JP2006501482A - 沸騰水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

Abstract

本発明は、スペーサ（３）により横方向に保持され、チャネルボックス（９）により包囲された燃料棒束を有し、スペーサの外側面（１５）から、スペーサの外側面とチャネルボックスとの間の最小隙間を保証する突起（１９）が突出し、スペーサの締付け幅がチャネルボックスの内法幅より小さい沸騰水形原子炉の燃料集合体（１）に関する。本発明に基づき、横からスペーサに作用する力で、炉心セル（２）の外側面（１８）に対応したスペーサの外側面とチャネルボックスとの間に存在する外部隙間（２２）が、該隙間と反対側に位置する中心側ないしそこに存在する制御要素（１２）側の内部隙間（２３）より狭くなるよう、スペーサを偏心位置に保持する。

Description

本発明は沸騰水形原子炉の燃料集合体に関する。

この種燃料集合体は、スペーサで横方向に保持され、チャネルボックスで包囲された燃料棒束を備える。燃料集合体の下端に脚部、上端に頭部が各々存在する。周縁部に存在する燃料棒にも運転中冷却材を供給すべく、スペーサの外側面とチャネルボックスの内側面との間に隙間が存在する。スペーサの外側面から突起が突出している。このスペーサの締付け幅、即ちその突起間にわたって計った幅は、チャネルボックスの内法幅より小さい。

中性子経済上の理由から、燃料棒、スペーサおよびチャネルボックスはジルコニウム合金で作られる。結晶組織係数(Texturefaktor)が０．３３からずれているジルコニウム合金製の部品は、原子炉運転中、結晶組織に応じ（例えば中性子照射、腐食作用等によって）成長し、このためスペーサの締付け幅が原子炉での使用期間中に増大する。保守点検時に支障のない分解を可能にすべく、中性子による成長はスペーサの締付け幅を適当に減少することで補償できる。従って、新燃料集合体では、チャネルボックスと、燃料棒又は燃料棒束のスペーサとの間に比較的大きな隙間が存在する。

加えてチャネルボックスの脚部および頭部から離れて位置する中央部が、運転中に作用する温度と圧力で広がったたままとなる。これはジルコニウム材料に照射で生じたクリープに起因する。従って、組込み状態でスペーサとチャネルボックスの内側面との間に存在する隙間は、運転開始時にはまだ大きい。このため燃料集合体は、例えば異なった流れ挙動のために横に曲がり、チャネルボックスの内側面に接近し、その結果この内側面に対応する隙間が縮小し、反対側に位置する隙間が拡大する。このため周縁部に存在する燃料棒の範囲の熱液学的特性が変化する。

これを、米国特許第５２６７２９１号明細書で公知の燃料集合体では、次のようにして防いでいる。即ちスペーサの隣り合う２つの周縁帯板に各々突起を設け、該突起を、他の隣り合う２つの周縁帯板の突起よりもスペーサから僅かに突出させる。加えて最初に述べた周縁帯板にばね要素を設け、該要素をチャネルボックスで接触支持し、燃料集合体をその中心に置く。その結果、上述の隙間は全て同じ幅となる。

本発明の課題は、チャネルボックス内での所定の支持を保証し、熱液学的特性を改善するように形成した燃料集合体を提供することにある。

この課題は、請求項１の記載に基づき、スペーサが横から該スペーサ又は燃料集合体に作用する力により、炉心セルの外側面に対応したスペーサの外側面とチャネルボックスとの間に存在する外部隙間を、この隙間と反対側に位置する中心側ないしそこに存在する制御要素側の内部隙間より狭くなるように、偏心位置に保持することで解決される。かくして、スペーサの範囲内に、原子炉運転中に思わぬ変化を生ずることのない予め計算できる所定の隙間が存在するようにできる。

炉心セルは４個の燃料集合体から成り、該集合体間に横断面十字形の制御要素が配置されている。制御要素に隣接する燃料棒は、そこに多量の水ないし減速材が存在するため、炉心セルの外側に位置する燃料棒より高い出力密度を持つ。従ってそれら燃料棒は、一般に外側の燃料棒より低濃縮度にしている。チャネルボックス内での燃料集合体の、本発明に基づく偏心的位置で、内部隙間の範囲での冷却材貫流開口断面積の増大により冷却作用が向上し、沸騰熱伝達出力（ＭＡＳＬ）との距離が増大する。外側位置にある、低出力密度の燃料棒では、冷却材流量は減少するが、最適化された濃縮度分布により補償できる。

燃料棒束を偏心位置に保持する力は、ばね要素で与えるとよい。しかし、その力を流れ上生ずる圧力差で発生してもよい。好適な実施態様では、ばね要素を内部隙間に対応するスペーサの外側面に設ける。この結果スペーサの反対側に位置する外側面を、例えば米国特許第５２６７２９１号明細書に開示の燃料集合体の場合のようにそこにばね要素を配置したときよりも、チャネルボックスに一層近づけることを保証する。

以下図を参照して本発明を詳細に説明する。

燃料集合体１を４個一組で１つの炉心セル２に纏め、複数の炉心セル２を沸騰水形原子炉の圧力容器内に設置している。図は作図上の理由で燃料棒束のスペーサ３のみを示し、ウォータチャネルや燃料棒は省略している。スペーサの形状は原理的に任意である。図示の実施例では、スペーサ３は、互いにかみ合った縦帯板４と横帯板５およびこれらを包囲する周縁帯板６ａ〜ｄからなる。縦帯板４と横帯板５に燃料棒を保持するばね要素７が存在する。更にスペーサ３は偏心して配置した開口８を有し、該開口８はウォータチャネルで占められる。燃料棒束を、スペーサ３と共にチャネルボックス９で包囲している。

炉心セル２の燃料棒束を、その中心又は燃料棒束に付設したスペーサ３の中心がほぼ正方形の角に位置するよう配置している。燃料棒束間ないし同じ高さレベルに存在するスペーサ３間に、横断面十字形の制御要素１２を収容する中間空間１０がある。制御要素１２とそれに隣接するチャネルボックス９との間に隙間１３が生じている。制御要素１２に隣接して位置する内部周縁帯板６ａ、６ｂは、例えば２つのばね要素１４備える。これらばね要素１４は内部周縁帯板６ａ、６ｂの外側面１５ａから離れる方向に延びる。ばね要素１４は、チャネルボックス９の内側面１６に接触支持している。内部周縁帯板６ａ、６ｂの両ばね要素１４は、各々スペーサ３の角１７の近くに配置している。炉心セルの外側面１８に対応する他（外部）の両周縁帯板６ｃ、６ｄにばね要素は存在せず、外側突起１９だけが存在している。

ばね要素１４は、内部周縁帯板６ａ、６ｂに対し直角に延びる力で、スペーサ３をチャネルボックス９の内側面１６から押し離す。この結果、矢印２０の方向に対角線的にスペーサ３に作用する分力が生ずる。この分力の作用で、ばね要素が存在せずに突起１９を備えた外部周縁帯板６ｃ、６ｄを、チャネルボックス９の内側面１６に押し付ける。外部周縁帯板６ｃ、６ｄの外側面から突出する突起に基づき、外部周縁帯板６ｃ、６ｄとチャネルボックス９との間に狭い隙間２２が生ずる。

これに対し内部周縁帯板６ａ、６ｂとチャネルボックス９との間の隙間２３はかなり大きい。本発明に基づく形態の場合、チャネルボックス９の内部中央にスペーサを配置する場合と異なり、例えばスペーサ３の周囲に分布したばね要素によって、その場所に大きな出力密度が生じる。即ち制御要素１２に直に隣接する燃料棒列２４に大きな隙間２３、従って強い冷却作用が生じる。

４つの燃料集合体と制御要素とを有する炉心セルの平面図。 図１における部分ＩＩＡおよびＩＩＢの拡大詳細図。

符号の説明

１ 燃料集合体、２ 炉心セル、３ スペーサ、４、５、６ 帯板、７、１４ ばね要素、８ 開口、９ チャネルボックス、１０ 中間空間、１２ 制御要素、１３、２２、２３ 隙間、１５、１６、１８ 側面、１７ 角、１９ 突起、２２、２４ 燃料棒列

Claims (4)

1. スペーサ（３）により横方向に保持され、チャネルボックス（９）により包囲される燃料棒束を有し、スペーサ（３）の外側面（１５）から、スペーサ（３）の外側面（１５）とチャネルボックス（９）との間の最小隙間を保証する突起（１９）が突出し、スペーサ（３）の締付け幅がチャネルボックス（９）の内法幅より小さい沸騰水形原子炉の燃料集合体（１）において、
   炉心セル（２）の外側面（１８）に対応したスペーサ（３）の外側面（１５）とチャネルボックス（９）との間に存在する外部隙間（２２）が、該隙間（２２）と反対側に位置する中心側ないしそこに存在する制御要素（１２）の側の内部隙間（２３）より狭くなるよう、前記スペーサ（３）が横から該スペーサ（３）に作用する力により偏心位置に保持されることを特徴とする燃料集合体。
2. 両外部隙間（２２）が内部隙間（２３）より狭いことを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。
3. 横からスペーサ（３）に作用する力が、スペーサ（３）の外側面（１５）から突出するばね要素（１４）により発生されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料集合体。
4. ばね要素（１４）が内部隙間（２３）に対応するスペーサ（３）の外側面（１５）に設けられたことを特徴とする請求項３記載の燃料集合体。
   
   

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