JPH0572367A - 沸騰水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

沸騰水形原子炉の燃料集合体

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JPH0572367A
JPH0572367A JP4059410A JP5941092A JPH0572367A JP H0572367 A JPH0572367 A JP H0572367A JP 4059410 A JP4059410 A JP 4059410A JP 5941092 A JP5941092 A JP 5941092A JP H0572367 A JPH0572367 A JP H0572367A
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JP
Japan
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box
fuel
fuel rods
wall
fuel assembly
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JP4059410A
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English (en)
Inventor
Hans-Joachim Lippert
リツペルト ハンス‐ヨアヒム
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/324Coats or envelopes for the bundles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 沸騰水形原子炉における燃料集合体ボックス
の内部に燃料棒を、燃料棒列の燃料棒の間隔(燃料棒ピ
ッチ)が不利に小さくなったり、最外側の燃料棒列と燃
料集合体ボックスの内側壁との間隔が不利に大きくなら
ないようにする。 【構成】 ボックス壁2、3の丸められた角部の範囲が
ボックスの内部に向かって突出する補強部によって厚肉
化され、これらの補強部間のボックス壁の肉厚が薄くさ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、頭部と脚部との間を延
びる細長いボックスと、このボックス内に配置された燃
料棒の束とを有し、前記ボックスの外側面が平らであ
り、角部を丸められた多角形の横断面形状を呈し、各燃
料棒が互いに平行に且つボックスの長手軸心に対して平
行に向けられ、ボックス壁に対して平行な列の形に並べ
て配置されているような沸騰水形原子炉の燃料集合体に
関する。
【0002】
【従来の技術】沸騰水形原子炉は、減速材としても使用
される冷却材によって下から上に向けて貫流され、その
流れの中に互いに平行な複数の燃料集合体が並べて配置
されている炉心構造を有している。各燃料集合体は頭部
と脚部との間を延びる細長いボックスを有している。そ
の頭部および脚部は冷却材に対する貫流開口を有してい
る。ボックスの内部には燃料棒の束が設けられており、
それらの燃料棒は互いに平行に且つボックスの長手軸心
に対して平行に向けられており、ボックス壁に対して平
行な列の形に並べて配置されている。
【0003】各燃料集合体のボックス間の中間室には中
性子吸収要素が設けられている。この吸収要素は炉心反
応を制御するためにこの中間室の中に軸方向に出し入れ
される。燃料集合体自体は炉心領域の中にできるだけ密
に詰められているが、前記吸収要素が燃料集合体間の最
小間隔を決定している。その場合、冷却材がかなり大き
な圧力で脚部を通して燃料集合体の内部に流入すること
も考慮しなければならず、従ってボックス壁は、このボ
ックス壁が原子炉運転中に外側にひどく膨らんで吸収棒
の運動性を妨げないように、或る程度の機械的な強度を
もっていなければならない。
【0004】他方ではボックス壁は炉心領域において中
性子束をできるだけ僅かしか弱めないようにしなければ
ならず、従ってボックス壁の最小厚み並びに必要な強度
の材料の選択には限界がある。
【0005】一般に沸騰水形原子炉の炉心領域は、燃料
集合体ボックスの外側面が角部を丸められた多角形ボッ
クスの横断面を呈するような幾何学的形状を有してい
る。既に述べたように、並べて配置された燃料集合体の
外側面間の中間室はそこに配置される吸収要素によって
規定され、丸められた角部の曲率半径に対しても、測定
棒あるいは別の原子炉構成要素によって規定される最小
寸法が生ずる。従ってボックスが一様な壁厚を有してい
るとき、原子炉炉心の幾何学的形状および機械的安定性
にとって必要な壁厚によって、燃料棒束に対して用立て
られるボックスの内部室も規定される。ボックスの内部
室には燃料棒ができるだけ規則的に配置される。例えば
ボックスの横断面が正方形である一般的な商業用原子炉
の場合には、燃料棒は縦列9本および横列9本で配置さ
れている。その場合縦列および横列はボックス壁に対し
て平行に延びている。また燃料棒の平均線出力を小さく
する観点から、個々の燃料棒を細く形成し、燃料棒をよ
り多く設けること例えば10列あるいは11列の縦列お
よび横列で設けることも有利である。
【0006】かかる10×10本あるいは11×11本
の燃料棒の配置は、一般的な正方形の基本モデルの場合
に、1列の燃料棒間の間隔(燃料棒ピッチ)が不利な程
度に小さくなり、また角部に配置された燃料棒が丸めら
れた角部に許容できないほど近く寄せられないようにす
るために、最外側の燃料棒列と燃料集合体ボックスの内
側壁との間隔が大きくなってしまうという欠点がある。
【0007】内側横断面が正方形をしており、ボックス
壁の壁厚が比較的薄く、ボックスの安定性を補強するた
めに丸められた角部の範囲の外側にリブが設けられてい
るような燃料集合体ボックスは既に提案されている。こ
れによってボックスに対して全体として僅かな中性子吸
収材料しか必要とされないが、既に述べたように丸めら
れた角部の曲率半径が規定されているので、9×9本の
燃料棒を持つ燃料集合体から10×10本の燃料棒を持
つ燃料集合体に移行する際に生ずる上述した問題は解決
されない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した欠点を燃料集合体の幾何学的形状を改良することに
よって解消することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、冒頭に述べた形式の燃料集合体において、各ボック
ス壁の丸められた角部の範囲がボックスの内部に向かっ
て突出する補強部によって厚肉化され、これらの補強部
間のボックス壁の肉厚が薄くされていることによって解
決される。本発明の有利な実施態様は請求項2以下に記
載されている。
【0010】
【実施例】以下図に示した2つの実施例を参照して本発
明を詳細に説明する。
【0011】図1は本発明に基づく燃料集合体の横断面
図を示している。この燃料集合体は横側がボックス壁
2、3で、下側が脚部で、および上側が頭部で覆われて
いる。減速材として使用される冷却材は脚部に存在する
貫流開口を通して導入され、燃料棒4、5間の中間室を
上向きに流れ、頭部に存在する貫流開口を通して再び流
出する。その場合、燃料集合体のボックスの内部に細長
い管(水管)6を配置することが有利である。この水管
6はその全長にわたって液状冷却材によって貫流され
る。他方では燃料棒に沿って流れる冷却材は燃料棒によ
って加熱され、燃料集合体の上側部分において液体・蒸
気混合物となる。水管6は、燃料集合体の上側部分にも
十分な液状冷却材が減速材として存在するように働く。
【0012】燃料集合体はこの最も普通である実施例に
おいて断面正方形をしている。図中においてdは、相対
して位置するボックス壁の外側面間の最大間隔であり、
これは原子炉の炉心領域における幾何学的形状によって
規定される。同様にその幾何学的形状によって、ボック
スの丸められた角部における曲率半径rも決定される。
【0013】本発明は、ボックス壁の外側面が平らな面
をしており、それ故ボックス壁の相互間隔が値dである
ことを前提としている。ボックス壁の角部は所定の曲率
半径rに対応して丸められている。
【0014】従来技術において普通であるように、燃料
棒はそれぞれ次のように列を成して配置されている。即
ち、燃料束の互いに隣接する2本の燃料棒間の最小間隔
mがボックス壁に対して平行な燃料列において互いに隣
接する2本の燃料棒の間隔と同じであるように配置され
ている。燃料棒の最小間隔mによって規定されるこれら
の縦列および横列は、従ってボックス壁2、3に対して
平行に延びている。
【0015】図1の実施例の場合、それぞれ11本の燃
料棒によって形成されている縦列および横列が存在して
いる。燃料棒の数が多いにも拘わらずその最小間隔mを
できるだけ大きくするために、相対して位置するボック
ス壁の内側面間の間隔は、ボックス壁2、3の厚みを減
少することによって増大されている。従来においてボッ
クス壁の厚みは一般に3mmであり、またボックス壁は
2.7mmおよび2.54mmの一様な厚みでも十分で
もあるとされていたが、本発明においては2.4mm以
下特に1.5〜1.7mmの厚みのボックス壁が使用さ
れている。
【0016】これは従来公知の材料においてはボックス
の安定性にとって不十分である。しかしこの安定性は、
ボックス壁の丸められた角部の範囲がボックスの内部に
向かって突出する補強部によって厚肉化されることによ
って得られる。この厚肉化にとっては、2.5〜3.0
mmの厚み、特に2.7〜2.9mmの厚みで十分であ
る。
【0017】ボックス壁の角部範囲におけるこの厚肉化
は、両ボックス壁2、3に隣接する両燃料棒列の交点に
おいては角部の燃料棒に対して用立てられる空間を減少
する。しかしかかる角部の燃料棒は多くの場合に既に公
知のようにもともと細く形成できるものである。
【0018】この実施例の場合、周辺部における前記両
燃料棒列の上述した交点即ち例えば位置Aには燃料棒は
存在しない。従って、上述した配置構造にも拘わらずボ
ックス壁の丸められた角部の範囲にも、ボックス壁の近
くを沿って流れる冷却材に対しても流れ横断面積に対す
る所定の最小値即ちボックスの内側面とこれに隣接する
燃料棒との間の最小間隔を維持することを保証するため
に、異なった直径の燃料棒を製造する必要もまたこれを
利用する必要もなくなる。
【0019】9×9=81本の燃料棒の配置構造に比べ
て、本発明に基づく幾何学的形状は、3×3本の燃料棒
の横断面積を占める水管6が存在し、角部の4本の燃料
棒が欠落するにも拘わらず、全部で(11×11)−
(3×3)−4=108本の燃料棒を有している。
【0020】図2の配置によればボックス壁内に100
本の燃料棒が配置できる。この図2の実施例の場合、角
部の範囲においても燃料棒は一様に分布されている。ま
たボックス壁に隣接する燃料棒4、5はボックス壁に対
して平行な列に存在し、他の燃料棒はこれに対して平行
な縦列および横列に配置されている。しかしこれらの列
における燃料棒の間隔nは、隣接する燃料棒間の最小間
隔mよりも大きい。即ちボックス壁に対して傾斜してい
る列において燃料棒は最小間隔mをもっている。
【0021】このような幾何学的形状は、もともと位置
Aには燃料棒が存在しない配置を可能にする。即ちボッ
クス壁と隣接する燃料棒との間の最小間隔を維持するた
めに、燃料棒を省略する必要がない。
【0022】
【発明の効果】本発明に基づく燃料集合体はその外側寸
法において、原子炉炉心の幾何学的形状によって規定さ
れるすべての条件を満足する。燃料棒自体は簡単に分り
易く且つ有利に横断面にわたって分布され、有効横断面
積を、燃料棒とこれに隣接する燃料棒あるいはボックス
壁との間の間隔に関して最適に利用できる。燃料集合体
に対して用意される全部の燃料物質は、相応して小さな
直径の多数の所望の数の燃料棒に分布される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく燃料集合体の一実施例の横断面
図。
【図2】本発明に基づく燃料集合体の他の実施例の横断
面図。
【符号の説明】
2、3 ボックス壁 4、5 燃料棒列 6 水管 A 燃料棒列の交点 d 相対するボックス壁の外側面間の間隔 m 燃料棒と燃料棒あるいはボックス壁との間の最小間
隔 r ボックス壁の角部の丸みの曲率半径

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 頭部と脚部との間を延びる細長いボック
    スと、このボックス内に配置された燃料棒(4、5)の
    束とを有し、前記ボックスの外側面が平らであり、角部
    を丸められた多角形の横断面形状を呈し、各燃料棒
    (4、5)が互いに平行に且つボックスの長手軸心に対
    して平行に向けられ、ボックス壁(2、3)に対して平
    行な列の形に並べて配置されているような沸騰水形原子
    炉の燃料集合体において、各ボックス壁(2、3)の丸
    められた角部の範囲がボックスの内部に向かって突出す
    る補強部によって厚肉化され、これらの補強部間のボッ
    クス壁の肉厚が薄くされていることを特徴とする沸騰水
    形原子炉の燃料集合体。
  2. 【請求項2】 丸められた角部において互いに接する両
    ボックス壁(2、3)に隣接する燃料棒の2つの列の交
    点(A)には燃料棒が設けられないことを特徴とする請
    求項1記載の燃料集合体。
  3. 【請求項3】 燃料棒束の2本の燃料棒間の最小間隔
    (m)が、ボックス壁に対して平行な1列における2本
    の燃料棒間の間隔と同じであるように、各列の燃料棒が
    配置されていることを特徴とする請求項2記載の燃料集
    合体。
  4. 【請求項4】 互いに隣接する2列の燃料棒がボックス
    壁の方向に相互にずれるように、各列の燃料棒が配置さ
    れていることを特徴とする請求項2記載の燃料集合体。
  5. 【請求項5】 薄くされたボックス壁の厚みが約2.4
    mm以下、好適には1.5〜1.7mmであり、丸めら
    れた角部の範囲のボックス壁の厚みが2.5〜3.0m
    m、好適には2.7〜2.9mmであることを特徴とす
    る請求項1記載の燃料集合体。
  6. 【請求項6】 沸騰水形原子炉の炉心領域の幾何学的形
    状により燃料集合体ボックスの外側横断面の形状が規定
    されている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の複
    数の燃料集合体を持った沸騰水形原子炉。
JP4059410A 1991-02-15 1992-02-12 沸騰水形原子炉の燃料集合体 Pending JPH0572367A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE9101773.4 1991-02-15
DE9101773U DE9101773U1 (de) 1991-02-15 1991-02-15 Brennelement für einen Siedewasserreaktor mit einem verstärkten Kasten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0572367A true JPH0572367A (ja) 1993-03-26

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ID=6864326

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4059410A Pending JPH0572367A (ja) 1991-02-15 1992-02-12 沸騰水形原子炉の燃料集合体

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US (1) US5232658A (ja)
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Effective date: 20010215