JPS62177486A

JPS62177486A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPS62177486A
Application number: JP61018145A
Authority: JP
Inventors: 戎家　三津雄; 厚治蛭川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1987-08-04
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0816711B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体に関
する。

（従来の技術）以下、第１１図を参照して従来沸騰水型原子炉に用いら
れている８Ｘ８型燃料集合体を説明する。

ここで第１１図に従来の燃わ１集合体に係る縦断面図を
示す。この燃料集合体１は細長い円筒状燃料棒２が多数
本結束された結束体の上部が上部タイプレート３により
、下部が下部タイプレート４によって接続されている。

この結束体はスペーサ５によって燃料棒２間が等間隔に
保持されている。前記結束体内には燃料棒２の他にウォ
ータロッド６が組込まれている。この結束体の外周はチ
ャンネルボックス７で包囲され、このチャンネルボック
ス７は上部が上部タイプレート３に、下部が下部タイプ
レート４に接合されている。

燃料棒２は被覆管内に図示しない円柱状の１０２燃利ペ
レツｌ〜が多数装填されたものであり、この被覆管の上
下両端は上部端栓８及び下部端栓９で密閉されている。

上部端栓８は上部タイブレート３中の支持空所に挿入す
ることができる延長部を備えている。下部端栓９は下部
タイブレー１〜７１１中の支持空所に嵌合する嵌合部を
備えている。

また前記ウォータロッド６は下部に冷却水入口孔１０が
設けられ、上部には冷却水出口孔１１が設けられている
。そして、このつＡ−タロラド６内を冷却水が下方から
上方へ流れる構成になっている。

以上の構成において従来の燃料集合体は、燃ｉｌｌ健全
性を損なわないようにするため、単位長さ当たりの出力
（線出力密度）を制限値以下に抑える必要があり、出力
ビーキングをさげるように以下のような複雑な設計を行
っている。

燃料集合体横断面の熱中性子束分布は、沸騰水型原子炉
の場合に、水ギャップに面した最外周に配置された燃料
棒で最も高く内側の燃料棒では低くなっている。そこで
、出力ビーキングを下げるため、各燃料棒の濃縮度を通
常４種類以上使用し、熱中性子束の高い外側の燃お１棒
の濃縮度を下げている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上の構成において従来の燃料集合体では、局所出力ビ
ーキングを下げるために、熱中性子束の高い位置の濃縮
度を下げており、このために反応度１ｄ失を招き、燃料
の経済性が悪くなるという問題点があった。

本発明の目的は、燃料の経済性を向上させることのでき
る燃料集合体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明においては、内部に
燃料物質が充填された燃料棒と、内部を冷却祠が流通す
るウォータロッドを９行９夕１］に配して成る燃料集合
体において、この燃料集合体中最も高い平均濃縮度を有
する前記燃料棒を燃料集合体横断面に倶いて最外周に配
置し、前記ウォータロッドの横断面積の合計が前記燃料
棒の横断面積の４倍以上であることを特徴とする燃ＩＩ
集合体を提供する。

〔作　用〕

このように構成されたものにおいては、中性子束分布の
高い水ギャップに面した最外周の濃縮度が従来より高い
ため、中性子利用率が向上し、反応度利得を１ｑること
かでき、燃料の経済性が向上する。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して、本発明の第１実施例について
説明する。ここで第１図に本発明に係る燃料集合体の横
断面図を示す。なお、第１１図と同゛一部分には同一符
号を付しその部分の構成の説明は省略する。第１図にお
いて、燃料集合体１２は燃料棒１３とウォータロッド（
図中Ｗで示す）６を９行９列に配置して構成されている
。この燃料棒１３はジルコニウム合金の円管の内面にバ
リア層が形成された被覆管（図示せず）内に多数の燃料
ペレットを装填して構成している。また、燃ＩＩ集合体
の中央部にはウォータロッド６が５本配置している。

沸騰水型原子炉の炉心（図示せず）は燃料集合体４体に
１体の割合で断面」−字形状の制御棒１４が挿入されて
いる。そして、この制御棒１４に面する各燃オ６１集合
体１２．１２の側壁側に形成された水ギャップの幅が、
その反対側の制御棒１４に面しない各燃料集合体１２．
１２の側壁側に形成された水ギャップの幅と等しく形成
されている（この炉心を一般にＣ格子炉心と呼ぶ）。前
記燃料棒１３は第１図中Ｉ、　Ｉｔ、　Ｉ［Ｉ、　Ｇで
示すように４種類の燃料棒が使用されている。各燃料棒
１３のＵ−２３５の濃縮度は、第１表に示１ように構成
されている。

第１表以上の構成によって、本発明の燃料集合体では、中性子
束分布の高い水ギャップに面した最外周の濃縮度が従来
技術より高いため、中性子利用率が向上し、反応度利得
、を１ｑることができ、燃お１の経済性を向上さけるこ
とができる。しかも、踏杆１俸の濃縮度種類数が３種類
以下にすることができるので、従来技術の４〜５種類と
仕ぺて、燃料製造時に使用する濃縮度パウダーの種類を
削減覆ることができ、製造が簡略化され、製造コスト−
し下げることができる。さらに、燃料棒間の濶縮度差が
小さいので、製造工場が取１ｑシている取扱い可能な燃
料の最高温縮度が同じ場合において燃料集合体平均濃縮
度を従来技術より高くすることができる。長期サイクル
運転対応のためにり高）農縮度の燃料設計が８藍な場合
、本発明を実施すれば、製造工場の取扱い可能最高部縮
度を従来技術より低くして製造出来、臨界安全がそれだ
け楽となり製造コストが低減出来る。

次に本発明の第２実施例を第２図を参照して説明する。

なお、第２図において、第１図と同一部分には同一符号
を付し、その部分の（育成の説明は省略する。第２図に
おいて、燃料集合体１５のつＡ−タロラド１６は直径が
燃料棒１３の直径より大きく形成されている。以上の構
成によって、本発明の第１実施例と同様の効果を得るこ
とができ、さらには、ウォータロッド１６の占有面積を
広くしたので燃料集合体中央部の熱中性子束が高くなり
、燃料集合体中央部の中性子利用率を高くすることがで
き、しかも出力ビーキングを下げることができる。

さらに本発明の第３実施例を第３図を参照して説明する
。なお、第３図において、第１図と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。第３図に
おいて、燃料集合体１７のウォータロッド１８は燃料棒
１３の略５本分に相当する部分を横断面十字形状の中空
管にて形成している。

以上の構成によって、本発明の第２実施例と同様の効果
を得ることができ、ざらにはウォータロッド５本以上の
燃お１棒領域を占める一体構造になっているので燃料集
合体中央部により効率的に冷却水を導びくことができる
。それにともなって、中央部の中性子利用率を向上させ
ることができるので、燃料経済性が良くなり、局所出力
ビーキングを下げる（横断面の出力分布を平坦化させる
）ことができる。

次に第４図を参照して、本発明の第４実施例を説明する
。なお、第４図において、第１図と同一部分には同一符
号を付し、その部分の構成の説明は省略する。第４図に
おいて、燃料集合体１９のウォータロッド２０は、燃料
棒１３の略４本分に相当する中空円筒にて構成されてい
る。以上の構成によって、本発明の第３実施例と同様の
効果を得ることができ、ざらにはウォータロッドが円筒
形状であるため製造が第３の実施例より容易に実施する
ことができる。

さらに第５図を参照して、本発明の第５実施例を説明す
る。なお、第５図において、第１図と同一部分には同一
符号を付しその部分の構成の説明は省略する。第５図に
おいて、燃おｌ集合体２１内には燃料棒１３の略４本分
に相当する中空円筒の太径つを一タロツド（第５図中Ｗ
１で示す）２２と燃料棒１３と略同径の細径ウォータロ
ッド（第５図中Ｗ２で示ず〉２３が収納されている。以
上の構成によって、本発明の第４実施例と同様の効果を
得ることができ、２本の細径ウォータロッド２３を制御
棒１４側に配置させたので」；す、出力ビーキングをよ
り下げることができる。

次に第６図を参照して本発明の第６実施例を説明する。

なお、第６図において、第１図と同一部分には同一符号
を付しその部分の構成の説明は省略する。第６図におい
て、燃料集合体２４のウォータロッド２５は、燃料棒１
３の略９本分に相当する中空角部にて構成されている。

以上の構成によって、本発明の第４実施例と同様の効果
を（ｑることかできる。

ざらに第７図を参照して本発明の第７実施例を説明する
。なお、第７図において、第１図と同一部分には同一符
号を付しその部分の構成の説明は省略する。第７図にお
いて、本発明の第７実施例に示される燃料集合体３０は
制御棒１４に面する各燃料集合体３０．３０の側壁側に
形成された水ギャップの幅が、その反対側の制御棒１４
に面しない各燃料集合体３０．３０の側壁側に形成され
た水ギャップの幅より広く形成されている（この炉心を
一般にＤ格子炉心と呼ぶ）。前記燃お目仝３１は図中４
１．　／１２゜４３、４４．４５．　Ｇ３で示すように
６種類の燃料棒が使用されている。各燃料棒３１のＵ−
２３５の濃縮度は、第２表に示すように構成されている
。

第２表以上の構成にＪ：って、本発明の第７実施例に係る燃料
集合体によれば、本発明の第１実施例と同様の効果を得
ることができ、ざらには従来り格子炉心では燃料棒の濃
縮度の種類が７〜８種類でおったが、本発明の第７実施
例によれば５種類以下にすることができるので製造が簡
略化され、燃お１棒間の濃縮度差を小さくすることがで
きる。

また、沸騰水型軽水炉では、蒸気泡（ボイド）の発生の
ため、軸方向上部の出力が低下する。そのため、軸方向
下部のピーキングが高くなる傾向があるため、従来技術
の８行８列の燃料集合体では、燃お１東合体に課せられ
た熱的な運転制限値を守るために、燃料集合体の下部領
域の平均濃縮度を上部領域のそれにりも低くするか、燃
料集合体の下部領域の可燃性毒物含有量を上部領域のそ
れよりも多くする軸方向出力分イ６平坦化設計を必要と
した。その結果、中性子束分布の高い軸方向下部の中性
子経済性が悪くなり、燃お１経済性を悪くしていた。本
発明の９行９列の燃料集合体では約２０％燃料棒本数が
多くなるため、線出力密度が約２０％低くなる特性を持
っているので、軸方向燃料設計においても、燃料経済性
を向上させる設計が可能となる。

ここで第８図から第１０図を参照して、本発明の軸方向
における他の実施例を説明Ｊる。第８図（功は縦軸に燃
料有効長をとり横軸にＵ　−２３５の濃縮度差を示す本
発明の第８実施例の特性図を示す。第８図（０の実線Ａ
に示すように、出力の低い燃料集合体の下端部及び下端
部には天然ウランから成る天然ウランブランケットが配
置されている。そして両端部を天然ウランプランケット
にした分だけ出力の高い軸方向の中央部の濃縮度を高め
る。このように構成された本発明の第８実施例に係る燃
料集合体は同じ平均濃縮度で必って軸方向の濃縮度が一
様な燃、ｌ’３１集合体に比べて反応度利得を得ること
ができるａなお、最も効果的な天然ウランプランケラ１
一部の軸方・向長ざは、軸方向上端部で燃料有効長の約
１７１２、軸方向下端部で燃料有効長の約１７２４であ
る。

また、第８図（功の破線Ｂに示すように下端から燃料有
効長の１７３〜１／２で２領域に分割し、下部領域より
上部領域の濃縮度を増加させれば燃料集合体の軸方向の
出力分布をより平坦化させることができる。

次に第８図（ハ）を参照して本発明の第９実施例につい
て説明する。ここで第８図（へ）に縦軸に燃お１有助長
をとり横軸に可燃性毒物、例としてカドリニア濃度をと
った燃料集合体の特性図を示す。第８図（ハ）において
、実線Ｃに示ずように燃料集合体を上端から燃料有効長
の１７３の位置で上下２領域に分割し、燃料集合体の下
部領域の平均可燃性毒物含有ｍを上部領域のそれよりも
低くする。このように構成された本発明の燃料集合体で
は、中性子束の多い、下部領域の中性子経済が良くなり
、反応度利得を（９ることができる。ざらに、上部領域
の可燃性毒物の含有量が多いので、沸騰水型原子炉の炉
停止余裕を増加させる方向となる。このように可燃性毒
物含有量が異なる燃料棒は燃！！３１集合体内の全部の
可燃性毒物入り燃料棒に適用することも可能であるが、
第９図に示す燃お１集合体２６のように、部分的に採用
する事も考えられる。第９図において燃料棒Ｇ１の可燃
性毒物含有量は軸方向のウラン濃縮部における全長で同
一にしており、燃料棒Ｇ２の可燃性毒物含有量は第８図
０の実線Ｃに示すように下部領域の方が上部領域より少
なく構成されている。以上の構成によって、第８図０に
示した本発明の第９実施例と同様の効果を１ｑることが
できる。

次に本発明の第１０実施例に係る燃料集合体を第８図（
Ｃ）及び第１０図を参照して説明する。なお、第１０図
において、第４図と同一部分は同一符号を付しその部分
の構成の説明は省略する。第８図（Ｃ）及び第１０図に
おいて、燃料集合体２７の冷却効果の低い場所には短尺
燃料棒（図中Ｐで示ず）２８が配置されている。この冷
却効果の低い位置とは、その燃料棒自身が局所出ノｊピ
ーキングが高く、かつその周囲の燃料棒の局所出力が高
い場合である。本実施例においては、燃料集合体の最外
周の角部から２番目と３番目の位置の燃料棒の局所出力
分布が高い設計になっている。これによって、最外周か
ら第２周目の角部に短尺燃料棒２８を配置する構成にな
っている。また、本発明においては、制御棒価値の増大
並びに圧力損失低減の観点から最外周から第２周目の角
部から４木目の位置にも短尺燃料棒２８を配置している
が、圧力損失に余裕があれば制御棒１４側の２本のみを
短尺燃料棒２８にしてもよく、さらにはその部分を一般
の燃料棒■にしてもよい。

以上の構成によれば短尺燃料棒を冷却効果の低い所に配
置したので、本発明の第１実施例の効果の他に、炉心上
部におけるボイド率が低下するので、中性子利用率が良
くなり、反応度利）ｑが得られる。また、二相部の流路
面積が増加し、圧力損失が低下するため、ポンプ動力が
小さくなる。ざらに、上部領域の燃料棒が少ないので原
子炉停止余裕を増加させることができる。

〔発明の効！！〕

本発明に係る燃料集合体によれば、９行９列に燃料棒を
配置し、燃料集合体中最も高い平均濃縮度を有する前記
燃料棒を燃ｙ／３１集合体の最外周に配置し、ウォータ
ロッドの横断面積の合計が前記燃料棒の横断面積の４倍
以上にしたので、中性子利用率が向上し、反応度利得を
得ることができ、燃料の経済性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図はそれぞれ本発明の燃料集合体の第１
実施例から第７実施例を示す横断面図、第８図（２）、
υはそれぞれ本発明の燃料集合体の第８実施例から第９
実施例に係る燃料集合体の特性図、第８図（Ｃ）は本発
明の第１０実施例に用いる短尺燃おｌ棒と一般燃料棒と
を比較する概略図、第９図及び第１０図は本発明の燃′
Ｉ３１集合体の第９実施例及び第１０実施例を示す横断
面図、第１１図は従来の燃料集合体を示す縦断面図であ
る。１２、１５．１７．１９，２１，２４，２６，２７．３
０・・・燃料集合体１３、３１・・・燃料棒１６、１８．２０．２５・・・ウォータロッド２２・・
・太径ウォータロッド２３・・・細径ウォータロッド２８・・・短尺燃料棒代理人　弁理士　則　近　惠　佑同　　三俣弘文第１図第２図、第３図第４図第５図第６図第７図（αジ（Ｃ）乃ドソニア；宸ノ」（ｂ）第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に燃料物質が充填された燃料棒と、内部を冷
却材が流通するウォータロッドを９行９列に配して成る
燃料集合体において、この燃料集合体中最も高い平均濃
縮度を有する前記燃料棒を燃料集合体横断面において最
外周に配置し、前記ウォータロッドの横断面積の合計が
前記燃料棒の横断面積の４倍以上であることを特徴とす
る燃料集合体。
（２）前記ウォータロッドの横断面積は、燃料棒の横断
面積の略５本分に相当し、横断面十字型状の中空管にて
形成されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の燃料集合体。
（３）前記ウォータロッドの横断面積は、燃料棒の横断
面積の略４本分に相当し、横断面円型状の中空管にて形
成されて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の燃料集合体。
（４）前記ウォータロッドは、横断面積が燃料棒略４本
分の横断面円型状の太径ウォータロッドと、横断面が燃
料棒と略同一の２本の細径ウォータロッドとから成るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体
。
（５）前記ウォータロッドは、横断面積が燃料棒略９本
分の横断面四角形状の中空角筒にて形成されて成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
（６）前記燃料棒は、上端から燃料有効長の略１／１２
の範囲と下端から燃料有効長の略１／２４の範囲に天然
ウランを配して成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１項から第５項のいずれか１項記載の燃料集合体。
（７）前記燃料棒は、上下２領域に分割され、下部領域
より上部領域のＵ−２３５の濃縮度を高くして成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
（８）前記燃料棒のガドリニア濃度は、上下２領域に分
割され下部領域より上部領域を高くして成ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。