JP3141452B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP3141452B2
JP3141452B2 JP03277448A JP27744891A JP3141452B2 JP 3141452 B2 JP3141452 B2 JP 3141452B2 JP 03277448 A JP03277448 A JP 03277448A JP 27744891 A JP27744891 A JP 27744891A JP 3141452 B2 JP3141452 B2 JP 3141452B2
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fuel assembly
cladding tube
cladding
lower plenum
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【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用いるのに好適な燃料集合体に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly, and more particularly to a fuel assembly suitable for use in a boiling water reactor.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉の炉心に装荷される従来
の燃料集合体は、上部及び下部タイプレート,燃料棒,
水ロッド、及び燃料スペーサを有する。燃料棒及び水ロ
ッドは、上下端部が上部及び下部タイプレートにそれぞ
れ保持される。燃料棒は、上下端部が密封された被覆管
内に燃料ペレットを充填したものである。被覆管内に
は、ガスプレナムが形成される。燃料スペーサは、燃料
棒相互の間を所定間隔に保持する。
2. Description of the Related Art Conventional fuel assemblies loaded in the core of a boiling water reactor include upper and lower tie plates, fuel rods,
It has a water rod and a fuel spacer. The upper and lower ends of the fuel rod and the water rod are held by the upper and lower tie plates, respectively. The fuel rod is obtained by filling fuel pellets in a cladding tube whose upper and lower ends are sealed. A gas plenum is formed in the cladding tube. The fuel spacer keeps a predetermined distance between the fuel rods.

【0003】通常、燃料棒内のガスプレナムは、燃料棒
の上端部に形成される。しかし、燃料棒の内圧低減のた
めに、燃料棒の下端部にガスプレナムを形成した燃料棒
が知られている。この中で、軽水炉に用いられる燃料棒
が、特開昭61−114184号公報に記載されている。この燃
料棒は、下端部にあるガスプレナム(下部プレナム)
長さを上端部にあるガスプレナム(上部プレナム)のそ
れよりも長くしている。このように、下端部のガスプレ
ナムの長さを上端部のその長さよりも長くすることによ
って、燃料棒内の圧力の上昇が抑制される。特開平2−9
1597号公報も、やはり、上端部及び下端部にガスプレナ
ムを備えた燃料棒を示している。この燃料棒は、上半分
の外径が下半分のそれよりも小さくしている。上半分の
外径を小さくすることによる燃料物質量の減少は、下半
分での外径をより大きくすることによって補償できる。
この特開平2−91597号公報の燃料棒は、二相流に対する
低圧損化を達成する。
[0003] Normally, a gas plenum in a fuel rod is formed at the upper end of the fuel rod. However, there is known a fuel rod in which a gas plenum is formed at the lower end of the fuel rod in order to reduce the internal pressure of the fuel rod. Among them, a fuel rod used for a light water reactor is described in JP-A-61-114184. In this fuel rod, the length of the gas plenum (lower plenum) at the lower end is longer than that of the gas plenum (upper plenum) at the upper end. In this way, by making the length of the gas plenum at the lower end longer than that of the upper end, the rise in the pressure in the fuel rod is suppressed. JP 2-9
No. 1597 also shows a fuel rod having a gas plenum at the upper end and the lower end. In this fuel rod, the outer diameter of the upper half is smaller than that of the lower half. The decrease in fuel mass due to the smaller outer diameter of the upper half can be compensated for by a larger outer diameter in the lower half.
The fuel rod disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-91597 achieves low pressure loss for two-phase flow.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】特開平2−91597号公報
の燃料棒は、軸方向の下半分における燃料ペレット充填
部での外径も増加しているため、流動振動に対する保持
特性の向上及び燃料集合体全体の耐震強度の増加という
点から必ずしも望ましいものではない。これは、以下の
理由による。燃料棒の流動振動による振幅は、燃料棒の
固有振動数に反比例する。この固有振動数は、燃料棒の
単位長さ当りの質量に反比例し燃料棒の断面二次モーメ
ントに比例する。従って、燃料ペレット充填部での燃料
棒外径を増加させた場合、断面二次モーメントは増加す
るが、それ以上に燃料ペレットの直径増大により燃料棒
の単位長さ当りの質量が増加するために燃料棒の固有振
動数は減少し、燃料棒の流動振動による振幅が増加する
ことが分かった。
The fuel rod disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-91597 has an increased outer diameter at the fuel pellet filling portion in the lower half in the axial direction. This is not always desirable in terms of increasing the seismic strength of the entire fuel assembly. This is for the following reason. The amplitude due to the flow vibration of the fuel rod is inversely proportional to the natural frequency of the fuel rod. This natural frequency is inversely proportional to the mass per unit length of the fuel rod and proportional to the second moment of area of the fuel rod. Therefore, when the outer diameter of the fuel rod at the fuel pellet filling portion is increased, the second moment of area increases, but the mass per unit length of the fuel rod further increases due to the increase in the diameter of the fuel pellet. It was found that the natural frequency of the fuel rod decreased and the amplitude due to the flow oscillation of the fuel rod increased.

【0005】近年、濃縮度を増加させることによる、燃
料集合体の高燃焼度化が検討されている。濃縮度の増加
による燃料棒の線出力密度の増加を抑えるために、燃料
集合体一体当たりの燃料棒本数の増加が考えられてい
る。これは、燃料集合体の圧力損失の増加をもたらす。
In recent years, studies have been made to increase the burnup of fuel assemblies by increasing the enrichment. In order to suppress an increase in the linear power density of the fuel rods due to an increase in the enrichment, an increase in the number of fuel rods per fuel assembly is considered. This results in increased fuel assembly pressure drop.

【0006】本発明の目的は、中性子利用率の減少を抑
制でき、燃料棒の流動振動を抑制できると共に、圧力損
失を低減できる燃料集合体を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to suppress a decrease in neutron utilization, to suppress flow oscillation of a fuel rod, and to reduce a pressure drop.
An object of the present invention is to provide a fuel assembly that can reduce loss .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、燃料棒の
下部プレナムの部分での被覆管の単位長さ当たりの曲げ
剛性を、燃料ペレット充填領域の軸方向全長に対応する
部分での被覆管のそれよりも大きくすると共に、最下段
に位置する燃料スペーサの横断面に対する投影面積をそ
の他の燃料スペーサのそれよりも小さくすることにより
達成できる。また、燃料スペーサを軸方向に6個配置す
ることでも達成できる。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the bending stiffness per unit length of a cladding tube at a lower plenum portion of a fuel rod by a cladding at a portion corresponding to the entire axial length of a fuel pellet filling region. with larger than that of the tube, the bottom
The projected area for the cross section of the fuel spacer located at
By making it smaller than that of other fuel spacers
Can be achieved. Also, six fuel spacers are arranged in the axial direction.
Can also be achieved.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、下部プレナムの部分での被覆
管の単位長さ当たりの曲げ剛性が、燃料ペレット充填領
域の部分での被覆管のそれよりも大きいので、燃料棒の
流動振動を抑制できる。また、曲げ剛性の増加を下部プ
レナム部に限っているので、燃料ペレット充填領域での
被覆管の中性子吸収量が増加せず、中性子利用率の減少
を抑制できる。更に、最下段に位置する燃料スペーサの
横断面に対する投影面積をその他の燃料スペーサのそれ
よりも小さくしたり、燃料スペーサを軸方向に6個配置
することが、圧力損失の低減に寄与する。
According to the present invention, since the bending stiffness per unit length of the cladding in the lower plenum is greater than that of the cladding in the fuel pellet filling region, the flow vibration of the fuel rods is reduced. Can be suppressed. Further, since the increase in bending stiffness is limited to the lower plenum, the neutron absorption amount of the cladding tube in the fuel pellet filling region does not increase, and a decrease in neutron utilization can be suppressed. Furthermore, the fuel spacer located at the bottom
The projected area for the cross section is that of other fuel spacers.
Smaller and six fuel spacers are arranged in the axial direction
This contributes to a reduction in pressure loss.

【0009】[0009]

【実施例】沸騰水型原子炉に適用される本発明の好適な
一実施例である燃料集合体を図1及び図2に基づいて以
下に説明する。
BRIEF DESCRIPTION fuel assemblies is a preferred embodiment of the present invention applied to a boiling water reactor below with reference to FIGS.

【0010】燃料集合体は、燃料棒1,下部タイプレー
ト2,上部タイプレート3及び燃料スペーサ4を有す
る。燃料棒1の上端部は上部タイプレート3に、その下
端部は下部タイプレート2にそれぞれ保持される。燃料
スペーサ4は、燃料棒1の相互の間隔を所定幅に保持す
る。燃料棒1は、被覆管9の上端及び下端を上部端栓2
2及び下部端栓23にて密封し、この被覆管9内に燃料
ペレット5を充填したものである。下部プレナム6が、
燃料ペレット5が充填された領域(以下、燃料有効長部
という)の下方で被覆管9内に形成される。燃料ペレッ
ト5を支えるスプリング25が、下部プレナム6内に配
置される。図3は、下部プレナム6内を拡大して示した
ものである。スプリング25は、最下端に位置する燃料
ペレット5の下方に配置されたペレット支持板10を支
持する。ペレット支持板10は、核分裂生成ガスが、下
部プレナム6に達するように貫通孔が設けられる。この
燃料ペレット5の支持構造は、図4に示すようにしても
良い。この構造は、スプリング25に替えて側壁に孔を
有する円筒部材12を設けたものである。この円筒部材
12が、ペレット支持板10を支える。上部プレナム8
が、燃料有効長部の上方で被覆管9内に形成される。下
部プレナム6の軸方向の長さは、上部プレナム8のそれ
よりも長く、全プレナムの合計軸方向長さの大部分を占
めている。燃料ペレット5を押圧するスプリング26
が、上部プレナム8内に設けられる。被覆管9は、下部
プレナム6の軸方向長さに対応する部分(以下、下部プ
レナム部LGという)での外径が燃料有効長部の軸方向
長さに対応する部分(以下、ペレット充填部PCとい
う)のそれよりも大きい。下部プレナム部LGの肉厚
は、ペレット充填領域部PCのそれと等しい。このた
め、被覆管9は、下部プレナム部LGの内径がペレット
充填部PCのそれよりも大きくなっている。従来の燃料
集合体は膨張スプリング7を燃料棒の上部端栓に取り付
けていたが、本実施例では下部端栓23に取り付けてい
る。
The fuel assembly has a fuel rod 1, a lower tie plate 2, an upper tie plate 3, and a fuel spacer 4. The upper end of the fuel rod 1 is held by the upper tie plate 3, and the lower end is held by the lower tie plate 2. The fuel spacer 4 keeps the distance between the fuel rods 1 at a predetermined width. The fuel rod 1 is formed by connecting the upper end and the lower end of the cladding tube 9 to the upper end plug 2.
2 and the lower end plug 23, and the cladding tube 9 is filled with fuel pellets 5. The lower plenum 6
The fuel pellet 5 is formed in the cladding tube 9 below a region filled with the fuel pellet 5 (hereinafter, referred to as a fuel effective length). A spring 25 supporting the fuel pellets 5 is arranged in the lower plenum 6. FIG. 3 is an enlarged view of the inside of the lower plenum 6. The spring 25 supports the pellet support plate 10 disposed below the lowermost fuel pellet 5. The pellet support plate 10 is provided with a through-hole so that the fission product gas reaches the lower plenum 6. The support structure for the fuel pellet 5 may be as shown in FIG. In this structure, a cylindrical member 12 having a hole in a side wall is provided instead of the spring 25. This cylindrical member 12 supports the pellet support plate 10. Upper plenum 8
Are formed in the cladding tube 9 above the active fuel length. The axial length of the lower plenum 6 is longer than that of the upper plenum 8 and accounts for most of the total axial length of all plenums. Spring 26 pressing fuel pellet 5
Are provided in the upper plenum 8. The cladding tube 9 has a portion corresponding to the axial length of the lower plenum 6 (hereinafter referred to as a lower plenum portion LG) and a portion corresponding to the axial length of the active fuel length portion (hereinafter referred to as a pellet filling portion). PC). The thickness of the lower plenum portion LG is equal to that of the pellet filling region portion PC. For this reason, in the cladding tube 9, the inner diameter of the lower plenum portion LG is larger than that of the pellet filling portion PC. In the conventional fuel assembly, the expansion spring 7 is attached to the upper end plug of the fuel rod, but in this embodiment, it is attached to the lower end plug 23.

【0011】本実施例の燃料集合体を沸騰水型原子炉の
炉心内に装荷して原子炉の運転を開始すると、冷却水が
下部タイプレート2から燃料集合体内に供給される。こ
の冷却水は、燃料棒1間を上昇する際に核燃料の核分裂
にて発生する熱によって加熱され蒸気になる。燃料集合
体の上部は、冷却水と蒸気の二相流が流れる。この二相
流は、上部タイプレート3を通って燃料集合体外に流出
する。なお、燃料集合体の沸騰開始点より上流側(下方
側)は、冷却水の単相流となっている。
When the fuel assembly of this embodiment is loaded into the core of a boiling water reactor and the operation of the reactor is started, cooling water is supplied from the lower tie plate 2 into the fuel assembly. This cooling water is heated by heat generated by nuclear fission of the nuclear fuel when ascending between the fuel rods 1 and turns into steam. A two-phase flow of cooling water and steam flows in the upper part of the fuel assembly. This two-phase flow exits the fuel assembly through the upper tie plate 3. The upstream (lower) side of the boiling point of the fuel assembly is a single-phase flow of the cooling water.

【0012】被覆管の直径を増加させる場合、被覆管直
径の変化領域に燃料ペレット5が充填されていると、燃
料ペレットが体積膨張して被覆管と接触し機械的相互作
用を生じたときに被覆管に大きな応力が発生する。本実
施例は、燃料ペレットの充填されていない下部プレナム
部の直径を増加させるため、そのような問題は生じな
い。また、下部プレナム部だけでなく燃料棒の上部まで
被覆管の直径を増大すると、燃料集合体の圧力損失の増
加につながる。
When increasing the diameter of the cladding tube, if the fuel pellets 5 are filled in the region where the cladding tube diameter changes, the fuel pellets will expand in volume and come into contact with the cladding tube to cause mechanical interaction. Large stress is generated in the cladding tube. In the present embodiment, such a problem does not occur because the diameter of the lower plenum portion not filled with the fuel pellet is increased. In addition, increasing the diameter of the cladding tube not only in the lower plenum portion but also in the upper portion of the fuel rod leads to an increase in pressure loss of the fuel assembly.

【0013】本実施例は、下部プレナム6を設け、被覆
管9の下部プレナム部LGの外径を大きくすることによ
って、以下に示す作用効果を生じる。
In this embodiment, the following functions and effects are produced by providing the lower plenum 6 and increasing the outer diameter of the lower plenum portion LG of the cladding tube 9.

【0014】最初に、下部プレナム6の作用効果につい
て説明する。燃料棒表面で生じる冷却水の摩擦圧力損失
は、単相流領域よりも二相流領域で大きくなる。同一表
面積に対して、二相流領域の摩擦圧力損失は、単相流領
域のそれの約3倍となる。このため、本実施例は、燃料
棒1間を流れる冷却水の沸騰開始点より上流側、すなわ
ち、単相流領域に燃料ペレット5を充填していない下部
プレナム6が位置するので、上部プレナムのみを有する
燃料棒を備えた従来の燃料集合体に比べて、沸騰開始点
が下流側に移動し二相流領域の軸方向長さが短縮され
る。これは、二相流領域の摩擦圧力損失の低減につなが
り、燃料集合体の圧力損失を低減できる。特に、膨張ス
プリング7を下部端線23に取り付けていることも、燃
料集合体の単相流領域の軸方向長さの増加につながり、
圧力損失の低減に寄与している。
First, the operation and effect of the lower plenum 6 will be described. The friction pressure loss of the cooling water generated on the fuel rod surface is larger in the two-phase flow region than in the single-phase flow region. For the same surface area, the friction pressure loss in the two-phase flow region is about three times that of the single-phase flow region. Therefore, in the present embodiment, the lower plenum 6 not filled with the fuel pellets 5 is located upstream of the boiling point of the cooling water flowing between the fuel rods 1, that is, in the single-phase flow region. As compared with a conventional fuel assembly including a fuel rod having the following, the boiling start point moves to the downstream side, and the axial length of the two-phase flow region is reduced. This leads to a reduction in friction pressure loss in the two-phase flow region, and a reduction in pressure loss in the fuel assembly. In particular, the attachment of the expansion spring 7 to the lower end line 23 also increases the axial length of the single-phase flow region of the fuel assembly,
This contributes to a reduction in pressure loss.

【0015】以上のことを図5及び図6を用いて具体的
に説明する。図5は、上部プレナムのみを有する燃料棒
を備えた従来の燃料集合体の軸方向の圧力損失分布を示
している。図6は、本実施例のように下部プレナム6を
有する燃料棒を備えた燃料集合体の軸方向の摩擦圧力損
失分布を示す。図5の従来の燃料集合体は、プレナムが
二相流領域に位置するため、同部分での摩擦圧力損失が
大きく、燃料集合体全体の摩擦圧力損失の約16%を占
めている。本実施例の燃料集合体は、プレナムが単相流
領域に位置するため、単相流領域の長さが増え二相領域
の長さは図5に比べて約12%短縮される。プレナムは
単相流領域に位置し、この部分の摩擦圧力損失は、図5
の上部プレナムでの摩擦圧力損失の34%になる。従っ
て、本実施例の摩擦圧力損失は、図5の従来例に比べて
16%小さくなる。
The above is specifically described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the axial pressure drop distribution of a conventional fuel assembly with fuel rods having only the upper plenum. FIG. 6 shows an axial friction pressure loss distribution of a fuel assembly including a fuel rod having a lower plenum 6 as in the present embodiment. In the conventional fuel assembly of FIG. 5, since the plenum is located in the two-phase flow region, the friction pressure loss at the same portion is large, and occupies about 16% of the friction pressure loss of the entire fuel assembly. In the fuel assembly of this embodiment, since the plenum is located in the single-phase flow region, the length of the single-phase flow region increases, and the length of the two-phase region is reduced by about 12% as compared with FIG. The plenum is located in the single-phase flow region, and the friction pressure loss in this region is shown in FIG.
34% of the friction pressure loss in the upper plenum of Therefore, the friction pressure loss of the present embodiment is 16% smaller than that of the conventional example of FIG.

【0016】更に、本実施例の燃料集合体は、沸騰開始
点が下流側に移動するので、燃料スペーサの軸方向での
設置位置を図5の従来例と同じ位置にした場合、各燃料
スペーサの位置におけるボイド率が低下する。燃料スペ
ーサで生じる圧力損失は、二相流領域よりも単相流領域
で小さく、また、同じ二相流領域でもボイド率の小さい
方が小さくなる。従って、本実施例のように、単相流領
域にプレナムの大部分を配置した場合、各燃料スペーサ
位置でのボイド率は従来よりも低下し、各燃料スペーサ
で生じる圧力損失も低下する。下部端栓23に膨張スプ
リング7を取り付けた場合、それらの効果は更に増加す
る。図7に、以上で述べた本実施例の燃料集合体及び図
5の燃料集合体における各燃料スペーサで生じる圧力損
失及びボイド率の特性を示した。なお、実線の特性(本
実施例)及び破線の特性(従来例)は、ボイド率の変化を
示す。上記の効果により本実施例は従来に比べて燃料ス
ペーサで生じる圧力損失を14%低下できる。
Further, in the fuel assembly of this embodiment, since the boiling start point moves to the downstream side, when the installation position of the fuel spacer in the axial direction is the same as that of the conventional example of FIG. The void ratio at the position is decreased. The pressure loss generated in the fuel spacer is smaller in the single-phase flow region than in the two-phase flow region, and is smaller when the void fraction is smaller in the same two-phase flow region. Therefore, when most of the plenum is arranged in the single-phase flow region as in the present embodiment, the void ratio at each fuel spacer position is lower than in the prior art, and the pressure loss generated in each fuel spacer is also lower. When the expansion spring 7 is attached to the lower end plug 23, their effects are further increased. FIG. 7 shows the characteristics of the pressure loss and the void ratio generated at each fuel spacer in the fuel assembly of the present embodiment and the fuel assembly of FIG. 5 described above. The characteristics of the solid line (this embodiment) and the characteristics of the broken line (conventional example) indicate changes in the void ratio. Due to the above effects, the present embodiment can reduce the pressure loss generated in the fuel spacer by 14% as compared with the related art.

【0017】本実施例によれば、高燃焼度燃料において
線出力密度低減のために燃料集合体一体当たりの燃料棒
本数を増加させても、各燃料棒に下部プレナムを設ける
ことにより軸方向長の短い短尺燃料棒の本数を増加させ
ずとも、燃料集合体の圧力損失を従来と同程度に低減で
きる。この結果、燃料集合体一体当たりの燃料装荷量
は、従来より10%増加し、燃料経済性が向上する。更
に、燃料集合体の取替え体数も減少し、放射性廃棄物の
量も減少する。上記のように燃料集合体の圧力損失の低
減は、燃料集合体の水力学的安定性を向上させ、炉心全
体の安定性も向上させる。
According to this embodiment, even if the number of fuel rods per fuel assembly is increased in order to reduce the linear output density of high burnup fuel, the axial length can be increased by providing the lower plenum for each fuel rod. The pressure loss of the fuel assembly can be reduced to the same level as before without increasing the number of short fuel rods having a short length. As a result, the amount of fuel loaded per fuel assembly is increased by 10% as compared with the conventional case, and fuel economy is improved. In addition, the number of replacement fuel assemblies is reduced, and the amount of radioactive waste is also reduced. As described above, the reduction in the pressure loss of the fuel assembly improves the hydraulic stability of the fuel assembly and also improves the stability of the entire core.

【0018】次に、被覆管9の下部プレナム部LGの外
径を大きくすることによって生じる異なる2つの作用効
果について説明する。
Next, two different effects produced by increasing the outer diameter of the lower plenum portion LG of the cladding tube 9 will be described.

【0019】その作用効果の1つは、燃料集合体の中性
子利用率の減少を著しく抑制できることである。一般
に、被覆管直径の増加は、それだけ被覆管構造材の物量
の増加をもたらす。これは、被覆管による中性子吸収量
の増加につながり、中性子利用率が低下する。しかしな
がら、本実施例は、ペレット充填部PCより下方にある
下部プレナム部LGの直径を大きくしペレット充填部P
Cの直径を大きくしないので、中性子利用率はほとんど
減少しない。すなわち、本実施例は、下部プレナム部L
Gでの単位長さ当たりの曲げ剛性の増大が中性子利用率
をほとんど低下させない。
One of the functions and effects is that the decrease in the neutron utilization rate of the fuel assembly can be significantly suppressed. Generally, an increase in cladding diameter results in an increase in the amount of cladding structural material. This leads to an increase in the amount of neutron absorbed by the cladding tube, and the neutron utilization rate decreases. However, in the present embodiment, the diameter of the lower plenum portion LG below the pellet filling portion PC is increased so that the pellet filling portion P
Since the diameter of C is not increased, neutron utilization hardly decreases. That is, in the present embodiment, the lower plenum L
The increase in bending stiffness per unit length at G hardly reduces neutron utilization.

【0020】その作用効果の2つ目は、下部プレナム部
LGでの単位長さ当たりの曲げ剛性の増大による燃料棒
の流動振動の抑制である。本実施例の燃料集合体は、被
覆管9が下部プレナム部LGでの外径がペレット充填部
PCでいうそれよりも大きいので、下部プレナム部LG
の単位長さ当たりの曲げ剛性がペレット充填部PCの単
位長さ当たりの曲げ剛性よりも大きい。燃料棒1の下端
部、すなわち下部プレナム部LGでの曲げ剛性を増加さ
せることにより、燃料棒全体の機械的強度が増加し、流
動振動に対する特性が良くなる。また、下部プレナム部
LGでの曲げ剛性を増加させたことにより、燃料スペー
サに加わる機械的応力も低下する。このため、燃料スペ
ーサ4を薄肉化できる。さらに、流動振動に対する特性
が良くなり、振動振幅が減少するため、軸方向における
燃料スペーサの間隔を広げることが可能になる。この場
合、軸方向の燃料スペーサ4の個数が低減可能となる。
The second effect is to suppress the flow vibration of the fuel rod by increasing the bending rigidity per unit length in the lower plenum portion LG. In the fuel assembly of this embodiment, since the cladding tube 9 has a larger outer diameter at the lower plenum portion LG than that at the pellet filling portion PC, the lower plenum portion LG
Is greater than the bending stiffness per unit length of the pellet filling portion PC. By increasing the bending rigidity at the lower end of the fuel rod 1, that is, at the lower plenum LG, the mechanical strength of the entire fuel rod is increased, and the characteristics against flow vibration are improved. Further, by increasing the bending rigidity in the lower plenum portion LG, the mechanical stress applied to the fuel spacer is also reduced. Therefore, the thickness of the fuel spacer 4 can be reduced. Further, the characteristics against the flow vibration are improved, and the vibration amplitude is reduced, so that the space between the fuel spacers in the axial direction can be increased. In this case, the number of fuel spacers 4 in the axial direction can be reduced.

【0021】被覆管のような中空円筒の曲げ剛性Dは、
数1及び数2で与えられる。
The bending rigidity D of a hollow cylinder such as a cladding tube is
It is given by Equations 1 and 2.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】[0023]

【数2】 (Equation 2)

【0024】ここで、Eはヤング率、Iは断面二次モー
メント、d1 は管の外径、d2 は管の内径(d2=d1
2t)、及びtは管の厚みである。
Where E is Young's modulus, I is the second moment of area, d 1 is the outer diameter of the pipe, and d 2 is the inner diameter of the pipe (d 2 = d 1
2t) and t are the tube thickness.

【0025】また、燃料棒の固有振動数は、曲げ剛性E
×Iを持ちいて、次式で求められる。
The natural frequency of the fuel rod is the bending rigidity E
XI is obtained by the following equation.

【0026】[0026]

【数3】 (Equation 3)

【0027】ここで、λは振動系数、lはスパン長、g
は重力加速度、m1は燃料棒の単位長さ当たりの質量、
及びm2 は付加重量である。
Here, λ is the vibration system number, l is the span length, g
Is the gravitational acceleration, m 1 is the mass per unit length of the fuel rod,
And m 2 are the added weights.

【0028】更に、燃料棒の流動振動の最大変位量δ
(振幅)は、Quinnの実験式によれば、固有振動数fを
用いて、次式で与えられる。
Further, the maximum displacement δ of the flow vibration of the fuel rods
According to the Quinn's empirical formula, the (amplitude) is given by the following formula using the natural frequency f.

【0029】[0029]

【数4】 (Equation 4)

【0030】数1で得られる曲げ剛性Dが増加すると、
数3で示される固有振動数fが増加する。このため、数
4で求められる被覆管の流動振動の最大変位量δ(振
幅)は減少し、被覆管の流動振動が抑制される。更に、
燃料棒1本当りの曲げ剛性が増加するため、燃料集合体
全体の剛性及び振震強度が増加する。
When the bending stiffness D obtained by Equation 1 increases,
The natural frequency f represented by Equation 3 increases. For this reason, the maximum displacement δ (amplitude) of the flow vibration of the cladding tube determined by Equation 4 is reduced, and the flow vibration of the cladding tube is suppressed. Furthermore,
Since the bending stiffness per fuel rod increases, the rigidity and vibration intensity of the entire fuel assembly increase.

【0031】本実施例の下部プレナム部LGの曲げ剛性
D(=E・I)を増加させたひふくかん、すなわち燃料
棒の下部のみの振動振幅を、上記の各式を用いて従来と
比較する。曲げ剛性Dが10%増加した場合には、数3
より固有振動数fは、4.9%増加する。このとき、数
4より、振動振幅は約8%減少する。本実施例は、被覆
管9の直径が大きくなった部分に燃料ペレット5がない
ので、燃料ペレット直径増加による固有振動数の減少が
生じない。
The vibration amplitude of only the lower part of the fuel rod, that is, the vibration amplitude of the lower plenum portion LG of this embodiment in which the bending stiffness D (= EI) is increased, is compared with the conventional one using the above equations. I do. When the bending stiffness D increases by 10%,
The natural frequency f increases by 4.9%. At this time, according to Equation 4, the vibration amplitude is reduced by about 8%. In this embodiment, since the fuel pellet 5 is not provided in the portion where the diameter of the cladding tube 9 is increased, the natural frequency does not decrease due to the increase in the diameter of the fuel pellet.

【0032】燃料棒、詳細には被覆管の下部プレナム部
LGの曲げ剛性の増加方法としては、数1及び数2か
ら、前述した被覆管の下部プレナム部LGの外径の増加
(d1 の増加)以外に、(1)被覆管の下部プレナム部
LGの厚みを増加(tの増加、d2 の減少)、(2)被
覆管の下部プレナム部LGの材質の変更(Eの増加)等
が考えられる。
As a method for increasing the bending stiffness of the fuel rod, specifically, the lower plenum LG of the cladding tube, from the equations ( 1) and (2), the increase of the outer diameter of the lower plenum LG of the cladding tube (d1 besides increasing), (1) increasing the thickness of the lower plenum section LG of the cladding (increased t, reduction of d 2), (2) changing the material of the lower plenum section LG of the cladding (increased E) such Can be considered.

【0033】本発明の他の実施例である燃料集合体を図
8により説明する。本実施例は、上記の被覆管の下部プ
レナム部LGの厚みを増加した場合の例である。本実施
例の燃料集合体は、複数の燃料棒1Aを有する。燃料棒
1Aは、下部プレナム部LGの肉厚がペレット充填部P
Cのそれよりも厚くなっている被覆管9Aを有する。こ
の例は、下部プレナム部LGとペレット充填部PCで、
外径は同じであるが、内径が異なっている。下部プレナ
ム部LGの内径が、ペレット充填領域部PCのそれより
小さい。
A fuel assembly according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an example in which the thickness of the lower plenum LG of the cladding tube is increased. The fuel assembly of this embodiment has a plurality of fuel rods 1A. In the fuel rod 1A, the wall thickness of the lower plenum portion LG is the pellet filling portion P.
C has a cladding 9A that is thicker than that of C. In this example, the lower plenum LG and the pellet filling PC are:
The outer diameter is the same, but the inner diameter is different. The inner diameter of the lower plenum LG is smaller than that of the pellet filling region PC.

【0034】本実施例は、図1の実施例と同じ効果を得
ることができる。被覆管の厚みの増加は下部プレナム部
LGのみで内側に向かっての増加であるので、燃料充填
量を減少させることなくかつ燃料棒外部の冷却水通路の
断面積を減少させることなく、曲げ剛性を増すことがで
きる。燃料充填量の減少は、燃料経済性の悪化につなが
る。また、本実施例は、図1の実施例と同様に、下部プ
レナム部LGでの単位長さ当たりの曲げ剛性を増大して
もこれによる燃料集合体の中性子利用率の減少を著しく
抑制できることである。一般に、被覆管の肉厚の増加も
被覆管構造材の物量の増加をもたらし、中性子利用率の
低下につながる。しかしながら、本実施例は、ペレット
充填部PCより下方にある下部プレナム部LGの肉厚を
厚くしペレット充填部PCの肉厚を厚くしないので、中
性子利用率はほとんど減少しない。
This embodiment can provide the same effects as the embodiment of FIG. Since the thickness of the cladding tube is increased inward only in the lower plenum portion LG, the bending stiffness is reduced without reducing the fuel filling amount and without decreasing the cross-sectional area of the cooling water passage outside the fuel rod. Can be increased. A decrease in fuel charge leads to poor fuel economy. Further, in the present embodiment, similarly to the embodiment of FIG. 1, even if the bending stiffness per unit length in the lower plenum portion LG is increased, the decrease in the neutron utilization rate of the fuel assembly due to this can be significantly suppressed. is there. In general, an increase in the cladding wall thickness also results in an increase in the amount of cladding structural material, leading to a decrease in neutron utilization. However, in this embodiment, the thickness of the lower plenum portion LG below the pellet filling portion PC is increased and the thickness of the pellet filling portion PC is not increased, so that the neutron utilization rate hardly decreases.

【0035】本実施例の燃料ペレットの支持構造を図9
〜11のようにしてもよい。図9では、被覆管9の下端
をペレット充填部PCの下端までとし被覆管9の下端に
被覆管9よりも肉厚の厚い下部プレナム被覆管13を接
合し、この下部プレナム被覆管13によって図示のよう
に燃料ペレット5を支持する。図10では、被覆管9と
か不プレナム被覆管13Aに接合される連結部材14で
燃料ペレット5を支持する。上記のか不プレナム被覆管
13の上端部及び連結部在位14が、ペレット支持板1
0に該当する。図11は、図8の実施例の下部プレナム
部の構造に図1の下部プレナム部の外径を大きくすると
いう技術思想を適用したものであり、燃料ペレット5は
被覆管9Bの肉厚部で支持される。
FIG. 9 shows the fuel pellet supporting structure of this embodiment.
To 11 may be used. In FIG. 9, the lower end of the cladding tube 9 extends to the lower end of the pellet filling portion PC, and a lower plenum cladding tube 13 thicker than the cladding tube 9 is joined to the lower end of the cladding tube 9. The fuel pellets 5 are supported as shown in FIG. In FIG. 10, the fuel pellet 5 is supported by a connecting member 14 joined to the cladding tube 9 or the non-plenum cladding tube 13A. The upper end of the above-mentioned non-plenum cladding tube 13 and the connecting portion position 14 are the pellet supporting plate 1.
It corresponds to 0. FIG. 11 shows the application of the technical idea of increasing the outer diameter of the lower plenum portion of FIG. 1 to the structure of the lower plenum portion of the embodiment of FIG. 8, and the fuel pellet 5 is a thick portion of the cladding tube 9B. Supported.

【0036】図8の実施例において、下部プレナム部L
G及びペレット充填部PCの内径を等しくし下部プレナ
ム部LGの外径を大きくして、下部プレナム部LGの肉
厚を増すことも可能である。
In the embodiment of FIG. 8, the lower plenum L
It is also possible to make the inner diameters of G and the pellet filling portion PC equal and increase the outer diameter of the lower plenum portion LG to increase the thickness of the lower plenum portion LG.

【0037】被覆管の下部プレナム部LGの材質をペレ
ット充填部PCの材質と替えた実施例を、以下に説明す
る。本実施例の燃料集合体に用いる燃料棒の被覆管は、
ペレット充填領域部PCがジルコニウム合金(例えば、
ジルカロイ−2)で構成され、下部プレナム部LGがそ
れよりも単位長さ当たりの曲げ剛性が大きい種類の異な
るジルコニウム合金(例えば、ニオブを含むジルコニウ
ム合金)で構成される。このように材質の異なるジルコ
ニウム合金で被覆管を構成する場合は、それらの材質の
異なる構造材を溶接にて接合される。一般に、ジルコニ
ウム合金の曲げ剛性を高めるためには、中性子吸収断面
積の大きな元素をそれに加える必要があり、得られたジ
ルコニウム合金の中性子吸収断面積が増大する。このよ
うなジルコニウム合金で被覆管のペレット充填部PCを
構成すると、中性子利用率が低下する。本実施例は、そ
れような中性子吸収断面積の増大したジルコニウム合金
を、ペレット充填領域部PCではなく下部プレナム部L
Gに用いているので、下部プレナム部LGでの単位長さ
当たりの曲げ剛性が増加する割には中性子利用率がほと
んど低下しない。本実施例も、図1の実施例と同様の効
果を達成できる。
An embodiment in which the material of the lower plenum portion LG of the cladding tube is replaced with the material of the pellet filling portion PC will be described below. The fuel rod cladding tube used in the fuel assembly of the present embodiment is:
The pellet filling area PC is made of a zirconium alloy (for example,
The lower plenum portion LG is made of a different zirconium alloy (for example, a zirconium alloy containing niobium) having a larger bending rigidity per unit length than that of the zircaloy-2). When the cladding tube is made of a zirconium alloy of a different material as described above, structural members of different materials are joined by welding. Generally, in order to increase the bending stiffness of a zirconium alloy, it is necessary to add an element having a large neutron absorption cross section to it, and the neutron absorption cross section of the obtained zirconium alloy increases. When the pellet filling portion PC of the cladding tube is made of such a zirconium alloy, the neutron utilization rate decreases. In the present embodiment, the zirconium alloy having such an increased neutron absorption cross-section is used not for the pellet filling region PC but for the lower plenum L.
Since it is used for G, the neutron utilization rate hardly decreases even though the bending stiffness per unit length in the lower plenum LG increases. This embodiment can also achieve the same effects as the embodiment of FIG.

【0038】本発明の他の実施例である燃料集合体を図
12に示す。本実施例は、図2の燃料集合体の最下段に
位置する燃料スペーサ4を、燃料スペーサ4Aに替えた
ものである。燃料スペーサ4Aは、構造的には燃料スペ
ーサ4と同じであるが、投影面積が小さくなっている。
これは、燃料スペーサ4Aの構造材の肉厚が燃料スペー
サ4のそれよりも薄いからである。最下段の燃料スペー
サは、被覆管9の下部プレナム部LGの曲げ剛性が大き
いので、それに加わる力が小さく発生する機械的応力が
小さいため薄肉化できる。本実施例も、図2の燃料集合
体と同じ効果を生じる。更に、本実施例は、その燃料集
合体よりも燃料スペーサ4Aの投影面積が小さいだけ圧
力損失が小さくなる。
FIG. 12 shows a fuel assembly according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the fuel spacer 4 located at the bottom of the fuel assembly in FIG. 2 is replaced with a fuel spacer 4A. The fuel spacer 4A is structurally the same as the fuel spacer 4, but has a smaller projected area.
This is because the thickness of the structural material of the fuel spacer 4A is smaller than that of the fuel spacer 4. Since the lowermost fuel spacer has a large bending rigidity in the lower plenum portion LG of the cladding tube 9, the force applied thereto is small and the generated mechanical stress is small, so that the fuel spacer can be thinned. This embodiment also has the same effect as the fuel assembly of FIG. Further, in the present embodiment, the pressure loss becomes smaller as the projected area of the fuel spacer 4A is smaller than that of the fuel assembly.

【0039】図13も、本発明の燃料集合体の他の実施
例を示す。本実施例は、燃料スペーサ4Aの替りに燃料
スペーサ4Bを用いている点が、図12の燃料集合体と
構造が異なるだけである。燃料スペーサ4Bの高さは、
燃料スペーサ4Aのそれよりも高い。このため、燃料ス
ペーサ4Bの構造材の肉厚は燃料スペーサ4Aのそれよ
りも更に薄くなっており、燃料スペーサ4Bの圧力損失
は燃料スペーサ4よりも小さい。従って、本実施例は、
図12の燃料集合体よりも圧力損失が更に低下する。本
実施例も、図2の燃料集合体と同じ効果を得る。
FIG. 13 also shows another embodiment of the fuel assembly of the present invention. This embodiment is different from the fuel assembly of FIG. 12 only in that the fuel spacer 4B is used instead of the fuel spacer 4A. The height of the fuel spacer 4B is
It is higher than that of the fuel spacer 4A. Therefore, the thickness of the structural material of the fuel spacer 4B is smaller than that of the fuel spacer 4A, and the pressure loss of the fuel spacer 4B is smaller than that of the fuel spacer 4. Therefore, this embodiment
The pressure loss is further reduced as compared with the fuel assembly of FIG. This embodiment also achieves the same effect as the fuel assembly of FIG.

【0040】本発明の他の実施例である燃料集合体を、
図14に基づいて説明する。本実施例は、前述した各実
施例が7個の燃料スペーサを有しているのに対して、1
個少ない6個の燃料スペーサを有する。被覆管9の下部
プレナム部LGの曲げ剛性が大きいので、下部の燃料ス
ペーサの間隔を大きくできる。すなわち、最下段の燃料
スペーサ4と下部タイプレート2との間の間隔、及び最
下段の燃料スペーサ4と下から二段目の燃料スペーサ4
との間の間隔が、下から二段目より上方に位置する燃料
スペーサ4相互間の間隔よりも広い。本実施例は、図2
の燃料集合体と同じ効果を得ることができる。更に、燃
料スペーサが一個少ないだけ燃料集合体の圧力損失が図
2の燃料集合体よりも小さくなる。
A fuel assembly according to another embodiment of the present invention includes:
This will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the above-described embodiments in that each embodiment has seven fuel spacers.
It has fewer fuel spacers. Since the bending stiffness of the lower plenum portion LG of the cladding tube 9 is large, the interval between the lower fuel spacers can be increased. That is, the distance between the lowermost fuel spacer 4 and the lower tie plate 2, and the lowermost fuel spacer 4 and the second lowermost fuel spacer 4
Is wider than the distance between the fuel spacers 4 located above the second stage from the bottom. In the present embodiment, FIG.
The same effect as that of the fuel assembly can be obtained. Furthermore, the pressure loss of the fuel assembly is smaller than that of the fuel assembly of FIG. 2 by one less fuel spacer.

【0041】図15も、本発明の他の実施例の燃料集合
体を示す。チャンネルボックス11が、上部タイプレー
ト3に取り付けられる。本実施例も、燃料棒1を有す
る。チャンネルボックス11の肉厚は、下部プレナム部
LGの上端から、燃料有効長部の下端を基準にしてその
軸方向全長の1/3の位置までの間で、その他の部分よ
りも厚くなっている。これは、下部プレナム部LGの曲
げ剛性を増加させた燃料棒1を有する燃料集合体におい
て、チャンネルボックスの変形を減少させることに寄与
する。チャンネルボックスの変形は、炉心装荷期間中に
おける中性子照射及びチャンネルボックスの内外の圧力
差により発生する。この変形は、燃料有効長部の下端よ
り燃料有効長部の軸方向全長の1/3の位置で最大とな
る。本実施例は、図2の燃料集合体の効果を得ると同じ
に、燃料集合体の炉心内装荷時におけるチャンネルボッ
クス変形を無駄なく効率的に抑制することができる。
FIG. 15 also shows a fuel assembly according to another embodiment of the present invention. A channel box 11 is attached to the upper tie plate 3. This embodiment also has a fuel rod 1. The thickness of the channel box 11 is greater than the other portions from the upper end of the lower plenum portion LG to a position one third of the axial length of the active fuel length portion based on the lower end of the active fuel length portion. . This contributes to reducing the deformation of the channel box in the fuel assembly having the fuel rod 1 in which the bending stiffness of the lower plenum portion LG is increased. The deformation of the channel box is caused by the neutron irradiation during the core loading period and the pressure difference between the inside and outside of the channel box. This deformation is greatest at a position 1/3 of the axial length of the active fuel length from the lower end of the active fuel length. In the present embodiment, similarly to obtaining the effect of the fuel assembly of FIG. 2, it is possible to efficiently suppress the channel box deformation at the time of loading the fuel assembly inside the core without waste.

【0042】現在の沸騰水型原子炉の炉心は、燃料集合
体として図5に示す上部プレナムのみを有する燃料棒を
備えた燃料集合体Cだけを装荷して構成される。制御棒
の周囲に配置される4体の燃料集合体で1つのセルが、
構成される。炉心は、このようなセルを複数有する。図
2の燃料集合体の炉心内への装荷は、1つの運転サイク
ルでの原子炉の運転が終了した後の燃料交換時に行われ
る。使用済みの燃料集合体Cが炉心から取り出され、替
りに新燃料である燃料集合体A(図2の燃料集合体)が
炉心に装荷される。図16は、燃料集合体Aが装荷され
た炉心の状態を示す。炉心内の一部のセル28Aは4体
の燃料集合体Cを有し、残りのセル28Bは4体の燃料集
合体のうち少なくとも1体が燃料集合体Aを含む。セル
28Aには制御棒26が挿入され、セル28Bには制御
棒27が挿入される。制御棒27は、制御棒26の長さ
Lよりも中性子吸収材部の軸方向の長さがLpだけ長
い。この長さLpは、燃料棒1の下部プレナム6の軸方
向の長さに等しい。制御棒27を用いることにより、燃
料有効長部が燃料集合体Cよりも上方にある燃料集合体
Aの中性子束も有効に制御できる。制御棒27は、燃料
交換時に、それまで用いられていた制御棒26と交換さ
れる。
The core of the present boiling water reactor is configured by loading only a fuel assembly C having a fuel rod having only an upper plenum shown in FIG. 5 as a fuel assembly. One cell is composed of four fuel assemblies arranged around the control rod,
Be composed. The core has a plurality of such cells. Loading of the fuel assembly of FIG. 2 into the core is performed at the time of refueling after the operation of the reactor in one operation cycle is completed. The spent fuel assembly C is removed from the core, and the fuel assembly A (fuel assembly in FIG. 2), which is a new fuel, is loaded in the core instead. FIG. 16 shows a state of the core loaded with the fuel assembly A. Some cells 28A in the core have four fuel assemblies C, and the remaining cells 28B have at least one fuel assembly A among the four fuel assemblies. The control rod 26 is inserted into the cell 28A, and the control rod 27 is inserted into the cell 28B. In the control rod 27, the axial length of the neutron absorber is longer than the length L of the control rod 26 by Lp. This length Lp is equal to the axial length of the lower plenum 6 of the fuel rod 1. By using the control rod 27, the neutron flux of the fuel assembly A whose active fuel length is higher than the fuel assembly C can also be effectively controlled. The control rod 27 is replaced with the control rod 26 which has been used at the time of refueling.

【0043】図2の燃料集合体Aを装荷した原子炉炉心
の他の実施例を図18に示す。燃料有効長部が低い位置
にある燃料集合体Cが装荷されている炉心に、軸方向の
長さがLpの下部プレナム6を有する燃料棒1を備え燃
料有効長部の位置が高い燃料集合体Aを装荷すると、お
互いの燃料有効長部の位置が大きく異なるので、軸方向
で出力分布のミスマッチ大きくなる可能性がある。この
ため、燃料集合体として燃料集合体Cだけで構成される
炉心に燃料集合体Aを直接装荷することはやめ、まず軸
方向の長さがLp/2の下部プレナムを有する燃料棒1
Bを備えた燃料集合体Bを、燃料交換時にその燃料集合
体Cだけで構成される炉心に装荷する。このようにして
得られた燃料集合体B及びCで構成された炉心で、次の
運転サイクルでの運転を行う。この運転サイクルの運転
終了後の燃料交換時に、使用済みとなった燃料集合体C
を炉心から取り出し、燃料集合体Aを装荷する。このよ
うな燃料交換により、図18の炉心が得られる。図18
の炉心は、燃料集合体A及びBが装荷されているので、
軸方向における出力分布のミスマッチが小さくなる。前
述のような燃料交換は、出力分布のミスマッチを小さな
炉心を得ることができる。その後の運転サイクルの運転
を経て、燃料集合体として燃料集合体A及びBだけを有
する炉心が構成され、やがて燃料集合体として燃料集合
体Aだけを用いた炉心を得ることができる。
FIG. 18 shows another embodiment of the reactor core loaded with the fuel assembly A of FIG. A fuel rod 1 having a lower plenum 6 having an axial length Lp is provided in a core loaded with a fuel assembly C having a low active fuel portion at a position where the active fuel length is low. When A is loaded, the positions of the effective fuel lengths of the fuel cells greatly differ from each other, so that there is a possibility that the mismatch in the power distribution in the axial direction becomes large. For this reason, the loading of the fuel assembly A directly into the core composed of only the fuel assembly C as the fuel assembly is stopped. First, the fuel rod 1 having the lower plenum whose axial length is Lp / 2 is used.
The fuel assembly B provided with the fuel assembly B is loaded into the core constituted only by the fuel assembly C at the time of refueling. The operation in the next operation cycle is performed in the core constituted by the fuel assemblies B and C thus obtained. At the time of refueling after the operation of this operation cycle is completed, the spent fuel assembly C
Is taken out of the core, and the fuel assembly A is loaded. By such fuel exchange, the core shown in FIG. 18 is obtained. FIG.
Since the fuel assemblies A and B are loaded,
The output distribution mismatch in the axial direction is reduced. Refueling as described above can provide a core with a small power distribution mismatch. After the operation of the subsequent operation cycle, a core having only the fuel assemblies A and B is configured as a fuel assembly, and a core using only the fuel assembly A as the fuel assembly can be eventually obtained.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、下部プレナム部の曲げ
剛性が大きいので、燃料棒の流動振動を抑制できる。ま
た、曲げ剛性が大きい部分を下部プレナム部に限ってい
るので、ペレット充填部での中性子吸収量が増加せず、
中性子利用率の減少を抑制できる。更に、圧力損失を低
減できる。
According to the present invention, since the bending rigidity of the lower plenum portion is large, the flow vibration of the fuel rod can be suppressed. In addition, since the portion with large flexural rigidity is limited to the lower plenum, the neutron absorption at the pellet filling section does not increase,
A decrease in neutron utilization can be suppressed. Furthermore, low pressure loss
Can be reduced.

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

【図1】本発明の好適な一実施例の燃料集合体に用いる
燃料棒の構造を示し、(a)は燃料棒上部の、(b)は
燃料棒下部の各構造図である。
1A and 1B show the structure of a fuel rod used in a fuel assembly according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1A is a structural diagram of an upper part of a fuel rod, and FIG.

【図2】本発明の好適な一実施例である燃料集合体の側
面図である。
FIG. 2 is a side view of a fuel assembly according to a preferred embodiment of the present invention.

【図3】図1の下部タイプレート付近の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a lower tie plate in FIG. 1;

【図4】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造図
である。
FIG. 4 is a structural view of another embodiment of a support structure for a fuel pellet.

【図5】上部プレナムのみを有する燃料棒を備えた従来
の燃料集合体の摩擦圧力損失の軸方向分布を示す特性図
である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an axial distribution of friction pressure loss of a conventional fuel assembly including a fuel rod having only an upper plenum.

【図6】図2の燃料集合体の摩擦圧力損失の軸方向分布
を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an axial distribution of friction pressure loss of the fuel assembly of FIG. 2;

【図7】燃料スペーサによる局所圧力損失の特性図であ
る。
FIG. 7 is a characteristic diagram of a local pressure loss caused by a fuel spacer.

【図8】本発明に適用される燃料棒の他の実施例の下部
の側面図である。
FIG. 8 is a bottom side view of another embodiment of the fuel rod applied to the present invention.

【図9】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造図
である。
FIG. 9 is a structural view of another embodiment of a support structure for a fuel pellet.

【図10】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造
図である。
FIG. 10 is a structural diagram of another embodiment of a support structure for a fuel pellet.

【図11】燃料ペレットの支持構造の他の実施例の構造
図である。
FIG. 11 is a structural view of another embodiment of a fuel pellet support structure.

【図12】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。
FIG. 12 is a structural view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。
FIG. 13 is a structural view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。
FIG. 14 is a structural view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の他の実施例である燃料集合体の構造
図である。
FIG. 15 is a structural view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

【図16】図2の燃料集合体を装荷した原子炉炉心の局
部平面図である。
FIG. 16 is a local plan view of a reactor core loaded with the fuel assembly of FIG. 2;

【図17】図16の炉心に装荷される各制御棒の側面図
である。
FIG. 17 is a side view of each control rod loaded on the core of FIG. 16;

【図18】図2の燃料集合体を装荷した原子炉炉心の他
の実施例の縦断面図である。
FIG. 18 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the reactor core loaded with the fuel assembly of FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料棒、2…下部タイプレート、3…上部タイプレ
ート、4…燃料スペーサ、5…燃料ペレット、6…下部
プレナム、9…被覆管、10…ペレット支持板、11…
チャンネルボックス。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel rod, 2 ... Lower tie plate, 3 ... Upper tie plate, 4 ... Fuel spacer, 5 ... Fuel pellet, 6 ... Lower plenum, 9 ... Cladding tube, 10 ... Pellet support plate, 11 ...
Channel box.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 国寿 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 別所 泰典 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 梅原 肇 茨城県日立市幸町三丁目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62−291593(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Kunihara Kurihara, 1168 Moriyama-cho, Hitachi, Ibaraki, Japan Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Hajime Umehara 3-1-1, Sakaimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (56) References JP-A-62-291593 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 7 , DB name) G21C 3/30

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、 前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、 最下段に位置する前記燃料スペーサの前記燃料集合体の
軸方向に垂直な横断面に対する投影面積が、この燃料ス
ペーサよりも上方に位置する前記燃料スペーサのそれよ
りも小さいことを特徴とする燃料集合体。
1. Filling a sealed cladding tube with fuel pellets
Inside the cladding tube below the fuel pellet filling area.
Fuels having a lower plenum formed at a lower end of a fuel cell
Rods and a plurality of fuel spaces for maintaining the distance between the fuel rods.
A fuel assembly including a fuel cell and a unit length of the cladding tube at the lower plenum.
Flexural rigidity of the fuel pellet filling area
The length of the fuel assembly of the fuel spacer , which is larger than that of the cladding at the portion corresponding to the length and located at the lowest level,
The projected area for a cross section perpendicular to the axial direction is
Of the fuel spacer located above the pacer
A fuel assembly characterized in that the fuel assembly is small.
【請求項2】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒相互の間隔を保持する複数の燃料スペ
ーサとを備えた燃料集合体において、 前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、
前記燃料スペーサが軸方向に6個配置されたことを特徴
とする燃料集合体。
2. A fuel cladding is filled in a sealed cladding tube.
Inside the cladding tube below the fuel pellet filling area.
Fuels having a lower plenum formed at a lower end of a fuel cell
Rods and a plurality of fuel spaces for maintaining the distance between the fuel rods.
A fuel assembly including a fuel cell and a unit length of the cladding tube at the lower plenum.
Flexural rigidity of the fuel pellet filling area
Greater than that of the cladding at the portion corresponding to the length,
Six fuel spacers are arranged in the axial direction.
Fuel assembly.
【請求項3】請求項2において、最下段に位置する前記
燃料スペーサと下から二段目に位置する前記燃料スペー
サとの間の間隔が、下から二段目よりも上方に位置する
前記燃料スペーサ相互の間隔よりも大きいことを特徴と
する燃料集合体。
3. The method according to claim 2, wherein
A fuel spacer and the fuel space located at the second level from the bottom
The distance between the two is located above the second row from the bottom
The fuel spacers are larger than each other.
Fuel assembly.
【請求項4】請求項2において、最下段に位置する前記
燃料スペーサと下部タイプレートとの間の間隔が、下か
ら二段目よりも上方に位置する前記燃料スペーサ相互の
間隔よりも大きいことを特徴とする燃料集合体。
4. The method according to claim 2, wherein
Is the distance between the fuel spacer and the lower tie plate lower?
Between the fuel spacers located above the second stage
A fuel assembly characterized by being larger than the interval.
【請求項5】密封された被覆管内に燃料ペレットが充填
され、この燃料ペレット充填領域の下方で前記被覆管内
の下端部に形成された下部プレナムを有する複数の燃料
棒と、前記燃料棒の束を取り囲むチャンネルボックスと
を備えた燃料集合体において、 前記下部プレナムの部分での前記被覆管の単位長さ当た
りの曲げ剛性が、前記燃料ペレット充填領域の軸方向全
長に対応する部分での前記被覆管のそれよりも大きく、
前記チャンネルボックスの肉厚が、前記下部プレナムの
上端より上方で厚くなっていることを特徴とする燃料集
合体。
5. A fuel clad is filled in a sealed cladding tube.
Inside the cladding tube below the fuel pellet filling area.
Fuels having a lower plenum formed at a lower end of a fuel cell
A rod and a channel box surrounding the bundle of fuel rods
In the fuel assembly provided with, the unit length of the cladding at the lower plenum portion
Flexural rigidity of the fuel pellet filling area
Greater than that of the cladding at the portion corresponding to the length,
The wall thickness of the channel box is
Fuel collection characterized by being thicker above the upper end
Coalescing.
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