JPH01105193A

JPH01105193A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH01105193A
Application number: JP62260810A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ueda; 精植田; Toru Mitsutake; 光武　徹
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
Priority date: 1987-10-17
Filing date: 1987-10-17
Publication date: 1989-04-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は燃料集合体に係り、特に熱的余裕の改善と燃料
経済性を同時に達成することのできる沸騰水型原子炉に
好適な燃料集合体に関する。

（従来の技術）従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ＞の燃料集合体は、第１
７図ないし第１９図に示すように金属製被覆管（図示せ
ず）の内部に核燃料物質を充填した多数の燃料棒３０を
規則正しく配列したものを複数のスペーサ３１により固
定しく燃料バンドル）、その上部に上部タイプレート３
３．下部に下部タイプレート３４を取付けて方形のチャ
ンネルボックス３２の内部に収納されて構成されている
。３５はハンドルである。

そして、沸騰水型原子炉の炉心では、通常１体の十字型
制御棒とそれを取り囲む４体の燃料集合体とで構成され
たセルが規則正しく配置されている。すなわち、ＢＷＲ
の炉心の各燃料集合体および制御棒は、それらの軸が垂
直で互に平行となるように配列され、減速材としての機
能を有する冷却水は炉心の下方から上方に向って流れる
ように構成されている。燃料棒は核分裂反応により発熱
しており、冷却水はその熱を燃′Ｆ３１棒から取り除き
ながら上方（下流）に向って流れている。冷却水の一部
は気化して気泡（ボイド）を発生する。炉心有効部下端
、即ら発熱部下端の近傍では気泡は発生しないが、下端
付近を除くとヂＶンネルボックス内では炉心内のいたる
ところで気泡が発生しており、炉心の軸方向中央部から
上端部にかけては冷却水通路に占める気泡の割合、すな
わちボイド率は非常に高まり、炉心上端近傍では７０％
を越える。ボイド率が高くなると、冷却水通路の軸と直
角方向の断面積はチャンネルボックス内の高さ方向で一
定でおるため、冷却水の流速は必然的に大きくなる。流
路の摩擦抵抗はおおよそ流速の２乗に比例して増加する
ので、流速が大きい（ボイド率が高い）炉心の中央から
上部にかけては冷却水の圧力損失が大きくなる。

単位長さ当たりの圧力損失ΔＰＴ／ΔＺは、下記４つの
要素の和として示される。

ここで、△Ｐｈは位置損失、△Ｐａは加速損失。

ΔＰｆは摩擦損失、△ＰＬはスペーサ等による局所損失
である。スペーサのない区間で最も大きな要素は摩擦損
失であり、次式で表わされる。

ここで、Ｍは冷却材（水）質但流Ｌ　Ａは冷却材流路面
積、Ｐは冷却材密度、７は重力定数、ｆは燃料バンドル
摩擦損失係数、△Ｐｆは燃料バンドル摩擦損失である。

冷却材を流すに要する力は主として再循環ポンプの出口
部の吐出圧によって与えられるので、圧力損失が大ぎい
ことはポンプに大きな動力を与えなければならないこと
であり、機器の大型化と発電効率の低下原因となる。従
って、この圧力損失が低減できれば、ポンプ動力を低減
できることになる。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ□　の目
的は、冷却材の圧力損失の低減により発電効率の向上お
よび燃料に対する熱的制限値に対する余裕を向上させて
燃料の健全性を向上し、さらに炉心の中性子経済性を向
上させ核燃料の有効利用を図った燃料集合体を提供する
ことにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために、上端に上部タイ
プレートを、下端に下部タイプレートを配置し、上部タ
イプレートと下部タイプレートとの間に所定の間隔を隔
てて複数のスペーサを配置し、上部タイプレート、下部
タイプレートおよび複数のスペーサを用いて、多数の燃
料棒を規則正しく配列して燃料バンドルとなし、燃料バ
ンドルの外周に金属製のチャンネルボックスを配置し、
冷却水が燃料棒周辺を燃料棒の軸方向に流れ、燃料棒で
発生する熱を除去するように構成された燃料集合体にお
いて、前記チャンネルボックスはその外形がチャンネル
ボックスの軸方向に一様であり、チャンネルボックス材
の肉厚は冷却水の流れの上流において厚肉とされ、上部
タイプレートが当接する下流端部を除き、下流に向って
漸次薄肉化され、チャンネルボックスの内部の横断面積
が増大するごとく構成されたことを特徴とするものであ
る。

（作　用）本発明の燃料集合体では、冷却水の圧損が大きくなる下
流において、チャンネルボックスの内部を削り、流路面
積を拡大しているので、次の■〜■のような作用・効果
を奏する。

■、圧力損失が効果的に低減できる。このことはポンプ
動力を低減できることであり、直ちに発電の経済性向上
を意味する。また逆にサイクル末期において冷却水の流
ｍを正規以上に上げ、ボイド率を下げることによって炉
心反応度を高め、サイクルの長期化を行うことができ、
このことも発電の経済性向上に繋がる。

■、ヂＶンネルボックス肉厚の減少により減速材の機能
を有する冷却水が占める体積が増大するので、中性子減
速効果が向上し、中性子増倍率が向上する。

■、燃料バンドル内の流路が拡大したことにより冷却水
の流速が低下する。これにより前記■の圧損が低減され
かつ燃料表面の冷却水の流速低下により表面の液膜の剥
離が起こりにくくなり冷却能率が向上するので、燃ＦＩ
健全性が向上する。

■、冷却水の流れの下流において流速が低下する結果、
冷却水とボイドとの移動速度の差、即ちスリップ現象が
増大し、ボイド率が低下する。

■、その結果下流部の出力が増大し、炉心上半部で出力
が低下する傾向のあるＢＷＲの特性が改良され、炉心上
下方向の出力分布が平坦化ので、燃料健全性に対する裕
度が増大する。

■、上述の如く炉心上部でのボイド率が低下するため、
ボイドによる炉心反応度の低下が抑制される。このこと
はわずかではあるが、サイクルの長期化に寄与するので
経済性の向上に役立つ。また、ボイドによる炉心反応度
の低下が抑制されることは、異常時にボイド率が低下し
たときの異常な炉心反応度の上昇がいくらかなりとも抑
制されるので、炉心の安全性の向上に役立つ。

次に、本発明の基本的考え方について説明する。

冷却水の圧損は集合体を軸方向にみると、主として流れ
が二相流となる軸方向下流部で生じる。

従って、軸方向下流部で冷却水の流路を拡大することに
よって、二相流の速度を減少させ、圧力損失の増大を抑
制することができる。

そこで、チャンネルボックスの過剰に厚肉となっている
部分を、応力問題とクリープ問題の両方から検討して、
過剰厚肉部分が流路拡大を必要とする部分（下流）と一
致することに思い至り、本発明を完成した。

ざらに、チャンネルボックスの応力の軸方向分布と中性
子照射とチャンネル内圧に伴なうクリープ現象の軸方向
分布の検討から、チャンネルボックス材の肉厚を調整す
ることにより各種の作用。

効果を有効に発揮できることが明らかとなった。

すなわち、チャンネルボックスは内圧が高い冷却材の流
れの上流部（下端部）では厚くする必要がある。特に、
上流に近くしかも中性子照射量が高くなる部分では、内
圧の継続的な作用により、チャンネルボックスは外側に
向って脹らむチャンネルクリープ現象を生じるので、こ
の部分では薄肉とすることは避けなければならない。

チャンネルボックスの軸方向中央付近は、あまり大きく
ないチャンネル内圧と地震時に発生する応力に対応して
、下端部に比べれば薄くできるが、大幅に薄肉とするの
は避けるべきである。地震時の応力分布は軸方向中央付
近で最大となるが、通常は内圧により発生する応力より
小さい。なお、軸方向中央付近にチャンネルボックスの
厚さに段違い状の変化部分があると、地震時に応力が集
中するので、段違い部は中央付近を避けるべきでおる。

ヂＶンネルボックスの中央より上部では、内圧による応
力も地震時の応力も小さく、また、内圧も小さいのでチ
ャンネルクリープ現象も殆ど起きないので、薄肉とする
ことができる。但し、上部格子に当接する上端付近、す
なわち上部タイプレートに当接する部分ではあまり大き
くはないくむしろ小さいながら）応力が地震時に発生す
る。従って、巨大地震が予想される地域ではチャンネル
ボックスの上端付近はやや厚肉化した方がよいと考えら
れる。

いずれにしても、軸方向分布からみた減肉可能部分は、
圧力損失対策としてチャンネル内部の面積を特に拡げた
い部分とほぼ一致するため、本発明により前述の如く多
くの共鳴的相乗的な作用・効果が生ずる。

（実施例）本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の主要構成要素をなす
チャンネルボックスの縦断面図、同図（Ｂ）〜（Ｄ）は
第１図（Ａ）のト８線〜Ｄ−Ｄ線に沿う横断面図、同図
（［）は第１図（＾）のＥ−Ｅ方向からみたスペーサ当
接部の正面図、同図（Ｆ）は同図（Ｇ）のＦ−Ｆ線に沿
う本発明の一実施例の平面図、同図（Ｇ）は第１図（Ｆ
）のＧ−Ｇ線に沿う縦断面図（ただし燃料棒を省略して
いる）である。

本実施例の燃料集合体は、第１図（Ｆ）に示すように、
外形−様のチャンネルボックス１内の中央部に９木の燃
料棒４に相当する太い角筒状水棒３を配置し、チャンネ
ルボックス１の他のスペース部分には燃料棒４を９行９
列規則正しく配置した構成としたものである。

上記角筒状水棒３はその外側面が冷却水の下流が拡大す
るように、下流側でその肉厚３ａを削って薄肉３ｂとし
ており、また、上記チャンネルボックス１の内面は第１
図（八）〜（Ｄ）に示すように、下流に向ってｌａ、　
ｌｂ、　ｌｃと薄肉化され、内面積を拡大している。薄
肉化しただけではバンドルは下部を除き水平方向の押え
がないので不安定となる。そこで、これを避けるために
薄肉個所にスペーサ当接部２をチャンネルボックス１の
内面に局所的に取り付けてあり、この薄肉個所でバンド
ルの水平方向位置を固定させている。

また、太い角筒状の水棒３（内部に非沸騰水の減速材が
緩やかに下流に向って流れている）がバンドル中央に配
置されているが、この水棒３も沸騰冷却水の流路を拡大
するように外側面が下流に向って削られ薄肉化されてい
る。

次に、本発明による作用をチャンネルボックスに働く応
力面から説明する。

冷却水は第２図（＾）に示すように、チャンネルボック
ス内外を流れるが、チャンネルボックス内外の水圧差で
発生する応力△Ｐは同図（Ｂ）のように上流はど大ぎい
。また、地震時発生応力σは水平振動と考えられるが、
ヂＶンネルボックス下端はほぼ固定端になっているが、
上端は多少可変するので同図（Ｃ）のようになる。。し
たがって、応力σの最大は中央よりやや上方にシフトし
ている。

そこで、チャンネルボックスに働く応力の合成を求める
と、合成応力ΔＰ十σは第２図（０）に示すようになる
。そして、合成応力についてのこの範囲までの解析では
チャンネルボックスの内面を削るかその外面を削るかは
さして重要な問題ではなく、どららを削ってもよい。

第３図は第２図の応力にざらにチャンネルクリープ現象
を加味して本発明のチャンネルボックスに働く応力を説
明するための図である。

第３図（Ａ）は通常の燃料集合体の概略構成図であり、
図示の燃料集合体は燃料棒４をスペーサ５で規則正しく
配置した燃料バンドルをチャンネルボックス１内に収納
し、その下端に下部タイプレート６を、またその上端に
上部タイプレート７を取り付けている。

ところで、チャンネルクリープ現象は内外圧力差と中性
子照射により生じるが、この現象の生じ易い範囲は第３
図（Ｂ）で示すように、上流側の（イ）の範囲であるか
ら、この部分より上流側のチャンネルボックス１の肉厚
は厚くされている。

これ以降の下流側の合成応力はほぼ横ば（１）となり、
また下流側はぼ１７３日以降ではさらに合成応力は小さ
くなるので、チャンネルボックスの肉厚は合成応力の低
下に伴ない階段的に薄くされている。

第４図は本発明のチャンネルボックスを熱水力的に説明
するための図である。第４図（＾）は燃料集合体の特に
スペーサ配置図を示し、同図ＣＢ）は従来のチャンネル
ボックスの断面図、同図（Ｃ）は本発明のチャンネルボ
ックスの断面図を示したものである。ざらに、第４図（
０）は本発明のチャンネルボックスを適用した場合のボ
イド率分布曲線（破線）と従来のチャンネルボックスを
適用した場合のボイド率分布曲線（実線）を比較したも
のであり、本発明の方がボイドの水相からのスリップに
よりわずかながらボイド率が下っている。また、両者の
冷却水のインチヤンネル圧力損失曲線は第４図（Ｅ）に
示す通りであり、本発明（破線）の方が、従来（実線）
のものと比べて圧力損失は小さい。

第５図は本発明のチャンネルボックスを用いた燃料集合
体内の冷却水による作用を説明するものである。すなわ
ら、同図（Ａ）に示すように、本発明によれば、チャン
ネルボックス内面および燃料集合体の中心部に位置する
角筒状水棒３の外表面を削っているので、燃料棒の間隙
内にあφ沸騰冷却水の局所的な流れは＊印方向に流れる
。これらの流れによって、バンドル内部の軸方向流速が
低下し、燃料棒４の表面から液膜の剥離現象が起き難く
なる。このため第５図（８）に示すように、本発明（実
線）は従来のもの（点線）に比べて熱的限界出力が向上
する。

また、従来のチャンネルボックスの厚さは２．０〜３．
０ｍｍ厚であり、軸方向場所によっては’１ｍｍ１ｍｍ
厚以下る場合もある。一方、水棒はもともと１．０〜１
，５叩厚程度であり、薄いところでも０．５ｍｍ厚以下
にするのは機械的強度上支障を来たす。

したがって、第６図でＡ１点より右まで水棒を薄くして
流路面積を拡大することはできない。チャンネルボック
スはＡ２点よりざらに減肉が可能になる。したがって、
合成効果はＡ３点で直線二から直線ハのように曲がり直
線イと平行に右上がりとなる。すなわち、第６図に示す
ように、本発明ではチャンネルボックス内面を削る効果
である直線イと水棒外側面を削る効果でおる直線口を合
成した効果として直線ハが得られる。

しかして、無限増倍率にωの増大は流路拡大面積（合成
値）に略々比例するので、本発明の燃料集合体はサイク
ル長期化が図られ、経済性が向上する。また、炉心上半
部での減速材としての冷却水の量が増加するので、炉心
上半部での出力が上貸し、出力分布が第７図の点線で示
すように平坦化し、従来のものく実線）に比べて燃料健
全性が向上する。

第８図は本発明の第２の実施例の縦断面図である。本実
施例では図に示すように、チャンネルボックス１と下部
ノズル１０が一体に結合されており、下部タイプレート
６と下部ノズル１０は分離可能に構成されている。した
がって、このような燃料集合体では、上部タイプレート
７に取り付けられるバンドルを、チャンネルボックス１
内に挿抜する構成とする。このため、チャンネルボック
ス１の内面を削って薄くした部分ではチャンネルボック
ス１の当接部９をスペーサ８に取り付ける。このスペー
サ８は第１０図に示すように、その外周部の両側部にそ
れぞれチャンネル当接部９が形成されている。そして、
スペーサ８の外周の当接部９はチャンネルボックス上部
では大幅に外へ脹らまし、チャンネルボックス下部では
従来のようにわずかに脹らますように構成されている。

なお、１３は７０−タブである。

第９図（＾）は本発明の第３の実施例の主要構成要素を
なすチャンネルボックスの縦断面図、同図（Ｂ）〜（［
））は第９図（Ａ）のト８線〜［）−Ｄ線に沿う横断面
図、同図（Ｅ）は第９図（Ｂ）のＥ部分の拡大図である
。

本実施例では前記実施例と同様に上流側から下流側にか
けてチャンネルボックス１１の肉厚を同図（Ａ）　〜（
Ｄ）に示すように１１ａ、　ｌｌｂ、　ｌｌｃと階段的
に薄くなるように構成している。そして、本実施例の特
徴的なものｉま、同図（［）に示すように、チャンネル
ボックス１１の内側にスペーサのチャンネルコーナが通
れる程度の切込み溝１２を設けていることでおる。これ
によりチャンネルボックス１１の着脱とバンドルのチャ
ンネル内の横ゆれ防止が同時に達成される。この溝１２
は最下部のスペーサ（第４図（＾）のｓｐｉ　＞の位置
よりわずか下方まで設ける。しかし、この溝１２はアウ
トチャンネルへのリータフロ一対策と大きな内圧に対応
するためチャンネルボックス１１の下部までは設けない
。チャンネルボックス内部のコーナ部はインチヤンネル
の冷却材内圧のため外向きの大きな応力が発生するので
、厚肉１１ａとする。つまり溝１２が設けられる部分は
コーナ部外向応力とコーナ近傍を除く側面部内側応力と
の釣合い部となるので、応力は小ざく、従って薄くでき
る。これによってチャンネル当接部（スペーサ固着）の
通過部となる溝１２を形成できる。（なお、この理由の
詳細は後記する第１３図で説明する。）それに続く部分
は内圧に対応して内側向の応力が発生するので、上部の
ように薄肉にすることはできない。

第１１図は本発明の第４の実施例の縦断面図である。本
実施例のチャンネルボックス１４の厚さは軸方向で階段
的に２段（１４ａ、　１４ｂ）に構成されている。

このにうなチャンネルボックス１４は耐震性が強く要求
されるプラントで有効である。すなわら、圧損低減の効
果はやや低下するが、肉厚がチャンネルボックス上部で
も比較的厚いので、横向応力に強い。また、本実施例の
縦溝１５の深さはチャンネルボックス上部の肉厚の厚さ
１４ｂと同じであり、この縦溝１５にスペーサのチャン
ネル当接部が挿入される。

第１２図は本発明の第５の実施例であり、同図（Ａ）及
び（Ｂ）は本実施例の主要構成要素をなすチャンネルボ
ックスの縦断面図、すなわち同図（Ｃ）〜（Ｅ）の八−
Ａ線またはＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、同図（Ｃ）〜（Ｅ
）は同図（Ａ）、（Ｂ）のＣ−Ｃ線〜Ｅ−Ｅ線に沿う横
断面図、同図（Ｆ）、　（Ｇ）および（Ｈ）はそれぞれ
本発明の第５の実施例の縦断面図、炉心上部の水平方向
の平面図および炉心下部の水平方向の平面図である。

チャンネルコーナを面とり型またはコーナの曲率半径を
大きくするとコーナ部に発生する内圧に基づく応力の最
大値が低減する。本実施例ではこの考えを加えて、チャ
ンネルボックス１６の肉厚を更に薄くするものである。

この場合、バンドルコーナの燃料棒は同図（Ｇ）および
（［１）に示すように取り除くかれる。炉心上部では応
力は小さいので、同図ＣＢ）に示すように従来形と同様
にチャンネルコーナは面とり型にされていない。チャン
ネルボックス１６の肉厚は、同図（＾）及び（Ｂ）に示
すように上流側から下流側の方に１６ａ、　１６ｂ、　
１６ｃと薄肉とされている。これにより、コーナ部の冷
却水流路が拡大され、冷却水の流速が低減して圧損が低
減し、燃料健仝性が向上し、ボイド率もボイドのスリッ
プ減少により幾らか低下する。なお、１７は燃料バンド
ル、１８はスペーサ、１９はチャンネル当接部、２０は
水棒である。

第１３図はチャンネルボックス内の冷却水の内圧に基づ
く応力分布図でおる。すなわち、同図において、実線イ
は従来のチャンネルボックス、点線口は本発明のチャン
ネルボックス（コーナのＲが大きいもの）、−点鎖線ハ
は本発明のチャンネルボックス（コーナ面とすしたもの
）の対内圧応力分布図である。図から分かるように、ス
ペーサのチャンネル当接部通過用溝が設けられている個
所はいずれも応力が小さくなる部分であるから縦溝を形
成しても何ら問題とならない。

第１４図は本発明の第６の実施例の平面図であり、チャ
ンネルボックス１内に十字状チャンネル２２を設け、こ
の十字状チャンネル２２とチャンネルボックス１とで区
切られるスペースに４行４列のサブバンドル２１がそれ
ぞれ１個づつ配置された構成となっている。十字状チャ
ンネル２２内には非沸騰冷却水が、またサブバンドル２
１内には沸騰冷却水が流れている。このサブバンドル２
１内を流れる沸騰冷却水の流路が下流に向って拡大する
ようにチャンネルボックス１の内側は減肉されている。

すなわち、チャンネルボックス１の肉厚は上流側で厚く
、下流側で薄くなるように階段的に構成されているが、
図では省略されている。

ところで、サブバンドルは４行４列に限らずだの形式の
サブバンドルも適用できるし、またチャンネルボックス
内の非沸騰水領域も例えば中央部にざらに太水棒を配置
する等各種の変形が考えられる。

第１５図は本発明の第７の実施例の平面図であり、外形
−様のチャンネルボックス１内の中央部に９木の燃料棒
４に相当する太径水棒２３を配置し、チャンネルボック
ス１の他のスペース部分には燃料棒４を９行９列規則正
しく配置した構成としたものである。

この燃料集合体の構成ではチャンネルボックス１とコー
ナ燃料棒４ａとの冷却水２８ａの流れが悪化し、また太
径水棒２３まわりの冷却水２８ｂの流れが過大となる傾
向にあるが、本発明では内側面を減肉したチャンネルボ
ックス１および外側面を減肉した太径水棒２３を採用す
ることにより前記の冷却水の流れの非均−が改善される
。

第１６図は本発明の第８の実施例の平面図である。

図に示すように、チャンネルボックス１内の中央部に４
本の燃料棒４に相当する角筒状水棒２４を４５度傾斜し
て配置し、この角筒状水棒２４にざらに十字状チャンネ
ル２５を設け、この角筒状水棒２４と十字状チャンネル
２５とチャンネルボックス１とで区切られるスペースに
４行・４列のサブバンドル２６（ただし丈ブバンドルの
最内側の１本の燃料棒は角筒状水棒のために取り除かれ
ている）がそれぞれ１個づつ配置された構成となってい
る。角筒状水棒２４と十字状チャンネル２５内には非沸
騰冷却水が、またサブバンドル２６内には沸騰冷却水が
流れている。このサブバンドル２６内を流れる沸騰冷却
水の流路が下流に向って拡大するようにチャンネルボッ
クス１の内側は削り減肉されている。十字状チャンネル
２５および角筒状水棒２４も同様に漸次削り減肉されて
いる。ざらに角筒状水棒２４の各コーナ部には通水孔２
７が設けられている。流路が拡大すれば、炉停止余裕の
向上と圧損低減、ボイド係数の改善、出力（軸方向）分
布改善が図れる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の燃料集合体はチャンネル
ボックスの内面を削り下流側はど薄クシて流路面積を拡
げているので、冷却水の流速が低下し、冷却水圧損低減
、熱的限界出力の向上および高出力時の反応度向上等の
に顕著な効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の主要構成要素をなす
チャンネルボックスの縦断面図、同図（８）〜（Ｄ）は
第１図（Ａ）のＢ−Ｂ線〜［）−［）線に沿う横断面図
、同図（Ｅ）は第１図（＾）のＥ−Ｅ方向からみたスペ
ーサ当接部の正面図、同図（Ｆ）は同図（Ｇ）のＦ−Ｆ
線に沿う本発明の一実施例の平面図、同図（Ｇ）は第１
図（Ｆ）のＧ−Ｇ線に沿う縦断面図、第２図（＾）〜（
Ｄ）は本発明の詳細な説明するための図、第３図（Ａ）
〜（Ｃ）は本発明に係るチャンネルボックスに働く合成
応力を説明するための図、−第４図（Ａ）〜（Ｅ）は本
発明のチャンネルボックスを熱水力的に説明するための
図、第５図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の燃料集合体の
作用を説明するための図、第６図は高温出力運転時にお
ける無限増倍率と沸騰冷却水流路拡大面積との関係を示
す図、第７図は炉心軸方向の相対出力分布図、第８図は
本発明の第２の実施例の縦断面図、第９図（Ａ）は本発
明の第３の実施例の主要構成要素をなすチャンネルボッ
クスの縦断面図、同図（Ｂ）〜（０）は第９図（＾）の
Ｂ−Ｂ線〜Ｄ−［）線に沿う横断面図、同図（Ｅ）は第
９図（Ｂ）の１部分の拡大図、第１０図は第９図で使用
されるスペーサの概略図、第１１図は本発明の第４の実
施例の縦断面図、第１２図は本発明の第５の実施例であ
り、同図（Ａ）及び（Ｂ）は本実施例の主要構成要素を
なすチャンネルボックス、すなわち同図（Ｃ）〜（Ｅ）
のＡ−へ線またはト８線に沿う縦断面図、同図（Ｃ）〜
（Ｅ）は同図（Ａ）、　（Ｂ）のＣ−Ｃ線〜Ｅ−Ｅ線に
沿う横断面図、同図（Ｆ）、　（Ｇ）および（１１）は
それぞれ本発明の第５の実施例の一部縦断面図、炉心上
部の水平方向の平面図および炉心下部の水平方向の平面
図、第１３図はチャンネルボックス内の冷却水内圧に基
づく応力分布図、第１４図〜第１６図はいずれも本発明
の第６〜第８の実施例の平面図、第１７図は従来の燃料
集合体の斜視図、第１８図は第１７図の燃料集合体の縦
断面図１．第１９図は第１８図の燃料集合体の横断面図
である。１、１１．１４．１６．・・・チャンネルボックス２、
９．１９・・・当接部３、２０．２３．２４・・・水棒４・・・燃料棒５、８．１８・・・スペーサ６・・・下部タイプレート７・・・上部タイプレート１０・・・下部ノズル１２、１５・・・溝１３・・・フロータブ１７・・・燃料バンドル２１、２６・・・サブバンドル２２、２５・・・十字状チャンネル２７・・・通水孔（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ばか　
１名）（Ｄン勾腎　　０　　　猷オ（Ａ）浄却木ミ糺１ＣＢ）第５図第４図ＣＢ）第１Ｏ図第１１図（Ａ）　　　　　　　　　　（Ｂ）第１２図第１３図男　１４ｉｆｉ！１５１ｍ第　１６　因第１７図第１９図第１８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）上端に上部タイプレートを、下端に下部タイプレ
ートを配置し、上部タイプレートと下部タイプレートと
の間に所定の間隔を隔てて複数のスペーサを配置し、上
部タイプレート、下部タイプレートおよび複数のスペー
サを用いて多数の燃料棒を規則正しく配列して燃料バン
ドルとなし、燃料バンドルの外周に金属製のチャンネル
ボックスを配置し、冷却水が燃料棒周辺を燃料棒の軸方
向に流れ、燃料棒で発生する熱を除去するように構成さ
れた燃料集合体において、前記チャンネルボックスはそ
の外形がチャンネルボックスの軸方向に一様であり、チ
ャンネルボックス材の肉厚は冷却水の流れの上流におい
て厚肉とされ、上部タイプレートが当接する下流端部を
除き、下流に向つて漸次薄肉化され、チャンネルボック
スの内部の横断面積が増大するごとく構成されたことを
特徴とする燃料集合体。
（２）チャンネルボックスの肉厚は、全長Ｌのうち冷却
水の上流側先端から１／４Ｌないし１／３Ｌまでは厚肉
とされ、下流側末端から少なくとも１／４Ｌまでは上部
タイプレートが当接する下流端部を除き薄肉とされ、チ
ャンネルボックス内部の横断面積が増大するごとく構成
されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
料集合体。
（３）冷却水を導入させる下部ノズルが下部タイプレー
トと一体不可分に構成され、燃料バンドルとチャンネル
ボックスとの組み合わせがチャンネルボックスの着脱に
よって行なわれる燃料集合体においては、チャンネルボ
ックス材の肉厚が最大の部分を除き、スペーサがチャン
ネルボックス内面において当接する位置にスペーサ当接
部をチャンネルボックス内面に固設し、チャンネルボッ
クス内の燃料バンドルの軸と直角方向位置を正しく保持
する構成としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の燃料集合体。
（４）冷却水を導入させる下部ノズルとチャンネルボッ
クス下端とが固着され、該下部ノズルと下部タイプレー
トとが分離可能に構成され、燃料バンドルとチャンネル
ボックスとの組み合せが燃料バンドルの挿抜によつて行
なわれる燃料集合体においては、チャンネルボックス材
の肉厚が最大の部分を除き、スペーサ外周部にチャンネ
ルボックス内面当接用のチャンネル当接部を装着させ、
チャンネルボックス内の燃料バンドルの軸と直角方向位
置を正しく保持する構成としたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の燃料集合体。
（５）チャンネルボックス材の肉厚が最小の部分を除く
厚肉部分では、チャンネルボックスのコーナ部と平板部
で隣接するコーナの中心との間のチャンネルボックス内
部の冷却水圧力によつて発生する応力が低下する部位に
おいて、チャンネル材が内側から削られ、スペーサのチ
ャンネル当接部の通路が形成されたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
（６）方形に構成された燃料バンドルの各コーナ部の燃
料棒を全て除去し、それに対応して方形に構成されたチ
ャンネルボックスのコーナ部を面とり状ないしコーナ部
の曲率を、コーナ燃料棒の挿入が不可能となる程度に緩
和し、それによって低減されるチャンネル内部の冷却水
圧力によつて発生する応力の減少分に見合うだけチャン
ネルボックス材の肉厚を低減したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
（７）燃料バンドル内部に配置された水棒は、その水棒
外側面を冷却水の下流の流路が拡大するごとく削つて薄
肉としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
燃料集合体。