JP3527493B2 - 燃料集合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽水型原子炉用の
燃料集合体に関し、特に、冷却材中に混入した異物が燃
料部に流入するのを阻止・抑制できるようにした燃料集
合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、例え
ば図１８に示すように、ほぼ正方形の断面を有する筒形
のチャンネルボックス１を有し、このチャンネルボック
ス１内に正方格子状に配列された複数の燃料棒２と少な
くとも１本のウォータロッド３が収容されている。この
燃料集合体の上下部にはそれぞれ上部タイプレート４お
よび下部タイプレート５が装着されている。ウォータロ
ッド３には、その軸方向に所定の間隔をおいて複数のス
ペーサ６（図１８では一つだけを示す）が取り付けら
れ、このスペーサ６によって燃料棒２が整列・支持され
ている。

【０００３】下部タイプレート５は、燃料棒２およびウ
ォータロッド３を直接的に固定・支持するネットワーク
部７と、ネットワーク部７の周辺部から下方に延びる側
壁部８とを有し、これらによって、ネットワーク部７の
下方に下部タイプレート空洞９が形成されている。側壁
部８の下部には下部タイプレート入口開口１０が形成さ
れている。

【０００４】各燃料棒２は被覆管の中に複数の燃料ペレ
ットを充填したものであるが（図示せず）、この被覆管
の下端部を閉じる栓として下部端栓１１がある。燃料棒
の下部端栓１１の下部は細い円柱状になっていて、この
部分が下部タイプレートのネットワーク部７に設けられ
た挿入孔に挿入され、それによって燃料棒の下部端栓１
１が支持されている。

【０００５】一方、ウォータロッド３は中空の金属管で
あって、チャンネルボックス１内の下部タイプレート上
方の下部でウォータロッド３内に冷却材が流入し、液相
の冷却材をチャンネルボックス１内の上部まで流した後
にウォータロッド３の外に出るようになっている。この
ウォータロッド３の下端部にも燃料棒の下部端栓１１と
ほぼ同様の構造の下部端栓１２があり、下部端栓１２の
下部は細い円柱状になっていて、この部分が下部タイプ
レートのネットワーク部７に設けられた挿入孔に挿入さ
れ、それによってウォータロッドの下部端栓１２が支持
されている。

【０００６】下部タイプレートのネットワーク部７は、
下部端栓１１、１２が挿入されてそれらの下部端栓１
１、１２を支持する挿入孔を有するとともに、これら下
部端栓１１、１２同士の間を冷却材が通り抜けるための
流通孔（図示せず）を有する。

【０００７】図１８の燃料集合体で、冷却材１５は、下
部タイプレート入口開口１０から、下部タイプレート空
洞９内に入り、ネットワーク部７の流通孔を通り抜け
て、チャンネルボックス１内の燃料棒２およびウォータ
ロッド３の周辺へと流れ、上部タイプレート４を通って
燃料集合体の外へ出ていく。

【０００８】なお、図１８に示すように、下部タイプレ
ート側壁部８の側面には微小なリークホール１７が設け
られており、下部タイプレート空洞９内の冷却材１５の
うちの若干量がチャンネルボックス１の外側へ流れるよ
うになっている。

【０００９】近年の高性能化された燃料集合体では、燃
料集合体内部に異物が侵入するのを防ぐことを目的とし
てフィルタ機能を付加するものもある。例えば、下部タ
イプレートのネットワーク部の流通孔の口径を従来より
も小さく約５ｍｍとすることにより、流れに対する抵抗
を増加（即ち、高圧損化）する設計もあり、これによっ
て炉心の安定性の改善が図られているが、これは異物フ
ィルタの役目も果たしている。

【００１０】燃料集合体に侵入することが予想される異
物としては、プラント建設時に原子炉一次系内に僅かに
残された金屑、機器洗浄時の金属性ブラシの折れ片、機
器損傷時の破片等が想定されている。その形状も、板
状、弦巻バネ状（螺旋状）、針金状（直線状）等、多岐
にわたることが予想されている。

【００１１】図１９は、異物フィルタ機能を有する下部
タイプレートの例を示す（例えば特開平７−３０６２８
４号公報参照）。図１９で、燃料棒２とウォータロッド
３の下部端栓１１、１２が、下部タイプレート５のネッ
トワーク部７の挿入孔を貫通している。ネットワーク部
７の下方には仕切部材２０が、下部プレート空洞９を横
断して設けられている。仕切部材２０には、図２０に示
すように、燃料棒２とウォータロッド３の各下部端栓１
１、１２が通る孔２１、２２のほかに、冷却材が流通
し、異物の流通を阻止する小孔２４が多数設けられてい
る。

【００１２】図１９の構成で、冷却材１５は、下部タイ
プレート入口開口１０から下部タイプレート空洞９内に
流入し、仕切部材２０の小孔２４を通り、さらにネット
ワーク部７の流通孔を通って、チャンネルボックス１内
の燃料棒２およびウォータロッド３の周辺へと流れる。
このとき、冷却材１５中の異物は、仕切部材２０の小孔
２４を通り抜けないので、チャンネルボックス１内への
異物流入が阻止される。

【００１３】なお、多数の小孔２４を有する仕切部材２
０に代わるものとして、図２１に示す「く字形」細板２
６を互いに間隔をあけて平行に多数並べたフィルタも考
えられる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の異物フィルタを
有する下部タイプレートでは、炉心入口部に達した異物
を炉心内に侵入することをある程度の確率で防止するこ
とはできた。しかしながら、圧力損失を増大を抑えなが
ら異物の捕捉性能をさらに向上させる観点からは、流れ
に対して閉じた構造となっている燃料集合体の入口部付
近に改善の余地が残されていた。

【００１５】本発明の目的は、異物の捕捉性能にすぐ
れ、しかも圧力損失の増大を抑えた燃料集合体を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、万が一大量の異物
が発生した場合でも、必要な冷却材流量が確保される燃
料集合体を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的の少な
くとも一つを達成するものであって、請求項１の発明
は、原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内部に冷却材
が通る少なくとも１本のウォータロッドと、前記燃料棒
およびウォータロッドの上部を保持する上部タイプレー
トと、前記燃料棒およびウォータロッドの下部を保持す
る下部タイプレートと、を有する燃料集合体において、
前記燃料棒およびウォータロッドの少なくとも一部の下
部には下部端栓が取り付けられていて、前記下部タイプ
レートは、前記下部端栓が貫通する貫通孔を有して、前
記燃料棒およびウォータロッドを相互に所定間隔になる
ように保持し、しかも冷却材が通る流路を有するネット
ワーク部と、このネットワーク部の周囲から下方に延び
て該ネットワーク部の下方に下部タイプレート空洞を形
成し、下端に入口開口を有する側壁部と、複数の仕切部
材開口を有して、前記下部タイプレート空洞内の前記ネ
ットワーク部の下方にほぼ水平に配置されて該下部タイ
プレート空洞を上下に区画する仕切部材と、を有し、前
記下部端栓の少なくとも一つの下部端栓内には、冷却材
流路である下部端栓流路が形成されていて、その下部端
栓流路の入口は、前記下部タイプレート空洞内にあっ
て、前記仕切部材の下方から上昇する冷却材が流入する
ように配置され、またその下部端栓流路の出口は、前記
下部タイプレート空洞内にあって、前記仕切部材の上方
に配置されていること、を特徴とする。

【００１７】請求項１の発明によれば、燃料棒もしくは
ウォータロッドの下部端栓内に冷却材流路が形成され、
しかもそこで異物を捕捉することができるので、燃料集
合体の圧力損失の増大を抑制しながら、燃料集合体の異
物捕捉をより確実なものとすることができ、これによ
り、軽水型原子炉の運転性能・信頼性の向上を図ること
ができる。

【００１８】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
の燃料集合体において、前記仕切部材は冷却材中の異物
を捕捉する異物フィルタであること、を特徴とする。請
求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用・効果を
得られるほか、仕切部材にも流路を確保し、そこでも異
物を捕捉することができる。

【００１９】また、請求項３の発明は、請求項１または
２に記載の燃料集合体において、前記下部端栓は前記仕
切部材開口を貫通していて、前記下部端栓流路の入口
は、前記仕切部材の下方に配置されていること、を特徴
とする。

【００２０】また、請求項４の発明は、請求項１または
２に記載の燃料集合体において、前記下部端栓流路の入
口は、前記仕切部材開口位置に配置されていること、を
特徴とする。

【００２１】請求項３および４の発明によれば、請求項
１または２の発明の作用・効果を得られるほか、仕切部
材の下方の冷却材が確実に下部端栓内の冷却材流路を通
るようにすることができる。

【００２２】また、請求項５の発明は、請求項１または
２に記載の燃料集合体において、前記下部端栓流路の入
口は、前記仕切部材開口から離れた上方に配置され、前
記仕切部材開口を向いて開いていること、を特徴とす
る。

【００２３】請求項５の発明によれば、請求項１または
２の発明の作用・効果を得られるほか、万一、冷却材中
の異物が大量に発生した場合にも、流路を閉塞すること
なく、燃料部分への冷却材の流れを確保することができ
る。

【００２４】また、請求項６の発明は、請求項５に記載
の燃料集合体において、前記仕切部材開口は、前記下部
端栓流路の入口に向かって細くなるテーパ形状を有する
こと、を特徴とする。

【００２５】請求項６の発明によれば、請求項５の発明
の作用・効果を得られるほか、仕切部材開口からの噴流
を強め、異物を確実に下部端栓流路に向かわせることが
できる。

【００２６】また、請求項７の発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下部端
栓流路の入口付近は上方に向かって細くなるテーパ形状
を有すること、を特徴とする。

【００２７】また、請求項８の発明は、請求項１ないし
７のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下部端
栓流路の出口はその入口よりも面積が小さいこと、を特
徴とする。

【００２８】また、請求項９の発明は、請求項１ないし
８のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下部端
栓流路は、その入口が下向きに開いており、途中に第１
の曲り部を有して出口付近がほぼ水平方向であること、
を特徴とする。

【００２９】また、請求項１０の発明は、請求項９に記
載の燃料集合体において、前記第１の曲り部で該下部端
栓流路が分岐していて、該下部端栓流路の出口は、ほぼ
同じ高さ位置に複数個あること、を特徴とする。

【００３０】また、請求項１１の発明は、請求項９また
は１０に記載の燃料集合体において、前記下部端栓流路
は、入口付近から前記第１の曲り部までの間に少なくと
も一つの第２の曲り部を有すること、を特徴とする。

【００３１】請求項７ないし１１の発明によれば、請求
項１ないし６のいずれかの発明の作用・効果を得られる
ほか、下部端栓流路に入った異物をその下部端栓流路で
確実に捕捉することができる。

【００３２】また、請求項１２の発明は、請求項１ない
し１１のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下
部端栓流路の入口は下方を向いて開いており、その入口
の付近に、前記下部端栓流路に流入した冷却材中の異物
を保持するための入口堰が形成されていること、を特徴
とする。

【００３３】また、請求項１３の発明は、請求項１２に
記載の燃料集合体において、前記入口堰は、前記下部端
栓流路の入口から上方に向かって突出した筒状であっ
て、この入口堰の外側の前記下部端栓流路内に環状の異
物保持部が形成されていること、を特徴とする。

【００３４】また、請求項１４の発明は、請求項１２に
記載の燃料集合体において、前記下部端栓流路は、下端
が閉じていて、上部が前記出口に連絡しているほぼ鉛直
筒状の第１の部分と、この第１の部分の途中の側壁に連
絡していて下端に開口していて曲がった流路を形成する
第２の部分とを有すること、を特徴とする。

【００３５】請求項１２ないし１４の発明によれば、請
求項１ないし１１のいずれかの発明の作用・効果を得ら
れるほか、下部端栓流路で捕捉された異物が下部端栓内
に保持され、しかも冷却材の流通を妨げないので、圧力
損失の増大を避けることができる。また、異物が下部端
栓の下方に落下して、これが再び上昇して下部端栓流路
などを通過してしまう可能性を下げることができる。

【００３６】また、請求項１５の発明は、請求項１ない
し１１のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下
部端栓流路は、複数の流路からなること、を特徴とす
る。

【００３７】請求項１５の発明によれば、請求項１ない
し１１のいずれかの発明の作用・効果を得られるほか、
下部端栓流路に異物が捕捉された場合でも、それによっ
て下部端栓流路全体が閉塞される可能性が低く、燃料の
冷却に必要な冷却材の流路が確保されるので、安全性に
優れている。

【００３８】また、請求項１６の発明は、請求項１ない
し１５のいずれかに記載の燃料集合体において、前記下
部端栓流路内に、冷却材中の異物を絡ませるための突起
を配置したこと、を特徴とする。また、請求項１７の発
明は、請求項１６に記載の燃料集合体において、前記突
起には螺旋状の畝または溝が設けられていること、を特
徴とする。

【００３９】請求項１６および１７の発明によれば、請
求項１ないし１５のいずれかの発明の作用・効果を得ら
れるほか、下部端栓流路内の突起によって異物の捕捉の
可能性が高まる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図１〜１７を参照しながら
本発明の実施の形態を説明する。ただし、従来の技術あ
るいは互いに、共通もしくは類似の部分には、共通の符
号を付して、重複説明は適宜省略する。

【００４１】まず、図１を参照して本発明の第１の実施
の形態を説明する。下部タイプレート５は、図１８およ
び１９に示したのと同様のものである。また、図１９お
よび２０に示した仕切部材２０とほぼ同様の仕切部材３
０が、下部タイプレート空洞９内に配置されている。

【００４２】ネットワーク部７には燃料棒２の下部端栓
３１が挿入されている。図１には、格子状に多数配列さ
れる燃料棒２のうちの１本だけを示してある。また、少
なくとも１本あるウォータロッド３の下部端栓も同様に
ネットワーク部７に挿入されるが、図示を省略している
（後述）。下部端栓３１の下部は仕切部材３０に設けら
れた貫通孔３２を貫通して仕切部材３０の下方まで延び
ている。仕切部材３０にはさらに、冷却材が通る仕切部
材流路３３も設けてある。

【００４３】下部端栓３１には、下端に下部端栓流路入
口３５を有して鉛直上方にほぼ同じ太さで延びる下部端
栓流路３６が設けられている。下部端栓流路３６の上端
は閉じていて、この上端近くに、水平方向に放射状に複
数（図１では４個）の出口流路３７が設けられている。
出口流路３７の出口部は、ネットワーク部７と仕切部材
３０で挟まれた空間にある。

【００４４】下部端栓流路３６の鉛直部は、例えば直径
２ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、水平方向の出口流路３７
は、例えば直径１ｍｍである。また、下部端栓流路入口
３５は、仕切部材３０の下面より例えば２０ｍｍ下方に
ある。さらに、出口流路３７の出口は、仕切部材３０の
上面より例えば２０ｍｍ上方にある。なお、図１では、
チャンネルボックス１（図１８）を示すのを省略してい
る。

【００４５】上記構成において、冷却材１５は、下部タ
イプレート入口開口１０から、下部タイプレート空洞９
内に入る。そして、冷却材の一部は、下部端栓流路入口
３５から下部端栓流路３６に入り、下部端栓出口流路３
７を通じて、ネットワーク部７と仕切部材３０で挟まれ
た空間に出る。このとき、冷却材１５中の異物は、下部
端栓流路入口３５付近あるいは下部端栓流路３６内で捕
捉され、下部端栓出口流路３７から出ることはない。

【００４６】また、下部タイプレート空洞９内に入った
冷却材１５の一部は、下部端栓流路３６を通らないで、
仕切部材流路３３または仕切部材３０に設けられた貫通
孔３２と下部端栓３１の外側面の間の環状の隙間を通っ
て、仕切部材３０の上方へ行く。このとき、仕切部材流
路３３を十分に小さくしておき、かつ、貫通孔３２と下
部端栓３１の間の環状の隙間を十分に小さくしておくこ
とによって、冷却材中の異物が仕切部材３０の上方へ行
くのを阻止することができる。

【００４７】したがって、どの流路からも、冷却材中の
異物が仕切部材３０の上方へ行くのを阻止することがで
きる。しかも、従来は流路が形成されていなかった下部
端栓３１内に下部端栓流路３６を形成することにより、
流路面積の増大による圧力損失低減を図ることができ
る。

【００４８】なお、上記説明では、仕切部材３０に仕切
部材流路３３を設けた構造としたが、仕切部材３０を、
例えば図２１に示すようなフィルタ構造としてもよい。
また、多数本の燃料棒下部端栓３１のうちの一部にだけ
下部端栓流路３６を形成し、下部端栓流路３６をもたな
い燃料棒２と混在していてもよい。

【００４９】次に、図２を参照して本発明の第２の実施
の形態を説明する。下部タイプレート５の構造は図１の
場合と同様である。図２では、ウォータロッドの下部端
栓４０が、図１における燃料棒の下部端栓３１と同様に
示されている。すなわち、ネットワーク部７に、ウォー
タロッドの下部端栓４０が挿入されている。図２には、
ウォータロッド３が１本だけ示されているが、ウォータ
ロッド３は２本以上あってもよい。

【００５０】ウォータロッドの下部端栓４０には、図１
に示す燃料棒の下部端栓３１と同様に、仕切部材３０に
設けられた貫通孔４１を貫通して仕切部材３０の下方ま
で延びている。仕切部材３０にはさらに、冷却材が通る
仕切部材流路３３も設けてある。

【００５１】下部端栓４０には、下端に下部端栓流路入
口４２を有して鉛直上方に延びる下部端栓流路４３が設
けられている。下部端栓流路４３の上端は閉じていて、
この上端近くに水平方向に出口流路４５が設けられてい
る。出口流路４５の出口部は、ネットワーク部７と仕切
部材３０で挟まれた空間にある。

【００５２】下部端栓流路４３の鉛直部は、例えば直径
２ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、水平方向の出口流路４５
は、例えば直径１ｍｍである。また、下部端栓流路入口
４２は、仕切部材３０の下面より例えば２０ｍｍ下方に
ある。さらに、出口流路４５の出口は、仕切部材３０の
上面より例えば２０ｍｍ上方にある。その他の構成は図
１の場合とほぼ同様である。

【００５３】この構成における冷却材１５の流れは図１
の場合とほぼ同様であって、冷却材中の異物が、下部端
栓流路４３および仕切部材流路３３で捕捉され、仕切部
材３０の上方に異物が流入するのが阻止される。

【００５４】なお、ウォータロッド３が複数ある場合
に、必ずしも全てのウォータロッド３に下部端栓流路４
３を設ける必要はなく、下部端栓流路４３を設けないウ
ォータロッド３と混在していてもよい。さらに、本実施
の形態のウォータロッド３を、一部または全ての燃料棒
２に図１に示した下部端栓流路３６を有する燃料棒２と
組み合わせてもよい。

【００５５】次に、図３を参照して本発明の第３の実施
の形態を説明する。この図では、燃料棒またはウォータ
ロッドの下部端栓５０を代表的に１個だけ示している。
この下部端栓５０は、図１（または図２）と同様に、仕
切部材３０の貫通孔３２（または４１）を貫通して配置
されている。この下部端栓５０には、図１の下部端栓３
１の鉛直上方に延びる下部端栓流路３６とほぼ同様な鉛
直上方に延びる下部端栓流路５１が設けられている。た
だし、下部端栓流路５１は上方に行くほど細いテーパ状
または円錐状である。

【００５６】水平方向の出口流路３７や、仕切部材３０
およびネットワーク部７との位置関係などは図１（また
は図２）の場合と同様である。テーパ状の下部端栓流路
５１は、例えば、下端の下部端栓流路入口５５の直径が
２ｍｍで、鉛直方向の深さ（長さ）が５０ｍｍである。

【００５７】この実施の形態では、冷却材中の異物が下
部端栓流路５１内に入ってきたとき、特にその異物が針
金状の場合に下部端栓流路５１内に止まって、落下しに
くい。このため、異物が仕切部材３０の上方に流れ込む
可能性が特に小さくなる。

【００５８】次に、図４を参照して本発明の第４の実施
の形態を説明する。この実施の形態では、下部端栓５０
および仕切部材３０のそれぞれの構造は図３の場合と同
様であるが、下部端栓流路入口５５が、仕切部材３０の
貫通孔３２（または４１）の途中まで挿入された状態に
なっている。このように配置することで、特に針金状の
異物が捕捉されやすくなる。

【００５９】次に、図５を参照して本発明の第５の実施
の形態を説明する。この実施の形態では、下部端栓５０
および仕切部材３０のそれぞれの構造は図３および４の
場合と同様であるが、下部端栓流路入口５５が、仕切部
材３０の貫通孔３２（または４１）の上面高さと同じ位
置になっている。

【００６０】次に、図６を参照して本発明の第６の実施
の形態を説明する。この実施の形態では、下部端栓５０
の構造は図３、４および５の場合と同様であり、下部端
栓流路入口５５が、仕切部材３０のの上面高さとほぼ同
じ位置になっている。さらにこの実施の形態では、仕切
部材３０の貫通孔５７が下部端栓流路入口５５の外形よ
りも小さくなっている。なお、貫通孔５７および下部端
栓流路入口５５はともに平面図上で円形となっている。

【００６１】このような構成にすることによって、貫通
孔５７を上向きに通り抜けた冷却材はほとんど周囲にこ
ぼれることなく下部端栓流路入口５５から下部端栓流路
５１に流入することができる。これにより、冷却材中の
異物も、より確実に下部端栓流路５１で捕捉される。

【００６２】次に、図７を参照して本発明の第７の実施
の形態を説明する。この実施の形態では、下部端栓５０
および仕切部材３０のそれぞれの構造は図３、４および
５の場合と同様であるが、下部端栓流路入口５５が、仕
切部材３０の貫通孔３２（または４１）の真上にあっ
て、仕切部材３０の上面から例えば５ｍｍ上方にある。

【００６３】この場合、仕切部材３０の貫通孔３２（ま
たは４１）を通過した冷却材の流れは上向きの噴流とな
るので、この冷却材中の異物は下部端栓流路入口５５か
ら下部端栓流路５１内に入って止まるか、または、下部
端栓流路入口５５と仕切部材３０の貫通孔３２（または
４１）の間にギャップ５７に止まる。このギャップ５７
をあまり大きくすると、異物がここを通過してしまう可
能性があるので、適当な大きさに調整しておくことが必
要である。この実施の形態では、下部端栓流路入口５５
と仕切部材３０の貫通孔３２（または４１）の間にギャ
ップ５７が存在することから、万一の事態として多量の
異物が発生することを想定しても、異物によって流路が
閉塞して冷却材が燃料棒２の周辺に供給されないという
ような最悪の事態を回避することができる。

【００６４】次に、図８を参照して本発明の第８の実施
の形態を説明する。この実施の形態では、図７の貫通孔
３２（４１）に相当する部分が上方に向かって細くなる
テーパ状のノズル５８になっている。その他の構成は図
７と同様である。

【００６５】この実施の形態によれば、冷却材の流れが
ノズル５８で加速されて強い噴流となるので、冷却材中
の異物が下部端栓流路入口５５から下部端栓流路５１内
に入る確率が高くなる。したがって、図７の場合よりも
ギャップ５７を大きくすることができ、下部端栓流路入
口５５を、仕切部材３０のノズル５７の上面から例えば
１０ｍｍ上方に配置することもできる。このようにギャ
ップを大きくすることにより、多量の異物発生による流
路閉塞の可能性をさらに低下させることができる。

【００６６】次に、図９〜１６を参照して本発明の第９
〜１６の実施の形態を順次説明する。これらはいずれ
も、上述の燃料棒２またはウォータロッド３の下部端栓
３１、４０、５０のいずれかと置き換えることのできる
下部端栓の例を示すものである。これらの実施の形態で
は、いずれも下部端栓流路入口５５は下向きに開口して
いて、その入口近くで下部端栓流路はほぼ鉛直の方向を
向いている。また、下部端栓出口流路３７はほぼ水平方
向に延びていて、ネットワーク部７と仕切部材３０の間
で開口している（図１〜８参照）。

【００６７】図９に示す第９の実施の形態では、下部端
栓流路６０は、中心軸が平行にずれた二つの縦孔を途中
で接続した構成となっている。図１０に示す第１０の実
施の形態では、下部端栓流路６２は、斜め勾配の二つの
縦孔を途中で折れ曲がるように接続した構成となってい
る。

【００６８】図１１に示す第１１の実施の形態の下部端
栓流路６４では、下部端栓流路入口５５の開口を囲ん
で、上方に向かって突出した筒状の入口堰６５が設けら
れ、入口堰６５の外側に環状の異物保持部（ポケット）
６６が形成されている。

【００６９】このような構成によれば、冷却材中の異物
が下部端栓流路６４内に流入した場合にこの異物が異物
保持部６６内に入って、その下方に落下しない。このた
め、異物が下方に落下してこれが渦流れなどによって再
び下部端栓流路等を通過してしまうという可能性を下げ
ることができる。しかも、保持された異物が冷却材の流
通を妨げないので、圧力損失が増大することもない。

【００７０】図１２に示す第１２の実施の形態では、２
個の鉛直方向下部端栓流路６８、６９が平行に設けられ
ている。第１の鉛直方向下部端栓流路６８は下端が閉じ
ていて異物保持部７０が形成され、上部は水平方向の下
部端栓出口流路３７に接続されている。第２の鉛直方向
下部端栓流路６９は、下端が開いていて下部端栓流路入
口５５となっており、上端部は曲がっていて第１の鉛直
方向下部端栓流路６８の側壁に接続されている。

【００７１】このような構成によれば、冷却材は、下部
端栓流路入口５５から第２の下部端栓流路６９に流入し
てその上端まで行ってから、第１の下部端栓流路６８の
途中に流入し、その後、第１の下部端栓流路６８内を上
昇して下部端栓出口流路３７を通って下部端栓から流出
する。

【００７２】しかし、冷却材中の異物は下部端栓出口流
路３７を通過できないために落下して、第１の下部端栓
流路６８の下部にある異物保持部７０に溜まることにな
る。このため、図１１の場合と同様に、異物が下部端栓
より下方に落下してこれが渦流れなどによって再び下部
端栓流路等を通過してしまうという可能性を下げること
ができる。しかも、保持された異物が冷却材の流通を妨
げないので、圧力損失が増大することもない。

【００７３】図１３に示す第１３の実施の形態では、図
１および２に示した下部端栓出口流路３６、４３と類似
の下部端栓流路７３が２個設けられている。ただし、下
部端栓流路７３は、鉛直ではなくて傾斜しており、それ
ぞれの下部端栓流路入口５５は下部端栓の直径方向に互
いに反対側に位置し、それぞれの出口は、入口とは反対
側にある下部端栓出口流路３７に接続されている。な
お、二つの下部端栓流路７３は、下部端栓内で交わって
いてもよいし交わっていなくともよい。

【００７４】このように複数の下部端栓流路を設けるこ
とにより、仮に異物によって一つの下部端栓流路が閉塞
されたとしても、他の下部端栓流路が確保されるので、
燃料部への冷却材の流れが得られ、安全性が高まる。

【００７５】図１４に示す第１４の実施の形態では、図
１３に示した下部端栓流路７３とほぼ同様に傾斜した２
個の下部端栓流路７５が設けられている。ただし、各下
部端栓流路７５は、図３などに示した下部端栓流路５１
と同様に上に向かって細くなるテーパ状（円錐状）であ
る。

【００７６】図１５に示す第１５の実施の形態では、多
種類の下部端栓流路７５、７６を設けたものである。例
えば下部端栓流路７６は、下部端栓の側壁部から側壁部
に斜めに貫通している。これらの下部端栓流路７５、７
６は互いに交わっていてもよいし、また交わっていなく
ともよい。

【００７７】図１６に示す第１６の実施の形態は、図１
１に示した下部端栓流路６４の内部中央に、上端から突
起８０を垂設したものである。突起８０は、冷却材中の
異物を絡ませて捕捉するためのものであって、例えば、
円柱状または下方に向かって細くなるテーパ状であっ
て、好ましくは、その表面上に、螺旋状の溝または畝を
有する。このような構成により、異物の捕捉がさらに確
実になる。なお、この実施の形態では、図１１の下部端
栓流路６４内に突起８０を配置した例を示したが、その
他の下部端栓流路内に突起８０を配置することもできる
（図は省略）。

【００７８】次に、図１７を参照して第１７の実施の形
態を説明する。この実施の形態は、上述の実施の形態の
種々の特徴を組み合わせたものを示している。すなわ
ち、核燃料棒の下部端栓８５およびウォータロッドの下
部端栓８６はともに、図１６に示した構造のものであ
る。また、これらの下部端栓８５、８６と仕切部材３０
との位置関係は、核燃料棒の下部端栓８５は図８の場合
に相当し、ウォータロッドの下部端栓８６は図４の場合
に相当する。なお、図１７では仕切部材流路３３（図８
等参照）が示されていないが、仕切部材流路３３はあっ
てもなくてもよい。

【００７９】以上に示した各実施の形態は単なる例示で
あって、以上に示した種々の下部端栓の構造と、仕切部
材の構造や、下部端栓と仕切部材との位置関係等を任意
に組み合わせることができる。また、一つの燃料集合体
の中で、複数の燃料棒または複数のウォータロッドの下
部端栓の構造またはこれらと仕切部材との関係等を同種
のもので統一する必要もなく、その意味でも組合せは任
意である。

【００８０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、圧
力損失の増大を抑制しながら燃料集合体の異物捕捉をよ
り確実なものとすることができ、これにより、軽水型原
子炉の運転性能・信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の
下部タイプレートおよび燃料棒の下部端栓の付近を示す
図であって、（ａ）は模式的立断面図、（ｂ）は（ａ）
の燃料棒の下部端栓付近の拡大立断面図、（ｃ）は
（ｂ）のＣ−Ｃ線矢視断面図。

【図２】本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態の
下部タイプレートおよびウォータロッドの下部端栓の付
近を模式的に示す立断面図。

【図３】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図４】本発明に係る燃料集合体の第４の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図５】本発明に係る燃料集合体の第５の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図６】本発明に係る燃料集合体の第６の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図７】本発明に係る燃料集合体の第７の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図８】本発明に係る燃料集合体の第８の実施の形態の
下部端栓の付近を模式的に示す立断面図。

【図９】本発明に係る燃料集合体の第９の実施の形態の
下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面図、
（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１０】本発明に係る燃料集合体の第１０の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１１】本発明に係る燃料集合体の第１１の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１２】本発明に係る燃料集合体の第１２の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１３】本発明に係る燃料集合体の第１３の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１４】本発明に係る燃料集合体の第１４の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１５】本発明に係る燃料集合体の第１５の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１６】本発明に係る燃料集合体の第１６の実施の形
態の下部端栓を示す図であって、（ａ）は模式的立断面
図、（ｂ）は（ａ）の底面図。

【図１７】本発明に係る燃料集合体の第１７の実施の形
態の下部タイプレート付近を模式的に示す立断面図。

【図１８】従来の燃料集合体の全体立断面図。

【図１９】図１８の下部タイプレート付近の拡大立断面
図。

【図２０】図１９の異物フィルタのみを取り出したと想
定した場合の平面図。

【図２１】従来の異物フィルタの他の例を示す図であっ
て、（ａ）は立断面図、（ｂ）は平面図。

【符号の説明】

１…チャンネルボックス、２…燃料棒、３…ウォータロ
ッド、４…上部タイプレート、５…下部タイプレート、
６…スペーサ、７…ネットワーク部、８…側壁部、９…
下部タイプレート空洞、１０…下部タイプレート入口開
口、１１…燃料棒の下部端栓、１２…ウォータロッドの
下部端栓、１５…冷却材、１７…リークホール、２０…
仕切部材、２１…燃料棒の下部端栓が通る孔、２２…ウ
ォータロッドの下部端栓が通る孔、２４…小孔、２６…
「く字形」細板、３０…仕切部材、３１…下部端栓、３
２…貫通孔、３３…仕切部材流路、３５…下部端栓流路
入口、３６…下部端栓流路、３７…下部端栓出口流路、
４０…ウォータロッドの下部端栓、４１…貫通孔、４２
…下部端栓流路入口、４３…下部端栓流路、４５…出口
流路、５０…下部端栓、５１…下部端栓流路、５５…下
部端栓流路入口、５７…ギャップ、５８…ノズル、６０
…下部端栓流路、６２…下部端栓流路、６４…下部端栓
流路、６５…入口堰、６６…異物保持部、６８…第１の
鉛直方向下部端栓流路、６９…第２の鉛直方向下部端栓
流路、７０…異物保持部、７３…下部端栓流路、７５…
下部端栓流路、８０…突起、８５…下部端栓、８６…下
部端栓。

フロントページの続き (72)発明者 田辺 朗 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 株式会社グローバル・ニュークリア・フ ュエル・ジャパン内 (72)発明者 岩本 優二 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 株式会社グローバル・ニュークリア・フ ュエル・ジャパン内 (72)発明者 増原 康博 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 株式会社グローバル・ニュークリア・フ ュエル・ジャパン内 (72)発明者 深堀 貴憲 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 株式会社グローバル・ニュークリア・フ ュエル・ジャパン内 (72)発明者 金沢 徹 神奈川県横須賀市内川二丁目３番１号 株式会社グローバル・ニュークリア・フ ュエル・ジャパン内 (56)参考文献 特開 平11−133176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−73187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−36189（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−64557（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−95289（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/30 G21C 3/10 G21C 3/33

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子燃料を充填した複数の燃料棒と、内
   部に冷却材が通る少なくとも１本のウォータロッドと、
   前記燃料棒およびウォータロッドの上部を保持する上部
   タイプレートと、前記燃料棒およびウォータロッドの下
   部を保持する下部タイプレートと、を有する燃料集合体
   において、 前記燃料棒およびウォータロッドの少なくとも一部の下
   部には下部端栓が取り付けられていて、 前記下部タイプレートは、 前記下部端栓が貫通する貫通孔を有して、前記燃料棒お
   よびウォータロッドを相互に所定間隔になるように保持
   し、しかも冷却材が通る流路を有するネットワーク部
   と、 このネットワーク部の周囲から下方に延びて該ネットワ
   ーク部の下方に下部タイプレート空洞を形成し、下端に
   入口開口を有する側壁部と、 複数の仕切部材開口を有して、前記下部タイプレート空
   洞内の前記ネットワーク部の下方にほぼ水平に配置され
   て該下部タイプレート空洞を上下に区画する仕切部材
   と、 を有し、 前記下部端栓の少なくとも一つの下部端栓内には、冷却
   材流路である下部端栓流路が形成されていて、その下部
   端栓流路の入口は、前記下部タイプレート空洞内にあっ
   て、前記仕切部材の下方から上昇する冷却材が流入する
   ように配置され、またその下部端栓流路の出口は、前記
   下部タイプレート空洞内にあって、前記仕切部材の上方
   に配置されていること、 を特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の燃料集合体において、
   前記仕切部材は冷却材中の異物を捕捉する異物フィルタ
   であること、を特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の燃料集合体に
   おいて、前記下部端栓は前記仕切部材開口を貫通してい
   て、前記下部端栓流路の入口は、前記仕切部材の下方に
   配置されていること、を特徴とする燃料集合体。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の燃料集合体に
   おいて、前記下部端栓流路の入口は、前記仕切部材開口
   位置に配置されていること、を特徴とする燃料集合体。
5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の燃料集合体に
   おいて、前記下部端栓流路の入口は、前記仕切部材開口
   から離れた上方に配置され、前記仕切部材開口を向いて
   開いていること、を特徴とする燃料集合体。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の燃料集合体において、
   前記仕切部材開口は、前記下部端栓流路の入口に向かっ
   て細くなるテーパ形状を有すること、を特徴とする燃料
   集合体。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の燃
   料集合体において、前記下部端栓流路の入口付近は上方
   に向かって細くなるテーパ形状を有すること、を特徴と
   する燃料集合体。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の燃
   料集合体において、前記下部端栓流路の出口はその入口
   よりも面積が小さいこと、を特徴とする燃料集合体。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の燃
   料集合体において、前記下部端栓流路は、その入口が下
   向きに開いており、途中に第１の曲り部を有して出口付
   近がほぼ水平方向であること、を特徴とする燃料集合
   体。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の燃料集合体におい
    て、前記第１の曲り部で該下部端栓流路が分岐してい
    て、該下部端栓流路の出口は、ほぼ同じ高さ位置に複数
    個あること、を特徴とする燃料集合体。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０に記載の燃料集合
    体において、前記下部端栓流路は、入口付近から前記第
    １の曲り部までの間に少なくとも一つの第２の曲り部を
    有すること、を特徴とする燃料集合体。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし１１のいずれかに記載
    の燃料集合体において、前記下部端栓流路の入口は下方
    を向いて開いており、その入口の付近に、前記下部端栓
    流路に流入した冷却材中の異物を保持するための入口堰
    が形成されていること、を特徴とする燃料集合体。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の燃料集合体におい
    て、前記入口堰は、前記下部端栓流路の入口から上方に
    向かって突出した筒状であって、この入口堰の外側の前
    記下部端栓流路内に環状の異物保持部が形成されている
    こと、を特徴とする燃料集合体。
14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の燃料集合体におい
    て、前記下部端栓流路は、下端が閉じていて、上部が前
    記出口に連絡しているほぼ鉛直筒状の第１の部分と、こ
    の第１の部分の途中の側壁に連絡していて下端に開口し
    ていて曲がった流路を形成する第２の部分とを有するこ
    と、を特徴とする燃料集合体。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし１１のいずれかに記載
    の燃料集合体において、前記下部端栓流路は、複数の流
    路からなること、を特徴とする燃料集合体。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし１５のいずれかに記載
    の燃料集合体において、前記下部端栓流路内に、冷却材
    中の異物を絡ませるための突起を配置したこと、を特徴
    とする燃料集合体。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の燃料集合体におい
    て、前記突起には螺旋状の畝または溝が設けられている
    こと、を特徴とする燃料集合体。