JPS63253293A - 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、沸騰水型軽水炉に装荷される燃料集合体に係
り、特に照射期間中に再組み立てが容易で、かつ圧力損
失の少ない燃料集合体の構成に関するものである。

〔従来の技術〕

現在、高燃焼度化による燃料サイクル費の大幅低減ある
いはプルトニウムの有効活用を目指した次世代軽水炉と
して高転換・バーナー炉が開発されている（特願昭５９
−２５１３８９号）、高転換・バーナー炉では、燃料寿
命前半で現行軽水炉より転換比を高め、後半で熱中性子
利用率を向上させて、核分裂性物質を効率よく燃焼させ
る。

燃料寿命前半で現行軽水炉より転換比を高めるためには
、燃料棒配列に燃料棒ピットを狭めた稠密格子を用いて
、燃料の水素対ウラン原子数比（以下、Ｈ／Ｕ比と略す
）を小さくする。Ｈ／Ｕ比を小さくすると中性子の減速
が抑えられ、ウラン２３８に吸収される割合が高くなり
、プルトニウムへの転換が促進される。一方、燃料寿命
後半ではＨ／Ｕ比を大きくし、ウラン２３５及び燃料寿
命前半で生成したプルトニウムを効率良く燃焼させる。

このような燃焼パターンを実現させるため、高転換・バ
ーナー炉では、炉心を半径方向に分割してＨ／Ｕ比の異
なる領域を設ける。第３図に、炉心構成を示した。燃料
寿命前半はＨ／Ｕ比の小さい炉心内部領域（以下、高転
換領域と略す）に装荷し、燃料寿命後半はＨ／Ｕ比の大
きい炉心外部領域（以下、バーナー領域と略す）に移行
させる。

Ｈ／Ｕ比の変化は、高転換領域からバーナー領域に移行
する時に、燃料集合体中の特定の位はの燃料棒を複数本
引き抜き、替りに水ロッドを挿入する事により調整する
。そのため、高転換領域とバーナー領域では、燃料集合
体内の燃料棒本数及び水ロッドが異なってくる。

現在、設計されている高転換領域及びバーナー領域の燃
料集合体の一例をそれぞれ第３図Ａ、第３図Ｂに示した
。この例では、高転換領域燃料集合体Ａは、燃料棒１１
５本、制御棒案内管１２本からなり、バーナー領域燃料
集合体Ｂは、燃料棒７２本、制御棒案内管１２本、水ロ
ッド３１本よへ構成される。このように、高転換・バー
ナー炉では、Ｈ／Ｕ比を調整するために高転換領域燃料
集合体Ａとバーナー領域燃料集合体Ｂで、燃料棒。

水ロッドの本数が大幅に異なる。そのため、高転換領域
からバーナー領域に燃料集合体を移行する際に、高転換
領域燃料集合体Ａを解体しバーナー領域燃料集合体Ｂに
再組み立てする必要がある。

現在、この燃料集合体の再組み立てに関しては、高転換
領域燃料集合体Ａの燃料棒を一本ずつ独立に引き抜き、
バーナー領域燃料集合体Ｂとして組み立てる方法が考え
られている。しかし、この方法では、燃料集合体の再組
み立て作業量が多くなるという問題がある。燃料集合体
構造み立て作業は、炉内で一定期間照射された燃料集合
体を扱うため、放射線環境下でロボットを用いた遠隔操
作による作業となる。そのため、再組み立て時の作業量
は最小限に抑える必要がある。

また、高転換・バーナー炉の燃料集合体は、燃料棒ピッ
チの狭い稠密格子配列となるため、集合体間の圧力損失
が従来より大きくなる。集合体間の圧力損失が従来より
大きくなると、ポンプ容量の増加、熱的余裕低下による
限界出力の低下、水力学的安定性の低下、等の問題が生
じる。そのため、圧力損失の、小さな燃料集合体構造が
必要となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、高転
換・バーナー炉に装荷する燃料集合体において、高転換
領域燃料集合体からバーナー領域燃料集合体への再組み
立てが容易で、かつ圧力損失の小さな燃料集合体構造を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被覆管の内部に核燃料ペレットが密封され
た複数本の燃料棒と、中空の被覆管に減速材として水を
保持する構造を持つ複数の水ロッドと、制御棒が挿入さ
れる複数の制御棒案内管と、前記構成物の軸方向間隔を
一定に保つ上、下部タイプレートと、燃料棒相互の水平
方向間隔を保持するため軸方向に複数個設けられたスペ
ーサと、前記構成物を内包する筒状のチャンネルボック
スからなる燃料集合体において、前記スペーサが、チャ
ンネルボックス内の燃料棒配列の中で、特定の部分領域
毎を一体化する複数のサブスペーサからなり、これら複
数のサブスペーサが互いに分離可能な状態で、燃料棒相
互の水平方向間隔を保持していることにより達成される
。

さらに、上記サブスペーサは、高転換領域燃料集合体か
らバーナー領域燃料集合体を再組み立てする際に、燃料
棒配列の中で燃料棒が水ロッドに入れ替わらない部分領
域毎に複数個設れられている。各サブスペーサの形状は
、燃料棒が水ロッドに入れ替わらない燃料棒配列の部分
領域の大きさに依存する。また、各サブスペーサ相互は
、制御棒案内管を介して、分離可能な状態に固定する。

各サブスペーサ内の燃料棒はディンプルにより燃料棒間
隔を保持し、各サブスペーサの間に位置する燃料棒は、
サブスペーサの外側バンド部にも、ディンプルを設ける
ことにより、燃料棒間隔を保持する。また、各サブスペ
ーサは燃料棒軸方向に一定間隔をあけて複数個設けられ
ている。

〔作用〕

本発明によるサブスペーサを用いた燃料集合体を用いる
と、高転換領域燃料集合体からバーナー領域燃料集合体
を再組み立てする場合、サブスペーサで拘束された複数
の燃料棒を一括して取り扱う事ができるため、再組み立
て作業量が大幅に削減できる。

サブスペーサで拘束された複数の燃料棒（以下。

サブバンドルと称す）を一括して引き抜き、挿入する場
合、各サブバンドルの上下に、燃料棒間隔を一定に保つ
ジグを使用し、引き抜き、挿入作業を円滑に行う。サブ
スペーサの軸方向位置の保持については、引き抜き時の
ずれは、引き抜き後に調整可能である。挿入時のずれは
、挿入時にサブスペーサと他の燃料棒・水ロッドが干渉
しない組み立て手順を採用することで対応できる。現行
設計の高転換領域燃料集合体Ａからバーナー領域燃料集
合体Ｂの組み替えパターン（第３図）では、各サブバン
ドル内に、中央の燃料棒が一本ずつ引き抜かれるため、
この位置にサブスペーサの軸方向位置を固定する管を挿
入し、その状態で挿入する事も考えられる。

また、本発明によるサブスペーサを用いた燃料集合体は
、耐震性及び強度に関しても、従来同様、或いはそれ以
上の性能を持つと予測できる。すなわち、第３図に示し
たように、高転換領域燃料集合体Ａからバーナー領域燃
料集合体Ｂを組み立てる場合、燃料棒が水ロッドに替わ
る部分領域は燃料棒一本ずつの列となっており、各サブ
バンドルに挟まれた配置となる。このため、各サブスペ
ーサ外側バンド部に設けられたディンプルにより、各サ
ブバンドルに挟まれた燃料棒が強固に保持され、集合体
全体として強度を保つことができる。

さらに、各サブスペーサが複数の制御棒案内管を介して
、複数の位置で連結される事からも集合体全体として強
度は高まる。さらに、本発明によるサブスペーサを用い
ると、一体の集合体全体を拘束する従来のスペーサを用
いた場合よりスペーサの投影面積が減少するため、集合
体間の圧力損失を減少できる。

〔発明の実施例〕 以下本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図、第２図、第８図、及び第９図に本発明による高
転換・バーナー炉用燃料集合体の一実施例の横断面図、
第４図、第５図３第１０図に本発明による高転換・バー
ナー炉用燃料集合体のサブスペーサ構造の実施例を示し
た。

まず、第一の実施例として、第１図、第２図に。

現行設計の高転換領域燃料集合体Ａからバーナー領域燃
料集合体Ｂの組み替えパターン（第３図）に、本発明を
適用した例を示した。この組み替えパターンでは、高転
換領域燃料集合体Ａからバーナー領域燃料集合体Ｂを再
組み立てする場合、高転換領域燃料集合体Ａの燃料棒配
列の中で、第３図Ａ２．Ａ３で示した２領域は、バーナ
ー領域燃料集合体Ｂに組み立てた後も水ロッドに入れ替
らない。そのため、これらの燃料棒配列部分領域Ａ２．
Ａ３は高転換領域で照射された燃料棒配列を分解するこ
となく、バーナー領域でも使用できる。また、第３図Ａ
１領域は、中心の燃料棒のみ。

水ロッドに入れ替わるが、残りの６本は、高転換領域で
照射された燃料棒配列をそのままバーナー領域で使用で
きる。本実施例では、再組み立て作業量を大幅削減する
ため、第３図で示した高転換領域燃料集合体のＡｌ、Ａ
２．Ａ３領域にそれぞれ第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
で示した形状のサブスペーサ５，６．７を配置する。こ
れらのサブスペーサ５，６．７は、一つのセルが六角形
状をしており、それぞれのセル内に設けられたディンプ
ル９により、燃料棒を保持する。サブスペーサ５，６．
７のセルの形状としては、この他に丸セル、四角なども
可能である。第４図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）で示した形状のサブスペーサ５゜６．７
を使用した場合、一体の集合体全体を拘束する従来のス
ペーサに比較して、投影面積が約７％減少する。したが
って、集合体間の圧力損失も約７％減少できる。

第５図に、これらのサブスペーサ５，６．７の固定方法
を示した。本実施例では、三種のサブスペーサ５，６．
７を、制御棒案内管２を介して、分離可能な状態に固定
する。固定方法としては。

制御棒案内管２の軸方向のスペーサの位置する高さ毎に
フック１１を設け、挿入した後周方向に回転させるとフ
ック１１がサブスペーサ５，６．７の嵌着溝に入り、サ
ブスペーサ相互が固定される。

この固定方法を用いれば、再組み立て時の各サブスペー
サの分解２組み立てが、容易に可能となる。

さらに、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示した各サブ
スペーサ５，６．７の間に位置する燃料棒１ａに対して
は、サブスペーサ５，６．７の外側バンド部に設けたデ
ィンプル１０により燃料棒間隔を保持する。

本実施例の燃料集合体を用いて、高転換領域燃料集合体
２対からバーナー領域燃料集合体３体を再組み立てする
方法を第６図、第７図に示した。

これらの再組み立て方法では、共に、チャンネルボック
ス、その他の燃料集合体構成要素を、高転換領域燃料集
合体からバーナー領域燃料集合体を組み立てる時点で、
新しくする事を前提とした。

第６図に示した再組み立ては以下の手順による。

（１）水ロッド４．制御棒案内管２をすでに挿入した燃
料集合体をあらかじめ３体構成する。これらの燃料集合
体Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３の組み立て時には、後でサブバンド
ルが挿入される場所にダミーのサブバンドルを置き、各
制御棒案内管２゜水ロッド４を挿入してゆく。

（２）高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２からサブバンド
ルを引き抜き、燃料集合体Ｂ２．Ｂ３に挿入しバーナー
領域燃料集合体Ｃ２，Ｃ３を構成する。これらの燃料集
合体の組み立て時には、燃料集合体Ｂ２．Ｂ３のダミー
のサブバンドルと高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２から
引き抜いたサブバンドルを順次入れ替えて行く。

（３）高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２のサブスペーサ
間にある燃料棒１ａを１本ずつ引き抜き、燃料集合体Ｂ
１に挿入しバーナー領域燃料集合体Ｃ１を構成する。

本発明による燃料集合体を用いた上記の再組み立て方法
によれば、すべての燃料棒を独立に一本ずつ引き抜き、
挿入する場合に比較して、引き抜き、挿入回数が１７２
以下に削減できる。すなわち、高転換領域燃料集合体２
対からバーナー領域燃料集合体３体を再組み立てする場
合、引き抜き。

挿入回数は、すべての燃料棒を独立に一本ずつ引き抜き
、挿入すると４４６回、本発明による方法によれば２１
０回となる。

また、別な組み立て方法を第７図に示した。この方法に
よる再組み立て手順は以下のようになる。

（１）高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２からサブスペー
サ間の燃料棒１ａを１本ずつ引き抜き、これらの燃料棒
を、水ロッド４．制御棒案内管２をすでに挿入した燃料
集合体Ｂ１に挿入しバーナー領域燃料集合体Ｃ１を構成
する。

（２）高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２からサブバンド
ルを引き抜き、サブバンドルと制御棒案内管２からなる
燃料集合体Ｂ２．Ｂ３を構成する。

（３）燃料集合体Ｂ２．Ｂ３に水ロッド４を挿入しバー
ナー領域燃料集合体２体Ｃ２，Ｃ３を構成する。

本方法によれば、再組み立ての引き抜き、挿入回数は、
２４６回となる。

さらに、この手順においてチャンネルボックスの取り替
えが簡単にできる場合は、以下の手順も考えられる。

（１）第７図に示した手順と同じ。

（２）高転換領域燃料集合体Ａｌ、Ａ２がサブバンドル
と制御棒案内管２からなる状態に水ロッド４を挿入しバ
ーナー領域燃料集合体２体Ｃ２゜Ｃ３を構成する。

（３）チャンネルボックスの取替え。

この手順によれば、引き抜き、挿入回数は、２０２回と
なる。

次に、第２の実施例として、高転換領域燃料集合体から
バーナー領域燃料集合体の再組み立てパターンが第８図
、第９図の場合の適用例を示す。

この組み替えパターンでは、第８図Ａ、Ｂ、Ｃで示した
領域がサブスペーサを用いたサブバンドルとして利用で
きる。この場合、サブスペーサ構造は、第１０図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）の形状となる。

この例でも、第１の実施例と同機の各種再組み立て方法
を用いる事ができる。

本発明によるサブスペーサを用いた燃料集合体構造は、
現在、高転換・バーナー炉以外に次世代軽水炉として研
究、開発が進められている高転換沸騰水型軽水炉、Ｐｕ
増倍型沸騰水炉にも適用可能である。これらの炉では、
ウラン利用率を向上させるため、集合体１体あたりの燃
料棒数が著しく増加する。このような一体あたりの燃料
棒数が多い燃料集合体では、集合体の燃料棒全体を一括
して取り扱う事が難しくなる。そのため、本発明による
サブスペーサを用いた燃料集合体構造を用いれば、１体
の燃料集合体の中で燃料棒を幾つかのサブバンドル単位
で取り扱える。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、高転換・バーナー炉に装
荷する燃料集合体において、高転換領域燃料集合体から
バーナー領域燃料集合体への再組み立てが容易で、かつ
圧力損失の小さな燃料集合体構造を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高転換領域燃料集合体の一実施例の横
断面図、第２図は本発明のバーナー領域燃料集合体の一
実施例の横断面図、第３図は現行設計による高転換・バ
ーナー炉炉心構成及び各炉心領域の燃料集合体の横断面
図、第４図は本発明の燃料集合体に用いる同種サブスペ
ーサの形状を示す図、第５図は各種サブスペーサ固定状
況を示す図、第６図、第７図は高転換領域燃料集合体２
体からバーナー領域燃料集合体３体の再組み立て方法の
一例を示す図、第８図は本発明の高転換領域燃料集合体
の一実施例の横断面図、第９図は本発明のバーナー領域
燃料集合体の一実施例の横断面図、第１０図は本発明の
燃料集合体に用いる各種サブスペーサ形状を示す図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被覆管の内部に核燃料ペレットが密封された複数本
   の燃料棒と、中空の被覆管に減速材として水を保持する
   構造を持つ複数の水ロッドと、制御棒が挿入される複数
   の制御棒案内管と、前記構成物の軸方向間隔を一定に保
   つ上、下部タイプレートと、燃料棒相互の水平方向間隔
   を保持するため軸方向に複数個設けられたスペーサと、
   前記構成物を内包する筒状のチャンネルボックスからな
   る燃料集合体において、前記スペーサが、チャンネルボ
   ックス内の燃料棒配列の中で、特定の部分領域毎を一体
   化する複数のサブスペーサからなり、これら複数のサブ
   スペーサが互いに分離可能な状態で、燃料棒相互の水平
   方向間隔を保持していることを特徴とする燃料集合体。 ２、前記複数のサブスペーサを設ける特定の燃料棒配列
   部分領域を、照射期間中に燃料棒を水ロッドに入れ替え
   ない燃料配列部分領域に限定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の燃料集合体。 ３、前記複数のサブスペーサを、前記制御棒案内管を介
   して互いに分離可能な状態に固定したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。