JPS6230395B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は運転の操作性および健全性を改善した
沸騰水形原子炉に関する。 一般に沸騰水形原子炉の炉心は第１図ないし第
３図に示す如く構成されている。すなわち、断面
十字形の制御棒Ａ…の周囲には４体の燃料集合体
Ｂ…が配置され、単位格子Ｃ…を構成している。
そして、このような単位格子Ｃ…を多数格子状に
配置して炉心を構成している。また、上記の燃料
集合体Ｂ…はたとえば第３図に示す如く断面略正
方形のチヤンネルボツクスＤ内に燃料棒Ｅ…およ
び水棒Ｆ，Ｆを８行８列に格子状に配置して構成
されており、このチヤンネルボツクスＤの燃料棒
Ｅ…間を冷却材が流通する。ところで、このよう
な沸騰水形原子炉では出力運転時に一部の制御棒
Ａ…を所定のパターンで挿入し、これらの制御棒
Ａ…で炉心の反応度や出力分布の調整をおこな
う。そして、炉心に装荷されている燃料の燃焼の
進行等に対応して挿入されている制御棒のパター
ンの変更をおこない、反応度や出力分布の調整を
おこなう。しかし、出力運転時に制御棒Ａ…の引
抜挿入等の操作をおこなうとこの制御棒Ａ…の周
囲の燃料集合体Ｂ…すなわちこの制御棒Ａ…の属
する単位格子Ｃ…内の燃料集合体Ｂ…の出力密度
が急激に変化し、燃料の健全性を損なう不具合が
あつた。このため、このような制御棒操作をおこ
なう場合には第４図に示す如く制御棒操作をおこ
なう毎に原子炉の出力を第４図中のｃ→ａ→ｂの
如く一時的に低下させ、この出力の低下時に制御
棒操作をおこない、制御棒パターンの変更をおこ
なうようにし、操作される制御棒周囲の燃料集合
体の健全性低下を防止している。そして、上記原
子炉出力の低下はたとえば第５図に示す如く炉心
流量ｄを低下させ炉心のボイド率を上げることに
よりおこない、出力が低下しているｅの間に制御
棒操作をおこなつて制御棒パターンを変更し、こ
の制御棒パターンの変更によつて制御棒密度を段
階的に小さくして燃焼の進行による反応度の低下
等を補償するようにしている。そして、第６図に
示す如くこのような炉心流量ｄの低下操作と制御
棒操作による制御棒密度ｆの変更を所定時間毎に
おこない、燃焼の進行に対応して制御棒密度を減
少してゆき、反応度の低下を補償し、また出力分
布を均一に維持するようにしている。しかし、出
力運転状態にある原子炉の出力を制御棒パターン
の変更毎に低下させると原子炉の稼動率が低下す
る不具合が生じる。また、このような制御棒操作
の際には操作する制御棒Ａ…の周囲の燃料集合体
Ｂ…の健全性の低下を完全に防止することはでき
ず、また原子炉出力の一時的な低下によつて他の
燃料集合体Ｂ…の健全性低下も避けることはでき
ない。このため、出力運転時に操作する制御棒Ａ
…の周囲の燃料集合体Ｂ…の出力密度の変化を小
さくして制御棒操作時における原子炉の出力低下
ができるだけ小さくてすむようにし、制御棒パタ
ーン変更時の操作を簡略化して原子炉の稼働率を
向上させるとともに燃料の健全性の低下を防止す
ることが要望されている。そして、このような要
望を達成するために、出力運転中に操作される制
御棒Ａ…の周囲に他の部分の燃料集合体より反応
度の小さな燃料集合体あるいは出力の小さな燃料
集合体を装荷し、制御棒操作の際の出力密度の変
化を緩和し、制御棒操作の際の原子炉出力の低下
幅を小さくして原子炉の稼働率を向上するととも
に燃料の健全性の低下を防止することが考えられ
ている。しかし、このように反応度や出力の小さ
な燃料集合体を出力運転中に操作する制御棒の属
する単位格子以外の単位格子に装荷すると出力分
布に歪みが生ずる可能性があり、定期点検時等に
おける燃料集合体の移動すなわちシヤツフリング
の自由度が減少する不具合があつた。また、反応
度や出力の小さな燃料集合体を特別に製作せず、
燃焼が進行して反応度が低下した燃料集合体を出
力運転中に操作する制御棒の周囲に装荷すること
も考えられている。しかし、このような燃焼の進
行した燃料集合体は燃料被覆管等が機械的に劣化
しており、このようなものを制御棒操作の毎に出
力密度が大きく変化する箇所に装荷することは燃
料の健全性上好ましいものではなかつた。 本発明は以上の事情にもとづいてなされたもの
で、その目的とするところは出力運転中に操作す
る制御棒の周囲の燃料集合体の出力密度の変化が
小さく、制御棒操作の際の原子炉出力の低下幅を
小さくでき、原子炉の稼働率を向上できるととも
に燃料の健全性も向上することができ、また燃料
のシヤツフリングの自由度を低下させることのな
い沸騰水形原子炉を得ることにある。 以下本発明を第７図ないし第１９図に示す一実
施例にしたがつて説明する。第７図にはこの一実
施例の炉心１の平面図を示し、この炉心１は多数
の単位格子２…，３…を格子状に配置して構成さ
れている。これらの単位格子２…，３…は第８図
に示す如く断面十字状をなす制御棒４…の周囲に
４体の燃料集合体５…，６…を配置して構成され
ている。そして、上記単位格子２…，３…のうち
原子炉の出力運転時に制御棒パターンの変更等で
操作される制御棒４の属する単位格子３…（以下
これをコントロールセルと称す）には低線出力密
度燃料集合体６…が４体装荷され、またこれらコ
ントロールセル３…以外の単位格子２…には通常
の燃料集合体５…が装荷されている。この通常の
燃料集合体５…は従来から沸騰水形原子炉に多用
されている８×８の燃料集合体であつて、たとえ
ば第９図に示す如く断面略正方形のチヤンネルボ
ツクス７内に62本の燃料棒８…および２本の水棒
９，９を８行８列の格子状に配置したものであ
る。また、上記低線出力密度燃料集合体６…は第
１０図に示す如く断面略正方形のチヤンネルボツ
クス７内に80本の燃料棒１０…および１本の水棒
１１を９行９列の格子状に配列したものであつ
て、燃料棒１０…と水棒１１の総数が上記通常の
燃料集合体５…より多くなつているものである。
そして、この低線出力密度燃料集合体６…はその
チヤンネルボツクス７、下部タイプレート（図示
せず）等の寸法、形状等が上記通常の燃料集合体
５…と等しく形成されており、コントロールセル
３…以外の単位格子２…内にも装荷できるように
構成されている。また、この低線出力密度燃料集
合体６…は装荷されている燃料のウラン235の平
均濃縮度が通常の燃料集合体５…と等しく、また
燃料棒１０…の径が通常の燃料集合体５…の燃料
棒８…の径より小さく、１体当りの燃料の総重量
が通常の燃料集合体５…と等しく、さらに可燃性
毒物や燃料の濃縮度の軸方向の分布等も等しく、
その出力、無限増倍率、軸方向の出力分布等核的
特性が通常の燃料集合体５…と等しく形成されて
いる。したがつて、この低線出力密度燃料集合体
６…は燃料棒１０…の本数が多い分だけ燃料棒１
０…の単位長さ当りの出力つまり線出力密度が低
い以外はすべて通常の燃料集合体５…と等しく、
これら通常の燃料集合体５…と機械的、核的に完
全な互換性が得られるように構成されている。な
お、この低出力密度燃料集合体６…と通常の燃料
集合体５…の諸元を次表に示す。また、上記低線
出力密度燃料集合体６…の装荷位置には第７図中
符号Ｇを附し、この第７図中符号を附していない
位置には通常の燃料集合体５…が装荷されている
ことを示す。

【表】 以上の如く構成された本発明の一実施例は出力
運転状態において前記コントロールセル３…内の
制御棒４…を用いて第１１図ないし第１８図に示
す如き制御棒パターンの変更をおこない、燃焼の
進行に対応して反応度や出力分布の調整をおこな
いつつ運転をする。すなわち、燃焼度
1500MWD／Ｔまでの初期の段階ではまず第１１
図に示す如くコントロールセル３…内の制御棒４
…の13本を均一に分布して挿入し、燃焼度が
200MWD／Ｔに達したら第１２図に示す如く各
制御棒４…の引抜ノツチ数を大きくして反応度等
の調整し、燃焼度1500MWD／Ｔに達したら第１
３図に示す如く制御棒４…の引抜ノツチ数を下げ
て反応度の調整をする。なお、第１１図ないし１
８図中各ます目は単位格子２…，３…を示し、ま
たます目中の数字はその制御棒４…の引抜ノツチ
数を示す。この引抜ノツチ数は全挿入が０、全引
抜が48であり、また数字の記されていないます目
はその制御棒４…の引抜ノツチ数が48すなわち全
引抜であることを示す。そして、燃焼度が
3000MWD／Ｔまで進行したら第１４図に示す如
く挿入制御棒４…の配置および本数を変える。そ
して燃焼度4500MWD／Ｔでは第１５図に示す如
く中央の制御棒４を引抜ノツチ数８まで挿入し、
また燃焼度6000MWD／Ｔでは第１６図に示す如
く中央の制御棒４をふたたび全引抜とするととも
に挿入制御棒４…の引抜ノツチ数を上げる。さら
に燃焼度7000MWD／Ｔでは第１７図に示す如く
挿入制御棒４…の配置をさらに変えるとともにそ
の本数を減らし、未期の燃焼度9000MWD／Ｔで
は第１８図に示す如く全部の制御棒４…を引抜
く。そしてこのようにしてコントロールセル３…
内の制御棒４…のパターンを順次変更しながら反
応度の変化を補償し、また出力分布を均一に維持
しながら運転をおこなうものである。そして、上
記コントロールセル３…内には前記の如き低線出
力分布燃料集合体６…が装荷されており、この低
線出力分布燃料集合体６…はその燃料棒１０…の
単位長さ当りの線出力密度が小さいので、第１９
図に示す如く通常の燃料集合体５…をコントロー
ルセル３…に装荷した場合の制御棒操作時の燃料
棒の最大線出力密度（第１９図中ｇで示す）に比
べてこの低線出力密度燃料集合体６…の燃料棒１
０…の最大線出力密度（第１９図中ｈで示す）は
全サイクル燃焼度を通して小さい。よつてこの分
だけ制御棒操作時の出力密度の変化が緩和され、
制御棒操作時の原子炉出力の低下幅を少なくで
き、原子炉の稼働率が向上するものである。ま
た、コントロールセル３…内に装荷されている低
線出力密度燃料集合体６…の燃料棒１０…の最大
線出力密度に余裕があるので、制御棒操作時にお
ける原子炉出力の低下幅を従来より小さく、かつ
この低線出力密度燃料集合体６…の燃料棒１０…
の最大線出力密度を従来より小さくすることもで
き、原子炉の稼働率の向上と燃料の健全性の向上
の両方を得ることもできるものである。また、制
御棒操作時の原子炉出力の低下幅を小さくするこ
とにより、コントロールセル３…以外の単位格子
２…の通常の燃料集合体５…の出力密度の変化も
小さくなり、これらの健全性も向上できるもので
ある。また、この一実施例のものはコントロール
セル３…以外の単位格子２…に装荷される燃料集
合体５…を従来と同様の８行８列の燃料棒８…を
有するものとしたので、これら燃料集合体５…は
従来と同様のものが使用できる。また、低線出力
密度燃料集合体６…は燃料棒１０…を９行９列と
したので、他の燃料集合体５…と核的特性を等し
くするために燃料の総重量を等しくしても燃料棒
１０…の径の減少がそれ程過大とはならず、燃料
棒１０…の機械的強度等も実用上充分に得られる
とともに燃料棒１０…の最大線出力密度の低下は
30％近く得られ、実用上充分な余裕が得られるも
のである。そして、この低線出力密度燃料集合体
６…は通常の燃料集合体５…と寸法、形状および
核的特性を等しくしてあるので完全な互換性が得
られ、定期点検時等における燃料のシヤツフリン
グの自由度を低下させることもない。 なお、本発明は上記の一実施例には限定されな
い。 たとえば低線出力密度燃料集合体および他の燃
料集合体の燃料棒の本数およびその配列は必らず
しも上記のものに限定されず、要はコントロール
セルに装荷される低線出力密度燃料集合体の燃料
棒の本数を他の燃料集合体より多くし、またその
核的特性を等しくすればよいものである。 また、コントロールセル内の全部に低線出力密
度燃料集合体を装荷する必要はなく、コントロー
ルセル内の一部だけに低線出力密度燃料集合体を
装荷してもよい。 上述の如く本発明は出力運転時に操作される制
御棒の属する単位格子内のうちの少なくとも一体
を他の単位格子内に装荷される燃料集合体より燃
料棒の本数が多くかつ核的特性の等しい低線出力
密度燃料集合体を装荷したものである。したがつ
てこの低線出力密度燃料集合体の燃料棒の単位長
さ当りの線出力密度が小さくなり、よつて出力運
転時に制御棒を操作してもこの操作した制御棒の
周囲に装荷されている低線出力密度燃料集合体の
燃料棒の出力密度の変化が小さく、よつて制御棒
操作の際の原子炉出力の低下を最小限とすること
ができ、原子炉の稼働率が向上し、また低線出力
密度燃料集合体の燃料棒の出力密度が小さく、ま
た制御棒操作時の原子炉出力の低下幅が小さくて
すむので燃料の健全性も向上する。さらにこの低
線出力密度燃料集合体と通常の燃料集合体とはそ
の燃料棒の数が異なるだけで核的特性が互に等し
く、互換性が得られるので定期点検等の際の燃料
のシヤツフリングの自由度が低下することもない
等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は従来例を示し、第１図は
炉心の平面図、第２図は単位格子の平面図、第３
図は燃料集合体の平面図、第４図ないし第６図は
運転手順を示す線図である。第７図ないし第１９
図は本発明の一実施例を示し、第７図は炉心の平
面図、第８図は単位格子の平面図、第９図は通常
の燃料集合体の平面図、第１０図は低線出力密度
燃料集合体の平面図、第１１図ないし第１８図は
出力運転時の制御棒操作を説明する制御棒パター
ン図、第１９図は通常の燃料集合体と低線出力密
度燃料集合体の燃料棒の最大線出力密度を示す線
図である。 １…炉心、２…単位格子、３…単位格子（コン
トロールセル）、４…制御棒、５…燃料集合体、
６…低出力密度燃料集合体、７…チヤンネルボツ
クス、８，１０…燃料棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 出力運転時に操作される制御棒が属する単位
   格子に、他の燃料集合体より燃料棒の本数が多
   く、かつウラン235の平均濃度および燃料の重量
   が他の燃料集合体と等しい低線出力密度燃料集合
   体を装荷したことを特徴とする沸騰水形原子炉。