JPS6350789A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷される燃料集合
体に係り、特に中央部にウォータロッドを設けた燃料集
合体に関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子炉の炉心には多数の燃料集合体が
装荷され、この燃料集合体内の核燃料が核分裂を起して
燃焼することによりエネルギを発生する。

炉心は冷却水で満され、この冷却水が炉心を下方から上
方へ昇流し、燃料集合体内の間隙を通過する際に核分裂
により発生した熱を吸収して沸騰する。この沸騰により
発生した蒸気は主蒸気管を通ってタービンへ送られ発電
を行なう。

燃料集合体は、一般に筒状のチャンネルボックス内に多
数の燃料棒を備えた構成になっているが、この燃料集合
体内の水平方向の出力分布は一様ではない。すなわち、
冷却水による中性子減速効果が大きい周辺部では熱中性
子束が大となり出力が高く、一方中央部では中性子減速
効果が小さく熱中性子束が小となるため、出力が低くな
る傾向がある。

このため、従来では中央部分の燃料棒を１〜２本欠如し
て、その代りに燃料棒とほぼ同一外径のウォータロッド
を装荷し、このウォータロッド内を冷却水が流通するよ
うに構成し、冷却水による中性子減速効果を高めること
が行なわれている。

さらに、周辺部の燃料棒については核燃料の濃縮度を低
くし、中央部の燃料棒については核燃料の濃縮度を高く
して水平方向の出力分布の均一化を図るようにしている
。

しかじな、がら、従来のウォータロッドは細径であった
ので、出力分布の均一化が必ずしも十分に図ることがで
きず、核燃料の濃縮度にも周辺部と中央部との間で差を
設定しなければならないという煩雑さがあった。

そこで、第７図に示すような太径ウォータロッドを用い
た燃料集合体が提案されている。この燃料集合体は角筒
状のチャンネルボックス１の上、下部に、上部タイプレ
ート２と下部タイプレート３とが装着される。チャンネ
ルボックス１内には軸方向に間隔をおいて設けられた複
数個のスペーサ４により多数の燃料棒５が保持され収納
されている。

そして、第７図および第８図に示すように燃料棒５のほ
ぼ４本分の空間を占有する太径ウォータロッド６がほぼ
中央部に設けられる。この太径ウォータロッド６は第９
図に示すように、太径円筒管１０の上下部にそれぞれ上
部端栓１１および下部端栓１２が嵌着され、大径円８管
１０の側壁に冷却材流入口１３と冷却材流出口１４が穿
設されている。

この大径ウォータロッド６および燃料棒５は上部タイプ
レート２との間に介装されたエキスパンションスプリン
グ１５により弾性的に支持される。

この太径ウォータロッド６の採用により水平方向の出力
分布の均一化を図ることが十分可能になり、核燃料の濃
縮度を考慮する必要がなくなる。

（発明が解決しようとする問題点） 太径ウォータロッドを採用する燃料集合体には次のよう
な問題点が考えられる。

燃料集合体の構成は第８図に示すように、例えば９行９
列型の配置であるために、太径ウォータロッドの位置が
偏心している。このため、中央部付近での中性子減速効
果は十分であるが、熱中性子分布が非対称となり、核特
性が複雑となって核設計上好ましくない。

地震時における応力解析を行なった結果、大径ウォータ
ロッドは燃料棒の外径の約２倍であるので、燃料棒に比
べて非常に剛性が強く、外力を受けた場合の変位ωも燃
料棒に比べて非常に小さいものであった。そのため、ス
ペーサ、下部タイプレートおよび下部端栓に大きな応力
が生じ、地震時の燃料健全性が低下することになる。

大径ウォータロッドの外径が燃料棒の約２倍あることか
ら、燃料集合体の下部から流入した冷却材の流れは太径
ウォータロッドの下部で大きな撹乱作用を受け、燃料集
合体内の冷却材の流れを乱すとともに、大きな圧力損失
の原因ともなっていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたもので、核設
計を複雑にすることなく、地震時に発生する応力を低減
させ、大径ウォータロッドの下部における冷却材の撹乱
を減少させ、燃焼効率の優れた安定性の高い核燃料集合
体を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る燃料集合体は、筒状のチャンネルボックス
に上部タイプレートと下部タイプレートとがそれぞれ設
けられ、上記チャンネルボックス内に複数個のスペーサ
により保持された多数の燃料棒を備えた燃料集合体にお
いて、上記燃料集合体の中心部にウォータロッドを設け
、このウォータロッドは中空円筒管とこの中空円筒管に
外接されて複数の流路を形成する異形管とを備え、上記
異形管の両端を開放端としたものである。

（作用） ウォータロッドを燃料集合体の中心部に設けたので、熱
中性子分布が対称となり、核設計が容易になる。

地震時においては、中空円筒管部が容易に撓んで外力を
吸収し、スペーサ、下部タイプレートおよび下部端栓に
大きな応力を発生させない。

中空円筒管と異形管の間に複数の流路が形成されており
、上下端が開放されているため、冷却材の流れが撹乱さ
れず、圧力損失も少なくなる。

中空円筒管と異形管の間を流れる冷却材も中空円筒管内
の冷却材と同様に減速効果を持つため、ウォータロッド
の目的である出力分布の均一化をほぼ燃料集合体全体に
亘って達成できる。

（実施例） 本発明に係る燃料集合体の一実施例を第１図ないし第４
図を用いて説明する。

燃料集合体は、第１図に示すように、角筒状のチャンネ
ルボックス２０の上、下部に上部タイプレート２１およ
び下部タイプレート２２が装着されて構成される。チャ
ンネルボックス２０内に軸方向に間隔をおいて複数のス
ペーサ２３が設置され、このスペーサ２３により多数の
燃料棒２４が保持されている。

各燃料棒２４は上下端にそれぞれ上部端栓２５、下部端
栓２６が溶接固定され、これら上部端栓２５と下部端栓
２６が上部タイプレート２１および下部タイプレート２
２に支持されている。上部端栓２５にはエキスパンショ
ンスプリング２７が段けられている。

燃料集合体の中心部には、第１図および第２図に示すよ
うにウォータロッド３０が設けられている。このウォー
タロッド３０は、第３図および第４図に示すように中空
円筒管３１と異形管としての十字形状の翼管３２とを備
えている。中空円筒管３１は上下部にそれぞれ上部端栓
３３、下部端栓３４が嵌着され、この上部端栓３３およ
び下部端栓３４が上部タイプレート２１および下部タイ
プレート２２に支持される。

中空円筒管３１は、上部および下部の側壁に多数の冷却
材流出入口３５ａ、３５ｂが穿設されている。中空円筒
管３１には翼管３２が外接固定され、この翼管３２は軸
方向長さが中空円筒管３１よりも短かくなっている。

次に、燃料集合体の作用について説明する。

第２図に示すように、チャンネルボックス２０内には燃
料棒２４が、例えば９列９行に配列されている。このた
め、ウォータロッド３０の翼管３２を十字形状としたこ
とにより、ウォータロッド３０を燃料集合体の中心部に
設（ブることができ、熱中性子束分布が対称となって核
設計が容易になる。

中空円筒管３１の外径は燃料棒２４の外径とほぼ同じで
あり、ウォータロッド３０の剛性は、燃料棒２４の剛性
とほとんど変らない。このため、地震時に水平方向に加
速度が加わった場合に中空円筒管３１が容易に撓んで外
力を吸収し、上下端栓３３．３４やスペーサ２３に大き
な応力が発生しない。

中空円筒管３１と翼管３２の間の流路を冷却材が自由に
流れるため、冷却材の流れが撹乱されず、圧力損失も少
なくなる。

中空円筒管３１と翼管３２の間を流れる冷却材も中空円
ｎ管３１内の冷却材と同様に減速効果を持つため、ウォ
ータロッドの目的である出力分布の均一化をほぼ燃料全
体に亘って達成でき、非常に優れた核特性を右すること
ができる。

次に、本発明の他の実施例を第５図および第６図を用い
て説明する。

この実施例は、第５図に示すようにウォータロッド３０
の上下端の一方のみ（ここでは下端）がタイプレート２
１または２２に支持され、他端は開放端となっている。

また、開放端側のタイプレ−ト２１または２２には流路
３６が形成されている。

ウォータロッド３０は、第６図に示すように中空円筒管
３１Ａの下端のみに下部端栓３４が嵌着され、他端は翼
管３２Ａよりも短かく、開放端となっている。

その他全体的構成については、第１図に示す燃料集合体
と異ならないので、同じ部材には同様の符号を付して説
明を省略する。

この実施例においては、前記の実施例と同様の効果があ
り、また端栓が下部端栓のみで済むため、加工組立が容
易である。

〔発明の効果〕

本発明に係る燃料集合体は、中心部にウォータロッドを
設けたので、熱中性子分布が対称となって核設計が容易
になる。また、ウォータロッドは中空円筒管とこの中空
円筒管に外接する異形管とを備えているので、地震時に
おいても、中空円筒管が容易に撓んで外ノｊを吸収し、
スペーサや下部端栓に大きな応力が発生しない。

さらに、中空円筒管と異形管との間に流路が形成され、
異形管の上下端が開放端とならているので、この流路を
冷却材が流れ、ウォータロッドの下部で流れの撹乱作用
を受けることがなく、圧力損失も少ない。そして、この
流路中を流れる冷却材も中空円筒管内の冷却材と同様に
減速効果を持つため、ウォータロッドの目的である出力
分布の均一化をほぼ燃料全体に亘って達成でき、非常に
優れた核特性を有することができ、燃焼効率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料集合体の一実施例を示す図、
第２図は上記実施例の横断面図、第３図および第４図は
上記実施例に備えるウォータロッドのそれぞれ斜視図お
よび縦断面図、第５図は伯の実施例の全体構成図、第６
図は第５図に示す実施例に備えるウォータロッドのｍ断
面図、第７図は計画中の大径ウォータロッドを備えた燃
料集合体の全体構成図、第８図は第７図の横断面図、第
９図は第７図の燃料集合体に備える大径ウォータロッド
の縦断面図である。 ２０・・・チャンネルボックス、２１・・・上部タイプ
レート、２２・・・下部タイプレート、２３・・・スペ
ーサ、２４・・・燃料棒、２５・・・上部端栓、２６・
・・下部端栓、２７・・・エキスパンションスプリング
、３０・・・ウォータロッド、３１・・・中空円筒管、
３２・・・翼管、３３・・・上部端栓、３４・・・下部
端栓、３５ａ。 ３５ｂ・・・冷却材流出入口。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第　３　図 ＄　、：５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、筒状のチャンネルボックスに上部タイプレートと下
   部タイプレートとがそれぞれ設けられ、上記チャンネル
   ボックス内に複数個のスペーサにより保持された多数の
   燃料棒を備えた燃料集合体において、上記燃料集合体の
   中心部にウォータロッドを設け、このウォータロッドは
   中空円筒管とこの中空円筒管に外接されて複数の流路を
   形成する異形管とを備え、上記異形管の両端を開放端と
   したことを特徴とする燃料集合体。 ２、中空円筒管は上下端が上部タイプレートと下部タイ
   プレートに支持され、側壁に多数の冷却材流出入口が穿
   設された特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。 ３、異形管は十字形状の断面を有する翼管であり、翼管
   の軸方向の長さが中空円筒管長より短い特許請求の範囲
   第１項記載の燃料集合体。 ４、中空円筒管の上下端の一方のみが上部タイプレート
   あるいは下部タイプレートに支持され、他方を開放端と
   する一方、開放端側のタイプレートに流路口を穿設した
   特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。