JP7412282B2 - 炉内締結装置及び炉内締結方法並びに原子炉 - Google Patents

Description

本発明は炉内締結装置及び炉内締結方法並びに原子炉に係り、例えば、沸騰水型原子炉の炉内構造物の締結を、被曝環境下でボルト等を用いないで行うものに好適な炉内締結装置及び炉内締結方法並びに原子炉に関する。

通常、沸騰水型原子炉では、原子炉圧力容器内に配置された複数の燃料集合体から成る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。

上記した気水分離器は、炉心上部プレナムを形成するシュラウドヘッド上に設けられており、このシュラウドヘッドは、上部格子板にシュラウドヘッドボルトにより固定されることで、原子炉圧力容器の内部に設置されている。

上記したシュラウドヘッドボルトは、ボルト構造による締付け力に加えて、原子炉の運転時の温度におけるシュラウドヘッドボルトを構成する部材の材質の違いによる熱膨張差を利用して、シュラウドヘッドの固定に必要な締付け力を得ている。

上記したシュラウドヘッドボルトの締付け及び緩め作業は、被曝環境下での作業となるため、シュラウドヘッドボルトによる締付け及び緩め作業を無くすことが望まれている。

このシュラウドヘッドボルトを用いないでシュラウドヘッドを締結する締結構造の一例が、特許文献１、２、３及び４に記載されている。

上記した特許文献１、２及び３には、シュラウドヘッドボルトを用いないでシュラウドヘッドを固定するために、シュラウドヘッドに設けられたフランジと上部格子板に設けられたフランジに機械的締結機構を用いることが記載されている。一方、特許文献４には、シュラウドヘッドに設けられたフランジを、シュラウドヘッドの上方に設置された蒸気乾燥器により押え付けることで固定することが記載されている。

特開２０１４－１３４４９０号公報 特開昭６２－２２８９７１号公報 特開昭６１－２２６６８４号公報 特開昭６１－２８１９９６号公報

ところで、シュラウドヘッドの据付け又は取外し作業においては、シュラウドヘッドボルトの締付け又は緩め作業が必要となる。このシュラウドヘッドボルトの締付け又は緩め作業は被曝環境下での作業であり、この被曝環境下での作業を無くすことが望ましい。

上記した被曝環境下でのシュラウドヘッドボルトの締付け又は緩め作業を無くす場合、締付け又は緩め作業が必要となるシュラウドヘッドボルトを用いずに、シュラウドヘッドを固定する必要がある。

ところが、シュラウドヘッドボルトを用いずにシュラウドヘッドを固定する場合、特許文献１、２及び３に記載されているように、シュラウドヘッドに設けられたフランジと上部格子板に設けられたフランジに機械的締結機構を用いたり、或いは特許文献４に記載されているように、シュラウドヘッドに設けられたフランジを、シュラウドヘッドの上方に設置された蒸気乾燥器により押え付けることが必要となる。

しかしながら、特許文献１に記載されている機械的締結構造の場合、シュラウドヘッドボルトによる締付け力のうち、シュラウドヘッドボルトを構成する部材の熱膨張差による締付け力を確保することが困難であり、また、特許文献４に記載されているように、シュラウドヘッドを、シュラウドヘッドの上方に設置された蒸気乾燥器により押え付ける場合、蒸気乾燥器による押え付け力をシュラウドヘッドに均等に作用させるために、蒸気乾燥器の据付時において、蒸気乾燥器と押え付け力を伝達する各改良型吊り上げ棒の接触位置を調整する必要があり、被曝環境下での作業を無くすことは困難である。

また、特許文献２及び３に記載されている機械的締結構造の場合、機械的締付け力に加え、この機械的締結構造を構成する部材の熱膨張差を用いた締付け力を得ることができるが、シュラウドヘッドに設けられたフランジと上部格子板に設けられたフランジが近接していることから、シュラウドヘッドボルトを用いた場合と同等の熱膨張差による締付け力を得るためには、この機械的締結構造の部材の断面積を大きくする必要があり、原子炉冷却水の流れに対して悪影響を与える可能性がある。

更に、シュラウドヘッドボルトを用いた場合又は特許文献２及び３に記載されている機械的締結構造の場合、構成部材の熱膨張差による締付け力を用いているが、原子炉停止時においては、原子炉内の温度が圧力より先に低下することにより、熱膨張差による締付け力も圧力より先に低下してしまう。

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、炉内構造物の締結を被曝環境下でボルト等を用いないで短時間で行うことができ、しかも、部材の熱膨張差による締付け力を得る構造よりも長時間締付け力を維持することができる炉内締結装置及び炉内締結方法並びに原子炉を提供することにある。

本発明の炉内締結装置は、上記目的を達成するために、原子炉圧力容器の内部に設置されている２つの炉内構造物を、原子炉運転時に増大する前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結することを特徴とし、
前記２つの炉内構造物は、各々にフランジを有し、前記原子炉運転時には前記フランジ同士が前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結されるものであり、
一方の前記フランジに固定された容器と、
前記容器内に移動可能に配置され、該容器の一部を密閉する密閉部材と、
前記密閉部材より前記フランジ側に設けられた圧力導入孔と、
前記密閉部材に一端が接続され、その一端から延びる部材が各々の前記フランジに形成された貫通孔を貫通し、その貫通した前記部材の先端（頭部）が前記貫通孔の径より大きいＴバーと、から成ることを特徴とする。

また、本発明の原子炉は、上記目的を達成するために、原子炉圧力容器の内部に設置されている２つの炉内構造物が炉内締結装置で締結されている原子炉であって、前記炉内締結装置は、上記構成の炉内締結装置であることを特徴とする。

本発明によれば、炉内構造物の締結を被曝環境下でボルト等を用いないで短時間で行うことができ、しかも、部材の熱膨張差による締付け力を得る構造よりも長時間締付け力を維持することができる。

本発明の原子炉の一例として沸騰水型原子炉の構成を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例１であり、装置据付時の状態を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例１であり、装置運転時の状態を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例２であり、装置据付時の状態を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例２であり、装置運転時の状態を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例３であり、装置据付時の状態を示す断面図である。 本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例３であり、装置運転時の状態を示す断面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の炉内締結装置及び炉内締結方法並びに原子炉を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、本発明の原子炉の一例として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が装荷された炉心３を取り囲んで配置されており、炉心支持板６が炉心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、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、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。

図２（ａ）及び図２（ｂ）は、上述した沸騰水型原子炉１に採用される炉内締結装置の実施例１であり、図２（ａ）は装置据付時（原子炉停止時）、図２（ｂ）は装置運転時（原子炉運転時）の状態をそれぞれ示し、図１のＡ部を拡大したものである。

図２（ａ）及び図２（ｂ）では、装置据付時（原子炉停止時）及び装置運転時（原子炉運転時）における、本実施例の締結装置１４Ａが設置されている様子を示している。なお、本実施例の締結装置１４Ａは、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａの周方向に複数個設置されるが、設置されている様子は同一であるため、複数個の図示は省略する（他の実施例も同じ）。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本実施例の締結装置１４Ａは、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａにカップリング構造（図２（ａ）のＢ部）で取り付けられ、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａ側の下部に圧力導入孔１４ｃが形成されている底面が平面な断面Ｕ字状の容器１４ｄと、この容器１４ｄ内に移動可能に配置されていると共に、一端が容器１４ｄのＵ字状の底面に位置し、他端が容器１４ｄの下部で圧力導入孔１４ｃより上方の内周側に形成された突起部１４ｄ１で移動が規制され、かつ、装置据付時には原子炉圧力容器２内の圧力より高い不活性ガスが内部に封入されているシリンダ１４ａ（このシリンダ１４ａは、長手方向（図の上下方向）の両端部が端板１４ａ１、１４ａ２で封止されているベローズ構造である）と、このシリンダ１４ａの容器１４ｄのＵ字状の底面とは反対側に一端が接続され、その一端から下方に延びる部材１４ｂ１がシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａに形成された貫通孔１４ｌを貫通し、その貫通した部材１４ｂ１の先端（頭部）が貫通孔１４ｌの径より大きく、かつ、シリンダ１４ａと共に移動するＴバー１４ｂとから構成されている。

そして、装置据付時（原子炉停止時）には、図２（ａ）に示すように、シリンダ１４ａ内に封入された不活性ガスの圧力が原子炉圧力容器２内の圧力よりも高く、Ｔバー１４ｂの頭部が上部格子板７のフランジ７ａの下面に接触することなく取り付けられ、一方、装置運転時（原子炉運転時）には、図２（ｂ）に示すように、シリンダ１４ａ内に封入された不活性ガスの圧力を上回る原子炉圧力容器２内の圧力が圧力導入孔１４ｃより容器１４ｄ内に導入されることで、シリンダ１４ａが圧縮されてＴバー１４ｂがシリンダ１４ａと共に上方に上昇し、上部格子板７のフランジ７ａの下部にＴバー１４ｂの頭部が接触することにより、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａが締結される。

即ち、本実施例の締結装置１４Ａは、カップリング機構にてシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａに固定されており、締結装置１４ＡのＴバー１４ｂは、上部格子板７のフランジ７ａから抜けない方向に回転されている。

装置据付時（原子炉停止時）においては、締結装置１４Ａの内部に設けられたベローズ構造のシリンダ１４ａ内に封入された不活性ガスの圧力が、原子炉圧力容器２内の圧力よりも高いため、締結装置１４ＡのＴバー１４ｂは上部格子板７のフランジ７ａの下面に接触することなく取り付けられている。

また、装置運転時（原子炉運転時）においては、締結装置１４Ａに設けられた圧力導入孔１４ｃより、締結装置１４Ａの内部に設けられたベローズ構造のシリンダ１４ａ内に封入された不活性ガスの圧力を上回る原子炉圧力容器２内の圧力が作用することで、シリンダ１４ａが圧縮され、締結装置１４ＡのＴバー１４ｂが上方に上昇し、上部格子板７のフランジ７ａの下部に接触することにより、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａが締結される。

なお、上述した実施例では、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａの締結について説明したが、本実施例の締結装置１４Ａは、原子炉圧力容器２内に配置されている炉心シュラウド５と炉心支持板６、炉心シュラウド５と上部格子板７の締結にも適用できる。

また、本実施例の締結装置１４Ａのシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａへの固定は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すカップリング機構による固定に限定されないことは言うまでもなく、溶接又はボルト締結等のあらゆる固定方法が可能である。

また、本実施例の締結装置１４Ａのシリンダ１４ａ内に封入されるものは、不活性ガスに限定されないことは言うまでもない。

このように、本実施例の締結装置１４Ａは、ボルトの締付け及び緩め作業を無くし、シリンダ１４ａ内に封入されている不活性ガスを原子炉運転時の圧力により圧縮することで、シュラウドヘッド１１を含む炉内構造物の締付けを可能とする装置である。つまり、本実施例の締結装置１４Ａは、被曝環境下での締付け又は緩め作業を無くすことで、被曝環境下での作業時間を短縮すると共に、締結装置１４Ａを構成する部材の熱膨張差による締付け力を得る構造よりも長時間締付け力を維持することができる。

従って、本実施例によれば、シュラウドヘッド１１等の炉内構造物の締結を、被曝環境下でボルト等を用いないで短時間で行うことができ、しかも、部材の熱膨張差による締付け力を得る構造よりも長時間締付け力を維持することができる。

次に、本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例２について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて説明する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施例の炉内締結装置１４Ｂは、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａにカップリング構造（図２（ａ）のＢ部と同じ）で取り付けられ、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａ側の下部に圧力導入孔１４ｃが形成されていると共に、この圧力導入孔１４ｃより上方に、装置据付時（原子炉停止時）には原子炉圧力容器２内の圧力より高い不活性ガスが内部に封入される底面が曲面の断面Ｕ字状の容器１４ｄと、この容器１４ｄ内にガス空間１４ｉを形成し、容器１４ｄの下部で圧力導入孔１４ｃより上方の内周側に形成された突起部１４ｄ１で移動が規制される封止部材１４ｊと、この封止部材１４ｊに一端が接続され、その一端から延びる部材１４ｂ１がシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａに形成された貫通孔１４ｌを貫通し、その貫通した部材１４ｂ１の先端（頭部）が貫通孔１４ｌの径より大きく封止部材１４ｊと共に移動するＴバー１４ｂとから構成され、封止部材１４ｊの外周部には、ガス空間１４ｉ内に封入された不活性ガスを密閉するＯリング１４ｅが設置されている。

そして、装置据付時（原子炉停止時）には、ガス空間１４ｉには原子炉圧力容器２内の圧力よりも高い不活性ガスが直接封入されており、Ｔバー１４ｂの頭部が上部格子板７のフランジ７ａの下面に接触することなく取り付けられ、一方、装置運転時（原子炉運転時）には、ガス空間１４ｉ内に封入された不活性ガスの圧力を上回る原子炉圧力容器２内の圧力が圧力導入孔１４ｃより容器１４ｄ内に導入されることで、封止部材１４ｊと共にＴバー１４ｂが上方に上昇し、上部格子板７のフランジ７ａの下部にＴバー１４ｂの頭部が接触することにより、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａが締結される
即ち、本実施例の締結装置１４Ｂは、実施例１の締結装置１４Ａと比べ、締結装置１４Ｂ内にベローズ構造のシリンダ１４ａを設けることなく、容器１４ｄ内に直接不活性ガスを封入し、Ｔバー１４ｂの上部にＯリング１４ｅを設けることで、不活性ガスを密閉する構造としたものである。

このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の原子炉に採用される炉内締結装置の実施例３について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す本実施例の炉内締結装置１４Ｃは、実施例１の締結装置１４Ａを改良したものである。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施例の炉内締結装置１４Ｃは、実施例１の締結装置１４Ａの構成に加え、Ｔバー１４ｂに、装置運転時（原子炉運転時）にＴバー１４ｂに締付け力を付与し、装置据付時（原子炉停止時）に初期締付け力を付与するばね１４ｆを設置したものである。

上記したばね１４ｆは、シリンダ１４ａの端板１４ａ２とシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａ間に配置されている。

また、断面Ｕ字状の容器１４ｄの底面には、この底面を貫通する上部孔１４ｇが形成されており、装置据付時（原子炉停止時）に上部孔１４ｇからロッド１４ｈを挿入してシリンダ１４ａの端板１４ａ１を押し下げ、シリンダ１４ａを介してばね１４ｆを押圧することでシュラウドヘッド１１のフランジ１１ａに設置され、ロッド１１ｈを介した押圧を開放することで、初期締付け力を付与している。

即ち、本実施例の締結装置１４Ｃは、図４（ａ）に示すように、ばね１４ｆが、シリンダ１４ａと容器１４ｄの圧力導入孔１４ｃより上方の内周側に形成された突起部１４ｄ１間に配置されて構成され、このばね１４ｆのばね力により、実施例１の締結装置１４Ａに比べ装置運転時（原子炉運転時）の締付け力が向上すると共に、据付時（原子炉停止時）に初期締付け力を与えるようにしている。

また、本実施例の締結装置１４Ｃは、据付時（原子炉停止時）に容器１４ｄの上部孔１４ｇより、ロッド１４ｈを用いてシリンダ１４ａを介してばね１４ｆを押し下げることで、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａに設置し、シュラウドヘッド１１のフランジ１１ａと上部格子板７のフランジ７ａに据付時より締付け力を与えることができる。

このような本実施例の構成とすることにより、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、ばね力が加わり装置運転時（原子炉運転時）の締付け力が更に向上すると共に、据付時（原子炉停止時）に初期締付け力を与えることができる。

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る。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易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…炉心、４…燃料集合体、５…炉心シュラウド、６…炉心支持板、７…上部格子板、７ａ…上部格子板のフランジ、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、１１ａ…シュラウドヘッドのフランジ、１２…気水分離器、１３…蒸気乾燥器、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…締結装置、１４ａ…シリンダ、１４ａ１、１４ａ２…端板、１４ｂ…Ｔバー、１４ｂ１…部材、１４ｃ…圧力導入孔、１４ｄ…容器、１４ｄ１…突起部、１４ｅ…Ｏリング、１４ｆ…ばね、１４ｇ…上部孔、１４ｈ…ロッド、１４ｉ…ガス空間、１４ｊ…封止部材、１４ｌ…貫通孔。

Claims (10)

1. 原子炉圧力容器の内部に設置されている２つの炉内構造物を、原子炉運転時に増大する前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結することを特徴とし、
   前記２つの炉内構造物は、各々にフランジを有し、前記原子炉運転時には前記フランジ同士が前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結されるものであり、
   一方の前記フランジに固定された容器と、
   前記容器内に移動可能に配置され、該容器の一部を密閉する密閉部材と、
   前記密閉部材より前記フランジ側に設けられた圧力導入孔と、
   前記密閉部材に一端が接続され、その一端から延びる部材が各々の前記フランジに形成された貫通孔を貫通し、その貫通した前記部材の先端（頭部）が前記貫通孔の径より大きいＴバーと、から成ることを特徴とする炉内締結装置。
2. 請求項１に記載の炉内締結装置であって、
   前記容器は、底面が平面な断面がＵ字状で、かつ、前記密閉部材と前記圧力導入孔との間の位置の内周側に突起部を有する容器であり、
   前記密閉部材は、前記容器内に移動可能に配置されていると共に、一端が前記容器の底面に位置し、他端が前記突起部で移動が規制され、原子炉停止時には前記原子炉圧力容器内の圧力より高いガスが内部に封入されているシリンダ及び該シリンダの両端部を封止する端板であることを特徴とする炉内締結装置。
3. 請求項２に記載の炉内締結装置であって、
   前記Ｔバーには、装置運転時に前記Ｔバーに締付け力を付与し、装置据付時に初期締付 け力を付与するばねが設置されていることを特徴とする炉内締結装置。
4. 請求項３に記載の炉内締結装置であって、
   前記ばねは、前記シリンダと前記突起部間に配置されて構成されていることを特徴とする炉内締結装置。
5. 請求項４に記載の炉内締結装置であって、
   前記シリンダに一端が接続され、前記容器の底面に形成された上部孔を貫通するロッドを有することを特徴とする炉内締結装置。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の炉内締結装置であって、
   前記シリンダは、長手方向の両端部が端板で支持されているベローズ構造であることを特徴とする炉内締結装置。
7. 請求項１に記載の炉内締結装置であって、
   前記容器は、底面が曲面な断面がＵ字状で、かつ、前記密閉部材と前記圧力導入孔との間の位置の内周側に突起部を有する容器であり、
   前記密閉部材は、前記容器内に、原子炉停止時には前記原子炉圧力容器内の圧力より高いガスが封入されるガス空間を形成すると共に、前記突起部で移動が規制される封止部材及び該封止部材の外周部に設けられ、前記ガス空間内の前記ガスを密閉するＯリングであることを特徴とする炉内締結装置。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載の炉内締結装置であって、
   前記ガスは、不活性ガスであることを特徴とする炉内締結装置。
9. 原子炉圧力容器の内部に設置されている２つの炉内構造物が炉内締結装置で締結されて いる原子炉であって、
   前記炉内締結装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の炉内締結装置であることを特徴とする原子炉。
10. 原子炉圧力容器の内部に設置されている２つの炉内構造物を、原子炉運転時に増大する前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結するに当たって、
    前記２つの炉内構造物は、各々にフランジを有し、前記原子炉運転時には前記フランジ同士が前記原子炉圧力容器内の圧力を用いて締結され、
    一方の前記フランジに固定された容器と、
    前記容器内に移動可能に配置され、該容器の一部を密閉する密閉部材と、
    前記密閉部材より一方の前記フランジ側に設けられた圧力導入孔と、
    前記密閉部材に一端が接続され、その一端から延びる部材が各々の前記フランジに形成された貫通孔を貫通し、その貫通した前記部材の先端（頭部）が前記貫通孔の径より大きいＴバーと、から成る炉内締結装置により、
    前記原子炉運転時には、前記密閉部材内に封入されたガスの圧力を上回る前記原子炉圧力容器内の圧力が前記圧力導入孔より前記容器内に導入されることで、前記Ｔバーが前記密閉部材と共に上昇し、他方の前記フランジと前記Ｔバーの頭部が接触することにより、前記フランジ同士が締結されることを特徴とする炉内締結方法。

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