JP2833351B2 - 沸騰水型原子炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に関す
るものである。本発明の中には４辺を原子炉制御棒（以
下、単に制御棒という。）のブレードで囲われた原子炉
燃料集合体（以下、単に燃料集合体という。）の炉心に
適用するのに好適な炉心下部構造を含んでいる。

【０００２】

【従来の技術】図３に現行の沸騰水型原子炉の概略を示
した。沸騰水型原子炉では、図３の様に、原子炉圧力容
器１の内のシュラウド２で囲われ、多数の燃料集合体３
が設置され、上部格子４と下部格子５に挟まれた領域を
炉心６と呼ぶ。下部格子５より下の部分を下部プレナム
７と呼び、そこには原子炉圧力容器１の底板を貫通した
制御棒駆動機構ハウジング８とその制御棒駆動機構ハウ
ジング８に取り付く制御棒案内管９が設置してある。原
子炉圧力容器１の内壁面とシュラウド２の間の環状流路
１０の冷却材はインターナルポンプ１１によって下部プ
レナム７へ圧送され、そこから各燃料集合体３内に送ら
れる。

【０００３】下部プレナム７に設置してある構造物を図
４によって説明する。原子炉圧力容器１の底板に溶接さ
れた制御棒駆動機構ハウジング８の上に制御棒案内管９
が嵌め込まれて直立する。さらに、制御棒案内管９の頂
部に燃料集合体３を４体乗せることのできる燃料支持金
具１２を嵌めこむ。つまり、燃料集合体３の重量は燃料
支持金具１２，制御棒案内管９及び制御棒駆動機構ハウ
ジング８を介して原子炉圧力容器１の底板で支持する。
下部格子５は制御棒案内管９の頂部の横振れを防止す
る。

【０００４】インターナルポンプ１１から下部プレナム
７内に吐き出された冷却材は制御棒案内管９の外側を上
昇し、制御棒案内管９の上端近くの側壁に設けた穴から
燃料支持金具１２に入り、燃料集合体３内に導かれる。

【０００５】制御棒案内管９の中にある制御棒１３（図
４では制御棒１３が引き抜き状態にある。）は発熱量が
少ないので制御棒案内管９の中には冷却材を積極的には
流さない。つまり、制御棒案内管９は冷却材の流路を限
定する役割をもつ。また、燃料支持金具１２の入り口に
は燃料集合体３毎の冷却材分配量を安定化するための入
り口オリフィス１８が設けてある。

【０００６】このように、冷却材の流れは、制御棒案内
管９の外側を上昇し、９０度流れ方向を変えて燃料支持
金具１２に入り、このときに入り口オリフィス１８で絞
られ、燃料支持金具１２内で上昇流に変わる。その上昇
流は片側に偏って拡大している流路１６を流れてゆくと
いう複雑な流れで、圧力損失も大きい。

【０００７】燃料集合体３内の圧損が燃料集合体３の入
口までの圧損よりも著しく大きいと燃料集合体３内の二
相流安定性を損なうので、燃料支持金具１２による大き
な圧損が燃料集合体３内の二相流安定性を保っている
が、インターナルポンプ１１に大きな吐出圧が要求され
る。

【０００８】炉心に供給される冷却材量は複数台の各イ
ンターナルポンプ１１の前後の差圧からポンプ毎の流量
を求め、合計して得られる。したがって、個々の各燃料
集合体３に流入する冷却材量は確認できない。

【０００９】また、インターナルポンプ１１がトリップ
した時は炉心の流量低下に比べて熱流束の低下が遅いの
で、核沸騰から膜沸騰に遷移する出力（限界出力）を運
転出力で割った値である限界出力比（以下、ＣＰＲと表
示する。ＣＰＲは大きい方が安全である。）の余裕が一
時的に小さくなる。

【００１０】制御棒案内管９の内には水平断面が十字型
の翼（ブレード）から成る制御棒１３が上下に動くよう
に設けてある。図４のＡ−Ａ矢視断面を示した図５に制
御棒案内管９の上端から下を見た断面を示したが、燃料
集合体３に冷却材を導く燃料支持金具１２の４つの流路
１６に囲われて形成される略十字型の空隙を制御棒１３
が炉心に貫通している。

【００１１】制御棒１３の下端部には図４のように傘型
の落下速度制限器１４が設けてある。制御棒１３が挿入
状態から高速で落下（引き抜き）すると、炉心に大きな
反応度が投入される。落下速度制限器１４は制御棒１３
の落下速度を制限するものである。即ち、制御棒１３の
落下は、制御棒１３を挿入状態から引き抜き状態にした
ときに制御棒１３がひっかかり、制御棒１３と制御棒駆
動ロッド１７のカップリング１５が外れて制御棒駆動ロ
ッド１７だけが引き抜かれた状態から何かの原因でひっ
かかりが外れたときに起こる。制御棒１３が落下する
と、落下速度制限器１４の下の水は制御棒案内管９と落
下速度制限器１４の間の小さな隙間から落下速度制限器
１４の上に移動するが、このときの水の流動抵抗が制御
棒１３の落下速度を制限する。

【００１２】制御棒１３の中性子吸収能力は使用時間に
よって低下するが、決められた値まで吸収能力が低下す
ると、制御棒１３は交換される。制御棒１３の交換手順
を以下に述べる。交換する制御棒１３の案内管９に乗っ
ている４体の燃料集合体３を吊りあげて取り除き、燃料
支持金具１２を吊りあげて取り除く。すると、落下速度
制限器１４を吊り上げるだけの空間ができる。そこで、
制御棒１３と制御棒駆動ロッド１７のカップリング１５
を切離し、制御棒１３を吊りあげて取り除く。制御棒１
３を交換した後は、燃料支持金具１２，燃料集合体３の
順に制御棒案内管９の上に積み重ねて行けば元の状態に
戻る。

【００１３】図６に現行の炉心６の平面図を示したが、
前記したように１つの制御棒１３を中心に４体の燃料集
合体３が配置されている。したがって、燃料集合体３の
２辺が制御棒１３に接している。なお、図６で点線は制
御棒案内管９の外径を示している。

【００１４】以上のように、ポンプ動力の観点から燃料
集合体３の入口部の圧損を小さくすることが望まれる
が、燃料集合内の二相流安定性は維持しなければならな
い。また、ポンプトリップ時の限界出力比（ＣＰＲ）の
一時的低下を防止することや、さらに、燃料の高燃焼化
を図り、経済性を向上させることが望まれる。

【００１５】燃料の高燃焼化で経済性を向上するために
特開昭63−73192 号公報や特開昭63−261192号公報に示
されているように燃料集合体と制御棒を大型化し、炉心
のウラン量に対する水量の比率を適正化する提案があ
る。この提案による炉心の平面図を図７に示したが、大
型化した燃料集合体３の４辺に制御棒１３が接する配置
になっている。このような燃料集合体３と制御棒１３の
配置に対して現行の原子炉と同じ炉心下部構造にする
と、図７中で点線で示したように隣接する制御棒案内管
９がぶつかり合ってしまう。

【００１６】このような事態に対して、特開昭63−8369
1 号公報や特開昭63−225189号公報に十字型乃至はそれ
に近い形状の制御棒案内管と燃料集合体２体用の燃料支
持金具からなる構造が提案されている。

【００１７】特開昭63−83691 号公報の十字型制御棒案
内管は、前記した制御棒案内管同士の干渉は避けられる
が、製作が簡単とはいえない。特に、制御棒案内管は複
数体の燃料集合体を支持するに必要十分な強度を必要と
するが、十字型制御棒案内管では強度的に不安である。
その上、小さい曲げ半径部が多数あり、加工時の残留応
力の除去を考慮する必要がある。更には、先端部から内
周側は長い軸方向長さに渡って小さい隙間を保たなけれ
ばならない。長手方向の途中でブレードを覆う部分が内
側に反ると、ブレードと擦れる恐れがある。

【００１８】特開昭63−225189号公報の十字型に近い形
状の制御棒案内管は十字型の物に較べて径を広げて薄い
部分が少なくしているから強度と隣接し合う制御棒案内
管同志の干渉回避とを両立できる。しかし、径を広げた
ものであるから、制御棒案内管に搭載される燃料支持金
具の冷却材入り口部分が制御棒案内管の内側に配備さ
れ、結局は制御棒案内管の上端部側壁に穴をあけて冷却
材を側方から流入させて上昇流に変更して燃料集合体に
供給するという複雑な流路で圧力損失も大きくなり易
い。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】炉心下部構造物に課せ
られる主な役割は、燃料集合体の重量を原子炉圧力容器
に伝え、燃料集合体に導かれる冷却材主流と制御棒を分
離するものであるが、ポンプ動力の観点から燃料集合体
への冷却材の圧力損失を小さくすることが望まれる。そ
の圧力損失は、燃料集合体内の二相流安定性の維持や、
ポンプトリップ時の流量低下に伴う限界出力比（ＣＰ
Ｒ）の一時的低下を来すこととの因果関係がある。一
方、燃料集合体の４辺に制御棒が位置できる配置の炉心
にあっては、燃料の高燃焼化による経済性を向上できる
ものの燃料集合体の支持強度や圧力損失上の不利が生じ
ていた。

【００２０】本発明の第１の目的は、燃料集合体内の二
相流不安定が起こり難く、ポンプトリップ時の限界出力
比の低下を抑制する沸騰水型原子炉を提供することにあ
る。第２の目的は、燃料集合体の支持強度や圧力損失上
の不利が無い沸騰水型原子炉を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】第１の目的を達成するた
めの第１の発明は、原子炉圧力容器内の原子炉燃料集合
体に、前記原子炉燃料集合体よりも下方の下部プレナム
から冷却材を供給する沸騰水型原子炉において、前記原
子炉燃料集合体を支持してこれに冷却材を供給すると共
にその下端が前記原子炉圧力容器の制御棒駆動機構ハウ
ジングの上端近傍まで延びている冷却材案内管と、前記
原子炉圧力容器に支持されて前記下部プレナムを上下に
仕切ると共に前記冷却材案内管を支持する仕切板とを備
え、前記冷却材案内管の冷却材入口を前記仕切板よりも
下方の領域に開口させる。 第１の目的を達成するための
第２の発明は、原子炉圧力容器内の原子炉燃料集合体
に、前記原子炉燃料集合体よりも下方の下部プレナムか
ら冷却材を供給する沸騰水型原子炉において、前記原子
炉燃料集合体に冷却材を供給すると共にその下端が前記
原子炉圧力容器の制御棒駆動機構ハウジングの上端近傍
まで延びている冷却材案内管と、前記下部プレナム内に
前記冷却材案内管とともに併設され前記原子炉燃料集合
体を支持する支持部材と、前記原子炉圧力容器に支持さ
れて前記下部プレナムを上下に仕切ると共に前記支持部
材を支持する仕切板とを備え、前記冷却材案内管の冷却
材入口を前記仕切板よりも下方の領域に開口させる。 第
１の目的を達成するための第３の発明は、第１の発明に
おいて、前記冷却材案内管は、その上部が嵌まり合う複
数の嵌合部間を、原子炉制御棒の上下移動領域と干渉し
ないように配置された格子部で接続する。 第１の目的を
達成するための第４の発明は、第１又は第２の発明にお
いて、前記原子炉燃料集合体は燃料支持金具を介して前
記冷却材案内管に接続されており、前記燃料支持金具は
水平方向に拡幅されたつば部を格子板として備え、前記
格子板は周縁の一部が隣接する格子板と水平方向におい
て対向し、周縁の他部に原子炉制御棒が通過するための
空間が形成されている。 第１の目的を達成するための第
５の発明は、第１又は第２の発明において、隣接する各
冷却材案内管の水平方向間には、互いに分割されており
且つ原子炉制御棒の通過用穴を有する格子板が設けら
れ、隣接する前記格子板同士は周縁部分が水平方向に対
向して配置されている。 第１の目的を達成するための第
６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前
記原子炉燃料集合体１体に対して１本の前記冷却材案内
管を備え、前記冷却材案内管に流量測定手段を設ける。

【００２２】第２の目的を達成するための第７の発明
は、下端部に冷却材入口を有する１個の燃料支持金具を
１体の原子炉燃料集合体の下側に備え、前記燃料支持金
具の下端部が隣接する複数の制御棒案内管の上端部によ
り支持され、前記隣接する複数の制御棒案内管の間の領
域と前記冷却材入口と前記原子炉燃料集合体とをほぼ直
線上に配列する。 第２の目的を達成するための第８の発
明は、第７の発明において、前記燃料支持金具が隣接す
る原子炉制御棒との間の領域を覆うと共に隣接する前記
制御棒案内管の上端部に係合する係合部を下側に有する
格子板をその下端部に備え、前記制御棒案内管が前記燃
料支持金具の冷却材入口の下方の領域を拡大するように
内側に曲げられている。

【００２３】

【００２４】

【作用】第１の発明によれば、下部プレナム内の冷却材
が冷却材案内管内を通過して燃料集合体内へ供給され
る。冷却材案内管内の冷却材の流れの慣性は、その案内
管のＬ／Ａ（長さ／流路面積）に比例して大きくなるか
ら、その案内管の長さＬを制御棒駆動機構ハウジングの
上端近傍にまで延長してその慣性を大きくする作用が得
られる。この作用により、冷却材流量の減幅比（流量の
振動波形のある山の高さで次の山の高さを割った値）が
小さくなって、流動安定性が良くなる。これに伴い、ポ
ンプトリップ時の限界出力比の低下を抑制できる。ま
た、原子炉燃料集合体は冷却材案内管に支持されるか
ら、制御棒案内管が不要となるので、原子炉燃料集合体
の周囲に原子炉制御棒を隣接させるのに有効となる。

【００２５】

【００２６】第２の発明でも、第１の発明と同様に、二
相流不安定が起こり難く、ポンプトリップ時の限界出力
比の低下を抑制できる。更に支持部材により燃料集合体
が支持されて冷却材案内管に支持機能を求めないから、
冷却材案内管に関し、Ｌ／Ａ（長さ／流路面積）等、自
由に設計できる作用が得られる。

【００２７】第３の発明によれば、第１の発明による作
用に加えて、冷却材案内管は水平方向においても格子部
で支持され、その格子部が制御棒の上下移動を妨害しな
いから、制御棒の動きを妨害すること無くしっかりと燃
料集合体を支持する作用が得られる。第４の発明によれ
ば、第１又は第２の発明による作用に加えて、冷却材は
冷却材案内管から燃料支持金具を通って燃料集合体に供
給され、燃料支持金具は、つば部が隣接する燃料支持金
具のつば部と水平方向に当たり合うことで水平方向への
燃料支持金具の位置が保持され、この燃料支持金具に接
続された冷却材案内管も水平方向位置が保持される作用
と、つば部に形成された通過空間を通って制御棒が上下
方向に移動できる作用とが得られる。

【００２８】第５の発明によれば、第１又は第２の発明
による作用に加えて、格子板が冷却材案内管の水平間隔
を保持し、格子板同士が水平方向に当たり合うから、格
子板のずれ動きも無くて、冷却材案内管の水平位置関係
が正確に規定される作用が得られ、制御棒は、格子板が
有っても、その格子板に形成された通過穴を通って上下
に移動できる。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】第６の発明によれば、第１乃至第５の発明
の何れかによる作用に加えて、燃料集合体１体ごとの冷
却材の供給流量を測定できる作用が得られる。

【００３４】

【００３５】第７の発明によれば、燃料支持金具を隣接
する複数の制御棒案内管により支持することで、その制
御棒案内管の径が大きくてもその制御棒案内管の外側の
領域に燃料支持金具の冷却材入口を下向きに臨ませるこ
とができる。従って、冷却材は制御棒案内管の外側に沿
って上昇して燃料支持金具の中に上昇流のまま流入し引
き続いて上昇流のまま燃料集合体内に流入して圧力損失
が少なくなるという作用が得られる。

【００３６】第８の発明によれば、制御棒案内管が内側
に曲げて拡大された領域を利用して制御棒案内管を密集
させても制御棒案内管同士の干渉が避けられ、且つ燃料
支持金具の冷却材入口をその拡大された領域を利用して
下部プレナム内に下向きに直接臨ませることができる。
よって、下部プレナム内の冷却材は上昇流のまま燃料支
持金具を経由して燃料集合体内に供給される作用が得ら
れ、且つ燃料支持金具は係合部で制御棒案内管と水平方
向でひっかかり合うから、燃料支持金具の水平位置が確
実に保持される作用が得られる。

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【実施例】第１実施例を図８，図９，図１０及び図１１
に基づいて説明する。第１実施例は図３に示した沸騰水
型原子炉に本発明を適用した例であり、その適用により
変更を受けた構成につき説明し、他の構成は従来通りで
ある。

【００４６】図８は十字型の水平断面を有する制御棒１
３を上下方向に案内する制御棒案内管の概念的な断面形
状の説明図である。原子炉燃料集合体の４辺に制御棒が
接するような炉心配置では、制御棒案内管を従来と同じ
く円管状の制御棒案内管９ａにすると図８中の一点鎖線
で示したように隣接の制御棒案内管と干渉する。そこ
で、図８中の点線で示したように制御棒案内管を四角形
状の制御棒案内管９ｂにすると隣接し合う制御棒案内管
同志の干渉は回避できる。冷却材は制御棒案内管同志の
隙間を流れるが、四角形状の制御棒案内管９ｂを採用す
ると冷却材流路面積が小さい。第１実施例では、燃料集
合体のピッチ（制御棒のピッチ）を変えずに冷却材流路
面積を大きくするために図８中の実線で示したように四
角形状の制御棒案内管９ｂの４辺を内側にゆるやかに曲
げた略四角形状の制御棒案内管２０が採用される。

【００４７】図９は沸騰水型原子炉の炉心下部構造と燃
料集合体の一部の縦断面図で、図１０は図９のＡ−Ａ矢
視図で、図１１は図９のＢ−Ｂ矢視図である。従来例と
同様に、原子炉圧力容器１の底板を貫通している複数の
制御棒駆動機構ハウジング８が溶接でその底板に固定し
てある。

【００４８】各制御棒駆動機構ハウジング８の頂部に前
記した断面が略四角形の制御棒案内管２０を嵌め込み、
直立させ、その制御棒駆動機構ハウジング８に制御棒案
内管２０を支持させる。このようにして、制御棒駆動機
構ハウジング８や制御棒案内管２０を原子炉圧力容器１
内の下部プレナム７内に装備される。

【００４９】相隣接する２つの制御棒案内管２０の間で
形成される冷却材流路２１の真上中心に冷却材の入口２
２を下方に向けて開口し燃料支持金具２４が配備され
る。

【００５０】燃料支持金具２４は冷却材の入口２２の外
周囲の流路２１上端を塞ぐ格子板２３を外周囲に１体に
備える。このような燃料支持金具２４は１体の燃料集合
体３につき一個備わり、燃料集合体３の冷却材入り口３
ａが燃料支持金具２４の冷却材出口２２ａに連通接続さ
れるように燃料集合体が燃料支持金具に搭載されてい
る。

【００５１】燃料支持金具２４は相隣接する２つの制御
棒案内管２０の上に乗せて垂直加重を支持させる。格子
板２３の下面には下向きの突起２５が二個あり、この突
起２５は制御棒案内管２０の内側に接してひっかかり、
制御棒案内管２０との水平横方向の相対的動きを拘束す
る。

【００５２】燃料支持金具２４一個につき１体の燃料集
合体３を乗せるが、相隣接する二つの制御棒案内管２０
の１辺で１体の燃料集合体３の半分の加重を支えるの
で、１本の制御棒案内管２０は２体分の燃料集合体３の
重量を支えることになる。制御棒案内管２０が支えた荷
重は制御棒駆動機構ハウジング８を介して原子炉圧力容
器１の底板に伝えられて支持される。

【００５３】インターナルポンプ（図示せず）から下部
プレナム７内に吐き出された冷却材は制御棒案内管２０
の外側に沿って流路２１を上昇し、流れ方向を変えるこ
と無く燃料支持金具２４の冷却材の入口２２から燃料集
合体３に上昇流のまま流れ込む。このために、従来の燃
料支持金具のように流路が複雑ではないので、燃料集合
体３の入口部の圧損が減少する。燃料支持金具２４の冷
却材の入口２２には入口オリフィス１８を取り付けて流
量調整を行うこともできる。

【００５４】図１０に格子板２３の直上から下を見た断
面図を示した。燃料支持金具２４と１体となって水平方
向に広がりを有する格子板２３は、４辺に制御棒１３の
翼部分が上下に通過する切欠きを制御棒の上下通路とし
て持つ略四角形に形成されている。制御棒の上下通路と
しての切欠きの無い格子板２３の二つの角は隣接する四
つの格子板２３に接して当たり合うことで、隣接し合う
格子板２３はお互いに水平方向へのずれ動きを拘束しあ
う。炉心の最外周の格子板は原子炉圧力容器内のシュラ
ウドにより水平方向を支持される。そして、格子板２３
は制御棒案内管２０の上端開口部を制御棒１３の通過す
る通路を除いて塞いでいる。

【００５５】図１１は格子板２３の下から上を見た断面
図であるが、制御棒案内管２０の４辺の内側に格子板２
３の突起２５が掛り、制御棒案内管２０の横方向の動き
を拘束していることが分かる。したがって、従来の下部
格子は不必要になる。

【００５６】制御棒１３の下端にはハの字型断面の落下
速度制限器１４が取り付くが、制御棒案内管２０各辺の
図８に示されるゆるやかな曲げのそのゆるやかさは、落
下速度制限器１４が上下に移動できる空間が制御棒案内
管２０内にできる程度の曲率とされる。

【００５７】制御棒１３の交換は、交換すべき対象の制
御棒１３を囲んでいる４体の燃料集合体３と燃料支持金
具２４を取外し、制御棒駆動ロッド１７と制御棒１３の
カップリング１５を切り離せば制御棒を上方に取り去っ
て、新たな制御棒を逆手順により組み込める。

【００５８】本実施例によれば、制御棒１３が燃料集合
体３の４辺に隣接する炉心配置に使用でき、断面が略四
角の制御棒案内管２０は十字型制御棒案内管に比べて形
状が単純で曲げ加工度が小さいので、製作が容易で、残
留応力も小さく、強度に優れる。燃料支持金具の構造が
従来よりも単純で、小型になるので、製作が容易で、放
射性廃棄物量も少なくなる。冷却材流路も現行炉に比べ
て単純になり、流動損失が小さくなる。

【００５９】さらに、制御棒の交換は現行炉と同様に、
制御棒を囲む４体の燃料集合体と燃料支持金具を取り除
くだけで可能である。

【００６０】第２実施例を図１２に示した。図１２は図
７のＢ−Ｂ位置の縦断面が本発明を適用することでどの
ように変わったかを示している図である。

【００６１】図１２において、原子炉圧力容器１の底板
に制御棒駆動機構ハウジング８が溶接してある。外周が
シュラウド（図３中の符号２）に接し、制御棒駆動機構
ハウジング８の頭部の段付部に嵌め込んだ仕切板２６で
原子炉圧力容器１内の下部プレナム７を上下に区画し
て、仕切板２６の下方にインターナルポンプから送られ
て来る冷却材を受け入れる容器底部流路２７を形成す
る。

【００６２】仕切板２６には穴２６ａがあけられてい
る。その穴２６ａには冷却材案内管２８の下端である冷
却材入り口２８ａを差し込みまたは溶接などの手段で垂
直に取り付ける。

【００６３】冷却材案内管２８の上端である冷却材出口
２８ｂには、燃料支持金具２４の冷却材入り口２２を嵌
め込んである。燃料支持金具２４は、第１実施例と同様
に、格子板２３が１体に備わる。燃料支持金具２４の上
端である冷却材出口２２ａには燃料集合体３の冷却材入
り口３ａが嵌め込まれている。

【００６４】制御棒１３は制御棒駆動ロッド１７ヘカッ
プリング１５で連結されている。この制御棒１３にはそ
の制御棒１３の翼の下方において落下速度制限器１４が
備わる。制御棒１３の翼の部分は第１実施例と同じく、
格子板２３同志の間を上下に通過可能である。この実施
例では、制御棒案内管が存在せず、制御棒１３は格子板
２３によりガイドされる。

【００６５】図１２のＡ−Ａ矢視図を図１３に示した
が、冷却材案内管２８は相隣接する制御棒１３の間の中
心、つまり、燃料集合体３の真下に配置する。仕切板２
６から上の冷却材流路は冷却材案内管２８の中に限定さ
れるので、格子板２３には冷却材流路を塞ぐ機能は要求
されず、冷却材案内管２８の上部と燃料集合体３の下部
の横方向の動きを拘束し、制御棒を案内する機能だけが
要求される。

【００６６】したがって、格子板２３は穴をあけるなど
の軽量化が図れる。

【００６７】この実施例では、燃料集合体３の荷重を冷
却材案内管２８が支持し、その冷却材案内管２８は仕切
板２６に支持され、その仕切板２６は制御棒駆動機構ハ
ウジング８を介して原子炉圧力容器１に支持される。

【００６８】冷却材案内管２８は規格管の両端に加工を
施すだけでよく、制御棒案内管を使用する場合に比べて
加工度が大幅に削減できる。

【００６９】インターナルポンプで容器底部流路２７内
に送られてきた冷却材は容器底部流路２７内から冷却材
案内管２８に入り、上昇流のまま燃料支持金具２４を通
過して燃料集合体３に入る。冷却材案内管２８の流路断
面積を燃料支持金具２４の冷却材入り口程度に小さくし
て流路長さを燃料支持金具２４から制御棒駆動機構ハウ
ジング８の上端に至るほどに長くすると、冷却材案内管
２８内に入った冷却材の流速が大きくなり、流速が大き
くなった分だけ冷却材の流れの慣性が大きくなり、燃料
集合体３内で二相流の流動不安定が生じ難くなる。ま
た、ポンプトリップ時の流量低下速度がゆるやかにな
り、ＣＰＲの一時的低下を抑制出来る。

【００７０】長さと太さの異なる冷却材案内管２８の解
析結果を、冷却材案内管２８の長さを流路面積で割った
値（Ｌ／Ａ）と冷却材案内管２８が有る場合の減幅比を
冷却材案内管２８が無い場合の減幅比で割った減幅比の
相対値との関係に整理すると、図１４に示したように１
本の曲線で表される。減幅比は流動振幅の減衰の割合を
示す値で、この値が小さい方が流動不安定が減衰し易
い、つまり、冷却材の流れに関して安定度が高いことを
示す。したがって、減幅比の相対値が小さい方が冷却材
案内管の効果が大きく、燃料集合体内の流動安定性が高
いことを示す。

【００７１】図１４の解析結果で、冷却材案内管２８の
長さＬと流路面積Ａの比（Ｌ／Ａ）が２００までは減幅
比の相対値がほぼ１で、冷却材案内管２８の効果が見ら
れない。これよりＬ／Ａが大きくなるに従い冷却材案内
管２８の流動安定化に対する効果が大きく成ることがわ
かる。

【００７２】効果的な冷却材案内管２８のＬ／Ａとして
は、４００（ｍ^-1）以上が好ましい。なぜならば、Ｌ／
Ａが４００（ｍ^-1）以上の冷却材案内管２８を用いる
と、流動振動の減幅比は冷却材案内管２８が無い場合よ
りも１０％以上小さくなって冷却材案内管２８を採用し
たことによる効果が顕著に表われるからである。

【００７３】冷却材案内管２８の内径をφ６０mmとした
場合には、Ｌ／Ａが４００（ｍ^-1）となる冷却材案内管
２８の長さは、１.１ｍ に成る。そして、燃料支持金具
２４の冷却材入り口２２と制御棒駆動機構ハウジング８
の上端との上下間隔は１.１ｍ をはるかに超えている。

【００７４】現状は燃料集合体３の入口に圧力損失を発
生させるオリフィス１８を設けて二相流の不安定を防止
しているが、本実施例のように冷却材の慣性により不安
定を防止する場合には入口のオリフィス１８の圧力損失
を小さくするか、入口オリフィス１８を使用しないこと
も可能になり、ポンプ動力を節約することもできる。原
子炉圧力容器１の上下方向の長さを変えないで燃料集合
体３の流動安定化を図るには冷却材案内管２８の内径を
小さくするしかない。しかし、冷却材案内管２８の内径
を小さくすると冷却材の摩擦損失が増え、燃料集合体３
を支えるために必要な機械的強度も低下するので、冷却
材案内管２８の内径を小さくすることには限度がある。

【００７５】冷却材案内管２８が細くて、燃料集合体３
を支えることが構造的あるいは強度的に困難な場合は、
図１５に示した第３実施例の様に、冷却材案内管２８の
外周囲に支持部材として冷却材案内管２８よりも強度が
高くて太い径の支持管４５を冷却材案内管２８を内蔵す
るようにして冷却材案内管２８と併設し、その支持管４
５の上端で燃料支持金具２４を受けさせ支持管４５の下
端を仕切板２６の上面に受けさせる。このようにして、
燃料支持金具２４から上方の荷重を支える支持管４５を
冷却材案内管２８とは別にすれば、冷却材案内管２８の
内径を小さくすることによる支持強度の低下があって
も、支持管４５によりその支持強度を確保することが出
来る。支持管４５の下端は仕切板２６に溶接等で固定
し、直立させる。

【００７６】この場合、冷却材案内管２８は燃料集合体
３等を支持する強度を要求されないから、冷却材案内管
２８の内径を決める際に冷却材に慣性を与える目的のみ
を考慮して自由度が高まる。さらには、冷却材案内管２
８の肉厚は薄くすることができる。また、支持管４５が
仕切板２６と燃料支持金具２４との上下間隔を規定する
から、冷却材案内管２８の上端部を燃料支持金具２４に
差し込むことによって冷却材案内管２８の長さの精度は
粗くても良くなる。冷却材案内管２８を差し込んだ燃料
支持金具２４の部分にはラビリンス４４などによって燃
料支持金具２４からの冷却材の漏洩を少なくする。

【００７７】なお、燃料集合体３の出力は炉心内の位置
によって異なり、必要とする冷却材流量が異なるので、
必要とする冷却材流量が確保される様に、燃料集合体３
の位置によって冷却材案内管２８の内径を変えることが
好ましい。さらに、炉心の最外周に位置する燃料集合体
３は出力が小さいために流動不安定が起こり難いので流
動安定化のための冷却材案内管２８は必要ない。本実施
例とは別の方法で、例えば、シュラウド（図示せず）で
最外周の燃料集合体３の重量を支え、仕切板２６に冷却
材が流れる穴を明け、この冷却材が格子板２３の下の空
間から燃料集合体３に入るようにすれば、炉心最外周の
燃料集合体３には冷却材案内管２８を省略することもで
きる。

【００７８】制御棒１３の交換は前実施例と同様に、制
御棒１３を囲んでいる４体の燃料集合体３と燃料支持金
具２４を取外し、制御棒駆動ロッド１７と制御棒１３の
カップリング１５を切り離せば良い。

【００７９】第２，３実施例では、制御棒案内管を廃
し、燃料集合体１体毎に冷却材案内管１本を対応させる
ため、燃料集合体の４辺に制御棒が隣接する炉心配置に
対して好適であるばかりでなく、図６に示した従来の炉
心配置や燃料集合体の真下に冷却材案内管を設ける空間
がある他の炉心配置に対しても使用できる。

【００８０】図６に示した従来の炉心配置に冷却材案内
管を用いる本発明を適用した例を第４実施例として図１
６に示した。図１６は図６のＢ−Ｂ位置の縦断面図が本
発明を適用することでどのように変わったかを示してい
る図である。２体の燃料集合体３毎に１体の制御棒１３
が配置される。制御棒１３は制御棒駆動ロッド１７へカ
ップリング１５で着脱自在に連結されている。制御棒駆
動ロッド１７が上下に移動自在に通されている制御棒駆
動機構ハウジング８の上端部近傍には仕切板２６が嵌め
込まれている。この仕切板２６により原子炉圧力容器１
内の下部プレナム内を上下に区画し、仕切板２６下方の
容器底部流路２７にインターナルポンプから送られて来
る冷却材を受け入れるようにしてある。この仕切板には
穴26ａがあけられ、その穴２６ａには冷却材案内管２８
の下端である冷却材入り口28ａがはめこまれて、あるい
は溶接されて直立している。冷却材案内管２８の上端で
ある冷却材出口２８ｂには燃料支持金具２４の冷却材入
り口２２がはめこまれている。この燃料支持金具２４の
構造は第２実施例の燃料支持金具と寸法的には異なるも
のの、構造的には同じである。燃料支持金具の上端であ
る冷却材出口22ａに燃料集合体３の冷却材入り口３ａが
搭載されている。２体の燃料集合体３毎に１体の制御棒
１３が配置される関係上、燃料支持金具２４の格子板２
３同志の間には制御棒１３が上下に通される通路Ｘとそ
うでない通路Ｙとが生じる。格子板２３が制御棒１３に
隣接するか否かで格子板２３の形状が異なると格子板２
３の加工や組立てが煩雑になる。仕切板２６により流路
２７の冷却材が上方へ抜け出ない様にされているから、
格子板２３には冷却材を封止する機能が要求されない。
このために、制御棒が隣接する格子板もそうで無い格子
板も格子板の辺に制御棒１３を通過させる切欠きを設け
た形状にして同一形状に統一した方が良い。

【００８１】この例でも、インターナルポンプで容器底
部流路２７に送られた冷却材は、冷却材案内間２８内に
流入して流速が増し慣性が大きくなる、そして冷却材は
冷却材案内間２８から燃料支持金具２４内を経由して燃
料集合体３内に供給される。制御棒１３は制御棒駆動ロ
ッド１７で押し引きされることにより上下方向に格子板
２３間を通過できる。

【００８２】他の炉心配置に本発明を適用した第５実施
例を以下に説明する。

【００８３】図１７に横断面が６角形の燃料集合体３と
横断面がＹ字形の制御棒１３とから成る炉心配置を示し
た。この炉心配置でも、燃料集合体３の周囲全辺に制御
棒１３を隣接させることが出来る。図１７のＡ−Ａ断面
を図１８に示した。

【００８４】制御棒１３は制御棒駆動ロッド１７へカッ
プリング１５で着脱自在に連結されている。制御棒駆動
ロッド１７が上下に移動自在に通されている制御棒駆動
機構ハウジング８の上端部近傍には仕切板２６が嵌め込
まれている。この仕切板２６により原子炉圧力容器１内
の下部プレナム内を上下に区画し、仕切板２６下方の容
器底部流路２７にインターナルポンプから送られて来る
冷却材を受け入れるようにしてある。この仕切板には穴
２６ａがあけられ、その穴２６ａには冷却材案内管２８
の下端である冷却材入り口２８ａが嵌め込まれて、ある
いは溶接されて直立している。冷却材案内管２８の上端
である冷却材出口２８ｂには燃料支持金具２４の冷却材
入り口２２が嵌め込まれている。

【００８５】この燃料支持金具２４と１体の格子板２３
は図１９のように６角形になり、制御棒１３に接しない
三つの角で相隣接する格子板２３同士が接触し、横方向
のずれを防止する。格子板２３の制御棒１３に隣接する
辺は制御棒１３が上下に通過するに必要な切欠きが制御
棒の通路として形成される。燃料支持金具２４の上端で
ある冷却材出口２２ａに燃料集合体３の冷却材入り口３
ａが搭載されている。この例でも、インターナルポンプ
で容器底部流路２７に送られた冷却材は、冷却材案内管
２８内に流入して流速が増し慣性が大きくなる、そして
冷却材は冷却材案内管２８から燃料支持金具２４内を経
由して燃料集合体内に供給される。制御棒１３は制御棒
駆動ロッド１７で押し引きされることにより上下方向に
格子板２３間を通過できる。

【００８６】本実施例でも、燃料集合体内で流動不安定
が生じ難くなり、ポンプトリップ時の一時的な熱的余裕
低下幅も小さくできる。

【００８７】第６実施例を図２０と図２１と図２２に基
づいて以下に説明する。

【００８８】図２１のように、原子炉圧力容器１に固定
された制御棒駆動機構ハウジング８の上端部には下部プ
レナムを上下に区画する仕切板２６が嵌め込まれる。こ
の仕切板２６の下方はインターナルポンプから送られて
来る冷却材を受け入れる容器底部流路２７とされる。仕
切板２６は制御棒駆動機構ハウジング８に支持させる。
仕切板２６に開けられた穴２６ａには冷却材案内管２８
の冷却材入り口２８ａである下端が嵌め込まれあるいは
溶接されて冷却材案内管２８が直立している。冷却材入
り口２８ａは容器底部流路２７に連通してある。冷却材
案内管２８の上端である冷却材出口２８ｂには燃料支持
金具３０の冷却材入り口２２が嵌め込まれる。燃料支持
金具３０の冷却材出口には燃料集合体３の冷却材入り口
３ａが搭載されている。

【００８９】冷却材案内管２８の上部の水平間隔間に装
備された格子板２９は図２０のように、略四角形に分割
されており、内側には、制御棒１３が上下に通れる十字
型の穴２９ａが制御棒１３の通路としてあけられてい
る。そして格子板２９の周囲４辺には、各辺の中央部に
半円形の切欠き２９ｂが冷却材案内管２８の上端を通す
穴としてあけられている。半円形の切欠き２９ｂ以外の
辺部分は隣接する格子板の辺と接しており、お互いに水
平方向の位置がずれないようにされている。

【００９０】格子板２９は、図２１のように、半円形の
切欠き２９ｂ部に冷却材案内管２８の上端を通してその
上端近傍に加工した段部に支持させる。そして、穴２９
ａには横断面が図２２のように十字型をした制御棒１３
が通されている。

【００９１】この格子板２９の上面には燃料支持金具３
０から水平方向に突き出されている鍔３１を張り出させ
て格子板２９が上方へずれることを抑制してある。

【００９２】制御棒１３の下端はカップリング１５で制
御棒駆動ロッド１７へ着脱自在に取り付けられている。

【００９３】燃料集合体３の重量は燃料支持金具３０，
格子板２９，冷却材案内管２８及び制御棒駆動機構ハウ
ジング８によって原子炉圧力容器１の底板に伝えられ
る。格子板２９と燃料支持金具３０を別にしたために燃
料支持金具が軽量化でき、後述の制御棒交換が容易にな
る。また、格子板２９は流路を塞ぐ機能を必要としない
ので軽量化が図れる。

【００９４】第２実施例では広い止水領域に落下速度制
限器１４があるために落下速度制限器１４の性能は制御
棒案内管内に落下速度制限器１４を入れてあるものに比
べて劣る。そこで、性能の高い落下速度制限器３２を装
備してある。

【００９５】制御棒落下速度制限器３２の構成は以下の
通りである。

【００９６】即ち、ピストン３４を内蔵したシリンダ３
３は冷却材案内管の外周に溶接等により固定されてい
る。シリンダ３３の下端は大きく開放され、上端はオリ
フィスが形成されている。ピストン３４にはワイヤ３７
の一端が連結され、そのワイヤ３７の途中はシリンダ３
１の上端のオリフィスから引き出されて滑車３６に通さ
れている。この滑車３６はシリンダ３３の上端に取り付
けられている。ワイヤ３７の他端は制御棒１３の下端近
傍に吊り具３５を介して固定されている。

【００９７】ピストン３４は、制御棒１３が炉心から最
も下方へ引き抜かれたときにシリンダ３３内の最上端近
傍に、制御棒１３が炉心に最も挿入されたときにシリン
ダ３３内の下端近傍に位置できるようにワイヤ３７の長
さが決められる。このような構造にすると、ピストン３
４の自重により常に制御棒１３を炉心に挿入しようとす
る力が制御棒１３に作用する。

【００９８】ピストン３４が下降するとピストン３４の
下の水はシリンダ３３の下部の開放部から流出してピス
トン３４の下降を妨げない。したがって、本落下速度制
限器３２は制御棒１３の炉心への挿入を助けこそすれ、
妨げることはない。制御棒１３を引き抜くとピストン３
４は重力に逆らって吊り上げられ、ピストン３４上部の
水はワイヤ３７の貫通しているオリフィスから抜けて行
くが、ピストン３４の動きが遅いために制御棒１３の引
き抜きの障害にならない。制御棒１３が落下するとき、
ピストン３４が早く動くとオリフィスから噴出する冷却
材の抵抗が大きくなり、制御棒１３の落下速度を制限さ
れる。

【００９９】図２２に図２１のＡ−Ａ矢視図を示した
が、１体の制御棒１３に対して１体の落下速度制限器３
２では制御棒１３に不均衡の力が作用するので、図２２
に示したように１体の制御棒１３に対して対向した２
体、または、４体の落下速度制限器３２を装備すること
が好ましい。

【０１００】格子板２９の穴２９ａの中心部を吊具３５
の付いたカップリング部が通過する大きさにしておけ
ば、制御棒１３の交換時に格子板２９を取り外す必要が
無くなる。制御棒１３の交換は、次の手順で行う。

【０１０１】先ず、制御棒１３を囲んでいる４体の燃料
集合体３と燃料支持金具３０を取外す。制御棒駆動ロッ
ド１７と制御棒１３とのカップリング１５を外した後に
最高挿入位置程度まで制御棒１３を引き上げて吊具３５
からワイヤ３７を取り外すと制御棒が引き抜ける。新し
い制御棒１３の組立は制御棒１３の取外しの逆の手順で
ある。格子板２９を外さないことは格子板２９同士のゆ
るみ防止、つまり、取外していない制御棒１３や燃料集
合体３及び冷却材案内管２８の横ずれを防止できる。

【０１０２】インターナルポンプにより送られてきた冷
却材は容器底部流路２７に受け入れられ、個々から冷却
材案内管２８に流入して流速を増し、高慣性な上昇流の
流れとされる。その冷却材の上昇流は、上昇流のまま燃
料支持金具３０内を経由して燃料集合体３内に供給され
る。

【０１０３】本実施例でも、燃料集合体内で流動不安定
が生じ難くなり、ポンプトリップ時の一時的な熱的余裕
低下幅も小さくできる。

【０１０４】さらには、燃料支持金具３０が格子板２９
を１体に備えない分軽量化でき、且つ制御棒１３の交換
時に格子板２９を取り外す必要が無いので交換作業が容
易になる。さらには、制御棒交換時に炉心及び炉心下部
構造物の横ずれが防止できる。また、落下速度制限器３
２は常に制御棒を炉心に挿入させる力を制御棒に作用さ
せているから安全である。また、その作用に加えて、制
御棒落下時にはオリフィスの流量制限機能によりピスト
ン３４の上昇速度に対する制動力が良く加わって、落下
速度に対する大きな制動効果が期待できる。

【０１０５】第７実施例を図１，図２に基づいて以下に
説明する。

【０１０６】原子炉圧力容器１の底板を貫通している制
御棒駆動機構ハウジング８は、その底板に対して溶接に
より固定されている。制御棒駆動機構ハウジング８の上
端部には仕切板２６が嵌め込まれる。この仕切板２６の
下方は容器底部流路２７とされ、その流路２７にはイン
ターナルポンプから送られてきた冷却材が受け入れられ
る。

【０１０７】仕切板２６には穴２６ａがあけられてい
る。この穴２６ａには冷却材案内管２８の冷却材入り口
２８ａが嵌め込まれあるいは溶接される。その冷却材案
内管２８は仕切板２６に直立して設置される。

【０１０８】冷却材案内管２８の上端である冷却材出口
２８ｂには燃料集合体３の冷却材入り口３ａの下端が嵌
め込まれている。この嵌め込みが可能となるように燃料
集合体の冷却材入り口３ａの下端は他の実施例の冷却材
入り口３ａよりも絞り込まれている。

【０１０９】このようにして、燃料集合体３は冷却材案
内管２８により支持され、冷却材案内管２８は仕切板２
６により支持され、仕切板２６は制御棒駆動機構ハウジ
ング８を介して原子炉圧力容器１に支持されることと成
る。この支持系統の中には他の実施例で採用された燃料
支持金具２４，３０は採用されていない。

【０１１０】格子板３８は冷却材案内管２８の上部を拘
束する。図２に示したように格子板３８は冷却材案内管
２８を拘束する嵌め合い部３８ａとこれら嵌め合い部３
８ａ同志をつなぐ格子の部分３８ｂとから成る。冷却材
案内管２８の上部外周に段を付け、この段に嵌め合い部
３８ａを乗せると、格子板３８が冷却材案内管２８によ
り支持される。

【０１１１】制御棒１３は、制御棒駆動ロッド１７へカ
ップリング１５で着脱自在に取り付けられる。制御棒１
３には第６実施例に採用されたと同じ落下速度制限器３
２が採用されている。

【０１１２】格子板３８には制御棒１３を案内する機能
は無いが、すぐ上の燃料集合体３の側壁が制御棒１３を
案内するので、特に支障は無い。また、落下速度制限器
３２の上を覆っていないのでワイヤ３７の取外しが容易
になり、制御棒１３周囲の４体の燃料集合体３を取り除
くだけで制御棒１３の交換に必要な空間が確保できる。

【０１１３】制御棒１３交換時にも格子板３８は冷却材
案内管２８を拘束しているので、他の燃料集合体３や制
御棒１３が横にずれることはない。

【０１１４】冷却材案内管２８の上には燃料集合体３の
下部を直接嵌め込むので、燃料集合体３の下部は従来と
形状が異なることになるが、燃料支持金具を廃すること
によって構造の簡略化，使用金属材料の削減，放射性廃
棄物の削減及び制御棒１３交換の簡便化が図れる。

【０１１５】１体の燃料集合体３に１本の冷却材案内管
２８が対応するので冷却材案内管２８内にオリフィス３
９またはベンチュリイ４０などの差圧発生手段を設け、
その差圧を変換器４１で流量の電気信号に変換して指示
計または指示記録計４２で読み取ることにより、燃料集
合体３毎の冷却材流入量を知ることができる。

【０１１６】燃料集合体３の冷却材入り口３ａには冷却
材の配分を決めるための入口オリフィス１８が設けてあ
るが、入口オリフィス１８と流量測定用オリフィス３９
またはベンチュリィ４０を一緒にして２つの機能を持た
せることもできる。しかし、冷却材の分配量が異なれば
オリフィス口径が異なり、同じオリフィス差圧に対する
流量が異なることになって流量測定が煩雑になる。入口
オリフィス１８は小さな物で、加工も簡単で、かつ、取
付けも簡単であるから入口オリフィス１８と流量測定用
のオリフィス３９またはベンチュリィ４０は別にするの
が良い。

【０１１７】冷却材はインターナルポンプにより容器低
部流路２７内に送られ、そこから冷却材案内管を通じて
上昇流のまま燃料集合体３内に供給される。冷却材は冷
却材案内管２８内を通過する際に流速が大きくなり、慣
性も大きくなる。このために、燃料集合体３内で二相流
の流動不安定が生じ難くなる。また、ポンプトリップ時
の流量低下速度がゆるやかになり、ＣＰＲの一時的低下
を抑制出来る。

【０１１８】本実施例によれば、冷却材の流動安定性と
ポンプトリップ時の一時的な熱的余裕が改善されるう
え、炉心の下部構造物が簡略化され，使用金属材料の削
減と放射性廃棄物の削減が図れ，制御棒の交換が簡単に
なり，燃料集合体ごとの冷却材流量が測定できる。

【０１１９】第８実施例を以下に説明する。

【０１２０】図２３の如く、原子炉圧力容器１の底部を
貫通している制御棒駆動機構ハウジング８はその原子炉
圧力容器１の底部に溶接で固定されている。この制御棒
駆動機構ハウジング８の上端には制御棒案内管９の下端
が接続される。制御棒案内管９の中には制御棒１３が入
れられている。この制御棒１３は、従来図４で示した落
下速度制限器１４が存在していない。制御棒駆動機構の
種類には制御棒１３と制御棒駆動ロッド１７の結合が外
れたことを検出できるものがある。このような制御棒駆
動機構は制御棒１３の落下を未然に防ぐことができるの
で落下速度制限器１４は不必要である。

【０１２１】制御棒１３の下端は、カップリング１５で
制御棒駆動ロッド１７の上端に着脱自在に連結されてい
る。この制御棒駆動ロッド１７は制御棒駆動機構ハウジ
ング８内に上下動自在に通されている。

【０１２２】制御棒案内管９の上部が差し込まれている
格子板５は、燃料集合体３が装備される炉心領域とその
下部の下部プレナム７との間を区画している。

【０１２３】１本の制御棒案内管９に対して燃料支持金
具１２を介して４体の燃料集合体３が搭載されている。
燃料支持金具１２内には各燃料集合体３ごとに一つの流
路１６を備えている。

【０１２４】燃料支持金具１２は、流路１６への冷却材
の入り口１６ａ内側にシール手段としてラビリンス４４
が備えられている。このラビリンス４４の内側には、冷
却材案内管２８の冷却材出口である上端が差し入れられ
ている。１本の制御棒案内管９内には一つの入り口１６
ａに対して１本、計４本の冷却材案内管２８が収納され
ている。

【０１２５】図２４の如く、制御棒案内管９内は十字型
の横断面の制御棒１３の翼部分で囲われた四つの領域が
存在する。これら四つの各領域内には、ぞれぞれ１本の
冷却材案内管２８が配備される。

【０１２６】冷却材案内管２８の途中部分は、ブラケッ
ト２８ｃを介して制御棒案内管９内壁面に固定される。
冷却材案内管２８の下端部分は曲げられており、冷却材
案内管２８の冷却材入り口２８ａである下端は制御棒案
内管９の下端部側壁に取り付けて下部プレナム７内に臨
ませてある。

【０１２７】インターナルポンプで送られて来た冷却材
は下部プレナム７内に受け入れられ、ここから冷却材案
内管２８内を通って流路１６を経由して燃料集合体３内
に供給される。

【０１２８】冷却材は、冷却材案内管２８内を流速を増
して上昇し、これに伴って、冷却材流れの慣性も大きく
なる。このために、燃料集合体３内で二相流の流動不安
定が生じ難くなる。また、ポンプトリップ時の流量低下
速度がゆるやかになり、CPRの一時的低下を抑制出来
る。

【０１２９】燃料支持金具１２の冷却材入り口１６ａと
冷却材案内管２８の冷却材出口28ｂの間にはラビリンス
４４が備えられるから、燃料支持金具１２から制御棒案
内管９内に冷却材が漏れにくく、冷却材案内管から燃料
集合体への冷却材供給作用が確実に成される制御棒案内
管９の中に冷却材案内管２８を設置することで、制御棒
案内管９と冷却材案内管２８とを同時に扱えることにな
るから、下部プレナム７内の構造物の取扱いが複雑と成
ることを抑制できる。

【０１３０】本実施例は、制御棒案内管内に燃料支持金
具の冷却材入り口を差し込んである構成であるから、こ
の構成に類似する構成を採用している図４，５，６の従
来例に適用しやすい。

【０１３１】冷却材案内管２８を採用した各実施例にあ
っては、第２実施例の説明で述べてあるとおり、冷却材
案内管２８は冷却材案内管２８の長さを流路面積で割っ
た値Ｌ／Ａが４００以上であることが好ましい。なぜな
らば、Ｌ／Ａが４００以上の冷却材案内管２８を用いる
と、流動振動の減幅比は冷却材案内管２８が無い場合よ
りも１０％以上小さくなって冷却材案内管２８を採用し
たことによる効果が顕著に表われるからである。

【０１３２】冷却材案内管２８の内径をφ６０mmとした
場合には、Ｌ／Ａが４００となる冷却材案内管２８の長
さは、１.１ｍ に成る。そして、冷却材案内管２８を採
用した各実施例にあっては、冷却材案内管２８の長さは
１.１ｍ を超えている。

【０１３３】

【発明の効果】第１の発明によれば、原子炉燃料集合体
内の二相流不安定が起こり難く、ポンプトリップ時の流
量低下速度がゆるやかになり、限界出力比の一時的低下
を抑制できる。また、原子炉燃料集合体の周囲に原子炉
制御棒を隣接させるに有効となる。

【０１３４】

【０１３５】第２の発明によれば、原子炉燃料集合体内
の二相流不安定が起こり難く、ポンプトリップ時の限界
出力比の低下を抑制できる。更に、冷却材案内管に原子
炉燃料集合体の荷重を支持させることの要求が無いか
ら、冷却材案内管の設計においてその要求を考慮せずに
済むという効果が得られる。

【０１３６】第３の発明によれば、第１の発明による効
果に加えて、原子炉制御棒の上下移動を阻害せずに冷却
材案内管の上部を水平方向から格子部で支持して、原子
炉燃料集合体の確実な支持が成せるという効果が得られ
る。

【０１３７】第４の発明によれば、第１又は第２の発明
による効果に加えて、原子炉制御棒の上下移動を阻害せ
ずに燃料支持金具の水平方向の動きを抑制でき、原子炉
燃料集合体の支持が確実となる。

【０１３８】第５の発明によれば、第１又は第２の発明
による効果に加えて、格子板が冷却材案内管同士の水平
間隔を維持して冷却材案内管の位置を確実に規定でき
る。

【０１３９】

【０１４０】

【０１４１】

【０１４２】

【０１４３】第６の発明によれば、第１乃至第５のいず
れかの発明による効果に加えて、原子炉燃料集合体ごと
の冷却材供給流量が測定できる様になる。

【０１４４】

【０１４５】第７の発明によれば、燃料支持金具を隣接
する複数の制御棒案内管により支持するものであるか
ら、制御棒案内管の横断面を十字型に強く絞り込まなく
とも下部プレナムから原子炉燃料集合体への冷却材流路
を上下方向に直線上にできる。従って、原子炉燃料集合
体の支持を兼ねる制御棒案内管の支持強度を高く維持し
た上で冷却材流れの流動損失を低減して、原子炉燃料集
合体内での冷却材の流動不安定が起こり難くなるという
効果が得られる。

【０１４６】第８の発明によれば、第７の発明による効
果に加えて、複数の制御棒案内管が近接し合っていて
も、制御棒案内管の側壁を管内方向に曲げて燃料支持金
具の冷却材入口を下向きにして下部プレナムに臨ませる
ことが出来、且つ、燃料支持金具の水平方向の位置の保
持は制御棒案内管が差し込まれる従来の格子板が無くと
も達成できる。

【０１４７】

【０１４８】

【０１４９】

【０１５０】

【０１５１】

【０１５２】

【０１５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】第７実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構造
の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】現行の沸騰水型原子炉の縦断面図である。

【図４】現行の沸騰水型原子炉炉心下部構造の縦断面図
である。

【図５】図４のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図６】現行の沸騰水型原子炉炉心の原子炉燃料集合体
と制御棒との平面配置図である。

【図７】原子炉燃料集合体の４辺に制御棒を隣接配置し
た沸騰水型原子炉炉心の原子炉燃料集合体と制御棒との
平面配置図である。

【図８】第１実施例に採用された制御棒とその制御棒案
内管の横断面図である。

【図９】第１実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構造
の縦断面図である。

【図１０】図９のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図１１】図９のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図１２】第２実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構
造の縦断面図である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図１４】冷却材案内管の特性グラフ図である。

【図１５】第３実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構
造の縦断面図である。

【図１６】第４実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構
造の縦断面図である。

【図１７】第５実施例による沸騰水型原子炉炉心の一部
分の横断面図である。

【図１８】図１７の沸騰水型原子炉炉心の下部構造をＡ
−Ａ矢視で示した断面図である。

【図１９】図１８のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図２０】第６実施例に採用される分割格子板の組合せ
平面図である。

【図２１】第６実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構
造の縦断面図である。

【図２２】図２１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図２３】第８実施例による沸騰水型原子炉炉心下部構
造の縦断面図である。

【図２４】図２３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器、３…原子炉燃料集合体、６…原子
炉炉心、７…下部プレナム、８…制御棒駆動機構ハウジ
ング、９…制御棒案内管、１２，２４…燃料支持金具、
１３…原子炉制御棒、１４，３２…制御棒落下速度制限
器、１５…カップリング、１７…制御棒駆動ロッド、２
３，２９，３８…格子板、２５…突起、２６…仕切板、
２７…容器底部流路、２８…冷却材案内管、４４…ラビ
リンス。

フロントページの続き (72)発明者 西田 浩二 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 金沢 徹 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 守屋 公三明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭64−18094（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−168195（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63491（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−6319（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21C 15/02 G21C 5/00 G21C 5/06 G21C 5/10

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器内の原子炉燃料集合体に、
   前記原子炉燃料集合体よりも下方の下部プレナムから冷
   却材を供給する沸騰水型原子炉において、前記原子炉燃料集合体を支持してこれに冷却材を供給す
   ると共にその下端が前記原子炉圧力容器の制御棒駆動機
   構ハウジングの上端近傍まで延びている冷却材案内管
   と、前記原子炉圧力容器に支持されて前記下部プレナム
   を上下に仕切ると共に前記冷却材案内管を支持する仕切
   板とを備え、前記冷却材案内管の冷却材入口は前記仕切
   板よりも下方の領域に開口している ことを特徴とした沸
   騰水型原子炉。
2. 【請求項２】原子炉圧力容器内の原子炉燃料集合体に、
   前記原子炉燃料集合体よりも下方の下部プレナムから冷
   却材を供給する沸騰水型原子炉において、 前記原子炉燃料集合体に冷却材を供給すると共にその下
   端が前記原子炉圧力容器の制御棒駆動機構ハウジングの
   上端近傍まで延びている冷却材案内管と、前記下部プレ
   ナム内に前記冷却材案内管とともに併設され前記原子炉
   燃料集合体を支持する支持部材と、前記原子炉圧力容器
   に支持されて前記下部プレナムを上下に仕切ると共に前
   記支持部材を支持する仕切板とを備え、前記冷却材案内
   管の冷却材入口は前記仕切板よりも下方の領域に開口し
   ている ことを特徴とした沸騰水型原子炉。
3. 【請求項３】請求項１において、前記冷却材案内管は、
   その上部が嵌まり合う複数の嵌合部間が、原子炉制御棒
   の上下移動領域と干渉しないように配置された格子部で
   接続されたことを特徴とした沸騰水型原子炉。
4. 【請求項４】請求項１又は２において、前記原子炉燃料
   集合体は燃料支持金具を介して前記冷却材案内管に接続
   されており、前記燃料支持金具は水平方向に拡幅された
   つば部を格子板として備え、前記格子板は周縁の一部が
   隣接する格子板と水平方向において対向し、周縁の他部
   に原子炉制御棒が通過するための空間が形成されてい る
   ことを特徴とした沸騰水型原子炉。
5. 【請求項５】請求項１又は２において、隣接する各冷却
   材案内管の水平方向間には、互いに分割されており且つ
   原子炉制御棒の通過用穴を有する格子板が設けられ、隣
   接する前記格子板同士は、周縁部分が水平方向に対向し
   て配置されていることを特徴とした沸騰水型原子炉。
6. 【請求項６】請求項１乃至５の何れかにおいて、前記原
   子炉燃料集合体１体に対して１本の前記冷却材案内管を
   備え、前記冷却材案内管に流量測定手段を設けたことを
   特徴とした沸騰水型原子炉。
7. 【請求項７】下端部に冷却材入口を有する１個の燃料支
   持金具を１体の原子炉燃料集合体の下側に備え、前記燃
   料支持金具の下端部が隣接する複数の制御棒案内管の上
   端部により支持され、前記隣接する複数の制御棒案内管
   の間の領域と前記冷却材入口と前記原子炉燃料集合体と
   がほぼ直線上に配列されていることを特徴とした沸騰水
   型原子炉。
8. 【請求項８】請求項７において、前記燃料支持金具は隣
   接する原子炉制御棒との間の領域を覆うと共に隣接する
   前記制御棒案内管の上端部に係合する係合部を下側に有
   する格子板をその下端部に備え、前記制御棒案内管は前
   記燃料支持金具の冷却材入口の下方の領域を拡大するよ
   うに内側に曲げられていることを特徴とした沸騰水型原
   子炉。