JPS5816157B2 - ネンリヨウシユウゴウタイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱中性子を利用する原子炉の燃料集合体に関し
、特に沸騰水型原子炉に好適な燃料集合体に関する。

沸騰水型原子炉の燃料集合体は、規則正しいピッチで格
子状に炉心内部に配置されている。

第１図に燃料集合体の１つを示したが、全体を符号１で
示す燃料集合体は多数の燃料棒２（図では８×８）と、
上部、下部タイプレート、スペーサ（図示せず）および
チャンネルボックス３とよりなっている。

燃料棒２はチャンネルボックス３内に挿入され、燃料棒
の軸方向にある間隔をもって配置された多数のスペーサ
によって保持され、位置決めされている。

燃料棒２は一般に等間隔に配置され、各燃料棒間には冷
却材流路４が形成される。

燃料棒の両端はチャンネルボックス内に挿入される上部
および下部タイプレートによって保持される。

上部タイプレートと下部タイプレートは数本の燃料棒の
先端プラグを加工したタイロッド燃料棒で結合されてい
る。

燃料集合体内には冷却材である水が流れ、この水は燃料
棒中に存在するウラン２３５等の核分裂反応によって発
生する熱を除去する。

燃料集合体間の間隙すなわちチャンネルボックスの外周
５にも水が存在する。

６は十字型制御棒である。

水は冷却材としての働きを有すると同時に減速材として
の働きを有する。

核分裂によって水中に飛び出した高速中性子は、水によ
り減速され熱中性子になる。

この熱中性子がウラン２３５等の核分裂性物質と衝突す
ると核分裂反応が誘起される。

沸騰水型原子炉においては、炉心の反応度や出力分布を
制御するために、炉心下部から上部に向って制御棒が挿
入される。

その駆動は外部から行なわれる。

第２図に制御棒６を炉心下部から中央部付近まで挿入し
た状態で定格出力運転している場合の軸方向ボイド率曲
線７と線出力密度（出力）分布曲線８を示した。

運転出力が定格出力より十分低くボイドが発生してない
場合の軸方向出力分布曲線は破線９で示される。

炉心の出力を次第に増して定格出力にすると、制御棒先
端付近の領域１０ではボイド率は小さいが、領域１０よ
りさらに上部の領域１１では活溌にボイドが発生する。

発生したボイドは強制的にまたは浮力によって炉心上部
に移動する。

減速材である水がボイドによって排除されると熱中性子
の数が低下するため、ウラン２３５等の核分裂が起りに
くくなり、従って熱出力も低下する。

領域１０ではまだボイドがあまり発生していないことと
、制飢棒による熱中性子の吸収がなくなった処であるた
め、熱中性子が多量に集積する。

この結果領域１０内またはその近傍に非常に高い出力ピ
ーク１２が発生する。

このような出力ピーク１２が生ずることは出力分布の平
担化が妨げられ一様な燃焼度を得る上に障害となるもの
である。

本発明の目的はこの出力ピーク１２を抑制することによ
って炉心全体の出力の向上をはかり、さらに燃料の燃焼
度を延ばす燃料集合体を提供するにある。

すなわち本発明の特徴は領域１１で発生したボイドの一
部を炉心中部ないし下部に自動的に逆流させることによ
って出力分布を破線９に近づけて炉心特性を改良するに
ある。

以下本発明の実施例について第３図ないし第４図により
詳細に説明する。

第３図は第１図に示す従来の燃料集合体に本発明を実施
した一例を示すものである。

この実施例では、燃料集合体内の燃料棒の一部を除去し
て気泡または気水混合二相流を逆流させるための容器（
以下逆流管と称する）１３を設けている。

図では燃料集合体の中心に逆流管を設けているが、必ず
しもこれに限るものではない。

第４図は逆流管１３の動作原理を説明する図である。

説明を簡単にするために、逆流管周囲の燃料棒を省略し
、チャンネルボックス３内の水の流路４と逆流管１３だ
けを示した。

チャンネルボックス下端から給水された流路４からの流
れ４ａは逆流管１３の側面を通って上方へ流出するが、
逆流管１３の上端付近は気水混合の二相流４ｂ、Ｌ：な
っている。

この二相流４ｂは分岐して１部は流れ４ｃとなってチャ
ンネルボックス外に流出し、他の流れ４ｄは逆流管１３
の上部に設けられた構造部分１３ａに沿って方向を曲げ
られ逆流管１３の中を上部から下部に流入して流れ４ｅ
となり、流れ４ｂと逆方向となる。

流れ４ｅは逆流管１３の底に達すると、逆流管底部に設
けられた構造部分１３ｂに沿って方向を曲げられ構造部
分１３ｂの外方を流れる流れ４ａに誘引されて流れ４ｆ
となり、流れ４ａと混合して上方に流れる。

このようにして逆流管内の流れが形成されるが、構造部
分１３ａは流れ４ｅを後方から加圧する力を供給するが
、構造部分１３ｂは流体の動圧と静圧に関するベルヌイ
の定理を応用したものである。

図から明らかなように、従来のものではボイドが発生し
ない炉心の下部へも容易にボイドを誘引することができ
る。

第５図は第４図に示した燃料集合体のボイド率と出力分
布を示したもので前述の第２図に対応するものである。

逆流したボイドは炉心中央よりやや下方でかつ炉心下端
よりある程度上方部分１４で排出している。

出力ピークは第２図に示す１２から１５に下降し、出力
は制御棒側面１６や炉心上方１７でやや上昇している。

ボイド排出位置１４から下方では減速効果がよいので、
小さなピーク１８が生じている。

この小さなピーク１８はボイド排出位置 することもできるが、出力ピーク１５のイ直を抑えるた
めだけでなく、炉心の燃焼末期の炉心下端部の過大出力
ピークを抑制する上に役立つものである。

第５図は主として軸方向出力ピークを小さくする点につ
いての説明であったが、本発明の燃料集合体は次に述べ
るさらに多くの利点を示すものである。

（１）前述した様に軸方向出力分布の平坦化が実現され
る。

（２）制（財）棒価値が向上する。

理由は主として中性子移動面積Ｍ２が大きくなることと
、熱外中性子束対熱中性子束比が大きくなる、すなわち
スペクトル硬化があることである。

このように制御棒価値が向上するため、制御棒は従来の
燃料集合体を用いた場合に比してさらに余分に引抜くこ
とができ、出力分布の平坦化と中性子経済に役立つので
ある。

（３）スペクトルの硬化により、ウラン２３８による中
性子の共鳴吸収が向上し、プルトニウム２３９の転換比
が増加し、燃焼度を改善することができる。

（４）前述した共鳴吸収の向上によって炉心の余剰反応
度が抑制されるから、制御棒をより多く引抜くことがで
きる。

従って燃焼度が向上する。炉心の燃焼末期まで余剰反応
度を抑えた場合には、燃焼度はかえって低下するが、ボ
イド排出高さ１４を最適設計することにより、この燃焼
度低下を除くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体の横断面図、第２図は第１図
に示す燃料集合体の軸方向のボイド率と出力密度を示す
図、第３図は本発明の燃料集合体の横断面図、第４図は
本発明の要部を構成する逆流管の作用説明図、第５図は
本発明の燃料集合体の軸方向のボイド率と出力分布を示
す図で第２図に対応する図である。 １・・・・・・燃料集合体、２・・・・・・燃料棒、３
・・・・・・チャンネルボックス、４・・・・・・流路
、５・・・・・・水、６・・・・・・制御棒、１３・・
・・・・逆流管、１３ａ、１３ｂ・・・・・・構造部分
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ チャンネルボックスと、前記チャンネルボックス内
   に配置された多数の燃料棒とからなる燃料集合体におい
   て、前記チャンネルボックスの内部に気泡または気水温
   合二相流を逆流させるための容器を両端に対設した逆流
   発生用構造部分とともに少なくとも１個配置し、前記容
   器と前記チャンネルボックスとの間に前記燃料棒を配置
   したことを特徴とする燃料集合体。