JPS63187192A - 原子炉燃料集合体 - 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〕 本発明は原子炉燃料集合体に係り、特に、燃料棒の冷却
効率を向」；させるのに好適な原子炉燃料集合体に関す
る。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉の炉心は、相互に一定の間隔を保って配
置される燃料集合体の相互の間に挿入される制御棒から
構成される６ 沸騰水型原子炉に使用される燃料集合体は、第４図に示
すように、複数本の燃料棒２．燃料棒２の水平方向間隔
を一定に保持するスペーサ３．燃料棒２およびウォータ
ロッド１を支持し、かつ、その間隔を一定に保持する上
部タイプレート７および下部タイプレート８から構成さ
れる。

このような構造の燃料集合体内を冷却材である水が流れ
、この水は燃料棒４内に存在するウラン２３５などの核
分裂性物質の反応によって発生する熱エネルギを除去す
る。また、水はチャンネル、゛（゛ ボックス９の外側の燃料集合体間の間隙にも流れる。

一方、水は中性子の減速材としての働きも持っており、
核分裂によって生じたエネルギの高い高速中性子は、減
速材である水によって減速されエネルギの低い熱中性子
となる。この熱中性子が燃料棒４中の核分裂性物質、た
とえば、ウラン２３５に吸収されると核分裂反応を起こ
しエネルギを発生する。

このような機能をもつ沸騰水型原子炉の炉心において、
経済性の高い燃料の開発が必要となっている。燃料経済
性を向上させるには、燃料の燃焼度を大きくすることに
よって実現できる。燃料の燃焼度を大きくするには、燃
料棒２内に存在するウラン２３５の濃縮度を上げればよ
いが、水対ウラン比を大きくしないで、濃縮度を上げた
のでは、中性子スペクトルが硬化してしまい、燃料集合
体の無限増倍率は、その濃縮度における無限増倍率の最
大値とはならない。

第５図は、燃料の濃縮度が増加するに従って。

水対ウラン比と無限増倍率の関係がどのように変化する
かを示している。第５図に示すように、一定の濃縮度で
できるだけ大きい無限増倍率を得るには、ＷＡ縮度に応
じた最適の水対ウラン比を実現する必要がある。

すなわち、燃料の経済性を向上させるのに、濃縮度を上
げると最適の水対ウラン比が大きくなるので、ウォータ
ロッドを増やす必要がある。

従来の８Ｘ８型燃料では、通常二本程度のウォータロッ
ドが使用されているが、高濃縮度燃料では、さらにウォ
ータロッドを増やす必要がある。

第６図に、高燃焼度、高濃縮度型の９行×９列配列の燃
料集合体において、ウォータロッド本数を、燃料棒の本
数相当で増やしたときの、省ウラン効果を示す。

第６図から、ウォータロッドは、燃料棒本数相当で、九
本以上のときに省ウラン効果は６．５　％以上と大であ
り、九本以上増やしても省ウラン効果は、あまり増えな
いことがわかる。

ウォータロッドを燃料棒本数相当で、九本とした場合の
燃料集合体の例を第７図に示す。さらには、圧力損失量
を抑え、燃料安定性の向上を図るため、第８図に示すよ
うに、その断面積が燃料棒本数相当で九本程度となる太
径のウォータロッド１を燃料集合体の中央部、あるいは
、その近傍に配する構造が考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

太径のウォータロッド１を燃料集合体の中央部あるいは
中央部近傍に配した場合、その太径のウォータロッド１
の外側対角方向に比較的大きな空間が生じる。その空間
は、冷却材の流動に対する抵抗が燃料棒間の抵抗にくら
べて小さいため、冷却材は太径のウォータロッド１のま
わりを流れようとして、集合体内の流量分布に偏りが生
じる。

すなわち９発熱部であるため、十分な冷却材流量が必要
な燃料棒間は冷却材流量が少なくなり、非発熱部である
ため冷却材流量はそれほど必要でない太径のウォータロ
ッド１の近傍の冷却材流量が増すといった現象が起こり
、集合体全体の冷却効率が著しく悪化する。

以上の現象を防出するには、冷却材流路を集合体内に均
一に分散させる必要がある。

その手段として、太径のウォータロッド１の断面形状を
多角形にして、太径のウォータロッド１の対角方向の空
間を埋めてやることが考えられるが、これは太径のウォ
ータロッド１の製造性を悪化させるだけでなく、集合体
全体の流路面積を減小させること、及び、冷却材が接す
る面積が増加することによって、燃料集合体の圧力損失
量が増加してしまうため、チャンネル安定性、及び、炉
心安定性が悪化する。

本発明の目的は、圧力損失量を増加させることなく、燃
料集合体内の流量分布を均一化し、冷却効率のよい原子
炉燃料集合体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ウォータロッドの径１及び断面形状、さら
には、燃料棒径を変えず、流路面積を不変とし、燃料棒
の配置を工夫することによって冷却材流路を集合体内に
均一に分散することにより達成される。

〔作用〕 すなわち、燃料棒を正方格子点から移動させることによ
って、太径のウォータロッド１の近傍の空間（冷却材流
路）を燃料棒間に移すことになるので、集合体内の冷却
材流路は、その断面積を減少させることなく集合体内に
均一に分散される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図は、本発明による燃料集合体のスペーサ３位置で
の横断面図である。９行９列の正方格子点の中央の３行
３列の位置に太径のウォータロッド１が配置されている
。太径のウォータロッド１の周囲には七十二本の燃料棒
２が配置されている。

燃料４ｉｌｌ１２は、各々が、円型のスペーサセル３１
で間隔が保たれている。相隣子スペーサセル３１はその
接点を溶接され、さらに、最外周部をスペーサ外枠３２
で固定されて一つのスペーサ３を構成している。また、
七十二本の燃料４ｉｌ１２のうち、四十八本の燃料棒２
は、正方格子上に配置されているが、第四行、第六行さ
らには第四列、第六列の燃流捧２（合計三十四本）は、
各々が、太径のウォータロッド１の方向に向かって正方
格子点からずれた位置に配置され、太径のウォータロッ
ド１に隣接する十二本の燃料棒２が、ウォータロッド１
から全て等距離になるように配置される。

上記のような燃料集合体を制作した後、燃料集合体内に
ボイド率約４０％の二相流を流し、第１図の点５及び点
６で、各々流量を測定した。その結果、得られた流量測
定点５の流量と流を測定点６の流量の比を第３図に示す
、第３図には、第４図の示した従来例の副室結果をあわ
せて示すがこれより容易に、本実施例によって、集合体
内光景分布が均一化されることがわかる。

第２図に、本発明の第二の実施例を示す、第二の実施例
では、七十二本の燃料棒２のうち第四〜第六行及び第四
〜第六列の燃料棒２（合計玉子六本）は、各々が、太径
のウォータロッド１に向かって上方格子点から等距離ず
つ移動し、残りの三）十六本の燃料棒２は重力格子点上
に正しく位置している。本実施例における流量測定点５
と流！測定点６の流量の比も第３図に示す。本実施例で
は、第一の実施例はど流量分布を均一化できないが、従
来例にくらべると改善の効果は著るしい、また、本実施
例では、九個のスペーサセル３１を３行３列の正方格子
に組んだモジュールを八個合わせて一つのスペーサ３を
成すことができるので、製作で容易であるという利点を
もつ。

第一、第二の実施例ともに七十二本全てを燃料棒２とし
たが、何らかの要求によりそれらのいくつかが細径のウ
ォータロッド１１に置き換えられてもよいことは明白で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、流路面積を減じることなく集合体内の
流量分布を均一化できるので、圧力損失量を増大させる
ことなく冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の燃料集合体におけるス
ペーサ位置での横断面図、第２図は本発明の第二の実施
例の燃料集合体におけるスペーサ位置での横断面図、第
３図は本発明の効果を示す燃料集合体内での二点の流量
の比を示した図、第４図は従来の燃料集合体の側面図、
第５図は水対ウラン比と無限増倍率の関係を示した図、
第６図はウォータロッド本数と省ウラン効果の関係を示
した図、第７図、第８図は従来技術による燃料集合体に
おけるスペーサ位置での横断面図を示す６１・・・太径
のウォータロッド、２・・・燃料棒、３・・・スペーサ
、３１・・・スペーサセル、３２・・・スペーサ外枠、
５・・・流を測定点（１）、６・・・流量測定点（２）
、７・・・上部タイプレート、８・・・下部タイプレー
ト、９・・・チャンネルボックス、１１・・・細径のウ
ォータ　−′９−−−パ二 ロツド、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
　□−１′

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、太径のウォータロッドを、中央部に配置し、前記太
   径のウォータロッドの周囲に、燃料棒七十二本あるいは
   燃料棒と細径のウォータロッドを合わせて七十二本を９
   行９列の格子状に配置して構成する原子炉燃料集合体に
   おいて、前記燃料棒あるいは細径のウォータロッドの一
   部が、正方格子点から、前記太径のウォータロッドの方
   向へずれた位置に配置されていることを特徴とする原子
   炉燃料集合体。