JPH04297894A - 原子炉用燃料集合体および原子炉炉心 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉に用い
る燃料集合体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、沸騰水型原子炉に用いる燃料集
合体１は、図２１に示すように燃料棒２をスペーサ３お
よび上下タイプレート４，５により正方格子状に束ね、
チャンネルボックス６内に装着して、炉心内に装荷して
いる。炉心内では、図２２に示すように燃料集合体は炉
心支持板７に装着された燃料支持金具８および上部格子
板９により一定間隔に配置させる構造となっている。こ
のため、チャンネルボックスの外側寸法があらかじめ設
定された大きさと異なる燃料集合体を装荷することはで
きない。

【０００３】実際には、経済性の向上を目的として高燃
焼度化（濃縮度の増加）や資源の有効利用を目的とした
プルサーマル利用などのために、沸騰水型原子炉用の燃
料は構造の改良が進められ、既存の原子炉に改良された
燃料集合体が装荷されている。これは、チャンネルボッ
クスの外側寸法を変えずに、チャンネルボックスの内部
の構造を変更することによる改良を進めていることで可
能となっている。図２３、図２４は、現行の燃料集合体
と高燃焼度型燃料集合体の断面を比較したものである。 図２３は現行燃料集合体の断面であり、燃料棒とほぼ同
径のウォータロッド１０（内部を冷却材が貫流する中空
の管）を２本配置している。図２４は高燃焼度型燃料集
合体の断面で、中央に燃料棒４本分の領域を占める太径
ウォータロッド１０が配置されている。両者の燃料集合
体では、チャンネルボックスの外側寸法は同一であり、
チャンネルボックス内部に配置されているウォータロッ
ドの断面積を変えている。これは、濃縮度の増加による
核特性の変化すなわちボイド反応度係数の絶対値の増加
や炉停止余裕の減少などの影響を、運転時における水素
と燃料の原子数割合（Ｈ／ＨＭ比）を増加させることに
より低減しているものである。しかしながら、ウォータ
ロッドの断面積を増やすと、図２４にも見られる様に、
燃料棒の本数が減少して線出力密度が増加する、燃料集
合体１体当りのウランの量が減少するなどの問題点もあ
る。

【０００４】沸騰水型原子炉では燃料集合体の取替えに
、燃料集合体のすべてを一度に取替えるのではなく、一
回の定期検査ごとに全体の１／３〜１／４の体数を取替
えるバッチ方式を採用している。従って、新規な燃料集
合体を採用する場合には、過渡的なサイクルでは従来の
燃料集合体と新規な燃料集合体が同じ炉心内に混在する
。両者の燃料の核特性が大きく違う場合には、装荷割合
によって炉心特性が変化し、運転上の制約となる恐れが
ある。このため、異なる燃料組成の集合体を導入する場
合には、燃料の核特性の違いをできるだけ緩和する工夫
が要求される。

【０００５】プルサーマルの場合は、ウラン燃料と同じ
構造の集合体を用いること、あるいはプルトニウムを含
む燃料集合体のウォータロッドの断面積をウラン燃料の
集合体よりも大きくすることが想定されている。同じ構
造の集合体を用いる場合には、プルトニウムを含む燃料
集合体とウラン燃料の集合体の核特性がかなり異なるの
で、プルトニウムを含む燃料集合体の取出燃焼度をウラ
ン燃料に比べて小さくするなどの改善のための工夫が考
えられている。

【０００６】上記のごとく、沸騰水型原子炉では高燃焼
度ウラン燃料やプルサーマル燃料など燃料組成の異なる
燃料集合体を同一プラントに自由に装荷できることが要
求されており、燃料組成の違いによる核特性の差を低減
する燃料集合体とこれを装荷する炉心構成との工夫が要
望されている。

【０００７】一方、現行の沸騰水型原子炉では、電気出
力１１０万ｋＷのプラントで７００〜８００体の燃料集
合体が炉心内に装荷されている。今後建設される新規な
プラントでは、単基の出力を大きくする傾向にあり、炉
心内の燃料集合体の体数は更に増加する。このため、定
期検査時における燃料集合体の取替やシャッフリング（
配置変更）により多くの時間が必要となる。この点を改
善するために、新規のプラントでは燃料集合体を大型化
し、炉心内の燃料集合体の体数を低減することが要望さ
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図２５は従来の沸騰水
型原子炉用燃料集合体と十字型制御棒１１の配置を示し
たものである。沸騰水型原子炉用の集合体は、隣接する
燃料集合体のチャンネルボックス６の間が約１５ｍｍ程
度となる様に一定間隔で配置されている。現行の沸騰水
型原子炉用燃料集合体に装着するチャンネルボックスの
外寸法は１３〜１４ｃｍ程度である。チャンネルボック
スの内側には燃料棒２が正方格子状に配置され、燃料棒
の間には冷却材（軽水）が流れている。チャンネルボッ
クス内部１２を流れる冷却材は燃料棒の熱で沸騰し、二
相流となって流れている。現行の沸騰水型原子炉では、
炉心入口の冷却材はわずかなサブクール度を持つ単相の
水であるが、チャンネルボックス６内部を流れて、燃料
棒２に直接加熱されて、出口では蒸気の体積割合（ボイ
ド率）が７０％程度となっており、チャンネルボックス
内部の平均ボイド率は約４０％である。一方、チャンネ
ルボックスの外側１３を流れる冷却材は、燃料棒に直接
加熱されないため、蒸気を含まない単相の水であり、流
量はチャンネルボックス内部を流れる冷却材よりかなり
少ない（１割程度）。チャンネルボックスの外側１３を
流れる冷却材は、制御棒１１の冷却のほかに、軸方向の
ボイド率の変化によって生じる軸方向出力分布の歪みを
低減すること、集合体上部でも減速材をある程度確保し
てボイド反応度係数の絶対値の低減を図るなどの役割を
果たしている。

【０００９】図２６は、図２５と同じ制御棒の配置で、
断面積が約４倍の大型燃料集合体とした場合の燃料集合
体と制御棒を示したものである（燃料棒とウォータロッ
ドは図示せず）。図２６と比べると、チャンネルボック
スの外側の流路面積が約１／２になっている。従って、
軸方向出力分布の歪みの低減やボイド反応度係数の絶対
値の低減などの役割のために、大型燃料集合体の内部に
外側の流路面積の減少分に相当する非沸騰水領域を設け
る必要がある。非沸騰水領域を設ける方法としては従来
の燃料集合体で用いたと同様にウォータロッドを設ける
ことが考えられる。しかしながら、燃料組成の異なる燃
料物質を用いる場合に、両者の燃料集合体の核特性の違
いを緩和させる方法として、ウォータロッドの断面積や
本数を調整する必要があり、線出力密度の増加や燃料装
荷量の減少など炉心特性上の問題点を生じる。また、従
来の燃料集合体のウォータロッドと異なり、必要な非沸
騰水領域の面積が大きいため、外径の大きなウォータロ
ッドを用いるかもしくはウォータロッドの本数を多くす
る必要がある。外径の大きなウォータロッドの場合には
、ウォータロッドの中央部での熱中性子束の盛上りが大
きくなり、この領域での水による熱中性子の吸収が多く
なって、反応度の損失が生じる。また、ウォータロッド
の本数を多くする場合には、ウォータロッドの被覆管部
分の量が増えて、減速材の量の減少や反応度の損失をも
たらす。従って、大型の燃料集合体を指向し、燃料組成
の異なる燃料集合体を自由に装荷できる炉心を得るため
には、ウォータロッドを用いて調整する方法より更に優
れた工夫がのぞまれる。

【００１０】本発明は上記の状況に対処すためになされ
たもので、プルトニウムを含む燃料とウラン燃料あるい
は濃縮度の高い燃料と濃縮度の低い燃料などの様に、核
特性の異なる燃料組成を持つ燃料集合体を同一プラント
の炉心に装荷して、新たな制限が加わることなく運転可
能とするために、燃料組成による核特性の差を容易に緩
和できる構造の燃料集合体を得ることを目的とするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
チャンネルボックス内に多数本の燃料棒を格子状に束ね
て装着する原子炉用燃料集合体におて、集合体内部に、
上記燃料棒における燃料の組成に応じて断面積が異なる
長方形断面の非沸騰水領域を設けたことを特徴とする。

【００１２】また本発明の第２の発明は、上記非沸騰水
領域を燃料棒を直接冷却する水の流れる沸騰水領域と板
状構造物又は筒形ボックスによって区画するとともに、
上記板状構造物又は筒形ボックスを燃料棒のプレナム部
および上部ブランケット部に対応する高さより低い領域
にのみ設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明では大型燃料集合体の内部で燃料棒を複
数のサブアセンブリに区分し、サブアセンブリ間に板状
構造物あるいは筒状のボックスを設けて、細長い長方形
断面の非沸騰水領域を設け、構造物の配置や寸法を燃料
組成に応じて変更することによって、燃料組成の異なる
燃料物質を用いた燃料集合体間の核特性を違いが緩和さ
れる。しかして、細長い長方形断面の非沸騰水領域の幅
のわずかな変更によって、燃料棒本数を変えず且つ燃料
棒ピッチの変化も小さく、大きな非沸騰水領域の断面積
の調整を容易に行うことができ、またウォータロッドを
非沸騰水領域として大型集合体の内部に導入する場合に
生じるような、水による熱中性子の吸収の増加や構造材
の量の増加などの影響を低減することができる。

【００１４】また第２の発明においては、燃料集合体の
上部で沸騰水流路面積が増加し、内部の流動圧損が減少
される。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。

【００１６】図１、図２は、本発明による燃料集合体の
一実施例であり、チャンネルボックス６の対面する２面
を結ぶ２枚１組の板状構造物１５の２組によって、燃料
棒２を４個のサブアセンブリに区分し、２枚の板状構造
物に挟まれた部分により非沸騰水領域１６が形成されて
いる。本実施例では、ウラン燃料を用いる場合とプルト
ニウムを富化した燃料を用いる場合で、ウラン燃料を装
荷する場合には図１の断面形状を持つ集合体を用い、プ
ルトニウムを富化した燃料の場合には図２の断面形状を
持つ集合体を用いる。この場合チャンネルボックスの寸
法は同一として、２枚の板状構造物１５の間の幅を変え
て非沸騰水領域１６の面積を調整する。すなわち、図２
の板状構造物の間隔ｄ１　′は図１の板状構造物の間隔
ｄ１　より大きくしてある。現行燃焼度の燃料と高燃焼
度燃料（濃縮度の高い燃料）とを用いる場合も同様に、
高燃焼度燃料は用いる集合体の板状構造物の間隔を現行
燃焼度燃料の集合体の板状構造物の間隔より大きくする
。しかして、チャンネルボックスの寸法は同一なので、
同じ原子炉の炉心に混在して装荷することが可能である
。

【００１７】図３は、図１に示す本実施例の燃料集合体
において、２枚の板状構造物の間隔ｄ１　を変えた場合
のボイド反応度係数の変化を、ウラン燃料とプルトニウ
ムを富化した燃料の両方について示したものである。ま
た、図４は、炉停止余裕の変化の主要な要因である冷温
時運転時反応度差の変化を図３と同様にまとめたもので
ある。図３および図４に用いたウラン燃料とプルトニウ
ムを富化した燃料は、取出燃焼度を約４５ＧＷｄ／ｔと
一定にしたものである。図３および図４でウラン燃料と
プルトニウムを富化した燃料の特性を比較すると、プル
トニウムを富化した燃料の場合に非沸騰水領域の幅（２
枚の板状構造物の間隔ｄ１　）を５ｍｍ程度ウラン燃料
の場合に比べて大きくすれば、ボイド反応度係数や冷温
時運転時反応度差はほぼ一致することが分かる。また、
現行燃料で濃縮度の異なる場合にウォータロッドの本数
で核特性を調整している場合には、ボイド反応度係数は
１×１０−４％／Δｋ／ｋ／％ボイド率程度のバラツキ
がある。また、炉停止余裕は設計の基準値に対して通常
０．５〜１％Δｋ程度の余裕がある。これらの裕度を考
慮すると、プルトニウムを富化した燃料の場合に非沸騰
水領域の幅を、ウラン燃料の場合に比べて３ｍｍ程度大
きくすれば十分である。従って、本実施例では図１に示
すように、プルトニウムを富化した燃料を用いる場合に
非沸騰水領域の幅をウラン燃料の場合に比べて大きくす
る。このときの非沸騰水領域の幅の差は３〜５ｍｍ程度
が適切である。

【００１８】このように非沸騰水領域の幅を増加させた
場合には、燃料棒間のピッチをわずかに小さくすること
によってチャンネルボックスの外寸法を一定に保ってい
るが、燃料棒の外径やウォータロッドの外径も併せて変
更することもできる。

【００１９】図５および図６は、取出燃焼度約４５ＧＷ
ｄ／ｔの現行燃焼度ウラン燃料と取出燃焼度約７０ＧＷ
ｄ／ｔの高燃焼度ウラン燃料について、非沸騰水領域の
幅を変えた場合のボイド反応度係数と冷温時運転時反応
度差の変化を示したものである。この燃料集合体では、
取出燃焼度の高い燃料集合体内部の非沸騰水領域の幅を
取出燃焼度の低い燃料集合体に比べて大きくする。例え
ば図５および図６から分かるように、取出燃焼度約４５
ＧＷｄ／ｔと７０ＧＷｄ／ｔのウラン燃料を用いる場合
には、取出燃焼度約７０ＧＷｄ／ｔの燃料集合体におけ
る集合体内部の非沸騰水領域の幅を取出し燃焼度約４５
ＧＷｄ／ｔの燃料に比べて、２〜３ｍｍ程度大きくする
ことにより、ボイド反応度係数や冷温時運転時反応度差
の核特性はほぼ同じ値とすることができる。

【００２０】本実施例では集合体の断面積を現行の沸騰
水型燃料集合体の約４倍（バンドル外寸法が約２５〜３
０ｃｍ）としているが、もちろん４倍の大きさに限る必
要はない。ただし、図２に示す炉心内燃料配列では４倍
以上の大きさとすると、制御棒間の間隔が現行の炉心の
場合より大きくなるため、制御棒による反応度制御能力
が低下する。また、あまり集合体の寸法を小さくすると
、必要なサブアセンブリの数が極めて多くなることや必
要な非沸騰水領域の幅が極めて狭くなるなどの製造上の
問題が生じる。従って、実際的には集合体の断面積は現
行沸騰水型燃料集合体の２〜４倍程度が適切であり、制
御棒の吸収物質に１０Ｂを濃縮したＢ４　Ｃなどを用い
るなどの反応度制御能力を高める工夫を採用しても、６
〜７倍程度が限度である。

【００２１】図７、図８は、本発明の別な実施例による
燃料集合体１と制御棒１１の断面を示したものである。 本実施例では、集合体内部の構造は図１に示す実施例と
同一であるが、制御棒１１を燃料集合体１の四隅に配置
するのではなく、吸収物質を内蔵するウィングを長くし
た大型制御棒１１を２本集合体に隣接して配置すること
により、制御棒の反応度制御能力を低下させずに、制御
棒の本数を約１／２に低減したものである。

【００２２】図９、図１０は本発明の別な実施例を示し
たもので、２枚１組の板状構造物１５を各辺に２組ずつ
計４組設置してあり、燃料集合体は９個の燃料棒サブア
センブリで構成されている。これは、燃料集合体が大型
化したことによる重量増加等に対応して機械的な強度を
改良するものであり、更に１個の非沸騰水領域の幅が大
きくなって、この領域の水による熱中性子吸収によって
生じる反応度損失の低減や非沸騰水領域の均一化によっ
て集合体内部の径方向の出力分布を平坦化するなどの効
果を合せて改善したものである。また、この実施例では
、図１あるいは図７に示す実施例に比べて１個の非沸騰
水領域の幅が小さく、燃料組成に応じて変えるべき１個
の非沸騰水領域の幅の変更量が小さくなる。

【００２３】図１１、図１２は本発明のさらに他の実施
例である。前記までの実施例ではチャンネルボックス６
の対面する二辺を結ぶ２枚の板状構造物で非沸騰水領域
を構成していたのに対し、本実施例では燃料棒２を束ね
たサブアセンブリを取囲む筒型の構造物（以下では小型
チャンネルボックスと呼ぶ）１７を集合体内に複数配置
し、最外周のチャンネルボックス６とこれら小型チャン
ネルボックス１７によって挟まれた領域を非沸騰水領域
１６とするものである。最外周のチャンネルボックス６
と小型チャンネルボックス１７の間および小型チャンネ
ルボックス間は支持材１８により所定の位置間隔を保つ
構造としてある。この場合、最外周のチャンネルボック
スの寸法を一定とし、内部の小型チャンネルボックスと
支持材の寸法を変えることによって、非沸騰水領域の面
積を燃料物質の種類に対応して変更することができる。

【００２４】しかして本実施例では、最外周のチャンネ
ルボックスのすぐ内側の領域に非沸騰水領域を設けるこ
とが可能で、この非沸騰水領域の面積を変えることによ
って実効的に最外周チャンネルボックスの外側にある非
沸騰水領域の面積を変えると同じ効果が得られる。従っ
て、チャンネルボックスの中央付近にある非沸騰水領域
の面積と最外周のチャンネルボックスと隣接している非
沸騰水領域の面積をともに変更することが可能となる。 このことにより、チャンネルボックスの中央付近にある
非沸騰水領域の面積だけを変える場合にくらべて、集合
体内部の径方向出力分布が非沸騰水領域の面積の変更に
よって偏ってピーキング係数が増加する影響を低減する
ことができる特徴を持っている。しかも、最外周のチャ
ンネルボックスの内側と外側ともに非沸騰水領域であり
、内外の水密を確保する必要はなく、構造的な強度も内
部の小型チャンネルボックスで確保することができる。 チャンネルボックスの材料による中性子吸収を低減する
ことや構造的強度への要求度が減少していることなどか
ら、最外周のチャンネルボックスは図１３に示すように
、側面に開口部１９を設けて材料を減らす工夫が考えら
れる。

【００２５】図１４、図１５は本発明の他の実施例であ
り、図１１、図１２に示した実施例と同様な構造である
が、サブチャンネルとそれらを囲む小型チャンネルボッ
クスの数を増やした例である。

【００２６】図１６は図７に示した実施例と同じ構造で
チャンネルボックス内部の非沸騰水領域を構成している
。本発明では、非沸騰水領域の面積を装荷する燃料物質
の種類によって変え、チャンネルボックス６の寸法は一
定としているので、沸騰水領域の面積が変化する。例え
ば、プルトニウムを富化した燃料の場合には非沸騰水領
域の面積をウラン燃料の場合より大きくしているので、
逆に沸騰水領域の面積はウラン燃料の方がわずかに大き
くなる。ウラン燃料に対する沸騰水領域面積の増加分を
効果的に利用する方法として、本実施例では、沸騰水領
域面積の大きなウラン燃料のサブチャンネルでは、図１
６に示すように燃料棒を一定の繰返しで広いピッチｌ１
　と狭いピッチｌ２　で配列する（本実施例では燃料棒
３本ごとに、他より広いピッチを設けている）構造を採
用し、一方プルトニウムを富化した燃料では一定の燃料
棒ピッチで（ウラン燃料で採用した広いピッチの部分を
なくす）配列することにより、サブチャンネルの大きさ
を変えて、燃料組成の違いに対応した沸騰水領域の面積
の調整を行う。

【００２７】図１７は本発明のさらに他の実施例で、直
角に曲げた４個の板状構造物２０でチャンネルボックス
６を構成する。通常のウラン燃料を用いる集合体では図
１７に示すように図７とほぼ同じ断面とするが、プルト
ニウムを富化した燃料の場合には、内部の板状構造物１
５によって内部の非沸騰水領域の幅を大きくするのに加
えて、チャンネルボックスを構成する直角状構造物２０
の寸法ｌを小さくして（図１８）チャンネルボックスの
外側にある非沸騰水領域を拡大するものである。

【００２８】図１９は本発明の他の実施例で、直角に曲
げた板状構造物２１をチャンネルボックスの内部に配置
して、チャンネルボックス内部の非沸騰水領域を構成す
る構造としたものである。

【００２９】ここまでに示した実施例では、プルトニウ
ムを富化した燃料の場合には非沸騰水領域の面積をウラ
ン燃料の場合より大きくしているので、沸騰水流路面積
が狭くなり、流動圧損が大きくなる。ところが、プルト
ニウムを富化した燃料とウラン燃料とを同じ炉心内に配
置する場合には流動抵抗に差がないことが望ましい。こ
の観点より図２０に示す実施例では、両者の燃料集合体
の流動圧損の差を減少させるために、プルトニウムを富
化した燃料を装荷して沸騰水流路面積を狭くした燃料集
合体では、非沸騰水領域を構成する内部の構造板を燃料
集合体の上部でなくす構造が採用されている。

【００３０】非沸騰水領域を設ける理由は、前述のよう
に低温時運転時反応度差の低減やボイド係数の絶対値の
減少および燃料反応度の向上などを達成するためである
。しかしながら、燃料棒の上部には燃料物質のないプレ
ナム領域や天然ウランのペレットを封入したブランケッ
ト領域が設けられており、プレナム領域では燃料が全く
ないため上記の特性には影響しないこと、ブランケット
領域の燃料集合体反応度への寄与は極めて小さく、天然
ウランの場合には濃縮ウランやプルトニウムの場合より
Ｈ／ＨＭ比が小さい方が無限増倍率が向上するなどの観
点から、集合体の上部に非沸騰水領域を設けることは、
濃縮ウランやプルトニウムの燃料を用いている領域（高
さ方向）ほどには重要な役割を果すものとはなっていな
い。逆に、内部の構造板を燃料集合体の上部でなくすこ
とによって沸騰水流路面積を増加させ、集合体の流動圧
損を減少させる効果が得られる。沸騰水型原子炉では燃
料集合体内を冷却材が流れるうちに蒸気を発生するため
、燃料の上部ほどボイド率（冷却材中の蒸気体積割合）
が高く、流動圧損は燃料の上部ほど大きくなる。このた
め、流動圧損の低減のためには、燃料の上部で流路面積
を増やして、圧損の低減を図るのが効果的である。

【００３１】ここで示した実施例では、チャンネルボッ
クス内の燃料棒は複数のサブアセンブリに区分けされて
いる。現行の沸騰水型用燃料集合体では、スペーサによ
って束ねた燃料棒アセンブリにチャンネルボックスが装
着され、チャンネルボックスは着脱可能となっている。 そこで本発明では現行燃料集合体と同様に、複数のサブ
アセンブリをチャンネルボックスから別個に着脱可能と
し、燃料をサブアセンブリごとの取扱いを行なうことに
より以下のような改善も得られる。

【００３２】すなわち、現在の沸騰水型原子炉では、運
転中に炉心内に挿入する制御棒の周囲に反応度の低い燃
料集合体４体を配置するコントロールセルが採用されて
いるが、大型燃料集合体によってコントロールセルを構
成すると、１本の制御棒に対するコントロールセルの面
積が大きくなり、径方向出力分布ピーキングが大きくな
る恐れがある。これに対して、１体の燃料集合体の一部
のサブアセンブリのみを低反応度の燃料とすることによ
り、出力ピーキングを低減することができる。

【００３３】また、現在の沸騰水型原子炉では、炉心最
外周にある燃料集合体は低反応度の燃料を配置して中性
子の炉心からの漏れを低減し、反応度の向上を達成する
燃料配置を採用しているが、大型燃料集合体を装荷する
炉心で、この燃料配置を採用すると、炉心周辺の低反応
度燃料の集まった領域が大きくなり、炉心中央部の出力
が増大して、出力ピーキングが大きくなる。これに対し
て、炉心最外周に配置する燃料集合体の一部のサブアセ
ンブリのみを低反応度の燃料とすることにより、出力ピ
ーキングを低減することができる。

【００３４】さらに、大型燃料集合体を用いる炉心では
、燃焼度が小さく反応度の高い燃料が集まる面積が大き
くなり、炉停止余裕や出力ピーキングが悪化する恐れが
あるが、炉停止余裕や出力ピーキングの悪い領域にある
大型燃料集合体のなかの一部のサブアセンブリを、燃焼
度が高く反応度の低いサブアセンブリと交換することに
より、改善することができる。

【００３５】また、燃料集合体を炉心外に貯蔵する場合
に、燃料集合体が大型なほど未臨界度が小さくなる恐れ
があるが、これに対して、サブアセンブリ単位で貯蔵す
ることにより、未臨界度を大きくすることが可能となる
。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は集合体内
部に、燃料棒における燃料の組成に応じて断面積が異な
る長方形断面の非沸騰水領域を設けたので、燃料組成の
異なる燃料物質を用いた場合でも燃料集合体間のボイド
反応度係数や冷温時運転時反応差等の核特性の違いを緩
和することができ、しかも細長い長方形断面の非沸騰水
領域の幅のわずかの変更によって、燃料棒本数を変えず
かつ燃料棒ピッチの変化も小さく、大きな非沸騰水領域
の断面積の調整を容易に行なうことができ、水による熱
中性子の吸収の増加や構造材の量の増加などの影響を低
減することができる。また、非沸騰水領域を区画する板
状構造物又は筒形ボックスを燃料棒のプレナム部および
上部ブランケット部に対応する高さより低い領域のみに
設けた場合には、燃料集合体の上部で沸騰水流路面積を
増加して、内部の流動圧損を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である燃料集合体と制御棒の
配置を示す断面図であり、ウラン燃料或いは取出燃焼度
の低い燃料に用いた場合を示す。

【図２】プルトニウムを富化した燃料或いは取出燃焼度
の高い燃料を用いた場合を示す、図１と対応する図。

【図３】図１に示す実施例の燃料集合体における、非沸
騰水領域の幅とボイド反応度係数の関係をウラン燃料と
プルトニウムを富化した燃料について示した線図。

【図４】図１に示す実施例の燃料集合体における、非沸
騰水領域の幅と冷温時運転時反応度差の関係をウラン燃
料とプルトニウムを富化した燃料について示した線図。

【図５】図１に示す実施例の燃料集合体における、非沸
騰水領域の幅とボイド反応度係数の関係を現行燃焼度ウ
ラン燃料と高燃焼度ウラン燃料について示す線図。

【図６】図１に示す実施例の燃料集合体における、非沸
騰水領域の幅と冷温時運転時反応度差の関係を現行燃焼
度ウラン燃料と高燃焼度ウラン燃料について示した線図
。

【図７】本発明の他の実施例におけるウラン燃料或いは
取出燃焼度の低い燃料に用いる燃料集合体の断面図。

【図８】プルトニウムを富化した燃料或いは取出燃焼度
の高い燃料を用いた場合を示す、図７と対応する図。

【図９】ウラン燃料或いは取出燃料の低い燃料を用いた
燃料集合体の他の実施例の断面図。

【図１０】プルトニウムを富化した燃料或いは取出燃焼
度の高い燃料を用いた他の実施例の断面図。

【図１１】ウラン燃料或いは取出燃焼度の低い燃料を用
いた燃料集合体のさらに他の実施例の断面図。

【図１２】プルトニウムを富化した燃料或いは取出燃焼
度の高い燃料を用いた燃料集合体のさらに他の実施例を
示す断面図。

【図１３】図１１に示す燃料集合体に用いるチャンネル
ボックスの構造の例を示す図。

【図１４】ウラン燃料或いは取出燃焼度の低い燃料を用
いた燃料集合体の他の一実施例の断面図。

【図１５】プルトニウムを富化した燃料或いは取出燃焼
度の高い燃料を用いた燃料集合体の他の一実施例の断面
図。

【図１６】本発明の一実施例である燃料集合体の断面を
示したもので、ウラン燃料あるいは取出燃焼度の低い（
濃縮度の低い）燃料に用いる図。

【図１７】燃料集合体のチャンネルボックスの他の実施
例を示す図。

【図１８】図１７のチャンネルボックスの変形例を示す
図。

【図１９】本発明の一実施例である燃料集合体のチャン
ネルボックスと非沸騰水領域を構成する直角に曲げた板
状構造物の例を示す図。

【図２０】本発明の一実施例である燃料集合体のチャン
ネルボックスと非沸騰水領域を構成する板状構造物の例
を示す図。

【図２１】沸騰水型原子炉に用いられている燃料集合体
の概略を示す図。

【図２２】沸騰水型原子炉の炉心部の概略を示す図。

【図２３】現行の沸騰水型原子炉用燃料集合体の断面図
。

【図２４】高燃焼度用燃料集合体の断面図。

【図２５】沸騰水型原子炉の炉心における燃料集合体と
十字型制御棒の配置の一部を示す図。

【図２６】断面積が約４倍の大型燃料集合体とした場合
の燃料集合体と制御棒の関係を示す図。

【符号の説明】

１　　燃料集合体 ２　　燃料棒 ６　　チャンネルボックス １０　　ウォータロッド １１　　制御棒 １５　　板状構造物 ２０　　板状構造物 １６　　非沸騰水領域 １７　　筒型の構造物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンネルボックス内に多数本の燃料棒を
   格子状に束ねて装着する原子炉用燃料集合体において、
   集合体内部に、上記燃料棒における燃料の組成に応じて
   断面積が異なる長方形断面の非沸騰水領域を設けたこと
   を特徴とする、原子炉用燃料集合体。
2. 【請求項２】非沸騰水領域を燃料棒を直接冷却する水の
   流れる沸騰水領域と板状構造物又は筒形ボックスによっ
   て区画するとともに、上記板状構造物又は筒形ボックス
   を燃料棒のプレナム部および上部ブランケット部に対応
   する高さより低い領域にのみ設けたことを特徴とする、
   請求項１記載の原子炉用燃料集合体。