JPH04291194A - 燃料集合体 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子炉（以下Ｂ
ＷＲという）等の軽水炉用の燃料集合体に係わり、特に
燃料集合体間のウォーターギャップの流路抵抗を制御す
ることにより、原子炉停止時の炉停止余裕の拡大と大幅
なスペクトルシフト運転を行うことができる炉心を得る
事ができる燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＢＷＲの炉心に装荷される従来の燃料集
合体の一例としては、図２６に示すように構成されたも
のがあり、この燃料集合体１は角筒状のチャンネルボッ
クス２内に燃料バンドル３を収容している。燃料バンド
ル３は燃料棒１１の複数本を、例えば８行８列の正方格
子状に配列して、その中央部に太径のウォーターロッド
５を配置し、これら燃料棒及びウォーターロッドは軸方
向に多段に配設されたスペーサ１６により結束されてい
る。また各燃料棒１１及びウォーターロッド５の上端部
に上部端栓４６が、下端部には下部端栓４７がそれぞれ
固着され、さらに、上部端栓４６が上部タイプレート１
２に、下部端栓４７が下部タイプレート１３にそれぞれ
支持されている。下部タイプレート１３は、その開口か
ら減速材と冷却材としての機能を併せ持つ炉水を図中矢
印に示すように内部に導入し、各燃料棒１１相互間の間
隙を下から上方へ向けて昇流させ、その際に、各燃料棒
１１から放出される熱を除去して炉心上部へ流れ、気液
二相流となる。そして、ウォーターロッド５はその下端
部の開口５ａより炉水を内部へ導入し、軸方向上方へ案
内して排出口５ｂより外部へ流出させ、各燃料棒１１の
上端部に案内する。ここで、ウォーターロッド５内を流
れる炉水は主として減速材として作用し、緩やかにウォ
ーターロッド内を流れ、炉心上部で前記気液二相流と合
流して混合される。なお、図２７に十字形の流路形状を
したウォータークロス４をウォーターロッドのかわりに
有する例を示す。ウォータークロス４はやはり下部に冷
却材取り入れ口（図示せず）を有し上端は十字形のまま
の開放端である。

【０００３】ＢＷＲの燃料集合体は図２７に示すように
、燃料集合体４体の中央に１本の十字形制御棒が配され
たものが基本単位として炉心に装荷されている。そのた
め図８に示す斜線部分の様に、制御棒によって中性子が
吸収される吸収領域が燃料集合体制御棒側（以後Ｗ−Ｗ
側と呼ぶ）の狭い範囲に片寄り、反対側（以後Ｎ−Ｎ側
と呼ぶ）は制御棒による効果を受けていない。原子炉に
おける燃料集合体の取扱作業を効率化するため、燃料集
合体の大きさを拡大すると、従来よりも更に燃料集合体
断面の中で吸収領域の割合が低下するので、原子炉の炉
停止が不足することになる。

【０００４】従来のＢＷＲは、特開昭５４−１２１３８
９号公報に記載されているように、中性子の減速を促進
させるために、冷却材のみが流れるウォーターロッドを
有する燃料集合体を炉心内に装荷している。このような
ウォーターロッドの使用は、従来のＢＷＲ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、炉心に装荷された核燃料物質の有効活
用を可能にする。

【０００５】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がよい。

【０００６】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。

【０００７】図２５は、ＢＷＲ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、縦軸に中性子の無限増
倍率を示したものである。図中二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
路におけるボイド率を一定（４０％）にして燃焼させた
場合を、実線は最初高ボイド率（５０％）で運転して途
中でボイド率を下げた（３０％）場合を示す。図から明
かな様に、はじめボイド率を高くして燃焼させた後で、
ボイド率を下げた方が、燃料の寿命末期でより高い無限
増倍率を得ることができる。つまり、より高い取り出し
燃焼度を得ることができる。

【０００８】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、即ち水素原子数が少な
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。ＢＷＲで用いられる核燃料物質
中には、ウラン２３５とウラン２３８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
２３８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２
３８はほとんど核分裂を生じない。従って、ウラン２３
５が燃焼によって減少すると反応度は低下する。

【０００９】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２３
９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。 ボイド率が高いほど、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２３５およびプルトニウム２３９の核分裂が
抑制される。従って、ボイド率が高いほど、ウラン２３
５とプルトニウム２３９の総量の減少が遅い。

【００１０】ただし、ボイド率が高いと、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、中性子の減速効果が増し、ボイド率一定で
燃焼した場合に比べてウラン２３５およびプルトニウム
２３９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
。

【００１１】以上述べたことが、核分裂性物質の燃焼に
伴っ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よ
ばれる。

【００１２】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、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」（１９８８．４／４〜４／６）発表Ｎｏ
．　Ｆ１５「大幅スペクトルシフトＢＷＲ炉心概念（１
）」及び、特開昭６３−７３１８７号公報には、燃料集
合体の下部に抵抗体を設け、ウォーターロッドに、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設けることが提案されている。

【００１３】このように構成された燃料集合体において
は、炉心を通過する冷却材の流量が低下すると、ウォー
ターロッドの流路内に蒸気が充満し、冷却材流量が増加
すると流路内の蒸気量が著しく減少する。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、運転サイクル末期での反応度増加が可能となる。 即ち、冷却材流量を絞った運転サイクル前半では、ウォ
ーターロッド流路内において液相流が存在する炉心下部
で減速材密度が大きく、蒸気相が存在する炉心上部で減
速材密度が小さくなる。従って、運転サイクルの前半で
は、主に原子炉下部が燃焼し、炉心上部ではウラン２３
８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。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来提案の燃料集合体では、燃料集合体内平均ボイド率を
大幅に変化させる為には、前記提案のウォーターロッド
を複数組み込まないと実現できない。また炉心のボイド
反応度係数を絶対値の小さい負値とするため、チャンネ
ルボックス外の燃料集合体間の水領域（以後ウォーター
ギャップと言う）を大きくした炉心においては、前記ウ
ォーターロッドのみではスペクトルシフト効果は小さい
。

【００１５】本発明の目的は、単純な構造で炉停止余裕
の拡大を図りつつ、スペクトルシフト効果用ウォーター
ロッドの本数増加を抑制しながら炉心内の平均ボイド率
を大幅に変化させることができるとともに、運転サイク
ル後半において反応度を増加して燃料経済性を向上させ
ることができる燃料集合体を提供する事である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、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
を有し、冷却材流路を構成する角筒状のチャンネルボッ
クス内に収容されている燃料集合体において、前記チャ
ンネルボックスがＮ−Ｎ側の２面が二重壁で構成され、
二重壁の間のＬ字状部を冷却材が流れることを特徴とす
る燃料集合体によって達成される。

【００１７】前記部分二重構造のチャンネルボックスの
Ｌ字状部は上端、下端共閉じており、下部タイプレート
の側面と面する下端近傍内側に開口した冷却材流入口を
有する冷却材上昇流路と、冷却材上昇流路に連絡されて
しかも冷却材を下方に導く冷却材下降流路、下部タイプ
レートよりも上方のチャンネルボックス外側に開口した
冷却材吐出口を備えている。下部タイプレートは、燃料
棒支持部の下方の空間の冷却材をチャンネルボックスの
前記冷却材流入口に導く流路を備えている。

【００１８】

【作用】炉心を構成する燃料集合体の制御棒と反対側（
Ｎ−Ｎ側）の２面のＬ字状冷却材流路は原子炉の出力運
転時はボイドが発生し中性子の吸収が少ないが、停止時
は冷却水が充満しＮ−Ｎ側が過減速状態となり水が吸収
材として作用して燃料集合体の中性子増倍率を大きく低
下させる。

【００１９】また出力運転時には炉心を通過する冷却材
の流量が低下すると、チャンネルボックスのＬ字状の２
重壁の間の流路内に蒸気が充満され、その冷却材流量が
増加するとＬ字状の２重壁の間の流路内の蒸気量が著し
く減少する。従って、運転サイクル末期での反応度増加
が可能となる。

【００２０】

【実施例】以下本発明の実施例を図１および図３に基づ
いて説明する。

【００２１】本実施例の燃料集合体１０は、燃料棒１１
、上部タイプレート１２、下部タイプレート１３、燃料
スペーサ１６、チャンネルボックス１７、及びウォータ
ーロッド１９から構成されている。燃料棒１１の上下端
部は、上部タイプレート１２及び下部タイプレート１３
にて保持される。ウォーターロッド１９も、両端部が上
部タイプレート１２及び下部タイプレート１３に保持さ
れる。燃料スペーサ１６は、燃料集合体１０の軸方向に
複数配置され、燃料棒１１及びウォーターロッド１９の
相互間の間隙を適切に保持する。燃料スペーサ１６の軸
方向の位置はウォーターロッド１９によって保持される
。チャンネルボックス１７は、上部タイプレート１２に
取り付けられ、燃料スペーサ１６で保持された燃料棒１
１の束の外周を取り囲んでいる。このチャンネルボック
ス１７のＮ−Ｎ側隣り合う二面にはスペーサ２３によっ
て支持された内壁２０によって冷却材上昇流路２７、冷
却材下降流路２８が形成されている。下部タイプレート
１３は、上端部に燃料棒支持部１４を有し、しかも燃料
棒支持部１４の下方に空間１５を有している。燃料棒支
持部１４が、燃料棒１１及びウォーターロッド１９の下
端部を支持している。燃料棒１１は、図２に示すように
、上部端栓４６及び下部端栓４７にて両端が密封された
被覆管４５内に多数の燃料ペレット４８を装荷したもの
である。ガスプレナム４９が、被覆管４５内の上端部に
設けられている。ウォーターロッド１９の直径は燃料棒
１１の外径より大きく、燃料集合体１０の横断面の中央
部に配置されている。

【００２２】本発明の特徴であるチャンネルボックス１
７の詳細構造を図４により説明する。チャンネルボック
ス１７は、四角筒の内壁２０、Ｎ−Ｎ側の２面に設けら
れた外壁２１、スペーサ２２、流路区画スペーサ２３、
上端カバー２４及び下端カバー２５から構成される。チ
ャンネルボックス１７の内壁２０、外壁２１から構成さ
れる間隙の上下端は、カバー部２４、２５にて封じられ
ている。前記間隙は、流路区画スペーサ２３によって冷
却材上昇流路２７と冷却材下降流路２８とに区画される
。流路区画スペーサ２３は、軸方向下端が下端カバー部
２５に接しており、軸方向上端は上端カバー２４との間
に隙間を有し、冷却材上昇流路２７と冷却材下降流路２
８とを連絡している。冷却材上昇流路２７は下部に冷却
材入口２９を有し、内壁２０を通して下部タイプレート
１３の側面に設けられた空間１５の冷却材を導く吐出口
３０と連絡している。冷却材下降流路２８は燃料棒支持
部１４よりも上方の位置で外壁２１の吐出口３２を通し
てウォーターギャップ３１に開口している。

【００２３】ウォーターロッド１９の詳細構造を図５に
より説明する。ウォーターロッド１９は、内管３５、外
管３６、スペーサ３７からなる。内管３５はスペーサ３
７によって保持され、外管３６の上端は端栓３８で封じ
られており、端栓３８は上部が上部タイプレート１２内
に挿入され保持されている。内管３５の上端は端栓３８
の下面との間に隙間を有すか、もしくは上端の側面に開
口を有し、内管内の流路４０（冷却材上昇流路）と環状
部の流路４１（冷却材下降流路）とを結ぶ。スペーサ３
７は環状部の冷却材下降流路４１を確保できる様に開口
部を有している。外管３６の下端は燃料棒支持部１４よ
り上方に位置する環状端３９で封じられており、下部に
冷却材吐出口４３を有する。内管３５の下端は下部タイ
プレート１３の燃料棒支持部１４を貫通して空間１５に
開口する冷却材入り口４２を有する。

【００２４】燃料集合体を炉心に装荷するとき、チャン
ネルボックスの部分二重構造の面をＮ−Ｎ側で互いに接
する様に装荷する。この時、燃料集合体の上部にＷ−Ｗ
側とＮ−Ｎ側を区別するよう、上部タイプレートに表示
機能を持たせ、また下部タイプレートにも炉心支持板（
または支持金具）との噛み合わせ部に誤装荷防止機構を
持たせても良い。

【００２５】本実施例の燃料集合体をＢＷＲの炉心に装
荷して原子炉を運転すると、冷却水の大部分は下部タイ
プレート１３の燃料棒支持部１４に設けられた貫通口（
図１中では省略）を通って燃料棒１１の間の冷却水流路
に導かれる。下部タイプレート１３の空間１５に流入し
た冷却水の残りの一方は、吐出口３０及びチャンネルボ
ックス１７の冷却材入り口２９を通り冷却材上昇流路２
７に入り、さらに下降流路２８を介して吐出口３２より
ウォーターギャップ３１へ吐出される。もう一方は、ウ
ォーターロッド１９の冷却材入り口４２から冷却材上昇
流路４０内に流入し、さらに下降流路４１を介して吐出
口４３から燃料棒支持部１４より上方の位置に冷却水流
路に吐出される。

【００２６】原子炉停止時には、チャンネルボックスの
二重壁の流路２７、２８及びウォーターロッド内は非沸
騰の水が充満しており、原子炉出力が上昇すると熱伝導
とガンマ線による加熱により冷却材吐出口３２及び４３
から吐出される冷却水は蒸気相となり、冷却材入り口２
９及び４２から流入する冷却水の流量の多少に応じてチ
ャンネルボックスの二重壁内及びウォーターロッド内の
ボイド量は変化する。本実施例ではチャンネルボックス
二重壁内のボイド率については、図６の曲線Ａに示すよ
うに、炉心流量１００％で約５％になるよう入り口２９
、吐出口３２及び流路２７、２８の仕様が決めてある。 またウォーターロッド内のボイド率については、図６の
曲線Ｂに示すように炉心流量１１０％で約５％になるよ
う入り口４２、吐出口４３及び流路４０、４１の仕様が
決めてある。

【００２７】本実施例の燃料集合体１０をＢＷＲの炉心
に装荷した場合の効果を述べる。

【００２８】このように運転時と停止時とでＮ−Ｎ側の
流路２７、２８の状態を蒸気充満、非沸騰水充満と大き
な水の密度差がつくので図７の中性子無限増倍率と水の
密度依存性（水対燃料比で表示）で示すように、本発明
の燃料集合体は、原子炉停止時に従来燃料集合体より過
減速領域に移行する事になる。従って、原子炉停止時に
従来燃料集合体より制御棒引き抜き時のｋ∞の値が低下
し、さらに制御棒挿入状態と引き抜き状態のｋ∞の差が
縮小するので炉停止余裕が増加する。これはＮ−Ｎ側の
Ｌ字状冷却材流路を新しく導入した事により、本発明の
燃料集合体にとって、原子炉停止時にＮ−Ｎ側に水の中
性子吸収体が挿入されたことになり、制御棒の機能の一
部を代替していることになる（図８参照）。本発明では
チャンネルボックスの二重壁の部分をＮ−Ｎ側にのみ設
けているので、チャンネルボックスに環状に二重壁部分
を設ける場合にＷ−Ｗ側で制御棒と燃料棒の距離が大き
くなって炉停止余裕が小さくなる欠点がない。

【００２９】ＢＷＲの出力運転時の炉心出力、炉心流量
の特性例を図９に示す。１００％定格出力を炉心流量８
０−１１５％の間で確保する例である。運転サイクルの
大半の期間（約７０−８０％）、炉心流量を８０％に保
ち、制御棒による反応度調整で燃料の燃焼による反応度
変化に対応する。全制御棒を炉心から全引き抜きしても
定格出力が維持できなくなった時点から炉心流量を増加
させ、サイクル末で最大炉心流量の１１５％にする。従
って、炉心流量１００％以下のサイクル大半の期間（約
８０％以上）に亘ってチャンネルボックス１７の流路２
７、２８と、ウォーターロッド１９の内部にボイドが生
じており、中性子の減速効果を抑制してプルトニウム２
３９の生成を促進する。またチャンネルボックスの流路
２７、２８の断面積は、ウォーターロッドの流路４０、
４１の断面積より大きいのでスペクトルシフト効果が大
きい。さらに、燃料集合体全体に対して熱中性子束の大
きい燃料集合体外周部で作用するので効果が大きい。

【００３０】また、９０％炉心流量以上の流量域では、
主にウォーターロッドのみのスペクトルシフト効果とな
り、９０％炉心流量以下の流量域ではチャンネルボック
スとウォーターロッドのスペクトルシフト効果が合わさ
るので、炉心反応度の炉心流量に対する関係は図１０の
曲線Ｅのように、折れ曲がった特性を示し、ウォーター
ロッドのみの場合の曲線Ｆより９０％炉心流量以下では
、大きな傾きとなる。この結果、図９に示すように、従
来の流量制御曲線Ｄに比して傾きの大きい本発明の流量
制御曲線Ｃを得ることができる。この特性は、ＢＷＲの
圧力上昇を伴う異常な過渡事象を緩和するため、燃料集
合体間の水ギャップ（ウォーターギャップ）を従来より
大きくして、ボイド反応度係数の絶対値を減じた場合に
おいて流量制御曲線が著しく緩やかな傾きとなり、炉心
流量の制御による原子炉出力の変化幅が減少する欠点を
排除できる。そのうえ、定格原子炉出力運転をする流量
範囲ではスペクトルシフト効果を小さくする事ができる
ので、ボイド反応度係数を目的通り抑制した運転ができ
る。その結果、定格出力からの圧力上昇を伴う異常な過
渡特性が緩和される。

【００３１】図３の実施例に示すチャンネルボックス１
７では、冷却材下降流路２８をＮ−Ｎ側のコーナー部に
配し、冷却材上昇流路２７を残りの部分に配した例であ
る。図１１は逆に冷却材上昇流路２７をＮ−Ｎ側のコー
ナー部に配し、冷却材下降流路２８を残りの部分に配し
た例である。図１２はＬ字状流路の両翼と中央に上昇流
路２７を設け、下降流路２８を残りの部分に配した例で
ある。図１３は図１１の変形で、冷却材上昇流路２７の
面積を大きくとって、冷却材下降流路２８の面積を小さ
くした例である。図１１、図１２、図１３の様にすると
、吐出口３２の位置が計装管（図示せず）のあるコーナ
ー部に面していないので計装管の水力振動を防止できる
。

【００３２】図１４に示す燃料集合体１０ａは、図３に
示したウォーターロッド１９を１本有する例と異なり、
前記ウォーターロッド１９が２本の例である。図１５は
十字形のウォーターロッド１９ａを有する燃料集合体１
０ｂの例である。図１６は角形のウォーターロッド１９
ｂを有する燃料集合体１０ｃの例である。なお、図１４
から図１６において図５に示したウォーターロッドと同
様の部品には同一符号を付し、その構成の説明は省略す
る。図１７はウォーターロッドの替わりにウォーターク
ロス５０を有した例である。この例では、チャンネルボ
ックス１７ａは燃料支持部と結合され、４個の小燃料束
がウォータークロス５０とチャンネルボックス１７ａで
囲まれた空間に配され、燃料支持部の上に下部タイプレ
ートが載る構造である（図示せず）。Ｌ形板材５１の４
枚のチャンネルボックス内壁２０とで囲まれた部分の冷
却材流路５３、５４が前記のウォーターロッドと同じ働
きをする。ウォータークロス５０の上下端部は封じられ
ており、冷却材流路区画スペーサ５２の上端は、流路５
３と５４を連絡する様にウォータークロス上端カバー材
（図示せず）との間に間隙を有し、スペーサ５２の下端
はウォータークロス下端カバー材（図示せず）に接し、
流路５３と５４を分離している。冷却材上昇流路５３の
下端のＬ形板材に設けられた開口から冷却水を取り込み
、流路５３を上昇して上端で反転して流路５４を下降し
、下部タイプレートの燃料棒支持部より上方で小燃料束
の流路に冷却水を導く様開口を設ける（図示せず）。 このウォータークロスを有する燃料集合体においても、
ウォータークロス５０の流動特性を図６の曲線Ｂの様な
特性と一致させることにより、図１０の様な炉心流量に
よる反応度特性を得ることができる。

【００３３】図１８に従来燃料集合体よりも燃料束の大
きさを２０％以上大きくした場合の、本発明の一実施例
を示す。この例では燃料束を６×６の小燃料束に分割し
、ウォータークロスを有するチャンネルボックスに挿入
する構造である。６×６燃料束の中には、２本のウォー
ターロッドを備えている。制御棒と反対側（Ｎ−Ｎ側）
のチャンネルボックスの２面に本発明の特徴であるＬ字
状の流路が設けてある。この流路の存在により、従来の
燃料集合体よりも制御棒中性子吸収領域の割合が低下し
て炉停止余裕が悪化するのを、Ｎ−Ｎ側に過減速領域を
設けることにより防いでいる。その結果燃料集合体の大
型化により、燃料交換作業における効率が向上する。な
お本発明の実施例では燃料集合体が構造的にＷ−Ｗ側と
Ｎ−Ｎ側で対角線に対して対象でない。このため燃料集
合体断面の出力分布が歪む原因となる。そこで図１９に
示す４体の燃料集合体を一つの単位として炉心の中で燃
料の装荷または移動を行えばそのような欠点は改善され
る。図２０、図２２はさらに一歩進めて制御棒を囲む４
体の燃料を連結して大型の燃料集合体とした例である。 この例では、チャンネルボックス１７ｂは図２１、図２
０の縦断面に示すように燃料支持部１３ｂと結合され、
４個の小燃料束がチャンネルボックス１７ｂの内壁２０
で囲まれた空間に配され、燃料支持部１３ｂの上に下部
タイプレート１３ａが載る構造である。十字形の制御棒
６は燃料支持部１３ｂの中央にあけられた十字形の穴を
通って大型燃料集合体の中央のチャンネルボックスの内
壁２０で囲まれた十字形の空間に出入りする。

【００３４】図２５は本発明と同様の機能を有する変形
のウォーターロッドをＮ−Ｎ側の燃料束の側面に配した
例である。この様にすると燃料構造材が増すという欠点
が考えられる。しかし、燃料集合体の濃縮度またはＭＯ
Ｘ燃料かＵＯ２燃料かに応じてチャンネルボックスの冷
却水流路２７、２８の流量−ボイド率特性に差をつける
場合、これまでの実施例ではチャンネルボックスと燃料
の誤った組み合わせトラブルの発生が考えられるが、燃
料束側に一体として組み込むことによりそれを防止でき
るという利点がある。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば従来燃料集合体より制御
棒引き抜き時のｋ∞が低下し、さらに制御棒挿入状態と
引き抜き状態のｋ∞の差が縮小するので炉停止余裕が増
加する。また本発明によれば、従来燃料集合体よりも燃
料束の大きさを２０％以上大きくした場合でも、Ｌ字状
流路の存在により従来の燃料集合体よりも制御棒の中性
子吸収領域の割合が低下して炉停止余裕が悪化するのを
、Ｎ−Ｎ側に過減速領域を設けることによって防いでい
る。その結果燃料集合体の大型化により燃料交換作業に
おける効率が向上する。

【００３６】さらに本発明によれば、単純な構造で燃料
集合体内部及び外周部のボイド率の変化幅が著しく増大
し、核燃料物質の有効利用が図れると同時に、ボイド反
応度係数低減タイプの炉心においても良好な炉心流量制
御による原子炉出力制御特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な１実施例である燃料集合体の縦
断面図。

【図２】図１に示された燃料棒の部分断面図。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図。

【図４】図１のチャンネルボックスの詳細図。

【図５】図１のウォーターロッドの詳細図。

【図６】原子炉出力運転時の燃料集合体の冷却材流量と
ウォーターロッドまたはチャンネルボックスＬ字流路内
のボイド率の関係を示す特性図。

【図７】本発明の炉停止余裕の改善を説明するｋ∞と水
対燃料比の関係図。

【図８】燃料集合体断面に対して十字形制御棒の及ぼす
中性子吸収領域。

【図９】炉心流量と原子炉出力との関係を示す特性図。

【図１０】本発明の定格炉心流量近傍における流量制御
による炉心反応度変化特性図。

【図１１】チャンネルボックスの他の実施例を示す断面
図。

【図１２】チャンネルボックスの他の実施例を示す断面
図。

【図１３】チャンネルボックスの他の実施例を示す断面
図。

【図１４】他の燃料集合体の実施例を示す断面図。

【図１５】他の燃料集合体の実施例を示す断面図。

【図１６】他の燃料集合体の実施例を示す断面図。

【図１７】他の燃料集合体の実施例を示す断面図。

【図１８】他の燃料集合体の実施例を示す断面図。

【図１９】本発明の制御棒を囲む４燃料集合体を一つの
単位として炉心内で取り扱うことを説明する図。

【図２０】大型燃料集合体の実施例の横断面図。

【図２１】大型燃料集合体の縦断面図。

【図２２】大型燃料集合体の実施例の横断面図。

【図２３】燃料集合体の他の実施例を示す断面図（チャ
ンネルボックスのＬ字状流路と同等の側面ウォーターロ
ッドを有する例）。

【図２４】燃料集合体の他の実施例を示す断面図（チャ
ンネルボックスのＬ字状流路と同等の側面ウォーターロ
ッドを有する例）。

【図２５】スペクトルシフト運転を実施しない場合及び
それを実施した場合における燃焼度に対する中性子無限
増倍率の変化を示す特性図。

【図２６】従来の燃料集合体縦断面図。

【図２７】ウォータークロスを有する従来燃料集合体の
横断面図。

【符号の説明】

６　　燃料棒 １０　　燃料集合体 １１　　燃料棒 １２　　上部タイプレート １３　　下部タイプレート １３ａ　　下部タイプレート １３ｂ　　燃料支持部 １４　　燃料棒支持部 １７　　チャンネルボックス １９　　ウォーターロッド ２０　　チャンネルボックス内壁 ２１　　チャンネルボックス外壁 ２３　　流路区画スペーサ ２７　　冷却材上昇流路 ２８　　冷却材下降流路 ２９　　冷却材入り口 ２９ａ　　冷却材入り口 ３０　　冷却材吐出口 ３０ａ　　冷却材吐出口 ３２　　冷却材吐出口 ３５　　内管 ３６　　外管 ４０　　冷却材上昇流路 ４１　　冷却材下降流路 ４２　　冷却材入り口 ４３　　冷却材吐出口 ５０　　ウォータークロス ５３　　冷却材上昇流路 ５４　　冷却材下降流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部タイプレートと、下部タイプレートと
   、上端部が前記上部タイプレートに保持され下端部が下
   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を有し、冷却材流路を構成する
   角筒状のチャンネルボックス内に収容されている燃料集
   合体において、前記チャンネルボックスが四角筒の形状
   で隣合う二面が二重構造よりなるＬ字状の冷却材流路を
   有することを特徴とする燃料集合体。