JPS6184590A

JPS6184590A - 核燃料集合体

Info

Publication number: JPS6184590A
Application number: JP59205547A
Authority: JP
Inventors: 利久白川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1986-04-30

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図かう第６図を参照して説明
する。

第４図は従来の核燃料集合体の縦断面図である。

従来の核燃料集合体１は、多数本の燃料棒２と１本ある
いは複数本のウォータロッド３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３の上下
端はそれぞれ上部タイプレート４及び下部タイプレート
５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ｆこ整列支持させるスペーサ６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７が配置されている。また、多数本の燃料棒２の内
、外周に位置する８本は上部タイプレート３と下部タイ
プレート４とを結合する結合燃料棒となっている。

ここで第５図に燃料棒の縦断面図を示し、従来の燃料棒
について説明する。従来の燃料棒２は、被覆管８内（こ
核分裂性物質から成る燃料ペレット９が積層状に充填さ
れている。被覆管８の両端開口部には上部端栓１０及び
下部端栓１１が溶接され内部を密封した構成（こなって
いる。また、被覆管８内上部には上部プレナム１２が形
成され、この上部ブレナム１２には前記燃料ペレット９
を固定するブレナムスプリング１３が配置されている。

また、前記ウォータロッド３は第６図に示す様に構成さ
れている。ここで第６図にウォータロッド３の縦断面図
を示す。ウォータロッド３は前記スペーサ６の横断面内
のほぼ中央部に配置され、その構造はジルカロイ製中空
管１４の両端Ｅこ同じくジルカロイ製の上部端栓１５と
下部端栓１６とを溶接したものとなっている。又、この
中空管１４；こは前記スペーサ６の間隔を保証するため
のタブ（図示せず）が合計１４個溶接されている。に」
記中空管１４の下端付近には複数個の冷却水入口孔１７
が、さらに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（こは中空管１４の内部
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
。

以上の構成において、原子炉の運転中に冷却材は燃料集
合体１内を下から上へ流れていく。この冷却材は下から
上に流れるに従って前記燃料棒２から熱を受は取って蒸
気となり、燃料集合体１の上端ではボイドは６０チにも
なる。核分裂を促進させる熱中性子は、減速材である水
に因って生成されるため、燃料集合体の下部に比べ上部
の熱中性子は不足している。そのため、燃料８２の燃焼
度は下部に比べ上部の万が少なかった。また、核燃料集
合体１内を流れる冷却材の圧力損失は相当大きなもので
あり、原子炉内で冷却材の対流を発生させるのＩこは大
きな駆動力を必要としていた。

〔発明の目的〕

本発明は、土述した事情に鑑みてなされたもので、核燃
料集合体内の圧力損失を軽減させることのできる核燃料
集合体を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は多数の燃料棒と複数の減速材棒を正方配列させ
、この燃料棒及び減速材棒の上下端を上部タイプレート
及び下部タイプレート（こで支持させ、前記正方配列さ
せた多数の燃料棒及び複数の減速材棒をチャンネルボッ
クスによって囲繞させ、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、前記被池
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（こおいて、前記減速材棒の上端は前
記被覆管内に装填された最上部の燃料ペレットの上端の
位置に設定され、前記減速材棒の上端から前記燃料棒の
被覆管上端までの位置に配置されているチャンネルボッ
クスは取り除かれ、前記減速材棒と対向する位置の上部
タイプレートは取り除かれで成る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（こ係る燃料集合体の一実施例について第
１図から第３図を参照して説明する。ここで第１図に本
発明の一実施例である燃料集合体の縦断面図を示す。な
お、第４図と同一部分にトま同一符号を付しその構成の
説明は省略する。第１図において、核燃料集合体２０は
、多数本の燃料棒２と１本あるいは複数本のウォータロ
ッド２１とを正方配列させて構成している。前記燃料棒
２の上下端はそれぞれ上部タイプレート２２及び下部タ
イプレート５によって支持されている。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
ス関が配置されている。また、前記燃料棒２の上部プレ
ナム２１に対向する位置のチャンネルボックス２３は切
り欠かれており、このチャンネルボックス田の下端は下
部タイプレート５に溶接（こよって固定されている。

ここで第２図；こ第１図に示したウオータ口ツドの縦断
面図を示す。前記ウォータロッド２１の長さは前記燃料
棒２内；こ装填された燃料ペレット９の最上端部までの
長さとなっている。このウォータロッド２１の中空管２
４の上下端Ｆこはそれぞれ上部端栓２５及び下部端栓２
６が設けられでいる。この下部端栓２６；こはネジ部２
７が螺刻され、このネジ部２７を）前記下部タイプレー
ト２２ヘネジ込むことによって、前記ウォータロッド２
１は固定される。前記中空管２４の下端付近には複数個
の冷却水入口孔２８が、さら；こ上端付近には複数個の
冷却水出口孔２つが設けられでおり、原子炉の運転中に
は中空管２４の内部を冷却水が下方から上方へ流通する
様に構成され・　でいる。このウォータロッド２１の配
置された位置に対向する上部タイプレート２２は貫通孔
が設けられ、上部タイプレート２２で発生する圧力損失
を低減させている。

以下具体例を参照して本発明の作用効果を示す。

４．１水型原子炉において、冷却材はポンプに因って強
電；１循環さねでいる。このポンプの動力Ｗ〜ｆｍ／ｈ
）１ま冷却材のループ内の全圧力損失ΔＰＴ（〜ｆ／ｍ
２　）とポンプ全通過する冷却材の体積流’Ｊ−Ｑ　（
ｍ”／ｈ　）　ｉこ因り第１式で示される。

Ｗ−ΔＰＴ　ＩＱ　　　　　　−５０１９１，（１）な
お、第１式中△ＰＴは位置圧力損失（△Ｐｈ）と局部圧
力損失（ΔＰｌ）と加速圧力損失（ΔＰａｃ　）と摩擦
圧力損失（ΔＰｆ）　　との和１ζよって示される。

この内、・ΔＰｈ　、　ｌＪ’　ｅ　、　・ムＰａ　Ｃ
はウォータロッドの長さ及びチャンネルボックスの長さ
（こほとんど因らない損失である。よって、本発明に因
って変化する損失係数は１−Ｐｆのみとなる。ここで二
相流のΔＰｆは第２式で示されている。

Δｐｆ＝λ・（Ｌ／ＤＨ）　・（Ｇ”／（２・ｇｃρｒ
）−φ’ＴＰＦ　−ｔ２にこで入は摩擦係数であり約０
．０１５．Ｌは流路の長さであり従来は約４．１７ｍ　
＋　　ＤＨは流路の水力直径であり従来は約０．０１３
２ｍ、　Ｃｘは質量匠慮であり、約６．３６８Ｘ１０’
に９ｍ／ｈｒｒ＋’＋　ｇｃは換算率であり９．８ｋＳ
’ｍ　・ｍ／Ｋｐｆ−８”、Ｐｆは水の飽和液体密度で
あり約０．７３７５　ｘｌＯ〜（１１／ｍ”　＊ψＴＰ
ｒは二相流の以擦圧力損失倍率であり第３図より求めら
れる値である。ここで第３図に縦軸に二相流の摩擦圧力
損失倍率をとり横軸に出口蒸気ＭＱ率をとった各圧力に
おける特性図を示す。第３図においで、圧力を１０００
Ｐｓｉａとし、出口蒸名重櫨率を６０％とするとの脅は
約２０となる。

これより、本発明によって例えば４本のウォータロッド
の長さが４．１７ｍから３．６９ｍと短くなり、チャン
ネルボックスが４．１７ｍから３．６９ｍに短くなるこ
とによつで、水力直径は４本のウォータロッド（こよっ
て１．４　Ｘ　１０−３ｍ大きくなり、チャンネルボッ
クスによって３．７Ｘ１０　　ｍ人きくなる。これより
、ΔＰｆは３．７７　Ｘ　１０　　峙りル詠少し、現在
沸騰水型原子炉における全圧力損失は約１，８々Ｖｄで
あるので、第１式より本発明によるポンプの動力の必昶
量は約２％減少させることができる。

また、燃料棒；こおいて、燃料ペレットの上部に天然ウ
ランを用いた燃料ペレットを装填させた場合においでは
、ウォータロッドの上端は天然ウランを用いた燃料ペレ
ットの装填された最下端の位置に設定される。また、チ
ャンネルボックスは、ｈＩＪ記ウオつタロンドの上端か
ら前記燃料棒の被覆管の上端１でを取り除く。以上の構
成において、天然ウランは熱中性子を強く吸収して核分
裂するり２３５の割合が少ないため、ボイド率が多い場
合においても、熱中性子は過剰となる。このため過剰の
熱中性子は冷却水の水素原子に吸収されるので核分裂は
抑制される。よって、ウォータ。ラドの近傍には天然ウ
ランは配置されず、ウォータロッドによって天然ウラン
分用いた燃料ペレットの核分裂は抑制されず、燃焼度を
向上させることができる。

さらにはウォータロッド及びチャンネルボックスを第一
実施例より多く削除したため、水力直径はさら；こふえ
、これ（こよってさらに圧力損失を低減することができ
る。

また、前記ウォータロッドを水素化マグネシウムの棒に
すれば１偏当りの水素原子（ｇ連打）の個数と約３０多
増加させることができ、高速中性子の熱中性子化は促進
され、ひいては核燃料集合体内の核分裂を促進させる事
ができる。

し発明の効果〕本発明；こよれば、ウォータロッドを燃料棒内に装填さ
れた燃料ペレットの最上端までの高さとし、チャンネル
ボックス分前記ウォータロッドの上端から前記燃料棒の
被覆管上端まで切欠いたので、核燃料集合体内の圧力損
失を軽減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を示す核燃料集合体の縦断面
図、第２図は第１図に示したウォータロッドの縦断面図
、第３図は各圧力における二相流の摩擦圧力損失倍率の
特性図、第４図は従来の核燃料集合体の縦断面図、第５
図は第４図ｆこ示した燃料棒の縦断面図、第６図は第４
図に示したウォータロッドの縦断面図である。１．２０・・・核燃料集合体　　２・・燃料棒３．２１
・・・ウォータロッド　４．２２・・・上部タイプレー
ト５・・・下部タイプレート　　　６・・・スペーサ７
．２３・・・チャンネルボックス８・・・被覆管　　　　　９・・・燃料ペレット１０・
１５．２５・・・上部端栓　　１１．１６．２６・・・
下部端栓１２・・・上部ブレナム　　　　１３・・・プ
レナムスプリング１４．２４・・・中空管　　　　１７
．２８・・・冷却水入口孔１８．２９・・・冷却水出口
孔　２７・・・ネジ部代理人　弁理士　則　近　憲　佑
　（ほか１名）第１図１日［１０日日日口日ｌ　へｚ９第２図第４図１開開ロ囲ト２第５図第６１４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数の燃料棒と複数の減速材棒を正方配列させ、
この燃料棒及び減速材棒の上下端を上部タイプレート及
び下部タイプレートにて支持させ、前記正方配列させた
多数の燃料棒及び複数の減速材棒をチャンネルボックス
によって囲繞させ、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栓及び下部端栓とから成る核
燃料集合体において、前記減速材棒の上端は前記被覆管
内に装填された最上部の燃料ペレットの上端の位置に設
定され、前記減速材棒の上端から前記燃料棒の被覆管上
端までの位置に配置されているチャンネルボックスは取
り除かれ、前記減速材棒と対向する位置の上部タイプレ
ートは取り除かれて成ることを特徴とする核燃料集合体
。
（２）減速材棒は、内部を水が流れるウォータロッドで
あること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）減速材棒は、水素化マグネシウムより成ることを
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。