JPS58201090A - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は燃料集合体に係わり、特に高速増殖炉に使用さ
れるブランケット燃料集合体内の可変流（イ）調節機構
を改良した燃料集合体に関する。

［発明の技術的背頻］ 高速増殖炉では炉心燃料集合体の周囲にブランケット燃
料集合体が配置されている。

ブランケット燃料集合体は、減損ウランＵＯ２燃料ベレ
ットを被覆管に収納した燃料要素を複数本冷却材の流路
管内に規則正しく配列して構成される。このブランケッ
ト燃料集合体中に含まれる減損ウランＵＯ２のウラン−
２３８は中性子を吸収し、数段の核崩壊をへてプルトニ
ウムとなる。

このプルトニウムは核燃料として再び使用することがで
きる。高速増殖炉においては消費したブルトニウムより
多くのプルトニウムを生産する目的でこのブランケット
燃料集合体は不可欠のものである。

しかしながら、このブランケット燃料集合体は高速増殖
炉の炉内に装荷されても核分裂性のウラン２３５　（Ｕ
−２３５）が０．３％以下の減損ウランを使用している
ので、プルトニウムがあまり生産されていない燃焼過程
の寿命初期においてはほとんど発熱せず、２〜５年間の
間炉内におくことによりウラン２３８から漸次生成され
るプル１〜ニウムのために徐々に発熱し始め、寿命末期
には燃料要素の平均で約１００Ｗ／印に達する。これを
除熱するために必要な冷却材ナトリウムは燃料集合体上
部に装着されたエントランスノズルのオリフィス孔から
供給されるが、ナトリウムの流量は従来技術においては
該ブランケット燃料集合体のエントランスノズル部のオ
リフィス孔によって決められている。

［背景技術の問題点］ このオリフィス孔は燃焼過程の寿命中にねたって固定さ
れているので、第１図の破線燃料集合体に示したように
、発熱の少ない初期から発熱の大きい寿命末期まで同流
量である。これでは発熱の少ない初期の状態では、温度
の低い冷却材がそのまま燃料集合体を通過して原子炉出
口に行くことになり、原子炉全体の冷却材出口温度を低
める方向に動く。

また、原子炉出口温度を一定に保持しようとする場合に
は、第２図斜線燃料束合体で示したように寿命初期にお
いて、炉心燃料集合体の出口温度を、その分上昇させて
やらなければならず、通常でも厳しい条件下にある炉心
燃料要素に余分な負担を負わせることになり、いずれに
しても原子炉の性能は望ましくない。

［発明の目的］　　　　　゛ 本発明は上記欠点を除去するためになされたもので、ブ
ランケット燃料集合体の寿命中の発熱の増大に伴って、
流量を可変に調節する可変流量調節機構を改良した核燃
料集合体を提供することにある。

［発明の概要］ すなわち本発明の燃料集合体は、下部に冷却材を流入す
るエントランスノズルが接続された流路管内に軸方向に
沿って多数本の燃料要素が整列配置し、かつ該燃料要素
の上方に支持板を介して設【プられた複数の可変流量調
節機構を有する燃料集合体において、前記可変流量調節
機構は支持体に支持されたオリフィスを有する有底外筒
体と、この有底外筒体内に支持板によって接続したベロ
一部と、このベロ一部に吊着された流量調節弁と、この
流１１１節弁に前記オリフィスとほぼ対向する位置に設
しプられた第１の流路孔と、この第１の流路孔から流入
した冷却材を有する第２の流路孔と前記へロ一部内に収
容された低融点金属とを具備したことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下本発明に係わる燃料集合体の一実施例を第３図〜第
５図を参照しながら説明する。

すなわち第３図において、複数本の燃料要素１は冷却材
の流路管２内に流路に平行に規則正しく収納され、該燃
料要素１の下部はその端栓３が支持条片４に嵌合しビン
５で支持条片４に固定されている。複数個の支持条片４
はさらに固定棒６が直角に貫通することにより流路管２
に固定されている。かかる構造により複数本の燃料要素
１は、一端を流路管２に固定されている。なお、この固
定手段はこれにこだわるものでなく、固定棒６によって
端栓３を貫通させて固定する８等の手段でも可能である
。

前記のように固定された燃料要素１の上方には可変オリ
フィス７を有する可変流量調節機構８が上部支持体９に
固定されている。この上部支持体９は流路管２に固定さ
れ、可変オリフィス７以外の流路を残さないように配置
されている。

また、流路管２の下部にはエントランスノズル２ａが装
着されており、燃料集合体上部にはハンドリングヘッド
２１）が設けられている。

第４図は第３図における可変流量調節機構８を拡大して
示す断面図であり、これは燃焼初期状態を示している。

すなわち支持体９で吊着支持された有底外筒体１０の下
方にはオリフィス１１が設けられている。

有底外筒体１０内には上部支持板１２が固定され、この
上部支持板１２の下方に第１のベロー１３及び第２のベ
ロー１４が同心円状の二重構造で吊り下げられており、
各ベロー１３．１４間には、例えば５００〜６００℃で
溶融する低融点金属１５が収容されている。

なお、第２のベロー１４の下面には貫通孔１６が設けら
れており、この孔１６は低融点金属１５が溶融した際に
第２のベロー１４内にその溶融した金属を流入したり、
また流出したりする。また、第１のベロー１３の底面に
は連結棒１７が接続されており、この連結棒１７の下部
に中空箱形の流量調節弁１８が接続されている。この流
量調節弁１８の側面には前記オリフィス１１と対向して
第１の流路孔１９が設けられており、また上面には第２
の流路孔２０が設けられている。なお、上部支持板１２
および有底外筒体１０の両端には流出孔２１．２２がそ
れぞれ設けられている。

７− ここで、オリフィス１１と第１の流路孔１９とで可変オ
リフィス７を形成する。有底外筒体１０は可変オリフィ
ス７以外の冷却材の流路を完全に遮断する構造どなって
いる。

しかして、上記構成の燃料集合体は通常高速増殖炉の炉
心部の回りにブランケット燃料集合体として配置される
。この燃料集合体の使用期間は通常２〜５年である。燃
料要素１は減損ウランで構成されており、核分裂反応の
起こる率が少なく、燃料要素の発熱量は小さい。　従っ
て冷却材の温度も低いため、第４図に示したように二重
ベロー１３．１４は初期の形状を保っている。その結果
流量調節弁１８に設けられた流量制限のための第１の流
路孔１９と有底外筒体１０に設けられたオリフィス１１
が接触する面積が小さくなり、オリフィス１１と第１の
流路孔１９どで構成される可変オリフィス７の流路面積
は小さくなっている。

従って、使用初期においては該ブランケット燃料集合体
内を流れる冷却材が少なくなり、該ブランケット燃料集
合体からの冷却材出口温度を炉心部　　− ｙｉＩ集合体からの冷却材出口温度と同程度にすること
ができる。

そして、次第に燃焼が進んでプルトニウムが蓄積される
とプルトニウムの核分裂の発熱量が増すと同時に流路管
内を流れる冷却材の温度が上昇する。冷却材の湿度上昇
りよって二重ベローズ１３．１４内の低融点金属１５が
溶融し、第２のベロー１４に設けられた貫通孔１６を通
って第２のベロー１４内に流入する。　すると二重ベロ
ー１３．１４は第５図に示したように流体力によって収
縮する。このようになると流量調節弁１８に設けられた
流路制限のための第１の流路孔１９と有底外筒体１０に
設けられたオリフィス１１の重なる面積が増大し、流路
面積は大きくなる。従って、第１図のｂに示したように
冷却材流量は増大し、冷却効果が大きくなるため初期状
態に比べて燃料要素１内の発熱量が増大下も冷却材で温
度が上昇することはない。さらに冷却材温度が増加する
ことににって低融点金属も冷却され可変オリフィス７の
位置が固定される。

−〇　− ［発明の効果］ 上記したように本発明によれば、次第に燃焼が進むにつ
れて冷却材温度および核分裂生成物も量が上昇し、低融
点金属を溶融し、可変オリフィスの流路面積を増加させ
ることにより冷却材温度を緩和して低融点金属を固化し
、冷却材流量を一定にする。ここで可変オリフィス７の
寸法と低融点金属１５の融点を適当に設定してお（）ば
寿命中にわたって第２図のｂで示したように燃料集合体
の冷却材出口温度を炉心燃料集合体と同程度に保つこと
ができる。

［他の実施例］ 本実施例では、可変オリフィスの形状は第３図に示した
長方形となっているが、第６図に符号ａｂ、ｃ、ｄ、ｅ
で示すような、任意の円形、非正円形、多角形およびそ
れらの組合せを考えることも勿論可能である。このよう
にすれば金属ベローズの同一のストローク量によって生
ずる。可変オリフィス７の流路面積の増加量割合を調節
することができ、段別の自由度が増大する。また、流路
制限オリフィスと外套のオリフィスの形状を異なるもの
とすることも勿論可能である。

［総合的な効果］ 以上のように本発明の燃料集合体は、可変流■調節機構
を有しているため２〜５年の寿命中において、燃料集合
体の冷却材出口温度を原子炉内のすべてについて一定と
することができるため、炉心燃料集合体内の冷却材温度
がこれほど高くなくても原子炉全体としての冷却材出口
温度が十分高くできるため、炉心燃料要素の健全性を高
め、高速増殖炉の経済性をよくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来および本発明に係わる燃料集
合体の流量および出口温度に対する燃焼期間との関係を
それぞれ比較して示で一特性図、第３図は本発明の一実
施例を示す縦断面図、第４図は第３図における可変流量
調節機構の燃焼初期状態を示す縦断面図、第５図は第３
図における可変流量調節機構の燃焼末期状態を示す縦断
面図、第６図は第４図および第５図におけるオリフィス
の形状例を示す正面図である。 １・・・・・・・・・燃料要素 ２・・・・・・・・・・・・流路管 ３・・・・・・・・・・・・端栓 ４・・・・・・・・・・・・支持条片 ５・・・・・・・・・・・・ビ　ン ６・・・・・・・・・・・・固定棒 ７・・・・・・・・・・・・可変オリフィス８・・・・
・・・・・・・・可変流量調節機構９・・・・・・・・
・・・・支持体 １０・・・・・・・・・・・・有底外筒体１１・・・・
・・・・・・・・オリフィス１２・・・・・・・・・・
・・支持板 １３・・・・・・・・・・・・第１のベロー１４・・・
・・・・・・・・・第２のベロー１５・・・・・・・・
・・・・低融点金属１６・・・・・・・・・・・・貫通
孔 １７・・・・・・・・・・・・連結棒 １８・・・・・・・・・・・・流量調節弁１９・・・・
・・・・・・・・第１の流路孔２０・・・・・・・・・
・・・第２の流路孔２１．２２・・・流出孔 代理人弁理士　　　須　山　佐　− 第１図 第２図 初期店圧過糧　丙作丁朔 第３図 第４図 ″”　　　　”−”）１（ （Ｑ　ｌ　８さ　　　　１゜ ８　　　２１　　　　　　、Ｃ ２１５ ３ ＞１６ １　　日　　１　　　　　　　　′′ ］１　、、８ 第５図 ２１よ＝−（□・ 第 ６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下部に冷却材を流入するエントランスノズルが接
   続された流路管内に軸方向に沿って多数本の燃料要素が
   整列配置し、かつ該燃料要素の上方に支持板を介して設
   けられた複数の可変流量調節機構を有する燃料集合体に
   おいて、前記可変流量調節機構は支持体に支持された有
   底外筒体と、この有底外筒体内に支持板によって接続し
   たベロ一部と、このベロ一部に吊着された流量調節弁と
   、この流量調節弁に前記オリフィスとほぼ対向する位置
   に設けられた第１の流路孔と、この第１の流路孔から流
   入した冷却材を流出する第２の流路孔と、前記ベロ一部
   内に収容された低融点金属とを具備したことを特徴とす
   る燃料集合体。
2. （２）ベロ一部は二重構造ベローからなり、各ベロー間
   に冷却材の温度変化により凍結または溶融する金属が収
   容され、かつ内部のベローには貫通孔が設けられたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
3. （３）流量調節弁は箱形で側面および上面に冷却材の流
   路孔が設けられてなる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。