(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＢＷＲのような三角配列で配置された燃料集合体を支持する炉心支持構造を提供することにあり、特に冷却材燃料支持金具のオリフィス位置及び炉心支持板の補強ビーム構造を提供し、かつ、それぞれのオリフィスに対して流路断面積を対称化・均一化する炉心支持構造を提供する。【解決手段】炉心支持板が三角配列に配置された制御棒案内管用貫通孔を有し、炉心支持板の下面に設置されて、１つの制御棒案内管用貫通孔の周囲に対し、五角形以上の多角形の形状をもつ補強ビーム３０４を有する。【効果】燃料支持金具下部側面及び制御棒案内管の上部側面の周方向３箇所に冷却材流入用オリフィスを設けた支持金具と、炉心支持板の下側に六角形状の補強ビームを有する炉心支持板により、それぞれのオリフィスに対して流路断面積を対称化・均一化することができる。【選択図】図７
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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三角配列で配置された燃料集合体と、前記燃料集合体を支持する燃料支持金具と、前記燃料支持金具の下部を挿入する制御棒案内管と、前記制御棒案内管を挿入する炉心支持板と、前記制御棒案内管下部に連結される制御棒駆動機構ハウジングを備えた原子炉において、
前記炉心支持板が三角配列に配置された制御棒案内管用貫通孔を有し、前記炉心支持板の下面に設置されて、１つの前記制御棒案内管用貫通孔の周囲に対し、五角形以上の多角形の形状をもつ補強ビームを有することを特徴とする原子炉。
【請求項２】
請求項１記載の原子炉において、
前記燃料支持金具の下部側面の周方向３箇所及び前記燃料支持金具を挿入する制御棒案内管の上部側面の周方向３箇所に冷却材流入用のオリフィスを設け、前記燃料支持金具及び前記制御棒案内管の側面のオリフィスは３箇所それぞれが同軸で配置されていることを特徴とする原子炉。
【請求項３】
請求項１又は２記載の原子炉において、
前記炉心支持板の補強ビームは正六角形状であることを特徴とする原子炉。
【請求項４】
請求項２又は３記載の原子炉において、
前記制御棒案内管及び前記燃料支持金具の冷却材流入用オリフィスと、前記オリフィスと対面する補強ビームの辺との間隔を広げた六角形状の補強ビームであることを特徴とする原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉に係り、特に、三角配列の燃料集合体配置を備えているものに好適な炉心支持構造を備えた原子炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント、例えば改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）では、その原子炉圧力容器内に上方から順に、蒸気乾燥器、気水分離器、炉心シュラウド、上部格子板、燃料集合体、炉心支持板等が配置され、その炉心支持板が炉心を下方から支持する構成要素とされている。そして、原子炉圧力容器の下部には、原子炉圧力容器内の冷却材を炉心に循環させる再循環ポンプが複数台配置されている。
【０００３】
このようなＡＢＷＲの構成において、運転時にはその再循環ポンプにより、冷却材が炉心に供給され、原子炉圧力容器内の冷却材の循環を行う。
【０００４】
炉心の構成要素である燃料集合体は、その下端部が燃料支持金具により支持され、その燃料支持金具が制御棒案内管を介して炉心支持板に支持されている。
【０００５】
燃料支持金具は、４体の燃料集合体を正方格子状配列で支持し、その中央部に制御棒が挿入される構成となっている。燃料支持金具の下部は制御棒案内管の上端部に挿入されている。燃料支持金具下部及び制御棒案内管の上部の側壁には冷却材流入用のオリフィスが横向きに開口して設けられている。これらのオリフィスは燃料支持金具及び制御棒案内管の周方向４箇所に均等に配置されている。燃料支持金具と制御棒案内管のオリフィスは同軸に配置されている。燃料支持金具内には、オリフィスから流入した冷却材を燃料集合体に案内する流路が上方に向かって複雑に形成されている。冷却材が炉心下部から上昇した後、オリフィスに向かって横向きに流れを変え、制御棒案内管及び燃料支持金具のオリフィスを通過する。冷却材がオリフィスを通過した後、再度上昇する方向に流れの向きを変える。
【０００６】
燃料支持金具及び制御棒案内管の周囲には炉心支持板と炉心支持板を下側から補強する板状の補強ビームを配置した構造が知られている。炉心支持板の補強ビームは、燃料支持金具４体を囲うように、正方格子状に配置されている。このため、炉心支持板の補強ビームと制御棒案内管の隙間は非対称な流路形状となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
一方、例えば、使用済み核燃料廃棄物に含まれる放射能の減衰に長期の時間を必要とする超ウラン元素（以下、ＴＲＵ）を燃料として有効活用し、ＴＲＵ放射能の減衰時間を短縮させることが可能な沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）がある。ＲＢＷＲの炉心では、燃料棒を稠密に配置した六角形状の燃料集合体が三角配列で配置されており（例えば、特許文献２）、中性子エネルギーを最適化している。ＴＲＵを燃料の上下に配置し、固有安全性(負のボイド係数)を確保している。また、ＡＢＷＲと同等の電気出力での発電が可能であり、蒸気乾燥機等の主要機器もＡＢＷＲと同等の機器を使用可能である。燃料集合体下部の炉心支持構造においても、ＡＢＷＲと同等の構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2006-194749号公報
【特許文献２】特開2001-215290号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記ＲＢＷＲにおいては、燃料支持金具、制御棒案内管及び炉心支持板の構造、特に燃料支持金具及び制御棒案内管のオリフィス位置及び炉心支持板の補強ビーム構造を三角配列の燃料集合体配置に対応させる必要がある。
【００１０】
また、炉心支持板の補強ビームに囲まれた非対称の流路を対称化・均一化させることが望ましい。
【００１１】
本発明の目的は、ＲＢＷＲのような三角配列で配置された燃料集合体を支持する炉心支持構造を提供することにあり、特に冷却材燃料支持金具のオリフィス位置及び炉心支持板の補強ビーム構造を提供し、かつ、それぞれのオリフィスに対して流路断面積を対称化・均一化することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、炉心支持板が三角配列に配置された制御棒案内管用貫通孔を有し、炉心支持板の下面に設置されて、１つの制御棒案内管用貫通孔の周囲に対し、五角形以上の多角形の形状をもつ補強ビームを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
燃料支持金具下部側面及び制御棒案内管の上部側面の周方向３箇所に冷却材流入用オリフィスを設けた燃料支持金具と制御棒案内管と、炉心支持板の下側に六角形状の補強ビームを有する炉心支持板により、それぞれのオリフィスに対して流路断面積を対称化・均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】三角配列の燃料集合体を支持する構造の全体斜視図である。
【図２】燃料支持金具の構造を示す正面図及び上面図である。
【図３】炉心支持板の構造を示す正面図及び上面図である。
【図４】図３正面図のＡ−Ａ方向から見た、炉心支持板下側の補強ビーム構造の拡大図である。
【図５】燃料支持金具、制御棒案内管、制御棒駆動機構ハウジングと炉心支持板の配置関係を示す斜視図である。
【図６】図５に示す配置関係の正面図である。
【図７】図６に示す燃料支持金具及び制御棒案内管の冷却材流入用オリフィス位置におけるＢ−Ｂ断面図を炉心支持板の下面側から見た平断面図である。
【図８】図７に示す補強ビームの形状を変更した実施例４に係る平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の炉心支持構造の実施の形態を、図面を用いて説明する。
【００１６】
本実施の形態は、ＲＢＷＲに適用した例を示したものであるが、燃料集合体が三角配列で配置された原子炉の炉心支持構造全般に適用可能である。
【実施例１】
【００１７】
炉心支持構造の第１の実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。図１はＲＢＷＲの燃料集合体支持構造１体の斜視図である。六角形の形状を有するＲＢＷＲの燃料集合体101は、燃料支持金具102に三角配列で３体挿入される。前記燃料支持金具102は制御棒案内管103に挿入されている。前記制御棒案内管103は制御棒駆動機構ハウジング104と連結されている。前記制御棒案内管103の側壁には、周方向３箇所（ＲＢＷＲでは約120°間隔）に冷却材流入用のオリフィス105が開けられている。図１のような燃料集合体及び燃料集合体の支持構造が複数体三角配列で配置され、炉心を形成する。冷却材106は原子炉圧力容器の下方より上昇流として流動しており、燃料集合体支持構造１体当たり前記３箇所のオリフィスから冷却材が流入し、燃料集合体へと供給される。
【００１８】
図２はＲＢＷＲの燃料支持金具102の構造図である。燃料支持金具の上面図（ａ）に示すように、前記燃料支持金具の中央部にはＹ字型制御棒挿入用の貫通孔201が設けられている。前記燃料支持金具の外周部には周方向に３箇所、燃料集合体挿入用孔202が設けられている。燃料支持金具の正面図（ｂ）に示すように、前記燃料支持金具の下部側面には、冷却材流入用のオリフィス203が周方向３箇所に設けられている。ＲＢＷＲの燃料支持金具では、燃料集合体挿入用孔202の位置(約120°間隔)に冷却材流入方向204となるようにオリフィスが設けられている。オリフィスから流入した冷却材は上昇流へと向きを変え、各燃料集合体内に流入する。
【００１９】
そして、本実施例では、燃料支持金具の下部側面の周方向３箇所及び燃料支持金具を挿入する制御棒案内管の上部側面の周方向３箇所に冷却材流入用のオリフィスを設け、前記支持金具及び制御棒案内管の側面のオリフィスは３箇所それぞれが同軸で配置されている。このように、両者が同軸で配置されることにより、冷却材が流入する際の流路抵抗を低減することが可能である。
【００２０】
なお、本実施例はＲＢＷＲの燃料集合体を例に説明したが、燃料集合体が三角配列であり、オリフィス位置が燃料位置に応じた三角配列になる以外は、燃料集合体及び炉心支持構造の形状や寸法は限定されない。
【実施例２】
【００２１】
炉心支持構造の第２の実施の形態を、図３及び図４を用いて説明する。図３は三角配列の燃料に対応した炉心支持板の構造図である。炉心支持板301の上面図に示すように、前記燃料支持金具102及び前記制御棒案内管103が挿入される貫通孔302が複数設けられている。ＲＢＷＲの場合、この貫通孔302は三角配列（３つの貫通孔の中心を結ぶと正三角形となる）で等間隔に配置されている。炉心支持板の外周部には、燃料集合体１体を支持する周辺燃料支持金具（図示せず）が挿入される貫通孔303が複数設けられている。炉心支持板301の正面図では、前記炉心支持板の下面側に補強ビーム304が設けられている。
【００２２】
図４は、図３の領域305を炉心支持板の下面方向から見た拡大図である。前記燃料支持金具102及び前記制御棒案内管103が挿入される貫通孔302の周囲に、正六角形状の補強ビーム304が設けられている。これにより、前記炉心支持板301の構造強度が増加する。
【００２３】
ここで、特許文献１に開示する技術内容と本実施例との相違点を説明する。特許文献１に開示する内容は、炉心支持板の補強ビームが制御棒案内管４体を囲うように、正方格子状に配置されている。従って、４体の制御棒案内管で囲まれた中央部から流入する冷却材の流路断面積と、制御棒案内管と補強ビームの間から流入する冷却材の流路断面積は、それぞれのオリフィスに対して非対称となる。
【００２４】
一方、本実施例では、１つの制御棒案内管用貫通孔（制御棒案内管）の周囲に対し、五角形以上の多角形の形状をもつ補強ビームを有する点が異なる。このように配置することで、１つの制御棒案内管及び燃料支持金具に流入する冷却材の流路形態は制御棒案内管の周方向に同一となり、それぞれのオリフィスに対して流路断面積を対称化・均一化することが可能である。
【００２５】
なお、本実施例はＲＢＷＲの燃料集合体を例に説明したが、燃料集合体が三角配列であり、オリフィス位置が燃料位置に応じた三角配列になる以外は、燃料集合体及び炉心支持構造の形状や寸法は限定されない。また、本実施例の補強ビーム形状は六角形を例に説明したが、五角形以上の多角形であれば、その形状及び寸法は限定されない。
【実施例３】
【００２６】
炉心支持構造の第３の実施の形態を、図５〜図７を用いて説明する。図５は前記燃料支持金具102、前記制御棒案内管103及び前記制御棒駆動機構ハウジング104と前記炉心支持板301を組合せた斜視図を示している。図５では前記燃料支持金具と前記制御棒案内管及び前記制御棒駆動機構ハウジングの組合せ１体を示しているが、実際は全ての貫通孔302に燃料支持金具及び制御棒案内管が挿入されている。
【００２７】
図６は、図５の正面図を示している。前記燃料支持金具と前記制御棒案内管及び前記制御棒駆動機構ハウジングが挿入されている箇所のB-B断面図を図７に示している。ＲＢＷＲにおいては補強ビーム304と燃料支持金具のオリフィス204及び制御棒案内管のオリフィス105との位置関係は、約120°の等間隔を持って六角形の3辺に対して垂直に開口している。
【００２８】
このように、燃料支持金具102及び制御棒案内管103と炉心支持板301を組合せることにより、制御棒案内管103と炉心支持板の補強ビーム304に囲まれた流路が120°間隔の流路断面積701で対称となり、かつ、それぞれのオリフィス204に対して流路断面積701が均一化される。
【００２９】
なお、本実施例はＲＢＷＲの燃料集合体を例に説明したが、燃料集合体が三角配列であり、オリフィス位置が燃料位置に応じた三角配列になる以外は、燃料集合体及び炉心支持構造の形状や寸法は限定されない。
【実施例４】
【００３０】
炉心支持構造の第３の実施の形態を、図８を用いて説明する。図８は図７に示した断面図の拡大図において、前記補強ビーム304のビーム形状を変更したものである。前記炉心支持板301の正六角格子状の補強ビームのオリフィスに対面する３辺に偏りを持たせた偏六角状の補強ビームを有する。ここで、「補強ビームのオリフィスに対面する３辺に偏りを持たせる」とは、炉心支持板301の貫通孔外縁と補強ビーム304内側との距離（間隔）を比較した場合、制御棒案内管のオリフィス105と補強ビームとの直線的な距離（流路幅）801が、当該オリフィス105が設けられていない位置と補強ビームとの直線的な距離に比べて長いことを意味する。
【００３１】
この構造により、流路断面積701の均一性を保持したまま、制御棒案内管のオリフィス105と補強ビームとの直線的な距離（流路幅）801が増加し、オリフィス105への冷却材の流入性が向上する。
【００３２】
なお、本実施例はＲＢＷＲの燃料集合体を例に説明したが、燃料集合体が三角配列であり、オリフィス位置が燃料位置に応じた三角配列になる以外は、燃料集合体及び炉心支持構造の形状や寸法は限定されない。
【符号の説明】
【００３３】
101…燃料集合体
102…燃料支持金具
103…制御棒案内管
104…制御棒駆動機構ハウジング
105…オリフィス
106…冷却材
201…制御棒挿入用貫通孔
202…燃料集合体挿入用孔
203…冷却材流入用オリフィス
204…冷却材流入方向
301…炉心支持板
302…制御棒案内管挿入用貫通孔
303…周辺燃料支持用貫通孔
304…補強ビーム
701…冷却材流路断面積
【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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