(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料交換時点の原子炉炉心内の各燃料集合体の照射湾曲量と軸断面の照射膨張量に基づいて、燃料交換機のストローク変化に対する引抜き対象燃料集合体の引抜き力、または挿入対象燃料集合体の装荷位置への挿入力を演算する方法であって、
前記引抜きまたは挿入対象燃料集合体およびこれに隣接する燃料集合体を含む領域の各燃料集合体をビーム要素でモデル化し、モデル化された前記引抜きまたは挿入対象燃料集合体およびこれに隣接する燃料集合体との間には、多くの軸断面に非線形の剛性特性を有する接触分離要素を配置し、それ以外のモデル化された燃料集合体間には接触の可能性のある軸断面に限って前記接触分離要素を配置してなる計算対象モデルを作成するモデル作成工程と、作成された前記計算対象モデルに基づいて、前記接触分離要素が配置された軸断面にある前記ビーム要素のジョイント節点の自由度を元数とする非線形方程式に従って、燃料交換機のストローク変化に対する前記引抜きまたは挿入対象燃料集合体の前記ジョイント節点の変位を算出し、このジョイント節点変位および対応する前記接触分離要素の剛性により前記引抜き対象燃料集合体の引抜き力または前記挿入対象燃料集合体の挿入力を演算する演算工程とを含むことを特徴とする原子炉の燃料引抜き・挿入評価方法。
【請求項２】
前記計算対象モデルが、燃料交換機下端と前記引抜きまたは挿入対象燃料集合体頂部の間を、グリッパーを模擬したビーム要素および有限の値を有する回転要素を介して結合してなることを特徴とする請求項１記載の原子炉の燃料引抜き・挿入評価方法。
【請求項３】
前記計算対象モデルが、燃料交換機に付随するホールドダウンチューブを、上端を固定もしくは回転剛性を介して固定したビーム要素でモデル化し、これと前記引抜きまたは挿入対象燃料集合体との間に前記接触分離要素を配置してなることを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉の燃料引抜き・挿入評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速炉等の原子炉の炉心燃料交換における引抜き・挿入力を演算する燃料引抜き・挿入評価方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子炉の各炉心各燃料集合体は、そのラッパ管の温度分布と中性子束分布に起因して、熱膨張およびスウェリングとクリープにより湾曲（以下、炉心湾曲という。）を生じることが知られている。この炉心湾曲は原子炉の運転による燃焼あるいは起動・停止により変化して、炉心反応度変化、燃料引抜き力の増大等の問題を生じることから、炉心設計および運転管理上の最重要課題の一つとなっている。とくに、経済性から高い燃焼度が要求されると、燃料集合体の照射変形（燃料集合体ラッパ管の曲がりと膨張）が大きくなり、燃料交換時の燃料引抜き力および挿入力を、燃料交換機の引抜き始め（あるいは挿入終わり）（以下、一次引抜き力あるいは一次挿入力という。）だけではなく、そのストローク対する変化を精度良く評価してその最大値（以下、二次引抜き力あるいは二次挿入力という。）を評価することが、燃料寿命と燃料交換機の設計仕様を決定する上で重要な課題となっている。炉心湾曲計算により、一次引抜き力（あるいは一次挿入力）を計算で求めることは従来の計算法で比較的簡単に求めることができるので、米国のＦＦＴＦ炉では、燃料交換機のストロークに対する引抜き力の変化を計算で評価するのはあまりに複雑で困難と判断して、実機での燃料交換時のストロークに対する引抜き力の変化の実測値から、二次引抜き力の一次引抜き力に対する比率（＞１．０）のデータベースを作成して、運転管理上では、一次引抜き力の予測計算値にこの比率を掛けることにより、二次引抜き力を予測する方法を用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
実機での実測値で求めたデータベースに依存することなく、数値計算コードにより燃料交換時のストローク中の燃料引抜き力の最大値を予測することができれば、運転管理上大変有益である。また、新規の炉心を設計する上でも、この数値計算コードがあれば大変役に立つ。すなわち、燃料交換機のストローク変化に対する燃料の引抜き力と挿入力を予測することができる計算法を確立することは運転管理上および炉心設計上重要な課題である。
【０００４】
この種の計算を行うには、数百本から千数百本の燃料集合体からなる炉心集合体群の接触分離挙動を燃料交換機との結合も考慮しながら解く必要がある。この計算を汎用の有限要素法コードで行うのは計算時間や計算機記憶容量の点でほとんど不可能である。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、燃料交換機との結合を考慮しながら、炉心の任意の位置での燃料の引抜き力と挿入力を燃料交換機のストローク変化に対して短時間で計算することができる原子炉の燃料引抜き・挿入評価方法および装置並びにプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の原子炉の燃料引抜き・挿入評価方法は、燃料交換時点の原子炉炉心内の各燃料集合体の照射湾曲量と軸断面の照射膨張量に基づいて、燃料交換機のストローク変化に対する引抜き対象燃料集合体の引抜き力、または挿入対象燃料集合体の装荷位置への挿入力を演算する方法であって、引抜きまたは挿入対象燃料集合体およびこれに隣接する燃料集合体を含む領域の各燃料集合体をビーム要素でモデル化し、モデル化された引抜きまたは挿入対象燃料集合体およびこれに隣接する燃料集合体との間には、多くの軸断面に非線形の剛性特性を有する接触分離要素を配置し、それ以外のモデル化された燃料集合体間には接触の可能性のある軸断面に限って接触分離要素を配置してなる計算対象モデルを作成するモデル作成工程と、作成された計算対象モデルに基づいて、接触分離要素が配置された軸断面にあるビーム要素のジョイント節点の自由度を元数とする非線形方程式に従って、燃料交換機のストローク変化に対する引抜きまたは挿入対象燃料集合体のジョイント節点の変位を算出し、このジョイント節点変位および対応する接触分離要素の剛性により引抜き対象燃料集合体の引抜き力または挿入対象燃料集合体の挿入力を演算する演算工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、計算対象モデルを、燃料交換機下端と引抜きまたは挿入対象燃料集合体頂部の間を、グリッパーを模擬したビーム要素および有限の値を有する回転要素を介して結合してなるものとすることができる。
【００１１】
このようにすることにより、燃料交換機と引抜き／挿入対象燃料集合体の力学的関連を正確に扱った計算対象モデルを作成することができ、燃料交換機のストローク変化による引抜き対象燃料集合体の引抜き力または挿入対象燃料集合体の挿入力を精度よく計算することができる。
【００１３】
本発明においては、さらに計算対象モデルが、燃料交換機に付随するホールドダウンチューブを、上端を固定もしくは回転剛性を介して固定したビーム要素でモデル化し、これと引抜きまたは挿入対象燃料集合体との間に接触分離要素を配置してなることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第１の実施の形態における計算対象モデルを示すもので、評価対象の高速炉炉心をモデル化したこの計算対象モデルに基づく本実施の形態を図２に示すフローチャートに従って説明する。
【００２８】
ここでは、図１に示すように燃料集合体をビーム要素でモデル化した計算対象モデルに基づいて、炉心内各燃料集合体のラッパ管の温度分布と、中性子束分布の燃焼時刻歴に従った炉心全体（あるいは、部分）での分布を用いて、各時刻歴時点での炉心全体（あるいは、部分）の燃料集合体湾曲分布を計算する、いわゆる三次元炉心湾曲計算が行われた高速炉炉心について、この三次元炉心湾曲計算からの任意の燃料交換時点での各燃料集合体（ビーム要素）の照射湾曲量と軸断面の照射膨張量と炉心湾曲分布を入力し、燃料交換機のストローク（軸方向の移動量）に応じた、交換対象燃料集合体の引抜き力、あるいは新燃料や炉心の他の位置にある燃焼集合体の交換対象燃料集合体位置への挿入力を計算する例を説明する。
【００２９】
まず、コンピュータは、計算に必要なデータとして入力されたデータ、例えば計算対象の炉心にかかる計算形状（炉心構造、燃料集合体寸法、燃料集合体の配置、交換対象燃料集合体位置等）、物性値、摩擦係数、１回目のジョイント節点変位ベクトルの予測値（三次元炉心湾曲計算からの炉心湾曲分布を用いる場合には入力不要となる。）、許容誤差ベクトルε等を読み込む（ステップ１００）。ついで、計算対象の高速炉炉心について燃料集合体の有限要素分割を行い、図１に示すような計算対象モデルを作成する（ステップ１０１）。
【００３０】
図１において、高速炉の各燃料集合体１はビーム要素２でモデル化される。この各ビーム要素２は軸方向に有限個に分割され（以下、この分割点を節点３という。）、同一軸断面にある隣接する節点３間に、非線形の剛性特性を示す図示しない接触分離要素（以下、ジョイント要素という。）が配置される。
【００３１】
この実施の形態では、計算時間の短縮のために、中央に図示する交換対象燃料集合体４とこれに隣接する６体の隣接燃料集合体５については、隣接するビーム要素との間および炉心支持構造物６との間のすべての節点３にジョイント要素を配置するが、この７体以外の燃料集合体１については、縮約法（サブストラクチャー法）による節点数の縮小化を図っている。すなわち、接触分離を起こす可能性のある軸断面（例えば、上部パッド面７、中間パッド面８、炉心中心面、エントランスノズル上部面９、エントランスノズル下部面１０等）にある節点に剛性特性を縮約し、この同一軸断面の隣接する縮約節点１１間にのみジョイント要素を配置する。以下、ジョイント要素を配置した節点をジョイント節点という。
【００３２】
なお、燃料交換機１３には、交換対象燃料集合体４を引抜く場合に、隣接する６体の燃料集合体５が浮き上がらないように押え込むためのホールドダウンチューブ１２が通常取り付けられている。燃料交換機１３の軸心が交換対象燃料集合体頂部の軸心とずれた場合や、照射変形により交換対象燃料集合体４の曲がりが大きい場合には、交換対象燃料集合体４の引抜き／挿入時に交換対象燃料集合体４がホールドダウンチューブ１２内壁と接触して、引抜き／挿入力が増大することがある。この課題を解決するために、ホールドダウンチューブ１２をモデル化し、交換対象燃料集合体４とホールドダウンチューブ１２との間にも、すべての節点３にジョイント要素を配置する。
【００３３】
さらに、燃料交換機１３と交換対象燃料集合体４の力学的関連を正確に扱うために、燃料交換機１３下端の支持節点１４と交換対象燃料集合体頂部節点１５の間を、グリッパー１６を模擬した（１要素以上の有限要素からなる）ビーム要素の上下端の２節点１７と有限の値を有する回転要素１８を介して結合する。
【００３４】
ここで、燃料交換機１３のストローク（軸方向の移動量）に対する交換対象燃料集合体４の引抜き力、あるいは新燃料や炉心の他の位置にある燃焼燃料集合体の交換対象燃料集合体位置への挿入力を予測演算するための計算式について説明する。炉心全体の三次元炉心燃料引抜き・挿入にかかる基礎方程式は次のように表される。
【００３５】
【数１】
0003919890.tif 000002
上記（１）式において、左辺の系全体の縮約接線剛性マトリックスと右辺の系全体の縮約外荷重ベクトルおよびジョイント節点荷重ベクトルは下記の（２）、（３）、（４）式により計算することができる。
【００３６】
【数２】
0003919890.tif 000003
【数３】
0003919890.tif 000004
【数４】
0003919890.tif 000005
なお、上記（１）、（２）、（３）、（４）式において、上付きのｎは反復計算における反復回数、下付きのｊはジョイント節点の変数、下付きのｒはジョイント節点以外の節点の変数、上付きのｇは燃料集合体の番号、上付きのｅはジョイント要素の番号、下付きのＢは燃料集合体剛性、下付きのＪはジョイント剛性をそれぞれ意味し、ＧB は燃料集合体総本数、ＥJ はジョイント要素総数である。
【００３７】
上記（１）式はジョイント要素の剛性の変化に起因して非線形方程式となる。ここでは、増分法に基づき解く方法を採用して（１）式の右辺がほぼ０（正確には許容誤差ε以下）になるまで、（１）式の接触非線形計算を（２）、（３）、（４）式を用いて反復計算することによって、燃料交換機のストローク変化に対応する系全体のジョイント節点変位ベクトルの収束解を求める。なお、この反復計算する接触非線形計算ではジョイント節点の自由度のみを元数としているので、全部の節点自由度を計算対象とする場合に比べて計算時間を非常に短くすることができるとともに、計算機記憶容量も少なくすることができる。
【００３８】
接触非線形計算で算出されたジョイント節点変位ベクトルにおける交換対象燃料集合体のジョイント節点変位と、対応するジョイント要素の剛性の積により、交換対象燃料集合体を取り巻くすべての構造物から付加される接触力を算出することができ、この接触力から燃料集合体の引抜き／挿入力を演算することができる。
【００３９】
図２に示すフローチャートに戻って、燃料交換機のストローク変化に対応する燃料集合体の引抜き／挿入力のコンピュータにおける計算手順を説明する。
【００４０】
計算対象モデルを作成した後（ステップ１０１）、この計算対象モデルに基づいて、（２）、（３）、（４）式で使用する燃料集合体の縮約剛性マトリックスと部分マトリックスを作成する（ステップ１０２）。ついで、系全体のジョイント節点の番号付けを行った後（ステップ１０３）、三次元炉心湾曲計算によって得られる各燃料集合体の照射湾曲量をファイルから読み込んで、まず全集合体に関する節点外荷重ベクトルを計算し（ステップ１０４）、この節点外荷重ベクトルから（３）式によって縮約外荷重ベクトルを計算する（ステップ１０５）。
【００４１】
この状態で、燃料交換機１３の最初のストローク変化に対応する位置に支持節点１４の座標を設定し（ステップ１０６）、ついで系全体のジョイント要素の配置を設定する（ステップ１０７）。
【００４２】
ここで、最初のストローク変化に対しては、（１）式における１回目のジョイント節点変位ベクトルの予測値をステップ１００で読み込んだ入力データ、または三次元炉心湾曲計算からの炉心湾曲分布を用いて設定し（ステップ１０８）、以下反復して行われる（１）式の接触非線形計算を開始する。
【００４３】
すなわち、設定されたジョイント節点変位ベクトルの予測値と三次元炉心湾曲計算からの各燃料集合体の照射膨張量を用いて（１）式の右辺のジョイント節点荷重ベクトルを（４）式に従って計算し（ステップ１０９）、ステップ１０５で計算された縮約外荷重ベクトルと比較する（ステップ２００）。
【００４４】
この比較の結果、縮約外荷重ベクトルとジョイント節点荷重ベクトルの差が許容誤差ベクトルε以上ならば、三次元炉心湾曲計算からの各燃料集合体の照射膨張量を用いて（１）式の左辺の縮約接線剛性マトリックスを（２）に従って計算し（ステップ２０１）、この縮約接線剛性マトリックスと、縮約外荷重ベクトルとジョイント節点荷重ベクトルの差から（１）式よりジョイント節点変位増分ベクトルを算出する（ステップ２０２）。このジョイント節点変位増分ベクトルを今回のジョイント節点変位ベクトルに加算した値を次回のジョイント節点変位ベクトルの予測値とし（ステップ２０３）、上記計算をステップ２００で（１）式の右辺が許容誤差ベクトルε以下となるまで繰り返す。
【００４５】
（１）式の右辺が許容誤差ベクトルε以下となったときのジョイント節点変位ベクトルから、交換対象燃料集合体のジョイント節点変位と、照射膨張量を反映した対応するジョイント要素の剛性との積により交換対象燃料集合体のジョイント接触力を計算し（ステップ２０４）、このジョイント接触力にあらかじめ入力された摩擦係数を乗じて得られる値を、交換対象燃料集合体の自重に加えることにより引抜き力を、差し引くことにより挿入力を計算する（ステップ２０５）。ついで、ステップ１０６に戻って支持節点の座標を次のストローク変化に対応する位置に移動し、ステップ１０８では前回のストローク位置で算出されたジョイント節点変位ベクトルを１回目の予測値として設定して、以下同様の処理を繰り返す。
【００４６】
このようにして上記ステップ１０６〜２０５を全ストロークにわたって繰り返すことにより、燃料交換機のストローク変化に対する燃料の引抜き／挿入力の変化を求めることができる。
【００４７】
本実施の形態によれば、交換対象燃料集合体４とそれを取り巻く全ての構造物とには、すべての節点３間にジョイント要素を設置するのに対し、交換対象燃料集合体４および隣接燃料集合体５の７体以外の燃料集合体１については、サブストラクチャー法による節点数の縮小化を図っているので、短い計算時間で交換対象燃料集合体に付加される接触力を精度良く求めることができる。
【００４８】
また、燃料交換機下端の支持節点１４と交換対象燃料集合体頂部節点１５の間を、グリッパー１６を模擬したビーム要素の上下端の２節点１７と有限の値を有する回転要素１８を介して結合しているので、燃料交換機下端の支持節点１４と交換対象燃料集合体頂部節点１５の間の力学的相互作用が、比較的簡単なモデル化にも係わらず有効に考慮できる利点を有している。この有限な回転要素１８を設置することにより、計算体系全体は、縦方向の変位を必ずしも必要としない。これによって、ジョイント節点自由度の内、接触非線形計算に関与しない縦方向等の自由度をジョイント節点外自由度として接触非線形計算から排除して、計算時間の短縮化を図ることができる。
【００４９】
図３は、ジョイント節点自由度の内、接触非線形計算に関与しない自由度をジョイント節点外自由度に組み入れた場合のストロークに対する燃料引抜き力計算結果の一例を示す。この図において、実線は燃料交換機の軸芯と交換対象燃料集合体の軸芯とが一致している場合の燃料引抜き力の燃料交換機ストローク対応する変化を、破線は軸芯同士が30mmずれた場合の燃料引抜き力の変化を示している。この計算結果例は、交換対象燃料集合体ラッパ管の膨張変形部分( 以下、バルジング膨張部分という。図１に１９で示す。) が隣接燃料集合体の中間パッド面を通過する時に発生する第１回目の引抜き力のピークＡと、バルジング膨張部分が上部パッド面を通過する時に発生する第２回目の引抜き力のピークＢを評価できることを示している。また、燃料交換機と交換対象燃料集合体の軸芯がずれた場合には、軸芯が一致している場合よりも引抜き力が増加することが予想されるが、計算結果例もこの現象を良く評価できることを示している。
【００５０】
また、図１に示す計算対象モデルにおいて、ホールドダウンチューブ１２を固定壁としてモデル化することにより、燃料交換機１３の軸心が交換対象燃料集合体頂部の軸心とずれた場合や、交換対象燃料集合体４が照射変形により曲がりが大きい場合に、交換対象燃料集合体４の引抜き／挿入時に交換対象燃料集合体４がホールドダウンチューブ１２内壁と接触することが考えられるので、この場合のホールドダウンチューブ１２との接触による引抜き／挿入力の増大を評価することができる。
【００５１】
図４は、ホールドダウンチューブを固定壁としてモデル化し、大型炉心を対象にホールドダウンチューブの内径をパラメータとして、ストロークに対する燃料引抜き力計算を行った計算結果の一例を示す。同図は、六角ラッパー管の外対面距離 156mmに対して、ホールドダウンチューブ内径を 300mmから 193mmまで変化させて計算した結果を示している。ホールドダウンチューブ内径が 300mmの場合は、ホールドダウンチューブ内壁と交換対象燃料集合体は接触しないが、ホールドダウンチューブ内径が 200mmでは、接触が発生して引抜き力をやや増加させる傾向を評価することができる。さらに、 193mmまで内径を小さくすると、極端な接触が発生して、引抜き力の大きな増加を評価することができる。また、ホールドダウンチューブ内径が 193mmの場合、バルジング膨張部分が中間パッド面を通過する時に発生する引抜き力のピーク値Ｃは、燃料の引抜き始めの引抜き力Ｄ（一次引抜き力）よりも大きくなっており、本計算法が、このようなホールドダウンチューブと交換対象燃料集合体との接触発生に起因した引抜き力／挿入力の増加を評価する上で有効であることを示している。
【００５２】
また、図１に示す計算対象モデルにおいて、ホールドダウンチューブ上端部２０を固定あるいは回転剛性を介して固定して、ホールドダウンチューブ１２自体を弾性変形構造物として弾性ビーム要素か弾性シェル要素でモデル化した場合は、ホールドダウンチューブ１２を固定壁としてモデル化した場合よりもより現実的な評価をすることができる。
【００５３】
本発明にかかる接触非線形計算は、（１）式に見られるように、ジョイント節点変位ベクトルの第一予測値を与えた後に、（１）式右辺が許容誤差ベクトルε以下になるまで反復計算を行う必要がある。第一予測値をうまく与えれば収束が速くなる可能性がある。
【００５４】
図５に示すように、三次元炉心燃料引抜き／挿入計算時には、三次元炉心湾曲計算から燃料集合体の照射湾曲量と軸断面の照射膨張量のデータを引き継ぐ（図中、実線で示す。）が、さらに計算対象の燃料交換時点での炉心全体の燃料集合体湾曲分布のデータを三次元炉心湾曲計算から引き継いで（図中、破線で示す。）、接触非線形計算の第一予測値として用いることができる。この場合には、第一予測値として交換対象燃料集合体近辺以外の収束解としてあまり異ならない炉心全体の燃料集合体湾曲分布を利用できるので、計算時間の短縮化を図ることができる。
【００５５】
図６は、本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第２の実施の形態における計算対象モデルを示すもので、全部あるいは一部の燃料集合体の六角形状ラッパ管がシェル要素２５でモデル化されている。図６においては、交換対象燃料集合体４からその周囲３列目までがシェル要素でモデル化されている。
【００５６】
また図６には、六角形状ラッパ管をシェル要素で分割する方法として、図７にその軸断面を示すように、１面を１要素で分割する例を示したが、１面を３要素に分割する例を図８に示すように、１面を複数要素に分割するモデル化を含むものとする。
【００５７】
本実施の形態によれば、ラッパ管の幾何学形状を正確に反映しているので、交換対象燃料集合体４の六角形状ラッパ管と周辺構造物との相互干渉をより現実に即して評価することができる。
【００５８】
図９は、本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第３の実施の形態における計算対象モデルを示すもので、交換対象燃料集合体４からその周囲４列目までを計算領域とし、その周辺は三次元炉心湾曲計算における第５列目の燃料集合体のラッパ管壁２６がばね２７を介して固定壁２８に固定されたものとして簡略化された例を示す。
【００５９】
本実施の形態によれば、長い計算時間を必要とする三次元炉心燃料引抜き／挿入計算において、交換対象燃料集合体４と隣接する６体を含む少数体からなる部分領域を計算対象とするので、計算時間の短縮化を図ることができる。
【００６０】
図１０は、本発明の第４の実施の形態の燃料引抜き・挿入評価装置の概略を説明するもので、本実施の形態は交換対象燃料集合体を新燃料集合体と交換する炉心に対して適用される。
【００６１】
三次元炉心湾曲計算に引き続き行われる三次元炉心燃料引抜き・挿入計算では、交換対象燃料位置によって計算節点の構成が変わってくる。そこで、図１０に示すように、燃料交換の予定数だけ交換対象燃料位置を順次設定しながら図２に示す計算手順である炉心位置の交換対象燃料集合体の引抜き力を計算し、ついでこの位置へ装荷する新燃料集合体の挿入力を計算する燃料引抜き・挿入計算を繰り返す。
【００６２】
本実施の形態によれば、燃料交換計画に従って燃料交換の数だけ自動的に三次元炉心燃料引抜き・挿入力計算を繰り返し行うので、燃料交換計画の解析の入出力データの作成を含む実効的な計算時間の短縮化を図ることができる。
【００６３】
また、交換対象燃料位置を設定する順番を変えて図１０に示す計算を繰り返すことにより、複数の交換対象燃料集合体の内、どの燃料位置からどの順番で交換した方が燃料交換機に負担が掛からないかを判断することができ、最適な燃料交換計画の作成に寄与することができる。
【００６４】
図１１は、本発明の第５の実施の形態の燃料引抜き・挿入評価装置の概略を説明するもので、本実施の形態は炉心内の複数の交換対象燃料集合体同士でその位置を順次移動させる、いわゆるシャッフリング燃料交換する炉心に適用される。
【００６５】
この場合には、燃料交換の予定数だけ交換対象燃料位置を順次設定しながら図２に示す計算手順である炉心位置にある第１の交換対象燃料集合体の引抜き力を計算し、さらにこの位置へ装荷すべき他の炉心位置にある第２の交換対象燃料集合体の引抜き力を計算し、ついで第２の交換対象燃料集合体の第１の交換対象燃料集合体が引抜かれた位置への挿入力を計算し、後は同様にして他の交換対象燃料集合体の引抜き・挿入計算を繰り返す。
【００６６】
本実施の形態によれば、燃料交換計画に従って燃料交換シャッフリングの数だけ自動的に三次元炉心燃料引抜き・挿入計算を繰り返し行うので、燃料交換計画の解析の入出力データの作成を含む実効的な計算時間の短縮化を図ることができる。
【００６７】
また、交換対象燃料集合体の引抜く順番を変えて図１１に示す計算を繰り返すことにより、複数の交換対象燃料集合体の内、どの燃料位置からどの順番で交換した方が燃料交換機に負担が掛からないかを判断することができ、最適なシャッフリング燃料交換計画の作成に寄与することができる。
【００６８】
なお、本発明は、燃料集合体の照射湾曲と照射膨脹量が顕著な場合には、六角形状ラッパ管のみならず、他の形状（例えば四角形状）の燃料集合体からなる高速炉並びに、高速炉以外の原子炉に対しても有効である。
【００６９】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、（１）交換対象燃料集合体と隣接燃料集合体との間に、機械的相互作用をする軸断面数を多く取り扱った計算対象モデルにより、交換対象燃料集合体を取り巻く全ての構造物から交換対象燃料集合体に付加される接触力を詳細に求めることができ、交換対象燃料集合体の引抜き力／挿入力の燃料交換機のストロークに対する変化を精度よく求めることができる。
【００７０】
また本発明によれば、（２）計算時間についても、交換対象燃料集合体と隣接燃料集合体との間以外の燃料集合体間では、接触の可能性のある軸断面に機械的相互作用をする軸断面数を限定して計算すべき元数を大幅に減じたことにより、全節点変位を取り扱った従来手法の場合よりも大幅に短縮できるとともに、計算機記憶容量の大幅な増加を抑制することができる。
【００７１】
また本発明によれば、（３）燃料交換時点での交換対象燃料集合体の全数について、上述した計算対象モデルによる引抜き・挿入計算を繰返すことにより、各交換対象燃料の引抜き力と、同位置への新燃料あるいは炉心の他の位置の燃焼燃料集合体の挿入力の燃料交換機のストロークに対する変化を短時間に精度よく予測することができ、燃料集合体の燃料交換可能性から制限される寿命評価が可能となる。また、各燃料交換時点での燃料交換可能性から制限される寿命を正確に予測できるため、効率的で精度の良い運転計画を立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第１の実施の形態における計算対象モデルを示す図である。
【図２】本発明の燃料引抜き・挿入評価方法におけるコンピュータの処理例を示すフローチャートである。
【図３】本発明にかかる燃料引抜き計算結果の１例を示す図である。
【図４】本発明にかかるホールドダウンチューブの内径をパラメータとした燃料引抜き計算結果の１例を示す図である。
【図５】三次元炉心湾曲計算から本発明にかかる三次元炉心燃料引抜き・挿入計算への受け渡しデータを説明する図である。
【図６】本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第２の実施の形態における計算対象モデルを示す図である。
【図７】図６に示す計算対象モデルにおける六角形状ラッパ管の軸断面の１面を１要素で分割する例を示す図である。
【図８】図６に示す計算対象モデルにおける六角形状ラッパ管の軸断面の１面を３要素に分割する例を示す図である。
【図９】本発明の燃料引抜き・挿入評価方法の第３の実施の形態における計算対象モデルを示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の燃料引抜き・挿入評価装置の概略的な処理例を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態の燃料引抜き・挿入評価装置の概略的な処理例を示す図である。
【符号の説明】
１………燃料集合体
２………ビーム要素
３………節点
４………交換対象燃料集合体
５………隣接燃料集合体
６………炉心支持構造物
１１………縮約節点
１２………ホールドダウンチューブ
１３………燃料交換機
１４………支持節点
１５………交換対象燃料集合体頂部節点
１６………グリッパー
１７………グリッパーを模擬したビーム要素の上下端の２節点
１８………有限の値を有する回転要素
１９………バルジング膨張部分
２０………ホールドダウンチューブ上端部
２５………シェル要素
２６………第５列目の燃料集合体のラッパ管壁
２７………ばね
２８………固定壁
【図１】
0003919890.tif 000006
【図２】
0003919890.tif 000007
【図３】
0003919890.tif 000008
【図４】
0003919890.tif 000009
【図５】
0003919890.tif 000010
【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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