JPS61212788A - 核燃料集合体 - Google Patents

核燃料集合体

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JPS61212788A
JPS61212788A JP60052294A JP5229485A JPS61212788A JP S61212788 A JPS61212788 A JP S61212788A JP 60052294 A JP60052294 A JP 60052294A JP 5229485 A JP5229485 A JP 5229485A JP S61212788 A JPS61212788 A JP S61212788A
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JP
Japan
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rods
fuel
rod
water
deceleration
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JP60052294A
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English (en)
Inventor
別所 泰典
貞夫 内川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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

Landscapes

  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
  • Catalysts (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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子炉(BWR)の核燃料集合体に
係り、特に 1)熱的余裕を増大するのに好適、 で、しかも 2)燃料経済性を向上するのに有効、 な核燃料集合体に関する。
〔発明の背景〕
BWR用核燃料集合体では、第1図に示すように集合体
壁1の内側に、外径dの燃料棒2が配列間隔(最近接の
燃料棒中心間の距離、以下ピッチと呼ぶ)、Pで、NX
N (Nは正整数、通常N=7または8.第1図ではN
=8)本、正方格子状に配列されており、その中央部の
nXn (nは正整数。第1図ではn=2)本の燃料棒
収容空間に水ロッドや減速棒3が配置されている。冷却
材は気相と液相のまじった二相流の状態で流路4を流、
ノ 動する。また集合体壁1は飽和状態のギャップ水5に囲
まれている。
前記水ロッドや減速棒は中性子の減速を促進して燃料経
済性を向上させることに用いられているが、その発熱割
合は燃料棒の数%と小さいので、外径りを適切に決めて
やらないと燃料集合体内の蒸気体積率分布を歪ませて熱
的余裕が小さくなることも起りつる。
前記燃料集合体において水ロッドや減速棒3の外径りが
とりうる最大値をDmaxとすると、それは第1図で示
したように水ロンドや減速棒が最も近い燃料棒21に接
するときに与えられ、第(1)式で示す値となる。
余裕よりも燃料経済性の向上に重点がおかれてきた。
例えば特開昭59−65792号公報に記載の公知例1
では燃料経済性向上のため水ロッド3の外径りをできる
だけ大きくしており、最も近い燃料棒21とのギャップ
幅はせいぜいllff11である。この場合燃集合体の
形状は第1表に示すようになり、前記Dn+axと水ロ
ツド外径りとの比□ =max 0.95 である。このような燃料集合体では、燃料棒
21の周囲で蒸気体積率が大きくなって蒸気膜ができ、
沸騰遷移が起りやすくなり熱的余裕が小さくなる。
表1 ”:N=8 ”n=2(= fiで]下) また特開昭48−80986号公報に記載の公知例2は
表1に示すような燃料集合体形状であり、□D、。
=0.56である。この燃料集合体では、水ロッド3や
それに隣接した燃料棒21のまわりでは蒸気体積率が小
さいけれども、逆に水ロッド3がら離れた燃料棒22の
まわりで蒸気体積率が大きくなって熱的余裕は小さくな
る。
以上述べたように、従来の技術では水ロツド径が適切で
なかったために燃料集合体内の蒸気体積率分布が歪んで
熱的余裕が小さくなっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は燃料集合体内の水ロッドや減速棒の太さ
を最適化して、 1)蒸気体積率分布を平担にして熱的余裕を大きくする
、 とともに 2)中性子を有効に減速して燃料経済性を高める燃料集
合体を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、水ロッドや減速棒の蒸気体積率分布の平担化
や熱的余裕に与える影響に関する次のような知見にもと
づいている。
1)発熱割合の小さい水ロッドや減速棒3の外径りを小
さくするとそのまわりで蒸気体積率が小さくなるが、別
の燃料棒22などのまわりで蒸気体積率が大きくなり、
その結果熱的余裕が小さくなる。
2)逆に水ロッドや減速棒3の外径りををあまり大きく
するとそのまわりの燃料棒21との間隔がせまくなって
燃料棒21の熱除去ができなくなり熱的余裕が小さくな
る。
これらの知見は、熱的余裕を最大とする水ロンドや減速
棒の最適直径が存在することを示している。しかしなが
ら、水ロッドや減速棒の最適直径を決めるにあたっては
、新たな知見、すなわち、3)水ロッドや減速棒の表面
にはつねに液膜が存在して、燃料棒21の熱除去には効
果がない。
そのため、水ロッド3と燃料棒21に囲まれる流路では
他の燃料棒22のまわりにくらべ流路平均の蒸気体積率
が小さくても熱除去性能が劣る。
ことを考慮しなくてはいけない。
本発明はこれらの知見にもとづいて考案されたもので、
燃料棒が格子状に配列した燃料集合体の中央部で、n”
  (nは正の整数)本の燃料棒の収容空間に水ロンド
または減速棒を配置するとき、その外径りが燃料棒の外
径dとそのピッチPについて、第(2)式を満たすよう
に構成する。
(nが奇数のときI=O,nが偶数のときI=)この式
は、前記第(1)式かられかるように、n2本の燃料棒
収容空間に配置できる水ロッドまたは減速棒の外径の最
大値Dmaxに対して、熱的余裕が大きくなるようボイ
ド率を平担化できる前記水ロッドまたは減速捧の外径り
の範囲を限定したものである。
またこのように構成した集合体は燃料経済性も向上させ
ることができる。すなわち中性子は主に集合体壁1の外
にある飽和ギャップ水で減速されるので集合体中心部で
は十分に減速されていない。
したがって、集合体中心部に燃料棒のかわりに本発明の
ように水ロッドや減速棒を用いると中性子が十分に減速
されるようになり、その結果燃料経済性が向上する。
〔発明の実施例〕
以下1本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明の第1の実施例になる8×8燃料燃料体は第1図
および表2に示すように、外径(d)12.27amの
燃料棒2がピッチ(P) 16.26mmで正方格子状
に配列され、その中央部にある2×2(n)本の燃料棒
収容空間に外径(D )32.48mmの水ロッド3が
配置されている。この水ロッド3の直径りとDiax 
(:) /TW]7丁〒1−1〒−P−d)を満足して
いる。
この第1の実施例になる核燃料集合体の特性を前記公知
例1を従来技術例として取り上げて両者の比較により明
らかにする。従来技術例の燃料集合体の形状を表2に第
1の実施例と比較する6両者のちがいは燃料集合体中央
部の水ロッドの外径のみであり、その他の構造は同じで
ある。
第2図は水ロッド3の直径りが変ったときの限界出力比
(曲線6)と蒸気体積率(曲4117,8)の変化を示
している。ここで限界出力比は、燃料棒表面で沸騰遷移
を起すときの出力P、?に対するPお。
当該燃料棒の出力Pとの比、つまりCP R= −であ
られされ、限界出力比が1.0 に近づくほど沸騰遷移
を起す確率が増し、限界出力比が1.0越えて大きくな
るほど熱的余裕が増すことを示している。また曲線7,
8はそれぞれ、燃料集合体内で蒸気体積率が最も大きい
部分たとえば燃料棒22のまわりおよび水ロッド3のま
わりの蒸気体積率を示している。
”n=2  (= (8”−60)”)が0.5  を
越えて大きくなると、曲線7は減少、曲線8は増加する
、つまり蒸気体積率分布は次第に平坦になって、熱的余
裕は増し1本発明の一=0.83  のとき最大となる
。このときのDiax 限界出力比は2.38である。水ロッドの外径りかさら
に増すと、水ロッドのまわりで蒸気体積率。
曲線7は急増して沸騰遷移が起りやすくなり熱的り とき、限界出力比は1.76 である。したがって本発
明では熱的余裕が従来技術にくらべ35%増加している
この熱的余裕の変化は第3図の集合体断面図を用いて説
明できる。すなわち、 (1)水ロッド3の直径が小さいとき、水ロンド表面で
の摩擦は小さいので、水ロッドのまわりの流路41で冷
却材が多く流れて蒸気体積率が小さくなる反面、水ロッ
ドから離れた流路で蒸気体積率が大きくなり熱的余裕が
小さい。
(2)水ロッドの直径が大きくなる(ただし□max <0.83 >  と水ロツド表面での摩擦が大きくな
って流路41での冷却材流量が減って蒸気体積率が増加
する反面、水ロッドから離れた流路では蒸気体積率が減
少して集合体内で蒸気体積率分布が平担化して熱的余裕
が増す。
(3)水ロツド直径が大きくなる(、−>0.83)D
max と、水ロッドのまわりの流路41で蒸気体積率が急増し
て熱的余裕が小さくなる。
このような燃料集合体伝熱流動特性にもとづいて、特に
第2図を参照して、水ロッドの直径りは第0.90 以
下の範囲にあれば良い。
前記□=0.90 の値ば、水ロッドの面積Dmax がn2本の燃料棒の面積と等しくなるとき(□max &0.63)の熱的余裕と等しく、しかも燃料経り 済性が最も高められるものである。□>0.90max となると燃料経済性は高くなるが、熱的余裕が急激に小
さくなる。
な太い径の水ロッドや減速棒を用いなくても単に外径d
の燃料棒被覆管の中に固体減速材を装荷すれば同じ効果
が得られ、特に発明を実施しても新たな効果は得られな
い6 また、本発明の第1の実施例は、燃料の経済性も有効に
向上させる。第4図は水ロッドの直径が変ったときの燃
料経済性を向上させる効果を示している。水ロンドのか
わりに2X2本の燃料棒を使用した場合にくらべ1本実
施例で得られる燃料経済性の向上は4.2%である。
次に本発明を第2の実施例により説明する。第2の実施
例になる核燃料集合体は、第1図および表1に示した第
1の実施例と外観は同じであるが、水ロッド3のかわり
に固体減速材、たとえばジルコニウムハイドライドを含
んだ減速棒を用いている点が異なっている。この実施例
では減速棒の直=0.83 でよく、熱的余裕の増加も
同じ程度である。
しかし、ジルコニウム・ハイドライドの中性子減速能が
水にくらべ1.5倍であることから、第2の実施例によ
る中性子経済性の向上は、第1の実施例にくらべても2
.1 %良い。
本発明の第3の実施例を第5図を用いて詳細に説明する
。この実施例になる燃料集合体は原子炉炉心に、制御棒
9側の集合体壁の間のギャップW0が、制御棒と対向す
る位置のギャップW2よりも大きくなるように装荷され
るもので、水ロッド31が集合体の中心からずれて配置
されている点が、実施例1,2と異なっている。燃料棒
2の外径dおよびそのピッチPは実施例1,2と同じで
ある。
第3の実施例の場合、蒸気体積率分布に及ぼす水ロッド
の影響は、第1,2の実施例と異なるた rnax め水ロツド直径りのDmaxに対する比は□=0078
であり、限界出力比は2.34である。
熱的余裕は実施例1の場合と同じ程度改善されている。
燃料経済性の向上は、集合体壁間のギャップW工。
W2 のちがい、および水ロッド31の位置が前記実施
例1,2と異なることも原因となって、水ロッド31の
かわりに4本の燃料棒を用いた場合にくらべ、32%で
ある。
〔発明の効果〕
以上説明したごとく、本発明になる核燃料集合体では、
水ロッドや減速捧の直径を最適化することによって熱的
余裕を増大させることができ、しかも燃料経済性の向上
にも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の第1の実施例になる核燃料集合体の
水平方向断面図、第2図は本発明の第1の実施例になる
核燃料集合体で水ロンド直径が変ったときの熱的余裕や
蒸気体積率の変化を示す線図、第3図は核燃料集合体内
の水ロンド近傍の詳細断面図、第4図は本発明の第1の
実施例になる核燃料集合体で、水ロツド径が変ったとき
の燃料経済性の向上効果を省ウラン率で示した線図、第
5図は本発明の第5の実施例になる核燃料集合体の水平
方向断面図である。 1・・・集合体壁、2・・・燃料棒、3,31・・・水
ロッド、W、、W、・・・ギャップ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多数本の燃料棒、水ロツドまたは減速棒を格子状に
    配列した核燃料集合体において、集合体の中央部の燃料
    棒n^2本(nは正の整数)の収容空間を前記水ロツド
    または減速棒が占有するとき、水ロツドまたは減速棒の
    外径Dが、燃料棒の外径dとその配列間隔Pについて 0.63<D/{√[(n+1)^2+I・P−d]}
    ≦0.90(nが奇数のときI=0、nが偶数のときI
    =1)となる関数を満足するように構成したことを特徴
    とする核燃料集合体。
JP60052294A 1985-03-18 1985-03-18 核燃料集合体 Pending JPS61212788A (ja)

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JP60052294A JPS61212788A (ja) 1985-03-18 1985-03-18 核燃料集合体

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6491088A (en) * 1987-10-02 1989-04-10 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel assembly
JPH01250788A (ja) * 1988-03-31 1989-10-05 Nuclear Fuel Ind Ltd 沸騰水型原子炉用燃料集合体
JP2010151573A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd 燃料集合体および沸騰水型原子炉

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6491088A (en) * 1987-10-02 1989-04-10 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel assembly
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