JP2002048886A - Fuel assembly for boiling water reactor - Google Patents

Fuel assembly for boiling water reactor

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JP2002048886A
JP2002048886A JP2000390401A JP2000390401A JP2002048886A JP 2002048886 A JP2002048886 A JP 2002048886A JP 2000390401 A JP2000390401 A JP 2000390401A JP 2000390401 A JP2000390401 A JP 2000390401A JP 2002048886 A JP2002048886 A JP 2002048886A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel assembly for a boiling water reactor capable of limiting a shutdown margin and the minimum critical power ratio within an allowable range, ensuring thermo-mechanical integrity of fuel rods containing burnable poison and increasing operational margin of maximum linear power density and proper for attaining prolongation of operational cycle and high burnup without increasing the load of pellet charging work in production process. SOLUTION: Fuel rods not including burnable poison among a multitude of fuel rods constituting fuel assemblies for a boiling water reactor having a matrix grid of 9×9 or more arranged in square grid of fuel rods and average enrichment of 4.0 wt.% or more contain first fuel rods charged with fuel pellets of lower enrichment in the upper region than those in the lower region of effective heating length, and a second fuel rods charged with fuel pellets of higher enrichment in the upper region than those in the lower region. The boundary between the upper and the lower regions of the first fuel rods is positioned upper than the middle and the boundary between the upper and the lower regions of the second fuel rods is positioned lower than the middle.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉用
の燃料集合体に関するものであり、詳しくは高燃焼度化
を目指した燃料集合体を構成する燃料棒内の燃料ペレッ
ト濃縮度分布に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor, and more particularly to a fuel pellet enrichment distribution in a fuel rod constituting a fuel assembly aimed at high burnup. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉(以下、BWRと記す)
では、経済性を高めるために、プラントの設備利用率
(稼働率)の向上による経済効果をねらった運転サイク
ルの長期化と、燃料集合体1体当たりの取出しエネルギ
を大きくして経済性向上をねらった平均取出燃焼度増加
が有効な手段として知られている。
2. Description of the Related Art A boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR)
Then, in order to improve the economic efficiency, the operation cycle is extended with the aim of economic effects by improving the plant utilization rate (operating rate), and the energy taken out per fuel assembly is increased to improve the economic efficiency. Aiming to increase the average withdrawal burnup is known as an effective means.

【0003】これら2つの目的に対しては,ウラン235
で代表される核分裂性物質の平均濃縮度を高め、また、
ガドリニアで代表される可燃性毒物の濃度を高めること
が、有効かつ不可欠な手段となっている。現在のところ
9×9格子の燃料集合体はその候補の一つであり、9行
9列の燃料棒配列に、燃料棒複数本相当の領域を占める
水ロッドを配した構成となっている。本燃料集合体は、
特に以下の特徴があり、上記のような経済性向上の目的
に適している。
[0003] For these two purposes, uranium 235
Increase the average enrichment of fissile material represented by
Increasing the concentration of burnable poisons represented by gadolinia has become an effective and indispensable means. At present, a fuel assembly having a 9 × 9 lattice is one of the candidates, and has a configuration in which water rods occupying an area equivalent to a plurality of fuel rods are arranged in a fuel rod arrangement of 9 rows and 9 columns. This fuel assembly is
In particular, it has the following features, and is suitable for the purpose of improving economic efficiency as described above.

【0004】(1) 9×9格子の燃料集合体は、先行する
8×8格子燃料の集合体に比べて燃料棒本数を2割程度
多くできるため、平均線出力密度が低減する。また、燃
料棒の延べ表面積を大きくできることから、燃料棒が沸
騰遷移に至るまでの出力(限界出力)が改善される。以
上2点は運転中の最大線出力密度及び最小限界出力とい
った熱的制限値に対する運転余裕を確保するのに役立
つ。
(1) A 9 × 9 grid fuel assembly can increase the number of fuel rods by about 20% as compared with the preceding 8 × 8 grid fuel assembly, so that the average linear power density is reduced. Further, since the total surface area of the fuel rod can be increased, the output (critical output) until the fuel rod reaches the boiling transition is improved. The above two points are useful for securing operation margins against thermal limit values such as maximum linear power density and minimum limit power during operation.

【0005】(2) 一般に、燃料集合体の平均濃縮度を高
めると、スペクトルが硬くなる結果、ボイド反応度係数
は負側に大きくなる。このため、運転中では、ボイド率
の低い燃料下部に比べ、ボイド率の高い燃料上部の反応
度が低下することから、軸方向出力分布は高濃縮度化に
伴い、より下部にひずむ傾向となる。燃料下部の出力の
増大は、最大線出力密度の増大を伴い、熱的運転余裕が
小さくなる。9×9燃料に採用される燃料棒複数本相当
の領域を占める水ロッドは、大きな面積を持つ比沸騰領
域を形成するため軸方向の水対ウラン比の軸方向変化が
小さくなり、軸方向出力分布の平坦化を図ることがで
き、この結果、最大線出力密度の増大を押さえることが
できる。
(2) In general, when the average enrichment of a fuel assembly is increased, the spectrum becomes harder, and as a result, the void reactivity coefficient increases to the negative side. For this reason, during operation, the reactivity of the upper portion of the fuel having a high void ratio is lower than that of the lower portion of the fuel having a low void ratio, so that the axial power distribution tends to be distorted to the lower portion as the enrichment is increased. . An increase in the output below the fuel is accompanied by an increase in the maximum linear power density, and the thermal operating margin is reduced. A water rod occupying a region corresponding to a plurality of fuel rods used for 9 × 9 fuel forms a specific boiling region having a large area, so that the axial change of the water to uranium ratio in the axial direction is small, and the axial output is small. The distribution can be flattened, and as a result, an increase in the maximum linear output density can be suppressed.

【0006】図8(a)の配列図に示すように、このよ
うな9×9格子配列の燃料集合体200において、燃料
棒9本分にあたる領域201に水ロッドを配した従来の
ものは、ペレット最高濃縮度5wt%以下の制限下におい
て高濃縮度化を図る技術として、運転サイクル長期化と
して最長18ヶ月、また、高燃焼度化の目標として平均
取出燃焼度約50GWd/tを目指した集合体平均濃縮度4w
t%以上の燃料集合体であった。
As shown in the arrangement diagram of FIG. 8A, in such a fuel assembly 200 having a 9 × 9 lattice arrangement, a conventional one in which water rods are arranged in an area 201 corresponding to nine fuel rods is as follows. As a technology to achieve high enrichment under the limitation of the maximum pellet enrichment of 5 wt% or less, assembling aiming at a maximum operation cycle of up to 18 months as a long operation cycle and aiming at an average extraction burnup of about 50 GWd / t as a target of high burnup Body average concentration 4w
The fuel assemblies were more than t%.

【0007】この従来技術の燃料集合体200では、図
8(b)に示すように、上下端の低濃縮ペレットブラン
ケット部を除く全体領域に最高濃縮度の燃料ペレットが
充填されたタイプ101 燃料棒以外に、下部領域の大部分
に最高濃縮度の燃料ペレットが充填され、且つ、上部領
域の大部分に最高濃縮度より低濃縮度の燃料ペレットが
充填されたタイプ102 燃料棒を、コーナーロッドとして
配置された最高濃縮度より低濃縮度の燃料ペレットが前
記ブランケット部以外の全体領域に充填されたタイプ10
3 燃料棒と、水ギャップの両方に隣接する配列位置に配
置し、さらに、このタイプ102 燃料棒に隣接し水ギャッ
プに横隣接しない配列位置に、少なくとも下部領域の一
部もしくは大部分においてガドリニア入りペレットが充
填されたタイプG101 燃料棒を配置したものである。
In this prior art fuel assembly 200, as shown in FIG. 8 (b), a type 101 fuel rod in which the entire area excluding the low enrichment pellet blanket portions at the upper and lower ends is filled with the highest enrichment fuel pellets. In addition, a type 102 fuel rod in which most of the lower region is filled with the highest enrichment fuel pellets and most of the upper region is filled with the lower enrichment fuel pellets is used as a corner rod. Type 10 in which the entire area other than the blanket is filled with fuel pellets having a lower enrichment than the arranged maximum enrichment
3 The gadolinia is placed in the arrangement position adjacent to both the fuel rods and the water gap, and at the arrangement position adjacent to this type 102 fuel rod and not laterally adjacent to the water gap, at least in part or most of the lower region. A type G101 fuel rod filled with pellets is arranged.

【0008】この従来技術のねらいは、高濃縮度化の達
成を安全性の確保であり、その特徴の一つとして線出力
密度が大きくなりやすい下部領域において、タイプ102
燃料棒の出力ピーキングが燃焼初期で過大とならないよ
うに、また、燃焼中期で過小とならないようにすること
によって、運転中の最大線出力密度を許容範囲内に抑え
ると共に、ガドリニア入り燃料棒の線出力密度をウラン
燃料棒の線出力密度に比して相対的に低減することによ
り、高濃度のガドリニアを添加した場合であってもガド
リニア入り燃料ペレットの熱伝導度低下による温度上昇
でFPガス放出率が高まり燃料棒内圧が上昇することが
ないように熱機械的健全性を確保することである。更
に、本従来例の場合、相対出力の高い位置に配された燃
料棒102 においては、上部領域の濃縮度は、最高濃縮度
よりも低いため、沸騰遷移に至る限界出力の低下を抑制
することができる。以上の従来技術の詳細については特
願2000−058878に示した。
The aim of this prior art is to secure high enrichment to ensure safety. One of its features is that in the lower region where the linear output density tends to be large, the type 102 is used.
By preventing the power peaking of the fuel rod from becoming excessive in the early stage of combustion and from becoming too low in the middle stage of combustion, the maximum linear power density during operation is kept within an allowable range, and the line of the fuel rod containing gadolinia is controlled. By reducing the power density relative to the linear power density of uranium fuel rods, FP gas is released due to a rise in temperature due to a decrease in the thermal conductivity of gadolinia-containing fuel pellets even when a high concentration of gadolinia is added. The purpose is to ensure thermo-mechanical integrity so that the rate does not increase and the fuel rod internal pressure does not increase. Further, in the case of the conventional example, in the fuel rod 102 disposed at a position having a high relative output, the enrichment in the upper region is lower than the maximum enrichment, and therefore, it is necessary to suppress a decrease in the critical output leading to a boiling transition. Can be. The details of the above prior art are shown in Japanese Patent Application No. 2000-058878.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高燃焼
度化を目的とした上記の如き従来技術の場合、運転中の
最大線出力密度は許容範囲内に留まるものの、燃焼初期
に着目した場合、最大線出力密度はサイクル中期に比べ
て運転余裕が小さくなる傾向にある。これは、高濃度の
ガドリニアが添加できることを利用して高濃度のガドリ
ニアを添加した燃料ペレットを有効発熱部下方に配する
ことによって燃焼中期における燃料下部の反応度の抑制
を図っている一方で、サイクル初期に最大線出力密度が
大きくなる燃焼初期に対しては充分な対策がなされてい
ないためである。更に、軸方向に対して濃縮度差をほと
んど設けていないため、運転中軸方向出力分布が不安定
となり易いという欠点もあることが判った。
However, in the case of the above-described prior art for the purpose of increasing the burnup, the maximum linear power density during operation remains within an allowable range, but when the initial combustion is focused on, The linear power density tends to have a smaller operating margin than in the middle cycle. This means that high-concentration gadolinia can be added, and fuel pellets with high-concentration gadolinia added are arranged below the effective heat generating portion to suppress the reactivity of the lower fuel in the middle stage of combustion, This is because sufficient measures have not been taken against the initial stage of combustion in which the maximum linear power density increases at the beginning of the cycle. Further, it has been found that there is a disadvantage that the axial power distribution tends to be unstable during the operation because there is almost no concentration difference in the axial direction.

【0010】なお、燃料集合体中の濃縮度及びガドリニ
ア分布の決定には、1.経済性上の要求(高燃焼度化,
運転サイクル長期化など)、2.安全上の要求(熱的運
転余裕,停止余裕など)、3.燃料棒の熱機械特性上の
要求(ガドリニア入り燃料棒の内圧上昇抑制など)に加
え、4.製造上の要求、といった様々な要求を満足する
よう設計する必要がある。
To determine the enrichment and gadolinia distribution in the fuel assembly, it is necessary to: Economic requirements (high burnup,
1. The operation cycle is prolonged. 2. Safety requirements (thermal operation margin, stop margin, etc.); 3. In addition to the demands on the thermo-mechanical properties of the fuel rods (such as suppressing internal pressure rise of fuel rods containing gadolinia). It is necessary to design to satisfy various requirements such as manufacturing requirements.

【0011】燃料ペレットの最高濃縮度制限(5wt%以
下)は、現在、製造工程における臨界管理上の観点から
定まっているが、その他の製造上の要求としては、以下
の要素があげられる。即ち、燃料集合体の製造作業にお
いては、濃縮度やガドリニア添加量の異なる燃料ペレッ
トを燃料被覆管中に充填する作業があるが、この作業は
燃料の種類ごとに行われるのが通常であり、1種類の燃
料棒に充填する燃料ペレットの種類が多いと、その分作
業効率が低下するばかりでなくペレット種類の誤挿入の
危険性も高まる。この危険性を回避するためには、特に
9×9格子配列以上の燃料集合体のように燃料棒数が多
いほど、各燃料棒に充填する燃料ペレットの種類は少な
いことが望ましい。
The maximum enrichment limit (5 wt% or less) of fuel pellets is currently determined from the viewpoint of criticality control in the manufacturing process, but other manufacturing requirements include the following factors. That is, in the fuel assembly manufacturing operation, there is an operation of filling fuel pellets with different enrichment and gadolinia addition amounts into the fuel cladding tube, but this operation is usually performed for each type of fuel, When there are many types of fuel pellets to be filled in one type of fuel rod, not only does the work efficiency decrease, but also the risk of erroneous insertion of the types of pellets increases. In order to avoid this danger, it is desirable that as the number of fuel rods increases, particularly in the case of a fuel assembly having a 9 × 9 grid arrangement or more, the number of types of fuel pellets to be filled in each fuel rod is reduced.

【0012】以上の観点から、燃料集合体中の濃縮度及
びガドリニア分布の設計を複雑化し、前述の第1〜3の
要求を十分満足する設計であっても、4.製造上の要求
が満たされなければ,バランスの良い設計とは言えない
ことは明らかである。
From the above viewpoints, the design of the enrichment and gadolinia distribution in the fuel assembly is complicated, and even if the design sufficiently satisfies the above-mentioned first to third requirements, 4. Obviously, a well-balanced design cannot be achieved unless manufacturing requirements are met.

【0013】本発明は、上記問題点に鑑み、停止余裕と
最小限界出力比を許容範囲内に留め、且つ可燃性毒物入
り燃料棒の熱機械的健全性を確保しつつ、最大線出力密
度の運転余裕を拡大できると共に、製造工程におけるペ
レット充填作業の負担を増大させることなく運転サイク
ル長期化と高燃焼度化を達成するのに好適な沸騰水型原
子炉用燃料集合体の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention keeps the stop margin and the minimum limit power ratio within an allowable range, secures the thermomechanical soundness of the burnable poison-containing fuel rod, and reduces the maximum linear power density. An object of the present invention is to provide a fuel assembly for a boiling water reactor suitable for achieving a long operation cycle and high burnup without increasing the burden of pellet filling work in the manufacturing process, while increasing the operating margin. I do.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明に係る沸騰水型原子炉用燃料
集合体は、被覆管内に予め定められた核燃料濃縮度の燃
料ペレットが所定個数充填され密封された多数本の燃料
棒が所定の正方格子状配列の束として上部タイプレート
および下部タイプレートによって上下両端で支持されて
なる平均濃縮度が4wt%以上の沸騰水型原子炉用燃料集
合体において、前記多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物
を含まない燃料棒は、上下端天然ウランブランケット領
域を除く被覆管内の上部領域および下部領域に濃縮度の
異なる2種類の燃料ペレットが充填された燃料棒とし
て、下部領域に充填される燃料ペレットより低濃縮度の
燃料ペレットが上部領域に充填された第1の燃料棒と、
下部領域に充填された燃料ペレットより高濃縮度の燃料
ペレットが上部領域に充填された第2の燃料棒と、を含
み、前記第1の燃料棒は、上部領域と下部領域との境界
が燃料棒軸方向の有効発熱領域の中央より上方位置に設
けられていると共に、前記第2の燃料棒は、上部領域と
下部領域との境界が前記有効発熱領域の中央より下方位
置に設けられているものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel assembly for a boiling water reactor, wherein fuel pellets having a predetermined nuclear fuel enrichment are contained in a cladding tube. A boiling water reactor having an average enrichment of 4 wt% or more, in which a predetermined number of fuel rods which are filled and sealed are supported at both upper and lower ends by an upper tie plate and a lower tie plate as a bundle in a predetermined square lattice arrangement. In the fuel assembly for fuel use, the fuel rods containing no burnable poison of the plurality of fuel rods are provided in the upper region and the lower region of the cladding except for the upper and lower end natural uranium blanket regions in two types of fuels having different enrichments. As a fuel rod filled with pellets, a first fuel rod filled with fuel pellets of lower enrichment than the fuel pellets filled in the lower region in the upper region,
A second fuel rod in which an upper region is filled with fuel pellets having a higher enrichment than a fuel pellet in a lower region, wherein the first fuel rod has a boundary between the upper region and the lower region. The second fuel rod is provided at a position above the center of the effective heat generating region in the rod axis direction, and a boundary between the upper region and the lower region is provided at a position below the center of the effective heat generating region. Things.

【0015】また、請求項2に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1に記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒の上部領
域と下部領域との境界、または前記第2の燃料棒の上部
領域と下部領域との境界の少なくとも一方を、それぞれ
の境界に近い前記有効発熱領域の端部位置から有効発熱
領域長さのおよそ30%相当の距離だけ内側の位置より
端部寄りの位置に設けたものである。
Further, a fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to a second aspect of the present invention is the fuel assembly for a boiling water reactor according to the first aspect, wherein an upper portion of the first fuel rod is provided. At least one of the boundary between the region and the lower region or the boundary between the upper region and the lower region of the second fuel rod is moved from the end position of the effective heat generation region near each boundary to the effective heat generation region length. It is provided at a position closer to the end than the inner position by a distance equivalent to 30%.

【0016】また、請求項3に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1または請求項2に記
載の原子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒及
び/または前記第2の燃料棒は、上部領域と下部領域と
の境界が互いに異なる位置に設けられた2種類以上の燃
料棒を含むものである。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to a third aspect of the present invention is the fuel assembly for a nuclear reactor according to the first or second aspect. And / or the second fuel rod includes two or more types of fuel rods provided at positions where boundaries between the upper region and the lower region are different from each other.

【0017】また、請求項4に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1に記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃料棒の正方
格子状配列が9×9格子以上であると共に該配列のほぼ
中央位置に燃料棒複数本相当の領域を占める水ロッドが
配置され、前記第1の燃料棒の下部領域に充填された燃
料ペレット及び/又は前記第2の燃料棒の上部領域に充
填された燃料ペレットが燃料集合体中の最高濃縮度であ
り、該最高濃縮度は、4.9乃至5.0wt%であること
を特徴とするものである。
The fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to the fourth aspect is the fuel assembly for a boiling water reactor according to the first aspect of the present invention. A water rod occupying an area equivalent to a plurality of fuel rods is disposed at a substantially central position of the grid-like array of 9 × 9 grid or more, and a fuel pellet filled in a lower area of the first fuel rod; And / or wherein the fuel pellets filled in the upper region of the second fuel rod have the highest enrichment in the fuel assembly, wherein the highest enrichment is 4.9 to 5.0 wt%. Things.

【0018】また、請求項5に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項4に記載の多数本の燃
料棒のうち可燃性毒物を含む燃料棒は、前記燃料集合体
の各断面の平均濃縮度よりも高い濃縮度の燃料ペレット
を含むことを特徴とするものである。
Further, the fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention of claim 5 is the fuel assembly containing burnable poisons among the plurality of fuel rods according to claim 4. It is characterized in that it contains fuel pellets with a higher enrichment than the average enrichment of each section of the body.

【0019】また、請求項6に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1に記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒の一部又
は全てが前記正方格子状配列の最外周配列位置に配置さ
れ、前記第2の燃料棒の一部又は全てが前記正方格子状
配列の最外周配列以外の配列位置に配置されていること
を特徴とするものである。
The fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to claim 6 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein one of the first fuel rods is provided. Part or all of the second fuel rods are arranged at the outermost peripheral array position of the square lattice array, and some or all of the second fuel rods are arranged at an array position other than the outermost peripheral array of the square lattice array. It is a feature.

【0020】また、請求項7に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1に記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃料棒のうち
の可燃性毒物を含まない全ての燃料棒が前記第1の燃料
棒と第2の燃料棒とのみからなるものである。
Further, the fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention of claim 7 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein All the fuel rods which do not contain the burnable poison are only the first fuel rod and the second fuel rod.

【0021】また、請求項8に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、請求項1に記載の沸騰水型原
子炉用燃料集合体において、前記第2の燃料棒は、他の
燃料棒の有効発熱領域の軸方向長さよりも短い有効発熱
領域を有する部分長燃料棒を含むことを特徴とするもの
である。
The fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to claim 8 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the second fuel rod is It is characterized in that it includes a partial length fuel rod having an effective heat generation area shorter than the effective heat generation area of another fuel rod in the axial direction.

【0022】更に、請求項9に記載の発明に係る沸騰水
型原子炉用燃料集合体は、被覆管内に予め定められた核
燃料濃縮度の燃料ペレットが所定個数充填され密封され
た多数本の燃料棒が所定の正方格子状配列の束として上
部タイプレートおよび下部タイプレートによって上下両
端で支持されてなる平均濃縮度が4wt%以上の沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃料棒の正
方格子状配列が9×9格子以上であると共に該配列のほ
ぼ中央位置に燃料棒複数本相当の領域を占める水ロッド
が配置され、前記多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物を
含まない燃料棒は、上下端天然ウランブランケット領域
を除く被覆管内の上部領域及び下部領域に濃縮度の異な
る2種類の燃料ペレットが充填された燃料棒として、下
部領域に充填される燃料ペレットより低濃縮度の燃料ペ
レットが上部領域に充填された第1の燃料棒と、下部領
域に充填された燃料ペレットより高濃縮度の燃料ペレッ
トが上部領域に充填された第2の燃料棒と、の何れか一
方を含み、前記第1の燃料棒は、上部領域と下部領域と
の境界が燃料棒軸方向の有効発熱領域の中央より上方位
置に設けられていると共に、前記第2の燃料棒は、上部
領域と下部領域との境界が前記有効発熱領域の中央より
下方位置に設けられ、前記第1の燃料棒又は前記第2の
燃料棒は、上部領域と下部領域との境界が互いに異なる
位置に設けられた2種以上の燃料棒を含むことを特徴と
するものである。
Further, in the fuel assembly for a boiling water reactor according to the ninth aspect of the present invention, the clad tube is filled with a predetermined number of fuel pellets having a predetermined nuclear fuel enrichment and sealed with a large number of fuels. In the fuel assembly for a boiling water reactor having an average enrichment of 4 wt% or more, wherein the rods are supported at upper and lower ends by an upper tie plate and a lower tie plate as a bundle in a predetermined square lattice array, A water grid occupying an area equivalent to a plurality of fuel rods is arranged at a substantially central position of the square grid array of the rods of 9 × 9 grid or more, and the burnable poison of the plurality of fuel rods is disposed. The fuel rods not containing are filled in the lower region as fuel rods in which the upper region and the lower region in the cladding tube except the upper and lower end natural uranium blanket regions are filled with two types of fuel pellets having different enrichments. A first fuel rod in which an upper region is filled with fuel pellets having a lower enrichment than fuel pellets, and a second fuel rod in which an upper region is filled with fuel pellets having a higher enrichment than the fuel pellets which are filled in a lower region Wherein the first fuel rod has a boundary between an upper region and a lower region provided at a position above a center of an effective heat generation region in the fuel rod axial direction, and the second fuel rod has a second boundary. In the fuel rod, a boundary between the upper region and the lower region is provided at a position lower than a center of the effective heat generating region, and the first fuel rod or the second fuel rod has a boundary between the upper region and the lower region. It is characterized by including two or more types of fuel rods provided at mutually different positions.

【0023】また、請求項10に記載の発明に係る沸騰
水型原子炉用燃料集合体は、請求項9に記載の沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒の上部
領域と下部領域との境界、または前記第2の燃料棒の上
部領域と下部領域とを、それぞれの境界に近い前記有効
発熱領域の端部位置から有効発熱領域長さのおよそ30
%相当の距離だけ内側の位置より端部寄りの位置に設け
たことを特徴とするものである。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to claim 10 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein an upper portion of the first fuel rod is provided. The boundary between the region and the lower region, or the upper region and the lower region of the second fuel rod, is separated from the end position of the effective heat region close to the respective boundary by about 30 times the length of the effective heat region.
% In a position closer to the end than the inside position.

【0024】また、請求項11に記載の発明に係る沸騰
水型原子炉用燃料集合体は、請求項9に記載の沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒の下部
領域に充填された燃料ペレット及び/又は前記第2の燃
料棒の上部領域に充填された燃料ペレットが燃料集合体
中の最高濃縮度であり、該最高濃縮度は、4.9乃至
5.0wt%であることを特徴とするものである。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention of claim 11 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein the lower part of the first fuel rod is provided. The fuel pellets filled in the region and / or the fuel pellets filled in the upper region of the second fuel rod are the highest enrichment in the fuel assembly, and the highest enrichment is between 4.9 and 5.0 wt. %.

【0025】また、請求項12に記載の発明に係る沸騰
水型原子炉用燃料集合体は、請求項11に記載の沸騰水
型原子炉用燃料集合体において、前記多数本の燃料棒の
うち可燃性毒物を含む燃料棒は、前記燃料集合体の各断
面の平均濃縮度よりも高い濃縮度の燃料ペレットを含む
ことを特徴とするものである。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to a twelfth aspect of the present invention is the fuel assembly for a boiling water reactor according to the eleventh aspect of the present invention. The fuel rods containing burnable poisons are characterized by including fuel pellets having an enrichment higher than the average enrichment of each section of the fuel assembly.

【0026】また、請求項13に記載の発明に係る沸騰
水型原子炉用燃料集合体は、請求項9に記載の沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、前記第1の燃料棒の一部
又は全てが前記正方格子状配列の最外周配列位置に配置
され、前記第2の燃料棒の一部又は全てが前記正方格子
状配列の最外周配列以外の配列位置に配置されているこ
とを特徴とするものである。
A fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention of claim 13 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein one of the first fuel rods is provided. Part or all of the second fuel rods are arranged at the outermost peripheral array position of the square lattice array, and some or all of the second fuel rods are arranged at an array position other than the outermost peripheral array of the square lattice array. It is a feature.

【0027】また、請求項14に記載の発明に係る沸騰
水型原子炉用燃料集合体は、請求項9に記載の沸騰水型
原子炉用燃料集合体において、前記第2の燃料棒は、他
の燃料棒の有効発熱領域の軸方向長さよりも短い有効発
熱領域を有する部分長燃料棒を含むことを特徴とするも
のである。
The fuel assembly for a boiling water reactor according to the invention according to claim 14 is the fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein the second fuel rod is It is characterized in that it includes a partial length fuel rod having an effective heat generation area shorter than the effective heat generation area of another fuel rod in the axial direction.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明は、9×9格子以上の所定
の正方格子状配列の束として沸騰水型原子炉用燃料集合
体を構成する多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物を含ま
ない燃料棒を、上下端天然ウランブランケット領域を除
く被覆管内の、いわば有効発熱領域に相当する領域につ
いて、上部領域および下部領域に濃縮度の異なる2種類
の燃料ペレットが充填される燃料棒として、図7に示す
ように、下部領域Bに充填される燃料ペレットより低い
濃縮度の燃料ペレットが上部領域Aに充填される第1の
燃料棒U1と、下部領域Dに充填される燃料ペレットよ
り高い濃縮度の燃料ペレットが上部領域Cに充填される
第2の燃料棒U2と、を有するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a method for removing burnable poisons from a large number of fuel rods constituting a fuel assembly for a boiling water reactor as a bundle having a predetermined square lattice arrangement of 9 × 9 lattices or more. The fuel rods that do not include the fuel rods in which the upper and lower regions are filled with two types of fuel pellets having different enrichments in a region corresponding to the so-called effective heat generation region in the cladding tube excluding the upper and lower end natural uranium blanket regions. As shown in FIG. 7, the first fuel rod U1 in which the upper region A is filled with fuel pellets having a lower enrichment than the fuel pellet in the lower region B, and the fuel pellet in which the lower region D is filled. A second fuel rod U2 in which the upper enriched area C is filled with high enrichment fuel pellets.

【0029】一般に、核沸騰状態から膜沸騰状態への沸
騰遷移は,燃料棒上部に配置されたスペーサの直上流側
で厳しくなることから、沸騰遷移が起こりやすい配列位
置に、上部領域に比較的低濃縮度の燃料ペレットが充填
されている前記第1の燃料棒を優先的に配置することに
よって、熱的運転余裕すなわち最小限界出力比を向上さ
せることができる。
Generally, the boiling transition from the nucleate boiling state to the film boiling state becomes severe immediately upstream of the spacer disposed above the fuel rod. By preferentially arranging the first fuel rods filled with low-enrichment fuel pellets, it is possible to improve the thermal operation margin, that is, the minimum limit power ratio.

【0030】また、本発明は、前記第1の燃料棒の上部
領域と下部領域との境界を燃料棒軸方向の有効発熱領域
の中央より上方位置に設け、前記第2の燃料棒の上部領
域と下部領域との境界を前記有効発熱領域の中央より下
方位置に設けたものであるため、燃料集合体横断面内で
見たとき、まず上部領域に低濃縮度燃料ペレットが充填
された第1の燃料棒の存在によって、燃料集合体上部横
断面内の平均濃縮度は燃料集合体中央部横断面内の平均
濃縮度よりも低くなるため、燃料集合体上部での反応度
が低下し、低温時において中性子束分布が過度に上部ピ
ークとならず、停止余裕の向上にも作用する。
Further, according to the present invention, the boundary between the upper region and the lower region of the first fuel rod is provided above the center of the effective heat generation region in the axial direction of the fuel rod, and the upper region of the second fuel rod is provided. And the lower region is provided at a position lower than the center of the effective heat generating region. Therefore, when viewed in the cross section of the fuel assembly, first, the first region in which the lower enrichment fuel pellets are filled in the upper region. As the average enrichment in the upper cross section of the fuel assembly becomes lower than the average enrichment in the cross section in the center of the fuel assembly, the reactivity at the upper part of the fuel assembly decreases, In some cases, the neutron flux distribution does not excessively become the upper peak, and also acts to improve the stopping margin.

【0031】なお、最小限界出力比向上と停止余裕向上
の観点に加え、高燃焼度に向けて平均濃縮度を充分に高
める目的から、低濃縮度燃料ペレットが充填される上部
領域が長くなりすぎることなく高濃縮度領域を多く確保
できるように、第1の燃焼棒の上部領域と下部領域との
境界は、燃料集合体の有効発熱領域上端から該有効発熱
領域長さの約30%相当の距離だけ下方位置よりも上方
寄りであることが望ましい。
The upper region filled with low enrichment fuel pellets is too long for the purpose of sufficiently increasing the average enrichment for high burnup in addition to the improvement of the minimum limit power ratio and the stop margin. The boundary between the upper region and the lower region of the first combustion rod is set at about 30% of the length of the effective heat generation region from the upper end of the effective heat generation region of the fuel assembly so that a high enrichment region can be secured without much. Desirably, the distance is higher than the lower position.

【0032】また、燃料集合体横断面内で見たとき、下
部領域に低濃縮度燃料ペレットが充填された第2の燃料
棒の存在により、燃料集合体下部横断面内の平均濃縮度
は燃料集合体中央部横断面内の平均濃縮度よりも低くな
るため、燃料集合体下部での反応度が低下し、BWRの
特徴である燃料集合体の軸方向出力分布の下部歪みは緩
和され、その分だけ最大線出力密度を低減することがで
きる。
Further, when viewed in the cross section of the fuel assembly, the average enrichment in the lower cross section of the fuel assembly is reduced by the presence of the second fuel rod filled with the low enrichment fuel pellet in the lower region. Since the enrichment becomes lower than the average enrichment in the cross section of the central part of the assembly, the reactivity at the lower part of the fuel assembly decreases, and the lower distortion of the axial output distribution of the fuel assembly, which is a characteristic of BWR, is reduced. The maximum linear output density can be reduced by the amount.

【0033】また、このような燃料集合体下部での線出
力密度の増大を抑えるという観点に加え、高燃焼度化に
向けて平均濃縮度を充分に高める目的から、第2の燃焼
棒においても、低濃縮度領域が長くなりすぎることなく
高濃縮度領域を多く確保できるように、上部領域と下部
領域の境界は,燃料集合体の有効発熱領域下端から該有
効発熱領域長さの約30%相当の距離だけ上方位置より
も下方寄りであることが望ましい。
In addition to suppressing the increase in the linear power density at the lower portion of the fuel assembly, the second combustion rod is also used for the purpose of sufficiently increasing the average enrichment for higher burnup. The boundary between the upper region and the lower region is about 30% of the length of the effective heat generation region from the lower end of the effective heat generation region of the fuel assembly so that the high enrichment region can be secured without increasing the low enrichment region. It is desirable to be below the upper position by a considerable distance.

【0034】また、第1の燃料棒および第2の燃料棒
は、上下部領域の境界が同一位置に揃えられたもののみ
に限らない。第1の燃料棒については、沸騰遷移が特に
起こりやすい配置位置以外は、上下部領域の境界をより
上方に設定することで各燃料棒の沸騰遷移の起こり易さ
を均等にすることができるため、集合体の平均濃縮度を
過度に低減させることなく、限界出力の一層の向上を図
ることができる。
Further, the first fuel rod and the second fuel rod are not limited to those in which the boundaries of the upper and lower regions are aligned at the same position. Regarding the first fuel rods, by setting the boundaries of the upper and lower regions to be higher than the arrangement positions where the boiling transition is particularly likely to occur, the likelihood of the boiling transition of each fuel rod can be equalized. Further, the limit output can be further improved without excessively reducing the average enrichment of the aggregate.

【0035】また、第1の燃料棒および第2の燃料棒と
して、上下部領域の境界が互いに異なる位置に設けられ
た2種類以上の燃料棒を設定すれば、燃料集合体の軸方
向濃縮度分布をBWRの典型的な軸方向平均出力分布の
プロファイル(コサインもしくは若干の下部ピーク)に
沿って漸次的に変化させることができ、出力運転中にお
ける燃料集合体の軸方向出力分布が安定し、燃料集合体
の”自立性”が高まり、炉心設計の自由度が増すと共
に、安全性が向上する。
If two or more types of fuel rods are provided as the first fuel rod and the second fuel rod at the positions where the boundaries of the upper and lower regions are different from each other, the enrichment in the axial direction of the fuel assembly can be improved. The distribution can be varied gradually along the profile of the typical axial average power distribution of the BWR (cosine or some lower peak), and the axial power distribution of the fuel assembly during power operation is stabilized; The "independence" of the fuel assembly is increased, the degree of freedom in core design is increased, and safety is improved.

【0036】なお、本発明においては、9×9格子以上
の配列であると共に該配列のほぼ中央位置に燃料棒複数
本相当の領域を占める水ロッドが配置される燃料集合体
であることから、第1の燃料棒の下部領域に充填される
燃料ペレットを燃料集合体中の最高濃縮度のものにして
燃料集合体全体の平均濃縮度をより向上させることが可
能である。
In the present invention, since the fuel assembly has an array of 9 × 9 grids or more, and a water rod occupying a region corresponding to a plurality of fuel rods is disposed at substantially the center of the array, It is possible to improve the average enrichment of the entire fuel assembly by making the fuel pellets filled in the lower region of the first fuel rod have the highest enrichment in the fuel assembly.

【0037】これは、9×9以上の燃料棒本数の多い格
子配列の燃料集合体の場合、燃料棒の本数が多い分、平
均線出力密度は小さくでき、しかも、7〜9本程度の燃
料棒領域を占める水ロッドを配した燃料集合体であれ
ば、該水ロッドが冷温時において中性子吸収体として機
能して停止余裕を向上せしめることに加え、高濃縮度化
に伴う下部ピークの過度な増大を回避できる分、最大線
出力密度には幾分の余裕ができることから、第1の燃料
棒の下部領域に充填される高濃縮度燃料ペレットを燃料
集合体中最高の濃縮度のものとして一層の高濃縮度化を
図っても、最大線出力密度は運転サイクルを通じてある
程度の余裕が確保されるためである。このように、第1
の燃料棒の存在は、燃料棒数が多く太径水ロッドを含む
配列の場合、燃料集合体の高濃縮度化と停止余裕の改善
にも寄与する。
This is because, in the case of a fuel assembly having a grid array having a large number of fuel rods of 9 × 9 or more, the average linear output density can be reduced by the number of fuel rods, and about 7 to 9 fuel rods can be obtained. In the case of a fuel assembly in which a water rod occupying the rod region is provided, the water rod functions as a neutron absorber at a cold temperature to improve a stop margin, and an excessive lower peak due to high enrichment is added. Since the increase can be avoided, the maximum linear power density has some allowance, so that the highly enriched fuel pellets filled in the lower region of the first fuel rod are further regarded as having the highest enrichment in the fuel assembly. This is because even if the enrichment is increased, the maximum linear output density has a certain margin throughout the operation cycle. Thus, the first
The presence of the fuel rods also contributes to the high enrichment of the fuel assembly and the improvement of the stop margin when the number of fuel rods is large and the arrangement includes large-diameter water rods.

【0038】なお、一般に、高燃焼度化に伴って燃料集
合体の横断面内平均濃縮度を高めた場合には、燃料棒の
相対出力は、燃料集合体を外周側で取り囲む水ギャップ
近傍、即ち正方格子配列の最外周に配置された燃料棒で
大きくなる傾向があるため、燃料集合体の沸騰遷移に至
る限界出力に対する運転出力を小さくして熱的運転余
裕、即ち最小限界出力比を向上させるという観点から、
第1の燃料棒は正方格子配列の最外周に配置することが
望ましい。
In general, when the average enrichment in the cross section of the fuel assembly is increased along with the increase in the burnup, the relative output of the fuel rod is determined in the vicinity of the water gap surrounding the fuel assembly on the outer peripheral side, That is, since the fuel rods arranged at the outermost periphery of the square lattice arrangement tend to increase in size, the operating output with respect to the limit output that leads to the boiling transition of the fuel assembly is reduced to improve the thermal operating margin, that is, the minimum limit output ratio. From the perspective of
It is desirable that the first fuel rods be arranged at the outermost periphery of the square lattice arrangement.

【0039】一方、第2の燃料棒の存在によって燃料集
合体の軸方向出力分布の下部歪みが抑制されることによ
り最大線出力密度が低減した分の余裕は、一部を運転余
裕の拡大に振り分けるのは言うまでもないが、その他、
第2の燃料棒を正方格子配列の最外周以外に配置するこ
とによって局所ピーキングの増加に振り分ることがで
き、ガドリニア等の可燃性毒物入り燃料棒の熱機械特性
上の健全性をより一層確保することができる。
On the other hand, the presence of the second fuel rods suppresses the lower distortion of the axial power distribution of the fuel assembly, and the margin for the reduction in the maximum linear power density is partly due to the increase in the operating margin. Needless to say,
By arranging the second fuel rods at positions other than the outermost periphery of the square lattice array, local peaking can be increased, and the soundness of the fuel rods containing burnable poisons such as gadolinia can be further improved. Can be secured.

【0040】即ち、燃料集合体の下部側においては、正
方格子配列の最外周に配置された燃料棒の出力分担は相
対的に大きくなり、特に、前述のように下部領域に燃料
集合体中最高濃縮度燃料ペレットが充填された第1の燃
料棒が最外周配列に配置された場合には、しばしば燃焼
初期から中期にかけて局所ピーキングは最外周燃料棒で
最大となり、最大線出力密度が増大する方向となる。し
かしながら、下部領域に低濃縮度燃料ペレットが充填さ
れた第2の燃料棒の存在によって、燃料集合体の下部で
は、その横断面内の平均濃縮度が燃料集合体中央部横断
面内の平均濃縮度よりも低くなる分だけ軸方向出力分布
を平坦化するという効果が、局所ピーキング増大の効果
を上回り、最大線出力を低減させる方向に作用する。さ
らに、可燃性毒物入り燃料棒の線出力密度は、外周に配
置された燃料棒の相対出力の増大量に略反比例して低減
するため、このような可燃性毒物入り燃料棒の熱機械的
健全性は向上すると共に、高濃縮度ペレットであっても
高濃度の可燃性毒物の添加が可能となる。
That is, on the lower side of the fuel assembly, the output sharing of the fuel rods arranged at the outermost periphery of the square lattice arrangement becomes relatively large. When the first fuel rods filled with the enriched fuel pellets are arranged in the outermost circumferential array, local peaking often becomes maximum in the outermost circumferential fuel rods from the initial to middle stages of combustion, and the maximum linear power density increases. Becomes However, due to the presence of the second fuel rods filled with low enrichment fuel pellets in the lower region, the average enrichment in the cross section of the lower portion of the fuel assembly is reduced by the average enrichment in the central cross section of the fuel assembly. The effect of flattening the axial output distribution by an amount lower than the degree exceeds the effect of increasing local peaking and acts in a direction to reduce the maximum linear output. Further, since the linear power density of the burnable poison-containing fuel rods decreases substantially in inverse proportion to the increase in the relative output of the fuel rods disposed on the outer periphery, the thermomechanical soundness of such burnable poison-containing fuel rods is reduced. In addition to improving the performance, even in the case of highly concentrated pellets, a high concentration of burnable poison can be added.

【0041】このように本発明では、先に示した従来技
術を用いない場合であっても、高濃縮度ペレットに対し
て可燃性毒物を添加できるので、燃料集合体は更に高濃
縮度化でき、高燃焼度化に寄与する。
As described above, according to the present invention, even when the above-described conventional technique is not used, the burnable poison can be added to the highly enriched pellets, so that the fuel assembly can be further enriched. Contributes to higher burnup.

【0042】また、本発明の燃料集合体においては、可
燃性毒物を含まない燃料棒を、全て第1の燃料棒および
第2の燃料棒とすることによって、各燃料棒の上下端に
低濃縮度の天然ウランブラケットを設けないで燃料集合
体全体の平均濃縮度を高めることが可能となる。これ
は、有効発熱領域に亘って同一濃縮度の燃料ペレットの
みが充填された燃料棒を含まない分、第1の燃料棒数を
増大させて更なる停止余裕を確保できるので、ブランケ
ットを設けない場合に懸念される停止余裕の低下を補う
ことができることによる。さらに、ブランケットを設け
ない場合に考えられる燃料経済性低下に対しては、燃料
集合体全体の平均濃縮度を増加させたことで取出燃焼度
が増大するため、燃料経済性はむしろ向上することか
ら、問題はない。
In the fuel assembly of the present invention, the fuel rods containing no burnable poisons are all the first fuel rods and the second fuel rods, so that the fuel rods have low enrichment at the upper and lower ends of each fuel rod. It is possible to increase the average enrichment of the entire fuel assembly without providing a natural uranium bracket. This does not include fuel rods filled only with fuel pellets of the same enrichment over the effective heat generation area, and thus the number of first fuel rods can be increased to secure a further stoppage margin. Therefore, no blanket is provided. This is because it is possible to compensate for a decrease in the suspension margin, which is a concern in some cases. In addition, the fuel economy is expected to decrease if the blanket is not provided, because the increase in the average enrichment of the entire fuel assembly increases the removal burn-up, so the fuel economy improves rather. ,No problem.

【0043】また、正方配列が9×9格子以上と燃料棒
本数が多くなる場合、その分、冷却材流の摩擦圧損が大
きくなるが、これを補償するなどの目的から、燃料集合
体の通常の燃料棒の有効発熱部よりも上方を撤去して有
効発熱部が短い燃料棒(以下、部分長燃料棒)を複数本
配置することによって、圧損を減ずることができる。部
分長燃料棒を水ロッドに隣接させた場合、低温時には、
水ロッドと共に大きな水領域を形成し、中性子吸収を高
め、停止余裕向上に寄与することができる。一方、部分
長燃料棒の採用に伴い燃料集合体の上部側で燃料棒本数
が少なくなるため、燃料棒の表面熱流束が小さくなり限
界出力が低下する傾向にある。また、燃料下部側は上部
側に比べてウラン量が多く出力分布の下部歪みは大きく
なり、線出力密度は増大する傾向がある。
In addition, when the number of fuel rods increases as the square arrangement becomes 9 × 9 grids or more, the friction pressure loss of the coolant flow increases accordingly. The pressure loss can be reduced by removing a portion of the fuel rod above the effective heat generating portion and arranging a plurality of fuel rods having a short effective heat generating portion (hereinafter, partially long fuel rods). If the partial length fuel rod is adjacent to the water rod,
A large water region can be formed together with the water rod, neutron absorption can be enhanced, and a stop margin can be improved. On the other hand, since the number of fuel rods on the upper side of the fuel assembly decreases with the use of the partial length fuel rods, the heat flux on the surface of the fuel rods tends to be small, and the limit power tends to be low. Also, the lower part of the fuel has a larger amount of uranium than the upper part, the lower distortion of the power distribution tends to be large, and the linear power density tends to increase.

【0044】本発明では、第1の燃料棒により、限界出
力を向上させることができると共に、第2の燃料棒の一
部をこのような部分長燃料棒とすることができ、このよ
うな場合も同様に下部における最大線出力密度の低減が
期待できる。
According to the present invention, the first fuel rod can improve the limit output, and a part of the second fuel rod can be a fuel rod having such a partial length. Similarly, a reduction in the maximum linear output density in the lower part can be expected.

【0045】以上のように、第1の燃料棒および第2の
燃料棒を備えた本発明の燃料集合体においては、経済性
上の要求から燃料集合体の平均濃縮度や可燃性毒物濃度
を高める際に、燃料の軸方向及び軸方向と直交する方向
の特性を、安全性、燃料棒の熱機械特性といった要求に
対し同時に且つ柔軟に最適化できる。
As described above, in the fuel assembly of the present invention including the first fuel rod and the second fuel rod, the average enrichment and the concentration of burnable poisons of the fuel assembly are reduced due to economical requirements. In the case of the enhancement, the characteristics of the fuel in the axial direction and the direction perpendicular to the axial direction can be simultaneously and flexibly optimized with respect to requirements such as safety and thermo-mechanical characteristics of the fuel rod.

【0046】しかも、これら第1及び第2の燃料棒は、
ブランケットを設けた場合において、一本の燃料棒につ
き最大で4領域構成であり、一燃料棒当たりの燃料ペレ
ット充填作業の変更数は従来と変わらない。よって、本
発明の燃料集合体では、核特性の観点から、軸方向の濃
縮度分布は最適化の目的により複雑化しているにも拘わ
らず、燃料ペレットの濃縮度別領域数は必要最小限に抑
えることができ、懸念される作業効率の低下やペレット
種類の誤挿入の危険性増大を招くことはない。これは、
9×9格子配列や10×10格子配列の燃料棒数が多い燃料
集合体において特に有効である。
In addition, these first and second fuel rods
In the case where a blanket is provided, there is a maximum of four regions per fuel rod, and the number of fuel pellet filling operations per fuel rod is unchanged. Therefore, in the fuel assembly of the present invention, from the viewpoint of nuclear properties, the enrichment distribution in the axial direction is complicated for optimization purposes, but the number of regions of the fuel pellets by enrichment is minimized. It can be suppressed, and there is no risk of lowering the work efficiency and increasing the risk of erroneous insertion of the pellet type. this is,
This is particularly effective in a fuel assembly having a large number of fuel rods in a 9 × 9 grid array or a 10 × 10 grid array.

【0047】以上のように、9×9格子以上の燃料集合
体に対して、第1の燃料棒と第2の燃料棒とを同時に用
いることで、燃料集合体の平均濃縮度が4wt%を越える
高燃焼度化燃料集合体であっても経済性と安全性に優れ
た燃料集合体とすることができる。
As described above, by simultaneously using the first fuel rods and the second fuel rods for the fuel assemblies of 9 × 9 grid or more, the average enrichment of the fuel assemblies is reduced to 4 wt%. Even a fuel assembly with a high burnup exceeding this can be a fuel assembly excellent in economy and safety.

【0048】[0048]

【実施例】実施例1 本発明の第1の実施例として、9×9格子配列で、中央
部3×3燃料棒分に水ロッドWを配し、可燃性毒物とし
てガドリニアを含む燃料棒と、毒物を含まない燃料棒と
して第1の燃料棒、第2の燃料棒および有効発熱領域に
亘って同一濃縮度燃料ペレットのみが充填されてなる燃
料棒と、を用いて構成された燃料集合体10を図1に示
す。図1(a)は燃料集合体10の配列模式図、図1
(b)は本燃料集合体に配置される各種燃料棒の内部
(全24ノード)に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
Embodiment 1 As a first embodiment of the present invention, a water rod W is arranged in a central portion of 3 × 3 fuel rods in a 9 × 9 lattice arrangement, and a fuel rod containing gadolinia as a burnable poison is provided. A fuel assembly composed of a first fuel rod, a second fuel rod, and a fuel rod filled with only the same enrichment fuel pellets over the effective heat generation region as fuel rods containing no poison. 10 is shown in FIG. FIG. 1A is a schematic view of an arrangement of a fuel assembly 10, and FIG.
(B) is a diagram of the region of the fuel pellet enrichment and gadolinia concentration filled in the inside (all 24 nodes) of various fuel rods arranged in the present fuel assembly.

【0049】本実施例1では、最高ウラン濃縮度は取扱
いが可能な濃縮度5wt%以下に対し、製造管理上の公
差(±約0.05wt%)に余裕を持たせて4.9wt
%に設定し、全燃料棒は、いずれも上下端1ノードずつ
に低濃縮度(0.71wt%)の天然ウランブラケット
Bが設けられているものとした。
In the first embodiment, the maximum uranium enrichment is set to 4.9 wt.
%, And all the fuel rods were provided with a low enrichment (0.71 wt%) natural uranium bracket B at each of the upper and lower nodes.

【0050】本燃料集合体10を構成する燃料棒のうち
のガドリニアを含まない燃料棒は、ブラケットBを除く
有効発熱領域全体に亘って同一の最高ウラン濃縮度4.
9wt%燃料ペレットが充填されるタイプ1燃料棒と、
前記有効発熱領域の下部領域(16ノード分)に最高ウ
ラン濃縮度4.9wt%燃料ペレットが充填され上部領
域(6ノード分)に下部領域より低い濃縮度4.4wt
%燃料ペレットが充填された本発明の第1の燃料棒であ
るタイプ2燃料棒と、前記有効発熱領域の上部領域(1
6ノード分)に最高ウラン濃縮度4.9wt%燃料ペレ
ットが充填され下部領域(6ノード分)に上部領域より
低い濃縮度4.4wt%燃料ペレットが充填された本発
明の第2の燃料棒であるタイプ3燃料棒と、前記有効発
熱領域全体に亘って同一の低ウラン濃縮度3.4wt%
燃料ペレットが充填されるタイプ4燃料棒と、の4種類
である。第1及び第2の燃料棒であるタイプ2およびタ
イプ3の燃料棒は、それぞれ8本ずつの同数とした。
Among the fuel rods constituting the fuel assembly 10, the fuel rods that do not include gadolinia have the same maximum uranium enrichment over the entire effective heat generation area except the bracket B.
A type 1 fuel rod filled with 9 wt% fuel pellets,
The lower region (for 16 nodes) of the effective heat generation region is filled with the highest uranium enrichment of 4.9 wt% fuel pellets, and the upper region (for 6 nodes) is enrichment of 4.4 wt% lower than the lower region.
% Fuel pellets, which are the first fuel rods of the present invention, and the upper region (1) of the effective heat generation region.
The second fuel rod of the present invention in which the highest uranium enrichment of 4.9 wt% fuel pellets is filled in the lower region (for 6 nodes) and the lower enrichment 4.4 wt% fuel pellet is filled in the lower region (for the 6 nodes). And the same low uranium enrichment of 3.4 wt% throughout the effective heat generation region.
And type 4 fuel rods filled with fuel pellets. The number of fuel rods of type 2 and type 3, which are the first and second fuel rods, was the same number of eight each.

【0051】ガドリニア入り燃料棒として配列されたの
は、上部領域(6ノード分)に5.0wt%ガドリニア
含有のウラン濃縮度4.4wt%燃料ペレットが充填さ
れ下部領域(16ノード分)に8.0wt%ガドリニア
含有のウラン濃縮度4.4wt%燃料ペレットが充填さ
れたタイプG1燃料棒と、上部領域(6ノード分)に
6.0wt%ガドリニア含有の最高ウラン濃縮度4.9
wt%燃料ペレットが充填され中央領域(10ノード
分)に8.0wt%ガドリニア含有の最高ウラン濃縮度
4.9wt%燃料ペレットが充填され下部領域(6ノー
ド分)に9.0wt%ガドリニア含有の最高ウラン濃縮
度4.9wt%燃料ペレットが充填されたタイプG2燃
料棒と、の2種である。
The gadolinia-containing fuel rods are arranged such that the upper region (for 6 nodes) is filled with 5.0 wt% gadolinia-containing uranium enrichment 4.4 wt% fuel pellets, and the lower region (for 16 nodes) is filled with 8 wt%. Uranium enrichment containing 0.0 wt% gadolinia Type G1 fuel rod filled with 4.4 wt% fuel pellets, and upper uranium enrichment 4.9 containing 6.0 wt% gadolinia in upper region (for 6 nodes)
The central region (for 10 nodes) is filled with 8.0 wt% gadolinia and the highest uranium enrichment is 4.9 wt%. The lower region (for 6 nodes) is filled with 9.0 wt% gadolinia. And a type G2 fuel rod filled with 4.9 wt% uranium enrichment fuel pellets.

【0052】本燃料集合体10では、9×9正方格子配
列の四コーナーに、タイプ4燃料棒を配置し、これらコ
ーナーロッドと水ギャップとに隣接する最外周配列位
置、即ち相対出力が大きくなりやすく最も沸騰遷移の起
こりやすい八つの配列位置に、第1の燃料棒であるタイ
プ2燃料棒を配置することによって、限界出力の低下を
回避した。また、第2の燃料棒であるタイプ3燃料棒
を、出力が高い最外周配列を除いた位置に配置すること
で、最外周にあるガドリニアを含まない燃料棒の出力分
担を高めることができ、この分、水ギャップと水ロッド
Wのいずれにも隣接せず配置されたガドリニア入り燃料
棒(タイプG1,G2)の相対出力を低減させ、ガドリ
ニア入り燃料棒の熱機械的健全性を増大せしめた。
In the fuel assembly 10, type 4 fuel rods are arranged at the four corners of a 9 × 9 square lattice array, and the outermost array position adjacent to these corner rods and the water gap, that is, the relative output becomes large. By arranging the first fuel rod, the type 2 fuel rod, at the eight arrangement positions where the boiling transition is most likely to occur, a reduction in the critical output was avoided. In addition, by arranging the type 3 fuel rods as the second fuel rods at positions other than the outermost peripheral array having a high output, it is possible to increase the output sharing of the outermost peripheral fuel rods that do not include gadolinia, To this extent, the relative output of the gadolinia-containing fuel rods (types G1 and G2) arranged not adjacent to either the water gap or the water rod W is reduced, and the thermomechanical integrity of the gadolinia-containing fuel rods is increased. .

【0053】上記の如き本実施例1による燃料集合体1
0を用いた平衡炉心における最大線出力密度の燃焼変化
を求めた結果を図2の線図に示す。これは、図7に示し
た従来の燃料集合体を用いたものを対照として、炉心の
18ヶ月運転を仮定したものであり、取替燃料の平均取
出燃焼度は共に約50GWd/tである。最大線出力密度は
従来タイプを破線、本実施例1の燃料集合体10を用い
た炉心の場合を実線で示した。通常運転時における最大
線出力密度の制限値は13.4kW/ftである。図2の結
果からわかるように、本実施例1を用いたものでは、最
大線出力密度は従来タイプのものと比べた場合、燃料下
部側でガドリニアの濃度が低い分サイクル中期での最大
線出力密度は若干大きくなるものの、サイクル初期での
低減効果があることから、サイクル期間に亘っての最大
値は,従来タイプのものよりも約0.5kW/ft低減す
る。
The fuel assembly 1 according to the first embodiment as described above
FIG. 2 is a graph showing the result of determining the combustion change of the maximum linear power density in the equilibrium core using 0. This is based on the assumption that the core is operated for 18 months, using the conventional fuel assembly shown in FIG. 7 as a control, and the average removal burnup of the replacement fuel is about 50 GWd / t. The maximum linear power density is indicated by a broken line for the conventional type, and is indicated by a solid line for the core using the fuel assembly 10 of the first embodiment. The limit value of the maximum linear power density during normal operation is 13.4 kW / ft. As can be seen from the results of FIG. 2, the maximum linear power density in the case of using the first embodiment is lower than that of the conventional type in the middle of the minute cycle in which the concentration of gadolinia is lower on the lower side of the fuel. Although the density is slightly higher, there is a reduction effect at the beginning of the cycle, so the maximum value over the cycle period is reduced by about 0.5 kW / ft compared to the conventional type.

【0054】実施例2 本発明の第2の実施例として、上記実施例1と同様に9
×9格子配列で、中央部3×3燃料棒分に水ロッドWを
配し、可燃性毒物としてガドリニアを用いた燃料集合体
20を図3に示す。図3(a)は燃料集合体20の配列
模式図、図3(b)は本燃料集合体に配置される各種燃
料棒の内部(全24ノード)に充填される燃料ペレット
濃縮度およびガドリニアの濃度別領域構成図である。本
実施例2では最高ウラン濃縮度を4.95wt%に設定
し、全燃料棒はいずれも上下端1ノードずつに低濃縮度
(0.71wt%)の天然ウランブラケットBが設けら
れている。
Embodiment 2 As a second embodiment of the present invention, as in the first embodiment,
FIG. 3 shows a fuel assembly 20 in which a water rod W is arranged in a central portion of 3 × 3 fuel rods in a × 9 lattice arrangement and gadolinia is used as a burnable poison. FIG. 3A is a schematic view of the arrangement of the fuel assemblies 20, and FIG. 3B is a diagram showing the enrichment of the fuel pellets and the gadolinia of the fuel pellets filled in the various fuel rods (24 nodes in total) arranged in the present fuel assembly. FIG. 3 is a diagram illustrating a region configuration according to density. In the second embodiment, the maximum uranium enrichment is set to 4.95 wt%, and all the fuel rods are provided with a low uranium enrichment (0.71 wt%) natural uranium bracket B at each of the upper and lower nodes.

【0055】本実施例2においては、毒物を含まない燃
料棒として第1の燃料棒、第2の燃料棒および有効発熱
領域に亘って同一濃縮度燃料ペレットのみが充填されて
なる燃料棒とを用いるという基本的構成で実施例1の燃
料集合体と同様であるが、実施例1より燃料集合体の平
均濃縮度を高めると共に熱的運転余裕の向上を目的とし
て第1の燃料棒と第2の燃料棒の構成を設定したもので
ある。
In the second embodiment, the first fuel rod, the second fuel rod, and the fuel rod filled with only the same enrichment fuel pellets over the effective heat generation region are used as the fuel rods containing no poison. The fuel assembly is basically the same as the fuel assembly of the first embodiment in that it is used. However, the first fuel rod and the second fuel rod are used for the purpose of increasing the average enrichment of the fuel assembly and improving the thermal operation margin as compared with the first embodiment. The configuration of the fuel rod is set.

【0056】即ち、燃料集合体20を構成する燃料棒の
うちのガドリニアを含まない燃料棒は、ブラケットBを
除く有効発熱領域全体に亘って同一の最高ウラン濃縮度
4.95wt%燃料ペレットが充填されるタイプ11燃
料棒と、前記有効発熱領域の下部領域に最高ウラン濃縮
度4.95wt%燃料ペレットが充填され上部領域に下
部領域より低い濃縮度4.45wt%燃料ペレットが充
填された本発明の第1の燃料棒であるタイプ12燃料棒
と、前記有効発熱領域の上部領域に最高ウラン濃縮度
4.95wt%燃料ペレットが充填され下部領域に上部
領域より低い濃縮度4.45wt%燃料ペレットが充填
された本発明の第2の燃料棒であるタイプ13燃料棒
と、正方格子配列の四つのコーナーに配置される有効発
熱領域全体的に低ウラン濃縮度の燃料ペレットが充填さ
れるタイプ14燃料棒と、の4種類である。
That is, the fuel rods not including gadolinia among the fuel rods constituting the fuel assembly 20 are filled with the same maximum uranium enrichment of 4.95 wt% fuel pellets over the entire effective heat generating region except the bracket B. The present invention in which a Type 11 fuel rod to be filled, a lower region of the effective heat generation region is filled with a fuel pellet having a maximum uranium enrichment of 4.95 wt%, and an upper region is filled with a fuel pellet having a lower enrichment of 4.45 wt% than the lower region A fuel rod having a maximum uranium enrichment of 4.95 wt% in the upper region of the effective heat generating region and a lower fuel concentration of 4.45 wt% in the lower region than the upper region. And the type 13 fuel rod of the present invention, which is filled with a fuel cell, and the effective heat generation region arranged at the four corners of the square lattice array, and the low backlash as a whole. And type 14 fuel rods enrichment of the fuel pellets are filled, a four.

【0057】しかしながら本実施例2では、第1の燃料
棒であるタイプ12燃料棒の上部領域と下部領域の境界
を実施例1の場合より上方に位置づけると共に第2の燃
料棒であるタイプ13の上部領域と下部領域の境界を実
施例1の場合より下方に位置づけることによって、実施
例1よりも最高ウラン濃縮度燃料ペレットの充填領域を
第1の燃料棒については、16ノード分から19ノード
分へ、第2の燃料棒については16ノード分から18ノ
ード分へ、各々広げて燃料集合体の平均濃縮度を高め
た。
However, in the second embodiment, the boundary between the upper region and the lower region of the type 12 fuel rod as the first fuel rod is positioned higher than that in the first embodiment, and the type 13 fuel rod as the second fuel rod. By positioning the boundary between the upper region and the lower region below the case of the first embodiment, the filling region of the highest uranium enriched fuel pellets from the first fuel rod is reduced from 16 nodes to 19 nodes as compared with the first embodiment. The second fuel rods were expanded from 16 nodes to 18 nodes to increase the average enrichment of the fuel assembly.

【0058】ここでは、コーナーロッドである全体的に
低濃縮度燃料ペレットが充填されたタイプ14燃料棒
も、実施例1におけるコーナーロッドの充填燃料ペレッ
トより高い濃縮度に設定し、またガドリニア含有のタイ
プG11燃料棒およびタイプG12燃料棒も燃料ペレットの
ウラン濃縮度は実施例1のガドリニア含有燃料棒より高
く設定し、燃料集合体の平均濃縮度のさらなる向上を図
った。但しタイプ14燃料棒では有効発熱領域を上部領
域と下部領域とに分け、上部領域の充填燃料ペレットを
下部領域より低濃縮度のものとした。即ちこのタイプ1
4燃料棒は本発明の第1の燃料棒の構成に属するもので
ある。
Here, the type 14 fuel rod which is filled with low-enrichment fuel pellets as corner rods as a whole is also set to have a higher enrichment than the fuel rods filled with corner rods in Example 1 and contains gadolinia. The uranium enrichment of the fuel pellets of the type G11 fuel rod and the type G12 fuel rod was also set higher than that of the gadolinia-containing fuel rod of Example 1, and the average enrichment of the fuel assembly was further improved. However, in the type 14 fuel rod, the effective heat generation region was divided into an upper region and a lower region, and the fuel pellets filled in the upper region had a lower enrichment than the lower region. That is, this type 1
Four fuel rods belong to the configuration of the first fuel rod of the present invention.

【0059】また、本実施例2では、第1の燃料棒であ
るタイプ12燃料棒数を実施例1よりも増やし、コーナ
ーロッドと水ギャップに隣接する最も沸騰遷移の起こり
やすい八つの配列位置に加え、次に沸騰遷移の起こりや
すい四つの最外周配列位置に優先的に配置することによ
って、実施例1よりも限界出力特性を向上させた。一
方、第2の燃料棒であるタイプ13燃料棒の本数も18
本へと実施例1の場合より大幅に増やすことによって、
ガドリニア入り燃料棒の熱機械的健全性を増大させると
ともに最大線出力密度の低減効果の拡大を図った。
In the second embodiment, the number of type 12 fuel rods, which are the first fuel rods, is increased from that in the first embodiment, and the eight arrangement positions adjacent to the corner rod and the water gap where the boiling transition is most likely to occur. In addition, by preferentially arranging the four outermost circumferential arrangement positions where the boiling transition is likely to occur next, the limit output characteristics are improved as compared with the first embodiment. On the other hand, the number of type 13 fuel rods as the second fuel rods is also 18
By greatly increasing the number of books in the first embodiment,
The thermomechanical integrity of gadolinia-containing fuel rods was increased, and the effect of reducing the maximum linear power density was expanded.

【0060】このように、本実施例2においては、タイ
プ12燃料棒では上下部領域の境界をより上方に、タイ
プ13燃料棒では上下領域の境界をより下方に設定する
ことで、燃料集合体の平均濃縮度は実施例1よりも高め
つつ、熱的運転余裕を高めることができた。
As described above, in the second embodiment, the boundaries of the upper and lower regions are set higher for the type 12 fuel rods, and the boundaries of the upper and lower regions are set lower for the type 13 fuel rods. The average enrichment of Example 1 was higher than that of Example 1, and the thermal operation margin was able to be increased.

【0061】なお、本実施例2では、タイプ14燃料棒
の上下部領域の境界位置を、タイプ12の上下部領域の
境界位置と異ならせた。これは、沸騰遷移が起こりやす
い位置にあるタイプ12及びタイプ14燃料棒のうち、
より沸騰遷移が起こりやすいタイプ14燃料棒に対して
は、低濃縮度領域を多くすることで、各燃料棒の沸騰遷
移の起こり易さを均等化させ、限界出力の向上を図るた
めである。更に、この構成により、燃料集合体の軸方向
濃縮度分布をBWRの典型的な軸方向平均出力分布のプ
ロファイル(コサインもしくは若干の下部ピーク)に沿
って、漸次的に変化させるためである。このことによ
り、出力運転中における燃料集合体の軸方向出力分布は
安定し、燃料集合体の”自立性”が高まり、炉心設計の
自由度が増すと共に、安全性が向上する。この場合であ
ってもガドリニアを含まない各燃料棒の濃縮度別領域の
数は4以下であり、作業効率の低下やペレット種類の誤
挿入の危険性増大は避けられる。
In the second embodiment, the boundary position between the upper and lower regions of the type 14 fuel rod is different from the boundary position of the upper and lower regions of the type 12 fuel rod. This is because of the type 12 and type 14 fuel rods at positions where boiling transitions are likely to occur.
This is because, for a type 14 fuel rod in which a boiling transition is more likely to occur, the low enrichment region is increased to make the boiling transition of each fuel rod more likely to occur, thereby improving the limit output. Further, with this configuration, the axial enrichment distribution of the fuel assembly is gradually changed along the profile (cosine or a slightly lower peak) of the typical axial average power distribution of the BWR. As a result, the axial power distribution of the fuel assembly during power operation is stabilized, the "independence" of the fuel assembly is increased, the degree of freedom in core design is increased, and safety is improved. Even in this case, the number of enrichment regions of each fuel rod that does not include gadolinia is four or less, and a decrease in work efficiency and an increase in the risk of erroneous insertion of a pellet type can be avoided.

【0062】実施例3 本発明の第3の実施例として、9×9格子配列で中央部
3×3燃料棒分に水ロッドWを配し、可燃性毒物として
ガドリニアを含む燃料棒と、毒物を含まない燃料棒とし
て第1の燃料棒と第2の燃料棒のみを用いると共に、全
燃料棒の上下端に天然ウランブラケットを設けることな
く構成した燃料集合体30を図4に示す。図4(a)は
燃料集合体30の配列模式図、図4(b)は本燃料集合
体に配置される各種燃料棒の内部(全24ノード)に充
填される燃料ペレット濃縮度およびガドリニアの濃度別
領域構成図である。
Embodiment 3 As a third embodiment of the present invention, a water rod W is arranged in a central portion of 3 × 3 fuel rods in a 9 × 9 grid arrangement, and a fuel rod containing gadolinia as a burnable poison, FIG. 4 shows a fuel assembly 30 in which only the first fuel rod and the second fuel rod are used as fuel rods that do not include uranium and no natural uranium bracket is provided at the upper and lower ends of all the fuel rods. FIG. 4A is a schematic view of the arrangement of the fuel assemblies 30, and FIG. 4B is a diagram showing the fuel pellet enrichment and gadolinia filling inside the various fuel rods (24 nodes in total) arranged in the present fuel assembly. FIG. 3 is a diagram illustrating a region configuration according to density.

【0063】本実施例3は、ガドリニアを含まない燃料
棒をすべて第1および第2の燃料棒とすることによっ
て、各燃料棒の上下端に低濃縮度の天然ウランブラケッ
トを設けないで燃料集合体全体の平均濃縮度の増加を図
ったものである。
In the third embodiment, all the fuel rods that do not include gadolinia are used as the first and second fuel rods, so that the fuel assembly can be performed without providing a low-enrichment natural uranium bracket at the upper and lower ends of each fuel rod. It is intended to increase the average enrichment of the whole body.

【0064】即ち、ガドリニアを含まない燃料棒は、ブ
ラケットを有さない有効発熱領域全体(24ノード)の
下部領域(21ノード分)に最高ウラン濃縮度4.95
wt%燃料ペレットが充填され上部領域(3ノード分)
に下部領域より低い濃縮度4.45wt%燃料ペレット
が充填された本発明の第1の燃料棒であるタイプ21燃
料棒と、前記有効発熱領域の上部領域(20ノード分)
に最高ウラン濃縮度4.95wt%燃料ペレットが充填
され下部領域(4ノード分)に上部領域より低い濃縮度
4.45wt%燃料ペレットが充填された本発明の第2
の燃料棒であるタイプ22燃料棒と、正方格子配列の四
つのコーナーに配置される有効発熱領域全体的に低ウラ
ン濃縮度の燃料ペレットが充填されるとともに、有効発
熱領域を上部領域と下部領域とに分けて上部領域の充填
燃料ペレットを下部領域より低濃縮度のものとした本発
明の第1の燃料棒に属するタイプ23燃料棒と、の3種
である。また、本実施例3ではガドリニアを含まない燃
料棒を第1及び第2の燃料棒のみとすることによって、
タイプ21燃料棒とタイプ22燃料棒を28本ずつとい
う多数本に設定することができた。
That is, the fuel rod not containing gadolinia has a maximum uranium enrichment of 4.95 in the lower area (21 nodes) of the entire effective heat generation area (24 nodes) without the bracket.
Top area filled with wt% fuel pellets (3 nodes)
The first fuel rod of the present invention, which is filled with fuel pellets having a lower enrichment of 4.45 wt% than the lower area, and a type 21 fuel rod, and an upper area (for 20 nodes) of the effective heat generation area
The second aspect of the present invention, in which a fuel pellet having a maximum uranium enrichment of 4.95 wt% is filled, and a lower region (for four nodes) is filled with a fuel pellet having a lower enrichment of 4.45 wt% than the upper region.
Type 22 fuel rods, which are fuel rods of the type, and an effective heat generation region arranged at four corners of a square lattice array are filled with fuel pellets of low uranium enrichment as a whole, and the effective heat generation region is divided into an upper region and a lower region. And a type 23 fuel rod belonging to the first fuel rod of the present invention in which the filled fuel pellets in the upper region are lower in enrichment than the lower region. In the third embodiment, the fuel rods containing no gadolinia are only the first and second fuel rods.
The number of type 21 fuel rods and the number of type 22 fuel rods could be set as many as 28 each.

【0065】以上のように、ブランケット部を除くこと
によって燃料集合体30の全体に亘って有効発熱領域に
占められる最高濃縮度燃料ペレットの充填領域が増大で
き、結果として燃料集合体30の平均濃縮度は約4.8
wt%まで高められた。
As described above, by removing the blanket portion, the filling region of the highest enrichment fuel pellet occupied by the effective heat generation region over the entire fuel assembly 30 can be increased, and as a result, the average enrichment of the fuel assembly 30 can be increased. Degree is about 4.8
wt%.

【0066】この場合、ブランケットを用いていない
分、停止余裕の低下や燃料経済性の低下が懸念される
が、タイプ21とタイプ23により構成される第1の燃
料棒を32本と多数本配置することによって停止余裕を
確保できる。また、燃料経済性に関しては、燃料集合体
30の平均濃縮度を増加させたことで取出燃焼度が増大
するため、燃料経済性はむしろ向上する。
In this case, there is a concern that the margin for stoppage and the fuel economy may be reduced because the blanket is not used. However, a large number of 32 first fuel rods of type 21 and type 23 are arranged. By doing so, a stop margin can be secured. Further, regarding the fuel economy, since the take-out burnup is increased by increasing the average enrichment of the fuel assembly 30, the fuel economy is rather improved.

【0067】実施例4 次に、本発明の第4の実施例として、9×9格子配列で
あるが、非対称格子炉心、即ち制御棒側と反制御棒側の
水ギャップが異なる炉心への適用のために、燃料棒3×
3相当の水ロッドWを反制御棒側に偏心させた燃料集合
体40を図5に示す。図5(a)は燃料集合体40の配
列模式図、図5(b)は本燃料集合体に配置される各種
燃料棒の内部(全24ノード)に充填される燃料ペレッ
ト濃縮度およびガドリニアの濃度別領域構成図である。
ここでは、最高ウラン濃縮度を4.95wt%に設定
し、全燃料棒はいずれも上下端1ノードずつに低濃縮度
(0.71wt%)の天然ウランブラケットBが設けら
れている。
Embodiment 4 Next, as a fourth embodiment of the present invention, application to a 9 × 9 lattice array, which is an asymmetric lattice core, that is, a core in which the water gap between the control rod side and the non-control rod side is different from each other. For fuel rod 3x
FIG. 5 shows a fuel assembly 40 in which a water rod W equivalent to 3 is eccentric to the non-control rod side. FIG. 5A is a schematic view of the arrangement of the fuel assemblies 40, and FIG. 5B is a diagram showing the enrichment of fuel pellets and the gadolinia of the fuel pellets filled inside (all 24 nodes) of various fuel rods arranged in the present fuel assemblies. FIG. 3 is a diagram illustrating a region configuration according to density.
Here, the maximum uranium enrichment is set to 4.95 wt%, and all the fuel rods are provided with a low uranium enrichment (0.71 wt%) natural uranium bracket B at each of the upper and lower nodes.

【0068】一般に、非対称格子炉心の場合、燃料集合
体横断面内の濃縮度分布は複雑となる。例えば、9×9
格子配列の四つのコーナーでも、それぞれ制御棒側から
の距離に応じてブラケット以外の有効発熱領域に各々異
なる低濃縮度燃料ペレットが充填された異種の燃料棒が
配置される。
In general, in the case of an asymmetric lattice core, the enrichment distribution in the cross section of the fuel assembly is complicated. For example, 9 × 9
Even at the four corners of the grid array, different fuel rods filled with different low-enrichment fuel pellets are arranged in the effective heat generating area other than the bracket according to the distance from the control rod side.

【0069】即ち、図5(a)において、最も反制御棒
側のコーナーには、全コーナー中最も高濃縮度の3.9
5wt%燃料ペレットが充填されたタイプ34燃料棒が
配置され、次に反制御棒寄りの二つのコーナーには、タ
イプ34燃料棒のものより次に低濃縮度の3.45wt
%燃料ペレットが充填されたタイプ35燃料棒が配置さ
れ、最も制御棒側のコーナーには、全コーナー中最も低
濃縮度となるよう上部領域に3.10wt%燃料ペレッ
ト、下部領域に3.45wt%燃料ペレットが充填され
た第1の燃料棒に属するタイプ36燃料棒が配置されて
いる。さらに、これら制御棒側のコーナーロッドに隣接
する最外周配列位置には、順次低濃縮度燃料ペレットが
充填されたタイプ34燃料棒、次いで低濃縮度4.45
wt%燃料ペレットが充填されたタイプ33燃料棒が配
置される。
That is, in FIG. 5A, the corner closest to the control rod side has the highest enrichment of 3.9 among all the corners.
A Type 34 fuel rod filled with 5 wt% fuel pellets is arranged, and then, at the two corners near the counter control rod, 3.45 wt of the next lower enrichment than the Type 34 fuel rod.
% Fuel pellets are filled in the upper region, and the lower region is 3.45 wt% in the lowermost region, at the corner closest to the control rod so as to have the lowest enrichment. Type 36 fuel rods belonging to the first fuel rods filled with% fuel pellets are arranged. Further, at the outermost circumferential array position adjacent to the control rod side corner rods, type 34 fuel rods sequentially filled with low enrichment fuel pellets, and then low enrichment 4.45
A type 33 fuel rod filled with wt% fuel pellets is arranged.

【0070】本実施例では、上記比較的低濃縮度タイプ
の燃料棒が配置された以外の最外周配列の全残り位置に
は、ガドリニアを含まない燃料棒として、ブラケットB
を除く有効発熱領域の70%以上の長い下部領域(19
ノード分)に最高ウラン濃縮度4.95wt%燃料ペレ
ットが充填され上部領域に下部領域より低い濃縮度4.
45wt%燃料ペレットが充填された本発明の第1の燃
料棒であるタイプ31燃料棒を22本と多数本配置する
と共に、最外周配列以外の位置に前記有効発熱領域の7
0%以上の長い上部領域(18ノード分)に最高ウラン
濃縮度4.95wt%燃料ペレットが充填され下部領域
に上部領域より低い濃縮度4.45wt%燃料ペレット
が充填された本発明の第2の燃料棒であるタイプ32燃
料棒を27本と多数本配置することによって、燃料集合
体40の平均濃縮度を4.4wt%まで高めることができ
た。
In this embodiment, all the remaining positions of the outermost peripheral array except for the fuel rods of the relatively low enrichment type are provided as brackets B as fuel rods not including gadolinia.
A long lower region (19% or more of the effective heat generation region excluding
Node) is filled with fuel pellets with a maximum uranium enrichment of 4.95 wt%, and the enrichment in the upper region is lower than that in the lower region.
A large number of 22 type 31 fuel rods, which are the first fuel rods of the present invention filled with 45 wt% fuel pellets, are arranged at 22 positions, and the effective heat generation region 7 is located at a position other than the outermost peripheral arrangement.
A second upper part of the present invention in which a long upper region (for 18 nodes) of 0% or more is filled with a maximum uranium enrichment of 4.95 wt% fuel pellets and a lower region is filled with a lower enrichment of 4.45 wt% fuel pellets than the upper region. The average enrichment of the fuel assembly 40 could be increased to 4.4 wt% by arranging a large number of 27 type 32 fuel rods, ie, the type 32 fuel rods.

【0071】このように、本実施例4においては、従来
最高濃縮度制限(5wt%)が課せられた条件下において
対称格子炉心用よりも高濃縮度化が困難であるとされて
いた非対称格子炉心用の燃料集合体であるにも拘わら
ず、第1の燃料棒であるタイプ31燃料棒と第2の燃料
棒であるタイプ32燃料棒を多数配置することによっ
て、燃料集合体全体の平均濃縮度の増加を図ることがで
きた。
As described above, according to the fourth embodiment, the asymmetric lattice, which has conventionally been considered to be more difficult to enrich at higher enrichment than the symmetric lattice core under the condition where the maximum enrichment limit (5 wt%) is imposed. By arranging a large number of type 31 fuel rods as the first fuel rods and type 32 fuel rods as the second fuel rods in spite of the fuel assemblies for the core, the average enrichment of the entire fuel assembly is achieved. The degree could be increased.

【0072】実施例5 本発明の第5の実施例として、10×10格子配列で、
3×3燃料棒分に水ロッドWを配し、有効発熱領域が他
の燃料棒より短い部分長燃料棒を複数本配置し、該部分
長燃料棒を第2の燃料棒の構成を備えるものとした燃料
集合体50を図6に示す。図6(a)は燃料集合体50
の配列模式図、図2(b)は本燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部(全24ノード)に充填される燃料ペ
レット濃縮度およびガドリニアの濃度別領域構成図であ
る。
Embodiment 5 As a fifth embodiment of the present invention, in a 10 × 10 grid array,
A water rod W is arranged for 3 × 3 fuel rods, a plurality of partial-length fuel rods whose effective heat generation area is shorter than other fuel rods are arranged, and the partial-length fuel rods have a configuration of a second fuel rod. FIG. 6 shows a fuel assembly 50 having the above configuration. FIG. 6A shows the fuel assembly 50.
FIG. 2 (b) is a diagram of the region of the fuel pellet enrichment and gadolinia concentration filled inside various fuel rods (24 nodes in total) arranged in the present fuel assembly.

【0073】また本実施例5は、ガドリニアを含まない
燃料棒をすべて第1および第2の燃料棒とすると共に、
部分長燃料棒の配置によって燃料棒本数が増えるのに伴
う冷却材流の摩擦圧損の増大を補償している。
In the fifth embodiment, all the fuel rods not including gadolinia are used as the first and second fuel rods.
The arrangement of the partial length fuel rods compensates for the increase in friction pressure loss of the coolant flow accompanying the increase in the number of fuel rods.

【0074】即ち、ガドリニアを含まない燃料棒は、ブ
ラケットBを除く有効発熱領域(22ノード)の下部領
域(19ノード分)に最高ウラン濃縮度4.95wt%
燃料ペレットが充填され上部領域(3ノード分)に下部
領域より低い濃縮度4.45wt%燃料ペレットが充填
された本発明の第1の燃料棒であるタイプ41燃料棒
と、前記有効発熱領域の上部領域(15ノード分)に最
高ウラン濃縮度4.95wt%燃料ペレットが充填され
下部領域(7ノード分)に上部領域より低い濃縮度4.
45wt%燃料ペレットが充填された本発明の第2の燃
料棒であるタイプ42燃料棒と、正方格子配列の四つの
コーナーに配置される有効発熱領域全体的に低ウラン濃
縮度の燃料ペレットが充填されるとともに、有効発熱領
域を上部領域(6ノード分)と下部領域(16ノード
分)とに分けて上部領域の充填燃料ペレットを下部領域
より低濃縮度のものとした本発明の第1の燃料棒に属す
るタイプ43燃料棒と、部分長燃料棒であり、有効発熱
領域(13ノード分)の上部領域(9ノード分)に最高
ウラン濃縮度4.95wt%燃料ペレットが充填され下
部領域(4ノード分)に上部領域より低い濃縮度4.4
5wt%燃料ペレットが充填された本発明の第2の燃料
棒に属するタイプP燃料棒と、の4種である。
That is, the fuel rods containing no gadolinia have the highest uranium enrichment of 4.95 wt% in the lower area (19 nodes) of the effective heat generation area (22 nodes) excluding the bracket B.
A first fuel rod of the present invention, which is a fuel rod filled with fuel pellets and filled in an upper region (for three nodes) with a lower enrichment of 4.45 wt% than the lower region; The upper region (for 15 nodes) is filled with the highest uranium enrichment 4.95 wt% fuel pellets, and the lower region (for 7 nodes) is enriched lower than the upper region.
The second fuel rod of the present invention, which is filled with 45 wt% fuel pellets, is the type 42 fuel rod, and the fuel pellets with low uranium enrichment throughout the effective heat generation area arranged at the four corners of the square lattice arrangement And the effective heat generation region is divided into an upper region (for 6 nodes) and a lower region (for 16 nodes), and the fuel pellets filled in the upper region have a lower enrichment than the lower region. Type 43 fuel rods belonging to the fuel rods and a partial length fuel rod. The upper region (for 9 nodes) of the effective heat generation region (for 13 nodes) is filled with fuel pellets having a maximum uranium enrichment of 4.95 wt% and the lower region (for (4 nodes) 4.4 lower enrichment than upper region
Type P fuel rods belonging to the second fuel rods of the present invention filled with 5 wt% fuel pellets.

【0075】この燃料集合体50では、四コーナーを除
く全ての最外周配列位置にタイプ41燃料棒を配置し、
部分長燃料棒であるタイプP燃料棒は、最外周から二層
目の四隅を含む配列位置に8本および水ロッドW隣接位
置に4本の計12本を配置した。
In this fuel assembly 50, type 41 fuel rods are arranged at all outermost arrangement positions except for the four corners,
A total of 12 type P fuel rods, which are part length fuel rods, are arranged at eight positions in the arrangement position including the four corners of the second layer from the outermost periphery and four at the position adjacent to the water rod W.

【0076】従って、水ロッドWとこれに隣接するタイ
プP燃料棒とによって大きな水領域が形成されて、低温
時には、中性子吸収が高まり、停止余裕が向上する。ま
た、本実施例5では、各燃料棒の濃縮度別の領域数を4
以下と少ないまま、部分長燃料棒であるタイプP燃料棒
の存在と相まって、軸方向濃縮度分布をBWRの典型的
な軸方向平均出力分布のプロファイル(コサインもしく
は若干の下部ピーク)に追従させることができた。
Therefore, a large water region is formed by the water rod W and the type P fuel rod adjacent thereto, and at low temperatures, neutron absorption is increased and the stop margin is improved. In the fifth embodiment, the number of regions for each enrichment of each fuel rod is 4
To make the axial enrichment distribution follow the typical axial average power distribution profile (cosine or slightly lower peak) of a BWR, coupled with the presence of a partial length fuel rod, type P fuel rod Was completed.

【0077】本発明の実施例では、核燃料物質として、
ウランを代表として示したが、本発明の構成をプルトニ
ウムなど他の核燃料に適用しても同様な作用効果があ
る。さらに、以上の実施例は、高燃焼度化に好適な9×
9格子または10×10格子配列に燃料棒9本分の領域
を占める角型水ロッドを配した燃料構造に対して適用し
たものであるが、本発明は格子配列や水ロッドの形状が
異なる他の高燃焼度化燃料集合体に適用しても同様な作
用効果が得られる。
In the embodiment of the present invention, as the nuclear fuel material,
Although uranium is shown as a representative, similar effects can be obtained by applying the structure of the present invention to other nuclear fuels such as plutonium. Further, the above-described embodiment has a 9 ×
The present invention is applied to a fuel structure in which a square water rod occupying an area of nine fuel rods is arranged in a 9 grid or 10 × 10 grid array. The same operation and effect can be obtained by applying the present invention to a high burnup fuel assembly.

【0078】また、本実施例では高燃焼度化燃料集合体
の典型的な傾向、即ち、沸騰遷移は最外周燃料棒で起こ
りやすいことに着眼して第1の燃料棒を最外周に配置
し、第2の燃料棒は最外周以外に配置したものとしてい
るが、燃料棒の配置はこれに限るものではない。例え
ば、スペーサの改良などにより最外周燃料棒の冷却能力
が高まり、この結果、第2層目の燃料棒の方が沸騰遷移
が起こりやすい場合には、第1の燃料棒を第2層目の沸
騰遷移が起こりやすい位置に配することもできる。
Further, in this embodiment, the first fuel rod is arranged at the outermost periphery in view of the typical tendency of the high burnup fuel assembly, that is, the fact that the boiling transition is likely to occur at the outermost fuel rod. Although the second fuel rods are arranged at positions other than the outermost periphery, the arrangement of the fuel rods is not limited to this. For example, when the cooling capacity of the outermost fuel rods is increased by improving the spacers and the like, as a result, when the second-layer fuel rods are more likely to undergo a boiling transition, the first fuel rods are replaced with the second-layer fuel rods. It can be arranged at a position where boiling transition is likely to occur.

【0079】このように、本発明においては、第1の燃
料棒と第2の燃料棒との本数及び配置は、停止余裕及び
限界出力や最大線出力密度といった熱的運転余裕などの
程度に応じて、各々の余裕を最適化するよう定めること
ができる。この際、製造工程におけるペレット充填作業
をより簡素化させるため、第1の燃料棒と第2の燃料棒
との何れか一方を配する構成であってもよい。
As described above, in the present invention, the number and arrangement of the first fuel rods and the second fuel rods are determined according to the degree of stop margin and thermal operation margin such as the limit output and the maximum linear power density. Thus, each margin can be determined to be optimized. At this time, in order to further simplify the pellet filling operation in the manufacturing process, one of the first fuel rod and the second fuel rod may be provided.

【0080】例えば、燃料集合体の構造上、最大線出力
密度は許容できるものの、余裕停止や限界出力に対して
の余裕が小さい場合、本発明の燃料集合体は、第1燃料
棒を用い、第2燃料棒を用いない構成とすることもでき
る。例えば、図6において、タイプ42燃料棒及びタイ
プP燃料棒との下部に配された4.45wt%の濃縮度ペ
レットを4.95wt%の濃縮度ペレットに置換した構成
である。この場合、第1の燃料棒は、上部領域と下部領
域との境界が互いに異なる位置に設けられた2種類以上
の燃料棒とすることで、燃料集合体の高燃焼度化と停止
余裕の向上を図りつつ、燃料棒毎の沸騰遷移の起こり易
さを均等化し、限界出力の向上を最大化させることがで
きる。
For example, if the maximum linear power density is acceptable due to the structure of the fuel assembly, but the margin for marginal stop or the limit output is small, the fuel assembly of the present invention uses the first fuel rod, A configuration without using the second fuel rod may be adopted. For example, in FIG. 6, the configuration is such that the enrichment pellets of 4.45 wt% disposed below the type 42 fuel rod and the type P fuel rod are replaced with the enrichment pellets of 4.95 wt%. In this case, the first fuel rod is made of two or more types of fuel rods provided at positions where the boundary between the upper region and the lower region is different from each other, thereby increasing the burnup of the fuel assembly and improving the stop margin. Thus, it is possible to equalize the likelihood of the boiling transition for each fuel rod and maximize the improvement in the critical output.

【0081】また、逆に、停止余裕や限界出力は許容で
きるものの、最大線出力密度に対しての余裕が小さい場
合、本発明の燃料集合体は、第2燃料棒を用い、第1燃
料棒を用いない構成とすることもできる。例えば、図6
において、タイプ41燃料棒の上部に配された4.45
wt%の濃縮度ペレットを4.95wt%の濃縮度ペレット
に、また、タイプ43燃料棒の上部に配された3.95
wt%の濃縮度ペレットを4.45wt%の濃縮度ペレット
に置換した構成である。この場合も、第2の燃料棒は、
上部領域と下部領域との境界が互いに異なる位置に設け
られた2種類以上の燃料棒とすることで、軸方向濃縮度
分布は、出力分担の大きな下部側に対してBWRの典型
的な軸方向出力分布のプロファイル(この場合、若干の
下部ピーク)に沿って、漸次的に変化することとなり、
炉心設計の自由度の拡大、ひいては安全性向上に寄与す
る。
On the other hand, when the margin for stopping and the limit power are acceptable but the margin for the maximum linear power density is small, the fuel assembly of the present invention uses the second fuel rod and the first fuel rod. May not be used. For example, FIG.
, The 4.45 located above the type 41 fuel rods
wt% enrichment pellets to 4.95 wt% enrichment pellets and 3.95 placed on top of Type 43 fuel rods.
This is a configuration in which the wt% enrichment pellets are replaced with 4.45 wt% enrichment pellets. Again, the second fuel rod is
By using two or more types of fuel rods provided at positions where the boundaries between the upper region and the lower region are different from each other, the axial enrichment distribution is improved in a typical axial direction of the BWR with respect to the lower side where the power sharing is large. Along the profile of the power distribution (in this case, slightly lower peaks),
This contributes to the expansion of the degree of freedom in core design and, consequently, the improvement of safety.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のBWR用
燃料集合体によれば、停止余裕と最小限界出力比を許容
範囲内に留め、且つ可燃性毒物入り燃料棒の熱機械的健
全性を確保しつつ、最大線出力密度の運転余裕の拡大
と、安定した軸方向出力分布を維持できると共に、製造
工程におけるペレット充填作業の負担を増大させること
なく運転サイクル長期化と高燃焼度化を達成することが
できるため、本産業の安全性と経済性との向上に著しく
貢献できるという効果がある。
As described above, according to the fuel assembly for BWR of the present invention, the stop margin and the minimum limit power ratio are kept within the allowable range, and the thermomechanical integrity of the fuel rod containing burnable poison is improved. While maintaining the maximum linear power density, the operating margin can be expanded, the stable axial power distribution can be maintained, and a longer operation cycle and higher burnup can be achieved without increasing the burden of pellet filling work in the manufacturing process. Therefore, there is an effect that it can significantly contribute to improvement of safety and economy of the industry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例によるBWR用燃料集合
体の概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒
の配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a BWR fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, (a) is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and (b) is a fuel assembly. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enrichment and gadolinia concentration to be filled in various fuel rods arranged in the fuel cell.

【図2】実施例1による燃料集合体を用いた平衡炉心に
おける最大線出力密度の燃焼変化を示す線図(縦軸:最
大線出力密度(kW/ft),横軸:サイクル燃料度(GWd/
t))である。
FIG. 2 is a diagram showing a combustion change of a maximum linear power density in an equilibrium core using a fuel assembly according to Example 1 (vertical axis: maximum linear power density (kW / ft), horizontal axis: cycle fuel density (GWd) /
t)).

【図3】本発明の第2の実施例によるBWR用燃料集合
体の概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒
の配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
3A and 3B are schematic configuration diagrams of a fuel assembly for BWR according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enrichment and gadolinia concentration to be filled in various fuel rods arranged in the fuel cell.

【図4】本発明の第3の実施例によるBWR用燃料集合
体の概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒
の配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel assembly for BWR according to a third embodiment of the present invention, where (a) is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and (b) is a fuel assembly. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enrichment and gadolinia concentration to be filled in various fuel rods arranged in the fuel cell.

【図5】本発明の第4の実施例によるBWR用燃料集合
体の概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒
の配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel assembly for BWR according to a fourth embodiment of the present invention, where (a) is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and (b) is a fuel assembly. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enrichment and gadolinia concentration to be filled in various fuel rods arranged in the fuel cell.

【図6】本発明の第5の実施例によるBWR用燃料集合
体の概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒
の配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される
各種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度およ
びガドリニアの濃度別領域構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel assembly for BWR according to a fifth embodiment of the present invention, where (a) is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and (b) is a fuel assembly. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enrichment and gadolinia concentration to be filled in various fuel rods arranged in the fuel cell.

【図7】本発明の燃料集合体に配置される第1の燃料棒
と第2の燃料棒の構成を示す概略領域模式図である。
FIG. 7 is a schematic region schematic diagram showing a configuration of a first fuel rod and a second fuel rod arranged in the fuel assembly of the present invention.

【図8】従来技術によるBWR用燃料集合体の一例を示
す概略構成図であり、(a)は燃料集合体の各燃料棒の
配列を示す模式図、(b)は燃料集合体に配置される各
種燃料棒の内部に充填される燃料ペレット濃縮度および
ガドリニアの濃度別領域構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an example of a BWR fuel assembly according to the related art, where (a) is a schematic diagram showing an arrangement of fuel rods of the fuel assembly, and (b) is arranged in the fuel assembly. FIG. 4 is a diagram showing a region configuration of a fuel pellet enriched in various fuel rods and a concentration of gadolinia according to the concentration of gadolinia.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20,30,200:9×9配列燃料集合体 40:非対称格子炉心用9×9配列燃料集合体 50:10×10配列燃料集合体 1,4,11,33,34,35,101,103:燃
料棒(有効発熱領域全体で一種濃縮度燃料ペレット充
填) U1,2,12,14,21,23,31,36,4
1,43,102:第1の燃料棒 U2,3,13,22,32,42:第2の燃料棒 P:部分長燃料棒(第2の燃料棒) G1,G2,G11,G12,G21,G22,G31,G32,G
41,G42,G101,G102:ガドリニア入り燃料棒 W:水ロッド B:天然ウランブラケット
10, 20, 30, 200: 9 × 9 array fuel assembly 40: 9 × 9 array fuel assembly for asymmetric lattice core 50: 10 × 10 array fuel assembly 1, 4, 11, 33, 34, 35, 101 , 103: fuel rods (filled with fuel pellets of a certain enrichment over the entire effective heat generation region) U1, 2, 12, 14, 21, 23, 31, 31, 36, 4
1, 43, 102: first fuel rod U2, 3, 13, 22, 32, 42: second fuel rod P: partial length fuel rod (second fuel rod) G1, G2, G11, G12, G21 , G22, G31, G32, G
41, G42, G101, G102: Fuel rod with gadolinia W: Water rod B: Natural uranium bracket

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被覆管内に予め定められた核燃料濃縮度
の燃料ペレットが所定個数充填され密封された多数本の
燃料棒が所定の正方格子状配列の束として上部タイプレ
ートおよび下部タイプレートによって上下両端で支持さ
れてなる平均濃縮度が4wt%以上の沸騰水型原子炉用燃
料集合体において、 前記多数本の燃料棒の正方格子状配列が9×9格子以上
であると共に該配列のほぼ中央位置に燃料棒複数本相当
の領域を占める水ロッドが配置され、 前記多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物を含まない燃料
棒は、上下端天然ウランブランケット領域を除く被覆管
内の上部領域および下部領域に濃縮度の異なる2種類の
燃料ペレットが充填された燃料棒として、下部領域に充
填される燃料ペレットより低濃縮度の燃料ペレットが上
部領域に充填された第1の燃料棒と、下部領域に充填さ
れた燃料ペレットより高濃縮度の燃料ペレットが上部領
域に充填された第2の燃料棒と、を含み、 前記第1の燃料棒は、上部領域と下部領域との境界が燃
料棒軸方向の有効発熱領域の中央より上方位置に設けら
れていると共に、前記第2の燃料棒は、上部領域と下部
領域との境界が前記有効発熱領域の中央より下方位置に
設けられていることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料
集合体。
1. A number of fuel rods filled with a predetermined number of fuel pellets having a predetermined nuclear fuel enrichment in a cladding tube and sealed are bundled up and down by an upper tie plate and a lower tie plate as a bundle in a predetermined square lattice arrangement. In a fuel assembly for a boiling water reactor having an average enrichment of 4 wt% or more supported at both ends, a square lattice arrangement of the large number of fuel rods is 9 × 9 lattice or more, and substantially the center of the arrangement. A water rod occupying an area equivalent to a plurality of fuel rods is disposed at a position, and the fuel rods containing no burnable poison of the plurality of fuel rods are an upper area in the cladding tube excluding upper and lower end natural uranium blanket areas and As a fuel rod in which the lower region is filled with two types of fuel pellets having different enrichments, fuel pellets having a lower enrichment than the fuel pellets filled in the lower region are filled in the upper region. A first fuel rod, and a second fuel rod in which an upper region is filled with fuel pellets having a higher enrichment than a fuel pellet filled in a lower region, wherein the first fuel rod comprises an upper region. A boundary between the upper and lower regions is provided above the center of the effective heat generation region in the fuel rod axial direction, and the boundary between the upper region and the lower region is located at the center of the effective heat generation region. A fuel assembly for a boiling water reactor, provided at a lower position.
【請求項2】 前記第1の燃料棒の上部領域と下部領域
との境界、または前記第2の燃料棒の上部領域と下部領
域との境界の少なくとも一方を、それぞれの境界に近い
前記有効発熱領域の端部位置から有効発熱領域長さのお
よそ30%相当の距離だけ内側の位置より端部寄りの位
置に設けた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。
2. A method according to claim 1, wherein at least one of a boundary between an upper region and a lower region of the first fuel rod or a boundary between an upper region and a lower region of the second fuel rod is closer to the respective boundary. 2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the fuel assembly is provided at a position closer to the end than a position inside the region from an end position of the region by about 30% of the length of the effective heat generation region. body.
【請求項3】 前記第1の燃料棒及び/又は前記第2の
燃料棒は、上部領域と下部領域との境界が互いに異なる
位置に設けられた2種類以上の燃料棒を含むことを特徴
とする請求項1または請求項2に記載の沸騰水型原子炉
用燃料集合体。
3. The fuel rod according to claim 1, wherein the first fuel rod and / or the second fuel rod include two or more types of fuel rods provided at positions where boundaries between an upper region and a lower region are different from each other. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記第1の燃料棒の下部領域に充填され
た燃料ペレット及び/又は前記第2の燃料棒の上部領域
に充填された燃料ペレットが燃料集合体中の最高濃縮度
であり、 該最高濃縮度は、4.9乃至5.0wt%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。
4. A fuel pellet filled in a lower region of the first fuel rod and / or a fuel pellet filled in an upper region of the second fuel rod has a highest enrichment in a fuel assembly, The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the maximum enrichment is 4.9 to 5.0 wt%.
【請求項5】 前記多数本の燃料棒のうち可燃性毒物を
含む燃料棒は、前記燃料集合体の各断面の平均濃縮度よ
りも高い濃縮度の燃料ペレットを含むことを特徴とする
請求項4に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
5. The fuel rod containing a burnable poison out of the plurality of fuel rods includes fuel pellets having an enrichment higher than the average enrichment of each cross section of the fuel assembly. 5. The fuel assembly for a boiling water reactor according to 4.
【請求項6】 前記第1の燃料棒の一部又は全てが前記
正方格子状配列の最外周配列位置に配置され、前記第2
の燃料棒の一部又は全てが前記正方格子状配列の最外周
配列以外の配列位置に配置されてい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。
6. A part or all of said first fuel rods are arranged at the outermost peripheral arrangement position of said square lattice-like arrangement, and said second fuel rods
2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein a part or all of the fuel rods are arranged at positions other than the outermost peripheral arrangement of the square lattice arrangement. 3.
【請求項7】 前記多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物
を含まない全ての燃料棒が、前記第1の燃料棒と第2の
燃料棒とのみからな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。
7. The fuel rod according to claim 1, wherein all of the plurality of fuel rods that do not contain a burnable poison comprise only the first fuel rod and the second fuel rod. 4. The fuel assembly for a boiling water reactor according to item 1.
【請求項8】 前記第2の燃料棒は、他の燃料棒の有効
発熱領域の軸方向長さよりも短い有効発熱領域を有する
部分長燃料棒を含む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。
8. The fuel rod according to claim 1, wherein the second fuel rod includes a part-length fuel rod having an effective heat generation area shorter than the effective heat generation area of another fuel rod in the axial direction. Fuel assemblies for boiling water reactors.
【請求項9】 被覆管内に予め定められた核燃料濃縮度
の燃料ペレットが所定個数充填され密封された多数本の
燃料棒が所定の正方格子状配列の束として上部タイプレ
ートおよび下部タイプレートによって上下両端で支持さ
れてなる平均濃縮度が4wt%以上の沸騰水型原子炉用燃
料集合体において、 前記多数本の燃料棒の正方格子状配列が9×9格子以上
であると共に該配列のほぼ中央位置に燃料棒複数本相当
の領域を占める水ロッドが配置され、 前記多数本の燃料棒のうちの可燃性毒物を含まない燃料
棒は、上下端天然ウランブランケット領域を除く被覆管
内の上部領域及び下部領域に濃縮度の異なる2種類の燃
料ペレットが充填された燃料棒として、下部領域に充填
される燃料ペレットより低濃縮度の燃料ペレットが上部
領域に充填された第1の燃料棒と、下部領域に充填され
た燃料ペレットより高濃縮度の燃料ペレットが上部領域
に充填された第2の燃料棒と、の何れか一方を含み、 前記第1の燃料棒は、上部領域と下部領域との境界が燃
料棒軸方向の有効発熱領域の中央より上方位置に設けら
れていると共に、前記第2の燃料棒は、上部領域と下部
領域との境界が前記有効発熱領域の中央より下方位置に
設けられ、 前記第1の燃料棒又は前記第2の燃料棒は、上部領域と
下部領域との境界が互いに異なる位置に設けられた2種
以上の燃料棒を含むことを特徴とする沸騰水型原子炉用
燃料集合体。
9. A large number of fuel rods filled with a predetermined number of fuel pellets having a predetermined nuclear fuel enrichment in a cladding tube and sealed as a bundle in a predetermined square lattice-like arrangement are vertically moved by an upper tie plate and a lower tie plate. In a fuel assembly for a boiling water reactor having an average enrichment of 4 wt% or more supported at both ends, a square lattice arrangement of the large number of fuel rods is 9 × 9 lattice or more, and substantially the center of the arrangement. A water rod occupying an area equivalent to a plurality of fuel rods is disposed at a position, and the fuel rods containing no burnable poison of the plurality of fuel rods are an upper area in the cladding tube excluding upper and lower end natural uranium blanket areas and As a fuel rod in which the lower region is filled with two types of fuel pellets having different enrichments, the upper region is filled with fuel pellets having a lower enrichment than that in the lower region. A first fuel rod, and a second fuel rod filled with fuel pellets with a higher enrichment than the fuel pellets filled in the lower region in the upper region. The boundary between the upper region and the lower region is provided above the center of the effective heat generation region in the fuel rod axial direction, and the second fuel rod has a boundary between the upper region and the lower region. The first fuel rod or the second fuel rod is provided at a position lower than the center of the region, and the first fuel rod or the second fuel rod includes two or more types of fuel rods provided at positions where a boundary between an upper region and a lower region is different from each other. A fuel assembly for a boiling water reactor, comprising:
【請求項10】 前記第1の燃料棒の上部領域と下部領
域との境界、または前記第2の燃料棒の上部領域と下部
領域とを、それぞれの境界に近い前記有効発熱領域の端
部位置から有効発熱領域長さのおよそ30%相当の距離
だけ内側の位置より端部寄りの位置に設けたことを特徴
とする請求項9に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
10. An end position of the effective heat generation region near a boundary between an upper region and a lower region of the first fuel rod or an upper region and a lower region of the second fuel rod close to each boundary. 10. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein the fuel assembly is provided at a position closer to the end than the inner side by a distance corresponding to about 30% of the effective heat generation area length from the fuel cell.
【請求項11】 前記第1の燃料棒の下部領域に充填さ
れた燃料ペレット及び/又は前記第2の燃料棒の上部領
域に充填された燃料ペレットが燃料集合体中の最高濃縮
度であり、 該最高濃縮度は、4.9乃至5.0wt%であることを特
徴とする請求項9に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合
体。
11. A fuel pellet filled in a lower region of the first fuel rod and / or a fuel pellet filled in an upper region of the second fuel rod has a highest enrichment in a fuel assembly, The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein the maximum enrichment is 4.9 to 5.0 wt%.
【請求項12】 前記多数本の燃料棒のうち可燃性毒物
を含む燃料棒は、前記燃料集合体の各断面の平均濃縮度
よりも高い濃縮度の燃料ペレットを含むことを特徴とす
る請求項11に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
12. The fuel rod containing a burnable poison of the plurality of fuel rods includes fuel pellets having a higher enrichment than the average enrichment of each cross section of the fuel assembly. 12. The fuel assembly for a boiling water reactor according to item 11.
【請求項13】 前記第1の燃料棒の一部又は全てが前
記正方格子状配列の最外周配列位置に配置され、前記第
2の燃料棒の一部又は全てが前記正方格子状配列の最外
周配列以外の配列位置に配置されていることを特徴とす
る請求項9に記載の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
13. A part or all of the first fuel rods are arranged at the outermost peripheral arrangement position of the square lattice arrangement, and a part or all of the second fuel rods are arranged at the outermost arrangement position of the square lattice arrangement. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 9, wherein the fuel assembly is arranged at an arrangement position other than the outer periphery arrangement.
【請求項14】 前記第2の燃料棒は、他の燃料棒の有
効発熱領域の軸方向長さよりも短い有効発熱領域を有す
る部分長燃料棒を含むことを特徴とする請求項9に記載
の沸騰水型原子炉用燃料集合体。
14. The fuel rod according to claim 9, wherein the second fuel rod includes a partial-length fuel rod having an effective heat generation area shorter than the effective heat generation area of another fuel rod in the axial direction. Fuel assemblies for boiling water reactors.
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