JP3977532B2 - 燃料集合体、原子炉の炉心及びチャンネルボックス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体に係わる。特に、いわゆるＤ格子タイプの炉心に用いられる燃料集合体、及びその燃料集合体を用いた原子炉の炉心、並びにその燃料集合体に備えられるチャンネルボックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体は、複数の燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを備えている。各燃料棒には、核分裂性物質が充填されている。これら燃料棒は、ｎ行ｎ列（例えばｎ＝８，９，…）の正方格子状に配列されている。それら正方格子状配列の外周は、チャンネルボックスで取り囲まれている。炉心は、このような燃料集合体を所定間隔で多数配置して構成されている。さらに炉心は、その出力調整を行うための制御棒を備えている。この制御棒は、燃料集合体間のギャップに挿入される。
【０００３】
炉心における燃料集合体間のギャップ構造に関しては、いわゆるＤ格子と称される構造が従来より用いられてきた。このＤ格子炉心では、制御棒側のギャップ間隔が制御棒がない側のギャップ間隔より広くなっている。
【０００４】
ところで、沸騰水型原子炉では、冷却材として炉心中の水を用いている。この冷却水が、核分裂で発生する熱を除熱する。この冷却水はまた、中性子の減速材としての役割も果たしている。燃料棒の核分裂性物質は、主に、減速された中性子（熱中性子）と反応して核分裂を起こす。したがって、中性子の減速は、沸騰水型原子炉では重要な役割を果たす。この中性子の減速作用は、一般に、水が広い領域にわたって連続的に存在しているところで大きい。したがって、燃料集合体間にある水は、中性子の減速に大きな役割を果たしている。
【０００５】
一方、原子炉の炉心に関する重要な量として、線出力密度がある。原子炉の設計に関しては最大線出力密度が問題となる。これは原子炉内でもっとも大きい線出力密度のことである。この最大線出力密度が過大となると、当該燃料棒中心温度が過度に上昇する。この場合、燃料棒ペレットと被覆管の熱的健全性が確保できなくなる可能性がある。したがって、原子炉の安全上の観点から、最大線出力密度には所定の制限値が定められている。すなわち、最大線出力密度は、なるべく小さい方が好ましい。上記所定の制限値に対し熱的に余裕のある状態となるからである。
【０００６】
なお、上記「燃料集合体出力」に関する重要な量として、燃料集合体限界出力がある。上述したように、沸騰水型原子炉の炉心においては、冷却材として水を用いている。すなわち、燃料集合体下部から流入した水は、燃料棒近傍を流れる間に沸騰し、燃料集合体上部から流出する。このときの沸騰の程度は、炉心への入口である燃料集合体下部では小さい。一方、炉心からの出口である燃料集合体上部では大きい。すなわち、燃料集合体の上部では蒸気の割合が大きくなり、流動様式が環状噴霧流となり、燃料棒表面は液膜で覆われた状態になっていると考えられる。燃料集合体の出力を大きくしていくとどこかの燃料棒表面の液膜が最初に蒸発等によってなくなる。この、液膜がなくなるときの出力を限界出力という。限界出力は、燃料集合体の冷却材流量等によって変化する。原子炉は全ての燃料集合体が限界出力以下であることを常にチェックしながら運転されている。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、通常、燃料集合体の設計においては、燃料棒ペレットを複数種類用意して燃料濃縮度分布を適宜設ける。あるいは、燃料棒に添加する可燃性吸収材の濃度分布を適宜設ける。これらにより、「燃料集合体の軸方向相対出力ピーキング」や、燃料集合体内の燃料棒の相対出力ピーキングである「局所出力ピーキング」を小さくして、限界出力特性等を改善し、原子炉の安全余裕の向上及び経済性の向上を図っている。
【０００８】
ここで、Ｄ格子炉心では、前述したようにギャップ間隔の相違が存在する。そして、通常運転中は大半の制御棒が引き抜かれているので、間隔の広いところの方が、間隔の狭いところより中性子の減速効果が大きくなる。これにより、制御棒が引き抜かれた状態では、制御棒側の広いギャップ間隔の方が反制御棒側の狭いギャップ間隔よりも中性子の減速効果が大きくなる。すなわち、Ｄ格子炉心に燃料集合体を装荷した場合、間隔の広いところに近い燃料棒と間隔の狭いところに近い燃料棒の出力が異なることになる。すなわち、上述した局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい。したがって、最大線出力密度が大きくなる傾向にある。そのため、前述した燃料濃縮度分布や可燃性吸収材の濃度分布を細かく設ける必要が生じ、燃料集合体の設計自由度が小さくなっていた。
【０００９】
そこで、その後、いわゆるＣ格子と称される構造が提唱された。このＣ格子炉心では、制御棒側のギャップ間隔と制御棒がない側のギャップ間隔とが等しくなっている。これにより、Ｄ格子炉心よりも設計自由度を大きくすることができる。これによって、比較的容易に、エネルギー効率上最適な構造とすることができる。概略的には、例えば、燃料の取り出し燃焼度（単位重量の燃料から取り出すことができるエネルギー）を、Ｄ格子炉心よりも数％大きくすることができる。このように、燃料の経済性においてＣ格子炉心の方がＤ格子炉心よりも優れている。
【００１０】
このように、近年、燃料経済性の優れたＣ格子炉心が提唱された。しかし、そのときには既にＤ格子炉心が数多く稼働していた。そこで、それらＤ格子炉心を改良し、燃料経済性を向上するための試みが提唱されている。
【００１１】
そのような従来技術の一例として、特許２７９１１３２号公報がある。この公知技術は、Ｄ格子炉心用燃料集合体に関するものである。すなわち、９×９正方格子状配列において、燃料棒ピッチを小さくしている。そして、最外周燃料棒とチャンネルボックスとの距離を、制御棒側のほうを制御棒がない側よりも小さくしている。これにより、Ｄ格子炉心に配置したときに、制御棒側と制御棒がない側との燃料集合体間ギャップ間隔の差を小さくしている。したがって、その分、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。またこのとき、制御棒及び制御棒駆動機構については、従来のＤ格子炉心のものをそのまま用いることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知技術では、以下の課題が存在する。すなわち、燃料棒ピッチを小さくすることから、燃料棒間に冷却水が流れにくくなる。これにより、冷却水による除熱性能が低下し、同一の線出力密度でも、熱的余裕がより確保しにくくなる。すなわち、従来のＤ格子炉心用燃料集合体よりも、熱的余裕が小さくなる。
また、正方格子状に配列された燃料棒及び水ロッドは、その軸方向複数箇所を燃料スペーサで束ねられ、燃料バンドルを形成している。燃料スペーサには、燃料棒や水ロッドの間隔を所定値に保持するための保持部材（例えば、円筒部材等）が備えられている。ここで、燃料棒ピッチが変わると、それら保持部材の配置ピッチも変えなくてはならない。したがって、既存の燃料スペーサを用いることができなくなる。すなわち、新たな燃料スペーサを用意する必要がある。
【００１３】
本発明の目的は、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成でき、かつ、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるＤ格子炉心用の燃料集合体、及びその燃料集合体を用いた原子炉の炉心、並びにその燃料集合体に備えられるチャンネルボックスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。Ｄ格子炉心では、燃料集合体を配置したときに、制御棒側（すなわちチャンネルファスナー側）のギャップ間隔が制御棒がない側（すなわち反チャンネルファスナー側）のギャップ間隔より広くなっている。これにより、間隔の広いチャンネルファスナー側のほうが間隔の狭い反チャンネルファスナー側よりも連続した水領域が大きくなる。したがって、チャンネルファスナー側のほうが反チャンネルファスナー側より中性子の減速効果が大きくなる。これにより、チャンネルファスナー側の燃料棒の出力が相対的に大きくなり、局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい傾向となる。そこで、本発明においては、偏心保持手段（下部プレートの燃料棒下端部及び水ロッド下端部の挿入孔、燃料スペーサの複数のタブ及びチャンネルファスナーのガイドポスト挿入孔）で、燃料バンドルの軸心位置をチャンネルファスナー側に偏心させる。すなわち、上述した広いチャンネルファスナー側のギャップを狭くなる方向に、狭い反チャンネルファスナー側のギャップを広くする方向に変える。これにより、これら２つのギャップの広さの差を緩和し、連続した水領域の差を緩和することができる。したがって、チャンネルファスナー側と反チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を小さくし、局所出力ピーキングを低減することができる。すなわち、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。
また、本発明においては、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≧２−３／２［ｍｍ］だけ偏心させる。すなわち、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には０．２５［ｍｍ］以上移動することになる。これにより、偏心させない場合よりも、局所出力ピーキングを少なくとも１［％］以上減少させることができる。したがって、炉心特性を確実にＣ格子炉心に近づけ、燃料経済性を向上することができる。）
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］とする。
ｎ＝９の場合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒９本の両端の距離は、１１．０×９＋３×（９−１） １２３［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。なぜなら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要があるからである。また、熱的余裕の観点からも同様の間隙が必要とされている。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファスナー側に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には移動可能な実際上の最大値は、７［ｍｍ］となる。本発明においては、これに応じて、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≦７×２−１／２［ｍｍ］だけ偏心させる。これにより、正方格子状配列の行方向（又は列方向）への移動距離を７．０［ｍｍ］以下とする構成を実現している。
【００１６】
（３）さらに上記（１）において、好ましくは、前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００１７】
（４）上記（３）において、好ましくは、７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００１９】
（５）さらに上記目的を達成するために、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００２１】
（６）上記（５）において、好ましくは、７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］とする。
ｎ＝１０の場合、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１） １２３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅は、上記文献に記載のように、約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。本発明においては、これに応じて、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≦７×２−１／２［ｍｍ］だけ偏心させる。これにより、正方格子状配列の行方向（又は列方向）への移動距離を７［ｍｍ］以下とする構成を実現している。
【００２２】
（７）さらに上記（６）において、好ましくは、前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００２３】
（８）上記（７）において、好ましくは、７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００２９】
（９）さらに上記目的を達成するために、本発明は、９行９列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００３０】
（１０）また上記（９）において、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する。
【００３１】
（１１）さらに上記目的を達成するために、本発明は、１０行１０列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００３２】
（１２）また上記（１１）において、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する。
【００３４】
（１３）また上記目的を達成するために、本発明は、横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したものとする。
（１４）更に上記目的を達成するために、本発明は、横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したものとする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図１６により説明する。
図２は、水平横断面図であり、本実施形態による沸騰水型原子炉の炉心の部分概略配置（１／４対称）を示している。図３は、その部分拡大図である。これら図２及び図３において、原子炉圧力容器（図示せず）内に燃料集合体１が多数配置され、炉心２を構成している。炉心２においては、隣接して正方形配置をなす４個の燃料集合体１間に制御棒３が挿入される。この炉心２はいわゆるＤ格子炉心となっている。すなわち、燃料集合体１相互間の間隔が、制御棒３側のほうが反制御棒３側よりも大きくなっている。図３には、隣接して正方形配置をなす４個の燃料集合体の一例として、燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを示している。制御棒３は、横断面略十字形の翼を備えている。燃料集合体１Ａ〜１Ｄは、構造はそれぞれ全く同一である。但し、その配置される向きのみが異なっている。すなわち、制御棒３の十字形軸心を中心に点対称配置となっている。そして、制御棒３は、各燃料集合体１の横断面正方形形状の２辺に近接するように挿入される。
【００３６】
図１は、図３の部分拡大図であり、燃料集合体１Ａの詳細構造を示している。図４は、縦断面図であり、図１に示した燃料集合体１Ａの詳細構造を示している。これら図１及び図４において、燃料集合体１Ａは、多数の燃料棒４及び２本の水ロッド５（但し図４では図示省略）からなる燃料バンドル６と、燃料スペーサ８と、上部タイプレート９と、下部タイプレート１０と、チャンネルボックス１１とを備えている。
【００３７】
燃料バンドル６は、図１に示すように９行９列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、全体として図１中左上方向（後述のチャンネルファスナー方向、制御棒３方向）に偏心している。その配列の軸心位置（軸方向中心位置、以下同様）ｉは、チャンネルボックス１１の軸心位置ｊ（＝上部タイプレート９の軸心位置及び下部タイプレート１０の軸心位置）よりもチャンネルファスナー側（＝制御棒３側）に偏心している。その偏心量Ｙは、図１中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている（図１参照）。このように偏心させて保持する偏心保持手段として機能するのは、チャンネルファスナー１４の挿入孔１４ａ、下部タイプレート１０の燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃ、燃料スペーサ８のタブ８ｂ1，８ｂ2である。これらについては、後に順次詳述する。
【００３８】
燃料棒４は、それぞれ燃料ペレットを封入している。この燃料ペレットは、核分裂性物質としてのウランを焼結して構成されている。各燃料棒４の外径ｄはｄ＝１１．２［ｍｍ］となっている。また燃料棒４の配列ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］となっている。燃料棒４は、全部で７４本あり、９行９列の正方格子状に配列されている。これら７４本の燃料棒は、通常の燃料棒４ａと、部分長燃料棒４ｂ（但し図４には図示せず）とを含んでいる。部分長燃料棒４ｂは、通常の燃料棒４ａよりも、燃料有効長が短くなっている。燃料棒４ａは、特に図示や詳細な説明を行わないが、複数種類が存在している。そして、各種類ごとに、ペレットに含まれるウランの濃縮度分布が互いに異なっている。各種類の燃料棒４ａ及び燃料棒４ｂの配置を適宜工夫することにより、局所出力ピーキングの平坦化が図られている。また、各種類ごとに適宜軸方向の濃縮度分布を設けている。これにより、軸方向出力ピーキングの平坦化も図っている。これらの構成は、この種の燃料集合体として公知のものと同様である。
【００３９】
水ロッド５は、燃料集合体１Ａの略中央部に配置されている。このとき、水ロッド５は、３行３列格子の７本の燃料棒４を置き換えるように配置されている。またこの水ロッド５は、特に詳細な図示を行わないが、冷却材流路を形成する公知の構造の中空管である。そして、燃料集合体１Ａ略中央部の熱中性子束を平坦化する。
【００４０】
上部タイプレート９は、燃料バンドル６の上端部を支持する。この上部タイプレート９の制御棒３側及び反制御棒３側には、ガイドポスト９ａ，９ｂが一体に形成されている。上部タイプレート９は、ガイドポスト９ａを介して、上部格子板１２（後述の図５参照）によって横方向の動きが拘束支持される。上部格子板１２は、沸騰水型原子炉の炉心シュラウド（図示せず）上部に固定されているものである。図５は、上面図であり、燃料集合体１Ａ上部のその上部格子板１２による支持構造を示している。なお、構造の明確化のために、制御棒３を挟んだ４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄ（図３参照）の支持構造を示している。
【００４１】
上部格子板１２は、炉心に配置されている燃料集合体１及び制御棒３の位置に対応した格子構造となっている。すなわち、図５に示すように、上部格子板１２は、４体の燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを囲む大きさの格子１３を多数個備えている。格子１３の下方には、それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄが設けられている。それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄの間には、１つの制御棒３が位置している。
【００４２】
各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのガイドポスト９ａの先端は、チャンネルファスナー１４に設けた挿入孔１４ａに挿入されている。そして、図示しない固定具（例えばボルト）によってチャンネルファスナー１４に固定されている。このとき、チャンネルファスナー１４の挿入孔１４ａは、従来の９行９列燃料集合体のそれよりもコーナー側にややずれた位置に形成されている。これにより、前述したように、燃料バンドル６の軸心位置ｉを、上部タイプレートの軸心位置（＝チャンネルボックスの軸心位置）ｊよりも制御棒３側に偏心させている。またチャンネルファスナー１４は、チャンネルボックス１１に接続されている。これによって、チャンネルボックス１１とそれに囲まれる燃料バンドル６とを固定する。
【００４３】
またチャンネルファスナー１４は、隣接する燃料集合体１のチャンネルボックス１１どうしの間隔を一定に保ち、制御棒３の挿入空間を確保する。なお、反制御棒３側のガイドポスト９ｂは、制御棒３側のガイドポスト９ａとの重量バランスをとるためのダミーとなっている。なお、チャンネルファスナー１４とチャンネルボックス１１との間には、チャンネルファスナー１４の過度の変形を防止するためのガード１５が設けられている。
【００４４】
一方、各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのチャンネルボックス１１のチャンネルファスナー１４のない側の側面は、上部格子板１２によって支持されている（図５参照）。すなわち、チャンネルファスナー１４の弾性力によって、上部格子板１２に向かって単に押圧されることにより支持されている。
【００４５】
図４に戻り、下部タイプレート１０は、燃料バンドル６の下端部を支持する。図６は、上面図であり、下部タイプレート１０の詳細構造を示している。この図６及び図４において、下部タイプレート１０は、その上面１０ａに、燃料棒挿入孔１０ｂと、水ロッド挿入孔１０ｃと、冷却材導入孔１０ｄ，１０ｅ，１０ｆとを備えている。
【００４６】
燃料棒挿入孔１０ｂは、７４個設けられている。そして、それぞれ燃料棒４の下端部が挿入され支持される。水ロッド挿入孔１０ｃは、２個設けられている。そして、それぞれ水ロッド５の下端部が挿入され支持される。これら燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃは、図１に示した燃料バンドル６の配列（すなわち燃料棒４及び水ロッド５の配列）に対応する位置に設けられている。すなわち、これら燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃも、９行９列の正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、全体として図６中左上方向（チャンネルファスナー１４方向、制御棒３方向）に偏心している。その配列の軸心位置（この場合水ロッド挿入孔１０ｃ，１０ｃ間の冷却材導入孔１０ｆoの中心位置）ｉは、下部タイプレート１０の軸心位置ｊから図６中左上方向に偏心している。その偏心量Ｙは、前述したように、図６中左上方向に２-1/2［ｍｍ］（＝図６中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］）となっている。
【００４７】
図１及び図４に戻り、チャンネルボックス１１は、燃料バンドル６の周囲を取り囲み燃料集合体１Ａの外壁を形成する。その内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【００４８】
燃料スペーサ８は、燃料バンドル６の軸方向複数箇所に設けられている。そして、各箇所おいて、燃料棒４及び水ロッド５を束ねて一定間隔に保持し、燃料バンドル６を形成する。したがって、燃料スペーサ８の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉに等しい。この燃料スペーサ８は、バンド８ａと、このバンド８ａの外周部に外側に突出して設けられた複数（この場合８個）のタブ８ｂとを備えている。また燃料スペーサ８は、バンド８ａの内側に、公知の円筒部材（煩雑を避けるために図３及び図１では図示省略）及びばね部材（同）を備えている。円筒部材は、燃料棒４の数に対応した数が設けられている。この円筒部材は、燃料棒４をそれぞれ１つ挿通する。そして、円筒部材に設けられたばね部材が、燃料棒４を円筒部材の反対側に向かって押圧する。これにより、燃料棒４は横方向の動きを拘束され支持される。
【００４９】
図７は、側面図及びＡ−Ａ断面による断面図であり、正方形形状の四辺のうちの一辺に係わる、バンド８ａ及びタブ８ｂの詳細構造を示すものである。バンド８ａは、均一肉厚の帯状の部材で正方形形状の四辺を形成するようにしたものである。タブ８ｂは、例えばバンド８ａからの押し出し加工により形成されている。その突出高さはＸとなっている。
【００５０】
そして、合計８箇所設けられるタブ８ｂのうち、正方形形状の対角線ｋ（図１参照）を境に制御棒３側には４つのタブ８ｂ1が設けられている。また、反制御棒３側には、４つのタブ８ｂ2が設けられている。このとき、タブ８ｂ2の突出高さＸ2と、タブ８ｂ1の突出高さＸ1とは、異なっている。それらの差Ｘ2−Ｘ1は、１［ｍｍ］となっている。これにより、上述した、燃料バンドル６の軸心位置ｉがチャンネルボックス１１の軸心位置ｊより制御棒３側にＹ＝２-1/2［ｍｍ］（＝図１中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］）だけ偏心した構造を保持可能としている。このことを図１及び図８を用いて説明する。
【００５１】
図１において、前述したようにバンド８ａの肉厚ｔはすべて均一である。また前述したように、燃料スペーサ８の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉと同一である。これにより、正方格子状配列最外周の燃料棒４とバンド８ａとの距離ｕも全周で同一である。ここで、タブ８ｂ2，８ｂ1の先端と正方格子状配列最外周の燃料棒４との距離をそれぞれＬ2，Ｌ1とする。
Ｘ2＝Ｌ2−（ｔ＋ｕ）
Ｘ1＝Ｌ1−（ｔ＋ｕ）
したがって、タブ８ｂ2，８ｂ1の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1は、
Ｘ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1
となる。
【００５２】
ところで、偏心しない従来構造では、それらＬ2，Ｌ1はそれぞれＬであったとする（図８（ａ）参照）。そして、燃料バンドル６が偏心して軸心位置ｉとなったとき、図１中左方向変位量及び上方向変位量をそれぞれＨとする。すると、
Ｙ＝Ｈ×２1/2 よって Ｈ＝Ｙ×２-1/2
Ｌ1＝Ｌ−Ｈ
Ｌ2＝Ｌ＋Ｈ
したがって、図８（ｂ）において、タブ８ｂ2，８ｂ1と正方格子状配列最外周の燃料棒４との距離の差Ｌ2−Ｌ1は、
Ｌ2−Ｌ1＝２Ｈ
＝Ｙ×２1/2
となる。
上述したようにＸ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1であるから、
Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ×２1/2 … （式１）
となる。
これにより、Ｘ2−Ｘ1を１［ｍｍ］とすることで、Ｙ＝２-1/2［ｍｍ］に設定することができる。
【００５３】
次に、本実施形態の作用を以下順次説明する。
【００５４】
（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減
Ｄ格子炉心である炉心２は、燃料集合体１を配置したとき、制御棒３側（すなわちチャンネルファスナー１４側）のギャップ間隔が反制御棒３側（すなわち反チャンネルファスナー１４側）のギャップ間隔より広い。これにより、間隔の広いチャンネルファスナー１４側のほうが間隔の狭い反チャンネルファスナー１４側よりも連続した水領域が大きくなる。したがって、チャンネルファスナー１４側のほうが反チャンネルファスナー１４側より中性子の減速効果が大きくなる。これにより、チャンネルファスナー１４側の燃料棒４の出力が相対的に大きくなり、局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい傾向となる。
【００５５】
そこで、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいては、チャンネルボックス１１はそのままで、燃料バンドル６の軸心位置ｉをチャンネルファスナー１４側に偏心させる。すなわち、上述した広いチャンネルファスナー１４側のギャップを狭くなる方向に、狭い反チャンネルファスナー１４側のギャップを広くする方向に変える。これにより、これら２つのギャップの広さの差を緩和し、連続した水領域の差を緩和することができる。したがって、チャンネルファスナー１４側と反チャンネルファスナー１４側との燃料棒の出力の差を小さくし、局所出力ピーキングを低減することができる。すなわち、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。したがって、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成することができる。また、局所出力ピーキングを低減できるので、燃料棒４の出力の最大値も小さくできる。例えば、局所出力ピーキングが５％小さくなると、燃料棒４の最大線出力も５％減少する。これにより、燃料集合体１Ａの一体から取り出せる出力の限界（限界出力）を大きくすることができる。したがって、炉心２の出力を同じとすれば燃料集合体１Ａの熱的余裕を増加させることができる。また、熱的余裕を同等とすれば、炉心２の出力を大きくすることができる。
【００５６】
なお、以上をさらに具体的に検討すると、以下のようになる。
通常運転中、燃料集合体１の中の水（水ロッド５内は除く）は、気体の蒸気と液体の水との気液混合状態である。このときの蒸気の体積割合は、燃料集合体１内平均で約４０％である。一方、各燃料集合体１間のギャップは基本的に液体の水のみである。すなわち、蒸気の体積割合は０％である。この両者の条件で、中性子の減速に主として寄与する水中の水素原子の体積密度を計算してみる（沸騰水型原子炉の通常運転時の７０気圧で計算）。すると、燃料集合体１間ギャップ（蒸気の体積割合０％）での値を１とすると、燃料集合体１内（蒸気の体積割合４０％）では約０．６となる。したがって、以下の２つは、中性子の減速効果からみるとほぼ同等の効果があることになる。例えば、図１中左方向（又は上方向）にＨ＝１［ｍｍ］だけ偏心させることと、燃料集合体間間隔を０．６ｍｍ小さくすることである。
【００５７】
また、限界出力に関し、以下のことが懸念されなくもない。すなわち、偏心方向と反対側において、チャンネルボックス１１の内側と最外周燃料棒４との間隔が大きくなる。これにより、この部分に水が多く流れ、燃料棒４の冷却に直接寄与する水が減る可能性がないとは言えない。しかしながらこの場合、数ｍｍ程度の間隔であれば、その部分の面積は、燃料集合体１Ａ内の水の総流路面積と比べて十分小さい。また、一般に、限界出力と局所出力ピーキングとはほぼ１対１に対応する。ところが、限界出力と冷却に寄与する水の流量とは、１対１には対応しない。したがって、水の量が５％減っても限界出力は２〜３％程度しか変わらない。これにより、実際上、偏心によって限界出力が減少することはないと考えられる。
【００５８】
さらに、上記の水の流れの不均一性を解消したい場合、以下の方策が考えられる。すなわち、偏心により広くなったチャンネルボックス１１と最外周燃料棒４との間の流路を狭める工夫をすればよい。その方法の１つは、広い流路に面するチャンネルボックス１１の内側にタブをたくさん設けることである。また、広い流路に面する燃料スペーサ８のバンド８ａの下端か上端に別途タブを設けてもよい。但しこのとき、そのタブはタブ８ｂ1，ｂ2の高さ以下とする必要がある。さらに、チャンネルボックス１１の広い流路に面する部分の肉厚を大きくしてもよい。また、広い流路に別途構造材を設けてもよい。これらにより、その広い流路に水を流れにくくすることができる。
【００５９】
（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保
本願発明者等は、数値解析を行い、偏心量Ｙと局所出力ピーキング低減効果との関係を検討し、図９に示す結果を得た。図９は、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいて偏心量Ｙを種々変化させたときの局所出力ピーキングの変化を示したものである。縦軸には、局所出力ピーキング値をとっている。これは、偏心量Ｙ＝０（燃料バンドル６の軸心位置ｉとチャンネルボックス１１の軸心位置ｊとが一致）のときからの低減率ｘ［％］で表している。横軸には、偏心量Ｙに直接相関する（Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ×２1/2、前述の式１参照）スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。
【００６０】
図９において、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくなると低減率ｘは急激に立ち上がり、Ｘ2−Ｘ1＝０．４［ｍｍ］でｘ＝１［％］となる。その後、Ｘ2−Ｘ1＝０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４［ｍｍ］では、ｘ＝５［％］となっている。
【００６１】
本願発明者等は、以上の結果から、局所出力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経済性を向上するためには、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが適当であると判断した。なお、これは、上記式１に対応させると、Ｙ≧２-3/2［ｍｍ］となる。
【００６２】
また本願発明者等は、上記結果を踏まえ、別の数値解析を行った。すなわち、偏心量Ｙと中性子無限増倍率（燃料集合体平均）の増加量との関係を検討し、図１０に示す結果を得た。中性子無限増倍率とは、核分裂によって発生した中性子がどの程度有効に次の核分裂に寄与するかの指標である。図１０は、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいて偏心量Ｙを種々変化させたときの中性子無限増倍率の増加率の変化を示したものである。縦軸には、中性子無限増倍率の増加率をとっており、偏心量Ｙ＝０のときからの増加率ｙ［％］で表している。横軸には、図９同様、スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。
【００６３】
図１０において、縦軸の値が大きいほど中性子無限増倍率が増加する。すなわち、中性子が有効に使用されることから、その分燃料を節約でき、燃料経済性が向上する。図１０では、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくなると増加率ｙは急激に立ち上がる。しかし、Ｘ2−Ｘ1 ０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４［ｍｍ］では、ｙ ０．２［％］となっている。ちなみに、無限増倍率が０．２％増加するということはＵ−２３５の濃縮度を約０．０３％減少できることに対応している。
この結果からも、燃料経済性を向上するためには、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが妥当であることが裏付けられた。
【００６４】
本実施形態においては、前述したように、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、またＹ＝２-1/2［ｍｍ］である。すなわち、上記した範囲内である。これにより、局所出力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経済性を向上することができる。
【００６５】
但し、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
９行９列正方格子状配列の燃料集合体の場合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒９本の両端の距離は、１１．０×９＋３×（９−１） １２３［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"や、「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）記載のように約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。なぜなら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要があるからである。また、熱的余裕の観点からも同様の間隙が必要とされている。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファスナー側に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には移動可能な実際上の最大値は、７［ｍｍ］となる。
本実施形態においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【００６６】
（３）熱的余裕の低下防止
本実施形態においては、前述した特許２７９１１３２号公報と異なり、燃料バンドル６ごと偏心させる。すなわち、燃料棒ピッチは変化させない。これにより、従来のＤ格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなることはない。このことを図１１により説明する。
【００６７】
本願発明者等は、数値解析を行い、燃料棒ピッチと燃料集合体限界出力との関係を検討した。図１１はその結果を示したものである。すなわち、通常のＤ格子炉心用の燃料集合体において、燃料棒ピッチを種々変化させたときの限界出力の変化を示している。図１１では、横軸に燃料棒ピッチをとり、縦軸に限界出力をとって表している。また、９行９列配置の従来のＤ格子用燃料集合体における燃料棒ピッチは、上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に開示されているように、１４．４［ｍｍ］である。その値（現行値）は、横軸の右端に相当する。
【００６８】
図１１に示すように、燃料棒ピッチと限界出力とは単調増加の関係にある。すなわち、現行の燃料棒ピッチからピッチを小さくするほど、限界出力も単調に減少する。これにより、上記公知技術のように燃料棒ピッチを減少させると、限界出力も減少することがわかる。したがって、上記公知例の構成では、局所出力ピーキングは改善しても、限界出力の低下によって熱的余裕は低下する。したがって、熱的余裕の低下を防止するためには、燃料棒ピッチを従来のＤ格子用燃料集合体とほぼ同等にしなければならない。
【００６９】
なお、前述したように、従来のＤ格子用燃料集合体での燃料棒ピッチは１４．４［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１４．１５［ｍｍ］〜１４．６５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
【００７０】
これに対して、本実施形態においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、上記公知例のような熱的余裕の低下を防止できる。
【００７１】
（４）既存の燃料スペーサ利用可能
また、燃料スペーサには、通常、保持部材（例えば、円筒部材等）が備えられている。これによって、燃料棒や水ロッドの間隔を所定値に保持している。上記公知例のように燃料棒ピッチが変わると、それら保持部材の配置ピッチも変えなくてはならない。したがって、既存の燃料スペーサを用いることができなくなる。すなわち、新たな燃料スペーサを用意する必要がある。
【００７２】
これに対して、本実施形態では、燃料棒ピッチを変えることはない。すなわち、燃料スペーサ８は、従来のものをそのまま利用できる。
【００７３】
（５）炉停止余裕確保作用
一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体では、チャンネルボックスの大きさを小さくすると、炉停止余裕が小さくなることが知られている。例えば、特許２７９１１３２号公報の第６図に、このことが開示されている。すなわち、この図において、チャンネルボックスを小さくしてワイドウォータギャップ幅に対しナローウォータギャップ幅を大きくするほど、出力運転時冷温時反応度差が小さくなっている。これは、以下の理由による。
【００７４】
炉停止余裕に対し最も大きな影響があるのは、水が連続的に存在する領域の広さである。特に、燃料集合体間ギャップは、水が広い領域にわたって連続して存在している。燃料集合体間ギャップの水領域の広さを規定するのは、チャンネルボックスである。すなわち、チャンネルボックスの大きさを大きくすれば、その分、燃料集合体間ギャップの水が減少する。これにより、炉停止余裕が小さくなる。
【００７５】
したがって、従来とほぼ同等の炉停止余裕を確保するためには、チャンネルボックスの大きさを従来と同等にすればよい。
【００７６】
ここで、従来のＤ格子用燃料集合体におけるチャンネルボックスは、例えば前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」や"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法が約１３４［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１３３．５［ｍｍ］〜１３４．５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
【００７７】
本実施形態においては、上述したように、チャンネルボックス１１の内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、従来のＤ格子用燃料集合体と同等の炉停止余裕を確保できる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態の燃料集合体１Ａによれば、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できる。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できる。
【００７９】
なお、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形が可能である。それら変形例を以下順次説明する。
【００８０】
▲１▼燃料スペーサのタブを溶接で固定する構造
図１２は、断面図であり、この変形例による燃料スペーサ８の要部構造を示している。図１と同様、円筒部材及びばね部材の図示を省略している。この図１２において、突出高さの大きなタブ８ｂ2及び突出高さの小さなタブ８ｂ1ともに、バンド８ａに対して溶接で固定している。この場合、上記実施形態のようにバンド８ａを押し出し加工する必要がなくなる。これにより、上記実施形態よりも設計自由度が大きくなる。
なお、タブ８ｂ2のみを溶接固定とし、タブ８ｂ1は上記実施形態と同様に押し出し加工としてもよい。この場合、加工費が少なくなるという利点がある。
▲２▼チャンネルボックスにもタブを設ける構造
図１３は、断面図であり、この変形例による燃料スペーサ８の要部構造と、チャンネルボックス１１の横断面構造を示している。上記図１２と同様、円筒部材及びばね部材の図示を省略している。この図１３に示すように、燃料スペーサ８にはすべて比較的小さな突出高さの同一のタブ８ｂ1を設けている。そして、チャンネルボックス１１の内周面のうちそれらタブ８ｂ1に対応する位置に、内側に突出した内タブ１１ａ1及び内タブ１１ａ2を設けている。このとき、横断面形状正方形の対角線ｍを境に一方側（図１３中右側、すなわち反制御棒側）には、突出高さＺ2が大きい内タブ１１ａ2を配置している。逆に、対角線ｍを境に他方側（図１３中左側、すなわ反制御棒側）には、突出高さＺ1が小さい内タブ１１ａ1を配置している。なおこの場合、これらタブ１１ａ1，１１ａ2も前述した偏心保持手段として機能する。
チャンネルボックス１１の肉厚は通常、燃料スペーサ８のバンド８ａの肉厚よりも大きい。したがって、この場合の設計自由度は、上記実施形態よりも大きくなる。
【００８１】
なお、突出高さＺが小さい内タブ１１ａ1を省略し、内タブ１１ａ2のみを設けてもよい。その方が加工費は少なくなる。
【００８２】
また、この変形例の考え方をさらに進めて、燃料スペーサ８側にはタブを全く設けないことも考えられる。すなわち、チャンネルボックス１１の内タブ１１ａ1，１１ａ2のみとする構造である。
【００８３】
さらに、図１４に示すように、燃料スペーサ８にも、小さな突出高さのタブ８ｂ1と大きな突出高さのタブ８ｂ2とを配置してもよい。この場合、燃料バンドルの偏心量を大きくとる場合に特に好適である。
【００８４】
▲３▼角型水ロッドを備えた構造への適用
上記実施形態では、９行９列正方格子状配列中に２本の水ロッド５が配置された構造に本発明を適用した。しかし、これに限られず、図１５に示すような、９行９列正方格子状配列中に１本の角型水ロッド５Ａが配置された構造に本発明を適用してもよい。この場合も、同様の効果を得る。
【００８５】
さらに、図１６に示すような、角型水ロッド５Ａがオフセット配置された構造にも適用できる。
【００８６】
▲４▼１０×１０配列への適用
上記実施形態では、本発明を、９行９列正方格子状配列の燃料集合体に適用した場合であった。しかし、これに限られず、１０行１０列正方格子状配列の燃料集合体に適用しても良い。
【００８７】
図１７は、この変形例による燃料集合体２０１の水平横断面図である。上記実施形態の図１にほぼ相当している。上記実施形態の燃料集合体１の各部材と対応する部材は、適宜説明を省略する。またそれらには、上記実施形態の燃料集合体１の各部材の参照番号に２００を加えた参照番号を付している。
【００８８】
図１７において、燃料バンドル２０６は、１０行１０列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図１７中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置は、チャンネルボックス２１１の軸心位置よりも制御棒２０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１７中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１７中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている。
【００８９】
燃料棒２０４は、全部で９２本ある。各燃料棒２０４の外径ｄは、ｄ＝１０．０５［ｍｍ］となっている。また燃料棒２０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１２．９［ｍｍ］となっている。なお、これら燃料棒２０４の中に、適宜、図１の燃料棒４ｂと同様の部分長燃料棒を配置しても良い。水ロッド２０５は、燃料集合体２０１の略中央部に２本が配置されている。このとき、各水ロッド２０５は、２行２列格子の４本の燃料棒２０４を置き換えるように配置されている。チャンネルボックス２１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【００９０】
燃料スペーサ２０８の軸心位置は燃料バンドル２０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ２０８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド２０８ａとタブ２０８ｂとを備えている。制御棒２０３側には４つのタブ２０８ｂ1が配置され、反制御棒２０３側には４つのタブ８ｂ2が配置される。このとき、図１同様、タブ２０８ｂ2の突出高さＸ2とタブ２０８ｂ1の突出高さＸ1との差Ｘ2−Ｘ1は１［ｍｍ］となっている。
【００９１】
その他の構造は、上記実施形態の燃料集合体１とほぼ同様である。
【００９２】
上記より明らかなように、本変形例においても、上記実施形態で説明した（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減、（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保、（３）熱的余裕の低下防止、（４）既存の燃料スペーサ利用可能、（５）炉停止余裕確保作用、の各作用を奏する。なお、これらのうち（３）に関し、従来の１０行１０列正方格子状配列の燃料棒ピッチと本変形例の燃料棒ピッチとの関係について、以下に詳述する。
【００９３】
燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、上記実施形態において前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）に記載されている。すなわち、８行８列正方格子状配列及び９行９列正方格子状配列ともに約１３４［ｍｍ］である。また、１０行１０列正方格子状配列でも、前述した"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法Ｗは約１３４［ｍｍ］である。
一方、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離ｇは、上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に記載のように、８行８列でも９行９列でも同じである。すなわち、８行８列では燃料棒ピッチが１６．３［ｍｍ］で燃料棒直径が１２．３［ｍｍ］であることから、求める距離ｇは、
ｇ＝（１３４−１６．３×７−１２．３）／２
＝３．８５［ｍｍ］
９行９列では、燃料棒ピッチが１４．４［ｍｍ］で燃料棒直径が１１．２［ｍｍ］であることから、求める距離ｇは、
ｇ＝（１３４．１−１４．４×８−１１．２）／２
＝３．８５［ｍｍ］
となって等しい。したがって、１０行１０列も同様にｇ＝３．８５［ｍｍ］となる。
一方、１０行１０列の場合、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、通常、燃料棒直径ｄはｄ＝１０．０５［ｍｍ］である。
上記した内幅Ｗ＝１３４［ｍｍ］、距離ｇ＝３．８５［ｍｍ］、直径ｄ＝１０．０５［ｍｍ］より、燃料棒ピッチｐを逆算すると、
ｐ＝（１３４−２×３．８５−１０．０５）／９ １２．９［ｍｍ］
となる。
このように、従来の１０行１０列配列の燃料集合体での燃料棒ピッチは１２．９［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１２．６５［ｍｍ］〜１３．１５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
本変形例においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１２．９［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕の低下を防止できる。
【００９４】
また、上記（２）に関し、この１０行１０列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１０行１０列の場合、通常、燃料棒直径ｄ １０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１） １２３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、前述したようにＷ １３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。
本変形例においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【００９５】
以上説明したように、本変形例によっても、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるという効果も得る。
【００９６】
なお、図１８に示すような、水ロッドとして角型水ロッド２０５Ａがオフセット配置された構造にも適用できることはいうまでもない。
【００９７】
▲５▼１１×１１配列への適用
さらに、本発明を、既に提唱されている１１行１１列正方格子状配列の燃料集合体に適用しても良い。
図１９は、この変形例による燃料集合体３０１の水平横断面図である。上記実施形態の図１にほぼ相当している。上記実施形態の燃料集合体１の各部材と対応する部材は、適宜説明を省略する。またそれらには、上記実施形態の燃料集合体１の各部材の参照番号に３００を加えた参照番号を付している。
【００９８】
図１９において、燃料バンドル３０６は、１１行１１列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図１９中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置は、チャンネルボックス３１１の軸心位置よりも制御棒３０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１９中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１９中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている。
【００９９】
燃料棒３０４は、全部で１１２本ある。各燃料棒３０４の外径ｄは、ｄ＝９．２［ｍｍ］となっている。これら燃料棒３０４の中に、適宜、図１の燃料棒４ｂと同様の部分長燃料棒を配置しても良い。また燃料棒３０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］となっている。水ロッド３０５は、角型であり、燃料集合体３０１の略中央部に１本が配置されている。このとき、水ロッド３０５は、３行３列格子の９本の燃料棒３０４を置き換えるように配置されている。チャンネルボックス３１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【０１００】
燃料スペーサ３０８の軸心位置は燃料バンドル３０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ３０８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド３０８ａとタブ３０８ｂとを備えている。このとき、図１同様、反制御棒３０３側のタブ２０８ｂ2の突出高さＸ2と、制御棒３０３側のタブ３０８ｂ1の突出高さＸ1との差が、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］となっている。
【０１０１】
その他の構造は、上記実施形態の燃料集合体１とほぼ同様である。
【０１０２】
本変形例においても、上記実施形態で説明した（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減、（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保、（３）熱的余裕の低下防止、（４）既存の燃料スペーサ利用可能、（５）炉停止余裕確保作用、の各作用を奏する。なお、これらのうち（３）に関し、従来の１１行１１列正方格子状配列の燃料棒ピッチと本変形例の燃料棒ピッチとの関係について、以下に詳述する。
【０１０３】
まず、従来の１０行１０列正方格子状配列の燃料集合体における燃料棒の本数は、上記実施形態において前述した"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、９１本である。すなわち、燃料有効長が通常の燃料棒（以下、全長燃料棒という）が８３本と部分長燃料棒が８本である。このとき、部分長燃料棒の燃料有効長の長さは特に明記されていない。しかし、従来の９行９列正方格子状配列（例えば上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に記載）と同様に通常燃料棒の約１５／２４とする。そうすると、これら９１本の燃料棒は、全長燃料棒換算で、
８３＋８×（１５／２４）＝８８本
となる。
【０１０４】
一方、既に提唱されている従来の１１行１１列正方格子状配列の燃料集合体で、本変形例のように燃料棒本数が１１２本である場合を想定する。そして、部分長燃料棒が占める割合を上記１０行１０列の場合と同じとする。すると、部分長燃料棒の本数は、
１１２×（８／９１） １０本
となる。すなわち、従来の１１行１１列配列の場合、全長燃料棒が１０２本と部分長燃料棒が１０本となる。部分長燃料棒の燃料有効長を上記と同様に全長燃料棒の１５／２４とすると、全長燃料棒換算では、
１０２＋１０×（１５／２４）＝１０８本
となる。
【０１０５】
ここで、従来の１１行１１列配列の燃料集合体において、燃料有効長の値は特に明示されていない。しかし、既存の沸騰水型原子炉の炉心高さは通常ある程度の範囲内に定まっている。したがって、燃料有効長は、１０行１０列配列の場合とほぼ同じであると考えられる。また、燃料インベントリについても、ほぼ同じであると考えられる。この燃料インベントリ同一という条件は、燃料有効長同一の前提のもとでは、
（燃料棒ペレット直径）×（全長燃料棒換算本数）＝（一定）
と表される。
１０行１０列における燃料棒ペレット直径は、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、通常、８．６７［ｍｍ］である。また全長燃料棒換算本数は上記したように８８本である。一方、１１行１１列における全長燃料棒換算本数は上記したように１０８本である。したがって、１１行１１列における燃料棒ペレット直径をＤとすると、
８．６７×８８＝Ｄ×１０８
これにより、Ｄ＝７．８３［ｍｍ］となる。
【０１０６】
一方、燃料棒直径ｄと燃料棒ペレット直径Ｄとの関係を考えてみる。９行９列正方格子状配列では、上記実施形態において前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）に記載のように、
となる。
１０行１０列正方格子状配列では、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、
となる。すなわち、ｎ行ｎ列のｎの値に関係なくほぼ一定値となる。したがって、１１行１１列の場合も０．８６とすると、前述のように燃料ペレット直径Ｄ＝７．８３［ｍｍ］であることから、燃料棒直径ｄは、
となる。
【０１０７】
また、上記▲４▼で前述したように、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、ｎ行ｎ列のｎの値に関係なくＷ １３４［ｍｍ］である。
【０１０８】
以上により、１１行１１列正方格子状配列における燃料棒ピッチｐを求めると、
となる。
【０１０９】
このように、従来の１１行１１列配列の燃料集合体での燃料棒ピッチは１１．７［ｍｍ］となる。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１１．４５［ｍｍ］〜１１．９５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
本変形例においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕の低下を防止できる。
【０１１０】
また、上記（２）に関し、この１１行１１列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１１行１１列の場合、通常、燃料棒直径ｄ ９．２［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．０［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、９．２×１１＋２．０×（１１−１） １２１．２［ｍｍ］となる。チャンネルボックスの内幅Ｗは、前述したようにＷ １３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２１．２＝１２．８［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１２．８−２×２＝８．８［ｍｍ］である。
本変形例においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【０１１１】
以上説明したように、本変形例によっても、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるという効果も得る。
【０１１２】
なお、図２０に示すような、角型水ロッド３０５Ａがオフセット配置した構造にも適用できることはいうまでもない。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンネルファスナー側と反チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を小さくし、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。したがって、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成することができる。また、燃料バンドルごと偏心させるので、燃料棒ピッチは変化しない。これにより、従来のＤ格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなることはない。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料集合体の詳細構造を表す拡大水平断面図である。
【図２】図１に示した燃料集合体が配置される沸騰水型原子炉の炉心の部分概略配置（１／４対称）を示す水平横断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図１に示した燃料集合体の詳細構造を示す縦断面図である。
【図５】燃料集合体上部の上部格子板による支持構造を示す上面図である。
【図６】下部タイプレートの詳細構造を示す上面図である。
【図７】正方形形状の四辺のうちの一辺に係わるバンド及びタブの詳細構造を示す側面図及びＡ−Ａ断面による断面図である。
【図８】偏心量を確保する原理を説明する図である。
【図９】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化させたときの局所出力ピーキングの変化を示す図である。
【図１０】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化させたときの中性子無限増倍率の増加率の変化を示した図である。
【図１１】燃料棒ピッチと燃料集合体限界出力との関係を検討した結果を示す図である。
【図１２】燃料スペーサのタブを溶接で固定する変形例の要部構造を示す図である。
【図１３】チャンネルボックスにもタブを設ける変形例による燃料スペーサの要部構造と、チャンネルボックスの横断面構造を示す図である。
【図１４】図１３の構造に対し、さらに燃料スペーサにも小さな突出高さのタブと大きな突出高さのタブを追加配置した例を示す図である。
【図１５】９行９列正方格子状配列中に１本の角型水ロッドが配置された構造を示す図である。
【図１６】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【図１７】１０×１０配列に適用した変形例による燃料集合体の水平横断面図である。
【図１８】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【図１９】１１×１１配列に適用した変形例による燃料集合体の水平横断面図である。
【図２０】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料集合体
１Ａ〜Ｄ 燃料集合体
２ 炉心
３ 制御棒
４ 燃料棒
５ 水ロッド
６ 燃料バンドル
８ 燃料スペーサ
８ａ バンド
８ｂ1，ｂ2 タブ（偏心保持手段）
９ 上部タイプレート
９ａ ガイドポスト
１０ 下部タイプレート
１０ｂ 燃料棒挿入孔（偏心保持手段）
１０ｃ 水ロッド挿入孔（偏心保持手段）
１１ チャンネルボックス
１１ａ1，ａ2 タブ（偏心保持手段）
１４ チャンネルファスナー
１４ａ 挿入孔（偏心保持手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体に係わる。特に、いわゆるＤ格子タイプの炉心に用いられる燃料集合体、及びその燃料集合体を用いた原子炉の炉心、並びにその燃料集合体に備えられるチャンネルボックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体は、複数の燃料棒と、少なくとも１本の水ロッドとを備えている。各燃料棒には、核分裂性物質が充填されている。これら燃料棒は、ｎ行ｎ列（例えばｎ＝８，９，…）の正方格子状に配列されている。それら正方格子状配列の外周は、チャンネルボックスで取り囲まれている。炉心は、このような燃料集合体を所定間隔で多数配置して構成されている。さらに炉心は、その出力調整を行うための制御棒を備えている。この制御棒は、燃料集合体間のギャップに挿入される。
【０００３】
炉心における燃料集合体間のギャップ構造に関しては、いわゆるＤ格子と称される構造が従来より用いられてきた。このＤ格子炉心では、制御棒側のギャップ間隔が制御棒がない側のギャップ間隔より広くなっている。
【０００４】
ところで、沸騰水型原子炉では、冷却材として炉心中の水を用いている。この冷却水が、核分裂で発生する熱を除熱する。この冷却水はまた、中性子の減速材としての役割も果たしている。燃料棒の核分裂性物質は、主に、減速された中性子（熱中性子）と反応して核分裂を起こす。したがって、中性子の減速は、沸騰水型原子炉では重要な役割を果たす。この中性子の減速作用は、一般に、水が広い領域にわたって連続的に存在しているところで大きい。したがって、燃料集合体間にある水は、中性子の減速に大きな役割を果たしている。
【０００５】
一方、原子炉の炉心に関する重要な量として、線出力密度がある。原子炉の設計に関しては最大線出力密度が問題となる。これは原子炉内でもっとも大きい線出力密度のことである。この最大線出力密度が過大となると、当該燃料棒中心温度が過度に上昇する。この場合、燃料棒ペレットと被覆管の熱的健全性が確保できなくなる可能性がある。したがって、原子炉の安全上の観点から、最大線出力密度には所定の制限値が定められている。すなわち、最大線出力密度は、なるべく小さい方が好ましい。上記所定の制限値に対し熱的に余裕のある状態となるからである。
【０００６】
なお、上記「燃料集合体出力」に関する重要な量として、燃料集合体限界出力がある。上述したように、沸騰水型原子炉の炉心においては、冷却材として水を用いている。すなわち、燃料集合体下部から流入した水は、燃料棒近傍を流れる間に沸騰し、燃料集合体上部から流出する。このときの沸騰の程度は、炉心への入口である燃料集合体下部では小さい。一方、炉心からの出口である燃料集合体上部では大きい。すなわち、燃料集合体の上部では蒸気の割合が大きくなり、流動様式が環状噴霧流となり、燃料棒表面は液膜で覆われた状態になっていると考えられる。燃料集合体の出力を大きくしていくとどこかの燃料棒表面の液膜が最初に蒸発等によってなくなる。この、液膜がなくなるときの出力を限界出力という。限界出力は、燃料集合体の冷却材流量等によって変化する。原子炉は全ての燃料集合体が限界出力以下であることを常にチェックしながら運転されている。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、通常、燃料集合体の設計においては、燃料棒ペレットを複数種類用意して燃料濃縮度分布を適宜設ける。あるいは、燃料棒に添加する可燃性吸収材の濃度分布を適宜設ける。これらにより、「燃料集合体の軸方向相対出力ピーキング」や、燃料集合体内の燃料棒の相対出力ピーキングである「局所出力ピーキング」を小さくして、限界出力特性等を改善し、原子炉の安全余裕の向上及び経済性の向上を図っている。
【０００８】
ここで、Ｄ格子炉心では、前述したようにギャップ間隔の相違が存在する。そして、通常運転中は大半の制御棒が引き抜かれているので、間隔の広いところの方が、間隔の狭いところより中性子の減速効果が大きくなる。これにより、制御棒が引き抜かれた状態では、制御棒側の広いギャップ間隔の方が反制御棒側の狭いギャップ間隔よりも中性子の減速効果が大きくなる。すなわち、Ｄ格子炉心に燃料集合体を装荷した場合、間隔の広いところに近い燃料棒と間隔の狭いところに近い燃料棒の出力が異なることになる。すなわち、上述した局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい。したがって、最大線出力密度が大きくなる傾向にある。そのため、前述した燃料濃縮度分布や可燃性吸収材の濃度分布を細かく設ける必要が生じ、燃料集合体の設計自由度が小さくなっていた。
【０００９】
そこで、その後、いわゆるＣ格子と称される構造が提唱された。このＣ格子炉心では、制御棒側のギャップ間隔と制御棒がない側のギャップ間隔とが等しくなっている。これにより、Ｄ格子炉心よりも設計自由度を大きくすることができる。これによって、比較的容易に、エネルギー効率上最適な構造とすることができる。概略的には、例えば、燃料の取り出し燃焼度（単位重量の燃料から取り出すことができるエネルギー）を、Ｄ格子炉心よりも数％大きくすることができる。このように、燃料の経済性においてＣ格子炉心の方がＤ格子炉心よりも優れている。
【００１０】
このように、近年、燃料経済性の優れたＣ格子炉心が提唱された。しかし、そのときには既にＤ格子炉心が数多く稼働していた。そこで、それらＤ格子炉心を改良し、燃料経済性を向上するための試みが提唱されている。
【００１１】
そのような従来技術の一例として、特許２７９１１３２号公報がある。この公知技術は、Ｄ格子炉心用燃料集合体に関するものである。すなわち、９×９正方格子状配列において、燃料棒ピッチを小さくしている。そして、最外周燃料棒とチャンネルボックスとの距離を、制御棒側のほうを制御棒がない側よりも小さくしている。これにより、Ｄ格子炉心に配置したときに、制御棒側と制御棒がない側との燃料集合体間ギャップ間隔の差を小さくしている。したがって、その分、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。またこのとき、制御棒及び制御棒駆動機構については、従来のＤ格子炉心のものをそのまま用いることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知技術では、以下の課題が存在する。すなわち、燃料棒ピッチを小さくすることから、燃料棒間に冷却水が流れにくくなる。これにより、冷却水による除熱性能が低下し、同一の線出力密度でも、熱的余裕がより確保しにくくなる。すなわち、従来のＤ格子炉心用燃料集合体よりも、熱的余裕が小さくなる。
また、正方格子状に配列された燃料棒及び水ロッドは、その軸方向複数箇所を燃料スペーサで束ねられ、燃料バンドルを形成している。燃料スペーサには、燃料棒や水ロッドの間隔を所定値に保持するための保持部材（例えば、円筒部材等）が備えられている。ここで、燃料棒ピッチが変わると、それら保持部材の配置ピッチも変えなくてはならない。したがって、既存の燃料スペーサを用いることができなくなる。すなわち、新たな燃料スペーサを用意する必要がある。
【００１３】
本発明の目的は、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成でき、かつ、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるＤ格子炉心用の燃料集合体、及びその燃料集合体を用いた原子炉の炉心、並びにその燃料集合体に備えられるチャンネルボックスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。Ｄ格子炉心では、燃料集合体を配置したときに、制御棒側（すなわちチャンネルファスナー側）のギャップ間隔が制御棒がない側（すなわち反チャンネルファスナー側）のギャップ間隔より広くなっている。これにより、間隔の広いチャンネルファスナー側のほうが間隔の狭い反チャンネルファスナー側よりも連続した水領域が大きくなる。したがって、チャンネルファスナー側のほうが反チャンネルファスナー側より中性子の減速効果が大きくなる。これにより、チャンネルファスナー側の燃料棒の出力が相対的に大きくなり、局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい傾向となる。そこで、本発明においては、偏心保持手段（下部プレートの燃料棒下端部及び水ロッド下端部の挿入孔、燃料スペーサの複数のタブ及びチャンネルファスナーのガイドポスト挿入孔）で、燃料バンドルの軸心位置をチャンネルファスナー側に偏心させる。すなわち、上述した広いチャンネルファスナー側のギャップを狭くなる方向に、狭い反チャンネルファスナー側のギャップを広くする方向に変える。これにより、これら２つのギャップの広さの差を緩和し、連続した水領域の差を緩和することができる。したがって、チャンネルファスナー側と反チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を小さくし、局所出力ピーキングを低減することができる。すなわち、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。
また、本発明においては、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≧２−３／２［ｍｍ］だけ偏心させる。すなわち、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には０．２５［ｍｍ］以上移動することになる。これにより、偏心させない場合よりも、局所出力ピーキングを少なくとも１［％］以上減少させることができる。したがって、炉心特性を確実にＣ格子炉心に近づけ、燃料経済性を向上することができる。）
【００１５】
（２）上記（１）において、好ましくは、７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］とする。
ｎ＝９の場合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒９本の両端の距離は、１１．０×９＋３×（９−１） １２３［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。なぜなら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要があるからである。また、熱的余裕の観点からも同様の間隙が必要とされている。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファスナー側に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には移動可能な実際上の最大値は、７［ｍｍ］となる。本発明においては、これに応じて、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≦７×２−１／２［ｍｍ］だけ偏心させる。これにより、正方格子状配列の行方向（又は列方向）への移動距離を７．０［ｍｍ］以下とする構成を実現している。
【００１６】
（３）さらに上記（１）において、好ましくは、前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００１７】
（４）上記（３）において、好ましくは、７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００１９】
（５）さらに上記目的を達成するために、本発明は、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００２１】
（６）上記（５）において、好ましくは、７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］とする。
ｎ＝１０の場合、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１） １２３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅は、上記文献に記載のように、約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。本発明においては、これに応じて、軸心位置をチャンネルファスナー側にＹ≦７×２−１／２［ｍｍ］だけ偏心させる。これにより、正方格子状配列の行方向（又は列方向）への移動距離を７［ｍｍ］以下とする構成を実現している。
【００２２】
（７）さらに上記（６）において、好ましくは、前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００２３】
（８）上記（７）において、好ましくは、７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］となるように構成されている。
【００２９】
（９）さらに上記目的を達成するために、本発明は、９行９列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００３０】
（１０）また上記（９）において、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する。
【００３１】
（１１）さらに上記目的を達成するために、本発明は、１０行１０列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］、前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えるものとする。
【００３２】
（１２）また上記（１１）において、好ましくは、前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持する。
【００３４】
（１３）また上記目的を達成するために、本発明は、横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したものとする。
（１４）更に上記目的を達成するために、本発明は、横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したものとする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜図１６により説明する。
図２は、水平横断面図であり、本実施形態による沸騰水型原子炉の炉心の部分概略配置（１／４対称）を示している。図３は、その部分拡大図である。これら図２及び図３において、原子炉圧力容器（図示せず）内に燃料集合体１が多数配置され、炉心２を構成している。炉心２においては、隣接して正方形配置をなす４個の燃料集合体１間に制御棒３が挿入される。この炉心２はいわゆるＤ格子炉心となっている。すなわち、燃料集合体１相互間の間隔が、制御棒３側のほうが反制御棒３側よりも大きくなっている。図３には、隣接して正方形配置をなす４個の燃料集合体の一例として、燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを示している。制御棒３は、横断面略十字形の翼を備えている。燃料集合体１Ａ〜１Ｄは、構造はそれぞれ全く同一である。但し、その配置される向きのみが異なっている。すなわち、制御棒３の十字形軸心を中心に点対称配置となっている。そして、制御棒３は、各燃料集合体１の横断面正方形形状の２辺に近接するように挿入される。
【００３６】
図１は、図３の部分拡大図であり、燃料集合体１Ａの詳細構造を示している。図４は、縦断面図であり、図１に示した燃料集合体１Ａの詳細構造を示している。これら図１及び図４において、燃料集合体１Ａは、多数の燃料棒４及び２本の水ロッド５（但し図４では図示省略）からなる燃料バンドル６と、燃料スペーサ８と、上部タイプレート９と、下部タイプレート１０と、チャンネルボックス１１とを備えている。
【００３７】
燃料バンドル６は、図１に示すように９行９列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、全体として図１中左上方向（後述のチャンネルファスナー方向、制御棒３方向）に偏心している。その配列の軸心位置（軸方向中心位置、以下同様）ｉは、チャンネルボックス１１の軸心位置ｊ（＝上部タイプレート９の軸心位置及び下部タイプレート１０の軸心位置）よりもチャンネルファスナー側（＝制御棒３側）に偏心している。その偏心量Ｙは、図１中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている（図１参照）。このように偏心させて保持する偏心保持手段として機能するのは、チャンネルファスナー１４の挿入孔１４ａ、下部タイプレート１０の燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃ、燃料スペーサ８のタブ８ｂ1，８ｂ2である。これらについては、後に順次詳述する。
【００３８】
燃料棒４は、それぞれ燃料ペレットを封入している。この燃料ペレットは、核分裂性物質としてのウランを焼結して構成されている。各燃料棒４の外径ｄはｄ＝１１．２［ｍｍ］となっている。また燃料棒４の配列ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］となっている。燃料棒４は、全部で７４本あり、９行９列の正方格子状に配列されている。これら７４本の燃料棒は、通常の燃料棒４ａと、部分長燃料棒４ｂ（但し図４には図示せず）とを含んでいる。部分長燃料棒４ｂは、通常の燃料棒４ａよりも、燃料有効長が短くなっている。燃料棒４ａは、特に図示や詳細な説明を行わないが、複数種類が存在している。そして、各種類ごとに、ペレットに含まれるウランの濃縮度分布が互いに異なっている。各種類の燃料棒４ａ及び燃料棒４ｂの配置を適宜工夫することにより、局所出力ピーキングの平坦化が図られている。また、各種類ごとに適宜軸方向の濃縮度分布を設けている。これにより、軸方向出力ピーキングの平坦化も図っている。これらの構成は、この種の燃料集合体として公知のものと同様である。
【００３９】
水ロッド５は、燃料集合体１Ａの略中央部に配置されている。このとき、水ロッド５は、３行３列格子の７本の燃料棒４を置き換えるように配置されている。またこの水ロッド５は、特に詳細な図示を行わないが、冷却材流路を形成する公知の構造の中空管である。そして、燃料集合体１Ａ略中央部の熱中性子束を平坦化する。
【００４０】
上部タイプレート９は、燃料バンドル６の上端部を支持する。この上部タイプレート９の制御棒３側及び反制御棒３側には、ガイドポスト９ａ，９ｂが一体に形成されている。上部タイプレート９は、ガイドポスト９ａを介して、上部格子板１２（後述の図５参照）によって横方向の動きが拘束支持される。上部格子板１２は、沸騰水型原子炉の炉心シュラウド（図示せず）上部に固定されているものである。図５は、上面図であり、燃料集合体１Ａ上部のその上部格子板１２による支持構造を示している。なお、構造の明確化のために、制御棒３を挟んだ４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄ（図３参照）の支持構造を示している。
【００４１】
上部格子板１２は、炉心に配置されている燃料集合体１及び制御棒３の位置に対応した格子構造となっている。すなわち、図５に示すように、上部格子板１２は、４体の燃料集合体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを囲む大きさの格子１３を多数個備えている。格子１３の下方には、それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄが設けられている。それら４体の燃料集合体１Ａ〜１Ｄの間には、１つの制御棒３が位置している。
【００４２】
各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのガイドポスト９ａの先端は、チャンネルファスナー１４に設けた挿入孔１４ａに挿入されている。そして、図示しない固定具（例えばボルト）によってチャンネルファスナー１４に固定されている。このとき、チャンネルファスナー１４の挿入孔１４ａは、従来の９行９列燃料集合体のそれよりもコーナー側にややずれた位置に形成されている。これにより、前述したように、燃料バンドル６の軸心位置ｉを、上部タイプレートの軸心位置（＝チャンネルボックスの軸心位置）ｊよりも制御棒３側に偏心させている。またチャンネルファスナー１４は、チャンネルボックス１１に接続されている。これによって、チャンネルボックス１１とそれに囲まれる燃料バンドル６とを固定する。
【００４３】
またチャンネルファスナー１４は、隣接する燃料集合体１のチャンネルボックス１１どうしの間隔を一定に保ち、制御棒３の挿入空間を確保する。なお、反制御棒３側のガイドポスト９ｂは、制御棒３側のガイドポスト９ａとの重量バランスをとるためのダミーとなっている。なお、チャンネルファスナー１４とチャンネルボックス１１との間には、チャンネルファスナー１４の過度の変形を防止するためのガード１５が設けられている。
【００４４】
一方、各燃料集合体１Ａ〜１Ｄのチャンネルボックス１１のチャンネルファスナー１４のない側の側面は、上部格子板１２によって支持されている（図５参照）。すなわち、チャンネルファスナー１４の弾性力によって、上部格子板１２に向かって単に押圧されることにより支持されている。
【００４５】
図４に戻り、下部タイプレート１０は、燃料バンドル６の下端部を支持する。図６は、上面図であり、下部タイプレート１０の詳細構造を示している。この図６及び図４において、下部タイプレート１０は、その上面１０ａに、燃料棒挿入孔１０ｂと、水ロッド挿入孔１０ｃと、冷却材導入孔１０ｄ，１０ｅ，１０ｆとを備えている。
【００４６】
燃料棒挿入孔１０ｂは、７４個設けられている。そして、それぞれ燃料棒４の下端部が挿入され支持される。水ロッド挿入孔１０ｃは、２個設けられている。そして、それぞれ水ロッド５の下端部が挿入され支持される。これら燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃは、図１に示した燃料バンドル６の配列（すなわち燃料棒４及び水ロッド５の配列）に対応する位置に設けられている。すなわち、これら燃料棒挿入孔１０ｂ及び水ロッド挿入孔１０ｃも、９行９列の正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、全体として図６中左上方向（チャンネルファスナー１４方向、制御棒３方向）に偏心している。その配列の軸心位置（この場合水ロッド挿入孔１０ｃ，１０ｃ間の冷却材導入孔１０ｆoの中心位置）ｉは、下部タイプレート１０の軸心位置ｊから図６中左上方向に偏心している。その偏心量Ｙは、前述したように、図６中左上方向に２-1/2［ｍｍ］（＝図６中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］）となっている。
【００４７】
図１及び図４に戻り、チャンネルボックス１１は、燃料バンドル６の周囲を取り囲み燃料集合体１Ａの外壁を形成する。その内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【００４８】
燃料スペーサ８は、燃料バンドル６の軸方向複数箇所に設けられている。そして、各箇所おいて、燃料棒４及び水ロッド５を束ねて一定間隔に保持し、燃料バンドル６を形成する。したがって、燃料スペーサ８の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉに等しい。この燃料スペーサ８は、バンド８ａと、このバンド８ａの外周部に外側に突出して設けられた複数（この場合８個）のタブ８ｂとを備えている。また燃料スペーサ８は、バンド８ａの内側に、公知の円筒部材（煩雑を避けるために図３及び図１では図示省略）及びばね部材（同）を備えている。円筒部材は、燃料棒４の数に対応した数が設けられている。この円筒部材は、燃料棒４をそれぞれ１つ挿通する。そして、円筒部材に設けられたばね部材が、燃料棒４を円筒部材の反対側に向かって押圧する。これにより、燃料棒４は横方向の動きを拘束され支持される。
【００４９】
図７は、側面図及びＡ−Ａ断面による断面図であり、正方形形状の四辺のうちの一辺に係わる、バンド８ａ及びタブ８ｂの詳細構造を示すものである。バンド８ａは、均一肉厚の帯状の部材で正方形形状の四辺を形成するようにしたものである。タブ８ｂは、例えばバンド８ａからの押し出し加工により形成されている。その突出高さはＸとなっている。
【００５０】
そして、合計８箇所設けられるタブ８ｂのうち、正方形形状の対角線ｋ（図１参照）を境に制御棒３側には４つのタブ８ｂ1が設けられている。また、反制御棒３側には、４つのタブ８ｂ2が設けられている。このとき、タブ８ｂ2の突出高さＸ2と、タブ８ｂ1の突出高さＸ1とは、異なっている。それらの差Ｘ2−Ｘ1は、１［ｍｍ］となっている。これにより、上述した、燃料バンドル６の軸心位置ｉがチャンネルボックス１１の軸心位置ｊより制御棒３側にＹ＝２-1/2［ｍｍ］（＝図１中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］）だけ偏心した構造を保持可能としている。このことを図１及び図８を用いて説明する。
【００５１】
図１において、前述したようにバンド８ａの肉厚ｔはすべて均一である。また前述したように、燃料スペーサ８の軸心位置は燃料バンドル６の軸心位置ｉと同一である。これにより、正方格子状配列最外周の燃料棒４とバンド８ａとの距離ｕも全周で同一である。ここで、タブ８ｂ2，８ｂ1の先端と正方格子状配列最外周の燃料棒４との距離をそれぞれＬ2，Ｌ1とする。
Ｘ2＝Ｌ2−（ｔ＋ｕ）
Ｘ1＝Ｌ1−（ｔ＋ｕ）
したがって、タブ８ｂ2，８ｂ1の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1は、
Ｘ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1
となる。
【００５２】
ところで、偏心しない従来構造では、それらＬ2，Ｌ1はそれぞれＬであったとする（図８（ａ）参照）。そして、燃料バンドル６が偏心して軸心位置ｉとなったとき、図１中左方向変位量及び上方向変位量をそれぞれＨとする。すると、
Ｙ＝Ｈ×２1/2 よって Ｈ＝Ｙ×２-1/2
Ｌ1＝Ｌ−Ｈ
Ｌ2＝Ｌ＋Ｈ
したがって、図８（ｂ）において、タブ８ｂ2，８ｂ1と正方格子状配列最外周の燃料棒４との距離の差Ｌ2−Ｌ1は、
Ｌ2−Ｌ1＝２Ｈ
＝Ｙ×２1/2
となる。
上述したようにＸ2−Ｘ1＝Ｌ2−Ｌ1であるから、
Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ×２1/2 … （式１）
となる。
これにより、Ｘ2−Ｘ1を１［ｍｍ］とすることで、Ｙ＝２-1/2［ｍｍ］に設定することができる。
【００５３】
次に、本実施形態の作用を以下順次説明する。
【００５４】
（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減
Ｄ格子炉心である炉心２は、燃料集合体１を配置したとき、制御棒３側（すなわちチャンネルファスナー１４側）のギャップ間隔が反制御棒３側（すなわち反チャンネルファスナー１４側）のギャップ間隔より広い。これにより、間隔の広いチャンネルファスナー１４側のほうが間隔の狭い反チャンネルファスナー１４側よりも連続した水領域が大きくなる。したがって、チャンネルファスナー１４側のほうが反チャンネルファスナー１４側より中性子の減速効果が大きくなる。これにより、チャンネルファスナー１４側の燃料棒４の出力が相対的に大きくなり、局所出力ピーキングの値が比較的大きくなりやすい傾向となる。
【００５５】
そこで、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいては、チャンネルボックス１１はそのままで、燃料バンドル６の軸心位置ｉをチャンネルファスナー１４側に偏心させる。すなわち、上述した広いチャンネルファスナー１４側のギャップを狭くなる方向に、狭い反チャンネルファスナー１４側のギャップを広くする方向に変える。これにより、これら２つのギャップの広さの差を緩和し、連続した水領域の差を緩和することができる。したがって、チャンネルファスナー１４側と反チャンネルファスナー１４側との燃料棒の出力の差を小さくし、局所出力ピーキングを低減することができる。すなわち、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。したがって、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成することができる。また、局所出力ピーキングを低減できるので、燃料棒４の出力の最大値も小さくできる。例えば、局所出力ピーキングが５％小さくなると、燃料棒４の最大線出力も５％減少する。これにより、燃料集合体１Ａの一体から取り出せる出力の限界（限界出力）を大きくすることができる。したがって、炉心２の出力を同じとすれば燃料集合体１Ａの熱的余裕を増加させることができる。また、熱的余裕を同等とすれば、炉心２の出力を大きくすることができる。
【００５６】
なお、以上をさらに具体的に検討すると、以下のようになる。
通常運転中、燃料集合体１の中の水（水ロッド５内は除く）は、気体の蒸気と液体の水との気液混合状態である。このときの蒸気の体積割合は、燃料集合体１内平均で約４０％である。一方、各燃料集合体１間のギャップは基本的に液体の水のみである。すなわち、蒸気の体積割合は０％である。この両者の条件で、中性子の減速に主として寄与する水中の水素原子の体積密度を計算してみる（沸騰水型原子炉の通常運転時の７０気圧で計算）。すると、燃料集合体１間ギャップ（蒸気の体積割合０％）での値を１とすると、燃料集合体１内（蒸気の体積割合４０％）では約０．６となる。したがって、以下の２つは、中性子の減速効果からみるとほぼ同等の効果があることになる。例えば、図１中左方向（又は上方向）にＨ＝１［ｍｍ］だけ偏心させることと、燃料集合体間間隔を０．６ｍｍ小さくすることである。
【００５７】
また、限界出力に関し、以下のことが懸念されなくもない。すなわち、偏心方向と反対側において、チャンネルボックス１１の内側と最外周燃料棒４との間隔が大きくなる。これにより、この部分に水が多く流れ、燃料棒４の冷却に直接寄与する水が減る可能性がないとは言えない。しかしながらこの場合、数ｍｍ程度の間隔であれば、その部分の面積は、燃料集合体１Ａ内の水の総流路面積と比べて十分小さい。また、一般に、限界出力と局所出力ピーキングとはほぼ１対１に対応する。ところが、限界出力と冷却に寄与する水の流量とは、１対１には対応しない。したがって、水の量が５％減っても限界出力は２〜３％程度しか変わらない。これにより、実際上、偏心によって限界出力が減少することはないと考えられる。
【００５８】
さらに、上記の水の流れの不均一性を解消したい場合、以下の方策が考えられる。すなわち、偏心により広くなったチャンネルボックス１１と最外周燃料棒４との間の流路を狭める工夫をすればよい。その方法の１つは、広い流路に面するチャンネルボックス１１の内側にタブをたくさん設けることである。また、広い流路に面する燃料スペーサ８のバンド８ａの下端か上端に別途タブを設けてもよい。但しこのとき、そのタブはタブ８ｂ1，ｂ2の高さ以下とする必要がある。さらに、チャンネルボックス１１の広い流路に面する部分の肉厚を大きくしてもよい。また、広い流路に別途構造材を設けてもよい。これらにより、その広い流路に水を流れにくくすることができる。
【００５９】
（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保
本願発明者等は、数値解析を行い、偏心量Ｙと局所出力ピーキング低減効果との関係を検討し、図９に示す結果を得た。図９は、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいて偏心量Ｙを種々変化させたときの局所出力ピーキングの変化を示したものである。縦軸には、局所出力ピーキング値をとっている。これは、偏心量Ｙ＝０（燃料バンドル６の軸心位置ｉとチャンネルボックス１１の軸心位置ｊとが一致）のときからの低減率ｘ［％］で表している。横軸には、偏心量Ｙに直接相関する（Ｘ2−Ｘ1＝Ｙ×２1/2、前述の式１参照）スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。
【００６０】
図９において、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくなると低減率ｘは急激に立ち上がり、Ｘ2−Ｘ1＝０．４［ｍｍ］でｘ＝１［％］となる。その後、Ｘ2−Ｘ1＝０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４［ｍｍ］では、ｘ＝５［％］となっている。
【００６１】
本願発明者等は、以上の結果から、局所出力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経済性を向上するためには、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが適当であると判断した。なお、これは、上記式１に対応させると、Ｙ≧２-3/2［ｍｍ］となる。
【００６２】
また本願発明者等は、上記結果を踏まえ、別の数値解析を行った。すなわち、偏心量Ｙと中性子無限増倍率（燃料集合体平均）の増加量との関係を検討し、図１０に示す結果を得た。中性子無限増倍率とは、核分裂によって発生した中性子がどの程度有効に次の核分裂に寄与するかの指標である。図１０は、本実施形態の燃料集合体１Ａにおいて偏心量Ｙを種々変化させたときの中性子無限増倍率の増加率の変化を示したものである。縦軸には、中性子無限増倍率の増加率をとっており、偏心量Ｙ＝０のときからの増加率ｙ［％］で表している。横軸には、図９同様、スペーサタブ８ｂ1，８ｂ2の突出高さの差Ｘ2−Ｘ1［ｍｍ］をとっている。
【００６３】
図１０において、縦軸の値が大きいほど中性子無限増倍率が増加する。すなわち、中性子が有効に使用されることから、その分燃料を節約でき、燃料経済性が向上する。図１０では、Ｘ2−Ｘ1が０より大きくなると増加率ｙは急激に立ち上がる。しかし、Ｘ2−Ｘ1 ０．５［ｍｍ］から増加の程度が鈍る。以降はＸ2−Ｘ1が大きくなるほど次第に横ばいに近づく。Ｘ2−Ｘ1＝４［ｍｍ］では、ｙ ０．２［％］となっている。ちなみに、無限増倍率が０．２％増加するということはＵ−２３５の濃縮度を約０．０３％減少できることに対応している。
この結果からも、燃料経済性を向上するためには、Ｘ2−Ｘ1≧０．５［ｍｍ］とするのが妥当であることが裏付けられた。
【００６４】
本実施形態においては、前述したように、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、またＹ＝２-1/2［ｍｍ］である。すなわち、上記した範囲内である。これにより、局所出力ピーキング低減効果を確実に得て、燃料経済性を向上することができる。
【００６５】
但し、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
９行９列正方格子状配列の燃料集合体の場合、若干の幅はあるが、例えば"nuclear engineering INTERNATIONAL" vol.43 No.530（September,1998;Wilmington Business Publication) p12-31に記載のように、通常、燃料棒直径は約１１．０［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は３［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒９本の両端の距離は、１１．０×９＋３×（９−１） １２３［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"や、「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）記載のように約１３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。なぜなら、燃料スペーサのバンドを挿入する必要があるからである。また、熱的余裕の観点からも同様の間隙が必要とされている。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。すなわち、チャンネルファスナー側に偏心させるとき、正方格子状配列の行方向（又は列方向）には移動可能な実際上の最大値は、７［ｍｍ］となる。
本実施形態においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【００６６】
（３）熱的余裕の低下防止
本実施形態においては、前述した特許２７９１１３２号公報と異なり、燃料バンドル６ごと偏心させる。すなわち、燃料棒ピッチは変化させない。これにより、従来のＤ格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなることはない。このことを図１１により説明する。
【００６７】
本願発明者等は、数値解析を行い、燃料棒ピッチと燃料集合体限界出力との関係を検討した。図１１はその結果を示したものである。すなわち、通常のＤ格子炉心用の燃料集合体において、燃料棒ピッチを種々変化させたときの限界出力の変化を示している。図１１では、横軸に燃料棒ピッチをとり、縦軸に限界出力をとって表している。また、９行９列配置の従来のＤ格子用燃料集合体における燃料棒ピッチは、上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に開示されているように、１４．４［ｍｍ］である。その値（現行値）は、横軸の右端に相当する。
【００６８】
図１１に示すように、燃料棒ピッチと限界出力とは単調増加の関係にある。すなわち、現行の燃料棒ピッチからピッチを小さくするほど、限界出力も単調に減少する。これにより、上記公知技術のように燃料棒ピッチを減少させると、限界出力も減少することがわかる。したがって、上記公知例の構成では、局所出力ピーキングは改善しても、限界出力の低下によって熱的余裕は低下する。したがって、熱的余裕の低下を防止するためには、燃料棒ピッチを従来のＤ格子用燃料集合体とほぼ同等にしなければならない。
【００６９】
なお、前述したように、従来のＤ格子用燃料集合体での燃料棒ピッチは１４．４［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１４．１５［ｍｍ］〜１４．６５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
【００７０】
これに対して、本実施形態においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１４．４［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、上記公知例のような熱的余裕の低下を防止できる。
【００７１】
（４）既存の燃料スペーサ利用可能
また、燃料スペーサには、通常、保持部材（例えば、円筒部材等）が備えられている。これによって、燃料棒や水ロッドの間隔を所定値に保持している。上記公知例のように燃料棒ピッチが変わると、それら保持部材の配置ピッチも変えなくてはならない。したがって、既存の燃料スペーサを用いることができなくなる。すなわち、新たな燃料スペーサを用意する必要がある。
【００７２】
これに対して、本実施形態では、燃料棒ピッチを変えることはない。すなわち、燃料スペーサ８は、従来のものをそのまま利用できる。
【００７３】
（５）炉停止余裕確保作用
一般に、沸騰水型原子炉の燃料集合体では、チャンネルボックスの大きさを小さくすると、炉停止余裕が小さくなることが知られている。例えば、特許２７９１１３２号公報の第６図に、このことが開示されている。すなわち、この図において、チャンネルボックスを小さくしてワイドウォータギャップ幅に対しナローウォータギャップ幅を大きくするほど、出力運転時冷温時反応度差が小さくなっている。これは、以下の理由による。
【００７４】
炉停止余裕に対し最も大きな影響があるのは、水が連続的に存在する領域の広さである。特に、燃料集合体間ギャップは、水が広い領域にわたって連続して存在している。燃料集合体間ギャップの水領域の広さを規定するのは、チャンネルボックスである。すなわち、チャンネルボックスの大きさを大きくすれば、その分、燃料集合体間ギャップの水が減少する。これにより、炉停止余裕が小さくなる。
【００７５】
したがって、従来とほぼ同等の炉停止余裕を確保するためには、チャンネルボックスの大きさを従来と同等にすればよい。
【００７６】
ここで、従来のＤ格子用燃料集合体におけるチャンネルボックスは、例えば前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」や"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法が約１３４［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１３３．５［ｍｍ］〜１３４．５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
【００７７】
本実施形態においては、上述したように、チャンネルボックス１１の内幅Ｗは、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、従来のＤ格子用燃料集合体と同等の炉停止余裕を確保できる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態の燃料集合体１Ａによれば、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できる。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できる。
【００７９】
なお、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形が可能である。それら変形例を以下順次説明する。
【００８０】
▲１▼燃料スペーサのタブを溶接で固定する構造
図１２は、断面図であり、この変形例による燃料スペーサ８の要部構造を示している。図１と同様、円筒部材及びばね部材の図示を省略している。この図１２において、突出高さの大きなタブ８ｂ2及び突出高さの小さなタブ８ｂ1ともに、バンド８ａに対して溶接で固定している。この場合、上記実施形態のようにバンド８ａを押し出し加工する必要がなくなる。これにより、上記実施形態よりも設計自由度が大きくなる。
なお、タブ８ｂ2のみを溶接固定とし、タブ８ｂ1は上記実施形態と同様に押し出し加工としてもよい。この場合、加工費が少なくなるという利点がある。
▲２▼チャンネルボックスにもタブを設ける構造
図１３は、断面図であり、この変形例による燃料スペーサ８の要部構造と、チャンネルボックス１１の横断面構造を示している。上記図１２と同様、円筒部材及びばね部材の図示を省略している。この図１３に示すように、燃料スペーサ８にはすべて比較的小さな突出高さの同一のタブ８ｂ1を設けている。そして、チャンネルボックス１１の内周面のうちそれらタブ８ｂ1に対応する位置に、内側に突出した内タブ１１ａ1及び内タブ１１ａ2を設けている。このとき、横断面形状正方形の対角線ｍを境に一方側（図１３中右側、すなわち反制御棒側）には、突出高さＺ2が大きい内タブ１１ａ2を配置している。逆に、対角線ｍを境に他方側（図１３中左側、すなわ反制御棒側）には、突出高さＺ1が小さい内タブ１１ａ1を配置している。なおこの場合、これらタブ１１ａ1，１１ａ2も前述した偏心保持手段として機能する。
チャンネルボックス１１の肉厚は通常、燃料スペーサ８のバンド８ａの肉厚よりも大きい。したがって、この場合の設計自由度は、上記実施形態よりも大きくなる。
【００８１】
なお、突出高さＺが小さい内タブ１１ａ1を省略し、内タブ１１ａ2のみを設けてもよい。その方が加工費は少なくなる。
【００８２】
また、この変形例の考え方をさらに進めて、燃料スペーサ８側にはタブを全く設けないことも考えられる。すなわち、チャンネルボックス１１の内タブ１１ａ1，１１ａ2のみとする構造である。
【００８３】
さらに、図１４に示すように、燃料スペーサ８にも、小さな突出高さのタブ８ｂ1と大きな突出高さのタブ８ｂ2とを配置してもよい。この場合、燃料バンドルの偏心量を大きくとる場合に特に好適である。
【００８４】
▲３▼角型水ロッドを備えた構造への適用
上記実施形態では、９行９列正方格子状配列中に２本の水ロッド５が配置された構造に本発明を適用した。しかし、これに限られず、図１５に示すような、９行９列正方格子状配列中に１本の角型水ロッド５Ａが配置された構造に本発明を適用してもよい。この場合も、同様の効果を得る。
【００８５】
さらに、図１６に示すような、角型水ロッド５Ａがオフセット配置された構造にも適用できる。
【００８６】
▲４▼１０×１０配列への適用
上記実施形態では、本発明を、９行９列正方格子状配列の燃料集合体に適用した場合であった。しかし、これに限られず、１０行１０列正方格子状配列の燃料集合体に適用しても良い。
【００８７】
図１７は、この変形例による燃料集合体２０１の水平横断面図である。上記実施形態の図１にほぼ相当している。上記実施形態の燃料集合体１の各部材と対応する部材は、適宜説明を省略する。またそれらには、上記実施形態の燃料集合体１の各部材の参照番号に２００を加えた参照番号を付している。
【００８８】
図１７において、燃料バンドル２０６は、１０行１０列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図１７中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置は、チャンネルボックス２１１の軸心位置よりも制御棒２０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１７中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１７中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている。
【００８９】
燃料棒２０４は、全部で９２本ある。各燃料棒２０４の外径ｄは、ｄ＝１０．０５［ｍｍ］となっている。また燃料棒２０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１２．９［ｍｍ］となっている。なお、これら燃料棒２０４の中に、適宜、図１の燃料棒４ｂと同様の部分長燃料棒を配置しても良い。水ロッド２０５は、燃料集合体２０１の略中央部に２本が配置されている。このとき、各水ロッド２０５は、２行２列格子の４本の燃料棒２０４を置き換えるように配置されている。チャンネルボックス２１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【００９０】
燃料スペーサ２０８の軸心位置は燃料バンドル２０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ２０８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド２０８ａとタブ２０８ｂとを備えている。制御棒２０３側には４つのタブ２０８ｂ1が配置され、反制御棒２０３側には４つのタブ８ｂ2が配置される。このとき、図１同様、タブ２０８ｂ2の突出高さＸ2とタブ２０８ｂ1の突出高さＸ1との差Ｘ2−Ｘ1は１［ｍｍ］となっている。
【００９１】
その他の構造は、上記実施形態の燃料集合体１とほぼ同様である。
【００９２】
上記より明らかなように、本変形例においても、上記実施形態で説明した（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減、（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保、（３）熱的余裕の低下防止、（４）既存の燃料スペーサ利用可能、（５）炉停止余裕確保作用、の各作用を奏する。なお、これらのうち（３）に関し、従来の１０行１０列正方格子状配列の燃料棒ピッチと本変形例の燃料棒ピッチとの関係について、以下に詳述する。
【００９３】
燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、上記実施形態において前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）に記載されている。すなわち、８行８列正方格子状配列及び９行９列正方格子状配列ともに約１３４［ｍｍ］である。また、１０行１０列正方格子状配列でも、前述した"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、その内幅寸法Ｗは約１３４［ｍｍ］である。
一方、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離ｇは、上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に記載のように、８行８列でも９行９列でも同じである。すなわち、８行８列では燃料棒ピッチが１６．３［ｍｍ］で燃料棒直径が１２．３［ｍｍ］であることから、求める距離ｇは、
ｇ＝（１３４−１６．３×７−１２．３）／２
＝３．８５［ｍｍ］
９行９列では、燃料棒ピッチが１４．４［ｍｍ］で燃料棒直径が１１．２［ｍｍ］であることから、求める距離ｇは、
ｇ＝（１３４．１−１４．４×８−１１．２）／２
＝３．８５［ｍｍ］
となって等しい。したがって、１０行１０列も同様にｇ＝３．８５［ｍｍ］となる。
一方、１０行１０列の場合、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、通常、燃料棒直径ｄはｄ＝１０．０５［ｍｍ］である。
上記した内幅Ｗ＝１３４［ｍｍ］、距離ｇ＝３．８５［ｍｍ］、直径ｄ＝１０．０５［ｍｍ］より、燃料棒ピッチｐを逆算すると、
ｐ＝（１３４−２×３．８５−１０．０５）／９ １２．９［ｍｍ］
となる。
このように、従来の１０行１０列配列の燃料集合体での燃料棒ピッチは１２．９［ｍｍ］である。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１２．６５［ｍｍ］〜１３．１５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
本変形例においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１２．９［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕の低下を防止できる。
【００９４】
また、上記（２）に関し、この１０行１０列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１０行１０列の場合、通常、燃料棒直径ｄ １０．０５［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．５［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、１０．０５×１０＋２．５×（１０−１） １２３．０［ｍｍ］となる。ここで、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、前述したようにＷ １３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２３＝１１［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１１−２×２＝７［ｍｍ］である。
本変形例においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【００９５】
以上説明したように、本変形例によっても、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるという効果も得る。
【００９６】
なお、図１８に示すような、水ロッドとして角型水ロッド２０５Ａがオフセット配置された構造にも適用できることはいうまでもない。
【００９７】
▲５▼１１×１１配列への適用
さらに、本発明を、既に提唱されている１１行１１列正方格子状配列の燃料集合体に適用しても良い。
図１９は、この変形例による燃料集合体３０１の水平横断面図である。上記実施形態の図１にほぼ相当している。上記実施形態の燃料集合体１の各部材と対応する部材は、適宜説明を省略する。またそれらには、上記実施形態の燃料集合体１の各部材の参照番号に３００を加えた参照番号を付している。
【００９８】
図１９において、燃料バンドル３０６は、１１行１１列正方格子状に配列されている。そして、それら正方格子状配列の位置は、図１同様、全体として図１９中左上方向に偏心している。その配列の軸心位置は、チャンネルボックス３１１の軸心位置よりも制御棒３０３側に偏心している。その偏心量Ｙは、図１９中左上方向に２-1/2［ｍｍ］となっている。言い換えれば、図１９中左方向に０．５［ｍｍ］かつ上方向に０．５［ｍｍ］となっている。
【００９９】
燃料棒３０４は、全部で１１２本ある。各燃料棒３０４の外径ｄは、ｄ＝９．２［ｍｍ］となっている。これら燃料棒３０４の中に、適宜、図１の燃料棒４ｂと同様の部分長燃料棒を配置しても良い。また燃料棒３０４の配列ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］となっている。水ロッド３０５は、角型であり、燃料集合体３０１の略中央部に１本が配置されている。このとき、水ロッド３０５は、３行３列格子の９本の燃料棒３０４を置き換えるように配置されている。チャンネルボックス３１１の内幅Ｗは、図１と同様、Ｗ＝１３４．１［ｍｍ］となっている。
【０１００】
燃料スペーサ３０８の軸心位置は燃料バンドル３０６の軸心位置に等しい。この燃料スペーサ３０８は、図１の燃料スペーサ８同様、バンド３０８ａとタブ３０８ｂとを備えている。このとき、図１同様、反制御棒３０３側のタブ２０８ｂ2の突出高さＸ2と、制御棒３０３側のタブ３０８ｂ1の突出高さＸ1との差が、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］となっている。
【０１０１】
その他の構造は、上記実施形態の燃料集合体１とほぼ同様である。
【０１０２】
本変形例においても、上記実施形態で説明した（１）偏心構造による局所出力ピーキング低減、（２）偏心量設定による局所出力ピーキング低減の確保、（３）熱的余裕の低下防止、（４）既存の燃料スペーサ利用可能、（５）炉停止余裕確保作用、の各作用を奏する。なお、これらのうち（３）に関し、従来の１１行１１列正方格子状配列の燃料棒ピッチと本変形例の燃料棒ピッチとの関係について、以下に詳述する。
【０１０３】
まず、従来の１０行１０列正方格子状配列の燃料集合体における燃料棒の本数は、上記実施形態において前述した"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、９１本である。すなわち、燃料有効長が通常の燃料棒（以下、全長燃料棒という）が８３本と部分長燃料棒が８本である。このとき、部分長燃料棒の燃料有効長の長さは特に明記されていない。しかし、従来の９行９列正方格子状配列（例えば上記「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」に記載）と同様に通常燃料棒の約１５／２４とする。そうすると、これら９１本の燃料棒は、全長燃料棒換算で、
８３＋８×（１５／２４）＝８８本
となる。
【０１０４】
一方、既に提唱されている従来の１１行１１列正方格子状配列の燃料集合体で、本変形例のように燃料棒本数が１１２本である場合を想定する。そして、部分長燃料棒が占める割合を上記１０行１０列の場合と同じとする。すると、部分長燃料棒の本数は、
１１２×（８／９１） １０本
となる。すなわち、従来の１１行１１列配列の場合、全長燃料棒が１０２本と部分長燃料棒が１０本となる。部分長燃料棒の燃料有効長を上記と同様に全長燃料棒の１５／２４とすると、全長燃料棒換算では、
１０２＋１０×（１５／２４）＝１０８本
となる。
【０１０５】
ここで、従来の１１行１１列配列の燃料集合体において、燃料有効長の値は特に明示されていない。しかし、既存の沸騰水型原子炉の炉心高さは通常ある程度の範囲内に定まっている。したがって、燃料有効長は、１０行１０列配列の場合とほぼ同じであると考えられる。また、燃料インベントリについても、ほぼ同じであると考えられる。この燃料インベントリ同一という条件は、燃料有効長同一の前提のもとでは、
（燃料棒ペレット直径）×（全長燃料棒換算本数）＝（一定）
と表される。
１０行１０列における燃料棒ペレット直径は、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、通常、８．６７［ｍｍ］である。また全長燃料棒換算本数は上記したように８８本である。一方、１１行１１列における全長燃料棒換算本数は上記したように１０８本である。したがって、１１行１１列における燃料棒ペレット直径をＤとすると、
８．６７×８８＝Ｄ×１０８
これにより、Ｄ＝７．８３［ｍｍ］となる。
【０１０６】
一方、燃料棒直径ｄと燃料棒ペレット直径Ｄとの関係を考えてみる。９行９列正方格子状配列では、上記実施形態において前述した「沸騰水型原子力発電所 ９×９燃料について」（平成１０年２月、株式会社 日立製作所）に記載のように、
１０行１０列正方格子状配列では、上記"nuclear engineering INTERNATIONAL"に記載のように、
【０１０７】
また、上記▲４▼で前述したように、燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの内幅Ｗは、ｎ行ｎ列のｎの値に関係なくＷ １３４［ｍｍ］である。
【０１０８】
以上により、１１行１１列正方格子状配列における燃料棒ピッチｐを求めると、
【０１０９】
このように、従来の１１行１１列配列の燃料集合体での燃料棒ピッチは１１．７［ｍｍ］となる。しかしながら、本願発明者等は、製造誤差等を考慮し、その範囲を１１．４５［ｍｍ］〜１１．９５［ｍｍ］とすることが適当であると判断した。
本変形例においては、燃料棒ピッチｐは、ｐ＝１１．７［ｍｍ］である。すなわち、上記の範囲内である。したがって、熱的余裕の低下を防止できる。
【０１１０】
また、上記（２）に関し、この１１行１１列の場合も、９行９列の上記実施形態と同様、このＸ2−Ｘ1の値は、いくらでも大きくできるわけではなく、実際には上限値がある。これについて、以下説明する。
前述したように１１行１１列の場合、通常、燃料棒直径ｄ ９．２［ｍｍ］である。また、熱的余裕を確保するためには、隣接燃料棒どうしの間隔は２．０［ｍｍ］程度必要である。すると、燃料棒１０本の両端の距離は、９．２×１１＋２．０×（１１−１） １２１．２［ｍｍ］となる。チャンネルボックスの内幅Ｗは、前述したようにＷ １３４［ｍｍ］である。したがって、正方格子状配列最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間に残された距離は、両側を合わせて１３４−１２１．２＝１２．８［ｍｍ］が最大値となる。そして、最外周の燃料棒とチャンネルボックス内周面との間には、通常２［ｍｍ］以上の間隙が必要とされる。したがって、実際に、燃料バンドルを偏心させるために有効に利用できるのは、１２．８−２×２＝８．８［ｍｍ］である。
本変形例においては、Ｘ2−Ｘ1＝１［ｍｍ］であり、この範囲内となっていることはいうまでもない。
【０１１１】
以上説明したように、本変形例によっても、上記実施形態と同様、熱的余裕を小さくすることなくＣ格子炉心に近い燃料経済性を達成できるという効果を得る。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用できるという効果も得る。
【０１１２】
なお、図２０に示すような、角型水ロッド３０５Ａがオフセット配置した構造にも適用できることはいうまでもない。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンネルファスナー側と反チャンネルファスナー側との燃料棒の出力の差を小さくし、炉心特性をＣ格子炉心に近づけることができる。したがって、Ｃ格子炉心に近い燃料経済性を達成することができる。また、燃料バンドルごと偏心させるので、燃料棒ピッチは変化しない。これにより、従来のＤ格子炉心用燃料集合体に比べて熱的余裕が小さくなることはない。また、既存の燃料スペーサをそのまま利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料集合体の詳細構造を表す拡大水平断面図である。
【図２】図１に示した燃料集合体が配置される沸騰水型原子炉の炉心の部分概略配置（１／４対称）を示す水平横断面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図１に示した燃料集合体の詳細構造を示す縦断面図である。
【図５】燃料集合体上部の上部格子板による支持構造を示す上面図である。
【図６】下部タイプレートの詳細構造を示す上面図である。
【図７】正方形形状の四辺のうちの一辺に係わるバンド及びタブの詳細構造を示す側面図及びＡ−Ａ断面による断面図である。
【図８】偏心量を確保する原理を説明する図である。
【図９】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化させたときの局所出力ピーキングの変化を示す図である。
【図１０】図１の燃料集合体において偏心量を種々変化させたときの中性子無限増倍率の増加率の変化を示した図である。
【図１１】燃料棒ピッチと燃料集合体限界出力との関係を検討した結果を示す図である。
【図１２】燃料スペーサのタブを溶接で固定する変形例の要部構造を示す図である。
【図１３】チャンネルボックスにもタブを設ける変形例による燃料スペーサの要部構造と、チャンネルボックスの横断面構造を示す図である。
【図１４】図１３の構造に対し、さらに燃料スペーサにも小さな突出高さのタブと大きな突出高さのタブを追加配置した例を示す図である。
【図１５】９行９列正方格子状配列中に１本の角型水ロッドが配置された構造を示す図である。
【図１６】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【図１７】１０×１０配列に適用した変形例による燃料集合体の水平横断面図である。
【図１８】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【図１９】１１×１１配列に適用した変形例による燃料集合体の水平横断面図である。
【図２０】角型水ロッドがオフセット配置された構造を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料集合体
１Ａ〜Ｄ 燃料集合体
２ 炉心
３ 制御棒
４ 燃料棒
５ 水ロッド
６ 燃料バンドル
８ 燃料スペーサ
８ａ バンド
８ｂ1，ｂ2 タブ（偏心保持手段）
９ 上部タイプレート
９ａ ガイドポスト
１０ 下部タイプレート
１０ｂ 燃料棒挿入孔（偏心保持手段）
１０ｃ 水ロッド挿入孔（偏心保持手段）
１１ チャンネルボックス
１１ａ1，ａ2 タブ（偏心保持手段）
１４ チャンネルファスナー
１４ａ 挿入孔（偏心保持手段）
Claims (14)
- ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、
ｎ＝９であり、
前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、
前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、
かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、
Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えることを特徴とする燃料集合体。 - 請求項１記載の燃料集合体において、
７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
としたことを特徴とする燃料集合体。 - 請求項１記載の燃料集合体において、
前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、
前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、
Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］
となるように構成されていることを特徴とする燃料集合体。 - 請求項３記載の燃料集合体において、
７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］
となるように構成されていることを特徴とする燃料集合体。 - ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒と、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッドと、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレートと、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサと、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストとを備えた燃料集合体において、
ｎ＝１０であり、
前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、
前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、
かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を設け、
Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えることを特徴とする燃料集合体。 - 請求項５記載の燃料集合体において、
７×２−１／２［ｍｍ］≧Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
としたことを特徴とする燃料集合体。 - 請求項６記載の燃料集合体において、
前記偏心保持手段としての複数のタブは、前記燃料スペーサの外周部に設けられた複数のタブであり、
前記複数のタブのうち前記チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記複数のタブのうち反チャンネルファスナー側に位置するタブの先端と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、
Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］
となるように構成されていることを特徴とする燃料集合体。 - 請求項７記載の燃料集合体において、
７．０［ｍｍ］≧Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］
となるように構成されていることを特徴とする燃料集合体。 - ９行９列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、
前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、
かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、
Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えることを特徴とする原子炉の炉心。 - 請求項９記載の原子炉の炉心において、
前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持することを特徴とする原子炉の炉心。 - １０行１０列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒、該燃料棒が１本以上配列可能な領域に配置された少なくとも１本の水ロッド、これら燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルの下端を支持する下部タイプレート、前記燃料バンドルの軸方向複数箇所を保持する燃料スペーサ、前記燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックス、及びチャンネルファスナーを固定するために設けられるガイドポストをそれぞれ備えた複数の燃料集合体と、前記燃料集合体の間に挿入される少なくとも１つの制御棒とを備え、前記複数の燃料集合体相互間の間隔を前記制御棒側のほうが反制御棒側よりも大きくなるようにした原子炉の炉心において、
前記複数の燃料集合体のうち少なくとも１つは、前記複数本の燃料棒のピッチが１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下であり、前記チャンネルボックスの内幅が、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記下部タイプレートの軸心位置は、前記燃料棒及び水ロッドからなる燃料バンドルを取り囲むチャンネルボックスの軸心位置と一致しており、
かつ、前記燃料バンドルの軸心位置を、前記チャンネルボックスの位置はそのままにして前記下部タイプレートの軸心位置よりも前記チャンネルファスナー側に下記Ｙだけ偏心させて保持する偏心保持手段を備え、
Ｙ≧２−３／２［ｍｍ］
前記偏心保持手段は、前記下部タイプレートに設けられ、前記燃料バンドルを構成する燃料棒及び水ロッドの下端部を挿入して保持する複数の挿入孔と、前記燃料スペーサの外周部と前記チャンネルボックスの内周部の少なくとも一方に設けられた複数のタブと、前記チャンネルファスナーに設けられ、前記ガイドポストの上端部を挿入して保持する挿入孔とを備えることを特徴とする原子炉の炉心。 - 請求項１１記載の原子炉の炉心において、
前記偏心保持手段は、前記チャンネルボックスの制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ1、及び前記チャンネルボックスの反制御棒側に位置する内側面と前記正方格子状配列の最外周に位置する燃料棒との距離Ｌ2が、Ｌ2−Ｌ1≧０．５［ｍｍ］の関係となるように、前記燃料バンドルの軸心位置を前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記制御棒側に偏心させて保持することを特徴とする原子炉の炉心。 - 横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝９であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１４．１５［ｍｍ］以上１４．６５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、
前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、
かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したことを特徴とするチャンネルボックス。 - 横断面形状が正方形となる略四角筒形状を備え、ｎ行ｎ列の正方格子状に配列された複数本の燃料棒及び少なくとも１本の水ロッドからなる燃料バンドルであって、ｎ＝１０であり、前記複数本の燃料棒のピッチは、１２．６５［ｍｍ］以上１３．１５［ｍｍ］以下である燃料バンドルを覆うチャンネルボックスにおいて、
前記チャンネルボックスの内幅は、１３３．５［ｍｍ］以上１３４．５［ｍｍ］以下であり、
前記略四角筒形状の内周部に内側に突出して前記燃料バンドルを保持する複数のタブを設け、かつ、これら複数のタブのうち、前記正方形の対角線を境に一方側に位置するタブの突出高さと、前記対角線を境に他方側に位置するタブの突出高さが異なり、
かつ、前記タブの異なる突出高さの差を、前記燃料バンドルの軸心位置が前記チャンネルボックスの軸心位置よりも前記一方側にＹだけ偏心して前記燃料バンドルを保持するように設定し、前記Ｙを、
７×２ −１／２ ［ｍｍ］≧Ｙ≧２ −３／２ ［ｍｍ］
に設定したことを特徴とするチャンネルボックス。
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