JP2954312B2 - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
- G21C3/328—Relative disposition of the elements in the bundle lattice
-
- 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
効利用,炉心の安全性及び運転操作性向上に好適な燃料
集合体に関する。
する水が、チヤンネルボツクス内側の2相流部分と、チ
ヤンネルボツクス外側の飽和水部分の2つの領域に分か
れて存在する。現在の限られた空間の中で、これら2つ
の領域の面積割合に対する最適値は、評価する対象によ
り異なる。
料の寿命延長,省ウラン等の対策を通じて燃料経済性を
向上させるには、燃料集合体の中に非沸騰領域つまり多
数本のウオータロツドを配置する方法、燃料集合体内の
ウラン装荷量を従来より増加させる方法、格子の構成数
を増加させる方法などが考えられる。この従来例として
は、特開昭62−217186号公報に記載のように9行9列の
燃料集合体において、燃料集合体に配置するウオータロ
ツドを太径にし、この太径ウオータロツドを2本、燃料
棒配列に対して、斜め方向に、2本の太径ウオータロツ
ド同士を隣り合せに配置することにより、ウラン装荷量
を減少せずに格子の構成数及び非沸騰領域を増加させ、
かつ出力分布を平坦化し、燃料経済性を向上させること
ができる。
安全性向上,運転操作性向上を目的にボイド反応度係数
をより零に近づける必要がある。
材流量により変化し、出力運転時に減速材密度を変化さ
せる主因となる。
応度印加時に出力上昇を抑える効果を持つ。それで、原
子炉圧力の上昇を生じる事象が発生し、それが制御され
ない場合には、炉心内のボイドを減少させ、正の反応度
印加による急速な出力上昇をきたし、燃料の過熱による
損傷を引起こす可能性がある。
上記事象を緩和し、安全性及び運転操作性を向上させ
る。
体積比を大きくする方法,水対燃料体積比を小さくする
方法,ボイドの発生面積を減少させる方法が考えられ
る。
25592号公報に、燃料集合体当りのウラン装荷量を減ら
すことなく、運転時の非沸騰領域であるウオータロツド
領域を増加することにより中性子の減速効果をよくし、
ウランの効率的な燃焼を促進する手段として、燃料集合
体を約2倍に大きくしたうえで、燃料集合体のウオータ
ロツドを増加させ、各燃料棒にほぼ同等量の非沸騰水が
配置されるように、燃料集合体の減速材(水)と燃料
(ウラン)を均質化にする方法が記載されている。
開昭62−259086号公報に、燃料集合体内の燃料棒配列を
三角形格子状にし、燃料棒配列行数をN、配列列数をM
とする(N,Mは整数)とき、Mの値は、0.87Nに最も近い
整数にすることにより、水対燃料体積比を小さくし、中
性子減速効果を小さくして、ウラン238を核分裂性のプ
ルトニウム239に転換する高転換炉について記載されて
いる。
は、従来の燃料集合体を大きくするか、高転換炉にする
等、従来の沸騰水型原子炉を大幅に設計変更する必要が
ある。
料集合体内において燃料棒本数増加とウオータロツドを
太径にし最適な配置にすることにより、現行燃料集合体
格子ピツチを変えることなく、燃料経済性の向上を図ろ
うとしているものである。また、特開昭63−25592号,
特開昭62−259086号に示すように燃料集合体を大きくし
て水対燃料体積比を大きくする方法と、燃料配列を正方
形格子状から三角形格子状に変更し、出来るだけ多数の
燃料棒を燃料集合体に装荷して水対燃料体積比を小さく
する方法で、ボイド反応度係数を小さくすることができ
る。
つ、水対燃料体積比を太径ウオータロツドを使用せずに
大きくし、燃料経済性向上を図り、ボイド反応度係数を
小さくできる燃料集合体を提供することにある。
状とし、燃料棒及び水ロツドの合計本数に対する水ロツ
ドの本数の割合を10%以上にすることによつて達成でき
る。
数の燃料棒とウオータロツドを配置することにより、燃
料経済性は、特開昭62−217186号公報に示された燃料集
合体と同等程度に向上し、かつ、減速材流路面積減少に
伴うボイド発生領域の減少することにより、ボイド反応
度係数を小さくできることから、沸騰水型原子炉の安全
性、あるいは、運転操作性の向上が図れることになる。
ることは、次のような理由に基づき圧損を低減するよう
に作用する。
燃料チヤンネル内での圧損の低減が重要である。沸騰水
型原子炉のような気液二相流による摩擦圧損ΔPfは、次
の次で表わされる。
重力加速度、ρは水の密度、Dはチヤンネル水力直径、
Aはチヤンネル流路面積、Lは長さ、fは摩擦圧損係
数、及びΦは二相流摩擦圧損増倍率である。
方向長さ)の上端より上部の領域は、炉心内での燃料の
燃焼による影響はほとんどなく、かつ、この領域でのボ
イドは大きい。上式での摩擦圧損の式において、二相流
摩擦圧損増倍率Φは、ボイド率が大きいほど、大きくな
る。従つて、上部を短くすることで、上部にチヤンネル
流路面積Aを大きくし、かつ、長さLを小さくすること
により、圧損を低減することができる。
1図は燃料集合体の横断面を示す。第1図において1
は、チヤンネルボツクス、2はウオータロツド、3は燃
料棒を示す。
3を正三角形格子状に11行10列に配列したものである。
チヤンネルボツクス内幅を従来の134mmにした場合に、
本実施例に基づく燃料集合体内のウラン装荷量を従来の
燃料集合体のウラン装荷量と単位体積当りで等しくする
ためには、燃料棒直径を10.3mmとし、かつ燃料棒ピツチ
を13mmとすると、10行10列の正方格子に比べ5本多く燃
料集合体内に装荷することができる。
子に配列された燃料棒を正方形のチヤンネルボツクス内
におさめるためには、縦横の燃料棒の配列ピツチを等し
くすればよいが、本実施例では第1図に示すように正三
角形格子に燃料棒が配置され、縦方向の燃料棒の配列ピ
ツチをaとするときは、横方向の燃料棒の配列ピツチ
は、 となる。従つて、本実施例における縦横の燃料棒配列数
の比をほぼ1対0.87となる整数比にして、燃料棒配列の
形状をほぼ正方形にしている。正方形のチヤンネルボツ
クス内に燃料棒を三角形格子の形状で無駄なく配置する
ことができる。これによれば本実施例の10列の場合の行
数は、 10÷0.87=1.49 により11行としている。これにより、従来の正方格子に
対して減速材流路面積が5%程度減少することができ
る。
る。すなわち、第2図は、ウオータロツド2本数割合
(燃料集合体内装荷可能燃料棒本数に対する割合)に対
する各燃料集合体平均濃縮度での無限増倍率を示す。こ
れによれば、ウオータロツド2本数割合を10%以上にす
れば高濃縮度化が図れることが分かる。従つて、燃料集
合体平均濃縮度が高くなる程、ウオータロツド本数を増
加する必要があり、本実施例の燃料集合体平均濃縮度4.
9wt%の場合、19本程度になる。このウオータロツドを
できるだけ燃料集合体内の減速材と燃料の分布がより均
質化されるように配置する。
棒及びウオータロツドの配列の変更のみでその他の設計
変更は生じないことにより第3図に示す現行格子で使用
することができる。
合体へ本発明を適用した場合の実施例を第4図に示す。
第4図は、燃料集合体の横断面を示す。第4図において
1は、チヤンネルボツクス、2はウオータロツド、3は
燃料棒を示す。本実施例は、正方形のチヤンネルボツク
ス1に燃料棒3とウオータロツド2を正三角形格子状に
17行15列に配列したものである。
定性を増すために、第5図,第6図に示すように数本の
燃料棒とウオータロツド全数の上部を短くした(部分
長)燃料棒5とウオータロツド4を配置することにより
達成できる。本実施例は、水対燃料体積比を特開昭62−
217186号と同等程度に維持しながら、燃料棒の格子配列
を多くすると同時にウオータロツドを多数配置した。こ
のため、特開昭62−217186号の燃料集合体に比べて、減
速材流路面積減少に伴いボイド発生領域が減少すること
によりボイド反応度係数が減少する。本実施例は、三角
形格子配列により燃料棒の稠密化を図つているが、同様
に三角形格子を用いている特開昭62−259086号公報の燃
料集合体(前述の第3図に示す燃料棒集合体)に比べ
て、ウオータロツドを多数配置している(ウオータロツ
ドの燃料棒とウオータロツドの合計本数に対する割合を
10%以上)ので非沸騰領域が増加し、ボイド反応度係数
が減少する。
えずにボイド反応度係数を小さくできる。これにより、
燃料経済性は、現行程度に向上し、過圧事象等の過渡事
象を緩和し安全性及び運転操作性向上の効果がある。
図、第2図はウオータロツド本数割合と無限増倍率の関
係を示す特性図、第3図(A)は沸騰水型原子炉の炉心
の横断面図、第3図(B)は第3図(A)のX部の拡大
図、第4図は本発明の他の実施例である大型燃料集合体
の水平断面図、第5図及び第6図は本発明の他の実施例
の燃料集合体水平断面図である。 1……チヤンネルボツクス、2……ウオータロツド、3
……燃料棒、4……部分長ウオータロツド、5……部分
長燃料棒。
Claims (4)
- 【請求項1】核燃料物質を含む複数の燃料棒と、前記燃
料棒の上端部及び下端部をそれぞれ支持する上部タイプ
レート及び下部タイプレートと、前記燃料棒間に配置さ
れた複数の水ロツドと、前記燃料棒相互間を支持するス
ペーサと、前記燃料棒の束を取囲む横断面が正方形状の
チヤンネルボツクスとを備え、前記燃料棒及び前記水ロ
ツドの配列を三角形格子状とし、前記燃料棒及び前記水
ロツドの合計本数に対する前記水ロツドの本数の割合を
10%以上にしたことを特徴とする燃料集合体。 - 【請求項2】複数の燃料棒及び水ロツドを部分長にした
請求項1の燃料集合体。 - 【請求項3】前記燃料棒及び前記水ロツドが17行15列に
配列されている請求項1の燃料集合体。 - 【請求項4】複数の燃料棒及び水ロツドを部分長にした
請求項3の燃料集合体。
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