JPS63253291A - 原子炉の核燃料集合体及びラツパ管 - Google Patents

原子炉の核燃料集合体及びラツパ管

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JPS63253291A
JPS63253291A JP62086876A JP8687687A JPS63253291A JP S63253291 A JPS63253291 A JP S63253291A JP 62086876 A JP62086876 A JP 62086876A JP 8687687 A JP8687687 A JP 8687687A JP S63253291 A JPS63253291 A JP S63253291A
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JP
Japan
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tube
heat generating
nuclear reactor
nuclear
fuel
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JP62086876A
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English (en)
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菰田 成一
渡 孔男
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • 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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  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

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〕 本発明は原子炉用の核燃料集合体に係り、特に高速増殖
炉用として好適な核燃料集合体に関する。
〔従来の技術〕
従来の核燃料集合体は、特開昭59−83802号に記
載のように、発熱部である炉心部、および核***生成ガ
スを貯めるためのガスプレナム部を有する複数本の燃料
ピンがラッパ管内に束ねられて、冷却材が燃料ピンの下
端側から上端側にラッパ管内を流れる構造であり、ガス
プレ、ナム部は燃料ピンの内圧を低減するために必要な
長さに設計されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、高燃焼度・長サイクル運転炉心へ適用
性の点について配慮がされておらず、高燃焼度・長サイ
クル運転炉心に適用した場合、燃料ピン東部における冷
却材の圧力損失量が過大になり、ラッパ管のクリープ膨
れにより燃料の寿命が制限されるという問題があった。
高燃焼度・長サイクル運転炉心を実現する上では、炉心
の内部転換率を向上するために、中性子経済を改善する
必要があり、燃料ピンの被覆管の薄肉化が不可欠である
。したがって、薄肉化実現の為に被覆管内圧を低減する
ためには、ガスプレナム長さを長尺化することで、ガス
プレナム容積を増加する必要があるから、圧力損失量が
増大する。また、同様にラッパ管の薄肉化が不可欠であ
り、ラッパ管の強度が低下するので、クリープ膨れ量が
増加する傾向になりやすい。
本発明の目的は、高燃焼度・長サイクル運転炉心に好適
な核燃料集合体を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成する手段は、発明として3つ有り、第1
発明の手段は、発熱部とガスプレナム部とを直列な配列
にて燃料ピン内に備え、前記ガスプレナム部の少なくと
も一部が前記発熱部よりも上方に配備され、前記燃料ピ
ンの複数本が冷却材の通るラッパ管内に収納されている
原子炉の燃料集合体において、前記発熱部よりも上方で
、前記燃料ピンと対向する前記ラッパ管の側壁に、前記
ラッパ管の内側と外側とを連通ずる開口を備えたことを
特徴とした原子炉の核燃料集合体にあり、第2発明によ
る手段は1発熱部の直下と直上とにブランケット部を配
置し、前記上部のブランケット部の上方にガスプレナム
部の全部を配備し、これら全各部を共通なる被覆管内に
内蔵して備え、前記上部のガスプレナム長全長の途中部
分にバネ受けを設け、前記バネ受けと前記上部のブラン
ケット部との間にバネを設け、前記被覆管の複数本を冷
却材の通るラッパ管内に収納して設け、前記発熱部より
も上方における前記被覆管と対向する前記ラッパ管の側
壁に、前記ラッパ管の内側と外側とを連通ずる開口を備
え、前記開口は少なくとも前記上部のブランケット部か
ら前記被覆管の上端までの高さ領域にわたって分散して
配備されていることを特徴とした原子炉の核燃料集合体
にあり、第3発明による手段は、冷却材入口が下部に、
出口が上部に存在し、複数の燃料ピンを内包している原
子炉のラッパ管において、前記燃料ピンの発熱部の上端
以上の高さに存在する前記ラッパ管の側壁には複数の開
口を少なくとも上下方向に分散して設け、前記開口の最
下方設置位置よりも下方の領域に存在する前記ラッパ管
の水平断面形状は前記領域の全領域にわたって閉鎖断面
形状を成していることを特徴とした原子炉のラッパ管を
採用する点にある。
〔作用〕
いずれの手段にあっても、ラッパ管は発熱部における冷
却材流量を確保するための機能を要求されるが、下流側
となる発熱部の上方においては、もはや、ラッパ管内に
冷却材を閉じ込めておく必〜− 要はない。したがって、発熱部の上方領域に相当するラ
ッパ管側壁に開口部を設けて、上記機能は確保され、か
つ開口部を通過する、ラッパ管外部へのバイパス流路が
形成されるので、発熱部の上方領域での圧力損失量が大
巾に低減される。又、いずれの手段にあっても、発熱部
領域に相当する軸方向範囲のラッパ管は、高速中性子照
射量が大きいために、例えばラッパ管が六角断面の場合
、六角形のコーナ部を支点として、腹部(中央部)が弓
状に外方向に変形するクリープ膨れ挙動を示す。この膨
れ量は、ラッパ管の内外面における冷却材圧力の差に依
存するが、上記のようにラッパ管外部へのバイパス流路
が形成されると、内外面間の冷却材圧力差が大巾に低減
されるので、ラッパ管のクリープ膨れ量が大巾に低減さ
れる作用が得れる。
〔実施例〕
以下1本発明の一実施例を第1図および第2図により説
明する。第1図は、本発明一実施例の全体を示し、第2
図はラッパ管側壁に設けた開口部の軸方向位置を示す。
第1図において、複数本の燃料ピン1が正三角形格子状
に密に配列されており、この燃料ピン束が六角管である
ラッパ管2内に収納されている。
ラッパ管2の側壁の上方部には、軸方向に複数個の開口
部3が周方向3ケ所に設けらており、燃料ピン1はその
下端をノックパー4により支持されている。ラッパ管の
上端には軽量の上部タイプレート5が連結されており、
核燃料集合体の吊上げ。
吊下ろしの際のつかみ部となっている。ラッパ管2の下
端部には、しやへい機述をつかさどる厚肉の下部タイプ
レート6が連結されており、冷却材ナトリウムは下部タ
イプレート6の下方円筒部側壁に設けられた開口部7よ
り流入し、核燃料集合体内を上方に流れ、その大部分は
開口部3を通り、またその残りは上部タイプレート5の
頂部に設けられた開口部を通り、集合体外に流出する。
第2図において、燃料被覆管8はその両端を上端端栓9
および下部端栓10で密封されており、燃料被覆管の外
面には、被覆管同志の直接接触を防止するためのワイヤ
スペーサ11がら旋状に巻付けられることにより、燃料
ピン叉が構成されている。被覆管8内には、劣化ウラン
燃料ペレットを含む上部ブランケット部12と下部プラ
ンケッ゛ト部13があり、その間にプルトニウムとウラ
ンを混合した燃料ペレットからなる発熱部である炉心部
14が配置されている。ガスプレナム部15は上部端栓
9と上部ブランケット部12の間に設けられており、ペ
レット移動を防止するためのプレナムスプリング16や
、これを受は止めて係止するためのプレナムスリーブ1
7を内蔵しているので、若干の死体積が生じるが、ガス
プレナム容積は十分確保されている。ラッパ管2の側壁
に設けられる開口部3は、炉心部14の上端部高さより
上方に設けられている。
本発明実施例によれば、ガスプレナム部15を含む燃料
ピン束上端部における圧損が大巾に低減され、燃料ピン
東部の圧損は炉心部を含む燃料ピン束部下端部における
圧損にほぼ等しくなる。それ故、燃料ピン東部全長の圧
損を増加することなく、ガスプレナム部の長尺化が可能
であり、したがって被覆管を薄肉化し、中性子経済を改
善することができる。
また1本発明実施例によれば、発熱部上方のガスプレナ
ム部が長いので、このガスプレナム部において中性子束
が十分減衰するので、燃料ピン東部の上方に、中性子し
やへい体を設置する必要がない。
第3図は、ラッパ管の内外面における冷却材圧力の差Δ
Pに起因して生じるラッパ管のクリープ変形モードを示
したものであるが、ラッパ管の各面の中央部−のクリー
プ膨れ量ΔXは、ΔPに比例し、ラッパ管肉厚tの3乗
に逆比例する。ΔPが1 kg/dおよび4kg/dの
それぞれの場合についてΔXとtの関係を第4図に示す
。本発明実施例によれば、中性子束が高く、クリープ変
形の大きい炉心部におけるΔPを低減できるので、ラッ
パ管肉厚を薄くすることが可能であり、このことによっ
てまた、中性子経済を改善することができる。
また、本発明実施例によれば、ラッパ管側壁の開口部が
軸方向に複数個設けられているので、ラッパ管内を流れ
る冷却材流量は、上方(下流側)に進むに従って、徐々
に減少し、急激な流量変化は生じない。開口部が軸方向
に1ケ所の場合には、急激な流量変化が生じるため、上
流側の発熱部において、ラッパ管内壁に沿った流量が増
大し、ラッパ管中心軸付近の燃料ピンに沿った流量が減
少するので、中心軸付近の燃料ピンが十分除熱されない
という問題が生じる0本発明実施例の場合には、このよ
うな問題は生じない。さらにまた、複数個の開口部を設
けているので、開口部総面積が大きくなり、バイパス流
の流速は小さくなるので。
二ローションの発生が防止できる。
また、本発明実施例によれば、燃料交換時に集合体の頂
部をナトリウム液面上に出しても、ラッパ管側壁開口部
の一部がナトリウム液面下にあれば、゛自然循環の流路
が確保され、崩壊熱の除去が可能となるので、炉容器内
のナトリウム液面を低下させることができる。
本実施例によれば、燃料ピン束部の圧損増加を生ぜしめ
ることなく、ガスプレナム容積を増加しうろことで、被
覆管の薄肉化が可能となり、またラッパ管の内外面冷却
材圧力差を低減しうろことで、ラッパ管の薄肉化も可能
となるので、中性子経済改善の効果がある。
〔発明が効果〕
以上の如く、本発明によれば、発熱部をすぎた後の冷却
材をラッパ管の側壁と上端との複数方向からラッパ管外
へ流出してラッパ管内外差圧を均一方向に制御するので
、発熱部に対する冷却性を損うことなくラッパ管やラッ
パ管内の被覆管の薄肉化を達成でき、高燃焼度・長サイ
クル運転炉に好適な核燃料集合体が提供出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による核燃料集合体の半載
断面図、第2図は第1図の部分詳細断面図、第3図はラ
ッパ管のクリープ変形モードを示す模式図、第4図はラ
ッパ管肉厚とクリープ膨れ量の関係を示すグラフである

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発熱部とガスプレナム部とを直列な配列にて燃料ピ
    ン内に備え、前記ガスプレナム部の少なくとも一部が前
    記発熱部よりも上方に配備され、前記燃料ピンの複数本
    が冷却材の通るラツパ管内に収納されている原子炉の燃
    料集合体において、前記発熱部よりも上方で、前記燃料
    ピンと対向する前記ラツパ管の側壁に、前記ラツパ管の
    内側と外側とを連通する開口を備えたことを特徴とする
    原子炉の核燃料集合体。 2、特許請求の範囲の第1項において、前記開口は、上
    下方向に分散して配備されていることを特徴とした原子
    炉の核燃料集合体。 3、特許請求の範囲の第1項又は第2項において、ガス
    プレナム部の全部を発熱部の上方に配備したことを特徴
    とした原子炉の核燃料集合体。 4、発熱部の直下と直上とにブランケツト部を配置し、
    前記上部のブランケツト部の上方にガスプレナム部の全
    部を配備し、これら全各部を共通なる被覆管内に内蔵し
    て備え、前記上部のガスプレナム部全長の途中部分にバ
    ネ受けを設け、前記バネ受けと前記上部のブランケツト
    部との間にバネを設け、前記被覆管の複数本を冷却材の
    通るラツパ管内に収納して設け、前記発熱部よりも上方
    における前記被覆管と対向する前記ラツパ管の側壁に、
    前記ラツパ管の内側と外側とを連通する開口を備え、前
    記開口は少なくとも前記上部のブランケツト部から前記
    被覆管の上端までの高さ領域にわたつて分散して配備さ
    れていることを特徴とした原子炉の核燃料集合体。 5、冷却材入口が下部に、出口が上部に存在し、複数の
    燃料ピンを内包している原子炉のラツパ管において、前
    記燃料ピンの発熱部の上端以上の高さに存在する前記ラ
    ツパ管の側壁には複数の開口を少なくとも上下方向に分
    散して設け、前記開口の最下方設置位置よりも下方の領
    域に存在する前記ラツパ管の水平断面形状は前記領域の
    全領域にわたつて閉鎖断面形状を成していることを特徴
    とした原子炉のラツパ管。
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JP2013507631A (ja) * 2009-10-16 2013-03-04 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ 核燃料集合体およびかかる集合体を備える原子炉
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