JPS6162894A - 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の改良に関する
。

〔発明の技術向背ｍ〕

一般に、この秤の沸騰水型原子炉はぞの炉心に複数の燃
料集合体を装荷しており、各燃りｌ集合体は制御棒を挿
入するための十字状空間をηいに設定して格子状に配列
されている。従来、この秤の燃料集合体は第３図に示す
Ｊ：うに構成され、角筒状の燃料ヂヤンネルボツクス１
内には複数の燃ＰＩ棒２等を収容している。これら燃１
”ｌ棒２等はスペーサ３ににり直立平行等間隔を設定し
て格子状に整列支持され、その」下端部は−１一部端栓
４を介して上部タイプレート５に支持され、一方、ぞの
下端部は下部端栓６を介して下部タイプレート７により
それぞれ支持されている。この下部タイプレート７の下
端には冷却材である炉水を燃料チャンネルボックス１内
に導入するための冷７ＪＩ孔８が穿設されている。この
冷却孔８から燃料チャンネルボックス１内に流入した炉
水はイの上端へ向【ノて冒流する際に、発熱する燃料棒
２によって加熱され、。

沸騰して蒸気を発生するようになっている。すなわち、
炉水は燃料集合体の下端において、冷却孔８から燃料チ
ャンネルボックス１内に流入すると共に、制御棒の挿入
空間である相隣なる燃料チャンネルボックス１相ｎの空
間とに流入して上方へ向けてそれぞれが流し、燃料集合
体の上方において、これら炉水の流れが合流覆る。燃ｆ
’ｌヂャンオルボックス１内部を４流してきた炉水は燃
ｒ１棒２ににり加熱されて沸騰して気液二相流を形成し
、一方各燃Ｆ１チャンネルボックス１相互の空間を４流
してきたか水はほぼ液体のままの状態にある。

このために、燃ｒ１東合体の上方では上記気液二相流と
、液流とが合流して新たな気液二相流を形成づ−る　。

〔費用技術の問題点） 形石集合体の下部からその内部へ流入する炉水はリーブ
クール状態であるが、燃料棒２による加熱のために飽和
？ＨＤどなり、気液二相流となる。この気液二相流によ
る伝熱は大変良に７で、燃料棒２の表面温度は流体温度
より若干高い４瓜にイ【つているに過ぎず、燃料棒２の
表面には液膜が形成されている。しかし、燃料棒２の発
熱間を増して行くと、この液膜が演滅して沸騰遷移を生
ずる領域が発生づ−る。この領域では燃料棒２の表面温
度が急上昇し、流体の炉水との温度差が非常に大きくな
り、燃ｒ１棒２の健全性上必ずしも好ましくない。

イこで、沸ＩＩ工木型原子炉ではこのような沸騰遷移を
牛じないように燃お１杯２の発熱品を制限している。

また、燃１′＋１チャンネルボックス１の側壁は非発熱
壁であり、この側壁の内面に沿って液膜が形成されてい
る。この液膜は燃ｒｉ棒２の冷却には有効に作用Ｕず、
この液膜を減少ざＵることが発生蒸気量の増大を図るト
で手習となる。

さらに、相隣なる燃ｒＮＩブ亀・ンネルボックス１相Ｈ
間の空間、すなわち制御棒を挿入する十字状空間には、
原子炉の通常運転時に炉水が下方から１一方へ向（）で
４流するが、この空間から１ま恭気介１１が殆どない。

ところで、燃ｒ１棒２内に充填されている核燃１′！１
は例えば数％程度の低濃縮ウランＪ：リイ１す、杉の裂
を生ずるウラン２３５（Ｕ　　　）は非常に少／７く、
大部分は分裂を生じないウラン２３８（（〕）が占めて
いる。ウラン２３８ＮＪ　　　）は高速中ｆ１子が作用
するど核分裂物質であるプル１−ニウム（Ｐ　ｕ　）に
変換する１、プル１−ニウム（Ｐｌ」）は核燃１′＋１
物質どして有効であるので、プル１へ二つ１．ｓ　（Ｐ
　ｕ　）を多く生成ざ１Ｊる事は燃ＦＩ　Ｌ’済上重要
である。このプル１〜ニウム（Ｐ　ＬＪ　）を多く生成
づ−るには、θ１１騰水型原了炉では（水素）／（ウラ
ン）を小さくづることが有効である。この（水素）を（
ウラン）に対して相対的に小ざくするには炉心空間の液
相空間を挟小にして蒸気相空間を広くηることが効果的
である。したが−）で、相隣＜７る燃ｒ１チャンネルボ
ックス１相互間の液相空間、す（２わＩう水領域をでざ
るだり減少させることが望ましい。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考虞してなされたもので、炉心
にＡ３１づる発生蒸気量とプル１〜ニウム生成量の増大
を図った沸騰水型原子炉用の燃Ｆｌ集合体合体を捉供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は燃ａｔチャンネルボックスの側壁の内外面に形
成されだ液膜が蒸気発生に何ら貢献していない点に着目
してなされたもので、燃ＩＩブヤンネルボックスの側壁
に核燃１′！１を収容づるＪ：うに構成した。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る燃刺集台体の一実施例について第１
図おＪ：び第２図を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の水平断面図であり、図中、
符号１０は角筒状の燃料ヂトンネルボツタスである。燃
料チャンネルボックス１０は第３図で示す従来の燃料チ
ャンネルボックス１どほぼ同様に複数の燃料棒１１等を
収容するように構成されているが、各側壁１０ａは比較
的肉厚に形成されている。これら肉厚の各側壁１０ａは
全体がほぼ容器構造に構成されて、核燃料を収容するた
めの燃料収容空間１０ｂを形成している。この燃料収容
空間１０ｂは例えば板状に成形された低濃縮ウラン燃料
１２を収容するような形状に形成され、この低濃縮ウラ
ン燃Ｆ４１２が燃料収容空間１０ｂ内に封入されるよう
に各側壁１０ａが密閉容器Ｍ造に構成されている。これ
により、燃料チャンネルボックス１０の各側壁１０ａは
発熱して、これ−〇　− ら各側壁１０ａの内外、両面に形成された液膜からＡ”
Ａ気を発生さ１４ることができる。

この」ζうに１？１１成された燃料集合体を炉心に装荷
したＰＪＩ　Ｄ’Ｍ水型原了炉を第２図に示づ。。

覆イ１わら、第１図に示づ−ように構成された燃１゛（
１隼合体１３の複数（Ｊ、原子炉圧力容器１／Ｉ内のほ
ぼ中央部に配設された炉心シコラウド１５内に格子状に
配列される。これら燃料集合体１３の下方に下部プレナ
ム１６が形成され、この下部プレナム１Ｇに配置された
十字状の制御棒１７が、相隣なる燃料集合体１１ｎ７７
の十字状空間に挿入されるＪ、うになっている。これら
燃料集合体１３相り間の空間は炉心のバイパス流路とな
るバイパス部１８を形成している。燃１１集合体１３の
上方には−１一部プレナム１９が形成され、その上方に
は、気水分１１ｉ１１器２０、ドライ曳７２１がイれぞ
れ配設ンキれている。

４ｒお、第２図中、符号２２は原子炉圧力容器１４内の
炉水を強制循環せしめる再循環ポンプを示し、この再循
環ポンプ２２にＪＪり下部プレーｊ−ム１６へ強制的に
吐出された炉水け、上方にｌｒｉ口づて昇流し、燃Ｐ１
隼合体１３の下端にＡ３いて、燃１１隼合体１３の内部
と、外部、ずなりもバイパス部１８とに分流する。燃料
集合体１３内に流入して、その内部を昇流づるか水は昇
流の間に発熱ゴる燃オ′１棒１２（第１図参照）に加熱
されて沸騰し、然気を発生する。また、炉水は燃料ブヤ
ンネルボックス１０の各側壁１０ｆ’ｌの内面に治って
軸方向へ向【プて昇流する際に、低濃縮ウラン燃料１２
を内蔵して発熱する各側壁１０ａの内面で加熱されて）
Ｊｌ：騰し蒸気を発生量る。さらに、バイパス部１８に
分流された炉水け、燃ｉ＋１ヂ１７ンネルボツクス１０
の各側壁１０ａの外面に沿って上方へ向（）て昇流する
際に、発熱づる各側壁１０ａの外面で加熱されて沸騰し
、蒸気を発生Ｊる。すイ丁わち、燃料ブヤンネルボック
ス１０の内外、両面に形成された両液膜から蒸気を発リ
ドすることができるので、蒸気の発生量を増大さぼるこ
とができる。したがって、本実施例の燃料集合体では炉
心で発生刀る蒸気９は燃わｌ’ＪＮ合体１３内とバイパ
ス部１８とて発生ηる蒸気１１の和どイｆる１、 次にこの発ぐ１蒸気昂を評価寸ろ。

−・般に、沸騰水望原了炉用の燃料集合ＩＡ　１体当り
の熱出力は平均で約／１．３ＭＷであり、１体当りの燃
１’＋　４’ｌ−表面積【、１約９Ｍであるから、−ｆ
の平均熱流束（，１１，１ｘ　１０５ｋｃａｌ／ＴＩ１
．ｈどｌ；ル。Ｊた、通常燃料集合体の水流量は５５０
００　Ｋ９　／　ｈで流体の人口リブウール１良は約１
０　ｋ　ｃａ１７に９であるので、リブクール水を飽和
水にするのに使われる熱量は６４０ＫＷ（５５０００ｋ
ｃａｌ／ｈ）　、飽和水からの蒸気発生に使用される熱
部は約３６６０ＫＷどなる。

−・方、本実施例の燃料集合体での燃料ブレンネルボッ
クス１０の内外両面の表面積は約４　ｒｒｉである。し
たがって、燃ｒ１ヂトンネルボックス１０の内外両面か
らの熱流束については、沸騰遷移を生じイｆいように約
１　Ｘ　１０５ｋｃａｌ／Ｔｄｈ　（燃料捧表面の平均
値の約１／４）とすれば、燃料ヂＶンネルボックス１０
から発生づる熱量は約４６０ＫＷ程度どなる。この熱量
が全部蒸気弁／ｊ−に使われるどりれば、本実施例の燃
１゛で１東合体から（，１従来例の６のに比較しく約１
　、　　Ｉ　：）　ｌＦｏｊのｈｌｔ気発１１がり１１
．込、１れることになる。

ま７ｊ、本実施例の燃料集合体によれば、バイパス部１
８を昇流する炉水についてノ）蒸気が発生Ｊる。このた
めに、炉心にお【する（水素）／（ウラン）比が小さく
なり、燃料中のウラン２３８（Ｕ２３８）からプル１−
二つｌ＼（Ｐｌ、１　）への転換が多くなり、・ブルト
ニウム（Ｐ　ＩＪ　）生産量がＩ！’ｌ　ｈｎ　１Ｊる
。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、複数の燃１′！Ｉ棒を燃
料チャンネルボックス内に収容づる燃Ｆｌ集合体におい
て、上記燃料チャンネルボックス側壁に核燃ｒ；を収容
するように構成した。したがって、本発明によれば、核
燃料を内蔵して介熱づ゛る燃ｉ！１チャンネルボックス
の側壁の内外両面に冶って昇流する炉水についても蒸気
を発生させることがでい−るので、炉心における蒸気発
生量の増大を図ることができる。また、その結果、炉心
にお（−）る（水素）／（ウラン）比が小さくなり、燃
ｒｉ中のウラ、２３８　　２３８ ノ　　（ＬＪ　　　）からプルトニウム（Ｐ　ＬＪ　）
への転換が多くイ架り、プルトニウム（Ｐｕ）の生産量
の増大を同■′１に図ることができる効宋を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の一実施例の水平断面
図、第２図は第１図で示す実施例の燃ｒ１集合体を装荷
した沸騰水型の原子炉圧力容器の縦断面図、第３図は従
来の燃料集合体を一部を切り欠いて示す斜視図である。 １０・・・燃料チャンネルボックス、１０　ａ・・・側
壁、１０ｂ・・・核燃料収容空間、１１・・・燃料棒、
１２・・・低濃縮ウラン燃ｒ１．１３・・・燃ｒ１集合
体、１４・・・原子炉圧力容器、１５・・・炉心シコラ
ウド、１′６・・・下部ブレナム、１７・・・制御棒、
１８・・・バイパス部、１つ・・・上部プレナム。 ＝　１１− 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃料棒を燃料チャンネルボックス内に収容す
   る燃料集合体において、上記燃料チャンネルボックスの
   側壁に核燃料を収容するように構成したことを特徴とす
   る燃料集合体。 ２、核燃料が板状に成形された低濃縮ウランである特許
   請求の範囲第１項に記載の燃料集合体。