JPS63142292A - 燃料集合体 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子炉の燃料集合体に関する。

（従来の技術） 一般に沸騰水型原子炉の炉心には、複数の燃料集合体が
等間隔に配列されている。各燃料集合体は、上下に配置
された上部タイプレートと下部タイプレートの間に多数
の燃料棒を装着し、燃料棒の中間部には数個のスペーサ
を配置したうえ、これらを筒状の燃料チャンネルで覆っ
ている。

原子炉圧力容器内では、燃料集合体の下部タイプレート
の開口部から炉水が流れ込み、燃料チャンネルと燃料棒
との間隙を通過する間に、核反応によって燃料ペレット
内で発生した熱量が冷却材である炉水を温め、上部タイ
プレートを通り抜けた後、燃料チャンネル上部出口では
、蒸気と水の２相状態となっている。燃料集合体の上部
では、蒸気と水を分離する気水分離器および蒸気乾燥器
によって乾燥蒸気だけが取り出され、これによってター
ビンを駆動し、発電機をまねず構造となっている。

燃料ペレット内で起こる核反応はＵ”’（ｎ、　ｆ）反
応であり、この反応を起こすためには、反応断面積の大
きな領域である数ｅＶ以下のエネルギーの中性子がＵ”
１′　に衝突する必要がある。核分裂が起きた時には約
２００ＭｅＶの熱量と、平均で約２　ＭｅＶの中性子が
２〜３個発生する。

炉水は冷却材としての作用の他に中性子の減速材も兼ね
ており、中性子が水の分子と数回衝突を繰り返し、少く
とも１回の核分裂から発生した中性子の１個が数ｅＶま
で減速し、新たにＵ０５と核反応を起こすことによって
連鎖反応を保っている。

燃料集合体内に燃料棒のみを配列した場合、燃料集合体
の上部では燃料棒臼らの発熱から燃料棒間の間隙の炉水
は蒸気の流れとなり、減速材の密度を下げる結果となり
核分裂によって発生した中性子が高エネルギーのまま炉
心を抜は出し、核連鎖反応を抑制することになる。

このため高燃焼度を達成したり燃料効率を上げるため、
１体の燃料集合体当り１〜２本のウォーターロッドを燃
料棒の配列格子の中央近傍に組込み、燃料集合体上部で
の減速材の確保を行なっている。　このウォーターロッ
ドには第４図に示す細径ウォーターロッド９と、第５図
に示す太径ウォーターロッド１０があり、細径ウォータ
ーロッド９はほぼ燃料棒と同等の大きさを持ち太径ウォ
ーターロッド１０は減速材の容量をより多く確保するた
めに、燃料棒４本分の空間に挿入される大きさを持つ共
に空洞管である。これらウォーターロッド９，１０は、
共に発熱による蒸気の発生量の少ない燃料集合体の下部
から下部リーク孔１１を通じ、上部リーク孔１２までの
減速材流路を形成し、燃料集合体の上部での減速材を確
保している。

（発明が解決しようとする問題点） 燃料集合体の燃焼度を増加し燃料効率を上昇させるため
には、燃料集合体１体当りの燃料要素を増加し、また燃
料棒の発熱により発生する蒸気量が増加する燃料集合体
の中央部乃至上部で減速材を確保することが必要である
。

従来の燃料集合体では燃料集合体の上部での減速材を増
加させるためにウォーターロッドを設けており、このウ
ォーターロッドは燃料集合体の全長にわたって存在する
ため、蒸気発生量が少なく減速材が充分にある燃料集合
体の下部に余分な減速材が存在することになり、ここに
燃料要素を配置する余地を無くしている。

本発明の目的は、燃料と減速材の、燃料集合体内におけ
る空間分布状態を改良し、燃料効率を上昇させることが
できる燃料集合体を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明においては、被覆管内に多数の燃料ペレットが封
入された複数の燃料棒を束状に配列した燃料集合体に、
被覆管の下部には燃料ペレットを、被覆管の上部には固
体状減速材を封入して燃料棒の一部に組込まれた特設燃
料棒を設けた。

（作　用） 特設燃料棒の燃料ペレットが封入されている部分に相当
する炉心領域では、燃料が欠落している部分がなく効率
よく核反応が行なわれる。同じく固体状減速材が封入さ
れている部分に相当する炉心領域では、炉心冷却材のボ
イドが発生しているが、特設燃料棒に封入された固体状
減速材によって中性子減速が行なわれ、効率よく核反応
が行なわれる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して説
明する。

第３図において、断面が正方形の枠状に形成された筒状
の燃料チャンネル１内には、多数の燃料ペレット２が収
納された数十水の燃料棒３が格子状に配列されて装着さ
れており、燃料棒３の下部は下部タイプレート４により
、上部は上部タイプレート５によって固定されている。

上部タイプレート５と下部タイプレート４の間には、燃
料棒３相互間および燃料棒３と燃料チャンネル１間の間
隔寸法を規制するスペーサ６が数個膜けられ、上部タイ
プレート５にはハンドル７が立設されている。

燃料棒３の格子状配列の中には、たとえば２本の特設燃
料棒８が組込まれている。この特設燃料捧８が組込まれ
る位置は、たとえば従来細径ウォーターロッド９が配置
されていた位置であってよい。

この特設燃料棒８は第１図に示されるように、上下にそ
れぞれ上部タイプレート５、および下部タイプレート４
に挿着される上部端栓１３、および下部端栓１４を備え
た被覆管１５の下部に一定数の燃料ペレット２を充填し
、その上側残部にたとえば高温状態で安定な炭素材を使
用して形成された固体減速材ペレット１６を充填し、そ
の上部がらプレナムスプリング１７で圧着している。

燃料ペレット２と固体減速材ペレット１６の充填数の比
は任意に設定可能であるから、炉心内のボイド発生高さ
の分布に応じて、その位置に設置される燃料集合体に装
着される特設燃料棒８の、燃料ペレット２と固体減速材
ペレット１６との境界が、その位置のボイド発生高さに
ほぼ一致するように充填数を定めればよい。

次に作用について述べる。

炉心の下方から炉心内に流入した炉水は、各燃料集合体
の間隙を通過して上昇していくうちに、燃料棒３および
特設燃料棒８の燃料ペレット２の核反応による発熱によ
り加熱され、やがてボイドが発生して蒸気と水の三相流
となって炉心の上方へ流出する。

ここでボイドの発生する位置より上方では、特設燃料棒
８の固体減速材ペレット１６が設けられているので、従
来ウォーターロッド９等の上方部と同様に作用し、十分
な中性子減速が行われる。ボイドの発生位置より下方で
は、従来のウォーターコンド９等が占めていた無用の水
の領域が、特設燃料棒８の燃料ペレット２によって置換
され、有効な燃料領域となる。

なお特設燃料棒８は第２図に示すように、被覆管１５の
下部に充填された一定数の燃料ペレット２の上に、断熱
材たとえば石綿を充填した缶１８を置き、さらにしきい
板を設けたうえ、被覆管１５の残った上部空間に粒子状
の固体減速材１９を充填してプレナムスプリング１７で
圧着するようにしてもよく、このようにすれば固体減速
材ペレット１６を用いた場合の熱膨張による変形を回避
することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば燃料集合体１体当りの燃料要素量を増加
することができるうえに、減速材を確保しなければなら
ない燃料集合体の中央部および上部には減速材を確保す
ることが可能となり、より燃料効率の良い燃焼度の高い
燃料集合体を構成することができ原子炉の経済性が向上
する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の要部を示す断面図。 第２図は本発明の他の実施例の要部を示す断面図、第３
図は第１図および第２図の特設燃料棒を適用した燃料集
合体を示す一部切欠き斜視図、第４図および第５図はそ
れぞれウォーターロンドを示す側面図である。 ２・・・燃料ペレット　　　　　　３・・・燃料棒８・
・・特設燃料棒　　　　　　　１５・・・被覆管１６・
・・固体状減速材ペレット　　１９・・・粒子状固体減
速材第１図 ｊＩ２図 ｆＪ　　ａ　因 第　　５ｙＡ ｔＪ　４　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被覆管内に多数の燃料ペレットが封入された複数の
   燃料棒を束状に配列してなる燃料集合体において、前記
   被覆管の下部には前記燃料ペレットを前記被覆管の上部
   には固体状減速材を封入して前記燃料棒の一部に組込ま
   れた特設燃料棒を設けたことを特徴とする燃料集合体。 ２、前記固体状減速材をペレット状とした特許請求の範
   囲第１項記載の燃料集合体。 ３、前記固体状減速材を粒子状とした特許請求の範囲第
   １項記載の燃料集合体。 ４、前記固体状減速材を炭素材とした特許請求の範囲第
   １項記載の燃料集合体。