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技術 燃料集合体

出願人 株式会社グローバル・ニュークリア・フュエル・ジャパン
発明者 土石川章子後藤大輔
出願日 2010年5月18日 (10年1ヶ月経過) 出願番号 2010-114539
公開日 2011年12月1日 (8年6ヶ月経過) 公開番号 2011-242250
状態 特許登録済
技術分野 原子炉燃料及び部品の製造
主要キーワード 正十二角形 単位配列 減速効果 BWR 軽水炉用燃料集合体 配列単位 基本配列 燃料棒集合体
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (18)

課題

燃料集合体一体あたりの燃料棒装荷数を増加させ、かつ、完全な燃料対角線対称性を有する燃料集合体を提供する。

解決手段

燃料集合体1は、一辺の長さaの正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の燃料棒2が配置された正十二角形燃料棒配列4を有する。水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向仮定すると、複数の正十二角形燃料棒配列4が横方向及び縦方向にそれぞれ等間隔で並ぶ。横方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4はそれらの正十二角形の対向する2辺が距離ma(m=0,1,2,・・・)を隔てて平行になるように配置される。縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4はそれらの正十二角形の対向する2辺が距離na(n=1,2,3,・・・)を隔てて平行になるように配置されている。

概要

背景

一般に、軽水炉用燃料集合体は、燃料被覆管内に酸化ウランなどの燃料ペレットを多数充填した複数の燃料棒、及び、一本ないし数本のウォーターロッドを、スペーサを用いて互いに平行になるように束ね、その外周をチャンネルボックスによって囲って形成している。

従来は、正方格子状に燃料棒を配列した燃料集合体が広く用いられていた。

図17は、従来の正方格子状の燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図を示している。

符号20は燃料集合体の全体を示し、符号21は燃料棒、符号22はチャンネルボックス、符号23はウォーターロッドをそれぞれ示している。

図17に示すように、燃料集合体20は、11行11列の燃料棒配列を有し、それらの燃料棒21は正方格子状に配列された正四角形頂点上に配置されている。

ウォーターロッド23は、図示しない制御棒に最も近いチャンネルボックス22のコーナーから対角のコーナーまでの対角線上に配置されている。

また、従来、上記正方格子をチャンネルボックスの一辺に対して45°回転させた燃料棒配列を有する燃料集合体も提案されていた。

概要

燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を有する燃料集合体を提供する。燃料集合体1は、一辺の長さaの正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の燃料棒2が配置された正十二角形燃料棒配列4を有する。水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向仮定すると、複数の正十二角形燃料棒配列4が横方向及び縦方向にそれぞれ等間隔で並ぶ。横方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4はそれらの正十二角形の対向する2辺が距離ma(m=0,1,2,・・・)を隔てて平行になるように配置される。縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4はそれらの正十二角形の対向する2辺が距離na(n=1,2,3,・・・)を隔てて平行になるように配置されている。

目的

本発明が解決しようとする一つの課題は、正方格子状の燃料棒配列に比して燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる燃料集合体を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数本燃料棒を垂直に支持し、その外周をチャンネルボックスによって囲った燃料集合体において、前記燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、前記燃料集合体は、一辺の長さaの正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有し、水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向仮定すると、複数の前記正十二角形燃料棒配列が前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、前記横方向については、隣り合う2つの前記正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第1の距離ma(m=0,1,2,・・・)を隔てて平行になるように配置され、前記縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第2の距離na(n=1,2,3,・・・)を隔てて平行になるよう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

前記正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列は、前記チャンネルボックスの対角線に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項3

前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項4

前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーを含む前記チャンネルボックスの一辺から45°の角度傾斜し、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項5

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項6

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項7

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、前記チャンネルボックスの各辺の中点を結んだ線に関して対称に配置されていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項8

前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正六角形燃料棒配列を有し、前記正六角形燃料棒配列の正六角形の各辺は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の辺と長さが同一であり、かつ、平行であることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項9

前記正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有していることを特徴とする請求項8記載の燃料集合体。

請求項10

前記正六角形燃料棒配列のうちの所定の正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有していることを特徴とする請求項8記載の燃料集合体。

請求項11

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有し、且つその内部に燃料棒を有していないことを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項12

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列の全体が、一本のウォーターロッドに置き換えられていることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項13

前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正四角形燃料棒配列を有し、前記正四角形燃料棒配列の正四角形の各頂点は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の二つおきの辺を底辺とする正三角形の頂点に位置していることを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

請求項14

前記正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有していることを特徴とする請求項13記載の燃料集合体。

請求項15

前記正四角形燃料棒配列のうちの所定の正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有していることを特徴とする請求項13記載の燃料集合体。

請求項16

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の短尺燃料棒が配置されたものとして構成され、且つその内部にウォーターロッドを有し、前記ウォーターロッドは、前記短尺燃料棒が存在しない燃料上部において、前記所定の正十二角形燃料棒配列の全体に相当する径を有することを特徴とする請求項1記載の燃料集合体。

技術分野

0001

本発明は、燃料集合体係り、特に、燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有する燃料集合体に関する。

背景技術

0002

一般に、軽水炉用燃料集合体は、燃料被覆管内に酸化ウランなどの燃料ペレットを多数充填した複数の燃料棒、及び、一本ないし数本のウォーターロッドを、スペーサを用いて互いに平行になるように束ね、その外周をチャンネルボックスによって囲って形成している。

0003

従来は、正方格子状に燃料棒を配列した燃料集合体が広く用いられていた。

0004

図17は、従来の正方格子状の燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図を示している。

0005

符号20は燃料集合体の全体を示し、符号21は燃料棒、符号22はチャンネルボックス、符号23はウォーターロッドをそれぞれ示している。

0006

図17に示すように、燃料集合体20は、11行11列の燃料棒配列を有し、それらの燃料棒21は正方格子状に配列された正四角形の頂点上に配置されている。

0007

ウォーターロッド23は、図示しない制御棒に最も近いチャンネルボックス22のコーナーから対角のコーナーまでの対角線上に配置されている。

0008

また、従来、上記正方格子をチャンネルボックスの一辺に対して45°回転させた燃料棒配列を有する燃料集合体も提案されていた。

先行技術

0009

特開平4−143694号公報
特開2009−145203号公報

発明が解決しようとする課題

0010

近年、原子炉高効率化の要求が強まり、これに対しては燃料集合体一体あたりから取り出すエネルギーをより多くすることで燃料経済性を向上させることができるという観点から、一体の燃料集合体により多くの燃料棒を装荷することが一つの技術的課題となっていた。

0011

また、廃棄物量低減の面からも、廃棄物量を低減させるために燃料集合体一体に収まる燃料棒本数はできるだけ多い方が良い。

0012

このため、従来の沸騰水型原子炉BWR)用の燃料集合体の設計では、チャンネルボックス内に収納する燃料棒を八行八列、九行九列、十行十列(特開2009−145203号公報参照)というように、その本数を増加させる傾向にある。

0013

燃料棒の配列に関しては、従来は、燃料棒をチャンネルボックスの辺と平行な行と列からなる正方格子状に配置したもの、又はチャンネルボックスの一辺に対して正方格子を45°回転させたものを基本配列としていた。

0014

上記の燃料棒配列のいずれも正方格子の燃料棒配列であり、従来の実用的なほとんどの燃料棒配列は、正方格子の燃料棒配列であったといって良い。これは、制御棒の挿入位置に対してチャンネルボックスの辺と平行な正方格子状に配置した燃料棒配列、又はチャンネルボックスの一辺に対して正方格子を45°回転させた燃料棒配列は、制御棒との関係で燃料集合体がチャンネルボックスの制御棒中心に近いコーナーとその対角にあるコーナーを結ぶ対角線(以下明らかな場合は単に「対角線」という。)に関して対称燃焼するため、好都合だったからである。このようにチャンネルボックスの対角線に関して対称に燃料が配置されていることを、燃料の対角線対称性という。燃料の対角線対称性を満足する場合、燃料集合体内の均等な燃焼度を実現でき、燃料の健全性経済性を向上させることができる。

0015

しかし、正方格子状の燃料棒配列では、正方形の隣接する頂点間の燃料棒の距離は健全性のために一定の距離以上には近づけることができず、一方、対角線上にある燃料棒間の距離は隣接する頂点間の燃料棒の距離より必然的に長くなるため、燃料集合体一体あたりに収納できる燃料棒の数に限界があった。

0016

一方、特開平4−143694号公報に開示されているように、もっぱら燃料棒本数を多くするという目的のために、すべての燃料棒を正三角形の頂点に配置する燃料棒配列が提案されている。

0017

正三角形の格子状に燃料棒を配列する燃料棒配列は、すべての燃料棒間の距離が等しくなり、各燃料棒燃料棒間の距離を極限まで短くすることができるため、最も稠密に燃料棒を配列することができる。

0018

しかし、正三角形格子状の燃料棒配列では、特開平4−143694号公報の図面から分かるように、チャンネルボックスの対角線に関しては対称的な配列にはならない。すなわち、完全な燃料の対角線対称性を実現することができない。

0019

そこで、本発明が解決しようとする一つの課題は、正方格子状の燃料棒配列に比して燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる燃料集合体を提供することにある。

0020

加えて、燃料棒を拘束するためのスペーサの製造を容易にすることも本発明の課題の一つである。

0021

また、従来から燃料集合体の出力分布平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善を目的として、燃料集合体内にウォーターロッドを設けることが行われていた。

0022

しかし、従来の正方格子状の燃料棒配列の一部の正方格子の燃料棒をウォーターロッドに置き換えた場合、ウォーターロッドからその周辺の燃料棒までの距離が全部均一にはならない。

0023

このため、ウォーターロッドの効果が燃料棒によって区々となる問題があった。

0024

そこで、本発明が解決しようとする一つの課題は、上述したように燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、ウォーターロッドからその周辺の燃料棒までの距離が全部均一となるようにウォーターロッドを設け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

0025

本発明による燃料集合体は、
複数本の燃料棒を垂直に支持し、その外周をチャンネルボックスによって囲った燃料集合体において、
前記燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、前記燃料集合体は、一辺の長さaの正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有し、
水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向仮定すると、複数の前記正十二角形燃料棒配列が前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、前記横方向については、隣り合う2つの前記正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第1の距離ma(m=0,1,2,・・・)を隔てて平行になるように配置され、前記縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第2の距離na(n=1,2,3,・・・)を隔てて平行になるように配置されていることを特徴とする。

0026

前記正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列は、前記チャンネルボックスの対角線に配置されているようにすることができる。

0027

前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に配置されているようにすることができる。

0028

前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーを含む前記チャンネルボックスの一辺から45°の角度傾斜し、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されているようにすることができる。

0029

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置されているようにすることができる。

0030

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されているようにすることができる。

0031

前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、前記チャンネルボックスの各辺の中点を結んだ線に関して対称に配置されているようにすることができる。

0032

前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正六角形燃料棒配列を有し、前記正六角形燃料棒配列の正六角形の各辺は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の辺と長さが同一であり、かつ、平行であるようにすることができる。

0033

前記正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有しているようにすることができる。

0034

前記正六角形燃料棒配列のうちの所定の正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有しているようにすることができる。

0035

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有し、且つその内部に燃料棒を有していないようにすることができる。

0036

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列の全体が、一本のウォーターロッドに置き換えられているようにすることができる。

0037

前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正四角形燃料棒配列を有し、前記正四角形燃料棒配列の正四角形の各頂点は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の二つおきの辺を底辺とする正三角形の頂点に位置しているようにすることができる。

0038

前記正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有しているようにすることができる。

0039

前記正四角形燃料棒配列のうちの所定の正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有しているようにすることができる。

0040

前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の短尺燃料棒が配置されたものとして構成され、且つその内部にウォーターロッドを有し、
前記ウォーターロッドは、前記短尺燃料棒が存在しない燃料上部において、前記所定の正十二角形燃料棒配列の全体に相当する径を有するようにすることができる。

発明の効果

0041

本発明は、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有する。

0042

上記正十二角形は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒を配置した正六角形燃料棒配列を配置することにより、燃料棒同士が正十二角形の一辺の長さaを一辺とする正三角形と正方形の頂点に配置される燃料棒配列でチャンネルボックスを埋め尽くすことができ、特に正三角形の頂点に配置される燃料棒が多数存在することにより、全体としてチャンネルボックス内に燃料棒を稠密に配置することができる。この正十二角形燃料棒配列は、横方向及び縦方向にそれぞれ等間隔で並んでいる。横方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第1の距離ma(m=0,1,2,・・・。aは正十二角形の一辺の長さ。)を隔てて平行になるように、配置される。一方、縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第2の距離na(n=1,2,3,・・・。aは正十二角形の一辺の長さ。)を隔てて平行になるように、配置されている。

0043

正十二角形燃料棒配列の内部に正六角形燃料棒配列あるいは正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒を配置した正四角形燃料棒配列あるいはウォーターロッドを配置することにより、幾何学上チャンネルボックスの制御棒に近いコーナーとその対角にあるコーナーを通る対角線に関して、完全に対称に燃料棒を配置することができる。

0044

すなわち、本発明によれば、完全な対角線対称性を満足する燃料集合体を得ることができる。

0045

このように、本発明によれば、従来と同一寸法のチャンネルボックス内に、より多くの燃料棒を装荷することができ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。

0046

これによって、燃料の燃焼が対称的に進み、燃料の健全性と経済性を向上させることができる。

0047

加えて、本発明によれば、燃料集合体内に正十二角形燃料棒配列が独立して配置されるため、モジュール化された正十二角形状の部品を組み合わせることで、チャンネルボックス内の燃料棒を拘束するスペーサを製造することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。

0048

また、本発明によれば、正十二角形燃料棒配列の内部にウォーターロッドを設けることにより、ウォーターロッドとその周辺の燃料棒の距離が等しくなり、これによってウォーターロッドの周辺の燃料棒がウォーターロッドによる中性子減速効果を均等に受けることができ、これによってウォーターロッドによる燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。

図面の簡単な説明

0049

本発明の第1の実施形態による燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図である。
(a)は、正十二角形燃料棒配列及び正六角形燃料棒配列を有する、本発明に係る燃料棒配列単位の平面断面図である。(b)は、従来の正方格子状に配列された燃料棒の平面断面図であり、(c)は、従来の正三角形格子状に配列された燃料棒の平面断面図である。
正十二角形燃料棒配列及び正四角形燃料棒配列を有する、本発明に係る燃料棒配列単位の平面断面図である。
本発明による燃料集合体における燃料の対角線対称性を説明するための図である。
本発明による第1の実施形態の変形例に係る燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図である。
本発明による第1の実施形態の別の変形例に係る燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図である。
正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックスの対角線を挟んで対称に配置された燃料集合体の平面断面図である。
正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックスの直交する2本の対角線それぞれについて、これらの対角線を挟んで対称に配置された燃料集合体の平面断面図である。
正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックスの一辺に平行に配置された燃料集合体の平面断面図である。
正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックスの一辺に平行に配置された燃料集合体の平面断面図である。
所定の正六角形燃料棒配列が、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有している燃料棒配列を示した平面断面図である。
所定の正十二角形燃料棒配列が、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有し、その他に内部に燃料棒を有していない燃料棒配列を示した平面断面図である。
所定の正十二角形燃料棒配列が全体として一本のウォーターロッドに置き換えられている燃料棒配列を示した平面断面図である。
短尺燃料棒を有する本発明の他の実施形態による燃料集合体の平面断面図である。Aは燃料上部の平面断面図であり、Bは燃料下部の平面断面図である。
次世代の原子炉を想定した大型燃料集合体のチャンネルボックスに対する本発明の燃料棒配列を示した平面断面図である。
次世代の原子炉を想定した大型燃料集合体のチャンネルボックスに対する本発明の燃料棒配列を示した平面断面図である。
従来の正方格子状の燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図である。

実施例

0050

次に、本発明を実施するための3つの実施形態について以下に説明する。第1の実施形態は、横方向および縦方向にそれぞれ並ぶ正十二角形燃料棒配列を有する燃料集合体の実施形態である。第2の実施形態は、第1の実施形態に係る燃料集合体において所定の燃料棒をウォーターロッドに置き換えた燃料集合体の実施形態である。第3の実施形態は、現行よりも大きい次世代のチャンネルボックスに対して本発明による燃料棒配列を適用した燃料集合体の実施形態である。

0051

(第1の実施形態)
図1に本発明の第1の実施形態による燃料集合体を、垂直方向上方から俯瞰したときの平面断面図を示す。

0052

本実施形態による燃料集合体1は、複数本の燃料棒2を垂直に支持しており、その外周をチャンネルボックス3によって囲ってなる。

0053

図1に示すように、本実施形態の燃料集合体1は、垂直方向上方から俯瞰したときに、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2が配置された燃料棒配列4(これを本明細書において「正十二角形燃料棒配列」4という。)を有している。図1において、正十二角形燃料棒配列4は補助線による正十二角形によって強調して示す。正十二角形の一辺の長さはaである。

0054

また、図1では、チャンネルボックス3の一つのコーナーC1を、制御棒5にもっとも接近して配置させているが、本燃料集合体はコーナーC1とC3を通る対角線及びコーナーC2とC4を通る対角線に対して対角線対称性を満足しているため、制御棒5にもっとも接近して配置させるコーナーはコーナーC1に限定されず、C2、C3、C4のいずれでもよい。また、図1中の対角線Lは、制御棒5にもっとも近いチャンネルボックス3のコーナーC1から対角のコーナーC3までを結ぶ直線である。

0055

水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向と仮定する。図1の場合において、横方向は対角線Lと平行な方向であり、縦方向は横方向に対して垂直な方向である。

0056

図1に示すように、複数の正十二角形燃料棒配列4は、横方向及び縦方向にそれぞれ並んでいる。

0057

複数の前記正十二角形燃料棒配列は前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、横方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第1の距離ma(m=0,1,2,・・・)を隔てて平行になるように配置され、縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第2の距離na(n=1,2,3,・・・)を隔てて平行になるように配置されている。

0058

本実施形態は、横方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4は、互いに隣接する部分において正十二角形の一辺を共有するように連結されている。すなわち、横方向の隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列の正十二角形の対向する2辺間の第1の距離maは0(m=0)である。

0059

一方、縦方向については、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4は、それらの互いに対向する正十二角形の2辺が正十二角形の一辺の長さaと等しい距離を隔てて平行になるように配置されている。すなわち、縦方向の隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列の正十二角形の対向する2辺間の第2の距離naはa(n=1)である。

0060

また、図1に示すように、横方向および縦方向に並ぶ正十二角形燃料棒配列4は、全体として、チャンネルボックス3の一辺から45°回転した配置になっている。

0061

図1に示すように、各正十二角形燃料棒配列4の内部には、さらに燃料棒2が配置されている。燃料集合体1内に完全に含まれる正十二角形燃料棒配列4は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正六角形燃料棒配列6を有している。図1において、正六角形燃料棒配列6は補助線による正六角形によって強調して示す。

0062

一方、燃料集合体1内に部分的に含まれる正十二角形燃料棒配列4は、その内部に正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正四角形燃料棒配列7を有している。図1において、正四角形燃料棒配列7は補助線による正四角形によって強調して示す。

0063

なお、図1の例では、燃料集合体1の周辺領域における正十二角形燃料棒配列4は、一部がチャンネルボックス3の外になっているため、不完全な正十二角形になっているが、燃料棒配列の考え方(燃料棒の配置位置)としては完全な正十二角形を有する正十二角形燃料棒配列4の場合と全く同様である。

0064

また、図1の例では、周辺領域の正十二角形燃料棒配列4のみが正四角形燃料棒配列7を有し、それらの正四角形燃料棒配列7は、一部がチャンネルボックス3の外になっているため、不完全な正四角形になっているが、それらの不完全な正四角形についても燃料棒配列の考え方(燃料棒の配置位置)としては完全な正四角形を有する正四角形燃料棒配列7の場合と全く同様である。しかも、正四角形燃料棒配列7は図1の例のように燃料集合体の周辺領域のみに配置されている場合に限られず、燃料集合体の全体に配置されていてもよい。

0065

次に、上記の本発明に係る燃料棒配列単位によれば、燃料集合体に要求される燃料棒の装荷数と燃料の対角線対称性とを両立させることができることを説明する。

0066

図2は、正十二角形燃料棒配列4と、その内部に正六角形燃料棒配列6とを有する燃料棒配列単位9A(図2(a))と、正方格子状に配列された燃料棒配列(図2(b))と、正三角形格子状に配列された燃料棒配列(図2(c))とを示している。

0067

図2(a)に示すように、燃料棒を配列する単位となる燃料棒配列単位9Aは、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2が配置された正十二角形燃料棒配列4と、この正十二角形燃料棒配列4の内部における正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2が配置された正六角形燃料棒配列6とを有する。

0068

図2(a)からわかるように、正六角形燃料棒配列6の正六角形の各辺は、正十二角形燃料棒配列4の正十二角形の辺と長さが同一であり、かつ、平行になっている。すなわち、正十二角形内の正六角形は、正十二角形の辺と平行になっていることにより角度(向き)が決まり、正六角形の各辺が正十二角形の辺と長さが同一になっていることにより半径方向の大きさが決まる。即ち、正十二角形が与えられれば、その内部の正六角形は一意に決まるものである。

0069

正十二角形燃料棒配列4と正六角形燃料棒配列6の位置関係が上述したように決められることにより、図2(a)から分かるように、正六角形燃料棒配列6の各頂点の燃料棒2は、最寄りの正十二角形燃料棒配列4の頂点の燃料棒2と正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒2を配置することができる。

0070

また、図2(a)から分かるように、正六角形燃料棒配列6の各頂点の燃料棒2及び正六角形の中心の燃料棒2同士は、正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒2を配置することができる。

0071

さらに、図2(a)から分かるように、燃料棒配列単位9Aの燃料棒2は全て、対角線Lに関して対称に配置されている。また、対角線Lを時計回りまたは反時計回りに30°回転させた直線L’を対角線とした場合においても、燃料棒配列単位9Aの燃料棒2は、対角線に関して対称に配置されている。このように、図2(a)に示す燃料棒配列単位を用いることにより、完全な対角線対称性を得ることができる。

0072

また、対角線Lを時計回りまたは反時計回りに15°回転させた直線L’’を対角線とした場合は、正六角形燃料棒配列6の燃料棒2は、直線L’’に関しては対称に配置されないが、正六角形燃料棒配列6の燃料棒の偏りがチャンネルボックスの対角線に関して左右対称となるように、燃料棒配列単位9Aを配置することにより、燃料棒2は対角線に関して対称に配置される。

0073

このように、全体として見れば、本発明による正十二角形燃料棒配列4と正六角形燃料棒配列6を有する燃料棒配列単位9Aは、正三角形の頂点に配置される燃料棒が多く、このため、チャンネルボックス3内に極めて密に燃料棒2を配置することができる。さらに、この燃料棒配列単位9Aによれば、完全な対角線対称性を得ることもできる。

0074

次に、比較のため、従来の正方格子配列および正三角形格子配列について述べる。

0075

図2(b)は、正方格子状に配列された燃料棒配列を示している。この図2(b)からわかるように、正方格子配列の場合、全ての燃料棒が対角線Lに関して対称に配置され、対角線対称性を満たす。しかし、この場合、正方格子の対角線上にある燃料棒間の距離は隣接する正四角形頂点間の燃料棒の距離より必然的に長くなるため、燃料棒の配列密度の点で本発明の燃料棒配列に比べて劣る。

0076

図2(c)は、正三角形格子状に配列された燃料棒配列を示している。この図2(c)からわかるように、正三角形格子配列の場合、全ての燃料棒は正三角形の頂点に配置されるため、燃料棒の配列密度は最も大きい。しかし、燃料棒は対角線Lに関して対称に配置されず、対角線対称性を満たさない。

0077

上記の説明から明らかなように、図2(a)に示す燃料棒単位配列9Aは、正方格子配列に比べて燃料棒を稠密に配置することができ、かつ、正三角形格子配列には無い完全な対角線対称性を有する。

0078

次に、燃料棒集合体1の周辺領域に配置された、内部に正四角形燃料棒配列7を有する燃料棒配列単位9Bについて説明する。

0079

図3は、燃料棒配列単位9Bの平面断面図を示している。

0080

図3に示すように、燃料棒配列単位9Bは、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2が配置された正十二角形燃料棒配列4と、正十二角形内部の正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2が配置された正四角形燃料棒配列7とを有する。即ち、正四角形燃料棒配列7は正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒2を有し、正四角形燃料棒配列7の正四角形の各頂点は、正十二角形燃料棒配列4の正十二角形の二つおきの辺を底辺とする正三角形の頂点に位置している。

0081

この燃料棒配列単位9Bの場合も、図3から分かるように、正四角形燃料棒配列7の各頂点の燃料棒2は、最寄りの正十二角形燃料棒配列4の頂点の燃料棒2と正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒2を配置することができる。さらに、燃料棒配列単位9Bの燃料棒2は全て、対角線Lに関して対称に配置されており、対角線対称性が満たされている。また、図示しないが対角線Lを時計回りに15°,30°,45°回転させた直線に関しても対角線対称性を満足することができる。

0082

このように、図1に示す本実施形態の燃料棒配列は、対角線Lに平行な第1の方向について、隣り合う2つの燃料棒配列単位が正十二角形燃料棒配列4の正十二角形の一辺を共有するように連結して配置されている。一方、対角線Lと垂直な第2の方向について、隣り合う2つの燃料棒配列単位は、それらの正十二角形の2辺が正十二角形の一辺の長さ分だけ隔てて平行になるように等間隔に配置されている。

0083

これにより、本実施形態によれば、上述したように正三角形の頂点上に燃料棒2を多く配置できることによって多数の燃料棒2を装荷できるのみならず、次に詳しく説明するように、燃料集合体としての対角線対称性を完全に満足することができる。

0084

図4を用いて、本実施形態に係る燃料集合体1の燃料の対角線対称性を示す。図4において図1と同一部分には同一の符号を付す。

0085

図4において、制御棒5の中心を通りチャンネルボックス3のコーナーC1,C3を通る対角線Lを示す。

0086

補助線Aに示すように、燃料集合体1の正十二角形燃料棒配列4の各燃料棒2は、対角線Lに関して対称に配置されている。

0087

また、燃料集合体1の正六角形燃料棒配列6の各燃料棒2は、補助線Bに示すように、対角線Lに関して対称に配置されている。

0088

さらにまた、燃料集合体1の正四角形燃料棒配列7の各燃料棒2は、補助線Cに示すように、対角線Lに関して対称に配置されている。

0089

なお、補助線A,B,Cは、それぞれ一対の燃料棒2について示したが、本発明によれば、すべての燃料棒2が対角線Lに関して対称に配置される。

0090

このように、本実施形態の燃料集合体1によれば、制御棒5の中心と燃料集合体1の中心を通る線(対角線L)に関して、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。

0091

これにより、燃料集合体1によれば、燃料の燃焼が対称的に進み、予測精度の向上や運転管理の効率向上、燃料の健全性と経済性を改善することができる。

0092

次に、本実施形態に係る燃料集合体の変形例について説明する。

0093

図5は、変形例に係る燃料集合体1Aの平面断面図を示している。この図5に示すように、燃料集合体1Aは、チャンネルボックス3に一部のみ含まれる正十二角形燃料棒配列4についても、その内部に正六角形燃料棒配列6が配置されている。即ち、燃料集合体1Aは、燃料棒配列単位9Aを構成単位としており、正四角形燃料棒配列7を有する燃料棒配列単位9Bを含まない。より一般的には、チャンネルボックス3内に完全に含まれるか否かに拘わらず、チャンネルボックス3の任意の位置に燃料棒配列単位9A及び9Bを配置することができる。

0094

また、図5に示すように、本変形例では、燃料棒配列単位9Aの正六角形燃料棒配列6は同じ向きに配置されている。より一般的には、燃料棒配列単位9Aの正六角形燃料棒配列6の向きは、燃料棒配列単位9Aの対ごとに任意に決めることができる。このようにしても、燃料の対角線対称性を損なわない。

0095

次に、図6を用いて、本実施形態に係る別の変形例について説明する。

0096

図6は、別の変形例に係る燃料集合体1Bの平面断面図を示している。図6に示すように、この燃料集合体1Bにおいて、燃料棒配列単位9Aは、対角線Lと垂直な方向(縦方向)だけでなく、対角線Lと平行な方向(横方向)についても、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列4は正十二角形の1辺の長さだけ隔てて配置されている。

0097

すなわち、本変形例では、正十二角形燃料棒配列は横方向(対角線Lと平行な方向)に沿って等間隔で並び、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第1の距離a(m=1)を隔てて平行になるように配置され、縦方向(対角線Lと直交する方向)に沿っても正十二角形燃料棒配列が等間隔で並び、隣り合う2つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する2辺が第2の距離a(n=1)を隔てて配置されている。

0098

本変形例によれば、燃料棒配列単位9A,9Bが完全に独立して配置されることになるため、燃料棒配列単位9A,9Bごとにスペーサの部品をモジュール化することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。

0099

このようにしても、正方格子配列に比べて燃料棒を稠密に配置することができ、かつ、完全な対角線対称性を有する燃料集合体を得ることができる。

0100

次に、複数の燃料棒配列単位9A,9Bが構成する網目構造と、チャンネルボックス3の位置関係に関する変形例について、図7乃至図10を用いて説明する。図7乃至図10はいずれも、燃料棒配列単位9A,9Bの正十二角形燃料棒配列4の正十二角形のみを示しているが、実際には図1と同様、チャンネルボックス3内の正十二角形の頂点には燃料棒2が配置されており、正十二角形の内部には正六角形燃料棒配列6又は正四角形燃料棒配列7が配置されている。

0101

図7及び図8に示す変形例は、複数の正十二角形燃料棒配列4が構成する列がチャンネルボックス3の一辺から45°傾斜しているが、この列とチャンネルボックス3との相対位置が図1に示す燃料集合体1の場合と異なっている。

0102

図7は、正十二角形燃料棒配列4の列が対角線L1を挟んで対称に配置されている。ここで、対角線L1は、制御棒(図1と同様、図示せず。)に最も近いチャンネルボックス3のコーナーから対角のコーナーまでを結ぶ直線である。

0103

なお、図1の場合、正十二角形燃料棒配列4の中心が対角線L上に位置するように、配置されている。

0104

つまり、本発明は、対角線Lに関して対称に配置されていればよく、図1または図7のような燃料棒配列を含むものである。

0105

図8は、制御棒に最も近いチャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでを結ぶ対角線L1だけでなく、この対角線L1とチャンネルボックス3の中心で直交する対角線L2に関しても、正十二角形燃料棒配列4の列は対角線を挟んで対称に配置されている燃料集合体を示している。

0106

このように、本発明は、対角線L1と直交する対角線L2の両方に関して、正十二角形燃料棒配列4を対称に配置してもよい。

0107

次に、図9および図10を用いて、本実施形態のさらに別の変形例を示す。図9及び図10に示す変形例においては、複数の正十二角形燃料棒配列4が構成する列はチャンネルボックス3の一辺に対して平行に配置されている。

0108

図9及び図10に示すように、本発明では正十二角形燃料棒配列4の列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックス3の一辺に平行に配置してもよい。

0109

図9及び図10に示すように、チャンネルボックス3の制御棒(図1と同様、図示せず。)に最も近いコーナーから対角のコーナーの対角線L1および対角線L1に直交するチャンネルボックス3の対角線L2に関して、正十二角形燃料棒配列4を対称に配置することができる。

0110

さらに、図9及び図10に示すように、正十二角形燃料棒配列4は、チャンネルボックス3の各辺の中点を結んだ線L3,L4に関して対称に配置されているのが好ましい。

0111

チャンネルボックス3の各辺の中点を結んだ線に関して対称に配置される方法は、図9のように正十二角形燃料棒配列4の列がチャンネルボックス3の各辺の中点を結んだ線L3,L4上に配置される場合と、図10のように正十二角形燃料棒配列4がチャンネルボックス3の各辺の中点を結んだ線L3,L4を挟んで互いに対称に配置される場合とがある。

0112

この場合には、燃料の対角線対称性のみならず、チャンネルボックスの各辺の中点を連結した線に関する対称性も得ることができる。

0113

図1乃至図10を用いて、本実施形態及び変形例に係る燃料棒配列を有する燃料集合体について説明した。これらの図中における正十二角形の一辺の長さは、チャンネルボックス内に燃料棒を11行11列に配列させたときの近接燃料棒間距離と同じである。但し、正十二角形の一辺の長さは設計により異なるため、図中の寸法に限定されるものではない。即ち、本実施形態において、正十二角形の1辺の長さ(正十二角形燃料棒配列4の大きさ)は、チャンネルボックス3の寸法に対して設計に応じて任意に変化させることができる。

0114

以上説明したように、本実施形態では、正十二角形燃料棒配列4と、正六角形燃料棒配列6又は正四角形燃料棒配列7を有する燃料棒配列単位9A,9Bを、横方向および縦方向に並べる。これにより、同一寸法のチャンネルボックス3内に、従来に比べて多くの燃料棒2を装荷することができるとともに、制御棒5の中心を通り、最寄りのチャンネルボックスのコーナーとその対角にあるコーナーを通る対角線Lに関して、燃料集合体の各燃料棒2が完全に対称に配置されるようにすることができる。

0115

すなわち、本実施形態およびその変形例によれば、従来と同一寸法のチャンネルボックス内に、より多くの燃料棒を装荷することができ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。

0116

これによって、燃料の燃焼が対称的に進み、燃料の健全性と経済性を向上させることができる。

0117

加えて、本実施形態およびその変形例によれば、燃料棒配列単位9A,9Bの少なくとも一部が独立して配置されるため、燃料棒配列単位9A,9Bごとにスペーサの部品をモジュール化することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。

0118

(第2の実施形態)
次に、ウォーターロッドを含むようにした第2の実施形態に係る燃料集合体について以下に説明する。

0119

本実施形態では、所定の燃料棒をウォーターロッドに置き換えることにより、燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。

0120

図11は、所定の燃料棒配列単位9Aの正六角形燃料棒配列6が、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置(即ち、正六角形の中心)に、一本のウォーターロッド8aを有している燃料棒配列を示している。

0121

この図11から明らかなように、ウォーターロッド8aはその周囲の燃料棒2から等距離の位置にあり、これによって周囲の燃料棒2は均等にウォーターロッド8aによる中性子減速および除熱の効果を得られる。

0122

なお、所定の燃料棒配列単位9Bの正四角形燃料棒配列7が、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置(即ち、正四角形の中心)に一本のウォーターロッドを有している燃料棒配列を構成してもよい。この場合も、ウォーターロッドはその周囲の燃料棒から等距離の位置にあり、これによって周囲の燃料棒は均等にウォーターロッドによる中性子減速および除熱の効果を得られる。

0123

図12は、所定の燃料棒配列単位9Aの正十二角形燃料棒配列4が、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置(即ち、正十二角形の中心)に一本の太径のウォーターロッド8bを有し、正十二角形の内部に燃料棒2を有していない燃料棒配列を示している。すなわち、図12の燃料棒配列は、正十二角形燃料棒配列4の内部の正六角形燃料棒配列6が全体としてウォーターロッド8bに置き換えられたものである。

0124

この燃料棒配列においても、図12から明らかなように、ウォーターロッド8bはその周囲の燃料棒2、すなわち正十二角形燃料棒配列4の各燃料棒2から等距離の位置にあり、これによってウォーターロッド8bの周囲の正十二角形燃料棒配列4の燃料棒2は均等にウォーターロッド8bによる中性子減速および除熱の効果を得られるのである。

0125

なお、図3に示す燃料棒配列単位9Bの正四角形燃料棒配列7全体をウォーターロッドで置き換えても良い。

0126

図13は、一つの燃料棒配列単位9A,9B(正十二角形燃料棒配列4)全体が一本の太径のウォーターロッド8cに置き換えられている燃料棒配列を示している。

0127

この場合には、ウォーターロッド8cの周囲の16本の燃料棒2のうち、8本の燃料棒2aと、図13斜線を付し示した8本の燃料棒2bは、それぞれウォーターロッド8cから等距離の位置にあり、ウォーターロッド8cによる中性子減速および除熱の効果を得られる。図13に示す太径のウォーターロッド8cは、例えば、次世代の大型化した燃料集合体について好適に適用することができる。

0128

ところで、ウォーターロッドは、燃料棒2の軸方向の途中で径の大きさを変えるものとして構成することもできる。燃料の下部においては、中性子は減速材軽水)によっても減速されるため、ウォーターロッドの径を比較的小さくすることができる。一方、燃料の上部においては、ボイドの影響により下部よりも大きな中性子減速効率が望まれるため、ウォーターロッドの径を大きくする必要がある。ウォーターロッドの径を軸方向に変化させることで、中性子の減速効果と、燃料棒の装荷量とを両立させることができる。図14を用いて、このようなウォーターロッドの具体例について説明する。

0129

図14は、燃料集合体を上方から見たときの平面断面図を示しており、図中のAは燃料集合体の下部断面、図中のBは燃料集合体の上部断面を示している。 ここで、図14の正十二角形の一辺の長さ及び燃料棒の直径は、図17に示す燃料棒配列、即ち、チャンネルボックス内に燃料棒を11行11列に配列させた燃料棒配列における、近接燃料棒間距離及び燃料棒径と同じである
図14の下部断面Aに示すように、正十二角形燃料棒配列4は、図6のものと同様に配置されている。但し、チャンネルボックス3の中央に配置され、内部にウォーターロッド8dが配置された正十二角形燃料棒配列4は、正十二角形の各頂点にそれぞれ1本の短尺燃料棒10が配置されたものとして構成されている。

0130

図14の下部断面Aに示すように、4つの燃料棒配列単位9Aがチャンネルボックス3の四隅にそれぞれ配置されており、各燃料棒配列単位9Aの内部の正六角形燃料棒配列6の中心には、短尺燃料棒10がそれぞれ1本ずつ配置されている。また、正十二角形燃料棒配列4間にも、4本の短尺燃料棒10が配置されている。

0131

これに対して上部断面Bの燃料棒配列は、短尺燃料棒10が配置された箇所において燃料棒が欠如している。燃料集合体の中心には、ウォーターロッド8dが配置されているが、その径は燃料下部での径よりも大きい。つまり、ウォーターロッド8dは、燃料下部から燃料上部に向かう途中、ウォーターロッド8dを取り巻く12本の短尺燃料棒10が存在しなくなった燃料上部において太径化している。

0132

より詳細には、ウォーターロッド8dは、短尺燃料棒10が存在する燃料下部において、図12で示したウォーターロッド8bと略同一の径を有し、短尺燃料棒10が存在しない燃料上部において、図13で示したウォーターロッド8cと略同一の径を有するものとして構成されている。即ち、ウォーターロッド8dは、短尺燃料棒10が存在しない燃料上部において、正十二角形燃料棒配列4の全体に相当する径を有する。

0133

ここで、ウォーターロッド8dの占める面積を、図17に示す従来の燃料集合体のウォーターロッド23と比較する。ウォーターロッド8dの占める面積は、下部断面においては燃料棒7本分であり、上部断面においては燃料棒19本分である。

0134

よって、ウォーターロッド8dの占有面積は、燃料棒9本分の面積を占めるウォーターロッド23に比べて、燃料下部ではやや小さく、燃料上部では大きい。

0135

このように、減速材による中性子の減速効率が過多となる燃料下部においてはウォーターロッドの径を小さくし、一方、より大きな中性子減速効率の望まれる燃料上部においてはウォーターロッドの径を大きくする。これにより、核的効率を向上させることができる。

0136

さらに、図14の燃料集合体について燃料棒の装荷数をみると、燃料下部では120本であり、図17に示す従来の燃料集合体(112本)よりも多い。一方、燃料上部では、短尺燃料棒10を配置しているため、燃料棒の装荷数は100本であり比較的少ない。しかしながら、短尺燃料棒10は(標準長の)燃料棒2の半分以上の長さを有することが多く、従って、燃料集合体全体についてみれば、図14の燃料集合体に装荷される燃料の量は、図17の燃料集合体よりも多い。

0137

なお、正十二角形の一辺の長さおよび燃料棒径は設計により異なるため、図14中の寸法に限定されるものではない。

0138

また、上記のように径の変わるウォーターロッドは図14に示すものに限られない。短尺燃料棒10が存在する燃料下部におけるウォーターロッドの径よりも、短尺燃料棒10が存在しない燃料上部におけるウォーターロッドの径が大きいという条件の下で、図11乃至図13に示すウォーターロッド8a,8b,8cを任意に組み合わせることができる。

0139

以上説明したように、本実施形態では、所定の燃料棒配列単位の少なくとも一部を構成する燃料棒をウォーターロッドに置き換える。これにより、ウォーターロッドとその周辺の燃料棒の距離が等しくなり、ウォーターロッドの周辺の燃料棒がウォーターロッドによる中性子の減速効果を均等に受けることができる。その結果、ウォーターロッドによる燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。

0140

(第3の実施形態)
次に、本発明に係る第3の実施形態について説明する。本実施形態は、次世代以降のより大きなチャンネルボックスについて、第1及び第2の実施形態で説明した燃料棒配置を適用したものである。

0141

図15及び図16は、本実施形態に係る、次世代の大型燃料集合体のチャンネルボックスに対する燃料棒配列を示した平面断面図である。この図15及び図16は、燃料集合体を上方から見たときの燃料棒配列を、正十二角形燃料棒配列4のみ示している。また、図中の破線による補助線はチャンネルボックスを示している。図15及び図16はいずれも、燃料棒配列単位9A,9Bの正十二角形燃料棒配列4の正十二角形のみを示しているが、実際には図1等と同様、正十二角形の頂点には燃料棒2が配置されており、正十二角形の内部には正六角形燃料棒配列6又は正四角形燃料棒配列7が配置されている。

0142

図15及び図16の符号11は、現行の沸騰水型原子炉用の燃料集合体のチャンネルボックスを示している。符号12は、燃料集合体の大きさが現行の1.5倍になった場合のチャンネルボックスを示し、符号13は、燃料集合体の大きさが現行の2倍になった場合のチャンネルボックスを示している。

0143

図15及び図16に示すように、次世代の原子炉を想定した大型燃料集合体のチャンネルボックス12あるいはチャンネルボックス13においても、縦方向及び横方向に沿って並ぶ正十二角形燃料棒配列4からなる網目状の構造と、チャンネルボックス3との相対的な位置関係を維持できる。また、ウォーターロッド(図示せず)とそれを囲む燃料棒との相対関係についてもチャンネルボックスの大きさによらず維持できる。このため、チャンネルボックスが大きくなった場合においても第1及び第2の実施形態の場合と同様にして、燃料棒を配置することができる。

0144

このように、本実施形態によれば、第1及び第2の実施形態と同様の燃料棒配置を有する大型の燃料集合体を得ることができる。

0145

1,1A,1B燃料集合体
2,2a,2b燃料棒
3チャンネルボックス
4正十二角形燃料棒配列
5制御棒
6正六角形燃料棒配列
7正四角形燃料棒配列
8a,8b,8c,8dウォーターロッド
9A,9B燃料棒配列単位
10短尺燃料棒
11 チャンネルボックス
12 チャンネルボックス
13 チャンネルボックス
20 燃料集合体
21 燃料棒
22 チャンネルボックス
23 ウォーターロッド

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