JPS58156883A - 核燃料集合体 - 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】 炉心バックル板つなぎ部分近傍に装架するに好適な、振
動面から抵抗力のある核燃料集合体に関する。

従来の加圧水型原子炉の炉心においては、原子炉容器内
に熱遮蔽を介して炉心槽が収設され、この炉心槽内に多
数の燃料集合体が照射履歴に工っで３種類に分類されて
装荷され、その周囲をバックル板をつぎ合わせることに
よって取囲ミ、構成されている。

１− しかし、このような炉心の構成にあっては、原子炉の炉
心を囲む前記バッフル板のつなぎ目から横流れジェット
流が炉心内に吹き込み、これかもとで該つなぎ口近傍の
燃料棒が共鳴振動を起し、燃ｆ！４棒と支持格子との接
触部で被覆管に貫通孔があき、内部の核分裂生成物が冷
却水中に漏れたり、燃料棒がステンレス製バッフル板と
衝突し、被覆管が破裂し、二酸化ウランは勿論、更に核
分裂生成物も冷却水中に漏出するという事故が内外で発
生している。

そこで、従来、上記の如き横向きジェット流に起因する
事故を防止するため原子炉のバッフル板の隙間を機械的
にかしめる等して狭くする対策が講じられて来たが、こ
のような機械的かしめだけでは十分でなく、殊に高温高
圧条件下で、かつ中性子の強烈な照射を受ける環境での
使用を考慮子れば原子炉運転中に再び構造材の変化が起
り、許容限度を超えるバッフル流が生起する可能性も充
分予想され、依然として異常振動，破損の危険性は除か
れるに至っていない。

２− こｎは勿論、加圧水型原子炉炉心の構成上、高速増殖炉
や沸騰水型原子炉燃料と異なりバッフルの構造自体に起
因する点が多々あることは否定できないが、しかし燃料
集合体の設計面からもこれに対し十分検討する余地も残
σれている。

もとより、かといって従来、かかる燃料集合体の構造の
改良が行なわれなかったというわけではなく、バッフル
板のつなぎ部分近傍の燃料棒位置に燃料棒に代え、ステ
ンレス棒を使用することが行なわれて来た。

しかし、燃料棒の代りにステンレス棒を使用するときは
、例えば３ループの原子炉では、前記つなぎ部分に隣接
する燃料集合体が２４体あり、少くとも集合体当り１２
本、ｌリージョン当り２８８本の燃料棒をステンレス棒
に代える必要が生じる。従って通常３リージヨンに分割
されているので、合計８６４本となり、ステンレスが中
性子を吸収するためかなり大きなロスを免れないことに
なり余り好適な方法であるとは云い得ない。

本発明は、上述のような実状に鑑み、更にバラ３− フル横流れジェット流による燃料棒の影響を阻止丁べく
、前記横流れジェット流が吹き出す近傍部分の燃料棒を
構造的に改良すること全検討し、その結果、到達するに
至ったもので、燃料集合体の外周部の少ｌくとも一部、
殊にバッフル板のつなき目から横流れジェット流が炉心
内に流入する位置近傍の如き所要範囲の燃料棒重量を他
の部分又は他の範囲の燃料棒のそれに比し軽減式ゼたこ
とを特徴とするものである。

かかる本発明燃料集合体の構成は、以下の如き理論によ
って究明される。

即ち、一般に核燃料棒のような円管群に横流れ流を与え
ると、燃料棒は、カルマン渦による振動と、流力弾性振
動により共鳴振動を起す。

ところで、バッフルの狭い間隙からのジェット流に対し
ては必らずしも正確な理論的な裏付けは存在しないが、
一応、関係付けるとすればジェット流による振動は、流
力弾性振動に近く、この範晒に入るものと考えられる。

従って次式で表わσれる。

４− 上記＋１１　＋２１式より 但し、式中、Ｋ、０は定数、ρＳ　は液体の粘性係数、
ＦＮ　は固有振動数、Ｗｅ　は単位当りの等価重量、δ
Ｏは燃料棒の対数減衰率、Ｅはヤング率、■は断面２次
モーメント、Ｖｃ　　は重力の加速度、Ｌは燃料棒の支
持格子間隔、ｖｃ　　は共鳴振動を発生δぜる横流れ限
界流速である。

カクシて、前記（３）式より、Ｖｃ　　を人きくするた
めには、δｏ、Ｌ、　　ｐｓ、Ｅ、　　■が夫々変数と
なるので、これらの値を変化さゼる方法があるが、ここ
ではδＯ以外はすべて与えられたものと仮定すると、 Ｖｃ＝ＯｏＪ万　　　　（４） 但し００　は定数 となり、δＯを大きく丁ればよいことになる。

５− −Ａρ。

そこで一般に与えら扛る振動式 ％式％（５１ よりδＯを求めると次のようになる。

次に上記＋２１　＋６１両式より、Ｗｅ　と、δ０　の
関係を求めると、 となりＷｅ　　が小さい程、δ０　が大きくなる。

故に、このことから、燃料棒の重量、即ちペレットの重
量を減少させると、Ｖｃ　　が大きくなり、パンフルジ
ェット流による共鳴振動が発生シ難くｌ、７）。

第１図は、かかる原理に立脚した本発明核燃料集合体の
１例を示すものであり、多数の燃料棒（１）を支持格子
（２）により数段にわたり支持して一体如形成した燃料
集合体をパンフル板（３）で取囲んだ態様を図示して分
り、パンフルジェット流が軸方向の正常流れに対し横向
きに前記燃料集合体に向かって吹き込まれている。なお
、（Ｓ）は信号である。

そして、上述の構成において、そのパンフルジェット流
が吹き込む所要範囲において、例えばその外周部、即ち
バッフルジェット流の影響を直接受ける部分の燃料棒の
重量が他の部分の重量よりペレット重量の減少などによ
って軽減されている。

ここでペレット重量の減少とはペレットに孔を形成せし
めたり、中空ペレットを利用するｌど中実のペレットに
比し車量を減少さぜる怨ことである。又、密度を下げる
ことも有効である。この減少の程度は適宜、選択される
が１０〜３０％前後が通常一般的である。

以下、上記の如き燃料棒を利用した本発明燃料集合体と
通常の中実燃料棒からなる通常の燃料集合体との前記バ
ッフルジェット流に対する効果を対比するため模擬燃料
棒を用いて、常温によりパンフル横流れジェット試験を
実施した試験例を掲げる。

町　　　　（試験例） 模擬燃料ペレットの重量を２０％軽減させた孔あきペレ
ットを用いた模擬燃料棒と、通常の中実７− 模擬ペレットを使用した模擬燃料棒の双方について夫々
バッフルジェット横流れ試験全実施しｌこ。

この結果は第２図からも明らかな通り、又、前記理論通
り、中実ペレットを使用した燃料棒（第２（ｉｌ（イ）
）の共鳴振動発生流速よりも孔あきベレットケ使用した
燃料棒（第２図（ロ））の共鳴振動発生流速の方が人さ
く、約４６％の差が見られた。

即ち　、本発明によれば、燃料棒の重量を軽減すること
により共鳴振動発生流速ケ人きくすることができること
が分る。

特に孔あきペレットを使用すれば核的にも大きな影響が
少カ＜、又バッフルジェット流が当る可能性がある限ら
れた燃料棒に孔あきペレットを使うと核的な影響が更に
小さくなると考えられる。

本発明は以上の如く燃料集合体の周辺部又はバッフルジ
ェット横流れの影響を受ける如き所要範囲内の燃料棒の
重量を特に他の燃料棒の重量に比して軽減したものであ
り、従来の通常の燃料棒に比し共鳴振動発生流速を大き
くすることができ、パンフル板の隙間から吹き出す横流
れジェットｆ＆−８＝ に対し、振動の面での抵抗力を高め、炉心を取り囲むバ
ッフル板のつなぎ目よりジェット流が流入したとしても
、これに起因する異常振動を軽減させ、燃料棒破損に至
る事故発生の恐れを減少し、特に加圧水型原子炉炉心外
周部に使用する燃料集合体として極めて有効であり、中
性子経済の面を含め今後にその工業的利用が期待される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明燃料集合体の概要説明図、第２図は本発
明燃料集合体と通常の燃料集合体との共鳴振動発生流速
比較図表である。 （１）・・燃料棒、（２）・支持格子。 （３）・・バッフル板。 ９−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｘ　多数の燃料棒からなる燃料集合体において、その外
   周部の少なくとも一部又はバックル板のつなぎ目から横
   流れジェット流が炉心内に吹き込む場所の近傍の如き所
   要範囲内の燃料棒の重量を他の部分又は他の燃料棒に比
   し軽減せしめたことを特徴とする核燃料集合体。