JPH05256971A - 燃料スペーサ及び燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料スペーサ及びこの燃料スペーサを具備して
なる燃料集合体において、冷却材圧力損失を低減でき、
かつ燃料要素の限界出力に遜色なく、かつ燃料スペーサ
における燃料反応度損失が少なく、しかも製造が容易な
ようにする。 【構成】中性子吸収断面積の小さい材質からなる多数の
独立した筒状の丸セル８によって構成され、丸セル８は
構造材の少なくとも長手方向両端部の端部領域を径方向
内方に突出したセル突起１３を含む曲突部領域１００を
有し、この曲突部領域１００で燃料要素を支持して燃料
集合体１を構成する燃料スペーサ４において、丸セル８
における曲突部領域１００の端部領域を除いた中間領域
は、燃料集合体１内の冷却材の流れ方向に対する該端部
領域の投影面内に形成されている。また、丸セル８の中
間領域にスリットを設けたり、隣接する丸セルを嵌合型
としたり、丸セルの代りに多角形セルを使用しても良
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の燃料要素を束
ね支持する燃料スペーサ及び前記燃料スペーサを具備し
てなる燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉に使用される燃
料集合体は、複数本の燃料要素と水ロッドとで構成さ
れ、これらが燃料スペーサにより水平方向間隔を一定に
して正方格子状に束ねられており、また燃料要素と水ロ
ッドの上下端が上部タイプレート及び下部タイプレート
で支持され、さらに角筒状のチャンネルボックスによっ
て覆われている。なお、燃料スペーサとしては、従来よ
り板材を正方格子状に組んだ構造の格子型スペーサ又は
丸セルを単位セルとしてこれを組み込んだ丸セル型スペ
ーサが使用されてきた。

【０００３】燃料スペーサの単位セルを独立した丸セル
で形成する例が、特開昭５８−２００１９４号公報に開
示されている。これによると、図１１に示すように、一
対の単位セルである丸セル２８の結合部にスプリング３
２が配置されており、スプリング３２と対向する位置に
は丸セル２８の一部を内方に曲突させて形成した曲突部
領域があり、燃料要素２はスプリング３２とセル突起３
３によって丸セル２８と接触することのないように十分
な間隔をもって弾性的に支持されるようになっている。
曲突部領域は、例えば図４に示すように、丸セル２８の
上下端部に近い適当な位置に円周方向に沿って図のよう
な上下のスリット３４をそれぞれ設け、スリット３４と
丸セル２８の上下端部間を丸セル２８の内方に曲突させ
てセル突起３３を形成した構造となっている。一方、上
下のスリット３４の間の部分４０においては、元の丸セ
ルの円筒形状が保たれている。一般に本従来例の燃料ス
ペーサに使用される単位セルの構造材には、中性子吸収
断面積が小さいジルコニウム合金が使用されている。

【０００４】また、燃料スペーサの単位セルを独立した
丸セルで形成する他の例が、特開昭５８−１２２４９２
号公報や特開昭６１−１５９１８８号公報にも開示され
ている。これらの従来例では、冷却材の流れの方向に対
する燃料スペーサの投影面積を極力小さくするため、耐
食耐熱超合金等の高強度材を使用して独立した単位セル
の肉厚低減を図っている。しかし、耐食耐熱超合金は中
性子吸収断面積が比較的大きいため、燃料経済上あまり
好ましいとはいえない。そこで、燃料経済性への影響を
小さくするという観点から、上記の例では構造強度上問
題のない範囲で単位セルの高さ方向中間部（即ち側壁の
一部）の構造材を削除し、単位セルの上下端に一対の円
環を配置したような構造とすることにより、単位セル構
造材料の物量を可能な範囲で低減したことを特徴として
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭５８−２０
０１９４号公報に開示されている独立した丸セル２８で
形成された燃料スペーサは、これまで長年に亘って使用
されてきた格子型スペーサと比較して、燃料要素２の限
界出力を向上でき、また燃料スペーサ４自体の構造強度
を向上できるといった利点がある。しかし、この場合、
一般的に冷却材の流れの方向に対する燃料スペーサの投
影面積が増加する為、燃料集合体の燃料スペーサ部分に
おける冷却材圧力損失が増加するという問題があった。
また、燃料要素の熱的な余裕を更に向上する目的で、例
えば燃料集合体内の燃料要素の配列数、即ち燃料集合体
１体当たりの燃料材（ウラン等）の装荷量を増加するよ
うな改良を行なう場合、冷却材圧力損失も増加する傾向
にあるため、燃料スペーサにおける冷却材圧力損失を可
能な限り低減することも考慮して改良することが必要で
あった。

【０００６】一方、特開昭５８−１２２４９２号公報や
特開昭６１−１５９１８８号公報に開示されているよう
な薄肉高強度材で形成された燃料スペーサの場合、冷却
材の流れの方向に対する投影面積が小さいため、冷却材
圧力損失は上記特開昭５８−２００１９４号公報に記載
の燃料スペーサより小さくすることが可能である。しか
し、単位セルの高さ方向中間部（即ち側壁の一部）が削
除されているので、冷却材がセルを通過する際の液膜形
成効果が小さく、上記特開昭５８−２００１９４号公報
に記載の燃料スペーサほどは燃料要素の限界出力向上は
期待できない。また、本従来例の燃料スペーサに適用さ
れる耐食耐熱超合金の中性子吸収断面積はジルコニウム
合金の数十倍であるため、肉厚の低減や単位セルの高さ
方向中間部の削除によって構造材料の物量を低減し中性
子損失を少なくすることが必要となるが、構造強度確保
の観点で構造材料の物量低減には限界があるため、燃料
スペーサの中性子損失に伴う燃料反応度損失は、ジルコ
ニウム合金製の燃料スペーサと比較して約２倍から数倍
悪化するという問題がある。更に、本公知例のセル構造
は、単位セルの高さ方向中間部を大幅に削除するもので
あるため、材料のロスが多く、また加工寸法精度が不安
定になるといった製造上の問題もある。

【０００７】本発明の目的は、構造強度に影響を与えな
い範囲で冷却材圧力損失を低減でき、かつ燃料要素の限
界出力に遜色なく、かつ燃料スペーサにおける燃料反応
度損失が少なく、しかも製造が容易な燃料スペーサ及び
この燃料スペーサを具備してなる燃料集合体を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による燃料スペーサは、中性子吸収断面積の
小さい材質からなる筒状の構造材で構成した多数の独立
した単位セルを有し、前記各単位セルには前記構造材の
少なくとも長手方向両端部の端部領域を径方向内方に突
出した曲突部領域が形成され、この曲突部領域で燃料要
素を支持して燃料集合体を構成する原子炉用燃料の燃料
スペーサにおいて、前記単位セルにおける前記曲突部領
域の端部領域を除いた中間領域は、前記燃料集合体内の
冷却材の流れ方向に対し該端部領域の投影面内に形成さ
れる。

【０００９】好ましくは、前記曲突部領域は、長手方向
全長にわたり形成された曲突部を有する。

【００１０】また、好ましくは、前記曲突部領域は、前
記端部領域に形成された一対の曲突部を有する。

【００１１】また、好ましくは、前記中間領域は長手方
向のスリットを有する。

【００１２】また、好ましくは、前記スリットはＩ字状
スリットである。

【００１３】また、好ましくは、前記単位セルは前記曲
突部領域以外の領域が無孔である。

【００１４】また、好ましくは、前記単位セルは、前記
曲突部領域以外の領域に、隣接する単位セルが嵌合する
複数の開口部を有する。

【００１５】また、好ましくは、外周領域が長手方向全
長にわたり内方に曲突成型された曲突部を有する単位セ
ルによって構成され、前記外周領域によって取り囲まれ
た内側の領域が前記上下曲突部の間の部分にスリットを
有する単位セルによって構成される。

【００１６】また、好ましくは、前記単位セルの構造材
の材質はジルコニウム合金である。

【００１７】また、上記目的を達成するため、本発明に
よる燃料集合体は、上記燃料スペーサのうちいずれか１
種類の燃料スペーサを少なくとも１個具備してなる。

【００１８】

【作用】一般に、原子炉運転状態における燃料スペーサ
の機械的健全性を考える上で最も重要なのは、地震時に
燃料要素及び水ロッドを介して横荷重を受ける状態であ
る。この場合、例えば特開昭５８−２００１９４号公報
における丸セル２８において、丸セル２８の荷重は丸セ
ル２８結合部を通じて隣接する丸セル２８に伝えられ、
丸セル２８どうしを結合している位置での応力が比較的
高くなる。また、丸セル２８自身はセル突起３３やスプ
リング３２を介して燃料要素２から荷重を受ける。この
うち、セル突起３３近傍にかかる荷重はセル突起３３で
そのほとんどが支えられるために図３中セル突起３３外
方の斜線を施した部分（側壁の円弧部分で上下のスリッ
ト３４の間の部分）４０には、直接荷重が作用せずこの
部分に発生する応力は比較的低い。従って、セル突起３
３外方の斜線を施した部分４０を削除、あるいは燃料集
合体内の冷却材の流れ方向に対するセル突起３３の投影
面内にのみ形成しても燃料スペーサ４の構造強度に及ぼ
す影響は極めて小さい。

【００１９】上記のような見地から、本発明の燃料スペ
ーサにおいては、単位セルにおける曲突部領域の長手方
向両端部の端部領域を除いた中間領域を、燃料集合体内
の冷却材の流れ方向に対する該端部領域の投影面内に形
成することによって、燃料集合体内の冷却材の流れ方向
に対する単位セル、従ってスペーサの投影面積が減少
し、冷却材圧力損失が低減する。また、冷却材圧力損失
を低減することが可能となることにより、冷却材圧力損
失の増加を極力抑えて燃料集合体内の燃料要素の配列
数、即ち燃料集合体１体当たりの燃料材（ウラン等）の
装荷量を増加でき、燃料要素の熱的な余裕を更に向上す
ることができる。

【００２０】また、中性子吸収断面積の小さい材質、例
えばジルコニウム合金からなる筒状の構造材で単位セル
を構成するので、曲突部領域以外の領域に構造材を残す
ことができ、燃料要素の液膜形成効果が損なわれず、従
って燃料要素の限界出力が悪化することがない。また、
この曲突部領域以外の領域に所望の形状の開口部を形成
することができ、後述するように単位セルを嵌合型に適
用することができる。

【００２１】また、曲突部領域として、長手方向全長に
わたり曲突部を形成すること好ましく、これによりスリ
ット等の加工を必要としないので容易に製造できる。

【００２２】また、曲突部領域として、一対の曲突部を
端部領域に形成し、この端部領域を除いた中間領域にス
リット、場合によってはＩ字状スリットを設けること好
ましく、これにより曲突部の加工が容易になる。また、
例えば特開昭５８−２００１９４号公報に開示された単
位セルに比べてスリット員数を低減できるので、加工工
程を短縮でき容易に製造できる。

【００２３】また、単位セルの曲突部領域以外の領域を
無孔にすることにより、単位セル構造材料に耐食耐熱超
合金を使用する場合のような加工による大幅な材料ロス
がなく、加工工程を短縮でき、容易に製造できる。

【００２４】また、単位セルの曲突部領域以外の領域
に、隣接する単位セルが嵌合する複数の開口部を設ける
ことにより、隣接する単位セルを嵌合して結合すること
ができる。ここで、嵌合される部分の横断面の厚さを単
位セルの構造材の肉厚とほぼ等しくすることにより、燃
料集合体内の冷却材の流れ方向に対する単位セル、従っ
てスペーサの投影面積がさらに減少し、冷却材圧力損失
が一層低減される。また、単位セルの肉厚相当分だけ単
位セルと燃料要素との間隔を拡げることができるので、
熱水力特性上好ましい構造が得られ、あるいは、単位セ
ルと燃料要素の間隔を維持する場合には燃料要素の外径
を大きくできるので、燃料の経済性が向上する。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例による燃料スペーサ
について図１〜６を参照しながら説明する。図２におい
て、本実施例の燃料集合体１は、複数本の燃料要素２と
水ロッド３とで構成され、これらが燃料スペーサ４によ
り水平方向間隔を一定にして正方格子状に束ねられてお
り、また燃料要素２と水ロッド３の上下端が上部タイプ
レート５及び下部タイプレート６で支持され、さらに角
筒状のチャンネルボックス７によってこれらが覆われて
いる。

【００２６】燃料スペーサ４は、図１に示すように、円
筒状の構造材よりなる多数の独立した単位セル即ち丸セ
ル８が、燃料要素２に対応する位置に配置され、外周を
平板状のバンド９で固定して構成され、中央部には水ロ
ッド３を配置する空間と水ロッド３支持用のサポートプ
レート１０，１１が設けられている。この丸セル８構造
材のの材質としては中性子吸収断面積の小さいジルコニ
ウム合金が用いられる。

【００２７】燃料スペーサ４は、図３に示すように、２
個の丸セル８を組合わせ一対としたものを１組とし、こ
れを多数配置して構成されている。この一対の丸セル８
の結合部にはスプリング１２が配置され、スプリング１
２の反対側には丸セル８を曲突成型したセル突起１３を
含む曲突部領域１００が各２か所形成され、これら曲突
部領域１００とスプリング１２とによって燃料要素２は
丸セル８と所定の間隔を保たれて弾性的に支持される。
このような丸セル８による燃料要素２の支持方法は、図
１１に示した従来の丸セル２８と基本的に同じである
が、本実施例においては、図１１の丸セル２８外方の斜
線を施した部分（側壁の円弧部分で上下のスリット３４
の間の部分）４０が形成されていない。即ち、曲突部領
域１００において、単位セルの長手方向両端部の端部領
域を除いた中間領域を、燃料集合体１内の冷却材の流れ
方向に対する単位セルの該端部領域の投影面内に形成し
ている。

【００２８】上記のような特徴を有する本実施例の丸セ
ルの曲突部領域１００の構造を図４に示す。本実施例に
おいては、図４に示すように、丸セル８の領域１００を
丸セル８の長手方向全長に亘って燃料要素２が配置され
る筒内方に曲突成型して燃料要素２を支持するセル突起
１３を形成し、セル突起１３を除いた中間領域を燃料集
合体１内の冷却材の流れ方向に対するセル突起１３の投
影面内に配置している。尚、燃料スペーサ４部分におけ
る燃料要素２の伝熱特性を阻害したり、燃料要素２のス
ペーサ４への挿入時にキズ等をつけたりしないようにす
るため、セル突起１３と燃料要素２は点接触になるよう
にセル突起１３の表面を加工してもよい。この場合、丸
セル８の上下両端近傍に多数のディンプル（点状の突
起）を形成し、この上下ディンプル領域間の曲突部の表
面をディンプル高さより低くし、かつこの曲突部を冷却
材の流れ方向に対するディンプル投影面内に形成するこ
とが好ましい。

【００２９】本実施例の曲突部領域の変形例を図５に示
す。本変形例においては、図５に示すように、丸セル８
ａの長手方向中央部に長手方向に沿ってセルスリット１
４を形成した後、セルスリット１４の上下両側の側壁を
丸セル８ａの筒内方に曲突成型して燃料要素２を支持す
るセル突起１３ａを形成することにより、曲突部領域１
００ａを形成している。この曲突部領域１００ａにおい
ても、図４の丸セル８と同様に、セル突起１３ａを除い
た中間領域を燃料集合体１内の冷却材の流れ方向に対す
るセル突起１３ａの投影面内に配置している。このよう
に丸セル８ａの側壁にセルスリット１４をあらかじめ形
成することにより、セル突起１３ａの曲突成型が容易に
なる。尚、本変形例の場合も、図４の丸セル８と同様の
理由からセルスリット１４の上下両側に形成したセル突
起１３ａをディンプル状に加工することが好ましい。

【００３０】本実施例の曲突部領域の他の変形例を図６
に示す。本変形例においては、図６に示すように、丸セ
ル８ｂの長手方向中央部に長手方向に沿ったスリットと
上下両端近傍に円周方向に沿ったスリットとで構成され
るＩ字型スリット１５を形成し、Ｉ字型スリット１５の
上下両側の側壁を丸セル８ｂの筒内方に曲突成型して燃
料要素２を支持するセル突起１３ｂを形成することによ
り、曲突部領域１００ｂを形成している。ここで、Ｉ字
型スリット１５の左右両側の側壁は筒内方に折曲げて、
図４の丸セル８と同様に、セル突起１３ｂを除いた中間
領域を燃料集合体１内の冷却材の流れ方向に対するセル
突起１３ｂの投影面内に配置している。本実施例は、ス
リットをＩ字型スリットとして開口面積を必要最小限に
抑え、Ｉ字型スリット１５の左右両側の側壁を筒内方に
折曲げて、丸セル８ｂによる燃料要素２への液膜形成効
果を損なわないようにし、燃料要素２の限界出力特性が
減少しないように配慮したものである。本変形例と同様
の効果は、例えば図５に示した実施例のセルスリットを
セル突起の成型加工に必要な最小限の開口面積に抑える
手段によっても得られる。この場合、縮小したセルスリ
ットの両側にある丸セル側壁は、燃料集合体１内部の冷
却材の流れ方向に対するセル突起の投影面内に形成され
るように丸セルの内方に折曲げ加工されるのが好まし
い。尚、本変形例の場合も、図４の丸セル８と同様の理
由からセルスリット１５の上下両側に形成したセル突起
１３ｂをディンプル状に加工することが好ましい。

【００３１】以上のような曲突部領域を有する丸セルに
おいては、従来の耐食耐熱超合金を材料として使用する
場合のような加工による大幅な材料ロスがなく、また図
１１に示す従来の丸セルに比較してセル突起の成型加工
上必要なスリット員数が少なく、加工工程を短縮できる
ので、従来公知例より容易に製造できる。

【００３２】次に、以上のような丸セルによって構成さ
れた燃料スペーサ４を使用することにより、冷却材圧力
損失が低減する効果について説明する。燃料集合体１内
の冷却材の流れ方向に対する燃料スペーサ４の投影面積
全体に占める丸セル８（８ａ，８ｂ）の割合は約８割で
あり、また、図１１における従来の丸セルのセル突起３
３外方の斜線を施した部分（側壁の円弧部分で上下スリ
ットの間の部分）３５は、丸セル２８の投影面積の約１
割に相当する。このことから、図１１のセル突起３３の
外方に位置する斜線を施した部分３５に側壁を形成しな
い本実施例の場合には、燃料スペーサ４全体の投影面積
が１割弱低減されることになる。燃料集合体１におい
て、燃料スペーサ４が占める投影面積の割合は約３割で
あるので、上記のように燃料スペーサ４の投影面積が低
減されることにより、燃料スペーサ４での冷却材圧力損
失は計算の結果３〜４割程度低減されることになる。燃
料集合体１全体の冷却材圧力損失に占める燃料スペーサ
４の圧力損失割合は約２割であるので、上記のように燃
料スペーサ４の投影面積が低減されることにより、燃料
集合体１の冷却材圧力損失を６〜８％程度低減できるこ
とになる。

【００３３】このように、単位セルの長手方向両端部の
端部領域を除いた中間領域を、燃料集合体１内の冷却材
の流れ方向に対する単位セルの該端部領域の投影面内に
形成することにより、構造強度上は従来技術の燃料スペ
ーサ４とほぼ同等で、燃料集合体１内の冷却材の流れ方
向に対する投影面積が従来技術の燃料スペーサ４に対し
約１割低減でき、この結果燃料集合体１の冷却材圧力損
失を数％以上低減することができる。

【００３４】以上のように、本実施例によれば、燃料集
合体１内の冷却材の流れ方向に対する丸セル８（８ａ，
８ｂ）、従ってスペーサ４の投影面積が減少し、冷却材
圧力損失が低減される。また、スペーサの材質として耐
食耐熱超合金を使用する場合のような加工による大幅な
材料ロスがなく、セル突起１３ａまたは１３ｂの成型加
工上必要なスリット員数も従来の丸セルより少なくする
ことができるので、加工工程を低減でき、容易に製造で
きる。しかも、燃料要素の液膜形成効果が損なわれず、
従って燃料要素の限界出力が悪化することがない。さら
に、冷却材圧力損失を低減することが可能となることに
より、燃料集合体１体当たりの燃料材（ウラン等）の装
荷量を増加でき、燃料要素の熱的な余裕を更に向上する
ことができる。また、ジルコニウム合金を用いるので、
単位セルの構造材に中性子吸収断面積の小さくでき、燃
料スペーサにおける燃料反応度損失を小さく抑えること
ができる。

【００３５】尚、本実施例の燃料スペーサは、８×８型
燃料（縦８列横８列の燃料要素）対応のものであるが、
図４から図６に示す丸セル８のいずれかを用いて、９×
９型燃料（縦９列横９列の燃料要素）対応、１０×１０
型燃料（縦１０列横１０列の燃料要素）対応又はそれ以
上の燃料要素配列に対応する燃料スペーサを形成し得る
ことはいうまでもない。

【００３６】次に、本発明の他の実施例による燃料スペ
ーサついて、図７から図９を参照しながら説明する。本
実施例においても、図７（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、丸セル８Ａ，８Ｂの一部をその長手方向（母線方
向）全長に亘って燃料要素２が配置される筒内方に曲突
成型して燃料要素２を支持するセル突起１３Ａ，１３Ｂ
を含む曲突部領域１００Ａ，１００Ｂを形成し、セル突
起１３Ａ，１３Ｂを除いた中間領域を燃料集合体１内の
冷却材の流れ方向に対するセル突起１３Ａ，１３Ｂの投
影面内にそれぞれ配置している。さらに、本実施例の燃
料スペーサを構成する丸セルは、以下に説明するような
嵌合型とする。即ち、図４の丸セル８の側壁における隣
接する丸セルの側壁との嵌合位置に、丸セルの長手方向
にずらせた複数のセル開口部１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ
設け、例えば図７（ａ）に示す丸セル８Ａと図７（ｂ）
に示す丸セル８Ｂとを嵌合するときには、丸セル８Ａの
セル開口部１６Ａにもう一方の丸セル８Ｂのセル側壁部
（側壁の開口していない部分）１７Ｂを、同様に丸セル
８Ａのセル側壁部（側壁の開口していない部分）１７Ａ
にもう一方の丸セル８Ｂのセル開口部１６Ｂを嵌合す
る。また、これら丸セル８Ａと丸セル８Ｂにそれぞれ隣
接する他の丸セルについても同様に、一方のセル開口部
にもう一方のセル側壁部（側壁の開口していない部分）
を嵌合して結合し、燃料スペーサを構成する。

【００３７】上記のような丸セル８Ａ，８Ｂを嵌合して
形成した燃料スペーサ４の一部（４個の丸セル）の上面
図を図８に、図８中のＩＸ−ＩＸ方向の断面図を図９に
示す。図８において、燃料スペーサ４は丸セル８Ａ，８
Ｂによって構成され、図３と同様に各燃料要素２はスプ
リング１２及びセル突起１３Ａまたは１３Ｂで弾性的に
支持されているが、本実施例では、丸セル８Ａと８Ｂを
嵌合することにより、図９に断面図で示すように、嵌合
部の縦断面の厚さが丸セル８Ａ及び８Ｂ自体の肉厚とほ
ぼ等しくなり、嵌合した結合部に位置における冷却材の
流れ方向の投影面積が低下し、これによって燃料スペー
サ４全体としても数％程度冷却材の流れ方向の投影面積
が低下する。これに加え、既に述べた図４から図６のう
ちいずれかの丸セルを用いた実施例と同様に、本実施例
においても、セル突起１３Ａ，１３Ｂを除いた中間領域
を燃料集合体１内の冷却材の流れ方向に対するセル突起
１３Ａ，１３Ｂの投影面内に配置することによる効果も
あるので、図４から図６のうちいずれかの丸セルを用い
た実施例よりも一層冷却材圧力損失が低減される。

【００３８】また、燃料要素２の間の距離、即ち燃料要
素ピッチ一定の条件下で、上記のような丸セル８Ａ，８
Ｂを使用し嵌合して燃料スペーサ４を構成することによ
り、丸セル８Ａ，８Ｂの肉厚相当分だけ丸セル８Ａ，８
Ｂの径を増加して丸セル８Ａ，８Ｂと燃料要素２との間
隔を拡げることができ、燃料集合体１の燃料スペーサ４
の部分において目づまり等が回避でき、熱水力特性上好
ましい構造が得られる。あるいは、丸セル８Ａ，８Ｂと
燃料要素２の間隔を維持する場合には、丸セル８Ａ，８
Ｂの径増加分だけ燃料要素２の外径を大きくでき、これ
によって燃料材（ウラン等）装荷量を増すことができる
ので、燃料の経済性が向上する。

【００３９】本実施例によれば、図４から図６の実施例
と同様の効果が得られるだけでなく、丸セル８Ａ，８Ｂ
を嵌合型とするので、嵌合部位置における冷却材の流れ
方向の投影面積が低下し、一層冷却材圧力損失が低減す
る。また、丸セル８Ａ，８Ｂの肉厚相当分だけ丸セル８
Ａ，８Ｂと燃料要素２との間隔を拡げることができるの
で、熱水力特性上好ましい構造が得られ、あるいは、丸
セル８Ａ，８Ｂと燃料要素２の間隔を維持する場合に
は、燃料要素２の外径を大きくできるので、燃料の経済
性が向上する。

【００４０】尚、以上述べた図７の丸セル８Ａ，８Ｂの
曲突部領域１００Ａ，１００Ｂの近傍の形状を図５又は
図６の実施例のようにしても同様の効果が得られること
はいうまでもない。

【００４１】次に、本発明のさらに他の実施例による燃
料スペーサついて、図１０を参照しながら説明する。本
実施例は、燃料スペーサ４の単位セルをこれまでの説明
のような丸セルでなく、多角形セル８ｃで構成するもの
である。図１０に示すように、本実施例においても、燃
料要素２がセル突起１３ｃを含む曲突部領域１００ｃと
スプリング１２とによって丸セル８ｃと所定の間隔を保
たれながら弾性的に支持され、この基本的構成は、従来
の燃料スペーサ及びこれまで述べた実施例と同じであ
る。また、多角形セル８ｃによってこれまで述べた丸セ
ルの場合と同様にして燃料スペーサ４が構成されるが、
単位セル構造の基本的特徴は図３に示した実施例と同様
に、図１０中に破線で示した部分に側壁を形成せず、曲
突部領域８ｃにおいて、セル突起１３ｃを除いた中間領
域を燃料集合体１内の冷却材の流れ方向に対するセル突
起１３ｃの投影面内に配置している。

【００４２】本実施例によれば、図１から図６に示した
実施例と同様の効果が得られる。尚、本実施例の場合も
図７に示した実施例のように嵌合型とすることもでき、
これによって、図７に示した実施例と同様の効果がさら
に加わることは明らかである。

【００４３】以上述べた図４、図５、図６、図７、図１
０に示したそれぞれの単位セルのうち一種類のみを単独
に使用して燃料スペーサを構成するのではなく、上記種
々の単位セルを適宜組合せて燃料スペーサを構成しても
よい。例えば、冷却水の影響で燃料が燃えやすい燃料集
合体の横断面の外周部においては、曲突部領域として、
長手方向全長にわたりセル突起が形成され、比較的液膜
形成効果の大きな図４の丸セルを配置し、また、冷却水
の蒸気が多く冷却しにくい内周部においては、曲突部領
域として、一対のセル突起を長手方向両端部に形成し、
該両端部を除いた中間領域にスリット、場合によっては
Ｉ字状スリットが形成され、比較的液膜形成効果の小さ
な図５または図６の丸セルを配置した燃料スペーサ等が
考えられる。

【００４４】また、これまでに述べた実施例のうち一種
類もしくは多種類の単位セルによって構成された燃料ス
ペーサ及び従来の燃料スペーサを、燃料集合体の熱水力
特性に鑑みて使い分けて、各々燃料集合体１の適切な軸
方向位置に配置して燃料集合体を構成することもでき
る。例えば、燃料集合体の軸方向下部においては、外乱
に対する強度が比較的強いが冷却材圧力損失が大きい従
来の燃料スペーサを配置し、燃料集合体の軸方向上部に
おいては、冷却材圧力損失が小さい本発明による燃料集
合体を配置したものが考えられる。また、本発明の燃料
スペーサにおいて、燃料要素の支持を必要とない横断面
位置には単位セルを配置しない構造とすることもでき
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、単位セルにおける曲突
部領域の長手方向両端部を除いた中間領域を、冷却材の
流れ方向に対する該長手方向両端部の投影面内に形成す
るので、単位セル、従ってスペーサの投影面積が減少
し、冷却材圧力損失が低減される。また、液膜形成効果
が損なわれず、燃料要素の限界出力が悪化することがな
い。さらに、冷却材圧力損失の増加を極力抑えて燃料集
合体１体当たりの燃料材（ウラン等）の装荷量を増加で
き、燃料要素の熱的な余裕を更に向上することができ
る。

【００４６】また、中性子吸収断面積の小さい材質から
なる筒状の構造材で単位セルを構成するので、曲突部領
域以外の領域に構造材を残すことができ、燃料要素の液
膜形成効果、従って燃料要素の限界出力が悪化すること
がない。また、曲突部領域以外の領域に所望の形状の開
口部を形成することができ、単位セルを嵌合型に適用す
ることができる。

【００４７】また、曲突部領域として、長手方向全長に
わたり曲突部を形成するので、加工が容易になる。

【００４８】また、曲突部領域として、一対の曲突部を
長手方向両端部に形成し、中間領域にスリットを設ける
ので、曲突部の加工が容易になる。また、スリット員数
を低減できるので、加工工程を短縮でき容易に製造でき
る。

【００４９】また、単位セルの曲突部領域以外の領域を
無孔にするので、加工による大幅な材料ロスがなく、加
工工程を短縮でき容易に製造できる。

【００５０】また、単位セルを嵌合型とすることによ
り、スペーサの投影面積がさらに減少し、冷却材圧力損
失が一層低減される。さらに、単位セルの肉厚相当分だ
け単位セルと燃料要素との間隔を拡げることができるの
で、熱水力特性上好ましい構造が得られ、あるいは、単
位セルと燃料要素の間隔を維持する場合には燃料要素の
外径を大きくできるので、燃料の経済性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による燃料スペーサの平面図
である。

【図２】燃料集合体の構造を示す図である。

【図３】図１に示した燃料スペーサを構成する丸セルに
よって燃料要素が支持されている状態を示す図である。

【図４】図３に示した丸セルの曲突部領域を示す鳥瞰図
である。

【図５】図３に示した丸セルの曲突部領域の変形例を示
す鳥瞰図である。

【図６】図３に示した丸セルの曲突部領域の他の変形例
を示す鳥瞰図である。

【図７】本発明の他の実施例による燃料スペーサの丸セ
ルの構造を示す鳥瞰図である。

【図８】図７に示した丸セルを嵌め合わせて形成した燃
料スペーサの一部（４個の丸セル）の平面図である。

【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ方向の断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例による燃料スペー
サそ構成する多角形セルによって燃料要素が支持されて
いる状態を示す図である。

【図１１】従来の燃料スペーサを構成する丸セルによっ
て燃料要素が支持されている状態を示す図である。

【図１２】図１１に示した丸セルの構造を示す鳥瞰図で
ある。

【符号の説明】

１ 燃料集合体 ２ 燃料要素 ３ 水ロッド ４ 燃料スペーサ ５ 上部タイプレート ６ 下部タイプレート ７ チャンネルボックス ８ 丸セル ８ａ，８ｂ，８Ａ，８Ｂ 丸セル ８ｃ 多角形セル ９ バンド １０ サポートプレート １１ サポートプレート １２ スプリング １３，１３ａ，１３ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１３ｃ セル
突起 １４ セルスリット １５ Ｉ字型スリット １６Ａ，１６Ｂ セル開口部 １７Ａ，１７Ｂ セル側壁部 １００，１００ａ，１００ｂ，１００Ａ，１００Ｂ，１
００ｃ 曲突部領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川島 範夫 茨城県日立市幸町３丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山田 賢仁 茨城県日立市幸町３丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 金森 健児 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 中村 昭三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 水野 正 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中性子吸収断面積の小さい材質からなる
   筒状の構造材で構成した多数の独立した単位セルを有
   し、前記各単位セルには前記構造材の少なくとも長手方
   向両端部の端部領域を径方向内方に突出した曲突部領域
   が形成され、この曲突部領域で燃料要素を支持して燃料
   集合体を構成する原子炉用燃料の燃料スペーサにおい
   て、前記単位セルにおける前記曲突部領域の端部領域を
   除いた中間領域は、前記燃料集合体内の冷却材の流れ方
   向に対し該端部領域の投影面内に形成されていることを
   特徴とする燃料スペーサ。
2. 【請求項２】 前記曲突部領域は、長手方向全長にわた
   り形成された曲突部を有することを特徴とする請求項１
   記載の燃料スペーサ。
3. 【請求項３】 前記曲突部領域は、前記端部領域に形成
   された一対の曲突部を有することを特徴とする請求項１
   記載の燃料スペーサ。
4. 【請求項４】 前記中間領域は、長手方向のスリットを
   有することを特徴とする請求項１記載の燃料スペーサ。
5. 【請求項５】 前記スリットは、Ｉ字状スリットである
   ことを特徴とする請求項４記載の燃料スペーサ。
6. 【請求項６】 前記単位セルは、前記曲突部領域以外の
   領域が無孔であることを特徴とする請求項１から５のう
   ちいずれか１項記載の燃料スペーサ。
7. 【請求項７】 前記単位セルは、前記曲突部領域以外の
   領域に、隣接する単位セルが嵌合する複数の開口部を有
   することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１
   項記載の燃料スペーサ。
8. 【請求項８】 外周領域が請求項２に記載の単位セルに
   よって構成され、前記外周領域によって取り囲まれた内
   側の領域が請求項３から５のうちいずれか１項記載の単
   位セルによって構成されていることを特徴とする燃料ス
   ペーサ。
9. 【請求項９】 筒状の構造材で構成した多数の独立した
   単位セルを有し、前記各単位セルには構造材の少なくと
   も長手方向両端部の端部領域を径方向内方に突出した曲
   突部領域が形成され、この曲突部領域で燃料要素を支持
   して燃料集合体を構成する原子炉用燃料の燃料スペーサ
   において、前記単位セルにおける前記曲突部領域の端部
   領域を除いた中間領域は、前記燃料集合体内の冷却材の
   流れ方向に対し該端部領域の投影面内に形成され、前記
   各単位セルは、前記曲突部領域以外の領域に隣接する単
   位セル間で長手方向にずらせて設けられた複数の開口部
   を有し、隣接する単位セルの一方の開口部に他方の開口
   していない部分を嵌合して両者を結合するとともに、そ
   の嵌合した部分の横断面厚さを前記単位セルの構造材の
   肉厚とほぼ等しくしたことを特徴とする燃料スペーサ。
10. 【請求項１０】 前記単位セルの構造材の材質はジルコ
    ニウム合金であることを特徴とする請求項１から９のう
    ちいずれか１項記載の燃料スペーサ。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０のうちいずれか１項
    記載の燃料スペーサを少なくとも１個具備してなること
    を特徴とする燃料集合体。