(57)【要約】【課題】燃料棒配列の最外層に位置する燃料棒の核分裂性物質装荷量を増大させる場合でも、その最外層に位置する燃料棒の熱的余裕を向上できる燃料集合体を提供する。【解決手段】燃料集合体では、核分裂性物質を含む複数の燃料棒が燃料スペーサで束ねられる。燃料集合体の横断面の中央部に配置された２本の太径の水ロッドを取り囲んで燃料棒が１０行１０列に配置される。流動抵抗体１５が燃料棒の一部である部分長燃料棒の上端部で上記横断面の中央部に配置される。流動抵抗体１５は、抵抗部材１６を、流動抵抗体１５の対角線方向で、６行６列に配列した丸セル９の相互間にそれぞれ配置している。抵抗部材１７が流動抵抗体１５の周辺部の丸セル９間に配置される。抵抗部材１６，１７の設置により、燃料集合体の横断面での内部領域の圧力損失が増大し、内部領域を取り囲む外部領域での気液二相流の流量が増加する。【選択図】図１
2014126516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核分裂性物質を含む複数の燃料棒と、前記燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、前記燃料棒の上端部を保持する上部タイプレートと、前記複数の燃料棒を束ねる複数の燃料スペーサと、前記上部タイプレートに取り付けられて前記下部タイプレートに向かって伸びており、前記燃料スペーサで束ねられた前記複数の燃料棒を取り囲むチャンネルボックスと、前記燃料棒が貫通して冷却材が通る流路が形成された流動抵抗体とを備え、
前記流動抵抗体で保持される前記燃料棒の本数がＲおよび燃料集合体内の全ての前記燃料棒の本数がＡであって、前記流動抵抗体の、前記上部タイプレート側からの投影面積Ｓａの、燃料集合体内の全ての前記燃料棒を保持する前記燃料スペーサの、前記上部タイプレート側からの投影面積Ｓｂに対する投影面積率Ｃが下記の式（１）で定義されるとき、前記投影面積率Ｃが１．５〜５，２の範囲内にあることを特徴とする燃料集合体。
Ｃ＝（Ｓａ／Ｓｂ）×（Ａ／Ｒ）          ……（１）
【請求項２】
前記燃料棒が、複数の第１燃料棒、および前記第１燃料棒よりも軸方向の長さが短い複数の第２燃料棒を含んでおり、前記流動抵抗体は、前記第２燃料棒の両端である前記上部タイプレート側の第１端および前記下部タイプレート側の第２端のうち前記第１端よりも前記下部タイプレート側に配置されている請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記チャンネルボックスの軸心に垂直な方向における前記燃料集合体の断面において、前記流動抵抗体が、前記チャンネルボックス内の全ての前記燃料棒を含む燃料棒配列の最外層領域よりも内側に配置されている請求項１または２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記流動抵抗体は、前記チャンネルボックスの軸心に垂直な方向の断面が正方形状の前記チャンネルボックスの対角線方向において、前記燃料棒相互間に、前記燃料棒相互間に形成される冷却材流路を遮る抵抗部材を配置している請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記流動抵抗体が、正方格子状に配置されて結合され、内部に前記燃料棒が挿入される複数の丸セルを有し、前記抵抗部材が、前記チャンネルボックスの対角線方向において隣り合う前記丸セル間に配置されてこの丸セルに取り付けられている請求項４記載の燃料集合体。
【請求項６】
前記流動抵抗体の形状は格子状をしており、前記流動抵抗体は、格子の各交点に、前記燃料棒相互間に形成される冷却材流路を遮る抵抗部材を配置している請求項３に記載の燃料集合体。
【請求項７】
前記流動抵抗体は、前記チャンネルボックスの軸心に垂直な方向の断面が正方形状である前記チャンネルボックス内に配置されて前記チャンネルボックスの内面に接触するバンド部材、前記複数の燃料棒の配列と同じ配列で前記バンド部材内に配置された複数の丸セル、および前記チャンネルボックスの軸心に垂直な方向の断面において前記複数の燃料棒の配列の最外層領域よりも内側に配置されて前記チャンネルボックスの対角線方向において前記丸セル相互間に配置され、前記燃料棒相互間に形成される冷却材流路を遮る抵抗部材を有している請求項１または２に記載の燃料集合体。
【請求項８】
前記流動抵抗部材において、前記抵抗部材が配置された領域に存在するそれぞれの前記丸セルの軸方向の長さが、前記抵抗部材が配置された領域以外に存在するそれぞれの他の前記丸セルの軸方向の長さよりも長くなっている請求項７に記載の燃料集合体。
【請求項９】
前記流動抵抗体は、前記チャンネルボックス内に配置されて前記チャンネルボックスの内面に接触するバンド部材、前記バンド部材の内側であって前記チャンネルボックスの軸心に垂直な方向の断面において前記複数の燃料棒の配列の最外層領域よりも内側に配置された格子状抵抗体、および前記格子状抵抗体を取り囲んで前記バンド部材の内側に配置され、前記燃料棒が挿入される複数の丸セルを有しており、
前記格子状抵抗体は、格子の各交点に、前記燃料棒の相互間に形成される冷却材流路を遮る抵抗部材を配置している請求項１または２に記載の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料集合体に係り、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の炉心には、四角筒であるチャンネルボックス内に燃料バンドルを収納して構成される複数の燃料集合体が装荷されている。各燃料バンドルは、ウランを含む複数の燃料ペレットを封入した多数の燃料棒、燃料棒の上端部を支持する上部タイプレート、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレート、および燃料棒の相互間の間隔を保持する複数の燃料スペーサを有する。燃料スペーサの一例が、特開昭６２−１０５０８２号公報に記載されている。一般に、これらの燃料スペーサは、燃料棒の曲がり等を防ぐために燃料棒を保持する目的で燃料集合体の軸方向に所定の間隔を置いて設置される。沸騰水型原子炉では炉心に装荷された燃料集合体内で冷却水が沸騰して冷却水の一部が蒸気になり、冷却水および蒸気を含む気液二相流が燃料集合体内を上昇する。気液二相流に含まれる蒸気は、原子炉内の気水分離器および蒸気乾燥器によって冷却水から分離される。分離された蒸気は、原子炉から発電機に連結されたタービンに供給される。
【０００３】
炉心内において燃料棒の表面が冷却水の液膜で覆われている状態であれば、燃料棒の除熱が健全に行われるが、燃料棒の表面が常に蒸気に接する状態になった場合には、燃料棒の除熱が悪化するために燃料棒の表面温度が上昇する。この表面温度の上昇を防止するため、燃料棒表面には液膜が常に存在する状態にする必要がある。
【０００４】
気液二相流に含まれる蒸気の割合が増加する燃料集合体の上部において、燃料棒表面に液膜が現れ、そして、燃料棒相互間には蒸気と液滴が存在する環状噴霧流と呼ばれる状態が生じる。蒸気中の液滴の、燃料棒表面の液膜への付着、およびその液膜から蒸気中への液滴への飛散が繰り返されながら、気液二相流が燃料棒相互間を上昇する。燃料棒表面に形成される液膜を維持するためには、積極的に蒸気中から液膜に液滴を付着できればよい。この結果、燃料集合体の熱的余裕を向上させることが可能になる。
【０００５】
燃料スペーサは、燃料棒相互間に形成される冷却水流路を上昇する気液二相流の流れを乱す機能を有するために、蒸気中の液滴を燃料棒表面の液膜に付着させる効果を増大させる。しかしながら、燃料スペーサの、冷却水流路内の気液二相流を乱す機構は大きな圧力損失を生じる。この大きな圧力損失は燃料集合体内を上昇する冷却水の流量を低下させる原因となる。燃料スペーサの圧力損失は、冷却水流路を塞ぐ燃料スペーサの投影面積と関係がある。このため、燃料スペーサの冷却水流路への投影面積を小さくして圧力損失を小さくしながら、燃料集合体内の気液二相流の流れを乱すことにより燃料集合体の熱的余裕の向上が図られてきた。
【０００６】
また、複数の燃料棒の一部を部分長燃料棒にしている燃料集合体では、部分長燃料棒の使用により燃料集合体の圧力損失を低減している。部分長燃料棒の採用により、燃料集合体内において部分長燃料棒上端よりも上方に燃料棒が存在しない空間が形成されて圧力損失が低減され、冷却水が燃料集合体内を流れやすくなる。しかしながら、部分長燃料棒の採用は、蒸気と一緒に燃料集合体から流出する液滴の量も増大する。
【０００７】
特開２０１０−１４５２３２号公報に記載された燃料集合体では、部分長燃料棒が燃料棒配列の最外層およびチャンネルボックス内面から二層目を除いた内側の領域である内部領域に配置され、これらの部分長燃料棒が配置される内部領域で部分長燃料棒の上端よりも上方に、燃料集合体の軸心に垂直な方向における大きさが標準燃料スペーサよりも小さい部分燃料スペーサが配置されている。標準燃料スペーサは燃料集合体内の全燃料棒を支持している。これに対して、部分燃料スペーサは、燃料集合体内の全燃料棒の一部である、内部領域に配置された燃料棒を支持している。部分燃料スペーサは、部分長燃料棒の上方の空間内に存在する液滴を燃料棒表面の液膜に付着させ、燃料集合体外に流出する液滴の量を低減する。また、部分燃料スペーサの設置により、燃料集合体の圧力損失の増大を最小限としている。
【０００８】
特開２００１−３１８１８２号公報に記載された燃料集合体は、二種類の燃料スペーサにより複数の燃料棒を支持し、燃料棒のドライアウト余裕の増大および燃料集合体の圧力損失の低減を図っている。この二種類の燃料スペーサは、低圧力損失の燃料スペーサおよびミキシング効果が大きな燃料スペーサである。後者の燃料スペーサは直交して設けられた格子板の交点付近で格子板に冷却水を旋回させる羽根を設けており、前者の燃料スペーサはその羽根を設けていなく低圧力損失化を図っている。低圧力損失の燃料スペーサおよびミキシング効果が大きな燃料スペーサは、燃料集合体の軸方向に交互に配置される。
【０００９】
さらに、炉心内に装荷された隣接する燃料集合体の相互間は水ギャップ領域（チャンネルボックスの外側の領域）には飽和水が存在し、燃料集合体内には気液二相流が存在するため、燃料棒内の核分裂性物質の核分裂で発生した中性子は水ギャップ領域において減速しやすい。Ｕ−２３９の核分裂を引き起こす中性子の多くが水ギャップ領域から燃料集合体内に供給される。この結果、燃料集合体の横断面（燃料集合体の軸心に垂直な方向での断面）における外周部の出力が増大する。この外周部の熱的余裕が厳しいため、一般的な沸騰水型原子炉の燃料集合体では、外周部に配置された燃料棒のウラン濃縮度は内側に配置された燃料棒のそれよりも低くなっている。一般的な沸騰水型原子炉の炉心に装荷される各燃料集合体の横断面では、その横断面での平均ウラン濃縮度に対するその横断面の外周部での平均ウラン濃縮度は０．９以下である。逆に、燃料集合体の熱的余裕を確保することができれば、燃料集合体内の核分裂性物質濃縮度を高め、核分裂性物質の装荷量を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１０５０８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４５２３２号公報
【特許文献３】特開２００１−３１８１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
沸騰水型原子炉において炉心に装荷する燃料集合体内の核分裂物質装荷量を増大させるには、前述のように燃料集合体の横断面における外周部の熱的余裕を向上させる必要がある。このとき、燃料集合体の横断面の内部領域における熱的余裕は向上しなくてもかまわない。つまり、燃料集合体の横断面における外周部に着目すると熱的余裕の向上効果が限定的であるという課題がある。
【００１２】
特開２０１０−１４５２３２号公報に記載された燃料集合体は、前述したように、部分燃料スペーサを有している。この部分燃料スペーサは、出来るだけ圧力損失を小さくすることにより、標準スペーサと併用される。特開２０１０−１４５２３２号公報に記載された部分燃料スペーサは、圧力損失が小さく、燃料集合体の横断面における内部領域内の冷却水流路を塞ぐ役割を果たすため、外周部における冷却水流量を増加できる。しかしながら、その冷却水流路を塞ぐ、部分燃料スペーサの投影面積が小さいため、外周部における冷却水流量の増加効果は十分ではない。また、部分燃料スペーサは、燃料集合体の軸方向において、部分長燃料棒の上端よりも上方に設置される。部分長燃料棒の上端よりも上方の領域は環状噴霧流が発達した領域であるため、部分燃料スペーサを部分長燃料棒の上端よりも上方に設置することは、蒸気中の液滴を燃料棒の表面の液膜に付着させるには最適である。しかし、部分燃料スペーサの、部分長燃料棒の上端よりも上方での設置は、外周部を流れる冷却水の流量を増加させる効果が小さくなる。
【００１３】
本発明では、燃料棒配列の最外層に位置する燃料棒の核分裂性物質装荷量を増大させる場合でも、その最外層に位置する燃料棒の熱的余裕を向上できる燃料集合体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明は、核分裂性物質を含む複数の燃料棒と、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、燃料棒の上端部を保持する上部タイプレートと、複数の燃料棒を束ねる複数の燃料スペーサと、上部タイプレートに取り付けられて下部タイプレートに向かって伸びており、燃料スペーサで束ねられた複数の燃料棒を取り囲むチャンネルボックスと、チャンネルボックスの軸心に垂直な方向の断面において複数の燃料棒配列の最外層領域よりも内側に配置され、燃料棒が貫通して冷却材が通る流路が形成された流動抵抗体とを備え、
この流動抵抗体で保持される燃料棒の本数がＲおよび前記燃料集合体内の全ての燃料棒の本数がＡであって、流動抵抗体の、上部タイプレート側からの投影面積Ｓａの、燃料集合体内の全ての前記燃料棒を保持する燃料スペーサの、上部タイプレート側からの投影面積Ｓｂに対する投影面積率Ｃが下記の式（１）で定義されるとき、投影面積率Ｃが１．５〜５，２の範囲内にあることにある。
【００１５】
Ｃ＝（Ｓａ／Ｓｂ）×（Ａ／Ｒ）          ……（１）
流動抵抗体の、上部タイプレート側からの投影面積Ｓａが、燃料集合体内の全ての燃料棒を保持する燃料スペーサの、上部タイプレート側からの投影面積Ｓｂに対して１．５倍〜５，２倍の範囲内にあるので、最外層領域に配置された燃料棒の核分裂性物質装荷量を増大させる場合でも、流動抵抗体よりも上部タープレート側で最外層領域を流れる冷却材の流量を、最外層領域に配置された燃料棒の限界出力比を増大させることができ、結果的に、その最外層領域に位置する燃料棒の熱的余裕を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料棒配列の最外層に位置する燃料棒の核分裂性物質装荷量を増大させる場合でも、その最外層に位置する燃料棒の熱的余裕を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料集合体に用いられる流動抵抗体の平面図である。
【図２】図１に示す流動抵抗体が適用される本発明の実施例１の燃料集合体の縦断面図である。
【図３】図２に示す燃料スペーサの平面図である。
【図４】流動抵抗体の投影面積率に対する限界出力の変化を示す特性図である。
【図５】本発明の好適な他の実施例である実施例２の燃料集合体に用いられる流動抵抗体の平面図である。
【図６】本発明の好適な他の実施例である実施例３の燃料集合体に用いられる流動抵抗体の平面図である。
【図７】図６に示す流動抵抗体の側面図である。
【図８】本発明の好適な他の実施例である実施例４の燃料集合体に用いられる流動抵抗体の平面図である。
【図９】図８に示す流動抵抗体の側面図である。
【図１０】本発明の好適な他の実施例である実施例５の燃料集合体に用いられる流動抵抗体の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明者らは、燃料集合体の核分裂性物質の燃焼効率向上について検討した。前述したように、冷却水が、チャンネルボックス内よりもチャンネルボックス外側の水ギャップ領域に多く存在するため、燃料集合以内の燃料棒配列のうちチャンネルボックスに隣接する最外層の燃料棒において核分裂性物質の燃焼することが最も効率が良い。核分裂性物質の装荷量を最外層に位置する燃料棒において増大させる場合、この燃料棒の熱的余裕が悪化する。そこで、最外層に位置する燃料棒の熱的余裕を向上させる方策を検討した。最外層に位置する燃料棒の熱的余裕が小さくなるのは、発熱量が多いためにその燃料棒の表面に存在する液膜が蒸気となり、その燃料棒を冷却するための水量が減るからである。発明者らは、燃料集合体内の冷却水の流れを制御することによって燃料集合体内の燃料棒配列の最外層の領域における冷却水量を増大できるため、燃料集合体の横断面の中央部に流動抵抗体を設置することで解決可能であるという結論に達した。
【００１９】
しかしながら、従来の燃料集合体において内部に設置された燃料スペーサがこの燃料集合体の横断面の中央部において流動抵抗となっている。つまり、特開２０１０−１４５２３２号公報に記載された燃料集合体では、部分燃料スペーサが燃料集合体の横断面の中央部において流動抵抗体の機能を果している。一方、燃料スペーサはできるだけ流動抵抗を小さくしようとして設計されることから、燃料スペーサは流動抵抗としての効果が小さい。また、燃料集合体内の全ての燃料棒を保持しない燃料スペーサは、燃料棒を保持する役割を十分に果たさないため、現在の保持機構を持った、燃料集合体内の全ての燃料棒を保持する燃料スペーサに追加する形で用いられる。この点は本発明も同じであるが、追加による圧力損失の増大は燃料集合体内の冷却水流量の低下を招き、限界出力を低下させる。抵抗増大による冷却水流量の低下に対してそれを上回る限界出力の増大効果が無ければ、真の限界出力の増大効果が得られるとは言えない。
【００２０】
これらの効果を定量的に示すため、発明者らは燃料集合体の横断面の中央部に配置した流動抵抗体の横断面積（燃料集合体の上部タイプレート側からの投影面積）を変えた場合の限界出力性能について検討した。この検討結果を以下に説明する。
【００２１】
この検討を行うにあたり、以下の燃料集合体を想定した。まず、上部タイプレート側からの投影面積が、燃料集合体内の全燃料棒を保持する燃料スペーサ（例えば、図３に示された燃料スペーサ６）の、上部タイプレート側からの投影面積の約１／３を占める図１に示すような正方形状の流動抵抗体を用いる場合、その基準燃料スペーサの投影面積を投影面積の基準とし、投影面積率Ｃを１．０とする。以下において記載された投影面積は、断らない限りは、上部タイプレート側からの投影面積を意味する。また、燃料集合体内の燃料棒の出力については、燃料棒配列の最外層に位置する燃料棒の相対出力が１．２となる場合を想定した。燃料棒配列の最外層に位置する燃料棒の相対出力が１．２は、燃料集合体の濃縮ウランが充填される領域において、燃料集合体の横断面における平均濃縮度よりも、燃料棒配列の最外層における平均濃縮度を高くすることにより実現することができる。また、流動抵抗体の投影面積の増加による圧力損失の増加量は冷却材流量の減少分として取り扱う。
【００２２】
図４に示す縦軸の限界出力比は、上記の基準燃料スペーサの投影面積の１／３の投影面積を有する流動抵抗体を用いた場合における燃料集合体の限界出力比を示している。図４に示す横軸の断面積率Ｃは、基準燃料スペーサ、すなわち、流動抵抗体が適用される燃料集合体に用いられる、全燃料棒を保持する燃料スペーサの投影面積に対する流動抵抗体の投影面積の割合である。この流動抵抗体の投影面積率Ｃは式（１）で定義される。
【００２３】
Ｃ＝（Ｓａ／Ｓｂ）×（Ａ／Ｒ）          ……（１）
ここで、Ｓａは流動抵抗体の投影面積、Ｓｂは流動抵抗体が適用される燃料集合体に用いられる燃料スペーサ（基準燃料スペーサ）の投影面積、Ｒは流動抵抗体が保持する燃料棒の本数、およびＡは流動抵抗体が適用された燃料集合体内の全燃料棒の本数である。
【００２４】
図４は、流動抵抗体の投影面積率に対する、流動抵抗体を用いた燃料集合体の限界出力比の変化を示している。燃料集合体の燃料棒配列の最外層における燃料棒の出力が高い場合には、燃料集合体の横断面の中央部で流動抵抗を増大させることによって燃料棒配列の最外層の冷却水量を増加させることができ、最外層に位置する燃料棒の限界出力が増大する。特に、流動抵抗体の投影面積率が１．５〜５．２の範囲内では、従来よりも限界出力が増大する。
【００２５】
この結果、限界出力の増大分の範囲内で最外層に配置する燃料棒における核分裂性物質（例えば、ウラン２３５）の装荷量を増大できるため、燃料経済性を向上させることができる。
【００２６】
上記の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００２７】
本発明の好適な一実施例である、沸騰水型原子炉に適用する実施例１の燃料集合体を図１、図２および図３を用いて詳細に説明する。
【００２８】
本実施例の燃料集合体１は、複数の燃料棒２、上部タイプレート４、下部タイプレート３、複数の燃料スペーサ６、複数の水ロッド５、チャンネルボックス７および流動抵抗体１５を備えている（図２参照）。各燃料棒２は、各燃料物質を含む複数の燃料ペレット（図示せず）を密封された被覆管（図示せず）内に充填している。複数の燃料棒２は複数の燃料棒２Ａおよび燃料棒２Ａよりも軸方向における長さが短い部分長燃料棒２Ｂを含んでいる。下部タイプレート３は各燃料棒２の下端部を支持し、上部タイプレート４は各燃料棒２Ａの上端部を保持する。これらの燃料棒２は、燃料集合体１の横断面（燃料集合体の軸心、すなわち、チャンネルボックスの軸心に垂直な方向での断面）において１０行１０列に配置されている。その横断面の中央部には、４本の燃料棒２が配置できる領域を占有する横断面積を有する、２本の水ロッド５が配置されている。各水ロッド５は太径水ロッドである。これらの水ロッド５の下端部は下部タイプレート３に支持され、それらの上端部は上部タイプレート４に保持される。複数の燃料スペーサ６は、燃料集合体１の軸方向において所定の間隔に配置され、燃料棒２の相互間、および燃料棒２と水ロッド５の間に、冷却水が流れる冷却水流路を形成するように、燃料棒２および水ロッド５を保持している。横断面が正方形状をしている角筒であるチャンネルボックス７は、上部タイプレート４に取り付けられ、下方に向かって伸びている。燃料スペーサ６によって束ねられた各燃料棒２は、チャンネルボックス７内に配置されている。なお、チャンネルボックス７の外幅は約１５ｃｍ、燃料棒２の外径は約１．０ｃｍ、および水ロッド５の外径は約２．５ｃｍである。本実施例における燃料棒２内での、核分裂性ウランを含む燃料ペレットが装填された領域の長さ、つまり本実施例の燃料有効長は３．８ｍである。
【００２９】
燃料集合体１は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷されたとき、一つのコーナーが炉心に挿入された横断面が十字形をしている制御棒と向き合うように配置される。チャンネルボックス７は、チャンネルファスナ（図示せず）によって上部タイプレート４に取り付けられる。チャンネルファスナは、燃料集合体１が炉心に装荷されたとき、制御棒が燃料集合体１の相互間に挿入できるように、燃料集合体１の相互間に必要な幅の間隙を保持する機能を有する。このため、チャンネルファスナは、制御棒と向き合う、燃料集合体のコーナーに位置するように、上部タイプレート４に取り付けられている。燃料集合体１の制御棒ＣＲに向かい合うコーナー部は、換言すれば、チャンネルファスナが取り付けられたコーナー部である。各燃料棒２内に充填される各燃料ペレットは、核燃料物質である二酸化ウランを用いて製造され、核分裂性物質であるウラン−２３５を含んでいる。
【００３０】
燃料集合体１の軸方向に配置される各燃料スペーサ６は、丸セル型燃料スペーサであり、複数のスペーサタブ８が形成された正方形状のバンド７、および燃料棒２の本数と同じ個数の丸セル９を有する（図３参照）。丸セル９は、円筒であって燃料棒２と同様に１０行１０列に配列され、隣り合う丸セル９同士が溶接にて接合されている。正方形状のバンド７が、１０行１０列で正方格子状に配置された丸セル９の最外層に位置する丸セル９の周囲を取り囲んで配置され、最外層に位置する丸セル９に溶接にて接合されている。各丸セル９には、丸セル９の一部を内側に突出させた２つの突出部（固定支持部）１０が両端部にそれぞれ形成される。ばね部材（弾性支持部）１１が隣り合う一対の丸セル９に跨って取り付けられている。燃料スペーサ６の横断面中央部に４個の丸セル９が配置可能な領域を占有する水ロッド配置領域１４が２つ形成されている。架橋部材１２が、水ロッド配置領域１４に面して隣り合う２つの丸セル９毎に、各丸セル９の側面に取り付けられる。弾性支持部であるばね部材１３が、それぞれの水ロッド配置領域１４に面する４個の架橋部材１２の内の１個の架橋部材１２に取り付けられる。
【００３１】
各燃料スペーサ６はチャンネルボックス７内に配置され、バンド７に設けられた各スペーサタブ８がチャンネルボックス７の内面に接触している。１０行１０列に配置された各燃料棒２は、燃料スペーサ６の各丸セル９内に１本ずつ挿入され、燃料棒２の周方向に配置された、丸セル９に形成された２つの突出部１０および丸セル９に設けられたバネ部材１１の３点の支持部によって支持される。燃料棒２のうち複数の部分長燃料棒２Ｂは、１０行１０列の燃料棒配列内でチャンネルボックス７から燃料集合体１の軸心に向かって二層目の、正方形状に環状に配置された各燃料棒２よりも内側の領域（内部領域）に配置される。これらの部分長燃料棒２Ｂは上部タイプレート４に最も近い燃料スペーサ６を除いた他の燃料スペーサ６によって前述したように支持される。なお、部分長燃料棒２Ｂの上端部は、上部タープレート４で保持されていない。全ての燃料棒２Ａは全ての燃料スペーサ６によって保持される。２本の水ロッド５が各燃料スペーサ６に形成された２つの水ロッド配置領域１４内に別々に挿入される。水ロッド５の外面には、水ロッド５の外面から水ロッド５の半径方向に突出したノッチが、水ロッドの軸方向において、燃料スペーサ６および流動抵抗体１５の合計個数に相当する個数だけ、所定の間隔で取り付けられている。各燃料スペーサ６は、１つの水ロッド配置領域１４に面する１つの架橋部材１２を公知の手法にて水ロッド５のノッチによって支持することにより、水ロッド５で支持される。各水ロッド配置領域１４内に配置された各水ロッドは、バネ部材１３によって他の架橋部材１２に押し付けられ、燃料集合体１の軸に垂直な方向への移動が制限される。
【００３２】
流動抵抗体１５を図１を用いて詳細に説明する。流動抵抗体１５は、正方形状のバンド２０内に複数の丸セル９を６行６列で正方格子状に配置しており、燃料スペーサ６と同様に、横断面の中央部に４個の丸セル９が配置可能なＡは、燃料棒支持機構として丸セル型と呼ばれるス中央部に４個の丸セル９が配置可能な領域を占有する水ロッド配置領域１４Ａが２つ形成されている。隣り合う丸セル９同士が溶接にて接合され、最外層に位置する各丸セル９がバンド２０に溶接にて接合されている。各丸セル９は、燃料スペーサ６の丸セルと同様に、周方向において２つの突出部１０を形成しており、ばね部材１１が隣り合う一対の丸セル９に跨って取り付けられている。架橋部材１２Ａが、水ロッド配置領域１４Ａに面して隣り合う２つの丸セル９毎に、各丸セル９の側面に取り付けられる。弾性支持部であるばね部材１３Ａが、それぞれの水ロッド配置領域１４Ａに面する４個の架橋部材１２Ａの内の１個の架橋部材１２Ａに取り付けられる。
【００３３】
流動抵抗体１５は、さらに、複数の抵抗部材１６および複数の抵抗部材１７を有している。任意の丸セル９Ａの中心からこの丸セル９Ａに隣接してこれに接触している丸セル９Ｂの中心までの距離を１としたとき、丸セル９Ａの中心と丸セル９Ｂの中心を結ぶ直線に対して直交する方向で丸セル９Ｂに隣接してこれに接触している丸セル９Ｃの中心と丸セル９Ａの中心までの距離は√２である。丸セル９Ａと丸セル９Ｃは互いに接触していなく、丸セル９Ａと丸セル９Ｃの間に隙間が形成されている。このように流動抵抗体１５の対角線方向、すなわち、チャンネルボックス７の対角線方向で隣り合っている２つの丸セル９間に形成された各第１隙間（例えば、丸セル９Ａと丸セル９Ｃの間に形成された隙間）内に、抵抗部材１６がそれぞれ配置される。各抵抗部材１６は、ジルコニウム合金製の丸い板状の部材であり、隣接する４個の丸セル９の側面にそれぞれ接触してこれらの丸セル９の側面に溶接にて固定されている。各抵抗部材１７は、ジルコニウム合金製の丸い板状の部材であり、バンド２０およびこのバンド２０に接触した互いに隣接する２つの丸セル９の間に形成される各第２隙間内に配置される。抵抗部材１７の直径は抵抗部材１６の直径よりも小さくなっている。第２隙間内に配置された抵抗部材１７は、第２隙間を形成する２つの接触している丸セル９のそれぞれの側面およびバンド２０の内面に接触し、これらに溶接にて固定される。
【００３４】
１つの流動抵抗体１５が、燃料集合体１の軸方向において、上部タイプレート４に最も近い位置に存在する燃料スペーサ６よりも下部タイプレート３側に位置して、部分長燃料棒２Ｂの両端部のうち下部タイプレート３に保持される端部とは反対側の端部の位置に配置される。流動抵抗体１５は、燃料スペーサ６と同様に、１つの水ロッド配置領域１４に面する１つの架橋部材１２を公知の手法にて水ロッド５のノッチによって支持することにより、水ロッド５で支持される。各水ロッド配置領域１４Ａ内に配置された各水ロッドは、バネ部材１３Ａによって他の架橋部材１２Ａに押し付けられ、燃料集合体１の軸に垂直な方向への移動が制限される。さらに、流動抵抗体１５は、燃料集合体１の横断面において、１０行１０列の燃料棒配列の外側から二層目の、正方形状に環状に配置された各燃料棒２Ａよりも内側である内部領域、すなわち、１０行１０列の燃料棒配列の最外層よりも内側に配置される。燃料集合体１の横断面中央部の流動抵抗を増大させる各抵抗部材１６および各抵抗部材１７は、上記の内部領域に配置されている。流動抵抗体１５の各丸セル９は、流動抵抗体１５の真下に位置する燃料スペーサ６のバンド７から内側に向かって二層目の、正方形状に環状に配置された各丸セル９よりも内側に位置する他の丸セル９の真上に位置している。流動抵抗体１５の各丸セル９には、内部領域に配置された各燃料棒２Ａおよび２Ｂが挿入されている。
【００３５】
流動抵抗体１５の投影面積ＳａはＳａ1ｍｍ2であり、燃料集合体１内の全燃料棒２を保持する基準燃料スペーサである燃料スペーサ６の投影面積ＳｂはＳｂ1ｍｍ2（＞Ｓａ1ｍｍ2）である。また、流動抵抗体１５で保持される燃料棒２の本数Ｒは２８本であり、燃料集合体１内の全燃料棒２の本数Ａは９２本である。これらのＳａ，Ｓｂ，ＲおよびＡの各値を式（１）に代入することによって、流動抵抗体１５の投影面積率Ｃ（＝（Ｓａ1／Ｓｂ1）×（９２／２８））が求められる。この投影面積率Ｃ率は２．０である。
【００３６】
流動抵抗体１５の正方形状のバンド２０の一片の長さは燃料スペーサ６の正方形状のバンド７の一片の長さの６０％になっており、流動抵抗体１５の横断面積は燃料スペーサ６の横断面積の約１／３である。
【００３７】
本実施例の燃料集合体１では、燃料集合体１の横断面積の平均濃縮度が約４．６ｗｔ％であり、１０×１０の燃料棒配列の最外層に配置された全燃料棒２Ａの平均濃縮度は約５．６ｗｔ％である。このように、燃料集合体１は、最外層における核分裂性物質の装荷量が増加している。
【００３８】
複数の燃料集合体１が装荷された炉心を有する沸騰水型原子炉の運転中では、炉心に冷却水が供給され、各燃料集合体１内を冷却水が上昇する。燃料集合体１内で冷却水が、燃料棒２内の核分裂性物質であるウラン―２３５の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。蒸気および冷却水を含む気液二相流が燃料集合体１内を上昇する。燃料集合体の上端部になるほど、気液二相流に含まれる上記の割合が増大する。
【００３９】
チャンネルボックス７内の全燃料スペーサ６のうち上部タイプレート４から二番目に位置する燃料スペーサ６を通過した気液二相流の流れは、流動抵抗体１５の各丸セル９に流入する気液二相流の流れ、およびチャンネルボックス７の内面と流体抵抗体１５のバンド２０の間に存在する領域に流入する気液二相流の流れに分かれる。抵抗部材１６および１７が設けられた流動抵抗体１５の圧力損失が増大しているため、流体抵抗体１５よりも上方では、チャンネルボックス６の内面から内側に向かって配置された二層の燃料棒２が配置された外部領域（チャンネルボックス７の内面と流体抵抗体１５のバンド２０の間に存在する領域）を通る単位面積当たりの気液二相流の流量が増加する。このため、外部領域に配置された各燃料棒２の、流動抵抗体１５よりも上部タイプレート４側において、表面の液膜量が増加するとともに蒸気中の液滴がその表面の液膜に付着する量が増加する。このため、流動抵抗体１５よりも上部タイプレート４側で外部領域に配置された各燃料棒２の冷却が促進され、これらの燃料棒２の限界出力が増大し熱的余裕が増大する。
【００４０】
流動抵抗体１５の各丸セル９内を通過する気液二相流の流量が減少するが、部分長燃料棒２Ｂの流動抵抗体１５側端よりも上部タイプレート４側の領域、すなわち、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域は環状噴霧流が発達した領域であり、流動抵抗体１５の作用によって、この領域内の蒸気中に存在する液滴がその領域内で燃料棒２表面の液膜に付着することが促進される。このため、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域においても、燃料棒２の冷却が促進される。
【００４１】
本実施例によれば、流動抵抗体１５の投影面積率が２．０であるので、燃料棒配列の最外層に位置する各燃料棒の平均濃縮度が燃料集合体１の横断面における平均濃縮度よりも増大しても、この最外層に位置する各燃料棒２の熱的余裕を向上させることができる。
【００４２】
本実施例では、抵抗部材１６および１７が丸セル９相互間に形成された第１および第２隙間の全てに配置されているが、流動抵抗体１５の断面率が許容範囲である１．５〜５．２の間になるのであれば、抵抗部材１６および１７の一部を削除しても良い。
【００４３】
流動抵抗体１５は、燃料集合体１の濃縮ウラン充填領域であれば、燃料集合体１の軸方向の℃の位置に配置しても良い。しかしながら、燃料棒配列の最外層に配置された燃料棒２の熱的余裕を大きく向上させるためには、流動抵抗体１５を部分長燃料棒２Ｂの上端よりも下方に配置することが望ましい。
【実施例２】
【００４４】
本発明の他の好適な実施例である、沸騰水型原子炉に適用する実施例２の燃料集合体を、図５を用いて説明する。
【００４５】
本実施例の燃料集合体は、実施例１の燃料集合体１において流動抵抗体１５を流動抵抗体１５Ａ（図５参照）に替えた構成を有する。本実施例の燃料集合体の他の構成は実施例１の燃料集合体１と同じである。
【００４６】
流動抵抗体１５Ａは、格子型の流動抵抗体であり、実質的に、７行７列の正方格子状に配置された複数の抵抗部材１６Ａの隣り合っているもの同士を接続部１８にてつないだ形状を有する板部材２２に、架橋部材１２Ａを取り付けた構成される。円形の各抵抗部材１６Ａは流動抵抗体１５Ａの格子の各交点に位置している。さらに、図５に示された形状を有する流動抵抗体１５Ａの板部材２２は、ジルコニウム合金製の板材をプレス加工して製作される。２つの水ロッド配置領域１４Ａが、流動抵抗体１５と同様に、流動抵抗体１５Ａの板部材２２の中央部に形成される。各水ロッド配置領域１４Ａ内において、１つの架橋部材１２Ａが、それぞれの水ロッド配置領域１４Ａに面して配置され、流動抵抗体１５Ａの板部材２２に取り付けられる。各架橋部材１２Ａには、各水ロッド配置領域１４Ａ内に挿入された水ロッド５を水平方向に押圧するバネ部材１３Ａが取り付けられている。
【００４７】
流動抵抗体１５Ａには、燃料棒挿入孔２１が４つの抵抗部材１６Ａおよびこの４つの抵抗部材１６Ａをつなぐ４つの接続部１８に取り囲まれて形成され、複数の燃料棒挿入孔２１が存在する。流動抵抗体１５Ａにおいて、抵抗部材１６Ａは流動抵抗体１５の抵抗部材１６と同じ位置に配置され、抵抗部材１６Ａの直径は抵抗部材１６の直径よりも大きくなっている。流動抵抗体１５Ａの対角線方向で隣り合う抵抗部材１６の間の距離は、燃料棒２の外径よりも若干大きくなっている。このため、流動抵抗体１５Ａの投影面積率ＳａはＳａ2ｍｍ2であり、実施例１で用いられる流動抵抗体１５の投影面積よりも大きくなっている（Ｓａ2ｍｍ2＞Ｓａ1ｍｍ2）。基準燃料スペーサである燃料スペーサ６の投影面積Ｓｂ、流動抵抗体１５Ａで保持される燃料棒の本数Ｒ、及び本実施例の燃料集合体内の全燃料棒２の本数Ａのそれぞれの値は、実施例１と同じである。この結果、式（１）で求められる流動抵抗体１５Ａの投影面積率Ｃ（＝（Ｓａ2／Ｓｂ1）×（９２／２８））は３．０になる。
【００４８】
１つの流動抵抗体１５Ａは、チャンネルボックス７内に配置されて、実施例１で用いられる流動抵抗体１５と同じく部分長燃料棒２Ｂの上端部の位置に配置される。流動抵抗体１５Ａは、流動抵抗体１５と同様に、水ロッド配置領域１４Ａに挿入された水ロッド５によって支持される。内部領域に配置された複数の燃料棒２Ａおよび複数の燃料棒２Ｂが、燃料棒挿入孔２１内に１本ずつ挿入される。燃料棒挿入孔２１内に挿入された各燃料棒の外面は燃料棒挿入孔２１の周囲に位置する各抵抗部材１６に接触している。燃料棒挿入孔２１内に挿入された燃料棒２の外面と接続部１８の間には、気液二相流が流れる流路が形成される。
【００４９】
流動抵抗体１５Ａを有する本実施例の燃料集合体を炉心に装荷した沸騰水型原子炉を運転したとき、この燃料集合体内で生じる気液二相流の流れは、実施例１と実質的に同様に、流動抵抗体１５Ａの各燃料棒挿入孔２１に流入する気液二相流の流れ、およびチャンネルボックス７の内面と流体抵抗体１５の流動抵抗体１５Ａの間に存在する領域に流入する気液二相流の流れに分かれる。抵抗部材１６Ａおよび接続部１８が設けられた流動抵抗体１５Ａの圧力損失が増大しているため、流動抵抗体１５Ａよりも上方では、前述の外部領域を通る単位面積当たりの気液二相流の流量が増加する。このため、流動抵抗体１５よりも上方で、外部領域に配置された各燃料棒２の冷却が促進され、これらの燃料棒２の限界出力が増大し熱的余裕が増大する。
【００５０】
流動抵抗体１５Ａの各燃料棒挿入孔２１内を通過する気液二相流の流量が減少するが、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域においても、実施例１と同様に、燃料棒２の冷却が促進される。
【００５１】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、流動抵抗体１５Ａは、複数の丸セル９を接合して構成される流動抵抗体１５よりも単純化され、製作が容易である。
【実施例３】
【００５２】
本発明の他の好適な実施例である、沸騰水型原子炉に適用する実施例３の燃料集合体を、図６および図７を用いて説明する。
【００５３】
本実施例の燃料集合体は、実施例１の燃料集合体１において流動抵抗体１５を流動抵抗体１５Ｂ（図６参照）に替えた構成を有する。本実施例の燃料集合体の他の構成は実施例１の燃料集合体１と同じである。
【００５４】
流動抵抗体１５Ｂは、燃料スペーサ６に流動抵抗体１５で用いられた抵抗部材１６を設けた構成を有する。抵抗部材１６を除いた流動抵抗体１５Ｂの構成は燃料スペーサ６と同じである。さらに、流動抵抗体１５Ｂで配置された各抵抗部材１６の位置は、流動抵抗体１５で配置された各抵抗部材１６の位置と同じであり、前述の内部領域に存在する。流動抵抗体１５Ｂの投影面積ＳａがＳａ3ｍｍ2であり、基準燃料スペーサである燃料スペーサ６の投影面積ＳｂであるＳｂ1ｍｍ2よりも複数の抵抗部材１６の投影面積の合計値だけ大きくなっている。また、流動抵抗体１５Ｂで保持される燃料棒２の本数Ｒは９２本であり、本実施例の燃料集合体内の全燃料棒２の本数Ａである９２本と同じである。式（１）により求められる、本実施例で用いられる流動抵抗体１５Ｂの投影面積率Ｃ（＝（Ｓａ3／Ｓｂ1）×（９２／９２））は、約２．０である。
【００５５】
１つの流動抵抗体１５Ｂは、チャンネルボックス７内に配置されて、燃料集合体の軸方向において実施例１で用いられる流動抵抗体１５と同様に、部分長燃料棒２Ｂの上端部に配置される。流動抵抗体１５Ｂのバンド７に形成された各スペーサタブ８がチャンネルボックス７の内面に接触している。流動抵抗体１５Ｂは、流動抵抗体１５と同様に、水ロッド配置領域１４Ａに挿入された水ロッド５によって支持される。各燃料棒２は、流動抵抗体１５Ｂの各丸セル９内に挿入される。
【００５６】
流動抵抗体１５Ｂを有する本実施例の燃料集合体を炉心に装荷した沸騰水型原子炉を運転したとき、この燃料集合体内で生じる気液二相流の流れは、実施例１と実質的に同様に、流動抵抗体１５Ｂの抵抗部材１６が配置された内部領域に存在する各丸セル９に流入する気液二相流の流れ、および流動抵抗体１５Ｂの、内部領域を取り囲む外部領域に存在する各丸セル９に流入する気液二相流の流れに分かれる。流動抵抗体１５Ｂの内部領域は抵抗部材１６の影響で流動抵抗部材１５Ｂの外部領域によりも圧力損失が増大しているため、流動抵抗体１５Ｂよりも上方では、その外部領域を通る単位面積当たりの気液二相流の流量が増加する。このため、流動抵抗体１５Ｂよりも上方では、外部領域に配置された各燃料棒２の冷却が促進され、これらの燃料棒２の限界出力が増大し熱的余裕が増大する。
【００５７】
流動抵抗体１５Ｂの内部領域の各丸セル９内を通過する気液二相流の流量が減少するが、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域においても、実施例１と同様に、燃料棒２の冷却が促進される。
【００５８】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。流動抵抗体１５Ｂは全燃料棒２を支持する支持機構を備えているので、燃料スペーサ６の代替が可能となる。
【実施例４】
【００５９】
本発明の他の好適な実施例である、沸騰水型原子炉に適用する実施例４の燃料集合体を、図８および図９を用いて説明する。
【００６０】
本実施例の燃料集合体は、実施例３の燃料集合体において流動抵抗体１５Ｂを流動抵抗体１５Ｃ（図８および図９参照）に替えた構成を有する。本実施例の燃料集合体の他の構成は実施例３の燃料集合体と同じである。
【００６１】
流動抵抗体１５Ｃは、実施例３で用いられる流動抵抗体１５Ｂにおいて複数の丸セル９の一部を複数の丸セル９Ｄに替えた構成を有する。流動抵抗体１５Ｃの他の構成は流動抵抗体１５Ｂと同じである。流動抵抗体１５Ｃで用いられる丸セル９の高さ（燃料集合体の軸方向の長さ）ｈ２は流動抵抗体１５Ｂで用いられる丸セル９の高さと同じである。流動抵抗体１５Ｃにおいて丸セル９は内部領域内に８個配置される。すなわち、８個の丸セル９は内部領域に配置された抵抗部材１６のうち最も外側に配置された１２個の抵抗部材１６の位置よりも内側に存在する。丸セル９Ｄは、丸セル９が配置された領域を取り囲んで配置される。このため、バンド７から内側に向かって３層の丸セルが丸セル９Ｄになっている。丸セル９Ｄの高さ（燃料集合体の軸方向の長さ）ｈ１は丸セル９の高さｈ２よりも低くなっている（ｈ１＜ｈ２）。この結果、本実施例におけるバンド７の高さは実施例１におけるバンド７の高さよりも低くなっている。
【００６２】
本実施例では、実施例３と同様に、流動抵抗体１５Ｃの内部領域に流動抵抗体１５Ｃと同じ個数で同じ大きさの抵抗部材１６を配置しているので、流動抵抗体１５Ｃの投影面積率Ｃは、流動抵抗体１５Ｂと同じく約２．０である。ただし、本実施例では、流動抵抗体１５Ｃの内部領域に配置された丸セル９の高さｈ２が丸セル９Ｄの高さｈ１よりも高いので、丸セル９の圧力損失は丸セル９Ｄの圧力損失よりも大きくなる。このため、抵抗部材１６および丸セル９の作用により、流動抵抗体１５Ｃの内部領域の圧力損失は、流動抵抗体１５Ｃの外部領域の圧力損失よりも大きくなる。しかも、流動抵抗体１５Ｃの内部領域の圧力損失と外部領域の圧力損失の差は、流動抵抗体１５Ｂの内部領域の圧力損失と外部領域の圧力損失の差よりも大きくなる。
【００６３】
１つの流動抵抗体１５Ｃは、チャンネルボックス７内に配置されて、燃料集合体の軸方向において実施例１で用いられる流動抵抗体１５と同様に、部分長燃料棒２Ｂの上端部に配置される。流動抵抗体１５Ｃは、流動抵抗体１５と同様に、水ロッド配置領域１４Ａに挿入された水ロッド５によって支持される。各燃料棒２は、流動抵抗体１５Ｂの各丸セル９および各丸セル９Ｄ内にそれぞれ挿入される。
【００６４】
流動抵抗体１５Ｃを有する本実施例の燃料集合体を炉心に装荷した沸騰水型原子炉を運転したとき、この燃料集合体内で生じる気液二相流の流れは、実施例１と実質的に同様に、流動抵抗体１５Ｂの抵抗部材１６が配置された内部領域に存在する各丸セル９に流入する気液二相流の流れ、および流動抵抗体１５Ｂの、内部領域を取り囲む外部領域に存在する各丸セル９Ｄに流入する気液二相流の流れに分かれる。流動抵抗体１５Ｃの外部領域を流れる単位面積当たりの気液二相流の流量は、流動抵抗体１５Ｂの外部領域を流れるその流量よりも増加する。このため、流動抵抗体１５Ｃよりも上方では、外部領域に配置された各燃料棒２の冷却が促進され、これらの燃料棒２の限界出力が増大し熱的余裕が増大する。
【００６５】
流動抵抗体１５Ｃの内部領域の各丸セル９内を通過する気液二相流の流量が減少するが、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域においても、実施例１と同様に、燃料棒２の冷却が促進される。
【００６６】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。外部領域に配置される丸セル９Ｄの高さが実施例４の丸セル９の高さよりも低いので、実施例３に比べて外部領域の圧力損失を低減できる。
【実施例５】
【００６７】
本発明の他の好適な実施例である、沸騰水型原子炉に適用する実施例５の燃料集合体を、図１０を用いて説明する。
【００６８】
本実施例の燃料集合体は、実施例３の燃料集合体において流動抵抗体１５Ｂを流動抵抗体１５Ｄ（図１０参照）に替えた構成を有する。本実施例の燃料集合体の他の構成は実施例３の燃料集合体と同じである。
【００６９】
本実施例で用いられる流動抵抗体１５Ｄは、実施例３で用いられる流動抵抗体１５Ｂにおいて格子状の流動抵抗体１５Ｂの内部領域内に存在する構成（丸セル９、抵抗部材１６等）を実施例２で用いられる流動抵抗体１５Ａに替えた構成を有する。流動抵抗体１５Ａを除いた流動抵抗体１５Ｄの構成は燃料スペーサ６と同じである。すなわち、流動抵抗体１５Ｄは、流動抵抗体１５Ａを取り囲んで二層の丸セル９を配置している。さらに、流動抵抗体１５Ａは、実施例２と同様に、前述の内部領域に存在する。流動抵抗体１５Ｄの投影面積率Ｃは、実施例２と同じ３．０である。
【００７０】
１つの流動抵抗体１５Ｄは、チャンネルボックス７内に配置されて、燃料集合体の軸方向において実施例１で用いられる流動抵抗体１５と同様に、部分長燃料棒２Ｂの上端部に配置される。流動抵抗体１５Ｄは、流動抵抗体１５と同様に、水ロッド配置領域１４Ａに挿入された水ロッド５によって支持される。各燃料棒２は、流動抵抗体１５Ｄの各丸セル９内および流動抵抗体１５Ａの各燃料棒挿入孔２１にそれぞれ挿入される。
【００７１】
流動抵抗体１５Ｂを有する本実施例の燃料集合体を炉心に装荷した沸騰水型原子炉を運転したとき、この燃料集合体内で生じる気液二相流の流れは、実施例１と実質的に同様に、流動抵抗体１５Ａが配置された内部領域に存在する各燃料棒挿入孔２１に流入する気液二相流の流れ、および流動抵抗体１５Ｄの、内部領域を取り囲む外部領域に存在する各丸セル９に流入する気液二相流の流れに分かれる。流動抵抗体１５Ｄの内部領域は流動抵抗体１５Ａの影響で流動抵抗部材１５Ｄの外部領域によりも圧力損失が増大しているため、流動抵抗体１５Ｄよりも上方では、その外部領域を通る単位面積当たりの気液二相流の流量が増加する。このため、流動抵抗体１５Ｄよりも上方では、外部領域に配置された各燃料棒２の冷却が促進され、これらの燃料棒２の限界出力が増大し熱的余裕が増大する。
【００７２】
流動抵抗体１５Ｄの内部領域に配置された流動抵抗体１５Ａの各燃料棒挿入孔２１内を通過する気液二相流の流量が減少するが、部分長燃料棒２Ｂの上端の真上の領域においても、実施例１と同様に、燃料棒２の冷却が促進される。
【００７３】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。また、本実施例では、以下の効果を得ることができる。圧力損失を大きくするためには格子状の形状が有効であり、逆に、圧力損失を少なくするためには丸セル型の形状が良い。そこで、燃料集合体の横断面において内部領域の圧力損失と外部領域の圧力損失の差を付けるためには、図８に示す流動抵抗体１５Ｄのような形状であれば、燃料スペーサの燃料棒保持機能を代替しながら、流動抵抗差により外部領域に配置された燃料棒２の熱的余裕を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…燃料集合体、２，２Ａ…燃料棒、２Ｂ…部分長燃料棒、３…下部タイプレート、４…上部タイプレート、５…水ロッド、６…燃料スペーサ、７…チャンネルボックス、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ…丸セル、１２，１２Ａ…架橋部材、１４，１４Ａ…水ロッド配置領域、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…流動抵抗体、１６，１７…抵抗部材、２１…燃料棒挿入孔、２２…板部材。
【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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