JPH065316B2 - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPH065316B2
JPH065316B2 JP61226037A JP22603786A JPH065316B2 JP H065316 B2 JPH065316 B2 JP H065316B2 JP 61226037 A JP61226037 A JP 61226037A JP 22603786 A JP22603786 A JP 22603786A JP H065316 B2 JPH065316 B2 JP H065316B2
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water
fuel assembly
fuel
rods
rod
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勝正 配川
光也 中村
淳一 山下
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に適
用するのに好適な燃料集合体に関するものである。
[従来の技術] 沸騰水型原子炉においては、減速材と冷却材の働きをす
る水が、チャンネルボックス内側の2相流部分と、チャ
ンネルボックス外側の飽和水部分の2つの領域に分かれ
て存在する。現在の限られた空間の中で、これら2つの
領域の面積割合に対する最適値は、評価する対象により
異なる。
沸騰水型原子炉において、燃料の高燃料焼度化を図り燃
料の寿命延長、省ウラン等の対策を通じて燃料経済性を
向上させるには、燃料集合体の中に非沸騰領域つまり多
数本のウォータロッドは配置する方法、燃料集合体内の
ウラン装荷重を従来より増加させる方法、格子の構成数
は増加させる方法などが考えられる。
しかしながら、従来のチャンネルボックスの大きさで燃
料集合体の中に多数本のウォータロッドを配置すると、
ぬれぶち面積の増加と冷却材流路面積の減少で、圧損が
大幅に上昇するとともに、燃料棒間隔接近により、冷却
能力が低下する問題がある。また、従来のチャンネルボ
ックスの大きさでウラン装荷量を増加させると、冷却材
による圧損の増加と冷却能力の低下を招くことになる。
更に、従来のチャンネルボックスの大きさで格子の構成
数を増加させると、やはり圧損の増加と冷却能力の低下
は避けられなかった。
つまり、ウランの装荷重を増加させ、またチャンネルボ
ックス内に非沸騰領域を増加させ、冷却能力も大きく
し、しかも、冷却材流路面積をできるだけ広くとるに
は、現在のチャンネルボックスの大きさは不充分であ
る。
この対策として、特開昭61−118689号公報に
は、燃料集合体を囲む飽和水領域の面積を少なくし、そ
の減少分だけチャンネルボックスの内面積を広くし、燃
料の格子配列を多くする技術が記載されている。
また、格子の構成数を増加させ、燃料集合体内に多数本
の減速材を含む管を配置する例が、特開昭47−649
号公報に示してある。そのうちの1つを第5項に示す。
この燃料集合体1Cは、格子状に配置された多数の燃料
棒3の間に9本の太径のウォータロッド2を格子状に配
置したものである。
[発明が解決しようとする問題点] 特開昭61−118689号公報に記載された従来技術
は、現行の燃料集合体格子のピッチ約152mmを変更
せず、燃料経済性の向上を図ろうとしているものである
が、燃焼度を現行の30GWd/tから70GWd/t
まで増加させるには、ウォータロッド領域をさらに増加
させ中性子スペクトルを一層ソフト(熱中性子平均速度
を遅くする)にする必要がある。従来の燃料集合体格子
ピッチのままで、ウォータロッド領域を増加する場合に
は、その分燃料集合体当りのウラン装荷重が減少してし
まい、燃料経済性の向上があまり期待できないと言う問
題があった。
第6図に、この従来技術の燃料集合体1Dを示す。この
燃料集合体1Dは、中央部に9本のウォータロッド2A
を互いに隣接するように配置したものである。この燃料
集合体1Dは、局所出力因子が大きくなるという問題も
あった。
さらに、特開昭47−649号公報に示された前述の燃
料集合体1Cも、局所出力因子が大きくなるという問題
があった。
本発明の目的は、高燃焼度化が図れてしかも局所出力因
子を低下できる燃料集合体を提供できる。
[問題点を解決するための手段] 上記の目的は、燃料集合体の軸心付近に第1のウォータ
ロッドを配置するとともに第1のウォータロッドの周囲
を取囲んで複数の第2のウォータロッドを配置し、すべ
ての第2のウォータロッドの軸心を、燃料棒の配列ピッ
チがPである時に第1のウォータロッド軸心から3.3
P〜4.7Pの範囲に位置させることによって達成でき
る。
[作用] 燃料集合体内の減速材と核燃料物質との分布がより均質
化されることにより、反応度が向上して燃料集合体の高
燃焼化を図ることができる。特に燃料集合体横断面の中
央部及びコーナ部における減速材に対する核燃料物質の
比率を低減することができ、燃料集合体の局所出力因子
の低下を図ることができる。
[実施例] 本発明は、以下の検討によってなされたものである。第
4図は、第5図の燃料集合体1Cの軸心に位置している
ウォータロッド2Eの軸心と燃料集合体1Cの1つのコ
ーナを結ぶ直線A−A上でウォータロッド2Eの周
囲にあるウォータロッド2Fの軸心の位置を移動させた
場合における局所出力因子の変化を示したものである。
この局所出力因子は、燃料集合体1C内で最大の値を有
するものである。第4図から明らかなようにウォータロ
ッド2Fの軸心の位置を、ウォータロッド2Eの軸心か
ら燃料棒3の配列ピッチの3.3〜4.7倍の間に位置
させることによって、燃料集合体1C内の最大の局所出
力因子に著しく低減できることがわかった。すなわち、
燃料棒3の配列ピッチをPとすると、ウォータロッド2
Eの周囲に位置しているすべてのウォータロッド2F
(第5図では8本)の軸心を、ウォータロッド2Eの軸
心から3.3P〜4.7Pの範囲内に位置させることに
より、燃料集合体1C内の最大の局所出力因子を著しく
低減できる。このため、ウォータロッド2Eの軸心(燃
料集合体1Cの軸心と一致)と燃料集合体1Cの4つの
コーナを結ぶ線上にある4本のウォータロッド2Fの軸
心の位置を、ウォータロッド2Eの軸心から4.7P離
れているとした場合でも、第5図に現に示されている燃
料集合体1Cのウォータロッド2Fの軸心の位置(2E
の軸心より5.7P離れている)よりもウォータロッド
2Eの軸心に近くなる。
上記の検討結果に基づいてなされた本発明の実施例を以
下に述べる。第1図は、沸騰水型原子炉に適用される本
発明の好適な一実施例である燃料集合体を示している。
本実施例の燃料集合体1Aは、横断面が正方形状をして
いる角筒であるチャンネルボックス4内に多数の燃料棒
3及び9本の太径のウォータロッド2を配置することに
よって構成される。燃料集合体1Aは、図示されていな
いが上部タイプレート及び下部タイプレートを有してい
る。燃料棒3及びウォータロッド2の両端部は、上部及
び下部タイプレートに保持される。チャンネルボックス
4は、上部タイプレートに取付けられる。燃料棒3は、
14行14列に等間隔で配置されている。9本のウォー
タロッド2内の横断面積が、4本の燃料棒3内の横断面
積を合計したものより大きい。9本のウォータロッド2
は、燃料棒3間に配置されている。すなわち9本のウォ
ータロッド2のうち一本(ウォータロッド2A)は、燃
料集合体1Aの軸心の位置に配置され、残りの8本のウ
ォータロッド2は間に燃料棒3を介在させた状態でウォ
ータロッド2Aの周囲を取囲むように配置されている。
ウォータロッド2Aの軸心と燃料集合体1Aの軸心は一
致している。さらに、周囲に配置された8本のウォータ
ロッド2のうち、ウォータロッド2Aの軸心と燃料集合
体1Aの4つのコーナを結ぶ直線上にある4本のウォー
タロッド2Bの軸心は、ウォータロッド2Aの軸心から の位置にある。Pは配列された燃料棒3のピッチであ
る。周囲に配置された8のウォータロッドのうち、残り
の4本のウォータロッド2Cの軸心は、ウォータロッド
2Aの軸心から4Pの位置にある。このように、本実施
例におけるすべてのウォータロッド2B及び2Cの軸心
は、ウォータロッド2Aの軸心から3.3P〜4.7P
の範囲内に位置しており、特に最大の局所出力因子が最
も小さくなる3.9P〜4.25Pの範囲内に位置して
いる。ウォータロッド2Bが燃料集合体1Aのコーナか
ら離れているのでそのコーナ部での減速効果が低下し、
コーナ部に生じる最大の局所出力因子が著しく減少する
とともに、ウォータロッド2Aとウォータロッド2Bと
の間に燃料棒3が配置されているので燃料集合体1Aの
中央部での最大の局所出力因子も低下する。このように
配置されたすべてのウォータロッド2B及び2Cの軸心
も隣接しているウオータロッドの相互間で連結すると、
八角形が形成される。従って、ウォータロッド2Aを取
囲むウォータロッド2B及び2Cは、ウォータロッド2
Aを取囲む八角形のコーナに配置されているとも言え
る。
本実施例の燃料体集合体1Aは、従来の燃料集合体1C
及び1Dに比べて水素原子数に対するウラン原子数の比
がより均質化されている。このため、燃料集合体1A
は、燃料集合体1C及び1Dに比べて中性子減速効果が
より均質化されて反応度が向上し、より高燃焼度化が図
られる。
本実施例の燃料集合体1Aのチャンネルボックス4の内
側の幅は201mmであり、従来の燃料集合体1Dのそ
の幅(134mm)の約 倍になっている。
このような本実施例の燃料集合体1A内のウラン装荷量
を従来の燃料集合体のウラン装荷量と単位体積当りで等
しくするには、燃料棒3の内径を約10.6mmとする
必要がある。さらに、燃料棒の冷却特性を低下させない
ために燃料棒3の間隙を従来の燃料集合体と同等の約
3.5mmとして燃料棒の配列を決定すると、燃料棒3
の配列は14行14列となる。
ウォータロッド2の本数と天然ウラン節約量の関係を示
す第2図より、本実施例の14行14列の配列において
最も望しい天然ウラン節約量を得るためにウォータロッ
ド本数は9本程度となる。
燃料集合体1Aが装荷されてなる沸騰水型原子炉の炉心
構成の一例を説明する。この炉心は、第1図に示すよう
に燃料集合体1Aと、この燃料集合体1Aの対向する一
対のコーナ部に面した位置に2本の十字型の制御棒5が
挿入されるものである。すべての制御棒5が炉心内に挿
入された時、炉心内の燃料集合体1Aは、2本の制御棒
5によって直接挟まれる型となる。
このような炉心構成によって、燃料集合体1Aを現行の
沸騰水型原子炉の標準仕様である制御棒の配列ピッチ内
に納まる程度の大きさにすることができる。従って、現
行の沸騰水型原子炉の制御棒ピッチを変えることなく、
燃料集合体1Aを従来の燃料集合体1Dの約2体分の大
きさにすることができる。この燃料集合体1Aを用いる
ことにより、従来の燃料集合体1Dが炉心に配置された
時に生ずる燃料集合体1D相互間に水領域の一部分の面
積を燃料集合体1A内に取込むことができ、ウォータロ
ッド領域の増加として使用できる。すなわち、一体の燃
料集合体1A内に、前述のように単位体積当りのウラン
装荷重を変えることなく9本の太径のウォータロッド2
を配置することができる。現行の沸騰水型原子炉の炉心
の制御棒ピッチは、約305mm〜310mmである。
この寸法に制御棒挿入に必要な間隙約13mmとチャン
ネルボックスの肉厚約2mm〜3mmを考慮すると、チ
ャンネルボックス4の内側の幅は約194mm〜202
mmとなる。
このような炉心構成によれば、水素原子数に対するウラ
ン原子数(核燃料物質の原子数)の比を炉心全体を通し
て均質化することができて、より均一な中性子スペクト
ルのソフト化(熱中性子の平均エネルギを低下する)が
達成できるので、炉心内の核分裂性物質をより一様に燃
焼させることができる。また、一体の燃料集合体1Aに
直接隣接して2本の制御棒5が挿入されるので、大型の
燃料集合体1Aを用いても原子炉を確実に停止できる。
さらには、原子炉の燃料集合体交換作業に要する時間が
短縮される。これは、燃料集合体が大型化されて、交換
する燃料集合体の数が低下したことによる。
本発明の他の実施例の燃料集合体を第3図に示す。本実
施例の燃料集合体1Bは、9本の太径のウォータロッド
2を有し、これらのウォータロッド2の配置が燃料集合
体1Aと異っているのみである。本実施例でも、燃料集
合体1Bが中央に配置された1本のウオータロッド2A
の周囲の間に燃料棒3を介在させて8本のウォータロッ
ド2が取囲んでいる。これらの8本のウォータロッド2
Dの軸心を結ぶと燃料集合体1Aと同様に八角形が構成
される。周囲に配置された8本のウォータロッド2Dの
軸心は、すべて、ウォータロッド2Aの軸心から (=4.47P)の位置に配置されている。本実施例の
燃料集合体1Bも、燃料集合体1Aと同様な効果を得る
ことができる。
[発明の効果] 本発明によれば、燃料集合体内の水素原子数に対する核
燃料物質の原子数の比の分布がより均質化され、局所出
力因子をより低下できるとともに一層の高燃焼度化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による燃料集合体の一実施例の水平面
図、第2図はウォータロッド本数と天然ウラン節約量と
の関係を示す図、第3図は本発明による燃料集合体の他
の実施例の水平面図、第4図は燃料集合体の軸心から外
側のウォータロッド軸心までの距離と局所出力因子の関
係を示した図、第5図及び、第6図は従来の燃料集合体
の水平断面図を示す。 1A,1B…燃料集合体、2,2A〜2D…ウォータロ
ッド、3…燃料棒、5…制御棒。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−79190(JP,A) 特開 昭61−159185(JP,A) 特開 昭63−25592(JP,A) 特開 昭63−73187(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】格子状に配置された複数の燃料棒と、前記
    燃料棒間に配置された複数のウォータロッドとを有する
    燃料集合体において、前記燃料集合体の軸心付近に第1
    の前記ウォータロッドを配置するとともに、前記第1の
    ウォータロッドの周囲を取囲んで複数の第2の前記ウォ
    ータロッドを配置し、すべての前記第2のウォータロッ
    ドの軸心が、前記燃料棒の配列ピッチがPである時に前
    記第1のウォータロッドの軸心から3.3P〜4.7P
    の範囲に位置していることを特徴とする燃料集合体。
  2. 【請求項2】前記第1のウォ―タロッドと前記第2のウ
    ォータロッドの間に前記燃料棒が必らず配置されている
    特許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。
  3. 【請求項3】前記ウォータロッド内の横断面積が前記燃
    料棒内のそれよりも大きい特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の燃料集合体。
  4. 【請求項4】前記ウォータロッド内の横断面積が4本の
    前記燃料棒の横断面積よりも大きくなっている特許請求
    の範囲第3項記載の燃料集合体。
  5. 【請求項5】格子状に配置された複数の燃料棒と、前記
    燃料棒間に配置された複数のウオータロッドとを有する
    燃料集合体において、前記燃料集合体の軸心付近に1本
    の第1の前記ウォータロッドを配置し、前記第1のウォ
    ータロッドの周囲を取囲んで8本の第2のウォータロッ
    ドを配置するとともにすべての前記第2のウォータロッ
    ドの軸心が八角形のコーナに位置するように配置され、
    8本の前記第2ウォータロッドの軸心が、前記燃料棒の
    配列ピッチがPである時に前記第1のウォータロッドの
    軸心から3.3P〜4.7Pの範囲に位置していること
    を特徴とする燃料集合体。
JP61226037A 1986-09-26 1986-09-26 燃料集合体 Expired - Lifetime JPH065316B2 (ja)

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JPS6382391A JPS6382391A (ja) 1988-04-13
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11381009B2 (en) 2019-11-27 2022-07-05 Tyco Electronics Japan G. K. Contact and connector

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11381009B2 (en) 2019-11-27 2022-07-05 Tyco Electronics Japan G. K. Contact and connector

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JPS6382391A (ja) 1988-04-13

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