JPS6157882A

JPS6157882A - 核燃料集合体

Info

Publication number: JPS6157882A
Application number: JP59179255A
Authority: JP
Inventors: 勝鵜飼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-08-30
Filing date: 1984-08-30
Publication date: 1986-03-24

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、沸騰水型原子炉に装荷される核燃料集合体に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の核燃料集合体を第４図から第９図を参照して説明
する。

第４図は従来の核燃料集合体を一部切り欠いて示す斜視
図である。従来の核燃料集合体１は、多数本の燃料棒２
と１本あるいは複数本の図示しないウォータロッドとを
正方配列させて構成している。これら燃料棒２及びウォ
ータロッドの上下端はそれぞれ上部タイブレート３及び
下部タイプレート４によって支持されている。前記燃料
棒２の中間部にはこの燃料棒２を等間隔に整列支持させ
るスペーサ５が上下方向に間隔を置いて配置されている
。正方配列された燃料棒２の外周にはほぼ四角形筒状の
チャンネルボックス６が配置されている。また、多数本
の燃料棒２のうち、外周に位置する８本は上部タイブレ
ート３と下部タイブレー４とを結合する結合燃料棒とな
っている。以下第５図及び第６図を蓼照してこの結合燃
料棒について説明する。ここで第５図に第４図の平面図
を示し、第６図に結合燃料棒の胛部拡大図を示す。

結合燃料棒７の上端部をなす上部端栓８は、先端にねじ
部９が螺刻され、基部にはフランジ部１０が設けられて
いる。この結合燃料棒７の上部端栓８と上部タイブレー
ト４との結合方法は、まず前記上部端栓８に外部スプリ
ング１１を装着し前記フランジ部１０上に載置させる。

その後、この上部端栓８を上部タイブレート３に穿設さ
れた孔１２に挿入させ、六角ナツト１３によって締結す
ることによって、結合燃料棒７と上部タイブレート３は
結合される。また、結合燃料棒７の下端部をなす下部端
栓（図示せず）は、その下端部にねじ部を備え、て、い
る。結合燃料棒７はこの下端ねじ部を下部タイ、　　　
プレート４に設けられたねじ穴（図示せず）にねじ込む
ことによって、前記下部タイプレート４に直立に保持さ
れている。

結合燃料棒７以外の燃料棒２及びウォーターロッドの上
部端栓８の支軸は、上部タイブレート３の丸穴を滑動自
在に挿通し、上部タイブレート３下面と−Ｌ部端栓８の
フランジ部１０間には、外部スプリング１１がはめ込ま
れている。

次に第７図を参照して従来の燃料棒を説明する。

第７図は従来の燃料棒の縦断面図を示す。従来の燃料棒
２は、肉厚の均一な被覆管１４内に核分裂性物質からな
る燃料ペレット１５が積層状に充填されている。被覆管
１４の両端開口部には上部端栓１６及び下部端栓１７が
溶接され内部を密封した構成になっている。また被覆管
１４内上部には上部ブレナム１８が形成されこの上部ブ
レナム１８には前記燃料ペレット１５を固定するブレナ
ムスプリング１９が配置されている。

以上の構成において、核燃料集合体１は大幅日間負荷追
従運転に健全であることが要求されている。この大幅日
間負荷追従運転の典型例をｇＪ８図に示して説明する。

ここで第８図は縦軸に出力及び流量をとり横軸に時間を
とった大幅日間負荷追従運転の特性図である。第８図に
おいて、実線Ｂは出力を示し、破線Ｃは流量、波線りは
、制御棒装作を示している。この様に出力を実線に示す
ように運転することが大幅日間負荷追従運転の目的であ
る。通常出力が７５％〜９５％程度の日間負荷出力変化
は発生しない。それに対して大幅日間負燃料棒に局部的
な出力変化が発生する。この時操作する制御棒は、炉心
内に深く挿入され、燃料棒の上部に前記の局部的な出力
変化が発生すると考えられる。また燃料上部は、比較的
低出力であると考えられるが、高燃焼度時においてはペ
レット被覆管相互作用（以下ＰＣＩとする）が発生する
と共に、被覆管に対して、内圧上昇、中性子照射等の悪
影響が生ずる。ここでＷ＆９図に縦軸に原子炉内の線出
力密度をとり、横軸に燃料棒の燃焼度をとった燃料棒の
ＰＣＩ発生領域を示す特性図を示す。

なお、第９図において、燃料棒のＰＣＩ発生領域を斜線
Ｅで示す。第６図に示す様にたとえ線出力密度がｓ　Ｋ
ｗ／ｍ一定で、運転されるとしても燃料棒は約３００Ｗ
Ｐ／Ｍ　ｔでＰＣＩが発生する恐れが生ずる。

これより低出力位置であるにしても局部的な出力変化に
より被覆管に大きな応力が生ずると考えらている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高燃焼度時における大幅日間負荷追従
運転等の定格出力運転中の制御棒操作に対して被覆管の
健全性を十分保つことのできる核燃料集合体を得ること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、多数本の燃料棒と複数本のウォータロッドと
を正方格子状に配列させ、１記燃料棒は円筒状の被覆管
と、この被覆管内に装填される燃料ペレットと、前記被
覆管の上下両端に固着される上部端栓及び下部端栓とか
ら成る核燃料集合体において、前記被覆管の長手軸方向
上部の肉厚を長手軸方向下部の肉厚より厚くしかつ、長
手軸方向上部の燃料ペレットの外径を長手軸方向下部の
外径より小さくしたことを特徴とする核燃料集合体にあ
る。

〔発明の実施例〕

以下本発明の第１実施例を第１図から第２因を参照して
説明する。ここで第１図に本発明のｔＥ１実施例である
核燃料集合体の平面図を示す。なお、第４図と同一部分
には同一符号を付しその構成の説明は省略する。

第１図に示す様に、核燃料集合体２０は、多数本の燃料
棒２１　、２２と２本のウオータロッＦ　（第１因中記
号■で示す）２３とを正方配列させて構成している。こ
のような核燃料集合体２０はさらに４体のものを正方配
列してその中央に断面十字形状の制御棒２４を配置し一
つの単位格子を形成している。

前記ウォータロッド２３は核燃料集合体２０の横断面内
のほぼ中央に配置され、原子炉の運転中には内部を冷却
水が下方から上方へ流通する様に構成されている。また
、核燃料集合体２０の最外周でかつ制御棒２４に隣接す
る位置に被覆管の長手軸方向上部の肉厚を長手軸方向下
部の肉厚より厚した第１燃料棒（第１因中記号■で示す
）２１を配置させ、その他の位置には被覆管の肉厚が均
一である第２燃料棒（第１因中記号０で示す）２２を配
置させている。この第１撚利棒２】は第２図に示す構成
に成っている。ここで第２図に第１図に示した第１燃料
棒の縦断面図を示す。なお、第７図と同一部分には同一
符号を付しその説明は省略する。第２図において、円筒
状の被覆管２５は従来と同じ肉厚部（以下薄肉部とする
）２５ａと従来より厚い肉厚部（以下厚内部とする）２
５ｂとから成っている。前記薄肉部２５ｍに従来径の燃
料ベレン）　２６ａが配置されており、厚内部２５ｂに
は従来より小さい外径の燃料ペレッ）　２６ｂが配置さ
れている。

ここで被覆管の厚内部２５ｂは、ＰＣＩが発生している
５〜８ＫＷ／ｆｔの出力位置から出力をｌＯ〜１３４Ｋ
Ｗ／ｆｔまで急激に上昇させた最も厳しい条件で評価し
た結果、従来より４０％以内の肉厚の増加で十分である
。

この厚内部２５ｂは、大幅日間負荷追従運転等の燃料棒
上部における出力変化によって生ずる局部的応力を鑑み
て、炉心運転時挿入されている制御棒の上端の位置すな
わち燃料棒の中心位置から上部プレナム１８の下端まで
の位置に設けられる。また、従来より小さい外径の燃料
ペレツ）　２６ｂの外径とこの燃料ペレット２６ｂと被
覆管２５とのギャップ幅は、従来の撚料ペレツ）　２６
ａの外径とこの撚料ペレッ）　２６ａと被覆管２５との
ギャップ幅の比と同様の比率として求められる。

以上の構成において、大幅日間負荷追従運転等の高出力
時における第１燃料棒２１は、制御棒２４の操作によっ
て生ずる局部的な出力変化の発生位置に従来より、強度
を増加させた被覆管が存在するため、燃料棒の破損の発
生を防止できる。さらにしま、下部においては、従来と
同じ肉厚の被覆管であるため、軸方向全長にわたり、肉
厚を増加させる燃料棒より、中性子経済を向上させるこ
とができる。

以下、本発明の第２の実施例を第３図を参照して説明す
る。ここで第３図に本発明の第２の実施省略し、かつこ
の燃料棒間も第１図に示した核燃料集合体中記号■で示
した位置に配置される。第３図において、燃料棒３０は
上部セグメント燃料棒３１と下部セグメント燃料棒３２
とに分割されている。

この下部セグメント燃料棒３２は、従来と同一の肉厚の
被覆管羽に従来と同一の直径の燃料ペレットあを積層状
に充填し、おねじ部を有するセグメント用上部端栓３５
と下部端栓１７とにより両端部を溶接して構成している
。また、下部セグメント燃料棒３２内上部に設けられた
第１プレナム部あの体積は、従来の燃料棒におけるプレ
ナム体積と、ペレット体積の比率と同一になる様に設定
し、この第１プレナム部に収納されたゲッター（図示せ
ず）の水素吸収性能も同様に設定する。また、前記上部
セグメント燃料棒３１は、前記下部セグメント燃料棒３
２の被覆管おの肉厚より厚い被覆管３７が用いられ、こ
の被覆管３７に下部セグメント燃料棒諺の燃料ペレット
３４より外径が小さい鰹料ペレットあを情＝ｚ状に充填
させている。また、前記被覆管３７の上下端には上部端
栓１６とめねじ部を有するセグメント用下部端栓３９が
溶接されている。ここで上部セグメント燃料棒３１内の
上部に設けられた第２プレナム部４０の体積及びゲッタ
ー（図示せず）の水素吸収能力は、前述の下部セグメン
ト燃料棒３２と同様に決定される。また、この被覆管３
７の肉厚は前述の一実施例と同様に下部の被覆管３３の
４０％以内の増加でよく、長さは燃料棒３０の約半分直
二設定される。

そして、以上に示した上部セグメント燃料棒３１のセグ
メント用下部端栓３９と下部セグメンＦ燃料棒３２のセ
グメント用上部端栓３５をねじ結合させることによって
１本の燃料棒３０を構成している。

以上の構成によって、本発明の第２の実施例は第１の実
施例の効果の他に燃料棒の被覆管の厚さを容易に変化さ
せることができ、さらには製造直ニー　　　おいても厚
さが一定の管を用いればよいので第１の実施例に比べ容
易に製造することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大幅日間負荷追従運転時の高出力時に
おける炉心内に深く挿入された制御棒の操作に対して、
燃料棒の軸方向上部の被覆管の肉厚を大きくすることに
より、燃料の局部的な出力変化によって生ずる燃料棒の
破損を防止することができる。さらには軸方向下部の被
覆管肉厚が従来と同じであることにより、燃料棒の被覆
管の肉厚を全長にわたって大きくする手法と比較して燃
料棒下部における不必要な中性子損失をなくすことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す核燃料集合体の平面
図、第２図は第１図に示した第１燃料棒の縦断面図、第
３図は本発明の第２実施例を示した燃料棒の縦断面図、
第４図は従来の核燃料集合体の斜視図％第５図は第４図
の平面図、第６図は結合燃料棒の詳部拡大図、第７図は
従来の燃料棒の縦断面図、第８図は１時間と出力及び流
量の関係を示した大幅日間負荷追従運転の特性図、第９
図は燃焼度と線出力密度の関係を示した燃料棒の特性図
である。２０・・・核燃料集合体　　　２１・・・第１燃料棒２
２・・・第２燃料＄Ｊ２３・・・クォータロッド２４・
・・制御棒　　　　　　２５　、３３　、３７・・・被
覆管２５ａ・・・薄肉部　　　　　２５ｂ・・・厚内部
２６ｍ、２６ｂ、３４，３８　・・・燃料ペレット３０
・・・燃料棒３１・・・上部セグメント燃料棒３２・・・下部セグメント燃料棒３５・・・セグメント用上部端栓３６・・・第１プレナム部３９・・・セグメント用下部端栓４０・・・！！８２プレナム部代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図第２図　　第３図ｑｉ１１昭６１−５７８８２　（５）第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数本の燃料棒と複数本のウォータロッドとを正
方格子状に配列させ、前記燃料棒は円筒状の被覆管と、
この被覆管内に装填される燃料ペレットと、前記被覆管
の上下両端に固着される上部端栓及び下部端栓とから成
る核燃料集合体において、前記被覆管の長手軸方向上部
の肉厚を長手軸方向下部の肉厚より厚くし、かつ長手軸
方向上部の燃料ペレットの外径を長手軸方向下部の外径
より小さくしたことを特徴とする核燃料集合体。
（２）被覆管の長手軸方向上部の肉厚は長手軸方向下部
の肉厚の１．４倍以下であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の核燃料集合体。
（３）被覆管の長手軸方向上部の肉厚を長手軸方向下部
の肉厚より厚くした燃料棒は核燃料集合体の外周部分で
かつ制御棒に対向する位置に配置されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項及び第２項記載の核燃料集
合体。