JPH08201554A - 沸騰水型原子炉用核燃料集合体 - Google Patents
沸騰水型原子炉用核燃料集合体Info
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- JPH08201554A JPH08201554A JP7248014A JP24801495A JPH08201554A JP H08201554 A JPH08201554 A JP H08201554A JP 7248014 A JP7248014 A JP 7248014A JP 24801495 A JP24801495 A JP 24801495A JP H08201554 A JPH08201554 A JP H08201554A
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- 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
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- 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
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３角格子配列の核燃料集合体の場合に、方形
格子配列の場合とほぼ等数の燃料棒を用い、かつ燃料棒
表面間隔及び燃料棒表面対ウオータチャネル壁間隔をも
等しくし、子かも燃料棒直径を、より大きくし得るよう
にする。 【解決手段】 燃料集合体１００が、集合体底部側の下
方タイプレートと、集合体頂部側の上方タイプレートと
の間に支持された複数燃料棒と、これら燃料棒を取り囲
み、集合体底部から集合体頂部へ向けて燃料棒周囲に冷
却材を導くための方形断面区域を有する外側チャネル
と、燃料棒を所定配列位置に位置決めかつ保持する少な
くとも１個のスペーサとを備えており、更に前期燃料棒
が所定ピッチをもって１０×１２の数で配列され、この
配列において、燃料棒の複数中心が正３角形の頂点に位
置するようにした。
格子配列の場合とほぼ等数の燃料棒を用い、かつ燃料棒
表面間隔及び燃料棒表面対ウオータチャネル壁間隔をも
等しくし、子かも燃料棒直径を、より大きくし得るよう
にする。 【解決手段】 燃料集合体１００が、集合体底部側の下
方タイプレートと、集合体頂部側の上方タイプレートと
の間に支持された複数燃料棒と、これら燃料棒を取り囲
み、集合体底部から集合体頂部へ向けて燃料棒周囲に冷
却材を導くための方形断面区域を有する外側チャネル
と、燃料棒を所定配列位置に位置決めかつ保持する少な
くとも１個のスペーサとを備えており、更に前期燃料棒
が所定ピッチをもって１０×１２の数で配列され、この
配列において、燃料棒の複数中心が正３角形の頂点に位
置するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広くは原子炉用核
燃料集合体に関し、より具体的には、方形横断面を有す
る沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒配列形式に関す
るものである。
燃料集合体に関し、より具体的には、方形横断面を有す
る沸騰水型原子炉用燃料集合体の燃料棒配列形式に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】現在の稼働中の沸騰水型原子炉（ＢＷ
Ｒ）には核燃料棒が配置された方形横断面を有する燃料
集合体が用いられている。軽水型原子炉設計では、制御
棒運転装置のレイアウトには方形配列が用いられ、した
がって燃料集合体に配分された区域は方形である。燃料
棒は、各燃料棒に冷却材／減速材用の区域がほぼ均等に
配分されるように、利用可能な方形区域内に分配されて
いる。利用可能な方形区域内に燃料棒が配置されねばな
らないため、燃料棒間の中心間隔（すなわちピッチ）が
一様な燃料棒の、等しい数の縦列と横列が設けられる。
この配置は方形格子と呼ばれる。隣接燃料棒中心を通る
線により、方形区域が多くの均等な方形に分割されるか
らである。原子炉出力と出力分配（軸方向、半径方向、
局所的の各ピーク）とにより、燃料棒内に生じる体積出
力密度が決まる。隣接燃料棒表面の効果的な冷却を可能
にする最小燃料棒間隔は、熱伝達試験により決定された
が、この最小間隔は、製作公差と稼働中の予想燃料棒湾
曲とに対するゆとりによって与えられる。燃料棒の均等
な配列の場合、所要最小燃料棒間隔により、最大許容燃
料棒直径が制限される。ウラニウム燃料と冷却材／減速
材（すなわち水）との均等配分は、典型的には方形格子
内の燃料棒の縦横列を等しい数に選び、かつ各方形のコ
ーナーに燃料棒を位置決めすることにより達せられる。
燃料棒配列は、燃料棒内の核燃料体積に対する十分な熱
伝達区域が得られるように寸法付けされ、これにより、
燃料から生じる熱を除去でき、燃料棒に用いた材料の温
度限界内に熱を抑えることができる。
Ｒ）には核燃料棒が配置された方形横断面を有する燃料
集合体が用いられている。軽水型原子炉設計では、制御
棒運転装置のレイアウトには方形配列が用いられ、した
がって燃料集合体に配分された区域は方形である。燃料
棒は、各燃料棒に冷却材／減速材用の区域がほぼ均等に
配分されるように、利用可能な方形区域内に分配されて
いる。利用可能な方形区域内に燃料棒が配置されねばな
らないため、燃料棒間の中心間隔（すなわちピッチ）が
一様な燃料棒の、等しい数の縦列と横列が設けられる。
この配置は方形格子と呼ばれる。隣接燃料棒中心を通る
線により、方形区域が多くの均等な方形に分割されるか
らである。原子炉出力と出力分配（軸方向、半径方向、
局所的の各ピーク）とにより、燃料棒内に生じる体積出
力密度が決まる。隣接燃料棒表面の効果的な冷却を可能
にする最小燃料棒間隔は、熱伝達試験により決定された
が、この最小間隔は、製作公差と稼働中の予想燃料棒湾
曲とに対するゆとりによって与えられる。燃料棒の均等
な配列の場合、所要最小燃料棒間隔により、最大許容燃
料棒直径が制限される。ウラニウム燃料と冷却材／減速
材（すなわち水）との均等配分は、典型的には方形格子
内の燃料棒の縦横列を等しい数に選び、かつ各方形のコ
ーナーに燃料棒を位置決めすることにより達せられる。
燃料棒配列は、燃料棒内の核燃料体積に対する十分な熱
伝達区域が得られるように寸法付けされ、これにより、
燃料から生じる熱を除去でき、燃料棒に用いた材料の温
度限界内に熱を抑えることができる。
【０００３】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の燃料集合体
は、典型的には、次のような燃料棒配列を有している。
すなわち、各横列の燃料棒数が配列内の横列数と等しい
数となるように、燃料棒が横列内に配置されている。隣
接横列では、燃料棒の各中心が方形のコーナーに位置せ
しめられている。こうした方形の燃料棒配列、又は格子
配列は、ふつう燃料棒横列数と１横列内の燃料棒数とに
従って８×８，９×９，１０×１０等と呼ばれる。燃料
棒横列数とは関係なしに、各配列は、標準寸法の燃料集
合体チャネル内に強制的に適合せしめられている。
は、典型的には、次のような燃料棒配列を有している。
すなわち、各横列の燃料棒数が配列内の横列数と等しい
数となるように、燃料棒が横列内に配置されている。隣
接横列では、燃料棒の各中心が方形のコーナーに位置せ
しめられている。こうした方形の燃料棒配列、又は格子
配列は、ふつう燃料棒横列数と１横列内の燃料棒数とに
従って８×８，９×９，１０×１０等と呼ばれる。燃料
棒横列数とは関係なしに、各配列は、標準寸法の燃料集
合体チャネル内に強制的に適合せしめられている。
【０００４】各燃料棒中心が各方形のコーナーに位置せ
しめられる方形格子を使用すると、４個の燃料棒により
形成される方形の中心には、必要以上に大きい流れ区域
が生じる結果となる。この結果、燃料集合体チャネル内
の横断面区域が有効に利用されなくなる。所定燃料集合
体出力レベルに対する燃料棒の線形熱発生率と内部燃料
棒温度とは、燃料棒の数を増加することにより、引き下
げることが望ましい。このことは、例えば、燃料棒配列
を１０×１０から１１×１１へ変更することによって可
能となる。燃料棒配列は、標準燃料集合体チャネルの固
定寸法内に強制適合するようにされており、かつまた一
定の燃料棒表面間隔及び 燃料棒表面・チャネル壁間隔
を有するよう要求されているため、燃料棒横列数と燃料
棒数とを増加させることは、必然的に燃料棒直径を減少
させる結果となる。燃料棒直径は表面対表面の間隔を維
持するためには減少させねばならない。燃料棒の中心対
中心の間隔が減少するからである。効果的な冷却を考慮
し、かつ燃料棒の湾曲に順応し得る燃料棒間隔は、燃料
棒のピッチに比例して減少させることはできない。燃料
棒の量が方形格子内で増加しても、増加した燃料棒数を
所要燃料棒直径の縮小によって補償することはできず、
燃料集合体のウラニウム装荷量は、燃料棒配列がより細
かく分割されることで減少する。
しめられる方形格子を使用すると、４個の燃料棒により
形成される方形の中心には、必要以上に大きい流れ区域
が生じる結果となる。この結果、燃料集合体チャネル内
の横断面区域が有効に利用されなくなる。所定燃料集合
体出力レベルに対する燃料棒の線形熱発生率と内部燃料
棒温度とは、燃料棒の数を増加することにより、引き下
げることが望ましい。このことは、例えば、燃料棒配列
を１０×１０から１１×１１へ変更することによって可
能となる。燃料棒配列は、標準燃料集合体チャネルの固
定寸法内に強制適合するようにされており、かつまた一
定の燃料棒表面間隔及び 燃料棒表面・チャネル壁間隔
を有するよう要求されているため、燃料棒横列数と燃料
棒数とを増加させることは、必然的に燃料棒直径を減少
させる結果となる。燃料棒直径は表面対表面の間隔を維
持するためには減少させねばならない。燃料棒の中心対
中心の間隔が減少するからである。効果的な冷却を考慮
し、かつ燃料棒の湾曲に順応し得る燃料棒間隔は、燃料
棒のピッチに比例して減少させることはできない。燃料
棒の量が方形格子内で増加しても、増加した燃料棒数を
所要燃料棒直径の縮小によって補償することはできず、
燃料集合体のウラニウム装荷量は、燃料棒配列がより細
かく分割されることで減少する。
【０００５】例えば、１０×１０の方形格子配列は、約
０．５１インチ（１２．９５ｍｍ）の燃料棒ピッチと、
製作公差及び燃料棒の湾曲を見込んだ最小燃料棒表面間
隔とを有することにより、稼働寿命にわたり効果的冷却
が維持される。この間隔が０．１１４インチ（２．８９
ｍｍ）の場合、最大燃料棒直径は０．３９６インチ（１
０．０５ｍｍ）とすることができよう。方形格子配列
が、より細かく分割され、例えば１１×１１とされてい
る場合には、燃料棒ピッチは約０．４６４インチ（１
１．７８ｍｍ）となろう。燃料棒要求間隔０．１１４イ
ンチ（２．８９ｍｍ）を維持するには、最大燃料棒直径
は０．３５インチ（８．８９ｍｍ）に制限されよう。燃
料用の容積総量は燃料棒数及びその横断面積と比例す
る。２種の配列の相対燃料横断面積は、次式で表されよ
う： ＢＷＲ燃料集合体の場合、幾つかの燃料棒配置位置が、
より効率的な燃料利用のため、ウオータロッド又は水流
路としてではなく、中性子の減速を選択的に増大させる
ことに利用すべく保留しておかれる。もし燃料棒方形配
列が、より細かく分割され、かつまた保留ウオータロッ
ドの数が一定のままであるなら、その場合には、ウオー
タロッド又は水流路内の減速材総量は、より少量とな
る。燃料棒、ウオータロッド双方の許容直径が、より小
さくなるからである。もしウオータロッド用に保留され
た燃料棒位置の数が、配列寸法がより細かく分割される
につれて、増加する場合には、燃料集合体へのウラニウ
ム装荷量は更に減少する。このため、燃料棒方形配列が
より細かく分割され、かつウオータロッド数が増すか、
不変のままの場合には、結果として、燃料利用が不効率
になり、製作費が高いものとなる。
０．５１インチ（１２．９５ｍｍ）の燃料棒ピッチと、
製作公差及び燃料棒の湾曲を見込んだ最小燃料棒表面間
隔とを有することにより、稼働寿命にわたり効果的冷却
が維持される。この間隔が０．１１４インチ（２．８９
ｍｍ）の場合、最大燃料棒直径は０．３９６インチ（１
０．０５ｍｍ）とすることができよう。方形格子配列
が、より細かく分割され、例えば１１×１１とされてい
る場合には、燃料棒ピッチは約０．４６４インチ（１
１．７８ｍｍ）となろう。燃料棒要求間隔０．１１４イ
ンチ（２．８９ｍｍ）を維持するには、最大燃料棒直径
は０．３５インチ（８．８９ｍｍ）に制限されよう。燃
料用の容積総量は燃料棒数及びその横断面積と比例す
る。２種の配列の相対燃料横断面積は、次式で表されよ
う： ＢＷＲ燃料集合体の場合、幾つかの燃料棒配置位置が、
より効率的な燃料利用のため、ウオータロッド又は水流
路としてではなく、中性子の減速を選択的に増大させる
ことに利用すべく保留しておかれる。もし燃料棒方形配
列が、より細かく分割され、かつまた保留ウオータロッ
ドの数が一定のままであるなら、その場合には、ウオー
タロッド又は水流路内の減速材総量は、より少量とな
る。燃料棒、ウオータロッド双方の許容直径が、より小
さくなるからである。もしウオータロッド用に保留され
た燃料棒位置の数が、配列寸法がより細かく分割される
につれて、増加する場合には、燃料集合体へのウラニウ
ム装荷量は更に減少する。このため、燃料棒方形配列が
より細かく分割され、かつウオータロッド数が増すか、
不変のままの場合には、結果として、燃料利用が不効率
になり、製作費が高いものとなる。
【０００６】正３角形の頂点に燃料棒の中心が位置する
３角格子配列は、方形格子配列より、燃料棒配置がより
効率的である一方、要求燃料棒間隔も維持される点で、
より望ましい。燃料棒直径が指定され、燃料棒間隔が最
小の場合には、３角形ピッチのため、燃料集合体チャネ
ルの所定横断面積内で燃料棒を、より密に詰め込むこと
ができる。この結果、燃料棒間での冷却水流用区域配分
がより適切になる。燃料棒がより高密度になれば、ウラ
ニウム装荷量も、より増大させることができ、かつ熱伝
達特性も改善される。これは、冷却水が、平均して燃料
棒表面により近く所在することになるからである。加え
て、等ピッチの方形格子の場合より大きい燃料棒熱伝達
表面積を単位面積内に組み入れることができ、かつまた
ウオータロッド及び内部水流路を用いての内部減速がよ
り融通性に富むものとなる。燃料棒密度が高くなれば、
集合体内の燃料棒数が増すにつれて、ウラニウムの装荷
量も増すことができるので、より多くの燃料棒配置位置
をウオータロッドや水流路用に保留でき、しかも、燃料
棒配置位置がより少数である方形格子に比較して、ウラ
ニウム装荷量が少なくはならない。
３角格子配列は、方形格子配列より、燃料棒配置がより
効率的である一方、要求燃料棒間隔も維持される点で、
より望ましい。燃料棒直径が指定され、燃料棒間隔が最
小の場合には、３角形ピッチのため、燃料集合体チャネ
ルの所定横断面積内で燃料棒を、より密に詰め込むこと
ができる。この結果、燃料棒間での冷却水流用区域配分
がより適切になる。燃料棒がより高密度になれば、ウラ
ニウム装荷量も、より増大させることができ、かつ熱伝
達特性も改善される。これは、冷却水が、平均して燃料
棒表面により近く所在することになるからである。加え
て、等ピッチの方形格子の場合より大きい燃料棒熱伝達
表面積を単位面積内に組み入れることができ、かつまた
ウオータロッド及び内部水流路を用いての内部減速がよ
り融通性に富むものとなる。燃料棒密度が高くなれば、
集合体内の燃料棒数が増すにつれて、ウラニウムの装荷
量も増すことができるので、より多くの燃料棒配置位置
をウオータロッドや水流路用に保留でき、しかも、燃料
棒配置位置がより少数である方形格子に比較して、ウラ
ニウム装荷量が少なくはならない。
【０００７】しかし、３角格子は、燃料棒縦横列数の等
しい方形横断面積には適合できない。
しい方形横断面積には適合できない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、次の
ような燃料棒配置を有する核燃料集合体を得ることにあ
る。すなわち、ほぼ同数の燃料棒からなる方形格子の場
合と等しい燃料棒表面間隔と、等しい燃料棒表面・チャ
ネル壁間隔とを有しているが、燃料棒直径は、方形格子
配列の場合よりも大であるような集合体である。
ような燃料棒配置を有する核燃料集合体を得ることにあ
る。すなわち、ほぼ同数の燃料棒からなる方形格子の場
合と等しい燃料棒表面間隔と、等しい燃料棒表面・チャ
ネル壁間隔とを有しているが、燃料棒直径は、方形格子
配列の場合よりも大であるような集合体である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、沸騰水型原子炉用核燃料集合体は、集合体底部側に
配置された下方タイプレートと集合体頂部側に配置され
た上方タイプレートとの間で支持された細長い平行の複
数燃料棒と、複数燃料棒を取り囲み、かつ集合体底部か
ら集合体頂部へ向かって燃料棒の周囲を案内される冷却
材／減速材用の事実上方形の横断面区域を有する外側流
路と、所定配置形式に燃料棒を位置決めし保持する少な
くとも１個のスペーサとを備えており、前記燃料棒が１
０×１２の配列で所定ピッチをもって配置されており、
この配列の場合には、燃料棒の中心が正３角形の頂点に
位置するようにされている。
ば、沸騰水型原子炉用核燃料集合体は、集合体底部側に
配置された下方タイプレートと集合体頂部側に配置され
た上方タイプレートとの間で支持された細長い平行の複
数燃料棒と、複数燃料棒を取り囲み、かつ集合体底部か
ら集合体頂部へ向かって燃料棒の周囲を案内される冷却
材／減速材用の事実上方形の横断面区域を有する外側流
路と、所定配置形式に燃料棒を位置決めし保持する少な
くとも１個のスペーサとを備えており、前記燃料棒が１
０×１２の配列で所定ピッチをもって配置されており、
この配列の場合には、燃料棒の中心が正３角形の頂点に
位置するようにされている。
【００１０】
【発明の実施の形態】原子炉用燃料の設計の傾向は、燃
料棒数を増すことにより、ウラニウム燃料をより細かく
分割し、それによって、燃料に生じる熱を容易に冷却材
に伝達できるようにすることである。この措置によっ
て、集合体内には次第に多量の熱を発生させ得るように
なるが、その措置は、燃料棒の信頼のおける性能を保証
するには、燃料棒出力の限界内に留めなければならな
い。燃料集合体により発生せしめられる出力の増大によ
り、次のことが可能になる：（１）炉心出力分布を最適
化する自由度が増すことによる核燃料利用の改善、
（２）より急速な出力変更が可能になることによる発電
所利用率の改善、（３）炉心の総合出力密度及び発電所
電力出力の増大。ＢＷＲの場合、燃料棒配列の設計は、
７×７から８×８，９×９を経て１０×１０へと進んで
きた。
料棒数を増すことにより、ウラニウム燃料をより細かく
分割し、それによって、燃料に生じる熱を容易に冷却材
に伝達できるようにすることである。この措置によっ
て、集合体内には次第に多量の熱を発生させ得るように
なるが、その措置は、燃料棒の信頼のおける性能を保証
するには、燃料棒出力の限界内に留めなければならな
い。燃料集合体により発生せしめられる出力の増大によ
り、次のことが可能になる：（１）炉心出力分布を最適
化する自由度が増すことによる核燃料利用の改善、
（２）より急速な出力変更が可能になることによる発電
所利用率の改善、（３）炉心の総合出力密度及び発電所
電力出力の増大。ＢＷＲの場合、燃料棒配列の設計は、
７×７から８×８，９×９を経て１０×１０へと進んで
きた。
【００１１】熱伝達効率の低下防止のため、燃料棒間隔
を最小にすることが要求される。要求間隔を確保するた
めには、製作公差と照射に起因する燃料棒湾曲の双方に
対してゆとりを設ける必要がある。
を最小にすることが要求される。要求間隔を確保するた
めには、製作公差と照射に起因する燃料棒湾曲の双方に
対してゆとりを設ける必要がある。
【００１２】１０×１０の方形格子燃料集合体の場合、
１００の燃料棒位置が利用可能となり、燃料棒対燃料棒
のピッチは約０．５１インチ（１２．９ｍｍ）になるだ
ろう。燃料集合体稼働中に熱伝達効率の低下を生じるこ
とのない許容最大燃料棒直径は、燃料棒の要求間隔によ
って決定されよう。このことにより、所定燃料集合体長
さに組み込むことのできる燃料量に制限が置かれる。し
かし、本発明によれば、燃料棒が１０×１２の３角格子
配列の場合には、１１×１１の方形格子配列時より直径
の大きい燃料棒の１２０位置を利用可能であるため、所
定燃料集合体長さで燃料量が増大せしめられる。方形格
子配列の場合、１２０の可能な燃料棒位置を得るには１
１×１１の格子を必要とするだろう。１１×１１の燃料
棒ピッチは約０．４６４インチ（１１．７ｍｍ）であ
り、最大燃料棒直径は燃料棒要求間隔により減少せしめ
られる結果、燃料集合体所定長さに組み込まれ得る燃料
量は１０×１２配列の場合より少ない値となろう。
１００の燃料棒位置が利用可能となり、燃料棒対燃料棒
のピッチは約０．５１インチ（１２．９ｍｍ）になるだ
ろう。燃料集合体稼働中に熱伝達効率の低下を生じるこ
とのない許容最大燃料棒直径は、燃料棒の要求間隔によ
って決定されよう。このことにより、所定燃料集合体長
さに組み込むことのできる燃料量に制限が置かれる。し
かし、本発明によれば、燃料棒が１０×１２の３角格子
配列の場合には、１１×１１の方形格子配列時より直径
の大きい燃料棒の１２０位置を利用可能であるため、所
定燃料集合体長さで燃料量が増大せしめられる。方形格
子配列の場合、１２０の可能な燃料棒位置を得るには１
１×１１の格子を必要とするだろう。１１×１１の燃料
棒ピッチは約０．４６４インチ（１１．７ｍｍ）であ
り、最大燃料棒直径は燃料棒要求間隔により減少せしめ
られる結果、燃料集合体所定長さに組み込まれ得る燃料
量は１０×１２配列の場合より少ない値となろう。
【００１３】図１に示した沸騰水型原子炉用燃料集合体
１００は外側流路１５により形成される区域内に配置さ
れた燃料棒１１を有している。先行技術の場合、１０×
１０配列の燃料棒が外側流路により形成される区域内に
配置されることになろう。燃料棒１１は、それらの中心
が、方形のコーナーより、むしろ正３角形の頂点に位置
するように配置されている。共通の頂点をもつ６個の隣
接３角形が６角形を形成している。燃料棒１１は、外側
流路の境界内に適合するように、各横列に１０個の燃料
棒を有する１２の横列に配置されている。図１に示した
燃料配列は１０×１２の６角配列燃料集合体からなり、
１２０の燃料棒位置を有している。図１に示された６角
配列の利点は、より大きい燃料棒直径を利用できる一
方、ほぼ同数の燃料棒を有する方形格子配列の場合と等
しい燃料棒表面間隔及び燃料棒表面対チャネル壁間隔を
維持できる点である。これは、外側流路内の横断面面積
がより効率的に利用されるからである。方形格子配列の
場合、１０×１２の６角配列で得られる１２０の燃料棒
位置を得るには、１１×１１の配列が必要であろう。し
たがって、効果的な冷却に要求される燃料棒表面間隔を
維持するには、１１×１１の燃料棒ピッチは低減され
（０．４６４インチ）（１１．７８ｍｍ）、燃料棒直径
も減少せしめられよう（１０／１１以下）。直径が縮小
されれば、燃料棒当たりのウラニウム燃料量も減少す
る。先行例の１１×１１の方形格子の場合、燃料棒直径
は０．３５インチ（８．８９ｍｍ）、燃料棒表面間隔は
０．１１４インチ（２．８９ｍｍ）とすることができよ
う。１０×１２の３角格子の場合、燃料棒ピッチは０．
４８５インチ（１２．３２ｍｍ）、燃料棒直径は０．３
７１インチ（９．４２ｍｍ）とすることができ、これに
より、ほぼ次の値だけ燃料の相対横断面積が増大せしめ
られよう： このように、図１の３角格子配列により、１１×１１配
列で用いられるより大きい燃料棒直径の使用が可能にな
る。燃料棒直径がより大となることにより、より多くの
ウオータロッドや部分長さの燃料棒が利用できる一方、
燃料集合体のウラニウム含有量が維持される。このよう
に、方形格子に比して３角格子の場合には燃料棒直径を
増すことができるため、燃料棒位置の一部を、ウオータ
ロッド、部分長さの燃料棒、部分長さのウオータロッド
を有する部分長さの燃料棒のいずれか又はすべてのため
に、より多く利用できる。
１００は外側流路１５により形成される区域内に配置さ
れた燃料棒１１を有している。先行技術の場合、１０×
１０配列の燃料棒が外側流路により形成される区域内に
配置されることになろう。燃料棒１１は、それらの中心
が、方形のコーナーより、むしろ正３角形の頂点に位置
するように配置されている。共通の頂点をもつ６個の隣
接３角形が６角形を形成している。燃料棒１１は、外側
流路の境界内に適合するように、各横列に１０個の燃料
棒を有する１２の横列に配置されている。図１に示した
燃料配列は１０×１２の６角配列燃料集合体からなり、
１２０の燃料棒位置を有している。図１に示された６角
配列の利点は、より大きい燃料棒直径を利用できる一
方、ほぼ同数の燃料棒を有する方形格子配列の場合と等
しい燃料棒表面間隔及び燃料棒表面対チャネル壁間隔を
維持できる点である。これは、外側流路内の横断面面積
がより効率的に利用されるからである。方形格子配列の
場合、１０×１２の６角配列で得られる１２０の燃料棒
位置を得るには、１１×１１の配列が必要であろう。し
たがって、効果的な冷却に要求される燃料棒表面間隔を
維持するには、１１×１１の燃料棒ピッチは低減され
（０．４６４インチ）（１１．７８ｍｍ）、燃料棒直径
も減少せしめられよう（１０／１１以下）。直径が縮小
されれば、燃料棒当たりのウラニウム燃料量も減少す
る。先行例の１１×１１の方形格子の場合、燃料棒直径
は０．３５インチ（８．８９ｍｍ）、燃料棒表面間隔は
０．１１４インチ（２．８９ｍｍ）とすることができよ
う。１０×１２の３角格子の場合、燃料棒ピッチは０．
４８５インチ（１２．３２ｍｍ）、燃料棒直径は０．３
７１インチ（９．４２ｍｍ）とすることができ、これに
より、ほぼ次の値だけ燃料の相対横断面積が増大せしめ
られよう： このように、図１の３角格子配列により、１１×１１配
列で用いられるより大きい燃料棒直径の使用が可能にな
る。燃料棒直径がより大となることにより、より多くの
ウオータロッドや部分長さの燃料棒が利用できる一方、
燃料集合体のウラニウム含有量が維持される。このよう
に、方形格子に比して３角格子の場合には燃料棒直径を
増すことができるため、燃料棒位置の一部を、ウオータ
ロッド、部分長さの燃料棒、部分長さのウオータロッド
を有する部分長さの燃料棒のいずれか又はすべてのため
に、より多く利用できる。
【００１４】図２の場合、燃料集合体１０１内には、燃
料棒１１、ウオータロッド１７、部分長さの燃料棒１３
が配置されている。この配置は、各燃料棒１１と部分長
さの燃料棒１３とが、（ａ）ウオータロッド１７の外側
流路１５に直接隣接するか、もしくは（ｂ）ウオータロ
ッド又は外側流路が直接見える位置に置かれるようにな
されている。この配置形式の結果、燃料棒内で核分裂に
よって生まれる高速中性子が、他の燃料棒の共鳴捕獲を
逃れ、その代わりにウオータロッド内、又は燃料チャネ
ル外側の水内で熱運動化される確率がより高くなる。中
性子の熱運動化の確率が高くなることにより、燃料集合
体全体にわたって、より大きい熱中性子源が産生され、
その結果、燃料利用度が増大する。このような配列は、
類似の数の可能な燃料棒位置を有する方形格子では、燃
料集合体のウラニウム含有量を著しく減じることなしに
は達成できない。満足のゆくウラニウム装荷が３角格子
では維持される。これは、燃料棒位置の数がより多く、
かつもともと可能なウラニウム装荷量がより多いからで
ある。
料棒１１、ウオータロッド１７、部分長さの燃料棒１３
が配置されている。この配置は、各燃料棒１１と部分長
さの燃料棒１３とが、（ａ）ウオータロッド１７の外側
流路１５に直接隣接するか、もしくは（ｂ）ウオータロ
ッド又は外側流路が直接見える位置に置かれるようにな
されている。この配置形式の結果、燃料棒内で核分裂に
よって生まれる高速中性子が、他の燃料棒の共鳴捕獲を
逃れ、その代わりにウオータロッド内、又は燃料チャネ
ル外側の水内で熱運動化される確率がより高くなる。中
性子の熱運動化の確率が高くなることにより、燃料集合
体全体にわたって、より大きい熱中性子源が産生され、
その結果、燃料利用度が増大する。このような配列は、
類似の数の可能な燃料棒位置を有する方形格子では、燃
料集合体のウラニウム含有量を著しく減じることなしに
は達成できない。満足のゆくウラニウム装荷が３角格子
では維持される。これは、燃料棒位置の数がより多く、
かつもともと可能なウラニウム装荷量がより多いからで
ある。
【００１５】たいていの場合、幾つかの燃料棒位置がウ
オータロッド及び水流路によって占められることによ
り、減速が促進され、ウラニウム利用度が改善される。
図１に示した３角格子配列では、約６つの燃料棒位置を
ウオータロッド及び水流路に利用可能である一方、１１
×１１方形格子配列と等しいウラニウム燃料量が維持さ
れる。ＢＷＲ燃料集合体は、それらの中心部では典型的
には低減速である。したがって、付加的な減速材を燃料
集合体横断面の中心部近くに配置すれば、極めて効果的
である。図３に示した燃料集合体の場合は、中心部の水
流路が、（ａ）１個の管１８（最大２燃料棒ピッチと１
燃料棒直径とをもつ）と、（ｂ）６個の管１９（それぞ
れ１個の燃料棒直径をもつ）とからなり、燃料集合体中
心近くの１３の燃料棒位置を占めている。管１８，１９
からなる水流路集合体は、３角格子配列内へ、冷却材面
積配分の均等性を損なうことなしに適合せしめられてい
る。
オータロッド及び水流路によって占められることによ
り、減速が促進され、ウラニウム利用度が改善される。
図１に示した３角格子配列では、約６つの燃料棒位置を
ウオータロッド及び水流路に利用可能である一方、１１
×１１方形格子配列と等しいウラニウム燃料量が維持さ
れる。ＢＷＲ燃料集合体は、それらの中心部では典型的
には低減速である。したがって、付加的な減速材を燃料
集合体横断面の中心部近くに配置すれば、極めて効果的
である。図３に示した燃料集合体の場合は、中心部の水
流路が、（ａ）１個の管１８（最大２燃料棒ピッチと１
燃料棒直径とをもつ）と、（ｂ）６個の管１９（それぞ
れ１個の燃料棒直径をもつ）とからなり、燃料集合体中
心近くの１３の燃料棒位置を占めている。管１８，１９
からなる水流路集合体は、３角格子配列内へ、冷却材面
積配分の均等性を損なうことなしに適合せしめられてい
る。
【００１６】以上、本発明を、特に、有利な実施例につ
いて図示し、説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱
することなしに、形式及び細部を種々変更可能であるこ
とは、当業者にとっては自明のことである。
いて図示し、説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱
することなしに、形式及び細部を種々変更可能であるこ
とは、当業者にとっては自明のことである。
【図１】本発明による１０×１２燃料棒配列の３角格子
を有するＢＷＲ燃料集合体の水平横断面図である。
を有するＢＷＲ燃料集合体の水平横断面図である。
【図２】図１に示した燃料集合体の燃料棒を選択的にウ
オータロッド又は部分長さの燃料棒に代えた状態を示し
た水平横断面図である。
オータロッド又は部分長さの燃料棒に代えた状態を示し
た水平横断面図である。
【図３】図１同様の燃料集合体の場合に、中心部の７個
の燃料棒を１個の中心ウオータチャネルに代えた状態を
示した図である。
の燃料棒を１個の中心ウオータチャネルに代えた状態を
示した図である。
１１ 燃料棒 １３ 部分長さの燃料棒 １５ 外側チャネル １７ ウオータロッド １８ 管 １９ 管 １００ 燃料集合体 １０１ 燃料集合体
Claims (5)
- 【請求項１】 沸騰水型原子炉用核燃料集合体におい
て、集合体が、集合体底部側の下方タイプレートと、集
合体頂部側の上方タイプレートとの間に支持された複数
の細長い平行の燃料棒と、これら複数の燃料棒を取り囲
み、集合体底部から集合体頂部へ向けて燃料棒の周囲に
冷却材／減速材を導くための事実上方形の断面区域を有
する外側流路と、燃料棒を所定配列位置に位置決めかつ
保持する少なくとも１個のスペーサとを有しており、前
記燃料棒が所定ピッチをもって、１０×１２の数で配列
されており、この配列において、燃料棒の複数中心が正
３角形の頂点に位置していることを特徴とする沸騰水型
原子炉用核燃料集合体。 - 【請求項２】 沸騰水型原子炉用核燃料集合体におい
て、集合体が、集合体底部側の下方タイプレートと集合
体頂部側の上方タイプレートとの間で支持された複数の
細長い平行の燃料棒と、最下端部が下方タイプレートに
支えられ、そこから燃料集合体上方部分内へ延びている
複数の、間隔をおいた部分長さの燃料棒と、集合体底部
から集合体頂部へ向かって冷却材／減速材を貫流案内す
る複数のウオータロッドと、燃料棒の位置決めと保持の
ための少なくとも１個のスペーサと、複数の完全長さの
燃料棒と部分長さの燃料棒とを取り囲み、集合体底部か
ら集合体頂部へ向かって、完全長さの燃料棒と部分長さ
の燃料棒との周囲に冷却材／減速材を案内する事実上方
形の横断面を有する外側流路とを有しており、前記完全
長さの燃料棒と、部分長さの燃料棒と、ウオータロッド
とが、所定ピッチをもって１０×１２の配列で配置さ
れ、この配列においては、完全長さの燃料棒と、部分長
さの燃料棒と、ウオータロッドとの中心が正３角形の頂
点に位置することを特徴とする沸騰水型原子炉用核燃料
集合体。 - 【請求項３】 沸騰水型原子炉用核燃料集合体におい
て、集合体が、集合体底部側の下方タイプレートと、集
合体頂部側の上方タイプレートとの間で支持された複数
の細長い平行の燃料棒と、複数燃料棒を取り囲み、かつ
集合体底部から集合体頂部に向かって燃料棒の周囲に冷
却材／減速材を案内する事実上方形の横断面を有する外
側流路と、集合体の横断面区域の中心に向かって配置さ
れ、かつ集合体底部から集合体頂部へ向かって冷却材／
減速材を貫流案内する少なくとも１個の壁部を有する中
心水流路と、集合体底部から集合体頂部へ向かって冷却
材／減速材を貫流案内するための複数ウオータロッド
と、所定配列に燃料棒を位置決めし、かつ保持する少な
くとも１個のスペーサとを有しており、前記燃料棒と、
ウオータロッドと、中心水流路とが、所定ピッチをもっ
て、１０×１２の数で配列され、この配列において、燃
料棒の複数中心が正３角形の頂点に位置することを特徴
とする、沸騰水型原子炉用核燃料集合体。 - 【請求項４】 中心水流路が燃料棒直径より大きい直径
の管を有しており、かつまた複数ウオータロッドのそれ
ぞれが燃料棒直径に事実上等しい直径を有していること
を特徴とする、請求項３記載の核燃料集合体。 - 【請求項５】 中心水流路を有する管が、燃料棒の２ピ
ッチと１直径とを有する直径を有することを特徴とす
る、請求項４記載の核燃料集合体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US31665794A | 1994-09-30 | 1994-09-30 | |
| US08/316657 | 1994-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201554A true JPH08201554A (ja) | 1996-08-09 |
Family
ID=23230048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7248014A Pending JPH08201554A (ja) | 1994-09-30 | 1995-09-26 | 沸騰水型原子炉用核燃料集合体 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0704856B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08201554A (ja) |
| DE (1) | DE69508170T2 (ja) |
| ES (1) | ES2133625T3 (ja) |
| TW (1) | TW302484B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014163806A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Hitachi Ltd | 燃料集合体 |
| KR20160015482A (ko) * | 2014-07-30 | 2016-02-15 | 울산과학기술원 산학협력단 | 배치 및/또는 회전방향이 상이한 와이어 랩이 구비된 핵연료 집합체 |
| JP2022006419A (ja) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体及び沸騰水型原子炉 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0766261A1 (en) * | 1995-09-28 | 1997-04-02 | Siemens Power Corporation | Light water reactor nuclear fuel assemblies having closely packed fuel rod lattices |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE433986B (sv) * | 1982-07-12 | 1984-06-25 | Asea Atom Ab | Kernbrenslepatron |
| JPS62259086A (ja) * | 1986-05-06 | 1987-11-11 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| JP2954312B2 (ja) * | 1990-10-05 | 1999-09-27 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体 |
| JPH05157867A (ja) * | 1991-12-10 | 1993-06-25 | Hitachi Ltd | 燃料集合体 |
-
1995
- 1995-08-09 DE DE69508170T patent/DE69508170T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-08-09 ES ES95112551T patent/ES2133625T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1995-08-09 EP EP95112551A patent/EP0704856B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-08-09 TW TW084108289A patent/TW302484B/zh active
- 1995-09-26 JP JP7248014A patent/JPH08201554A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014163806A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Hitachi Ltd | 燃料集合体 |
| KR20160015482A (ko) * | 2014-07-30 | 2016-02-15 | 울산과학기술원 산학협력단 | 배치 및/또는 회전방향이 상이한 와이어 랩이 구비된 핵연료 집합체 |
| JP2022006419A (ja) * | 2020-06-24 | 2022-01-13 | 株式会社日立製作所 | 燃料集合体及び沸騰水型原子炉 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2133625T3 (es) | 1999-09-16 |
| TW302484B (ja) | 1997-04-11 |
| DE69508170T2 (de) | 1999-11-04 |
| EP0704856A1 (en) | 1996-04-03 |
| EP0704856B1 (en) | 1999-03-10 |
| DE69508170D1 (de) | 1999-04-15 |
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