JPS6282392A - 核燃料棒 - Google Patents

核燃料棒

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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
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end plug
nuclear fuel
fuel rod
cladding tube
heat transfer
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Pending
Application number
JP60222653A
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English (en)
Inventor
浩 久保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • 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

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。

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。
〔発明の技術的背景〕
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。
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。
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。
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。
(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。
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
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。
〔発明の目的〕
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。
(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。
〔発明の実施例〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
−=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。
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。
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。
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。
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。
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。
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“。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
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。
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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

  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。
JP60222653A 1985-10-08 1985-10-08 核燃料棒 Pending JPS6282392A (ja)

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JP60222653A JPS6282392A (ja) 1985-10-08 1985-10-08 核燃料棒

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6393594U (ja) * 1986-12-09 1988-06-16

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6393594U (ja) * 1986-12-09 1988-06-16
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