JP4300011B2 - 冷却材炉心入口構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力炉の炉心に装荷される燃料集合体内を流れる冷却材流量を均一化するための技術に係り、特に燃料集合体内への冷却材入口となる燃料支持金具の冷却材流入口部位における流路圧力損失係数を低減させて流量均一化を図った冷却材炉心入口構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３２〜図３９を参照して従来技術について説明する。図３２は、沸騰水型原子炉の一例として、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉圧力容器の構成を示す全体構成図である。このＡＢＷＲにおいて、原子炉圧力容器内１には上方から順に、蒸気乾燥器２、気水分離器３、上部格子板４、炉心シュラウド５、炉心支持板６等が配置されている。炉心シュラウド５の内側には、数百体の燃料集合体１７が格子状配列で垂直に配置され、これにより炉心が形成されている。また、原子炉出力を制御したり、緊急時に原子炉を停止する機能を有する制御棒１８が、制御棒案内管１０を介して炉心下方から炉心入口まで導入されるようになっている。さらに、原子炉圧力容器１の下部には、冷却材循環用の再循環ポンプ８が複数台配置されている。
【０００３】
このような構成において、運転時には、原子炉圧力容器１の下部に配置された再循環ポンプ８により、炉心への冷却材循環が行われる。すなわち、冷却材は炉心下部より上昇して燃料集合体１７内に流入し、燃料集合体１７内で加熱されて気液２相流となって上昇し、気水分離器３で蒸気と水とに分離される。蒸気は、さらに上昇して蒸気乾燥器２で水分を分離されて主蒸気管９に導かれ、図示しないタービンに導かれる。一方、気水分離器３および蒸気乾燥器２から分離して単相状態となった水は下降し、炉心シュラウド５の外側を経由して再循環ポンプ８に導かれ、再び炉心に向って上昇し、燃料集合体１７内を流通する。
【０００４】
図３３は、燃料集合体１７およびその支持構造等を拡大して示す断面図である。燃料集合体１７は、上下端が開口する縦長な角筒状のチャンネルボックス１１内に、核分裂性物質を内包する複数の燃料棒１２を並列に配置し、これらの燃料棒１２をチャンネルボックス１１内で燃料スペーサ１３により上下方向複数箇所で支持し、燃料棒１２の上下端部を、冷却材が流通し得る上部タイプレート１４および下部タイプレート１５により固定した構成とされている。そして、これら燃料集合体１７の上下端部がそれぞれ水平な上部格子板４および炉心支持板６に支持されている。冷却材は、下部タイプレート１５から流入してチャンネルボックス１１内を上昇し、燃料棒１２を通過する間に加熱されて気液２層流となって上部タイプレート１４から排出される。
【０００５】
このような燃料集合体１７の下端部は、炉心支持板６に燃料支持金具１６を介して支持されている。なお、燃料支持金具としては、図示しないが炉心の周辺部において燃料集合体１７を単体で支持する周辺部燃料支持金具と、図３３に示すように、炉心の中心部において４体の燃料集合体１７を１組として支持する中心部燃料支持金具１６とが適用される。前者の周辺部燃料支持金具は垂直な筒状の構成とされ、下向きの開口から冷却材が直接上方に向って導入されるため、冷却材流路の構造は比較的単純で円滑な流れとなり、流路圧力損失係数等は特に問題とならない。これに対し、図３３に示した後者の中心部燃料支持金具１６の場合は、４体の燃料集合体１７を格子状配列で支持し、その中心部に制御棒１８が挿入される構成となっていることから、この中心部燃料支持金具１６は制御棒案内管１０の上端部内に配置されており、その制御棒案内管１０の周壁外面側に、冷却材を導入するための冷却材流入口４１が横向きに開口し、この冷却材流入口４１に入口オリフィス１９が設けられている。また、中心部燃料支持金具１６内には、冷却材流入口４１から流入した冷却材を各燃料集合体１７に案内する冷却材流路４２が上方に向って形成されている。したがって、この中心部燃料支持金具１６の場合には、冷却材が炉心下部から上昇した後、冷却材流入口４１に横向きに向きを変えて導入され、その後冷却材流路４２においてさらに垂直上方に向きを変えて燃料集合体１７に流通するという複雑な経路をもつ構造となっている。以下、本発明の説明において「燃料支持金具」は、この中心部燃料支持金具１６を意味するものとする。
【０００６】
燃料支持金具１６の周囲には、さらに炉心支持板６を下側から補強する補強ビーム７のビーム材である縦板状のビーム板７ａ等が配置されている。このため、中心部燃料支持金具１６に支持された燃料集合体１７には、原子炉圧力容器１の下部に設けられた再循環ポンプ８により上昇する冷却材が、炉心支持板６の下面に共に接する補強ビーム７および制御棒案内管１０の隙間を介して流入するため、流線が一層複雑となる構造になっている。
【０００７】
この点について、図３４〜図３７を用いて詳しく説明する。図３４は炉心支持板６と補強ビーム７の構成を示す全体図である。
【０００８】
図３４（Ａ）は、炉心支持板６と補強ビーム７の一構成例であるクロスビームとを示している。炉心支持板６は水平な円板状のもので、燃料支持金具１６を装着するための多数の孔６ａを有している。クロスビームである補強ビーム７は、円形枠２０内に、ビーム材として、正方格子状に組合せた縦板からなるビーム板７ａを設けた構成とされている。このクロスビームの各ビーム板７ａの上端縁が炉心支持板６の下面に接合されて補強がなされる。また、図３４（Ｂ）は、他の構成例として、シングルビームと呼ばれる補強ビーム７を示している。このシングルビームは、円形枠２０に、ビーム材として、平行な縦型のビーム板７ａとそれに直行する接続棒２１とを有し、これらを正方格子状に配列した構成とされている。なお、以下の説明においては、機械強度的に優れたクロスビームについて代表的に説明するが、シングルビームについても内容的には、ほぼ同様である。
【０００９】
図３５は、補強ビーム７のビーム板７ａにより形成される１つの格子状空間の内側に配置される燃料支持金具１６、燃料集合体１７および制御棒１８等の配置関係を平面的に示す拡大図である。図３６は、図３５の一部（図３５に仮想線Ａで区分した右上の１／４部分）を拡大して示す詳細図（図３３のＡ０−Ａ０線断面図）であり、図３７は、図３６のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１０】
図３６に示すように、補強ビーム板７ａによって囲まれる平面視で正方形の１つの領域Ｃ内には、４本の制御棒案内管１０および４体の燃料支持金具１６が正方格子状に配置されている。そして、各燃料支持金具１６には、それぞれ４本の燃料集合体１７が周方向に等間隔で支持されている。これにより、補強ビーム７ａで囲まれた１つの領域内には、１６体の燃料集合体１７が配置されている。
【００１１】
燃料支持金具１６は、各燃料集合体１７の下部タイプレート１５を支持する部分から炉心支持板６の下方まで延びる冷却材流路を有し、この冷却材流路に冷却材を導入するための冷却材流入口４１が燃料支持金具１６の側面に開口し、この冷却材流入口４１の部位に入口オリフィス１９が設けられている。そして、冷却材は、補強ビーム７のビーム７ａと制御棒案内管１０との隙間を経て上昇した後、入口オリフィス１９へ横向きに流れ込む。
【００１２】
炉心支持板６の補強ビーム７として、図３４（Ａ）に示したクロスビームを採用した場合には、補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置し、その両面に囲まれて流路面積が狭くなっており、隅角部以外の位置に比べ流路圧力損失係数が大きくなる。このため、そのままでは補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する燃料集合体１７に流入する流量が少なくなる。
【００１３】
そこで、各々の燃料集合体１７に流入する流量を適正に配分するために、入口オリフィス１９により調整している。
【００１４】
なお、各燃料集合体１７を流れる冷却材の流量は、炉心支持板６及び補強ビーム板７付近の入口オリフィス１９の口径、燃料集合体１７の構造等によって決まる流路圧力損失係数に基づいて決定される。ここで流路圧力損失係数とは、ある区間の圧力差ΔＰと流量Ｑに対して
【数１】
で定義される値である。なお流量Ｑとしては、体積流量を用いる場合と質量流量を用いる場合がある。
【００１５】
燃料集合体１７で発生する出力の大きさにより、燃料集合体１７の内部で発生する気泡も相違し、この結果、燃料集合体１７における流路圧力損失係数も異なることになるが、通常の沸騰水型原子力発電所の設計においては、各燃料集合体の出力が同一であるとした場合に流量の配分が均一となるように入口オリフィス１９の口径等を調整している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各燃料集合体１７に流入する流量は入口オリフィス１９により調整されており、補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する入口オリフィス１９は、流路断面積は、どの隅角部であっても同じになるはずであるから、同一の形状に調整されるはずである。しかしながら、隅角部の位置に同一形状の入口オリフィス１９を設置した場合に、その入口オリフィス１９で調整された燃料集合体１７に流入する冷却材の流量が同じにならない場合が観測されている。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、燃料集合体の入口オリフィス部における冷却材の流量不均一化の原因とその対策を明らかにし、冷却材炉心入口構造における流路圧力損失係数を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる冷却材炉心入口構造を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
発明者においては、試験設備を用いて補強ビーム板によって囲まれた部分に配置された燃料支持金具の冷却材流入口の冷却材流れを詳細に観察した。その結果、図３６にＣで示す入口オリフィスの水平方向中央の位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０の間隔は、図３６にＤで示す入口オリフィスの水平方向周辺位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０の間隔より広い。このため、Ｃで示す位置の流路圧力損失係数がＤで示す位置の流路圧力損失係数より小さくなり、Ｃで示す位置を上昇する冷却材の流速はＤで示す位置の流速より大きくなる。このため、Ｃで示す位置を上昇した冷却材が炉心支持板６の下面に衝突し、流速の小さいＤで示す位置を下降する流れとなり、上昇する流れと下降する流れによって渦が発生していることが分かった。
【００１９】
この事象を、図３８および図３９によって説明する。図３８は前述した図３６のＢ−Ｂ断面、すなわち正方格子状に配列される補強ビーム７のビーム板７ａの対角線方向に対向して開口する入口オリフィス１９における冷却材の流入状態を模式的に示したものであり、図３９は、その入口オリフィス１９正面方向、すなわち図３８のＤ−Ｄ断面における冷却材の流れを示す図である。
【００２０】
これらの図に流線２５として示すように、原子炉圧力容器１内の下方から上昇する冷却材は、補強ビーム７のビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の隙間に上昇流として流入する。制御棒案内管１０の外面付近に沿って上昇する一部の冷却材は入口オリフィス１９の位置に達すると、横向きに流れ変えて入口オリフィス１９内に直接流れ込む。しかし、補強ビーム７のビーム板７ａ側に沿って上昇する大部分の冷却材は、上昇流２５ａとして上昇し、炉心支持板６の下面に衝突し、その後入口オリフィスの水平方向周辺位置で下向きの下降流２５ｂとなる。
【００２１】
直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に面する狭い領域２２では、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の位置関係が水平方向に対して対称となるため、図３９に示すように、入口オリフィスの水平方向周辺位置を下降する下降流２５ｂとなり、入口オリフィス１９に向って渦２５ｃが２つ発生し、いわゆる双子渦となる。この時、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の間を上昇する冷却材の入口オリフィス１９の水平方向中央位置と周辺位置での流路圧力損失係数の差が大きい場合には強い渦が発生する。このような渦２５ｃの形成は、実際の形状を模擬した流動試験、例えば圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で明確に観察された。
【００２２】
このような渦２５ｃを伴って、冷却材が入口オリフィス１９に流入する場合には、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が増加することが分かった。また、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の増加量は、渦の状態によって異なる。さらに、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置する入口オリフィス１９のように対称性のある双子渦の場合には、製作精度範囲のわずかな形状の違いによって発生する渦の状態が異なり、また、その渦が時間的に変動する量も大きい。このため、本来同様な流路圧力損失係数を生じるはずの直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置の入口オリフィス１９において、わずかな形状の違いにより発生している双子渦の状態が変化し、流路圧力損失係数の違いを生じていることを見出した。
【００２３】
一方、ビーム板７ａに面していない位置の入口オリフィス１９、すなわち、燃料支持金具１６において、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置の入口オリフィス１９と反対側に位置する入口オリフィス１９においては、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での制御棒案内管１０と制御棒案内管１０により形成されている流路幅は狭くないため、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置と中央位置を上昇する冷却材の流速に大きな差が生じていない。このため、炉心支持板６に衝突し、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れは生じないか、また、生じても流速の速い流れにはならない。したがって、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部のような強い渦は発生しない。よって、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数増加量も少なくなる。
【００２４】
また、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置から燃料支持金具の中心を軸に９０°回転させた位置の入口オリフィス１９では、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の一方のみがビーム板７ａと制御棒案内管１０により狭い流路が形成され、他方は、制御棒案内管１０と制御棒案内管１０とで形成される比較的幅の広い流路となっており、入口オリフィス１９の水平方向で冷却材の流路が対称ではない。このため、ビーム板７ａと制御棒案内管１０により流路が形成されている入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での冷却材の下降する流れが速くなり、発生する渦は１つとなったり、２つ発生したとしても対称性のない渦になる。このように対称性のない渦の場合には、対称性のある渦に比べてわずかな流路の形状よる渦の状態の変化は少なくなることが分かった。このため、渦を伴って入口オリフィス１９に冷却材が流入した場合に入口オリフィス１９の前の流路の形状のわずかな変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化は、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィス１９に比べて小さい。
【００２５】
そこで、発明者においては、以上の観察結果に基づき、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィス１９で生じる流路圧力損失係数を安定させ燃料集合体内の流量調整を適切にするためには、この位置に発生している双子渦を制御する必要があり、具体的には、(１)入口オリフィス１９に流入する渦を少なくする。(２)発生している渦を抑制する、(３)発生している渦を安定化させること等が有効であることを見出した。
【００２６】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に係る発明では、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、この炉心支持板を下面側から補強し正方格子状にビーム板を組み合わせた補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、燃料支持金具に設けられ前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段と、からなる冷却材炉心入口構造において、前記補強ビームは、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、かつ前記渦制御手段は、前記ビーム板が直交する隅角部に設けた整流部材を具備することを特徴とする冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２７】
請求項２に係る発明では、前記渦制御手段は、炉心支持板の下端から前記燃料支持金具の入口オリフィスの中心位置までの長さをＬ１とし、また１つの入口オリフィスに対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管の外面の四半円弧長とこの四半円弧長部分を囲む補強ビームの水平方向長さとの和により前記上昇流路の横断面積を除した値を入口流路代表径Ｄ１としたとき、Ｌ１／Ｄ１を１．７以上に設定し、かつ前記入口オリフィスの中心が前記補強ビームの下端より上方に配置された構造である請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２８】
請求項３に係る発明では、前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対称にそのビーム板の一部に貫通孔を穿設した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２９】
請求項４に係る発明では、前記渦制御手段は、前記補強ビーム板の表面粗さを大きくし、もしくはこの表面に溝もしくは突起を形成した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３１】
請求項５に係る発明では、前記渦制御手段は、前記補強ビームのビーム板表面位置に、前記冷却材流入口に臨む面が曲面状もしくは平面状をなし、冷却材の流れを前記冷却材入口に偏向させる整流部材であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３２】
請求項６に係る発明では、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に垂直な線に対して、そのビーム板の隅角部に対向する入口オリフィスの開口面が傾くように設置された構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３２を参照して説明する。なお、従来例で示したものと同一または対応する構成部分については図３２〜図３９を参照し、これらの図に付した符号と同一の符号を使用して説明する。また、以下の実施形態においては、補強ビームとして、図３２（Ａ）に示したクロスビームを適用した場合について説明するが、同図（Ｂ）に示したシングルビームについても同様である。
【００４０】
第１実施形態（図１〜図３）
図１は、本発明の第１実施形態による冷却材炉心入口構造を示す流路部の側断面図であり、図２は、本実施形態で適用される炉心支持金具の斜視図である。図３（Ａ），（Ｂ）は作用説明図である。
【００４１】
図１および図２に示すように、本実施形態の冷却材炉心入口構造は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板６と、この炉心支持板１６を下面側から補強する補強ビーム７と、原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板６の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管１０と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、炉心支持板６に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体１５の下端を支持する燃料支持金具１６と、燃料支持金具１６に設けられ燃料集合体１５へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィス１９とを備えている。
【００４２】
燃料支持金具１６は４体の燃料集合体１５を支持する燃料支持部１６ａと、それらの中央に位置する制御棒挿通孔１６ｂとを有する。このような構成において、燃料支持金具１６に設けられた入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段が、入口オリフィス１９より上流側に設け設けられている。この渦制御手段は、炉心支持板６から入口オリフィス１９に至る冷却材の下向きの流れを弱くし、それにより入口オリフィス１９に向う略水平軸心回りの旋回流を弱くして渦の発生を抑止するものである。
【００４３】
すなわち、本実施形態の冷却材炉心入口構造においては、渦制御手段が、炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さをＬ１とし、また図３（Ａ）に示すように、１つの入口オリフィス１９に対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管１０の外面の四半円弧長ｃとこの四半円弧長部分を囲む補強ビーム７のビーム板７ａの水平方向長さａ，ｂとの和（ａ＋ｂ＋ｃ）により上昇流路の横断面積Ｓを除した値を入口流路代表径Ｄ１としたとき、Ｌ１／Ｄ１を１．７以上に設定し、かつ入口オリフィス１９の中心が補強ビームの下端より上方に配置された構造とされている。
【００４４】
この点について、図３（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ｂ）は、Ｌ１／Ｄ１を横軸にとり、入口オリフィス１９の流路圧力損失係数の比を縦軸にとり、これらの関係を実験結果により求めたものである。なお、実験は、冷却材の圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で行なった。
【００４５】
この結果、図３（Ｂ）に示すように、Ｌ１／Ｄ１を大きくすると、流路圧力損失係数の比が次第に低下する傾向認められた。そして、Ｌ１／Ｄ１が約１．４となる現行の炉心オリフィス位置に対し、次第にＬ１／Ｄ１を増加、すなわち入口オリフィス１９の中心位置を炉心支持板６の下方に設定すると、流路圧力損失係数の比が次第に低下し、Ｌ１／Ｄ１＝約１．７以上になると、流路圧力損失係数の比の減少割合が緩やかになり、安定化することがわかる。
【００４６】
Ｌ１／Ｄ１が約１．７となるのは、Ｄ１を４とすると炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さＬ１が約７ｃｍとなる位置である。このことから、入口オリフィスの高さを炉心支持板６の下方約７ｃｍを超える位置に設定することで、流路圧力損失係数の比を適正化することができることがわかる。
【００４７】
そこで、本実施形態ではＬ１／Ｄ１を１．７以上、すなわち炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さ約Ｌ１が約７ｃｍを超える値に設定した。
【００４８】
この結果、図１に流線を示したように、再循環ポンプにより上昇する冷却材が、補強ビーム７および制御棒案内管１０の隙間を介して上昇する上昇流２５ａとなって炉心支持板６の下面に衝突した後、下向き流となる下降流２５ｂが、従来に比して長くなる。このような長い距離の移動により下降流２５ｂが減衰し、それにより入口オリフィス１９に向う略水平軸心回りの旋回流が減衰して、渦の発生が抑止される。
【００４９】
通常の設計においては、冷却材の圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で、入口オリフィス１９の高さ位置は、炉心支持板６の約７センチ下方に設定しており、前述した渦が発生しているのに対し、上述した構成の本実施形態の場合には渦の発生を抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、渦の発生を抑止するためには、入口オリフィス１９の高さ位置が炉心支持板６の高さに比して低いほど有効である。ただし、入口オリフィス１９を低くし過ぎると燃料支持金具１６の高さが大きくなり、燃料支持金具１６の製作に必要が材料が多くなったり、製作性が悪化したりする。なお、入口オリフィスの中心は、補強ビーム７の下端より低くならないようにすることが望ましい。
【００５１】
本実施形態によれば、燃料支持金具１６および制御棒案内管１０の構造を変更して、入口オリフィス１９を通常の設計より低い配置とすることにより、炉心支持板６に衝突した後の旋回流れが入口オリフィス１９付近における冷却材の流れに及ぼす影響を緩和し、渦の発生を抑えて入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数の増加を少なくして入口オリフィス１９の流路圧力損失係数の変化を抑制することができる。このため、燃料集合体１７に流入する冷却材の流量を適正に調整することができ、冷却性能を向上することができる。
【００５２】
第２実施形態（図４）
図４は、本発明の第２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００５３】
本実施形態では、補強ビーム７の直角に交差する２つのビーム板７ａの一方のビーム板７ａの一部に１または複数の貫通孔２６を穿設する。直角に交差する２つのビーム板７ａに穿設した貫通孔２６が、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置に配置された入口オリフィス１９に対して水平方向に非対称であれば、直角に交差する２つのビーム板７ａの双方に貫通孔２６を穿設してもよい。
【００５４】
このような構成によると、貫通孔２６の位置で流路面積が等価的に拡大され、または貫通孔２６からの冷却材の出入りにより、炉心支持板６に衝突する冷却材の流線が乱れ、冷却材の流れの入口オリフィス１９に対する水平方向の対称性が崩れる。この結果、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化により、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化することを抑制できる。その結果、燃料集合体１７に流入する冷却材の流量を適正に調整することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００５６】
第３実施形態（図５、図６）
図５は、本発明の第３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図６（Ａ）、（Ｂ）は図５のＥ部拡大断面図でそれぞれ異なる例を示すものである。
【００５７】
本実施形態は、炉心支持板６に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ入口オリフィス１９の水平方向中央位置を上昇し、水平方向周辺位置で下降する流れを抑制しするものである。
【００５８】
すなわち、本実施形態では図５にＥ，Ｆとして示すように、制御棒案内管１０または補強ビーム７のビーム板７ａの流路途中となる表面に、渦制御手段としての表面加工を施したものである。
【００５９】
表面加工としては、例えば図６（Ａ）に示したように、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に、微小な凹凸３１を形成して表面粗さを大きくしてある。また、図６（Ｂ）に示したように、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に、溝３２を形成する。このような構成により、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の表面粗さを例えば２５μｍもしくはこれ以上の表面粗さに仕上げてある。
【００６０】
このような構成によると、入口オリフィス１９に向う旋回流を弱くし、渦の発生が抑止することが可能である。すなわち、従来の通常的な設計においては、炉心支持板の補強ビーム７のビーム板７ａまたは制御棒案内管１０の表面粗さが１２．５μｍ程度であり、前述した旋回流の発生による渦の発生が認められたのに対し、本実施形態によればこのような渦の発生を抑止することができる。
【００６１】
これは、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の表面粗さを大きくすることにより、乱流状態が促進され、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなる。この結果、渦の発生が抑制され、入口オリフィス１９の渦による流路圧力損失係数の増加が少なくなり、安定した流路圧力損失係数が得られる。
【００６２】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００６３】
第４実施形態（図７）
図７は、本発明の第４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００６４】
本実施形態は、炉心支持板６に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ、渦の発生を抑止するものである。すなわち、渦制御手段として、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に突起２７を形成することにより、乱流を促進させ、入口オリフィス１９に向う旋回流を弱くする構成としたものである。
【００６５】
このような構成によると、流路を上昇する冷却材の流れが攪拌され、第３実施形態と同様に、乱流が促進され、渦の発生を抑止することができる。その結果、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数が少なくなる。
【００６６】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００６７】
第５実施形態（図８）
図８は、本発明の第５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００６８】
本実施形態は、冷却材の上昇流２５ａをスムーズに入口オリフィス１９に流入させることにより渦を抑止するものである。
【００６９】
すなわち、渦制御手段として、入口オリフィス１９に臨む炉心支持板６の下面位置に、入口オリフィス１９に臨む面が曲面状をなす整流部材２８を設け、冷却材の流れを円滑にすることにより、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れを弱くし、発生する渦を抑制する構成としたものである。
【００７０】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００７１】
なお、図示の例では整流部材２８の表面を円弧状の曲面としたが、複数の面により構成してもよい。
【００７２】
第６実施形態（図９）
図９は、本発明の第６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【００７３】
本実施形態では、渦制御手段として、補強ビーム７の直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に、入口オリフィス１９に臨む面が曲面状をなす整流部材３０を設ける構成としたものである。
【００７４】
整流部材３０を設けることにより、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の御棒案内管１０とビーム板７ａで形成される流路幅と、入口オリフィス１９の水平方向中央位置の御棒案内管１０と整流部材３０で形成される流路幅の違いが少なくなる。このため、それぞれの位置を上昇する冷却材の流速の差が少なくなり、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなり、渦の発生が抑制される。
【００７５】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００７６】
なお、図示の例では整流部材３０の表面を円弧状の曲面としたが、流路幅の違いを少なくするものであれば平面状としてもよい。
【００７７】
第７実施形態（図１０）
図１０は、本発明の第７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【００７８】
本実施形態は、入口オリフィス１９の開口面の向きを、互いに直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して非対称とすることにより、発生する渦を非対称とする構成としたものである。
【００７９】
上述した従来例においては、入口オリフィス１９の開口面の向きが互いに直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して対称的であるため、対称な双子渦が発生し易い。対称な双子渦は、流路のわずかな形状の変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数を変化させ易い。
【００８０】
本実施形態によれば、直交するビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィスの開口面の向きを直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して非対称となすることにより、発生する渦を非対称とし、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。
【００８１】
本実施形態によれば、発生する渦を非対称とすることによって、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにし、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００８２】
第８実施形態（図１１、図１２）
図１１は、本発明の第８実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１２は、図１１に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図である。
【００８３】
本実施形態は、入口オリフィス１９の開口部内に網目状もしくは多孔板状の流れ分散部材２９を配置する構成としたものである。
【００８４】
流れ分散部材２９へは冷却材が分散して流入するため、大きな渦の状態で流入することができない。そして、流れ分散部材２９まで大きな渦の旋回が継続しないため、流れ分散部材２９の上流に生じている渦も弱くなる。このため、流れ分散部材２９へ流入する渦の旋回エネルギーは小さくなり、結果として、流れ分散部材２９での渦による流路圧力損失係数の増加量は少なくなる。
【００８５】
本実施形態よれば、流れ分散部材に流入する渦の旋回エネルギーが小さくなることにより渦による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化が少なくなり、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００８６】
なお、流れ分散部材２９の形状は図示のものに限らず、種々の変更が可能である。
【００８７】
第９実施形態（図１３）
図１３は、本発明の第９実施形態を示すものであり、第８実施形態で示した流れ分散部材２９の変形例を示す構成図である。なお、流れ分散部材２９の燃料支持金具１６への取付け構造については、基本的に図１１に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【００８８】
この第９実施形態では、図１３に示したように、流れ分散部材２９が、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に設けた入口オリフィス１９の中心位置に対して非対称に配置された冷却材流入用孔４３を有する構成となっている。すなわち直交するビーム板７ａの交差点と燃料支持金具１６の中心を結ぶ線上に入口オリフィス１９の中心は配置され、直交するビーム板７ａの交差点と燃料支持金具１６の中心を結ぶ線に対して冷却材流入用孔４３は非対象に配置された構造。図示の例では、流れ分散部材２９を縦配置とした状態において、一群の冷却材流入用孔４３が入口オリフィス１９の中心位置に対して左右の一方側に偏在した構成となっている。
【００８９】
このような構成によると、冷却材流入用孔４３の位置が左右対称ではなく、左右いずれか一方に偏在させたことにより、双子渦ではなく、ひとつの渦が形成される。また、双子渦となった場合であっても非対称になる。
【００９０】
このような渦が形成されるのは、実際の形状を模擬した流動試験により観察されている。このように従来構造のもとで発生していた双子渦が本実施形態では一つの渦になることにより、流路のわずかな形状の違いにより発生する渦の状態が変化しなくなり、流れ分散部材２９での流路圧力損失係数の変化が少なくなる。
【００９１】
本実施形態によれば、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００９２】
第１０実施形態（図１４）
図１４は、本発明の第１０実施形態を示すものであり、第８実施形態で示した流れ分散部材２９の他の変形例を示す構成図である。なお、本実施形態においても、流れ分散部材２９の燃料支持金具１６への取付け構造については、基本的に図１１に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【００９３】
この第９実施形態では、図１４に示したように、流れ分散部材２９の冷却材流入用孔４３が、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に設けた入口オリフィス１９の中心位置に対して左右に略対称的に群をなして配置されているが、これら左右の冷却材流入用孔４３の群の間隔は、一方の冷却材流入用孔４３の群内の隣接する冷却材流入用孔４３間の間隔より大きな構成となっている。
【００９４】
このような構成によると、第８実施形態と同様に双子渦が発生するが、左右の冷却材流入用孔４３の群の間に間隔があるため、わずかな流路の形状の変化によっては、発生している双子渦の状態が変化しない。このため、流れ分散部材２９での流路圧力損失係数もわずかな流路の形状の変化によっては変化しない。
【００９５】
本実施形態によれば、発生する渦の状態が安定化されることにより、流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００９６】
第１１実施形態 ( 図１５、図１６ )
図１５は、本発明の第１１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１６は、図１５に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【００９７】
本実施形態は、補強ビーム７の下端よりも下側に燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端がくるように配置するとともに、燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に入口オリフィス１９を設けたものである。すなわち、入口オリフィス１９の一端は、燃料支持金具１６内の冷却材流路４２の内面に支持されている。このように入口オリフィス１９の一端を燃料支持金具１６内の冷却材流路４２の内面に支持すると、入口オリフィス１９の他端が燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に支持されていても、実質的に入口オリフィス１９を燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に設けることができる。
【００９８】
図示の例では、冷却材流入口４１は上下方向に細長い形状とされ、その下端が補強ビーム７の下端よりも下側に配置されている。なお、図１６に示したように、制御棒案内管１０にも、冷却材流入口４１と同形状の孔が形成されている。
【００９９】
また、冷却材流路４２の内部に設けられた入口オリフィス１９は、多数の小径なオリフィス孔を有する多孔板により構成され、または通常の円形オリフィス孔を有する板に多孔板を重合して構成されて多孔オリフィス構造となっている。これにより、入口オリフィス１９が上述した流れ分散部材２９と同様の機能を発揮する。
【０１００】
このような本実施形態の構成によると、冷却材流入口４１は上下方向に細長い形状で、その下端が補強ビーム７の下端よりも下側に配置され、また冷却材流入口４１での流路断面積も大きいので、冷却材は円滑に燃料支持金具１６内に流入するため、前述した渦の発生が抑制される。また、渦が発生する制御棒案内管１０とビーム板７ａで形成された流路から入口オリフィス１９までの距離が長いので、発生した渦が入口オリフィス１９に到達するまでに減衰する効果もある。
【０１０１】
本実施形態によれば、入口オリフィス１９に流入する渦を少なくできるので、でのわずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１０２】
なお、入口オリフィス１９を多孔板とすることによる作用、入口オリフィス１９を燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に設けたことによる作用、補強ビーム７の下端よりも下側に燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端がくるように配置したことによる作用は、入口オリフィス１９に流入するときの渦を低減するにあたり相乗的に作用するが、それぞれ独立であっても入口オリフィス１９に流入するときの渦を低減する作用がある。このため、それぞれの構成を独立で用いたり、複数の構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０３】
なお、下部タイプレート１５に入口オリフィスを設置することによって、渦が発生する制御棒案内管１０とビーム板７ａで形成された流路から入口オリフィスまでの距離を長くして発生した渦が入口オリフィスに到達するまでに減衰させることができるが、下部タイプレート１５は燃料集合体１７とともに、交換されるため、燃料集合体１７の交換の度に入口オリフィスが必要となり、その材料や製作が必要となり不経済である。また、燃料集合体１７は、運転中に炉心内に配置される位置を移動させることもあり、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に相当する位置に配置されていた燃料集合体１７が、移動後も直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に相当する位置に配置されないので、燃料集合体１７の炉心内での移動に伴っても、入口オリフィスの交換が必要となり不都合である。
【０１０４】
これに対して、燃料支持金具は、燃料集合体１７の交換などにともない交換されたり位置が変更されたりするものでないので、燃料支持金具に入口オリフィスを設けた場合には、燃料集合体１７の交換などによって入口オリフィスを交換する必要がない。
【０１０５】
第１２実施形態（図１７〜図１９）
図１７は、本発明の第１２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１８は図１７のＧ−Ｇ線に沿う拡大断面図である。図１９は図１７に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【０１０６】
本実施形態は、第１１実施形態と略同様の構成に加えて、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１から冷却材流路４２の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板４６を設けたものである。その他の構成については第１１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【０１０７】
渦抑制板４６は、例えば図１７に示したように、等間隔で複数枚平行に配置された構成とされ、例えば燃料支持金具１６の冷却材流入口４１と対向する冷却材流路４２の内面に溶接等によって流路方向に沿って一体に形成されている。
【０１０８】
このような第１２実施形態の構成によると、渦抑制板４６を設けたことにより、燃料支持金具１６の内部において、冷却材流入口４１から流入した冷却材の流れが一方向に沿って平行に、かつスムーズに流れるようになる。このため、入口オリフィス１９に流入するときの渦がより低減され、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより少なくすることができる。
【０１０９】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１０】
第１３実施形態（図２０〜図２３）
図２０は、本発明の第１３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２１は、図２０に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１１１】
本実施形態は、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端を補強ビーム７の下端よりも上側に配置し、入口オリフィス１９を燃料支持金具の内部に設置したものである。図２０および図２１に示した例では、燃料支持金具１６の外形は従来例を略同様であるが、入口オリフィス１９が冷却材流路４２内に水平に配置されている。また、冷却材流路４２には第１２実施形態と同様に、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１から冷却材流路４２の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板４６が設けられている。
【０１１２】
このような構成によると、燃料支持金具１６の構造のみを変更して多穴オリフィス構造の入口オリフィス１９を燃料支持金具１６の内部に設置したことにより、多穴オリフィス構造による入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、燃料支持金具１６の内部に入口オリフィス１９を設置したことによる入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、渦抑制板４６による入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用が働き、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数を安定化できる。
【０１１３】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。また、本実施の形態では、既存プラントの変更を少なくすることができるという利点が得られる。
【０１１４】
また、図２２、図２３に示すように、渦抑制板４６を設けなくても、多穴オリフィス構造による作用などにより、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１５】
第１４実施形態（図２４、図２５）
図２４は、本発明の第１４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２５は、図２４に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１１６】
本実施形態は、第１３実施形態の変形例であり、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を、燃料支持金具１６内部に斜めに設置したものである。他の構成は第１３実施形態とほぼ同様であり、例えば渦抑制板４６を有している。
【０１１７】
入口オリフィス１９は、燃料支持金具１６の冷却材流路４２の形状から、本実施形態のように斜めに配置した方が流路断面積が大きくとれる。
【０１１８】
このような第１４実施形態の構成によると、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を、燃料支持金具１６の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１９】
第１５実施形態（図２６、図２７）
図２６は、本発明の第１５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２７は、図２６に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２０】
本実施形態は、第１４実施形態の構成から渦抑制板１６を省略した構成のものである。そして、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を備えている。
【０１２１】
このような第１５実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての入口オリフィス１９の作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２２】
第１６実施形態（図２８、図２９）
図２８は、本発明の第１６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２９は、図２８に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２３】
本実施形態は、第１４実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の１孔のオリフィスとした構成である。
【０１２４】
このような第１６実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに入口オリフィス１９を配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、渦抑制版４６の作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２５】
第１７実施形態（図３０、図３１）
図３０は、本発明の第１７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図３１は、図３０に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２６】
本実施形態は、第１４実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の１孔のオリフィスとした構成である。
【０１２７】
このような第１７実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに入口オリフィス１９を配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、燃料支持金具１６の内部の冷却材流路４２内に設置したことの作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２８】
他の実施形態
本発明は、以上の各実施形態で示したものを単独で実施する場合に限らず、各実施形態の要素を任意に結合等する等の組合せ構成として、前記以外の各種形態で実施することができる。これにより、各実施形態における効果を相乗した形で得ることが可能である。
【０１２９】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、入口オリフィス部等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に適用される炉心支持金具の構成を示す斜視図。
【図３】（Ａ）は本発明の第１実施形による作用説明図、（Ｂ）は本発明の第１実施形による機能を説明する特性図。
【図４】本発明の第２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図５】本発明の第３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は図５のＥ部拡大断面図。
【図７】本発明の第４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図８】本発明の第５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図９】本発明の第６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図１０】本発明の第７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図１１】本発明の第８実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１２】図１１に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図。
【図１３】本発明の第９実施形態を示す構成図。
【図１４】本発明の第１０実施形態を示す構成図。
【図１５】本発明の第１１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１６】図１５に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図１７】本発明の第１２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１８】図１７のＧ−Ｇ線に沿う拡大断面図。
【図１９】図１７に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２０】本発明の第１３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２１】図２０に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２２】本発明の第１３実施形態による流路部の変形例を示す側断面図。
【図２３】図２２に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２４】本発明の第１４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２５】図２４に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２６】本発明の第１５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２７】図２６に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２８】図２８は、本発明の第１６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２９】図２９は、図２８に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図３０】図３０は、本発明の第１７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図３１】図３１は、図３０に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図３２】原子炉圧力容器の全体構成を示す概略断面図。
【図３３】図３２に示した燃料集合体を拡大して示す断面図。
【図３４】（Ａ）は炉心支持板および補強ビームの一構成例を示す斜視図、（Ｂ）は補強ビームの他の構成例を示す斜視図。
【図３５】燃料支持金具の配置構成を示す平面図。
【図３６】図３５の一部を拡大して示す平面図。
【図３７】図３６のＢ−Ｂ線断面図。
【図３８】渦の発生状況を側面視で示す説明図。
【図３９】渦の発生状況を示す図３８のＤ−Ｄ矢視図。
【符号の説明】
１ 原子炉圧力容器
２ 蒸気乾燥器
３ 気水分離器
４ 上部格子板
５ 炉心シュラウド
６ 炉心支持板
６ａ 多数の穴
７ 補強ビーム
７ａ ビーム板
８ 再循環ポンプ
９ 主蒸気管
１０ 制御棒案内管
１１ チャンネルボックス
１２ 燃料棒
１３ 燃料スペーサ
１４ 上部タイプレート
１５ 下部タイプレート
１６ 燃料支持金具
１７ 燃料集合体
１８ 制御棒
１９ 入口オリフィス
２０ 円板枠
２１ 接続棒
２２ 領域１
２３ 領域２
２４ 領域３
２５ 流線
２６ 貫通孔
２７ 突起
２８ 整流部材
２９ 流れ分散部材
３０ 整流部材
３１ 微小な凹凸
３２ 溝
４１ 冷却材流入口
４２ 冷却材流路
４６ 渦抑制板
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子力炉の炉心に装荷される燃料集合体内を流れる冷却材流量を均一化するための技術に係り、特に燃料集合体内への冷却材入口となる燃料支持金具の冷却材流入口部位における流路圧力損失係数を低減させて流量均一化を図った冷却材炉心入口構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３２〜図３９を参照して従来技術について説明する。図３２は、沸騰水型原子炉の一例として、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉圧力容器の構成を示す全体構成図である。このＡＢＷＲにおいて、原子炉圧力容器内１には上方から順に、蒸気乾燥器２、気水分離器３、上部格子板４、炉心シュラウド５、炉心支持板６等が配置されている。炉心シュラウド５の内側には、数百体の燃料集合体１７が格子状配列で垂直に配置され、これにより炉心が形成されている。また、原子炉出力を制御したり、緊急時に原子炉を停止する機能を有する制御棒１８が、制御棒案内管１０を介して炉心下方から炉心入口まで導入されるようになっている。さらに、原子炉圧力容器１の下部には、冷却材循環用の再循環ポンプ８が複数台配置されている。
【０００３】
このような構成において、運転時には、原子炉圧力容器１の下部に配置された再循環ポンプ８により、炉心への冷却材循環が行われる。すなわち、冷却材は炉心下部より上昇して燃料集合体１７内に流入し、燃料集合体１７内で加熱されて気液２相流となって上昇し、気水分離器３で蒸気と水とに分離される。蒸気は、さらに上昇して蒸気乾燥器２で水分を分離されて主蒸気管９に導かれ、図示しないタービンに導かれる。一方、気水分離器３および蒸気乾燥器２から分離して単相状態となった水は下降し、炉心シュラウド５の外側を経由して再循環ポンプ８に導かれ、再び炉心に向って上昇し、燃料集合体１７内を流通する。
【０００４】
図３３は、燃料集合体１７およびその支持構造等を拡大して示す断面図である。燃料集合体１７は、上下端が開口する縦長な角筒状のチャンネルボックス１１内に、核分裂性物質を内包する複数の燃料棒１２を並列に配置し、これらの燃料棒１２をチャンネルボックス１１内で燃料スペーサ１３により上下方向複数箇所で支持し、燃料棒１２の上下端部を、冷却材が流通し得る上部タイプレート１４および下部タイプレート１５により固定した構成とされている。そして、これら燃料集合体１７の上下端部がそれぞれ水平な上部格子板４および炉心支持板６に支持されている。冷却材は、下部タイプレート１５から流入してチャンネルボックス１１内を上昇し、燃料棒１２を通過する間に加熱されて気液２層流となって上部タイプレート１４から排出される。
【０００５】
このような燃料集合体１７の下端部は、炉心支持板６に燃料支持金具１６を介して支持されている。なお、燃料支持金具としては、図示しないが炉心の周辺部において燃料集合体１７を単体で支持する周辺部燃料支持金具と、図３３に示すように、炉心の中心部において４体の燃料集合体１７を１組として支持する中心部燃料支持金具１６とが適用される。前者の周辺部燃料支持金具は垂直な筒状の構成とされ、下向きの開口から冷却材が直接上方に向って導入されるため、冷却材流路の構造は比較的単純で円滑な流れとなり、流路圧力損失係数等は特に問題とならない。これに対し、図３３に示した後者の中心部燃料支持金具１６の場合は、４体の燃料集合体１７を格子状配列で支持し、その中心部に制御棒１８が挿入される構成となっていることから、この中心部燃料支持金具１６は制御棒案内管１０の上端部内に配置されており、その制御棒案内管１０の周壁外面側に、冷却材を導入するための冷却材流入口４１が横向きに開口し、この冷却材流入口４１に入口オリフィス１９が設けられている。また、中心部燃料支持金具１６内には、冷却材流入口４１から流入した冷却材を各燃料集合体１７に案内する冷却材流路４２が上方に向って形成されている。したがって、この中心部燃料支持金具１６の場合には、冷却材が炉心下部から上昇した後、冷却材流入口４１に横向きに向きを変えて導入され、その後冷却材流路４２においてさらに垂直上方に向きを変えて燃料集合体１７に流通するという複雑な経路をもつ構造となっている。以下、本発明の説明において「燃料支持金具」は、この中心部燃料支持金具１６を意味するものとする。
【０００６】
燃料支持金具１６の周囲には、さらに炉心支持板６を下側から補強する補強ビーム７のビーム材である縦板状のビーム板７ａ等が配置されている。このため、中心部燃料支持金具１６に支持された燃料集合体１７には、原子炉圧力容器１の下部に設けられた再循環ポンプ８により上昇する冷却材が、炉心支持板６の下面に共に接する補強ビーム７および制御棒案内管１０の隙間を介して流入するため、流線が一層複雑となる構造になっている。
【０００７】
この点について、図３４〜図３７を用いて詳しく説明する。図３４は炉心支持板６と補強ビーム７の構成を示す全体図である。
【０００８】
図３４（Ａ）は、炉心支持板６と補強ビーム７の一構成例であるクロスビームとを示している。炉心支持板６は水平な円板状のもので、燃料支持金具１６を装着するための多数の孔６ａを有している。クロスビームである補強ビーム７は、円形枠２０内に、ビーム材として、正方格子状に組合せた縦板からなるビーム板７ａを設けた構成とされている。このクロスビームの各ビーム板７ａの上端縁が炉心支持板６の下面に接合されて補強がなされる。また、図３４（Ｂ）は、他の構成例として、シングルビームと呼ばれる補強ビーム７を示している。このシングルビームは、円形枠２０に、ビーム材として、平行な縦型のビーム板７ａとそれに直行する接続棒２１とを有し、これらを正方格子状に配列した構成とされている。なお、以下の説明においては、機械強度的に優れたクロスビームについて代表的に説明するが、シングルビームについても内容的には、ほぼ同様である。
【０００９】
図３５は、補強ビーム７のビーム板７ａにより形成される１つの格子状空間の内側に配置される燃料支持金具１６、燃料集合体１７および制御棒１８等の配置関係を平面的に示す拡大図である。図３６は、図３５の一部（図３５に仮想線Ａで区分した右上の１／４部分）を拡大して示す詳細図（図３３のＡ０−Ａ０線断面図）であり、図３７は、図３６のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１０】
図３６に示すように、補強ビーム板７ａによって囲まれる平面視で正方形の１つの領域Ｃ内には、４本の制御棒案内管１０および４体の燃料支持金具１６が正方格子状に配置されている。そして、各燃料支持金具１６には、それぞれ４本の燃料集合体１７が周方向に等間隔で支持されている。これにより、補強ビーム７ａで囲まれた１つの領域内には、１６体の燃料集合体１７が配置されている。
【００１１】
燃料支持金具１６は、各燃料集合体１７の下部タイプレート１５を支持する部分から炉心支持板６の下方まで延びる冷却材流路を有し、この冷却材流路に冷却材を導入するための冷却材流入口４１が燃料支持金具１６の側面に開口し、この冷却材流入口４１の部位に入口オリフィス１９が設けられている。そして、冷却材は、補強ビーム７のビーム７ａと制御棒案内管１０との隙間を経て上昇した後、入口オリフィス１９へ横向きに流れ込む。
【００１２】
炉心支持板６の補強ビーム７として、図３４（Ａ）に示したクロスビームを採用した場合には、補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置し、その両面に囲まれて流路面積が狭くなっており、隅角部以外の位置に比べ流路圧力損失係数が大きくなる。このため、そのままでは補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する燃料集合体１７に流入する流量が少なくなる。
【００１３】
そこで、各々の燃料集合体１７に流入する流量を適正に配分するために、入口オリフィス１９により調整している。
【００１４】
なお、各燃料集合体１７を流れる冷却材の流量は、炉心支持板６及び補強ビーム板７付近の入口オリフィス１９の口径、燃料集合体１７の構造等によって決まる流路圧力損失係数に基づいて決定される。ここで流路圧力損失係数とは、ある区間の圧力差ΔＰと流量Ｑに対して
【数１】
【００１５】
燃料集合体１７で発生する出力の大きさにより、燃料集合体１７の内部で発生する気泡も相違し、この結果、燃料集合体１７における流路圧力損失係数も異なることになるが、通常の沸騰水型原子力発電所の設計においては、各燃料集合体の出力が同一であるとした場合に流量の配分が均一となるように入口オリフィス１９の口径等を調整している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各燃料集合体１７に流入する流量は入口オリフィス１９により調整されており、補強ビーム板７ａの直角に交差する隅角部に位置する入口オリフィス１９は、流路断面積は、どの隅角部であっても同じになるはずであるから、同一の形状に調整されるはずである。しかしながら、隅角部の位置に同一形状の入口オリフィス１９を設置した場合に、その入口オリフィス１９で調整された燃料集合体１７に流入する冷却材の流量が同じにならない場合が観測されている。
【００１７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、燃料集合体の入口オリフィス部における冷却材の流量不均一化の原因とその対策を明らかにし、冷却材炉心入口構造における流路圧力損失係数を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる冷却材炉心入口構造を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
発明者においては、試験設備を用いて補強ビーム板によって囲まれた部分に配置された燃料支持金具の冷却材流入口の冷却材流れを詳細に観察した。その結果、図３６にＣで示す入口オリフィスの水平方向中央の位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０の間隔は、図３６にＤで示す入口オリフィスの水平方向周辺位置のビーム板７ａと制御棒案内管１０の間隔より広い。このため、Ｃで示す位置の流路圧力損失係数がＤで示す位置の流路圧力損失係数より小さくなり、Ｃで示す位置を上昇する冷却材の流速はＤで示す位置の流速より大きくなる。このため、Ｃで示す位置を上昇した冷却材が炉心支持板６の下面に衝突し、流速の小さいＤで示す位置を下降する流れとなり、上昇する流れと下降する流れによって渦が発生していることが分かった。
【００１９】
この事象を、図３８および図３９によって説明する。図３８は前述した図３６のＢ−Ｂ断面、すなわち正方格子状に配列される補強ビーム７のビーム板７ａの対角線方向に対向して開口する入口オリフィス１９における冷却材の流入状態を模式的に示したものであり、図３９は、その入口オリフィス１９正面方向、すなわち図３８のＤ−Ｄ断面における冷却材の流れを示す図である。
【００２０】
これらの図に流線２５として示すように、原子炉圧力容器１内の下方から上昇する冷却材は、補強ビーム７のビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の隙間に上昇流として流入する。制御棒案内管１０の外面付近に沿って上昇する一部の冷却材は入口オリフィス１９の位置に達すると、横向きに流れ変えて入口オリフィス１９内に直接流れ込む。しかし、補強ビーム７のビーム板７ａ側に沿って上昇する大部分の冷却材は、上昇流２５ａとして上昇し、炉心支持板６の下面に衝突し、その後入口オリフィスの水平方向周辺位置で下向きの下降流２５ｂとなる。
【００２１】
直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に面する狭い領域２２では、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の位置関係が水平方向に対して対称となるため、図３９に示すように、入口オリフィスの水平方向周辺位置を下降する下降流２５ｂとなり、入口オリフィス１９に向って渦２５ｃが２つ発生し、いわゆる双子渦となる。この時、ビーム板７ａと制御棒案内管１０の間を上昇する冷却材の入口オリフィス１９の水平方向中央位置と周辺位置での流路圧力損失係数の差が大きい場合には強い渦が発生する。このような渦２５ｃの形成は、実際の形状を模擬した流動試験、例えば圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で明確に観察された。
【００２２】
このような渦２５ｃを伴って、冷却材が入口オリフィス１９に流入する場合には、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が増加することが分かった。また、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の増加量は、渦の状態によって異なる。さらに、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置する入口オリフィス１９のように対称性のある双子渦の場合には、製作精度範囲のわずかな形状の違いによって発生する渦の状態が異なり、また、その渦が時間的に変動する量も大きい。このため、本来同様な流路圧力損失係数を生じるはずの直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置の入口オリフィス１９において、わずかな形状の違いにより発生している双子渦の状態が変化し、流路圧力損失係数の違いを生じていることを見出した。
【００２３】
一方、ビーム板７ａに面していない位置の入口オリフィス１９、すなわち、燃料支持金具１６において、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に位置の入口オリフィス１９と反対側に位置する入口オリフィス１９においては、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での制御棒案内管１０と制御棒案内管１０により形成されている流路幅は狭くないため、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置と中央位置を上昇する冷却材の流速に大きな差が生じていない。このため、炉心支持板６に衝突し、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れは生じないか、また、生じても流速の速い流れにはならない。したがって、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部のような強い渦は発生しない。よって、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数増加量も少なくなる。
【００２４】
また、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置から燃料支持金具の中心を軸に９０°回転させた位置の入口オリフィス１９では、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の一方のみがビーム板７ａと制御棒案内管１０により狭い流路が形成され、他方は、制御棒案内管１０と制御棒案内管１０とで形成される比較的幅の広い流路となっており、入口オリフィス１９の水平方向で冷却材の流路が対称ではない。このため、ビーム板７ａと制御棒案内管１０により流路が形成されている入口オリフィス１９の水平方向周辺位置での冷却材の下降する流れが速くなり、発生する渦は１つとなったり、２つ発生したとしても対称性のない渦になる。このように対称性のない渦の場合には、対称性のある渦に比べてわずかな流路の形状よる渦の状態の変化は少なくなることが分かった。このため、渦を伴って入口オリフィス１９に冷却材が流入した場合に入口オリフィス１９の前の流路の形状のわずかな変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化は、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィス１９に比べて小さい。
【００２５】
そこで、発明者においては、以上の観察結果に基づき、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィス１９で生じる流路圧力損失係数を安定させ燃料集合体内の流量調整を適切にするためには、この位置に発生している双子渦を制御する必要があり、具体的には、(１)入口オリフィス１９に流入する渦を少なくする。(２)発生している渦を抑制する、(３)発生している渦を安定化させること等が有効であることを見出した。
【００２６】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に係る発明では、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、この炉心支持板を下面側から補強し正方格子状にビーム板を組み合わせた補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、燃料支持金具に設けられ前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段と、からなる冷却材炉心入口構造において、前記補強ビームは、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、かつ前記渦制御手段は、前記ビーム板が直交する隅角部に設けた整流部材を具備することを特徴とする冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２７】
請求項２に係る発明では、前記渦制御手段は、炉心支持板の下端から前記燃料支持金具の入口オリフィスの中心位置までの長さをＬ１とし、また１つの入口オリフィスに対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管の外面の四半円弧長とこの四半円弧長部分を囲む補強ビームの水平方向長さとの和により前記上昇流路の横断面積を除した値を入口流路代表径Ｄ１としたとき、Ｌ１／Ｄ１を１．７以上に設定し、かつ前記入口オリフィスの中心が前記補強ビームの下端より上方に配置された構造である請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２８】
請求項３に係る発明では、前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対称にそのビーム板の一部に貫通孔を穿設した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００２９】
請求項４に係る発明では、前記渦制御手段は、前記補強ビーム板の表面粗さを大きくし、もしくはこの表面に溝もしくは突起を形成した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３１】
請求項５に係る発明では、前記渦制御手段は、前記補強ビームのビーム板表面位置に、前記冷却材流入口に臨む面が曲面状もしくは平面状をなし、冷却材の流れを前記冷却材入口に偏向させる整流部材であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３２】
請求項６に係る発明では、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に垂直な線に対して、そのビーム板の隅角部に対向する入口オリフィスの開口面が傾くように設置された構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造を提供する。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図３２を参照して説明する。なお、従来例で示したものと同一または対応する構成部分については図３２〜図３９を参照し、これらの図に付した符号と同一の符号を使用して説明する。また、以下の実施形態においては、補強ビームとして、図３２（Ａ）に示したクロスビームを適用した場合について説明するが、同図（Ｂ）に示したシングルビームについても同様である。
【００４０】
第１実施形態（図１〜図３）
図１は、本発明の第１実施形態による冷却材炉心入口構造を示す流路部の側断面図であり、図２は、本実施形態で適用される炉心支持金具の斜視図である。図３（Ａ），（Ｂ）は作用説明図である。
【００４１】
図１および図２に示すように、本実施形態の冷却材炉心入口構造は、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板６と、この炉心支持板１６を下面側から補強する補強ビーム７と、原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が炉心支持板６の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管１０と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、炉心支持板６に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体１５の下端を支持する燃料支持金具１６と、燃料支持金具１６に設けられ燃料集合体１５へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィス１９とを備えている。
【００４２】
燃料支持金具１６は４体の燃料集合体１５を支持する燃料支持部１６ａと、それらの中央に位置する制御棒挿通孔１６ｂとを有する。このような構成において、燃料支持金具１６に設けられた入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段が、入口オリフィス１９より上流側に設け設けられている。この渦制御手段は、炉心支持板６から入口オリフィス１９に至る冷却材の下向きの流れを弱くし、それにより入口オリフィス１９に向う略水平軸心回りの旋回流を弱くして渦の発生を抑止するものである。
【００４３】
すなわち、本実施形態の冷却材炉心入口構造においては、渦制御手段が、炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さをＬ１とし、また図３（Ａ）に示すように、１つの入口オリフィス１９に対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管１０の外面の四半円弧長ｃとこの四半円弧長部分を囲む補強ビーム７のビーム板７ａの水平方向長さａ，ｂとの和（ａ＋ｂ＋ｃ）により上昇流路の横断面積Ｓを除した値を入口流路代表径Ｄ１としたとき、Ｌ１／Ｄ１を１．７以上に設定し、かつ入口オリフィス１９の中心が補強ビームの下端より上方に配置された構造とされている。
【００４４】
この点について、図３（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ｂ）は、Ｌ１／Ｄ１を横軸にとり、入口オリフィス１９の流路圧力損失係数の比を縦軸にとり、これらの関係を実験結果により求めたものである。なお、実験は、冷却材の圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で行なった。
【００４５】
この結果、図３（Ｂ）に示すように、Ｌ１／Ｄ１を大きくすると、流路圧力損失係数の比が次第に低下する傾向認められた。そして、Ｌ１／Ｄ１が約１．４となる現行の炉心オリフィス位置に対し、次第にＬ１／Ｄ１を増加、すなわち入口オリフィス１９の中心位置を炉心支持板６の下方に設定すると、流路圧力損失係数の比が次第に低下し、Ｌ１／Ｄ１＝約１．７以上になると、流路圧力損失係数の比の減少割合が緩やかになり、安定化することがわかる。
【００４６】
Ｌ１／Ｄ１が約１．７となるのは、Ｄ１を４とすると炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さＬ１が約７ｃｍとなる位置である。このことから、入口オリフィスの高さを炉心支持板６の下方約７ｃｍを超える位置に設定することで、流路圧力損失係数の比を適正化することができることがわかる。
【００４７】
そこで、本実施形態ではＬ１／Ｄ１を１．７以上、すなわち炉心支持板６の下端から燃料支持金具１６の入口オリフィス１９の中心位置までの長さ約Ｌ１が約７ｃｍを超える値に設定した。
【００４８】
この結果、図１に流線を示したように、再循環ポンプにより上昇する冷却材が、補強ビーム７および制御棒案内管１０の隙間を介して上昇する上昇流２５ａとなって炉心支持板６の下面に衝突した後、下向き流となる下降流２５ｂが、従来に比して長くなる。このような長い距離の移動により下降流２５ｂが減衰し、それにより入口オリフィス１９に向う略水平軸心回りの旋回流が減衰して、渦の発生が抑止される。
【００４９】
通常の設計においては、冷却材の圧力約７ＭＰａ、温度約２８０℃、流速約２ｍ／ｓの条件下で、入口オリフィス１９の高さ位置は、炉心支持板６の約７センチ下方に設定しており、前述した渦が発生しているのに対し、上述した構成の本実施形態の場合には渦の発生を抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、渦の発生を抑止するためには、入口オリフィス１９の高さ位置が炉心支持板６の高さに比して低いほど有効である。ただし、入口オリフィス１９を低くし過ぎると燃料支持金具１６の高さが大きくなり、燃料支持金具１６の製作に必要が材料が多くなったり、製作性が悪化したりする。なお、入口オリフィスの中心は、補強ビーム７の下端より低くならないようにすることが望ましい。
【００５１】
本実施形態によれば、燃料支持金具１６および制御棒案内管１０の構造を変更して、入口オリフィス１９を通常の設計より低い配置とすることにより、炉心支持板６に衝突した後の旋回流れが入口オリフィス１９付近における冷却材の流れに及ぼす影響を緩和し、渦の発生を抑えて入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数の増加を少なくして入口オリフィス１９の流路圧力損失係数の変化を抑制することができる。このため、燃料集合体１７に流入する冷却材の流量を適正に調整することができ、冷却性能を向上することができる。
【００５２】
第２実施形態（図４）
図４は、本発明の第２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００５３】
本実施形態では、補強ビーム７の直角に交差する２つのビーム板７ａの一方のビーム板７ａの一部に１または複数の貫通孔２６を穿設する。直角に交差する２つのビーム板７ａに穿設した貫通孔２６が、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部の位置に配置された入口オリフィス１９に対して水平方向に非対称であれば、直角に交差する２つのビーム板７ａの双方に貫通孔２６を穿設してもよい。
【００５４】
このような構成によると、貫通孔２６の位置で流路面積が等価的に拡大され、または貫通孔２６からの冷却材の出入りにより、炉心支持板６に衝突する冷却材の流線が乱れ、冷却材の流れの入口オリフィス１９に対する水平方向の対称性が崩れる。この結果、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化により、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化することを抑制できる。その結果、燃料集合体１７に流入する冷却材の流量を適正に調整することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００５６】
第３実施形態（図５、図６）
図５は、本発明の第３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図６（Ａ）、（Ｂ）は図５のＥ部拡大断面図でそれぞれ異なる例を示すものである。
【００５７】
本実施形態は、炉心支持板６に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ入口オリフィス１９の水平方向中央位置を上昇し、水平方向周辺位置で下降する流れを抑制しするものである。
【００５８】
すなわち、本実施形態では図５にＥ，Ｆとして示すように、制御棒案内管１０または補強ビーム７のビーム板７ａの流路途中となる表面に、渦制御手段としての表面加工を施したものである。
【００５９】
表面加工としては、例えば図６（Ａ）に示したように、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に、微小な凹凸３１を形成して表面粗さを大きくしてある。また、図６（Ｂ）に示したように、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に、溝３２を形成する。このような構成により、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の表面粗さを例えば２５μｍもしくはこれ以上の表面粗さに仕上げてある。
【００６０】
このような構成によると、入口オリフィス１９に向う旋回流を弱くし、渦の発生が抑止することが可能である。すなわち、従来の通常的な設計においては、炉心支持板の補強ビーム７のビーム板７ａまたは制御棒案内管１０の表面粗さが１２．５μｍ程度であり、前述した旋回流の発生による渦の発生が認められたのに対し、本実施形態によればこのような渦の発生を抑止することができる。
【００６１】
これは、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の表面粗さを大きくすることにより、乱流状態が促進され、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなる。この結果、渦の発生が抑制され、入口オリフィス１９の渦による流路圧力損失係数の増加が少なくなり、安定した流路圧力損失係数が得られる。
【００６２】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００６３】
第４実施形態（図７）
図７は、本発明の第４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００６４】
本実施形態は、炉心支持板６に衝突する前の冷却材の上昇流に予め乱れを生じさせ、渦の発生を抑止するものである。すなわち、渦制御手段として、補強ビーム板７ａおよび制御棒案内管１０の少なくともいずれか一方の表面に突起２７を形成することにより、乱流を促進させ、入口オリフィス１９に向う旋回流を弱くする構成としたものである。
【００６５】
このような構成によると、流路を上昇する冷却材の流れが攪拌され、第３実施形態と同様に、乱流が促進され、渦の発生を抑止することができる。その結果、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数が少なくなる。
【００６６】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００６７】
第５実施形態（図８）
図８は、本発明の第５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。
【００６８】
本実施形態は、冷却材の上昇流２５ａをスムーズに入口オリフィス１９に流入させることにより渦を抑止するものである。
【００６９】
すなわち、渦制御手段として、入口オリフィス１９に臨む炉心支持板６の下面位置に、入口オリフィス１９に臨む面が曲面状をなす整流部材２８を設け、冷却材の流れを円滑にすることにより、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置で下降する冷却材の流れを弱くし、発生する渦を抑制する構成としたものである。
【００７０】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００７１】
なお、図示の例では整流部材２８の表面を円弧状の曲面としたが、複数の面により構成してもよい。
【００７２】
第６実施形態（図９）
図９は、本発明の第６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【００７３】
本実施形態では、渦制御手段として、補強ビーム７の直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に、入口オリフィス１９に臨む面が曲面状をなす整流部材３０を設ける構成としたものである。
【００７４】
整流部材３０を設けることにより、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置の御棒案内管１０とビーム板７ａで形成される流路幅と、入口オリフィス１９の水平方向中央位置の御棒案内管１０と整流部材３０で形成される流路幅の違いが少なくなる。このため、それぞれの位置を上昇する冷却材の流速の差が少なくなり、入口オリフィス１９の水平方向周辺位置を下降する冷却材の流れが弱くなり、渦の発生が抑制される。
【００７５】
本実施形態よれば、渦の発生が抑制されることにより、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００７６】
なお、図示の例では整流部材３０の表面を円弧状の曲面としたが、流路幅の違いを少なくするものであれば平面状としてもよい。
【００７７】
第７実施形態（図１０）
図１０は、本発明の第７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図である。
【００７８】
本実施形態は、入口オリフィス１９の開口面の向きを、互いに直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して非対称とすることにより、発生する渦を非対称とする構成としたものである。
【００７９】
上述した従来例においては、入口オリフィス１９の開口面の向きが互いに直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して対称的であるため、対称な双子渦が発生し易い。対称な双子渦は、流路のわずかな形状の変化によりその状態が大きく変化し、入口オリフィス１９での渦による流路圧力損失係数を変化させ易い。
【００８０】
本実施形態によれば、直交するビーム板７ａの隅角部の位置の入口オリフィスの開口面の向きを直交するビーム板７ａの隅角部における対角線方向に対して非対称となすることにより、発生する渦を非対称とし、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにできる。
【００８１】
本実施形態によれば、発生する渦を非対称とすることによって、わずかな流路の形状の変化により入口オリフィス１９での流路圧力損失係数が変化しないようにし、入口オリフィスにより燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００８２】
第８実施形態（図１１、図１２）
図１１は、本発明の第８実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１２は、図１１に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図である。
【００８３】
本実施形態は、入口オリフィス１９の開口部内に網目状もしくは多孔板状の流れ分散部材２９を配置する構成としたものである。
【００８４】
流れ分散部材２９へは冷却材が分散して流入するため、大きな渦の状態で流入することができない。そして、流れ分散部材２９まで大きな渦の旋回が継続しないため、流れ分散部材２９の上流に生じている渦も弱くなる。このため、流れ分散部材２９へ流入する渦の旋回エネルギーは小さくなり、結果として、流れ分散部材２９での渦による流路圧力損失係数の増加量は少なくなる。
【００８５】
本実施形態よれば、流れ分散部材に流入する渦の旋回エネルギーが小さくなることにより渦による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化が少なくなり、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００８６】
なお、流れ分散部材２９の形状は図示のものに限らず、種々の変更が可能である。
【００８７】
第９実施形態（図１３）
図１３は、本発明の第９実施形態を示すものであり、第８実施形態で示した流れ分散部材２９の変形例を示す構成図である。なお、流れ分散部材２９の燃料支持金具１６への取付け構造については、基本的に図１１に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【００８８】
この第９実施形態では、図１３に示したように、流れ分散部材２９が、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に設けた入口オリフィス１９の中心位置に対して非対称に配置された冷却材流入用孔４３を有する構成となっている。すなわち直交するビーム板７ａの交差点と燃料支持金具１６の中心を結ぶ線上に入口オリフィス１９の中心は配置され、直交するビーム板７ａの交差点と燃料支持金具１６の中心を結ぶ線に対して冷却材流入用孔４３は非対象に配置された構造。図示の例では、流れ分散部材２９を縦配置とした状態において、一群の冷却材流入用孔４３が入口オリフィス１９の中心位置に対して左右の一方側に偏在した構成となっている。
【００８９】
このような構成によると、冷却材流入用孔４３の位置が左右対称ではなく、左右いずれか一方に偏在させたことにより、双子渦ではなく、ひとつの渦が形成される。また、双子渦となった場合であっても非対称になる。
【００９０】
このような渦が形成されるのは、実際の形状を模擬した流動試験により観察されている。このように従来構造のもとで発生していた双子渦が本実施形態では一つの渦になることにより、流路のわずかな形状の違いにより発生する渦の状態が変化しなくなり、流れ分散部材２９での流路圧力損失係数の変化が少なくなる。
【００９１】
本実施形態によれば、発生する渦も非対称になり、わずかな流路の形状の変化による流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００９２】
第１０実施形態（図１４）
図１４は、本発明の第１０実施形態を示すものであり、第８実施形態で示した流れ分散部材２９の他の変形例を示す構成図である。なお、本実施形態においても、流れ分散部材２９の燃料支持金具１６への取付け構造については、基本的に図１１に示した全体構造と同様であるから説明を省略する。
【００９３】
この第９実施形態では、図１４に示したように、流れ分散部材２９の冷却材流入用孔４３が、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に設けた入口オリフィス１９の中心位置に対して左右に略対称的に群をなして配置されているが、これら左右の冷却材流入用孔４３の群の間隔は、一方の冷却材流入用孔４３の群内の隣接する冷却材流入用孔４３間の間隔より大きな構成となっている。
【００９４】
このような構成によると、第８実施形態と同様に双子渦が発生するが、左右の冷却材流入用孔４３の群の間に間隔があるため、わずかな流路の形状の変化によっては、発生している双子渦の状態が変化しない。このため、流れ分散部材２９での流路圧力損失係数もわずかな流路の形状の変化によっては変化しない。
【００９５】
本実施形態によれば、発生する渦の状態が安定化されることにより、流れ分散部材での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、流れ分散部材により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【００９６】
第１１実施形態 ( 図１５、図１６ )
図１５は、本発明の第１１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１６は、図１５に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【００９７】
本実施形態は、補強ビーム７の下端よりも下側に燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端がくるように配置するとともに、燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に入口オリフィス１９を設けたものである。すなわち、入口オリフィス１９の一端は、燃料支持金具１６内の冷却材流路４２の内面に支持されている。このように入口オリフィス１９の一端を燃料支持金具１６内の冷却材流路４２の内面に支持すると、入口オリフィス１９の他端が燃料支持金具１６の冷却材流入口４１に支持されていても、実質的に入口オリフィス１９を燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に設けることができる。
【００９８】
図示の例では、冷却材流入口４１は上下方向に細長い形状とされ、その下端が補強ビーム７の下端よりも下側に配置されている。なお、図１６に示したように、制御棒案内管１０にも、冷却材流入口４１と同形状の孔が形成されている。
【００９９】
また、冷却材流路４２の内部に設けられた入口オリフィス１９は、多数の小径なオリフィス孔を有する多孔板により構成され、または通常の円形オリフィス孔を有する板に多孔板を重合して構成されて多孔オリフィス構造となっている。これにより、入口オリフィス１９が上述した流れ分散部材２９と同様の機能を発揮する。
【０１００】
このような本実施形態の構成によると、冷却材流入口４１は上下方向に細長い形状で、その下端が補強ビーム７の下端よりも下側に配置され、また冷却材流入口４１での流路断面積も大きいので、冷却材は円滑に燃料支持金具１６内に流入するため、前述した渦の発生が抑制される。また、渦が発生する制御棒案内管１０とビーム板７ａで形成された流路から入口オリフィス１９までの距離が長いので、発生した渦が入口オリフィス１９に到達するまでに減衰する効果もある。
【０１０１】
本実施形態によれば、入口オリフィス１９に流入する渦を少なくできるので、でのわずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化を抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１０２】
なお、入口オリフィス１９を多孔板とすることによる作用、入口オリフィス１９を燃料支持金具１６内部の冷却材流路４２内に設けたことによる作用、補強ビーム７の下端よりも下側に燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端がくるように配置したことによる作用は、入口オリフィス１９に流入するときの渦を低減するにあたり相乗的に作用するが、それぞれ独立であっても入口オリフィス１９に流入するときの渦を低減する作用がある。このため、それぞれの構成を独立で用いたり、複数の構成を適宜組み合わせて用いることができる。
【０１０３】
なお、下部タイプレート１５に入口オリフィスを設置することによって、渦が発生する制御棒案内管１０とビーム板７ａで形成された流路から入口オリフィスまでの距離を長くして発生した渦が入口オリフィスに到達するまでに減衰させることができるが、下部タイプレート１５は燃料集合体１７とともに、交換されるため、燃料集合体１７の交換の度に入口オリフィスが必要となり、その材料や製作が必要となり不経済である。また、燃料集合体１７は、運転中に炉心内に配置される位置を移動させることもあり、直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に相当する位置に配置されていた燃料集合体１７が、移動後も直角に交差する２つのビーム板７ａの隅角部に相当する位置に配置されないので、燃料集合体１７の炉心内での移動に伴っても、入口オリフィスの交換が必要となり不都合である。
【０１０４】
これに対して、燃料支持金具は、燃料集合体１７の交換などにともない交換されたり位置が変更されたりするものでないので、燃料支持金具に入口オリフィスを設けた場合には、燃料集合体１７の交換などによって入口オリフィスを交換する必要がない。
【０１０５】
第１２実施形態（図１７〜図１９）
図１７は、本発明の第１２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図であり、図１８は図１７のＧ−Ｇ線に沿う拡大断面図である。図１９は図１７に示した入口オリフィス部を示す側面図である。
【０１０６】
本実施形態は、第１１実施形態と略同様の構成に加えて、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１から冷却材流路４２の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板４６を設けたものである。その他の構成については第１１実施形態と同様であるから、説明を省略する。
【０１０７】
渦抑制板４６は、例えば図１７に示したように、等間隔で複数枚平行に配置された構成とされ、例えば燃料支持金具１６の冷却材流入口４１と対向する冷却材流路４２の内面に溶接等によって流路方向に沿って一体に形成されている。
【０１０８】
このような第１２実施形態の構成によると、渦抑制板４６を設けたことにより、燃料支持金具１６の内部において、冷却材流入口４１から流入した冷却材の流れが一方向に沿って平行に、かつスムーズに流れるようになる。このため、入口オリフィス１９に流入するときの渦がより低減され、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより少なくすることができる。
【０１０９】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１０】
第１３実施形態（図２０〜図２３）
図２０は、本発明の第１３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２１は、図２０に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１１１】
本実施形態は、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１の下端を補強ビーム７の下端よりも上側に配置し、入口オリフィス１９を燃料支持金具の内部に設置したものである。図２０および図２１に示した例では、燃料支持金具１６の外形は従来例を略同様であるが、入口オリフィス１９が冷却材流路４２内に水平に配置されている。また、冷却材流路４２には第１２実施形態と同様に、燃料支持金具１６の冷却材流入口４１から冷却材流路４２の内方に向けて複数の平行な縦板からなる渦抑制板４６が設けられている。
【０１１２】
このような構成によると、燃料支持金具１６の構造のみを変更して多穴オリフィス構造の入口オリフィス１９を燃料支持金具１６の内部に設置したことにより、多穴オリフィス構造による入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、燃料支持金具１６の内部に入口オリフィス１９を設置したことによる入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用、渦抑制板４６による入口オリフィス１９に流入する冷却材が伴う渦を低減する作用が働き、入口オリフィス１９での流路圧力損失係数を安定化できる。
【０１１３】
本実施形態によれば、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制できるので、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。また、本実施の形態では、既存プラントの変更を少なくすることができるという利点が得られる。
【０１１４】
また、図２２、図２３に示すように、渦抑制板４６を設けなくても、多穴オリフィス構造による作用などにより、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１５】
第１４実施形態（図２４、図２５）
図２４は、本発明の第１４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２５は、図２４に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１１６】
本実施形態は、第１３実施形態の変形例であり、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を、燃料支持金具１６内部に斜めに設置したものである。他の構成は第１３実施形態とほぼ同様であり、例えば渦抑制板４６を有している。
【０１１７】
入口オリフィス１９は、燃料支持金具１６の冷却材流路４２の形状から、本実施形態のように斜めに配置した方が流路断面積が大きくとれる。
【０１１８】
このような第１４実施形態の構成によると、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を、燃料支持金具１６の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１１９】
第１５実施形態（図２６、図２７）
図２６は、本発明の第１５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２７は、図２６に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２０】
本実施形態は、第１４実施形態の構成から渦抑制板１６を省略した構成のものである。そして、多孔オリフィスまたは流れ分散部材としての機能を有する入口オリフィス１９を備えている。
【０１２１】
このような第１５実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、多穴オリフィスまたは流れ分散部材としての入口オリフィス１９の作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２２】
第１６実施形態（図２８、図２９）
図２８は、本発明の第１６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図２９は、図２８に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２３】
本実施形態は、第１４実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の１孔のオリフィスとした構成である。
【０１２４】
このような第１６実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに入口オリフィス１９を配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、渦抑制版４６の作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２５】
第１７実施形態（図３０、図３１）
図３０は、本発明の第１７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図である。図３１は、図３０に示した入口オリフィス部を示す側面図であり、制御棒案内管１０と燃焼支持金具１６とを上下に離間させた状態として示したものである。
【０１２６】
本実施形態は、第１４実施形態の構成の多孔オリフィスを通常の１孔のオリフィスとした構成である。
【０１２７】
このような第１７実施形態の構成によっても、燃料支持金具１６の内部に斜めに入口オリフィス１９を配置したことにより、入口オリフィス１９の流路面積を大きく取ることができ、必要な流量を確保しつつ、燃料支持金具１６の内部の冷却材流路４２内に設置したことの作用などにより、入口オリフィス１９に流入する冷却材の渦を低減させ、わずかな流路の形状の変化による入口オリフィス１９での流路圧力損失係数の変化をより抑制して、入口オリフィス１９により燃料集合体に流入する冷却材流量を適切に調整することができる。
【０１２８】
他の実施形態
本発明は、以上の各実施形態で示したものを単独で実施する場合に限らず、各実施形態の要素を任意に結合等する等の組合せ構成として、前記以外の各種形態で実施することができる。これにより、各実施形態における効果を相乗した形で得ることが可能である。
【０１２９】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、入口オリフィス部等における圧力損失を適正化することができ、燃料集合体内の流量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２】本発明の第１実施形態に適用される炉心支持金具の構成を示す斜視図。
【図３】（Ａ）は本発明の第１実施形による作用説明図、（Ｂ）は本発明の第１実施形による機能を説明する特性図。
【図４】本発明の第２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図５】本発明の第３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は図５のＥ部拡大断面図。
【図７】本発明の第４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図８】本発明の第５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図９】本発明の第６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図１０】本発明の第７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の平断面図。
【図１１】本発明の第８実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１２】図１１に示した入口オリフィス部を拡大して示す側面図。
【図１３】本発明の第９実施形態を示す構成図。
【図１４】本発明の第１０実施形態を示す構成図。
【図１５】本発明の第１１実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１６】図１５に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図１７】本発明の第１２実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図１８】図１７のＧ−Ｇ線に沿う拡大断面図。
【図１９】図１７に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２０】本発明の第１３実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２１】図２０に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２２】本発明の第１３実施形態による流路部の変形例を示す側断面図。
【図２３】図２２に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２４】本発明の第１４実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２５】図２４に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２６】本発明の第１５実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２７】図２６に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図２８】図２８は、本発明の第１６実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図２９】図２９は、図２８に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図３０】図３０は、本発明の第１７実施形態による入口オリフィスへの冷却材流れを示す流路部の側断面図。
【図３１】図３１は、図３０に示した入口オリフィス部を示す側面図。
【図３２】原子炉圧力容器の全体構成を示す概略断面図。
【図３３】図３２に示した燃料集合体を拡大して示す断面図。
【図３４】（Ａ）は炉心支持板および補強ビームの一構成例を示す斜視図、（Ｂ）は補強ビームの他の構成例を示す斜視図。
【図３５】燃料支持金具の配置構成を示す平面図。
【図３６】図３５の一部を拡大して示す平面図。
【図３７】図３６のＢ−Ｂ線断面図。
【図３８】渦の発生状況を側面視で示す説明図。
【図３９】渦の発生状況を示す図３８のＤ−Ｄ矢視図。
【符号の説明】
１ 原子炉圧力容器
２ 蒸気乾燥器
３ 気水分離器
４ 上部格子板
５ 炉心シュラウド
６ 炉心支持板
６ａ 多数の穴
７ 補強ビーム
７ａ ビーム板
８ 再循環ポンプ
９ 主蒸気管
１０ 制御棒案内管
１１ チャンネルボックス
１２ 燃料棒
１３ 燃料スペーサ
１４ 上部タイプレート
１５ 下部タイプレート
１６ 燃料支持金具
１７ 燃料集合体
１８ 制御棒
１９ 入口オリフィス
２０ 円板枠
２１ 接続棒
２２ 領域１
２３ 領域２
２４ 領域３
２５ 流線
２６ 貫通孔
２７ 突起
２８ 整流部材
２９ 流れ分散部材
３０ 整流部材
３１ 微小な凹凸
３２ 溝
４１ 冷却材流入口
４２ 冷却材流路
４６ 渦抑制板
Claims (6)
- 沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられ複数の燃料支持孔を有する炉心支持板と、この炉心支持板を下面側から補強し正方格子状にビーム板を組み合わせた補強ビームと、前記原子炉圧力容器の底部側から垂直に起立し、上端が前記炉心支持板の各燃料支持孔部位に組合う複数の制御棒案内管と、この各制御棒案内管の上端に挿入され、前記炉心支持板に支持されて炉心内に垂直に配置される複数の燃料集合体の下端を支持する燃料支持金具と、燃料支持金具に設けられ前記燃料集合体へ流入する冷却材の流量を調節する入口オリフィスに流入する冷却材の渦を制御する渦制御手段と、からなる冷却材炉心入口構造において、
前記補強ビームは、前記燃料支持金具に設けられた一つの前記入口オリフィスの開口面が前記補強ビームのビーム板が直交する隅角部に対向するように配置され、
かつ前記渦制御手段は、前記ビーム板が直交する隅角部に設けた整流部材を具備することを特徴とする冷却材炉心入口構造。 - 前記渦制御手段は、炉心支持板の下端から前記燃料支持金具の入口オリフィスの中心位置までの長さをＬ１とし、また１つの入口オリフィスに対する冷却材の上昇流路を形成するものと想定される制御棒案内管の外面の四半円弧長とこの四半円弧長部分を囲む補強ビームの水平方向長さとの和により前記上昇流路の横断面積を除した値を入口流路代表径をＤ１としたとき、Ｌ１／Ｄ１を１．７以上に設定し、かつ前記入口オリフィスの中心が前記補強ビームの下端より上方に配置された構造である請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
- 前記渦制御手段は、前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に対して非対称にそのビーム板の一部に貫通孔を穿設した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
- 前記渦制御手段は、前記補強ビーム板の表面粗さを大きくし、もしくはこの表面に溝もしくは突起を形成した構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
- 前記渦制御手段は、前記補強ビームのビーム板表面位置に、前記冷却材流入口に臨む面が曲面状もしくは平面状をなし、冷却材の流れを前記冷却材入口に偏向させる整流部材であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
- 前記燃料支持金具の中心とその燃料支持金具の入口オリフィスに対向する前記補強ビームのビーム板の交差点を結ぶ線に垂直な線に対して、そのビーム板の隅角部に対向する入口オリフィスの開口面が傾くように設置された構造であることを特徴とする請求項１記載の冷却材炉心入口構造。
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