(57)【要約】【課題】加圧水型原子炉において燃料集合体の間の冷却材の横流れを抑制する。【解決手段】加圧水型原子炉に装荷される燃料集合体１０は、核燃料物質を収めた複数の燃料棒４、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７を正方格子状に配列し、その外周を角筒状の横流れ防止板１で囲んだものである。いわゆるキャンレスタイプの燃料集合体が装荷された加圧水型原子炉に装荷する場合には、最外周の燃料棒４の外径を小さくしたり、最外周の燃料棒４の燃料棒ピッチを小さくすることによって、横流れ防止板１の外幅を既存の燃料集合体と外幅を同じにしても、最外周の燃料棒４が横流れ防止板１および隣の燃料集合体と干渉しないようにできる。【選択図】図１
2010019806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧水型原子炉に装荷される燃料集合体において、
角筒状に設けられた横流れ防止板と、
前記横流れ防止板の内部に前記横流れ防止板の内部と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、
を有することを特徴とする燃料集合体。
【請求項２】
前記燃料棒のうち最外周に配置される最外周燃料棒の外径は、前記最外周燃料棒以外の前記燃料棒の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体。
【請求項３】
前記燃料棒のうち最外周に配置される最外周燃料棒とその最外周燃料棒の１層内側に配置された前記燃料棒との間の燃料棒ピッチは、前記最外周燃料棒以外の前記燃料棒の間の燃料棒ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体。
【請求項４】
角筒状に設けられた横流れ防止板と、前記横流れ防止板の内部に前記横流れ防止板と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、を備えた第１の燃料集合体と、
角筒状の領域の内部にその角筒状の領域と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、を備えて側面に一部の前記燃料棒が露出した第２の燃料集合体と、
を有し、前記第１の燃料集合体および前記第２の燃料集合体が正方格子状に配列されて炉心が形成されていることを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項５】
前記第１の燃料集合体および前記第２の燃料集合体はいずれも制御棒および炉内計装を案内するシンブルを備え、横断面中央に対する前記シンブルの相対的な位置が前記第１の燃料集合体および前記第２の燃料集合体で同じであることを特徴とする加圧水型原子炉。
【請求項６】
前記第１の燃料集合体の前記燃料棒のうち最外周に配置される最外周燃料棒の外径は、前記最外周燃料棒以外の前記燃料棒および前記第２の燃料集合体の前記燃料棒の外径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の加圧水型原子炉。
【請求項７】
前記第１の燃料集合体の前記燃料棒のうち最外周に配置される最外周燃料棒とその最外周燃料棒の１層内側に配置された前記燃料棒との間の燃料棒ピッチは、前記最外周燃料棒以外の前記燃料棒の間の燃料棒ピッチおよび前記第２の燃料集合体の前記燃料棒の間の燃料棒ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の加圧水型原子炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉およびそれに用いる燃料集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）に装荷される燃料集合体において、核燃料要素を充填した燃料棒が正方格子状に配列され、上下のノズルと支持格子で形状が保持されている。このような加圧水型原子炉には、たとえば１７×１７燃料集合体（たとえば非特許文献１参照）が装荷される。１７×１７燃料集合体は、１７行１７列の正方配列を形成するＵＯ２燃料棒２６４本、制御棒案内シンブル２４本、計装用案内シンブル１本、支持格子９個、上部ノズルおよび下部ノズル各１個から構成される（たとえば特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＰＷＲに装荷される燃料集合体は、囲い板のない、いわゆるキャンレスタイプである。このため、炉心内において燃料集合体の間で一次冷却水の混合が起こる構造となっている。
【特許文献１】特開２００６−３００９３７号公報
【非特許文献１】原子力ハンドブック編集委員会編、「原子力ハンドブック」、日本、株式会社オーム社、平成１９年１１月２０日、ｐ．１９４−ｐ．１９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に加圧水型原子炉用燃料集合体は、キャンレスタイプであるため、原子炉内に装荷された時に、形状の違いや出力分布の差異により、燃料集合体間で冷却材の横流れ（燃料集合体を水平方向に横切る流れ）が生じやすい。この横流れは、燃料集合体に不要な流動振動を生じさせる。このため、燃料集合体の寿命を縮め、燃料集合体の破損率を高める可能性がある。
【０００５】
そこで、一般に加圧水型原子炉では、この余分な横流れ発生を防ぐために、燃料棒本数の異なる燃料集合体の混合装荷を許さず、最新の設計を反映した燃料集合体を旧設計の炉心に装荷することはできない。また、燃料装荷パターンも燃料経済性よりも出力分布の平坦化を目指したＯＵＴ−ＩＮ方式を採用している。燃料取替体数の変動も炉心内の出力分布への影響が大きいため、運転サイクルの変動に合わせてフレキシブルに燃料集合体取替体数を変えられない。
【０００６】
そこで、本発明は、加圧水型原子炉において燃料集合体の間の冷却材の横流れを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、加圧水型原子炉に装荷される燃料集合体において、角筒状に設けられた横流れ防止板と、前記横流れ防止板の内部に前記横流れ防止板の内部と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、加圧水型原子炉において、角筒状に設けられた横流れ防止板と、前記横流れ防止板の内部に前記横流れ防止板と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、を備えた第１の燃料集合体と、角筒状の領域の内部にその角筒状の領域と同軸に延びて正方格子状に配列され、核燃料物質を収めた複数の燃料棒と、を備えて側面に一部の前記燃料棒が露出した第２の燃料集合体と、を有し、前記第１の燃料集合体および前記第２の燃料集合体が正方格子状に配列されて炉心が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加圧水型原子炉において燃料集合体の間の冷却材の横流れを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る加圧水型原子炉およびそれに用いる燃料集合体の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における横断面図である。図２は、本実施の形態の燃料集合体の横流れ防止板を取り除いて一部を切欠いた斜視図である。図３は、本実施の形態の燃料集合体の斜視図である。
【００１２】
本実施の形態の燃料集合体１０は、横流れ防止板１、上部ノズル２、下部ノズル５、燃料棒４、支持格子３、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７を備えている。上部ノズル２および下部ノズル５は、間隔を置いて配置される。燃料棒４は、上部ノズル２と下部ノズル５との間に延びて、内部にウランなどの核燃料物質を収納する。燃料棒４は、それぞれ１７行１７列の正方格子位置の一つを占めるように配置され、上部ノズル、下部ノズル５および支持格子３によって、互いの間隔が保持されている。支持格子３は、軸方向の９か所に配置されている。
【００１３】
また、横断面中央の正方格子位置には、炉内計装案内シンブル６が配置されている。さらに、炉内計装案内シンブル６を取り囲むように、２４本の制御棒案内シンブル７が配置されている。残りの格子位置は燃料棒４が占めているため、燃料棒４の本数は２６４本である。これらの燃料棒４、支持格子３、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７の側面は、角筒状に延びる横流れ防止板１で囲まれている。複数の燃料集合体１０が、加圧水型原子炉の原子炉容器（図示せず）の内部に正方格子状に配列されて炉心を形成する。
【００１４】
炉内計装案内シンブル６の内部には、炉内計装のための機器が挿入される。また、制御棒案内シンブル７には燃料集合体１０ごとにクラスター化された制御棒が挿入される。
【００１５】
このような燃料集合体１０を用いると、たとえば隣り合う燃料集合体１０で平均濃縮度が異なるなどのために熱出力が異なる場合であっても、横流れ防止板１によって冷却水が隣の燃料集合体１０に向かって流れる横流れが防止される。このため、燃料棒本数が異なるなど設計が異なる燃料集合体を一つの炉心の内部に混在させることができる。よって、最新の設計を反映した燃料集合体を、旧設計の炉心に装荷することができる。つまり、取り換え燃料を順次新しい設計のものとし、最終的に新しい設計の燃料集合体のみで炉心を形成することができる。
【００１６】
また、炉心内の燃料集合体の間の熱出力の差がある程度大きくても、冷却水の横流れが生じないため、燃料経済性を目指して中性子低漏洩の燃料装荷パターンを採用することができる。さらに、運転サイクルの変動に合わせて、フレキシブルに燃料集合体取替体数を変えることができる。
【００１７】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【００１８】
本実施の形態の炉心は、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０と、従来のいわゆるキャンレスタイプの燃料集合体１１が混在している。横流れ防止板１の外幅は、キャンレスタイプの燃料集合体１１の外幅と同じである。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒ピッチをすべて同じにすると、横流れ防止板１と最外周に位置する燃料棒４２が横流れ防止板１と干渉してしまう可能性がある。
【００１９】
そこで、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒のうち、最外周に配置される燃料棒４２の外径を、最外周の燃料棒以外の燃料棒４の外径よりも小さくしている。これにより、横流れ防止板１の外幅を隣の燃料集合体１１と干渉しないように小さくしても、最外周の燃料棒４２が横流れ防止板１と干渉することはない。
【００２０】
また、燃料集合体１０の最外周の燃料棒以外の燃料棒ピッチを、キャンレスタイプの燃料集合体１１の燃料棒ピッチと同じとすることにより、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７の燃料集合体の内部での相対位置を同じにすることができる。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０とキャンレスタイプの燃料集合体１１とで同じ炉内計装および制御棒を用いることができる。したがって、既存の加圧水型原子炉に、燃料集合体以外の改造をほとんど施すことなく、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０を装荷することができる。
【００２１】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【００２２】
本実施の形態の炉心は、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０と、従来のいわゆるキャンレスタイプの燃料集合体１１が混在している。横流れ防止板１の外幅は、キャンレスタイプの燃料集合体１１の外幅と同じである。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒ピッチをすべて同じにすると、横流れ防止板１と最外周に位置する燃料棒４１が横流れ防止板１と干渉してしまう可能性がある。
【００２３】
そこで、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒のうち、最外周に配置される燃料棒４１とその最外周の燃料棒４１の１層内側に配置された燃料棒４との間の燃料棒ピッチＰ１を、最外周の燃料棒以外の燃料棒ピッチＰ０よりも小さくしている。これにより、横流れ防止板１の外幅を隣の燃料集合体１１と干渉しないように小さくしても、最外周の燃料棒４１が横流れ防止板１と干渉することはない。
【００２４】
また、燃料集合体１０の最外周の燃料棒以外の燃料棒ピッチＰ０を、キャンレスタイプの燃料集合体１１の燃料棒ピッチＰ０と同じとすることにより、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７の燃料集合体の内部での相対位置を同じにすることができる。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０とキャンレスタイプの燃料集合体１１とで同じ炉内計装および制御棒を用いることができる。したがって、既存の加圧水型原子炉に、燃料集合体以外の改造をほとんど施すことなく、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０を装荷することができる。
【００２５】
［第４の実施の形態］
図６は、本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【００２６】
本実施の形態の炉心は、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０と、従来のいわゆるキャンレスタイプの燃料集合体１１が混在している。横流れ防止板１の外幅は、キャンレスタイプの燃料集合体１１の外幅と同じである。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒ピッチをすべて同じにすると、横流れ防止板１と最外周に位置する燃料棒４２が横流れ防止板１と干渉してしまう可能性がある。
【００２７】
そこで、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒のうち、最外周に配置される燃料棒４２の外径を、最外周の燃料棒以外の燃料棒４の外径よりも小さくしている。また、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０の燃料棒のうち、最外周に配置される燃料棒４２とその最外周の燃料棒４２の１層内側に配置された燃料棒４との間の燃料棒ピッチＰ１を、最外周の燃料棒以外の燃料棒ピッチＰ０よりも小さくしている。これにより、横流れ防止板１の外幅を隣の燃料集合体１１と干渉しないように小さくしても、最外周の燃料棒４２が横流れ防止板１と干渉することはない。最外周の燃料棒４２の外径と燃料棒ピッチをともに変化させているため、最外周の燃料棒以外の燃料棒４に対する外径と燃料棒ピッチの変化量が小さくて済む。
【００２８】
また、燃料集合体１０の最外周の燃料棒以外の燃料棒ピッチＰ０を、キャンレスタイプの燃料集合体１１の燃料棒ピッチＰ０と同じとすることにより、炉内計装案内シンブル６および制御棒案内シンブル７の燃料集合体の内部での相対位置を同じにすることができる。このため、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０とキャンレスタイプの燃料集合体１１とで同じ炉内計装および制御棒を用いることができる。したがって、既存の加圧水型原子炉に、燃料集合体以外の改造をほとんど施すことなく、横流れ防止板１が設けられた燃料集合体１０を装荷することができる。
【００２９】
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態における横断面図である。
【図２】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の横流れ防止板を取り除いて一部を切欠いた斜視図である。
【図３】本発明に係る燃料集合体の第１の実施の形態の斜視図である。
【図４】本発明に係る燃料集合体の第２の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【図５】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【図６】本発明に係る燃料集合体の第３の実施の形態における一部拡大横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…横流れ防止板、２…上部ノズル、３…支持格子、４…燃料棒、５…下部ノズル、６…炉内計装案内シンブル、７…制御棒案内シンブル、１０…燃料集合体、１１…燃料集合体、４１…燃料棒、４２…燃料棒
【図１】
2010019806.tif 000003
【図２】
2010019806.tif 000004
【図３】
2010019806.tif 000005
【図４】
2010019806.tif 000006
【図５】
2010019806.tif 000007
【図６】
2010019806.tif 000008