JPH04500722A - 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】 ｔＰ！料集台集 合体明は、加圧水形、沸騰水形、重水形、ガス冷却形あるいはナトリウム冷却形 原子炉に使用可能な燃料集合体に関する。

かかる原子炉の炉心は所定数の燃料集合体から成っている。これらの燃料集合体 はそれぞれスペーサによって結合されている燃料棒の束によって形成されている 。各燃料棒は管の中に燃料ペレットを柱状に有している。炉心は圧力容器の中に あり、冷却材によって下から上に貫流されている。核分裂は中性子を吸収する制 御要素によって制御され、水冷却形原子炉の場合には冷却材にホウ酸も添加され る。ホウ酸によって炉心に大きな過剰反応を伴うことがある。燃料物質における ガドリニウムないしホウ酸の毒作用の採用、燃料集合体の総使用期間がますます 長くなる傾向、原子炉の出力の増加、中性子損失を小さくする要求および高濃縮 の燃料物質の採用は、スペーサの構造を変更しない場合、酸化層の厚みを増大し 、臨界熱流束を低下する。

耐腐食性を増大し臨界熱流束を高めるために、特別に形成されたスペーサおよび 擦れ混合格子を採用することは既に試みられている。補助スペーサを採用するこ とも知られている。熱伝達の向上を目指すこれらすべての方策は、種々の液圧延 抗の燃料集合体を持った混合炉心において、（Ｉ４なった燃料集合体・流Ｉおよ び従って異なった冷却作用に関して）新たな熱水力学的な問題（両立性の問題） を生ずる。更に公知の方策は燃料装填計画に＃限を生じてしまう。

本発明の目的は、スペーサおよび燃料集合体の構造を変更せずに、燃料棒の被覆 管の耐腐食性を改良することにある。

本発明によればこの目的は、複数の燃料棒がスペーサによって一つの束の形に結 合され、隣接する２つのスペーサの間において燃料棒の中に軸方向において少な （とも２種類の燃料Ｉｌｌ縮度範囲が設けられ、その際冷却材の流れ方向に見て 最大燃料濃縮度範囲がそれぞれ１つのスペーサの高さで始まるようにすることに よって達成される。

本発明によれば燃料集合体の所定の軸方向位置において腐食ピークの平坦化が行 われるので、Ｖ！料棒が各スペーサ間において同じ＊ｍ度で燃料物質を存してい る公知の燃料集合体に比べて、寿命、燃焼度および安全性が著しく向上する。

一般に軸方向のスペーサの範囲において酸化層の厚みは小さいので、最大燃料濃 縮度範囲が、スペーサの前縁で規定される高さで始まっていると有利である。

しかし最大の燃料ＩＩ縮度の範囲は、スペーサの上縁で規定される高さで始まっ ていてもよい。

多くの場合互いに隣接する２つのスペーサの間だけに軸方向において２種類の燃 料４縮度範囲を設ければ十分である。かかる処置は、所定の２つのスペーサの間 において特に大きな腐食ピークが予想される場合に採用される。しかし一般には 、できるだけ一様な腐食層厚みにするために、すべてのスペーサにおける各スペ ーサ間の腐食ピークを平坦化するように努力されている。

２つのスペーサ間に３種類以上、例えば４〜ＩＯ種類の燃料濃縮度範囲を設ける こともできる。

しかし２つスペーサの間にそれぞれ３種類の燃料濃縮度範囲が設けられている燃 料棒を持った燃寥４簗合体を採用することが有利である。燃料集合体を製造する 際に一般に３［１１１の燃料４縮賀の燃ｔ４ベレ７トが利用されるので、かかる 燃料ペレットは、特別な製造費用を要することなしに、簡単に燃料棒に入れられ る。達成し得る最高の燃料集合体・燃焼度により生ずる経済的な利点は非常に大 きい。

本発明の実施例が図面に示されている０図面において、第１図は加圧水形原子炉 の燃ＬＩＩＩ合体の斜視図、第２図は１１１図における燃料集合体の燃料棒の側 面図、第３図は２つのスペーサの間に２１１？ｉの燃料４縮度範囲を有する燃料 棒の被覆管の酸化層厚みの軸方向における経過を示した線図であり、その図中に おける曲線りは燃料Ｉｆ１度が軸方向全長にわたって同しである場合の経通を示 し、曲線已は軸方向において２種類の燃料濃縮度範囲を持っている場合の経過を 示し、第４図は各スペーサ間に３種類の燃料濃縮度範囲を有する燃料集合体の燃 料棒の別の実施例を示し、 第５図において曲線りは燃料４縮度が一樺である燃料棒の被覆管の酸化層の厚み の経過を示し、曲線Ｅは各スペーサ間に３種類の燃料濃縮度範囲を有する燃料棒 の被覆管の酸化層の厚みの経過を示し、第６図は燃料濃縮度が連続的に変化して いる燃料棒の第３の実施例を示し、第７図はその燃ｔ４棒の酸化層の厚みの経過 を示す。

第１図には、正方形の格子構造内における複数の燃料棒２から構成されている燃 料集合体ｌが示されている。炉心には所定数の同形の燃料集合体が設けられてい る。これらの燃料集合体は圧力容器内に配室され、矢印にの方向に下から上に向 かって冷却材で貫流される。各燃料集合体の燃料棒２は支持構造物に保持されて いる。この支持構造物は燃料集合体頭部３、燃料集合体脚部４およびこれら両者 の間に位置する図示していない制御棒用の案内管５から成っている。１＆内管５ にはスペーサ６〜１１が取り付けられている。これらのスペーサは複数の燃料棒 ２を一つの東の形に結合し、燃料棒２が自由に熱膨張でき且つ同し冷却横断面積 が存在するように保持している。燃料集合体の横側が開いていることによって、 冷却材は横流れで混合でき、その加熱は一様に行われる。

第２図に示されているように、各燃料棒２は例えばジルカロイ製の被覆管１２の 中に特に二酸化ウラン製の燃料ペレット１３．１４を柱状に有している。

第３図の線図には、燃料棒が全軸方向範囲にわたって同じ濃縮度で燃料物質を有 しているときの許容使用期間の終わりに燃料棒の被覆管の外側に生ずる酸化層の 厚みの軸方向における経過が曲線りで示されている。縦軸には燃料棒の軸方向長 さおよびスペーサ６〜１１の位置が示され、横軸には酸化層の厚みが示されてい る６図面から分かるように、酸化層の厚みは２つのスペーサ間において冷却材の 流れ方向に増大し、スペーサの直ぐ近くで急激に低下している。その場合、燃料 集合体の上側半部に酸化層の厚みが最も太き（なったピーク範囲が生ずる。

この酸化層厚みのピーク範囲を平坦にするために二燃料棒２の中に隣接する２つ のスペーサ９と１０との間に軸方向において２種類の燃料濃縮度範囲Ａ、Ｂが、 冷却材の流れ方向Ｋに見て最大濃縮度範囲Ａがスペーサ９の高さで始まるように 設けられている。最大濃縮度範囲Ａがスペーサ９の前縁で規定される高さで始ま っていることが有利である。この範囲Ａは好適には両スペーサ９．１０の間隔の １／３の長さを有している。その場合スペーサ９の高さに最大の燃料ＷＡ縮度が 与えられることも目的に遺っている。

燃料棒の被１’１ｌｔ１２内には、スペーサ９とｌＯとの間の範囲において、例 えば３．２％（あるいは２．５％ないし１．９％）の燃料濃縮度の燃料ペレット １３（範囲Ａ）と、２．５％（あるいは１．９％ないし１．４％）の燃料濃縮度 の燃料ペレット１４（範囲Ｂ）とが設けられている。他の軸方向範囲は例えば３ ．２％あるいは２．５％あるいは１．９％の同し燃料ｆｉｉ度の燃料ペレット１ ３を有している０曲線Ｅから分かるように、スペーサ９と１０との間の範囲に異 なった燃料Ｓ縮度の燃料物質を入れた場合、酸化層厚みの最大ピーク範囲は例え ば隣接する酸化層厚みピークのレベルまで低下されるので、被覆管１２の腐食は 低減され、従って燃料集合体１の放出燃焼度が高められる。

第４図は、燃料棒２の中にすべてのスペーサ６〜１１における各スペーサ間に、 それぞれ軸方向において３種類の燃料濃縮度範囲Ａ、Ｂ、Ｃが設けられている実 施例を示している。その酸化層厚みを軸方向に関して示している第５図から分か るように、燃料集合体の燃料棒１３．１４．１５の軸方向に関して一欅な小さな 酸化層の厚みが得られる。各範囲Ａ、ＢＳＣはこの実施例ではそれぞれ２つのス ペーサの間隔の約１／３の長さで延びている。

第、６図および第７図は、燃料棒の中に各スペーサ間において燃料物質１６が軸 方向に濃縮度を連続的に変化して設けられている場合の状態を示している。これ により酸化層厚みの普通の経過りに対して、原理的に一様な経過Ｅが生ずる。

ＩＧ　１ ｐｍ ＦＩｏ　４　ＦｆＧ　５ ｍ ＦＩＧ　６　ＦＩＧ　７ 国際調査報告 国際ｉｆｆ報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の燃料棒（２）がスペーサ（６〜１０）によって一つの束の形に結合さ れ、隣接する少なくとも２つのスペーサ（９、１０）の間において燃料棒（２） の中に、軸方向において少なくとも２種類の燃料濃縮度範囲（Ａ、Ｂ）が設けら れ、その際冷却材の流れ方向（Ｋ）に見て最大燃料濃縮度範囲（Ａ）がそれぞれ １つのスペーサ（９）の高さで始まるようにすることを特徴とする原子炉の燃料 集合体。
2. ２．最大燃料濃縮度範囲（Ａ）が、スペーサ（９）の前縁で規定される高さで始 まっていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
3. ３．２つのスペーサ（９、１０）間に軸方向において３種類の燃料濃縮度範囲（ Ａ、Ｂ、Ｃ）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記 載の燃料集合体。
4. ４．最大燃料濃縮度範囲（Ａ）が、スペーサ（９）の上縁で規定される高さで始 まっていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記 載の燃料集合体。
5. ５．燃料棒（２）の中に異なった燃料濃縮度の燃料ペレット（１２）が入れられ ていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の 燃料集合体。