JP4625212B2

JP4625212B2 - Ｐｗｒ原子炉用燃料集合体

Info

Publication number: JP4625212B2
Application number: JP2001294559A
Authority: JP
Inventors: 英典原田; 純太郎清水; 正彦今泉; 康直山口; 成光鈴木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003098285A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ原子炉）用の制御棒集合体側の制御棒外面及び燃料集合体側制御棒案内シンブル内面における摩耗を抑制するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４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集合体は、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１を吊設した構成である。
このような制御棒集合体では、図５に示すように、前記制御棒駆動装置で制御棒１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内で前記制御棒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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、制御棒１は、原子炉運転中において制御棒駆動装置により駆動されながら、燃料集合体内の制御棒案内シンブル３内に挿入した状態で使用されるため、原子炉運転時の冷却材の流れにより制御棒１が振動し制御棒案内シンブル３との接触により制御棒外面摩耗が生じる恐れがある。
また、制御棒案内シンブル３内面も制御棒１の振動に起因して内面摩耗が生じる可能性がある。
【０００４】
これは冷却材流れに起因して制御棒１が振動する影響で起こり得るもので、制御棒集合体を制御棒駆動装置により駆動するためのガイドの役目を果たす制御棒案内管４（以下Ｇ／Ｔと称す）と上部炉心板５（以下ＵＣＰと称す）のギャップ及びＵＣＰ５とその下側に位置する燃料集合体の上部ノズル６とのギャップ（図６参照）に冷却材流水（下方より上方へと流れる炉心流）が横方向に流れ、この横方向への流れにより制御棒が振動し、摩耗は徐々に進行していくことが考えられる。
【０００５】
ここで、特にＧ／Ｔ４の横方向の移動を防ぐ支持ピン７（左右対称２本）の取付位置付近に位置する制御棒１に比べ支持ピン７のない側に位置する制御棒１は、冷却材の流れをより大きく受けることが考えられ、支持ピン７のない側にある制御棒１に局部的に大きな摩耗が発生することが考えられる。また、このような制御棒１が挿入されている相手側の燃料集合体側の制御棒案内シンブル３内面にも大きな摩耗が生じる恐れがある。
【０００６】
図７に示す通り燃料集合体の上部ノズル６の下部を構成する部材である、アダプタプレート８に開口されている流路孔の長手方向が摩耗の大きさに影響することが考えられる。つまり、前記流路孔８Ａはすべて同じ方向に開口（流路孔８Ａの長手方向とは図７では矢印Ｂの方向）されており、燃料集合体の下方向（図７中紙面を裏面から表面側に貫通する方向）から流れる冷却材流水は上部ノズル６の流路孔８Ａを通過した後は流路孔の方向に多く流れる傾向を持つため、図中のＢ方向に多く流れることが考えられる。
【０００７】
また、前記冷却材の横方向への流れの増大に伴い、制御棒１が挿入されている相手側の燃料集合体側の制御棒案内シンブル３内面にも大きな摩耗が生じる恐れがある。
以上のことは、支持ピン７のない方向と上部ノズル６の流路孔８Ａの方向が一致している場合、前記の通り摩耗が大きくなる要因が２つ重複しているという課題がある。
【０００８】
従って、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたもので、制御棒や案内シンブルの内面に局部的な摩耗の生じにくいＰＷＲ原子炉用燃料集合体を提供することを主な目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記燃料集合体の上部に取り付けられ、制御棒集合体を制御棒駆動装置により駆動するためのガイドである制御棒案内管の下部にある上部炉心板を介して前記燃料集合体側に前記制御棒集合体を挿入する入り口となる上部ノズルに関し、前記上部ノズルの下部構造をなすアダプタプレートは、流路孔の長手方向と制御棒案内管に取り付けられ、上部炉心板に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピンが存在しない辺の方向とが直交するように前記流路孔を配設した構成である。また、本発明の他の形態に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体は、ＰＷＲ原子炉用の燃料集合体と、前記燃料集合体の上部に取り付けられ、制御棒集合体を制御棒駆動装置により駆動するためのガイドである制御棒案内管の下部にある上部炉心板を介して前記燃料集合体側に前記制御棒集合体を挿入する入り口となる上部ノズルに関し、前記上部ノズルの下部構造をなすアダプタプレートは、流路孔の長手方向と制御棒案内管に取り付けられ、上部炉心板に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピンが存在しない辺の方向に流路孔の長手方向が向いている流路孔の数をその総数に対して少なくした構成であり、さらに、前記アダプタプレートの流路面には、前記流路面の中心および対角を通る相直交する２本の直線によって仕切られる４つの領域における流路面積が均一になるように流路孔が配設されている構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面と共に本発明によるＰＷＲ原子炉用燃料集合体の好適な実施の形態について詳細に説明する。
なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態１に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体を概略的に示す構成図である。
図１において、本発明のＰＷＲ原子炉用燃料集合体では、燃料集合体の上部に取り付けられ、制御棒集合体を制御棒駆動装置により駆動するためのガイドである制御棒案内管４の下部にある上部炉心板５を介して前記燃料集合体側に前記制御棒集合体を挿入する入り口となる上部ノズル６の下部構造をなすアダプタプレート８を従来の取り付け方（図３参照）に対して９０°回転させて取り付けている。
【００１２】
このアダプタプレート８は、図１に示すように開口部が扁平している流路孔を備えるため、本発明のＰＷＲ原子炉用燃料集合体では、流路孔８Ａの長手方向と、２つの支持ピン７を結ぶ方向とが同一方向になるようにアダプタプレート８を取り付けて燃料集合体を組立てれば、Ｇ／Ｔ４とＵＣＰ５のギャップを流れる冷却材の流れが大きい支持ピン７のない側と、ＵＣＰ５と燃料集合体のギャップを流れる冷却材の流れが大きいアダプタプレート８の流路孔８Ａの長手方向が直交することになるので、炉内挿入配置により局部的な摩耗進行を防止することができる。
【００１３】
具体的には、本発明では、従来の燃料集合体の上部ノズル６のアダプタプレート８の流路孔８Ａの長手方向と、Ｇ／Ｔ４及びＵＣＰ５を支持している支持ピン７を結ぶ方向が同一方向になるように、従来の場合と比較して、アダプタプレート８のみを予め９０°回転させた状態で上部ノズル組立体として炉内へ装荷している。
【００１４】
このように、本発明の実施の形態１に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体においては、上部ノズル６の下部構造をなすアダプタプレート８は、流路孔８Ａの長手方向と制御棒案内管４に取り付けられ、上部炉心板５に差し込まれて制御棒案内管４を横方向に移動することを防ぐための支持ピン７が存在しない辺の方向とが直交するように流路孔８Ａを配設したので、Ｇ／Ｔ４の支持ピン７が存在しない方向（図７の矢印Ｂ方向参照）と流路孔８Ａの長手方向が重複することがなくなり、Ｇ／Ｔ４とＵＣＰ５のギャップを流れる冷却材流水の影響とＵＣＰ５とその下側に位置する燃料集合体の上部ノズル６とのギャップに流れる冷却材流水の影響による制御棒１の振動が従来より均等化され、局部的な制御棒１の外面摩耗が低減され、しいては燃料集合体内の制御棒案内シンブル３の内面への摩耗を低減することができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体の要部を示す図である。
前述の課題を解決するため、本発明の実施の形態２に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体では、上部ノズル９の下部構造をなすアダプタプレート１０に設けられた流路孔１０Ａは、制御棒案内管に取り付けられ、上部炉心板に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピン７が存在しない辺の方向に流路孔の長手方向が向いている流路孔の数をその総数に対して少なくすることにより、上部ノズル９を下方より流れる冷却材が通過する際に制御棒集合体に均等に力が作用するように構成している。
【００１６】
前記上部ノズル９の下方に取り付けられたアダプタプレート１０において、可能な範囲で従来のように支持ピン７を結ぶ方向と直交する方向に長手方向を有する流路孔をなくすか又は少なくした構造（図２（ｄ）参照）とするか、上部ノズル９の流路孔１０Ａの方向性をなくした構造（図２（ｂ、c)参照）又は少なくした構造（図２（a）参照）とすると共に、対角線で区切られる４つの領域（i）、（ii）、（iii）、（iv）内の流路面積が等しくなるように均等に流路孔１０Ａを配設する。
【００１７】
このように、上部ノズル９の外寸や制御棒集合体の挿入孔形状や位置は従来と同様となる範囲で、流路孔１０Ａの形状配置を変更し、流路孔１０Ａを通流する冷却材の流れを均等化させている。
【００１８】
以上のように、この発明の実施の形態２に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体によれば、上部ノズル６の下部構造をなすアダプタプレート８に設けられた流路孔８Ａは、制御棒案内管４に取り付けられ、上部炉心板５に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピン７が存在しない辺の方向に流路孔８Ａの長手方向が向いている流路孔８Ａの数をその総数に対して少なくしたので、冷却材が上部ノズルを均等に通流することにより制御棒１の振動が均等化され、前記の振動により生じ得る制御棒１の局部的な摩耗を大幅に抑制することができる。また、それに伴う制御棒案内シンブル３の内面に生じ得る摩耗も最小限に抑えることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のＰＷＲ原子炉用燃料集合体によれば、上部ノズルの下部構造をなすアダプタプレートは、流路孔の長手方向と制御棒案内管に取り付けられ、上部炉心板に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピンが存在しない辺の方向とが直交するように流路孔を配設した構成であるので、Ｇ／Ｔの支持ピンが存在しない方向と流路孔の長手方向が重複することがなくなり、Ｇ／ＴとＵＣＰのギャップ及びＵＣＰとの下側に位置する燃料集合体の上部ノズルとのギャップに流れる冷却材流水の影響による制御棒の振動が従来より均等化され、局部的な制御棒の外面における摩耗が低減され、しいては燃料集合体内の案内シンブルの内面への摩耗を低減することができる。
また、本発明の他の形態に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体によれば、上部ノズルの下部構造をなすアダプタプレートに設けられた流路孔は、制御棒案内管に取り付けられ、上部炉心板に差し込まれて制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための支持ピンが存在しない辺の方向に流路孔の長手方向が向いている流路孔の数をその総数に対して少なくした構成であるので、冷却材が上部ノズルを均等に通流することにより制御棒の振動方向が均等化され、この振動により生じ得る制御棒の局部的な摩耗を大幅に抑制することができる。また、それに伴う案内シンブルの内面に生じ得る摩耗も最小限に抑えることができる。
さらに、アダプタプレートの流路面には、前記流路面の中心と対角を通る相直交する２本の直線によって仕切られる４つの領域における流路面積が均一になるように流路孔が配設されているので、制御棒集合体側の制御棒外面及び燃料集合体側制御棒案内管内面における摩耗を抑制したＰＷＲ原子炉用燃料集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るＰＷＲ原子炉用燃料集合体の要部を示す図である。
【図３】従来のＰＷＲ原子炉用燃料集合体を概略的に示す構成図である。
【図４】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５】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６】燃料集合体の上部ノズルとのギャップにおける冷却材流水の通流方向を概念的に示す図である。
【図７】従来の上部ノズル及びアダプタプレートの構成を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
１制御棒、２スパイダ、３制御棒案内シンブル、４制御棒案内管、５上部炉心板、６上部ノズル、７支持ピン、８アダプタプレート、８Ａ流路孔、９上部ノズル、１０アダプタプレート、１０Ａ流路孔。

Claims

ＰＷＲ原子炉用の燃料集合体と、
前記燃料集合体の上部に取り付けられ、制御棒集合体を制御棒駆動装置により駆動するためのガイドである制御棒案内管の下部にある上部炉心板を介して前記燃料集合体側に前記制御棒集合体を挿入する入り口となる上部ノズルと、に関し、
前記上部ノズルの下部構造をなすアダプタプレートには、開口部が扁平している流路孔が設けられると共に、
前記アダプタプレートは、前記上部炉心板に差し込まれて前記制御棒案内管を横方向に移動することを防ぐための２つの支持ピンの下側に設けられ、
開口部が扁平している全ての前記流路孔の長手方向は、前記２つの支持ピンを結ぶ方向と、同一方向になっていることを特徴とするＰＷＲ原子炉用燃料集合体。