JP7403437B2 - 沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造 - Google Patents

Description

本発明は沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造に係り、特に、燃料集合体の下部が、燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を燃料支持金具に挿入しているものに好適な沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造に関する。

通常、沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器の中央部に配置された複数の燃料集合体から成る原子炉炉心での核反応により加熱された原子炉冷却水の一部が蒸気になる。この核反応により加熱された原子炉冷却水及び蒸気を含む気液二相流が、炉心の上方に設置された気水分離器により原子炉冷却水と蒸気に分離される。

上記した燃料集合体は、複数本の燃料棒と、その複数本の燃料棒間を保持するスペーサと、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレートと、燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートと、下部タイプレートにより支持されて結束された燃料棒の周囲を包囲するチャンネルボックス等で概略構成されている。

具体的には、燃料集合体の下部は、燃料支持金具に設けた受け口に、それぞれの燃料集合体の一部である下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部が挿入されており、燃料支持金具は制御棒案内管及び炉心支持板により支持されている。一方、それぞれの燃料集合体の上部は、上部タイプレートを介して原子炉炉心の上部に設置されている上部格子板で横方向が支持されている。

なお、上記した沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造に関しては、例えば、特許文献１に記載されている。

特開２０１６－１１４４３８号公報

しかしながら、上述した従来の燃料集合体は、下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部のテーパ面を燃料支持金具の受け口に挿入する構造となっているが、燃料支持金具の受け口の口径は小さく、燃料集合体を据え付ける際に、燃料集合体の揺れにより下部タイプレートの下方のテーパ部の下部を、口径の小さい燃料支持金具の受け口に精度よく挿入するには高度な技術が要求され、据え付け作業時間も長くなってしまうという課題があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃料集合体に多少の揺れがあったとしても、燃料集合体の下部と燃料支持金具の受け口との位置設定が容易に行え、高度な技術を要することなく据え付け作業時間の短縮を図ることができる沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造を提供することにある。

本発明の沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造は、上記目的を達成するために、複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、前記サポートが、平面から見て四角形で、かつ、前記燃料支持金具の受け口に対応した傾斜穴が形成され、中央部に十字形の穴が形成されており、前記サポートと前記燃料支持金具が、溶接により固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃料集合体に多少の揺れがあったとしても、燃料集合体の下部と燃料支持金具の受け口との位置設定が容易に行え、高度な技術を要することなく据え付け作業時間の短縮を図ることができる沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造を得ることができる。

本発明の燃料集合体の下部取り合い構造が採用される沸騰水型原子炉の構成を示す図である。 一般的な燃料集合体と燃料支持金具との取り合い構造を示す断面図である。 図２の燃料集合体の水平断面図である。 本発明の燃料集合体の下部取り合い構造の実施例１であり、下部タイプレートの下方をサポートを介して燃料支持金具に挿入している状態を示す図である。 図４の平面図である。 実施例１で採用されるサポートの単品図である。 実施例１の燃料集合体の下部取り合い構造の他の例を示す図４に相当する図である。 本発明の燃料集合体の下部取り合い構造の実施例２を示す図４に相当する図である。 本発明の燃料集合体の下部取り合い構造の実施例３を示す図４に相当する図である。 本発明の燃料集合体の下部取り合い構造の実施例４を示す図４に相当する図である。 実施例４の燃料集合体の下部取り合い構造の他の例を示す図４に相当する図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。また、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。

図１に、本発明の燃料集合体４の下部取り合い構造が採用される沸騰水型原子炉の構成を示す。

図１に示すように、沸騰水型原子炉１は、原子炉圧力容器２内にシュラウドヘッド１１、上部格子板７、炉心シュラウド５、制御棒案内管９及び炉心支持板６が少なくとも配置されて概略構成されている。

上記した炉心シュラウド５は、複数の燃料集合体４が装荷された原子炉炉心３を取り囲んでおり、炉心支持板６が原子炉炉心３の下端部において炉心シュラウド５に取り付けられて配置されている。

また、原子炉炉心３の上端部には、炉心シュラウド５に取り付けられた上部格子板７が配置されており、この上部格子板７によってそれぞれの燃料集合体４の上端が支持されている。燃料集合体４の相互間に出し入れされる複数の制御棒８は、各制御棒駆動機構ハウジング１０内に設置された制御棒駆動機構（図示せず）にそれぞれ連結されている。

また、原子炉圧力容器２内の原子炉炉心３の下方には複数の制御棒案内管９が設置されており、原子炉炉心３から引き抜かれた制御棒８が制御棒案内管９にガイドされる。

一方、上部格子板７の上端にはシュラウドヘッド１１が取り付けられており、シュラウドヘッド１１の上方には気水分離器１２が取り付けられ、気水分離器１２の上方には蒸気乾燥器１３が配置されている。

次に、図２及び図３を用いて燃料集合体４の下部取り合い構造について説明する。

図２に示すように、燃料集合体４は、複数本の燃料棒４ａと、この複数本の燃料棒４ａ間を保持するスペーサ４ｂと、燃料集合体４の上部を支持する上部タイプレート４ｃと、燃料集合体４の下部を支持する下部タイプレート４ｄと、下部タイプレート４ｄにより支持されて結束された燃料棒４ａの周囲を包囲するチャンネルボックス４ｅ等で該略構成されている。

そして、燃料集合体４の下部は、燃料支持金具１４に設けた受け口１４ａにそれぞれの燃料集合体４の一部である下部タイプレート４ｄの下方に形成されているテーパ部４ｄ１を挿入することで燃料支持金具１４と取り合う構造となっており、燃料支持金具１４は制御棒案内管９及び炉心支持板６により支持されている。一方、それぞれの燃料集合体４の上部は、上部タイプレート４ｃを介して原子炉炉心３の上部に設置されている上部格子板７で横方向が支持されている。また、燃料支持金具１４の中央には、制御棒８を上下に移動できるように開口部１４ｂが設けられており、制御棒８は、図３に示すように、４つの燃料集合体４の中心に配置されている。

このような構成における本実施例の燃料集合体４の下部取り合い構造の詳細を、図４、図５及び図６を用いて説明する。図４は、燃料集合体４が下部タイプレート４ｄの下方をサポート１５を介して燃料支持金具１４に挿入されている状態の図、図５は図４の平面図、図６は本実施例で採用されるサポート１５の単品図である。

図４に示すように、本実施例の燃料集合体４の下部取り合い構造においては、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄと燃料支持金具１４との間にサポート１５を設けている。このサポート１５は、下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１に対応した傾斜、即ち、下方から上方に向かうに従い広くなるように形成された傾斜穴１５ａが設けられており、この傾斜穴１５ａに沿って下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１が挿入される。

上記したサポート１５は、図６に示すように、平面から見て四角形で、かつ、燃料支持金具１４の受け口１４ａに対応した傾斜穴１５ａが形成され、中央部に十字形の穴１５ｂが形成されており、しかも、断面が逆Ｕ字状（下部に開口部を設けた立方体のような形状）に形成され、更に、断面が逆Ｕ字状に形成されているサポート１５の先端１５ｃは、炉心支持板６まで延びている。

なお、サポート１５に設けている傾斜穴１５ａの表面に、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１と上記した傾斜穴１５ａとが固着することを防止するために、複数本の溝１５ｄを設けられる構造も実施例の１つとして含まれる。

また、図７に示すように、サポート１５が燃料支持金具１４に、溶接１６ａにより固定されることにより、サポート１５が、より強固に固定される構造も実施例の１つとして含まれる。

このような燃料集合体４の下部取り合い構造とすることにより、燃料集合体４（下部タイプレート４ｄ）に多少の揺れがあったとしても、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄの下方（テーパ部４ｄ１）を、サポート１５を介して燃料支持金具１４の受け口１４ａに挿入する際には、下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１をサポート１５に形成されている下方から上方に向かうに従い広くなるように形成された傾斜穴１５ａに沿って挿入するだけで良く、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄの下部と燃料支持金具１４の受け口との位置設定が容易に行え、高度な技術を要することなく据え付け作業時間の短縮を図ることができる。

図８に燃料集合体４の下部取り合い構造の実施例２を示す。

図８に示す実施例２では、炉心支持板６まで延びている断面が逆Ｕ字状に形成されているサポート１５の先端１５ｃを更に外側に突出させ、この突出部１５ｅを介してサポート１５を炉心支持板６にボルト１７で固定している。

このような本実施例の構成であっても実施例１と同様な効果が得られることは勿論、サポート１５が炉心支持板６に、より強固に固定されるため信頼性が向上する。

図９に燃料集合体４の下部取り合い構造の実施例３を示す。

図９に示す実施例３では、断面が逆Ｕ字状に形成されているサポート１５のＵ字状に曲がった部分を燃料支持金具１４に嵌め込み、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼から成る燃料支持金具１４と、例えば、高ニッケル合金から成るサポート１５との熱膨張差を用いることで、サポート１５を燃料支持金具１４に固定するようにしている。

このような本実施例の構成であっても実施例１と同様な効果が得られる。

図１０に燃料集合体４の下部取り合い構造の実施例４を示す。

図１０に示す実施例４では、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１と燃料支持金具１４とを溶接１６ｂにより一体化し、この下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１と溶接により一体化された燃料支持金具１４を、原子炉圧力容器２内の原子炉炉心３の下方に設置されている制御棒案内管９に挿入するようにしている。

なお、図１１に示すように、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄのテーパ部４ｄ１と燃料支持金具１４とは、溶接を用いることなく一体化しても良い。

このような本実施例の構成とすることにより、燃料集合体４の下部タイプレート４ｄと燃料支持金具１４が溶接１６ｂで、又は溶接１６ｂを用いることなく一体化されているため、一体化された燃料集合体４と燃料支持金具１４は、大きな穴となっている制御棒案内管９に挿入することができ、燃料集合体４を据え付ける際に高度な技術を要することなく容易に挿入できるので、据え付け作業時間の短縮を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…沸騰水型原子炉、２…原子炉圧力容器、３…原子炉炉心、４…燃料集合体、４ａ…燃料棒、４ｂ…スペーサ、４ｃ…上部タイプレート、４ｄ…下部タイプレート、４ｄ１…下部タイプレートのテーパ部、４ｅ…チャンネルボックス、５…炉心シュラウド、６…炉心支持板、７…上部格子板、８…制御棒、９…制御棒案内管、１０…制御棒駆動機構ハウジング、１１…シュラウドヘッド、１２…気水分離器、１３…蒸気乾燥器、１４…燃料支持金具、１４ａ…燃料支持金具の受け口、１４ｂ…燃料支持金具の開口部、１５…サポート、１５ａ…サポートの傾斜穴、１５ｂ…サポートの十字形の穴、１５ｃ…サポートの先端、１５ｄ…サポートの溝、１５ｅ…サポートの突出部、１６ａ、１６ｂ…溶接、１７…ボルト。

Claims (7)

1. 複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、
   前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、
   前記サポートが、平面から見て四角形で、かつ、前記燃料支持金具の受け口に対応した傾斜穴が形成され、中央部に十字形の穴が形成されており、
   前記サポートと前記燃料支持金具が、溶接により固定されていることを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
2. 複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、
   前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、
   前記サポートが、平面から見て四角形で、かつ、前記燃料支持金具の受け口に対応した傾斜穴が形成され、中央部に十字形の穴が形成されており、
   前記サポートの断面が逆Ｕ字状に形成され、その断面が逆Ｕ字状に形成されている前記サポートのＵ字状に曲がった部分を前記燃料支持金具に嵌め込み、前記燃料支持金具と前記サポートとの熱膨張差を用いて、前記サポートを前記燃料支持金具に固定することを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
3. 複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、
   前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、
   前記サポートが、平面から見て四角形で、かつ、前記燃料支持金具の受け口に対応した傾斜穴が形成され、中央部に十字形の穴が形成されており、
   前記サポートの断面が逆Ｕ字状に形成され、その断面が逆Ｕ字状に形成されている前記サポートの先端が前記炉心支持板まで延び、前記炉心支持板まで延びている断面が逆Ｕ字状に形成されている前記サポートの先端を更に外側に突出させ、この突出部を介して前記サポートが前記炉心支持板にボルトで固定されていることを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記サポートに形成されている前記傾斜穴は、下方から上方に向かうに従い広くなるように形成されていることを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記サポートに形成されている前記傾斜穴に、前記下部タイプレートに設けられたテーパ部と前記サポートとが固着することを防止するために、複数本の溝が形成されていることを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
6. 複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、
   前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、かつ、
   前記燃料集合体の前記下部タイプレートと前記燃料支持金具とを一体化し、前記下部タイプレートと一体化された前記燃料支持金具を、原子炉圧力容器内の原子炉炉心の下方に設置されている制御棒案内管に挿入することを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。
7. 複数本の燃料棒、その複数本の前記燃料棒間を保持するスペーサ、燃料集合体の上部を支持する上部タイプレート、前記燃料集合体の下部を支持する下部タイプレートから少なくとも成る燃料集合体と、前記下部タイプレートの下部を挿入し前記燃料集合体と取り合う燃料支持金具と、該燃料支持金具を支持する制御棒案内管及び炉心支持板とを備え、
   前記燃料集合体の下部が、前記下部タイプレートの下方に形成されているテーパ部を前記燃料支持金具に挿入する構造となっている沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造であって、
   前記下部タイプレートの前記テーパ部に対応した傾斜が形成された穴が設けられていると共に、この傾斜穴に沿って前記下部タイプレートの前記テーパ部が挿入されるサポートを、前記下部タイプレートと前記燃料支持金具との間に設けるか、或いは前記燃料集合体と前記燃料支持金具とを溶接又は機械的な手段により一体化し、かつ、
   前記燃料集合体の前記下部タイプレートと前記燃料支持金具とを溶接により一体化し、前記下部タイプレートと溶接により一体化された前記燃料支持金具を、原子炉圧力容器内の原子炉炉心の下方に設置されている制御棒案内管に挿入することを特徴とする沸騰水型原子炉における燃料集合体の下部取り合い構造。

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