JP2000009869A - 沸騰水型原子炉の炉心、及び沸騰水型原子炉、並びに沸騰水型原子炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定格運転時における過渡事象の影響を十分に防
止しつつ、非定格運転時における炉心の核熱水力的安定
性を十分に向上する。 【解決手段】燃料棒１２、水ロッド１３、下部タイプレ
ート１６を備えた燃料集合体２と、燃料集合体２を載置
する燃料支持金具１０とを有する炉心１において、燃料
支持金具１０は内径ｄが約６．２ｃｍの側面開口部１０
ｂを備え、下部タイプレート１６は冷却材を燃料バンド
ルに導く冷却材通路１８を設けた上端部１６ｂを備え、
水ロッド１３は、上昇管１３ａと下降管１３ｂとを備
え、冷却材通路１８の総横断面積Ｓ1とチャンネルボッ
クス１７内の冷却材流路１９の総横断面積Ｓ2との比ｒ
が０．２≦ｒ≦０．４であり、下降管冷却材流出口１３
ｂ1は、燃料棒有効長をＬとしたとき、有効長下端から
の高さｈが、−２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦（ｈ／
Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０４となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉に
係わり、特に、水ロッドを備えた沸騰水型原子炉の炉
心、及びこれを備えた沸騰水型原子炉、並びにその沸騰
水型原子炉の運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心は、通常、多数の
燃料集合体が正方格子状に配置されている。各燃料集合
体は、正方格子状に配列された多数の燃料棒と、燃料棒
配列の中心付近に設けられた少なくとも１本の水ロッド
と、それら燃料棒及び水ロッドを束ねた燃料バンドルの
上部及び下部をそれぞれ支持する上部タイプレート及び
下部タイプレートと、燃料バンドルの周囲を取り囲み燃
料集合体の外壁を形成するチャンネルボックスとを備え
ている。

【０００３】燃料棒は、例えばジルコニウムで形成され
た被覆管内に多数の燃料ペレットを充填することにより
構成されており、このとき充填される燃料としては、通
常、天然ウランのうち核分裂しやすいＵ−２３５の濃度
を上げた濃縮ウランを用いる。そして、主としてこのＵ
−２３５の核分裂によって得られたエネルギーによっ
て、冷却材である水を加熱するようになっている。水ロ
ッドは、燃料棒のような発熱要素ではなく、下部に設け
た開口部から冷却材である水を取り入れて内部を通過さ
せ、上部に設けた開口部から流出させるものである。こ
れにより、燃料バンドル内における水と燃料とのバラン
ス（Ｈ／Ｕ比）の、主として軸方向への均一化を図るこ
とができ、燃料集合体ひいては炉心全体の核的特性を向
上することができる。この水ロッドの構造については既
に種々のものが提唱されているが、近年、例えば、特開
昭６３−７３１８７号公報、特公平７−８９１５８号公
報、及び日立評論 ｖｏｌ．７４ Ｎｏ．１０（１９９
２）に開示のように、水ロッドを、互いに連通した上昇
管と下降管とで構成することが提唱されている。上昇管
の下端は例えば下部タイプレートの上面より下方に開口
させる一方、下降管の下端は下部タイプレートの上面よ
り上方に開口させている。この構造によれば、上昇管下
端の開口部における圧力と下降管下端の開口部における
圧力との差が下部タイプレート上面の流路における圧力
損失分に等しくなるため、原子炉の運転中に、その圧力
損失分の水頭を与える高さの液面が上昇管内に生じ、か
つ、その液面の高さ方向位置を炉心を流れる冷却材流量
によって上下方向に変化させることができる。このよう
な水ロッドが、いわゆるスペクトルシフトロッドと称さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】燃料に含まれるＵ−２
３５は主としてエネルギーの低い熱中性子と反応して核
分裂をする。沸騰水型原子炉では、Ｕ−２３５の核分裂
によって発生したエネルギーの高い中性子を、冷却材で
ある水の中の水素原子によってエネルギーの低い熱中性
子に減速し、これによって核分裂連鎖反応を持続させて
いる。したがって、炉心中の水が多いほど中性子の減速
作用が大きくなり、Ｕ−２３５の核分裂反応を持続させ
やすくなる。

【０００５】そこで、前述したスペクトルシフトロッド
における液面変化機能を有効に活用しようとする場合、
以下の２つが考えられる。

【０００６】（１）定格運転時における炉心出力調整 原子炉の運転を開始すると、時間経過とともに核分裂に
よってＵ−２３５が減っていく。そのため、原子炉を止
めて行う定期検査の際に、炉心に装荷された多数の燃料
集合体のうちの一部を、新燃料を備えた燃料集合体に取
り替える。この定期検査から次の定期検査までの期間
を、１つの原子炉運転単位として１サイクルと称する。
新燃料が入った定期検査直後（サイクル初期の定格運転
時）は炉心中のＵ−２３５が多いため相対的に出力が大
きく、運転を続けて定期検査に入る前（サイクル末期の
定格運転時）の炉心では定期検査直後よりもＵ−２３５
が少ないため相対的に出力が小さくなる。

【０００７】しかしながら、定格運転中は原子炉の出力
は一定であることが好ましい。そこで、上記スペクトル
シフトロッドの液面変化機能を定格運転時に適用し、Ｕ
−２３５が多いサイクル初期は冷却材である水の流量を
少なめにして上昇管内の液面位置を低くし、その分、炉
心中の水のボイド率（蒸気と液体の水の比率）を大きく
して炉心中の水の量を相対的に少なくすることにより、
中性子の減速作用を少なくしてＵ−２３５の核分裂反応
を持続させにくくし、炉心出力を抑制する。その後、時
間の経過とともにＵ−２３５が消費されて減少するのに
応じて水の流量を増加させて上昇管内の液面位置を高く
し、その分、炉心中の水のボイド率を低下させ、炉心中
の水の量を相対的に増加させることにより、Ｕ−２３５
の核分裂反応を持続させ、炉心出力の維持を図ることが
考えられる。上記した特開昭６３−７３１８７号公報、
特公平７−８９１５８号公報、及び日立評論 ｖｏｌ．
７４ Ｎｏ．１０（１９９２）は、このような定格運転
時における炉心出力調整を主眼とした公知技術であり、
サイクル初期において水の量を減らして中性子の減速作
用を少なくしてＵ−２３５の消費を少なくする一方、さ
らにこのとき、燃料中の大部分を占めるＵ−２３８にエ
ネルギーの高い中性子を吸収させることにより、Ｕ−２
３５と同様に熱中性子によって核分裂を起こしやすいを
もつＰｕ−２３９の生成を促進する。そして、Ｕ−２３
５の少なくなってきたサイクル後期に水の量を増やして
中性子の減速効果を大きくすることにより、Ｕ−２３５
及びＰｕ−２３９の核分裂を促進する。このように、Ｕ
−２３８からＰｕ−２３９への核反応を促進し、サイク
ル後期にＰｕ−２３９の核分裂を利用することにより、
Ｕ−２３５を節約（省ウラン化）することができる。

【０００８】（２）非定格運転時における炉心出力調整 沸騰水型原子炉は、１サイクル内において、定期検査直
後の運転再開時に流量を徐々に増大させつつ出力を増大
させ、その後定格運転状態となる。このとき、最初は作
業員による手動操作で流量・出力を増大させていくが、
ある程度まで増大すると（後述する自動流量制御下限点
になった以降は）自動制御で流量・出力を増大させ、定
格運転状態となって安定的に出力を発生する。その後、
次の定期検査が近づいてくると、同様に再び流量を徐々
に減少させつつ出力を減少させ、手動操作に切り換えて
最終的に停止させる。このような運転方法に対応し、沸
騰水型原子炉は、一般に、定格運転時からその前後の低
出力運転時（以下適宜、非定格運転時という）に至る所
定の流量範囲で冷却材の流量を自動制御可能である。こ
のとき、非定格運転時に対応するその制御可能範囲の下
限（＝自動流量制御下限点）では、安全性の確保の観点
から、炉心の核熱水力的安定性に関する所定の制限を最
低限満足することが要求される。ここで、沸騰水型原子
炉の核熱水力的安定性は、同一流量ならば炉心の出力が
小さい方がより安定となる。そこで、上記スペクトルシ
フトロッドの液面変化機能を非定格運転時に適用し、自
動流量制御下限点近傍の低流量時に上昇管内の液面位置
を低くし、その分、炉心中の水の量を相対的に少なくし
て中性子の減速の割合を小さくし、液面がない場合より
も出力を下げることが考えられる。このようにすれば、
自動流量制御下限点での炉心の核熱水力安定性余裕を大
きくすることができるはずである。

【０００９】しかしながら、このような非定格運転時に
おける炉心出力調整に主眼を置いた公知技術は、従来、
存在しなかった。但し、上記した特開昭６３−７３１８
７号公報、特公平７−８９１５８号公報、及び日立評論
ｖｏｌ．７４ Ｎｏ．１０（１９９２）は、定格運転時
にサイクル初期と末期で液面位置を上下させるという定
格運転時の出力調整を主眼とした公知技術であるもの
の、付随的な効果として、非定格運転時の自動流量制御
下限点における核熱水力安定性も若干改善される可能性
はある。しかしながらこの場合、その主眼の差異に由来
する以下のような不都合がある。すなわち、定格運転中
に水ロッドの上昇管内に液面が存在するため、万が一、
ポンプの制御系の異常等によって冷却材流量が急激に増
加する場合を想定すると、液面が急上昇して炉心内の水
が急激に増大し、原子炉出力の上昇速度を抑制するのが
困難となる可能性がある。つまり、冷却材流量増加とい
う過渡事象の影響を必ずしも十分に防止できない恐れが
あった。

【００１０】なお、以上説明したようなスペクトルシフ
トロッドではなく、上記（１）や（２）を主眼とするも
のもないが、米国特許４７０８８４６号には、スペクト
ルシフトロッドに類似する互いに連通した上昇管及び下
降管を備えた水ロッドが開示されている。この公知技術
では、下降管の出口から出た水による冷却性能向上を主
眼としており、下降管出口の燃料有効長下端からの距離
を燃料有効長の６５％以上７５％以下としている。

【００１１】本発明の目的は、定格運転時における過渡
事象の影響を十分に防止しつつ、非定格運転時における
炉心の核熱水力的安定性を十分に向上できる沸騰水型原
子炉、及び沸騰水型原子炉の炉心、並びに沸騰水型原子
炉の運転方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、複数本の燃料棒と少なくとも１本
の水ロッドとで燃料バンドルを形成し、この燃料バンド
ルの周囲をチャンネルボックスで囲み、前記燃料バンド
ルの下端部を下部タイプレートで保持した燃料集合体
と、この燃料集合体を載置する燃料支持金具とを有し、
前記燃料支持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り
入れるための側面開口部を備え、前記下部タイプレート
は、前記燃料支持金具の内部から導入された冷却材を前
記燃料バンドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部
を備え、前記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部
から導入された冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇
管に連通し該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く
下降管とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、前記
燃料支持金具の側面開口部の内径ｄは約６．２ｃｍであ
り、前記下部タイプレートの上端部に設けた前記複数の
冷却材通路の総横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む
前記チャンネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ
2との比であるＳ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦
０．４であり、前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設
けた冷却材流入口は、前記下部タイプレートの上端部と
同じ高さ方向位置又は該上端部よりも下方の高さ方向位
置にあり、前記水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた
冷却材流出口は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、
該有効長下端からの高さｈが、−２．１ｒ²＋２．２ｒ
−０．３≦（ｈ／Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０
４となるように構成する。

【００１３】（２）また上記目的を達成するために、本
発明は、複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッドと
で燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲をチ
ャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端部を
下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃料集
合体を載置する燃料支持金具とを有し、前記燃料支持金
具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるための側
面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記燃料支
持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バンドル
に導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、前記水
ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入された
冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通し該上
昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管とを備え
た沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料支持金具の
側面開口部の内径ｄは約５．６ｃｍであり、前記下部タ
イプレートの上端部に設けた前記複数の冷却材通路の総
横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む前記チャンネル
ボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2との比である
Ｓ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦０．４であり、
前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設けた冷却材流入
口は、前記下部タイプレートの上端部と同じ高さ方向位
置又は該上端部よりも下方の高さ方向位置にあり、前記
水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた冷却材流出口
は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、該有効長下端
からの高さｈが、−４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４≦
（ｈ／Ｌ）＜−０．５３ｒ²+０．５ｒ+０．４６となる
ように構成されている。燃料支持金具の側面開口部から
内部に流入した冷却材は、金具に載置された燃料集合体
の下部タイプレートへ導かれ、下部タイプレート上端部
に設けられた冷却材通路で絞られた後に、下部タイプレ
ート上方に位置する燃料バンドル内に流入し、燃料棒を
冷却する。このような流れにおいて、冷却材通路におい
て圧力損失が生じるため、冷却材通路通過後の冷却材圧
力は、通過前の圧力よりも小さくなっている。一方、こ
のとき、燃料バンドル内に設けられた水ロッドでは、上
昇管の下端部近傍の冷却材流入口から冷却材が流入し、
上昇管内を上昇した後、上昇管と連通した下降管内を下
降し、下降管の下端部近傍の冷却材流出口から水ロッド
外に流出する。ここで、上昇管の冷却材流入口を下部タ
イプレート上端部と同じ高さ方向位置又は下方に設ける
と、水ロッドを通過する流れについては冷却材通路によ
る圧力損失が無視できることから、その圧力損失分の圧
力差に対応する高さの液面が上昇管内に生じる。具体的
には、上昇管内の液面の下部タイプレート上端部からの
高さＨ＝（上昇管冷却材流入口における圧力Ｐ1−下降
管冷却材流出口における圧力Ｐ2）／（上昇管内の冷却
材密度ρ×重力加速度ｇ）で表される。このとき、下降
管冷却材流出口における圧力Ｐ2は、流出口の高さ方向
位置ｈが高いほど小さくなることから、この下降管流出
口高さｈが高いほど、上昇管内液面高さＨも高くなる。
またこの特性は、冷却材通路の総横断面積Ｓ1とチャン
ネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2との比ｒ
（Ｓ1／Ｓ2）によっても変動し、この流路面積比ｒが大
きいほど、冷却材通路における絞り効果が小さくなって
圧力損失が小さくなるため、下降管流出口高さｈの大き
さに対する上昇管内液面高さＨの増加率が低くなる。通
常、沸騰水型原子炉においては、燃料支持金具の側面開
口部の内径ｄは約５．６［ｃｍ］又は６．２［ｃｍ］で
あり、流路面積比は約０．２〜約０．４程度であり、ま
た、燃料棒のうち燃料が充填されている部分の有効長Ｌ
は約３．７［ｍ］である。また、その燃料棒有効長の下
端は、下部タイプレート上端部近傍に位置する。

【００１４】そこで本発明においては、０．２≦ｒ≦
０．４、かつ、−２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦ｈ／
Ｌ（ｄ＝５．６［ｃｍ］の場合）又は−４．２ｒ²＋
３．４ｒ−０．４≦ｈ／Ｌ（ｄ＝６．２［ｃｍ］の場
合）となるように構成することにより、定格運転時にお
いて、上昇管内液面高さＨを常時３．７［ｍ］以上とす
ることができるので、上昇管内のうち少なくとも燃料棒
有効長部分に対応する範囲をすべて冷却材で満たすこと
ができる。これにより、万が一、ポンプの制御系の異常
等によって冷却材流量が急激に増加するような過渡事象
を想定しても、もともと燃料棒有効長部分には冷却材が
満たされているので原子炉出力の上昇速度は小さく、そ
の影響を十分に防止できる。さらに本発明においては、
ｈ／Ｌ＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０４（ｄ＝５．６
［ｃｍ］の場合）又はｈ／Ｌ＜−０．５３ｒ²+０．５ｒ
+０．４６（ｄ＝６．２［ｃｍ］の場合）となるように
構成することにより、定格運転時より低流量・低出力で
ある非定格運転時のうち、少なくとも自動流量制御下限
点においては上昇管内のうち燃料棒有効長部分に対応す
る範囲に液面を形成してこの液面より上方を蒸気とす
る。これにより、炉心中の水のボイド率を大きくして中
性子の減速作用を少なくし、炉心出力を抑制することが
できるので、非定格運転時における炉心の核熱水力的安
定性を十分に向上することができる。

【００１５】（３）さらに上記目的を達成するために、
本発明は、複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッド
とで燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲を
チャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端部
を下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃料
集合体を載置する燃料支持金具とを有し、前記燃料支持
金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるための
側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記燃料
支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バンド
ルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、前記
水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入され
た冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通し該
上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管とを備
えた沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料支持金具
の内径ｄは、５．６ｃｍ近傍を含み５．６ｃｍ以上、
６．２ｃｍ近傍を含み６．２ｃｍ以下の範囲であり、前
記下部タイプレートの上端部に設けた前記複数の冷却材
通路の総横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む前記チ
ャンネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2との
比であるＳ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦０．４
であり、前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設けた冷
却材流入口は、前記下部タイプレートの上端部と同じ高
さ方向位置又は該上端部よりも下方の高さ方向位置にあ
り、前記水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた冷却材
流出口は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、該有効
長下端からの高さｈが、−４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．
４≦（ｈ／Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０４とな
るように構成されている。これにより、ｄが、約５．６
ｃｍ以上約６．２ｃｍ以下の全範囲において確実に、定
格運転時における過渡事象の影響を十分に防止するとと
もに、非定格運転時における炉心の核熱水力的安定性を
十分に向上できる。

【００１６】（４）また上記目的を達成するために、好
ましくは、（１）〜（３）のいずれか１つの沸騰水型原
子炉の炉心を原子炉圧力容器内に配置する。

【００１７】（５）また上記目的を達成するために、本
発明は、複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッドと
で燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲をチ
ャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端部を
下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃料集
合体を載置する燃料支持金具とを有し、かつ、前記燃料
支持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるた
めの側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記
燃料支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バ
ンドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、
前記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入
された冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通
し該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管と
を備えた沸騰水型原子炉の運転方法において、通常の定
格運転時には、前記水ロッドの上昇管内を常時冷却材で
満たし、前記定格運転時よりも冷却材流量の少ない非定
格運転時のうち少なくとも所定期間には、前記水ロッド
の上昇管内に冷却材の液面を生じさせる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照しつつ説明する。本実施形態による炉心を備えた
沸騰水型原子炉（以下適宜、ＢＷＲと呼ぶ）の全体構造
を表す縦断面図を図２に示す。この図２において、炉心
１には、燃料集合体２が正方格子状に多数配置されてい
る。これら燃料集合体２の上部は、炉心シュラウド３上
部に固定された上部格子板４によって横方向の動きが拘
束支持されるとともに、その下部は、炉心シュラウド３
の下部に固定された炉心下部支持板６によって横方向の
動きが拘束支持されている。そして燃料集合体２の間
に、原子炉圧力容器８下部の制御棒駆動機構９で駆動さ
れる横断面十字形の制御棒１１が制御棒案内管５をガイ
ドとして挿入されることにより、炉心１の出力が制御さ
れるようになっている。このとき、制御棒案内管５の頂
部には、図３に拡大構造を示す燃料支持金具１０が設け
られており、燃料集合体２は４体１組でこの燃料支持金
具１０の４つの挿入穴１０ａに挿入され載置される。こ
れにより、燃料集合体２の荷重は、燃料支持金具１０、
制御棒案内管５、制御棒駆動機構９のハウジング９ａを
介し、最終的に原子炉圧力容器８の底板８ａで支持する
ようになっている。なお、燃料支持金具１０の側面に
は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるための開口
部（オリフィス）１０ｂが設けられている。その内径の
大きさは、原子炉の種類により異なるが、本実施形態で
は、電気出力１１０万ＫＷクラスの沸騰水型原子炉の炉
型等で主として用いられるｄ≒６．２［ｃｍ］としてい
る。

【００１９】炉心１の部分概略構造を表す水平横断面図
を図４に示す。図４において、制御棒１１の周囲には４
体の燃料集合体２が配置され、各燃料集合体２の２辺に
制御棒１１が接するようになっている。

【００２０】燃料集合体２の構造を表す縦断面図を図５
に、図５中Ａ−Ａ断面による横断面図を図６に示す。こ
れら図５及び図６において、燃料集合体２は、９×９の
正方格子状に配列された７４本の燃料棒１２と、燃料棒
１２の７本分のスペースに設けられた２本の水ロッド１
３と、これら燃料棒１２及び水ロッド１３の軸方向複数
箇所を束ねて燃料バンドルとする複数のスペーサ１４
と、燃料バンドルの上部及び下部をそれぞれ支持する上
部タイプレート１５及び下部タイプレート１６と、燃料
バンドルの周囲を取り囲み燃料集合体２の外壁を形成す
るチャンネルボックス１７とを備えている。

【００２１】燃料棒１２は、詳細は図示しないが、例え
ばジルコニウム製の被覆管にＵ−２３５やＵ−２３８等
を含むウラン燃料ペレットが充填されており、燃料有効
長Ｌ（燃料ペレットが存在する部分）が通常の長さであ
る燃料棒１２ａと、燃料有効長Ｌが燃料棒１２ａよりも
短い部分長燃料部１２ｂとから構成されている。燃料棒
１２ａは６６本が配置されており、部分長燃料棒１２ｂ
は図６に示す位置に８本が配置されている。

【００２２】下部タイプレート１６の詳細構造を表す図
５中部分拡大図を図７に示す。この図７に示すように、
下部タイプレート１６は、燃料支持金具１０の内部から
流れてきた冷却材を導入する開口部を備えた下端部１６
ａと、導入された冷却材を燃料バンドルに導く複数の冷
却材通路１８を形成した上端部１６ｂとを備えている。
またこのとき、上端部１６ｂに設けた複数の冷却材通路
１８の総横断面積（例えば図７中Ｂ−Ｂ断面でみた総横
断面積）Ｓ1と、燃料バンドルを囲むチャンネルボック
ス１７内の冷却材流路１９の総横断面積（例えば前述の
図５中Ａ−Ａ断面でみた総横断面積）Ｓ2との流路面積
比（＝Ｓ1／Ｓ2）ｒは、ｒ＝０．３となっている。

【００２３】水ロッド１３の構造を表す側断面図を図１
に示す。なお、位置関係の明確化のために、チャンネル
ボックス１７、下部タイプレート１６、及び燃料支持金
具１０も併せて図示している。この図１において、水ロ
ッド１３は、下部タイプレート１６の内部から導入され
た冷却材を上方へ導く上昇管１３ａと、この上昇管１３
ａに上端近傍で連通し上昇管１３ａから導かれた冷却材
を下方へと導く下降管１３ｂとを備えている（但し図５
では煩雑防止のため上昇管１３ａのみを図示）。上昇管
１３ａの下端部近傍には冷却材流入口１３ａ1が設けら
れており、この冷却材流入口１３ａ1は、下部タイプレ
ート上端部１６ｂと同じ高さ（又はそれよりも下方）に
位置している。また下降管１３ｂの下端部近傍には冷却
材流出口１３ｂ1が設けられており、この冷却材流出口
１３ｂ1は、燃料棒１２の有効長Ｌの下端（上端部１６
ｂの上面位置にほぼ同じ）からの高さｈが、 −２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦（ｈ／Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０ ４ … （式１） を満足するように構成されている。また、水ロッド１３
の高さ方向全長は、燃料有効長Ｌにほぼ等しい約３．７
［ｍ］であり、上昇管１３ａと下降管１３ｂとの連通位
置は、燃料有効長Ｌの上端付近（又は上端より上方）と
なっている。

【００２４】次に、本実施形態の動作及び作用効果を説
明する。本実施形態による炉心１では、燃料支持金具１
０の開口部１０ｂから内部に流入した冷却材は、燃料支
持金具１０に載置された各燃料集合体２の下部タイプレ
ート下端部１６ａの開口部から下部タイプレート１６内
部へ導かれる。そして、その大部分が、下部タイプレー
ト上端部１６ｂに設けられた冷却材通路１８で絞られた
後に、上方に位置する燃料バンドル内に流入し、燃料棒
１２を冷却する。このような流れにおいては、冷却材通
路１８において絞りによる圧力損失が生じるため、冷却
材通路１８を通過した後の冷却材圧力は、通過前の圧力
よりも小さくなっている。一方、下部タイプレート１６
内部に導かれた冷却材の一部は、下部タイプレート上端
部１６ｂと同じ高さ（又は下方）に位置する冷却材流入
口１３ａ1から水ロッド１３の上昇管１３ａに流入し、
上昇管１３ａ内を上昇した後、上昇管１３ａと連通した
下降管１３ｂ内を下降し、冷却材流出口１３ｂ1から水
ロッド１３外に流出する。このとき、水ロッド１３を通
過する流れについては、冷却材通路１８による圧力損失
が無視できることから、その圧力損失分の圧力差に対応
する高さの液面が上昇管１３ａ内に生じる。具体的に
は、上昇管１３ａ内の液面の下部タイプレート上端部１
６ｂからの高さＨ（図１参照）は、 Ｈ＝（冷却材流入口１３ａ1における圧力Ｐ1−冷却材流出口１３ｂ1における 圧力Ｐ2）／（上昇管１３ａ内の冷却材密度ρ×重力加速度ｇ） … （式２） で表される。このとき、冷却材流出口１３ｂ1における
圧力Ｐ2は、流出口１３ｂ1の下部タイプレート上端部１
６ｂからの高さ方向位置ｈが高いほど小さくなることか
ら、この冷却材流出口高さｈが高いほど、上昇管内液面
高さＨも高くなる。

【００２５】本実施形態は、このような水ロッド１３の
上昇管１３ａ内での液面位置の性質を利用し、定格運転
時においては、上昇管１３ａ内を常時冷却材で満たすこ
とにより過渡現象の影響を十分に防止し、非定格運転時
においては、上昇管１３ａ内の液面位置を低くして炉心
１中の水の量を少なくすることにより、炉心１の出力を
抑制して核熱水力的安定性を十分に向上させるものであ
る。以下、これら２つの作用について順次説明する。

【００２６】（１）定格運転時における作用 本願発明者等はまず、定格運転時における冷却材流出口
１３ｂ1の高さｈ及び上昇管１３ａ内の液面高さＨの挙
動について検討を行い、図８に示す結果を得た。この図
８は、本実施形態の炉心１と同様の構造の炉心におい
て、炉心が定格出力条件で流量が最小となる条件、すな
わち出力が定格値の１００％で流量が定格値の９０％で
ある場合に、冷却材流出口１３ｂ1の高さ方向位置ｈを
種々変えたときの液面高さＨの値を解析によって求めた
ものである。なお、流路面積比ｒは本実施形態と同様に
０．３に固定しているが、上昇管１２ａの長さには制限
をつけていない。また、図８において、横軸のｈは、燃
料有効長Ｌを２４分割したノード単位で表しており、縦
軸のＨは、下部タイプレート上端部１６ｂからの高さ
［ｍ］で表している。

【００２７】図８において、ｈが増加するほどＨも大き
くなっており、例えばｈ＝１／２４［ノード］でＨ≒
２．６［ｍ］、ｈ≒４．５［ノード］でＨ≒３．７
［ｍ］、ｈ≒１２［ノード］ではＨ≒７．２［ｍ］に達
している。したがって、例えば、上昇管１３ａの長さが
燃料有効長Ｌに相当する３．７［ｍ］である場合、 前
述した特開昭６３−７３１８７号公報、特公平７−８９
１５８号公報、および日立評論 Vol.74 No.10(1992)の
ように冷却材流出口１３ｂ1の位置を下部タイプレート
上端部１６ｂ近傍にすると（すなわちｈ≒０）、Ｈ≒
２．５［ｍ］となる位置に液面が生じ、それより上部は
蒸気となることが分かる。またこのとき、ｈ≧４．５と
すれば、Ｈ≧３．７［ｍ］となって上昇管１３ａ内に液
面は存在せず上昇管１３ａ内は冷却材で満たされた満水
状態となることが分かる。すなわちこの場合、上昇管１
３ａ内を冷却材で満たすことのできる下降管冷却材流出
口１３ｂ1の限界高さｈo＝４．５［ｍ］であることが分
かる。なお、図８において、ｈの増加に対して液面の高
さＨが滑らかに変化していないのは、燃料スペーサ１４
（図５参照）のある位置で燃料集合体２内の流路面積が
部分的に小さくなり、圧力損失が大きくなることによ
る。

【００２８】ところで、このようなｈ−Ｈ特性は、下部
タイプレート上端部１６ｂの冷却材通路１８の総横断面
積Ｓ1と、チャンネルボックス１７内の冷却材流路１９
の総横断面積Ｓ2との比ｒ（＝Ｓ1／Ｓ2）によっても変
動する。すなわち、この流路面積比ｒが大きいほど、冷
却材通路１８における絞り効果が小さくなって圧力損失
が小さくなり、下降管１３ｂの冷却材流出口１３ｂ1の
高さｈに対する上昇管内液面高さＨの増加率が低くな
る。そのため、上昇管１３ａ内を冷却材で満たすことの
できる下降管冷却材流出口１３ｂ1の限界高さｈoも高く
なる。そこで、本願発明者等はさらに、定格運転時にお
ける冷却材流出口１３ｂ1の限界高さｈoの挙動について
検討を行い、図９に示す結果を得た。この図９は、図８
と同様、本実施形態の炉心１と同様の構造の炉心におい
て、炉心が定格出力条件で流量が最小となる条件である
場合に、流路面積比ｒを０．２から０．４まで種々変え
たときのＨ＝３．７を与える冷却材流出口１３ｂ1の限
界高さｈoの値を解析によって求めたものである。な
お、図９において、縦軸のｈoは、燃料有効長Ｌを１０
０％とした相対値で表している。

【００２９】図９において、ｒが増加するほどｈoも大
きくなっており、例えばｒ＝０．２でｈo≒６［％］、
ｒ＝０．３でｈo≒１７［％］、ｒ＝０．４でｈo≒２４
［％］となっている。この曲線は、 ｈo＝−２１０ｒ²＋２２０ｒ−３０ … （式３） で表され、この曲線を含みそれより上方の領域、すなわ
ち、 ｈo≧−２１０ｒ²＋２２０ｒ−３０ … （式４） となる領域では、上昇管内の液面高さＨ≧３．７とな
り、上昇管１３ａの長さが燃料有効長に相当する３．７
［ｍ］である場合には上昇管１３ａ内を満水状態で維持
できる。

【００３０】したがって、流路面積比ｒが０．２≦ｒ≦
０．４の範囲である場合、冷却材流出口１３ｂ1の高さ
ｈ［ｍ］が、 ｈ／Ｌ≧−２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３ … （式５） を満足すれば、３．７［ｍ］の長さの上昇管１３ａ内を
満水状態に維持できることが分かった。

【００３１】ここで、本実施形態の炉心１においては、
前述したように、０．２≦ｒ≦０．４、かつ、−２．１
ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦ｈ／Ｌである。これにより、
定格運転時において、上昇管内液面高さＨを常時３．７
［ｍ］以上として、３．７［ｍ］の上昇管１３ａ内をす
べて冷却材で満たすことができる。したがって、定格運
転時に上昇管内に液面が生じる従来構造と異なり、万が
一ポンプの制御系の異常等によって冷却材流量が急激に
増加するような過渡事象を想定しても、もともと上昇管
１３ａ内には冷却材が満たされているので原子炉出力の
上昇速度は小さく、その影響を十分に防止できる。すな
わち、原子炉の安全性をより高くすることができる。

【００３２】なお、以上は、定格出力において炉心流量
が定格値の９０％の場合を例にとって説明してきたが、
炉心流量が定格値９０％よりも多い場合は、上記した
（式２）の右辺のＰ1−Ｐ2の値が大きくなり、液面高さ
Ｈは上記最小流量時よりも高くなる。したがって、定格
出力運転時に液面による影響がない範囲を決めるために
は、上記最小流量時で評価すれば足りる。

【００３３】（２）非定格運転時における作用 次に、本願発明者等は、定格運転よりも低流量・低出力
の非定格運転時における冷却材流出口１３ｂ1の高さｈ
及び上昇管１３ａ内の液面高さＨの挙動について検討を
行い、図１０に示す結果を得た。この図１０は、本実施
形態の炉心１と同様の構造の炉心において、非定格運転
時における前述した自動流量制御下限点（この場合、出
力が定格値の９０％で流量が定格値の６５％）で、冷却
材流出口１３ｂ1の高さ方向位置ｈを種々変えたときの
液面高さＨの値を解析によって求めたものである。な
お、上記（１）の図８と同様、流路面積比ｒは０．３に
固定し、上昇管１２ａの長さに制限をつけていない。ま
た、横軸及び縦軸も図８と同様である。

【００３４】図１０において、図８と同様にｈが増加す
るほどＨも大きくなっているが、Ｈの値は図８よりも全
体的に小さい。例えばｈ＝１／２４［ノード］でＨ≒
１．４［ｍ］、ｈ≒９．５［ノード］でＨ≒３．７
［ｍ］、ｈ≒１２［ノード］ではＨ４．６［ｍ］となっ
ている。上昇管１３ａの長さが燃料有効長Ｌに相当する
３．７［ｍ］である場合、 ｈ＜９．５とすれば、上昇
管１３ａ内に液面が生じてその上方に蒸気の領域を形成
できることが分かる。すなわちこの場合、上昇管１３ａ
内に液面をつくることのできる下降管冷却材流出口の限
界高さｈ1＝９．５［ｍ］であることが分かる。

【００３５】また、図１１は、図９と同様、非定格運転
時における冷却材流出口１３ｂ1の限界高さｈ1の挙動に
ついて検討を行った結果であり、図９と同様、流路面積
比ｒを０．２から０．４まで種々変えたときのＨ＝３．
７を与える冷却材流出口１３ｂ1の限界高さｈ1の値を解
析によって求めたものである。縦軸も図９と同様の相対
値で表している。

【００３６】図１１において、図９と同様、ｒが増加す
るほどｈ1も大きくなっているが、その増加の度合いは
図９より小さい。これは下降管１３ｂの冷却材流出口１
３ｂ1の位置が下部タイプレート上端部１６ｂよりもか
なり上部にあるため、下部タイプレート上端部１６ｂか
ら冷却材流出口１３ｂ1の位置までの燃料集合体冷却材
流路１９の圧力損失が大きくなり、流路面積比ｒの影響
が小さくなっているからである。また、ｈ1の値自体も
図９より全体的に大きい。例えばｒ＝０．２でｈ1≒３
２［％］、ｒ＝０．３でｈ1≒３７［％］、ｒ＝０．４
でｈ1≒４１［％］となっている。この曲線は、 ｈ1＝−２２０ｒ²＋１８０ｒ＋４ … （式６） で表され、この曲線より下方の領域、すなわち、 ｈ1＜−２２０ｒ²＋１８０ｒ＋４ … （式７） となる領域では、上昇管内の液面高さＨ＜３．７とな
り、上昇管１３ａの長さが燃料有効長に相当する３．７
［ｍ］である場合には上昇管１３ａ内に液面を形成する
ことができる。

【００３７】したがって、流路面積比ｒが０．２≦ｒ≦
０．４の範囲である場合、冷却材流出口１３ｂ1の高さ
ｈ［ｍ］が、 ｈ／Ｌ＜−２．２ｒ²＋１．８ｒ＋０．０４ … （式８） を満足すれば、３．７［ｍ］の長さの上昇管１３ａ内に
液面を形成し、その上方に蒸気の領域を形成できること
が分かった。

【００３８】ここで、本実施形態の炉心１においては、
前述したように、０．２≦ｒ≦０．４、かつ、ｈ／Ｌ＜
−２．２ｒ²＋１．８ｒ＋０．０４である。これによ
り、非定格運転時のうち少なくとも自動流量制御下限点
において、上昇管内液面高さＨを３．７［ｍ］未満と
し、３．７［ｍ］の上昇管１３ａ内に液面を形成し、そ
の上方に蒸気の領域を形成することができる。したがっ
て、炉心１中の水のボイド率を大きくして中性子の減速
作用を少なくし、炉心１の出力を抑制することができる
ので、炉心１の核熱水力的安定性を十分に向上すること
ができる。

【００３９】なお、定格出力の流量範囲以下で運転を行
うのは、前述したように原則として原子炉の起動と停止
の際のみであり、（１）で想定したような流量が急上昇
するような事象が起こる可能性は定格運転中と比べて極
めて低く、無視できる。したがって、低流量範囲で液面
が存在しても定格運転時と比べるとほとんど問題はない
と言える。

【００４０】（３）本実施形態の効果 以上説明したように、本実施形態によれば、０．２≦ｒ
≦０．４、かつ、−２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦
（ｈ／Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０４となるよ
うに構成するので、定格運転時における過渡事象の影響
を十分に防止しつつ、非定格運転時における炉心の核熱
水力的安定性を十分に向上できる。また、これに加えて
以下のような効果もある。定格運転時に上昇管内に液面
が生じる従来構造では、その液面の位置は炉心の流量か
ら概略算出可能であるため、通常の炉心制御上は問題は
ないが、より炉心制御性能を高精度化したいというニー
ズがある場合には、液面の位置を実際に検出器等で測定
する必要がある。しかし、この検出器等の製作のために
コスト増加を招き、原子炉の経済性を損ねる。また、燃
料集合体内の限られたスペースにこのような検出器を設
置することは困難である。本実施形態によれば、定格運
転時には上昇管１３ａ1内が満水状態であることを前提
に制御を行うため、そのような検出器を設けることなく
高精度の制御を行うことができる。したがって、従来構
造よりも原子炉の経済性が向上する。

【００４１】なお、以上の効果は、必ずしも燃料有効長
Ｌ＝３．７［ｍ］でない場合でも得ることができる。す
なわち、燃料有効長Ｌの上端付近では中性子の炉心外部
への漏れも大きく、また、燃料集合体２下部での圧力損
失特性に大きな影響はない。したがって、燃料有効長Ｌ
が０．１［ｍ］程度変化しても、同様の効果を得ること
ができる。

【００４２】また、図７に示したように、通常、下部タ
イプレート上端部１６ｂの冷却材通路１８は単純な円筒
形状であり、図７中Ｂ−Ｂ断面における総横断面積Ｓ1
が冷却材通路１８の横断面積の最小値である。しかし、
例えば冷却材通路１８が複雑な形状の場合は、冷却材通
路１８の横断面積のうちが最小となるものをＳ1とすれ
ばよい。

【００４３】さらに、上記実施形態においては、燃料支
持金具１０の開口部（オリフィス）１０ｂは燃料支持金
具１０の側面に設けたが、これに限られず、冷却材通路
１８での拡大縮流による圧力損失特性が同じならば、燃
料支持金具１０の下面や、水平面からみて斜めの面や、
曲面中でもよい。また、開口部１０ｂの形状も冷却材通
路１８での拡大縮流による圧力損失特性が同じならば円
形である必要はなく、楕円形、四角形、三角形等でもよ
い。これらの場合も同様の効果を得る。

【００４４】また、上記実施形態においては、図１に示
したタイプの上昇管１３ａ及び下降管１３ｂを備えた水
ロッド１３を例にとって説明したが、このような構造で
ある必然性はなく、式５、式８等で示した条件を満足し
ていれば、例えば特開昭６３−７３１８７号公報や、特
公平７−８９１５８号公報に記載されているような形状
・構造でもよい。また、水ロッド１３の全長も約３．７
［ｍ］に限られず、３．７［ｍ］より大きくてもよい。
さらに、上昇管１３ａと下降管１３ｂとの連通位置も、
必ずしも水ロッド１３の上端やその近傍でなくてもよ
く、その場合、少なくともその連通位置から水ロッド下
端までの距離が約３．７［ｍ］以上となっていればよ
い。これらの場合も同様の効果を得る。

【００４５】さらに、上記実施形態においては、燃料棒
１２が９×９配列である場合を例にとって説明したが、
これに限られず、例えば１０×１０配列であってもよ
い。この場合も同様の効果を得る。

【００４６】また、上記実施形態においては、燃料支持
金具１０の側面開口部１０ｂの内径ｄ≒６．２［ｃｍ］
としたが、これ以外の径寸法がありうる。例えば改良型
沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）等では、ｄ≒５．６［ｃ
ｍ］の燃料支持金具１０が主として用いられる。そこ
で、そのような場合の変形例について以下説明する。

【００４７】（Ａ）ｄ≒５．６［ｃｍ］の場合 図１２は、上記実施形態と同様の構造で、燃料支持金具
側面開口部１０ｂの内径をｄ≒５．６［ｃｍ］に変えた
場合の、定格運転時における冷却材流出口１３ｂ1の限
界高さｈoの挙動を示す図であり、また図１３は、自動
流量制御下限点（但し出力及び流量はそれぞれ定格運転
時の約７０％出力及び約５０％流量）における冷却材流
出口１３ｂ1の限界高さｈ1の挙動を示す図であり、それ
ぞれ上記実施形態の図９及び図１１に対応する図であ
る。

【００４８】図１２において、例えばｒ＝０．２でｈo
≒１２［％］、ｒ＝０．３でｈo≒２４［％］、ｒ＝
０．４でｈo≒２８［％］となっている。この曲線は、 ｈo＝−４２０ｒ²＋３４０ｒ−４０ … （式９） で表され、この曲線を含みそれより上方の領域、すなわ
ち、 ｈo≧−４２０ｒ²＋３４０ｒ−４０ … （式１０） となる領域では、上昇管内の液面高さＨ≧３．７とな
り、上昇管１３ａの長さが燃料有効長Ｌに相当する３．
７［ｍ］である場合には上昇管１３ａ内を満水状態で維
持できる。したがって、流路面積比ｒが０．２≦ｒ≦
０．４の範囲である場合、冷却材流出口１３ｂ1の高さ
ｈ［ｍ］が、 ｈ／Ｌ≧−４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４ … （式１１） を満足すれば、３．７［ｍ］の長さの上昇管１３ａ内を
満水状態に維持できることが分かる。

【００４９】また、図１３において、例えばｒ＝０．２
でｈ1≒５４［％］、ｒ＝０．３でｈ1≒５６［％］、ｒ
＝０．４でｈ1≒５８［％］となっている。この曲線
は、 ｈ1＝−５３ｒ²＋５０ｒ＋４６ … （式１２） で表され、この曲線より下方の領域、すなわち、 ｈ1＜−５３ｒ²＋５０ｒ＋４６ … （式１３） となる領域では、上昇管内の液面高さＨ＜３．７とな
り、上昇管１３ａの長さが燃料有効長Ｌに相当する３．
７［ｍ］である場合には上昇管１３ａ内に液面を形成す
ることができる。したがって、流路面積比ｒが０．２≦
ｒ≦０．４の範囲である場合、冷却材流出口１３ｂ1の
高さｈ［ｍ］が、 ｈ／Ｌ＜−０．５３ｒ²＋０．５ｒ＋０．４６ … （式１４） を満足すれば、３．７［ｍ］の長さの上昇管１３ａ内に
液面を形成し、その上方に蒸気の領域を形成できること
が分かる。

【００５０】以上より、燃料支持金具側面開口部１０ｂ
の内径をｄ≒５．６［ｃｍ］に変えた場合には、 −４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４≦（ｈ／Ｌ）＜−０．
５３ｒ²+０．５ｒ+０．４６ となるように構成すれば、上記実施形態と同様の効果を
得られることが分かる。

【００５１】（Ｂ）ｄが約５．６［ｃｍ］以上、約６．
２［ｃｍ］以下である場合 上記実施形態と上記（Ａ）の変形例を比較すると、燃料
支持金具１０の側面にある開口部１０ｂの径ｄによっ
て、下降管冷却材開口部１３ｂ1の高さｈと液面高さＨ
との関係が変化した。したがって、どちらか片方では使
用出来るがもう一方では使用できない下降管開口部１３
ｂ1の高さｈが存在することとなる。このような範囲で
は、開口部１０ｂの径ｄの違いによって２種類の上昇管
１３ａ及び下降管１３ｂからなる水ロッド１３を作る必
要があり、製造コスト増加につながる。

【００５２】そこで、式５及び式８で示される上記実施
形態の条件と、式１１及び式１４で示される上記（Ａ）
の変形例の論理積をとれば、ｄ≒５．６［ｃｍ］でも、
ｄ≒６．２［ｃｍ］でも、またその間の５．６≦ｄ≦
６．２でも用いることができる。すなわち、求める論理
積は図１２と図１１との間の、 −４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４≦（ｈ／Ｌ）＜−２．２ｒ²+１．８ｒ+０．０ ４ … （式１５） で表される範囲となる。この範囲となるように構成すれ
ば、上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、ｄ
が約５．６［ｃｍ］以上約６．２［ｃｍ］以下である複
数の炉心１で同じ水ロッド１３を使えるので、燃料経済
性が向上する。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、定格運転時における過
渡事象の影響を十分に防止しつつ、非定格運転時におけ
る炉心の核熱水力的安定性を十分に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による炉心に備えられた燃
料集合体の水ロッドの構造を表す側断面図である。

【図２】本発明の一実施形態による炉心を備えた沸騰水
型原子炉の全体構造を表す縦断面図である。

【図３】図２に示した燃料支持金具の構造を表す斜視図
である。

【図４】本発明の一実施形態による炉心の部分概略構造
を表す水平横断面図である。

【図５】燃料集合体の構造を表す縦断面図である。

【図６】図５中Ａ−Ａ断面による横断面図である。

【図７】下部タイプレートの詳細構造を表す図５中部分
拡大図である。

【図８】炉心が定格出力条件で流量が最小となる条件で
ある場合に、冷却材流出口の高さ方向位置を種々変えた
ときの液面高さの値を解析した図である。

【図９】炉心が定格出力条件で流量が最小となる条件で
ある場合に、流路面積比を種々変えたときの冷却材流出
口の限界高さの値を解析した図である。

【図１０】自動流量制御下限点で、冷却材流出口の高さ
方向位置を種々変えたときの液面高さの値を解析した図
である。

【図１１】自動流量制御下限点で、流路面積比を種々変
えたときの冷却材流出口の限界高さの値を解析した図で
ある。

【図１２】燃料支持金具側面開口部の内径を変えた変形
例で、炉心が定格出力条件で流量が最小となる条件であ
る場合に、流路面積比を種々変えたときの冷却材流出口
の限界高さの値を解析した図である。

【図１３】燃料支持金具側面開口部の内径を変えた変形
例で、自動流量制御下限点において、流路面積比を種々
変えたときの冷却材流出口の限界高さの値を解析した図
である。

【符号の説明】

１ 炉心 ２ 燃料集合体 １０ 燃料支持金具 １０ｂ 側面開口部 １２ 燃料棒 １３ 水ロッド １３ａ 上昇管 １３ａ1 冷却材流入口 １３ｂ 下降管 １３ｂ1 冷却材流出口 １６ 下部タイプレート １６ｂ 上端部 １７ チャンネルボックス １８ 冷却材通路 １９ 冷却材流路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月１６日（１９９９．６．１
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッ
   ドとで燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲
   をチャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端
   部を下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃
   料集合体を載置する燃料支持金具とを有し、前記燃料支
   持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるため
   の側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記燃
   料支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バン
   ドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、前
   記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入さ
   れた冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通し
   該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管とを
   備えた沸騰水型原子炉の炉心において、 前記燃料支持金具の側面開口部の内径ｄは約６．２ｃｍ
   であり、 前記下部タイプレートの上端部に設けた前記複数の冷却
   材通路の総横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む前記
   チャンネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2と
   の比であるＳ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦０．
   ４であり、 前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設けた冷却材流入
   口は、前記下部タイプレートの上端部と同じ高さ方向位
   置又は該上端部よりも下方の高さ方向位置にあり、 前記水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた冷却材流出
   口は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、該有効長下
   端からの高さｈが、 −２．１ｒ²＋２．２ｒ−０．３≦（ｈ／Ｌ）＜−２．
   ２ｒ²+１．８ｒ+０．０４ となるように構成されていることを特徴とする沸騰水型
   原子炉の炉心。
2. 【請求項２】複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッ
   ドとで燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲
   をチャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端
   部を下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃
   料集合体を載置する燃料支持金具とを有し、前記燃料支
   持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるため
   の側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記燃
   料支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バン
   ドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、前
   記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入さ
   れた冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通し
   該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管とを
   備えた沸騰水型原子炉の炉心において、 前記燃料支持金具の側面開口部の内径ｄは約５．６ｃｍ
   であり、 前記下部タイプレートの上端部に設けた前記複数の冷却
   材通路の総横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む前記
   チャンネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2と
   の比であるＳ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦０．
   ４であり、 前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設けた冷却材流入
   口は、前記下部タイプレートの上端部と同じ高さ方向位
   置又は該上端部よりも下方の高さ方向位置にあり、 前記水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた冷却材流出
   口は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、該有効長下
   端からの高さｈが、 −４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４≦（ｈ／Ｌ）＜−０．
   ５３ｒ²+０．５ｒ+０．４６ となるように構成されていることを特徴とする沸騰水型
   原子炉の炉心。
3. 【請求項３】複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッ
   ドとで燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲
   をチャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端
   部を下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃
   料集合体を載置する燃料支持金具とを有し、前記燃料支
   持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れるため
   の側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、前記燃
   料支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃料バン
   ドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備え、前
   記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から導入さ
   れた冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に連通し
   該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降管とを
   備えた沸騰水型原子炉の炉心において、 前記燃料支持金具の内径ｄは、５．６ｃｍ近傍を含み
   ５．６ｃｍ以上、６．２ｃｍ近傍を含み６．２ｃｍ以下
   の範囲であり、 前記下部タイプレートの上端部に設けた前記複数の冷却
   材通路の総横断面積Ｓ1と前記燃料バンドルを囲む前記
   チャンネルボックス内の冷却材流路の総横断面積Ｓ2と
   の比であるＳ1／Ｓ2をｒとしたとき、０．２≦ｒ≦０．
   ４であり、 前記水ロッドの上昇管の下端部近傍に設けた冷却材流入
   口は、前記下部タイプレートの上端部と同じ高さ方向位
   置又は該上端部よりも下方の高さ方向位置にあり、 前記水ロッドの下降管の下端部近傍に設けた冷却材流出
   口は、前記燃料棒の有効長をＬとしたとき、該有効長下
   端からの高さｈが、 −４．２ｒ²＋３．４ｒ−０．４≦（ｈ／Ｌ）＜−２．
   ２ｒ²+１．８ｒ+０．０４ となるように構成されていることを特徴とする沸騰水型
   原子炉の炉心。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載の沸騰水
   型原子炉の炉心を原子炉圧力容器内に配置したことを特
   徴とする沸騰水型原子炉。
5. 【請求項５】複数本の燃料棒と少なくとも１本の水ロッ
   ドとで燃料バンドルを形成し、この燃料バンドルの周囲
   をチャンネルボックスで囲み、前記燃料バンドルの下端
   部を下部タイプレートで保持した燃料集合体と、この燃
   料集合体を載置する燃料支持金具とを有し、かつ、前記
   燃料支持金具は、外部を流れる冷却材を内部に取り入れ
   るための側面開口部を備え、前記下部タイプレートは、
   前記燃料支持金具の内部から導入された冷却材を前記燃
   料バンドルに導く複数の冷却材通路を設けた上端部を備
   え、前記水ロッドは、前記下部タイプレートの内部から
   導入された冷却材を上方へ導く上昇管と、この上昇管に
   連通し該上昇管から導かれた冷却材を下方へと導く下降
   管とを備えた沸騰水型原子炉の運転方法において、 通常の定格運転時には、前記水ロッドの上昇管内を常時
   冷却材で満たし、前記定格運転時よりも冷却材流量の少
   ない非定格運転時のうち少なくとも所定期間には、前記
   水ロッドの上昇管内に冷却材の液面を生じさせることを
   特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。