JP3310268B2 - チャンネルボックス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に装荷
される燃料集合体のチャンネルボックスに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷ
Ｒ）用の燃料集合体を示すもので、この燃料集合体は、
核燃料物質を含む複数の燃料棒２と、１本または複数本
のウォーターロッド３と、この燃料棒２およびウォータ
ーロッド３を一定間隔で保持するスペーサ４と、上部タ
イプレート５と、下部タイプレート６とから構成される
燃料束１を備えており、この燃料束１は、チャンネルボ
ックス７により囲繞されている。このチャンネルボック
ス７の肉厚は、上下、周方向ともに均一であり、このチ
ャンネルボックス７により、燃料集合体はその内部と外
部とが区分されている。

【０００３】燃料集合体内部では、燃料棒２からの熱伝
達により蒸気ボイドの発生があるが、燃料集合体外部で
は、熱伝達や発熱が少ないため、蒸気ボイドの発生はな
い。特にＢＷＲにおいては、燃料集合体外部の冷却水
は、中性子の減速作用に効果的なように水の密度が高
く、蒸気ボイドのないようにチャンネルボックス７内部
の流れと外部の流れとに特性を設けている。また、図１
６では図示していないが、チャンネルボックス７の外側
に十字形の制御棒を配置し、制御棒がチャンネルボック
ス７の滑らかな外壁を案内として炉心に挿入できる構造
となっている。

【０００４】また、炉心で直接蒸気ボイドを発生させる
ＢＷＲにおいては、燃料集合体の出力に応じて燃料集合
体の発生ボイド量が異なるため、燃料集合体それぞれに
チャンネルボックス７をつけて冷却材流路を横方向に制
限しないと、二相流の燃料束１間の横流（クロスフロ
ー）が生じ、熱出力の大きい燃料束１の周囲から、熱出
力の小さい燃料束１へ冷却材が逃れ、燃料の冷却能力が
低下する。

【０００５】このような目的で設けられているチャンネ
ルボックス７の内側と外側との間には圧力差が存在し、
内圧の方が高くなっている。この結果、チャンネルボッ
クス７は、熱効果、中性子照射効果等も加わって外側に
膨張することになる。この膨張量を抑制して制御棒の挿
入を滑らかにし、燃料集合体の剛性を確保するため、チ
ャンネルボックス７には、中性子吸収の少ないジルコニ
ウム合金製のある程度の厚板材が使用されている。従
来、こうしたチャンネルボックス７は、２枚の板材を曲
げてコ字状断面の角溝材を形成し、これを２つ組合わせ
て一体に溶接することにより製造されている。

【０００６】図１７は、チャンネルボックス７の下端近
傍位置を示すもので、図中、符号８，９は水膜、符号１
０は水滴、符号１１は蒸気ボイドである。

【０００７】ところで、この部分は、燃料集合体冷却材
が飽和温度以下から飽和温度まで加熱されている領域で
あり、チャンネルボックス７内部は蒸気は存在せず水が
燃料集合体内部に充満している。チャンネルボックス７
内部の軸方向の大半の領域では、冷却材流は蒸気と水と
の混合物からなり、チャンネルボックス７の内面には、
一層の水膜８が接し、また各燃料棒２の表面にも、一層
の水膜９が接している。そして、軸方向の上方に行くに
従って、燃料棒２表面で発生した蒸気が冷却材流の中で
占める体積が増え、燃料棒２表面に接する水膜９の厚さ
が減少する。

【０００８】もし、燃料棒２に接する水膜９の厚さが過
小となり、そこでの燃料棒２の発熱が大きいと、加熱と
熱的不安定が生じる（遷移沸騰、膜沸騰が生じて冷却不
足となる）。

【０００９】水はまた、燃料束１を囲むチャンネルボッ
クス７の内面に接する形で水膜８を形成して上方に流れ
る。しかし、燃料棒２と異なり、チャンネルボックス７
が中性子やγ線で加熱される割合がわずかであるため、
チャンネルボックス７内面の水膜８は厚いままで上方に
流れ、燃料束１の出力、燃料束１内への冷却水流量およ
び軸方向高さに比較的無関係である。

【００１０】ところで、最近の燃料集合体設計では、最
大熱中性子束と最大局所出力は、チャンネルボックス７
の内壁に隣接する燃料棒２において生じており、またＢ
ＷＲでは、燃料束１の上部の方が、下部におけるよりも
水の量が少なく蒸気の量が多いのが通例である。この水
の密度の差により、原子炉出力は燃料束１の下部に向か
って最大になる。低温停止状態の原子炉は、燃料束１の
上部で反応度（中性子無限増倍率）が最も高い。これ
は、出力運転中、燃料束１の上部の蒸気が占める体積が
大きい領域では、燃料燃焼度が比較的低く、しかもプル
トニウムの生成量が比較的多いためである。

【００１１】従来、このような問題点を解決する方法と
して、例えば特開昭６３−２６１１９１号公報に示され
ているように、チャンネルボックス７の上部の平均厚さ
を減少させ、燃料束１の上部の水の量を増やして中性子
減速を増し、ボイド反応度係数の低減、軸方向出力分布
の平坦化、炉停止余裕の増大、およびチャンネルボック
ス７の内側面積の増加による二相流圧損の減少を図るよ
うにする方法、およびチャンネルボックス７の内面に、
図１８に示すように斜面形の溝を設けてフロートリッパ
１３を形成し、チャンネルボックス７内面壁上を上方に
流れる水膜８を、フロートリッパ１３のエッジ１３ａに
より、チャンネルボックス７に隣接する燃料棒２の方に
水滴１０として反らし、燃料束１の冷却に有効利用し、
チャンネルボックス７に隣接する燃料棒２の遷移沸騰発
生を抑制し、結果として、燃料束１全体の限界出力（燃
料束１内のどこかで遷移沸騰が生じる始める燃料束１の
最大出力）を向上させるようにする方法が提案されてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フロートリ
ッパ１３をチャンネルボックス７に形成する従来の燃料
集合体において、フロートリッパ１３は、前述のように
チャンネルボックス７の上部内面に斜面形の溝を設ける
ことにより形成されるため、チャンネルボックス７を、
燃料束１の上部から被せる際に、スペーサ４の最外周バ
ンドの突起部が、フロートリッパ１３のエッジ１３ａに
引掛かり、燃料集合体の組立に不都合を生じるという問
題がある。

【００１３】また、角溝材を２個溶接してチャンネルボ
ックス７を組立てる工程において、溶接部がフロートリ
ッパ１３の構造になっていると、溶接部断面厚さが軸方
向に変化することになり、溶接入熱の制御が容易でない
という問題もある。

【００１４】本発明は、このような点を考慮してなされ
たもので、チャンネルボックスを溶接により製造する際
に、溶接作業が容易であること、また、燃料集合体を組
立てる際に、スペーサがフロートリッパに引掛かってス
ペーサが破損するといった不具合がないチャンネルボッ
クスを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
上部タイプレートと下部タイプレートとこれら両タイプ
レートに上下端部が保持された複数の燃料棒及びこれら
各燃料棒を所定間隔で保持するスペーサにより構成され
る燃料束を囲繞して冷却材流路を確保する角筒状のチャ
ンネルボックスにおいて、このチャンネルボックスの内
壁に、水流をチャンネルボックス内壁に隣接する流路か
ら前記燃料束外周部の燃料棒に転向させるフロートリッ
パとして作用する複数の横溝を設け、かつ前記チャンネ
ルボックス内壁のうち、溶接部は前記横溝を設けず平坦
面とし、チャンネルボックスの４コーナー内壁面に前記
フロートリッパとして作用するＶ字形の横溝を設けるこ
とを特徴とする。

【００１６】また、本発明の第２の発明は、上部タイプ
レートと下部タイプレートとこれら両タイプレートに上
下端部が保持された複数の燃料棒及びこれら各燃料棒を
所定間隔で保持するスペーサにより構成される燃料束を
囲繞して冷却材流路を確保する角筒状のチャンネルボッ
クスにおいて、このチャンネルボックスの内壁に、水流
をチャンネルボックス内壁に隣接する流路から前記燃料
束外周部の燃料棒に転向させるフロートリッパとして作
用する複数の横溝を設け、かつ前記チャンネルボックス
内壁のうち、前記スペーサのサイドバンドの前記チャン
ネルボックスとの摺動突起部に対応する位置は前記横溝
を設けず平坦面とし、チャンネルボックスの４コーナー
内壁面に前記フロートリッパとして作用するＶ字形の横
溝を設けることを特徴とする。

【００１７】また、本発明の第３の発明は、上部タイプ
レートと下部タイプレートとこれら両タイプレートに上
下端部が保持された複数の燃料棒及びこれら各燃料棒を
所定間隔で保持するスペーサにより構成される燃料束を
囲繞して冷却材流路を確保する角筒状のチャンネルボッ
クスにおいて、このチャンネルボックスの内壁に、水流
をチャンネルボックス内壁に隣接する流路から前記燃料
束外周部の燃料棒に転向させるフロートリッパとして作
用する複数の横溝を設け、かつ前記チャンネルボックス
内壁のうち、溶接部は前記横溝を設けず平坦面とし、前
記フロートリッパとして作用する横溝の両端を斜め上方
に屈曲させることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の第４の発明は、上部タイプ
レートと下部タイプレートとこれら両タイプレートに上
下端部が保持された複数の燃料棒及びこれら各燃料棒を
所定間隔で保持するスペーサにより構成される燃料束を
囲繞して冷却材流路を確保する角筒状のチャンネルボッ
クスにおいて、このチャンネルボックスの内壁に、水流
をチャンネルボックス内壁に隣接する流路から前記燃料
束外周部の燃料棒に転向させるフロートリッパとして作
用する複数の横溝を設け、かつ前記チャンネルボックス
内壁のうち、前記スペーサのサイドバンドの前記チャン
ネルボックスとの摺動突起部に対応する位置は前記横溝
を設けず平坦面とし、前記フロートリッパとして作用す
る横溝の両端を斜め上方に屈曲させることを特徴とす
る。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【作用】本発明の第１の発明に係るチャンネルボックス
においては、チャンネルボックスの隅部内面に設けられ
たフロートリッパは、斜面形の横溝で構成されており、
その横溝形状をＶ字形にしている。この結果、チャンネ
ルボックス隅部内壁近傍域で、フロートリッパ内の水膜
が積極的に両端部に誘導され、フロートリッパが設けら
れていない両端部隣接近傍において、外周部燃料棒への
冷却材付着を増加させることができる。また、チャンネ
ルボックスの内壁に、フロートリッパとして作用する複
数の横溝が設けられるが、チャンネルボックスの溶接部
には横溝が設けられず、チャンネルボックスの内壁が平
坦面のままで残されているので溶接作業が容易となる。

【００２２】本発明の第２の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの隅部内面に設け
られたフロートリッパは、斜面形の横溝で構成され、そ
の横溝形状がＶ字形をしているので、チャンネルボック
ス隅部内壁近傍域で、フロートリッパ内の水膜が積極的
に両端部に誘導され、フロートリッパが設けられていな
い両端部隣接近傍において、外周部燃料棒への冷却材付
着を増加させることができる。また、チャンネルボック
スの内壁に、フロートリッパとして作用する複数の横溝
が設けられるが、スペーサとの摺動部には横溝が設けら
れず、チャンネルボックスの内壁が平坦面のままで残さ
れているので、燃料束の上方からチャンネルボックスを
被せて燃料集合体を組立てる際に、スペーサの滑りがよ
くなってスペーサの破損を防止することが可能となる。

【００２３】本発明の第３の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの内面に設けられ
たフロートリッパが、斜面形の横溝で構成されており、
その左右両端部は斜め上方に屈曲されている。この結果
フロートリッパ内の水膜が積極的に両端部に誘導され、
フロートリッパが設けられていない両端部隣接近傍にお
いて、外周部燃料棒への冷却材付着を増加させることが
できる。また、チャンネルボックスの内壁に、フロート
リッパとして作用する複数の横溝が設けられるが、チャ
ンネルボックスの溶接部には横溝が設けられず、チャン
ネルボックスの内壁が平坦面のままで残されているの
で、溶接作業が容易となる。

【００２４】本発明の第４の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの内面に設けられ
たフロートリッパが、斜面形の横溝で構成されており、
その左右両端部は斜め上方に屈曲されている。この結果
フロートリッパ内の水膜が積極的に両端部に誘導され、
フロートリッパが設けられていない両端部隣接近傍にお
いて、外周部燃料棒への冷却材付着を増加させることが
できる。また、チャンネルボックスの内壁に、フロート
リッパとして作用する複数の横溝が設けられるが、スペ
ーサとの摺動部には横溝が設けられず、チャンネルボッ
クスの内壁が平坦面のままで残されているので、燃料束
の上方からチャンネルボックスを被せて燃料集合体を組
立てる際に、スペーサの滑りがよくなってスペーサの破
損を防止することが可能となる。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施例に係る燃料集
合体を示すもので、この燃料集合体２０は、複数本の細
長い燃料棒２２、所定本数のウォーターロッド２３、ス
ペーサ２４ａ，２４ｂ、上端タイプレート２５、および
下部タイプレート２６等で構成される燃料束２１を備え
ており、この燃料束２１は、角筒状のチャンネルボック
ス２７内に収容されている。

【００２９】各燃料棒２２は、上部タイプレート２５と
下部タイプレート２６との間に支持されているととも
に、複数のスペーサ２４ａ，２４ｂを貫通しており、こ
れら各スペーサ２４ａ，２４ｂは、中間支持手段として
燃料棒２２を所定間隔で保持するとともに、それらの水
平方向の振動を抑制している。

【００３０】また、各燃料棒２２は、細長い管内にペレ
ット状の核分裂性燃料を下部端栓２８および上部端栓２
９で密封して構成されており、下部端栓２８には、下部
タイプレート２６に形成した燃料支持枠３０の穴に嵌入
支持されるよう、テーパが付けられている。また、上部
端栓２９には、延長部が形成され、上部タイプレート２
５に設けた支持穴に嵌入係止されている。

【００３１】また、下部タイプレート２６の燃料支持枠
３０の穴のいくつか（例えば、周縁にある特定位置の
穴）には、ねじ山が形成されており、このねじ山にはね
じ付き下部端栓を持つ燃料棒２２が結合されている。こ
の燃料棒２２の上部端栓２９の延長部は、上部タイプレ
ート２５の支持穴を貫通して上部に突出しており、この
突出部分には、雌ねじ付き保持ナット（図示せず）が結
合されている。

【００３２】一方、チャンネルボックス２７は、図１な
いし図４に示すように、水平断面がほぼ正方形の薄板四
角筒状をなしており、このチャンネルボックス２７は、
両タイプレート２５，２６およびスペーサ２４ａ，２４
ｂに対し滑りばめ構造となっている。そしてこのチャン
ネルボックス２７は、ボルト３１により燃料束２１に固
定されている。

【００３３】下部タイプレート２６には、先端片が形成
されており、この先端片は、炉心支持板（図示せず）の
燃料支持金具の開口に挿入されて支持されるようになっ
いる。

【００３４】スペーサ２４ｂは、燃料束２１の燃料有効
部（燃料棒２２内の燃料ペレットが充填されている部
分）に対し、上部１／４〜１／２の区間に設置されてお
り、その格子ピッチＢは、下部のスペーサ２４ａの格子
ピッチＡよりも稍小さな値に設定されている。これによ
り、燃料束２１の上部での燃料棒間隔が、燃料束２１の
下部での燃料棒間隔より狭く設定され、燃料束２１の上
部の最外周燃料棒周囲の冷却水領域が大きくなる。

【００３５】図２および図３は、スペーサ２４ａ，２４
ｂとして、フェルールスペーサを用いた例を示すもの
で、このスペーサ２４ａ，２４ｂは、燃料棒２２と同数
の円筒スリーブ３２ａ，３２ｂを格子状に配列するとと
もに、その外周を、帯状のサイドバンド３３ａ，３３ｂ
で採り囲んだ構造になっている。

【００３６】格子状に配列された円筒スリーブ３２ａ，
３２ｂは、隣接しているもの同志が点溶接により接合さ
れており、その上下端部には、突起３４ａ，３４ｂが２
個づつ設けられている。これら各突起３４ａ，３４ｂ
は、円筒スリーブ３２ａ，３２ｂの一部を内側に突出さ
せて構成されている。

【００３７】円筒スリーブ３２ａ，３２ｂにはまた、隣
接する２個の円筒スリーブ３２ａ，３２ｂに跨って、連
続ループばね３５ａ，３５ｂが設置されており、この連
続ループばね３５ａ，３５ｂは、高さ方向中央部を外側
に突出させた形状をなしている。

【００３８】サイドバンド３３ａ，３３ｂの外側には、
チャンネルボックス２７の内壁との距離を保ち、かつス
ペーサ２４ａ，２４ｂとチャンネルボックス２７との摺
動部分の役目を果す突起部３６ａ，３６ｂが、スペーサ
２４ａ，２４ｂ外周の隅部近傍に、各辺に２個ずつ設け
られている。また、サイドバンド３３ａ，３３ｂの上端
には、燃料束２１の内側方向に斜め上方に曲げた複数の
フロータブ３７ａ，３７ｂが一定の間隔を置いて設けら
れている。

【００３９】このフロータブ３７ａ，３７ｂは、サイド
バンド３３ａ，３３ｂの上部の一部で燃料束内側方向に
突出させていない個所、すなわちチャンネルボックス２
７内壁に近い位置に配置されている。

【００４０】円筒スリーブ３２ｂは、円筒スリーブ３２
ａよりも稍小さい外径（または薄肉）のものが用いら
れ、かつ格子ピッチの縮小に合わせ、突起３４ｂの突出
量および連続ループばね３５ｂの中央の突出量が稍少な
くなっている。なお、スペーサ２４ｂのサイドバンド３
３ｂは、サイドバンド３３ａよりも外寸が小さくなる
が、その分突起部３６ｂの突出量が突起部３６ａよりも
多くなっており、これにより、チャンネルボックス２７
内壁と燃料束２１最外周の燃料棒２２表面との距離が、
スペーサ２４ａより大きく保たれるようになっている。

【００４１】なお、２個のスペーサ２４ａ，２４ｂのみ
では、その間で燃料棒２２が撓められて無理な力がかか
るおそれがある場合には、両スペーサ２４ａ，２４ｂの
間に、さらに第３のスペーサを配するようにしてもよ
い。この際、第３のスペーサを別に製作してもよいが、
スペーサ２４ａ，２４ｂの構成部品の寸法検査におい
て、スペーサ２４ａの場合には寸法が小さめの部品を、
またスペーサ２４ｂの場合には寸法が大き目の部品をそ
れぞれ集め、この部品で第３のスペーサを製作するよう
にしてもよい。これにより、コスト増加を抑えることが
できる。

【００４２】一方、チャンネルボックス２７の内面に
は、図４および図５に示すように、燃料束２１（図１参
照）の燃料有効部に対し、上部１／４〜１／２の区間
に、フロートリッパ３８が設けられている。このフロー
トリッパ３８は、図５に示すように、切削または腐食エ
ッチングにより形成される斜面形の横溝で構成されてお
り、このフロートリッパ３８の溝底部には、水膜流が滑
らかに流入できるようテーパが付けられ、かつこのテー
パは、流れの剥離が生じないよう浅い角度となってい
る。

【００４３】また、このフロートリッパ３８は、図４に
示すように、チャンネルボックス２７の溶接部３９およ
びスペーサ２４ａ，２４ｂのサイドバンド３３ａ，３３
ｂの突起部３６ａ，３６ｂが摺動する内面部分４０には
設けられておらず、この部分は平坦面となっている。

【００４４】次に、本実施例の作用について説明する。

【００４５】原子炉の冷却水は、下部タイプレート２６
の下部開口から、燃料支持枠３０の開口を通ってチャン
ネルボックス２７内の冷却チャンネルに入る。冷却水
は、燃料棒２２からの熱を受けて飽和温度に達し、さら
に蒸気ボイドが発生し、軸方向の昇流に従って蒸気ボイ
ド量が増加する。

【００４６】このような二相流は、燃料棒２２表面、チ
ャンネルボックス２７内壁およびウォーターロッド２３
表面に、薄い冷却水の層を形成するが、その層の厚さ
は、発熱している燃料棒２２では、軸方向上方に行くに
従って薄くなる。燃料棒２２間の空間では、蒸気流の中
に水滴が混じるような流れとなり、上方に行くに従っ
て、蒸気流中の水滴の量が減少する。

【００４７】ところで、本実施例に係る燃料束２１にお
いては、燃料有効部の上部１／４〜１／２の区間におい
て、燃料棒２２同志の間隔が、その下方位置における燃
料棒２２同志の間隔よりも狭くなっており、その分、チ
ャンネルボックス２７内壁と燃料束２１最外周の燃料棒
２２表面との間隔が大きくなっているので、燃料束２１
上部のダンコフ係数（１−Ｃ）が低減され、共鳴吸収の
効果が低減して燃料束２１上部の反応度（中性子無限増
倍率）が従来よりも増加する。この結果、軸方向出力分
布が平坦化され、ボイド反応度係数も絶対値が小さくな
る。

【００４８】従来の燃料棒周囲の冷却水流路面積の配分
は、燃料束中央部とほぼ同一の流路面積を、燃料束最外
周の燃料棒にも配するという設計が基本である。しか
し、ＢＷＲの燃料集合体は、チャンネルボックスの外側
に水ギャップを有し、ここで中性子が効率的に熱化され
るので、燃料束最外周近傍で熱中性子束が大きく、燃料
棒の発熱も、燃料束内部の燃料棒より大きい。

【００４９】これに対し本実施例においては、燃料棒２
２の１本当りの冷却材流路は、上部で最外周の燃料棒２
２に対してより大きくなっており、冷却材がより多くの
最外周の燃料棒２２に供給される。燃料束２１内の冷却
材流は、軸方向上方に行くに従って、蒸気の占める体積
が増加し、燃料棒２２表面の水膜が薄くなり、その傾向
が強い燃料束２１最外周の燃料棒２２に冷却材がより多
く供給されることにより、燃料束２１全体の限界出力が
従来より向上する。

【００５０】なお、ここで燃料束２１の燃料棒ピッチ
を、下では大きくし、上のみで縮小しているのは、下部
の蒸気ボイドが少ない領域から燃料束２１最外周の燃料
棒２２とチャンネルボックス２７内壁との間隔を大きく
すると、冷却水の流れが燃料束２１外周に片寄りすぎ、
逆に燃料束２１内部の燃料棒２２の冷却不足を防止する
ためである。

【００５１】一方、チャンネルボックス２７の内壁の水
膜は、上部でもあまり変化せず、燃料棒２２の冷却に寄
与しない。そこで、燃料束２１最外周の燃料棒２２の冷
却が悪くなる燃料棒２２上部の１／４〜１／２の区間
に、フロートリッパ３８を設けるようにしている。加熱
されないチャンネルボックス２７内壁に沿って上昇する
膜状水流は、フロートリッパ３８内に流入し、フロート
リッパ３８の上端部で燃料束２１側に転向し、隣合う発
熱燃料棒２２に向かう。そして、燃料棒２２表面に付着
し、核沸騰からの遷移と燃料棒２２の過熱とを防ぐ。

【００５２】また、燃料束２１を束ねているスペーサ２
４ａ，２４ｂのサイドバンド３３ａ，３３ｂの上縁に
は、燃料束２１内部に冷却水流を誘引するフロータブ３
７ａ，３７ｂが設けられている。このフロータブ３７
ａ，３７ｂにより、チャンネルボックス２７内壁と燃料
束２１最外周の燃料棒２２との間の冷却水流が最外周の
燃料棒２２および外側から２層目の燃料棒２２に向けら
れる。このため、スペーサ２４ａ，２４ｂを通過した冷
却水流中の水滴は、燃料棒２２の表面に付着し、核沸騰
からの遷移と燃料棒２２の過熱とが防止される。

【００５３】特に、本実施例においては、上部のスペー
サ２４ｂの燃料棒ピッチを、下部のスペーサ２４ａの場
合よりも稍小さくして、燃料束２１の上部で最外周部へ
の冷却水の供給を多くし、これをチャンネルボックス２
７内壁のフロートリッパ３８とスペーサ２４ｂのフロー
タブ３７ｂとによって、効果的に燃料束２１最外周の燃
料棒２２および２層目の燃料棒２２に水滴を付着させる
ようにしているので、極めて大きな組合わせ効果が得ら
れる。

【００５４】また、フロートリッパ３８は、チャンネル
ボックス２７の溶接部３９および突起部３６ａ，３６ｂ
が摺動する内面部分４０には設けられていない。前述の
ように、角溝材を２個溶接してチャンネルボックス２７
を組立てる工程において、溶接部３９にフロートリッパ
３８が設けられていると、溶接部断面厚さが軸方向に変
化することになるため、溶接入熱の制御が難しくなる。
すなわち、薄い部分では溶接部３９が溶け過ぎ、ピット
ができたりして溶接部強度が低下し、また溶接部３９の
金属結晶粒の大きさ、相が変化し、耐食性が低下する等
の問題がある。また、燃料束２１の上方からチャンネル
ボックス２７を被せて燃料集合体２０を組立てる際に、
突起部３６ａ，３６ｂがフロートリッパ３８に引掛かっ
て、突起部３６ａ，３６ｂ等が破損するおそれがある。

【００５５】ところが、本実施例においては、溶接部３
９にはフロートリッパ３８が設けられてはおらず、また
突起部３６ａ，３６ｂが摺動する内面部分４０にも、フ
ロートリッパ３８は設けられていないので、従来のよう
な不具合がない。

【００５６】このように、チャンネルボックス２７内壁
と燃料束２１最外周の燃料棒２２表面との間隔が、燃料
束２１上部では、下部よりも大きくなっているので、燃
料束２１上部のダンコフ係数（１−Ｃ）が低減して共鳴
吸収の効果が低減し、燃料束２１上部の反応度（中性子
無限増倍率）を、従来よりも増加させることができる。
このため、軸方向出力分布が平坦化され、ボイド反応度
係数も絶対値を小さくすることができる。また、燃料束
２１上部の燃焼がより進むため、炉停止余裕を向上させ
ることができる。さらに、ボイド係数の絶対値を小さく
して、原子炉の圧力上昇過渡特性を緩和することもでき
る。

【００５７】また、フロートリッパ３８により、チャン
ネルボックス２７の一部が除去されることになるので、
チャンネルボックス２７による中性子吸収が減り、炉心
上部における水対燃料比が高くなり、炉心上部における
燃料の燃焼が促進して炉停止余裕が向上し、またボイド
係数を小さくして原子炉の圧力上昇過渡特性を緩和する
ことができる。

【００５８】また、燃料束２１上部の最外周の燃料棒２
２周囲の冷却流路が拡大しているので、冷却水の流れが
誘引され、併せてフロートリッパ３８によって、チャン
ネルボックス２７内壁に沿って昇流する水膜が、水滴の
形で誘引されるので、燃料束の遷移沸騰開始と過熱とが
防止され、燃料集合体２０の限界出力を従来よりも向上
させることができる。

【００５９】さらに、チャンネルボックス２７の内壁を
削って燃料束２１上部における冷却水流路を拡大する従
来方法では、チャンネルボックス２７がジルコニウム合
金であるため、切削加工が難しく、酸化防止を考慮しな
がら切削加工する必要があるにもかかわらず、大面積の
切削加工を要するため、製作コストが嵩むことになる
が、本実施例の場合には、スペーサ２４ａ，２４ｂを複
数タイプ用意するだけでよいので、製作が容易である。

【００６０】なお、チャンネルボックス２７内壁と燃料
束２１との間隔は、燃料束２１上部で下部よりもわずか
に１〜３mm大きくするだけで、充分な効果が得られる。

【００６１】図６および図７は、本発明の第２実施例を
示すもので、前記実施例におけるサイドバンド３３ｂに
代え、サイドバンド４３ｂを用いるようにしたものであ
る。

【００６２】すなわち、このサイドバンド４３ｂは、円
筒スリーブ３２ｂとの溶接部４４が円筒スリーブ３２ｂ
側に突出している。つまり、サイドバンドの少なくとも
一部が燃料束内側方向に突出している。特に図７に示す
ように、サイドバンドの上端と下端を含む少なくとも一
部を燃料束内側方向に突出させるのが好適である。これ
により、第１実施例と比較して突起部４６ｂを大きくす
ることなく、チャンネルボックス内壁と燃料束最外周の
燃料棒最外周の燃料棒表面との距離を大きく保つことが
できる。

【００６３】また、フロータブ４７ｂをスペーサバンド
の上部の一部で燃料束内側方向に突出させていない個
所、つまりチャンネルボックス２７内壁に近い位置に配
置する。

【００６４】図８（ａ）は第２実施例、（ｂ）は第１実
施例のフロータブとチャンネル内壁との位置関係及び作
用を示している。

【００６５】すなわち、図８（ａ）はサイドバンド４３
ｂを示し、また図８（ｂ）は第１実施例のサイドバンド
３３ｂを示す。このように、フロータブ４７ｂをチャン
ネルボックス２７内壁に近付けることにより、チャンネ
ルボックス２７内壁の水膜を、効果的に燃料束２１外周
部の燃料棒２２表面に誘引することができる。

【００６６】図９は、本発明の第３実施例を示すもの
で、前記第１実施例におけるスペーサ２４ｂに代え、ス
ペーサ５４ｂを用いるようにしたものである。

【００６７】すなわち、このスペーサ５４ｂは、燃料束
２１の外周から数えて２層目から内側の格子ピッチＢが
小さくなり、外側の格子ピッチＡが大きくなるようにな
っている。そしてそのため、内側は円筒スリーブ３２ｂ
が用いられ、外側は円筒スリーブ３２ａが用いられてい
る。また、寸法の異なる２種類の円筒スリーブ３２ａ，
３２ｂが用いられるため、円筒スリーブ３２ｂの外周部
には、補助バンド５５が配されている。

【００６８】このように、このスペーサ５４ｂの場合に
は、補助バンド５５を要し、また溶接箇所も多くなるの
で、多少コスト高となるが、第１実施例のスペーサ２４
ｂよりも性能を向上させることができる。

【００６９】図１０および図１１は、本発明の第４実施
例を示すもので、前記第１実施例におけるフロートリッ
パ３８に代え、フロートリッパ６８を設けるようにした
ものである。

【００７０】すなわち、このフロートリッパ６８は、水
平方向両端部が局所的に横端部方向に対して斜め上方に
向く溝の形成された斜面形の横溝で構成されており、そ
の水平方向両端部の斜め上方に屈曲する角度は４５度以
上に設定されている。

【００７１】このように、チャンネルボックス２７の溶
接部３９および突起部３６ａ，３６ｂ（図２および図３
参照）が摺動する内面部分４０には、フロートリッパ３
８が設けられていないので、その近傍に隣接する燃料棒
２２には、チャンネルボックス２７内壁からの水膜の剥
ぎ採り及び外周部燃料棒への付着が少ない。ところが、
フロートリッパ６８の両端を、斜め上方に屈曲させるこ
とにより、図１２に示すように、フロートリッパ６８内
の水膜が積極的に両端部に誘導され、剥ぎ取り付着を増
加させることができる。

【００７２】図１３は、本発明の第５実施例を示すもの
で、前記第１実施例におけるフロートリッパ３８に加
え、チャンネルボックス２７の内壁隅部にも、フロート
リッパ７８を設けるようにしたものである。

【００７３】このように、フロートリッパ７８を追設す
ることにより、燃料束２１の最外周隅部の燃料棒２２の
遷移沸騰や過熱を防止することができる。

【００７４】図１４は、本発明の第６実施例を示すもの
で、前記第４実施例におけるフロートリッパ６８に加
え、チャンネルボックス２７の内壁隅部に、Ｖ形状のフ
ロートリッパ８８を設けるようにしたものである。

【００７５】このように、このフロートリッパ８８を追
設することにより、前記第５実施例と同様の効果が得ら
れるとともに、水膜の剥ぎ取り及び外周部燃料棒への付
着量をより増大させることができる。

【００７６】図１５は、本発明の第７実施例を示すもの
で、燃料集合体内部に十字形の水ギャップを有する燃料
集合体に適用したものである。

【００７７】すなわち、この燃料集合体のチャンネルボ
ックス１２７は、外筒１２８に冷却チャンネル区画板１
２９を設けて、燃料集合体内部に十字形の水ギャップと
してのウォータクロス１３０を設けた構造をなしてお
り、ウォータクロス１３０で区分された４つの区画に
は、複数の燃料棒１３１で構成される小燃料束１３２が
それぞれ配置されている。

【００７８】外筒１２８の内壁および冷却チャンネル区
画板１２９の小燃料束１３２に対向する面には、フロー
トリッパ１３８がそれぞれ設けられており、また各小燃
料束１３２の燃料棒１３１の間隔は、図示しないスペー
サにより、上部が小さく下部が大きくなるように設定さ
れている。なお図１５中、符号１３３は制御棒である。

【００７９】しかして、このように構成しても、前記第
１実施例と同様の効果が期待できる。

【００８０】なお、前記各実施例においては、スペーサ
としてフェルール型スペーサを用いる場合について説明
したが、エッグプレート型等他の構造のスペーサも同様
に適用することができ、同様の効果が期待できる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の発
明に係るチャンネルボックスにおいては、チャンネルボ
ックスの隅部内面に設けられたフロートリッパは、斜面
形の横溝で構成されており、その横溝形状をＶ字形にし
ている。この結果、チャンネルボックス隅部内壁近傍域
で、フロートリッパ内の水膜が積極的に両端部に誘導さ
れ、フロートリッパが設けられていない両端部隣接近傍
において、外周部燃料棒への冷却材付着を増加させるこ
とができる。また、チャンネルボックスの内壁に、フロ
ートリッパとして作用する複数の横溝が設けられるが、
チャンネルボックスの溶接部には横溝が設けられず、チ
ャンネルボックスの内壁が平坦面のままで残されている
ので溶接作業が容易となる。

【００８２】本発明の第２の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの隅部内面に設け
られたフロートリッパは、斜面形の横溝で構成され、そ
の横溝形状がＶ字形をしているので、チャンネルボック
ス隅部内壁近傍域で、フロートリッパ内の水膜が積極的
に両端部に誘導され、フロートリッパが設けられていな
い両端部隣接近傍において、外周部燃料棒への冷却材付
着を増加させることができる。また、チャンネルボック
スの内壁に、フロートリッパとして作用する複数の横溝
が設けられるが、スペーサとの摺動部には横溝が設けら
れず、チャンネルボックスの内壁が平坦面のままで残さ
れているので、燃料束の上方からチャンネルボックスを
被せて燃料集合体を組立てる際に、スペーサの滑りがよ
くなってスペーサの破損を防止することが可能となる。

【００８３】本発明の第３の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの内面に設けられ
たフロートリッパが、斜面形の横溝で構成されており、
その左右両端部は斜め上方に屈曲されている。この結果
フロートリッパ内の水膜が積極的に両端部に誘導され、
フロートリッパが設けられていない両端部隣接近傍にお
いて、外周部燃料棒への冷却材付着を増加させることが
できる。また、チャンネルボックスの内壁に、フロート
リッパとして作用する複数の横溝が設けられるが、チャ
ンネルボックスの溶接部には横溝が設けられず、チャン
ネルボックスの内壁が平坦面のままで残されているの
で、溶接作業が容易となる。

【００８４】本発明の第４の発明に係るチャンネルボッ
クスにおいては、チャンネルボックスの内面に設けられ
たフロートリッパが、斜面形の横溝で構成されており、
その左右両端部は斜め上方に屈曲されている。この結果
フロートリッパ内の水膜が積極的に両端部に誘導され、
フロートリッパが設けられていない両端部隣接近傍にお
いて、外周部燃料棒への冷却材付着を増加させることが
できる。また、チャンネルボックスの内壁に、フロート
リッパとして作用する複数の横溝が設けられるが、スペ
ーサとの摺動部には横溝が設けられず、チャンネルボッ
クスの内壁が平坦面のままで残されているので、燃料束
の上方からチャンネルボックスを被せて燃料集合体を組
立てる際に、スペーサの滑りがよくなってスペーサの破
損を防止することが可能となる。

【００８５】

【００８６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る燃料集合体を示す断
面図。

【図２】図１のII−II線拡大断面図。

【図３】図１のIII−III線拡大断面図。

【図４】図１のチャンネルボックスの斜視図。

【図５】図４の要部拡大図。

【図６】本発明の第２実施例を示す図３相当図。

【図７】図６の要部を拡大して示す斜視図。

【図８】（ａ）は図７のフロータブを示す説明図、
（ｂ）は図３のフロータブを示す説明図。

【図９】本発明の第３実施例を示す図３相当図。

【図１０】本発明の第４実施例を示す図４相当図。

【図１１】図１０の要部拡大図。

【図１２】図１１のフロートリッパの効果を示す説明
図。

【図１３】本発明の第５実施例を示す図５相当図。

【図１４】本発明の第６実施例を示す図１１相当図。

【図１５】本発明の第７実施例を示す燃料集合体の水平
断面図。

【図１６】従来の燃料集合体を示す一部破断斜視図。

【図１７】燃料棒表面およびチャンネルボックス内壁に
おける冷却水の状態を示す模式図。

【図１８】フロートリッパの効果を示す説明図。

【符号の説明】

２０ 燃料集合体 ２１ 燃料束 ２２，１３１ 燃料棒 ２４ａ，２４ｂ，５４ スペーサ ２５ 上部タイプレート ２６ 下部タイプレート ２７，１２７ チャンネルボックス ３８，６８，７８，８８，１３８ フロートリッパ ３９ 溶接部 ４０ 内面部分 Ａ，Ｂ 格子ピッチ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部タイプレートと下部タイプレートとこ
   れら両タイプレートに上下端部が保持された複数の燃料
   棒及びこれら各燃料棒を所定間隔で保持するスペーサに
   より構成される燃料束を囲繞して冷却材流路を確保する
   角筒状のチャンネルボックスにおいて、このチャンネル
   ボックスの内壁に、水流をチャンネルボックス内壁に隣
   接する流路から前記燃料束外周部の燃料棒に転向させる
   フロートリッパとして作用する複数の横溝を設け、かつ
   前記チャンネルボックス内壁のうち、溶接部は前記横溝
   を設けず平坦面とし、チャンネルボックスの４コーナー
   内壁面に前記フロートリッパとして作用するＶ字形の横
   溝を設けることを特徴とするチャンネルボックス。
2. 【請求項２】上部タイプレートと下部タイプレートとこ
   れら両タイプレートに上下端部が保持された複数の燃料
   棒及びこれら各燃料棒を所定間隔で保持するスペーサに
   より構成される燃料束を囲繞して冷却材流路を確保する
   角筒状のチャンネルボックスにおいて、このチャンネル
   ボックスの内壁に、水流をチャンネルボックス内壁に隣
   接する流路から前記燃料束外周部の燃料棒に転向させる
   フロートリッパとして作用する複数の横溝を設け、かつ
   前記チャンネルボックス内壁のうち、前記スペーサのサ
   イドバンドの前記チャンネルボックスとの摺動突起部に
   対応する位置は前記横溝を設けず平坦面とし、チャンネ
   ルボックスの４コーナー内壁面に前記フロートリッパと
   して作用するＶ字形の横溝を設けることを特徴とするチ
   ャンネルボックス。
3. 【請求項３】上部タイプレートと下部タイプレートとこ
   れら両タイプレートに上下端部が保持された複数の燃料
   棒及びこれら各燃料棒を所定間隔で保持するスペーサに
   より構成される燃料束を囲繞して冷却材流路を確保する
   角筒状のチャンネルボックスにおいて、このチャンネル
   ボックスの内壁に、水流をチャンネルボックス内壁に隣
   接する流路から前記燃料束外周部の燃料棒に転向させる
   フロートリッパとして作用する複数の横溝を設け、かつ
   前記チャンネルボックス内壁のうち、溶接部は前記横溝
   を設けず平坦面とし、前記フロートリッパとして作用す
   る横溝の両端を斜め上方に屈曲させることを特徴とする
   チャンネルボックス。
4. 【請求項４】上部タイプレートと下部タイプレートとこ
   れら両タイプレートに上下端部が保持された複数の燃料
   棒及びこれら各燃料棒を所定間隔で保持するスペーサに
   より構成される燃料束を囲繞して冷却材流路を確保する
   角筒状のチャンネルボックスにおいて、このチャンネル
   ボックスの内壁に、水流をチャンネルボックス内壁に隣
   接する流路から前記燃料束外周部の燃料棒に転向させる
   フロートリッパとして作用する複数の横溝を設け、かつ
   前記チャンネルボックス内壁のうち、前記スペーサのサ
   イドバンドの前記チャンネルボックスとの摺動突起部に
   対応する位置は前記横溝を設けず平坦面とし、前記フロ
   ートリッパとして作用する横溝の両端を斜め上方に屈曲
   させることを特徴とするチャンネルボックス。