JPH0436355B2 - - Google Patents
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- JPH0436355B2 JPH0436355B2 JP58075405A JP7540583A JPH0436355B2 JP H0436355 B2 JPH0436355 B2 JP H0436355B2 JP 58075405 A JP58075405 A JP 58075405A JP 7540583 A JP7540583 A JP 7540583A JP H0436355 B2 JPH0436355 B2 JP H0436355B2
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- JP
- Japan
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- fuel
- diameter
- bundle
- bdi
- pin
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/326—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
- G21C3/328—Relative disposition of the elements in the bundle lattice
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/322—Means to influence the coolant flow through or around the bundles
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
- G21C3/32—Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
- G21C3/336—Spacer elements for fuel rods in the bundle
- G21C3/338—Helicoidal spacer elements
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、ワイヤスペーサ型の高速炉用燃料集
合体に係り、特に燃料要素束とそれを収納してい
るラツパ管との接触応力を緩和できる燃料集合体
に関する。
合体に係り、特に燃料要素束とそれを収納してい
るラツパ管との接触応力を緩和できる燃料集合体
に関する。
従来のワイヤスペーサ型の高速炉用燃料集合体
は、第１図に示すような構成になつている。すな
わち、同図ａに示す如き燃料ピン１は多数本束ね
られ、ｂに示す如き六角形のラツパ管３に収納さ
れて燃料集合体を構成する。燃料ピン１にはワイ
ヤスペーサ２が巻きつけられており、冷却材の流
通面積を確保すると同時に、燃料ピン１の被覆管
同志が接触することを防止している。４は燃料ピ
ンの上部端栓、５は同じく下部端栓、６はノツク
バーである。冷却材は、ラツパ管３の中を下から
上へ流れる。第２図は、第１図ｂのＡ−A′でと
つたラツパ管内の横断面図である。
は、第１図に示すような構成になつている。すな
わち、同図ａに示す如き燃料ピン１は多数本束ね
られ、ｂに示す如き六角形のラツパ管３に収納さ
れて燃料集合体を構成する。燃料ピン１にはワイ
ヤスペーサ２が巻きつけられており、冷却材の流
通面積を確保すると同時に、燃料ピン１の被覆管
同志が接触することを防止している。４は燃料ピ
ンの上部端栓、５は同じく下部端栓、６はノツク
バーである。冷却材は、ラツパ管３の中を下から
上へ流れる。第２図は、第１図ｂのＡ−A′でと
つたラツパ管内の横断面図である。
ラツパ管３内に納められた燃料要素束は、高速
炉炉心に装荷され、２〜３年間に亘つて、燃焼す
る。すなわち、燃料ピン中の核燃料が核分裂をく
りかえし、エネルギーを発生する。発生した熱エ
ネルギーは、冷却材（ナトリウム）によつて除去
される。冷却材温度は、燃料集合体内で最高640
〜680℃程度となる。燃料集合体の構造材、すな
わち、ラツパ管，燃料ピン被覆管、およびワイヤ
スペーサ等（これらの構造材は通常、ステンレス
鋼である）は、２〜３年間の燃焼期間中に、核分
裂反応により発生する高い中性子束および高温に
さらされる結果、スウエリング，クリープなどに
より膨張する。
炉炉心に装荷され、２〜３年間に亘つて、燃焼す
る。すなわち、燃料ピン中の核燃料が核分裂をく
りかえし、エネルギーを発生する。発生した熱エ
ネルギーは、冷却材（ナトリウム）によつて除去
される。冷却材温度は、燃料集合体内で最高640
〜680℃程度となる。燃料集合体の構造材、すな
わち、ラツパ管，燃料ピン被覆管、およびワイヤ
スペーサ等（これらの構造材は通常、ステンレス
鋼である）は、２〜３年間の燃焼期間中に、核分
裂反応により発生する高い中性子束および高温に
さらされる結果、スウエリング，クリープなどに
より膨張する。
スウエリングは、中性子の照射により材料内に
生じたガスが材料内で空孔を形成するために、材
料の体積が膨張する現象である。クリープは、高
温条件下で応力が働いている材料において、結晶
の原子配列の転移により、応力を緩和する方向に
材料が伸び、又は縮む現象である。
生じたガスが材料内で空孔を形成するために、材
料の体積が膨張する現象である。クリープは、高
温条件下で応力が働いている材料において、結晶
の原子配列の転移により、応力を緩和する方向に
材料が伸び、又は縮む現象である。
炉心内では、ラツパ管は冷却材の圧力により内
側から外側へ応力を受けているので、クリープの
結果、ラツパ管は膨張する。燃料ピンは、燃料ピ
ン中に溜る核分裂生成ガスのガス圧によつて燃料
ピンが膨らむ方向に応力を受け、その結果、クリ
ープが起つて燃料ピンは膨張する。ワイヤスペー
サは、スウエリングによつて膨張し、また、巻き
つけの張力に基づくクリープにより若干伸びると
考えられるが、膨張量は、燃料ピンおよびラツパ
管よりも小さい。
側から外側へ応力を受けているので、クリープの
結果、ラツパ管は膨張する。燃料ピンは、燃料ピ
ン中に溜る核分裂生成ガスのガス圧によつて燃料
ピンが膨らむ方向に応力を受け、その結果、クリ
ープが起つて燃料ピンは膨張する。ワイヤスペー
サは、スウエリングによつて膨張し、また、巻き
つけの張力に基づくクリープにより若干伸びると
考えられるが、膨張量は、燃料ピンおよびラツパ
管よりも小さい。
燃料集合体の構造材をなすステンレス鋼のスウ
エリング，クリープ等の特性の予測値はかなりば
らつく。さらに、材料の精錬時の不純物管理の困
難性がスウエリングやクリープの特性の不確定さ
を大きくしている。
エリング，クリープ等の特性の予測値はかなりば
らつく。さらに、材料の精錬時の不純物管理の困
難性がスウエリングやクリープの特性の不確定さ
を大きくしている。
以上のスウエリング，クリープの他にいわゆる
熱膨張の効果もあり、燃料集合体，冷却材の温度
の不均一による熱膨張差によつて燃料ピンは複雑
に彎曲するので、燃料集合体は複雑な変形状態を
呈する。
熱膨張の効果もあり、燃料集合体，冷却材の温度
の不均一による熱膨張差によつて燃料ピンは複雑
に彎曲するので、燃料集合体は複雑な変形状態を
呈する。
燃料要素束とラツパ管の膨張による相互作用
（Bundle−Duet−Interaction、以下BDIと略記す
る）を定量的に記述するためにBDI量という量が
定義されており、これは本発明を理解する上で不
可欠の概念であるので、第３でこれを説明する。
第３図において、リング数（燃料要素束の中心か
ら数えた燃料ピンの層数）をＮ、燃料ピンの直径
をＤ、ワイヤスペーサの直径をdw、ラツパ管の
内対面間距離をＥとする。
（Bundle−Duet−Interaction、以下BDIと略記す
る）を定量的に記述するためにBDI量という量が
定義されており、これは本発明を理解する上で不
可欠の概念であるので、第３でこれを説明する。
第３図において、リング数（燃料要素束の中心か
ら数えた燃料ピンの層数）をＮ、燃料ピンの直径
をＤ、ワイヤスペーサの直径をdw、ラツパ管の
内対面間距離をＥとする。
ここでハンドル（燃料要素束）直径Ｂを次のよ
うに定義する。
うに定義する。
Ｂ＝２（Ｎ−１）（Ｄ＋dw）cos30゜
＋Ｄ＋2dw ……(1)
BDI量は次のように定義される。
BDI量＝Ｂ−Ｅ ……(2)
すなわち、BDI量は、燃料要素束とラツパ管と
の間に残されている余裕を表わす量である。
の間に残されている余裕を表わす量である。
燃料集合体の炉心装荷当初には、一般にＢ＜Ｅ
であり、BDI量は負である。燃料集合体の燃焼に
ともなつてバンドル直径Ｂおよびラツパ管内対面
間距離Ｅとも膨張し大きくなるが、一般に燃料ピ
ン内ガス圧は冷却材圧力よりも大きく、また被覆
温度はラツパ管温度より高いために、バンドル直
径Ｂの膨張量はラツパ管内対面間距離Ｅよりも大
きくなる。このことは、形式的には、燃料要素束
がラツパ管内に納まりきれなくなることを意味す
るが、現実には、Ｂ＞Ｅ（BDI量＞０）であつて
もラツパ管内に納まることがわかつている。すな
わち第４図はラツパ管内の燃料要素束を示す図で
あつて、ａは、バンドルの膨張がラツパ管の膨張
に追いつき、Ｂ＝Ｅ（BDI量＝０）となつた状態
を表わす。ｂは、バンドルの膨張がさらに大きく
なり、Ｂ＞Ｅ（BDI量＞０）となつた状態を表す。
Ｂ＞Ｅとなつても、燃料ピン１が彎曲して燃料ピ
ン間の間隙を埋める結果、燃料要素束はラツパ管
に納まることが可能であることがわかる。
であり、BDI量は負である。燃料集合体の燃焼に
ともなつてバンドル直径Ｂおよびラツパ管内対面
間距離Ｅとも膨張し大きくなるが、一般に燃料ピ
ン内ガス圧は冷却材圧力よりも大きく、また被覆
温度はラツパ管温度より高いために、バンドル直
径Ｂの膨張量はラツパ管内対面間距離Ｅよりも大
きくなる。このことは、形式的には、燃料要素束
がラツパ管内に納まりきれなくなることを意味す
るが、現実には、Ｂ＞Ｅ（BDI量＞０）であつて
もラツパ管内に納まることがわかつている。すな
わち第４図はラツパ管内の燃料要素束を示す図で
あつて、ａは、バンドルの膨張がラツパ管の膨張
に追いつき、Ｂ＝Ｅ（BDI量＝０）となつた状態
を表わす。ｂは、バンドルの膨張がさらに大きく
なり、Ｂ＞Ｅ（BDI量＞０）となつた状態を表す。
Ｂ＞Ｅとなつても、燃料ピン１が彎曲して燃料ピ
ン間の間隙を埋める結果、燃料要素束はラツパ管
に納まることが可能であることがわかる。
しかし、BDI量が正になると、燃料要素束はラ
ツパ管から強く押しがえされるような応力を受け
ることになり、BDI量が大きくなるにつれて燃料
ピンの受けるこの力は大きくなり、ついには燃料
ピンの破損に至る。
ツパ管から強く押しがえされるような応力を受け
ることになり、BDI量が大きくなるにつれて燃料
ピンの受けるこの力は大きくなり、ついには燃料
ピンの破損に至る。
一般にはラツパ管の膨張速度よりも燃料要素束
の膨張速度の方が大きいので、燃料集合体の燃焼
期間中にBDI量（＝Ｂ−Ｅ）は次第に増加し、最
終的にはBDIの許容基準を越えてしまう。
の膨張速度の方が大きいので、燃料集合体の燃焼
期間中にBDI量（＝Ｂ−Ｅ）は次第に増加し、最
終的にはBDIの許容基準を越えてしまう。
実験的に明らかにされているBDIの許容範囲
は、 BDI量2dw ……(3) である。第４図ｂからわかるように、幾何学的に
許容されるBDI量は1dwである。BDI量＞1dwで
あれば、第４図ｂから見るかぎり、バンドルはラ
ツパ管３に納りきれない。しかし、燃料要素束
は、水平横断面で見た場合、燃料ピンの彎曲や捩
れによつて互いの間隙にまわり込む結果が考えら
れ、この効果のために許容されるBDI量は1dwよ
りも更に大きい値になつている。したがつて、バ
ンドルの膨張を吸収する効果には、第４図ｂから
明らかな「幾何学的効果」と、水平断面における
「まわり込み効果」があることになる。(3)式は、
BDI量の余裕として、幾何学的なBDI量が1dwあ
る他に「まわり込み効果」によるBDI量が1dwあ
ること、したがつて、この二つの効果の和とし
て、BDI量2dwならば、燃料ピンに過度の応力
がかからないことを示している。また一般に、幾
何学的効果によるBDIに対する余裕が大きいこと
は、バンドル内に大きな空隙があることであるか
ら、水平断面における「まわり込み効果」も相乗
的に大きくなる。
は、 BDI量2dw ……(3) である。第４図ｂからわかるように、幾何学的に
許容されるBDI量は1dwである。BDI量＞1dwで
あれば、第４図ｂから見るかぎり、バンドルはラ
ツパ管３に納りきれない。しかし、燃料要素束
は、水平横断面で見た場合、燃料ピンの彎曲や捩
れによつて互いの間隙にまわり込む結果が考えら
れ、この効果のために許容されるBDI量は1dwよ
りも更に大きい値になつている。したがつて、バ
ンドルの膨張を吸収する効果には、第４図ｂから
明らかな「幾何学的効果」と、水平断面における
「まわり込み効果」があることになる。(3)式は、
BDI量の余裕として、幾何学的なBDI量が1dwあ
る他に「まわり込み効果」によるBDI量が1dwあ
ること、したがつて、この二つの効果の和とし
て、BDI量2dwならば、燃料ピンに過度の応力
がかからないことを示している。また一般に、幾
何学的効果によるBDIに対する余裕が大きいこと
は、バンドル内に大きな空隙があることであるか
ら、水平断面における「まわり込み効果」も相乗
的に大きくなる。
現状では、BDIのせいで燃料集合体が炉心内に
長期間滞在することが許されないので、この問題
に対する対策として、特開昭56−57985号の発明
は、第５図に示すように、燃料要素束の最外周に
直径４mm程度の太い中空ワイヤ７を巻きつけるこ
とを提案している。この方法は、中空ワイヤ７が
燃料要素束の膨張とともに漬れてバンドルの膨張
を吸収する効果があるとされる。バンドルの膨張
とともに中空ワイヤが漬れるかどうかは確実でな
いが、太径ワイヤを最外周に巻くことは効果的で
あつて、幾何学的には、バンドルが最外周巻きつ
けワイヤの直径（４mm）程度まで膨張することが
可能である。
長期間滞在することが許されないので、この問題
に対する対策として、特開昭56−57985号の発明
は、第５図に示すように、燃料要素束の最外周に
直径４mm程度の太い中空ワイヤ７を巻きつけるこ
とを提案している。この方法は、中空ワイヤ７が
燃料要素束の膨張とともに漬れてバンドルの膨張
を吸収する効果があるとされる。バンドルの膨張
とともに中空ワイヤが漬れるかどうかは確実でな
いが、太径ワイヤを最外周に巻くことは効果的で
あつて、幾何学的には、バンドルが最外周巻きつ
けワイヤの直径（４mm）程度まで膨張することが
可能である。
この方法の問題点は、必然的にラツパ管径が大
きくなるために炉心が大きくなること、また、燃
料要素束外周の流路面積が大きいために外周部に
冷却材が多く流れ、冷却効率が減少する可能性が
あること、さらに、最外周に非常に大きな旋回流
れが発生する可能性があり、これが燃料集合体の
振動を引き起こす可能性があること、また外周の
巻きつけワイヤの全長が非常に長いので燃料集合
体内の構造材が増加すること等である。
きくなるために炉心が大きくなること、また、燃
料要素束外周の流路面積が大きいために外周部に
冷却材が多く流れ、冷却効率が減少する可能性が
あること、さらに、最外周に非常に大きな旋回流
れが発生する可能性があり、これが燃料集合体の
振動を引き起こす可能性があること、また外周の
巻きつけワイヤの全長が非常に長いので燃料集合
体内の構造材が増加すること等である。
本発明の目的は、燃料集合体内の構造材やラツ
パ管径の増加ないし燃料要素束外周の冷却材流路
面積の増加や旋回流の発生を招くことなく、原子
炉内滞在期間中の燃料要素束およびラツパ管の膨
張によるBDIひいては燃料ピンに働く応力の許容
値超過を防止するようにしたワイヤスペーサ型の
燃料集合体を提供することにある。
パ管径の増加ないし燃料要素束外周の冷却材流路
面積の増加や旋回流の発生を招くことなく、原子
炉内滞在期間中の燃料要素束およびラツパ管の膨
張によるBDIひいては燃料ピンに働く応力の許容
値超過を防止するようにしたワイヤスペーサ型の
燃料集合体を提供することにある。
本発明は燃料ピンとこれに巻つけられたワイヤ
スペーサとから各々なる燃料要素を複数の列をな
すように多数本束ねてラツパ管に収納した燃料集
合体おいて、燃料要素束のうち少数の燃料要素を
他の大多数の燃料要素よりも、燃料ピンの直径が
細く且つワイヤースペーサの直径が太い燃料要素
としたことを特徴とするものである。
スペーサとから各々なる燃料要素を複数の列をな
すように多数本束ねてラツパ管に収納した燃料集
合体おいて、燃料要素束のうち少数の燃料要素を
他の大多数の燃料要素よりも、燃料ピンの直径が
細く且つワイヤースペーサの直径が太い燃料要素
としたことを特徴とするものである。
第６図は本実施例に用いる燃料要素の断面図を
示すもので、第１図に示した従来と同じ構成のＡ
タイプ燃料要素と、これに比べて燃料ピン径を細
くしワイヤ径を太くしたＢタイプ燃料要素とを用
いて燃料要素束を構成する。Ａタイプ燃料要素
は、本実施例においては、燃料ピン径DA＝7.6mm、
ワイヤ径dWA＝1.3mmとし、これに対して、Ｂタイ
プ燃料要素は燃料ピン径DE＝6.2mm、ワイヤ径dWB
＝2.0mmとする。
示すもので、第１図に示した従来と同じ構成のＡ
タイプ燃料要素と、これに比べて燃料ピン径を細
くしワイヤ径を太くしたＢタイプ燃料要素とを用
いて燃料要素束を構成する。Ａタイプ燃料要素
は、本実施例においては、燃料ピン径DA＝7.6mm、
ワイヤ径dWA＝1.3mmとし、これに対して、Ｂタイ
プ燃料要素は燃料ピン径DE＝6.2mm、ワイヤ径dWB
＝2.0mmとする。
これらＢタイプ燃料要素は、本発明の一実施例
においては、第７図に示すごとく、燃料要素束内
に分散内に配置される。すなわち、JF1，JF2，
JF3の各３方向の燃料ピン列について、必ず一本
のＢタイプ燃料要素が含まれるように配置され
る。そのために必要なＢタイプ燃料要素の数は、
Ｎを中心から数えた燃料ピンの層数とすれば、最
少（2N−１）本であり、第７図の例では11本で
ある。Ｂタイプ燃料要素の配置は、一意的ではな
いが、最少（2N−１）本で必ず実現できる。
においては、第７図に示すごとく、燃料要素束内
に分散内に配置される。すなわち、JF1，JF2，
JF3の各３方向の燃料ピン列について、必ず一本
のＢタイプ燃料要素が含まれるように配置され
る。そのために必要なＢタイプ燃料要素の数は、
Ｎを中心から数えた燃料ピンの層数とすれば、最
少（2N−１）本であり、第７図の例では11本で
ある。Ｂタイプ燃料要素の配置は、一意的ではな
いが、最少（2N−１）本で必ず実現できる。
第８図は、第７図の実施例においてBDIが緩和
される原理を説明するためのものである。第７図
のように燃料ピン列の中に、一本のＢタイプ燃料
要素を含む場合、燃料ピン配置ピツチ（隣り合う
燃料ピンの中心間距離）は変化しない。これは DA＋2dWA＝DB＋2dWB の条件を満たすようにDB，dWBの値を決めている
ためである。しかし、第８図に見られるように、
Ｂタイプ燃料要素とＡタイプ燃料要素との間に
は、 Δ＝dWB−dWA だけの間隙が生じる。すなわち、バンドル直径Ｂ
は従来よりもΔだけ小さくなつており、幾何学的
にはバンドルの膨張をΔだけ余分に吸収すること
ができる。実施例においては、Δ＝0.7mmであり、
これは約0.5dWAに等しい。すなわち、それだけ幾
何学的にBDI余裕が生ずる。
される原理を説明するためのものである。第７図
のように燃料ピン列の中に、一本のＢタイプ燃料
要素を含む場合、燃料ピン配置ピツチ（隣り合う
燃料ピンの中心間距離）は変化しない。これは DA＋2dWA＝DB＋2dWB の条件を満たすようにDB，dWBの値を決めている
ためである。しかし、第８図に見られるように、
Ｂタイプ燃料要素とＡタイプ燃料要素との間に
は、 Δ＝dWB−dWA だけの間隙が生じる。すなわち、バンドル直径Ｂ
は従来よりもΔだけ小さくなつており、幾何学的
にはバンドルの膨張をΔだけ余分に吸収すること
ができる。実施例においては、Δ＝0.7mmであり、
これは約0.5dWAに等しい。すなわち、それだけ幾
何学的にBDI余裕が生ずる。
第９図は本発明の他の実施例の横断面を示す。
この実施例においては、燃料要素束中の一列に並
んでいる三方向の任意の燃料要素列に必ず二本の
Ｂタイプ燃料要素が存在するように燃料要素を配
置してある。この配置の場合、幾何学的なBDI余
裕は1.4mm即ち約1dWとなる。
この実施例においては、燃料要素束中の一列に並
んでいる三方向の任意の燃料要素列に必ず二本の
Ｂタイプ燃料要素が存在するように燃料要素を配
置してある。この配置の場合、幾何学的なBDI余
裕は1.4mm即ち約1dWとなる。
幾何学的なBDI余裕が増えると、まわり込みの
効果によるBDI余裕も相乗的に増加するので、こ
れら二つのBDI余裕の増加により、燃料集合体は
長期の炉内滞在に耐えうるようになる。
効果によるBDI余裕も相乗的に増加するので、こ
れら二つのBDI余裕の増加により、燃料集合体は
長期の炉内滞在に耐えうるようになる。
細径燃料ピンと太径ワイヤとからなるＢタイプ
燃料要素の数を増加させればBDIに対する余裕は
増加するが、細径燃料ピンを増すことは燃料集合
体の燃料部分の体積が減少することになるので、
BDIに対する余裕を与えるに必要な最小限にとど
めることが望ましい。
燃料要素の数を増加させればBDIに対する余裕は
増加するが、細径燃料ピンを増すことは燃料集合
体の燃料部分の体積が減少することになるので、
BDIに対する余裕を与えるに必要な最小限にとど
めることが望ましい。
燃料ピン列の各列に少なくとも一本のＢタイプ
燃料要素が配置されるという条件におけるＢタイ
プ燃料要素の最少数は（2N−１）本であるが、
この程度の数のＢタイプ燃料要素を配置すること
によつて炉内滞在期間中のBDIは十分に吸収する
ことができる。この場合、例えば燃料ピン数が
271本（Ｎ＝10）であればＢタイプ燃料要素の数
は19本であり、燃料ピン径を第６図で述べた値と
すれば燃料部分の体積減少は２％程度にすぎな
い。
燃料要素が配置されるという条件におけるＢタイ
プ燃料要素の最少数は（2N−１）本であるが、
この程度の数のＢタイプ燃料要素を配置すること
によつて炉内滞在期間中のBDIは十分に吸収する
ことができる。この場合、例えば燃料ピン数が
271本（Ｎ＝10）であればＢタイプ燃料要素の数
は19本であり、燃料ピン径を第６図で述べた値と
すれば燃料部分の体積減少は２％程度にすぎな
い。
Ｂタイプ燃料要素の細径燃料ピンの周辺では流
路面積が大きくなり且つ発熱量が小さくなるので
冷却材温度が低下する可能性があるが、燃料集合
体全体においてはワイヤスペーサによる旋回流が
生じ、十分な冷却材混合が起るので上記のことは
問題とはならない。ただし、燃料集合体の最外周
部分では、圧損が小さいために冷却材が集中し、
これが燃料集合体中心部分の冷却効率が下げるこ
とが知られているので、Ｂタイプ燃料要素を最外
周に多く配置することは、さらに冷却材の集中を
促進することになり好ましくない。
路面積が大きくなり且つ発熱量が小さくなるので
冷却材温度が低下する可能性があるが、燃料集合
体全体においてはワイヤスペーサによる旋回流が
生じ、十分な冷却材混合が起るので上記のことは
問題とはならない。ただし、燃料集合体の最外周
部分では、圧損が小さいために冷却材が集中し、
これが燃料集合体中心部分の冷却効率が下げるこ
とが知られているので、Ｂタイプ燃料要素を最外
周に多く配置することは、さらに冷却材の集中を
促進することになり好ましくない。
第１０図は本発明の更に他の実施例を示す。本
実施例では燃料要素束の中心および中心附近にＢ
タイプ燃料要素を配置してある。中心にＢタイプ
燃料要素を配置することは、ラツパ管から燃料要
素束に働く応力が常に燃料要素束中心向きである
ことからBDI緩和に効果的である。また、中心附
近にＢタイプ燃料要素を複数本配置することは、
一列に並ぶ燃料ピン列の燃料ピン数が多い所で
BDIが最も厳しくなることから、BDI緩和に効果
的である。
実施例では燃料要素束の中心および中心附近にＢ
タイプ燃料要素を配置してある。中心にＢタイプ
燃料要素を配置することは、ラツパ管から燃料要
素束に働く応力が常に燃料要素束中心向きである
ことからBDI緩和に効果的である。また、中心附
近にＢタイプ燃料要素を複数本配置することは、
一列に並ぶ燃料ピン列の燃料ピン数が多い所で
BDIが最も厳しくなることから、BDI緩和に効果
的である。
第１１図は本発明の更に他の実施例を示す。こ
の実施例では燃料要素束の配置に回転対称性を持
たせるようにＢタイプ燃料要素を配置してある。
第１０図の実施例も配置に回転対称性を有する。
燃料要素束の配置に回転対称性を持たせること
は、炉心の任意位置でラツパ管の六面のうちどれ
を炉心中心に向けても同等となるから、装荷時の
向きの配慮が不要となる利点がある。
の実施例では燃料要素束の配置に回転対称性を持
たせるようにＢタイプ燃料要素を配置してある。
第１０図の実施例も配置に回転対称性を有する。
燃料要素束の配置に回転対称性を持たせること
は、炉心の任意位置でラツパ管の六面のうちどれ
を炉心中心に向けても同等となるから、装荷時の
向きの配慮が不要となる利点がある。
第１２図は本発明の更に他の実施例を示すもの
で、この実施例においては、燃料要素束中の一列
に並ぶ任意の燃料ピン列中に一本のＢタイプ燃料
要素が含まれるような前述の配置（第７図の実施
例はその一例である）のうち、最外周に最少数
（本例では三本）のＢタイプ燃料要素が存在する
ような配置を採つたものである。第１０図の実施
例もそのような配置になつている。最外周に最少
数のＢタイプ燃料要素を配置するることは、前述
した最外周における冷却材集中効果を減らすため
に有効である。
で、この実施例においては、燃料要素束中の一列
に並ぶ任意の燃料ピン列中に一本のＢタイプ燃料
要素が含まれるような前述の配置（第７図の実施
例はその一例である）のうち、最外周に最少数
（本例では三本）のＢタイプ燃料要素が存在する
ような配置を採つたものである。第１０図の実施
例もそのような配置になつている。最外周に最少
数のＢタイプ燃料要素を配置するることは、前述
した最外周における冷却材集中効果を減らすため
に有効である。
本発明によれば燃料要素束の径ひいてはラツパ
管の径を大きくする必要なしに且つ燃料集合体内
の構造材を殆ど増加させずに、また、燃料要素束
の外周部の流路面積の増加を殆んど招かずに、幾
何学的な効果さらには回り込みによる効果に基づ
くBDI余裕を向上させて燃料要素束の膨張を効果
的に吸収することができる。また、ワイヤスペー
サの巻きつけピツチは従来と同様であつて、隣接
燃料ピンの支持点の数は従来と変らないから隣接
燃料ピン同志の接触防止性能の低下を来たすこと
はない。
管の径を大きくする必要なしに且つ燃料集合体内
の構造材を殆ど増加させずに、また、燃料要素束
の外周部の流路面積の増加を殆んど招かずに、幾
何学的な効果さらには回り込みによる効果に基づ
くBDI余裕を向上させて燃料要素束の膨張を効果
的に吸収することができる。また、ワイヤスペー
サの巻きつけピツチは従来と同様であつて、隣接
燃料ピンの支持点の数は従来と変らないから隣接
燃料ピン同志の接触防止性能の低下を来たすこと
はない。
第１図ａ，ｂはそれぞれワイヤスペーサ型の燃
料集合体の燃料要素の側面図およびラツパ管の外
観図である。第２図は第１図の燃料集合体の横断
面図である。第３図はBDI量の定義を説明するた
めのワイヤスペーサ型燃料集合体の断面図であ
る。第４図ａ，ｂはバンドルの膨張とBDI量の増
加を説明するための部分縦断面図であつて、ａは
BDI量＝０の状態を、ｂは、BDI量＝1dWの状態
を示す。第５図は特開昭56−57985号の発明に係
る燃料集合体の部分縦断面図である。第６図は本
発明の実施例に用いる燃料要素の横断面図であ
る。第７図は本発明の一実施例の横断面である。
第８図はその部分縦断面図である。第９図，第１
０図，第１１図，第１２図は夫々本発明の他の異
る実施例の横断面図である。 １…燃料ピン、２…ワイヤスペーサ、３…ラツ
パ管、４…上部端栓、５…下部端栓、６…ノツク
バー。
料集合体の燃料要素の側面図およびラツパ管の外
観図である。第２図は第１図の燃料集合体の横断
面図である。第３図はBDI量の定義を説明するた
めのワイヤスペーサ型燃料集合体の断面図であ
る。第４図ａ，ｂはバンドルの膨張とBDI量の増
加を説明するための部分縦断面図であつて、ａは
BDI量＝０の状態を、ｂは、BDI量＝1dWの状態
を示す。第５図は特開昭56−57985号の発明に係
る燃料集合体の部分縦断面図である。第６図は本
発明の実施例に用いる燃料要素の横断面図であ
る。第７図は本発明の一実施例の横断面である。
第８図はその部分縦断面図である。第９図，第１
０図，第１１図，第１２図は夫々本発明の他の異
る実施例の横断面図である。 １…燃料ピン、２…ワイヤスペーサ、３…ラツ
パ管、４…上部端栓、５…下部端栓、６…ノツク
バー。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料ピンとこれに巻つけられたワイヤスペー
サとから各々なる燃料要素を複数の列をなすよう
に多数本束ねてラツパ管に収納した燃料集合体お
いて、燃料要素束のうち少数の燃料要素を他の大
多数の燃料要素よりも、燃料ピンの直径が細く且
つワイヤースペーサの直径が太い燃料要素とした
ことを特徴とする燃料集合体。 ２ 前記の細径燃料ピンと太径ワイヤスペーサと
からなる燃料要素を、燃料要素束中の一列に並ぶ
任意の燃料要素列中に、少なくとも１本存在させ
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
燃料集合体。 ３ 燃料要素束の中心付近に、前記の細径燃料ピ
ンと太径ワイヤスペーサとからなる燃料要素を複
数本存在させたことを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の燃料集合体。 ４ 燃料要素束の最外周に前記の細径燃料ピンと
太径ワイヤスペースとからなる燃料要素を最少本
数存在させたことを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の燃料集合体。 ５ 燃料要素束中の燃料要素の配置が、回転対称
性を有することを特徴とする特許請求の範囲第
１，第２，第３または第４項記載の燃料集合体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58075405A JPS59200991A (ja) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | 燃料集合体 |
| US06/603,824 US4654193A (en) | 1983-04-28 | 1984-04-25 | Fuel assembly for fast reactors |
| FR848406689A FR2545256B1 (fr) | 1983-04-28 | 1984-04-27 | Assemblage combustible pour reacteurs rapides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58075405A JPS59200991A (ja) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | 燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59200991A JPS59200991A (ja) | 1984-11-14 |
| JPH0436355B2 true JPH0436355B2 (ja) | 1992-06-15 |
Family
ID=13575230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58075405A Granted JPS59200991A (ja) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | 燃料集合体 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4654193A (ja) |
| JP (1) | JPS59200991A (ja) |
| FR (1) | FR2545256B1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2590068B1 (fr) * | 1985-11-08 | 1987-12-11 | Novatome | Procede de recyclage de pastilles de combustible nucleaire precedemment irradiees dans un reacteur nucleaire a neutrons rapides |
| JPH0631755B2 (ja) * | 1986-11-29 | 1994-04-27 | 動力炉・核燃料開発事業団 | ワイヤスペ−サ型燃料集合体の製造方法 |
| GB8805365D0 (en) * | 1988-03-07 | 1988-04-07 | Atomic Energy Authority Uk | Nuclear reactor fuel elements |
| CA2026467A1 (en) * | 1990-09-28 | 1992-03-29 | Ralph G. Moyer | Intertube thermal conductance rate limiting device |
| US5488644A (en) * | 1994-07-13 | 1996-01-30 | General Electric Company | Spring assemblies for adjoining nuclear fuel rod containing ferrules and a spacer formed of the spring assemblies and ferrules |
| US5519747A (en) * | 1994-10-04 | 1996-05-21 | General Electric Company | Apparatus and methods for fabricating spacers for a nuclear fuel rod bundle |
| US5546437A (en) * | 1995-01-11 | 1996-08-13 | General Electric Company | Spacer for nuclear fuel rods |
| US5566217A (en) * | 1995-01-30 | 1996-10-15 | General Electric Company | Reduced height spacer for nuclear fuel rods |
| US5675621A (en) * | 1995-08-17 | 1997-10-07 | General Electric Company | Reduced height flat spring spacer for nuclear fuel rods |
| US7864913B2 (en) * | 2004-02-19 | 2011-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Fast reactor having reflector control system and neutron reflector thereof |
| RU2528952C1 (ru) * | 2013-07-16 | 2014-09-20 | Юрий Васильевич Потапов | Способ дистанционирования твэлов в тепловыделяющей сборке |
| US12094618B2 (en) * | 2019-01-18 | 2024-09-17 | BWXT Advanced Technologies LLC | Nuclear reactor fuel assemblies and process for production |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1492906A (fr) * | 1966-05-03 | 1967-08-25 | Commissariat Energie Atomique | Assemblage de combustible nucléaire |
| GB1264090A (ja) * | 1969-12-12 | 1972-02-16 | ||
| FR2228275B1 (ja) * | 1973-05-04 | 1978-06-30 | Commissariat Energie Atomique | |
| JPS536795A (en) * | 1976-07-09 | 1978-01-21 | Hitachi Ltd | Fast breeder fuel assembly |
| JPS53107587A (en) * | 1977-03-02 | 1978-09-19 | Hitachi Ltd | Fast breeder fuel assembly |
| US4235669A (en) * | 1978-03-30 | 1980-11-25 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Nuclear reactor composite fuel assembly |
| JPS5657985A (en) * | 1979-10-17 | 1981-05-20 | Hitachi Ltd | Fuel assembly for fast breeder |
-
1983
- 1983-04-28 JP JP58075405A patent/JPS59200991A/ja active Granted
-
1984
- 1984-04-25 US US06/603,824 patent/US4654193A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-04-27 FR FR848406689A patent/FR2545256B1/fr not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4654193A (en) | 1987-03-31 |
| JPS59200991A (ja) | 1984-11-14 |
| FR2545256B1 (fr) | 1989-03-24 |
| FR2545256A1 (fr) | 1984-11-02 |
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