JPS62148886A - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JPS62148886A
JPS62148886A JP60289241A JP28924185A JPS62148886A JP S62148886 A JPS62148886 A JP S62148886A JP 60289241 A JP60289241 A JP 60289241A JP 28924185 A JP28924185 A JP 28924185A JP S62148886 A JPS62148886 A JP S62148886A
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fuel
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fuel assembly
channel
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柳 義彦
伸雄 多田
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    • 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

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  • Inert Electrodes (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (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〕 本発明は燃料集合体、さらに詳細には、沸騰水型原子炉
に組み込んで使用される燃料集合体、特に、ガス状核分
裂生成物による燃料棒内圧を小さく抑えるのに好適な燃
料集合体の改良に関するものである。
〔発明の背景〕
従来、沸騰水型原子炉に使用されてきた燃料集合体は、
第9図に示すように、複数本の燃料棒1および1本〜数
本の中空ロッド2と、これらを束ねて水平方向間隔を一
定に保持する複数個のスペーサ3と、上記燃料棒1と中
空ロッド2とを支持し、かつその間隔を一定に保持する
上部タイプレート4ならびに下部タイプレート5などに
より構成され、上記燃料束の外周は、当該燃料束を冷却
するための流路と制御棒や炉内計装などを冷却するため
の流路とを分け、しかも制御棒をガイドし、燃料束を保
護するためのチャンネルボックス6によって覆われてい
る。上部タイプレート4の上面四隅には、第10図に示
すように、燃料棒1の伸び差を吸収するようにあけられ
た盲穴7を有するコーナーポスト4aが立っている。こ
れら4個のコーナーポスト4aのうちの1個には、燃料
集合体の水平方向位置を保持するチャンネルファスナ8
を固定するためのねじ穴が上部よりおいている。
なお、第10図に示す従来型燃料集合体にあっては、キ
ャ△プスクリュー9を、コーナーポスト4aの上方にあ
けられたねじ穴にねじ込むことにより、チャンネルボッ
クス6と当該チャンネルボックス6の上端部を補強する
ガード部材10、さらにはチャンネルファスナ8などを
一体に固定するようにしている。
ところで、核燃料は、燃焼にともない核分裂生成物を燃
料ペレット内に蓄積するが、気体状の核分裂生成物(F
Pガス)の一部は、燃料ペレット外へ放出される。その
放出率は、燃焼が進むほど、また燃料ペレット温度が高
いほど大きくなることが知られている。燃料棒1内に放
出されたFPガスは、燃料棒内圧を高めて燃料被yl管
に発生する応力を直接高めるだけでなく、その熱伝導性
が悪いことから、燃料ペレットの温度を高めて、FPガ
ス放出を促進するといった燃料健全性に対して悪いフィ
ードバックを生じる。
このため、従来の燃料棒1には、第10図に示すように
、上部にプレナム部と呼ばれるFPガスをためておく空
間11を設け、燃料棒内圧の抑制を図る設計となってい
る。
一方、燃料サイクルコストの観点から燃料棒を観察して
みると、燃焼度を上げるほどサイクルコストは下がり、
経済上有利である。また、放射性廃棄物量も、燃焼度に
ほぼ反比例する。
しかしながら、燃焼度とともに燃料棒内圧は次第に上昇
し、ついには限界内圧に達してしまう。
すなわち、燃焼度には、燃料枠内正によって定まると限
値が存在することになる。
燃料棒内圧は、FPガスおよび燃料棒製造時に封入した
ヘリウムガスが理想気体として振舞うと仮定すると、ボ
イルーシャルルの法則にのっとり、次の式で決定される
RT P=□         ・・・(1)■ ここで、 P:燃料棒内圧 ■=ブレナム体積 n:燃料棒製造時に封入したヘリウムガス量と燃料ペレ
ットより放出されるFP ガス量との和 R:ガス定数 T:ガス温度 (1)式において、RとTとは一定と考えられるので、
燃料棒内圧Pは、 pc−一            ・・・(2)■ と表わせる。
燃料棒内圧Pを低くするためには、ガス量nを小さくす
るか、プレナム体積Vを大きくすればよいことがわかる
。このうち、ガス量nを小さくするには、燃料ペレット
の温度を下げるのが効果的であるが、燃料ペレットの温
度を下げるためには。
出力を犠牲にして発熱量そのものを下げるとか、被覆管
と燃料ペレットとのギャップをせばめてギャップ熱伝達
率をよくするとかの方竿が考えられるが、前者は、原子
炉出力そのものを下げることを意味し、後者は、燃料ペ
レット−被覆管機械的相互作用(PCMI)を促進して
しまう。したがって、燃料体内圧Pを下げるためには、
プレナム体積Vを増大することが望ましい。
プレナム体積Vは、プレナム長さにほぼ比例するが、プ
レナム長さは、様々な制約を受けて、自由に変更できな
い。プレナム長さQpは、次のように表わすことができ
る(なお、下記の各符号部分については、第10図参照
)。
Qp=h  hs  Qe  Qb  Qcここで、 h:チャンネルボックス上端の高さ hs:燃料ペレット上端の高さ Qc:燃料棒の首長さ Qb:上部タイプレートのボス高さ Qc=上部タイプレートのコーナーポスト長さ プレナム長さQp を最大にするには、チャンネルボッ
クス上端の高さhを大きくシ、他の要素を最小にするこ
とが考えられるが、次の理由により容易でない。
すなわち、チャンネルボックス上端の高さhを従来より
高くすると、緊急炉心冷却系(ECCS)のスプレー水
が、炉心中央部の燃料体に届きにくくなり、安全上好ま
しくない。また、燃料ペレット上端の高さhs を下げ
ると、ウラン装荷量が減り、サイクルコストが増大する
。さらに、燃料体の首長さQ、および上部タイプレート
のコーナーポスト長さQcは、燃料体の照射伸び差を吸
収するために必要で、燃焼度が高くなるほど多く必要と
なる。上部タイプレートのボス長さQ−も、当該タイプ
レートの強度を保つ上で、従来より小さくするのは困難
である。
以上のようなことから、従来にあっては、第10図に符
号4で示す上部タイプレートの下端からチャンネルボッ
クス6の上端までの寸法を、実寸で80mm以上必要と
している。
〔発明の目的〕
本発明は、従来型燃料集合体の全体構成を改めて見直し
の結果なされたものであって、その目的とするところは
、燃料束の上部を支持する上部タイプレートとチャンネ
ルボックスとの取合い関係を工夫し、燃料棒プレナム部
の長さを従来よりも長くして、FPガスによる燃料棒内
圧を低く抑えることにより、燃料棒の健全性を損うこと
なく、高燃焼度燃料を得ることができ、ひいては燃料サ
イクルコストの低減化、さらには放射性廃棄物の物量低
減化など、経済性の点でもすぐれた、改良された燃料集
合体を提供しようとするものである。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するため、本発明は、複数本の燃料棒を
スペーサで束ね、その上下部を、それぞれ上部タイプレ
ートと下部タイプレートとによって固定し、かつ上記燃
料束を、チャンネルボックス内に収容する構造の燃料集
合体において、上記チャンネルボックスの高さ方向上端
レベルに近接して、燃料棒プレナム部を直接的に支持す
る上部タイプレートのボス部を臨設せしめてなることを
特徴とするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を、第1図の一実施例にもとづいて説明す
ると、第1図において、第9図および第10図に示す従
来型燃料集合体と同一符号は同一部分、すなわち4は燃
料棒と中空ロッドとを支持し、かつその間隔を一定に保
持する上部タイプレート、4aは上部タイプレート4の
隅角に位置して、燃料体の伸び差を吸収するようにあけ
られた盲穴7を有するコーナーポスト、6は燃料束を冷
却するための流路と制御棒や炉内計装などを冷却するた
めの流路とを分け、しかも制御棒をガイドし、燃料束を
保護するためのチャンネルボックス、8は燃料集合体の
水平方向位置を保持するチャンネルファスナ、10はチ
ャンネルボックス6の上端部を補強するガード部材を示
している。
しかして、第1図に示す本発明の実施例においては、上
部タイプレート4の隅角に位置するコーナーポスト4a
の高さを、チャンネルボックス6の高さ方向上端レベル
よりも若干上方に突出した短尺形とし、この短尺形コー
ナーボスト4aの縦方向中間段部に、チャンネルボック
ス6の上端折曲部を挿通係止し、かつ上記チャンネルボ
ックス6の上端折曲部に位置して、当該チャンネルボッ
クス6の上端部を補強するガード部材10を、弾性リン
グ12およびガード部材10に螺合したねじ13を介し
て、コーナーポスト4aに挿通係止し、このガード部材
10を、上記短尺形コーナーボスト4aに締付固定する
とともに、上記ガード部材10に、ナツト14を介し、
チャンネルファスナ8を取り付けた場合を示した。
第2図は第1図に示す燃料集合体イの寸法を。
従来型燃料集合体口の寸法と比較して示す図であって、
本発明においては、チャンネルボックス6の高さ方向上
端レベルに近接して、燃料棒プレナム部11を直接的に
支持する上部タイプレート4のボス部4bが臨設されて
いるから、従来型燃料集合体と比較して、チャンネルボ
ックス6の長さを長くしなくとも、燃料プレナム部11
の長さを長くして(L 1> L z) 、その体積を
増加させることができる。しかして、燃料プレナム部1
1の体積を大きくできるということは、FPガスによる
燃料棒内圧を低く抑えられることを意味し、燃料棒1の
健全性を損うことなく、高燃焼度燃料を得ることができ
、ひいては燃料サイクルコストの低減化、さらには放射
性廃棄物の物量低減化などといった効果をも奏する。
第3図は本発明によって得られる効果、すなねち燃料棒
内圧−燃焼度の関係を、従来型燃料集合体の燃料棒内圧
−燃焼度の関係と比較して示す図であり、曲線ハが本発
明によって奏される燃料棒内圧と燃焼度との関係、曲線
二が従来型燃料集合体によって奏される燃料棒内圧と燃
焼度との関係を示しており、第3図から1本発明による
場合の方が、従来よりも高燃焼度の燃料が得られること
が判る。
なお、第1図の実施例に示す燃料集合体は、従来型燃料
集合体の構成を大幅に変更することなく、その一部、す
なわち上部タイプレート4のコーナーポスト4aを短尺
形とし、これに関連する部材を上部コーナーポスト4a
に取り付けるだけでよいから、従来における燃料集合体
の製作技術をほとんどそのまま踏襲することができ、燃
料集合体を実際に製作する上での設計、さらには現場作
業性のいずれの点でもすぐれている。
第4図〜第6図に本発明の第2の実施例を示し、この第
2の実施例においては、第5図に明示するように、燃料
棒プレナム部を直接的に支持する上部タイプレート4の
ボス部4bに、チャンネルボックス6の高さ方向上端レ
ベルよりも若干上方に突出する短尺形のチャンネルボッ
クス取付部材4cを一体に連設し、上記チャンネルボッ
クス6と上部タイプレート4のチャンネルボックス取付
部材4cとを、チャンネルボックス6の上端部を補強す
るガード部材10を介し、ボルト15により締付固定し
た場合を示した。第4図中、8はガード部材10に近接
して、チャンネルボックス6に取り付けたチャンネルフ
ァスナを示し、チャンネルファスナ8とチャンネルボッ
クス6とは、第6図に示すように、その両者にまたがっ
て溶着したコイルスプリング16により一体に接続され
ている。
しかして、上記第2の実施例によれば、第1の実施例と
同様の効果に加えて、第1図に符号4aで示すコーナー
ポストをなくしたことにより、その分、冷却材の圧力損
失を少なくすることができる。
第7図および第8図に本発明の第3の実施例を示し、こ
の第3の実施例においては、チャンネルボックス6の隅
角に切欠部17を設け、この切欠部17に上部タイプレ
ート4をa置して取り付けた場合を示した。第7図中、
8はチャンネルボックス6に取り付けたチャンネルファ
スナを示し、チャンネルファスナ8とチャンネルボック
ス6とは、第8図に示すように、その両者にまたがって
溶着したコイルスプリング16により一体に接続されて
いる。
しかして、上記第3の実施例によっても、第2の実施例
と同様の効果を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明は以上のごときであり、図示実施例の説明からも
明らかなように、本発明によれば、燃料束の上部を支持
する上部タイプレートとチャンネルボックスとの取合い
関係を工夫し、燃料棒プレナム部の長さを従来よりも長
くして、FPガスによる燃料棒内圧を低く抑えることに
より、燃料棒の健全性を損うことなく、高燃焼度燃料を
得ることができ、ひいては燃料サイクルコストの低減化
、さらには放射性廃棄物の物量低減化など、経済性の点
でもすぐれた、改良された燃料集合体を得ることができ
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を示す要部
(チャンネルボックスと上部タイプレートとの取合い状
態を示す要部)の縦断面図、第2図は第1図に示す本発
明要部の寸法を、従来型燃料集合体の寸法と比較して示
す図、第3図は本発明によって奏される効果、すなわち
燃料棒内圧−燃焼度の関係を、従来型燃料集合体の燃料
棒内圧−燃焼度の関係と比較して示す図、第4図は本発
明に係る燃料集合体の他の実施例を示す要部の斜視図、
第5図は第4図のA−A断面図、第6図は第4図のB−
B断面図、第7図は本発明のさらに他の実施例を示す要
部の斜視図、第8図は第7図のC−C断面図、第9図は
従来型燃料集合体の全体構成を示す縦断面図、第10図
は従来型燃料集合体におけるチャンネルボックスと上部
タイプレートとの取合い状態を示す縦断面図である。 1・・・燃料棒、2・・・中空ロンド、3・・・スペー
サ、4・・・上部タイプレート、4a・・・コーナーポ
スト。 4b・・・ボス部、4c・・・チャンネルボックス取付
部材、5・・・下部タイプレート、6・・・チャンネル
ボックス、7・・・盲穴、8・・・チャンネルファスナ
、1゜・・・ガード部材、11・・・燃料棒プレナム部
、12・・・弾性リング、13・・・ねじ、14・・・
ナツト、15・・・(ほか1名ン め4力 t′70

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数本の燃料棒をスペーサで束ね、その上下部を、
    それぞれ上部タイプレートと下部タイプレートとによつ
    て固定し、かつ上記燃料束を、チャンネルボックス内に
    収容する構造の燃料集合体において、上記チャンネルボ
    ックスの高さ方向上端レベルに近接して、燃料棒プレナ
    ム部を直接的に支持する上部タイプレートのボス部を臨
    設せしめてなることを特徴とする燃料集合体。 2、特許請求の範囲第1項記載の発明において、上部タ
    イプレートの隅角に位置するコーナーポストの高さを、
    チャンネルボックスの高さ方向上端レベルよりも若干上
    方に突出した短尺形とし、この短尺形コーナーポストの
    縦方向中間段部に、チャンネルボックスの上端折曲部を
    挿通係止し、かつ上記チャンネルボックスの上端折曲部
    に位置して、当該チャンネルボックスの上端部を補強す
    るガード部材をコーナーポストに挿通係止し、このガー
    ド部材を、上記短尺形コーナーポストに締付固定すると
    ともに、上記ガード部材に、チャンネルファスナを取り
    付けた燃料集合体。 3、特許請求の範囲第1項記載の発明において、燃料棒
    プレナム部を直接的に支持する上部タイプレートのボス
    部に、チャンネルボックスの高さ方向上端レベルよりも
    若干上方に突出する短尺形のチャンネルボックス取付部
    材を一体に連設し、上記チャンネルボックスと上部タイ
    プレートのチャンネルボックス取付部材とを、チャンネ
    ルボックスの上端部を補強するガード部材を介して締付
    固定した燃料集合体。 4、特許請求の範囲第1項記載の発明において、チャン
    ネルボックスの隅角に切欠部を設け、この切欠部に上部
    タイプレートを載置して取り付けた燃料集合体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0453592U (ja) * 1990-09-13 1992-05-07

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS523993A (en) * 1975-06-30 1977-01-12 Hitachi Ltd Fuel assembly
JPS57129200U (ja) * 1981-02-04 1982-08-12
JPS5858496A (ja) * 1981-10-02 1983-04-07 株式会社日立製作所 核燃料集合体

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