JPS61264289A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉内における燃料集合体の配列格子構造
に係り、特に、燃料集合体の間隙の広さが不均一の非対
称格子を間隙の広さが均一の対称格子へ変更するのに好
適な燃料集合体の構造に関する。

〔発明の背景〕

第５図は、沸騰水型原子炉の水平断面を示すものである
。１は炉心格子セルで、１つの格子セル内には、第６図
に示すように、１体の制御棒３と、制御棒３に隣接して
その制御棒３を取囲む４体の燃料集合体２が存在する。

第７図および第８＠は、燃料集合体の構造を示す図であ
る。この図で、４は上部タイプレート、５はチャンネル
・ファスナ、６はチャンネル・ボックス、７はスペーサ
、８は下部タイプレート、９は燃料棒である。

沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体のうちＤ型格子
（または、非対称格子）と呼ばれる形状のものは、第９
図の燃料集合体断面図に示すように隣接する燃料集合体
とのギャップ間隔が異っており、制御棒側のギャップ間
隔（第９図のＤｌ。

以後、広ギャップと呼ぶ）は、制御棒がない側のギャッ
プ間隔（第９図のＤＳ　？以後、狭ギャップと呼ぶ）よ
り広くなっている。

これに対して、Ｃ型格子（または、対称格子）と呼ばれ
る形状のものは、第９図の燃料集合体断面図において隣
接する燃料集合体とのギャップ間隔が等しくなっている
（第９図においてＤ工＝Ｄオ）このため、Ｄ型格子にお
いて、広ギヤツプ側では、チャンネルボックス６の外側
の減速材流路面積が大きく、中性子の減速の効果が大き
い。この結果、燃料集合体２内の各燃料棒９の出力は、
広ギヤツプ側で高く、狭ギヤツプ側で低くなるという出
力分布のひずみを生じる傾向がある。

このため、広ギヤツプ側に濃縮度の高い燃料棒を配置す
ることは、無限増倍率が向上し有利ではあるが、出力分
布のひずみも増大して、局所ピーキング係数（燃料集合
体断面における、最大燃料棒出力と平均燃料棒出力の比
）も上昇するために燃料棒が熱的に厳しい条件におかれ
る。

この歪みを小さくするために、第９図に示すように、燃
料集合体内の燃料棒の濃縮度を変えて、広ギヤツプ側の
周辺には低濃縮度の燃料棒を、狭ギヤツプ側の周辺部に
は、比較的高濃縮度の燃料棒を多く配列して、局所出方
分布の平坦化を行っている。

又、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体では、チャ
ンネルボックスの外側では、蒸気（ボイド）が発生しな
いのに対し、チャンネルボックスの内側では、蒸気の発
生があるため、第９図に示す燃料集合体の横断面内の水
（減速材）の密度分布は一様でなく、チャンネルボック
スの外側のギャップ部で高く、チャンネルボックスの内
側で低くなっている。このため、熱中性子束の分布も一
様ではなく、第１０図に模式的に示すように、燃料集合
体の中心部では、減速材が少ないことおよび燃料自身に
よる中性子吸収効果が大きいことにより、熱中性子束は
低く、燃料集合体の外周部で。

熱中性子束が高くなる分布を持っている。

燃料集合体内の各燃料棒出力Ｐは、およそ次式％式％ φ　：燃料棒位置での熱中性子束 σｔ：核分裂性物質の核分裂断面積 Ｎ　：燃料棒内の核分裂性物質の原子数密度この各燃料
棒出力Ｐの分布（局所出方分布）を平坦化し、局所ピー
キング係数をできるだけ小さくするために、熱中性子束
φの大きい外周部燃料棒での核分裂性物質の原子数密度
Ｎを小さくするように燃料集合体設計が行われる。即ち
、各燃料棒に含有されるウラン濃縮度は、各燃料棒ごと
に異なっており、燃料集合体の中心部では高く、周辺部
では低いという濃縮度分布を持っている。

通常、外周部の燃料棒のＵ”！濃縮度は、中心部の燃料
棒より２５％〜５０％程度、低くなって眞る。

ン 同一の燃料棒濃縮度分布に対して、Ｄ型格子とＣ型格子
で燃料集合体内の燃料棒の出力分布がどの程度、異なる
かを示したのが、第１１図である。

これにより、局所ピーキングをＤ型格子とＣ型格子で同
程度にするためには、Ｄ型格子では、広ギヤツプ側の燃
料棒の濃縮度を下げ、中心部の燃料棒の濃縮度を上げる
ことが必要となる。

燃料集合体の濃縮度分布を反応度（中性子増倍率）の点
から考えると、熱中性子束の高い位置に核分裂物質の含
有量の高い燃料棒を配置した方が燃料集合体の反応度が
上がり、燃料経済的にも有利である。このため、熱中性
子束の高い広ギヤツプ側の濃縮度を下げ、熱中性子束の
低い中心部の濃縮度を上げるＤ型格子は、中性子経済上
、不利である 従来の沸騰水型原子炉には、燃料集合体の配列格子構造
にＤ型格子とＣ型格子があったが、Ｄ型格子の原子炉を
Ｃ型格子の原子炉へ変換するものは無かった。

特開昭５４−５６２８７号では、原子炉内の燃料集合体
２内椿）構造において、制御棒側のギャップ間隔を制、
岬棒／がない側のギャップ間隔よりも狭くして構成した
ことを特徴とする原子炉を与えている。

これは、制御棒側のギャップ間隔を狭くすることにより
、制御棒側ギャップ部の制御棒引抜時の反応度を下げ、
制御棒挿入時と制御棒引抜時の反応度化を小さくしたも
のである。これによって制御棒挿入時と制御棒引抜時の
出方分布変化の低減が図られている。

しかしながら、この装置では、制御棒側のギャップ間隔
と制御棒がない側のギャップ間隔が等しいＣ型格子への
変換は、配慮されていなかった。

特開昭５７−２００８９１号では、原子炉の炉心に燃料
集合体を装荷する方法において、２サイクル以上滞在し
た燃料集合体を炉心から抜き出し、その後、制御棒の中
心軸に近接していた部分を制御棒の中心軸から遠ざける
ように回転して炉心に再装荷し、この燃料集合体を継続
使用することを特徴とする燃料集合体の装荷方法を与え
ている。

これは、Ｄ型格子では、広ギヤツプ側の周辺部には低濃
縮度の燃料棒が、又、狭ギヤツプ側の周辺部には比較的
高濃縮度の燃料棒が多く配列されているため、燃焼が進
んだときに、燃料集合体を水平面上で１８０”回転させ
るか、または、水平方向に平行移動することにより、周
辺燃料棒のうち、高濃縮度のものが広ギヤツプ側に配置
させるようにして、燃料集合体の反応度を向上させてい
る。

しかしながら、この装置では、制御棒側のギャップ間隔
と制御棒がない側のギャップ間隔が等しいＣ型格子への
変換は、配慮されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃料集合体の配列格子を構造において
、制御棒の挿入される側の燃料集合体の間隙と制御棒の
挿入されない側の燃料集合体の間隙の広さが異なる格子
（非対称格子）を両間隙の広さが等しい格子（対称格子
）へ変更する下部タイプレートを設けたことを特徴とす
る燃料集合体を提供することにある。

〔ｊ発明の概要〕

沸騰水型原子炉の燃料集合体の配列格子構造には、制御
棒の挿入される側の燃料集合体の間隙と制御棒の挿入さ
れない側の燃料集合体の間隙の広さが異なるＤ型格子（
非対称格子）と両間隙の広さが等しいＣ型格子（対称格
子）がある。

Ｄ型格子では、制御棒側のギャップ間隔（広ギャップ）
が制御棒がない側のギャップ間隔（狭ギャップ）より広
くなっているため、広ギヤツプ側でチャンネルボックス
の外側の減速材流路面積が大きく、中性子の減速の効果
が大きいことの結果、広ギヤツプ側の燃料棒の出力が高
くなるという出力分布のひずみを生じる傾向がある。

この歪みを小さくするために、燃料集合体内の燃料棒の
濃縮度を変えて、広ギヤツプ側の燃料棒の濃縮度を下げ
、中心部の燃料棒の濃縮度を上げることが必要となる。

燃料集合体の濃縮度分布を反応度（中性子増倍率）の点
から考えると、熱中性子束の高い位置に核分裂物質の含
有量の高い燃料棒を配置した方が燃料集合体の反応度が
上がり、燃料経済的にも有利である。このため、熱中性
子束の高い広ギヤツプ側の濃縮度を下げ、熱中性子束の
低い中心部の濃縮度を上げるＤ型格子は、中性子経済上
、不利である。

従来の沸騰水型原子炉には、前記のように、Ｄ型格子と
Ｃ型格子があったが、Ｄ型格子の原子炉をＣ型格子の原
子炉へ変換するものは無かった。

Ｄ型格子の原子炉をＣ型格子の原子炉へ変換するために
は、燃料集合体が、炉心支持板にはめ込まれた燃料支持
金具上に搭載される構造であることから次の２つの方法
が考えられる。

（１）燃料支持金具をＤ型格子用のものからＣ型格子用
のものへ変更する。

（２）燃料支持金具は、Ｄ型格子用のものをそのまま使
用し、燃料集合体の燃料支持金具との接合部である下部
タイプレートをＤ型格子からＣ型格子へ変換する構造の
ものとする。

上記（１）の方法では、Ｄ型格子からＣ型格子への変換
に際し、 （ｉ）燃料支持金具も取り換えることになるため、Ｃ型
格子用の燃料支持金具を必要とすると同時にＤ型格子用
の燃料支持金具を廃棄することになる。

（五）燃料支持金具は、燃料集合体４体に１体の割合で
炉心支持板にはめ込まれているため、燃料集合体１体毎
の通常の燃料取換時に燃料取換を兼ねて行うことができ
ない。

等の理由により現実的方法ではないと考えられる。

本発明の特徴は、前記（２）の方法により、燃料集合体
の下部タイプレートをＤ型格子からＣ型格子へ変換する
構造としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、本実施例の燃料集合体の垂直方向断面図である。

１０は炉心支持支持板、１１は燃料支持金具、１２は下
部タイプレート、１３はチャンネルボックス、１４は燃
料棒を示す。又、第２図は、本実施例の燃料集合体の配
列格子構造図である。

第２図において、従来のＤ型格子では、広ギャップ（Ｄ
ｌ）が狭ギャップ（Ｄ２）よりも大きかったが、本発明
では、Ｃ型格子と同一の配列であるように（Ｄ、　＝Ｄ
、　）配列格子構造が変更されている。

上記の配列格子構造を実現するために、本発明では、第
１図に示すように、下部タイプレートを制御棒の挿入さ
れる側の方向へ曲げた構造とし、チャンネルボックス内
の冷却材の流路をＤ型格子のものからＣ型格子のものへ
変換している。

現行の沸騰水型原子炉におけるＤ格子の場合、燃料支持
金具流路の中心軸とチャンネルボックス流路の中心軸の
偏差（第１図のｄ）は、２．４ｍｍである。

本発明の変形例１を第３図に示す。

第３図において、従来のＤ型格子では、広ギャップ（Ｄ
ｌ）が狭ギャップ（Ｄ２）よりも大きかったものを、本
発明では、Ｃ型格子に近づけるようにり、とり、の差を
小さく配列格子構造が変更されているものである。

本発明の変形例２を第４図に示す。

第４図において、従来のＤ型格子では、広ギャップ（Ｄ
ｌ　）が狭ギャップ（Ｄ２）よりも大きかったものを、
本発明では、Ｃ型格子に近づけるようにり、とＤ４の差
を小さくすると共に広ギャップの間隔が一定である（Ｄ
□＝Ｄ、）ように配列格子構造が変更されているもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉内の燃料集合体の配列格子構造
において、制御棒の挿入される側の燃料集合体の間隙と
制御棒の挿入されない側の燃料集合体の広さが異なるＤ
型格子（非対称格子）を両間隙の広さが等しいＣ型格子
（対称格子）へ変更する下部タイプレートを設けること
により下記の効果がある。

（１）Ｄ型格子では、熱中性子束の高い広ギヤツプ側の
濃縮度を下げ、熱中性子束の低い中心部の濃縮度を上げ
るため、中性子経済上、不利であるので、これをＣ型格
子に変換できる。

（２）Ｃ型格子への変換は、燃料支持金具の変更によっ
ても可能であるが、この場合、新たに燃料支持金具が必
要である上、古い燃料支持金具の廃棄も必要である。又
、燃料支持金具は、燃料集合体４体を塔載するものであ
るため、通常の燃料取換時に同時に行うことはできない
。しかしながら、本発明のように下部タイプレートの変
更によれば、これらの問題は無い。

（３）現在、沸騰水型原子炉の燃料集合体の配列格子構
造には、Ｄ型格子とＣ型格子の２種類があるが、これら
を炉心特性上、統一化させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の燃料集合体の構成図、第
２図は１本発明による燃料集合体配列図、第３図は、本
発明の変形例１の説明図、第４図は、本発明の詳細な説
明図、第５図は、沸騰水型原子炉の水平断面図、第６図
は、燃料集合体断面図、第７図は、燃料集合体構造図、
（垂直断面）、第８図は、燃料集合体構造図、（水平断
面）、第９図は、燃料集合体ギャップ間隔説明図、第１
０図は、燃料集合体内中性子束分布図、第１１図は、格
子配列と燃料集合体内出力分布図である。 １・・・炉心格子セル、２・・・燃料集合体、３・・・
制御棒、４・・・上部タイプレート、７・・・スペーサ
、８・・・下部タイプレート、９・・・燃料棒、１０・
・・炉心支持板、１１・・・燃料支持金具、１２・・・
下部タイプレート、第１０ 嘉２０ ［二］　　笑換萌 口東側Ｅ 宅３０ 「−］支秩泊 口支捜穣 ￥４０ 「−］艮撓府 りｍ−」 口！和１ ￥５０ 宥７凶 冨１１０ ＋　　　　２　　　３　　　４　　　５　　　６　　　
　’／　　　　σ鹿Ｐ＋捧イ立１【

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子炉内に配列した多数の燃料集合体の配列格子構
   成において、制御棒の挿入される側の燃料集合体の間隙
   と制御棒の挿入されない側の燃料集合体の間隙の広さが
   異なる格子を両間隙の広さが等しい格子へ変更するため
   に燃料集合体の中心軸と冷却材入口部の中心軸がずれた
   下部タイプレートを設けたことを特徴とする燃料集合体
   。