JPH0231191A - 燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は原子炉に装荷される燃料集合体に係わり、特に
核燃料の有効利用が容易に図れる燃料集合体に関する。

「従来の技術」 第２図に沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）に用いられる従来の
燃料集合体を示している。この燃料集合体１は角筒状の
チャンネル２内に燃料バンドル３を収容したものである
。燃料バンドル３は核燃料を充填した複数の燃料棒４を
正方格子状に配列するとともに、これら燃料棒４の下部
から上部へ減速材としての炉水を案内するための減速材
案内部材、すなわちウォータロッド５を中央部に配置し
、これらをスペーサ６で結束した構成とされている。

各燃料棒４およびウォータロッド５の上端部には上部端
栓７が、また下端部には下部端栓８がそれぞれ固着され
、更に上部端栓７が上部タイプレート９に、また下部端
栓８が下部タイプレートｌＯにそれぞれ支持されている
。

炉水は下部タイプレート１０に設けた開口部がら燃料集
合体１内に矢印の如く導入され、各燃料棒４相互間の間
隙部で昇流する。また、炉水はウォータロッド５内に下
端部の減速材人口としての水火口５ａから流入し、上方
へ案内された後、上端部の減速材出口としての水出口５
ｂから外方へ流出する。そして、炉水はチャンネル２内
で各燃料棒４から放出される熱を除去する一方、加熱さ
れてボイドとなり気液二相流を形成し、上部タイプレー
ト９上方に流出する。

ところでボイドは燃料集合体Ｉの上部はど多くなる。燃
料集合体１の発熱部上端付近ではボイド率が７０％を超
えることがあり、燃料集合体１の下端よりやや上方がボ
イド発生の最下位量である。

従来では、燃料棒４の健全性を確保するために、その出
力分布を、運転サイクルの初期から末期まで全期間に亘
って軸方向になるべく−様な状態にする必要があった。

しかし、最近では燃料棒４の燃料被覆管内面にバリア層
を設けることにより、燃料棒４の健全性を著しく向上さ
せているので、運転サイクル全期間を通して軸方向８力
分布を平坦に保つ必要性は低下した。

Ｂ　’ｖＶ　Ｒでは本来、炉心の上方へ行くに従ってボ
イド率が高くなるので、出力分布は運転サイクル初期で
燃料集合体の上端部が抑えられ、燃料集合体の下端部の
方で熱発生量が多くなる。

一方、運転サイクル末期では燃料集合体の下端部の核分
裂性核種濃度が燃焼により減耗し、燃料集合体上端部で
はボイドにより減耗が遅れる七ともにボイドにより高速
中性子の発生量が多くなり、プルトニウムがより多く蓄
積される。そのために炉心下方で出力が低下し、燃料集
合体上部で高くなる挙動を示している。

このような本来の性質をなるべく利用するのが燃料の経
済性として優れているが、従来は燃料健全性の確保ない
し向上のために、燃料集合体下端部に、より多くの可燃
性毒物を配置したり、燃料集合体上端部の燃料濃縮度を
高めるなどして対処しており、これらは中性子経済の悪
化を招いていた。

ところで軽水炉では原則として各サイクル終了後の定期
点検中に燃料交換を行っている。この燃料交換の第１の
目的は、次回の燃料交換までに原子炉運転を継続できる
だけの反応度を確保することにある。燃料の交換割合は
、ＢＷＲの場合１／４が標準的である。もっとも原子力
発電プラントの運転計画の変更に対処できるよう柔軟性
をもたせている。標準的交換割合のもとでは、原子炉の
初期運転サイクルで使用された初期装荷燃料集合体のう
ち１／４の本数のものは、初期運転サイクルで装荷され
ただけで炉心から取り外されることになる。すなわち、
通常の燃料集合体が４サイクル運転まで装荷されて許容
燃焼度になった後に取り出されるのに比較してウラン利
用率が極めて低い。そこで最近では初期運転サイクルで
取り外された燃料集合体も後に再装荷して、核燃料の有
効的利用を図るようになってきている。

「発明が解決しようとする課題」 初期装荷燃料集合体に対し、運転サイクル前半で高速中
性子の発生量増大によりプルトニウム生成を助長、蓄積
させ、再装荷サイクルでの核分裂割合を高めるようにす
れば、更に燃料の有効利用が図れるものと考えられる。

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、減
速材案内部材内へのボイドの貯留を第１の装荷運転サイ
クルで積極的に行わせることにより、高速中性子を多く
発生させるスペクトル硬化を促し、再装荷後の運転サイ
クルではボイド率を低下させて燃焼効率を向上させ、こ
れにより燃料経済性を高めることができる燃料集合体を
提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は、チャンネル内に、核燃料を充填した複数の燃
料棒と、これら燃料棒の下部から上部へ減速材を案内す
る減速材案内部材とを設けた燃料集合体において、減速
材案内部材の上部に形成される減速材出口を開閉する減
速材出口開閉機構を備えたことを特徴とする。

「作用」 原子炉への初期装荷運転サイクルにおいては、減速材出
口開閉機構により、減速材案内部材の減速材出口を閉状
態として使用する。これにより減速材案内部材の内側上
部にボイドが貯留してスペクトルが硬化し、プルトニウ
ムが燃料集合体内に多く生成、蓄積される。

また、再装荷運転サイクルにおいては、減速材案内部材
の減速材出口を開状態として使用する。

この場合には減速材案内部材からボイドが排出され、減
速材案内部材の内部は減速材で満たされる。

すなわち、ボイド率が低減し、初装荷運転サイクルで蓄
積されたプルトニウムが燃焼する。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。

第１図は燃料集合体上部を一部断面で示したものである
。この部分以外は第２図に示した従来のものと変わらな
いので説明を省略する。

この実施例の燃料集合体では減速材案内部材としてのウ
ォータロッド１１の周壁上端側に従来設けられていた炉
水出口が存在しない。ウォータロッド１１の上端に設け
られた上部端栓１２が上部タイプレート１３を貫通して
上方に突出する長尺なものとされ、この上部端栓１２の
中心部にウォータロッド１１の内外を連通ずる減速材出
口としての炉水出口孔１４が突設されている。この上部
端栓１２の上端部に減速材出入口開閉機構としてのプラ
グ１５が着脱可能に螺着されている。すなわち、プラグ
１５を取り付けることにより上部端栓１２の炉水出口孔
１４が閉塞され、またプラグ１５を取り外すことにより
炉水出口孔１４が開放される。なお、ウォータロッド１
１の図示しない下端部には従来同様に炉水火口があけら
れている（第２図参照）。

なお、プラグ１５の外面は六角形または四角形等として
治具による回転が容易な形状とされ、上部端栓１２の外
径と同等以下の外径とされている。

また、プラグ１５は上部端栓１２よりも線膨脹係数の大
きな材料、（例えばジルカロイよりも線膨脹係数の大き
いステンレス鋼等）で構成され、原子炉運転中の高温下
で不要に外れることがないようにしている。更にプラグ
１５は、スプリングワンシャ等の回り止め部材で係止す
るようにしてもよい。

なお、ウォータロッド１１と上部タイプレート１３との
間には圧縮コイルスプリング１６が設けられ、これによ
りウォータロッド１１の図示しない下部端栓が下部タイ
プレートに圧接保持される。

そして、ウォータロッド１１を取り外す場合には、圧縮
コイルスプリング１６に抗してウォータ、ロッド１１を
一旦持ち上げて下部端栓を下部タイプレートから外し、
その後下方に引き抜くものである。

また、ウォータロッド１１の周囲に配置される燃料棒１
７のうち、所定のもの１７ａがナツト１８により上部タ
イプレート１３に締め付は固定されている。このナンド
１８は、折曲アーム１９付きのワッシャ部材２０によっ
て回転阻止状態で保持される。ワッシャ部材２０は複数
のものが枝状に連結されている。

次に作用を説明する。

初装荷となる燃料集合体のうち、初期運転サイクル後に
取り出すことになる燃料集合体について、ウォータロッ
ド１１の炉水出口孔１４をプラグ１５て閉塞しておく。

これにより、ウォータロッド１１内にはボイドが貯留し
てスペクトルが硬化し、プルトニウムが多く生成蓄積さ
れる。

そして、初期運転サイクル終了後、この燃料集合体１１
を燃料貯蔵プールに保管する。この燃料集合体１１の再
装荷運転時には、予め治具を使用してプラグ１５を取り
外すことにより炉水出口孔１４を開状態とし、その後炉
心に装荷する。なお、プラグ１５の取り外しは上部タイ
ブレー）１３を装着したまま行える。この再装荷運転で
はボイドがウォータロッド１１の炉水出口孔１４がら放
出され、ウォータロッド１１内には炉水が充満するため
、ボイド率が低減し、初装荷運転サイクルで蓄積された
プルトニウムが燃焼される。

以上の実施例によると、初期装荷段階ではウォータロッ
ド１１内にボイドを充満させてプルトニウムの生成を活
発に行わせ、また再装荷段階では蓄積したプルトニウム
を水中で燃焼させることができ、これにより燃焼経済性
を大幅に向上することができる。

なお、前記した実施例では初装荷運転サイクルで取り出
すべき燃料集合体について説明したが、定期検査中にプ
ラグ１５を取り外せば池の燃料集合体についても実施で
きることはもちろんである。

「発明の効果」 以上のように、本発明によれば、減速材案内部材内への
ボイドの貯留を第１の装荷運転サイクルで積極的に行わ
せることにより、高速中性子を多く発生させてプルトニ
ウムの蓄積を促し、また再装荷時にはボイド率を低下さ
せ、これにより燃料経済性を大幅に高めることができる
という効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
従来例を示す断面図である。 １１・・・・・・ウォータロッド＜ｗＡ速材案内部材）
、１４・・・・・・炉水出口孔（減速材出口）、１５・
・・・・・プラグ（減速材出口開閉機構）、１７・・・
・・・燃料棒。 出　願　人　　　　日本原子力事業株式会社代　理　人
　　　　弁理士　　　山内　梅雄夷

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チャンネル内に、核燃料を充填した複数の燃料棒と、こ
   れら燃料棒の下部から上部へ減速材を案内する減速材案
   内部材とを設けた燃料集合体において、前記減速材案内
   部材の上部に形成される減速材出口を開閉する減速材出
   口開閉機構を備えたことを特徴とする燃料集合体。