JPS59180389A - 沸騰水型原子炉用燃料集合体 - Google Patents

沸騰水型原子炉用燃料集合体

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JPS59180389A
JPS59180389A JP58053804A JP5380483A JPS59180389A JP S59180389 A JPS59180389 A JP S59180389A JP 58053804 A JP58053804 A JP 58053804A JP 5380483 A JP5380483 A JP 5380483A JP S59180389 A JPS59180389 A JP S59180389A
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JP
Japan
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core
fuel assembly
channel box
sectional area
cross
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Pending
Application number
JP58053804A
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English (en)
Inventor
茂 藤田
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Nuclear Fuel Industries Ltd
Original Assignee
Nuclear Fuel Industries Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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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  • Jet Pumps And Other Pumps (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】 本発明は沸騰水屋原子炉用燃料集合体に関し、特に炉心
のボイド率の変動に対する炉心安定性を向上させるため
の構造上の改良に関する。
沸騰水屋原子炉(BWR)はζ種々のフィードバック機
構、例えば核的にはドツプラー効果、またはボイド反応
度効果など含んだシステムであると考えることができ、
従ってBWR’e安定に運転する1  にはこのシステ
ムが自己振動または発散するよう女系であってはならな
い。このよりなりWRの炉1  心安定性は、炉心冷却
材の炉心内での圧損などの外乱による炉心出力の変動の
発散、減衰を評価するもので、減巾比rは次式で定義さ
れる。
γ”” X2 /XO ここでXoは炉心出力変動の初期振幅、X2は変動の次
の周期の振幅で、γ=1なら持続振動、rン1なら発散
すなわち不安定状態、r〈1なら減衰(すなわち安定状
態を意味する。
BWRでは炉心安定性についてrく1という絶対安全条
件の他にγ(0,25という運用上の基準が課せられて
いる。BWRの炉心安定性を説明する機構は複雑である
が、個々の燃料集合体チャンネルでの熱水力学的変動に
よる炉心のボイド率の変動が主々中心的メカニズムにな
っている。とこロチ、従来より用いられているB W 
R用燃料集合体では、上下がそれぞれ上部および下部タ
イプレートで支持され中間部でいくつかの支持格子によ
り保持された複数本の燃料要素の束の外側面を筒状のチ
ャンネルボックスで囲んでいるが、チャンネルボックス
が上から下まで□同一開口断面積のものであるため各チ
ャンネルでの冷却材流路断面は軸方向に均一々ものとな
っている。このような燃料集合体が装荷された従来のB
WR炉心では、炉心冷却材の流量が少ない低流量運転状
態において炉心内冷却材の全圧損に対する二相流圧損の
割合が大きく々す、炉心安定性減由比が増加して安定余
裕が減少するため、炉の運転が制限されるという問題が
ある。すなわちBWRにおいては炉心下部側に冷却材の
液体単相流領域があり、上部側に蒸気と液相との二相流
領域が形成されているが、低流量運転状態では二相流領
域が炉心軸方向に広がり、このため炉心内の全圧損に占
める二相流領域の圧損の割合が大きいので外乱による炉
心ボイド率の変動中も太きくなり、従って炉心安定性に
対する余裕が減少する。このため従来のBWR炉心では
、例えば第1図に示す斜線部分の運転範囲内でγ)0.
25となっているために、出力上昇に際してこの斜線領
域を避けて破線の経路を経るような高流量域での原子炉
立上げを行なう必要があった。従ってPCICペレット
−被覆管相互作用)を緩和するための運転制限のため、
立上げ途中で制御棒パターンを変えるなど複雑な運転手
順が要求され、出力上昇に時間がかかつて稼動惠が低下
することとなっていた。またインターナルポンプを導入
した改良形BWRでは、その構造上の理由で炉心冷却材
の自然循環能力が小さく、従ってその出力流量曲線は、
第1図に示すように、通常のジェットポンプ形のBWR
炉心での自然循環ラインAがさらに低流側のラインBと
なるが、この拡大された運転範囲の大部分は炉心安定性
の面から制限されてしまっている。尚、第1図において
ラインCは定格制御棒パターンラインである。このよう
に第1図において制限されている低流量低出力での運転
範囲を有効に利用できれば、原子炉起動時の運転制限の
緩和や稼動率の向上などの大きな利点が得られる。
本発明は特にこの低流量運転時の炉心安定性の向上を目
的とするものであり、あわせて冷却材喪失事故(LOC
A:Loss of Coolant Acciden
t)時の吹き上げ蒸気による冷却材の流入抑制(CCF
L:Counter Core Flow Lim1t
ation)効果を軽減可有ヒなりWR用燃料集合体を
提供しようとするものである。
基本的にB W Rの炉心安定性を向上させる方法とし
ては、■炉心内却材流景を増加させてか心円の全圧排に
占める単相流領域の圧損の割合を増やしたり、或いは、
■各チャンネルの入口オリフィスの開度を少なくしたシ
して、外乱に対する冷却材流量変動の抵抗を大きくする
方法、または、■制御棒を挿入して炉心出力を低下させ
、炉心ボイド惠を1けることにより単相流領域の圧損の
割合を増やす方法などがあるが、■と■の方法は第1図
の斜線の不安定領域を迂回するための手段であシ、■の
方法はポンプ側の負荷の増大や炉心等の構造材強度の余
裕の減少などの問題がある。
本発明では燃料集合体のチャンネルボックスの形状を改
良することによって炉心内冷却材の全圧損に占める二相
流領域の圧損の割合を小さくし、相対的にボイド率を低
下させると共に単相流領域の圧損割合を増加さぜること
で低流量運転領域での炉心安定性の向上を計るものであ
る。
すなわち本発明のBWR用燃料集合体では、支持格子に
よって束ねられた複数本の燃料要素の上下両端を上部お
よび下部タイブレートによって支持し、その周囲をチャ
ンネルボックスで囲捷れたチャンネル内冷却材流路にし
て、この流路を炉心下部から上部へ向けて冷却材が流れ
、且つ上部領域でボイドが発生するようにしたB W 
R用燃料集合体において、前記チャンネルボックス内の
上部の流路断面積を下部の流路断面積よりも大きくした
ことを特徴とするもので、チャンネルボックス内の流路
断面積は下部から上部へ向ってなめらかに太きくしても
、或いは段状に大きくしてもいずれでもよい。
炉心高さ方向に関してチャンネルボ・/クス内の上部の
流路断面積を下部よりも太きくすると、炉心内下部の単
相流領域に対し上部の二相流領域での圧損の割合が小さ
くなる。このような炉心高さ方向に関する二相流領域圧
損が減少すると、二相流領域での流体の圧縮性による単
相流圧損変動との位相のずれが減少し、外乱に対するチ
ャンネル流量変動が小さく方り、そのためチャンネルで
の安定性の向上が達成される。1だ流量変動による二相
流量域でのボイド惠変動が減少するため核的フィードバ
ンク量を減少させるので炉心安定性の向上が期待できる
本発明の実施例を示せば第2図の通りである。
第2図において(1)は複数の燃料要素であって上下が
上部タイプレート(2)と下部夕・イブレート(3)と
によって支持され中間部で支持格子(4)により所定間
隔を保って束ねられている。(5)は本発明の要部に係
るチャンネルボックスで、前記上下タイグレートに支持
された燃料要素(1)の束の外周を囲んでおり、その内
部を冷却材流路にしている。炉心冷却材(水)は下部タ
イブレート(3)の下端開口(6)から流入されて燃料
要素(1)の束の間を通りながらチャンネルボックス(
5)内を上方へと流れ、燃hi素(1)の核反応による
加熱で上部へ行くにつれ沸騰しながら、上部タイプレー
ト(2)の通孔を升して蒸気となって図示しない熱交換
系統へ送られる。チャンネルボックス(5)はその内部
の流路断面積が下部から上部に向って徐々に増加するテ
ーパー状の筒体からなる。通常、チャンネルボックス(
5)の外側には制御棒のブレードが小間隙を介して隣接
し、チャンネルボックス上部におけるこの小間隙が従来
に比べて半分程度となるようにチャンネルボックス(5
)の上部の外径を太くすると、上部の流路断面積は下部
のそれに比べて5〜6%稈度太きくなる。
第2図の例ではチャンネルボックス(5)をその内部流
路断面積が下端から上端まで徐々に増加するようにテー
パー状としたが、これは燃料高さ方向の途中からテーパ
ー状に拡径したシ、或いは一段又は複数段に段状に拡径
したシしてもよい。
このように下部よシも上部の流路断面積を太きくした本
発明の燃料集合体を装荷したB W R炉心では、低流
量運転状態において、従来の燃料集合体が装荷された場
合に比べて、沸騰が生じているチャンネル上部の二相流
領域における圧損の下部単相流領域の圧損に対する割合
が減少することに々る。従って外乱に対するチャンネル
内冷却材流量の変動が減少し、この結果として炉心ボイ
ド率の変動も減少するため、核熱水力学的炉心安定性の
向上が達成されるものである。このように低流量運転領
域での炉心安定性が向上するので運転範囲が従来よシ拡
大されることになり、このため例えばインターナルポン
プを導入した改良型BWRでは、定格出力流量ライン上
に沿って冷却材流量を低下させて100%出力制御棒パ
ターンを維持した1ま燃料棒線出力がPCI開始出カ8
 kw/ftという低出力範囲になるまで出力を下けて
から制御棒パターンを交換するという単純操作が可能と
なり、従来の例えば特開昭50−143999号公報に
開示されているような所謂PCIOMR(Pre−Co
n−ditioningInterjrn 0pera
t、jng Management)に従った複雑な運
転操作が不要となるものである。
また本発明の燃料集合体ではチャンネル上部の流路断面
積が下部のそれより大きいので、前述LOCA時に炉心
上部から燃料集合体内に流入する冷却材流量割合が増加
し、従ってCCFL効来がそれによって軽減されるとい
う効果も奏し得るものである。
男6図は炉心出力に対する炉心安定性減由比rを流路断
面積の一様な従来例と流路断面積が上部はど大tくなる
本発明の燃料集合体とについて比較した線図で、破線は
従来の燃料集合体による場合、実線は本発明の燃料集合
体による場合を示[2、それぞれ曲線aは自然循環ライ
ン、曲線すけ100係制御棒ラインでのrの変化を示し
ている。第3図中に運用上の設計基準の上限としてのr
=0.25のラインを一点鎖線で示すが、本発明によれ
ばこのr = [J、 25のライン以下に減巾比が納
まることが判る。
以上に述べた如く本発明によればチャンネルボックスを
改良するだけで低流量運転時の炉心安定性の向上、すな
わち炉心安定性減巾比γを小さくすることができ、LO
CA時のCCFL効果の軽減も同時に達成することが可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のBWRにおける一般的な出力−流量曲線
を示す線図、第2図は本発明の一実施例を部分的に省略
して示す概略断面図、第3図は炉心出力に対する炉心安
定性減肉比の関係を示す線図である。 (1)、燃料要素、(2):上部タイブレー)、(3)
:下部タイプレート、(4):支持格子、(5):チャ
ンネルボックス、(6):下部開口。 代理人 弁理士 木 村 三 朗

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)支持格子によって束ねられfc複数本の燃シ。 要素の上下両端を上部および下部タイプレートによ2て
    支持し、その周囲をチャンネルボックスて囲むことによ
    υチャンネルボックス内を炉心冷却材流路にした沸騰水
    型原子炉用燃料集合体におVて、前記チャンネルボック
    ス内の上部の流路断面積を下部の流路断面積よ)太きく
    したことを特許とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
  2. (2)チャンネルボックス内の流路断面積を下部から上
    部へ向ってなめらかに大きくした特許請求の範囲第1項
    に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
  3. (3)  チャンネルボックス内の流路断面積を下部・
    から上部へ向って段状に太きくシfC,%許請求の解囲
    第1項に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
JP58053804A 1983-03-31 1983-03-31 沸騰水型原子炉用燃料集合体 Pending JPS59180389A (ja)

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ID=12952989

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JP58053804A Pending JPS59180389A (ja) 1983-03-31 1983-03-31 沸騰水型原子炉用燃料集合体

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0820066A1 (en) * 1996-07-19 1998-01-21 General Electric Company Fuel bundles and nuclear reactor using such fuel bundles
US7702060B2 (en) 2006-10-20 2010-04-20 Global Nuclear Fuel - Americas, L.L.C. Expanded nuclear fuel channel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0820066A1 (en) * 1996-07-19 1998-01-21 General Electric Company Fuel bundles and nuclear reactor using such fuel bundles
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