JPS62187282A - 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１騰本型原子炉用燃料集合体に係り、狛に冷
却材沸騰領域と減速材非沸騰領域とを備えた燃料集合体
に関する。

〔発明の技術的背摺とその問題点〕

沸騰水型原子炉の炉心部に装荷される燃料集合体は、第
１０図に示すように形成されでおり、角筒状のヂせンネ
ルボックス１内に燃料バンドル２が収容される。燃料バ
ンドル２は多数の燃料棒３で図示しない燃料スベーザで
正方格子状に束ねたものである。

沸騰水型原子炉の燃料集合体では、一般にヂＶンネルボ
ックス１内は、冷却材が沸騰し、冷却材沸騰領域として
形成される。一方、隣接する燃料集合体どの間に形成さ
れる水ギャップは減速材非沸騰領域として形成され、チ
ャンネルボックス１外の減速材は沸騰しない。この水ギ
ャップが存在しないと、燃料集合体は軸方向のボイド率
分布のため、炉心上部で高ボイド率となり、中性子の減
速能が低下して出力密度が下がる。水ギｊｚツブが存在
すると、炉心上部の実効的なボイド率を下げることがで
き、出力密度低下の問題をある程度改善できる。し外し
、水ギャップの存在だけでは必ずしも充分ではないため
に、燃料集合体の中央部に２本の水棒４を挿入し、この
水棒４内に非沸騰水（減速材）を案内して炉心上部の高
ボイド率化を防止している。

ところが、水棒４はその金属管内を案内される非沸騰水
量が少なく、また、金属管による中性子の無駄な吸収が
無視できなくなる。また、チャンネルボックス１内は内
圧が高いために脹らみが生じ、ｆ１服したり曲りが生じ
るため、制御棒（図示せず）の挿入・引抜きの際に支障
が生じる恐れがあり、チャンネルボックス１の寿命が損
われる。

チャンネルボックス１の膨１脹や曲りを防ぐために、チ
ャンネルボックス１の肉厚を１９クシているが、肉１ワ
を厚くした場合、中性子の無駄な吸収が増える等の問題
があった。

この点から、燃料集合体の内部に非沸騰水を積極的に案
内するようにした燃料集合体が開発されている。この燃
料集合体は第１１図に示ずように４つの燃料ナブアッセ
ンブリ５に分割されており、各ナブアッセンブリ５問に
非沸騰水を案内する＋字状流路６が形成される。各サブ
アッセンブリは小型で角筒状のチャンネルボックス７を
それぞれ備え、ヂャンネルボックス７内に複数の燃料棒
８が収容される。各チャンネルボックス７はパンチング
プレート等の孔あきの結合板９により互いに結合され、
全体として一体化された角筒状の燃料集合体が形成され
る。

この改良された燃料集合体にＪ３いては、燃料サブアッ
センブリ５．５間に形成される］−字状流路６に非沸騰
水を積極的に案内することかできるので、燃料集合体の
軸方向のボイド率分布が改善され、炉心上部の高ボイド
率化を防止した優れた改良型燃料集合体となる。

しかしながら、この改良型燃料集合体は、チャンネルボ
ックス７の構造が複雑となり、製造コストが高くなる。

また、各サブアッセンブリ５のチャンネルボックス７の
脹らみは第１０図に示すチャンネルボックス７より抑え
られて改善されるが、チャンネルボックス７の脹らみが
なくなるわけではな“く、膨張や中性子照射による曲り
により制御棒の挿入や引抜きが困難となったり、チャン
ネルボックス７の寿命を損ねている。

また、チャンネルボックス７は各燃料集合体毎に４本づ
つ必要となり本数が増加する一方、チせンネル材料め総
量が減少するわけではないので、チＩｐンネル材による
中性子の無駄な吸収が抑制されない等の問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、燃料
集合体の内部に非沸騰領域を積極的に形成し、炉心上部
の高ボイド率による出力低下を防止するとともに軸方向
の出力分布の平坦化を図るようにした燃料集合体を提供
することを主な目的とする。

本発明の他の目的は、チャンネルボックス（サブチャン
ネル管）を薄肉化してもその脹らみ現Φを有効的に防止
し、チャンネルボックスの長寿命化を図り、制御棒の挿
入・引抜きがスムーズに案内される燃料集合体を提供す
るにある。

本発明のさらに他の目的はチャンネルボックス製造が容
易で、製造コストを安価にすることができる燃料集合体
を提供することである。

（発明の概要〕 本発明に係る燃料集合体は、複数の燃料棒を円筒状のサ
ブチャンネル管内に収容して燃料サブアッレンブリを構
成し、上記燃料リブアッセンブリを複数個束ねて筒状体
を形成し、前記サブチャンネル管内を冷１］材沸騰領域
に、上記サブチャンネル管の外側を減速材非沸騰領域に
それぞれ形成したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る燃料集合体の一実施例について添付
図面を参照して説明する。

第１図は高転換バーナ型や高燃焼［なの洲騰水型原子炉
に適した本発明の燃料集合体の第１実施例を示すもので
、この燃料集合体１０は複数、図示例では３　Ｘ　３　
Ｆｌｉ！列、Ｒ１９個の燃Ｅ　ナブアッセンブリ１１を
組み立てたものである。これらのサブアッヒンブリ１１
−はチャンネルスベー１ｙ１２に侃に’ｉされ、全体の
外径が角筒状の燃料集合体１０の筒状アッセンブリが一
体的に構成される。燃料サブアッセンブリ１１はサブチ
ＩＩンネルボックスとして円筒状のナブヂャンネル管１
３を備え、リブチＶンネル管１３内にサブ燃料バンドル
１４が収容される。サブ燃料バンドル１４は既に開発さ
れている新型転換炉の燃料バンドルと類似するもので、
例えば７本の燃料棒１５をバンドルスベーリ（図示「ず
）′で束ねて構成される。サブ燃料バンドル１４はそれ
ぞれサブチャンネル管１３から独立して取扱うことがで
き、サブチャンネル管１３内が冷却材の沸騰領域Ａとし
て形成される。

一方、チャンネルスペーサ１２は、燃料集合体１０の軸
方向に適当な間隔をおいて複数個配置され、外周部に外
側に向って開口する円弧状の保持部１２ａが、中央部に
円筒状（１−−ラス状）の保持部１２ｂがそれぞれ形成
される。各保持部１２ａ、１２ｂ内にサブチャンネル管
１３が内接して保持される。各保持部１２ａ、１２ｂは
隣接する保持部との外接部が溶接にて固定され補強され
る一方、互いに隣接づる４つの保持部により画成される
菱形類似のスペースには棒状物質挿入管１７が溶接等に
より固定される。

棒状物質挿入管１７の中には、水排除棒や棒状中性子吸
収棒（クラスタ型制御棒）が必要に応じて配設され、挿
抜可能な構成とすることができる。

また、棒状物質挿入管１７は燃料集合体全体を一括して
取扱うときの取扱案内管とすることもできる。燃Ｆ１東
合体１０の取扱いには中央のサブチャンネル管１３を利
用することもできる。

また、チャンネルスペーサ−１２の外向は、外周に配列
されＩζサブチャンネル管同士を結ぶ外接二点鎖線Ｃを
はみ出さないように考虞されており、燃料集合体１０を
原子炉の炉心部に挿入したり、引広くとき、サブチャン
ネル管１３の外面は挿脱案内部として形成される。Ｊな
わち、燃料集合体１０は、そのサブチャンネル管の外面
が隣合う燃料集合体と接することにより、自ら位置決め
される。そして、燃料集合体１０のサブチャンネル管１
３相互間は、チャンネルスペーサ１２の肉厚分だけ互い
に離間され、各サブチャンネル管１３の外側に減速材の
非沸騰領域１３が形成される。

さらに、燃料集合体１０は外周側に網状ｆｌ（図示せず
）を被せることもできる。その際、燃Ｆｌ集合体１０の
制御棒摺！Ｆ！Ｊ１部は網状ではなく、なめらかな板状
金属面とする必要がある。

このようにして、燃料集合体１０はサブチャンネル管１
３内が沸騰領域Ａに、各サブチャンネル管１３聞の間隙
が非沸騰領域Ｂにそれぞれ構成され、燃料集合体１０の
内部に充分な非沸騰領域Ｂが形成される。このため、燃
料集合体１０の内部への非沸騰減速材の導入が充分かつ
スムーズに行なわれる。この結果、第２図に実線ａで示
すように炉心の軸方向に沿う実効的なボイド率分布曲線
が、従来の破線で示す実効的なボイド率分布曲線より改
善され、炉心上部のボイド率が低下せしめられる。

この結果、沸騰水型原子炉の炉心の軸方向に沿う線出力
密度分布は第３図に実線Ｃで示すように表わされ、破線
ｄで示される従来の線出力密度より、軸方向の分布が一
様化され、平坦化される。

したがって、ボイドによる炉心上部（燃料集合体上部）
の炉出力が低下するのを抑えることができる。

次に本発明に係る燃料集合体の第２実施例を第４図を参
照して説明する。第１図に示される燃料集合体と同一部
材には同じ符号を何し、説明を省略する。

第４図に示された燃料集合体１０Ａは高転換バーナ型原
子炉に適したもので、７個の燃料サブアッセンブリ１１
を備え、全体として六角筒状に構成される。サブアッセ
ンブリ１１は第１図に示すものと同様、サブ燃料バンド
ル１４を収容した円筒状のサブチャンネル管（サブチ１
１ンネルボツクス）１３を備え′Ｃおり、上記１ナブチ
Ｖンネル管１３は図示しないヂレンネルスペーサに保持
される。

上記燃料集合体１０△は外周部に各円筒状サブチャンネ
ル管１３を束ねる網状筒２０が配置されており、この網
状１ｉ２０は燃料集合体１０Ａを原子炉の炉心部に挿入
したり、抜出するときの１８動部を形成している。網状
筒２０に内接するように、燃料サブアッセンブリ１１の
サブチャンネル管１３．１３の間に棒状物質挿入管２１
が配置される。

棒状物質挿入管２１は第１図に示ずものと同じように水
排除棒や中性子吸収棒を必要に応じて案内するようにな
っている。

しかして、この燃料集合体１０Ａは、燃料１Ｊブアツセ
ンブリ１１内が冷却材の沸騰領ｂｉＡどして、また各燃
料サブアッセンブリ１１．１１の間が減速材の非沸騰領
域Ｂとしてそれぞれ形成され、しかし、サブアッセンブ
リ１１のサブチャンネル管間に形成される減速材の非沸
騰領域Ｂが狭いため、高転換バーナ型原子炉に適してい
る。しかし、燃料集合体１０Ａ内に減速材の非沸騰領域
Ｂが形成されるため、燃料集合体１０Ａは炉心の軸方向
に沿う炉出力分布の平坦化に大きく寄与し、炉心上部の
出力低下を防ぐことができる。

第５図は燃料集合体１０Ｂの第３実施例を示すものであ
る。

この燃料集合体１０Ｂは４個の燃料→ノ“ブアツセンブ
リ１１を組み合せて菱形筒状に構成したものである。燃
料集合体１０Ｇは、より多数の燃料ナブアツセンブリを
組み合せることにより、外形が大菱形の筒状体とするこ
ともできる。

第６図は燃料集合体の第４実施例を示したものである。

この実施例に示された燃料集合体１０Ｇは３個の燃料！
少ブアツセンブリ１１を組み合せて三角筒状に構成した
ものである。

ざらに、６個の燃料サブアッセンブリ２３を組み合ばて
、第７図に示すように三角筒状の燃料集合体１０Ｄを構
成してもよい。燃料サブアッセンブリ２３は円筒状のナ
ブチせンネル管（サブチ１シンネルボックス）２４内に
収容されたサブ燃料バンドル２５を備えている。サブ燃
料バンドル２５は多数、例えば１２木の燃料棒１５を図
示しないバンドルスペーサで束ねて正方格子状に配置し
たものであり、サブ燃料バンドル２５のコーナ部にバン
ドルスペーサを保持するスペーサ保持棒２６が配設され
る。

第８図は燃料集合体の第６実施例を示すものである。

この実施例に示された燃料集合体１０１Ｅは２×２配列
された４個の円筒状燃料サブアッセンブリ３０を備え、
各燃料サブアッセンブリ３０の中央に形成される空隙に
小さな角筒状あるいは円筒状の中央燃Ｆｌ　＋ｙブアッ
センブリ３１が組み込まれる。

４１［！Ｊの燃料サブアッセンブリ３０の外周部は網状
筒３２で束ねられ、全体として正方形の角部状燃料集合
体１０Ｅ／ｆｉ構成される。燃料集合体１０Ｅの制御棒
摺動部は必要に応じて孔のないなめらかな金属面として
もよい。

燃料サブアッセンブリ３０は円筒状のザブチャンネル管
３３内にサブ燃料バンドル３４が収容ざれる。サブ燃料
バンドル３４は例えば１８木の燃料棒１５をバンドルス
ペーサ（図示Ｕず）で束ねたものである。

また、中央燃料サブアッセンブリ３１は角筒状のチャン
ネルボックス３５内に４本の燃料棒１５がバンドルスペ
ーサ（図示Ｕず）を介して収容される。なお、符号３６
は棒状物質挿入菅である。

上記第６実施例に示された燃料集合体１０ｍ”も、燃料
１プブアッセンブリ３０．３１内が冷却材の沸騰領域Ａ
として、燃料サブアッセンブリ３０．３１の間の空間が
減速材の非沸騰領ＩＩｉ！Ｂとして形成される。

また、第９図は本発明に係る燃料集合体の第７実施例を
示すものである。

この燃料集合体１０１：も第８図に示ずものと同様２×
２配列の４個の円筒状燃料サブアッセンブリ４０が備え
られ、各燃料リーブアッセンブリ４０間の中央空隙には
四角筒状（あるいは円筒状）の中央撚ｆ３１　＋）ブア
ッセンブリ４１が収容される。この中央燃料サブアッセ
ンブリ４１には例えば９木の燃料棒１５が正方格子状に
配列されて収容される。

一方、４個の燃料り゛ブアッセンブリ４０は円筒状のサ
ブチャンネル管（１ナブチセンネルボツクス）４２内に
ザブ燃料バンドル４３か収容される。サブ燃料バンドル
４３は例えば３６本の燃料棒１５と中心の１本の水棒（
非沸騰減速材）４５とを図示しないバンドルスペーサで
束ねて構成される。

このサブ燃料バンドル４３は第１〜第６実施例に示した
ものより大きく、１ナブ燃料バンドル４３内にも非情ｌ
Ｉｌ減速材の不足が生じる恐れがあるため、水棒４５が
介装される。この水棒４５は図示しないバンドルスペー
サの保持にも利用される。

また、この燃料集合体１０Ｆは、４ｆｆυの燃ｉ＋ｌリ
ーブアッセンブリ４０．／１０間の外周側凹部に三角形
の角筒状体としてのチャンネルボックス４６が収容され
、このチャンネルボックス４６内に棒状物質４７が収納
される。棒状物質４７はクラスタ型制御棒（中性子吸収
棒）、水排除棒あるいは燃料棒であり、燃料集合体１０
Ｆの周辺凹部の空間が有効的に利用される。チャンネル
ボックス４６は燃料集合体１０Ｆの外周側に膨出する円
弧状の脹らみを外側に備えていることが望ましい。

ところで、第１実施例から第７実施例に示された燃料集
合体は円筒状の燃料サブアッセンブリ１１．２３．３０
．４０を組み合せたもので、燃料サブアッセンブリ１１
．２３．３０．４０を構成するサブチャンネル管（チャ
ンネルボックス）１３．２４，３３．４２は円筒状に構
成され、従来のような角筒状のチャンネルボックスが用
いられない。リブチャンネル管内／ は円管であるため製造が容易であり、しかも脹らみ現象
が生じないので、サブチャンネル管の薄肉化を図ること
ができ、ジルカロイ等の管材お１を有効的に利用できる
。

これに対し、角筒状のチャンネルボックスは内圧が外圧
より高くなると、チャンネルボックスの角筒辺部分が外
側に向って脹らみ、円管に近づき、種々の不都合が生ず
る。

一方、各実施例で示された燃料集合体は、複数の円筒状
のサブチャンネル管１３．２４．３３゜４２をチャンネ
ルスペーサで束ねて構成され、各サブチャンネル管はそ
れぞれ独立しており、しかも各サブチャンネル管は円管
構造であるため横断面が小さいので、燃料集合体の曲り
が抑制される。

一般に、チャンネルボックスの曲りは、横断面が大ぎい
ほど大きく、また高速中性子束分布の勾配や材料の金属
学的性質の微少な差異に左右される。従来の角筒状チャ
ンネルボックスは、２枚のジルカロイ板を口字状に折曲
し、その後突き合せ溶接することにより作られるが、両
ジルカロイ板の金属学的性質の僅かな差異によって延び
に差異が生じ、曲りの原因となっている。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る燃料集合体は、リブチ
ャンネル管内に冷却材沸騰領域を、リッヂ１シンネル管
の外側に減速材非沸騰領域をそれぞれ形成し、燃料集合
体内に非沸騰領域を確保したので、炉心上部の実効的な
ボイド率を低減さぜることができ、炉心の軸方向に沿う
炉出力分布を平坦化し、炉出力の低下を防止することが
できる。

また、燃料リーブアッセンブリのザブデセンネル管は円
筒状の円管であるので製造が容易で￥Ｉ造ロコス１〜安
価であるとともに、圧力差による膨張を有効的に防止で
きるから、サブチャンネル管の艮スを白化や薄肉化を図
ることができ、材料を有効的に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の第１実施例を示す平
断面図、第２図は本発明に係る燃料集合体による炉心の
軸方向の実効的なボイド率分布を、非沸騰減速材の導入
が不充分な従来の燃料集合体ににる軸方向ボイド率分布
と比較して示す図、第３図は本発明に係る燃料集合体に
よる炉心の軸方向線出力密度分布を従来の燃料集合体に
よる炉心の軸方向線出力密度分布と比較して示す図、第
４図から第９図は本発明に係る燃料集合体の第２実施例
から第７実滴例をそれぞれ示す図、第１０図は従来の角
筒状燃料集合体を示ず平断面図、第１１図は改良された
従来の燃料集合体を示ず平断面図である。 １０、１０Ａ　〜１０　Ｆ・・・燃１１集合体、１１゜
２３．３０．３０・・・燃料サブアッセンブリ、１２・
・・チャンネルスベーＩＪ″、１３．２４，３３．４２
・・・サブチャンネル管、１４．２５．３４．４３・・
・ナブ燃料バンドル、１５・・・燃料棒、１７．２１゜
３６・・・棒状物質挿入管、Ａ・・・冷Ｗ材沸騰領域、
Ｂ・・・減速材非沸騰領域、２０・・・網状筒、２６・
・・スペーザ保持棒、４１・・・中央燃料１ノブアツ廿
ンブリ、４６・・・チャンネルボックス、４７・・・棒
状物質。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久＄ｆ区 茶２旧 ［炉ｌしの軸方向長さく高ざ）　　　　　　　１端革３
　回 第４図 第５回　　　　　　蔓６図 羊７圓 羊９目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃料棒を円筒状のサブチャンネル管内に収容
   して燃料サブアッセンブリを構成し、上記燃料サブアッ
   センブリを複数個束ねて筒状アッセンブリを形成し、前
   記サブチャンネル管内を冷却材沸騰領域に、上記サブチ
   ャンネル管の外側を減速材非沸騰領域にそれぞれ形成し
   たことを特徴とする燃料集合体。 ２、隣接するサブチャンネル管の間に棒状物質挿入管を
   配設し、上記棒状物質挿入管内に、棒状中性子吸収材、
   水排除棒、燃料棒等の物質を配置した特許請求の範囲第
   １項に記載の燃料集合体。 ３、束ねられた複数のサブチャンネル管の外周部に網状
   筒が被せられた特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合
   体。 ４、束ねられた複数のサブチャンネル管の外周部のうち
   、制御棒の摺面側に金属板を配設し、残りの部分に網状
   金属を配置した特許請求の範囲第１項に記載の燃料集合
   体。 ５、束ねられた複数個の燃料サブアッセンブリは外形が
   正三角形、四角形、菱形あるいは六角形等の筒状体を構
   成するように配列された特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料集合体。 ６、隣合うサブチャンネル管の間には、減速材の横流れ
   を許容する空隙が形成された特許請求の範囲第１項に記
   載の燃料集合体。 ７、直径がほぼ等しい燃料サブアッセンブリを３×３配
   列で９個設け、中央の燃料サブアッセンブリ周りの空間
   に棒状中性子吸収材や水排除棒などの棒状物質を出し入
   れ自在に案内する棒状物質挿入管を設けた特許請求の範
   囲第１項に記載の燃料集合体。 ８、束ねられたサブチャンネル管の外周部に形成される
   凹部に角筒状体を配設し、この角筒状体内に棒状中性子
   吸収材、水排除棒、燃料棒などの棒状物質を配置した特
   許請求の範囲第１項に記載の燃料集合体。