JP2656279B2 - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents
沸騰水型原子炉用燃料集合体Info
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- JP2656279B2 JP2656279B2 JP63019586A JP1958688A JP2656279B2 JP 2656279 B2 JP2656279 B2 JP 2656279B2 JP 63019586 A JP63019586 A JP 63019586A JP 1958688 A JP1958688 A JP 1958688A JP 2656279 B2 JP2656279 B2 JP 2656279B2
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- Japan
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- fuel
- fuel assembly
- rods
- channel box
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体、特に高燃焼
度化に適した燃料集合体に関する。
度化に適した燃料集合体に関する。
（従来の技術） 近年、軽水型原子炉では、その発電量の増加に伴い、
発電経済性の向上が厳しく要求され、燃料集合体に関し
ても種々の改良が加えられている。また、経済性の向上
には燃料の燃焼度を高めることが効果的であり、高燃焼
度化に伴う炉心運転特性への影響を軽減するための燃料
の改良が要望されている。
発電経済性の向上が厳しく要求され、燃料集合体に関し
ても種々の改良が加えられている。また、経済性の向上
には燃料の燃焼度を高めることが効果的であり、高燃焼
度化に伴う炉心運転特性への影響を軽減するための燃料
の改良が要望されている。
第３図は、沸騰水型原子炉（以下BWRという）で用い
られている従来の燃料集合体の一例を示すもので、燃料
集合体１は、チャンネルボックス２と、このチャンネル
ボックス２内に８行８列の正方格子状の配列された燃料
棒３と、チャンネルボックス２内の水平断面中央部に配
置された２本のウォータロッド６とから構成されてい
る。チャンネルボックス２は、その横断面がほぼ正方形
をしており、４つのコーナーは強度維持のために丸みを
有している。
られている従来の燃料集合体の一例を示すもので、燃料
集合体１は、チャンネルボックス２と、このチャンネル
ボックス２内に８行８列の正方格子状の配列された燃料
棒３と、チャンネルボックス２内の水平断面中央部に配
置された２本のウォータロッド６とから構成されてい
る。チャンネルボックス２は、その横断面がほぼ正方形
をしており、４つのコーナーは強度維持のために丸みを
有している。
BWRの炉心では、隣接するチャンネルボックス２とチ
ャンネルボックス２との間に幅10〜20mm程度の水ギャッ
プを設け、ここに十字型制御棒５を挿入している。BWR
ではチャンネルボックス２内を流れる軽水は運転時には
沸騰し、平均40％程度の体積割合の蒸気を含む二相流と
なる。これに対して、チャンネルボックス２外側の水ギ
ャップ領域を流れる軽水は運転時においても沸騰はしな
い。この水ギャップ領域にある軽水の中性子減速効果の
ため、燃料集合体１における水平方向の熱中性子束分布
は、外周部ほど大きく、中央部では小さくなる傾向があ
る。このため、燃料集合体１では、その中央付近に内部
を非沸騰水が貫流する２本のウォータロッド６が設けら
れており、この水の減速効果によって、中央部での熱中
性子束の低下を緩和し、出力ピーキングを小さくすると
ともに熱中性子束を高めることにより熱中性子利得率を
大きくする役割を果たしている。
ャンネルボックス２との間に幅10〜20mm程度の水ギャッ
プを設け、ここに十字型制御棒５を挿入している。BWR
ではチャンネルボックス２内を流れる軽水は運転時には
沸騰し、平均40％程度の体積割合の蒸気を含む二相流と
なる。これに対して、チャンネルボックス２外側の水ギ
ャップ領域を流れる軽水は運転時においても沸騰はしな
い。この水ギャップ領域にある軽水の中性子減速効果の
ため、燃料集合体１における水平方向の熱中性子束分布
は、外周部ほど大きく、中央部では小さくなる傾向があ
る。このため、燃料集合体１では、その中央付近に内部
を非沸騰水が貫流する２本のウォータロッド６が設けら
れており、この水の減速効果によって、中央部での熱中
性子束の低下を緩和し、出力ピーキングを小さくすると
ともに熱中性子束を高めることにより熱中性子利得率を
大きくする役割を果たしている。
ところで、経済性の向上を目的として高燃焼度化を図
ると、燃料集合体間の出力ミスマッチが大きくなり、最
大線出力密度や最小限界出力比などの熱的な制限が厳し
くなるが、この対策として、燃料棒の本数を増す９行９
列燃料集合体等の使用も検討されている。第４図は９行
９列の燃料集合体の例であり、72本の燃料棒３と９本分
の燃料棒を占める大型の方形ウォータロッド７から構成
されている。
ると、燃料集合体間の出力ミスマッチが大きくなり、最
大線出力密度や最小限界出力比などの熱的な制限が厳し
くなるが、この対策として、燃料棒の本数を増す９行９
列燃料集合体等の使用も検討されている。第４図は９行
９列の燃料集合体の例であり、72本の燃料棒３と９本分
の燃料棒を占める大型の方形ウォータロッド７から構成
されている。
（発明が解決しようとする課題） 高燃料度化を達成するためには、燃料の初期核分裂性
物質濃度（ウラン235の濃縮度あるいはプルトンウム富
化度）を高めることによって長期間の燃焼を維持しなけ
ればならない。ところが、初期核分裂性物質濃度を高め
ることは中性子スペクトルの硬化を招くことになり、そ
の結果、核分裂性物質の利用率が低下することになる。
このため、高燃焼度化燃料では、従来の燃料に比べて、
中性子を減速させる水中の水素原子数と燃料原子数との
比（以下H/U比という）を大きくしなければならないこ
とが知られている。
物質濃度（ウラン235の濃縮度あるいはプルトンウム富
化度）を高めることによって長期間の燃焼を維持しなけ
ればならない。ところが、初期核分裂性物質濃度を高め
ることは中性子スペクトルの硬化を招くことになり、そ
の結果、核分裂性物質の利用率が低下することになる。
このため、高燃焼度化燃料では、従来の燃料に比べて、
中性子を減速させる水中の水素原子数と燃料原子数との
比（以下H/U比という）を大きくしなければならないこ
とが知られている。
H/U比を増大させる一つの方法は、燃料棒をウォータ
ロッドに置き換えることであるが、このような方法では
燃料集合体１体あたりの燃料重量が減少してしまい、運
転サイクルごとの燃料取替体数が増加するので燃料コス
トが割高になってしまう。また、他の方法として燃料棒
本数は変えず水ギャップ領域を拡大することが考えられ
るが、このような燃料は既存のプラントには装荷できな
い。もしこのような燃料に適合したプラントを新たに建
設するとなると、従来プラントよりも炉心体積が大きく
なるので、プラントの建設コストの増大を招く。
ロッドに置き換えることであるが、このような方法では
燃料集合体１体あたりの燃料重量が減少してしまい、運
転サイクルごとの燃料取替体数が増加するので燃料コス
トが割高になってしまう。また、他の方法として燃料棒
本数は変えず水ギャップ領域を拡大することが考えられ
るが、このような燃料は既存のプラントには装荷できな
い。もしこのような燃料に適合したプラントを新たに建
設するとなると、従来プラントよりも炉心体積が大きく
なるので、プラントの建設コストの増大を招く。
上述したように、高燃焼度化燃料としては、水ギャッ
プ領域を拡大せず、かつ燃料物質の量を減少させること
なく、H/U比を向上させることが重要である。
プ領域を拡大せず、かつ燃料物質の量を減少させること
なく、H/U比を向上させることが重要である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、燃料を減少させることなく、H/U比を増大すること
のできる沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供することに
ある。
は、燃料を減少させることなく、H/U比を増大すること
のできる沸騰水型原子炉用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） 本発明は上記目的を達成するために、円柱形の燃料ペ
レットを封入した燃料棒を一定の間隔で規則正しく配列
した燃料棒束を横断面がほぼ正方形のチャンネルボック
スで囲繞してなる燃料集合体において、その横断面にお
いて、前記燃料棒が正方格子状に配置され、しかも最短
距離にある２本の前記燃料棒を結ぶ直線が前記チャンネ
ルボックスの側面に対して45゜の角度をなすように配列
されていることを特徴とするものである。
レットを封入した燃料棒を一定の間隔で規則正しく配列
した燃料棒束を横断面がほぼ正方形のチャンネルボック
スで囲繞してなる燃料集合体において、その横断面にお
いて、前記燃料棒が正方格子状に配置され、しかも最短
距離にある２本の前記燃料棒を結ぶ直線が前記チャンネ
ルボックスの側面に対して45゜の角度をなすように配列
されていることを特徴とするものである。
好ましくは、横断面において、前記チャンネルボック
スのコーナーを通り、前記チャンネルボックスの中心で
互いに直交する２本の直線上には、前記燃料棒を配置し
ない。
スのコーナーを通り、前記チャンネルボックスの中心で
互いに直交する２本の直線上には、前記燃料棒を配置し
ない。
（作 用） このような燃料棒配列により、燃料棒径を一定とした
場合には、燃料集合体１体当りに装荷しうる燃料棒本数
を増すことが可能となり、この増加分をウォータロッド
に置き換えることによって燃料重量を減少させることな
くH/U比を増大させることができる。
場合には、燃料集合体１体当りに装荷しうる燃料棒本数
を増すことが可能となり、この増加分をウォータロッド
に置き換えることによって燃料重量を減少させることな
くH/U比を増大させることができる。
また、従来例では、最も減速効果の大きいコーナー部
の燃料棒に著しい出力ピーキングが生じて設計上の余裕
を小さくしていたが、本発明による燃料集合体ではコー
ナー部には燃料棒が配置されないので出力ピーキングが
低下する。
の燃料棒に著しい出力ピーキングが生じて設計上の余裕
を小さくしていたが、本発明による燃料集合体ではコー
ナー部には燃料棒が配置されないので出力ピーキングが
低下する。
（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の平面図である。なお、既
に説明した従来例と同一構成部分には同一符号を付して
その詳細な説明を省略する。
に説明した従来例と同一構成部分には同一符号を付して
その詳細な説明を省略する。
図に示すように、本実施例では、中央部に燃料棒12本
分を占める十字型ウォータロッド４が配置されており、
燃料棒９本分に相当する従来のウォータロッドよりも非
沸騰水が流れる面積が増している。ただ、従来例（第３
図及び第４図の燃料集合体）と比べると燃料棒間隔が約
６％短かくなっているが、安全上必要な燃料棒間隔は十
分に確保されている。その結果、本実施例では従来例と
比べて、同じ重量の燃料を装荷したうえで、H/U比を約
１％増大させることができる。これによって燃料経済性
は0.5〜１％向上する。
分を占める十字型ウォータロッド４が配置されており、
燃料棒９本分に相当する従来のウォータロッドよりも非
沸騰水が流れる面積が増している。ただ、従来例（第３
図及び第４図の燃料集合体）と比べると燃料棒間隔が約
６％短かくなっているが、安全上必要な燃料棒間隔は十
分に確保されている。その結果、本実施例では従来例と
比べて、同じ重量の燃料を装荷したうえで、H/U比を約
１％増大させることができる。これによって燃料経済性
は0.5〜１％向上する。
また、出力ピーキングに関しては、全ての燃料棒の初
期核分裂性物質濃度を一定とした場合、ボイド率40％時
の出力ピーキングは、本実施例では従来例に比して約８
％小さくなっている。ただし通常設計する際には、燃料
棒ごとに初期核分裂性物質濃度を分布させることによっ
て出力ピーキングをある許容値以下に抑えている。
期核分裂性物質濃度を一定とした場合、ボイド率40％時
の出力ピーキングは、本実施例では従来例に比して約８
％小さくなっている。ただし通常設計する際には、燃料
棒ごとに初期核分裂性物質濃度を分布させることによっ
て出力ピーキングをある許容値以下に抑えている。
第２図は本発明の他の実施例の平面図であり、上記実
施例と同一部分には同一符号を符している。本実施例で
は燃料棒３としてはＩ〜IIIの３種類（この順に初期核
分裂性物質濃度が高い）が使用されている。一方、従来
においては第５図に示すようにＩ〜IVの４種類（この順
に初期核分裂性物質濃度が高い）の燃料が使用されてい
る。これに対して本実施例は、上記したようにＩ〜III
の３種類の燃料棒で出力ピーキングを第５図の従来例と
同程度に抑えることができるため、燃料棒集合体の製造
管理が容易になる。
施例と同一部分には同一符号を符している。本実施例で
は燃料棒３としてはＩ〜IIIの３種類（この順に初期核
分裂性物質濃度が高い）が使用されている。一方、従来
においては第５図に示すようにＩ〜IVの４種類（この順
に初期核分裂性物質濃度が高い）の燃料が使用されてい
る。これに対して本実施例は、上記したようにＩ〜III
の３種類の燃料棒で出力ピーキングを第５図の従来例と
同程度に抑えることができるため、燃料棒集合体の製造
管理が容易になる。
上述したところから明らなように、本発明の基本は燃
料棒の配列をチャンネルボックスに対して45゜の角度を
なすようにすることである。
料棒の配列をチャンネルボックスに対して45゜の角度を
なすようにすることである。
なお、ウォータロッドの形状や燃料棒の配列数など
は、本実施例にとらわれることなく、種々変形がなされ
てもよいことは勿論である。
は、本実施例にとらわれることなく、種々変形がなされ
てもよいことは勿論である。
以上説明したように、本発明によれば、燃料集合体あ
たりの燃料重量を減少させることなくH/U比を増大させ
ることができるので、特に高燃焼度化燃料において燃料
経済性が向上する。また、出力ピーキングを許容値に抑
えるために必要な燃料棒の種類を減少させることができ
るので、燃料集合体の製造、管理が容易になり、製造コ
ストを低減することができる。
たりの燃料重量を減少させることなくH/U比を増大させ
ることができるので、特に高燃焼度化燃料において燃料
経済性が向上する。また、出力ピーキングを許容値に抑
えるために必要な燃料棒の種類を減少させることができ
るので、燃料集合体の製造、管理が容易になり、製造コ
ストを低減することができる。
第１図は本発明の一実施例の燃料集合体の平面図、第２
図は本発明の他の実施例の燃料集合体の平面図、第３図
および第４図はいずれも従来の燃料集合体の平面図、第
５図は従来の燃料集合体の平面図である。 １……燃料集合体、２……チャンネルボックス ３……燃料棒、4,6,7……ウォータロッド ５……制御棒
図は本発明の他の実施例の燃料集合体の平面図、第３図
および第４図はいずれも従来の燃料集合体の平面図、第
５図は従来の燃料集合体の平面図である。 １……燃料集合体、２……チャンネルボックス ３……燃料棒、4,6,7……ウォータロッド ５……制御棒
Claims (2)
- 【請求項１】円柱形の燃料ペレットを封入した燃料棒を
一定の間隔で規則正しく配列した燃料棒束を横断面がほ
ぼ正方形のチャンネルボックスで囲繞してなる燃料集合
体において、その横断面において、前記燃料棒が正方格
子状に配置され、しかも最短距離にある２本の前記燃料
棒を結ぶ直線が前記チャンネルボックスの側面に対して
45゜の角度をなすように配列されていることを特徴とす
る沸騰水型原子炉用燃料集合体。 - 【請求項２】横断面において、前記チャネルボックスの
コーナーを通り、前記チャンネルボックスの中心で互い
に直交する２本の直線の上には、前記燃料棒が配置され
ていないことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
沸騰水型原子炉用燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019586A JP2656279B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63019586A JP2656279B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196593A JPH01196593A (ja) | 1989-08-08 |
| JP2656279B2 true JP2656279B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=12003359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63019586A Expired - Fee Related JP2656279B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656279B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5923288A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-02-06 | アクチ−ボラグ・アセア−アトム | 沸騰水型原子炉の燃料集合体 |
| JPS62228193A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-10-07 | 株式会社日立製作所 | 原子炉燃料体 |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63019586A patent/JP2656279B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5923288A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-02-06 | アクチ−ボラグ・アセア−アトム | 沸騰水型原子炉の燃料集合体 |
| JPS62228193A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-10-07 | 株式会社日立製作所 | 原子炉燃料体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01196593A (ja) | 1989-08-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |