JPH02156191A - 原子炉炉心 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉炉心の構成に係り、特に、燃料集合体の
チャンネルボックスの曲がり変形による安全性への影響
を最小限に抑える原子炉炉心に関する。

〔従来の技術〕

第２図に示すように、沸騰水型原子炉の燃料集合体１は
、上部タイプレート２、下部タイプレート３、および、
スペーサ４で保持された複数の燃料棒５と、これらの燃
料棒５を内蔵するチャンネルボックス６と、チャンネル
ボックス６を上部タイプレート２に固定し、燃料集合体
１を炉心に装荷したときに隣接する他の燃料集合体との
間の間隙を保持する作用をする弾性部材よりなるチャン
ネルファスナ７により構成される。

沸騰水型原子炉の炉心には、その出力に応じて四方ない
しへ百体程度の燃料集合体１が、第３図に示すように、
規則正しく装荷されており、十字形の制御棒８がこの燃
料集合体画体に囲まれるような位置に配置されている。

第４図はこの状態を拡大して示したものであり、四つの
燃料集合体１と十字形の制御棒８で単位セルを構成して
おり、この単位セルが原子炉容器内に設けられている樹
形の上部格子板９の桝内に収まるように装荷される。単
位セル内の燃料集合体１の相互間の間隔りは四つの燃料
集合体１のチャンネルファスナ７によって保持されてお
り、制御棒８の通路となっている。

ところで、チャンネルボックス６はジルコニウム合金で
作られており、使用期間中には多量の高速中性子束の照
射を受は長手方向に伸びを生じる。

もしも、チャンネルボックス６の対向面に高速中性子束
の差があればチャンネルボックス６の対向面に照射成長
による伸び差が生じ、第５図に示すように、高速中性子
束が大きく、伸びが大きい側の面が外側に凸となるよう
な曲がりを生じる。高速中性子束の差Δφを、制御棒に
隣接するチャンネルボックス側面の中性子束φ１と、制
御棒から遠い側のチャンネルボックス側面の中性子束φ
２との差として定義すると、△φが正の符号であれば、
制御棒に隣接したチャンネルボックス側面が外側に凸と
なるように曲がり、チャンネルボックスと制御棒との間
隙が減少し、その結果、原子炉の安全上重要な問題とな
る可能性がある。

一般に、沸騰水型原子炉では、最初の運転時の炉心、い
わゆる、初装荷炉心に装荷される燃料集合体の平均濃縮
度は同一で一種類であるのが普通であった。ところで、
原子炉では１サイクルごとに全数の１／３〜１／４の燃
料集合体を取出し、新燃料と交換するが、初装荷炉心用
燃料集合体の平均濃縮度は二、三サイクル炉心内で燃焼
が可能なように設定されているため、初装荷炉心用燃料
集合体を用いる運転サイクル（以下「第一運転サイクル
」と呼び、それ以後に部分的に燃料を交換し、引続き運
転するサイクルを「第二運転サイクル」、「第三運転サ
イクル」　・・・と呼ぶ）終了時の燃料交換では、まだ
十分に燃焼の進んでいない、ウラン２３５残留量の多い
燃料集合体を炉心から取出すことになり不経済であった
。このため、例えば、特開昭６１−１２８１８５号公報
に示すように、初装荷炉心を平均濃縮度の異なる複数の
燃料集合体により構成し、炉心最外周部には最も濃縮度
の低い燃料集合体を配置し、さらに、この炉心最外周部
に配置した低濃縮度の燃料集合体は、第二運転サイクル
終了後に取出す方法が行われており、この方法によって
燃料経済性の向上を図ることができる。

〔発明が解決しようとするｖ１８〕。

従来の原子炉炉心は、燃料の経済性に重点を置いたもの
であるが、チャンネルボックスの曲りによる制御棒とチ
ャンネルボックスとの干渉について考慮されていなかっ
た。チャンネルボックスは対向する二個面間の高速中性
子束の傾きにより照射面がりを生じるが、炉心最外周位
置のチャンネルボックスは炉心中央部に比べて高速中性
子束の傾きが大きく、チャンネルボックスの曲りも大き
くなる。今後、運転期間の長期化が進められようとして
おり、燃料経済性向上のために、炉心最外周部に低濃縮
度燃料を使用し、第二運転サイクル終了まで低濃度燃料
を炉心最外周部領域に配置したままで、しかも、第二運
転サイクルにおける炉心最外周部領域の燃料と制御棒を
はさんで向い合う最外周から二列目の燃料が、新燃料か
、あるいは、第一運転サイクルに中央領域に配置してあ
った燃料であれば、最外周の単位セル（第４図）におけ
る制御棒をその制御棒をはさむ二本のチャンネルボック
ス間の間隙が小さくなり、制御棒の挿入を防げる可能性
が出てくる。

本発明の目的は、燃料の経済性をさほど損うことなく、
シかもチャンネルボックスの曲り変形による制御棒とチ
ャンネルボックスとの干渉の可能性を低く抑えることの
できる原子炉炉心を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、第一運転サイクルに炉心最外周部でチャン
ネルボックスの相対する二面間の高速中性子束の傾きが
大きな位置に配置されていた燃料集合体を第二運転サイ
クルでも引続き炉心最外周位置に装荷し、さらに、第一
運転サイクルに燃料集合体と制御棒をはさんで隣接して
いた二列目の燃料集合体も第二運転サイクルで引続き最
外周部の燃料集合体に隣接する二列目の位置に配置する
ことにより達成される。

〔作用〕

原子炉の炉心の高速中性子束は、第６図に示すような炉
心断面における勾配をもっており、炉心外周部では高速
中性子束の勾配が特に大きい。従って、炉心外周部のチ
ャンネルボックスは炉心中心部側の側面が凸となるよう
な曲がりを生じる。

そこで、第一運転サイクルにおいて、炉心最外周位置に
装荷されていた燃料集合体は第二運転サイクルでは炉心
から取出す方がチャンネルボックスの曲がりの観点から
は好ましいが、燃料経済性の観点からは炉心最外周燃料
を低濃縮度燃料として第二運転サイクルも引続き装荷す
る方が好ましい。

本発明では、最外周位置に第二運転サイクル終了時まで
連続して装荷し、その最外周位置の燃料集合体に隣接す
る第二列目の燃料集合体も引続き第二運転サイクルで同
一位置に装荷する。第６図に示すような高速中性子束の
勾配があると第７（ａ）図に示すように、最外周位置の
チャンネルボックスは曲がりを生じるが、第二列目のチ
ャンネルボックスも最外周位置のものと同一の方向に曲
がりを生じるので二本のチャンネルボックス間の間隙が
制御棒の厚さよりも大きければ制御棒の挿入が妨げられ
ることはない。ところが、第一運転サイクル終了時に第
二列目の燃料集合体を別の燃料集合体と交換すると、第
７（ｂ）図に示すように、二本のチャンネルボックス間
の間隙が減少し、制御棒の挿入が妨げられる場合が生じ
る可能性が出てくる。従って、最外周燃料と第二列目の
燃料を第一運転サイクルと第二運転サイクルで、その位
置を変更しない方がチャンネルボックスの曲がりによる
制御棒の挿入時の干渉を生じる可能性を低く保つことが
できる。しかも、ニサイクル連続して装荷できるため燃
料経済性の観点からも好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は１１００ＭＷｅ級沸騰水型原子炉の炉心の１／
４を模式的に示した平面図である０図中８は制御棒を示
し、その周囲には四本の燃料集合体が装荷され、この制
御棒−本と燃料集合体臼体で単位セルを構成し、この単
位セルを複数個配置して炉心が構成される。２１は炉心
最外周位置の燃料集合体を、２２は最外周から二列目の
位置の燃料集合体をそれぞれ表わす０本実施例では、炉
心最外周位置と最外周から二列目の位置の燃料を低濃縮
度燃料とし、第一運転サイクル終了時に炉心から取出す
燃料は２１．２２の位置以外の炉心中央領域の燃料とし
、第一運転サイクルにおいて２１．２２の位置に装荷し
てあった燃料は第二運転サイクルにおいても引続き第一
運転サイクルと同一の位置に装荷するものとする。炉心
最外周部を低濃縮度燃料集合体とし、第一運転サイクル
終了時に、炉心から取出す燃料集合体を炉心最外周部以
外の燃料集合体とし、炉心最外周部の燃料集合体は第二
運転サイクルでも引続き炉心最外周部に配置する例が特
開昭６１−１２８１８５号公報に記述されているが、本
発明は、低濃縮度燃料とし第二運転サイクルまで引続き
炉心内に装荷する燃料集合体の位置を、最外周部のみで
はなく、最外周部と最外周から二列目の両方としたこと
を特徴とする。

炉心最外周部と最外周から二列目を低濃縮度燃料集合体
としたことの燃料経済性上の効果は特開昭６１−１２８
１８５号公報と同様である。

本実施例のように、炉心最外周燃料と最外周から二列目
の燃料を第一運転サイクル開始時から第二運転サイクル
終了時まで炉心内の同一位置に配置することの効果とし
て、炉心最外周位置と最外周から二列目の位置のチャン
ネルボックスは第７図（ａ）に示したように、高速中性
子束の傾きにより生じる照射面がりの方向が同じである
ため、曲がりが生じても二本のチャンネルボックス間の
間隙は高さ方向にほぼ均等に開いているという効果がよ
り重要である。もしも、第一運転サイクルに炉心最外周
位置に装荷した燃料集合体を第二運転サイクルに引続き
同じ位置に装荷した場合に、その燃料集合体に隣接する
最外周から二列目の燃料集合体が第７図（ｂ）に示すよ
うにチャンネルボツクスの曲がりが、例えば、最外周燃
料のチャンネルボックスと逆方向のものを第二運転サイ
クルに最外周から二列目の位置に装荷すると第二運転サ
イクル初期に制御棒を挿入しようとしても挿入が妨げら
れる可能性が生じる。本実施例によれば炉心最外周位置
と最外周から二列目の位置のチャンネルボックスの曲が
る方向が同じであるため、二本のチャンネルボックス間
の間隙は十分広く、制御棒の挿入が妨げられる可能性を
低く抑えられる。

本実施例のもう一つの効果は、炉心最外周位置と最外周
から二列目の位置の燃料集合体を第一運転サイクル終了
時に動かす必要がないので、燃料シャラフリングの工数
を低減することができる。

本発明の第二の実施例を第８図に示す、第８図は第１図
と同じ１１００ＭＷｅ級沸騰水型原子炉の炉心の１７４
を模式的に示した平面図である。

３１及び３２はそれぞれ第一運転サイクル開始から第二
運転サイクル終了までその位置を変更しない燃料集合体
の位置を表わす。第１図に示した第一の実施例では第二
運転サイクルにおける燃料装荷位置を変更しない燃料集
合体が炉心最外周位置と最外周から二列目の位置のすべ
てであったが、本実施例では第８図の３３で示した位置
を除いである。これは、炉心内の高速中性子束は炉心中
心から、はぼ、放射状に傾きをもち、第８図の３３の位
置ではチャンネルボックスの側面に４５°に近い方向に
高速中性子束の傾きがあるため、３１゜３２の位置のチ
ャンネルボックスに比べてチャンネルボックスの曲がり
が少ないので最外周から二列目の装荷位置を第二運転サ
イクルで変更しても制御棒とチャンネルボックスの干渉
の可能性は小さいと考えられるためである。従って、第
一運転サイクルに炉心最外周位置、及び、最外周から二
列目の周辺部領域に装荷してあった燃料集合体のうち５
０％以上を第二運転サイクルにおいても。

その位置を変更しなければ、制御棒とチャンネルボック
スとの干渉の可能性を低く抑えることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料の経済性を損うことなく、チャン
ネルボックスの照射面がりによる制御棒挿入時の制御棒
とチャンネルボックスとの干渉の可能性を低く抑えるこ
とができ、燃料シャラフリングの工数を低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原子炉炉心の説明図、第２
図は燃料集合体の部分断面図、第３図は沸騰水型原子炉
の炉心の横断面図、第４図は第２図の燃料集合体よりな
る単一セルの平面図、第Ｓ図はチャンネルボックスが炉
内で照射された場合の変形を示す図、第６図は炉心内の
高速中性子束の分布図、第７図はチャンネルボックスの
変形を示す説明図、第８図は本発明の他の実施例の説明
図である。 １・・・燃料集合体、６・・・チャンネルボックス、７
・・・チャンネルファスナ、８・・・制御棒、２１．３
１・・・炉心最外周位置、２２．３２・・・最外周から
二列目の位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料集合体の配置位置を周辺部領域と中央部領域と
   に分類したとき、第一運転サイクル終了時に炉心から取
   出す燃料集合体を前記中央部領域に配置されていた燃料
   集合体とすることを特徴とする原子炉炉心。 ２、前記周辺部領域が前記燃料集合体の配列の最外周か
   ら二列目であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の原子炉炉心。 ３、第一運転サイクルに前記周辺部領域に配置されてい
   た前記燃料集合体の第二運転サイクルにおける配置位置
   が、前記第一運転サイクルと同一である割合が前記周辺
   部領域の前記全燃料集合体の５０％以上であることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項記載の原
   子炉炉心。