JP2597589B2

JP2597589B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JP2597589B2
Application number: JP62179213A
Authority: JP
Inventors: 精植田; 光一桜田; 護永野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1987-07-20
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPS6423195A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は燃料集合体に係り、特に運転サイクルが長く
かつ高停止余裕型の沸騰水型原子炉に好適な燃料集合体
に関する。

（従来の技術）沸騰水型原子炉の燃料集合体は、金属製被覆管内部に
核燃料物質を充填した多数の燃料棒を規則正しく配列さ
れたものが方形のチャンネルボックスの内部に収納され
て構成されている。そして、沸騰水型原子炉の炉心で
は、通常１体の十字型制御棒とそれを取り囲む４体の燃
料集合体とから構成されたセルが規則正しく配置されて
いる。すなわち、沸騰水型原子炉の炉心の各燃料集合体
および制御棒は、それらの軸が垂直で互いに平行になる
ように配列され、減速材としての機能を有する冷却材は
炉心の下方から上方に向って流れるように構成されてい
る。そして、炉心有効部下端即ち発熱部の下端付近では
気泡は発生しないが、炉心の中央部から上端部にかけて
は大量の気泡が発生し、この発生した気泡は炉心上方に
流れる。気泡の占める体積割合即ちボイド割合が高くな
ると、中性子の減速特性が低下するため熱中性子束が低
下し、出力が低下する。これを避けるため、ボイド割合
の高い部位では核分裂核種濃度即ち濃縮度を高めたり、
或いはボイド割合の低い部位の出力上昇を抑えるべく可
燃性毒物を入れる等して対処してきた。

したがって、沸騰水型原子炉では炉心上部の燃焼が遅
れやすく、これによってＵ−235濃度が相対的に他の部
分より高くなり、また、ボイドによりPu−239などの核
分裂姓核種が生成されるため、炉心上部では原子炉の停
止余裕がきびしくなり易い事はよく知られている。さら
に、経済性向上を主目的として、運転サイクルの長期化
や燃料の燃焼度向上のための努力が続けられている。こ
の場合も燃料の濃縮度は必然的に高められるので、原子
炉の停止余裕は一段ときびしくなる。

次に、沸騰水型原子炉に用いられた燃料集合体及び近
い将来用いられると期待される燃料集合体の代表例を図
面を参照して説明する。

第24図（ａ）および同図（ｂ）はそれぞれ従来の燃料
集合体の斜視図および燃料集合体を構成する燃料棒の概
略縦断面図である。

第24図（ａ）において、燃料集合体は水棒（図示せ
ず）と燃料棒２を上部タイプレート4,スペーサ5,下部タ
イプレート６により固定し、その外側をチャンネルボッ
クス１で取囲むように構成されている。燃料棒２は第24
図（ｂ）に示すように、被覆管７内に燃料ペレット８を
配設し、その上部のガスプレナムにスプリング９を設
け、上端に上部端栓10を下端に下部端栓11を設けてい
る。

第25図は第24図（ａ）に示す従来の燃料集合体の横断
面図である。チャンネルボックス１内には62本の燃料棒
２と２本の水棒３が配列されて燃料集合体を構成してい
る。水棒３は集合体内部で減速材である水が不足するの
を抑制しているが、この水棒３は軸方向に一様であるた
め炉心下方では水過剰、上方では水不足になるという問
題点がある。

第26図に示す燃料集合体は前記燃料集合体の特性を改
良するために開発されたものであり、集合体内部に１本
の太径水棒12を配置して非沸騰水を導入している。しか
しながら、この例でも炉心下方では水過剰、上方では水
不足になるという問題点がある。

第27図に示す燃料集合体も第25図の燃料集合体の改良
であり、４つの小チャンネルボックス13を設け、小チャ
ンネルボックス13内には沸騰冷却水を、また小チャンネ
ルボックス13相互間の十字状間隙14には非沸騰減速材水
領域とすることにより、水平方向出力分布の平坦化を図
ったものであるが、このタイプの燃料集合体も炉心下方
では水過剰、上方では水不足になるという問題点があ
る。

第28図に示す燃料集合体は、第27図の燃料棒の改良型
として開発されたものである。この燃料集合体は９ケの
サブアセンブリ15で構成されており、各サブアセンブリ
15はそれぞれ９本の燃料棒２で構成されている。サブア
センブリ15の間にはやや広い間隔16が設けられている。
この燃料集合体の場合も炉心上下部の水の過不足問題は
解決されていない。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように、沸騰水型原子炉（BWR）の発熱部で
ある燃料集合体の最下端では、気泡は発生しないもの
の、その他の部分ではどこででも気泡は発生し、しかも
発生した気泡は上方（下流）へ流れていく。従って、BW
Rの気泡割合（ボイド割合）は炉心上方ほど高くなる。
その結果、中性子の減速特性が低下するので核分裂割合
が低下することになる。すなわち、燃焼は炉心下方で進
み、炉心上方で遅れることになる。そこで、炉心上方の
出力の低下を抑制するために、炉心上方の核分裂核種濃
度を高くすることが提案されている。

ところが、炉心上方でのボイド割合の上昇と核分裂核
種濃度を高くすることは、原子炉停止持の炉式上部での
未臨界度を浅くすることになる。

一方、運転サイクルを長期化して経済性を向上するた
めには燃料の濃縮度を更に高めなければならないが、こ
のことは炉心上部での未臨界度をますます浅くすること
になり、終には原子炉を停止できなくなる場合も考えら
れる。すなわち、この点がネックとなって従来の原子炉
炉心では運転サイクルの長期化が出来ないという問題点
があった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたもの
で、その目的は、燃料の濃縮度を高くしても原子炉停止
を可能とするとともに軸方向出力分布と冷却材圧力損失
を改良した沸騰水型原子炉の炉心を構成する燃料集合体
を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は金属製被覆管の
内部に核燃料物質を充填した多数の燃料棒を規則正しく
配列して構成した燃料集合体において、前記燃料棒は長
尺燃料棒と少なくとも１種類の短尺燃料棒とからなり、
前記短尺燃料棒を、（１）燃料集合体の側面に対し直角
方向または対角方向にそれぞれ直線状または交叉する直
線状に配置して、長尺燃料棒を複数領域に分割するよう
にするか、（２）燃料集合体の中央部に互いに隣接する
ように団塊状に配置して、この短尺燃料棒の団塊により
長尺燃料棒の間隙が拡大された領域が燃料集合体の上部
領域の中央部に形成されるようにし、原子炉の停止余裕
がきびしくなる炉心の比較的上部から核燃料物質を直線
状または交叉する直線状または団塊状に排除することに
よって原子炉の停止余裕を向上させ、さらに、出力の軸
方向分布を改良し、冷却材の圧力損失を低下させ、チャ
ンネルの安定性に寄与するようにしたことを特徴とする
ものである。

（作用）本発明の燃料集合体には次の顕著な３つの作用があ
る。

、原子炉停止余裕の向上（最も顕著）冷態時のk_effを大幅に低減でき、高温運転時は本発明
によってkeff値をいくらか増大させる設計とすることも
できる。

、出力分布の改良 BWRでは運転中には炉心上部のボイド割合が高いため
に減速材不足となっている。本発明によると、炉心上部
では燃料の量が減るので水対燃料体積比が増大する。す
なわち、減速材不足が改良される。従って出力が上昇
し、軸方向出力分布が改良される。また、上方で水が多
くなるのでボイド係数（負荷大）も緩和される。

、冷却材圧力損失の低減冷却材は集合体の下方から上方に向って流れるので、
集合体下部ではボイドは発生しないがその他の部分では
発生し、ボイド割合は上半で特に高くなる。この事は気
液混合体の冷却材流速が大幅に上昇することを意味す
る。圧力損失はおおよそ流速の２乗に比例するので、集
合体内上部の圧力損失は大きい。圧力損失は燃料棒，チ
ャンネルボックスのぬれ面積やスペーサの構造や数（段
数）によって変化する。

本発明では圧力損失が大きくなる集合体上部の燃料棒
本数が低減するので、ぬれ面積が減少し、その結果、圧
力損失を低減させることができる。これにより再循環ポ
ンプの動力の低減が可能となり、またチャンネル安定性
か向上し、その結果、チャンネル内の流れが安定し、ボ
イド割合の変動が小さくなるので、炉心の安定性が向上
する。

次に、上記の作用についてさらに詳細に説明する。

本発明の燃料集合体によると、短尺燃料棒上部の燃料
棒がなくなった部分即ちバニッシング領域（減速材）を
挟んで、その両側の中性子相互作用（結合効果）が冷態
時に弱まり、高温運転時，特にボイド発生時に強まる現
象が発生する。この現象は主として拡散距離の短い熱中
性子の作用によって説明することができる。すなわち、
冷態時は水の密度（約1.0）が大きいので、熱中性子の
拡散距離は短くなり、バニッシング領域を挟んだ両側の
中性子の相互作用が減少し、その結果中性子増倍特性が
低下する。高温運転時はボイドが発生していない状態で
も沸騰水型原子炉では水温（基準値）は約286℃で、水
の密度は約0.74g/cm³となる。水中の熱中性子移動距離
は冷態時の1/0.74（＝1.35）倍に増大する。さらに、ボ
イド発生時の気水混合体の密度は0.3程度にまで低下
し、その結果、気水混合体の中の熱中性子拡散距離は1/
0.3（≒３）倍に増大する。この結果、バニッシング領
域を挟んだ両側の中性子相互作用が増大し、中性子増倍
特性が上昇する。

上述の作用を利用すると、バニッシング領域の導入に
より、冷態時は増倍率を低下させ即ち原子炉停止余裕
（未臨界度）を増大させ、高温運転時は燃料の量をバニ
ッシング領域の導入によって減少させた場合でも増倍率
の低下を防止したり、好適な設計を行なえばかえってそ
の領域がない場合より増倍率を増大させることさえ可能
となる。

次に、本発明の作用を第２図を参照して説明する。同
図（ａ）に示すように、直方形断面を有する２つの燃料
領域I,IIがあり、その間に幅ｗの水ギャップが存在する
ものとする。また燃料領域I,IIの水ギャップ幅ｗと同じ
方向の幅W_fは水ギャップ幅ｗに比べて充分広いものとす
る。このときの水ギャップ幅ｗと中性子増倍率の変化の
関係は同図（ｂ）に示すとおりであり、同図（ｂ）のｃ
部分を拡大して同図（ｃ）に示す。ここで、「中性子増
倍率の変化」は、高温時（破線）、冷態時（実線）と
も、水ギャップ幅が０のときの中性子増倍率からの変化
であることを示す。燃料集合体の中で軸方向と直角方向
（軽水炉では通常水平方向）では、広い水ギャップ領域
をとることは困難である。すなわち、外形が与えられた
範囲で水ギャップを広くとることは燃料領域が狭くなる
ことであり、発熱領域が狭くなることである。

本発明では、燃料集合体の軸と直角方向にバニッシン
グ領域を挿入するので、狭い幅のバニッシング領域の特
性を明らかにする必要がある。第２図（ｃ）はこの主旨
のもとに同図（ｂ）のｃ部を拡大して示したものであ
る。精々2cm程度の水ギャップを設けた場合に対する理
論計算値もほぼ同図（ｃ）と同様な曲線を与える。即
ち、高温運転時（ボイド発生時）は水ギャップ幅ととも
に増倍率の変化は正方向に増大し（実効増倍率keffが増
大し）、冷態時は水ギャップ幅が約1cmを越えると顕著
にkeffが水ギャップ幅の増大により減少し、炉停止時の
未臨界度の増大に役立つことがこの図から理解できる。

なお、上記の作用に関する説明では、水ギャップを挟
む２つの燃料領域間の中性子相互作用の変化という見方
をしたが、燃料集合体の無限増倍率ｋ_∞を古くから知ら
れている４因子に分ける方式で説明することもできる。
この方式では、第２図（ｃ）の曲線は主として熱中性子
利用率と共鳴を逃れる確率の特性の変化によっても説明
される。燃料集合体内部で燃料棒本数を減らさないで水
ギャップを拡げる場合には、燃料棒間の間隙を縮小しな
ければならず、これが共鳴吸収における燃料棒相互間の
共鳴中性子の遮蔽効果を増大させ、その結果、共鳴を逃
れる確率が増大する効果が生じ、一方では、燃料領域対
水ギャップ部の熱中性子束比が減少し、その結果熱中性
子利用率が低下する効果が生じる。第２図（ｃ）は上記
２つの効果の水密度依存性と水ギャップ幅依存性の相殺
効果によりほぼ決定される。

燃料棒間間隔を固定しかつ水ギャップを拡げるために
は、燃料棒（燃料物質）を排除しなければならない。そ
の場合には、上記の共鳴吸収を逃れる確率の変化は、共
鳴中性子の遮蔽効果ではなく、減速効果の増大によって
共鳴を逃れる確率が増大することになる。即ち、原子炉
を高温で運転しており、ボイドも発生している場合には
減速材不足状態になっているため、水ギャップの導入に
よってそれが緩和され、その結果やはり共鳴を逃れる確
率は増大する。熱中性子利用率の変化は上記の例とほぼ
同様である。

本発明では、後者（燃料棒の排除）を主体とし、必要
に応じて前者（燃料集合体内部で燃料棒本数を減らさな
いで水ギャップを拡げること）も併用している。

（実施例）本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略図であり、同図
（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図、同図
（ｂ）および同図（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）のＢ−Ｂ
線およびＣ−Ｃ線に沿う平面図である。

本実施例の燃料集合体は、中央に方形の水棒22が配置
され、この中央部を除き、長尺燃料棒20,短尺燃料棒21
（以下図ではｐで示す）が規則的に９行９列配置されて
おり、その外側をチャンネルボックス23で取り囲み、さ
らにその上端および下端をそれぞれ上部タイプレート24
および下部タイプレート25により固定されている。

短尺燃料棒21はスタック（燃料ペレット）26の頂部に
出力スパイク抑制材27を介して上部プレナム28を配置
し、またスタック26の底部には下部プレナムを29を配置
した構成となっている。短尺燃料は上方をバニッシング
（vanishing）領域とする。またガスプレナムはその主
要部をスタックの下側に設け、上側は補助的に短いもの
を設ける。なお、短尺燃料の上部をバニッシングロッド
（vanishing rod）と呼んでいる。

本実施例では、短尺燃料棒21内のペレット頂部から5c
m以内、特に1cm以内において局所的に出力が上昇する性
質を有するので、これを抑制するために、ペレット頂部
に出力スパイク抑制材27をペレットスタック頂部に挿入
する。出力スパイク抑制材27の構成例としては0.5〜5cm
長、通常１〜2cm長の減損ウランペレット、天然ウラン
ペレット、円環状ペレットの中央部に可燃制毒物を含む
物質、すなわち、（Gd₂O₃−UO₂,Gd₂O₃−ZrO₂,Gd₂O₃−Al₂O₃,H_fO₂−Y₂O₃,H
_fO₂−Dy₂O₃,等多種）を挿入したもの、あるいは非燃料物質のペレット（ZrO₂,ZrO₂−GdO₃,Al₂O₃,Al₂O₃−Gd₂O₃,H_fO₂−Y₂O₃,H_f
O₂−Dy₂O₃,等多種）が用いられる。

短尺燃料棒上部のバニッシングロッド部に隣接する長
尺燃料棒20でもゆるやかな出力上昇が生じる。通常は、
この場合には特別の対処は必要ない場合が多いが、燃料
濃縮度がだんだん高くなる将来の集合体においては、濃
縮度をわずかに下げたり、環状燃料ペレットで中心部に
Gd₂O₃を含むものを挿入したものを使用するなど、公知
の多くの技術が利用できる。

第３図（ａ）は本発明の燃料集合体を沸騰水型原子炉
に適用した概略断面図、同図（ｂ）は炉心軸方向のボイ
ド割合および未臨界分布を示した図である。第３図
（ａ）のハッチング部分が短尺燃料棒バニッシング領域
である。このバニッシング領域は通常高さを揃えるが、
常に揃える必要はない。例えば、軸方向出力分布を緩や
かに改良する目的で下端を変えてもよい。バンドル内で
の高さ段差をつけたり、バンドル間で段差をつけてもよ
い。

第４図は本発明の第２の実施例の概略図であり、同図
（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図、同図
（ｂ）および同図（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）のＢ−Ｂ
線およびＣ−Ｃ線に沿う平面図である。なお、既に説明
した第１の実施例と同一個所には同一符号付してその詳
細な説明は省略する。以下の各実施例についても同様で
ある。

第４図に示すように、中央に太径水棒30を中心として
短尺燃料棒ｐが３本１組で十字形に配置され、さらに、
バンドルコーナも短尺燃料棒ｐとしているが、第１図
（ｂ）と同様に本実施例では必ずしも短尺燃料棒ｐとす
る必要はない。一般に、バニッシング領域では冷却材が
そこに集まる傾向を生じる場合があり、そのときコーナ
部の冷却材の冷却能力不足を生じることも考えられる。
そのようなときコーナロッドを短尺燃料棒ｐとすると、
そのような問題が改良される。その上作用〜が発生
する。本集合体では短尺燃料棒ｐは16本，燃料棒20は60
本で構成されている。本実施例では上記実施例に比べて
バニッシング領域のギャップ幅を拡げているので、同一
量の燃料で効果が増大する。

第５図は本発明の第３の実施例の平面図であり、中央
の方形水棒31を中心として短尺燃料棒ｐが３本１組で十
字形に配置されている。したがって、本集合体では短尺
燃料棒ｐは12本，燃料棒20は64本で構成されている。本
実施例では中央の水棒をより大きくすることができる。
第４図の実施例に比べて中央水棒近傍への冷却材の集中
特性が小さいので、コーナロッドは短尺燃料棒ｐにはし
ていない。

第６図は本発明の第４の実施例の横断面図であり、前
記第３の実施例の変形例である。すなわち、中央の方形
水棒31を中心とし十字形に配置された３本１組のうち外
側の２本を短尺燃料棒ｐとし、コーナロッドを短尺燃料
棒ｐで構成したものである。したがって、本集合体では
短尺燃料棒ｐは12本，燃料棒20は64本で構成されてい
る。

この実施例では広い隙間に短尺燃料棒ｐが配置されて
いるとともにチャンネルボックスに面してもそれが配置
されており、大きな炉停止余裕を確保することができ
る。コーナロッドを短尺燃料棒ｐとすることは必須では
ない。

第７図（ａ）は本発明の第５の実施例の縦断面図であ
り、同図（ｂ），同図（ｃ）および同図（ｄ）はそれぞ
れ第７図（ａ）のｂ−ｂ線,c−ｃ線およびｄ−ｄ線に沿
う横断面図である。

この実施例は第４図の変形例である。中央の水棒32の
直径は軸方向に変化している。これに応じて短尺燃料棒
ｐの長さは２種類用いられている。すなわち、中央の太
径水棒32を中心として短尺燃料棒21（以下この実施例で
はp1とする）が３本１組で十字形に配置され、これによ
り集合体内部は４つのサブバンドルに分けられている。
そして、各サブバンドルと３本１組の短尺燃料棒p1の間
は間隔がとられている。また各サブバンドルの中央の太
径水棒32に面するコーナにはさらに短い短尺燃料棒33
（以下この実施例ではp2とする）が配置されている。こ
の短い短尺燃料棒p2もその上下にそれぞれ上部プレナム
34,下部プレナム35を配置し、燃料棒内のペレット頂部
に出力スパイク抑制材36を挿入している。したがって、
本集合体では上に行くほど冷却材が占める割合が大きく
なる。本集合体では短尺燃料棒p1は12本，短い短尺燃料
棒p2は４本，燃料棒20は60本で構成されている。

第８図は本発明の第６の実施例の平面図である。この
実施例は中央に燃料棒よりやや大きい径の水棒37を配置
し、さらに短尺燃料棒ｐを３本と燃料棒１本の計４本を
１組として、これを十字型に配置して、燃料バンドル内
を４つのサブバンドルとなるように構成している。した
がって、本集合体では短尺燃料棒ｐは12本、燃料棒20は
68本で構成されている。

第９図は本発明の第７の実施例の平面図であり、この
実施例は第１図の変形例であり、第１図における十字形
に並ぶ各３本組の真中の短尺燃料棒ｐをバンドルのコー
ナロッド位置に移しているので、短尺燃料棒ｐは12本，
燃料棒30は64本である。十字部で短尺燃料棒ｐに挟まれ
た燃料棒の出力が比較的高いため出力運転時のkeffの向
上に効果がある。なお、第８図でチャンネルボックスに
面している部分で短尺燃料棒ｐとしていないように本実
施例でもコーナ部を短尺燃料棒ｐとする必要が必ずしも
ないのは第４図の場合と同様である。

第10図は本発明の第８の実施例の平面図であり、中央
の方形水棒22を中心として短尺燃料棒ｐが対角線状に十
字形に配置されており、第１図の実施例と同様な効果が
ある。したがって、本集合体では短尺燃料棒ｐは16本，
燃料棒20は60本で構成されている。

第11図は本発明の第９の実施例の平面図である。この
実施例は従来形集合体（太径水棒でなく細い水棒38を２
本用いる方式）に適用した場合であり、短尺燃料棒ｐが
十字形に配置されている。したがって、本集合体では短
尺燃料棒ｐは13本，燃料棒20は49本で構成されている。

第12図は本発明の第10の実施例の平面図である。この
実施例は第11図の実施例と同様に細径水棒38を２本用い
る方式に適用した場合である。本実施例では対角線状に
短尺燃料棒ｐを配列した場合であり、短尺燃料棒ｐは14
本，燃料棒20は48本で構成されている。

第13図は本発明の第11の実施例の平面図である。この
実施例は第11図の実施例と同様に細径水棒38を２本用い
る方式に適用した場合である。本実施例では集合体の内
部で短尺燃料棒ｐを対角線に対して平行になるように２
列配列した場合である。本実施例では短尺燃料棒ｐは８
本，燃料棒20は54本で構成されている。

第14図は本発明の第12の実施例の平面図である。この
実施例は細径水棒38を２本用いる方式に適用した場合で
ある。本実施例では短尺燃料棒ｐの配列は二重の十字形
配列であり、短尺燃料棒ｐは26本，燃料棒20は36本で構
成されている。そして、バニシング領域高さでは集合体
は実質的に３×３サブバンドル４体で構成されていて、
大きな炉停止余裕が得られる。。

第15図は本発明の第13の実施例の平面図である。この
実施例は第14図の実施例の中央の燃料セル４本分の太径
水棒39を用い、またチャンネルボックス側の短尺燃料棒
ｐを通常の長尺燃料棒20に代えたものである。短尺燃料
棒ｐは16本，燃料棒20は44本で構成されている。

第16図は本発明の第14の実施例の平面図である。この
実施例は第10図の実施例を８×８燃料集合体へ適用した
例である。中空の燃料セル４本分の方形水棒40が用いら
れている。短尺燃料棒ｐは12本，燃料棒20は48本で構成
されている。

第17図は本発明の第15の実施例の平面図である。この
実施例では燃料集合体が11行11列で構成され、中央に燃
料セル９本分の太径水棒41を用い、この中央の方形水棒
41を中心として、短尺燃料棒ｐが十字形に配置され、ま
た燃料バンドルの外側から（2,2）位置にも短尺燃料棒
ｐを配置したものである。従って、（2,2）位置の上部
では圧損抵抗が減り、さらに熱的余裕が改善される。本
集合体では短尺燃料棒ｐは16本，燃料棒20が96本で構成
されている。

第18図は本発明の第16の実施例の平面図である。この
実施例は燃料集合体が11行11列で構成されている。中央
に燃料セル９本分の方形水棒42を用い、短尺燃料棒ｐを
36本用いて燃料バンドルを恰も９ケのサブバンドルに分
けるように構成されている。集合体上部のバニッシング
領域ではバンドルが多数の小さにバンドルに分割されて
おり、効果を高めている。

第19図は本発明の第17の実施例の平面図である。この
実施例は第１図と第４図の実施例を合併したものであ
る。すなわち、中央に燃料セル４本分の方形水棒22を燃
料バンドルに対して45度に配置し、かつ全体を９ケのサ
ブ領域で構成されており、各サブ領域間にはやや広い間
隙が設けられている。短尺燃料棒ｐを燃料バンドルの中
央に12本用いて十字型に配置している。燃料棒20は64本
で構成されている。この実施例では中央水棒がやや小さ
い傾向が生じる。

第20図は本発明の第18の実施例の平面図である。この
実施例は第19図の実施例の改良である。すなわち、中央
に前記実施例より大きい方形水棒43を配置するとととも
にこの方形水棒43に面する位置に１本の燃料棒を配置
し、さらに燃料バンドルの各コーナにも短尺燃料棒ｐを
追加配置したものである。したがって、短尺燃料棒ｐは
16本，燃料棒20は60本で構成されている。中央の方形水
棒43を大きくしているので、炉停止余裕が前記実施例よ
り大である。

第21図は本発明の第19の実施例の平面図である。この
実施例は第11図の実施例の変形例であり、大径水棒41と
サブバンドル間の水ギャップが燃料バンドルに対してオ
フセットされており、集合体外周の水ギャツプ幅が方向
により異なる炉心（BWR−Ｄ格子と呼ばれている）には
本実施例が効果的に適用できる。この図の左側と上側を
ワイドギャツプ（wide gap）となるように炉心に配置す
る。出力分布平坦化で好適な効果が得られる。短尺燃料
棒ｐは14本，燃料棒20は63本で構成されている。

第22図は本発明の第20の実施例の平面図である。この
実施例は従来型に対する本発明の適用例である。すなわ
ち、この実施例の集合体は４つのサブバンドル44を設
け、各サブバンドル相互間の十字状間隙45を非沸騰減速
材水領域とし、各サブバンドル44で集合体中央に位置す
るコーナ部分に短尺燃料棒ｐを団塊的に配置した構成と
したものである。従って、短尺燃料棒ｐは12本，燃料棒
20は52本で構成されている。

第23図は本発明の第21の実施例の平面図である。この
実施例も従来型に対する本発明の適用例である。すなわ
ち、この実施例の集合体は全体を９ケのサブバンドル46
で構成されており、各サブバンドル46はそれぞれ９本の
燃料棒20からなり、各サブバンドル46間にはやや広い間
隙47が設けられている。この燃料集合体の中央にあるサ
ブバンドルはすべて短尺燃料棒ｐであるから短尺燃料棒
ｐは９本，燃料棒20は72本で構成されている。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば以下に記載した
ような効果を奏する。すなわち、、冷態時のkeffを大幅に低減でき、高温運転時はkeff
値をいくらか増大させることができるので、原子炉停止
余裕の向上に寄与することができる。

、炉心上部では燃料の量が減るので水対燃料体積比が
増大する。すなわち、減速材不足が改良される。従って
出力が上昇し、軸方向出力分布が改良される。

圧力損失が大きくなる集合体上部の燃料棒本数が低減
するので、ぬれ面積が減少し、その結果、圧力損失を低
減させることができる。これにより再循環ポンプの動力
の低減が可能となり、またチャンネル安定性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略図であり、同図（ａ）
は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図，同図（ｂ）お
よび同図（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）のＢ−Ｂ線および
Ｃ−Ｃ線に沿う平面図、第２図は本発明の作用を説明す
るための図、第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の燃料
集合体を沸騰水型原子炉に適用した概略断面図および炉
心軸方向のボイド割合と未臨界度分布を示した図、第４
図は本発明の第２の実施例の概略図であり、同図（ａ）
は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図，同図（ｂ）お
よび同図（ｃ）はそれぞれ同図（ａ）のＢ−Ｂ線および
Ｃ−Ｃ線に沿う平面図、第７図（ａ）は本発明の第５の
実施例の縦断面図であり、同図（ｂ），同図（ｃ）およ
び同図（ｄ）はそれぞれ第７図（ａ）のｂ−ｂ線,c−ｃ
線およびｄ−ｄ線に沿う横断面図、第５図〜第６図およ
び第８図〜第23図はいずれも本発明の各異なる実施例の
平面図、第24図（ａ）と（ｂ）はそれぞれ従来の燃料集
合体の斜視図と燃料集合体を構成する燃料棒の概略縦断
面図、第25図は第24図の燃料集合体の横断面図、第26〜
28図はいずれも従来の燃料集合体の横断面図である。 20……燃料棒 21……短尺燃料棒 22,30〜32,37〜43……水棒 23……チャンネルボックス 24……上部タイプレート 25……下部タイプレート 26……スタック 27,36……出力スパイク抑制材 28,34……上部プレナム 29,35……下部プレナム 33……短い短尺燃料棒 44,46……サブバンドル 45,47……間隙

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製被覆管内部に核燃料物質を充填した
多数の燃料棒を規則正しく配列して構成した燃料集合体
において、前記燃料棒は長尺燃料棒と、少なくとも１種
類の短尺燃料棒とからなり、前記短尺燃料棒を燃料集合
体の側面に対し直角方向または対角方向にそれぞれ直線
上または交叉する直線状に配置して、長尺燃料棒を複数
領域に分割するようにしたことを特徴とする燃料集合
体。
【請求項２】直線状または交叉する直線状の配置は、近
接する短尺燃料棒が相互に隣接するか、または１本ごと
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
料集合体。
【請求項３】短尺燃料棒のうち半数以上のものは核燃料
物質充填長（スタック長）が長尺燃料棒のスタック長の
1/2ないし5/6倍であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の燃料集合体。
【請求項４】短尺燃料棒はその下端が長尺燃料棒の下端
とほぼ同一面を構成するごとく配列されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
【請求項５】短尺燃料棒の内部に充填された核燃料物質
スタックの少なくとも下側にガスプレナムを配置したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の燃料集合
体。
【請求項６】短尺燃料棒内に充填された核燃料物質スタ
ック頂部に出力スパイク抑止物質を配置したことを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の燃料集合体。
【請求項７】短尺燃料棒内に充填された核燃料物質スタ
ック頂部に燃料棒相互の間隔を保持するスペーサを配置
して出力スパイクの発生を抑止することを特徴とする特
許請求の範囲第４項記載の燃料集合体。
【請求項８】燃料棒相互間の間隔が広い部分と狭い部分
が形成される如く多数の燃料棒を粗密的に配置し、間隔
が広い部分に面するごとく短尺燃料棒を配置したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
【請求項９】金属製被覆管内部に核燃料物質を充填した
多数の燃料棒を規則正しく配列して構成した燃料集合体
において、前記燃料棒は長尺燃料棒と、少なくとも１種
類の短尺燃料棒とからなり、前記短尺燃料棒を燃料集合
体の中央部に互いに隣接するように団塊状に配置して、
この短尺燃料棒の団塊により長尺燃料棒間の間隙が拡大
された領域が燃料集合体の上部領域の中央部に形成され
るようにしたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項１０】水棒を含む燃料集合体では、団塊状配置
は水棒に隣接して、もしくは水棒を取り囲むように短尺
燃料棒を配置することを特徴とする特許請求の範囲第９
項記載の燃料集合体。
【請求項１１】水棒を含まない燃料集合体では、団塊状
配置は複数の短尺燃料棒水棒が相互に団塊状に隣接する
ごとく配置することを特徴とする特許請求の範囲第９項
記載の燃料集合体。
【請求項１２】短尺燃料棒のうち半数以上のものは核燃
料物質充填長（スタック長）が長尺燃料棒のスタック長
の1/2ないし5/6倍であることを特徴とする特許請求の範
囲第９項記載の燃料集合体。
【請求項１３】短尺燃料棒はその下端が長尺燃料棒の下
端とほぼ同一面を構成するごとく配列されていることを
特徴とする特許請求の範囲第９項記載の燃料集合体。
【請求項１４】燃料棒相互間の間隔が広い部分と狭い部
分が形成される如く多数の燃料棒を粗密的に配置し、間
隔が広い部分に面するごとく短尺燃料棒を配置したこと
を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の燃料集合体。