JPH0758339B2

JPH0758339B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH0758339B2
Application number: JP2045423A
Authority: JP
Inventors: 昭三中村; 義彦 ▲柳▼; 正水野; 潤二郎中島; 哲郎安田; 彰丸; 肇梅原; 佑一郎吉本; 淳一山下; 達雄林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH03175398A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に好
適な燃料集合体に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉に用いられる従来の燃料集合体は、特開
昭60-120282号公報に記載のように、上部タイプレー
ト，下部タイプレート，上部及び下部タイプレートに両
端部が束状に保持される複数の燃料棒、束状の燃料棒を
取囲むチヤンネルボツクス、及び下部タイプレートに取
付けられるフインガースプリングを有する。フインガー
スプリングはチヤンネルボツクスと下部タイプレートと
の間からの冷却水の漏洩を抑制する機能を有する。しか
しながら、フインガースプリングによつてチヤンネルボ
ツクスに外側に向う力が加えられる。この力は、チヤン
ネルボツクス下端部のクリープ変形を助長し、チヤンネ
ルボツクスの下部を外側に向かつて押広げる。

特開昭54-124183号公報は、特開昭60-120282号公報と同
様に下部タイプレートに取付けた弾性体である漏洩防止
板（フインガースプリングに相当）をチヤンネルボツク
スに接触させチヤンネルボツクスと下部タイプレートと
の間からの冷却水の漏洩を抑制している。この場合も、
特開昭54-124183号公報と同じ問題を生じる。

そこでチヤンネルボツクス下端部のマリープ変形を抑え
るため、フインガースプリングを用いない構造として特
開昭61-170692号公報に記載のものがある。これは当該
公開公報の第７図に示すように、下部タイプレートの外
周部に内側に傾斜を持つ段を設け、そこにチヤンネルボ
ツクスを乗せるようにしたものであり、チヤンネルボツ
クスの自重を利用してチヤンネルボツクスを下部タイプ
レートに常時密着させることにより、チヤンネルボツク
ス内の冷却水の漏洩を防いでいる。また内側に傾斜をも
つ段の上にチヤンネルボツクスを乗せるため、チヤンネ
ルボツクスの下端部に内向きの分力を作用させ、下端部
の外側への変形を抑制しようとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

フインガースプリングを用いる特開昭60-120282号公報
及び特開昭54-124183号公報に記載の燃料集合体では、
フインガースプリングによる外向きの力がチヤンネルボ
ツクス下端部のクリープによる膨らみを助長し、チヤン
ネルボツクスの変形が増大するという問題があつた。

また、フインガースプリングを用いない特開昭61-17069
2号公報に記載の燃料集合体では、チヤンネルボツクス
下端と下部タイプレートを常時密着させているため、チ
ヤンネルボツクス内外の差圧によってチヤンネルボツク
ス下端部に内から外向けて力が働きクリープを助長する
恐れがある。チヤンネルボツクス下端部が押し拡げられ
ると、当然漏洩冷却水量も増大する。

チヤンネルボツクスと下部タイプレートとの間に形成さ
れた間隙からの冷却水漏洩流量を抑制するために、フイ
ンガースプリングを用いないでその間隙にベンチユリー
手段を形成することが、本発明の先願（公知ではない）
によつて提案されている。

発明者等は、このベンチユリー手段を有する燃料集合体
の特性を検討したところ、後で詳細に述べるように、ベ
ンチユリー手段の作用によりチヤンネルボツクスが振動
するという新しい課題を発見した。

本発明の目的は、チヤンネルボツクスと下部タイプレー
トとの間からの冷却材漏洩流量を抑制でき、チヤンネル
ボツクスの振動も抑制できる燃料集合体を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、チヤンネルボツクスの一部に作用したチヤ
ンネルボツクスを下部タイプレート側に引き寄せる力
を、冷却材漏洩通路を通る冷却材漏洩流の作用により、
発生する手段を、備え、チヤンネルボツクスの振動を抑
制する手段を、下部タイプレートに設けたことによつて
達成できる。

上記目的は、チヤンネルボツクスの側面上の一部の領域
に作用してチヤンネルボツクスを下部タイプレート側に
引き寄せる力を、冷却材漏洩通路を通る冷却材漏洩流の
作用により、発生する手段を、備え、引き寄せ力の作用
する領域がチヤンネルボツクスの対向する側面において
異なるように前記引き寄せ力発生手段を設けたことによ
つても達成できる。

上記目的は、また、チヤンネルボツクスの側面上におけ
る一部の領域に作用してチヤンネルボツクスを下部タイ
プレート側に引き寄せる力を、冷却材漏洩通路を通る冷
却材漏洩流の作用により、発生する手段を、備え、チヤ
ンネルボツクスの対向する側面のうち少なくとも一方に
おける前記領域に前記引き寄せ力が作用するように前記
引き寄せ力発生手段を設け、更に前記対向する側面の両
方における前記領域に引き寄せ力を作用させる場合に
は、それらの前記領域に作用する引き寄せ力の大きさが
異なるように前記引き寄せ力発生手段を設けたことによ
つて達成できる。

〔作用〕

引き寄せ力発生手段により発生した引き寄せ力がチヤン
ネルボツクスを下部タイプレート側に引き寄せる方向に
作用するので、チヤンネルボツクスの下端部で下部タイ
プレートとの間の間隙が狭くなり、この間隙を通しての
冷却材漏洩流量が著しく抑制される。更に、チヤンネル
ボツクス振動抑制手段が設けられているので、引き寄せ
力がチヤンネルボツクスに作用することによつて発生す
るチヤンネルボツクスの振動を著しく抑制できる。

引き寄せ力の作用する領域がチヤンネルボツクスの対向
する側面において異なるように引き寄せ力発生手段を設
けることにより、引き寄せ力の作用点がチヤンネルボツ
クスの対向する２面で異なるので、チヤンネルボツクス
の振動が著しく抑制される。

チヤンネルボツクスの対向する側面のうち少なくとも一
方に引き寄せ力が作用するように引き寄せ力発生手段を
設け、更に前記対向する側面の両方に引き寄せ力を作用
させる場合には、前記対向する側面に作用する引き寄せ
力の大きさが異なるように引き寄せ力発生手段を設けて
いるので、大きな引き寄せ力を発生する下部タイプレー
トの側面側にチヤンネルボツクスが引き寄せられ、チヤ
ンネルボツクスはその側面から離れようとしない。この
ため、チヤンネルボツクスの振動が著しく抑制される。

〔実施例〕

本発明は、以下に示す検討結果に基づいてなされたもの
である。

本発明の先願である特願平1-104463号は、第11図に示す
下部構造を有する燃料集合体を提案する。第11図は、燃
料集合体１の下部タイプレートにおけるチヤンネルボツ
クスに面する一部を示す。燃料集合体１は、沸騰水型原
子炉に適用される。下部タイプレート4Aは、上方から見
ると正方形状であり、４つの各外側側面41Aに凹部12を
有する。凹部12は、第12図に示すように矩形状であり、
外側に向つて開口する。凹部12は、上部に角度θで傾斜
する傾斜面13を有する。傾斜面13の上端は、下部タイプ
レート4Aの上面から距離ａの位置にある。外側側面41A
における距離ａの部分は上端の角部の面取り部を除き、
下部タイプレート４の上面と直角な平面である。凹部12
の底面12Aは、傾斜面13に連なり、外側側面41Aの距離ａ
の部分から深さｈに位置する平面である。下部タイプレ
ート4Aの上部を包囲するチヤンネルボツクス８の下端
は、第11図のように、凹部12の一部を覆う。

下部タイプレート4Aの凹部12を含む外側側面41Aとチヤ
ンネルボツクス８の内面とによつて、第11図に示す間隙
14〜16を含む冷却水通路17が形成される。冷却水通路17
は、間隙14で流路断面積が小さく、間隙15で流路面積が
間隙16向つて徐々に増大し、間隙16で流路面積が大きく
なる。間隙14よりも上方の冷却水通路11では流路面積が
大きい。このため、外側側面41A,傾斜面13及び底面12A
とこれらに対向するチヤンネルボツクス８の内面は、ベ
ンチユリー手段を構成すると言える。また、ベンチユリ
ー手段は、冷却水通路17に設けられる。原子炉の運転
中、下部タイプレート4A内を通つて下部タイプレート４
上方にある冷却水通路11に流入した冷却水の一部は、冷
却水通路17を通つてチヤンネルボツクス８外に流出す
る。このため、冷却水通路17において、流路断面積の小
さい間隙14では、冷却水が高速となり冷却水通路11より
も静圧が低下する。特に、間隙14の下端（傾斜面13の開
始点）で静圧が最低となる。このため、間隙14では、チ
ヤンネルボツクス８の内側の圧力P₁がその外側の圧力P₂
より小さくなり、それらの圧力差ΔＰ（＝P₁−P₂）が負
圧になる。換言すれば、チヤンネルボツクス８を内側に
押す圧力がチヤンネルボツクス８を外側に押す圧力（チ
ヤンネルボツクス８を拡げる力）よりも大きくなる。間
隙15の部分で圧力が徐々に回復し、間隙16の下端（チヤ
ンネルボツクス８の下端）の位置でチヤンネルボツクス
８の内外の圧力差ΔＰは零となる。

このように圧力差ΔＰが負圧になることによつて、チヤ
ンネルボツクス８は下部タイプレート4Aの外側側面41A
の方へ引き寄せられる。このため、チヤンネルボツクス
８の下端部での外側に向う変形（冷却水通路17を通つて
チヤンネルボツクス８外へ流出する冷却水漏洩量を増大
させる変形）が著しく抑制され、外側に向う変形量が著
しく減少する。これにより、原子炉の運転サイクルを通
して、上記冷却水漏洩量を著しく低減できる。

前述した負圧の圧力差ΔＰは、下記の（１）式で示され
るベンチユリー効果を利用することによつて得られる。

P_S＝P₀−ρv²/2g …（１）ここで、P₀は冷却水通路17内を流れる冷却水の全圧、_S
はその冷却水の静圧、ρv²/2gはその冷却水の動圧であ
る。

前述したベンチユリー手段の効果を更に第13図及び第14
図により説明する。

第13図は下部タイプレート4Aの上端より下方の位置での
冷却水通路17内の全圧P₀及び静圧P_Sの分布を示し、第14
図は下部タイプレート4Aの上端より下方の位置でのチヤ
ンネルボツクス８の変形量を示す。これら図において、
破線は第Ａ図に示す燃料集合体１の特性を示し、実線
は、チヤンネルボツクス８に重なる外側側面41Aがスト
レートの形状であつて凹部12が設けられない下部タイプ
レートを備えた従来の燃料集合体Ａ（燃料集合体１に対
する従来例であつて従来例Ａという）の特性を示す。な
お第13図及び第14図の縦軸は下部タイプレート4Aの上端
からの距離を示し、第Ｃ図の矢印ARはチヤンネルボツク
ス８の下端のレベルを示す。第13図において、圧力分布
の「０」は前述の圧力P₂である。

従来例Ａでは、第13図の実線で示すように、チヤンネル
ボツクス８の下部タイプレート4A上端より下方の部分に
チヤンネルボツクス８を外側に変形させる力（圧力P₂よ
りも大きな静圧P_S、すなわち正の値の静圧P_S）が作用し
ている。燃料集合体１によれば、ベンチユリー手段の機
能により、第13図の破線で示すように、チヤンネルボツ
クス８を下部タイプレート4A側に向つて押圧する力がチ
ヤンネルボツクス８を外側に向つて押圧する力よりも大
きくなる。これは、チヤンネルボツクス８を下部タイプ
レート4A側に引き寄せる力（圧力P₂よりも小さい静圧
P_S、すなわち負の値の静圧P_S）が、冷却水通路17に発生
するためである。燃料集合体１では、第14図に示すよう
に、チヤンネルボツクス８の外側に向う変形量が従来例
Ａよりも小さくなる。なお、ベンチユリー手段は、機能
的に見れば、チヤンネルボツクスを下部タイプレート側
に引き寄せる力を発生する手段である。

ベンチユリー手段により効果、換言すれば燃料集合体１
における冷却水漏洩流量の減少を、第15図により説明す
る。第15図は、その効果を、原子炉が運転サイクル中の
燃焼度との対応で示す。従来例Ａは、内面に加わる冷却
水の静圧に基づいたチヤンネルボツクスのクリープ変形
に起因して、第15図の実線のように、下部タイプレート
とチヤンネルボツクスとの間からの冷却水漏洩流量が燃
焼度の増大に伴つて増大する。燃料集合体１は、ベンチ
ユリー手段を有するので、冷却水漏洩流量が破線のよう
に著しく低減される。

以上述べたベンチユリー手段を備えた燃料集合体１を用
いて、冷却水を流した流動実験を行つた。この流動実験
の結果、発明者等は、チヤンネルボツクス１が振動する
という新たな現象を発見した。チヤンネルボツクス１の
振動は、それの使用期間において疲労、及び下部タイプ
レート等の構造材との衝突等によるチヤンネルボツクス
破損この要因になる危険性がある。

発明者等は、ベンチユリー手段を設けたときにチヤンネ
ルボツクスに振動が生じる要因を検討した結果、以下の
ことがわかつた。その振動発生要因としては２つある。
第１の発生要因は下部タイプレートの対向する外側側面
間でのベンチユリー効果の変動であり、第２のそれは、
チヤンネルボツクス下端からの冷却水の巻込みである。
チヤンネルボツクスの振動は、それらの一方の要因を取
除くことによつて防止できる。

第１の振動発生要因を第16図により説明する。簡単のた
めに、第16図に示す矢印AR₁の方向におけるチヤンネル
ボツクス８の振動を説明する。矢印AR₁の方向は、下部
タイプレート4Aの対向する２つの外側側面41A₁及び41A₂
に直角な方向である。チヤンネルボツクス８は、原子炉
の運転中に、第16図の如く４辺の中央部が外側に突出す
るように変形する。チヤンネルボツクス８は、もともと
外側に向う変形を考慮して４辺の中央部がそれぞれ内側
に窪んでいる。しかし、従来例Ａに用いられたチヤンネ
ルボツクスの変形は、第16図よりも外側にもつと大きく
なる。外側側面41A₁とチヤンネルボツクス８との間の間
隙の幅をε₁及び外側側面41A₂とチヤンネルボツクス８
との間の間隙の幅をε₂とする。燃料集合体の部品であ
る上部タイプレートへのチヤンネルボツクス８の取付け
状態、チヤンネルボツクス８（長さ約4m）の成型精度及
びその他の要因等により、間隙幅ε₁と間隙幅ε₂が異な
る可能性がある。チヤンネルボツクス８の下端が自由端
であるので、間隙幅ε₁及びε₂が等しくなる確率は小さ
い。ここで、ε₁＜ε₂のケースを考える。間隙幅が大き
い冷却水通路17Bの圧力損失係数は、それが小さい冷却
水通路17Aの圧力損失係数よりも大きい。これは、冷却
水通路17B内の冷却水の流速が、小さな間隙幅ε₁を有す
る冷却水通路17Aでのそれよりも大きいことを意味す
る。冷却水通路17Bに設けられたベンチユリー手段で発
生する最小の静圧P_S1（第13図）の負圧（静圧P_S1と圧力
P₂との差の度合は、冷却水通路17Aに設けられたベンチ
ユリー手段にて発生する静圧P_S1の負圧の度合よりも大
きくなる。従つて外側側面41A₁及び４A₂でチヤンネルボ
ツクス８を引き寄せる力に差が生じ、チヤンネルボツク
ス８の下端全体が矢印AR₂の方向に動く。このため、ε₁
＜ε₂となる。ε₁＞ε₂のケースでは、前述したε₁＜ε
₂のケースと逆の現象が冷却水通路17A及び17B内に生
じ、チヤンネルボツクス８の下端全体が矢印AR₃の方向
に動く。以上の現象が繰返えされ、チヤンネルボツクス
８の下端全体が、矢印AR₁の方向に振動する。この振動
は、外側側面41A₃と外側側面41A₄との間、すなわち矢印
AR₄の方向にも発生する可能性がある。矢印AR₁及びAR₄
方向への振動が同時に発生した場合は、チヤンネルボツ
クス８下端全体の動きは複雑になる。

残りの第２の振動発生要因を第17図に基づいて述べる。
１つの冷却水通路17Bにおいても外側側面41A₂とチヤン
ネルボツクス８との間に形成される間隙の幅が異なる。
横断面において、凹部12の中央部で間隙幅は大きく凹部
12の両サイド部でそれは小さい（第17図（Ａ））。上方
より凹部12に向つて流入する冷却水の流速は、間隙幅の
大きい中央部で凹部12の両サイド部よりも早い。ベンチ
ユリー効果は流速の早い凹部12の中央部で大きいので、
凹部12内において、負圧の度合いが小さい凹部12の両サ
イド部からその度合の大きな凹部12の中央部に向う冷却
水流FL（第17図（Ｂ））が生じる。このため、凹部12の
両サイド部では、チヤンネルボツクス８の下端で静圧P_S
が圧力P₂よりも低い負の値となる。チヤンネルボツクス
８の外側にある冷却水が、凹部12の両サイド部でチヤン
ネルボツクス８の下端の下方より、冷却水通路17B内に
巻込まれる。第17図のFL₁がその巻込み流を示す。巻込
み流FL₁の影響で冷却水通路17Bの下端部に渦流Ｕが発生
するので、冷却水通路17Bの下端部での冷却水の流動が
不安定となる。従つて、チヤンネルボツクス８の冷却水
通路17Bに面する側壁が高い周波数で振動する。このよ
うな現象は、他の冷却水通路17A,17C,17Dでも生じる。

第１または第２の振動発生要因を解消できる本発明の実
施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である燃料集合体を図面により
説明する。この燃料集合体は沸騰水型原子炉に用いられ
るものである。

第２図及び第３図において、本実施例の燃料集合体1A
は、上部タイプレート2,下部タイプレート4,燃料棒5,水
ロツド６及び燃料スペーサ７を備える。燃料棒５及び太
径水ロツド６の両端部は、上部タイプレート２及び下部
タイプレート４に保持される。上部及び下部タイプレー
ト2,4は、図示しない結合用燃料棒で結合される。各燃
料棒５は、燃料スペーサ７により水平方向に支持され
る。このため、各燃料棒５相互間に、所定幅の冷却水通
路11が形成される。

燃料集合体1Aは、特開昭62-217186号公報の第１図に示
すように、燃料棒５を９行９列に配置ししかも中央に２
本の太径ロツドを配置したものである。しかしながら、
本実施例では、２本の太径水ロツドは、特開昭62-21718
6号公報の第７図に示すように相互間に間隙を形成する
ように配置される。

チヤンネルボツクス８は、横断面が正方形状の筒状体で
あり、チヤンネルフアスナ９に設けられたネジ10によつ
て上部タイプレート２のコーナポスト３に取付けられ
る。チヤンネルボツクス８の下端は、自由端になつてい
る。このようなチヤンネルボツクス８は、燃料スペーサ
７によつて束ねられた燃料棒５の束の周囲を取囲む。

下部タイプレート４は、燃料支持部となるグリツド部40
と、下部タイプレート４の側面としての４つの外側側面
41A及び内部空間42を郭定する内側側面41Bを有する横断
面が正方形状でグリツド部40につながる筒状側壁部41
と、筒状側壁部41につながり、冷却材を内部空間42に導
くノズル部43とを含む。

グリツド部40は、第４図及び第５図に示すように、燃料
棒５の下端部が挿入される燃料棒取付孔45、結合用燃料
棒取付孔46,水ロツド６の下端が挿入される水ロツド取
付孔47を有する。更に、グリツド部40は、これらの取付
孔45,46,47の間に、内部空間42に導かれた冷却水をグリ
ツド部40の上方、すなわち冷却水通路11に導く、流路断
面積の異なる冷却水供給孔18,21,22,23,24が設けられ
る。これら冷却水供給孔のうち最外周の冷却水供給孔18
は、燃料集合体１が炉心内に装荷されたときに、前述の
冷却水通路17からの漏洩冷却水に対する駆動力を低減
し、その通路からの冷却水の漏洩を抑制する冷却材流を
発生する流路手段を構成する。以下、冷却水供給孔18か
ら流出する冷却材流をジエツト流と称する。

冷却水供給孔18は、第４図及び第６図に示すように、グ
リツド部40のうち筒状側壁部41の内側側面41Bより内側
に位置する部分を貫通する内側部分18aと、内側側面41B
より外側に位置すると共に、筒状側壁部41内に食い込み
内側側面41Bに開口する外側部分18bとを有する。冷却水
供給孔18の出口は、従来例Ａで最外周に位置する冷却水
供給孔の出口よりも下部タイプレート４の外側側面41A
に近接して位置することになる。

また、冷却水供給孔18は以下のように構成されていると
も言える。即ち、第５図において、冷却水供給孔18の出
口の内周面のうち下部タイプレート４の外側側面41A側
に位置するＰ点（外側側面41Aに最も近い内周面の部
分）と外側側面41Aとの間の寸法t₁は、下部タイプレー
ト４の側壁の肉厚（筒状側壁部41の肉厚）t₂よりも小さ
い。これは、Ｐ点が筒状側壁部41の内側側面41Bよりも
外側側面41A側に位置するためである。また、別の観点
から見ると、冷却水供給孔18の出口のＰ点と下部タイプ
レート４の中心軸との間の寸法L₁は、下部タイプレート
４の内側側面41Bと下部タイプレート４の中心軸との間
の寸法L₂よりも大きくなつている。冷却水供給孔18は、
その一部が燃料棒５のうち最外周に位置する燃料棒５の
下端部が挿入される燃料棒挿入孔（燃料棒取付孔45及び
結合用燃料棒取付孔46よりも外側（外側側面41A側）に
位置してもいる。冷却水供給孔18全体を上記燃料棒挿入
孔よりも外側に位置させてもよい。

ジエツト流による冷却水の漏洩抑制機能またはシール効
果をより大きくするためには、外周部にある冷却水供給
孔21の総流路断面積を最大にし、内側の供給孔22,23,24
の流路断面積を絞ることが重要である。

そこで、冷却水供給孔18,21〜24の流路断面積の配分に
ついて説明する。即ち、冷却水供給孔18の１個の流路断
面積をａ、その内側の冷却水供給孔21の１個の流路断面
積をｂ、その内側の冷却水給孔22の１個の流路断面積を
ｃ、更にその内側冷却水供給孔23の１個の流路断面積を
ｄ、また中央部の冷却水供給孔24の１個の流路断面積を
ｅとすると、各冷却水供給孔領域における各々の総流路
断面積はそれぞれ次式で表わされる。

各冷却水供給孔領域の境界は、冷却水供給孔24を除い
て、冷却水供給孔18,21〜23の間に存在し冷却水供給孔
の配列に並行な複数の燃料棒挿入孔45の中心を結ぶ線で
ある。これら各冷却水供給孔領域における総流路断面積
割合は表１に示す範囲にすることが望ましい。

即ち、冷却水供給孔18の総流路断面積Ａはできるだけ大
きく取り25〜35％とし、冷却水供給孔21の総流路断面積
は最大に取り40〜50％とし、中央部の冷却水供給孔ほど
絞り、冷却水供給孔22の総流路断面積は15〜25％、冷却
水供給孔23の総流路断面積は２〜10％、冷却水供給孔24
の総流路断面積は０〜５％とする。冷却水供給孔24は、
下部タイプレート４を加工する際に工作機械への取付用
孔として用いられる。

ここで、具体例として燃料棒５を９行９列に配置した燃
料集合体1Aの場合の１列を表２に示す。この具体例にお
ける各領域の総流路断面積の割合は表１の範囲を満足す
るものである。これら冷却水供給孔の径，数等の数値は
１例であり、本発明はこれらの数値に限定されない。前
述の各総流路断面積の割合は、下部タイプレート４に設
けられた全冷却水供給孔の合計流路断面積（＝Ａ＋Ｂ＋
Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）に対する各冷却水供給孔領域毎の総流路断
面積の占める割合であり、冷却材供給孔断面積比であ
る。

本実施例の燃料集合体1Aは、第１図に示すように、凹部
12が下部タイプレート４の１つのコーナを挾む２つの外
側側面41Aに設けられる。他の２つの外側側面41Aには、
凹部12はない。凹部12は、下部タイプレート４の対向す
る一対の外側側面41Aの一方に設けられる。凹部12の形
状は、第Ａ図及び第Ｂ図に示す凹部12と同じである。凹
部12を設けることによつて、燃料集合体1Aでも、燃料集
合体１と同様に、ベンチユリー手段を有する冷却水通路
17が下部タイプレート４とチヤンネルボツクス８との間
に形成される。燃流集合体1Aは、燃料集合体１と同様
に、フインガースプリングを冷却水通路17に設けていな
い。フインガスプリングがないことは、後述の各実施例
でも同様である。

本実施例では、上述したグリツド部40に設けられたジエ
ツト流を生じる流路手段と、チヤンネルボツクス８と下
部タイプレート４間に形成されたベンチユリー手段と併
用する。このため、ジエツト流による冷却水の漏洩抑制
機能と、ベンチユリー手段によるチヤンネルボツクスの
変形抑制機能との相乗効果により、チヤンネルボツクス
８の変形を抑制しながら効果的に冷却水の漏洩を抑制す
ることができる。更に、本実施例は、チヤンネルボツク
スの振動抑制機能も有する。以下、これらの点を詳細に
説明する。

沸騰水型原子炉の運転中、炉心に装架された燃料集合体
１内に冷却水が供給される。この冷却水は下部タイプレ
ート４のグリツド部40に形成された冷却水供給孔18,21
〜24を通つてチヤンネルボツクス８内に導かれる。チヤ
ンネルボツクス８内に導かれた大部分の冷却水は冷却水
通路11内を上昇し、上部タイプレート２から上方に流出
する。一部の冷却水は、冷却水通路17を介して燃料集合
体1A外に漏洩する。しかしながら、この冷却水の漏洩量
は、第１に、最外周の冷却水供給孔18からなる流路手段
により下部タイプレート４の外周部からチヤンネルボツ
クス８の内面に向つて噴出されるジエツト流によつて抑
制される。

ジエツト流効果の原理は、下部タイプレート４の外周部
から噴出するジエツト流により冷却水通路17の入口部
（間隙14の上端部）の静圧を下げ、漏洩流の駆動力を低
下させるものである。本実施例では、従来例Ａに比べて
チヤンネルボツクス８の近傍で冷却水流量が多くなる
（第７図）。第７図は、下部タイプレート４の上面での
冷却水流量分布を示す。このような冷却水流量分布を有
する本実施例では、冷却水供給孔18から流出するジエツ
ト流の下方でしかもチヤンネルボツクス８の内面付近、
即ち冷却水通路17の入口部近傍に、ジエツト流の作用に
よつて低圧領域が形成される。このため、チヤンネルボ
ツクス８内の冷却水が冷却水通路17を通つて外部の漏洩
することを抑制できる。

ジエツト流の効果は、グリツド部40の冷却水供給孔18の
出口を下部タイプレート４の外側側面41Aに近づける
（Ｐ点が外側側面41Aに近い）ことによつて有効に発揮
される。更に、下部タイプレートの外周部の供給孔流路
断面積を大きくし、中央部の供給孔流路断面積を小さく
することによりジエツト流による冷却水の漏洩抑制機能
又はシール効果をより大きくできる。供給孔流路断面積
を規定することにより、下部タイプレート４を出た後の
燃料集合体1A内の流速分布を従来例Ａよりも平坦にでき
るという効果も得られる。

特に、本実施例では、冷却水供給孔18は、多数の燃料棒
挿入孔のうち最外周に位置する燃料棒挿入孔の外側に位
置する部分（外側部分18b）の、水平方向における幅
が、最外周に位置する燃料棒挿入孔相互間の領域に位置
する部分（内側部分18a）のその方向の幅よりも広い。
このため、チヤンネルボツクス８のコーナ部を除きその
内面の全周にわたつてほぼ均一にジエツト流を供給する
ことができる。これは、冷却水漏洩流量の低減に効果的
である。

次に、ベンチユリー手段について述べる。このベンチユ
リー手段は、燃料集合体１のベンチユリー手段と同様
に、原理的には第13図の破線で示す機能を発揮する。凹
部12が設けられた２つの外側側面41Aに対向するチヤン
ネルボツクス８の各側壁に、その部分を下部タイプレー
ト４側に引き寄せる力が加わる。しかしながら、この力
は、凹部12を有しない他の２つの外側側面41Aに対向す
るチヤンネルボツクス８の各側壁には、加わらない。チ
ヤンネルボツクス８の４つの側壁のうち２つの側壁は、
外側に向う変形が抑制される。このため、本実施例で
は、ベンチユリー手段による冷却材漏洩流量抑制の効果
は、第15図に示すその効果よりも小さなものとなる。ジ
エツト流による冷却水漏洩流量抑制効果を加味した場
合、本実施例におけるその抑制効果は、第15図に示す抑
制効果よりも大きくなる。しかしながら、本実施例のそ
の抑制効果は、後述の第22図に示すジエツト流及びベン
チユリー手段の併用による冷却材漏洩流量抑制効果より
も小さい。

ところで、本実施例では、ジエツト流の効果とベンチユ
リー手段を併用するため、ベンチユリー手段の冷却水通
路17の入口部における圧力はジエツト流の効果により低
減し、ベンチユリー手段のみを用いた場合に比べて冷却
水通路17内の冷却水の流れは異なる静圧分布となる。第
８図はこの静圧分布を示すもので、第13図と同様、ジエ
ツト流の効果を併用した場合の破線で示している。ま
た、ベンチユリー手段のみを用いた場合を実線で示して
いる。

ジエツト流を併用した場合には、タイプレート上端位
置、即ち冷却水通路17の入口部での圧力はΔP_jだけ低下
する。このため漏洩冷却水の流速が低下し、傾斜面13の
開始点Ｓでの静圧は増加する。しかしながら、チヤンネ
ルボツクス８の変形量を生み出す圧力は、下部タイプレ
ート上端からチヤンネルボツクス下端までの静圧分布の
合計であり、第８図における圧力Ｏ（圧力P₂）を基準と
した静圧分布の面積差である。この静圧分布の面積差
は、圧力ΔP_jの低下により正の静圧面積が減少する効果
A₁と、流速が低下するために負の静圧面積が減少する効
果A₂がほぼ等しくなる。従つて、ジエツト流及びベンチ
ユリー手段の併用は、ベンチユリー手段単独の場合とほ
ぼ等しい効果を生む。換言すれば、ジエツト流の効果で
生じるタイプレート４の上端位置での静圧低下分ΔP_jと
このΔP_jに基づいた流速低下により、静圧が増加する分
ΔP_vとがほぼ等しくなる。従つてジエツト流を併用して
も、ベンチユリー手段の効果はジエツト流の影響を受け
ない。

以上のように、本実施例では運転サイクルを通じて冷却
水の漏洩流量はほぼ一定に保持でき、このため燃料集合
体1Aの熱出力をより安定化することができる。

また、本実施例における上述した効果は、下部タイプレ
ートのグリツド部40の外周部に冷却水供給孔18を設け、
ジエツト流の効果を得ると共に、チヤンネルボツクス８
と下部タイプレート４との間に形成される冷却水通路17
のように流路面積を変えてベンチユリー効果を発揮させ
るという簡単な構造で得ることができる。

最後に、チヤンネルボツクス８の振動抑制について述べ
る。下部タイプレート４は凹部12を有する外側側面41A
とそれのない外側側面41Aとが対向する。チヤンネルボ
ツクス８の側壁を下部タイプレート側に引き寄せる力
は、ベンチユリー効果により凹部12のある側で発生す
る。従つて、その引き寄せ力は、対向する外側側面41A
のうち一方の外側側面41Aで常に大きくなる。第１の振
動発生要因は解消され、チヤンネルボツクス８の下端部
の振動が著しく抑制できる。第２の振動発生要因に基づ
くチヤンネルボツクス８の振動も著しく抑制できる。な
お、本実施例では、凹部12は、第１図に示すように、凹
部12の両側部に凹部12を工作機械で切削加工する際の切
削刃の逃げを生じる形状としている。この場合、前述し
た凹部の幅ｌは、凹部12の平坦部の幅となる。

ベンチユリー手段の機能をより効果的にするためには、
以下のことを考慮することが望ましい。以下に述べる条
件は、後述する他の実施例にも適用できる。

第９図に示す下部タイプレート４の上端から傾斜面13の
開始点Ｓまでの距離ａとチヤンネルボツクス８の下端ま
での距離L₀とは、炉心装荷前の新しい燃料集合体1A（燃
焼度OGWd/t）でa/L₀が下記の条件を満たすことが望まし
い。距離L₀は、燃焼度0GWd/tのときの値である。

0.3≦a/L₀＜α …（２）ここで、αは、燃焼度の増大によりチヤンネルボツクス
８の下端が、L₀がL₁になるように、上方に移動しても、
傾斜面13の下端がチヤンネルボツクス８の下端よりも下
方にならないように設定した制限値である。この制限値
は、燃料集合体1Aの燃焼度の設定条件に依存する。傾斜
面13の下端がチヤンネルボツクス８よりも下方に位置し
た場合には、ベンチユリー手段によりベンチユリー効果
がなくなる。この場合には、冷却水漏洩流量が急激に増
大する。

一方、距離ａを増大させるとチヤンネルボツクス８と下
部タイプレート４との間の摩擦圧損が増加して冷却水の
漏洩流量の増大を抑制する。しかし、傾斜面13の開始点
Ｓが、チヤンネルボツクス８の下端に近づくため、チヤ
ンネルボツクス８の外側への変形を抑制できる圧力差Δ
Ｐの負圧及び零圧力領域がチヤンネルボツクス８の下端
に近くなり、チヤンネルボツクス８のクリープ変形は距
離ａが小さい場合に比べて大きくなる。

第10図は、チヤンネルボツクス８のクリープ変形を考え
たときの冷却水漏洩流量の距離ａに対する依存性を示し
たものである。第10図の特性からa/L₀≧0.3の領域で冷
却水の漏洩流量は著しく少なくなる。このため、a/L₀≧
0.3を満足することが望ましい。特に、a/L₀≧0.6で冷却
水の漏洩流量が最少になるので、a/L₀≧0.6を満足すれ
ば更によい。

また、凹所12の傾斜面13の角度θは、５〜６°にすると
よい。角度θが５〜６の範囲で間隙15での圧力損失が最
少となる。ベンチユリー効果を最大限に発揮できる。

凹所12の底面12Aの深さｂは、１〜2mmの範囲にすること
が望ましい。凹部12の深さｂは、間隙14の下端で負圧に
なつた圧力差ΔＰを零まで回復するように決める必要が
ある。即ち、間隙16で動圧ρv²/2gをほぼ零にする必要
がある。このため、深さｂは1mm以上にしなければなら
ない。しかしながら、深さｂを大きくすると下部タイプ
レート４の側壁の肉厚が薄くなりすぎ強度的に問題とな
る。これを考慮することにより、深さｂは、１〜2mmが
適切な範囲である。

なお、ベンチユリー効果を最大限にするためには、間隙
16の幅G₂を狭くするような突起物を凹部12内に設けない
ほうが望ましい。

本発明の他の実施例である燃料集合体1Bを、第18図〜第
20図により説明する。燃料集合体1Bは、燃料集合体1Aと
下部タイプレートが異なるだけである。本実施例の下部
タイプレート4Bは、４つの外側側面41A全てに凹部12を
有する。対向する外側側面41Aのうち、一方の外側側面4
1Aに設けられた凹部12（第18図及び第19図の12B）の距
離ａは、他方の外側側面41Aに設けられた凹部（第18図
及び第19図の12C）に対する距離ａよりも距離Ｈだけ短
い。凹部12B及び12Cは、下部タイプレート４の凹部12と
同じ形状である。下部タイプレート4Bは、凹部12B及び1
2Cを除き、下部タイプレート４と同じ構造である。

本実施例は、凹部12Bに対する距離ａと凹部12Cに対する
距離ａが異なるので、それぞれの凹部を含む各冷却水通
路17内でベンチユリー効果により静圧P_S1の発生する位
置が異なる。凹部12Bに対する静圧P_S1の発生は、凹部12
Cに対するその発生位置よりも下方にある。すなわち、
本実施例は、チヤンネルボツクス８の対向する２つの側
面においてベンチユリー手段にて発生する引き寄せ力の
作用点が上下方向で異なる。換言すれば、引き寄せ力が
作用する、チヤンネルボツクス８の側面上の領域が、チ
ヤンネルボツクス８の対向する内面で異なる。上記のよ
うに引き寄せ力の作用点がチヤンネルボツクス８の対向
する２つの側面で異なるので、第１の振動発生要因が解
消され、チヤンネルボツクスの振動が著しく抑制でき
る。本実施例は、対向する２つの外側側面に設けられた
各凹部12B及び12Cの形状は同じであるが、これらの凹部
は設けられている位置が異なつている。第28図に示す実
施例も、上記のように凹部の設けられている位置が異な
つている。なお、凹部の形状とは、外側側面41Aの正面
から見た凹部の形状及び外側側面41Aのの断面（横断面
及び縦断面）での凹部の形状を意味する。

本実施例は、燃料集合体1Aと同様に、ジエツト及びベン
チユリー手段による冷却水漏洩流量の抑制効果が得られ
る。ベンチユリー手段が４つの外側側面41Aに設けられ
る関係上、本実施例の冷却水漏洩流量抑制効果は、燃料
集合体1Aのそれよりも大きい。

ジエツト流及びベンチユリー手段の併用によつて生じる
効果を第21図〜第23図により説明する。

第21図は冷却水漏洩流量のチヤンネルボツクス内外差圧
ΔＰ、即ち漏洩流量の駆動力となる差圧に対する依存性
を示す。下部タイプレート4Bのグリツド部40に設けた冷
却水供給孔18から出るジエツト流により冷却水漏洩流量
は低減する。その効果を第21図に点線で示す。ジエツト
流の発生は、従来例Ａに比べ約２割程度の冷却水漏洩流
量の抑制効果がある。即ち、チヤンネルボツクス内外差
圧がΔP₀のとき、本実施例は従来例Ａより冷却水漏洩流
量がΔＱだけ減少する。これはジエツト流によりチヤン
ネルボツクス内外差圧をΔP_i降下させ、冷却水漏洩流量
をΔＱ低減させたことに相当する。

また、ジエツト流効果にベンチユリー効果を付加した燃
料集合体1Bは、ベンチユリー手段によるチヤンネルボツ
クスの変形量抑制効果により、ジエツト効果のみを用い
た場合よりも更に冷却水漏洩流量を低減できる。この効
果は試験により確かめ、実証されたものである。チヤン
ネルボツクス８は、冷却水通路11の冷却水の静圧等によ
り、原子炉運転中、常時内側から外側に向う圧力を受け
ており、このため外側に向つてクリープ変形する。従来
例Ａでは、このチヤンネルボツクスのクリープ変形のた
めに第22図に実線で示すように燃焼度の増大に伴つて下
部タイプレート４とチヤンネルボツクス８との間からの
冷却水漏洩流量が増大する。この冷却水漏洩流量は破線
で示すように、流路手段18によるジエツト流の効果によ
り低減する。そしてベンチユリー手段を併用した本実施
例では、上述したようにチヤンネルボツクス８を下部タ
イプレート４に向つて引き寄せる力が大きくなり、チヤ
ンネルボツクス８のクリープ変形量の増大を抑制するこ
とができる。このため、ジエツト流の効果にチヤンネル
にボツクスのクリープ変形量抑制効果が加わり、燃焼度
の増大に伴う冷却水漏洩流量の増大は更に効果的に抑制
され、第22図に一点鎖線で示すようにほぼ平坦化でき
る。

ジエツト流及びベンチユリー手段の併用による冷却水漏
洩流量の低減効果を第23図を用いて更に説明する。

第23図の右半分は、運転サイクル中の燃焼度の増大に対
するチヤンネルボツクス変形量の変化を従来例Ａ及び本
実施例について示している。燃焼度Ｅに対して、従来例
Ａのチヤンネルボツクス変形量はa₁であるが、ベンチユ
リー手段を用いた本実施例はチヤンネルボツクス変形量
はa₂に減少する。

第23図の左半分は、チヤンネルボツクスの変形量に対す
る冷却水漏洩流量の抑制効果を示す。従来例Ａでは、チ
ヤンネルボツクス変形量a₁に対応して実線上の点b₁にお
ける冷却水の漏洩流量c₁を生じる。同じチヤンネルボツ
クス変形量a₁でジエツト流の効果を用いた場合には、破
線上の点b₁′に対応して冷却水漏洩流量はc₁′となり、
（c₁−c₁′）の冷却水漏洩流量低減の効果がある。ま
た、本実施例ではベンチユリー手段のみを用いた場合に
は、チヤンネルボツクス変形量a₂に対応して実線上の点
b₂′における冷却水漏洩流量c₂′を生じ、従来例Ａに対
して（c₁−c₂′）の漏洩流量低減効果がある。同じチヤ
ンネルボツクス変形量a₂でジエツト流の効果を併用した
場合には、破線上の点b₂に対応して冷却水漏洩流量はc₂
となり、従来例Ａに対しては（c₁−c₂′）の顕著な漏洩
流量低減効果がある。以上に述べたことは、程度の大小
はあるが、ジエツト流及びベンチユリー手段を併用した
場合に言えることである。

このように本実施例は、ジエツト流の効果及びベンチユ
リー手段を用いない従来例Ａに対しては顕著な冷却水の
漏洩流量低減効果があり、ジエツト流及びベンチユリー
手段をそれぞれ単独で用いた場合と比較しても冷却水漏
洩流量は低減する。

ベンチユリー手段の機能を更に向上させるためには、以
下のことを考慮することが望ましい。これは、ベンチユ
リー手段を有する実施例について言えることである。

下部タイプレート４の１つの外側側面41Aは隣接する外
側側面41Aと滑らかに半径Ｒで連なり（第４図）、組立
時のチヤンネルボツクス８の下部タイプレート４へ挿入
性を良くしている。ここで、第20図（Ｂ）に示すよう
に、下部タイプレート４の各外側側面41Aの幅をＬと
し、側面41Aの平坦部の幅をL_fとすると、L_f＝Ｌ−2Rで
ある。そして、ベンチユリー手段を提供するための凹部
12の幅をｌとすると、この幅ｌは好ましくは、下部タイ
プレート４の平坦部の幅L_fに対して0.5〜1.0の範囲にさ
れる。即ち、 l/L_f＝0.5〜1.0 …（３）とすることが好ましい。

前述の（１）式から分かるように、ベンチユリー手段の
効果は、冷却水の漏洩流速、即ち動圧を利用する。この
とき、負圧の圧力差ΔＰがチヤンネルボツクス８の外側
の変形量を抑制する効果は、それがチヤンネルボツクス
８の四辺のコーナ部近辺に作用するよりも、チヤンネル
ボツクス８の四辺の中央部に作用する方が大きい。チヤ
ンネルボツクス８の四辺のコーナ部近傍にベンチユリー
手段を設けても、チヤンネルボツクス８の外側への変形
量を抑制する効果は小さい。また、ベンチユリー手段を
設けた部分の冷却水通路17の圧損係数はベンチユリー手
段を設けない場合に比べ約1/2となり、冷却水は漏れ易
くなる。従つて、チヤンネルボツクス８の四辺のコーナ
部近辺にベンチユリー手段を設けた場合には、むしろ、
冷却水漏洩流量をむやみに増大させるだけとなる。

第24図は、長さＬの梁に等分布荷重を負荷させたとき
の、梁の最大たわみ量（相当値）を示す。等分分布荷重
が加わる長さｌを増加させるとたわみ量も増大するが、
梁の長さＬに対する等分布荷重の長さｌの比が0.5以上
になると、たわみ量の増加は小さくなる。

以上の観点より、ベンチユリー手段を構成する凹部12の
幅ｌは、上述した（３）式にように、外側側面41Aの平
坦部の幅L_fに対して0.5以上で1.0以下とすることが好ま
しい。これを更に第25図により説明する。第25図は、タ
イプレート側面41Aに設けた凹部12の幅（l/L_f）と冷却
水漏洩流量（相対値）との関係を、チヤンネルボツクス
８の剛性をパラメータとして示している。チヤンネルボ
ツクス８の剛性としては、現行の材質であるジルコニウ
ム合金板（肉厚2mm〜3mm）を含む約1.5mm〜4mmの範囲で
変化させた。チヤンネルボツクス８の肉厚が厚くなると
（剛性大）、肉厚が薄い場合（剛性小）と比べ、チヤン
ネルボツクスに一定の負荷を加えたときの変形量が小さ
くなる。このため、凹部12の幅を広くしても相対的な冷
却水漏洩流量の抑制量は小さくなる。そして、図中、斜
線は冷却水の漏洩が最小となる範囲であるが、この範囲
の凹部12の幅は、チヤンネルボツクスの剛性が小さくな
るに伴つて1.0に近付く。従つて、凹部12の幅ｌは、L_f
に対して5.0〜1.0の範囲にあればベンチユリー手段の効
果を有効に発揮できる。

本発明の他の実施例である燃料集合体ICを第26図に示
す。燃料集合体ICは、対向する一対の外側側面41Aのう
ちの一方に独立した３つの凹部12D〜12Fを設け他方に凹
部12を設けた下部タイプレート4Cを有する。凹部12D〜2
Fは２面の外側側面41Aに設けられる。凹部12も残りの２
面の外側側面41Aに設けられる。これらの凹部は、同じ
レベルにある。３つの凹部12D〜12Fを含むベンチユリー
手段で発生する引き寄せ力の大きさと、凹部12を含むベ
ンチユリー手段で発生する引き寄せ力の大きさが、原子
炉の運転中、常に異なる。後者の引き寄せ力が大きい。
チヤンネルボツクス８の対向する２つの側面に作用する
引き寄せ力は、燃料集合体1Aと同様に一方の側面側で常
に大きくなる。本実施例は、引き寄せ力の大きい方でチ
ヤンネルボツクス８の側壁が下部タイプレート4C側に引
き寄せられ第１の振動発生要因を解消でき、チヤンネル
ボツクス８の振動が著しく抑制できる。これ以外では、
燃料集合体1Cは、燃料集合体1Bと同様な効果を生じる。

本実施例は、ベンチユリー手段の構成が異なるだけで他
の構成が燃料集合体1Bと同じであり、燃料集合体1Bと同
様にジエツト流効果及びベンチユリー効果を得ることが
できる。

本実施例は、対向する２つの外側側面41Aに設けられた
各凹部の形状が異なつている場合の例である。すなわち
対向する２つの外側側面41Aにおいて外側側面41Aの正面
から見た凹部の形状、または外側側面41Aの横断面また
は縦断面での凹部の形状が異なつている例である。第27
図等も、この例である。

チヤンネルボツクス８の対向する２つの側面にそれぞれ
異なる大きさの引き寄せ力を作用させる、本発明の他の
実施例である燃料集合体1Dを、第27図に示す。燃料集合
体1Dは、深さｂの異なる凹部12及び12Gが、下部タイプ
レート4Dの対向する外側側面41Aに設けられる。深さｂ
の浅い凹部12Gを含むベンチユリー手段で発生する引き
寄せ力が、深さｂの深い凹部12の場合よりも小さくな
る。本実施例も、第１の振動発生要因を解消できチヤン
ネルボツクス８の振動を著しく抑制できる。

凹部12の傾斜面13の角度θを下部タイプレートの対向す
る外側側面41A間で変えても、チヤンネルルツクス８の
対向する２つの側面にそれぞれ異なる大きさの引き寄せ
力を作用させることができる。これによつても、第１の
振動発生要因を解消できる。

燃料集合体1Bと同様に、チヤンネルボツクス８の対向す
る２つの側面において引き寄せ力の作用する領域が異な
る。本発明の他の実施例である燃料集合体1Eを、第28図
に示す。下部タイプレート4Eは、対向する２つの外側側
面41Aにおいて凹部12Hの位置が水平方向にずらして設け
られる。これは、凹部12Hの両サイドが、直角方向外側
側面41Aから異なる距離S₁及びS₂の位置にあるためであ
る。ベンチユリー手段によつて発生する引き寄せ力の、
チヤンネルボツクス８の対向する２つの側面への作用点
が、それらの側面で異なる。本実施例では、これらの作
用点が異なることによりチヤンネルボツクス８は横断面
において回転力を受け、下部タイプレート4Eの４つのコ
ーナ部がチヤンネルボツクス８の内面に接触するので、
チヤンネルボツクス８の振動が抑制できる。このように
燃料集合体1Eは、第１の振動発生要因を解消でき、チヤ
ンネルボツクス８の振動を著しく抑制できる。

第27図及び第28図の実施例も、ベンチユリー手段の構成
が異なるだけで他の構成が燃料集合体1Bと同じである。

本発明の他実施例である燃料集合体1Fを第29図に示す。
燃料集合体1Fの第29図に図示されていない部分は、燃料
集合体1Aと同じである。凹部12は、４つの外側側面41A
に設けられる。これだけでは、燃料集合体１と同様に、
チヤンネルボツクス８の下端部が振動する。本実施例
は、チヤンネルボツクス８の振動を防止するために、下
部タイプレート８のコーナ部の外側側面41Aに外側に向
う突起部30を有する。突起部30は、チヤンネルボツクス
８のコーナ部の内面に接する。突起部30は、チヤンネル
ボツクス８の横方向へ振動を抑制する。突起部30は、振
動抑制手段である。

振動抑制手段の他の実施例を備えた本発明における他の
実施例である燃料集合体を、以下に述べる。第30図〜第
39図に示す燃料集合体の各実施例は、第２の振動発生要
因を解消する振動抑制手段を備えている。これらの各実
施例は、燃料集合体1Bと同様に、ジエツト流効果及びベ
ンチユリー効果により冷却水漏洩流量を著しく抑制でき
る。

第30図〜第32図は、本発明の他の実施例である燃料集合
体1Gを示す。燃料集合体1Gに設けられた下部タイプレー
ト4Gは、４つの外側側面41Aにそれぞれ凹部12が設けら
れる。これらの凹部12は、高さ方向で同じレベルに配置
される。更に円柱状の突起、すなわち円柱状のボルテツ
クス・スタビライザ31が、複数個、凹部12内に設けられ
る。ボルテツクス・スタビライザ31は、下部タイプレー
ト4Gの軸方向２列に配列される。上流側に位置するボル
テツクス・スタビライザ31は、下流側に位置するそれら
の間にくるように配置する。ボルテツクス・スタビライ
ザ31の高さH₁（底面12Aからの高さ）が凹部12の深さｂ
以上の高さになるとベンチユリー効果が生じない。この
ため、高さH₁は、深さｂの値よりも小さくする必要があ
る。換言すればチヤンネルボツクス８の内面とボルテツ
クス・スタビライザ31の上端との間の間隙の幅G₃は、チ
ヤンネルボツクス８の内面の下部タイプレート4Gの外側
側面41Aとの間の間隙の幅G₁よりも広い。ボルテツクス
・スタビライザ31を設けた凹部12の構造を除いた燃料集
合体1Gの他の構造は、燃料集合体1A（第２図〜第５図）
と同じである。

原子炉の運転中、下部タイプレート4Gの上方の冷却水通
路11内の冷却水は、冷却水通路17内に流入する。チヤン
ネルボツクス８の外側の圧力をP₂、冷却水通路17内の静
圧をP_Sとする。冷却水通路17に含まれるベンチユリー手
段及びボルテツクス・スタビライザ31の効果による静圧
分布を、第33図内に示す。この静圧分布は、圧力P₂を基
準にしている。間隙14の入口（点）では、差圧ΔＰ
（＝P_S−P₂）は正である。傾斜面13の開始点Ｓ（点）
では、静圧P_Sが最も小さくΔＰは最も小さな負の値とな
る。間隙15においては、流路面積が徐々に増加するの
で、静圧P_Sが徐々に回復し、ΔＰの値も０に近づいて行
く。間隙16内に設けられたボルテツクス・スタビライザ
31は、冷却水流に対して抵抗となる。間隙16内に流入し
た冷却水流の乱れが大きく、間隙16内の静圧P_Sは、間隙
16の出口から大部分の領域で圧力Ｐ以上になる。このた
め、冷却水通路17の出口部では、その横断面全体にわた
つて圧力Ｐよりも低い静圧P_Sが生じない。更に、ボルテ
ツクス・スタビライザ31の流動抵抗により、冷却水通路
17の水平方向での冷却水の流速が実質的に均一化され
る。このため、間隙15及び16内を流れる冷却水の流れ
は、冷却水通路17を画定する壁面の摩擦抵抗の大小の影
響を受けずに安定化する。第17図に示す巻き込み流FL₁
も発生しない。従つて、本実施例は、第２の振動発生要
因を解消でき、チヤンネルボツクス８の振動を著しく抑
制できる。

なお、本実施例では、（２）式のαは、燃焼度の増大に
よりチヤンネルボツクス８の下端が、L₀がL₁になるよう
に、上方に移動しても、ボルテツクス・スタビライザ31
がチヤンネルボツクス８の下端よりも下方にならないよ
う設定する必要がある。

本実施例は、下部タイプレート4Gの４つの外側側面41A
の形状が同じであり、凹部12も同じレベルにある。従つ
て、本実施例は、下部タイプレート4Gの製作加工が容易
であり、燃料集合体を組立てるときに下部タイプレート
4Gの向きに注意を払う必要はない。

本発明の他の実施例である燃料集合体を第34図に示す。
第34図は、本実施例の燃料集合体の下部タイプレート4H
を示す。下部タイプレート4Hは、４つの外側側面41Aに
設けられた各凹部12内に、横断面が菱形の突起であるボ
ルテツクス・スタビライザ31Aを有する。ボルテツクス
・スタビライザの構造を除いて、本実施例の燃料集合体
は、燃料集合体1Gと同じ構造を有する。これは、後述の
第35図〜第39図の各実施例でも同じである。ボルテツク
ス・スタビライザ31Aはボルテツクス・スタビライザ31
と同様に機能するので、本実施例でもチヤンネルボツク
スの振動を抑制できる。

第35図は、本発明の他の実施例である燃料集合体に含ま
れる下部タイプレート4Iを示す。下部タイプレート4I
は、各凹部12内に上下２列に設けられたボルテツクス・
スタビライザ31Bを有する。ボルテツクス・スタビライ
ザ31Bは、横断面が平行四辺形をした突起である。

第36図は、本発明の他の実施例である燃料集合体に含ま
れる下部タイプレート4Jを示す。下部タイプレート4J
は、ボルテツクス・スタビライザ31Cを凹部12内に設け
ている。上側のボルテツクス・スタビライザ31Cの間に
１つのボルテツクス・スタビライザ31が配置される。ボ
ルテツクス・スタビライザ31Cは横断面が長円形をした
突起である。

第37図は、本発明の他の実施例である燃料集合体に含ま
れる下部タイプレート4Kを示す。下部タイプレート4K
は、各凹部12内に上下２列に設けられたボルテツクス・
スタビライザ31Bを有する。ボルテツクス・スタビライ
ザ31Bは凹部12を水平方向に連続して横切る突起であ
る。

第38図は、本発明の他の実施例である燃料集合体に含ま
れる下部タイプレート4Lを示す。下部タイプレート4J
は、ボルタツクス・スタビライザ31Eを凹部12内に設け
ている。ボルテツクス・スタビライザ31Eは、凹部12の
最も深い部分（底面12A）よりも浅い位置にある平面で
ある。ボルテツクス・スタビライザ31Eを設けることに
よつて、最も深い部分から浅くなる段付部が下部タイプ
レート4Lの軸方向において凹部12内に形成される。ボル
テツクス・スタビライザ31Eは、段付部より下方の凹部1
2内の領域全体にわたつて広がつている。ボルテツクス
・スタビライザ31Eは、外側側面41Aより凹部12最も深い
部分側に位置する。

第39図は、本発明の他の実施例である燃料集合体に含ま
れる下部タイプレート4Mを示す。下部タイプレート4M
は、上下２列に配置されたボルテツクス・スタビライザ
31Fを凹部12内に設けている。ボルテツクス・スタビラ
イザ31Fは、凹部12の底面12に設けた横断面が円形の孔
である。ボルテツクス・スタビライザ31Fは、下部タイ
プレート4Mの筒状側壁部41を貫通しない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フインガスプリングを用いず冷却材の
流動により発生する引き寄せ力を用いて冷却材漏洩流量
を著しく抑制できる。更に引き寄せ力の作用により発生
するチヤンネルボツクスの振動も著しく抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体の下
部タイプレート部分（第２図のI-I部分）での横断面
図、第２図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体
の縦断面図、第３図は第２図の下部タイプレート付近の
拡大斜視図、第４図は第２図の下部タイプレートの平面
図、第５図は第４図のV-V断面図、第６図は下部タイプ
レートの凹部付近の拡大縦断面図、第７図は第２図の下
部タイプレート上面での冷却水流量分布を示す特性図、
第８図はジエツト流の機能を考慮した場合の第６図の冷
却水通路17内の静圧分布を示す特性図、第９図は炉心装
荷後における燃料集合体のチヤンネルボツクス下端部付
近の拡大縦断面図、第10図はチヤンネルボツクス下端と
下部タイプレート上端との相対位置関係に係わる値であ
るa/L₀と冷却水漏洩流量との関係を示す特性図、第11図
は本発明の先願である燃料集合体の下部タイプレート付
近の縦断面図（第12図のXI-XI断面図）、第12図は第11
図の下部タイプレートの側面図、第13図は第11図の冷却
水通路17内における高さ方向の圧力分布を示す特性図、
第14図は第11図の燃料集合体における下部タイプレート
上端からのチヤンネルボツクスの変形量の分布を示す特
性図、第15図は第11図の燃料集合体における原子炉の運
転サイクル中の燃焼度に対する冷却水漏洩流量の変化を
示す特性図、第16図は第11図の燃料集合体においてチヤ
ンネルボツクスが振動する要因の１つを説明するための
図、第17図（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は第11図の燃料集
合体においてチヤンネルボツクスが振動する他の要因を
説明するための図であり、第17図（Ａ）は第17図（Ｂ）
X₂-X₂断面図、及び第17図（Ｃ）は第17図（Ｂ）のX₁-X₁
断面図、第18図，第26図及び第30図は本発明の他の実施
例である燃料集合体の下部タイプレート付近の拡大斜視
図、第19図は第18図の下部タイプレートでの横断面図、
第20図は第18図の下部タイプレートの１つのコーナ部を
挾んで隣接する２つの部分の各側面図、第21図はチヤン
ネルボツクスの内外差圧と冷却水漏洩流量との関係を示
す特性図、第22図は原子炉の運転サイクル中の燃焼度に
対する冷却水漏洩流量の変化を示す特性図、第23図は第
２図の燃料集合体においてジエツト流効果及びベンチユ
リー効果の両者を加味して得られる効果を示す特性図、
第24図は負荷荷重範囲に対するチヤンネルボツクスの最
大たわみ量との関係を示す特性図、第25図はベンチユリ
ー手段を構成する凹部の幅と冷却水漏洩流量との関係を
示す特性図、第27図は第26図の下部タイプレートでの横
断面図、第28図は本発明の他の実施例である燃料集合体
の下部タイプレートでの横断面図、第29図は本発明の他
の実施例である燃料集合体の下部タイプレート付近の構
造を示し、第29図（Ａ）は第29図（Ｂ）のX₄-X₄断面
図、及び第29図（Ｂ）は第29図（Ａ）のX₅-X₅断面図、
第31図は第30図の下部タイプレートの側面図、第32図は
第31図のX₆-X₆断面図、第33図は第30図の冷却水通路17
内の静圧分布を示す特性図、第34図、第35図，第36図，
第37図，第38図及び第39図は本発明の他の実施例である
燃料集合体に含まれるそれぞれの下部タイプレートの側
面図である。 1A〜1G……燃料集合体、２……上部タイプレート、4,4B
〜4M……下部タイプレート、５……燃料棒、８……チヤ
ンネルボツクス、12,12B〜12H……凹部、13……傾斜
面、17……冷却水通路、18……冷却水供給孔、30……突
起部、31,31A〜31F……ボルテツクス・スタビライザ、4
1A……外側側面、41B……内側側面、45……燃料棒取付
孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島潤二郎茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者安田哲郎茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者丸彰茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者梅原肇茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者吉本佑一郎茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者山下淳一茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者林達雄東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内 (56)参考文献特開平２−284095（ＪＰ，Ａ) 特開平３−188396（ＪＰ，Ａ) 特開平２−268290（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記チヤンネルボツクス
の一部に作用して前記チヤンネルボツクスを前記下部タ
イプレート側に引き寄せる力を、前記冷却材漏洩通路を
通る冷却材漏洩流の作用により、発生する手段を、備
え、前記チヤンネルボツクスの振動を抑制する手段を、
前記下部タイプレートに設けたことを特徴とする燃料集
合体。
【請求項２】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記冷却材漏洩通路内の
一部の領域における冷却材の第１静圧を前記チヤンネル
ボツクス外の冷却材の第２静圧よりも小さくする手段
を、備え、第１静圧を第２静圧よりも小さくすることに
より発生する前記チヤンネルボツクスの振動を抑制する
手段を、前記下部タイプレートに設けたことを特徴とす
る燃料集合体。
【請求項３】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記チヤンネルボツクス
の側面上における一部の領域に作用して前記チヤンネル
ボツクスを前記下部タイプレート側に引き寄せる力を、
前記冷却材漏洩通路を通る冷却材漏洩流の作用により、
発生する手段を、備え、前記引き寄せ力の作用する前記
領域が前記チヤンネルボツクスの対向する側面において
異なるように前記引き寄せ力発生手段を設けたことを特
徴とする燃料集合体。
【請求項４】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料合集体において、前記チヤンネルボツクス
の側面上における一部の領域に作用して前記チヤンネル
ボツクスを前記下部タイプレート側に引き寄せる力を、
前記冷却材漏洩通路を通る冷却材漏洩流の作用により、
発生する手段を、備え、前記チヤンネルボツクスの対向
する側面のうち少なくとも一方における前記領域に前記
引き寄せ力が作用するように前記引き寄せ力発生手段を
設け、更に前記対向する側面の両方における前記領域に
前記引き寄せ力を作用させる場合には、それらの前記領
域に作用する前記引き寄せ力の大きさが異なるように前
記引き寄せ力発生手段を設けたことを特徴とする燃料集
合体。
【請求項５】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記チヤンネルボツクス
の一部に作用して前記チヤンネルボツクスを前記下部タ
イプレート側に引き寄せる力を、前記冷却材漏洩通路を
通る冷却材漏洩流の作用により、発生する手段を、備
え、前記冷却材漏洩通路内への前記チヤンネルボツクス
の外部にある冷却材の流入を防止する手段を、前記下部
タイプレートに設けたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項６】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記チヤンネルボツクス
の一部に作用して前記チヤンネルボツクスを前記下部タ
イプレート側に引き寄せ力を、前記冷却材漏洩通路を通
る冷却材漏洩流の作用により、発生する手段を、備え、
前記引き寄せ力の発生を妨害しない抵抗体を、前記引き
寄せ力発生手段の下流側で、前記冷却材漏洩通路内に位
置するように前記下部タイプレートに設けたことを特徴
とする燃料集合体。
【請求項７】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートと、前
記燃料棒の束を取り囲み、下端部が前記下部タイプレー
トの周囲を取り囲みこれにより前記下部タイプレートと
の間に冷却材漏洩通路を形成するチヤンネルボツクスと
を備えた燃料集合体において、前記冷却材漏洩通路内の
一部の領域における冷却材の第１静圧を前記チヤンネル
ボツクス外の冷却材の第２静圧よりも小さくする手段
を、備え、前記第１静圧が発生する前記領域よりも下流
側に位置する前記冷却材漏洩通路の出口部における冷却
材の静圧を、前記出口部の横断面全体にわたつて、前記
第２静圧以上に上昇させる手段を、前記下部タイプレー
トに設けたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項８】前記引き寄せ力発生手段が、前記冷却材漏
洩通路のベンチユリー部である請求項1,3,4,5、または
６の燃料集合体。
【請求項９】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、前
記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を供
給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートとを備
えた燃料集合体において、前記下部タイプレートは、こ
の外側側面から、下方に向かつて、前記下部タイプレー
トの内側に傾斜する傾斜面を有する凹部を備え、冷却材
流動抵抗手段を、前記傾斜面が前記下部タイプレートの
内側に向かつて傾斜し始める位置より下方で、前記凹部
内に設けたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項１０】前記冷却材流動抵抗手段は、前記外側側
面よりも前記下部タイプレートの内側に位置している請
求項９の燃料集合体。
【請求項１１】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、
前記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を
供給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートとを
備えた燃料集合体において、前記下部タイプレートは、
この外側側面から、下方に向かつて、前記下部タイプレ
ートの内側に傾斜する傾斜面を有する凹部を備え、対向
する２面の前記外側側面に設けられた各々の前記凹部は
形状が異なつていることを特徴とする燃料集合体
【請求項１２】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、
前記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を
供給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートとを
備えた燃料集合体において、前記下部タイプレートは、
この外側側面から、下方に向かつて、前記下部タイプレ
ートの内側に傾斜する傾斜面を有する凹部を備え、対向
する２面の前記外側側面の一方に前記凹部が設けられて
いることを特徴とする燃料集合体。
【請求項１３】上端及び下端を有する複数の燃料棒と、
前記燃料棒の下端部を支持し、前記燃料棒間に冷却材を
供給する複数の冷却材孔を有する下部タイプレートとを
備えた燃料集合体において、前記下部タイプレートは、
この外側側面から、下方に向かつて、前記下部タイプレ
ートの内側に傾斜する傾斜面を有する凹部を備え、対向
する２面の前記外側側面において各々の前記凹部は設け
られた位置が異なつていることを特徴とする燃料集合
体。
【請求項１４】前記冷却材孔のうち最外周に位置する前
記冷却材孔を含み前記冷却材漏洩通路からの冷却材の漏
洩を抑制する冷却材流を発生する手段を、前記下部タイ
プレートに設けた請求項1,2,3,4,5,6、または７の燃料
集合体。
【請求項１５】最外周に位置する前記冷却材孔の内周面
のうち前記下部タイプレートの外側側面に最も近い部分
と前記外側側面との間の寸法が、前記下部タイプレート
の側壁の肉厚よりも小さい請求項1,2,3,4,5,6,7,9,11,1
2、または13の燃料集合体。
【請求項１６】最外周に位置する前記冷却材孔の内周面
のうち前記下部タイプレートの外側側面に最も近い部分
と前記下部タイプレートの軸心との間の寸法が、前記下
部タイプレートの内側側面と前記下部タイプレートの軸
心との間の寸法よりも大きい請求項1,2,3,4,5,6,7,9,1
1,12、または13の燃料集合体。
【請求項１７】前記下部タイプレートは、前記燃料棒の
下端部が挿入される複数の燃料棒挿入孔を有し、最外周
に位置する前記冷却材孔は、その一部が、最外周に位置
する前記燃料棒挿入孔よりも外側に位置する請求項1,2,
3,4,5,6,7,9,11,12、または13の燃料集合体。
【請求項１８】前記最外周に位置する冷却材孔は、前記
最外周に位置する燃料棒挿入孔よりも外側に位置する部
分の、水平方向における幅が、前記最外周に位置する燃
料棒挿入孔の間に位置する部分のそれよりも広い請求項
17の燃料集合体。