JP2009250894A - Fuel assembly loaded in boiling water reactor, and reactor core using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体およびそれを用いた炉心に関する。 The present invention relates to a fuel assembly loaded in a boiling water reactor and a core using the same.
図18は、典型的な沸騰水型原子炉(BWR)の炉心における燃料集合体の配置を示す一部拡大横断面図である。BWRの炉心は、一般的に、4体の燃料集合体15を1組としてこれを多数配置して構成されている。燃料集合体15は、燃料棒50を正方格子状に配列して構成されている。燃料集合体15は、これを取り囲む横断面矩形のチャンネルボックス31が装着された状態で、炉心に装荷される。このチャンネルボックス31を設けることにより、チャンネルボックス31の外側に冷却材の軽水が沸騰せずに流れる流路となるギャップ水領域20,21が形成されている。このギャップ水領域には、制御棒19が挿入されるギャップ水領域20と制御棒19の出し入れがないギャップ水領域21の2種類に区分けすることができる。
FIG. 18 is a partially enlarged cross-sectional view showing the arrangement of fuel assemblies in the core of a typical boiling water reactor (BWR). A BWR core is generally configured by arranging four
BWRの炉心には、ギャップ水領域20及びギャップ水領域21の面積が等しいC格子炉心、S格子炉心およびN格子炉心、並びに、ギャップ水領域20の面積がギャップ水領域21の面積よりも広いD格子炉心がある。C格子炉心、S格子炉心およびN格子炉心では、燃料集合体15は、単位セル17の中央に配置される。D格子炉心では、燃料集合体15は、単位セル17の中央から制御棒19の反対側に若干偏心して配置される。
The BWR core includes a C lattice core, an S lattice core and an N lattice core in which the areas of the
燃料集合体15の横断面の中央付近には、ウォータロッド22が配置される場合がある。また、燃料集合体15の上下部には、燃料棒50およびウォータロッド22の上下端を支持する上部タイプレートおよび下部タイプレートが位置している。またはウォータロッド22ではなく、角型のウォータチャンネルを用いる場合もある。
A
燃料集合体15には、運転時、わずかに未飽和状態の冷却水が下部タイプレートの孔から燃料棒50の間隙に流入し、燃料棒50間を下部から上部に流れるにつれて燃料棒50により加熱されて沸騰し、二相流となって上部タイプレートの孔から流出していく。この結果、冷却材のボイド率は、燃料集合体15下部では0%だが、上部では70%程度にも達する。このため、燃料集合体15の核的な特性を決める要因である減速材対燃料比、即ち、水素対ウラン比(H/U比)は、軸方向位置で大きく異なることになる。この軸方向のH/U比の分布は、炉停止余裕を減少させるという影響を与える。
During operation, slightly unsaturated cooling water flows into the
一方、燃料集合体15のチャンネルボックス31の外側には、制御棒19や中性子検出器計装管(図示せず)を配置するための間隙が設けられている。前述の通り、この間隙は飽和水で満たされており、冷却材の軽水が沸騰せずに流れる流路となるギャップ水領域20,21を形成している。
On the other hand, outside the
このようなギャップ水領域20,21の存在のため、燃料集合体15の周辺部(間隙に近い領域)に配置された燃料棒16と、燃料集合体15中心部の燃料棒16とでは、飽和水による影響が異なる。すなわち、ギャップ水領域20,21に近い燃料集合体15の周辺部は、中心部に比べH/U比が大きな領域となる。このように、核的な特性を決める要因であるH/U比が、燃料集合体15内の径方向位置(横断面方向位置)で異なることになる。このH/U比の径方向分布は、局所出力ピーキングを増大させるという影響を与える。また、特に、制御棒19が挿入されるギャップ水領域20が制御棒19の出し入れがないギャップ水領域21の面積よりも広いD格子炉心では、制御棒19が挿入されるギャップ水領域20と制御棒19の出し入れがないギャップ水領域21の面積が等しいC格子炉心とは異なり、制御棒19に面する側と反対側とではH/U比が大きく異なることになる。
Due to the existence of such
H/U比は、中性子の平均エネルギーを決定するパラメータである。図19は、典型的な沸騰水型原子炉の燃料集合体について、横軸にH/Uをとったときの無限増倍率の挙動を示したグラフである。図19には、燃料集合体の平均濃縮度が低い場合を実線で、燃料集合体の平均濃縮度が高い場合を破線で示した。H/U比が増加すると、中性子スペクトルがソフトに、すなわち中性子平均エネルギーが低くなって、核燃料物質との核分裂反応が促進され、無限増倍率も増加する。しかし、中性子スペクトルがソフトになるほど、減速材(軽水)による中性子吸収反応も増大することから、あるH/U比で無限増倍率はピークとなり、そのH/U比を超えるとH/U比が増大するほど無限増倍率が低下するようになる。 The H / U ratio is a parameter that determines the average energy of neutrons. FIG. 19 is a graph showing the behavior of the infinite multiplication factor when the horizontal axis represents H / U for a typical boiling water reactor fuel assembly. In FIG. 19, the case where the average enrichment of the fuel assembly is low is indicated by a solid line, and the case where the average enrichment of the fuel assembly is high is indicated by a broken line. As the H / U ratio increases, the neutron spectrum becomes soft, that is, the neutron average energy is lowered, the fission reaction with the nuclear fuel material is promoted, and the infinite multiplication factor is also increased. However, as the neutron spectrum becomes softer, the neutron absorption reaction by the moderator (light water) increases, so the infinite multiplication factor peaks at a certain H / U ratio, and when the H / U ratio is exceeded, the H / U ratio increases. As it increases, the infinite multiplication factor decreases.
したがって、できるだけ少ない燃料で高いエネルギーを得る、すなわち燃料経済性観点からは、このピークがH/U比の最適値となる。実際には、原子炉の安全性を確保するために反応度係数を適度に負の値にしておく観点から、このピーク位置よりも若干小さいH/U比が、現実的な最適値となる。 Therefore, high energy is obtained with as little fuel as possible, that is, from the viewpoint of fuel economy, this peak is the optimum value of the H / U ratio. In practice, an H / U ratio slightly smaller than the peak position is a practical optimum value from the viewpoint of setting the reactivity coefficient to a moderately negative value in order to ensure the safety of the nuclear reactor.
以上説明したように、H/U比の軸方向・径方向分布を改善し最適化することは燃料経済性の観点から非常に重要であるため、従来、種々の方法でその改善が行われている。 As described above, improving and optimizing the axial / radial distribution of the H / U ratio is very important from the viewpoint of fuel economy, so that various improvements have been made in the past. Yes.
燃料集合体の軸方向のH/U比の改善のために、たとえば特許文献1には、燃料有効長が通常燃料棒よりも短い部分長燃料棒を設ける方法が開示されている。部分長燃料棒を設けることにより、相変化を生じない飽和水領域を増加させるとともに軸方向の燃料装荷量を調整し、軸方向のH/U比を改善することができる。
In order to improve the H / U ratio in the axial direction of the fuel assembly, for example,
また、燃料集合体の径方向のH/U比の改善のために、水ロッド本数を増加させ、または、水ロッドを大型化する方法がある。このような方法により、中性子減速効果が十分でない燃料集合体の中央領域において、水ロッド領域を増大させ、径方向のH/U比を改善することができる。特に、D格子炉心に装荷される燃料集合体では、制御棒が位置する側のギャップ水領域とその反対側のギャップ水領域の面積が等しくないため、径方向のH/U比が不均一となり、局所出力ピーキングが増大する傾向にある。 There are also methods for increasing the number of water rods or increasing the size of the water rods in order to improve the H / U ratio in the radial direction of the fuel assembly. By such a method, the water rod region can be increased in the central region of the fuel assembly where the neutron moderating effect is not sufficient, and the radial H / U ratio can be improved. In particular, in the fuel assembly loaded in the D-grid core, the area of the gap water region on the side where the control rod is located and the gap water region on the opposite side are not equal, so the H / U ratio in the radial direction becomes non-uniform. Local power peaking tends to increase.
これに対しては、燃料棒のウラン235の濃縮度を調整する方法がある。この方法では、熱中性子束が小さな狭いギャップ水領域に面する側の燃料棒を比較的高い濃縮度とし、熱中性子束の大きな広いギャップ水領域に面する側の燃料棒を比較的低い濃縮度とする。これにより、両者の出力差を低減し、径方向の局所出力ピーキングを抑制する。 For this, there is a method of adjusting the enrichment of uranium 235 of the fuel rod. In this method, the fuel rod on the side facing the narrow gap water region where the thermal neutron flux is small has a relatively high enrichment, and the fuel rod on the side facing the wide gap water region where the thermal neutron flux is large is relatively low in enrichment. And Thereby, both output differences are reduced and local output peaking in the radial direction is suppressed.
沸騰水型原子炉において、プラント利用率を向上させるとともに、ウラン資源を有効に活用する方法として、燃料の高燃焼度化および長期運転サイクル化がある。燃料集合体の取出燃焼度を高めるためには濃縮度を高める必要があるため、H/U比が変化する。また、長期運転サイクル化による炉内滞在期間の延長は、H/U比が軸方向・径方向で異なるという影響を、燃料集合体が炉心内で長期間受けることを意味しており、このH/U比の影響がさらに拡大することになる。 In a boiling water reactor, as a method for improving the plant utilization rate and effectively utilizing uranium resources, there is a fuel burnup and a long-term operation cycle. Since it is necessary to increase the enrichment in order to increase the take-off combustion degree of the fuel assembly, the H / U ratio changes. Further, the extension of the residence time in the furnace due to the long-term operation cycle means that the fuel assembly is subjected to the influence of the H / U ratio being different in the axial direction and the radial direction in the core for a long time. The effect of the / U ratio is further expanded.
燃料集合体におけるH/U比を改善するため、燃料集合体にウォータロッドやウォータチャンネルを配置する方法が開示されている(たとえば特許文献2参照)。また、H/U比を改善するため、部分長燃料棒のように、有効長の一部に燃料棒部がなく、減速材が流れることのできる燃料棒を配置する方法が開示されている(たとえば特許文献1参照)。また、ウォータロッドやウォータチャンネルおよび部分長燃料棒の配置を特定することにより、H/U比の改善ができる場合もある(たとえば特許文献3参照)。これらの方法の組み合わせた方法が、たとえば特許文献4および特許文献5に開示されている。さらに、部分長燃料棒の長さを2種類とする方法が、たとえば特許文献6および特許文献7に開示されている。
燃料棒が配置される正方格子の複数の位置を占めるようなウォータロッドやウォータチャンネルを燃料集合体に設けると、減速材である水が集中的に配置されることになる。このため、ウォータロッドやウォータチャンネルの近傍では、中性子の減速が促進され、結果として、燃料棒の局所的な線出力密度が大きくなる。局所的な線出力密度が大きくなると、十分な熱的余裕を確保できなくなる。そのため、局所的に線出力密度が大きくなるような位置の燃料棒に装填するウランの濃縮度を小さくする必要がある。 When water rods or water channels that occupy a plurality of positions of the square lattice in which the fuel rods are arranged are provided in the fuel assembly, water as a moderator is arranged in a concentrated manner. For this reason, in the vicinity of the water rod or the water channel, the deceleration of neutrons is promoted, and as a result, the local linear power density of the fuel rod increases. When the local linear power density increases, a sufficient thermal margin cannot be secured. For this reason, it is necessary to reduce the enrichment of uranium loaded on the fuel rod at a position where the linear power density is locally increased.
燃料集合体を高燃焼度化させるには、燃料集合体の平均的な濃縮度を増加させる必要がある。しかし、H/U比を改善するために、単にウォータロッドあるいはウォータチャンネルを設けても、熱的気余裕を確保するためには、逆にその周囲の燃料棒の濃縮度を下げる結果となる。特に、ウォータチャンネルは角筒状なので、その内部の水領域との距離が近い燃料棒の本数が、円筒状のウォータロッドに比べて多くなる。 In order to increase the burnup of the fuel assembly, it is necessary to increase the average enrichment of the fuel assembly. However, in order to improve the H / U ratio, simply providing a water rod or a water channel results in lowering the enrichment of the surrounding fuel rods in order to secure a thermal margin. In particular, since the water channel has a rectangular tube shape, the number of fuel rods that are close to the water region inside the water channel is larger than that of the cylindrical water rod.
そこで、本発明は、沸騰水型原子炉に装荷されるウォータチャンネルを備えた燃料集合体の熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve fuel economy while ensuring a thermal margin of a fuel assembly including a water channel loaded in a boiling water reactor.
上述の目的を達成するため、本発明は、沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体において、上部タイプレートと、前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも1本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a fuel assembly loaded in a boiling water reactor, wherein an upper tie plate, a lower tie plate spaced from the upper tie plate, and the lower tie plate are disposed. A plurality of fuel rods in which a nuclear fuel material is housed in a cylindrical cladding tube extending in a direction from the tie plate toward the upper tie plate, arranged in a square lattice and supported at the lower end by the lower tie plate, and the fuel rods A water channel extending in a rectangular tube shape in the same direction as the fuel rods so as to occupy a plurality of lattice positions of the square lattice arranged, and having a lower end supported by the lower tie plate through which the coolant flows. The fuel rod includes a standard fuel rod supported at the upper end of the upper tie plate and a partial length fuel rod shorter than the standard fuel rod; At least one partial-length fuel rod is disposed at a position adjacent to the surface, and the partial-length fuel rod disposed at a position adjacent to the side surface of the water channel is a long partial-length fuel rod and the long partial length And a short partial length fuel rod shorter than the fuel rod.
また、本発明は、複数の燃料集合体が装荷された沸騰水型原子炉の炉心において、少なくとも1体の前記燃料集合体が、上部タイプレートと、前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも1本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the core of a boiling water reactor loaded with a plurality of fuel assemblies, at least one of the fuel assemblies is disposed at an interval from the upper tie plate and the upper tie plate. A plurality of lower tie plates and a cylindrical cladding tube extending in a direction from the lower tie plate toward the upper tie plate, arranged in a square lattice and supported at the lower end by the lower tie plate The lower end of the fuel rod is supported by the lower tie plate that extends in a rectangular tube shape in the same direction as the fuel rod so as to occupy a plurality of lattice positions of a square lattice in which the fuel rod is arranged, and in which the coolant flows. The fuel rod includes a standard fuel rod having an upper end supported by the upper tie plate and a partial-length fuel rod shorter than the standard fuel rod. At least one partial-length fuel rod is disposed at a position adjacent to each side surface of the water channel, and the partial-length fuel rod disposed at a position adjacent to the side surface of the water channel is a long partial-length fuel rod; A short partial length fuel rod shorter than the long partial length fuel rod.
本発明によれば、沸騰水型原子炉に装荷されるウォータチャンネルを備えた燃料集合体の熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。 According to the present invention, the fuel economy can be improved while ensuring the thermal margin of the fuel assembly including the water channel loaded in the boiling water reactor.
本発明に係る燃料集合体の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 An embodiment of a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[第1の実施の形態]
図2は、本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態の斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 2 is a perspective view of the first embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体81は、上部タイプレート41と、この上部タイプレート41と間隔を置いて配置された下部タイプレート42を有している。また、燃料集合体81は、下部タイプレート42から上部タイプレート41に向かう方向に延びる燃料棒50を有している。燃料棒50は、正方格子状に配列され、下部タイプレート42で支持されている。
The
また、燃料集合体81は、ウォータチャンネル38を有している。ウォータチャンネル38は、燃料棒50が配列される正方格子の複数の格子位置を占め、燃料棒50と同じ方向に角筒状に延びている。ウォータチャンネル38の内部には、冷却材が流れるように形成されている。ウォータチャンネル38は、下部タイプレート42で下端が支持されている。なお、ウォータチャンネル38は、下端から上端のすべての部分で角筒状に形成されている必要はなく、上部および下部には円筒状の管が接続されていてもよい。
The
また、燃料集合体81には、燃料棒50およびウォータチャンネル38が下部タイプレート42から離れた位置でも所定の格子位置に配置されるように、スペーサ63を有していてもよい。スペーサ63は、軸方向のたとえば7か所でウォータチャンネル38によって支持される。
Further, the
この燃料集合体81は、両端が開放された角筒状のチャンネルボックス31が装着されて炉心に装荷される。
This
図3は、本実施の形態における燃料棒の側面図である。 FIG. 3 is a side view of the fuel rod in the present embodiment.
燃料棒50には、標準燃料棒51、長尺部分長燃料棒52、および、短尺部分長燃料棒53がある。長尺部分長燃料棒52および短尺部分長燃料棒53を、あわせて部分長燃料棒と呼ぶこととする。標準燃料棒51、長尺部分長燃料棒52、および、短尺部分長燃料棒53は、いずれも円筒状の被覆管48に、核燃料物質を収めたものである。被覆管48の両端は、端栓43で封じられている。核燃料物質は、たとえば複数の短い円柱状に焼き固められたペレット26として被覆管48の内部に収められている。核燃料物質が収められた領域は、燃料有効部と呼ばれる。
The
長尺部分長燃料棒52は、標準燃料棒51よりも短い。これに伴い、長尺部分長燃料棒52の燃料有効部は、標準燃料棒51よりも短い。長尺部分長燃料棒52の燃料有効部の長さは、標準燃料棒51の燃料有効部の長さのたとえば16/24である。また、短尺部分長燃料棒53は、長尺部分長燃料棒52よりも短い。これに伴い、短尺部分長燃料棒53の燃料有効部は、標準燃料棒51よりも短い。短尺部分長燃料棒53の燃料有効部の長さは、標準燃料棒51の燃料有効部の長さのたとえば8/24である。なお、標準燃料棒51、長尺部分長燃料棒52、および、短尺部分長燃料棒53は、いずれも下部タイプレート42で支持されていて、燃料有効部の下端は同じ軸方向位置にある。
The long
また、標準燃料棒51は、上部タイプレート41で上端が支持されている。つまり、標準燃料棒51は、上端および下端が上部タイプレート41および下部タイプレート42で支持されている。一方、長尺部分長燃料棒52および短尺部分長燃料棒53の上端は、上部タイプレート41では支持されていない。
The upper end of the
図4は、本実施の形態の燃料集合体を用いた炉心の横断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a core using the fuel assembly of the present embodiment.
燃料集合体81は、4体で1つの制御棒19を囲むように沸騰水型原子炉に装荷され、全体としてほぼ円柱状の炉心を形成する。なお、炉心の周辺部分の燃料集合体81には、制御棒19に面しないで配置されるものもある。また、複数の中性子検出器30が、燃料集合体81の間に設けられている。
Four
図1は、本実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the present embodiment.
本実施の形態の燃料集合体81は、制御棒19が挿入される側のギャップ水領域20の面積が、制御棒19の出し入れがない領域のギャップ水領域21の面積と等しいC格子炉心に装荷される燃料集合体である。なお、制御棒19が挿入される側のギャップ水領域20の面積が、制御棒19の出し入れがない領域のギャップ水領域21の面積と等しいS格子炉心またはN格子炉心に装荷してもよい。また、制御棒19が挿入される側のギャップ水領域20の面積が、制御棒19の出し入れがない領域のギャップ水領域21の面積よりも大きいD格子炉心に装荷してもよい。
The
この燃料集合体81では、燃料棒51,52,53は、9行9列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル38は、燃料集合体81の横断面の中央部に3行3列の格子位置を占めている。
In this
ウォータチャンネル38のそれぞれの側面に対して、長尺部分長燃料棒52および短尺部分長燃料棒53の少なくとも1本が隣接して配置されている。本実施の形態では、ウォータチャンネル38のそれぞれの側面の横断面方向の中央部に1本の短尺部分長燃料棒53が配置されている。また、ウォータチャンネル38のそれぞれの側面の横断面方向の両端部に面して長尺部分長燃料棒52が配置されている。つまり、ウォータチャンネル38に隣接する燃料棒は、すべて長尺部分長燃料棒52および短尺部分長燃料棒53のいずれかである。また、ウォータチャンネル38の側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、その側面の横断面方向の端部に近い方の燃料棒の方が長い。
At least one of a long partial
図5は、沸騰水型原子炉の通常運転時のボイド率の軸方向変化の例を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing an example of a change in the axial direction of the void ratio during normal operation of the boiling water reactor.
沸騰水型原子炉では、炉心の下方から流入した冷却材は、核分裂により発生した熱によって加熱されながら上方に流れていく。加熱された冷却材は、上方に流れる途中で沸騰し、ボイドが発生する。冷却材が流れる断面積に対するボイドの断面積の割合、すなわちボイド率は、炉心の上方に行くにしたがって大きくなる。 In a boiling water reactor, the coolant flowing from the lower part of the core flows upward while being heated by the heat generated by the fission. The heated coolant boils while flowing upward, and voids are generated. The ratio of the cross-sectional area of the void to the cross-sectional area through which the coolant flows, that is, the void ratio increases as it goes above the core.
沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体では、安定性の確保のために、ボイドが存在する領域、すなわち2相流部の圧力損失をある程度低減した方が好ましい。したがって、安定性の確保のために、ある程度2相流部の燃料棒を削減する必要がある。つまり、2相流部が欠損した燃料棒が、ある程度の本数必要である。2相流部の燃料棒の欠損長さが決まると、総燃料有効長さ、つまり核燃料物質の装荷量(インベントリー)がほぼ決まる。 In a fuel assembly loaded in a boiling water reactor, it is preferable to reduce pressure loss in a region where voids exist, that is, a two-phase flow part to some extent, in order to ensure stability. Therefore, in order to ensure stability, it is necessary to reduce the number of fuel rods in the two-phase flow part to some extent. In other words, a certain number of fuel rods with missing two-phase flow portions are required. When the defect length of the fuel rod in the two-phase flow part is determined, the total effective fuel length, that is, the loaded amount (inventory) of the nuclear fuel material is almost determined.
燃料集合体81の下部では、ボイド率が低いため、ウォータチャンネル38による中性子減速効果は相対的に、ボイド率が高い上部に比べて小さい。しかし、ボイド率が高くなって、ウォータチャンネル38による中性子減速効果が高まると、ウォータチャンネル38の近傍の燃料棒51,52,53の線出力密度が相対的に高くなる。また、ウォータチャンネル38による中性子減速効果の影響は、ウォータチャンネル38の4つの側面のそれぞれの横断面方向の中央部付近が最も大きい。このため、ウォータチャンネル38に隣接する位置の燃料棒51,52,53では、特に、ボイド率が高い軸方向の上部において、線出力密度を抑制するために核分裂性物質の量を抑制しなければならない場合がある。
Since the void ratio is low at the lower portion of the
図6は、部分長燃料棒の長さを1種類とした場合の燃料棒に収められたウランの濃縮度の例を、部分長燃料棒の長さを2種類とした場合と比較して模式的に示す図である。図6において、(a)および(c)は部分長燃料棒の長さを2種類とした場合の長尺部分長燃料棒、(b)は部分長燃料棒の長さを2種類とした場合の短尺部分長燃料棒、(d)ないし(f)は部分長燃料棒の長さを1種類とした場合の部分長燃料棒を示す。また、図6において、(a)ないし(c)および(d)ないし(f)は、ウォータチャンネル38側から見た順番に並べている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of enrichment of uranium contained in a fuel rod when the length of a partial length fuel rod is one type compared to the case where the length of a partial length fuel rod is two types. FIG. In FIG. 6, (a) and (c) are long partial length fuel rods when the lengths of partial length fuel rods are two types, and (b) is when the lengths of partial length fuel rods are two types. (D) thru | or (f) show the partial length fuel rod when the length of a partial length fuel rod is made into one kind. In FIG. 6, (a) to (c) and (d) to (f) are arranged in the order viewed from the
図6において点線で示す2相流部の燃料棒の欠損部の長さを部分長燃料棒の長さを2種類とした場合と同じにするためには、部分長燃料棒の長さを1種類とした場合の部分長燃料棒((d)、(e)、(f))の長さは、短尺部分長燃料棒(b)よりも長く、長尺部分長燃料棒((a)、(c))よりも短くする必要がある。部分長燃料棒の長さを1種類とすると、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒(e)の上部では、ボイド率が高くなるため、ウォータチャンネル38による中性子減速効果が大きくなり、4.9重量%の濃縮度のウランを装填すると、線出力密度が高くなりすぎる場合がある。このため、この部分には、濃縮度が4.9重量%よりも低いウランしか装填できない場合がある。
In order to make the length of the missing portion of the fuel rod in the two-phase flow portion indicated by the dotted line in FIG. 6 the same as when the length of the partial length fuel rod is two types, the length of the partial length fuel rod is set to 1. The length of the partial length fuel rods ((d), (e), (f)) is longer than that of the short partial length fuel rods (b), and the long partial length fuel rods ((a), It is necessary to make it shorter than (c)). If the length of the partial-length fuel rods is one kind, the void ratio increases at the upper part of the partial-length fuel rod (e) facing the central portion of the side surface of the
また、核燃料加工工場では、ペレットの識別性を確保する観点から、そこで取り扱うウランの濃縮度は、非連続的である。また、設計の簡略化、および、製造の容易化のために、同一の濃縮度のペレットを装填する軸方向領域は長い方が好ましい。よって、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒(e)の上部では、ある程度の長さの領域が、4.9重量%よりもある程度異なり、たとえば3.9重量%の濃縮度のウランを装填することとなる。このため、部分長燃料棒の長さを1種類としておくと、燃料集合体81の全体におけるウラン濃縮度の平均が小さくなり、燃料経済性が低下する。
Moreover, in the nuclear fuel processing factory, the enrichment degree of uranium handled there is discontinuous from the viewpoint of ensuring the distinguishability of pellets. In addition, in order to simplify the design and facilitate the manufacture, it is preferable that the axial region in which pellets having the same concentration are loaded be long. Therefore, in the upper part of the partial-length fuel rod (e) facing the central portion in the cross-sectional direction of the side surface of the
しかし、部分長燃料棒の長さを2種類とした場合には、特にウォータチャンネル38による中性子減速効果が大きい、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する部分長燃料棒(b)を、短尺の部分長燃料棒としておくことができる。これにより、いずれの部分長燃料棒にもウラン235の濃縮度が4.9重量%のウランを装填しても、熱的余裕を確保して、安全上問題がない設計とすることができる。特に、平均的なウラン235の濃縮度が3.9重量%以上の燃料集合体において、効果が大きい。 However, when the lengths of the partial length fuel rods are two types, the partial length fuel rods (b ) Can be a short part-length fuel rod. As a result, even if any of the partial-length fuel rods is loaded with uranium having a concentration of 4.9% by weight of uranium 235, a thermal margin can be ensured and the design has no safety problem. In particular, the effect is large in a fuel assembly having an average enrichment of uranium 235 of 3.9% by weight or more.
また、本実施の形態では、長尺部分長燃料棒52の燃料有効長を標準燃料棒51の16/24、短尺部分長燃料棒53の燃料有効長を標準燃料棒51の8/24としているが、部分長燃料棒52,53の長さはこれらに限定されるものではない。たとえば、軸方向のボイド率分布に応じて、適宜長いものあるいは短いものを用いることができる。
In this embodiment, the effective fuel length of the long partial
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に2種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。 As described above, in the fuel assembly according to the present embodiment, two types of partial length fuel rods are used at positions adjacent to the water channel, and these are appropriately used depending on the location, so that uranium can be contained in the fuel rods. Maintains safety without lowering the concentration of. For this reason, it is possible to improve the fuel economy by increasing the average of the uranium enrichment in the entire fuel assembly while securing the thermal margin.
[第2の実施の形態]
図7は、本発明に係る燃料集合体の第2の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the second embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体82は、制御棒19が挿入される側のギャップ水領域20の面積が、制御棒19の出し入れがない領域のギャップ水領域21の面積よりも大きいD格子炉心に装荷される燃料集合体である。この燃料集合体82でも、長尺部分長燃料棒52と短尺部分長燃料棒53の2種類の部分長燃料棒が用いられている。
The
この燃料集合体82では、燃料棒51,52,53は、9行9列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル38は、燃料集合体81の横断面の中央部に3行3列の格子位置を占めている。
In this
長尺部分長燃料棒52は、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面に隣接して1本ずつ配置されている。これらの長尺部分長燃料棒52は、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。短尺部分長燃料棒53は、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面に隣接して1本ずつ配置されている。これらの短尺部分長燃料棒53は、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。
The long
ウォータチャンネル38の側面に隣接する位置では、燃料棒の線出力密度が高くなる傾向があるものの、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、これらの位置にもウランの濃縮度を低下させずに標準燃料棒51を配置できる場合がある。そこで、本実施の形態の燃料集合体82では、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒51を配置している。
Although the linear power density of the fuel rods tends to increase at positions adjacent to the side surface of the
また、D格子炉心に装荷された燃料集合体82では、制御棒19に近いほど面積が広いギャップ水領域20に近い。このため、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面に隣接する燃料棒の方が、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面に隣接する燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
Further, in the
そこで、本実施の形態の燃料集合体82では、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒52を配置している。このように、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置では、制御棒19からの距離に応じて部分長燃料棒の長さを変化させることにより、そこに配置された燃料棒の線出力密度を抑制し、熱的余裕を確保し、安全性を維持している。
Therefore, in the
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に標準燃料棒および2種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。 As described above, in the fuel assembly according to the present embodiment, the standard fuel rods and the two partial length fuel rods are used at positions adjacent to the water channel, and these are appropriately used depending on the location. It maintains safety without reducing the enrichment of uranium in the rod. For this reason, it is possible to improve the fuel economy by increasing the average of the uranium enrichment in the entire fuel assembly while securing the thermal margin.
[第3の実施の形態]
図8は、本発明に係る燃料集合体の第3の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the third embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体83は、制御棒19が挿入される側のギャップ水領域20の面積が、制御棒19の出し入れがない領域のギャップ水領域21の面積よりも大きいD格子炉心に装荷される燃料集合体である。この燃料集合体83でも、長尺部分長燃料棒52と短尺部分長燃料棒53の2種類の部分長燃料棒が用いられている。
The
この燃料集合体83では、燃料棒51,52,53は、9行9列の正方格子状に配列されている。また、ウォータチャンネル38は、燃料集合体81の横断面の中央部に3行3列の格子位置を占めている。
In this
長尺部分長燃料棒52は、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面に隣接して2本ずつ配置されている。これらの長尺部分長燃料棒52は、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面して配置されている。短尺部分長燃料棒53は、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面に隣接して1本ずつ配置されている。これらの短尺部分長燃料棒53は、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面して配置されている。
Two long
D格子炉心に装荷された燃料集合体82では、制御棒19に近いほど面積が広いギャップ水領域20に近い。このため、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面に隣接する燃料棒の方が、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面に隣接する燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
In the
このため、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに標準燃料棒51を用いることができる場合がある。また、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒52を用いることができる場合がある。
For this reason, the
一方、制御棒19に近い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置では、ウランの濃縮度を低下させずに長尺部分長燃料棒52または標準燃料棒51を用いると、軸方向の上部で線出力密度が高くなりすぎる場合がある。そこで、この燃料集合体82では、これらの位置に短尺部分長燃料棒53を配置している。このため、これらの短尺部分長燃料棒53には、高い濃縮度のウランを装填することができる。
On the other hand, at the positions facing both ends in the cross-sectional direction of the side surface of the
また、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、濃縮度が低いウランを装填した標準燃料棒54を配置している。これにより、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制し、安全性を維持している。
Further, a
このように、本実施の形態の燃料集合体82では、濃縮度が低いウランを装填する燃料棒の本数を抑制している。このため、燃料集合体82の全体におけるウラン濃縮度の平均を高め、燃料経済性を向上させることができる。
Thus, in the
なお、制御棒19から遠い方のウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、短尺部分長燃料棒53よりもさらに短い部分長燃料棒を用いてもよい。この場合、短尺部分長燃料棒53よりもさらに短い部分長燃料棒のウランの濃縮度を低下させずに熱的余裕を確保できる可能性がある。
It should be noted that a partial length fuel rod shorter than the short partial
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に標準燃料棒および2種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。 As described above, in the fuel assembly according to the present embodiment, the standard fuel rods and the two partial length fuel rods are used at positions adjacent to the water channel, and these are appropriately used depending on the location. It maintains safety without reducing the enrichment of uranium in the rod. For this reason, it is possible to improve the fuel economy by increasing the average of the uranium enrichment in the entire fuel assembly while securing the thermal margin.
[第4の実施の形態]
図9は、本発明に係る燃料集合体の第4の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
この燃料集合体84は、燃料棒51,52,53は、10行10列の正方格子状に配列したものである。また、ウォータチャンネル38は、燃料集合体81の横断面の中央部から制御棒19から離れる方に偏心して配置され、3行3列の格子位置を占めている。
In this
本実施の形態の燃料集合体84は、C格子炉心に装荷される。なお、この燃料集合体84を、S格子炉心またはN格子炉心、あるいは、D格子炉心に装荷してもよい。
The
10行10列に燃料棒51,52,53を配置した燃料集合体84であっても、ウォータチャンネル38の側面に隣接する位置では、燃料棒の線出力密度が高くなる傾向がある。また、この傾向は、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置が最も大きい。
Even in the
そこで、本実施の形態の燃料集合体84では、ウォータチャンネル38のそれぞれの側面の横断面方向の中央部に1本の短尺部分長燃料棒53を配置している。また、ウォータチャンネル38のそれぞれの側面の横断面方向の両端部に面して長尺部分長燃料棒52が配置されている。このため、第1の実施の形態などと同様に、ウォータチャンネル38のそれぞれの側面に隣接する燃料棒に装填するウランの濃縮度を低下させずに、熱的余裕を確保することができる。
Therefore, in the
このように本実施の形態の燃料集合体では、ウォータチャンネルに隣接する位置に2種類の長さの部分長燃料棒を用いて、これらを場所に応じて適宜使い分けることにより、燃料棒に収めるウランの濃縮度を低下させずに、安全性を維持している。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料集合体の全体におけるウラン濃縮度の平均を高めて、燃料経済性を向上させることができる。 As described above, in the fuel assembly according to the present embodiment, two types of partial length fuel rods are used at positions adjacent to the water channel, and these are appropriately used depending on the location, so that uranium can be contained in the fuel rods. Maintains safety without lowering the concentration of. For this reason, it is possible to improve the fuel economy by increasing the average of the uranium enrichment in the entire fuel assembly while securing the thermal margin.
[第5の実施の形態]
図10は、本発明に係る燃料集合体の第5の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the arrangement of the fuel rods in the fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体85は、第4の実施の形態の燃料集合体84(図9参照)の外周の4辺に位置する標準燃料棒51のうち、4辺のそれぞれの中央部に位置する2本ずつを短尺部分長燃料棒53としたものである。
The
燃料集合体85の周囲にはギャップ水領域20,21が存在するため、燃料集合体85の最外周の位置では、燃料棒51,52,53の線出力密度が高くなる傾向にある。このため、燃料集合体85の最外周に配置される燃料棒51,52,53に装填するウランは、熱的余裕を確保して、安全性を維持するために濃縮度を低くする場合がある。
Since the
一方、本実施の形態の燃料集合体85では、軸方向の上部で相対的な線出力密度が大きくなる燃料集合体85の最外周位置の一部に、短尺部分長燃料棒53を配置している。このため、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒53のウランの濃縮度をあまり低下させなくても、熱的余裕を確保することができる場合がある。
On the other hand, in the
また、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒53を長尺部分長燃料棒52とすることができる場合もある。したがって、部分長燃料棒の長さを2種類としておくことにより、設計の自由度が向上し、これに伴い、燃料経済性を向上させることもできる。
Further, depending on the design such as enrichment of uranium contained in other fuel rods, the short partial
このように、ウォータチャンネル38に隣接する位置以外にも、部分長燃料棒を配置することにより、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性をさらに向上させることができる。
As described above, by arranging the partial-length fuel rods in addition to the position adjacent to the
[第6の実施の形態]
図11は、本発明に係る燃料集合体の第6の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the arrangement of the fuel rods in the sixth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体86は、第4の実施の形態の燃料集合体84(図9参照)の外周の4隅に位置する標準燃料棒51を、短尺部分長燃料棒53としたものである。
In the
燃料集合体86の周囲にはギャップ水領域20,21が存在するため、燃料集合体86の最外周の位置では、燃料棒51,52,53の線出力密度が高くなる傾向にある。このため、燃料集合体86の最外周に配置される燃料棒51,52,53に装填するウランは、安全性を維持するために濃縮度を低くする場合がある。この傾向は、ギャップ水領域20,21に面する面積が最も大きい最外周の4隅において、最も大きい。
Since the
そこで、本実施の形態の燃料集合体86では、軸方向の上部で相対的な線出力密度が大きくなる燃料集合体86の最外周の4隅に、短尺部分長燃料棒53を配置している。このため、軸方向の上部での線出力密度の上昇を抑制する必要がなく、最外周の4隅に位置する短尺部分長燃料棒53のウランの濃縮度をあまり低下させなくても、安全性を維持することができる場合がある。
Therefore, in the
また、他の燃料棒に収めるウランの濃縮度などの設計によっては、この最外周に位置する短尺部分長燃料棒53を長尺部分長燃料棒52とすることができる場合もある。したがって、部分長燃料棒の長さを2種類としておくことにより、設計の自由度が向上し、これに伴い、燃料経済性を向上させることもできる。
Further, depending on the design such as enrichment of uranium contained in other fuel rods, the short partial
このように、ウォータチャンネル38に隣接する位置以外にも、部分長燃料棒を配置することにより、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性をさらに向上させることができる。
As described above, by arranging the partial-length fuel rods in addition to the position adjacent to the
[第7の実施の形態]
図12は、本発明に係る燃料集合体の第7の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Seventh Embodiment]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the seventh embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体87は、第6の実施の形態の燃料集合体86(図11参照)と、ウォータチャンネル38に隣接する燃料棒の配置が異なる。本実施の形態の燃料集合体87では、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置に、長尺部分長燃料棒52または短尺部分長燃料棒53を配置している。また、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒51を配置している。
The
10行10列に燃料棒51,52,53を配置した燃料集合体87に、3行3列の格子位置を占めるウォータチャンネル38を設ける場合、ウォータチャンネル38は必然的に偏心して配置されることとなる。なお、燃料集合体87は、制御棒19の中心に最も近い角から最も遠い角を結ぶ対角線に対しては、対称性を維持させることが一般的なので、ウォータチャンネル38の中心はこの対角線上に位置する。
When the
したがって、ウォータチャンネル38の4つの側面は、ギャップ水領域20,21に近い2つの側面と、ギャップ水領域20,21から遠い2つの側面に区分することができる。ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面に隣接する位置では、水ギャップ領域20,21から遠い2つの側面に隣接する位置に比べて、水ギャップ領域20,21での冷却材による中性子減速効果の影響が大きい。このため、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、ギャップ水領域20,21から遠い2つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
Therefore, the four side surfaces of the
そこで、本実施の形態の燃料集合体87では、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面に隣接する位置には短尺部分長燃料棒53を配置し、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21から遠い2つの側面に隣接する位置には、長尺部分長燃料棒52を配置している。つまり、燃料集合体87の内部での燃料棒の配置に必然的に生じる非対称性に対応させて、2種類の部分長燃料棒を配置している。このため、燃料棒に装填されるウランの濃縮度をあまり低下させることなく、安全性を維持することができる。
Therefore, in the
このように、本実施の形態の燃料集合体87では、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体87の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
As described above, in the
[第8の実施の形態]
図13は、本発明に係る燃料集合体の第8の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Eighth Embodiment]
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the eighth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体88は、第6の実施の形態の燃料集合体86(図11参照)と、ウォータチャンネル38に隣接する燃料棒の配置が異なる。本実施の形態の燃料集合体88では、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置に、短尺部分長燃料棒53を配置している。ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、標準燃料棒51を配置している。ウォータチャンネル38の制御棒19から遠い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、長尺部分長燃料棒52を配置している。また、ウォータチャンネル38の制御棒19から遠い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、濃縮度が低いウランを装填した標準燃料棒54を配置している。
The
10行10列に燃料棒51,52,53を配置した燃料集合体88に、3行3列の格子位置を占めるウォータチャンネル38を設ける場合、ウォータチャンネル38は必然的に偏心して配置されることとなる。ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒は、ギャップ水領域20,21から遠い2つの側面に隣接する位置に配置された燃料棒に比べて、線出力密度が高くなる傾向にある。
When the
そこで、本実施の形態の燃料集合体88では、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21から遠い2つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には短尺部分長燃料棒53を配置しているのに対して、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させた標準燃料棒54を配置している。これにより、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制している。
Therefore, in the
また、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21から遠い2つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には標準燃料棒51を配置しているのに対して、ウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い2つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒53よりも長い長尺部分長燃料棒52を配置している。これにより、安全性を維持したまま、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置された燃料棒に装荷される核燃料物質の量を増加させることができる。
Further, the
このように、本実施の形態の燃料集合体88では、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体87の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
As described above, in the
[第9の実施の形態]
図14は、本発明に係る燃料集合体の第9の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Ninth Embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the arrangement of the fuel rods in the ninth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体89は、第8の実施の形態の燃料集合体88(図13参照)のウォータチャンネル38の周りの燃料棒51,52,53の配置を、燃料集合体88の制御棒19の中心を通らない方の対角線に対して対称に入れ替えたものである。
The
第8の実施の形態の燃料集合体88をD格子炉心に装荷すると、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面に面する燃料棒の方が、他の燃料棒に装荷されるウランの濃縮度などの設計によっては、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面に面する燃料棒よりも線出力密度が高くなってしまう場合がある。そこで、本実施の形態の燃料集合体89では、ウォータチャンネル38の制御棒19から遠い2つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には短尺部分長燃料棒53を配置しているのに対して、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い2つの側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度を低下させた標準燃料棒54を配置している。これにより、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の中央部に面する位置に配置された燃料棒の線出力密度を抑制している。
When the
また、ウォータチャンネル38の制御棒19から遠い2つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には標準燃料棒51を配置しているのに対して、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い2つの側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒53よりも長い長尺部分長燃料棒52を配置している。これにより、熱的余裕を確保して、安全性を維持したまま、ウォータチャンネル38の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置された燃料棒に装荷される核燃料物質の量を増加させることができる。
In addition, the
このように、本実施の形態の燃料集合体89では、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体89の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。また、D格子炉心に装荷される燃料集合体89における非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
As described above, in the
[第10の実施の形態]
図15は、本発明に係る燃料集合体の第10の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Tenth embodiment]
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the tenth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体90は、第9の実施の形態の燃料集合体89(図14参照)のウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面に隣接する燃料棒を変更したものである。この燃料集合体89のウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、ウランの濃縮度が低い標準燃料棒54が配置される。また、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒53が配置される。
The fuel assembly 90 of the present embodiment is obtained by changing the fuel rod adjacent to the side surface closer to the
第9の実施の形態の燃料集合体89では、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面に隣接する燃料棒の線出力密度が高すぎる場合がある。このような場合には、本実施の形態のように短尺部分長燃料棒53およびウランの濃縮度が低い標準燃料棒54を配置することにより、これらの線出力密度を抑制することができる。
In the
このように、本実施の形態の燃料集合体90では、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体90の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。また、D格子炉心に装荷される燃料集合体90における非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
As described above, in the fuel assembly 90 according to the present embodiment, two types of partial-length fuel rods are adjacent to the
[第11の実施の形態]
図16は、本発明に係る燃料集合体の第11の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Eleventh embodiment]
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the eleventh embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体91は、第5の実施の形態の燃料集合体85(図11参照)のウォータチャンネル38の制御棒19から遠い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置に配置される燃料棒を変更したものである。この燃料集合体91のウォータチャンネル38のギャップ水領域20,21に近い方の側面の横断面方向の中央部に面する位置には、標準燃料棒51が配置される。また、ウォータチャンネル38の制御棒19に近い方の側面の横断面方向の両端部に面する位置には、短尺部分長燃料棒53が配置される。
The
ウォータチャンネル38に隣接する燃料棒をこのように配置しても、他の燃料棒のウランの濃縮度などの設計を適切に行うことにより、それぞれの燃料棒51,52,53の線出力密度を適切に平均化できる場合がある。つまり、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体90の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
Even if the fuel rods adjacent to the
[第12の実施の形態]
図17は、本発明に係る燃料集合体の第12の実施の形態における燃料棒の配置を示す横断面図である。
[Twelfth embodiment]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the arrangement of fuel rods in the twelfth embodiment of the fuel assembly according to the present invention.
本実施の形態の燃料集合体92は、第11の実施の形態の燃料集合体91(図16参照)のウォータチャンネル38の周りの燃料棒51,52,53の配置を、燃料集合体91の制御棒19の中心を通らない方の対角線に対して対称に入れ替えたものである。
The
ウォータチャンネル38に隣接する燃料棒をこのように配置しても、他の燃料棒のウランの濃縮度などの設計を適切に行うことにより、それぞれの燃料棒51,52,53の線出力密度を適切に平均化できる場合がある。つまり、2種類の長さの部分長燃料棒をウォータチャンネル38に隣接させることにより、燃料集合体90の内部に必然的に生じる非対称性に対応させた設計が可能となる。このため、熱的余裕を確保しつつ、燃料経済性を向上させることができる。
Even if the fuel rods adjacent to the
[他の実施の形態]
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。たとえば、上述の各実施の形態では、部分長燃料棒として、長尺部分長燃料棒と短尺部分長燃料棒の2種類を用いているが、互いに長さが異なる3種類以上の部分長燃料棒を用いてもよい。この場合、長尺部分長燃料棒および短尺部分長燃料棒と長さが異なる部分長燃料棒は、長尺部分長燃料棒よりも長いものでも、短尺部分長燃料棒よりも短いものでも、長尺部分長燃料棒よりも短くかつ短尺部分長燃料棒よりも長いものであってもよい。つまり、ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも1本の部分長燃料棒が配置されていて、ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された部分長燃料棒に互いに長さが異なる2種類の部分長燃料棒が含まれていればよい。また、本発明を混合酸化物燃料(MOX燃料)に適用することもできる。各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
[Other embodiments]
The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, in each of the above-described embodiments, two types of the partial length fuel rod are used, ie, the long partial length fuel rod and the short partial length fuel rod. However, three or more types of partial length fuel rods having different lengths are used. May be used. In this case, the partial length fuel rod having a different length from the long partial length fuel rod and the short partial length fuel rod may be longer than the long partial length fuel rod or shorter than the short partial length fuel rod. It may be shorter than the long partial length fuel rod and longer than the short partial length fuel rod. That is, at least one partial-length fuel rod is disposed at a position adjacent to each side surface of the water channel, and the lengths of the partial-length fuel rods disposed at positions adjacent to the side surface of the water channel are different from each other. It only needs to include a partial length fuel rod. Further, the present invention can be applied to a mixed oxide fuel (MOX fuel). It can also be implemented by combining the features of each embodiment.
15…燃料集合体、19…制御棒、20…ギャップ水領域、21…ギャップ水領域、22…ウォータロッド、26…ペレット、30…中性子検出器、31…チャンネルボックス、38…ウォータチャンネル、41…上部タイプレート、42…下部タイプレート、43…端栓、48…被覆管、50…燃料棒、51…標準燃料棒、52…長尺部分長燃料棒、53…短尺部分長燃料棒、54…標準燃料棒、63…スペーサ、81…燃料集合体、82…燃料集合体、83…燃料集合体、84…燃料集合体、85…燃料集合体、86…燃料集合体、87…燃料集合体、88…燃料集合体、89…燃料集合体、90…燃料集合体、91…燃料集合体、92…燃料集合体
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上部タイプレートと、
前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、
前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、
前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、
を有し、
前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも1本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする燃料集合体。 In a fuel assembly loaded into a boiling water reactor,
The upper tie plate,
A lower tie plate spaced from the upper tie plate;
A plurality of fuel rods containing nuclear fuel material in a cylindrical cladding tube extending in a direction from the lower tie plate toward the upper tie plate, arranged in a square lattice shape and supported at the lower end by the lower tie plate,
A water channel having a lower end supported by the lower tie plate that extends in a rectangular tube shape in the same direction as the fuel rods so as to occupy a plurality of lattice positions of the square lattice in which the fuel rods are arranged; ,
Have
The fuel rod includes a standard fuel rod having an upper end supported by the upper tie plate and a partial length fuel rod shorter than the standard fuel rod, and at least one of the fuel rods adjacent to each side surface of the water channel. A partial length fuel rod is disposed, and the partial length fuel rod disposed at a position adjacent to a side surface of the water channel includes a long partial length fuel rod and a short partial length fuel rod shorter than the long partial length fuel rod. A fuel assembly comprising:
上部タイプレートと、
前記上部タイプレートと間隔を置いて配置された下部タイプレートと、
前記下部タイプレートから前記上部タイプレートに向かう方向に延びる円筒状の被覆管に核燃料物質を収め、正方格子状に配列されて前記下部タイプレートで下端が支持された複数の燃料棒と、
前記燃料棒が配列される正方格子の複数の格子位置を占めるように前記燃料棒と同じ方向に角筒状に延びて内部に冷却材が流れる前記下部タイプレートで下端が支持されたウォータチャンネルと、を有し、
前記燃料棒は前記上部タイプレートで上端が支持された標準燃料棒とこの標準燃料棒よりも短い部分長燃料棒とを含み、前記ウォータチャンネルのそれぞれの側面に隣接する位置に少なくとも1本の前記部分長燃料棒が配置され、前記ウォータチャンネルの側面に隣接する位置に配置された前記部分長燃料棒は長尺部分長燃料棒とこの長尺部分長燃料棒よりも短い短尺部分長燃料棒とを含むことを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心。 In the core of a boiling water reactor loaded with a plurality of fuel assemblies, at least one of the fuel assemblies is
The upper tie plate,
A lower tie plate spaced from the upper tie plate;
A plurality of fuel rods containing nuclear fuel material in a cylindrical cladding tube extending in a direction from the lower tie plate toward the upper tie plate, arranged in a square lattice shape and supported at the lower end by the lower tie plate,
A water channel having a lower end supported by the lower tie plate that extends in a rectangular tube shape in the same direction as the fuel rods so as to occupy a plurality of lattice positions of the square lattice in which the fuel rods are arranged; Have
The fuel rod includes a standard fuel rod having an upper end supported by the upper tie plate and a partial length fuel rod shorter than the standard fuel rod, and at least one of the fuel rods adjacent to each side surface of the water channel. A partial length fuel rod is disposed, and the partial length fuel rod disposed at a position adjacent to a side surface of the water channel includes a long partial length fuel rod and a short partial length fuel rod shorter than the long partial length fuel rod. A boiling water reactor core characterized by including:
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JP2012141210A (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Global Nuclear Fuel-Japan Co Ltd | Initial core of boiling water reactor |
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- 2008-04-09 JP JP2008101716A patent/JP2009250894A/en active Pending
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