JPS62250394A - 加圧水型原子炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新しい設計による加圧水型原子炉装置、特に、
作用する種々の応力条件の限界及び振動の問題を考慮し
て必要とされる機械的支持機能を果たすように改良され
た圧力容器内のカランドリア集合体に係る。

周知のように、従来の加圧水型原子炉は互いにほぼ平行
に間隔を保ち、燃料棒集合体と入れ子関係に軸方向並進
穆動できるように原子炉容器内に取り付けられた制御棒
を採用している。制御棒は中性子を吸収して炉心内に中
性子束レベルを低下させる毒物と呼ばれる物質を含有す
る。連携の燃料棒集合体に対する制御棒の位置を調節す
ることによって、反応度を、従って、原子炉の出力レベ
ルを制御、調節する。典型的には、制御棒を束ねてクラ
スタを構成するために、各クラスタに属する棒をスパイ
ダに取り付け、各スパイダを連携の棒クラスタを上下さ
せる機構に連結する。

新しい設計の加圧水型原子炉には、制御棒クラスタ（Ｒ
ＣＣ）及び水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）のほかに、い
わゆる弱吸収制御棒クラスタを採用するものがあるが、
この弱吸収制御棒クラスタはその構造がＲＣＣと同じで
あることから、ここでは一括してＲＣＣと呼称する。こ
のような原子炉の設計では、合計２，８００本以上の制
御棒及び水排除棒が１８５個のクラスタに分けられ、各
クラスタと連携するスパイダに各クラスタの棒が個別に
取り付けられる。

新しい設計の典型的な加圧水型原子炉では、原子炉容器
内に下方から順次上方へそれぞれがほぼ円筒形の下槽集
合体、内槽集合体、及びカランドリア、及び上部を閉鎖
するドームを設ける。下槽集合体はその内部に軸平行関
係に複数の燃料集合体が配設され、それぞれの両端が下
部及び上部炉心板で支持され、上部炉心板は内槽集合体
の円筒形側壁の底縁に溶接されている。内槽集合体内に
は、その断面積のほぼ全域にわたって狭い間隔で多数の
棒案内管が配列されている。棒案内管には第１タイプと
第２タイプがあり、前者は原子炉制御棒クラスタ（ＲＣ
Ｃ）を、後者は水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）を収容し
ている。それぞれに連携の案内管内に入れ予成に収容さ
れるこれらのクラスタはそれぞれと連携する燃料棒集合
体と整列する。

新設計加圧水型原子炉の主な目的の１つは燃料利用効率
を高めて総燃料コストを軽減することにある。この目的
に沿って、水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）は機械的減速
材制御手段として作用し、新しい燃料サイクルの開始に
際してすべてのＷＤＲＣが完全挿入されて燃料棒集合体
、従って炉心内に来る。多くの場合、燃料サイクルは約
１８カ月であり、１８力月が経過したら燃料を交換しな
ければならない。燃料サイクルの進行により過剰反応度
レベルが低下するに従って、ＷＤＲＣをグループごとに
少しづつ炉心から引抜き、たとえ燃料棒集合体の反応度
レベルが経時的な消失で低下しつつあっても原子炉が同
じ反応度レベルを維持できるようにする。他方、制御棒
クラスタを連携の燃料棒集合体に対して軸方向並進、即
ち、入れ子関係に移動させることにより、例えば負荷需
要に応じて、公知の原子炉制御操作と同様に原子炉の反
応度を、従って出力レベルを連続的に制御する。ＷＤＲ
Ｃは原子炉のスペクトルシフト制御を行うための機械的
手段として作用し、これを組込んだ原子炉は１９８３年
４月２９日付米国出願「原子炉」に開示されている。

このような新型原子炉の重要な設計条件のひとつは、原
子炉の炉内構造物を通過する炉心排出流が発生させ易い
炉内構造物の振動を極力少なくすることである。この条
件を満たすための重要な要因は内槽集合体の全長にわた
って炉心排出流を軸方向に、従って、棒クラスタ及び連
携の棒案内管と軸平行関係に維持することにある。軸方
向の流れを維持することの意義は棒クラスタに横流が作
用する可能性を極力少なくすることにあり、このことは
棒の数が多いことと、摩耗を発生させ易いＷＤＲＣの材
料に鑑み特に重要な課題である。この課題を解決するた
め、容器の長さを充分大きく設定して棒が容器の出口ノ
ズルよりも下方に位置するようにし、軸方向の流れだけ
を棒に作用させる。その場合に、カランドリアを内槽集
合体よりも上方、従って、棒のレベルよりも上方に配置
する。カランドリアは軸方向の炉心排出流を受けて、こ
れを容器の半径方向出口ノズルから排出されるように半
径方向へ９０度方向転換させる。従って、カランドリア
は冷却材が軸方向から半径方向へ、方向転換する際に発
生する横流に耐えねばならず、かつ容器の上部炉内構造
物に対するシールディング及び流れ配分の機能を果たさ
ねばならない。

カランドリアはカランドリア底板及びカランドリア上板
を含み、カランドリア底板及び上板に棒案内管の上下端
をそれぞれ固定する。カランドリア内には、その底板及
び上板に形成した整列孔間に、棒案内管とそれぞれ整列
させて複数のカランドリア管を軸平行関係に取り付ける
。カランドリア上板及び底板にはカランドリア管と連携
する孔からずれた位置に複数のフローホールを形成して
あり、炉心排出流が内槽集合体の上向き通路から流出す
る際にこれらのフローホールを通過する。炉心排出流ま
たはその大部分は軸方向から半径方向に向きを変えて、
カランドリアと流体流通関係にある半径方向外向きの出
口ノズルへ流れる。

カランドリア管は同じく軸平行整列関係にドーム内の所
定の高さまで延びる対応のフローシュラウドと接続され
、前記フローシュラウドは対応のヘッド延長部と整列し
、かつ近接する。ヘッド延長部はドームの構造壁を貫通
し、ドームの外部でその真上に位置するそれぞれの自由
端に、上述した対応の調節機構が取り付けである。この
調節機構は連携のベッド延長部、フローシュラウド、及
びカランドリア管を貫通して、ＲＣＣＣＣツクラスタＷ
ＤＲＣ棒クラスタが取り付けられている連携のスパイダ
に連結される対応の駆動棒を含み、内槽集合体内での前
記棒の高さ位置、即ち、棒を内槽集合体へ下降させて燃
料棒集合体と連携させることにより炉心内の反応度を制
御する際の内槽集合体への下降位置を調節する機能を果
たす。

すでに述べたように、カランドリアは駆動棒をシールド
するという重要な機能を果たすと共に、上部炉内構造物
への流れを配分する機能をも有する。半径方向流、即ち
横流の速度は１０ａ＋／ｓｅｃ程度であるから、カラン
ドリアは頑丈で、横流によって加えられる振動負荷に耐
えなければならない、また、容器はヘッド集合体及び容
器のドームに取り付けた調節機構を冷却するため、ヘッ
ド領域へ直接冷却材が流入できる流路を有する一方、ヘ
ッド冷却材をヘッド領域から排出して炉心排出流と合流
させ出口ノズルを介して容器から排出するための降水流
路をも含む。ヘッド領域は低温冷却材のタンクとしても
作用し、この冷却材はＬＯＣＡ　（冷却材流失事故）の
際に降水流路を通過し、下部炉内構造物に流入して炉心
を冷却する。即ち、カランドリアは高温の炉心排出流と
ヘッド領域の低温冷却材との界面にあるため両者間の著
しい温度差の影響を受け、その結果生じる熱応力の大き
さを制限するため、可撓性でなければならない。

本発明の主要目的は緊急時にヘッド領域の冷却材が緊急
冷却のため冷却材を必要とする炉心へ流入できるように
することである。

この目的に鑑み、本発明は、容器と、容器内に支持され
た炉心と、容器内を上下動可能なように支持され、炉心
上方のプレナムに配列された垂直制御棒案内手段によっ
て案内される制御棒と、制御棒を炉心内へ挿入し、また
炉心から引抜くため制御棒に連結した駆動棒を含み、容
器に設けた少なくとも１つの入口ノズルを介して流入し
た冷却材が炉心を上向きに流れたのち案内手段を通過し
容器の側壁に設けた出口ノズルから流出し、複数の制御
棒を支持するスパイダが炉心との間の空間内を移動でき
るように炉心上方の炉心から充分距離を隔てたところで
容器内を横断するよう装着されたカランドリアを含み、
カランドリアが上部支持板と下部支持板の間に取り付け
られて駆動棒を収容する複数のカランドリア管を含み、
下部支持板が炉心からの冷却材が軸方向上方へ流れるの
を可能にする孔あき構造であり、カランドリアに流入す
る冷却材が駆動棒に衝突することなく管の外面に沿って
横方向に流れ出口ノズルを通って流れ出ることができる
ようにカランドリアに半径方向の開口が形成され、さら
に、上部支持板の上方で駆動棒を囲みカランドリア管と
連結する第１の連結管を含む加圧水型原子炉であって、
第１の連結管の少なくともいくつかが上部支持板の直ぐ
上方でそれぞれの壁に形成されたフローホールを有する
ことと、収容している駆動棒をフローホールを介して噴
射する液状の冷却材から遮蔽すべく対応の駆動棒を囲む
ように第１連結管の内部にこれと同軸にほぼ円筒形の転
流手段を設けたことを特徴とする原子炉を提案する。

また、本発明ではカランドリア管とカランドリア上板及
び底板を溶接することにより、同じ目的に機械的連結手
段を深川した場合に流れによって発生する振動でゆるみ
が生じる可能性を解消すると共に、機械的連結に必要と
なるスペースよりも狭いスペースで済むという利点をも
提供する。こうして得られた構造は極めて頑丈であり、
カランドリアの支持条件に合致するが、材料の構造及び
幾何学的形状の多様性、特に、カランドリア管や円筒形
連結部材、即ちスカートなどによってカランドリア上板
及び底板間に形成されるリダンダント（冗長）構造のた
め、これらの構造部分が受ける温度を考慮すれば著しい
熱応力が発生するおそれがある。また、カランドリア上
板は比較的厚く丈夫であるがこれに作用する温度差また
は温度勾配により湾曲する可能性があり、円筒形連結部
材またはスカートも極めて強固であるがカランドリア上
板よりも薄いから、異なる温度応答を示す。従って、カ
ランドリア集合体に発生するおそれのある熱応力の解放
またはそのレベル制限のための厳しい条件が課せられる
。

本発明ではカランドリア底板の軸方向の剛性をその厚さ
及びこれに形成するフローホールのパターンを適当に選
択すると共に板とカランドリア管との間を可撓性の溶接
ジヨイントで連結することによって制御し、これによっ
て熱応力を解放しそれが大きくならないように制限する
。具体的にはカランドリア底板の厚さを約４ｃｍに設定
し、カランドリア管と連携する各取り付け孔を中心にフ
ローホールのパターンがほぼ対称的に形成されるように
設定する。さらに、ここに述べる実施例では喘ぐすされ
た環状の「５字形」溶接界面によってカランドリア管と
カランドリア底板の間に可撓溶接ジヨイントを形成する
。これらの構成要件が相俟って、熱応力を解放する一方
、必要な構造支持を与えかつ振動に耐え得る充分な剛度
を達成する。

すでに述べたように、もし駆動棒に直接接触すれば、駆
動棒が長い距離にわたって支持されていないためこれに
許容限度を越えるレベルの振動を発生させるおそれのあ
るヘッド領域の冷却材の流れに駆動棒を直接露出しない
ようにするため、ヘッド集合体にフローシュラウドを設
ける。ただし、駆動棒を囲む単純な円筒部材とした場合
、フローシュラウドはＬＯＣＡの際に炉心冷却を行うヘ
ッド集合体内の冷却材の大部分が流下するのを妨げるこ
とになる。即ち、ブローダウンの際のヘッド領域から炉
心への冷却材の流路は駆動棒の外面と対応カランドリア
管の内面との間に画定される内側環状路を通る。従って
、ヘッド領域の冷却材がフローシュラウド頂部から排水
されると、残りの冷却材はカランドリア上板よりも上方
のヘッド領域内にトラップされ、もはやフローシュラウ
ドとカランドリア管の間の環状路を通って炉心へ流下す
ることはできなくなる。

この問題を解決すべく、本発明ではフローシュラウドの
基部でカランドリア上板の頂面上方にフローホールを形
成すると共に、各フローシュラウド内にこれと同軸に転
流手段を配設して、フローホールの近傍で駆動棒を囲み
、それをシールドするようにする。このフローホールに
よってヘッド領域の冷却材をブローダウンの際残らず排
水することができ、しかも転流手段はヘッド領域の冷却
材がフローホールを通過する際にその噴流が駆動棒に作
用するのを防止する。もし噴流が駆動棒に作用すれば、
駆動棒の横揺れを、従って、その摩耗を増大させるとい
う由々しい状態が発生する。転流手段にはさらに、駆動
棒と近接し、かつフローホール上方に位置する内側部分
に、ブローダウン時蒸気の噴流が冷却材のフローホール
通過を妨げないようにするための流量制限手段を設ける
。フローシュラクトの頂部からフローホールに至る流路
に流量制限措置が講じられていなければ、ブローダウン
の際ヘッド領域内の液位がフローシュラウドの頂部に達
すると上記したように冷却材の通過が妨げられるおそれ
がある。具体的には流れ制限手段が充分な流れ抵抗を発
生させるから、ヘッド領域の冷却材はフローシュラウド
の頂部に流入する蒸気によって閉塞されることなくフロ
ーシェラウド基部のフローホールへ連続的に流入するこ
とができる。従って、カランドリア、これと連携するフ
ロシュラウド及びフローホール／転流構造はヘッド領域
から棒案内管頂部に至る全域にわたって駆動棒を冷却材
の横流から完全にシールドする一方、ブローダウンに際
して、必要な冷却材を流失させることなく炉心へ流入さ
せる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１Ａ図及び１８図から成る複合図（以下、第１図と総
称）はドーム形頂部またはヘッド集合体１２ａ、円筒形
側壁１２ｂ及び原子炉１０の基部を構成する閉じた底部
１２ｃを有する圧力容器１２を含む加圧水型原子炉１０
を一部断面で示す立面図である。側壁１２ｂには、その
上部環状端面１２ｄに複数の入口ノズル１１′ＥＬび出
口ノズル１３（第１図にそれぞれ１個だけ示す）を形成
しである。

円筒形側壁１２ｂは溶接などで閉じた底部１２Ｃと一体
的に接合してもよいが、ヘッド集合体１２ａは着脱自在
に側壁１２ｂの上部環状端面１２ｄに嵌着し、固定する
。側壁１２、ｂには後述する種々の炉内構造物を支持す
るためのほぼ環状の内側棚部１２ｅが形成しである。閉
じた底部１２ｃ内には図面に略示するようにいわゆる底
部計装手段１４が設けられている。

下槽集合体１６は略示したように取り付け支持部材１８
ｂに嵌着された下部炉心板１８に下端を固定したほぼ円
筒形の側壁１７を含む。円筒形側壁１７は容器１２のほ
ぼ全軸直に相当する高さを有し、その上端に環状取り付
けリング１７ａを含み、該リング１７ａはその上端が取
り付け用環状棚部１２ｅに嵌着されて下槽集合体１６を
容器１２内に支持する。詳しくは後述するように、側壁
１７は入口ノズル１１の近傍では無孔であるが、出口ノ
ズル１３に近くこれと整列して内部にノズルリング１７
ｃが取り付けられた孔１７ｂを有する０円筒形側壁１フ
の軸直の約１／２の位置において該側壁１７の内面に固
定された取り付け用支持部材１３ｄによって上部炉心板
１９を支持する。下部炉心板１８に装着した膨部マウン
ト２２及び上部炉心板１９に装着され、これを貫通して
いるピン状マウント２３によって下槽集合体１６内にほ
ぼ垂直にかつ軸平行関係に燃料棒集合体２０を配置する
。上部及び下部炉心板１Ｂ、１９のほぼ全域にわたって
フローホール１８ａ、１９ａ　（図面には２個だけを示
した）を所定のパターンで設ける。フローホール１８ｍ
は原子炉冷却材が下槽集合体１６へ流入して炉心を画定
する燃料棒集合体と熱交換関係になることを可能にし、
フローホール１９ａは炉心排出流が内槽集合体２４へ流
入することを可能にする。円筒形側壁１７の内側に公知
の態様で中性子反射／遮蔽手段２１を設ける。

内槽集合体２４はその下縁端が上部炉心板１９に一体的
に接合された円筒形側壁２６を含む。側壁２６の上部開
口端に環状取り付けリング２６ａを固定してあり、この
リング２６ａを環状保持ばね２７上に載置し、取り付け
リング１７ａと共に取り付け用棚部１２ｅで支持する。

側壁２６は孔１７ｂ及び出口ノズル１３と整列する孔２
６ｂをも含む。内槽集合体２４の円筒形側壁２６内に、
複数の棒案内管が狭い間隔で互いに軸平行関係に配列さ
れている。図示を簡略化するため、第１図にはそのうち
の２本、即ち、放射線制御棒（ＲＣＣ）クラスタ３０を
収容する棒案内管２８及び水排除棒（ＷＤＲＣ）クラス
タ３４を収容する棒案内管３２だけを示しである。各Ｒ
ＣＣクラスタ３０及び各ＷＤＲＣクラスタ３４の棒はそ
れぞれに対応のスパイダ１００．１２０に取り付けであ
る。棒案内管２８の上下端にそれぞれ取り付け手段３６
．３７を、同様に、棒案内管３２の上下端にそれぞれ取
り付け手段３８．３９を設け、下端取り付け手段３７．
３９によって対応の棒案内管２８．３２を上部炉心板１
９に取り付け、上端取り付け手段３６．３８によって対
応の棒案内管２８．３２をカランドリア集合体５Ｏ１具
体的にはカランドリア底板５２にそれぞれ取り付ける。

詳しくは第３図に図示し、語口に関連して後述するカラ
ンドリア集合体５０はカランドリア底板５２のほかに、
カランドリア集合体５０の主要支持板として機能し、か
つフランジ２６ａに載置された環状フランジ５０ａに接
合されてカランドリア集合体５０を取り付け用棚部１２
ａ上に支持するカランドリア上板５４を含む。カランド
リア上板５４及び底板５２の孔と整列させて複数の軸平
行カランドリア管５６．５７を配置し、その両端を前記
カランドリア上板及び底板に取り付ける。

具体的にはカランドリア延長部５８．５９がカランドリ
ア底板５２の対応孔を貫通してそのカランドリア底板に
固定され、対応のカランドリア管５６．５７がそれぞれ
延長部５８．５９に固定される。同様に、カランドリア
管５６．５７の上端はカランドリア上板５４に連結され
る。カランドリア管５６．５フの具体的な連結態様は本
発明にとって重要であり、第３図及び第４図乃至第７図
を参照しれこれを説明する。

図示の各カランドリア延長部５８．５９の具体的な構成
について、カランドリア延長部５８だけがカランドリア
底板５２から下方へ突出し、ＲＣＣＣ実棒管２８の上端
または頂　　　　′部のための対応取り付け手段３６と
連結している。ＷＤＲＣ棒案内管３２と連携の上下取り
付け手段３８は可撓リンケージを介してＲＣＣＣ実棒管
２８の取り付け手段３６と連結することができる。これ
に代わる方式として、ＷＤＲＣ棒案内管３２をカランド
リア底板５２と独立に連結し、カランドリア延長部５９
も延長部５８と同様に底板５２から下方へ突出させてＷ
ＤＲＣ取り付け手段３８と係合させ、これを側方から支
持させてもよい。

以下余白 カランドリア上板５４よりも上方へ、即ち、容器１２の
ヘッド集合体１２ａ内へ、複数のカランドリア管５６．
５７とそれぞれ整列し、かつこれと連結された複数のフ
ローシュラウド６０．６１が延びている。これと同数の
ヘッド延長部６２．６３が複数のフローシュラウド６０
，６１と整列するが、それぞれの下端６２ａ、６３ａは
組立て作業を容易にするため、即ち、ヘッド集合体１２
ａをこれと係合する容器側壁１２ｂの環状端面１２ｄへ
降下させる際駆動棒（第１図に示さない）をヘッド延長
部６２．６３内へ案内するためフレアさせるか鐘形に形
成しである。フレア端６２ａ、６３ａには完全に組立て
た状態で、第１図に示すように、フローシュラウド６０
．６１の対応上端６０ａ、６１ａが嵌入する。ヘッド延
長部６２．６３はヘッド集合体１２ａの頂壁部分を密封
関係に貫通する。制御棒クラスタ（ＲＣＣ）駆動機構６
４及び水排除棒クラスタ（ＷＤＲＣ）駆動機構６６をそ
れぞれ対応のヘッド延長部６２．６３、フローシュラウ
ド６０．６１及びカランドリア管５６．５７と連携させ
、前記延長部、フローシェラウド及びカランドリア管を
放射線制御棒クラスタ３０及び水排除棒クラスタ３４と
連携させる。ＲＣＣ駆動機構（ＣＲＤＭ）６４は従来型
の原子炉容器に使用されているような公知のタイプのも
のでもよい。

ＣＲＤＭ６４及びＤＲＤＭ６６と連携するそれぞれの駆
動棒は、各ＣＲＤＭ６４及びＤＲＤＭ６６から放射線制
御棒クラスタ（ＲＣＣ）３０及び水排除棒クラスタ（Ｗ
ＤＲＣ）３４に至る細長い剛性の棒と構造的にも機能的
にも等価であり、それぞれの下端がスパイダ１００．１
２０に連結されている。従って、ＣｆｔＤＭ６４及びＤ
ＲＤＭ６６は対応の駆動棒を介してＲＣＣ３０及びＷＤ
ＲＣ３４の垂直位置を制御する。即ち、上部炉心板１９
に設けた対応の孔（図示しない）を通してＲＣＣ３０及
びＷＤＲＣ３４を降下及び／または上昇させ、降下位置
では連携の燃料集合体２０を包囲する。

尚、下槽集合体１６の内高Ｄ１は約４．５ｍ（１７８イ
ンチ）、燃料棒集合体２０の有効長Ｄ２は約４ｍである
。内側軸直Ｄ３は約４．４７ｍ（１７６インチ）、棒ク
ラスタ３４．４０の移動範囲Ｄ４は約４．５ｍである。

対応するＣＲＤＭ及びＤＲＤＭ駆動棒の移動範囲も約４
．５ｍである。

具体的な制御機能は本発明にとって重要ではないが、炉
心内での反応の制御が各棒クラスタ３０．３４を選択的
に位置決めすることによって行われる限り、制御棒クラ
スタ３０を炉心に挿入したり引き抜いたりする程度と、
水排除棒クラスタ３４を選択的に位置決めして行う排水
の実効量とで反応の減速または制御が達成されることは
当業者にとって明白であろう、原子炉からの出力を所期
のレベルに設定するには、ＷＤＲＣ３４よりもＲＣＣ３
０の調節が頻繁に行われる。逆に、ＷＤＲＣ３４は各燃
料サイクルの開始時に先ず下槽集合体１６へ完全に降下
または挿入される。次いで（第１図には示さないが）連
携の１！Ｉ動棒及びＤＲＤＭ６６によりＷＤＲＣ３２を
、過剰反応度が燃料サイクルの経過と共に低下するに従
りて選択的に引き上げる。多くの場合、この操作は、４
つのＷＤＲＣ３４から成るグループを同時に燃料棒集合
体２０と連携する完全挿入位置から対応のＷＤＲＣ案内
管３２内の、従って内槽集合体２４内の完全上昇位置へ
連続的かつ制御下で引き抜いて行われる。典型的には、
約１８カ月の燃料サイクルの約６０％乃至７０％にわた
ってＷＤＲＣ３４はすべて燃料棒集合体２０内に完全挿
入状態のままである０次いで、過剰反応度が低下するに
従って、ＷＤＲＣ群を選択的にかつ順次完全引き抜き位
置へ移動させることにより、調節可能なＲＣＣ３０の制
御下に所期の出力レベルを維持するのに必要な公称反応
度レベルを維持する。

容器１０内を流動する原子炉冷却材または冷却水は第１
図にそのうちの１個を示した複′　数の入口ノズル１１
から、容器１２の円筒形側壁１２ｂの内面によって画定
されるほぼ円筒形の外面と下槽集合体１６の円筒形側壁
１７によフて画定されるほぼ円筒形の内面との間の環状
チェンバ１５を通って降下する０次いで流れ方向が反転
し、軸方向に下部炉心板１８のフローホール１８ａを上
向きに通過して下槽集合体１６に流入し、上部炉心板１
９の複数のフローホール１９ａから内槽集合体２４に流
入し、軸平行流のまま内槽集合体２４内を流れ、最後に
カランドリア底板５２のフローホール５２ａから上向き
にカランドリアへ流入する。従フて下槽集合体１６内で
も内槽集合体２４内でも軸平行の流れ状態が維持される
。カランドリア５０内で、流れはほぼ９０度方向変換し
て（第１図にそのうちの１個を示した）複数の出口ノズ
ル１３から半径方向に流れ出る。冷却材の流れは棚部１
２ｅに載置された取り付けフランジの周縁バイパス通路
を通ってヘッド集合体１２ａの内部へも流入する。具体
的には、フランジ１７ａに、共通の半径距離を保ちなが
ら周方向に間隔を隔てて形成した複数の孔１フ０が環状
チェンバ１５からばね２７と容器１２の側壁内面との間
の環状空間１７２に至る軸方向流路を提供する。また、
複数の整列孔１７４．１７６がフランジ２６ａ、５０ａ
を貫通し、孔１７４は環状空間１７２からヘッド集合体
１２ａの内部に至る流路を完成するように傾斜させであ
る。冷却材の流れはヘッド領域から、後述するようにい
くつかのフローシュラウド６０．６１Ｅｔびカランドリ
ア管５６．５　７の内側に画定される環状降水流路を通
り、カランドリア底板５２の直ぐ下方の内槽集合体２４
の頂部領域へ流れ出て炉心排出流と合流し、カランドリ
ア５０を通過し、出口ノズル１３から流出する。

ヘッド領域の冷却材の流れはヘッド集合体１２ａをこの
集合体に設けられている設備、例えばＣＨＤＭ６４によ
って必要な、容器１２の他の部分よりも充分に低い温度
に維持する。後述するように、ヘッド領域は冷却材タン
クを兼ね、冷却材流失事故（ＬＯＣＡ）の際に、冷却材
がこのタンクから降水通路を通っていわゆるブローダウ
ン動作により急速に流下し、燃料棒集合体２０の炉心を
冷却することができる。

ヘッド領域内での循環水または原子炉冷却材の圧力は普
通約１６０ｋｇ／ｃｍ”程度であり、上記引用特許に詳
細に開示されているようにＤＲＤＭ駆動棒を完全挿入位
置から完全引き抜き位置または上昇位置へ上昇させるた
めのエネルギー源、即ち、ＤＲＤＭ８６に対する流体圧
となる。尚、下槽集合体１６及び上槽集合体２０．特に
燃料棒集合体２０を冷却材が通過するのに伴って圧力が
降下するから、炉心排出流の圧力は比較的低い。

第２図は第１図におけるＲＣＣ及びＷＤＲＣ棒案内前案
内管２８の取り付け手段３６．３８と底板５２との中間
位置においてカランドリア底板５２を略示する断面図で
ある。また、第２図は拡大図であり、内槽集合体２４内
に間隔を詰めて配列された複数の制御棒及び水排除棒ク
ラスタ３０，３４の配列を示すため、カランドリア５０
の内部構造の四分円だけを示している０円で囲んだｒ（
）Ｊは対応のＷＤＲＣクラスタ３４と連携する対応のＤ
ＲＤＭ駆動棒を挿入するためカランドリア底板５２に形
成した孔であり、同様に円で囲んだ「Ｃ」は対応のＲＣ
Ｃクラスタ３０と連携する対応のＣＲＤＭ駆動棒を挿入
するためカランドリア底板５２に形成した孔である。こ
れらの孔Ｃ及びＤは対応のＲＣＣ及びＷＤＲ０１カラン
ドリア管５６．５７、及び対応のシュラウド６０，６１
及びこれらに収容されている駆動棒と共に降水流路を画
定する。また、第２図に示すカランドリア底板５２上の
円５２ａは第１図に示す孔５２ａに対応し、内槽集合体
２４からカランドリア集合体５０への原子炉冷却材排出
流が通過する。

要素７４はボルト７６によって１対づつ反対向きにカラ
ンドリア底板５２に取り付けた板ばねであり、互い違い
の直交パターンでＲＣＣ連携の孔「Ｃ」の直径とほぼ整
列関係にある。ばね７４の自由端は下向きに、隣接孔「
Ｃ」のＲＣＣ取り付け手段３６の頂面と当接することに
より、取り付け手段３６の、従って、連携の棒案内管２
８の横方向変位に抗する摩擦力を発生させる一方、棒案
内管の軸方向位置の設定にある程度の柔軟性を持たせる
。ばね７４の使用はＲＣＣ棒案内管構造取り付け手段と
して好ましい一例であるが、上記同時出願”ＦＬＥＸＩ
ＢＬＥ　ＲＯＤ　ＧＵＩＤＥ　５ＵＰＰＯＲＴＳＴＲｕ
ＣＴＩＪＲＥ　ＦＯＲＩＮＮＥＲＢＡＲＲＥＬ　ＡＳＳ
ＥＭＢＬＹ　０ＦＰＲＥＳＳＵＲＩＺＥＤ　ＷＡＴＥＲ
ＲＥＡＣＴＯＲ（加圧水型原子炉の内槽集合体のための
棒案内管弾性支持機構）”に記載されているように、他
の取り付け手段を使用してもよく、従って上記構造は本
発明を限定するものではなく、あくまでもその−例に過
ぎない。

第２図は第１図に示した複数の入口及び出口ノズル１１
．１３の相対位置を示し、第２図に平面図で示す容器の
四分円を図示の９０度軸線を中心に鏡像関係に反転させ
、ざらに０”／１８０”軸線を中心に反転させれば容器
１２の完全形状（３６０”）が得られる。

従って、合計４個の入口ノズル１１が存在し、そのうち
２個は９０°及び２７０°位置をそれぞれ中心として等
間隔に配置されている。または出口ノズル１３も合計４
個あり、そのうち２個は０′及び１８０°位置をそれぞ
れ中心として等間隔に配置されている。第１及び第２図
を比較すれば明らかなように、ＲＣＣクラスタ及びＷＤ
ＲＣクラスタは内槽集合体２４のほぼ全断面積にわたっ
て間隔の詰まった、互いに入り組んだ配列体として配置
されている。ＲＣＣ及びＷＤＲＣ棒クラスタ３０．３４
は、対応の駆動棒を介して後述のＣＲＤＭ６４及びＤＲ
ＤＭ６８と連結する第１図に示した対応のスパイダ１０
０．１２０によって支持される。

第３図は、カランドリア管５６．５フとそれぞれ連携す
るシュラウド６０．６１を含むカランドリア５０を容器
１２から取り外した状態で示す一部断面拡大立面図であ
る。延長部５８．５９を介してカランドリア管５６．５
７の下端とカランドリア底板５２との連結を第４ＢＬび
５図に、カランドリア管５６．５７の上端と連携のシュ
ラウド６０．６１の下端及びカランドリア上板５４との
連結を第６及び７図にそれぞれ詳細に示した。第４乃至
７図はいずれも第３図のような垂直断面図であるが、第
３図よりも拡大されている。第３乃至７図に沿って以下
に説明する。

第３図から明らかなように、カランドリア集合体はフラ
ンジ５０ａ、上下周縁部をフランジ５０ａ及びカランド
リア上板５４にそれぞれ溶接した円筒形上部連結部材１
５２、及び上下端縁をカランドリア上板５４及び底板５
２にそれぞれ溶接した円筒形下部連結部材またはスカー
ト１５４より成る複合構造のほぼ円筒形フランジ付外１
１５０を含む。円筒形下部連結部材またはスカート１５
４はカランドリア底板５２の孔５２ａを通ってカランド
リア５２内に流入した軸方向炉心排出流が９０°方向転
換してカランドリア５０から孔１５４ａを通って半径方
向に出口ノズル１３゛へ流出できるように各出口ノズル
１３と整列する孔１５４ａを含む。

特に第４及び５図から明らかなように、カランドリア管
５６．５７の延長部５８．５９はカランドリア底板５２
に形成した対応の取り付け孔１５８．１５９に挿入され
、前記取り付け孔１５８．１５９は対応の延長部５８．
５９の周囲を囲む「５字形」断面環状路１５８ａ、１５
９ａを画定するように喘ぐすされている。Ｊ字形環状路
１５１３ａ、１５９ａとこれに隣接する各延長部５８．
５９の周面との界面に全厚溶は込み溶接部ｔｓａｂ。

１５９ｂを形成して両者間に可撓性環状溶接ジヨイント
を形成する０次いで各カランドリア管５６．５７の下端
を対応の延長部５８．５９の傾斜した上端面５８ａ、５
９ａに突き合わせ溶接する。このようにして延長部５８
．５９は環状路１５８ａ、１５９ａ及び可撓性環状溶接
ジヨイント１５８ｂ、１５９ｂと共にカランドリア管５
６．５７の下端とカランドリア底板５２との間に弾性連
結手段を形成する。

すでに述べたように、ＷＤＲＣ駆動棒２０１′ＥＬびＷ
ＤＲＣ棒案内管３８と連携する延長部５９をカランドリ
ア底板５２の下面と同高に形成するのではなく、ＲＣＣ
Ｃ実棒管３６と連携する延長部５８と同様に軸方向下方
へ延長突出させることにより、ＷＤＲＣ棒案内管３２の
ための独自の取り付け手段３８と係合させてもよいが、
その場合、上記同時出願に開示されているように、ＷＤ
ＲＣ棒案内管３２はＲＣＣ棒案内管２８の取り付け手段
３６に弾性的にリンクされない。

カランドリア管５６．５７をカランドリア上板５４と連
結する手段を第６及び７図に示した。カランドリア上板
５４に取り付け孔１８０．１６１を形成し、これにそれ
ぞれのコネクタ１６２．１６３を挿入し、それぞれの下
＃１６２ａ、１６３ａを対応のカランドリア管５６．５
７の上端に、またそれぞれの上端１６２ｂ、１６３ｂを
対応シュラウド６０１６１の下端にそれぞれ突き合わせ
溶接する。コネクタ１６２．１６３はカランドリア上板
５４の頂面の近傍で孔１６０，１６１の側壁と並置接触
関係となるように半径方向に張り出した環状取り付けカ
ラー１６４．１６５を具備し、両者の間にそれぞれ対応
の全厚溶は込み溶接部１６６．１６７が形成されている
。

第４図及び６図と第５及び７図からそれぞれ明らかなよ
うに、ＲＣＣ駆動棒２００及びＷＤＲＣ駆動棒２０１を
対応のカランドリア管５６．５７、その延長部５８．５
９、コネクタ１６２．１６３′ＥＬびシュラウド１６０
．１６１に挿通することにより、対応のＲＣＣ及びＷＤ
ＲＣ駆動機構６４．６６が各スパイダ１００，１２０及
び連携のＲＣＣＣＣチクラスタ３０ＷＤＲＣ棒クラヌク
ラスタ３４される。

特に第３図から明らかなように、カランドリア上板５４
及び底板５２の間隔が円筒形連結部材またはスカート１
５４及びカランドリア管５６．５７によって決定され、
これらがいずれも第３乃至７図に関連して述べたように
それぞれの上下端をカランドリア上板５４及び底板５２
に連結されているという点から見てカランドリア集合体
５０はリダンダント（冗長）構造である。構造的な安定
性を確保すると共に、流れによって発生する振動力に耐
えて内部構造要素、特に駆動棒２００．２Ｏ１及びこれ
に取り付けられた棒クラスタ３０．３４の過度の摩耗を
防止するためにはカランドリア構造に剛性が必要である
。しかし、炉心排出流によって発生するヘッド集合体内
の低温冷却材に対する熱過渡現象及び定常的な温度差の
ため、カランドリア集合体５０内に著しい熱応力が発生
し、これが主要支持手段であるカランドリア上板５４を
ある程度湾曲させたり歪めたりするおそれがある。

板５２．５４、円筒形連結部材またはスカート１５４及
びカランドリア管５６．５７における温度分布のパター
ンがそれぞれ異なり、しかも板５４が歪み易いため、か
なりの軸方向熱応力が発生する可能性がある。

本発明はこの熱応力を極力抑制し、許容レベルに制限す
る構造を提供する。即ち、カランドリア底板５２の厚さ
を約３．８センチ（１，５０インチ）とし、すでに述べ
たように、取り付け孔１５８．１５９を中心としてそれ
にほぼ対称的なパターンでフローホール５２ａを形成す
る。従って、カランドリア底板５２は特にカランドリア
上板５４に比較して可撓性が高い、しかもＪ字形環状路
１５８ａ。

１５９ａは溶接ジヨイント１５８ａ、１５９ｂに充分な
健全性を与えると共に横方向の剛性に加えて軸方向の可
撓性を与える。これらの要因が組み合わされて軸方向熱
応力及びこれに付随する曲げ応力を補償する。

ヘッド集合体１２　ａ内において、フローシュラウド６
０，６１は、もし駆動棒２００１２０１に直接作用すれ
ばこの領域を延びる駆動棒２００．２０１が長い範囲に
わたって支持されていないだけに、駆動棒２００，２０
１を振動させるおそれのあるヘッド領域の冷却材の流れ
から駆動棒２００，２０１を保護する。このような目的
上必要な存在であるが、このフローシュラウド６０，６
１はブローダウンの際にヘッド領域からの冷却材の流れ
を阻止する原因ともなる。即ち、冷却材流失事故（ＬＯ
ＣＡ）の際、ヘッド集合体１２ａ、即ち、ヘッド領域内
の冷却材が残らず降水流路を介して下槽集合体１６内の
燃料集合体２０より成る炉心に到達しこれを冷却できな
ければならない。すでに述べたように、降水流路２１０
，２１１は駆動棒２００．２０１と、これと連携するフ
ローシュラウド６０１６１、カランドリア管５６．５７
′Ｅ１．びこれと連携の連結構造との間の環状路によっ
て画定され、ざらに内槽集合体２４及び上部炉心板１９
の孔１９ａを通って、下槽集合体１６の燃料集合体２０
を含む炉心部に延びる。

尚、フローシュラウド６０，６１はヘッド延長部６２．
６３のフレア端６２ａ、６３ａに嵌入されているがこれ
に封着されてはいない。

しかし、フローシュラウド６０．６１は必然的に無孔の
側壁を備えているから、ブローダウンの際にヘッド領域
の冷却材がフローシュラウド６０．６１の頂部を介して
排水されても、残りの冷却材がヘッド領域内にトラッブ
され、降水流路を介して炉心へ排水されない。そこで本
発明は各フローシュラウド６１の基部に、コネクタ１６
３の側壁を半径方向に貫通するフローホール２２１を設
け、ヘッド領域内の冷却材がほとんど全部それぞれの環
状降水流路２１１に流入できるようにしてこの問題を解
決する１図示の例ではＷＤＲＣと関連するフローシュラ
ウド６１だけにフローホールを採用しているが、流量を
もつと大きくしたければ、同様のフローホール及びこれ
に関連する構造をＲＣＣ関連のフローシェラウド６０及
びカランドリア管５６のコネクタ１６２にも採用すれば
よい。

フローホール２２１を設ける場合には、フローホール２
２１から流入して駆動棒２０１に衝突する冷却材の噴流
から駆動棒２０１をシールドすると共に、冷却材のフロ
ーホール２２１の通過を妨げるおそれのある蒸気の噴流
に対しても対策を講じることが重要である。即ち、周知
のように、例えばＬＯＣＡの結果、ヘッド集合体１２ａ
のヘッド領域に蒸気がトラップされることがある。ブロ
ーダウンの際にヘッド領域内の冷却水の水位がフローシ
ュラウド６１の頂部よりも低くなると、蒸気はいわゆる
「噴出」現象により環状流路２１１に進入してそれ以上
の冷却水がフローホール２１１を通過できなくなるおそ
れがある。

本発明は各コネクタ１６３内にこれと同軸に転流手段２
２２を配設することによってこの問題の発生を未然に防
止する。前記転流手段２２２は環状棚部１６３Ｃに嵌着
されてこれに溶接された環状フランジ２２３と、コネク
タ１６４の内径よりも小さい外径を有する一体的な管状
延長部２２４とより成り、この延長部はコネクタとの間
にフローホール２２１に流入する冷却材を通過させる環
状の降水流路２１１ａを画定し、この冷却材の流れが通
常の環状降下流路２１１を介するブローダウン流と合流
する。

転流手段２２２はこのほかに、好ましくは転流手段２２
２内の半径方向内側カラーとして一体的に形成され、そ
の内面が駆動棒２０１の外面とわずかに隔たった流れ制
限手段２４２５を含む、約４．５ｃ＋ａの駆動棒を使用
する実際例では、環状流れ制限手段２２５の内径が約５
ｃｍ＋　、軸方向長さが約３ｃｍである。流れ制限手段
２２５は蒸気噴流がフローシェラウド６１の開口頂部に
流入するのを阻止するに充分な流れ抵抗を発生させるか
ら、冷却材がフローホール２２１を通過するのを蒸気の
噴流が妨げることはない、流れ制限手段２２５を設けて
蒸気の噴流による降水流の停滞を防止することで、正常
な運転時においても、ヘッド領域からの降水流のほとん
どすべてがフローホール２２１を通過する。転流手段２
２２はこれと連携する一体的な流れ制限手段２２５と共
に、駆動棒２１０をヘッド領域内の冷却材の横流から完
全にシールドする構造を提供すると共に、駆動棒は、事
実上、ヘッド領５域から締高内管の頂部までの全長にわ
たり保護され、ブローダウン時ヘッド領域の冷却材は減
損することなく全部炉心へ流入する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良型カランドリア集合体を組み込ま
れた新しい設計の加圧水型原子炉を一部断面で示す立面
図。 第２図は改良型カランドリア集合体の一部を第１図２−
２線において略示する平面図。 第３図はカランドリア集合体の構成要素の構造を明らか
にするため、カランドリア集合体の一部を一部断面で、
第１図よりも拡大して示す立面図。 第４．５．６及び７図はカランドリア管とカランドリア
上板及び底板との具体的な連結態様を示すための、第３
図図示の構造の各部の部分立面及び部分断面図である。 ０・・・・カランドリア ５２・・・・カランドリア底板 ５４・・・・カランドリア上板 ５６．５フ・・・・カランドリア管 ５８．５９・・・・カランドリア延長部６０．６１・・
・・フローシュラウド １６２．１６３・・・・コネクタ ２００・・・・ＲＣＣ駆動棒 ２１０．２１１・・・・降水流路 ２２１・・・・フローホール ２２２・・・・転流手段 ２２３・・・・フランジ ２２５・・・・流れ制御手段 ＨＣ五

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器と、容器内に支持された炉心と、容器内を上下
   動可能なように支持され、炉心上方のプレナムに配列さ
   れた垂直制御棒案内手段によって案内される制御棒と、
   制御棒を炉心内へ挿入し、また炉心から引抜くため制御
   棒に連結した駆動棒を含み、容器に設けた少なくとも１
   つの入口ノズルを介して流入した冷却材が炉心を上向き
   に流れたのち案内手段を通過し容器の側壁に設けた出口
   ノズルから流出し、複数の制御棒を支持するスパイダが
   炉心との間の空間内を移動できるように炉心上方の炉心
   から充分距離を隔てたところで容器内を横断するよう装
   着されたカランドリアを含み、カランドリアが上部支持
   板と下部支持板の間に取り付けられて駆動棒を収容する
   複数のカランドリア管を含み、下部支持板が炉心からの
   冷却材が軸方向上方へ流れるのを可能にする孔あき構造
   であり、カランドリアに流入する冷却材が駆動棒に衝突
   することなく管の外面に沿って横方向に流れ出口ノズル
   を通って流れ出ることができるようにカランドリアに半
   径方向の開口が形成され、さら に、上部支持板の上方で駆動棒を囲みカランドリア管と
   連結する第１の連結管を含む加圧水型原子炉であって、
   第１の連結管の少なくともいくつかが上部支持板の直ぐ
   上方でそれぞれの壁に形成されたフローホールを有する
   ことと、収容している駆動棒をフローホールを介して噴
   射する液状の冷却材から遮蔽すべく対応の駆動棒を囲む
   ように第１連結管の内部にこれと同軸にほぼ円筒形の転
   流手段を設けたことを特徴とする原子炉。 ２、転流手段のそれぞれが環状フランジ及びそれと一体
   的に連結された管状延長部を含むことと、第１連結管の
   それぞれがその内側に連携の転流手段の対応する環状フ
   ランジと係合する環状棚部を有することと、転流手段の
   管状延長部が連携の第１連結管内をこれと同軸関係にフ
   ローホールと並置する位置から下方へ延びていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の原子炉。 ３、転流手段のそれぞれが、事故の際にヘッド集合体内
   部に発生して集合体から液体を排除する蒸気が環状の降
   水流路を介して噴出するのを制限する流れ制御手段を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の原子
   炉。 ４、流れ制限手段が、収容している駆動棒の外周面と近
   接して外周面との間にフローホールから上方へ所定の軸
   方向距離にわたって狭い環状流路を形成するように管状
   延長部の内径よりも小さい内径の環状カラーより成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の原子炉。 ５、カランドリア管をカランドリア管の下端の第２の連
   結管を介して下部支持板と連結することにより、熱応力
   を許容レベルに制限すると共にカランドリア管に比較的
   剛性の横方向支持を与えることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずれかに記載の原子炉。 ６、第２連結管が、対応カランドリア管の下端と下部支
   持板に形成した対応取り付け孔の側壁の間に形成した可
   撓性でほぼ環状の溶接ジョイントより成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の原子炉。 ７、それぞれの第２連結管の可撓性溶接ジョイントが対
   応取り付け孔を画定するＪ字形断面の環状体と、対応カ
   ランドリア管の下端へのＪ字形断面環状体の全厚溶け込
   み溶接部とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の原子炉。 ８、カランドリア管がその頂部に、上部支持板に形成し
   た対応取り付け孔の内径に一致する外径の環状カラーを
   備えたほぼ円筒形の中空コネクタを有し、上部支持板の
   対応取り付け孔の側壁と対応コネクタの環状カラーの間
   には全厚溶け込み溶接部が形成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項、第６項または第７項に記載の原
   子炉。