JPH021587A

JPH021587A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH021587A
Application number: JP63244145A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Ikemura; 池村　和之; Osamu Yokomizo; 修横溝; Yuichiro Yoshimoto; 吉本　佑一郎; Tatsuo Hayashi; 林　達男; Shinichi Kashiwai; 柏井　進一; Yasuhiro Masuhara; 増原　康博; Mikio Sakurai; 桜井　三紀夫; Akio Tomiyama; 明男冨山; Tadashi Fujii; 正藤井; Isao Sumida; 隅田　勲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-01-05
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH0646226B2

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、燃料集合体及び原子炉に係り、沸騰水型原子
炉に適用するのに好適な燃料集合体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５７−５２８！Ｊ７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燃料集合体を提
供することにある。

本発明の他の目的は、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、下部タイプレート内に抵抗装置を設け
、この抵抗装置がスロート部が形成された複数の冷却材
流路を有し、各々の冷却材流路の流路断面積がスロート
部から上流側及び下流側に向ってそれぞれ連続して増大
しており、しかも冷却材流路の対向する側壁が、スロー
ト部の上流側からその下流側にわたって角部のない連続
した面で構成されていることにある。

〔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１１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ｆｆ１（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１
１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１１図の破線の特性は、再循環ポ
ンプによって定格の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％原子炉出方）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＠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１２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１３図に示す。第１３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、第１４図
に示すように、念り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１４図（Ａ）
の状態は、流動が不安定な状態を示している。また（Ｘ
２／ＸＯ＞１）の式を満足している第１４図（Ｂ）の状
態は、流動が安定な状態を示している。この減幅比によ
り、オリフィス４の効果を検討すると、第１３図に示す
ように、オリフィス係数が増す（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１５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１１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１５図（Ｃ）の破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１５図（Ａ）の破線の如くオ
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１５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１５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集合
体または燃料支持金具内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１６図（Ａ）及び（Ｂ）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を設けて並列に配列し、丸棒７の両端をリング６
に取付けたものであり、間隙５を矢印ＦＬ力方向冷却材
が流れる。間隙８、すなわち冷却材流路の矢印ＦＬ力方
向おける断面形状は、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８Ａ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１
７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１３及び試験体１４
を配管１５にて接続している。配管工５の一端は、タン
ク１０上に開放している。ポンプ１１は、モータ１２に
て駆動される。第１６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１
８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１８図の特性が得られた。第
１８図の横軸はレイノズル数Ｒｅ、縦軸はオリフィス係
数Ｋ　ｏ　ｒを示している。オリフィス５のオリフィス
係数Ｋ。、は、沸騰水型原子炉の自然循環状態（第１１
図のＢ点）に対応するＲｅ＝１３’Ｘ１０’付近で約７
７となり、沸騰水型原子炉の原子炉出力１００％（第１
１図の０点）に対応するＲｅ＝４５Ｘ１０’で約６０に
なる。

第１１図の０点でのオリフィス係数Ｋ　ｏ　ｒは、第１
１図のＢ点でのそれよりも約２２％低下する。

このため、０点での圧力損失は、Ｂ点のそれよりも約２
２％低下する。オリフィス５のオリフィス係数Ｋ　ｏ　
ｒは、Ｒｅが１３×１０４〜３０×１０４の範囲で約７
７とほぼ一定であり、Ｒｅが３０×１０’　を越えると
ゆるやかに減少する。Ｒｅ＝３０Ｘ１０’の点は、第１
１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ィス５は、可動
部を有していなく、し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１８図に示す特性が生じる理由を第１９図及び第２０
図に基づいて説明する。第１９図は、第１８図の自然循
環状態のＲｅ　＝　１３　Ｘ　１０　’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、各々の丸棒７の表面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ｎ７
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。はく踵領域は、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２０図は、第１８図の０点の
Ｒｅ＝４５　Ｘ　１０’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。この
場合、各々の丸棒７の表面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踵領域は、第１９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（はく踵領域）が第１９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２０図における間ＶＸ８の上流側
と下流側との間での圧力損失は、第１９図におけるその
圧力損失よりも減少する。

丸棒７の表面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Ｒ
ｅの増大によって層流から乱流に変化する。丸棒７の表
面に沿って形成される境界面の層流境界層から乱流境界
層への変化は、第１８図でいえばオリフィス係数Ｋ　ｏ
　ｒが７７から遷移し始める点、すなわちＲｅ岬３３Ｘ
１０’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Ｒｅｃという。Ｒｅ（Ｒｅｃの領域
では丸棒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、Ｒｅ、＜Ｒｓｃの
領域では境界層が乱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小さくなる。

オリフィス５のオリフィス係数は、傾向として第１５図
（Ａ）の実線に示すように炉心流量の増加によってオリ
フィス係数が減少する（オリフィス係数がＢ点の自然循
環状態より下がると仮定）。

このようなオリフィス係数の減少によってオリフィス５
の減幅比は、第１５図（Ｂ）に示すように従来のオリフ
ィス４よりも増加する。しかし、その増加割合は小さく
、オリフィス５の減幅比が１．０　　を越えることはな
い。

オリフィス５の丸棒７の代りに第２１図（Ａ）〜（Ｆ）
に示すような断面形状を有する捧７Ａ〜７Ｃを、第２１
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。この結果、これらのオリ
フィスにおいても、捧７Ａ〜７Ｃの表面に沿って形成さ
れる境界層が、オリフィス５と同様にＲｅ　＜　Ｒｅｃ
では層流境界層になり、Ｒｅ＞Ｒｅｃでは乱流境界層に
なる。臨界レイノルズ数Ｒｅｃは、第２１図（Ａ）〜（
Ｆ）においてそれぞれ異なっている。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２１図
（Ａ）は、断面が楕円である棒７Ａを、楕円の長軸が矢
印ＦＬ力方向対して垂直方向になるように配置している
。第２１図（Ｂ）は、捧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２１図（Ｃ）は、断面
が正方形である捧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２１図（Ｄ）は、棒７Ｂ
を正方形の一辺が矢印ＦＬ力方向対して４５″傾斜する
ように配置している。第２１図（Ｅ）は、断面が正三角
形の捧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２１図（Ｆ）は、捧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った滑ら
かな曲面になっている。

第１６図（Ａ）及び第２１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１９図及び第２０図に示す、ように
はく離点がスロー１〜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１
８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（第１６図、第２１図に示す棒）の断面形状及び
寸法を変えることに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スロート部８
Ａの幅Ｗｌは、冷却材の流れ方向ＦＬに垂直な方向での
抵抗体の幅Ｗｚ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、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し、この抵抗装置を
燃料集合体内に設置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。

沸騰水型原子炉用の燃料集合体の実施例を第１図に示す
。本実施例の燃料集合体４５は、チャンネルボックス５
６．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にて保持される。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
４７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５
６は、上部タイプレート４６に取付けられ、スペーサ５
４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。空間５
７の上端は、燃料棒支持部５８の下面になっている。燃
料棒４７の下端部は、下部タイプレート３８の燃料棒支
持部５８にて保持される。空間５７は、下部タイプレー
ト３８内の冷却水通路である。

第２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内のガスプレナム
内に配置され、燃料ペレット５１を押圧している。

前述のオリフィス２５は、抵抗装置である。オリフィス
２５は、第３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の互いに間隔をお
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８Ａ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。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の寸法
が流れ方向（ＦＬ）の下流に向っ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。

第４図は、燃料集合体４５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。炉心シュラウド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。

ジェットポンプ３５が、原子炉圧力容器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３２内に配置される。複数の燃料支持金具
３が、炉心下部支持板３３を貫通して炉心下部支持板３
３に設置される２燃料支持金具３は、第５図に示す構造
を有しており、金具本体２１の中央部に十字形状の貫通
孔２９２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より下方に位置し、下部プレナム３６に開
放されている。燃料支持金具は、燃料集合体支持装置で
ある。

炉心シュラウド３２内に配置された多数の燃料集合体４
５は、第６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３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。第６図は第４図の
１部の局部的に拡大したものである。燃料集合体４Ｓの
上端部は、炉心シュラウド３２内に設置された上部格子
板３４にて支持される。炉心シュラウド３２内の燃料集
合体が４５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３
３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３の貫通孔２９を介して炉心内の燃
料集合体４５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３ｏの起動は、以下のようにして行われ
る６制御捧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。噴出された冷却水は、
原子炉圧力容器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３
５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３の冷却水通路２２内に流入し、出口
開口部２４よりオリフィス２５を介して燃料集合体４５
内に供給される。

冷却水は、オリフィス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７０
　Ｋｇ　／　０ｍ２及び約２８０’Ｃ）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１１図の破線で示す特性に
沿って上昇する。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の引き抜きを行なった場合には、燃
料集合体３７内の燃料棒が、ペレッ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、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って原子炉出力は、
第１１図に示す直線ＢＣに沿ってＤ点より０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
、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の男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０点まで原子
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１８図に示すようにオリフィ
ス係数Ｋ　ｏ　ｒが減少する。オリフィス２５の臨界レ
イノルズ数Ｒｅｃ’ｃオリフィス係数Ｋ　ｏ　ｒの遷移
開始点）は、４０　Ｘ　１０’である。オリフィス２５
の間隙２８は、Ｒｅ＜４０Ｘ１０番の領域で第１９図に
示すような層流境界層が形成され、Ｒｅ＞４０Ｘ１０’
の領域で第２０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の直径は０．７３５
ｃｍ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。１は８９．３ａＪ及び
丸棒２７間に形成される間隙２８の全投影面積ＡＰは１
３．２ａＪであって、リング２６の内側の面積は１０２
　、５　ｔｙａ　（Ａｏｂ＋　ＡＦ）であり、リング２
６の内径は６．６ｃｍである。

沸騰水型原子炉３０においては、炉心流量が増えてソレ
ノルズ数Ｒｅが臨界レイノルズ数Ｒｅ（を越えると、オ
リフィス２５の出力損失が減少し始める。原子炉出力が
１００％の時点（第１１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％減少する。このた
め、本実施例では、第１１図の０点において再循環ポン
プが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、燃料支持金具３及び従来の燃料
集合体（後述の燃料集合体３７）を用いた従来の沸騰水
型原子炉における第１１図の０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１本実施例は、第１１
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
従来よりも多くなる。すなわち、本実施例では、炉心流
量を第１５図（Ｃ）の破線ＬＬの如〈従来よりも多くす
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１１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の間隙２８
内の流動状態は第１９図に示すようになり、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になる現象
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
。

オリフィス２５の他の実施例を以下に説明する。

第７図に示すオリフィス２５Ａは、抵抗体を丸棒２５の
代りに断面が楕円の捧２７Ａを用い、それを平行に３本
並べている。棒２７Ａは、楕円の長径方向を矢印ＦＬ力
方向流れ方向）に対して垂直に配置している。第２１図
（Ａ）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２．８ｃ
ｍである。このオリフィス２５Ａは、オリフイス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　、６　Ｘ　１０６）に適用できる
。また捧２７Ａの本数が少ないので、オリフィス２５Ａ
の製作が簡単である。棒２７Ａ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２
２図に示す抵抗体２７Ｂ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２７ＢのＦ部が流れの上流側に向って配置される。

第８図に示すオリフィス２５Ｇは、抵抗体としてなめら
かなコーナ部を有する三角断面に捧２７Ｃを用い、この
棒２７Ｇをリング２６に取付けたものである。オリフィ
ス２５Ｃは、第２１図（Ｆ）に示すように捧２７Ｃ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
２７Ｃの底辺の長さ及び高さとも１５ｃｍである。棒２
７Ｇ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２５Ｃ
は、捧２７Ｃを平行に８本数べている。オリフィス２５
Ｃの臨界レイノルズ数は、約６　Ｘ　１０’になる６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２５Ｃ
は、オリフィス２５と同じ機能を有する。

第９図に示すオリフィス２５Ｄは、オリフィス２５と同
じ構成要素を有している。しかし、オリフィス２５では
、丸棒２７間の間隙２８が、第９図（Ｂ）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２５Ｄ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２５Ｄを用いた原子炉は、より安定な運転が可能
である。オリフィス２５Ｄも、オリフィス２５と同じ機
能を有する。

第１０図に示すオリフィス２５Ｅ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２５Ｅ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。

オリフィス２５Ａ〜２５Ｅは、オリフィス２５と同様に
燃料集合体内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オリフィス２５と何等
変ることがない。各オリフィスに設けられた抵抗体は、
リング２６を介することなく、燃料集合体４５の下部タ
イプレート３８に直接取付けてもよい。

オリフィス２５Ａ及び２５Ｃ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。

このため、丸棒（または円管）を抵抗体として用いたオ
リフィスの製作が最も容易である。

〔発明の効果〕

本発明の燃料集合体によれば、可動部のない抵抗体を用
いて、冷却材流量の低流量状ｆｍでの原子炉の不安定を
防止できる。

本発明の原子炉によれば、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図は本発明の一実施例である燃料集合体の縦断面図
、第２図は第１図の燃料棒の構造図、第３図（Ａ）は第
１図のオリフィスの正面図、第３図（Ｂ）は第３図（Ｃ
，）のＸｔ　　Ｘｔ断面図、第４図は本発明の実施例で
ある沸騰水型原子炉の局部縦断面図、第５図は第４図の
燃料支持金具の斜視図、第６図は第４図の１部の拡大図
、第７図（Ａ）。第８図（Ａ）、第９図（Ａ）及び第１０図（Ａ）はオリ
フィスの他の実施例の正面図、第７図ＣＢ）は第７図（
Ａ）のＸ２−Ｘｚの断面図、第８図（Ｂ）は第８図（Ａ
）のＸ　ｓ　−Ｘ　３断面図、第９図（Ｂ）は第９図（
Ａ　）　（７）　Ｘ　４−　Ｘ　４断面図、第１０図（
Ｂ）は第１０図（Ａ　）　（１）　Ｘ　ｒ−−Ｘ　５断
面図、第１１図は炉心流量と原子炉出力との関係を示す
特性図、第１２図は従来の燃料支持金具の局部縦断面図
、第１３図はオリフィス係数と減幅比との関係を示す特
性図、第１４図（Ａ）は流動不安定時における減幅比の
状態を示す説明図、第１４図（Ｂ）は流表置定時におけ
る減幅比の状態を示す説明図、第１５図（Ａ）は炉心流
量に対するオリフィス係数の変化を示す特性図、第１５
図（Ｂ）は炉心流量に対する減幅比の変化を示す特性図
、第１５図（Ｃ）は炉心流量に対する原子炉出力の変化
を示す特性図、第１６図（Ａ）は本発明に用いるオリフ
ィスの試験体の正面図、第１６図（Ｂ）は第１６図（Ａ
）のＶｌ−ＶＩ断面図、第１７図は第１６図のオリフィ
スの流動実験を行う実験装置の構造図、第１８図は第１
６図のオリフィスの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１９図は第１６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２０図は第１６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２１図はオリフィスに設けられる抵抗体の
他の実施例の構成図、第２２図は抵抗体の他の実施例の
縦断面図である。２０・・・燃料支持金具、２５，２５Ａ、２５Ｃ。２５Ｄ、２５Ｅ・・・オリフィス、２７・・・丸棒、３
１・・・原子炉圧力容器、３８・・・下部タイプレート
、４５・・・燃料集合体、４６・・・上部タイプレート
、４７・・・燃料棒。第１０躬　３図（７／１）め牢口（Ａ）め′１０第６の窮＋＋囚が１−ル量第１０口第オリフィ又イ朱放第１４囚（／′Ｉ）鰻１ｂ開（／’Ｉ）（Ｉ３）第１９区第寮２１図第２Ｚ口

Claims

【特許請求の範囲】１、下部タイプレートと、前記下部タイプレートに保持
される複数の燃料棒と、前記下部タイプレート内に設け
られた抵抗装置とを備え、前記抵抗装置がスロート部が
形成された複数の冷却材流路を有し、各々の前記冷却材
流路の流路断面積が前記スロート部から上流側及び下流
側に向つてそれぞれ連続して増大しており、しかも前記
冷却材流路の対向する側壁が、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
されている燃料集合体。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、前記冷却材流路の対向する側壁が前記抵抗
部材の表面である特許請求の範囲第１項記載の燃料集合
体。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項記載の燃料集合体。４、原子炉容器と、前記原子炉容器内に設けられた炉心
支持部材と、前記炉心支持部材に設置されて内部に冷却
材通路を有する複数の燃料集合体支持装置と、前記燃料
集合体支持装置に支持されて内部に冷却材通路を有する
下部タイプレート、及び前記下部タイプレートに保持さ
れる複数の燃料棒から構成された複数の原子炉用燃料集
合体と、前記下部タイプレート内の冷却材通路内に配置
された抵抗装置とを備え、前記抵抗装置がスロート部が
形成された複数の冷却材流路を有し、各々の前記冷却材
流路の流路断面積が前記スロート部から上流側及び下流
側に向つてそれぞれ連続して増大しており、しかも前記
冷却材流路の対向する側壁が、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
されている原子炉。５、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、前記冷却材流路の対向する側壁が前記抵抗
部材の表面である特許請求の範囲第４項記載の原子炉。６、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５項記載の原子炉。