御棒保持装置１８Ａに替えても良い。この制御棒保持装置１８Ａの構成を具体的に説明する。制御棒保持装置１８Ａは、制御棒保持装置１８と同様に、ピン形状のノッチ１９、押し付けバネ２０及びピストン部材２９を有し、隔壁部７Ｂの水平方向における両端部にそれぞれ形成された収納室１７内に配置されている。ピストン部材２９がノッチ１９の一端部に設けられる。仕切り部材２８が、制御棒保持装置１８と同様に、収納室１７と縦溝７Ｃを仕切っている。押し付けバネ２０が、ノッチ１９の周囲を取り囲んで、仕切り部材２８とピストン部材２９の間に配置され、ピストン部材２９を仕切り部材２８とは反対側に押圧している。水圧通路１６Ａが、収納室１７の底に接続されて収納室１７内でピストン部材２９と収納室の底の間に形成される領域３０に連絡される。制御棒保持装置１８Ａは、図７に示された制御棒８の１つのブレードの先端部９Ａに対向して隔壁部７Ｂに設けられているが、図示されていないけれども、そのブレードと１８０°反対側に位置するブレード（孔部１０が形成された他のブレード）の先端部９Ａに対向する隔壁部７Ｂにも設けられる。
【００４７】
制御棒保持装置１８による制御棒８を保持する状態は、水圧通路１６Ａにより収納室１７の領域３０に高圧水を供給してピストン部材２９を押し付けバネ２０側に移動させ、ノッチ１９を制御棒８の先端部９Ａに形成された孔部１０に挿入されることによって達成できる。制御棒８を移動させるときにおけるノッチ１９が孔部１０から引き抜かれた状態は、領域３０への高圧水の供給を停止して領域３０の圧力を低下させ、押し付けバネ２０の作用によりビスとん部材２９を仕切り部材２８とは反対側に移動させることによって得られる。
【実施例２】
【００４８】
本発明の他の実施例である実施例２の自然循環型原子炉である自然循環型ＢＷＲを、図８、図９及び図１０を用いて説明する。本実施例の自然循環型ＢＷＲ１Ａは、実施例１の自然循環型ＢＷＲ１において密封された複数の制御棒案内管３１及び複数の駆動水供給管３２を設け、ワイヤ巻き取り装置２１及びワイヤ２７を除去した構成を有する。自然循環型ＢＷＲ１Ａの他の構成は自然循環型ＢＷＲ１と同じである。
【００４９】
本実施例で用いられるチムニー７も、実施例１と同様に、上部格子板６の上方に配置され、チムニー胴、格子部７Ｅ及び複数の隔壁部７Ｂを有する。制御棒案内管３１は、図１０に示すように横断面が十字形をしており、内部に横断面が十字形をしている炉心４から引き抜かれた制御棒８を収納する。各制御棒案内管３１は、格子部７Ｅの真下に配置され、炉心４の横断面においては図３に示された、格子部７Ｅの真下に位置するそれぞれの制御棒８の位置に配置される。このため、実施例１における制御棒８と同様に、これらの制御棒案内管３１は、格子部７Ｅの下方で隣り合う隔壁部７Ｂの相互間に配置される。
【００５０】
各制御棒案内管３１は、上部格子板６に形成された、格子部７Ｅの真下に位置する各升目内に挿入され、各燃料集合体５の下端部を支持する炉心支持板によって支持される。制御棒案内管３１は、炉心４内において、図１０に示すように、隣り合う４体の燃料集合体５のチャンネルボックス（図示せず）の相互間に配置される。各制御棒案内管３１の上端は、格子部７Ｅの下端に溶接により接合される。制御棒案内管３１は隣接する隔壁部７Ｂと軸方向の複数個所で互いに点溶接にて接合されている。
【００５１】
制御棒８が、制御棒案内管３１内に配置される（図９及び図１０参照）。ピストン部３６が制御棒８の下端部に形成される。ピストン部３６の横断面は制御棒案内管３１の横断面と同様に十字形をしている。別々の駆動水供給管３２が、各制御棒案内管３１の下端に接続される。これらの駆動水供給管３２は、原子炉圧力容器２を貫通して原子炉圧力容器２の外部に達し、水圧駆動系に接続される。
【００５２】
本実施例では、制御棒８の炉心４からの引き抜きは、駆動水供給管３２により駆動水を下方から制御棒案内管３１内に供給することによって行われる。この供給された駆動水は、制御棒案内管３１内に存在する制御棒８のピストン部３６の下面に作用し、制御棒８を押し上げる。炉心４から全引き抜きされる各制御棒８は、駆動水によって下端が上部格子板６より上方に位置するまで押し上げられ、炉心４から完全に引き抜かれる。出力制御用制御棒は、所定の引き抜き量だけ上方に押し上げられ、軸方向の長さの一部が炉心４内に残っている。
【００５３】
炉心４から全引き抜きされている制御棒８を、タービンとリップ等の事故が発生して炉心４に急速挿入する場合には、制御棒８の下方で制御棒案内管３１内に存在する駆動水を、駆動水供給管３２を通して急速に排出する。このため、制御棒案内管３１内の制御棒８が炉心４内に急速挿入される。
【００５４】
実施例１において隔壁部７Ｂに設けられた制御棒保持装置１８は、本実施例においても隔壁部７Ｂに設けられている。ただし、隔壁部７Ｂと制御棒８の間に制御棒案内管３１の側壁が存在するため、ノッチ１９が制御棒８に形成された孔部１０内に挿入できるように、制御棒案内管３１の側壁の軸方向の所定の位置に、ノッチ１９が貫通できる貫通孔が形成される。
【００５５】
実施例１では、炉心４から引き抜かれた制御棒８が冷却材通路３５を画定する隔壁部として用いられるが、本実施例では、格子部７Ｅの真下に位置する制御棒案内管３１の側壁が、冷却材通路３５の側壁として用いられる。炉心４から全引き抜きされた制御棒８は、実施例１と同様に、水平方向では隣り合う隔壁部７Ｂの間に、原子炉圧力容器２の軸方向では格子部７Ｅの下面と上部格子板６の上面の間に位置している。
【００５６】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。各制御棒８が各制御棒案内管３１内に配置されているので、各制御棒８は、冷却材通路３５内を上昇する気液二相流に接触することがなく、流動振動を生じない。また、本実施例では、制御棒案内管が固定設置されているので、制御棒を炉心内に挿入しても、チムニー壁に開口部が形成されず、チムニー壁自体の流動振動に対する支持が強固なままであるとともに、隣接した領域間での冷却水の混合は発生しない。さらに、本実施例は、制御棒案内管３１及び駆動水供給管３２を設けているので、ワイヤ巻き取り装置２１を設置し、ワイヤ２７を配設しなくて済む。
【実施例３】
【００５７】
本発明の他の実施例である実施例３の自然循環型原子炉である自然循環型ＢＷＲを、図１１を用いて説明する。本実施例の自然循環型ＢＷＲ１Ｂは、出力制御用制御棒である制御棒８を制御棒案内管３１内に配置し、原子炉の定格出力運転時において炉心４から全引き抜きされている原子炉停止用制御棒である制御棒８Ａをワイヤ巻き取り装置２１による駆動にしている。制御棒８Ａに対しては、制御棒案開管３１が設けられていない。本実施例の自然循環型ＢＷＲ１Ｂは、実施例２の自然循環型ＢＷＲ１Ａにおいて原子炉停止用制御棒である制御棒８Ａをワイヤ巻き取り装置２１により駆動する構成としたものである。自然循環型ＢＷＲ１Ｂの他の構成は、自然循環型ＢＷＲ１Ａと同じである。
【００５８】
出力制御用制御棒の一部がチムニー隔壁７Ａの格子部７Ｅの真下に配置され、残りの出力制御用制御棒が冷却材通路３５の中央に配置される。格子部７Ｅの真下に配置される出力制御用制御棒である制御棒８は、実施例２と同様に、格子部７Ｅの真下に配置された制御棒案内管３１内に配置される。冷却材通路３５の中央に配置される出力制御用制御棒である制御棒８を収納する制御棒案内管３１は、冷却材通路３５の中央に配置され、実施例２における制御棒案内管３１と同様に、炉心支持板に支持され、炉心４に装荷された４体の燃料集合体５のチャンネルボックスの相互間に配置されている。
【００５９】
原子炉停止用制御棒である制御棒８Ａのうち、格子部７Ｅの真下に位置する制御棒８Ａは、炉心４から引き抜かれたとき、実施例１における制御棒８と同様に、先端部９Ａが隔壁部７Ｂに形成された縦溝７Ｃ内に挿入される。
【００６０】
本実施例では、隣り合う冷却材通路３５を画定する側壁は、隔壁部７Ｂ、格子部７Ｅの真下に位置する制御棒案内管３１の側壁、及び炉心から引き抜かれて縦溝７Ｃ内に挿入された制御棒８Ａを含んでいる。制御棒案内管３１内の制御棒８は、実施例２と同様に、制御棒案内管３１内に供給される駆動水によって炉心４内に挿入される。
【００６１】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ…自然循環型沸騰水型原子炉、２…原子炉圧力容器、３…炉心シュラウド、４…炉心、５…燃料集合体、６…上部格子板、７…チムニー、７Ａ…チムニー隔壁、７Ｂ…隔壁部、７Ｅ…格子部、８…制御棒、９Ａ…先端部、９Ｂ…上端部、１０…孔部、１６…水圧配管、１６Ａ…水圧通路、１７…収納室、１８，１８Ａ…制御棒保持装置、１９…ノッチ、２０…押し付けバネ、２１…ワイヤ巻き取り装置、２２…ケーシング、２３…モータ、２４…ボビン、２７…ワイヤ、３１…制御棒案内管、３２…駆動水供給管。
【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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【図１０】
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【図１１】
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