JP3055820B2 - 燃料集合体と炉心 - Google Patents
燃料集合体と炉心Info
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- G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C7/00—Control of nuclear reaction
- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
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- G21C7/10—Construction of control elements
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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- G21C7/06—Control of nuclear reaction by application of neutron-absorbing material, i.e. material with absorption cross-section very much in excess of reflection cross-section
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- G21C7/117—Clusters of control rods; Spider construction
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Description
【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
のウォータークロスまたはウォーターロッドの流路抵抗
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に関する。
ＷＲという）の燃料集合体に係わり、特に燃料集合体内
のウォータークロスまたはウォーターロッドの流路抵抗
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２１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内に燃料束３を収容している。
合体の一例としては図２１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内に燃料束３を収容している。
【０００３】燃料束３は複数本の燃料棒１１を、例えば
８行８列の正方格子状に配列し、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及びウォ
ーターロッド５は軸方向に多段に配設されたスペーサ１
６により結束されている。また各燃料棒１１及びウォー
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４
６がハンドル８を有する上部タイプレート１２に、下部
端栓４７が冷却導入口１５を有する下部タイプレート１
３にそれぞれ支持されている。
８行８列の正方格子状に配列し、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及びウォ
ーターロッド５は軸方向に多段に配設されたスペーサ１
６により結束されている。また各燃料棒１１及びウォー
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４
６がハンドル８を有する上部タイプレート１２に、下部
端栓４７が冷却導入口１５を有する下部タイプレート１
３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。
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、２２図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代りに配設
した例を示す。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。なお、図中符号６は制御棒である。この
制御棒６は図２３のように構成されている。図２３にお
いて、制御棒６を構成する制御棒シース１１７内にはポ
イズンチューブ１１８が収容され、制御棒翼を形づく
る。シース１１７の端部は中央構造材１１９に固定され
ている。このシース１１７上端にはガイドローラ１１６
を有するハンドル１１５が固定されている。さらにシー
ス１１７の下端には、下部スカート１２３が固定され、
この下部スカート１２３は図示しない制御棒駆動装置と
の切り離しを行なうハンドル１２０および、下部には速
度リミッタ１２１、制御棒駆動装置ソケット１２２を有
している。
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、２２図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代りに配設
した例を示す。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。なお、図中符号６は制御棒である。この
制御棒６は図２３のように構成されている。図２３にお
いて、制御棒６を構成する制御棒シース１１７内にはポ
イズンチューブ１１８が収容され、制御棒翼を形づく
る。シース１１７の端部は中央構造材１１９に固定され
ている。このシース１１７上端にはガイドローラ１１６
を有するハンドル１１５が固定されている。さらにシー
ス１１７の下端には、下部スカート１２３が固定され、
この下部スカート１２３は図示しない制御棒駆動装置と
の切り離しを行なうハンドル１２０および、下部には速
度リミッタ１２１、制御棒駆動装置ソケット１２２を有
している。
【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。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。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。
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。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。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。
【０００７】図９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。図中二本の線はいずれも同一の
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９から明
らかな様に、始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
増倍率を得ることができる。つまり、より高い取り出し
燃焼度を得ることができる。
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。図中二本の線はいずれも同一の
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９から明
らかな様に、始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
増倍率を得ることができる。つまり、より高い取り出し
燃焼度を得ることができる。
【０００８】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、即ち水素原子数が少な
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２
３８はほとんど核分裂を生じない。従って、ウラン２３
５が燃焼によって減少すると反応度は低下する。
対する水素原子数の比が小さい、即ち水素原子数が少な
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２
３８はほとんど核分裂を生じない。従って、ウラン２３
５が燃焼によって減少すると反応度は低下する。
【０００９】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。ブルトニウム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からブルトニウム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。
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。ブルトニウム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からブルトニウム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。
【００１０】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
含まれる核分裂物質をより長く燃焼させることができ
る。
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
含まれる核分裂物質をより長く燃焼させることができ
る。
【００１１】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。
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。
【００１２】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６３年会」（１９８８．４／４−４／６）発表 No.
Ｆ１５「大幅スペクトルシフトＢＷＲ炉心概念（１）」
及び、特開昭６３−７３１８７号公報には、図２４，２
５に示すように燃料集合体１ａの下部に抵抗体となる燃
料棒支持部１４を設け、ウォーターロッド９に、前記抵
抗体１４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
と、前記冷却材上昇流路４０に連絡口３４を介して連絡
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を有し、内部に冷却材下降流路４１を形成
し、スペーサ３７によって内管３５に支持され上部に端
栓３８を有する外管３６とを設けることが提案されてい
る。
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６３年会」（１９８８．４／４−４／６）発表 No.
Ｆ１５「大幅スペクトルシフトＢＷＲ炉心概念（１）」
及び、特開昭６３−７３１８７号公報には、図２４，２
５に示すように燃料集合体１ａの下部に抵抗体となる燃
料棒支持部１４を設け、ウォーターロッド９に、前記抵
抗体１４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
と、前記冷却材上昇流路４０に連絡口３４を介して連絡
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を有し、内部に冷却材下降流路４１を形成
し、スペーサ３７によって内管３５に支持され上部に端
栓３８を有する外管３６とを設けることが提案されてい
る。
【００１３】このように構成された燃料集合体において
は図２６に示す様に、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
流路内に蒸気が充満し、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の増加
が可能となる。即ち、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料効率が高
まる。
は図２６に示す様に、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
流路内に蒸気が充満し、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の増加
が可能となる。即ち、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料効率が高
まる。
【００１４】
【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
大幅に変化させる為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
の出力及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燃料集
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燃料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２６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燃料集合
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。その結果燃料集合体の
出力をオンラインで監視、シミュレートする三次元核熱
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（ＭＣＰＲ，
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。
来提案の燃料集合体では、燃料集合体内平均ボイド率を
大幅に変化させる為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
の出力及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燃料集
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燃料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２６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燃料集合
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。その結果燃料集合体の
出力をオンラインで監視、シミュレートする三次元核熱
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（ＭＣＰＲ，
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。
【００１５】本発明は上記の欠点をなくし炉心流量、及
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またはウォーターク
ロス内のボイド率変化によるスペクトルシフト運転を行
える燃料集合体および炉心を提供する事にある。
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またはウォーターク
ロス内のボイド率変化によるスペクトルシフト運転を行
える燃料集合体および炉心を提供する事にある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、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、前記燃料棒間にウォータークロス
またはウォーターロッドを配設し、このウォータークロ
スまたはウォーターロッドの一部または全部が、燃料棒
支持部の上方または下方近傍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近傍の軸方向位置で制御要素
案内鞘内に開口した冷却材吐出口を有し、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、制御要素案内鞘に隣
接して前記下降流路を、更に下降流路に隣接して前記上
昇流路を配置し、制御要素案内鞘の上端は開放口を有し
下端は開放して制御要素の下方からの挿入口を形成し、
挿入口と燃料棒燃料有効部下端の間に前記下降流路の制
御要素案内鞘内への冷却材吐出口が位置することを特徴
とした燃料集合体、およびこの燃料集合体を配置して構
成される炉心を提供する。
に本発明においては、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、前記燃料棒間にウォータークロス
またはウォーターロッドを配設し、このウォータークロ
スまたはウォーターロッドの一部または全部が、燃料棒
支持部の上方または下方近傍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近傍の軸方向位置で制御要素
案内鞘内に開口した冷却材吐出口を有し、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、制御要素案内鞘に隣
接して前記下降流路を、更に下降流路に隣接して前記上
昇流路を配置し、制御要素案内鞘の上端は開放口を有し
下端は開放して制御要素の下方からの挿入口を形成し、
挿入口と燃料棒燃料有効部下端の間に前記下降流路の制
御要素案内鞘内への冷却材吐出口が位置することを特徴
とした燃料集合体、およびこの燃料集合体を配置して構
成される炉心を提供する。
【００１７】
【作用】上述した構成による本発明においては、制御要
素案内鞘の燃料棒支持部近傍に設けられた冷却材吐出口
が開いている時は吐出口の流路抵抗が小さくウォーター
クロスまたはウォーターロッド内は５％以下のボイド率
となり、制御要素が浅く挿入されて吐出口が塞がれてい
る時は吐出口の流路抵抗が大きくなりウォータークロス
またはウォーターロッド内は８０％以上のボイド率とな
り、ボイド率制御が確実に行える。また制御要素が反応
度制御のため燃料集合体の燃料有効部分まで挿入される
動作中は、制御要素案内鞘内の圧力が高まっても、上端
が流路抵抗の小さい開放端から水または蒸気が逃がされ
るので制御棒の挿入はスムーズに行える。
素案内鞘の燃料棒支持部近傍に設けられた冷却材吐出口
が開いている時は吐出口の流路抵抗が小さくウォーター
クロスまたはウォーターロッド内は５％以下のボイド率
となり、制御要素が浅く挿入されて吐出口が塞がれてい
る時は吐出口の流路抵抗が大きくなりウォータークロス
またはウォーターロッド内は８０％以上のボイド率とな
り、ボイド率制御が確実に行える。また制御要素が反応
度制御のため燃料集合体の燃料有効部分まで挿入される
動作中は、制御要素案内鞘内の圧力が高まっても、上端
が流路抵抗の小さい開放端から水または蒸気が逃がされ
るので制御棒の挿入はスムーズに行える。
【００１８】
【実施例】以下本発明の一実施例を図１から図７に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１９】本一実施例の燃料集合体１０は、４体の小
燃料束３０、燃料集合体上部結束金具１２ｂ、チャンネ
ルボックス１７、及びウォータークロス５０、燃料集合
体下部ノズル１８から構成されている。ウォータークロ
ス５０は、チャンネルボックス１７に１体として溶接さ
れ、チャンネルボックス１７内の冷却材流路を４つの流
路に分割する。４個の小燃料束３０はそれぞれ上部タイ
プレート１２ａ、下部タイプレート１３ａを有し、ウォ
ータークロス５０とチャンネルボックス１７で囲まれた
各流路空間に配され、燃料集合体下部ノズル１８の上に
下部タイプレート１３ａが載置される構造と成ってい
る。燃料棒１１の上下端部は、上部タイプレート１２ａ
及び下部タイプレート１３ａにて保持される。燃料スペ
ーサ１６は、小燃料束３０の軸方向に複数配置され、燃
料棒１１相互間の間隙を適切に保持する。燃料スペーサ
１６の軸方向の位置はタブ付き燃料棒（図示せず）によ
って保持される。チャンネルボックス１７は、燃料集合
体下部ノズル１８に固定ネジ２２によって取付けられ、
燃料スペーサ１６で保持された燃料棒１１の小燃料束４
体の外周を取り囲み、１体の燃料集合体１０を構成す
る。下部タイプレート１３ａは燃料集合体下部ノズル１
８の上に載置され、上端部に燃料棒支持部１４ａを有
し、しかも燃料棒支持部１４ａの下方に冷却材導入口１
５を有している。燃料棒支持部１４ａが、燃料棒１１の
下端部を支持している。燃料棒１１は、図７に示すよう
に上部端栓４６及び下部端栓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。この被覆管４５内の上端部にはガスプレナム４
９が形成されている。
燃料束３０、燃料集合体上部結束金具１２ｂ、チャンネ
ルボックス１７、及びウォータークロス５０、燃料集合
体下部ノズル１８から構成されている。ウォータークロ
ス５０は、チャンネルボックス１７に１体として溶接さ
れ、チャンネルボックス１７内の冷却材流路を４つの流
路に分割する。４個の小燃料束３０はそれぞれ上部タイ
プレート１２ａ、下部タイプレート１３ａを有し、ウォ
ータークロス５０とチャンネルボックス１７で囲まれた
各流路空間に配され、燃料集合体下部ノズル１８の上に
下部タイプレート１３ａが載置される構造と成ってい
る。燃料棒１１の上下端部は、上部タイプレート１２ａ
及び下部タイプレート１３ａにて保持される。燃料スペ
ーサ１６は、小燃料束３０の軸方向に複数配置され、燃
料棒１１相互間の間隙を適切に保持する。燃料スペーサ
１６の軸方向の位置はタブ付き燃料棒（図示せず）によ
って保持される。チャンネルボックス１７は、燃料集合
体下部ノズル１８に固定ネジ２２によって取付けられ、
燃料スペーサ１６で保持された燃料棒１１の小燃料束４
体の外周を取り囲み、１体の燃料集合体１０を構成す
る。下部タイプレート１３ａは燃料集合体下部ノズル１
８の上に載置され、上端部に燃料棒支持部１４ａを有
し、しかも燃料棒支持部１４ａの下方に冷却材導入口１
５を有している。燃料棒支持部１４ａが、燃料棒１１の
下端部を支持している。燃料棒１１は、図７に示すよう
に上部端栓４６及び下部端栓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。この被覆管４５内の上端部にはガスプレナム４
９が形成されている。
【００２０】本発明の特徴であるウォータークロス５０
の詳細構造を図３および図４を参照して説明する。図３
および図４においてＬ形板材５１の４枚とチャンネルボ
ックス１７とで囲まれた部分の冷却材上昇流路５３、冷
却材下降流路５４がウォータークロス５０を構成してい
る。
の詳細構造を図３および図４を参照して説明する。図３
および図４においてＬ形板材５１の４枚とチャンネルボ
ックス１７とで囲まれた部分の冷却材上昇流路５３、冷
却材下降流路５４がウォータークロス５０を構成してい
る。
【００２１】図４に図３のＢ−Ｂ矢視縦断面図を示す。
ウォータークロス５０の上下端部は上、下端カバー材５
５，５６によって封じられており、流路区画スペーサ５
２がＬ形板材５１の間隔を保持し、冷却材上昇流路５３
と冷却材下降流路５４を形成している。ウォータークロ
ス５０の中心には制御要素案内鞘２４がはめ込まれ、案
内鞘２４はＬ形材５１によって保持されている。この案
内鞘２４は上端カバー材５５を貫通しその上方に開口し
ている。案内鞘２４はウォータークロス５０の中心を下
方に延びて下端カバー材５６を貫通して燃料集合体下部
ノズル１８の図５に示す燃料支持座６１の貫通穴６２に
挿入される。ウォータークロス５０の翼状部の流路区画
スペーサ５２は翼状部の流路を冷却材上昇流路５３と下
降流路５４に区画し、制御棒案内鞘２４に隣接した流路
を冷却材下降流路５４とする。流路区画スペーサ５２は
上端カバー材５５の下方で連絡口５７を有し、冷却材上
昇流路５３と冷却材下降流路５４とを結び、下端は下端
カバー材５６に至るまで伸び流路を分離する。翼状部の
下端は下部タイプレートの燃料棒支持部１４ａより下方
に位置する下端カバー材５６で封じられている。冷却材
上昇流路５３は燃料棒支持部１４ａより上方において冷
却材入り口４２ａを有する。また冷却材下降流路５４は
下端近傍において制御棒案内鞘に吐出口４３ａを有す
る。次に燃料集合体下部ノズル１８について図５（ａ）
から（ｄ）を参照して説明する。
ウォータークロス５０の上下端部は上、下端カバー材５
５，５６によって封じられており、流路区画スペーサ５
２がＬ形板材５１の間隔を保持し、冷却材上昇流路５３
と冷却材下降流路５４を形成している。ウォータークロ
ス５０の中心には制御要素案内鞘２４がはめ込まれ、案
内鞘２４はＬ形材５１によって保持されている。この案
内鞘２４は上端カバー材５５を貫通しその上方に開口し
ている。案内鞘２４はウォータークロス５０の中心を下
方に延びて下端カバー材５６を貫通して燃料集合体下部
ノズル１８の図５に示す燃料支持座６１の貫通穴６２に
挿入される。ウォータークロス５０の翼状部の流路区画
スペーサ５２は翼状部の流路を冷却材上昇流路５３と下
降流路５４に区画し、制御棒案内鞘２４に隣接した流路
を冷却材下降流路５４とする。流路区画スペーサ５２は
上端カバー材５５の下方で連絡口５７を有し、冷却材上
昇流路５３と冷却材下降流路５４とを結び、下端は下端
カバー材５６に至るまで伸び流路を分離する。翼状部の
下端は下部タイプレートの燃料棒支持部１４ａより下方
に位置する下端カバー材５６で封じられている。冷却材
上昇流路５３は燃料棒支持部１４ａより上方において冷
却材入り口４２ａを有する。また冷却材下降流路５４は
下端近傍において制御棒案内鞘に吐出口４３ａを有す
る。次に燃料集合体下部ノズル１８について図５（ａ）
から（ｄ）を参照して説明する。
【００２２】燃料集合体下部ノズル１８の上部は燃料支
持座６１が小燃料束３０の下部タイプレート１３ａを載
せ、荷重を受ける。ウォータークロス５０の下端は燃料
支持座６１の溝６４に挿入され冷却材流路が小燃料束３
０の流路間でつながらない様に分離する。溝６４の中央
には制御要素案内鞘保持管６８が配設され、制御要素案
内鞘２４の為の貫通口６２を形成し、案内鞘２４が挿入
される。燃料集合体下部ノズル１８の下部まで溝６４を
構成する部材の延長部材（流路区画材）６５が延びて４
つの燃料集合体下部ノズル流路６３を区画構成する。こ
の燃料集合体下部ノズル流路６３の下部にはオリフィス
板２３を設けオリフィス口６７が形成される。制御要素
案内鞘２４の下端は後述する燃料支持金具２０に設けら
れている制御要素案内管２４ａと接続する。
持座６１が小燃料束３０の下部タイプレート１３ａを載
せ、荷重を受ける。ウォータークロス５０の下端は燃料
支持座６１の溝６４に挿入され冷却材流路が小燃料束３
０の流路間でつながらない様に分離する。溝６４の中央
には制御要素案内鞘保持管６８が配設され、制御要素案
内鞘２４の為の貫通口６２を形成し、案内鞘２４が挿入
される。燃料集合体下部ノズル１８の下部まで溝６４を
構成する部材の延長部材（流路区画材）６５が延びて４
つの燃料集合体下部ノズル流路６３を区画構成する。こ
の燃料集合体下部ノズル流路６３の下部にはオリフィス
板２３を設けオリフィス口６７が形成される。制御要素
案内鞘２４の下端は後述する燃料支持金具２０に設けら
れている制御要素案内管２４ａと接続する。
【００２３】燃料支持金具２０は制御棒案内管７１の上
にはめ込まれ、中央には十字形の開口部２５が設けら
れ、図１に示す様に燃料集合体１０の間のウォーターギ
ャップに十字形の制御棒翼が挿入される案内をしてい
る。十字形の貫通口の周囲に燃料集合体下部ノズル１８
を受ける開口７３を４個有し、燃料支持金具の冷却材流
路を形成する。前記冷却材流路は十字形制御棒翼を囲む
燃料集合体１０に各１個づつ設けられている。開口７３
の中央には制御棒案内鞘２４と接続し、燃料支持金具２
０を貫通し支持金具２０の底部に制御要素挿入口２６を
有する制御要素案内管２４ａが設けられ、支持板６９で
支持されている。支持板６９には冷却材を通す冷却材開
口２７が設けられている。燃料支持金具２０の下部側面
には開口７３に通ずる冷却材流路の冷却材入り口（オリ
フィス）２１を制御棒案内管７１の開口部７２と面する
位置に有する。
にはめ込まれ、中央には十字形の開口部２５が設けら
れ、図１に示す様に燃料集合体１０の間のウォーターギ
ャップに十字形の制御棒翼が挿入される案内をしてい
る。十字形の貫通口の周囲に燃料集合体下部ノズル１８
を受ける開口７３を４個有し、燃料支持金具の冷却材流
路を形成する。前記冷却材流路は十字形制御棒翼を囲む
燃料集合体１０に各１個づつ設けられている。開口７３
の中央には制御棒案内鞘２４と接続し、燃料支持金具２
０を貫通し支持金具２０の底部に制御要素挿入口２６を
有する制御要素案内管２４ａが設けられ、支持板６９で
支持されている。支持板６９には冷却材を通す冷却材開
口２７が設けられている。燃料支持金具２０の下部側面
には開口７３に通ずる冷却材流路の冷却材入り口（オリ
フィス）２１を制御棒案内管７１の開口部７２と面する
位置に有する。
【００２４】本燃料集合体と組み合わせて使用する制御
棒６ａを図６に示す。この制御棒は基本的には従来例と
して図２３に示した十字形制御棒６に円柱状の制御要素
７を付加したものであり、ポイズチューブ１１８を収容
したシース１１７で構成される制御棒翼と制御要素７か
らなる。制御要素７はＳＵＳの中空管にＢ4 Ｃ，Ｈｆ等
の中性子吸収毒物を充填したもの、ただの中空管または
ＳＵＳ棒でも良い。尚この例では従来の速度リミッタ
ー、制御棒接続切り離しハンドルは設けてない。
棒６ａを図６に示す。この制御棒は基本的には従来例と
して図２３に示した十字形制御棒６に円柱状の制御要素
７を付加したものであり、ポイズチューブ１１８を収容
したシース１１７で構成される制御棒翼と制御要素７か
らなる。制御要素７はＳＵＳの中空管にＢ4 Ｃ，Ｈｆ等
の中性子吸収毒物を充填したもの、ただの中空管または
ＳＵＳ棒でも良い。尚この例では従来の速度リミッタ
ー、制御棒接続切り離しハンドルは設けてない。
【００２５】上述した本実施例に係る燃料集合体の作用
をＢＷＲの炉心に装荷して原子炉を運転する場合を鑑み
て説明する。冷却水は図１の制御棒案内管７１の開口７
２と燃料支持金具２０の冷却材入り口（オリフィス）２
１を通って燃料集合体下部ノズル１８のオリフィス開口
６７を通り、下部タイプレート１３ａの燃料棒支持部１
４ａに設けられた貫通口（図１中では省略）を通って各
小燃料束３０の燃料棒１１の間の冷却水流路に導かれ
る。下部タイプレート１３ａの冷却材導入口１５に流入
した冷却水の一部は下部ノズル１８に設けられたリーク
孔（図１中では省略）からチャンネル流路外のバイパス
流路に流れる。燃料棒支持部１４ａの上方の冷却材の一
部は図３および図４に示すようにウォータークロス５０
の冷却材入り口４２ａから冷却材上昇流路５３内に流入
し、連絡口５７を経てさらに下降流路５４を経て下端近
傍の吐出口４３ａから制御要素案内鞘２４の内部へ吐出
される。
をＢＷＲの炉心に装荷して原子炉を運転する場合を鑑み
て説明する。冷却水は図１の制御棒案内管７１の開口７
２と燃料支持金具２０の冷却材入り口（オリフィス）２
１を通って燃料集合体下部ノズル１８のオリフィス開口
６７を通り、下部タイプレート１３ａの燃料棒支持部１
４ａに設けられた貫通口（図１中では省略）を通って各
小燃料束３０の燃料棒１１の間の冷却水流路に導かれ
る。下部タイプレート１３ａの冷却材導入口１５に流入
した冷却水の一部は下部ノズル１８に設けられたリーク
孔（図１中では省略）からチャンネル流路外のバイパス
流路に流れる。燃料棒支持部１４ａの上方の冷却材の一
部は図３および図４に示すようにウォータークロス５０
の冷却材入り口４２ａから冷却材上昇流路５３内に流入
し、連絡口５７を経てさらに下降流路５４を経て下端近
傍の吐出口４３ａから制御要素案内鞘２４の内部へ吐出
される。
【００２６】制御要素７の先端が吐出口４３ａより下方
にある場合は、冷却材吐出口４３ａから吐出される冷却
水は、炉心流量に応じて冷却材入り口４２ａから流入す
る冷却水の流量の多少に応じて液相または蒸気相とな
る。（図８曲線Ａ参照）尚、本実施例では冷却材入り口
４２ａを燃料棒支持部１４ａより少し上側に設けている
が、下側でもよい。これは制御要素案内鞘内はバイパス
流路と同じ圧力であり、冷却材が流れすぎない様に、燃
料棒支持部１４ａの上方にしたほうが開口４２ａ，４３
ａの設計がしやすい。
にある場合は、冷却材吐出口４３ａから吐出される冷却
水は、炉心流量に応じて冷却材入り口４２ａから流入す
る冷却水の流量の多少に応じて液相または蒸気相とな
る。（図８曲線Ａ参照）尚、本実施例では冷却材入り口
４２ａを燃料棒支持部１４ａより少し上側に設けている
が、下側でもよい。これは制御要素案内鞘内はバイパス
流路と同じ圧力であり、冷却材が流れすぎない様に、燃
料棒支持部１４ａの上方にしたほうが開口４２ａ，４３
ａの設計がしやすい。
【００２７】制御要素７の先端が吐出口４３ａより上方
にある場合は、吐出口４３ａが制御要素７に塞がれ吐出
口抵抗が大きい。ウォータークロス５０の内部は中性子
及びガンマ線による加熱と熱伝導により蒸気ボイドが発
生し、吐出口４３ａ及び冷却材上昇流路５３、冷却材下
降流路５４の圧損が増加し、冷却材入り口４２ａと吐出
口４３ａの差圧とウォータークロス流路内の圧損及び水
頭とバランスするまで冷却材上昇、下降流路５３，５４
の水位が下がる。その結果ウォータークロス５０内は蒸
気が充満する。更に制御要素案内鞘内部５８も冷却材の
供給が少なくなるのでボイドが発生し、ほぼ蒸気で満た
される（図８曲線Ｃ参照）。
にある場合は、吐出口４３ａが制御要素７に塞がれ吐出
口抵抗が大きい。ウォータークロス５０の内部は中性子
及びガンマ線による加熱と熱伝導により蒸気ボイドが発
生し、吐出口４３ａ及び冷却材上昇流路５３、冷却材下
降流路５４の圧損が増加し、冷却材入り口４２ａと吐出
口４３ａの差圧とウォータークロス流路内の圧損及び水
頭とバランスするまで冷却材上昇、下降流路５３，５４
の水位が下がる。その結果ウォータークロス５０内は蒸
気が充満する。更に制御要素案内鞘内部５８も冷却材の
供給が少なくなるのでボイドが発生し、ほぼ蒸気で満た
される（図８曲線Ｃ参照）。
【００２８】制御棒６ａが上方に挿入される場合は制御
要素７もウォータークロス中央の制御要素案内鞘内を上
方に挿入されることになる。この場合は流路５８の上端
は開放構造なので圧力が高まる事無く、冷却水は上端の
開口から排出される。この結果制御棒挿入が容易とな
り、制御棒挿入時に燃料集合体が浮き上がるということ
も防止できる。
要素７もウォータークロス中央の制御要素案内鞘内を上
方に挿入されることになる。この場合は流路５８の上端
は開放構造なので圧力が高まる事無く、冷却水は上端の
開口から排出される。この結果制御棒挿入が容易とな
り、制御棒挿入時に燃料集合体が浮き上がるということ
も防止できる。
【００２９】制御棒を下方に引き抜く場合は逆に制御要
素案内鞘内が減圧されることになるが、出力運転中は蒸
気が制御要素案内鞘内を占めており、その蒸気が膨張す
るので減圧度合いは小さい。また停止時は非沸騰水が占
めているので流路抵抗も小さく上端開口から逆流して制
御棒の引き抜きは容易に行える。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。
素案内鞘内が減圧されることになるが、出力運転中は蒸
気が制御要素案内鞘内を占めており、その蒸気が膨張す
るので減圧度合いは小さい。また停止時は非沸騰水が占
めているので流路抵抗も小さく上端開口から逆流して制
御棒の引き抜きは容易に行える。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。
【００３０】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。この時制御棒を引き抜いている燃料集合体にお
いては制御要素７の先端はウォータークロスの冷却材吐
出口４３ａより上方で燃料集合体の燃料有効部の下方に
位置するよう制御棒軸方向位置を設定している。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、前記制御棒をさらに引き
抜いて制御要素７の先端を吐出口４３ａより下方に設定
する燃料集合体の数を反応度減少に応じて増加する。さ
らに最後に炉心流量を増加させサイクル末期で最大炉心
流量の１１５％にする。これにより、サイクル末期にお
ける炉心の反応度を増大して、サイクル寿命を延長する
ことが出来る。
％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。この時制御棒を引き抜いている燃料集合体にお
いては制御要素７の先端はウォータークロスの冷却材吐
出口４３ａより上方で燃料集合体の燃料有効部の下方に
位置するよう制御棒軸方向位置を設定している。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、前記制御棒をさらに引き
抜いて制御要素７の先端を吐出口４３ａより下方に設定
する燃料集合体の数を反応度減少に応じて増加する。さ
らに最後に炉心流量を増加させサイクル末期で最大炉心
流量の１１５％にする。これにより、サイクル末期にお
ける炉心の反応度を増大して、サイクル寿命を延長する
ことが出来る。
【００３１】本発明のウォータークロスの出入口差圧−
ボイド率特性を制御要素７の先端が吐出口４３ａより下
方にある場合に対して図８に示す曲線Ａの様に設定する
と定格出力運転時に使用する炉心流量の範囲（この例で
は８０〜１１５％定格炉心流量）では、ウォータークロ
ス内は１０％以下のボイド率であり、従来提案のウォー
ターロッド（曲線Ｂ）で生じていた出力分布による燃料
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。また制御要素７の先端が吐出口４３ａより
上方にある場合は図８の曲線Ｃの様に定格出力で運用す
る炉心流量範囲ではウォータークロス内は８０％以上の
ボイド率である。従って、出力運転時に余剰反応度及び
炉心出力分布を制御するために燃料集合体の燃料有効部
に挿入されている以外の制御棒については、制御要素７
の先端が吐出口４３ａのすぐ上で燃料有効部より下に位
置する軸方向位置に制御棒を設定する事により燃料集合
体下部の出力低下なしに定格出力時使用する炉心流量の
範囲では、ウォータークロス内は８０％以上のボイド率
に保つ事が出来る。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、制御棒の軸方向位置の制御
によってウォータークロス５０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。
ボイド率特性を制御要素７の先端が吐出口４３ａより下
方にある場合に対して図８に示す曲線Ａの様に設定する
と定格出力運転時に使用する炉心流量の範囲（この例で
は８０〜１１５％定格炉心流量）では、ウォータークロ
ス内は１０％以下のボイド率であり、従来提案のウォー
ターロッド（曲線Ｂ）で生じていた出力分布による燃料
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。また制御要素７の先端が吐出口４３ａより
上方にある場合は図８の曲線Ｃの様に定格出力で運用す
る炉心流量範囲ではウォータークロス内は８０％以上の
ボイド率である。従って、出力運転時に余剰反応度及び
炉心出力分布を制御するために燃料集合体の燃料有効部
に挿入されている以外の制御棒については、制御要素７
の先端が吐出口４３ａのすぐ上で燃料有効部より下に位
置する軸方向位置に制御棒を設定する事により燃料集合
体下部の出力低下なしに定格出力時使用する炉心流量の
範囲では、ウォータークロス内は８０％以上のボイド率
に保つ事が出来る。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、制御棒の軸方向位置の制御
によってウォータークロス５０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。
【００３２】また、原子炉の起動時、停止時に炉心流量
が大幅に低いとき例えば６５％定格炉心流量以下では制
御棒の位置によらずウォータークロス内は高ボイド率で
あるので原子炉の流量−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。
が大幅に低いとき例えば６５％定格炉心流量以下では制
御棒の位置によらずウォータークロス内は高ボイド率で
あるので原子炉の流量−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。
【００３３】更に、ウォータークロス内のボイド率が制
御棒によって正確に制御できるので三次元核熱水力シミ
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。また燃料集合体のウォータークロス中央の制
御要素案内鞘内部に制御要素が挿入できるので従来燃料
集合体よりも炉停止余裕が増加する。次に図１０から図
２０を参照して本発明の他の実施例を説明する。
御棒によって正確に制御できるので三次元核熱水力シミ
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。また燃料集合体のウォータークロス中央の制
御要素案内鞘内部に制御要素が挿入できるので従来燃料
集合体よりも炉停止余裕が増加する。次に図１０から図
２０を参照して本発明の他の実施例を説明する。
【００３４】図２の本発明の第１の実施例に示すウォー
タークロス５０は冷却材上昇流路と冷却材下降流路を形
成するに当たり流路区画スペーサを用いているが、図１
０の第２の実施例はウォータークロスを形成するＬ字形
材５１をプレス曲げ加工をして溶接する事によって、流
路区画を形成する例である。このような構造とする事に
よってスペーサー材５２を省いて冷却材上昇、下降流路
７５，７６を形成でき製造を簡単化できる。
タークロス５０は冷却材上昇流路と冷却材下降流路を形
成するに当たり流路区画スペーサを用いているが、図１
０の第２の実施例はウォータークロスを形成するＬ字形
材５１をプレス曲げ加工をして溶接する事によって、流
路区画を形成する例である。このような構造とする事に
よってスペーサー材５２を省いて冷却材上昇、下降流路
７５，７６を形成でき製造を簡単化できる。
【００３５】図１１の第３の実施例は制御要素案内鞘２
４の外側に同心円の中空管５２ｂを配して流路区画材と
して用い、ウォータークロスの翼部を冷却材上昇流路７
７とし環状部を冷却材下降流路７８とする構造の例であ
る。制御要素案内鞘２４は軸方向に複数配され冷却材が
環状部を流通出来る構造の支持スペーサー（図１１では
省略してある）により中空管５２ｂ内に保持される。こ
の様な構造にする事により、制御要素案内鞘の部分とウ
ォータークロスの部分の構造がより単純な構造となり製
造がし易い。
４の外側に同心円の中空管５２ｂを配して流路区画材と
して用い、ウォータークロスの翼部を冷却材上昇流路７
７とし環状部を冷却材下降流路７８とする構造の例であ
る。制御要素案内鞘２４は軸方向に複数配され冷却材が
環状部を流通出来る構造の支持スペーサー（図１１では
省略してある）により中空管５２ｂ内に保持される。こ
の様な構造にする事により、制御要素案内鞘の部分とウ
ォータークロスの部分の構造がより単純な構造となり製
造がし易い。
【００３６】また図１１はウォータークロスの厚みが薄
く中央の制御要素案内鞘の中空管が細くなりすぎ、制御
棒価値の増加に対する寄与が小さい場合の対応として、
ウォータークロスの中心に隣接した燃料棒を取り除いて
制御要素案内鞘を大口径化し、制御棒価値を増加させる
場合の例でもある。このようにウォータークロス中心に
隣接する燃料棒を取り除いて制御要素案内鞘を大口径化
する構造は図２または図１０の第１、第２の実施例の構
造のウォータークロスと組み合わせても良い。
く中央の制御要素案内鞘の中空管が細くなりすぎ、制御
棒価値の増加に対する寄与が小さい場合の対応として、
ウォータークロスの中心に隣接した燃料棒を取り除いて
制御要素案内鞘を大口径化し、制御棒価値を増加させる
場合の例でもある。このようにウォータークロス中心に
隣接する燃料棒を取り除いて制御要素案内鞘を大口径化
する構造は図２または図１０の第１、第２の実施例の構
造のウォータークロスと組み合わせても良い。
【００３７】図１２，１３はウォータークロス内に複数
の制御要素案内鞘２４を配した場合の第４の実施例であ
る。このような構造は小燃料束３０が図２で示した様な
４×４の格子よりも大きい、例えば６×６以上の小燃料
束から構成されるウォータークロスを有する大型燃料集
合体７８に適した構造である。このような制御要素案内
鞘の本数を増加させる事により制御棒価値が増加し、燃
料集合体の大型化における炉停止余裕の減少を改善でき
る。また制御要素７をウォータークロス内の制御要素案
内鞘に挿入するので燃料集合体当たりの燃料棒の本数が
減少せず、燃料ペレットの装荷量が減少しないので燃料
経済性上有利である。またこのような大型燃料集合体に
おいては小燃料束の中心部の熱中性束の増加を図って出
力分布の平坦化するために、図２１に示されているよう
な従来型のウォーターロッド５または図２５に示されて
いる様なスペクトルシフト可能なウォーターロッド９を
組み込んでも良い。
の制御要素案内鞘２４を配した場合の第４の実施例であ
る。このような構造は小燃料束３０が図２で示した様な
４×４の格子よりも大きい、例えば６×６以上の小燃料
束から構成されるウォータークロスを有する大型燃料集
合体７８に適した構造である。このような制御要素案内
鞘の本数を増加させる事により制御棒価値が増加し、燃
料集合体の大型化における炉停止余裕の減少を改善でき
る。また制御要素７をウォータークロス内の制御要素案
内鞘に挿入するので燃料集合体当たりの燃料棒の本数が
減少せず、燃料ペレットの装荷量が減少しないので燃料
経済性上有利である。またこのような大型燃料集合体に
おいては小燃料束の中心部の熱中性束の増加を図って出
力分布の平坦化するために、図２１に示されているよう
な従来型のウォーターロッド５または図２５に示されて
いる様なスペクトルシフト可能なウォーターロッド９を
組み込んでも良い。
【００３８】図１４，１５は第１の実施例の変形で、制
御要素案内鞘２４の下部に更に冷却材入り口４２ｂを設
け、燃料集合体下部ノズル１８の流路区画材６５の中央
の図５（ｂ）に示した中空管６８の対応位置に開口を設
け流路６３の冷却材を開口４２ｂより制御要素案内鞘内
に取り込める構造になっている第５の実施例の燃料集合
体１０ｄである。冷却材入り口４２ｂは図１５に示す開
口４２ｂ，３２間の出入口差圧を小さくし、冷却材流量
が大きくなり過ぎるのを防ぐ観点から流路抵抗体である
オリフィス２３の上方に設けられる。
御要素案内鞘２４の下部に更に冷却材入り口４２ｂを設
け、燃料集合体下部ノズル１８の流路区画材６５の中央
の図５（ｂ）に示した中空管６８の対応位置に開口を設
け流路６３の冷却材を開口４２ｂより制御要素案内鞘内
に取り込める構造になっている第５の実施例の燃料集合
体１０ｄである。冷却材入り口４２ｂは図１５に示す開
口４２ｂ，３２間の出入口差圧を小さくし、冷却材流量
が大きくなり過ぎるのを防ぐ観点から流路抵抗体である
オリフィス２３の上方に設けられる。
【００３９】図１４，１５に示すように制御要素７の先
端が開口部４２ｂより下方に位置する場合は、燃料集合
体下部ノズルの冷却材は開口４２ｂから制御要素案内鞘
内に流れ込み上端開口３２から上部プレナムに流れ出
る。この結果制御要素案内鞘内は非沸騰水が流れること
になる。これはサイクル末期に減速材の量を増加させ中
性子の減速を促進する運用の時に制御要素案内鞘の領域
もウォータークロスと同様に非沸騰水で占められ減速効
果が増す。
端が開口部４２ｂより下方に位置する場合は、燃料集合
体下部ノズルの冷却材は開口４２ｂから制御要素案内鞘
内に流れ込み上端開口３２から上部プレナムに流れ出
る。この結果制御要素案内鞘内は非沸騰水が流れること
になる。これはサイクル末期に減速材の量を増加させ中
性子の減速を促進する運用の時に制御要素案内鞘の領域
もウォータークロスと同様に非沸騰水で占められ減速効
果が増す。
【００４０】制御要素７の先端が開口部４３ａより上方
に位置する場合は、開口部４３ａが制御要素７に塞がれ
出口抵抗が大きいため流れ出す冷却水の量が低下し、ウ
ォータークロス内は前述のように中性子及びガンマ線に
よる加熱と熱伝導によりボイドが発生し、流路５３，５
４の液面を押し下げ入り口４２ａと出口４３ａの差圧と
ウォータークロス流路内の圧損及び水頭とバランスする
まで流路５３，５４の水位が下がる。その結果ほぼ蒸気
で満たされる。また制御要素案内鞘内も開口４２ｂ及び
開口４３ａからの冷却材流量が少ないのでボイドが多量
に発生している。
に位置する場合は、開口部４３ａが制御要素７に塞がれ
出口抵抗が大きいため流れ出す冷却水の量が低下し、ウ
ォータークロス内は前述のように中性子及びガンマ線に
よる加熱と熱伝導によりボイドが発生し、流路５３，５
４の液面を押し下げ入り口４２ａと出口４３ａの差圧と
ウォータークロス流路内の圧損及び水頭とバランスする
まで流路５３，５４の水位が下がる。その結果ほぼ蒸気
で満たされる。また制御要素案内鞘内も開口４２ｂ及び
開口４３ａからの冷却材流量が少ないのでボイドが多量
に発生している。
【００４１】制御要素７の先端位置が吐出口４３ａの上
から下方に抜かれ冷却材入り口４２ｂの下に移動する
と、冷却材が冷却材入口４２ｂから制御要素案内鞘内に
流れ込み上方に流れ始め、吐出口４３ａからの蒸気流も
吸引する形となりウォータークロス内の流れの変化が
（蒸気充満状態から液相単相流への移行）加速され、冷
却材入口４２ｂの設けてない場合よりも原子炉の出力増
加の変化が迅速に出来る。
から下方に抜かれ冷却材入り口４２ｂの下に移動する
と、冷却材が冷却材入口４２ｂから制御要素案内鞘内に
流れ込み上方に流れ始め、吐出口４３ａからの蒸気流も
吸引する形となりウォータークロス内の流れの変化が
（蒸気充満状態から液相単相流への移行）加速され、冷
却材入口４２ｂの設けてない場合よりも原子炉の出力増
加の変化が迅速に出来る。
【００４２】次に図１６に示す燃料集合体８０は、図
１，２に示した制御要素案内鞘を内蔵したウォーターク
ロスを有する例と異なり制御要素案内鞘を内蔵したウォ
ーターロッド１９を有する燃料集合体の第６の実施例で
ある。図は角形のウォーターロッド１９を１本配設した
場合の例であるが円筒形のウォーターロッドでも良い
し、またウォーターロッドが複数本組み込まれていても
良い。また、従来型のウォーターロッド５またはスペク
トルシフト機能を有するウォーターロッド９と組み合わ
せても良い。
１，２に示した制御要素案内鞘を内蔵したウォーターク
ロスを有する例と異なり制御要素案内鞘を内蔵したウォ
ーターロッド１９を有する燃料集合体の第６の実施例で
ある。図は角形のウォーターロッド１９を１本配設した
場合の例であるが円筒形のウォーターロッドでも良い
し、またウォーターロッドが複数本組み込まれていても
良い。また、従来型のウォーターロッド５またはスペク
トルシフト機能を有するウォーターロッド９と組み合わ
せても良い。
【００４３】ウォーターロッド１９は、図１７，図１８
に示すように内管３５、外管３６、スペーサ３７及び制
御要素案内鞘２４から構成されている。制御要素案内鞘
２４及び内管３５はスペーサ３７によって保持され、内
管３５及び外管３６の上端は環状端栓３８ａで封じられ
ている。制御要素案内管２４ａは端栓３８ａの上方に伸
び、上部タイプレート１２内に挿入保持され、上部タイ
プレート１２の上方に開口３２を有している。内管３５
は端栓３８ａの下方で連絡口３４を有し、内管３５と制
御要素案内管２４ａの間の環状流路４１（冷却材下降流
路）と外管３６と内管３５の間の環状部の冷却材上昇流
路４０（冷却材上昇流路）とを結ぶ。スペーサ３７は環
状部の冷却材上昇または下降流路４０，４１を確保でき
る様に開口部を有している。内管３５及び外管３６の下
端は燃料棒支持部１４より上方に位置する環状端栓３９
ａで封じられており、下部に環状部流路４０に通じる冷
却材入り口４２ａを有する。制御要素案内鞘２４は環状
端栓３９ａの上方位置に吐出口４３ａを有し案内鞘の下
端は下部タイプレート１３の燃料棒支持部１４を貫通
し、案内鞘支持板２３ａに支持され、下部タイプレート
の下端に開口する制御要素挿入口２６を有している。
に示すように内管３５、外管３６、スペーサ３７及び制
御要素案内鞘２４から構成されている。制御要素案内鞘
２４及び内管３５はスペーサ３７によって保持され、内
管３５及び外管３６の上端は環状端栓３８ａで封じられ
ている。制御要素案内管２４ａは端栓３８ａの上方に伸
び、上部タイプレート１２内に挿入保持され、上部タイ
プレート１２の上方に開口３２を有している。内管３５
は端栓３８ａの下方で連絡口３４を有し、内管３５と制
御要素案内管２４ａの間の環状流路４１（冷却材下降流
路）と外管３６と内管３５の間の環状部の冷却材上昇流
路４０（冷却材上昇流路）とを結ぶ。スペーサ３７は環
状部の冷却材上昇または下降流路４０，４１を確保でき
る様に開口部を有している。内管３５及び外管３６の下
端は燃料棒支持部１４より上方に位置する環状端栓３９
ａで封じられており、下部に環状部流路４０に通じる冷
却材入り口４２ａを有する。制御要素案内鞘２４は環状
端栓３９ａの上方位置に吐出口４３ａを有し案内鞘の下
端は下部タイプレート１３の燃料棒支持部１４を貫通
し、案内鞘支持板２３ａに支持され、下部タイプレート
の下端に開口する制御要素挿入口２６を有している。
【００４４】燃料支持金具２０は制御棒案内管７１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７１の開口部７２と面する位置に有する（図１６参
照）。前記冷却材入り口２１は４体の各燃料束に１個づ
つ設けられている。燃料支持金具２０には制御要素案内
管２４ａが燃料支持金具２０の底部と案内管支持板６９
によって固定され、制御要素案内管２４ａの上端は前記
本発明のウォーターロッド１９の制御要素案内鞘２４の
下端とかみ合う。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２の様に燃料集合体４体の中
央に十字形の制御翼６が挿入される案内をしている。
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７１の開口部７２と面する位置に有する（図１６参
照）。前記冷却材入り口２１は４体の各燃料束に１個づ
つ設けられている。燃料支持金具２０には制御要素案内
管２４ａが燃料支持金具２０の底部と案内管支持板６９
によって固定され、制御要素案内管２４ａの上端は前記
本発明のウォーターロッド１９の制御要素案内鞘２４の
下端とかみ合う。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２の様に燃料集合体４体の中
央に十字形の制御翼６が挿入される案内をしている。
【００４５】冷却水は図１６の制御棒案内管７１の側面
に形成された開口７２と燃料支持金具２０の側面に形成
された冷却材入り口（オリフィス）２１を通って燃料集
合体下部タイプレート１３の燃料棒支持部１４に設けら
れた貫通口（図１６中では省略）を通って各燃料束の燃
料棒１１の間の冷却水流路に導かれる。下部タイプレー
ト１３の冷却材導入口１５に流入した冷却水の一部は下
部タイプレート１３に設けられたリーク孔（図１６中で
は省略）からチャンネル流路外のバイパス流路に流れ
る。図１８に示すようにウォーターロッド１９の冷却材
入り口４２ａから冷却材上昇流路４０内に流入し、連絡
口３４を経てさらに下降流路４１を経て下端近傍の吐出
口４３ａから制御要素案内鞘２４の内部５８へ吐出され
る。
に形成された開口７２と燃料支持金具２０の側面に形成
された冷却材入り口（オリフィス）２１を通って燃料集
合体下部タイプレート１３の燃料棒支持部１４に設けら
れた貫通口（図１６中では省略）を通って各燃料束の燃
料棒１１の間の冷却水流路に導かれる。下部タイプレー
ト１３の冷却材導入口１５に流入した冷却水の一部は下
部タイプレート１３に設けられたリーク孔（図１６中で
は省略）からチャンネル流路外のバイパス流路に流れ
る。図１８に示すようにウォーターロッド１９の冷却材
入り口４２ａから冷却材上昇流路４０内に流入し、連絡
口３４を経てさらに下降流路４１を経て下端近傍の吐出
口４３ａから制御要素案内鞘２４の内部５８へ吐出され
る。
【００４６】制御要素７の先端が吐出口４３ａより下方
にある場合は、冷却材吐出口４３ａから吐出される冷却
水は、炉心流量に応じて冷却材入り口４２ａから流入す
る冷却水の流量の多少に応じて液相または蒸気相とな
る。（図８曲線Ａ参照）
にある場合は、冷却材吐出口４３ａから吐出される冷却
水は、炉心流量に応じて冷却材入り口４２ａから流入す
る冷却水の流量の多少に応じて液相または蒸気相とな
る。（図８曲線Ａ参照）
【００４７】制御要素７の先端が吐出口４３ａより上方
にある場合は、吐出口４３ａが制御要素７に塞がれ吐出
口抵抗が大きい。ウォーターロッド１９の内部は中性子
及びガンマ線による加熱と熱伝導によりボイドが発生
し、吐出口４３ａ及び冷却材上昇、下降流量４０，４１
の圧損が増加し、冷却材入り口４２ａと吐出口４３ａの
差圧とウォーターロッド流路内の圧損及び水頭とバラン
スするまで冷却材上昇、下降流路４０，４１の水位が下
がる。その結果ウォーターロッド１９内は蒸気が充満す
る。更に制御要素案内鞘内部５８も冷却材の供給が少な
くなるのでボイドが発生し、ほぼ蒸気で満たされる。
（図８曲線Ｃ参照）
にある場合は、吐出口４３ａが制御要素７に塞がれ吐出
口抵抗が大きい。ウォーターロッド１９の内部は中性子
及びガンマ線による加熱と熱伝導によりボイドが発生
し、吐出口４３ａ及び冷却材上昇、下降流量４０，４１
の圧損が増加し、冷却材入り口４２ａと吐出口４３ａの
差圧とウォーターロッド流路内の圧損及び水頭とバラン
スするまで冷却材上昇、下降流路４０，４１の水位が下
がる。その結果ウォーターロッド１９内は蒸気が充満す
る。更に制御要素案内鞘内部５８も冷却材の供給が少な
くなるのでボイドが発生し、ほぼ蒸気で満たされる。
（図８曲線Ｃ参照）
【００４８】制御棒６ａが上方に挿入される場合は制御
要素７もウォーターロッド中央の制御要素案内鞘内を上
方に挿入されることになる。この場合は流路５８の上端
は開放構造なので圧力が高まる事無く、冷却水は上端の
開口から排出される。この結果制御棒挿入がスムーズに
なされ、制御棒挿入時に燃料集合体が浮き上がるという
ことも防止できる。
要素７もウォーターロッド中央の制御要素案内鞘内を上
方に挿入されることになる。この場合は流路５８の上端
は開放構造なので圧力が高まる事無く、冷却水は上端の
開口から排出される。この結果制御棒挿入がスムーズに
なされ、制御棒挿入時に燃料集合体が浮き上がるという
ことも防止できる。
【００４９】制御棒を下方に引き抜く場合は逆に制御要
素案内鞘内が減圧されることになるが、出力運転中は蒸
気が制御要素案内鞘内を占めており、その蒸気が膨張す
るので減圧度合いは小さい。また停止時は非沸騰水が占
めているので流路抵抗も小さく上端開口から逆流して制
御棒の引き抜きはスムーズに行える。これによりウォー
ターロッド１９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要素７により、ボイド率の確実な
制御ができる。
素案内鞘内が減圧されることになるが、出力運転中は蒸
気が制御要素案内鞘内を占めており、その蒸気が膨張す
るので減圧度合いは小さい。また停止時は非沸騰水が占
めているので流路抵抗も小さく上端開口から逆流して制
御棒の引き抜きはスムーズに行える。これによりウォー
ターロッド１９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要素７により、ボイド率の確実な
制御ができる。
【００５０】また制御要素案内鞘２４の下部に燃料棒支
持部１４より下方の位置に開口を設け、冷却材を制御要
素案内鞘内に取り込める構造とする事により、制御要素
７の先端の軸方向位置の制御と相まって図１４，１５の
第５の実施例と同様の機能を得る事が出来る。
持部１４より下方の位置に開口を設け、冷却材を制御要
素案内鞘内に取り込める構造とする事により、制御要素
７の先端の軸方向位置の制御と相まって図１４，１５の
第５の実施例と同様の機能を得る事が出来る。
【００５１】尚、制御要素案内鞘２４と一体となったウ
ォーターロッド１９は制御棒挿入または引き抜き時に上
下方向に移動するのを防ぐため下部タイプレートに固定
する方が良い。
ォーターロッド１９は制御棒挿入または引き抜き時に上
下方向に移動するのを防ぐため下部タイプレートに固定
する方が良い。
【００５２】図１９，２０は第１の実施例の変形で、燃
料集合体１０を４体結合して大型の燃料集合体８１とし
た場合の第７の実施例である。このような燃料集合体で
は燃料集合体下部ノズルと燃料支持金具を１体の構造に
し、チャンネルボックス１７ａは燃料支持金具に直接ネ
ジ固定する。このように大型燃料集合体にする事によっ
て、制御棒周囲の４体の集合体が１体になるので制御要
素７と案内鞘２４の挿入組み合わせの部分の着座不良に
よる不具合が少なくなる利点がある。尚前述の他の実施
例においても４体を１体化する事によって同様の利点が
得られる。
料集合体１０を４体結合して大型の燃料集合体８１とし
た場合の第７の実施例である。このような燃料集合体で
は燃料集合体下部ノズルと燃料支持金具を１体の構造に
し、チャンネルボックス１７ａは燃料支持金具に直接ネ
ジ固定する。このように大型燃料集合体にする事によっ
て、制御棒周囲の４体の集合体が１体になるので制御要
素７と案内鞘２４の挿入組み合わせの部分の着座不良に
よる不具合が少なくなる利点がある。尚前述の他の実施
例においても４体を１体化する事によって同様の利点が
得られる。
【００５３】原子炉の運転中に異常な過渡事象や事故が
発生した場合、原子炉またはプラントを保護するため制
御棒を急速挿入して原子炉を急速に未臨界または低出力
状態に移行させる必要がある。この様な場合にスクラム
用制御棒（急速挿入制御棒）はできるだけ軽量で挿入抵
抗が小さい方が都合がよい。そこで、スクラム用制御棒
は従来の十字形制御棒の形状（図６の制御棒において制
御要素７を有しない構造）がよい。その場合、冷却材入
り口４２ａ，４２ｂから制御要素挿入入口向きまたは制
御要素案内鞘上端開口３２向きの冷却材の流れが生じ燃
料棒１１を冷却する冷却材流量が減少するので、流量制
限器として制御要素先端部だけの形状の挿入物を開口４
３ａの下方に開口４２ｂを塞ぐ形で制御要素案内鞘２４
の下端から挿入取り付けると良い。尚、この場合でもス
ペクトルシフト機能は炉心の流量制御により実現でき
る。またスクラム用の制御棒の本数は炉心の全制御棒本
数の４分の１以下で十分対応できるので、炉心のスペク
トルシフト運転の効果の低下は小さい。
発生した場合、原子炉またはプラントを保護するため制
御棒を急速挿入して原子炉を急速に未臨界または低出力
状態に移行させる必要がある。この様な場合にスクラム
用制御棒（急速挿入制御棒）はできるだけ軽量で挿入抵
抗が小さい方が都合がよい。そこで、スクラム用制御棒
は従来の十字形制御棒の形状（図６の制御棒において制
御要素７を有しない構造）がよい。その場合、冷却材入
り口４２ａ，４２ｂから制御要素挿入入口向きまたは制
御要素案内鞘上端開口３２向きの冷却材の流れが生じ燃
料棒１１を冷却する冷却材流量が減少するので、流量制
限器として制御要素先端部だけの形状の挿入物を開口４
３ａの下方に開口４２ｂを塞ぐ形で制御要素案内鞘２４
の下端から挿入取り付けると良い。尚、この場合でもス
ペクトルシフト機能は炉心の流量制御により実現でき
る。またスクラム用の制御棒の本数は炉心の全制御棒本
数の４分の１以下で十分対応できるので、炉心のスペク
トルシフト運転の効果の低下は小さい。
【００５４】実施例の説明に用いた十字形制御棒の例は
Ｂ4 Ｃのポイズンチューブを有する構造のものである
が、Ｈｆ棒またはＨｆ板を十字形に形成して十字形制御
棒とするものでも本発明の効果は同じである。またクラ
スター型制御棒と組み合わせて使用する燃料集合体にお
いて制御要素案内鞘と１体になったウォータロッドを図
１８の様な構造で用いる事によっても本発明の効果を得
る事ができる。
Ｂ4 Ｃのポイズンチューブを有する構造のものである
が、Ｈｆ棒またはＨｆ板を十字形に形成して十字形制御
棒とするものでも本発明の効果は同じである。またクラ
スター型制御棒と組み合わせて使用する燃料集合体にお
いて制御要素案内鞘と１体になったウォータロッドを図
１８の様な構造で用いる事によっても本発明の効果を得
る事ができる。
【００５５】
【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。また制御棒操作によりウォータークロスまたは
ウォーターロッド内が蒸気で満たされている状態から単
相の液相の流れに変化させる時、従来例に示されている
スペクトルシフト機能を有するウォーターロッドより迅
速に移行できる。ちなみに従来では３分程度を要するが
本提案では１分以下にすることが出来る。更に制御要素
を従来の十字形制御棒に追加しているので制御棒価値が
増加し、炉停止余裕が増す。更に、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。
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。また制御棒操作によりウォータークロスまたは
ウォーターロッド内が蒸気で満たされている状態から単
相の液相の流れに変化させる時、従来例に示されている
スペクトルシフト機能を有するウォーターロッドより迅
速に移行できる。ちなみに従来では３分程度を要するが
本提案では１分以下にすることが出来る。更に制御要素
を従来の十字形制御棒に追加しているので制御棒価値が
増加し、炉停止余裕が増す。更に、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１】本発明の第１実施例である燃料集合体の縦断面
図。
図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】図１のチャンネルボックスとウォータークロス
の一部切り欠いて示す斜視図。
の一部切り欠いて示す斜視図。
【図４】図３のＢ−Ｂ矢視縦断面図。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は図１の燃料集合体の下部ノズ
ルを示す構造図。
ルを示す構造図。
【図６】（ａ）は制御要素を有する十字形制御棒全体
図、（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ矢視図。
図、（ｂ）は図６（ａ）のＥ−Ｅ矢視図。
【図７】図１に示された燃料棒の部分断面図。
【図８】ウォーターロッドまたはウォータークロス内の
ボイド率と出入口差圧の関係図。
ボイド率と出入口差圧の関係図。
【図９】スペクトルシフト運転を実施しない場合及びそ
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。
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１０】本発明の第２実施例を示す燃料集合体の横断
面図。
面図。
【図１１】本発明の第３実施例を示す燃料集合体の横断
面図。
面図。
【図１２】本発明の第４実施例を示す燃料集合体の横断
面図。
面図。
【図１３】図１２のＦ−Ｆ矢視縦断面図。
【図１４】本発明の第５実施例を示す燃料集合体の縦断
面図。
面図。
【図１５】図１４に示したウォータークロスの詳細図。
【図１６】本発明の第６実施例を示す燃料集合体の縦断
面図。
面図。
【図１７】図１６のＧ−Ｇ矢視断面図。
【図１８】図１６に示したウォーターロッドの詳細図。
【図１９】本発明の第７実施例を示す燃料集合体の縦断
面図。
面図。
【図２０】図１９のＨ−Ｈ矢視断面図。
【図２１】従来の燃料集合体を示す縦断面図。
【図２２】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。
を示す横断面図。
【図２３】従来の十字形制御棒の斜視図。
【図２４】スペクトルシフト運転用のウォーターロッド
を有する燃料集合体の従来例を示す縦断面図。
を有する燃料集合体の従来例を示す縦断面図。
【図２５】図２４に示したウォーターロッドの詳細図。
【図２６】図２４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図。
と出入口差圧との関係図。
６ａ…制御棒 １０，１０ｃ，１０ｄ，８０，８１…燃料集合体 １２，１２ａ…上部タイプレート １３，１３ａ…
下部タイプレート １６…スペーサ １７，１７ａ…
チャンネルボックス １９…ウォーターロッド ２４…制御要素
案内鞘 ４２，４２ａ，４２ｂ…冷却材入り口 ４３，４３ａ…
吐出口 ５０，７４…ウォータークロス ５３，７５，７
７…冷却材上昇流路 ５４， ７６，７８…冷却材下降流路 ５７…連絡口
下部タイプレート １６…スペーサ １７，１７ａ…
チャンネルボックス １９…ウォーターロッド ２４…制御要素
案内鞘 ４２，４２ａ，４２ｂ…冷却材入り口 ４３，４３ａ…
吐出口 ５０，７４…ウォータークロス ５３，７５，７
７…冷却材上昇流路 ５４， ７６，７８…冷却材下降流路 ５７…連絡口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ２１Ｃ 7/27 Ｇ２１Ｃ 3/30 Ｎ ＧＤＱ 3/32 Ｋ 7/32 7/26 Ｓ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G21C 3/32 G21C 7/08 G21C 7/10 G21C 5/02 G21C 5/14 G21C 7/26
Claims (3)
- 【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、前記燃料棒間にウォータークロスを配設
し、このウォータークロスは、前記下部タイプレートの
燃料棒支持部の上方または下方近傍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近傍の軸方向位置で制
御要素案内鞘内に開口した冷却材吐出口を有し、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、前記制御要素
案内鞘に隣接して前記下降流路を、更に下降流路に隣接
して前記上昇流路を配置し、制御要素案内鞘の上端は開
放口を有し下端は開放して制御要素の下方からの挿入口
を形成し、挿入口と燃料棒燃料有効部下端の間に前記下
降流路の制御要素案内鞘内への冷却材吐出口が位置する
ことを特徴とした燃料集合体。 - 【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の少なくとも一部
は、前記下部タイプレートの燃料棒支持部の上方または
下方近傍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
支持部近傍の軸方向位置で制御要素案内鞘内に開口した
冷却材吐出口を有し、しかも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、制御要素案内鞘に隣接して前記下
降流路を、更に下降流路に隣接して前記上昇流路を配置
し、制御要素案内鞘の上端は開放口を有し、下端は開放
して制御要素の下方からの挿入口を形成し、挿入口と燃
料棒燃料有効部下端の間に前記下降流路の制御要素案内
鞘内への冷却材吐出口が形成されて成ることを特徴とし
た燃料集合体。 - 【請求項３】 特許請求範囲第１項または第２項の燃料
集合体を炉心に装荷して炉心を構成し、十字形制御棒に
棒状の制御要素を付加した制御棒と組み合わせて使用
し、前記制御要素が燃料集合体の中のウォータークロス
またはウォーターロッドと一体の制御要素案内鞘に挿入
され、制御棒の軸方向挿入位置の制御により、前記燃料
集合体のウォータークロスまたはウォーターロッド内の
ボイド率を制御する事を特徴とする炉心。
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