JPH04125493A - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
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- JPH04125493A JPH04125493A JP2244031A JP24403190A JPH04125493A JP H04125493 A JPH04125493 A JP H04125493A JP 2244031 A JP2244031 A JP 2244031A JP 24403190 A JP24403190 A JP 24403190A JP H04125493 A JPH04125493 A JP H04125493A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体に係り、特に、
高燃焼度化に好適な燃料集合体に関する。
高燃焼度化に好適な燃料集合体に関する。
近年、軽水型原子炉の発電容量の増大により、原子炉用
燃料集合体には、経済性の向上が厳しく要求されている
。このため、燃料の燃焼度、すなわち、核分裂性物質の
単位重量あたりの発生エネルギを増大して所要天然ウラ
ン基と使用済燃料棒数を低減するための技術が必要とさ
れている。この技術を構成するものとして、以下に述べ
る三つのものをあげることができる。
燃料集合体には、経済性の向上が厳しく要求されている
。このため、燃料の燃焼度、すなわち、核分裂性物質の
単位重量あたりの発生エネルギを増大して所要天然ウラ
ン基と使用済燃料棒数を低減するための技術が必要とさ
れている。この技術を構成するものとして、以下に述べ
る三つのものをあげることができる。
第一は、ウラン２３５の濃縮度を増大することである。
これによって、燃料の無限増倍率（核分列連鎖反応の起
こりやすさを示す数値）が増大するので燃料の炉内滞在
期間を長くして燃焼度を増大させることができる。
こりやすさを示す数値）が増大するので燃料の炉内滞在
期間を長くして燃焼度を増大させることができる。
第二は、水ロンドの断面積、または、本数を増やすこと
である。これによって、水素対ウラン原子数比を増大さ
せて、中性子の熱中性子エネルギ領域への減速を向上さ
せることができる。従って、熱中性子による核分裂反応
を効率的に持続させて、燃焼度を増大させることができ
る。
である。これによって、水素対ウラン原子数比を増大さ
せて、中性子の熱中性子エネルギ領域への減速を向上さ
せることができる。従って、熱中性子による核分裂反応
を効率的に持続させて、燃焼度を増大させることができ
る。
第三は、燃料棒本数を増大することである。これは、へ
行へ列正方格子配列を九行九列に、また、九行九列を十
行十列にすることによって行われている。これにより、
燃料棒の平均の線出力密度が低減し熱線余裕が増大する
のでこの余裕を他の省ウラン技術の活用のために使うこ
とができる。例えば、運転サイクルの初期で低流量で運
転し、末期で流量を増大させて、冷却水中のボイド率制
御による中性子スペクトル制御を行う流量スペクトルシ
フト運転である。また、燃料上下端の天然ウランブラケ
ットや、炉心外周部への低反応度燃料配置による出力ビ
ーキングの活用も、余裕の活用に含めることができる。
行へ列正方格子配列を九行九列に、また、九行九列を十
行十列にすることによって行われている。これにより、
燃料棒の平均の線出力密度が低減し熱線余裕が増大する
のでこの余裕を他の省ウラン技術の活用のために使うこ
とができる。例えば、運転サイクルの初期で低流量で運
転し、末期で流量を増大させて、冷却水中のボイド率制
御による中性子スペクトル制御を行う流量スペクトルシ
フト運転である。また、燃料上下端の天然ウランブラケ
ットや、炉心外周部への低反応度燃料配置による出力ビ
ーキングの活用も、余裕の活用に含めることができる。
以上に述べた三つの公知の技術をさまざまに組み合わせ
て、燃料経済性を向上させることができる。
て、燃料経済性を向上させることができる。
従来より大幅に取出燃料度を増大させて、燃料経済性及
びウラン資源の有効活用を向上させる場合には、ウラン
２３５の濃縮度の増大と、燃料の炉内滞在期間の長期化
によって生じるプルトニウムと核分裂生成物の増大によ
り中性子スペクトルが硬化（高エネルギ側へシフト）す
る。従って、冷温停止時と出力運転時の無限増倍率の差
が増大するので、炉停止余裕が減少し、安全性が低下す
る。このことに対しては、水ロッドの総断面積を大きく
することによって、冷温時に、中性子過減速状態（水素
による吸収が顕著になる状態）にして無限増倍率の差を
減少させることにより対処することができる。しかし、
燃料棒の本数を減らして水ロンド総断面積を増大すると
、燃料集合体−体あたりのウラン装荷量が減少し、燃料
取替体数が増えるので、経済性が悪化する。従って、従
来技術の項で述べた手段のみで高燃焼度化を図ると安全
性が悪化し、安全性を優先すると経済性が犠牲になり、
これらの両立が困難であった。また、燃料棒の本数を減
らさないで、四角形水ロッドと燃料棒の間隔を狭くして
、水ロツド面積を大きくした場合には、冷却材流路が狭
くなり、熱的にきびしくなるという問題があった。
びウラン資源の有効活用を向上させる場合には、ウラン
２３５の濃縮度の増大と、燃料の炉内滞在期間の長期化
によって生じるプルトニウムと核分裂生成物の増大によ
り中性子スペクトルが硬化（高エネルギ側へシフト）す
る。従って、冷温停止時と出力運転時の無限増倍率の差
が増大するので、炉停止余裕が減少し、安全性が低下す
る。このことに対しては、水ロッドの総断面積を大きく
することによって、冷温時に、中性子過減速状態（水素
による吸収が顕著になる状態）にして無限増倍率の差を
減少させることにより対処することができる。しかし、
燃料棒の本数を減らして水ロンド総断面積を増大すると
、燃料集合体−体あたりのウラン装荷量が減少し、燃料
取替体数が増えるので、経済性が悪化する。従って、従
来技術の項で述べた手段のみで高燃焼度化を図ると安全
性が悪化し、安全性を優先すると経済性が犠牲になり、
これらの両立が困難であった。また、燃料棒の本数を減
らさないで、四角形水ロッドと燃料棒の間隔を狭くして
、水ロツド面積を大きくした場合には、冷却材流路が狭
くなり、熱的にきびしくなるという問題があった。
本発明の目的は、安全性の確保と、燃焼度増大による経
済性向上とを可能にすることにある。
済性向上とを可能にすることにある。
上記目的は、チャンネルボックスの対角線上に燃料棒が
配置されないように、燃料棒配列の構成する最小の正方
格子がチャンネルボックス内面と４５度をなすようにし
た燃料集合体において、チャンネルボックスコーナ部の
内面の曲率半径を、そのコーナ部に最も近い２つの燃料
棒の中心を結ぶ線分の中点とチャンネルボックス内面と
の垂線距離以上にすることにより達成することができる
。
配置されないように、燃料棒配列の構成する最小の正方
格子がチャンネルボックス内面と４５度をなすようにし
た燃料集合体において、チャンネルボックスコーナ部の
内面の曲率半径を、そのコーナ部に最も近い２つの燃料
棒の中心を結ぶ線分の中点とチャンネルボックス内面と
の垂線距離以上にすることにより達成することができる
。
上記の燃料棒の配置により、チャンネルボックス内壁に
隣接する燃料棒の最外周領域において、冷却水領域の割
合が増える。従って、冷温停止時に、水ギヤツプ部で十
分に減速された中性子が、燃料棒配列の最外周部の水に
吸収される割合が増えて、燃料集合体の冷温停止時の無
限増倍率の出力運転時の無限増倍率に対する増分が小さ
くなる。
隣接する燃料棒の最外周領域において、冷却水領域の割
合が増える。従って、冷温停止時に、水ギヤツプ部で十
分に減速された中性子が、燃料棒配列の最外周部の水に
吸収される割合が増えて、燃料集合体の冷温停止時の無
限増倍率の出力運転時の無限増倍率に対する増分が小さ
くなる。
これにより、冷温停止時の原子炉の未臨界度を充分に確
保することができる。
保することができる。
また、チャンネルボックスコーナ部の曲率半径を、上記
のような大きさにすることにより、従来のバンドルコー
ナ部に燃料棒を配置した場合にくらべて、水ギヤツプ部
の面積が増える。従って、水ギヤツプ部における中性子
の熱エネルギ領域への減速効果が増す。さらに、曲率半
径の増大により、チャンネルボックス構造材の総量が減
少し、微量ではあるが、中性子が構造材によって吸収さ
れる割合が減る。これらにより、出力運転時の燃料集合
体の無限増倍率が増大し、燃料の燃焼度を向上させるこ
とができる。
のような大きさにすることにより、従来のバンドルコー
ナ部に燃料棒を配置した場合にくらべて、水ギヤツプ部
の面積が増える。従って、水ギヤツプ部における中性子
の熱エネルギ領域への減速効果が増す。さらに、曲率半
径の増大により、チャンネルボックス構造材の総量が減
少し、微量ではあるが、中性子が構造材によって吸収さ
れる割合が減る。これらにより、出力運転時の燃料集合
体の無限増倍率が増大し、燃料の燃焼度を向上させるこ
とができる。
〔実施例〕
本発明の実施例を第１図（ａ）に示す。本実施例では、
水ロッド４の領域を含めると、８４本の燃料棒を配置可
能である。また、水ロッドを中央の燃料棒１と１２本を
取り除いた領域に配置しである。また、燃料棒が構成す
る最小の正方格子は、チャンネルボックス内壁と４５度
をなしており、最外周のコーナ部に燃料棒は配置されて
いない。
水ロッド４の領域を含めると、８４本の燃料棒を配置可
能である。また、水ロッドを中央の燃料棒１と１２本を
取り除いた領域に配置しである。また、燃料棒が構成す
る最小の正方格子は、チャンネルボックス内壁と４５度
をなしており、最外周のコーナ部に燃料棒は配置されて
いない。
コーナ部付近Ａを拡大して第１図（ｂ）に示す。
この図において、点線は、コーナ部に最も近い二つの燃
料棒の中心を結ぶ線分の中点とチャンネルボックス内壁
の距離に、コーナ部曲率半径が等しい場合のチャンネル
ボックスコーナ部を表わしている。本実施例のコーナ部
曲率は、点線の場合よりも大きく、従来のへ行へ列又は
九行九列のような正方格子バンドルを、内部におさめる
ことができないか、または、たとえ内部におさめること
ができたとしても、コーナ燃料棒の熱的余裕が極端に低
下してしまう。すなわち、従来の正方格子配列の燃料集
合体では、コーナロッドが存在するために、チャンネル
ボックスコーナ部曲率を大きくすることができない。た
だし、燃料棒が構成する最小の正方格子とチャンネルボ
ックス内面とが平行である従来の燃料集合体でも、コー
ナ燃料棒を取り除けば、コーナ部曲率半径を大きくでき
る。
料棒の中心を結ぶ線分の中点とチャンネルボックス内壁
の距離に、コーナ部曲率半径が等しい場合のチャンネル
ボックスコーナ部を表わしている。本実施例のコーナ部
曲率は、点線の場合よりも大きく、従来のへ行へ列又は
九行九列のような正方格子バンドルを、内部におさめる
ことができないか、または、たとえ内部におさめること
ができたとしても、コーナ燃料棒の熱的余裕が極端に低
下してしまう。すなわち、従来の正方格子配列の燃料集
合体では、コーナロッドが存在するために、チャンネル
ボックスコーナ部曲率を大きくすることができない。た
だし、燃料棒が構成する最小の正方格子とチャンネルボ
ックス内面とが平行である従来の燃料集合体でも、コー
ナ燃料棒を取り除けば、コーナ部曲率半径を大きくでき
る。
しかし、この場合には、燃料棒本数減少の効果が、水ギ
ヤツプ部面積増大の効果を上まわり、燃料集＝７− 合体の無限増倍率は減少し、高燃焼度化に不利となる。
ヤツプ部面積増大の効果を上まわり、燃料集＝７− 合体の無限増倍率は減少し、高燃焼度化に不利となる。
本実施例では、このような制約がないので、燃料棒本数
を減らさずに、チャンネルボックスコーナ部の曲率半径
を大きくして、水ギヤツプ部面積を大きくすることがで
きる。従って、出力運転時には、中性子の減速効果が増
大し、燃料の無限増倍率が大きくなり、ウラン２３５の
核分裂を効率的に進行させることができるようになるの
で、燃料の燃焼度が増大し、所要ウラン量と使用済燃料
の発生量を減らして、経済性を向上させることができる
。また、見方を変えれば、第２図に示すように、四つの
バンドルのコーナ部に囲まれた領域と、チャンネルボッ
クスコーナ部内壁のすぐ内側の領域を合わせた広い水領
域が存在する。
を減らさずに、チャンネルボックスコーナ部の曲率半径
を大きくして、水ギヤツプ部面積を大きくすることがで
きる。従って、出力運転時には、中性子の減速効果が増
大し、燃料の無限増倍率が大きくなり、ウラン２３５の
核分裂を効率的に進行させることができるようになるの
で、燃料の燃焼度が増大し、所要ウラン量と使用済燃料
の発生量を減らして、経済性を向上させることができる
。また、見方を変えれば、第２図に示すように、四つの
バンドルのコーナ部に囲まれた領域と、チャンネルボッ
クスコーナ部内壁のすぐ内側の領域を合わせた広い水領
域が存在する。
（第２図において、Ｂで示された領域。）この領域は、
出力運転時には、核分裂連鎖反応に好適な熱中性子供給
源となるが、冷温停止には、中性子の過減速状態を生み
出す。従って、低温停止時の燃料の無限増倍率が、大き
くなり過ぎるのを抑えることになり、冷温停止時の未臨
界度が太きくな一８＝ る。本実施例では、上記の効果を燃料棒本数を減らさず
に実現したことに、大きな特徴がある。
出力運転時には、核分裂連鎖反応に好適な熱中性子供給
源となるが、冷温停止には、中性子の過減速状態を生み
出す。従って、低温停止時の燃料の無限増倍率が、大き
くなり過ぎるのを抑えることになり、冷温停止時の未臨
界度が太きくな一８＝ る。本実施例では、上記の効果を燃料棒本数を減らさず
に実現したことに、大きな特徴がある。
本発明の他の実施例を第３図に示す。本実施例で、″燃
料棒本数は８０本であり、チャンネルボックスの対角線
をはさんで対向する燃料棒の間隔が広くなっており、非
均質な正方格子配列となっている。また、中央部には四
角形水ロッドが配置され、その辺は、チャンネルボック
ス内壁と４５度の角度をなしている。本実施例では、チ
ャンネルボックスコーナ部に最も近い二つの燃料棒間隔
が広くなっているので、先に述べた実施例よりも、チャ
ンネルボックスコーナ部の曲率半径を大きくすることが
できる。従って、先に述べた効果がより大きくなる。ま
た、燃料棒本数が八本増えているので、平均の線出力密
度が減少し、熱的余裕が増える。
料棒本数は８０本であり、チャンネルボックスの対角線
をはさんで対向する燃料棒の間隔が広くなっており、非
均質な正方格子配列となっている。また、中央部には四
角形水ロッドが配置され、その辺は、チャンネルボック
ス内壁と４５度の角度をなしている。本実施例では、チ
ャンネルボックスコーナ部に最も近い二つの燃料棒間隔
が広くなっているので、先に述べた実施例よりも、チャ
ンネルボックスコーナ部の曲率半径を大きくすることが
できる。従って、先に述べた効果がより大きくなる。ま
た、燃料棒本数が八本増えているので、平均の線出力密
度が減少し、熱的余裕が増える。
本発明によれば、燃料集合体一体あたりのウラン装荷量
を減らすことなく、冷温停止時の未臨界度を大きく保つ
ことができ、安全性が向上する。
を減らすことなく、冷温停止時の未臨界度を大きく保つ
ことができ、安全性が向上する。
また、燃料の燃焼度を効率的に進めて、燃焼度を向上さ
せることができるので、所要天然ウラン基と使用済燃料
発生量を減少させて、経済性を向上させることができる
。
せることができるので、所要天然ウラン基と使用済燃料
発生量を減少させて、経済性を向上させることができる
。
第１図は、本発明の一実施例の燃料集合体の水平断面図
、第２図は、第１図に示した燃料集合体の水ギャップを
はさんで対向する四つのコーナ部の説明図、第３図は本
発明の他の実施例の燃料集合体の水平断面図である。 １・・・燃料棒、２・・・チャンネルボックス、３・水
ギャップ、４・・・水ロンド。 第 図 （Ｑ−） 第 図 第 図 、、、モ玉妊圧田
、第２図は、第１図に示した燃料集合体の水ギャップを
はさんで対向する四つのコーナ部の説明図、第３図は本
発明の他の実施例の燃料集合体の水平断面図である。 １・・・燃料棒、２・・・チャンネルボックス、３・水
ギャップ、４・・・水ロンド。 第 図 （Ｑ−） 第 図 第 図 、、、モ玉妊圧田
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、金属製被覆管内部に核燃料物質を充填した多数の燃
料棒を、チヤンネルボツクス内部に正方格子状に配列し
、 前記チヤンネルボツクスの対角線上に前記燃料棒が配置
されないように、前記燃料棒の配列の構成する最小の正
方格子が前記チヤンネルボツクスの内面と４５度をなす
ようにした燃料集合体において、 前記チヤンネルボツクスのコーナ部の内面の半径が、前
記コーナ部に最も近い二つの燃料棒の中心を結ぶ線分の
中点と前記チヤンネルボツクスの内面との垂線距離以上
であることを特徴とする燃料集合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244031A JPH04125493A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2244031A JPH04125493A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 燃料集合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04125493A true JPH04125493A (ja) | 1992-04-24 |
Family
ID=17112681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2244031A Pending JPH04125493A (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04125493A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1047081A1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-10-25 | Hitachi, Ltd. | Nuclear fuel assembly and nuclear reactor core |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP2244031A patent/JPH04125493A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1047081A1 (en) * | 1999-04-23 | 2000-10-25 | Hitachi, Ltd. | Nuclear fuel assembly and nuclear reactor core |
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