(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉燃料集合体用の下部タイプレートであって、
前記燃料集合体への冷却材の流れを受け入れるための入口ノズルと、
前記燃料集合体の前記入口ノズルと燃料支持部材との間に配置され、開口部を備え、これを介して前記入口ノズルに向って断面積が拡大する円錐形のオフセット領域を有する前記燃料支持部材からの冷却材の流れを受け入れるための、前記オフセット領域と同じ湾曲を有するカップリングと、
前記燃料集合体用の前記下部タイプレートに形成され、前記カップリングの前記開口部の一部分を妨げ、前記燃料集合体の回転にともなって回転し、該回転に応じて前記燃料集合体への前記冷却材の流れを選択的に制御するように構成された回転ダンパと、
を備える、下部タイプレート。
【請求項２】
前記回転ダンパは、前記下部タイプレートと一体的である、請求項１に記載の下部タイプレート。
【請求項３】
前記ダンパは、前記燃料集合体の長手方向軸に関して非対称的に配置される、請求項１または２に記載の下部タイプレート。
【請求項４】
前記ダンパは前記燃料集合体の前記長手方向軸に沿って規定された直線状の冷却材流路から流れをそらすように構成される、請求項３に記載の下部タイプレート。
【請求項５】
沸騰水型原子炉内の燃料集合体の配列であって、
前記沸騰水型原子炉の外周に近接して配置された少なくとも１つの燃料集合体と、前記沸騰水型原子炉の中央に近接して配置された少なくとも１つの燃料集合体とを備えており、
前記燃料集合体の各々は下部タイプレートを備え、前記下部タイプレートが、
前記燃料集合体への冷却材の流れを受け入れるための入口ノズルと、
前記燃料集合体の前記入口ノズルと燃料支持部材との間に配置され、開口部を備え、これを介して前記入口ノズルに向って断面積が拡大する円錐形のオフセット領域を有する前記燃料支持部材からの冷却材の流れを受け入れるための、前記オフセット領域と同じ湾曲を有するカップリングと、
前記燃料集合体用の前記下部タイプレートに形成され、前記カップリングの前記開口部の一部分を妨げ、前記燃料集合体の回転にともなって回転し、該回転に応じて前記燃料集合体への前記冷却材の流れを選択的に制御するように構成された回転ダンパと、
を備え、
前記周辺の燃料集合体の前記回転ダンパ及び前記中央の燃料集合体の前記回転ダンパは、各々が前記中央の燃料集合体の断面流れ形状が前記周辺の燃料集合体の断面流れ形状よりも大きな開口部を規定するように配置される、
燃料集合体配列。
【請求項６】
少なくとも幾つかの前記燃料集合体と関連する前記ダンパは、前記燃料集合体の長手方向軸に関して非対称的に配置される、請求項５に記載の燃料集合体配列。
【請求項７】
少なくとも幾つかの前記燃料集合体と関連する前記ダンパは、前記燃料集合体の前記長手方向軸にそって規定される直線状の冷却材流路から流れをそらすように構成される、請求項６に記載の燃料集合体配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して原子炉に関し、より詳細には、燃料集合体を通る冷却材流を選択的且つ可変的に制御するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉炉心、特に沸騰水型原子炉は、様々な特性を有する複数の個別燃料集合体を含み、これらは炉心の運転計画に影響を及ぼす。炉心内での冷却材の使用もまた、炉心の運転計画に影響を及ぼす。冷却材は炉心に導入されて、炉心を冷却し、エネルギー生成用の作動流体として蒸気中に移行され、核反応における熱中性子源の支援を行なう。
【０００３】
燃料支持部材は、燃料集合体の下端部を支持し、冷却材が燃料集合体の下端部に入るための流路を形成する。大部分の燃料集合体に関して、流路は、燃料支持部材に近づくように垂直方向且つ上方に向かう。そして、冷却材は水平方向に側面流入口オリフィスに流れ込んで燃料支持部材に流入し、それから垂直方向且つ上方に再び流れて燃料集合体に近づく。この大部分の燃料集合体に最終的に進入する流路は、燃料集合体流路に関して対称的ではない。実際に、一部の周辺の燃料集合体で燃料支持部材を通って燃料集合体に流れ込む対称的な流れが認められるだけである。この流れは、燃料棒を支持し、また燃料支持部材への燃料集合体の収容を容易にするように成形される下部タイプレートを通って燃料集合体に入る。
【０００４】
燃料集合体に関する重要な設計検討の１つは、最小限界出力比（ＭＣＰＲ）であり、これは燃料集合体を過温にさらすことになる沸騰遷移を起こすことから燃料集合体を保護するように選択された限界値である。ＭＣＰＲは、燃料集合体流量で割った燃料集合体出力の正の一次関数である流れ品質に直接関連する。高出力燃料集合体は、同じＭＣＰＲを維持するためにより多くの流量を必要とするが、現在の側面流入口オリフィス設計によって、平均的な燃料集合体よりも少ない流量を一般的に受け入れる。これは、内部の燃料支持部材が同じ入口オリフィス寸法、ひいては同じ損失係数を有するからである。高出力燃料集合体はより多くの蒸気を発生させ、これが燃料集合体圧力損失を増加させると共に、平均的な燃料集合体に対して流量を減少させる。従って、高出力燃料集合体は特に質の高い流れを発生させるのに対して、低出力燃料集合体は特に質の低い流れを発生させる。
【０００５】
燃料支持部材は、燃料集合体間の冷却材分配を制御し、且つ炉心の熱水力安定性能を支援するための入口オリフィスを含む。一般的に、燃料支持部材の入口オリフィスは、当時存在していた炉心運転モード及び燃料設計用に最適化された損失係数を有するように原子炉建設時に設計されていた。その後、燃料設計及び炉心運転に変更がなされており、オリフィスはもはや現在の燃料集合体設計及び／又は炉心運転用に最適化されていない。一般的に、炉心の外周の周囲の燃料集合体に対する高い損失係数と、他の全ての燃料集合体に対する低い損失係数の２つのオリフィス損失係数がある。炉心の外周の燃料集合体は重大な中性子漏れがあるので、これらの燃料集合体の出力は比較的低い。これらの集合体への流れはオリフィスによって減少するが、現在の燃料集合体設計及び炉心運転に対しては十分に減少しない。
【０００６】
非均一な出口乾き度分布は非最適オリフィスによる低い値の平均的な出口乾き度と相まって、蒸気分離器及び蒸気乾燥器等の反応器システムが効率的に作動する能力を低下させる。この結果、タービンへの大量の湿分キャリーオーバが生じることになり、これがタービン翼及び蒸気サイクル配管への侵食損傷の増加を引き起こす。侵食損傷は、影響を受けた構成部品の運転寿命に影響を与え、且つプラントの熱力学サイクルの効率を悪化させるのでコストがかかる。湿分はまた、タービンシステムの様々な場所に集まる小さな照射粒子を運ぶ。これらの粒子は、プラントの残部において高い放射線暴露源になる。
【０００７】
更に、非最適オリフィスは高い燃料サイクルコストを招く。上記したように、高出力燃料集合体はＭＣＰＲに関して他の燃料集合体よりもはるかに限定的である。ＭＣＰＲ限界値を順守するためには、この限定が非最適燃料集合体設計及び炉心運転条件につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの課題に対処しようとする以前の試みは、燃料支持部材の設計の変更を必要とする。しかし、燃料支持部材は、通常は原子炉の建設時に設置され、交換が容易ではない。更に、部材の交換等の設計変更は比較的恒久的であって、損失係数への静的調整を提供する。そのため、恒久的変更は、カスタマイズされた調整可能な炉心制御計画立案及び実施を容易にするものではない。従って、燃料集合体を通る冷却材流の制御の問題に対する動的解決法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
各種実施形態は、燃料集合体への流れの断面流れ形状を再構成することで損失係数を変更し、これによって下部タイプレートを通る冷却材流を選択的に制御するシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、様々な燃料集合体設計及び／又は炉心運転計画に対する損失係数の最適化を容易にする。そのため、本システム及び方法は、流量及び電力出力を最適化又はカスタマイズすること、より均一な出口乾き度分布を提供すること、より低い平均出口乾き度を提供すること、流れを高出力燃料集合体に向かわせることによってＭＣＰＲ性能を向上させること、燃料サイクルコスト及び反応器システムコストの両方を削減すること、これらの組み合わせなどが可能である。
【００１０】
一般的に、例示的な環境は、燃料集合体の実際又は所望の特性、例えばウラン濃縮、ガドリニウム濃度、出力レベル、出口乾き度、暴露レベル、制御セルの存在、及び炉心内の燃料集合体の全体的な配列の位置等に基づいて、燃料集合体を通る冷却材の流れを最適化することを含む、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）炉心制御計画に関連する。このような特性は炉心計画を最適化するための臨界パラメータを構成し、この最適化は臨界パラメータを所定の許容範囲に制御することによる。
【００１１】
本発明の教示は、例えば、低反応性燃料集合体が炉心の全体配置の中で意図的な配列で装着及び分配された制御翼に隣接して位置付けられる、従来又は未開発の制御セル炉心（ＣＣＣ）計画に合わせて適用できる。
【００１２】
一態様によれば、あらゆる炉心計画は、本明細書に記載のシステム及び方法を用いて、特定の燃料集合体を通る冷却材流を選択的に変更し、これにより原子炉に存在する燃料集合体に適用できる実パラメータにカスタマイズされた全体的な炉心計画を達成することで、更に最適化することができる。
【００１３】
このような最適化を達成するために、ある実施形態では、燃料集合体の下部タイプレートが、燃料支持部材に形成された側面流入口オリフィスに対する燃料集合体の回転に応じて様々な損失係数を提供するように構成される。より詳細には、入口オリフィスと燃料集合体の入口ノズルとの間に回転ダンパが配置される。開位置では、下部タイプレートを通る主要な流量範囲は、その流れ形状が実質的に元のまま維持されるので、基本的にダンパに妨げられることはない。燃料集合体を回転させることによって、主要流路を部分的に妨げるようにダンパを配置できる。そうすることで、流れが閉塞経路に沿ってそらされて、より高い関連損失係数が得られる。
【００１４】
ダンパは、個々の燃料集合体の性能を微調整するための十分な可変性をもたらすように燃料支持部材の既存の形状と合わせて構成及び配置できる。特定のこれらの実施形態では、例えば、ダンパが標準的な入口オリフィス面積の約３分の１を囲み、燃料集合体が４つの位置（非回転、９０度、１８０度又は２７０度回転）に回転して、各々が様々な損失係数を発生させる様々な流れ形状をもたらす。ダンパの形状及び寸法は、必要に応じて４つの固有の損失係数を獲得できると考えられる。
【００１５】
例示的な方法によれば、燃料集合体を支持する燃料支持部材の側面流入口オリフィスに対して炉心配置内の少なくとも１つの燃料集合体を回転させて、冷却材が燃料集合体の下部タイプレートに入るように流れ形状を調整することによって、流れが最適化される。
【００１６】
上述の内容は、様々な実施形態の幾つかの態様及び特徴を大まかに概説しており、様々な潜在用途の単なる例示として解釈すべきである。異なる様式で開示情報を適用することによって、又は開示される実施形態の様々な態様を組み合わせることによって、その他の有益な結果も得ることができる。特許請求の範囲に定義される技術的範囲に加えて、添付図面に関連してなされる例示的実施形態の詳細な説明を参照することにより、その他の態様及びより包括的な解釈も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の例示的実施形態による原子炉圧力容器の構造を示す概略断面図である。
【図２】図１の原子炉の燃料集合体及び燃料支持部材を示す部分断面立面図である。
【図３】図１の原子炉の燃料集合体及び燃料支持部材を示す部分断面立面図である。
【図４】図２及び３の燃料集合体及び燃料支持部材の部分分解斜視図である。
【図５】図２及び３の燃料集合体及び燃料支持部材の概略平面図である。
【図６】従来技術による、可変オリフィスがない燃料集合体及び燃料支持部材の、原子炉圧力容器内の配列の概略平面図である。
【図７】本発明の一実施形態による燃料集合体を回転させることによって可変オリフィスを達成するための例示的なダンパを組み込んだ、図１の原子炉圧力容器の燃料集合体及び燃料支持部材の配列の概略平面図である。
【図８】本発明の実施形態を組み込んだ、図２及び３の燃料集合体及び燃料支持部材の構成の部分断面立面図である。
【図９】本発明の実施形態を組み込んだ、図２及び３の燃料集合体及び燃料支持部材の構成の部分断面立面図である。
【図１０】図７の構成に関連する損失係数へのダンパ位置の影響のグラフ図である。
【図１１】本発明の代替的実施形態による、燃料集合体を回転させずにダンパを回転させることによって可変オリフィスを達成するための例示的なダンパを組み込んだ、図１の原子炉圧力容器の燃料集合体及び燃焼支持部材の別の配列の概略平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
必要に応じて、詳細な実施形態が本明細書において開示される。開示される実施形態は単なる例示であって、様々な代替形態及びそれらの組み合わせで実施できることを理解されたい。本明細書において使用される場合、「例示」という単語は、実例、見本、モデル、又はパターンとして役立つ実施形態に言及するために拡張的に用いられる。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、特定の構成要素の詳細を示すために幾つかの特徴が誇張又は最小化されることがある。他の例では、当業者に公知の構成要素、システム、材料、又は方法は、本発明を不明瞭にするのを避けるために詳細には説明していない。従って、本明細書に開示される特定の構造的且つ機能的詳細は、限定的であると解釈すべきではなく、単なる特許請求の範囲の基礎及び当業者に教示するための典型的基礎として解釈すべきである。
【００１９】
一般的に記述すると、本開示は燃料支持部材及び燃料集合体に関連する損失係数を制御するシステム及び方法を教示する。損失係数は、燃料支持部材に対する（例えば、燃料支持部材の入口オリフィスに対する）燃料集合体の回転角に応じて制御される。本システム及び方法を用いて沸騰水型原子炉全体にわたる損失係数を制御して、燃料サイクルコスト、流量分布、流量、燃料集合体出力、燃料集合体軸出力分布、プルトニウム利用、出口乾き度分布、平均出口乾き度、最小限界出力比性能、反応器システムコスト、これらの組み合わせ等を最適化することができる。本実施形態は本明細書では損失係数に関して全体的に記述しているが、このようなシステム及び方法は流量、圧力損失、最小限界出力比等を制御するために同様に適用できることを理解されたい。
【００２０】
図１を参照すると、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）１０の全体構造が示されている。ＢＷＲ１０は、原子炉圧力容器２０と、蒸気乾燥器２２と、蒸気分離器２４と、上部格子板２６と、炉心シュラウド２８と、炉心支持板３０と、燃料集合体３２と、制御棒３４と、燃料支持部材３６と、制御棒案内管３８と、下部プレナム４０と、補強ビーム４２と、再循環ポンプ４４と、主蒸気配管４６とを含む。
【００２１】
冷却材（例えば、水）が下部プレナム４０から燃料支持部材３６を通って燃料集合体３２へと流れるように、再循環ポンプ４４により下部プレナム４０内で圧力が生成される。燃料集合体３２において、冷却材が加熱されて、蒸気及び液体成分を含む二相流が発生する。蒸気及び液体成分は、蒸気分離器２４及び蒸気乾燥器２２を含む反応器システムにより分離される。例えば、液体は蒸気分離器２４によって、液体がアニュラス（降水管）４８へと、そして再循環ポンプ４４へと戻され、蒸気が（少量の残液と共に）蒸気乾燥器２２内へと案内されて、蒸気から分離される。残りの液体は蒸気乾燥器２２によって、再び液体が降水管４８へと戻され、蒸気が主蒸気配管４６を介してタービン（図示せず）内へと案内されて、蒸気から分離される。この時点で、蒸気は約０．１重量％のごくわずかな液体しか含んでいない。
【００２２】
燃料集合体３２の上端部は上部格子板２６に支持され、燃料集合体３２の下端部は燃料支持部材３６に支持される。図２〜４を参照して一般的に記述すると、燃料支持部材３６は、格子配列の４つの燃料集合体３２を支持し、且つ流れを下部プレナム４０から燃料集合体３２内へと案内するように構成される。燃料支持部材３６は、制御棒案内管３８の上端部に配置されるように制御棒案内管３８の上端部に挿入される。
【００２３】
図２〜５は、ここで更に詳細に説明する、燃料集合体３２の１つ及び関連する燃料支持部材３６を示す。図２を参照すると、燃料集合体３２は、集合体チャネル５０と、燃料棒５２と、燃料スペーサ５４と、上部タイプレート５６と、下部タイプレート５８とを含む。集合体チャネル５０は、正方形断面と、上部タイプレート５６及び下部タイプレート５８を収容する上部開口端及び下部開口端を備えた細長形状を有する。燃料棒５２は、平行に配列されて核分裂性物質を収容する。燃料スペーサ５４は、集合体チャネル５０の長さに沿って数箇所で燃料棒５２を支持する。上部タイプレート５６及び下部タイプレート５８は、冷却材がそこを通過するように燃料棒５２の上端部及び下端部を固定する。
【００２４】
続けて図２によると、下部タイプレート５８は、下部タイプレート５８内の拡張容積室６２に通じる入口ノズル６０を含む。下部タイプレート５８は、拡張容積室６２の上端部に位置し、燃料棒５２の両端部を収容する棒支持格子６４を更に含む。棒支持格子６４は、冷却材の流れを拡張容積室６２から燃料棒５２間の燃料集合体３２へと案内する。
【００２５】
下部タイプレート５８は、入口ノズル６０から外へ延在する、ベール６６を含むカップリングを更に含む。一般的に、ベール６６は、燃料集合体３２の下端部を燃料支持部材３６によって収容されるように案内することを容易にするように構成されたハンドルとして使用される。ここでは、ベール６６は、約１２０度間隔をあけられ、地点Ｐで合流する３つの湾曲バー６８を含む。ベール６６の尖頭又は円錐形状は、燃料支持部材３６内へのベール６６の収容及び維持を容易にする。更に、図８及び９を参照すると、ベール６６は流れＦを調整するように構成される。図３及び５を参照すると、流れＦを調整するために、ベール６６はダンパ７０とポート７２とを含み、ポート７２は基本的にベール６６に形成された開口部として規定される。例示的なダンパ７０は、ベール６６を規定する湾曲バー６８のうちの２つの間の空間を包囲することによって形成される。ポート７２は湾曲バー６８間の残りの２つの空間により規定されるので、例示的なベール６６の約３分の１のみがダンパ７０に囲まれるが、後述するように、その他のダンパ／ポート比率も予測できる。しばらく図５〜９を参照すると、下記に詳述するように、ダンパ７０及びポート７２は、燃料支持部材３６に対する（例えば、下記に詳述する下部側面流入口オリフィス８２に対する）燃料集合体３２の回転位置に応じて代替的に配置されるように構成される。ポート７２は、燃料集合体の長手方向軸７４に関してオフセット又は非対称である。
【００２６】
代替的実施形態では、ダンパ７０は湾曲バー６８間の空間のうちの２つにまたがり、ポート７２は湾曲バー６８のうちの２つの間の残りの空間である。代替的実施形態では、ポート及びダンパを代替的に構成できる。例えば、ベールは、ポート及びダンパを規定するために選択された異なる数のバーとバー間の異なる空間とを有してもよく、或いはバーのない構造であってもよい。更に、ベールとは別の構造がポート及びダンパを規定してもよい。
【００２７】
続けて図２〜４によると、燃料支持部材３６は、流れＦを下部プレナム４０から燃料集合体３２へと案内するように構成された４つの支持チャネル８０を含む。燃料支持部材３６はまた、支持チャネル８０間の中央に配置される制御棒挿入口８６を含む。制御棒挿入口８６は制御棒３４を受け入れるように構成されており、燃料集合体３２の格子配列間に配置される。
【００２８】
各々の支持チャネル８０は、下部プレナム４０内に配置されるように構成された下部側面流入口オリフィス８２から、ベール６６及び燃料集合体３２の入口ノズル６０を収容して支持し、それらと連結するように構成された下部タイプレート（ＬＴＰ）収容オリフィス８４まで通じる。支持チャネル８０は、略垂直部分９６と、収容オリフィス８４に隣接する円錐部分９２とを含む。円錐部分９２は外側に先細りし、ベール６６の円錐形状に対応する椀形凹面形状を有する。円錐部分９２は、支持チャネル８０の略垂直部分９６の重心軸９４に関して非対称的に延在し、軸方向整合領域９８と、例示的実施形態ではベール６６とほぼ同じ程度だけ湾曲したオフセット領域１００とを含む。整合領域９８は垂直部分９６と実質的に整合し、オフセット領域１００は垂直部分９６から完全にオフセットされる。縁部１０２は、整合領域９８とオフセット領域１００との間の境界を表す。円錐部分９２の重心軸９０は、略垂直部分９６の重心軸９４からオフセットされる。
【００２９】
下部タイプレート５８が支持チャネル８０内に収容されると、ベール６６は、収容オリフィス８４を通って支持チャネル８０の円錐部分９２内に延在し、円錐部分９２のオフセット領域１００内で支持チャネル８０の壁に隣接する。下部タイプレート５８の外面は、収容オリフィス８４のリップを密封する。従って、支持チャネル８０、下部タイプレート５８、及び集合体チャネル５０は、略連続流路を形成する。
【００３０】
燃料集合体３２が燃料支持部材３６に支持されると、燃料集合体３２の長手方向軸７４が円錐部分９２の重心軸９０と整合する。軸７４、９０は、支持チャネル８０の略垂直部分９６の重心軸９４からオフセットされる。
【００３１】
図４、５、及び７を参照すると、燃料集合体３２の各々は集合体チャネル５０の４つの壁１１０により表される略正方形断面を有する。燃料支持部材３６及び制御棒３４は、互いに隣接する燃料集合体３２を格子配列で配置する。各々の燃料集合体３２は、制御棒３４に対して４つの回転位置θ１、θ２、θ３、θ４（図７に示す各種回転位置）のうちの１つに配向される。各々の回転位置は、制御棒３４に隣接して異なる対の壁１１０を設置する。各々の回転位置はまた、下部側面流入口オリフィス８２に対して違ったようにポート７２を配置し、異なる流れ形状１２０を提供する。図５及び７を参照すると、教示のために、流れ形状１２０は、ポート７２と、支持チャネル８０の略垂直部分９６と（円錐部分９２の略整合領域９８と）の間の重なりによって表される。重なり領域は、流れ形状１２０を表すために点描パターンで示される。流れ形状１２０は、とりわけ、支持チャネル８０の形状、ベール６６の形状、及びポート７２の位置を含む。
【００３２】
図７を参照すると、教示のために、回転位置θ１、θ２、θ３、θ４は、関連する支持チャネル８０の構造（特に、制御棒３４の交点の反対側に配置される側面流入口オリフィス８２）に関して記載されている。燃料集合体３２の各々は、支持チャネル８０の関連する側面流入口オリフィス８２に関して同じ回転位置を有する。例えば、中央の燃料集合体３２は、燃料集合体３２が同じ流れ形状１２０を有するように回転位置θ１を有する。従って、流れＦは実質的に同じように各々のポート７２に案内され、各々の関連する燃料集合体３２及び燃料支持部材３６は実質的に同じ損失係数を有する。
【００３３】
図７〜１０を参照すると、特定の燃料集合体３２は、各支持チャネル８０の関連する側面流入口オリフィス８２に関して様々な回転位置θ１、θ２、θ３、θ４を有する。ここでは、各種ポート７２は整合領域９８及びオフセット領域１００と異なる角度で重なって、流れＦを違ったように案内する異なった流れ形状１２０を形成する。例えば、図８及び９を参照すると、ポート７２は、１つの回転位置θ１によって整合領域９８を通る流れを案内し、別の回転位置θ２、θ３、θ４によってオフセット領域１００を通るより多くの流れＦを代替的にそらす。
【００３４】
図１０を参照すると、燃料支持部材３６及び下部タイプレート５８による損失係数Ｋは、とりわけ、支持チャネル８０、ベール６６、及びポート７２の位置の流れ形状１２０に依存する。一般に、流れの妨げが少なくより直線的であればあるほど、ますます損失係数Ｋは低くなる。支持チャネル８０の流れ形状１２０とベール６６の構造との相互作用は、損失係数Ｋに影響を与える。損失係数Ｋは、燃料集合体３２の回転によってダンパ７０及びポート７２の位置が変化するので、燃料集合体３２の回転位置に依存する。図１０を参照すると、４つの回転位置θ１、θ２、θ３、θ４に関連する入口損失係数Ｋが示されている。入口損失係数Ｋは、以下の関係に従って決定できる。
【００３５】
【数１】
0005906095.tif 000002
この場合、Δは棒支持格子６４を通る下部プレナム４０からの局所的損失による圧力損失であり、Ｑは下部タイプレート５８に入る流量である。
【００３６】
一般に、ポート７２の位置が異なると、燃料支持部材３６及び下部タイプレート５８を通る流れＦ経路が異なることになる。図示の配列では、主要流路Ｙは、略垂直部分９６の重心軸９４から支持チャネル８０の内側に沿って、側面流入口オリフィス８２の反対側にオフセットされる。流れＹを主要流路Ｙ（例えば、図８の整合領域９８と整合するポート７２）に従わせる流れ形状１２０は一般的に損失が低くなり、それに比べて別の流路（例えば、図９の整合領域９８と整合するダンパ７０）に沿って流路Ｙを案内する流れ形状１２０は一般的に損失が大きくなる。
【００３７】
ポート７２が主要流路と実質的に整合する回転位置（「開」位置と呼ばれる）では、流れＦは比較的妨げられず、閉位置７０がないベール６６（例えば、閉位置のないベールを示す図６と、開位置にあるベールを中央に示す図７とを参照のこと）と同等である損失係数を有することになる。ここでは、流れＦは損失の低い主要流路に実質的に沿うことになり、ポート７２は整合領域９８内に配置される。ダンパ７０が主要流路Ｙと少なくとも部分的に整合する回転位置では、流れＦはダンパ７０に妨げられ、オフセット領域１００内にそらされる。ここでは、流れＦは損失係数が高い小さな直接経路を有する。従って、ベール６６の選択的な回転位置と、支持チャネル８０の垂直部分９６とベール６６の意図的な不整合の組み合わせによって、流れを調整可能に制限する。
【００３８】
図６及び７を参照すると、燃料集合体３２を回転させて入口損失係数Ｋをカスタマイズする例示的な方法が記載されている。図６及び７は、（非現実的なほど少数の燃料集合体３２を備えた）ＢＷＲ１０の炉心の拡大断面図を概略的に示しており、支持チャネル８０、燃料集合体３２の下部タイプレート５８、及び制御棒３４を示している。点描領域は、下部タイプレート５８を通る流れ形状１２０を表す。各々の燃料集合体３２の右側に、相対バンドル出口乾き度レベル１３０が概略図（正確な縮尺ではない）として示されている。損失係数と、ＭＣＰＲ及び出口乾き度の両方との関係は、下記に詳述する。
【００３９】
通常は、サイクル全体にわたって非常に低い出力である燃料集合体３２には、原子炉圧力容器２０の外周にあるものと、制御セル炉心（ＣＣＣ）計画等の既知又は未開発のＢＷＲ炉心設計技法に従って制御セル内にあるものの２種類が存在する。原子炉圧力容器２０の外周は重大な中性子漏れがあるため、ここに位置する燃料集合体３２は原子炉圧力容器２０の中央にあるものよりも出力が低い。制御セルはＣＣＣ運転計画を実施し、高暴露燃料集合体３２（長い間原子炉内にあったもの）は、サイクルのほとんどの期間挿入位置にある制御棒３４に隣接して設置される。計画的に、これらの燃料集合体３２はサイクル全体にわたって低出力である。
【００４０】
更に、燃料集合体３２の出力は暴露に強く依存する（燃料集合体出力は滞在時間と結び付くと定義される）。高暴露燃料集合体３２は、核分裂反応で燃料集合体３２内に存在するウラン２３３及びウラン２３５濃度が低下するため、「新しい」即ち低暴露燃料集合体３２よりも一般的に出力が低い。
【００４１】
沸騰水型原子炉１０の設計及び運転においてカスタマイズされた入口損失係数Ｋを用いることには、多くの利点がある。１つ目は、低出力燃料集合体の出口乾き度が増加し、高出力燃料集合体の出口乾き度がこれに応じて低下することである。２つ目は、高出力燃料集合体に対するＭＣＰＲが増加し、低出力燃料集合体に対するＭＣＰＲがこれに応じて低下することである。これらの２つの目標は相互関係があって相補的である。つまり、出口乾き度が低下すると、ＭＣＰＲが増加することになる。
【００４２】
カスタマイズされた入口損失係数Ｋの実施には、その他の二次効果もある。より重要な二次効果には、次に挙げるものがある。燃料集合体の流れ品質は、核分裂反応の核特性、ひいては軸出力生成に影響を与える。従って、任意の燃料集合体３２の原子力運転は、入口損失係数Ｋによる流れ品質をカスタマイズすることで改善又は最適化することができる。流れＹを変更することで、燃料集合体３２の軸出力分布と全バンドル出力とを変更できる。従って、流れＹの変更を用いて、線形熱発生率等の関連する燃料集合体３２のパラメータと、炉心内軸方向及び半径方向出力プロファイル等の関連する炉心内パラメータとに影響を与えることができる。流れＹの変更はまた、中性子スペクトル、ひいてはプルトニウムの発生及び核分裂に影響を与えるために用いることもできる。
【００４３】
上記したように、比較のために、図６は、下部タイプレート５８が、周辺の燃料バンドル３２を通る流れ形状１２０及び流路が中央の燃料バンドル３２を通る流れ形状１２０及び流路と実質的に同じになるような流量制御構造（例えば、ダンパ７０）を持たない沸騰水型原子炉１０を示す。ここでは、周辺のバンドル３２が非常に低い出口乾き度１３０を有するのに対し、中央のバンドル３２は非常に高い出口乾き度１３０を有する。
【００４４】
図７は、下部タイプレート５８がダンパ７０を含み、燃料バンドル３２が例示的な方法に従って入口損失係数Ｋをカスタマイズするように構成される沸騰水型原子炉１０を示す。ここでは、周辺のバンドル３２は主要流路Ｙとわずかに整合する流れ形状１２０を有するように回転配置（θ３）され、中央のバンドル３２は主要流路Ｙとほとんど整合する流れ形状１２０を有するように回転配置（θ１）される。その結果、沸騰水型原子炉１０の出口乾き度１３０がより均一に分布する。周辺のバンドル３２は、中央のバンドル３２のものと同様の出口乾き度１３０を有する。
【００４５】
流れ形状１２０が主要流路Ｙと異なる流路を形成するように周辺の燃料バンドル３２を回転させることは、低出力（例えば、周辺の）燃料集合体３２の入口損失係数Ｋを増加させる。流れ形状１２０が実質的に主要流路Ｙのものである流路を形成するように中央の燃料バンドル３２を回転させることは、高出力（例えば、中央の）燃料集合体３２の入口損失係数Ｋを基本的に変えない。これは結果として、低出力燃料集合体３２に対する流れを調整し、全ての燃料集合体３２にわたってシステム圧力降下を増加させ、炉心流量Ｑをある程度減少させることになる。燃料集合体全体にわたるシステム圧力降下の増加は、全ての未調整（即ち、高出力）燃料集合体３２に対する流量を増加させることになる。
【００４６】
ある実施形態では、燃料集合体３２を回転させる本方法は燃料サイクルにつき一度適用される。燃料集合体３２を異なる場所に変更する、又は新しい燃料集合体を装填するプロセスの間、各々の燃料集合体３２の回転位置θは燃料集合体３２を挿入するための更なる時間を費やすことなく選択される。従って、調整される（例えば、流れを減少させる）ように選択された燃料集合体３２は、一般的にサイクル全体にわたって低出力で作動することになる。
【００４７】
燃料集合体を回転させることに関連してダンパの作動を説明してきたが、燃料集合体のダンパを独立して回転させることによりダンパの作動を発生させることができると考えられる。更に、様々な燃料集合体は、様々な寸法、形状、配向、及び回転位置のダンパを有することができると考えられる。これらの状況の両方とも、図１１に示すように、更にカスタマイズした炉心流れパターンを得ることができる。
【００４８】
本明細書は、実施例を使用して、最良の形態を含む本発明を開示し、更にあらゆる装置又はシステムを製作且つ使用すること及びあらゆる組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を当業者が行なうのを可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このようなその他の実施例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する同等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
１０  沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）
２０  原子炉圧力容器
２２  蒸気乾燥器
２４  蒸気分離器
２６  上部格子板
２８  炉心シュラウド
３０  炉心支持板
３２  燃料集合体
３４  制御棒
３６  燃料支持部材
３８  制御棒案内管
４０  下部プレナム
４２  補強ビーム
４４  再循環ポンプ
４６  主蒸気配管
４８  アニュラス（降水管）
５０  集合体チャネル
５２  燃料棒
５４  燃料スペーサ
５６  上部タイプレート
５８  下部タイプレート
６０  入口ノズル
６２  拡張容積室
６４  棒支持格子
６６  ベール
６８  湾曲バー
７０  ダンパ
７２  ポート
７４  長手方向軸
８０  支持チャネル
８２  側面流入口オリフィス
８４  収容オリフィス
８６  制御棒挿入口
９０  重心軸
９２  円錐部分
９４  重心軸
９６  垂直部分
９８  整合領域
１００  オフセット領域
１０２  縁部
１１０  壁
１２０  流れ形状
１３０  出口乾き度レベル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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