JPH0210191A

JPH0210191A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH0210191A
Application number: JP63160409A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Utsuno; 宇津野　英明; Junichi Yamashita; 淳一山下; Takaaki Mochida; 持田　貴顕; Osamu Yokomizo; 修横溝; Satoshi Sugawara; 敏菅原; Michihiro Ozawa; 小沢　通裕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-06-28
Filing date: 1988-06-28
Publication date: 1990-01-12
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JP2563492B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は燃料集合体に係わり、特に核燃料物質中有効活
用に好適な沸騰水型原子炉の燃料集合体に関する。

〔従来の技術〕

従来の沸騰水型原子炉は、特開昭５４−１２１３８９号
公報に記載されているように、中性子の減速を促進させ
るなめに冷却水のみが流れる管（以下、水ロッドと称す
る）を有する燃料集合体を炉心内に装荷している。この
ような水ロッドの使用は、従来の沸騰水型原子炉の運転
条件下では、ウラン原子に対する水素原子の数が多いほ
ど反応度が高くなるので、炉心に装架された核燃料物質
の有効活用を可能にする。

しかしながら、さらに核燃料物質の有効活用を図るため
には、核燃料物質の燃焼に伴って炉心内の水素原子数を
変えた方かよい。

炉心内の水素原子数を核燃料物質の燃焼に伴って変えた
場合の利点を以下に説明する。

第２３図は、沸騰水型原子炉に用いられる代表的な燃料
集合体について横軸に燃焼度、縦軸に反応度の一つの指
標である無限増倍率をとって特性を示したものである。

２本の線はいずれも同一の燃料集合体であるが、破線は
燃料集合体内の冷却材流路における蒸気泡の体積率（ボ
イド率）を−定（ボイド率３０％）にして燃焼させた場
合を、実線は最初高ボイド率（ボイド率５０％）で運転
して途中でボイド率を下げた（ボイド率３０％）場合を
示す。第２３図より明らかなように、初めボイド率を高
くして燃焼させて後でボイド率を下げた方か、より高い
燃焼度を得ることができる。

これは、ボイド率が高く、ウラン原子数に対する水素原
子数の比が小さい、即ち水素原子数が小さい方が、中性
子の平均速度が大きく、ウラン２３８に吸収され易いた
めである。沸騰水型原子炉で用いられる核燃料物質中に
は、ウラン２３５とウラン２３８とが含まれており、ウ
ラン２３５が核燃料物質全体の数％で大部分をウラン２
３８が占めている。このうち、中性子を吸収して核分裂
を生じるのは主にウラン２３５のみであり、ウラン２３
８はほとんど核分裂を生じない。従って、ウラン２３５
か燃焼によって減少すると反応度は低下する。

しかし、ウラン２３８も核分裂によって生じる高エネル
ギの中性子を吸収するとプルトニウム２３９に変わる。

プルトニウム２３９は、ウラン２３５と同じく、減速さ
れた熱中性子を吸収して核分裂を起こす。ボイド率が高
い程、中性子のエネルギが高くてウラン２３８からプル
トニウム２３９に転換される割合が大きく、ウラン２３
５及びプルトニウム２３９の核分裂か抑制される。従っ
て、ボイド率か高い程、ウラン２３５とプルトニウム２
３９の総量の減少が遅い。

たたし、ボイド率か高いと、反応度の絶対値は低い。こ
のため、ボイド率が高いままでは、ボイド率が低い場合
に比べて反応度が臨界を維持できる最低レベルに早く達
してしまう。そこで、その時点でボイド率を下げると、
中性子の減速効果か増し、高ボイド率一定で燃焼した場
合に比べてウラン２３５及びプルトニウム２３つの核分
裂が増し、反応度はより高くなる。従って、臨界に必要
な最低反応度になるまで、核燃料物質に含まれる核分裂
性物質をより長く燃焼させることができる。

以上述べたことが、核分裂性物質の燃焼に伴つてボイド
率を変化させることにより核燃料物質の有効活用を図る
原理であって、スペクトルシフト運転と呼ばれる。

このようなスペクトルシフト運転のため、核燃料物質の
燃焼に伴って炉心内の水素原子数を変える方法としては
、従来、特開昭５７−１２５３９０号公報及び特開昭５
７−１２５３９１号公報に記載のように、低速中性子吸
収水押棒及びこの水押棒よりも反応度価値が大きいステ
ンレス鋼にて構成される中速中性子吸収水押棒を設け、
これらの水押棒の炉心内への挿入量を制御して炉心内の
冷却水量を調節する方法がある。即ぢ、水押棒か炉心内
の水素原子数を変える手段を楕成し、水押棒の炉心内へ
の挿入量を増すと炉心内の冷却水量が減り、この挿入量
を減らすと炉心内の冷却水量が増加する。しかしながら
この方法は、種類の異なる水押棒を新たに設け、駆動手
段にて水押棒を操作しなければならなく、構造、操作上
複雑になる。

このような問題を解決するための静的な手段を用いた燃
料集合体が特開昭６１−３８５８９号公報に示されてい
る。この公報は、水素原子数を変える手段として燃料集
合体の水ロッド内にウラン２３５：ａ度の低い燃料棒を
設置し、この燃料棒のウラン２３５の消失後における水
ロッド内のボイド量の変化を利用することを記載してい
る。

また、水押棒のような新たな操作手段を設ける必要のな
い方法として、炉心を流れる冷却水流量を調節する方法
がある。燃料サイクル始めの炉心を流れる冷却水流量を
少なくし、燃料サイクル途中からその冷却水流量を増や
すものである。

しかしながら、構造の単純な水ロッド内に静的手段を設
ける方法及び炉心を流れる冷却水流量（炉心流量という
）を変えることによって炉心内の水素原子数を変更する
方法は、いずれも、炉心のボイド率の変化幅があまり大
きくとれないという問題があり、実際の原子炉に適用か
困難である。

第２４図は炉心流量に対する炉心平均ボイド率の依存性
を示すものである。炉心流量は、下限を熱的限界によっ
て制限され、上限を再循環ポンプ能力および流動振動に
よって制限されている。従って、沸騰水型原子炉が定格
の熱出力を出している状態では、定格の１００％炉心流
量を中心に、ある狭い範囲でしかボイド率を変化させる
ことができない。例えば、炉心流量を変化できる幅を８
０〜１２０％までとすると、ボイド率の変化幅は約９％
となる。

また特開昭６１−３８５８９号公報に示されたように水
ロッド内に燃焼に伴って発熱量の低下する発熱体（核燃
料物質）を置いた構造でも、水ロッド内のボイド率は高
々３０％程度しか変化しない。水ロッド内の水は冷却に
寄与しないので、水ロッドの燃料集合体内に占める横断
面積はあまり大きくできない。仮りに燃料集合体内の冷
却水流路の３割を水ロッドの横断面積にあてたとしても
、３０％のボイド率変化は燃料集合体全体にならずと９
％（３０％Ｘ０．３）に相当する。また、発熱体として
濃縮度の低い燃料棒を用いているので、構造が複雑であ
り、製造か面倒である。

より大きなボイド率変化幅を達成するには、水ロッド内
の流量を極端に大きく変化させるが、あるいは水ロッド
内の核燃料物質の発熱量をもっと大幅に変化させるかす
れば良いが、そのような大幅な流量、発熱量の変化を可
動部なしに行うことはできない、可動部をつけた場合、
信頼性に問題が生じ、また機構が複雑となる等の問題か
ある。

このような背景から、単純な構造で燃料集合体内平均ボ
イド率を大幅に変化させることを可能とするため、原子
力学会「昭６３年会Ｊ（１９８８，４／４−４７６）発
表Ｎｏ、Ｆ１５　ｒ大幅スペクトルシャ７　ｈ　ＢＷＲ
炉心概念（１）　Ｊ　、及び特願昭６１−２１７１６５
号には、燃料集合体の下部に抵抗体を設け、水ロッドに
、前記抵抗体より下方の領域で開口した冷却材流入口を
有する冷却材上昇流路と、前記冷却材上昇流路に連絡さ
れ前記抵抗体よりも」ニガの領域に開口した冷却材吐出
口を有する冷却材下降流路とを設けることが桿案された
。

このように構成された燃料集合体内おいては、炉心を通
過する冷却材の流量が低下すると、水ロッドの冷却材下
降流路内に蒸気が充満され、その冷却材流量が増加する
と冷却材下降流路内の蒸気巣か著しく減少する。従って
、燃料集合体内平均ボイド率を大幅に変化させることが
可能となり、燃料サイクル末期での反応度増加が可能と
なる。

即ち、冷却材流量が小さい運転サイクル前半では、水ロ
ッド冷却材下降流路内において冷却材が位置する炉心下
部で減速材密度が大きく、蒸気が位置する炉心上部で減
速材密度が小さくなる。従って、運転サイクル前半では
主に炉心Ｆ部が燃焼し、炉心上部ではウラン２３８がら
プル１〜ニウム２３９への転換が図られ、運転サイクル
後半には、ザイクル前半で転換された炉心上部のプルト
ニウム２３９か主に燃焼に寄与するため、スペクトルシ
フト効果による燃料の燃焼効率か高まる６ｒ発明か解決
しようとする課題〕しかしながら、−Ｊｚ記従来の燃料集合体では、運転サ
イクル後半でプルトニウム２３９が燃焼に寄ケすること
により、燃料棒の軸方向出力分布がプルトニウム２３９
が位置する燃料棒上部で高く歪む。このため運転サイク
ル後半では炉心上部、特に頂部で線出力密度（ｋｗ／ｎ
＋）が高くなり、線出力密度の制限値に対する余裕が小
さくなるという問題があった。線出力密度の観点からは
、できるたけ出力分布が平坦化していることか望ましい
。

本発明の目的は、単純な構造で燃料集合体内の平均ボイ
ド率を大幅に変化させることができると共に、運転サイ
クル後半においても出力分布を平坦化できる燃料集合体
を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、上部タイブレー１−と、下部タイプレート
と、」一端部が前記上部タイプレートに保持され下端部
が前記下部タイブレートに保持され、内部に複数の燃料
ペレットを充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配
置された複数の水ロッドと、下部に配置された抵抗体と
を有し、前記水ロッドが、前記抵抗体より下方の領域で
開［１した冷却材流入口を有する冷却材上昇流路と、前
記冷却材上昇流路に連絡され前記抵抗体よりも上方の領
域に開口した冷却材吐出口を有する冷却材下降流路とを
備えている燃料集合体において、前記水＋７ラドの上部
に、−Ｆ端部分に開口を有する貯水部を股幻なことを特
徴とする燃料集合体によって達成される６一般的に、前記水ロッドの貯水部は、下端が前記燃料棒
の燃料ペレット充填領域の上端とほぼ等しいか又はそれ
より下方に位置させる。

前記燃料棒か燃料有効部の長さを短くした燃料ペレット
充填領域を存する燃料棒を含む場合は、前記水ロッドの
貯水部は、Ｔ：端がこの燃料棒の燃料ペレット充填領域
の上端とほぼ等しいが又はそれより下方に位置させる６前記燃料棒が、前記燃料ペレット充填領域で構成される
燃料有効部の上端に天然ウランブランケット領域を有し
ている場合は、前記水ロッドの貯水部は、下端が前記天
然ウランプランケット領域の下端とほぼ等しいが又はそ
れより下方に位置させる。

前記貯水部の上部には傘を設けることができ、前記傘の
上部には複数の穴を開けてもよい。

前記」二部タイブレー１へに保持される前記水ロッドの
上端部は、前記貯水部の上端に突設してもよい。この場
合、前記貯水部の開口は、貯水部側面に設けることがで
きる。また前記貯水部の上端に、さらに蒸気抜は用の穴
を開けてもよい。

前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延長部で構
成され、前記水ロッド外管延長部を前記上部タイプレー
トで保持することができるにの場合、前記貯水部を構成
する水ロッド外管延長部の側面に液流入口を設けてもよ
い。

また前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延長部
で構成され、前記水ロッド外管延長部の下方側面に液流
出口を設けることができる。

前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延長部で構
成され、前記水ロッド外管延長部の上方側面に貯水部内
方下部に連通する液流出口を設けてもよい。

前記貯水部内面をセラミック等の非腐蝕材料でコーティ
ングすることができる。

また、前記水ロッドの外周形状を四角とし、そのコーナ
部に前記冷却材下降流路を設けてもよい。

この場合、前記四角型の水ロッドを前記燃料棒の３行３
列が占める領域に配置することができる。

また前記四角型の水ロッドのコーナ部の１つに、前記冷
却材流入口に隣接して開口した給水流入口を有し、前記
貯水部に開口した給水吐出口を有する給水上昇流路を設
けてもよい。

〔作用〕

前記水ロッドの上部に、上端部分に開口を有する貯水部
を設けることにより、減速材が燃料棒の頂部付近に配置
され、運転サイクル前半で水ロッド内の冷却材下降流路
の上部に充満される蒸気による燃料棒頂部でのウラン２
３８からプルトニウム２３９への転換が抑制される。こ
のため、運転サイクル後半でそのプルトニウムが燃焼す
ることにより出力分布が平坦化され、燃料棒頂部での線
出力密度の上昇が緩和される。

運転サイクル後半に出力分布が上に高く歪み、線出力密
度が厳しくなるのは燃料棒頂部のみであり、スペクトル
シフト運転の効果をできるだけ活用し、核燃料物質の有
効利用を図るためには、水０ラド頂部に配置される貯水
部は、燃料集合体の必要かつ十分な領域のみとする。こ
の観点から、一般的には、水ロッドの貯水部は、下端が
前記燃料棒の燃料ペレット充填領域の上端とほぼ等しい
か又はそれより下方に位置するようにする。

前記燃料棒が燃料有効部の長さを短くした燃料ペレット
充填領域を有する燃料棒を含む場合は、水ロッドの貯水
部は、下端がこの燃料棒の燃料ペレット充填領域の上端
とほぼ等しいか又はそれより下方に位置するようにする
。これにより当該燃料棒に対しても運転サイクル後半に
おける出力分布の平坦化が可能となる。

前記燃料棒が、前記燃料ペレット充填領域で構成される
燃料有効部の上端に天然ウランブランケット領域を有し
ている場合は、前記水ロッドの貯水部は、下端が前記天
然ウランブランケット領域の下端とほぼ等しいか又はそ
れより下方に位置するようにする。当該燃料棒において
、天然ウランブランケットは燃料棒頂部の燃焼を抑制し
、出力分布を平坦化させる作用を持つ、しかしながらこ
の部分まで上記水ロッドが配置されていると、運転サイ
クル前半においては水ロッド上部の蒸気の充満により天
然ウラン部分のＨ／Ｕ比が減少し、燃料ペレット充填領
域とはｌ−Ｉ　／　Ｕ比に対する無限増倍率の特性の異
なる天然ウランに対しては減速不足の状態となり、燃焼
の抑制がうまく行えなくなる。従ってこの部分に上記の
ように貯水部を配置することにより、運転サイクル前半
における天然ウランの燃焼抑制作用を有効化し、燃料の
核特性上不利にならない範囲で出力分布の平坦化を図り
、炉心流量を変えることにより燃料ペレット充填領域の
スペクトルシフト運転を効率よく行うことができる。

前記貯水部の上部に傘を設けた場合には、燃料集合体出
口における環状二相流で囲まれた水ロッド周囲の液膜流
れが効率よく貯水部に補集され、逆に蒸気は貯水部に混
入し難くなる。

前記傘の上部には複数の穴を開けた場合には、貯水部の
上部に入り込んだ蒸気或いはγ線による発熱で発生した
蒸気が貯水部から抜は易くなる。

前記上部タイプ１／−１・に保持される前記水「２ツド
の上端部を、前記貯水部の上端に突設した場合には、貯
水部の保有水量を増加させることかでき、また当該突設
部の長さをか短くなるため金属量を低減することができ
る。前記貯水部の開口を■゛；゛水部側面部側面た場合
には、上記と同様、液膜流れの補集か効率的に行える。

前記貯水部の上端にさらに蒸気抜は用の穴を開けた場合
には、ここから上記を効率よく逃がすことかできる。

前記貯水部を上端が開口した水ロッド外管の延長部で構
成し、前記水ロッド外管延長部を前記−１−部タイブレ
ートで保持した場合には、貯水部の保有水量を著しく増
加できる。前記貯水部を構成する水ロッド外管延長部の
側面に液流入１」を設けた場合には、−■−記と同様、
液膜流れの袖集か効率的に行える。

また前記貯水部を」一端を開口１−た水「７ツド外管の
延長部で構成し、前記水ロッド外管延長部の下方側面に
液流出口を設けた場合は、水の交換か行われ、水垢の発
生及び沈着を防止できる２前記水０ラド外管延長部の北
方側面に貯水部内方下部に遠道する液流出口を設けた場
合も、貯水部に溜まった水の静圧による流出を防き′な
から水の循環を行い、水垢の発生及び沈着を防止できる
。

前記貯水部内面をセラミック等の非腐蝕材料でコーティ
ングしまた場合は、流出口を設けなくても貯水部の健全
性を維持することができる。

また、前記水ロッドの外周形状を四角とする、：とによ
り、例えば当該水１７・ソドを燃料棒の３行３列か占め
る領域に配置することかできる。このため燃料棒に対し
て水１コツトの占める面積の割合をｉ＆も大きくするこ
とかでき、水１：′７ツド内の同一のボイド率変化に対
ｊ、て燃料集合体全体と１〜でのボイド率変化を最も大
きくすることかでき、最も高いスペクトルシフ１〜運転
の効果を得ることかできる。コーナ部に前記冷却材下降
流路を設ｃＪか場合は、水ロッドの外管及び仕切板のみ
て゛冷却材下降流路を形成する、−とかでき、Ｗ４造が
簡単でＶ造作に勝れている。

前記四角型の水Ｌ７ツドのコーナ部の１つに、前記冷却
材流入１コに隣接して開口した給水流入［」を有し、前
記貯水部に開口した給水吐出［コを有する給水上昇流路
を設けた場合は、給水上昇流路よりザブクールの冷却材
を貯水部に供給でき、貯水部における中性子の減速効果
が大きくなるので、燃料棒の燃料ペレット充填領域−二
部の反応度か白土。

し、経済性が更に良くなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例による燃料集合体を第１図〜第
４図を参照して説明する。

本実施例の燃料集合体１０は、第１図に示すように、燃
料棒１１、」二部タイプレート１２、下部タイプレート
１３、及び水ロッド１９を有している。燃料棒１１の上
下端部は、上部タイプレート１２及び下部タイグレー１
−１３にて保持される。

水ロッド１９も、両端部が上部タイブレー１−１２及び
下部タイプレート１３に保持される。また第２図に示す
ように、燃料集合体の軸方向には燃料スペーサ】６が幾
つか配置され、燃料棒１１相互間の間隙を適切な状態に
保持している。燃料スベ−ザ１−６は、水ロッド１９に
て保持される。上部タイグレー１へ１２はチャンネルボ
ックス１７に取付けられ、チャンネルボックス１７は燃
料スペーサ１６で保持された燃料棒１１の束の外周を取
囲んでいる６下部タイブレー１〜１３は、Ｊ一端部に燃
料棒支持部１４を有し７、しかも燃料棒支持部１４の下
方に空間１５を形成している。燃料棒支持部１４が、燃
料棒１１及び水１７ツド１９の下端部を支持している。

燃料棒１１は、第３図に承ずように、」一部端栓３１及
び下部端栓３２にて両端が密封された被覆管３０内に多
数の燃料ベレッ１〜３３を装荷しならのである。ガスプ
レナム３４か、被覆管３０内の上端部に形成される。水
１７ツド１９の直径（後述する外管２１の外径）は燃料
棒１１の直径よりも大きく、水ロッド１９は燃料集合体
１０の横断面の中央部に配置されている。

水ロッド１９の詳細構造を第１図（ａ、　）及び（ｂ）
により説明する。水ロッド１９は、四角型外管２１　コ
ーナ部仕切板２０、及び外管２１−の頂部に位置する貯
水部８０より構成される。仕切板２０は四角型外管２１
の４つのコーナ一部に配置されている。外管２１の上端
はカバ一部２３にて密封されており、カバ一部２３と外
管２１の延長部２１Ａにて貯水部８０を構成している。

カバ一部２３は、仕切板２０の上端との間に間隙を形成
するように仕切板２０の上端を被っている。カバ一部２
３の上部の上部端栓８３は、上部タイプレート１２に挿
入されて保持される。仕切板２０は、その両端が外管２
１の内面に固定される。外管２１の内面及び仕切板２０
にて形成される大角形の通路が冷却水上昇流路２５を構
成する６外管２１のコーナ一部及び仕切板２０にて囲ま
れる４つの三角形の通路が、それぞれ冷却水下降流路２
６を構成する。冷却水上昇流路２５の下端部に形成され
た冷却水流入口２８は、下部タイプレート１３の燃料棒
支持部１４を貫通し、下部タイプレート１３の空間１５
に開口している。冷却材下降流路２６の下端部に冷却水
吐出口２９か形成され、冷却水吐出口２９は、料棒支持
部１４よりも上方の領域に開口している。

燃料棒支持部１４は、燃料集合体１０の下方空間１５か
ら燃料棒１１相互間に導入される冷却水流に対する抵抗
体の機能を有している。冷却水上昇流路２５と冷却水下
降流路２６とは、水ロッド１つの上端部に形成された反
転部２７によって連絡されている。このように水ロッド
１９は、内部に冷却水上昇流路２５、冷却水下降流路２
６及び反転部２７からなる逆Ｕ字状の冷却水流路を有し
ている。

また四角型水ロッド１９は、第４図に示すように、燃料
集合体１０において燃料棒１１の３行３列の占める領域
に配置されている。

また四角型水ロッド１９は、第４図に示される４本の四
角型水ロッド１９を１本にして、第４Ａ図に示すように
、燃料集合体１０の中央部に、燃料棒１１の６行６列の
占める領域に配置してもよい。

以上のように構成された本実施例の燃料集合体１０にお
ける上記水ロッド１９の動作原理を以下に説明する。

第５図は上記水ロッドの構造を概略的に示しており、こ
の図では水ロッドは符号１で示されている。水ロッド１
は、基本的には、燃料集合体の下部に設けられた抵抗体
（例えは下部タイプレート）６よりも下方の領域に冷却
材流入口４か開口した冷却材上昇流＃ｒ２と、この冷却
材上昇流路内を流れる冷却材流を反転させて下方に導き
、しかも冷却材吐出口５が抵抗体６よりも上方の領域に
開口した冷却材下降流路３とを有している。抵抗体６に
は、複数の冷却材流通孔７が設けられている。

抵抗体６に設けられた冷却材流通孔７を流れる冷却材（
冷却水）の流量か変化すると、抵抗体６より下方の領域
と抵抗体６より上方の領域との間の差圧ΔＰか変化する
。縮流抵抗による差圧は冷却水流量のほぼ２乗に比例す
るので、たとえば低杭体６を通過する冷却水流量が８０
％から１２０％に変わったとすると、差圧ΔＰは約２．
２５倍になる。

一方、水ロッド１内の冷却水量と水ロッド１における出
入口間の差圧（冷却材流入口４と冷却材吐出口５との間
の差圧）との関係は第６図に示すようになる。冷却水流
量を零から増加さぜると水ロッド１の出入口間の差圧は
極大値ＳＯに達し、さらに冷却水流量を増加すると水ロ
ッド１の出入口間の差圧は一旦極小になった後、再び単
調に増加する。これは、第７図に示した現象に起因して
いる。第７図（ａ）は第６図の８点での水ロッド１内の
状態を示し、第７図（ｂ）は第６図のＴ点での、第７図
（ｃ）は第６図のＵ点での水ロッド１内の状態をそれぞ
れ示している。

水ロッド１内の冷却水も、水ロッド１の周囲にある燃料
棒から照射される中性子及びカンマ線によって、０．５
〜２Ｗ／−程度の割合で発熱する。

水ロッド１内を流れる冷却水の流量か非常に少ない場合
（第６図の８点の状態）は、水ロッド１内の冷却水が中
性子等の照射によって発熱するとともに蒸発し、この蒸
気か第７図（ａ）に示すように冷却材上昇流路２及び冷
却材下降流路３の上部に充満する。冷却材上昇流路２内
には液面Ｌ　１かでき、水ロッドｊの出入口間の差圧は
この液面１−１１と水ロッド１の冷却イイ叶出口５（冷
却材下降流路３の出口）の液面Ｌ２の静水頭差によって
発生ずる。冷却材上昇流＃Ｉ２内に流入する冷却水流量
は、蒸気になって冷却材吐出口５がら流出する流量とバ
ランスする。

冷却水流量を第６図の８点から増加していくと、冷却材
上昇流路２内への冷却水の流入量が冷却水の蒸発量を」
−凹わる。このような場合（例えば第６図のＴ点）には
第７図（ｂ）に示すように冷却水が冷却材下降流路３内
を流下するにのとき、冷却水上昇流路２内の静水頭の一
部分が冷却材下降流路３内を流れる冷却水の重量によっ
て打消されるため、水ロッド１の出入［１間の差圧は極
大値Ｓｏよりも減少する。しかし、さらに冷却水流量を
増加すると、冷却材流入口４から流入した未飽和水は冷
却材上昇流路２及び冷却材下降流路３内で沸騰か抑制さ
れたまま（ボイド率か著しく低減された状態で）冷却材
吐出口５から流出する（第６図のＵ点及び第７図（ｃ）
の状態）。このため冷却材上昇流路２及び冷却材下降流
路３内はほとんとｌト相流となる。従って、第７図（ｃ
）の状態で冷却材上昇流路２及び冷却材下降流路３内の
冷却材吐出口５のレベルにお？−Ｊる各静水頭は打消し
合って、それらの静水頭差かＪ［常に小さくなる。

しかし、水ロッド１内を流れる冷却水流量が大きいため
、摩擦や冷却水流れの反転による圧力損失が増大し、水
ロッド１の出入口間の差Ｆトは再び上昇する。

以上述べた現象によって、水ロッド１−の出入口間の差
圧の変化量が少なくても、水ロッド１内の冷却水流量の
変化幅は非常に大きくなり、ボイド率の変化幅も著しく
増大する。

従って、例えば炉心流量が８０％の時における水Ｖ′：
ｌツド１の出入口間の差圧が第６図の極小値ＴＯに対応
する水＋７ツド１の出入「１間の差圧以−ドで、炉心流
量１２０％の時における水ロンド１の出入口間の差圧か
第６図の極大値ＳＯに対応する水ロッド１の出入口間の
差圧を越えるように抵抗体６の抵抗を調節してお（−）
ば、燃料集合体内を流れる冷却水流量（炉心流量）の変
化によって大幅なボイド率変化を実現することかできる
。上記の例で炉心流量８０％は極大値ＳＯよりも左側、
好ましくは第６図の０点（極小値Ｔｏと同じ出入口間の
差圧）よりも左側にあり、炉心流量１２０％は極小値Ｔ
ｏよりも右側、好ましくは第６図のＲ点（極大値ＳＯと
同じ出入口間の差圧）よりも右側にある。

以上の原理で動作する水ロッド１９を有する本実施例の
燃料集合体１０においては、燃料集合体１０を沸騰水型
原子炉の炉心内に装荷して（全燃料集合体か当該燃料集
合体）沸騰水型原子炉を運転すると、冷却水の大部分は
、下部タイブレー１へ１３の空間１５（第２図）及び゛
燃料棒支持部１−４に設けられた貫通孔１８を通って燃
料集合体１０の燃料棒１１相互間に直接導入される。平
部タイブレー１へ１３の空間↑５に流入した冷却水の残
りの部分は、冷却水流入口２８から水ロッド１９の冷却
水上昇流路２５内に流入し、さらに反転部２７及び冷却
水下降流路２６を介して冷却水吐出し１２つから燃料棒
支持部１４より一ト一方の領域に吐出される。冷却水吐
出１１２９から吐出される冷却水ｃＪ、冷却水流入Ｌ］
２８から水ロッド１９内に流入する冷却水の流量の多少
に応じて前述したように液体または気体（蒸気）となる
。本実施例は、炉心流量１００％（水ロッド１９内では
第６図の極大値ＳＯでの流量状態）以下で第７図（ａ）
の状態が水ロッド１９内に生１ユ、炉心流量１１−０％
（水ロッド１９内では第６図のＲ点での流量状態）で第
７図（ｃ）の状態が水ロッド１９内に生じるように、燃
料棒支持部１４の圧力損失、内管２０及び外管２１の仕
様があらかじめ設定されている。

従って炉心流量を１００％から１１０％を含む範囲で変
化させることにより燃料集合体内平均ボイド率を大幅に
変化させることが可能となり、燃料サイクル末期で反応
度を増加させるスペクトルシフ）〜運転の効果を向上さ
せることができる。

また本実施例においては、四角型の水ロッド１９は、第
４図に示すように燃料集合体１０において燃料棒１１の
３行３列の占める領域に配置されている。水ロッド形状
を四角型とすることで、燃料棒１１の３行３列の占める
領域に対して水ロッドの面積を最も大きくすることがで
きるため、水ロッド内の同一のボイド率変化に対して、
燃料集合体全体としてのボイド率変化を最も太きぐする
ことができる。このため、本実施例の燃料集合体１０に
より、最も高いスペクトルシフト運転の効果が得られる
。また、四角型の外管２１および仕切板２０のみで冷却
水上昇流路２５と冷却水下降流路２６を形成することか
可能で、構造か単純なため、製造性に勝れている。

また本実施例においては、水ロッド１９の上部に上端部
分に開口を有する貯水部８０を設けていることにより、
更に以下の効果を発揮する。

上記原理で作動する水ロッド１９を有する燃料集合体１
０においては、上述したように、冷却材流量が小さい運
転サイクル前半では、水ロッド冷却材下降流路２６内に
おいて冷却材が位置する炉心下部で減速材密度が大きく
、蒸気が位置する炉心上部で減速材密度が小さくなる。

従って、運転サイクル前半では主に炉心下部が燃焼し、
炉心上部ではウラン２３８からプルトニウム２３９への
転換が図られ、運転サイクル後半には、サイクル前半で
転換された炉心上部のプルトニウム２３９が主に燃焼に
寄与するため、スペクトルシフト効果による燃料の燃焼
効率が高まる。

しかしながら、このようにスペクトルシフト運転かなさ
れた場合、運転サイクル後半でプルトニウム２３９が燃
焼に寄与することにより、燃料棒の軸方向出力分布がプ
ルトニウム２３９が位置する燃料棒上部で高く歪むにの
ため運転サイクル後半では炉心上部、特に頂部で線出力
密度（ｋｗ／ｎ）が高くなり、線出力密度の制限値に対
する余裕が小さくなる。線出力密度の観点からは、でき
るたけ出力分布か平坦化していることか望ましい。

水ロッド１９の上部に上端部分に開口を有する貯水部８
０を設けることにより、貯水部８０に水・蒸気からなる
二相流か流れ込む。このうち蒸気は浮力により貯水部８
０から流出し、水のみが貯水部８０に溜まる。従って、
減速材が燃料棒１１の頂部付近に常時配置されることに
なり、運転サイクル前半で水ロッド１９内の冷却材下降
流路２６の上部に充満される蒸気による燃料棒頂部での
ウラン２３８からプルトニウム２３９への転換か抑制さ
れる４このため、運転サイクル後半でそのプルトニウム
が燃焼することにより出力分布か平坦化され、燃料棒頂
部での線出力密度の上昇が緩和される６運転サイクル後半に出力分布が上に高く歪み、線出力密
度が厳しくなるのは燃料棒１１の燃料ペレット３３の頂
部のみであり、スペクトルシフト運転の効果をできるだ
け活用し、核燃料物質の有効利用を図るためには、水ロ
ッド頂部に配置される貯水部８０は、燃料集合体１０の
必要かつ十分な領域のみとする。即ち、水ロッド１９の
貯水部８０は、下端が前記燃料棒１１の燃料ペレット充
填領域３３の上端とほぼ等しいか又はそれより下方に位
置するようにする。本実施例では、貯水部８０の下端が
燃料棒１１の燃料ペレット充填領域３３の上端より少し
下方に位置するようにする。

即ち、燃料棒支持部１４から水ロッド１９までの高さ１
２が燃料ペレット３３の高さｆＪｌよりも低くなるよう
に貯水部８０の高さ１３が設定されている。なお、燃料
棒１１は、照射変形により燃料有効部である燃料ペレッ
ト充填領域が５ａｍ程度伸長する。従って、上記高さ関
係はこのことを考慮し、伸長後の状態でそうなるように
決定する。

本発明の他の実施例を第８図〜第１０図を参照して説明
する。

前述の実施例では、燃料有効郡全体に燃料ペレット３３
を充填しているが、燃料経済性を向上させること及び炉
心の停止余裕の増大をはかるため、燃料有効部の上端部
に天然ウランブランケット領域を設置することが有効で
ある。第８図は燃料棒の燃料有効部の上端か天然ウラン
ブランケット領域になっている場合の実施例を示すもの
である。

第８図において、燃料棒１１Ａは、濃縮された燃料有効
部３３とその上方にある天然ウランプランゲラ１〜領域
８つより構成された燃料有効部を有しており、プレナム
部３４は天然ウランプランゲット領域８つの上部に位置
している。水四ツ１テ１９Ａの−Ｆ端高さ位置は、燃料
有効部の上端ではなく、濃縮された燃料有効部３３の−
Ｌｌ即ち天然ウランブランケット領域８つの下端にほぼ
等しいか又はそれより下方にあり、天然ウランブランウ
ッド領域８９に対応する部分には貯水部８０Ａが配置さ
れている。水ロッド」１端を天然ウランプランケラ１−
顧域８９にまで拡張しない理由は、天然ウランプランク
ツＩ〜領域の核的特性を考慮したためである。以下それ
について説明する。

一般に、燃料の無限増倍率は、減速材の量を増加させる
と最大になる値かあり、それ以上減速材を増加させると
減少する傾向を持つ。第９図に、減速材に対する無限増
倍率の関係を示す。横軸は、水素対ウラン原子数比（Ｈ
／Ｕ比）をとっており。

減速材である水が増加すると、Ｈ／　ＩＪ比は増加づる
。

無限増倍率が減速材に対して最大値を持つのは、Ｈ／　
ｔＪ比か増加すると、中性子の減速か促進され、共鳴吸
収から逃れる確率ｐか増加する一方、減速材の熱中性子
吸収か増えるので熱中性子利用率ｆが減少づることから
、■）とｆ両者か相殺し合うなめである。沸騰水型原−
ｒ炉の燃料は、通常の運転領域では、出力反応度係数を
１１に１７て自記制御しやすい状態に保つ意味から、第
９図の領域Ａで示す減速不足状態の範囲に人っている。

ところか、天然ウランの場合、ウラン２３５の量か通常
の燃料の１７３〜１／４であるため、ウラン２３５の熱
中竹子吸収断面積か減少し、熱中性子利用率ｆか低下す
る。また、全体の熱中性子吸収断面積も減少するので、
減速材の熱中・ｉ子吸収断面積の割合か相対的に増加す
る。従って、■−■／ＩＪ比か変化ｊ、などき、熱中性
子利用率ｆの変化の割合か大きい。そのため、第１０図
の破線に示すように、天然ウランは通常燃１４と比べ、
ｆは右下かりて急な傾きを持ち、無限増倍率は最大値が
左にずれる。以上から天然ウランは通常の運転領域Ａで
、減速過剰の状態になり、ｌ−１／　Ｕ比が増加すると
無限増倍率は減少するにのような理由から、天然ウランブランケット領域８９は
燃料棒頂部の燃焼を抑制し、出力分布を平坦化させる作
用を持つ。しかしながらこの部分まで水ロッド１．９Ａ
が配置されていると、運転サイクル前半においては水ロ
ッド上部の蒸気の充満により天然ウランプランケラ１〜
領域８９の１−１　／Ｕ比が減少し、天然ウランに対し
ては減速不ＪＪｉの状態となり、燃焼の抑制がうまく行
えなくなる。

従ってこの部分に」１記のように貯水部８０を配置する
ことにより、運転サイクル前半における天然ウランの燃
焼抑制作用か確実に行え、燃料の核特性−Ｌ不利になら
ない範囲で出力分布の平坦化を図り、炉心流量を変える
ことにより燃料ベレツＩ〜充填領域のスペクトルシフト
運転を効率よく行うことかできる。

本発明の更に他の実施例を第１１図を参照Ｉ−で説明す
る。前述の実施例では、燃料棒を燃料有効部か通常の長
さを持つ１一種類のみとしたか、燃料経済性を向上させ
ること及び炉心の停止余裕の増大を図るため、燃料有効
部の長さを短くした燃料ペレット充填領域を有する燃料
棒を含ませることか有効である。第１１−図はこのよう
な場合の実施例を示す６のである。

第１１図において、燃料棒１１は第１図及び第３図に示
した燃料棒１１と同様、通常の長さのベレッＩ−充填領
域３３からなる燃料有効部を有し、燃料棒１．１　Ｂは
、ペレット充填領域３３より長さの短いペレット充填領
域３３Ｉ３からなる燃料有効部を有しており、プレナム
部３４はペレット充填領域３３Ｂの上部に位置している
。水ロッド１９Ｂの頂部に位置する貯水部８０Ｂの下端
高さは、燃料棒１１の燃料有効部のト、端ではなく、燃
料棒１、１　Ｂの燃料有効部３３■３の上端にほぼ等し
いか又はそれより下方に位置している。これにより燃料
有効部の短い燃料棒１１　Ｂに対ｌ〜ても運転サイクル
後半におりる出力分布の平坦化が可能となる。

本発明の更に他の実施例を第１２図を参照して説明する
。本実施例では、水ロッド１．９Ｃの上端に位置する貯
水部８０へ冷却水を導く給水上昇流路８５を設けている
。給水■昇流路８５は、冷却水下降流路２６と同様に、
四角型外管２１のコーす一部と仕切板２１により囲まれ
るが、その下端には給水流入口８６をまた上端には給水
吐出口８７を有している。給水流入口８６は冷却材流入
口２８に開口しており、冷却材流入口２８に流入した冷
却材の一部か、給水流入口８６より流入し、給水上昇流
路８５を上昇する。給水吐出口８７は、貯水部８０に開
口しており、給水上昇流路８５を上昇した冷却材は、給
水吐出口８７より貯水部８０に吐出される。冷却材流入
口２８の径、給水流入口８６、給水上昇流路８５および
給水吐出口８７の流路抵抗は給水上昇流路８５内に水面
ができないように適当に設定する。

本実施例によれば、給水上昇流路８５より貯水部８０に
冷却材を供給した場合、サブクールの冷却材が供給され
るため、貯水部８０における中性子の減速効果か大きく
なるので、燃料棒の燃料有効部上部の反応度か向上し、
経済性が更に良くなる。

第１３図は、丸型水ロッド１９Ｄの上端に貯水部８０Ｄ
を設けた実施例を示す。図中第１図及び３つ第３図に示す部材と同等の部材には同じ符号を付しであ
る。このように丸型水ロッド１９Ｄで燃料集合体１０Ｄ
を構成しても上述したのと同様の効果を得ることができ
る。

次に、第１４図〜第２２図を参照して水ロッド上端の貯
水部の構成に関する変形例又は修正例を説明する。これ
ら図において、貯水部は便宜上共通的に符号８０で示す
。

第１４図は、貯水部８０の上部に傘部８１を設けたもの
である。集合体出口における流動は、液相と気相の環状
二相流であり、水ロッドの周囲には液膜流れが形成され
ている。傘を設けたことにより、液膜流れか効率良く補
集され、逆に蒸気は貯水部に混入しにくくなる。この傘
部８１は上部タイプレート下部に設けてもよい。

第１５図は、傘部８１の上部に幾つかの傘部口８２を開
けたものであり、貯水部８０の上部に入り込んな蒸気あ
るいはγ線発熱で発生した蒸気が貯水部８０から抜は易
くなる。

第１６図は、上部端栓８３を貯水部８０の上端から設け
たもので、これにより貯水部８０の保有水量を増加させ
ることかできる。また、端栓８３の長さが短くなるため
、金属量を低減することかできる。

第１７図に示す如く、貯氷部開口部８４を、貯水部側面
に配置してもよい。これによって第１４図と同様に、液
膜流れの補集が効率的に行える。

また、貯水部上端を本図のように曲面で形成することに
より、この部分での圧力損失を低減できる。

もちろん、曲面部に幾つかの孔を設け、貯水部内の蒸気
を逃し易くしてもよい。

蒸気を効率良く逃す方法として、第１８図に示すように
上部端栓に直接穴８５を開りる方法も可能である。

第１９図に示すように、貯水部８０の上方を開口した水
ロッド外管２１の延長部２１Ａを上部タイプレートで保
持し、上部タイプレート上方の液が貯水部８０に流れ込
む構造にしてもよい。この構造にすれば貯水部８０の保
有水量を著しく増加できる。

貯水部への液流入量を多くする方法として、第２０図に
示した貯水部側面に液膜流の流入口として貯氷部開口部
８４を設けてもよい。また、本構造にすれば、事故時に
上部タイプレート上部から非常用冷却水か炉心に流れ込
み、炉心冷却が促進される効果も期待できる。

貯水部８０内の水は、γ線による加熱のためにわずかに
沸騰する。沸騰による水の撹拌と貯水部上方からの水の
流入により、貯水部８０内の水は徐々に交換される。従
って、貯水部８０内で水垢か発生し貯水部８０の健全性
か損なわれる可能性は小さい。しかしながら、さらに確
実に水垢の発生および沈着を防ぐには、第２１図に示す
ように貯水部側面の下方側面に液流出用の開口部８４を
設ける構造とすれはよい。たたし、この開口部８４から
の水の流出量は貯水部上方からの流入量より小さくなる
ように穴の径を調節しておく。これより、貯水部８０の
水量を常に保持しつつ、新しい水に交換されるので、貯
水部８０内の水垢付着を防ぐことかできる。

貯水部８０の水垢付着を低減する他の方法として、第２
２図に示すように貯水部８０からの水の流出口８４Ａを
貯氷部上方に設け、流出口８４Ａを通路８４Ｂで貯水部
８０の底に連通させることにより、貯水部内に溜まった
水の静ＦｌＦによる流出を防ぐことかできる。このため
、水垢の循環が円滑に行える６また、貯水部８０の内面をセラミック等の非腐食性の材
料でコーティングすれば、流出［」を設ＣＪなくとも、
貯水部の健全性を維持することかできる。

第１図の水ロッド１９を９行９列に燃料棒を配列した燃
料集合体に適用することかできる。すなわち、燃料集合
体横断面中央部で、燃料棒を３行３列に配置できる領域
に１本の水ロッド１９を配置する。この構成によっても
、水ロッド１９の機能を発揮できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ボイド率を大幅に変化させることので
きる水ロッドの頂部に貯水部を設け、その貯水部を好ま
しくは下端か燃料棒の燃料ベレッ）〜充填領域の」１端
とほぼ等しいかヌはそれより下方に位置するように配置
１〜なので、運転ザイクル前半で燃料棒頂部でのプルト
ニウムへの転換か適度に抑制され、運転ザイクル後半で
の出力分布を平坦化でき、燃料棒頂部での線出力密度の
上昇を緩和できる。

燃料有効部の長さを短くジノ、：燃料べｌ／ツ１〜充填
領域を有する燃料棒に対しては、貯水部の下端を当該燃
料棒の燃料ベレッ１へ充填領域の上端とほぼ等しいか又
はそれより下方に位置するように配置することにより、
当該燃料棒に対１−ても運転ザイクル後半における出力
分布の平坦化がｉＴ能となる。

燃料ペレット充填領域で構成される燃料有効部の上端に
天然ウランプランケラ１へ領域を有する燃料棒に対して
は、貯水部の下端を天然ウランプランゲラ１〜領域の下
端とほぼ等しいか又はそれより下方に位置するようにす
ることにより、運転サイクル前半にお（ｌる天然ウラン
の燃焼抑制作用を確実に行わせ、燃料の核特性上不利に
ならない範囲で出力分布の平坦化を図り、炉心流量を変
える、二とにより燃料ペレット充填領域のスペクトルシ
フト運転を効率よく行うことができる。

貯水部の上部に傘を設（〕た場合に、貯水部の開口を貯
水部側面に設けた場合、貯水部を構成する水ロッド外管
延長部の側面に液流入口を設けた場合には、水ロッド周
囲の液膜流れを効率よく補集することができる。

傘の上部に複数の穴を開けた場合、貯水部の上端にさら
に蒸気抜は用の穴を開ｌｊな場合には、蒸気か貯水部か
ら抜は易くなる。

上水ロッドの上端部を貯水部の上端に突設した場合には
、貯水部の保有水量を増加させることができ、また当該
突設部の金属量を低減できる。

貯水部を」一端か開口した水ロッド外管の延長部で構成
し、上部タイブレー１−で保持した場合には、貯水部の
保有水量を著しく増加できる。

貯水部を上端を開口した水ロッド外管の延長部で楕成し
、下方側面に液流出口を設けた場合、下方側面に貯水部
内方下部に連通ずる液流出「１を設けた場合は、水垢の
発生及び沈着を防止できる。

貯水部内面をセラミック等の非腐蝕材料でコーティング
した場合は、流出口を設りなくても貯水部の健全性を維
持することができる。

水ロッドの外周形状を四角とした場合は、その水ロッド
を燃料棒の３行３列か占める領域に配置した場合は、燃
料棒に対して水ロッドの占める面積の割合が最も大きく
なり、最も高いスペクトルシフト運転の効果を得ること
かできる。

コーナ部に冷却材下降流路を設けた場合は、簡単な構造
で冷却材下降流路を形成することかできる。

四角型の水ロッドのコーナ部の１つに給水＋４流路を設
けた場合は、給水−Ｉ−昇流路よりザブクールの冷却材
を貯水部に供給でき、燃料棒の燃料ペレッ１−充填領域
上部の反応度か白子ｊ〜、経済・−二か更に良くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例による燃料集合体の要
部及び水ロッドの詳細構造を示ず部分断面側面図であり
、第１図（ｂ）は第１図（ａ＞のＩ−Ｉ線に沿った水ロ
ッドの横断面図であり、第２図はその燃料集合体の全体
を示す縦断面図であり、第３図は同燃料集合体における
水ロッド則°水部と燃料棒との高さ関係を示す図であり
、第４図は同燃料集合体の横断面図であり、第４Ａ図は
同燃料集合体の変形例であり、第５図は水ロッドの作動
原理を説明するため水ロッドの構造を概念化して示した
図であり、第６図は同水ロッドの出入口間に生ずる差圧
と水ロッド内の冷却水流星の関係を示す特性図であり、
第７図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は第５図のＳ、Ｔ及び
Ｕ点でのみずロッド内の流動状態を示す説明図であり、
第８図は本発明の他の実施例による水ロッドの構成を燃
料棒との関係で示す図であり、第９図及び第１０図は濃
縮燃料ペレットと天然ウランのＨ／　Ｕ比と前駆増倍率
との関係を示す特性図であり、第１１図は本発明の更に
他の実施例による水ロッドの構成を燃料棒との関係で示
す図であり、第１２図（ａ）は本発明の更に他の実施例
による水ロッドの構造を示す図であり、第１２図（ｂ）
は第１２図（ａ＞のＸＩＩ−Ｘｎ線に沿った断面図であ
り、第１３図は本発明の更に他の実施例による燃料集合
体の縦断面図であり、第１４図（ａ）及び（ｂ）、第１
５図５．第１６図（ａ）及び（ｂ）、第１７図（ａ）及
び（ｂ）、第１８図（ａ）及び（ｂ）、第１９図、第２
０図、第２１図（ａ）及び（ｂ）及び第２２図（ａ）及
び（ｂ）は本発明の更に他の実施例による水ロッド貯水
部の断面図ないしは斜視図であり、第２３図はスペクト
ルシフト運転をしない場合及びした場合における燃焼度
に対する無限増倍率の変化を示す特性図であり、第２４
図は、炉心流量と炉心平均ボイド率との関係を示す特性
図である。符号の説明１０；］、ＯＤ・・・燃料集合体１１；ＩＩＡ；ＩＩＢ・・・燃料集合体１２・・・上部
タイプレート１３・・・下部タイプレート１４・・・燃料支持部（抵抗体）１９；１９Ａ〜１９Ｄ・・・水ロッド２５・・・冷却水上昇流路２６・・・冷却水下降流路２８・・・冷却水流入口　　２つ・・・冷却水吐出口８
０．８ＯＡ　、〜８０Ｄ・・・貯水部８１・・・傘部　
　　　　　８２・・・傘部口８３・・・上部端栓８４　；　８４Ａ・・・貯氷部開口部２１Ａ・・・外管延長部　　８５・・・貯水部上昇流路
８６・・・貯氷部流入口　　８７・・・貯氷部吐出口出
願人　　株式会社　日立製作所

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上部タイプレートと、下部タイプレートと、上端
部が前記上部タイプレートに保持され下端部が前記下部
タイプレートに保持され、内部に複数の燃料ペレットを
充填した複数の燃料棒と、前記燃料棒間に配置された複
数の水ロッドと、下部に配置された抵抗体とを有し、前
記水ロッドが、前記抵抗体より下方の領域で開口した冷
却材流入口を有する冷却材上昇流路と、前記冷却材上昇
流路に連絡され前記抵抗体よりも上方の領域に開口した
冷却材吐出口を有する冷却材下降流路とを備えている燃
料集合体において、前記水ロッドの上部に、上端部分に開口を有する貯水部
を設けたことを特徴とする燃料集合体。
（２）前記水ロッドの貯水部は、下端が前記燃料棒の燃
料ペレット充填領域の上端とほぼ等しいか又はそれより
下方にあることを特徴とする請求項１記載の燃料集合体
。
（３）前記燃料棒は燃料有効部の長さを短くした燃料ペ
レット充填領域を有する燃料棒を含み、前記水ロッドの
貯水部は、下端がこの燃料棒の燃料ペレット充填領域の
上端とほぼ等しいか又はそれより下方にあることを特徴
とする請求項１記載の燃料集合体。
（４）前記燃料棒は、前記燃料ペレット充填領域で構成
される燃料有効部の上端に天然ウランブランケット領域
を有しており、前記水ロッドの貯水部は、下端が前記天
然ウランブランケット領域の下端とほぼ等しいか又はそ
れより下方にあることを特徴とする請求項１記載の燃料
集合体。
（５）前記貯水部の上部に傘を設けたことを特徴とする
請求項１記載の燃料集合体。
（６）前記傘の上部に複数の穴を開けたことを特徴とす
る請求項５記載の燃料集合体。
（７）前記上部タイプレートに保持される前記水ロッド
の上端部を、前記貯水部の上端に突設したことを特徴と
する請求項１記載の燃料集合体。
（８）前記貯水部の開口を、貯水部側面に設けたことを
特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
（９）前記貯水部の上端に、さらに蒸気抜け用の穴を開
けたことを特徴とする請求項８記載の燃料集合体。
（１０）前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延
長部で構成され、前記水ロッド外管延長部を前記上部タ
イプレートで保持したことを特徴とする請求項１記載の
燃料集合体。
（１１）前記貯水部を構成する水ロッド外管延長部の側
面に液流入口を設けたことを特徴とする請求項１０記載
の燃料集合体。
（１２）前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延
長部で構成され、前記水ロッド外管延長部の下方側面に
液流出口を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料
集合体。
（１３）前記貯水部は上端を開口した水ロッド外管の延
長部で構成され、前記水ロッド外管延長部の上方側面に
貯水部内方下部に連通する液流出口を設けたことを特徴
とする請求項１記載の燃料集合体。
（１４）前記貯水部内面をセラミック等の非腐蝕材料で
コーティングしたことを特徴とする請求項１記載の燃料
集合体。
（１５）前記水ロッドの外周形状を四角とし、そのコー
ナ部に前記冷却材下降流路を設けたことを特徴とする燃
料集合体。
（１６）前記四角型の水ロッドを前記燃料棒の３行３列
が占める領域に配置したことを特徴とする請求項１５記
載の燃料集合体。
（１７）前記四角型の水ロッドのコーナ部の１つに、前
記冷却材流入口に隣接して開口した給水流入口を有し、
前記貯水部に開口した給水吐出口を有する給水上昇流路
を設けたことを特徴とする請求項１５記載の燃料集合体
。