JPH0427893A - 原子炉用燃料集合体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、重水減速沸騰軽水冷却圧力管型原子炉用燃料
集合体に係り、特に、圧力管型原子炉の冷却材ボイド反
応度係数を抑えつつ、燃焼度を向上させるのに好適な燃
料集合体に関する。

〔従来の技術〕

従来の圧力管型原子炉用燃料集合体は、第１図及び第２
図に示すように、中央部スペーサ支持管３の周りの細径
棒状の燃料棒を円筒形状に多数束ねたクラスタ型燃料集
合体が一般的であり、第１図及び第２図の例では、内層
、及び、中間層の燃料棒５の核分裂物質量が高く、外層
の燃料棒の核分裂物質量は低くし、燃料棒の出力を出来
るだけ一様となるよう設計している。スペーサ支持管内
には軽水が流れており、第３図の下部端栓６の近傍に設
置された軽水流通孔８より流入した軽水は、上部端栓７
の近傍に設置された軽水流出孔９より流出し、スペーサ
支持管内の軽水は沸騰することはない。第４図に重水減
速材も含めた燃料集合体格子内の熱中性子束分布を示す
。熱中性子束は減速材である重水中９で最も高くなり、
燃料集合体中では燃料及び軽水に吸収される結果、第４
図のＡ１に示すように集合体の中央部に近づくにつれて
低下するが、中央部にはスペーサ支持管内のボイド０の
軽水によって減速され、再び、高くなる傾向を示す。今
、集合体内の軽水のボイド量が増加した場合を考えると
、ボイドの増加による軽水の密度減少によって軽水の中
性子吸収効果が低下し、集合体内の熱中性子束は第４図
のＢ１のように増加する。増加の割合は、核分裂物質量
の高い内層及び中間層の燃料棒５で最も大きくなり、こ
の結果、集合体内では、ボイド率の増加によって正側の
反応度が投入される効果を持つことになる。

この効果は、一般に、原子炉の制御特性上好ましくない
ので、これを集合体外側の重水減速材を減少させると負
側のボイド反応度が投入されることを利用して、燃料集
合体間の間隔、すなわち、格子ピッチを小さくしておく
ことによって、炉心全体のボイド反応度特性を原子炉の
制御特性を適切な値としている。しかし、格子ピッチを
小さくすることは中性子減速効果が抑制されることを意
味しており、その結果、燃料利用効率が低下し、燃焼度
が低下することによって、燃料サイクルコストが上昇す
る経済的損失が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、格子ピッチを小さくしている結果、燃
焼度が低下し、燃料経済性上好ましくないという問題が
あった。

本発明の目的は、重水減速沸騰軽水冷却圧力管原子炉に
おいて、冷却材ボイド反応度特性を適切な値にしつつ、
格子ピッチを拡大し、燃焼度を向上させることができる
燃料集合体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は燃料集合体中央部
に設置された中空のスペーサ支持管の燃料有効部のボイ
ド発生領域の範囲に複数個の流通孔を設けるか、又は、
スペーサ支持管を設置する代りに中実のスペーサ支持棒
を設けるか、或いは、中空、中実のスペーサ支持管、支
持棒を取り除き、燃料棒のスペーサを補強板、補強リブ
で連結させた構造とすることによって、燃料集合体の中
央部を流れる軽水にボイドを発生させるようにしたもの
である。

〔作用〕

前述の燃料有効部のボイド発生領域の範囲に複数個のボ
イド流通孔を設けたスペーサ支持管を設置するか、又は
、スペーサ支持管を取り除き中央部軽水と燃料部軽水が
自由に混合できるようにすることによって、集合体中央
部にボイドを発生させた場合、集合体中央部の軽水によ
る中性子減速効果は、ボイドの増加とともに減少するこ
とになる。この結果、従来燃料集合体のように、ボイド
が増加しても、内層、及び、中間層の燃料棒の熱中性子
束は大きく増加せず、ボイド増加による反応度投入は抑
制され、ボイド反応度係数はより負側の値を示すことに
なる。この結果、従来のように格子ピッチを短縮する必
要はなく、格子ピッチを大きくとることが出来、この結
果、重水の体積が増加し、中性子減速効果が大となり、
燃料の利用効率が増加し、同一核分裂物質量の燃料を使
用しても従来より高い燃料度を達成することができる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第８図により説
明する。

第１図及び第２図は、本発明の燃料集合体の断面におけ
るスペーサ及びスペーサ支持管の一実施例を示す。第２
図に示すように、集合体中央部に設置されたスペーサ支
持管には、従来の軽水流出入孔８，９以外に、燃料有効
部ボイド発生範囲に複数個のボイド流出入孔を設け、こ
の孔を通して燃料部の軽水とスペーサ支持管内の軽水は
混合し、スペーサ支持管内に燃料部軽水と同様にボイド
を発生させることができる。

第７図及び第８図は、前述のようなスペーサ支持管を設
けず、燃料部の軽水と集合体中央部の軽水が自由に混合
させるようにした場合の本発明による燃料集合体の断面
におけるスペーサ化の一実施例を示す。この場合には、
スペーサを支持するために、軸方向のスペーサの位置に
補強板１４゜補強リブ１５．又は、スペーサ支持棒１６
が必要となる。しかし、前述のように、スペーサ支持管
がなくなった結果、集合体中央部の軽水は、燃料部と同
様のボイドを発生させることが可能となる。

第９図は、燃料棒スペーサ１２，１３、及び、リブ１７
に抵抗板１７を設置した燃料集合体の一例を示す。抵抗
板１７はボイド発生領域のスペース位置に設置される結
果、燃料部のボイドを含んだ軽水の上向きの流れが阻止
され、燃料集合体の中心部に向う径方向の流れが生じる
。この結果。

集合体中央部の軽水のボイド率を高めることが可能とな
る。

第６図に、第１図ないし第５＠の実施例の燃料集合体に
おける軽水のボイド率と内層燃料棒出力の相対変化量の
関係を示す、第６図かられかるように、従来例Ａ２では
、ボイド率が増加すると内層燃料棒の出力が単調に増加
してゆくのに対し、本発明による実施例Ｂ２では、ボイ
ド率が増加しても、内層燃料棒の出力はほとんど増加し
ない。

この結果、第１１図に示すように、冷却材ボイド％ボイ
ドはど従来燃料集合体よりも負側の値を示すことがわか
る。

従って、ボイド反応度係数を負側に変動させた分だけ格
子ピッチを増加させることが可能となる。

第８図に示す格子ピンチとボイド反応度係数の関係より
概算すると約８ＩＩＥはど格子ピッチを増加させること
が可能であることがわかる。これによる取出燃焼度の増
加は、第９図に示す格子ピッチと取出燃焼度の関係を使
用して概算すると約１．．５００Ｍ　ｗ　ｄ　／　ｔな
ど燃焼度を向上させることが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料集合体間の間隔（格子ピッチ）を
小さくすることなく、運転中の冷却材ボイド反応度係数
を負側にシフトさせることが可能となった結果、従来よ
りも格子ピッチを広くすることが可能となり、この結果
、重水体積を増すことが出来るので、中性の減速が効果
的に働き、燃料利用効率を向上させることが出来、燃料
中の核分裂物質量を増加させることがなく燃焼度を向上
させることが出来る。又、格子ピッチを広くすることが
出来るので、圧力管等の据付、メンテナンスが容易とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例のスペーサ支持管
の断面図、第３図、第４図及び第５図は本発明のスペー
サの断面図、第６図はボイド率と内層燃料棒出力変化の
関係を示す説明図、第７図はボイド率と冷却材ボイド係
数の関係を従来例と本実施例とで比較した説明図、第８
図及び第９図は格子ピッチとボイド反応度係数及び取出
燃焼度の関係を示す説明図、第１０図及び第１１図は従
来の圧力管型原子炉用燃料集合体の断面図、第１２図は
従来のスペーサ支持管の断面図、第１３図は燃料集合体
中心からの距離の変化による熱中性子束の変化を示す説
明図である。 ３・・スペーサ支持管、１１・・・ボイド流出入孔、１
４・・補強板、１５・・・補強リブ、１６・・・スペー
サ支持棒、１８・・・抵抗板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料棒を円環状に多数束ねた重水減速沸騰軽水冷却
   圧力管型原子炉用の燃料集合体において、前記燃料集合
   体の中央部を流れる軽水にボイドを発生させることを特
   徴とする原子炉燃料集合体。 ２、請求項１において、前記燃料集合体の中央部を流れ
   る軽水にボイドを発生させるために、前記中央部にスペ
   ーサを支持するために設置された中空のスペーサ支持管
   の燃料有効長のボイド発生領域の範囲に複数個の流通孔
   を設けた原子炉燃料集合体。 ３、請求項２において、燃料集合体の中央部に中空のス
   ペーサ支持管を設置する代りに中実のスペーサ支持棒を
   設置し、前記スペーサ支持棒と最内周の前記燃料棒間の
   間隙を広くした燃料集合体。 ４、請求項２において、前記燃料集合体の中央部に設置
   された前記スペーサ支持管を取り除き、最内周の前記燃
   料棒の前記スペーサを補強板によつて連結し、さらに、
   補強板相互を補強リブで連結させた燃料集合体。 ５、請求項３において、更に燃料スペーサ及びスペーサ
   リブに燃料集合体中心部に向かう径方向流れが生じるよ
   うな構造とした燃料集合体。 ６、請求項４において、更に前記燃料スペーサ及び前記
   スペーサリブに前記燃料集合体の中心部に向かう径方向
   流れが生じるような構造を持たせた燃料集合体。