JPS63261192A - 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、燃料集合体に係シ、荷に沸騰水型原子炉にお
いて高燃焼度化を図りながら炉停止余裕を大きくするの
に好適な燃料集合体に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉においては、減速材と冷却材の働きをす
る水が、チャンネルボックス内側の２相流部分と、チャ
ンネルボックス外側の飽和水部分の２つの領域に分かれ
て存在する。現在の限られた空間の中で、これら２つの
領域の面積割合に対する最適値は、評価する対象により
異なる。

沸騰水型原子炉において、燃料の高燃焼式化を図シ燃料
の寿命延長、省ウラン等の対策を通じて燃料経済性を向
上させるには、燃料集合体の中に非沸騰領域つまシ多数
本のウォータロッドを配置する方法、燃料集合体内のウ
ラン装荷量を従来よシ増加させる方法、格子の構成数を
増加させる方法などが考えられる。

しかしながら、従来のチャンネルボックスの大きさで燃
料集合体の中に多数本のウォータ口ッドを配置すると、
ぬれぶち面積の増加と冷却材流路面積の減少で、圧損が
大幅に上昇するとともに、燃料棒間隔接近により、冷却
能力が低下する問題がある。また、従来のチャンネルボ
ックスの大きさでウラン装荷量を増加させると、冷却材
による圧損の増加と冷却能力の低下を招くことになる。

更に、従来のチャンネルボックスの大きざで格子の構成
数を増加させると、やはり圧損の増加と冷却能力の低下
は避けられなかった。

つまり、ウランの装荷量を増加させ、またチャンネルボ
ックス内に非沸騰領域を増加させ、冷却能力も太キくシ
、しかも、冷却材流路面積をできるだけ広くとるには、
現在のチャンネルボックスの太ききは不充分である。

この対策として、特開昭６１−１．１８６８９号公報に
は、燃料集合体を囲む飽和水領域の面積を少々くシ、七
の減少分だけチャンネルボックスの内面積を広くシ、燃
料の格子配列を多くする技術が記載されている。この従
来技術による燃料集合体を第３図に示す。この燃料集合
体は中央に９本のウォータロッド２Ａを互に隣接するよ
うに配置したものである。

また、格子の構成数を増加式せ、燃料集合体内に多数本
の減速材を含む管を配置する例が、特開昭４７−６４９
号公報に示しである。七のうちの１つを第４図に示す。

この燃料集合体は、格子状に配＋１きれた多数の燃料棒
３の間に９本の太径のウォータロッド２Ｂを格子状に配
置したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭６１−１１８６８９号公報に記載きれた従来技術
は、現行の燃料集合体格子のピンチ約１５２＋ｍを変更
せず、燃料経済性の向上を図ろうとしているものである
が、魅焼度を現行の３゜ＧＷｄ／ｌから７０　ＧＷｄ／
を−まで増加させるには、ウォータロッド領域をさらに
増加式せ中性子スペクトルを一層ソフト（熱中性子平均
速度を遅くする）にする必要がある。従来の燃料果合体
格子ピンチのままでウォータロッド領域を増加する場合
には、その分、燃料集合体当りのウラン装荷量が減少し
てしまい、燃料経済性の向上かあ−１，シ期待できない
という問題があった。壕だ、この従来技術の燃料集合体
は、出力運転時における無限増倍率と冷温時における無
限増倍率との差が大きく、炉心に装荷した場合、炉心の
炉停止余裕が小さくなるという問題があった。

さらに、特開昭４７−６４９号公報に示でれた前述の燃
料集合体（第４図）も、出力運転時における無限増倍率
と冷温時における無限増倍率との差が大きく、炉心に装
荷した場合、炉心の炉停止余裕が小８くなるという問題
点があった。

本発明の目的は、高燃焼度化が図れてしかも炉停止余裕
を大きくすることができる燃料集合体を提供することで
ある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、格子状に配置された複数の燃料棒と上記燃料
棒間に配置された複数のウォータロッドとを有する燃料
集合体において、全燃料棒の２０係以上が夫々前記ウォ
ータロッドの２本以上に隣接していることを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本発明の燃料集合体を炉心に装荷すると、出力運転時に
は、中性子スペクトルが燃料集合体内にある複数のウォ
ータロッドにより歌かくなっておシ、十分な無限増倍率
を得ることができる。妊らに、冷温停止時には、２本以
上のウォータロッドに隣接する燃料棒付近においては水
の原子数密度が犬きくなシ過ぎて、中性子が必要以上に
減速されてしまうため、２本以上のウォータロッドに隣
接する燃料棒が２０係以上になると、冷温停止時での無
限増倍率が小さくなる。七のため、出力運転時における
無限増倍率と冷温停止時の無限増倍率との差が小さ←０
、炉心にこの燃料集合体を装荷すると、炉停止余裕が大
きくなる。

〔実施例〕

第５図は、２本以上のウォータロッドに隣接する燃料棒
の割合と、冷温時の無限増倍率と出力運転時の無限増倍
率との差の関係、および、２本以上のウォータロッドに
隣接する燃料棒の割合と、出力運転時の無限増倍率の関
係を示したものである。第５図から明らかなように、２
本以上のウォータロッドに隣接する・燃料棒の割合が２
０チ以上になると、冷温時の無限増倍率と出力運転時の
無限増倍率との差が小さくなり始めるので、上記割合を
２０係以上にすることによシ、炉停止余裕を大きくする
ことができる。壜だ、２本以上のウォータロッドに＠接
する燃料棒の割合が４０チ以上になると、出力運転中の
無限増倍率が小さくなるので、炉停止余裕が十分大きい
のであれば、２本以上のウォータロッドに隣接する燃料
棒の割合は４０チ以下にする方が、より高燃焼度化を図
ることが可能である。

本発明の一実施例を第１図に示ず。第１図において燃料
集合体は、横断面が正号形状をしている角筒であるチャ
ンネルボックス４内に多数の燃料棒３及び９本の、太径
のウォータロッド２を配置することによって構成される
。燃料集合体は、図°示はされていない上部タイブレー
ト及び下部タイブレートを有している。燃料棒３及びウ
ォータロッド２の両端部は、上一部及び下部タイブレー
トに保持される。チャンネルボックス４は、上部タイブ
レートに数句けられる。燃料棒３は、１４行１４列に等
間隔で配置されている。９本のウォータロッド２内の横
断面積が、４本の燃料棒３内の横断面積を合計したもの
より大きい。この燃料集合体内には１６０本の燃料棒が
配置されているが、このうち第１図中の点線６の内側に
ある燃料棒は３６本あシ、これらの燃料棒はすべて、少
なくとも２本以上の太径のウォータロッド２に隣接して
いる。

すなわち、３６÷１６０＝２２．５％であシ、２２．５
チの燃料棒が２本以上の太径ウォータロッドに隣接して
いることになる。

第１図において点線６に囲まれた領域に配置されている
燃料棒は少なくとも２本以上の太径ウォータロッドに囲
まれているため、出力運転時にはこれらの燃料棒の近傍
では、中性子スペクトルが十分に軟らかく力っている。

そのため、反応度は第４図に示した従来の燃料集合体と
変らない。さらに、冷温時には、これらの燃料棒は、出
力運転時にはボイドが発生する燃料棒間の領域がボイド
が発生していない水で満たされ、かつ、２本以上の太径
ウォータロッドに隣接しているので、水の密度が犬きく
なり過ぎて、点勝６で囲まれた燃料棒の燃料集合体全体
の無限増倍率への寄与が小さくなる。このため冷温時の
燃料集合体全体の無限増倍率は小さくなる。

従来技術で示した第４図の燃料集合体は、２本以上の太
径ウォータロッドに隣接する燃料棒の割合は、全燃料棒
の０％であるため、冷温時の燃料集合体全体の無限増倍
率への影響は小さい。このため冷温時の燃料集合体全体
の無限増倍率はあまり小きくならない。

これに対し、第１図の燃料果合体においては冷温時の燃
料集合体全体の無限増倍率への影響が出て来て、冷温時
の無限増倍率が小さく々る。したがって、出力運転時に
は無限増倍率を小さくすることなく、冷温時の無限増倍
率を小さくすることができる。従って出力運転時と冷温
時の無限増倍率の差が小さくなって、炉停止余裕が大き
くなる。

また第１図の実施例においては、すべての太径ウォータ
ロッドが互いに隣接することなく、間に燃料棒が少々く
とも１本配置されているので、ウォータロッドが第４図
の燃料集合体および第３図の燃料集合体に比べて燃料集
合体中央に集中し、中性子減速効果の均質要が小さくな
っているにもかかわらず、燃料集合体の反応度の低下は
ほとんどない。しだがって、本発明の一実施例である燃
料集合体（第１図）用いても、十分な高燃焼度化を図る
ことができる。

第１図に示した本実施例の燃料集合体のチャンネルボッ
クス４の内側の幅は２０１圏であシ、第３図の従来の燃
料集合体のその幅（１３４ｗｎ　）の約２倍に々ってい
る。このような第１図に示した本実施例の燃料集合体内
のウラン装荷量を従来の燃料集合体のウラン装荷量と単
位体積当りで等しくするには、燃料棒３の内径を約１．
０．６　ｖａｎとする必要がある。ぢらに、燃料棒の冷
却特性を低下ぢせないために燃料棒３の間隙を従来の燃
料集合体と同等の約３．５　ｒＭｌとして燃料棒の配列
を決定すると、燃料棒３の配列は１４行１４列となる。

第１図の燃料果合体が装荷されてなる沸騰水型原子炉の
炉心構成においては、第１図に示すように燃料果合体と
、この燃料集合体の対向する一対のコーナ部に面した位
置に２本の十字型の制御棒５が挿入されるものである。

すべての制御棒５が炉心内に挿入された時、炉心内の上
記燃料集合体は２本の制御棒５によって直接挾まれる型
となる。

このような炉心構成によって、第１図の燃料集合体を現
行の沸騰水型原子炉の標準仕様である制御棒の配列ピッ
チ内に納まる程度の大きさにすることができる。従って
、現行の沸騰水型原子炉の制御棒ピッチを変えることな
く、燃料集合体を従来の第３図の燃料集合体の約２体分
の大きさにすることができる。この第１図の燃料集合体
を用いることにより、第３図の従来の燃料集合体が炉心
に配置きれた時に生ずる燃刺巣合体相互間の水領域の一
部分の面積を第１図の燃料集合体内に取込むことができ
、ウォータロッド頭載の増列として使用できる。すなわ
ち、第１図に示した一体の燃料集合体内に、前述のよう
に単位体積当りのウラン装荷量を変えることなく９本の
太径のウォータロッド２を配置することができる。現行
の沸騰水型原子炉の炉心の制御棒ピッチは、約３０５１
〜３１０ｆｌである。この寸法に制御棒挿入に必要な間
隙約１３霧とチャンネルボックスの肉厚約２間〜３ｍｍ
を考慮すると、チャンネルボックス４の内側の幅は約１
９４１〜２０２ｆｉとなる。

このような炉心構成によれば、水素原子数に対するウラ
ン原子数（核燃料物質の原子数）の比を炉心全体を通し
て均質化することができて、より均一な中性子スペクト
ルのソフト化（熱中性子の平均エネルギを低下する）が
達成できるので、炉心内の核分裂性物質をよシ一様に燃
焼させることができる。また、第１図に示す一体の燃料
集合体に直接隣接して２本の制御棒５が挿入されるので
、大型の燃料集合体を用いても原子炉を確実に停止でき
る。さらには、原子炉の燃料集合体交換作業に要する時
間が短縮宴れる。これは、燃料集合体が大型化されて、
交換する燃料集合体の数が低下したことによる。

本発明のもう１つの実施例を第２図に示す。本実施例に
おいては、９本の太径のウォータロッド２のほかに４本
の細径のウォータロッド７が燃料棒３と共に配置しであ
る。本実施例では、少くとも２本のウォータロッドに隣
接している燃料棒は点線６に囲まれた領域内に配置され
た３６本であり、全燃料棒１５６本のうちの約２３チに
相当する。本実施例の燃料集合体も、第１図の燃料果合
体と同様な効果を得ることができる。

し発明の効果〕 本発明によれば、出力運転時には無限増倍率をさげるこ
となく、冷温時における無限増倍率を小さくすることが
できるので、炉停止余裕が大きくかつ、高燃焼度化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である燃料集合体の横断面図
である。第２図は本発明のもう一つの実施例である燃料
集合体の横断面図である。第３図、第４図は従来技術の
燃料集合体横断面図である。 第５図は２本以上のウォータロッドに隣接する燃料棒の
割合と、冷温時の無限増倍率と出力運転時の無限増倍率
との差の関係、２よび、２本以上のウォータロッドに隣
接する燃料棒の割合と、出力運転時の無限増倍率の関係
を示したものである。 ２、　２　Ａ、、、、　２　Ｂ・・・ウォータロッド３
・・・燃料棒　　　　４・・・チャンネルボックス５・
・・制御棒 ６・・・２本以上のウォータロッドに接する燃料棒が配
置されている領域 ７・・・ウォータロッド　Ｐ・・・燃料棒配列ピッチ。 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　格子状に配置された複数の燃料棒と前記燃料棒間に
   配置された複数のウォータロッドとを有する燃料集合体
   において、すべての燃料棒の２０％以上が夫々前記ウォ
   ータロッドの２本以上に隣接していることを特徴とする
   燃料集合体。 ２前記複数のウォータロッドの間には、燃料棒が少なく
   とも１本以上配置されている特許請求の範囲第１項記載
   の燃料集合体。 ３　前記燃料棒の４０％以下のみが、夫々前記ウォータ
   ロッドの２本以上に隣接している特許請求の範囲第２項
   記載の燃料集合体。 ４　前記ウォータロッドの各々が２本以上の燃料棒の配
   置空間を占める太径ウォータロッドである特許請求の範
   囲第３項記載の燃料集合体。