(57)【要約】【課題】従来の炉心拘束機構と同じ機能及び性能を有しながら、更に低コストで、コンパクト化を実現することができる炉心拘束機構。【解決手段】炉心ブロック２を囲む環状の支持リング９と、支持リング９と炉心ブロック２との間に設けられて、外端が支持リング９内周に支持されるとともに、内端が炉心ブロック２の外周に当接する支持体８とを備え、支持リング９の温度変化に対する径方向への変形量が炉心ブロック２の温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく、かつ、支持体８の温度変化に対する両端間の変形量が支持リング９の温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく設定されている。【選択図】図４
2012194040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心ブロックを囲む環状の支持リングと、
前記支持リングと前記炉心ブロックとの間に設けられて、外端が前記支持リング内周に支持されるとともに、内端が前記炉心ブロックの外周に当接する支持体とを備え、
前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量が前記炉心ブロックの温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく、かつ、
前記支持体の温度変化に対する両端間の変形量が前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく設定されていることを特徴とする炉心拘束機構。
【請求項２】
前記支持体の温度変化に対する両端間の変形量と、前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量との差分値が、前記炉心ブロックの温度変化に対する径方向への変形量となるように設定されている請求項１に記載の炉心拘束機構。
【請求項３】
前記支持体は、一端が前記支持体の外端として前記支持リング側に前記支持リングの中心軸と平行な軸回りに回転可能に支持されるとともに、他端が互いに同軸回りに回転可能に接続された一対のリンク部材と、
前記一対のリンク部材の他端を回転可能に支持するとともに、前記炉心ブロックに当接する当接部材とを備える請求項１又は２に記載の炉心拘束機構。
【請求項４】
前記当接部材は、前記炉心ブロックに当接する本体部と、
前記本体部と前記リンク部材との間に設けられて、前記本体部を前記支持リングの径方向に付勢する付勢部とを有する請求項３に記載の炉心拘束機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブロック型燃焼形式の高温ガス炉に用いられる炉心拘束機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロック型燃焼形式の高温ガス炉は、炉心と、炉心を支持する炉心拘束機構と、冷却材が流通する冷却系配管と、これらを収容する原子炉容器等から構成されている。高温ガス炉は、炉心の構造材として高温にも耐えて熱をよく伝えるという特性を有する黒鉛を用い、冷却材としてヘリウムガスを用いる原子炉であり、その熱エネルギーを発電のみならず他の分野にも利用することができるものとして期待されている。
炉心は、燃料ブロック、可動固定反射体ブロック等を含む集合体の外周域に固定反射体を積層して構築されている。炉心拘束機構は、固定反射体間の隙間を流れる漏れ流れを低減するために、炉心の外周を締め付けている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図５に従来の炉心拘束機構を示す。従来の炉心拘束機構１００は、拘束バンド１０１、レストレイントリング１０２、バンド支え１０３等から構成されており、固定反射体１０４を緊縛し、所定の位置に支持している。これにより、隣接する固定反射体１０４間のすき間を流れる漏れ流れを低減することができる。また、地震時にあっては、炉心拘束機構１００により水平方向の変位を制限するとともに、水平方向の荷重を原子炉容器１０５に伝達する。
【０００４】
図６に示すように、拘束バンド１０１は、引張材１０６として１Ｃｒ−０．６Ｍｏ−０．３Ｖ鋼、圧縮材１０７としてステンレス鋼を用い、これらの熱膨張係数が異なる材料を組み合わせることにより、拘束バンド１０１両端の熱膨張量を、固定反射体１０４の材料であるＰＧＸ黒鉛の熱膨張量と合わせ、黒鉛材の熱膨張に追従し、低温状態から定格運転状態まで温度が変化した場合でも、一定の締め付け力が得られる設計としている（例えば、特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６３−３３４９８号公報
【特許文献２】特公昭６３−４１４３２号公報
【特許文献３】実開昭６０−６１６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の炉心拘束機構を構成する拘束バンド１０１は、例えば７重管構造で複雑であり、製作に手間がかかり、コスト高の要因となっている。従来の炉心拘束機構１００は、さらにレストレイントリング１０２、バンド支え１０３等多くの部品で構成されており、これもコスト高の要因となっている。
また、上述したように多くの部品により構成されていることにより、原子炉容器１０５の径方向に大きな設置スペースを必要としており、それ故、原子炉容器１０５の内径寸法が大きくなり、原子炉の小型化が難しくなるという課題がある。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来の炉心拘束機構と同じ機能及び性能を有しながら、更に低コストで、コンパクト化を実現することができる炉心拘束機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の炉心拘束機構は、炉心ブロックを囲む環状の支持リングと、前記支持リングと前記炉心ブロックとの間に設けられて、外端が前記支持リング内周に支持されるとともに、内端が前記炉心ブロックの外周に当接する支持体とを備え、前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量が前記炉心ブロックの温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく、かつ、前記支持体の温度変化に対する両端間の変形量が前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、通常運転時において炉心ブロックと支持リングの径方向の間隔の変形量よりも、支持体の径方向の変形量が大きくなるため、通常運転時において、拘束が緩むことを防止することができる。
【００１０】
また、本発明の炉心拘束機構は、前記支持体の温度変化に対する両端間の変形量と、前記支持リングの温度変化に対する径方向への変形量との差分値が、前記炉心ブロックの温度変化に対する径方向への変形量となるように設定されていることが好ましい。
この発明においては、支持体の径方向の変形量が、炉心ブロックと支持リングの径方向の間隔の変形量よりも大幅に大きくなることを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明の炉心拘束機構は、前記支持体は、一端が前記支持体の外端として前記支持リング側に前記支持リングの中心軸と平行な軸回りに回転可能に支持されるとともに、他端が互いに同軸回りに回転可能に接続された一対のリンク部材と、前記一対のリンク部材の他端を回転可能に支持するとともに、前記炉心ブロックに当接する当接部材とを備える構成であることが好ましい。
この発明においては、拘束バンドなどの複雑な構成要素を使用する必要がなく、より簡素な構成で炉心拘束機構を構築することができ、炉心拘束機構の径方向の寸法をより小さくすることができる。
【００１２】
さらに、本発明の炉心拘束機構は、前記当接部材は、前記炉心ブロックに当接する本体部と、前記本体部と前記リンク部材との間に設けられて、前記本体部を前記支持リングの径方向に付勢する付勢部とを有することが好ましい。
この発明においては、炉心ブロックに対する支持体の押し付けをより強くすることができる。また、支持体の径方向の変形量が、炉心ブロックと支持リングの径方向の間隔の変形量よりも大きくなった場合でも、その差分を吸収することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、通常運転時において炉心ブロックと支持リングの径方向の間隔の変形量よりも、支持体の径方向の変形量が大きくなるため、通常運転時において、拘束が緩むことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の原子炉の炉心拘束機構を示す平面図である。
【図２】低温停止時の炉心拘束機構を示す平面模式図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】通常運転時の炉心拘束機構を示す平面模式図である。
【図５】従来の炉心拘束機構の一例を示す平面図である。
【図６】従来の炉心拘束機構を構成する拘束バンドの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の炉心拘束機構は、例えばブロック型燃焼形式の高温ガス炉に適用されるものである。
図１に示すように、本実施形態の原子炉１は、ブロック状炉心構成要素を積み重ねて構成した多角柱状の炉心ブロック２と、炉心ブロック２を拘束する炉心拘束機構３と、これら全体を取り囲む原子炉容器１０と、冷却材が流通する冷却系配管（図示せず）とから構成されている。冷却材としては、例えばヘリウムガスが採用される。
【００１６】
炉心ブロック２は、燃料ブロック４と、可動固定反射体ブロック５等を含む集合体の外周域に固定反射体６及び側部遮蔽体７を積層して構築されており、炉心ブロック２の断面形状は、側部遮蔽体７の外面７ａを一辺とした多角形をなしている。側部遮蔽体７は上下多段に配設されており、固定反射体６の外面６ａに対峙している。また、燃料ブロック４、可動固定反射体ブロック５、及び固定反射体６は黒鉛で形成され、側部遮蔽体７はボロン入り黒鉛で形成されている。
【００１７】
炉心拘束機構３は、側部遮蔽体７毎に設けられた拘束装置８（支持体）と、拘束装置８を支持しつつ取り囲む円筒状の支持リング９とを備える。これにより、側部遮蔽体７は、支持リング９に支持された拘束装置８によって、原子炉容器１０の中心に向かって径方向に押さえ付けられる。支持リング９は、上下多段に配設されており、例えば２・１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼（クロムモリブデン鋼）により形成されている。
【００１８】
次に、拘束装置８の詳細について説明する。
図２は一つの固定反射体６及び固定反射体６の外面に配置された側部遮蔽体７に対応して設けられた、一つの拘束装置８を代表して示したものである。
また、以下の説明において、支持リング９の中心軸の周方向であって、図２の左右方向（図３の左右方向）を左右方向という。また、中心軸の径方向であって図２の上方向（図３の紙面手前方向）を中心方向、図２の下方向（図３の紙面奥方向）を外方向という。さらに、中心軸の軸方向であって、図２の紙面手前方向（図３の上方向）を上方向、図２の紙面奥方向を下方向という。
【００１９】
図２及び図３に示すように、拘束装置８は、側部遮蔽体７と支持リング９との間に、側部遮蔽体７の左右方向中央と、拘束装置８の左右方向中央が支持リング９の周方向で一致するように配置されている。
拘束装置８は、側部遮蔽体７の外面７ａに当接するブロック形状の板バネ部材１１（当接部材）と、板バネ部材１１に対して回動可能に、板バネ部材１１の上下端にそれぞれ一対ずつ設けられたリンク部材１２Ａ，１２Ｂ（図には上端側のリンク部材１２Ａのみ示す）と、リンク部材１２Ａ，１２Ｂの一端を支持リング９側で回転可能に支持する支持脚１３とを有する。
【００２０】
板バネ部材１１は、例えば２・１／４Ｃｒ−１Ｍｏ鋼からなり、支持リング９の半径方向に所定の厚みを有する板状の部材である。板バネ部材１１の炉中心に面する内面１１ａには、突条１４（本体部）が設けられている。突条１４は、内面１１ａの左右方向中央において、上下方向に延在して設けられている。また、板バネ部材１１の左右方向中央には、支持リング９の中心軸と平行な軸周りに回転可能な第一回転軸１６が設けられており、第一回転軸１６は、板バネ部材１１の上方及び下方に延在している。
【００２１】
板バネ部材１１には、上下方向に貫通する角孔１５が形成されている。角孔１５は、左右方向に長さを有する断面矩形形状の貫通孔である。板バネ部材１１は、角孔１５が形成されていることにより、突条１４に外方向に十分な力がかけられた場合、図４に示すように、突条１４が形成されている部位が、突条１４の当接面１４ａと第一回転軸１６の中心軸とが近づくように弾性変形する。これにより、角孔１５と内面１１ａとの間の部位は付勢部１８として機能し、突条１４を支持リング９の径方向に付勢する。なお、角孔１５の形状は、必要とされる板バネ部材１１の弾性率に基づき適宜設定される。また、板バネ部材１１の外面１１ｂと側面１１ｃとがなす角部は、それぞれ面取りされている。
【００２２】
図３に示すように、一対のリンク部材１２Ａ，１２Ｂは、板バネ部材１１の上方及び下方に延在する第一回転軸１６の、上端及び下端にそれぞれ設けられている。以下、第一回転軸１６の上端に接続された一対のリンク部材１２Ａについて説明する。
リンク部材１２Ａは断面矩形の棒状部材であり、一端が支持リング９側において支持脚１３によって回転可能に支持されている。リンク部材１２の一端には、その軸方向が支持リング９の中心軸と平行な第二回転軸１７が設けられている。第二回転軸１７は、支持リング９の内壁に固定された支持脚１３に回転可能に支持されている。
【００２３】
リンク部材１２Ａ，１２Ｂの長さは４本とも同一であり、ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）により形成されている。リンク部材１２の長さは、低温停止時において、第一回転軸１６と第二回転軸１７の軸間距離Ｄ１と、左右の第二回転軸１７の軸間距離Ｄ２との関係が、Ｄ１×２＞Ｄ２となるように定められる。このように設定することにより、一対のリンク部材１２Ａは、低温停止時において、炉中心に向かって凸の山型形状をなす。
【００２４】
また、板バネ部材１１の各寸法、特に、突条１４の当接面１４ａと、第一回転軸１６の軸中心との距離等の、各種寸法は、支持リング９の内径寸法、通常運転時と低温停止時の炉心ブロック２の変形量、及び支持リング９の変形量に応じて適宜設定される。例えば、図２の低温停止時の状態において、付勢部１８の作用によって、側部遮蔽体７が僅かに押圧されていることが好ましい。
【００２５】
なお、炉心ブロック２の変形量とは、炉心ブロック２の中心から固定反射体６の外面６ａの距離、すなわち炉心ブロック２の半径に相当する距離の変形量をいい、支持リング９の変形量とは、支持リング９の肉厚方向の変形量のことをいう。拘束装置８（支持体）の変形量とは、拘束装置８単体の高さの変形量である。
【００２６】
次に、このように構成された拘束装置８を用いて炉心ブロック２を拘束する作用について説明する。
図２に示すように、低温停止時においては、一対のリンク部材１２が僅かに山型となっており、突条１４の当接面１４ａが炉心ブロック２の側部遮蔽体７を押圧している。
図４に示すように、通常運転時においては、側部遮蔽体７と支持リング９の炉心半径方向の間隔が広がる。これは燃料ブロック４、可動固定反射体ブロック５、及び固定反射体６を形成する黒鉛の熱膨張率が、支持リング９を形成するクロムモルビデン鋼の熱膨張率よりも小さいため、支持リング９の変形量が炉心ブロック２の変形量よりも大きくなるためである。
【００２７】
一方、リンク部材１２を形成するステンレス鋼の熱膨張率は、支持リング９を形成するクロムモリブデン鋼よりも更に大きいため、Ｄ１×２の値が、Ｄ２よりも更に大きくなることにより、一対のリンク部材１２がなす山型の角度が小さくなるように（山が高くなるように）リンク部材１２が回転し、これにより、支持リング９の変形量と、炉心ブロック２の変形量の差が相殺され、炉心ブロック２が拘束される。
【００２８】
また、この際、付勢部１８が変形することにより、拘束装置８の径方向の変形量と支持リング９の変形量との差分値が、炉心ブロック２の径方向の変形量よりも大きい場合、つまり、拘束装置８の径方向の変形量が大きすぎた場合に、拘束装置８に対して径方向にかかる応力を吸収することができる。
【００２９】
上記実施形態によれば、通常運転時、熱膨張差により、拘束装置８により、各側部遮蔽体７が炉心ブロック２に押し付けられることにより、固定反射体６間の隙間を流れる漏れ流れを低減することができる。また、炉心ブロック２からの地震力が各側部遮蔽体７、拘束装置８を介して原子炉容器１０に伝達されて、炉心ブロック２の振れ止めが行われる。
【００３０】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本実施形態においては、一対のリンク部材１２が板バネ部材１１の上側及び下側に設けられる構成としたが、これに限ることはなく、板バネ部材１１の上下方向中央に、一対のリンク部材を設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
２…炉心ブロック、３…炉心拘束機構、８…拘束装置（支持体）、９…支持リング、１１…板バネ部材（当接部材）、１２…リンク部材、１４…突条（本体部）、１８…付勢部。
【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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