JPH11142560A - 原子炉用燃料棒 - Google Patents
原子炉用燃料棒Info
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- JPH11142560A JPH11142560A JP9302968A JP30296897A JPH11142560A JP H11142560 A JPH11142560 A JP H11142560A JP 9302968 A JP9302968 A JP 9302968A JP 30296897 A JP30296897 A JP 30296897A JP H11142560 A JPH11142560 A JP H11142560A
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- cladding tube
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- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims abstract description 22
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- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
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Classifications
-
- 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)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 原子炉用燃料棒において、高燃焼度燃料等を
使用しても被覆管内の圧力上昇を抑制して、燃料の健全
性を確保する。 【解決手段】 上端及び下端がそれぞれ上部端栓と下部
端栓２５によって閉じられた被覆管２１と、被覆管２１
内に積重された多数の二酸化ウランペレット２７とを有
し、被覆管２１の上部にガスプレナムが形成された燃料
棒２０において、下部端栓２５の内部に中空部２２に形
成し、中空部２２と被覆管２１内部とを連通させてい
る。
使用しても被覆管内の圧力上昇を抑制して、燃料の健全
性を確保する。 【解決手段】 上端及び下端がそれぞれ上部端栓と下部
端栓２５によって閉じられた被覆管２１と、被覆管２１
内に積重された多数の二酸化ウランペレット２７とを有
し、被覆管２１の上部にガスプレナムが形成された燃料
棒２０において、下部端栓２５の内部に中空部２２に形
成し、中空部２２と被覆管２１内部とを連通させてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉に燃料集合
体の形で使用される燃料棒の構造に関する。
体の形で使用される燃料棒の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在広く使用されている加圧水型原子炉
や沸騰水型原子炉において、燃焼に供される原子炉燃料
は、細い燃料棒を束状に組立てた燃料集合体の形を取っ
ている。そして、この細い燃料棒は、ジルカロイ（商品
名）等のジルコニウム基合金からなる被覆管の内部に酸
化ウランペレット等の燃料ペレットを収納、積重して構
成されている。これを加圧水型原子炉用の燃料棒を例に
とって説明すると、図４及びその部分的拡大図である図
５を参照するに、燃料棒１０の被覆管１１の上端は上部
端栓１３によって密封され、一方下端は下部端栓１５に
より密封されている。そして、被覆管１１の内部に二酸
化ウランペレット１７が多数積重され、上部のガスプレ
ナム１８内に設けられたステンレス鋼製のコイルばね１
９により二酸化ウランペレット１７を押さえている。而
して、燃料棒が使用される環境は高温高圧の冷却材空間
であるので、被覆管１１は大きな圧力を受ける。従っ
て、そのクリープ変形を防止するため被覆管１１の内部
に所定圧のヘリウムガスが充填されている。一方被覆管
１１内の二酸化ウランペレット１７は核分裂反応により
核分裂生成ガスを発生し、被覆管１１の内部に蓄積して
いく。この核分裂生成ガスの蓄積による急激な内圧上昇
を防止するようにガスプレナム１８が機能する。
や沸騰水型原子炉において、燃焼に供される原子炉燃料
は、細い燃料棒を束状に組立てた燃料集合体の形を取っ
ている。そして、この細い燃料棒は、ジルカロイ（商品
名）等のジルコニウム基合金からなる被覆管の内部に酸
化ウランペレット等の燃料ペレットを収納、積重して構
成されている。これを加圧水型原子炉用の燃料棒を例に
とって説明すると、図４及びその部分的拡大図である図
５を参照するに、燃料棒１０の被覆管１１の上端は上部
端栓１３によって密封され、一方下端は下部端栓１５に
より密封されている。そして、被覆管１１の内部に二酸
化ウランペレット１７が多数積重され、上部のガスプレ
ナム１８内に設けられたステンレス鋼製のコイルばね１
９により二酸化ウランペレット１７を押さえている。而
して、燃料棒が使用される環境は高温高圧の冷却材空間
であるので、被覆管１１は大きな圧力を受ける。従っ
て、そのクリープ変形を防止するため被覆管１１の内部
に所定圧のヘリウムガスが充填されている。一方被覆管
１１内の二酸化ウランペレット１７は核分裂反応により
核分裂生成ガスを発生し、被覆管１１の内部に蓄積して
いく。この核分裂生成ガスの蓄積による急激な内圧上昇
を防止するようにガスプレナム１８が機能する。
【０００３】上述のように二酸化ウランペレット１７は
核反応により熱を発生するのであるが、その熱を被覆管
１１の外側を流れる冷却材に伝えることにより、有用な
仕事を行うことができる。この二酸化ウランペレット１
７から被覆管１１への熱伝達を効率良く行うため、両者
の間の隙間は極めて小さい値に維持される。然るに、二
酸化ウランペレット１７は照射により燃料寿命内で寸法
変化をするし、熱膨張差や内圧の変化によって前述の隙
間が微妙に変化する。そして、二酸化ウランペレット１
７が被覆管１１の内面に接触していけば、いわゆるＰＣ
Ｉと称するような干渉が生じ、不具合となるので、種々
の条件を勘案して燃料棒の設計が行われている。
核反応により熱を発生するのであるが、その熱を被覆管
１１の外側を流れる冷却材に伝えることにより、有用な
仕事を行うことができる。この二酸化ウランペレット１
７から被覆管１１への熱伝達を効率良く行うため、両者
の間の隙間は極めて小さい値に維持される。然るに、二
酸化ウランペレット１７は照射により燃料寿命内で寸法
変化をするし、熱膨張差や内圧の変化によって前述の隙
間が微妙に変化する。そして、二酸化ウランペレット１
７が被覆管１１の内面に接触していけば、いわゆるＰＣ
Ｉと称するような干渉が生じ、不具合となるので、種々
の条件を勘案して燃料棒の設計が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】而して、最近において
同一の原子炉において高燃焼度燃料の使用が提案されて
いる。この場合、燃料の寿命の後期において、蓄積され
た核分裂生成ガスの量が大きくなり、内圧の上昇割合が
大きくなる。又、最近使用が提案されている混合酸化物
の燃料ペレットを使用した場合も内圧の上昇度合いが大
きくなる。仮に、内圧の上昇度合いが大きくなると、燃
料ペレットと被覆管の間の隙間が大きくなって熱伝達が
有効に行われないばかりで無く、燃料ペレットの内部温
度が過度に上昇し、燃料の健全性を損なう虞れがある。
従って、本発明の課題は、高燃焼度燃料や混合酸化物燃
料を使用しても、被覆管内の圧力上昇度合いが低く保持
され、燃料ペレットの健全性が維持される原子炉用燃料
棒を提供することである。
同一の原子炉において高燃焼度燃料の使用が提案されて
いる。この場合、燃料の寿命の後期において、蓄積され
た核分裂生成ガスの量が大きくなり、内圧の上昇割合が
大きくなる。又、最近使用が提案されている混合酸化物
の燃料ペレットを使用した場合も内圧の上昇度合いが大
きくなる。仮に、内圧の上昇度合いが大きくなると、燃
料ペレットと被覆管の間の隙間が大きくなって熱伝達が
有効に行われないばかりで無く、燃料ペレットの内部温
度が過度に上昇し、燃料の健全性を損なう虞れがある。
従って、本発明の課題は、高燃焼度燃料や混合酸化物燃
料を使用しても、被覆管内の圧力上昇度合いが低く保持
され、燃料ペレットの健全性が維持される原子炉用燃料
棒を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
めに、本発明によれば、上端及び下端がそれぞれ上部端
栓と下部端栓によって閉じられた被覆管と、この被覆管
内に積重された多数の燃料ペレットとを有し、前記被覆
管の上部にガスプレナムが形成された原子炉用燃料棒
は、下部端栓の内部に中空部に形成し、その中空部と被
覆管内部とを連通させることにより、被覆管内のガス空
間の実質的容積を拡大するように構成される。
めに、本発明によれば、上端及び下端がそれぞれ上部端
栓と下部端栓によって閉じられた被覆管と、この被覆管
内に積重された多数の燃料ペレットとを有し、前記被覆
管の上部にガスプレナムが形成された原子炉用燃料棒
は、下部端栓の内部に中空部に形成し、その中空部と被
覆管内部とを連通させることにより、被覆管内のガス空
間の実質的容積を拡大するように構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。先ず図２を参照して、本発明の
燃料棒が組み込まれた燃料集合体１の構造を概説する。
図２において、多数の冷却材貫流口を備えた上部ノズル
３は、同様に多数の冷却材貫流口を備え四隅下面に脚５
ａを有する下部ノズル５と向かい合っており、これらの
上部ノズル３と下部ノズル５は互いに離れて平行に延び
た複数の制御棒案内管７により連結されている。そし
て、制御棒案内管７に長手方向に間隔をおいて配設され
た支持格子９は、薄い金属帯板であるストラップを直交
させて組み合わせて形成されていて、碁盤目状に形成さ
れた格子開口を有し、その格子開口の中に燃料棒２０が
１本づつ挿通され、ストラップと一体構造のばねなどに
より弾性的に支持されている。
の実施形態を説明する。先ず図２を参照して、本発明の
燃料棒が組み込まれた燃料集合体１の構造を概説する。
図２において、多数の冷却材貫流口を備えた上部ノズル
３は、同様に多数の冷却材貫流口を備え四隅下面に脚５
ａを有する下部ノズル５と向かい合っており、これらの
上部ノズル３と下部ノズル５は互いに離れて平行に延び
た複数の制御棒案内管７により連結されている。そし
て、制御棒案内管７に長手方向に間隔をおいて配設され
た支持格子９は、薄い金属帯板であるストラップを直交
させて組み合わせて形成されていて、碁盤目状に形成さ
れた格子開口を有し、その格子開口の中に燃料棒２０が
１本づつ挿通され、ストラップと一体構造のばねなどに
より弾性的に支持されている。
【０００７】本発明による燃料棒２０の大方の構造は、
前述の燃料棒１０と殆ど同じであるが、本発明による特
徴的構造が図１及び図３に示されている。二酸化ウラン
ペレット２７を取り囲む被覆管２１は、ジルカロイ（商
品名）などのジルコニウム基合金材料からなり、複合構
造の下部端栓２５に密封溶接により連結されている。下
部端栓２５は、外形形状としては従来の下部端栓１５と
実質的に同じであるが、端栓本体２５ａと小径キャップ
２５ｂとの溶接組み合わせ構造となっている。端栓本体
２５ａと小径キャップ２５ｂとは被覆管２１と同じ材料
からできていて、内部に中空部２２を画成し、小径キャ
ップ２５ｂに穿設された連通孔２４により、中空部２２
は被覆管２１の内部空間に連通している。そして、被覆
管２１には、図示しない上部のガスプレナムと中空部２
２を含む内部にヘリウムガスが所定圧になるように充填
されている。
前述の燃料棒１０と殆ど同じであるが、本発明による特
徴的構造が図１及び図３に示されている。二酸化ウラン
ペレット２７を取り囲む被覆管２１は、ジルカロイ（商
品名）などのジルコニウム基合金材料からなり、複合構
造の下部端栓２５に密封溶接により連結されている。下
部端栓２５は、外形形状としては従来の下部端栓１５と
実質的に同じであるが、端栓本体２５ａと小径キャップ
２５ｂとの溶接組み合わせ構造となっている。端栓本体
２５ａと小径キャップ２５ｂとは被覆管２１と同じ材料
からできていて、内部に中空部２２を画成し、小径キャ
ップ２５ｂに穿設された連通孔２４により、中空部２２
は被覆管２１の内部空間に連通している。そして、被覆
管２１には、図示しない上部のガスプレナムと中空部２
２を含む内部にヘリウムガスが所定圧になるように充填
されている。
【０００８】以上のような構造の燃料棒２０を組み込ん
だ燃料集合体１を原子炉炉心内に装荷して燃焼に供する
と、二酸化ウランペレット２７は核分裂生成ガスを発生
する。その発生量をＶ＋ｖとなる。Ｖは、通常の燃焼度
運転による発生量であり、ｖは高燃焼度運転による増加
量である。一方、もともと設けられたガスプレナム及び
下部端栓２５の中空部の容積をそれぞれＰとｐとする
と、圧力上昇度合いは、割合（Ｖ＋ｖ）／（Ｐ＋ｐ）に
依存するものと考えて良く、分母に中空部２２の容積ｐ
を加えた分だけ、圧力上昇割合が低下する。
だ燃料集合体１を原子炉炉心内に装荷して燃焼に供する
と、二酸化ウランペレット２７は核分裂生成ガスを発生
する。その発生量をＶ＋ｖとなる。Ｖは、通常の燃焼度
運転による発生量であり、ｖは高燃焼度運転による増加
量である。一方、もともと設けられたガスプレナム及び
下部端栓２５の中空部の容積をそれぞれＰとｐとする
と、圧力上昇度合いは、割合（Ｖ＋ｖ）／（Ｐ＋ｐ）に
依存するものと考えて良く、分母に中空部２２の容積ｐ
を加えた分だけ、圧力上昇割合が低下する。
【０００９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃料棒の下部端栓内に形成した中空部がガスプレナムと
して作用し、燃焼度を増やして運転しても燃料棒内部の
圧力上昇が抑制されて、燃料ペレットと被覆管との間隙
が許容範囲に納められる。この結果、燃料ペレットから
被覆管への熱伝達が良好に行われて燃料ペレットの熱損
傷を防止することができる。
燃料棒の下部端栓内に形成した中空部がガスプレナムと
して作用し、燃焼度を増やして運転しても燃料棒内部の
圧力上昇が抑制されて、燃料ペレットと被覆管との間隙
が許容範囲に納められる。この結果、燃料ペレットから
被覆管への熱伝達が良好に行われて燃料ペレットの熱損
傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の要部を示す部分断面図であ
る。
る。
【図２】前記実施形態に係る燃料棒が組み込まれる燃料
集合体を示す一部切欠き斜視図である。
集合体を示す一部切欠き斜視図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】従来構造の燃料棒の一部省略立断面図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す部分断面図である。
１ 燃料集合体 ３ 上部ノズル ５ 下部ノズル ７ 制御棒案内管 ９ 支持格子 ２０ 燃料棒 ２１ 被覆管 ２２ 中空部 ２４ 連通孔 ２５ 下部端栓 ２７ 二酸化ウランペレット
Claims (1)
- 【請求項１】 上端及び下端がそれぞれ上部端栓と下部
端栓によって閉じられた被覆管と、同被覆管内に積重さ
れた多数の燃料ペレットとを有し、前記被覆管の上部に
ガスプレナムが形成された燃料棒において、前記下部端
栓の内部に中空部に形成し、前記中空部と被覆管内部と
を連通させたことを特徴とする原子炉用燃料棒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9302968A JPH11142560A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 原子炉用燃料棒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9302968A JPH11142560A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 原子炉用燃料棒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142560A true JPH11142560A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17915337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9302968A Pending JPH11142560A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 原子炉用燃料棒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11142560A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006092970A1 (ja) | 2005-02-28 | 2006-09-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 加圧水型原子炉の燃料集合体及び燃料集合体の設計方法 |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP9302968A patent/JPH11142560A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006092970A1 (ja) | 2005-02-28 | 2006-09-08 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 加圧水型原子炉の燃料集合体及び燃料集合体の設計方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040706 |