JPH04143694A - 燃料集合体 - Google Patents
燃料集合体Info
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- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
利用、炉心の安全性及び運転操作性向上に好適な燃料集
合体に関する。
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。
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り多数
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り増加させる方法、格子の構成数を
増加させる方法などが考えられる。この従来例としては
、特開昭62−217186号公報に記載のように9行
9列の燃料集合体において、燃料集合体に配置するウォ
ータロッドを太径にし、この太径ウォータロッドを2本
、燃料棒配列に対して、斜め方向に、2本の太径ウォー
タロッド同士を隣り合せに配置することにより、ウラン
装荷量を減少せずに格子の構成数及び非沸騰領域を増加
させ、かつ出力分布を平坦化し、燃料経済性を向上させ
ることができる。
全性向上、運転操作性向上を目的にボイド反応度係数を
より零に近づける必要がある。
流量により変化し、出力運転時に減速材密度を変化させ
る主因となる。
度印加時に出力上昇を抑える効果を持つ。
が制御されない場合には、炉心内のボイドを減少させ、
正の反応度印加による急速な出力上昇をきたし、燃料の
過熱による損傷を引起こす可能性がある。
記事象を緩和し、安全性及び運転操作性を向上させる。
積比を大きくする方法、水対燃料体積比を小さくする方
法、ボイドの発生面積を減少させる方法が考えられる。
25592号公報に、燃料集合体当りのウラン装荷量を
減らすことなく、運転時の非沸騰領域であるウォータロ
ッド領域を増加することにより中性子の減速効果をよく
シ、ウランの効率的な燃焼を促進する手段として、燃料
集合体を約2倍に大きくしたうえで、燃料集合体のウォ
ータロッドを増加させ、各燃料体にほぼ同等量の非沸騰
水が配置されるように、燃料集合体の減速材(水)と燃
料(ウラン)を均質化にする方法が記載されている。
昭62−259086号公報に、燃料集合体内の燃料棒
配列を三角形格子状にし、燃料棒配列行数をN、配列列
数をMとする(N、Mは整数)とき、Mの値は、0.8
7N に最も近い整数にすることにより、水対燃料体積
比を小さくし、中性子減速効果を小さくして、ウラン2
38を核***性のプルトニウム239に転換する高転換
炉について記載されている。
、従来の燃料集合体を大きくするか、高転換炉にする等
、従来の沸騰水型原子炉を大幅に設計変更する必要があ
る。
うに燃料集合体内において燃料棒本数増加とウォータロ
ッドを太径にし最適な配置にすることにより、現行燃料
集合体格子ピッチを変えることなく、燃料経済性の向上
を図ろうとしているものである。
086号に示すように燃料集合体を大きくして水対燃料
体積比を大きくする方法と、燃料配列を正方形格子状か
ら三角形格子状に変更し、出来るだけ多数の燃料体を燃
料集合体に装荷して水対燃料体積比を小さくする方法で
、ボイド反応度係数を小さくすることができる。
水対燃料体積比を太径ウォータロッドを使用せずに大き
くし、燃料経済性向上を図り、ボイド反応度係数を小さ
くできる燃料集合体を提供することにある。
とし、燃料棒及び水ロッドの合計本数に対する水ロッド
の本数の割合を10%以上にすることによって達成でき
る。
の燃料体とウォータロッドを配置することにより、燃料
経済性は、特開昭62−217186号公報に示された
燃料集合体と同等程度に向上し、がつ、減速材流路面積
減少に伴うボイド発生領域の減少することにより、ボイ
ド反応度係数を小さくできることから、沸騰水型原子炉
の安全性、あるいは、運転操作性の向上が図れることに
なる。
ことは、次のような理由に基づき圧損を低減するように
作用する。
料チャンネル内での圧損の低減が重要である。沸騰水型
原子炉のような気液二相流による摩擦圧損ΔP、は、次
の次で表わされる。
重力加速度、ρは水の密度、Dはチャンネル水力直径、
Aはチャンネル流路面積、Lは長さ、fは摩擦圧損係数
、及びΦは二相流摩擦圧損増倍率である。
向長さ)の上端より上部の領域は、炉心内での燃料の燃
焼による影響はほとんどなく、がっ、この領域でのボイ
ドは大きい、上式での摩擦圧損の式において、二相流摩
擦圧損増倍率Φは、ボイド率が大きいほど、大きくなる
。従って、上部を短くすることで、上部のチャンネル流
路面積Aを大きくし、かつ、長さLを小さくすることに
より、圧損を低減することができる。
図は燃料集合体の横断面を示す。第1図において1は、
チャンネルボックス、2はウォータロッド、3は燃料棒
を示す。
を正三角形格子状に11行1o列に配列したものである
。チャンネルボックス内幅を従来の134閣にした場合
に、本実施例に基づく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
するためには。
3mとすると、10行10列の正方格子に比べ5本多く
燃料集合体内に装荷することができる。
に配列された燃料棒を正方形のチャンネルボックス内に
おさめるためには、縦横の燃料棒の配列ピッチを等しく
すればよいが、本実施例では第1図に示すように正三角
形格子に燃料棒が配置され、縦方向の燃料棒の配列ピッ
チをaとするときは、横方向の燃料棒の配列ピッチは、
f「a/2=0.87a となる。従って、本実施例における縦横の燃料棒配列数
の比をほぼ1対0.87 となる整数比にして、燃料棒
配列の形状をほぼ正方形にしている。
形状で無駄なく配置することができる。これによれば本
実施例の10列の場合の行数は、10÷0.87=11
.49 により11行としている。これにより、従来の正方格子
に対して減速材流路面積が5%程度減少することができ
る。
。すなわち、第2図は、ウォータロッド2本数割合(燃
料集合体内装荷可能燃料棒本数に対する割合)に対する
各燃料集合体平均濃縮度での無限増倍率を示す。これに
よれば、ウォータロッド2本数割合を10%以上にすれ
ば高濃縮度化が図れることが分かる。従って、燃料集合
体平均濃縮度が高くなる程、ウォータロッド本数を増加
する必要があり、本実施例の燃料集合体平均濃縮度4.
9wt%の場合、19本程度になる。このウォータロッ
ドをできるだけ燃料集合体内の減速材と燃料の分布がよ
り均質化されるように配置する。
及びウォータロッドの配列の変更のみでその他の設計変
更は生じないことにより第3図に示す現行格子で使用す
ることができる。
体へ本発明を適用した場合の実施例を第4図に示す。第
4図は、燃料集合体の横断面を示す。第4図において1
は、チャンネルボックス、2はウォータロット、3は燃
料体を示す。本実施例は、正方形のチャンネルボックス
1に燃料体3とウォータロッド2を正三角形格子状に1
7行15列に配列したものである。
性を増すために、第5図、第6図に示すように数本の燃
料棒とウォータロッド全数の上部を短くした(部分長)
燃料棒5とウォータロッド4を配置することにより達成
できる。本実施例は、水対燃料体積比を特開昭62−2
17186号と同等程度に維持しながら、燃料棒の格子
配列を多くすると同時にウォータロッドを多数配置した
。このため、特開昭62−217186号の燃料集合体
に比べて、減速材流路面積減少に伴いボイド発生領域が
減少することによりボイド反応度係数が減少する。本実
施例は、三角形格子配列により燃料体の稠密化を図って
いるが、同様に三角形格子を用いている特開昭62−2
59086号公報の燃料集合体(前述の第3図に示す燃
料体集合体)に比べて、ウォータロッドを多数配置して
いる(ウォータロッドの燃料体とウォータロッドの合計
本数に対する割合を10%以上)ので非沸騰領域が増加
し、ボイド反応度係数が減少する。
ずにボイド反応度係数を小さくできる。
象等の過渡事象を緩和し安全性及び運転操作性向上の効
果がある。
、第2図はウォータロッド本数割合と無限増倍率の関係
を示す特性図、第3図(A)は沸騰水型原子炉の炉心の
横断面図、第3図(B)は第3図(A)のX部の拡大図
、第4図は本発明の他の実施例である大型燃料集合体の
水平断面図、第5図及び第6図は本発明の他の実施例の
燃料集合体水平断面図である。 1・・・チャンネルボックス、2・・・ウォータロッド
、3・・・燃料体、4・・・部分長ウォータロッド、5
・・・部分長燃料体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、核燃料物質を含む複数の燃料棒と、前記燃料棒の上
端部及び下端部をそれぞれ支持する上部タイプレート及
び下部タイプレートと、前記燃料棒間に配置された複数
の水ロッドと、前記燃料棒相互間を支持するスペーサと
、前記燃料棒の束を取囲む横断面が正方形状のチャンネ
ルボックスとを備え、前記燃料棒及び前記水ロッドの配
列を三角形格子状とし、前記燃料棒及び前記水ロッドの
合計本数に対する前記水ロッドの本数の割合を10%以
上にしたことを特徴とする燃料集合体。 2、複数の燃料棒及び水ロッドを部分長にした請求項1
の燃料集合体。 3、前記燃料棒及び前記水ロッドが17行15列に配列
されている請求項1の燃料集合体。 4、複数の燃料棒及び水ロッドを部分長にした請求項3
の燃料集合体。
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