JP2000193774A - 燃料集合体、及び原子炉の炉心、並びに燃料スペーサ、及びチャンネルボックス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近
い燃料経済性を達成でき、かつ、既存の燃料スペーサを
そのまま利用できるＤ格子炉心用の燃料集合体を提供す
る。 【解決手段】９行９列の正方格子状に配列された複数本
の燃料棒４と、それが７本配列可能な領域に配置された
２本の水ロッド５と、それら燃料棒４及び水ロッド５か
らなる燃料バンドル６の下端を支持する下部タイプレー
ト１０と、チャンネルファスナー１４を固定するために
設けられるガイドポスト９ａとを備えた燃料集合体１に
おいて、複数本の燃料棒４のピッチは１４．１５［ｍ
ｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、燃料バンドル
６の軸心位置を、下部タイプレート１０の軸心位置ｊよ
りもチャンネルファスナー１４側に偏心させて保持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉に
用いられる燃料集合体に係わる。特に、いわゆるＤ格子
タイプの炉心に用いられる燃料集合体、及びその燃料集
合体を用いた原子炉の炉心、並びにその燃料集合体に備
えられた燃料スペーサ及びチャンネルボックスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体
は、複数の燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを備
えている。各燃料棒には、核分裂性物質が充填されてい
る。これら燃料棒は、ｎ行ｎ列（例えばｎ＝８，９，
…）の正方格子状に配列されている。それら正方格子状
配列の外周は、チャンネルボックスで取り囲まれてい
る。炉心は、このような燃料集合体を所定間隔で多数配
置して構成されている。さらに炉心は、その出力調整を
行うための制御棒を備えている。この制御棒は、燃料集
合体間のギャップに挿入される。

【０００３】炉心における燃料集合体間のギャップ構造
に関しては、いわゆるＤ格子と称される構造が従来より
用いられてきた。このＤ格子炉心では、制御棒側のギャ
ップ間隔が制御棒がない側のギャップ間隔より広くなっ
ている。

【０００４】ところで、沸騰水型原子炉では、冷却材と
して炉心中の水を用いている。この冷却水が、核分裂で
発生する熱を除熱する。この冷却水はまた、中性子の減
速材としての役割も果たしている。燃料棒の核分裂性物
質は、主に、減速された中性子（熱中性子）と反応して
核分裂を起こす。したがって、中性子の減速は、沸騰水
型原子炉では重要な役割を果たす。この中性子の減速作
用は、一般に、水が広い領域にわたって連続的に存在し
ているところで大きい。したがって、燃料集合体間にあ
る水は、中性子の減速に大きな役割を果たしている。

【０００５】一方、原子炉の炉心に関する重要な量とし
て、線出力密度がある。原子炉の設計に関しては最大線
出力密度が問題となる。これは原子炉内でもっとも大き
い線出力密度のことである。この最大線出力密度が過大
となると、当該燃料棒中心温度が過度に上昇する。この
場合、燃料棒ペレットと被覆管の熱的健全性が確保でき
なくなる可能性がある。したがって、原子炉の安全上の
観点から、最大線出力密度には所定の制限値が定められ
ている。すなわち、最大線出力密度は、なるべく小さい
方が好ましい。上記所定の制限値に対し熱的に余裕のあ
る状態となるからである。

【０００６】なお、上記「燃料集合体出力」に関する重
要な量として、燃料集合体限界出力がある。上述したよ
うに、沸騰水型原子炉の炉心においては、冷却材として
水を用いている。すなわち、燃料集合体下部から流入し
た水は、燃料棒近傍を流れる間に沸騰し、燃料集合体上
部から流出する。このときの沸騰の程度は、炉心への入
口である燃料集合体下部では小さい。一方、炉心からの
出口である燃料集合体上部では大きい。すなわち、燃料
集合体の上部では蒸気の割合が大きくなり、流動様式が
環状噴霧流となり、燃料棒表面は液膜で覆われた状態に
なっていると考えられる。燃料集合体の出力を大きくし
ていくとどこかの燃料棒表面の液膜が最初に蒸発等によ
ってなくなる。この、液膜がなくなるときの出力を限界
出力という。限界出力は、燃料集合体の冷却材流量等に
よって変化する。原子炉は全ての燃料集合体が限界出力
以下であることを常にチェックしながら運転されてい
る。

【０００７】以上のような事情に鑑み、通常、燃料集合
体の設計においては、燃料棒ペレットを複数種類用意し
て燃料濃縮度分布を適宜設ける。あるいは、燃料棒に添
加する可燃性吸収材の濃度分布を適宜設ける。これらに
より、「燃料集合体の軸方向相対出力ピーキング」や、
燃料集合体内の燃料棒の相対出力ピーキングである「局
所出力ピーキング」を小さくして、限界出力特性等を改
善し、原子炉の安全余裕の向上及び経済性の向上を図っ
ている。

【０００８】ここで、Ｄ格子炉心では、前述したように
ギャップ間隔の相違が存在する。そして、通常運転中は
大半の制御棒が引き抜かれているので、間隔の広いとこ
ろの方が、間隔の狭いところより中性子の減速効果が大
きくなる。これにより、制御棒が引き抜かれた状態で
は、制御棒側の広いギャップ間隔の方が反制御棒側の狭
いギャップ間隔よりも中性子の減速効果が大きくなる。
すなわち、Ｄ格子炉心に燃料集合体を装荷した場合、間
隔の広いところに近い燃料棒と間隔の狭いところに近い
燃料棒の出力が異なることになる。すなわち、上述した
局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい。し
たがって、最大線出力密度が大きくなる傾向にある。そ
のため、前述した燃料濃縮度分布や可燃性吸収材の濃度
分布を細かく設ける必要が生じ、燃料集合体の設計自由
度が小さくなっていた。

【０００９】そこで、その後、いわゆるＣ格子と称され
る構造が提唱された。このＣ格子炉心では、制御棒側の
ギャップ間隔と制御棒がない側のギャップ間隔とが等し
くなっている。これにより、Ｄ格子炉心よりも設計自由
度を大きくすることができる。これによって、比較的容
易に、エネルギー効率上最適な構造とすることができ
る。概略的には、例えば、燃料の取り出し燃焼度（単位
重量の燃料から取り出すことができるエネルギー）を、
Ｄ格子炉心よりも数％大きくすることができる。このよ
うに、燃料の経済性においてＣ格子炉心の方がＤ格子炉
心よりも優れている。

【００１０】このように、近年、燃料経済性の優れたＣ
格子炉心が提唱された。しかし、そのときには既にＤ格
子炉心が数多く稼働していた。そこで、それらｄ格子炉
心を改良し、燃料経済性を向上するための試みが提唱さ
れている。

【００１１】そのような従来技術の一例として、特許２
７９１１３２号公報がある。この公知技術は、Ｄ格子炉
心用燃料集合体に関するものである。すなわち、９×９
正方格子状配列において、燃料棒ピッチを小さくしてい
る。そして、最外周燃料棒とチャンネルボックスとの距
離を、制御棒側のほうを制御棒がない側よりも小さくし
ている。これにより、Ｄ格子炉心に配置したときに、制
御棒側と制御棒がない側との燃料集合体間ギャップ間隔
の差を小さくしている。したがって、その分、炉心特性
をＣ格子炉心に近づけることができる。またこのとき、
制御棒及び制御棒駆動機構については、従来のＤ格子炉
心のものをそのまま用いることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術では、以下の課題が存在する。すなわち、燃料棒
ピッチを小さくすることから、燃料棒間に冷却水が流れ
にくくなる。これにより、冷却水による除熱性能が低下
し、同一の線出力密度でも、熱的余裕がより確保しにく
くなる。すなわち、従来のＤ格子炉心用燃料集合体より
も、熱的余裕が小さくなる。また、正方格子状に配列さ
れた燃料棒及び水ロッドは、その軸方向複数箇所を燃料
スペーサで束ねられ、燃料バンドルを形成している。燃
料スペーサには、燃料棒や水ロッドの間隔を所定値に保
持するための保持部材（例えば、円筒部材等）が備えら
れている。ここで、燃料棒ピッチが変わると、それら保
持部材の配置ピッチも変えなくてはならない。したがっ
て、既存の燃料スペーサを用いることができなくなる。
すなわち、新たな燃料スペーサを用意する必要がある。

【００１３】本発明の目的は、熱的余裕を小さくするこ
となくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成でき、かつ、
既存の燃料スペーサをそのまま利用できるＤ格子炉心用
の燃料集合体を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列され
た複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領
域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃
料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持す
る下部タイプレートと、チャンネルファスナーを固定す
るために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体
において、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチ
は、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下で
あり、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部
タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナ
ー側に偏心させて保持する偏心保持手段を設ける。Ｄ格
子炉心では、燃料集合体を配置したときに、制御棒側
（すなわちチャンネルファスナー側）のギャップ間隔が
制御棒がない側（すなわち反チャンネルファスナー側）
のギャップ間隔より広くなっている。これにより、間隔
の広いチャンネルファスナー側のほうが間隔の狭い反チ
ャンネルファスナー側よりも連続した水領域が大きくな
る。したがって、チャンネルファスナー側のほうが反チ
ャンネルファスナー側より中性子の減速効果が大きくな
る。これにより、チャンネルファスナー側の燃料棒の出
力が相対的に大きくなり、局所出力ピーキングの値が比
較的大きくなりやすい傾向となる。そこで、本発明にお
いては、偏心保持手段で、燃料バンドルの軸心位置をチ
ャンネルファスナー側に偏心させる。すなわち、上述し
た広いチャンネルファスナー側のギャップを狭くなる方
向に、狭い反チャンネルファスナー側のギャップを広く
する方向に変える。これにより、これら２つのギャップ
の広さの差を緩和し、連続した水領域の差を緩和するこ
とができる。したがって、チャンネルファスナー側と反
チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を小さく
し、局所出力ピーキングを低減することができる。すな
わち、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。

【００１５】（２）また上記目的を達成するために、本
発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃
料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置され
た少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロ
ッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプ
レートと、チャンネルファスナーを固定するために設け
られるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ
＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１
５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、かつ、
前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプレート
の軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側にＹだけ
偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２
^-3/2［ｍｍ］とする。本発明においては、軸心位置をチ
ャンネルファスナー側にＹ≧２^-3/2［ｍｍ］だけ偏心さ
せる。すなわち、正方格子状配列の行方向（又は列方
向）には０．２５［ｍｍ］以上移動することになる。こ
れにより、偏心させない場合よりも、局所出力ピーキン
グを少なくとも１［％］以上減少させることができる。
したがって、炉心特性を確実にＣ格子炉心に近づけ、燃
料経済性を向上することができる。） （３）上記（２）において、好ましくは、７×２
^-1/2［ｍｍ］≧Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］とする。ｎ＝９の場
合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear engineering I
NTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmin
gton Business Publication) p12-31に記載のように、
通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］である。また、
熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔
は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒９本の両
端の距離は、１１．０×９＋３×（９−１） １２３
［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャ
ンネルボックスの内幅Ｗは約１３４［ｍｍ］である。し
たがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネル
ボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせ
て１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そし
て、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間
には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。なぜ
なら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要があるから
である。また、熱的余裕の観点からも同様の間隙が必要
とされている。したがって、実際に、燃料バンドルを偏
心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝
７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファスナー側
に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向（又は列方
向）には移動可能な実際上の最大値は、７［ｍｍ］とな
る。本発明においては、これに応じて、軸心位置をチャ
ンネルファスナー側にＹ≦７×２^-1/2［ｍｍ］だけ偏心
させる。これにより、正方格子状配列の行方向（又は列
方向）への移動距離を７．０［ｍｍ］以下とする構成を
実現している。

【００１６】（４）さらに上記目的を達成するために、
本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の
燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置さ
れた少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水
ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイ
プレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持
する燃料スペーサと、チャンネルファスナーを固定する
ために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体に
おいて、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチ
は、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下で
あり、前記燃料スペーサは、その外周部に外側に突出し
て設けられ、前記燃料バンドルの軸心位置を前記下部タ
イプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー
側に偏心させて保持するための複数のタブを備えてお
り、かつ、前記複数のタブのうち前記チャンネルファス
ナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最
外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタ
ブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先
端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との
距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構
成されている。

【００１７】（５）上記（４）において、好ましくは、
７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるよう
に構成されている。

【００１８】（６）また上記目的を達成するために、本
発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃
料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置され
た少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロ
ッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボック
スと、チャンネルファスナーを固定するために設けられ
るガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ＝９
であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５
［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャ
ンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３
４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記燃料バンドルの
軸心位置を、前記チャンネルボックスの軸心位置よりも
前記チャンネルファスナー側に偏心させて保持する偏心
保持手段を設ける。

【００１９】（７）さらに上記目的を達成するために、
本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の
燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置さ
れた少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水
ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイ
プレートと、チャンネルファスナーを固定するために設
けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、
ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１
２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、
かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプ
レートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に
偏心させて保持する偏心保持手段を設ける。

【００２０】（８）また上記目的を達成するために、本
発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃
料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置され
た少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロ
ッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプ
レートと、チャンネルファスナーを固定するために設け
られるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ
＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．
６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、か
つ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプレ
ートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側にＹ
だけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２
^-3/2［ｍｍ］とする。

【００２１】（９）上記（８）において、好ましくは、
７×２^-1/2［ｍｍ］≧Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］とする。ｎ＝
１０の場合、例えば"nuclear engineering INTERNATION
AL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Busin
ess Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料
棒直径は約１０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕
を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５
［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端
の距離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１）
１２３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取
り囲むチャンネルボックスの内幅は、上記文献に記載の
ように、約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格
子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面と
の間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３
＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料
棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍ
ｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、
燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるの
は、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。本発明において
は、これに応じて、軸心位置をチャンネルファスナー側
にＹ≦７×２^-1/2［ｍｍ］だけ偏心させる。これによ
り、正方格子状配列の行方向（又は列方向）への移動距
離を７［ｍｍ］以下とする構成を実現している。

【００２２】（１０）さらに上記目的を達成するため
に、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数
本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配
置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及
び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部
タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を
保持する燃料スペーサと、チャンネルファスナーを固定
するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合
体において、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピ
ッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以
下であり、前記燃料スペーサは、その外周部に外側に突
出して設けられ、前記燃料バンドルの軸心位置を前記下
部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファス
ナー側に偏心させて保持するための複数のタブを備えて
おり、かつ、前記複数のタブのうち前記チャンネルファ
スナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の
最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数の
タブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの
先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒と
の距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように
構成されている。

【００２３】（１１）上記（１０）において、好ましく
は、７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となる
ように構成されている。

【００２４】（１２）また上記目的を達成するために、
本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の
燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置さ
れた少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水
ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボッ
クスと、チャンネルファスナーを固定するために設けら
れるガイドポストを備えた燃料集合体において、ｎ＝１
０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５
［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャ
ンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３
４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記燃料バンドルの
軸心位置を、前記チャンネルボックスの軸心位置よりも
前記チャンネルファスナー側に偏心させて保持する偏心
保持手段を設ける。

【００２５】（１３）上記（１），（２），（６），
（７），（８），（１２）のうちいずれか１つにおい
て、好ましくは、前記燃料バンドルの軸方向少なくとも
１箇所を保持する燃料スペーサをさらに有し、かつ、前
記偏心保持手段は、前記燃料スペーサの外周部に設けら
れたタブを含む。

【００２６】（１４）上記（１），（２），（６），
（７），（８），（１２）のうちいずれか１つにおい
て、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記下部タイプ
レートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒
及び水ロッドの下端部を挿入して保持する挿入孔を含
む。

【００２７】（１５）上記（６）又は（１２）におい
て、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネル
ボックスの内周部に設けられたタブを含む。

【００２８】（１６）上記（１），（２），（６），
（７），（８），（１２）のうちいずれか１つにおい
て、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネル
ファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿
入して保持する挿入孔を含む。

【００２９】（１７）さらに上記目的を達成するため
に、本発明は、９行９列の正方格子状に配列された複数
本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料棒と
水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネル
ボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃
料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを
備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒
側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子
炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なく
とも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１４．１５
［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャ
ンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３
４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記燃料バンドルの
軸心位置を、前記チャンネルボックスの軸心位置よりも
前記チャンネルファスナー側に偏心させて保持する偏心
保持手段を備えている。

【００３０】（１８）また上記目的を達成するために、
本発明は、９行９列の正方格子状に配列された複数本の
燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置され
た少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料棒と水ロ
ッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボッ
クスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集
合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備
え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側
のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉
の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なくと
も１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１４．１５
［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャ
ンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３
４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記チャンネルボッ
クスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列
の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャ
ンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正
方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2
が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前
記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの
軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する偏心
保持手段を備えている。

【００３１】（１９）さらに上記目的を達成するため
に、本発明は、１０行１０列の正方格子状に配列された
複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に
配置された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料
棒と水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャン
ネルボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前
記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒
とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制
御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした
原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少
なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１２．
６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記
チャンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上
１３４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記燃料バンド
ルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの軸心位置よ
りも前記チャンネルファスナー側に偏心させて保持する
偏心保持手段を備えている。

【００３２】（２０）また上記目的を達成するために、
本発明は、１０行１０列の正方格子状に配列された複数
本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料棒と
水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネル
ボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃
料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを
備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒
側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子
炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なく
とも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１２．６５
［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャ
ンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３
４．５［ｍｍ］以下であり、かつ、前記チャンネルボッ
クスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列
の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャ
ンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正
方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2
が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前
記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの
軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する偏心
保持手段を備えている。

【００３３】（２１）さらに上記目的を達成するため
に、本発明は、帯状の部材で正方形の四辺を形成するよ
うにしたバンドと、このバンドの外周部に外側に突出し
て設けられた複数のタブとを備え、ｎ行ｎ列の正方格子
状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水
ロッドからなる燃料バンドルを保持する燃料スペーサに
おいて、前記複数のタブのうち、前記正方形の対角線を
境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を
境に他方側に位置するタブの突出高さの差が異なる。

【００３４】（２２）また上記目的を達成するために、
本発明は、横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備
え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒
及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルを
覆うチャンネルボックスにおいて、前記略四角筒形状の
内周部に内側に突出して複数のタブを設け、かつ、これ
ら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側
に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側
に位置するタブの突出高さの差が異なる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態を図１〜
図１６により説明する。図２は、水平横断面図であり、
本実施形態による沸騰水型原子炉の炉心の部分概略配置
（１／４対称）を示している。図３は、その部分拡大図
である。これら図２及び図３において、原子炉圧力容器
（図示せず）内に燃料集合体１が多数配置され、炉心２
を構成している。炉心２においては、隣接して正方形配
置をなす４個の燃料集合体１間に制御棒３が挿入され
る。この炉心２はいわゆるＤ格子炉心となっている。す
なわち、燃料集合体１相互間の間隔が、制御棒３側のほ
うが反制御棒３側よりも大きくなっている。図３には、
隣接して正方形配置をなす４個の燃料集合体の一例とし
て、燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを示している。
制御棒３は、横断面略十字形の翼を備えている。燃料集
合体１Ａ〜１Ｄは、構造はそれぞれ全く同一である。但
し、その配置される向きのみが異なっている。すなわ
ち、制御棒３の十字形軸心を中心に点対称配置となって
いる。そして、制御棒３は、各燃料集合体１の横断面正
方形形状の２辺に近接するように挿入される。

【００３６】図１は、図３の部分拡大図であり、燃料集
合体１Ａの詳細構造を示している。図４は、縦断面図で
あり、図１に示した燃料集合体１Ａの詳細構造を示して
いる。これら図１及び図４において、燃料集合体１Ａ
は、多数の燃料棒４及び２本の水ロッド５（但し図４で
は図示省略）からなる燃料バンドル６と、燃料スペーサ
８と、上部タイプレート９と、下部タイプレート１０
と、チャンネルボックス１１とを備えている。

【００３７】燃料バンドル６は、図１に示すように９行
９列正方格子状に配列されている。そして、それら正方
格子状配列の位置は、全体として図１中左上方向（後述
のチャンネルファスナー方向、制御棒３方向）に偏心し
ている。その配列の軸心位置（軸方向中心位置、以下同
様）ｉは、チャンネルボックス１１の軸心位置ｊ（＝上
部タイプレート９の軸心位置及び下部タイプレート１０
の軸心位置）よりもチャンネルファスナー側（＝制御棒
３側）に偏心している。その偏心量Ｙは、図１中左上方
向に２^-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１
中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］
となっている（図１参照）。このように偏心させて保持
する偏心保持手段として機能するのは、チャンネルファ
スナー１４の挿入孔１４ａ、下部タイプレート１０の燃
料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃ、燃料スペ
ーサ８のタブ８ｂ1，８ｂ2である。これらについては、
後に順次詳述する。

【００３８】燃料棒４は、それぞれ燃料ペレットを封入
している。この燃料ペレットは、核分裂性物質としての
ウランを焼結して構成されている。各燃料棒４の外径ｄ
はｄ＝１１．２［ｍｍ］となっている。また燃料棒４の
配列ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］となっている。
燃料棒４は、全部で７４本あり、９行９列の正方格子状
に配列されている。これら７４本の燃料棒は、通常の燃
料棒４ａと、部分長燃料棒４ｂ（但し図４には図示せ
ず）とを含んでいる。部分長燃料棒４ｂは、通常の燃料
棒４ａよりも、燃料有効長が短くなっている。燃料棒４
ａは、特に図示や詳細な説明を行わないが、複数種類が
存在している。そして、各種類ごとに、ペレットに含ま
れるウランの濃縮度分布が互いに異なっている。各種類
の燃料棒４ａ及び燃料棒４ｂの配置を適宜工夫すること
により、局所出力ピーキングの平坦化が図られている。
また、各種類ごとに適宜軸方向の濃縮度分布を設けてい
る。これにより、軸方向出力ピーキングの平坦化も図っ
ている。これらの構成は、この種の燃料集合体として公
知のものと同様である。

【００３９】水ロッド５は、燃料集合体１Ａの略中央部
に配置されている。このとき、水ロッド５は、３行３列
格子の７本の燃料棒４を置き換えるように配置されてい
る。またこの水ロッド５は、特に詳細な図示を行わない
が、冷却材流路を形成する公知の構造の中空管である。
そして、燃料集合体１Ａ略中央部の熱中性子束を平坦化
する。

【００４０】上部タイプレート９は、燃料バンドル６の
上端部を支持する。この上部タイプレート９の制御棒３
側及び反制御棒３側には、ガイドポスト９ａ，９ｂが一
体に形成されている。上部タイプレート９は、ガイドポ
スト９ａを介して、上部格子板１２（後述の図５参照）
によって横方向の動きが拘束支持される。上部格子板１
２は、沸騰水型原子炉の炉心シュラウド（図示せず）上
部に固定されているものである。図５は、上面図であ
り、燃料集合体１Ａ上部のその上部格子板１２による支
持構造を示している。なお、構造の明確化のために、制
御棒３を挟んだ４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄ（図３参
照）の支持構造を示している。

【００４１】上部格子板１２は、炉心に配置されている
燃料集合体１及び制御棒３の位置に対応した格子構造と
なっている。すなわち、図５に示すように、上部格子板
１２は、４体の燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを囲
む大きさの格子１３を多数個備えている。格子１３の下
方には、それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄが設けられ
ている。それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄの間には、
１つの制御棒３が位置している。

【００４２】各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのガイドポスト９
ａの先端は、チャンネルファスナー１４に設けた挿入孔
１４ａに挿入されている。そして、図示しない固定具
（例えばボルト）によってチャンネルファスナー１４に
固定されている。このとき、チャンネルファスナー１４
の挿入孔１４ａは、従来の９行９列燃料集合体のそれよ
りもコーナー側にややずれた位置に形成されている。こ
れにより、前述したように、燃料バンドル６の軸心位置
ｉを、上部タイプレートの軸心位置（＝チャンネルボッ
クスの軸心位置）ｊよりも制御棒３側に偏心させてい
る。またチャンネルファスナー１４は、チャンネルボッ
クス１１に接続されている。これによって、チャンネル
ボックス１１とそれに囲まれる燃料バンドル６とを固定
する。

【００４３】またチャンネルファスナー１４は、隣接す
る燃料集合体１のチャンネルボックス１１どうしの間隔
を一定に保ち、制御棒３の挿入空間を確保する。なお、
反制御棒３側のガイドポスト９ｂは、制御棒３側のガイ
ドポスト９ａとの重量バランスをとるためのダミーとな
っている。なお、チャンネルファスナー１４とチャンネ
ルボックス１１との間には、チャンネルファスナー１４
の過度の変形を防止するためのガード１５が設けられて
いる。

【００４４】一方、各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのチャンネ
ルボックス１１のチャンネルファスナー１４のない側の
側面は、上部格子板１２によって支持されている（図５
参照）。すなわち、チャンネルファスナー１４の弾性力
によって、上部格子板１２に向かって単に押圧されるこ
とにより支持されている。

【００４５】図４に戻り、下部タイプレート１０は、燃
料バンドル６の下端部を支持する。図６は、上面図であ
り、下部タイプレート１０の詳細構造を示している。こ
の図６及び図４において、下部タイプレート１０は、そ
の上面１０ａに、燃料棒挿入孔１０ｂと、水ロッド挿入
孔１０ｃと、冷却材導入孔１０ｄ，１０ｅ，１０ｆとを
備えている。

【００４６】燃料棒挿入孔１０ｂは、７４個設けられて
いる。そして、それぞれ燃料棒４の下端部が挿入され支
持される。水ロッド挿入孔１０ｃは、２個設けられてい
る。そして、それぞれ水ロッド５の下端部が挿入され支
持される。これら燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入
孔１０ｃは、図１に示した燃料バンドル６の配列（すな
わち燃料棒４及び水ロッド５の配列）に対応する位置に
設けられている。すなわち、これら燃料棒挿入孔１０ｂ
及び水ロッド挿入孔１０ｃも、９行９列の正方格子状に
配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置
は、全体として図６中左上方向（チャンネルファスナー
１４方向、制御棒３方向）に偏心している。その配列の
軸心位置（この場合水ロッド挿入孔１０ｃ，１０ｃ間の
冷却材導入孔１０ｆoの中心位置）ｉは、下部タイプレ
ート１０の軸心位置ｊから図６中左上方向に偏心してい
る。その偏心量Ｙは、前述したように、図６中左上方向
に２^-1/2［ｍｍ］（＝図６中左方向に０．５［ｍｍ］か
つ上方向に０．５［ｍｍ］）となっている。

【００４７】図１及び図４に戻り、チャンネルボックス
１１は、燃料バンドル６の周囲を取り囲み燃料集合体１
Ａの外壁を形成する。その内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１
［ｍｍ］となっている。

【００４８】燃料スペーサ８は、燃料バンドル６の軸方
向複数箇所に設けられている。そして、各箇所おいて、
燃料棒４及び水ロッド５を束ねて一定間隔に保持し、燃
料バンドル６を形成する。したがって、燃料スペーサ８
の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉに等しい。こ
の燃料スペーサ８は、バンド８ａと、このバンド８ａの
外周部に外側に突出して設けられた複数（この場合８
個）のタブ８ｂとを備えている。また燃料スペーサ８
は、バンド８ａの内側に、公知の円筒部材（煩雑を避け
るために図３及び図１では図示省略）及びばね部材
（同）を備えている。円筒部材は、燃料棒４の数に対応
した数が設けられている。この円筒部材は、燃料棒４を
それぞれ１つ挿通する。そして、円筒部材に設けられた
ばね部材が、燃料棒４を円筒部材の反対側に向かって押
圧する。これにより、燃料棒４は横方向の動きを拘束さ
れ支持される。

【００４９】図７は、側面図及びＡ−Ａ断面による断面
図であり、正方形形状の四辺のうちの一辺に係わる、バ
ンド８ａ及びタブ８ｂの詳細構造を示すものである。バ
ンド８ａは、均一肉厚の帯状の部材で正方形形状の四辺
を形成するようにしたものである。タブ８ｂは、例えば
バンド８ａからの押し出し加工により形成されている。
その突出高さはＸとなっている。

【００５０】そして、合計８箇所設けられるタブ８ｂの
うち、正方形形状の対角線ｋ（図１参照）を境に制御棒
３側には４つのタブ８ｂ1が設けられている。また、反
制御棒３側には、４つのタブ８ｂ2が設けられている。
このとき、タブ８ｂ2の突出高さＸ2と、タブ８ｂ1の突
出高さＸ1とは、異なっている。それらの差Ｘ2−Ｘ1
は、１［ｍｍ］となっている。これにより、上述した、
燃料バンドル６の軸心位置ｉがチャンネルボックス１１
の軸心位置ｊより制御棒３側にＹ＝２^-1/2［ｍｍ］（＝
図１中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍ
ｍ］）だけ偏心した構造を保持可能としている。このこ
とを図１及び図８を用いて説明する。

【００５１】図１において、前述したようにバンド８ａ
の肉厚ｔはすべて均一である。また前述したように、燃
料スペーサ８の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉ
と同一である。これにより、正方格子状配列最外周の燃
料棒４とバンド８ａとの距離ｕも全周で同一である。こ
こで、タブ８ｂ2，８ｂ1の先端と正方格子状配列最外周
の燃料棒４との距離をそれぞれＬ2，Ｌ1とする。 Ｘ2＝Ｌ2−（ｔ＋ｕ） Ｘ1＝Ｌ1−（ｔ＋ｕ） したがって、タブ８ｂ2，８ｂ1の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1
は、 Ｘ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1 となる。

【００５２】ところで、偏心しない従来構造では、それ
らＬ2，Ｌ1はそれぞれＬであったとする（図８（ａ）参
照）。そして、燃料バンドル６が偏心して軸心位置ｉと
なったとき、図１中左方向変位量及び上方向変位量をそ
れぞれＨとする。すると、 Ｙ＝Ｈ×２^1/2 よって Ｈ＝Ｙ×２^-1/2 Ｌ1＝Ｌ−Ｈ Ｌ2＝Ｌ＋Ｈ したがって、図８（ｂ）において、タブ８ｂ2，８ｂ1と
正方格子状配列最外周の燃料棒４との距離の差Ｌ2−Ｌ1
は、 となる。上述したようにＸ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1であるか
ら、 Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ×２^1/2 … （式１） となる。これにより、Ｘ2−Ｘ1を１［ｍｍ］とすること
で、Ｙ＝２^-1/2［ｍｍ］に設定することができる。

【００５３】次に、本実施形態の作用を以下順次説明す
る。

【００５４】（１）偏心構造による局所出力ピーキング
低減 Ｄ格子炉心である炉心２は、燃料集合体１を配置したと
き、制御棒３側（すなわちチャンネルファスナー１４
側）のギャップ間隔が反制御棒３側（すなわち反チャン
ネルファスナー１４側）のギャップ間隔より広い。これ
により、間隔の広いチャンネルファスナー１４側のほう
が間隔の狭い反チャンネルファスナー１４側よりも連続
した水領域が大きくなる。したがって、チャンネルファ
スナー１４側のほうが反チャンネルファスナー１４側よ
り中性子の減速効果が大きくなる。これにより、チャン
ネルファスナー１４側の燃料棒４の出力が相対的に大き
くなり、局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりや
すい傾向となる。

【００５５】そこで、本実施形態の燃料集合体１Ａにお
いては、チャンネルボックス１１はそのままで、燃料バ
ンドル６の軸心位置ｉをチャンネルファスナー１４側に
偏心させる。すなわち、上述した広いチャンネルファス
ナー１４側のギャップを狭くなる方向に、狭い反チャン
ネルファスナー１４側のギャップを広くする方向に変え
る。これにより、これら２つのギャップの広さの差を緩
和し、連続した水領域の差を緩和することができる。し
たがって、チャンネルファスナー１４側と反チャンネル
ファスナー１４側との燃料棒の出力の差を小さくし、局
所出力ピーキングを低減することができる。すなわち、
炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。したが
って、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成することがで
きる。また、局所出力ピーキングを低減できるので、燃
料棒４の出力の最大値も小さくできる。例えば、局所出
力ピーキングが５％小さくなると、燃料棒４の最大線出
力も５％減少する。これにより、燃料集合体１Ａの一体
から取り出せる出力の限界（限界出力）を大きくするこ
とができる。したがって、炉心２の出力を同じとすれば
燃料集合体１Ａの熱的余裕を増加させることができる。
また、熱的余裕を同等とすれば、炉心２の出力を大きく
することができる。

【００５６】なお、以上をさらに具体的に検討すると、
以下のようになる。通常運転中、燃料集合体１の中の水
（水ロッド５内は除く）は、気体の蒸気と液体の水との
気液混合状態である。このときの蒸気の体積割合は、燃
料集合体１内平均で約４０％である。一方、各燃料集合
体１間のギャップは基本的に液体の水のみである。すな
わち、蒸気の体積割合は０％である。この両者の条件
で、中性子の減速に主として寄与する水中の水素原子の
体積密度を計算してみる（沸騰水型原子炉の通常運転時
の７０気圧で計算）。すると、燃料集合体１間ギャップ
（蒸気の体積割合０％）での値を１とすると、燃料集合
体１内（蒸気の体積割合４０％）では約０．６となる。
したがって、以下の２つは、中性子の減速効果からみる
とほぼ同等の効果があることになる。例えば、図１中左
方向（又は上方向）にＨ＝１［ｍｍ］だけ偏心させるこ
とと、燃料集合体間間隔を０．６ｍｍ小さくすることで
ある。

【００５７】また、限界出力に関し、以下のことが懸念
されなくもない。すなわち、偏心方向と反対側におい
て、チャンネルボックス１１の内側と最外周燃料棒４と
の間隔が大きくなる。これにより、この部分に水が多く
流れ、燃料棒４の冷却に直接寄与する水が減る可能性が
ないとは言えない。しかしながらこの場合、数ｍｍ程度
の間隔であれば、その部分の面積は、燃料集合体１Ａ内
の水の総流路面積と比べて十分小さい。また、一般に、
限界出力と局所出力ピーキングとはほぼ１対１に対応す
る。ところが、限界出力と冷却に寄与する水の流量と
は、１対１には対応しない。したがって、水の量が５％
減っても限界出力は２〜３％程度しか変わらない。これ
により、実際上、偏心によって限界出力が減少すること
はないと考えられる。

【００５８】さらに、上記の水の流れの不均一性を解消
したい場合、以下の方策が考えられる。すなわち、偏心
により広くなったチャンネルボックス１１と最外周燃料
棒４との間の流路を狭める工夫をすればよい。その方法
の１つは、広い流路に面するチャンネルボックス１１の
内側にタブをたくさん設けることである。また、広い流
路に面する燃料スペーサ８のバンド８ａの下端か上端に
別途タブを設けてもよい。但しこのとき、そのタブはタ
ブ８ｂ1，ｂ2の高さ以下とする必要がある。さらに、チ
ャンネルボックス１１の広い流路に面する部分の肉厚を
大きくしてもよい。また、広い流路に別途構造材を設け
てもよい。これらにより、その広い流路に水を流れにく
くすることができる。

【００５９】（２）偏心量設定による局所出力ピーキン
グ低減の確保 本願発明者等は、数値解析を行い、偏心量Ｙと局所出力
ピーキング低減効果との関係を検討し、図９に示す結果
を得た。図９は、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいて
偏心量Ｙを種々変化させたときの局所出力ピーキングの
変化を示したものである。縦軸には、局所出力ピーキン
グ値をとっている。これは、偏心量Ｙ＝０（燃料バンド
ル６の軸心位置ｉとチャンネルボックス１１の軸心位置
ｊとが一致）のときからの低減率ｘ［％］で表してい
る。横軸には、偏心量Ｙに直接相関する（Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ
×２^1/2、前述の式１参照）スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2
の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。

【００６０】図９において、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくな
ると低減率ｘは急激に立ち上がり、Ｘ2−Ｘ1 ０．４
［ｍｍ］でｘ＝１［％］となる。その後、Ｘ2−Ｘ1
０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1
が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４
［ｍｍ］では、ｘ ５［％］となっている。

【００６１】本願発明者等は、以上の結果から、局所出
力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経済性を向上
するためには、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが適
当であると判断した。なお、これは、上記式１に対応さ
せると、Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］となる。

【００６２】また本願発明者等は、上記結果を踏まえ、
別の数値解析を行った。すなわち、偏心量Ｙと中性子無
限増倍率（燃料集合体平均）の増加量との関係を検討
し、図１０に示す結果を得た。中性子無限増倍率とは、
核分裂によって発生した中性子がどの程度有効に次の核
分裂に寄与するかの指標である。図１０は、本実施形態
の燃料集合体１Ａにおいて偏心量Ｙを種々変化させたと
きの中性子無限増倍率の増加率の変化を示したものであ
る。縦軸には、中性子無限増倍率の増加率をとってお
り、偏心量Ｙ＝０のときからの増加率ｙ［％］で表して
いる。横軸には、図９同様、スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2
の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。

【００６３】図１０において、縦軸の値が大きいほど中
性子無限増倍率が増加する。すなわち、中性子が有効に
使用されることから、その分燃料を節約でき、燃料経済
性が向上する。図１０では、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくな
ると増加率ｙは急激に立ち上がる。しかし、Ｘ2−Ｘ1
０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1
が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４
［ｍｍ］では、ｙ０．２［％］となっている。ちなみ
に、無限増倍率が０．２％増加するということはＵ−２
３５の濃縮度を約０．０３％減少できることに対応して
いる。この結果からも、燃料経済性を向上するために
は、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが妥当であるこ
とが裏付けられた。

【００６４】本実施形態においては、前述したように、
Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、またＹ＝２^-1/2［ｍｍ］
である。すなわち、上記した範囲内である。これによ
り、局所出力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経
済性を向上することができる。

【００６５】但し、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大
きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これ
について、以下説明する。９行９列正方格子状配列の燃
料集合体の場合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear e
ngineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（Septembe
r,1998;WilmingtonBusiness Publication) p12-31に記
載のように、通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］で
ある。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒
どうしの間隔は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃
料棒９本の両端の距離は、１１．０×９＋３×（９−
１） １２３［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを
取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、上記"nuclear
engineering INTERNATIONAL"や、「沸騰水型原子力発
電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会
社 日立製作所）記載のように約１３４［ｍｍ］であ
る。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャ
ンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を
合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値とな
る。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周
面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされ
る。なぜなら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要が
あるからである。また、熱的余裕の観点からも同様の間
隙が必要とされている。したがって、実際に、燃料バン
ドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−
２×２＝７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファ
スナー側に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向
（又は列方向）には移動可能な実際上の最大値は、７
［ｍｍ］となる。本実施形態においては、Ｘ2−Ｘ1＝１
［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうま
でもない。

【００６６】（３）熱的余裕の低下防止 本実施形態においては、前述した特許２７９１１３２号
公報と異なり、燃料バンドル６ごと偏心させる。すなわ
ち、燃料棒ピッチは変化させない。これにより、従来の
Ｄ格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなる
ことはない。このことを図１１により説明する。

【００６７】本願発明者等は、数値解析を行い、燃料棒
ピッチと燃料集合体限界出力との関係を検討した。図１
１はその結果を示したものである。すなわち、通常のＤ
格子炉心用の燃料集合体において、燃料棒ピッチを種々
変化させたときの限界出力の変化を示している。図１１
では、横軸に燃料棒ピッチをとり、縦軸に限界出力をと
って表している。また、９行９列配置の従来のＤ格子用
燃料集合体における燃料棒ピッチは、上記「沸騰水型原
子力発電所 ９×９燃料について」に開示されているよ
うに、１４．４［ｍｍ］である。その値（現行値）は、
横軸の右端に相当する。

【００６８】図１１に示すように、燃料棒ピッチと限界
出力とは単調増加の関係にある。すなわち、現行の燃料
棒ピッチからピッチを小さくするほど、限界出力も単調
に減少する。これにより、上記公知技術のように燃料棒
ピッチを減少させると、限界出力も減少することがわか
る。したがって、上記公知例の構成では、局所出力ピー
キングは改善しても、限界出力の低下によって熱的余裕
は低下する。したがって、熱的余裕の低下を防止するた
めには、燃料棒ピッチを従来のＤ格子用燃料集合体とほ
ぼ同等にしなければならない。

【００６９】なお、前述したように、従来のＤ格子用燃
料集合体での燃料棒ピッチは１４．４［ｍｍ］である。
しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、
その範囲を１４．１５［ｍｍ］〜１４．６５［ｍｍ］と
することが適当であると判断した。

【００７０】これに対して、本実施形態においては、燃
料棒ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］である。すなわ
ち、上記の範囲内である。したがって、上記公知例のよ
うな熱的余裕の低下を防止できる。

【００７１】（４）既存の燃料スペーサ利用可能 また、燃料スペーサには、通常、保持部材（例えば、円
筒部材等）が備えられている。これによって、燃料棒や
水ロッドの間隔を所定値に保持している。上記公知例の
ように燃料棒ピッチが変わると、それら保持部材の配置
ピッチも変えなくてはならない。したがって、既存の燃
料スペーサを用いることができなくなる。すなわち、新
たな燃料スペーサを用意する必要がある。

【００７２】これに対して、本実施形態では、燃料棒ピ
ッチを変えることはない。すなわち、燃料スペーサ８
は、従来のものをそのまま利用できる。

【００７３】（５）炉停止余裕確保作用 一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体では、チャンネル
ボックスの大きさを小さくすると、炉停止余裕が小さく
なることが知られている。例えば、特許２７９１１３２
号公報の第６図に、このことが開示されている。すなわ
ち、この図において、チャンネルボックスを小さくして
ワイドウォータギャップ幅に対しナローウォータギャッ
プ幅を大きくするほど、出力運転時冷温時反応度差が小
さくなっている。これは、以下の理由による。

【００７４】炉停止余裕に対し最も大きな影響があるの
は、水が連続的に存在する領域の広さである。特に、燃
料集合体間ギャップは、水が広い領域にわたって連続し
て存在している。燃料集合体間ギャップの水領域の広さ
を規定するのは、チャンネルボックスである。すなわ
ち、チャンネルボックスの大きさを大きくすれば、その
分、燃料集合体間ギャップの水が減少する。これによ
り、炉停止余裕が小さくなる。

【００７５】したがって、従来とほぼ同等の炉停止余裕
を確保するためには、チャンネルボックスの大きさを従
来と同等にすればよい。

【００７６】ここで、従来のＤ格子用燃料集合体におけ
るチャンネルボックスは、例えば前述した「沸騰水型原
子力発電所 ９×９燃料について」や"nuclear engineer
ingINTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法が約
１３４［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等
は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１３３．５［ｍ
ｍ］〜１３４．５［ｍｍ］とすることが適当であると判
断した。

【００７７】本実施形態においては、上述したように、
チャンネルボックス１１の内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１
［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。した
がって、従来のＤ格子用燃料集合体と同等の炉停止余裕
を確保できる。

【００７８】以上説明したように、本実施形態の燃料集
合体１Ａによれば、熱的余裕を小さくすることなくＣ格
子炉心に近い燃料経済性を達成できる。また、既存の燃
料スペーサをそのまま利用できる。

【００７９】なお、上記実施形態は、その趣旨を逸脱し
ない限りにおいて、種々の変形が可能である。それら変
形例を以下順次説明する。

【００８０】燃料スペーサのタブを溶接で固定する構
造 図１２は、断面図であり、この変形例による燃料スペー
サ８の要部構造を示している。図１と同様、円筒部材及
びばね部材の図示を省略している。この図１２におい
て、突出高さの大きなタブ８ｂ2及び突出高さの小さな
タブ８ｂ1ともに、バンド８ａに対して溶接で固定して
いる。この場合、上記実施形態のようにバンド８ａを押
し出し加工する必要がなくなる。これにより、上記実施
形態よりも設計自由度が大きくなる。なお、タブ８ｂ2
のみを溶接固定とし、タブ８ｂ1は上記実施形態と同様
に押し出し加工としてもよい。この場合、加工費が少な
くなるという利点がある。 チャンネルボックスにもタブを設ける構造 図１３は、断面図であり、この変形例による燃料スペー
サ８の要部構造と、チャンネルボックス１１の横断面構
造を示している。上記図１２と同様、円筒部材及びばね
部材の図示を省略している。この図１３に示すように、
燃料スペーサ８にはすべて比較的小さな突出高さの同一
のタブ８ｂ1を設けている。そして、チャンネルボック
ス１１の内周面のうちそれらタブ８ｂ1に対応する位置
に、内側に突出した内タブ１１ａ1及び内タブ１１ａ2を
設けている。このとき、横断面形状正方形の対角線ｍを
境に一方側（図１３中右側、すなわち反制御棒側）に
は、突出高さＺ2が大きい内タブ１１ａ2を配置してい
る。逆に、対角線ｍを境に他方側（図１３中左側、すな
わ反制御棒側）には、突出高さＺ1が小さい内タブ１１
ａ1を配置している。なおこの場合、これらタブ１１ａ
1，１１ａ2も前述した偏心保持手段として機能する。チ
ャンネルボックス１１の肉厚は通常、燃料スペーサ８の
バンド８ａの肉厚よりも大きい。したがって、この場合
の設計自由度は、上記実施形態よりも大きくなる。

【００８１】なお、突出高さＺが小さい内タブ１１ａ1
を省略し、内タブ１１ａ2のみを設けてもよい。その方
が加工費は少なくなる。

【００８２】また、この変形例の考え方をさらに進め
て、燃料スペーサ８側にはタブを全く設けないことも考
えられる。すなわち、チャンネルボックス１１の内タブ
１１ａ1，１１ａ2のみとする構造である。

【００８３】さらに、図１４に示すように、燃料スペー
サ８にも、小さな突出高さのタブ８ｂ1と大きな突出高
さのタブ８ｂ2とを配置してもよい。この場合、燃料バ
ンドルの偏心量を大きくとる場合に特に好適である。

【００８４】角型水ロッドを備えた構造への適用 上記実施形態では、９行９列正方格子状配列中に２本の
水ロッド５が配置された構造に本発明を適用した。しか
し、これに限られず、図１５に示すような、９行９列正
方格子状配列中に１本の角型水ロッド５Ａが配置された
構造に本発明を適用してもよい。この場合も、同様の効
果を得る。

【００８５】さらに、図１６に示すような、角型水ロッ
ド５Ａがオフセット配置された構造にも適用できる。

【００８６】１０×１０配列への適用 上記実施形態では、本発明を、９行９列正方格子状配列
の燃料集合体に適用した場合であった。しかし、これに
限られず、１０行１０列正方格子状配列の燃料集合体に
適用しても良い。

【００８７】図１７は、この変形例による燃料集合体２
０１の水平横断面図である。上記実施形態の図１にほぼ
相当している。上記実施形態の燃料集合体１の各部材と
対応する部材は、適宜説明を省略する。またそれらに
は、上記実施形態の燃料集合体１の各部材の参照番号に
２００を加えた参照番号を付している。

【００８８】図１７において、燃料バンドル２０６は、
１０行１０列正方格子状に配列されている。そして、そ
れら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図
１７中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置
は、チャンネルボックス２１１の軸心位置よりも制御棒
２０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１７中左
上方向に２^-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、
図１７中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５
［ｍｍ］となっている。

【００８９】燃料棒２０４は、全部で９２本ある。各燃
料棒２０４の外径ｄは、ｄ＝１０．０５［ｍｍ］となっ
ている。また燃料棒２０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１
２．９［ｍｍ］となっている。なお、これら燃料棒２０
４の中に、適宜、図１の燃料棒４ｂと同様の部分長燃料
棒を配置しても良い。水ロッド２０５は、燃料集合体２
０１の略中央部に２本が配置されている。このとき、各
水ロッド２０５は、２行２列格子の４本の燃料棒２０４
を置き換えるように配置されている。チャンネルボック
ス２１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍ
ｍ］となっている。

【００９０】燃料スペーサ２０８の軸心位置は燃料バン
ドル２０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ２０
８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド２０８ａとタ
ブ２０８ｂとを備えている。制御棒２０３側には４つの
タブ２０８ｂ1が配置され、反制御棒２０３側には４つ
のタブ８ｂ2が配置される。このとき、図１同様、タブ
２０８ｂ2の突出高さＸ2とタブ２０８ｂ1の突出高さＸ1
との差Ｘ2−Ｘ1は１［ｍｍ］となっている。

【００９１】その他の構造は、上記実施形態の燃料集合
体１とほぼ同様である。

【００９２】上記より明らかなように、本変形例におい
ても、上記実施形態で説明した（１）偏心構造による局
所出力ピーキング低減、（２）偏心量設定による局所出
力ピーキング低減の確保、（３）熱的余裕の低下防止、
（４）既存の燃料スペーサ利用可能、（５）炉停止余裕
確保作用、の各作用を奏する。なお、これらのうち
（３）に関し、従来の１０行１０列正方格子状配列の燃
料棒ピッチと本変形例の燃料棒ピッチとの関係につい
て、以下に詳述する。

【００９３】燃料バンドルを取り囲むチャンネルボック
スの内幅Ｗは、上記実施形態において前述した「沸騰水
型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２
月、株式会社 日立製作所）に記載されている。すなわ
ち、８行８列正方格子状配列及び９行９列正方格子状配
列ともに約１３４［ｍｍ］である。また、１０行１０列
正方格子状配列でも、前述した"nuclear engineering I
NTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法Ｗは約１
３４［ｍｍ］である。一方、正方格子状配列最外周の燃
料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離
ｇは、上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料につい
て」に記載のように、８行８列でも９行９列でも同じで
ある。すなわち、８行８列では燃料棒ピッチが１６．３
［ｍｍ］で燃料棒直径が１２．３［ｍｍ］であることか
ら、求める距離ｇは、 ｇ＝（１３４−１６．３×７−１２．３）／２ ＝３．８５［ｍｍ］ ９行９列では、燃料棒ピッチが１４．４［ｍｍ］で燃料
棒直径が１１．２［ｍｍ］であることから、求める距離
ｇは、 ｇ＝（１３４．１−１４．４×８−１１．２）／２ ＝３．８５［ｍｍ］ となって等しい。したがって、１０行１０列も同様にｇ
＝３．８５［ｍｍ］となる。一方、１０行１０列の場
合、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載
のように、通常、燃料棒直径ｄはｄ＝１０．０５［ｍ
ｍ］である。上記した内幅Ｗ＝１３４［ｍｍ］、距離ｇ
＝３．８５［ｍｍ］、直径ｄ＝１０．０５［ｍｍ］よ
り、燃料棒ピッチｐを逆算すると、 ｐ＝（１３４−２×３．８５−１０．０５）／９ １
２．９［ｍｍ］ となる。このように、従来の１０行１０列配列の燃料集
合体での燃料棒ピッチは１２．９［ｍｍ］である。しか
しながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その
範囲を１２．６５［ｍｍ］〜１３．１５［ｍｍ］とする
ことが適当であると判断した。本変形例においては、燃
料棒ピッチｐは、ｐ＝１２．９［ｍｍ］である。すなわ
ち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕の低下
を防止できる。

【００９４】また、上記（２）に関し、この１０行１０
列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2
−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、
実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１０行１０列の場合、通常、燃料棒直径
ｄ １０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保
するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５［ｍ
ｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距
離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１） １２
３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲
むチャンネルボックスの内幅Ｗは、前述したようにＷ
１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最
外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残さ
れた距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍ
ｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャン
ネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の
間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンド
ルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２
×２＝７［ｍｍ］である。本変形例においては、Ｘ2−
Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていること
はいうまでもない。

【００９５】以上説明したように、本変形例によって
も、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることな
くＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果
を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用でき
るという効果も得る。

【００９６】なお、図１８に示すような、水ロッドとし
て角型水ロッド２０５Ａがオフセット配置された構造に
も適用できることはいうまでもない。

【００９７】１１×１１配列への適用 さらに、本発明を、既に提唱されている１１行１１列正
方格子状配列の燃料集合体に適用しても良い。図１９
は、この変形例による燃料集合体３０１の水平横断面図
である。上記実施形態の図１にほぼ相当している。上記
実施形態の燃料集合体１の各部材と対応する部材は、適
宜説明を省略する。またそれらには、上記実施形態の燃
料集合体１の各部材の参照番号に３００を加えた参照番
号を付している。

【００９８】図１９において、燃料バンドル３０６は、
１１行１１列正方格子状に配列されている。そして、そ
れら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図
１９中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置
は、チャンネルボックス３１１の軸心位置よりも制御棒
３０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１９中左
上方向に２^-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、
図１９中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５
［ｍｍ］となっている。

【００９９】燃料棒３０４は、全部で１１２本ある。各
燃料棒３０４の外径ｄは、ｄ＝９．２［ｍｍ］となって
いる。これら燃料棒３０４の中に、適宜、図１の燃料棒
４ｂと同様の部分長燃料棒を配置しても良い。また燃料
棒３０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］とな
っている。水ロッド３０５は、角型であり、燃料集合体
３０１の略中央部に１本が配置されている。このとき、
水ロッド３０５は、３行３列格子の９本の燃料棒３０４
を置き換えるように配置されている。チャンネルボック
ス３１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍ
ｍ］となっている。

【０１００】燃料スペーサ３０８の軸心位置は燃料バン
ドル３０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ３０
８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド３０８ａとタ
ブ３０８ｂとを備えている。このとき、図１同様、反制
御棒３０３側のタブ２０８ｂ2の突出高さＸ2と、制御棒
３０３側のタブ３０８ｂ1の突出高さＸ1との差が、Ｘ2
−Ｘ1＝１［ｍｍ］となっている。

【０１０１】その他の構造は、上記実施形態の燃料集合
体１とほぼ同様である。

【０１０２】本変形例においても、上記実施形態で説明
した（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減、
（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確
保、（３）熱的余裕の低下防止、（４）既存の燃料スペ
ーサ利用可能、（５）炉停止余裕確保作用、の各作用を
奏する。なお、これらのうち（３）に関し、従来の１１
行１１列正方格子状配列の燃料棒ピッチと本変形例の燃
料棒ピッチとの関係について、以下に詳述する。

【０１０３】まず、従来の１０行１０列正方格子状配列
の燃料集合体における燃料棒の本数は、上記実施形態に
おいて前述した"nuclear engineering INTERNATIONAL"
に記載のように、９１本である。すなわち、燃料有効長
が通常の燃料棒（以下、全長燃料棒という）が８３本と
部分長燃料棒が８本である。このとき、部分長燃料棒の
燃料有効長の長さは特に明記されていない。しかし、従
来の９行９列正方格子状配列（例えば上記「沸騰水型原
子力発電所 ９×９燃料について」に記載）と同様に通
常燃料棒の約１５／２４とする。そうすると、これら９
１本の燃料棒は、全長燃料棒換算で、 ８３＋８×（１５／２４）＝８８本 となる。

【０１０４】一方、既に提唱されている従来の１１行１
１列正方格子状配列の燃料集合体で、本変形例のように
燃料棒本数が１１２本である場合を想定する。そして、
部分長燃料棒が占める割合を上記１０行１０列の場合と
同じとする。すると、部分長燃料棒の本数は、 １１２×（８／９１） １０本 となる。すなわち、従来の１１行１１列配列の場合、全
長燃料棒が１０２本と部分長燃料棒が１０本となる。部
分長燃料棒の燃料有効長を上記と同様に全長燃料棒の１
５／２４とすると、全長燃料棒換算では、 １０２＋１０×（１５／２４）＝１０８本 となる。

【０１０５】ここで、従来の１１行１１列配列の燃料集
合体において、燃料有効長の値は特に明示されていな
い。しかし、既存の沸騰水型原子炉の炉心高さは通常あ
る程度の範囲内に定まっている。したがって、燃料有効
長は、１０行１０列配列の場合とほぼ同じであると考え
られる。また、燃料インベントリについても、ほぼ同じ
であると考えられる。この燃料インベントリ同一という
条件は、燃料有効長同一の前提のもとでは、 （燃料棒ペレット直径）×（全長燃料棒換算本数）＝
（一定） と表される。１０行１０列における燃料棒ペレット直径
は、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載
のように、通常、８．６７［ｍｍ］である。また全長燃
料棒換算本数は上記したように８８本である。一方、１
１行１１列における全長燃料棒換算本数は上記したよう
に１０８本である。したがって、１１行１１列における
燃料棒ペレット直径をＤとすると、 ８．６７×８８＝Ｄ×１０８ これにより、Ｄ＝７．８３［ｍｍ］となる。

【０１０６】一方、燃料棒直径ｄと燃料棒ペレット直径
Ｄとの関係を考えてみる。９行９列正方格子状配列で
は、上記実施形態において前述した「沸騰水型原子力発
電所９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社
日立製作所）に記載のように、 となる。１０行１０列正方格子状配列では、上記"nucle
ar engineering INTERNATIONAL"に記載のように、 となる。すなわち、ｎ行ｎ列のｎの値に関係なくほぼ一
定値となる。したがって、１１行１１列の場合も０．８
６とすると、前述のように燃料ペレット直径Ｄ＝７．８
３［ｍｍ］であることから、燃料棒直径ｄは、 となる。

【０１０７】また、上記で前述したように、燃料バン
ドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、ｎ行ｎ
列のｎの値に関係なくＷ １３４［ｍｍ］である。

【０１０８】以上により、１１行１１列正方格子状配列
における燃料棒ピッチｐを求めると、 となる。

【０１０９】このように、従来の１１行１１列配列の燃
料集合体での燃料棒ピッチは１１．７［ｍｍ］となる。
しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、
その範囲を１１．４５［ｍｍ］〜１１．９５［ｍｍ］と
することが適当であると判断した。本変形例において
は、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］である。
すなわち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕
の低下を防止できる。

【０１１０】また、上記（２）に関し、この１１行１１
列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2
−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、
実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１１行１１列の場合、通常、燃料棒直径
ｄ ９．２［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保する
ためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．０［ｍｍ］程
度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、
９．２×１１＋２．０×（１１−１） １２１．２［ｍ
ｍ］となる。チャンネルボックスの内幅Ｗは、前述した
ようにＷ １３４［ｍｍ］である。したがって、正方格
子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面と
の間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２
１．２＝１２．８［ｍｍ］が最大値となる。そして、最
外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、
通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがっ
て、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利
用できるのは、１２．８−２×２＝８．８［ｍｍ］であ
る。本変形例においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であ
り、この範囲内となっていることはいうまでもない。

【０１１１】以上説明したように、本変形例によって
も、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることな
くＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果
を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用でき
るという効果も得る。

【０１１２】なお、図２０に示すような、角型水ロッド
３０５Ａがオフセット配置した構造にも適用できること
はいうまでもない。

【０１１３】

【発明の効果】本発明によれば、チャンネルファスナー
側と反チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を
小さくし、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができ
る。したがって、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成す
ることができる。また、燃料バンドルごと偏心させるの
で、燃料棒ピッチは変化しない。これにより、従来のＤ
格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなるこ
とはない。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による燃料集合体の詳
細構造を表す拡大水平断面図である。

【図２】図１に示した燃料集合体が配置される沸騰水型
原子炉の炉心の部分概略配置（１／４対称）を示す水平
横断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図１に示した燃料集合体の詳細構造を示す縦断
面図である。

【図５】燃料集合体上部の上部格子板による支持構造を
示す上面図である。

【図６】下部タイプレートの詳細構造を示す上面図であ
る。

【図７】正方形形状の四辺のうちの一辺に係わるバンド
及びタブの詳細構造を示す側面図及びＡ−Ａ断面による
断面図である。

【図８】偏心量を確保する原理を説明する図である。

【図９】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化さ
せたときの局所出力ピーキングの変化を示す図である。

【図１０】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化
させたときの中性子無限増倍率の増加率の変化を示した
図である。

【図１１】燃料棒ピッチと燃料集合体限界出力との関係
を検討した結果を示す図である。

【図１２】燃料スペーサのタブを溶接で固定する変形例
の要部構造を示す図である。

【図１３】チャンネルボックスにもタブを設ける変形例
による燃料スペーサの要部構造と、チャンネルボックス
の横断面構造を示す図である。

【図１４】図１３の構造に対し、さらに燃料スペーサに
も小さな突出高さのタブと大きな突出高さのタブを追加
配置した例を示す図である。

【図１５】９行９列正方格子状配列中に１本の角型水ロ
ッドが配置された構造を示す図である。

【図１６】角型水ロッドがオフセット配置された構造を
示す図である。

【図１７】１０×１０配列に適用した変形例による燃料
集合体の水平横断面図である。

【図１８】角型水ロッドがオフセット配置された構造を
示す図である。

【図１９】１１×１１配列に適用した変形例による燃料
集合体の水平横断面図である。

【図２０】角型水ロッドがオフセット配置された構造を
示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料集合体 １Ａ〜Ｄ 燃料集合体 ２ 炉心 ３ 制御棒 ４ 燃料棒 ５ 水ロッド ６ 燃料バンドル ８ 燃料スペーサ ８ａ バンド ８ｂ1，ｂ2 タブ（偏心保持手段） ９ 上部タイプレート ９ａ ガイドポスト １０ 下部タイプレート １０ｂ 燃料棒挿入孔（偏心保持手段） １０ｃ 水ロッド挿入孔（偏心保持手段） １１ チャンネルボックス １１ａ1，ａ2 タブ（偏心保持手段） １４ チャンネルファスナー １４ａ 挿入孔（偏心保持手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｃ 3/34 Ｇ２１Ｃ 3/30 Ｗ 5/00 Ｈ 7/00 Ｋ 7/30 3/34 Ｅ (72)発明者 西田 浩二 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 青山 肇男 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小山 淳一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 配川 勝正 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 相澤 泰博 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タ
   イプレートと、チャンネルファスナーを固定するために
   設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体におい
   て、 ｎ＝９であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以
   上１４．６５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプ
   レートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に
   偏心させて保持する偏心保持手段を設けたことを特徴と
   する燃料集合体。
2. 【請求項２】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タ
   イプレートと、チャンネルファスナーを固定するために
   設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体におい
   て、 ｎ＝９であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以
   上１４．６５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプ
   レートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に
   Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、 Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］ としたことを特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】請求項２記載の燃料集合体において、 ７×２^-1/2［ｍｍ］≧Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］ としたことを特徴とする燃料集合体。
4. 【請求項４】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タ
   イプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保
   持する燃料スペーサと、チャンネルファスナーを固定す
   るために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体
   において、 ｎ＝９であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以
   上１４．６５［ｍｍ］以下であり、 前記燃料スペーサは、その外周部に外側に突出して設け
   られ、前記燃料バンドルの軸心位置を前記下部タイプレ
   ートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に偏
   心させて保持するための複数のタブを備えており、か
   つ、 前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位
   置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置
   する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反
   チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正
   方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2
   が、 Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］ となるように構成されていることを特徴とする燃料集合
   体。
5. 【請求項５】請求項４記載の燃料集合体において、 ７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］ となるように構成されていることを特徴とする燃料集合
   体。
6. 【請求項６】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボ
   ックスと、チャンネルファスナーを固定するために設け
   られるガイドポストとを備えた燃料集合体において、 ｎ＝９であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以
   上１４．６５［ｍｍ］以下であり、 前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］
   以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネル
   ボックスの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側
   に偏心させて保持する偏心保持手段を設けたことを特徴
   とする燃料集合体。
7. 【請求項７】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タ
   イプレートと、チャンネルファスナーを固定するために
   設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体におい
   て、 ｎ＝１０であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以
   上１３．１５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプ
   レートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に
   偏心させて保持する偏心保持手段を設けたことを特徴と
   する燃料集合体。
8. 【請求項８】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本
   の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
   された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び
   水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タ
   イプレートと、チャンネルファスナーを固定するために
   設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体におい
   て、 ｎ＝１０であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以
   上１３．１５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記下部タイプ
   レートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に
   Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、 Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］ としたことを特徴とする燃料集合体。
9. 【請求項９】請求項８記載の燃料集合体において、 ７×２^-1/2［ｍｍ］≧Ｙ≧２^-3/2［ｍｍ］ としたことを特徴とする燃料集合体。
10. 【請求項１０】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数
    本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配
    置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及
    び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部
    タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を
    保持する燃料スペーサと、チャンネルファスナーを固定
    するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合
    体において、 ｎ＝１０であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以
    上１３．１５［ｍｍ］以下であり、 前記燃料スペーサは、その外周部に外側に突出して設け
    られ、前記燃料バンドルの軸心位置を前記下部タイプレ
    ートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に偏
    心させて保持するための複数のタブを備えており、か
    つ、 前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位
    置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置
    する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反
    チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正
    方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2
    が、 Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］ となるように構成されていることを特徴とする燃料集合
    体。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の燃料集合体において、 ７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］ となるように構成されていることを特徴とする燃料集合
    体。
12. 【請求項１２】ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数
    本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配
    置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及
    び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネル
    ボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設
    けられるガイドポストを備えた燃料集合体において、 ｎ＝１０であり、 前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以
    上１３．１５［ｍｍ］以下であり、 前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］
    以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、 かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネル
    ボックスの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側
    に偏心させて保持する偏心保持手段を設けたことを特徴
    とする燃料集合体。
13. 【請求項１３】請求項１，２，６，７，８，１２のうち
    いずれか１項記載の燃料集合体において、前記燃料バン
    ドルの軸方向少なくとも１箇所を保持する燃料スペーサ
    をさらに有し、かつ、前記偏心保持手段は、前記燃料ス
    ペーサの外周部に設けられたタブを含むことを特徴とす
    る燃料集合体。
14. 【請求項１４】請求項１，２，６，７，８，１２のうち
    いずれか１項記載の燃料集合体において、前記偏心保持
    手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バ
    ンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入し
    て保持する挿入孔を含むことを特徴とする燃料集合体。
15. 【請求項１５】請求項６又は１２記載の燃料集合体にお
    いて、前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの
    内周部に設けられたタブを含むことを特徴とする燃料集
    合体。
16. 【請求項１６】請求項１，２，６，７，８，１２のうち
    いずれか１項記載の燃料集合体において、前記偏心保持
    手段は、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガ
    イドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔を含むこ
    とを特徴とする燃料集合体。
17. 【請求項１７】９行９列の正方格子状に配列された複数
    本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
    された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料棒と
    水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネル
    ボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃
    料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを
    備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒
    側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子
    炉の炉心において、 前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複
    数本の燃料棒のピッチが１４．１５［ｍｍ］以上１４．
    ６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内
    幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下
    であり、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チ
    ャンネルボックスの軸心位置よりも前記チャンネルファ
    スナー側に偏心させて保持する偏心保持手段を備えてい
    ることを特徴とする原子炉の炉心。
18. 【請求項１８】９行９列の正方格子状に配列された複数
    本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置
    された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料棒と
    水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネル
    ボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃
    料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを
    備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒
    側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子
    炉の炉心において、 前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複
    数本の燃料棒のピッチが１４．１５［ｍｍ］以上１４．
    ６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内
    幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下
    であり、かつ、前記チャンネルボックスの制御棒側に位
    置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する
    燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反
    制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外
    周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５
    ［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心
    位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制
    御棒側に偏心させて保持する偏心保持手段を備えている
    ことを特徴とする原子炉の炉心。
19. 【請求項１９】１０行１０列の正方格子状に配列された
    複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に
    配置された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料
    棒と水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャン
    ネルボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前
    記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒
    とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制
    御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした
    原子炉の炉心において、 前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複
    数本の燃料棒のピッチが１２．６５［ｍｍ］以上１３．
    １５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内
    幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下
    であり、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チ
    ャンネルボックスの軸心位置よりも前記チャンネルファ
    スナー側に偏心させて保持する偏心保持手段を備えてい
    ることを特徴とする原子炉の炉心。
20. 【請求項２０】１０行１０列の正方格子状に配列された
    複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に
    配置された少なくとも１本の水ロッド、及びこれら燃料
    棒と水ロッドとからなる燃料バンドルを取り囲むチャン
    ネルボックスをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前
    記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒
    とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制
    御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした
    原子炉の炉心において、 前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複
    数本の燃料棒のピッチが１２．６５［ｍｍ］以上１３．
    １５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内
    幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下
    であり、かつ、前記チャンネルボックスの制御棒側に位
    置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する
    燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反
    制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外
    周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５
    ［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心
    位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制
    御棒側に偏心させて保持する偏心保持手段を備えている
    ことを特徴とする原子炉の炉心。
21. 【請求項２１】帯状の部材で正方形の四辺を形成するよ
    うにしたバンドと、このバンドの外周部に外側に突出し
    て設けられた複数のタブとを備え、ｎ行ｎ列の正方格子
    状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水
    ロッドからなる燃料バンドルを保持する燃料スペーサに
    おいて、 前記複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方
    側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方
    側に位置するタブの突出高さの差が異なることを特徴と
    する燃料スペーサ。
22. 【請求項２２】横断面形状が正方形となる略四角筒形状
    を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃
    料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンド
    ルを覆うチャンネルボックスにおいて、 前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して複数のタブ
    を設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の
    対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記
    対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さの差が異
    なることを特徴とする燃料スペーサ。