JPH0766069B2 - 原子炉燃料集合体 - Google Patents
原子炉燃料集合体Info
- Publication number
- JPH0766069B2 JPH0766069B2 JP62018433A JP1843387A JPH0766069B2 JP H0766069 B2 JPH0766069 B2 JP H0766069B2 JP 62018433 A JP62018433 A JP 62018433A JP 1843387 A JP1843387 A JP 1843387A JP H0766069 B2 JPH0766069 B2 JP H0766069B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- rods
- water
- fuel assembly
- rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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-
- 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
Landscapes
- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子炉燃料集合体に係り、特に、燃料棒の冷却
効率を向上させるのに好適な原子炉燃料集合体に関す
る。
効率を向上させるのに好適な原子炉燃料集合体に関す
る。
沸騰水型原子炉の炉心は、相互に一定の間隔を保つて配
置される燃料集合体の相互の間に挿入される制御棒から
構成される。
置される燃料集合体の相互の間に挿入される制御棒から
構成される。
沸騰水型原子炉に使用される燃料集合体は、第４図に示
すように、複数本の燃料棒2,燃料棒２の水平方向間隔を
一定に保持するスペーサ3,燃料棒２およびウオータロツ
ド１を支持し、かつ、その間隔を一定に保持する上部タ
イプレート７および下部タイプレート８から構成され
る。
すように、複数本の燃料棒2,燃料棒２の水平方向間隔を
一定に保持するスペーサ3,燃料棒２およびウオータロツ
ド１を支持し、かつ、その間隔を一定に保持する上部タ
イプレート７および下部タイプレート８から構成され
る。
このような構造の燃料集合体内を冷却材である水が流
れ、この水は燃料棒４内に存在するウラン235などの核
分裂性物質の反応によつて発生する熱エネルギを除去す
る。また、水はチヤンネルボツクス９の外側の燃料集合
体間の間隙にも流れる。
れ、この水は燃料棒４内に存在するウラン235などの核
分裂性物質の反応によつて発生する熱エネルギを除去す
る。また、水はチヤンネルボツクス９の外側の燃料集合
体間の間隙にも流れる。
一方、水は中性子の減速材としての働きも持つており、
核分裂によつて生じたエネルギの高い高速中性子は、減
速材である水によつて減速されエネルギの低い熱中性子
となる。この熱中性子が燃料棒４中の核分裂性物質、た
とえば、ウラン235に吸収されると核分裂反応を起こし
エネルギを発生する。
核分裂によつて生じたエネルギの高い高速中性子は、減
速材である水によつて減速されエネルギの低い熱中性子
となる。この熱中性子が燃料棒４中の核分裂性物質、た
とえば、ウラン235に吸収されると核分裂反応を起こし
エネルギを発生する。
このような機能をもつ沸騰水型原子炉の炉心において、
経済性の高い燃料の開発が必要となつている。燃料経済
性を向上させるには、燃料の燃焼度を大きくすることに
よつて実現できる。燃料の燃焼度を大きくするには、燃
料棒２内に存在するウラン235の濃縮度を上げればよい
が、水対ウラン比を大きくしないで、濃縮度を上げたの
では、中性子スペクトルが硬化してしまい、燃料集合体
の無限増倍率は、その濃縮度における無限増倍率の最大
値とはならない。
経済性の高い燃料の開発が必要となつている。燃料経済
性を向上させるには、燃料の燃焼度を大きくすることに
よつて実現できる。燃料の燃焼度を大きくするには、燃
料棒２内に存在するウラン235の濃縮度を上げればよい
が、水対ウラン比を大きくしないで、濃縮度を上げたの
では、中性子スペクトルが硬化してしまい、燃料集合体
の無限増倍率は、その濃縮度における無限増倍率の最大
値とはならない。
第５図は、燃料の濃縮度が増加するに従つて、水対ウラ
ン比と無限増倍率の関係がどのように変化するかを示し
ている。第５図に示すように、一定の濃縮度でできるだ
け大きい無限増倍率を得るには、濃縮度に応じた最適の
水対ウラン比を実現する必要がある。
ン比と無限増倍率の関係がどのように変化するかを示し
ている。第５図に示すように、一定の濃縮度でできるだ
け大きい無限増倍率を得るには、濃縮度に応じた最適の
水対ウラン比を実現する必要がある。
すなわち、燃料の経済性を向上させるのに、濃縮度を上
げると最適の水対ウラン比が大きくなるので、ウオータ
ロツドを増やす必要がある。
げると最適の水対ウラン比が大きくなるので、ウオータ
ロツドを増やす必要がある。
従来の８×８型燃料では、通常二本程度のウオータロツ
ドが使用されているが、高濃縮度燃料では、さらにウオ
ータロツドを増やす必要がある。
ドが使用されているが、高濃縮度燃料では、さらにウオ
ータロツドを増やす必要がある。
第６図に、高燃焼度，高濃縮度型の９行×９列配列の燃
料集合体において、ウオータロツド本数を、燃料棒の本
数相当で増やしたときの、省ウラン効果を示す。
料集合体において、ウオータロツド本数を、燃料棒の本
数相当で増やしたときの、省ウラン効果を示す。
第６図から、ウオータロツドは、燃料棒本数相当で、九
本以上のときに省ウラン効果は6.5％以上と大であり、
九本以上増やしても省ウラン効果は、あまり増えないこ
とがわかる。
本以上のときに省ウラン効果は6.5％以上と大であり、
九本以上増やしても省ウラン効果は、あまり増えないこ
とがわかる。
ウオータロツドを燃料棒本数相当で、九本とした場合の
燃料集合体の例を第７図に示す。さらには、圧力損失量
を抑え、燃料安定性の向上を図るため、第８図に示すよ
うに、その断面積が燃料棒本数相当で九本程度となる太
径のウオータロツド１を燃料集合体の中央部、あるい
は、その近傍に配する構造が考えられている。
燃料集合体の例を第７図に示す。さらには、圧力損失量
を抑え、燃料安定性の向上を図るため、第８図に示すよ
うに、その断面積が燃料棒本数相当で九本程度となる太
径のウオータロツド１を燃料集合体の中央部、あるい
は、その近傍に配する構造が考えられている。
太径のウオータロツド１を燃料集合体の中央部あるいは
中央部近傍に配した場合、その太径のウオータロツド１
の外側対角方向に比較的大きな空間が生じる。その空間
は、冷却材の流動に対する抵抗が燃料棒間の抵抗にくら
べて小さいため、冷却材は太径のウオータロツド１のま
わりを流れようとして、集合体内の流量分布に偏りが生
じる。すなわち、発熱部であるため、十分な冷却材流量
が必要な燃料棒間は冷却材流量が少なくなり、非発熱部
であるため冷却材流量はそれほど必要でない太径のウオ
ータロツド１の近傍の冷却材流量が増すといつた現象が
起こり、集合体全体の冷却効率が著しく悪化する。
中央部近傍に配した場合、その太径のウオータロツド１
の外側対角方向に比較的大きな空間が生じる。その空間
は、冷却材の流動に対する抵抗が燃料棒間の抵抗にくら
べて小さいため、冷却材は太径のウオータロツド１のま
わりを流れようとして、集合体内の流量分布に偏りが生
じる。すなわち、発熱部であるため、十分な冷却材流量
が必要な燃料棒間は冷却材流量が少なくなり、非発熱部
であるため冷却材流量はそれほど必要でない太径のウオ
ータロツド１の近傍の冷却材流量が増すといつた現象が
起こり、集合体全体の冷却効率が著しく悪化する。
以上の現象を防止するには、冷却材流路を集合体内に均
一に分散させる必要がある。
一に分散させる必要がある。
その手段として、太径のウオータロツド１の断面形状を
多角形にして、太径のウオータロツド１の対角方向の空
間を埋めてやることが考えられるが、これは太径のウオ
ータロツド１の製造性を悪化させるだけでなく、集合体
全体の流路面積を減小させること、及び、冷却材が接す
る面積が増加することによつて、燃料集合体の圧力損失
量が増加してしまうため、チヤンネル安定性、及び、炉
心安定性が悪化する。
多角形にして、太径のウオータロツド１の対角方向の空
間を埋めてやることが考えられるが、これは太径のウオ
ータロツド１の製造性を悪化させるだけでなく、集合体
全体の流路面積を減小させること、及び、冷却材が接す
る面積が増加することによつて、燃料集合体の圧力損失
量が増加してしまうため、チヤンネル安定性、及び、炉
心安定性が悪化する。
本発明の目的は、圧力損失量を増加させることなく、燃
料集合体内の流量分布を均一化し、冷却効率のよい原子
炉燃料集合体を提供することにある。
料集合体内の流量分布を均一化し、冷却効率のよい原子
炉燃料集合体を提供することにある。
上記目的は、ウオータロツドの径１及び断面形状、さら
には、燃料棒径を変えず、流路面積を不変とし、燃料棒
の配置を工夫することによつて冷却材流路を集合体内に
均一に分散することにより達成される。
には、燃料棒径を変えず、流路面積を不変とし、燃料棒
の配置を工夫することによつて冷却材流路を集合体内に
均一に分散することにより達成される。
すなわち、燃料棒を正方格子点から移動させることによ
つて、太径のウオータロツド１の近傍の空間（冷却材流
路）を燃料棒間に移すことになるので、集合体内の冷却
材流路は、その断面積を減少させることなく集合体内に
均一に分散される。
つて、太径のウオータロツド１の近傍の空間（冷却材流
路）を燃料棒間に移すことになるので、集合体内の冷却
材流路は、その断面積を減少させることなく集合体内に
均一に分散される。
以下、本発明の実施例を第１図により説明する。第１図
は、本発明による燃料集合体のスペーサ３位置での横断
面図である。９行９列の正方格子点の中央の３行３列の
位置に太径のウオータロツド１が配置されている。太径
のウオータロツド１の周囲には七十二本の燃料棒２が配
置されている。燃料棒２は、各々が、円型のスペーサセ
ル31で間隔が保たれている。相隣子スペーサセル31はそ
の接点を溶接され、さらに、最外周部をスペーサ外枠32
で固定されて一つのスペーサ３を構成している。また、
七十二本の燃料棒２のうち、四十八本の燃料棒２は、正
方格子上に配置されているが、第四行，第六行さらには
第四列，第六列の燃流棒２（合計二十四本）は、各々
が、太径のウオータロツド１の方向に向かつて正方格子
点からずれた位置に配置され、太径のウオータロツド１
に隣接する十二本の燃料棒２が、ウオータロツド１から
全て等距離になるように配置される。
は、本発明による燃料集合体のスペーサ３位置での横断
面図である。９行９列の正方格子点の中央の３行３列の
位置に太径のウオータロツド１が配置されている。太径
のウオータロツド１の周囲には七十二本の燃料棒２が配
置されている。燃料棒２は、各々が、円型のスペーサセ
ル31で間隔が保たれている。相隣子スペーサセル31はそ
の接点を溶接され、さらに、最外周部をスペーサ外枠32
で固定されて一つのスペーサ３を構成している。また、
七十二本の燃料棒２のうち、四十八本の燃料棒２は、正
方格子上に配置されているが、第四行，第六行さらには
第四列，第六列の燃流棒２（合計二十四本）は、各々
が、太径のウオータロツド１の方向に向かつて正方格子
点からずれた位置に配置され、太径のウオータロツド１
に隣接する十二本の燃料棒２が、ウオータロツド１から
全て等距離になるように配置される。
上記のような燃料集合体を制作した後、燃料集合体内に
ボイド率約40％の二相流を流し、第１図の点５及び点６
で、各々流量を測定した。その結果、得られた流量測定
点５の流量と流量測定点６の流量の比を第３図に示す。
第３図には、第４図の示した従来例の測定結果をあわせ
て示すがこれより容易に、本実施例によつて、集合体内
流量分布が均一化されることがわかる。
ボイド率約40％の二相流を流し、第１図の点５及び点６
で、各々流量を測定した。その結果、得られた流量測定
点５の流量と流量測定点６の流量の比を第３図に示す。
第３図には、第４図の示した従来例の測定結果をあわせ
て示すがこれより容易に、本実施例によつて、集合体内
流量分布が均一化されることがわかる。
第２図に、本発明の第二の実施例を示す。第二の実施例
では、七十二本の燃料棒２のうち第四〜第六行及び第四
〜第六列の燃料棒２（合計三十六本）は、各々が、太径
のウオータロツド１に向かつて正方格子点から等距離ず
つ移動し、残りの三十六本の燃料棒２は正方格子点上に
正しく位置している。本実施例における流量測定点５と
流量測定点６の流量の比も第３図に示す。本実施例で
は、第一の実施例ほど流量分布を均一化できないが、従
来例にくらべると改善の効果は著るしい。また、本実施
例では、九個のスペーサセル31を３行３列の正方格子に
組んだモジユールを八個合わせて一つのスペーサ３を成
すことができるので、製作で容易であるという利点をも
つ。
では、七十二本の燃料棒２のうち第四〜第六行及び第四
〜第六列の燃料棒２（合計三十六本）は、各々が、太径
のウオータロツド１に向かつて正方格子点から等距離ず
つ移動し、残りの三十六本の燃料棒２は正方格子点上に
正しく位置している。本実施例における流量測定点５と
流量測定点６の流量の比も第３図に示す。本実施例で
は、第一の実施例ほど流量分布を均一化できないが、従
来例にくらべると改善の効果は著るしい。また、本実施
例では、九個のスペーサセル31を３行３列の正方格子に
組んだモジユールを八個合わせて一つのスペーサ３を成
すことができるので、製作で容易であるという利点をも
つ。
第一，第二の実施例ともに七十二本全てを燃料棒２とし
たが、何らかの要求によりそれらのいくつかが細径のウ
オータロツド11に置き換えられてもよいことは明白であ
る。
たが、何らかの要求によりそれらのいくつかが細径のウ
オータロツド11に置き換えられてもよいことは明白であ
る。
本発明によれば、流路面積を減じることなく集合体内の
流量分布を均一化できるので、圧力損失量を増大させる
ことなく冷却効率を向上させることができる。
流量分布を均一化できるので、圧力損失量を増大させる
ことなく冷却効率を向上させることができる。
第１図は本発明の第一の実施例の燃料集合体におけるス
ペーサ位置での横断面図、第２図は本発明の第二の実施
例の燃料集合体におけるスペーサ位置での横断面図、第
３図は本発明の効果を示す燃料集合体内での二点の流量
の比を示した図、第４図は従来の燃料集合体の側面図、
第５図は水対ウラン比と無限増倍率の関係を示した図、
第６図はウオータロツド本数と省ウラン効果の関係を示
した図、第７図，第８図は従来技術による燃料集合体に
おけるスペーサ位置での横断面図を示す。 １……太径のウオータロツド、２……燃料棒、３……ス
ペーサ、31……スペーサセル、32……スペーサ外枠、５
……流量測定点（１）、６……流量測定点（２）、７…
…上部タイプレート、８……下部タイプレート、９……
チヤンネルボツクス、11……細径のウオータロツド。
ペーサ位置での横断面図、第２図は本発明の第二の実施
例の燃料集合体におけるスペーサ位置での横断面図、第
３図は本発明の効果を示す燃料集合体内での二点の流量
の比を示した図、第４図は従来の燃料集合体の側面図、
第５図は水対ウラン比と無限増倍率の関係を示した図、
第６図はウオータロツド本数と省ウラン効果の関係を示
した図、第７図，第８図は従来技術による燃料集合体に
おけるスペーサ位置での横断面図を示す。 １……太径のウオータロツド、２……燃料棒、３……ス
ペーサ、31……スペーサセル、32……スペーサ外枠、５
……流量測定点（１）、６……流量測定点（２）、７…
…上部タイプレート、８……下部タイプレート、９……
チヤンネルボツクス、11……細径のウオータロツド。
Claims (1)
- 【請求項１】太径のウオータロツドを、中央部に配置
し、前記太径のウオータロツドの周囲に、燃料棒七十二
本あるいは燃料棒と細径のウオータロツドを合わせて七
十二本を９行９列の格子状に配置して構成する原子炉燃
料集合体において、 前記燃料棒あるいは細径のウオータロツドの一部が、正
方格子点から、前記太径のウオータロツドの方向へずれ
た位置に配置されていることを特徴とする原子炉燃料集
合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018433A JPH0766069B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 原子炉燃料集合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018433A JPH0766069B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 原子炉燃料集合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63187192A JPS63187192A (ja) | 1988-08-02 |
| JPH0766069B2 true JPH0766069B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=11971512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62018433A Expired - Fee Related JPH0766069B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 原子炉燃料集合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766069B2 (ja) |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP62018433A patent/JPH0766069B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63187192A (ja) | 1988-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |