JP2664167B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

Info

Publication number
JP2664167B2
JP2664167B2 JP62268186A JP26818687A JP2664167B2 JP 2664167 B2 JP2664167 B2 JP 2664167B2 JP 62268186 A JP62268186 A JP 62268186A JP 26818687 A JP26818687 A JP 26818687A JP 2664167 B2 JP2664167 B2 JP 2664167B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
water
rod
coolant
cooling water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62268186A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01112192A (en
Inventor
英明 宇津野
敏 菅原
淳一 山下
佑一郎 吉本
一男 綿引
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP62268186A priority Critical patent/JP2664167B2/en
Publication of JPH01112192A publication Critical patent/JPH01112192A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2664167B2 publication Critical patent/JP2664167B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に
適用して核燃料物質の消費を節約するのに好適な燃料集
合体に関するものである。 〔従来の技術〕 従来の沸騰水型原子炉は、特開昭54−121389号公報に
記載されているように、中性子の減速を促進させるため
に冷却水のみが流れる管(以下、水ロツドと称する)を
有する燃料集合体を炉心内に装荷している。このような
水ロツドの使用は、従来の沸騰水型原子炉の運転条件下
では、ウラン原子に対する水素原子の数が多いほど反応
度が高く、炉心に装荷された核燃料物質を有効に活用で
きる。 しかし、さらに核燃料物質の有効活用を図るために
は、核燃料物質の燃焼に伴つて炉心内の水素原子数を変
えたほうがよい。 特開昭57−125390号公報及び特開昭57−125391号公報
は、その1つの方法を示している。すなわち、これらの
公報は、低速中性子吸収水押棒及びこの水押棒よりも反
応度価値が大きいステンレス鋼にて構成される中速中性
子吸収水押棒を設け、これらの水押棒の炉心内への挿入
量を制御して炉心内の冷却水量を調節することを述べて
いる。水押棒が、炉心内の水素原子数を変える手段であ
る。水押棒の炉心内への挿入量を増すと炉心内の冷却水
量が減り、この挿入量を減らすと炉心内の冷却水量が増
加する。以上述べた方法は種類の異なる水押棒を新たに
設け、駆動手段にて水押棒を操作しなければならなく、
構造、製作上複雑になる。 このような問題を解決するための静的な手段を用いた
燃料集合体が特開昭61−38589号公報に示されている。
この公報は、水素原子数を変える手段として燃料集合体
の水ロツド内にウラン235濃度の低い燃料棒を設置し、
この燃料棒のウラン235の消失前後における水ロツド内
のボイド量の変化を利用することを記載している。 また、水押棒のような新たな操作手段を設ける必要の
ない方法として、炉心を流れる冷却水流量を調節する方
法がある。燃料サイクル始めの炉心を流れる冷却水流量
を少なくし、燃料サイクル途中からその冷却水流量を増
やすものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 炉心内の水素原子数を該燃料物質の燃焼に伴つて変え
た場合の利点を以下に説明する。 第9図は、沸騰水型原子炉に用いられる代表的な燃料
集合体について横軸に燃焼度、縦軸に反応度の一つの指
標である無限増倍率をとつて特性を示したものである。
2本の線はいずれも同一の燃料集合体であるが、破線は
燃料集合体内の冷却材流路における蒸気泡の体積率(ボ
イド率)を一定(ボイド率30%)にして燃焼させた場合
を、実線は最初高ボイド率(ボイド率50%)で運転して
途中でボイド率を下げた(ボイド率30%)場合を示す。
第9図より明らかなように、始めボイド率を高くして燃
焼させて後でボイド率を下げた方が、より高い燃焼度を
得ることができる。 これは、ボイド率が高く、ウラン原子数に対する水素
原子の比が小さい、すなわち水素原子数が小さいほう
が、中性子の平均速度が大きく、ウラン238に吸収され
やすいためである。沸騰水型原子炉で用いられる核燃料
物質中には、ウラン235とウラン238とが含まれており、
ウラン235が核燃料物質全体の数%で大部分をウラン238
が占めている。このうち、中性子を吸収して核分裂を生
じるのは主にウラン235のみであり、ウラン238はほとん
ど核分裂を生じない。したがつて、ウラン235が燃焼に
よつて減少すると反応度は低下する。 しかし、ウラン238も核分裂によつて生じる高エネル
ギの中性子を吸収するとプルトニウム239に変わる。プ
ルトニウム239は、ウラン235と同じく、減速された熱中
性子を吸収して核分裂を起こす。ボイド率が高い程、中
性子のエネルギが高くてウラン238からプルトニウム239
に転換される割合いが大きく、ウラン235及びプルトニ
ウム239の核分裂が抑制される。従つて、ボイド率が高
い程、ウラン235とプルトニウム239の総量の減少の遅
い。 ただし、ボイド率が高いと、反応度の絶対値は低い。
このため、ボイド率が高いままでは、ボイド率が低い場
合に比べて反応度が臨界を維持できる最低レベルに早く
達してしまう。そこで、その時点でボイド率を下げる
と、中性子の減速効果が増し、高ボイド率一定で燃焼し
た場合に比べてウラン235及びプルトニウム239の核分裂
が増し、反応度はより高くなる。従つて、臨界に必要な
最低反応度になるまで、核燃料物質に含まれる核分裂性
物質をより長く燃焼させることができる。 以上述べたことが、各分裂性物質の燃焼に伴つてボイ
ド率を変化させることにより核燃料物質の有効活用を図
る原理であつて、スペクトルシフト運転と呼ばれる。 構造の単純な水ロツド内に静的手段を設ける方法及び
炉心を流れる冷却水流量(炉心流量という)を変えるこ
とによつて炉心内の水素原子数を変更する方法は、いず
れも、炉心のボイド率の変化幅があまり大きくとれない
という問題があり、実際の原子炉に適用が困難である。 第10図は炉心流量に対する炉心平均ボイド率の依存性
を示すものである。炉心流量は、下限を熱的限界によつ
て制限され、上限を再循環ポンプ能力および流動振動に
よつて制限されている。従つて、沸騰水型原子炉が定格
の熱出力を出している状態では、定格の100%炉心流量
を中心に、ある狭い範囲でしかボイド率を変化させるこ
とができない。例えば、炉心流量を変化できる幅を80〜
120%までとすると、ボイド率の変化幅は約9%とな
る。 また特開昭61−38589号公報に示されたように水ロツ
ド内に燃焼に伴つて発熱量の低下する発熱体(核燃料物
質)を置いた構造では、水ロツド内のボイド率は高々30
%程度しか変化しない。水ロツド内の水は冷却に寄与し
ないので、水ロツドの燃料集合体内に占める横断面積は
あまり大きくできない。仮りに燃料集合体内の冷却水流
路の3割を水ロツドの横断面積にあてたとしても、30%
のボイド率変化は燃料集合体全体にならすと9%(30%
×0.3)に相当する。また、発熱体として濃縮度の低い
燃料棒を用いているので、構造が複雑であり、構造が面
倒である。 より大きなボイド率変化幅を達成するには、水ロツド
内の流量を極端に大きく変化させるか、あるいは水ロツ
ド内の核燃料物質の発熱量をもつと大幅に変化させるか
すれば良いが、そのような大幅な流量、発熱量の変化を
可動部なしに行うことはできない。可動部をつけた場
合、信頼性に問題が生じ、また機構が複雑となる等の問
題がある。 本発明の目的は、単純な構造でしかも安定な状態で内
部の平均ボイド率を大幅に変化させることが可能な燃料
集合体を提供することである。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、内部に核燃料物質が充填された複数の燃
料棒と、該燃料棒間に配置された水ロツドと、前記燃料
棒及び前記水ロツドを保持する燃料保持部を有する下部
タイプレートと、前記燃料保持部よりも上方でかつ前記
水ロツドの外部において前記燃料棒間に形成された第1
冷却材通路と、前記水ロツド内に形成された第2冷却材
通路とを備えた燃料集合体において、前記第2冷却材通
路が、前記燃料保持部よりも下方の領域に対して開口し
ている入口部と、前記第1冷却材通路に対して開口し前
記燃料棒の下端部付近に位置する出口部と、前記入口部
から流入した冷却材を上昇させるための上昇流路と、該
上昇流路内を上昇した冷却材を前記出口部に向かって下
降させるための下降流路と、前記上昇流路の側壁に燃料
集合体の軸方向に分布するように設けられ前記下降流路
と連通する複数の吐出口とを備えることにより達成でき
る。 〔作用〕 炉心を通過する冷却材の流量が低下すると、水ロツド
の冷却材下降流路内に蒸気が充満され、その冷却材流量
が増加すると冷却材下降流路内の蒸気量が著しく減少す
る。従つて、燃料サイクル末期での反応度増加が可能と
なる。 また、冷却材上昇流路の側壁に、燃料集合体の軸方向
に分布するように、下降流路と連通する複数の吐出口を
設けたことにより、水ロッド内に供給される冷却材流量
が増加しても、その一部が上昇流路の途中に存在する吐
出口から下降流路内に流入するので、水ロッド内に存在
する蒸気量の変化が緩やかになり、核的に安定な状態で
スペクトルシフト運転が可能となる。 〔実施例〕 本発明の実施例を説明する前に、本発明の原理を説明
する。第6図は、その構造を示している。基本的には、
燃料集合体の下部に設けられた抵抗体(例えば下部タイ
プレート)6よりも下方の領域に冷却材流入口4が開口
した冷却材上昇流路2と、この冷却材上昇流路内を流れ
る冷却材流を反転させて下方に導き、しかも冷却材吐出
口5が抵抗体6よりも上方の領域に開口した冷却材下降
流路3とを有する水ロツド1を、燃料集合体に設けたも
のである。抵抗体6には、複数の冷却材流通孔7が設け
られている。 抵抗体6に設けられた冷却材流通孔7を流れる冷却材
(冷却水)の流量が変化すると、抵抗体6より下方の領
域と抵抗体6より上方の領域との間の差圧ΔPが変化す
る。縮流抗大による差圧は冷却水流量のほぼ2乗に比例
するので、たとえば抵抗体6を通過する冷却水流量が80
%から120%に変わつたとすると、差圧ΔPは約2.25倍
になる。 一方、水ロツド1内の冷却水量と水ロツド1における
出入口間の差圧(冷却材流入口4と冷却材吐出口5との
間の差圧)との関係は第7図に示すようになる。冷却水
流量を零から増加させると水ロツド1の出入口間の差圧
は極大値に達し、さらに冷却水流量を増加すると水ロツ
ド1の出入口間の差圧は一たん極小になつたのち単調に
増加する。これは、第8図に示した現象に起因してい
る。第8図(a)は第7図のS点での水ロツド1内の状
態を示し、第8図(b)は第7図のT点での、及び第8
図(c)は第7図のU点での水ロツド1内の状態をそれ
ぞれ示している。 水ロツド1内の冷却水も、水ロツド1の周囲にある燃
料棒から照射される中性子及びガンマ線によつて、0.5
〜2W/cm2程度の割合で発熱する。水ロツド1内を流れる
冷却水の流量が非常に少ない場合(第7図のS点の状
態)は、水ロツド1内の冷却水が中性子等の照射によつ
て発熱するとともに蒸発し、この蒸気が第8図(a)に
示すように冷却材上昇流路2及び冷却材下降流路3の上
部に充満する。冷却材上昇流路2内には液面L1ができ、
水ロツド1の出入口間の差圧はこの液面L1と水ロツド1
の冷却材吐出口5(冷却材下降流路3の出口)の液面L2
の静水頭差によつて発生する。冷却材上昇流路2内に流
入する冷却材流量は、蒸気になつて冷却材吐出口5から
流出する流量とバランスする。 冷却水流量を第7図のS点から増加していくと、冷却
材上昇流路2内への冷却水の流入量が冷却水の蒸気量を
上回わる。このような場合(例えば第7図のT点)には
第8図(b)に示すように冷却水が冷却材下降流路3内
を流下する。このとき、冷却材上昇流路2内の静水頭の
一部分が冷却材下降流路3内を流れる冷却水の重量によ
つて打消されるため、水ロツド1の出入口間の差圧は極
大値S0よりも減少する。しかし、さらに冷却水流量を増
加すると、冷却材流入口4から流入した未飽和水は冷却
材上昇流路2及び冷却材下降流路3内で沸騰が抑制され
たまま(ボイド率が著しく低減された状態で)冷却材吐
出口5から流出する(第7図のU点の状態、第8図
(c))。このため冷却材上昇流路2及び冷却材下降流
路3内はほとんど単相流となる。従つて、第8図(a)
の状態で冷却材上昇流路2及び冷却材下降流路3内の冷
却材吐出口5のレベルにおける各静水頭は打消し合つて
それらの静水頭差が非常に小さくなる。しかし、水ロツ
ド1内を流れる冷却水流量が大きいため、摩擦や冷却水
流れの反転による圧力損失が増大し、水ロツド1の出入
口間の差圧は再び上昇する。 以上述べた現象によつて、水ロツド1の出入口間の差
圧の変化量が少なくても、水ロツド1内の冷却水流量の
変化幅は非常に大きくなり、ボイド率の変化幅も著しく
増大する。 従つて、例えば炉心流量が80%の時における水ロツド
1の出入口間の差圧が第7図の極小値T0に対応する水ロ
ツドの出入口間の差圧以下で、炉心流量120%の時にお
ける水ロツド1の出入口間の差圧が第7図の極大値S0
対応する水ロツド1の出入口間の差圧を超えるように抵
抗体6の抵抗を調節しておけば、燃料集合体内を流れる
冷却水流量(炉心流量)の変化によつて大幅なボイド率
変化を実現することができる。上記の例で炉心流量80%
は極大値S0よりも左側、好ましくは第7図のQ点(極小
値T0と同じ出入口間の差圧)よりも左側にあり、炉心流
量120%は極小値T0よりも右側、好ましくは第7図のR
点(極大値S0と同じ出入口間の差圧)よりも右側にあ
る。 上記の原理の構成において、冷却材流量が増加すると
ある時点で急激に水ロツド内の蒸気量が減少し核的に不
安定が生じることがわかつた。この不安定現象を解消す
るために、冷却材上昇流路の側壁に冷却材下降流路と連
通する吐出口を設けたのである。 以上述べた原理を利用した本発明の好適な一実施例、
すなわち沸騰水型原子炉に適用する燃料集合体を第1
図,第2図及び第3図に基づいて説明する。 本実施例の燃料集合体10は、燃料棒11、上部タイプレ
ート12、下部タイプレート13、燃料スペーサ16、チヤン
ネルボツクス17、及び水ロツド18からなつている。燃料
棒11の上下端部は、上部タイプレート12及び下部タイプ
レート13にて保持される。水ロツド19も、両端部が上部
タイプレート12及び下部タイプレート13に保持される。
燃料スペーサ16は、燃料集合体10の軸方向に幾つか配置
され、燃料棒11相互間の間隙を適切な状態に保持してい
る。燃料スペーサ16は、水ロツド19にて保持される。チ
ヤンネルボツクス17は、上部タイプレート12に取付けら
れ、燃料スペーサ16で保持された燃料棒11の束の外周を
取囲んでいる。下部タイプレート13は、上端部に燃料棒
支持部14を有し、しかも燃料棒支持部14の下方に空間15
を有している。燃料棒支持部14が、燃料棒11及び水ロツ
ド19の下端部を支持している。燃料棒11は、第4図に示
すように上部端栓31及び下部端栓32にて両端が密封され
た被覆管30内に多数の燃料ペレツト33を装荷したもので
ある。ガスプレナム34が、被覆管30内の上端部に形成さ
れる。水ロツド19の直径(後述する外管21の外径)は燃
料棒11の直径よりも大きく、水ロツド19は燃料集合体10
の横断面の中央部に配置されている。 水ロツド19の詳細構造を第1図により説明する。水ロ
ツド19は、内管20,外管21及びスペーサ22から構成され
る。外管21と内管20とは円心円状に配置され、外管21が
内管20の外周を取囲んでいる。外管21の上端はカバー部
23にて密封されており、カバー部23の上部が上部タイプ
レート12内に挿入されて保持される。カバー部23は、内
管20の上端との間に間隙を形成するように内管20の上端
を被つている。内管20の上端部は、水ロツド19の軸心か
ら放射状に配置された板状のスペーサ22を介して外管21
の内面に固定される。外管21の下端は封鎖部24にて封鎖
される。内管20の下端部は、封鎖部24を貫通してそれよ
りも下方に突出している。内管20の下端部は、下部タイ
プレート13の燃料棒支持部14を貫通している。内管20の
下端に形成された冷却水流入口28は、下部タイプレート
13の空間15に開口している。内管20の内部が、冷却水上
昇流路25である。内管20と外管21との間に形成される環
状通路が、冷却水下降流路26である。外管21の下端部の
管壁に、周方向に複数の冷却水吐出口29が形成される。
これらの冷却水吐出口29は、周方向に等間隔に設けられ
ている。冷却水吐出口29は、燃料棒支持部14よりも上方
の領域に開口している。内管20の側壁には、冷却水上昇
流が冷却水下降流路26に流れることが可能な側面吐出口
36が設けられている。側面吐出口36は、内管20の上部で
軸方向に等間隔に複数個配置され、しかも内管20の周方
向にも複数個配置されている。 本実施例では、燃料棒支持部14が第6図に示す抵抗体
6の機能を有している。冷却水上昇流路25と冷却水下降
流路26とは、水ロツド19の上端部に形成された反転部27
によつて連絡されている。このように水ロツド19は、内
部に冷却水上昇流路25、冷却水下降流路26及び反転部27
からなる逆U字状の冷却水流路を有している。 本実施例の燃料集合体1を沸騰水型原子炉の炉心内に
装荷して(全燃料集合体が燃料集合体1)沸騰水型原子
炉を運転すると、冷却水の大部分は、下部タイプレート
13の空間15及び燃料棒支持部14に設けられた貫通抗18
(第1図)を通つて炉心に装荷された燃料集合体10の燃
料棒11相互間に直接導入される。下部タイプレート13の
空間に流入した冷却水の残りの部分は、冷却水流入口28
から水ロツド19の冷却水上昇流路25内に流入し、さらに
反転部27及び冷却水下降流路26を介して冷却水吐出口29
から燃料棒支持部14より上方の領域に吐出される。冷却
水吐出口29から吐出される冷却水は、冷却水流入口28か
ら水ロツド19内に流入する冷却水の流量の多少に応じて
前述したように液体または気体(蒸気)とする。 本実施例は、炉心流量100%(水ロツド19内では第8
図の極大値S0での流量状態)以下で第8図(a)の状態
が水ロツド19内に生じ、炉心流量110%(水ロツド19内
では第7図のR点での流量状態)で第8図(c)の状態
が水ロツド19内に生じるように、燃料棒支持部14の圧力
損失、内管20及び外管21の仕様があらかじめ設定されて
いる。 次に内管20の側壁に設けた吐出口36による効果を第5
図を用いて説明する。第5図は水ロツド19内に供給され
る冷却水流量と水ロツド19内の平均ボイド率の関係を示
している。水ロツド19内の平均ボイド率は、第6図の水
ロツドの構造では曲線Xに示すように水ロツド19の冷却
水流量V以上に冷却水流量が増加すると水ロツド19の出
入口間の差圧変化により急激に減少する。冷却水流量V
の状態は冷却水流量増加によつて内管20内の蒸気層が消
失する時点での状態(第8図でいえば(b)のような状
態)である。すなわち内管20内の液相状態の冷却水が冷
却水下降流路26内に流入し始める時点の状態ともいえ
る。本実施例は内管20の側壁に複数の吐出口36を設けて
いるので、冷却水が全て蒸気相に変化する遷移点が液相
状態の冷却水が冷却水上昇流路25から冷却水下降流路26
に流入する時点(遷移点)が早くなる。すなわち、本実
施例では、遷移点の冷却水流量がVよりも小さいWに移
動する。このため、本実施例では冷却水流量Wを超える
と平均ボイド率が第5図の曲線Yのように曲線Xよりも
緩やかに減少する。これにより第6図の構造に比較し本
実施例は安定性を保ちながらスペクトルシフト運転を行
うことが可能となる。この吐出口36の口径は、冷却水上
昇流路25の入口と冷却水下降流路26の管出口との間での
差圧の値により決定される。 第11図には、本発明の他の実施例を示している。本実
施例における水ロツド19Aは、冷却水上昇流路2の側壁
に設けた複数の吐出口37の軸方向における間隔が上部の
吐出口37間で密に下部の吐出口37間で粗になつてる。な
お、相互の間隔が粗になつている部分の吐出口37の開口
面積は、それが密になつている部分での吐出口37の開口
面積よりも大きくなつている。吐出口37は、冷却材上昇
流路2と冷却材下降流路3とを連通している。本実施例
のように吐出口37相互間の間隔を上部で密に下部で粗に
配置することにより前述の遷移点が冷却水流量W1の位置
に移動し冷却水流量W1以上になると第5図の曲線Z1のよ
うに平均ガイド率が緩やかに減少する。曲線Z1の傾き
は、曲線Yよりも急であるが曲線Xよりも緩やかであ
る。本実施例は、前述の実施例よりも安定性の面で若干
劣るが、プルトニウムの有効利用を図りつつ安定性を保
持しながらスペクトルシフト運転が可能となる。 第12図に本発明における他の実施例を示す。本実施例
の水ロツド19Bは、水ロツド19Aとは逆に複数の吐出口37
の軸方向における間隔が上部の吐出口37間で粗に下部の
吐出口37間で密になつている。粗になつている部分の吐
出口37の開口面積が、水ロツド19Aと同様に大きくなつ
ている。本実施例のように、吐出口37相互間の間隔を上
部に比較して下部で粗となるように配置することにより
水ロツド19Bの冷却材入口と出口との間での差圧が小さ
くなり、吐出口を等間隔で配置した場合(水ロツド19)
に比較して水ロツド内の平均ボイド率変化が第5図の曲
線Z2(遷移点の冷却水流量がW2)のように緩やかにな
る。従つて、本実施例は、第1図の実施例よりも炉心の
安定性を図りつつ冷却材流量を変化させることができ、
炉心安定性を向上したスペクトルシフト運転が可能とな
る。 燃料集合体10は、第3図に示すように水ロツド19の占
める横断面積は燃料集合体1の冷却水流路の横断面積の
1割程度である。しかし、燃料集合体内に2本以上の水
ロツド19を設けることによつて、燃料集合体の平均のボ
イド率の変化幅をより大きくできる。燃料経済性を向上
させるため、9本の水ロツドを設けた燃料集合体が提案
されている。この場合、燃料集合体の冷却水流路の横断
面積に占める全水ロツドの横断面積の占める割合は3割
にもなる。本実施例の燃料集合体35を、第13図に示す。
燃料集合体35は、特願昭61−167972号明細書の9頁、4
行〜11頁,5行及び第3図に示された燃料集合体の水ロツ
ドをすべて前述の水ロツド19に替えたものである。本実
施例の燃料集合体35は、特願昭61−167972号明細書に示
された燃料集合体1の効果(同明細書の第3図に示す反
応度利得の効果)も得ることができる。 本発明の他の実施例である燃料集合体を以下に説明す
る。 この実施例を具体的に述べる前に、まずそれが必要に
なつた経緯について説明する。 本実施例は、第6図の水ロツドにおいて、他の課題が
生じることを発見し、その課題を解消するためになされ
たものである。その課題は、炉心に供給される冷却水流
量が何等かの原因で急激に増加した場合に水ロツド1内
に流入する冷却水流量も急激に増加し、水ロツド1内の
平均ボイド率が急激に減少することである。このような
現象は、炉心内に正の反応度を急激に投入することにな
り燃料棒に破損等の悪影響を与えることになる。上記の
課題を解消するために種々の検討を行つたところ、水ロ
ツド1の冷却材上昇流路2内(例えば冷却材上昇流路2
の入口部)に、冷却材流量の急激な増加を抑制できる手
段、例えば抵抗体を配置すればよいことに発明者等は気
が付いた。この構造の一例を第14図に示す。水ロツド19
Cの冷却材上昇流路2内の下部に、冷却材流量の急激な
増加を抑制する手段(冷却材流量急激増加抑制手段)と
して、可動抵抗素子38、上部受金具39及び下部受金具40
からなる構成を設けている。上部受金具39は、中央部に
開口が設けられた円板であり冷却材上昇流路2の側壁に
取付けられている。中央部の開口は、可動抵抗素子38の
大きさ(直径)よりも小さい。下部金具40は、冷却材上
昇流路2の側壁に取付けられその流路の中心に向つて延
びる4本の丸棒である。下部金具40は、上部金具39の下
方に配置され、可動抵抗素子38が下方に落下しないよう
に支持している。可動抵抗素子38は、金属からなる球で
ある。 水ロツド19C内の状態が第8図の(a)または(b)
状態になるように原子炉が運転されているとき、炉心流
量が急激に増加すると、冷却材上昇流路2内への冷却材
の流入量が急激に増加し、直ちに第8図(c)の状態に
移ろうとする。このとき、冷却水流量の急激な増加によ
つて可動抵抗素子38が押上げられて、上部受金具37の開
口を閉鎖し、水ロツド19Cの冷却材上昇流路2内へ流れ
込む冷却水の流量が制限され、第8図(c)の状態への
急激な移行を防止する。冷却水流量の増加割合が低下す
るにつれて可動抵抗素子38は徐々に下降して最後に下部
受金具40によつて保持される。可動抵抗素子38が徐々に
下降することにより上部受金具39の開口の面積が徐々に
増大し、冷却材上昇流路2内に供給される冷却水流量が
徐々に増加する。これによつて、前述したように冷却材
上昇流路2内への冷却水の流入量の急激な増加が防止で
きる。 第14図に示す冷却材流量急激増加抑制手段を第1図の
燃料集合体に適用した本実施例の具体的な構造を第15図
に基づいて以下に述べる。第1図の構成と同じ構成は同
じ符号を付してある。第1図の構成と異なる部分につい
てのみ説明する。 水ロツド19の冷却水上昇流路25内でその入口部に、球
形の金属製の可動抵抗素子38、その上方には可動抵抗素
子38の直径より小さい開口39A(第15図(c))を持つ
円板状の上部受金具39と、可動抵抗素子38の下方には可
動抵抗素子38を保持する下部受金具40が設けられてい
る。上部受金具39及び下部受金具40は、内管20に取付け
られている。可動抵抗素子38は、冷却水流量の所定変化
を超える急激な増加によつて押上げられるように重量が
調節されている。 次に冷却水上昇流路25内に設けた可動抵抗素子38の機
能を以下に説明する。炉心流量が所定範囲内(120%以
下)では、冷却水は下部受金具40の間隙を通り冷却水上
昇流路25内に流入する。しかし、冷却水流量が所定変化
割合を超えて急激に増加すると、可動抵抗素子38は流入
する冷却水により上方へ押し上げられて上部受金具39に
押しつけられる。この時、可動抵抗素子38は、上部受金
具39の開口39Aを閉鎖する状態となり、水ロツド19内へ
の冷却水の流入は一時的に阻止される。 従つて、第8図(a)または(b)の状態で運転中
に、急激な流量変化があつた場合、第8図(c)の状態
に移ることを防止し、燃料集合体内のボイド率の急激な
減少を防ぐ。 可動抵抗素子38は、水ロツド19に発生する差圧から決
定される。 本実施例では球状の回動抵抗素子の例を示したが、円
柱状、円錐状、円錐台状、板状等の形状でも同様の効果
を得ることができる。 なお、詳細には説明しなかつたが、吐出口36による効
果及び冷却水上昇流路25、冷却水下降流路26を設けたこ
とによる効果は、第1図の実施例と同様に得ることがで
きる。 第14図に示された機能のみがほしい場合には、第15図
の構造から吐出口36を取除いた構造にて燃料集合体を構
成すればよい。 〔発明の効果〕 本発明によれば、単純な構造で安定性を保ちながら、
燃料集合体内の平均ボイド率を大幅に変化させて、スペ
クトルシフト運転を実施できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial applications]   The present invention relates to a fuel assembly, and particularly to a boiling water reactor.
Fuel collection suitable for application to save nuclear fuel material consumption
It is about coalescence. [Conventional technology]   A conventional boiling water reactor is disclosed in JP-A-54-121389.
To promote neutron deceleration as described
A pipe through which only cooling water flows (hereinafter referred to as a water rod)
The fuel assembly is loaded in the core. like this
The use of water rods depends on the operating conditions of conventional boiling water reactors.
In, the more hydrogen atoms to uranium atoms, the more reaction
The nuclear fuel material loaded in the reactor core
Wear.   However, in order to further utilize nuclear fuel materials effectively
Changes the number of hydrogen atoms in the core as the nuclear fuel material burns.
You should get it.   JP-A-57-125390 and JP-A-57-125391
Shows one such method. That is, these
The gazette discloses a low-speed neutron-absorbing push rod and a more
Medium-speed neutral made of stainless steel with high reactivity value
A water absorbing push rod is installed, and these push rods are inserted into the reactor core.
State that the amount of cooling water in the core is controlled by controlling the amount
I have. A water push rod is a means of changing the number of hydrogen atoms in the core.
You. Increasing the insertion amount of the water push rod into the core increases the cooling water in the core.
The amount of cooling water in the core increases when this amount is reduced.
Add. The method described above adds a new type of water push rod.
Provided, the water push rod must be operated by the driving means,
It becomes complicated in structure and production.   Using static means to solve such problems
A fuel assembly is disclosed in JP-A-61-38589.
This publication describes fuel assemblies as a means of changing the number of hydrogen atoms.
A fuel rod with low uranium 235 concentration is installed in the water rod of
In the water rod before and after uranium 235 disappears from this fuel rod
Is described as utilizing the change in the amount of voids.   Also, it is necessary to provide new operating means such as a water push rod.
There is no way to adjust the cooling water flow through the core
There is a law. Cooling water flow through the core at the beginning of the fuel cycle
And increase the cooling water flow during the fuel cycle.
It is easy. [Problems to be solved by the invention]   Changing the number of hydrogen atoms in the core as the fuel material burns
The advantages of this case will be described below.   Figure 9 shows typical fuels used in boiling water reactors.
One finger of the burn-up on the horizontal axis and the reactivity on the vertical axis
The characteristics are shown using an infinite multiplication factor, which is a standard.
Both lines are the same fuel assembly, but the dashed line is
Volume fraction of vapor bubbles in the coolant flow path in the fuel assembly (bore
(Constant void rate) (30% void rate)
, And the solid line is the first operation with a high void rate (void rate 50%)
This shows a case where the void ratio is lowered (void ratio 30%) on the way.
As is clear from FIG.
The higher the burnup, the lower the void fraction after baking.
Obtainable.   This is due to the high void fraction,
The smaller the atomic ratio, that is, the smaller the number of hydrogen atoms
However, the average velocity of neutrons is high and absorbed by uranium-238.
Because it is easy. Nuclear fuel used in boiling water reactors
The substance contains uranium 235 and uranium 238,
Uranium 235 makes up the majority of uranium 238, a few percent of all nuclear fuel material
Is occupied. Of these, neutrons are absorbed to generate fission.
It is mainly uranium 235 only, and uranium 238 is almost
No fission occurs. Therefore, uranium 235 burns
As a result, the reactivity decreases.   However, uranium 238 also has high energy due to fission.
Absorption of neutrons from giants turns them into plutonium-239. Step
Ruthenium 239, like Uranium 235, has a slowed enthusiasm
Absorb neutrons and cause fission. The higher the void fraction, the more
High neutron energy, uranium 238 to plutonium 239
Uranium 235 and plutonium
The fission of Um-239 is suppressed. Therefore, the void ratio is high.
Slowing down the reduction of the total amount of uranium 235 and plutonium 239
No.   However, when the void fraction is high, the absolute value of the reactivity is low.
Therefore, if the void ratio remains high,
Reactivity reaches the minimum level that can maintain criticality faster than
Will reach. Therefore, reduce the void fraction at that point
And the neutron moderating effect increases, burning at a constant high void fraction.
Fission of uranium 235 and plutonium 239 compared to
And the reactivity is higher. Therefore, the critical
Fissile nature of nuclear fuel material until minimum reactivity
The substance can be burned longer.   What has been described above is the result of the burning of each fissionable material
Effective use of nuclear fuel materials by changing the
This is called the spectrum shift operation.   Method of providing static means in a simple water rod of construction and
Changing the cooling water flow rate (core flow rate) flowing through the core
Therefore, there is no way to change the number of hydrogen atoms in the core.
However, the variation in core void rate cannot be so large
Therefore, it is difficult to apply to an actual nuclear reactor.   Figure 10 shows the dependence of core average void fraction on core flow rate
It shows. The core flow rate depends on the thermal limit
Limit, with an upper limit on recirculation pump capacity and flow oscillations
Is restricted by Therefore, boiling water reactors are rated
100% of the core flow rate
The void fraction can be changed only within a certain narrow range.
I can't do that. For example, the width in which the core flow rate can be changed
If it is up to 120%, the variation of void ratio is about 9%.
You.   Further, as disclosed in JP-A-61-38589,
Heating element (nuclear fuel
Quality), the void fraction in the water rod is at most 30
It only changes by about%. The water in the water rod contributes to cooling
Therefore, the cross-sectional area of the water rod in the fuel assembly is
Can't be too big. If the cooling water flow in the fuel assembly
Even if 30% of the road is devoted to the cross section of the water rod, 30%
The change in the void fraction of the fuel assembly is 9% (30%
× 0.3). Also, low concentration as a heating element
Since fuel rods are used, the structure is complicated and the structure is
It is upside down.   To achieve a larger change in void fraction, the water rod
If the flow rate in the inside of the
Does the calorific value of the nuclear fuel material in the gas drastically change?
Should be done, but such a large change in flow rate and heat value
It cannot be done without moving parts. Place with moving parts
Problems such as reliability problems and complicated mechanisms
There is a title.   An object of the present invention is to provide a simple structure and a stable state.
That can greatly change the average void fraction of the part
To provide an aggregate. [Means for solving the problem]   The purpose of the above is to provide multiple fuels with nuclear fuel material inside.
A fuel rod, a water rod disposed between the fuel rods, and the fuel rod.
Lower part having a rod and a fuel holding part for holding the water rod
A tie plate, above the fuel holding portion and the
A first portion formed between the fuel rods outside the water rod.
A coolant passage, and a second coolant formed in the water rod.
A fuel assembly comprising: a second coolant passage;
A passage opening to an area below the fuel holding portion;
Inlet opening and opening to the first coolant passage
An outlet located near the lower end of the fuel rod and the inlet
An ascending flow path for elevating coolant flowing from the
The coolant that has risen in the ascending channel is lowered toward the outlet.
A descending flow path for lowering the fuel,
The descending flow path provided so as to be distributed in the axial direction of the aggregate
Can be achieved by providing a plurality of discharge ports communicating with the
You. [Action]   When the flow rate of coolant through the core decreases, the water rod
Is filled with steam in the coolant descending channel, and the coolant flow rate
Increases the amount of steam in the coolant downflow channel
You. Therefore, it is possible to increase reactivity at the end of the fuel cycle.
Become.   In addition, the side wall of the coolant rising channel is
Multiple outlets communicating with the descending channel so that
The coolant flow rate supplied into the water rod
Even if the discharge increases, a part of the discharge
Since it flows into the descending channel from the outlet, it exists in the water rod
The change in the amount of steam that occurs is moderate, and the nuclear
The spectrum shift operation becomes possible. 〔Example〕   Before describing the embodiments of the present invention, the principle of the present invention will be described.
I do. FIG. 6 shows the structure. Basically,
A resistor (for example, a lower tie)
The coolant inlet 4 opens in a region below the plate 6)
Coolant ascending flow path 2 and the flow in the coolant ascending flow path
The coolant flow is reversed and guided downward, and the coolant is discharged
Coolant descending with opening 5 opening above resistor 6
A water rod 1 having a flow path 3 is provided in a fuel assembly.
It is. A plurality of coolant flow holes 7 are provided in the resistor 6.
Have been.   Coolant flowing through coolant flow holes 7 provided in resistor 6
When the flow rate of (cooling water) changes, the area below the resistor 6
ΔP changes between the pressure region and the region above the resistor 6.
You. The differential pressure due to the contraction resistance is almost proportional to the square of the cooling water flow rate.
Therefore, for example, the flow rate of cooling water passing through
% To 120%, the differential pressure ΔP is about 2.25 times
become.   On the other hand, the amount of cooling water in the water rod 1
Differential pressure between the inlet and outlet (between the coolant inlet 4 and the coolant outlet 5)
7) is as shown in FIG. Cooling water
When the flow rate is increased from zero, the differential pressure between the inlet and outlet of water rod 1
Reaches the maximum value, and when the cooling water flow rate is further increased,
The pressure difference between the entrance and exit of C1 is reduced to a minimum and then monotonously
To increase. This is due to the phenomenon shown in FIG.
You. FIG. 8 (a) shows the state inside the water rod 1 at the point S in FIG.
FIG. 8B shows the state at the point T in FIG.
FIG. 7C shows the state in the water rod 1 at the point U in FIG.
Each is shown.   The cooling water in the water rod 1 is also cooled by the fuel around the water rod 1.
0.5% depending on the neutrons and gamma rays
~ 2W / cmTwoIt generates heat at about the same rate. Flowing in water rod 1
When the flow rate of the cooling water is very small (the state of point S in FIG. 7)
State) means that the cooling water in the water rod 1 is irradiated by neutrons or the like.
It generates heat and evaporates, and this vapor is shown in FIG.
As shown, above the coolant upflow channel 2 and the coolant downflow channel 3
Charge department. Liquid level L in coolant rise channel 21Can be
The pressure difference between the inlet and outlet of water rod 11And water rod 1
Level L of the coolant discharge port 5 (outlet of the coolant descending flow path 3)Two
This is caused by the difference in the hydrostatic head. Flow into the coolant rise channel 2
The flow rate of the incoming coolant is changed from the coolant outlet 5 to steam.
Balance with outflow.   As the cooling water flow rate is increased from point S in FIG.
The amount of cooling water flowing into the material ascending passage 2 determines the amount of cooling water vapor.
Surpass. In such a case (for example, point T in FIG. 7)
As shown in FIG. 8 (b), the cooling water is
Flow down. At this time, the hydrostatic head in the coolant rising channel 2
Partly depends on the weight of the cooling water flowing in the coolant descending channel 3.
Pressure difference between the entrance and exit of water rod 1
Large value S0Less than. However, the cooling water flow rate was further increased.
When added, the unsaturated water flowing from the coolant inlet 4 is cooled.
Boiling is suppressed in the material ascending passage 2 and the coolant descending passage 3
Coolant discharge (with void fraction significantly reduced)
It flows out from the outlet 5 (the state at the point U in FIG. 7, FIG. 8).
(C)). Therefore, the coolant ascending flow path 2 and the coolant descending flow
The passage 3 has almost a single-phase flow. Therefore, FIG. 8 (a)
In the coolant upflow channel 2 and the coolant downflow channel 3
Each hydrostatic head at the level of the reject material discharge port 5 cancels out
Their hydrostatic head difference is very small. But water lots
The flow rate of the cooling water flowing through
The pressure loss due to the reversal of the flow increases, and the water rod 1 enters and exits.
The pressure difference between the mouths rises again.   Due to the phenomenon described above, the difference between the entrance and exit of the water rod 1
Even if the pressure change amount is small, the cooling water flow rate in the water rod 1
The change width is very large, and the change width of the void fraction is also remarkable.
Increase.   Therefore, for example, the water rod when the core flow rate is 80%
The differential pressure between the entrance and exit is the minimum value T in Fig. 7.0Water ro corresponding to
When the core flow rate is 120% or less and the pressure difference between
The pressure difference between the inlet and outlet of the water rod 1 is the maximum value S in FIG.0To
The resistance to exceed the differential pressure between the corresponding inlet and outlet of water rod 1
If the resistance of the antibody 6 is adjusted, it will flow in the fuel assembly
Significant void fraction due to changes in cooling water flow rate (core flow rate)
Change can be realized. Core flow 80% in the above example
Is the local maximum S0To the left, preferably the point Q in FIG.
Value T0Pressure difference between the entrance and exit) and the core flow
120% is the minimum value T0To the right, preferably R in FIG.
Point (maximum value S0Pressure difference between the same entrance and exit)
You.   In the configuration of the above principle, if the coolant flow rate increases
At some point, the amount of steam in the water rod suddenly decreases and nuclear
It was found that stability occurred. Eliminate this instability phenomenon
For this purpose, the side wall of the coolant upflow channel is connected to the coolant downflow channel.
That is, a discharge port is provided.   One preferred embodiment of the present invention utilizing the principles described above,
That is, the first fuel assembly applied to a boiling water reactor is
The description will be made based on FIG. 2, FIG. 2 and FIG.   The fuel assembly 10 of this embodiment includes a fuel rod 11, an upper type tray.
Plate 12, lower tie plate 13, fuel spacer 16, chang
It consists of a Nervox 17 and a water rod 18. fuel
The upper and lower ends of rod 11 are upper tie plate 12 and lower type
Held at rate 13. Water rod 19 also has upper ends at both ends
It is held in the tie plate 12 and the lower tie plate 13.
Several fuel spacers 16 are arranged in the axial direction of the fuel assembly 10.
And maintain the gap between the fuel rods 11 in an appropriate state.
You. The fuel spacer 16 is held by a water rod 19. H
Yannel box 17 is attached to upper tie plate 12
The outer circumference of the bundle of fuel rods 11 held by the fuel spacer 16 is
Surrounding. The lower tie plate 13 has a fuel rod at the upper end.
It has a support portion 14 and a space 15 below the fuel rod support portion 14.
have. The fuel rod support portion 14 is provided with the fuel rod 11 and the water rod.
The lower end of the door 19 is supported. The fuel rod 11 is shown in FIG.
Both ends are sealed by the upper end plug 31 and the lower end plug 32
A large number of fuel pellets 33 loaded in a cladding tube 30
is there. A gas plenum 34 is formed at the upper end inside the cladding tube 30.
It is. The diameter of the water rod 19 (the outer diameter of the outer tube 21 described later) is
The water rod 19 is larger than the diameter of the fuel rod 11 and the water rod 19 is
Is located at the center of the cross section.   The detailed structure of the water rod 19 will be described with reference to FIG. Water ro
The tongue 19 includes an inner tube 20, an outer tube 21, and a spacer 22.
You. The outer tube 21 and the inner tube 20 are arranged in a concentric circle, and the outer tube 21 is
It surrounds the outer circumference of the inner tube 20. The upper end of the outer tube 21 is a cover
Sealed at 23, the upper part of the cover part 23 is the upper type
Inserted and held in rate 12. The cover part 23
The upper end of the inner tube 20 so as to form a gap with the upper end of the tube 20
Have suffered. The upper end of the inner pipe 20 is located at the axis of the water rod 19.
Outer tube 21 via plate-like spacers 22 radially arranged from
It is fixed to the inner surface of. The lower end of the outer tube 21 is closed at the sealing section 24
Is done. The lower end of the inner tube 20 penetrates the sealing portion 24
Protruding downward. The lower end of the inner tube 20 is
The fuel rod support portion 14 of the plate 13 penetrates. Inner tube 20
The cooling water inlet 28 formed at the lower end is a lower tie plate
It is open to 13 spaces 15. The inside of the inner pipe 20 is above the cooling water
The ascending channel 25. A ring formed between the inner tube 20 and the outer tube 21
The passage is the cooling water descending passage 26. Of the lower end of the outer tube 21
A plurality of cooling water discharge ports 29 are formed in the pipe wall in the circumferential direction.
These cooling water discharge ports 29 are provided at equal intervals in the circumferential direction.
ing. The cooling water discharge port 29 is located above the fuel rod support portion 14.
Is open in the region of. Cooling water rises on the side wall of the inner pipe 20
Side discharge port through which the flow can flow to the cooling water descending channel 26
36 are provided. The side discharge port 36 is located above the inner pipe 20.
A plurality of tubes are arranged at equal intervals in the axial direction, and
A plurality are also arranged in the direction.   In the present embodiment, the fuel rod support portion 14 is formed of a resistor shown in FIG.
6 functions. Coolant rise channel 25 and cool down
The channel 26 is a reversing part 27 formed at the upper end of the water rod 19.
Has been contacted by In this way, the water rod 19
Cooling water ascending passage 25, cooling water descending passage 26 and reversing section 27
And an inverted U-shaped cooling water flow path.   The fuel assembly 1 of this embodiment is placed in the core of a boiling water reactor.
Loading (all fuel assemblies are fuel assembly 1) and boiling water atom
When operating the furnace, most of the cooling water is
13 penetration space 18 provided in the space 15 and the fuel rod support portion 14.
(Fig. 1) Fuel of fuel assembly 10 loaded in the core through
It is introduced directly between the bars 11. Lower tie plate 13
The remaining part of the cooling water that has flowed into the space is
Flows into the cooling water ascending passage 25 of the water rod 19 from the
Cooling water discharge port 29 via reversing section 27 and cooling water descending flow path 26
From the fuel rod support 14 to the region above the fuel rod support 14. cooling
The cooling water discharged from the water discharge port 29 is supplied to the cooling water inlet 28.
Depending on the flow rate of the cooling water flowing into the water rod 19
As described above, the liquid or gas (vapor) is used.   In this embodiment, the core flow rate is 100% (the water rod 19 has
Maximum S in the figure08 (a) below
Is generated in the water rod 19, and the core flow rate is 110% (in the water rod 19).
Then, the state of flow rate at point R in FIG. 7) and the state of FIG.
Pressure in the fuel rod support 14 so that
Loss, specifications of inner tube 20 and outer tube 21 are preset
I have.   Next, the effect of the discharge port 36 provided on the side wall of the inner pipe 20 will be described as a fifth example.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows the water supply in the water rod 19.
The relationship between the cooling water flow rate and the average void fraction in the water rod 19.
doing. The average void fraction in the water rod 19 is shown in FIG.
In the structure of the rod, the cooling of the water rod 19 is performed as shown by the curve X.
When the cooling water flow rate exceeds the water flow rate V, the water rod 19
It decreases sharply due to the change in pressure difference between the inlets. Cooling water flow rate V
In this state, the steam layer in the inner pipe 20 disappears due to the increase of the cooling water flow rate.
The state at the time of losing (the state shown in (b) in FIG. 8)
State). That is, the cooling water in the liquid state in the inner pipe 20 is cooled.
It can be said that it is the state at the time when it starts flowing into the recirculating water descending channel 26.
You. In this embodiment, a plurality of discharge ports 36 are provided on the side wall of the inner pipe 20.
The transition point at which all of the cooling water changes to the vapor phase
The cooling water in the state flows from the cooling water ascending passage 25 to the cooling water descending passage 26.
(Flow point) is earlier. That is, the real
In the embodiment, the cooling water flow rate at the transition point shifts to W smaller than V.
Move. For this reason, in this embodiment, the cooling water flow rate W is exceeded.
And the average void fraction is higher than the curve X as shown by the curve Y in FIG.
Decreases slowly. As a result, compared to the structure of FIG.
In the embodiment, the spectrum shift operation is performed while maintaining the stability.
It becomes possible. The diameter of this outlet 36 is above the cooling water
Between the inlet of the ascending channel 25 and the tube outlet of the cooling water descending channel 26
It is determined by the value of the differential pressure.   FIG. 11 shows another embodiment of the present invention. Real truth
The water rod 19A in the embodiment is a side wall of the cooling water rising flow path 2.
The intervals in the axial direction of the plurality of discharge ports 37 provided in
The discharge ports 37 are densely formed between the lower discharge ports 37. What
In addition, the opening of the discharge port 37 in the part where the mutual interval is coarse
The area is the opening of the outlet 37 in the part where it is dense
It is larger than the area. Discharge port 37, coolant rises
The flow path 2 communicates with the coolant descending flow path 3. This embodiment
The gap between the discharge ports 37 is dense at the top and coarse at the bottom
By arranging, the above transition point is the position of cooling water flow rate W1
When the cooling water flow rate exceeds W1, the curve Z1 in FIG.
As a result, the average guide rate gradually decreases. Slope of curve Z1
Is steeper than curve Y but slower than curve X
You. This embodiment is slightly more stable than the previous embodiment.
Although inferior, stability is maintained while plutonium is effectively used.
The spectrum shift operation can be performed while maintaining.   FIG. 12 shows another embodiment of the present invention. This embodiment
The water rod 19B has a plurality of outlets 37 opposite to the water rod 19A.
The gap in the axial direction of the lower
The outlets 37 are densely arranged. Vomiting of rough part
The opening area of the outlet 37 is as large as the water rod 19A.
ing. As in this embodiment, the interval between the discharge ports 37 is increased.
By arranging it so that it is rough at the bottom compared to the part
Low differential pressure between coolant inlet and outlet of water rod 19B
When the discharge ports are arranged at equal intervals (water rod 19)
The average void fraction change in the water rod compared to
As shown by line Z2 (the cooling water flow rate at the transition point is W2),
You. Therefore, the present embodiment is more effective than the embodiment of FIG.
The coolant flow rate can be changed while maintaining stability,
Enables spectrum shift operation with improved core stability
You.   The fuel assembly 10 occupies a water rod 19 as shown in FIG.
Is the cross-sectional area of the cooling water passage of the fuel assembly 1.
It is about 10%. However, two or more water
By providing rod 19, the average volume of the fuel assembly
The width of change in the id ratio can be increased. Improve fuel economy
A fuel assembly with nine water rods is proposed
Have been. In this case, traverse the cooling water flow path of the fuel assembly.
The ratio of the cross-sectional area of all water rods to the area is 30%
Also. FIG. 13 shows the fuel assembly 35 of this embodiment.
The fuel assembly 35 is described in JP-A-61-167972, p.
Lines 11 to 11, line 5 and the water lot of the fuel assembly shown in FIG.
In this case, all the rods are replaced with the aforementioned water rod 19. Real truth
The fuel assembly 35 of the embodiment is disclosed in the specification of Japanese Patent Application No. 61-176792.
The effect of the fuel assembly 1 as shown in FIG.
Response gain effect) can also be obtained.   A fuel assembly according to another embodiment of the present invention will be described below.
You.   Before we discuss this example, we need
The following describes the background.   This embodiment is different from the water rod shown in FIG.
Is done to discover what is happening and to solve that challenge.
It is a thing. The challenge is the cooling water flow supplied to the core.
If the amount suddenly increases for some reason, the water rod 1
The flow rate of the cooling water flowing into the
The average void fraction decreases sharply. like this
The phenomenon is a rapid injection of positive reactivity into the core.
The fuel rods may be adversely affected such as breakage. above
Various studies were conducted to resolve the issues.
In the coolant rising channel 2 of the ridge 1 (for example, the coolant rising channel 2
At the inlet), a hand that can suppress a sudden increase in coolant flow rate
The inventors notice that a step, for example, a resistor may be provided.
With. An example of this structure is shown in FIG. Water rod 19
In the lower portion of the coolant rising channel 2 of C,
Means for suppressing the increase (coolant flow rate rapid increase suppression means)
Then, the movable resistance element 38, the upper bracket 39 and the lower bracket 40
Is provided. The upper bracket 39 is located at the center
It is a disk provided with an opening,
Installed. The opening at the center is
It is smaller than the size (diameter). The lower bracket 40 is above the coolant
It is attached to the side wall of the rising channel 2 and extends toward the center of the channel.
These are four round bars. The lower bracket 40 is below the upper bracket 39
So that the movable resistance element 38 does not fall downward.
I support it. The movable resistance element 38 is a sphere made of metal.
is there.   The state in the water rod 19C is shown in FIG. 8 (a) or (b).
When the reactor is operating to
When the amount increases rapidly, the coolant flows into the coolant upflow channel 2.
The inflow of water rapidly increased and immediately changed to the state shown in FIG.
Try to move. At this time, a sudden increase in the cooling water flow rate
The movable resistance element 38 is pushed up, and the upper bracket 37 is opened.
Close the mouth and flow into the coolant rise channel 2 of the water rod 19C
The flow rate of the cooling water to be injected is restricted, and the state shown in FIG.
Prevent sudden transitions. The rate of increase in cooling water flow decreases
The movable resistance element 38 gradually descends as
It is held by the metal fitting 40. The movable resistance element 38 gradually
By descending, the area of the opening of the upper bracket 39 gradually increases.
And the flow rate of the cooling water supplied into the coolant rising flow path 2 increases.
Increase gradually. As a result, as described above, the coolant
It is possible to prevent a rapid increase in the amount of cooling water flowing into the ascending passage 2.
Wear.   The means for suppressing a sudden increase in the coolant flow rate shown in FIG.
FIG. 15 shows a specific structure of this embodiment applied to a fuel assembly.
It is described below based on The same configuration as that of FIG.
The same reference numerals are used. Parts that differ from the configuration in FIG.
Will be described only.   In the cooling water rise channel 25 of the water rod 19, a ball
Shaped metal movable resistance element 38, above which a movable resistance element
It has an opening 39A (Fig. 15 (c)) smaller than the diameter of the element 38.
A disk-shaped upper bracket 39 and a movable resistor element 38
A lower metal fitting 40 for holding the dynamic resistance element 38 is provided.
You. The upper bracket 39 and the lower bracket 40 are attached to the inner tube 20
Have been. The movable resistance element 38 is used for a predetermined change in the flow rate of the cooling water.
Weight so that it can be pushed up by a sudden increase
Has been adjusted.   Next, the device of the movable resistance element 38 provided in the cooling water rising flow path 25
The function will be described below. Core flow is within the specified range (120% or less)
In (bottom), the cooling water passes through the gap between the lower
It flows into the ascending channel 25. However, the cooling water flow rate changes
If the ratio suddenly increases beyond the ratio, the moving resistance element 38 flows in
Is pushed upward by the cooling water
Pressed. At this time, the movable resistance element 38 is
The opening 39A of the tool 39 is closed, and the water rod 19 enters.
Of the cooling water is temporarily blocked.   Therefore, the vehicle is operating in the state of FIG. 8 (a) or (b).
In the case where there is a sudden change in the flow rate, the state shown in FIG.
In the fuel assembly.
Prevent reduction.   The movable resistance element 38 is determined from the differential pressure generated in the water rod 19.
Is determined.   In the present embodiment, an example of a spherical rotation resistance element has been described.
The same effect can be obtained with pillars, cones, truncated cones, plates, etc.
Can be obtained.   Although not described in detail, the effect of the discharge port 36 is not described.
And cooling water descending passage 25 and cooling water descending passage 26
Can be obtained in the same manner as in the embodiment of FIG.
Wear.   If you want only the functions shown in Fig. 14,
The fuel assembly is constructed by removing the discharge port 36 from the structure
It should be done. 〔The invention's effect〕   According to the present invention, while maintaining stability with a simple structure,
The average void fraction in the fuel
It is possible to carry out a vector shift operation.

【図面の簡単な説明】 第1図(a)は本発明の好適な一実施例である燃料集合
体と水ロツド付近の詳細構造図、第1図(b)は第1図
(a)のIV−IV断面図、第2図は第1図の水ロツドを有
する燃料集合体の縦断面図、第3図は第2図のIII−III
断面図、第4図は第2図に示された燃料棒の部分断面
図、第5図は、水ロツド内に供給される冷却水流量と水
ロツド内の平均ボイド率との関係を示す特性図、第6図
は本発明に用いられる水ロツドの原理を示す説明図、第
7図は、第6図の水ロツドの出入口間に生じる差圧特性
の概念図、第8図(a),(b)及び(c)は第7図の
S.T及びU点での水ロツド内の流動状態を示す説明図、
第9図はスペクトルシフト運転を実施しない場合及びそ
れを実施した場合における燃焼度に対する無限増倍率の
変化を示す特性図、第10図は炉心流量と炉心平均ボイド
率との関係を示す特性図、第11図,第12図及び第13図は
本発明の他の実施例である燃料集合体の構造図、第14図
は本発明の他の実施例である燃料集合体の水ロツドの構
成図、第15図は第14図に示す水ロツドの原理を用いた本
発明の他の実施例である燃料集合体の構成図である。 10,35……燃料集合体、11……燃料棒、12……上部タイ
プレート、13……下部タイプレート、14……燃料棒支持
部、19,19A〜19C……水ロツド、20……内管、21……外
管、25……冷却水上昇流路、26……冷却水下降流路、28
……冷却水流入口、29……冷却水吐出口、36,37……吐
出口、38……可動抵抗素子、39……上部受金具、40……
下部受金具。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 (a) is a detailed structural view of the vicinity of a fuel assembly and a water rod according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a view of FIG. 1 (a). IV-IV sectional view, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the fuel assembly having the water rod of FIG. 1, and FIG. 3 is III-III of FIG.
FIG. 4 is a partial sectional view of the fuel rod shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a characteristic showing the relationship between the flow rate of cooling water supplied into the water rod and the average void fraction in the water rod. FIG. 6 is an explanatory view showing the principle of the water rod used in the present invention. FIG. 7 is a conceptual diagram of a differential pressure characteristic generated between the inlet and the outlet of the water rod in FIG. 6, and FIGS. (B) and (c) of FIG.
Explanatory diagram showing the flow state in the water rod at ST and U points,
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a change in the infinite multiplication factor with respect to the burnup when the spectrum shift operation is not performed and when the spectrum shift operation is performed. FIG. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between the core flow rate and the core average void fraction. FIGS. 11, 12, and 13 are structural diagrams of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a structural diagram of a water rod of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 15 is a structural view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention using the principle of the water rod shown in FIG. 10,35… fuel assembly, 11… fuel rod, 12… upper tie plate, 13… lower tie plate, 14… fuel rod support, 19, 19A to 19C… water rod, 20… Inner pipe, 21 ... Outer pipe, 25 ... Cooling water ascending flow path, 26 ... Cooling water descending flow path, 28
… Cooling water inlet, 29… Cooling water discharge port, 36, 37… Discharge port, 38… Movable resistance element, 39… Upper bracket, 40…
Lower bracket.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 佑一郎 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 綿引 一男 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭62−250392(JP,A) 特許2533499(JP,B2)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Yuichiro Yoshimoto               3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Shares               Hitachi, Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Kazuo Wataniki               3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Shares               Hitachi, Ltd. Hitachi factory                (56) References JP-A-62-250392 (JP, A)                 Patent 2533499 (JP, B2)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.内部に核燃料物質が充填された複数の燃料棒と、該
燃料棒間に配置された水ロッドと、前記燃料棒及び前記
水ロッドを保持する燃料保持部を有する下部タイプレー
トと、前記燃料保持部よりも上方でかつ前記水ロッドの
外部において前記燃料棒間に形成された第1冷却材通路
と、前記水ロッド内に形成された第2冷却材通路とを備
えた燃料集合体において、 前記第2冷却材通路は、前記燃料保持部よりも下方の領
域に対して開口している入口部と、前記第1冷却材通路
に対して開口し前記燃料棒の下端部付近に位置する出口
部と、前記入口部から流入した冷却材を上昇させるため
の上昇流路と、該上昇流路内を上昇した冷却材を前記出
口部に向かって下降させるための下降流路と、前記上昇
流路の側壁に燃料集合体の軸方向に分布するように設け
られ前記下降流路と連通する複数の吐出口とを有するこ
とを特徴とする燃料集合体。 2.特許請求の範囲第1項において、前記複数の吐出口
の前記軸方向における間隔は、下方よりも上方の方が小
さいことを特徴とする燃料集合体。 3.特許請求の範囲第1項において、前記複数の吐出口
の前記軸方向における間隔は、下方よりも上方の方が大
きいことを特徴とする燃料集合体。 4.特許請求の範囲第1項において、前記複数の吐出口
の開口面積は、下方よりも上方の方が大きいことを特徴
とする燃料集合体。 5.特許請求の範囲第1項において、前記複数の吐出口
の開口面積は、下方よりも上方の方が小さいことを特徴
とする燃料集合体。 6.特許請求の範囲第1項において、前記上昇流路内に
冷却材の流れに対する抵抗体を設けたことを特徴とする
燃料集合体。
(57) [Claims] A plurality of fuel rods filled with nuclear fuel material therein, a water rod disposed between the fuel rods, a lower tie plate having the fuel rods and a fuel holding unit for holding the water rods, and the fuel holding unit A fuel assembly including a first coolant passage formed between the fuel rods above the water rod and outside the water rod, and a second coolant passage formed in the water rod. (2) an inlet portion opening to a region below the fuel holding portion, and an outlet portion opening to the first coolant passage and located near a lower end portion of the fuel rod. A rising channel for raising the coolant flowing from the inlet portion, a descending channel for lowering the coolant rising in the rising channel toward the outlet portion, So that it is distributed in the axial direction of the fuel assembly on the side wall. A fuel assembly, comprising: a plurality of discharge ports provided to communicate with the descending flow path. 2. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein an interval between the plurality of discharge ports in the axial direction is smaller in an upper portion than in a lower portion. 3. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein an interval between the plurality of discharge ports in the axial direction is larger at an upper side than at a lower side. 4. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein an opening area of the plurality of discharge ports is larger at an upper side than at a lower side. 5. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein an opening area of the plurality of discharge ports is smaller at an upper side than at a lower side. 6. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein a resistor for a flow of a coolant is provided in the upflow channel.
JP62268186A 1987-10-26 1987-10-26 Fuel assembly Expired - Lifetime JP2664167B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62268186A JP2664167B2 (en) 1987-10-26 1987-10-26 Fuel assembly

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62268186A JP2664167B2 (en) 1987-10-26 1987-10-26 Fuel assembly

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01112192A JPH01112192A (en) 1989-04-28
JP2664167B2 true JP2664167B2 (en) 1997-10-15

Family

ID=17455112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62268186A Expired - Lifetime JP2664167B2 (en) 1987-10-26 1987-10-26 Fuel assembly

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2664167B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2533499B2 (en) 1986-09-17 1996-09-11 株式会社日立製作所 Fuel assembly, nuclear reactor and operating method thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4708846A (en) * 1986-04-10 1987-11-24 Exxon Nuclear Company, Inc. BWR critical-power-enhancing water rod (85-EN-3)

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2533499B2 (en) 1986-09-17 1996-09-11 株式会社日立製作所 Fuel assembly, nuclear reactor and operating method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01112192A (en) 1989-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2533499B2 (en) Fuel assembly, nuclear reactor and operating method thereof
JP3055820B2 (en) Fuel assembly and core
JP2804205B2 (en) Fuel assemblies and cores
US6278757B1 (en) Fuel assembly and nuclear reactor
JP2664167B2 (en) Fuel assembly
US5617456A (en) Fuel assembly and nuclear reactor
JP3160341B2 (en) Fuel assembly
US5640435A (en) Fuel assembly and nuclear reactor
JP2791077B2 (en) Fuel assembly
JP2563492B2 (en) Fuel assembly
JP3895529B2 (en) Boiling water reactor core
JP2550125B2 (en) Fuel assembly
JP3958545B2 (en) Fuel assembly
JPH065317B2 (en) Fuel assembly
JPH01229997A (en) Fuel assembly
JPH01176983A (en) Fuel assembly
JP3015487B2 (en) Fuel assemblies and reactors
JPH02249995A (en) Fuel assembly
US7215729B1 (en) Fuel assembly and nuclear reactor
JPH0833465B2 (en) Boiling water reactor and its operating method
JPH05150067A (en) Arrangement of partial-length fuel rod for optimized reactor core design
JPS63175797A (en) Control rod for boiling water type reactor and method of operating boiling water type reactor by using said control rod
JPH0712973A (en) Fuel assembly and reactor core
JPS6258193A (en) Operation control rod for nuclear reactor
JPH01172798A (en) Pressure tube type reactor

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080620

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080620

Year of fee payment: 11

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080620

Year of fee payment: 11