JPS6293689A - 核燃料集合体 - 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】 （産業上の利用分野） 複数の垂直燃料棒およびなるべくは補助垂直水充填棒よ
りなる核燃料集合体にして、実質的に方形断面を有する
燃料チャンネルによって囲繞され、かつ実質的に十字形
断面を有する垂直水チャンネルによって４群の副管束に
分割され、各燃料棒が被覆管内に配置された核燃料の円
筒形ペレットの堆積を含んでいる核燃料集合体に関する
。

（従来の技術） 前記の型の周知の燃料集合体は、たとえば日本特願昭５
６−３７７４７および昭５６−１７１９５９に記載され
ている。これら即知の燃料集合体は６４個の燃料棒によ
って形成され、かつ各個が４Ｘ４個の燃料棒を含む四つ
の群、ずなわち副管束に分割されている。この周知の型
の供給された燃料集合体においては、燃料棒の被覆管は
１２．２５ミリメートルなる最大外径と、１１．６３ミ
リメートルなる最小外径とを有し、かつ壁の厚さは０．
７４〜０．８０ミリメートルの範囲内にある。燃料棒内
の燃料ペレットは９．９４〜１０．４４ミリメートルの
直径を有し、かつこの直径は被覆管の内径より０．２０
ミリメートルだけ小さい。各ｒｉｌＪ管束内の同じ列の
中に配置された二つの隣接燃料棒の囲繞面の間隔は３．
５５〜３．８７ミリメードルの範囲内にある。

供給された燃料集合体の、ｖＩ４接して位置する二つ副
管束の間にある水に対するチャンネルの部分の幅はせい
ぜい５．８ミリメートル、すくなくとも４ミリメートル
である。

日本特願昭５８−１２５９７８には、各副管束内に４Ｘ
４個以上の多数の燃料棒を使用し、しかも原子炉の運転
中に燃料ペレットによってストレスが生じた場合に、棒
に対する線形負荷、すなわら棒の単位長さに対する力を
減少せしめるために燃料集合体の外部寸法を維持し、し
たがって、被覆管が１０傷を受けるのを軽減するように
なすことが７戟されている。この特許においては、燃料
集合体内には８０個の燃料棒を設けることが推奨されて
おり、かつ燃料集合体およびその副管束内における燃料
棒の種々の幾何学的配置が記載されている。特に副管束
が５Ｘ５個の燃料棒を含んだ燃料集合体が記載されてい
る。なお前記特許には、燃料集合体の数を該集合体内の
燃料棒の全数が６４ではなく、１００（５Ｘ５の棒を含
む副管束４個）となるように増加させることは右利では
ないと説明されている。集合体内の燃料棒の全数を１０
０となす時に発生する問題は、許容し得る反応度が集合
体内の圧力低下を伴なうことなく過大となることである
。本発明による時は、燃料棒の被覆管をその壁厚が０．
５０〜０．７０ミリメートル、その外径が８．５〜１０
．３ミリメートルとなるように設計することによって前
記問題を解決し得ることがわかった。このような手段に
よれば、燃料棒内に許容し得る反応度を１りるに必要な
燃料１を組入れることができ、同時に燃料集合体内に許
容し得る圧力低下を得るに必要な流動面積を形成するこ
とができる。このように被覆管の厚さを減少せしめ１ｑ
ると言う事実は、燃料棒内の気体圧力を前に供給された
集合体内におけるよりも低くなし得ると言う事実に関係
がある。これは燃料を低温に維持し得る可能性によって
、燃料内の核分裂気体の発出を抑制し１ｑるためである
。

（問題点を解決するための手段） 燃料棒内の燃料ペレットはなるべくは７．４〜８．８ミ
リメートルなる直径を有するものとされる。この直径は
なるべくは被覆管の内径より０．１４〜０．２０ミリメ
ートル小となるようにされる。副管東向の燃料棒の同じ
列の中に位置する二つの燃料棒の囲繞面の間隔はなるべ
くは２．４〜３．９ミリメートルとなるようにされ、か
つ燃料チャンネル内の側壁に隣接して位置する燃料棒と
前記側壁との間隔、および水に対するチャンネル内の壁
に隣接して位置する燃料棒と該チャンネル内の壁との間
隔は共に２．０〜４．０ミリメートルとなるようにされ
る。二つの隣接する副管束の間に位置する水チャンネル
部分の幅は３．０〜８．０ミリメートルとなるようにさ
れる。

副管東向の隔置部材間の距離は４００〜６００ミリメー
トルとなすことが望ましい。

本発明による燃料集合体においては、十字形断面を有す
る水チャンネルが設けられているために低い内部波形率
が得られる。このようになすことによって大きな軸線方
向波形率を使用することができ、これは燃料棒の端部に
天然ウラン酸化物のペレットを配置することにより燃料
節約に利用し得るようになる。本発明の好適な実施例に
よれば、５×５個の棒を含む各ｎ１管束内の中心棒が該
副管束に対するタイバーとして使用される。したがって
この中心棒は燃料を担持するために使用することができ
る。しかしながらこれはなお水充填棒の形をなしたタイ
ロッドとしても使用することができる。何れの場合にお
いても、副管束の中に単一の棒を使用して、所要の対象
的な機械的負荷が得られるようになる。この中心棒は燃
料担持棒であっても、水充填棒であっても隔置部材担持
棒として有利に使用することができる。

（実施例） 次に添付図面によって本発明の詳細な説明する。

第１図〜第３図において、１は実質的に正方形の断面を
有する燃料チャンネルを示す。この燃料チャンネル１は
大きな遊隙を形成することなく、底部２の上方方形部分
を囲繞し、該底部は冷５１水および減速水に対する円形
の下向き人口３を有している。前記底部２は燃料チャン
ネル１を支持するばかりでなく、支持板４をも支持して
いる。燃料チャンネル１はその底部に比較的〃い壁部分
を有し、該壁部分は破線５によって表された複数の水平
ボルトにより、底部２および支持板４に固定されている
。燃料デセンネル１は、十字形断面を有する中空チャン
ネル形成部材７によって４個の垂直副ヂャンネル６に分
割され、前記チャンネル形成部材は燃料チャンネル１の
４個の壁１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄに溶接されている
。チャンネル形成部材７は４個の中空ウィング８を有し
ている。このチャンネル形成部材７は、さらにその底部
において減速水に対する入口管９に連結されている。各
副チャンネル６は２５本の燃料棒１０を含む一つの副管
束２５を有している。燃料棒はそれぞれ５本の棒を含む
五つの例として、対称形の格子を形成するように配置さ
れている。各棒は相互に垂直な二つの列の中に含まれて
いる。この棒と隣接する棒との間隔は二つの各列におい
て等しくなるようにされている。各副管束は格子状底部
タイブレート１１、格子状頂部タイブレート１２および
複数の隔置部材１３によって位置決めされている。燃料
チャンネル１、チャンネル形成部材７および隔置部材１
３はすべてジルカロイ４の如きジルコニウム合金によっ
て形成される。４個の底部タイブレート１１は支持板４
によって支持され、かつそれぞれ部分的にその中の対応
する方形ＩＬ１４に挿入されている。各０１管束内にお
いて、少なくと６一つの燃料棒には比較的長いねじ付き
端部プラグが形成され、下方端部プラグは底部タイブレ
ート１１に通され、かつナツト１５を有し、上方端部プ
ラグは頂部タイブレート１２に通され、かつナツト１６
を有している。図示の実施例にＪ３いては、中心棒２６
はこのようにして形成される。

この棒は隔置部材保持棒として働く。

燃料ヂＸ７ンネル１の上端部分は十字形持」−げ板１７
を囲繞し、該板は共通中心部分から延びる４個の水平腕
１８，１９．２０おＪ：び２１を有している。台腕はそ
の外端に天領の形をなした部分２２を右している。燃料
チャンネル１の各隅において、前記各部分２２は該燃料
チ１７ンネル１の内壁面と接触している。前記持上げ板
１７および持上げハンドル２３は共に鋼の本実な鋳造持
上げ部材を形成している。持上げ板１７は４個の垂直棒
２８をチャンネル７内の対応するウィング８の中に挿入
し、かつこれに溶接することによりチャンネー　　　ル
に固定されている。台枠２８はその頂部に重訂のボルト
状部分２９を有し、該部分は遊隙が生じるように持上げ
板１７の中央部分の対応する孔に通され、かつナツト３
０を有している。図によって明らかな如く燃料チＶンネ
ル１は縦方向に間欠的に配置された凹所３１を有し、チ
ャンネル７はこの凹所に溶接されている。

同じ列の中で相互にＶＪ接して位置する二つの燃料棒の
間隔旦（第３図）は、この実施例の場合は３．０ミリメ
ートルである。このことは相互に垂直で、それぞれ燃料
棒を含む二つの列に対しても言える。燃料チャンネル７
内の壁に隣接して位置する燃料棒と、該壁との間隔回は
２．８ミリメートルであり、かつこれはなお水に対する
チャンネルの壁に隣接して位置する燃料棒と、ヂャンネ
ル内の前記壁との間隔且の場合も真であるう二つの隣接
する副管束２５の間に位置する水に対するチャンネルの
部分８の幅寸は、この実施例の場合は６ミリメー１ヘル
である。

第４図および第５図によって明らかな如く、各燃料棒１
０はジルカロイの如きジルコニウム合金によって形成さ
れた被覆管４１を有している。この被覆管４１はほぼ４
メールトの長さを有し、該管の中にはその軸線方向にほ
ぼ３００個の円筒形ペレット４２が積重ねられている。

このペレツ１〜はその高さが１１ミリメートルであり、
その直径は８．０ミリメートルである。燃料棒の各端部
に近接して位置する、天然ウランの酸化物よりなるペレ
ツ１〜以外のペレツ１−は普通のように、Ｕ２３５に対
して画線された二酸化ウランよりなっている。底部ペレ
ットは棒の下端に溶接された端部プラグ４３の上に堅く
触座し、かつ頂部ペレットはコイルばね４４によって下
向きに押任され、前記ばねは管の上端に溶接された端部
プラグ４５に対して圧縮されている。これらベレツ１〜
はこれを囲繞する面と、被覆管の内壁との間にＭＦＭ４
６が生じるように研磨されている。本実施例の場合は前
記被覆管の厚さは０．６０ミリメートルであり、その外
径は９．４ミリメートルである。燃料棒には４ＭＰａの
圧力でヘリウムが充填される。

図示の実施例においては使用燃料担持棒を隔置部材保持
棒として形成する代りに、中心棒２６を水充填タイロッ
ドおＪ：び（または〉隔置部材保持棒として形成するこ
とができる。なお各副管東向の残余の棒のあるものは燃
料棒としてではなく、水充填棒として形成ザることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によφ燃料集合体の実施例の、第２図の
線１−Ｈに沿って取られた垂直断面図、第２図は第１図
の線１ｆ−ｆｆを通る水平面に対して垂直に見た、同じ
燃料集合体を示す図、第３図は第１図の線ＩＩＩ−Ｉ［
［に沿って取られた水平断面図、第４図は燃料果合体内
の燃料棒の垂直断面図、第５図は対称軸線に対して垂直
な断面で見た、同じ燃料棒の拡大図。 １・・・・・・燃料チャンネル、３・・・・・・冷却水
入口、７．８・・・・・・垂直チャンネル、９・・・・
・・入口管、１０・・・・・・燃料棒、１３・・・・・
・隔置部材、１８・・・・・・水平腕、２５・・・・・
・副管束、２６・・・・・・中心棒。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の垂直燃料棒（１０）およびなるべくは補助
   水充填棒よりなる核燃料集合体にして、実質的に方形断
   面を有する燃料チャンネル（１）によつて囲繞され、か
   つ実質的に十字形断面を有する垂直水チャンネル（７、
   ８）によつて４群の副管束（２５）に分割され、各燃料
   棒が被覆管（４１）内に配置された核燃料ペレット（４
   ２）の堆積を含んでいる核燃料集合体において、前記各
   副管束が５×５個の棒よりなる格子の形で配置された全
   部で２５個の燃料棒と、なるべくは現存の水充填棒とよ
   りなり、前記燃料棒の被覆管が ０．５０〜０．７０ミリメートルの壁厚と、８．５〜１
   ０．３ミリメートルの外径とを有していることを特徴と
   する核燃料集合体。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の核燃料集合体におい
   て、核燃料のペレット（４２）が７．４〜８．８ミリメ
   ートルなる直径を有している核燃料集合体。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の核燃料
   集合体において、前記ペレット（４２）の直径が前記被
   覆管（４１）の内径より０．１４〜００．２０ミリメー
   トル小である核燃料集合体。
4. （４）特許請求の範囲第１項から第３項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、一つの副
   管束（２５）内の燃料棒の同じ列の中に相互に隣接して
   位置する二つの燃料棒（１０）の囲繞面の距離が２．４
   〜３．９ミリメートルである核燃料集合体。
5. （５）特許請求の範囲第１項から第４項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、前記燃料
   チャンネル（１）の壁に隣接して位置する燃料棒（１０
   ）と、該壁との間隔、および水に対するチャンネル（７
   、８）内の壁に隣接して位置する燃料棒と、該チャンネ
   ル内の壁との間隔が２．０〜４．０ミリメートルである
   核燃料集合体。
6. （６）特許請求の範囲第１項から第５項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、二つの隣
   接する副管束（２５）の間に位置し、十字形断面を有す
   る、水に対するチャンネルの前記部分（８）の幅が３．
   ０〜８．０ミリメートルである核燃料集合体。
7. （７）特許請求の範囲第１項から第６項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、前記燃料
   棒（１０）の少なくともあるものの端部に天然ウラン酸
   化物のペレットが配置されている核燃料集合体。
8. （８）特許請求の範囲第１項から第７項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、各副管束
   （２５）の中心に位置する燃料棒または水充填棒の形を
   なした棒（２６）が該副管束内のタイロッドとして使用
   されるようになつている核燃料集合体。
9. （９）特許請求の範囲第１項から第８項までの何れか一
   つの項に記載されたる核燃料集合体において、各副管束
   （２５）の中心に位置する燃料棒または水充填棒の形を
   なした棒（２６）が該副管束内の隔置部材保持棒として
   使用されるようになつている核燃料集合体。