JPH01199191A - 原子炉 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、原子炉に係り、特に高燃焼度の沸騰水型原子
炉として好適な原子炉に関する。

［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。現行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、燃料の高燃焼度化を図り燃料
の寿命延長、省ク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
本のクォータロッドを配置する方法（この−例として特
開昭６１−１１８６８９号公報は、燃料集合体内のクォ
ータロッドの本数を増加させ、また、制御棒を燃料集合
体の１つのコーナ部にのみ直接隣接するように配置した
沸騰水型原子炉を開示している。）、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。

［発明が解決しようとする課題］ 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クォータロッドを配置すると、
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。

また、従来のチャンネルボックスの大きさで格子の構成
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。

特開昭８１−１１８６８９号公報に示された沸騰水型原
子炉は、ある程度の燃料経済性の向上及び高燃焼度化を
図ることができるが、しかし、現時点においては、燃焼
度が７０ＧＷｄ／を程度に達する高燃焼度の原子炉（高
燃焼炉）が要求されており、上記の従来技術を適用して
もこの課題の達成は不可能である。

高燃焼炉を実現するためには、燃料集合体中のウォータ
ロッド領域をさらに増加させ中性子スペクトルを一層ソ
フト（熱中性子の平均速度を遅くする）にする必要があ
る。従来の燃料集合体の大きさのままで、ウォータロッ
ド領域を増加する場合には、その分だけ燃料集合体当り
のウラン装荷量が減少してしまい、燃料経済性の向上が
あまり期待できないと言う問題があった。特開昭６１−
１１８８１３９号公報の沸騰水型原子炉も、燃料集合体
内のつオータロラドを増して中性子スペクトルのソフト
化を図るものであるが、達成できる燃焼度は約４０　Ｇ
Ｗｄ／を程度が限界となる また、高燃焼炉では、燃料集合体の濃縮度がさらに高く
なるので中性子スペクトルが従来よりも硬化する。従っ
て、特開昭６１−１１８６８９号公報の構造を高燃焼炉
に適用した場合には、制御棒価値が不足する。高燃焼炉
の実現のためには、核分裂性物質の濃縮度の増大に伴う
中性子スペクトルの硬化による制御棒価値の低下に対す
る対策及び硬化した中性子スペクトルのソフト化に対す
る対策が必要である。

さらに、高燃焼炉においては、各サイクルでの運転日数
として現行沸騰水型原子炉の１２ケ月の１．５倍の１８
ケ月運転が考えられている。そのため、放射性廃棄物と
なる使用済み制御棒の発生本数を低減させる必要がある
。

本発明の目的は、十分な制御棒価値を有し、且つ、使用
済制御棒の発生本数を低減させ且高燃焼化を可能にした
原子炉を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、複数の燃料集合体が装荷されてなる炉心と、
前記炉心内の前記燃料集合体間に挿入される複数の断面
十字型の制御棒とを有し、前記夫々の燃料集合体の対角
線方向に対向する２つのコーナ部に直接隣接するように
前記制御棒がそれぞれ配置され、夫々４体の前記燃料集
合体の上端部が挿入される大きさの升目を有する格子状
の上部炉心支持部材を設けた原子炉において、前記燃料
集合体に直接隣接する前記制御棒のうち、自身の上方に
前記上部炉心支持部材が存在する制御棒を原子炉停止用
制御棒とし、その中性子吸収材としてホウ素を用い、他
方、自身の上方に前記上部炉心支持部材が存在しない制
御棒を原子炉出力調節用制御棒とし、その中性子吸収材
としてハフニウムを用いたことを特徴とする。

［作　用］ 燃料集合体の対角線方向に対向する２つのコーナ部に直
接隣接するように断面十字型の制御棒がそれぞれ配置さ
れるので、この十字型の制御棒を構成するブレードの翼
長を長くでき、制御棒価値を増加できる。

中性子照射量の多い原子炉出力調節用制御棒には、交換
が容易にできる上部炉心支持部材下にない制御棒を用い
る。この制御棒の中性子吸収材はＨｅ　　（ハフニウム
）なので、従来の８４Ｇ制御棒に比較して、約３〜５倍
の寿命を持ち、従って、運転期間の長い高燃焼炉におい
ても使用済み制御棒（放射性廃棄物）の発生本数を低減
できる。

上部炉心支持部材下にある制御棒は交換しにくいので、
出力運転時に使用しないで炉停止用にのみ使用する制御
棒とする。従って、原子炉が寿命（３０〜４０年）にな
るまで使用しても、この制御棒の受ける中性子照射量は
、出力調節用制御棒が寿命中に受ける照射量より約２相
手さい。この制御棒としては、冷温時でも十分大きな制
御棒価値を与える８４Ｃ（ボロンカーバイト）制御棒が
適している。更に、８４Ｇ制御棒は、Ｈｅ制御棒に比べ
、吸収材のコストが安く、さらに、重量も軽いので、制
御棒駆動系に対する負担も少さく、制御棒駆動系を単純
化できる可能性もある。

［実施例］ 沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例を図
面に基づいて説明する。

本実施例の沸騰水型原子炉は、第２図に示すように、原
子炉圧力容器１０、燃料集合体ＩＡを装荷してなる炉心
１１及びインターナルポンプ１６を有している。炉心シ
ュラウド１２が、原子炉圧力容器１０内に配置されて原
子炉圧力容器１０に取付けられている。インターナルポ
ンプ１６は原子炉圧力容器１０と炉心シュラウド１２と
の間に配置され、原子炉圧力容器１０の底部に設置され
る。炉心下部支持板１３は、炉心シュラウド１２の下端
部に取付けられ、しかも炉心シュラウド１２内に配置さ
れる。複数の燃料支持金具１５が炉心下部支持板１３を
貫通して炉心下部支持板１３に設置される。他方、上部
格子板１４が炉心シュラウド１２内に配置され、炉心シ
ュラウド１２に取付けられる。炉心下部支持板１３より
下方の下部ブレナム１７内に、多数の制御棒案内管１８
が設置されている。制御棒駆動装置ハウジング１９が、
原子炉圧力容器１０の底部に取付けられている。制御棒
５Ａ、５Ｂは、該当する制御棒案内管１８内に設置され
、制御棒駆動装置ハウジング１９内に設置された制御棒
駆動装置（図示せず）に連絡されている。２０は気水分
離器、２１はドライヤである。

炉心１１内における燃料集合体ＩＡ及び制御棒５Ａ及び
５Ｂの配置関係を第３図により説明する。第３図に示す
ように、燃料集合体ＩＡ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５Ａ及び５Ｂが挿入さ
れる。すべての制御棒５Ａ及び５Ｂが炉心１１内に挿入
された時、炉心１１内の燃料集合体ＩＡは、２本の制御
棒５Ａ及び５Ｂによって直接挟まれる形となる。

燃料集合体ＩＡは、特開昭６１−１１１１６８９号公報
の沸騰水型原子炉で使用される燃料集合体６（破線で表
示）に対して一辺の長さで約ｆｆ倍、横断面積で２倍に
大型化されている。本実施例での制御棒の配列ピッチは
、特開昭６１−１１８６８９号公報の沸騰水型原子炉の
制御棒７（破線）の配列ピッチと同一である。しかし、
燃料集合体ＩＡならびに制御棒５Ａ及び５Ｂの配置角度
は、従来の燃料集合体６および制御棒７に対して４５°
回転させている。

次に、本実施例に用いられる燃料集合体ＩＡの詳細構造
を第４図により説明する。燃料集合体ＩＡは横断面が正
方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木の大径のクォータロッド２を配
置することによ？て構成される。燃料集合体ＩＡは、図
示されていないが上部タイブレート及び下部タイプレー
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取付けられる。

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の各々の横断面積は４本の燃料
棒３内の横断面積を合計したものよりも大きい。本実施
例の燃料集合体ＩＡのチャンネルボックス４の内側の幅
は２０１ｍｍであり、特開昭６１−１１８６８９号公報
の燃料集合体のそれ（１３４ｍｍ）の約７丁倍になって
いる。

本実施例の燃料集合体ＩＡは、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ＩＡを
特開昭６１−１１８６８９号公報に示す従来の燃料集合
体の約２体分の大きさにすることができる。この燃料集
合体ＩＡを用いることにより、従来の燃料集合体が炉心
に配置された時に生ずる燃料集合体相互間の水領域の一
部分の面積を燃料集合体ＩＡ内に取込むことができ、そ
の取り込んだ分をクォータロッド領域の増加として使用
できるので、従来に比べて高燃焼度化を実現し得る。

現行の沸騰水型原子炉の炉心の制御棒ピッチは、約３０
５ｍｍ〜３１０ｍｍである。この寸法に制御棒挿入に必
要な燃料集合体Ｉ人相互間に形成される間隙の幅約１３
ａ＋ｍとチャンネルボックスの肉厚的２ｍｍ〜３ｍｍを
考慮すると、チャンネルボックス４の内側の幅は約１９
６ｍｍ　〜２０２ｍ＋ａとなる。

本実施例における制御棒５Ａ及び５Ｂと前記の上部格子
板１４（第２図）との位置関係を第１図に示す、上部格
子板１４は、多数の升目２５を形成している。この各升
目２５内に、隣接する４体の燃料集合体ＩＡの上端部が
挿入される。制御棒５Ｂは、１つの升目２５内に挿入さ
れた４体の燃料集合体ＩＡ間に配置され、制御棒駆動装
置にて下方よりこれらの燃料集合体ＩＡ間に挿入される
。制御棒５Ｂの上方には上部格子板１４が存在しない。

炉心１１内に装荷された燃料集合体ＩＡ相互間の間隙の
幅は、前述したように約１３ｍｍである。このため、升
目２５内に挿入された燃料集合体ＩＡは、上部格子板１
４の側面に接触している。また、上部格子板１４の真下
には制御棒５Ａが配置される。この制御棒５Ａの周囲に
は、上部格子板１４の異なる４つの升目２５に挿入され
た画体の燃料集合体ＩＡが隣接する。制御棒５Ａ及び５
Ｂとも、断面十字型をしており、軸心から互いに直角の
角度で放射状に延びる４枚のブレードを有している。こ
れらのブレード内に中性子吸収材が設置されている。

制御棒５Ｂは、その上方に上部格子板１４が存在しない
ので、新しい制御棒と容易に交換することができる。従
って、制御棒５Ｂは、中性子吸収材の消耗が激しい原子
炉出力調節用制御棒として用いられる。この原子炉出力
調節用制御棒は、運転時に炉心１１内に挿入されて原子
炉出力の調節制御のために引抜または挿入操作され、さ
らに原子炉を停止させる時に鎗炉心１１内に完全に挿入
される。この制御棒５Ｂの中性子吸収材として、ハフニ
ウム（Ｈｔ　）を用いる。Ｈｆを用いることにより制御
棒の長寿命化が可能となるため、高燃焼炉による運転日
数の増加によって問題となる使用済制御棒の増加を防ぐ
ことができる。

他方、制御棒５Ａは、その上方に上部格子板１４が存在
するので、炉心１１から取出して新しい制御棒と交換す
ることが困難である。このため、制御棒５Ａは、原子炉
が寿命になるまで使用される制御棒として用いる。従っ
て、制御棒５Ａは、原子炉を停止する時にのみ炉心１１
内に挿入される原子炉停止用制御棒として用いられる。

この制御棒５Ａの中性子吸収材として８４Ｃを用いる。

　Ｂ、Ｃを用いることにより、制御棒価値が大きく、十
分な炉停止余裕を有した高燃焼炉を実現できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、高燃焼度化が可能で、しかも、高燃焼
度化による運転日数の長期化に伴う使用済み制御棒の発
生本数の増加を防ぎ、中性子スペクトルの硬化による制
御棒価値の低下にも十分対処できる原子炉が実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である原子炉内での燃
料集合体と制御棒および上部炉心支持部材の配置関係を
示す平面図であって第２図の■−■で見た図、第２図は
本発明の一実施例である原子炉の縦断面図、第３図は第
２図のＩ−Ｉ断面図、第４図は上記実施例における燃料
集合体の詳細横断面図である。 ＩＡ・・・燃料集合体、２・・・クォータロッド、３・
・・燃料棒、　　　１０・・・原子炉圧力容器、１１・
・・炉心、　　　　１３・・・炉心下部支持板、１４・
・・上部格子板、５Ａ・・・８４Ｃ制御棒、５Ｂ・・・
Ｈｆ制御棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数の燃料集合体が装荷されてなる炉心と、前記炉心
   内の前記燃料集合体間に挿入される複数の断面十字型の
   制御棒とを有し、前記夫々の燃料集合体の対角線方向に
   対向する２つのコーナ部に直接隣接するように前記制御
   棒がそれぞれ配置され、夫々４体の前記燃料集合体の上
   端部が挿入される大きさの升目を有する格子状の上部炉
   心支持部材を設けた原子炉において、前記燃料集合体に
   直接隣接する前記制御棒のうち、自身の上方に前記上部
   炉心支持部材が存在する制御棒を原子炉停止用制御棒と
   し、その中性子吸収材としてホウ素を用い、他方、自身
   の上方に前記上部炉心支持部材が存在しない制御棒を原
   子炉出力調節用制御棒とし、その中性子吸収材としてハ
   フニウムを用いたことを特徴とする原子炉。