(57)【要約】【課題】チャンネルファスナと上部格子板の接触を防止しつつ、制御棒の先端とチャンネルスペーサの下端の干渉を防止することができる沸騰水型原子炉の燃料集合体を提供する。【解決手段】燃料集合体の外幅をＷとすると、チャンネルスペーサの板部５ａの下端はチャンネルファスナの板バネガード４ｃの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置し、チャンネルスペーサの板部５ａの上端はチャンネルファスナの板バネガード４ｃの下端より上方に位置し、チャンネルスペーサの板部５ａの厚さは、チャンネルファスナの板バネガード４ｃの厚さよりも厚く、かつ、チャンネルファスナの板バネ４ｂの突出部の突出高さより薄いようにした。【選択図】図１
2011117771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の燃料棒を複数のスペーサによって垂直かつ互いに平行となるように束ね、各燃料棒の上下端部をそれぞれ上部タイプレートおよび下部タイプレートによって支持し、燃料棒の外周をチャンネルボックスで包囲し、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスを前記チャンネルボックスの上端部でチャンネルファスナのキャップスクリュにより一体に固定するとともに、前記チャネルファスナの板バネと板バネガードを前記チャンネルボックスの上端縁から該チャンネルボックスの外周面に沿って下方向に延在するように固定し、前記チャネルファスナの板バネの水平方向横の位置にチャンネルスペーサを設けた沸騰水型原子炉の燃料集合体において、
前記チャンネルスペーサは上下に延在する板部を有し、前記燃料集合体の外幅をＷとすると、前記チャンネルスペーサの板部の下端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置し、前記チャンネルスペーサの板部の上端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端より上方に位置し、
前記チャンネルスペーサの板部の厚さは、前記チャンネルファスナの板バネガードの厚さよりも厚く、かつ、前記チャンネルファスナの板バネの突出部の突出高さより薄い、ことを特徴とする沸騰水型原子炉の燃料集合体。
【請求項２】
前記チャンネルスペーサは前記板部の下方に、傾斜角が約３０°、長さが約０．１Ｗのテーパー部を有し、前記チャンネルスペーサのテーパー部の下端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端から０．４Ｗないし０．６Ｗの距離範囲内の下方位置に位置することを特徴とする請求項１記載の沸騰水型原子炉の燃料集合体。
【請求項３】
前記チャンネルスペーサは、前記チャネルファスナが設けられているチャンネルボックスのコーナから遠い該チャンネルボックスの他のコーナ近傍に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の沸騰水型原子炉の燃料集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体に係り、特に、本発明はチャンネルスペーサを所定の寸法および位置に設けることにより、燃料集合体の装荷時のミスアライメントを防止し、かつ、制御棒の全挿入を妨げない沸騰水型原子炉の燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体１０は、例えば図８に示すように多数の燃料棒１１及び少なくとも１本の水ロッド１２の上端が上部タイプレート１３で、下端が下部タイプレート１４で支持されるとともに、複数個のスペーサ１５で正方格子状に束ねられた燃料バンドルとそれを囲む角筒状のチャンネルボックス１６、及びこれらを固定する機能と原子炉炉心内に装荷された燃料集合体１０同士の上部を弾性的に支持する機能を備えたチャンネルファスナ１７と称する部材によって構成されている。
【０００３】
図９は、従来の燃料集合体１０の上部構造の例を示している。
【０００４】
図９に示すように、従来技術の燃料集合体１０は、チャンネルファスナ１７の水平方向横の位置にチャンネルスペーサ１８が設けられている。
【０００５】
チャンネルファスナ１７は、板バネ１７ａと板バネガード１７ｂを有している。
【０００６】
板バネ１７ａは上部は一体になっており、そこから枝分かれしてチャンネルボックスのコーナ部の両側のチャンネルボックス面に沿って下方に延伸し、屈曲して板バネを構成している。
【０００７】
板バネガード１７ｂは、板バネ１７ａの内側に配設され、板バネ１７ａの下端部が他の構造物に引っ掛かるのを防止している。
【０００８】
図９に示すように、一般的な従来の燃料集合体は、チャンネルファスナ１７の下端部はチャンネルスペーサの下端部１８ａより下方に位置している。
【０００９】
図１０は炉心の単位セルを上方向から見た図を示している。
【００１０】
図１０に示すように、炉心の単位セルは、４体の燃料集合体１０と１本の十字型の制御棒１９で構成（以下、４バンドルセルという）されている。
【００１１】
これに対して図１１及び図１４は炉心最外周領域のセルを示している。
【００１２】
炉心最外周領域のセルには、図１１に示すような１体の燃料集合体１０のみで構成されたセル（以下、１バンドルセルという）、又は図１４に示すような２体の燃料集合体１０で構成されたセル（以下、２バンドルセルという）がある。
【００１３】
４バンドルセルにおいては、図１０に示すように、４体の燃料集合体１０が、１体の十字型の制御棒１９の周りに、上部格子板２０にバネ力で押付けて弾性的に支持するためのチャンネルファスナ１７が互いに向き合うように配置されている。また、制御棒１９に面する側のチャンネルボックス１６上部二面には、チャンネルスペーサ１８が互いに対向して設けられている。
【００１４】
チャンネルスペーサ１８は、例えば地震時のように水平方向の力が作用して燃料集合体１０が水平方向に変位する場合においても、対峙する燃料集合体１０のチャンネルスペーサ１８同士が接して、燃料集合体１０上部における必要最小限の空間が保たれることにより、制御棒１９の挿入通路が確保されるように設けられている。
【００１５】
４バンドルセルにおいては、図１０に示すようにチャンネルファスナ１７やチャンネルスペーサ１８が上部格子板２０と対峙しない側に向き合っており、燃料集合体１０を当該セルに装荷する際や当該セルから取出す際に、チャンネルファスナ１７やチャンネルスペーサ１８が上部格子板２０と接触することはない。
【００１６】
燃料集合体１の当該セルへの装荷時や当該セルからの取出し時は、制御棒１９が全挿入状態となっており、４体の燃料集合体１のうち、例えば２体以上の燃料集合体１０が取出された状態となる場合は、制御棒１９や燃料集合体１０のガイドを形成するため、ブレードガイドと呼ばれる機器が当該セルに装荷される。このため、当該セルに装荷する燃料集合体１０は、隣接する燃料集合体１０や制御棒１９、又は前記ブレードガイドでガイドされるので、装荷する燃料集合体１０が燃料支持金具から外れた状態、所謂ミスアライメント状態になる可能性はないといえる。
【００１７】
なお、仮に燃料集合体１０が未装荷の隣接セル側にミスアライメント状態になるようなことがあったとしても、炉心上部から目視確認可能であるとともに、最悪でも隣接セルへの燃料集合体１０の装荷の際に検知されるため、このような状態のままで運転されることは実際上あり得ない。
【００１８】
しかし、１バンドルセルにおいては、当該セルに装荷される燃料集合体１０は１体のみであるため、図１１に示すように当該燃料集合体１０上部隅部のチャンネルファスナ１７やチャンネルスペーサ１８が、シュラウド側の上部格子板の部材２０ａと対峙した状態に装荷される。また、２バンドルセルにおいては、図１４に示すように当該セル内の隣接燃料集合体に対峙しない当該燃料集合体燃料集合体１０上部隅部のチャンネルファスナ１７面やチャンネルスペーサ１８は、シュラウド側の上部格子板の部材２０ａと対峙した状態に装荷される。
【００１９】
このため、これらのセルに装荷される燃料集合体１０が僅かに位置ずれして炉心に挿入操作された場合においては、前述の４バンドルセルの場合とは異なって、チャンネルファスナ１７がシュラウド側の上部格子板の部材２０ａと接触する可能性がある。但し、チャンネルファスナ１７の下端部やシュラウド側の上部格子板の部材２０ａの上面には面取りが施されており、このような接触が生じても、装荷不能となることはない。
【００２０】
図１２，１３は従来の燃料集合体１０を例えば１バンドルセルに装荷するときの様子を示している。図１２は燃料集合体１０の着座前を示しており、図１３は燃料集合体１０が着座した後の様子を示している。なお、図１２，１３は図１１の方向Ａから見た燃料集合体となっている。
【００２１】
図１２において、炉心側の上部格子板の部材２０ｂ側には、隣接する燃料集合体１０が装荷されるが、シュラウド側の上部格子板の部材２０ａは炉心シュラウド側であり、多少の空間が形成されている。
【００２２】
このような構造の１バンドルセルに燃料集合体１０を装荷する際には、上述したようにチャンネルファスナ１７の下端がチャンネルスペーサ１８の下方に位置しているため、チャンネルスペーサ１８より先にチャンネルファスナ１７の下端が上部格子板２０ａと接触する可能性がある。
【００２３】
従来技術では、図１１に示すように、チャンネルファスナ１７が、燃料集合体の横振れの回転中心となる軸から長い距離Ｄ離れているため、チャンネルファスナ１７とシュラウド側の上部格子板の部材２０ａが接触した場合には、燃料集合体１０に生じる回転モーメントが大きくなり、燃料集合体１０が横振れしやすい構造となっている。
【００２４】
このような燃料集合体１０の上部隅部での接触が発生した場合、チャンネルファスナ１７の下端を支点として、燃料集合体１０が対角方向に横振れを生じ、この横振れが収まらない状態で燃料集合体１０を燃料支持金具２２に向けて着座操作した場合には、燃料集合体１０がシュラウド側の上部格子板の部材２０ａの方向に燃料支持金具２２から外れて（ミスアライメント）装荷される可能性がある。また、図１４から、１バンドルセルほどではないが、２バンドルセルにおいても同様の事象が発生するポテンシャルがあるといえる。
【００２５】
１バンドルセルや２バンドルセルへの燃料集合体１０の装荷の際の前記ミスアライメントを防止する案として、燃料集合体１０が装荷されるべき炉心座標位置からの位置ずれを可能な限り小さくするか、又はむしろ炉心側の上部格子板の部材２０ｂに燃料集合体１０を寄せて挿入するようにすることが考えられる。
【００２６】
しかしながら、装荷時において、水面下１０ｍ以上離れた位置にある燃料集合体１０を現状よりも更に高い精度で位置制御することが必要となり、現実的とはいえない。
【００２７】
ところで、特開平9-230076号公報の図１には、地震時における燃料集合体１０上部の変位に基づく反応度上昇を抑制するため、燃料集合体１０を炉心に装荷した状態でチャンネルスペーサ１８の下端位置が上部格子板２０の下端縁となるように、チャンネルスペーサ１８を下方に延長した例が開示されている。但し、チャンネルスペーサ１８とチャンネルファスナ１７のチャンネルボックス１６の外面からの突出量に関する相対関係については、特に開示されていない。
【００２８】
当該例の燃料集合体１０を例えば１バンドルセルに装荷する場合、チャンネルスペーサ１８を下方に延長した構造であるため、燃料集合体１０の上部では、チャンネルファスナ１７より先にチャンネルスペーサ１８の下端が上部格子板２０と接触することになる。
【特許文献１】特開平９−２３００７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上述したように、図９に示した従来の一般的な構造の沸騰水型原子炉の燃料集合体では、炉心周辺部の１バンドルセル等への装荷時に、チャンネルファスナが上部格子板と接触し、燃料集合体に横振れが発生することがあった。チャンネルファスナは横振れ回転軸から遠い位置に位置しているため、横振れが生じやすく、この横振れが収まらない状態で、燃料集合体を燃料支持金具に向かって着座操作すると、燃料集合体の下端が炉心シュラウド側の方向、すなわち炉心外方に振れた状態で、燃料支持金具から外れて装荷（ミスアライメント）される可能性があった。
【００３０】
もっとも、上記ミスアライメントが発生した場合でも、燃料集合体の炉心装荷後の高さ位置の監視や炉心上部からの目視確認等によって、正常な状態に修正することは可能であった。また、仮にこのような状態で運転されたとしても、当該領域は低出力領域であること等から、燃料集合体の健全性や安全性上の問題はない。
【００３１】
しかしながら、燃料集合体の装荷にミスアライメントが発生する可能性があること自体、好ましいことではない。また、ミスアライメントを検知した場合は、修正のために燃料集合体の再装荷の作業をしなければならないので、作業の能率上好ましくない。
【００３２】
そこで、本発明が解決しようとする課題の一つは、チャンネルファスナと上部格子板の接触による燃料集合体の横振れを防止し、燃料集合体の装荷時のミスアライメントを防止することができる沸騰水型原子炉の燃料集合体を提供することにある。
【００３３】
一方、特開平９−２３００７６公報の図１には、地震時における燃料集合体の上部の変位を抑制するために、燃料集合体を炉心に装荷した状態でチャンネルスペーサの下端位置が上部格子板の下端縁となるようにした燃料集合体が開示されている。
【００３４】
この燃料集合体は、チャンネルスペーサの板部の下端がチャンネルファスナの下端よりも下方に位置している点で上位概念的に本発明と共通である。
【００３５】
しかし、チャンネルスペーサの役割は、地震等によりチャンネルファスナの板バネが大きく押しつぶされたときでも、燃料集合体の上部における制御棒の挿入通路を確保できるように、制御棒の挿入通路の上部延長空間に配設されるものである。この目的のため、チャンネルスペーサ自体が制御棒の挿入の邪魔になってはならない。
【００３６】
一般的な沸騰水型原子炉においては、制御棒を全挿入すると、制御棒の先端は上部格子板の下端と上端のほぼ中心部に到達する。
【００３７】
特開平９−２３００７６公報の図１の燃料集合体ではチャンネルスペーサの下端位置が上部格子板の下端縁となっているため、制御棒の先端とチャンネルスペーサの下端が互いに干渉する可能性がある。
【００３８】
原子炉を緊急停止するために制御棒をスクラム挿入した場合に、制御棒の先端とチャンネルスペーサの下端が互いに干渉すると、制御棒が燃料集合体を上方に突き上げるように作用し、安全上好ましい構造とはいえない。
【００３９】
そこで、本発明が解決しようとするもう一つの課題は、上述したようにチャンネルファスナと上部格子板の接触を防止しつつ、制御棒の先端とチャンネルスペーサの下端の干渉を防止することができる沸騰水型原子炉の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】
【００４０】
本発明による沸騰水型原子炉の燃料集合体は、
多数本の燃料棒を複数のスペーサによって垂直かつ互いに平行となるように束ね、各燃料棒の上下端部をそれぞれ上部タイプレートおよび下部タイプレートによって支持し、燃料棒の外周をチャンネルボックスで包囲し、前記上部タイプレートと前記チャンネルボックスを前記チャンネルボックスの上端部でチャンネルファスナのキャップスクリュにより一体に固定するとともに、前記チャネルファスナの板バネと板バネガードを前記チャンネルボックスの上端縁から該チャンネルボックスの外周面に沿って下方向に延在するように固定し、前記チャネルファスナの板バネの水平方向横の位置にチャンネルスペーサを設けた沸騰水型原子炉の燃料集合体において、
前記チャンネルスペーサは上下に延在する板部を有し、前記燃料集合体の外幅をＷとすると、前記チャンネルスペーサの板部の下端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置し、前記チャンネルスペーサの板部の上端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端より上方に位置し、
前記チャンネルスペーサの板部の厚さは、前記チャンネルファスナの板バネガードの厚さよりも厚く、かつ、前記チャンネルファスナの板バネの突出部の突出高さより薄い、ことを特徴とする。
【００４１】
前記チャンネルスペーサは前記板部の下方に、傾斜角が約３０°、長さが約０．１Ｗのテーパー部を有し、前記チャンネルスペーサのテーパー部の下端は前記チャンネルファスナの板バネガードの下端から０．４Ｗないし０．６Ｗの距離範囲内の下方位置に位置するようにすることができる。
【００４２】
前記チャンネルスペーサは、前記チャネルファスナが設けられているチャンネルボックスのコーナから遠い該チャンネルボックスの他のコーナ近傍に設けられているようにすることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明は、チャンネルスペーサの板部の下端がチャンネルファスナの板バネガードの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置している。
【００４４】
一般に、燃料集合体を上部格子板に挿入し、下部タイプレートが燃料支持金具に着座する前に、チャンネルファスナとチャンネルスペーサを有する燃料集合体の上端部が上部格子板の格子の内部を通る。チャンネルスペーサはチャンネルボックスから突出しており、該チャンネルスペーサの下端が上部格子板の格子の内側と当接すると、チャンネルボックスの下端部がチャンネルスペーサが設けられている面側に振れている場合は、チャンネルスペーサが設けられている面の反対側のチャンネルボックス面が上部格子板の上縁と接触し、燃料集合体の傾斜をより垂直になるように自律的に修正する作用を生じる。
【００４５】
つまり、チャンネルボックスの下端部がチャンネルスペーサが設けられている面側に振れている場合、上部格子板の格子の内側寸法とチャンネルスペーサの突出高さを含めたチャンネルボックスの幅の関係から、燃料集合体の傾斜をより垂直になるように修正することができるのである。
【００４６】
これは、燃料集合体を１セルバンドルに装荷するときに、燃料集合体の下端部がシュラウド側に振れている場合に、燃料集合体の下端部をより炉心側に修正するように作用することを意味する。
【００４７】
ところで、チャンネルスペーサの板部の下端部の位置が、着座状態で上部格子板の上下寸法の中で高い位置に位置しているほど上記作用は小さく、チャンネルスペーサの下端部の位置が低いほど上記作用が大きい。
【００４８】
つまり、チャンネルスペーサの板部の下端部の位置が、着座状態で上部格子板の上下寸法の中で高い位置に位置していると、燃料集合体の下端部の振れが十分に修正されず、ミスアライメントを生じる可能性がある。
【００４９】
しかし一方、チャンネルスペーサの板部の下端部の位置が、たとえば特開平９−２３００７６公報の図１のように、着座状態で上部格子板の上下寸法の中でもっとも低い位置に位置していると、制御棒の全挿入時に制御棒の先端との接触の問題を生じる。
【００５０】
また、上記燃料集合体の傾斜を修正する作用を有効なものとするためには、チャンネルスペーサの下端部の位置は、着座直前に燃料集合体の下部タイプレートの下端（ノーズコーンの先端）が燃料支持金具の内径の内側になるように、燃料集合体の傾斜を修正するものでなければならない。
【００５１】
これに対して、本発明は、チャンネルスペーサの板部の下端をチャンネルファスナの板バネガードの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置させることにより、燃料集合体を上部格子板に挿入してチャンネルスペーサが上部格子板の格子の内側に到達したときに、該チャンネルスペーサの下端が上部格子板の格子の内側に当接し、チャンネルスペーサが設けられている面側にチャンネルボックスの下端部が振れている場合には、チャンネルスペーサが設けられている面の反対側のチャンネルボックス面が上部格子板の上縁と接触し、それによって燃料集合体の下部タイプレートの下端が燃料支持金具の内径の内側になるように、燃料集合体の傾斜を修正することができる。
【００５２】
これにより、燃料集合体のミスアライメントを容易かつ完全に防止することができる。
【００５３】
また、燃料集合体が正常に着座した後は、チャンネルスペーサの板部の下端がチャンネルファスナの板バネガードの下端から０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置しているため、通常の沸騰水型原子炉の寸法であれば、制御棒を完全に挿入した時でも制御棒の先端がチャンネルスペーサの下端に届かず、制御棒の全挿入時の制御棒とチャンネルスペーサの接触の問題を完全に防止することができる。
【００５４】
本願の他の発明によれば、チャンネルスペーサが板部の下方に傾斜角が約３０°、長さ０．１Ｗのテーパー部を有している。チャンネルスペーサが板部の下方に長さ０．１Ｗのテーパー部を有していることにより、燃料集合体の装荷時にチャンネルスペーサの下端が上部格子板に引っ掛かることを防止できる。
【００５５】
また、本願の他の発明によれば、チャネルファスナが設けられているチャンネルボックスのコーナから遠い該チャンネルボックスの他のコーナ近傍に、チャンネルスペーサが設けられている。
【００５６】
チャンネルスペーサが、チャネルファスナが設けられているチャンネルボックスのコーナから遠いチャンネルボックスの他のコーナ近傍に設けられているということは、チャンネルスペーサが、燃料集合体が横振れを起こす場合の回転軸に対してモーメントの腕が短い所に位置していることを意味している。
【００５７】
すなわち、仮にチャンネルスペーサが上部格子板の上縁と接触してチャンネルスペーサに上向きの力が働いても、燃料集合体を回転させるモーメントが小さく、したがって、燃料集合体の横振れを最小限に抑えることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
次に、本発明を実施するための最良の形態について以下に説明する。
【００５９】
図１に本発明の一実施形態による燃料集合体の上端部の側面図を示す。図２は、図１の燃料集合体の上端部の平面図を示している。図３は、該燃料集合体の上端部の斜視図を示している。
【００６０】
本実施形態の燃料集合体１を含めて、一般に燃料集合体は多数本の燃料棒を複数のスペーサによって垂直かつ互いに平行となるように束ね、各燃料棒の上下端部をそれぞれ上部タイプレートおよび下部タイプレートによって支持し、燃料棒の外周をチャンネルボックスで包囲したものからなる。
【００６１】
図１−３を参照して明らかなように、上部タイプレート２とチャンネルボックス３は、チャンネルボックス３の上端部で、チャンネルファスナ４のキャップスクリュ４ａにより一体に固定されている。
【００６２】
チャネルファスナ４の板バネ４ｂと板バネガード４ｃは、チャンネルボックス３の上端縁から該チャンネルボックス３の外周面に沿って下方向に延在するように、前記キャップスクリュ４ａにより固定されている。
【００６３】
チャンネルファスナ４は、チャンネルボックス３のコーナのうち、図示しない制御棒に近いコーナに設けられている。
【００６４】
板バネ４ｂは、上部で一体になっており、そこでキャップスクリュ４ａによって固定され、前記一体になっている部分から二股に分かれて、それぞれの枝分かれした板バネ部分はチャンネルファスナ４が設けられているチャンネルボックス３のコーナの上縁から、該コーナで隣接する２つのチャンネルボックス３の面に沿って下方に延在している。
【００６５】
板バネ４ｂの枝分かれした部分は、中央部が突出することによって弾性を有するように屈曲され、先端部はチャンネルボックス３の面に近づくように形成されている。
【００６６】
板バネガード４ｃは、チャンネルファスナ４が設けられているチャンネルボックス３のコーナを覆うように形成され、板バネ４ｂの内側に位置し、キャップスクリュ４ａによって固定されている。
【００６７】
板バネガード４ｃは、外面の一部が浅い凹部に形成され、板バネ４ｂの先端が上部格子板等に引っ掛からないように、該凹部に板バネ４ｂの先端が収納されている。なお、板バネ４ｂの中央部は前記板バネガード４ｃの凹部よりも外方に突出している。
【００６８】
燃料集合体の板バネ４ｂは燃料集合体が隣接して装荷されたときに、互いに対向して当接し、バネ力により燃料集合体を上部格子板に押しつけ、それによって燃料集合体の相互の間隙を保つように構成されている。
【００６９】
チャンネルスペーサ５は、図１−３に示すように、チャネルファスナ４の板バネ４ｂの概略水平方向横の位置のチャンネルボックス３の面上に設けられている。
【００７０】
チャンネルスペーサ５は、地震等によりチャンネルファスナ４の板バネ４ｂが大きく押しつぶされたときに、隣接する燃料集合体のチャンネルスペーサ５同士が当接し、燃料集合体上部における制御棒の挿入通路を確保できるように設けられている。
【００７１】
チャンネルスペーサ５は、ほぼ一様な厚さを有し、上下に延在する板部５ａを有している。
【００７２】
本実施形態のチャンネルスペーサ５は、板部５ａの下端部に続いて、燃料集合体１の外幅をＷとすると、上下の長さが０．１Ｗのテーパー部５ｂを有している。なお、板部５ａの下端部の角を面取り加工することにより、テーパー部５ｂに代えることができる。
【００７３】
本実施形態の燃料集合体１は、チャンネルスペーサ５の板部５ａのテーパー、チャンネルファスナ４の板バネガード４ｃの下端から、０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置している。
【００７４】
一方、チャンネルスペーサ５の板部５ａの上端は、チャンネルファスナ４の板バネガード４ｃの下端より上方に位置している。
【００７５】
換言すると、本実施形態の板バネガード４ｃの下端は、高さ方向でチャンネルスペーサ５の板部５ａの上下端の間にあり、かつ、該板部５ａの下端は板バネガード４ｃの下端から、０．３Ｗないし０．５Ｗの距離範囲内の下方位置に位置している。
【００７６】
また、チャンネルスペーサ５の板部５ａの厚さは、チャンネルファスナ４の板バネガード４ｃの厚さよりも厚く、かつ、該チャンネルファスナ４の板バネ４ｂの突出部のチャンネルボックス面からの突出高さより薄い。
【００７７】
図２は、燃料集合体１を、上部格子板６の１バンドルセルに装荷した場合を示している。符号６ａはシュラウド側の上部格子板の部材を示しており、符号６ｂは炉心側の上部格子板の部材を示している。
【００７８】
図４と図５は、本発明の燃料集合体１を１バンドルセルに装荷するときの様子を示している。図４は燃料集合体１の着座前を示しており、図５は燃料集合体１が着座した後の様子を示している。なお、図４，５は図２の方向Ｂから見た燃料集合体となっている。
【００７９】
燃料集合体１は、下端部に下部タイプレート７を有し、下端部から上部格子板６の格子内に挿入し、図４の時点でチャンネルスペーサ５の下端部が上部格子板６のシュラウド側の部材６ａに接触する。
【００８０】
本発明によれば、チャンネルスペーサ５の下端部がチャンネルファスナ４の下端部（板バネガード４ｃの下端部）よりも下方に位置し、特にチャンネルスペーサ５の下部にテーパー部を有しているときは、チャンネルスペーサ５がガイドとなってチャンネルファスナ４を上部格子板６から遠ざけるため、チャンネルファスナ４の下端が上部格子板６の上縁に引っ掛かることを防止することができる。
【００８１】
また、本発明によれば、挿入途中で燃料集合体１の下端部が炉心の外側、すなわちシュラウド側に横振れしている場合は、後に説明するように着座直前に燃料集合体１の下部タイプレート７の下端（ノーズコーンの先端）が、炉心支持板８上の燃料支持金具９の内径の内側になるように、修正燃料集合体１の傾斜が修正される。
【００８２】
燃料集合体１の傾斜が修正された状態で燃料集合体の装荷操作を続けることにより、図５に示すように、下部タイプレート７が正しく燃料支持金具９に着座することができる。
【００８３】
以下、本発明の作用について説明する。
【００８４】
一般に、上部格子板６ａ，６ｂで形成された空間は、燃料集合体１が最外周領域の１バンドルセルに何らかの原因によって炉心シュラウド側に位置ずれして挿入操作される場合でも、燃料集合体１が通過するために支障のない広さを有している。このため、燃料集合体１は、チャンネルスペーサ５やチャンネルファスナ４が上部格子板６に接近するまでは、特段問題なく挿入される。
【００８５】
本発明の燃料集合体１は、チャンネルスペーサ５の下端がチャンネルファスナ４の下端より下方側にあるため、チャンネルスペーサ５の下端がチャンネルファスナ４よりも先にシュラウド側の上部格子板の部材６ａの上端に接近することになる。
【００８６】
チャンネルスペーサ５の下端部（板部５ａの下端の角部）には通常面取りが施され、チャンネルスペーサ５がシュラウド側の上部格子板の部材６ａに引っ掛からないように形成されている。
【００８７】
特に、チャンネルスペーサ５の下部にテーパー部５ｂが設けられている本発明の実施形態によれば、テーパー部５ｂがシュラウド側の上部格子板の部材６ａの上縁に接し、徐々に該燃料集合体１の位置ずれを修正するように作用する。
【００８８】
さらに、２箇所のチャンネルスペーサ５の板部５ａの下端がシュラウド側の上部格子板の部材６ａの内側面と接することにより、燃料集合体１の横振れが抑制され、傾斜が修正されるように作用する。
【００８９】
１バンドルセルに燃料集合体を装荷する場合において、装荷途中で何らかの原因によって燃料集合体１に横振れが生じるときの最大振れ角度（θ0）は、図６に示すように上部格子板６ａ，６ｂの高さ寸法（H0）と、上部格子板６ａ，６ｂの上縁位置における上部格子板６ａ，６ｂと燃料集合体１の間隙（C0）で決まる。燃料集合体１の外幅（チャンネルボックスの外幅相当）をＷとすると、最大振れ角度（θ0）は、次式で表される。
θ0= tan-1［{C0-W（1/cosθ0-1）｝/H0］≒tan-1（C0/H0）≒C0/H0       （1）
（但し、θ0<<1）
【００９０】
典型的な沸騰水型原子炉においては、H0/W≒2.4、C0/W≒0.055であり、燃料集合体１の全長（L）は、燃料集合体１の外幅（W）の凡そ３０倍程度であるので、燃料集合体１が前記角度（θ0）で横振れするときの、燃料集合体1の下端における最大の偏心量（e0）は、下記となる。
e0=L・sinθ0≒L・θ0≒L×C0/H0≒（0.055W/2.4W）×30W≒0.7W      （2）
【００９１】
一方、燃料集合体１の下部を挿入する燃料支持金具９の挿入孔径は、燃料集合体１の外幅の凡そ２／３程度であるので、燃料集合体１の下端が燃料支持金具９に確実に挿入されるためには、燃料集合体１の横振れに基づく下端の偏心量（eA）を燃料支持金具９の挿入孔径の１／２、すなわち燃料集合体１の外幅の凡そ１／３以下に抑えることができれば、燃料集合体１に横振れが生じても下端が燃料支持金具９から外れて装荷されることはないといえる。すなわち、
eA≦1/3・W                                                （3）
【００９２】
したがって、式（2）及び式（3）から、eA＜e0  であることが明らかであることから、特段の注意を払わないで、燃料集合体１が上部格子板６ａ，６ｂの間隙に対応して横振れするような状態が発生する場合には、燃料集合体１の下端が燃料支持金具９から外れて装荷される可能性があるといえる。
【００９３】
これに対して、本発明では、チャンネルスペーサ５の板部５ａの下端をチャンネルファスナ４の下端より下方側としているため、１バンドルセルに燃料集合体１を装荷する途中で、図７に示すようにチャンネルスペーサ５の板部５ａの下端が上部格子板６ａ，６ｂの内面と対峙して当接する状態が生じる。
【００９４】
図７に示すような状態においては、チャンネルスペーサ５の位置における上部格子板６ａ，６ｂとの間隙が小さいことにより、燃料集合体１の横振れ角度が抑制される。
【００９５】
上部格子板６ａ，６ｂの上端からチャンネルスペーサ５の板部５ａの下端までの距離をH、チャンネルスペーサ５の位置における燃料集合体１の外幅をＷ’、上部格子板６の上縁位置における上部格子板６ａ，６ｂとチャンネルスペーサ５の間隙をCとすると、この状態における燃料集合体1の最大振れ角度（θ）は、次式で表される。
θ= tan-1［{C-W’（1/cosθ-1）｝/H］≒tan-1（C/H）≒C/H        （4）
（但し、θ<<1）
【００９６】
上部格子板６の上縁位置における上部格子板６ａ，６ｂとチャンネルスペーサ５の間隙（C）を凡そ燃料集合体１の外幅の１％程度にするものとすると（すなわち、C=0.01W）、燃料集合体１が当該角度（θ）で傾斜したときの、燃料集合体１の下端における最大の偏心量（e）は、下記となる。
e=L・sinθ≒L・θ≒L×C/H≒30W×（0.01W/H）≒0.3W2/H      （5）
【００９７】
燃料集合体１の下端が燃料支持金具９に確実に挿入されるための条件は、e≦eAであるので、式（3）及び式（5）から、下記の関係式が得られる。
H≧0.9W                                                    （6）
【００９８】
次に、チャンネルスペーサ５のテーパー部５ｂの角度を例えば30°と仮定すると、該テーパー部５ｂの長さ（LCST）は、
LCST＝（C0-C）/tan30°=（0.055W-0.01W）/tan30°≒0.08W
である。
【００９９】
したがって、該テーパー部５ｂの長さとしては、燃料集合体1の外幅の１０％程度（LCST＝0.1W）と仮定し、かつ燃料集合体１を炉心中央領域の4バンドルセルに装荷した場合でも、制御棒を全挿入した状態で、チャンネルスペーサ５と制御棒の先端が干渉しないようにするため、上部格子板６ａ，６ｂの上端からチャンネルスペーサ５の下端までの寸法（H+0.1W）を、上部格子板６ａ，６ｂの高さ寸法（H0）の最大でも半分程度に制限するものとすると、H+0.1W≦H0/2  であるので、式（2）と同様にH0≒2.4W  とすると、下記の関係式が得られる。
H≦1.1W                                                    （7）
【０１００】
燃料集合体１が燃料支持金具９に着座した状態において、典型的な沸騰水型原子炉では、上部格子板６ａ，６ｂの上端からチャンネルファスナ４の下端位置までの距離は、凡そ燃料集合体１の外幅（W）の凡そ０．６倍程度であるので、チャンネルファスナ４の下端からチャンネルスペーサ５の板部５ａ下端までの距離（H’）は、下式で表される。
H’=H-0.6W                                                  （8）
【０１０１】
よって、燃料集合体１に横振れを生じても燃料支持金具９に確実に着座させるための条件は、式（6）及び式（8）から、下記となる。
H’=H-0.6W≧0.9W-0.6W=0.3W                                  （9）
【０１０２】
一方、燃料集合体を4バンドルセルに装荷しても制御棒の先端と干渉しないための条件は、式（7）及び式（8）から、下記となる。
H’=H-0.6W≦1.1W-0.6W=0.5W                                  （10）
【０１０３】
したがって、チャンネルスペーサ５のテーパー部５ｂ（LCST＝0.1W）を加えたチャンネルファスナ４の下端からチャンネルスペーサ５の下端までの距離（H’+LCST）は、各々下記となる。
H’+LCST≧0.4W                                          （11）
H’+LCST≦0.6W                                          （12）
【０１０４】
以上から、チャンネルファスナ４の下端（板バネガード４ｃの下端部）からチャンネルスペーサ５の板部５ａの下端までの距離を、チャンネルボックス３の外幅の０．３倍乃至０．５倍の範囲、換言すれば、チャンネルファスナ４の下端からチャンネルスペーサ５の下端（テーパー部５ｂの下端）までの距離を、チャンネルボックス３の外幅の0.4倍乃至0.6倍の距離の範囲とすることにより、燃料集合体１を４バンドルセルに装荷しても制御棒の先端と干渉することがなく、かつ１バンドルセルに装荷する場合に燃料支持金具９に確実に着座させることができる燃料集合体１が得られることになる。
【０１０５】
チャンネルスペーサ５の板部５ａの厚さに関しては、本発明はチャンネルスペーサ５の板部５ａの厚さを、チャンネルファスナ４の板バネガード４ｃの厚さよりも厚く、かつ、前記チャンネルファスナ４の板バネ４ｂの突出部の突出高さより薄くなるように形成している。
【０１０６】
このため、上部格子板６ａの上端位置にチャンネルファスナ４の下端が到達した時点には、チャンネルスペーサ４下端がシュラウド側の上部格子板の部材６ａと接触しない。特に、テーパー部５ｂを有する場合には、燃料集合体１は水平方向に炉心側の上部格子板の部材６ｂ方向にスムーズにガイドされる。
【０１０７】
チャンネルファスナ4下端がシュラウド側の上部格子板の部材６ａと接触しないことにより、挿入途中の燃料集合体１に横振れが発生しないか、又は発生しても微動程度となり、かつ、上述したように傾斜が修正されて燃料集合体１の下端が炉心最外周領域の燃料支持金具９に確実に挿入され、着座させられる。
【０１０８】
なお、チャンネルスペーサ５の下端部が板部５ａの角部になっており、通常の面取りが施されている場合は、シュラウド側の上部格子板の部材６ａにより、燃料集合体１にわずかな回転モーメントが生じる可能性がある。
【０１０９】
しかし、図２や図３に示すように、本発明では、チャンネルスペーサ５を、チャネルファスナ４が設けられているチャンネルボックス３のコーナから遠い該チャンネルボックスの他のコーナ近傍に設けることができる。
【０１１０】
この場合には、図２に示すように、チャンネルスペーサ５と燃料集合体１の回転軸までの距離Ｄが小さくなり、燃料集合体１の回転モーメントが小さく抑制される。この点、従来技術を示した図１１の場合と比較すれば明らかである。すなわち、従来技術では、チャンネルファスナがシュラウド側の上部格子板の部材と接触する可能性があり、その場合には、回転モーメントの腕の長さはチャンネルファスナから回転軸までの距離Ｄになり、大きな回転モーメントを生じるのである。計算によれば、本発明の燃料集合体１の回転モーメントは、従来技術の燃料集合体と比べ対角方向への横振れの原因となる回転モーメントを1/4以下にすることができる。
【０１１１】
このように、本発明によれば、仮にチャンネルスペーサ５の下端が板部５ａの面取りされた角部になっており、それがシュラウド側の上部格子板の部材６ａと接触して回転モーメントを生じたとしても、チャンネルスペーサ５と燃料集合体１の回転軸までの回転モーメントの腕の長さＤが小さいことにより、回転モーメントを極めて小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施形態による燃料集合体の上部の側面図。
【図２】図１の燃料集合体の上端部の平面図。
【図３】図１の燃料集合体の上端部の斜視図。
【図４】本発明の燃料集合体を１バンドルセルに装荷するときの様子を示した側面図。
【図５】本発明の燃料集合体を１バンドルセルに装荷するときの様子を示した説明図。
【図６】チャンネルスペーサが無い場合の燃料集合体の最大振れ角度（θ0）を示した説明図。
【図７】チャンネルスペーサがある場合の燃料集合体の最大振れ角度（θ0）を示した説明図。
【図８】一般的な沸騰水型原子炉の燃料集合体の構造図。
【図９】従来の燃料集合体の上部の側面図。
【図１０】炉心の単位セルを上方向から見た平面図。
【図１１】炉心最外周領域のセル（１バンドルセル）を上方向から見た平面図。
【図１２】従来の燃料集合体を１バンドルセルに装荷するときの様子を示した側面図。
【図１３】従来の燃料集合体を１バンドルセルに装荷するときの様子を示した側面図。
【図１４】従来の燃料集合体を炉心最外周領域のセル（２バンドルセル）に装荷するときの様子を示した平面図。
【符号の説明】
【０１１３】
１  燃料集合体
２  上部タイプレート
３  チャンネルボックス
４  チャンネルファスナ
４ａ  キャップスクリュ
４ｂ  板バネ
４ｃ  板バネガード
５  チャンネルスペーサ
５ａ  板部
５ｂ  テーパー部
６  上部格子板
６ａ  シュラウド側の上部格子板の部材
６ｂ  炉心側の上部格子板の部材
７  下部タイプレート
８  炉心支持板
９  燃料支持金具
１０  燃料集合体
１１  燃料棒
１２  水ロッド
１３  上部タイプレート
１４  下部タイプレート
１５  スペーサ
１６  チャンネルボックス
１７  チャンネルファスナ
１７ａ  板バネ
１７ｂ  板バネガード
１８  チャンネルスペーサ
１８ａ  チャンネルスペーサの下端部
１９  制御棒
２０  上部格子板
２０ａ  シュラウド側の上部格子板の部材
２０ｂ  炉心側の上部格子板の部材
２１  炉心支持板
２２  燃料支持金具
【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】
2011117771.tif 000009
【図８】
2011117771.tif 000010
【図９】
2011117771.tif 000011
【図１０】
2011117771.tif 000012
【図１１】
2011117771.tif 000013
【図１２】
2011117771.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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