JPS6239715B2

JPS6239715B2 -

Info

Publication number: JPS6239715B2
Application number: JP55018517A
Authority: JP
Inventors: Tsuguyuki Kobayashi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-02-19
Filing date: 1980-02-19
Publication date: 1987-08-25
Also published as: JPS56115984A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は燃料集合体に係り、特に高速増殖炉の
ブランケツト燃料集合体の性能を向上させた核燃
料集合体に関する。

従来技術によるブランケツト燃料集合体は、減
損ウランUO₂燃料ペレツトを被覆管に収納した燃
料要素を複数本冷却材の流路管内に規則正しく配
列して構成される。このブランケツト燃料集合体
中に含まれる減損ウランUO₂のうちウラン−238
は中性子を吸収し、数段の核崩壊をへてプルトニ
ウムとなるが、このプルトニウムは核燃料として
再び使用することができる。高速増殖炉において
は、消費したプルトニウムより多くのプルトニウ
ムを生産する目的でこのブランケツト燃料集合体
は不可欠のものである。しかし、このブランケツ
ト燃料集合体は高速増殖炉の炉内に装荷されても
核分裂性のウラン235（Ｕ−235）が0.3％以下の
減損ウランを使用しているので、プルトニウムが
あまり生産されていない寿命初期においては殆ど
発熱せず、２〜５年間の間、炉内におくことによ
りウラン238から漸次生成されるプルトニウムの
ために徐々に発熱し始め、寿命末期には、燃料要
素の平均で約100W／cmに達する。これを除熱す
るために必要な冷却材ナトリウムは燃料集合体下
部に装着されたエントランスノズルのオリフイス
孔から供給されるが、ナトリウムの流量が従来技
術においては該ブランケツト燃料集合体のエント
ランスノズル部のオリフイス孔によつて決められ
ている。しかし、このオリフイス孔は寿命中にわ
たつて固定されているので、発熱の少ない初期か
ら発熱の大きい末期まで同流量である。これで
は、発熱の少ない初期では温度の低い冷却材がそ
のまま集合体を通過して原子炉出口に行くことに
なり、原子炉全体の冷却材出口温度を低める方向
に働く、また、原子炉出口温度を一定に保とうと
する場合には、寿命初期において、炉心燃料集合
体の出口温度を、その分上昇させてやらなければ
ならず、通常でもきびしい条件下にある炉心燃料
要素に余分な負担を負わせることになり、いずれ
にしても原子炉の性能上は望ましくない。

本発明は、上記欠点を考慮してなされたもの
で、ブランケツト燃料集合体の寿命中の発熱の増
大に伴つて、流量を可変に調節する流量調節機構
を有する核燃料集合体を提供することを目的とし
ている。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。

本発明による核燃料集合体の一実施例は、第１
図にその縦断面図が示されている。ここにおいて
は、複数本の燃料要素１が冷却材の流路管２に、
流路に平行に規則正しく収納され、該燃料要素１
の下部はその端栓３が支持条片４に嵌合しピン５
で支持条片４に固定されている。複数個の支持条
片４はさらに固定棒６が直角に貫通することによ
り流路管２に固定されている。かかる方法により
複数本の燃料要素１は一端を流路管２に固定され
ているわけであるが、この固定方法はこれにこだ
わるものでなく、直接固定棒６によつて端栓３を
貫通させて固定するなどの方法も可能である。前
記のように固定された燃料棒１の上部には、可変
オリフイス７を有する可変流量調節機構８が装着
されており、この可変流量調節機構８は、流路管
２に固定された可変オリフイス７以外の流路を残
さないように配置された上部支持板９に固定され
ている。また、燃料集合体下部にはエントランス
ノズル１９が装着されており、燃料集合体上部に
はハンドリングヘツド２０が設けられている。

第２図は燃料初期における可変流量調節機構８
の拡大縦断面図である。燃料要素１は被覆管１０
内に減損ウランペレツト１１を内包しており、被
覆管の上端には金属ベローズ１２が溶接されてお
り、金属ベローズ１２の上には、それに連動して
上下にストロークする流路調節装置１３が装着さ
れている。また、燃料要素１内には大気圧と同程
度のヘリウムガス等の不活性ガス１８が充填され
ている。流路調節装置１３には流路制限オリフイ
ス１４が設けられている。

一方金属ベローズ１２の外周には、上記流路制
限オリフイス１４と合せて流路面積を調節するオ
リフイス１５を設けた外套１６が装着されてい
る。この外套１６は、前記上部支持板９に固定さ
れており、可変オリフイス７以外の流路を完全に
しや断する構造となつている。また、この外套１
６には、ストツパー１７が加工されており、前記
流路調節装置１３の上方向ストロークを制限して
いる。

また、本実施例においては、第１図によれば明
らかなようにまず、燃料要素１に可変流量調節機
構８を装着した後、これを上部支持板９へ固定
し、それを流路管２へ挿入して固定棒６で支持条
片４を固定すれば容易に組立てることができる。

本実施例による核燃料集合体は通常高速増殖炉
の炉心部のまわりに配置して使用される。使用期
間は通常２〜５年である。燃焼初期においては、
燃料要素１は減損ウランで構成されており、核分
裂反応の起こる率が少ないため、気体核分裂生成
物の生成量が少ないと同時に、低燃焼度では気体
核分裂生成物はウランペレツト中に閉じこめられ
ているため放出しにくいことにより、燃料初期に
おいては、燃料要素１内は、はじめから充てんさ
れているヘリウム等の不活性ガス１８とウランペ
レツト１１に含まれていた揮発性不純物によつて
満たされているが、内圧は低いので金属ベローズ
１２は第２図に示したように収縮しており、その
結果、流路調節装置１３に設けられた流路制限オ
リフイス１４と、外套１６に設けられたオリフイ
ス１５が重なる面積が少なく、可変オリフイス７
の流路面積は小さくなつている。したがつて、使
用初期においては該燃料集合体内を流れる冷却材
が少なくなる。

この時、金属ベローズ１２の弾性と流路制限オ
リフイス１４と外套１６に設けられたオリフイス
１５を適当に決めておけば、可変オリフイス７に
よつて燃料要素内の発熱量が少なくともこの燃料
集合体からの冷却材出口温度を炉心燃料集合体か
らの冷却材出口温度と同程度にすることができ
る。

しだいに燃焼が進んで、プルトニウムが蓄積さ
れてくるとプルトニウムの核分裂によつて生成さ
れる気体核分裂生成物の量が増すと同時に、燃料
ペレツトの温度が上昇し、これまでペレツト内に
閉じこめられていた気体核分裂生成物の放出割合
が増加する。また、燃焼が進むと燃料ペレツトが
組織変化することも放出割合の増大を促進する。
こうして燃焼が進むと燃料要素１内に包含される
気体核分裂生成物の量が増加し、また発熱量の増
加によつて、その温度も上昇するため、燃料要素
内の内圧は増加する。すると、金属ベローズ１２
は第３図に示したように拡張されてくる。このよ
うになると流路調節装置１３に設けられた流路制
限オリフイス１４と外套１６に設けられたオリフ
イス１５の重なる面積が増大し、可変オリフイス
７の流路面積は大きくなる。したがつて冷却材流
量が増大し冷却効果が大きくなるため、初期に比
べて燃料要素１内の発熱量が増しても冷却材温度
が上昇することはない。ここで可変オリフイス７
の寸法と、金属ベローズ１２の弾性を適当に設定
しておけば、寿命中にわたつて、該燃料集合体の
冷却材出口温度を炉心燃料集合体と同程度に保つ
ことができる。

また、前記外套部１６の上端に設けられた突起
部１７は、可変オリフイス７が最大となる位置よ
り流路調節装置１３が上昇し、再び流路をせばめ
ることを防止する働きをもつている。

本実施例では、可変オリフイスの形状は第１図
に示した長方形となつているが、第４図に符号
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示すような、任意の円形、
非円形、多角形、およびそれらの組み合せを考え
ることももちろん可能である。このようにすれば
金属ベローズの同一のストローク量によつて生ず
る可変オリフイス７の流路面積の増加量割合を調
節することが出来、設計の自由度が増大する。ま
た、流路制限オリフイスと外套のオリフイスの形
状を異なるものとすることももちろん可能であ
る。

また、本発明による可変流量調節機構８を第５
図に示すように、燃料集合体下部に取りつけるこ
とも可能で、このようにした場合には、可変流量
調節機構８は燃料要素１を流路管２へ固定する働
きも同様に果たし、より有効である。

以上のように本発明の燃料集合体は、可変流量
調節機構を有しているため、２〜５年の寿命中に
おいて、燃料集合体の冷却材出口温度を原子炉内
のすべてについて一定とすることが出来るため、
炉心燃料集合体内の冷却材温度がそれほど高くな
くとも、原子炉全体としての冷却材出口温度を充
分高く出来るため、炉心燃料要素の健全性を高
め、高速増殖炉の経済性を良くすることができ
る。また、本発明を施した燃料集合体の温度が、
何らかの異状によつて上昇した場合には、それに
よつて起こる燃料要素内の内圧増加により、可変
オリフイスの流路が増加するようになつており、
外部からの操作なしで自動的に冷却材流量を増大
させ、燃料要素が高温によつて破損することを防
止する固有安全性を有する。また、金属ベローズ
の拡張により気体核分裂生成物を蓄積する有効体
積が増加するため、内圧の増加を軽減し、燃料要
素被覆管の内圧による応力を減少させることがで
き、被覆管の健全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第
２図は燃焼初期における可変流量調節機構を示す
縦断面図、第３図は燃焼末期における可変流量調
節機構を示す縦断面図、第４図はオリフイスの形
状を示す正面図、第５図は本発明の他の実施例を
示す縦断面図である。１……燃料要素、７……可変オリフイス、８…
…可変流量調節機構、９……支持板、１２……金
属ベローズ、１３……流路調節装置、１４……オ
リフイス、１５……オリフイス、１６……外套。

Claims

【特許請求の範囲】

１流路管内に複数本の燃料要素を整列してなる
燃料集合体において、燃料要素の被覆管端部に装
着された金属ベローズと、この金属ベローズに連
動して上下に移動するオリフイスを備えた流路調
節装置と、金属ベローズおよび流路調節装置を内
包し、前記オリフイスと重なるように設けられた
オリフイスを有する外套と、この外套を流路管に
固定し、かつ、オリフイス以外の流路をなくすよ
うに配置された支持板とから構成される可変流量
調節機構を設けたことを特徴とする燃料集合体。