JPS60219585A - 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〕 本発明は沸騰水型原子炉用の燃料集合体に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水屋原子炉用の燃料集合体の従来例を第１図から第
８図を参照して説明する。第１図は燃料集合体を示す縦
断面図で、この燃料集合体１は細長い円筒状燃料棒４が
多数本結束された結束体の上部が上部タイプレート８に
より、下部が下部タイプレート２によって接続されてい
る。この結束体はスペーサ５によって燃料棒４間が等間
隔に保持されている。前記結束体内には燃料棒４の他に
２本のウォータロッド（図示せず）が組込まれている。

この結束体の外周はチャンネルボックス６で包囲され、
このチャンネルボックス６は上部が上部タイプレート８
に、下部が下部タイプレート２に接合、されている。

燃料棒４は被覆管７内に図示しない円柱状のＵＯ，燃料
ペレットが多数装填されたものであり、この被覆管７の
上下両端は下部端栓８及び下部端栓９で密封されている
。上部端栓８は上部タイプレート８中の支持空所に挿入
することができる延長部を備えている。下部端栓９は下
部タイプレート２中の支持空所に嵌合する嵌合部を備え
ている。

第２図は上記燃料集合体の横断面図を示すもので、燃料
棒４が８行８列に正方配列された例である。同図に示さ
れる様に燃料棒４はチャンネルボックス６の長手方向に
垂直な内面で相互に等間隔を存して８行８列に正方配列
されている。また最外周の燃料棒４とチャンネルボック
ス６との間隔を水ギャップと呼んでいるが、この水ギャ
ップも前記燃料棒４相互の間隔とほぼ等しく設定されて
いる。このような燃料集合体１は４体１組となって炉心
内に正方配列されその燃料集合体間の中央に制御棒１０
が挿入されて一つの単位格子を形成している。この燃料
集合体１は出力を平均化するために、チャンネルボック
ス６内に２本のウォータロッド１１及び８本の可燃性毒
物入り燃料棒１２が組み込まれている。すなわち、２本
のウォータロッド１１は中心部に対角線状に配列され、
可燃性毒物入り燃料棒１２は正方配列された燃料棒４の
最外周から２周目に配置されている。

この可燃性毒物入り燃料棒１２は燃料ベレットに熱中性
子を吸収する可燃性毒物としてのガドリニア（Ｇｄ、Ｏ
ｎ）を数多混入したものである。

第８図はウォータロッドの側面図を示すもので、同図に
示す様に前記ウォータロッド１１はジルカロイ製中空管
１３の両端に同じくジルカロイ製の下部端栓１４と下部
端栓１５とを溶接した構成よりなっている。又、この中
空管１３にはスペーサ５の間隔を保証するためのタブ１
６が合計１４個溶接されている。

中空管１３の下端付近には複数個の冷却水入口孔１７が
、上端付近には複数個の冷却水出口孔１８が設けられて
おり、原子炉の運転中には中空管１３の内部を冷却水が
下方から上方へ流通するように成っている。また、前記
燃料棒４及び可燃性毒物入り燃料棒１２には第１表に示
すようにＵ２．、含有率を５段階に変化させた６種類の
燃料ベレットが装填されているう （以下余白） 第　１　表 これら６種類の燃料棒４，１２は燃料集合体１の横断面
内の熱中性子束分布にしたがって第２図に示した如く各
燃料棒４の出力分布を均一化させるように配置されてい
る。すなわち、熱中性子束レベルが最も高い正方配列の
四隅の燃料棒（以下、コーナーロッドと称する）１９を
最もＵ、□含有率が低いＶの燃料棒４とし、熱中性子束
レベルが低下するに従って燃料集合体１の外周より■及
び■。

１、ＩとＵｆｆｉｊｌ＋含有率の高い燃料棒を配置して
いる。

〔背景技術の問題点〕

以上説明したように従来の燃料集合体１はＵ！、Ｉｌの
含有率を変化させた５種類の燃料棒４を製造しなければ
ならず燃料棒４の製造が煩雑であった。

また、５種類の燃料棒を決められた位置に配置して燃料
集合体１を組立てる必要があり、組立て作業の工程管理
が非常に複雑になる欠点があった。

さらに熱中性子束レベルの高い燃料集合体１の外周部に
配置された燃料棒４のＵ、□含有率が低いために燃料集
合体１の反応度が低く燃料経済性および燃料健全性が劣
る欠点もあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、正方配列された各燃料棒のＵ、ｌｌ含
有率の種類を少なくして燃料棒の製造および燃料集合体
の組立てを容易にすることができ、しかも燃料集合体の
反応度を高くして燃料経済性を向上させることができる
燃料集合体を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、横断面が＃まぼ正方形のチャンネルボックス
内に多数本の燃料棒なほぼ等間隔に結束して配列し、こ
の燃料棒の複数本を可燃性毒物入燃料棒とし、かつ中央
部にクォータロッドを配置した沸騰水屋原子炉用燃料集
合体において、前記ウォータロッドの内径は燃料棒内径
の４本以上の横断面積を有する単一のものであり、前記
燃料棒のウラン２８５の含有率を８種類ないし２種類と
し、ウラン２８５の含有率が最小の前記燃料棒を前記チ
ャンネルボックスの四隅とその周辺に配置して成ること
を特徴とする燃料集合体にある。

〔発明の実施例〕

第４図および第５図を参照して本発明に係る燃料集合体
の第１実施例を説明する。

第４図は本発明の第１実施例の横断面図を示し、図中第
２図と同一部分には同一符号を付し重複する部分の説明
を省略する。第４図において、燃料集合体２００チヤン
ネルボツクス６内にだてよこそれぞれ８列に燃料棒２１
が正方配列されているが、中央部の４本が抜き出されて
、その抜き出された中央部菟；は前記燃料棒２１の４本
分の横断面積を有するウォータロッド２２が挿入配置さ
れている。また、燃料棒２１の正方配列中の最外周から
２列目にはそれぞれの２列目のコーナーを囲むように対
角線上に２本の可燃性毒物入り燃料棒刀が配置されてお
り、この燃料棒ｎは合計８本がチャンネルボックス６内
に配列されていることになっている。

また、前記燃料棒２１．２３には第２表１＝示すように
Ｕ！、５含有率を８段階に変化させた４種類の燃料ペレ
ットが装填されている。

第　２　表 これら４種類の燃料棒２１．２３は燃料集合体２０の貴
所面内の熱中性子束分布にしたがって第４図に六した如
く各燃料棒２１，２３の反応度を高くさせるように配置
されている。すなわち、熱中性′子東レベルが最も高い
コーナーロッド１９を最もＵ２８．含有率が低い■の燃
料棒２１とし、熱中性子束レベルが低下するに従って燃
料集合体の外周より■、ＶｌとＵｌｌｌｌｌ含有率の高
い燃料棒２１を配置している。

以上の構成より本発明は正方配列の中央部にクォータロ
ッド２２が配置されているので、正方配列の中央部にお
ける中性子減速効果が大きくなり燃料集合体２０の中央
部の熱中性子束が増加する。したがって、ウォータロッ
ド２２周辺の燃料棒２１の反応度が向上し、特にウォー
タロッド２２に隣接する燃料棒２１では出力が約１０チ
向上する。よって、燃・料棒２１のＵ、８．含有率の種
類を少なくし、中央部に配置された濃縮度の高い燃料棒
２１の出力を向上させることができる。また、可燃性毒
物入り燃料棒ｎを正方配列の最外周から２周目のコーナ
ーを囲む対角線上に配置させたので、燃料集合体側のコ
ーナ一部の熱中性子束を減少させることができる。

したがって、正方配列の外周部に配置された燃料棒２１
の出力が低下し、外周部に配置された燃料棒の出力が異
常に上昇することが防止される。以上により燃料集合体
２０の反応度を高くし、燃料経済性を向上させることが
できる。

第１実施例において、全燃料棒の平均出力に対する各燃
料棒２１の出力の相対値を示す局所ピーキング係数を算
出すると１．？３程度となり、従来例と同様の結果を得
ている。また、熱中性子束レベルの高い正方配列の外周
部に配置された燃料棒のＵ、□含有率が従来より増加し
ているので外周部に配置された燃料棒の反応度が上昇す
る。

ここで第６図に燃料集合体について、出力運転時におけ
る核分裂反応系の連鎖反応の起こり易す本発明の第１実
施例の特性曲線であり、破線は従来例の特性曲線である
。同図において前記燃焼度１０ＧＷＤ／Ｔ以上では実線
のＫｏｏの値が０．５俤程度向上していることが認めら
れる。よって、本発明は従来例と比較して核燃料を有効
に消費することができ、燃料経済性を向上させることが
できる。

さらに、燃料棒２１の核分裂性核種であるＵ□、の含有
率の種類を少なくすることができるので、燃料棒２１の
製造および燃料集合体の組立て作業及びその管理を容易
にすることができる。なお、前記ウォータロッド２２の
代りに従来のウォータロッド１１を４本中央に配置する
案もあるが、その案の場合ウォータロッド内部の横断面
積を等しくさせることはできても、ウォータロッド２２
を構成するジルカロイの量が大幅に増加し、さらには本
実施例はど大幅に燃料集合体水平方向の出力を平坦化さ
せることはできない。

ここで第６図に本発明の第２実施例の横断面図を示す。

なお、図中ｆｆ４１実施例と同様のものには同一符号を
付し重複する部分の説明を省略する。

同図において、燃料集合体３０の中央部には従来より内
径が犬きくかつ単一の円筒形ウォータロッド３１が挿入
されている。このウォータロッド３１の内径は従来のウ
ォータロッド１１の１２本分に和尚する横断面積を有す
る内径に選定されている。

この第２実施例では前記第１実施例で得られる作用効果
に加えて、ウォータロッド３１の内断面積を増加させて
いるため、正方配列の中央部における中性子減速効果が
さらに大きくなり燃料集合体部の中央部の熱中性子束が
増加する。したがって、クォータリッド１１周辺の燃料
棒２１の反応度が向上し、第１実施例よりさらに燃焼効
率を向上させることができる。また、第２実施例におい
て、円筒形のクォータロッド３１を用いたが角形断面を
有するものでも可能である。

次に第７図を参照して本発明の第８実施例を説明する。

なお、第７図は第８実施例の燃料集合体を示す横断面図
である。第３実施例の燃料集合体３２は第２図に示した
最も熱中性子束レベルが高いコーナーロッド１９の代り
に軸方向に中空部を形成した円筒形ＵＯ，ペレット又は
細径のベレットもしくはＵＯ，粉末にＺｒ０１等の中性
子を殆んど吸収しないセラミックを混合して増重した低
密度ベレット等を装填した燃料棒３３に置き換えかつ第
４図に示したように単一のウォータロッド２２を挿着し
た構成である。この構成によって、燃料＄２１付近のＵ
ＩＩＳＳの含有率を低く抑きえ、さらに燃料集合体３２
の出力分布を均一化させることができる効果がある。

また、局所ピーキング係数に対する制限がゆるい場合は
、Ｕ、、の含有率の相違する２種類の燃料棒な第８図に
示す第４実施例の様に配列することも可能である。この
第４実施例である燃料集合体３４は、本発明の第１実施
例で示したコーナーロッド１９をＩＪｔｓｓ含有率が低
い■の燃料棒２１からＵｔｓｓ含有率が■より高い■の
燃料棒に交換し、燃料棒の種類を２種類とすることがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、８行８列に正方配列された各燃料棒の
Ｕ、３．含有率の種類を少なくすることができるため燃
料棒の製造および燃料集合体の組立て作業を容易にする
ことができ、さらには各燃料棒の出力分布を均一化して
装荷された核燃料を有効に消費し燃料経済性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料集合体を示す縦断面図、第２図は第
１図における燃料集合体の横断面図、第８図は第１図に
おけるウォータロッドの斜視図、第４図は本発明の第１
の実施例を示す燃料集合体の横断面図、第５図は従来例
と本発明例における無限増倍率と燃焼度の特性を比較し
て示す特性図、第６図ないし第８図はそれぞれ本発明の
第２実施例ないし第４実施例を示す燃料集合併の横断面
図である。 ２０、３０．３２．３４・・・燃料集合体２１．３３・
・・燃料棒 ２２．３１・・・ウォータロッド ｎ・・・可燃性毒物人燃料棒 代理人　弁理士　則　近　憲佑　（ほか１名）第１図 第３図 第５図 θ　ｔｏ　２ρ　３１ 畑焼良ＧＷｒ：）７７− 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　横断面がほぼ正方形のチャンネルボックス内に
   多数本の燃料棒をほぼ等間隔に結束して配列し、この燃
   料棒の複数本を可燃性毒物人燃料棒とし、かつ中央部に
   ウォータロッドを配置した沸騰水型原子炉用燃料集合体
   において、前記クォータロッドは燃料棒の４本以上の横
   断面積を有する単一の大径ウォータロッドであり、前記
   燃料棒のウラン２３５の含有率を８種類ないし２種類と
   し、ウラン２８５の含有率が最小の前記燃料棒を前記チ
   ャンネルボックスの四隅とその周辺に配置して成ること
   を特徴とする燃料集合体。