JPS59137886A - 沸騰水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

沸騰水形原子炉の燃料集合体

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JPS59137886A
JPS59137886A JP58012531A JP1253183A JPS59137886A JP S59137886 A JPS59137886 A JP S59137886A JP 58012531 A JP58012531 A JP 58012531A JP 1253183 A JP1253183 A JP 1253183A JP S59137886 A JPS59137886 A JP S59137886A
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fuel
fuel assembly
water
channel
reactor
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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)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

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〕 本発明は沸騰水形原子炉の燃料集合体に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
一般に沸騰水形原子炉は第1図に示すような構成となっ
ている。図中符号1は原子炉圧力容器を示す。この原子
炉圧力容器1内には複数の燃料集合体2および制御棒(
図示せず)等よりなる炉心3が設置されているとともに
冷却水4が収容されている。上記炉心3上方には気水分
離器5が設置されており、さらにこの気水分離器5上万
には蒸気乾燥器6が設置されている。
上記原子炉圧力容器1の周壁上部には主蒸気出口ノズル
2が接続されており、またその下方には給水入口ノズル
8が接続されている。上記主蒸気出口ノズル7には図示
せぬ主蒸気管が接続される構成でおる。すなわち前記冷
却水4は炉心3を下方から上方に同って上昇しその際昇
温しで水と蒸気の2相流状態となる。2相流状態になっ
た冷却水4は気水分離器5にて水と蒸気に分離され、蒸
気は蒸気乾燥器6に流入し、乾燥蒸気となり主蒸気出口
ノズル7および主蒸気管を介して発電用駆動タービンに
導入されタービン駆動源として使用される。そしてター
ビンを通過した蒸気は図示せぬ復水器により冷却液化さ
れ給水入口ノズル8を介して再度原子炉圧力容器1内−
流入する構成である。−力水はアニ、ラス部を下降して
再度炉心3下方に流入し、以下このサイクルを繰り返す
構成でらる。
次に第2図ないし第4図を参照して前記燃料集合体2の
構成について説明する。第2図中9は角筒状のチャンネ
ルを示す。このチャンネル9内には複数本の燃料棒10
がマトリックス状(例えば8行×8列)に配列されてお
シ、それらの上・下端を上部タイグレート11および下
いる。そしてこの上部タイル−ト11および下部タイプ
レート12間の複式箇所にわたってスペーサ13が設け
られており、このスペーサ13により前記燃料棒10相
互間の間隔を一定に保持する構成である。
上記燃料棒10は第4図に示すような構成となっている
。すなわち円筒状の被覆管14内には酸化ウランの粉末
をペレット状に焼結した円柱状ペレット15が軸方向に
複数個積層されており、上方からばね16を介して上部
端栓17により押圧した構成となっている。また下端部
には下部端栓18が装着されている。
以上の構成において原子炉運転時には各燃料集合体2の
熱中性子束分布は第5図に示すようになっている。第5
図は横軸に燃料集合体2における位置をとシ、縦軸に熱
中性子束Φ(図中値組で示す)、核分裂断面積Σf(図
中2点鎖線で示す)、および出力P(図中実線で示す)
をそれぞれあられした図である。熱中性子束Φは燃料集
合体2の外周部で高く中心部に近づくにしたがって低く
なっている。これは外周部では多量の冷却水4に接する
為である。また原子炉運転時燃料集合体2の水平断面に
おける各所の出力Pは第5図に示すようにほぼ一定にな
ることが望ましい。一方この出力Pは前記熱中性子束の
と核分裂断面績Σfの積(Σf・Φ)として求められる
ものでβす、したがって核分裂断面績央%y Σfを第5図に示すように外局部で低く、中冒で高くな
るような分布にすることにより、出力Pをほぼ一定にす
ることができる構成である。
このように原子炉運転時の出力分布は核分裂断面積Σf
により調整可能である。そしてこの核分裂断面績Σfは
ウラン濃縮度により変化するものであり、シフjがって
ウラン濃縮度の分布を調整することによジ燃料集合体2
各所の出力をほぼ一定に保持することができる構成であ
る。また原子炉運転時には燃料集合体2上部ではチャン
ネル9内の冷却水4の内約60%が蒸気でるる。
この為第6図に示すように減速不足状態(図中■で示す
)となっており、この為軸方向出力分布が下方に歪み易
い傾向にめる。なお第6図は横軸に水/クラン比をと9
、縦軸に無限増倍率KOOtと9て水/つ2ン0比と無
限増倍率KOOとの関係を示した図でるる。
次に原子炉運転停止時には、第6図中(11)で示すよ
うに無限増倍率Kooの低下に伴ない過減速となるよう
に構成されている。すなわち原子炉運転停止時には温度
が低下し、それに伴ない蒸気量が減少しその分冷却水が
増加する。したがって水/クラン比が高くなりそれに伴
ない無限増倍率KOOが減少して過減速となるのである
ところで燃料集合体2は前述したように複数本の燃料棒
10をマトリックス状に配列した構成となっているが、
通常この中に1〜2本のクォータロッド19を混在させ
ている。そこでこのウォータロッド19を4本用意し、
それらを第7図(4)・(13)・(C)・υ)に示す
ように溶料集合体2の各所に配置して、ウォータロッド
19の位置と無限増倍率KOOとの関係を調べてみたと
ころ第8図に示すような結果を得ることができた。
第8図は横軸にウォータロッド19の位置をとり、縦軸
に無限増倍率K。Oをとって、ウォータロッド19の位
置による無限増倍重訳の変化を示した図である。これで
明らかなように4本のウォータロッド19を中心部に位
置させた場合(第7図1.A))無限増倍率KOOは最
も高く、第7図(Bへ第7図(C)さらに第7図p)と
、ウォータロッド19を燃料集合体2の周辺部に近づけ
るにしたがって無限増倍率KOOは低下していき、燃料
集合体2の四隅に位置したとき($7図1) )最も低
下する。そして周辺部に近づくにしたがってその低下率
が大さくなることがわかる。したがって同一本数のウォ
ータロッド19を使用して無限増倍率KOOをできる限
り低く抑える為には、燃料集合体2周辺部特に四隅部に
ウォータロッド19.全位置させるのが最適でおる。
以上のように沸騰水形原子炉においては、原子炉運転停
止時、無限増倍率Koot−できる限り小さく抑えて運
転停止時の反応度を抑制し安全性の向上を図る必要がる
り、また運転時には炉心3上部の減速を促進させ無限増
倍率K。0を高めることにより下方に歪み易い軸方向出
力分布の平坦化を図る必要がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的とするところは、原子炉運転停止時の反応
度を抑制することにより安全性の同上を図ることができ
また運転時には軸万回出力の平坦化を図ることが可能な
沸騰水形原子炉の燃料集合体を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明による沸騰水形原子炉の燃料集合体は、チャンネ
ルと、それぞれ燃料を収容し上記チャンネル内に格子状
に配列された複数本の燃料棒とを備えた沸騰水形原子炉
の燃料集合体において、上記チャンネルの四隅上部に位
置する燃料の一部もしくは全部を欠如した構成である。
したがって四隅上部における燃料の量が減少しかつ接触
する冷却水の流量が増加するので、例えば原子炉運転時
には水の燃料に対する比が高くなって無限増倍率が低下
するので反応朋を抑制することができる。また運転時に
は、水の燃料に対する比が高くなり、無限増倍率KoO
も高くなり出力分布の平坦化を図ることができる。
〔発明の実施例〕
第9図ないし第12図を参照して本発明の第1の実施例
を説明する。第9図は沸騰水形原子炉の概略得Jj)f
、を示す図である。図中符号101は原子炉圧力容器を
示す。この原子炉圧力容器101内には複数の燃料集合
体102および制御棒(図示せず)等よジなる炉心10
3が設置されているとともに冷却水104が収容されて
いる。上記炉心103上方には気水分離器105が設置
されており、さらにこの気水分離器105上万には蒸気
乾燥器106が設置されている。
上記原子炉圧力容器101の同壁上部には主蒸気出口ノ
ズル107が接続されており、またその下方には給水入
口ノズル108が接続されている。上記主蒸気出口ノズ
ル107には図示せぬ主蒸気管が接続される構成である
。すなわち前記冷却水104は炉心103’f:下方か
ら上方に同るて上昇し七の際昇温して水と蒸気の2相流
状態となる。2相流状態になった冷却水104は気水分
離器105にて水と蒸気に分離され、蒸気は蒸気乾燥器
106に流入し乾燥蒸気となp主蒸気量ロノズル107
および主蒸気管を介して発電用駆動タービンに導入され
タービン駆動源として使用される。そしてタービンを通
過した蒸気は図示せぬ復水器により冷却液化され給水入
口ノズル108を介して再度原子炉圧力容器101内に
流入する構成である。−力水はアニユラス部全下降して
再度炉心103下万に流入し以下このザイクルを繰り返
す構成である。
前記燃料集合体102は第10図に示づ−ようなイ1q
成となっている。すなわち角筒状のチャンネル109内
には燃料棒110がマトリックス状(8行×8列)に配
列されており、四隅部に位置する4本の燃料棒110の
上部は欠如姑れた眉り成となっている。そして欠如され
た燃料棒110位置のチャンネル109を対角線上に内
側へ凹1せそれぞれ凹部JOりAを形成した構成である
。そしてこの四部xo9A−q形成した部分の横断面を
第11図に、またその下方の横断面を第12図にそれぞ
れ示す。すなわち四隅上部における燃料(ウラン)を欠
如することによりウラン量を低減させ、かつ凹部109
kを形成することによジ冷却水流量を増大させて水/ウ
ラン比を高くする構成である。
したがって原子炉運転停止時には水/ウラン比が高くな
ることにより、無限増倍率K。0が低下し反応度を抑制
することができ、特に沸騰水形原子炉の場合には、通常
炉心103上部にゲルトニウム(Pu )が多く蓄積さ
れており運転停止時には炉心103上部の反応度が下部
より高い傾向にあるので四隅上部に位置するウラン量ヲ
低減させかつ冷却水流量全増大させたことにより効果的
に無限増倍率K。0の低下を図ることができる。またノ
ni ’Fit運転時には水/ウラン比を高めることに
より上部における減速を良好とし無限増倍率KOOを高
めることができ、従来下方に歪み易かった軸方向出力分
布の平坦化2図ることができる。
次に第13図ないし第15図全参照して第2の実施例を
説明する。すなわち四隅部に位置する4本の燃料棒11
0の上部全欠如し、略り字形の部材120を取り付けた
構成である。略り字形の部材120を取り付けた部分の
横断面を第14図に、その下方の横断面を第15図にそ
れぞれ示す。これによって四隅上部のウラン量を低減さ
せかつ冷却水流量を増大させることができるので、前記
第1の実施例と同様の効果を努することができる。また
前記部材120外周側に位置するチャンネル109に冷
却水流入口109Bを形成してもよい。
次に第16図を参照して第3の実施例金示す。
すなわち上部の燃料を欠如した状態の柾釆より短い燃料
棒12ノ上方に中空管122を接続し、この中空管12
2下部に冷却水流入口123を形成しかつ上部に冷却水
流出口124を形成した構成である。前記燃料棒12ノ
は従来の燃料棒同様被覆管12517′3に円柱状ペレ
ット126し を複数積層V、ばね127金介して上部端栓128によ
り押圧しfC!tit成であり、下端部には下部端栓1
29が装着されている。また前記9警 空ゝ間′122上端にも上部端栓130が装着されてお
り、この上部端栓130および前記下部端栓129を介
して図示せぬ上部タイプレートおよび下部タイグレート
間に支持される構成でろる。
以上の構成によると四隅上部におけるウラン量を低減さ
せかつ冷却水流量の増大を図ることができるので前記第
1および第2の実施例と同様の効果を奏すること示でき
る。
なお以上第1ないし第3の実施例において、従来の燃料
集合体で通常使用しているウォータロッドをそのまま配
置した構成でもよい。また四隅の内1つのコーナ部に中
性子検出器を配置する場合には、中性子検出器の測定誤
差を少なくする為そのコーナについては従来通シの構成
とし、残りの1ないし3つのコーナ部に本発明を適用す
ればよい。
〔発明の効果〕
本発明による沸騰水形原子炉の燃料集合体は、チャンネ
ルと、それぞれ燃料ケ収容し上記チャンネル内に格子状
に配列された複数本の燃料棒とを備えた沸騰水形原子炉
の燃料集合体において、上記チャンネルの四隅上部に位
置する燃料の一部もしくは全部を欠如した構成である。
したがって四隅上部における燃料の量が減少したつ接触
する冷却水の流量が増力口するので、例えば原子炉運転
時には水の燃料に対する比が高くなって無限増倍率が低
下するので反応度を抑制することができる。また運転時
には、水の燃料に対する比が高くなり、無限増倍率KO
Oも高くなり出力分布の平坦化を図ることができる等そ
の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第4図は従来例を示す図で第1図は沸騰水
形原子炉の縦断面図、第2図は燃料集合体の斜視図、第
3図は燃料集合体の横断面図、第4図は燃料棒の一部縦
断面図、第5図は燃料集合体の出力分布図、第6図は水
/ウラン比と無限増倍率との関係金示す図、第7図はウ
ォータロッドの位置を示す図、第8図はクォータロッド
の位置と無限増倍率との関係を示す図、第9図ないし第
12図は本発明の第1の実施例を示す図で第9図は沸騰
水形原子炉の縦断面図、第10図は燃料集合体上部の斜
視図、第11図は第10図のXI−XI断面図、第12
図は第10図の刈−刈断面図である。第13図ないし第
15図は第2の実施例を示す図で、第13図は燃料集合
体上部の斜視図、第14図は第13図17)XIV−X
IV断面図、第15図は第13図17)XV−W断面図
である。第16図は第3の実施例を示す縦断面図である
。 102・・・燃料集合体、1o9・・・チャンネル、1
09A・・・凹部、110・・・燃料棒。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 情 冴第1 図 第2図 第3図 第4 図 第5 図 第6 図 第7 図 (A)     (B)     (C)     (
D)□□□4 第8図 (A)   (B)   (C)   (D)クォータ
・口、アト4亡1 第9図 J10図 109 第11図 第12図 第13図 09 第14図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  チャンネルと、それぞれ燃料を収容し上記チ
    ャンネル内に格子状に配列された複数本の燃料棒と全備
    えた沸騰水形原子炉の燃料集合体において、上記チャン
    ネルの四隅上部に位置する燃料の一部もしくは全部を欠
    如したことを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
  2. (2)燃料集合体の四隅に位置する4本の燃料棒の上部
    を欠如し、チャンネルを内側に凹ませて凹部を形成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の沸騰水形
    原子炉の燃料集合体。
  3. (3)燃料集合体の四隅に位置する4本の燃料棒の上部
    を欠如し、その位置のチャンネル内側に略り字形をなす
    部材を設け、チャンネルとの間に冷却水流路を形成した
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の沸騰水形
    原子炉の燃料集合体。
  4. (4)燃料集合体四隅に位置する燃料棒を短くしそれぞ
    れ上方に中空管を設けたこと全特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の沸騰水形原子炉の燃料集合体。。
JP58012531A 1983-01-28 1983-01-28 沸騰水形原子炉の燃料集合体 Granted JPS59137886A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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