JP2017116381A - バッフル構造及び原子炉容器 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心槽の内部構造を簡易かつ低コスト化すると共に、高照射域にボルトを配置せずに自立可能にして据付け時又は保守時などにおける取り扱いを容易にするバッフル構造及び原子炉容器を提供する。【解決手段】バッフル構造３４は、原子炉容器１０内に設けられた炉心槽の内側に燃料集合体１６を囲むように配置されるバッフル構造３４であって、燃料集合体１６に対して鉛直方向に沿って対向する複数の平バッフル板と、各々が前記鉛直方向に所定間隔をおいて配置され、前記複数の平バッフル板を外側から支持する複数のフォーマ板と、を備え、前記複数の平バッフル板の外側面には、前記鉛直方向に沿って複数のフォーマ板に亘って延在する第１の縦リブが設けられる。【選択図】図１

Description

本開示は、原子炉容器内に設けられた炉心槽の内側に燃料集合体を囲むように配置されるバッフル構造及びこのバッフル構造を備える原子炉容器に関する。

加圧水型原子炉に用いられる原子炉容器の内部には炉心槽が設けられ、該炉心槽の内部に多数の燃料集合体が収納されている。燃料集合体の周囲には中性子反射体が配置され、燃料集合体の熱交換に寄与する流体とこれに寄与しないバイパス流を仕切っている。また、燃料集合体から放射された中性子を中性子反射体で内側へ反射することで、炉心槽の外側への中性子照射量を低減するとともに、中性子を有効利用して燃料サイクルコストの低減を図っている。
中性子反射体は厚物構造であり相当の重量物になる。また、原子炉運転時の過度の温度上昇を避けるため、中性子反射体に多数の冷却材流路孔を形成する必要がある。そのため、高度の機械加工を必要とし、製作コストが高価となる問題がある。

そこで、特許文献１には、中性子反射体をバッフル板と複層の中性子反射板とで構成すると共に、中性子反射板に冷却材流路を形成することなく、その周囲に冷却材流路を形成することで、製作コストを低減可能にした構成が開示されている。この中性子反射体はバッフル取付板を介して炉心槽に固定されている。
また、特許文献２及び３には、中性子反射板を用いず、炉心槽の内部に上下方向に延設された複数のバッフル板で燃料集合体の周囲を囲い、バッフル板の内側及び外側に冷却材の流路を形成することで、製作コストをさらに低減可能にした構成が開示されている。これらのバッフル板はバッフル取付板を介して炉心槽に固定されている。
尚、特許文献２に開示されたバッフル板は、バッフル取付板に内側からボルト結合され、特許文献３に開示されたバッフル板は互いに溶接により接合されている。

特開平１１−１０９０７７号公報 特開２０００−１１１６８２号公報 国際公開ＷＯ２０１０−０７１７６３号公報

特許文献１に開示された炉心槽の内部構造は、バッフル板と複層の中性子反射板とで構成されるため、依然として複雑かつ高コスト化する問題がある。
特許文献２及び３に開示された炉心槽の内部構造はバッフル板のみで構成されているため、特許文献１より製造コストを削減できるが、バッフル板はバッフル取付板を介して炉心槽に内側から固定されるため、取付け及び点検時などでの取外しが面倒となり、メンテナンスが容易ではない。
また、特許文献２及び３では、バッフル板は中性子の高照射域でボルト結合又は溶接接合されるため、中性子の照射によりボルト又は溶接部が照射誘起応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）を起すおそれがある。

本発明の少なくとも一実施形態は、上記課題に鑑み、炉心槽の内部構造を中性子反射体を設けない簡易かつ低コストな構成にすると共に、自立ユニット化することで取付け及び取外しを容易にすることを目的とする。また、中性子の高照射域でのボルトの使用や溶接部をなくし、これらのＩＡＳＣＣを回避することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るバッフル構造は上記課題を解決するために、原子炉容器内に設けられた炉心槽の内側に燃料集合体を囲むように配置されるバッフル構造であって、前記燃料集合体に対して鉛直方向に沿って対向する複数の平バッフル板と、各々が前記鉛直方向に所定間隔をおいて配置され、前記複数の平バッフル板を外側から支持する複数のフォーマ板と、を備え、前記複数の平バッフル板の外側面には、前記鉛直方向に沿って前記複数のフォーマ板に亘って延在する第１の縦リブが設けられる。

上記（１）の構成によれば、燃料集合体を囲むように配置されるバッフル構造を複数の平バッフル板と複数のフォーマ板を備えるバッフル構造体として構成できる。このように板状部材の組み合わせにより炉心シュラウドを構成することにより、従来の中性子反射体のような厚物構造からなる炉心シュラウドに比べて製造コストを大幅に削減することができる。また、このバッフル構造体は、複数のフォーマ板によって外側から支持されることにより自立可能なユニットとして構成できるため、例えば点検時に炉内構造物に対する取り付けや取り外しが容易であり、メンテナンス作業時の負担も大きく軽減できる。更に、複数の平バッフル板には第１の縦リブが設けられることにより、比較的薄い平バッフル板でも良好な強度を有するバッフル構造体を構成することができる。そのため、バッフル構造の軽量化を図ることができ、この点からもまた、メンテナンス作業時の負担軽減に貢献できる。特に、平バッフル板には熱変形等により鉛直方向に沿った変形が生じやすいが、鉛直方向に沿って延在する第１の縦リブを設けることで、このような変形を効果的に抑制できる。
また上述したように、バッフル構造は複数の平バッフル板が複数のフォーマ板によって支持されてなるが、平バッフル板は平板形状を有するため比較的強度が低く、熱変形等の影響によって変形しやすい傾向がある。この構成では、第１の縦リブを複数のフォーマ板に亘って設けることで、平バッフル板の上下方向に沿った強度を効果的に向上でき、より安定的な構造を実現できる。
尚、第１の縦リブは複数のフォーマ板の全てに亘って設けられてもよいが、複数のフォーマ板の一部に亘って設けられていてもよい。

（２）幾つかの実施形態では、前記（１）の構成において、前記複数の平バッフル板の外側面を覆う蓋板を更に備え、前記蓋板は、前記複数の平バッフル板とともに第１の冷却材流路を形成する。

上記（２）の構成によれば、平バッフル板と蓋板との間に第１の冷却材流路を形成することで、上記バッフル構造の冷却を効率的な構成で実現できる。特に、上述の第１の縦リブは平バッフル板の外側に設けられているため、第１の冷却材流路を流れる冷却材を整流することができ、良好な冷却効果が得られる。

（３）幾つかの実施形態では、前記（２）の構成において、前記複数のフォーマ板は、前記複数の平バッフル板の外側面に至る延在部が前記第１の冷却材流路を仕切るように構成されており、前記延在部には前記第１の冷却材流路を流れる冷却材が通過するためのオリフィスが設けられている。

上記（３）の構成によれば、上記オリフィスの開口面積を調整することで、冷却材の圧力損失及び流量を調整できる。これによって、第１の冷却材流路を流れる冷却材の流量を適量にでき、第１の冷却材流路の圧力上昇により冷却材が平バッフル板間及び平バッフル板と後述する角バッフル板との隙間から燃料集合体側に漏洩するのを抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記（２）又は（３）の構成において、前記蓋板は、前記第１の縦リブに対して外側から固定されている。

上記（４）の構成によれば、蓋板を平バッフル板に設けられた第１の縦リブに対して固定することで、固定位置を燃料集合体から離れた箇所にできるため、照射誘起応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）の発生リスクを低減できる。特に、蓋板の固定を外側から行うことによって、内側から行う場合に比べて、固定位置をより離れた箇所にできるので、上記効果をより効果的に享受できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記（１）から（４）のいずれか１構成において、前記複数のフォーマ板は、前記平バッフル板に対して外側からそれぞれ固定されている。

上記（５）の構成によれば、フォーマ板の平バッフル板に対する固定を外側から行うことで、固定位置を燃料集合体から離れた箇所にできるため、ＩＡＳＣＣの発生リスクを低減できる。

（６）幾つかの実施形態では、前記（１）から（５）のいずれか１構成において、前記複数のフォーマ板は、前記複数の平バッフル板の上側に設けられる上フォーマ板と、前記複数の平バッフル板の下側に設けられる下フォーマ板と、前記上フォーマ板及び下フォーマ板間に設けられる中フォーマ板と、を含む。

上記（６）の構成によれば、複数の平バッフル板を３つの異なる上下方向位置に設けられたフォーマ板で支持することにより、バッフル構造体としての十分な強度を確保できる。特に、上フォーマ板と下フォーマ板との間に中フォーマ板を設けることで、燃料集合体からのガンマ線量が多く高温化する中間領域（バッフル構造体の上下方向中央の領域）で、平バッフル板の熱膨張による燃料集合体側への変形を効果的に抑制できる。さらに、地震時等における燃料集合体からの水平方向荷重を支持することが可能となる。

（７）幾つかの実施形態では、前記（６）の構成において、炉内構造物に対して燃料集合体を支持する下部炉心支持板又は下部炉心板を備え、前記上フォーマ板は前記炉内構造物にピンによって位置決めされる。

上記（７）の構成によれば、下フォーマ板を、炉内構造物が備える下部炉心支持板又は下部炉心板に対して固定することで、冷却材の浮力及び流体推力による浮き上がりを防止しつつ、上述のバッフル構造を容易に位置決め及び固定することができる。
燃料集合体の上方の構造物（上部炉心支持板又は上部炉心板等）は燃料集合体の交換時に毎回取り外す必要がある。そのため、上フォーマ板をこれらの構造物に固定することができず、上フォーマ板を炉内構造物の炉心槽に位置決めする。その際、上フォーマ板をピンによって炉内構造物に固定するため、固定手段を簡易かつ低コスト化できる。
炉内構造物、下部炉心支持板又は下部炉心板は、既存の炉内構造物が備える任意の構成を利用してもよく、この場合、従来構成への設計変更を抑えつつ上述のバッフル構造を導入可能である。

（８）幾つかの実施形態では、前記（６）又は（７）の構成において、前記複数の平バッフル板の外側面には、前記第１の縦リブに交差する横リブが設けられており、前記中フォーマ板は、前記横リブに対して外側から固定されている。

上記（８）の構成によれば、平バッフル板に上記第１の縦リブに加えて横リブを設けることで、バッフル構造の剛性をさらに向上できる。また、中フォーマ板の平バッフル板への固定を横リブに対して行うことで、該固定位置を燃料集合体から離すことができる。これにより、これらの固定位置におけるＩＡＳＣＣを抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、前記（１）から（８）のいずれか１構成において、前記第１の縦リブは、前記複数の平バッフル板と一体的に形成されている。

上記（９）の構成によれば、第１の縦リブを溶接接合やボルト結合を行うことなく平バッフル板上に設けることができるので、溶接部やボルト接合部に生じるＩＡＳＣＣのリスクを排除できる。このような第１の縦リブと一体形成された平バッフル板は、例えば厚肉の板材を切削加工することで製造可能である。

（１０）幾つかの実施形態では、前記（２）から（４）のいずれか１構成において、前記複数の平バッフル板は、水平方向に沿った断面が略Ｌ形状を有する複数の角バッフル板が組み合わせてなる角部を介して互いに接続されており、前記複数の角バッフル板は、前記蓋板とともに前記第１の冷却材流路と独立した第２の冷却材流路を形成する。

上記（１０）の構成によれば、複数の角バッフル板を組み合わせて角部を設けることで、燃料集合体の形状に整合したバッフル構造を形成できる。これにより、冷却材をバッフル構造が囲む燃料集合体の近傍に集中することができ、良好な冷却性能が得られる。また、角バッフル板の外側に形成される第２の冷却材流路を、平バッフル板と蓋板との間に形成される第１の冷却材流路を独立的に形成することにより、領域毎に異なる冷却性能を持たせることができる。例えば略矩形状を有する燃料集合体の外周面では、平坦面に比べて角部近傍は中性子の高照射領域となるため、第２の冷却材流路における冷却材の流量を、第１の冷却材流路における冷却材の流量より多くすることで、それぞれに要求される冷却能力を確保できる。

（１１）幾つかの実施形態では、前記（１０）の構成において、前記複数の角バッフル板は、それぞれの端部が外側に向いた状態で互いに接合される。

上記（１１）の構成によれば、断面が略Ｌ形状を有する角バッフル板の端部が外側に向いた状態で接合されることにより凸部での角バッフル板継ぎ目からの冷却材ジェット漏洩流による燃料集合体の損傷を避けることができる他、内側に向いた状態で接合された場合に比べて、接合位置が燃料集合体に対して離れる。

（１２）幾つかの実施形態では、前記（２）から（４）のいずれか１構成において、前記蓋板には前記第１の縦リブと対向するように設けられた第２の縦リブが設けられており、前記蓋板は前記第１の縦リブと第２の縦リブとが互いに接合されることにより前記複数の平バッルフ板に対して固定される。

上記（１２）の構成によれば、平バッフル板に設けられた第１の縦リブを、蓋板側に設けられた第２の縦リブと接合することにより、縦リブの高さを大きくすることができ、蓋板との間に形成される冷却材流路の流路面積を大きく確保することができる。例えば、ＩＡＳＣＣを軽減するために第１の縦リブを平バッフル板と一体的に形成する場合、厚板材から切削加工で製造可能であるが、切削加工で形成できる高さには限度があるが、このような場合であっても、上記構成によりＩＡＳＣＣの発生リスクや製造コストを抑えつつ縦リブの高さを大きくすることができる。

（１３）本発明の幾つかの実施形態に係る原子炉容器は、前記（１）〜（１２）の構成を有するバッフル構造を備える。
上記構成（１３）によれば、炉心槽の内部構造を中性子反射体を設けない簡易かつ低コストな構成にすることができると共に、自立ユニット化することで取付け及び取外しを容易にできる。また、中性子の高照射域でのボルトの使用や溶接部をなくし、これらのＩＡＳＣＣの発生リスクを低減できる。その他、上述の作用効果を得ることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、炉心槽の内部構造を簡易かつ低コスト化できると共に、自立可能なバッフル構造とすることで、据付け作業及び点検時などの解体作業を容易にできる。

一実施形態に係る原子炉容器の概要を示す正面視断面図である。 一実施形態に係るバッフル構造の斜視図である。 一実施形態に係るバッフル構造の上部を示す斜視図である。 一実施形態に係るバッフル構造の側部を示す斜視図である。 一実施形態に係るバッフル構造の側部を示す斜視図である。 一実施形態に係るバッフル構造の角バッフル板を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は一実施形態に係るバッフル構造体の組立工程図である。 一実施形態に係る角バッフル板の嵌め合い構造を示す平面図である。 一実施形態に係るバッフル構造の平面視断面図である。 一実施形態に係るバッフル構造の平面視断面図である。 一実施形態に係るバッフル構造の平面視断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の少なくとも一実施形態に係るバッフル構造３４が組み込まれた加圧水型原子炉容器（以下、適宜「原子炉容器」と称する）１０を図１〜図７に示す。
原子炉容器１０は、図１に示すように、容器本体１２の内部に円筒形の炉内構造物１４が設けられ、炉内構造物１４の内部に多数の燃料集合体１６が並設されている。容器本体１２の上部は、上蓋２０で閉じられており、該上蓋２０には上方から多数の制御棒クラスタ（不図示）が挿入される。この制御棒クラスタは容器本体内に設けられた案内管２１（一部のみ図示）によって上下方向に案内され、燃料集合体１６に挿脱し、これによって、燃料集合体１６の核反応を制御する。

炉内構造物１４は上部炉内構造物２２及び下部炉内構造物２３で構成され、両者ともフランジ１２ａ及び２０ａで押えリング２４を介在させて吊り下げられる。上部炉内構造物２２は、上部炉心支持板２２ａと、燃料集合体１６の上方に配置され、上部炉心支持板２２ａに支持柱２５を介して連結される上部炉心板２６とで構成される。下部炉内構造物２３は燃料集合体１６を収容する炉心槽を構成し、底部は下部炉心支持板１８を構成すると共に、下部炉心支持板１８の上方で下部炉心板２８が支持柱２９を介して下部炉心支持板１８に支持される。燃料集合体１６は下部炉心板２８に固定される。燃料集合体１６の周囲には、容器本体１２に流入する冷却材の流れを制御するバッフル構造３４が設けられる。

容器本体１２には冷却材ｗの入口ノズル３１及び出口ノズル３２が接続されている。原子炉の運転時には、冷却材ポンプ（不図示）により軽水などの冷却材ｗが入口ノズル３１から容器本体１２の内部に流入する。容器本体１２の内部で、冷却材ｗは炉内構造物１４の外側の流路を通って下部プレナム３０に入る。冷却材ｗは下部プレナム３０から反転して燃料集合体１６の間を上昇し、その際核反応熱を吸収して昇温しつつ、出口ノズル３２から流出して蒸気発生器（不図示）に送られる。
上部炉心板２６及び下部炉心支持板１８、下部炉心板２８は多孔板からなり冷却材が通過可能に構成されている。

バッフル構造３４は、図２に示すように、燃料集合体１６を囲むように配置され、複数の平バッフル板３６と、複数のフォーマ板３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）とを備える。複数の平バッフル板３６は、シンプルで薄い平板形状を有し、炉内構造物１４の内部で燃料集合体１６の外側面に対向するように鉛直方向に沿って配置される。複数のフォーマ板３８は、各々が鉛直方向に所定間隔をおいて配置され、複数の平バッフル板３６を外側から支持する。

複数の平バッフル板３６と複数のフォーマ板３８とを備えるバッフル構造３４は、板状部材の組み合わせによりバッフル構造体を構成することで、従来の中性子反射体のような厚物構造からなるバッフル構造に比べて製造コストを大幅に削減することができる。
また、バッフル構造３４は、複数のフォーマ板３８によって外側から支持され、炉心槽（下部炉内構造物２３）に固定されない構造とすることで自立可能なユニットとして構成できるため、例えば点検時に炉内構造物に対する取り付けや取り外しが容易であり、メンテナンス作業時の負担も大きく軽減できる。

本実施形態では、複数の平バッフル板３６は、水平方向に沿った断面が略L形状を有する複数の角バッフル板３７からなる角部３５とフォーマ板３８を介して互いに接続される。このように平バッフル３６及び複数の角バッフル板３７からなる角部３５を組み合わせることで、燃料集合体１６の形状に整合したバッフル構造体が形成される。
これにより、冷却材ｗをバッフル構造３４が囲む燃料集合体１６の近傍に集中することができ、良好な冷却性能が得られる。

尚、平バッフル板３６は内側に配置される燃料集合体１６の平坦な中央部外側面に対向するように配置され、角バッフル板３７は燃料集合体１６の角部外側面に対向配置される。平バッフル板３６又は角バッフル板３７と燃料集合体１６との間隔は燃料集合体１６の外周面のバイパス流を制限するため極めて狭く形成される。

複数の平バッフル板３６の外側面には、鉛直方向（平バッフル板３６の外側面）に沿って延在する第１の縦リブ４０が設けられている。第１の縦リブ４０は、平バッフル板３６の剛性を向上させることにより補強する機能を有している。そのため、比較的薄い平バッフル板３６でも良好な強度を有するバッフル構造体を構成できる。
これによって、バッフル構造３４の軽量化を図ることができ、この点からもまた、メンテナンス作業時の負担軽減に貢献できる。
また複数の平バッフル板３６は複数のフォーマ板３８によって支持されてなるが、平バッフル板３６はシンプルな平板形状を有するため比較的強度が低く、熱変形の影響によって変形しやすい傾向がある。本実施形態では、第１の縦リブ４０を複数のフォーマ板３６に亘って設けることで、平バッフル板３６の上下方向に沿った強度を効果的に向上でき、より安定的なバッフル構造が実現されている。
尚、第１の縦リブ４０は厚肉の板材を切削加工することで、平バッフル板３６を構造的に補強するように構成されている。

図示された実施形態では、第１の縦リブ４０は各平バッフル板３６に複数設けられている。これら第１の縦リブ４０の各々は、間隔を置いて水平方向に沿って配置される。第１の縦リブ４０間の間隔が小さくし、第１の縦リブ４０の数を増やせば、平バッフル板３６の剛性を向上できる。
尚、本実施形態では、第１の縦リブ４０の各々が複数のフォーマ板３８の全てに亘って設けられている場合が例示されているが、複数のフォーマ板３８の一部（例えば隣り合うように配置された２以上のフォーマ板３８）に亘って設けられていてもよい。

例示的な実施形態では、バッフル構造３４は、図２に示すように、平バッフル板３６の外側面を覆う蓋板４２を備える。蓋板４２は、平バッフル板３６とともに第１の冷却材流路Ｆ_１を形成する。これにより、平バッフル板３６の外側面に面して冷却材が流れるため、平バッフル板３６の冷却効果を高めることができる。特に、上述の第１の縦リブ４０は平バッフル板３６の外側に設けられているため、第１の冷却材流路Ｆ_１を流れる冷却材を整流することができ、良好な冷却効果が得られる。

図２〜図６に示されるように、平バッフル板３６が設けられたバッフル構造３４の周方向領域において、フォーマ板３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）にはオリフィス４４が形成される。フォーマ板３８（３８ａ、３８ｂ、３８ｃ）は、平バッフル板３６の外側面に至る延在部４１が第１の冷却材流路Ｆ_１を仕切るように構成されており、延在部４１にオリフィス４４を設けることで、第１の冷却材流路Ｆ_１を流れる冷却材が通過可能に構成されている。これによって、平バッフル板３６の外側面と蓋板４２との間に第１の冷却材流路Ｆ_１が形成される。
尚、図示された実施形態では、図４に示すように、フォーマ板３８（３８ｂ）では、フォーマ板３８（３８ｂ）の内側に形成された横リブ５４にオリフィス４４が形成されている。オリフィス４４は平バッフル板３６の周方向に多数形成されており、その径及び数を調整することで、冷却材の流量を調整してもよい。

複数の角バッフル板３７は、それらの外側に第１の冷却材流路Ｆ_１と独立した第２の冷却材流路Ｆ_２を形成する。このように、角バッフル板３７の外側に形成される第２の冷却材流路Ｆ_２を、平バッフル板３６と蓋板４２との間に形成される第１の冷却材流路Ｆ_１と独立的に形成することにより、燃料集合体１６の領域毎に異なる冷却性能を持たせることができる。例えば、略矩形状を有する燃料集合体１６の外周面では、平坦面に比べて角部近傍は中性子の高照射領域となるため、第２の冷却材流路Ｆ_２における冷却材の流量を、第１の冷却材流路Ｆ_１における冷却材の流量より多くすることで、夫々に要求される冷却能力を確保できる。
また、第１の冷却材流路Ｆ_１及び第２の冷却材流路Ｆ_２の圧力と燃料集合体１６との圧力の差が大きくならないようにすることで、平バッフル板３６及び角バッフル板３７のバッフル板同士の隙間から燃料集合体１６への冷却材の漏洩を防ぐことができる。

尚、複数の角バッフル板３７は、それぞれの端部が外側に向いた状態で互いに接合される。このように、角バッフル板３７の端部が外側に向いた状態で接合されるため、凸部での角バッフル板継ぎ目からの冷却材のジェット漏洩流による燃料集合体の損傷を避けることができる他、内側に向いた状態で接合された場合に比べて、接合位置が燃料集合体１６に対して離れる。そのため、接合個所に生じるＩＡＳＣＣを効果的に軽減できる。

例示的な実施形態では、図３及び図６に示すように、角バッフル板３７が設けられたバッフル構造３４の周方向領域において、フォーマ板３８は冷却材を通すためのオリフィス４４を有する。そして、炉内構造物１４の内側面と平バッフル板３６の外側面との間の空間は、平バッフル板３６の外側面に面して第１の冷却材流路Ｆ_１が形成される第１の空間Ｓ_１と、角バッフル板３７の外側面に面してオリフィス４４を通る第２の冷却材流路Ｆ_２が形成される第２の空間Ｓ_２と、蓋板４２の外側に形成され冷却材が流れない第３の空間Ｓ_３とで構成される。
こうして、第１の冷却材流路Ｆ_１及び第２の冷却材流路Ｆ_２を形成することで、バッフル構造３４の冷却効果を高めることができる。
図示された実施形態では、オリフィス４４は角バッフル板３７の周方向に多数形成されており、その径及び数を調整することで、冷却材の流量を調整してもよい。

例示的な実施形態では、図２に示すように、炉内構造物１４に対して燃料集合体１６を支持する下部炉心支持板１８又は下部炉心板２８を備え、下フォーマ板３８（３８ｃ）は下部炉心支持板１８又は下部炉心板２８に固定される。上フォーマ板３８（３８ａ）は炉内構造物１４にピン４６によって位置決め固定される。
これによって、冷却材の浮力及び流体推力による浮き上がりを防止しつつ、バッフル構造３４を容易に位置決め及び固定できる。また、燃料集合体１６の交換時に取り外す必要がある上部炉内構造物２２を容易に取り外すことができる。
炉内構造物１４及び下部炉心支持板１８又は下部炉心板２８は、既存の原子炉容器が備える任意の構成を利用してもよく、この場合、従来構成への設計変更を抑えつつ上述のバッフル構造３４を導入可能である。

図２に図示した実施形態では、下部炉心支持板１８及び下部炉心板２８を備え、燃料集合体１６は下部炉心板２８に固定される。
また、バッフル構造３４の下端に設けられる下フォーマ板３８（３８ｃ）が下部炉心板２８に形成されたピン４８によって位置決めされる。さらに、下フォーマ板３８（３８ｃ）は下部炉心板２８に対してボルト５０によって固定される。
尚、ボルト５０は下フォーマ板３８（３８ｃ）のうち、平バッフル板３６及び蓋板４２より外側に設けられている。このようにボルト５０の固定位置を炉心から離すことによって、ＩＡＳＣＣを軽減できる。

ピン４６及び４８は、バッフル構造３４の周方向数か所に設けられる。ボルト５０は平バッフル板３６の左右方向略中央位置であってバッフル構造３４の周方向で数か所に設けられる。ピン４６は炉内構造物１４から内側へ向けて水平方向へ突出し、上フォーマ板３８（３８ａ）に形成された凹部４７に挿入される。ピン４８は下部炉心板２８から上方へ向けて突出し、下フォーマ板３８（３８ｃ）に形成された孔４９に挿入される。

本実施形態では、図２に示すように、フォーマ板３８として、複数の平バッフル板３６の最上部に設けられる上フォーマ板３８（３８ａ）と、複数の平バッフル板３６の上下方向中間位置に設けられる中フォーマ板３８（３８ｂ）と、複数の平バッフル板３６の最下部に設けられる下フォーマ板３８（３８ｃ）とが用いられている。このように平バッフル板３６を３つの異なる上下方向位置に設けられたフォーマ板３８で支持することにより、バッフル構造体としての十分な強度を確保できる。

ここで、燃料集合体１６の中央高さ付近及び上部領域で熱膨張によるバッフル構造３４の内側、即ち、燃料集合体１６側への変形が大きくなる傾向がある。特に、上フォーマ板３８（３８ａ）と下フォーマ板３８（３８ｃ）との間に中フォーマ板３８（３８ｂ）を設けることで、熱膨張による燃料集合体１６側への変形を効果的に抑制できる。

例示的な実施形態では、図３〜図６に示すように、複数のフォーマ板３８は平バッフル板３６の外側に配置されるボルト５２によって、バッフル板３６に結合される。このようにフォーマ板３８の平バッフル板３６に対する固定を外側から行うことで、固定位置を燃料集合体から離れた箇所にできるため、ＩＡＳＣＣの発生リスクを低減できる。

図４に示された実施形態では、平バッフル板３６の外側面の上下方向中間位置に、即ち、中フォーマ板３８（３８ｂ）が配置される位置に、第１の縦リブ４０に交差するように（水平方向に沿って）横リブ５４が設けられている。このように平バッフル板３６に第１の縦リブ４０に加えて横リブ５４を設けることで、バッフル構造の剛性をさらに向上できる。

そして中フォーマ板３８（３８ｂ）は、このように設けられた横リブ５４に対して外側からボルト５２（５２ａ）で固定されている。このように、中フォーマ板３８（３８ｂ）の平バッフル板３６への固定を横リブ５４に対して行うことで、該固定位置を燃料集合体１６から離すことができる。これにより、これらの固定位置におけるＩＡＳＣＣを抑制できる。

図５に示される実施形態では、上フォーマ板３８（３８ａ）は平バッフル板３６の外側で上フォーマ板３８（３８ａ）の上面に形成された凹部３９に配置されたボルト５２（５２ｂ）で平バッフル板３６に結合される。また、上フォーマ板３８（３８ａ）はバッフル板３６の外側に配置されたボルト５２（５２ｃ）によって第１の縦リブ４０の上端に結合される。

図４に示される実施形態では、中フォーマ板３８（３８ｂ）は、平バッフル板３６の外側で中フォーマ板３８（３８ｂ）の上面に形成された凹部３９に配置されたボルト５２（５２ａ）によって横リブ５４に結合される。ボルト５２（５２ａ）は水平方向へ向けて横リブ５４に螺合する。

図３及び図４に示す実施形態では、蓋板４２はバッフル板３６の外側に配置されたボルト５２（５２ｄ）によって、第１の縦リブ４０に外側から結合される。このように蓋板４２を平バッフル板３６に設けられた第１の縦リブ４０に対して固定することで、固定位置を燃料集合体１６から離れた箇所にできるため、照射誘起応力腐食割れ（ＩＡＳＣＣ）の発生リスクを低減できる。特に、蓋板４２の固定を外側から行うことによって、内側から行う場合に比べて、固定位置をより離れた箇所にできるので、上記効果をより効果的に享受できる。
尚、図３及び図４では、蓋板４２は二点鎖線で図示されている。

例示的な実施形態では、第１の縦リブ４０は、平バッフル板３６と一体的に形成されている。この場合、第１の縦リブ４０を溶接接合やボルト結合を行うことなく平バッフル板３６上に設けることができるので、溶接部やボルト接合部に生じるＩＡＳＣＣのリスクを排除できる。このような第１の縦リブ４０と一体形成された平バッフル板３６は、例えば厚肉の板材を切削加工することで製造可能である。この実施形態では特に、横リブ５４もまた第１の縦リブ４０と同様に平バッフル板３６と一体的に形成されている。

ここで図７を参照して、上記構成を有するバッフル構造の組立構成について説明する。
図７は、一実施形態にかかるバッフル構造３４の組立構成を示す。まず、図７（Ａ）に示すように、４枚の平バッフル板３６及び複数のフォーマ板３８（３８ａ、３８ａ、３８ｃ）が用意され、４枚の平バッフル板３６が上下方向に位置決めされる（平バッフル板位置決め）。
次に、図７（Ｂ）に示すように、これら４枚の平バッフル板３６に対してフォーマ板３８を平バッフル板３６の外側に上下方向に互いに間隔を置いて水平方向に沿って配置する。平バッフル板３６はフォーマ板３８に結合され支持される（フォーマ板取付け）。
次に、蓋板４２を平バッフル板３６の外側面を覆うように平バッフル板３６に取り付け、蓋板４２と平バッフル板３６との間に第１の冷却材流路Ｆ_１を形成する（蓋板取付け）。さらに、平バッフル板３６の間に複数の角バッフル板３７を上下方向に配置し、角バッフル板３７をフォーマ板３８に結合する（角バッフル板取付け）。

こうして、図７（Ｃ）に示すようなバッフル構造３４が構成される。平バッフル板３６は第１の縦リブ４０を有して剛性が高められ、かつ平バッフル板３６はフォーマ板３８で外側から支持されるので、自立ユニット化が可能になる。即ち、図７（Ｂ）に示すように、平バッフル板４０にフォーマ板３８の取り付けた後、平バッフル板３６を自立させた状態で蓋板４２の取付け及び角バッフル板３７の取付けが可能になる。これによって、蓋板４２及び角バッフル板３７の取付けが容易になる。

例示的な実施形態では、図８に示すように、複数の角バッフル板３７は互いに隣接する部位に差圧による冷却材の漏洩を防止するため、嵌め合い構造５６を有し、隣接する角バッフル板３７はこの嵌め合い構造によって結合される。
図示された実施形態では、平バッフル板３６に隣接配置された角バッフル板３７は隣接した平バッフル板３６と嵌め合い構造５６によって結合される。

例示的な実施形態では、図９に示すように、蓋板４２の裏面に平バッフル板３６に形成された第１の縦リブ４０に対応する位置に第２の縦リブ５８が形成され、蓋板４２は第１の縦リブ４０と第２の縦リブ５８とを突き合せて配置される。
図示された実施形態では、蓋板４２は平バッフル板３６の外側に配置されたボルト５２（５２ｄ）によって第１の縦リブ４０に結合される。

例示的な実施形態では、図１０に示すように、第１の縦リブ４０は蓋板４２に形成される。
図示された実施形態では、第１の縦リブ４０は蓋板４２と一体に形成され、蓋板４２は第１の縦リブ４０を介して平バッフル板３６に結合される。

図１１に示す実施形態では、平バッフル３６の中央付近に燃料集合体１６を更にもう一列配置する場合の設計として、平バッフル板３６は角バッフル板３７との結合部（嵌め合い構造５６）よりさらに両側へ延設され、その両側延設部の両端と角バッフル板３７との間に補強フレーム６０が挿入され、これら両端と補強フレーム６０及び補強フレーム６０と角バッフル板３７はボルト６２で結合される。

幾つかの実施形態によれば、図２に示すように、バッフル構造３４は、中性子反射体を用いず、平バッフル板３６及び角バッフル板３７のみで構成されるので、製造コストを削減できる。
また、平バッフル板３６は第１の縦リブ４０を有するために高剛性となり、さらに、フォーマ板３８で外側から支持されることで、自立ユニット化できる。これによって、バッフル構造３４の取付け及び点検時などでの取外しが容易になる。
また、第１の縦リブ４０によって平バッフル板３６の剛性が向上するので、フォーマ板３８の数を従来より低減でき、これによっても製造コストを削減できる。

例示的な実施形態によれば、図２に示すように、平バッフル板３６と蓋板４２との間に第１の冷却材流路Ｆ_１を形成することで、バッフル構造３４の冷却効果を向上できる。また、オリフィス４４の開口面積を調整することで、冷却材の流量を調整できるので、第１の冷却材流路Ｆ_１を流れる冷却材が、圧力差により平バッフル板３６と角バッフル板３７との隙間から燃料集合体１６に漏洩するのを抑制できる。

例示的な実施形態によれば、図２に示すように、バッフル構造３４に接する第１の冷却材流路Ｆ_１及び第２の冷却材流路Ｆ_２に限定して冷却材を流すことができるので、炉内構造物１４の冷却効果を高めつつ、冷却材の流量を低減できるので、原子炉容器１０の熱効率を向上できる。
また、バッフル構造３４と炉内構造物１４間の空間を第１の冷却材流路Ｆ_１を形成する第１の空間Ｓ_１と、第２の冷却材流路Ｆ_２を形成する第２の空間Ｓ_２と、バッフル構造の冷却への寄与が少ない第３の空間Ｓ_３とに仕切るため、冷却設計が容易になる。

例示的な実施形態によれば、図２に示すように、バッフル構造３４が自立ユニット化され、ピン４６及び４８による位置決めと、ボルト５０による固定が可能になるため、バッフル構造３４を容易に位置決め及び固定できる。また、バッフル構造３４の取付け及び点検時及び燃料集合体１６の交換時等において、上部炉内構造物２２を容易に取り外すことができる。
また、バッフル構造３４をボルト５０で下部炉心支持板１８又は下部炉心板２８に固定するため、冷却材ｗの浮力によるバッフル構造３４の浮き上がりを防止できる。

例示的な実施形態によれば、フォーマ板３８を上フォーマ板３８ａと、中フォーマ板３８ｂと、下フォーマ板３８ｃとで構成するため、バッフル板３６に対するフォーマ板３８の必要な支持強度を確保しつつ、フォーマ板３８の数を低減できるので、バッフル構造３４を簡易かつ低コスト化できる。
中フォーマ板３８ｂを設けることで、ガンマ線量が多く高温となるバッフル構造３４の中間領域（バッフル構造３４の上下方向中間領域）で、バッフル構造３４の燃料集合体側への熱変形量を支障ない範囲に抑制できる。さらに、地震時等において燃料集合体からの水平方向荷重を支持することができる。

例示的な実施形態によれば、図３〜図６に示すように、ボルト５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）を平バッフル板３６の外側で中性子照射量が少ない領域に配置するので、ボルト５２のＩＡＳＣＣを抑制できる。
例示的な実施形態によれば、図４に示すように、平バッフル板３６に横リブ５４を形成することで、平バッフル板３６の強度をさらに向上できると共に、平バッフル板３６の中フォーマ板３８（３８ｂ）への取付け強度を高めることができる。さらに、中性子照射量が多くなる領域で、平バッフル板３６を中フォーマ板３８（３８ｂ）に取り付けるボルト５２（５２ａ）は中性子の高照射域外に配置されるので、該ボルトのＩＡＳＣＣを抑制できる。

例示的な実施形態によれば、厚肉の板材を切削加工することで、第１の縦リブ４０や横リブ５４を有する平バッフル板３６を製造するので、溶接部及びボルト結合部を無くすことができ、これによって、ＩＡＳＣＣ発生のおそれがなくなる。
例示的な実施形態によれば、図８に示すように、隣接する角バッフル板３７間及び角バッフル板３７と平バッフル板３６とを、溶接やボルト結合でなく嵌め合い構造５６で結合するので、ＩＡＳＣＣが発生するおそれがない。

例示的な実施形態によれば、図９に示すように、蓋板４２の裏面には、第１の縦リブ４０と対向するように設けられた第２の縦リブ５８が設けられていてもよい。蓋板４２は第１の縦リブ４０と第２の縦リブ５８とが互いに接合されることにより平バッルフ板３６に対して固定される。このように平バッフル板３６に設けられた第１の縦リブ４０を、蓋板４２側に設けられた第２の縦リブ５８と接合することにより、縦リブの高さを大きくすることができ、蓋板４２との間に形成される冷却材流路の流路面積を大きく確保することができる。例えば、ＩＡＳＣＣを軽減するために第１の縦リブ４０を平バッフル板３６と一体的に形成する場合、厚板材から切削加工で製造可能であるが、切削加工で形成できる高さには限度があるが、このような場合であっても、上記構成によりＩＡＳＣＣの発生リスクや製造コストを抑えつつ縦リブの高さを大きくすることができる。

例示的な実施形態によれば、図１０に示すように、第１の縦リブ４０を蓋板４２に形成することで、平バッフル板３６の外側面に縦リブを形成する必要がなくなり、これによって、平バッフル板３６の製造コストを削減できる。

図１１に示す実施形態によれば、平バッフル板３６の両側延設部の端部と角バッフル板３７との間に補強フレーム６０が介装されるので、平バッフル板３６と角バッフル板３７との結合部の強度を向上できる。
また、平バッフル板３６の幅方向の長さが増加することで、第１の冷却材流路Ｆ_１の容積を増加でき、これによって、平バッフル板３６の冷却効果を更に向上できるとともに、組立体としての強度を向上できる効果もある。

本発明の少なくとも一実施形態は、原子炉容器内に設けられた炉心槽の内側に燃料集合体を囲むように配置されるバッフル構造及びこのバッフル構造を備える原子炉容器に利用可能である。

１０ 原子炉容器
１２ 容器本体
１４ 炉内構造物
１６ 燃料集合体
１８ 下部炉心支持板
２０ 上蓋
２２ 上部炉内構造物
２２ａ 上部炉心支持板
２３ 下部炉内構造物
２４ 押えリング
２５、２９ 支持柱
２６ 上部炉心板
２８ 下部炉心板
３０ 下部プレナム
３１ 入口ノズル
３２ 出口ノズル
３４ バッフル構造
３５ 角部
３６ 平バッフル板
３７ 角バッフル板
３８ フォーマ板
３８ａ 上フォーマ板
３８ｂ 中フォーマ板
３８ｃ 下フォーマ板
３９、４７ 凹部
４０ 第１の縦リブ
４１ 延在部
４２ 蓋板
４４ オリフィス
４６、４８ ピン
４９ 孔
５０、５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ） ボルト
５４ 横リブ
５６ 嵌め合い構造
５８ 第２の縦リブ
６０ 補強フレーム
Ｆ_１ 第１の冷却材流路
Ｆ_２ 第２の冷却材流路
Ｓ_１ 第１の空間
Ｓ_２ 第２の空間
Ｓ_３ 第３の空間
ｗ 冷却材

Claims (13)

1. 原子炉容器内に設けられた炉心槽の内側に燃料集合体を囲むように配置されるバッフル構造であって、
   前記燃料集合体に対して鉛直方向に沿って対向する複数の平バッフル板と、
   各々が前記鉛直方向に所定間隔をおいて配置され、前記複数の平バッフル板を外側から支持する複数のフォーマ板と、
   を備え、
   前記複数の平バッフル板の外側面には、前記鉛直方向に沿って前記複数のフォーマ板に亘って延在する第１の縦リブが設けられることを特徴とするバッフル構造。
2. 前記複数の平バッフル板の外側面を覆う蓋板を更に備え、
   前記蓋板は、前記複数の平バッフル板とともに第１の冷却材流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のバッフル構造。
3. 前記複数のフォーマ板は、前記複数の平バッフル板の外側面に至る延在部が前記第１の冷却材流路を仕切るように構成されており、
   前記延在部には前記第１の冷却材流路を流れる冷却材が通過するためのオリフィスが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバッフル構造。
4. 前記蓋板は、前記第１の縦リブに対して外側から固定されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のバッフル構造。
5. 前記複数のフォーマ板は、前記複数の平バッフル板に対して外側からそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のバッフル構造。
6. 前記複数のフォーマ板は、
   前記複数の平バッフル板の上側に設けられる上フォーマ板と、
   前記複数の平バッフル板の下側に設けられる下フォーマ板と、
   前記上フォーマ板及び下フォーマ板間に設けられる中フォーマ板と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のバッフル構造。
7. 炉内構造物に対して前記燃料集合体を支持する下部炉心支持板又は下部炉心板を備え、
   前記下部炉心支持板又は前記下部炉心板に前記下フォーマ板が固定され、
   前記上フォーマ板は前記炉内構造物にピンによって位置決めされることを特徴とする請求項６に記載のバッフル構造。
8. 前記複数の平バッフル板の外側面には、前記第１の縦リブに交差する横リブが設けられており、
   前記中フォーマ板は、前記横リブに対して外側から固定されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のバッフル構造。
9. 前記第１の縦リブは、前記複数の平バッフル板と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のバッフル構造。
10. 前記複数の平バッフル板は、水平方向に沿った断面が略Ｌ形状を有する複数の角バッフル板が組み合わせてなる角部を介して互いに接続されており、
    前記複数の角バッフル板は、前記蓋板とともに前記第１の冷却材流路と独立した第２の冷却材流路を形成することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のバッフル構造。
11. 前記複数の角バッフル板は、それぞれの端部が外側に向いた状態で互いに接合されることを特徴とする請求項１０に記載のバッフル構造。
12. 前記蓋板には前記第１の縦リブと対向するように設けられた第２の縦リブが設けられており、前記蓋板は前記第１の縦リブと第２の縦リブとが互いに接合されることにより前記複数の平バッフル板に対して固定されることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のバッフル構造。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載のバッフル構造を備えることを特徴とする原子炉容器。

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