JP2005201714A - 沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料配置の自由度を損ねず、且つ、流量配分増加による出力上昇を抑制することによって炉心の熱的余裕を効果的に増加することができる沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法を提供する。
【解決手段】所定のサイクルで原子炉炉心１に装荷される多数の燃料集合体７と、炉心１内に燃料集合体７ごとに冷却材を導く冷却材流路２０を有する燃料支持金具１５とを備え、炉心１の最外周以外に装荷された第３サイクル以降の燃料集合体７に対応する冷却材流路２０に、流動抵抗体２１を着脱可能に設ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に熱的余裕を増大させて発電容量を増大させるのに好適な沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料集合体は、「軽水炉」（秋山守著、同文書院刊）に記載のように、核分裂性物質を含む燃料ペレットを被覆管に充填した燃料棒を正方格子状に多数束ね、外側が約１４ｃｍで断面が正方形状のチャンネルボックスでカバーして構成される。炉心は前記燃料集合体をさらに束ね、円柱状に配置して形成される。燃料としては、濃縮ウランまたはプルトニウムを富化したウランが酸化物の化学形態で使用される。燃料棒は、核分裂により発熱するので、冷却材（軽水）をポンプで循環させ、燃料棒を冷却している。

原子炉の炉心の熱水力設計では、定格運転時だけでなく、定格運転時から運転時の異常な過渡変化が起こった場合でも、９９．９％以上の燃料棒が沸騰遷移を起こさないように、定格運転時における熱的余裕の設計限界値が定められている。一般に、この熱的余裕の指標としては、最小限界出力比（ＭＣＰＲ）が用いられる。

ある炉心状態が決まると、炉心内の各燃料集合体への冷却材の流量配分も決まる。流量配分が決まると、各燃料集合体から沸騰遷移を起こさずに取り出せる限界出力が決まる。その各燃料集合体の限界出力をその燃料集合体の実際の出力で割ったものが限界出力比（ＣＰＲ）である。炉心中の燃料集合体のもっとも小さいＣＰＲを最小限界出力比（ＭＣＰＲ）という。ＭＣＰＲは炉心の熱的余裕の代表的パラメータであり、値が大きい程、熱的余裕が大きいことになる。一方、同じ炉心で単純に出力を増加させると熱的余裕は出力増加分相当だけ減少する。言い換えれば各燃料集合体の出力が増加するため、ＣＰＲが低下し、ＭＣＰＲも低下する。

そこで従来より、出力を増加させても熱的余裕、すなわちＭＣＰＲを変えないために、ＣＰＲが小さく熱的余裕が小さい燃料集合体への冷却材の流量配分を増加させることにより、炉心のＭＣＰＲを増加させようとする工夫がなされている。このような従来技術としては、中性子の炉外への漏れの影響の大きい、最外周及び最外周より２層及び３層内側までの燃料に冷却材を供給するオリフィスの絞りを中央部より大きくすることにより、炉心中央部の出力の大きい燃料集合体への流量配分を増加させ、炉心の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を増加させたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

一方、一般に出力制御用の制御棒のまわりには出力制御をスムースにするために出力の低い燃料集合体しか配置されないことを利用し、出力制御用制御棒に隣接する４体の燃料集合体（コントロールセル）へ冷却材を供給するオリフィスの絞りを大きくしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。この従来技術では、出力制御用制御棒のまわりの燃料集合体への流量配分を減らし、その分出力の大きい燃料集合体への流量配分を増やすことにより、炉心の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を増加させている。

特開平７−１８１２８０号公報 特開平８−２７１６６６号公報

しかしながら、上記従来技術では以下のような課題が存在する。
すなわち、上記特許文献１記載の従来技術では、炉心中央部のまとまった領域への冷却材流入量が増加するので、その領域での中性子の減速が促進され、流量配分増加による出力上昇が生じ、効果的に熱的余裕（ＭＣＰＲ）を増加できない可能性がある。また上記特許文献２記載の従来技術についても、特許文献１記載の従来技術ほどではないにしても、同様の傾向を有する可能性がある。さらに、特許文献１及び特許文献２に記載の従来技術では、共に炉心内におけるオリフィスを絞る位置が固定されているため、オリフィスを絞ったところに出力の大きい燃料集合体を配置できず、炉心への燃料装荷の自由度が小さくなる欠点がある。

本発明の目的は、燃料配置の自由度を損ねず、且つ、流量配分増加による出力上昇を抑制することによって炉心の熱的余裕を効果的に増加することができる沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法を提供することにある。

（１）上記した目的を達成する第１の発明の特徴は、原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉にある。

本発明においては、燃料支持金具が有する冷却材流路に流動抵抗手段を着脱可能に設ける。これにより、原子炉炉心内における冷却材流量を絞る位置の配置を任意に変更することができるので、燃料配置の自由度の減少を防止することができる。またこのように、冷却材流量を絞る位置の配置を任意に変更することができるので、例えば原子炉炉心の最外周以外に装荷された第３サイクル以上の燃料集合体に対応する冷却材流路に流動抵抗手段を設けることにより、出力が低く熱的余裕の大きい第３及び第４サイクルの燃料集合体へ流入する冷却材流量を減少させ、出力が高く熱的余裕の小さい第１及び第２サイクルの燃料集合体への冷却材流量が増加させることができる。このとき、冷却材流量が増加する第１及び第２サイクルの燃料集合体は炉心全体にほぼ均等に散らばって配置されていることから、一部領域の流量配分増加による出力上昇（核熱フィードバックによる出力上昇）を抑制することができる。これにより、第１及び第２サイクルの燃料集合体の熱的余裕（ＣＰＲ）を効果的に増加することができるので、炉心の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を効果的に増加することができる。以上のことから、本発明によれば、燃料配置の自由度を損ねず、且つ、流量配分増加による出力上昇を抑制することによって炉心の熱的余裕を効果的に増加することができる。

（２）上記した目的を達成する第２の発明の特徴は、所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉にある。

（３）上記した目的を達成する第３の発明の特徴は、所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉にある。

（４）上記した目的を達成する第４の発明の特徴は、前記流動抵抗手段を、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された第３サイクル以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉にある。

（５）上記した目的を達成する第５の発明の特徴は、前記流動抵抗手段は、前記冷却材流路の流動抵抗を、前記原子炉炉心の最外周に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗より小さい範囲内で２倍以上に増加することを特徴とする請求項４に記載の沸騰水型原子炉にある。

（６）上記した目的を達成する第６の発明の特徴は、所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具と、前記燃料集合体の下部に備えられ、前記冷却材流路に挿入される下部タイプレートとを備え、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体の下部タイプレートに、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉にある。

（７）上記した目的を達成する第７の発明の特徴は、前記流動抵抗手段を、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された第３サイクル以降の前記燃料集合体の下部タイプレートに設けたことを特徴とする請求項６に記載の沸騰水型原子炉にある。

（８）上記した目的を達成する第８の発明の特徴は、前記流動抵抗手段は、前記下部タイプレートが挿入される前記冷却材流路の流動抵抗を、前記原子炉炉心の最外周に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗より小さい範囲内で２倍以上に増加することを特徴とする請求項７記載の沸騰水型原子炉にある。

（９）上記した目的を達成する第９の発明の特徴は、原子炉炉心内に燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具において、前記冷却材流路に流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする燃料支持金具にある。

（１０）上記した目的を達成する第１０の発明の特徴は、原子炉炉心に装荷され、下部タイプレートを有する燃料集合体において、前記下部タイプレートに、前記下部タイプレートが挿入される燃料支持金具の冷却材流路の流動抵抗を増加させる流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする燃料集合体にある。

（１１）上記した目的を達成する第１１の発明の特徴は、所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備えた沸騰水型原子炉の運転方法において、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗を増加して運転することを特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法にある。

本発明によれば、燃料配置の自由度を損ねず、且つ、流量配分増加による出力上昇を低減することによって炉心の熱的余裕を効果的に増加することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法の第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の沸騰水型原子炉の全体構成を表す断面図である。この図１において、沸騰水型原子炉は、炉心１と、この炉心１を取り囲むシュラウド２と、このシュラウド２の上部に配設され煙突状の複数の流路から構成された気水分離器３と、この気水分離器３のさらに上部に配設されたドライヤ４と、これら炉心１、シュラウド２、気水分離器３、及びドライヤ４を内包する原子炉圧力容器５と、原子炉圧力容器５の下部に設けられた制御棒駆動機構６とを備えている。この制御棒駆動機構６により、炉心１に装荷された多数の燃料集合体７間において原子炉出力を制御する制御棒８が上・下方向に駆動される。

各燃料集合体７を冷却するための冷却材は、燃料集合体７を下方から支持する燃料支持金具１５（図１では図示省略。後述の図３参照。）に各燃料集合体７ごとに設けられた冷却材流路２０（後述の図４参照。）を通り、炉心１内の燃料集合体７内に流入する。燃料集合体７内に流入した冷却材は、加熱されて蒸気と飽和水の気液混合流となって燃料集合体７内を上昇する。この気液混合流は、炉心１の上部に設けた気水分離器３内を上昇しつつ蒸気と飽和水に分離され、分離された蒸気は気水分離器３の上部に設けたドライヤ４により乾燥されて、図１中矢印アに示すように流れて蒸気出口９から図示しないタービン側に送られる。タービンを回転させた蒸気は復水器（図示せず）で凝縮され、凝縮された冷却材（復水）は給水入口１０から原子炉圧力容器５内へ還流されるようになっている。

還流された冷却材は、再循環水出口１１から再循環ポンプ１２に吸い込まれ、この再循環ポンプ１２から吐出された冷却材は再循環水入口１３から原子炉圧力容器５内に流入し、図１中矢印イに示すように流れて燃料支持金具１５を介して炉心１内の燃料集合体７内へ流入する。

図２は本実施形態の沸騰水型原子炉の炉心１の水平断面４分の１領域における燃料集合体７の配置を示した図である。図中の数字は各燃料集合体７が炉心１に装荷されて何サイクル目かを示している。なお、本実施形態では１サイクルは約１３ヶ月である（但しこの期間に限定するものではない）。また、図中黒色で示す燃料集合体７は炉心１の最外周に装荷されたものを示す。

本実施形態は、炉心１の最外周に位置する燃料集合体７（図２中黒色で示す燃料集合体７）を除く第３、第４サイクルの燃料集合体７（図２中グレーで示す燃料集合体７）に冷却材を供給する燃料支持金具１５の冷却材流路２０内に絞りを取り付けたことを特徴とする。

図３は燃料支持金具１５の全体構造を表す斜視図である。この図３に示すように、燃料支持金具１５はその上部に燃料集合体７を支持するための支持孔１６を４箇所有しており、この支持孔１６に燃料集合体７の下部タイプレート３０（後述の図１１参照）が差し込まれることによって燃料集合体７を４体支持する。これら４体の燃料集合体７に供給される冷却材は、燃料支持金具１５の下部の周方向４箇所に設けられたオリフィス１７を介して燃料支持金具１５内に導入される。また、燃料支持金具１５の略中央部には制御棒８挿通用の略十字型の貫通孔１８が設けられている。

図４は図３中IV−IV断面による燃料支持金具１５の部分縦断面図である。この図４に示すように、燃料支持金具１５内にはオリフィス１７と支持孔１６を連通し、燃料集合体７に冷却材を供給するための冷却材流路２０が形成されている。燃料支持金具１５はこの冷却材流路２０を４つ有しており、対応する燃料集合体７に冷却材を供給する。これら冷却材流路２０の途中には流動抵抗体（流動抵抗手段）２１がそれぞれ取り付けられている。

図５はこの流動抵抗体２１の構造を表す上面図である。この図５に示すように、流動抵抗体２１は例えばステンレス合金（その他の金属でもよい）で構成されたリング状の部材であり、冷却材流路２０の外周部を塞いで流路面積を縮小するものである。本実施形態では、流動抵抗体２１で流路面積を縮小した冷却材流路２０（すなわち第３、第４サイクルの燃料集合体７に対応する冷却材流路２０）の流動抵抗が、流動抵抗体２１を設けない冷却材流路２０（すなわち第１、第２サイクルの燃料集合体７に対応する冷却材流路２０）の流動抵抗の２倍以上となるように、且つ、最外周に位置する燃料集合体７に対応する冷却材流路２０の流動抵抗より小さくなるように、流動抵抗体２１が形成されている。この流動抵抗体２１は燃料支持金具１５に着脱可能な構造となっており、取り付けるときは流動抵抗体２１の外周部に設けた凹部２１ａを燃料支持金具１５の凸部２２に合わせ、燃料支持金具１５の支持部２３（図４参照）上まで下ろし、その後流動抵抗体２１を周方向に回転させて凹部２１ａが凸部２２から外れるようにする。このようにして、流動抵抗体２１を燃料支持金具１５に固定し、冷却材流路２０内の冷却材の流れにより浮き上がることを防止できる。一方、流動抵抗体２１を燃料支持金具１５から取り外すときは、上記手順を反対に行えば足りる。なお、例えばピンやネジ等を用いて流動抵抗体２１を燃料支持金具１５に固定するようにしてもよい。

以上のような構成である本実施形態の沸騰水型原子炉により得られる作用を以下にその項目ごとに説明する。

（１）流量配分増加による出力上昇を抑制することによる熱的余裕増大作用
本実施形態では、炉心１の最外周に位置する燃料集合体７以外の第３、第４サイクルの燃料集合体１へ冷却材を供給する冷却材流路２０に流動抵抗体２１を設けることにより、炉心１内で既に２サイクル以上使用され、出力が低くなった第３、第４サイクルの燃料集合体７へ流入する冷却材流量を減少させ、出力が高く、熱的余裕が小さい第１、第２サイクルの燃料集合体７への冷却材流量を増加させる。一方で、これによって第１、第２サイクルの燃料集合体７における冷却材（減速材でもある）のボイド率が減少して減速材（冷却材）密度が大きくなるため、第１、第２サイクルの燃料集合体７の出力も増加する。これにより、例えば前述した特許文献１記載の従来技術のように、炉心１の外周領域のみの絞りを大きくするような構造の場合、炉心１の中央部のまとまった領域への冷却材流入量が増加するので、その領域での中性子の減速が促進され、流量配分増加による出力上昇が生じ、効果的に炉心１の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を増加できない可能性がある。また特許文献２記載の従来技術についても、特許文献１記載の従来技術ほどではないにしても、同様の傾向を有する可能性がある。

これに対し、本実施形態によれば、図２に示すように冷却材流量を絞った燃料集合体７が炉心全体にほぼ均等に（言い換えると例えばチェッカーボード状に）散らばっており、冷却材流入量が増加する燃料集合体７（すなわち第１および第２サイクルの燃料集合体）が一部領域に集中していないため、上記のような一部領域の流量配分増加による出力上昇（核熱フィードバックによる出力上昇）を抑制することができる。これにより、冷却材流入量が増加する第１及び第２サイクルの燃料集合体７の熱的余裕（ＣＰＲ）を効果的に増加することができ、炉心１の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を効果的に増加することができる。その結果、熱的余裕を従来と同様に維持しつつ原子力プラントの発電容量を増大することが可能となる。

なお、本実施形態では、第３及び第４サイクルの燃料集合体７へ冷却材を供給する冷却材流路２０の流動抵抗を、最外周に位置する燃料集合体７に冷却材を供給する冷却材流路２０の流動抵抗より小さい範囲内で、第１及び第２サイクルの燃料集合体７へ冷却材を供給する冷却材流路２０の流動抵抗の２倍以上となるようにする。これは本願発明者等の解析によって、一般的な沸騰水型原子炉の場合、最外周以外の第３、第４サイクルの燃料集合体１へ冷却材を供給する冷却材流路２０における絞りをオリフィス１７の絞り（従来のオリフィスと同等の絞りとする）の２倍以上とすると、炉心１のＭＣＰＲが約２％以上改善することがわかったからである。すなわち、第３、第４サイクルの燃料集合体７への冷却材流量を絞って第１、第２サイクルの燃料集合体７への流量配分が増加することにより、第１、第２サイクルの燃料集合体７の出力は１％程度上昇するが、本実施形態では第１、第２サイクルの燃料集合体７を炉心全体にほぼ均等に散りばめた構造とするので、流量増加による出力上昇よりも熱的余裕の増大効果の方が大きくなり、炉心全体の出力を同じとした場合における第１、第２サイクルの燃料集合体７のＣＰＲは約２％程度増加する。したがって、炉心１の熱的余裕（ＭＣＰＲ）を約２％以上増加することができる。

なお、本実施形態においても図２のＡ部分のように第１サイクル及び第２サイクルの燃料集合体７が固まった部分が生じており、そのような場所では熱的余裕がもっとも厳しくなるが、この場合、例えばコントロールセル周囲（図２中Ｂに示す部分）に配置した第４サイクルの燃料集合体７のうちの１体をＡ部分の十字型の真ん中の燃料集合体７と入れ替えることによって、更なる熱的余裕の向上が可能である。

（２）燃料配置の自由度減少防止作用
前述した特許文献１及び特許文献２記載の従来技術のように、オリフィス１７の口径自体を変えて冷却材流量を絞る構造の場合、オリフィス１７は燃料支持金具１５と一体構造であるため、絞りを大きくした位置における燃料集合体７はほぼ第３サイクル以降の燃料に限定されることになる。そのため炉心１の燃料装荷の自由度が減少するという欠点がある。この燃料装荷の自由度減少の影響は、特に計画外停止等があった場合に大きく出る可能性がある。

これに対し、本実施形態では流動抵抗体２１を燃料支持金具１５に対し着脱可能な構造とする。これにより、例えば、通常時は絞り位置（流動抵抗体２１を設けた燃料支持金具１５の位置）の配置は変えず、計画外停止等で燃料経済性および運転サイクル長さ等、プラント経済性の観点から絞り位置の配置を変えた方が良い場合には、適宜配置を変更したり、絞り位置数の増減を行うといったことが可能である。したがって、燃料配置の自由度が損なわれるのを防止することができる。

（３）流量配分調整幅拡大作用
本実施形態では、炉心１に装荷される燃料集合体７の８７２体のうち、第３サイクル以降の燃料集合体７に冷却材を供給する冷却材流路２０の全てに流動抵抗体２１を付けており、冷却材流量を絞った燃料集合体７の数が比較的多くなっている。このことを、図６及び図７を用いて説明する。

図６は本実施形態と同様の燃料集合体配置である炉心１において、前述した特許文献１に記載の従来技術と同様に、中性子の炉外への漏れの影響の大きい最外周より２層内側及び３層内側の燃料集合体７の冷却材流量を絞った場合における、絞り位置の配置を示した図である（比較例１）。この比較例１では、最外周を除く冷却材流量を絞った燃料集合体７（すなわち図６中グレーの燃料集合体）の数は、図６に示すように４分の１炉心で４３体、全炉心では１７２体となる。

一方、図７は本実施形態と同様の燃料集合体配置である炉心１において、前述した特許文献２に記載の従来技術と同様に、出力制御用制御棒に隣接する４体の燃料集合体（コントロールセル）７の冷却材流量を絞った場合における、絞り位置の配置を示した図である（比較例２）。この比較例２では、最外周を除く冷却材流量を絞った燃料集合体７（すなわち図７中グレーの燃料集合体）の数は、図７に示すように４分の１炉心で最外周を除くと１３体、全炉心で５２体となる。

これに対し、本実施形態では、図２に示すように最外周を除く冷却材流量を絞った燃料集合体７の数は９６体、全炉心で３８４体となり、上記比較例１の２倍以上、比較例２に対しては７倍以上にもなっており、炉心１における燃料集合体７間の流量配分調整幅を大幅に大きくすることができる。これにより、上記（１）で述べた炉心１の熱的余裕（ＭＣＰＲ）の増大作用をより大きく得ることができる。

なお、本実施形態ではこのように多くの燃料集合体７に対応した冷却材流路２０の絞りを大きくするため、炉心１の圧力損失の増大が懸念されるが、その増加幅は１０％程度である。一般に、炉心１の圧力損失は再循環ポンプ１２の揚程の約３分の２程度であり、炉の型式等にもよるが、炉心１の圧力損失が１０％程度増加しても再循環ポンプ１２で対応可能である。また、対応できない場合には増出力時等に改造等で対応することも可能であり、技術的に問題となる程の影響はない。

なお、流動抵抗体２１の形状としては、以上説明してきた第１実施形態の形状に限られるものではなく、本発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、この流動抵抗体２１の変形例を説明する。

（１）取っ手を設けた流動抵抗体
本変形例の流動抵抗体（流動抵抗手段）２５の構造を図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す。第１実施例の流動抵抗体２１は単純なリング状で流路面積を中央に狭めるだけであったが、本変形例ではリング部２５ａによる流路面積の狭め方を小さくし、その代わりにリング部２５ａから流路中央を横切る取っ手２５ｂを設けて、全体として第１実施例の流動抵抗体２１と同等の流動抵抗特性を持つようにしたものである。なお、燃料支持金具１５への固定方法は第１実施形態と同様である。本変形例によれば、取っ手２５ｂを設けたことにより、流動抵抗体２５の着脱の際のハンドリングが容易になるメリットがある。

（２）メッシュを設けた流動抵抗体
本変形例の流動抵抗体（流動抵抗手段）２６の構造を図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。第１実施例の流動抵抗体２１は単純なリング状であったが、本変形例の流動抵抗体２６はリング部２６ａの中心部にメッシュ部２６ｂを備え、全体として第１実施例の流動抵抗体２１と同等の流動抵抗特性を持つようにしたものである。本変形例によれば、メッシュ部２６ｂが冷却材中の異物を捕捉する機能を有するので、燃料集合体７への異物の流入を防ぐことができる。

（３）棒状の流動抵抗体
本変形例の流動抵抗体（流動抵抗手段）２７の構造を図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す。この図１０に示すように、本変形例の流動抵抗体２７は棒状形状であり、燃料支持金具１５に設けられ流動抵抗体２７を挟むように設けた支持部２８上に自重により搭載されるようになっている。流動抵抗体２７の断面形状は円形状、又は四角形状でも三角形状でもよい。本変形例によれば、流動抵抗体２７の着脱に際して流動抵抗体２７を回転させる必要がなく、着脱作業を容易にすることができる。なお、図１０では流動抵抗体２７は１本としているが、複数本としてもよい。この場合、本数を変えることによって冷却材流路２０の流動抵抗を第１実施形態よりも細かに調整することが可能となる。また複数本の場合、交換に時間がかかる場合は複数本を連結したものでもよい。例えば十字形状としてもよい。

また、上記本発明の第１の実施形態においては、炉心１の最外周に位置する燃料集合体７を除く第３、第４サイクルの燃料集合体７に冷却材を導く冷却材流路２０内に流動抵抗体２１を取り付けるようにしたが、これに限らない。すなわち、最外周以外の第３、第４サイクルの燃料集合体７に対応する冷却材流路２０の流動抵抗が、第１、第２サイクルの燃料集合体７に対応する冷却材流路２０の流動抵抗の２倍以上であり、且つ最外周に位置する燃料集合体７に対応する冷却材流路２０の流動抵抗より小さい範囲内であるという条件を満たしさえすれば、炉心１の最外周に位置する燃料集合体７に冷却材を導く冷却材流路２０内に流動抵抗体２１を設けてもよい。この場合も、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の沸騰水型原子炉、燃料支持金具、燃料集合体及び沸騰水型原子炉の運転方法の第２の実施形態を図１１を参照しつつ説明する。本実施形態は、燃料集合体７への冷却材流量の絞りを第１実施形態のように燃料支持金具１５に取り付けた流動抵抗体２１で行うのではなく、燃料集合体７の下部タイプレートに取り付けた流動抵抗体によって行うようにしたものである。

図１１は本発明の沸騰水型原子炉の第２の実施形態の燃料集合体の下部タイプレートの構造を表す側面図である。この図１１に示すように、本実施形態では、燃料集合体７の下部に備えられた下部タイプレート３０の下端部に流動抵抗体（流動抵抗手段）３１を嵌め込むための取付けハンドル３２を設け、この取付けハンドル３２に流動抵抗体３１を嵌め込む構造とする。流動抵抗体３１は、第１実施形態の流動抵抗体２１と同様に例えばステンレス合金（他の金属でもよい）で構成され、取付けハンドル３２の形状に沿った断面凹形状の部材である。この流動抵抗体３１を取付けハンドル３２に嵌め込んだ際には、流動抵抗体３１の内側に設けたスプリング３３によって取付けハンドル３２が両側から挟み込まれ、これにより流動抵抗体３１は取付けハンドル３２に固定される。このような構成により、流動抵抗体３１は下部タイプレート３０（取付けハンドル３２）に対し着脱可能な構造となっている。なお、ここでは流動抵抗体３１をスプリング３３によって固定する構造としたが、前述の第１の実施形態のように回転させてロックする構造としてもよい。また、流動抵抗体３１の形状は例えば有底の円筒状の部材等でもよい。
上述した点以外の本実施形態の構成は前述の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

以上のような構成の本実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の作用を得られるが、その他にも以下の作用が得られる。
すなわち、第１実施形態では燃料支持金具１５に流動抵抗体２１を取り付ける構造としたので、絞り位置の配置を変える必要が生じない限りは第１実施形態の方が定期検査時の燃料交換に追加の手間がなく合理的である。しかしその一方で、絞り位置の配置を変える必要性が高い炉型等の場合、炉心１の最下部にある燃料支持金具１５についている流動抵抗体３１を原子炉圧力容器５の上部から着脱する手間がかかる。これに対し、本実施形態のように燃料集合体７の下部タイプレート３０に流動抵抗体３１を取り付ける構造であれば、燃料貯蔵プール内などにおいて着脱作業が出来るので合理的である。また、第１の実施形態では、流動抵抗体２１を取り付ける位置の燃料支持金具１５については全て流動抵抗体取付け仕様のものに交換する必要があるが、本実施形態では燃料支持金具１５については今までと同じものが使用可能であり、既設の原子炉に用いる場合に燃料支持金具１５を交換しなくていいという利点がある。

本発明の沸騰水型原子炉の第１実施形態の全体構成を表す断面図である。 図１に示す炉心の水平断面４分の１領域における燃料集合体の配置を示した図である。 本発明の第１実施形態の沸騰水型原子炉に設けられる燃料支持金具の全体構造を表す斜視図である。 図３中IV−IV断面による燃料支持金具の部分縦断面図である。 図４に示す流動抵抗体の構造を表す上面図である。 本実施形態と同様の燃料集合体配置である炉心において、前述した特許文献１に記載の従来技術と同様に、中性子の炉外への漏れの影響の大きい最外周より２層内側及び３層内側の燃料集合体の冷却材流量を絞った場合における、炉心の水平断面４分の１領域における絞り位置の配置を示した図である。 本実施形態と同様の燃料集合体配置である炉心において、前述した特許文献２に記載の従来技術と同様に、出力制御用制御棒に隣接する４体の燃料集合体（コントロールセル）の冷却材流量を絞った場合における、絞り位置の配置を示した図である。 図５に示す流動抵抗体に取っ手を設けた場合の変形例の構造を表す縦断面図及び上面図である。 図５に示す流動抵抗体にメッシュを設けた場合の変形例の構造を表す縦断面図及び上面図である。 図５に示す流動抵抗体を棒状形状とした場合の変形例の構造を表す縦断面図及び上面図である。 本発明の沸騰水型原子炉の第２実施形態における燃料集合体の下部タイプレートの構造を表す側面図である。

符号の説明

１ 炉心（原子炉炉心）
７ 燃料集合体
１５ 燃料支持金具
２０ 冷却材流路
２１ 流動抵抗体（流動抵抗手段）
２５ 流動抵抗体（流動抵抗手段）
２６ 流動抵抗体（流動抵抗手段）
２７ 流動抵抗体（流動抵抗手段）
３０ 下部タイプレート
３１ 流動抵抗体（流動抵抗手段）

Claims (11)

1. 原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、
   前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
2. 所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、
   前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
3. 所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備え、
   前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
4. 前記流動抵抗手段を、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された第３サイクル以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉。
5. 前記流動抵抗手段は、前記冷却材流路の流動抵抗を、前記原子炉炉心の最外周に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗より小さい範囲内で２倍以上に増加することを特徴とする請求項４に記載の沸騰水型原子炉。
6. 所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具と、前記燃料集合体の下部に備えられ、前記冷却材流路に挿入される下部タイプレートとを備え、
   前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体の下部タイプレートに、流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
7. 前記流動抵抗手段を、前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された第３サイクル以降の前記燃料集合体の下部タイプレートに設けたことを特徴とする請求項６に記載の沸騰水型原子炉。
8. 前記流動抵抗手段は、前記下部タイプレートが挿入される前記冷却材流路の流動抵抗を、前記原子炉炉心の最外周に装荷された前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗より小さい範囲内で２倍以上に増加することを特徴とする請求項７記載の沸騰水型原子炉。
9. 原子炉炉心内に燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具において、
   前記冷却材流路に流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする燃料支持金具。
10. 原子炉炉心に装荷され、下部タイプレートを有する燃料集合体において、
    前記下部タイプレートに、前記下部タイプレートが挿入される燃料支持金具の冷却材流路の流動抵抗を増加させる流動抵抗手段を着脱可能に設けたことを特徴とする燃料集合体。
11. 所定のサイクルで原子炉炉心に装荷される多数の燃料集合体と、前記原子炉炉心内に前記燃料集合体ごとに冷却材を導く冷却材流路を有する燃料支持金具とを備えた沸騰水型原子炉の運転方法において、
    前記原子炉炉心の最外周以外に装荷された所定のサイクル数以降の前記燃料集合体に対応する前記冷却材流路の流動抵抗を増加して運転することを特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。
    

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