JPH03107793A - 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、沸騰水形原子炉（以下ＢＷＲという。）に使
用される燃料集合体に関する。

（従来の技術） 一般にＢＷＲでは、炉心内に核燃料として多数の燃料集
合体が装荷されている。

第２図は現在主に使用されているＤ格子燃料集合体の横
断面図を示すもので、図において符号１１は複数の燃料
棒１２を格子状に収容する断面四角形状のチャンネルボ
ックスを示している。

ここで、各燃料棒１２に付された数字はウラン２３５の
濃縮度を示しており、同じ数字の燃料棒１２は同一濃縮
度とされている。また、符号Ｇは燃焼に伴う燃料集合体
の反応度変化の特性を向上させるために配設される可燃
性毒物を含んだ燃料棒を、符号Ｗは水棒（ウォーターロ
ッド）を示している。

このような燃料集合体は、炉心内に複数装荷され使用さ
れるが、第２図に示すように、制御棒１３および隣接す
る燃料集合体に対して一定の間隔を保って配置される。

そして、このようなり格子燃料集合体では、チャンネル
ボックス１１と制御棒１３との間に形成されるワイドウ
ォーターギャップ１４の幅と隣接する燃料集合体間に形
成されるナローウォーターギャップ１５の幅の比が、約
２：１とされている。

近年、サイクル燃焼度の長期化を達成するために高燃焼
度の燃料集合体の要望が強く、このため燃料集合体内に
配設される燃料棒１２の平均ウランＨ５ａ縮度が高まる
方向にある。この際、燃料集合体内の局所出力ビーキン
グ係数を基準内に抑えるために燃料棒１２のウラン２３
５濃縮度の種類の数（以下スプリット数という。）を増
加したり、あるいは可燃性毒物を含有する燃料棒１２の
位置を工夫して設計基準を満たすことが行われている。

しかしながら、上述したようなり格子燃料集合体では、
ワイドウォーターギャップ１４とナローウォーターギャ
ップ１５の比の値が例えば２と大きいため、７スプリッ
ト程度必要となる上に、可燃性毒物を含有する燃料棒１
２の配置位置の選定が困難であるという問題がある。ま
たウラン２３５濃縮度を高めると、一般に炉停止余裕の
確保が難しくなる。

そこで、第３図に示すように、ワイドウォーターギャッ
プ１４ａとナローウォーターギャップ１５ａの比をほぼ
１：１としたＣ格子燃料集合体が開発された。このＣ格
子燃料集合体は構造上対称性が高く、燃料棒１２の種類
が５スプリット程度で済み、また可燃性毒物を含有する
燃料棒１２の配置位置の選定が容品であり、良好な核特
性を得やすいという利点がある。

したがって、燃料集合体の交換時にはＤ格子ＢＷＲにお
いてもＣ格子燃料集合体に近い燃料集合体を装荷するこ
とが望まれるもので、本発明者等は先に特開昭１３０−
２１３８８２号公報等において、燃料集合体の下端に形
成される下部タイブレートにおける燃料支持金具挿入部
をチャンネルボックスの軸心から偏心して形成すること
により、Ｄｒ６子ＢＷＲにおいてもＣ格子燃料集合体に
近い燃料集合体を装荷することができるようにする技術
を提案している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ＢＷＲでは一般に第４図に示すように、
１つの制御棒１３まわりに４体の燃料集合体が配置され
ており、１つの運転サイクル終了後に４体の燃料集合体
が全て新しい燃料集合体に置換えられることはないため
、ある運転サイクル以後急にＣ格子燃料集合体を装荷す
ることは、実際には出力ミスマツチ（４体の一燃料集合
体の出力の不揃い）や制御棒クリアランス（制御棒１３
とチャンネルボックス１１の間隔）の問題があるので実
施困難である。

本発明はかかる点に対処してなされたもので、Ｃ格子燃
料集合体を使用する従来のＢＷＲ炉心内に装荷しても、
出力ミスマツチや制御棒クリアランス問題を引起こさず
にＣ格子燃料集合体に近い機能を有し、サイクル燃焼度
を長期化するためにウラン２３５　ｆｉ縮度が高くなっ
た場合にも炉停止余裕の確保が十分とれるような燃料集
合体を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明の燃料集合体は、燃料棒間の距離を第
２図に示すような従来のＣ格子燃料集合体での燃料棒間
距離１６よりも小さくすることによって、隣接する燃料
集合体間に形成されるナローウォーターギャップの幅を
チャンネルボックスと制御棒の間に形成されるワイドウ
ォーターギャップの幅の１／２より大きくするか、また
はナローウォーターギャップ側のチャンネルボックスと
燃料棒の間に形成されるウォーターフィルムの幅をワイ
ドウォーターギャップ側のウォーターフィルムの幅より
大きくしてＣ格子燃料集合体に近い機能を有するように
したものである。

（作　用） 一般に、第２図に示すＣ格子燃料集合体におけるワイド
ウォーターギャップ１４の幅は第３図に示すＣ格子燃料
集合体におけるワイドウォーターギャップ１４ａの幅よ
り大きい場合が多いので、制御棒１３が交換されるまで
は、ワイドウォーターギャップ１４の幅およびワイドウ
ォーターギャップ側のウォーターフィルム１７の幅を保
ちつつ、ナローウォーターギャップ１５の幅もしくはナ
ローウォーターギャップ側のウォーターフィルム１８の
幅を太き（することによって、Ｃ格子燃料集合体に近い
機能ををしかつ制御棒クリアランスの点でも問題のない
燃料集合体を得ることができる。

また、制御棒１３の交換によってワイドウォーターギャ
ップ１４の幅を小さくすることが問題でなくなれば、ワ
イドウォーターギャップ１４の幅を小さくしなからナロ
ーウォーターギャップ１５の幅を大きくすることもでき
る。同様に、ワイドウォーターギャップ側のウォーター
フィルム１７の幅を変えてもよい。

また、ある運転サイクル後に新しく燃料集合体を装荷す
るにあたって、燃料集合体における燃料棒間距離を一度
に大きく変えるのではなく、運転サイクル毎に少しずつ
変えることによって、制御棒まわりの４体の燃料集合体
の出力ミスマツチの問題を解消することができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の燃料集合体の一実施例を示すもので、
第２図に示す従来のＤ格子燃料集合体におけるワイドウ
ォーターギャップ１４の幅を変えずに、燃料棒間距離１
６を１６′に小さくすることによってナローウォーター
ギャップ１５の幅を１５′に大きくしたものである。

第５図は横軸にワイドウォーターギャップ１４の幅とナ
ローウォーターギャップ１５′の幅の比の値（以下ＧＷ
／　ＧＮで表す。）を、縦軸に無限増倍率をとって、Ｇ
Ｗ／　ＯＮを現行の約２からＣｒ６子燃料集合体相当の
１へと変化させた際の無限増倍率の壺化を示したもので
、曲線ａ、ｂ、ｃはそれぞれ冷温時、低ボイド率出力運
転時、高ボイド率出力運転時の場合を示している。この
図から明らかなように、ＧＶ／　ＯＮを小さくするにつ
れて、冷温時の無限増倍率は小さくなるのに対し、出力
運転時の無限増倍率は低ボイド率では若干小さくなるも
のの、高ボイド率では逆に大きくなっている。

第６図は横軸にＧＷ／　ＯＮを、縦軸に出力運転時と冷
温時の反応度差をとったもので、曲線ｄ、ｅはそれぞれ
低ボイド率および高ボイド率出力運転時のＧＷ／　ＧＮ
による出力運転時と冷温時の反応度差の変化を示してお
り、ＧＷ／ＧＮが小さくなるにつれて出力運転時と冷温
時の反応度差は小さくなっている。したがって、本発明
の燃料集合体を適用することにより、出力運転時反応度
を現行維持もしくは若干増大させながら、大１１】に出
力運転時と冷温時の反応度差を小さくすることができる
。

また、ＧＶ／ＧＮを小さくすることによってスプリット
数を少なくすることができるため、燃料集合体の製造コ
ストを低減することができるとともに、出力運転時と冷
温時の反応度差を小さくすることができるので炉停止余
裕の確保が容易となり、近年１Ｌ１１究が進められてい
るサイクル燃焼度の長期化の要求に沿った燃料集合体を
得ることができる。

第７図は横軸に相対出力を、縦軸に炉心高さをとり、冷
温停止時の炉心平均軸方向出力分布を示したものである
。炉停止余裕の確保の点で、出力運転時に高ボイド領域
となる炉心上部で出力運転時と冷温時の反応度差が小さ
いことが重要であるが、第６図に示すように、本発明の
燃料集合体は高ボイド率出力運転時に冷温時との反応度
差が特に小さくなるため、この点でも本発明の燃料集合
体は優れた効果を有する。

以上、ワイドウォーターギャップ１４の幅を変えずにＧ
Ｗ／　ＧＮを小さくしたものについて、その作用効果を
説明したが、本実施例を数運転サイクルについて実施す
れば制御棒１３を交換することが可能となり、ワイドウ
ォーターギャップ１４の幅を小さくしなからＧν／ＧＮ
を小さくしていったものも適用することができる。ワイ
ドウォーターギャップ１４の幅を小さくすることができ
れば、制御棒１３と燃料棒１２の距離が縮まり、制御棒
価値を高めることができるため、炉停止余裕の確保がよ
りいっそう容易となる。

以上説明したように、本発明は現行のＤ格子ＢＷＲをＣ
格子ＢＷＲに移行していく際に有用な燃料集合体を提供
することができる。

なお、本発明の燃料集合体は第１図に示す実施例に限ら
ず、燃料棒間距離１６を１６′に小さ（することによっ
てナローウォーターギャップ側のウォーターフィルム１
８の幅を大きくしたものでもよい。このようにしても、
燃料集合体の核特性は燃料棒の配置によって基本的に決
まるため、第１図に示すものと同様な作用効果を有する
。

［発明の効果コ 以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、従
来のＤ格子ＢＷＲをＣ格子ＢＷＲに移行するのに適合し
た燃料集合体を提供することができるとともに、近年研
究が進められているサイクル燃焼度の長期化にも対応可
能な燃料集合体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃料集合体を示す横断面図
、第２図は従来のＤ格子燃料集合体を示す横断面図、第
３図はＣ格子燃料集合体を示す横断面図、第４図は制御
棒まわりの４体の燃料集合体の配置を示す横断面図、第
５図はＧＷ／ＧＮによる無限増倍率の変化を示すグラフ
、第６図はＧＷ／　ＧＮによる出力運転時冷温時反応度
差の変化を示すグラフ、第７図は冷温停止時の炉心平均
軸方向出力分布を示すグラフである。 １１・・・・・・チャンネルボックス １２・・・・・・燃料棒 １３・・・・・・制御棒 １４．１４ａ・・・・・・ワイドウォーターギャップ１
５．１５ａ、１５’ ・・・・・・・・・・・・ナローウォーターギャップ１
６．１６′・・・・・・燃料棒間距離１７・・・・・・
ワイドウォータギャップ側ウォーターフィルム １８・・・・・・ナローウォータギャップ側ウォーター
フィルム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）断面四角形状のチャンネルボックス内に複数の燃
   料棒を格子状に配列してなる燃料集合体において、前記
   燃料棒の配列間隔を調整することにより、ナローウォー
   ターギャップ幅をワイドウォーターギャップ幅の１／２
   より大きくするか、もしくはナローギャップ側のウォー
   ターフィルム幅をワイドギャップ側のウォーターフィル
   ム幅より大きくしたことを特徴とする燃料集合体。