JPS6282392A - 核燃料棒 - Google Patents
核燃料棒Info
- Publication number
- JPS6282392A JPS6282392A JP60222653A JP22265385A JPS6282392A JP S6282392 A JPS6282392 A JP S6282392A JP 60222653 A JP60222653 A JP 60222653A JP 22265385 A JP22265385 A JP 22265385A JP S6282392 A JPS6282392 A JP S6282392A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- end plug
- nuclear fuel
- fuel rod
- cladding tube
- heat transfer
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (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。
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）
本発明は軽水炉の炉心に装荷される核燃ｖ１棒に係り、
特に、被覆管と下部端栓との平均温度差を小さくした核
燃料棒に関する。
特に、被覆管と下部端栓との平均温度差を小さくした核
燃料棒に関する。
一般に、軽水か用の核燃料棒は、第５図に示り“ように
、長尺な被覆管１内に円柱状の多数の二酸化ウラン（Ｕ
Ｏ２）焼結ペレット２を積層状に収納し、その被？Ｉ管
１の上端Ｊ３よび下端を上部端栓３ Ｊ３よび下部端栓
４によって水密に止栓した構成となっている。即ち、上
部端栓３６３よび下部端栓４は焼結ペレット２を収容し
た後に被覆管１の、ト下両端を水密に止栓する。被覆管
１は焼結ペレッ［・２を被覆するため耐食性に優れ、か
つ中性子吸収断面積が小ざい等の利点を右ｆるジルコニ
ウム合金、例えば、ジルカロイ−２ヤジルカロイ−４の
薄肉管にて形成されている。
、長尺な被覆管１内に円柱状の多数の二酸化ウラン（Ｕ
Ｏ２）焼結ペレット２を積層状に収納し、その被？Ｉ管
１の上端Ｊ３よび下端を上部端栓３ Ｊ３よび下部端栓
４によって水密に止栓した構成となっている。即ち、上
部端栓３６３よび下部端栓４は焼結ペレット２を収容し
た後に被覆管１の、ト下両端を水密に止栓する。被覆管
１は焼結ペレッ［・２を被覆するため耐食性に優れ、か
つ中性子吸収断面積が小ざい等の利点を右ｆるジルコニ
ウム合金、例えば、ジルカロイ−２ヤジルカロイ−４の
薄肉管にて形成されている。
同様に１．上部端栓３ Ｊ３よび下部端栓４ｔ）、溶接
容易性、前記特性の観点から、ジルコニウム合金を用い
てそれぞれ一体成形されている。
容易性、前記特性の観点から、ジルコニウム合金を用い
てそれぞれ一体成形されている。
ところで、従来の核燃料棒では第５図のように、下部端
栓４が最下部の焼結ペレット２ｂと直接接触する円錐台
状のベース部４ａと、被ｒＭｆ’Ｊ１と溶接される円板
状のフランジ部４ｂ、とそれに続く円柱状部４Ｃと、円
柱状部４Ｃより６大径なバレル部４ｄと先端が円ｔ「状
になった小径なシセンク部４ｅとからなっている。
栓４が最下部の焼結ペレット２ｂと直接接触する円錐台
状のベース部４ａと、被ｒＭｆ’Ｊ１と溶接される円板
状のフランジ部４ｂ、とそれに続く円柱状部４Ｃと、円
柱状部４Ｃより６大径なバレル部４ｄと先端が円ｔ「状
になった小径なシセンク部４ｅとからなっている。
なお、上部端栓３と、最上部に積層された焼結ペレット
２ａとの間にはブレナム５が形成されており、このブレ
ナム５にはゲッタ６とブレナムスプリング７とが配置さ
れていて焼結ペレツ１〜２を弾圧支持させ、また、ヘリ
ウム等のガスが収容されるようになっている。
２ａとの間にはブレナム５が形成されており、このブレ
ナム５にはゲッタ６とブレナムスプリング７とが配置さ
れていて焼結ペレツ１〜２を弾圧支持させ、また、ヘリ
ウム等のガスが収容されるようになっている。
（背景技術の問題点〕
このような核燃料棒の下部端栓４は、最下部に位置して
いる焼結ペレット２ｂの下端面に接しているために、焼
結ペレット２ｂの側周面のみから充填ガスを介して熱が
伝わる被覆管１に比較して、焼結ペレット２ｂの下端面
からの熱が伝わりやすい。したがって、下部端栓４は被
覆管１よりも高温になって温度差を生じ、この温度差に
伴う熱膨張差にＪ：す、下部端栓４は被覆管１に比し大
ぎく膨張する。これにより、製造時には第６図に示Ｊ゛
ように均一径をなす被覆管１の下端部が、原子炉運転時
には膨張して、第７図に示づように拡径変形づる。その
結果、下部端栓４には熱応力が、また被覆管１には曲げ
応ツノがそれぞれ発生する。
いる焼結ペレット２ｂの下端面に接しているために、焼
結ペレット２ｂの側周面のみから充填ガスを介して熱が
伝わる被覆管１に比較して、焼結ペレット２ｂの下端面
からの熱が伝わりやすい。したがって、下部端栓４は被
覆管１よりも高温になって温度差を生じ、この温度差に
伴う熱膨張差にＪ：す、下部端栓４は被覆管１に比し大
ぎく膨張する。これにより、製造時には第６図に示Ｊ゛
ように均一径をなす被覆管１の下端部が、原子炉運転時
には膨張して、第７図に示づように拡径変形づる。その
結果、下部端栓４には熱応力が、また被覆管１には曲げ
応ツノがそれぞれ発生する。
この下部端栓４の熱応力は原子炉の出力変化に伴って変
動Ｊる。第８図は１つの核燃料棒の下端部にＪ３ける出
力変化の経年的な履歴例を示し、運転初期数年間は略均
−な出力変動幅ａで運転され、その後は次第に低下する
様子が見られる。また、第９図は下部端栓４の熱応力変
化の履歴例を示し、運転侵の数年目で最大の変動幅すを
示すことがわかる。このように、熱応力の変化回数と変
化頻度に応じて、下部端栓４には疲労が蓄積されていく
。
動Ｊる。第８図は１つの核燃料棒の下端部にＪ３ける出
力変化の経年的な履歴例を示し、運転初期数年間は略均
−な出力変動幅ａで運転され、その後は次第に低下する
様子が見られる。また、第９図は下部端栓４の熱応力変
化の履歴例を示し、運転侵の数年目で最大の変動幅すを
示すことがわかる。このように、熱応力の変化回数と変
化頻度に応じて、下部端栓４には疲労が蓄積されていく
。
したがって、このような下部端栓４の疲労寿命の観点か
ら、出力頻度および変化の幅については自ずと制限があ
り、これが原子炉運転上では制約となり、また安全管理
沢での問題点ともなっている。
ら、出力頻度および変化の幅については自ずと制限があ
り、これが原子炉運転上では制約となり、また安全管理
沢での問題点ともなっている。
本発明はこのＪ：うな事情に鑑みてなされたちので、下
部端栓に生じる熱応力を緩和し、疲労寿命を高め、より
広範囲な炉出力変動を可能にする核燃料棒を提供づるこ
とを目的とする。
部端栓に生じる熱応力を緩和し、疲労寿命を高め、より
広範囲な炉出力変動を可能にする核燃料棒を提供づるこ
とを目的とする。
（発明の概要）
に述した目的を達成づるｌＣめ本発明は、長尺な′＃１
．覆管内に複数個のペレットを積層しＣ充填し、この被
覆管の上端−３よび下端を上部端栓および下部端栓によ
ってそれぞれ止栓した核燃料棒にＪ３いて、前記下部端
栓は被覆管から突出した部位に複数の放熱用フィンを有
することを特徴とするものである。
．覆管内に複数個のペレットを積層しＣ充填し、この被
覆管の上端−３よび下端を上部端栓および下部端栓によ
ってそれぞれ止栓した核燃料棒にＪ３いて、前記下部端
栓は被覆管から突出した部位に複数の放熱用フィンを有
することを特徴とするものである。
以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。
て説明する。
第１図は本発明の一実施例を承り核燃料棒の縦断面図、
第２図は、第１図ｎ−ｎ線断面図である。
第２図は、第１図ｎ−ｎ線断面図である。
図中符号１１はジルコニウム合金製の被覆管であり、こ
の被覆管１１内には円柱状の多数の二酸化ウランペレッ
ト１２が積層状にして装填されている。ぞして被覆管１
１の上端開口には下部端栓１３を溶着して密閉し、この
下部端栓１３と最上部に位置する焼結ペレット１２ａと
の間に形成されたブレナム１４にはゲッタ１５を−Ｉｎ
に有するブレナムスプリング１６を介挿し、ヘリウム等
のガスを収容するようになっている。
の被覆管１１内には円柱状の多数の二酸化ウランペレッ
ト１２が積層状にして装填されている。ぞして被覆管１
１の上端開口には下部端栓１３を溶着して密閉し、この
下部端栓１３と最上部に位置する焼結ペレット１２ａと
の間に形成されたブレナム１４にはゲッタ１５を−Ｉｎ
に有するブレナムスプリング１６を介挿し、ヘリウム等
のガスを収容するようになっている。
一方、被覆管１１の下端開口は下部端栓１７によって止
栓している。下部端栓１７は、溶接容易性、前記特性の
観点から、ジルコニウム合金を用いて一体成形されてい
る。
栓している。下部端栓１７は、溶接容易性、前記特性の
観点から、ジルコニウム合金を用いて一体成形されてい
る。
この下部端栓１７は、最下部の燃焼ペレット１２ｂと直
接接触する円錐台状のベース部１７ａど、被ｎＨｆｆｌ
ｌと溶接される円板状のフランジ部１７ｂと、それに続
く円柱状部１７Ｇと、円柱状部１７Ｇよりも大径なバレ
ル部１７ｄと、先端が円錐状になった小径な２１１２９
部１７ｅとからなっている。そして、バレル部１７ｄど
フランジ部１７ｂとの間に複数の放熱用フィン１８を設
け、また中心部には下端が開口し、９１１２９部１７ｅ
からベース部１７ａの途中までに亘る空洞１９を形成し
ている。
接接触する円錐台状のベース部１７ａど、被ｎＨｆｆｌ
ｌと溶接される円板状のフランジ部１７ｂと、それに続
く円柱状部１７Ｇと、円柱状部１７Ｇよりも大径なバレ
ル部１７ｄと、先端が円錐状になった小径な２１１２９
部１７ｅとからなっている。そして、バレル部１７ｄど
フランジ部１７ｂとの間に複数の放熱用フィン１８を設
け、また中心部には下端が開口し、９１１２９部１７ｅ
からベース部１７ａの途中までに亘る空洞１９を形成し
ている。
このような複数のフィン１８ （’Ｊさの下部端栓１７
を有づる構成のものであると、従来の下部端栓を右づ゛
るものと比べてフランジ部１７ｂとバレル部１７ｄとの
間の伝熱面積が増す。
を有づる構成のものであると、従来の下部端栓を右づ゛
るものと比べてフランジ部１７ｂとバレル部１７ｄとの
間の伝熱面積が増す。
づなわち、下部端栓１７のフランジ部１７ｂとバレル部
１７ｄどの間の円柱状部分の直径をＤ、軸方向長ざをＬ
とし、フィン１８の径方向長さを矛、軸方向長さをＬと
して、そのフィン１８をＮ側設【）た場合、フィンを有
りる本発明の下部端栓とフィンを有しない従来の−しの
どで、フランジ部１７ａとバレル部１７ｄとの間の伝熱
面積を比較してみると、従来の伝熱面積に対づる本発明
の伝熱面積の比Ｍは、 となる。
１７ｄどの間の円柱状部分の直径をＤ、軸方向長ざをＬ
とし、フィン１８の径方向長さを矛、軸方向長さをＬと
して、そのフィン１８をＮ側設【）た場合、フィンを有
りる本発明の下部端栓とフィンを有しない従来の−しの
どで、フランジ部１７ａとバレル部１７ｄとの間の伝熱
面積を比較してみると、従来の伝熱面積に対づる本発明
の伝熱面積の比Ｍは、 となる。
一方、線出力Ｑ、伝熱面ｆｉ！ｉＡ、膜熱伝達係数りと
、冷し１月−下部端栓表面間の温度差Δ］゛の間には次
の関係が成立つ。
、冷し１月−下部端栓表面間の温度差Δ］゛の間には次
の関係が成立つ。
−＝ｈ・Δ］ ・・・・・・（２）りなわら
、線出力、成熱伝達係数が一定ならば冷却材−下部端栓
表面間の温度差は、伝熱面積に反比例する。したがって
、伝熱面積が人さくノれば冷却材−下部端栓表面間の温
度差が小さくなり、下部端栓１７の温度を下げることが
できる。
、線出力、成熱伝達係数が一定ならば冷却材−下部端栓
表面間の温度差は、伝熱面積に反比例する。したがって
、伝熱面積が人さくノれば冷却材−下部端栓表面間の温
度差が小さくなり、下部端栓１７の温度を下げることが
できる。
よって、前記式（１）よりフィンの数、フィンの径方向
の長さが大きいほど伝熱面積が増すため、下部端栓１７
の温度を下げるには、フィンの数、フィンの径方向長さ
が大きいほど好ましい。
の長さが大きいほど伝熱面積が増すため、下部端栓１７
の温度を下げるには、フィンの数、フィンの径方向長さ
が大きいほど好ましい。
また、下部端栓１７の中心部をシ（７２９部１７ｅから
ベース部１７ａの途中まで空洞１９にづると、萌述同様
に伝熱面積が増すことは勿論、特に下部端栓１７の中心
部に冷却材が侵入ぐきる。したがって、下部端栓１７の
厚みが減り、ジルコニウム合金の熱抵抗が減ったのと回
答の作用があるので、従来高温であった下部端栓１７の
中心部の温度を下げることができる。
ベース部１７ａの途中まで空洞１９にづると、萌述同様
に伝熱面積が増すことは勿論、特に下部端栓１７の中心
部に冷却材が侵入ぐきる。したがって、下部端栓１７の
厚みが減り、ジルコニウム合金の熱抵抗が減ったのと回
答の作用があるので、従来高温であった下部端栓１７の
中心部の温度を下げることができる。
Ｊなわら、従来と比べ下部端栓１７と被覆管１１との平
均温度差を小さくできる。
均温度差を小さくできる。
また、熱応力は、下部端栓１７と被覆管１１の平均温瓜
差に比例するので、本実施例によれば、下部端栓１７の
熱応力ら小さくなり、解析の結果従来に比して２〜３
、Ｊ１１小さくなることが明らかとなった。
差に比例するので、本実施例によれば、下部端栓１７の
熱応力ら小さくなり、解析の結果従来に比して２〜３
、Ｊ１１小さくなることが明らかとなった。
次に、本発明の第２の実施例を第３図、１３よび第４図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
ここで、第３図は核燃料棒の縦断面図を示し、第４図は
第３図にＪ３けるｒｌ／ −ＩＶ線断面図を示づ“。
第３図にＪ３けるｒｌ／ −ＩＶ線断面図を示づ“。
なお、第１図Ｊ３よび第２図と共通する部分には同一符
号を付して一〇視する説明を省略する。
号を付して一〇視する説明を省略する。
この実施例の下部端栓１７は、円柱状部を省略した構成
となっており、バレル部１７ｄとフランジ部１７ｂとが
互いに複数のフィン１８のみによって連設されている。
となっており、バレル部１７ｄとフランジ部１７ｂとが
互いに複数のフィン１８のみによって連設されている。
下部端栓１７の中心部の空洞１９はフィン１８間の隙間
を介して外部に連通している。このような構成によれば
、第１の実施例と同様に伝熱面積が増し下部端栓１７中
心部の熱抵抗を下げることができるのは勿論、さらにシ
ャンク部１７ｅ中心部の空洞１つからフィン１８問へ抜
【プる冷ｎ１材流路が形成されるので、空洞１９の内表
面およびフィン１８の表面での冷却材の流速が高まる。
を介して外部に連通している。このような構成によれば
、第１の実施例と同様に伝熱面積が増し下部端栓１７中
心部の熱抵抗を下げることができるのは勿論、さらにシ
ャンク部１７ｅ中心部の空洞１つからフィン１８問へ抜
【プる冷ｎ１材流路が形成されるので、空洞１９の内表
面およびフィン１８の表面での冷却材の流速が高まる。
この冷ｎ１材流路が高まると成熱伝達係数が大きくなる
ので、式（２）より冷ＩＪｌ材−下部端栓表面間温度差
をさらに小さくすることができる。
ので、式（２）より冷ＩＪｌ材−下部端栓表面間温度差
をさらに小さくすることができる。
以上のように本発明によれば、下部端栓に複数のフィン
を設け、また下部端栓の中心部に空洞を形成したため、
下部端栓の伝熱面積が増し、下部端栓中心部での熱抵抗
が小さくなる。
を設け、また下部端栓の中心部に空洞を形成したため、
下部端栓の伝熱面積が増し、下部端栓中心部での熱抵抗
が小さくなる。
このため、下部端栓において熱が伝わり易くなり、特に
、従来高温であった下部端栓の中心部での熱が伝わり易
くなり、下部端栓の平均温度を下げ、下部端栓ど被覆管
との間の温度差を緩和できる。
、従来高温であった下部端栓の中心部での熱が伝わり易
くなり、下部端栓の平均温度を下げ、下部端栓ど被覆管
との間の温度差を緩和できる。
また、下部端栓の平均温度と被覆管の平均温度の差に比
例する熱応力も緩和でさることになり、出力変化に伴う
熱応力変化し小さくなり、疲労寿命を高めることができ
る。Ｆｊ！言すれば、疲労寿命が従来と同程度とすれば
、出力変化幅または出力変動頻度を増大させることがで
き、一層広範囲な出力変動を可能にすることができる。
例する熱応力も緩和でさることになり、出力変化に伴う
熱応力変化し小さくなり、疲労寿命を高めることができ
る。Ｆｊ！言すれば、疲労寿命が従来と同程度とすれば
、出力変化幅または出力変動頻度を増大させることがで
き、一層広範囲な出力変動を可能にすることができる。
よって本発明によれば、下部端栓と被覆管との平均温度
差が小さくでき、下部端栓の熱応力が緩１１１でき、そ
れに伴い疲労′ｔｆ命が向上し、従来に比較して頻度お
よび変動幅が大きな出力変動運転が可能となる等の優れ
た効采が奏される。
差が小さくでき、下部端栓の熱応力が緩１１１でき、そ
れに伴い疲労′ｔｆ命が向上し、従来に比較して頻度お
よび変動幅が大きな出力変動運転が可能となる等の優れ
た効采が奏される。
第１図は本発明の第１実施例に係る核燃料棒の縦断面図
、第２図は第１図のｆｆ−１ｆ線断面図、第３図は本発
明の第２実膿例に係る核燃料棒の縦断面図、第４図は第
３図のｒｖ −ｒｖ線断面図、第５図は従来例を承り核
燃料棒の縦断面図、第６図および第７図は出力時にお【
ノる下部喘栓周りの変形状態を示寸部分拡大縦断面図、
第８図は出力変化の一例を示づ特性線図、第９図は第８
図の出力変化に対応りる熱応力を承り特性線図である。 ｉ ｉ ・・・被Ｍ ｆｎ、１２，１２ａ、１２ｂ、、
、ペレット、１３・・・上部端栓、１７・・・下部端栓
、１７ａ・・・ベース部、１７ｂ・・・フランジ部、１
７Ｃ・・・円柱状部、１７ｄ・・・バレル部、１７ｅ・
・・２１１２９部、１８・・・フィン、１９・・・空洞
部 代理人弁理士 則 近 憲 佑 同 三 俣 弘 文第６図 第７図
、第２図は第１図のｆｆ−１ｆ線断面図、第３図は本発
明の第２実膿例に係る核燃料棒の縦断面図、第４図は第
３図のｒｖ −ｒｖ線断面図、第５図は従来例を承り核
燃料棒の縦断面図、第６図および第７図は出力時にお【
ノる下部喘栓周りの変形状態を示寸部分拡大縦断面図、
第８図は出力変化の一例を示づ特性線図、第９図は第８
図の出力変化に対応りる熱応力を承り特性線図である。 ｉ ｉ ・・・被Ｍ ｆｎ、１２，１２ａ、１２ｂ、、
、ペレット、１３・・・上部端栓、１７・・・下部端栓
、１７ａ・・・ベース部、１７ｂ・・・フランジ部、１
７Ｃ・・・円柱状部、１７ｄ・・・バレル部、１７ｅ・
・・２１１２９部、１８・・・フィン、１９・・・空洞
部 代理人弁理士 則 近 憲 佑 同 三 俣 弘 文第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、長尺な被覆管内に複数個のペレットを積層して充填
し、この被覆管の上端および下端を上部端栓および下部
端栓によってそれぞれ止栓した核燃料棒において、前記
下部端栓は被覆管から突出した部位に複数の放熱用フィ
ンを有することを特徴とする核燃料棒。 ２、下部端栓はその中心部に下端が開口する放熱用の空
洞を有している特許請求の範囲第１項記載の核燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222653A JPS6282392A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 核燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222653A JPS6282392A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 核燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6282392A true JPS6282392A (ja) | 1987-04-15 |
Family
ID=16785822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60222653A Pending JPS6282392A (ja) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | 核燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6282392A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6393594U (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-16 |
-
1985
- 1985-10-08 JP JP60222653A patent/JPS6282392A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6393594U (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-16 | ||
| JPH0353200Y2 (ja) * | 1986-12-09 | 1991-11-20 |
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