(57)【要約】【課題】柔軟かつ的確な燃料配置計画を作成できる燃料集合体配置方法及び燃料集合体配置システムを提供する。【解決手段】燃料棒をチャンネルボックス３に収納した複数の燃料集合体１を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置方法において、中性子によってチャンネルボックスが屈曲する炉心の外周領域２０に配置された履歴を有し、チャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる燃料集合体１ａを、燃料集合体１ａのチャンネルボックスの屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックスが屈曲する領域に属する位置であって、燃料集合体１ａのチャンネルボックスの屈曲した部分が炉心の外側を向く位置６０に移動する。【選択図】図９
2009145294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置方法において、
中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域に配置された履歴を有し、チャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる燃料集合体を、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックスが屈曲する領域に属する位置であって、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向く位置に移動することを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料集合体配置方法において、
前記燃料集合体が前記外周領域に奇数サイクルの間配置された履歴を有しているときには、
前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲が前記単位運転サイクル終了後に残留しているとみなすことを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項３】
請求項１記載の燃料集合体配置方法において、
前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックスが屈曲する領域とは、
チャンネルボックスの屈曲態様に基づいて前記外周領域を複数に分類した領域のうち、前記外周領域に配置された履歴の直近の履歴において前記燃料集合体が属していた領域であることを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項４】
請求項３記載の燃料集合体配置方法において、
前記外周領域は、前記チャンネルボックスの角部が前記炉心の中心部に対向するように前記燃料集合体が配置される斜領域と、前記チャンネルボックスの平面部が前記炉心の中心部に対向するように前記燃料集合体が配置される直領域との２つの領域に分類されていることを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項５】
請求項４記載の燃料集合体配置方法において、
前記斜領域は、前記炉心の最外周部から中心部に向かって２層分の領域であり、
前記直領域は、前記炉心の最外周部から中心部に向かって３層分の領域であることを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項６】
燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置方法において、
中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域に配置された履歴を有し、チャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる２つの燃料集合体であって、
前記単位運転サイクル終了後におけるチャンネルボックスの屈曲態様が同一とみなすことができ、互いの位置を交換するとそれぞれのチャンネルボックスの屈曲した部分が共に前記炉心の外側を向く位置関係にある２つの燃料集合体の位置を交換することを特徴とする燃料集合体配置方法。
【請求項７】
燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置システムにおいて、
中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域を示す屈曲領域データと、単位運転サイクル終了後のチャンネルボックスの屈曲態様に基づいて前記炉心内を複数の領域に分類した屈曲分類データと、チャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向くように燃料集合体を配置できる前記炉心内の領域を示す移動領域データとを有する炉心情報記憶装置と、
前記複数の燃料集合体の過去及び現在の配置位置の履歴データである配置位置履歴データと、前記複数の燃料集合体の過去及び現在の屈曲態様の履歴データである屈曲履歴データとを有する燃料集合体情報記憶装置と、
前記複数の燃料集合体の中から次の運転サイクルを開始するに際して移動すべき燃料集合体が表示される表示装置と、
この表示装置に表示された複数の燃料集合体の中から移動するものを操作者が選択するための入力装置と、
この入力装置を介して選択された燃料集合体の移動候補地を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記選択された燃料集合体の前記配置履歴データと前記屈曲履歴データを参照し、前記選択された燃料集合体が前記外周領域に配置された履歴を有し、前記選択された燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなせる場合に、
前記選択された燃料集合体の前記配置履歴データを参照して、前記外周領域に配置された履歴の直近の履歴において前記燃料集合体が属していた領域を前記屈曲分類データに基づいて特定する第１処理と、
前記選択された燃料集合体の屈曲履歴データを参照して、前記選択された燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向くように配置できる領域を前記移動領域データに基づいて特定する第２処理とを行い、
前記第１及び第２処理によって特定された領域の両方に含まれる位置を前記選択された燃料集合体の移動候補地として前記表示装置に表示することを特徴とする燃料集合体配置システム。
【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配置方法及び燃料集合体配置システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉用の燃料集合体は複数の燃料棒で構成されており、その複数の燃料棒はジルカロイでできた矩形のチャンネルボックス内に収納された状態で原子炉に装荷されている。チャンネルボックスは、燃料が核分裂を起こした直後に生じるエネルギーの強い中性子（以下、高速中性子）が照射されると、その金属結晶が成長して長手方向（鉛直方向）に伸びる性質を有している。
【０００３】
ところで、原子炉内の高速中性子の量は、炉心の中心部から外周部に向かって低減するが、特に、炉心の最外周部から中心部に向かって３層目くらいまでの領域（以下、外周領域）ではその変化が著しい。そのため、外周領域に装荷された燃料集合体では、高速中性子量の差によって炉心の外周部側の面の伸びより中心部側の面の伸びが相対的に大きくなり、チャンネルボックスが炉心中心部に向かって凸状に屈曲する。このチャンネルボックスの変形が進行するとチャンネルボックスが制御棒と干渉する可能性が向上してしまう。特に、このチャンネルボックスの屈曲は、近年の燃料の炉心内滞在期間の長期化と原子炉運転サイクルの長期化（１５〜２４ヶ月程度）の背景の下では従来と比較して増大する傾向にあり、燃料集合体の配置計画で考慮すべき重要な要素となっている。
【０００４】
チャンネルボックスの屈曲に配慮した燃料集合体の配置に関する技術としては、燃料集合体の単位格子の対角線に沿って奇数単位離れた燃料集合体同士を位置交換する方法が提案されている（特許文献１等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２６４７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、実際の燃料配置計画では、炉心内での滞在期間が長い燃料集合体ほど次の運転サイクルでは炉心の外周側に配置して炉心特性を保持する傾向がある。そのため、燃料集合体の単位格子の対角線上に位置する燃料集合体同士だけを交換する上記技術を利用して炉心特性を満足させようとすると、燃料集合体の移動に際して発生する制約が厳しすぎるために適用が難しい場面が多い。また、現実には、外周領域の内側（即ち、炉心中心部付近）に配置されている燃料集合体の中には、かつて外周領域に配置した履歴があるものが含まれることもあり、この種の燃料集合体を外周領域に再配置する際にはチャンネルボックスの屈曲態様を考慮して制御棒と干渉する可能性を低減する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、柔軟かつ的確な燃料配置計画を作成できる燃料集合体配置方法及び燃料集合体配置システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置方法において、中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域に配置された履歴を有し、チャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる燃料集合体を、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックスが屈曲する領域に属する位置であって、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向く位置に移動するものとする。
【０００９】
このように燃料集合体を移動すると、チャンネルボックスの屈曲態様に応じた移動候補地を選出することができるとともに、チャンネルボックスの屈曲を緩和するための移動候補地として従来より多くの位置を選出することができるので、柔軟かつ的確な燃料配置作成することができる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記燃料集合体が前記外周領域に奇数サイクルの間配置された履歴を有しているときには、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲が前記単位運転サイクル終了後に残留しているとみなすものとする。
【００１１】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックスが屈曲する領域は、チャンネルボックスの屈曲態様に基づいて前記外周領域を複数に分類した領域のうち、前記外周領域に配置された履歴の直近の履歴において前記燃料集合体が属していた領域とする。
【００１２】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記外周領域は、前記チャンネルボックスの角部が前記炉心の中心部に対向するように前記燃料集合体が配置される斜領域と、前記チャンネルボックスの平面部が前記炉心の中心部に対向するように前記燃料集合体が配置される直領域との２つの領域に分類されているものとする。
【００１３】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記斜領域は、前記炉心の最外周部から中心部に向かって２層分の領域であり、前記直領域は、前記炉心の最外周部から中心部に向かって３層分の領域であるものとする。
【００１４】
（６）本発明は、上記目的を達成するために、燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置方法において、中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域に配置された履歴を有し、チャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる２つの燃料集合体であって、前記単位運転サイクル終了後におけるチャンネルボックスの屈曲態様が同一とみなすことができ、互いの位置を交換するとそれぞれのチャンネルボックスの屈曲した部分が共に前記炉心の外側を向く位置関係にある２つの燃料集合体の位置を交換するものとする。
【００１５】
（７）また、本発明は、上記目的を達成するために、燃料棒をチャンネルボックスに収納した複数の燃料集合体を沸騰水型原子炉の炉心に格子状に配置する燃料集合体配置システムにおいて、中性子によってチャンネルボックスが屈曲する前記炉心の外周領域を示す屈曲領域データ、単位運転サイクル終了後のチャンネルボックスの屈曲態様に基づいて前記炉心内を複数の領域に分類した屈曲分類データ、及びチャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向くように燃料集合体を配置できる前記炉心内の領域を示す移動領域データを有する炉心情報記憶装置と、前記複数の燃料集合体の過去及び現在の配置位置の履歴データである配置位置履歴データ、及び前記複数の燃料集合体の過去及び現在の屈曲態様の履歴データである屈曲履歴データを有する燃料集合体情報記憶装置と、前記複数の燃料集合体の中から次の運転サイクルを開始するに際して移動すべき燃料集合体が表示される表示装置と、この表示装置に表示された複数の燃料集合体の中から移動するものを操作者が選択するための入力装置と、この入力装置を介して選択された燃料集合体の移動候補地を算出する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記選択された燃料集合体の前記配置履歴データと前記屈曲履歴データを参照し、前記選択された燃料集合体が前記外周領域に配置された履歴を有し、前記選択された燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなせる場合に、前記選択された燃料集合体の前記配置履歴データを参照して、前記外周領域に配置された履歴の直近の履歴において前記燃料集合体が属していた領域を前記屈曲分類データに基づいて特定する第１処理と、前記選択された燃料集合体の屈曲履歴データを参照して、前記選択された燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲した部分が前記炉心の外側を向くように配置できる領域を前記移動領域データに基づいて特定する第２処理とを行い、前記第１及び第２処理によって特定された領域の両方に含まれる位置を前記選択された燃料集合体の移動候補地として前記表示装置に表示する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、柔軟かつ的確な燃料集合体配置計画を作成できるので、チャンネルボックスと制御棒の干渉評価に要する手間を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の平面図である。
【００１９】
この図に示す沸騰水型原子炉の炉心には、炉心の中心部Ｏを中心にした８角形を形成するように、複数の燃料集合体１が格子状に配置されている。格子状に配置された燃料集合体１は、正方状に配置された４体の燃料集合体１で単位セル１０（図２参照）を構成している。この単位セル１０の中心には十字型の制御棒２が配置されている。
【００２０】
図２は図１中の単位セルあたりの燃料集合体の拡大図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様）。
【００２１】
図２に示す燃料集合体１は、チャンネルボックス３と、チャンネルファスナ４を備えている。
【００２２】
チャンネルボックス３はジルカロイ製の板を角状に成形した管であり、その内部には複数の燃料棒（図示せず）が収納されている。チャンネルボックス３は、金属で形成されているため、照射される高速中性子の量に比例して長手方向（鉛直方向）に伸びる性質を有する。チャンネルボックス３の制御棒２側の面には、スペーサ５が取り付けられている。スペーサ５は、対向して配置されるチャンネルボックス３（燃料集合体１）との間に間隙を形成するためのものであり、スペーサ５によって形成された間隙には制御棒２が配置されている。
【００２３】
チャンネルファスナ４は、単位セル１０を構成する４体の燃料集合体１の間隙を保持するもので、単位セル１０の中央（即ち、制御棒２の位置）に位置するように各燃料集合体１の角部に取り付けられている。チャンネルファスナ４は、スペーサ５とともに制御棒２側に設けられているので、制御棒２に対する各燃料集合体１の配置方向を決定するものとしても機能している。
【００２４】
図３は本発明の実施の形態に係る燃料集合体配置システムの概略図である。
【００２５】
この図に示す燃料集合体配置システム（以下、適宜「燃料配置システム」とする）は、単位運転サイクルが終了した時点で炉心内に装荷されている燃料集合体１を再配置する際に利用されるもので、燃料配置制御装置８０と、炉心情報記憶装置８１と、燃料情報記憶装置８２と、入力装置（キーボード８３ａ、マウス８３ｂ等）８３と、表示装置（カラーＣＲＴ等）８４と、印刷装置（プリンタ）８５と、炉心特性解析装置８６を備えている。
【００２６】
燃料配置制御装置（以下、適宜「制御装置」とする）８０は、炉心情報記憶装置８１及び燃料情報記憶装置８２に記憶された情報に基づいて、入力装置８３を介して操作者が選択した燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲を考慮した移動候補地を表示装置８４に表示するものである。
【００２７】
制御装置８０は、印刷装置８５を制御する印刷制御部８１ａと、表示装置８４を制御する表示制御部８１ｂと、燃料集合体１の再配置に利用されるプログラム等が記録されている外部記憶部８１ｃと、制御装置８０が利用するデータが一時的に記録される主記憶部８１ｄと、種々の演算処理が行われる演算処理部８１ｅと、入力装置８３からのプロセスが入力されるプロセス入力部８１ｆを備えている。
【００２８】
炉心情報記憶装置８１は、炉心に関する情報を記録するもので、屈曲領域データ９１と、屈曲分類データ９２と、移動領域データ９３を有している。
【００２９】
屈曲領域データ９１は、単位運転サイクル終了後のチャンネルボックス３に高速中性子による屈曲が生じる領域を示すデータである。図４は屈曲領域データ９１によって分類された炉心を示す図である。
【００３０】
この図に示すように、屈曲領域データ９１は、炉心の外周数層に亘って位置する外周領域２０と、外周領域２０の内側に位置する内部領域２１とに炉心内を分類している。
【００３１】
外周領域２０は、核分裂に伴って発生する高速中性子の量が急激に減少する部分である。ところで、炉心内では、中心部Ｏからの距離に比例して高速中性子の量が減少する傾向がある。この傾向は外周部近傍で特に顕著となり、外周部から中心部Ｏに向かって数層までの領域では中心付近と比較して高速中性子の量が急激に減少する。即ち、この領域が外周領域２０である。外周領域２０に装荷された燃料集合体１では、照射される高速中性子量の差によってチャンネルボックス３の炉心の外周部側の面の伸びより中心部側の面の伸びが相対的に大きくなり、チャンネルボックス３が中心部Ｏに向かって凸状に変形する。
【００３２】
なお、本実施の形態では、燃料集合体１がチャンネルボックス３の平面部が中心部Ｏに対向するように配置される領域では外周から３層分を、チャンネルボックス３の角部が中心部Ｏに対向するように配置される領域では外周から２層分を外周領域として定義している。後者の方を２層分としたのは、中心部Ｏからの距離を前者と同程度とするためである。すなわち、後者の領域ではチャンネルボックス３はその対角線の方向に配置されるので、前者の領域の幅の√２倍に相当し、後者を２層と設定すれば中心部Ｏからの距離が前者と同程度になるからである。
【００３３】
屈曲分類データ９２は、単位運転サイクル終了後のチャンネルボックス３の屈曲態様（屈曲する部分、方向、及び量等）に基づいて、外周領域２０内を複数の領域に分類したデータである。この屈曲分類データ９２によって、同一の領域に属する燃料集合体１では、それらのチャンネルボックス３の屈曲態様は同一であるとみなすことができる。
【００３４】
図５は屈曲分類データ９２によって分類された外周領域２０を示す図である。
【００３５】
この図に示すように、本実施の形態の屈曲分類データ９２は、外周領域２０を直領域２０Ａと、斜領域２０Ｂの２つの領域に分類している。図５において、直領域２０Ａは、チャンネルボックス３の平面部３１が炉心の中心部Ｏに対向するように燃料集合体１が配置された領域であり、上記において外周領域２０を定義したときの外周から中心部に向かって３層分の幅を有する領域に相当する。斜領域２０Ｂは、チャンネルボックス３の角部３２が炉心の中心部Ｏに対向するように燃料集合体１が配置された領域であり、上記において外周領域２０を定義したときの外周から中心部に向かって２層分の幅を有する領域に相当する。
【００３６】
図６は直領域２０Ａと斜領域２０Bにおけるチャンネルボックス３の屈曲態様の説明図である。
【００３７】
図６（ａ）に示す燃料集合体のチャンネルボックス３Ａは、直領域２０Ａに配置されたもので、炉心の中心部Ｏ側に配置された平面部３１ａと、外周側に配置された平面部３１ｂを有している。この図に示すチャンネルボックス３Ａでは、平面部３１ａと平面部３１ｂに照射される高速中性子の量に偏差が生じるので、チャンネルボックス３Ａは平面部３１ａが中心部Ｏに向かって凸状に突出する態様で屈曲する。
【００３８】
図６（ｂ）に示す燃料集合体のチャンネルボックス３Ｂは、斜領域２０Ｂに配置されたもので、炉心の中心部Ｏ側に配置された角部３２ａと、外周側に配置された角部３２ｂを有している。この図に示すチャンネルボックス３Ｂでは、角部３２ａと角部３２ｂに照射される高速中性子の量に偏差が生じるので、チャンネルボックス３Ｂは角部３２ａが中心部Ｏに向かって凸状に突出する態様で屈曲する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、処理を簡略化するために、外周領域２０を直領域２０Ａと斜領域２０Ｂの２つの領域に分け、チャンネルボックス３の屈曲態様を２つに分類したが、外周領域２０をさらに分割し、チャンネルボックス３の屈曲態様を更に細分化しても良いことは言うまでもない。また、各燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲形状を監視し、その屈曲形状が類似するものを交換するように制御しても良い。
【００４０】
移動領域データ９３は、チャンネルボックス３が屈曲している燃料集合体１があるとき、そのチャンネルボックス３の屈曲した部分（屈曲部）が炉心の外側を向くように燃料集合体１を配置できる領域（移動可能領域）を示すデータである。移動領域データ９３は、燃料集合体１のチャンネルファスナ４の位置とチャンネルボックス３の屈曲態様の関係に基づいて決定され、燃料集合体１ごとに異なっている。
【００４１】
図７は、移動領域データ９３によって分類された炉心を示す図である。この図に示す炉心には、燃料集合体１Ａが配置されており、この燃料集合体１Ａに対する移動可能領域５５の一例が斜線で示されている。図８は、図７中の燃料集合体１Ａ付近の拡大図である。
【００４２】
燃料集合体１Ａは、単位運転サイクル終了後に直領域２０Ａに配置されており、そのチャンネルボックス３は、平面部が中心部Ｏに向かって突出した屈曲部３５を有している。燃料集合体１Ａのチャンネルファスナ４５は、図７中の左下に位置しており、制御棒２が挿入される部分に対向している。
【００４３】
移動可能領域５５は、屈曲部３５が炉心の外側を向くように燃料集合体１Ａを移動できる位置を示すものである。移動可能領域５５は、燃料集合体１Ａのチャンネルファスナ４５の位置と屈曲部３５の位置に基づいて決定される。すなわち、燃料集合体１は、燃料棒の配置の都合上、チャンネルファスナ４が制御棒２と対向する位置に装荷する必要があるが、移動後の位置でチャンネルボックス３の屈曲部を外周に向けようとすると、燃料集合体１の装荷位置は一般的に限定される。そのため、各燃料集合体１のチャンネルファスナ４の位置と屈曲部の位置（屈曲態様）が分かれば、各燃料集合体１の移動可能領域を決定することができる。なお、各燃料集合体１の屈曲部の位置は、後に説明する屈曲履歴データ９５から求めることができる。なお、各燃料集合体１のチャンネルファスナ４の位置又は燃料棒の配置データは、燃料情報記憶装置８２に記憶されている。
【００４４】
ところで、本実施の形態では、チャンネルボックス３の屈曲を修正するための燃料集合体１の移動先として、（１）移動時の燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックス３が屈曲する領域に属する位置であり、かつ、（２）チャンネルボックス３の屈曲した部分が炉心の外側を向く位置を選択している。このような条件を満たす位置に燃料集合体１を移動すると、下記に説明するように、チャンネルボックス３の屈曲を緩和することができる。
【００４５】
図９は、単位運転サイクル終了後のチャンネルボックス３の屈曲を緩和するための移動手順の図である。この図において、破線で示したチャンネルボックス３は移動前のものであり、実線で示したものは移動後のものである。
【００４６】
図９（ａ）に示す燃料集合体は直領域２０Ａに配置されたものである。この図に示す燃料集合体のチャンネルボックス３Ａは、単位運転サイクル終了後において、直領域２０Ａに属し、チャンネルボックス３の屈曲した部分が炉心の外側を向く位置へ移動されている。
【００４７】
ここで、移動先の直領域２０Ａは移動前に燃料集合体１が位置する領域と同一であるため、移動の前後の位置におけるチャンネルボックス３の屈曲態様は同一とみなせる。また、移動する際に、燃料集合体１を１８０度回転させて、チャンネルボックス３の屈曲した部分が炉心の外側を向くようにしているので、移動前の位置で屈曲した部分と反対側の部分を炉心の中心部Ｏ側に向けることができる。したがって、このような位置に燃料集合体１を移動すると、先の運転サイクルで屈曲した部分と反対側の部分を炉心の中心部Ｏ側に配置できるので、次の運転サイクルでチャンネルボックス３Ａの屈曲を緩和することができる。
【００４８】
図９（ｂ）に示す燃料集合体のチャンネルボックス３Ｂは、斜領域２０Ｂに配置されたものである。この図に示すチャンネルボックス３Ｂは、単位運転サイクル終了後において、斜領域２０Ｂに属し、チャンネルボックス３Ｂの屈曲した部分が炉心の外側を向く位置に移動されている。この場合も、図９（ａ）の場合と同様に、先の運転サイクルで屈曲した部分と反対側の部分を炉心の中心部Ｏ側に配置できるので、次の運転サイクルでチャンネルボックス３Ｂの屈曲を緩和することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態では、処理を簡略化するため、外周領域２０に偶数サイクルの間配置された履歴を有する燃料集合体１は、図９に示した屈曲緩和処理によってチャンネルボックス３の屈曲が修正したものとみなしている。このように取り扱うと、下記のような運用シーケンスを採用することができる。
【００５０】
図１０は、燃料集合体に対してチャンネルボックス３の屈曲緩和処理を実施した場合の運用シーケンスを示す図である。
【００５１】
図１０（ａ）は、外周領域２０に偶数サイクルの間配置された履歴を有する燃料集合体１の運用シーケンスである。この履歴を有する燃料集合体は、チャンネルボックス３に生じた屈曲は図９に示した屈曲緩和処理によって修正されているとみなせるので、次回の運転サイクルではチャンネルボックス３の屈曲を考慮せずに外周領域２０に配置できる（Ｓ２０１）。しかし、次回の運転サイクルで外周領域２０に配置すると（Ｓ２０２）、通算で奇数サイクルの間外周領域２０に配置された履歴を有することになるので、チャンネルボックス３の屈曲が再度発生し、次々回の運転サイクルではチャンネルボックス３の屈曲を考慮して配置位置を検討する必要が生じる（Ｓ２０３）。なお、これ以降の運転サイクルでは、上記の運用シーケンスを繰り返すこととなる。
【００５２】
図１０（ｂ）は、外周領域２０に奇数サイクルの間配置された履歴を有する燃料集合体１の運用シーケンスである。この履歴を有する燃料集合体は、チャンネルボックス３に屈曲が残留しているとみなすことができるので、次回の運転サイクルで燃料集合体１を外周領域２０内に配置する際には、チャンネルボックス３の向きを考慮して配置位置を検討する必要が生じる（Ｓ２１１）。しかし、次回の運転サイクルで外周領域２０に配置すると（Ｓ２１２）、通算で偶数サイクルの間外周領域２０に配置された経歴を有することになるので、次々回の運転サイクルではチャンネルボックス３の屈曲を考慮せずに配置することができる（Ｓ２１３）。なお、これ以降は、図１０（ａ）同様、上記のサイクルを繰り返す。
【００５３】
図３において、燃料情報記憶装置８２は、燃料集合体１に関する情報を記録するもので、配置履歴データ９５と、屈曲履歴データ９６を有している。
【００５４】
配置履歴データ９５は、炉心内における各燃料集合体１の過去及び現在の配置位置の履歴のデータである。制御装置８０は、この配置履歴データ９５を屈曲領域データ９１と合わせることで、操作者が選択した燃料集合体１が外周領域２０に配置された履歴を有するか否かを判断し、屈曲を考慮した配置を検討すべきかどうかを判断する。また、この配置履歴データ９５は、屈曲分類データ９２と合わせることでチャンネルボックス３の屈曲態様の推定に利用されたり、移動領域データ９３と合わせることで燃料配置計画で選択した燃料の移動候補地の選定に利用されたりする。
【００５５】
屈曲履歴データ９６は、各燃料集合体１の過去及び現在の屈曲態様の履歴のデータである。各燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲履歴データは、過去に外周領域２０に配置されたときにどの位置に配置され、その位置においてチャンネルボックス３の屈曲がどのように変化したかを運転サイクルごとに求めることで蓄積される。制御装置８０は、この屈曲履歴データ９６に基づいて、選択した燃料集合体１のチャンネルボックス３に屈曲が残留しているか否かを判断し、屈曲を考慮した配置を検討すべきかどうかを判断する。また、屈曲履歴データ９６は、各燃料集合体１の燃料棒の配置情報（すなわち、チャンネルファスナ４の位置情報）と合わせることで、移動領域データ９３を導出する際に利用される。
【００５６】
入力装置８３は、操作者からの操作情報を制御装置８０に入力するもので、例えば、キーボード８３ａやマウス８３ｂがこれに該当する。操作者は表示装置８４に表示された燃料集合体の中から配置計画を検討するものを入力装置８３を介して選択する。表示装置８４は、制御装置８０による処理結果が表示される部分である。操作者は、表示装置８４に表示される処理結果を見ながら、入力装置８３を介して制御装置８０に命令を与える。印刷装置８５は、燃料配置システムを利用して立案した配置計画を印刷して書類にするものである。
【００５７】
炉心特性解析装置８６は、制御装置８０を利用して立案した燃料配置計画案の炉心特性を解析するもので、立案した配置計画案が次回の運転サイクルで要求される炉心特性を満たすか否かを評価するために用いられる。ここで炉心特性とは、炉心の反応度特性と熱的特性を示す。反応度特性とは、主に、原子炉が所定の熱出力を維持できるか否かを評価する際に利用されるものであり、熱的特性とは、主に、燃料による熱発生の分布を評価する際に利用されるもので、局所的な熱の発生を避けて燃料の破損を防止するために利用される。
【００５８】
次に本実施の形態に係る燃料配置システムを利用した燃料集合体の配置方法を説明する。
【００５９】
図１１は本実施の形態に係る燃料配置システムによる燃料再配置のフローチャートである。
【００６０】
上記のように構成される燃料配置システムにおいて、単位運転サイクルが終了すると、次の運転サイクルを開始するに際して配置位置を変更すべき燃料集合体１が表示装置８４に表示される（Ｓ１０１）。この際、炉心から取り出す燃料があれば、その燃料の位置を空欄にして作業効率を向上させても良い。
【００６１】
操作者は、表示装置８４に表示された燃料集合体１から入力装置８３を介して任意の燃料集合体１を選択する（Ｓ１０２）。制御装置８０は、操作者によって選択された燃料集合体１の配置履歴データ９５を調べ、屈曲領域データ９１が定義する領域（本実施の形態では外周領域２０）内にその燃料集合体が配置された履歴を有するか否かを判断する（Ｓ１０３）。
【００６２】
選択された燃料集合体１が外周領域２０に配置された履歴を有する場合には、制御装置８０は、その燃料集合体１の屈曲履歴データ９６を調べ、その燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲が残留しているか否かを判断する（Ｓ１０４）。
【００６３】
なお、この判断の際、選択された燃料集合体１が外周領域２０に奇数サイクルの間配置された履歴を有しているときには、図１０に示した運用シーケンスに基づき、チャンネルボックス３に屈曲が残留しているものとみなして次のステップ（Ｓ１０５）に進んでも良い。これは、奇数サイクル（主に、１サイクル、又は３サイクル）の間外周領域２０内に配置されていると、（一旦チャンネルボックス３の屈曲が緩和された場合も含めて）チャンネルボックス３に屈曲が生じ、屈曲緩和処理を行う必要が生じるからである。このようにチャンネルボックス３に屈曲が残留しているか否かの判断を行えば、制御装置８０による処理負担を低減できるので、処理効率を向上させることができる。なお、選択された燃料集合体１が過去に外周領域２０に配置された運転サイクル数を調べるには、例えば、屈曲領域データ９１と配置履歴データ９５を利用すれば良い。
【００６４】
選択された燃料集合体１のチャンネルボックス３に屈曲が残留していると判断された場合には、選択した燃料集合体１の位置、チャンネルボックス３の屈曲態様などに基づいて移動候補地を選定する処理に移る（Ｓ１０５）。
【００６５】
このステップでは、制御装置８０は、選択された燃料集合体１の配置履歴データ９５を参照して、外周領域２０に配置された履歴の直近の履歴においてその燃料集合体１が属していた領域を求める。そして、その燃料集合体１が属していた領域を屈曲分類データ９２に基づいて特定し、その特定した領域を燃料集合体１の移動候補地として限定する（第１限定処理）。すなわち、選択された燃料集合体１のチャンネルボックス３が、外周領域２０に配置された直近の履歴において、直領域２０Ａに配置されていた場合には、チャンネルボックス３の屈曲態様が同一とみなすことができる直領域２０Ａ内に移動候補地を限定する。なお、選択された燃料集合体１の移動候補先を決定する際には、選択された燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲態様を屈曲履歴データ９６を利用して調べ、その屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックス３が屈曲する領域を屈曲分類データ９２を利用して求め、その領域を移動候補地として限定しても良い。
【００６６】
また、制御装置８０は、選択された燃料集合体の屈曲履歴９６データを参照して、その燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲した部分（屈曲部）の位置を調べ、その屈曲部が炉心の外側を向くように配置できる領域（移動領域データ９３）を移動候補地として限定する（第２限定処理）。すなわち、選択されたものが図７及び図８中の燃料集合体１Ａであったときには、移動候補地は図７中の斜線が掛かった位置に限定される。なお、移動領域データ９３を求める際には、例えば、配置履歴データ９５と屈曲分類データ９２から求められるその燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲態様に基づいて屈曲部の位置を求めても良い。
【００６７】
このような処理の結果、上記の第１限定処理と第２限定処理によって限定された領域の両方に含まれる位置が、選択した燃料集合体１の移動候補地として表示装置８４に表示される（Ｓ１０６）。表示装置８４に表示された位置に燃料集合体１を移動すると、終了した運転サイクル中に屈曲した部分と反対側の部分を中心部Ｏ側に配置できるので、次の運転サイクルでチャンネルボックス３の屈曲を緩和することができる。
【００６８】
図１２は、選択した燃料集合体１ａの移動候補地の表示例である。図１２（ａ）は、直領域２０Ａに位置する燃料集合体１ａを選択したときに表示装置８４に表示される移動候補地の一部を示す図である。図１２（ｂ）は、斜領域２０Ｂに位置する燃料集合体１ａを選択したときに表示される移動候補地の一部を示す図である。これらの図において、斜線が施されたものが選択された燃料集合体１ａであり、ハイライトで表示されたものが移動候補地６０であり、黒く塗られたものが候補から除外された配置位置６１である。
【００６９】
選択した燃料集合体１ａの移動候補地が表示装置８４に表示されたら、操作者は、その表示されたものの中から移動先の位置を入力装置８３を介して１つ選択する（Ｓ１０７）。これにより、選択された燃料集合体１の移動計画が完了する。なお、移動先の位置にも配置位置を変更すべき燃料集合体１が存在する場合には、両者の位置を交換する計画を立てても良い。この際、制御装置８０は、操作者にその旨を確認するメッセージ等を表示し、操作者の確認を得るようにすることが好ましい。なお、選択した移動先に配置変更すべき燃料集合体１が存在している場合には、その燃料集合体１についてＳ１０５の処理を行った際にも、選択された燃料集合体１が表示されることになるので、位置を交換することに支障がないことは言うまでもない。
【００７０】
ここでＳ１０３に戻る。Ｓ１０３において、選択された燃料集合体１に外周領域２０に配置された履歴が無い場合（すなわち、初めて炉心に装荷された燃料集合体１や、内部領域２１にしか装荷された履歴のないものの場合）には、その燃料集合体１についてはチャンネルボックス３の屈曲を考慮する必要がないので、チャンネルボックス３の屈曲から生じる制約を除外した位置が移動候補地として表示装置８４に表示される（Ｓ１０８）。また、Ｓ１０４において、選択された燃料集合体１に屈曲が残留していないとみなされる場合についても、その燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲は考慮する必要がないので、チャンネルボックス３の屈曲から生じる制約を除外した位置が移動候補地として表示される（Ｓ１０８）。なお、これらの際、他の制約に基づいて移動候補地に制限を加えても良いことはいうまでもない。Ｓ１０８において表示装置８４に移動候補地が表示されると、操作者はその中から所望の位置を選択して移動計画を完了する（Ｓ１０７）。
【００７１】
以上のようなＳ１０１からＳ１０７までの処理を繰り返し、配置位置を変更すべき燃料集合体１の配置計画の作成が終了したら、その計画を燃料情報記憶装置８２に記録したり、印刷装置８５で印刷したり等し、作成した計画を保存する。
【００７２】
図１３及び図１４は、燃料集合体の配置計画の作成結果の一例を示している。図１３は、直領域２０Ａに位置する燃料集合体の配置計画を示しており、例えば、図１３（ａ）に示したものや、図１３（ｂ）に示したものがある。図１３に示した例では炉心の最外周側の燃料集合体１の移動をしていないが、これは、一般的に、最外周に配置された燃料集合体１は、装荷年数が長いため出力が小さかったり、チャンネルボックス３の屈曲量が大きかったりして、炉心の内側に移動することが難しいからである。最外周に配置された燃焼集合体１では、屈曲したチャンネルボックス３が制御棒２と干渉しないように、チャンネルボックス３の屈曲する面が連続する２運転サイクルで同一とならないように、最外周で９０度回転させながら移動することが好ましい。また、図１４は、斜領域２０Ｂに位置する燃料集合体の配置計画を示している。このように作成した配置計画によれば、チャンネルボックス３の屈曲の緩和を容易に行うことができるので、制御棒２との干渉評価の対象となるチャンネルボックス３の数を低減することができる。
【００７３】
次に本実施の形態の効果について説明する。
【００７４】
一般的に、原子炉運転サイクルが長期化すると、炉心の外周領域に配置された燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲の問題が顕著となるため、チャンネルボックスと制御棒の干渉を防止するために、チャンネルボックスの屈曲を制御することが重要となる。チャンネルボックスの屈曲の制御を図る燃料集合体の配置計画に係る技術としては、燃料集合体の単位格子の対角線に沿って奇数単位離れた燃料集合体同士を位置交換する方法が提案されている（特許文献１等参照）。
【００７５】
ところが、この技術のように対角線に沿って奇数単位離れた燃料集合体同士を交換対象とすると、燃料集合体の移動に付随する制約が厳しすぎるため、実際の運用で適用することが困難な場合も生じる。また、上記技術では、各燃料集合体のチャンネルボックスの屈曲状態の履歴を考慮していないため、位置を移動してもチャンネルボックスの屈曲が緩和されないものが発生することも考えられる。
【００７６】
これに対して、本実施の形態に係る燃料配置システムは、外周領域２０に配置された履歴を有し、チャンネルボックス３の屈曲が単位運転サイクル終了後に残留しているとみなされる燃料集合体１を、前記燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲態様と同一とみなせる態様でチャンネルボックス３が屈曲する領域に属する位置であって、前記燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲した部分が炉心の外側を向く位置に移動している。
【００７７】
このような燃料集合体配置方法によれば、操作者が選択した燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲履歴が考慮された移動候補地であって、その燃料集合体１の屈曲態様に適したところが選定されるので、選択した燃料集合体１のチャンネルボックス３の屈曲を的確に緩和することができる。これにより、現在は内部領域２１に配置されているが、過去に外周領域２０に配置された履歴がある燃料を外周領域２０に再配置するときにも、その燃料集合体１のチャンネルボックスの屈曲を緩和できる位置を候補地として選び出すことができる。
【００７８】
また、この燃料集合体配置方法によれば、燃料集合体１の単位格子の対角線上の位置だけでなく、チャンネルボックス３の屈曲が緩和するための条件を満たす他の場所も燃料集合体１の移動候補地として挙げることができるので、より柔軟な配置計画を作成することができ、実情に即した配置計画を行うことができる。
【００７９】
このように、本実施の形態によれば、チャンネルボックス３の屈曲態様に応じた移動候補地を選出することができるとともに、チャンネルボックス３の屈曲を緩和するための移動候補地として従来より多くの位置を選出することができるので、柔軟かつ的確な燃料配置作成することができる。これにより、運転サイクルが終了するごとにチャンネルボックス３の屈曲を緩和することができるので、チャンネルボックス３と制御棒２の干渉評価の対象となる燃料集合体１の数を低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、燃料配置計画に要する手間と時間を低減することができるので、原子力発電プラントの使用効率と経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態に係る沸騰水型原子炉の平面図。
【図２】図１中の単位セルあたりの燃料集合体の拡大図。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料集合体配置システムの概略図。
【図４】屈曲領域データ９１によって分類された炉心を示す図。
【図５】屈曲分類データ９２によって分類された外周領域２０を示す図。
【図６】直領域２０Ａと斜領域２０Bにおけるチャンネルボックス３の屈曲態様の説明図。
【図７】移動領域データ９３によって分類された炉心を示す図。
【図８】図７中の燃料集合体１Ａ付近の拡大図。
【図９】単位運転サイクル終了後のチャンネルボックス３の屈曲を緩和するための移動手順の図。
【図１０】燃料集合体に対してチャンネルボックス３の屈曲緩和処理を実施した場合の運用シーケンスを示す図。
【図１１】本実施の形態に係る燃料配置システムによる燃料再配置のフローチャート。
【図１２】選択した燃料集合体１ａの移動候補地の表示例。
【図１３】直領域２０Ａに位置する燃料集合体の配置計画の作成結果の一例。
【図１４】斜領域２０Ｂに位置する燃料集合体の配置計画の作成結果の一例。
【符号の説明】
【００８１】
１      燃料集合体
２      制御棒
３      チャンネルボックス
４      チャンネルファスナ
２０      外周領域
２０Ａ    直領域
２０Ｂ    斜領域
２１      内部領域
６０      移動候補地
８０      燃料配置制御装置（制御装置）
８１      炉心情報記憶装置
８２      燃料情報記憶装置
８３      入力装置
８４      表示装置
９１      屈曲領域データ
９２      屈曲分類データ
９３      移動領域データ
９５      配置履歴データ
９６      屈曲履歴データ
【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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【図１４】
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