(57)【要約】【課題】地震発生時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることができる燃料集合体を提供する。【解決手段】燃料集合体４では、下部タイプレート３４及び上部タイプレート３５によって支持される複数の燃料棒３８を有する。複数の燃料スペーサ４０で束ねられた複数の燃料棒３８の周囲を取り囲むチャンネルボックス３７は、上端部がチャンネルファスナ３６によって上部タイプレート３５に取り付けられ、チャンネルボックス３７の下端部が下部タイプレート３４を取り囲んでいる。チャンネルボックス３７の下端よりも下方で下部タイプレート３４の２つの側面に、ローラ１１が回転可能にそれぞれ取り付けられる。これらのローラ１１は、下部タイプレート３４において、チャンネルファスナ３６が取り付けられた燃料集合体４の１つのコーナ部でこのコーナ部に位置する２つの側面にそれぞれ取り付けられている。【選択図】図１
2012107876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料棒と、それぞれの前記燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、それぞれの前記燃料棒の上端部を支持する上部タイプレートと、束ねられた前記複数の燃料棒を取り囲んで上端部がチャンネルファスナによって前記上部タイプレートに取り付けられ、下端部が前記下部タイプレートを取り囲むチャンネルボックスとを備え、
制御棒ガイド部材が、前記チャンネルボックスの下端よりも下方で前記下部タイプレートの側面に設けられて、前記下部タイプレートの幅方向で、前記チャンネルファスナが取り付けられたコーナと前記コーナから前記下部タイプレートの幅の１／３の位置との間に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
複数の燃料棒と、それぞれの前記燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、それぞれの前記燃料棒の上端部を支持する上部タイプレートと、束ねられた前記複数の燃料棒を取り囲んで上端部がチャンネルファスナによって前記上部タイプレートに取り付けられ、下端部が前記下部タイプレートを取り囲むチャンネルボックスとを備え、
制御棒ガイド部材が、前記下部タイプレートの上端よりも下方で前記チャンネルボックスの側面に設けられて、前記下部タイプレートの幅方向で、前記チャンネルファスナが取り付けられたコーナと前記コーナから前記下部タイプレートの幅の１／３の位置との間に配置されていることを特徴とする燃料集合体。
【請求項３】
前記制御棒ガイド部材が、回転体である請求項１または２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
前記制御棒ガイド部材が、回転体を有するトランスファー部材である請求項１または２に記載の燃料集合体。
【請求項５】
前記制御棒ガイド部材が、摺動部材とした請求項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、特に、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】
沸騰水型原子炉は、内部に炉心を設けた原子炉圧力容器を有している。原子炉圧力容器内に設けられた炉心シュラウドが、複数の燃料集合体が装荷されている炉心を取り囲んでいる。炉心シュラウド内に配置された上部格子板及び炉心支持板が、炉心シュラウドに設置され、複数の燃料支持金具が炉心支持板に設置される。各燃料集合体は、下端部が燃料支持金具によって支持され、上端部が上部格子板に支持される。炉心の最外周に配置された一部の燃料集合体を除いて、４体の燃料集合体が１つの燃料支持金具によって支持される。その一部の燃料集合体は、１体ずつ、１つの燃料支持金具によって支持される。
【０００３】
複数の制御棒駆動機構ハウジングが、原子炉圧力容器の底部を貫通して原子炉圧力容器に設けられている。円筒である制御棒案内管が制御棒駆動機構ハウジング毎に設けられる。各制御棒案内管は炉心支持板の下方に配置され、制御棒案内管の下端が制御棒駆動機構ハウジングの上端に接続されている。燃料支持金具の下端部が制御棒案内管の上端部内に挿入されている。制御棒駆動機構が制御棒駆動機構ハウジング内に設置されており、横断面が十字形をした制御棒が制御棒案内管内に配置される。制御棒は、制御棒を制御棒案内管の軸方向に移動させる制御棒駆動機構に連結されている。
【０００４】
沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体は、正方格子状に配置された複数の燃料棒を有し、これらの燃料棒の下端部及び上端部を下部タイプレート及び上部タイプレートで支持し、上部タイプレートに取り付けられたチャンネルボックス内に全ての燃料棒を収納している。炉心内に配置されて隣り合う燃料集合体のチャンネルボックス間には、水ギャップが形成される。制御棒は、制御棒駆動機構による操作によって、燃料支持金具に形成された、横断面が十字形の貫通孔を通って燃料集合体の相互間、すなわち、水ギャップ内に挿入される。制御棒が炉心内に挿入されたとき、４体の燃料集合体が１体の制御棒に隣接する。
【０００５】
沸騰水型原子炉の原子炉出力１００％の定格運転時には、それぞれの制御棒駆動機構の操作によって大部分の制御棒が炉心から引き抜かれて炉心支持板より下方でそれぞれの制御棒案内管内に収納されている。一部の制御棒が、原子炉出力を制御するために、炉心内、すなわち、燃料集合体間に挿入されている。
【０００６】
沸騰水型原子炉に設けられた再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）の駆動によって、冷却水を、原子炉圧力容器内で炉心支持板の下方に形成された下部プレナムから炉心に供給する。炉心に供給される大部分の冷却水は、制御棒案内管の上端部に形成された開口、及び燃料支持金具内で制御棒用の貫通孔の周囲に形成された冷却水通路を通って燃料集合体内に供給される。この冷却水は燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部の冷却水が蒸気になる。この蒸気は、原子炉圧力容器に接続された主蒸気管を通ってタービンに供給される。炉心に供給される残りの冷却水は、制御棒案内管に形成された他の開口から制御棒案内管内に流入し、燃料支持金具に形成された制御棒用の貫通孔を通って燃料集合体間の水ギャップ内に到達する。この冷却水は、水ギャップ内を上昇する。
【０００７】
沸騰水型原子炉の運転中に地震が発生した場合には、原子炉がスクラム（緊急停止）される。このスクラムは、制御棒駆動機構の操作により全ての制御棒を炉心に全挿入することによって行われる。各制御棒の上端部及び下端部には、それぞれローラが設けられている。制御棒の上端部に設けられたローラはチャンネルボックスと接触することによって制御棒とチャンネルボックスとの間の摩擦抵抗力を低減し、制御棒の下端部に設けられたローラは制御棒案内管の内面と接触することによって制御棒と制御棒案内管との間の摩擦抵抗力を低減し、制御棒の炉心への挿入性を高めている。
【０００８】
地震による加振によって燃料集合体の軸方向の中央部が水平方向に大きく揺れるとき、炉心に挿入される制御棒の、上端部及び下端部のローラ以外の部分が、チャンネルボックス、燃料支持金具及び制御棒案内管と接触する可能性がある。これらと制御棒との接触を低減することにより、原子炉のスクラム時に制御棒をさらに速く炉心に挿入することができる。
【０００９】
制御棒の、上端部及び下端部のローラ以外の部分がチャンネルボックス、燃料支持金具及び制御棒案内管と接触する可能性を低減でき、制御棒の挿入性及び引き抜き性を円滑に行うことができる技術が、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載されている。
【００１０】
特開平１０−３１９１６３公報に記載された燃料支持金具は、制御棒用の貫通孔の内面に４つの板バネ部材を内側に向って突出させて設けている。この板バネ部材は、その貫通孔を通して移動する制御棒と接触し、この制御棒の傾斜を抑制する。板バネ部材の替りに、ローラを有するローラ部材を貫通孔の内面に設けることも、特開平１０−３１９１６３公報で提案されている。
【００１１】
特開平１０−３１９１６３公報は、さらに、制御棒案内管の内面に周方向に９０°間隔で４枚の制御棒支持板を取り付けている。各制御棒支持板は、制御棒案内管の軸方向に伸びており、制御棒案内管の中心軸に向って突出している。これらの制御棒支持板と制御棒の接触によって、制御棒の自立性を確保し、いずれの挿入位置においても制御棒の傾斜を防止している。
【００１２】
実開昭５５−３０８１０公報では、複数のガイドローラを、燃料支持金具に形成された制御棒用の貫通孔の内面に設けている。これらのガイドローラは、地震発生時などの緊急を要する制御棒の挿入時において、制御棒との接触による摩擦抵抗力を低減し、制御棒の挿入性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−３１９１６３公報
【特許文献２】実開昭５５−３０８１０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載されたように、板バネ部材またはローラを、燃料支持金具の制御棒用の貫通孔の内面に設けることは、地震時における制御棒の炉心への挿入性を向上させる。このため、原子炉のスクラムをより短時間に行うことができる。
【００１５】
しかしながら、燃料支持金具に形成された、制御棒が挿入される貫通孔は、前述したように、燃料集合体間に形成された水ギャップに冷却水を導く通路になっている。その貫通孔内に板バネ部材またはローラを設けることは、貫通孔の流路断面積を低減させることになる。原子炉の運転中で制御棒が挿入されている貫通孔では、制御棒と貫通孔の内面との間に形成される通路の断面積が狭くなっており、板バネ部材またはローラの設置はその通路の断面積をさらに減少させることになる。このため、水ギャップに供給される冷却水流量が減少する。また、本技術は、燃料支持金具と制御棒の接触による挿入抗力を低減する効果はあるが、地震による荷重によって、燃料集合体が大きく撓む場合に生じる燃料集合体の下端と制御棒の接触による挿入抗力の低減を図ることができない。
【００１６】
特開平１０−３１９１６３公報に記載された、制御棒案内管内面に設けられた制御棒支持板は、制御棒案内管内の制御棒の自立性を確保するためのものである。制御棒支持板の設置によって、地震が発生した時で制御棒移動時における制御棒とチャンネルボックス及び燃料支持金具との接触の低減を図ることができない。
【００１７】
発明者らは、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性を検討したところ、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載されたように、燃料支持金具の制御棒用の貫通孔の内面にガイド部材（板バネ部材及びローラ等）を設置した場合には、このガイド部材がない場合に比べて地震発生時における制御棒の炉心への挿入性を向上させることができるが、制御棒のその挿入時に、制御棒のタイロッドの側面が燃料集合体の下端部付近の側面に接触することにより、制御棒の挿入性の更なる向上が阻害されるという課題を新たに見出した。
【００１８】
本発明の目的は、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることが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】
【００１９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、複数の燃料棒と、それぞれの燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、それぞれの燃料棒の上端部を支持する上部タイプレートと、束ねられた複数の燃料棒を取り囲んで上端部がチャンネルファスナによって上部タイプレートに取り付けられ、下端部が下部タイプレートを取り囲むチャンネルボックスとを備え、制御棒ガイド部材が、チャンネルボックスの下端よりも下方で下部タイプレートの側面に設けられて、下部タイプレートの幅方向で、チャンネルファスナが取り付けられたコーナとこのコーナから下部タイプレートの幅の１／３の位置との間に配置されていることにある。
【００２０】
制御棒ガイド部材が、チャンネルボックスの下端よりも下方で下部タイプレートの側面に設けられて、下部タイプレートの幅方向で、チャンネルファスナが取り付けられたコーナとこのコーナから下部タイプレートの幅の１／３の位置との間に配置されているので、地震発生時における制御棒の炉心への緊急挿入においても、チャンネルボックスの下端部のそのコーナ付近の側面が、制御棒の剛性が高いタイロッドに接触することを避けることができる。したがって、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることができる。
【００２１】
複数の燃料棒と、それぞれの燃料棒の下端部を支持する下部タイプレートと、それぞれの燃料棒の上端部を支持する上部タイプレートと、束ねられた複数の燃料棒を取り囲んで上端部がチャンネルファスナによって上部タイプレートに取り付けられ、下端部が下部タイプレートを取り囲むチャンネルボックスとを備え、制御棒ガイド部材が、チャンネルボックスの下端よりも下方で下部タイプレートの側面に設けられて、下部タイプレートの幅方向で、チャンネルファスナが取り付けられたコーナとこのコーナから下部タイプレートの幅の１／３の位置との間に配置されていることによって、上記の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の燃料集合体の縦断面図である。
【図２】図１に示す燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【図３】図１に示す燃料集合体が装荷された沸騰水型原子炉の縦断面図である。
【図４】図３に示す沸騰水型原子炉における燃料集合体の支持構造を示す縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図３に示す沸騰水型原子炉内に配置された燃料集合体及び制御棒の詳細な配置を示す斜視図である。
【図７】図３に示す沸騰水型原子炉に用いられる制御棒の斜視図である。
【図８】図３に示された沸騰水型原子炉での地震発生時における制御棒の炉心への挿入状態を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施例である実施例２の燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【図１０】本発明の他の実施例である実施例３の燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例４の燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【図１２】本発明の他の実施例である実施例５の燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【図１３】本発明の他の実施例である実施例６の燃料集合体の下部タイプレート付近の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
発明者らは、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載されたように、燃料支持金具に形成された制御棒用の貫通孔の内面にガイド部材（板バネ部材及びローラ等）を設置した場合での地震発生時における制御棒の炉心への挿入性について検討した。この検討の結果について説明する。
【００２５】
実機規模の模擬の燃料集合体を４体配置してこれらの燃料集合体に地震発生時の加振力を加えた状態で、下方より、制御棒をそれらの燃料集合体の間に挿入する実験を行った。燃料集合体に加振力を加えて燃料集合体を水平方向に揺らして制御棒を下方よりそれらの燃料集合体間に挿入した場合には、制御棒のタイロッドの側面が燃料集合体のタイロッドに対向する側面に接触することを、発明者らが発見した。タイロッドの側面が接触した、燃料集合体のチャンネルボックスの下端部の側面には、接触したタイロッドにより接触跡が付いていた。
【００２６】
このため、発明者らは、地震発生時に炉心に挿入される制御棒のタイロッドが燃料集合体の下端部の側面に接触すること回避することができれば、地震発生時における制御棒の炉心への挿入性をさらに向上させることができると、確信した。そこで、発明者らは、制御棒のタイロッドの、燃料集合体の下端部の側面への接触を抑制する対策を、種々検討した。この結果、燃料集合体の下部タイプレートの側面、及びチャンネルボックスの側面の下端部のいずれかに制御棒をガイドする制御棒ガイド部材（例えば、回転体）を設け、このガイド部材を、下部タイプレートの幅方向において、チャンネルファスナが取り付けられたコーナから、下部タイプレートの幅の１／３の範囲内に配置することによって、地震発生時に炉心に挿入される制御棒のタイロッドと燃料集合体の下端部の側面の接触を抑制できることを、発明者らが見出した。地震発生時における制御棒の炉心への挿入性を、さらに向上させることができ、地震発生時において原子炉を寄り短時間に停止することができる。
【００２７】
以上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】
【００２８】
本発明の好適な一実施例である実施例１の、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体を、図１及び図２を用いて説明する。
【００２９】
本実施例の燃料集合体４は、下部タイプレート３４、上部タイプレート３５、チャンネルボックス３７、複数の燃料棒３８及び複数（例えば、２本）の水ロッド３９を備えている。各燃料棒３８の下端部が下部タイプレート３４に支持され、各燃料棒３８の上端部が上部タイプレート３５によって保持される。各燃料棒３８は内部に核燃料物質を充填している。これらの燃料棒３８は、軸方向に配置された複数の燃料スペーサ４０によって、相互間に冷却水が流れる冷却水通路を形成するように束ねられている。燃料集合体４の横断面における中央に複数の水ロッド３９が配置される。これらの水ロッド３９も、下端部が下部タイプレートによって支持され、上端部が上部タイプレート３５によって保持される。
【００３０】
チャンネルボックス３７が、各燃料スペーサ４０で束ねられた複数の燃料棒３８の周囲を取り囲んでいる。チャンネルボックス３７は、上端部がチャンネルファスナ３６によって上部タイプレート３５に取り付けられ、下部タイプレート３４に向って伸びている。チャンネルボックス３７の下端部は下部タイプレート３４を取り囲んでいる。チャンネルファスナ３６は、燃料集合体４の１つのコーナ部に配置されて、上部タイプレート３５に取り付けられている。チャンネルボックス３７の下端よりも下方で下部タイプレート３４の２つの側面に、回転体であるローラ（制御棒ガイド部材）１１が回転軸（図示せず）によって回転可能にそれぞれ取り付けられている。これらのローラ１１は、下部タイプレート３４において、チャンネルファスナ３６が取り付けられた燃料集合体４の１つのコーナ部でこのコーナ部に位置する２つの側面にそれぞれ取り付けられている。
【００３１】
本実施例の燃料集合体４を用いている沸騰水型原子炉１の概略構造を、図３、図４、図５及び図６を用いて説明する。沸騰水型原子炉１は、図３に示すように、原子炉圧力容器２、炉心３、炉心シュラウド５、制御棒案内管１０及び制御棒駆動機構ハウジング１４を備えている。炉心３、炉心シュラウド５及び制御棒案内管１０は原子炉圧力容器２内に配置され、制御棒駆動機構ハウジング１４が原子炉圧力容器２の底部を貫通して原子炉圧力容器２に設けられる。炉心シュラウド５は、複数の燃料集合体４が装荷された炉心３を取り囲んでいる。炉心支持板６が、炉心シュラウド５内に配置され、炉心シュラウド５に設置される。上部格子板７が、炉心支持板６の上方で炉心シュラウド５内に配置され、炉心シュラウド５に設置される。
【００３２】
複数の気水分離器８が炉心３の上方で原子炉圧力容器２内に配置される。蒸気乾燥器９が気水分離器８の上方で原子炉圧力容器２内に配置される。環状領域であるダウンカマ３１が、原子炉圧力容器２と炉心シュラウド５の間に形成される。複数のインターナルポンプ２６が原子炉圧力容器２の底部に設けられ、各インターナルポンプ２６のインペラー２７がダウンカマ３１内に配置される。
【００３３】
複数の燃料支持金具１３が、図４及び図６に示すように、正方格子状に配置されて炉心支持板６に設置される。各燃料支持金具１３は、制御棒１６が挿入される貫通孔４２（図４及び図８参照）が形成され、貫通孔４２を取り囲んで４つの冷却水通路４１を形成している。この冷却水通路４１は、燃料支持金具１３の上端に開口する出口開口部２８、及び燃料支持金具１３の側面に開口する入口開口部３３を有する（図６参照）。
【００３４】
炉心３に装荷された各燃料集合体４は、下端部を燃料支持金具１３によって支持され、上端部を上部格子板６によって支持される。燃料集合体４の下部タイプレート３４が、燃料支持金具１３に形成された出口開口部２８内に挿入されている（図４及び図６参照）。炉心３に装荷された大部分の燃料集合体４は、４体ずつ、１つの燃料支持金具１３によって支持される。残りの燃料集合体４は、炉心３の最外周に配置されており、１体ずつ、１つの燃料支持金具１３によって支持される。１つの燃料支持金具１３に支持される４体の燃料集合体４のそれぞれの上端部は、上部格子板７に形成される１つの升目内に挿入されており、各燃料集合体４に設けられたチャンネルファスナ３６が互いに接触している。これらのチャンネルファスナ３６によって、４体の燃料集合体４の各上端部は、上部格子板７に押し付けられる。炉心３に配置された燃料集合体４の相互間に、具体的には、燃料集合体４に設けられたチャンネルボックス３７の相互間に、冷却水が存在する水ギャップ２５が形成される（図５参照）。この水ギャップ２５内に、制御棒１６が挿入される。
【００３５】
円筒である複数の制御棒案内管１０が、炉心支持板６より下方に配置される（図３及び図６参照）。制御棒案内管１０の下端が、制御棒駆動機構ハウジング１４の上端に接続されている。燃料支持金具１３の下端部が制御棒案内管１０の上端部内に挿入されている。制御棒案内管１０の上端部には、燃料支持金具１３の各入口開口部３３に面する位置にそれぞれ開口部が形成される（図４参照）。４体の燃料集合体４に１体の割合で設けられた制御棒１６が、制御棒案内管１０内に配置される（図４及び図８参照）。制御棒１６は、制御棒案内管１０内に配置されて制御棒駆動機構ハウジング１４に取り付けられた制御棒駆動機構１５に連結される（図８参照）。
【００３６】
横断面が十字形である制御棒１６は、図７に示すように、タイロッド１８から四方に伸びる４枚のブレード１７を有し、タイロッド１８の上端部にハンドル１９を設け、タイロッド１８の下端部に下部支持板２０を設けている。ブレード１７は、横断面がＵ字状をしたシース２１、及びシース２１内に配置された中性子吸収部材２２を有する。シース２１の両側端部はタイロッド１８に溶接されている。シース２１の上端がハンドル１９に接合され、シース２１の下端が下部支持板２０に接合されている。上部ローラ２３がハンドル１９に取り付けられ、下部ローラ２４が下部支持板２０に取り付けられる。
【００３７】
炉心３は、原則的には、１つの燃料支持金具１３によって支持された４体の燃料集合体４が、１本の制御棒１６の周囲に配置されて構成されるセルを１つの単位にし（図５参照）、このセルを複数配置して構成されている。
【００３８】
沸騰水型原子炉１が定格出力で運転されているとき、インターナルポンプ２６が駆動され、インペラー２７が回転される。ダウンカマ３１内の冷却水が、インペラー２７によって昇圧され、下部プレナム３２内に導かれる。この冷却水は、さらに、制御棒案内管１０に形成された開口部、燃料支持金具１３の入口開口部３３を通って燃料支持金具１３内に形成された冷却水通路４１内に流入し、燃料支持金具１３の出口開口部２８から燃料集合体４内に供給される。燃料集合体４内に到達した冷却水は、チャンネルボックス３７内で燃料棒２８相互間に形成される冷却水通路を上昇する間に、燃料棒２８内の核燃料物質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。
【００３９】
蒸気及び冷却水を含む気液二相流が炉心３から各気水分離器８内に供給される。各気水分離器８は、気液二相流から蒸気を分離する。分離された蒸気は、さらに、蒸気乾燥器９で水分を除去され、主蒸気配管２９を通してタービン（図示せず）に供給される。タービンは、蒸気によって駆動され、発電を行う発電機（図示せず）を回転させる。タービンから排気された蒸気は、復水器（図示せず）で凝縮されて水になる。この水は、給水として給水配管３０を通って原子炉圧力容器２内に供給される。気水分離器８で分離された冷却水は、ダウンカマ３１内に排出され、給水と混合されてダウンカマ３１内を下降してインペラー２７の位置まで到達する。
【００４０】
下部プレナム３２内に到達した冷却水の一部は、制御棒案内管１０内に導かれ、各燃料支持金具１３に形成された貫通孔４２を通って水ギャップ２５内に達する。この冷却水は水ギャップ２５内を上昇する。
【００４１】
沸騰水型原子炉１が定格出力で運転されているとき、原子炉出力を制御するために、一部の制御棒１６が炉心３内に挿入されている。残りの全ての制御棒１６は、炉心３から全引き抜きされた状態にあり、炉心支持板６より下方で各制御棒案内管１０内に存在する。例えば、沸騰水型原子炉１が定格出力で運転されているときに地震が発生したとする。このとき、あるレベル以上の地震加速度が感知されて、スクラム信号が発信されると、全ての制御棒駆動機構１５が駆動されて全制御棒１６が完全に炉心３内に挿入される。このようにして、地震発生時に沸騰水原子炉１がスクラムされる。
【００４２】
地震の規模が大きい場合には、図８に示すように各燃料集合体４の軸方向の中央部が水平方向において大きく揺れることになる。この揺れによって、各燃料集合体は弓形状に変形する。各燃料集合体４にこのような大きな横揺れが生じた場合でも、燃料集合体４の下部タイプレート３４の側面でチャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ部にローラ１１が設けられているので、制御棒１６を、制御棒駆動機構１５によって炉心３内、具体的には、燃料集合体４の相互間に、より短時間で緊急挿入することができる。これは、ローラ１１が、タイロッド１８の側面、及びタイロッド１８付近のブレード１７の側面と接触して炉心３に向って移動する制御棒１６をガイドすると共に、制御棒１６の水平方向における動きを拘束し、さらに接触による摩擦抵抗力を低減するからである。
【００４３】
すなわち、制御棒１６の上端部が変形する燃料集合体４のチャンネルボックス４Ａの外面に接触して水平方向に押された場合でも、タイロッド１８の側面、及びタイロッド１８付近のブレード１７の側面がローラ１１に接触して制御棒１６の水平方向での動きを拘束するので、挿入される制御棒１６が、燃料支持金具１３に形成された制御棒用の貫通孔４２の内面に接触すること、及びタイロッド１８の側面、及びタイロッド１８付近のブレード１７の側面が燃料集合体４のチャンネルボックス３７の側面の下端部に接触することをそれぞれ防止することができ、制御棒１６が水平方向に揺れている燃料集合体４の軸方向の中央部で燃料集合体４の側面と接触した場合に生じる摩擦抵抗力を低減することができる。地震発生時において炉心３に挿入される制御棒１６は回転するローラ１１によってガイドされるが、これによって発生する摩擦抵抗力は非常に小さい。したがって、図８に示すように、地震発生時において燃料集合体４が水平方向に大きく揺れて燃料集合体４が弓形に変形した場合でも、制御棒１６の燃料集合体４間への挿入性、すなわち、制御棒１６の炉心３への挿入性が向上し、制御棒１６を炉心３により短時間で挿入させることができる。このため、沸騰水型原子炉１のスクラムに要する時間を短縮することができる。
【００４４】
本実施例は、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載されたように、制御棒をガイドする板バネ部材またはローラを燃料支持金具１３の制御棒用の貫通孔４２の内面に設置していなく、制御棒１６をガイドするローラ１１を燃料集合体４の下端部に存在する下部タイプレート３７の側面に設置している。このため、制御棒１６が貫通孔４２内に挿入されている場合であっても、制御棒１６と貫通孔４２の内面との間に形成される通路の流路断面積は、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載された燃料支持金具におけるその流路断面積よりも増大する。本実施例における貫通孔３５の圧力損失は、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報に記載された燃料支持金具の制御棒用の貫通孔の圧力損失よりも小さくなる。本実施例では、水ギャップ２５に供給される冷却水の流量が、特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報において水ギャップに供給される冷却水の流量よりも増加する。
【００４５】
１つのセルを構成する４体の燃料集合体４の４つのコーナのうち、チャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ４７が、制御棒１６のタイロッド１８に面している（図５参照）。特開平１０−３１９１６３公報及び実開昭５５−３０８１０公報では、燃料集合体において、チャンネルボックスの、コーナ４７から直角に伸びる２つの側面のコーナ４７付近が、地震発生時に炉心に緊急挿入される制御棒１６のタイロッド１８の側面、及びタイロッド１８付近のブレード１７の側面に接触するため、制御棒１６の炉心への挿入性の更なる向上を阻害している。本実施例は、図２及び図５に示すように、コーナ４７付近で下部タイプレート３４の側面にローラ１１を設けているので、前述したように、燃料集合体４のチャンネルボックス３７の、コーナ４７から伸びる側面でコーナ４７付近が、地震発生時に炉心に緊急挿入される制御棒１６のタイロッド１８の側面、及びタイロッド１８付近のブレード１７の側面と接触することを、ローラ１１によって、避けることができる。地震による燃料集合体４の水平断面での揺れ方向を特定することができないため、コーナ４７から直角に伸びる、下部タイプレート３４の２つの側面において、下部タイプレート３４の幅方向で、コーナ４７と、このコーナ４７から下部タイプレート３４の幅の１／３の位置との範囲内に、ローラ１１を設けることが望ましい。このようなローラ１１の配置により、地震発生時における制御棒１６の炉心３への緊急挿入においても、チャンネルボックス３７のコーナ４７付近の側面が、制御棒１６の剛性が高いタイロッド１８に接触することを避けることができる。したがって、地震発生時における制御棒１６の炉心３への挿入性をさらに向上させることができる。
【００４６】
ローラ１１が、下部タイプレート３４の幅方向において、コーナ４７とコーナ４７から下部タイプレート３４の幅の１／３の位置との範囲の外に設置された場合には、チャンネルボックス３７のコーナ４７付近の側面が、地震発生時に炉心３に挿入される制御棒１６の剛性が高いタイロッド１８に接触しやすくなり、挿入される制御棒１６とローラ１１の接触力に起因する摩擦抵抗力の低減効果が小さくなり、制御棒１６の炉心３への挿入時間の短縮効果も小さくなる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の他の実施例である実施例２の燃料集合体を、図９を用いて説明する。本実施例の燃料集合体４Ａは、実施例１の燃料集合体４においてローラ１１を制御棒ガイド部材であるトランスファー部材４３に替えた構成を有する。燃料集合体４Ａの他の構成は実施例１の燃料集合体４と同じである。
【００４８】
トランスファー部材４３は、チャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ４７から直角に伸びる、下部タイプレート３４の２つの側面にそれぞれ取り付けられる。これらのトランスファー部材４３は、チャンネルボックス３７の下端よりも下方に配置される。トランスファー部材４３はボール４５及びボール保持部材４４を有する。ボール保持部材４４が下部タイプレート３４の上記した各側面に取り付けられ、ボール４５がボール保持部材４４によって回転可能に保持されている。沸騰水型原子炉１の炉心３には、複数の燃料集合体４Ａが装荷されている。
【００４９】
本実施例では、地震発生時に炉心３に緊急挿入される制御棒１６は、剛性が高いタイロッド１８がボール４５と接触してガイドされ、燃料集合体４Ａ間に挿入される。
【００５０】
トランスファー部材４３も、実施例１のローラ１１と同様に、下部タイプレート３４の幅方向において、コーナ４７と、このコーナ４７から下部タイプレート３４の幅の１／３の位置との範囲内で下部タイプレート３４の側面に取り付けることが望ましい。
【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、本実施例は、ボール４５を回転可能にボール保持部材４４に取り付けているので、ボール４３の脱落を防止することができる。実施例１では、ローラ１１の回転軸などの支持部材が腐食によって破損してローラ１１が脱落する可能性があるが、本実施例では、このような回転体の制御棒からの脱落を防止することができる。
【実施例３】
【００５２】
本発明の他の実施例である実施例３の燃料集合体を、図１０を用いて説明する。本実施例の燃料集合体４Ｂは、実施例１の燃料集合体４においてローラ１１を、表面処理を施して低摩擦化した摺動部材（制御棒ガイド部材）４６に替えた構成を有する。燃料集合体４Ｂの他の構成は燃料集合体４と同じである。摺動部材４６も、下部タイプレート３４の側面において、実施例１におけるローラ１１と同じ位置に設けられる。摺動部材４６は、実施例１で用いられるローラ１１及び実施例２で用いられるボール４５のように回転しない。
【００５３】
本実施例は実施例２で生じる効果を得ることができる。本実施例では、摺動部材４６が回転しないので、制御棒１６からの摺動部材４６の脱落の恐れが全くなくなる。
【実施例４】
【００５４】
本発明の他の実施例である実施例４の燃料集合体を、図１１を用いて説明する。前述の実施例１〜３は、制御棒１６のガイド部材を下部タイプレートに設けているのに対し、本実施例の燃料集合体４Ｃは、ガイド部材であるローラ１１を、チャンネルボックス３７Ａの下端部でその側面に設けている。燃料集合体４Ｃの他の構成は燃料集合体４と同じである。
【００５５】
ローラ１１は、チャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ４７から直角に伸びる、チャンネルボックス３７Ａの２つの側面に回転可能にそれぞれ設けられる。各ローラ１１は、下部タイプレート３４の上端面よりも下方で、コーナ４７付近に配置される。
【００５６】
沸騰水型原子炉１の炉心３に、複数の燃料集合体４Ｃが装荷される。炉心３内の各セルは、１本の制御棒１６、及びこの制御棒１６に隣接して配置されてこの制御棒を取り囲む４体の燃料集合体４Ｃを含んでいる。沸騰水型原子炉１の運転中に地震が発生したとき、膳制御棒１６が炉心３内に緊急挿入される。このとき、緊急挿入される制御棒１６が、ローラ１１に接触して燃料集合体４Ｃ間への挿入をガイドされる。このため、炉心３に巣乳される制御棒１６のタイロッド１８付近が燃料集合体４Ｃのチャンネルボックス３７の側面の下端部に接触することを回避することができる。地震時における制御棒１６の燃料集合体４Ｃ間への挿入性がさらに向上し、制御棒１６の炉心３への挿入時間をさらに短縮することができる。
【００５７】
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。
【００５８】
ローラ１１が、下部タイプレート３４の上端面よりも上方でチャンネルボックス３７の側面に設けられた場合には、地震時に炉心３に挿入される制御棒１６の剛性が高いタイロッド１８付近がチャンネルボックス３７の下端部の側面に接触しやすくなる。このため、ローラ１１は、下部タイプレート３４の上端面よりも下方でチャンネルボックス３７の側面に設ける必要がある。
【００５９】
本実施例においても、燃料集合体４におけるローラ１１の配置と同様に、ローラ１１を、下部タイプレート３４の幅方向において、コーナ４７とコーナ４７から下部タイプレート３４の幅の１／３の位置との範囲内に配置することが望ましい。
【実施例５】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例５の燃料集合体を、図１２を用いて説明する。本実施例の燃料集合体４Ｄは、燃料集合体４Ｃにおいてローラ１１を実施例２の燃料集合体４Ａで用いられるトランスファー部材４３に替えた構成を有する。本実施例においても、トランスファー部材４３が、チャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ４７から直角に伸びる、チャンネルボックス３７Ｂの２つの側面にそれぞれ設けられる。燃料集合体４Ｄは、換言すれば、燃料集合体４Ｃのチャンネルボックス３７Ａをチャンネルボックス３７Ｂに替えた構成を有する。燃料集合体４Ｄの他の構成は燃料集合体４Ｃと同じである。各トランスファー部材４３は、下部タイプレート３４の上端面よりも下方で、コーナ４７付近に配置される。トランスファー部材４３は、下部タイプレート３４の幅方向において、実施例４のローラ１１と同じ範囲内に配置される。
【００６１】
本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。
【実施例６】
【００６２】
本発明の他の実施例である実施例６の燃料集合体を、図１３を用いて説明する。本実施例の燃料集合体４Ｅは、燃料集合体４Ｃにおいてローラ１１を実施例３の燃料集合体４Ｂで用いられる摺動部材４６に替えた構成を有する。摺動部材４６は、チャンネルファスナ３６が取り付けられたコーナ４７から直角に伸びる、チャンネルボックス３７Ｂの２つの側面にそれぞれ設けられ、下部タイプレート３４の上端面より下方でコーナ４７付近に設けられる。
【００６３】
本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体に適用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…沸騰水型原子炉、２…原子炉圧力容器、３…炉心、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ…燃料集合体、５…炉心シュラウド、６…炉心支持板、７…上部格子板、１０…制御棒案内管、１１…ローラ、１３…燃料支持金具、１６…制御棒、１７…ブレード、１８…タイロッド、２５…水ギャップ、２６…インターナルポンプ、３４，３４Ａ…下部タイプレート、３５…上部タイプレート、３６…チャンネルファスナ、３７，３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ…チャンネルボックス、４２…貫通孔、４３…トランスファー部材、４４…ボール保持部材、４５…ボール、４６…摺動部材、４７…コーナ。
【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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【図１３】
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