JP3141452B2

JP3141452B2 - 燃料集合体

Info

Publication number: JP3141452B2
Application number: JP03277448A
Authority: JP
Inventors: 紀行定岡; 章喜中島; 肇男青山; 国寿栗原; 泰典別所; 肇梅原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-10-24
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH05126976A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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用いるのに好適な燃料集合体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心に装荷される従来
の燃料集合体は、上部及び下部タイプレート，燃料棒，
水ロッド、及び燃料スペーサを有する。燃料棒及び水ロ
ッドは、上下端部が上部及び下部タイプレートにそれぞ
れ保持される。燃料棒は、上下端部が密封された被覆管
内に燃料ペレットを充填したものである。被覆管内に
は、ガスプレナムが形成される。燃料スペーサは、燃料
棒相互の間を所定間隔に保持する。

【０００３】通常、燃料棒内のガスプレナムは、燃料棒
の上端部に形成される。しかし、燃料棒の内圧低減のた
めに、燃料棒の下端部にガスプレナムを形成した燃料棒
が知られている。この中で、軽水炉に用いられる燃料棒
が、特開昭61−114184号公報に記載されている。この燃
料棒は、下端部にあるガスプレナム（下部プレナム）の
長さを上端部にあるガスプレナム（上部プレナム）のそ
れよりも長くしている。このように、下端部のガスプレ
ナムの長さを上端部のその長さよりも長くすることによ
って、燃料棒内の圧力の上昇が抑制される。特開平2−9
1597号公報も、やはり、上端部及び下端部にガスプレナ
ムを備えた燃料棒を示している。この燃料棒は、上半分
の外径が下半分のそれよりも小さくしている。上半分の
外径を小さくすることによる燃料物質量の減少は、下半
分での外径をより大きくすることによって補償できる。
この特開平2−91597号公報の燃料棒は、二相流に対する
低圧損化を達成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平2−91597号公報
の燃料棒は、軸方向の下半分における燃料ペレット充填
部での外径も増加しているため、流動振動に対する保持
特性の向上及び燃料集合体全体の耐震強度の増加という
点から必ずしも望ましいものではない。これは、以下の
理由による。燃料棒の流動振動による振幅は、燃料棒の
固有振動数に反比例する。この固有振動数は、燃料棒の
単位長さ当りの質量に反比例し燃料棒の断面二次モーメ
ントに比例する。従って、燃料ペレット充填部での燃料
棒外径を増加させた場合、断面二次モーメントは増加す
るが、それ以上に燃料ペレットの直径増大により燃料棒
の単位長さ当りの質量が増加するために燃料棒の固有振
動数は減少し、燃料棒の流動振動による振幅が増加する
ことが分かった。

【０００５】近年、濃縮度を増加させることによる、燃
料集合体の高燃焼度化が検討されている。濃縮度の増加
による燃料棒の線出力密度の増加を抑えるために、燃料
集合体一体当たりの燃料棒本数の増加が考えられてい
る。これは、燃料集合体の圧力損失の増加をもたらす。

【０００６】本発明の目的は、中性子利用率の減少を抑
制でき、燃料棒の流動振動を抑制できると共に、圧力損
失を低減できる燃料集合体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、燃料棒の
下部プレナムの部分での被覆管の単位長さ当たりの曲げ
剛性を、燃料ペレット充填領域の軸方向全長に対応する
部分での被覆管のそれよりも大きくすると共に、最下段
に位置する燃料スペーサの横断面に対する投影面積をそ
の他の燃料スペーサのそれよりも小さくすることにより
達成できる。また、燃料スペーサを軸方向に６個配置す
ることでも達成できる。

【０００８】

【作用】本発明によれば、下部プレナムの部分での被覆
管の単位長さ当たりの曲げ剛性が、燃料ペレット充填領
域の部分での被覆管のそれよりも大きいので、燃料棒の
流動振動を抑制できる。また、曲げ剛性の増加を下部プ
レナム部に限っているので、燃料ペレット充填領域での
被覆管の中性子吸収量が増加せず、中性子利用率の減少
を抑制できる。更に、最下段に位置する燃料スペーサの
横断面に対する投影面積をその他の燃料スペーサのそれ
よりも小さくしたり、燃料スペーサを軸方向に６個配置
することが、圧力損失の低減に寄与する。

【０００９】

【実施例】沸騰水型原子炉に適用される本発明の好適な
一実施例である燃料集合体を図１及び図２に基づいて以
下に説明する。

【００１０】燃料集合体は、燃料棒１，下部タイプレー
ト２，上部タイプレート３及び燃料スペーサ４を有す
る。燃料棒１の上端部は上部タイプレート３に、その下
端部は下部タイプレート２にそれぞれ保持される。燃料
スペーサ４は、燃料棒１の相互の間隔を所定幅に保持す
る。燃料棒１は、被覆管９の上端及び下端を上部端栓２
２及び下部端栓２３にて密封し、この被覆管９内に燃料
ペレット５を充填したものである。下部プレナム６が、
燃料ペレット５が充填された領域（以下、燃料有効長部
という）の下方で被覆管９内に形成される。燃料ペレッ
ト５を支えるスプリング２５が、下部プレナム６内に配
置される。図３は、下部プレナム６内を拡大して示した
ものである。スプリング２５は、最下端に位置する燃料
ペレット５の下方に配置されたペレット支持板１０を支
持する。ペレット支持板１０は、核分裂生成ガスが、下
部プレナム６に達するように貫通孔が設けられる。この
燃料ペレット５の支持構造は、図４に示すようにしても
良い。この構造は、スプリング２５に替えて側壁に孔を
有する円筒部材１２を設けたものである。この円筒部材
１２が、ペレット支持板１０を支える。上部プレナム８
が、燃料有効長部の上方で被覆管９内に形成される。下
部プレナム６の軸方向の長さは、上部プレナム８のそれ
よりも長く、全プレナムの合計軸方向長さの大部分を占
めている。燃料ペレット５を押圧するスプリング２６
が、上部プレナム８内に設けられる。被覆管９は、下部
プレナム６の軸方向長さに対応する部分（以下、下部プ
レナム部ＬＧという）での外径が燃料有効長部の軸方向
長さに対応する部分（以下、ペレット充填部ＰＣとい
う）のそれよりも大きい。下部プレナム部ＬＧの肉厚
は、ペレット充填領域部ＰＣのそれと等しい。このた
め、被覆管９は、下部プレナム部ＬＧの内径がペレット
充填部ＰＣのそれよりも大きくなっている。従来の燃料
集合体は膨張スプリング７を燃料棒の上部端栓に取り付
けていたが、本実施例では下部端栓２３に取り付けてい
る。

【００１１】本実施例の燃料集合体を沸騰水型原子炉の
炉心内に装荷して原子炉の運転を開始すると、冷却水が
下部タイプレート２から燃料集合体内に供給される。こ
の冷却水は、燃料棒１間を上昇する際に核燃料の核分裂
にて発生する熱によって加熱され蒸気になる。燃料集合
体の上部は、冷却水と蒸気の二相流が流れる。この二相
流は、上部タイプレート３を通って燃料集合体外に流出
する。なお、燃料集合体の沸騰開始点より上流側（下方
側）は、冷却水の単相流となっている。

【００１２】被覆管の直径を増加させる場合、被覆管直
径の変化領域に燃料ペレット５が充填されていると、燃
料ペレットが体積膨張して被覆管と接触し機械的相互作
用を生じたときに被覆管に大きな応力が発生する。本実
施例は、燃料ペレットの充填されていない下部プレナム
部の直径を増加させるため、そのような問題は生じな
い。また、下部プレナム部だけでなく燃料棒の上部まで
被覆管の直径を増大すると、燃料集合体の圧力損失の増
加につながる。

【００１３】本実施例は、下部プレナム６を設け、被覆
管９の下部プレナム部ＬＧの外径を大きくすることによ
って、以下に示す作用効果を生じる。

【００１４】最初に、下部プレナム６の作用効果につい
て説明する。燃料棒表面で生じる冷却水の摩擦圧力損失
は、単相流領域よりも二相流領域で大きくなる。同一表
面積に対して、二相流領域の摩擦圧力損失は、単相流領
域のそれの約３倍となる。このため、本実施例は、燃料
棒１間を流れる冷却水の沸騰開始点より上流側、すなわ
ち、単相流領域に燃料ペレット５を充填していない下部
プレナム６が位置するので、上部プレナムのみを有する
燃料棒を備えた従来の燃料集合体に比べて、沸騰開始点
が下流側に移動し二相流領域の軸方向長さが短縮され
る。これは、二相流領域の摩擦圧力損失の低減につなが
り、燃料集合体の圧力損失を低減できる。特に、膨張ス
プリング７を下部端線２３に取り付けていることも、燃
料集合体の単相流領域の軸方向長さの増加につながり、
圧力損失の低減に寄与している。

【００１５】以上のことを図５及び図６を用いて具体的
に説明する。図５は、上部プレナムのみを有する燃料棒
を備えた従来の燃料集合体の軸方向の圧力損失分布を示
している。図６は、本実施例のように下部プレナム６を
有する燃料棒を備えた燃料集合体の軸方向の摩擦圧力損
失分布を示す。図５の従来の燃料集合体は、プレナムが
二相流領域に位置するため、同部分での摩擦圧力損失が
大きく、燃料集合体全体の摩擦圧力損失の約１６％を占
めている。本実施例の燃料集合体は、プレナムが単相流
領域に位置するため、単相流領域の長さが増え二相領域
の長さは図５に比べて約１２％短縮される。プレナムは
単相流領域に位置し、この部分の摩擦圧力損失は、図５
の上部プレナムでの摩擦圧力損失の３４％になる。従っ
て、本実施例の摩擦圧力損失は、図５の従来例に比べて
１６％小さくなる。

【００１６】更に、本実施例の燃料集合体は、沸騰開始
点が下流側に移動するので、燃料スペーサの軸方向での
設置位置を図５の従来例と同じ位置にした場合、各燃料
スペーサの位置におけるボイド率が低下する。燃料スペ
ーサで生じる圧力損失は、二相流領域よりも単相流領域
で小さく、また、同じ二相流領域でもボイド率の小さい
方が小さくなる。従って、本実施例のように、単相流領
域にプレナムの大部分を配置した場合、各燃料スペーサ
位置でのボイド率は従来よりも低下し、各燃料スペーサ
で生じる圧力損失も低下する。下部端栓２３に膨張スプ
リング７を取り付けた場合、それらの効果は更に増加す
る。図７に、以上で述べた本実施例の燃料集合体及び図
５の燃料集合体における各燃料スペーサで生じる圧力損
失及びボイド率の特性を示した。なお、実線の特性（本
実施例）及び破線の特性(従来例)は、ボイド率の変化を
示す。上記の効果により本実施例は従来に比べて燃料ス
ペーサで生じる圧力損失を１４％低下できる。

【００１７】本実施例によれば、高燃焼度燃料において
線出力密度低減のために燃料集合体一体当たりの燃料棒
本数を増加させても、各燃料棒に下部プレナムを設ける
ことにより軸方向長の短い短尺燃料棒の本数を増加させ
ずとも、燃料集合体の圧力損失を従来と同程度に低減で
きる。この結果、燃料集合体一体当たりの燃料装荷量
は、従来より１０％増加し、燃料経済性が向上する。更
に、燃料集合体の取替え体数も減少し、放射性廃棄物の
量も減少する。上記のように燃料集合体の圧力損失の低
減は、燃料集合体の水力学的安定性を向上させ、炉心全
体の安定性も向上させる。

【００１８】次に、被覆管９の下部プレナム部ＬＧの外
径を大きくすることによって生じる異なる２つの作用効
果について説明する。

【００１９】その作用効果の１つは、燃料集合体の中性
子利用率の減少を著しく抑制できることである。一般
に、被覆管直径の増加は、それだけ被覆管構造材の物量
の増加をもたらす。これは、被覆管による中性子吸収量
の増加につながり、中性子利用率が低下する。しかしな
がら、本実施例は、ペレット充填部ＰＣより下方にある
下部プレナム部ＬＧの直径を大きくしペレット充填部Ｐ
Ｃの直径を大きくしないので、中性子利用率はほとんど
減少しない。すなわち、本実施例は、下部プレナム部Ｌ
Ｇでの単位長さ当たりの曲げ剛性の増大が中性子利用率
をほとんど低下させない。

【００２０】その作用効果の２つ目は、下部プレナム部
ＬＧでの単位長さ当たりの曲げ剛性の増大による燃料棒
の流動振動の抑制である。本実施例の燃料集合体は、被
覆管９が下部プレナム部ＬＧでの外径がペレット充填部
ＰＣでいうそれよりも大きいので、下部プレナム部ＬＧ
の単位長さ当たりの曲げ剛性がペレット充填部ＰＣの単
位長さ当たりの曲げ剛性よりも大きい。燃料棒１の下端
部、すなわち下部プレナム部ＬＧでの曲げ剛性を増加さ
せることにより、燃料棒全体の機械的強度が増加し、流
動振動に対する特性が良くなる。また、下部プレナム部
ＬＧでの曲げ剛性を増加させたことにより、燃料スペー
サに加わる機械的応力も低下する。このため、燃料スペ
ーサ４を薄肉化できる。さらに、流動振動に対する特性
が良くなり、振動振幅が減少するため、軸方向における
燃料スペーサの間隔を広げることが可能になる。この場
合、軸方向の燃料スペーサ４の個数が低減可能となる。

【００２１】被覆管のような中空円筒の曲げ剛性Ｄは、
数１及び数２で与えられる。

【００２２】

【数１】

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、Ｅはヤング率、Ｉは断面二次モー
メント、ｄ₁は管の外径、ｄ₂は管の内径（ｄ₂＝ｄ₁−
２ｔ）、及びｔは管の厚みである。

【００２５】また、燃料棒の固有振動数は、曲げ剛性Ｅ
×Ｉを持ちいて、次式で求められる。

【００２６】

【数３】

【００２７】ここで、λは振動系数、ｌはスパン長、ｇ
は重力加速度、ｍ₁は燃料棒の単位長さ当たりの質量、
及びｍ₂は付加重量である。

【００２８】更に、燃料棒の流動振動の最大変位量δ
（振幅）は、Quinnの実験式によれば、固有振動数ｆを
用いて、次式で与えられる。

【００２９】

【数４】

【００３０】数１で得られる曲げ剛性Ｄが増加すると、
数３で示される固有振動数ｆが増加する。このため、数
４で求められる被覆管の流動振動の最大変位量δ（振
幅）は減少し、被覆管の流動振動が抑制される。更に、
燃料棒１本当りの曲げ剛性が増加するため、燃料集合体
全体の剛性及び振震強度が増加する。

【００３１】本実施例の下部プレナム部ＬＧの曲げ剛性
Ｄ（＝Ｅ・Ｉ）を増加させたひふくかん、すなわち燃料
棒の下部のみの振動振幅を、上記の各式を用いて従来と
比較する。曲げ剛性Ｄが１０％増加した場合には、数３
より固有振動数ｆは、４.９％増加する。このとき、数
４より、振動振幅は約８％減少する。本実施例は、被覆
管９の直径が大きくなった部分に燃料ペレット５がない
ので、燃料ペレット直径増加による固有振動数の減少が
生じない。

【００３２】燃料棒、詳細には被覆管の下部プレナム部
ＬＧの曲げ剛性の増加方法としては、数１及び数２か
ら、前述した被覆管の下部プレナム部ＬＧの外径の増加
（ｄ₁の増加）以外に、（１）被覆管の下部プレナム部
ＬＧの厚みを増加（ｔの増加、ｄ₂の減少）、（２）被
覆管の下部プレナム部ＬＧの材質の変更（Ｅの増加）等
が考えられる。

【００３３】本発明の他の実施例である燃料集合体を図
８により説明する。本実施例は、上記の被覆管の下部プ
レナム部ＬＧの厚みを増加した場合の例である。本実施
例の燃料集合体は、複数の燃料棒１Ａを有する。燃料棒
１Ａは、下部プレナム部ＬＧの肉厚がペレット充填部Ｐ
Ｃのそれよりも厚くなっている被覆管９Ａを有する。こ
の例は、下部プレナム部ＬＧとペレット充填部ＰＣで、
外径は同じであるが、内径が異なっている。下部プレナ
ム部ＬＧの内径が、ペレット充填領域部ＰＣのそれより
小さい。

【００３４】本実施例は、図１の実施例と同じ効果を得
ることができる。被覆管の厚みの増加は下部プレナム部
ＬＧのみで内側に向かっての増加であるので、燃料充填
量を減少させることなくかつ燃料棒外部の冷却水通路の
断面積を減少させることなく、曲げ剛性を増すことがで
きる。燃料充填量の減少は、燃料経済性の悪化につなが
る。また、本実施例は、図１の実施例と同様に、下部プ
レナム部ＬＧでの単位長さ当たりの曲げ剛性を増大して
もこれによる燃料集合体の中性子利用率の減少を著しく
抑制できることである。一般に、被覆管の肉厚の増加も
被覆管構造材の物量の増加をもたらし、中性子利用率の
低下につながる。しかしながら、本実施例は、ペレット
充填部ＰＣより下方にある下部プレナム部ＬＧの肉厚を
厚くしペレット充填部ＰＣの肉厚を厚くしないので、中
性子利用率はほとんど減少しない。

【００３５】本実施例の燃料ペレットの支持構造を図９
〜１１のようにしてもよい。図９では、被覆管９の下端
をペレット充填部ＰＣの下端までとし被覆管９の下端に
被覆管９よりも肉厚の厚い下部プレナム被覆管１３を接
合し、この下部プレナム被覆管１３によって図示のよう
に燃料ペレット５を支持する。図１０では、被覆管９と
か不プレナム被覆管１３Ａに接合される連結部材１４で
燃料ペレット５を支持する。上記のか不プレナム被覆管
１３の上端部及び連結部在位１４が、ペレット支持板１
０に該当する。図１１は、図８の実施例の下部プレナム
部の構造に図１の下部プレナム部の外径を大きくすると
いう技術思想を適用したものであり、燃料ペレット５は
被覆管９Ｂの肉厚部で支持される。

【００３６】図８の実施例において、下部プレナム部Ｌ
Ｇ及びペレット充填部ＰＣの内径を等しくし下部プレナ
ム部ＬＧの外径を大きくして、下部プレナム部ＬＧの肉
厚を増すことも可能である。

【００３７】被覆管の下部プレナム部ＬＧの材質をペレ
ット充填部ＰＣの材質と替えた実施例を、以下に説明す
る。本実施例の燃料集合体に用いる燃料棒の被覆管は、
ペレット充填領域部ＰＣがジルコニウム合金（例えば、
ジルカロイ−２）で構成され、下部プレナム部ＬＧがそ
れよりも単位長さ当たりの曲げ剛性が大きい種類の異な
るジルコニウム合金（例えば、ニオブを含むジルコニウ
ム合金）で構成される。このように材質の異なるジルコ
ニウム合金で被覆管を構成する場合は、それらの材質の
異なる構造材を溶接にて接合される。一般に、ジルコニ
ウム合金の曲げ剛性を高めるためには、中性子吸収断面
積の大きな元素をそれに加える必要があり、得られたジ
ルコニウム合金の中性子吸収断面積が増大する。このよ
うなジルコニウム合金で被覆管のペレット充填部ＰＣを
構成すると、中性子利用率が低下する。本実施例は、そ
れような中性子吸収断面積の増大したジルコニウム合金
を、ペレット充填領域部ＰＣではなく下部プレナム部Ｌ
Ｇに用いているので、下部プレナム部ＬＧでの単位長さ
当たりの曲げ剛性が増加する割には中性子利用率がほと
んど低下しない。本実施例も、図１の実施例と同様の効
果を達成できる。

【００３８】本発明の他の実施例である燃料集合体を図
１２に示す。本実施例は、図２の燃料集合体の最下段に
位置する燃料スペーサ４を、燃料スペーサ４Ａに替えた
ものである。燃料スペーサ４Ａは、構造的には燃料スペ
ーサ４と同じであるが、投影面積が小さくなっている。
これは、燃料スペーサ４Ａの構造材の肉厚が燃料スペー
サ４のそれよりも薄いからである。最下段の燃料スペー
サは、被覆管９の下部プレナム部ＬＧの曲げ剛性が大き
いので、それに加わる力が小さく発生する機械的応力が
小さいため薄肉化できる。本実施例も、図２の燃料集合
体と同じ効果を生じる。更に、本実施例は、その燃料集
合体よりも燃料スペーサ４Ａの投影面積が小さいだけ圧
力損失が小さくなる。

【００３９】図１３も、本発明の燃料集合体の他の実施
例を示す。本実施例は、燃料スペーサ４Ａの替りに燃料
スペーサ４Ｂを用いている点が、図１２の燃料集合体と
構造が異なるだけである。燃料スペーサ４Ｂの高さは、
燃料スペーサ４Ａのそれよりも高い。このため、燃料ス
ペーサ４Ｂの構造材の肉厚は燃料スペーサ４Ａのそれよ
りも更に薄くなっており、燃料スペーサ４Ｂの圧力損失
は燃料スペーサ４よりも小さい。従って、本実施例は、
図１２の燃料集合体よりも圧力損失が更に低下する。本
実施例も、図２の燃料集合体と同じ効果を得る。

【００４０】本発明の他の実施例である燃料集合体を、
図１４に基づいて説明する。本実施例は、前述した各実
施例が７個の燃料スペーサを有しているのに対して、１
個少ない６個の燃料スペーサを有する。被覆管９の下部
プレナム部ＬＧの曲げ剛性が大きいので、下部の燃料ス
ペーサの間隔を大きくできる。すなわち、最下段の燃料
スペーサ４と下部タイプレート２との間の間隔、及び最
下段の燃料スペーサ４と下から二段目の燃料スペーサ４
との間の間隔が、下から二段目より上方に位置する燃料
スペーサ４相互間の間隔よりも広い。本実施例は、図２
の燃料集合体と同じ効果を得ることができる。更に、燃
料スペーサが一個少ないだけ燃料集合体の圧力損失が図
２の燃料集合体よりも小さくなる。

【００４１】図１５も、本発明の他の実施例の燃料集合
体を示す。チャンネルボックス１１が、上部タイプレー
ト３に取り付けられる。本実施例も、燃料棒１を有す
る。チャンネルボックス１１の肉厚は、下部プレナム部
ＬＧの上端から、燃料有効長部の下端を基準にしてその
軸方向全長の１／３の位置までの間で、その他の部分よ
りも厚くなっている。これは、下部プレナム部ＬＧの曲
げ剛性を増加させた燃料棒１を有する燃料集合体におい
て、チャンネルボックスの変形を減少させることに寄与
する。チャンネルボックスの変形は、炉心装荷期間中に
おける中性子照射及びチャンネルボックスの内外の圧力
差により発生する。この変形は、燃料有効長部の下端よ
り燃料有効長部の軸方向全長の１／３の位置で最大とな
る。本実施例は、図２の燃料集合体の効果を得ると同じ
に、燃料集合体の炉心内装荷時におけるチャンネルボッ
クス変形を無駄なく効率的に抑制することができる。

【００４２】現在の沸騰水型原子炉の炉心は、燃料集合
体として図５に示す上部プレナムのみを有する燃料棒を
備えた燃料集合体Ｃだけを装荷して構成される。制御棒
の周囲に配置される４体の燃料集合体で１つのセルが、
構成される。炉心は、このようなセルを複数有する。図
２の燃料集合体の炉心内への装荷は、１つの運転サイク
ルでの原子炉の運転が終了した後の燃料交換時に行われ
る。使用済みの燃料集合体Ｃが炉心から取り出され、替
りに新燃料である燃料集合体Ａ（図２の燃料集合体）が
炉心に装荷される。図１６は、燃料集合体Ａが装荷され
た炉心の状態を示す。炉心内の一部のセル２８Ａは４体
の燃料集合体Ｃを有し、残りのセル28Ｂは４体の燃料集
合体のうち少なくとも１体が燃料集合体Ａを含む。セル
２８Ａには制御棒２６が挿入され、セル２８Ｂには制御
棒２７が挿入される。制御棒２７は、制御棒２６の長さ
Ｌよりも中性子吸収材部の軸方向の長さがＬｐだけ長
い。この長さＬｐは、燃料棒１の下部プレナム６の軸方
向の長さに等しい。制御棒２７を用いることにより、燃
料有効長部が燃料集合体Ｃよりも上方にある燃料集合体
Ａの中性子束も有効に制御できる。制御棒２７は、燃料
交換時に、それまで用いられていた制御棒２６と交換さ
れる。

【００４３】図２の燃料集合体Ａを装荷した原子炉炉心
の他の実施例を図１８に示す。燃料有効長部が低い位置
にある燃料集合体Ｃが装荷されている炉心に、軸方向の
長さがＬｐの下部プレナム６を有する燃料棒１を備え燃
料有効長部の位置が高い燃料集合体Ａを装荷すると、お
互いの燃料有効長部の位置が大きく異なるので、軸方向
で出力分布のミスマッチ大きくなる可能性がある。この
ため、燃料集合体として燃料集合体Ｃだけで構成される
炉心に燃料集合体Ａを直接装荷することはやめ、まず軸
方向の長さがＬｐ／２の下部プレナムを有する燃料棒１
Ｂを備えた燃料集合体Ｂを、燃料交換時にその燃料集合
体Ｃだけで構成される炉心に装荷する。このようにして
得られた燃料集合体Ｂ及びＣで構成された炉心で、次の
運転サイクルでの運転を行う。この運転サイクルの運転
終了後の燃料交換時に、使用済みとなった燃料集合体Ｃ
を炉心から取り出し、燃料集合体Ａを装荷する。このよ
うな燃料交換により、図１８の炉心が得られる。図１８
の炉心は、燃料集合体Ａ及びＢが装荷されているので、
軸方向における出力分布のミスマッチが小さくなる。前
述のような燃料交換は、出力分布のミスマッチを小さな
炉心を得ることができる。その後の運転サイクルの運転
を経て、燃料集合体として燃料集合体Ａ及びＢだけを有
する炉心が構成され、やがて燃料集合体として燃料集合
体Ａだけを用いた炉心を得ることができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、下部プレナム部の曲げ
剛性が大きいので、燃料棒の流動振動を抑制できる。ま
た、曲げ剛性が大きい部分を下部プレナム部に限ってい
るので、ペレット充填部での中性子吸収量が増加せず、
中性子利用率の減少を抑制できる。更に、圧力損失を低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例の燃料集合体に用いる
燃料棒の構造を示し、（ａ）は燃料棒上部の、（ｂ）は
燃料棒下部の各構造図である。

【図２】本発明の好適な一実施例である燃料集合体の側
面図である。

【図３】図１の下部タイプレート付近の拡大図である。

【図４】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造図
である。

【図５】上部プレナムのみを有する燃料棒を備えた従来
の燃料集合体の摩擦圧力損失の軸方向分布を示す特性図
である。

【図６】図２の燃料集合体の摩擦圧力損失の軸方向分布
を示す特性図である。

【図７】燃料スペーサによる局所圧力損失の特性図であ
る。

【図８】本発明に適用される燃料棒の他の実施例の下部
の側面図である。

【図９】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造図
である。

【図１０】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造
図である。

【図１１】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造
図である。

【図１２】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。

【図１３】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。

【図１４】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。

【図１５】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。

【図１６】図２の燃料集合体を装荷した原子炉炉心の局
部平面図である。

【図１７】図１６の炉心に装荷される各制御棒の側面図
である。

【図１８】図２の燃料集合体を装荷した原子炉炉心の他
の実施例の縦断面図である。

【符号の説明】

１…燃料棒、２…下部タイプレート、３…上部タイプレ
ート、４…燃料スペーサ、５…燃料ペレット、６…下部
プレナム、９…被覆管、１０…ペレット支持板、１１…
チャンネルボックス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗原国寿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)発明者別所泰典茨城県日立市幸町三丁目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三丁目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62−291593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 3/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、最下段に位置する前記燃料スペーサの前記燃料集合体の
軸方向に垂直な横断面に対する投影面積が、この燃料ス
ペーサよりも上方に位置する前記燃料スペーサのそれよ
りも小さいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、
前記燃料スペーサが軸方向に６個配置されたことを特徴
とする燃料集合体。
【請求項３】請求項２において、最下段に位置する前記
燃料スペーサと下から二段目に位置する前記燃料スペー
サとの間の間隔が、下から二段目よりも上方に位置する
前記燃料スペーサ相互の間隔よりも大きいことを特徴と
する燃料集合体。
【請求項４】請求項２において、最下段に位置する前記
燃料スペーサと下部タイプレートとの間の間隔が、下か
ら二段目よりも上方に位置する前記燃料スペーサ相互の
間隔よりも大きいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒の束を取り囲むチャンネルボックスと
を備えた燃料集合体において、前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、
前記チャンネルボックスの肉厚が、前記下部プレナムの
上端より上方で厚くなっていることを特徴とする燃料集
合体。