JP6752072B2 - 沸騰水型原子炉 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子炉に係り、特に、複数体の燃料集合体が三角格子状配列にて稠密に配され、相互に隣接する３体の燃料集合体間に水平断面がＹ字型の制御棒が挿入される沸騰水型原子炉に関する。

炉心に燃料集合体が三角格子状配列にて稠密に装荷される軽水増殖炉が開発されている。例えば、特許文献１には、軽水増殖炉に装荷される燃料集合体と炉心上部支持板との間に設けたタブと板ばねにより燃料集合体の横への移動を防止し、燃料集合体のギャップ保持と制御棒の挿入性を確保する構成が記載されている。また、特許文献１には、燃料集合体と炉心上部支持板との間にホールドダウンスプリングを設け、燃料集合体の浮き上がりを防止する構成が開示されている。
また、加圧水型原子炉であるものの、特許文献２には、燃料集合体の浮き上がりを防止するために、燃料集合体上部ノズルの上面四辺に板ばねを配する構成が記載されている。また、加圧水型原子炉では制御棒を挿入する方式及び制御棒を挿入する場所が、沸騰水型原子炉とは異なり、制御棒を燃料集合体中央に上部より挿入するため、制御棒挿入時に不要な燃料集合体移動用のハンドルは取り外される。

特開平８−２２０２７６号公報 特開平８−３６０７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載される構成では、炉心上部に炉心上部支持板を設置し、炉心上部支持板と水平断面六角形状の燃料集合体を上部支持機構（ホールドダウンスプリング）で支持することで、燃料浮き上がりを防止している。炉心上部支持板には、各燃料集合体に対して上部支持機構を設置するスペースが必要となるため、炉心上部支持板に設ける冷却材流路は、水平断面六角形状の燃料集合体の大きさより小さくなっている。原子炉の冷却材循環ポンプ等への機器の負担を軽減するために、炉心上部支持板での圧損を低減する必要があり、そのためには広い冷却材流路を確保する必要が有る。また、上部支持機構としてホールドダウンスプリングを用いて燃料浮き上がりを防止しているが、複数の燃料集合体に対してホールドダウンスプリングを設置する必要があり、取り付けが困難となる。
また、特許文献２に記載される構成では、原子炉運転中、燃料集合体の中央に上方から制御棒を挿入する方式であるがゆえ、燃料集合体を移動するためのハンドルは取り外されている。従って、燃料交換時において、ハンドルを取り付ける作業が必要となり、燃料交換作業の効率化を図ることはできない。
そこで、本発明は、運転時における燃料浮き上がりを防止しつつ、定期検査或は燃料交換等の作業効率を向上し、燃料浮き上がり防止部材を容易且つ単純な構造で実現できる沸騰水型原子炉を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、原子炉圧力容器と、燃料集合体が三角格子状配列で稠密に配置され、３体の燃料集合体の中心に水平断面Ｙ字型の制御棒が挿入される、原子炉圧力容器内に配置された炉心と、原子炉圧力容器内に配置されて炉心を取り囲む炉心シュラウドと、上方に向かって伸びる複数の気水分離器が取り付けられて前記炉心を覆い、炉心シュラウドの上端部に取り付けられたシュラウドヘッドとを備えた沸騰水型原子炉であって、燃料集合体は、水平断面Ｙ字型の制御棒を囲む３体の燃料集合体に設けられるハンドルの上面の長辺又は短辺が、水平断面Ｙ字型の制御棒の中心に向くように配され、ハンドルの上面の上方に配され、燃料集合体の上方への浮き上がりを抑制する燃料浮き上がり防止部材を備え、燃料浮き上がり防止部材は、三角格子の繰り返しパターン形状を有する格子部材であり、この格子部材は、炉心の上方に配置されてシュラウドヘッドの下方に配置され、シュラウドヘッドに取り付けられていなく、炉心支持枠を介して炉心シュラウドに取り付けられていることを特徴とする。
炉心の上方に配置されて、シュラウドヘッドの下方に配置されて炉心支持枠を介して炉心シュラウドに取り付けられており、さらに、燃料集合体のハンドルの上面の上方に配置されている、燃料浮き上がり防止部材である、三角格子の繰り返しパターン形状を有する格子部材は、燃料集合体の浮き上がりを防止することができ、容易且つ単純な構造である。また、その格子部材は、Ｙ字型の制御棒を囲むよう、相互に隣接して三角格子状に稠密に配される３体の燃料集合体のハンドル上面の長辺が、Ｙ字型の制御棒の中心に向かうように配置されるため、定期検査或いは燃料交換等を実施でき、作業性を向上することができる。

本発明によれば、運転時における燃料浮き上がりを防止しつつ、定期検査或は燃料交換等の作業効率を向上させ、容易且つ単純な構造にて燃料浮き上がり防止部材を実現できる沸騰水型原子炉を提供することが可能となる。

本発明の一実施例に係る実施例１の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。 図１において、燃料浮き上がり防止部材を取り外した状態における炉心の部分平面図である。 本発明の一実施形態に係る沸騰水型原子炉の縦断面図である。 図３に示す沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合体の縦断面図である。 稠密に配された燃料集合体と制御棒との配置関係を示す炉心の部分平面図である。 図２のＡ−Ａ断面矢視図であって、３体の燃料集合体の上部の部分側面図である。 図１に示す燃料浮き上がり防止部材の部分平面図である。 図１に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＢ―Ｂ断面矢視図である。 図１に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＣ―Ｃ断面矢視図である。 シュラウドヘッドの近傍であって、図１に示す燃料浮き上がり防止部材を設置した状態を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料浮き上がり防止部材の部分平面図と、そのＤ−Ｄ断面矢視図である。 図１１に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＥ―Ｅ断面矢視図である。 図１１に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＦ―Ｆ断面矢視図である。 本発明の他の実施例に係る実施例３の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。 図１４のＧ−Ｇ断面矢視図であって、燃料浮き上がり防止部材３と燃料集合体の上部との位置関係を示す図である。 本発明の他の実施例に係る実施例４の燃料浮き上がり防止部材の部分平面図と、そのＨ―Ｈ断面矢視図及びＩ―Ｉ断面矢視図である。 本発明の他の実施例に係る実施例５の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。 図１７に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＪ―Ｊ断面矢視図である。 図１７に示す燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材とハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＫ―Ｋ断面矢視図である。 本発明の他の実施例に係る実施例６の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。

先ず、図３に本発明の一実施形態に係る沸騰水型原子炉の縦断面図を示す。図３では、資源再利用型沸騰水型原子炉（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ−Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＲＢＷＲ）を一例として示すが、これに限られるものでは無い。例えば、改良型沸騰水型原子炉（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＡＢＷＲ）、再循環ポンプを備え減速材としての冷却水を原子炉圧力容器外へ通流し再び原子炉圧力容器内のダウンカマへ流入させることで冷却水を循環させる通常の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）、或は、チムニによる冷却水の自然循環方式を用いることで、ＢＷＲにおける再循環ポンプ、ＡＢＷＲにおけるインターナルポンプを不要とする高経済性単純化沸騰水型原子炉（Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＥＳＢＷＲ）等、その他の原子炉へも同様に適用可能である。すなわち、沸騰水型原子炉であれば、いずれの構成においても以下に説明する本発明の構成を適用可能である。

図３に示すように、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）は、原子炉圧力容器２０内に円筒状の炉心シュラウド２４が設けられ、炉心シュラウド２４内に、複数体の燃料集合体が装荷された炉心２１が配設されている。また、円筒状の炉心シュラウド２４の軸方向上端部はシュラウドヘッド２５で覆われており、このシュラウドヘッド２５上部に上方へと延伸する気水分離器２７及び、気水分離器２７の上方に配される蒸気乾燥器２８が設けられている。原子炉圧力容器２０と炉心シュラウド２４の間には円環状のダウンカマ２６が形成されている。ダウンカマ２６内には、インターナルポンプ１４が配設されている。

インターナルポンプ１４から吐出された冷却水は、下部プレナム３０を経て炉心２１に供給される。冷却水は、炉心２１を通過する際に加熱されて水及び蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器２７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２８で湿分が除去されて主蒸気配管２９ａに導かれる。この湿分が除去された蒸気は、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、電力を発生する。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、冷却水として給水配管２９ｂにより原子炉圧力容器２０内に供給される。気水分離器２７及び蒸気乾燥器２８で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ２６内に達する。

なお、原子炉圧力容器２０の下部プレナム３０には、燃料集合体の核反応を制御するため、炉心２１へ複数の水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒を挿入可能とする制御棒案内管が設けられ、原子炉圧力容器２０の底部よりも下方に設置された制御棒駆動機構ハウジング内に制御棒駆動機構を備え、制御棒は制御棒駆動機構に連結されている。ここで、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒は、中心に位置するタイロッド（またはセンタポスト）から外側に向かって延伸する３枚の翼を備え、各翼は中性子吸収材であるＢ_４Ｃが充填された複数の中性子吸収棒を有する。これら３枚の翼は、タイロッド（またはセンタポスト）の周囲に相互に１２０度の間隔にて配されている。そして、炉心２１に三角格子状に稠密に装荷される複数体の燃料集合体のうち、相互に隣接する３体の燃料集合体の間に、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒が１本挿入される。

炉心２１は、炉心支持板２２に支持され、炉心２１内には複数体の燃料集合体、例えば、約７００体の燃料集合体が装荷されている。また、図３に示すように燃料集合体の上部に設けられるハンドルの上方に、燃料集合体の上方への浮き上がりを抑制するための燃料浮き上がり防止部材３１が設けられている。

図４は、図３に示す資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）の炉心に装荷される燃料集合体の縦断面図である。図４に示すように、燃料集合体１は、複数の燃料棒２、上部タイプレート３、下部タイプレート４、複数の燃料スペーサ６、チャンネルボックス５、及びハンドル７を備えている。ハンドル７は、燃料集合体１の炉心２１への装荷又は燃料集合体１の交換時にクレーン等により把持するために設けられている。また、燃料棒２は、複数の燃料ペレット（図示せず）を、密封された被覆管（図示せず）内に充填している。下部タイプレート４は各燃料棒２の下端部を支持し、上部タイプレート３は各燃料棒２の上端部を保持する。燃料集合体１の下部は、炉心支持板２２を貫通するよう配される燃料支持金具８に設けられた３つの上部開口部９に、燃料集合体１を構成する下部タイプレート４の下部が嵌合し支持される。燃料支持金具８の中央には、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒を上下に移動できるように制御棒移動用開口部１０が設けられている。

図４に示すように、燃料集合体１の上部に設けられるハンドル７の上面と、ハンドル７の上方に配される格子部材３２との間に弾性体３３が配されている。換言すれば、ハンドル７の上面の一部は、弾性体３３を介して格子部材３２の下面に接している。これにより、仮に、燃料集合体１が軸方向上方へと浮き上がるよう変位した場合であっても、弾性体３３及び格子部材３２により、上記浮き上がりの変位は抑制される。すなわち、燃料集合体１の浮き上がりが防止される。なお、弾性体３３が燃料集合体１の上部に設けられるハンドル７の上面と格子部材３２の下面との間に介在することで、格子部材３２及び／又はハンドル７を有する燃料集合体１の損傷を回避でき、良好に燃料集合体１の浮き上がりを防止することができる。
弾性体３３の軸方向上端面が、格子部材３２の下面に固定され燃料浮き上がり防止部材３１が構成される。この場合、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する弾性体３３の軸方向下端面（弾性体３３の格子部材３２の下面とは反対側の面）は、燃料集合体１を構成するハンドル７に固定されることなく、当接している。なお、この構成に代えて、弾性体３３の軸方向下端面を、燃料集合体１を構成するハンドル７の上面の一部に固定する構成としても良い。この場合、ハンドル７の上面の一部に固定された弾性体３３と、格子部材３２とが協働することで燃料浮き上がり防止部材３１を構成することになる。このように、本実施形態の資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）の炉心では、燃料浮き上がり防止部材３１を備えることにより、上記特許文献１に開示される、上部格子板、及び、上部格子板と上部タイプレートを接続するための上部支持機構が不要となる。

図５は、稠密に配された燃料集合体１と制御棒１１との配置関係を示す炉心２１の部分平面図である。図５に示すように、各燃料集合体１は、水平断面（横断面）が六角形状のチャンネルボックス５内に複数本の燃料棒を三角格子状に束ねて稠密に配している。また、相互に隣接して三角格子状に配される３体の燃料集合体の間に、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が配されている。資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）は、このように複数体の燃料集合体１を炉心２１に稠密に装荷することで、水対燃料体積比を低減した沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）である。資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）は、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）と比較してプルトニウム増殖比を高めており、原子炉運転時における核***性プルトニウムの発生量と消費量をほぼ同一にでき、増殖比を約１．０とすることが可能である。

ここで、原子炉は、燃料集合体１内の燃料の核***により運転されているが、運転時間の経過と共に核***を行うウラン−２３５の割合が少なくなるため、計画的に燃料を新しいものに交換する必要がある。燃料交換時には原子炉臨界防止のため、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１を挿入する必要があり、燃料交換時には、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１、及び水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒と隣接する３体の燃料集合体１の組み合わせで燃料交換することが合理的である。上述のように燃料集合体１の上部には、燃料集合体移動用にハンドル７が設けられており、原子炉運転時におけるハンドル７の配置を変更することなく、燃料交換を実施できるようにすることが望ましい。

また、水平断面（横断面）が四角形状のチャンネルボックス内に複数の燃料棒を正方格子状に配すると共に、複数体の燃料集合体を炉心に正方格子状に装荷する従来の沸騰水型原子炉に対して、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）では、燃料集合体一体当たりの燃料棒の本数を増大できる。しかしながら、燃料棒一本当たりの重量が軽くなるため、燃料集合体全体では、従来の沸騰水型原子炉と比較して重量は軽くなる。また、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）では、燃料集合体１内に三角格子状に稠密に配される燃料棒の被覆管の管径が小さくなる。そのため、仮に、従来の沸騰水型原子炉と同様の間隔にて軸方向に離間し燃料スペーサ６を配し、燃料棒を支持する構成とした場合、燃料スペーサ６による支持部間の中央の燃料棒２の水平方向の変位量が大きくなり、他の燃料棒２と接触する事態が生じることが予想される。そこで、上述の図４に示したように、従来の沸騰水型原子炉の場合と比較して、燃料スペーサ６の軸方向の設置間隔を狭くしている。燃料スペーサ６の設置間隔を狭くすることは、燃料スペーサ６の設置個数が増えることを意味し、燃料集合体１内を上方へと通流する冷却水に対する圧損が増大し、燃料集合体１を軸方向上方へと浮き上がらせるよう作用する流体力も同時に増大する。仮に、燃料集合体１が軸方向上方へと浮き上がると、燃料支持金具８の挿し込み部から下部タイプレート４が離脱し、他の構造物に接触し、燃料集合体１の損傷に至る可能性が懸念される。そのため、図３及び図４に示したように、燃料集合体１の軸方向上方に燃料浮き上がり防止部材３１を備えることに技術的意義を有するのである。以下では、格子部材３２及び弾性体３３にて燃料浮き上がり防止部材３１を構成する場合を一例として説明するが、これに限られず、燃料浮き上がり防止部材３１を格子部材３２のみで構成し、この燃料浮き上がり防止部材３１と燃料集合体１のハンドル７の上面との間に、弾性体３３を配する構成としても良いことは言うまでもない。
以下、図面を用いて本発明の実施例について、燃料浮き上がり防止部材３１を中心に詳細説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の燃料浮き上がり防止部材３１及び燃料集合体１との配置関係を示す炉心の部分平面図であり、図２は、図１において、燃料浮き上がり防止部材３１を取り外した状態における炉心の部分平面図である。上述したように、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）では、炉心２１（図３）に、例えば、約７００体の燃料集合体１が装荷さている。図１及び図２では、炉心２１に装荷される複数体の燃料集合体１のうち１０体の燃料集合体１と、相互に離接して配される３体の燃料集合体（例えば、燃料集合体１ａ〜１ｃ）の間に配置される水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１（図１では点線で示す）を一例として示す。図５に示したように、各燃料集合体１は、水平断面（横断面）が六角形状のチャンネルボックス５内に複数本の燃料棒を三角格子状に束ねて稠密に配している。また、相互に隣接して三角格子状に配される３体の燃料集合体の間に、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が配されている。水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１は、相互に１２０度の間隔にて配される３枚の翼を備える。

図１に示すように、複数体の燃料集合体１の上方に配される燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２は、三角格子が二次元的に連なる形状を有する。換言すれば、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２は、三角格子の繰り返しパターン形状を備える。例えば、格子部材３２ａは、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺７１ａと交差し、格子部材３２ｂは、燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の長辺７１ｂと交差し、格子部材３２ｃは、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の長辺７１ｃと交差するよう、格子部材３２が配されている。これら、相互に隣接して三角格子状に配される３体の燃料集合体である、燃料集合体１ａ、燃料集合体１ｂ、及び燃料集合体１ｃの間には、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が配され、格子部材３２ａ、格子部材３２ｂ、及び格子部材３２ｃの接続部は、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）のほぼ直上に位置している。また、格子部材３２ａはハンドル７ａ上面の長辺７１ａ（ハンドル７ａの長手方向に沿った両側面を画定する辺）と略直交するよう交差し、その交差する位置は、長辺７１ａの略中央部である。同様に、格子部材３２ｂはハンドル７ｂ上面の長辺７１ｂ（ハンドル７ｂの長手方向に沿った両側面を画定する辺）と略直交するよう交差し、その交差する位置は、長辺７１ｂの略中央部である。また、格子部材３２ｃはハンドル７ｃ上面の長辺７１ｃ（ハンドル７ｃの長手方向に沿った両側面を画定する辺）と略直交するよう交差し、その交差する位置は、長辺７１ｃの略中央部である。

上述の関係は、他の相互に隣接して三角格子状に配される３体の燃料集合体１と、これら３体の燃料集合体１の上方に配される格子部材３２についても同様である。このように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２を、燃料集合体１を構成するハンドル７の長辺と交差するよう配することで、各燃料集合体１の上方の冷却水（冷却材）の流路を格子部材３２により大きく塞ぐことなく、広い面積の冷却水（冷却材）の流路を確保することが可能となる。また、燃料集合体１内を上方へと通流する冷却水に対する圧損の増加を抑制することも可能となる。

また、図２に示すように、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺７１ａ、燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の長辺７１ｂ、及び、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の長辺７１ｃは、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）に向かうよう、３体の燃料集合体１ａ〜１ｃが炉心２１に装荷されている。このような配置関係は、相互に隣接して三角格子状に配される他の３体の燃料集合体と、これら３体の燃料集合体１間に水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が配される場合においても同様である。このように、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１を囲むよう、相互に隣接して三角格子状に稠密に配される３体の燃料集合体１ａ〜１ｃのハンドル７ａ〜７ｃ上面の長辺７１ａ〜７１ｃの全てが、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）に向くよう配されることから、原子炉運転時におけるハンドル７ａ〜７ｃの配置を変更することなく、定期検査或いは燃料交換等を実施でき、作業性を向上することが可能となる。

これに対し、図１及び図２に示されるように、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の短辺７２ａ（ハンドル７ａの長手方向の両端部を画定する辺）、燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の短辺７２ｂ（ハンドル７ｂの長手方向の両端部を画定する辺）、及び、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の短辺７１ｃ（ハンドル７ｃの長手方向の両端部を画定する辺）は、いずれの格子部材３２と交差することなく、また、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）に向かうことなく配される。これは、他の燃料集合体１を構成するハンドル７においても同様である。

図６は、図２のＡ−Ａ断面矢視図であって、３体の燃料集合体１ａ〜１ｃの上部の部分側面図である。図６に示すように、３体の燃料集合体１ａ〜１ｃの上部には、燃料集合体をクレーンで吊って移動可能とするハンドル７ａ、７ｂ、７ｃがそれぞれ設けられている。また、各燃料集合体１ａ〜１ｃは、上述のとおり水平断面（横断面）が六角形状のチャンネルボックス５内に複数本の燃料棒を三角格子状に束ねて稠密に配する構成であることから、チャンネルボックス５は、軸方向に延伸する６面の側面を有する。これら、６面の側面のうち、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１を構成するタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）を中心とし相互に１２０の間隔にて配される３枚の翼のうち、２枚の翼と対向するチャンネルボックス５の２面の側面を除く、４面の側面の上端部付近には、それぞれ、燃料集合体接触防止パッド１３が設けられている。一方、上記２枚の翼と対向するチャンネルボックス５の２面の側面の上部付近には、それぞれ、制御棒接触防止パッド１２が設けられている。図６では、隣接して配される燃料集合体１ｂと燃料集合体１ｃとの間に、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１を構成する１枚の翼が配さている状態を示している。

図６では、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が最上部まで挿入された状態を示している。また、図２に示したように、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が挿入される側のチャンネルボックス５の側面以外の面は、隣接する他の燃料集合体１のチャンネルボックス５の側面との間に間隙を有するが、この間隙は、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が挿入される隣接する２つの燃料集合体である、燃料集合体１ｂのチャンネルボックス５の側面と、燃料集合体１ｃのチャンネルボックス５の側面との間隙よりも明らかに狭い。従って、図６に示すように、制御棒接触防止パッド１２の厚さは、燃料集合体接触防止パッド１３の厚さよりも大きく、これら燃料集合体１ｂに設けられた制御棒接触防止パッド１２と燃料集合体１ｃに設けられた制御棒接触防止パッド１２とが当接することにより、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の挿入路が確保される。

図７は、図１に示す燃料浮き上がり防止部材３１の部分平面図であり、図８は、図１に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２とハンドル７との位置関係を示す部分平面図と、そのＢ―Ｂ断面矢視図、図９は、図１に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２とハンドル７との位置関係を示す部分平面図と、そのＣ―Ｃ断面矢視図である。

図７に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２の平面形状は、格子部材３２ａ、格子部材３２ｂ、及び格子部材３２ｃを三角格子状に組み合わせたものであり、それぞれの格子部材３２ａ、格子部材３２ｂ、及び格子部材３２ｃは、上述したように各ハンドル７ａ、ハンドル７ｂ、及びハンドル７ｃの上方に配される。また、図１にて説明したように、格子部材３２ａをハンドル７ａ上面の長辺７１ａに、格子部材３２ｂをハンドル７ｂ上面の長辺７１ｂに、また、格子部材３２ｃをハンドル７ｃの長辺７１ｃに交差するよう、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２を配することで、三角格子の繰り返しパターン形状を備える格子部材３２にて、容易且つ単純な構造にて燃料浮き上がり防止部材３１を実現できる。
なお、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２、制御棒接触防止パッド１２、及び燃料集合体接触防止パッド１３は、例えば、ステンレス鋼製である。

図８の上図は、図１に示した燃料集合体１ａと燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとの配置関係において、時計回り又は反時計回りに９０度回転させた状態での部分平面図であり、図８の下図は、上図のＢ−Ｂ断面矢視図である。図８の上図に示すように、格子部材３２ａは、ハンドル７ａ上面の長辺と略直交するよう交差している。
また、図９の上図は、図１に示した燃料集合体１ａと燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとの配置関係を示しており、図９の下図は、上図のＣ−Ｃ断面矢視図である。図８の下図及び図９の下図に示すように、弾性体３３の軸方向上端面が、格子部材３２ａの下面に固定され燃料浮き上がり防止部材３１が構成される。この場合、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する弾性体３３の軸方向下端面（弾性体３３の格子部材３２ａの下面とは反対側の面）は、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａに固定されることなく、当接している。本実施例では、弾性体３３として、コイルばねを用いる場合を一例として示している。図９の下図に示すように、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａの上面の一部は、当接する弾性体３３としてのコイルばねにより付勢され、燃料集合体１ａは軸方向下方へと適度な押圧力により押圧されている。仮に、冷却水に対する圧損により燃料集合体１ａを軸方向上方へと浮き上がらせるよう流体力が作用した場合であっても、弾性体３３としてのコイルばねのばね力により、燃料浮き上がり防止部材３１及び／又は燃料集合体１ａが損傷することを防止できる。

なお、弾性体３３として、コイルばねに限らず、板ばね或いは竹の子ばね等を用いても良い。また、図８及び図９では、弾性体３３として１つのコイルばねを用いる場合を一例として示しているが、設置する弾性体３３としてのコイルばねの個数はこれに限られるものではなく、複数個のコイルばねを設置する構成としてもよい。また、本実施例では、弾性体３３としてのコイルばねの一端（軸方向上端部）を格子部材３２ａの下面に固定する構成としたがこれに限られるものではない。例えば、弾性体３３としてのコイルばねの一端（軸方向下方端）を、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａの上面に固定し、コイルばねの他端を格子部材３２ａの下面に固定することなく、当接させる構成としても良い。但し、長期に渡り原子炉圧力容器２０内の冷却水（冷却材）に、弾性体３３としてのコイルばねが浸漬することを考慮すると、弾性体３３としてのコイルばねの一端をハンドル７ａの上面に固定し、燃料交換時等に燃料集合体１ａと共に弾性体３３としてのコイルばねも交換することが望ましい。

図１０に、シュラウドヘッド２５の近傍であって、図１に示す燃料浮き上がり防止部材３１を設置した状態を示す。図１０は、原子炉圧力容器２０内の炉心２１の上部の側面図である。炉心２１は、三角格子状に稠密に配された燃料集合体１の最外周の側面、すなわち、最外周燃料集合体１の側面に、円環状（リング状）の炉心支持枠２３を有する。炉心支持枠２３の内側面（内周面）は、最外周燃料集合体１の形状（横断面が六角形状のチャンネルボックス５）と適合するよう凹凸を有する形状となっている。炉心支持枠２３の外側面（外周面）は、円筒形状の炉心シュラウド２４の内面（内周面）とほぼ同様の形状及び寸法を有している。炉心支持枠２３は、炉心シュラウド２４の内面（内周面）に設けた支持部（図示せず）に固定されている。図１０に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１は、三角格子状に稠密に配された燃料集合体１を構成するハンドル７の上方に配されている。燃料浮き上がり防止部材３１の最外周部は、炉心支持枠２３にて支持されている。これにより、燃料浮き上がり防止部材３１は、炉心２１内において水平方向及び鉛直方向（軸方向）のいずれの方向に対しても固定されている。なお、本実施例では、燃料浮き上がり防止部材３１を炉心支持枠２３にて支持する構成を一例として示すが、この構成に限られるものではない。例えば、炉心シュラウド２４の内側面（内周面）に支持部材を設け、当該支持部材により、燃料浮き上がり防止部材３１の最外周部を固定する構成としても良い。

本実施例によれば、運転時における燃料浮き上がりを防止しつつ、定期検査或は燃料交換等の作業効率を向上し得る沸騰水型原子炉の炉心を提供することが可能となる。
また、本実施例によれば、Ｙ字型の制御棒を囲むよう、相互に隣接して三角格子状に稠密に配される３体の燃料集合体のハンドル上面の長辺が、Ｙ字型の制御棒の中心に向かうよう配されることから、原子炉運転時におけるハンドルの配置を変更することなく、定期検査或いは燃料交換等を実施でき、作業性を向上することが可能となる。
更にまた、本実施例によれば、Ｙ字型の制御棒を囲むよう、相互に隣接して三角格子状に稠密に配される３体の燃料集合体のハンドル上面の長辺と交差するよう、三角格子の繰り返しパターン形状を備える格子部材を配することで、容易且つ単純な構造にて燃料浮き上がり防止部材を実現できる。
また、本実施例によれば、三角格子の繰り返しパターン形状を備える格子部材にばね等の弾性部材を配し燃料浮き上がり防止部材を構成することで、燃料集合体の軸方向上方への浮き上がりを好適に防止することが可能となる。

図１１は、本発明の他の実施例に係る実施例２の燃料浮き上がり防止部材の部分平面図と、そのＤ−Ｄ断面矢視図である。本実施例では、燃料集合体を構成するハンドルと嵌合し得る溝又は凹部を、燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材の下面に設けた点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図１１の左図は、上述の実施例１において図７に示した構成と同様に、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２の平面形状は、格子部材３２ａ、格子部材３２ｂ、及び格子部材３２ｃを三角格子状に組み合わせたものであり、それぞれの格子部材３２ａ、格子部材３２ｂ、及び格子部材３２ｃは、上述したように、燃料集合体１ａのハンドル７ａ、燃料集合体１ｂのハンドル７ｂ、及び燃料集合体１ｃのハンドル７ｃの上方に配される。また、図１にて説明したように、格子部材３２ａをハンドル７ａ上面の長辺７１ａに、格子部材３２ｂをハンドル７ｂ上面の長辺７１ｂに、また、格子部材３２ｃをハンドル７ｃの長辺７１ｃに交差するよう、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２を配する。

図１１の右図は、左図のＤ―Ｄ断面矢視図である。右図に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａの下面に、燃料集合体１のハンドル７の上面と交差する位置に、溝３４（又は凹部）を設けている。
図１２は、図１１に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとハンドル７ａとの位置関係を示す部分平面図と、そのＥ―Ｅ断面矢視図であり、図１３は、図１１に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとハンドルとの位置関係を示す部分平面図と、そのＦ―Ｆ断面矢視図である。

図１２の上図は、図１に示した燃料集合体１ａと燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとの配置関係において、時計回り又は反時計回りに９０度回転させた状態での部分平面図であり、図１２の下図は、上図のＥ−Ｅ断面矢視図である。図１２の上図に示すように、格子部材３２ａは、ハンドル７ａ上面の長辺と略直交するよう交差している。また、図１２の下図に示すように、格子部材３２ａは、下面に略台形状の切り欠きを形成することにより得られる溝３４（又は凹部）を有する。また、溝３４（又は凹部）は、図１３の下図に示すように、格子部材３２ａの幅方向（短辺方向）に連続している。換言すれば、格子部材３２ａは、幅方向に連続する溝３４（又は凹部）を備える。溝３４（又は凹部）の底部、すなわち、図１２の下図において、格子部材３２ａの上面に最も近い部分は、平坦化され弾性体３３としてのコイルばねの一端が固定されている。このコイルばねの一端が固定された溝３４（又は凹部）の底部より、ハンドル７ａ側に向かうに従い、溝３４（又は凹部）の開口幅が緩やかに拡大するよう、ハンドル７ａ上面の短辺を挟みその両側に傾斜面を有する。このように、格子部材３２ａの下面に設けられた溝３４（又は凹部）が傾斜面を有することから、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａに対し格子部材３２ａの位置決めが容易となる。より詳細には、三角格子の繰り返しパターン形状を有する燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２を、炉心２１内に三角格子状に稠密に装荷される複数体の燃料集合体１の上方に配し、上述の図１０に示すように、炉心支持枠２３に固定する際において、格子部材３２の下面に設けられた溝３４（又は凹部）が傾斜面を有することから、燃料集合体１のハンドル７に対し上記傾斜面を介して、自己整合的に溝３４（又は凹部）をハンドル７の上面に嵌合させることが可能となり、燃料集合体１を構成するハンドル７に対し格子部材３２の位置決めが容易となる。

また、図１２の下図及び図１３の下図に示すように、格子部材３２ａの下面に設けられた溝３４（又は凹部）と、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａとが嵌合する。ここで、仮に、図１２の上図に白抜き矢印にて示すＡ方向への変位、すなわち、格子部材３２ａの長辺方向（長手方向）に沿った、振動或いは外力が燃料集合体１ａに付加された場合を想定する。図１２の下図に示すように、ハンドル７ａの長手方向に沿った２つの側面のうちいずれか一方が、格子部材３２ａの下面に設けられた溝３４（又は凹部）の傾斜面と当接することにより、燃料集合体１ａのＡ方向への変位が規制される。換言すれば、格子部材３２ａの下面に設けられた溝３４（又は凹部）は、燃料集合体１の変位を規制する変位規制部としての機能を有する。なお、この変位規制部としての機能は、図１１の左図において、白抜き矢印にて示す、Ｂ方向及びＣ方向の変位においても、それぞれ、燃料集合体１ｂ及び燃料集合体１ｃの変位を、格子部材３２ｂ及び格子部材３２ｃの下面に設けられた溝３４（又は凹部）により規制される。上述のように、格子部材３２の下面に設けられた溝３４（又は凹部）が燃料集合体１の変位規制部として機能することにより、実施例１において図６に示した制御棒接触防止パッド１２及び燃料集合体接触防止パッド１３を、燃料集合体１を構成するチャンネルボックス５の側面に設けることが不要となる。換言すれば、格子部材３２の下面に設けられた溝３４（又は凹部）が燃料集合体１の変位規制部として機能することにより、相互に隣接して配される燃料集合体１間の間隙及び水平断面（横断面）Ｙ字型の制御棒１１の挿入路としての間隙を確保することが可能となる。

なお、格子部材３２の下面に設けられる溝３４（又は凹部）の開口幅は、嵌合するハンドル７の上面の幅（短辺）より大きければよく、開口幅は適宜設定すれば良い。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、燃料集合体を構成するハンドルに対し燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材の位置決めが容易となる。
また、本実施例によれば、燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材の下面に、燃料集合体を構成するハンドルと嵌合し得る溝（又は凹部）を有することから、燃料集合体の変位を規制することが可能となる。

図１４は、本発明の他の実施例に係る実施例３の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図であり、図１５は、図１４のＧ−Ｇ断面矢視図であって、燃料浮き上がり防止部材３と燃料集合体の上部との位置関係を示す図である。本実施例では、燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材のうち、燃料集合体のハンドルと交差するよう配される格子部材の下面に、燃料集合体がＹ字型の制御棒側へと向かう変位を規制するための燃料集合体変位規制部を設けた点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図１４に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２のうち、格子部材３２ａは燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺と交差するよう配されると共に、格子部材３２ｂは燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の長辺と交差するよう配される。
図１５に示すように、弾性体３３としてのコイルばねの軸方向上端面が、格子部材３２ａの下面に固定され燃料浮き上がり防止部材３１が構成される。この場合、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する弾性体３３としてのコイルばねの軸方向下端面（弾性体３３の格子部材３２ａの下面とは反対側の面）は、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａに固定されることなく、当接している。また、弾性体３３としてのコイルばねの軸方向上端面が、格子部材３２ｃの下面に固定され燃料浮き上がり防止部材３１が構成される。この場合、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する弾性体３３としてのコイルばねの軸方向下端面（弾性体３３の格子部材３２ｃの下面とは反対側の面）は、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃａに固定されることなく、当接している。
格子部材３２ａの下面うち、弾性体３３としてのコイルばねが固定される位置の近傍からＹ字型の制御棒１１へと向かう領域に、燃料集合体１ａ側へ突出する凸部を有する。また、格子部材３２ｃの下面うち、弾性体３３としてのコイルばねが固定される位置の近傍からＹ字型の制御棒１１へと向かう領域に、燃料集合体１ｃ側へ突出する凸部を有する。これら、格子部材３２ａの下面に設けられた凸部と格子部材３２ｃの下面に設けられた凸部は、格子部材３２ａ及び格子部材３２ｃの接続部を介して連続し、燃料集合体変位規制部３５を構成する。格子部材３２ａ及び格子部材３２ｃの接続部は、Ｙ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）の直上に位置する。また、図１５に示すように、格子部材３２ａ及び格子部材３２ｃの下面に設けられる燃料集合体変位規制部３５のうち、格子部材３２ａの側の端面は、格子部材３２ａの下面より燃料集合体１ａ側へと向かうに従いＹ字型の制御棒１１の中心側へと比較的急峻に傾斜する傾斜面を有する。また、燃料集合体変位規制部３５のうち、格子部材３２ｃの側の端面は、格子部材３２ｃの下面より燃料集合体１ｃ側へと向かうに従いＹ字型の制御棒１１の中心側へと比較的急峻に傾斜する傾斜面を有する。

ここで、図１４及び図１５に白抜き矢印にて示すＡ方向及びＢ方向への変位、すなわち、格子部材３２ａの長辺方向（長手方向）に沿って、Ｙ字型の制御棒１１の中心側へと向かう水平方向の振動或いは外力が燃料集合体１ａに付加され、格子部材３２ｃの長辺方向（長手方向）に沿って、Ｙ字型の制御棒１１の中心側へと向かう水平方向の振動或いは外力が燃料集合体１ｃに付加された場合を想定する。この場合、図１５に示すように、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａの長手方向に沿った２つの側面のうちＹ字型の制御棒１１の中心側の側面が、燃料集合体変位規制部３５の一方の端面である傾斜面と当接し、燃料集合体１ａのＡ方向への変位が規制される。また、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃの長手方向に沿った２つの側面のうちＹ字型の制御棒１１の中心側の側面が、燃料集合体変位規制部３５の他方の端面である傾斜面と当接し、燃料集合体１ｃのＣ方向への変位が規制される。これにより、燃料集合体１ａ及び燃料集合体１ｃ間に形成される間隙、すなわち、水平断面（横断面）Ｙ字型の制御棒１１の挿入路としての間隙を確保することが可能となる。よって、本実施例では、実施例１において図６に示した制御棒接触防止パッド１２を、燃料集合体１を構成するチャンネルボックス５の側面に設けることが不要となる。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材の下面に、燃料集合体変位規制部を有することから、燃料集合体のＹ字型の制御棒側への変位を規制することが可能となる。

図１６は、本発明の他の実施例に係る実施例４の燃料浮き上がり防止部材の部分平面図と、そのＨ―Ｈ断面矢視図及びＩ―Ｉ断面矢視図である。本実施例では、燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材のうち、ハンドルと交差する領域以外の領域における格子部材の下面の形状を、下方（燃料集合体側）に向かうに従い幅が小さくなる、すなわち、垂直断面形状が細くなるよう構成した点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図１６の上図に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２のうち、格子部材３２ａは燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺と交差するよう配されると共に、格子部材３２ｂは燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の長辺と交差するよう配され、格子部材３２ｃは燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の長辺と交差するよう配される。

図１６の左下図に示すように、上図における格子部材３２ａのＨ―Ｈ断面形状は、四角形状を成す。このＨ―Ｈ断面の位置が、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺と交差する位置に相当する。一方、図１６の右下図に示すように、上図における格子部材３２ａのＩ―Ｉ断面形状は、下部側の形状が下方（燃料集合体側）へ向かうに従い幅が小さくなる、すなわち、垂直断面形状が細くなる形状を有する。このＩ―Ｉ断面の位置は、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺と交差しない位置に相当する。すなわち、本実施例の燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２は、燃料集合体１を構成するハンドル７と交差する領域においては、その垂直断面形状を四角形状とすることで、図示しない弾性体３３としてのコイルばねの一端を固定し易い形状とすると共に、ハンドル７と交差しない領域においては垂直断面形状が、下部側において下方（燃料集合体側）へ向かうに従い幅が小さくなる、すなわち、垂直断面形状が細くなる形状とすることで、燃料集合体１内を上方へと通流する冷却水（冷却材）に対する圧損が低減される。換言すれば、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２のうち、燃料集合体１を構成するハンドル７と交差する領域以外の領域において、燃料集合体１の上部出口から流出する流体（冷却水）が格子部材３２に衝突する際、格子部材３２で受ける流体力を低減できる。これにより、燃料浮き上がり防止部材３１の健全性を向上することが可能となる。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、冷却水である流体の衝突による燃料浮き上がり防止部材が受ける流体力を低減でき、燃料浮き上がり防止部材の健全性の向上を図ることが可能となる。

図１７は、本発明の他の実施例に係る実施例５の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。本実施例では、燃料浮き上がり防止部材を構成する各格子部材に、各燃料集合体を構成するハンドルの上面と対応して延伸する格子拡大部材を有する構成とした点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図１７に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２のうち、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の長辺と交差するよう配される格子部材３２ａは、当該ハンドル７ａ上面の長辺と交差する位置に、ハンドル７ａの上面に対応して延伸する格子拡大部材３６ａを有する。図１７に示すように、格子拡大部材３６ａの平面の面積は、ハンドル７ａの上面の面積以上である。格子部材３２ａと格子拡大部材３６ａは相互に直交する。また、燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の長辺と交差するよう配される格子部材３２ｂは、当該ハンドル７ｂ上面の長辺と交差する位置に、ハンドル７ｂの上面に対応して延伸する格子拡大部材３６ｂを有する。格子拡大部材３６ｂの平面の面積はハンドル７ｂの上面の面積以上であり、格子部材３２ｂと格子拡大部材３６ｂは相互に直交する。同様に、燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の長辺と交差するよう配される格子部材３２ｃは、当該ハンドル７ｃ上面の長辺と交差する位置に、ハンドル７ｃの上面に対応して延伸する格子拡大部材３６ｃを有する。格子拡大部材３６ｃの平面の面積はハンドル７ｃの上面の面積以上であり、格子部材３２ｃと格子拡大部材３６ｃは相互に直交する。

図１８は、図１７に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａ及び格子拡大部材３６ａ並びにハンドル７ａとの位置関係を示す部分平面図とそのＪ―Ｊ断面矢視図であり、図１９は、図１７に示す燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａ及び格子拡大部材３６ａ並びにハンドル７ａとの位置関係を示す部分平面図と、そのＫ―Ｋ断面矢視図である。
図１８の上図は、図１７に示した燃料集合体１ａと燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２ａとの配置関係において、時計回り又は反時計回りに９０度回転させた状態での部分平面図であり、図１８の下図は、上図のＪ―Ｊ断面矢視図である。図１８の上図に示すように、格子拡大部材３６ａは、燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａの上面と同等の長さ及び同等の幅を有する。弾性体３３としてのコイルばねの一端は、格子拡大部材３６ａの下面に固定され、弾性体３３としてのコイルばねの一端はハンドル７ａに固定されることなく、当接している。

図１９の上図は、図１７に示した燃料集合体１ａと、格子部材３２ａ及び格子拡大部材３６ａとの配置関係と同様であり、図１９の下図は、Ｋ―Ｋ断面矢視図である。図１９の下図に示すように、格子拡大部材３６ａの下面に、長手方向に沿って相互に離間し、一端が固定される２つの弾性体３３としてのコイルばねを備える。２つの弾性体３３としてのコイルばねの他端は固定されることなく、ハンドル７ａの上面と当接している。このように、格子拡大部材３６ａにて、ハンドル７ａの上面全面にて、燃料集合体１ａの軸方向上への浮き上がりを防止できる。なお、図１９の下図に示すように、格子拡大部材３６ａを有することにより、弾性体３３としてのコイルばねを複数配することが可能となり、１つ当たりのコイルばね（弾性体３３）への負荷を低減することも可能となる。

本実施例によれば、実施例１による効果に加え、料浮き上がり防止部材を構成する各格子部材に格子拡大部材を備えることで、より効果的に燃料集合体の浮き上がりを防止することができる。
また、本実施例によれば、燃料浮き上がり防止部材及び／又は燃料集合体が損傷することを防止すために配される弾性体の負荷を低減でき、弾性体の長寿命化を図ることが可能となる。

図２０は、本発明の他の実施例に係る実施例６の燃料浮き上がり防止部材及び燃料集合体との配置関係を示す炉心の部分平面図である。本実施例では、燃料集合体を構成するハンドル上面の短辺（ハンドルの長手方向の両端部を画定する辺）がＹ字型の制御棒の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）を向くよう燃料集合体を炉心に装荷する共に、複数の格子部材の接続部がハンドル上面の長辺と交差するよう燃料浮き上がり防止部材を構成する格子部材を配する点が実施例１と異なる。その他の構成は実施例１と同様であり、実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では実施例１と重複する説明を省略する。

図２０に示すように、相互に隣接し三角格子状に稠密に配される燃料集合体１ａ、燃料集合体１ｂ、及び燃料集合体１ｃの間に水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１が配されている。燃料集合体１ａを構成するハンドル７ａ上面の短辺７２ａ（ハンドル７ａの長手方向に沿った両側面を画定する辺）、燃料集合体１ｂを構成するハンドル７ｂ上面の短辺７２ｂ（ハンドル７ｂの長手方向に沿った両側面を画定する辺）、及び燃料集合体１ｃを構成するハンドル７ｃ上面の短辺７２ｃ（ハンドル７ｃの長手方向に沿った両側面を画定する辺）は、Ｙ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）（図示せず）に向かうよう配されている。このような配置関係は、相互に隣接して三角格子状に配される他の３体の燃料集合体と、これら３体の燃料集合体１間にＹ字型の制御棒１１が配される場合においても同様である。このように、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１を囲むよう、相互に隣接して三角格子状に稠密に配される３体の燃料集合体１ａ〜１ｃのハンドル７ａ〜７ｃ上面の短辺７２ａ〜７２ｃの全てが、水平断面（横断面）がＹ字型の制御棒１１の中心であるタイロッド（またはセンタポスト）に向くよう配されることから、原子炉運転時におけるハンドル７ａ〜７ｃの配置を変更することなく、定期検査或いは燃料交換等を実施でき、作業性を向上することが可能となる。

また、図２０に示すように、燃料浮き上がり防止部材３１を構成する格子部材３２は、三角格子の繰り返しパターン形状を備える。例えば、燃料集合体１ａのハンドル７ａの上方に配される格子部材３２は、ハンドル７ａ上面の長辺７１ａ（ハンドル７ａの長手方向に沿った両側面を画定する辺）と略直交するよう長辺７１ａの略中央部に配される格子部材３２ａ、長辺７１ａの略中央部にて長辺７１ａに対し所定の傾斜角にて交差する格子部材３２ｄ、及び長辺７１ａの略中央部にて長辺７１ａに対し所定の傾斜角にて交差する格子部材３２ｅを有する。換言すれば、格子部材３２ａ、格子部材３２ｄ、及び格子部材３２ｅの接続部が長辺７１ａの略中央部上方に位置する。格子部材３２ａ、格子部材３２ｄ、及び格子部材３２ｅの接続部の下面に一端が固定され、他端がハンドル７ａの上面に固定されることなく当接する弾性体３３としてのコイルばね（図示せず）が設けられている。

上述の関係は、他の相互に隣接して三角格子状に配される３体の燃料集合体１と、これら３体の燃料集合体１の上方に配される格子部材３２についても同様である。このように、各燃料集合体１は、３本の格子部材の接続部にて浮き上がりが防止されることから、格子部材３２により構成される燃料浮き上がり防止部材３１の健全性が向上される。

なお、３本の格子部材の接続部の下面の形状は、上述の実施例１（図８、図９）又は実施例２（図１２、図１３）と同様の形状とすれば良く、また、実施例５に示した格子拡大部材（図１７〜図１９）を備える構成としても良い。更には、格子部材において接続部以外の領域の下面の形状を上述の実施例４に示した形状（図１６の右下図）としても良い。

本実施例によれば、実施例１の効果に加え、燃料浮き上がり防止部材を構成する複数本の格子部材の接続部にて、燃料集合体の浮き上がりが防止されることから、燃料浮き上がり防止部材の健全性を更に向上することが可能となる。

なお、上述の実施例１〜実施例６では、沸騰水型原子炉の一例として、資源再利用型沸騰水型原子炉（ＲＢＷＲ）を示したが、これに限られるものではなく、水平断面が六角形状のチャンネルボックスを有する燃料集合体を、相互に隣接して三角格子状に稠密に装荷する炉心構造であれば、例えば、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）、高経済性単純化沸騰水型原子炉（ＥＳＢＷＲ）、或いは再循環ポンプを有する通常の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）にも同様に適用できる。

また、上述の実施例２〜実施例５に示した構成を、任意の組み合わせにて沸騰水型原子炉を構成しても良い。例えば、実施例２と実施例３とを組み合わせ、格子部材３２の下面に溝３４（又は凹部）及び燃料集合体変位規制部３５を備える構成としても良い。また、実施例２と実施例４とを組み合わせ、格子部材３２の下面であってハンドルと交差する領域に溝３４（又は凹部）を設け、ハンドルと交差する領域以外の領域における格子部材３２の下面の形状を垂直断面形状が細くする構成としても良い。また、実施例２〜実施例５の構成を全て組み合わせても良く、すなわち、実施例２〜実施例５のうち、２つ以上の実施例を任意に組み合わせても良い。

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。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ・・・燃料集合体
２・・・燃料棒
３・・・上部タイプレート
４・・・下部タイプレート
５・・・チャンネルボックス
６・・・燃料スペーサ
７，７ａ，７ｂ，７ｃ・・・ハンドル
８・・・燃料支持金具
９・・・上部開口部
１０・・・制御棒移動用開口部
１１・・・制御棒
１２・・・制御棒接触防止パッド
１３・・・燃料集合体接触防止パッド
１４・・・インターナルポンプ
２０・・・原子炉圧力容器
２１・・・炉心
２２・・・炉心支持板
２３・・・炉心支持枠
２４・・・炉心シュラウド
２５・・・シュラウドヘッド
２６・・・ダウンカマ
２７・・・気水分離器
２８・・・蒸気乾燥器
２９ａ・・・主蒸気配管
２９ｂ・・・給水配管
３０・・・下部プレナム
３１・・・燃料浮き上がり防止部材
３２，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ・・・格子部材
３３・・・弾性体
３４・・・溝
３５・・・燃料集合体変位規制部
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ・・・格子拡大部材
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ・・・長辺７１ａ，７１ｂ，７１ｃ
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ・・・短辺７２ａ，７２ｂ，７２ｃ

Claims (13)

1. 原子炉圧力容器と、燃料集合体が三角格子状配列で稠密に配置され、３体の前記燃料集合体の中心に水平断面Ｙ字型の制御棒が挿入される、前記原子炉圧力容器内に配置された炉心と、前記原子炉圧力容器内に配置されて前記炉心を取り囲む炉心シュラウドと、上方に向かって伸びる複数の気水分離器が取り付けられて前記炉心を覆い、前記炉心シュラウドの上端部に取り付けられたシュラウドヘッドとを備えた沸騰水型原子炉であって、
   前記燃料集合体は、前記水平断面Ｙ字型の制御棒を囲む３体の燃料集合体に設けられるハンドルの上面の長辺又は短辺が、前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心に向くように配され、
   前記ハンドルの上面の上方に配され、前記燃料集合体の上方への浮き上がりを抑制する燃料浮き上がり防止部材を備え、
   前記燃料浮き上がり防止部材は、三角格子の繰り返しパターン形状を有する格子部材であり、前記格子部材は、前記炉心の上方に配置されて前記シュラウドヘッドの下方に配置され、前記シュラウドヘッドに取り付けられていなく、炉心支持枠を介して前記炉心シュラウドに取り付けられていることを特徴とする沸騰水型原子炉。
2. 請求項１に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材が、前記ハンドルの上面の長辺と交差するように配置され、前記格子部材と前記ハンドルの上面との間に弾性体を設け、前記弾性体の一端が前記格子部材の下面又は前記ハンドルの上面に固定されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
3. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記弾性体は、コイルばね、板ばね、又は竹の子ばねであり、前記燃料集合体を下方へ押圧することを特徴とする沸騰水型原子炉。
4. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材の下面であって、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分に溝又は凹部が形成され、前記溝又は凹部の開口幅は前記ハンドルの上面の幅よりも大きく、前記ハンドルの上面が前記弾性体を介して前記溝又は凹部に嵌合することを特徴とする沸騰水型原子炉。
5. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材の下面であって、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分のうち前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心側から、前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心へと向かう領域に、燃料集合体側へ突出する凸部を有し、前記凸部に前記ハンドルが当接することにより前記燃料集合体が前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心へと向かう変位を規制する燃料集合体変位規制部を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉。
6. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材の下面であって、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分以外の領域における垂直断面形状が前記燃料集合体側へ向かうに従い細くなることを特徴とする沸騰水型原子炉。
7. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材は、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分に前記ハンドルの上面の長辺に対応して延伸する格子拡大部材を有し、前記格子拡大部材の下面と前記ハンドルの上面との間に前記弾性体が配されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
8. 請求項２に記載の沸騰水型原子炉において、
   三角格子を形成する複数の前記格子部材の接続部が、前記ハンドルの上面の略中央部の上方に位置し、前記複数の格子部材の接続部の下面と前記ハンドルの上面の略中央部との間に前記弾性体が配されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
9. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の沸騰水型原子炉において、
   前記格子部材は、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分に前記ハンドルの上面の長辺に対応して延伸する格子拡大部材を有し、前記格子拡大部材の下面と前記ハンドルの上面との間に前記弾性体が配されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
10. 請求項４又は請求項５に記載の沸騰水型原子炉において、
    前記格子部材の下面であって、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分以外の領域における垂直断面形状が前記燃料集合体側へ向かうに従い細くなることを特徴とする沸騰水型原子炉。
11. 請求項４に記載の沸騰水型原子炉において、
    前記格子部材の下面であって、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分のうち前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心側から、前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心へと向かう領域に、燃料集合体側へ突出する凸部を有し、前記凸部に前記ハンドルが当接することにより前記燃料集合体が前記水平断面Ｙ字型の制御棒の中心へと向かう変位を規制する燃料集合体変位規制部を備えることを特徴とする沸騰水型原子炉。
12. 請求項１１に記載の沸騰水型原子炉において、
    前記格子部材は、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分に前記ハンドルの上面の長辺に対応して延伸する格子拡大部材を有し、前記格子拡大部材の下面と前記ハンドルの上面との間に前記弾性体が配されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
13. 請求項１２に記載の沸騰水型原子炉において、
    前記格子部材は、前記ハンドルの上面の長辺と交差する部分に前記ハンドルの上面の長辺に対応して延伸する格子拡大部材を有し、前記格子拡大部材の下面と前記ハンドルの上面との間に前記弾性体が配されることを特徴とする沸騰水型原子炉。

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