(57)【要約】【課題】  熱的余裕を向上し且つ核燃料装荷量を増大可能な燃料集合体及び炉心を提供する。【解決手段】  四角筒状のチャンネルボックス７内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体１であって、チャンネルボックス７に面して配される最外層燃料棒２の径Ｒ１は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、最外層燃料棒２の配置ピッチＰ１は、最外層燃料棒２に隣接する第２層燃料棒３の配置ピッチＰ２より大きく、且つ、チャンネルボックス内幅Ｌを最外層燃料棒２の一列の配列数で等分した距離の０.９７倍より大きくなるよう燃料棒を配置する。【選択図】図１
2015078897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、
前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、
前記最外層燃料棒の配置ピッチは、当該最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒の配置ピッチより大きく、且つ、前記チャンネルボックス内幅を最外層燃料棒の一列の配列数で等分した距離の０.９７倍より大きいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料集合体において、
前記最外層燃料棒の配置ピッチは、前記チャンネルボックス内幅から前記最外層燃料棒の径を減算した距離を、前記最外層燃料棒の一列の配列数から１減算した配列数で除算した距離よりも小さいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】
四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、
前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、
前記最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒の前記チャンネルボックス内一列の配列数をＮとしたとき、前記最外層燃料棒の一列の配列数をＮ＋１とし、前記最外層燃料棒の配置ピッチは、前記第２層燃料棒の配置ピッチより大きく、且つ、前記チャンネルボックス内幅をＮ＋２で等分した距離の０.９７倍より大きいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料集合体において、
前記最外層燃料棒の配置ピッチは、前記チャンネルボックス内幅から前記最外層燃料棒の径を減算した距離を、前記最外層燃料棒の一列の配列数から１減算した配列数で除算した距離よりも小さいことを特徴とする燃料集合体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料集合体において、
前記最外層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする燃料集合体。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料集合体において、
前記最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒と対向する位置に配される第２層燃料棒を部分長燃料棒とするすることを特徴とする燃料集合体。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料集合体を複数装荷する炉心。
【請求項８】
請求項７に記載の炉心において、
前記最外層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする炉心。
【請求項９】
請求項７に記載の炉心において、
前記最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒と対向する位置に配される第２層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする炉心。
【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、特に沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体および炉心に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉の炉心には、四角筒状体の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燃料集合体が多数配置されている。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、および燃料棒間の間隔を保持する燃料スペーサを有する。一般的に、原子炉内においてチャンネルボックスの外側には沸騰していない水が存在しており、チャンネルボックス内には燃料棒発熱によって沸騰した水が存在している。
【０００３】
一般的に核燃料から発生した中性子は水により減速されるにつれて核分裂性物質との反応確率が増大するため、沸騰した水よりも沸騰していない水に近い場所の燃料が燃焼を促進される傾向にある。したがって、チャンネルボックスの内壁に面した最外層部の燃料棒（以下、最外層燃料棒）の出力が高くなるため、燃料棒単位の除熱性能に対する余裕が燃料集合体中央部の燃料に比べて小さくなる。特に、最外層燃料棒の中でも四隅（４つのコーナー）近傍に位置する燃料が沸騰していない水の影響を最も受けるため、出力が大きくなる傾向にある。
【０００４】
そこで、たとえば特許文献１に記載されるように、チャンネルボックス内の燃料棒の配置ピッチ（燃料棒間最近接距離）を複数の燃料棒で異なるよう配置するものが提案されている。特許文献１では、最外層燃料棒の配置ピッチを、最外層燃料棒に隣接して配される第２層燃料棒の配置ピッチより大とし、第２層燃料棒の配置ピッチがチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の０.９倍から０.９６倍となるよう燃料棒を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９３２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
沸騰水型原子炉において炉心に装荷する燃料集合体の経済性を向上するためには、沸騰した水と沸騰していない水の分布を考慮して燃料棒を配置しながら、そこから発生する出力に対して熱的余裕を保つことが出来る構成でなければならない。
【０００７】
特許文献１では、第２層燃料棒の配置ピッチを、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の０.９倍から０.９６倍としているものの、最外層燃料棒の配置ピッチについては、第２層燃料棒の配置ピッチより大とする旨のみが記載されている。また、一般的な沸騰水型原子炉の燃料棒の配置ピッチは、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の０.９６倍から０.９７倍であることから、最外層燃料棒の配置ピッチは０.９７倍以下とするものであり、最外層燃料棒配置ピッチが低減することにより、冷却水の流量が低減し、熱的余裕が低下する恐れがある。
【０００８】
本発明は、熱的余裕を向上し且つ核燃料装荷量を増大可能な燃料集合体及び炉心を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明は、四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、前記最外層燃料棒の配置ピッチは、当該最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒の配置ピッチより大きく、且つ、前記チャンネルボックス内幅を最外層燃料棒の一列の配列数で等分した距離の０.９７倍より大きいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、前記最外層燃料棒に隣接する第２層燃料棒の前記チャンネルボックス内一列の配列数をＮとしたとき、前記最外層燃料棒の一列の配列数をＮ＋１とし、前記最外層燃料棒の配置ピッチは、前記第２層燃料棒の配置ピッチより大きく、且つ、前記チャンネルボックス内幅をＮ＋２で等分した距離の０.９７倍より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱的余裕を向上し且つ核燃料装荷量を増大可能な燃料集合体及び炉心を提供できる。
【００１２】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例である実施例１に係る燃料集合体の水平断面図である。
【図２】実施例１に係る燃料集合体が装荷される炉心の概略図である。
【図３】実施例１に係る燃料集合体の概略図である。
【図４】本発明の他の実施例である実施例２に係る燃料集合体の水平断面図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例３に係る燃料集合体の水平断面図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例４に係る燃料集合体の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。核燃料物質から発生した中性子は水で減速され、熱中性子になると再び核分裂性物質に吸収されて核分裂を起こす。熱中性子が多い領域では、この核分裂の効率が高い。中性子は水と衝突することでエネルギーを失って熱中性子となることから、冷却水が多く、沸騰していない領域において熱中性子束が大きくなる。一般的な沸騰水型原子炉では、チャンネルボックス内に沸騰した冷却水が流れ、チャンネルボックス外や水ロッド内では、沸騰していない冷却水が流れている。特に、チャンネルボックス外の燃料集合体間ギャップ領域では、水が多く、熱中性子束が大きい領域となる。つまり、ギャップ領域に近い領域では核分裂性物質は核分裂を起こしやすい。さらに、発明者らはウラン２３８に代表される核分裂性でない核燃料物質の特性に着目した。この物質は、中性子を吸収することで、核分裂性物質に変化する親物質である。中性子の吸収は、核分裂と同様に熱中性子のエネルギー領域で吸収しやすいため、熱中性子束の大きな領域では核分裂物質の生成も起きやすい。つまり、核分裂性を問わず、核燃料物質をチャンネルボックスに隣接する最外層燃料棒に装荷すれば良い。一般的に燃料棒は円柱形状であるため、装荷量を増大させるためには、円の外径を大きくすることが燃料製造上対応しやすい。
【００１５】
一方、熱的余裕の観点から、チャンネルボックスに隣接する最外層燃料棒は大きな熱中性子束により出力が増大するため、これまでの沸騰水型原子炉では最外層燃料棒の特にコーナー部において濃縮度を低減した燃料設計が行われてきた。単純に上述の最外層燃料棒の燃料装荷量を増大すると、熱的余裕がさらに厳しくなる。そこで、発明者らは熱的余裕を確保する構成を考案した。熱的余裕の低下の理由は、冷却水不足にある。特に燃料棒径を大きくすると冷却水流路が小さくなる。最外層燃料棒はチャンネルボックスに隣接するため、外側の流路は非加熱壁に隣接しており、内側の流路では最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒に隣接するため、加熱壁のみが存在する。そのため、最外層燃料棒にとっては外側の流路よりも内側の流路のほうが熱的余裕は厳しく、この流路を広げる必要がある。
【００１６】
そこで発明者らは最外層燃料棒ピッチを第２層燃料棒ピッチよりも大きくした。四角格子配列の燃料棒で形成された燃料集合体において、各層の燃料棒ピッチが大きくなることは、その層が形成する正方形が大きくなることを意味し、逆に燃料棒ピッチが小さくなることは、その正方形が小さくなることを意味する。つまり、燃料棒ピッチの差が大きい層の間では冷却水流路が大きくなる。また、一般的な沸騰水型原子炉の燃料の燃料棒ピッチはチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の０．９６〜０．９７倍であることから、最外層燃料棒ピッチをこれよりも大きくすることで熱的余裕を向上可能である。
【００１７】
従って、発明者らは、本発明の第１の実施形態として、最外層燃料棒径を断面平均の燃料棒径に対して大きくし、最外層燃料棒ピッチを第２層燃料棒ピッチよりも大きく、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の０．９７倍よりも最外層燃料棒ピッチを大きくすることで、燃料経済性を向上できることを見いだしたのである。
【００１８】
また、最外層燃料棒の核燃料物質の装荷量を増大するためには、最外層燃料棒径を大きくすればよいが、大きくするにつれて隣接燃料棒との間隙が小さくなり、除熱性能が低下する。そこで発明者らは、本発明の第２の実施形態として、燃料棒径を大きくして核分裂物質の装荷量を増大しながら隣接燃料棒間隙を維持するために、最外層のみ燃料棒数を低減することを考案した。
【００１９】
具体的には、基準とする燃料集合体の燃料棒配列数がｎ×ｎ列であった場合、最外層燃料棒は一列にｎ−１本並べ、第２層以下は（ｎ−２）×（ｎ−２）列とする。この場合、熱的余裕を維持するためには、最外層の料棒ピッチは第２層の燃料棒ピッチよりも大きくなる。第２層以下の燃料棒は前述の集合体と同じである。この燃料集合体では、燃料棒配列数を定義できないために、前述のチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離を定義できない。そこで、第２層燃料棒と前記燃料集合体の第２層燃料棒が同じ配置方法であることを活用して、第２層燃料棒の一列の配列数＋２を一般的な燃料棒配列を用いた場合の一列の燃料棒数と定義する。従って、発明者らは、第２層燃料棒の一列の配列数をＮとしたときに、最外層燃料棒の一列の配列数をＮ＋１とし、最外層燃料棒径を断面平均の燃料棒径に対して大きくし、最外層燃料棒ピッチを第２層燃料棒ピッチよりも大きく、チャンネルボックス内幅をＮ＋２で等分した距離の０．９７倍よりも最外層燃料棒ピッチを大きくすることで、燃料経済性を向上できることを見いだした。
【００２０】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
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および図２を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本実施例に係る燃料集合体及び燃料集合体が装荷される炉心が適用される沸騰水型原子炉の概略の構造を示す図である。図２に示すように、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子炉圧力容器（原子炉容器）１０３を有している。原子炉圧力容器１０３内には炉心シュラウド１０２が設置されている。以下の説明では、原子炉圧力容器をＲＰＶと称する。炉心シュラウド１０２内には、複数の後述する燃料集合体が装荷された炉心１０５が配設されている。気水分離器１０６および蒸気乾燥器１０７は、ＲＰＶ１０３内で炉心１０５の上方に配設される。ＲＰＶ１０３と炉心シュラウド１０２の間には環状のダウンカマ１０４が形成されている。ダウンカマ１０４内には、インターナルポンプ１１５が配設されている。
【００２３】
インターナルポンプ１１５から吐出された冷却水は、下部プレナム１２２を経て炉心１０５に下方より供給される。冷却水は、炉心１０５を通過する際に加熱されて水および蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器１０６は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器１０７で湿分を除去されて主蒸気配管１０８に導かれる。この蒸気は、蒸気タービン（図示せず）に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力が発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水となる。この凝縮水は、給水として給水配管１０９によりＲＰＶ１０３内に供給される。気水分離器１０６および蒸気乾燥器１０７で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ１０４内に達する。
【００２４】
図１は、本実施例に係る燃料集合体１の横断面図であり、図３は、燃料集合体１の構成を示す図である。燃料集合体１は、複数の燃料棒２、３、上部タイプレート５、下部タイプレート６、複数の燃料スペーサ８、複数の水ロッドＷＲおよびチャンネルボックス７を備えている。燃料棒２、３は、複数の燃料ペレット（図示せず）を被覆管（図示せず）内に充填し密封されている。下部タイプレート６は各燃料棒２、３の下端部を支持し、上部タイプレート５は各燃料棒２、３の上端部を保持する。これらの燃料棒２、３は、図１に示すように、燃料集合体１の横断面において１０行１０列に配置されている。その横断面の中央部には、燃料棒３が４本配置できる領域を占有する横断面積を有する水ロッドＷＲが２本配置されている。これらの水ロッドＷＲの下端部は下部タイプレート６に支持され、それらの上端部は上部タイプレート５に保持される。複数の燃料スペーサ８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、３の相互間、および燃料棒３と水ロッドＷＲの間に、冷却水が流れる流路を形成するように、燃料棒３および水ロッドＷＲを保持している。横断面が正方形状をしている四角筒状のチャンネルボックス７は、上部タイプレート５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８によって束ねられた各燃料棒２、３は、チャンネルボックス７内に配置されている。
【００２５】
なお、チャンネルボックス７の内幅（Ｌ）は約１３．４ｃｍ、チャンネルボックス７に隣接して配置される最外層燃料棒２の外径（Ｒ１）は約１．０８ｃｍ、最外層燃料棒２に隣接し配置される第２層燃料棒３の外径（Ｒ２）は約０．９ｃｍ、および水ロッドＷＲの外径は約２．５ｃｍである。なお、本実施例では、第２層燃料棒３に隣接し、燃料集合体１の中央側に配置される第３層、第４層及び第５層燃料棒の外径は第２層燃料棒３の外径と同一とした場合を例に示しており、以下では、燃料集合体１の横断面における占有面積を説明する場合、便宜的に第２層燃料棒３を用いて説明する。
【００２６】
燃料集合体１内の水ロッドＷＲは、少なくとも２本の第２層燃料棒３が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。最外層燃料棒２及び第２層燃料棒３に用いられる標準燃料棒内に充填される核分裂性ウランを含む燃料ペレットの領域の長さ、すなわち燃料有効長は本実施例では３．７ｍとしている。
【００２７】
図１に示されるように、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（ＣＲ）９と向かい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５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（ＣＲ）９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（ＣＲ）９と向かい合うコーナーに位置するように、上部タイプレート６に取り付けられている。燃料集合体１の制御棒（ＣＲ）９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。最外層燃料棒２及び第２層燃料棒３等の各燃料棒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。
【００２８】
最外層燃料棒２及び第２層燃料棒３は、それぞれ各層において等しい燃料棒ピッチを有する。隣接する２つの最外層燃料棒２の中心間の距離である最外層燃料棒ピッチＰ１は約１．３６ｃｍ、隣接する２つの第２層燃料棒３の中心間の距離である第２層燃料棒ピッチＰ２は約１．３ｃｍ。最外層燃料棒ピッチＰ１に対して、第２層燃料棒ピッチＰ２は小さい。さらに、チャンネルボックス内幅Ｌを一列の燃料棒数（本実施例では、１０行１０列に燃料棒を配置するものであるため、一例の燃料棒数は１０本）で等分した距離の０．９７倍は１.２９９ｃｍであり１．３ｃｍ未満であるので、この距離よりも最外層燃料棒ピッチＰ１は大きい。また、横断面における燃料棒径の平均値は約１．０ｃｍであり、最外層燃料棒径Ｒ１よりも小さい。
【００２９】
なお、最外層燃料棒ピッチＰ１の上限は、チャンネルボックス内幅Ｌから最外層燃料棒２の外径Ｒ１を減算した距離を、最外層燃料棒２のチャンネルボックス内一列の配列数から１減算した値で除算した距離となる。すなわち、本実施例では、最外層燃料棒２のチャンネルボックス内一列の配列数をＮとしたとき、（Ｌ−Ｒ１）／（Ｎ―１）となり、上限は１.３６９ｃｍ、最外層燃料棒ピッチＰ１は１.３６ｃｍであり上限未満となっている。
【００３０】
本実施例によれば、最外層燃料棒２と第２層燃料棒３の間隔を増大でき、最外層燃料棒２と第２層燃料棒３との間を通流する冷却水の流量を増加できることにより高出力の最外層燃料棒２に対する除熱性能が向上する。また、最外層燃料棒２の外径Ｒ１を他の燃料棒の外径より大きくすることにより核燃料装荷量を増大でき、燃料交換頻度が低減されることにより経済性を向上することができる。
【実施例２】
【００３１】
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２の燃料集合体を、図４を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図４は、本発明の実施例２に係る燃料集合体の横断面図である。図１に示した十字形状の制御棒９は省略している。本実施例では、最外層燃料棒２のチャネルボックス７内一例の配列数を１０から９にした点が実施例１と異なる。これにより本実施例では、チャンネルボッスス７内配置される最外層燃料棒２は３２本とし、最外層燃料棒径Ｒ１が約１．２ｃｍ、最外層燃料棒ピッチＰ１を約１．４ｃｍとしている。
【００３３】
第２層燃料棒ピッチＰ２は実施例１と同様に約１.３ｃｍ、また、第２層燃料棒径Ｒ２も実施例１と同様に約０.９ｃｍ、水ロッドＷＲの外径は約２.５ｃｍ、チャンネルボックス７の内幅Ｌは約１３.４ｃｍである。第２層燃料棒３のチャンネルボックス内一列の配列数が８であるので、チャンネルボックス内幅Ｌを第２層燃料棒３の一列の配列数＋２で等分した距離の０．９７倍は１.２９９ｃｍであり１．３ｃｍ未満であるので、この距離よりも最外層燃料棒ピッチＰ１は大きい。なお、上記最外層燃料棒ピッチＰ１の下限は、本実施例では最外層燃料棒２のチャンネルボックス内一列の配列数は９であるものの、１０行１０列に配置する場合を基準に定めている。また、横断面における燃料棒径の平均値は約１．０ｃｍであり、最外層燃料棒径Ｒ１よりも小さい。
【００３４】
なお、最外層燃料棒ピッチＰ１の上限は、例えば、チャンネルボックス内幅Ｌから最外層燃料棒２の外径Ｒ１を減算した距離を、最外層燃料棒２のチャンネルボックス内一列の配列数から１減算した値で除算した距離となる。すなわち、本実施例では、最外層燃料棒２のチャンネルボックス内一列の配列数をＮとしたとき、（Ｌ−Ｒ１）／（Ｎ―１）となり、上限は１.５２５ｃｍ、最外層燃料ピッチＰ１は１.４ｃｍであり上限未満となっている。
【００３５】
本実施例によれば、最外層燃料棒２と第２層燃料棒３の間隔を増大でき、最外層燃料棒２と第２層燃料棒３との間を通流する冷却水の流量を増加できることにより高出力の最外層燃料棒２に対する除熱性能が向上する。
【００３６】
また、実施例１と比較し、最外層燃料棒２のチャンネルボックス７内一例の配列数は減少するものの、最外層燃料棒２の外径を増大できることにより、最外層燃料棒２に充填される核燃料装荷量をさらに増大することができる。これにより、燃料交換頻度が低減され更なる経済性の向上が可能となる。
【実施例３】
【００３７】
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３の燃料集合体を、図５を用いて詳細に説明する。
【００３８】
図５は、本発明の実施例３に係る燃料集合体の横断面図であり、部分長燃料棒の上端部の上方で且つ標準燃料棒の燃料有効長範囲内での横断面図である。本実施例は、実施例１における四角筒状体のチャンネルボックス７の四隅（４つのコーナ）に配置する最外層燃料棒２を部分長燃料棒とした点が異なる。ここで部分長燃料棒とは、標準燃料棒内に充填される燃料ペレットの領域の長さである燃料有効長よりも、その燃料有効長が短い燃料棒をいう。その他の構成は実施例１と同様であり、説明を省略する。
【００３９】
図５に点線で示される四隅に配置される部分長燃料棒の領域は、他の最外層燃料棒２と比較し非加熱壁に隣接する領域が広い。この四隅に他の最外層燃料棒２よりも高さ方向の長さが短い部分長燃料棒を配置することで、燃料集合体の上方つまり冷却水流れの下流側で出力の高い燃料棒が低減し、横断面の出力ピーキングが低減する。これにより熱的余裕が増大する。
【００４０】
また、出力が高い最外層燃料棒２付近ではボイド率が高くなり、冷却水の上流側で発生したボイドは下流側に向うに従い結合し、最外層燃料棒２及び第２層燃料棒３の間を通流する冷却水の流れを阻害する可能性がある。本実施例では、四隅に部分長燃料棒を配置することで冷却水の下流側に空間が形成され、ボイドが流れやすくなり、燃料集合体の圧力損失を低減することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施例では、図１に示される燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒２を部分長燃料棒としたが、実施例２において説明した図４に示される燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒２を部分長燃料棒としてもよい。
【００４２】
本実施例によれば、上述の実施例１及び実施例２の効果に加え、更に、燃料集合体の圧力損失を低減することも可能となる。
【実施例４】
【００４３】
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３の燃料集合体を、図６を用いて詳細に説明する。
【００４４】
図６は、本発明の実施例４に係る燃料集合体の横断面図であり、第２層燃料棒３として配される部分長燃料棒の上端部より上方且つ標準燃料棒の燃料有効長範囲の横断面図である。実施例３では、燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒２を部分長燃料棒としたことに代え、本実施例では第２層燃料棒３のうち燃料集合体の四隅に配される燃料棒を部分長燃料棒とした点が異なる。
【００４５】
図６に点線で示されるように、燃料集合体内で、第２層燃料棒３のうち四隅に部分長燃料棒を配している。これにより第２層燃料棒３の四隅において、冷却水の下流側に空間を形成でき、出力の高い最外層燃料棒２に対する除熱性能を向上できる。本実施例では、最外層燃料棒２に充填される核燃料装荷量は実施例１と同様に確保できることにより、実施例３に対して最外層の核燃料装荷量を増大しながら、最外層燃料棒２のうち、特に四隅に配される最外層燃料棒２の出力増大に対して、冷却水の下流側での流路を拡大でき、冷却水供給量を増大でき、熱的余裕を向上することができる。
【００４６】
なお、本実施例では、図１に示される燃料集合体の四隅に配される第２層燃料棒３を部分長燃料棒としたが、実施例２において説明した図４に示される燃料集合体の四隅に配される第２層燃料集合体３を部分長燃料棒としてもよい。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…燃料集合体、２…最外層燃料棒、３…第２層燃料棒、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、８…スペーサ、ＷＲ…水ロッド、１０２…炉心シュラウド、１０３…原子炉圧力容器、１０４…ダウンカマ、１０５…炉心、１０６…気水分離器、１０７…蒸気乾燥器、１０８…主蒸気管、１０９…給水配管、１１５…インターナルポンプ、１２２…下部プレナム
【図１】
2015078897.tif 000003
【図２】
2015078897.tif 000004
【図３】
2015078897.tif 000005
【図４】
2015078897.tif 000006
【図５】
2015078897.tif 000007
【図６】
2015078897.tif 000008