JP2000304885A

JP2000304885A - 燃料集合体および原子炉の炉心

Info

Publication number: JP2000304885A
Application number: JP11116093A
Authority: JP
Inventors: Masao Chagi; 雅夫茶木; Koji Nishida; 浩二西田; Toru Kanazawa; 徹金沢; Akihito Orii; 明仁折井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: EP1047081A1; EP1047081B1; JP3676615B2; DE60011700T2; DE60011700D1

Abstract

(57)【要約】【課題】熱的余裕が大きく、燃料の限界出力を向上させ
ることができる燃料集合体を提供する。【解決手段】下部タイプレートに下端部が保持され複数
行複数列状に配置された複数の燃料棒２と、この複数の
燃料棒を取り囲むように形成され、これら燃料棒を保持
するチャンネルボックス７とを備え、前記チャンネルボ
ックス内に、そのチャンネルボックス内を水平断面にお
いて複数に仕切る構造材（仕切り部材）３３が設けられ
ている燃料集合体において、前記仕切り部材３３の壁面
と仕切り部材に面している燃料棒２との間隔Ｃ２を、前
記チャンネルボックス７の内壁面とチャンネルボックス
に面している燃料棒２との間隔Ｃ１より小さく形成する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料集合体および原
子炉の炉心に係わり、特にチャンネルボックス内に、チ
ャンネルボックス内を複数に仕切る仕切り部材が設けら
れている燃料集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に採用されている原子炉の燃料
集合体は、複数行複数列状に配置された複数の燃料棒を
備え、そしてこれら複数の燃料棒を取り囲むようにチャ
ンネルボックスが設けられているのが普通である。

【０００３】このように形成されている原子炉の燃料集
合体においては、通常、図２にも示されているようにチ
ャンネルボックス７の内壁面とそれに面する燃料棒２と
の間隔はどの辺でも同じに形成されている。また、最近
になり燃料集合体９０内に図１に示されているような、
燃料棒２を複数（この場合４つ）に仕切る構造材（仕切
り部材）３３を用いるものが採用されるようになってき
ている。この場合においてもチャンネルボックス７の内
壁面あるいは構造材３３とそれに面する燃料棒２との間
隔はどの部分でも同じように形成されている。

【０００４】この構造材３３が用いられる理由は、燃料
集合体９０の熱的余裕（限界出力）をバランスさせるた
めに用いられる。すなわち、燃料集合体９０の内部には
冷却材である水が流通するわけであるが、燃料集合体９
０の冷却材流路のうち、出力が大きい燃料棒２の周囲は
沸騰水型原子炉においては水の沸騰の度合いが大きくな
る。すなわち、水の沸騰の度合いが大きくなると、比容
積の大きい蒸気の割合が大きくなり、流動抵抗が増加し
冷却材（水）が流れにくくなる。燃料棒２の出力は炉心
内での中性子の減速材でもある水の分布のばらつき等に
より通常燃料棒２ごとに異なる。このため出力の大きい
燃料棒２の周囲の流路から出力の小さい流路への水平方
向横流れが生じることになる。

【０００５】燃料棒２中の核分裂性物質は、主として、
核分裂で発生した中性子が水によって減速された熱中性
子と反応する。水がまとまって存在する燃料集合体９０
の間の領域で中性子の減速効果が大きく、その付近で単
位体積当たりの熱中性子が多くなると、その影響で燃料
集合体９０の外周部に位置する燃料棒２の出力が大きく
なる傾向がある。また、炉心の核的特性を改善するため
に用いられるガドリニア（中性子吸収性物質）などの影
響によっても燃料棒２の出力のばらつきが大きくなる。

【０００６】このように同じ燃料集合体９０の内部の燃
料棒２の出力のばらつきによって、出力の大きい燃料棒
２に面する部分では冷却材である水は流れにくくなり、
冷却材の一部は出力の小さい燃料棒２に面する部分へと
水平方向に移動する傾向がある。この現象が顕著になる
と、燃料棒２の冷却のために冷却材がより多く必要な出
力の大きい燃料棒２の周りで冷却材が少なくなり、冷却
材が比較的少なくてもよい出力の小さい燃料棒２の周り
で冷却材流量が多くなり、燃料集合体９０の熱的余裕
（限界出力）が小さくなる恐れがある。一つの理由とし
てはこれを防ぐためにこの構造材３３が用いられるので
ある。

【０００７】今後、燃料の高燃焼度化や炉心の高出力密
度化等の要因で燃料集合体９０のサイズが大きくなって
くると、上で述べた効果による熱的余裕の減少が無視で
きなくなる恐れがあり、その場合には、この構造材３３
がますます必要になってくると思われる。なお、この種
の構造材を備えた燃料集合体に関連するものとしては、
例えば文献、nuclear engineering international−ann
ual fuel review (September 1997)が挙げられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる燃料集合体であると、チャンネルボックス内が構造
材により仕切られることから、冷却材である水は水平方
向には流れにくくなり、理論上燃料集合体の熱的余裕
（限界出力）が改善されるように思われ、また、チャン
ネルボックス内に構造材が付加されることにより、この
構造材がチャンネルボックスの補強材になるので、燃料
集合体を大きくした場合もチャンネルボックスの肉厚を
大きくしなくて済むという利点も生じるが、しかし単
に、燃料集合体の内部に構造材を設けたのでは、燃料棒
のピッチが構造材がない場合に比べて小さくなることに
なり、その効果が発揮されない場合が生ずる。

【０００９】すなわち、一般に、燃料棒のピッチが特別
に大きくならない範囲（４ｍｍ以下程度）では、燃料棒
ピッチが大きい方が熱的余裕が大きくなるのは当然であ
るが、構造材を用いると同じ燃料棒を用いて、同じ燃料
棒配列の場合には、構造材が燃料集合体内に入ることに
よって燃料棒ピッチが小さくなり、この種の構造材を採
用しても充分に熱的余裕の改善が発揮されない恐れがあ
るのである。

【００１０】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、前記構造材を採用しても燃料集合
体の体格を同じにして、すなわち同じ燃料棒を用い、か
つ同じ燃料棒配列の場合であっても熱的余裕が大きく限
界出力を向上させることが可能なこの種の燃料集合体お
よびその燃料集合体を用いた原子炉の炉心を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、下部
タイプレートに下端部が保持され複数行複数列状に配置
された複数の燃料棒と、この複数の燃料棒を取り囲むよ
うに形成され、これら燃料棒を保持するチャンネルボッ
クスとを備え、前記チャンネルボックス内に、そのチャ
ンネルボックス内を水平断面において複数に仕切る構造
材（仕切り部材）が設けられている燃料集合体におい
て、前記仕切り部材の壁面と仕切り部材に面している燃
料棒との間隔を、前記チャンネルボックスの内壁面とチ
ャンネルボックスに面している燃料棒との間隔より小さ
く形成するようにし所期の目的を達成するようにしたも
のである。

【００１２】また本発明は、下部タイプレートに下端部
が保持されｎ行ｎ列状に配置された複数の燃料棒と、こ
の燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料スペーサ
および前記燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネ
ルボックスとを備え、前記チャンネルボックス内に、チ
ャンネルボックス内を水平断面において複数の部分に仕
切る仕切り部材を備えている燃料集合体において、前記
チャンネルボックスの内壁面とチャンネルボックスに面
している燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切
り部材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、
Ｃ１＞Ｃ２の関係、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成り
立つように形成したものである。またこの場合、前記複
数の燃料棒の配列を、１０行１０列、１２行１２列、１
４行１４列あるいは１８行１８列としたものである。

【００１３】また本発明は、下部タイプレートに下端部
が保持される１０行１０列状に配置された複数の燃料棒
と、この燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料ス
ペーサおよび前記燃料棒を取り囲むように設けられたチ
ャンネルボックスとを備え、前記チャンネルボックス内
に、チャンネルボックス内を水平断面において複数の部
分に仕切る仕切り部材を備えている燃料集合体におい
て、前記チャンネルボックスの内壁面とチャンネルボッ
クスに面している燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部
材と仕切り部材に面している燃料棒との間隔をＣ２とし
たとき、Ｃ１＞Ｃ２＋０．２４（ｍｍ）、およびＣ２≧
１ｍｍなる関係が成り立つように形成したものである。

【００１４】また、下部タイプレートに下端部が保持さ
れる１２行１２列状に配置された複数の燃料棒と、この
燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料スペーサお
よび前記燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネル
ボックスとを備え、前記チャンネルボックス内に、チャ
ンネルボックス内を水平断面において複数の部分に仕切
る仕切り部材を備えている燃料集合体において、前記チ
ャンネルボックスとチャンネルボックスに面している燃
料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部材に面
している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１＞Ｃ２
＋０．３ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成り立つ
ように形成したものである。

【００１５】また、下部タイプレートに下端部が保持さ
れる１４行１４列状に配置された複数の燃料棒と、この
燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料スペーサお
よび前記燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネル
ボックスとを備え、前記チャンネルボックス内に、チャ
ンネルボックス内を水平断面において複数の部分に仕切
る仕切り部材を備えている燃料集合体において、前記チ
ャンネルボックスとチャンネルボックスに面している燃
料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部材に面
している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１＞Ｃ２
＋０．３６ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成り立
つように形成したものである。

【００１６】また、下部タイプレートに下端部が保持さ
れる１６行１６列状に配置された複数の燃料棒と、この
燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料スペーサお
よび前記燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネル
ボックスとを備え、前記チャンネルボックス内に、チャ
ンネルボックス内を水平断面において複数の部分に仕切
る仕切り部材を備えている燃料集合体において、前記チ
ャンネルボックスとチャンネルボックスに面している燃
料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部材に面
している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１＞Ｃ２
＋０．４２ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成り立
つように形成したものである。

【００１７】また、下部タイプレートに下端部が保持さ
れる１８行１８列状に配置された複数の燃料棒と、この
燃料棒を保持する燃料スペーサと、この燃料スペーサお
よび前記燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネル
ボックスとを備え、前記チャンネルボックス内に、チャ
ンネルボックス内を水平断面において複数の部分に仕切
る仕切り部材を備えている燃料集合体において、前記チ
ャンネルボックスとチャンネルボックスに面している燃
料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部材に面
している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１＞Ｃ２
＋０．４８ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成り立
つように形成したものである。

【００１８】また本発明は、原子炉の炉心を、前述した
いずれかの燃料集合体を少なくとも１体含むように形成
したものである。

【００１９】すなわちこのように形成された燃料集合体
であると、仕切り部材の壁面と仕切り部材に面している
燃料棒との間隔が、チャンネルボックスの内壁面とチャ
ンネルボックスに面している燃料棒との間隔より小さく
形成されていることから、すなわち、熱的余裕が大きい
側の間隔（燃料棒と仕切り部材との間隔）が小さく形成
されるので、この部分における熱的余裕の点では特に問
題になることはなく、全体的に燃料棒の配置面積を増す
ことができ、換言すれば、燃料棒の間隔を大きくするこ
とができ、燃料集合体の熱的余裕を大きくすることがで
きるのである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１にはその燃料集合体が断面
で示されている。９０が燃料集合体であり、２が燃料
棒、７がチャンネルボックスである。本実施例では高燃
焼度化、高出力密度化を目的とした大型の燃料集合体の
場合を例にとり説明する。すなわち、チャンネルボック
ス７の内幅は、通常の燃料集合体（約１３４ｍｍ）の
１．５倍の約２０１ｍｍで、燃料棒２の配列が１６×１
６のものである。また、燃料棒２の外径は１０ｍｍ、チ
ャンネルボックス７の肉厚は２．５ｍｍのものである。

【００２１】説明上、このような大型の燃料集合体につ
いて、まず従来の燃料集合体の場合も考慮しつゝ述べ、
その後本発明の実施例について述べる。この場合、燃料
棒２の外径を小さくして燃料を詰め込むことによって燃
料棒の単位水平方向断面積当たりの伝熱周囲長が大きく
なっている。今、燃料集合体９０間の間隔を従来と同じ
とすると、具体的には以下のようになる。

【００２２】従来の燃料集合体としてここでは図２に示
す水ロッド３のない９行９列の燃料棒２の配列の燃料集
合体９０を考え、燃料棒２の外径を１１．２ｍｍ、チャ
ンネルボックス内幅を１３４ｍｍ、チャンネルボックス
７の肉厚が２．５ｍｍ、燃料集合体９０の間隔を１５ｍ
ｍとする。この場合、燃料棒２の総伝熱周囲長は１１．２×π×９×９＝２８５０ｍｍとなる。一方、燃料集合体１体が炉心中で占める水平方
向断面積は、燃料集合体９０間の間隔を含めると（１３４＋２．５×２＋１５）＾２＝２３７１６ｍｍ² である。したがって水平方向炉心断面積１００ｍｍ²に
対する伝熱周囲長は２８５０／２３７１６×１００＝１
２．０ｍｍとなる。

【００２３】なお、通常の燃料集合体９０の水平断面を
図３に、また垂直断面を図４に示す。通常の燃料集合体
９０では減速材である水の炉心内の分布を均一化するた
め等の理由でこの図３、図４に示す水ロッド３や部分長
燃料棒９が用いられることが多い。無論、本実施例で用
いても本実施例の効果になんら影響はないが、従来例と
の比較を簡単にするため本実施例では用いていない。

【００２４】同様に１．５倍した燃料集合体について考
えると総伝熱周囲長は１０×π×１６×１６＝８０４２ｍｍで、燃料集合体１体当たりの水平方向炉心断面積は（２０１＋２．５×２＋１５）＾２＝４８８４１ｍｍ^２である。これより、水平方向炉心断面積１００ｍｍ^２に
対する伝熱周囲長は８０４２／４８８４１×１００＝１６．５ｍｍとなる。

【００２５】以上の結果より、１．５倍の燃料集合体サ
イズにして単位体積当たりの伝熱周囲長は約４０％増加
することになる。

【００２６】したがって、燃料棒２の外径を小さくして
大きなチャンネルボックス内に燃料を詰め込むことによ
って炉心の水平方向単位面積当たりの総伝熱面積を大き
くすることが可能であり、燃料棒２の表面熱流束を同じ
（ほぼ同等の熱的余裕）とすると炉心の単位体積当たり
の出力（炉心出力密度）を大きくすることが可能であ
る。炉心出力密度を大きくすると同じ炉心サイズでも大
きな出力を出すことができるため、原子炉の経済性が向
上する。

【００２７】以下で、燃料棒２の間隔が従来の場合と本
実施例とでどれくらい異なるかと、その影響について述
べる。チャンネルボックス７とそれに面する燃料棒２の
間隔を３ｍｍとすると燃料棒２のピッチは（（チャンネルボックス７の内幅）−（チャンネルボッ
クス７とそれに面する燃料棒２の間隔）×２−（燃料棒
２の外径））／（燃料棒２の配列−１）で求められるので従来の場合（図２）は（１３４−３×２−１１．２）／（９−１）＝１４．６
ｍｍとなる。この場合の燃料棒２の間隔は（燃料棒ピッチ）
−（燃料棒外径）より１４．６−１１．２＝３．４ｍｍ
となる。

【００２８】次に、同様に１．５倍にした場合を考える
とピッチは（２０１−３×２−１０）／（１６−１）＝１２．３ｍ
ｍとなり、燃料棒２の間隔は１２．３−１０．０＝２．３
ｍｍとなる。

【００２９】しかし、燃料集合体を１．５倍した場合は
チャンネルボックスの肉厚を２．５ｍｍとしたままでは
強度上の余裕がもとの場合に比べて減少する。また、燃
料集合体９０内水平方向横流れの影響による限界出力の
減少幅が大きくなることが予想される。したがって、
１．５倍にした場合、図１に示すような構造材３３を用
いることが有利となる。

【００３０】今、構造材３３の肉厚をチャンネルボック
スと同じ２．５ｍｍ、構造材３３とそれに面する燃料棒
２の間隔をチャンネルボックス７とそれに面する燃料棒
２の間隔と同じく３ｍｍとすると１．５倍にした燃料集
合体９０の燃料棒ピッチは（２０１−３×４−２．５−１０×２）／１４＝１１．
９ｍｍとなり、燃料棒２の間の間隔は１１．９−１０．０＝１．９ｍｍとなり、構造材３３を用いない場合に比べてさらに小さ
くなる。

【００３１】このように燃料集合体を大型化して、燃料
棒２を詰め込んでさらに構造材３３を用いると燃料棒２
の間隔は非常に小さくなる。燃料棒２の間隔が小さくな
ると燃料棒２の間を冷却材が流れにくくなり、限界出力
が低下する。

【００３２】実際の燃料集合体９０の限界出力と燃料棒
２の間隔の関係は燃料棒２の出力の分布等の影響を受け
るが、単純に燃料集合体９０内の質量流束（単位面積当
たりの流量（ｋｇ／ｍ²ｓ））を一定とし、燃料棒２の
出力分布の影響を無視した場合の燃料棒２の間隔と限界
出力の関係を計算したものを図５に示す。燃料棒２の外
径は１０ｍｍとした。

【００３３】図５を見て分かるように燃料棒２の間隔が
大きいほど限界出力は大きくなることが分かる。この解
析で質量流束を一定とした理由は、燃料集合体９０のチ
ャンネルボックスの内幅と流量（ｋｇ／ｓ）が決まれ
ば、燃料棒２の配置をずらしても燃料棒２の本数が変わ
らない限り燃料集合体９０内の流路面積は変化しないの
で燃料集合体９０内の平均質量流束は変わらないからで
ある。

【００３４】今、燃料集合体９０内の水平方向の横流れ
を無視すると、燃料棒２の間隔を小さくするということ
は図６に示す、４本の燃料棒２で囲まれた部分（図６の
Ａ部分）の流路面積が減り、その流路の質量流束が一定
なので、その流路を流れる流量（質量流束×流路面積）
は低下することになる。したがって、その流路を取り囲
む燃料棒２の出力が一定とすると、その流路の冷却材で
ある単位重量当たりの加熱量が増加するので、除熱性能
が悪化するので図５の結果のように限界出力は低下す
る。

【００３５】図５に示されているように、燃料棒２の間
隔が小さくなると限界出力が小さくなる。特に燃料集合
体９０を大型化して外径の小さい燃料を詰め込んで伝熱
面積の増加を図ると燃料棒２の間隔が小さくなる傾向に
なる。

【００３６】上で計算した従来の燃料集合体９０の燃料
棒２の間隔と、燃料集合体サイズを１．５倍し、構造材
３３を入れた燃料集合体９０の燃料棒２の間隔はそれぞ
れ、３．４ｍｍと１．９ｍｍである。このことによる限
界出力の低下は単純に図５から読み取ると約２５％であ
る。実際には燃料棒２の外径の違いがあるが、伝熱周囲
長が４０％増加しているので限界出力は１５％程度増加
することになる。

【００３７】上記、燃料集合体サイズを大きくすること
のメリットを述べてきたが、可能ならば燃料棒２の間隔
を大きくした方が燃料集合体９０の限界出力は図５に示
されているようにさらに大きくなる。

【００３８】次に、本実施例およびその特徴について述
べる。すなわち、本発明では、図１に示されているよう
に、構造材３３の壁面と構造材に面している燃料棒２と
の間隔を、チャンネルボックス７の内壁面とチャンネル
ボックスに面している燃料棒２との間隔より小さく形成
するようにしたことを特徴とするものである。

【００３９】すなわち、燃料棒２の間隔を大きくするに
はチャンネルボックス７とそれに面する燃料棒２との間
隔や構造材３３とそれに面する燃料棒２との間隔を小さ
くすることが考えられるが、しかし、チャンネルボック
ス７とそれに面する燃料棒２との間隔を小さくすると、
上で述べたようにチャンネルボックス７に面する燃料棒
２の出力が大きく、その燃料棒２の熱的余裕が著しく低
下する。したがってチャンネルボックス７に面する燃料
棒２とチャンネルボックスの間隔を小さくするのは限界
出力向上の面からマイナスである。

【００４０】一方、構造材３３に面する燃料棒２の出力
は、燃料集合体９０の間の水による中性子の減速の効果
がほとんど寄与しないので小さくなる。したがって、構
造材３３とそれに面する燃料棒２の間隔を小さくして
も、もともと熱的余裕がチャンネルボックスに面する燃
料棒２より十分大きいので問題はない。また、間隔Ｃ
１、Ｃ２の調整は燃料スペーサ４のタブ１３の高さを変
えることによって容易に達成できる。また、必要ならば
タブ状のものを溶接等してもよい。

【００４１】したがって、本発明では上述したように構
造材３３とそれに面する燃料棒２との間隔を小さくする
ことで燃料棒２の間隔を大きくする。ただし、構造材３
３と燃料棒２の距離を小さくする場合、燃料スペーサ４
の存在により限界がある。具体的には図７に示されてい
るように、燃料スペーサ４の外周を取り巻くスペーサバ
ンドの肉厚をｔ（ｍｍ）、スペーサバンドと燃料棒の間
隔をＧ１とする。現状ｔは最低でも０．３ｍｍ必要であ
る。また、Ｇ１は図７に示されているように格子型の燃
料スペーサ４の場合で、（燃料棒２の間隔（Ｇ２）―ｔ）÷２となる。また図７に示すタブ１３の高さとして最低限
０．１ｍｍは必要である。

【００４２】今、仮に燃料棒２の間隔が上記のように
１．９ｍｍとすると構造材３３と燃料棒２の最小距離は
１．２ｍｍとなる。ただし、燃料棒２の間隔は１．９ｍ
ｍと決まったわけではなく、チャンネルボックス７の内
幅をさらに小さくして、もっと燃料棒２を詰め込んだ設
計とすると１．９ｍｍよりも小さくなる。したがって、
本実施例では構造材３３と燃料棒２の最小間隔は１．２
ｍｍとするが、実際には燃料棒２の間隔がそれよりも小
さくなることが考えられる。したがって、実現できる構
造材３３と燃料棒２との間隔の最低限度は１ｍｍとす
る。

【００４３】今、構造材３３と燃料棒２との間隔を１．
２ｍｍとすると、上記と同じ条件で計算すると燃料棒２
の間隔は２．２ｍｍとなる。したがって、上で計算した
構造材３３と燃料棒２の間隔をチャンネルボックス７と
燃料棒２と同じ３ｍｍにした場合の燃料棒２の間隔１．
９ｍｍに比べて０．３ｍｍ間隔が大きくなっている。図
５の感度では燃料棒２の間隔が０．１ｍｍ増加すると限
界出力は約１．７％増加する。したがって０．３ｍｍ間
隔が大きくなると限界出力は約５％大きくなる。

【００４４】本実施例の燃料集合体９０では、単に燃料
集合体９０を大型化して構造材３３を用いて燃料棒２を
詰め込んだ場合よりも限界出力が約５％大きくなり、燃
料経済性や原子炉の炉心の経済性を向上できる。

【００４５】また、限界出力が燃料特性上有意な１％以
上改善されるためには燃料棒２の間隔が約０．０６ｍｍ
増加することが必要である。本実施例のように１６×１
６の燃料棒配列で構造材３３を用いた場合、燃料棒２の
間隔を０．０６ｍｍ広げるには、構造材３３とそれに面
する燃料棒２の間隔を０．４２ｍｍ小さくすればよい。

【００４６】第２実施例を図８を用いて説明する。図８
は１０×１０の燃料棒配列の燃料集合体９０に本発明を
適用したものである。この場合もＣ１を現行並の幅とし
てＣ２をそれよりも小さくすることによって燃料棒２の
間隔を大きくすることが可能で第一実施例と同等の効果
が得られる。この場合、限界出力が燃料特性上有意な１
％以上改善されるためにはＣ２を通常よりも０．２４ｍ
ｍ小さくすればよい。

【００４７】第３実施例を図９を用いて説明する。図９
は１２×１２の燃料棒配列の燃料集合体９０に本発明を
適用ものである。この場合もＣ１を現行並の幅としてＣ
２をそれよりも小さくすることによって燃料棒２の間隔
を大きくすることが可能で第一実施例と同等の効果が得
られる。この場合、限界出力が燃料特性上有意な１％以
上改善されるためにはＣ２を通常よりも０．３ｍｍ小さ
くすればよい。

【００４８】第４実施例を図１０を用いて説明する。図
９は１４×１４の燃料棒配列の燃料集合体９０に本発明
を適用ものである。この場合もＣ１を現行並の幅として
Ｃ２をそれよりも小さくすることによって燃料棒２の間
隔を大きくすることが可能で第一実施例と同等の効果が
得られる。この場合、限界出力が燃料特性上有意な１％
以上改善されるためにはＣ２を通常よりも０．３６ｍｍ
小さくすればよい。

【００４９】第５実施例を図１１を用いて説明する。図
１１は１８×１８の燃料棒配列の燃料集合体９０に本発
明を適用ものである。この場合もＣ１を現行並の幅とし
てＣ２をそれよりも小さくすることによって燃料棒２の
間隔を大きくすることが可能で第一実施例と同等の効果
が得られる。また本実施例では水ロッド３を用いてい
る。この場合、限界出力が燃料特性上有意な１％以上改
善されるためにはＣ２を通常よりも０．４８ｍｍ小さく
すればよい。

【００５０】以上、いずれの実施例においても構造材３
３は板状のものでもよいし、その内部に水が流れる流路
を持っているものでも良い。また、第５実施例以外の燃
料集合体９０においても水ロッド３を用いてもよい。ま
た、部分長燃料棒９を用いてもよい。

【００５１】第６実施例を図１２を用いて説明する。図
１２は原子炉の炉心の水平断面図（１／４セクション）
であり、原子炉の出力を制御する制御棒９１と燃料集合
体９０が規則正しくならんでいる。この炉心に第１から
第５の実施例のいずれかの燃料集合体９０を装荷するこ
とによって、燃料集合体９０の高限界出力特性を利用し
て、炉心の経済性を向上することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、構造体を用いても燃料集合体の体格を増すことな
く、すなわち従来と同じチャンネルボックス、同じ燃料
棒および同じ燃料棒配列の場合であっても熱的余裕を大
きくすることが可能なこの種の燃料集合体を得ることが
でき、燃料の限界出力の向上および原子炉の経済性を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料集合体の一実施例を示す水平断面
図である。

【図２】従来の燃料集合体の水平断面図である。

【図３】従来の燃料集合体の水平断面図である。

【図４】従来の燃料集合体の縦断側面図である。

【図５】燃料棒の間隔と限界出力の関係を示す特性図で
ある。

【図６】燃料集合体の部分水平断面図である。

【図７】燃料集合体の部分水平断面図である。

【図８】本発明の第２実施例の燃料集合体の水平断面図
である。

【図９】本発明の第３実施例の燃料集合体の水平断面図
である。

【図１０】本発明の第４実施例の燃料集合体の水平断面
図である。

【図１１】本発明の第５実施例の燃料集合体の水平断面
図である。

【図１２】本発明の第６実施例の炉心の水平断面図であ
る。

【符号の説明】

２…燃料棒、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、９…部分長燃料棒、１３…スペーサタブ、
３３…構造材（仕切り部材）、９０…燃料集合体、９１
…制御棒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金沢徹茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者折井明仁茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下部タイプレートに下端部が保持され複
数行複数列状に配置された複数の燃料棒と、この複数の
燃料棒を取り囲むように形成され、これら燃料棒を保持
するチャンネルボックスとを備え、前記チャンネルボッ
クス内に、そのチャンネルボックス内を水平断面におい
て複数に仕切る仕切り部材が設けられている燃料集合体
において、前記仕切り部材の壁面と仕切り部材に面している燃料棒
との間隔を、前記チャンネルボックスの内壁面とチャン
ネルボックスに面している燃料棒との間隔より小さく形
成するようにしたことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】下部タイプレートに下端部が保持されｎ
行ｎ列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒を保持
する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記燃料棒
を取り囲むように設けられたチャンネルボックスとを備
え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボックス
内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り部材を
備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスの内壁面とチャンネルボックス
に面している燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と
仕切り部材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたと
き、Ｃ１＞Ｃ２の関係、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が
成り立つように形成したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】前記複数の燃料棒の配列が、１０行１０
列、１２行１２列、１４行１４列若しくは１８行１８列
である請求項２記載の燃料集合体。
【請求項４】下部タイプレートに下端部が保持される
１０行１０列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒
を保持する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記
燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネルボックス
とを備え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボ
ックス内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り
部材を備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスの内壁面とチャンネルボックス
に面している燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と
仕切り部材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたと
き、Ｃ１＞Ｃ２＋０．２４（ｍｍ）、およびＣ２≧１ｍ
ｍなる関係が成り立つように形成したことを特徴とする
燃料集合体。
【請求項５】下部タイプレートに下端部が保持される
１２行１２列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒
を保持する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記
燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネルボックス
とを備え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボ
ックス内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り
部材を備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスとチャンネルボックスに面して
いる燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部
材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１
＞Ｃ２＋０．３ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が成
り立つように形成したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項６】下部タイプレートに下端部が保持される
１４行１４列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒
を保持する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記
燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネルボックス
とを備え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボ
ックス内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り
部材を備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスとチャンネルボックスに面して
いる燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部
材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１
＞Ｃ２＋０．３６ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が
成り立つように形成したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項７】下部タイプレートに下端部が保持される
１６行１６列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒
を保持する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記
燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネルボックス
とを備え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボ
ックス内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り
部材を備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスとチャンネルボックスに面して
いる燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部
材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１
＞Ｃ２＋０．４２ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が
成り立つように形成したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項８】下部タイプレートに下端部が保持される
１８行１８列状に配置された複数の燃料棒と、該燃料棒
を保持する燃料スペーサと、該燃料スペーサおよび前記
燃料棒を取り囲むように設けられたチャンネルボックス
とを備え、前記チャンネルボックス内に、チャンネルボ
ックス内を水平断面において複数の部分に仕切る仕切り
部材を備えている燃料集合体において、前記チャンネルボックスとチャンネルボックスに面して
いる燃料棒との間隔をＣ１、前記仕切り部材と仕切り部
材に面している燃料棒との間隔をＣ２としたとき、Ｃ１
＞Ｃ２＋０．４８ｍｍ、およびＣ２≧１ｍｍなる関係が
成り立つように形成したことを特徴とする燃料集合体。
【請求項９】請求項１〜８いずれかの項に記載の燃料
集合体を少なくとも１体含んでいることを特徴とする原
子炉の炉心。