JP3159959B2 - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP3159959B2
JP3159959B2 JP29769898A JP29769898A JP3159959B2 JP 3159959 B2 JP3159959 B2 JP 3159959B2 JP 29769898 A JP29769898 A JP 29769898A JP 29769898 A JP29769898 A JP 29769898A JP 3159959 B2 JP3159959 B2 JP 3159959B2
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fuel rods
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洋子 石橋
国寿 栗原
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淳一 山下
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康博 増原
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉に
装荷される燃料集合体に係り、特に高燃焼度化をめざし
た燃料集合体において、燃料経済性の向上、熱的余裕の
増大、炉停止余裕、さらには安定性の向上に寄与する燃
料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly loaded in a boiling water reactor, and more particularly to a fuel assembly aiming at high burnup, which improves fuel economy and increases thermal margin. The present invention relates to a fuel assembly that contributes to improvement of reactor shutdown margin and stability.

【0002】[0002]

【従来の技術】沸騰水型原子炉に装荷される従来の燃料
集合体は、四角筒のチャンネルボックスと、このチャン
ネルボックスの内部に収納された燃料バンドルからな
る。燃料バンドルは、チャンネルボックスの上下部には
めこむ上部タイプレートおよび下部タイプレートと、チ
ャンネルボックス内部で軸方向に沿って間隔を置いて設
置された複数個のスペーサと、このスペーサを貫通しタ
イプレートに両端を固定して正方格子状に配置された多
数の燃料棒及び少なくとも1本の水ロッドとから構成さ
れる。
2. Description of the Related Art A conventional fuel assembly loaded in a boiling water reactor comprises a rectangular channel box and a fuel bundle housed inside the channel box. The fuel bundle consists of an upper tie plate and a lower tie plate which fit into the upper and lower portions of the channel box, a plurality of spacers spaced apart along the axial direction inside the channel box, and a tie plate extending through the spacers. And a plurality of fuel rods and at least one water rod arranged in a square lattice with both ends fixed.

【0003】近年、連続運転期間の延長、ウラン資源の
有効利用、さらに使用済み燃料発生量の低減の観点か
ら、燃料の高燃焼度化が進められている。高燃焼度化の
ためには燃料の濃縮度を高める必要がある。しかし、濃
縮度の増加に伴い、中性子の平均エネルギーが上昇する
ため、ボイド変化に伴う反応度変化が増大したり、核分
裂性燃料の有効利用(燃料経済性)が阻害されたりと云
う問題があった。ボイド変化に伴う反応度変化の増大は
ボイド係数の絶対値を増大させ、炉心安定性を低下させ
ると共に、運転時、冷温時の反応度差が増大するので炉
停止余裕を低下させる。この対応策は、燃料集合体内の
減速材割合(減速材対燃料比)を増大し、中性子の平均
エネルギーを低減(中性子スペクトルをソフトに)する
ことである。
In recent years, higher burnup of fuel has been promoted from the viewpoints of extending the continuous operation period, effectively utilizing uranium resources, and reducing the amount of spent fuel generated. To increase the burnup, it is necessary to increase the fuel enrichment. However, as the enrichment increases, the average energy of neutrons increases, which causes problems such as an increase in reactivity due to void changes and an impairment of the effective use of fissile fuel (fuel economy). Was. The increase in the reactivity change accompanying the void change increases the absolute value of the void coefficient, decreases the core stability, and reduces the reactor shutdown margin because the reactivity difference between operation and cold temperature increases. The countermeasure is to increase the moderator ratio (moderator to fuel ratio) in the fuel assembly and reduce the average neutron energy (soften the neutron spectrum).

【0004】沸騰水型原子炉ではチャンネルボックスの
外部に制御棒や中性子検出器計装管を配置する構成にな
っており、そのため燃料集合体間にはそれらの装置が挿
入されるだけの間隙が設けられている。上記間隙は飽和
水で満たされているため、燃料集合体周辺部(間隙に近
い領域)の燃料棒と燃料集合体中心部の燃料棒では間隙
の飽和水の影響が異なる。すなわち、間隙に近い燃料集
合体周辺部の燃料棒は、実効的には減速材対燃料比が大
きな領域となり、燃料集合体の核的な特性を決める要因
である減速材対燃料比が位置により異なる。
In a boiling water reactor, a control rod and a neutron detector instrumentation tube are arranged outside a channel box. Therefore, there is a gap between the fuel assemblies so that these devices can be inserted. Is provided. Since the gap is filled with the saturated water, the effect of the saturated water in the gap differs between the fuel rods at the periphery of the fuel assembly (the area near the gap) and the fuel rods at the center of the fuel assembly. That is, the fuel rods near the fuel assembly near the gap are effectively in a region where the moderator-to-fuel ratio is large, and the moderator-to-fuel ratio, which is a factor that determines the nuclear characteristics of the fuel assembly, depends on the position. different.

【0005】減速材対燃料比を増大する方法には、燃料
装荷量を減少する方法と減速材領域あるいは減速材密度
を増大する方法とがある。具体的には、 沸騰水領域の増大(燃料棒本数を減少するか、あるい
は燃料棒径を細くする) 非沸騰水領域(水ロッド領域あるいはギャップ水領
域)の増大がある。しかし、このような対策を採用した
燃料集合体では、いずれも燃料装荷量が減少するため、
減速材対燃料比増大の面からは燃料経済性が向上する
が、燃料装荷量の面から燃料経済性が損なわれ、結局、
燃料経済性の向上には至らない。また、では、燃料棒
の全長が減少するため線出力密度が増大し熱的余裕が減
少し、では、冷却材の流路面積が減少するため圧力損
失が増大すると云う新たな課題が発生する。
Methods of increasing the moderator-to-fuel ratio include a method of reducing the fuel loading and a method of increasing the moderator area or moderator density. Specifically, there is an increase in the boiling water region (reducing the number of fuel rods or reducing the diameter of the fuel rods). There is an increase in the non-boiling water region (water rod region or gap water region). However, in all fuel assemblies employing such measures, the amount of fuel loaded is reduced,
Although fuel economy is improved in terms of increasing the moderator to fuel ratio, fuel economy is impaired in terms of fuel loading, and eventually,
It does not improve fuel economy. Further, in the case, the linear power density increases due to the decrease in the total length of the fuel rods, and the thermal margin decreases. In the case, a new problem arises that the pressure loss increases due to a decrease in the flow path area of the coolant.

【0006】従来の燃料集合体では、燃料棒は8行8列
(8×8)の格子状に配列されているが、燃料棒の格子
配列数を9×9、10×10へと増大させれば、平均線
出力密度を減少しかつ伝熱面積を増大して、熱的余裕が
高まる。また、特開昭52−50498号公報に記載の
ように、燃料棒有効長が短い部分長燃料棒を用いて燃料
集合体を構成することが知られており、摩擦圧損が大き
な二層流部(炉心上部)の流路面積が増大することで、
燃料装荷量を減少することなく圧力損失を低減できる。
したがって、これらの2つの対策を併用した上で、上記
及びを採用すれば、高燃焼度化に適した燃料集合体
となる。
In the conventional fuel assembly, fuel rods are arranged in a grid of 8 rows and 8 columns (8 × 8). However, the number of grids of fuel rods is increased to 9 × 9 and 10 × 10. If so, the average linear power density is reduced and the heat transfer area is increased, thereby increasing the thermal margin. Further, as described in JP-A-52-50498, it is known that a fuel assembly is constituted by using a fuel rod having a short fuel rod effective length, and a two-layer flow portion having a large friction pressure loss is known. By increasing the flow path area (upper core),
Pressure loss can be reduced without reducing the fuel loading.
Therefore, if these two measures are used together and the above is adopted, a fuel assembly suitable for high burnup can be obtained.

【0007】以上の観点より、燃料棒の外径を細くし
て、本数を増やした9×9、10×10格子の燃料棒配
列にし、水ロッドの横断面積を単位燃料格子の横断面積
より大きくし、かつ複数の部分長燃料棒を配置した燃料
集合体が提案されており、一例として、特開昭64−8
8292号公報、特開昭62−276493号公報、特
開昭64−31089号公報、特開昭64−23195
号公報がある。
From the above viewpoints, the outer diameter of the fuel rods is reduced to form a 9 × 9, 10 × 10 grid fuel rod array with an increased number, and the cross-sectional area of the water rod is made larger than the cross-sectional area of the unit fuel grid. And a fuel assembly having a plurality of partial length fuel rods has been proposed.
No. 8292, JP-A-62-276493, JP-A-64-31089, JP-A-64-23195
There is an official gazette.

【0008】特開昭64−88292号公報には、燃料
棒配列格子数を増加した燃料集合体において、太径水ロ
ッドに隣接して複数の部分長燃料棒をかためて配置した
ものが開示されている。特開昭62−276493号公
報には、燃料棒配列格子数を増加した燃料集合体におい
て、多数の水ロッドまたは太径水ロッドを配置すると共
に、燃料棒格子状配列のコーナ部を含む対角線上に一列
に複数の部分長燃料棒を配置したものが開示されてい
る。特開昭64−31089号公報には、燃料棒配列格
子数を増加した燃料集合体において、太径水ロッドを配
置すると共に、燃料棒格子状配列のコーナ部に複数の部
分長燃料棒をかてめて配置したものが開示されている。
特開昭64−23195号公報には、燃料棒配列格子数
を増加した燃料集合体において、太径水ロッドを配置す
ると共に、燃料棒格子状配列の最外層の各辺を2等分す
る線上、または燃料棒格子状配列のコーナ部を含む対角
線上に一列に複数の部分長燃料棒を配置したものが開示
されている。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-88292 discloses a fuel assembly having an increased number of grids of fuel rods, in which a plurality of partial length fuel rods are arranged adjacent to a large diameter water rod. Have been. Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-276493 discloses that in a fuel assembly having an increased number of grids of fuel rods, a large number of water rods or large-diameter water rods are arranged, and a diagonal line including corners of the fuel rod grid array is provided. A plurality of partial length fuel rods are arranged in a row. Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 64-31089 discloses a fuel assembly having an increased number of fuel rod arrangement grids, in which a large-diameter water rod is arranged and a plurality of partial length fuel rods are formed at corners of the fuel rod lattice arrangement. It is disclosed that it is located.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-23195 discloses a fuel assembly having an increased number of fuel rod arrangement lattices, in which a large-diameter water rod is arranged and a line dividing each side of the outermost layer of the fuel rod lattice arrangement into two equal parts. Alternatively, a plurality of partial-length fuel rods are arranged in a row on a diagonal line including corner portions of a fuel rod lattice-like arrangement.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】高燃焼度燃料集合体の
開発に当たっては、現行炉心にバックフィトすることを
考え、圧力損失、熱的余裕(線出力密度、限界出力)等
を、現行の燃料集合体のそれと同等にする必要がある。
In the development of a high burnup fuel assembly, the pressure loss, thermal margin (linear power density, critical power), etc. must be reduced by considering the backfit to the current core. Must be equivalent to that of the aggregate.

【0010】燃料棒の外径を細くして、燃料棒の格子配
列数を増大させることが高燃焼度燃料集合体には有利で
あることは前述した。しかし、燃料格子配列数を増加し
ただけでは、燃料配列に対する自由度が増大する反面、
濡れ縁長さが増大し圧損が増大すると共に、燃料棒外径
が減少し燃料棒の時定数が増大するため、安定性(チャ
ンネル安定性、炉心安定性)が厳しくなるという新たな
課題が生ずる。これを解決するためには、ボイド係数の
絶対値を現行の燃料集合体のそれより小さくする必要が
ある。すなわち、今までは、燃料の濃縮度増大の観点か
らボイド係数の絶対値低減の対策を論じたが、燃料格子
配列数を増加する場合には、ボイド係数の絶対値を更に
小さくする必要がある。
As mentioned above, it is advantageous for a high burnup fuel assembly to increase the number of grids of fuel rods by reducing the outer diameter of the fuel rods. However, simply increasing the number of fuel grid arrays increases the degree of freedom for the fuel arrays,
As the wet edge length increases and the pressure loss increases, the outer diameter of the fuel rod decreases, and the time constant of the fuel rod increases, thereby causing a new problem that the stability (channel stability and core stability) becomes severe. In order to solve this, the absolute value of the void coefficient needs to be smaller than that of the current fuel assembly. In other words, until now, measures to reduce the absolute value of the void coefficient have been discussed from the viewpoint of increasing the enrichment of the fuel. .

【0011】前述の、の通り、ボイド係数などの反
応度係数の低減には、減速材対燃料比を増大すること、
つまり、水ロッド領域を増大すると共に、燃料装荷量を
減少することが必要である。しかし、燃料装荷量の減少
は、燃料経済性を損なうため避けたい対策である。した
がって、高燃焼度燃料集合体の開発に当たっては、燃料
装荷量の減少によらない新たな反応度制御(ボイド係数
の絶対値減少及び運転時−冷温時反応度差の減少)の方
法を開発することが重要となる。
As described above, reducing the reactivity coefficient such as the void coefficient includes increasing the moderator-to-fuel ratio;
That is, it is necessary to increase the water rod area and reduce the fuel loading. However, a reduction in fuel loading is a measure that should be avoided because it impairs fuel economy. Therefore, in developing a high burn-up fuel assembly, a new method of reactivity control (reduction of the absolute value of the void coefficient and reduction of the reactivity difference between the operation time and the cold temperature) that does not depend on the decrease in the fuel load is developed. It becomes important.

【0012】燃料装荷量の減少によらない反応度制御方
法としては、前述した特開昭64−88292号公報、
特開昭62−276493号公報、特開昭64−310
89号公報、特開昭64−23195号公報に記載のよ
うに、部分長燃料棒の配置位置を選択することがある。
すなわち、特開昭64−88292号公報、特開昭64
−31089号公報では、太径水ロッドに隣接する位置
か、燃料棒格子状配列のコーナ部に複数の部分長燃料棒
をかためて配置しており、特開昭62−276493号
公報、特開昭64−23195号公報では、燃料棒格子
状配列のコーナ部を含む対角線上か、燃料棒格子状配列
の最外層の各辺を2等分する線上に複数の部分長燃料棒
を一列に配置している。これらは、いずれも非沸騰水領
域(水ロッドあるいはギャップ水領域)と部分長燃料棒
を隣接させることで、中性子減速効果を促進し、ボイド
係数の低減及び運転時と冷温時の反応度差低減を狙って
いる。
As a reactivity control method which does not depend on a decrease in the fuel loading, Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-88292 mentioned above discloses
JP-A-62-276493, JP-A-64-310
As described in JP-A-89-89 and JP-A-64-23195, the arrangement position of the partial length fuel rod may be selected.
That is, Japanese Patent Application Laid-Open No.
In JP-A-31089, a plurality of partial-length fuel rods are arranged in a position adjacent to a large-diameter water rod or in a corner portion of a fuel rod lattice arrangement. In Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-23195, a plurality of partial-length fuel rods are arranged in a row on a diagonal line including a corner portion of a fuel rod lattice arrangement or on a line bisecting each side of the outermost layer of the fuel rod lattice arrangement. Have been placed. In each of these, the non-boiling water region (water rod or gap water region) and the partial length fuel rod are adjacent to each other to promote the neutron moderating effect, reduce the void coefficient, and reduce the reactivity difference between operation and cold temperature. I am aiming for.

【0013】しかしながら、これら従来技術の方法で
は、ボイド係数などの反応度係数を低減し、反応度制御
性を向上するが、部分長燃料棒の配置位置による反応度
自体の変化、または局所出力ピーキングについては十分
な配慮がされていない。すなわち、従来技術では、複数
の部分長燃料棒を水ロッドあるいはコーナ部のギャップ
水領域に少なくとも一部が隣接する形でかためて配置し
ているため、共鳴中性子の吸収が増大し、反応度損失が
大きくなり燃料経済性が損なわれるという問題がある。
また、部分長燃料棒より上部の断面では、部分長燃料棒
に隣接する燃料棒の局所出力ピーキングが増大し、熱的
余裕が減少するという問題がある。更に、上記従来技術
では、高燃焼度化を目指した燃料集合体において、部分
長燃料棒の配置との関係で水ロッドの横断面積を最適化
することについて配慮がされていない。
However, in these prior art methods, the reactivity coefficient such as the void coefficient is reduced and the reactivity controllability is improved, but the reactivity itself changes depending on the position of the partial length fuel rod, or the local output peaking. Has not been given sufficient consideration. That is, in the prior art, a plurality of partial-length fuel rods are arranged so as to be at least partially adjacent to a water rod or a gap water region of a corner portion, so that the absorption of resonance neutrons is increased and the reactivity is increased. There is a problem that the loss increases and fuel economy is impaired.
Further, in the cross section above the partial length fuel rod, there is a problem that the local output peaking of the fuel rod adjacent to the partial length fuel rod increases and the thermal margin decreases. Furthermore, in the above prior art, no consideration is given to optimizing the cross sectional area of the water rod in relation to the arrangement of the partial length fuel rods in the fuel assembly aiming at high burnup.

【0014】本発明の第1の目的は、高燃焼度化を可能
としながら、反応度を低下させずにボイド係数を小さく
し、かつ局所出力ピーキングを平坦化した燃料集合体を
提供することである。本発明の第2の目的は、高燃焼度
化を可能としながら、反応度を低下させずにボイド係数
を小さくし、かつ中性子減速棒の減速材横断面積を最適
化した燃料集合体を提供することである。
A first object of the present invention is to provide a fuel assembly which enables high burnup, reduces the void coefficient without lowering the reactivity, and flattens the local output peaking. is there. A second object of the present invention is to provide a fuel assembly that enables high burnup, reduces the void coefficient without lowering the reactivity, and optimizes the moderator cross-sectional area of the neutron moderator rod. That is.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
る第1の発明は、9行9列の正方格子状に配列された多
数の燃料棒と、燃料棒を7本配置可能な中央部の領域に
配置され、その横断面積が単位燃料格子の横断面積より
大きな2本の水ロッドとを有する燃料集合体において、
(a)前記燃料棒は、複数の第1燃料棒と、燃料有効長
が前記第1燃料棒より短い複数の第2燃料棒とを含むこ
と;(b)前記第2燃料棒は、少なくとも前記正方格子
状の燃料棒配列の最外層に配置されていること;(c)
前記最外層に配置されている前記第2燃料棒は、前記最
外層の各辺の中心位置にそれぞれ1本づつ配置され、最
外層のそれ以外の燃料棒は前記第1燃料棒であること;
(d)前記正方格子状の燃料棒配列の外側から2層目に
配置される燃料棒のうち、前記最外層の前記第2燃料棒
に隣接する燃料棒は前記第1燃料棒であること;を特徴
とする燃料集合体が提供される。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a large number of fuel rods arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns; A fuel assembly having two water rods disposed in the area of the portion, the cross-sectional area of which is greater than the cross-sectional area of the unit fuel grid;
(A) the fuel rods include a plurality of first fuel rods and a plurality of second fuel rods whose active fuel length is shorter than the first fuel rods; (b) the second fuel rods include at least the fuel rods. (C) being arranged in the outermost layer of the square grid-like fuel rod array;
Wherein said second fuel rods are arranged in the outermost layer are respectively arranged one by one in the central position of each side of the outermost layer, the outermost
The other fuel rods in the outer layer are the first fuel rods ;
(D) among the fuel rods arranged in the second layer from the outside of the square lattice-shaped fuel rod array, the fuel rod adjacent to the second fuel rod in the outermost layer is the first fuel rod; A fuel assembly is provided.

【0016】また、上記第1及び第2の目的を達成する
第2の発明は、9行9列の正方格子状に配列された多数
の燃料棒と、横断面積が単位燃料格子の横断面積より大
きな少なくとも1本の水ロッドとを有する燃料集合体に
おいて、(a)前記燃料棒は、複数の第1燃料棒と、燃
料有効長が前記第1燃料棒より短い複数の第2燃料棒と
を含むこと;(b)前記第2燃料棒は、少なくとも前記
正方格子状の燃料棒配列の最外層に配置されているこ
と;(c)前記最外層に配置されている前記第2燃料棒
は、前記最外層の各辺の中心位置にそれぞれ1本づつ配
置され、最外層のそれ以外の燃料棒は前記第1燃料棒で
あること;(d)前記正方格子状の燃料棒配列の外側か
ら2層目に配置される燃料棒のうち、前記最外層の前記
第2燃料棒に隣接する燃料棒は前記第1燃料棒であるこ
と;(e)前記水ロッドの水ロッド内横断面積は7〜1
4cm2であること;を特徴とする燃料集合体が提供さ
れる。
According to a second aspect of the present invention for achieving the above first and second objects, there are provided a large number of fuel rods arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns, wherein the cross sectional area is smaller than the cross sectional area of the unit fuel grid. In a fuel assembly having at least one large water rod, (a) the fuel rod includes a plurality of first fuel rods and a plurality of second fuel rods whose active fuel length is shorter than the first fuel rod. (B) the second fuel rods are arranged at least in the outermost layer of the square lattice-shaped fuel rod array; (c) the second fuel rods arranged in the outermost layer are: One fuel rod is disposed at the center of each side of the outermost layer, and the other fuel rods of the outermost layer are the first fuel rods.
In; (d) square of the fuel rods disposed in the second layer from the outside of the lattice arrangement of fuel rods, the fuel rods adjacent to the second fuel rods of the outermost layer of the first fuel rod; lying (E) The cross-sectional area of the water rod in the water rod is 7-1.
4 cm 2 ;

【0017】また、第3の発明は、上記第1及び第2の
発明において、前記第2燃料棒を前記水ロッドに隣接し
た位置にも配置するものである。
According to a third invention, in the first and second inventions, the second fuel rod is arranged at a position adjacent to the water rod.

【0018】更に、第4の発明は、上記第1〜第3の発
明において、(d′)前記正方格子状の燃料棒配列の外
側から2層目に配置されている燃料棒を、全て前記第1
燃料棒とするものである。
In a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, (d ') all of the fuel rods arranged in the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod array are replaced with the fuel rods. First
It is a fuel rod.

【0019】また、第5の発明は、上記第1〜第3の発
明において、前記第2燃料棒を、前記正方格子状の燃料
棒配列の外側から2層目のコーナ部にも配置するもので
ある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the second fuel rods are also arranged at the corners of the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod arrangement. It is.

【0020】更に、第6の発明は、上記第1〜第5の発
明において、前記第2燃料棒の長さを前記第1燃料棒の
燃料有効長の1/2〜3/4の範囲にするものである。
Further, in a sixth aspect based on the first to fifth aspects, the length of the second fuel rod is set to a range of 1/2 to 3/4 of the active fuel length of the first fuel rod. Is what you do.

【0021】以上の第1〜第6の各発明の作用は次のよ
うである。
The operation of each of the first to sixth inventions is as follows.

【0022】本願発明者等の検討によれば、以下のこと
が判明している。燃料棒の格子配列数を9×9以上に増
やした燃料集合体で非沸騰水領域の減速材を局在化して
配置する場合、反応度制御性の向上(ボイド率の変化や
運転状態から冷温状態への変化に伴う反応度変化の減
少;ボイド係数の低減)には、水ロッドに面した燃料集
合体の内側領域よりチャンネルボックスに面した燃料集
合体の外側領域に局在化した方が効果が大きい(感度が
高い)(図4参照)。
According to the study by the present inventors, the following has been found. When the moderator in the non-boiling water region is localized and arranged in the fuel assembly in which the number of grids of the fuel rods is increased to 9 × 9 or more, the reactivity controllability is improved (from the change in the void ratio and the operating temperature to the cold temperature). In order to reduce the reactivity change due to the change to the state; the void coefficient is reduced), it is better to localize in the outer region of the fuel assembly facing the channel box than in the inner region of the fuel assembly facing the water rod. Great effect (high sensitivity) (see FIG. 4).

【0023】また、燃料有効長が通常燃料棒より短い燃
料棒、すなわち、部分長燃料棒を配置した場合、部分長
燃料棒より上部断面では上記の非沸騰水領域の局在化と
同様に、反応度制御性の向上(ボイド係数の低減)に効
果があり、部分長燃料棒の配置位置によるボイド係数低
減の感度は、以下の順である(図5参照)。 (1) チャンネルボックスに面した燃料集合体の外側1層
目のコーナ部燃料 (2)(1)以外のチャンネルボックスに面した燃料集合体の
外側1層目燃料 (3) 水ロッドに隣接した燃料集合体の内側領域の燃料 (4) チャンネルボックスにも水ロッドにも隣接しない燃
料 更に、部分長燃料棒を燃料棒配列の最外層に配置する場
合、その配置位置が制御価値に及ぼす影響については、
チャンネルボックスに面した最外層に部分長燃料棒を配
置した方が、水ロッドに隣接して配置するよりも、制御
棒価値はいずれの場合も大きくなる(図7参照)。
When a fuel rod having an effective fuel length shorter than that of a normal fuel rod, that is, a fuel rod having a partial length, is disposed, a cross section above the fuel rod having a partial length has the same structure as that of the non-boiling water region described above. This is effective for improving the reactivity controllability (reducing the void coefficient), and the sensitivity of the void coefficient reduction depending on the position of the partial length fuel rod is as follows (see FIG. 5). (1) Fuel outside the first layer of the fuel assembly facing the channel box (2) Fuel outside the first layer of the fuel assembly facing the channel box other than (1) (3) Adjacent to the water rod Fuel in the inner area of the fuel assembly (4) Fuel not adjacent to the channel box or water rod In addition, when the partial-length fuel rods are placed on the outermost layer of the fuel rod array, the effect of their location on control value Is
In each case, arranging the partial length fuel rods on the outermost layer facing the channel box has a greater control rod value than arranging them adjacent to the water rods (see FIG. 7).

【0024】したがって、上記第1及び第2の発明の
(b)項のように、部分長燃料棒である第2燃料棒を正
方格子状の燃料棒配列の最外層に配置することにより、
ボイド係数の低減効果が得られ、反応度制御性が向上す
る。また、制御棒価値向上の効果も期待でき、安全性向
上に寄与する。
Therefore, as described in (b) of the first and second aspects of the present invention, by arranging the second fuel rods, which are partially long fuel rods, in the outermost layer of the fuel rod arrangement in a square lattice,
The effect of reducing the void coefficient is obtained, and the reactivity controllability is improved. In addition, the effect of improving the control rod value can be expected, which contributes to the improvement of safety.

【0025】また、本願発明者等の検討によれば、燃料
棒の格子配列数を9×9以上に増やした燃料集合体にお
いて、部分長燃料棒を燃料棒配列の最外層に配置する場
合、その配置位置が反応度及び局所出力ピーキングに及
ぼす影響について、以下のことが判明している(図6参
照)。部分長燃料棒を最外層のコーナ部に配置するとき
は、反応度損失及び部分長隣接燃料棒の局所出力ピーキ
ングが共に大きい。部分長燃料棒を最外層のコーナ部に
隣接した格子位置に配置したときは、反応度損失は大幅
に改善されるが、部分長隣接燃料棒及びコーナ部燃料棒
の局所出力ピーキングは依然として比較的大きい。部分
長燃料棒を最外層の更に隣の格子位置に配置したとき
は、反応度損失は更に改善されるが、部分長隣接燃料棒
及びコーナ部燃料棒の局所出力ピーキングはまだ大き
い。部分長燃料棒を更に隣の格子位置に配置したとき、
すなわち、水ロッドの投影範囲の最も外側の両格子位置
を含めてそれより内側に配置したときは、反応度損失は
ほとんど無くなり、かつ部分長隣接燃料棒及びコーナ部
燃料棒の局所出力ピーキングも大幅に低下する。
According to the study by the present inventors, in a fuel assembly in which the number of grids of fuel rods is increased to 9 × 9 or more, when a partial length fuel rod is arranged in the outermost layer of the fuel rod array, The following has been found regarding the influence of the arrangement position on the reactivity and the local output peaking (see FIG. 6). When the partial length fuel rods are arranged at the outermost corners, both the reactivity loss and the local power peaking of the partial length adjacent fuel rods are large. When the partial length fuel rods are placed in the grid position adjacent to the outermost corner, the reactivity loss is greatly improved, but the local power peaking of the partial length adjacent rods and the corner fuel rods is still relatively high. large. When the partial length fuel rods are placed at grid positions further adjacent to the outermost layer, the reactivity loss is further improved, but the local power peaking of the partial length adjacent fuel rods and the corner fuel rods is still large. When the partial length fuel rods are placed further in the grid position,
In other words, when the water rods are placed inside the outermost grid positions including the outermost grid positions, the reactivity loss is almost eliminated, and the local output peaking of the partial length adjacent fuel rods and the fuel rods at the corners is also large. To decline.

【0026】したがって、上記第1及び第2の発明の
(c)項のように、部分長燃料棒である第2燃料棒を正
方格子状の燃料棒配列の最外層において各辺の中心位置
にそれぞれ1本づつ配置し、最外層のそれ以外の燃料棒
を第1燃料棒とすることにより、反応度損失と局所出力
ピーキングの両方を改善でき、燃料経済性の向上と熱的
余裕の向上が図れる。
Therefore, as described in item (c) of the first and second aspects of the present invention, the second fuel rod, which is a partial-length fuel rod, is positioned at the center of each side in the outermost layer of the fuel rod array in a square lattice.
One for each, and the other fuel rods in the outermost layer
As the first fuel rod , both the reactivity loss and the local output peaking can be improved, and the fuel economy and the thermal margin can be improved.

【0027】また、本願発明者等の検討によれば、以下
のことが判明している。すなわち、減速材領域の局在化
効果を最大限に活用するためには、通常燃料棒を局在化
することが必要である。通常燃料棒の局在化は、共鳴中
性子が吸収される確率を低減し、より一層の燃料経済性
の向上に寄与する。
According to the study by the present inventors, the following has been found. That is, in order to maximize the localization effect of the moderator region, it is usually necessary to localize the fuel rods. Normally, rod localization reduces the probability that resonant neutrons will be absorbed, contributing to greater fuel economy.

【0028】上記第1及び第2の発明の(d)項のよう
に、正方格子状の燃料棒配列の外側から2層目(正方格
子状の燃料棒配列の最外層より内側において、該最外層
に隣接した一層)に配置される燃料棒のうち、前記最外
層の第2燃料棒に隣接する燃料棒は第1燃料棒であるこ
とにより、その第1燃料棒の領域が減速材領域で囲まれ
る構成となり、その結果、減速材領域で効率よく減速さ
れた熱中性子が、第1燃料棒の領域に効率よく流入する
ため、共鳴吸収が減少し、反応度制御性だけでなく燃料
経済性が改善される。この効果は、上記第4の発明の
(d′)項のように、第1燃料棒が配置される領域を外
側から2層目全体とすることにより更に大きくなり、そ
の層を2層とすることにより更にまた大きくなる。
As described in item (d) of the first and second aspects of the present invention, the second layer from the outside of the square grid fuel rod array (the innermost layer of the square grid fuel rod array inside the outermost layer). Of the fuel rods arranged in one layer (adjacent to the outer layer), the fuel rod adjacent to the second outermost fuel rod is the first fuel rod, so that the area of the first fuel rod is the moderator area. As a result, the thermal neutrons that have been efficiently decelerated in the moderator region efficiently flow into the region of the first fuel rod, so that resonance absorption is reduced, and not only reactivity controllability but also fuel economy Is improved. This effect is further enhanced by setting the region where the first fuel rods are arranged to be the entire second layer from the outside, as in the item (d ') of the fourth aspect of the present invention. This will make it even larger.

【0029】一方、上記第5の発明のように、正方格子
状の燃料棒配列の外側から2層目のコーナ部にも部分長
燃料棒である第2燃料棒を配置することにより、チャン
ネルボックス内の冷却材流量分布及び蒸気体積率分布を
均一にする効果がある。即ち、一般に、チャンネルボッ
クスに面した領域、特にコーナ部近傍は摩擦抵抗が大き
く、冷却材流量が減少する傾向にある。部分長燃料棒を
外側から2層目のコーナ部に配置することで、これを解
消できる。
On the other hand, as in the fifth aspect of the invention, the second fuel rod, which is a partial length fuel rod, is also arranged at the corner of the second layer from the outside of the fuel rod arrangement in a square lattice, thereby forming the channel box. This has the effect of making the distribution of the coolant flow rate and the distribution of the steam volume ratio in the inside uniform. That is, in general, the area facing the channel box, particularly in the vicinity of the corner, has a large frictional resistance, and the flow rate of the coolant tends to decrease. This can be solved by arranging the partial length fuel rods at the corners of the second layer from the outside.

【0030】尚、ここで燃料棒の配置に関して「隣接す
る」とは行方向、列方向に隣接することは勿論、斜め方
向に隣接することも含むものとする。
Here, "adjacent" with respect to the arrangement of the fuel rods includes not only adjacent in the row and column directions but also adjacent in the oblique direction.

【0031】更に、本願発明者等の検討によれば、減速
材領域(非沸騰水領域)の局在化が燃料経済性へ及ぼす
効果、及び水ロッド横断面積、形状の最適化について、
以下のことが判明している。燃料棒の格子配列数を9×
9以上に増やした燃料集合体において、燃料装荷量を一
定として、燃料集合体内側の水ロッド領域を増大させた
場合と、燃料集合体素と側のギャップ水領域を増大させ
た場合とでは、中性子無限増倍率の向上(燃料経済性の
向上)にはギャップ水領域より水ロッド領域の方が効果
的であり(感度が高く)、燃料経済性向上のためには水
ロッド内横断面積を増加することが必要である(図8参
照)。この場合、水ロッド内横断面積としては7〜14
cm2が最適の範囲である。
Further, according to the study of the present inventors, regarding the effect of the localization of the moderator region (non-boiling water region) on fuel economy, and the optimization of the water rod cross-sectional area and shape,
The following has been found: 9 × number of grids of fuel rods
In the fuel assembly increased to 9 or more, the case where the water rod region inside the fuel assembly is increased and the case where the gap water region on the side of the fuel assembly element is increased while the fuel loading amount is fixed, The water rod region is more effective (higher sensitivity) than the gap water region for improving the neutron infinite multiplication factor (improving fuel economy), and increasing the cross-sectional area inside the water rod for improving fuel economy (See FIG. 8). In this case, the cross-sectional area inside the water rod is 7-14.
cm 2 is the optimal range.

【0032】したがって、上記第2の発明の(e)項の
ように、中性子減速棒である水ロッドの横断面積を7〜
14cm2にすることにより水ロッド内横断面積が最適
化され、反応度が高まり、燃料経済性が更に向上する。
Therefore, as shown in item (e) of the second invention, the cross-sectional area of the water rod as the neutron moderating rod is 7 to
14 cm 2 optimizes the cross-sectional area within the water rod, increases reactivity, and further improves fuel economy.

【0033】また、部分長燃料棒を水ロッドに隣接して
配置することで、燃料集合体中央部の水ロッド領域を大
きくしたこととほぼ等価になるので、燃料集合体の中性
子無限増倍率を増加できる効果がある。
Further, by disposing the partial length fuel rods adjacent to the water rods, it is almost equivalent to increasing the water rod area in the center of the fuel assembly. There is an effect that can be increased.

【0034】したがって、上記第3の発明のように、部
分長燃料棒である第2燃料棒を水ロッドに隣接して配置
することにより、中性子無限増倍率が更に増大し、反応
度及び燃料経済性が向上する。
Therefore, by arranging the second fuel rod, which is a partial length fuel rod, adjacent to the water rod as in the third invention, the neutron infinite multiplication factor is further increased, and the reactivity and fuel economy are improved. The performance is improved.

【0035】また、本願発明者等の検討によれば、チャ
ンネル安定性及び炉心安定性を向上するためには、部分
長燃料棒の上端位置は、4段目スペーサ〜6段目スペー
サが適切であることが判明している。これらスペーサの
位置は全長燃料棒の燃料有効長に対する比率で表現すれ
ば、1/2〜3/4に相当する。したがって、上記第6
の発明のように、部分長燃料棒である第2燃料棒の長さ
を第1燃料棒の燃料有効長の1/2から3/4の範囲に
しており、これによってチャンネル安定性及び炉心安定
性向上の効果が得られる。
According to the study by the present inventors, in order to improve the channel stability and the core stability, the upper end position of the partial length fuel rod is preferably set at the fourth to sixth spacers. It turns out that there is. The positions of these spacers correspond to 1/2 to 3/4 in terms of the ratio to the active fuel length of the full length fuel rod. Therefore, the sixth
As described in the invention, the length of the second fuel rod, which is a partial length fuel rod, is in the range of 燃料 to / of the active fuel length of the first fuel rod, thereby achieving channel stability and core stability. The effect of improving the performance is obtained.

【0036】燃料棒の格子配列数を従来の8×8から9
×9以上に増やすと、燃料集合体を構成する燃料棒の層
の数が増えるため、燃料を燃料集合体内に分布させる自
由度が高くなる。したがって、燃料集合体内の燃料ある
いは減速材を局在化して配置することが可能になり、上
記の構成が容易に実現できる。なお、ここでいう局在化
とは、燃料と減速材の境界線によって囲まれる燃料ある
いは減速材領域において、その単位体積あたりの境界線
の長さが短くなることを意味している。
The number of grids of fuel rods is reduced from 8 × 8 to 9
When the number is increased to × 9 or more, the number of layers of the fuel rods constituting the fuel assembly increases, so that the degree of freedom in distributing the fuel in the fuel assembly increases. Therefore, the fuel or the moderator in the fuel assembly can be localized and arranged, and the above configuration can be easily realized. Here, the term “localization” means that the length of the boundary line per unit volume in the fuel or moderator region surrounded by the boundary line between the fuel and the moderator is reduced.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り詳細に説明する。 第1の実施例 本発明の第1の実施例を図1〜図12により説明する。
図1において、本実施例の燃料集合体1は沸騰水型原子
炉用であり、10×10の正方格子状に配列された多数
の燃料棒2と、この燃料棒配列の最外層に配置されたた
4本の部分長燃料棒3と、これら燃料棒配列の中央部の
4×4の格子領域に対角線状に配置された横断面円形の
3本の大型水ロッド4とを有し、これら燃料棒2,3及
び水ロッド4はその周囲を横断面矩形のチャンネルボッ
クス5で取り囲まれている。燃料棒2と部分長燃料棒3
との合計は90本である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First Embodiment A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, a fuel assembly 1 of the present embodiment is for a boiling water reactor, and has a large number of fuel rods 2 arranged in a 10 × 10 square lattice and an outermost layer of the fuel rod arrangement. It has only four partial length fuel rods 3 and three large water rods 4 having a circular cross section and arranged diagonally in a 4 × 4 lattice area at the center of the fuel rod array. The fuel rods 2 and 3 and the water rod 4 are surrounded by a channel box 5 having a rectangular cross section. Fuel rod 2 and partial length fuel rod 3
Are 90 in total.

【0038】燃料棒2は通常の全長型燃料棒であり、部
分長燃料棒3は、燃料有効長が燃料棒2より短く、その
燃料有効長の15/24である。これは、後述するよう
にその上端が5段目のスペーサに支持される長さであ
る。また、数学上の行列の概念を借用し、正方格子状の
燃料棒配列の横方向の並びを行、縦方向の並びを列と
し、図示上からi番目の行で、図示左からj番目の列に
位置する格子位置を(i,j)と表現したとき、部分長
燃料棒3は(1,5),(5,1),(6,10),
(10,6)の各格子位置に配置されている。すなわ
ち、部分長燃料棒3は、正方格子状の燃料棒配列の最外
層の一辺に1本づつ、燃料棒配列外周形状の2つの対角
線のそれぞれに関して対称的に配置されている。正方格
子状の燃料棒配列の最外層より内側においては、最外層
に隣接した一層及びこれに隣接した一層の合計2層に
は、通常の燃料棒2のみが配置されている。
The fuel rod 2 is a normal full-length fuel rod, and the partial-length fuel rod 3 has an active fuel length shorter than that of the fuel rod 2 and is 15/24 of the active fuel length. This is the length of which the upper end is supported by the fifth spacer, as described later. Also, by borrowing the concept of a mathematical matrix, the rows of the fuel rods arranged in a square grid are arranged in rows in the horizontal direction, and the columns in the vertical direction are arranged in columns. When the grid positions in the row are expressed as (i, j), the partial length fuel rods 3 are (1, 5), (5, 1), (6, 10),
It is arranged at each grid position of (10, 6). That is, the partial length fuel rods 3 are arranged symmetrically with respect to each of two diagonal lines of the outer peripheral shape of the fuel rod array, one on each side of the outermost layer of the square grid fuel rod array. On the inner side of the outermost layer of the square lattice fuel rod array, only the ordinary fuel rods 2 are arranged in a total of two layers, one layer adjacent to the outermost layer and one layer adjacent thereto.

【0039】3本の大型水ロッド4は、燃料棒配列の中
央部の4×4の格子領域中、燃料棒を10本配置可能な
領域に対角線状に少し離れて配置されており、残りの領
域には6本の燃料棒2が配置されている。この場合、水
ロッド4の外径は20.7mmとなり、水ロッド4の肉
厚を考慮すると水ロッド内横断面積の合計は約9cm2
となっている。水ロッド4が配置される格子位置は、各
々、隣接する4つの燃料格子のうち2つ以上が水ロッド
4が位置する格子位置となっている。また、3本の大型
水ロッド4が占める最も外側の格子位置は、4×4の格
子領域対角線上の(4,7)と(7,4)であり、行方
向(横方向)に第4〜第7、列方向(縦方向)にも第4
〜第7間にあり、上記部分長燃料棒3は、これら行また
は列の範囲内に位置している。すなわち、部分長燃料棒
3は、正方格子状の燃料棒配列の最外層において、水ロ
ッド4を行方向、列方向に投影させたとき、その投影範
囲の最も外側の両格子位置を含めてそれらの格子位置よ
り内側に配置されている。
The three large water rods 4 are arranged diagonally in the 4 × 4 lattice area in the center of the fuel rod array, in a region where ten fuel rods can be arranged, and the remaining large water rods 4 are arranged. Six fuel rods 2 are arranged in the area. In this case, the outer diameter of the water rod 4 is 20.7 mm, and the total cross-sectional area in the water rod is about 9 cm 2 in consideration of the thickness of the water rod 4.
It has become. The grid positions at which the water rods 4 are arranged are the grid positions at which two or more of the four adjacent fuel grids are located at the water rods 4. The outermost grid positions occupied by the three large water rods 4 are (4,7) and (7,4) on a diagonal line of a 4 × 4 grid area, and the outermost grid positions are fourth in the row direction (lateral direction). -Seventh, fourth in the column direction (vertical direction)
7 and the partial length fuel rods 3 are located in the range of these rows or columns. That is, when the water rods 4 are projected in the row direction and the column direction in the outermost layer of the square grid-shaped fuel rod array, the partial length fuel rods 3 include both outermost grid positions in the projection range. Are arranged inside of the lattice position of.

【0040】図2に上記燃料集合体1の全体構成を示
す。水ロッド(図示せず)及び燃料棒2は上端を上部タ
イプレート7に支持され、下端を下部タイプレート8に
支持され、かつ中間部の7箇所を1〜7段のスペーサ9
により保持されている。また、部分長燃料棒3は下端を
下部タイプレート8に支持され、上端を5段目のスペー
サ9に支持され、中間部の4箇所を1〜4段のスペーサ
9により保持されている。チャンネルボックス5はこの
ようにして構成した燃料バンドル全体を取り囲んでい
る。
FIG. 2 shows the overall structure of the fuel assembly 1. The water rod (not shown) and the fuel rod 2 are supported at the upper end by the upper tie plate 7, at the lower end by the lower tie plate 8, and at seven intermediate portions at 1 to 7 levels of spacers 9.
Is held by The partial length fuel rod 3 has a lower end supported by the lower tie plate 8, an upper end supported by the fifth spacer 9, and four intermediate portions held by the first to fourth spacers 9. The channel box 5 surrounds the entire fuel bundle thus configured.

【0041】図3に、上記燃料集合体1の炉心での配置
状況を示す。十字型制御棒10を取り囲んで、本実施例
の燃料集合体1が4体配置され、1つの燃料ユニットを
構成している。この燃料ユニットの1つのコーナに隣接
して中性子検出器計測管11が配置されている。
FIG. 3 shows an arrangement of the fuel assembly 1 in the core. Four fuel assemblies 1 according to the present embodiment are arranged so as to surround the cross-shaped control rod 10, and constitute one fuel unit. A neutron detector measurement tube 11 is arranged adjacent to one corner of the fuel unit.

【0042】次に、本実施例の作用を説明する。燃料棒
の格子配列を従来の8×8格子から10×10格子とす
ることで、燃料を燃料集合体内に分布させる自由度が高
くなる。したがって、燃料集合体内の燃料あるいは減速
材を局在化して配置することが可能になる。ここでいう
局在化とは、燃料と減速材の境界線によって囲まれる燃
料あるいは減速材領域において、その単位体積あたりの
境界線の長さが短くなることを意味している。
Next, the operation of this embodiment will be described. By changing the grid arrangement of the fuel rods from the conventional 8 × 8 grid to the 10 × 10 grid, the degree of freedom in distributing the fuel in the fuel assembly is increased. Therefore, the fuel or moderator in the fuel assembly can be localized and arranged. The term “localization” as used herein means that the length of the boundary line per unit volume in the fuel or moderator region surrounded by the boundary line between the fuel and the moderator is reduced.

【0043】減速材領域(非沸騰水領域)を局在化する
位置が反応度制御(ボイド率の変化や運転状態から冷温
状態への変化に伴う反応度変化の減少)へ及ぼす効果を
説明する。図4に、燃料装荷量を一定とし、水ロッド領
域(内側領域の減速材)を増大させた場合と、ギャップ
水領域(外側領域の減速材)を増大させた場合のボイド
係数の変化を比較して示す。この図より、反応度制御性
の向上にはチャンネルボックスに面した燃料集合体の外
側領域の方が、水ロッドに面した燃料集合体の内側領域
より効果的である(感度が高い)ことが分かる。
The effect of the position where the moderator region (non-boiling water region) is localized on the reactivity control (reduction in the change in the reactivity accompanying a change in the void fraction and a change from the operating state to the cold state) will be described. . FIG. 4 compares the change in the void coefficient when the water rod region (moderator in the inner region) is increased and the gap water region (moderator in the outer region) is increased while the fuel loading is constant. Shown. From this figure, it can be seen that the outer region of the fuel assembly facing the channel box is more effective (higher sensitivity) than the inner region of the fuel assembly facing the water rod for improving reactivity controllability. I understand.

【0044】また、図5に、部分長燃料棒の配置位置に
よる、部分長燃料棒より上部断面でのボイド係数の変化
を示す。この図よりボイド係数低減の感度は、以下の順
であることが分かる。 (1) チャンネルボックスに面した燃料集合体の外側1層
目のコーナ部燃料 (2)(1)以外のチャンネルボックスに面した燃料集合体の
外側1層目燃料 (3) 水ロッドに隣接した燃料集合体の内側領域の燃料 (4) チャンネルボックスにも水ロッドにも隣接しない燃
料 これは、前述の図4で説明した非沸騰水領域の局在化と
同様に、減速材領域を局在化すること(部分長燃料棒を
非沸騰水領域に隣接させること)が反応度制御に効果が
あることを示している。この効果は、水素対重金属原子
数比(H/U)が小さく、中性子減速効果の感度が高い
炉心上部領域(高ボイド率領域)で著しい。
FIG. 5 shows a change in the void coefficient in a cross section above the partial length fuel rod depending on the position of the partial length fuel rod. From this figure, it can be seen that the sensitivity of the void coefficient reduction is in the following order. (1) Fuel outside the first layer of the fuel assembly facing the channel box (2) Fuel outside the first layer of the fuel assembly facing the channel box other than (1) (3) Adjacent to the water rod Fuel in the area inside the fuel assembly (4) Fuel not adjacent to the channel box or water rod This is similar to the localization of the non-boiling water area described in FIG. It is shown that the conversion (adjacent the part length fuel rod to the non-boiling water region) is effective for the reactivity control. This effect is remarkable in the upper core region (high void fraction region) where the hydrogen to heavy metal atomic ratio (H / U) is small and the neutron moderating effect is highly sensitive.

【0045】以上の理由により、本実施例では、燃料棒
2,3を10×10の正方格子状に配列し、部分長燃料
棒3を燃料棒配列の最外層に配置したものであり、これ
によりボイド係数の低減効果が得られ、反応度制御性が
向上する。
For the above reasons, in this embodiment, the fuel rods 2 and 3 are arranged in a 10 × 10 square lattice, and the partial length fuel rods 3 are arranged in the outermost layer of the fuel rod arrangement. Thereby, the effect of reducing the void coefficient is obtained, and the reactivity controllability is improved.

【0046】部分長燃料棒を燃料棒配列の最外層に配置
する場合、その配置位置が反応度及び局所出力ピーキン
グに及ぼす影響について説明する。図6は、上記実施例
のように部分長燃料棒をチャンネルボックスに面した最
外層に対称に4本配置する場合において、図示上辺で見
て部分長燃料棒の配置位置を(1,1)〜(1,10)
に変更したときの、各位置における部分長燃料棒より上
部断面での部分長燃料棒位置と中性子無限増倍率(A)
及び局所出力ピーキング(B及びC)の関係を示したも
のである。燃料棒配列は上記実施例と同様10×10格
子であり、3本の水ロッドが、燃料棒配列の中央部の4
×4の格子領域中、燃料棒を10本配置可能な領域に配
置されている。なお、Aについては、部分長燃料棒が図
示上辺で見て(1,5)に位置するときを基準としてそ
れとの反応度差で示し、Bについては、部分長燃料棒が
コーナ部に位置するときはそれに隣接した通常燃料棒、
それ以外では部分長燃料棒に図示左側で隣接する通常燃
料棒の局所出力ピーキング係数を示し、Cについては、
コーナ部に位置する通常燃料棒の局所出力ピーキング係
数を示す。
When the partial length fuel rods are arranged in the outermost layer of the fuel rod arrangement, the influence of the arrangement position on the reactivity and the local output peaking will be described. FIG. 6 shows a case where four partial-length fuel rods are symmetrically arranged on the outermost layer facing the channel box as in the above embodiment, and the arrangement position of the partial-length fuel rods is (1, 1) when viewed from the upper side in the figure. ~ (1,10)
Of the partial length fuel rod in the section above the partial length fuel rod at each position and the neutron infinite multiplication factor (A)
And the relationship between local output peaking (B and C). The fuel rod arrangement is a 10 × 10 lattice as in the above embodiment, and three water rods are arranged in the central portion of the fuel rod arrangement.
In the × 4 grid area, the fuel rods are arranged in an area where ten fuel rods can be arranged. In addition, A shows the difference in reactivity with respect to the case where the partial length fuel rod is located at (1, 5) when viewed from the upper side in the figure, and B shows the partial length fuel rod located at the corner. When the normal fuel rod next to it,
In other cases, the local output peaking coefficient of the normal fuel rod adjacent to the partial length fuel rod on the left side in the figure is shown.
4 shows a local output peaking coefficient of a normal fuel rod located at a corner.

【0047】図6から分かるように、部分長燃料棒が最
外層のコーナ部に位置するときは反応度損失が大きく、
かつ部分長隣接燃料棒の局所出力ピーキングも大きい。
部分長燃料棒位置が最外層のコーナ部に隣接した格子位
置、例えば図示上辺で見て(1,2)に移動するとき
は、反応度損失は大幅に改善されるが、部分長隣接燃料
棒及びコーナ部燃料棒の局所出力ピーキングは大きい。
部分長燃料棒が最外層のコーナ部からコーナ部を含め3
番目の格子位置、例えば図示上辺で見て(1,3)に位
置するときは、反応度損失は更に改善されるが、部分長
隣接燃料棒及びコーナ部燃料棒の局所出力ピーキングは
依然として大きい。部分長燃料棒が最外層のコーナ部か
らコーナ部を含め4番目またはそれよりも内側に位置す
るとき、例えば図示上辺で見て(1,4)またはそれよ
りも内側に位置するときは、反応度損失はほとんど無く
なり、かつ部分長隣接燃料棒及びコーナ部燃料棒の局所
出力ピーキングも大幅に低下する。
As can be seen from FIG. 6, when the partial length fuel rod is located at the outermost corner, the reactivity loss is large,
In addition, the local output peaking of the fuel rod adjacent to the partial length is large.
When the position of the partial length fuel rod moves to the lattice position adjacent to the corner portion of the outermost layer, for example, (1, 2) when viewed from the upper side in the drawing, the reactivity loss is greatly improved, but the partial length adjacent fuel rod is reduced. And the local power peaking of the fuel rod at the corner is large.
Part length fuel rods are 3 from the outermost corner to the corner
When located at the third grid position, for example at (1,3) as viewed in the upper side of the figure, the reactivity loss is further improved, but the local output peaking of the partial length adjacent fuel rods and the corner fuel rods is still large. When the partial length fuel rod is located at the fourth or inner side including the corner portion from the outermost corner portion, for example, when it is located at (1, 4) or inner side as viewed from the upper side in the drawing, a reaction occurs. The power loss is almost eliminated, and the local power peaking of the part length adjacent fuel rod and the corner part fuel rod is also greatly reduced.

【0048】以上の理由により、本実施例においては、
部分長燃料棒3を燃料棒配列の最外層において、水ロッ
ドの投影範囲の最も外側の両格子位置を含めてそれらの
格子位置より内側に配置したものであり、この配置によ
り反応度損失と局所出力ピーキングの両方を改善でき、
燃料経済性の向上と熱的余裕の向上が図れる。なお、局
所出力ピーキングについては別途対策を講じるのであれ
ば、反応度損失の低減のみを考えれば良く、この場合
は、部分長燃料棒を最外層のコーナ部に隣接した格子位
置、または最外層のコーナ部からコーナ部を含め3番目
の格子位置に配置してもよい。
For the above reasons, in this embodiment,
The partial-length fuel rods 3 are arranged on the outermost layer of the fuel rod array, inside the lattice positions including both outermost lattice positions in the projection range of the water rods, and this arrangement causes the reactivity loss and the locality loss. Can improve both output peaking,
Fuel economy and thermal margin can be improved. If local countermeasures against local output peaking are to be taken separately, only reduction in reactivity loss should be considered.In this case, the partial length fuel rods are placed in the lattice position adjacent to the outermost layer corner, or in the outermost layer. It may be arranged at the third lattice position from the corner part to the corner part.

【0049】部分長燃料棒を燃料棒配列の最外層に配置
する場合、その配置位置が制御価値に及ぼす影響を説明
する。図7は、上記実施例のように部分長燃料棒をチャ
ンネルボックスに面した最外層に対称に4本配置する場
合において、図示上辺で見て部分長燃料棒の配置位置を
(1,1)〜(1,10)に変更したときの、部分長燃
料棒位置と部分長燃料棒より上部断面での制御棒価値と
の関係を示している。制御棒価値は、同じ本数の部分長
燃料棒を水ロッドに隣接させる場合を基準にして、それ
との差で示している。この図から分かるように、チャン
ネルボックスに面した最外層に部分長燃料棒を配置した
方が、水ロッドに隣接して配置するよりも、制御棒価値
はいずれの場合も大きくなる。これは、制御棒(特に吸
収棒)近傍の熱中性子束が増大したことが要因である。
In the case where the partial length fuel rods are arranged in the outermost layer of the fuel rod arrangement, the effect of the arrangement position on the control value will be described. FIG. 7 shows a case where four partial-length fuel rods are symmetrically arranged on the outermost layer facing the channel box as in the above embodiment, and the arrangement position of the partial-length fuel rods is (1, 1) when viewed from the upper side in the figure. The relationship between the position of the partial-length fuel rod and the control rod value in the cross section above the partial-length fuel rod when changing to (1, 10) is shown. The control rod value is indicated by a difference from a case where the same number of partial length fuel rods are adjacent to the water rod. As can be seen from this figure, placing the partial length fuel rods in the outermost layer facing the channel box has greater control rod value in each case than placing it adjacent to the water rods. This is because the thermal neutron flux near the control rod (particularly the absorption rod) has increased.

【0050】したがって、本実施例では、部分長燃料棒
3を燃料棒配列の最外層に配置することにより、制御棒
価値向上の効果も期待でき、安全性向上に寄与する。
Therefore, in the present embodiment, by arranging the partial length fuel rods 3 in the outermost layer of the fuel rod arrangement, an effect of improving the control rod value can be expected, which contributes to the improvement of safety.

【0051】減速材領域の局在化効果を最大限に活用す
るためには、通常燃料棒を局在化することが必要であ
る。通常燃料棒の局在化は、共鳴中性子が吸収される確
率を低減し、より一層の燃料経済性の向上に寄与する。
本実施例では、正方格子状の燃料棒配列の最外層より内
側において、最外層に隣接した一層で部分長燃料棒3に
隣接する格子位置には通常の燃料棒2のみが配置され、
中央には水ロッド4を集中して配置し、外側の層(最外
層)に部分長燃料棒3を配置しており、通常燃料棒2の
領域が減速材領域で囲まれた構成になっている。その結
果、減速材領域で効率よく減速された熱中性子が、通常
燃料棒2の領域に効率よく流入するため、共鳴吸収が減
少し、反応度制御性だけでなく燃料経済性が改善され
る。この効果は、通常燃料棒2のみが配置される領域を
最外層に隣接した一層全体とすることにより更に大きく
なり、その層を本実施例のように2層とすることにより
更にまた大きくなる。
In order to maximize the localization effect of the moderator region, it is usually necessary to localize the fuel rods. Normally, rod localization reduces the probability that resonant neutrons will be absorbed, contributing to greater fuel economy.
In the present embodiment, only the normal fuel rods 2 are arranged at the grid positions adjacent to the partial length fuel rods 3 in one layer adjacent to the outermost layer inside the outermost layer of the square grid fuel rod array,
The water rods 4 are concentrated in the center, and the partial length fuel rods 3 are arranged in the outer layer (outermost layer). The area of the fuel rods 2 is usually surrounded by the moderator area. I have. As a result, the thermal neutrons that have been efficiently decelerated in the moderator region efficiently flow into the region of the normal fuel rod 2, so that the resonance absorption is reduced, and not only the reactivity controllability but also the fuel economy is improved. This effect is further enhanced by setting the region where only the fuel rods 2 are usually arranged to be the entire layer adjacent to the outermost layer, and further increased by forming the layer into two layers as in this embodiment.

【0052】減速材領域(非沸騰水領域)の局在化が燃
料経済性へ及ぼす効果、及び水ロッド横断面積、形状の
最適化について説明する。図8に、燃料棒の格子配列数
を10×10とした燃料集合体において、燃料装荷量を
一定として、水ロッド領域(内側領域の減速材)を増大
させた場合と、チャンネルボックス外側のギャップ水領
域(外側領域の減速材)を増大させた場合の反応度の変
化を比較して示す。横軸には水ロッド領域またはギャッ
プ水領域の増分(非沸騰水領域の増分)と、水ロッド領
域の増分に関しチャンネルボックス内横断面積に対する
水ロッド内横断面積の割合の2つの指標を示し、縦軸に
は現在の水ロッド内横断面積である3cm2(1.7
%)を基準とした中性子無限増倍率の差を示す。この図
より、中性子無限増倍率の向上、すなわち、反応度また
は燃料経済性の向上にはチャンネルボックスに面した燃
料集合体の外側領域より、燃料集合体の内側領域の方が
効果的である(感度が高い)ことが分かる。これは、中
性子束分布の平坦化により、減速材による中性子吸収が
減少するためである。熱中性子束分布の平坦化は、燃料
経済性だけでなく局所出力分布にも影響を及ぼすため、
熱的余裕を確保する点からも重要である。
The effect of the localization of the moderator region (non-boiling water region) on fuel economy and the optimization of the water rod cross-sectional area and shape will be described. FIG. 8 shows a case where the water rod area (moderator in the inner area) is increased while the fuel loading is constant in the fuel assembly where the number of grids of the fuel rods is 10 × 10, and the gap outside the channel box is shown. Changes in reactivity when the water region (moderator in the outer region) is increased are shown in comparison. The horizontal axis shows two indicators of the increment of the water rod area or the gap water area (the increment of the non-boiling water area) and the ratio of the cross-sectional area in the water rod to the cross-sectional area in the channel box with respect to the increment of the water rod area. The axis is 3 cm 2 (1.7, which is the current cross-sectional area inside the water rod).
%) Shows the difference of the infinite neutron multiplication factor based on the neutron intensifier. According to this figure, the inner region of the fuel assembly is more effective than the outer region of the fuel assembly facing the channel box for improving the neutron infinite multiplication factor, that is, improving the reactivity or fuel economy ( Sensitivity is high). This is because neutron absorption by the moderator is reduced by flattening the neutron flux distribution. Since flattening of thermal neutron flux distribution affects not only fuel economy but also local power distribution,
This is important from the viewpoint of securing thermal margin.

【0053】このように、10×10格子の燃料集合体
においては、燃料経済性向上のためには水ロッド内横断
面積を増加することが効果があり、そのために水ロッド
内横断面積を現在の3cm2(1.7%)から増大する
ことが必要である。一方、水ロッド領域の燃料格子数を
増大することは、燃料棒本数の減少になり、高燃焼度化
に反することになる。燃料集合体の対称性を考慮する
と、10×10格子燃料集合体では、水ロッド領域の燃
料格子位置数は、現在の2本から8本〜16本の範囲が
妥当である。10×10格子燃料集合体の燃料単位格子
の面積が、現在の8×8格子の60%程度になること、
また水ロッド領域の燃料格子位置数が上記より4倍〜8
倍になることを考えると、水ロッド内横断面積としては
7(4%)〜14(8%)cm2の範囲が適切である。
As described above, in the fuel assembly of the 10 × 10 grid, it is effective to increase the cross-sectional area in the water rod in order to improve the fuel economy. It is necessary to increase from 3 cm 2 (1.7%). On the other hand, increasing the number of fuel grids in the water rod region decreases the number of fuel rods, which is against high burnup. In consideration of the symmetry of the fuel assembly, in the 10 × 10 grid fuel assembly, the number of fuel grid positions in the water rod region is currently in the range of 2 to 8 to 16 in the water rod region. The fuel unit grid area of the 10 × 10 grid fuel assembly is about 60% of the current 8 × 8 grid;
In addition, the number of fuel grid positions in the water rod area is 4 to 8 times higher than the above.
In consideration of the doubling, the cross-sectional area in the water rod is suitably in the range of 7 (4%) to 14 (8%) cm 2 .

【0054】本実施例では、以上の理由により3本の水
ロッド4の横断面積の合計は約9cm2となっており、
これによっても反応度を高め、燃料経済性を向上でき
る。
In this embodiment, the total cross-sectional area of the three water rods 4 is about 9 cm 2 for the above reasons.
This can also increase reactivity and improve fuel economy.

【0055】また、水ロッド内横断面積の最適化には安
定性の観点がある。安定性には、チャンネル安定性と炉
心安定性の2つのモードがある。まず、チャンネル安定
性は、冷却水の流量配分の振動を防止するためのもの
で、炉心内の一番出力の高い燃料集合体に対して評価す
る。炉心安定性は、炉心内の中性子束と熱水力振動とが
カップリングして生じる不安定現象を防止するためのも
のである。それぞれの制限値は減幅比で現わされる。す
なわち、チャンネル安定性、炉心安定性共に、減幅比が
1.0以下になるように制限されている。
Further, there is a viewpoint of stability in optimizing the cross-sectional area in the water rod. There are two modes of stability: channel stability and core stability. First, the channel stability is to prevent the oscillation of the flow rate distribution of the cooling water, and is evaluated for the fuel assembly having the highest output in the core. The core stability is to prevent an unstable phenomenon caused by coupling of a neutron flux and thermal hydraulic vibration in the core. Each limit value is expressed by a reduction ratio. That is, both the channel stability and the core stability are limited so that the reduction ratio is 1.0 or less.

【0056】そこで、本願発明者等は、10×10燃料
集合体の安定性について検討した。図9は、ウラン装荷
量と水ロッド内横断面積のマップ上に安定性の限界線を
示したものである。ウラン装荷量とは、燃料集合体1体
当たりに装荷できるウラン装荷量であり、ウラン装荷量
が大きくなることは燃料棒の外径の増加を意味する。一
方、水ロッド内横断面積とは、燃料集合体に位置する水
ロッド内の水流路の横断面積を示し、水ロッド内横断面
積の増加は水ロッドの外径の増加を意味する。したがっ
て、ウラン装荷量並びに水ロッド内横断面積の増加は、
燃料棒、水ロッドの外径を太くし、燃料集合体内の流路
面積を減少させるため、流路抵抗が増え、チャンネル安
定性の余裕を低減させる。そのため、図9に示すよう
に、水ロッド内横断面積が大、ウラン装荷量が大の領域
ではチャンネル安定性は厳しくなり、チャンネル安定性
の制限線は右下がりとなる。一方、炉心安定性に対して
は、ウラン装荷量の増大、水ロッド内面積の減少は炉心
安定性を悪化させるため、制限線は右上がりとなる。そ
のため、安定性に対する許容領域は、図9の中央部に存
在し、チャンネル安定性の制限線と、炉心安定性の制限
線とに囲まれた山の形をした領域となる。
Therefore, the present inventors have studied the stability of the 10 × 10 fuel assembly. FIG. 9 shows a stability limit line on a map of the uranium loading amount and the cross-sectional area in the water rod. The uranium loading amount is a uranium loading amount that can be loaded per fuel assembly, and an increase in the uranium loading amount means an increase in the outer diameter of the fuel rod. On the other hand, the cross-sectional area in the water rod indicates the cross-sectional area of the water flow path in the water rod located in the fuel assembly, and an increase in the cross-sectional area in the water rod means an increase in the outer diameter of the water rod. Therefore, the increase in uranium loading and cross-sectional area in the water rod is
Since the outer diameters of the fuel rods and water rods are increased and the flow path area in the fuel assembly is reduced, the flow resistance increases and the margin of channel stability is reduced. Therefore, as shown in FIG. 9, channel stability becomes severe in a region where the cross-sectional area inside the water rod is large and the uranium loading amount is large, and the limit line of the channel stability becomes lower right. On the other hand, regarding the core stability, the limit line rises to the right because an increase in the uranium loading and a decrease in the water rod inner area deteriorate the core stability. Therefore, the stability allowable region exists in the center of FIG. 9 and is a mountain-shaped region surrounded by the channel stability limit line and the core stability limit line.

【0057】ウラン装荷量の増加は燃料サイクル費を減
少させるため、燃料経済上、好ましい。図9の安定性の
許容領域内で、チャンネル安定性制限線と炉心安定性制
限線との交差点付近(山の頂上部分)が、最も燃料サイ
クル費が低く、最適な部分であることが分かる。すなわ
ち、この頂上部分(水ロッド内横断面積で10cm2
傍)に近接した範囲がチャンネル安定性及び炉心安定性
と燃料経済性を両立させる最適点であり、その範囲とし
ては水ロッド内横断面積で9〜11cm2が好ましい。
Increasing the uranium loading is preferable in terms of fuel economy because it reduces fuel cycle costs. It can be seen that the fuel cycle cost is the lowest and the optimum portion near the intersection of the channel stability limit line and the core stability limit line (at the top of the mountain) in the stability allowable region of FIG. That is, the range close to the top (around 10 cm 2 in the cross section of the water rod) is the optimum point for achieving both channel stability, core stability, and fuel economy. 9-11 cm 2 is preferred.

【0058】従来の技術では、安定性を増すため、燃料
集合体の直下部にオリフィス板を設け、このオリフィス
板での抵抗を増やすことや、低圧損型スペーサを採用す
ることも提案されている。したがって、オリフィス抵抗
を増大、あるいは、低圧損型スペーサを採用すると、安
定性が向上するため、安定性の制限線が移動し、許容領
域が拡大する。しかし、この場合、両制限線は共に上に
移動するため、最適点(山の頂上部分)に対する水ロッ
ド内横断面積はほとんど変化しない。したがって、燃料
集合体の水ロッド内横断面積を9〜11cm2にするこ
とは、この点からも燃料経済性上、望ましい。
In the prior art, to increase the stability, it has been proposed to provide an orifice plate immediately below the fuel assembly, to increase the resistance at the orifice plate, or to employ a low pressure drop type spacer. . Therefore, when the orifice resistance is increased or a low pressure loss type spacer is used, the stability is improved, and the stability limit line is moved, and the allowable area is expanded. However, in this case, since both limit lines move upward, the cross-sectional area in the water rod with respect to the optimum point (the top of the mountain) hardly changes. Therefore, it is desirable from the viewpoint of fuel economy that the cross-sectional area of the fuel assembly in the water rod be 9 to 11 cm 2 .

【0059】以上の理由から、本実施例では水ロッド4
の横断面積の合計は約9cm2となっており、最適点に
漸近した位置にあることが分かる。そのため、本実施例
では、チャンネル安定性、炉心安定性、及び燃料経済性
が向上する。更に、安定性が向上したことにより、安定
性向上用に設けられていた機器が不要となる。
For the above reasons, in this embodiment, the water rod 4
Has a total cross-sectional area of about 9 cm 2 , indicating that it is located at a position asymptotic to the optimum point. Therefore, in this embodiment, channel stability, core stability, and fuel economy are improved. Further, the improved stability eliminates the need for equipment provided for improving stability.

【0060】また、水ロッドの横断面積を増加するに
は、大型水ロッドの採用が、犠牲にしなくてはならない
燃料棒本数を減少できる点、更に燃料棒冷却効果の小さ
な冷却材流路面積が減少できる(限界出力を増大する)
点で有利である。水ロッドと水ロッドに隣接する燃料棒
との間隔を一定とすると、円形水ロッドの場合には、上
記スペースの有効利用の点で、2×2の燃料格子を水ロ
ッドにすることが最も優れている。
In order to increase the cross-sectional area of the water rod, the adoption of a large water rod can reduce the number of fuel rods that must be sacrificed, and further, the coolant passage area with a small fuel rod cooling effect is reduced. Can be reduced (increase the limit output)
This is advantageous. Assuming that the distance between the water rod and the fuel rod adjacent to the water rod is constant, in the case of a circular water rod, it is most preferable to use a 2 × 2 fuel grid as a water rod in terms of effective use of the above space. ing.

【0061】したがって、本実施例では、中性子減速効
果が小さな燃料集合体中央領域の10セル分を水ロッド
領域としており、水ロッド領域の燃料格子位置を、隣接
する4つの燃料格子のうち少なくとも2つ以上が水ロッ
ド領域に隣接するようにすることで、2×2相当の大き
さの大型円形水ロッドを3本配置し、燃料棒冷却効果の
小さな冷却材流路面積が減少した構成となっている。こ
れは、限界出力を増大することになる。
Therefore, in this embodiment, the water rod region is defined as 10 cells in the central region of the fuel assembly having a small neutron moderating effect, and the fuel grid position of the water rod region is set to at least two of the four adjacent fuel grids. Three or more large circular water rods equivalent to 2x2 are arranged by making at least one adjacent to the water rod area, resulting in a configuration in which the coolant passage area with a small fuel rod cooling effect is reduced. ing. This will increase the marginal power.

【0062】最後に、部分長燃料棒3の長さがチャンネ
ル安定性及び炉心安定性に及ぼす影響を説明する。図1
0及び図11に、ウラン装荷量一定の条件で、部分長燃
料棒3の長さを変えて、チャンネル安定性及び炉心安定
性を評価した結果を示す。図の横軸は、部分長燃料棒3
の上端位置を、縦軸は減幅比を示す。部分長燃料棒の上
端を下から7段目スペーサ位置(図の右端)から短くす
ると、集合体上部での流路面積が広がるため、圧力損失
が減少し、チャンネル安定性、炉心安定性とも向上す
る。しかし、部分長燃料棒の長さを、下から3段目のス
ペーサ以下にすると、ウラン装荷量一定の条件で解析し
ているため、燃料棒の外径が増大し、集合体下部での圧
力損失が増え、不安定化していることが分かる。また、
燃料棒外径が増大すると、燃料棒同士の隙間がなくな
り、熱的に厳しくなる。そのため、部分長燃料棒の上端
位置は、4段目スペーサ、5段目スペーサが最適とな
り、6段目も使用可能である。これ等スペーサの段数を
全長燃料棒の燃料有効長に対する比率で表現すれば、1
段目スペーサの下には下部タイプレートがあり、7段目
スペーサの上には上部タイプレートがあるので、4段目
スペーサは燃料有効長が4/8、すなわち1/2の位置
に相当し、6段スペーサは燃料有効長が6/8、すなわ
ち、3/4の位置に相当する。したがって、部分長燃料
棒3の長さが通常燃料棒2の燃料有効長の1/2から3
/4の範囲にあれば、チャンネル安定性及び炉心安定性
向上の効果が得られる。
Finally, the effect of the length of the partial length fuel rod 3 on the channel stability and the core stability will be described. FIG.
0 and FIG. 11 show the results of evaluating the channel stability and the core stability by changing the length of the partial length fuel rod 3 under the condition of a constant uranium loading. The horizontal axis in the figure is the partial length fuel rod 3
And the vertical axis indicates the reduction ratio. If the upper end of the partial length fuel rod is shortened from the position of the seventh spacer from the bottom (the right end in the figure), the flow path area at the upper part of the assembly is increased, reducing pressure loss and improving both channel stability and core stability. I do. However, when the length of the fuel rod is set to be equal to or less than the third spacer from the bottom, the analysis is performed under the condition that the uranium loading is constant, so the outer diameter of the fuel rod increases, and the pressure at the lower part of the fuel assembly increases. It can be seen that the loss has increased and has become unstable. Also,
When the outer diameter of the fuel rod increases, there is no gap between the fuel rods, and the fuel rod becomes thermally severe. Therefore, the uppermost position of the partial length fuel rod is optimally the fourth-stage spacer and the fifth-stage spacer, and the sixth-stage spacer can be used. If the number of stages of these spacers is expressed as a ratio to the active fuel length of the full-length fuel rod, 1
Since there is a lower tie plate below the stage spacer and an upper tie plate above the seventh spacer, the fourth stage spacer corresponds to the position where the active fuel length is 4/8, that is, 1/2. , 6-step spacer corresponds to the position where the active fuel length is 6/8, that is, 3/4. Therefore, the length of the partial-length fuel rod 3 is set to か ら to 3 times the active fuel length of the normal fuel rod 2.
If it is in the range of / 4, the effect of improving channel stability and core stability can be obtained.

【0063】以上の理由により、本実施例では、部分長
燃料棒3の長さを全長型燃料棒2の燃料有効長の15/
24、すなわち、上端が5段目スペーサに支持される長
さとし、これによりチャンネル安定性及び炉心安定性が
向上する。なお、上端を4段目スペーサで支持する長さ
とすれば、更に安定性余裕が増大する。
For the above reason, in this embodiment, the length of the partial length fuel rod 3 is set to 15 / the active fuel length of the full length fuel rod 2.
24, that is, the length whose upper end is supported by the fifth-stage spacer, whereby the channel stability and the core stability are improved. If the upper end is set to a length supported by the fourth-stage spacer, the stability margin is further increased.

【0064】本実施例によれば、燃料棒格子配列及び水
ロッドと部分長燃料棒の配置を最適化することで、ボイ
ド係数の低減効果が得られ、反応度制御性が向上すると
共に、反応度損失と局所出力ピーキングの両方を改善で
き、燃料経済性の向上と熱的余裕の向上が図れる。試算
によれば、本実施例で示した燃料集合体構成をとること
により、図12に示す8×8の正方格子状に配列された
多数の燃料棒50と、これら燃料棒配列の中央部に配置
された横断面円形の2本の水ロッド51とを有する従来
の燃料集合体に比較し、反応度制御性を示すボイド係数
の絶対値をおよそ10%程度小さくでき、また、運転時
−冷温時の反応度差を1.0%Δk程度低減できる。更
に、局所出力ピーキングを増大することなく、燃料集合
体の中性子無限増倍率を0.5Δk程度上昇する効果が
ある。
According to the present embodiment, by optimizing the fuel rod lattice arrangement and the arrangement of the water rods and the partial length fuel rods, the effect of reducing the void coefficient is obtained, the reactivity controllability is improved, and the reactivity is improved. Power loss and local output peaking can be improved, fuel economy can be improved and thermal margin can be improved. According to trial calculations, by adopting the fuel assembly configuration shown in the present embodiment, a large number of fuel rods 50 arranged in a square grid of 8 × 8 shown in FIG. The absolute value of the void coefficient showing the reactivity controllability can be reduced by about 10% as compared with the conventional fuel assembly having two water rods 51 having a circular cross section arranged. The difference in reactivity at the time can be reduced by about 1.0% Δk. Further, there is an effect of increasing the neutron infinite multiplication factor of the fuel assembly by about 0.5 Δk without increasing the local output peaking.

【0065】更に、本実施例によれが、制御棒価値向上
の効果も期待でき、安全性が向上すると共に、炉心安定
性も向上する効果がある。
Further, according to the present embodiment, the effect of improving the control rod value can be expected, and the safety is improved and the core stability is also improved.

【0066】第2の実施例 本発明の第2の実施例を図13及び図14により説明す
る。本実施例は、前記第1の実施例の中で、部分長燃料
棒の総数を8本にしたものである。すなわち、図13に
おいて、本実施例の燃料集合体1Aは8本の部分長燃料
棒3を有し、これら部分長燃料棒3は、チャンネルボッ
クス5に面する燃料棒配列の最外層4辺の各々に2本ず
つ隣接して配置されている。部分長燃料棒3の配置位置
は、燃料棒配列の各格子位置を第1の実施例と同様に行
列の手法で表現すれば、(1,5),(1,6);
(5,1),(6,1);(5,10),(6,1
0);(10,5),(10,6)の各格子位置にあ
り、本実施例でも、部分長燃料棒3は、正方格子状の燃
料棒配列の最外層において、水ロッド4を行方向、列方
向に投影させたとき、その投影範囲の最も外側の両格子
位置を含めてそれらの格子位置より内側に配置されてい
る。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in that the total number of partial length fuel rods is eight. That is, in FIG. 13, the fuel assembly 1 </ b> A of the present embodiment has eight partial-length fuel rods 3, and these partial-length fuel rods 3 are located on the outermost layer 4 sides of the fuel rod array facing the channel box 5. Two are arranged adjacent to each other. The arrangement position of the partial-length fuel rods 3 can be expressed by (1,5), (1,6) if each grid position of the fuel rod array is represented by a matrix method as in the first embodiment.
(5,1), (6,1); (5,10), (6,1)
0); (10, 5), and (10, 6). In this embodiment, the partial-length fuel rods 3 are provided with the water rods 4 in the outermost layer of the square grid fuel rod array. When the projection is performed in the direction and the column direction, it is arranged inside the lattice positions including both outermost lattice positions of the projection range.

【0067】部分長燃料棒3を2本隣接することの効果
を図14により説明する。図14は、部分長燃料棒を隣
接した場合の反応度制御性及び制御棒価値を示してい
る。この図から分かるように、部分長燃料棒3を隣接さ
せることで、反応度制御性及び制御棒価値共に、1本の
みの効果を単純に足し合わせた以上の効果を得ている。
2本以上を隣接して配置しても(減速材を局在化して
も)、図6で説明したように、局所出力ピーキングに対
して平坦化に寄与する位置に配置すれば、すなわち、水
ロッド4の投影面積の範囲内に配置されていれば、熱的
余裕の確保の点で問題にならない。したがって、本実施
例によれば、反応度制御性及び制御棒価値の向上の点で
第1の実施例の2倍以上の効果を得ることができる。
The effect of having two adjacent partial length fuel rods 3 adjacent to each other will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows the reactivity controllability and the control rod value when the partial length fuel rods are adjacent to each other. As can be seen from this figure, by making the fuel rods 3 adjacent to each other, both the reactivity controllability and the control rod value are more than the effects obtained by simply adding the effects of only one fuel rod.
Even if two or more wires are arranged adjacent to each other (even if the moderator is localized), if they are arranged at positions that contribute to flattening for local output peaking as described with reference to FIG. If it is arranged within the range of the projected area of the rod 4, there is no problem in securing thermal margin. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to obtain more than twice the effect of the first embodiment in terms of improvement in reactivity controllability and control rod value.

【0068】第3の実施例 本発明の第3の実施例を図15により説明する。本実施
例は、前記第2の実施例の中で、部分長燃料棒の位置と
水ロッドの大きさを変更したものである。すなわち、図
15において、本実施例の燃料集合体1Cは8本の部分
長燃料棒3を有し、これら部分長燃料棒3は、燃料棒配
列の最外層4辺の各々に2本ずつ隣接せず分散して配置
されている。また、集合体中央部には3本の大型水ロッ
ド4aが配置されている。部分長燃料棒3の配置位置
は、上記と同様に数学上の行列の手法により表現したと
き、(1,4),(1,7);(4,1),(7,
1);(4,10),(7,10);(10,4),
(10,7)の格子位置である。すなわち、部分長燃料
棒3は、正方格子状の燃料棒配列の最外層において、水
ロッド4aを行方向、列方向に投影させたとき、その投
影範囲の最も外側の両格子位置を含めてそれらの格子位
置より内側に配置されている。本実施例は、第2の実施
例に比べ反応度制御効果は減少するが、部分長燃料棒を
制御棒価値の増大効果の大きな場所に配置できる利点が
ある。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the second embodiment in that the position of the partial length fuel rod and the size of the water rod are changed. That is, in FIG. 15, the fuel assembly 1C of this embodiment has eight partial-length fuel rods 3, and each of these partial-length fuel rods 3 is adjacent to each of the four outermost layers of the fuel rod array. They are distributed without being placed. In addition, three large water rods 4a are arranged at the center of the assembly. The arrangement positions of the partial length fuel rods 3 are represented by (1,4), (1,7); (4,1), (7,
1); (4,10), (7,10); (10,4),
This is the grid position of (10, 7). That is, when the water rods 4a are projected in the row direction and the column direction in the outermost layer of the square grid-shaped fuel rod array, the partial length fuel rods 3 include both outermost grid positions of the projection range. Are arranged inside of the lattice position of. In this embodiment, the reactivity control effect is reduced as compared with the second embodiment, but there is an advantage that the partial length fuel rod can be arranged at a place where the effect of increasing the control rod value is large.

【0069】また、3本の大型水ロッド4aは、燃料棒
配列の中央部の4×4の格子領域に互いに接して配置さ
れている。この場合、水ロッド4aの外径は21.6m
mとなり、水ロッド4aの肉厚を考慮すると水ロッド内
横断面積の合計は約10cm2となっている。すなわ
ち、本実施例では水ロッド4の横断面積の合計は図9に
示す最適点により近く位置している。そのため、本実施
例では、チャンネル安定性、炉心安定性、及び燃料経済
性が更に向上する。
The three large water rods 4a are arranged in contact with each other in a 4 × 4 lattice area at the center of the fuel rod array. In this case, the outer diameter of the water rod 4a is 21.6 m
m, considering the thickness of the water rod 4a, the total cross-sectional area in the water rod is about 10 cm 2 . That is, in this embodiment, the total cross-sectional area of the water rod 4 is closer to the optimum point shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, channel stability, core stability, and fuel economy are further improved.

【0070】第4の実施例 本発明の第4の実施例を図16により説明する。本実施
例は、前記第2の実施例の中で、部分長燃料棒の総数を
更に4本増やし、チャンネルボックスと水ロッドに隣接
する部分長燃料棒を共存させたものである。すなわち、
図16において、本実施例の燃料集合体1Cは燃料棒配
列の最外層に配置された8本の部分長燃料棒3と、大型
水ロッド4に隣接して配置された4本の部分長燃料棒3
aとを有している。前記部分長燃料棒3,3aの燃料有
効長は、第1の実施例と同様、通常燃料棒2の燃料有効
長の15/24である。
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the second embodiment in that the total number of the partial length fuel rods is further increased by four, and the channel box and the partial length fuel rod adjacent to the water rod coexist. That is,
In FIG. 16, the fuel assembly 1 </ b> C of this embodiment has eight partial-length fuel rods 3 arranged on the outermost layer of the fuel rod array and four partial-length fuel rods arranged adjacent to the large water rod 4. Stick 3
a. The active fuel length of the partial-length fuel rods 3 and 3a is 15/24 of the active fuel length of the normal fuel rod 2 as in the first embodiment.

【0071】本実施例においては、部分長燃料棒3aを
水ロッド4に隣接して配置することで、燃料集合体中央
部の水ロッド領域を大きくしたこととほぼ等価になるの
で、燃料集合体1C内外の熱中性子束分布の平坦化に効
果があり、図8に示したように燃料集合体の中性子無限
増倍率を増加できる。この場合、ボイド係数の低減効果
及び制御棒価値の増大効果は、図4及び図7に示したよ
うに、水ロッドより外側領域の方が大きいので、本実施
例のように、水ロッド4に隣接する部分長燃料棒3aの
本数よりチャンネルボックス5に隣接する部分長燃料棒
3の本数を多くすることで、反応度制御性の観点から必
要となる部分長燃料棒の本数を少なくできると共に、制
御棒価値を増大する効果が得られる。また、このように
チャンネルボックスと水ロッドに隣接する部分長燃料棒
3,3aを共存させることで、燃料集合体1C内外の熱
中性子束分布の平坦化に効果がある。
In this embodiment, arranging the partial length fuel rod 3a adjacent to the water rod 4 is almost equivalent to increasing the water rod area at the center of the fuel assembly. This is effective in flattening the thermal neutron flux distribution inside and outside 1C, and can increase the neutron infinite multiplication factor of the fuel assembly as shown in FIG. In this case, the effect of reducing the void coefficient and the effect of increasing the control rod value are greater in the outer region than in the water rod as shown in FIGS. By increasing the number of partial length fuel rods 3 adjacent to the channel box 5 more than the number of adjacent partial length fuel rods 3a, the number of partial length fuel rods required from the viewpoint of reactivity controllability can be reduced, The effect of increasing the control rod value is obtained. In addition, coexistence of the partial length fuel rods 3 and 3a adjacent to the channel box and the water rod in this manner is effective in flattening the thermal neutron flux distribution inside and outside the fuel assembly 1C.

【0072】試算によれば、本実施例では合計4本の部
分長燃料棒3aを大型水ロッド4に隣接して配置するこ
とにより、集合体中央部の非沸騰水領域が約3cm2
加する計算になり、中性子無限増倍率は約1%増加す
る。また、反応度制御性を示すボイド係数の絶対値は、
図12に示した従来の燃料集合体に比べおよそ40%程
度小さくでき、炉心安定性を犠牲にすることなく、燃料
装荷量を確保できる。
According to a trial calculation, in this embodiment, a total of four partial-length fuel rods 3a are arranged adjacent to the large water rod 4, thereby increasing the non-boiling water area at the center of the assembly by about 3 cm 2 . In calculation, the neutron infinite multiplication factor increases by about 1%. The absolute value of the void coefficient indicating the reactivity controllability is
The fuel assembly can be reduced by about 40% as compared with the conventional fuel assembly shown in FIG. 12, and the fuel loading can be secured without sacrificing core stability.

【0073】第5の実施例 本発明の第5の実施例を図17により説明する。原子炉
の炉心には、図3に示すように、十字型制御棒10が挿
入される側のギャップ水領域のギャップ幅d1と挿入さ
れない側のギャップ水領域のギャップ幅d2 とが同じ
C格子炉心と、図17に示すように、十字型制御棒10
が挿入される側のギャップ水領域のギャップ幅D1 が
挿入されない側のギャップ水領域のギャップ幅D2 よ
り広いD格子炉心とがある。今までは、C格子炉心に装
荷するのに好適な実施例を説明したが、本実施例はD格
子炉心に装荷するのに好適なものである。
Fifth Embodiment A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the core of the nuclear reactor has a C lattice core in which the gap width d1 of the gap water region on the side where the cruciform control rod 10 is inserted and the gap width d2 of the gap water region on the side where it is not inserted are the same. 17, as shown in FIG.
And a D lattice core wider than the gap width D2 of the gap water region on the side where the gap water is not inserted. So far, the preferred embodiment for loading into the C lattice core has been described, but this embodiment is suitable for loading into the D lattice core.

【0074】すなわち、図17において、本実施例の燃
料集合体1Cは、チャンネルボックス5に面する最外層
に位置する8本の部分長燃料棒3と、水ロッド4に隣接
する4本の部分長燃料棒3aとを有し、最外層に位置す
る部分長燃料棒3は、前記ギャップ幅の狭いギャップ水
領域に近い方に偏在している。本実施例によれば、この
ように部分長燃料棒3を偏在させることで、最外層の燃
料に対する水素対金属原子数比(H/U)を最適にし、
このため燃料濃縮度分布をあまりつけずに、局所出力ピ
ーキングを抑制することができる。
That is, in FIG. 17, the fuel assembly 1 C of this embodiment has eight part-length fuel rods 3 located on the outermost layer facing the channel box 5 and four parts adjacent to the water rod 4. The long fuel rods 3a and the partially long fuel rods 3 located in the outermost layer are unevenly distributed closer to the gap water region where the gap width is small. According to the present embodiment, by eccentrically distributing the partial length fuel rods 3 in this manner, the hydrogen to metal atomic ratio (H / U) with respect to the fuel in the outermost layer is optimized,
Therefore, local output peaking can be suppressed without giving too much fuel enrichment distribution.

【0075】第6の実施例 本発明の第6の実施例を図18により説明する。本実施
例も、第5の実施例と同様にD格子炉心に装荷するのに
好適なものである。すなわち、図18において、本実施
例の燃料集合体1Dはチャンネルボックス5に面する最
外層の隣接する2辺に位置する2本の部分長燃料棒3を
有し、この部分長燃料棒3は、上記ギャップ幅の狭いギ
ャップ水領域に近い方に偏在している。本実施例によっ
ても、部分長燃料棒3を偏在させることで、最外層の燃
料に対する水素対金属原子数比(H/U)を最適にし、
燃料濃縮度分布をあまりつけずに、局所出力ピーキング
を抑制することができる。
Sixth Embodiment A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is also suitable for loading on a D lattice core as in the fifth embodiment. That is, in FIG. 18, the fuel assembly 1D of this embodiment has two partial length fuel rods 3 located on two adjacent sides of the outermost layer facing the channel box 5, and the partial length fuel rods 3 , Are unevenly distributed closer to the gap water region where the gap width is small. Also in this embodiment, the partial length fuel rods 3 are unevenly distributed to optimize the hydrogen to metal atomic ratio (H / U) with respect to the fuel in the outermost layer,
Local output peaking can be suppressed without giving too much fuel enrichment distribution.

【0076】第7の実施例 本発明の第7の実施例を図19により説明する。本実施
例の燃料集合体1Eは、中央部に位置する大型水ロッド
として1本の十字型水ロッド4Eを採用したものであ
る。また、十字型水ロッド4Eの4つのコーナ部に4本
の部分長燃料棒3Aが配置されている。本実施例によっ
ても第4の実施例と同様の効果を得ることができる。
Seventh Embodiment A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fuel assembly 1E of this embodiment employs one cross-shaped water rod 4E as a large water rod located at the center. Also, four partial length fuel rods 3A are arranged at four corners of the cross-shaped water rod 4E. According to this embodiment, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained.

【0077】第8の実施例 本発明の燃料集合体の装荷方法に係わる実施例を図20
〜図24により説明する。本実施例の装荷方法により装
荷された炉心の構造を図20〜図22に示す。図20及
び図21において、本実施例に係わる原子炉の炉心は、
中央領域OAと、外周領域ABと、最外周領域BCとか
らなり、中央領域OA及び外周領域ABには本発明の燃
料集合体、例えば図16に示す第4の実施例による燃料
集合体1Cと、図23に示す部分長燃料棒を有しない従
来の燃料集合体52とが配置されている。ただし、図2
2に拡大して示すように、本発明の燃料集合体1Cの装
荷割合は、炉心中央領域の方が炉心外周領域より小さく
なっている。
Eighth Embodiment FIG. 20 shows an embodiment relating to the fuel assembly loading method of the present invention.
This will be described with reference to FIG. FIGS. 20 to 22 show the structure of the core loaded by the loading method of this embodiment. 20 and 21, the core of the nuclear reactor according to the present embodiment includes:
The central region OA, the outer peripheral region AB, and the outermost peripheral region BC include a fuel assembly of the present invention, for example, a fuel assembly 1C according to a fourth embodiment shown in FIG. And a conventional fuel assembly 52 having no partial length fuel rod shown in FIG. However, FIG.
2, the loading ratio of the fuel assembly 1C of the present invention is smaller in the core central region than in the core outer peripheral region.

【0078】本発明の燃料集合体の特徴は、部分長燃料
棒の多用で軸方向で燃料装荷量が大きく異なることであ
る。したがって、従来燃料からの移行炉心を考える場
合、軸方向で燃料装荷量の差に起因する軸方向の中性子
束分布の効果を考慮することが必要となる。
A feature of the fuel assembly of the present invention is that the fuel load is largely different in the axial direction due to the frequent use of partial length fuel rods. Therefore, when considering the transition core from the conventional fuel, it is necessary to consider the effect of the neutron flux distribution in the axial direction due to the difference in fuel loading in the axial direction.

【0079】すなわち、図23に示す部分長燃料棒を有
しない従来の燃料集合体53の中に本発明の燃料集合体
1Cを装荷すると、従来の燃料集合体53は、炉心下部
の出力が増大し、本発明の燃料集合体1Cは逆に炉心上
部の出力が増大する傾向になる。上記のように炉心を領
域に分け、炉心中央領域での本発明の燃料集合体1C
(新燃料)の装荷割合を、炉心外周領域のそれより小さ
くすることにより、線出力密度を設定値以下とすること
ができる。
That is, when the fuel assembly 1C of the present invention is loaded into the conventional fuel assembly 53 having no partial-length fuel rod shown in FIG. 23, the power output of the lower part of the core increases. However, in the fuel assembly 1C of the present invention, the output of the upper part of the core tends to increase. The core is divided into regions as described above, and the fuel assembly 1C of the present invention in the center region of the core is provided.
By making the loading ratio of (new fuel) smaller than that in the core outer peripheral region, the linear power density can be set to a set value or less.

【0080】また、従来の燃料集合体としては、図24
に示すように、部分長燃料棒55の割合が本発明の燃料
集合体1Cのそれより小さい燃料集合体54に対して
も、上記装荷方法が同様に有効である。以上のように、
本実施例の装荷方法は、部分長燃料棒の割合が異なる燃
料体を炉心内に混在させる場合に有効である。
FIG. 24 shows a conventional fuel assembly.
As shown in the above, the above loading method is similarly effective for the fuel assembly 54 in which the ratio of the partial length fuel rods 55 is smaller than that of the fuel assembly 1C of the present invention. As mentioned above,
The loading method of this embodiment is effective when fuel bodies having different ratios of the partial length fuel rods are mixed in the core.

【0081】第9〜第13の実施例 本発明の第9〜第13の実施例を図25〜図29により
説明する。これら実施例は、共に、図16の第4の実施
例に対して中性子減速棒である水ロッドの横断面形状を
変更したものである。すなわち、図25の第9の実施例
による燃料集合体1Fでは、燃料棒配列の中央部に、2
本の太径水ロッドと2本の細径水ロッドとからなる4本
の水ロッド4Fを配置したものであり、図26の第10
の実施例による燃料集合体1Gでは、アレイ型横断面の
水ロッド4Gを配置したものである。これらの実施例で
は、図16の実施例に比べ、水ロッド4F,4G内の横
断面積が更に増大し、11cm2程度にできる。そのた
め、水ロッド内横断面積を図9に示した10cm2近傍
の最適点に設定でき、安定性、燃料経済性が向上する。
また、本実施例では、図16の実施例と同様、最外層と
水ロッドに隣接した位置に部分長燃料棒3,3aを2本
づつ隣接して配置してある。そのため、図16に示した
第4の実施例と同様、見かけ上のボイド係数の絶対値の
低下により安定性余裕が向上し、燃料サイクル費も低減
し、燃料経済性が向上する。
Ninth to thirteenth embodiments The ninth to thirteenth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In each of these embodiments, the cross section of the water rod as the neutron moderating rod is changed from the fourth embodiment in FIG. That is, in the fuel assembly 1F according to the ninth embodiment of FIG.
26, four water rods 4F each composed of two large-diameter water rods and two small-diameter water rods.
In the fuel assembly 1G according to the embodiment, a water rod 4G having an array-type cross section is arranged. In these examples, compared with the embodiment of FIG. 16, the water rods 4F, cross-sectional area is further increased in 4G, can approximately 11cm 2. Therefore, the cross-sectional area inside the water rod can be set to the optimum point near 10 cm 2 shown in FIG. 9, and the stability and fuel economy are improved.
Also, in this embodiment, similarly to the embodiment of FIG. 16, two partial-length fuel rods 3 and 3a are arranged adjacent to each other at a position adjacent to the outermost layer and the water rod. Therefore, as in the fourth embodiment shown in FIG. 16, the stability margin is improved due to a decrease in the apparent absolute value of the void coefficient, the fuel cycle cost is reduced, and the fuel economy is improved.

【0082】また、図27の第11の実施例による燃料
集合体1H、図28の第12の実施例による燃料集合体
1I及び図29の第13の実施例による燃料集合体1J
では、別の形状の水ロッド4H,4I,4Jを配置して
おり、これらの実施例でも、水ロッド内横断面積が増大
し、11cm2程度にできる。そのため、上記第9及び
第10の実施例と同様の効果が得られる。
The fuel assembly 1H according to the eleventh embodiment in FIG. 27, the fuel assembly 1I according to the twelfth embodiment in FIG. 28, and the fuel assembly 1J according to the thirteenth embodiment in FIG.
In this example, the water rods 4H, 4I, and 4J having different shapes are arranged. Also in these embodiments, the cross-sectional area inside the water rod is increased, and can be reduced to about 11 cm 2 . Therefore, the same effects as in the ninth and tenth embodiments can be obtained.

【0083】なお、以上の実施例では、減速棒手段とし
て水ロッドを採用したが、水ロッドの代わりに、水素密
度が高く中性子吸収断面積が小さな固体減速材(たとえ
ばジルコニウムハイドライド等)を封入した固体減速棒
を用いた燃料集合体に対しても同様の効果が得られる。
また、燃料物質としてはウランを対象にして説明した
が、使用済燃料から取り出されたプルトニウムや回収ウ
ランを用いたウランとプルトニウムの混合物でも同様の
効果が得られる。
In the above embodiment, a water rod is used as the moderating rod means. However, instead of the water rod, a solid moderator (eg, zirconium hydride) having a high hydrogen density and a small neutron absorption cross-sectional area is sealed. Similar effects can be obtained for a fuel assembly using a solid reduction rod.
Although the description has been given of the case where uranium is used as the fuel substance, similar effects can be obtained by using plutonium extracted from spent fuel or a mixture of uranium and plutonium using recovered uranium.

【0084】第14の実施例 本発明の第14の実施例を図30により説明する。本実
施例は、図19の第7の実施例に対して中性子減速棒で
ある水ロッドの横断面形状を変更したものである。本実
施例の燃料集合体1Kは、中央部に位置する大型水ロッ
ドとして4本の大型円形水ロッド4Kを採用したもので
ある。また、2本の大型円形水ロッド4Kに隣接した格
子位置には部分長燃料棒3aが配置されている。本実施
例によっても第7の実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
Fourteenth Embodiment A fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the seventh embodiment in FIG. 19 in that the cross-sectional shape of the water rod as the neutron moderating rod is changed. The fuel assembly 1K of the present embodiment employs four large circular water rods 4K as large water rods located at the center. Further, a partial length fuel rod 3a is arranged at a lattice position adjacent to the two large circular water rods 4K. According to this embodiment, effects similar to those of the seventh embodiment can be obtained.

【0085】第15の実施例 本発明の第15の実施例を図31により説明する。本実
施例は、図16の第4の実施例に対して部分長燃料棒の
位置を変更したものである。すなわち、前記第4の実施
例の中で水ロッドに隣接する4本の部分長燃料棒3aを
普通の全長型燃料棒2に置き換え、代わりに燃料棒配列
の最外層に隣接した一層で、前記最外層に配置された8
本の部分長燃料棒3aに隣接する格子位置を除く格子位
置、即ちコーナ部に部分長燃料棒3bを配置したもので
ある。前記部分長燃料棒3,3bの有効長は第1の実施
例と同様、通常燃料棒2の15/24である。
Fifteenth Embodiment A fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the position of the partial length fuel rod is changed from the fourth embodiment in FIG. That is, in the fourth embodiment, the four partial-length fuel rods 3a adjacent to the water rods are replaced with ordinary full-length fuel rods 2, and instead, one layer adjacent to the outermost layer of the fuel rod array is used. 8 placed on the outermost layer
The partial length fuel rods 3b are arranged at lattice positions except for the lattice position adjacent to the partial length fuel rods 3a, that is, at the corners. The effective length of the partial length fuel rods 3, 3b is 15/24 of that of the normal fuel rod 2 as in the first embodiment.

【0086】本実施例においては、部分長燃料棒3bを
最外層に隣接した一層のコーナ部に配置することで、チ
ャンネルボックス内の冷却材流量分布及び蒸気体積率分
布を均一にする効果がある。一般に、チャンネルボック
スに面した領域、特にコーナ部近傍は摩擦抵抗が大き
く、冷却材流量が減少する傾向にある。部分長燃料棒を
最外層に隣接した一層のコーナ部に配置することで、こ
れを解消できる。さらに、部分長燃料棒3bを、最外層
に配置された8本の部分長燃料棒に隣接させないように
することで、部分長燃料棒に隣接する通常燃料棒2の局
所出力ピーキングの増大を抑制できることができる。そ
の結果、第4の実施例に比べ熱的余裕の指標である限界
出力を増大できる。
In this embodiment, by disposing the partial-length fuel rods 3b in one corner portion adjacent to the outermost layer, there is an effect of making the coolant flow distribution and the steam volume ratio distribution in the channel box uniform. . Generally, the area facing the channel box, particularly near the corners, tends to have high frictional resistance, and the flow rate of the coolant tends to decrease. This can be solved by disposing the partial length fuel rods in one corner portion adjacent to the outermost layer. Further, by preventing the partial-length fuel rods 3b from being adjacent to the eight partial-length fuel rods arranged in the outermost layer, an increase in local output peaking of the normal fuel rods 2 adjacent to the partial-length fuel rods is suppressed. Can do it. As a result, the limit output, which is an index of the thermal margin, can be increased as compared with the fourth embodiment.

【0087】第16及び第17の実施例 本発明の第16〜第17の実施例を図32及び図33に
より説明する。これらの実施例は共に、図4及び図31
の実施例を9×9格子燃料集合体に適用したものであ
る。
Sixteenth and Seventeenth Embodiments Sixteenth and seventeenth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Both of these embodiments are illustrated in FIGS.
Is applied to a 9 × 9 lattice fuel assembly.

【0088】図32及び図33において、燃料集合体1
M,1Nは、9×9の正方格子状に配置された多数の全
長型燃料棒22および部分長燃料棒22a(図32)ま
たは22b(図33)と、これら燃料棒配列の中央部の
3×3の格子領域に対角線状に配置された横断面円形の
2本の大型水ロッド24とを有し、これ等燃料棒及び水
ロッドはその周囲を横断面矩形のチャンネルボックス2
5で取り囲まれている。燃料棒2および部分長燃料棒と
の合計は74本である。図32に示す第16の実施例で
は、部分長燃料棒23,23aは、(1,5),(5,
1),(9,5),(5,9)の最外層中心位置に4本
と、水ロッド24に隣接する4本の合計8本であり、図
33に示す第17の実施例では、部分長燃料棒23,2
3bは、第16の実施例と同じ最外層位置に4本と、前
記最外層に配置された4本の部分長燃料棒に隣接する格
子位置を除く格子位置、即ちコーナ部に4本の合計8本
である。前記部分長燃料棒の有効長は、第1の実施例と
同様、通常燃料棒2の15/24である。水ロッド内横
断面積の合計は第1の実施例と同様、約9cm2となっ
ている。
In FIGS. 32 and 33, fuel assembly 1
M and 1N are a large number of full-length fuel rods 22 and partial-length fuel rods 22a (FIG. 32) or 22b (FIG. 33) arranged in a 9 × 9 square lattice, and 3 And two large water rods 24 having a circular cross section and arranged diagonally in a × 3 lattice area, and the fuel rods and the water rods are surrounded by a rectangular channel box 2 having a rectangular cross section.
It is surrounded by five. The total number of the fuel rods 2 and the partial length fuel rods is 74. In the sixteenth embodiment shown in FIG. 32, the partial length fuel rods 23, 23a are (1, 5), (5,
1), (9, 5) and (5, 9), four at the center of the outermost layer and four adjacent to the water rod 24, a total of eight. In the seventeenth embodiment shown in FIG. Part length fuel rod 23,2
3b is a total of four at the outermost layer position and the lattice position excluding the lattice positions adjacent to the four partial length fuel rods arranged at the outermost layer, that is, four at the corner portion. There are eight. The effective length of the partial length fuel rod is 15/24 of that of the normal fuel rod 2 as in the first embodiment. The total cross-sectional area in the water rod is about 9 cm 2 , as in the first embodiment.

【0089】本実施例によれば、反応度制御効果は、部
分長燃料棒本数の割合が減少することにより、第4ある
いは第15の実施例より減少する。しかし、10×10
格子を9×9格子にすることで、圧力損失の低減、安定
性性能の改善が図れるため、燃料装荷料をさらに増大で
きる利点がある。
According to this embodiment, the reactivity control effect is smaller than that of the fourth or fifteenth embodiment because the ratio of the number of partial length fuel rods is reduced. However, 10 × 10
By making the grid a 9 × 9 grid, pressure loss can be reduced and stability performance can be improved, so that there is an advantage that the fuel charge can be further increased.

【0090】第18及び第19の実施例 本発明の第18及び第19の実施例を図34及び図35
により説明する。これらの実施例は共に、図32及び図
33の実施例に対して中性子減速棒である水ロッドの横
断面形状を変更したものである。即ち、本実施例の燃料
集合体1P,1Qは、中央部に位置する大型水ロッドと
して1本の大型正方水ロッド24Pを採用している。本
実施例によっても第16及び第17の実施例と同様の効
果を得ることができる。
Eighteenth and Nineteenth Embodiments The eighteenth and nineteenth embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described below. In each of these embodiments, the cross section of the water rod, which is a neutron moderating rod, is changed from the embodiment of FIGS. 32 and 33. That is, the fuel assemblies 1P and 1Q of the present embodiment employ one large square water rod 24P as the large water rod located at the center. According to this embodiment, the same effects as those of the sixteenth and seventeenth embodiments can be obtained.

【0091】第20の実施例 本発明の第20の実施例を図36〜図39により説明す
る。本実施例は、図36に示すように、図33の第17
の実施例において中性子減速棒を、炉心流量によって軸
方向水位が変わる所謂スペクトルシフトロッド24Rに
変更したものである。
Twentieth Embodiment A twentieth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, as shown in FIG.
In this embodiment, the neutron moderating rod is changed to a so-called spectral shift rod 24R whose axial water level changes depending on the core flow rate.

【0092】スペクトルシフトロッド24Rの詳細構造
を図37及び図38に示す。スペクトルシフトロッド2
4Rは、特開昭63−73187号公報に記載のよう
に、内管30、外管31及びスペーサ32から構成され
る。外管31と内管30とは同心円状に配置され、外管
31が内管30の外周を取り囲んでいる。外管31の上
端はカバー部33にて密封されており、カバー部33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33は、内管30の上端との間に間隙を形
成するように内管30の上端を絞っている。内管30の
上端部は、スペクトルシフトロッド24Rの軸心から放
射状に配置された板状のスペーサ32を介して外管31
の内面に固定される。外管31の下端は封鎖部34にて
封鎖される。内管30の下端部は、封鎖部34を貫通し
てそれよりも下方に突出している。内管30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30の下端に形成された冷却水流入口38
は、下部タイプレート13の空間15に開口している。
内管30の内部が冷却水上昇流路35を形成し、内管3
0と外管31との間に形成される環状通路が冷却水下降
流路36を形成している。外管31の下端部の管壁に、
周方向に複数の冷却水吐出口39が形成される。これ等
の冷却水吐出口39は、周方向に等間隔に設けられてい
る。冷却水吐出口39は、燃料棒支持部14よりも上方
の領域に開口している。本実施例では、燃料棒支持部1
4が抵抗体の機能を有している。冷却水上昇流路35と
冷却水下降流路36とは、スペクトルシフトロッド24
Rの上端部に形成された反転部37によって連結されて
いる。このようにスペクトルシフトロッド24Rは、内
部に冷却水上昇流路35、冷却水下降流路36及び反転
部37からなる逆U字状の冷却水流路を有している。
The detailed structure of the spectrum shift rod 24R is shown in FIGS. Spectrum shift rod 2
The 4R includes an inner tube 30, an outer tube 31, and a spacer 32, as described in JP-A-63-73187. The outer tube 31 and the inner tube 30 are arranged concentrically, and the outer tube 31 surrounds the outer periphery of the inner tube 30. The upper end of the outer tube 31 is sealed by a cover part 33, and the upper part of the cover part 33 is inserted and held in the upper tie plate 12. The cover 33 narrows the upper end of the inner tube 30 so as to form a gap between the cover 33 and the upper end of the inner tube 30. The upper end of the inner tube 30 is connected to the outer tube 31 via a plate-like spacer 32 radially arranged from the axis of the spectrum shift rod 24R.
It is fixed to the inner surface of. The lower end of the outer tube 31 is closed by a closing portion 34. The lower end of the inner tube 30 penetrates the sealing portion 34 and protrudes downward therefrom. The lower end of the inner pipe 30 penetrates the fuel rod support 14 of the lower tie plate 13. Cooling water inlet 38 formed at the lower end of inner pipe 30
Is open to the space 15 of the lower tie plate 13.
The inside of the inner pipe 30 forms a cooling water ascending flow path 35 and the inner pipe 3
An annular passage formed between 0 and the outer pipe 31 forms a cooling water descending passage 36. On the tube wall at the lower end of the outer tube 31,
A plurality of cooling water discharge ports 39 are formed in the circumferential direction. These cooling water discharge ports 39 are provided at equal intervals in the circumferential direction. The cooling water discharge port 39 is open in a region above the fuel rod support 14. In this embodiment, the fuel rod support 1
4 has the function of a resistor. The cooling water ascending passage 35 and the cooling water descending passage 36 are connected to the spectrum shift rod 24.
They are connected by a reversing part 37 formed at the upper end of R. As described above, the spectrum shift rod 24 </ b> R has an inverted U-shaped cooling water flow path including the cooling water rising flow path 35, the cooling water falling flow path 36, and the reversing section 37 inside.

【0093】本実施例の燃料集合体1R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
R)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
に設けられた貫通口18を通って炉心に装荷された燃料
集合体1Rの燃料棒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38からスペクトルシフトロッド24Rの
冷却水上昇流路35内に流入し、更に反転部37及び冷
却水下降流路36を介して冷却水吐出口39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
39から吐出される冷却水は、冷却水流入口38からス
ペクトルシフトロッド24R内に流入する冷却水の流量
の多少に応じて液体又は気体(蒸気)となる。本実施例
は、炉心流量100%以下で冷却水上昇流路35内に液
面ができる状態がスペクトルシフトロッド24R内に生
じ、炉心流量110%で冷却水上昇流路35及び冷却水
下降流路36内はほとんど単相流となる状態がスペクト
ルシフトロッド24R内に生じるように、燃料棒支持部
14の圧力損失、内管30及び外管31の仕様が予め設
定されている。
The fuel assembly 1R of this embodiment is loaded into the core of a boiling water reactor (all the fuel assemblies are fuel assemblies 1).
R) When operating a boiling water reactor, most of the cooling water
Space 15 of lower tie plate 13 and fuel rod support 14
Is introduced directly between the fuel rods of the fuel assembly 1R loaded in the core through the through-hole 18 provided in the core. The remaining part of the cooling water flowing into the space of the lower tie plate 13 is:
A region that flows from the cooling water inlet 38 into the cooling water ascending passage 35 of the spectrum shift rod 24R, and further from the cooling water discharge port 39 through the inverting portion 37 and the cooling water descending passage 36 above the fuel rod support portion 14. Is discharged. The cooling water discharged from the cooling water discharge port 39 becomes liquid or gas (steam) depending on the flow rate of the cooling water flowing into the spectrum shift rod 24R from the cooling water inlet 38. In the present embodiment, a state where a liquid surface is formed in the cooling water ascending flow path 35 at a core flow rate of 100% or less occurs in the spectrum shift rod 24R, and the cooling water ascending flow path 35 and the cooling water descending flow path at a core flow rate of 110%. The pressure loss of the fuel rod support portion 14 and the specifications of the inner pipe 30 and the outer pipe 31 are set in advance so that a state in which almost single-phase flow occurs in the spectrum shift rod 24 </ b> R.

【0094】スペクトルシフトロッド24Rは、このよ
うに炉心流量によってスペクトルシフトロッド内の水位
を変えることにより中性子減速効果を調整でき、その結
果、反応度制御あるいは出力制御に活用できる。この作
用の詳細は特開昭63−73187号公報に記載されて
いる。
The spectrum shift rod 24R can adjust the neutron moderating effect by changing the water level in the spectrum shift rod according to the core flow rate as described above, and as a result, can be used for reactivity control or power control. Details of this operation are described in JP-A-63-73187.

【0095】ところで、BWR燃料集合体では、燃焼反
応度を一般にガドリニアで制御している。したがって、
運転サイクル初期では、新燃料に含まれるガドリニアと
スペクトルシフトロッドの相互作用を考慮する必要があ
る。図39は、炉心流量を燃焼初期から徐々に増やしス
ペクトルシフトロッド24R内の蒸気体積率を100%
から0%に変化したときの、中性子無限増倍率の変化を
示している。ガドリニアが存在する寿命初期は、スペク
トルシフトロッド内の水位が下がることで中性子無限増
倍率が逆に上がることがわかる。これは、中性子減速効
果が損なわれることで、ガドリニアによる熱中性子吸収
が減少した結果である。すなわち、スペクトルシフトロ
ッド内の水位による反応度制御あるいは出力制御を効果
的に行うためには、ガドリニア量を減少する必要がある
ことが分かる。
Meanwhile, in the BWR fuel assembly, the combustion reactivity is generally controlled by gadolinia. Therefore,
At the beginning of the operation cycle, it is necessary to consider the interaction between gadolinia and the spectrum shift rod contained in the new fuel. FIG. 39 shows that the core flow rate is gradually increased from the initial stage of combustion, and the steam volume ratio in the
It shows the change of the neutron infinite multiplication factor when changing from 0% to 0%. It can be seen that in the early stage of the life when gadolinia is present, the neutron infinite multiplication factor rises conversely as the water level in the spectrum shift rod drops. This is a result of the decrease in thermal neutron absorption by gadolinia due to the impaired neutron moderating effect. That is, in order to effectively perform the reactivity control or the output control based on the water level in the spectrum shift rod, it is understood that the gadolinia amount needs to be reduced.

【0096】本実施例では、部分長燃料棒の配置により
反応度制御効果が向上し、炉停止余裕が改善されるの
で、ガドリニア量を減少することが可能である。その結
果、他の実施例で示したように燃料経済性が向上すると
共に、スペクトルシフトロッドの効果を最大限に引き出
すことができる。
In this embodiment, the reactivity control effect is improved by the arrangement of the partial length fuel rods, and the margin for stopping the furnace is improved, so that the gadolinia amount can be reduced. As a result, as shown in other embodiments, fuel economy can be improved, and the effect of the spectrum shift rod can be maximized.

【0097】第1及び第2の発明によれば、部分長燃料
棒である第2燃料棒を正方格子状の燃料棒配列の最外層
に配置したので、ボイド係数の低減効果が得られ、反応
度制御性が向上すると共に、制御棒価値向上の効果も期
待でき、安全性向上に寄与する。また、部分長燃料棒を
最外層のコーナ部以外およびコーナ部に隣接した位置以
外の位置である最外層の各辺の中央位置に配置したの
で、反応度を低下させずにボイド係数を低減でき、燃料
経済性を向上できる。
According to the first and second aspects of the present invention, since the second fuel rods, which are partial-length fuel rods, are arranged in the outermost layer of the fuel rod arrangement in a square lattice, the effect of reducing the void coefficient can be obtained, and The degree of controllability is improved, and the effect of increasing the control rod value can be expected, contributing to the improvement of safety. Further, since the arrangement in a central position of the outermost sides of a certain partial length fuel rods at a position other than the position adjacent to the corner portions other than and corners of the outermost layer, it is possible to reduce the void coefficient without lowering the reactivity And fuel economy can be improved.

【0098】更に、第2燃料棒(部分長燃料棒)を水ロ
ッドが位置する行および列の範囲内の位置である最外層
の各辺の中央位置に配置したので、反応度損失と局所出
力ピーキングの両方を改善でき、燃料経済性と熱的余裕
が共に向上する。
[0098] Further, since the second fuel rods (part length rods) arranged in a central position of each side of the outermost layer which is a position within a range of rows and columns of water rods are located, reactivity loss and the local output Both peaking can be improved, and both fuel economy and thermal margin are improved.

【0099】また、正方格子状の燃料棒配列の外側から
2層目に配置されている燃料棒のうち、最外層の第2燃
料棒(部分長燃料棒)に隣接する燃料棒は第1燃料棒
(通常の燃料棒)であるので、共鳴吸収が減少し、反応
度制御性だけでなく燃料経済性が改善される。
[0099] Of the fuel rods arranged in the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod arrangement, the fuel rod adjacent to the outermost second fuel rod (partial length fuel rod) is the first fuel rod. Being a rod (normal fuel rod), the resonance absorption is reduced, improving fuel economy as well as reactivity controllability.

【0100】第2の発明によれば、水ロッドの水ロッド
内横断面積を7〜14cm2にしたので、燃料棒の格子
配列数を9×9またはそれ以上とした燃料集合体におい
て、反応度を高め、燃料経済性が向上する。
According to the second aspect of the present invention, since the cross-sectional area of the water rod in the water rod is 7-14 cm 2 , the reactivity of the fuel assembly in which the number of grids of fuel rods is 9 × 9 or more is obtained. And fuel economy is improved.

【0101】第3の発明によれば、第2燃料棒(部分長
燃料棒)を水ロッドに隣接して配置するので、反応度及
び燃料経済性が更に向上する。
According to the third aspect of the present invention, since the second fuel rod (partial length fuel rod) is arranged adjacent to the water rod, the reactivity and fuel economy are further improved.

【0102】第4の発明によれば、正方格子状の燃料棒
配列の外側から2層目に配置されている燃料棒は、全て
第1燃料棒(通常の燃料棒)であるので、上記した共鳴
吸収が減少し、反応度制御性だけでなく燃料経済性が改
善される効果が更に大きくなる。
According to the fourth aspect of the present invention, the fuel rods arranged in the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod arrangement are all first fuel rods (normal fuel rods). Resonance absorption is reduced, and the effect of improving fuel economy as well as reactivity controllability is further enhanced.

【0103】第5の発明によれば、正方格子状の燃料棒
配列の外側から2層目のコーナ部に第2燃料棒(部分長
燃料棒)を配置することにより、チャンネルボックス内
の冷却材流量分布及び蒸気体積率分布を均一にする効果
がある。
According to the fifth aspect of the present invention, the second fuel rods (partially long fuel rods) are arranged at the corners of the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod arrangement, so that the coolant in the channel box is formed. This has the effect of making the flow rate distribution and the steam volume ratio distribution uniform.

【0104】第6の発明によれば、第2燃料棒(部分長
燃料棒)の長さを通常燃料棒である第1燃料棒の燃料有
効長の1/2から3/4の範囲にしたので、チャンネル
安定性及び炉心安定性向上の効果が得られる。
According to the sixth aspect of the present invention, the length of the second fuel rod (partial length fuel rod) is set to a range from 1 / to / of the active fuel length of the first fuel rod which is a normal fuel rod. Therefore, an effect of improving channel stability and core stability can be obtained.

【0105】以上説明したように、本発明によれば、高
燃焼度化を目指した燃料集合体において、反応度を低下
させずにボイド係数を小さくし、かつ局所出力ピーキン
グを平坦化できると共に、水ロッドの水ロッド内横断面
積を最適化でき、燃料経済性の向上、熱的余裕の増大、
炉停止余裕さらには安定性向上に効果がある。
As described above, according to the present invention, in a fuel assembly aimed at high burnup, the void coefficient can be reduced without lowering the reactivity, and the local output peaking can be flattened. The water rod cross-sectional area can be optimized, improving fuel economy, increasing thermal margin,
This has the effect of improving furnace shutdown margin and improving stability.

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

【図1】本発明の第1の実施例による燃料集合体の横断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】図1に示す燃料集合体の炉心での配置状況を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement state of a fuel assembly shown in FIG. 1 in a core.

【図4】減速材領域増大によるボイド係数低減効果(絶
対値)を示す線図である。
FIG. 4 is a diagram showing a void coefficient reduction effect (absolute value) by increasing a moderator area.

【図5】部分長燃料棒位置とボイド係数低減効果(絶対
値)を示す線図である。
FIG. 5 is a diagram showing a partial length fuel rod position and a void coefficient reduction effect (absolute value).

【図6】部分長燃料棒位置と反応度の変化及び局所出力
ピーキングとの関係を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a partial length fuel rod position, a change in reactivity, and local output peaking.

【図7】部分長燃料棒位置と制御棒価値との関係を示す
線図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a partial length fuel rod position and a control rod value.

【図8】減速材領域増大による反応度向上効果を示す線
図である。
FIG. 8 is a diagram showing the effect of improving reactivity by increasing the moderator area.

【図9】10×10の燃料棒配列を持つ燃料集合体にお
ける安定性マップを示す線図である。
FIG. 9 is a diagram showing a stability map in a fuel assembly having a 10 × 10 fuel rod array.

【図10】部分長燃料棒長さとチャンネル安定性との関
係を示す線図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a partial fuel rod length and channel stability.

【図11】部分長燃料棒長さと炉心安定性との関係を示
す線図である。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a partial fuel rod length and core stability.

【図12】従来の燃料集合体の横断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional fuel assembly.

【図13】本発明の第2の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a second embodiment of the present invention.

【図14】部分長燃料棒を隣接させた場合の効果を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing an effect when the partial length fuel rods are adjacent to each other.

【図15】本発明の第3の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第5の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a fifth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第6の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第6の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a sixth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の燃料集合体の装荷方法についての第
7の実施例による炉心の上面図である。
FIG. 20 is a top view of a core according to a seventh embodiment of the method for loading a fuel assembly of the present invention.

【図21】第7の実施例による炉心の縦断面図である。FIG. 21 is a longitudinal sectional view of a core according to a seventh embodiment.

【図22】図20に示す炉心の拡大図である。FIG. 22 is an enlarged view of the core shown in FIG.

【図23】従来の部分長燃料棒を持たない燃料集合体の
横断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of a conventional fuel assembly having no partial length fuel rod.

【図24】従来の部分長燃料棒を持つい燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view of a conventional fuel assembly having a partial length fuel rod.

【図25】本発明の第8の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to an eighth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第9の実施例による燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a ninth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第10の実施例による燃料集合体の
横断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a tenth embodiment of the present invention.

【図28】本発明の第11の実施例による燃料集合体の
横断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図29】本発明の第12の実施例による燃料集合体の
横断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図30】本発明の第14の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 30 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図31】本発明の第15の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 31 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図32】本発明の第16の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 32 is a transverse sectional view of a fuel assembly according to a sixteenth embodiment of the present invention.

【図33】本発明の第17の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to a seventeenth embodiment of the present invention.

【図34】本発明の第18の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 34 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to an eighteenth embodiment of the present invention.

【図35】本発明の第19の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 35 is a transverse sectional view of a fuel assembly according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図36】本発明の第20の実施例よる燃料集合体の横
断面図である。
FIG. 36 is a transverse sectional view of a fuel assembly according to a twentieth embodiment of the present invention.

【図37】スペクトルシフトロッドの構造を示す部分断
面正面図である。
FIG. 37 is a partial cross-sectional front view showing the structure of a spectrum shift rod.

【図38】図37のZ−Z線断面図である。FIG. 38 is a sectional view taken along line ZZ of FIG. 37.

【図39】スペクトルシフトロッド内の蒸気体積率が1
00%から0%に変化したときの、中性子無限増倍率と
燃焼度との関係を示す線図である。
FIG. 39 shows that the vapor volume ratio in the spectrum shift rod is 1
It is a diagram which shows the relationship between the neutron infinite multiplication factor and the burnup when changing from 00% to 0%.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料集合体 2 (全長型)燃料棒 3 部分長燃料棒 3a 部分長燃料棒 4 水ロッド 5 チャンネルボックス 1M 燃料集合体 22 (全長型)燃料棒 23 部分長燃料棒 23a 部分長燃料棒 24 水ロッド 25 チャンネルボックス Reference Signs List 1 fuel assembly 2 (full length) fuel rod 3 partial long fuel rod 3a partial long fuel rod 4 water rod 5 channel box 1M fuel assembly 22 (full length type) fuel rod 23 partial long fuel rod 23a partial long fuel rod 24 water Rod 25 channel box

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 洋子 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 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 横溝 修 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 山下 淳一 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 別所 泰典 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 増原 康博 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 中島 潤二郎 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 (56)参考文献 特開 昭64−23194(JP,A) 特開 昭64−23195(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21C 3/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoko Ishibashi 1168 Moriyama-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Energy Research Laboratory (72) Kunihara Kurihara 1168 Moriyama-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Energy, Hitachi, Ltd. In the laboratory (72) Inventor Osamu Yokomizo 1168 Moriyama-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Junichi Yamashita 3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Hitachi, Ltd.Hitachi Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor Yasunori Bessho 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Plant (72) Inventor Yasuhiro Masuhara 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. Inside the plant (72) Inventor Junjiro Nakajima 3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Shares (56) References JP-A-64-23194 (JP, A) JP-A-64-23195 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G21C 3/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】9行9列の正方格子状に配列された多数の
燃料棒と、燃料棒を7本配置可能な中央部の領域に配置
され、その横断面積が単位燃料格子の横断面積より大き
な2本の水ロッドとを有する燃料集合体において、 (a)前記燃料棒は、複数の第1燃料棒と、燃料有効長
が前記第1燃料棒より短い複数の第2燃料棒とを含むこ
と; (b)前記第2燃料棒は、少なくとも前記正方格子状の
燃料棒配列の最外層に配置されていること; (c)前記最外層に配置されている前記第2燃料棒は、
前記最外層の各辺の中心位置にそれぞれ1本づつ配置さ
、最外層のそれ以外の燃料棒は前記第1燃料棒である
こと; (d)前記正方格子状の燃料棒配列の外側から2層目に
配置される燃料棒のうち、前記最外層の前記第2燃料棒
に隣接する燃料棒は前記第1燃料棒であること; を特徴とする燃料集合体。
1. A large number of fuel rods arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns and a central area where seven fuel rods can be arranged. In the fuel assembly having two large water rods, (a) the fuel rod includes a plurality of first fuel rods and a plurality of second fuel rods whose active fuel length is shorter than the first fuel rod. (B) the second fuel rods are arranged at least in the outermost layer of the square lattice-shaped fuel rod array; (c) the second fuel rods arranged in the outermost layer are:
The fuel rods are disposed one by one at the center of each side of the outermost layer, and the other fuel rods of the outermost layer are the first fuel rods ; (d) the square grid-like fuel rod arrangement A fuel rod adjacent to the second fuel rod in the outermost layer among the fuel rods arranged in a second layer from the outside of the fuel rod is the first fuel rod;
【請求項2】9行9列の正方格子状に配列された多数の
燃料棒と、横断面積が単位燃料格子の横断面積より大き
な少なくとも1本の水ロッドとを有する燃料集合体にお
いて、 (a)前記燃料棒は、複数の第1燃料棒と、燃料有効長
が前記第1燃料棒より短い複数の第2燃料棒とを含むこ
と; (b)前記第2燃料棒は、少なくとも前記正方格子状の
燃料棒配列の最外層に配置されていること; (c)前記最外層に配置されている前記第2燃料棒は、
前記最外層の各辺の中心位置にそれぞれ1本づつ配置さ
、最外層のそれ以外の燃料棒は前記第1燃料棒である
こと; (d)前記正方格子状の燃料棒配列の外側から2層目に
配置される燃料棒のうち、前記最外層の前記第2燃料棒
に隣接する燃料棒は前記第1燃料棒であること; (e)前記水ロッドの水ロッド内横断面積は7〜14c
2であること; を特徴とする燃料集合体。
2. A fuel assembly having a large number of fuel rods arranged in a square grid of 9 rows and 9 columns and at least one water rod having a cross-sectional area larger than a cross-sectional area of a unit fuel grid, wherein: The fuel rods include a plurality of first fuel rods and a plurality of second fuel rods having a shorter active fuel length than the first fuel rods. (B) The second fuel rods are at least the square lattice (C) the second fuel rods arranged in the outermost layer are arranged in the outermost layer of
The fuel rods are arranged one by one at the center of each side of the outermost layer, and the other fuel rods in the outermost layer are the first fuel rods ; (d) the square grid-like fuel rod arrangement Of the fuel rods disposed in the second layer from the outside of the fuel rod, the fuel rod adjacent to the second fuel rod in the outermost layer is the first fuel rod; The area is 7-14c
m 2. A fuel assembly comprising:
【請求項3】請求項1又は2記載の燃料集合体におい
て、前記第2燃料棒は前記水ロッドに隣接した位置にも
配置されていることを特徴とする燃料集合体。
3. The fuel assembly according to claim 1, wherein the second fuel rod is also arranged at a position adjacent to the water rod.
【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項記載の燃料集
合体において、 (d′)前記正方格子状の燃料棒配列の外側から2層目
に配置されている燃料棒は、全て前記第1燃料棒である
ことを特徴とする燃料集合体。
4. The fuel assembly according to claim 1, wherein (d ') the fuel rods arranged in the second layer from the outside of the square grid-like fuel rod array are all A fuel assembly, being the first fuel rod.
【請求項5】請求項1〜3のいずれか1項記載の燃料集
合体において、前記第2燃料棒は、前記正方格子状の燃
料棒配列の外側から2層目のコーナ部にも配置されてい
ることを特徴とする燃料集合体。
5. The fuel assembly according to claim 1 , wherein the second fuel rods are also arranged in a corner portion of a second layer from the outside of the square grid-like fuel rod array. A fuel assembly, comprising:
【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項記載の燃料集
合体において、前記第2燃料棒の長さが前記第1燃料棒
の燃料有効長の1/2〜3/4の範囲にあることを特徴
とする燃料集合体。
6. The fuel assembly according to claim 1, wherein a length of said second fuel rod is in a range of 2〜 to / of an active fuel length of said first fuel rod. A fuel assembly, characterized in that:
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