JP7212644B2 - 沸騰水型原子炉 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に関する。

沸騰水型原子炉には、その炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒を三角格子状に稠密に配置し、燃料集合体の燃料棒の本数を増加すると共に、運転中に四角筒状のチャンネルボックスでボイドを発生させることにより、中性子スペクトルを硬化させ、核分裂プルトニウム転換比を向上させる沸騰水型原子炉が存在する。なお、以下、このような沸騰水型原子炉を、低減速スペクトル沸騰水型原子炉と称する場合がある。

この技術分野の背景技術として、特開２０１８－０６６６９０号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、運転中に中性子スペクトルを硬化させる沸騰水型原子炉、つまり、低減速スペクトル沸騰水型原子炉が記載されている。

また、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体には、燃料棒を冷却する冷却水が供給される。

この技術分野の背景技術として、特開２０１２－２１１７９８号公報（特許文献２）がある。特許文献２には、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体が、スペーサと、複数の燃料棒と、中間端栓付ウォータロッドと、を有することが、記載されている。

特開２０１８－０６６６９０号公報 特開２０１２－２１１７９８号公報

特許文献１には、低減速スペクトル沸騰水型原子炉が記載されている。また、特許文献２には、燃料棒に冷却水を供給する中間端栓付ウォータロッドを有する沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体が記載されている。

しかし、特許文献１及び特許文献２には、低減速スペクトル沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒を支持する支持ロッドについては記載されていない。また、この支持ロッドを使用し、四角筒状のチャンネルボックスの４つのコーナ部の近傍に配置される燃料棒を冷却することについては、記載されていない。

そこで、本発明は、炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒を支持する支持ロッドを使用し、四角筒状のチャンネルボックスの４つのコーナ部の近傍に配置される燃料棒を冷却し、燃料棒の除熱性能を向上させる沸騰水型原子炉を提供する。

上記した課題を解決するため、本発明の沸騰水型原子炉は、炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒と、燃料棒を三角格子状に配置する四角筒状のチャンネルボックスと、燃料棒を支持するスペーサと、を有し、チャンネルボックスの４つのコーナ部に配置され、スペーサを固定し、冷却水を流出する支持ロッドを有し、支持ロッドは、冷却水を流入する冷却水流入部と、冷却水を流出する冷却水流出部と、冷却水が流通する冷却水流路と、を有し、冷却水を、燃料棒が配置される領域に流出し、冷却水流出部は、その向きが、コーナ部に形成される２つの最外層の前記燃料棒の間に向けられることを特徴とする。

本発明によれば、炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒を支持する支持ロッドを使用し、四角筒状のチャンネルボックスの４つのコーナ部の近傍に配置される燃料棒を冷却し、燃料棒の除熱性能を向上させる沸騰水型原子炉を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。

実施例１に記載する低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００を説明する垂直断面図である。 実施例１に記載する複数の燃料集合体７を説明する水平断面図である。 実施例１に記載する１つの燃料集合体７を説明する水平断面図である。 実施例１に記載する支持ロッド２０を説明する外観図である。 実施例１に記載する支持ロッド２０を説明する（Ａ）垂直断面図及び（Ｂ）水平断面図である。 実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（１）である。 実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（２）である。 実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（３）である。 実施例１に記載する１つの燃料集合体７のコーナ部を説明する水平断面図である。 実施例１に記載する１つの燃料集合体７のコーナ部を説明する垂直断面図である。 実施例２に記載する支持ロッド２０Ａを説明する外観図である。 実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂを説明する水平断面図である。 実施例３に記載する支持ロッド２０Ｂを説明する外観図である。 実施例３に記載する支持ロッド２０Ｂを説明する外観図である。 実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂのコーナ部を説明する水平断面図である。

以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

本実施例において、沸騰水型原子炉には、冷却材として冷却水を使用し、再循環ポンプにより冷却水を、原子炉圧力容器外へ流出させ、再び、原子炉圧力容器内へ流入させることにより、冷却水を循環させる沸騰水型原子炉(Boiling Water Reactor:ＢＷＲ)、インターナルポンプを有し、冷却水を原子炉圧力容器の内部で循環させる改良型沸騰水型原子炉(Advanced Boiling Water Reactor:ＡＢＷＲ)、ＡＢＷＲにおけるインターナルポンプを使用しない、高経済性単純化沸騰水型原子炉(Economic Simplified Boiling Water Reactor:ＥＳＢＷＲ)などを含む。

まず、実施例１に記載する低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００を説明する。

図１は、実施例１に記載する低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００を説明する垂直断面図である。

低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒を三角格子状に稠密に配置し、燃料集合体の燃料棒の本数を増加すると共に、運転中に四角筒状のチャンネルボックスでボイドを発生させることにより、中性子スペクトルを硬化させ、核分裂プルトニウム転換比を向上させる沸騰水型原子炉である。

つまり、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、四角筒状のチャンネルボックスに、三角格子状に稠密に燃料棒を配置し、水対燃料体積比を低減し、核分裂性プルトニウム転換比を向上する。

低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、以下の構成を有する。
・原子炉圧力容器１０１の内部に配置される円筒状の炉心シュラウド１０２
・炉心シュラウド１０２の内部に配置され、複数の燃料集合体が正方格子状に装荷される炉心１０３
・原子炉圧力容器１０１の内部に配置され、炉心１０３を覆うシュラウドヘッド１０４
・シュラウドヘッド１０４に配置され、上方へと延伸する気水分離器１０５
・気水分離器１０５の上部に配置される蒸気乾燥器１０６
・炉心シュラウド１０２の内部に配置され、シュラウドヘッド１０４の下方で、炉心シュラウド１０２に配置され、炉心１０３の上端部に位置する上部格子板１０７
・炉心シュラウド１０２の内部に配置され、炉心シュラウド１０２に配置され、炉心１０３の下端部に位置する炉心支持板１０８
・炉心支持板１０８に配置される複数の燃料支持金具１０９
・原子炉圧力容器１０１の内部に配置され、燃料集合体の核反応を制御するため、炉心１０３に複数の水平断面が十字状の制御棒(十字型制御棒)を挿入する制御棒案内管１１０
・原子炉圧力容器１０１の底部よりも下方に配置される制御棒駆動機構ハウジング（図示せず）の内部に配置され、制御棒と連結する制御棒駆動機構１１１
・原子炉圧力容器１０１の底部に配置され、その下方から原子炉圧力容器１０１の内部へ貫通するように、配置される複数のインターナルポンプ１１３
そして、複数のインターナルポンプ１１３は、複数の制御棒案内管１１０の最外周よりも外側であって、環状に相互に所定の間隔を形成して、配置される。インターナルポンプ１１３のインペラ１１７は、円筒状の炉心シュラウド１０２の外面と原子炉圧力容器１０１の内面との間に形成される環状のダウンカマ１１４に向けて、配置される。

原子炉圧力容器１０１の内部の冷却水１１８は、インターナルポンプ１１３のインペラ１１７により、原子炉圧力容器１０１の底部側から、炉心１０３の内部に流入する。

炉心１０３の内部に流入する冷却水１１８は、燃料集合体の核反応により、加熱され、水と蒸気との気液二相流となり、気水分離器１０５に流入する。気水分離器１０５に流入する気液二相流は、湿分を含む蒸気（気相）と水（液相）とに分離される。

水（液相）は、再び、冷却水１１８としてダウンカマ１１４に降下する。

一方、蒸気（気相）は、蒸気乾燥器１０６に流入し、湿分が除去され、主蒸気配管１１５を介して、タービン（図示せず）に供給される。タービンに供給される蒸気は、復水器（図示せず）により水に戻される。この水は、給水配管１１６を介して、原子炉圧力容器１０１の内部に流入する。原子炉圧力容器１０１の内部に流入する水は、冷却水１１８としてダウンカマ１１４に降下する。

このように、インターナルポンプ１１３は、炉心１０３に装荷される燃料集合体の核反応により発生する熱を、効率よく冷却するため、冷却水１１８を循環させる。つまり、冷却水１１８は、原子炉圧力容器１０１の底部側から、炉心１０３の内部に強制的に供給され、原子炉圧力容器１０１の内部で循環する。

次に、実施例１に記載する複数の燃料集合体７を説明する。

図２は、実施例１に記載する複数の燃料集合体７を説明する水平断面図である。また、図２は、実施例１に記載する複数の燃料集合体７を、炉心１０３の上端部に位置する上部格子板１０７の上方から俯瞰する平面図である。

炉心１０３に装荷される燃料集合体７は、複数の燃料棒(図示せず)を有する四角筒状（水平断面が正方形状の角筒状）のチャンネルボックス９、下部タイプレート(図示せず)、上部タイプレート（図示せず）を有する。

そして、複数の燃料集合体７は、炉心１０３に、正方格子状に装荷される。また、燃料集合体７と燃料集合体７との間には、燃料集合体７の核反応を制御するため、十字型制御棒３が挿入され、この間は、チャンネルスペーサ１５により、維持される。また、燃料集合体７と燃料集合体７との間には、冷却水１１８が流通する。

また、燃料集合体７は、上部格子板１０７で囲まれる１つの開口部に、４体が装荷され、燃料集合体７の水平方向の位置は、燃料集合体７を上部格子板１０７に、チャンネルファスナー（図示せず）を使用し、押し付けることにより、維持される。

また、燃料集合体７は、上部格子板１０７とチャンネルスペーサ１５とにより、水平方向の位置を維持される。また、燃料集合体７は、燃料支持金具１０９に配置され、燃料支持金具１０９は、炉心支持板１０８に配置される。また、燃料集合体７と燃料集合体７との間には、制御棒駆動機構１１１に連結され、燃料集合体７と燃料集合体７との間を上下方向に移動する十字型制御棒３が挿入される。

なお、実施例１では、特に、燃料集合体７の体数は限定されない。

次に、実施例１に記載する１つの燃料集合体７を説明する。

図３は、実施例１に記載する１つの燃料集合体７を説明する水平断面図である。

燃料集合体７は、四角筒状のチャンネルボックス９と、水平断面において、三角格子状に稠密に配置され、水平方向の形状が円形の複数の燃料棒８と、を有する。

チャンネルボックス９は、側壁部９１、側壁部９２、側壁部９３、側壁部９４を有する。なお、説明の都合上、互いに向かい合う一対の側壁部９１の内面と側壁部９３の内面との間を第１内面と称し、互いに向かい合う一対の側壁部９２の内面と側壁部９４の内面との間を第２内面と称する場合がある。つまり、第１内面の方向（側壁部９１⇔側壁部９３）と第２内面の方向（側壁部９２⇔側壁部９４）とは直交する。

ここで、燃料棒８の三角格子状の配置について、説明する。

燃料棒８は、側壁部９１及び側壁部９３に、平行に、１７列（側壁部９１から側壁部９３に（図中、左から右に）向かって、第１列から第１７列まで）、２４３本が配置される。

そして、
（１）第１列、第１７列には、１３本の燃料棒８（第１燃料棒配列）が、
（２）第２列、第４列、第６列、第８列、第１０列、第１２列、第１４列、第１６列には、１４本の燃料棒８（第２燃料棒配列）が、
（３）第３列、第５列、第７列、第９列、第１１列、第１３列、第１５列には、１５本の燃料棒８（第３燃料棒配列）が、
配置されることにより、燃料棒８が、三角格子状に配置される。

そして、第１燃料棒配列の燃料棒８（側壁部９１及び側壁部９３に対向する燃料棒８）は、最外層に配置される。また、第２燃料棒配列の両端の燃料棒８及び第３燃料棒配列の両端の燃料棒８、つまり、２燃料棒配列の燃料棒８及び第３燃料棒配列の燃料棒８であって、側壁部９２及び側壁部９４に対向する燃料棒８は、最外層に配置される。

このように、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００の炉心１０３に装荷される燃料集合体７は、四角筒状のチャンネルボックス９に、燃料棒８を三角格子状に配置するため、最外層の燃料棒８とチャンネルボックス９との間には、必然的に、間隙が形成される。

最外層の燃料棒８とチャンネルボックス９との間に形成される間隙とは、具体的には、（１）チャンネルボックス９の４つのコーナ部に形成される間隙Ａ、
（２）チャンネルボックス９の側壁部９２と最外層の燃料棒８とで形成される、及び、チャンネルボックス９の側壁部９４と最外層の燃料棒８とで形成される間隙Ｂ（第２間隙）、
である。なお、間隙Ａの断面積は、間隙Ｂの断面積よりも、大きい。

また、チャンネルボックス９の側壁部９１と第１列の燃料棒８とで形成される領域、チャンネルボックス９の側壁部９３と第１７列の燃料棒８とで形成される領域、燃料棒８と燃料棒８との間の領域、３本の燃料棒８で囲まれる領域にも、間隙が形成される。なお、これらの領域の断面積は、間隙Ａの断面積や間隙Ｂの断面積よりも、小さい。

そして、燃料集合体７は、四角筒状のチャンネルボックス９と、水平断面において、三角格子状に稠密に配置される複数の燃料棒８と、を有し、更に、チャンネルボックス９の４つのコーナ部に、４つの支持ロッド２０を有する。そして、支持ロッド２０は、上部タイプレートと下部タイプレートとを固定する。

特に、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００では、燃料集合体７の４つのコーナ部の周辺（近傍）、つまり、チャンネルボックス９の４つのコーナ部の周辺（近傍）に配置される燃料棒８（４つのコーナ部であって、最外層の燃料棒８から内側に２～３層目の燃料棒８）の出力が高くなることが明らかになり、チャンネルボックス９の４つのコーナ部の周辺に配置される燃料棒８の除熱性能を向上させることが重要である。

そこで、４つの支持ロッド２０は、それぞれ、チャンネルボックス９の４つのコーナ部に配置される。つまり、４つの支持ロッド２０は、間隙Ａに配置される。そして、４つの支持ロッド２０は、第１燃料棒配列の両端の外側に、配置される。これにより、間隙Ａに流通する冷却水１１８を効率よく使用することができると共に、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

また、支持ロッド２０は、水平方向の形状が円形である。支持ロッド２０の断面積は、燃料棒８の断面積よりも、小さい。つまり、支持ロッド２０の直径は、燃料棒８の直径よりも、小さい。これにより、支持ロッド２０を、チャンネルボックス９との間及び最外層の燃料棒８との間に、隙間を形成して、配置することができる。

次に、実施例１に記載する支持ロッド２０を説明する。

図４は、実施例１に記載する支持ロッド２０を説明する外観図である。

図５は、実施例１に記載する支持ロッド２０を説明する（Ａ）垂直断面図及び（Ｂ）水平断面図である。

図４に示すように、支持ロッド２０は、支持ロッド中央部２１、支持ロッド下部２２、支持ロッド上部２３を有する。

支持ロッド中央部２１には、複数のスペーサ固定用突起２４が配置される。

支持ロッド下部２２には、ねじ加工が施され、支持ロッド下部２２は、下部タイプレートと接続し、下部タイプレートと支持ロッド２０とを固定する。

支持ロッド上部２３には、ねじ加工が施され、支持ロッド上部２３は、上部タイプレートと接続し、上部タイプレートと支持ロッド２０とを固定する。

つまり、支持ロッド２０は、上部タイプレートと下部タイプレートとを、固定する。

そして、図５（Ａ）に示すように、上部タイプレートと下部タイプレートとを固定する支持ロッド２０は、更に、冷却水１１８が流通する冷却水流路２７、冷却水１１８を流出する円形の冷却水流出部２５、冷却水１１８を流入する冷却水流入部２６を有する。

特に、冷却水流入部２６は、支持ロッド下部２２の底部（支持ロッド２０の底部）に形成され、冷却水流出部２５は、支持ロッド中央部２１の側面に形成され、冷却水流路２７は、支持ロッド下部２２の内部及び支持ロッド中央部２１の内部に形成される。

つまり、冷却水１１８は、支持ロッド下部２２に形成される冷却水流入部２６から流入し、支持ロッド下部２２及び支持ロッド中央部２１に形成される冷却水流路２７を流通し、支持ロッド中央部２１に形成される冷却水流出部２５から流出する。このように、冷却水１１８は、支持ロッド２０の内部を上方に流通し、燃料棒８が配置される領域に流出する。

なお、下部タイプレートには、リークホール（図示せず）が形成され、燃料支持金具１０９に流入する冷却水の一部は、リークホールからリークフローとして、燃料集合体７と燃料集合体７との間を、非沸騰状態で上部格子板１０７まで流通する。

また、図５（Ａ）のＡＡ矢視である図５（Ｂ）に示すように、支持ロッド中央部２１には、冷却水１１８が一方向に流出するように、冷却水流出部２５が、１箇所、形成される。

なお、燃料棒８は、ペレット状の燃料が有効長方向に積層され、ペレット状の燃料が有効長方向に積層される高さが、燃料の有効長である。実施例１では、長尺燃料の半分である燃料棒８を使用するため、この燃料の有効長は、約２．０ｍ（１．８ｍ）である。

そして、冷却水流路２７の高さは、この燃料の有効長と同等（約２．０ｍ）であることが好ましい。これにより、冷却水１１８を効率よく使用することができる。

また、冷却水流出部２５は、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置の支持ロッド中央部２１に、形成されることが好ましい。

つまり、冷却水流出部２５は、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置に対応する支持ロッド中央部２１の位置、つまり、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置に対応する支持ロッド２０の位置に、形成されることが好ましい。

実施例１では、燃料の有効長が約２．０ｍであるため、冷却水流出部２５は、冷却水流入部２６から０．９～１．８ｍの位置の支持ロッド中央部２１に、形成することが好ましく、更に、冷却水流出部２５は、冷却水流入部２６から１．４～１．８ｍの位置の支持ロッド中央部２１に、形成することが好ましい。これにより、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

なお、燃料棒８に使用されるペレット状の燃料には、例えば、劣化ウラン、天然ウラン、減損ウラン、低濃縮ウランの少なくとも１つを含むウランに、プルトニウムを富化した核燃料、又は、プルトニウムとアクチノイド核種とを富化した核燃料が、使用される。

チャンネルボックス９を流通する冷却水１１８は、燃料棒８により加熱され、気液二相流となり、上方に流通する。このため、特に、燃料棒８の上方は、燃料棒８の表面の液膜が減少する可能性がある。燃料棒８の表面の液膜が減少すると、燃料棒８の除熱性能が低下する。

そこで、実施例１では、この燃料棒８の表面の液膜が減少する可能性がある領域（燃料棒８の有効発熱高さ領域）に、冷却水１１８を供給する。つまり、この燃料棒８の表面の液膜が減少する可能性がある領域に、冷却水１１８を集中的に供給する。これにより、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

なお、冷却水流路２７は、中実の支持ロッド２０の内部を切削し、形成してもよいし、配管形状の部材を使用し、形成してもよい。

また、実施例１では、冷却水流出部２５の形状は、円形であるが、正方形や長方形であってもよい。

次に、実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する。

図６は、実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（１）である。

図７は、実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（２）である。

図８は、実施例１に記載する支持ロッド２０の組み立て工程を説明する組み立て図（３）である。

まず、図６に示すように、スペーサ固定用突起２４が配置される支持ロッド２０を、下部タイプレート１１（図示せず）に、ねじ加工を使用し、固定する。

次に、スペーサ固定用突起２４に、スペーサ１０を、溶接により、固定する。なお、スペーサ固定用突起２４が配置される位置、つまり、スペーサ１０が固定される位置は、燃料棒８を安定して配置することができる位置であれば、特に、限定されない。

また、スペーサ１０は、複数の燃料棒８を等間隔に配置（支持）すると共に、燃料棒８と燃料棒８との接触を防止する。つまり、スペーサ１０は、燃料棒８を等間隔に配置し、支持ロッド２０は、スペーサ１０を固定する。

次に、図７に示すように、スペーサ１０に、燃料棒８を配置し、燃料棒８は、下部タイプレート１１とスペーサ１０とにより、支持される。燃料棒８の下部は、下部タイプレート１１（図示せず）に、接続し、下部タイプレート１１に配置される燃料棒挿入孔（図示せず）に挿入される。

このように、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、複数の燃料棒８を等間隔に配置すると共に、燃料棒８と燃料棒８との接触を防止するため、燃料集合体７の高さ方向に、スペーサ１０を、複数個、配置する。そして、スペーサ１０は、支持ロッド２０に配置されるスペーサ固定用突起２４に固定される。

支持ロッド２０を使用することにより、燃料集合体７の全体に燃料棒８を配置することができると共に、スペーサ１０を固定することができる。つまり、実施例１では、燃料集合体７内又は燃料集合体７外に、スペーサ１０を固定するための新たな構造材を配置する必要がない。

実施例１では、特に、それぞれの側壁部に対向する燃料棒８（最外層の燃料棒８）であって、それぞれ中央部の４つの燃料棒８に、特別な燃料棒８０（図３参照）を配置する。

つまり、第１列の燃料棒８における中央部の燃料棒８、第１７列の燃料棒８における中央部の燃料棒８、第９列の両端の燃料棒８、の４つ燃料棒８を、支持ロッド２０と同等の長さとする、特別な燃料棒８０を配置する。

この燃料棒８０は、下部には、ねじ加工が施され、その下部は、下部タイプレート１１と接続し、下部タイプレート１１と燃料棒８０とを固定する。また、この燃料棒８０は、上部には、ねじ加工が施され、その上部は、上部タイプレート１２と接続し、上部タイプレート１２と燃料棒８０とを固定する。

なお、燃料棒８０の有効発熱高さ領域の位置は、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置と同等である。また、燃料棒８０は、燃料の有効長が約２．０ｍの燃料棒に、上部タイプレート１２との接続部用部材を追設し、形成される。

つまり、燃料棒８０の長さは、支持ロッド２０の長さと同等であり、燃料棒８の長さよりも、長い。

実施例１では、燃料棒８の長さは、支持ロッド２０の長さや燃料棒８０の長さよりも、短い。燃料棒８の長さ（１．８ｍ）は、支持ロッド２０の長さや燃料棒８０の長さ（３．６ｍ）の約１／２である。

このように、チャンネルボックス９の４つのコーナ部に配置される４つの支持ロッド２０と４つの長尺の燃料棒８０とにより、上部タイプレート１２と下部タイプレート１１とを固定する。このように長尺の燃料棒８０を配置することにより、支持ロッド２０やスペーサ１０を、更に安定させることができる。

次に、図８に示すように、支持ロッド２０と長尺の燃料棒８０とにより、上部タイプレート１２と下部タイプレート１１とを固定する。

支持ロッド２０と長尺の燃料棒８０とは、下部タイプレート１１に、固定される。支持ロッド下部２２や長尺の燃料棒８０の下部を、下部タイプレート１１の挿入孔（図示せず）に差し込み、それぞれに加工されるねじを締め付け、固定する。

また、支持ロッド２０と長尺の燃料棒８０とは、上部タイプレート１２に、固定される。支持ロッド上部２３や長尺の燃料棒８０の上部を、上部タイプレート１２に配置される支持ロッド２０の貫通孔（図示せず）や長尺の燃料棒８０の貫通孔（図示せず）に挿入し、それぞれに加工されるねじにナット２８を締め付け、固定する。

そして、上部タイプレート１２には、燃料集合体７の交換時に、燃料交換装置（図示せず）が掴むハンドル１３を有する。

次に、実施例１に記載する１つの燃料集合体７のコーナ部を説明する。

図９は、実施例１に記載する１つの燃料集合体７のコーナ部を説明する水平断面図である。

図１０は、実施例１に記載する１つの燃料集合体７のコーナ部を説明する垂直断面図である。

図９及び図１０は、燃料集合体７の１つコーナ部、つまり、チャンネルボックス９の１つのコーナ部において、支持ロッド２０の冷却水流出部２５から流出する冷却水１１８の流れを示す。

図９に示すように、通常運転時には、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８が、冷却水流出部２５を介して、燃料棒８が配置される領域に流出する。

支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８は、加熱されることなく、水単相で上方に流通し、燃料棒８が配置される領域に流出する。

一方、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８は、燃料棒８により加熱され、流通する。

ここで、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８に発生する圧損Ａは、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８に発生する圧損Ｂよりも、大きい。圧損Ａと圧損Ｂとを、冷却水流出部２５が形成される高さ位置で比較すると、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８の圧力Ａは、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８の圧力Ｂよりも、低くなる。

この圧力差により、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８を、冷却水流出部２５を介して、燃料棒８が配置される領域に流出させることができる。

実施例１では、冷却水流出部２５の向き、つまり、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８が流出する向きを、第１列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８と第２列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８との間（コーナ部に形成される２つの最外層の燃料棒８の間）に、向ける。

つまり、チャンネルボックス９の４つのコーナ部では、冷却水流出部２５の向き、
（１）第１列の一端の燃料棒８と第２列の一端の燃料棒８との間、
（２）第１列の他端の燃料棒８と第２列の他端の燃料棒８との間、
（３）第１７列の一端の燃料棒８と第１６列の一端の燃料棒８との間、
（４）第１７列の他端の燃料棒８と第１６列の他端の燃料棒８との間、
に向ける。

これにより、燃料棒８と燃料棒８との間に、冷却水１１８が流通する（図中、点線矢印参照）。そして、チャンネルボックス９の４つのコーナ部の周辺に配置される、出力が高くなる燃料棒８（４つのコーナ部であって、最外層の燃料棒８から内側に２～３層目の燃料棒８、特に、太い円で描かれた３本の燃料棒８）に、冷却水１１８を流通させ、これら燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

また、チャンネルボックス９の４つのコーナ部に、支持ロッド２０を設置することにより、チャンネルボックス９とコーナ部に形成される最外層の燃料棒８との間隙Ａに停滞する冷却水１１８を低減することができ、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

また、チャンネルボックス９の４つのコーナ部に、支持ロッド２０を設置することにより、間隙Ａに流入する、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８を、燃料棒８が配置される領域に戻すことができ、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

また、図９のＢＢ矢視である図１０に示すように、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８は、冷却水流出部２５を介して、水平方向に、燃料棒８が配置される領域に流出する。

支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８は、水平方向に流出するが、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８と合流することにより、斜め上方に流通する。

これにより、冷却水１１８を効率よく使用することができ、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

なお、実施例１では、支持ロッド２０の内部を上方に流通する冷却水１１８を、水平方向に流出させるが、燃料棒８と燃料棒８との間を上方に流通する冷却水１１８の流れを考慮し、水平方向よりも下方に向けて、流出させてもよい。

このように、実施例１に記載する沸騰水型原子炉は、その炉心１０３に装荷される燃料集合体７の燃料棒８を、四角筒状のチャンネルボックス９に、三角格子状に稠密に配置する、いわゆる、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００である。

そして、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、その炉心１０３に装荷される燃料集合体７の燃料棒８であって、三角格子状に稠密に配置される燃料棒８と、燃料棒８を三角格子状に配置する四角筒状のチャンネルボックス９と、燃料棒８を等間隔に支持するスペーサ１０と、チャンネルボックス９の４つのコーナ部（チャンネルボックス９の４つのコーナ部に形成される間隙Ａ）に配置され、スペーサ１０を固定する４つの支持ロッド２０と、を有する燃料集合体７を有する。

また、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００は、その炉心１０３に装荷される燃料集合体７の燃料棒８であって、三角格子状に稠密に配置される燃料棒８と、燃料棒８を三角格子状に配置する四角筒状のチャンネルボックス９と、燃料棒８を等間隔に支持するスペーサ１０と、チャンネルボックス９の４つのコーナ部（チャンネルボックス９の４つのコーナ部に形成される間隙Ａ）に配置され、スペーサ１０を固定し、冷却水１１８を流出する４つの支持ロッド２０を有する。

支持ロッド２０は、その断面積が、燃料棒８の断面積よりも、小さい。

また、チャンネルボックス９のそれぞれの側壁部に対向し、それぞれ中央部の４つの燃料棒８は、燃料棒８よりも長尺な燃料棒８０であり、この長尺な燃料棒８０は、燃料棒８に上部タイプレート１２との接続部用部材を追設し、形成する。

また、燃料棒８は、その長さが、支持ロッド２０の長さや燃料棒８０の長さよりも、短い。つまり、支持ロッド２０は、その長さが、燃料棒８の長さよりも、長い。

また、支持ロッド２０は、その内部に冷却水１１８が流通する冷却水流路２７を有し、冷却水１１８を、燃料棒８が配置される領域に流出する。そして、支持ロッド２０は、冷却水１１８を流出する冷却水流出部２５及び冷却水１１８を流入する冷却水流入部２６を有する。

冷却水流出部２５は、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置（燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置に対応する支持ロッド２０の位置）に形成され、冷却水流入部２６は、支持ロッド２０の底部に形成される。

また、冷却水流出部２５は、その向きが、コーナ部に形成される２つの最外層の燃料棒８の間に向けられる。

このように、実施例１によれば、四角筒状のチャンネルボックス９の４つのコーナ部の周辺に配置される燃料棒８を、直接的に、冷却することができ、燃料棒８の除熱性能を向上させることができる。

また、実施例１によれば、低減速スペクトル沸騰水型原子炉１００において、上部タイプレート１２と下部タイプレート１１とを固定し、燃料棒８を効率的に配置し、燃料集合体７を実現することができる。

次に、実施例２に記載する支持ロッド２０Ａを説明する。

図１１は、実施例２に記載する支持ロッド２０Ａを説明する外観図である。

実施例２に記載する支持ロッド２０Ａは、実施例１に記載する支持ロッド２０と比較して、冷却水流出部２５が相違する。なお、その他の構成は、基本的に、実施例１と同様である。

実施例１では、冷却水流出部２５は、１箇所、形成されるが、実施例２では、複数箇所、形成される。

支持ロッド２０Ａは、複数個の冷却水流出部２５Ａを有する。冷却水流出部２５Ａは、高さ方向に、複数箇所（実施例２では２箇所）、形成される。また、冷却水流出部２５Ａは、水平方向に、複数箇所（実施例２では３箇所）、形成される。

実施例２によれば、これにより、多方向に、また、相違する高さから、冷却水１１８を、燃料棒８が配置される領域に流出させることができる。

なお、実施例２では、支持ロッド２０Ａの高さ方向及び水平方向に、冷却水流出部２５Ａを形成するが、必ずしも高さ方向及び水平方向に形成する必要はなく、高さ方向又は水平方向のいずれかに冷却水流出部２５Ａを形成してもよい。つまり、支持ロッド２０Ａは、高さ方向又は／及び水平方向に複数個の冷却水流出部２５Ａを有する。

また、実施例２では、上部の冷却水流出部２５Ａは、冷却水流入部２６から１.４～１．８ｍの位置の支持ロッド２０Ａに、下部の冷却水流出部２５Ａは、冷却水流入部２６から０．９～１．４ｍの位置の支持ロッド２０Ａに、形成されることが好ましい。

また、実施例２では、上部の冷却水流出部２５Ａの直径は、下部の冷却水流出部２５Ａの直径よりも、大きいことが好ましい。

このように、実施例２によれば、燃料棒８を、効率的に、冷却することができ、燃料棒８の除熱性能を、更に向上させることができる。

次に、実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂを説明する。

図１２は、実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂを説明する水平断面図である。

実施例３に記載する燃料集合体７Ｂは、実施例３に記載する燃料集合体７と比較して、更に、支持ロッド２０Ｂ（第２支持ロッド）を有する点が相違する。なお、その他の構成は、基本的に、実施例１と同様である。

支持ロッド２０Ｂは、第２列、第４列、第１４列及び第１６列の燃料棒８の両端の外側の８箇所に、配置される。

つまり、支持ロッド２０Ｂは、第２燃料棒配列の両端の燃料棒８の外側であって、この両端の燃料棒８と側壁部９２又は側壁部９４との間の間隙Ｂに、配置される。特に、支持ロッド２０Ｂは、間隙Ｂであって、側壁部９１から２列分及び側壁部９３から２列分（支持ロッド２０に近い領域（間隙Ｂ））に配置される。

支持ロッド２０Ｂは、第２燃料棒配列の両端の燃料棒８の外側であって、支持ロッド２０に近い間隙Ｂに、配置される。支持ロッド２０Ｂは、間隙Ｂであって、支持ロッド２０に近い領域に、配置される。

また、支持ロッド２０Ｂは、半円筒形状を有し、水平方向の形状が半円形である。支持ロッド２０Ｂが半円筒形状を有することにより、支持ロッド２０Ｂを、チャンネルボックス９との間及び最外層の燃料棒８との間に、隙間を形成して、間隙Ｂに配置することができる。

なお、実施例３では、支持ロッド２０Ｂを、支持ロッド２０に近い２箇所（合計８箇所）の間隙Ｂに配置するが、これ以外の間隙Ｂに配置してもよい。

これにより、燃料棒８が配置される領域に流出させる冷却水１１８を増加させることができるため、燃料棒８の除熱性能を、更に向上させることができる。

次に、実施例３に記載する支持ロッド２０Ｂを説明する。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、実施例３に記載する支持ロッド２０Ｂを説明する外観図であり、図１３Ａは、円形の冷却水流出部２５Ｂが、右側に形成されるものを示し、図１３Ｂは、円形の冷却水流出部２５Ｂが、右側に形成されるものを示す。

支持ロッド２０Ｂは、支持ロッド中央部２１Ｂ、支持ロッド下部２２Ｂ、支持ロッド上部２３Ｂを有する。

支持ロッド下部２２Ｂには、ねじ加工が施されず、支持ロッド下部２２Ｂは、下部タイプレートと接続する。

支持ロッド上部２３Ｂには、ねじ加工が施されず、支持ロッド上部２３Ｂは、上部タイプレートと接続する。

つまり、支持ロッド２０Ｂは、上部タイプレート１２と下部タイプレート１１とで支持される。

支持ロッド２０Ｂは、冷却水１１８が流通する冷却水流路（図示せず）、冷却水１１８を流出する冷却水流出部２５Ｂ、冷却水１１８を流入する冷却水流入部（図示せず）を有する。

特に、冷却水流入部は、支持ロッド下部２２Ｂの底部に形成され、冷却水流出部２５Ｂは、支持ロッド中央部２１Ｂの側面に形成され、冷却水流路は、支持ロッド下部２２Ｂの内部及び支持ロッド中央部２１Ｂの内部に形成される。

つまり、冷却水１１８は、支持ロッド下部２２Ｂに形成される冷却水流入部から流入し、支持ロッド下部２２Ｂ及び支持ロッド中央部２１Ｂに形成される冷却水流路を流通し、支持ロッド中央部２１Ｂに形成される冷却水流出部２５Ｂから流出する。このように、冷却水１１８は、支持ロッド２０の内部を上方に流通し、燃料棒８が配置される領域に流出する。

なお、実施例３では、支持ロッド上部２３Ｂには、ねじ加工が施されていないが、支持ロッド上部２３Ｂに、ねじ加工を施し、支持ロッド上部２３Ｂを、上部タイプレート１２に配置される貫通孔（図示せず）に挿入し、加工されるねじにナットを締め付け、固定してもよい。

また、支持ロッド２０Ｂの長さは、支持ロッド２０の長さと、同等であり、冷却水流出部２５Ｂは、燃料棒８の有効発熱高さ領域の位置に形成される。

次に、実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂのコーナ部を説明する。

図１４は、実施例３に記載する１つの燃料集合体７Ｂのコーナ部を説明する水平断面図である。

図１４は、燃料集合体７の１つコーナ部、つまり、チャンネルボックス９の１つのコーナ部において、支持ロッド２０Ｂの冷却水流出部２５Ｂから流出する冷却水１１８の流れを示す。

実施例３では、冷却水流出部２５Ｂの向き、つまり、支持ロッド２０Ｂの内部を上方に流通する冷却水１１８が流出する向きを、以下のとおり、形成する。

１つのコーナ部の近傍における並列する２つの第２支持ロッド２０Ｂのうち、支持ロッド２０に近い支持ロッド２０Ｂ（第２１支持ロッド２０Ｂ）の冷却水流出部２５Ｂ（第１冷却水流出部２５Ｂ）の向きを、第２列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８と第３列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８との間（２つの最外層の燃料棒８の間）に、向ける（例えば、図１３Ａのものを使用）。

１つのコーナ部の近傍における並列する２つの第２支持ロッド２０Ｂのうち、支持ロッド２０に遠い支持ロッド２０Ｂ（第２２支持ロッド２０Ｂ）の冷却水流出部２５Ｂ（第２冷却水流出部２５Ｂ）の向きを、第３列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８と第４列の上端（説明の便宜上「上端」と記載）の燃料棒８との間（２つの最外層の燃料棒８の間）に、向ける（例えば、図１３Ｂのものを使用）。

第１冷却水流出部２５Ｂの向き（第２１支持ロッド２０Ｂから流出する冷却水１１８の向き）を、
（１）第２列の一端の燃料棒８と第３列の一端の燃料棒８との間、
（２）第２列の他端の燃料棒８と第３列の他端の燃料棒８との間、
（３）第１６列の一端の燃料棒８と第１５列の一端の燃料棒８との間、
（４）第１６列の他端の燃料棒８と第１５列の他端の燃料棒８との間、
である２つの最外層の燃料棒８の間に向ける。

第２冷却水流出部２５Ｂの向き（第２２支持ロッド２０Ｂから流出する冷却水１１８の向き）を、
（１）第３列の一端の燃料棒８と第４列の一端の燃料棒８との間、
（２）第３列の他端の燃料棒８と第４列の他端の燃料棒８との間、
（３）第１５列の一端の燃料棒８と第１４列の一端の燃料棒８との間、
（４）第１５列の他端の燃料棒８と第１４列の他端の燃料棒８との間、
である２つの最外層の燃料棒８の間に向ける。

このような向きに、冷却水１１８を流出させることにより、燃料棒８と燃料棒８との間に、冷却水１１８が効率よく流通する（図中、点線矢印参照）。そして、チャンネルボックス９の４つのコーナ部の周辺に配置される、出力が高くなる燃料棒８（４つのコーナ部であって、最外層の燃料棒８から内側に２～３層目の燃料棒８、特に、太い円で描かれた３本の燃料棒８）に、冷却水１１８を流通させ、これら燃料棒８の除熱性能を、更に向上させることができる。

なお、冷却水流出部２５から流出する冷却水１１８は、実施例１と同様に、燃料棒８が配置される領域に流出する。

また、このように支持ロッド２０Ｂを設置することにより、間隙Ｂに停滞する冷却水１１８を低減することができ、燃料棒８の除熱性能を、更に向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。

３…十字型制御棒、７、７Ｂ…燃料集合体、８、８０…燃料棒、９…チャンネルボックス、１０…スペーサ、１１…下部タイプレート、１２…上部タイプレート、１３…ハンドル、１５…チャンネルスペーサ、２０、２０Ａ、２０Ｂ…支持ロッド、２１、２１Ｂ…支持ロッド中央部、２２、２２Ｂ…支持ロッド下部、２３、２３Ｂ…支持ロッド上部、２４…スペーサ固定用突起、２５、２５Ａ…冷却水流出部、２６…冷却水流入部、２７…冷却材流路、２８…ナット、９１、９２、９３、９４…側壁部、１００…低減速スペクトル沸騰水型原子炉、１０１…原子炉圧力容器、１０２…炉心シュラウド、１０３…炉心、１０４…シュラウドヘッド、１０５…気水分離器、１０６…蒸気乾燥器、１０７…上部格子板、１０８…炉心支持板、１０９…燃料支持金具、１１０…制御棒案内管、１１１…制御棒駆動機構、１１３…インターナルポンプ、１１４…ダウンカマ、１１５…主蒸気配管、１１６…給水配管、１１７…インペラ、１１８…冷却水。

Claims (12)

1. 炉心に装荷される燃料集合体の燃料棒と、前記燃料棒を三角格子状に配置する四角筒状のチャンネルボックスと、前記燃料棒を支持するスペーサと、を有する沸騰水型原子炉であって、
   前記チャンネルボックスの４つのコーナ部に配置され、前記スペーサを固定し、冷却水を流出する４つの支持ロッドを有し、
   前記支持ロッドは、前記冷却水を流入する冷却水流入部と、前記冷却水を流出する冷却水流出部と、前記冷却水が流通する冷却水流路と、を有し、前記冷却水を、前記燃料棒が配置される領域に流出し、
   前記冷却水流出部は、その向きが、コーナ部に形成される２つの最外層の前記燃料棒の間に向けられることを特徴とする沸騰水型原子炉。
2. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記冷却水流出部は、前記燃料棒の有効発熱高さ領域の位置に対応する前記支持ロッドの位置に形成され、前記冷却水流入部は、前記支持ロッドの底部に形成されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
3. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記チャンネルボックスの４つのコーナ部は、前記チャンネルボックスの４つのコーナ部に形成される間隙であることを特徴とする沸騰水型原子炉。
4. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記支持ロッドは、その断面積が、前記燃料棒の断面積よりも、小さいことを特徴とする沸騰水型原子炉。
5. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記チャンネルボックスのそれぞれの側壁部に対向し、それぞれ中央部の４つの燃料棒が、前記燃料棒よりも長尺な燃料棒であることを特徴とする沸騰水型原子炉。
6. 請求項５に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記長尺な燃料棒は、前記燃料棒に上部タイプレートとの接続部用部材を追設し、形成されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
7. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記支持ロッドは、その長さが前記燃料棒よりも長いことを特徴とする沸騰水型原子炉。
8. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
   前記冷却水流出部が、前記支持ロッドの高さ方向又は／及び水平方向に複数個形成されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
9. 請求項８に記載する沸騰水型原子炉であって、
   上部の冷却水流出部の直径は、下部の冷却水流出部の直径よりも、大きいことを特徴とする沸騰水型原子炉。
10. 請求項１に記載する沸騰水型原子炉であって、
    第２間隙であって、前記支持ロッドに近い領域に、水平方向の形状が半円形である第２支持ロッドを有することを特徴とする沸騰水型原子炉。
11. 請求項１０に記載する沸騰水型原子炉であって、
    前記第２支持ロッドは、第２列、第４列、第１４列及び第１６列の燃料棒の両端の外側の８箇所に配置されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
12. 請求項１１に記載する沸騰水型原子炉であって、
    前記第２支持ロッドから流出する冷却水の向きが、２つの最外層の燃料棒の間であることを特徴とする沸騰水型原子炉。

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