(57)【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≧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。
【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９０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−annual 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、１４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１６×１６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１５ｍｍ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＝１２．０ｍｍ
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＝４８８４１ｍｍ2
である。これより、水平方向炉心断面積１００ｍｍ2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）＝１４．６ｍｍ
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）＝１２．３ｍｍ
となり、燃料棒２の間隔は
１２．３−１０．０＝２．３ｍｍ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Ｃ１、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３３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１．９ｍｍ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１．２ｍｍ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１６×１６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０．２４ｍｍ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０．３ｍｍ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３３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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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