JP2013217661A - 沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び該燃料集合体のスペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】核熱水力的特性や経済性に優れた沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び該燃料集合体に適用するスペーサを提供する。
【解決手段】一実施形態による沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、複数本の燃料棒と、１本又は複数本の水ロッドと、前記燃料棒および前記水ロッドを互いに所定の間隔を空けて束ねるスペーサ４０と、燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックス７０とを備える沸騰水型原子炉用の燃料集合体であって、チャンネルボックス７０に囲われた領域の横断面積である内部流れ面積は、チャンネルボックス７０の下部領域よりも上部領域において大きく、かつチャンネルボックス７０の隅部における内面は全長にわたって平坦であり、スペーサ４０は、正方状に形成された外枠４１と、外枠４１の隅部に設けられ、チャンネルボックス７０の隅部７１と対峙するように外向きに張出したローブ４２ａとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び該燃料集合体のスペーサに係り、特に、高燃焼度化に伴う燃料棒の出力ピークの低減や核熱水力的安定性の向上に有効な燃料集合体及びスペーサに関する。

図６に示すように、一般的な沸騰水型原子炉用の燃料集合体１は、ウラン等の燃料材を装填、密封した複数本の燃料棒２と、中空で内部に減速材が流れる構造の１本又は複数本の水ロッド３と、スペーサ４と、上部タイプレート５と、下部タイプレート６と、チャンネルボックス７とを備える。

燃料棒２と水ロッド３は、長手方向に隔設された複数個のスペーサ４によって正方格子状に束ねられる。更に、上部タイプレート５及び下部タイプレート６は束ねられた燃料棒の上端および下端をそれぞれ支持し、燃料束が形成される。この燃料束は、外側を角筒状のチャンネルボックス７で覆われている。

チャンネルボックス７を燃料束に装着する方式としては、チャンネルボックス７を燃料束の上方から被せる方式と、燃料束をチャンネルボックス７の上部から挿入する方式とがある。装着の容易性等の理由から、現在、前者の方式が主流である。

また、図７に示すように、従来のスペーサ４は、略正方状に形成された外枠（バンド）９と、外枠９の内部に正方格子状に配列された複数の丸セル（フェルール）１０とを有する。丸セル１０は、燃料棒２を挿通し支持するための管状の部材である。また、スペーサ４は、特許文献１にも開示されているように、外向きに張出したローブ（突起）８を有する。即ち、図８に示すように、スペーサ４の外枠９の各辺には、一対の外向きに張出したローブ８が形成されている。このローブ８によって、外枠９とチャンネルボックス７との間に所定の間隙が維持されるようになっている。

ウラン資源の有効活用、放射性廃棄物の低減、及び燃料経済性の向上を目的として、燃料の高燃焼度化が段階的に進められてきている。燃料の高燃焼度化は、例えば、ボイド反応度係数の絶対値の増加、炉停止余裕の減少、および核熱水力的安定性の低下等といった特性変化を伴うため、これらへの対策が課題となる。

このような課題に対して、種々の対策案が考えられている。例えば、特許文献２〜特許文献４では、チャンネルボックスの改良による対策が開示されている。各特許文献で開示されたチャンネルボックスの特徴は以下の通りである。

特許文献２のチャンネルボックス１１は、第３図に示されているように、外幅は全長にわたり一定であり、内幅は上部領域の方が下部領域よりも広い。詳しくは、チャンネルボックス１１の肉厚は、水平方向の各断面内においては隅部と辺部の区別なく均一であり、鉛直方向の各断面においては下部領域よりも上部領域の方が薄い。

特許文献３のチャンネルボックスは、第１図に示されているように、隅部を除いた部分の肉厚を、上部領域では内面を切削することにより、中央領域及び下部領域では外面を切削により薄くしている。

特許文献４のチャンネルボックスは、外幅が全長にわたり一定であり、チャンネルボックスの各面の上部領域の各辺部の内面に１つずつ溝を設け、該溝の深さは鉛直方向に一様とし、かつ、図９及び図１０に示されているように、水平方向における該溝の両端を隅部（コーナー）から２番目の燃料棒の中心位置と、隅部から４番目の燃料棒の中心位置との間に位置させている。

上記特許文献２〜特許文献４で開示されたチャンネルボックスに共通する特徴は、冷却材の流れが気液二相流となるチャンネルボックスの上部領域（下流側）における内幅を実質的に拡大することで、チャンネルボックスで囲われた領域の横断面積である内部流れ面積を、下部領域（上流側）よりも上部領域において大きくしていることである。

特開昭５９−６５２８７号公報 特開昭６３−２６１１９０号公報 特開平１−２６９０８５号公報 特開２００２−１３９５９０号公報 特開平８−２４０６７５号公報

上記のように、特許文献２〜特許文献４に記載のチャンネルボックスを適用することにより、燃料の高燃焼度化における課題に対して一定の効果は期待できる。しかしながら、沸騰水型原子炉用の燃料集合体として主流であるチャンネルボックスを燃料束の上方から被せて装着する方式を採る場合には、新たな課題が浮上する。

すなわち、特許文献２〜特許文献４に記載のチャンネルボックスでは、実質的に下部領域で内幅が狭く、上部領域で内幅が広い。よって、チャンネルボックスを燃料束の上部から被せて装着するためには、全てのスペーサがチャンネルボックスの下部領域を通過できるようにする必要がある。そして、このようにするためには、燃料集合体の鉛直方向位置に関係なく、例えば、スペーサの外幅を全て同じにする必要がある。この結果、チャンネルボックスを燃料束に装着した状態では、チャンネルボックスの上部領域（内部流れ面積が広い領域）に位置するスペーサのローブとチャンネルボックスの内面との隙間は、下部領域（内部流れ面積の狭い領域）に位置するスペーサのローブとチャンネルボックスの内面との隙間に比べて広くなる。

スペーサのローブとチャンネルボックスの内面との隙間が必要以上に広い場合には、原子炉運転中の冷却材流れに起因して不要な振動が発生するおそれがある。さらに、チャンネルボックスの中心に対してスペーサの中心が偏心（オフセット）する余地を与えるため、燃料集合体の核熱水力的特性に悪影響をもたらすおそれもある。

よって、チャンネルボックスを燃料束の上部から被せて装着する方式の場合、内部流れ面積を拡大した上部領域におけるスペーサの支持に問題があり、原子炉運転時における燃料の健全性および信頼性を確保する観点、並びに核熱水力的特性の観点から、特許文献２〜特許文献４に記載のチャンネルボックスを適用することは実際上困難である。

なお、スペーサの中心がチャンネルボックスの中心に対して偏心（オフセット）することを抑制し、それによって、核熱水力的特性、特に限界出力特性を改善する方法が知られている。例えば、特許文献５には、図２に示されているように、チャンネルボックスの内面から内側方向に張出した内部突起がスペーサの位置に対応して設けられ、該内部突起とスペーサが対峙するようにすることにより、チャンネルボックスの中心とスペーサの中心をより正確に合わせる技術が開示されている。しかしながら、当該技術では、内部突起を設けたことによりスペーサの位置においてチャンネルボックスの内部流れ面積を縮小することになるため、冷却材の圧力損失が増加することに繋がる。したがって、上部領域（下流側）で内部流れ面積を広くするように構成されたチャンネルボックスに特許文献５の技術を適用することは、該チャンネルボックスの利点を損なう可能性がある。

本発明は上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、冷却材流れが気液二相流となる上部領域（下流側）の内部流れ面積が下部領域（上流側）における内部流れ面積よりも拡大されたチャンネルボックスを適用する場合における上記の技術的課題を克服し、核熱水力的特性や経済性に優れた沸騰水型原子炉用の燃料集合体、及び該燃料集合体に適用するスペーサを提供することにある。

本発明の一態様に係る沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、
複数本の燃料棒と、１本又は複数本の水ロッドと、前記燃料棒および前記水ロッドを互いに所定の間隔を空けて束ねるスペーサと、前記スペーサによって束ねられた前記燃料棒および前記水ロッドの上端および下端をそれぞれ支持して燃料束を形成する上部タイプレート及び下部タイプレートと、前記燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックスとを備える沸騰水型原子炉用の燃料集合体であって、
前記チャンネルボックスに囲われた領域の横断面積である内部流れ面積は、前記チャンネルボックスの下部領域よりも上部領域において大きく、前記チャンネルボックスの所定の部位における内面は全長にわたって平坦であり、
前記スペーサは、正方状に形成された外枠と、前記外枠に設けられ、前記チャンネルボックスの前記所定の部位と対峙するように外向きに張出したローブとを有する、
ことを特徴とする。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記チャンネルボックスの前記所定の部位は隅部であり、前記ローブは前記スペーサの外枠の隅部に設けられていてもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記ローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していてもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記チャネルボックスの上部領域における辺部の内面には、前記辺部の長さに相当する幅を有し、前記チャンネルボックスの長さ方向に延びる溝部が形成されてもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記チャンネルボックスの辺中央部における内面は全長にわたって平坦であり、
前記スペーサは、前記外枠の辺中央部に設けられ、前記チャンネルボックスの辺中央部と対峙するように外向きに張出したローブを有してもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記外枠の辺中央に設けられたローブは、鉛直方向に一定の張出し高さを有してもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記外枠の辺中央に設けられたローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していてもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記チャネルボックスの上部領域における辺部の内面には、前記チャンネルボックスの長さ方向に延びる２つの溝部が前記辺中央部を挟むように形成されていてもよい。

また、前記沸騰水型原子炉用の燃料集合体において、
前記スペーサの外枠の隅部の上部に隅切り部が形成されていてもよい。

本発明の一態様による沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサは、
複数本の燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドと、前記燃料棒および前記水ロッドから構成された燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックスであって、前記チャンネルボックスに囲われた領域の横断面積である内部流れ面積が前記チャンネルボックスの下部領域よりも上部領域において大きく、かつ前記チャンネルボックスの所定の部位における内面は全長にわたって平坦なチャンネルボックスと、を備える沸騰水型原子炉用の燃料集合体において前記燃料棒および前記水ロッドを互いに所定の間隔を空けて束ねるスペーサであって、
正方状に形成された外枠と、
前記外枠の内部に格子状に配列され前記燃料棒を支持する複数のセルと、
前記外枠に設けられ、前記チャンネルボックスの前記所定の部位と対峙するように外向きに張出したローブと、
を備えることを特徴とする。

前記沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサにおいて、
前記チャンネルボックスの前記所定の部位は隅部であり、前記ローブは前記外枠の隅部に設けられていてもよい。

前記沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサにおいて、
前記外枠の辺中央部に設けられ、外向きに張出したローブをさらに備えてもよい。

前記沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサにおいて、
前記ローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していてもよい。

本発明による燃料集合体では、チャンネルボックスの所定の部位における内面は全長にわたって平坦であり、かつ、チャンネルボックスの内部流れ面積は下部領域よりも上部領域において大きい。さらに、スペーサは、外枠に設けられ、チャンネルボックスの所定の部位と対峙するように外向きに張出したローブを有する。これにより、内部流れ面積が下部領域よりも上部領域において大きいチャンネルボックスに対してチャンネルボックスを燃料束の上方から被せる方式を採りつつ、燃料集合体が備える全てのスペーサについて、スペーサとチャンネルボックスとの間に所定の間隙を維持することができる。このため、原子炉運転中の冷却材流れに起因する不要な振動の発生や、チャンネルボックスの中心に対するスペーサの中心の偏心を防止しつつ、中性子吸収の低減、ボイド反応度係数の絶対値の低減、炉停止余裕の改善、および二相流の圧力損失低減による核熱水力的安定性の向上といった高燃焼度化に必要な特性を得ることができる。

よって、本発明によれば、チャンネルボックスを燃料束の上方から被せる方式を採ることができ、かつ高燃焼度燃料に適用可能な燃料集合体を得ることができる。

本発明の第１の実施形態による燃料集合体の横断面図である。 第１の実施形態による燃料集合体の隅部を拡大した横断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態による燃料集合体の横断面図である。 第２の実施形態による燃料集合体のスペーサの側面図である。 一般的な燃料集合体の縦断面図である。 従来のスペーサの平面図である。 従来のスペーサの側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による燃料集合体２０の横断面図であり、チャネルボックスの上部領域に位置するスペーサの上部側における横断面を示している。なお、図１において、スペーサ４０の外枠４１より内側の構成（丸セル、燃料棒、水ロッド等）については、本発明の特徴と直接関係がないため図示していない。

また、図１の破線は、チャンネルボックス７０の下部領域における内面を示している。

燃料集合体２０は、複数本の燃料棒と、１本又は複数本の水ロッドと、燃料棒と水ロッドを互いに所定の間隔を空けて正方格子状に束ねるスペーサ４０と、上部タイプレートと、下部タイプレートと、燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックス７０とを備える。

燃料棒は、その内部にウラン等の燃料材が装填、密封されている。水ロッドは、中空で内部を減速材が流れるように構成されている。スペーサ４０は、長手方向に複数個隔設されている。上部タイプレートおよび下部タイプレートは、スペーサ４０によって束ねられた燃料棒および水ロッドの上端および下端をそれぞれ支持して燃料束を形成する。

燃料集合体２０に装着されるチャンネルボックス７０について説明する。チャンネルボックス７０の隅部における内面は全長にわたって平坦であり、チャンネルボックス７０に囲われた領域の横断面積である内部流れ面積は、チャンネルボックス７０の下部領域（上流側）よりも上部領域（下流側）において大きい。

より具体的には、上部領域の内部流れ面積を下部領域の内部流れ面積よりも相対的に増大させるために、図１に示すように、チャンネルボックス７０には溝部７３が形成されている。この溝部７３は、チャネルボックス７０の上部領域における辺部７２の内面に形成されており、辺部７２の長さに相当する幅を有しチャンネルボックス７０の長さ方向に延びる。溝部７３により、辺部７２の肉厚は溝部７３の深さ分だけ薄くなっている。したがって、上部領域の内部流れ面積は、各辺部に形成された溝部７３の横断面積の和に相当する分だけ、下部領域よりも大きい。

仮に、図６〜図８を用いて説明した従来の燃料集合体１のチャンネルボックス７をチャンネルボックス７０に置き換えた場合、チャンネルボックス７０の上部領域の辺部７２に溝部７３が設けられているため、上部領域に位置するスペーサ４のローブ８とチャンネルボックス７０との間隙は溝部７３の深さ分だけ増加することになる。前述のように、このような間隙の増加は、原子炉運転中の冷却材流れに起因する不要な振動を発生させる原因になる可能性がある。さらに、チャンネルボックスの中心に対してスペーサの中心が偏心（オフセット）する余地を与えるため、燃料集合体の核熱水力的特性に悪影響をもたらす可能性がある。

これらを防止するため、一案として、ローブ８の張出し高さをチャンネルボックス７０の溝部７３の深さ分だけ高くすることが考えられる。しかしながら、この場合、上部領域に位置するスペーサ４のローブ８の張出し高さが、下部領域に位置するスペーサ４のローブ８の張出し高さよりも高くなる。このため、チャネルボックスを燃料束に装着する方式として現在主流の方式であるチャンネルボックスを燃料束に被せる方式を採ることができなくなってしまう。

そこで、図１に示すように、スペーサ４０は、チャンネルボックス７０の隅部７１に対峙する位置に、ローブ４２ａを有する。即ち、本実施形態によるスペーサ４０は、略正方状に形成された外枠（バンド）４１と、外枠４１の内部に格子状に配列され、燃料棒を支持する複数のセルと、外枠４１の隅部に設けられ、チャンネルボックス７０の隅部７１と対峙するように外向きに張出したローブ４２ａとを備える。

ローブ４２ａは、チャンネルボックス７０の中心に対するスペーサ４０の中心の偏心を抑制するため、図１に示すように、スペーサ４０の外枠４１の隅部の各々に計４個設けることが好ましい。但し、偏心許容量や燃料集合体の構造強度等を考慮して、ローブの数を適宜減らすことも可能である。例えば、ローブ４２ａを外枠４１の対角線上に位置する２カ所に設けるようにしてもよい。

なお、スペーサ４０のセルは、円筒状の丸セルに限らず、例えば、板状の部材（ディバイダ）を正方格子状に交差させて構成したものでもよい。

本実施形態では、上記のスペーサ４０およびチャンネルボックス７０を用いて燃料集合体を構成する。このため、スペーサとチャンネルボックスとの間に所定の間隙を維持するために、ローブ４２ａの張出し高さをチャンネルボックス７０の上部領域と下部領域とで（即ち、内部流れ面積が相違する領域に対応して）変える必要がない。従って、チャンネルボックス７０を燃料束の上方から被せて装着する方式を適用することができる。

さらに、ローブ４２ａを設けることで隅部近傍の燃料棒の冷却効果を向上させることができる。以下、このことについて詳しく説明する。

スペーサは、従来、燃料棒等を支持する機能に加えて、冷却材を撹拌することで、燃料棒の冷却効果を高める役目も果たしている。特に、冷却材が気相主体の気液二相流状態である燃料集合体の上部領域では、スペーサによる冷却材の撹拌効果によって冷却材中の液滴が燃料棒に付着し、スペーサが設けられた位置およびその近傍で燃料棒表面に付着した液膜の厚さが増す。このように冷却材中の液滴が燃料棒に付着するように作用させることは、燃料棒の冷却効果を高め、限界出力特性の向上に繋がる。

チャンネルボックス７０の壁面における冷却材流れは、上部領域でも液膜を伴う流れの状態と考えられる。したがって、この冷却材流れを燃料棒の方面に向ければ、隅部および隅部近傍の燃料棒２１ａ，２１ｂの冷却効果を向上させることができる。

図２は、燃料集合体２０の隅部を拡大した横断面図を示している。スペーサ４０の丸セル４３に挿通された燃料棒２１ａおよび燃料棒２１ｂは、それぞれ隅部および隅部近傍に配置されている。スペーサ４０のローブ４２ａは、外枠４１と一体的に設けられ、例えば、外枠４１の一部を成形して形成される。このようにローブ４２ａは、外枠４１の隅部の下端をチャンネルボックス７０の方向に引っ張り出したスカート状のものとして構成される。なお、ローブ４２ａは、外枠４１とは別体の張り出し部品を外枠４１の隅部に接着して形成してもよい。

また、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図を示し、スペーサ４０の隅部におけるローブ４２ａおよび丸セル４３の縦断面図を示している。丸セル４３に挿通された燃料棒は図示していない。図３に示すように、ローブ４２ａは、下端に張出しのピークを有し、該ピークから上部側（冷却材流れの下流側）に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜している。

図２及び図３に示すように、チャンネルボックス７０の隅部とスペーサ４０の隅部との間を流れる冷却材は、スペーサ４０の隅部に設けられたローブ４２ａの下部側から取込まれる。ローブ４２ａにより取込まれた冷却材の一部は、隅部の燃料棒２１ａの方面への流れ（Ｆ１）となり、他の一部は、隅部近傍の燃料棒２１ｂの方面への流れ（Ｆ２）となる。このように、ローブ４２ａは、チャンネルボックス７０の隅部とスペーサ４０の隅部との間を流れる冷却材を外枠４１の内側に取込み、隅部の燃料棒２１ａや隅部近傍の燃料棒２１ｂに供給する。これにより、燃料棒２１ａ，２１ｂの冷却効果を高めることができる。

なお、チャンネルボックス７０の着脱性を考慮して、ローブ４２ａの下端は、丸みを帯びた状態であるか、又は面取りされていることが好ましい。このため、ローブ４２ａの張出しのピークは、必ずしもローブ４２ａの下端にある必要はなく、ローブ４２ａの下端より多少上側にあってもよい。即ち、ローブ４２ａは、下端または下端より多少上側（「下部側」と総称する。）に張り出しのピークを有する。

また、図３に示すように、ローブ４２ａを含む外枠４１の隅部の上部に、隅切り部４４を形成してもよい。ローブ４２ａが上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していることに加えて、隅切り部４４を形成することによって、チャンネルボックスを燃料束にさらに容易に装着することができる。

以上説明したように、第１の実施形態では、チャンネルボックス７０の隅部７１における内面は全長にわたって平坦であり、かつ内部流れ面積がチャンネルボックスの下部領域よりも上部領域において大きい。また、スペーサ４０は外枠４１の隅部に設けられ、チャンネルボックスの隅部と対峙するように外向きに張出したローブ４２ａを有する。これにより、内部流れ面積が下部領域よりも上部領域において大きいチャンネルボックスに対してチャンネルボックスを燃料束の上方から被せる現在主流の方式を採りつつ、燃料集合体が備える全てのスペーサについて、スペーサとチャンネルボックスとの間に所定の間隙を維持することができる。このため、原子炉運転中の冷却材流れに起因する不要な振動の発生や、チャンネルボックスの中心に対するスペーサの中心の偏心を防止しつつ、中性子吸収の低減、ボイド反応度係数の絶対値の低減、炉停止余裕の改善、および二相流の圧力損失低減による核熱水力的安定性の向上といった高燃焼度化に必要な特性を得ることができる。よって、本実施形態によれば、チャンネルボックスを燃料束の上方から被せる方式を採ることができ、かつ高燃焼度燃料に適用可能な燃料集合体を得ることができる。

さらに、本実施形態では、ローブ４２ａは、下部側に張出しのピークを有し、かつ張り出しピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜している。これにより、チャンネルボックス７０の隅部を流れる冷却材が、ローブ４２ａに取り込まれ、隅部の燃料棒２１ａ及びこれに隣接する燃料棒２１ｂの周りに供給される。よって、本実施形態によれば、隅部および隅部近傍の燃料棒の冷却効果を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、ローブ４２ａが上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜している。これにより、チャンネルボックス７０を燃料束の上方から装着する作業において、ローブ４２ａがチャンネルボックス７０の下端部の案内面となって、チャネルボックス７０はスペーサ４０を容易に通過できるようになる。よって、本実施形態によれば、チャンネルボックス７０の装着性を良好にすることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、外枠の隅部のローブに加えて、外枠の辺中央部にもローブを設ける。以下、図４及び図５を用いて、第２の実施形態について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図４は、第２の実施形態による燃料集合体２０Ａの横断面図であり、チャネルボックスの上部領域に位置するスペーサの上部側における横断面を示している。なお、図４においても、図１と同様、スペーサ４０Ａの外枠４１より内側の構成（丸セル、燃料棒、水ロッド等）については、本発明の特徴と直接関係がないため図示していない。

図５は、燃料集合体２０Ａが備えるスペーサ４０Ａの側面図である。

図４に示すように、燃料集合体２０Ａが備えるチャンネルボックス７０Ａは、隅部７１の内面および辺中央部７５の内面が全長にわたって平坦である。さらに、チャンネルボックス７０Ａにおいては、第１の実施形態と同様に、内部流れ面積はチャンネルボックス７０Ａの下部領域（上流側）よりも上部領域（下流側）において大きい。

図４に示すように、チャネルボックス７０Ａの上部領域における辺部７２の内面には、チャンネルボックス７０Ａの長さ方向に延びる２つの溝部７４が辺中央部７５を挟むように形成されている。これにより、上部領域の内部流れ面積を溝部７４の横断面積の和に相当する分だけ下部領域よりも増加させている。

また、本実施形態のスペーサ４０Ａは、前述のローブ４２ａに加えて、外枠４１の辺中央部に設けられ、チャンネルボックス７０Ａの辺中央部７５と対峙するように外向きに張出したローブ４２ｂを有する。このローブ４２ｂは、図５に示すように、鉛直方向に一定の張出し高さを有する。また、ローブ４２ｂは、外枠４１と一体的に設けられ、例えば、外枠４１の一部を成形して形成される。なお、ローブ４２ｂは、外枠４１とは別体の張り出し部品を外枠４１の辺中央部に接着して形成してもよい。

このように、本実施形態の燃料集合体２０Ａでは、チャンネルボックス７０Ａの隅部７１とスペーサ４０Ａのローブ４２ａとが対峙するとともに、チャンネルボックス７０Ａの辺中央部７５とスペーサ４０Ａのローブ４２ｂとが対峙する。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、下記の本実施形態に特有の効果を得ることができる。

即ち、本実施形態では、スペーサ４０Ａの外枠４１の隅部に設けられたローブ４２ａに加えて外枠４１の辺中央部に設けられたローブ４２ｂによって、チャンネルボックス７０Ａを支持する。このため、例えば、地震発生時のように横荷重を受ける場合において、チャンネルボックス７０Ａとスペーサ４０Ａの接触箇所が増えることで、スペーサ４０Ａの変形をより抑えられるようになる。

よって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、構造強度に優れた燃料集合体を得ることができる。

なお、ローブ４２ｂは、ローブ４２ａと同様に、下部側に張出しのピークを有し、上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜しているものとして構成されてもよい。これにより、チャンネルボックス７０の辺中央部とスペーサ４０の辺中央部との間を流れる冷却材を外枠４１の内側に取込むとともに、取り込んだ冷却材を辺中央部の燃料棒に供給することができ、辺中央部の燃料棒の冷却効果を高めることができる。

また、図５には示していないが、第１の実施形態と同様に、ローブ４２ａを含む外枠４１の隅部の上部に隅切り部４４が形成されてもよい。これにより、チャンネルボックスを燃料束にさらに容易に装着することができる。

以上、本発明による２つの実施形態について説明した。第１の実施形態による燃料集合体は、第２の実施形態よりもチャンネルボックスの上部領域における内部流れ面積が大きいため、核熱水力的特性等の観点からより優れているといえ、一方、第２の実施形態による燃料集合体は、スペーサの外枠の辺中央部にもローブを備えるため、構造強度の観点からより優れているといえる。

なお、第１および第２の実施形態ではいずれも、チャンネルボックスの隅部の内面が全長にわたって平坦であり、該隅部と対峙するようにスペーサの隅部にローブが設けられていたが、本発明はこれに限るものではない。即ち、本発明による燃料集合体は、隅部以外の部位における内面が全長にわたって平坦なチャンネルボックスと、この当該部位と対峙するように外向きに張り出したローブを有するスペーサとを備える燃料集合体であってもよい。このような燃料集合体によっても、上述の作用効果、即ち、内部流れ面積が下部領域よりも上部領域において大きいチャンネルボックスに対してチャンネルボックスを燃料束の上方から被せる方式を採りつつ、燃料集合体が備える全てのスペーサについて、スペーサとチャンネルボックスとの間に所定の間隙を維持することができる。その結果、第１および第２の実施形態で説明した効果を得ることができる。

上記のように、本発明によれば、高燃焼度化に好適な燃料集合体を提供し、ウラン資源の有効活用、放射性廃棄物の低減、燃料経済性向上、並びに燃料の健全性確保に対して寄与することができる。

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

１ （従来の）燃料集合体
２ 燃料棒
３ 水ロッド
４ （従来の）スペーサ
５ 上部タイプレート
６ 下部タイプレート
７ （従来の）チャンネルボックス
８ ローブ
９ 外枠（バンド）
１０ 丸セル
２０，２０Ａ 燃料集合体
２１ａ （隅部の）燃料棒
２１ｂ （隅部近傍の）燃料棒
４０，４０Ａ スペーサ
４１ 外枠
４２ ローブ
４２ａ （隅部の）ローブ
４２ｂ （辺中央部の）ローブ
４３ 丸セル
４４ 隅切り部
７０，７０Ａ チャンネルボックス
７１ 隅部
７２ 辺部
７３，７４ 溝部
７５ 辺中央部
Ｆ１，Ｆ２ 冷却材流れ

Claims (13)

1. 複数本の燃料棒と、１本又は複数本の水ロッドと、前記燃料棒および前記水ロッドを互いに所定の間隔を空けて束ねるスペーサと、前記スペーサによって束ねられた前記燃料棒および前記水ロッドの上端および下端をそれぞれ支持して燃料束を形成する上部タイプレート及び下部タイプレートと、前記燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックスとを備える沸騰水型原子炉用の燃料集合体であって、
   前記チャンネルボックスに囲われた領域の横断面積である内部流れ面積は、前記チャンネルボックスの下部領域よりも上部領域において大きく、前記チャンネルボックスの所定の部位における内面は全長にわたって平坦であり、
   前記スペーサは、正方状に形成された外枠と、前記外枠に設けられ、前記チャンネルボックスの前記所定の部位と対峙するように外向きに張出したローブとを有する、
   ことを特徴とする沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
2. 前記チャンネルボックスの前記所定の部位は隅部であり、前記ローブは前記スペーサの外枠の隅部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
3. 前記ローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
4. 前記チャネルボックスの上部領域における辺部の内面には、前記辺部の長さに相当する幅を有し、前記チャンネルボックスの長さ方向に延びる溝部が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
5. 前記チャンネルボックスの辺中央部における内面は全長にわたって平坦であり、
   前記スペーサは、前記外枠の辺中央部に設けられ、前記チャンネルボックスの辺中央部と対峙するように外向きに張出したローブを有することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
6. 前記外枠の辺中央に設けられたローブは、鉛直方向に一定の張出し高さを有することを特徴とする請求項５に記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
7. 前記外枠の辺中央に設けられたローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
8. 前記チャネルボックスの上部領域における辺部の内面には、前記チャンネルボックスの長さ方向に延びる２つの溝部が前記辺中央部を挟むように形成されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
9. 前記スペーサの外枠の隅部の上部に隅切り部が形成されていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の沸騰水型原子炉用の燃料集合体。
10. 複数本の燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドと、前記燃料棒および前記水ロッドから構成された燃料束の外側に装着された角筒状のチャンネルボックスであって、前記チャンネルボックスに囲われた領域の横断面積である内部流れ面積が前記チャンネルボックスの下部領域よりも上部領域において大きく、かつ前記チャンネルボックスの所定の部位における内面は全長にわたって平坦なチャンネルボックスと、を備える沸騰水型原子炉用の燃料集合体において前記燃料棒および前記水ロッドを互いに所定の間隔を空けて束ねるスペーサであって、
    正方状に形成された外枠と、
    前記外枠の内部に格子状に配列され前記燃料棒を支持する複数のセルと、
    前記外枠に設けられ、前記チャンネルボックスの前記所定の部位と対峙するように外向きに張出したローブと、
    を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサ。
11. 前記チャンネルボックスの前記所定の部位は隅部であり、前記ローブは前記外枠の隅部に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサ。
12. 前記外枠の辺中央部に設けられ、外向きに張出したローブをさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサ。
13. 前記ローブは、下部側に張出しのピークを有し、前記ピークから上部側に向かって徐々に張出し高さが低くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体のスペーサ。

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