JPH09197079A - 沸騰水型原子炉用非対称燃料集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正方格子配列とした燃料棒を保持するスぺー
サにつき、その対角線上から一コーナ寄りに、角形ウォ
ータチャンネルを偏倚配装した沸騰水型原子炉用非対称
燃料集合体にあって、規制用タブの突設箇所を選定する
ことで、燃料棒の熱的余裕を均等化し、燃料棒の限界出
力特性を向上する。 【解決手段】 角形ウォータチャンネル１４Ａを、スぺ
ーサ１２の軸心から対角線１９上で一コーナ１２ａ側へ
偏倚されることで、燃料棒１３の熱的余裕が、コーナ１
２ａ側では大となるが、領域Ｅ内の燃料棒１３では小と
なり、この結果限界出力特性が低下する。本発明では燃
焼中の角形ウォータチャンネル１４Ａと燃料棒１３の照
射伸び差に伴いスぺーサ１２が軸方向へ移動しないよう
上下配置で設けた規制用タブ２０を、側壁１４Ｂのコー
ナ１２ａ寄り壁面１４ｃ、１４ｄのみに設けることで、
領域Ｅ側の冷却材流路断面を増大させ、限界出力の向上
を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉の炉
心に装荷して使用される原子燃料集合体のうち、正方格
子配列とした多数の燃料棒にあって、当該正方格子にお
ける対角線上の一コーナ寄りに角形ウォータチャンネル
を偏倚して配装するようにした非対称燃料集合体に関
し、当該角形ウォータチャンネルに突設することによっ
て、スぺーサの上下への不本意な変動を規制するように
した規制用タブにつき、その突設位置を適所に選定する
ことで、燃料棒の限界出力特性を向上させようとするも
のである。

【０００２】

【従来の技術】既知の通り、沸騰水型原子炉の炉心に対
し、その原子燃料集合体ａを装荷するには、図４に開示
の如く、炉心１の下位に配設された炉心支持板２にあっ
て、これに設けられた燃料支持金具３に対し、４個一組
とした原子燃料集合体ａの各下部タイプレート１０を着
座させ、これにより立装状態となった当該原子燃料集合
体ａの各上部側を、炉心１の上位に配設された上部格子
板４の格子枠内４ａに装入させるようにしている。

【０００３】ここで、同上図４にあって５は、炉心１の
下方から燃料支持金具３を通過して立装され、十字状に
形成された既知の制御棒を示しており、これが、上記し
た４個の原子燃料集合体ａ相互間に離間された冷却材流
路Ｇに挿入または引抜き自在なるよう構成されており、
この場合、当該冷却材流路Ｇの構成としては、図３
（Ａ）（Ｂ）に明示の如く、Ｃ格子とＤ格子と呼ばれる
タイプのものが知られている。そして、上記のＣ格子で
は同上図（Ａ）の通り、各制御棒５が挿入される４個一
組の原子燃料集合体ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ 、ａ₄ 間にあっ
て、離間形成された制御棒側冷却材流路ｇ₁ の離間幅ｗ
₁ と、当該制御棒５の挿入されない４個一組の原子燃料
集合体ａ₄ 、ａ₃ 、ａ₂ 、ａ₁ 間にあって、離間形成さ
れた非制御棒側冷却材流路ｇ₂ の離間幅ｗ₂ とが、相等
しくなっている。

【０００４】これに対し上記のＤ格子と呼ばれるもので
は、図３（Ｂ）の如く制御棒側冷却材流路Ｇ₁ の離間幅
Ｗ₁ と、非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ の離間幅Ｗ₂ とが、
Ｗ₁＞Ｗ₂ となるよう設定されている。ここで、上記し
た原子燃料集合体ａなるものは、図５と図６によって理
解される通り、上部タイプレート１１と前記の下部タイ
プレート１０との間に、複数のスぺーサ１２により保持
された多数本の燃料棒１３と少数本のウォータチャンネ
ル１４とが、所定間隔だけ離して縦装されている燃料本
体１５と、この燃料本体１５に被嵌して前記の上部タイ
プレート１１と下部タイプレート１０に固定されたチャ
ンネルボックス１６とを具備している。

【０００５】さらに、上記の原子燃料集合体ａなるもの
は、チャンネルボックス１６の一隅であるコーナ上端部
にあって、図５に明示の如くチャンネルファスナ１７が
取着されており、その一対であるリーフスプリング１７
ａ、１７ｂが、チャンネルボックス１６における一方の
側壁１６ａと、これに直交して連設された他方の側壁１
６ｂとに沿って、夫々離間垂設されている。そして、上
記の如き原子燃料集合体ａは、上記の図５および前記の
図３に明示の通り、原子燃料集合体ａ₁ とａ₂ 、ａ₃ と
ａ₄ 、ａ₁ とａ₃ 、そしてａ₂ とａ₄ が、上記のチャン
ネルファスナ１７における夫々のリーフスプリング１７
ａ、１７ｂを相互に当接状態とすることで、これに基づ
く弾力により、４個の原子燃料集合体ａ₁ 、ａ₂ 、ａ
₃ 、ａ₄ における各チャンネルボックス１６における一
対の側壁が、前記の炉心１における上部格子板４に弾接
状態となるよう装荷されているのである。

【０００６】さて、上記の如き原子燃料集合体ａを炉心
１に装荷した場合、図３（Ａ）によって前記したＣ格子
の場合にあっては、制御棒側冷却材流路ｇ₁ と非制御棒
側冷却材流路ｇ₂ の各離間幅ｗ₁ 、ｗ₂ が、同幅長に形
成されていることから、冷却材の流量配置が均等となる
ため、燃料要素の濃縮度配置に片寄りがなくとも、原子
燃料集合体ａの出力は全面にわたって平坦となる。

【０００７】しかし、図３（Ｂ）に示したＤ格子にあっ
ては、前記の如く制御棒側冷却材流路Ｇ₁ の離間幅Ｗ₁
が、非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ の離間幅Ｗ₂ より大きく
設定されているので、制御棒側冷却材流路Ｇ₁ の方が冷
却材の流量が多くなるため反応し易くなって燃料棒の出
力は増大し、これに対し非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ で
は、同上冷却材の流量が少なくなり、従って反応が起こ
りにくいことから、同上出力が低下する傾向にあり、こ
れに伴い局所ピーキング係数が増大するという潜潜在的
な問題を有している。このため、当該局所ピーキング係
数を抑える手段として、現在では原子燃料集合体ａにお
ける広幅とした制御棒側冷却材流路Ｇ₁ 寄りの燃料につ
いては、濃縮度を予め低くしておき、これに対して、狭
幅である非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ 寄りの燃料について
は、その濃縮度を高くしておくことで、出力の平坦化が
図られている。

【０００８】しかし、上記の如き濃縮度分布による対応
策によるときは、局所ピーキング係数を低下させること
によって、全体の反応度も低下してしまうことから、中
性子利用率の向上を図るという観点からすれば、最適の
方策とは言えないことになる。

【０００９】一方、原子燃料集合体の高燃焼度化のた
め、図６に示されている通り格子タイプであったり、ま
たリング素子タイプにより燃料棒を正方格子配列とする
スぺーサ１２にあって、その軸心部における燃料棒１３
の複数本が占めていたスペースに、太い角形ウォータチ
ャンネル１４Ａを縦装するようにしたものが知られてい
るが、このような原子燃料集合体に関しても、前記した
局所ピーキング係数を抑える目的から、図６にあって仮
想線にて示した如く、角形ウォータチャンネル１４Ａの
配置を偏倚位置１８まで変位させた非対称燃料集合体な
るものが提案されている。

【００１０】この非対称燃料集合体は、図６から理解さ
れる通りスぺーサ１２の一対角線１９上にあって、一つ
のコーナ１２ａ寄りとなるよう角形ウォータチャンネル
１４Ａを偏倚させたものである。このように構成すれ
ば、狭幅である非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ 寄りに角形ウ
ォータチャンネル１４Ａが片寄り、この結果、非対称燃
料集合体が炉心１に装荷された状態にあっては、制御棒
側冷却材流路Ｇ₁ 、非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ 、そして
チャンネルボックス１６内を含む全体からして、減速材
分布が径方向に均一化され、前記の局所ピーキング係数
を抑える点で効果的となる。

【００１１】また、この種の角形ウォータチャンネル１
４Ａを用いるようにした沸騰水型原子炉用燃料集合体
は、これまた既知のように、燃焼中における角形ウォー
タチャンネル１４Ａと燃料棒１３の照射伸びに差異があ
るため、当該照射伸び差に伴うスぺーサ１２（７個）の
軸方向への移動を、所望程度の範囲に制限する必要か
ら、図７に示す如く角形ウォータチャンネル１４Ａの側
壁１４Ｂにあって、スぺーサ１２を上下から挟み込むよ
うに、一対の規制用タブ２０が突設されている。

【００１２】そして、上記既往の規制用タブ２０として
は、図７と図８（Ａ）に例示した通り、角形ウォータチ
ャンネル１４Ａのの四面である全側壁１４Ｂの各壁面１
４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄから突設するか、図８
（Ｂ）のように制御棒側冷却材流路Ｇ₁ に面した壁面１
４ａと非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ に面した壁面１４ｃと
から夫々突設するようにしている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上従来技術として説
示した通り、非対称燃料集合体によるときは、局所ピー
キング係数を抑えるのには効果を発揮し得ることになる
が、燃料棒１３の除熱に寄与するチャンネルボックス１
６内における冷却材の分布につき考察すると、燃料棒は
明らかに非対称配置になることから、チャンネルボック
ス１６によって囲成された当該対象燃料集合体内におけ
る燃料棒１３の熱的余裕については、図６から理解され
るように、非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ 側が大となり、こ
れに比し制御棒側冷却材流路Ｇ₁ 側の熱的余裕は小さく
なるから、当該両者間に熱的余裕の差が生ずることとな
り、この結果限界出力性能は低下してしまうことにな
る。

【００１４】さらに、当該非対称燃料集合体につき考察
してみると、既知の如く、一般に燃料棒１３の発熱によ
り生じた蒸気は、横断面方向、すなわち、前記した非対
称燃料集合体の径方向において、流路断面積の広い方側
へ移行する傾向のあることが知られている。従って、本
発明に係る図１によって説示すると、非制御棒側冷却材
流路Ｇ₂ に比して離間幅Ｗ₁ は広幅である制御棒側冷却
材流路Ｇ₁ 側における仮想線により明示の領域Ｅ内に存
する燃料棒１３側に蒸気が集まり易く、この結果、当該
領域Ｅにあって蒸気密度が増加し、燃料棒１３に対する
除熱性が低下することで、前掲熱的余裕の低減する傾向
が大きくなると考えられる。

【００１５】本発明では上記の如き考察に基づき、この
種の非対称燃料集合体にあっては、そのチャンネルボッ
クス内における制御棒側冷却材流路寄りの冷却材流路断
面積を、でき得る限り大きくとるようにすることが、当
該非対称燃料集合体の限界出力を向上するのに有効であ
るとの考え方からして、以下の如き構成を具備させるこ
とに着目することができた。

【００１６】すなわち、前記の従来例にあって、チャン
ネルボックス内における冷却材の流路に設けられること
で、その流路断面積を小さくしている規制用タブを、角
形ウォータチャンネルの側壁にあって、その全四面に設
けてしまったり、非制御棒側冷却材流路側だけでなく、
制御棒側冷却材流路側にも突設するようなことをせず、
制御棒側冷却材流路側の側壁には設けず、非制御棒側冷
却材流路側の壁面のみに、上下一対の規制用タブを選定
して突設するのである。

【００１７】このようにすることで、本発明では従来の
非対称燃料集合体にあって、制御棒側冷却材流路側にお
けるチャンネルボックス内の冷却材流路断面積を、従来
例に比し大きく設定し得るようにし、このことで、冷却
材のチャンネルボックス内における分布を均等化し、か
くて燃料棒の熱的余裕差に基づく限界出力性能の低下
を、回避可能にしようとするのが、その目的である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、上部タイプレートと下部タイプレートと
の間に、上下配置とした複数の正方格子配列であるスぺ
ーサにより保持された多数本の燃料棒と、当該スぺーサ
の一対角線上にあって一コーナ寄りに偏倚して配装され
た一本の角形ウォータチャンネルとが、所定の間隔だけ
離間して縦装された燃料本体と、この燃料本体に被嵌し
て前記上部タイプレートと下部タイプレートに固定され
ているチャンネルボックスとを具備し、上記の角形ウォ
ータチャンネルの側壁には、前記スぺーサの上下位置に
あって突設することにより、燃料中の角形ウォータチャ
ンネルと前記燃料棒の照射伸び差に伴うスぺーサの軸方
向への移動を所定範囲に制限するための規制用タブが具
備されている非対称燃料集合体において、上記の規制用
タブが、沸騰水型原子炉の炉心に装荷された際、十字形
である制御棒が挿入される広幅な制御棒側冷却材流路側
に指向する前記側壁における一対の壁面と、制御棒の挿
入されない狭幅な非制御棒側冷却材流路側に指向する他
の一対の壁面のうち、当該後者である一対の壁面にあっ
て、その一壁面または両壁面のみに、夫々前記の如くス
ぺーサの上下位置にて突設されていることを特徴とする
沸騰水型原子炉用非対称燃料集合体を提供しようとして
いる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明につき、図１における格子
タイプのスぺーサを用いた場合と、図２のリング素子タ
イプのスぺーサを用いた沸騰水型原子炉用非対称燃料集
合体とにつき以下詳記する。その基本的構成は図５と図
６によって既に詳記された構成と同じであり、同一構成
部材については従来例における原子燃料集合体や非対称
燃料集合体、そして図４に明示の炉心における部材につ
いて、同一符号が採択されている。すなわち、燃料本体
１５と、これに被嵌固定したチャンネルボックス１６と
を具有し、燃料本体１５は、上部タイプレート１１と下
部タイプレート１０との間にあって、上下配置で複数設
けられたスぺーサ１２により保持されている多数本の燃
料棒１３と角形ウォータチャンネル１４Ａとが、所定間
隔だけ離間された状態で縦装弾持されたものである。

【００２０】さらに、これまた前記従来例と同じく、チ
ャンネルボックス１６の一隅であるコーナ上端部には、
チャンネルファスナ１７が取着され、これより分岐され
た一対のリーフスプリング１７ａ、１７ｂが、沸騰水型
原子炉の炉心１に装荷された状態にあって、制御棒５が
挿入される広幅とした各制御棒側冷却材流路Ｇ₁ 側へ向
けて突出され、もちろん、隣装された原子燃料集合体ａ
₁ 、ａ₂ におけるチャンネルファスナ１７にあって、そ
のリーフスプリング１７ａ、１７ｂが、相互に弾接状態
にて炉心１に装荷されることも、既述の通りである。

【００２１】また、前記した角形ウォータチャンネル１
４Ａの側壁１４Ｂには、上記したスぺーサ１２の上下位
置にあって突設することにより、燃焼中の角形ウォータ
チャンネル１４Ａと、燃料棒１３の照射伸び差に伴うス
ぺーサ１２の軸方向への移動を、所定範囲に制限するた
めの規制用タブ２０が具備され、上記角形ウォータチャ
ンネル１４Ａは、スぺーサ１２の一対角線１９上にあっ
て、一コーナ１２ａ寄りに偏倚して一本が縦装されるこ
とで、非対称燃料集合体が構成されている。

【００２２】図１と図２にあって１２ｂは、既知の如く
角形ウォータチャンネル１４Ａを挿入して、これを支持
するためスぺーサ１２に固設された内側枠板を示し、図
１にあって１２ｃは正方形の外側枠板、１２ｄは外側枠
板１２ｃに内装固設した縦横の格子板であり、図２にあ
っては、上記外側枠板１２ｃ内にあって、多数のリング
素子１２ｅが外接状態にて固設されている。

【００２３】本発明では、このような沸騰水型原子炉用
非対称燃料集合体にあって、前記の図１、図２に示され
る通り、沸騰水型原子炉の炉心１に装荷された際、前記
の規制用タブ２０が、角形ウォータチャンネル１４Ａに
おける側壁１４Ｂにあって、十字形である制御棒５の挿
入される広幅な制御棒側冷却材流路Ｇ₁ 側へ指向する一
対の前記壁面１４ａ、１４ｂと、当該制御棒５の挿入さ
れない狭幅な非制御棒側冷却材流路Ｇ₂ 側に指向する他
の一対の壁面１４ｃ、１４ｄのうち、後者である一対の
壁面１４ｃ、１４ｄにあって、その選定した一壁面、ま
たは図示例の如く両側壁にのみ、夫々前記の通りスぺー
サ１２の上下位置にあって突設されるよう構成するので
ある。

【００２４】本発明にあっては、上記の如く規制用タブ
２０が選定された位置、すなわち非制御棒側冷却材流路
Ｇ₂ 側にあってのみ設けられているので、制御棒側冷却
材流路Ｇ₁ にあっては、角形ウォータチャンネル１４Ａ
の側壁１４Ｂにあって、冷却水である冷却材の流れを阻
害することとなる規制用タブ２０が存在しないこととな
り、従って、前記した制御棒側冷却材流路Ｇ₁ 側の流路
断面積が大きくなることになることから、当該非対称燃
料集合体の限界出力性能を向上させることが可能とな
る。

【００２５】従って、非対称燃料集合体としての局所ピ
ーキング係数を抑制し得るだけでなく、この種従来例と
しての欠陥である限界出力性能の低下という問題に解決
を与えることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のようにして構成されるも
のであるから、これまで、全く考慮されていなかった角
形ウォータチャンネルにおける規制用タブにつき、制御
棒側冷却材流路側の側壁には、これを突設せず、非制御
棒側冷却材流路側の側壁にのみ、選択的に突設するよう
にしたので、もちろん、当該規制用タブ本来の効用を達
成し得ると共に、制御棒側冷却材流路側における燃料棒
に対し、従来例に比し多くの冷却材を供与することがで
き、このため非対称燃料集合体でありながら、チャンネ
ルボックス内における燃料棒に対しての熱的余裕に大き
な差が発生しなくなり、この結果、燃料棒の除熱を促進
させて熱的裕度を増大させることができ、このことで限
界出力性能の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る沸騰水型原子炉用非対称燃料集合
体の炉心装荷状態における正方格子タイプのスぺーサ箇
所を示した平面説明図である。

【図２】同上沸騰水型原子炉用非対称燃料集合体の炉心
装荷状態における正方リング素子タイプのスぺーサ箇所
を示した平面説明図である。

【図３】沸騰水型炉心における上部格子板に対する原子
燃料集合体の配装位置を示したもので、（Ａ）はＣ格子
タイプ、（Ｂ）はＤ格子タイプの夫々平面説明図であ
る。

【図４】従来の沸騰水型炉心における原子燃料集合体の
据付状態を示した要部斜視略示図である。

【図５】従来の沸騰水型原子炉用原子燃料集合体につ
き、その炉心装荷状態を示した一部切欠の縦断正面図で
ある。

【図６】従来の角形ウォータチャンネルが夫々軸心位置
と偏倚位置に縦設された原子燃料集合体の炉心装荷状態
における正方格子タイプのスぺーサ箇所を示した略示平
面説明図である。

【図７】従来の角形ウォータチャンネルが偏倚位置に配
設された非対称燃料集合体につき、当該角形ウォータチ
ャンネルのスぺーサに対する挿入支持状態を示した略示
斜視図である。

【図８】（Ａ）は、従来の非対称燃料集合体における角
形ウォータチャンネルにあって、その側壁に設けた規制
用タブの突設箇所を示した平面説明図で、（Ｂ）は他の
具体例による同上平面説明図である。

【符号の説明】

１ 炉心 ５ 制御棒 １０ 下部タイプレート １１ 上部タイプレート １２ スぺーサ １２ａ コーナ １３ 燃料棒 １４Ａ 角形ウォータチャンネル １４Ｂ 側壁 １４ａ 壁面 １４ｂ 壁面 １４ｃ 壁面 １４ｄ 壁面 １５ 燃料本体 １６ チャンネルボックス １９ 対角線 ２０ 規制用タブ Ｇ₁ 制御棒側冷却材流路 Ｇ₂ 非制御棒側冷却材流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部タイプレートと下部タイプレートと
   の間に、上下配置とした複数の正方格子配列であるスぺ
   ーサにより保持された多数本の燃料棒と、当該スぺーサ
   の一対角線上にあって一コーナ寄りに偏倚して配装され
   た一本の角形ウォータチャンネルとが、所定の間隔だけ
   離間して縦装された燃料本体と、この燃料本体に被嵌し
   て前記上部タイプレートと下部タイプレートに固定され
   ているチャンネルボックスとを具備し、上記の角形ウォ
   ータチャンネルの側壁には、前記スぺーサの上下位置に
   あって突設することにより、燃料中の角形ウォータチャ
   ンネルと前記燃料棒の照射伸び差に伴うスぺーサの軸方
   向への移動を所定範囲に制限するための規制用タブが具
   備されている非対称燃料集合体において、上記の規制用
   タブが、沸騰水型原子炉の炉心に装荷された際、十字形
   である制御棒が挿入される広幅な制御棒側冷却材流路側
   に指向する前記側壁における一対の壁面と、制御棒の挿
   入されない狭幅な非制御棒側冷却材流路側に指向する他
   の一対の壁面のうち、当該後者である一対の壁面にあっ
   て、その一壁面または両壁面のみに、夫々前記の如くス
   ぺーサの上下位置にて突設されていることを特徴とする
   沸騰水型原子炉用非対称燃料集合体。