JPS61284696A

JPS61284696A - 原子炉

Info

Publication number: JPS61284696A
Application number: JP60126109A
Authority: JP
Inventors: 池村　和之; 修横溝; 吉本　佑一郎; 達雄林; 柏井　進一; 増原　康博; 桜井　三紀夫; 明男冨山; 正藤井; 隅田　勲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-12-15
Also published as: EP0205162A3; EP0205162B1; JPH0575079B2; DE3662572D1; EP0205162A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、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、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第５図
に示している。その構成を以下に説明する。沸騰水型電
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
口を有するオリフィ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ィスしゃへい板を操作してオリ
フィ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
所定量以上になった場合にオリフィスしゃへい板を下降
させることによってオリフィ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
れによっ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冷却材流量の
低流量状態での流動不安定を防止できるとともに炉心流
量による原子炉出力制御範囲を増大できる燃料支持金具
及び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、スロート部が形成される冷却材流路を
有する抵抗装置を、燃料支持金具に設置し、その冷却材
流路の流路断面積を、スロート部より上流側及び下流側
に向って連続的に増大するように構成するとともに、そ
の冷却材流路の側壁を、スｏ　−）部の上流側からその
下流側にわたって角部のない滑らかな連続した面で構成
することにある。

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１９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ｃ以下、炉心流量という
）が少なくて原子炉出力の高い領域で生じる。第１９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０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、再循環ポンプによシ強制的に冷却水が炉心
に供給されている。第１９図の破線の特性は、再循環ポ
ンプによって定格の２０憾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ｒｉｏｏｎ原子炉出力）である０点は、不安定
領域から十分能れているため、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２０図に示すように燃料集合体１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
リフィス４を設けている。

自然循環状態でのオリフィス４の効果を第２１図に示す
。第２１図の横軸はオリフィス４の流動抵抗を示すオリ
フィス係数、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、＃ｃ２２図に示すように、隣シあ
う正弦波の振幅の比（Ｘ２／ＸＯ）であり、流量等の変
動減衰率を表す。（Ｘ２／ｘＯ）１　）の式を満足して
いる第２２図（Ａ）の状態は、不安定な状態を示してい
る。また（Ｘ２／ＸＯ＞１）の式を満足している第２２
図（Ｂ）の状態は、安定な状態を示している。この減幅
比によシ、オリフィス４の効果を検討すると、第２１図
に示すように、オリフィス係数が増すＣオリフィス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２３図（Ｂｌに実線で示すように
減１嘔比が１．０に近づく自然循環状態、特に第１９図
のＢ点の近傍である。従来の燃料支持金具３のオリフィ
ス４は、第２３図（Ｃ）の実線の如く炉心流量の増大に
伴って原子炉出力が変化しても第２３図（Ａ）の実線の
如くオリフィス係数が一定である。

このようなオリフィス係数を有するオリフィス４では、
前述した第２３図（Ｂ）の実線のように減幅比が変化す
る。第２３図に示すように従来の燃料支持金具３のオリ
フィス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ィス係数を有するオ
リフィスを用いていた。このオリフィス係数は、第２３
図（Ａｌに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
金具に設けることによって、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く種々の検討及び
実験を行った。その検討及び実験によって第２４Ａ図及
び第２４Ｂ図に示す開口形状を有するオリフィス５が、
上記の条件を満足することがわかった。

オリフィス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７０両端をリング６
に取付けたものであシ、間＠５を矢印ＰＬ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ＰＬ方向
における断面形状は、最も幅の狭いスロート部８人より
上流側で流れ方向に断面積が徐々に減少し、スロート部
８Ａより下流側で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
い連続した面になっている。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って定まる細長いも
のになっている。オリフィス５の流動特性は、第２５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１１調節弁１３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２４Ａ図に示すオリフィス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によって
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によって測定される。

オリフィス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
ィス５に供給する。供給する水の流量は、流量調節弁１
３によって制御する。

この実験によって得られた流量、差圧及び温度の測定デ
ータを整理したところ、第２６図の特性が得られた。第
２６図の横軸はレイノズル数Ｒｅｘ縦軸はオリフィス係
数Ｋ　ａｔを示している。オリフィス５のオリフィス係
数Ｋｅｙは、沸騰水型原子炉の自然循環状態（第１９図
のＢ点）に対応するＲｅ＝１３Ｘ１０’付近で約７７と
なり、沸騰水型原子炉の原子炉出力が１０（１（第１９
図の０点）に対応するＲｅ＝４５Ｘ１０’で約６０に々
る。第１９図の０点でのオリアイス係数Ｋｍ　Ｗは、４
１９図のＢ点でのそれよりも約２２チ低下する。

このため、０点での主力損失は、Ｂ点のそれよりも約２
２優低下する。オリフィス５のオリフィス係数に、、は
、Ｒｌｅが１３Ｘ１０’　〜３０Ｘ１０’の範囲で約７
７とほぼ一定であ！＞、ｅｅが３０×１０４を越えると
ゆるやかに減少する。Ｒｅ＝３０Ｘ１０’の点は、第１
９図において炉心流量が約６０１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ィス５は、可動
部を有していな゛く、シかも流量の増加によってオリフ
ィス係数が減少する（すなわち、流量増加によって圧力
損失が低下する）機能を有している。

第２６図に示す特性が生じる理由を第２７図及び第２８
図に基づいて説明する。第２７図は、第２６図の自然循
環状態のＲｅ＝１３Ｘ１０’でのオリフィス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、丸棒７
に沿って形成される境界層は、層流境界層になっている
。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。はく離領蛾は、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〈噛領域内の圧力は
、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。従って、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２８図は、第２６図の０点のＲｅ＝４５Ｘ１０４での
オリフィス５の隣接している丸棒７０間における水の流
動状態を示している。この場合、丸棒７に沿って形成さ
れる境界層は、乱流境界層になっている。はく離点は、
丸棒７の軸心を通る垂線よりも流れの下流側に形成され
る。はく離点の下流側に形成されるはく離領域は、第２
７図の場合に比べて減少する。従って、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２７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２８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２７図に
おけるその圧力損失よシも減少する。

丸棒７に沿っ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Ｒｅの増
大によって層流から乱流に変化する。丸棒７に沿って形
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２６図でいえばオリアイス係数Ｋｉｔが７７から遷
移し始める点、すなわちＲｅ’ｖ３３Ｘ１０’の点で生
じる。この３３Ｘ１０’のレイノルズ数を臨界レイノル
ズ数几ｅｃという。Ｒｅ　（Ｒｅｃ　の領域では丸ＩＩ
７の境界層が層流境界層であって間隙８の上流側と下流
側の間の圧力損失は大きく、几ｅ）ｌｅｃの領域では境
界層が乱流境界層であって間ｌ！Ｉ８の上流側と下流側
の間の圧力損失は小さくなる。

オリフィス２５のオリフィス係数は、傾向として第２３
図（人）の破線に示すように炉心流量の増加によってオ
リアイス係数が減少する（オリフィス係数がＢ点の自然
循環状態よシ下がると仮定）。このようなオリフィス係
数の減少によってオリフィス２５の減幅比は、第２３図
（Ｂ）に示すようにオリフィス４よ９本増加する。しか
し、その増加割合は小さく、オリフィス２５０減幅比が
１．０を越えることはない。

オリフィス５の丸棒７の代シに第２９図に示すような断
面形状を有する棒７Ａ〜７Ｃを用い、第２９図（Ａ）〜
（Ｆ）のように組合せてリング６に取付けた各々のオリ
フィスに対しても、オリフィス５と同様な流動実験を行
った。これらのオリフィスにおいても、棒７人〜７Ｃに
沿って形成される境界層が、オリフィス５と同様Ｋ　Ｒ
ｅ　（Ｒｅ　ｃでは層流境界層になシ、几ｅ）Ｒｅｃで
は乱流境界層になる。臨界レイノルズ数几ｅｃは、第２
９図の（Ａ）〜（Ｆ）においてそれぞれ異っている。第
２９図に示す各棒の組合せに対して、水は矢印ＰＬの方
向に流し−た。第２９図（Ａ）は、断面が楕円でおる棒
７人を、楕円の長軸が矢印ＰＬ力方向対して垂直方向に
なるように配置している。第２９図（Ｂ）は、棒７Ａを
楕円の長軸が矢印ＦＬ力方向なるように配置している。

第２９図（Ｃ１は、断面が正方形である棒７Ｂを、正方
形の一辺が矢印ＦＬ力方向なるように配置している。第
２９図（Ｄ）は、棒７Ｂを正方形の一辺が矢印Ｆ’Ｌ方
向に対して４５°傾斜する゛ように配置している。第２
９図（Ｆ、）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２
９図（Ｆ）は、１１７ｃ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った滑らか
な曲面になっている。

第２４Ａ図及び第２９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２７図及び第２８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
よって形成されている。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、しかも流速が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２６図に示
す特性、すなわち、Ｒｅ　＞　Ｒｅｃ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Ｃ第２４Ａ図、第２９図（Ａ）〜（Ｆ’）に示す
棒）の断面形状及び寸法を変えるととくよって遷移する
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７０一ト部８Ａの幅Ｗｌは、冷却材の流れ方向Ｐ
Ｌに垂直な方向での抵抗体の幅Ｗｔ　よりも狭くなって
いる。

このような検討結果により、発明者等は、燃料支持金具
に設けた抵抗装置（例えば前述のオリフィス５）の冷却
材流路（スロート部を有する）を、冷却材流路の流路断
面積がスロート部より上流側及び下流側に向って連続的
に増大するように構成するとともに、その冷却材流路の
側壁を、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、角部のない滑らかな連続した面で構
成すればよいとの結論に達した。このような条件を溝足
する本発明の実施例を以下に述べる。

〔発明の実施例〕

沸騰水型原子炉に適用しｔ本発明の好適な一実施例を以
下に説明する。

第４図〜第４図は、燃料支持金具の実施例を示している
。燃料支持金具２０は、内部に４つの冷却水通路２２を
有する金具本体２１と、冷却水通路２２の入口開口部２
３に取付けられたオリフィス２５とを有している。オリ
フィス２５は、抵抗装置である。オリフィス２５は、第
３図及び第４図に示すようにリング２６に断面が円であ
る１３本の丸棒（円管でもよい）２７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２８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８人より上流側及
び下流側に向っ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。オリフィス２５
は、そのような間隙２８を複数有している。

金具本体２１は、その中央部で軸心方向に貫通する十竿
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。

第５図は、燃料支持金具２０を適用した沸騰水型原子炉
の実抱例を示している。

沸騰水型原子炉３０は、燃料支持金具２０．原子炉容器
３１、炉心下部支持板３３及び燃料集合体３７を有して
いる。炉心シュラウド３２が、原子炉容器３１内に配置
されて原子炉容器３１に取付けられている。ジェットポ
ンプ３５が、原子炉容器３１と炉心シュラウド３２との
間に設置される。炉心下部支持板３３は、炉心シュラウ
ド３２の下端部に取付けられ、しかも炉心シュラウド３
２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。オリフィス２５は、炉心下部支持板３３よシ下方に
位置し、下部プレナム３６に開口している。炉心シュラ
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
具の冷却水通路２２の出口開口部２４に挿入することに
よって支持されている。燃料集合体３７の上端部は、炉
心シュラウド３２内に設置され念上部格子板３４にて支
持される。炉心シュラウド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、原子炉容器３１内で炉心下部支持
板３３よシ下方に形成される。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Ｃ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った沸
騰水型原子炉３０は、さらに制御棒４１を引抜きなから
昇温昇圧運転を行う。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ェットポンプ３５内に
噴出することによって行われる。噴出され友冷却水は、
原子炉容器３１と炉心シュラウド３２間にある冷却水を
ジェットポンプ３５内に吸込む。ジェットポンプ３５か
ら吐出された冷却水は、下部ブレナム３６内に流入し、
オリフィス２５を介して燃料支持金具２０の冷却水通路
２２円に流入し、出口開口部２４よシ燃料集合坏３７に
供給される。冷却水は、オリフィス２５を通過する際、
関ｗｔ２８を通る。

原子炉容器３１内の圧力及び温度が所定値（約７０Ｋｇ
／ｉ及び約２８０ＣＩになると、再循環ポンプから吐出
される冷却水流量が２０チボ／プ運転状態の流量に保持
されて制御１１ｍ４１が炉心よシ引抜かれる。この時、
原子炉出力は、第１９図の破線で示す特性に分って上昇
する。原子炉出力がＤ点に達した時に制御＃１４１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の引抜きを行なりｆｃ場合には、燃料集合
体３７内の燃料婦が、ペレット対被覆管の機械的相互干
渉によシ破損する危険性がある。原子炉出力をＤ点上９
高い状態にまで上昇させる場合には、制御棒４１を停止
し比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ｇｆ（炉心流量）を増加することによって行う
。炉心流量の増加は、再循環ポンプの回転数を増大させ
ることによって達成できる。炉心流量の増加によって原
子炉出力は、第１９図に示す直ａＢＣに沿ってＤ点よシ
Ｃ点まで上昇する。原子炉出力が０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って
原子炉出力は、１００１よシ低下する。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１ｍ４１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に沿って前述したよう
にＣＩ＃、まで原子炉出力を上昇させる。

オリフィス２５も、オリフィス５と同様に間隙２８のレ
イノルズ数が増加すると第２６図に示すようにオリフィ
ス係数に、、が減少する。オリフィス２５の臨界レイノ
ルズ数Ｒｅｃ（オリフィス係数Ｋｉｔの遷移開始点）は
、４０Ｘ１０’である。オリフィス２５０間隙２８は、
Ｒｅ（４０Ｘ１０’の領域で第２７図に示すような層流
境界層が形成され、Ｒｅ＞４０ｘ１０４の領域で第２８
図に示すような乱流境界層が形成される。なお、オリフ
ィス２５の丸棒２７の直径りは０．７３５ｃ＊、リング
２６に取付けられた丸棒２７の全投影面積Ａｏｂは８９
．３ＣＩ！及び丸棒２７間に形成される間隙−２８の全
投影面積Ａｒは１３．２ｍであって、リング２６の内側
の面積は１０Ｚ５ｃｎ　（Ａｏｂ＋Ａｙ　）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
ノルズ数Ｒｅが臨界レイノルズ数Ｒｅｃを越えると、オ
リフィス２５の圧力損失が減少し始める。原子炉出力が
１０（ｌの時点（第１９図の０点）での圧力損失は、Ｄ
点の時点での圧力損失よりも約２２チ減少する。このた
め、本実施例では、第１９図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、オリフィス２５の圧力損
失が減少する分だけ、従来の燃料支持金具３を用いた沸
騰水型原子炉における第１９図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。

従って、本実施例は、第１９図の０点の状態になった後
における炉心流量の増加量が従来よシも多くなる。すな
わち、本実施例では、炉心流量を第２３図（Ｃ）の破線
ＬＩの如〈従来よシも多くすることができる。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って実施できる割合、すなわち炉
心流量による原子炉出力の制御範囲を、従来よシも増加
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シも著
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
環ポンプがトリップした場合は、炉心流量が減少して炉
心内の冷却水は自然循環状態になる。炉心流量の減少に
伴って原子炉出力は、第１９図の直線ＢＣに沿って低下
し、Ｂ点の出力まで低下する。このように炉心流量が自
然循環状態の流量になると、オリフィス２５の間＠２８
内の流動状態は第２７図に示すようになシ、オリフィス
２５のオリフィス係数Ｋｏｒは増加する。従って、本実
施例では、炉心流量が自然循環状態で不安定現象を防止
できる。

このように、可動部をまったく有していないオリフィス
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、オリフィス２５よシ上流側、すなわち下部
プレナム３６内の条件に左右されない。ま九、本実施例
では、燃料支持金具２０の冷却水通路２２０入ロ開ロ部
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
防止の一因になっている。特に、下部プレナム３６内の
冷却水は、下部プレナム３６内に林立している多数の制
御棒案内管３９の間を通って燃料支持金具２０まで到達
するので、その間において制御棒案内管３９によシ流れ
が著しく乱される。従って、冷却水は、あらゆる方向か
ら燃料支持金具２０に設けたオリフィス２５内に流入す
る。オリフィス２５は、複数の丸棒２７によって複数の
間隙２８が形成されているので、あらゆる方向から流入
す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。

燃料支持金具２０に設置するオリフィスの形状としては
、オリフィス２５以外に種々のものが考えられる。以下
に、そのオリフィスの他の実施例を説明する。

第６Ａ図及び第６Ｂ図に示すオリフィス２５Ａは、抵抗
体をオリフィス２５の丸棒２７の代シに断面が円である
リング２７Ａを同心状に配置したものである。リング２
７Ａは、支持部材２９によってリング２６に固定される
。オリフィス２５Ａも、オリフィス２５と同じ機能を有
している。

第７Ａ図及び第７Ｂ図に示すオリフィス２５Ｂは、抵抗
体を九１１ｉ２７０代りに断面が楕円の棒２７Ｂを用い
、それを平行に３本並べている。俸２７Ｂは、楕円の長
径方向を矢印ＦＬ方向（流れ方向）に対して垂直に配置
している。第２９図（Ａｌの配置である。また、その楕
円の長径と短径の比は２、直径はλ８ｃＩｎである。こ
のオリフィス２５Ｂは、オリフィス２５と同じ機能を発
揮でき、しかも高流量で遷移を起こしたい場合（Ｒｅｃ
＝１．６Ｘ１０’）に適用できる。また棒２７Ｂの本数
が少ないので、オリフィス２５Ｂの製作が簡単である。

棒２７３３を楕円の長径方向が流れと平行になるように
配置して用いることも可能である。

この場合の特徴として、オリフィスの圧力損失が、臨界
レイノルズ数゛近傍でゆるやかに減少する。さらに、第
８図に示す抵抗体２７Ｃをリング２６に取付けてなるオ
リフィスも、同様に圧力損失がゆるやかに減少する。抵
抗体２７ＣのＦ部が流れの上流側に向って配置される。

第９Ａ図及び第９Ｂ図に示すオリフィスは、抵抗体とし
てなめらかなコーナ部を有する三角断面の棒２７Ｄを用
い、この禅２７Ｄをリング２６に取付けたものである。

オリフィス２５Ｄは、第２９図（Ｆ）に示すように捧２
７Ｄの断面の頂点の１つが上流にくるように向きを設定
する。棒２７Ｄの底辺の長さ及び高さとも工５ｃ１Ｆ！
である。

１１２７Ｄの断面の各コーナ部は半径が底辺の長さの４
分の１程度の曲率で丸みがつけられている。

オリフィス２５Ｄは、１Ｉ２７Ｄを平行に８本並べてい
る。オリフィス２５Ｄの臨界レイノルズ数は、約６Ｘ１
０５になる。本実施例には、コーナ部の曲率を変えるこ
とにより、遷移条件が可変であるという利点がある。オ
リフィス２５Ｄは、オリフィス２５と同じ機能を有する
。

第１０Ａ図及び第１０Ｂ図に示すオリフィス２５ｇは、
複数の丸棒を格子状に配置してなる抵抗体２７Ｅを用い
、抵抗体２７Ｅをリング２６に取付けたものである。抵
抗体２７ｇの斜視図を第１０Ｃ図に示す。オリフィス２
５Ｅは、強度的にすぐれているという利点がるる。オリ
フィス２５Ｅも、オリフィス２５と同じ機能を有してい
る。さらに、オリフィス２５Ｅは、オリフィス２５と同
じ機能を有している。オリフィス２５ｇは、第１ノフイ
ス２５よりもぬれぶち長さが長くなるので、レイノルズ
数の増加が容易である。従って、よシ低流量でオリフィ
ス係数Ｋａｒの遷移が発生する。

オリフィス２５Ｂのリング２６を矩形状にすることも可
能である。

第１１人図及び第１１Ｂ図に示すオリフィス２５Ｆは、
オリフィス２５と同じ構成要素をＭしている。しかし、
オリフィス２５では、丸棒２７間の間１！１２８が、第
１１Ｂ図に示すように中央部で広くその両側で狭くなっ
て一様にはなっていない。丸棒２７間の間隙２８を不均
一にすることにより、オリフィス２５Ｆの流れ方向に直
角な方向でレイノルズ数に分布が生じ、なだらかに圧力
損失が低下する。オリフィス２５Ｆを用いた原子炉は、
よシ安定な運転が可能である。オリフィス２５Ｆ’も、
オリフィス２５と同じ機能を有する。

第１２人図及び第１２Ｂ図に示すオリフィス２５Ｇは、
オリフィス２５Ｈの抵抗体２７Ｅの間９２８をオリフィ
ス２５Ｆと同様に不均一にした抵抗体２７Ｇを、リング
２６に取付は友ものである。

第１３Ａ図及び第１３Ｂ図に示すオリフィス２５Ｈは、
オリフィス２５と同じ構成要素を有している。オリフィ
ス２５Ｈは、丸棒２７の間隔を一方でせばめ、一方で広
げることにより流速分布がつくようにしている。

第１４人図及び第１４Ｂ図に示すオリフィス２５Ｉは、
リング２６人の内側をなめらかな曲線の断面形状を有し
、中央に１つの開口２８を有する構造としている。オリ
フィス２５Ｉは、構造が単純であシ、シかも強度的にす
ぐれ、製作が簡単であるなどの利点を持つ。オリフィス
２５Ｉはｈを変えることによシ抵抗の絶対的大きさを、
また曲率半径ｒを変えることによシ、レイノルズ数を変
えることが可能である。しかし、オリフィス２５Ｉは、
オリフィス２５に比べて開口２８人に流入する冷却水の
流れ方向を強制的に矯正する機能が弱く、燃料支持金具
２０の冷却水通路２２内での渦の発生が前述し九各オリ
フィスに比べて多くなる。従って、流動の安定性が幾分
悪くなる。

オリフィス２５及び２５人〜２５Ｉは、冷却水通路２２
内であればどこであっても燃料支持金具２０に取付ける
ことができる。その場合、各オリフィスの機能は何等変
ることがない。各オリフィスに設けられ九抵抗体は、リ
ング２６を介することなく、冷却水通路２２内で燃料支
持金具２ｏの金具本体２１に直接取付けてもよい。

オリフィス２５人、２５Ｅ及び２５Ｇは、構造が複雑で
ある。ま九、オリフィス２５Ｂ及び２５Ｄは、抵抗体で
ある棒の製造が面倒である。抵抗体としては丸棒が最も
製作が容易であり、しかも容易に手に入いる。この九め
１．丸棒（または円管）を抵抗体として用いたオリフィ
スの裏作が最も容易である。

以上述べた実施例は、オリフィス２５を燃料支持金具２
０に取付けたものであるが、オリフィス２５を燃料集合
体に取付けても、第１図に示す実施例と同じ効果を得る
ことができる。この実施例を、第１５図及び第１６図に
基づいて説明する。

本実施例の燃料集合体４５は、チャンネルボックス５６
、下部タイプレート３８、上部タイプレート４６、スペ
ーサ５４、燃料棒４７及びオリフィス２５からなってい
る。燃料棒４７の上下端部は、下部タイプレート３８及
び上部タイプレート４６にて保持嘔れる。ウォータロッ
ド５３も、両端部が下部タイプレート３８及び上部タイ
プレート４６に保持される。スペーサ５４は、燃料棒４
７の軸方向に幾つか配置され、燃料棒４７相互間の間隙
を適切な状態に保持している。チャンネルボックス５６
は、上部タイブレート４６に取付けられ、スペーサ５４
で保持された燃料棒４７の束の外周を取囲んでいる。第
３図及び第４図に示されるオリフィス２５が、下部タイ
プレート３８内に設けられ冷却水の通路となる空間５７
の下端部に配置されて下部タイプレートに取付けられる
。

第１６図は、燃料棒４７の詳細構造を示す。燃料棒４７
は、下部端栓４９及び上部端栓５０にて両端を密封して
被覆管４８内に多数の燃料ペレット５１を装荷したもの
である。スプリング５２が、被覆管４８内のガスブレナ
ム内に配置され、燃料ベレット５１を押圧している。

第１７図は、燃料集合体４５を炉心に配置した沸騰水型
原子炉の例である。第１７図は、第５図の工部に該当す
る構造である。本実施例の沸騰水型原子炉は、この工部
の構造を除き、第５図に示す沸騰水型原子炉３０の構造
と同じである。燃料支持金具３は、燃料支持金具２０と
同様に炉心下部支持板３３に設置される。燃料支持金具
３は、第１８図に示す構造を有しており、金具本体２１
の中央部に貫通孔２９、貫通孔２９の周囲に４つの冷却
水通路２２を有している。冷却水通路２２の入口開口部
２３は、炉心下部支持板３３よシ下方に位置し、下部ブ
レナム３６に開放されている。

燃料集合体４５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っ
て燃料支持金具３で保持される。

下部ブレナム３６内の冷却水は、入口開口部２３から燃
料支持金具３の冷却水通路２２内に流入し、オリフィス
２５を通って燃料集合体４５内に供給される。オリフィ
ス２５は、前述の実施例の如く燃料支持金具２０に取付
けた場合と同様に機能する。すなわち、オリフィス２５
は、炉心流量の変化に応じて第２７図及び第２８図に示
すような層流境界層及び乱流境界層を形成し、圧力損失
が変化する。

本実施例においても、前述し九実施例と同様な効果が得
られる。オリフィス２５の代シに前述したオリフィス２
５Ａ〜２５Ｉを、オリフィス２５と同じ位置で燃料集合
体４５に取付けてもよい。

オリフィス２５Ｉｔ−用いた場合は、他のオリフィスに
比べて冷却水の整流作用が小さくなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可動部のない抵抗体を用いて、冷却材
流量の低流量状態での原子炉の不安定を防止できる。し
かも、炉心流量による原子炉出力の制御範囲を拡大でき
、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５図の工部を拡大したものであって本発明の
好適な一実施例である燃料支持金への縦断面図、第２図
は第１図の燃料支持金具の斜視図、第３図は第１図に示
すオリフィスの正面図、第４図は第３図の■−■断面図
、第５図は第１図の燃料支持金具を適用した沸騰水製原
子炉の実施例の局部縦断面図、第６Ａ図、第７Ａ図、第
９人図。第１０人図、第１１Ａ図、第１２人図、第１３Ａ図及び
第１４人図はオリフィスの他の実施例の正面図、第６Ｂ
図は第６人図のＸｒ　　Ｘｔ断面図、第７Ｂ図は第７人
図のＸｚ　　）ｈ断面図、第８図は抵抗体の他の実施例
の縦断面図、第９Ｂ図は第９人図のｘ３−Ｘｓ断面図、
第１０Ｂ図は第１０人図０Ｘ４Ｘ４　ｆｌＨ１ｊｉ図、
ｉｌ　ＯＣ図ハｇｌ　ＯＡ図の抵抗体２７ｇの局部斜視
図、第１１Ｂ図は第１１Ａ図のｘ、−Ｘｓ断面図、第１
２Ｂ図は第１２Ａ図（ＤＸｓ　　Ｘａｍ面図、第１３Ｂ
図は第１３人図のＸｒ　　Ｘｒ断面図、第１４Ｂ図は第
１４Ａ図のＸｓ　　Ｘ＠断面図、第１５図は本発明の他
の実施例である燃料集合体の縦断面図、第１６図は第１
５図に示す燃料棒の構造図、第１７図は第１５図の燃料
集合体を沸騰水屋原子炉の炉心に設置した状態を示す構
造図、第１８図は第１７図の燃料支持金具の斜視図、第
１９図は炉心流量と原子炉出力との関係を示す特性図、
第２０図は従来の燃料支持金具の局部縦断面図、第２１
図はオリフィス係数と減幅比との関係を示す特性図、第
２２図は減幅比の概念を示す説明図、第２３図は炉心流
量に対するオリアイス係数、減幅比及び原子炉出力の変
化を示す特性図、第２４Ａ図は本発明に用いるオリフィ
スの試験体の正面図、第２＋Ｂ図ｔｒｉ第２４Ａ図０Ｖ
−Ｖ断面図、第２５図は第２４人図に示すオリフィスの
流動実験を行う実験装置の構造図、第２６図は第２４人
図のオリアイスに対する流動実験結果に基づくオリフィ
ス係数の変化を示す特性図、第２７図は第２４Ａ図のオ
リフィスの間隙におけるＲ　ｅ　＜　Ｒｅｃの領域での
流動状態を示す説明図、第２８図は第２４人図のオリフ
ィスの間隙におけるＲ、ｅ＞Ｒｅｃの領域での流動状態
を示す説明図、第２９図は流動実験を行った他の抵抗体
の断面である。３．２０・・・燃料支持金具、２１・・・冷却水通路、
２５・・・オリフィス、２７・・・丸禅、２８・・・間
隙、３０・・・沸騰水微原子炉、３１・・・原子炉容器
、３２・・・炉心シュラウド、３３・・・炉心下部支持
板、３６・・・下部プレナム、３７．４５・・・燃料集
合体、３８・・・下部タイプレート、４６・・・上部タ
イプレート。

Claims

【特許請求の範囲】１、内部に冷却材通路を有する本体と、前記冷却材通路
に設けられてしかもスロート部が形成された冷却材流路
を有する抵抗装置とからなり、前記冷却材流路の流路断
面積が前記スロート部から上流及び下流側に向つてそれ
ぞれ連続的に増大しており、しかも前記冷却材流路の側
壁が、前記スロート部の上流側からその下流側にわたつ
て角部のない連続した面で構成されていることを特徴と
する燃料支持金具。２、前記抵抗装置が複数の抵抗部材を有しており、複数
の前記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、前記冷却材流路の側壁が前記抵抗部材の表
面である特許請求の範囲第１項記載の燃料支持金具。３、原子炉容器と、炉心支持部材と、内部に冷却材通路
を有するとともに前記冷却材通路に設けられた抵抗装置
を有し、しかも前記炉心支持部材に設置される燃料支持
金具と、前記燃料支持金具の前記冷却材通路内に下端部
が挿入されて保持される燃料集合体とからなり、前記抵
抗装置がスロート部が形成された冷却材流路を有し、前
記冷却材流路の流路断面積が前記スロート部から上流及
び下流側に向つてそれぞれ連続的に増大しており、しか
も前記冷却材流路の側壁が、前記スロート部の上流側か
らその下流側にわたつて角部のない連続した面で構成さ
れていることを特徴とする原子炉。４、前記抵抗装置が複数の抵抗部材を有しており、複数
の前記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、前記冷却材流路の側壁が前記抵抗部材の表
面である特許請求の範囲第３項記載の原子炉。