JP3015487B2

JP3015487B2 - 燃料集合体及び原子炉

Info

Publication number: JP3015487B2
Application number: JP3061899A
Authority: JP
Inventors: 川厚治蛭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 2000-03-06
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: JPH04296691A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉（以下Ｂ
ＷＲという）の燃料集合体に係わり、特に燃料集合体内
のウォーターロッドまたはウォータークロス内のボイド
量を制御することによりスペクトルシフト運転を行うこ
とができる燃料集合体及び原子炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲの炉心に装荷される従来の燃料集
合体の一例としては、図１６に示すように構成されたも
のがあり、この燃料集合体１は角筒状のチャンネルボッ
クス２内に燃料バンドル３を収容している。

【０００３】燃料バンドル３は燃料棒１１の複数本を、
例えば８行８列の正方格子状に配列して、その中央部に
太径のウォーターロッド５を配置し、これら燃料棒１１
およびウォーターロッド５は軸方向に多段に配設された
スペーサ１６により結束されている。また各燃料棒１１
およびウォーターロッド５の上端部には、上部端栓４６
が、下端部には下部端栓４７がそれぞれ固着され、さら
に、上部端栓４６が上部タイプレート１２に、下部端栓
４７が下部タイプレート１３にそれぞれ支持されてい
る。

【０００４】下部タイプレート１３はその開口から減速
材と冷却材としての機能を併せ持つ炉水を、図中矢印に
示すように内部に導入し、各燃料棒１１相互間の間隙を
下から上方へ向けて昇流させ、その際に各燃料棒１１か
ら放出される熱を除去して炉心上部へ流れ、気液二相流
となる。

【０００５】そして、ウォーターロッド５はその下端部
の開口５ａより炉水を内部へ導入し、軸方向上方へ案内
して排出口５ｂより外部へ流出させ、各燃料棒１１の上
端部に案内する。ここで、ウォーターロッド５内を流れ
る炉水は主として減速材として作用し、緩やかにウォー
ターロッド内を流れ、炉心上部で前記気液二相流と合流
して混合される。なお、図１７に十字形の流路形状をし
たウォータークロス４をウォーターロッドのかわりに有
する例を示す。ウォータークロス４はやはり下部に冷却
材取り入れ口（図示せず）を有し上端は十字形のままの
開放端である。

【０００６】従来のＢＷＲは、特開昭５４−１２１３８
９号公報に記載されているように、中性子の減速を促進
させるために冷却材のみが流れるウォーターロッドを有
する燃料集合体を炉心内に装荷している。このようなウ
ォーターロッドの使用は、従来のＢＷＲ運転条件下で
は、ウラン原子に対する水素原子の数が多いほど反応度
が高くなるので、炉心に装荷された核燃料物質の有効活
用を可能にする。

【０００７】しかしながら、さらに核燃料物質の有効活
用を図るためには、核燃料物質の燃焼に伴って炉心内の
水素原子数を変えた方がよい。

【０００８】炉心内の水素原子数を核燃料物質の燃焼に
伴って変えた場合の利点を以下に説明する。

【０００９】図１５は、ＢＷＲに用いられる代表的な燃
料集合体について横軸に燃焼度、縦軸に中性子の無限増
倍率を示したものである。図中二本のいずれも同一の燃
料集合体であるが、破線は燃料集合体内の冷却材流路に
おけるボイド率を一定（４０％）にして燃焼させた場合
を、実線は最初高ボイド率（５０％）で運転して途中で
ボイド率を下げた（３０％）場合を示す。図１５から明
らかなように、はじめボイド率を高くして燃焼させた後
で、ボイド率を下げた方が、燃料の寿命末期でより高い
無限増倍率を、すなわちより高い取り出し燃焼度を得る
ことができる。

【００１０】これは、ボイド率が高く、ウラン原子数に
対する水素原子数の比が小さい、すなわち水素原子数が
少い方が、中性子の平均速度が大きく、ウラン２３８に
吸収され易いためである。ＢＷＲで用いられる核燃料物
質中には、ウラン２３５とウラン２３８が含まれてお
り、ウラン２３５が核燃料物質全体の数％で大部分をウ
ラン２３８が占めている。このうち、中性子を吸収して
核分裂を生じるのは主にウラン２３５のみであり、ウラ
ン２３８はほとんど核分裂を生じない。従って、ウラン
２３５が燃焼によって減少すると反応度は低下する。

【００１１】しかし、ウラン２３８も核分裂によって生
じる高エネルギの中性子を吸収するとプルトニウム２３
９に変わる。プルトニウム２３９は、ウラン２３５と同
じく、減速された熱中性子を吸収して核分裂を起こす。
ボイド率が高いほど、中性子のエネルギが高くてウラン
２３８からプルトニウム２３９に転換される割合が大き
く、ウラン２３５およびプルトニウム２３９の核分裂が
抑制される。従って、ボイド率が高いほど、ウラン２３
５とプルトニウム２３９の総量の減少が遅い。

【００１２】ただし、ボイド率が高いと、反応度の絶対
値は低い。このため、ボイド率が高いままでは、ボイド
率が低い場合に比べて反応度が臨界を維持できる最低レ
ベルに早く達してしまう。そこで、その時点でボイド率
を下げると、中性子の減速効果が増し、ボイド率一定で
燃焼した場合に比べてウラン２３５およびプルトニウム
２３９の核分裂が増し、反応度はより高くなる。従っ
て、臨界に必要な最低反応度になるまで、核燃料物質に
含まれる核分裂性物質をより長く燃焼させることができ
る。

【００１３】以上述べたことが、核分裂性物質の燃焼に
伴ってボイド率を変化させることにより核燃料物質の有
効活用を図る原理であって、スペクトルシフト運転とよ
ばれる。

【００１４】このようなスペクトルシフト運転のため、
核燃料物質の燃焼に伴って炉心内の水素原子数を変える
方法としては、単純な構造で燃料集合体内平均ボイド率
を大幅に変化させることを可能とするため、原子力学会
「昭和６３年会」（１９８８．４／４−４／６）発表N
o. Ｆ１５「大幅スペクトルシフトＢＷＲ炉心概念
（１）」および、特開昭６３−７３１８７号公報には、
図１８、図１９に示すように燃料集合体の下部に抵抗体
（燃料棒支持部）１４を設け、ウォーターロッド９の外
管３６に、前記抵抗体より下方の領域で開口した冷却材
流入口４２を有し内部に冷却材上昇流路４０が形成され
た内管３５をスペーサ３７を介して配設し、この内管の
上部に穿設された連結口３４を介して前記冷却材上昇流
路に連結され前記抵抗体１４よりも上方の領域に開口し
た冷却材吐出口４３を有する冷却材下降流路４１を設け
ることが提案されている。なお図１９において３８は端
栓、３９は環状端を示している。

【００１５】このように構成された燃料集合体において
図２０に示すように、炉心を通過する冷却材の流量が低
下すると、ウォーターロッドの出入口差圧が小さくなり
流路内の蒸気が充満し、冷却材流量が増加すると逆に出
入口差圧が増加して流路内の蒸気量が著しく減少する。
従って、燃料集合体内平均ボイド率を大幅に変化させる
ことが可能となり、運転サイクル末期での反応度増加が
可能となる。すなわち、冷却材流量を絞った運転サイク
ル前半では、ウォーターロッド流路内において液相流が
存在する炉心下部で減速材密度が大きく、蒸気相が存在
する炉心上部で減速材密度が小さくなる。従って、運転
サイクルの前半では、主に原子炉下部が燃焼し、炉心上
部ではウラン２３８からプルトニウム２３９への転換が
図られ、運転サイクル後半には、サイクル前半で転換さ
れた炉心上部のプルトニウム２３９が主に燃焼に寄与す
るため、スペクトルシフト効果による燃料の燃焼効率が
高まる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来提案の燃料集合体では、燃料集合体内平均ボイド率を
大幅に変化させるためには、前記提案のウォーターロッ
ドの出入口差圧を炉心流量で制御する必要がある。とこ
ろでＢＷＲにおいては燃料集合体の冷却材流量は燃料集
合体の出力および軸方向出力分布に依存する。集合体出
力が大きいほどボイド量が大きく二相圧損の増加により
集合体の冷却材流量は減少する。また集合体出力は同じ
でも軸方向の出力分布が下方ピークの方がボイド量が大
きく、二相圧損の増加により集合体の冷却材流量は減少
する。この出力分布による集合体冷却材流量の変動幅は
２０％にも及ぶ。図２０に示すように、このウォーター
ロッドの平均ボイド率はウォーターロッドの微妙な出入
口差圧の変化によって大きく変化する。従って、例えば
炉心流量を１１０％定格にして運転している場合は、全
燃料集合体のウォーターロッドは低ボイド率の約１０
％、炉心流量が７０％定格の場合は高ボイド率の約７０
％に確実に制御できたとしても、その中間の炉心流量で
は集合体の出力に依存して１０％ボイド、７０％ボイド
と大きなばらつきを生じることになる。その結果集合体
の出力をオンラインで監視、シミュレートする３次元核
熱水力計算プログラムの評価結果と炉内核計装の信号の
誤差が大きくなり、炉内の精度の良い熱的制限（ＭＣＰ
Ｒ、ＭＬＨＧＲ）の評価にとって不利になる欠点があっ
た。また従来提案のウォーターロッドではウォーターロ
ッド内のボイド率を大幅に変えるスペクトルシフト運転
をするには、このような大幅な炉心流量の変更をする必
要があり、ＭＣＰＲ等の制限上、流量を絞れない場合ウ
ォーターロッドによるスペクトルシフトができない欠点
があった。

【００１７】本発明の目的は、上記の欠点をなくし、炉
心流量、および燃料集合体の出力分布に関係なく定格出
力近傍の高出力では自由にウォーターロッド内のボイド
率変化によるスペクトルシフト運転を行える燃料集合体
を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、上部タイプ
レートと、下部タイプレートと、上端部が前記上部タイ
プレートに保持され下端部が下部タイプレートに保持さ
れ内部に複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒と
を有し、冷却材流路を構成する角筒状のチャンネルボッ
クス内に収容されている燃料集合体において、前記燃料
棒間に配置されたウォーターロッドを有し、前記ウォー
ターロッドが、燃料棒支持部よりも下方の領域に開口し
た冷却材入り口を有する冷却材上昇流路と、前記冷却材
上昇流路に連絡されて前記燃料棒支持部よりも上方の領
域に開口した冷却材吐出口と、前記冷却材上昇流路内に
おける冷却材の流れ方向とは逆に下方に冷却材を導く冷
却材下降流路とを備え、前記上昇流路の下端開口は燃料
棒冷却のための炉水流れと隔離されていることを特徴と
した燃料集合体及び制御棒駆動部冷却水（又はパージ
水）の流量又は冷却水温度を制御する事によって達成さ
れる。

【００１９】

【作用】本発明によれば、ウォーターロッドの下端開口
から取り入れられる冷却材の水温が低い時は、ウォータ
ーロッド内でのボイド発生量が小さくウォーターロッド
内は５％以下のボイド率となり、逆に水温が高い時はボ
イド発生量が大きくウォーターロッド内は８０％以上の
ボイド率となる。

【００２０】

【実施例】以下本発明は実施例について図面を参照して
説明する。

【００２１】本実施例に係る原子炉は、圧力容器６２の
中に炉心シュラウド６３で囲まれた炉心７を内蔵してお
り、炉心７は、上部炉心格子板７３と炉心支持板７２に
よって燃料集合体１０を保持する。燃料集合体１０で囲
まれた十字形の制御棒６が炉心７の下部から挿入され上
下に駆動される。図２に示すように、前記駆動は、炉心
７の下方にあって燃料集合体１０の重量を受け、炉心７
から制御棒６を下方に引き抜いた時制御棒を収容する制
御棒案内管６１の内部を貫通する駆動軸を作動させる制
御棒駆動部６５によってなされる。制御棒駆動部６５
は、下部プレナム６６の炉水より低温の冷却水によって
冷却され（またはパージ水が注入され）、その冷却水は
制御棒案内管６１内を通って炉心７に導かれる。前記制
御棒駆動部冷却水を供給する系統は、制御棒駆動水ポン
プ８０、フローコントロールバルブ８２、熱交換器８
３、フローコントロールバルブ８４、温度センサー８５
により構成される。熱交換器８３に供給される熱水は原
子炉冷却材浄化系の取り込み配管から分岐してもよい。

【００２２】本実施例による燃料集合体を図３、図４に
示す。燃料集合体１０は、燃料棒１１、上部タイプレー
ト１２、下部タイプレート１３ａ、燃料スペーサ１６、
チャンネルボックス１７、ウォーターロッド１９および
燃料支持金具２０からなっている。燃料棒１１の上下端
部は、上部タイプレート１２および下部タイプレート１
３ａにて保持される。ウォーターロッド１９も、両端部
が上部タイプレート１２および下部タイプレート１３ａ
に保持される。燃料スペーサ１６は、燃料集合体１０の
軸方向に複数配置され、燃料棒１１、およびウォーター
ロッド１９の相互間の間隙を適切に保持する。燃料スペ
ーサ１６の軸方向の位置はウォーターロッド１９によっ
て保持される。チャンネルボックス１７は、燃料支持金
具２０にネジ２２によって取り付けられ、燃料スペーサ
１６で保持された燃料棒１１の束４本の外周を取り囲
み、制御棒を囲む大型の燃料集合体を構成する（図４参
照）。下部タイプレート１３ａは燃料支持金具２０の上
に載り、上端部に燃料棒支持部１４ａを有し、しかも燃
料棒支持部１４ａの下方に空間１５を有している。燃料
棒支持部１４ａが、燃料棒１１およびウォーターロッド
１９の下端部を支持している。燃料棒１１は、図５に示
すように上部端栓４６および下部端栓４７にて両端が密
封された被覆管４５内に多数の燃料ペレット４８を装荷
したものである。ガスプレナム４９が、被覆管４５内の
上端部に設けられている。ウォーターロッド１９の直径
は燃料棒１１の外径より大きく、燃料集合体１０の横断
面の中央部に配置されている。

【００２３】本発明の特徴であるウォーターロッド１９
の詳細構造を図６により説明する。ウォーターロッド１
９は、内管３５、外管３６、スペーサ３７からなる。内
管３５はスペーサ３７によって保持され、外管３６の上
端は端栓３８で封じられており、端栓３８は上部が上部
タイプレート１２内に挿入され保持されている。内管３
５は端栓３８の下方で連結口３４を有し、内管内の流路
４０（冷却材上昇流路）と環状部の流路４１（冷却材下
降流路）とを結ぶ。スペーサ３７は環状部の冷却材下降
流路４１を確保できるように開口部を有している。外管
３６の下端は燃料棒支持部１４ａより上方に位置する環
状端３９で封じられており、下部に冷却材吐出口４３を
有する。内管３５の下端は下部タイプレート１３ａの燃
料棒支持部１４ａを貫通して空間１５に開口する冷却材
入り口４２ａを有する。開口４２ａはラッパ状に開口が
拡管されている。

【００２４】燃料支持金具２０は制御棒案内管６１の上
にはめ込まれ、下部側面に冷却材入り口２１を制御棒案
内管の開口部２５と面する位置に有する。前記冷却材入
り口２１は４本の各燃料束に１個ずつ設けられている。
燃料支持金具２０には冷却水案内管２４が燃料支持金具
２０の底部と案内管支持板２３によって固定され、冷却
水案内管２４の上端は前記本発明のウォーターロッド１
９の下端の開口４２ａの中へ挿入される。案内管支持板
２３には冷却材を通す開口が設けられている。また燃料
支持金具の中央には十字形の開口部が設けられ、図４の
ように燃料集合体の中央に十字形の制御棒６が挿入され
る案内をなしている。

【００２５】本実施例による燃料集合体はＢＷＲの炉心
に装荷されて運転される。炉心の燃料集合体を冷却する
水は、給水スパージャー７５から注入される給水と、炉
心から出た蒸気、水の二相流を蒸気セパレータ６８およ
び蒸気乾燥器６９によって分離された高温水が混合して
ダウンカマー（圧力容器６２と炉心シュラウド６３の間
の環状部）を下降し、再循環ポンプ６４によって加圧さ
れ下部プレナム６６へ入る。下部プレナム６６に入った
水は制御棒案内管６１の上部の開口２５と燃料支持金具
２０の冷却材入り口２１を通り、下部タイプレート１３
ａの燃料棒支持部１４ａに設けられた貫通口（図３中で
は省略）を通って燃料棒１１の間の冷却水流路に導かれ
る。冷却水の一部は燃料支持金具に設けられたリーク孔
からバイパス流路へ流れる。

【００２６】制御棒駆動部６５は、下部プレナム６６の
炉水より低温の冷却水によって冷却され（またはパージ
水が注入され）、その冷却水は制御棒案内管６１内を通
って炉心７に導かれる。制御棒案内管の上端に位置する
燃料支持金具下方の空間に流入した冷却水の一部は、案
内管２４を通ってウォーターロッド１９の冷却材入り口
４２から冷却材上昇流路４０内に流入し、さらに下降流
路４１を介して吐出口４３から燃料棒支持部１４ａより
上方の位置の冷却水流路に吐出される。残りの燃料支持
金具２０の中央の十字形の開口からバイパス流路へ流れ
る。

【００２７】冷却材吐出口４３から吐出される冷却水
は、冷却材入り口４２ａから流入する冷却水の流量の多
少および水温に応じて液相または蒸気相となる。

【００２８】図１３に示すように制御棒駆動部冷却水の
温度が高い、又は流量が少ない場合、ウォーターロッド
１９の内部は中性子およびガンマ線による加熱と熱伝導
によるボイドが発生し、吐出口４３および流路４０，４
１の圧損が増加し、入り口４２ａと出口４３の差圧とウ
ォーターロッド流路内の圧損および水頭とバランスする
まで内管４０の水位が下がる。その結果ウォーターロッ
ド内は蒸気が充満する。

【００２９】図１４に示すように制御棒駆動部冷却水の
温度が低い、又は流量が多い場合、ウォーターロッド１
９の内部は中性子およびガンマ線による加熱と熱伝導に
よるボイド発生が少なく非沸騰の冷却水が流れる。

【００３０】本実施例の燃料集合体１０をＢＷＲの炉心
に装荷した場合の作用を述べる。１００％定格出力を炉
心流量８０−１１５％の間で確保する例で説明する。運
転サイクルの大半の期間（約７０−８０％）炉心流量を
８０％に保ち、制御棒による反応度調整で燃料の燃焼に
よる反応度変化に対応する。この時、全制御棒を炉心の
燃料有効部から全引き抜きしても定格出力が維持できな
くなった時点から、炉心流量を増加させ、さらに制御棒
駆動部冷却水温度を低下させながらサイクル末で最大炉
心流量の１１５％にする。

【００３１】制御棒駆動部冷却水は、制御棒駆動水ポン
プ８０の回転数またはフローコントロールバルブ８２，
８４の開度によって駆動部冷却水の温度及び流量が制御
できる。

【００３２】本発明のウォーターロッドでは図２０に示
されるような炉心流量による出入口差圧−ボイド率特性
ではなく、再循環ポンプによる炉心の冷却水の流れから
隔離された制御棒駆動部冷却水を使用しているので、炉
心流量または燃料集合体冷却チャンネル流量とは独立に
制御でき、従来提案のウォーターロッドで生じていた出
力分布による集合体間のウォーターロッド内ボイドの有
無のばらつきが無くなる。その結果、本発明によれば、
炉心流量１００％以下のサイクル大半の期間（約８０％
以上）に亘って炉心流量、燃料集合体の出力レベルや軸
方向出力分布に影響されることなく、制御棒駆動部の冷
却水温度又は流量の制御によってウォーターロッド１９
の内部にボイドが生じており、中性子の減速効果を抑制
してプルトニウム２３９の生成を促進する。

【００３３】また、原子炉の起動時、停止時に炉心流量
によって原子炉出力を大幅に変更する時もウォーターロ
ッド内を高ボイド率に維持することによって、原子炉の
流量−出力曲線の傾きが大きくなって炉心出力の制御が
し易いという利点は従来提案の通り保持できる。

【００３４】さらに、ウォーターロッド内のボイド率が
制御棒駆動部冷却水温度又は流量によって正確に制御で
きるので、炉心の３次元核熱水力シミュレーションコー
ドによる熱的制限、出力分布、燃焼度分布、反応度評価
の精度が向上し炉心の性能監視の精度が高まる。

【００３５】図４の第１の実施例に示すウォーターロッ
ドは、図６に示すように、冷却材上昇流路と冷却材下降
流路を有しているが、図７に示した例は冷却材上昇流路
のみの例である。この場合は上部の開口４３ａが十分絞
られた小口径の孔である。この場合出口孔の径を余り小
さくしないように開口４２ａのすぐ上にオリフィスのよ
うな流路抵抗体を設けてもよい（図示せず）。

【００３６】図８に示す燃料集合体１０ａは、図４に示
した外管が角管形状のウォーターロッド１９を１本有す
る例と異なり、前記ウォーターロッド１９は丸形のウォ
ーターロッドを有する燃料集合体１０ａの例である（図
は集合体の４分の１の部分を示してある）。

【００３７】図９はウォーターロッドの替わりにウォー
タークロス５０を有した例である（図は燃料集合体の４
分の１の部分を示している）。この例では、チャンネル
ボックス１７ａは燃料支持部２０と結合されている。４
個の小燃料束がそれぞれ上下タイプレートを有し、ウォ
ータークロス５０とチャンネルボックス１７ａで囲まれ
た空間に配され、燃料支持金具２０の上に下部タイプレ
ート１３ａが載る構造である。ウォータークロスを構成
する４枚のＬ形板材５１とチャンネルボックス壁とで囲
まれた部分の冷却材流路５３，５４が、前記のウォータ
ーロッドと同じ働きをする。

【００３８】図１０に図９のＢ−Ｂ矢視図を示す。ウォ
ータークロス５０の上下端部は封じられており、スペー
サ５２が間隔を保持する。ウォータークロスの中心に内
管３５がはめ込まれ、内管３５はＬ形材５１によって保
持される。内管３５は上端カバー材５５の下方で連絡口
３４を有し、内管内の流路５３（冷却材上昇流路）と翼
状部の流路５４（冷却材下降流路）とを結ぶ。翼状部の
下端は燃料棒支持部１４ａより下方に位置する下端カバ
ー材５６で封じられており、燃料棒支持部１４ａより上
方に冷却材吐出口４３を有する。内管３５の下端は燃料
支持金具２０を貫通し、冷却材案内管２４を構成し、燃
料支持金具２０の底部と案内管支持板２３によって固定
されている。冷却材案内管２４の下端に開口４２ｂを有
する。

【００３９】燃料支持金具２０は制御棒案内管の上には
め込まれ、下部側面に冷却材入り口２１を制御棒案内管
の開口部２５と面する位置に有する。前記冷却材入り口
２１は、ウォータークロスを囲む４小燃料束単位に各１
個ずつ設けられている。案内管支持板２３に冷却材を通
る開口が設けられている。また燃料支持金具２０の中央
には十字形の開口部が設けられ、図９のように燃料集合
体の中央に十字形の制御棒６が挿入される案内をしてい
る。

【００４０】冷却水は制御棒案内管の開口２５と燃料支
持金具２０の冷却材入り口２１を通って下部タイプレー
ト１３ａの燃料支持金具１４ａに設けられた貫通口（図
１０中では省略）を通って燃料棒１１の間の冷却水流路
に導かれる。冷却水の一部は燃料支持金具に設けられた
リーク孔からバイパス流路へ流れる。

【００４１】制御棒駆動部６５は下部プレナム６６の炉
水より低温の冷却水によって冷却され（またはパージ水
が注入され）、その冷却水は制御棒案内管６１内を通っ
て炉心７に導かれる。制御棒案内管の上端に位置する燃
料支持金具下方の空間に流入した冷却水の一部は、案内
管２４を通ってウォータークロス５０の冷却材上昇流路
５３内に流入し、さらに下降流路５４を介して吐出口４
３から燃料支持金具１４ａより上方の位置の冷却水流路
に吐出される。残りは燃料支持金具２０の中央の十字形
の開口からバイパス流路へ流れる。

【００４２】冷却材吐出口４３から吐出される冷却水
は、冷却材入り口４２ｂから流入する冷却水の流量の多
少および水温に応じて液相または蒸気相となる。これに
よりウォータークロスを有する燃料集合体においても第
１の実施例と同じように制御棒駆動部冷却水の温度また
は流量により、ボイド率の確実な制御ができる。

【００４３】なお、内管３５を無くし吐出口４３ａを上
部に設けた図１２のような冷却材上昇流路５３のみの構
造にすることによって、ウォータークロスを有する燃料
集合体においても、第２の実施例と同じように制御棒駆
動部冷却水の流量または温度により、ボイド率の確実な
制御ができる。

【００４４】また本発明の燃料集合体では制御棒を囲む
４個の燃料束を大型のチャンネルボックスで囲み、チャ
ンネルボックスと燃料支持金具をネジ固着しているが、
これはウォーターロッドの下端冷却材取り入れ口４２ａ
と冷却材案内管２４の噛み合わせがスムーズに適合する
のに適しているからである。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、燃料集合体内部のウォ
ーターロッドまたはウォータークロス内のボイド率の大
きな変化幅が確実に制御でき、核燃料物質の有効利用が
図れる。さらに、その結果、ＢＷＲの炉心においてウォ
ーターロッドまたはウォータークロス内のボイド率の制
御をするスペクトルシフト運転炉心のより正確なシミュ
レーション評価ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による原子炉の実施例を示す縦断面図。

【図２】本発明による制御棒駆動部の冷却水系を示す
図。

【図３】本発明による燃料集合体の一実施例を示す縦断
面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図。

【図５】図３に示された燃料棒の部分断面図。

【図６】図３に示されたウォーターロッドの詳細構造を
示す縦断面図。

【図７】ウォーターロッドの第２の実施例を示す縦断面
図。

【図８】図３においてウォーターロッドの形状の異なっ
た例を示す部分横断面図。

【図９】ウォータークロスを有する燃料集合体の場合の
部分横断面図。

【図１０】図９に示した燃料集合体の縦断面図。

【図１１】ウォータークロスの一実施例を示す縦断面
図。

【図１２】ウォータークロスの一実施例を示す縦断面
図。

【図１３】ウォーターロッドの作用を説明する図。

【図１４】ウォーターロッドの作用を説明する図。

【図１５】スペクトルシフト運転を実施しない場合およ
びそれを実施した場合における燃焼度に対する中性子無
限増倍率の変化を示す特性図。

【図１６】従来の燃料集合体を示す縦断面図。

【図１７】ウォータークロスを有する従来の燃料集合体
を示す横断面図。

【図１８】スペクトルシフト運転用のウォーターロッド
を有する従来の燃料集合体を示す縦断面図。

【図１９】図１８に示す燃料集合体のウォーターロッド
の縦断面図。

【図２０】図１９に示したウォーターロッドのボイド率
と出入口差圧との関係を示す図。

【符号の説明】

６制御棒７炉心１０燃料集合体１１燃料棒１２上部タイプレート１３下部タイプレート１４ａ燃料棒支持部１７チャンネルボックス１９ウォーターロッド２１冷却材取り入れ口２４冷却材案内管２５開口３５内管３６外管３８端栓４０冷却材上昇流路４１冷却材下降流路４２冷却材入り口４３吐出口４６上部端栓４７下部端栓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/30 G21C 3/32 G21C 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上部タイプレートと、下部タイプレート
と、上端部が前記上部タイプレートに保持され下端部が
下部タイプレートに保持され内部に複数の燃料ペレット
を充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配置された
ウォーターロッドと、前記燃料棒およびウォーターロッ
ドの結束体を囲繞し冷却材流路を構成する角筒状のチャ
ンネルボックスとから成る燃料集合体において、前記ウ
ォーターロッドが、燃料棒支持部よりも下方の領域に開
口した冷却材入り口を有する冷却材上昇流路と、前記冷
却材上昇流路に連結されて前記燃料棒支持部よりも上方
の領域に開口した冷却材吐出口と、前記冷却材上昇流路
内における冷却材の流れ方向とは逆に下方に冷却材を導
く冷却材下降流路とを備え、上昇流路の下端開口は燃料
棒冷却のための冷却材の流れと隔離されていることを特
徴とする燃料集合体。
【請求項２】上部タイプレートと、下部タイプレート
と、上端部が前記上部タイプレートに保持され下端部が
下部タイプレートに保持され内部に複数の燃料ペレット
を充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配置された
ウォーターロッドと、前記燃料棒及びウォーターロッド
の結束体を囲繞し冷却材流路を構成する角筒状のチャン
ネルボックスとから成る燃料集合体において、前記ウォ
ーターロッドが、燃料棒支持部よりも下方の領域に開口
した冷却材入り口と上部タイプレートよりも下方の領域
に開口した冷却材吐出口を有する冷却材上昇流路を有
し、しかも上昇流路の下端開口は燃料棒冷却のための冷
却材流れと隔離されていることを特徴とする燃料集合
体。
【請求項３】上部タイプレートと、下部タイプレート
と、上端部が前記上部タイプレートに保持され下端部が
下部タイプレートに保持され内部に複数の燃料ペレット
を充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配置された
ウォータークロスと、前記燃料棒及びウォータークロス
の結束を囲繞し冷却材流路を構成する角筒状のチャンネ
ルボックスとから成る燃料集合体において、前記ウォー
タークロスが、燃料棒支持部よりも下方の領域に開口し
た冷却材入り口を有する冷却材上昇流路と、前記冷却材
上昇流路に連結されて前記燃料棒支持部よりも上方の領
域に開口した冷却材吐出口と、前記冷却材上昇流路内に
おける冷却材の流れ方向とは逆に下方に冷却材を導く冷
却材下降流路とを備え、上昇流路の下端開口は燃料棒冷
却のための冷却材流れと隔離されていることを特徴とす
る燃料集合体。
【請求項４】上部タイプレートと、下部タイプレート
と、上端部が前記上部タイプレートに保持され下端部が
下部タイプレートに保持され内部に複数の燃料ペレット
を充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配置された
ウォータークロスと、前記燃料棒及びウォータークロス
の結束を囲繞し冷却材流路を構成する角筒状のチャンネ
ルボックスとから成る燃料集合体において、前記ウォー
タークロスが、燃料棒支持部よりも下方の領域に開口し
た冷却材入り口と上部タイプレートよりも下方の領域に
開口した冷却材吐出口を有する冷却材上昇流路を有し、
しかも上昇流路の下端開口は燃料棒冷却のための冷却材
流れと隔離されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに
記載された燃料集合体を用い、前記ウォーターロッドま
たはウォータークロス下端開口から取り入れられる非沸
騰水の流量または温度が燃料棒冷却のための炉水と独立
に制御できることを特徴とする原子炉。
【請求項６】請求項第５項記載の原子炉に於いて、前記
ウォーターロッドまたはウォータークロスの非沸騰水が
制御棒駆動部の冷却水またはパージ水であることを特徴
とした原子炉。