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沸騰原子炉用の燃料集合体および沸騰水型原子炉の炉心

阅读:1024发布:2020-07-03

专利汇可以提供沸騰原子炉用の燃料集合体および沸騰水型原子炉の炉心专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且,下面是沸騰原子炉用の燃料集合体および沸騰水型原子炉の炉心专利的具体信息内容。

  • 円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
    前記燃料棒は、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第1低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの2/24以上の領域に形成されその第1低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第1燃料棒と、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第2低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの 1/24以下の領域に形成されその第2低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第2燃料棒と、を含み、
    横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第1の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第1の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
  • 制御棒を挟んで隣り合う前記燃料集合体の間隔が制御棒を挟まずに隣り合う前記燃料集合体の間隔よりも大きい炉心用であることを特徴とする 請求項1に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
  • 円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた燃料集合体と、2行2列の前記燃料集合体で囲まれる位置に配置された十字型の制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、
    前記燃料集合体のうち少なくとも一体は、前記燃料棒が、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第1低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの2/24以上の領域に形成されその第1低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第1燃料棒とウランの濃縮度が天然ウラン以下の第2低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの 1/24以下の領域に形成されその第2低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第2燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第1の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第1の燃料棒の本数よりも多い、
    ことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。
  • 说明书全文

    本発明は、沸騰原子炉用の燃料集合体およびそれを用いた沸騰水型原子炉の炉心に関する。

    沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体は、上部タイプレートと下部タイプレートの間のほぼ筒状の領域内に延びて正方格子状に配列された複数の燃料棒を有している。 燃料棒は、円筒状の被覆管内にウランなどの核燃料物質が収納されたものである。 燃料棒として、他の燃料棒よりも短い部分長燃料棒が用いられる場合もある。 いずれかの燃料棒に核燃料物質が収納された上部タイプレートと下部タイプレートの間の軸方向領域は、燃料有効部と呼ばれる。 沸騰水型原子炉の炉心は、このような燃料集合体をほぼ円柱状の領域に複数配列して形成される。

    原子炉の炉心の上端部および下端部では、中性子の漏れが多く、燃焼が進みにくい。 そこで、一般的に、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体では、燃料有効部の上端および下端に、燃料有効部の長さ(燃料有効長)の1/24ないし2/24程度の低反応度領域が設けられている。 低反応度領域とは、核分裂性物質の含有量が小さい領域で、たとえば天然ウランなどを用いて形成されている。 天然ウランを用いたこのような低反応度領域は、天然ウランブランケットとも呼ばれる。

    沸騰水型原子炉は、一定期間運転した後一旦停止され、運転停止期間中に検査が行われる。 検査の際には、一部の燃料集合体を炉心から取り出すとともに、新しい燃料集合体が炉心に装荷される。

    原子炉の運転期間(運転サイクル)を長期化すると、検査に要する時間が変わらなければ、設備利用率が向上する。 しかし、燃料集合体中の核燃料物質の量が一定であれば、運転サイクルを長期化すると、停止中に交換しなければならない燃料集合体の数が多くなる。 取替燃焼集合体の数が増加すると、燃料集合体の平均取出燃焼度が低下し、また、使用済み燃料集合体、すなわち、廃棄物が増加する。 その結果、全体としての経済性が損なわれる可能性がある。

    そこで、廃棄物を増加させない、すなわち、燃料集合体の平均取出燃焼度を低下させずに、長期サイクル運転を行うことが好ましい。 このためには、燃料集合体中の核燃料物質の量、すなわち、平均濃縮度を高める必要がある。 たとえば、運転サイクルを現在国内で一般的な13月から19月に延ばす場合、取出平均燃焼度を45GWd/t程度とするためには、ウラン濃縮度を燃料集合体平均で4%以上とする必要がある。

    ウラン濃縮度を高めると、熱的に厳しくなる傾向がある。 そこで、たとえば燃料有効部の上下端の低反応度領域の長さを短くする場合がある。 これにより、濃縮ウランの濃縮度を低減させるとともに、より大きな発熱をする領域を長くして単位長さ当たりの発熱量を低減することができる。

    たとえば特許文献1および特許文献2には、一部の燃料棒の低反応度領域の長さを短くした燃料集合体が開示されている。

    特開2005−180929号公報

    特開2000−81495号公報

    燃料有効部上端の低反応度領域を短くすると、出運転時の反応度を向上させたり、熱的余裕を増大させることができる場合がある。 しかし、特許文献1および特許文献2のように単に一部の燃料棒の低反応度領域の長さを短くすると、炉停止余裕が小さくなる可能性がある。

    そこで、本発明は、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することを目的とする。

    上述の目的を達成するため、本発明は、円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、前記燃料棒は、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第1低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの2/24以上の領域に形成されその第1低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第1燃料棒と、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第2低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの1/24以下の領域に形成されその第2低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第2燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第1の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第1の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする。

    また、本発明は、円筒状の被覆管に核燃料物質を収納した複数の燃料棒を正方格子状に束ねた燃料集合体と、2行2列の前記燃料集合体で囲まれる位置に配置された十字型の制御棒とを備えた沸騰水型原子炉の炉心において、前記燃料集合体のうち少なくとも一体は、前記燃料棒が、ウランの濃縮度が天然ウラン以下の第1低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの2/24以上の領域に形成されその第1低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有しかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第1燃料棒とウランの濃縮度が天然ウラン以下の第2低濃縮度領域が燃料有効部の上端から下方に前記燃料有効部の長さの1/24以下の領域に形成されその第2低濃縮度領域よりも下方に可燃性毒物を含有せずかつウランの濃縮度が天然ウランよりも高い領域が形成された第2燃料棒と、を含み、横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに前記反制御棒側領域に存在する第1の燃料棒の本数が前記制御棒側領域に存在する前記第1の燃料棒の本数よりも多い、ことを特徴とする。

    本発明によれば、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。

    本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。

    本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態における斜視図である。

    沸騰水型原子炉の炉心の鉛直方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。

    沸騰水型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体内の水平方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。

    本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。

    本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。

    本発明に係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。 また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

    [第1の実施の形態]
    図2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斜視図である。

    燃料集合体81は、上部タイプレート21、下部タイプレート22、ウォータロッド23、スペーサ24、標準長燃料棒25および部分長燃料棒26を有している。 上部タイプレート21および下部タイプレート22は鉛直方向に離間して配置されている。 燃料棒25,26およびウォータロッドは、上部タイプレート21および下部タイプレート22の間に延びている。

    燃料棒25,26は、角筒状の領域内で正方格子状に束ねられている。 標準長燃料棒25の上下端は、上部タイプレート21および下部タイプレート22に差し込まれている。 部分長燃料棒26は、標準長燃料棒25よりも短い。 部分長燃料棒26の下端は、下部タイプレート26に差し込まれている。

    燃料棒25,26が配列された角筒状の領域の中央付近の7か所の正方格子点位置は、2本のウォータロッド23によって占められている。 ウォータロッド23の下端および上端は、上部タイプレート21および下部タイプレート22に差し込まれている。 ウォータロッド23の内部には、冷却水が流れるようになっている。

    スペーサ24は、上部タイプレート21と下部タイプレート22との間の7か所に、軸方向に間隔をおいて設けられている。 上部タイプレート21、下部タイプレート22およびスペーサ24によって、燃料棒25,26およびウォータロッド23は水平方向の互いの間隔を保持されている。

    燃料集合体81には、角筒状のチャンネルボックス27が装着される。 複数の燃料集合体81がチャンネルボックス27を装着された状態で、円筒状の領域内に配列されて沸騰水型原子炉の炉心が形成される。

    図1は、本実施の形態における燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。 なお、図1(a)には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒11も併せて示した。 図1(b)の軸方向位置は、燃料有効部を24つに均等に分割したノードを示している。

    図1(a)において、燃料集合体81中の各燃料棒の位置に記された1、2、3、4、5、6、G1、G2、P1、P2は、燃料棒の種類(燃料棒タイプ)を示している。 また、図1(a)において、燃料集合体81中のWはウォータロッド23を示している。 図1(b)において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたa、b、c、d、e、f、nは、それぞれの領域の濃縮度を、gはガドリニア濃度を示している。 nは、天然ウランを示している。 すなわち、n=約0.7重量%である。 濃縮度は、5.0>a>b>c>d>e>f>nという関係を満足している。

    この燃料集合体81には、6種類の標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6と、2種類の部分長燃料棒P1,P2と、1種類のガドリニア入り燃料棒G1が用いられている。 部分長燃料棒P1,P2には、ガドリニアは含有されていない。 部分長燃料棒P1,P2は、第12ノードから第15ノードにウランが収容されている。 ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ(燃料有効長)の1/24の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第1ノードとする。

    標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6には、第1ノードおよび第24ノードにそれぞれ燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 なお、部分長燃料棒P1,P2には、天然ウラン領域はない。

    ガドリニア入り燃料棒G1の下端には、第1ノードに燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 また、ガドリニア入り燃料棒G1の上端には、第24ノードに燃料有効長の2/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 燃料集合体81の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1の本数よりも多くなるように配置されている。

    本実施の形態の燃料集合体81は、平均濃縮度が4.0重量%以上である。 この燃料集合体81は、D格子炉心に装荷される。 すなわち、この燃料集合体81が装荷された炉心では、制御棒11を挟んで隣り合う燃料集合体81の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体81の間隔よりも大きい。 このため、出力運転時の燃料集合体81の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。 そこで、本実施の形態の燃料集合体81では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。

    図3は、沸騰水型原子炉の炉心の鉛直方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。 図4は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷された燃料集合体内の水平方向の低温時での出力分布の例を示すグラフである。

    低温時には、炉心に制御棒11が挿入されている。 このため、低温時には、図3に示すように、上端に近い位置で出力分布がピークを持つ。 また、低温時には、図4に示すように、制御棒に遠い方の燃料棒の出力が制御棒に近い方の燃料棒に比べて大きくなる。 これは、本実施の形態のように、制御棒側と反制御棒側で水ギャップの幅が異なる炉心の場合に顕著である。

    本実施の形態の燃料集合体81では、燃料有効部上端に設けられた低反応度領域である天然ウラン領域が標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6に比べて長いガドリニア入り燃料棒G1が反制御棒側に多く配置されている。 このため、低温時に出力が高くなる傾向にある燃料有効部上端近傍かつ反制御棒側に低反応度領域が多く存在している。 その結果、低温時の反応度を抑制している。 すなわち、炉停止余裕を増大させている。

    また、燃料有効部の上端近傍では、出力運転中の熱中性子束が下方に比べて小さい。 そのため、燃料有効部の上端近傍では、ガドリニウムの燃焼が遅い。 しかし、本実施の形態では、ガドリニア入り燃料棒G1の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を、標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6に比べて長い、2ノード分設けているため、運転サイクル末期でのガドリニウムの燃え残りが少なくなる。 その結果、運転サイクル末期での炉心全体の反応度が増加するので、省ウランが図られる。

    このように省ウランが図られると、燃料集合体81全体の平均濃縮度を低減することができる。 その結果、低温時の反応度の出力運転時の反応度からの増加分が小さくなることになり、炉停止余裕を増大させることにつながる。

    また、標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を1ノード分としているため、ガドリニア入り燃料棒G1と同じ2ノード分とした場合に比べて、濃縮ウランを収納する領域の総長さが長い。 その結果、出力運転時には、濃縮ウランを収納して発熱が大きい領域の長さが長いため、1体の燃料集合体81の熱出力が同じであるとすれば、燃料棒の単位長さ当たりの熱出力が小さくなる。 その結果、熱的余裕が増大する。 さらに、出力運転時には制御棒の大半が引き抜かれているので、熱中性子束の高い制御棒側に濃縮ウラン領域の長い、すなわち低反応度領域の短い燃料棒を配置することが省ウランや熱的余裕の観点で有効である。

    このように、本実施の形態によれば、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。 つまり、D格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を4.0重量%以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、19月ないし24月の長期サイクル運転が可能となる。 また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。

    [第2の実施の形態]
    図5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燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。 なお、図5(a)には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒11も併せて示した。 図5(b)の軸方向位置は、燃料有効部を24つに均等に分割したノードを示している。

    図5(a)において、燃料集合体82中の各燃料棒の位置に記された1、2、3、4、5、6、G1、G2、P1、P2は、燃料棒の種類(燃料棒タイプ)を示している。 また、図5(a)において、燃料集合体82中のWはウォータロッド23を示している。 図5(b)において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたa、b、c、d、e、f、nは、それぞれの領域の濃縮度を、g、hはガドリニア濃度を示している。 nは、天然ウランを示している。 すなわち、n=約0.7重量%である。 濃縮度は、5.0>a>b>c>d>e>f>nという関係を満足している。 ガドリニア濃度は、g>hという関係を満足している。

    この燃料集合体82には、6種類の標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6と、2種類の部分長燃料棒P1,P2と、2種類のガドリニア入り燃料棒G1,G2が用いられている。 部分長燃料棒P1,P2には、ガドリニアは含有されていない。 部分長燃料棒P1,P2は、第12ノードから第15ノードにウランが収容されている。 ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ(燃料有効長)の1/24の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第1ノードとする。

    標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6には、第1ノードおよび第24ノードにそれぞれ燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 なお、部分長燃料棒P1,P2には、天然ウラン領域はない。

    ガドリニア入り燃料棒G1,G2の下端には、第1ノードに燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 また、ガドリニア入り燃料棒G1,G2の上端には、第24ノードに燃料有効長の2/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 燃料集合体82の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1,G2の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1,G2の本数よりも多くなるように配置されている。

    本実施の形態の燃料集合体81は、平均濃縮度が約4.2重量%である。 この燃料集合体82は、D格子炉心に装荷される。 すなわち、この燃料集合体81が装荷された炉心では、制御棒11を挟んで隣り合う燃料集合体82の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体82の間隔よりも大きい。 このため、出力運転時の燃料集合体82の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。 そこで、本実施の形態の燃料集合体82では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。 さらに、反制御棒側のガドリニア入り燃料棒G1のガドリニア濃度を、制御棒側のガドリニア入り燃料棒G2燃料棒に比べて高めている。

    このような燃料集合体82であっても、第1の実施の形態と同様に、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。 つまり、D格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を4.0重量%以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、19月ないし24月の長期サイクル運転が可能となる。 また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。

    [第3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燃料棒の配置を示す図であって、(a)は燃料集合体の横断面図、(b)はそれぞれの燃料棒の濃縮度およびガドリニア濃度の軸方向分布図である。 なお、図6(a)には、燃料集合体と制御棒の相対的な位置関係を表すため、制御棒11も併せて示した。 図6(b)の軸方向位置は、燃料有効部を24つに均等に分割したノードを示している。

    図6(a)において、燃料集合体83中の各燃料棒の位置に記された1、2、3、4、5、6、G1、G2、P1、P2は、燃料棒の種類(燃料棒タイプ)を示している。 また、図6(a)において、燃料集合体83中のWはウォータロッド23を示している。 図6(b)において、各燃料棒タイプのそれぞれの軸方向領域に示されたa、b、c、d、e、f、nは、それぞれの領域の濃縮度を、g、hはガドリニア濃度を示している。 nは、天然ウランを示している。 すなわち、n=約0.7重量%である。 濃縮度は、5.0>a>b>c>d>e>f>nという関係を満足している。 ガドリニア濃度は、g>hという関係を満足している。

    この燃料集合体83には、6種類の標準長ウラン燃料棒1,2,3,4,5,6と、2種類の部分長燃料棒P1,P2と、2種類のガドリニア入り燃料棒G1,G2が用いられている。 部分長燃料棒P1,P2には、ガドリニアは含有されていない。 部分長燃料棒P1,P2は、第12ノードから第15ノードにウランが収容されている。 ここで、ノードとは、燃料有効部の長さ(燃料有効長)の1/24の長さの領域で、燃料有効部の下端のノードを第1ノードとする。

    標準長ウラン燃料棒1,3,4,5,6には、第1ノードおよび第24ノードにそれぞれ燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 一部の標準長燃料棒2の燃料有効部の上端の天然ウラン領域は、2ノード分設けられている。 なお、部分長燃料棒P1,P2には、天然ウラン領域はない。

    ガドリニア入り燃料棒G1,G2の下端には、第1ノードに燃料有効長の1/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 また、ガドリニア入り燃料棒G1,G2の上端には、第24ノードに燃料有効長の2/24の長さの天然ウラン領域が形成されている。 燃料集合体83の横断面を対角線で制御棒側領域と反制御棒側領域に区分したときに、反制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1,G2の本数は、制御棒側領域に存在するガドリニア入り燃料棒G1,G2の本数よりも多くなるように配置されている。

    本実施の形態の燃料集合体81は、平均濃縮度が約4.0重量%である。 この燃料集合体83は、D格子炉心に装荷される。 すなわち、この燃料集合体81が装荷された炉心では、制御棒11を挟んで隣り合う燃料集合体82の間隔が、制御棒を挟まずに隣り合う燃料集合体83の間隔よりも大きい。 このため、出力運転時の燃料集合体81の横断面内の熱中性子束は、制御棒側で大きく、反制御棒側で小さい。 そこで、本実施の形態の燃料集合体83では、反制御棒側の燃料棒のウラン濃縮度を、制御棒側の対称位置の燃料棒に比べて高くしている。 さらに、反制御棒側のガドリニア入り燃料棒G1のガドリニア濃度を、制御棒側のガドリニア入り燃料棒G2燃料棒に比べて高めている。

    このように、標準長ウラン燃料棒の一部に上部の天然ウラン領域が2ノード分設けられた燃料集合体83であっても、標準長ウラン燃料棒の燃料有効部上端に設けた天然ウラン領域を全て2ノード分設けた場合に比べて、濃縮ウランを収納する領域の総長さが長い。 このため、第1の実施の形態と同様に、平均濃縮度が高い長期サイクル運転用燃料集合体を装荷した沸騰水型原子炉において、炉停止余裕を確保することができる。 つまり、D格子炉心で燃料集合体平均濃縮度を4.0重量%以上としても、熱的余裕および炉停止余裕を確保できるので、19月ないし24月の長期サイクル運転が可能となる。 また、運転サイクル長さが一定で、炉停止余裕が一定との条件で比較すると、燃料集合体の平均濃縮度を増加できることから、取出燃焼度を高めて燃料経済性を向上させることができる。

    [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。 たとえば、低反応度領域を天然ウランの代わりに劣化ウランまたは濃縮度が1〜2重量%程度の低濃縮ウランとしてもよい。 また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

    21…上部タイプレート、22…下部タイプレート、23…ウォータロッド、24…スペーサ、25…標準長燃料棒、26…部分長燃料棒、27…チャンネルボックス、81,82,83…燃料集合体

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