JPS6282393A - 沸騰水型原子炉用燃料棒 - Google Patents

沸騰水型原子炉用燃料棒

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JPS6282393A
JPS6282393A JP60222651A JP22265185A JPS6282393A JP S6282393 A JPS6282393 A JP S6282393A JP 60222651 A JP60222651 A JP 60222651A JP 22265185 A JP22265185 A JP 22265185A JP S6282393 A JPS6282393 A JP S6282393A
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JP
Japan
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fuel
fuel rod
rod
temperature
cladding tube
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Pending
Application number
JP60222651A
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English (en)
Inventor
隆雄 石塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は沸騰水型原子炉(以下BWRと称する)の燃料
棒に関する。
[発明の技術的背景とその問題点」 一般に、沸騰水型原子炉はその炉心に複数の燃料集合体
を装荷しており、各燃料集合体は制御棒を挿入するため
の十字状空間を互いに設定して格子状に配列されている
。従来、この種の燃料集合体は第3図に示すように構成
されている。すなわち、角筒状の燃料チャンネルボック
ス20内には複数の燃料棒21等を収容している。これ
ら燃料棒?1等はスペーサ22により直立平行等間隔に
設定されて格子状に整列指示されている。燃料棒21の
上端部は上部端栓23を介して上部タイプレート24に
支持されており、また、その下端部は下部端栓25を介
して下部タイプレート26により支持されている。この
下部タイプレート26の下端には冷却材である炉水を燃
料チャンネルボックス20内に導入するための冷却孔2
7が穿設されている。この冷却孔27から燃料チャンネ
ルボックス20内に流入した炉水はその上端へ向けて昇
流する際に、発熱する燃料棒21によって7Jll熱さ
れ、沸騰して蒸気を発生するように構成されている。す
なわち、炉水は燃料集合体の下端において、冷却孔27
から燃料チPンネルボックス20内に流入すると共に、
制御棒の挿入空間である相隣なる燃料チャンネルボック
ス20相互の空間に流入して上方へ向けてそれぞれ昇流
し、燃料集合体の上方において、これら炉水の流れが合
流する。燃料チャンネルボックス20内部を昇流してぎ
た炉水は、燃料棒21によりIJn熱されて沸1騰して
気液二相流を形成する。一方、各燃ギ:↓チャンネルボ
ックス21相互の空間を昇流してきた炉水は、はぼ液体
のままの状態にある。このため、燃料集合体の上方では
上記気液二相流と、液流とが合流して新たな気液二相流
を形成する。
燃料集合体の下部からその内部へ流入する炉水はサブク
ール状態であるが、燃料棒21による加熱のために飽和
温度となり気液二相流となる。この気液二相流による伝
熱は、大変良好で燃料棒21の表面温度は流体温度より
若干高い温度になっているに過ぎず、燃料棒21の表面
には液膜が形成されている。しかし、燃料棒21の発熱
mを増して行くと、この液膜が消滅して沸騰遷移を生ず
る領域が発生する。この領域では燃料棒21の表面温度
が急上昇し、流体の炉水との温度差が非常に大きくなり
、燃料棒21の健全性上好ましくない。
また、原子炉を運転する時流量に比較して出力が高すぎ
た状態にて異常過渡や事故時にも前述と同様なmgi酉
移が発生する可能性かある。
燃料棒は内部に燃料となるペレット(例えば酸化ウラン
)があり、その外側は被覆管で覆われ、ペレットと被覆
管との間には放射性生成物等の気体が必る。そして、燃
料棒は内部のペレット部にて熱発生し、被覆管の外部に
て流体により除熱されるので、ペレット部分は高温とな
っている。そこで、沸騰遷移を生じた時に被覆管温度を
できるだけ低くするには、ペレットと被覆管との間の熱
伝達を良くする事が望ましい。
[発明の目的] 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、燃料棒被覆管とペレットの間の熱伝達を良くした沸騰
水型原子炉用の燃料棒を提供することにある。
[発明の概要] 本発明は上記目的を達成するために、燃料ペレットとこ
の燃料ペレットを収納する燃料被覆管との間の空間に低
溶融点金属を封入した沸騰水型原子炉用の燃料棒である
[発明の実施例] 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例の一部を断面で示した図であ
る。同図に示すように、本実施例の燃料(卒1は外側を
燃料被覆管2で覆い、その内部に・燃料ペレット3が設
けられている。燃料被覆管2と燃料ペレット3との間の
空間4に低溶融点金属5か封入された構成となっている
次に、上記燃料棒1から構成された燃料集合体6を炉心
に装荷したBWRを第2図に示す。
第2図において、複数の燃料集合体6は、原子炉圧力容
器7内のほぼ中央部に配設された炉心シュラウド8内に
格子状に配列される。これら燃料集合体6の下方に下部
プレナム9が形成され、この下部プレナム9に配設され
た十字状の制御棒10が、相隣なる燃料集合体6相互の
十字状空間に挿入されるように構成されている。これら
燃料集合体6相豆間の空間は炉心のバイパス流路となる
バイパス部11を形成している。燃料集合体6の上方に
は上部プレナム12が形成され、その上方には、気水分
離器13、ドライヤ14がそれぞれ配設されている。
また、原子炉圧力容器Y内の炉水を強制循環せしめる再
循環ポンプ15が原子炉圧力容器7の外部に設けられて
おり、この再循環ポンプ15により下部プレナム9へ強
制的に吐出された炉水は上方に向けて昇流し、燃料集合
体6の下端において、燃料集合体6の内部と外部、すな
わちバイパス部11とに分流する。燃料集合体6内に流
入してその内部を昇流する炉水は、昇流の間に発熱する
燃料棒1に加熱されて沸騰し蒸気となる。
この様な状況において、BWR定常出力運転時の燃料棒
1の各部分に於ける温度を第4図に示す。
第4図において、燃料被覆管2と燃料ペレット3の間に
従来例の様に気体(気体の熱伝導率ki )がある場合
の温度を破線aで、本発明のように低溶融点金属5(そ
の熱伝導率kz )のある場合の温度を実線すで示す。
kl<k2であるので燃料棒の出力が同一の時、被覆管
2の外表面温度は同じであるが燃料ペレット3の温度は
低溶融点金属5がおる方が低くなることが分る。
ざらに、BWR運転過渡時にあ(ブる燃料棒表面での熱
流束を第5図に示す。図中、燃料被覆管2と燃料ペレッ
ト3の間に気体4(気体の熱伝導率に1)がある場合の
熱流束の時間変化を破線Cで、本発明に係る低溶融点金
属5(その熱伝導率kz )がおる場合を実線dで示ず
。第5図に示す如くBWR運転過渡時における燃料棒表
面熱流束の時間変化は実線dの方が小さくなる。つまり
燃料棒被覆管2とペレット3の間に本発明に係る如く熱
伝導率の大きい物体があってその間の熱抵抗が小ざい程
燃料俸1の表面温度は低くなり燃料棒健全性維持の面か
ら良いことになる。また、燃料棒外表面温度について破
線Cと実線dとの場合で、その温度差は、外表面で沸騰
遷移を生じる場合にはより顕著になる。
次に、低溶融点金属の一例として、ナトリウム(Na 
)を例にとると、その融点は約98℃、沸点は約881
°C(いずれも大気圧下)であり、定温では固体で、B
WR通常運転時のように約300°Cにては液体となる
。そのため、燃料棒製作時には、至渦状悪であるからナ
トリウム金属は固体である。
そこで、燃料被覆管内に燃料ペレットを入れた1な、燃
料被覆管内の燃料ペレット上部又は燃料被覆管と燃料ペ
レットの隙間にナトリウム金属柱を置きその後燃料棒を
封じても良く、また燃料棒被覆管内に燃料ペレットをい
くつか積んだ後ナトリウム金属片を被覆管内に入れその
後燃料ペレッ1〜を入れてから燃料棒を封じてもよい。
この様にして製作された燃料棒において、燃料棒内のナ
トリウム金属は至温状態では固体であるが、BWR運転
時にはNaが溶融して燃料棒被覆管と燃料ペレットの間
にNaが充満することになる。したがって、燃料棒被覆
管と燃料ペレットとの間の空間には熱伝導率の良い物体
が存在することになるので、BWR運転過渡時には燃料
棒健全性の面から本発明に係る燃料果合体は従来のもの
に比べて有利となる。
次に本発明の燃料棒の温度効果を式を用いて説明する。
従来の燃料棒にて被覆管内壁と燃料ペレット間の距離を
2、その間のギャップ熱伝導率をhlその温度差をΔT
、熱流束をql とずれば下記(1)式が得られる。
qT =h・△T1        ・・・(1)また
、本発明の燃料棒内に封入する低溶融点金属としてナト
リウム金属を用い、その熱伝導率をλ2とし、被覆管内
面と燃料ペレット外周部との温度差をΔT2、熱流束を
q2とすれば下記(2)式が得られる。
q2−λ、aT2      ・・・(2)見 そこで、ql =(12とすれば △Tz=h ΔT1(λ/2) となる。
次に、9. = 0.12x 10−3 mh=270
0Kcal /m2 h’Cλ−115Kcal  /
mh’c とすれば ALL=0.0028 ΔT1 となる。
また、(h =q2 =3.4 xt05 Kcal 
/m2 hとすれば、 △T+=125.9°C2ΔT2 =0.4°C2△T
1−△T2 =125.5°C となる。
この試算では、本発明に係る燃料棒はその表面の伝熱状
態が悪い時、燃料被覆管表面の温度は従来のものに比へ
て120″C以上低くできる。
上記したところは一試算例であるが、本発明に係る燃料
では燃料棒表面温度をかなり低くくすることが可能とな
る。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、燃料被覆管と燃
料ペレットの間に熱伝導の良い物質が充満することにな
るので燃料棒内の温度を低くでき、またBWR運転温度
時に熱流束の時間変化が従来の燃料棒より燃料棒表面熱
流束が小さくなり、燃料棒外表面で沸騰遷移を生じにく
くなる。ざらに沸B遷移を生じても燃料被覆管最高温度
を低く押さえることができるので、燃料棒の健全性が向
上するという優れた効果を秦ブる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の一部を断面で示した側面図
、第2図は第1図の燃料棒よりなる燃料集合体を装荷し
た沸騰水型原子炉圧力容器の縦断面図、第3図は従来の
燃料集合体の一部切欠いた斜視図、第4図はBWR定常
運転時の燃料棒内の温度分布を示す図、第5図はBWR
運転過渡時の燃料棒表面での熱流束の時間変化を示す図
で必る。 1・・・燃料棒、    2・・・燃料被覆管3・・・
燃料ペレット、 5・・・低溶融点金属6・・・燃料集
合体、   7・・・原子炉圧力容器代理人 弁理士 
則 近 憲 佑 同  三俣弘文 第  1  図 第2図 第3図 第4図 第  5  図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)原子炉燃料集合体を構成する燃料棒において、燃
    料ペレットとこの燃料ペレットを収納する燃料被覆管と
    の間の空間に低溶融点金属を封入したことを特徴とする
    沸騰水型原子炉用燃料棒。
  2. (2)低溶融点金属の溶融温度は燃料被覆管の通常運転
    時温度以下である特許請求の範囲第1項記載の沸騰水型
    原子炉用燃料棒。
  3. (3)低溶融点金属はナトリウム金属である特許請求の
    範囲第1項記載の沸騰水型原子炉用燃料棒。
JP60222651A 1985-10-08 1985-10-08 沸騰水型原子炉用燃料棒 Pending JPS6282393A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06201872A (ja) * 1992-10-28 1994-07-22 General Electric Co <Ge> 燃料要素およびその中での熱伝達を改善する方法
JP2010261930A (ja) * 2009-04-10 2010-11-18 Toshiba Corp 高速炉、照射集合体、照射ピン及び照射ペレット
JP2022523582A (ja) * 2019-03-07 2022-04-25 ウェスティングハウス エレクトリック カンパニー エルエルシー 自己修復液体ペレット-被覆隙間熱伝達充填材

Cited By (4)

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