JPH0245798A - 高速増殖炉用燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液体金属を冷却材に使用する高速増殖炉用燃料
集合体に関する。

（従来の技術） 炉心からの熱を取り出す冷却材として液体金属を使用す
る従来の高速増殖炉用燃料集合体を第４図から第６図を
参照しながら説明する。

第４図は燃ｒ１集合体を、第５図は燃料ピンをそれぞれ
一部切開して示す斜視図で、第６図は燃料集合体をプレ
ナムに連結した状態を示している。

すなわち、第４図において、符号１は低スエリング性ス
テンレス鋼材からなる正六角形筒状ラッパ管であり、こ
のラッパ管１の上端にはハンドリングヘッド２が、下端
にはエントランスノズル３がそれぞれ接続されている。

また、ラッパ管１の内面上部および下部にはそれぞれ遮
蔽体４，５が設けられている。ざらにラッパ管１内には
第５図に示した燃料ピン６が多数本束ねられパンドル（
以下、東部と記す）として収納されている。

燃料ピン６は第５図に示したように低スエリング性スデ
ンレス鋼材からなる円筒状被覆管７内に炉心燃料（ＰＵ
＋Ｕ）０２ペレツト８と、このペレット８の上下部にブ
ランケット燃料ＵＯ２ペレット９，１０が充填されてお
り、また上部のペレット９の上方にワイヤスプリング１
１が配置され、下部のペレット１０の下方にガスプレナ
ム１２が形成され、さらに被覆管７の上下両端に端栓１
３．１４が設けられたものからなっている。なお、被覆
管７の外面にはワイヤスペーサ１５が巻回されており、
各燃料ピンの間隔を保ら、冷却材の流れを容易にしてい
る。

ラッパ管１の外側面は各燃Ｆ１集合体間の間隔を保ちラ
ッパ管１の外側面を流れる冷却材の流れを容易にするた
めパッド１６が設けられている。ハンドリングヘッド２
の外周面には炉心内に燃料集合体を装荷し易くするため
のセルフオリエンテーションガイド１７が形成され、ま
たエントランスノズル３には冷却材を流入するためのオ
リフィス１８が形成されている。なお、第４図生得号１
９はシールリング、２０はオリフィス一体型誤装荷防止
プラグ、２１は流母調節オリフィスを示している。

第４図における燃料集合体は第６図に示したように炉心
支持板２２．２３に装荷され、冷却材は矢印で示したよ
うに炉心支持板２２．２３間の高圧プレナム２４からエ
ントランスノズル３のオリフィス１８を通ってラッパ管
１内に流入しノ、発熱している燃料ピン６の間を流れ、
ラッパ管１の上方を通り図示していないハンドリングヘ
ッドの流出孔から流出する。

なお、第６図生得号２５は低圧プレナムを示（）ている
。

（発明が解決しようとする課題） 高速増殖炉は高速中性子による核分裂反応を利用して運
転し、炉心には減速材はなく、炉心燃料にＵ−２３５又
はＰｕ−２３９を使用している。またブランケット燃料
にはＵ−２３８を使用し、ｔＪ　−２３８は高速中性子
の一部が吸収されて核分裂性のＰｕ　−２３９になる。

ところで、高速増殖炉の運転中に例えばポンプの油、冷
却材として使用する液体金属ナトリウムの酸化物、その
他の固型物などの異物が何らかの原因によってエントラ
ンスノズルのオリフィス部に入信に付着した場合、ラッ
パ管内を流れる冷却材流通が低下する。ラッパ管内を流
れる冷却材が減少すると燃料ピンからの除熱機能が疎外
され、燃料ピンが高温となって破損する可能性が生じる
。

また異物の付着の程度が大規模の場合にはざらに拡大す
ることが考えられる。

したがって、高速増殖炉用燃料集合体においてはエント
ランスノズルのオリフィスから適正す量の冷却材がラッ
パ管内をスムーズに流れて炉心燃料からの熱を奪い冷却
し、炉心燃料および被覆管の破損を防止し、また、破損
の拡大を抑制する必要がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、
通常時の燃料集合体の機能を損なうことなく、燃料集合
体のエントランスノズルに異物が付着し冷却材の流れが
疎外されるような事象の発生頬面を低減し、ざらに破損
の拡大防止機能を高めるための構造を有する高速増殖炉
用燃料集合体を提供することにおる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は第１のラッパ管内に多数本の燃料ピンが収納さ
れ、該第１のラッパ管は上部に第１のハンドリングヘッ
ドが、下部に冷却材流入孔を有する第１のエントランス
ノズルが接続され、かつ該第１のラッパ管内には第１の
冷却材流路が形成され、前記第１のラッパ管および第１
のエントランスノズルの外側面には第２の冷却材流路が
形成されるように第２のラッパ管および第２のエントラ
ンスノズルが設けられ、この第２のエントランスノズル
には第１のオリフィスおよび第２のオリフィスが設けら
れ、この第１のオリフィスは前記第１の冷却材流路に、
前記第２のオリフィスは前記第２の冷却材流路にそれぞ
れ連通し、しかも前記第１のオリフィスおよび第２のオ
リフィスはそれぞれ独立したプレナムに連通してなるこ
とを特徴とする。

（作　用） 本発明に係る燃料集合体は第１および第２の冷却材流路
へそれぞれ独立したプレナムから冷却材が導入されるた
めオリフィス内への異物の混入に対しても第１および第
２のオリフィスにおいて同時に閉塞を起す事象の発生頻
度を著しく減少できる。すなわち、第２のオリフィスで
閉塞が生じた場合には第１のラッパ管内の冷却材が第１
のオリフィスを通して供給されるため燃料ピン束部の健
全性が確保される。また、第１のオリフィスで閉塞が生
じた場合、第１のラッパ管を高融点材料で形成すること
によってラッパ管の外側の第２の冷却材流路を流れる冷
却材の除熱によって温度上昇が緩和される。このように
して隣接する健全な燃料集合体への破損拡大の可能性を
低下させる。

（実施例） 本発明に係る燃料集合体の第１の実施例を第１図にもと
づいて説明する。

第１図において、符号３１は第１のラッパ管を示してお
り、この第１のラッパ管３１内には多数本の燃料ピン３
２が収納されている。この第１のラッパ管３１の上部に
は図示していない第１のハンドリングヘッドが接続され
、下部に冷却材流入孔３３を有するエントランスノズル
３４が接続されている。このエントランスノズル３４お
よびラッパ管３１内には矢印で示したような第１の冷却
材流路３５が形成されている。

なお、第１のラッパ管３１．燃料ピン３２およびエント
ランスノズル３４の形状と構成は第４図および第５図に
示したものと同様なので具体的な説明を省略する。

第１のラッパ管３１および第１のエントランスノズルの
外側面には第２の冷却材流路３６が形成されるように第
２のラッパ管３７オよび第２のエントランスノズル３８
が設けられている。この第２のエントランスノズル３８
には第１のオリフィス３９および第２のオリフィス４０
ｔｆｉ設けられており、このノズル３８の下端は閉塞さ
れている。

第２のエントランスノズル３８は上中下の炉心支持板４
１．４２．４３に挿入され、下部炉心支持板４３の嵌合
部４７に前記ノズル３８の下部が挿入される。

上部炉心支持板４１と中部炉心支持板４２との間には第
１の高圧プレナム４４が、中部炉心支持板４２と下部炉
心支持板４３との間には第２の高圧プレナム４５が位置
し、下部炉心支持板４３の下方は低圧プレナム４６が位
置している。

第２のエントランスノズル３８の第１のオリフィス３９
は第２の高圧プレナム４５に、第２のオリフィス４０は
第１の高圧プレナム４４側にそれぞ連通している。第１
のオリフィス３９は冷却材流入孔３３から第１の冷却材
流路３５に、第２のオリフィス４０は第２の冷却材流路
３６にそれぞれ連通している。なお、第１のラッパ管３
１の材質は例えばタングステン等のような高融点、高熱
伝導度を有する材料を使用する。

しかして、上記構成の燃料集合体においては第１のラッ
パ管３１内の第１の冷却材流路３５と、第２の冷却材流
路３６を流れる冷却材は炉心支持板４１゜４２、４３間
に設けられた第１の高圧プレナム４４と第２の高圧プレ
ナム４５に連通された第１および第２のオリフィス３９
．４０からそれぞれ導入される。上記燃料集合体のハイ
ドロ−リックホールドダウン機能は第２の高圧プレナム
４５に対して低圧プレナム４６を嵌合部４７を通して低
圧に設定することによって保持される。

また、上記燃料集合体を炉心に装荷した場合、通常運転
時においては燃料ピン３２の東部における圧力損失と、
第２の冷却材流路３６における圧力損失を同程度に保つ
か、または第１および第２の高圧プレナム４４．４５の
圧力を制御することによって運転時に冷却材の出口温度
を従来例の燃料集合体の特性に比較して著しく損なうこ
となく設定できる。さらに、第１および第２の冷却材流
路３６．３７の冷却材が別系統の第１および第２の高圧
プレナム４４．４５からそれぞれ導入されるため異物の
混入によって第１および第２のオリフィス３９．４０に
おいて同時に閉塞を生じる事象の発生頻度を著しく低減
できる。

例えば第２のオリフィス４０において閉塞が生じた場合
には第１のラッパ管３１内の冷却材が第１のオリフィス
３９を通して供給されるため燃料ピン３２の東部の健全
性は確保される。また、第１のオリフィス３９において
閉塞が生じた場合にも以下に述べる作用によって隣接す
る燃料集合体への破損拡大は防止される。

すなわち、第１のオリフィス３９において閉塞が発生す
る燃料ピン３２の東部は破損する可能性があるとしても
、第１のラッパ管３１の壁面が高融点。

高熱伝導度で形成されていると健全な第２の冷却材流路
３６を流れる冷却材による除熱によってその温度上背は
緩和される。また、燃料ピン３２の東部の溶融する事象
に至っても第１のラッパ管３１の高融点を有する特性、
第２の冷却材流路３６の健全性が確保されることおよび
第１のラッパ管３１の壁面面積を第３図に示したように
、ｑ＝ｈＡ　（Ｔｆ−Ｔｓ　）の式を満たすように設定
することによって破損した燃料集合体内の燃料を安定に
保持することができる。

なお、第３図は第１のラッパ管３１と第２のラッパ管３
７を部分的に拡大して示したオリフィス閉塞時の除熱特
性図であり、また式中の記号は次のとおりである。

ｑ　：除熱母 ｈ　：燃料、第２の冷却材流路の冷却材間の実効熱伝達
係数 Ａ　：第１のラッパ管の伝熱面積 Ｔｆ　：燃料の温度 Ｔｓ：第２の冷却材流路を流れる冷却材の温度 第２図は本発明の第２の実施例を示した縦断面図である
。

なお、第２図中第１図と同一部分には同一符号で示し、
重複する部分の説明を省略する。

第２の実施例が第１の実施例と異なる点は第１のラッパ
管３１の燃ｒ１ピン３２の束部が位置する部位にのみ例
えばＭｏ　、Ｗなどの高融点、高熱伝導度材料製角筒体
４８を使用したことにあり、他の部分は第１の実施例と
同様である。この実施例では第１のラッパ管３１を上記
材料で構成した場合に比較して材料費が安価になるとと
もに強度が大きくなる効果がある。その他の作用効果と
しては前記第１の実施例と同様である。

［発明の効果］ 本発明によれば原子炉運転中に燃料集合体のエントラン
スノズルのオリフィスが閉塞して燃料ピン東部へ流れる
一方の冷却材流路の冷却材の流れが減少しても、他方の
冷却材流路から冷却材が流れて前記燃料ピン東部を除熱
できるため、前記燃料集合体内の破損燃料を安定に保持
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る燃料集合体内それぞ
れの実施例を示す縦断面図、第３図は第１図における作
用を説明するための模式図、第４図は従来の燃料集合体
を一部切開して示す斜視図、第５図は第４図における燃
料ピンを示す斜視図、第６図は第４図の燃料集合体をプ
レナムに連結した状態を示す縦断面図である。 １・・・ラッパ管 ２・・・ハンドリングヘッド ３・・・エントランスノズル ４．５・・・しヤへい体 ６・・・燃料ピン ７・・・被覆管 ８・・・炉心燃料ペレット ９．１０・・・ブランケット燃料ペレツ１へ１１・・・
スプリング １２・・・ガスプレナム １３、１４・・・端栓 １５・・・ワイヤスペーサ １６・・・パッド １７・・・セルフオリエンテーションガイド１８・・・
オリフィス １９・・・シールリング ２０・・・オリフィス一体型誤装荷防止プラグ２１・・
・流量調節オリフィス ２２、２３・・・炉心支持板 ２４・・・高圧プレナム ２５・・・低圧プレナム ３１・・・第１のラッパ管 ３２・・・燃料ピン ３３・・・冷却材流入孔 ３４・・・エントランスノズル ３５・・・第１の冷却材流路 ３６・・・第２の冷却材流路 ３７・・・第２のラッパ管 ３８・・・第２のエントランスノズル ３９・・・第１のオリフィス ４０・・・第２のオリフィス ■・・・上部炉心支持板 ４２・・・中部炉心支持板 ４３・・・下部炉心支持板 ４４・・・第１の高圧プレナム ４５・・・第２の高圧プレナム ４６・・・低圧プレナム ４７・・・嵌合部 ４８・・・高融点、高熱伝導材料製角筒体ラー７べ１ト
壁６ｈ 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１のラッパ管内に多数本の燃料ピンが収納され、該第
   １のラッパ管は上部に第１のハンドリングヘッドが、下
   部に冷却材流入孔を有する第１のエントランスノズルが
   接続され、かつ該第１のラッパ管内には第１の冷却材流
   路が形成され、前記第１のラツパ管および第１のエント
   ランスノズルの外側面には第２の冷却材流路が形成され
   るように第２のラッパ管および第２のエントランスノズ
   ルが設けられ、この第２のエントランスノズルには第１
   のオリフィスおよび第２のオリフィスが設けられ、この
   第１のオリフィスは前記第１の冷却材流路に、前記第２
   のオリフィスは前記第２の冷却材流路にそれぞれ連通し
   、しかも前記第１のオリフィスおよび第２のオリフィス
   はそれぞれ独立したプレナムに連通してなることを特徴
   とする高速増殖炉用燃料集合体。