JPH0812261B2 - 沸騰水形原子炉の燃料集合体 - Google Patents

沸騰水形原子炉の燃料集合体

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JPH0812261B2
JPH0812261B2 JP62087886A JP8788687A JPH0812261B2 JP H0812261 B2 JPH0812261 B2 JP H0812261B2 JP 62087886 A JP62087886 A JP 62087886A JP 8788687 A JP8788687 A JP 8788687A JP H0812261 B2 JPH0812261 B2 JP H0812261B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、改良型のウォーターロッドを備えた沸騰水
形原子炉の燃料集合体に関する。
〔従来の技術〕
沸騰水形原子炉の燃料集合体を設計する際、加圧水形
原子炉にはみられない特別な問題がある。沸騰水形原子
炉の場合、炉心の一部は必然的に水と蒸気との混合物で
占められている。その混合物の密度が小さいことおよび
それに伴って水素原子の空間濃度が小さいために、加圧
水形原子炉のように炉心が冷却水で完全に満たされてい
る場合よりも、中性子を減速する作用が低下する。従っ
て実際には沸騰水形原子炉用の各燃料集合体に、１本あ
るいは数本のいわゆるウォーターロッド、すなわちその
中を水が貫流する管を設けていた。このウォーターロッ
ドは燃料集合体の減速作用を高める働きをする。
沸騰水形原子炉の別の問題は、炉心の上側部分に存在
する水と蒸気との混合物の冷却容量が小さい点にある。
燃料要素と蒸気との間の熱伝達係数は、燃料要素と沸騰
水との間のそれよりも非常に小さい。これは炉心の上側
部分に限界熱伝達領域を生じ、これが原子炉によって安
全に発生できる“臨界出力”と呼ばれる最大出力を決定
する。ウォーターロッドが下端および上端を開いた最も
簡単な管の形をしている場合、水はその中を貫流し、減
速体として作用するが、冷却材の働きはほとんどしな
い。このような減速・冷却材の主要部の迂回は、所定の
燃料集合体において使用されるウォーターロッドの数を
制限する。例えば米国特許第3802995号明細書におい
て、燃料集合体の冷却容量を高めるために、ウォーター
ロッドに出口開口を設け、燃料棒の間の空間にウォータ
ーロッドからの水を流入させることが提案されている。
しかし水の大部分はウォーターロッドおよび燃料集合体
の上端から流出し、最大の冷却が必要とされる領域を迂
回してしまう。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は、ウォーターロッドの全長が減速の目的に使
用され、ウォーターロッドを貫流する水の全流量が冷却
用に用いられ、特に燃料棒の臨界熱伝達領域が存在する
炉心の上側領域に冷却材が導入されるような燃料集合体
を提供することにある。臨界熱伝達領域は、燃料集合体
の底部から測定した高さの約60％から80％に亘って延び
ている。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は本発明により核分裂性物質を含んでいる多
数の平行に延びた細長い燃料棒のグループから成り上側
部分に臨界熱伝達領域を有する燃料集合体がにおいて、
少なくとも１本のウォーターロッドが燃料棒に対して平
行にそれらの間に位置しており、このウォーターロッド
はその下端の近くに入口開口を有し上端が閉鎖され且つ
上側部分の中に内側管を有し、この内側管の下端は前記
ウォーターロッドの内周面に気密に接続され、内側管が
ウォーターロッドと共に環状空間を形成し、その上端の
近くに少なくとも１つの開口を有し、前記ウォーターロ
ッドが前記内側管の下端の上側に少なくとも１つの中間
出口開口を有し、この出口開口が燃料集合体の臨界熱伝
達領域内に位置するようにし、これによって水が前記ウ
ォーターロッドを通って上向きに流れ、前記内側管を通
して上向きに流れ、それから前記環状空間を通して下向
きに流れ、中間出口開口を通して燃料集合体の臨界熱伝
達領域に流入することにより達成される。
〔作用効果〕
本発明によればウォーターロッドは、好適には燃料集
合体の燃料棒よりも長く作られ、上端が閉鎖され、その
近くまで延びている内側管を有している。この内側管の
まわりに逆流用の環状空間があり、この環状空間を通し
て水は下向きに、燃料集合体の上側部分に設けられた出
口開口まで流れ、そこから水は流出して、燃料棒のまわ
りの冷却材に混合する。これは燃料集合体の中で使用さ
れるウォーターロッドの数を増加することを意味し、従
って燃料集合体の最適な減速作用および冷却作用が得ら
れ、前記の臨界出力のレベル、即ち隣接する数本の燃料
棒における沸騰が核沸騰から膜沸騰に変化しそれらの燃
料棒の働きを悪くさせてしまう臨界出力のレベルが高め
られる。
サブルール水即ち沸点以下の水のウォーターロッド冷
却材を燃料集合体の臨界熱伝達領域に注入することは、
熱伝達を向上する。試験の結果、燃料束を通る冷却材の
総流量が同じである場合、燃料束の臨界出力は、注入流
の増加につれて増加することが分かった。言い換えれば
良好な熱伝達率は、流入する冷却材流の最大量をウォー
ターロッドに転流し、これをその後で炉心の臨界熱伝達
領域に注入することによって得られる。
別の理由によりウォーターロッドに置き換えられる燃
料棒の数は限られるので、本発明によればウォーターロ
ッドの最適な数が得られる。この数は個々の原子炉によ
って変化する。また本発明に基づくウォーターロッドに
よれば、燃料集合体あたりの最適なウォーターロッドの
数および燃料束の最大出力が、従来の燃料集合体に比べ
て大きくなる。
〔実施例〕
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説
明する。
第１図は本発明に基づくウォーターロッドを有する沸
騰水形原子炉用の燃料集合体を垂直断面図で示してい
る。この燃料集合体は外側チャネル体２を有している。
その底部には下側タイプレート６で支持された入口ノズ
ル４があり、これはその下端に冷却水の入口開口８を有
している。チャネル体２の内部に多数の燃料棒10があ
り、これらの燃料棒10は下端が下側タイプレート６で支
持されている。燃料棒10の上端は上側タイプレート12を
貫通して延びている。燃料棒10と上側タイプレート12と
の間に圧縮ばね14が配置されている。燃料棒10は格子状
スペーサ16によって互いに間隔を隔てられている。
ここまで述べた構造は、一般的な沸騰水形原子炉の燃
料集合体と同じである。本発明に基づく燃料集合体は１
本たいていは数本のウォーターロッド18を有している。
第２図および第３図にこのウォーターロッドの一実施例
を詳細に示している。この実施例において、ウォーター
ロッド18の下端は下側タイプレート６にはめ込まれた終
端プラグ20で閉じられている。ウォーターロッド18は下
側タイプレート６のすぐ上に複数の入口開口22を有し、
これらの入口開口22を通して冷却水がウォーターロッド
18の中に流入する。ウォーターロッド18には複数の中間
出口開口24が、好適にはウォーターロッド18の中間点の
幾分上側で臨界熱伝達領域32の下端の近くに設けられて
いる。ウォーターロッド18の上端は終端プラグ26によっ
て閉じられている。ウォーターロッド18の上側部分に内
側管28があり、この内側管28はその上端ないしその近く
が開いている。ウォーターロッド18は内側管28の下端の
近くに複数の出口開口30を有している。これらの出口開
口30は上述した臨界熱伝達領域32の中間点ないしその近
くに位置している。
第３図はウォーターロッド18の上側部分（第２図の２
点鎖線部分）を詳細に示している。この図面から明らか
なように、内側管28の下端は外側に広がっている。この
広がり部分34はウォーターロッド18の内径と同じ直径に
作られている。その広がり部分34は円周の数点におい
て、管18の内周面と係合するように外側に向けて変形さ
せられている。内側管28の上端は個所36で終端プラグ26
に溶接され、下端の広がり部分34は、終端プラグ26が管
18の内部にぴったりはまり込むように下向きに押し下げ
られている。ウォーターロッド18は個所38で終端プラグ
26に溶接されている。図示したように、内側管28はその
上端の近くに複数の孔40を備えている。
運転中において、冷却水は燃料集合体から入口開口22
を通ってウォーターロッド18の中に流入する。その冷却
水の一部は中間出口開口24を通して流出する。残りの冷
却水は上向きに流れ、内側管28を貫流し、孔40を通って
そこから流出し、それから下向きに流れ、出口開口30か
ら流れ出る。上述したように出口開口30は、そこから流
出した冷却水が燃料集合体の臨界熱伝達領域32に入り込
むように位置している。
第４図は本発明に基づくウォーターロッドの異なる実
施例を示している。この実施例の場合、ウォーターロッ
ド18は下側タイプレート６を貫通して延び、下端が開口
しており、冷却水は矢印42で示したようにこの下端開口
を通って原子炉の冷却水供給領域から直接入り込む。他
の構造は第２図の実施例と同じ構造をしている。
この構造によれば、ウォーターロッド18の寸法が同じ
場合、第２図の実施例よりも多量の冷却水が管18を通っ
て流れる。
第５図は、第２図および第４図のいずれの実施例にも
適用できるウォーターロッドの上端構造の変形例を示し
ている。内側管28は、終端プラグ26の小径部43がぴった
りはまり込むように寸法づけられている。内側管28は内
側プラグ44に個所46で溶接されている。内側プラグ44は
外周面に環状溝48を有している。内側管28が終端プラグ
26の上に押し被せられた後、これらはウォーターロッド
18の中に押し込まれる。その後ウォーターロッド18は環
状溝48の部分で内側に向けて変形させられ、個所38にお
いて終端プラグ26に溶接される。
中間出口開口24は一つの平面上にしか図示されていな
いが、実際には管18に数インチに亘って分布された多数
の孔が存在している。同じことは上側出口開口30に対し
ても言える。燃料集合体を底部から測定した高さにおい
て、中間出口開口24は約50％から約65％の範囲に位置さ
せねばならず、上側出口開口30は約65％から約75％の範
囲に位置させねばならない。これら２組の出口開口は、
互いに大きな間隔、例えば燃料集合体の高さの10％の間
隔を隔てねばならない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づくウォーターロッドを有する沸騰
水形原子炉の燃料集合体の垂直断面図、第２図は本発明
に基づくウォーターロッドの一実施例の垂直断面図、第
３図は第２図におけるウォーターロッドの上側部分の拡
大垂直断面図、第４図は本発明に基づくウォーターロッ
ドの異なる実施例の垂直断面図、第５図は第２図および
第４図に示したウォーターロッドの上側部分の異なる実
施例の垂直断面図である。 18:ウォーターロッド、22:入口開口、24:中間出口開
口、28:内側管、30:上側出口開口、32:臨界熱伝達領
域。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】核分裂性物質を含んでいる多数の平行に延
    びた細長い燃料棒のグループから成り上側部分に臨界熱
    伝達領域を有する燃料集合体がにおいて、少なくとも１
    本のウォーターロッドが燃料棒に対して平行にそれらの
    間に位置しており、このウォーターロッドはその下端の
    近くに入口開口を有し上端が閉鎖され且つ上側部分の中
    に内側管を有し、この内側管の下端は前記ウォーターロ
    ッドの内周面に気密に接続され、内側管がウォーターロ
    ッドと共に環状空間を形成し、その上端の近くに少なく
    とも１つの開口を有し、前記ウォーターロッドが前記内
    側管の下端の上側に少なくとも１つの中間出口開口を有
    し、この出口開口が燃料集合体の臨界熱伝達領域内に位
    置するようにし、これによって水が前記ウォーターロッ
    ドを通って上向きに流れ、前記内側管を通して上向きに
    流れ、それから前記環状空間を通して下向きに流れ、中
    間出口開口を通して燃料集合体の臨界熱伝達領域に流入
    することを特徴とする沸騰水形原子炉の燃料集合体。
  2. 【請求項２】前記ウォーターロッドが臨界熱伝達領域の
    下端の近くに中間出口開口を有していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
  3. 【請求項３】前記中間出口開口が、燃料集合体の底部か
    ら測定して約50％から約65％の範囲に位置していること
    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. 【請求項４】前記上側出口開口が、燃料集合体の底部か
    ら測定して約65％から約75％の範囲に位置しており、前
    記中間出口開口および上側出口開口が互いに大きな間隔
    を隔てられていることを特徴とする特許請求の範囲第３
    項記載の燃料集合体。
  5. 【請求項５】前記ウォーターロッドが燃料集合体の下側
    タイプレートを貫通して延び、その下端が開いているこ
    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。
  6. 【請求項６】前記ウォーターロッドが燃料集合体の下側
    タイプレートを貫通して延び、その下端が開いているこ
    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。
  7. 【請求項７】前記ウォーターロッドが燃料集合体の下側
    タイプレートを貫通して延び、その下端が開いているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の燃料集合
    体。
  8. 【請求項８】前記ウォーターロッドが燃料集合体の下側
    タイプレートを貫通して延び、その下端が開いているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の燃料集合
    体。
  9. 【請求項９】前記ウォーターロッドおよび前記内側管を
    閉鎖する上側の終端プラグを有し、この終端プラグに前
    記ウォーターロッドおよび前記内側管が接続され、この
    内側管がその上端の近くに開口を備えていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。
  10. 【請求項１０】前記内側管がその下端に広げられ、前記
    ウォーターロッドに係合して気密にされていることを特
    徴とする特許請求の範囲第９項記載の燃料集合。
  11. 【請求項１１】前記内側管がその下端で前記ウォーター
    ロッドを気密にする内側プラグに固定されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第９項記載の燃料集合体。
JP62087886A 1986-04-10 1987-04-08 沸騰水形原子炉の燃料集合体 Expired - Lifetime JPH0812261B2 (ja)

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US06/850,104 US4708846A (en) 1986-04-10 1986-04-10 BWR critical-power-enhancing water rod (85-EN-3)
US850104 1992-03-12

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Publication Number Publication Date
JPS62250392A JPS62250392A (ja) 1987-10-31
JPH0812261B2 true JPH0812261B2 (ja) 1996-02-07

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DE (1) DE3768120D1 (ja)
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