JPH0816709B2 - 燃料集合体，チヤンネルボツクス，チヤンネルボツクスの製造方法及び原子炉の炉心 - Google Patents

燃料集合体，チヤンネルボツクス，チヤンネルボツクスの製造方法及び原子炉の炉心

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JPH0816709B2
JPH0816709B2 JP2133791A JP13379190A JPH0816709B2 JP H0816709 B2 JPH0816709 B2 JP H0816709B2 JP 2133791 A JP2133791 A JP 2133791A JP 13379190 A JP13379190 A JP 13379190A JP H0816709 B2 JPH0816709 B2 JP H0816709B2
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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，チヤンネルボツクス，チヤン
ネルボツクスの製造方法及び原子炉の炉心に係り、特に
沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体，チヤ
ンネルボツクス，チヤンネルボツクスの製造方法及び原
子炉の炉心に関するものである。
〔従来の技術〕
沸騰水型原子炉に用いる燃料集合体は、上部及び下部
タイプレート、これらのタイプレートに両端部が保持さ
れる複数の燃料棒、これらの燃料棒を束ねる燃料スペー
サ，燃料棒束を取囲む上部タイプレートに取付けられる
チヤンネルボツクスを備える。燃料集合体は、原子炉の
炉心に装荷される。原子炉の運転時において、燃料集合
体の内外で圧力損失が異なり、チヤンネルボツクスの内
外面間に圧力差が生じる。この圧力差は燃料集合体の下
端部程大きく、チヤンネルボツクス内面に加わる圧力が
外面でのそれよりも大きい。従つて、チヤンネルボツク
スは、外側に膨れ、原子炉の運転時間の経過と共に大き
なクリープ変形を生じる。このクリープ変形は、チヤン
ネルボツクスと下部タイプレートの間からの冷却水漏洩
流量の増加、及び制御棒操作の障害となる可能性があ
る。
チヤンネルボツクスのクリープ変形抑制対策として
は、特開昭50−58487号公報，特開昭54−13894号公報及
び特公昭51−4233号公報にそれぞれ記載されるように、
チヤンネルボツクス側壁に凹部（または凸部）を設ける
方法がある。
特開昭50−58487号公報は、水平方向に細長くて内側
に突出した凸部を側壁に設けたチヤンネルボツクスを示
す。このチヤンネルボツクスは、軸心に直角方向の剛性
が増加する。特公昭51−4233号公報は、チヤンネルボツ
クスの下部タイプレートと対向する側壁部分に、凹凸が
軸方向に繰返えされる波形部を設けることを示す。特開
昭54−13894号公報は、第３図〜第４図に、下部タイプ
レートの上面より上方でその上面近傍、及び燃料棒の下
端から燃料棒全長の1/3の位置に内側に突出した凸部を
設けたチヤンネルボツクスを示す。これらの凸部は、燃
料スペーサのバンドに設けられた多数のタブ間と同じ数
だけ同一レベルに設けられ、これらのタブ間を通抜けら
れる幅を有する。それらのタブは、チヤンネルボツクス
内面に接触し、燃料スペーサを水平方向に支持する。特
開昭54−13894号公報の第７図及び第８図は、上記の多
数の凸部を、チヤンネルボツクスの下部タイプレートに
面する側壁部分に設ける構造を示す。下部タイプレート
は、その外側側面に、上記の各凸部が挿入される多数の
溝を有する。
〔発明が解決しようとする課題〕
特開昭50−58487号公報及び特公昭51−4233号公報で
は、軸心に垂直な方向でのチヤンネルボツクス内面から
の凸部の高さは、チヤンネルボツクス内面と燃料スペー
サに設けられた支持用のタブとの間を前記凸部か通過で
きる範囲内に制限される。また、チヤンネルボツクスの
外側に突出した凸部を設ける場合も、制御棒との干渉を
避ける必要上、凸部の上記高さを高くできない。
更に、最近、燃料集合体の高燃焼度化及びチヤンネル
ボツクスの再利用が計画され、チヤンネルボツクスの炉
心内での滞在期間が著しく増加する傾向にある。このた
め、チヤンネルボツクスのクリープ変形抑制のための強
度増大が、従来よりも更に望まれる。特開昭50−58487
号公報及び特公昭51−4233号公報に示されたチヤンネル
ボツクスは、そのような要求に答えられない。何故なら
ば、凸部の上記高さを高くできないためである。
特開昭54−13894号公報に示された凸部は燃料スペー
サに設けられたタブ間を通過できる幅を有するので、こ
の凸部の高さは前述の２つの従来例のその高さよりも高
くできる。しかし、水平方向において、同一レベルにあ
る各凸部の幅が上記タブの間隔によつて制限される。こ
のため、特開昭54−13894号公報のチヤンネルボツクス
も、凸部による強度増大の度合いが小さく、上記の要求
に答えることができない。更に、特開昭54−13894号公
報の構造では、チヤンネルボツクスを燃料バンドルに装
着する際、チヤンネルボツクスに設けた各凸部を、軸方
向に配置した複数の燃料スペーサにそれぞれ設けられた
複数のタブ間を通過させる必要がある。従つて、チヤン
ネルボツクスの装着が面倒でありかつその装着に時間が
かかる。
本発明の目的は、チヤンネルボツクスのクリープ変形
をより低減できる燃料集合体，チヤンネルボツクス及び
原子炉の炉心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、側壁にクリープ変形を抑制するタブが形
成されたチャンネルボックスが、チャンネルボックスの
内面より内側に突出し、燃料スペーサを軸心に垂直な方
向において支持するスペーサ支持手段を備えることによ
り達成される。
〔作用〕
本発明によれば、チャンネルボックスがスペーサ支持
手段を備えているので、チャンネルボックスに形成され
たタブの軸心に垂直な方向における高さを高くできると
共に、チャンネルボックス側壁の幅方向におけるタブの
幅をスペーサ支持手段の制限を受けることなく大きくで
きる。従って、チャンネルボックスの強度が著しく増大
し、チャンネルボックスのクリープ変形を著しく低減す
ることができる。
〔実施例〕
沸騰水型原子炉に適用される本発明の一実施例である
燃料集合体を第１図及び第２図に基づいて説明する。
本実施例の燃料集合体１は、上部タイプレート2,下部
タイプレート3,上部タイプレート２及び下部タイプレー
ト３に両端部が保持される多数の燃料棒４、及び燃料棒
４の相互の間隔を保持する燃料スペーサ５を備える。燃
料棒４は、所定のピツチで格子状に配置される。上部タ
イプレート２に取付けられたチヤンネルボツクス６は、
燃料棒束を取囲み、下方に向つて伸びる。チヤンネルボ
ツクス６の下端部は、下部タイプレート３の上面より下
方に達し、下部タイプレート３を取囲む。
上部タイプレート２は、上面に、ハンドル７及び４本
のポスト８を有する。更に、上部タイプレート２は、第
３図に示すように、格子状に配置された多数のボス９を
有する。隣接するボス９は、リブ10によつて結合され
る。複数のボス９と複数のリブ10により取囲まれた空間
11は、冷却材通路であり、上部タイプレート２を貫通す
る。ボス９に設けられた孔部に、燃料棒４の上部端栓が
挿入される。上部タイプレート２中央のボス9Aは、水ロ
ツド12の上部端栓を保持する。
燃料スペーサ５は、米国特許第4508679号の第2A図及
び第2B図及び米国特許第4686079号の第２図に示すよう
に、複数の円筒部材13,複数のループ状ばね14、及び最
外周の各円筒部材13の外側を取囲むバンド15を有する。
燃料棒４は、各円筒部材13内に挿入される。燃料スペー
サ５は、燃料集合体１の軸方向に所定間隔で７個配置さ
れる。水ロツド12は、燃料集合体１の横断面中央に配置
される。米国特許第4686079号の第３図に示すように、
水ロツド12は、水平方向では燃料スペーサ５により支持
され、また軸方向では逆に燃料スペーサ５を支持する。
水ロツド12の外径は燃料棒ピツチよりも大きく、水ロツ
ドは４本の燃料棒４が配置可能な領域を占有する。
チヤンネルボツクス６は、横断面が正方形状をした筒
状体である。ポスト８上面に載置されるクリツプ16が、
チヤンネルボツクス６のコーナ部に設けられる。二種類
のタブが、チヤンネルボツクス６の４つの側面にそれぞ
れ形成される。これらのタブは、チヤンネルボツクス６
の側壁の一部を内側に突出したものである。従つて、チ
ヤンネルボツクス６の外表面に、凹部17A,18Aが形成さ
れる。それらタブの一つは、補強用タブ17であり、他の
一つはスペーサ支持用タブ18及び上部タイプレート支持
用タブ19等の支持用タブである。補強用タブ17は、横方
向に細長く伸びる突起部である。その幅ｃは、軸方向の
高さａに比べてかなり長い。補強用タブ17は、下から２
つめの燃料スペーサ５（第２燃料スペーサ）の位置から
チヤンネルボツクス６下端までの間に設けられる。第２
燃料スペーサ５は、チヤンネルボツクス６の下端から、
チヤンネルボツクス６の全長の1/4の位置にある。複数
の補強用タブ17は、チヤンネルボツクス６のクリープ変
形抑制手段となる。チヤンネルボツクス６の軸方向に向
つて凹凸を繰返す波形部が、複数の補強用タブ17によつ
て形成される。クリープ変形に対して抵抗となる波形部
は、クリープ変形抑制部である。燃料スペーサ５は、下
から順に第１燃料スペーサ，第２燃料スペーサ，…，第
７燃料スペーサという。支持用タブ18及び19は、燃料集
合体１の軸方向に細長く伸びる突起部である。これらの
タブ18及び19が細長く伸びる方向は、補強用タブ17のそ
の方向と交わる。支持用タブ18は、各々の燃料スペーサ
５のレベルに対応して設けられる。支持用タブ18は、チ
ヤンネルボツクス６の１つの側面において１つの燃料ス
ペーサ５毎に２つずつ設ける。支持用タブ18は、第２図
及び第４図に示すように、燃料スペーサ５のバンド15と
接触し、水平方向で燃料スペーサ５を支持する。支持用
タブ19は、上部タイプレート２の外側側面と接触し、水
平方向で上部タイプレート２を支持する。支持用タブ18
及び19は、最外周に位置する燃料棒４のうち、コーナ部
に位置する燃料棒４から２本目の燃料棒４に面する位置
に配置される。燃料スペーサ５のバンド15には、従来の
ようにチヤンネルボツクスの内面と接触するタブが形成
されない。このため、バンド５は、平板を折曲げるだけ
ですみ、製造が容易になる。支持用タブ18の高さh2（第
２図）は、燃料スペーサ５の高さh1よりも高い。これ
は、原子炉運転時の熱膨張等により燃料棒４が軸方向に
伸びしかも燃料スペーサ５及びチヤンネルボツクス６の
上方への移動量に差が生じても支持用タブ18で燃料スペ
ーサ５を支持するためである。チヤンネルボツクス６の
内面と燃料スペーサ５のバンド15外面との間には、支持
用タブ18の部分を除いて、冷却水通路20が形成される。
チヤンネルボツクス６の内面と上部タイプレート２の外
側側面との間にも、支持用タブ19の部分を除いて、冷却
水通路21が形成される。なお、支持用タブ18及び19のチ
ヤンネルボツクス６の内面からの高さｅは、チヤンネル
ボツクス６を燃料バンドルに取付け可能にするため、補
強用タブ17のその高さｄ以上にする必要がある。なお、
燃料バンドルは、燃料集合体１からチヤンネルボツクス
６を取除いた残りの部分をいう。第１燃料スペーサ５を
支持する支持用タブ18は、軸方向で補強用タブ17の間に
位置する。隣接する補強用タブ17間の間隔ｂは、補強用
タブ17の軸方向の高さａに等しい。
下部タイプレート３は、燃料棒４及び水ロツド12の下
部端栓が挿入される孔部を、上部タイプレート２と同様
に配置する。これらの孔部は、下部タイプレート３の燃
料保持部3Aにある。下部タイプレート３の下部に設けら
れた挿入部3Bは、炉心内で燃料支持金具（図示せず）に
挿入される。挿入部3Bの中心Ｏは、燃料集合体１の軸心
上にある。下部タイプレート３は、その上面から下方に
伸びる溝22を、４つの側壁の外側側面にそれぞれ有す
る。溝22の替りに、下部タイプレート３の上面から下方
に伸びて下端が行止まりの凹部をそれらの外側側面に設
けてもよい。チヤンネルボツクス６の下端部に設けた補
強用タブ17が、溝22内に挿入される。このため、補強用
タブ17がチヤンネルボツクス６の下端付近まで設けられ
る。しかも、炉心内に装荷した燃料集合体間に形成され
る水ギヤツプの幅が、補強用タブ17によつて減少しな
い。従つて、燃料集合体間への制御棒の挿入性が、補強
用タブ17によつて阻害されない。燃料スペーサ５のバン
ド15の対向する側壁の外面間の幅W1（第４図）及び上部
タイプレート２の外側側面であつてタブ19に接触する部
分間の幅W2（第３図）は、下部タイプレート３の互いに
向い合う溝22の底面22A間の幅w3以下にする必要があ
る。本実施例では、幅W1及びW2が幅W3よりも小さい。
本実施例は、水平方向における燃料スペーサ５の支持
部をチヤンネルボツクス６に形成するので、補強用タブ
17の高さｄ（第２図）をより高くできる。このため、チ
ヤンネルボツクスのクリープ変形が著しく減少する。ち
なみに、補強用タブ17の高さｄは、最大、支持用タブ18
の高さｅまで高くできる。第６図は、チヤンネルボツク
ス６の肉厚ｔに対する補強用タブ17の高さｄの割合（d/
t）と等価肉厚との関係を示す。例えば、高さｄが0.8t
である場合は、チヤンネルボツクス６の肉厚が約1.3tに
なつた状態の強度を有する。第６図はａ＝ｂの場合の特
性であり、ａ＝ｂのときに補強用タブ17による強度増大
の効果が最も大きくなる。補強用タブ17がチヤンネルボ
ツクス６の下端とチヤンネルボツクス６の全長の1/4の
位置との間に形成されるので、チヤンネルボツクス６の
下部のクリープ変形が著しく抑制される。特に、下部タ
イプレート３の外側側面に対向する、チヤンネルボツク
ス６の部分にも、補強用タブ17を形成するので、下部タ
イプレート３近傍でのクリープ変形が著しく抑制され
る。更に、補強用タブ17の幅ｃは、チヤンネルボツクス
６の１つの側壁の外側表面において、その側壁のコーナ
部の曲面部分を除いた残りの部分の水平方向における幅
Ｄ（第３図）の80％以上にすることが望ましい。特に本
実施例は、補強用タブ17の幅ｃが、水平方向で隣接する
支持用タブ18の間隔W0（第４図）に制限されず、間隔W0
よりも大きくできる。前述の高さｄ及び幅ｃの増加はチ
ヤンネルボツクス６の強度を著しく高めるので、チヤン
ネルボツクス６のクリープ変形が著しく抑制される。従
つて、チヤンネルボツクス６の炉心内の滞在期間を著し
く延長でき、燃料集合体の高燃焼度化等に対応できる。
本実施例では、高さｄが高さｅ以下であるので、チヤン
ネルボツクス６の装着時に補強用タブ17が燃料スペーサ
５及び上部タイプレート２に引掛かることがない。何故
ならば、チヤンネルボツクス６は、上部タイプレート２
側から燃料バンドルに装着される。特に、本実施例で
は、チヤンネルボツクスの装着時に、特開昭54−13894
号公報のように補強用タブ17を、燃料スペーサに設けた
複数のタブ間を通過させる必要がない。従つて、チヤン
ネルボツクス６の燃料バンドルへの装着が短時間で完了
でき、その装着が容易である。
本実施例では、チヤンネルボツクス６下部のクリープ
変形が著しく減少するので、制御棒の挿入性に対して燃
料集合体１間の水ギヤツプ幅の余裕が大きくなる。この
クリープ変形抑制効果の一部が、制御棒の良好な挿入性
を維持した状態で、中性子吸収量低減を目的としたチヤ
ンネルボツクス６の薄肉化に役立つ。この薄肉化は、燃
料集合体の中性子利用率を高める。その薄肉化によるク
リープ変形抑制効果の減少は、補強用タブ17及び支持用
タブ18を設けているので、制御棒の挿入性に対する障
害、及び高燃焼度（38GWd/t以上）の燃料集合体へのチ
ヤンネルボツクス６適用の障害にはならない。高燃焼度
時でのそのクリープ変形が小さい。特に、50GWd/t以上
の燃料集合体に対しても、薄肉化したチヤンネルボツク
スを適用できる。
支持用タブ18が燃料スペーサ５を支持するので、圧力
損失の増加を防止できる。これは、冷却水通路20が形成
されるためである。補強用タブ17が燃料スペーサ５を支
持した場合は、燃料スペーサ５のレベルで冷却水通路20
の流路面積が著しく小さくなり、圧力損失が非常に増大
する。支持用タブ19による上部タイプレート２の支持
は、圧力損失の増加防止及び燃料集合体の剛性向上をも
たらす。
第２燃料スペーサ５より下方では、チヤンネルボツク
ス６の対向する側壁の内面間の幅は、実質的に、対向す
る補強用タブ17の内面間の幅W5（第２図）となる。第２
燃料スペーサ５より上方では、チヤンネルボツクス６の
対向する側壁の内面間の幅は実質的に幅W4となる。W4＞
W5であるので、燃料集合体１の下部では圧力損失が高く
その上部では圧力損失が小さい。このため、燃料集合体
１のチヤンネル安定性が向上する。
本実施例は、高さｅの増加によつて、チヤンネルボツ
クス下部の強度増大（高さｄが高い）、及び、第９図の
燃料集合体1Aと同様に、限界出力の向上が可能になる。
後述の第10図の特性は、本実施例でも実質的に変らな
い。G2/G1≒1.0の特性は側壁がストレートのチヤンネル
ボツクスを備えた従来の燃料集合体に対するものであ
る。
現在の沸騰水型原子炉は、大きく分けて、対向する側
壁内面間の幅W4が132.46mmのチヤンネルボツクスを有す
る燃料集合体を装荷する原子炉と、幅W4が134.06mmのチ
ヤンネルボツクスを有する燃料集合体を装荷する原子炉
がある。これらの燃料集合体では、燃料棒ピツチが異な
る。後者のそれは、前者のそれよりも大きい。それらの
チヤンネルボツクスは、前述の各タブを有しなく軸方向
にストレートの側壁を有する。これらの形状の異なる燃
料集合体への本実施例の適用は、両者に対して共用可能
な形状の燃料バンドルをもたらす。従つて、複数種類の
炉心に対して一種類の燃料バンドルを製造するだけでよ
く、燃料バンドルの製造が単純化される。
支持用タブ18は、チヤンネルボツクス６の内面に沿つ
て上昇する冷却水を燃料棒４側に飛散させる。その支持
用タブ18の機能によつて、気液二相流になる燃料集合体
１の上部で、本来、燃料棒の冷却に寄与しないチヤンネ
ルボツクス６の内面上の冷却水（液体）が、燃料棒４の
冷却に役立つ。このため、コーナ部付近の燃料棒４の冷
却効果が向上する。支持用タブ18は、コーナに位置する
燃料棒４とその隣りの燃料棒４との間に位置させるとよ
い。コーナに位置する最も厳しい燃料棒４の限界出力を
更に向上できる。支持用タブ18の形状は、第17図及び第
18図に示すようなスペーサ支持用タブ18A及び18Bのよう
にしてもよい。
本実施例の燃料集合体１に用いるチヤンネルボツクス
６の製造方法を第７図により説明する。ジルコニウム合
金（例えば、ジルカロイ−４）の板を所定寸法に切断し
た後、プレス加工によりＵ字状に折曲げる（ステツプ3
0）。Ｕ字状に折曲げた状態を第８図（ａ）に示す。次
に、２本のＵ字状ジルコニウム合金部材を第８図（ｂ）
のように突合せて側面を溶接し、筒状体35を形成する
（ステツプ31）。48が溶接部である。ローラ加工により
溶接ビードを平坦化し（ステツプ32）、第８図（ｃ）の
筒状体35Aを得る。タブ17,18及び19が、プレス加工によ
つて、筒状体35Aの側壁に形成される（ステツプ33）。
この結果、第８図（ｄ）に示す筒状体35Bが得られる。
ステツプ33のプレス加工は、第８図（ｅ）のように行わ
れる。各タブ17〜19に対応する複数の凹部37が表面に形
成された金型36が、筒状体35Aの軸方向を貫通して筒状
体35A内に挿入される。筒状体35Aは、プレスのベツド
（図示せず）上に設置される。金型36の両端部は、筒状
体35Aの外部でプレスの駆動部に取付けられた２本の腕
で支持される。１本の腕は、金型36の筒状体35A内への
挿入時（または逆の取外し時）に金型36から外れる。複
数の凸部39を有する金型38が筒状体35Aの外側に位置す
る。金型38は、図示されていないがプレスの上下動する
ロツドに取付けられる。各凸部39は、金型38が下降した
ときに金型37の対応する凹部37内に挿入される。このた
め、各タブ17,18及び19が筒状体35Aの１つの側壁に形成
される。他の側壁にも、同様に、タブを形成する。各タ
ブの形成を筒状体作成後に行うので、溶接部48のある側
壁にも容易にタブを形成できる。溶接ビードの平坦化作
業も容易に行える。ステツプ33の終了後に、拡管成形及
び焼なまし（ステツプ34）が筒状体35Bに対して行われ
る。拡管成形及び焼なましは、同時に行う。これらの具
体的な方法は、特開昭57−131354号公報の２頁、下部左
欄17行から３頁、下部右欄９行、及び第５図及び第６図
に示される。特に、ステツプ34は、この公開公報の３
頁、上部右欄16行から同頁、下部右欄９行及び第６図に
示した方法の適用が望ましい。上記公開公報の方法の適
用に際しては、第６図の中性子治具の外表面にタブ17等
を挿入する凹部を設ける必要がある。拡管成形及び焼な
ましをタブ形成の後に行うので、タブ形成時に生じるひ
ずみも除去でき、寸法精度の高いチヤンネルボツクス６
が得られる。各タブの寸法精度を高くする場合は、ステ
ツプ33をステツプ34の後に行えばよい。しかし、プレス
によつて拡管成形時の寸法精度が落ちひずみが残るの
で、もう一度、ステツプ34の加工を行う必要がある。
以上のように製作されたチヤンネルボツクス６が、燃
料バンドルの上部タイプレート２に取付けられる。これ
によつて、燃料集合体１が得られる。
チヤンネルボツクス６は、支持用タブ18を１つの側壁
で同一レベルに２つ設けたものであるが、それを３つ以
上設けてもよい。１つの側壁において同一レベルで支持
用タブ18の数が多いほうがタブ１つ当りの面圧を小さく
でき、また、燃料スペーサ５の変形を抑制する効果があ
る。支持用タブ18の数があまり多くなると燃料集合体の
圧力損失が大きくなる。このため、１つの側壁内の同一
レベルでは、支持用タブ18の数は２ないし３が好まし
い。
特開昭63−311195号公報の５頁，下部右欄14行から７
頁，下部右欄11行、及び第１図〜第５図に示された燃料
集合体にチヤンネルボツクス６を適用して得られた本発
明の他の実施例である燃料集合体1Aを、第９図に示す。
燃料集合体1Aは、燃料棒4Aが９行９列に配置される。外
径が燃料棒ピツチよりも大きな２本の水ロツド12Aが、
燃料集合体1Aの横断面中央に配置される。これらの構成
を除いて、燃料集合体1Aは、燃料集合体１と同じであ
る。２本の水ロツド12Aは、７本の燃料棒4Aが配置可能
な領域を占有する。燃料スペーサ5Aは、特開昭63−3111
95号公報の第４図及び第５図に示す燃料スペーサとほと
んど同じである。支持用タブ18が燃料スペーサ5Aを水平
方向において支持する。
この燃料集合体1Aも、燃料集合体１と同じ効果を生じ
る。第10図は、本実施例において得られる限界出力の増
大を定量的に示す。G1は第９図に示すように隣接する燃
料棒4A間のギヤツプ幅であり、G2はチヤンネルボツクス
６の内面とこの内面に最も短かい距離で隣接する燃料棒
4Aとの間のギヤツプ幅である。特開昭63−311195号公報
の第３図に示す側壁がストレートのチヤンネルボツクス
を備えた従来の燃料集合体は、G2/G1≒1.0の特性を有す
る。支持用タブ18の高さｅが増すと、補強用タブ17の高
さｄを高くでき、チヤンネルボツクス６の下部の強度が
より増大する。同時に、ギヤツプ幅G2が広くギヤツプ幅
G1が狭くなるので、限界出力はG2/G1≒1.0の場合よりも
増大する（G2/G1が1.2,1.4及び1.7の特性参照）。本実
施例は、限界出力を従来よりも10％以上向上でき、原子
炉の運転余裕を増大できる。燃料集合体の局所出力ピー
キングは1.0よりも大きく、燃料集合体の使用期間中で
は、通常、局所出力ピーキングは約1.1〜1.25の範囲と
なる。
第１図に示す燃料集合体１を適用した沸騰水型原子炉
の炉心の一実施例を、第11図〜第13図で説明する。第11
図は、ストレートの側壁を有するチヤンネルボツクスを
備えた従来の燃料集合体41を装荷した従来の炉心43を示
し、特公昭63−37911号公報の第２図に示す炉心の一部
である。１つのセルは、制御棒42に隣接し制御棒42を取
囲む４体の燃料集合体41を含む。燃料集合体41の上端部
は、チヤンネルフアスナ（図示せず）によつて上部炉心
格子板40に押圧される。燃料集合体41は、チヤンネルボ
ツクスの対向する側壁の内面間の幅W4′（第13図）が13
4.06mmである。炉心43は、制御棒42が挿入される水ギヤ
ツプのギヤツプ幅W6と制御棒42が挿入されない上部炉心
格子板40の下方の水ギヤツプの幅W7は、等しい。第11図
において、C1は第１燃料サイクル目の運転を経験する燃
料集合体41,C2は第２燃料サイクル目の運転を経験する
燃料集合体41、及びC3は第３燃料サイクル目の運転を経
験する燃料集合体41である。ある燃料サイクルの運転開
始時点では、燃料集合体C1は新燃料集合体（燃焼度0GWd
/t）である。１つの燃料サイクルの運転が終了すると、
燃料集合体C3が使用済燃料集合体として炉心外に取出さ
れ、替りに燃焼度0GWd/tの燃料集合体１が装荷される。
このような燃料交換作業によつて、次の燃料サイクルの
運転を経験する本実施例の炉心43A（第12図）が構成さ
れる。炉心43Aでは、燃料集合体C2及びC3は燃料集合体4
1であり、燃料集合体C1が燃料集合体１である。第13図
は、第12図のX1部を拡大して示す。燃料集合体41は、側
壁がストレートのチヤンネルボツクス6Aを備える。燃料
スペーサ5Bは、バンドにタブ18Aを備えた燃料スペーサ
５である。タブ18Aは、チヤンネルボツクス6Aの内面に
接触して燃料スペーサ5Bを水平方向に支持する。チヤン
ネルボツクス６は、支持用タブ18及び補強用タブ17を有
するので、チヤンネルボツクス6Aよりも下部の強度が高
く中性子吸収量が小さい。チヤンネルボツクス６の肉厚
t2は、チヤンネルボツクス6Aの肉厚t1よりも薄い。一例
を示すと、t1は2.54mmでありt2は2.00mmである。
燃料集合体１と燃料集合体41とを比較する。チヤンネ
ルボツクス６の対向する側壁の内面間の幅W4は、チヤン
ネルボツクス6Aの幅W4′に等しく134.06mmである。幅W4
と幅W4′が許容誤差（例えば、±0.25mm）の範囲内で異
なる場合には、幅W4と幅W4′は実質的に等しい。チヤン
ネルボツクス６の対向する側壁の外面間の幅W8は、肉厚
t2が薄いので、チヤンネルボツクス6Aのその幅W8′より
も小さい。従つて、炉心上部格子板40に接するチヤンネ
ルスペーサ44が、チヤンネルボツクス６の炉心上部格子
板40に面する部分に設けられる。燃料スペーサ５のバン
ド15の対向する側壁の外面間の幅W9は、燃料スペーサ5B
のバンドのその幅W9′よりも小さい。各燃料スペーサの
バンド15の肉厚は、同じである。
炉心43Aに装荷される燃料集合体１は、チヤンネルボ
ツクス６内の冷却水流路面積が燃料集合体41のチヤンネ
ルボツクス6A内のそれと実質的に等しい。幅W9が幅W9′
よりも小さいので、G2/G1はこの値が約1.0である燃料集
合体41よりも燃料集合体１で大きい。従つて、燃料集合
体１の限界出力は、燃料集合体41のそれよりも大きい。
本実施例は、チヤンネルボツクス６の薄肉化で得た肉厚
の減少分を水ギヤツプ幅W6及びW7の増大に利用する。こ
のため、燃料集合体１の周囲での中性子の減速効果が増
大し、反応度が増大する。炉心43Aで１つの燃料サイク
ルの運転が終了すると、炉心43Aの燃料集合体C3が使用
済となつて取出され、燃焼度0GWd/tの燃料集合体１が装
荷される。
燃料集合体１を適用した沸騰水型原子炉の炉心の他の
実施例を第14図及び第15図により説明する。40Aは上部
炉心格子板であり、41Aは従来の燃料集合体である。上
部炉心格子板40Aの格子の幅は、上部炉心格子板40のそ
れよりも小さい。燃料集合体41Aは、側壁がストレート
のチヤンネルボツクス6Bを有する。チヤンネルボツクス
6Bの幅W4′は、132.46mmである。燃料集合体41Aは、燃
料集合体41に比べて幅W9′が小さい。本実施例の炉心43
Bで運転される燃料サイクルの１つ前の燃料サイクルに
おける炉心構成は、燃料集合体としては第11図と同様に
炉心滞在期間の異なる燃料集合体41Aだけが配置され
る。この炉心から使用済となつた燃料集合体C3を取出し
て燃焼度0GWd/tの燃料集合体１を装荷する。この燃料交
換によつて、炉心43Bが得られる。ここで、燃料集合体C
1は燃料集合体１であり、燃料集合体C2及びC3は燃料集
合体41Aである。第15図は、第14図のX2部を拡大して示
す。燃料集合体41Aは、燃料集合体41に比べてチヤンネ
ルボツクスの幅W4′が小さいだけであり燃料集合体41と
同じ構造である。本実施例に用いる燃料集合体１のチヤ
ンネルボツクス６は、チヤンネルボツクス6Bに比べて、
下部の強度が増大すると共に中性子吸収量を低減でき
る。チヤンネルボツクス６の肉厚t2は、チヤンネルボツ
クス6Bの肉厚t1よりも薄い。例えば、t1は2.54mm,t2は
2.00mmである。
炉心43Bに用いる燃料集合体１と燃料集合体41Aとを比
較する。チヤンネルボツクス６の幅W8は、チヤンネルボ
ツクス6Bの幅W8′と実質的に等しい。許容誤差の範囲で
は、実質的に等しい。従つて、チヤンネルボツクス６の
幅W4は、チヤンネルボツクス6Bの幅W4′よりも大きい。
燃料スペーサ５の幅W9は、燃料スペーサ5Bの幅W9′に等
しい。
炉心43Bは、水ギヤツプ幅W6と水ギヤツプ幅W7が等し
い。これらの水ギヤツプ幅は、炉心43の水ギヤツプ幅W6
及びW7よりも大きい。炉心43Bは、もともと、水ギヤツ
プでの中性子の減速効果が大きい。このため、本実施例
は、チヤンネルボツクス６の薄肉化で得た肉厚の減少分
のチヤンネルボツクス６内の冷却水流路面積の増大に利
用する。従つて、燃料集合体１内の冷却水流路面積は、
燃料集合体41Aのそれよりも大きい。燃料集合体１の圧
力損失が、燃料集合体41Aのそれよりも小さくなり、チ
ヤンネル内の熱水力学安定性が向上する。G2/G1が大き
くなる燃料集合体１の限界出力は、燃料集合体41Aのそ
れよりも向上する。
燃料集合体１を適用した沸騰水型原子炉の炉心の他の
実施例を、第16図で説明する。本実施例の炉心43Cは、
炉心43（第11図）から炉心43A（第12図）を得る場合と
同様に、燃料集合体C3である燃料集合体41を取出して燃
焼度0GWd/tの燃料集合体１を装荷することにより得られ
る。炉心43Cでは、燃料集合体C2及びC3がチヤンネルボ
ツクス6Aを備えた燃料集合体41であり、燃料集合体C1が
燃料集合体１である。本実施例で用いる燃料集合体１及
び41の横断面は、第13図に示す各構造を有する。すべて
の燃料集合体を燃料集合体41にした炉心43Cと第11図の
炉心43との違いは、前者の炉心で水ギヤツプ幅W6が水ギ
ヤツプ幅W7よりも広いことである。本実施例で用いる燃
料集合体１では、挿入部3A（第２図）の中心Ｏ（第５
図）が、当該セル内の制御棒42に向う下部タイプレート
３の対角線上において、燃料保持部3B（第持部3B（第２
図）の軸心よりも、 だけ制御棒42側にずれている。燃料保持部3Bの軸心は、
燃料集合体１の軸心と一致する。このような燃料集合体
１の挿入部3Aの燃料支持金具（図示せず）内への挿入
は、燃料集合体１と燃料集合体41Aとの間の水ギヤツプ
幅W7を、燃料集合体41A間のその幅W7よりも広くする。
しかし、燃料集合体１と燃料集合体41A間の水ギヤツプ
幅W6は、燃料集合体41A間のその幅W6と同じである。
炉心43Cは、チヤンネルボツクスの中性子吸収量の低
減によつて中性子利用率が向上する。しかも、炉心43C
は、燃料集合体１の装荷によつて狭いギヤツプ幅W7を拡
くできるので、狭い水ギヤツプ側での燃料集合体の反応
度を増大できる。従つて、燃料集合体の広い水ギヤツプ
に面する部分とその狭い水ギヤツプに面する部分におけ
る反応度差を小さくできる。
従来、沸騰水型原子炉のタイプの異なる炉心に装荷す
る燃料集合体41及び41Aは、燃料バンドル及びチヤンネ
ルボツクスの大きさが異なつていた。しかし、第１図の
燃料集合体１を用いることにより、炉心43A〜43Cにおい
て燃料バンドルを共用できる。これは、支持用タブ18を
有するチヤンネルボツクスの採用により可能になる。炉
心43A,43B及び43Cに対応して装荷される燃料集合体１で
は、燃料バンドルの大きさ、すなわち上部タイプレート
２の幅、燃料棒４の外径及びピツチ、及び燃料スペーサ
５の幅等が、実質的に同じである。このため、炉心43A
〜43C用の燃料バンドルを区別して製造する必要がな
く、燃料バンドルの製造及び管理が極めて容易になる。
第９図に示す燃料集合体1Aを燃料集合体１の替りに装
荷して、炉心43A〜43Cを構成することもできる。
本発明の他の実施例である燃料集合体1Bを、第19図に
示す。燃料集合体1Bは、チヤンネルボツクスの下端部及
び下部タイプレートの側壁の構造を除いて第１図の燃料
集合体１と同じ構造である。チヤンネルボツクス6Bは、
下部タイプレート3Cの上面の位置から第２燃料スペーサ
までの間に補強用タブ17を設ける。チヤンネルボツクス
6Bは、下部タイプレート3Cの上面から下方では各側壁が
軸方向にストレートである。下部タイプレート3Cは、そ
の側壁の外側側面に溝22を有しない。燃料集合体1Bも、
第１図の燃料集合体１と同じ効果を生じる。原子炉の運
転中、燃料棒４が軸方向に伸びて上部タイプレート２が
上方に持上げらたとき、チヤンネルボツクス6B1の下端
も上方に移動する。この場合、最下位の補強用タブ17と
下部タイプレート3Cの上面との間が離れる。しかし、最
下位の補強用タブ17よりも下方にあるチヤンネルボツク
ス6Bのストレート部分は、補強用タブ17の機能によつ
て、外側へのクリープ変形が従来よりも極めて少ない。
そのクリープ変形は、第１図のチヤンネルボツクス６の
それよりも大きい。
第20図は、本実施例の他の実施例である燃料集合体1C
を示す。燃料集合体1Cは、チヤンネルボツクス6Cを備え
る。チヤンネルボツクス6Cは、チヤンネルボツクス６と
同様に、各タブ17,18及び19を有する。補強用タブ17
は、チヤンネルボツクス6Cの側壁を外側に突出させたも
のである。制御棒挿入を阻害しないため、向き合う補強
用タブ17の内面間の幅W11は、チヤンネルボツクス６の
幅W4に等しい。このため、チヤンネルボツクス6Cの対向
する内面間の幅W10は、幅W4よりも狭く幅W5（第２図）
に等しい。この関係で下部タイプレート3Dの向き合う側
壁の外側側面間の幅L2は、前述の下部タイプレート3Cの
その幅L1よりも狭い。また、本実施例におけるタブ18及
び19のチヤンネルボツクス6C内面からの高さe1は、チヤ
ンネルボツクス６の高さｅよりも低い。
本実施例は、第１図の燃料集合体１と同様な効果を生
じる。ただ、本実施例は、最外周に位置する燃料棒４と
チヤンネルボツクス6Cの内面間の寸法が軸方向全長にわ
たつて狭いので、燃料集合体１に比べて圧力損失が増加
しチヤンネル安定性が従来よりも悪くなる。しかし、燃
料集合体1Cを炉心に配置したとき、燃料集合体1Cの上部
において、隣接する燃料集合体との間の水ギヤツプ幅が
大きくなる。このため、燃料集合体1Cを用いた炉心は、
炉心安定性が向上する。
燃料集合体１の替りに燃料集合体1Bまたは1Cを用い
て、炉心43A〜43Cを構成することも可能である。
燃料集合体１に取付けるチヤンネルボツクス６の他の
実施例を第21図〜第25図に示す。これらのチヤンネルボ
ツクスは、燃料集合体1A〜1Cの各々に適用することもで
きる。
第21図に示すチヤンネルボツクス6Dは、チヤンネルボ
ツクス６において第２燃料スペーサを支持するスペーサ
支持用タブ18より上方に位置する各タブ18をつないだス
ペーサ支持用タブ18Bを有する。スペーサ支持用タブ18B
は、チヤンネルボツクス6Dの軸方向の曲げ応力に対する
剛性を向上させる。チヤンネルボツクス6Dは、チヤンネ
ルボツクス６と同じ機能も発揮する。
第22図に示すチヤンネルボツクス6Eは、前述のスペー
サ支持用タブ18Bをチヤンネルボツクスの上端から下端
まで延ばしたスペーサ支持用タブ18Cを有する。チヤン
ネルボツクス6Eは、チヤンネルボツクス６で得られるの
機能のほか、軸方向の曲げ応力及び座屈に対する強度を
増加させる機能を有する。
第23図に示すチヤンネルボツクス6Fでは、第１及び第
２燃料スペーサを支持するスペーサ支持用タブ18Dが補
強用タブ17と同様に横に細長い。第２燃料スペーサより
も高いレベルにある燃料スペーサを支持するスペーサ支
持用タブ18は、軸方向に細長い。チヤンネルボツクス6F
は、スペーサ支持用タブ18Dにより、クリープ変形に抵
抗する強度が増大する。しかし、冷却水は、スペーサ支
持用タブ18Dの設置レベルにおいて、燃料スペーサ５と
チヤンネルボツクス6Fの間をほとんど流れない。チヤン
ネルボツクス6Fを備えた燃料集合体の圧力損失は、チヤ
ンネルボツクス６を備えた燃料集合体のそれよりも若干
大きくなる。燃料集合体下部（特に第２燃料スペーサよ
りも下方）の圧力損失は燃料集合体上部の気液二相流部
に比べて小さい。従つて、燃料集合体全体の圧力損失を
考えれば、スペーサ支持用タブ18Dの設置は極端に大き
な流動抵抗にならない。
第24図に示すチヤンネルボツクス6Gは、全周にわたつ
て溝状につながつた補強用タブ17Aを有する。補強用タ
ブ17Aは、チヤンネルボツクス6Gの外側へのクリープ変
形を抑制する効果を著しく増加させる。チヤンネルボツ
クス6Fは、チヤンネルボツクス６の機能も有する。
第25図のチヤンネルボツクス6Hは、特公平１−13075
号公報に示された厚肉コーナ部46を有するチヤンネルボ
ツクスにチヤンネルボツクス６と同様にタブ17,18及び1
9を設けたものである。チヤンネルボツクス6Hは、チヤ
ンネルボツクス６及び特公平１−13075号公報の前述の
チヤンネルボツクスの両方の機能を有する。チヤンネル
ボツクス6Hの側壁中央の薄肉部の強度が、そこに設けら
れた補強用タブ17により著しく増加する。薄肉部の肉厚
を、更に薄くできる。
しかし、チヤンネルボツクス6Hは、コーナ部が厚肉に
なつている分、第１図のチヤンネルボツクス６に比べて
中性子吸収量が多い。チヤンネルボツクス6Hにおいて、
チヤンネルボツクス１の幅W8（第13図）は、厚肉コーナ
部6Hの外側側面間の幅W12である。
チヤンネルボツクスに設けられた補強用タブ17は、第
26図に示すように中実の補強用タブ17Bに置換えてもよ
い。補強用タブ17Bの形成によつて、チヤンネルボツク
ス側壁に波形部が形成される。補強用タブ17Bを設けた
チヤンネルボツクスは、チヤンネルボツクス６と同じ機
能を有する。しかし、前者のチヤンネルボツクスは、中
性子吸収量が後者のそれよりも増大する。補強用タブ17
Bは第２燃料スペーサよりも下方に存在するので、燃料
集合体下部での中性子吸収量が増大し、燃料集合体の軸
方向出力分布が平坦化される。支持用タブ18および19
も、補強用タブ17Bと同様に中実にしてもよい。しか
し、補強用タブ17Bと同様な問題が生じる。
第27図は、本発明の他の実施例である燃料集合体1Dを
示す。燃料集合体1Dは、チヤンネルボツクス6I及び5Cを
有する。これら２つの構造を除いた他の構造は、燃料集
合体１の該当する部分と同じである。チヤンネルボツク
ス6Iは、補強用タブ17及び支持用タブ19を有するが支持
用タブ18を設けていない。燃料スペーサ5Bは、燃料スペ
ーサ５のバンド15に支持用ばね47を設けたものである。
支持用ばね47は、チヤンネルボツクス6Iの内面に接触し
て燃料スペーサ5Cの横方向での動きを拘束する。チヤン
ネルボツクス6Iの取付け時に、補強用タブ17が燃料スペ
ーサ5Cを通過するたびに、支持用ばね47は燃料スペーサ
5Cのバンドのほうへ押圧される。チヤンネルボツクス6I
の取付け時に、支持用ばね47は障害にならなく、チヤン
ネルボツクス6Iの燃料バンドルへの取付けが容易であ
る。
燃料集合体1Dは、燃料集合体１と同じ効果を生じる。
しかし、燃料集合体1Dは、支持用ばね47を設けている関
係上、燃料集合体１に比べて地震時における燃料スペー
サの横方向の揺れが少し大きくなる。
燃料集合体の他の実施例を第28図及び第29図に示す。
第28図及び第29図は、本実施例の燃料集合体1Eの下部タ
イプレート付近の構造を示す。これ以外の構造は、燃料
集合体1Aと同じである。燃料集合体1Eは、特開平１−21
2391号公報に示すジエツト流の機能を燃料集合体1Aに付
加したものである。
下部タイプレート3Eは、燃料保持部3Aと、下部タイプ
レート3Eの側面としての４つの外側側面52及び内部空間
54を画定する内側側面53を有する横断面が正方形状で燃
料保持部3Aにつながる筒状側壁部51と、筒状側壁部51に
つながり冷却材を内部空間54に導くノズル部55とを含
む。第１図に示す溝22が、筒状側壁部51の外側側面52側
に設けられる。幾つかの補強用タブ17が、溝22内に挿入
される。
燃料保持部3Aは、第29図に示すように、燃料棒４の下
端部が挿入される燃料棒取付孔56、結合用燃料棒取付孔
57、水ロツド12Aの下端が挿入される水ロツド取付孔58
を有する。更に、燃料保持部3Aは、これらの取付孔56,5
7,58の間に、内部空間54に導かれた冷却水を燃料保持部
3Aの上方、すなわちチヤンネルボツクス６内の冷却水通
路59に導く、流路断面積の異なる冷却水供給孔60,61,6
2,63,64を有する。これらの冷却水供給孔のうち最外周
の冷却水供給孔60は、燃料集合体1Eが炉心内に装荷され
たときに、チヤンネルボツクス６と下部タイプレート3E
との間に形成される間隙（冷却水通路65）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形成す
る。以下、冷却水供給孔60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60は、燃料保持部3Aのうち筒状側壁部51
の内側側面53より内側に位置する部分を貫通する内側部
分60aと、内側側面53より外側に位置すると共に、筒状
側壁部51内に食い込み内側側面53に開口する外側部分60
bとを有する。従つて、第29図に示すように冷却水供給
孔60を通して内側側面53が見える。
冷却水供給孔60は以下のように構成される。第28図に
おいて、冷却水供給孔60の出口の内周面のうち下部タイ
プレート3Eの外側側面52側に位置するＰ点（外側側面52
に最も近い内周面の部分）と溝22の底面22A（第19図の
下部タイプレート3C及び第20図の下部タイプレート3Dの
ように溝22がない場合は下部タイプレートの外側側面5
2）との間の寸法t3は、下部タイプレート3Eの筒状側壁
部51の肉厚t4（下部タイプレートに溝22が設けられた場
合は底面22Aと内側側面53との間の寸法であり、下部タ
イプレートに溝22が存在しない場合は外側側面52と内側
側面53との間の寸法である。）よりも小さい。すなわ
ち、Ｐ点が筒状側壁部51の内側側面53よりも外側側面52
側に位置する。また、冷却水供給孔60の出口のＰ点と下
部タイプレート3Eの中心軸との間の寸法L3は、下部タイ
プレート3Eの内側側面53と下部タイプレート3Eの中心軸
との間の寸法L4よりも大きいと言える。更に、冷却水供
給孔60は、その一部が燃料棒４のうち最外周に位置する
燃料棒４の下端部が挿入される燃料棒挿入孔（取付孔56
及び57）よりも外側（外側側面52側）に位置するとも言
える。冷却水供給孔60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61の総流路断面積を最大にし、内側の供給孔62,63,
64の流路断面積を絞ることが重要である（詳細は特願平
２−3620号の明細書20頁、９行から24頁、20行に記
載）。
沸騰水型原子炉の運転中、冷却水は、冷却水供給孔60
〜64を通つて燃料集合体1Eのチヤンネルボツクス６内に
導かれる。大部分の冷却水はチヤンネルボツクス６内の
冷却水通路59内を上昇する。一部の冷却水は、冷却水通
路65を介して燃料集合体1E外に漏洩する。この冷却水の
漏洩量は、下部タイプレート3Eの外周部からチヤンネル
ボツクス６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。この理由を以下に説明する。冷却水供給
孔60の設置により、本実施例では、従来例に比べてチヤ
ンネルボツクス６の近傍で冷却水流量が多くなる。この
ような冷却水流量分布を有する本実施例では、最外周の
冷却水供給孔60から流出するジエツト流の下方でチヤン
ネルボツクス６の内面付近、即ち冷却水通路65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６内の冷却水が冷却
水通路65を通つて外部に漏洩することを抑制できる。
ジエツト流の効果は、最外周の冷却水供給孔60の出口
を下部タイプレート3Eの溝22の底面22A（または外側側
面52）に近づける（Ｐ点が外側側面52に近い）と共に、
中央部の総流路断面積より外周部の総流路断面積が大き
くなるように冷却水供給孔61〜64の各流路断面積を配分
することによつて更に有効なものとなる。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。更に、このような供給孔流路断面積の規定は、
下部タイプレート3Eを出た後の燃料集合体1E内の流速分
布を第30図に示すように従来例よりも平坦化する効果を
もたらす。
特に、本実施例では、冷却水供給孔60は、最外周に位
置する燃料棒挿入孔56の外側に位置する部分（外側部分
60b）の、溝22の底面22A（または外側側面52）と並行な
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60a）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６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、漏洩冷却水流量
の低減に効果的である。
本実施例では、ジエツト流により冷却水通路65からの
冷却水漏洩流量を抑制できると共に、燃料集合体１で得
られる効果も生じる。特に、下端部に補強用タブ17を有
するチヤンネルボツクスとジエツト流の併用により、上
記冷却水漏洩流量を著しく抑制できる。従つて、従来、
冷却水漏洩流量抑制のために冷却水通路65に設けられた
フインガースプリングが不要になる。
燃料集合体1Eは、燃料集合体１の替りに炉心43A〜43C
のそれぞれに装荷できる。燃料集合体1Eの冷却水供給孔
60は、燃料集合体1B,1C及び1Dの下部タイプレートにも
適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来に比べてチヤンネルボツクスの
強度を著しく増大でき、そのクリープ変形を著しく抑制
できる。それだけ、チヤンネルボツクスの炉心内滞在期
間を著しく延長できる。更に、本発明によれば、異なる
タイプの炉心に装荷する燃料集合体のチヤンネルボツク
スを除いた部分の構造を、異なるタイプの炉心に対して
共用化できる。
【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斜
視図、第２図は第１図の燃料集合体の縦断面図、第３図
は第２図のIII−III断面図、第４図は第２図のIV−IV断
面図、第５図は第２図のＶ−Ｖ断面図、第６図はタブの
高さと等価肉厚との関係を示す特性図、第７図は第１図
のチヤンネルボツクスの製造工程を示す説明図、第８図
は第７図の製造工程によつて変わる筒状体の状態を示す
説明図、第９図は本発明の他の実施例である燃料集合体
の横断面図、第10図は局所出力ピーキングと限界出力の
関係を示す特性図、第11図は従来炉心の一例の平面図、
第12図，第14図及び第16図は第１図の燃料集合体を適用
した本発明における炉心の実施例の平面図、第13図は第
12図のX1部の拡大図、第15図は第14図のX2部の拡大図、
第17図，第18図及び第26図はスペーサ支持用タブの他の
実施例の縦断面図、第19図，第20図及び第27図は本発明
の他の実施例である燃料集合体の縦断面図、第21図〜第
25図は第１図のチヤンネルボツクスの他の実施例の斜視
図、第28図は本発明の他の実施例である燃料集合体の下
部タイプレート付近の縦断面図、第29図は第28図の下部
タイプレートの平面図、第30図は第28図の下部タイプレ
ートの上面での流速分布を示す特性図である。 1,1A,1B,1C,1D,1E,41,41A……燃料集合体、２……上部
タイプレート、3,3C,3D,3E……下部タイプレート、3A…
…燃料保持部、４……燃料棒、５……燃料スペーサ、6,
6B〜6H……チヤンネルボツクス、12,12A……水ロツド、
15……バンド、17……補強用タブ、18……スペーサ支持
用タブ、22……溝、36,38……金型、43A〜43C……炉
心。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 21/00 ＧＤＢ Ｌ (72)発明者 折井 明仁 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 西田 浩二 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 林 達雄 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (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 (56)参考文献 特開 昭61−116684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−58487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−34877（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−36190（ＪＰ，Ａ) 米国特許4508676（ＵＳ，Ａ) 米国特許4686079（ＵＳ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】下部タイプレートと、該下部タイプレート
    に下端部が保持される複数の燃料棒と、該燃料棒相互の
    間隔を保持する燃料スペーサと、側壁にクリープ変形を
    抑制するタブが形成され前記燃料スペーサを取り囲むチ
    ャンネルボックスを備えた燃料集合体において、 前記チャンネルボックスの内面より内側に突出し、前記
    燃料スペーサを軸心に垂直な方向において支持するスペ
    ーサ支持手段を、前記チャンネルボックスに設けたこと
    を特徴とする燃料集合体。
  2. 【請求項２】下部タイプレートと、該下部タイプレート
    に下端部が保持される複数の燃料棒と、該燃料棒相互の
    間隔を保持する燃料スペーサ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その上面から下に向かって伸び
    る凹部をその各側壁の外面側に有し、前記燃料スペーサ
    の外幅が前記下部タイプレートの対向する凹部間の距離
    より小さいことを特徴とする燃料集合体。
  3. 【請求項３】上部タイプレートと、下部タイプレート
    と、該上部及び下部タイプレートに両端部が保持される
    複数の燃料棒と、該燃料棒相互間の間隔を保持する燃料
    スペーサ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その上面から下に向かって伸び
    る凹部をその各側壁の外面側に有し、 前記燃料スペーサの外幅及び前記上部タイプレートの外
    幅が前記下部タイプレートの対向する凹部間の距離より
    小さいことを特徴とする燃料集合体。
  4. 【請求項４】前記スペーサ支持手段が、軸方向に細長く
    伸びる突起部である請求項１の燃料集合体。
  5. 【請求項５】前記チャンネルボックスの内面より内側に
    突出して軸方向に細長く伸びる突起部を有し、上部タイ
    プレートを支持するタイプレート支持手段を、前記チャ
    ンネルボックスに設けた請求項１の燃料集合体。
  6. 【請求項６】前記スペーサ支持手段の前記垂直方向にお
    ける高さが、前記クリープ変形抑制部のその高さ以上で
    ある請求項１又は４の燃料集合体。
  7. 【請求項７】複数の燃料棒と、該燃料棒の下端部を保持
    し該燃料棒間に冷却材を導く複数の冷却材供給孔を有す
    る下部タイプレートと、前記燃料棒相互の間隔を保持す
    る燃料スペーサ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その上面から下に向かって伸び
    る凹部をその各側壁の外面側に有し、前記燃料スペーサ
    の外幅が前記下部タイプレートの対向する凹部間の距離
    より小さく、 前記下部タイプレートとチャンネルボックスとの間の通
    路から冷却材が漏洩することを抑制する冷却材流を発生
    する孔を、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。
  8. 【請求項８】クリープ変形を抑制するタブが側壁の下部
    に形成され、側壁の内面より内側に突出した複数のスペ
    ーサ支持部を備えたチャンネルボックス。
  9. 【請求項９】上部タイプレートを支持し、側壁の内面よ
    り内側に突出した複数のタイプレート支持手段を、側壁
    の上端部に備えた請求項８のチャンネルボックス。
  10. 【請求項１０】軸心に垂直な方向において複数の燃料ス
    ペーサの支持が可能で、軸方向に細長く伸びる前記スペ
    ーサ支持部を、前記側壁の上部に備えた請求項８のチャ
    ンネルボックス。
  11. 【請求項１１】２つのＵ字状部材を接合して筒状体を作
    成し、その後、この筒状体の側壁の一部を内側にくぼま
    せてスペーサ支持部を形成すると共に、クリープ変形を
    抑制するタブを前記側壁に形成することを特徴とするチ
    ャンネルボックスの製造方法。
  12. 【請求項１２】複数の燃料棒及び該燃料棒の束を取り囲
    む第１チャンネルボックスを有する複数の第１燃料集合
    体と、複数の燃料棒及び該燃料棒の束を取り囲む第２チ
    ャンネルボックスを有する複数の第２燃料集合体とを備
    え、 前記第２チャンネルボックスの対向する側壁の外面間の
    幅が前記第１チャンネルボックスのその幅よりも狭く、
    前記第２チャンネルボックスの肉厚が前記第１チャンネ
    ルボックスのそれよりも薄い原子炉の炉心。
  13. 【請求項１３】前記第１燃料集合体が燃料棒相互の間隔
    を保持する第１燃料スペーサを備え、前記第２燃料集合
    体が燃料棒相互の間隔を保持する第２燃料スペーサを備
    え、該第２燃料スペーサの外幅が前記第１燃料スペーサ
    の外幅よりも小さい請求項12の原子炉の炉心。
  14. 【請求項１４】前記第１燃料集合体は燃料支持金具内に
    挿入される第１挿入部を有する第１下部タイプレートを
    備え、前記第２燃料集合体は燃料支持金具内に挿入され
    る第２挿入部を有する第２下部タイプレートを備え、前
    記第１挿入部の軸心は前記第１燃料集合体の軸心と一致
    し、前記第２挿入部の軸心は前記第２燃料集合体の軸心
    よりも燃料集合体間に挿入される制御棒側にずれている
    請求項12の原子炉の炉心。
  15. 【請求項１５】複数の燃料棒及び該燃料棒の束を取り囲
    む第１チャンネルボックスを有する複数の第１燃料集合
    体と、複数の燃料棒及び該燃料棒の束を取り囲む第２チ
    ャンネルボックスを有する複数の第２燃料集合体とを備
    え、 前記第２チャンネルボックスの対向する側壁の内面間の
    幅が前記第１チャンネルボックスのその幅よりも広く、
    前記第２チャンネルボックスの肉厚が前記第１チャンネ
    ルボックスのそれよりも薄い原子炉の炉心。
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