本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉を、図1~図13を用いて説明する。本実施例の沸騰水型原子炉1は、図2に示される原子炉圧力容器2、炉心シュラウド4、炉心5、炉心支持板6、上部格子板7、制御棒12及びインターナルポンプ13、さらに、図13に示される水排除装置27を備える。沸騰水型原子炉1は、炉心への冷却水の供給を原子炉圧力容器2の底部である下鏡2Aに設けられたインターナルポンプ13で行う改良型沸騰水型原子炉(Advanced Boiling Water Reactor)である。この改良型沸騰水型原子炉を、以下、ABWRという。
沸騰水型原子炉1は、炉心5を内蔵する原子炉圧力容器2を有し、炉心5を取り囲む炉心シュラウド4を原子炉圧力容器2内に設けている。炉心5の下方に配置された炉心支持板6が炉心シュラウド4の内面に取り付けられ、炉心5の上方に配置された上部格子板7も炉心シュラウド4の内面に取り付けられる。炉心5を覆うシュラウドヘッド8が炉心シュラウド4の上端部に取り付けられる。複数の気水分離器9が、原子炉圧力容器2内において、シュラウドヘッド8に取り付けられ、上方に向かって伸びている。蒸気乾燥器10が、気水分離器9の上方に配置され、原子炉圧力容器2の内面に取り付けられる。
炉心シュラウド4を取り囲む環状のダウンカマ14が、炉心シュラウド4の内面と原子炉圧力容器2の内面との間に形成される。複数のインターナルポンプ13が、ダウンカマ14の位置で、原子炉圧力容器2の下鏡2Aに取り付けられる。各インターナルポンプ13のインペラ13Aがダウンカマ14内に配置される。
複数の制御棒駆動機構ハウジング16が、インターナルポンプ13よりも内側に配置され、下鏡2Aを貫通して原子炉圧力容器2に取り付けられる。各制御棒駆動機構ハウジング16は、下鏡2Aよりも下方に向かって伸びている。各制御棒駆動機構ハウジング16内には、制御棒駆動機構(図示せず)が設置されている。複数の制御棒案内管15が、原子炉圧力容器2内で炉心5よりも下方に配置される。各制御棒案内管15は、それぞれの制御棒駆動機構ハウジング16の上端に設置され、上方に向かって伸びている。制御棒案内管15の上端は、炉心支持板6に設置された燃料支持金具11の下端部の位置まで達している。各制御棒案内管15内に配置された制御棒12は、制御棒駆動機構ハウジング16内の制御棒駆動機構に連結される。制御棒案内管15内の制御棒12は、制御棒駆動機構ハウジング16内の制御棒駆動機構によって上下に移動される。
炉心支持板6には、図7に示すように、複数の貫通孔58が形成されている。燃料支持金具11が、各貫通孔58に挿入され、図4、図6及び図7に示すように、炉心支持板6に設置される。燃料支持金具11は、中央部に横断面が十字形状の制御棒挿入孔38を形成している(図4及び図6参照)。制御棒挿入孔38は、燃料支持金具11の軸方向において、燃料支持金具11を貫通する。燃料支持金具11は、4つの冷却水流路43(図4参照)を制御棒挿入孔38の周囲に形成する。各冷却水流路43は、燃料支持金具11の側面に形成された流入口39、及び燃料支持金具11の上面に形成された流出口44を形成している。
燃料集合体3は、図4に示すように、チャンネルボックス21、複数の燃料棒23、下部タイプレート22、上部タイプレート24及び複数の燃料スペーサ25を有する。各燃料棒23の下端部が下部タイプレート22に支持され、各燃料棒23の上端部が上部タイプレート24に支持される。それらの燃料棒23が、燃料棒23相互間に所定幅の間隙が形成されるように、軸方向の複数箇所に配置された燃料スペーサ25によって束ねられる。燃料棒23相互間に形成された間隙は、冷却水通路となる。横断面が正方形状である筒状体であるチャンネルボックス21が、燃料スペーサ25によって束ねられた燃料棒23の束の周囲を取り囲んでいる。チャンネルボックス21の上端部が、チャンネルファスナ(図示せず)によって上部タイプレート24に取り付けられる(特開平5-72366号公報の図1及び特開平8-29572号公報の図15参照)。このチャンネルファスナは、上部タイプレート24の一つのコーナー部に位置している。ハンドル26が上部タイプレート24に取り付けられる。下部タイプレート22は、冷却水のリークホール38A(図8参照)が形成される。スペーサパッド36が、チャンネルファスナと接触している、チャンネルボックス21の二つの側面のそれぞれの上端部に取り付けられている。
各燃料棒23は、核燃料物質として、酸化ウランと酸化プルトニウムを混合して生成された混合酸化物燃料(MOX燃料)を用いており、このMOX燃料で製造された複数の燃料ペレットを、密封された被覆管内に充填している。各燃料棒23の、核燃料物質充填領域の軸方向における長さ、すなわち、燃料有効長は、180cmである。本実施例に用いられる燃料棒23の長さは、既存の沸騰水型原子炉に適用するために約370cmである。各燃料棒23の被覆管内の、燃料有効長の上端よりも上方には、ガスプレナムが形成される。燃料集合体3の燃料有効長は、燃料棒23の燃料有効長と同じである。
チャンネルボックス21内において、複数の燃料棒23は、燃料集合体3の横断面において、特開2018-66690号公報の図1に示すように、正三角形の格子状に稠密配置されている。
炉心5に装荷された各燃料集合体3の下部タイプレート22が燃料支持金具11に形成された一つの冷却水流路43の流出口44に挿入され、各燃料集合体3が燃料支持金具11によって支持される。一つの燃料支持金具11には、4つの冷却水流路43が形成されているため、4体の燃料集合体3が一つの燃料支持金具11によって支持される(図7参照)。一つの燃料支持金具11によって支持される4体の燃料集合体3の上端部は、上部格子板7に形成される、正方形状の一つの升目45(図4及び図7参照)内に挿入され、上部格子板7によって支持される。上部格子板7は、図3に示すように複数の格子部材7Aで構成される。一つの升目45に挿入された4体の燃料集合体3の各上部タイプレート24の4つのコーナー部のうち互いに向かい合っている一つのコーナー部にそれぞれ取り付けられた上記のチャンネルファスナによって、4体の燃料集合体3は、上部格子板7の、升目45に面する4つの格子部材7Aの各側面にそれぞれ押し付けられて保持される(特開平8-29572号公報の図14参照)。一つの升目45に挿入された4体の燃料集合体3が、上部格子板7の、升目45に面する4つの格子部材7Aの各側面に保持されている状態を図3に示す。
制御棒12は、図3及び図5に示すように横断面が十字形をしており、軸心位置するタイロッド(図示せず)から4枚のブレードが四方に向かって伸びている。各ブレード内には、中性子吸収材が充填された複数の中性子吸収棒(図示せず)が配置されている。制御棒12は、フォロアー付き制御棒であり、中性子吸収棒が配置された中性子吸収棒領域の上方に存在するフォロアー部は、軽水よりも減速能が小さい物質、例えば、炭素を内包している。制御棒12の中性子吸収棒領域の軸方向の長さは、燃料集合体3の燃料有効長と同じである。制御棒駆動装置に連結された制御棒12は、ABWRである沸騰水型原子炉1の運転停止時には、炉心5に全挿入されている。すなわち、制御棒12は、一つの燃料支持金具11によって支持されて上部格子板7によって支持される4体の燃料集合体3の相互間に形成される水ギャップ領域、すなわち、水ギャップ領域42(図1参照)に挿入されている。この制御棒12は、燃料支持金具11に形成された制御棒挿入孔38を通して水ギャップ領域42に挿入される(図4、図6及び図7参照)。なお、各制御棒12は、上部格子板7の真下には存在していない。
水排除装置27の詳細な構成を、図13を用いて説明する。水排除装置27は、一対の板状の水排除部材28、一対の板状のストッパー部材29、吊下げ部材30、拘束部材31、ハンドル部32、振れ止め部材33及び保持部34を有する。水排除部材28及びストッパー部材29は、炉心5に供給される冷却水である軽水よりも減速能が小さい物質、例えば、炭素を内包している。吊下げ部材30は、上部垂直部(第1吊り下げ部)30A、傾斜部30B及び下部垂直部(第2吊り下げ部)30Cを有する。上部垂直部30Aの下端が傾斜部30Bの上端に接続され、下部垂直部30Cの下端が傾斜部30Bの下端に接続される。上部垂直部30Aの軸心と下部垂直部30Cの軸心は、水平方向においてずれて配置される。傾斜部30Bは、傾斜しており、水平方向にずれて配置された上部垂直部30Aと下部垂直部30Cを繋いでいる。ハンドル部32及び保持部34の一端が上部垂直部30Aの上端部に取り付けられる。ハンドル部32及び保持部34が、水平方向において平行に配置され、上部垂直部30Aから下部垂直部30Cの真上に向かって伸びている。拘束部材31が上部垂直部30Aと平行に配置され、拘束部材31にはハンドル部32及び保持部34の他端部が取り付けられる。上部垂直部30A及び拘束部材31の対向する側面間の間隔S(図14参照)は、上部格子板7、すなわち、格子部材7Aの水平方向における厚みt(図14参照)と同じである。
一対のストッパー部材29は、下部垂直部30Cの、ハンドル部32及び保持部34のそれぞれの軸方向における二つの側面にそれぞれ取り付けられる。一対の板状の水排除部材28は、下部垂直部30Cの、ストッパー部材29が取り付けられていない残りの二つの側面にそれぞれ取り付けられる。これらの板状の水排除部材28は、ハンドル部32及び保持部34のそれぞれの軸方向において、下部垂直部30Cから互いに反対方向に伸びている。板状の振れ止め部材33が、下部垂直部30C及び一対の水排除部材28のそれぞれの下端に取り付けられている。このような振れ止め部材33は、水排除装置27が吊り下げられる格子部材7Aと平行に配置され、格子部材7Aの長手方向に伸びている。
水排除装置27の保持部34を上部格子板7、具体的には、該当する格子部材7Aの上面に置くことによって、一対の板状の水排除部材28及び一対のストッパー部材29が、吊下げ部材30によって上部格子板7、すなわち、格子部材7Aから吊り下げられて(図1参照)、図5に示すように、隣接する燃料集合体3の相互間に配置される。保持部34が格子部材7Aの上面に置かれることによって、水排除装置27、特に、水排除部材28及びストッパー部材29が、炉心5内の所定の位置に保持される。
水排除部材28等が吊下げ部材30によって上部格子板7から吊り下げられているとき、上部垂直部30Aは、格子部材7Aの、燃料集合体3が接触する側面とは反対側の側面に接触する。拘束部材31の、保持部34よりも下方に存在する拘束部31Aは、格子部材7Aの、燃料集合体3が接触する側面に接触する。このため、格子部材7Aは、上部垂直部30Aと拘束部31Aの間に位置することになる。
吊下げ部材30が傾斜部30Bを有しているため、下部垂直部30Cが上部格子板7の真下に位置し、これと併せて、水排除部材28も上部格子板7の真下に位置することになる。水排除部材28は、燃料集合体相互間に形成される水ギャップ領域のうち上部格子板7の真下に存在する水ギャップ領域(第1水ギャップ領域)41(図1参照)に配置される。中性子計装配管17は、上部格子板7の真下に配置されており、水ギャップ領域41内に存在する。
水排除装置27の、水ギャップ領域41内に配置される一対の水排除部材28は、図5に示すように、各燃料集合体3のチャンネルボックス21の、制御棒12に面していない側面と対向するように配置される。水排除部材28と直交するように設けられたストッパー部材29は、水ギャップ領域41とは別の、燃料集合体3相互間に形成されて制御棒12が挿入される水ギャップ領域(第2水ギャップ領域)42内に配置され、水平方向において、制御棒12のブレードの先端部付近まで達している。
水排除部材28及びストッパー部材29の高さは、燃料集合体3の燃料有効長に等しいか、その燃料有効長よりも若干長くなっている。水排除部材28及びストッパー部材29は、燃料集合体3の核燃料物質充填領域と対向して配置される。
水排除装置27が吊下げ部材30によって上部格子板7に吊り下げられたとき、水排除装置27の振れ止め部材33は、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙内に挿入される。隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙の水平方向における幅は、図6に示すように、振れ止め部材33が挿入される部分で最も狭くなっている。振れ止め部材33の下端は燃料支持金具11の上面と接触し、水排除装置27の重量は、上部格子板7だけでなく燃料支持金具11によっても支えられる。
次に、上部格子板7である格子部材7Aの、水排除装置27の保持部34を載せた格子部材7Aの構成を、図9及び図10を用いて具体的に説明する。上部格子板7の、水排除装置27の保持部34を載せる格子部材7Aの上面には、図10に示すように、移動阻止部59A及び59Bが、間に、保持部34を挿入する挿入部60を形成するように、例えば、溶接により取り付けられる。すなわち、移動阻止部59A及び59Bが格子部材7Aの上面に設けられる。水排除装置27の保持部34が、その挿入部60内に上方より挿入され、格子部材7Aの上面に置かれる(図9参照)。移動阻止部(第1移動阻止部)59Aと移動阻止部(第2移動阻止部)59Bの間隔S1は、図9に示すように、保持部34の、上部格子板7の格子部材7Aに沿った水平方向における幅W4と同じである。上部格子板7、すなわち、格子部材7Aの高さは、図9に示すようにHである。
図9及び図10に示す構造の替りに、図11及び図12に示す構造を用いてもよい。この構造例は、図12に示すように、図10に示す移動阻止部59A及び59Bを設けておらず、前述の挿入部60に対応する挿入部61を上部格子板7の格子部材7Aの上面に形成している。挿入部61の対向する側面62A及び側面62Bのそれぞれを形成している、上部格子板7の部分、すなわち、格子部材7Aの部分が、移動阻止部59A及び59Bに相当する移動阻止部である。水排除装置27の保持部34が、その挿入部61内に上方より挿入され、上部格子板7の格子部材7Aに形成された挿入部61の底面61A上に置かれる(図11参照)。挿入部61内では、底面61Aは上部格子板7、すなわち、格子部材7Aの上面である。挿入部61内の保持部34は上部格子板7の上面に置かれていると言える。図12においても、側面62Aで形成される移動阻止部(第1移動阻止部)及び側面62Bで形成される移動阻止部(第2移動阻止部)が、図10と同様に、上部格子板7の上面(挿入部61の底面61A)に設けられている。側面62Aと側面62Bの間隔S1は、図11に示すように、保持部34の上記の幅W4と同じである。本構造例における上部格子板7の格子部材7Aの下面から底面61Aまでの高さは、図9及び図10に示す構造例における格子部材7Aの高さと同じ、Hである。図11及び図12に示す格子部材7Aの高さは、挿入部61の深さの分だけ図9に示す格子部材7Aの高さHよりも高くなっており、Haである。
沸騰水型原子炉1では、運転開始後、水ギャップ領域42に挿入されている制御棒12が、制御棒駆動機構により引き抜かれ、炉心5が臨界になる。やがて、原子炉出力が上昇されて100%となり、定格運転状態になる。ダウンカマ14内を下降する冷却水が、インターナルポンプ13の駆動によりインペラ13Aで昇圧され、各燃料集合体3に供給される。昇圧された冷却水は、各燃料支持金具11に形成された冷却水流路43の流入口39から冷却水流路43内に達し、燃料集合体3の下部タイプレート22内へと導かれる。下部タイプレート22に流入した冷却水は、下部タイプレート22の上方でチャンネルボックス21内の燃料棒23相互間に形成された冷却水通路を燃料棒23に接触しながら上昇する。この冷却水は、燃料集合体3内で燃料棒23内に存在する核燃料物質に含まれる核***性プルトニウムの核***によって発生する熱で加熱され、一部が蒸気になる。
冷却水及び蒸気を含む気液二相流が、燃料集合体3から排出されて気水分離器9内に流入する。気水分離器9内で気液二相流から分離された蒸気は、蒸気乾燥器10でさらに湿分が除去され、その後、主蒸気配管18を通してタービン(図示せず)に供給される。タービンから排出された蒸気は復水器(図示せず)で凝縮され、蒸気が凝縮されて生成された水は、給水として、復水器から給水配管19を通して原子炉圧力容器2に供給される。
また、気水分離器9で分離された液体の冷却水は、ダウンカマ14を下降してインターナルポンプ13のインペラ13Aに流入し、インペラ13Aにより昇圧される。
下部タイプレート22内に供給された冷却水の一部は、下部タイプレート22に形成されたリークホール38Aを通して燃料集合体3相互間に形成された水ギャップ領域(水ギャップ領域41及び42)に導かれ、水ギャップ領域を上昇する。水ギャップ領域を上昇する冷却水は、非沸騰状態で上部格子板7よりも上方に達する。水排除装置27の振れ止め部材33の、水排除装置27が吊り下げられた格子部材7Aに沿った水平方向における幅W3は、その水排除装置27の水排除部材28と対向する一つの燃料支持金具11に支持されて隣り合う燃料集合体3のそれぞれの下部タイプレート22に形成されたリークホール38A間の距離Dよりも短い(図8参照)。このため、リークホール38Aから流出した冷却水流は振れ止め部材33によって妨げられないため、その排出した冷却水流による水排除部材28及び振れ止め部材33の流動振動を抑制することができる。
水排除装置27の炉心5内への配置方法を、図14~図17を用いて説明する。水排除装置27の炉心5内への配置は、新設の沸騰水型原子炉1では原子炉圧力容器2内の炉心5に燃料集合体3を装荷する前に、運転を経験した既設の沸騰水型原子炉1では炉心5に装荷されている全ての燃料集合体3を、沸騰水型原子炉1の運転を停止した状態で燃料交換機(図示せず)を用いて原子炉圧力容器2から取り出して燃料貯蔵プール(図示せず)に移送した後に行われる。本実施例では、既設の沸騰水型原子炉1の炉心5内への水排除装置27の配置方法を説明する。
定期点検及び使用済燃料の交換のために沸騰水型原子炉1の或る運転サイクルでの運転が停止された後、原子炉圧力容器2の上蓋が取り外され、炉心5に装荷されている、使用済燃料集合体及び非使用済燃料集合体を含む全ての燃料集合体3が燃料交換機(図示せず)を用いて原子炉圧力容器2から燃料貯蔵プール(図示せず)に移送される。使用済燃料集合体及び非使用済燃料集合体は、燃料貯蔵プール内で別々の領域に保管される。
燃料交換機によってハンドル部32を把持された水排除装置27が、燃料交換機に吊り下げられて原子炉圧力容器2内に搬送され、原子炉圧力容器2内を下降される。下降される水排除装置27は、上部格子板7の一つの升目45内に挿入される(図14参照)。吊下げ部材30の傾斜部30Bが上部格子板7の升目45を通過したとき、燃料交換機を操作して、水排除装置27が水平方向で升目45に面する、格子部材7Aの一つの側面に向かって移動させる(図15参照)。この水平方向への移動によって、吊下げ部材30の上部垂直部30Aの一つの側面が、格子部材7Aのその一つの側面に接触される(図16参照)。このとき、下部垂直部30Cが上部格子板7の真下に位置される。この状態で、水排除装置27をさらに下降させることにより、その格子部材7Aが上部垂直部30Aと拘束部31Aの間に挿入される。水排除装置27の下降に伴って、保持部34が、移動阻止部59Aと移動阻止部59Bとの間に形成される挿入部60内に挿入される。そして、保持部34が格子部材7Aの上面に置かれる(図17参照)。水排除装置27の下降により、振れ止め部材33が隣り合う燃料支持金具11の相互間に挿入され、振れ止め部材33の下端が炉心支持板6の上面に接触される(図6及び図17参照)。
以上述べた作業が、炉心5内に配置すべき所定個数の水排除装置27に対して繰り返される。所定個数の全ての水排除装置27の炉心5内への配置が終了したとき、水排除装置27の配置作業が終了する。
全ての水排除装置27の炉心5内への配置終了後に、燃料蔵プールに保管されている使用済燃料集合体以外の非使用済の燃料集合体3、及び燃焼度0GWd/tの新しい燃料集合体3の炉心5への移送が開始される。燃料集合体3の炉心5への移送開始前に、ダブルブレードガイド46が、原子炉圧力容器2内を下降され、上部格子板7に形成された各升目45内に挿入される。
ダブルブレードガイド46は、横断面が正方形の一対のブレードガイド本体47及び48、及びハンドル部49を有する。ハンドル部49はブレードガイド本体47及び48のそれぞれの上端に取り付けられる。ブレードガイド本体47及び48のそれぞれは燃料集合体3の外形と実質的に同じ形状を有し、ブレードガイド本体47及び48のそれぞれの軸方向の長さは燃料集合体3の軸方向の長さと同じである。
ダブルブレードガイド46を最初に上部格子板7の升目45内に配置する前においては、上部格子板7に形成された全ての升目45には、燃料集合体3が挿入されていない。ダブルブレードガイド46は、燃料交換機によってハンドル部49が把持されて燃料交換機に吊り下げられ、升目45内を下降する。ダブルブレードガイド46の一対のブレードガイド本体47及び48は、升目45の一本の対角線の方向で2体の燃料集合体3が配置されるそれぞれの位置に配置され(図18参照)、ブレードガイド本体47及び48のそれぞれの下端部に存在するノーズが、升目45のその一本の対角線の方向に存在する、燃料支持金具11に形成された二つの冷却水流路43のそれぞれの流出口44に挿入されて、燃料支持金具11によって支持される。ダブルブレードガイド46が上部格子板7に形成された或る升目45内に配置されたとき、ダブルブレードガイド46の一つのブレードガイド本体47の、直交して隣り合う二つの側面が、その升目45に面する四つの格子部材7Aのうちの二つの格子部材7Aの、その升目45側のそれぞれの側面に接触する。また、ダブルブレードガイド46の他のブレードガイド本体48の、直交して隣り合う二つの側面が、その四つの格子部材7Aのうちの残り二つの格子部材7Aの、その升目45側のそれぞれの側面に接触する。ダブルブレードガイド46は、上部格子板7に形成された全ての升目45内に配置され、該当する燃料支持金具11によって支持される。
全てのダブルブレードガイド46の設置が終了した後、全制御棒12が、一体の燃料集合体3も装荷されていない炉心5内に全挿入される(図18参照)。ダブルブレードガイド46が設置されているため、全挿入された制御棒12は、ダブルブレードガイド46のブレードガイド本体47及び48によって保持され、転倒が防止される。
その後、燃料交換機に吊り下げられた非使用済の燃料集合体3及び燃焼度0GWd/tの新しい燃料集合体3が、燃料貯蔵プールから一体ずつ原子炉圧力容器2内に順次搬送され、図19に示すように、上部格子板7に形成された各升目45内の、ブレードガイド本体47及び48が存在しない位置に一体ずつ装荷される。装荷された燃料集合体3は、燃料支持金具11によって支持される。さらに、升目45内に装荷された燃料集合体3を通る、升目45の他の対角線方向で、各升目45内の、ブレードガイド本体47及び48が存在しない他の位置に、燃料貯蔵プールから搬送された燃料集合体3が装荷され、そして、この燃料集合体3も燃料支持金具11によって支持される(図20参照)。各升目45内で、一つの対角線方向に2体の燃料集合体3が配置された後、各升目45内に配置された全てのダブルブレードガイド46が、燃料交換機に把持されて原子炉圧力容器2外に搬送される。ダブルブレードガイド46が取り除かれても、全挿入された制御棒12は、対角線方向に配置された二体の燃料集合体3によって保持されるため、転倒が防止される。
ダブルブレードガイド46が取り除かれた後、各升目45内の、ブレードガイド本体47及び48が配置されていた各位置に、燃料貯蔵プールから搬送された二体の燃料集合体3が装荷され、これらの燃料集合体3も燃料支持金具11によって支持される。
非使用済の燃料集合体3及び燃焼度0GWd/tの新しい燃料集合体3のそれぞれは、予め定められた、炉心5内の位置に装荷される。
上記の燃料集合体3の炉心5への装荷作業が終了した後、沸騰水型原子炉11が起動され、沸騰水型原子炉11の運転が行われる。
本実施例では、炉心5内で燃料集合体3相互間に形成される水ギャップ領域のうち制御棒12が挿入されない水ギャップ領域41に、水排除装置27の一対の板状の水排除部材28を配置しているため、炉心5における水対燃料体積比を低減することができ、核***性プルトニウム転換比を向上させることができる。さらに、水排除部材28に対して直角に設けられた、水排除装置27の一対のストッパー部材29が、制御棒12のブレードの先端部と水排除部材28の間の、制御棒12が挿入される水ギャップ領域42に配置されるため、炉心5における水対燃料体積比をさらに低減することができ、核***性プルトニウム転換比をさらに向上させることができる。
また、本実施例では、フォロアー付き制御棒である制御棒12を用いているので、炉心5に全挿入された制御棒12が、沸騰水型原子炉1の運転に伴って炉心5から引き抜かれ、例えば、全引き抜き状態になって制御棒12の中性子吸収棒領域が炉心5の下端の位置まで下降したとしても、隣り合う燃料集合体3の、核燃料物質充填領域の相互間には、制御棒12のフォロアー部が存在する。すなわち、制御棒12の引き抜きに伴って、隣り合う燃料集合体3の、核燃料物質充填領域の相互間に存在するフォロアー部の割合が増加する。このため、隣り合う燃料集合体3の、核燃料物質充填領域の相互間に存在するフォロアー部によっても、炉心5における水対燃料体積比が低減され、核***性プルトニウム転換比をさらに向上させることができる。
水排除装置27は、上部格子板7に吊り下げられるため、交換が容易となる。すなわち、水排除装置27の水排除部材28及びストッパー部材29は、吊下げ部材30を介して上部格子板7の該当する格子部材7Aの上面に置かれる保持部34に取り付けられているため、吊下げ部材30に取り付けられたハンドル部32を燃料交換機により把持することにより、水排除装置27を炉心5から容易に引き上げることができる。また、新しい水排除装置27のハンドル部32を燃料交換機で把持してこの新しい水排除装置27を原子炉圧力容器2内で下降させ、保持部34を上部格子板7の上面に置くことによって、新しい水排除装置27を容易に上部格子板7に吊り下げることができる。
水排除装置27の保持部34が上部格子板7の格子部材7Aの上面に設けられた移動阻止部59Aと移動阻止部59Bの間に配置されているため、地震が発生して、上部格子板7の、保持部34が置かれている格子部材7Aに沿った水平方向に保持部34を移動させる第1の揺れが生じた場合には、保持部34の、移動阻止部59Aに面する側面が移動阻止部59Aの、挿入部60に面する側面59Cと接触し、保持部34の、移動阻止部59Bに面する側面が移動阻止部59Bの、挿入部60に面する側面59Dと接触する。このため、その第1の揺れに基づいた、保持部34、すなわち、吊下げ部材30の上端部のその格子部材7Aに沿った水平方向の移動を、移動阻止部59A及び59Bによって阻止することができる。第1の揺れが生じたときに吊下げ部材30の上端部の、格子部材7Aに沿った水平方向への移動が阻止されるので、燃料集合体交換時において燃料集合体3を炉心5から取り出すために引き上げる際に、引き上げられる燃料集合体3が吊下げ部材30の上端部と接触し、この燃料集合体3が破損することを回避することができる。
また、地震によって上記の第1の揺れが生じたとき、水ギャップ領域42に配置された一対のストッパー部材29の、その格子部材7Aに沿った水平方向の移動を、水ギャップ領域42を間に挟んで対向している二体の燃料集合体3によって阻止でき、吊下げ部材30の下部のその水平方向における移動を阻止できる。第1の揺れが生じたときにおける吊下げ部材30の上端部の、格子部材7Aに沿った水平方向への移動の阻止は、水排除部材28の中性子計装配管17への接触による、中性子計装配管17の破損を回避できる。
ストッパー部材29は、核***性プルトニウム転換比を向上させる機能、及び吊下げ部材30の下部の上記の格子部材7Aに沿った水平方向における移動を阻止する機能の二つの機能を発揮する。
図9及び図10に示す構造の替りに図11及び図12に示す構造を用いた場合には、水排除装置27の保持部34が上部格子板7の格子部材7Aの上面に形成された挿入部61内に配置されて、保持部34の、移動阻止部に相当する移動阻止部である側面62Aに面する側面がその側面62Aと接触し、保持部34の、移動阻止部に相当する移動阻止部である側面62Bに面する側面がその側面62Bと接触するため、地震が発生して、上部格子板7の、保持部34が置かれる底面61Aが形成された格子部材7Aに沿った水平方向に上記の第1の揺れが生じた場合でも、その第1の揺れに基づいた、保持部34、すなわち、吊下げ部材30の上端部のその格子部材7Aに沿った水平方向の移動を、側面62A及び62Bによって阻止することができる。
上部格子板7の、保持部34が上面に置かれる格子部材7Aが上部垂直部30Aと拘束部材31、すなわち、拘束部31Aの間に挿入されて、上部垂直部30Aが、格子部材7Aの、一つの升目45に面する側面と接触し、拘束部31Aが、その格子部材7Aの、他の一つの升目45に面する他の側面と接触するため、地震が発生して、上部格子板7の、保持部34が置かれた格子部材7Aの側面に垂直な方向に保持部34を移動させる第2の揺れが生じた場合でも、その第2の揺れに基づいた、保持部34、すなわち、吊下げ部材30の上端部のその格子部材7Aの側面に垂直な方向への移動を、上部垂直部30Aと拘束部31Aの間に挿入されたその格子部材7Aによって阻止することができる。特に、水排除装置27では、拘束部31Aを吊下げ部材30の上部垂直部30Aに対向させて設けているため、第2の揺れが生じた場合でも、上部垂直部30A及び拘束部31Aにより、吊下げ部材30の、上端部の格子部材7Aの側面に垂直な方向への移動が阻止され、吊下げ部材30が格子部材7Aからはずれて水排除部材28が炉心5内に存在する制御棒12または燃料集合体3に接触し、いずれかを破損することを回避できる。
また、振れ止め部材33が隣り合う燃料支持金具11の相互間に挿入されているため、第2の揺れによる水排除部材28の、水排除部材28の側面に垂直な方向への移動を、振れ止め部材33と向かい合っている一対の燃料支持金具11によって阻止することができる。水排除部材28の下端部の、水排除部材28の側面に垂直な方向への移動が燃料支持金具11によって阻止されるので、第2の揺れにより、水排除部材28の下部が水排除部材28の側面に垂直な方向において揺れて、水排除部材28が制御棒12または燃料集合体3に接触し、いずれかを破損することを回避することができる。
上記したように、地震の発生時における第2の揺れによる水排除装置27の、保持部34が置かれた格子部材7Aの側面に垂直な方向への移動を、その格子部材7A及び燃料支持金具11によって阻止することができる。
保持部34が上部格子板7の上面に置かれて振れ止め部材33の下端が炉心支持板6の上面に接触することにより水排除装置27が炉心5に配置され、水排除装置27が機械的な機構により原子炉圧力容器2内の構造部材に取り付けられていないため、水排除装置27の炉心5内への配置及び炉心5からの取出しを、ハンドル部32を燃料交換機で把持するだけで簡単に行うことができる。
水排除装置27の振れ止め部材33の下端が炉心支持板6の上面に接触しているので、水排除装置27の荷重が上部格子板7だけでなく炉心支持板6にも加わるようになる。炉心支持板6に加わる水排除装置27の荷重が低減され、上部格子板7の変形を低減することができる。
水排除装置27の吊下げ部材30において、上部垂直部30Aと下部垂直部30Cが傾斜部30Bによってつながっているため、保持部34を上部格子板7の格子部材7Aの上面に置いたとき、一対の板状の水排除部材28を、格子部材7Aの真下で隣り合う燃料集合体3の相互間に位置させることができる。
本発明の好適な一実施例である実施例3の沸騰水型原子炉を、図23及び図24を用いて説明する。本実施例の沸騰水型原子炉は、実施例1の沸騰水型原子炉1で用いる水排除装置27の替りに、水排除装置53が用いられる。本実施例の沸騰水型原子炉の、水排除装置53以外の構成は、沸騰水型原子炉1の、水排除装置27以外の構成と同じである。
水排除装置53の構成を図22を用いて説明する。水排除装置53は、沸騰水型原子炉1における水排除装置27の振れ止め部材33を図22に示す振れ止め部材54に替えた構成を有する。すなわち、水排除装置53の、振れ止め部材54以外の構成は、実施例1の沸騰水型原子炉1における水排除装置27の、振れ止め部材33以外の構成と同じである。
振れ止め部材54は、第1振れ止め部55及び第2振れ止め部56を有する。第1振れ止め部55は、実施例1で用いられる水排除装置27の振れ止め部材33と同様に、板状であり、下部垂直部30C及び一対の水排除部材28のそれぞれの下端に取り付けられている。振れ止め部材54の第1振れ止め部55は、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの真下でこの格子部材7Aと平行に配置され、この格子部材7Aに沿った水平方向に伸びている。一対の第2振れ止め部56も、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの真下でこの格子部材7Aと平行に配置され、この格子部材7Aに沿った水平方向に伸びている。一対の第2振れ止め部56は、第1振れ止め部55の、上記の格子部材7Aに沿った水平方向における両端部にそれぞれつながっており(図24参照)、一対の第2振れ止め部56のそれぞれの上端は一対の水排除部材28のそれぞれの下端に別々に取り付けられている。
一対の水排除部材28は、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの真下に配置される。この状態で、振れ止め部材54、すなわち、及び第1振れ止め部55及び一対の第2振れ止め部56のそれぞれの下端部は隣り合う燃料支持金具11の相互間に挿入され、一対の第2振れ止め部56の第1振れ止め部55のそれぞれの下端は炉心支持板6の上面に接触している。水排除装置53の荷重は、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aだけでなく、炉心支持板6にも加わっている。第1振れ止め部55の下端部は、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙の、水平方向で最も狭くなっている幅Gの部分に挿入され、各第2振れ止め部56の下端部は、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙の、水平方向で、幅Gの部分よりも幅が広くなっている部分に挿入される(図24参照)。第2振れ止め部56の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの側面に垂直な方向における幅W2は、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙の、水平方向で最も狭くなっている部分の幅Gよりも広くなっている。
W2の上記幅を有する各第2振れ止め部56の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aに沿った方向における端面が、水排除部材28の、その格子部材7Aに沿った方向における端面と同じ位置に存在する。一対の第2振れ止め部56が存在しているため、水排除装置53の振れ止め部材54の重量は、実施例1における振れ止め部材33の重量、及び実施例2における振れ止め部材50の重量よりも重くなる。
地震によって前述の第1の揺れが生じたとき、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙に挿入された第2振れ止め部56が、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙の、第2振れ止め部56の上記幅W2より狭くなる部分で、振れ止め部材54の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aに沿った水平方向における移動を、それらの燃料支持金具11によって阻止することができる。このため、地震時に第1の揺れが生じても、水排除装置53の下端部の、その格子部材7Aに沿った水平方向における移動が阻止される。なお、水排除装置53は、実施例1で用いられる水排除装置27と同様に、水ギャップ領域42に挿入された一対のストッパー部材29を有しているため、振れ止め部材54の、その第1の揺れによるその格子部材7Aに沿った水平方向における移動を、一対のストッパー部材29の燃料集合体3との接触によっても阻止することができる。
地震によって前述の第2の揺れが生じたとき、隣り合う燃料支持金具11の相互間に形成された間隙に挿入された振れ止め部材54の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの側面に垂直な方向で水平な方向における移動を、それらの燃料支持金具11によって阻止することができる。このため、地震時に第2の揺れが生じても、水排除装置53の下端部の、その格子部材7Aの側面に垂直な方向における移動が阻止される。
なお、地震時の第1の揺れによる、水排除装置53の上端部の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aに沿った水平方向の移動、及び第2の揺れによる、水排除装置53の上端部の、水排除装置53が吊り下げられた格子部材7Aの側面に垂直な方向で水平な方向における移動は、実施例1と同様に阻止することができる。
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。さらに、本実施例は、一対の第2振れ止め部56を有する振れ止め部材54の重量が実施例1における振れ止め部材33の重量及び実施例2における振れ止め部材50の重量よりも重いため、燃料集合体3内に供給された冷却水の一部が下部タイプレート22に形成されたリークホール38Aから水ギャップ領域に排出された冷却水流が水排除装置53の振れ止め部材54に衝突しても、振れ止め部材54の流動振動は抑制される。
ABWRである実施例1ないし3のそれぞれの沸騰水型原子炉の、水排除装置及び上部格子板7等を含む炉心部の構成を、再循環ポンプを備え冷却材として水(冷却水)を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却水を循環させる通常の沸騰水型原子炉(Boiling Water Reactor:BWR)、及びABWRにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉(Economic Simplified Boiling Water Reactor:ESBWR)に適用してもよい。