JPH0575079B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料支持金具及び原子炉に係り、沸
騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料支持金具
及び原子炉に関するものである。 〔発明の背景〕 沸騰水型原子炉は、原子炉圧力容器の炉心で蒸
気を発生し、この蒸気をタービンに供給してい
る。 沸騰水型原子炉では、炉心内を蒸気のボイドが
上昇するために、核熱水力安定性を向上させるこ
とが検討されている。特開昭57−52897号公報の
第５図は、沸騰水型原子炉における核熱水力安定
性を向上させる一構成を示している。その構成を
以下に説明する。沸騰水型原子炉は、原子炉圧力
容器内に設けられた下部炉心支持板に燃料支持金
具を設置し、燃料集合体の下端部を燃料支持金具
内に設けられた冷却水通路の上部開口内に挿入
し、燃料集合体を燃料支持金具にて支えている。
燃料支持金具内の冷却水通路の入口部に、丸い１
つの開口を有するオリフイスが取付けられてい
る。燃料集合体が配置された炉心のボイド量を測
定し、そのボイド量に応じてオリフイスしやへい
板を操作してオリフイスの開口面積を調節する。
核熱水力不安定が生じると燃料集合体内のボイド
量が増加するので、ボイド量が所定量以上になつ
た場合てオリフイスしやへい板を下降させること
によつてオリフイスの開口面積を増加して一時的
に流量を増加させ、ボイド量の増加を防止する。
これによつて核熱水力不安定が解消される。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、可動部を用いることなく、流
動不安定を防止できかつ原子炉の設備利用率を向
上できる原子炉を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は、原子炉容器と、前記原子炉容
器内に設けられた複数の燃料支持金具と、上端部
に燃料支持部を、この燃料支持部よりも下方で内
部に空間をそれぞれ有し、前記燃料支持金具に支
持された下部タイプレート、及び前記下部タイプ
レートの燃料支持部に下端部が保持された複数の
燃料棒を有する複数の燃料集合体とを備え、 前記燃料支持金具が、内部に前記空間に連絡さ
れる第１冷却材流路を有する本体、及び前記第１
冷却材流路の入口部に配置されて前記本体に設置
され内部にスロート部が形成され前記第１冷却材
流路に冷却材を導く複数の第２冷却材流路を有す
る抵抗装置とを備え、 各々の前記第２冷却材流路の流路断面積が、前
記スロート部から上流側及び下流側に向つてそれ
ぞれ連続して増大しており、 前記第２冷却材流路の側面が、前記スロート部
の上流からその下流にわたつて角部のない連続し
た面で構成され、 前記第１冷却材流路の横断面方向において、前
記スロート部の幅が、前記スロート部の位置での
隣接した前記第２冷却材流路間の幅よりも狭くな
つている、 原子炉にある。 〔発明の実施例〕 本発明は、従来の沸騰水型原子炉の不安定現象
を検討し、その結果に基づいてなされたものであ
る。その検討内容を以下に説明する。 沸騰水型原子炉の不安定現象は、第１０図にお
いて曲線Ｕより上方の領域にて生じる。すなわ
ち、不安定現象は、炉心を通過する冷却水の流量
（以下、炉心流量という）が少なくて原子炉出力
の高い領域にて生じる。第１０図においてＡ点と
Ｂ点を結ぶ曲線（実線）は、炉心流量が自然循環
で供給される状態で制御棒を操作した場合の原子
炉出力の変化を示している。Ｂ点とＣ点を結ぶ直
線は、制御棒の炉心への挿入度を一定に保持して
炉心流量を変えた場合の原子炉出力の変化を示し
ている。この場合は、再循環ポンプにより強制的
に冷却水が炉心に供給されている。第１０図は破
線の特性は、再循環ポンプによつて定格の20％の
炉心流量が供給されている場合の原子炉出力変化
を示す。定格状態（100％原子炉出力）であるＣ
点は、不安定領域から十分離れているため、安定
余裕は確保されている。しかし、曲線ABの自然
循環状態（炉心で発生したボイドの浮力で冷却水
が循環する状態）は、不安定領域に近いので、安
定性余裕が小さい。 従来の沸騰水型原子炉では、自然循環状態での
安定性余裕を増すために、第１１図に示すように
燃料集合体の下端部を支持している燃料支持金具
３の冷却水入口にオリフイス４を設けている。自
然循環状態でのオリフイス４の効果を第１２図に
示す。第１２図の横軸はオリフイス４の流動抵抗
を示すオリフイス係数、その縦軸は安定性の指標
である減幅比を示している。減幅比は、第１３図
に示すように、隣りあう正弦波の振幅の比
（X2／X0）であり、流量等の変動減衰率を表わ
す。（X2／X0＞１）の式を満足している第１３
図Ａの状態は、流動が不安定な状態を示してい
る。また（X2／X0＞１）の式を満足している第
１３図Ｂの状態は、流動が不安定な状態を示して
いる。この減幅比により、オリフイス４の効果を
検討すると、第１２図に示すように、オリフイス
係数が増す（オリフイス４による流動抵抗が増加
する）と安定性が向上する。安定性が問題となる
のは、第１４図Ｂに破線で示すように減幅比が
1.0に近づく自然循環状態、特に第１０図のＢ点
の近傍である。従来の燃料支持金具３のオリフイ
ス４は、第１４図Ｃの破線の如く炉心流量の増大
に伴つて原子炉出力が変化しても第１４図Ａの破
線の如くオリフイス係数が一定である。このよう
なオリフイス係数を有するオリフイス４では、前
述した第１４図Ｂの破線のように減幅比が変化す
る。従来の燃料支持金具３に用いられたオリフイ
ス４としては、自然循環状態での不安定状態を回
避することを前提にして定めたオリフイス係数を
有するオリフイスを用いていた。このオリフイス
係数は、第１４図Ａに破線で示すように常に一定
である。 発明者等は、可動部を用いないで炉心流量が少
ない冷却水の自然循環時には圧力損失が大きくな
るとともに炉心流量が多い時には圧力損失が小さ
くなる機構を燃料支持金具内に設けることによつ
て、炉心流量が少ない時（自然循環時）における
不安定状態の防止及び炉心流量による原子炉出力
の制御範囲の増大が図れることに着目し、前述の
機構の具体的な構造を見い出すべき種々の検討及
び実験を行つた。その検討及び実験によつて第１
５図に示す開口形状を有するオリフイス５が、上
記の条件を満足することがわかつた。 オリフイス５は、リング６内に３本の丸棒７を
相互間に間隙８を設けて並行に配列し、丸棒７の
両端をリング６に取付けたものであり、間隙８を
矢印FL方向に冷却材が流れる。間隙８、すなわ
ち冷却材流路の矢印下Ｌ方向における断面形状
は、最も幅の狭いスロート部８Ａより上流側では
流れ方向に断面積が徐々に減少し、スロート部８
Ａより下流側では流れ方向に断面積が徐々に増加
し、間隙８を形成する両側の壁面（丸棒７の表
面）が角部のない連続した面になつている。丸棒
７の軸方向における間隙８の形状、特にスロート
部８Ａの形状は、対向する一対の丸棒７の側面の
軸方向形状によつて定まる細長いものになつてい
る。オリフイス５の流動特性は、第１６図に示す
実験装置９を用いて得られた。実験装置９の概略
構造を説明する。実験装置９は、水が充填された
タンク１０、ポンプ１１、流量調節弁１２及び試
験体１４を配管１５にて接続している。配管１５
の一端は、タンク１０上で開放している。ポンプ
１１は、モータ１２にて駆動される。第１５図に
示すオリフイス５は、試験体１４内に設置されて
いる。試験体１４内に供給される水の流量及び温
度は、流量計１６及び温度計１７によつて測定さ
れる。試験体１４の上流側と下流側との間の差圧
は、差圧計１８によつて測定される。 オリフイス５の流動試験は、ポンプ１１を駆動
してタンク１０内の水を配管１５を通して試験体
１４内のオリフイス５に供給する。供給する水の
流量は、流量調節弁１２によつて制御する。 この実験によつて得られた流量、差圧及び温度
の測定データを整理したところ、第１７図の特性
が得られた。第１７図の横軸はレイノズル数R_e、
縦軸はオリフイス係数K_prを示している。オリフ
イス５のオリフイス係数K_prは、沸騰水型原子炉
の自然循環状態（第１０図のＢ点）に対応する
R_e＝13×10⁴付近で約77となり、沸騰水型原子炉
の原子炉出力100％（第１０図のＣ点）に対応す
るR_e＝45×10⁴で約60になる。第１０図のＣ点で
のオリフイス係数K_prは、第１０図のＢ点でのそ
れよりも約22％低下する。このため、Ｃ点での圧
力損失は、Ｂ点のそれよりも約22％低下する。オ
リフイス５のオリフイス係数K_prは、R_eが13×10⁴
〜30×10⁴の範囲で約77とほぼ一定であり、R_eが
30×10⁴を越えるとゆるやかに減少する。R_e＝30
×10⁴の点は、第１０図において炉心流量が約60
％の時に対応する。 このように複数の丸棒を取付けたオリフイス５
は、可動部を有していなく、しかも流量の増加に
よつてオリフイス係数が減少する（すなわち、流
量増加によつて圧力損失が低下する）機能を有し
ている。 第１７図に示す特性が生じる理由を第１８図及
び第１９図に基づいて説明する。第１８図は、第
１７図の自然循環状態のR_e＝13×10⁴でのオリフ
イス５の隣接している丸棒７の間における水の流
動状態を示している。水は、矢印FLの方向に流
れている。この場合、各々の丸棒７の表面に沿つ
て形成される境界層は、層流境界層になつてい
る。はく離点は、境界層が丸棒７の表面から剥れ
る位置であり、丸棒７の軸心を通る垂線よりも流
れの上流側に形成される。はく離領域は、はく離
点の下流側に形成される。丸棒７の下流側に形成
されるはく離領域内の圧力は、丸棒の上流側での
境界層のはく離がない領域の圧力よりも低くな
る。従つて、隣接している丸棒７の相互間に形成
される間隙８の上流側と下流側で圧力差が生じ、
間隙８の上流側とその下流側との間で圧力損失が
生じる。第１９図は、第１７図のＣ点のR_e＝45
×10⁴でのオリフイス５の隣接している丸棒７の
間における水の流動状態を示している。この場
合、各々の丸棒７の表面に沿つて形成される境界
層は、乱流境界層になつている。はく離点は、丸
棒７の軸心を通る垂線よりも流れる下流側に形成
される。はく離点の下流側に形成されるはく離領
域は、第１８図の場合に比べて減少する。従つ
て、流れ方向において丸棒７の後方に形される低
圧力領域（はく離領域）が第１８図の場合に比べ
て減少し、間隙８の上流側と下流側との間の圧力
差も小さくなる。第１９図における間隙８の上流
側と下流側との間での圧力損失は、第１８図にお
けるその圧力損失よりも減少する。 第１８図及び第１９図に示すように、丸棒７よ
りも下流側の領域においてはく離領域の広さに増
減が生じるためには、丸棒７の下流側に、丸棒７
間から流出する冷却材流を妨げることのない空間
すなわち冷却水通路２２が存在すること、冷却材
の流れ方向FLに垂直な冷却水通路２２横断面方
向において、スロート８Ａの幅W₁が、スロート
部８Ａの位置での隣接した間隙８間の幅、すなわ
ち低抗体（例えば、丸棒７）の幅W₂よりも狭く
なつていることも必要である。 丸棒７の表面に沿つて形成される境界層内の流
動は、間隙８の流速の増大、すなわち間隙８での
レイノルズ数R_eの増大によつて層流から乱流に
変化する。丸棒７の表面に沿つて形成される境界
層の層流境界層から乱流境界層への変化は、第１
７図でいえばオリフイス係数K_prが77から遷移し
始める点、すなわちR_e≒33×10⁴の点で生じる。
この33×10⁴のレイノルズ数を臨界レイノルズ数
R_ecという。R_e＜R_ecの領域では丸棒７の境界層
が層流境界層であつて間隙８の上流側と下流側の
間の圧力損失は大きく、R_e＜R_ecの領域では境界
層が乱流境界層であつて間隙８の上流側と下流側
の間の圧力損失は小さくなる。 オリフイス５のオリフイス係数は、傾向として
第１４図Ａの実線に示すように炉心流量の増加に
よつてオリフイス係数が減少する（オリフイス係
数がＢ点の自然循環状態より下がると仮定）。こ
のようなオリフイス係数の減少によつてオリフイ
ス５の減幅比は、第１４図Ｂに示すように従来の
オリフイス４よりも増加する。しかし、その増加
割合は小さく、オリフイス５の減幅比が1.0を越
えることはない。 オリフイス５の丸棒７の代りに第２０図に示す
ような断面形状を有する棒７Ａ〜７Ｃを、第２０
図Ａ〜Ｆのように組合せてリング６に取付けても
よい。これらの各オリフイスに対しても、オリフ
イス５と同様な流動実験を行つた。この結果、こ
れらのオリフイスにおいても、棒７Ａ〜７Ｃの表
面に沿つて形成される境界層が、オリフイス５と
同様にR_e＜R_ecでは層流境界層になり、R_e＜R_ec
では乱流境界層になる。臨界レイノルズ数R_ecは、
第２０図Ａ〜Ｆにおいてそれぞれ異なつている。
これらの各棒の組合せに対して、水は矢印FLの
方向に流した。第２０図Ａは、断面が楕円である
棒７Ａを、楕円の長軸が矢印FL方向に対して垂
直方向になるように配置している。第２０図Ｂ
は、棒７Ａを楕円の長軸が矢印FL方向になるよ
うに配置している。第２０図Ｃは、断面が正方形
である棒７Ｂを、正方形の一辺が矢印FL方向に
なるように配置している。第２０図Ｄは、棒７Ｂ
を正方形の一辺が矢印FL方向に対して45°傾斜す
るように配置している。第２０図Ｅは、断面が正
三角形の棒７Ｃを、断面の１つのコーナ部が上流
側に向くように配置している。第２０図Ｆは、棒
７Ｃを、断面の１つのコーナ部が下流側に向くよ
うに配置している。棒７Ｂ及び７Ｃは、断面の各
コーナ部が角ではなく任意の曲率をもつた滑らか
な曲面になつている。 第１５図及び第２０図Ａ〜Ｆに示す棒、すなわ
ち抵抗体の間に形成される冷却材流路の側壁（抵
抗体の側面）は、第１８図及び第１９図に示すよ
うにはく離点がスロート部８Ａの上流側から下流
側に移動するように、流体の流れ方向に角部のな
い連続した滑らかな面によつて形成されている。
上記冷却材流路の側壁に流体の流れ方向に角部が
形成されていると、その角部にはく離点が生じ、
しかも流速に増大してもはく離点はその角部より
下流側に移動しなくなる。このため、第１７図に
示す特性、すなわち、R_e＞R_ecの領域で圧力損失
が低下するという現象が得られない。 抵抗体（第１５図，第２０図Ａ〜Ｆに示す棒）
の断面形状及び寸法を変えることによつて遷移す
る冷却材流量を、また抵抗体により絞られた流路
面積により圧力損失を調節することができる。抵
抗体の間に形成されるスロート部８Ａの幅W₁は、
冷却材の流れ方向FLに垂直な方向での抵抗体の
幅W₂よりも狭くなつている。 このように検討結果により、発明者等は、抵抗
装置（例えば前述のオリフイス５）は、複数の第
２冷却材流路を有し、これらの第２冷却材流路
（スロート部を有する）の流路断面積がスロート
部から上流側及び下流側に向つてそれぞれ連続し
て増大しており、第２冷却材流路の側面を、はく
離点がスロート部の上流側とその下流側との間で
移動可能に、スロート部の上流からその下流にわ
たつて角部のない連続した面で構成しており、こ
のような抵抗装置を、下部タイプレートの燃料支
持部より下方で下部タイプレート内に存在する空
間に連絡される燃料支持金具内の第１冷却材流路
の入口部に、設け、更に、この第１冷却材流路の
横断面方向において、抵抗装置のスロート部の幅
を、スロート部の位置での隣接した第２冷却材流
路間の幅よりも狭くすればよいとの結論に達し
た。このような条件を満足する本発明の実施例を
以下に述べる。 沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実
施例を以下に説明する。 本実施例の燃料支持金具２０は、第１図及び第
２図に示すように、内部に４つの出口開口部２
４、及びこれらにそれぞれ連絡される冷却水通路
２２を有する金具本体２１と、冷却水通路２２の
入口開口部２３に取付けられたオリフイス２５と
を有している。 前述のオリフイス２５は、抵抗装置である。オ
リフイス２５は、第３図に示すようにリング２６
に断面が円である７本の丸棒（円管でもよい）２
７を互いに間隔をおいて並行に取付けたものであ
る。隣接する丸棒２７相互間には、冷却水流路と
なる間隙２８が形成されている。８Ａは、間隙２
８の幅が最も狭くなるスロート部である。本実施
例の間隙２８は、スロート部８Ａより上流側及び
下流側に向つて断面積が徐々に増大しており、角
部のない連続した面で構成される１対の側壁（隣
接している丸棒２７の側面）にて画定されてい
る。オリフイス２５は、そのような間隙２８を複
数有している。丸棒２７は、抵抗部材である。こ
の抵抗部材は、冷却水の流れ方向に直角な方向に
寸法が流れ方向（FL）の下流に向つて連続して
増加して最大寸法に達した後に連続して減少する
断面形状を有している。金具本体２１は、その中
央部で軸心方向に貫通する十字状の貫通孔２９を
有している。この貫通孔２９は、図示されていな
いが制御棒が挿入される孔である。各冷却水通路
２２は、貫通孔２９の周囲に配置される。 燃料集合体３７は、下部タイプレート３８の下
端部が冷却水通路２２の出口開口部２４に挿入さ
れることによつて燃料支持金具３で保持される。 第４図は、燃料支持金具２０を設置した沸騰水
型原子炉の実施例を示している。 沸騰水型原子炉３０は、燃料支持金具３、原子
炉圧力容器３１、炉心下部支持板３３及び燃料集
合体４５を有している。炉心シユラウド３２が、
原子炉圧力容器３１内に配置されて原子炉圧力容
器３１に取付けられている。ジエツトポンプ３５
が、原子炉圧力容器３１と炉心シユラウド３２と
の間に設置される。炉心下部支持板３３は、炉心
シユラウド３２の下端部に取付けられ、しかも炉
心シユラウド３２内に配置される。複数の燃料支
持金具２０が、炉心下部支持板３３を貫通して炉
心下部支持板３３に設置される。 炉心シユラウド３２内に配置された多数の燃料
集合体３７は、第１図に示すようにその下部タイ
プレート３８を燃料支持金具２０の冷却水通路２
２の出口開口部２４に挿入することによつて支持
されている。第１図は第４図の部を局部的に拡
大したものである。燃料集合体３７の上端部は、
炉心シユラウド３２内に設置された上部格子板３
４にて支持される。炉心シユラウド３２内の燃料
集合体３７が配置された部分が、炉心である。下
部プレナム３６が、原子炉圧力容器３１内で炉心
下部支持板３３より下方に形成される。この下部
プレナム３６内には、多数の制御棒案内管３９が
設置される。制御棒駆動装置ハウジング４０は、
制御棒案内管３９の下端に接合され、原子炉圧力
容器３１を貫通してその下方に延びている。制御
棒４１は、制御棒案内管４１内を上下方向に移動
し、燃料支持金具２０の貫通孔２９を介して炉心
内の燃料集合体３７間に出し入れされる。制御棒
４１は、制御棒駆動装置ハウジング４０内に設置
されている制御棒駆動装置（図示せず）にて操作
される。 沸騰水型原子炉３０の起動は、以下のようにし
て行われる。制御棒４１を炉心から引抜いて臨界
状態になつた沸騰水型原子炉３０は、さらに制御
棒４１を引抜きながら昇温昇圧運動を行う。この
時、炉心には冷却水が供給される。この冷却水の
供給は、再循環ポンプ（図示せず）を駆動して冷
却水をノズルからジエツトポンプ３５内に噴出す
ることによつて行われる。噴出された冷却水は、
原子炉圧力容器３１と炉心シユラウド３２間にあ
る冷却水をジエツトポンプ３５内に吸込む。ジエ
ツトポンプ３５から吐出された冷却水は、下部プ
レナム３６内に流入し、燃料支持金具２０の冷却
水通路２２内に流入し、出口開口部２４よりオリ
フイス２５を介して燃料集合体３７に供給され
る。冷却水は、オリフイス２５を通過する際、間
隙２８を通る。 原子炉圧力容器３１内の圧力及び温度が所定値
（約70Kg／cm²及び約280℃）になると、再循環ポン
プから吐出される冷却水流量が20％ポンプ運転状
態の流量に保持されて制御棒４１が炉心より引抜
かれる。この時、原子炉出力は、第１０図の破線
で示す特性に沿つて上昇する。原子炉出力がＤ点
に達した時に制御棒４１の引抜き操作を停止す
る。原子炉出力がＤ点を越える領域で制御棒４１
の引抜きを行なつた場合には、燃料集合体３７内
の燃料棒が、ペレツト対被覆管の機械的相互干渉
により破損する危険性がある。原子炉出力をＤ点
より高い状態にまで上昇させる場合には、原子炉
出力粗調整用制御手段である制御棒４１を停止し
た状態のまま保持して動かさず、代りに炉心に供
給する冷却水流量（炉心流量）を増加することに
よつて行う。炉心流量の増加は、再循環ポンプの
回転数を増大させることによつて達成できる。再
循環ポンプは、原子炉出力微調整用制御手段であ
る。炉心流量の増加によつて原子炉出力は、第１
０図に示す直線BCに沿つてＤ点よりＣ点まで上
昇する。原子炉出力がＣ点に達すると、炉心流量
の増加は、停止される。燃料が消費されるに伴つ
て原子炉出力は、100％より低下する。これを補
償して原子炉出力を100％に保持するために、炉
心流量が増加される。炉心流量の増加による原子
炉出力の補償は、再循環ポンプの容量との関係で
限界がある。この限界に達した場合には、炉心流
量を下げて原子炉出力をＤ点以下に下げ、制御棒
４１の引抜き操作にて原子炉出力をＤ点まで上げ
る。以下、直線BCに沿つて前述したようにＣ点
まで原子炉出力を上昇させる。 オリフイス２５も、オリフイス５と同様に間隙
２８のレイノルズ数が増加すると第１７図に示す
ようにオリフイス係数K_prが減少する。オリフイ
ス２５の臨界レイノイズ数R_ec（オリフイス係数
K_prの遷移開始点）は、40×10⁴である。オリフイ
ス２５の間隙２８は、R_e＜40×10⁴の領域で第１
８図に示すような層流境界層が形成され、R_e＞
40×10⁴の領域で第１９図に示すような乱流境界
層が形成される。なお、オリフイス２５の丸棒２
７の直径Ｄは0.735cmであり、７本の丸棒２７が
設けられている。リング２６に取付けられた丸棒
２７の全投影面積A_pbは89.3cm²及び丸棒２７間に
形成される間隙２８の全投影面積A_Fは13.2cm²であ
つて、リング２６の内側の面積は102.5cm²（A_pb＋
A_F）であり，リング２６の内径は6.6cmである。 沸騰水型原子炉３０においては、炉心流量が増
えてレイノイズ数R_ecが臨界レイノルズ数R_ecを越
えると、オリフイス２５の圧力損失が減少し始め
る。原子炉出力が100％の時点（第１０図のＣ点）
での圧力損失は、Ｄ点の時点での圧力損失よりも
約22％減少する。このため、本実施例では、第１
０図のＣ点において再循環ポンプから吐出される
冷却水流量は、オリフイス２５の圧力損失が減少
する分だけ、従来燃料支持金具３及び燃料集合体
３７を用いた従来の沸騰水型原子炉における第１
０図のＣ点において再循環ポンプから吐出される
冷却水流量よりも減少する。本実施例における再
循環ポンプの容量は、従来の沸騰水型原子炉にお
けるその容量に等しい。従つて、本実施例は、第
１０図のＣ点の状態になつた後における炉心流量
の増加量が従来よりも多くなる。すなわち、本実
施例では、炉心流量を第１４図Ｃの破線L₁の如
く従来よりも多くすることができる。これは、オ
リフイス２５の下流側に冷却水通路２２が形成さ
れているので、オリフイス２５を通過する冷却水
の増加によつてオリフイス２５の下流側の冷却水
通路２２で、前述したようにはく離領域の広さが
減少する現象が生じるからである。このため、本
実施例では、燃料消費による原子炉出力低下の補
償を炉心流量の増加によつて実施できる場合、す
なわち原子炉出力微調整用制御手段を用いた炉心
流量による原子炉出力の制御範囲を、従来よりも
増加できる。これは原子炉出力をＤ点より下げて
制御棒４１の引抜き操作を行う回数の著しい低減
につながり、本実施例における原子炉の設備利用
率を従来のそれよりも著しく高くすることができ
る。 原子炉出力が100％で運転されている時に、も
し再循環ポンプがトリツプした場合は、炉心流量
が減少して炉心内に冷却水は自然循環状態にな
る。炉心流量の減少に伴つて原子炉出力は、第１
０図の直線BCに沿つて低下し、Ｂ点の出力まで
低下する。このように炉心流量が自然循環状態の
流量となると、オリフイス２５の間隙２８内の流
動状態は第１８図に示すように、オリフイス２５
のオリフイス係数K_prは増加する。従つて、本実
施例では、炉心流量が自然循環状態で不安定にな
る現象を防止できる。これは、オリフイス２５の
下流側に冷却水通路２２を形成することにより、
オリフイス２５を通過する冷却水流量の減少が、
オリフイス２５の下流側の冷却水通路２２でのは
く離領域の広さを増加させる現象が生じさせるか
らである。 以上のように、可動部をまつたく有していない
オリフイス２５を用いて、本実施例は、低流量時
における不安定の防止及び原子炉の設備利用率の
向上を図ることができる。 本実施例では、複数の丸棒２７を並列に配置し
ているので境界層のはく離条件が間隙２８を流れ
る冷却水の流速で決定され、オリフイス２５より
上流側、すなわち下部プレナム３６内の条件に左
右されない。また、本実施例では、燃料支持金具
２０の冷却水通路２２の入口開口部２３に複数の
丸棒２７を配置して複数の間隙２８を有している
ので、下部プレナム３６から間隙２８内に流入す
る冷却水の流れ方向が強制的に矯正されて、冷却
水通路２２内での渦の発生が少なくなる。これ
も、流動不安定防止の一因となつている。特に、
下部プレナム３６内の冷却水は、下部プレナム３
６内に林立している多数の制御棒案内管３９の間
を通つて燃料支持金具２０まで到達するので、そ
の間において制御棒案内管３９により流れが著し
く乱される。従つて、冷却水は、あらゆる方向か
ら燃料支持金具２０の冷却水流通孔２２内に流入
する。オリフイス２５は、複数の丸棒２７によつ
て複数の間隙２８が形成されているので、冷却水
流通孔２２内で著しく乱れている冷却水流を特定
方向の流れに矯正する作用が極めて大きい。 オリフイス２５は、第１図に示す位置だけでな
く、燃料支持金具の冷却水通路２２内であればど
こに設置してもよい。 第４図の沸騰水型原子炉の実施例において、沸
騰水型原子炉の所定条件を満足するオリフイス２
５の構造を種々検討した。沸騰水型原子炉の所定
条件を満足するオリフイス２５の仕様例として表
１に示すものが得られた。これは、オリフイス２
５のリング２６の内径が6.2cmの例である。燃料
集合体の流路面積は、下部タイプレート３８より
上方で燃料棒４７が存在するチヤンネルボツクス
内の冷却水流路の横断面積である。また、圧力損
失係数が低下する冷却水流量は、第１７図のR_p
点の冷却水流量である。

〔発明の効果〕

本発明のよれば、損傷の危険性のある可動部を
有しない抵抗装置を用いて、炉心に供給される冷
却材の低流量状態での流動不安定を防止できる。
また、炉心流量の調整による原子炉出力の制御範
囲が増大するので、原子炉の設備利用率を向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第４図の部を拡大したものであつて
本発明の好適な一実施例である燃料支持金具の縦
断面図、第２図は第１図の燃料支持金具の斜視
図、第３図Ａは第１図に示すオリフイスの正面
図、第３図Ｂは第３図ＡのX₁−X₁断面図、第４
図は第１図の燃料支持金具を適用した沸騰水型原
子炉の実施例の局部縦断面図、第５図Ａ，第７図
Ａ，第８図Ａ及び第９図Ａはオリフイスの他の実
施例の正面図、第５図Ｂは第５図ＡのX₂−X₂断
面図、第６図は抵抗体の他の実施例の縦断面図、
第７図Ｂは第７図ＡのX₃−X₃断面図、第８図Ｂ
は第８図ＡのX₄−X₄断面図、第９図Ｂは第９図
ＡのX₅−X₅断面図、第１０図は炉心流量と原子
炉出力との関係を示す特性図、第１１図は従来の
燃料支持金具の局部縦断面図、第１２図はオリフ
イス係数と減幅比との関係を示す特性図、第１３
図は減幅比の概念を示す説明図、第１４図は炉心
流量に対するオリフイス係数、減幅比及び原子炉
出力の変化を示す特性図、第１５図Ａは本発明に
用いるオリフイスの試験体の正面図、第１５図Ｂ
は第１５図ＡのVI−VI断面図、第１６図は第１
５図に示すオリフイスの流動実験を行う実験装置
の構造図、第１７図は第１５図のオリフイスに対
する流動実験結果に基づくオリフイス係数の変化
に示す特性図、第１８図は第１５図のオリフイス
の間隙におけるR_e＜R_ecの領域での流動状態を示
す説明図、第１９図は第１５図のオリフイスの間
隙におけるR_e＞R_ecの領域での流動状態を示す説
明図、第２０図は流動実験を行つた他の抵抗体の
断面である。 ３，２０……燃料支持金具、２１……冷却水通
路、２５……オリフイス、２７……丸棒、２８…
…間隙、３０……沸騰水型原子炉、３１……原子
炉圧力容器、３２……炉心シユラウド、３３……
炉心下部支持板、３７……燃料集合体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉容器と、前記原子炉容器内に設けられ
   た複数の燃料支持金具と、上端部に燃料支持部
   を、かつこの燃料支持部よりも下方で内部に空間
   を、それぞれ有し、前記燃料支持金具に支持され
   た下部タイプレート、及び前記燃料支持部に下端
   部が保持され前記燃料支持部よりも上方に向かつ
   て延びた複数の燃料棒を有する複数の燃料集合体
   とを備え、 前記燃料支持金具が、内部に前記空間に連絡さ
   れる第１冷却材流路を有する本体、及び前記第１
   冷却材流路の入口部に配置されて前記本体に設置
   され内部にスロート部が形成され前記第１冷却材
   流路に冷却材を導く複数の第２冷却材流路を有す
   る抵抗装置とを備え、 各々の前記第２冷却材流路の流路断面積が、前
   記スロート部から上流側及び下流側に向つてそれ
   ぞれ連続して増大しており、 前記第２冷却材流路の側面が、前記スロート部
   の上流からその下流にわたつて角部のない連続し
   た面で構成され、 前記第１冷却材流路の横断面方向において、前
   記スロート部の幅が、前記スロート部の位置での
   隣接した前記第２冷却材流路間の幅よりも狭くな
   つている ことを特徴とした原子炉。 ２ 前記抵抗装置が複数の抵抗部材を有してお
   り、各々の前記第２冷却材流路が隣接している前
   記抵抗部材の相互間に形成され、前記第２冷却材
   流路の側面が前記抵抗部材の表面である特許請求
   の範囲第１項記載の原子炉。 ３ 前記抵抗装置に設けられた前記抵抗部材が丸
   棒である特許請求の範囲第２項記載の原子炉。