JP2017058330A - コアシュラウドおよび原子炉 - Google Patents

Abstract

【課題】シュラウド胴の形状精度を向上させることができるコアシュラウドを提供する。【解決手段】コアシュラウド２０は、上部プレートと、下部プレートと、上部プレートと下部プレートとの間に設けられ、燃料集合体１０の周囲を覆うシュラウド胴２３と、を備えている。シュラウド胴２３は、各々が上下方向に延びる、最外周の燃料集合体１０に沿って配列された複数の本体ブロック３１を有している。本体ブロック３１の各々は、上部プレートおよび下部プレートにそれぞれ取り付けられている。隣り合う本体ブロック３１同士は、互いに溶接されていない。【選択図】図５

Description

本発明の実施の形態は、コアシュラウドおよび原子炉に関する。

一般に、加圧水型原子炉の圧力容器内には、複数の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）と呼ばれる炉心保持構造物が設置されている。このコアバレルの内側に燃料集合体を収容するコアシュラウドが設けられている。燃料集合体は平面視で各々が矩形状に形成され、格子状に、かつ、最外周が円周に沿うようにコアシュラウド内に配置されている。

従来の加圧水型原子炉のコアシュラウドは、最外周の燃料集合体に沿うように折り曲げられて段付きの形状に形成された複数の薄板を有している。これらの薄板が周方向に配列されて、隣り合う薄板同士が互いに溶接されてコアシュラウドのシュラウド胴が構成されている。各薄板の上端および下端は、上部プレートおよび下部プレートに溶接され、各薄板の中間部は、薄板の外周側に配置された複数のリングに溶接されている。シュラウド胴の内面は、最外周の燃料集合体に沿うように形成されており、シュラウド胴の内面と最外周の燃料集合体との間に所定の間隔が設けられている。このような構成により、シュラウド胴と燃料集合体との間には、燃料集合体を冷却するための冷却材の流路となるギャップが形成されている。

米国特許第４４０９１７９号明細書

しかしながら、上述したように、コアシュラウドを製造する際に、シュラウド胴を構成する複数の薄板同士が互いに溶接されるため、シュラウド胴に溶接変形が発生する場合がある。とりわけ、このような薄板同士の溶接箇所が多くなるとシュラウド胴の形状精度が低下し得る。このため、シュラウド胴と最外周の燃料集合体とのギャップの精度確保が困難になる可能性がある。

本発明にかかる各実施の形態は、このような点を考慮してなされたものであり、シュラウド胴の形状精度を向上させることができるコアシュラウドおよび原子炉を提供することを目的とする。

実施の形態によるコアシュラウドは、平面視で各々が矩形状に形成され、格子状に、かつ最外周が円周に沿うように配置された複数の燃料集合体を収容し、最外周の燃料集合体との間に冷却材の流路となるギャップを形成する。このコアシュラウドは、上部プレートと、下部プレートと、上部プレートと下部プレートとの間に設けられ、燃料集合体の周囲を覆うシュラウド胴と、を備えている。シュラウド胴は、各々が上下方向に延びる、最外周の燃料集合体に沿って配列された複数の本体ブロックを有している。本体ブロックの各々は、上部プレートおよび下部プレートにそれぞれ取り付けられている。隣り合う本体ブロック同士は、互いに溶接されていない。

また、実施の形態による原子炉は、原子炉圧力容器と、原子炉圧力容器内に設置されたコアバレルと、コアバレルの内側に設けられた上述のコアシュラウドと、を備えている。

本発明にかかる各実施の形態によれば、シュラウド胴の形状精度を向上させることができる。

図１は、本発明の第１の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のコアシュラウドの概略構成を示す図である。 図３は、図２に示す上部プレートの平面図である。 図４は、図２に示す下部プレートの平面図である。 図５（ａ）は、図２のシュラウド胴の横断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ部拡大図である。 図６は、図５の変形例を示す横断面図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態におけるシュラウド胴の横断面図である。 図８は、本発明の第３の実施の形態におけるシュラウド胴の部分横断面図である。 図９は、本発明の第４の実施の形態におけるシュラウド胴の部分横断面図である。 図１０は、図９の変形例を示す横断面図である。 図１１（ａ）は、本発明の第５の実施の形態における本体ブロックの平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の側面図である。 図１２は、本発明の第６の実施の形態におけるコアシュラウドの概略構成を示す図である。 図１３は、図１２のシュラウド胴の横断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
図１乃至図５を用いて、第１の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。ここでは、まず、図１を用いて、原子炉の一例として、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５と、を備えている。このうちコアバレル５の上部には、コアバレルノズル部６が設けられており、このコアバレルノズル部６が冷却材出口ノズル４に連通している。これにより、冷却材出口ノズル４から流出する冷却材が、冷却材入口ノズル３から流入する冷却材と混合することを回避している。なお、原子炉圧力容器２の側壁とコアバレル５との間には、冷却材入口ノズル３から流入した冷却材が下方向に流れるダウンカマ部７が設けられている。また、原子炉圧力容器２の下部には、冷却材の流れを整流するフロースカート８が設けられている。このような構成により、冷却材入口ノズル３から流入した冷却材は、ダウンカマ部７およびフロースカート８を通ってコアバレル５内に流入して後述する燃料集合体１０を冷却し、その後、コアバレル５内から流出して、コアバレルノズル部６を通って冷却材出口ノズル４から流出する。

原子炉圧力容器２の上部には制御棒駆動機構９が設置されており、原子炉出力の制御や、緊急時の加圧水型原子炉１での反応の停止のために、後述する燃料集合体１０内に制御棒が挿入可能に構成されている。

図２に示すように、コアバレル５の内側には複数の燃料集合体１０（図３乃至図５参照）を収容するコアシュラウド２０が設けられている。コアシュラウド２０は、コアバレル５の下部炉心支持板１１上に載置されている。この下部炉心支持板１１に、コアシュラウド２０をコアバレル５に固定するためのダウエルピン１２が設けられている。コアシュラウド２０の上部は、上部炉心支持板１３によって支持されている。コアバレル５には、アライメントプレート１４が固定されており、コアバレル５に対するコアシュラウド２０の円周方向の位置決めを行っている。

次に、図２乃至図５を用いて本実施の形態におけるコアシュラウド２０ついて説明する。

図２に示すように、コアシュラウド２０は、上部プレート２１と、下部プレート２２と、上部プレート２１と下部プレート２２との間に設けられ、燃料集合体１０の周囲を覆うシュラウド胴２３と、を備えている。このうちシュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間にギャップ２４（後述）が形成されている。なお、上部プレート２１および下部プレート２２は、オーステナイト系ステンレス鋼を材質として形成されることが好適である。

図３に示すように、上部プレート２１には、最外周の燃料集合体１０に沿った形状を有する上部開口部２５が設けられている。この上部開口部２５から、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間のギャップ２４（後述）を通った冷却材が流出するようになっている。

上部プレート２１には、上部フロー孔２６が設けられている。この上部フロー孔２６は、バイパス流としてシュラウド胴２３の外周側（より詳細には、シュラウド胴２３とコアバレル５との間の領域）に流入した冷却材を流出させるためのものである。本実施の形態においては、上部プレート２１に８つの上部フロー孔２６が設けられており、これらの上部フロー孔２６は２つで一組となって円周方向に等間隔に（９０°間隔に）形成されている。そして、上部フロー孔２６は、シュラウド胴２３よりも半径方向外側に形成されており、シュラウド胴２３の外周側の領域に連通している。

また、上部プレート２１には、コアバレル５に設けられた上述したアライメントプレート１４（図２参照）と嵌合するプレートキー溝２７が設けられている。プレートキー溝２７は、上部プレート２１の外周部に形成されており、本実施の形態においては、上部プレート２１に４つのプレートキー溝２７が設けられている。これらのプレートキー溝２７は、円周方向に等間隔に（９０°間隔に）形成されている。各プレートキー溝２７が、対応するアライメントプレート１４と嵌合することにより、上部プレート２１は、コアバレル５に対して円周方向に位置決めされている。

図４に示すように、下部プレート２２には、最外周の燃料集合体１０に沿った形状を有する下部開口部２８が設けられている。この下部開口部２８から、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間のギャップ２４に、冷却材が流入するようになっている。

下部プレート２２には、下部フロー孔２９が設けられている。この下部フロー孔２９は、バイパス流としてシュラウド胴２３の外周側に冷却材を流入させるためのものである。本実施の形態においては、下部プレート２２に８つの下部フロー孔２９が設けられており、これらの下部フロー孔２９は２つで一組となって円周方向に等間隔に（９０°間隔に）形成されている。そして、下部フロー孔２９は、シュラウド胴２３よりも半径方向外側に形成されており、シュラウド胴２３の外周側の領域に連通している。

下部プレート２２には、コアバレル５の下部炉心支持板１１に設けられた上述したダウエルピン１２（図２参照）が嵌合するプレートピン孔３０が設けられている。本実施の形態においては、下部プレート２２に４つのプレートピン孔３０が設けられている。これらのプレートピン孔３０は、円周方向に等間隔に（９０°間隔に）形成されている。そして、プレートピン孔３０は、シュラウド胴２３よりも半径方向外側に形成されている。各プレートピン孔３０に、対応するダウエルピン１２が嵌合することにより、コアシュラウド２０がコアバレル５に固定されている。

次に、シュラウド胴２３について図５を用いて説明する。

図５（ａ）に示すように、シュラウド胴２３は、各々が上下方向（図５（ａ）における紙面に垂直な方向）に延びる複数の本体ブロック３１であって、最外周の燃料集合体１０に沿って配列された複数の本体ブロック３１を有している。各本体ブロック３１は、シームレスに形成されている。

本実施の形態においては、各本体ブロック３１の上端は、溶接により上部プレート２１に取り付けられ、下端は、溶接により下部プレート２２に取り付けられている。隣り合う本体ブロック３１同士は、互いに当接しているが、互いに溶接されてはいない。なお、隣り合う本体ブロック３１同士が互いに溶接されていないという記載は、隣り合う本体ブロック３１同士を溶接することを目的としてこれらの本体ブロック３１の境界に溶接が施されていないことを意味している。従って、当該記載は、本体ブロック３１を上部プレート２１に溶接することを目的として隣り合う本体ブロック３１の上端部（上部プレート２１の近傍部分）の境界に溶接が施されることは許容するとともに、本体ブロック３１を下部プレート２２に溶接することを目的として隣り合う本体ブロック３１の下端部（下部プレート２２の近傍部分）の境界に溶接が施されることは許容するものとして用いている。

各本体ブロック３１は、直方体形状（平面視で矩形状）に形成されている。ここで、燃料集合体１０は、平面視で矩形状に形成されており、複数の燃料集合体１０が、格子状、かつ、最外周が円周に沿うように配置されている。このように配置された複数の燃料集合体１０のうち最外周の燃料集合体１０に沿って、本体ブロック３１が配列されている。なお、本体ブロック３１は、上部プレート２１および下部プレート２２と同様に、オーステナイト系ステンレス鋼を材質として形成されることが好適である。

本体ブロック３１は、燃料集合体１０に向かう内側角部３２であって、本体ブロック３１の２つの側面３１ａ、３１ｂによって画定される内側角部３２を有している。内側角部３２は、本体ブロック３１の４つの角部のうち、シュラウド胴２３の内面２３ａを画定する内面領域３３に配置された角部であって、シュラウド胴２３の内側に向って突出する角部を意味している。この内側角部３２を画定する２つの側面３１ａ、３１ｂの少なくとも一部は、シュラウド胴２３の内面２３ａを構成しており、最外周の燃料集合体１０の対応する側面１０ａ、１０ｂに対向している。本体ブロック３１の２つの側面３１ａ、３１ｂと、燃料集合体１０の対応する側面１０ａ、１０ｂとの間に、所定の間隔が設けられており、この間隔が、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間に設けられた冷却材の流路となるギャップ２４を構成している。なお、図５（ａ）に示す形態においては、直方体形状の本体ブロック３１を最外周の燃料集合体１０に沿うように配置しているため、シュラウド胴２３の外面２３ｂは、平面視で段付きの形状に形成されている。

図５（ｂ）に示すように、本体ブロック３１の各側面３１ａ、３１ｂにおいて、シュラウド胴２３の内面２３ａを画定する内面領域３３の幅Ｘａ、Ｘｂは、燃料集合体１０の対応する側面１０ａ、１０ｂの幅Ｙａ、Ｙｂ以上となっている。図５（ｂ）に示す形態においては、本体ブロック３１Ｐの幅Ｘａは、燃料集合体１０の幅Ｙａと略同一であり、幅Ｘｂは、幅Ｙｂの２倍と略同一となっている。また、本体ブロック３１Ｑの幅Ｘａは、燃料集合体１０の幅Ｙａと略同一であり、幅Ｘｂは、幅Ｙｂと略同一となっている。さらに、本体ブロック３１Ｒの幅Ｘａは、燃料集合体１０の幅Ｙａの２倍と略同一であり、幅Ｘｂは、幅Ｙｂと略同一となっている。なお、図面を明瞭にするために、本体ブロック３１Ｐ以外の側面を示す符号３１ａ、３１ｂおよび内面領域を示す符号３３と、本体ブロック３１Ｐに対応する燃料集合体１０以外の燃料集合体１０の側面を示す符号１０ａ、１０ｂは省略する。

一方、隣り合う本体ブロック３１同士は、互いに当接している。より具体的には、本体ブロック３１の各側面３１ａ、３１ｂのうち上述した内面領域３３以外の当接領域で、本体ブロック３１同士が当接している。このため、本体ブロック３１の側面３１ａ、３１ｂの全幅（内面領域３３と当接領域との合計幅）Ｘｔａ、Ｘｔｂは、上述した幅Ｘａ、Ｘｂ以上となっている。図５（ｂ）に示す本体ブロック３１Ｐでは、幅Ｘｔａは、幅Ｘａより大きくなっており、幅Ｘｔｂは、幅Ｘｂと略同一となっている。なお、図面を明瞭にするために、本体ブロック３１Ｐ以外のＸｔａ、Ｘｔｂの図示は省略する。

本体ブロック３１は、中実状に形成されていることが好適である。この場合、本体ブロック３１の強度を向上させることができるとともに、シュラウド胴２３の中性子反射機能を高めることができる。しかしながら、このことに限られることはなく、本体ブロック３１は、図５（ａ）のＢ部に示すように中空状（例えば、角パイプ状）に形成されてもよい。この場合、本体ブロック３１の強度をある程度確保しつつ、シュラウド胴２３を軽量化することができる。

図５（ａ）に示す形態では、シュラウド胴２３は、４つの補助ブロック３４を更に有している。この補助ブロック３４は、本体ブロック３１と同様に、上端が溶接により上部プレート２１に取り付けられ、下端が溶接により下部プレート２２に取り付けられている。また、補助ブロック３４は、シュラウド胴２３の内面２３ａを構成するとともに燃料集合体１０の対応する側面に対向する１つの側面を有しているが、本体ブロック３１のような内側角部３２は有していない。さらに、補助ブロック３４は、隣り合う本体ブロック３１に当接しているが、これらの本体ブロック３１には溶接されていない。なお、補助ブロック３４は、シュラウド胴２３としての強度を確保することができれば、本体ブロック３１よりも薄く形成されていてもよい。

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、まず、コアシュラウド２０の製造方法について説明する。

まず、下部プレート２２上に本体ブロック３１および補助ブロック３４が載置される。この際、本体ブロック３１および補助ブロック３４は、収容される最外周の燃料集合体１０に沿うように配置される。続いて、本体ブロック３１の下端および補助ブロック３４の下端が、下部プレート２２にそれぞれ溶接される。次に、上部プレート２１が本体ブロック３１上および補助ブロック３４上に載置され、その後、本体ブロック３１の上端および補助ブロック３４の上端が、上部プレート２１に溶接される。このようにして、本体ブロック３１および補助ブロック３４により構成されたシュラウド胴２３を有するコアシュラウド２０が得られる。しかしながら、隣り合う本体ブロック３１同士は互いに溶接されることがなく、隣り合う本体ブロック３１と補助ブロック３４も互いに溶接されることがない。このため、シュラウド胴２３が製造時に変形することが防止され、シュラウド胴２３は精度よく作製され得る。なお、各ブロック３１、３４と下部プレート２２との溶接は、上部プレート２１を各ブロック３１、３４に載置した後に行うことも可能である。

次に、加圧水型原子炉１の運転時における冷却材の流れについて説明する。

加圧水型原子炉１の運転中、原子炉圧力容器２の外部の配管（図示せず）から、図１に示す冷却材入口ノズル３を通って原子炉圧力容器２の内部に冷却材が供給される。供給された冷却材は、原子炉圧力容器２の側壁とコアバレル５との間に形成されたダウンカマ部７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８によって整流された後に流れの向きを上方向に変えられる。そして、冷却材は、下部炉心支持板１１の連通孔（図示せず）を通ってコアバレル５の内側に流入する。コアバレル５の内側に流入した冷却材は、燃料集合体１０およびコアシュラウド２０を冷却しながら上昇し、コアバレルノズル部６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。

この間、コアバレル５の内側に流入した冷却材の一部は、コアシュラウド２０の下部プレート２２に設けられた下部開口部２８を通って、シュラウド胴２３と燃料集合体１０との間のギャップ２４に流入する。流入した冷却材は、燃料集合体１０を冷却しながらギャップ２４内を上昇する。上述したように、シュラウド胴２３が精度よく形成されているため、ギャップ２４は周方向に均一化されている。このことにより、最外周の燃料集合体１０の周囲に流れる冷却材を均等化させることができる。燃料集合体１０を冷却した冷却材は、上部プレート２１に設けられた上部開口部２５を通ってコアバレル５から流出する。

一方、コアバレル５の内側に流入した冷却材の他の一部は、コアシュラウド２０の下部プレート２２に設けられた下部フロー孔２９を通って、シュラウド胴２３の外周側に流入する。流入した冷却材は、バイパス流としてシュラウド胴２３の外周側を上昇し、シュラウド胴２３を冷却する。そして、冷却材は、上部プレート２１に設けられた上部フロー孔２６を通ってコアバレル５から流出する。

このように本実施の形態によれば、隣り合う本体ブロック３１同士が互いに溶接されていないため、シュラウド胴２３の形状精度を向上させることができる。このことにより、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間のギャップ２４の精度を向上させることができ、ギャップ２４を周方向で均一化させることができる。このため、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間に適切なギャップ２４を確保することができ、燃料集合体１０の冷却を均等化させ、燃料集合体１０を効率良く冷却するとともに燃焼度を均一化することができる。

また、本実施の形態によれば、本体ブロック３１の側面３１ａ、３１ｂの各々において、シュラウド胴２３の内面２３ａを画定する内面領域３３の幅Ｘａ、Ｘｂは、燃料集合体１０の対応する側面１０ａ、１０ｂの幅Ｙａ、Ｙｂ以上となっている。このことにより、各本体ブロック３１の厚さを厚くして強度を向上させることができ、シュラウド胴２３の剛性を向上させることができる。また、本体ブロック３１の厚さが厚くなるため、シュラウド胴２３の中性子反射機能を向上させることができる。

なお、上述した本実施の形態においては、本体ブロック３１が、直方体形状に形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、図６に示すように、本体ブロック３１は、シュラウド胴２３の外面２３ｂが平面視で円形状となるように形成されていてもよい。このことにより、シュラウド胴２３の外周側において、冷却材の流量を周方向に均一化させることができ、冷却材が偏って流れることを抑制し、シュラウド胴２３の冷却効率を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第２の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。

図７に示す第２の実施の形態においては、本体ブロックが複数の内側角部を有している点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図７に示すように、本実施の形態においては、コアシュラウド２０のシュラウド胴２３は、各々が上下方向に延びる複数（例えば、４つ）の本体ブロック３５であって、最外周の燃料集合体１０に沿って配列された複数の本体ブロック３５を有している。本体ブロック３５は、複数（例えば、４つ）の内側角部３２を有している。また、本体ブロック３５は、図５（ａ）に示す４つの本体ブロック３１と補助ブロック３４に相当する大きさで形成されている。そして、隣り合う本体ブロック３５同士は、互いに当接しているが、互いに溶接されてはいない。したがって、隣り合う本体ブロック３５同士の間に形成され得る冷却材のリークパスを少なくすることができる。なお、本体ブロック３５は、上述した点以外では、図５（ａ）、（ｂ）に示す本体ブロック３１と同様に構成されているため、ここでは詳細な説明は省略する。

図７に示す本実施の形態においては、図６と同様に、本体ブロック３５は、シュラウド胴２３の外面２３ｂが平面視で円形状となるように形成されている。しかしながら、このことに限られることはなく、図５（ａ）に示すように、シュラウド胴２３の外面２３ｂが平面視で段付きの形状に形成されていてもよい。

このように本実施の形態によれば、シュラウド胴２３の本体ブロック３５が、複数の内側角部３２を有している。このことにより、シュラウド胴２３を構成する本体ブロック３５の個数を低減することができ、隣り合う本体ブロック３５同士の間に形成され得る冷却材のリークパスを少なくすることができる。このため、シュラウド胴２３と燃料集合体１０との間のギャップ２４を流れる冷却材が、シュラウド胴２３の外周側に流れることを抑制でき、燃料集合体１０の冷却効率を向上させることができる。また、本体ブロック３５の強度を向上させることができ、シュラウド胴２３の剛性をより一層向上させることができる。

（第３の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第３の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。

図８に示す第３の実施の形態においては、本体ブロックが凸部と凹部とを含み、隣り合う一対の本体ブロックのうちの一方の本体ブロックの凸部が他方の本体ブロックの凹部に嵌合している点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図１乃至図５に示す第１実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図８に示すように、本実施の形態においては、本体ブロック３１は、凸部３６と凹部３７とを含み、隣り合う一対の本体ブロック３１のうちの一方の本体ブロック３１の凸部３６が他方の本体ブロック３１の凹部３７に嵌合している。すなわち、一の本体ブロック３１は、両隣の本体ブロック３１と当接しているが、そのうちの一方の本体ブロック３１と当接する側面に凸部３６が設けられ、他方の本体ブロック３１と当接する側面に凹部３７が設けられている。凸部３６および凹部３７は、上下方向（図８の紙面に垂直な方向）にそれぞれ延びており、本体ブロック３１の全域に形成されている。なお、隣り合う本体ブロック３１および補助ブロック３４のうちの一方に凸部３６（または凹部３７）が設けられ、他方に凹部３７（または凸部３６）が設けられて、これらの凸部３６と凹部３７とが嵌合するようにしてもよい。

このように本実施の形態によれば、隣り合う一対の本体ブロック３１のうちの一方の本体ブロック３１の凸部３６が他方の本体ブロック３１の凹部３７に嵌合している。このことにより、隣り合う本体ブロック３１同士の間に形成され得る冷却材のリークパスの形状を複雑化することができる。このため、シュラウド胴２３と燃料集合体１０との間のギャップ２４を流れる冷却材が、リークパスを通ってシュラウド胴２３の外周側に流れることを抑制できる。また、隣り合う本体ブロック３１同士を強固に結合することができ、シュラウド胴２３の剛性をより一層向上させることができる。

（第４の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第４の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。

図９に示す第４の実施の形態においては、本体ブロックは、第１凹部と第２凹部とを含み、隣り合う一対の本体ブロックのうちの一方の本体ブロックの第１凹部が他方の本体ブロックの第２凹部に対向し、互いに対向する第１凹部および第２凹部に、キーブロックが嵌合している点が主に異なり、他の構成は図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図９に示すように、本実施の形態においては、本体ブロック３１は、第１凹部３８と第２凹部３９とを含み、隣り合う一対の本体ブロック３１のうちの一方の本体ブロック３１の第１凹部３８が他方の本体ブロック３１の第２凹部３９に対向している。すなわち、一の本体ブロック３１は、両隣の本体ブロック３１と当接しているが、そのうちの一方の本体ブロック３１と当接する側面に第１凹部３８が設けられ、他方の本体ブロック３１と当接する側面に第２凹部３９が設けられている。第１凹部３８および第２凹部３９は、上下方向（図９の紙面に垂直な方向）にそれぞれ延びており、本体ブロック３１の全域に形成されている。

互いに対向する第１凹部３８および第２凹部３９に、キーブロック４０が嵌合している。このキーブロック４０は、上下方向に延びて、本体ブロック３１と等しい上下方向長さを有している。また、キーブロック４０は、本体ブロック３１の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有している。例えば、キーブロック４０は、オーステナイト系ステンレス鋼のうち熱膨張率が大きくなる材料、または炭素成分が少ない鉄鋼材料等を好適に用いることができる。なお、隣り合う本体ブロック３１および補助ブロック３４のうちの一方の第１凹部３８（または第２凹部３９）が設けられ、他方に第２凹部３９（または第１凹部３８）が設けられて、これらの第１凹部３８および第２凹部３９にキーブロック４０が嵌合するようにしてもよい。

このように本実施の形態によれば、隣り合う一対の本体ブロック３１同士のうちの一方の本体ブロック３１の第１凹部３８が他方の本体ブロック３１の第２凹部３９に対向し、互いに対向する第１凹部３８および第２凹部３９に、キーブロック４０が嵌合している。このことにより、隣り合う本体ブロック３１同士の間に形成され得る冷却材のリークパスの形状を複雑化することができる。このため、シュラウド胴２３と燃料集合体１０との間のギャップ２４を流れる冷却材が、リークパスを通ってシュラウド胴２３の外周側に流れることを抑制できる。また、隣り合う本体ブロック３１同士を強固に結合することができ、シュラウド胴２３の剛性をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、キーブロック４０は本体ブロック３１の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有している。このことにより、運転時に温度が上昇すると、キーブロック４０が本体ブロック３１よりも膨張するため、キーブロック４０と第１凹部３８との密着性を向上させるとともにキーブロック４０と第２凹部３９との密着性を向上させ、ヒートシール（温度上昇によりシール機能が向上するようなシール）として機能することができる。このため、シュラウド胴２３と燃料集合体１０との間のギャップ２４を流れる冷却材が、リークパスを通ってシュラウド胴２３の外周側に流れることをより一層抑制できる。また、キーブロック４０と各凹部３８、３９との密着性が向上するため、キーブロック４０が第１凹部３８内および第２凹部３９内で移動することを防止できる。このことにより、隣り合う本体ブロック３１同士をより一層強固に結合することができ、シュラウド胴２３の剛性をより一層向上させることができる。とりわけキーブロック４０は冷やし嵌めとして作用し、隣り合う本体ブロック３１同士をより一層強固に結合することができる。

なお、上述した本実施の形態において、例えば、図１０に示すように、本体ブロック３１に、本体ピン孔４１が設けられ、キーブロック４０に、キーピン孔４２が設けられ、本体ピン孔４１およびキーピン孔４２にブロックピン４３が嵌合する構成にすることもできる。この場合、ブロックピン４３によりキーブロック４０を本体ブロック３１に結合することができ、隣り合う本体ブロック３１同士をより一層強固に結合することができる。なお、図１０に示す形態では、キーブロック４０は、本体ブロック３１の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有していなくてもよいが、キーブロック４０の熱膨張率が本体ブロック３１の熱膨張率より大きい場合には、上述したヒートシール機能によって、キーブロック４０を本体ブロック３１により一層強固に結合することができる。

図１０に示すように、キーピン孔４２およびブロックピン４３は、キーブロック４０を貫通していることが好ましい。この場合、ブロックピン４３によりキーブロック４０を本体ブロック３１により一層強固に結合することができ、隣り合う本体ブロック３１同士をより一層強固に結合することができる。

（第５の実施の形態）
次に、図１１を用いて、本発明の第５の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。

図１１に示す第５の実施の形態においては、本体ブロックのうちシュラウド胴の外面を画定する領域に、冷却材が流入する複数の冷却材溝が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１１において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、本体ブロック３１のうちシュラウド胴２３の外面２３ｂを画定する外面領域４４に、冷却材が流入する（好適には複数の）冷却材溝４５が設けられている。すなわち、本体ブロック３１のうちのコアバレル５（図２参照）の側の面に冷却材溝４５が形成されている。各冷却材溝４５は、図１１（ｂ）に示すように、上下方向に延びており、本体ブロック３１の全域に形成されている。なお、このような冷却材溝４５は、図５（ａ）に示す補助ブロック３４に形成されていてもよい。

このように本実施の形態によれば、本体ブロック３１のうちシュラウド胴２３の外面２３ｂを画定する外面領域４４に、冷却材溝４５が設けられている。このことにより、バイパス流としてシュラウド胴２３の外周側に流入した冷却材を、冷却材溝４５に流入させることができる。このため、シュラウド胴２３と冷却材との接触面積を増大させることができ、シュラウド胴２３の冷却効率を向上させることができる。また、シュラウド胴２３の熱変形を抑制することができる。さらに、本体ブロック３１に冷却材溝４５が設けられることにより、本体ブロック３１を軽量化することができる。

（第６の実施の形態）
次に、図１２および図１３を用いて、本発明の第６の実施の形態におけるコアシュラウドおよび原子炉について説明する。

図１２および図１３に示す第６の実施の形態においては、シュラウド胴の外周側に設けられ、シュラウド胴を半径方向外側から拘束する拘束リングを更に備えた点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１２および図１３において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１２および図１３に示すように、本実施の形態におけるコアシュラウド２０は、シュラウド胴２３の外周側に設けられ、シュラウド胴２３を半径方向外側から拘束する拘束リング４６を更に備えている。拘束リング４６の内面は、シュラウド胴２３の外面２３ｂに沿うように形成されている。図１２に示す形態では、シュラウド胴２３の外周側に２つの拘束リング４６が設けられており、２つの拘束リング４６は、上下方向に互いに異なる位置に配置されている。そして、上部プレート２１と上側の拘束リング４６との距離、上側の拘束リング４６と下側の拘束リング４６との距離、下側の拘束リング４６と下部プレート２２との間の距離が等しくなっている。なお、拘束リング４６は、シュラウド胴２３に溶接されていないことが好ましい。この場合、シュラウド胴２３の形状精度が低下することを抑制できる。

図１３に示すように、拘束リング４６には、リングフロー孔４７が設けられている。このリングフロー孔４７は、バイパス流としてシュラウド胴２３の外周側を上昇する冷却材を通過させるためのものである。本実施の形態においては、拘束リング４６に８つのリングフロー孔４７が設けられており、これらのリングフロー孔４７は２つで一組となって円周方向に等間隔に（９０°間隔に）形成されている。

このように本実施の形態によれば、シュラウド胴２３の外周側に、シュラウド胴２３を半径方向外側から拘束する拘束リング４６が設けられている。このことにより、運転時に温度が上昇することによってシュラウド胴２３が半径方向外側へ膨張することを抑制できる。また、地震時には、地震加速度によってシュラウド胴２３が変形することを抑制できる。このため、シュラウド胴２３と最外周の燃料集合体１０との間のギャップ２４の精度をより一層向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。

１ 加圧水型原子炉
２ 原子炉圧力容器
５ コアバレル
１０ 燃料集合体
１０ａ、１０ｂ 側面
２０ コアシュラウド
２１ 上部プレート
２２ 下部プレート
２３ シュラウド胴
２３ａ 内面
２３ｂ 外面
２４ ギャップ
３１ 本体ブロック
３１ａ、３１ｂ 側面
３２ 内側角部
３３ 内面領域
３５ 本体ブロック
３６ 凸部
３７ 凹部
３８ 第１凹部
３９ 第２凹部
４０ キーブロック
４４ 外面領域
４５ 冷却材溝
４６ 拘束リング
Ｘａ、Ｘｂ 幅
Ｙａ、Ｙｂ 幅

Claims (9)

1. 平面視で各々が矩形状に形成され、格子状に、かつ最外周が円周に沿うように配置された複数の燃料集合体を収容し、最外周の燃料集合体との間に冷却材の流路となるギャップを形成するコアシュラウドであって、
   上部プレートと、
   下部プレートと、
   前記上部プレートと前記下部プレートとの間に設けられ、前記燃料集合体の周囲を覆うシュラウド胴と、を備え、
   前記シュラウド胴は、各々が上下方向に延びる、最外周の前記燃料集合体に沿って配列された複数の本体ブロックを有し、
   前記本体ブロックの各々は、前記上部プレートおよび前記下部プレートにそれぞれ取り付けられ、
   隣り合う前記本体ブロック同士は、互いに溶接されていないことを特徴とするコアシュラウド。
2. 前記本体ブロックは、前記燃料集合体に向う内側角部であって、２つの側面によって画定される内側角部を有し、
   前記本体ブロックの前記側面の各々において、前記シュラウド胴の内面を画定する領域の幅は、前記燃料集合体の対応する側面の幅以上であることを特徴とする請求項１に記載のコアシュラウド。
3. 前記本体ブロックは、前記シュラウド胴の外面が平面視で円形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のコアシュラウド。
4. 前記本体ブロックは、中空状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコアシュラウド。
5. 前記本体ブロックは、凸部と凹部とを含み、
   隣り合う一対の前記本体ブロックのうちの一方の前記本体ブロックの前記凸部が他方の前記本体ブロックの凹部に嵌合していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコアシュラウド。
6. 前記本体ブロックは、第１凹部と第２凹部とを含み、
   隣り合う一対の前記本体ブロックのうちの一方の前記本体ブロックの前記第１凹部が他方の前記本体ブロックの前記第２凹部に対向し、
   互いに対向する前記第１凹部および前記第２凹部に、キーブロックが嵌合していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコアシュラウド。
7. 前記本体ブロックのうち前記シュラウド胴の外面を画定する領域に、冷却材が流入する複数の冷却材溝が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコアシュラウド。
8. 前記シュラウド胴の外周側に設けられ、前記シュラウド胴を半径方向外側から拘束する拘束リングを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のコアシュラウド。
9. 原子炉圧力容器と、
   前記原子炉圧力容器内に設置されたコアバレルと、
   前記コアバレルの内側に設けられた請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記コアシュラウドと、を備えたことを特徴とする原子炉。

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