JPH0452911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる除熱特
性の優れた燃料集合体に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水型原子炉は、第６図に示すよう
に、原子炉圧力容器１の中心部に多数の燃料集合
体２を装荷してなる炉心３を設けている。この炉
心３の上部には気水分離器５および蒸気乾燥器６
が順に設けられており、通常は気水分離器５の中
間部まで冷却水４が充填されている。そして、冷
却水４はジエツトポンプやインターナルポンプ
（共に図示せず）等によつて強制的に循環させら
れ、炉心３内を上方に向つて流れる。また、原子
炉圧力容器１の周壁上部には主蒸気出口ノズル７
が設けられており、その下方には給水入口ノズル
８が設けられている。

また、燃料集合体２は、第７図および第８図に
示すように、角筒状の長尺なチヤンネル９内に、
多数の燃料棒１０を正方格子状（通常は８×８＝
64本）に配列し、各燃料棒１０の上下端を上部タ
イプレート１１および下部タイプレート１２によ
り支持し、更に上下のタイプレート１１，１２間
の複数箇所をスペーサ１３にて支持することによ
り各燃料棒１０の相互間隔を一定に保つように形
成されている。

この燃料棒１０は、第９図に示すように、被覆
管１４の内部に多数の円柱状のペレツト１５を積
層し、上方よりばね１６で弾力的に押えて封入し
て形成されている。また、各ペレツト１５は酸化
ウランの粉末を焼結して一定形状に形成される。

このようにして形成された沸騰水型原子炉の運
転は、次のようにして行なわれる。すなわち、炉
心３における各ペレツト１５内のウランの核分裂
により、原子炉圧力容器１内の冷却水４を沸騰さ
せ、これによつて発生した蒸気を気水分離器５お
よび蒸気乾燥器６を通し、更に主蒸気出口ノズル
７から発電所のタービン駆動用蒸気として取出
す。一方、タービンを回転させて発電に供された
蒸気は、復水器において復水せしめられ、冷却水
４として給水入口ノズル８を通して原子炉圧力容
器１内へ還流させられる。

〔背景技術の問題点〕

従来の燃料集合体２においては、64本の全燃料
棒１０を同一形状、同一寸法に形成していた。

そのため、第１０図に示すように各燃料集合体
２の熱中性子束分布を調べると、燃料集合体２の
外周部は多量の冷却水４に接するため熱中性子束
φは高く、逆に中央部では低くなつている。従つ
て、原子炉運転時における燃料集合体２の水平断
面における各所の出力Ｐは、第１０図に示すよう
に、燃料集合体２の外周部が高くなる。よつて、
冷却水４の沸騰による燃料棒１０の除熱に関して
も、燃料集合体２の外周部の方が中央部に比べて
厳しくなつてしまい、熱的余裕が燃料集合体２の
各所において相違してしまう。

〔発明の目的〕

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであ
り、水平断面における各所の熱的余裕が均等であ
り、除熱特性の優れた燃料集合体を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の燃料集合体は、外側から２列目に位置
する燃料のうちの適当数を他の燃料棒より短かく
形成したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

一般に、燃料集合体において、一部の燃料棒を
短かく形成すると次のような利点が生じる。

すなわち、熱的に厳しい位置にある燃料棒にお
いて、その燃料棒の最とも熱的に厳しくなる上部
を除去して短かくすると、大幅に熱的余裕が増大
する。なぜなら、通常燃料集合体において、出力
が異常に高くなつて除熱不足状態が現われるの
は、燃料棒の最上部または、２番目のスペーサ付
近であるから、これらの領域部分の燃料棒を除去
すれば、短かい燃料棒自身の熱的問題は無くなく
なる。

また、同時に短かい燃料棒に隣接する燃料棒の
熱的余裕も増大する。これは、燃料棒の上部を除
去したことにより、周囲の燃料棒１本当りの冷却
水量が増加するためである。すなわち、燃料棒の
限界出力は、第５図に示すように、冷却水量の増
加に伴つて増加する性質があり、短かい燃料棒に
隣接する通常の長尺な燃料棒の限界出力は、同図
Ａ点からＢ点へと向上されることとなる。

一方、一部の燃料棒を短かく形成すると、燃料
集合体内の核分裂物質量が減少してしまい、残り
の長尺な燃料棒１体当りの出力負担が増大すると
いう難点がある。

そこで、本発明においては、短かくする燃料棒
の数を少なくし、かつ熱的余裕を均一にするのに
効果的な位置に短かい燃料棒を配置するようにし
たものであり、外側から２列目の燃料棒を短かく
形成する。これは、燃料集合体において外周部ほ
ど熱的余裕が厳しいことと、外側から２列目の燃
料棒が外周部のほぼ全体の熱的余裕を調整するこ
とができるからである。また、外側から２列目の
燃料棒のうち、適当数を短かく形成するものであ
り、特に２列目の４偶に位置する４本は、出力が
最大となる燃料集合体の隅部に位置するので、そ
の熱的余裕を均一化する作用が最大に発揮される
こととなる。

次に、本発明の実施例を第１図から第５図につ
いて具体的に説明する。

第１図および第２図は本発明の燃料集合体１８
の一実施例を示し、８×８の正方格子状に配置し
た燃料棒のうち、外側から２列目の４隅部にある
４本の燃料棒１７を短かく形成したものである。
他の60本は従来と同様な長尺な燃料棒１０によつ
て形成されている。この短かい燃料棒１７の発熱
長、すなわち、燃料ペレツト装荷長（第１図）
は、短かい燃料棒を採用することによる前記得失
を考慮して決定すればよく、１つの目安として
は、通常の燃料棒１０の発熱長Ｌ（第１図）の約
３／４程度とすればよい。これにより、燃料棒１７
は通常の燃料棒１０と比較して、熱的に厳しい燃
料棒の最上部および２番目のスペーサ部分のロツ
ドを除去することができるので、熱的余裕の改善
を飛躍的に増加させることができる。なお、短か
い燃料棒１７は下部タイプレート１２へ下端を螺
入させ、途中をスペーサ１３により支承するよう
にして取付けられている。

このように形成されるから、第２図に示すよう
に、短かい燃料棒１７に隣接した32本の燃料棒１
０（同図斜線部）の熱的余裕が向上されられ、か
つ、これらの燃料棒１０は燃料集合体１８の外周
部の四隅部に位置するので、燃料集合体１８全体
の熱的余裕が各所において均一となり、除熱特性
が優れたものとなる。

また、第３図に示すように、外側から２列目の
４隅部の他に、各辺部にも短かい燃料棒１７を設
けて、外周部にある全部の通常の燃料棒１０が短
かい燃料棒１７による熱的余裕の向上作用を受け
るようにしてもよい。この場合、燃料集合体１８
の装荷ウラン量が異常に減少しないようにする。

また、本発明は燃料棒の配列が８×８の正方格
子状のものばかりでなく、第４図に示すように、
９×９の正方格子状またはその他の正方格子状に
配列したものにも同様にして適用される。第４図
のものは、第３図と同様に、外周部の全部の通常
の燃料棒１０の熱的余裕が向上させられ、除熱特
性が優れたものとなる。

なお、燃料集合体としては、中央部に１〜２本
のウオータ・ロツドを配置したものなど、その形
式はどのようなものでもよい。このウオータ・ロ
ツドは従来通り用いるとよい。

〔発明の効果〕

このように本発明の燃料集合体は、水平断面に
おける各所の熱的余裕が均一化され、全体として
の熱的余裕が大きくなり、除熱特性が優れたもの
となり、この燃料集合体を用いることにより原子
炉の安全性をより高くすることができる等の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の燃料集合体の実施
例を示し、第１図は縦断側面図、第２図は第１図
の−線に沿つた断面図、第３図および第４図
はそれぞれ他の実施例を示す第２図同様の断面
図、第５図は冷却水流量と限界出力との関係を示
す特性図、第６図は沸騰水型原子炉の概略断面
図、第７図は従来の燃料集合体を示す第２図同様
の断面図、第８図は燃料集合体の一部切断斜視
図、第９図は燃料棒の一部切断側面図、第１０図
は従来の燃料集合体の出力分布図である。 ９……チヤンネル、１０……通常の長い燃料
棒、１７……短かい燃料棒、１８……燃料集合
体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チヤンネル内に長尺な燃料棒を正方格子状に
   配列してなる燃料集合体において、その燃料集合
   体の外側から２列目に位置する前記燃料棒のうち
   適当数を他の燃料棒より短かく形成したことを特
   徴とする燃料集合体。 ２ 燃料集合体の外側から２列目の４隅部に位置
   する４本の燃料棒を、他の燃料棒より短かく形成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の燃料集合体。