JPH0660949B2 - 核燃料集合体 - Google Patents
核燃料集合体Info
- Publication number
- JPH0660949B2 JPH0660949B2 JP59279704A JP27970484A JPH0660949B2 JP H0660949 B2 JPH0660949 B2 JP H0660949B2 JP 59279704 A JP59279704 A JP 59279704A JP 27970484 A JP27970484 A JP 27970484A JP H0660949 B2 JPH0660949 B2 JP H0660949B2
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- rod
- fuel
- rods
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- 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
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は核燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉（以
下ＢＷＲという）用の熱的余裕を増大するのに好適な核
燃料集合体に関するものである。
下ＢＷＲという）用の熱的余裕を増大するのに好適な核
燃料集合体に関するものである。
従来のＢＷＲ用核燃料集合体は８×８燃料格子構造とな
つており、特開昭53-41696号公報や特開昭53-44795号公
報に示してあるように、水ロツドや減速棒は１〜８本使
用されているが、その直径は燃料集合体内のどの位置で
も同じであり、かつ、燃料棒と同一直径となつている
か、または、特開昭59-65792号公報に示してあるよう
に、燃料棒群の中央部に４本以上の燃料棒の収容空間を
占有する大口径の水ロツドを配置してある。水ロツドや
減速棒は、中性子の減速を促進して燃料経済性を向上さ
せるために用いられているが、その効果は燃料集合体内
での位置や太さによつて異なる。また、水ロツドや減速
棒の発熱は、燃料棒内での発熱と比較して無視できるの
で、燃料集合体内での蒸気体積率分布を歪ませ、熱的余
裕を小さくする。そして、その効果も燃料集合体内での
位置や太さによつて異なる。したがつて、水ロツドや減
速棒を燃料集合体内の位置にかかわらず同じ太さとした
従来の燃料集合体は、熱的余裕や燃料経済性の点で必ず
しも有効な構造とはいうことができない。
つており、特開昭53-41696号公報や特開昭53-44795号公
報に示してあるように、水ロツドや減速棒は１〜８本使
用されているが、その直径は燃料集合体内のどの位置で
も同じであり、かつ、燃料棒と同一直径となつている
か、または、特開昭59-65792号公報に示してあるよう
に、燃料棒群の中央部に４本以上の燃料棒の収容空間を
占有する大口径の水ロツドを配置してある。水ロツドや
減速棒は、中性子の減速を促進して燃料経済性を向上さ
せるために用いられているが、その効果は燃料集合体内
での位置や太さによつて異なる。また、水ロツドや減速
棒の発熱は、燃料棒内での発熱と比較して無視できるの
で、燃料集合体内での蒸気体積率分布を歪ませ、熱的余
裕を小さくする。そして、その効果も燃料集合体内での
位置や太さによつて異なる。したがつて、水ロツドや減
速棒を燃料集合体内の位置にかかわらず同じ太さとした
従来の燃料集合体は、熱的余裕や燃料経済性の点で必ず
しも有効な構造とはいうことができない。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、蒸気体積率分布を平坦にして熱的余裕を増大
することができ、かつ、中性子を有効に減速して燃料経
済性を高めることができる核燃料集合体を提供すること
にある。
ところは、蒸気体積率分布を平坦にして熱的余裕を増大
することができ、かつ、中性子を有効に減速して燃料経
済性を高めることができる核燃料集合体を提供すること
にある。
本発明は、水ロツドや減速棒が蒸気体積率分布や熱的余
裕に与える影響については、発熱割合の小さい水ロツド
や減速棒の周囲では、その径を燃料棒の径よりも太くす
ることにより、冷却材流量を減少し、燃料集合体内の蒸
気体積率分布を平坦にして熱的余裕を増大することがで
き、また、流路面積が小さく、沸騰遷移が起こりやす
く、熱的余裕が比較的小さい燃料集合体壁の近傍（集合
体周辺部）では、燃料集合体中央部に比べて水ロツドや
減速棒の径が小さいときに上記の効果が顕著であるとい
う知見に基づいてなされたもので、多数本の燃料棒と水
ロツドまたは減速棒とからなる燃料集合体において、前
記水ロツドまたは減速棒の直径が全て前記燃料棒の直径
よりも太く、かつ２種類以上の直径のものよりなり、前
記水ロツドまたは減速棒の直径は前記核燃料集合体の中
央部のものの方が周辺部のものよりも太くなっているこ
とを特徴としている。
裕に与える影響については、発熱割合の小さい水ロツド
や減速棒の周囲では、その径を燃料棒の径よりも太くす
ることにより、冷却材流量を減少し、燃料集合体内の蒸
気体積率分布を平坦にして熱的余裕を増大することがで
き、また、流路面積が小さく、沸騰遷移が起こりやす
く、熱的余裕が比較的小さい燃料集合体壁の近傍（集合
体周辺部）では、燃料集合体中央部に比べて水ロツドや
減速棒の径が小さいときに上記の効果が顕著であるとい
う知見に基づいてなされたもので、多数本の燃料棒と水
ロツドまたは減速棒とからなる燃料集合体において、前
記水ロツドまたは減速棒の直径が全て前記燃料棒の直径
よりも太く、かつ２種類以上の直径のものよりなり、前
記水ロツドまたは減速棒の直径は前記核燃料集合体の中
央部のものの方が周辺部のものよりも太くなっているこ
とを特徴としている。
以下本発明を第１図，第３図に示した実施例および第２
図，第４図，第５図を用いて詳細に説明する。
図，第４図，第５図を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の核燃料集合体の一実施例を示す水平方
向断面図であり、９×９燃料集合体を例示してある。第
１図において、１は集合体壁で、集合体壁１の内側に燃
料棒２が６９本、２種類の外径の水ロツド３，４が１２
本，合計８１本が正方格子状に配列してある。集合体壁
１は飽和状態のギヤツプ水５に囲まれており、燃料棒２
の外側２層が含まれる領域を周辺部６、その内側を中央
部７とする。周辺部６に含まれる水ロツド３の直径Ｄｐ
の燃料棒２の直径ｄに対する比はＤｐ／ｄ＝1.17であ
り、中央部７に含まれる水ロツド４の直径Ｄｃについて
は、Ｄｃ／ｄ＝1.29であり、２種類の水ロツド３，４の
直径Ｄｐ，Ｄｃは、ともに燃料棒２の直径ｄよりも太
く、しかも、中央部７の水ロツド４の直径Ｄｃは周辺部
６の水ロツド３の直径Ｄｐよりも太くしてある。
向断面図であり、９×９燃料集合体を例示してある。第
１図において、１は集合体壁で、集合体壁１の内側に燃
料棒２が６９本、２種類の外径の水ロツド３，４が１２
本，合計８１本が正方格子状に配列してある。集合体壁
１は飽和状態のギヤツプ水５に囲まれており、燃料棒２
の外側２層が含まれる領域を周辺部６、その内側を中央
部７とする。周辺部６に含まれる水ロツド３の直径Ｄｐ
の燃料棒２の直径ｄに対する比はＤｐ／ｄ＝1.17であ
り、中央部７に含まれる水ロツド４の直径Ｄｃについて
は、Ｄｃ／ｄ＝1.29であり、２種類の水ロツド３，４の
直径Ｄｐ，Ｄｃは、ともに燃料棒２の直径ｄよりも太
く、しかも、中央部７の水ロツド４の直径Ｄｃは周辺部
６の水ロツド３の直径Ｄｐよりも太くしてある。
第１図の核燃料集合体の構成を従来技術の中央 部および周辺部に燃料棒と同じ直径の１種類の水ロツド
を持ち、その他の構造は第１図と同様の核燃料集合体の
構成とともに第１表に示してあるが、これは比較を明ら
かにするために示したものである。
を持ち、その他の構造は第１図と同様の核燃料集合体の
構成とともに第１表に示してあるが、これは比較を明ら
かにするために示したものである。
第２図は第１図の水ロツド４の直径と限界出力比（熱的
余裕に対応する）および蒸気体積率との関係を示した線
図で、ここで、限界出力比は燃料棒表面で沸騰遷移を起
こすときの出力Ｐｃｒに対する当該燃料棒の出力Ｐとの
比Ｐｃｒ／Ｐで表わされ、限界出力比が、1.0に近づく
ほど沸騰遷移を起こす確率が増し、大きいほど熱的余裕
が増す。なお、第２図で８は限界出力比（熱的余裕）の
曲線、９，１０は蒸気体積率の曲線で、曲線９は周辺部
の蒸気体積率の最も大きい部分、曲線１０は中央部の水
ロツドのまわりの蒸気体積率を示している。
余裕に対応する）および蒸気体積率との関係を示した線
図で、ここで、限界出力比は燃料棒表面で沸騰遷移を起
こすときの出力Ｐｃｒに対する当該燃料棒の出力Ｐとの
比Ｐｃｒ／Ｐで表わされ、限界出力比が、1.0に近づく
ほど沸騰遷移を起こす確率が増し、大きいほど熱的余裕
が増す。なお、第２図で８は限界出力比（熱的余裕）の
曲線、９，１０は蒸気体積率の曲線で、曲線９は周辺部
の蒸気体積率の最も大きい部分、曲線１０は中央部の水
ロツドのまわりの蒸気体積率を示している。
中央部においては、Ｄｃ／ｄが1.0を越えて大きくなる
と蒸気体積率分布は集合体全体で次第に平坦になつて熱
的余裕が増し、Ｄｃ／ｄ＝1.29のとき最大となり、この
ときの限界出力比は1.71であり、従来技術のＤｃ／ｄ＝
1.0のときの限界出力比1.65に比べて熱的余裕が3.6％増
す。しかし、水ロツド４の直径Ｄｃがさらに大きくなる
と、水ロツド４のまわりで蒸気体積率が急増し、限界出
力比が急減して熱的余裕は急減する。
と蒸気体積率分布は集合体全体で次第に平坦になつて熱
的余裕が増し、Ｄｃ／ｄ＝1.29のとき最大となり、この
ときの限界出力比は1.71であり、従来技術のＤｃ／ｄ＝
1.0のときの限界出力比1.65に比べて熱的余裕が3.6％増
す。しかし、水ロツド４の直径Ｄｃがさらに大きくなる
と、水ロツド４のまわりで蒸気体積率が急増し、限界出
力比が急減して熱的余裕は急減する。
第３図は第１図の水ロツド近傍の水平断面図で、水ロツ
ド４の直径が小さいときは、水ロツド４の表面での摩擦
が小さく、水ロツド４のまわりの流路１１で冷却材が多
く流れて蒸気体積率が小さくなる反面、水ロツド４から
離れた流路では蒸気体積率が大きくなり、熱的余裕が小
さくなる。また、水ロツド４の直径ＤｃがＤｃ／ｄ＜1.
29の範囲で１より大きくなると、水ロツド４の表面での
摩擦が大きくなり、かつ、流路１１の断面積が減つて蒸
気体積率が増加する反面、水ロツド４から離れた流路で
蒸気体積率が減少して、燃料集合体内で蒸気体積率分布
が平坦化して熱的余裕が増大する。さらに水ロツド４の
直径Ｄｃが大きくなつてＤｃ／ｄ＞1.29となると、水ロ
ツド４のまわりの流路１１で蒸気体積率が急増し、燃料
集合体内の蒸気体積率分布が再び歪んで、熱的余裕が減
少する。以上により、第２図のような結果になることが
説明できる。
ド４の直径が小さいときは、水ロツド４の表面での摩擦
が小さく、水ロツド４のまわりの流路１１で冷却材が多
く流れて蒸気体積率が小さくなる反面、水ロツド４から
離れた流路では蒸気体積率が大きくなり、熱的余裕が小
さくなる。また、水ロツド４の直径ＤｃがＤｃ／ｄ＜1.
29の範囲で１より大きくなると、水ロツド４の表面での
摩擦が大きくなり、かつ、流路１１の断面積が減つて蒸
気体積率が増加する反面、水ロツド４から離れた流路で
蒸気体積率が減少して、燃料集合体内で蒸気体積率分布
が平坦化して熱的余裕が増大する。さらに水ロツド４の
直径Ｄｃが大きくなつてＤｃ／ｄ＞1.29となると、水ロ
ツド４のまわりの流路１１で蒸気体積率が急増し、燃料
集合体内の蒸気体積率分布が再び歪んで、熱的余裕が減
少する。以上により、第２図のような結果になることが
説明できる。
第４図は燃料集合体内の周辺部６の水ロツド３の直径Ｄ
ｐが変つたときの限界出力比（熱的余裕）の変化を示す
線図である。中央部７の水ロツド４の直径が変つたとき
と同様、水ロツド３の直径Ｄｐの増加に対して熱的余裕
が最大値となる。しかしながら、周辺部６の水ロツド３
の数は８本であり、中央部７の水ロツド４の数４本より
多く、流路面積が小さく、沸騰遷移が比較的起こりやす
く、かつ、熱的余裕が小さい集合体壁１に近いことなど
から、熱的余裕が最大となる水ロツド３の直径Ｄｐの燃
料棒２の直径ｄに対する比はＤｐ／ａ＝1.17と小さくな
る。このときの限界出力比は第４図から1.68であり、従
来のＤｐ／ｄ＝１のときの限界出力比にくらべて熱的余
裕は1.8％増となる。
ｐが変つたときの限界出力比（熱的余裕）の変化を示す
線図である。中央部７の水ロツド４の直径が変つたとき
と同様、水ロツド３の直径Ｄｐの増加に対して熱的余裕
が最大値となる。しかしながら、周辺部６の水ロツド３
の数は８本であり、中央部７の水ロツド４の数４本より
多く、流路面積が小さく、沸騰遷移が比較的起こりやす
く、かつ、熱的余裕が小さい集合体壁１に近いことなど
から、熱的余裕が最大となる水ロツド３の直径Ｄｐの燃
料棒２の直径ｄに対する比はＤｐ／ａ＝1.17と小さくな
る。このときの限界出力比は第４図から1.68であり、従
来のＤｐ／ｄ＝１のときの限界出力比にくらべて熱的余
裕は1.8％増となる。
第２表は、中央部または周辺部の水ロツドを大直径とし
た場合および中央部と周辺部の水ロツドを大直径とした
場合の熱的余裕の増大効果および燃料経済性の向上効果
を示したものである。
た場合および中央部と周辺部の水ロツドを大直径とした
場合の熱的余裕の増大効果および燃料経済性の向上効果
を示したものである。
上記したように、本発明の実施例によれば、燃料棒２よ
りも太い２種類の直径の水ロツド３，４を用い中央部７
の水ロツド４の直径を周辺部６の水ロツド３の直径より
も太くしたので、第２表からわかるように、熱的余裕は
5.4％増大し、また、燃料経済性が3.5％向上する。
りも太い２種類の直径の水ロツド３，４を用い中央部７
の水ロツド４の直径を周辺部６の水ロツド３の直径より
も太くしたので、第２表からわかるように、熱的余裕は
5.4％増大し、また、燃料経済性が3.5％向上する。
第５図は水ロツドの直径が変つたときの燃料経済性の向
上効果を示す線図で、水ロツド１本の場合を示してあ
り、実線１２は燃料集合体の中央部、破線１３は周辺部
を示す。ギヤツプ水５に近い燃料集合体の周辺部６で
は、中央部７に比べて中性子が吸収されず、減速される
確率が高いので、水ロツド３の直径が増加しても、燃料
経済性を向上させる効果が中央部よりも小さい。なお、
本実施例においては、水ロツド３，４の直径を燃料棒２
よりも太くしたことにより得られる燃料経済性の向上
は、従来技術（Ｄｐ＝Ｄｃ＝ｄのもの）と比較して水ロ
ツド１本あたり周辺部６では0.15％、中央部７では0.65
％であり、燃料集合体全体としては、水ロツドの減速作
用が相互に影響し合うので、水ロツド３，４の１２本分
の単純和3.8％より小さい3.5％であつた。
上効果を示す線図で、水ロツド１本の場合を示してあ
り、実線１２は燃料集合体の中央部、破線１３は周辺部
を示す。ギヤツプ水５に近い燃料集合体の周辺部６で
は、中央部７に比べて中性子が吸収されず、減速される
確率が高いので、水ロツド３の直径が増加しても、燃料
経済性を向上させる効果が中央部よりも小さい。なお、
本実施例においては、水ロツド３，４の直径を燃料棒２
よりも太くしたことにより得られる燃料経済性の向上
は、従来技術（Ｄｐ＝Ｄｃ＝ｄのもの）と比較して水ロ
ツド１本あたり周辺部６では0.15％、中央部７では0.65
％であり、燃料集合体全体としては、水ロツドの減速作
用が相互に影響し合うので、水ロツド３，４の１２本分
の単純和3.8％より小さい3.5％であつた。
また、第３図で説明したように、水ロツド４のまわりの
流路１１には、燃料棒２1〜２3の３本から直接熱が伝え
られ、このときの熱量は、４本の燃料棒に囲まれた流路
の約3/4となる。したがつて、流路１１での蒸気体積率
を他の流路とほぼ同じくして蒸気体積率分布を平坦にす
るには、中央部７、周辺部６とも水ロツドの直径は、燃
料棒の直径よりも太くなければならない。
流路１１には、燃料棒２1〜２3の３本から直接熱が伝え
られ、このときの熱量は、４本の燃料棒に囲まれた流路
の約3/4となる。したがつて、流路１１での蒸気体積率
を他の流路とほぼ同じくして蒸気体積率分布を平坦にす
るには、中央部７、周辺部６とも水ロツドの直径は、燃
料棒の直径よりも太くなければならない。
次に、本発明の他の実施例について説明する。この場合
の核燃料集合体は、第１図，第１表に示したものと外観
は同じであるが、周辺部６および中央部７の水ロツド
３，４のかわりに固定減速材、ジルコニウムハイドライ
ドを含んだ減速棒を用いた点が異なつている。この場合
の第２表に相当するものは第３表となり、熱的余裕の増
大効果は5.4％で第２表と同じであるが、燃料経済性の
向上効果は、ジルコニウムハイドライドの減速能が水の
約1.5倍であるので5.1％と大きくなる。
の核燃料集合体は、第１図，第１表に示したものと外観
は同じであるが、周辺部６および中央部７の水ロツド
３，４のかわりに固定減速材、ジルコニウムハイドライ
ドを含んだ減速棒を用いた点が異なつている。この場合
の第２表に相当するものは第３表となり、熱的余裕の増
大効果は5.4％で第２表と同じであるが、燃料経済性の
向上効果は、ジルコニウムハイドライドの減速能が水の
約1.5倍であるので5.1％と大きくなる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、蒸気体積率分布
を平坦にして熱的余裕を増大することができ、かつ、中
性子を有効に減速して燃料経済性を向上することがで
き、安全性、経済性を高めることができるという効果が
ある。
を平坦にして熱的余裕を増大することができ、かつ、中
性子を有効に減速して燃料経済性を向上することがで
き、安全性、経済性を高めることができるという効果が
ある。
第１図は本発明の核燃料集合体の一実施例を示す水平方
向断面図、第２図は第１図の水ロツドの直径と限界出力
比および蒸気体積率との関係を示す線図、第３図は第１
図の水ロツド近傍の水平断面図、第４図は燃料集合体内
の周辺部の水ロツドの直径が変つたときの限界出力比の
変化を示す線図、第５図は水ロツドの直径が変つたとき
の燃料経済性の向上効果を示す線図である。 １…集合体壁、２…燃料棒、３，４…水ロツド、５…ギ
ヤツプ水、６…周辺部、７…中央部。
向断面図、第２図は第１図の水ロツドの直径と限界出力
比および蒸気体積率との関係を示す線図、第３図は第１
図の水ロツド近傍の水平断面図、第４図は燃料集合体内
の周辺部の水ロツドの直径が変つたときの限界出力比の
変化を示す線図、第５図は水ロツドの直径が変つたとき
の燃料経済性の向上効果を示す線図である。 １…集合体壁、２…燃料棒、３，４…水ロツド、５…ギ
ヤツプ水、６…周辺部、７…中央部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 博見 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−101791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205281（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】多数本の燃料棒と水ロツドまたは減速棒と
からなる燃料集合体において、前記水ロツドまたは減速
棒の直径が全て前記燃料棒の直径よりも太く、かつ２種
類以上の直径のものよりなり、前記水ロツドまたは減速
棒の直径は前記核燃料集合体の中央部のものの方が周辺
部のものよりも太くなっていることを特徴とする燃料集
合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59279704A JPH0660949B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 核燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59279704A JPH0660949B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 核燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61159185A JPS61159185A (ja) | 1986-07-18 |
| JPH0660949B2 true JPH0660949B2 (ja) | 1994-08-10 |
Family
ID=17614712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59279704A Expired - Fee Related JPH0660949B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 核燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660949B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63241491A (ja) * | 1987-03-30 | 1988-10-06 | 原子燃料工業株式会社 | 沸騰水型原子炉用燃料集合体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE424237B (sv) * | 1980-10-29 | 1982-07-05 | Asea Atom Ab | Brensleelement for en kokarreaktor |
-
1984
- 1984-12-29 JP JP59279704A patent/JPH0660949B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61159185A (ja) | 1986-07-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |