JP3039483U - 燃料集合体および炉心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 沸騰水型および加圧水型原子炉において、Ｐ
ＣＩ損傷の危険性を増大させることなく、ライナー付き
の燃料棒の数を減らす。 【解決手段】 燃料集合体が１あるいはそれ以上の制御
棒位置１０に隣接して位置し、燃料棒をＰＣＩ損傷から
保護するために、被覆管の内側には金属の保護層を設
け、制御棒位置に近い、特に照射される位置における燃
料棒７ａのみに被覆管保護が設けられる。他の燃料棒７
ｂは被覆管保護を有しない。また炉心は制御棒を収容し
たり、あるいは制御棒に隣接して配置されている全ての
燃料集合体が保護層付きの燃料棒を有する。保護を設け
た燃料集合体の全炉心における全数は１．２×Ｃ×Ｍ以
下であり、ここでＣは燃料集合体が炉心内に位置するこ
とのできる運転サイクルの平均数で、Ｍは通常運転中に
時々炉心内に挿入される制御棒を収容したり、あるいは
その制御棒に隣接して配置される燃料集合体の数であ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、各燃料棒が核燃料を収容している被覆管を含んでいて、その燃料棒 を複数本有している燃料集合体に関するものである。該燃料集合体は１あるいは それ以上の制御棒の位置に隣接して配置され、ＰＣＩ保護された第１グループの 燃料棒と、ＰＣＩ保護されていない第２グループの燃料棒とを有している。第１ グループの燃料棒は第２グループの燃料棒に比べて、制御棒位置の中心部分に対 してより近くに位置している。

【０００２】 本考案はまた複数個の燃料集合体と複数個の制御棒とからなる炉心に関するも のである。制御棒は炉心の中へ挿入したり、炉心から引き抜くことができる。第 １グループの制御棒においては、通常運転中は少なくともある種の制御棒が炉心 内へ部分的に挿入されている。第２グループの制御棒においては、通常運転中は 全ての制御棒が炉心から引き抜かれている。

【０００３】

【従来の技術】

原子炉の炉心は複数個の燃料集合体を有している。これらは、ある種の相互に 離隔された関係になって、炉心内で垂直になって配置されている。１体の燃料集 合体は複数個の垂直な燃料棒を有し、該燃料棒は被覆管の中に配置された核燃料 の円筒状ペレットの山を収容している。前記炉心は水の中に浸され、この水は冷 却材としても、中性子の減速材としても作用する。該炉心はまた多数の制御棒を 有しており、これらは炉心から出し入れされることにより、炉心の反応度、従っ て、その出力を制御する。制御棒が炉心内へ完全に挿入されている時の制御棒の 位置、即ち、炉心の断面における制御棒の位置−この事を以後は制御棒の位置と 称する−は各種の原子炉毎に異なっている。制御棒の位置という事は、炉心内に 完全に挿入された制御棒によって占有されるスペース全体を意味している。運転 中は何本かの制御棒は炉心から引き抜かれている。他の制御棒は炉心内で異なっ た高さにまで挿入されている。これらの高さは原子炉の運転サイクルの間で変化 する。

【０００４】 核燃料の使用中には、核燃料と被覆管との間の化学的、機械的相互作用の組み 合わせ、いわゆるＰＣＩ損傷（ＰＣＩとはペレット−クラッド インタラクショ ンのことである）によって生じる被覆管の損傷に関する問題が生じる。被覆管と しては、通常は、ジルカロイの商品名で知られているジルコニウムベースの合金 でできた肉厚の薄い管が使用されている。これらの合金は中性子照射によって照 射硬化する。この照射硬化によって材料は脆化される。出力が急速に増加すると 、燃料と被覆管との膨張差によって機械的応力が生じる。これらの応力によって 脆化された被覆管にクラックが生じることがある。この機械的応力は燃料と被覆 管との間の高摩擦によって補強される。燃料棒の中心温度が高ければ高いほど、 燃料と被覆管との間の膨張差は大きくなり、機械的相互作用による損傷の危険性 も大きくなる。燃料の中心温度が高くなると、沃素のような核分裂生成物が放出 される。これらの核分裂生成物は被覆管の内側に対して化学的に影響を与え、い わゆる応力腐食させ、材料の機械的強度を減少させる。

【０００５】 化学的、機械的相互作用によって生じる被覆管損傷に対応するために、被覆管 の内側に金属の保護層、いわゆるライナーを設ける事が知られており、該保護層 は中性子照射を受けた時の硬化に対する良好な耐抗力を有し、またそれ自身比較 的柔らかい材料でできている。前述した特性によって、前記ライナーは塑性変形 することができ、そのために、出力が急上昇して燃料棒の中心温度が高くなるよ うな運転をしている間に生じる応力に対して、被覆管を保護することができる。 前記ライナーは、例えば、純粋なジルコニウムあるいはある種のジルコニウム合 金でできていてもよい。

【０００６】 経験によって、例えば原子炉の補修や使用に関連して、例えば金属チップのよ うな破片が炉心を循環する水の中へ入り、水と共に移動する事がわかっている。 今日における原子炉の燃料損傷の最も頻繁なタイプは、冷却水中の破片によって 生じる被覆管に対する摩耗損傷である。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

前記ライナーに関する１つの問題は、それらが一般的に水と水蒸気とによる腐 食に対する抵抗が小さいという点である。さらに、ライナーが腐食した場合には 、腐食生成物が形成され、これが被覆管の脆化を加速させる。被覆管に対する外 部損傷、例えば摩耗損傷が発生すると、水と水蒸気が被覆管の内部に侵入し、ラ イナーが腐食し始める。被覆管に対する外部損傷の場合には、ライナーを有した 燃料棒の方がライナーなしの燃料棒よりも相当厳しい損傷を示す。ライナーを有 する被覆管を用いる事の付加的な欠点は、ライナーなしの被覆管に比べて機械的 強度が劣るという点にある。

【０００８】 近年においては、燃料製造者は燃料棒密度、即ち、単位面積あたりの燃料棒位 置の数が従来よりも大きな燃料集合体へ徐々に変更してきている。この事は、ま た燃料棒の直径が減少している事を意味する。燃料棒の中心温度は燃料棒の直径 に依存しているので、このことは燃料棒の中心温度が従来に比べて低下する事を 意味している。燃料棒密度のより大きな燃料集合体を導入する事によって、ＰＣ Ｉ損傷の程度が低下する事がわかっている。この減少がライナーの利点が実際に その欠点を克服しているかどうかという質問に到達する。またＰＣＩ損傷が主と して制御棒位置に最も近くに位置している燃料棒において発生している事が証明 されている。

【０００９】 日本国特許出願ＪＰ．Ａ．１３０４３８９においては、次の問題が記載されて いる。ＰＣＩ損傷を防ぐために、例えば金属酸化物あるいは粘土材料の混合物が 燃料ペレットに添加されている。ＰＣＩの観点からいうと、このことはよく機能 するように述べられているが、経済性の観点からいうと、これらの添加材が一般 的に比較的大きな中性子吸収断面積を有しているので、即ち、中性子を吸収する 可能性が大きいので、大きな欠点である。さらに、これらの添加材は燃料を希釈 し、この事はまた燃料経済を悪くする。この問題は、制御棒の位置と直接隣接し ている最も外側の列においてのみ、ＰＣＩ保護物質を添加した燃料棒を配置する 事によって解決されてきている。

【００１０】 ライナーは最もしばしば純粋なジルコニウムあるいは何らかのジルコニウム合 金でできていて、非常に小さな中性子吸収断面積を有している。そのためにライ ナーの形をしたＰＣＩ保護に関しては、前記日本国特許出願に記載された問題は 全く発生しない。

【００１１】 前記日本国特許出願においては、８×８燃料以外の燃料形状、即ち、６４本の 燃料棒位置以外の燃料形状は記載されていない。記載された実施例は、制御棒位 置に直接隣接した外側の列においてのみ、燃料に対する添加材の形をしたＰＣＩ 保護を有している。この実施例に関する１つの問題は、もし８×８燃料にライナ ーの形をしたＰＣＩ保護を適用した場合に、ＰＣＩ損傷に対して十分な保護を提 供できないという点である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本考案の目的は、ＰＣＩ損傷の危険性を増加させることなしに、原子炉炉心内 における厳しい摩耗損傷の危険性を減少させることにある。厳しい摩耗損傷の危 険性を減少させることは、炉心内におけるライナー付きの燃料棒の数を減らすこ とによって達成される。本考案によると、ライナー付きの燃料棒が、特にＰＣＩ 損傷にさらされるある種の位置にのみ配置され、ライナーなしの燃料棒が他の位 置に配置されている。

【００１３】 本考案は、沸騰水型原子炉のための燃料集合体を提供しようとするものである 。

【００１４】 本考案はまた加圧水型原子炉のための燃料集合体を提供しようとするものであ る。

【００１５】 本考案はまた、ＰＣＩ損傷の危険性を増加させる事なしに、ライナー付きの燃 料棒の数を減らした沸騰水型および加圧水型の原子炉の炉心を提供しようとする ものである。

【００１６】 本考案による異なった燃料集合体と２つの炉心との特性は添付した実用新案登 録請求の範囲から明らかになるであろう。

【００１７】 ライナー付きの燃料棒の数が減少すると、外部の摩耗損傷と結合したライナー 腐食によって生じる厳しい被覆管損傷の危険性も減少される。従って本考案は燃 料棒密度の大きい（燃料棒位置が８０以上）の燃料集合体に関して特に有利であ るが、その理由は、これらの燃料棒が、 −ＰＣＩ損傷の危険性が減少され、 −摩耗損傷の危険性が増加し、 −燃料棒密度の小さな燃料集合体に比べて、燃料棒の数がより多くなるので製 造費がより高くなる、 からである。

【００１８】 燃料棒密度の小さな（燃料棒位置が６５以下）燃料集合体に関して十分良好な ＰＣＩ保護を得るためには、燃料集合体における燃料棒全数に対して必要とされ るライナー付きの燃料棒の数が、燃料棒密度の大きな燃料集合体の状況に比べて より多くなる。このことは本考案が燃料棒位置の数が６５以下の燃料に対して均 等に有利であるとは限らない事を意味している。

【００１９】

【実施例】

図１は従来技術による燃料集合体を有した沸騰水型原子炉用の原子炉炉心の一 部の水平断面図である。該燃料集合体はほぼ正方形断面を有し、相互にある種の 離隔関係になって炉心内で垂直配置されている。このことによって燃料集合体の 間の垂直方向ギャップはチェック模様を形成されることになる。前記断面は９体 の燃料集合体１ａ〜１ｉを含む。全断面における燃料集合体の数は数百体になる 。

【００２０】 前記燃料集合体は燃料チャンネル２の中に収容され、該チャンネルには十字形 断面を有した中空の支持部材３が設けられている。該支持部材は４つの中空ウィ ング４を有し、これは減速材の水が循環する中心チャンネル５を形成する。前記 支持部材を有した前記燃料チャンネルは４個の少なくともほぼ正方形断面の垂直 なチャンネル形成部分に分割され、その各々が副バンドル６を収容している。各 各の副バンドル６は多数の燃料棒７を収容している。前記燃料棒は格子状に配置 され、そこでは各燃料棒７は互いに直角をなした２つの列になしている。該燃料 棒はいわゆるスペーサー（図示せず）によってその位置に保持され、燃料集合体 における頂部タイプレートと底部タイプレート（図示せず）との間に位置してい る。各々の副バンドル６内の燃料棒と燃料棒との間のギャップ８には水が流れる 。燃料集合体間の間隙９ａと９ｂにも水が流れる。

【００２１】 原子炉はまた多数の制御棒１１ａ〜１１ｄを有し、これらは垂直方向に延在し たギャップ内で、燃料集合体と平行に配置されている。該制御棒は中心部分１２ から相互に直角をなして延在した４つのブレードを備えた十字形断面を有してい る。図示した実施例においては、制御棒を挿入することのできるギャップ９ｂは 、制御棒の存在しないギャップ９ａより幅広くなっている。沸騰水型原子炉のた めの制御棒に関する制御棒位置１０というのは、炉心内に完全に挿入された制御 棒によって占有された全体的な十字形スペースを意味している。

【００２２】 前記燃料集合体は対称的な格子状に配列され、各々の燃料棒は相互に直角をな した２つの列の燃料集合体に配置される。制御棒は２つの燃料集合体の間におけ る各々のブレードが同じ列に位置するように配置され、そのために各々の制御棒 はそのブレードの周りに配置された４体の燃料集合体と一緒になって少なくとも ほぼ正方形の断面になった１つのユニットを形成し、これを以後スーパーセルと 称する。図１においては、制御棒１１ｃは燃料集合体１ｄ，１ｅ，１ｇおよび１ ｈと一緒になってスーパーセルを形成する。

【００２３】 図２から明らかなように、各々の燃料棒７は、被覆管２０と、被覆管の軸線方 向に互いに上下に山積みされた多数の円筒状ペレット２１とからなる。最下段の ペレットは燃料棒の下端に溶接された底部プラグ２２の上に剛的にのっており、 最上段のペレットは被覆管の上端に溶接された頂部プラグ２４に対して押し付け られたらせんばね２３によって下方へ押されている。

【００２４】 図３のａは本考案の１実施例を示している。図１に示した燃料集合体とは対照 的に、前記燃料集合体１には拡大された中心部が設けられ、この十字形チャンネ ルには内部のコーナー削除部分（スウェーデン特許４５４８２２による従来技術 ）が形成されている。該燃料集合体は、核燃料と被覆管との相互作用によって生 じる被覆管損傷を防ぐために、ＰＣＩ保護を設けた第１グループの燃料棒７ａと 、そのような保護のない第２グループの燃料棒とを有している。第１グループの 燃料棒は制御棒位置１０に隣接した全ての燃料棒と、制御棒位置には直接隣接し ていないが十字形の中心に最も近接した３本の燃料棒とからなっている。

【００２５】 前記ＰＣＩ保護は被覆管の内側に配置されたジルコニウム合金でできた保護層 、いわゆるライナーからなる。そのようなライナーはスウェーデン特許出願９２ ００５８４−２に記載されている。

【００２６】 燃料棒はほぼ規則的な格子状に配置されている。燃料棒位置ということは前記 格子状の位置を意味している。格子内の全ての燃料棒位置は燃料棒によって占有 される必要はない。ある種の燃料集合体においては、多数の燃料棒が１あるいは それ以上の水チャンネルと置き換っている。水チャンネルを導入することによっ て燃料棒の数は変化するが、燃料棒位置の数は変化しない。同じ外部寸法を有す る燃料集合体が異なった数の燃料棒位置を有していることもある。燃料集合体の 燃料棒密度は単位面積あたりの燃料棒位置の数として定義される。高密度の燃料 棒を有する燃料集合体においては、燃料棒は一般的に低密度の燃料棒を有する燃 料集合体における燃料棒より薄い。沸騰水型原子炉のための燃料集合体あたりの 燃料棒位置の数は古いタイプの燃料集合体における７×７、即ち４９本から、あ る種の現在の燃料集合体における１１×１１、即ち１２１本にまで変化している 。本考案は特に、燃料棒位置の数が９×９、即ち８１本に等しいかあるいはそれ 以上の燃料集合体に対して適している。

【００２７】 被覆管損傷の危険性は制御棒のブレードの近く、なかでも制御棒の中心に近い ところに位置した燃料棒において最も大きいので、これらの照射位置に位置した これらの燃料棒をＰＣＩ保護するべきである。どの程度の保護が必要か、即ち、 どのくらいの数の燃料棒にライナーが必要かということは、異なったタイプの燃 料や異なったタイプの原子炉プラントの間で変化する幾つかの異なった要素に依 存する。そのような要素の例としては、制御棒のギャップ９ｈの巾や、制御棒の 中性子吸収能力や、制御棒を炉心内に挿入する方法がある。ゆっくりと連続的に 引き抜き、挿入される制御棒は、段階的に挿入され、各々の段階間の動きが急速 に行われる制御棒の場合のような急速に行われる制御棒の場合のような急速な出 力変化を発生させない。高濃縮の燃料を用いる場合には、ＰＣＩ損傷の危険性も 、燃料棒の保護の必要性も増加する。高密度の燃料棒を有した燃料においては、 燃料棒の保護の必要性は減少する。

【００２８】 図３のｃからｆは本考案の多くの異なった実施例を示しており、第１グループ と第２グループの燃料棒の数が変化している。どの燃料棒がそれらグループのい ずれに含まれるのかは、図から明らかである。もし、被覆管損傷の危険性が大き いと判断される場合には、ライナー付きの燃料棒７ａを多く有した実施例、例え ば図３のｃあるいはｄの実施例が選ばれる。もし、被覆管損傷の危険性が小さい と判断される場合には、ライナー付きの燃料棒を少なく有した実施例、例えば図 ３のｆの実施例が選ばれる。全ての実施例の共通していえることは、第１グルー プの燃料棒が第２グループの燃料棒よりも制御棒位置の中心部分に近く位置して いる点である。

【００２９】 第２グループの個々の燃料棒が、第１グループのある種の燃料棒よりも制御棒 位置の中心部分に近く位置することがある。グループということは全体としての グループを意味する。グループの制御棒位置の中心部分に対する平均距離は、そ のグループに関する各々の燃料棒と制御棒位置の中心部分との間の距離の合計を グループ内の数で割った値として計算される。第１グループが第２グループより 制御棒位置の中心部分に近く位置している場合には、第１グループの制御棒位置 の中心部分に対する平均距離が第２グループの平均距離よりも小さい。

【００３０】 図４のａからｅは本考案によって使用に適した他の燃料集合体を示している。 図における各々のタイプの燃料集合体には、ライナー付きの第１グループの燃料 棒７ａと、ライナーなしの第２グループの燃料棒とを有している。各々の燃料集 合体におけるライナー付きの燃料棒の数は単なる例であり、原理的には図３のａ およびｃからｆに記載された全ての実施例もこれらの燃料集合体に適用すること ができる。相対的にわかるように、高密度燃料集合体には普通低密度燃料集合体 よりもライナー付きの燃料棒の数が少ない。図４のｃとｄにおける実施例は８× ８の燃料には適していない。

【００３１】 図４のａは内部水チャンネルのない燃料集合体を示している。燃料棒の数は６ ４である。

【００３２】 図４のｂは中心部の十字形チャンネル５を有した燃料集合体を示し、その中を 水が垂直方向に下から上へ通過する。燃料棒位置の数は６４である。

【００３３】 図４のｃは中心部の十字形チャンネル５を有した燃料集合体を示している。燃 料棒位置の数は１００である。

【００３４】 図４のｄは内部に配置された垂直チャンネル３０を有した燃料集合体を示して おり、その中を水が垂直方向に下から上へ通過する。該チャンネルはほぼ正方形 の断面を有している。燃料棒位置の数は８１である。

【００３５】 図４のｅは内部に配置された垂直チャンネル３１を有した燃料集合体を示して おり、その中を水が垂直方向に下から上へ通過する。該チャンネルはほぼ正方形 の断面を有している。燃料棒位置の数は６４である。

【００３６】 本考案はまた加圧水型原子炉（ＰＷＲ）のための燃料集合体にも適用すること ができる。図５のａは本考案による加圧水型原子炉のための燃料集合体を示し、 それは制御棒位置４０と、計測管４１と、ライナー付きの燃料棒４２ａと、ライ ナーなしの燃料棒４２ｂとからなっている。加圧水型原子炉のための制御棒位置 は、燃料集合体の間に制御棒位置を有している沸騰水型原子炉に比べて、燃料集 合体の内部に位置している。２４本ある制御棒はほぼ円形断面を有し、燃料棒の 直径よりいくらか大きい直径を有している。制御棒位置に直接連接した燃料棒は ライナー付きの第１グループの燃料棒４２ａを形成している。各々の制御棒位置 に関しては４本の直接隣接している燃料棒が存在する。他の燃料棒はライナーな しであり、第２グループの燃料棒に含まれる。

【００３７】 図５のｂは本考案の他の実施例を示しており、制御棒位置に隣接した全ての燃 料棒がライナー付きの第１グループの燃料棒を形成している。各々の制御棒位置 に関しては８本の直接隣接している燃料棒が存在する。他の燃料棒４２ｂはライ ナーを有しておらず、第２グループの燃料棒に含まれる。この実施例においては 、第１グループの燃料棒の数が第２グループの燃料棒の数より多い。

【００３８】 図５のｃは加圧水型原子炉のための他のタイプの燃料集合体を示している。５ 個ある制御棒位置５０はほぼ円形の断面を有しており、燃料棒の直径よりもかな り大きな直径を有している。制御棒位置に隣接した全ての燃料棒が、ライナー付 きの燃料棒４２ａを有した第１グループの燃料棒を形成している。各々の制御棒 位置に関しては１２本の直接連接する燃料棒が存在する。他の燃料棒４２ｂはラ イナーを有しておらず、第２グループの燃料棒に含まれる。 ライナー付きの燃料棒とライナーなしの燃料棒とを区別できるようにするため に、頂部プラグあるいは底部プラグには適当な何らかの形のマークがつけられて いる。

【００３９】 沸騰水型原子炉においては、運転中に燃料の燃焼を補償するために用いられる 特別に選択された制御棒、いわゆる調整棒の数は少ない。従って他の制御棒は炉 心から完全に引き抜かれている。運転サイクルの開始期、即ち２回の燃料交換の 間においては、調整棒は炉心内へ少なくとも部分的に挿入されている。燃料の燃 焼を補償するために、調整棒は運転サイクル中に連続的に引き抜かれる。調整棒 に属さない制御棒は原子炉を起動、停止させるために使用される。調整棒を収容 しているスーパーセルは、以後制御セルと称することにする。

【００４０】 運転サイクルの間隔は普通１年であるが、ある種の原子炉においては変化し、 ２年になることもある。燃料が燃料交換前まで平均的に炉心内に位置する運転サ イクルの回数は、異なった原子炉の間で変化する。

【００４１】 もし、例えば、運転サイクルが１年で、炉心内における燃料集合体に対する平 均時間が５サイクルであるとすれば毎年約１／５の燃料を新しいものと交換する 必要がある。制御セル内における燃料集合体に対する燃料損傷の危険性を減らす ために、そこには比較的高い燃焼度を有する燃料が装荷される。適当な燃焼度を 得るために、これらの燃料集合体は、１あるいはそれ以上の運転サイクルの間、 幾らかの他のスーパーセルの中に配置される。普通は制御セル内の燃料集合体は 通常１運転サイクル中にのみしか位置しない。

【００４２】 図６は沸騰水型原子炉における炉心の水平断面図である。該炉心は対称格子状 に配置された多数のスーパーセル６０ａ，６０ｂを有し、各々のスーパーセルは 相互に直角をなした２列のスーパーセルになって配置される。９つのスーパーセ ルは制御要素、いわゆる制御セル６０ｂとなっている。他のスーパーセル６０ａ は通常運転中に完全に引き抜かれた制御棒を含んでいる。各々のスーパーセルは ４体の燃料集合体６１ａ，６１ｂを有している。

【００４３】 制御セル内の燃料集合体は他のスーパーセルよりも大きなＰＣＩ損傷の危険性 を有している。高密度燃料に関しては、他のスーパーセルにおけるＰＣＩ損傷の 危険性が小さいので、燃料棒は完全にライナーなしでよい。燃料集合体６１ａは 完全にライナーなしの燃料棒からなっている。制御セルにおいては、ＰＣＩ損傷 の危険性が高いので、ライナーが必要である。高密度の燃料の場合には、制御棒 位置近くの特別な照射位置に位置している燃料棒にライナーを設けることで十分 である。制御棒における燃料集合体６１ｂは、例えば、図３のａ，ｃからｆある いは図４のａからｅにおける燃料集合体であってもよい。また前記燃料集合体６ １ｂ内の全ての燃料棒がライナーを有していてもよい。

【００４４】 本考案によると、もしその制御セル内に含まれる燃料集合体における少なくと もある種の燃料棒にライナーを設け、同時にできるだけ多くの他の燃料集合体は ライナーなしにすると、厳しい摩耗損傷の危険性が減少し、しかも同時にＰＣＩ 損傷の危険性は小さく保つことができる。ライナー付きの燃料棒からなる燃料集 合体は以後ライナー燃料集合体と称することにする。

【００４５】 燃料集合体は普通１運転サイクル中にのみ制御セル内に位置することができる という事実、またさらにこれらの燃料集合体はある種の高燃焼度を有していなけ ればならないという事実によって、炉心には各々の燃料交換毎に、平均的に、全 ての制御セル内の燃料集合体の全数の少なくとも何倍か、即ち４×Ｎ（Ｎは炉心 内の制御セルの数）のライナー燃料集合体を供給する必要がある。図６の炉心に おいては、このことは炉心に少なくとも４×９＝３６のライナー燃料集合体を燃 料交換毎に供給しなければならないことを意味している。制御セルの数は通常は 運転条件に応じて５個から１２個の間で変化するが、それより少ない数あるいは 多い数になる事もある。従って炉心内のライナー燃料集合体の全数は少なくとも Ｃ×４×Ｎになり、ここでＣは燃料集合体が炉心内に存在する運転サイクルの平 均数である。全ての制御セルに関して十分なように常時ライナー燃料集合体を確 実に存在させておくためには、炉心内に余剰のライナー燃料集合体を有しておく 事が適当である。ライナー燃料集合体の数は、これが厳しい摩耗損傷の危険性を 増加させるので、余り多くなり過ぎてもよくない。本発明によると、炉心内にお ける余剰なライナー燃料集合体の数は多くても２０％である。炉心内のライナー 燃料集合体の全数は多くても１．２×Ｃ×４×Ｎであり、これらは燃焼期間に応 じてほぼ均等に分配されている。

【００４６】 図６における炉心は４４４体の燃料集合体と９個の制御セルを有している。燃 料集合体が炉心内に存在する運転サイクルの平均数は５である。運転サイクルあ たりに交換される燃料集合体の数は９０体であり、その内の４×９＝３６はライ ナー燃料集合体でなければならない。炉心内のライナー燃料集合体の全数は少な くとも５×３６＝１８０体であり、多くても１．２×１８０＝２１６体である。 もっと大きい炉心、例えば７００体の燃料集合体と、もっと少ない数の制御セル 、例えば５個とを有している炉心の場合には、ライナー燃料集合体の数が減少し 、従って厳しい被覆管損傷の危険性も減少する。

【００４７】 図７は複数個の燃料集合体７０ａ，７０ｂ，７０ｃを有する加圧水型原子炉の 炉心の水平断面図である。ある種の燃料集合体７０ｂ，７０ｃは多数の制御棒を 有している。第１グループの燃料集合体７０ｂは運転中は出力制御のために用い られる制御棒からなる。この第１グループは通常は、例えば、出力レベルの制御 と出力分布制御のために幾つかの副グループに分割される。制御棒の副グループ への分割は異なった原子炉の間で変化する。第２グループの燃料集合体７０ｃは 通常運転中は全部が炉心から引き抜かれていて、原子炉の起動、停止のためにの み使用される制御棒からなる。他の燃料集合体７０ａは制御棒を有していない。 本考案によると、第１グループの全ての燃料集合体７０ｂは被覆管の内側にライ ナーを設けられた燃料棒を有し、全炉心内でライナー付きの燃料棒を有した燃料 集合体の全数は１．２×Ｃ×Ｎより小さくなければならず、ここでＣは燃料集合 体が炉心内に存在する運転サイクルの平均数であり、Ｎは第１グループにおける 燃料集合体の数である。この実施例においては、第１グループの燃料集合体は制 御棒位置に近い特別な照射位置に位置した燃料棒にのみライナーを設けている。 第１グループにおいて用いるのに適した燃料集合体７０ｂは図５のａ，ｂおよび ｃに示している。

【００４８】 通常運転というのは電力網の要求に応じるために原子炉によって通常要求され る出力変化を伴う運転を意味する。通常運転は日々の負荷変動、週末の負荷変動 、および周波数制御を含む。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による垂直な燃料集合体を有した沸騰
水型原子炉のための原子炉炉心の一部の水平断面図であ
る。

【図２】燃料棒の垂直断面図である。

【図３】ａおよびｃからｆは本発明による燃料集合体の
多くの実施例の水平断面図である。

【図４】ａからｅは本考案による燃料集合体の他の実施
例の水平断面図である。

【図５】ａからｃは本考案による加圧水型原子炉のため
の燃料集合体の多くの実施例の水平断面図である。

【図６】本考案による沸騰水型原子炉における炉心の水
平断面図である。

【図７】本考案による加圧水型原子炉における炉心の水
平断面図である。

【符号の説明】 ７ａ，７ｂ 燃料棒 １０ 制御棒位置 １１ａ〜１１ｂ 制御棒 ２０ 被覆管 ２１ 核燃料 ４０ 制御棒位置 ４２ａ，４２ｂ 燃料棒 ５０ 制御棒位置 ５１ａ，５１ｂ 燃料棒 ６０ａ，６０ｂ スパーセル ６１ｂ 燃料集合体 ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ 燃料集合体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ２１Ｃ 5/00 ＧＤＰ Ｇ２１Ｃ 7/00 ＧＤＢＡ 7/00 ＧＤＢ ＧＤＰＡ ＧＤＰ 3/30 ＧＤＢＴ 7/113 ＧＤＢ ＧＤＰＴ 7/10 ＧＤＢＪ

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 沸騰水型原子炉用の燃料集合体であっ
   て、各々の燃料棒が核燃料（２１）を収容している被覆
   管（２０）を有し、相互に対して直角な複数列にされた
   燃料棒を具備し、該燃料集合体は、２つの直角な列の燃
   料棒が制御棒位置（１０）に隣接するように、制御棒位
   置（１０）の近くに配置され、該燃料集合体が、核燃料
   と被覆管との相互作用によって生じる被覆管損傷に対す
   るＰＣＩ保護を設けた第１グループの燃料棒（７ａ）
   と、そのようなＰＣＩ保護を有しない第２グループの燃
   料棒（７ｂ）とを有し、前記第１グループが制御棒位置
   に隣接した２つの直角な列になった複数個の燃料棒を含
   むような燃料集合において、 前記ＰＣＩ保護が被覆管の内側における金属の保護層か
   らなり、 前記第１グループの燃料棒（７ａ）が制御棒位置に隣接
   した前記列内に列になった１本以上の燃料棒を含むこと
   を特徴とする燃料集合体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された燃料集合体におい
   て、 前記第１グループの燃料棒（７ａ）が前記制御棒位置に
   隣接した前記列より内側の列における少なくとも３本の
   燃料棒を有していることを特徴とする燃料集合体。
3. 【請求項３】 各々の燃料棒が核燃料（２１）を収容し
   ている被覆管（２０）を有している複数個の燃料棒を具
   備し、該燃料集合体が複数個の制御棒位置（４０，５
   ０）を有するような加圧水型原子炉のための燃料集合体
   において、 該燃料集合体が、核燃料と被覆管との相互作用によって
   生じる被覆管損傷を防止する、被覆管の内部に金属保護
   層を設けた第１グループの燃料棒（４２ａ，５１ａ）
   と、そのような保護層を有しない第２グループの燃料棒
   （４２ｂ，５１ｂ）とを有し、 前記第１グループの燃料棒が前記第２グループよりも制
   御棒位置により近くに位置していることを特徴とする燃
   料集合体。
4. 【請求項４】 請求項３項に記載された燃料集合体にお
   いて、第１グループの各燃料棒が第２グループの任意の
   燃料棒よりも制御棒位置により近く位置している燃料集
   合体。
5. 【請求項５】 各々の燃料集合体が燃料チャンネルによ
   って取り囲まれた燃料棒のバンドルからなっている複数
   個の燃料集合体を含み、各々の燃料棒が核燃料（２１）
   を収容している被覆管（２０）を有しており、さらに、
   炉心に挿入および炉心から引き抜きできる複数個の制御
   棒（１１ａ−１１ｄ）を含み、各々の制御棒が直角状の
   十字形を形成する４個の垂直方向ブレードを有し、該制
   御棒が各々の制御棒がそのブレードの周りに配置された
   ４体の燃料集合体と一緒になって１つのユニット、スー
   パーセル（６０ａ，６０ｂ）を形成するように配置され
   ており、原子炉運転中に第１グループのいくつかの制御
   棒が少なくとも部分的に炉心内に挿入されており、また
   通常運転中は第２グループの制御棒が全て炉心から引き
   抜かれているような沸騰水型原子炉の炉心において、 第１グループの制御棒を含むスーパーセル（６０ｂ）に
   含まれる各々の燃料集合体（６１ｂ）が、被覆管の内側
   に核燃料と被覆管との相互作用によって生じる被覆管損
   傷を防ぐための金属の保護層を設けた燃料棒（７ａ）を
   有し、 該保護層を設けた燃料集合体の全炉心内の全数が１．２
   ×Ｃ×４×Ｎ未満であり、ここでＣは燃料集合体が炉心
   内に位置しうる運転サイクルの平均数であり、Ｎは第１
   グループの制御棒の数であることを特徴とする炉心。
6. 【請求項６】 請求項５に記載された炉心において、前
   記保護層付きの全ての燃料集合体が、被覆管の内側に保
   護層を設けた第１グループの燃料棒と、そのような保護
   層なしの第２グループの燃料棒とを有しており、該第１
   グループの燃料棒が該第２グループよりも制御棒の中心
   により近く位置している炉心。
7. 【請求項７】 請求項５あるいは６に記載された炉心に
   おいて、前記燃料集合体の主部分における燃料棒位置の
   数が８０より多い炉心。
8. 【請求項８】 各々の燃料集合体が燃料棒のバンドルを
   有する複数個の燃料集合体（７０ａ，７０ｂ，７０ｃ）
   を含み、各々の前記燃料棒が核燃料（２１）を収容した
   被覆管（２０）を有し、いくつかの燃料集合体（７０
   ｂ，７０ｃ）が、さらに、炉心に挿入および炉心から引
   き抜きのできる複数個の燃料棒を有し、第１グループの
   燃料集合体（７０ｂ）が、いくつかが原子炉の通常運転
   中に少なくとも部分的に炉心内に挿入されている制御棒
   を有し、第２グループの燃料集合体（７０ｃ）が全てが
   通常運転中に炉心から引き抜かれている制御棒を有する
   ような加圧水型原子炉の炉心において、 第１グループの全ての燃料集合体（７０ｂ）が、被覆管
   の内側に核燃料と被覆管との相互作用によって生じる被
   覆管損傷を防ぐための金属の保護層を設けた燃料棒を有
   し、 該保護層を設けた燃料集合体の全炉心内の全数が１．２
   ×Ｃ×Ｎより少なく、ここでＣは燃料集合体が炉心内に
   位置しうる運転サイクルの平均数であり、Ｎは第１グル
   ープの燃料集合体の数であることを特徴とする炉心。
9. 【請求項９】 請求項８に記載された炉心において、前
   記保護層付きの全ての燃料集合体が、被覆管の内側に保
   護層を設けた第１グループの燃料棒と、そのような保護
   層なしの第２グループの燃料棒とを有し、該第１グルー
   プの燃料棒が第２グループよりも制御棒により近く位置
   している炉心。