JP6470994B2 - コアバレルの製造方法およびコアバレル - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、コアバレルの製造方法およびコアバレルに関する。

加圧水型原子炉の圧力容器内には、燃料集合体を含む炉心を保持するコアバレル（炉心槽ともいう）が設置されている。このコアバレルは、燃料集合体の重量を支える機能と、燃料集合体の位置決めをする機能と、を有している。

従来の加圧水型原子炉では、燃料集合体は下部炉心板上に載置され、下部炉心板の下方に下部炉心支持板が設けられており、下部炉心板が、下部炉心支持柱を介して下部炉心支持板に取り付けられている。このような構成により、燃料集合体が、コアバレルを構成する下部炉心支持板によって支持されるようになっている。

上述した下部炉心支持柱は、下部炉心板および下部炉心支持板に、ボルト等によって締結されている。このことにより、ボルト破断により燃料集合体に損傷が与えられる可能性がある。そこで、下部炉心支持板に下部炉心板の機能を持たせるように、下部炉心支持板と下部炉心板を一体化させて、下部炉心支持板に燃料集合体を載置させる構造が考えられている。

このような構造に適応されるコアバレルの一例を図５に示す。図５に示すコアバレル５０は、原子炉圧力容器に取り付けられるフランジ部５１と、フランジ部５１から下方に延びる上部胴５２と、上部胴５２に設けられたノズル部５３と、上部胴５２から下方に延びる中部胴５４と、中部胴５４から下方に延びる下部胴５５と、下部胴５５の下端部に接合された上述の下部炉心支持板５６と、を備えている。このうち下部炉心支持板５６は、燃料集合体が載置される載置面５７を有している。上部胴５２、中部胴５４および下部胴５５は、図６に示すように、板状の部材を円筒状に曲げて溶接接合することで作製されており、それぞれに、上部胴縦溶接線５８、中部胴縦溶接線５９および下部胴縦溶接線６０が形成されている。また、図５に示すようにフランジ部５１と上部胴５２との間にはフランジ部周溶接線６１が形成され、上部胴５２と中部胴５４との間には上部胴周溶接線６２が形成され、中部胴５４と下部胴５５との間には中部胴周溶接線６３が形成され、さらに下部胴５５と下部炉心支持板５６との間には下部炉心支持板周溶接線６４が形成されている。

このようにコアバレルは、溶接製缶構造物となっている。しかしながら、溶接線が燃料集合体に対向していると、燃料集合体から照射される放射線によって応力腐食割れや、熱脆化、照射脆化が生じる場合が考えられる。このため、燃料集合体が下部炉心板および下部炉心支持柱を介して下部炉心支持板によって支持される形態では、燃料集合体と対向する溶接線を減らすために、鍛造により作製されたコアバレルが知られている。

特開２００１−１０８７７８号公報

ところで、図５に示すコアバレルを作製する場合、まず、下部炉心支持板５６が機械加工されて、載置面５７や、燃料集合体の位置を決めるための位置決めピンが挿入されるピン孔（図示せず）が形成される。続いて、下部炉心支持板５６に下部胴５５が溶接接合される。その後、フランジ部５１、上部胴５２および中部胴５４が、下部胴５５に溶接接合される。

一般に、炉心の各燃料集合体の保持位置には高い精度が要求される。このため、下部炉心支持板５６の載置面５７の平面度や、ピン孔の位置若しくは形状精度は高いことが望ましい。

しかしながら、下部炉心支持板周溶接線６４は、下部炉心支持板５６の載置面５７に近い位置に形成される。このため、この下部炉心支持板周溶接線６４が形成される際の溶接の影響を受けて、既に機械加工によって形成された載置面５７の平面度やピン孔の精度が要求値を満足できない場合が生じ得る。この場合、各燃料集合体の位置の精度確保が困難になる可能性がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、燃料集合体が載置される下部炉心支持板の形状精度を向上させることができ、燃料集合体の位置精度を向上させることができるコアバレルの製造方法およびコアバレルを提供することを目的とする。

実施の形態によるコアバレルの製造方法は、加圧水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置され、燃料集合体を含む炉心を保持する製造方法である。このコアバレルの製造方法は、 ショートリングの一端部を下部炉心支持板に溶接接合する工程と、前記ショートリングが溶接接合された前記下部炉心支持板を機械加工する工程であって、前記燃料集合体が載置される載置面と、前記燃料集合体を位置決めするための位置決めピンが挿入されるピン孔を形成する工程と、を備えている。下部炉心支持板を機械加工する工程の後、載置面上に載置される燃料集合体を含む炉心を覆う本体胴がショートリングの他端部に溶接接合される。

また、実施の形態によるコアバレルは、加圧水型原子炉の圧力容器内に設置され、燃料集合体を含む炉心を保持する。このコアバレルは、燃料集合体が載置される載置面と、前記燃料集合体を位置決めするための位置決めピンが挿入されるピン孔と、を有する下部炉心支持板と、下部炉心支持板の載置面上に載置される燃料集合体を含む炉心を覆う本体胴と、一端部が下部炉心支持板に溶接接合され、他端部が本体胴に溶接接合されたショートリングと、を備えている。

本発明によれば、燃料集合体が載置される下部炉心支持板の形状精度を向上させることができ、燃料集合体の位置精度を向上させることができる。

図１は、実施の形態における加圧水型原子炉の概略構成の一例を示す縦断面図である。 図２は、図１の加圧水型原子炉におけるコアバレルを示す右半分を省略した縦断面図である。 図３は、図１の加圧水型原子炉において、下部炉心支持板に燃料集合体を保持する構成を示す要部切り欠き断面図である。 図４は、図３のコアバレルの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図５は、一般的なコアバレルを示す右半分を省略した縦断面図である。 図６は、図５の各胴の溶接線を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態におけるコアバレルおよびコアバレルの製造方法について説明する。

まず、図１を用いて、加圧水型原子炉の概略構成について説明する。

図１に示すように、加圧水型原子炉１は、鉛直方向（図１における上下方向）に延びる中心軸線を有する円筒状の原子炉圧力容器２と、原子炉圧力容器２に設けられた冷却材入口ノズル３および冷却材出口ノズル４と、原子炉圧力容器２内に設置されたコアバレル２０と、を備えている。このうちコアバレル２０の上部には、後述するノズル部３４が設けられており、このノズル部３４が冷却材出口ノズル４に連通し、冷却材入口ノズル３から流入する冷却材との混合を回避している。

コアバレル２０は、燃料集合体５ａを含む炉心５を収納して保持している。コアバレル２０は、後述する下部炉心支持板２１を有しており、この下部炉心支持板２１に、炉心５の燃料集合体５ａが載置されている。

冷却材は、原子炉圧力容器２の外部の配管（図示せず）から冷却材入口ノズル３を通って原子炉圧力容器２の内部に流入する。流入した冷却材は、原子炉圧力容器２の側壁とコアバレル２０との間に形成されたダウンカマ部６を下方向に流れ、原子炉圧力容器２の下部に設けられたフロースカート７によって流れの向きを上方向に変える。そして、冷却材は、下部炉心支持板２１の連通孔２４（図３参照）を通って炉心５に流入する。炉心５に流入した冷却材は、燃料を冷却することで温度が上昇して炉心５から流出し、ノズル部３４および冷却材出口ノズル４を通って原子炉圧力容器２の外部の配管（図示せず）に流出する。

原子炉圧力容器２の上部には制御棒駆動機構８が設置されており、原子炉出力の制御や、緊急時の原子炉での反応の停止のために、炉心５内に制御棒が挿入可能に構成されている。また、原子炉圧力容器２の上部には、上部炉心支持板９が設置されており、炉心５を上方から支持するように構成されている。

次に、図２を用いて本実施の形態におけるコアバレル２０について説明する。

図２に示すように、コアバレル２０は、燃料集合体５ａが載置される下部炉心支持板２１と、下部炉心支持板２１に載置される燃料集合体５ａを含む炉心５を覆う本体胴３０と、を有している。このうち下部炉心支持板２１は板状の部材から作製され、本体胴３０（後述する各胴）は、円筒状の部材、例えば、板状の部材を円筒状に曲げて溶接接合されることで作製されている。

下部炉心支持板２１は、図２および図３に示すように、燃料集合体５ａが載置される載置面２２と、燃料集合体５ａの位置を決めるための位置決めピン１０が挿入されるピン孔２３と、冷却材が通過する連通孔２４と、を有している。これらの載置面２２、ピン孔２３および連通孔２４は、下部炉心支持板２１を機械加工する際に形成される。また、載置面２２の半径方向外側には、後述するショートリング３７の下端部が溶接接合される接合部２５が設けられている。

本体胴３０は、原子炉圧力容器２に取り付けられるフランジ部３１と、フランジ部３１から下方に延びる上部胴３２と、上部胴３２から下方に延びる下部胴３３と、を有している。このうち上部胴３２には、上述したノズル部３４が設けられている。フランジ部３１と、上部胴３２と、下部胴３３は、互いに溶接接合されており、フランジ部３１と上部胴３２との間にフランジ部周溶接線３５が形成され、上部胴３２と下部胴３３との間に上部胴周溶接線３６が形成されている。

下部炉心支持板２１と下部胴３３とは、ショートリング３７を介して接合されている。より具体的には、ショートリング３７の一端部（下端部）が下部炉心支持板２１の接合部２５に溶接接合され、他端部（上端部）が下部胴３３に溶接接合されている。下部炉心支持板２１とショートリング３７との間に下部炉心支持板周溶接線３８が形成され、ショートリング３７と下部胴３３との間に下部胴周溶接線３９が形成されている。

本実施の形態によるショートリング３７は、下部胴３３より軸方向長さ（図２の上下方向長さ）が短くリング状に形成され、ショートリング３７を下部炉心支持板２１に溶接接合した後に下部炉心支持板２１を機械加工することができる程度の軸方向長さを有するリングを意味するものとして用いている。より具体的には、ショートリング３７は、ショートリング３７を下部炉心支持板２１に溶接接合した後に、ショートリング３７の上端部の開口４０から下部炉心支持板２１に加工機の工具が届き、所望の精度で下部炉心支持板２１を加工することが可能な軸方向長さを有していればよい。このようなショートリング３７の軸方向長さは、例えば３００ｍｍ程度であることが好適である。このことにより、一般的な加工機を用いて、ショートリング３７の上端部の開口４０から下部炉心支持板２１に工具を延ばして精度良く機械加工することが可能となる。また、ショートリング３７の軸方向長さを３００ｍｍ程度とすることにより、下部胴周溶接線３９を下部炉心支持板２１から離すことができ、ショートリング３７と下部胴３３との溶接接合や下部胴周溶接線３９の熱処理の際に、下部炉心支持板２１が変形することを抑制できる。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、コアバレル２０の製造方法について説明する。

まず、ショートリング３７の下端部が下部炉心支持板２１の接合部２５に溶接接合される（ステップＳ１）。この場合、ショートリング３７の下端部と下部炉心支持板２１の接合部２５に開先（図示せず）が形成され、ショートリング３７の下端部と下部炉心支持板２１の接合部２５とが突き合わされて溶接接合される。これにより、下部炉心支持板周溶接線３８が形成される。

続いて、形成された下部炉心支持板周溶接線３８に対して寸法安定化熱処理が行われる（ステップＳ２）。このことにより、下部炉心支持板周溶接線３８の残留応力が解放される。なお、寸法安定化熱処理は、溶接後の熱処理として行われている一般的な方法で行うことができる。

次に、下部炉心支持板２１が機械加工されて、載置面２２、ピン孔２３および連通孔２４ピン孔２３が形成される（ステップＳ３）。ここでは、下部炉心支持板２１およびショートリング３７が全面的に機械加工されて、載置面２２、ピン孔２３および連通孔２４が所望の精度で最終形状に形成される。上述したステップＳ２による寸法安定化熱処理により下部炉心支持板周溶接線３８の残留応力が既に解放されているため、ステップＳ３においては機械加工による応力解放が抑制されている。このことにより、機械加工の精度向上が可能となっている。なお、機械加工は、ショートリング３７の上端部の開口４０から下部炉心支持板２１に届く工具を有する加工機を用いて機械加工が行われる。また、最終形状とは、下部炉心支持板２１およびショートリング３７が、コアバレル２０完成時の形状と同じ形状である状態を意味する。

続いて、炉心５を覆う本体胴３０の下部胴３３がショートリング３７の上端部に溶接接合される（ステップＳ４）。より具体的には、下部胴３３の下端部とショートリング３７の上端部に開先（図示せず）が形成され、下部胴３３の下端部とショートリング３７の上端部とが突き合わされて溶接接合される。これにより、下部胴周溶接線３９が形成される。この際、下部胴周溶接線３９は下部炉心支持板２１から離れた位置に形成されるため、下部胴３３とショートリング３７の溶接接合によって下部炉心支持板２１が変形することを抑制できる。

その後、形成された下部胴周溶接線３９に対して寸法安定化熱処理が行われる（ステップＳ５）。このことにより、下部胴周溶接線３９の残留応力が解放される。この際、下部炉心支持板周溶接線３８は、上述したステップＳ２において残留応力を解放しているため、ステップＳ５による熱処理時には、下部炉心支持板２１が変形することを抑制できる。また、上述したように、下部胴周溶接線３９は、下部炉心支持板２１から離れた位置に形成されるため、下部胴周溶接線３９の寸法安定加熱処理によって、下部炉心支持板２１が変形することを抑制できる。

なお、フランジ部３１と上部胴３２とが溶接接合される工程と、上部胴３２と下部胴３３とが溶接接合される工程は、ステップＳ５の際に行われてもよく、あるいは、ステップＳ５の前または後で行われていてもよい。いずれの場合においても、形成されたフランジ部周溶接線３５や上部胴周溶接線３６は、上述したステップＳ２やＳ５と同様の寸法安定化熱処理されることが好ましい。

このように本実施の形態によれば、ショートリング３７の下端部が溶接接合された下部炉心支持板２１が機械加工されることにより、下部炉心支持板２１に燃料集合体５ａが載置される載置面２２と、燃料集合体５ａを位置決めするための位置決めピン１０が挿入されるピン孔２３が形成され、その後、本体胴３０の下部胴３３がショートリング３７の上端部に溶接接合される。このことにより、機械加工により載置面２２とピン孔２３が形成された後に形成される下部胴周溶接線３９を、下部炉心支持板２１から離すことができる。このため、下部炉心支持板２１を機械加工した後の溶接により、下部炉心支持板２１が変形することを抑制できる。この結果、燃料集合体５ａが載置される下部炉心支持板２１の形状精度を向上させることができ、燃料集合体５ａの位置精度を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、下部炉心支持板２１としての板状の部材と、ショートリング３７や本体胴３０のような円筒状の部材とを溶接接合することにより、コアバレル２０を得ることができる。このことにより、コアバレル２０を鍛造などによって作製する場合に比べて安価に作製することができる。

さらに、本実施の形態によれば、ショートリング３７と下部炉心支持板２１との間に形成された下部炉心支持板周溶接線３８に対して熱処理を行った後に、下部炉心支持板２１が機械加工される。このことにより、下部炉心支持板２１の機械加工の前に、下部炉心支持板周溶接線３８の残留応力を解放することができる。このため、下部炉心支持板２１を機械加工する際に応力解放が行われることが防止され、機械加工の精度を向上させることができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 加圧水型原子炉
２ 原子炉圧力容器
５ 炉心
５ａ 燃料集合体
１０ 位置決めピン
２０ コアバレル
２１ 下部炉心支持板
２２ 載置面
２３ ピン孔
３０ 本体胴
３７ ショートリング

Claims (3)

1. 加圧水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置され、前記原子炉圧力容器に取り付けられるフランジ部と、前記フランジ部から下方に延びる上部胴と、前記上部胴から下方に延びる下部胴と、を有する本体胴を有し、前記本体胴と下部炉心支持板をショートリングを介して接合する、燃料集合体を含む炉心を保持するコアバレルの製造方法であって、
   前記下部胴より軸方向長さが短く形成された前記ショートリングの一端部を、前記下部炉心支持板に溶接接合する工程と、
   前記ショートリングが溶接接合された前記下部炉心支持板を機械加工する工程であって、前記燃料集合体が載置される載置面と、前記燃料集合体を位置決めするための位置決めピンが挿入されるピン孔を、前記ショートリングの上端部の開口から前記下部炉心支持板を機械加工することで形成する工程と、
   前記下部炉心支持板を機械加工する工程の後に、前記載置面上に載置される前記燃料集合体を含む前記炉心を覆う前記本体胴の前記下部胴を前記ショートリングの他端部に溶接接合する工程と、を備えたことを特徴とするコアバレルの製造方法。
2. 前記下部炉心支持板を機械加工する工程の前に、前記ショートリングと前記下部炉心支持板との間に形成された溶接線に対して熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のコアバレルの製造方法。
3. 加圧水型原子炉の原子炉圧力容器内に設置され、燃料集合体を含む炉心を保持するコアバレルであって、
   前記燃料集合体が載置される載置面と、前記燃料集合体を位置決めするための位置決めピンが挿入されるピン孔と、を有する下部炉心支持板と、
   前記下部炉心支持板の前記載置面上に載置される前記燃料集合体を含む前記炉心を覆う本体胴であって、前記原子炉圧力容器に取り付けられるフランジ部と、前記フランジ部から下方に延びる上部胴と、前記上部胴から下方に延びる下部胴と、を有する本体胴と、
   一端部が前記下部炉心支持板に溶接接合され、他端部が前記本体胴の前記下部胴に溶接接合されたショートリングと、を備え、
   前記ショートリングは、前記下部胴より軸方向長さが短く形成され、前記ショートリングの上端部の開口から前記下部炉心支持板を機械加工することができる軸方向長さを有することを特徴とするコアバレル。

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