JP2875809B2 - 燃料集合体への冷却液の流れを制御する装置 - Google Patents

燃料集合体への冷却液の流れを制御する装置

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JP2875809B2
JP2875809B2 JP1074805A JP7480589A JP2875809B2 JP 2875809 B2 JP2875809 B2 JP 2875809B2 JP 1074805 A JP1074805 A JP 1074805A JP 7480589 A JP7480589 A JP 7480589A JP 2875809 B2 JP2875809 B2 JP 2875809B2
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    • G21C15/00Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/02Arrangements or disposition of passages in which heat is transferred to the coolant; Coolant flow control devices
    • GPHYSICS
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    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、沸騰水型原子炉あるいは加圧水型原子炉の
ための燃料集合体中の燃料棒の冷却液の流れを制御する
装置に関する。燃料集合体中の燃料棒への冷却液の流れ
を制御することにより、冷却液の流れは、燃料棒の燃焼
の程度に適合させられる。
[問題点を解決するための手段] 炉心への冷却液の総流量が一定であるとすると原子炉
内の燃焼度が最大の燃料集合体への冷却液の流れを絞る
ことにより、広い範囲に装填された燃焼度の低い燃料集
合体への冷却液に多量の流れを与えることができる。照
射中、燃料集合体中の燃料棒は、その細長い形状のた
め、著しく線膨脹する照射成長を示す。照射により起き
る燃料棒の線成長は、冷却液の流れの燃焼度依存絞り制
御を行うのに利用され得る。細長い燃料棒を冷却液制御
に利用できるようにするために、燃料棒の一端は、燃料
集合体の頂部あるいは底部のタイプレートにある対向す
る開口と協働するように形成され、従つて燃料集合体の
燃料棒への冷却液流れを制御することができる。燃料棒
は、沸騰水型原子炉(BWR)用の燃料集合体のチヤンネ
ルよりも成長の程度が大きく、また、加圧水型原子炉
(PWR)用の燃料集合体の制御棒案内管よりも成長の程
度が大きい。
あるいは、燃料集合体用の制御棒案内管は、異なる照
射成長度を有する材料から作られ得る。低照射成長度を
有する制御棒案内管は、頂部タイプレートと底部タイプ
レートの両方に装着され得る。一方、高照射成長度を有
する制御棒案内管は、底部タイプレートのみに装着さ
れ、頂部タイプレートの出口開口用の絞り部材を支持す
る。この構成により照射成長の違いにより絞り部材は、
燃焼中出口開口に接近し、従つて、燃料集合体を通る冷
却液の流れを絞る。
燃焼度依存絞り手段を使用すれば、比較的新鮮な燃料
が、高負荷となりうるので、炉心は、効率良く燃料を利
用可能なように装荷しうる。すなわち、最適方法で分布
される冷却液の流れによりポンプ負荷が減じられ、その
結果、冷却液の総流量を低下できる。
[実施例] 第1図は、頂部タイプレート1、底部タイプレート
2、スペーサー3及び燃料棒4を有する沸騰水型原子炉
用あるいは加圧水型原子炉用の燃料集合体の構造を簡単
に示した図である。燃料集合体においては、一クラスタ
の燃料棒が互いに保持され、複数のスペーサーによつて
固定されている。参照番号5は、沸騰水型原子炉燃料集
合体のチヤンネル壁あるいは、加圧水型原子炉燃料集合
体の制御棒案内管の壁を示している。燃料棒4は、この
場合、頂部タイプレート1から吊るして取り付けられて
いる。バイオネツト継手6が各燃料棒を頂部タイプレー
ト1に接続できるようにしている。頂部タイプレート1
の継手の間には、冷却液の流れのための開口部7が設け
られている。更に、底部タイプレート2には、冷却液が
通過できるように燃料棒端部に対向し、かつ燃料棒端部
と隙間をあけて設けられた冷却液の流れ用開口8を有す
る。照射による燃料棒の線成長は、燃料棒4の端部(す
なわち、絞り体)9が底部タイプレート2の開口8に接
近することで冷却液の流れの燃焼度依存絞りを与えるこ
とができる。燃料棒4の端部9とこれに相当する底部タ
イプレート2の開口8は所望の絞り特性を与えるように
形成される。破線で示した端部9の輪郭線10は照射によ
り燃料棒4が伸びた状態となり燃料棒4のかさ状円錐状
端部9が底部タイプレート2の相応する開口8に挿入さ
れた状態を示す。燃焼度依存入口絞りは、このように、
底部タイプレート2の冷却用開口8に燃料棒4の端部9
が入ることによりもたらせられる。
第2図及び第3図は、それぞれが燃焼度依存出口絞り
手段を有する加圧水型原子炉燃料集合体の燃焼前と燃焼
後の図を示す。加圧水型原子炉燃料集合体の場合には、
開口7を絞ることは、更に有利である。絞つた燃料集合
体に流入する水は、燃料集合体の上部においてより必要
性の高い隣接して配置された燃料棒に再分配され、よつ
て高負荷状態とされるようになる。燃料棒4は、底部タ
イプレート2に支えられているか、あるいは底部タイプ
レート2に固定されている。そして、上部自由端11は、
頂部タイプレート1へ向けられている。燃料棒4の端部
11と開口7を適当な方法で幾何学的に形成することで、
絞り特性が選定される。燃料棒の燃焼度が様々であり、
または燃料棒の材料が様々であるので、出口絞りを燃焼
中不規則にしうる。
第2図は、燃料棒の上端部が出口開口を通る冷却液の
流れを妨げないため、適当な出口絞り手段が得られない
燃焼前燃料集合体を示す。第3図は、燃料棒の上端部の
かさ状部11が、燃料集合体を通る冷却液の流れを絞るた
めに開口7の中に多少挿入された燃焼後燃料集合体を示
す。燃焼した燃料集合体への冷却液の流れは、部分的に
燃焼した燃料集合体から隣接した他の燃料集合体例えば
低燃焼度の燃料集合体へと向けられる。
第4図及び第5図は、燃焼が増加することにより入口
絞りが低下する原理を示す。第4図は、固定上端部12を
有する燃焼前燃料集合体の燃料棒を示す。燃料棒4の下
端部13は開口8にほぼ相応するように形成される。燃料
棒4の下端部付近において、燃料棒4には、首部(すな
わち、絞り体14)あるいは縦方向の溝が形成される。第
5図に示すように、照射成長により起こる線膨脹のため
に、燃料棒4は燃焼の間、下方へ成長し、燃料棒4の首
部は、開口部8に入る。このようにして、冷却液の流れ
用面積が増大した絞りが低下する。
加圧水型原子炉燃料集合体の燃料棒を、ある燃料棒は
上方に成長し、ある燃料棒は下方に成長するというよう
な方法で配列することにより、入口絞り手段は、出口絞
り手段が伸びるのと同じ量だけその絞りを減少させる。
このようにして、冷却液の流れ経路の再分配が、全体と
しての流れ抵抗を増大することなく得られる。
中央に配置された燃料棒を燃焼度増加と共に絞りを増
加すべく、周辺に配置された燃料棒を燃焼度増加と共に
絞りを減少することにより燃料集合体を通る流れの再分
配を、入口において絞ることもまた可能である。
異なる照射成長度を有する材料で制御棒案内管を作る
ことにより燃料集合体を通る流れを制御することも可能
となる。第6図は、燃焼度依存出口絞り手段を有する加
圧水型原子炉燃料集合体の構成を示す。頂部タイプレー
ト1は、低照射成長度(例えば、応力除去焼なまし材
料)を有する制御棒案内管15に固定される。絞り体を構
成する絞り部材16は、高照射成長度(例えば、冷間加工
材料)を有する制御棒案内管17に固定される。異なる製
造過程により、異なる照射成長が得られる。冷間加工管
は、応力除去焼なまし管よりも早く成長する。第6図
は、出口絞り手段を示すが、同様の方法により入口絞り
手段も制御し得る。燃焼中、絞り部材は、頂部タイプレ
ート1に接近する。絞り部材は、頂部タイプレートの冷
却液の流れ通路用開口7を多少即ち異なる程度で塞ぐよ
うに適合される。絞り部材16は、制御棒案内管17に取り
付けられた突起からなる。該突起は、頂部タイプレート
1の開口7に対向して配置され、更に開口7に適合する
密閉絞り部を有している。この種の出口絞り手段を用い
れば、加圧水型原子炉において、燃焼後燃料集合体から
燃焼前燃料集合体への流れを再分配することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、燃焼度依存入口絞り手段を有する燃料集合体
中の2本の燃料棒を示す。 第2図と第3図は、燃焼度依存出口絞り手段を有する燃
料集合体中の燃料棒を示す。 第4図と第5図は、燃焼度依存入口開口を有する燃料棒
を示す。 第6図は、異なる照射成長度の制御棒案内管を有する燃
料集合体を示す。 1……頂部タイプレート、2……底部タイプレート、3
……スペーサー、4……燃料棒、5……チヤンネル壁又
は制御棒案内管、6……バイオネツト継手、7……開
口、8……開口、9……端部、10……輪郭線、11……上
部自由端、12……固定上端部、13……下端部、15……制
御棒案内管、16……絞り部材、17……制御棒案内管。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】沸騰水型原子炉又は加圧水型原子炉のため
    の燃料集合体中の燃料棒(4)への冷却液の流れを制御
    する装置にして、前記燃料集合体が、頂部タイプレート
    (1)、底部タイプレート(2)、燃料棒(4)、及び
    スペーサ(3)を含み、前記頂部タイプレート(1)及
    び前記底部タイプレート(2)は、第1タイプの制御棒
    案内管(15)又は燃料集合体壁(5)で成る部材により
    連結され且つ前記冷却液の流れのための複数の開口(7,
    8)を備えており、前記燃料集合体は更に、燃料棒
    (4)、又は第2タイプの制御棒案内管(17)、或いは
    その双方(4,17)で成る細長い要素を含み、これら細長
    い要素は、前記頂部タイプレート(1)、又は前記底部
    タイプレート(2)、或いはその双方(1,2)によって
    直接又は間接に担持されている、前記装置において、 前記細長い要素(4,17)は、長手方向において、前記部
    材(5,15)とは異なる照射成長を示し、 前記細長い要素(4,17)は、前記頂部タイプレート
    (1)、又は前記底部タイプレート(2)、或いはその
    双方(1,2)における前記開口(7,8)と協働する絞り体
    (9,14,16)を備えていて、前記絞り体(9,14,16)と前
    記開口(7,8)との間の相対的な位置の変化が、原子炉
    の個々の燃料集合体内、又は燃料集合体間、或いはその
    双方における前記冷却液の流れの変化、又は再分配、或
    いはその双方を生じさせるようになっていることを特徴
    とする装置。
  2. 【請求項2】前記細長い要素(4,17)は、前記部材(5,
    15)よりも高い照射成長度を有する材料から作られてい
    る、特許請求の範囲第1項記載の装置。
  3. 【請求項3】前記細長い要素(4,17)は、前記部材(5,
    15)よりも低い照射成長度を有する材料から作られてい
    る、特許請求の範囲第1項記載の装置。
  4. 【請求項4】前記細長い要素は、燃料棒(4)で成り、
    該要素のうちの少なくともいくつかの端部が、前記頂部
    タイプレート(1)又は前記底部タイプレート(2)に
    おける対応する前記開口(7,8)内に適合するような絞
    り体を備えている、特許請求の範囲第1項から第3項ま
    でのいずれか1つに記載の装置。
  5. 【請求項5】前記細長い要素が、前記第2タイプの制御
    棒案内管(17)で成り、該要素は、前記冷却液の流れを
    絞るために前記開口(7,8)に向かって移動されるよう
    にされていて且つ絞り体として作動する絞り部材(16)
    を担持している、特許請求の範囲第1項から第3項まで
    のいずれか1つに記載の装置。
  6. 【請求項6】前記燃料棒(4)のうちの少なくとも一部
    分、又は第2タイプの制御棒案内管(17)によって担持
    された前記絞り部材(16)のうちの少なくとも一部分
    は、それらの自由端の近くに首部(14)又は縦方向の溝
    を備えた部分を有しており、この燃料棒(4)又は絞り
    部材(16)は、対応するタイプレートにおける前記開口
    (7,8)に対して、照射成長が絞り効果の減少を生じさ
    せるように配置されている、特許請求の範囲第1項から
    第3項までのいずれか1つに記載の装置。
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