JP2002055188A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP2002055188A
JP2002055188A JP2000241200A JP2000241200A JP2002055188A JP 2002055188 A JP2002055188 A JP 2002055188A JP 2000241200 A JP2000241200 A JP 2000241200A JP 2000241200 A JP2000241200 A JP 2000241200A JP 2002055188 A JP2002055188 A JP 2002055188A
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慎一 師岡
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直 奈良林
Toru Mitsutake
徹 光武
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the breeding ratio, to simultaneously set the void reactivity to negative, and to effectively accumulate voids. SOLUTION: This fuel assembly has a plurality of fuel rods for filling a channel box with fissile materials and a neutron leakage pipe disposed therein. The both top/bottom both ends of the neutron leakage pipe are closed by end plugs 4 and 6, the upper end plug 6 is provided with a plurality of tapered cooling material channel holes 5 with throttled upper ends, and a cooling material inlet 7 is provided near the lower end pug 6.

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】本発明は水冷却型原子炉用燃
料集合体に係り、特にボイド反応度を負とするための燃
料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a water-cooled nuclear reactor, and more particularly to a fuel assembly for making void reactivity negative.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に水冷却型原子炉の炉心は、核分裂
性物質(燃料)を装填した多数の燃料ロッドを結束した
燃料集合体を多数体配置して構成され、核分裂性物質で
発生する熱除去のための冷却材として水が使用されてい
る。
2. Description of the Related Art In general, the core of a water-cooled nuclear reactor is constituted by arranging a large number of fuel assemblies in which a number of fuel rods loaded with a fissile material (fuel) are bound, and heat generated by the fissile material is generated. Water is used as coolant for removal.

【0003】水は中に含まれる水素原子の中性子減速能
力が大きいため、水の割合が大きい従来の水冷却型原子
炉では核分裂により発生する高エネルギ中性子を大きく
減速し、エネルギの低い熱中性子が中性子の大部分をし
めている。
[0003] Since water has a large neutron moderating ability of hydrogen atoms contained therein, in a conventional water-cooled reactor having a large proportion of water, high-energy neutrons generated by nuclear fission are greatly slowed down, and thermal neutrons having low energy are generated. Most of the neutrons.

【0004】エネルギの低い中性子を核分裂性物質が吸
収した場合には、中性子を約3個発生させる核分裂反応
ではなく、核分裂を起こさず原子核の中に取り込んでし
まう捕獲反応の割合が大きくなる。即ち、中性子吸収当
たりの発生中性子数が低エネルギ中性子による核分裂で
は少なくなる。
When neutrons having low energy are absorbed by a fissile material, the rate of a capture reaction in which nuclear fission takes place in the nucleus without fission, instead of a fission reaction in which about three neutrons are generated. That is, the number of neutrons generated per neutron absorption is reduced in fission by low energy neutrons.

【0005】一方、高エネルギ中性子では、捕獲反応の
割合が小さいため、捕獲による効果を含めても吸収当た
りの平均中性子発生数は2個以上とすることが可能であ
り、1個が連鎖反応の維持に使われ、残りの1個はU−
238等の親物質に吸収させて核分裂性物質を効率的に生
成することが可能である。この核分裂性物質の生成と消
滅の比率が1以上であれば燃料の増殖ができたこととな
り資源エネルギの確保の点から各国で増殖炉が開発され
ている。
On the other hand, in the case of high-energy neutrons, since the rate of the capture reaction is small, the average number of neutrons generated per absorption can be set to two or more even if the effect of the capture is included. Used for maintenance, the other one is U-
It is possible to efficiently generate fissile material by absorbing it into a parent material such as 238. If the ratio of the generation and extinction of fissile material is 1 or more, fuel has been proliferated, and breeder reactors have been developed in various countries from the viewpoint of securing resource energy.

【0006】しかし、従来の水冷却型原子炉では水の燃
料に対する割合が大きく中性子は低エネルギであるため
に、増殖はできず、核分裂性物質の生成と消滅の比率
(増殖比と称する。なお、この比が1以下であれば、転
換比と称しているがここでは簡単にすべて増殖比と称す
る。)が1以下(0.5程度)の値となっていた。このた
め増殖炉であれば原理的には100%熱エネルギに変換で
きるウラン資源の1%程度が利用できるに過ぎなかっ
た。
However, in the conventional water-cooled reactor, the ratio of water to fuel is large, and neutrons have low energy. Therefore, neutrons cannot be propagated, and the ratio of generation and extinction of fissile material (referred to as the growth ratio). If this ratio is 1 or less, the ratio is referred to as the conversion ratio, but here all are simply referred to as the proliferation ratio.), The value was 1 or less (about 0.5). Therefore, in a breeder reactor, only about 1% of uranium resources that can be converted into 100% heat energy can be used in principle.

【0007】但し、高エネルギスペクトルとすると従来
の大型高速炉のように冷却材の沸騰による反応度(ボイ
ド反応度)が正となる可能性がある。水冷却型原子炉で
は炉心の安定性や安全性の観点でボイド反応度は負の値
にすることが重要である。
However, if the energy spectrum is high, there is a possibility that the reactivity (void reactivity) due to boiling of the coolant becomes positive as in a conventional large fast reactor. In a water-cooled reactor, it is important to set the void reactivity to a negative value from the viewpoint of core stability and safety.

【0008】このため、従来では燃料集合体の中に内部
が空洞の中性子漏れ管を設けてボイド反応度を低減する
構造が提案されている。すなわち、チャンネルボックス
の内部に多数本の燃料ロッドを配置し、かつ多数本の燃
料ロッドの中央部に中性子漏れ管を設けた構造の燃料集
合体である。この種の燃料集合体は、横断面が正六角形
の筒状チャンネルボックス内に多数本の燃料棒が整列配
置され、中央部軸心線に沿って中性子漏れ管が配置され
冷却水が下方から上方へ流れるように構成されている。
中性子漏れ管の内部を流れる冷却材のボイド率は、炉心
の出力が上昇とともに大きくなるので中性子の漏洩が増
加する。この効果により、ボイド反応度を低減させてい
る。
For this reason, conventionally, a structure has been proposed in which a neutron leak tube having a hollow inside is provided in a fuel assembly to reduce void reactivity. That is, the fuel assembly has a structure in which a large number of fuel rods are arranged inside the channel box, and a neutron leakage tube is provided at the center of the large number of fuel rods. In this type of fuel assembly, a large number of fuel rods are arranged and arranged in a cylindrical channel box having a regular hexagonal cross section, a neutron leak tube is arranged along a central axis, and cooling water is supplied from below to above. It is configured to flow to
Since the void fraction of the coolant flowing inside the neutron leak tube increases as the power of the reactor core increases, neutron leakage increases. Due to this effect, the void reactivity is reduced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水冷却
型原子炉において、チャンネルボックス内に中性子漏れ
管を設けて増殖比を増大させ、同時にボイド反応度を負
とする燃料集合体は、水の分子の放射化および被覆管と
水との反応により水素が発生し、この水素が中性子漏れ
管内部に閉じ込められ、最悪の場合は爆発する危険性の
課題がある。
However, in a conventional water-cooled reactor, a neutron leak tube is provided in a channel box to increase the breeding ratio, and at the same time, a fuel assembly that makes the void reactivity negative is water. There is a risk that hydrogen will be generated by the activation of the molecules of the molecule and the reaction between the cladding tube and water, and this hydrogen will be confined inside the neutron leak tube and, in the worst case, will explode.

【0010】また、従来の中性子漏れ管では、下端の角
が鋭角なため中性子漏れ管に溜まった多量の蒸気が急に
あるいは偏って抜けるため、ボイド反応度が時間的に急
激に変化し、被覆管の健全性に悪い影響を与える。過渡
変化時においては、炉心の熱的な健全性が劣化するの
で、ボイド反応度をさらに小さくし、炉心出力を小さく
し、炉心の熱的余裕をさらに向上させる必要がある。
Further, in the conventional neutron leak tube, a large amount of vapor accumulated in the neutron leak tube escapes rapidly or unevenly due to an acute angle at the lower end, so that the void reactivity rapidly changes with time, and Has a negative impact on tube integrity. At the time of the transient change, the thermal integrity of the core is deteriorated, so it is necessary to further reduce the void reactivity, reduce the core output, and further improve the thermal margin of the core.

【0011】中性子の漏れを効果的に行うためには、冷
却材流路と中性子漏れ管からなる全体の断面積に占める
中性子漏れ管の面積比を大きくする必要がある。従来の
ように、冷却材流路を環状部とし、中央部に中性子漏れ
管を設ける構成では、中性子漏れ管の断面積比を大きく
すると環状部の冷却材流路の内壁(中性子漏れ管の外壁)
と外壁との間隙が狭くなり、流路直径が狭くなって流路
抵抗が増して冷却材流路を流れる流量が低下したり、流
速が大きくなって流力振動の問題が生じるおそれがあ
る。
In order to effectively leak neutrons, it is necessary to increase the area ratio of the neutron leak pipe to the entire cross-sectional area including the coolant flow path and the neutron leak pipe. As in the prior art, in a configuration in which the coolant flow path is an annular portion and the neutron leakage pipe is provided in the center, if the cross-sectional area ratio of the neutron leakage pipe is increased, the inner wall of the coolant flow path in the annular section (the outer wall of the neutron leakage pipe) )
There is a possibility that the gap between the inner wall and the outer wall becomes narrower, the diameter of the flow path becomes narrower, the flow resistance increases, the flow rate flowing through the coolant flow path decreases, or the flow velocity increases, which causes a problem of hydraulic vibration.

【0012】さらに、稠密バンドルの核特性として、出
力が増加し、ボイド率が増加すると共にボイド反応度
(ボイド率増加に対する反応度増加割合)が正になる傾
向がある。そこで、炉心のボイド率が増加すると共に、
中性子漏れ管での中性子漏れ率が増加する必要がある。
Further, as the core characteristics of the dense bundle, the output increases, the void fraction increases, and the void reactivity (the rate of increase in the reactivity with respect to the increase in the void rate) tends to become positive. Therefore, as the void fraction of the core increases,
The neutron leakage rate in the neutron leak tube needs to be increased.

【0013】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、増殖比を増大させ、同時にボイド反応度を
負とする水冷却型原子炉においてその性能を向上させた
冷却型原子炉用燃料集合体を提供する事を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been developed for a water-cooled nuclear reactor having an increased breeding ratio and at the same time improved performance in a water-cooled nuclear reactor having a negative void reactivity. The purpose is to provide a fuel assembly.

【0014】また、本発明は運転状態で中性子漏れ管の
機能を損なうことなく、中性子漏れ管内部の空気抜きが
容易にでき、出力上昇時には中性子漏れ管内部にボイド
を効果的に溜めることができる燃料集合体を提供するこ
とにある。さらに、ボイド反応度が時間的に急激に変化
することがなく、燃料皮覆管の健全性に悪影響を及ぼす
ことがない燃料集合体を提供することにある。
Further, according to the present invention, it is possible to easily remove air from the inside of the neutron leak tube without impairing the function of the neutron leak tube in the operating state, and to effectively store voids inside the neutron leak tube when the output is increased. To provide an aggregate. Another object of the present invention is to provide a fuel assembly in which the void reactivity does not change rapidly with time and does not adversely affect the soundness of the fuel cladding tube.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1に対応する発明
は、チャンネルボックスと、このチャンネルボックス内
に配置され核分裂性物質を装填した複数本の燃料ロッド
と、この複数本の燃料ロッド間に配置した中性子漏れ管
とを具備した燃料集合体において、前記中性子漏れ管は
上下両端が上部端栓及び下部端栓により閉塞され、前記
上部端栓に上端部が絞られた複数のテーパ状冷却材流出
孔を有し、前記下部端栓またはその近傍に冷却材流入孔
を有することを特徴とする。この発明によれば、中性子
漏れ管内のボイド率上昇時に上端部の流出孔からのボイ
ドを抜け難くさせることができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a channel box, a plurality of fuel rods disposed in the channel box and loaded with fissile material, and a plurality of fuel rods interposed between the plurality of fuel rods. And a neutron leak pipe, wherein the neutron leak pipe is closed at its upper and lower ends by an upper end plug and a lower end plug, and a plurality of tapered coolants whose upper ends are narrowed by the upper end plug. It has an outflow hole, and has a coolant inflow hole at or near the lower end plug. According to the present invention, when the void ratio in the neutron leak tube rises, it is possible to make it difficult for the void to escape from the outlet hole at the upper end.

【0016】請求項2に対応する発明は、前記テーパ状
冷却材流出孔の内面に階段状の溝を設けてなることを特
徴とする。この発明によれば、流出孔のテーパ形状の表
面を粗くし、かつ、階段状の溝を設けることで流動抵抗
を増加させ、中性子漏れ管内のボイド率上昇時に上端部
の流出孔からのボイドを抜け難くできる。
The invention corresponding to claim 2 is characterized in that a step-shaped groove is provided on the inner surface of the tapered coolant outflow hole. According to the present invention, the flow resistance is increased by roughening the tapered surface of the outflow hole and providing a step-like groove, and the void from the outflow hole at the upper end portion is increased when the void ratio in the neutron leak tube increases. It is hard to fall out.

【0017】請求項3に対応する発明は、核分裂性物質
を装荷した複数の燃料ロッドと、中性子漏れ管とを具備
した燃料集合体において、前記中性子漏れ管の内部に冷
却材が下部から上部へ流れる流路を有し、かつ両端部が
閉塞した複数の細管を束ねた密閉細管束を有することを
特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel assembly including a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube, wherein a coolant is provided from a lower portion to an upper portion inside the neutron leak tube. It is characterized by having a closed thin tube bundle having a flow channel and a plurality of thin tubes closed at both ends.

【0018】請求項4に対応する発明は、前記中性子漏
れ管の内部に薄肉ハネカム密閉構造を有することを特徴
とする特徴とする。請求項5に対応する発明は、核分裂
性物質を装填した複数の燃料ロッドと、中性子漏れ管を
具備した燃料集合体において、前記中性子漏れ管は下端
部が開口し、上部が上蓋で閉塞し、内部に下端開口から
冷却材が上部へ流れ、前記上蓋に形状記憶合金により形
成された管を接合して構成され、前記中性子漏れ管の下
部に中性子吸収またはガンマ線吸収による発熱体を設け
てなることを特徴とする。
The invention corresponding to claim 4 is characterized in that a thin-walled honeycomb sealing structure is provided inside the neutron leak tube. The invention corresponding to claim 5 is a fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube, wherein the neutron leak tube has a lower end opened and an upper portion closed with an upper lid, Coolant flows upward from the lower end opening inside, and a tube formed of a shape memory alloy is joined to the upper lid, and a heating element by neutron absorption or gamma ray absorption is provided below the neutron leak tube. It is characterized by.

【0019】請求項6に対応する発明は、前記形状記憶
合金で形成された管の代わりに、前記上蓋に金属円筒を
取り付け、前記金属円筒内に前記金属円筒の金属よりも
熱膨脹率の大きな金属で形成された金属円柱を設け、か
つ前記金属円筒の上部と下部に複数の板を設けてなるこ
とを特徴とする。請求項7に対応する発明は、前記上蓋
はニッケル板で構成されていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, a metal cylinder is attached to the upper lid in place of the tube formed of the shape memory alloy, and a metal having a larger coefficient of thermal expansion than the metal of the metal cylinder in the metal cylinder. And a plurality of plates provided above and below the metal cylinder. The invention corresponding to claim 7 is characterized in that the upper lid is made of a nickel plate.

【0020】請求項8に対応する発明は、前記中性子漏
れ管の下端開口部の角部を球面状に面取りしてなること
を特徴とする。請求項9に対応する発明は、前記中性子
漏れ管の下端開口部の近傍に複数の穴を設けてなること
を特徴とする。
The invention corresponding to claim 8 is characterized in that the corner of the lower end opening of the neutron leak tube is chamfered into a spherical shape. The invention corresponding to claim 9 is characterized in that a plurality of holes are provided near the lower end opening of the neutron leak tube.

【0021】請求項10に対応する発明は、前記上蓋は前
記中性子漏れ管の外径より大径に形成され、前記中性子
漏れ管の外側の流路を前記大径の上蓋近傍で絞ってなる
ことを特徴とする。請求項11に対応する発明は、前記大
径の上蓋に複数のたて穴を設けてなることを特徴とす
る。
According to a tenth aspect of the present invention, the upper lid is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the neutron leak pipe, and a flow path outside the neutron leak pipe is narrowed near the large diameter upper lid. It is characterized by. An invention corresponding to claim 11 is characterized in that the large-diameter upper lid is provided with a plurality of vertical holes.

【0022】請求項12に対応する発明は、核分裂性物質
を装填した複数の燃料ロッドと、中性子漏れ管を具備し
た燃料集合体において、前記中性子漏れ管は内部に鉛直
な冷却材流路を環状に取り囲む内管が設けられ、この内
管は入口で開放、出口で密閉または微細な孔を有し、前
記内管の外側に環状のボイド蓄積部が形成されることを
特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a fuel assembly including a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube, wherein the neutron leak tube has a vertical coolant passage formed therein. An inner tube is provided, which is open at the inlet, closed at the outlet or has fine holes, and an annular void accumulation portion is formed outside the inner tube.

【0023】この発明によれば、冷却材流路を中央部に
配置し、中性子漏れ機能を有する高ボイド率領域を環状
部とする構造により、冷却材流路の流路径を大きく保
ち、摩擦抵抗を小さくして流量を確保し、流速増加によ
る流力振動の問題が生じる可能性を小さくできる。
According to the present invention, the coolant flow path is arranged at the center, and the high void ratio region having the neutron leakage function is formed as the annular portion. And the flow rate can be secured to reduce the possibility that the problem of the flow force vibration due to the increase in the flow velocity will occur.

【0024】請求項13に対応する発明は、核分裂性物質
を装填した複数の燃料ロッドと、中性子漏れ管を具備し
た燃料集合体において、前記中性子漏れ管は高さ方向に
二段構造となった上部の中性子漏れ管と下部の中性子漏
れ管を有し、前記上部の中性子漏れ管の冷却材流路直径
は前記下部の中性子漏れ管の冷却材流路直径よりも小さ
く、前記下部の中性子漏れ管の冷却材流路中のボイド率
が高くなるとともに速やかに前記上部の中性子漏れ管の
外側環状部のボイド蓄積部が高ボイド率領域となるボイ
ド蓄積機構を有することを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in a fuel assembly having a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube, the neutron leak tube has a two-stage structure in a height direction. An upper neutron leak pipe and a lower neutron leak pipe, wherein a coolant flow path diameter of the upper neutron leak pipe is smaller than a coolant flow path diameter of the lower neutron leak pipe; And a void accumulation mechanism in which the void accumulation portion of the outer annular portion of the upper neutron leakage tube quickly becomes a high void ratio region as soon as the void ratio in the coolant flow path increases.

【0025】この発明によれば、冷却材流路を中央部に
配置し、中性子漏れ機能を有する高ボイド率領域を環状
部とする構造とする断面構造を有する中性子漏れ管を軸
方向に2段に配置し、冷却材のボイド率増加に先行して
ボイド蓄積領域のボイド率が増加するために、中央部の
冷却材流路の直径が上部で大きく、下部で小さくなって
いる。
According to the present invention, the coolant flow path is disposed at the center, and the neutron leak pipe having a cross-sectional structure in which the high void ratio region having the neutron leak function is formed as the annular portion is provided in two axial stages. Since the void ratio of the void accumulation region increases prior to the increase of the void ratio of the coolant, the diameter of the coolant flow passage at the center is large at the top and small at the bottom.

【0026】請求項14に対応する発明は、前記上部の中
性子漏れ管の冷却材流路は狭まり流路と広まり流路とか
らなり、上部の中性子漏れ管の冷却材流路を流れる二相
流がボイド率増加と共に前記上部の中性子漏れ管の環状
ボイド蓄積部が高ボイド率領域となるボイド蓄積機構を
有することを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the coolant flow path of the upper neutron leakage pipe comprises a narrowed flow path and a widened flow path, and the two-phase flow flowing through the coolant flow path of the upper neutron leakage pipe. Has a void accumulation mechanism in which the annular void accumulation portion of the upper neutron leak tube becomes a high void ratio region as the void ratio increases.

【0027】この発明によれば、冷却材流路を中央部に
配置し、中性子漏れ機能を有する高ボイド率領域を環状
部とする構造とする断面構造を有する中性子漏れ管を軸
方向に2段に配置し、冷却材のボイド率増加に先行して
ボイド蓄積領域のボイド率が増加するために、上部の冷
却材流路を狭まり流路と広まり流路が引き続くベンチュ
リ型流路とすることにより、冷却材流路中のボイド率が
増加すると共に上部の環状ボイド蓄積部が高ボイド領域
となる。
According to the present invention, a neutron leak pipe having a cross-sectional structure in which the coolant flow path is arranged at the center and the high void ratio region having a neutron leak function is an annular portion is provided in two stages in the axial direction. In order to increase the void ratio of the void accumulation region prior to the increase of the void ratio of the coolant, the upper coolant channel is narrowed and widened to form a Venturi-type channel followed by a widened channel. As a result, the void ratio in the coolant passage increases, and the upper annular void accumulation portion becomes a high void region.

【0028】請求項15に対応する発明は、核分裂性物質
を装填した複数の燃料ロッドと、中性子漏れ管を具備し
た燃料集合体において、前記中性子漏れ管内の上部を燃
料領域として複数の燃料棒を配置し、前記中性子漏れ管
内の下部に環状ボイド蓄積部を設け、この環状ボイド蓄
積部内に冷却材流路を設けてなることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in a fuel assembly including a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube, a plurality of fuel rods are provided with an upper part in the neutron leak tube as a fuel region. The neutron leakage tube is provided with an annular void accumulating portion at a lower portion thereof, and a coolant flow path is provided in the annular void accumulating portion.

【0029】この発明によれば、沸騰水型原子炉の場
合、炉心入口でサブクール状態の冷却材は燃料集合体か
らの熱伝達により温度が上がって沸騰するので、炉心入
口からある程度進んだ位置から蒸気-水二相流となる。
従って、炉心の下部は上部に比べて比較的ボイド率が低
くできる。
According to the present invention, in the case of a boiling water reactor, the coolant in the subcooled state at the reactor core inlet rises in temperature due to heat transfer from the fuel assembly and boils. It becomes a steam-water two-phase flow.
Therefore, the lower part of the core can have a relatively lower void fraction than the upper part.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】図1から3により、本発明に係る
燃料集合体の第1の実施の形態を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS.

【0031】本実施の形態は図1に示したように正六角
形角筒状チャンネルボックス1内に燃料ロッド2と内部
が空洞の中性子漏れ管3を設けてボイド反応度を低減す
る構造の燃料集合体である。なお、ここでは、六角型燃
料集合体の実施例を示しているが、特に、燃料集合体の
形状にはこだわらず、例えば正方型燃料集合体でも構わ
ない。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a fuel assembly having a structure in which a fuel rod 2 and a neutron leak tube 3 having a hollow inside are provided in a regular hexagonal rectangular channel box 1 to reduce void reactivity. Body. Although the embodiment of the hexagonal fuel assembly is shown here, the shape of the fuel assembly is not particularly limited, and for example, a square fuel assembly may be used.

【0032】図2は図1における中性子漏れ管3の縦断
面を示している。すなわち、中性子漏れ管3は上下両端
が上部端栓4と下部端栓6により閉塞され、上部端栓4
に上端部が絞られた複数のテーパ状冷却材流出孔5を有
し、下部端栓6の近傍に冷却材流入孔7を有している。
これにより、中性子漏れ管内のボイド率上昇時は、上端
部の流出孔5の流動抵抗が増大し、中性子漏れ管内のボ
イドを抜け難くさせている。
FIG. 2 shows a longitudinal section of the neutron leak tube 3 in FIG. That is, the upper and lower ends of the neutron leak tube 3 are closed by the upper end plug 4 and the lower end plug 6, and the upper end plug 4 is closed.
It has a plurality of tapered coolant outlet holes 5 whose upper ends are narrowed, and a coolant inlet hole 7 near the lower end plug 6.
As a result, when the void ratio in the neutron leak tube increases, the flow resistance of the outlet hole 5 at the upper end increases, making it difficult for the void in the neutron leak tube to escape.

【0033】図3に中性子漏れ管3内部の冷却材の様子
を示した。流入孔7から流入した流入冷却材8は、ガン
マ線などの放射線により発熱するので、流入孔7及び流
出孔5の大きさを適切に設定することで、図3に示すよ
うに中性子漏れ管3内部でボイド化が可能となる。
FIG. 3 shows the state of the coolant inside the neutron leak tube 3. The inflow coolant 8 flowing from the inflow hole 7 generates heat due to radiation such as gamma rays. Therefore, by appropriately setting the size of the inflow hole 7 and the outflow hole 5, as shown in FIG. Enables voiding.

【0034】その場合、発熱量は炉心の出力によって変
化するため、低出力時は図3(a)に示すように中性子
漏れ管3内部はボイドが割合が低い状態であるが、高出
力時には図3(b)の状態となり、中性子漏れ管3内部
のボイド割合が上昇する。このボイド割合の増加によ
り、テーパ状冷却材流出孔5の流動抵抗は増大するた
め、中性子漏れ管3内のボイドを抜け難くなる。従っ
て、この空間を通過する中性子を反射させる効果が減少
し、中性子の漏洩が増加するため、ボイド反応度を低減
することができる。
In this case, since the calorific value changes depending on the power of the reactor core, the neutron leakage tube 3 has a low percentage of voids inside the neutron leak tube 3 as shown in FIG. 3 (b), and the void ratio inside the neutron leak tube 3 increases. Since the flow resistance of the tapered coolant outflow hole 5 increases due to the increase in the void ratio, it becomes difficult for the void in the neutron leak tube 3 to escape. Therefore, the effect of reflecting neutrons passing through this space is reduced, and leakage of neutrons is increased, so that void reactivity can be reduced.

【0035】つぎに図4(a)、(b)により本発明に
係る第2の実施の形態を説明する。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).

【0036】本実施の形態は第1の実施の形態における
上部端栓4を改良したことにあり、その他の部分は第1
の実施の形態と同様なので、重複する部分の説明は省略
する。すなわち、図4(b)に示したように上部端栓4
に設けたテーパ状冷却材流出孔5の表面を粗くし、か
つ、内部を流れる冷却材の流れに対して抵抗となる階段
状溝13を設けて、階段状テーパ形流出孔としたことにあ
る。
The present embodiment is obtained by improving the upper end plug 4 in the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment.
Since the embodiment is the same as that of the first embodiment, the description of the overlapping part will be omitted. That is, as shown in FIG.
The surface of the tapered coolant outlet hole 5 provided in the above is made rough, and a step-shaped groove 13 is formed to provide resistance to the flow of the coolant flowing inside, thereby forming a step-shaped tapered outlet hole. .

【0037】本実施の形態によれば、ボイド流出時の流
動抵抗を増加させることで、高出力時の中性子漏れ管内
部のボイド流出を更に抑制され、これにより中性子の漏
洩をより増加させ、ボイドド反応度を低減することがで
きる。
According to the present embodiment, by increasing the flow resistance at the time of void outflow, the void outflow inside the neutron leak tube at the time of high output is further suppressed, thereby further increasing the neutron leakage, and The reactivity can be reduced.

【0038】つぎに図5により本発明に係る第3の実施
の形態を説明する。図5は、本発明の第3の実施の形態
にける中性子漏れ管の縦断面形状を示している。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a vertical cross-sectional shape of a neutron leak tube according to the third embodiment of the present invention.

【0039】本実施の形態は第1の実施の形態において
示した中性子漏れ管3を図5に示したように中性子漏れ
管3の内部に冷却材である上が上部へ流れ、かつ中性子
漏れ管3の内部は両端を閉じた薄肉密閉細管15を束ねた
密閉細管束14の構造としたことにあり、その他の部分は
第1の実施の形態と同様である。
In this embodiment, the neutron leak tube 3 shown in the first embodiment flows upward in the neutron leak tube 3 as shown in FIG. The inside of 3 has a structure of a closed thin tube bundle 14 in which thin closed thin tubes 15 with both ends closed are bundled, and the other portions are the same as in the first embodiment.

【0040】本実施の形態によれば、密閉細管15の肉厚
は管径が小さいため、0.2mm程度まで薄くすることがで
きる。したがって、密閉細管15による中性子の吸収を抑
制する事が出来、かつ、流動条件に係わらず中性子漏れ
管内の中空を安定して維持出来るため、この空間を通過
する中性子を反射させる効果が減少し、中性子の漏洩が
増加するため、ボイド反応度を低減することができる。
According to the present embodiment, the thickness of the sealed narrow tube 15 can be reduced to about 0.2 mm because the tube diameter is small. Therefore, the absorption of neutrons by the sealed thin tube 15 can be suppressed, and the hollow inside the neutron leak tube can be stably maintained regardless of the flow conditions, so that the effect of reflecting neutrons passing through this space is reduced, Void reactivity can be reduced due to increased neutron leakage.

【0041】つぎに図6により本発明に係る第4の実施
の形態を説明する。本実施の形態は第3の実施の形態に
準じるもので、図6は本実施の形態に係る中性子漏れ管
3bの縦断面形状を示している。すなわち、図6におい
て、中性子漏れ管3bの内部は薄肉ハネカム密閉構造16
にすることで中性子の吸収を抑制し、かつ、流動条件に
係わらず中性子漏れ管3b内の中空を安定して維持出来
るため、この空間を通過する中性子を反射させる効果が
減少し、中性子の漏洩が増加するため、ボイド反応度を
低減することができる。
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is based on the third embodiment, and FIG. 6 shows a vertical cross-sectional shape of a neutron leak tube 3b according to the present embodiment. That is, in FIG. 6, the inside of the neutron leak tube 3b is a thin honeycomb sealed structure 16.
In this case, the absorption of neutrons can be suppressed, and the hollow inside the neutron leak tube 3b can be stably maintained regardless of the flow conditions. Therefore, the effect of reflecting neutrons passing through this space decreases, and neutron leakage occurs. , The void reactivity can be reduced.

【0042】つぎに図7により本発明に係る第5の実施
の形態を説明する。本実施の形態は第1の実施の形態に
おける中性子漏れ管3の他の例にあり、図7は本実施の
形態の中性子漏れ管3cとその周囲の蒸気流の流れの状
態を示している。
Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is another example of the neutron leak tube 3 in the first embodiment, and FIG. 7 shows a neutron leak tube 3c of the present embodiment and a state of a flow of a steam flow around the neutron leak tube 3c.

【0043】本実施の形態は図7に示したように、中性
子漏れ管、3cとその下方に中性子またはガンマ線吸収
により発熱する材質、例えば、ハフニウム、ステンレス
鋼等で形成した流路孔18を有する発熱体18を配置し、中
性子漏れ管3cの上部に形状記憶合金で構成される形状
記憶合金製管20とから構成されている。常温では、中性
子漏れ管3c内部と外部が形状記憶合金製管20により連
通している。
As shown in FIG. 7, the present embodiment has a neutron leak tube 3c and a flow passage hole 18 formed under the neutron leak tube 3c and made of a material which generates heat by neutron or gamma ray absorption, for example, hafnium, stainless steel, or the like. A heating element 18 is arranged, and a shape memory alloy tube 20 made of a shape memory alloy is provided above the neutron leak tube 3c. At normal temperature, the inside and the outside of the neutron leak tube 3c are communicated by the shape memory alloy tube 20.

【0044】従来のように形状記憶合金製管20が無い場
合は、この中性子漏れ管3c内部に閉じ込められた空気
23が抜ける通路が無いため、除去する事ができない。こ
のため、この空気23が冷却材に溶け込み冷却材の溶存酸
素濃度が上昇し、燃料被覆管に悪い影響を及ぼす。
When the shape memory alloy tube 20 is not provided as in the prior art, the air trapped inside the neutron leak tube 3c
Since there is no passage through which 23 can pass, it cannot be removed. For this reason, this air 23 dissolves in the coolant and the dissolved oxygen concentration of the coolant increases, which has a bad influence on the fuel cladding tube.

【0045】本実施の形態では、常温では形状記憶合金
製管20が連通しており、運転状態(つまり、冷却材温度
が高い)では形状記憶合金製管20が塞がれるように構成
されている。つまり、常温状態で形状記憶合金製管20を
通って空気23がすべて外に出てしまう。
In this embodiment, the shape memory alloy tube 20 is in communication at normal temperature, and the shape memory alloy tube 20 is closed in the operating state (that is, when the coolant temperature is high). I have. In other words, all the air 23 goes out through the shape memory alloy tube 20 at normal temperature.

【0046】高温状態になると、形状記憶合金製管20が
封鎖されるため、発熱体18で加熱され発生した蒸気21
は、中性子漏れ管3cの内部が蒸気24で満たされるま
で、中性子漏れ管3cに流入する。一方、中性子漏れ管
3cの内部が蒸気24で満たされた後は、発生した蒸気21
の大部分は、燃料ロッド被覆管25との間の外側の流路22
を通過するようになる。
When the temperature becomes high, the shape memory alloy tube 20 is closed, so that the steam 21
Flows into the neutron leak tube 3c until the inside of the neutron leak tube 3c is filled with steam 24. On the other hand, after the inside of the neutron leak tube 3c is filled with steam 24, the generated steam 21
Most of the outer flow passage 22 between the fuel rod cladding tube 25 and
Will pass through.

【0047】つぎに図8(a)、(b)により本発明の
第6の実施の形態を説明する。図8(a)は、本実施の
形態における中性子漏れ管の縦断面図、(b)は(a)
のA−A矢視断面図である。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b). FIG. 8A is a longitudinal sectional view of the neutron leak tube according to the present embodiment, and FIG.
3 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【0048】本実施の形態は中性子漏れ管3dの上蓋26
の中央部に金属円筒27を設け、この金属円筒27の内部に
金属円筒27の金属よりも熱膨脹率の大きな金属で作られ
た金属円柱28を設置し、金属円筒29の上と下に図8
(b)に示すように複数の板29を設置したことにある。
In this embodiment, the upper lid 26 of the neutron leak tube 3d is used.
A metal cylinder 27 made of a metal having a larger coefficient of thermal expansion than the metal of the metal cylinder 27 is installed inside the metal cylinder 27 at the center of the metal cylinder 27.
That is, a plurality of plates 29 are provided as shown in FIG.

【0049】常温では、金属円筒27と金属円柱28の間に
隙間30があるため、中性子漏れ管3d内部の空気23がこ
の隙間30から抜ける事ができる。本実施の形態では、金
属円柱28は、金属円筒27よりも熱膨脹率の大きな金属で
作られているため、運転状態(つまり、冷却材温度が高
い)では隙間30が無くなるように構成されている。
At room temperature, there is a gap 30 between the metal cylinder 27 and the metal cylinder 28, so that the air 23 inside the neutron leak tube 3d can escape from the gap 30. In the present embodiment, since the metal cylinder 28 is made of a metal having a larger thermal expansion coefficient than the metal cylinder 27, the gap 30 is eliminated in the operating state (that is, when the coolant temperature is high). .

【0050】つまり、常温状態で隙間30を通って空気23
がすべて外に出てしまう。高温状態になると、隙間30が
封鎖されるため、図7に示すように発熱体19で加熱され
発生した蒸気21は、中性子漏れ管の内部が蒸気で満たさ
れるまで、中性子漏れ管3dに流入する。一方、中性子
漏れ管3dの内部が蒸気24で満たされた後は、発生した
蒸気21の大部分は、外側の流路22を通過するようにな
る。
That is, the air 23 passes through the gap 30 at normal temperature.
All go outside. When the temperature becomes high, the gap 30 is closed, so that the steam 21 generated by heating by the heating element 19 flows into the neutron leak tube 3d until the inside of the neutron leak tube is filled with steam as shown in FIG. . On the other hand, after the inside of the neutron leak tube 3d is filled with the steam 24, most of the generated steam 21 passes through the outer flow path 22.

【0051】つぎに図9(a)(b)により本発明の第
7の実施の形態を説明する。本実施の形態は第6の実施
の形態に準じたものなので、図9中、図8と同一部分に
は同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
Next, FIG. 9A and FIG.
Seventh embodiment will be described. Since the present embodiment is based on the sixth embodiment, the same reference numerals in FIG. 9 denote the same parts as in FIG. 8, and a description of the same parts will be omitted.

【0052】本実施の形態は中性子漏れ管3dの上蓋26
をNiで構成したことにある。運転状態では、図9に示す
ように水の分子の放射化および被覆管と水との反応によ
り水素31が発生し、水素30が3-1中性子漏れ管3dの内
部に閉じ込められ最悪の場合は、爆発する危険性があ
る。本実施の形態では、中性子漏れ管3dは上蓋26がNI
で形成されている。この構成では、水素原子は小さいの
で、NI製の上蓋26からから抜け、水素31を除去する事が
可能となる。
In this embodiment, the upper lid 26 of the neutron leak tube 3d is used.
Is made of Ni. In the operating state, as shown in FIG. 9, the activation of water molecules and the reaction between the cladding tube and water generate hydrogen 31, which is trapped in the 3-1 neutron leak tube 3d. Risk of explosion. In the present embodiment, the neutron leak tube 3d has
It is formed with. In this configuration, since the hydrogen atoms are small, the hydrogen atoms can be removed from the NI upper lid 26 and the hydrogen 31 can be removed.

【0053】つぎに図10により本発明の第8の実施の形
態を説明する。図10(a)は本実施の形態を説明する中
性子漏れ管の縦断面図、図10(b)は(a)の比較図で
ある。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 (a) is a longitudinal sectional view of a neutron leak tube for explaining the present embodiment, and FIG. 10 (b) is a comparative view of FIG.

【0054】本実施の形態における基本的な構成は図7
から図9に示した実施の形態と同様である。上述した中
性子漏れ管3c、3dでは図10(b)に示したように、
下端の角が鋭角なため、多量の蒸気泡32が溜まって急に
あるいは偏って抜けるため、ボイド反応度が時間的に急
激に変化し、被覆管の健全性に悪い影響を与える可能性
がある。そこで、本実施の形態では図10(a)に示すよ
うに中性子漏れ管の角を丸く曲面33に形成することにあ
る。本実施の形態によれば蒸気の抜けをスムーズにして
上述したボイド反応度の急激な時間変化を緩和する事が
できる。
FIG. 7 shows the basic configuration of this embodiment.
9 is the same as the embodiment shown in FIG. In the above-mentioned neutron leak tubes 3c and 3d, as shown in FIG.
Since the lower end is sharp, a large amount of vapor bubbles 32 accumulate and exit suddenly or unevenly, so that the void reactivity changes abruptly with time, which may adversely affect the integrity of the cladding tube. . Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the neutron leak tube is formed to have a rounded curved surface 33 at the corner. According to the present embodiment, it is possible to smooth out the vapor and to alleviate the above-mentioned rapid change in the void reactivity.

【0055】つぎに図11により本発明の第9の実施の形
態を説明する。本実施の形態は、中性子漏れ管3cまた
は3dの下部に多数の横穴34を開けたことにある。本実
施の形態によれば、蒸気の抜けをスムーズにして上述し
たボイド反応度の急激な時間変化を緩和する事ができ
る。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a large number of lateral holes 34 are formed below the neutron leak tube 3c or 3d. According to the present embodiment, it is possible to smooth out the vapor and ease the above-mentioned rapid change of the void reactivity.

【0056】つぎに図12により本発明の第10の実施の形
態を説明する。図12は、本実施の形態を説明する中性子
漏れ管の縦断面図である。本実施の形態の基本的な構成
は図7から図11の実施の形態と同様であるが、本実施の
形態は中性子漏れ管3cまたは3dの上蓋を大径35とし
たことにある。すなわち、上蓋の外径を大きくした大径
上蓋35により外側の流路22を中性子漏れ管3cまたは3
dの出口で絞ってたことにある。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of a neutron leak tube explaining the present embodiment. The basic configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 7 to 11, but this embodiment is characterized in that the upper lid of the neutron leak tube 3c or 3d has a large diameter 35. That is, the outer flow path 22 is separated from the neutron leakage pipe 3c or 3c by the large-diameter upper lid 35 having a larger outer diameter.
It has been squeezed at the exit of d.

【0057】例えば、ポンプが停止した場合、発熱体18
への冷却材の量が少なくなるため、発生蒸気量は増大す
る。中性子漏れ管の内部はすでの蒸気24で満たされてい
るため、発生した蒸気21は外側の流路22を流れ、この部
分のボイド率を増大し、これによりボイド反応度を減少
させる事ができる。
For example, when the pump stops, the heating element 18
The amount of generated steam increases because the amount of coolant to the heater decreases. Since the inside of the neutron leak tube is already filled with the steam 24, the generated steam 21 flows through the outer flow path 22 and increases the void fraction of this part, thereby decreasing the void reactivity. it can.

【0058】本実施の形態によれば、外側の流路22のボ
イド率を大きくし、ボイド反応度を抑えるために、上蓋
35の端部Bの部分を絞っている。過渡変化時には通常に
比べて発生ボイド量が増える。上部を狭くしておくと、
過渡変化時にはそこを通過するボイド量が増えで結果的
に圧損が増える。つまり、蒸気が抜けにくくなり、結果
的に外側の流路22のボイド率が上昇し、ボイド反応度を
さらに抑える事ができる。
According to the present embodiment, in order to increase the void ratio of the outer flow path 22 and suppress the void reactivity,
The part of end B of 35 is squeezed. At the time of a transient change, the generated void amount increases as compared with the normal case. If you keep the top narrow,
During a transient change, the amount of voids passing therethrough increases, resulting in an increase in pressure loss. That is, it becomes difficult for steam to escape, and as a result, the void ratio of the outer channel 22 increases, and the void reactivity can be further suppressed.

【0059】つぎに図13(a)、(b)により本発明の
第11の実施の形態を説明する。本実施の形態は第10の実
施の形態において、大径上蓋35に図13(b)に示したよ
うに複数の縦穴36を設けたことにある。図12に示した構
成では、通常時にボイドが 角に溜まり急激に抜けて、
脇の流路のボイド変化が激しい。そこで、大径35に複数
の穴36を設ける事により通常時のボイドの抜けをスムー
ズにすることができる。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b). This embodiment is different from the tenth embodiment in that a plurality of vertical holes 36 are provided in the large-diameter upper lid 35 as shown in FIG. 13B. In the configuration shown in FIG. 12, the voids collect in the corners during normal times and suddenly escape,
Void change in the side channel is severe. Therefore, by providing a plurality of holes 36 in the large diameter 35, it is possible to smoothly remove the void in a normal state.

【0060】つぎに図14により本発明の第12の実施の形
態を説明する。図14は、本実施の形態における中性子漏
れ管3eを概略的に鳥瞰図で示している。すなわち本実
施の形態は中性子漏れ管3e内に水-蒸気二相流が流入
することにより高ボイド率領域となる環状のボイド蓄積
部37、水-蒸気二相流が流入し、流出する冷却材流路3
8、水-蒸気二相流を供給するために熱を供給する発熱体
39および内管40とから構成されている。
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 schematically shows the neutron leak tube 3e in the present embodiment in a bird's-eye view. That is, in the present embodiment, the annular void accumulating portion 37 which becomes a high void fraction region when the water-steam two-phase flow flows into the neutron leak pipe 3e, and the coolant that the water-steam two-phase flow flows into and out of Channel 3
8, heating element that supplies heat to supply water-steam two-phase flow
39 and an inner tube 40.

【0061】炉心出力が低く、発熱体の熱発生量も小さ
い条件では比較的小さなボイド率の水-蒸気二相流が流
入することにより、環状部に流入する蒸気は環状部に蓄
積して高ボイド率領域となる。入口の断面内蒸気(ボイ
ド)の分布は水-蒸気二相流が未だサブクールボイド条件
では一般にボイドの空間分布はいわゆる鞍型分布とな
り、外周部にボイド率が高くなる傾向がある。
Under conditions where the core power is low and the amount of heat generated by the heating element is small, the water-steam two-phase flow having a relatively small void ratio flows, so that the steam flowing into the annular portion accumulates in the annular portion and becomes high. It becomes a void fraction region. Regarding the distribution of steam (voids) in the cross section of the inlet, the space distribution of voids generally becomes a so-called saddle-shaped distribution under the subcooled void condition in which the water-steam two-phase flow is still present, and the void ratio tends to increase in the outer peripheral portion.

【0062】環状部にボイドが供給される割合が高いた
め、環状部に効果的にボイドを蓄積することができるメ
リットがある。また、中央の冷却材流路に流入したボイ
ドはの流路38を通って流出する。入口から流入するボイ
ド率が高くなるとともに、のボイド蓄積部37、冷却材流
路共に高ボイド率となり、中性子漏れ率が高くなる。
Since the rate at which voids are supplied to the annular portion is high, there is an advantage that voids can be effectively accumulated in the annular portion. The void that has flowed into the central coolant flow path flows out through the flow path 38. As the void ratio flowing from the inlet increases, the void accumulation portion 37 and the coolant channel both have a high void ratio, and the neutron leakage rate increases.

【0063】図15に示す従来の中性子漏れ管41におい
て、ボイドを蓄積する円筒型ボイド蓄積部42が中央に設
けられている場合では、本実施の形態の環状のボイド蓄
積部37の場合に比べて、次のようにボイド率の面積比を
大きくすることができる。図15の中性子漏れ管41の外管
の直径をD、従来技術の流路を同心円流路として外壁と
の幅をdとし、本実施の形態の中央部の流路直径を2dと
した場合のボイド蓄積部の面積比を比較すると、従来技
術が1-4d/D、本発明が1-4d2/D2である。
In the conventional neutron leak tube 41 shown in FIG. 15, when the cylindrical void accumulating portion 42 for accumulating voids is provided at the center, compared with the case of the annular void accumulating portion 37 of the present embodiment. Thus, the area ratio of the void ratio can be increased as follows. The diameter of the outer tube of the neutron leak tube 41 of FIG. 15 is D, the width of the outer wall is d as a concentric flow channel of the prior art, and the flow channel diameter of the central part of the present embodiment is 2 d. Comparing the area ratios of the void accumulation portions, the prior art is 1-4 d / D, and the present invention is 1-4 d 2 / D 2 .

【0064】例えば、d/D=0.1(10%)とした場合、ボイ
ドの占める断面積比は従来技術が60%、本実施の形態が
96%となり、本実施の形態の中性子漏れ管が従来技術に
比べて1.5倍以上のボイド断面積比が得られ、効果的に
ボイドを蓄積することができることがわかる。
For example, when d / D = 0.1 (10%), the cross-sectional area ratio occupied by voids is 60% in the prior art and in the present embodiment.
It is 96%, which indicates that the neutron leak tube of the present embodiment has a void cross-sectional area ratio of 1.5 times or more as compared with the conventional technology, and can effectively accumulate voids.

【0065】つぎに図16および図17(a)、(b)によ
り本発明の第13の実施の形態を説明する。図16は、本実
施の形態を説明するための中性子漏れ管43の鳥瞰図であ
る。本実施の形態は、中性子漏れ管43上部の中性子漏れ
管44、下部の中性子漏れ管45、水-蒸気二相流が流入す
ることにより高ボイド率領域となる上部の環状ボイド蓄
積部46、水-蒸気二相流が流入し、流出する上部中性子
漏れ管の冷却材流路47、水-蒸気二相流が流入すること
により高ボイド率領域となる下部の環状ボイド蓄積部4
8、水-蒸気二相流が流入し、流出する下部中性子漏れ管
の冷却材流路49、中性子漏れ管上面の小孔50および水-
蒸気二相流を供給するために熱を供給する発熱体39とか
ら構成されている。
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17A and 17B. FIG. 16 is a bird's-eye view of the neutron leak tube 43 for explaining the present embodiment. In the present embodiment, a neutron leakage tube 44, a lower neutron leakage tube 45, a lower neutron leakage tube 45, an upper annular void accumulating portion 46 which becomes a high void fraction region when a water-steam two-phase flow flows therein, -The coolant flow path 47 of the upper neutron leakage pipe into and out of which the vapor two-phase flow flows in, and the lower annular void accumulation part 4 that becomes a high void fraction region when the water-vapor two-phase flow flows in
8. The coolant flow path 49 of the lower neutron leak pipe, the small hole 50 on the upper surface of the neutron leak pipe and the water-
And a heating element 39 that supplies heat to supply a two-phase steam flow.

【0066】炉心出力が低く、発熱体の熱発生量も小さ
い条件では比較的小さなボイド率の水-蒸気二相流が流
入することにより、環状部に流入する蒸気は環状部に蓄
積して高ボイド率領域となる。入口の断面内蒸気(ボイ
ド)の分布は水-蒸気二相流が未だサブクールボイド条件
では一般にボイドの空間分布はいわゆる鞍型分布とな
り、外周部にボイド率が高くなる傾向がある。
Under conditions where the core power is low and the amount of heat generated by the heating element is small, the water-steam two-phase flow having a relatively small void ratio flows, so that the steam flowing into the annular portion accumulates in the annular portion and becomes high. It becomes a void fraction region. Regarding the distribution of steam (voids) in the cross section of the inlet, the space distribution of voids generally becomes a so-called saddle-shaped distribution under the subcooled void condition in which the water-steam two-phase flow is still present, and the void ratio tends to increase in the outer peripheral portion.

【0067】環状部にボイドが供給される割合が高くな
り、環状部に効果的にボイドを蓄積することができるメ
リットがある。下部の中性子漏れ管45における下部の環
状ボイド蓄積部48では冷却材が二相流となる条件で、上
述の機能により高ボイド率領域となる。
The rate at which voids are supplied to the annular portion is increased, and there is a merit that voids can be effectively accumulated in the annular portion. In the lower annular void accumulating portion 48 in the lower neutron leak tube 45, a high void fraction region is formed by the above-described function under the condition that the coolant becomes a two-phase flow.

【0068】一方、中性子漏れ管44の上部では、蒸気
(ボイド)を含む流れが上部ボイド蓄積部46に流入する
経路は上部の冷却材流路と下部の冷却材流路49の冷却材
流路径d2,d1の違いによる環状部分(流路幅(d2-d1)/2)で
ある。
On the other hand, at the upper part of the neutron leak pipe 44, the path through which the flow containing steam (void) flows into the upper void accumulating part 46 depends on the coolant flow path diameter of the upper coolant flow path and the lower coolant flow path 49. It is an annular portion (flow path width (d2-d1) / 2) due to the difference between d2 and d1.

【0069】従って、炉心出力が増加して下部の冷却材
流路49の冷却材中のボイド率が増加すると、4-12のボイ
ド蓄積部へのボイド流入量が増加して高ボイド率領域を
形成するので、中性子漏れ率が高くなる。
Therefore, when the core power increases and the void fraction in the coolant in the lower coolant passage 49 increases, the amount of voids flowing into the void accumulation section 4-12 increases, and the high void fraction region is increased. As a result, the neutron leakage rate increases.

【0070】図17(a)、(b)に原子炉運転状態での
本実施の形態の中性子漏れ管43内ボイド率を示す。図17
(a)は炉心出力が低く、冷却材中のボイド率が低い状
態、図17(b)は炉心出力が高く、冷却材中のボイド率
が高い状態を示す。
FIGS. 17A and 17B show the void fraction in the neutron leak tube 43 of the present embodiment in a reactor operating state. Fig. 17
17A shows a state where the core power is low and the void ratio in the coolant is low, and FIG. 17B shows a state where the core power is high and the void ratio in the coolant is high.

【0071】下部の中性子漏れ管ではボイド蓄積部が高
ボイド率領域となるため、炉心出力が高い状態も低い状
態も、高ボイド率となる。上部と下部の冷却材流路径の
違いによる環状流路(流路幅(d2-d1)/2)から上部のボイ
ド蓄積部に流入するボイド率の違いにより、炉心出力が
高い状態では上部のボイド蓄積部のボイド率が増加す
る。
In the lower neutron leak tube, since the void accumulation portion is in a high void ratio region, a high void ratio is obtained regardless of whether the core power is high or low. Due to the difference in the void ratio flowing into the upper void accumulation section from the annular flow path (flow path width (d2-d1) / 2) due to the difference in the diameter of the coolant flow path between the upper and lower parts, the upper The void ratio of the accumulation section increases.

【0072】沸騰水型原子炉の場合、入口からサブクー
ル水が入ってくるので下部は比較的ボイド率が低い。従
って、下部のボイド蓄積部を炉心出力低の状態にも高ボ
イド率領域とするのは中性子漏れ効果が高い。
In the case of a boiling water reactor, the lower part has a relatively low void ratio because subcooled water enters from the inlet. Therefore, the neutron leakage effect is high when the lower void accumulation portion is set to the high void ratio region even when the core power is low.

【0073】つぎに図18により本発明の第14の実施の形
態を説明する。図18は、本実施の形態を説明するための
中性子漏れ管の鳥瞰図である。本実施の形態は中性子漏
れ管51上部中性子漏れ管44、下部中性子漏れ管45、水-
蒸気二相流が流入することにより高ボイド率領域となる
上部の環状ボイド蓄積部46、水-蒸気二相流が流入し、
流出する上部中性子漏れ管の冷却材流路47、上部冷却材
流路の狭まり流路52、上部冷却材流路の広まり流路53、
水-蒸気二相流が流入することにより高ボイド率領域と
なる下部の環状ボイド蓄積部48、水-蒸気二相流が流入
し、流出する下部中性子漏れ管の冷却材流路49、水-蒸
気二相流を供給するために熱を供給する発熱体39とから
より構成されている。
Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a bird's-eye view of a neutron leak tube for describing the present embodiment. In this embodiment, the neutron leak tube 51, the upper neutron leak tube 44, the lower neutron leak tube 45,
The upper annular void accumulation part 46 which becomes a high void fraction region due to the inflow of the steam two-phase flow, the water-steam two-phase flow flows in,
The coolant channel 47 of the upper neutron leaking tube flowing out, the narrow channel 52 of the upper coolant channel, the widening channel 53 of the upper coolant channel,
The lower annular void accumulation part 48 which becomes a high void fraction region due to the inflow of the water-steam two-phase flow, the coolant passage 49 of the lower neutron leak pipe into which the water-steam two-phase flow flows in and out, and the water- And a heating element 39 for supplying heat to supply a two-phase steam flow.

【0074】炉心出力が低く、発熱体の熱発生量も小さ
い条件では比較的小さなボイド率の水-蒸気二相流が流
入することにより、環状部に流入する蒸気は環状部に蓄
積して高ボイド率領域となる。入口の断面内蒸気(ボイ
ド)の分布は水-蒸気二相流が未だサブクールボイド条件
では一般にボイドの空間分布はいわゆる鞍型分布とな
り、外周部にボイド率が高くなる傾向があるため、環状
部にボイドが供給される割合が高いため環状部に効果的
にボイドを蓄積することができる効果がある。
Under the condition where the core power is low and the heat generation amount of the heating element is small, the water-steam two-phase flow having a relatively small void ratio flows, so that the steam flowing into the annular portion accumulates in the annular portion and becomes high. It becomes a void fraction region. The distribution of steam (voids) in the cross section of the inlet is generally a so-called saddle-shaped distribution under the subcooled void condition where the water-steam two-phase flow is still in the subcooled void condition. Since the rate at which voids are supplied is high, there is an effect that voids can be effectively accumulated in the annular portion.

【0075】下部の中性子漏れ管45のボイド蓄積部では
冷却材が二相流となる条件で、上述の機能により高ボイ
ド率領域となる。一方、上部の中性子漏れ管44の上部で
は、冷却材中のボイド率が低い条件では上部の冷却材流
路の広まり流路53の下部の冷却材流れは上部の冷却材流
路47に流入するだけであるから、ほとんどボイドの蓄積
はない。
In the void accumulating portion of the lower neutron leak tube 45, a high void ratio region is formed by the above-described function under the condition that the coolant flows in two phases. On the other hand, at the upper part of the upper neutron leakage pipe 44, the coolant flow at the lower part of the spreading flow path 53 of the upper coolant flow path flows into the upper coolant flow path 47 under the condition that the void ratio in the coolant is low. Only little accumulation of voids.

【0076】ボイド率が増加し、狭まり流路52と広まり
流路53が引き続くベンチュリ型流路ののど部(最小流路
直径dt)でボイド率の高い流れが大きな流動抵抗となっ
て流量が低下すると、蒸気(ボイド)を含む流れが上部
ボイド蓄積部46に流入し、高ボイド率領域を形成し、中
性子漏れ率が高くなる。
The flow rate having a high void rate becomes large flow resistance at the throat (minimum flow path diameter dt) of the venturi-type flow path where the narrow flow path 52 and the widening flow path 53 are continued, and the flow rate is reduced. Then, a flow containing steam (voids) flows into the upper void accumulating portion 46 to form a high void fraction region, and the neutron leakage rate increases.

【0077】ベンチュリ型流路の狭まり角、広まり角は
例えば流路壁で流れの剥離が生じない角度(約10゜以
下)にすることにより圧力が回復し、流れに対する抵抗
を抑えることができる。また、のど部の流路面積を4-21
の入口部流路面積の半分とすると、のど部直径dtはdt=
0.7d2とすれば良い。
The pressure is recovered by setting the narrowing angle and the widening angle of the venturi-type flow path to, for example, an angle (about 10 ° or less) at which flow separation does not occur on the flow path wall, so that resistance to the flow can be suppressed. In addition, the channel area of the throat
Assuming that the area of the inlet passage is half, the throat diameter dt is dt =
It should be 0.7d2.

【0078】図19(a)、(b)に原子炉運転状態での
本発明の中性子漏れ管内ボイド率を示す。図19(a)は
炉心出力が低く、冷却材中のボイド率が低い状態、図19
(b)は炉心出力が高く、冷却材中のボイド率が高い状
態を示す。下部の中性子漏れ管ではボイド蓄積部が高ボ
イド率領域となるため、炉心出力が高い状態も低い状態
も、高ボイド率となる。
FIGS. 19A and 19B show the void fraction in the neutron leak tube of the present invention in the reactor operating state. FIG. 19A shows a state in which the core power is low and the void ratio in the coolant is low.
(B) shows a state where the core power is high and the void ratio in the coolant is high. In the lower neutron leak tube, since the void accumulation portion is in a high void ratio region, a high void ratio is obtained regardless of whether the core power is high or low.

【0079】炉心出力が高く、冷却材流路のボイド率が
高くなると、下部の冷却材流路から流入する二相流があ
ふれて上部のボイド蓄積部に流入すると共に、ボイド率
が蓄積されるので、図20に示すように冷却材流路中のボ
イド率増加に先行して上部のボイド蓄積部が高ボイド率
領域を形成する。
When the core power is high and the void fraction of the coolant flow path is high, the two-phase flow flowing from the lower coolant flow path overflows and flows into the upper void accumulation part, and the void fraction is accumulated. Therefore, as shown in FIG. 20, prior to the increase in the void ratio in the coolant flow path, the upper void accumulation portion forms a high void ratio region.

【0080】沸騰水型原子炉の場合、入口からサブクー
ル水が入ってくるので下部は比較的ボイド率が低い。従
って、下部のボイド蓄積部を炉心出力低の状態にも高ボ
イド率領域とするのは中性子漏れ効果が高い。
In the case of a boiling water reactor, the lower part has a relatively low void ratio because subcooled water enters from the inlet. Therefore, the neutron leakage effect is high when the lower void accumulation portion is set to the high void ratio region even when the core power is low.

【0081】つぎに図21および図22により本発明の第15
の実施の形態を説明する。図21は、本実施の形態を説明
するための中性子漏れ管54の鳥瞰図である。本実施の形
態は中性子漏れ管54内下部に環状ボイド蓄積部55を設
け、環状ボイド蓄積部55内に冷却材流路56を設け、上部
に燃料領域57を設けるとともに、環状ボイド蓄積部55の
下方に発熱体39を設けている。
Next, FIG. 21 and FIG. 22 show the fifteenth embodiment of the present invention.
An embodiment will be described. FIG. 21 is a bird's-eye view of the neutron leak tube 54 for explaining the present embodiment. In the present embodiment, an annular void accumulating portion 55 is provided in a lower portion of the neutron leak tube 54, a coolant flow path 56 is provided in the annular void accumulating portion 55, and a fuel region 57 is provided in an upper portion. A heating element 39 is provided below.

【0082】したがって、中性子スペクトルの高い炉心
構成とするために冷却材領域を減らしたとえば燃料棒を
稠密配置とする炉心の場合、効果的に水を排除するため
には冷却材中の水密度の大きな炉心下部に中性子漏れ機
能を持つ中性子漏れ管を設ける。中性子漏れ管を設ける
と、燃料棒を配置する空間が少なくなるので、燃料サイ
クルコスト上有利とはいえない。
Therefore, in the case of a core in which the coolant region is reduced to form a core having a high neutron spectrum and, for example, the fuel rods are densely arranged, the water density in the coolant is large in order to effectively remove water. A neutron leak tube with a neutron leak function will be provided below the core. Providing a neutron leak tube is not advantageous in terms of fuel cycle cost because the space for arranging fuel rods is reduced.

【0083】そこで、本実施の形態のように中性子漏れ
管54の上部を燃料領域57として複数の燃料棒を配置する
ことにより、燃料領域を増やした構成とする。このよう
な中性子漏れ管54を設けたことにより、燃料サイクルコ
スト上のデメリットを小さくすると共に、ボイド反応度
を低減した炉心を提供することができる。
Therefore, as in the present embodiment, the fuel region is increased by arranging a plurality of fuel rods with the upper part of the neutron leakage pipe 54 as the fuel region 57. By providing such a neutron leak tube 54, it is possible to provide a reactor core having reduced fuel cycle cost and reduced void reactivity.

【0084】図22に原子炉運転状態での通常の燃料集合
体高さ方向のボイド率分布を示す。沸騰水型原子炉の場
合、入口からサブクール水が入ってくるので下部は比較
的ボイド率が低い。従って、下部に中性子漏れ管を設け
ることにより効果的に水を排除することが可能なる。ま
た、上部を燃料領域として複数の燃料棒を配置すること
により、燃料サイクルコストの向上を図っている。
FIG. 22 shows a normal void fraction distribution in the fuel assembly height direction in a reactor operating state. In the case of a boiling water reactor, the lower part has a relatively low void fraction because subcooled water enters from the inlet. Therefore, it is possible to effectively remove water by providing a neutron leak tube at the bottom. Further, the fuel cycle cost is improved by arranging a plurality of fuel rods with the upper portion as a fuel region.

【0085】[0085]

【発明の効果】本発明によれば、運転状態では中性子漏
れ管の機能を損なう事無く、中性子漏れ管内部の空気抜
きを簡単にでき、出力上昇時には中性子漏れ管内部にボ
イドを溜めることが出来る。また、中性子漏れ管下部か
らの蒸気の抜けをスムーズにできる。さらに、本発明の
中性子漏れ管が従来技術に比べて1.5倍以上のボイド断
面積比が得られ、効果的にボイドを蓄積することができ
る。
According to the present invention, it is possible to easily bleed the air inside the neutron leak tube without impairing the function of the neutron leak tube in the operating state, and to accumulate voids inside the neutron leak tube when the output is increased. In addition, it is possible to smoothly escape the steam from the lower part of the neutron leak tube. Further, the neutron leak tube of the present invention has a void cross-sectional area ratio of 1.5 times or more as compared with the prior art, and can effectively accumulate voids.

【0086】これにより、冷却材中の異常な溶存酸素濃
度の増加を抑える事ができ、さらに、水の分子の放射化
および被覆管と水との反応により発生し、中性子漏れ管
内部に閉じ込められ水素を除去する事ができ、爆発の危
険性が無くする事ができ、また、ボイド反応度が時間的
に急激に変化する事が無くなり、被覆管の健全性に与え
る悪い影響を排除できる。加えて、通常時の運転の影響
を与える事無く、過渡変化時においてもボイド反応度を
小さくし、炉心出力を小さくすることができ、炉心の熱
的余裕をさらに向上させる事ができる。
As a result, an abnormal increase in the dissolved oxygen concentration in the coolant can be suppressed, and furthermore, it is generated by the activation of water molecules and the reaction between the cladding tube and water, and is trapped inside the neutron leak tube. Hydrogen can be removed, the danger of explosion can be eliminated, and the void reactivity does not change abruptly with time, so that a bad influence on the soundness of the cladding tube can be eliminated. In addition, it is possible to reduce the void reactivity and reduce the core power even during a transient change without affecting the normal operation, thereby further improving the thermal margin of the core.

【0087】よって、水冷却型原子炉で増殖を増大でき
ウラン資源の利用率を従来より大幅に増大できるのみな
らず、従来炉心の径方向サイズと同等の大きさでボイド
反応度は負の値にすることができるため、環境保護、安
全性、経済性が同時に満足できる原子炉が構成可能とな
る。
Thus, not only can the breeding be increased in the water-cooled reactor and the utilization rate of uranium resources can be significantly increased, but also the void reactivity has a negative value at the same size as the radial size of the conventional core. Therefore, it is possible to construct a nuclear reactor that simultaneously satisfies environmental protection, safety and economy.

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

【図1】本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を
説明するための横断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a first embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図2】図1における中性子漏れ管を拡大して示す縦断
面図。
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a neutron leak tube in FIG. 1;

【図3】(a)は図1における中性子漏れ管の低出力時
の冷却材の挙動を説明するための概略縦断面図、(b)
は同じく高出力時を説明するための概略縦断面図。
FIG. 3A is a schematic longitudinal sectional view for explaining the behavior of a coolant at a low output of the neutron leak tube in FIG. 1;
Is a schematic longitudinal sectional view for explaining a high output state.

【図4】(a)は本発明に係る燃料集合体の第2の実施
の形態の要部を示す縦断面図、(b)は(a)における
A部を拡大して示す縦断面図。
4A is a longitudinal sectional view showing a main part of a second embodiment of a fuel assembly according to the present invention, and FIG. 4B is an enlarged longitudinal sectional view showing a portion A in FIG.

【図5】本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態の
要部を示す縦断面図。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a main part of a third embodiment of the fuel assembly according to the present invention.

【図6】本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態の
要部を示す縦断面図。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a main part of a fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.

【図7】本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態の
要部を示す縦断面図。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a main part of a fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.

【図8】(a)は本発明に係る燃料集合体の第6の実施
の形態の要部を示す縦断面図、(b)は(a)における
A−A矢視方向に切断して示す横断面図。
8A is a longitudinal sectional view showing a main part of a fuel assembly according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 8A. Cross-sectional view.

【図9】(a)は本発明に係る燃料集合体の第7の実施
の形態の要部を示す縦断面図、(b)は(a)における
A−A矢視方向に切断して示す横断面図。
9A is a longitudinal sectional view showing a main part of a fuel assembly according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line AA in FIG. 9A. Cross-sectional view.

【図10】(a)は本発明に係る燃料集合体の第8の実
施の形態の要部を示す縦断面図、(b)は(a)の作用
を比較するための従来例の縦断面図。
FIG. 10A is a longitudinal sectional view showing a main part of an eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention, and FIG. 10B is a longitudinal sectional view of a conventional example for comparing the operation of FIG. FIG.

【図11】本発明に係る燃料集合体の第9の実施の形態
の要部を示す縦断面図。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a main part of a ninth embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図12】本発明に係る燃料集合体の第10の実施の形態
の要部を示す縦断面図。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a main part of a tenth embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図13】(a)は本発明に係る燃料集合体の第11の実
施の形態の要部を示す縦断面図、(b)は(a)におけ
る大径上蓋の上面図。
13A is a longitudinal sectional view showing a main part of an eleventh embodiment of a fuel assembly according to the present invention, and FIG. 13B is a top view of the large-diameter upper lid in FIG.

【図14】本発明に係る燃料集合体の第12の実施の形態
の要部を示す縦断面図。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a main part of a twelfth embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図15】図14における中性子漏れ管を従来例と比較し
て作用を説明するための斜視図。
FIG. 15 is a perspective view for explaining the operation of the neutron leak tube in FIG. 14 in comparison with a conventional example.

【図16】本発明に係る燃料集合体の第13の実施の形態
の要部を示す斜視図。
FIG. 16 is a perspective view showing a main part of a thirteenth embodiment of a fuel assembly according to the present invention.

【図17】(a)は第13の実施の形態における炉心出力
が低状態(冷却材中のボイド率が低い)でのボイド率分
布図、(b)は同じく炉心出力が高状態(冷却材中のボ
イド率が高い)でのボイド率分布図。
FIG. 17 (a) is a void ratio distribution diagram in a state where the core power is low (the void ratio in the coolant is low) in the thirteenth embodiment, and FIG. 17 (b) is a state where the core power is high (coolant) (Void ratio is high in the middle).

【図18】本発明に係る燃料集合体の第14の実施の形態
の要部を示す斜視図。
FIG. 18 is a perspective view showing a main part of a fuel assembly according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図19】(a)は第14の実施の形態における炉心出力
が低状態(冷却材中のボイド率が低い)でのボイド率分
布図、(b)は同じく炉心出力が高状態(冷却材中のボ
イド率が高い)でのボイド率分布図。
FIG. 19 (a) is a void ratio distribution diagram in a state where the core power is low (the void ratio in the coolant is low) in the fourteenth embodiment, and FIG. 19 (b) is a state where the core power is high (coolant) (Void ratio is high in the middle).

【図20】第14の実施の形態における中性子漏れ管の上
部ボイド蓄積部のボイド率変化をしめす特性図。
FIG. 20 is a characteristic diagram showing a change in a void ratio of an upper void accumulation part of a neutron leak tube according to a fourteenth embodiment.

【図21】本発明に係る燃料集合体の第15の実施の形態
の要部を示す縦断面図。
FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a main part of a fifteenth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.

【図22】第15の実施の形態における原子炉中のボイド
率分布と中性子漏れ管の高さ方向の関係を示す曲線図。
FIG. 22 is a curve diagram showing a relationship between a void fraction distribution in a nuclear reactor and a height direction of a neutron leak tube in a fifteenth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…チャンネルボックス、2…燃料ロッド、3…中性子
漏れ管、4…上部端栓、5…テーパ状冷却材流出孔、6
…下部端栓、7…冷却材流入孔、8…流入冷却材、9…
流出冷却材、10…冷却材(液相)、11…冷却材(気
泡)、12…冷却材(蒸気)、13…階段状溝、14…密閉細
管束、15…密閉細管、16…薄肉ハネカム構造、17…空洞
部、18…流路孔、19…発熱体、20…形状記憶合金製管、
21…発生した蒸気、22…外側の流路、23…空気、24…中
性子漏れ管内の蒸気、25…燃料ロッド被覆管、26…上
蓋、27…金属円筒、28…金属円柱、29…板、30…隙間、
31…水素、32…蒸気の泡、33…曲面(アール)、34…横
穴、35…大径上蓋、36…縦穴、37…環状のボイド蓄積
部、38…流出する冷却材流路、39…発熱体、40…内管、
41…従来の中性子漏れ管、42…円筒型ボイド蓄積部、43
…中性子漏れ管、44…上部の中性子漏れ管、45…下部の
中性子漏れ管、46…上部の環状ボイド蓄積部、47…上部
の冷却材流路、48…下部の環状ボイド蓄積部、49…下部
の冷却材流路、50…欠番、51…中性子漏れ管、52…上部
の冷却材流路の狭まり流路、53…上部の冷却材流路の広
まり流路、54…中性子漏れ管、55…環状ボイド蓄積部、
56…冷却材流路、57…燃料領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Channel box, 2 ... Fuel rod, 3 ... Neutron leakage pipe, 4 ... Upper end plug, 5 ... Tapered coolant outlet, 6
... lower end plug, 7 ... coolant inflow hole, 8 ... inflow coolant, 9 ...
Outflow coolant, 10: coolant (liquid phase), 11: coolant (bubbles), 12: coolant (steam), 13: step-shaped groove, 14: sealed thin tube bundle, 15: closed thin tube, 16: thin honeycomb Structure, 17 hollow part, 18 passage hole, 19 heating element, 20 shape memory alloy tube,
21 ... generated steam, 22 ... outside flow path, 23 ... air, 24 ... neutron leakage pipe, 25 ... fuel rod cladding tube, 26 ... top lid, 27 ... metal cylinder, 28 ... metal cylinder, 29 ... plate, 30… Gap,
31 ... hydrogen, 32 ... vapor bubbles, 33 ... curved surface (R), 34 ... lateral hole, 35 ... large diameter lid, 36 ... vertical hole, 37 ... annular void accumulation part, 38 ... coolant flow path, 39 ... Heating element, 40 ... inner tube,
41: Conventional neutron leak tube, 42: Cylindrical void accumulation part, 43
... neutron leak pipe, 44 ... upper neutron leak pipe, 45 ... lower neutron leak pipe, 46 ... upper annular void accumulation section, 47 ... upper coolant flow path, 48 ... lower annular void accumulation section, 49 ... Lower coolant channel, 50: missing number, 51: neutron leakage tube, 52: upper coolant channel narrowing channel, 53: upper coolant channel spreading channel, 54: neutron leak tube, 55 … Annular void accumulation part,
56: coolant passage, 57: fuel area.

フロントページの続き (72)発明者 奈良林 直 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 光武 徹 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内Continued on the front page. (72) Inventor Nao Hayashi, Narabayashi, Yokohama, Kanagawa Prefecture, 8-8 Shinsugita-cho, Inc. Inside the Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Toru Mitsutake, 8-8 Shinsugitacho, Isogo-ku, Yokohama, Kanagawa, Japan Yokohama office

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャンネルボックスと、このチャンネル
ボックス内に配置され核分裂性物質を装填した複数本の
燃料ロッドと、この複数本の燃料ロッド間に配置した中
性子漏れ管とを具備した燃料集合体において、前記中性
子漏れ管は上下両端が上部端栓及び下部端栓により閉塞
され、前記上部端栓に上端部が絞られた複数のテーパ状
冷却材流出孔を有し、前記下部端栓またはその近傍に冷
却材流入孔を有することを特徴とする燃料集合体。
1. A fuel assembly comprising a channel box, a plurality of fissile material-loaded fuel rods disposed in the channel box, and a neutron leak tube disposed between the plurality of fuel rods. The neutron leakage pipe has a plurality of tapered coolant outflow holes whose upper and lower ends are closed by an upper end plug and a lower end plug, and the upper end plug has an upper end narrowed, and the lower end plug or its vicinity. A fuel assembly having a coolant inlet hole in a fuel assembly.
【請求項2】 前記テーパ状冷却材流出孔の内面に階段
状の溝を設けてなることを特徴とする請求項1記載の燃
料集合体。
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein a stepped groove is provided on an inner surface of the tapered coolant outflow hole.
【請求項3】 核分裂性物質を装荷した複数の燃料ロッ
ドと、中性子漏れ管とを具備した燃料集合体において、
前記中性子漏れ管の内部に冷却材が下部から上部へ流れ
る流路を有し、かつ両端部が閉塞した複数の細管を束ね
た密閉細管束を有することを特徴とする燃料集合体。
3. A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube.
A fuel assembly comprising: a flow passage through which a coolant flows from a lower portion to an upper portion inside the neutron leak tube; and a sealed bundle of a plurality of small tubes whose both ends are closed.
【請求項4】 前記中性子漏れ管の内部に薄肉ハネカム
密閉構造を有することを特徴とする請求項3記載の燃料
集合体。
4. The fuel assembly according to claim 3, wherein a thin honeycomb sealing structure is provided inside the neutron leak tube.
【請求項5】 核分裂性物質を装填した複数の燃料ロッ
ドと、中性子漏れ管を具備した燃料集合体において、前
記中性子漏れ管は下端部が開口し、上部が上蓋で閉塞
し、内部に下端開口から冷却材が上部へ流れ、前記上蓋
に形状記憶合金により形成された管を接合して構成さ
れ、前記中性子漏れ管の下部に中性子吸収またはガンマ
線吸収による発熱体を設けてなることを特徴とする燃料
集合体。
5. A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leakage tube, wherein the neutron leakage tube has an open lower end, an upper end closed with an upper lid, and a lower end open inside. The coolant flows from the upper part to the upper part, the upper lid is constituted by joining a tube formed of a shape memory alloy, and a heating element by neutron absorption or gamma ray absorption is provided below the neutron leak tube. Fuel assembly.
【請求項6】 前記形状記憶合金で形成された管の代わ
りに、前記上蓋に金属円筒を取り付け、前記金属円筒内
に前記金属円筒の金属よりも熱膨脹率の大きな金属で形
成された金属円柱を設け、かつ前記金属円筒の上部と下
部に複数の板を設けてなることを特徴とする請求項5記
載の燃料集合体。
6. A metal cylinder is attached to the upper lid in place of the tube made of the shape memory alloy, and a metal cylinder made of a metal having a higher thermal expansion coefficient than the metal of the metal cylinder is placed in the metal cylinder. The fuel assembly according to claim 5, wherein a plurality of plates are provided on an upper portion and a lower portion of the metal cylinder.
【請求項7】 前記上蓋はニッケル板で構成されている
ことを特徴とする請求項5または6記載の燃料集合体。
7. The fuel assembly according to claim 5, wherein the upper lid is made of a nickel plate.
【請求項8】 前記中性子漏れ管の下端開口部の角部を
球面状に面取りしてなることを特徴とする請求項5ない
し7記載の燃料集合体。
8. The fuel assembly according to claim 5, wherein a corner of a lower end opening of the neutron leak tube is chamfered into a spherical shape.
【請求項9】 前記中性子漏れ管の下端開口部の近傍に
複数の穴を設けてなることを特徴とする請求項5ないし
7記載の燃料集合体。
9. The fuel assembly according to claim 5, wherein a plurality of holes are provided near a lower end opening of the neutron leak tube.
【請求項10】 前記上蓋は前記中性子漏れ管の外径よ
り大径に形成され、前記中性子漏れ管の外側の流路を前
記大径の上蓋近傍で絞ってなることを特徴とする請求項
5ないし9記載の燃料集合体。
10. The apparatus according to claim 5, wherein the upper lid is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the neutron leakage pipe, and a flow path outside the neutron leakage pipe is narrowed near the large diameter upper lid. 10. The fuel assembly according to claim 9, wherein
【請求項11】 前記大径の上蓋に複数のたて穴を設け
てなることを特徴とする請求項10記載の燃料集合体。
11. The fuel assembly according to claim 10, wherein a plurality of holes are provided in the large-diameter upper lid.
【請求項12】 核分裂性物質を装填した複数の燃料ロ
ッドと、中性子漏れ管を具備した燃料集合体において、
前記中性子漏れ管は内部に鉛直な冷却材流路を環状に取
り囲む内管が設けられ、この内管は入口で開放、出口で
密閉または微細な孔を有し、前記内管の外側に環状のボ
イド蓄積部が形成されることを特徴とする燃料集合体。
12. A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube.
The neutron leak tube is provided with an inner tube that annularly surrounds a vertical coolant flow path inside, the inner tube is open at an inlet, has a closed or fine hole at an outlet, and has an annular shape outside the inner tube. A fuel assembly wherein a void accumulation part is formed.
【請求項13】 核分裂性物質を装填した複数の燃料ロ
ッドと、中性子漏れ管を具備した燃料集合体において、
前記中性子漏れ管は高さ方向に二段構造となった上部の
中性子漏れ管と下部の中性子漏れ管を有し、前記上部の
中性子漏れ管の冷却材流路直径は前記下部の中性子漏れ
管の冷却材流路直径よりも小さく、前記下部の中性子漏
れ管の冷却材流路中のボイド率が高くなるとともに速や
かに前記上部の中性子漏れ管の外側環状部のボイド蓄積
部が高ボイド率領域となるボイド蓄積機構を有すること
を特徴とする燃料集合体。
13. A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube.
The neutron leak tube has an upper neutron leak tube and a lower neutron leak tube in a two-stage structure in the height direction, and a coolant flow path diameter of the upper neutron leak tube is smaller than that of the lower neutron leak tube. The void accumulation portion of the outer annular portion of the upper neutron leakage tube is smaller than the diameter of the coolant passage, and the void ratio in the coolant passage of the lower neutron leakage tube is quickly increased. A fuel assembly comprising a void accumulation mechanism.
【請求項14】 前記上部の中性子漏れ管の冷却材流路
は狭まり流路と広まり流路とからなり、上部の中性子漏
れ管の冷却材流路を流れる二相流がボイド率増加と共に
前記上部の中性子漏れ管の環状ボイド蓄積部が高ボイド
率領域となるボイド蓄積機構を有することを特徴とする
請求項13記載の燃料集合体。
14. The coolant flow path of the upper neutron leak pipe comprises a narrowed flow path and a widened flow path, and the two-phase flow flowing through the coolant flow path of the upper neutron leak pipe increases as the void fraction increases, and 14. The fuel assembly according to claim 13, wherein the annular void accumulating portion of the neutron leak tube has a void accumulating mechanism that becomes a high void ratio region.
【請求項15】 核分裂性物質を装填した複数の燃料ロ
ッドと、中性子漏れ管を具備した燃料集合体において、
前記中性子漏れ管内の上部を燃料領域として複数の燃料
棒を配置し、前記中性子漏れ管内の下部に環状ボイド蓄
積部を設けるとともに、前記環状ボイド蓄積部内に冷却
材流路を設けてなることを特徴とする燃料集合体。
15. A fuel assembly comprising a plurality of fuel rods loaded with fissile material and a neutron leak tube.
A plurality of fuel rods are arranged with an upper portion in the neutron leak tube as a fuel region, an annular void accumulation portion is provided in a lower portion of the neutron leak tube, and a coolant channel is provided in the annular void accumulation portion. Fuel assembly.
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