JPH03148096A - 下部端栓改良型原子燃料棒 - 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） 本発明は原子燃料棒、特に下部端栓に改良を加えた主と
して沸騰水型原子炉用原子燃料棒に関するものである。

（従来の技術） 原子燃料棒、特に沸騰水型原子炉用原子燃料棒（ＢＷＲ
燃料）は一般に複数の円柱状燃料ペレットからなるペレ
ットスタックを被覆管内に装入することによって作成さ
れるが、被覆管と燃料ペレットとは熱膨張堡数が差があ
り、そのため燃焼時に熱膨張差を生じると共に、ペレッ
トから放出される核分裂生成ガスの発生に伴う体積の増
大もあって、これらを吸収するため被覆管内でペレット
スタック上部に充分なフレナム部（空隙部）を設け、ペ
レットから放出される上記核分裂生成ガスや蒸発性不純
物のガス溜めの働きをさせると共にスプリングを挿入し
て被覆管内に燃料ペレットをスタックとして装入し、上
部プレナム部にプレナムスプリングを介在させ、上下両
端を端栓で密封した構造となっていた。

そして上記現行設計で実機で使用されている燃料棒の下
部端栓（３）は第３図に示す如く燃料ペレット（２）を
装填した被覆管（１，１の下端に取り付けられ、通常、
ジルカロイの丸棒が機械加工されたものであって、中実
形状の太径部（４）と先端細径部（５）から形成されて
いて同一材料で作られる被覆管（１）と端部が密封溶接
されている。

ところで、上記の如き現行設計の端栓は被覆管との溶接
において良好な溶接性を有する形状であると同時に、燃
料体の組立時等の燃料取扱い時に、端栓部に衝撃力が加
わっても簡単に変形しない強度が通常要求される。

また、下部端栓部で冷却材圧損については特に注意が払
われず、可能な範囲で低圧損となるように設計されるの
が一般的となっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記の如き現行設計の原子燃料棒はこれを現
在、要求されている高燃焼度下まで照射した場合、現行
燃焼度より燃焼が伸長した期間に燃料ベレットより放出
される核分裂生成ガス（ＦＰガス）の圧力が上昇する。

また現行設計のＢＷＲ燃料ではＬａ５ａｌｌｅ　２　（
米国の沸騰水型原子炉ラサール２号機）の不安定事象が
観測されたように、炉心条件によっては通常の原子炉運
転範囲においても冷却材の流動の不安定現象（チャンネ
ル不安定性）が発生する可能性をもっている。

しかしながら、現在、高燃焼度化に対応した燃料の開発
が進められており、これに応えるべく高燃焼度下での燃
料棒の健全性を維持するためには出来るだけ大きなプレ
ナム体積を確保することが必要である。

また、ＢＷＲ燃料の場合には炉心内が２相流となるため
、炉心内の核熱的な流動状態を安定に保つためには単相
領域における圧損を確保する必要がある。

本発明は上述の如き時代の趨勢と、現行設計の燃料棒の
もつ種々の問題に対応し、特に下部端栓に着目してその
軸方向長さを従来のものより長くとり、かつ表面に凹凸
を形成させることによりプレナム体積を確保すると同時
に端栓部単相領域での圧損を増加させ、燃料の健全性と
原子炉内での安定性を改善することを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 即ち、上記目的に適合する本発明原子燃料棒の特徴は前
記した複数の燃料ペレットを被覆管内に装入し、上下両
端を夫々端栓により密封せしめた構成において、太径部
と細径先端部を有する下部端栓の上記太径部を従前構造
のそれに比し軸方向に長くとり、その表面上に機械加工
等による凹凸を形成すると共にその内部にブレナム用の
中空部を設けた点にある。

この場合、軸方向に長くとる太径部は現行設計に比較し
て長ければよいわけであるが、実際問題としては３０〜
４０ｍ程度、長くすることが可能である。

（作用） 上記の如く構成することにより端栓部での冷却材の圧損
、即ち、単相流圧損を増加させることになる。

一般に原子炉内での安定性は 単相流圧損 ２相流部圧損＋単相流圧損 の比が大きくなる程、安定になると云われているので単
相流圧損の増加は、即ち、安定性の改善につながる。

また、本発明の下部端栓は従来のものより太径部を軸方
向に長くした部分を中空構造として、プレナム体積とし
ての中空部を余分に確保することが可能となり、炉内で
照射される時、燃料ベレットから放出されるＦＰガスを
吸収するために有効に作用する。従ってＦＰガス量の増
加が予測される高燃料度燃料として頗る好適となる。

（実施例） 以下、更に添付図面により本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図番よ本発明原子燃料棒の要部をなす下
部端栓構造の各実施例を示し、複数の燃料ペレット（２
）が装入された被覆管【１）の下端に下部端栓（３）が
密封溶接されていること、下部端栓が太径部（４）と、
細径の先端部（５）を有して形成されていることは第３
図に示す従来構造と基本的には同様であるが、第１図及
び第２図においては第３図に示す従来構造のものに比べ
て、下部端栓（３）の太径部（４）が軸方向に長くとら
れており、その表面に第１図ではローレント加工による
らせん溝からなる凹凸（６）が、また第２図ではラビリ
ンス加工による段付凹凸（７）が形成されて、夫々端栓
部での冷却材の５− ６− 材圧損を大きくする工夫がなされている。

しかも、また、上記第１図及び第２図における軸方向に
長くとられた各太径部（４）は何れもその内部は照射中
に燃料ベレットから放出されるＦＰガスを吸収するため
のブレナム体積として役立つように中空部（８）とする
機械加工が加えられている。

この場合、太径部（４）の長さをどの位まで長くとるか
は必ずしも一部に云えないが燃料棒としての実使用上か
らある程度の制限を受けることは当然である。

しかし、現行設計の下部端栓に比較して３０〜４０ｎ位
長くすることは十分、可能である。そして、これによっ
てプレナム体積として中空部を２〜３ｃｃ確保すること
が可能となる。

通常、燃料棒のプレナム体積は２０〜３０ｃｃ確保に設
計されることを考えれば上記本発明における下部端栓で
は燃料棒の機械的余裕度を１割程度向上させ得ることに
なる。

また、表面の機械加工等による端栓部の圧損の増加の結
果としては燃料体の単相圧損を２〜５％増加させること
ができ、これによってチャンネル安定性を減幅比で０．
０５％程度、改善することが期待される。

（発明の効果） 本発明は以上のように燃料棒、特にＢＷＲ燃料棒の下部
端栓部の太径部を軸方向に長くとり、その表面上に機械
加工等により凹凸を形成し、かつ内部にブレナム用の中
空部分を設けたものであり、下部端栓の太径部を従来に
比し長くしたことにより該部分を中空構造として炉内が
照射される時、燃料ペレットから放出されるＦＰガスを
吸収するプレナム体積としての有効な役割を果たさせる
ことができ、燃料ペレットから放出されるＦＰガス量の
増加が予測される高燃料度下での燃料棒の健全性を改善
し、高燃料度化に対応した燃料としての有効性を高める
ことができる。

また同太径部表面に機械加工等により凹凸を形成したこ
とによりその軸方向長さの増大と共に端栓の圧損を増加
させ、これによって燃料体の単相圧損を増やし、炉心内
の核熱的な流動状態を安定的に保持させて、いわゆるチ
ャンネル安定性を改善することができる顕著な効果も期
待される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明燃料棒の要部をなす下部端栓
構造の各偶を示す一部断面概要図、第３図は現行設計の
下部端栓構造を示す同じく一部断面概要図である。 （１）・・・被被覆、 （２）・・・燃料ベレツト、 （３）・・・下部端栓、 （４）・・・太径部、 （５）・・・細径先端部。 ９− ７００−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被覆管内に複数の燃料ペレットを装入し、上下両端
   を夫々端栓により密封してなる原子燃料棒において、太
   径部と細径先端部を有する下部端栓の前記太径部を従前
   構造のそれに比較して軸方向に長く作成し、かつその表
   面上に凹凸を形成すると共に、内部にプレナム用中空部
   を設けたことを特徴とする下部端栓改良型原子燃料棒。