JP6238676B2 - Fuel assemblies and cores - Google Patents
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Description
本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に適用するのに好適な燃料集合体および炉心に関する。 The present invention relates to a fuel assembly, and more particularly to a fuel assembly and a core suitable for application to a boiling water reactor.
沸騰水型原子炉の炉心には、四角筒状体のチャンネルボックス内に燃料バンドルを収納して構成される燃料集合体が多数配置されている。各燃料バンドルは、ウランを含む複数の燃料ペレットを封入した多数の燃料棒、燃料棒の上端部を支持する上部タイプレート、燃料棒の下端部を支持する下部タイプレート、および燃料棒間の間隔を保持する燃料スペーサを有する。一般的に、原子炉内においてチャンネルボックスの外側には沸騰していない水が存在しており、チャンネルボックス内には燃料棒発熱によって沸騰した水が存在している。 In the core of the boiling water reactor, a large number of fuel assemblies configured by housing fuel bundles in a rectangular tubular channel box are arranged. Each fuel bundle includes a number of fuel rods enclosing a plurality of fuel pellets containing uranium, an upper tie plate that supports the upper end of the fuel rod, a lower tie plate that supports the lower end of the fuel rod, and the spacing between the fuel rods. A fuel spacer for holding the fuel. In general, water that does not boil exists outside the channel box in the nuclear reactor, and water that boiled due to heat generated by the fuel rods exists in the channel box.
一般的に核燃料から発生した中性子は水により減速されるにつれて核分裂性物質との反応確率が増大するため、沸騰した水よりも沸騰していない水に近い場所の燃料が燃焼を促進される傾向にある。したがって、チャンネルボックスの内壁に面した最外層部の燃料棒(以下、最外層燃料棒)の出力が高くなるため、燃料棒単位の除熱性能に対する余裕が燃料集合体中央部の燃料に比べて小さくなる。特に、最外層燃料棒の中でも四隅(4つのコーナー)近傍に位置する燃料が沸騰していない水の影響を最も受けるため、出力が大きくなる傾向にある。 In general, neutrons generated from nuclear fuel increase the probability of reaction with fissile material as it is decelerated by water, so that fuel nearer boiling water tends to promote combustion than boiling water. is there. Accordingly, since the output of the outermost fuel rod (hereinafter referred to as the outermost fuel rod) facing the inner wall of the channel box is higher, the margin for the heat removal performance of each fuel rod is greater than that of the fuel in the center of the fuel assembly. Get smaller. In particular, among the outermost fuel rods, the fuel located in the vicinity of the four corners (four corners) is most affected by non-boiling water, so that the output tends to increase.
そこで、たとえば特許文献1に記載されるように、チャンネルボックス内の燃料棒の配置ピッチ(燃料棒間最近接距離)を複数の燃料棒で異なるよう配置するものが提案されている。特許文献1では、最外層燃料棒の配置ピッチを、最外層燃料棒に隣接して配される第2層燃料棒の配置ピッチより大とし、第2層燃料棒の配置ピッチがチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の0.9倍から0.96倍となるよう燃料棒を配置している。
Thus, for example, as described in
沸騰水型原子炉において炉心に装荷する燃料集合体の経済性を向上するためには、沸騰した水と沸騰していない水の分布を考慮して燃料棒を配置しながら、そこから発生する出力に対して熱的余裕を保つことが出来る構成でなければならない。 In order to improve the economics of the fuel assembly loaded in the core in a boiling water reactor, the power generated from the fuel rods is arranged in consideration of the distribution of boiling water and non-boiling water. The structure must be able to maintain a thermal margin.
特許文献1では、第2層燃料棒の配置ピッチを、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の0.9倍から0.96倍としているものの、最外層燃料棒の配置ピッチについては、第2層燃料棒の配置ピッチより大とする旨のみが記載されている。また、一般的な沸騰水型原子炉の燃料棒の配置ピッチは、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の0.96倍から0.97倍であることから、最外層燃料棒の配置ピッチは0.97倍以下とするものであり、最外層燃料棒配置ピッチが低減することにより、冷却水の流量が低減し、熱的余裕が低下する恐れがある。
In
本発明は、熱的余裕を向上し且つ核燃料装荷量を増大可能な燃料集合体及び炉心を提供する。 The present invention provides a fuel assembly and a core capable of improving thermal margin and increasing nuclear fuel loading.
上記課題を解決するため本発明は、四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、当該最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒の等しい配置ピッチより大きく、且つ、チャンネルボックス内幅を最外層燃料棒の一列の配列数で等分した距離の0.97倍より大きいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fuel assembly in which a plurality of fuel rods containing fissile material are arranged and accommodated in a square cylindrical channel box, and faces the channel box. The diameter of the outermost fuel rods arranged in the horizontal direction is larger than the average diameter of the fuel rods in the horizontal section of the fuel assembly, and the equal arrangement pitch of the outermost fuel rods is the second layer fuel adjacent to the outermost fuel rod. greater than equal arrangement pitch of the bars, and characterized in that the switch catcher down channel box width greater than 0.97 times the distance obtained by equally dividing the array number of a row of the outermost layer fuel rods.
また、本発明は、四角筒状のチャンネルボックス内に、核分裂性物質を含む複数の燃料棒を四角格子状に配列し収容する燃料集合体であって、前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、前記最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒の前記チャンネルボックス内一列の配列数をNとしたとき、前記最外層燃料棒の一列の配列数をN+1とし、前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、前記第2層燃料棒の等しい配置ピッチより大きく、且つ、チャンネルボックス内幅をN+2で等分した距離の0.97倍より大きいことを特徴とする。 The present invention also provides a fuel assembly in which a plurality of fuel rods containing a fissile material are arranged and accommodated in a square cylindrical channel box in a square lattice shape, and are arranged facing the channel box. The diameter of the outermost fuel rods is larger than the average diameter of the fuel rods in the horizontal cross section of the fuel assembly, and N is the number of arrangements in the channel box of the second fuel rods adjacent to the outermost fuel rods. the sequence number of a row of the outermost fuel rods and N + 1, the same arrangement pitch of the outermost fuel rods is greater than equal arrangement pitch of the second layer fuel rods, and, aliquoted Ji catcher down channel box width N + 2 It is characterized by being greater than 0.97 times the measured distance.
本発明によれば、熱的余裕を向上し且つ核燃料装荷量を増大可能な燃料集合体及び炉心を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel assembly and core which can improve a thermal margin and can increase a nuclear fuel loading can be provided.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
発明者らは、燃料集合体の核分裂性物質の燃焼効率向上について検討した。核燃料物質から発生した中性子は水で減速され、熱中性子になると再び核分裂性物質に吸収されて核分裂を起こす。熱中性子が多い領域では、この核分裂の効率が高い。中性子は水と衝突することでエネルギーを失って熱中性子となることから、冷却水が多く、沸騰していない領域において熱中性子束が大きくなる。一般的な沸騰水型原子炉では、チャンネルボックス内に沸騰した冷却水が流れ、チャンネルボックス外や水ロッド内では、沸騰していない冷却水が流れている。特に、チャンネルボックス外の燃料集合体間ギャップ領域では、水が多く、熱中性子束が大きい領域となる。つまり、ギャップ領域に近い領域では核分裂性物質は核分裂を起こしやすい。さらに、発明者らはウラン238に代表される核分裂性でない核燃料物質の特性に着目した。この物質は、中性子を吸収することで、核分裂性物質に変化する親物質である。中性子の吸収は、核分裂と同様に熱中性子のエネルギー領域で吸収しやすいため、熱中性子束の大きな領域では核分裂物質の生成も起きやすい。つまり、核分裂性を問わず、核燃料物質をチャンネルボックスに隣接する最外層燃料棒に装荷すれば良い。一般的に燃料棒は円柱形状であるため、装荷量を増大させるためには、円の外径を大きくすることが燃料製造上対応しやすい。 The inventors examined the improvement of the combustion efficiency of the fissile material in the fuel assembly. Neutrons generated from nuclear fuel materials are decelerated with water, and when they become thermal neutrons, they are absorbed again by fissile materials and cause fission. This fission efficiency is high in the region with many thermal neutrons. Since neutrons lose energy by colliding with water and become thermal neutrons, the amount of cooling water is large, and the thermal neutron flux becomes large in a region where it does not boil. In a general boiling water nuclear reactor, boiling cooling water flows in the channel box, and non-boiling cooling water flows outside the channel box and in the water rod. In particular, in the gap region between the fuel assemblies outside the channel box, there is a lot of water and a large thermal neutron flux. In other words, the fissile material is prone to fission in the region close to the gap region. Furthermore, the inventors paid attention to the characteristics of non-fissile nuclear fuel materials represented by uranium 238. This substance is a parent substance that changes to a fissile material by absorbing neutrons. Neutron absorption is easy to absorb in the energy region of thermal neutrons, just like fission, and fission materials are also easily generated in regions with large thermal neutron flux. That is, regardless of the fissionability, the nuclear fuel material may be loaded on the outermost fuel rod adjacent to the channel box. In general, since the fuel rod has a cylindrical shape, in order to increase the loading amount, it is easy to cope with fuel production by increasing the outer diameter of the circle.
一方、熱的余裕の観点から、チャンネルボックスに隣接する最外層燃料棒は大きな熱中性子束により出力が増大するため、これまでの沸騰水型原子炉では最外層燃料棒の特にコーナー部において濃縮度を低減した燃料設計が行われてきた。単純に上述の最外層燃料棒の燃料装荷量を増大すると、熱的余裕がさらに厳しくなる。そこで、発明者らは熱的余裕を確保する構成を考案した。熱的余裕の低下の理由は、冷却水不足にある。特に燃料棒径を大きくすると冷却水流路が小さくなる。最外層燃料棒はチャンネルボックスに隣接するため、外側の流路は非加熱壁に隣接しており、内側の流路では最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒に隣接するため、加熱壁のみが存在する。そのため、最外層燃料棒にとっては外側の流路よりも内側の流路のほうが熱的余裕は厳しく、この流路を広げる必要がある。 On the other hand, from the viewpoint of thermal margin, the power of the outermost fuel rod adjacent to the channel box increases due to the large thermal neutron flux. Therefore, in conventional boiling water reactors, the enrichment in the corner portion of the outermost fuel rod is important. Fuel design has been carried out with reduced emissions. If the amount of fuel loaded on the outermost fuel rod is simply increased, the thermal margin becomes more severe. Therefore, the inventors have devised a configuration that secures thermal margin. The reason for the decrease in thermal margin is the lack of cooling water. In particular, when the fuel rod diameter is increased, the cooling water flow path is reduced. Since the outermost fuel rod is adjacent to the channel box, the outer flow path is adjacent to the non-heated wall, and the inner flow path is adjacent to the second fuel rod adjacent to the outermost fuel rod. There exists only. Therefore, for the outermost fuel rods, the inner passage has a tighter thermal margin than the outer passage, and it is necessary to widen this passage.
そこで発明者らは最外層燃料棒ピッチを第2層燃料棒ピッチよりも大きくした。四角格子配列の燃料棒で形成された燃料集合体において、各層の燃料棒ピッチが大きくなることは、その層が形成する正方形が大きくなることを意味し、逆に燃料棒ピッチが小さくなることは、その正方形が小さくなることを意味する。つまり、燃料棒ピッチの差が大きい層の間では冷却水流路が大きくなる。また、一般的な沸騰水型原子炉の燃料の燃料棒ピッチはチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の0.96〜0.97倍であることから、最外層燃料棒ピッチをこれよりも大きくすることで熱的余裕を向上可能である。 Therefore, the inventors made the outermost fuel rod pitch larger than the second fuel rod pitch. In a fuel assembly formed by fuel rods arranged in a square lattice arrangement, an increase in the fuel rod pitch of each layer means that the square formed by that layer becomes larger, and conversely that the fuel rod pitch becomes smaller. , Which means that the square becomes smaller. That is, the cooling water flow path becomes large between the layers having a large difference in fuel rod pitch. In addition, the fuel rod pitch of the fuel in a general boiling water reactor is 0.96 to 0.97 times the distance obtained by equally dividing the inner width of the channel box by the number of fuel rods in one row. The thermal margin can be improved by increasing the pitch.
従って、発明者らは、本発明の第1の実施形態として、最外層燃料棒径を断面平均の燃料棒径に対して大きくし、最外層燃料棒ピッチを第2層燃料棒ピッチよりも大きく、チャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離の0.97倍よりも最外層燃料棒ピッチを大きくすることで、燃料経済性を向上できることを見いだしたのである。 Accordingly, as a first embodiment of the present invention, the inventors have made the outermost fuel rod diameter larger than the average cross-sectional fuel rod diameter and the outermost fuel rod pitch larger than the second fuel rod pitch. They found that the fuel economy can be improved by increasing the outermost fuel rod pitch to be larger than 0.97 times the distance obtained by equally dividing the inner width of the channel box by the number of fuel rods in one row.
また、最外層燃料棒の核燃料物質の装荷量を増大するためには、最外層燃料棒径を大きくすればよいが、大きくするにつれて隣接燃料棒との間隙が小さくなり、除熱性能が低下する。そこで発明者らは、本発明の第2の実施形態として、燃料棒径を大きくして核分裂物質の装荷量を増大しながら隣接燃料棒間隙を維持するために、最外層のみ燃料棒数を低減することを考案した。 In order to increase the loading amount of the nuclear fuel material of the outermost fuel rod, the outermost fuel rod diameter may be increased. However, as the fuel rod is increased, the gap between adjacent fuel rods is reduced and the heat removal performance is reduced. . Therefore, as a second embodiment of the present invention, the inventors reduced the number of fuel rods only in the outermost layer in order to maintain the gap between adjacent fuel rods while increasing the fuel rod diameter and increasing the amount of loaded fission material. Devised to do.
具体的には、基準とする燃料集合体の燃料棒配列数がn×n列であった場合、最外層燃料棒は一列にn−1本並べ、第2層以下は(n−2)×(n−2)列とする。この場合、熱的余裕を維持するためには、最外層の燃料棒ピッチは第2層の燃料棒ピッチよりも大きくなる。第2層以下の燃料棒は前述の集合体と同じである。この燃料集合体では、燃料棒配列数を定義できないために、前述のチャンネルボックス内幅を一列の燃料棒数で等分した距離を定義できない。そこで、第2層燃料棒と前記燃料集合体の第2層燃料棒が同じ配置方法であることを活用して、第2層燃料棒の一列の配列数+2を一般的な燃料棒配列を用いた場合の一列の燃料棒数と定義する。従って、発明者らは、第2層燃料棒の一列の配列数をNとしたときに、最外層燃料棒の一列の配列数をN+1とし、最外層燃料棒径を断面平均の燃料棒径に対して大きくし、最外層燃料棒ピッチを第2層燃料棒ピッチよりも大きく、チャンネルボックス内幅をN+2で等分した距離の0.97倍よりも最外層燃料棒ピッチを大きくすることで、燃料経済性を向上できることを見いだした。 Specifically, when the number of fuel rods arranged in the reference fuel assembly is n × n rows, n−1 outermost fuel rods are arranged in a row, and (n−2) × (N-2) column. In this case, in order to maintain the thermal margin is the outermost layer of the fuel rod pitch is larger than the fuel rod pitch of the second layer. The fuel rods in the second layer and below are the same as the assembly described above. In this fuel assembly, since the number of fuel rod arrangements cannot be defined, it is not possible to define the distance obtained by equally dividing the above-mentioned channel box inner width by the number of fuel rods in a row. Therefore, by utilizing the fact that the second layer fuel rods and the second layer fuel rods of the fuel assembly are arranged in the same manner, the number of arrangement of the second layer fuel rods in a row +2 is used as a general fuel rod arrangement. This is defined as the number of fuel rods in a row. Therefore, the inventors set N + 1 as the number of arrangements of the outermost fuel rods and N + 1 as the number of arrangements of the second layer fuel rods in one row, and set the outermost fuel rod diameter to the average cross-sectional fuel rod diameter. On the other hand, the outermost fuel rod pitch is larger than the second fuel rod pitch, and the outermost fuel rod pitch is made larger than 0.97 times the distance obtained by equally dividing the inner width of the channel box by N + 2. We found that fuel economy could be improved.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉に適用する実施例1の燃料集合体を図1および図2を用いて詳細に説明する。 A fuel assembly of Example 1 applied to a boiling water reactor which is a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
図2は、本実施例に係る燃料集合体及び燃料集合体が装荷される炉心が適用される沸騰水型原子炉の概略の構造を示す図である。図2に示すように、沸騰水型原子炉(BWR)は、原子炉圧力容器(原子炉容器)103を有している。原子炉圧力容器103内には炉心シュラウド102が設置されている。以下の説明では、原子炉圧力容器をRPVと称する。炉心シュラウド102内には、複数の後述する燃料集合体が装荷された炉心105が配設されている。気水分離器106および蒸気乾燥器107は、RPV103内で炉心105の上方に配設される。RPV103と炉心シュラウド102の間には環状のダウンカマ104が形成されている。ダウンカマ104内には、インターナルポンプ115が配設されている。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of a boiling water reactor to which a fuel assembly according to the present embodiment and a core loaded with the fuel assembly are applied. As shown in FIG. 2, the boiling water reactor (BWR) has a reactor pressure vessel (reactor vessel) 103. A
インターナルポンプ115から吐出された冷却水は、下部プレナム122を経て炉心105に下方より供給される。冷却水は、炉心105を通過する際に加熱されて水および蒸気を含む気液二相流となる。気水分離器106は気液二相流を蒸気と水に分離する。分離された蒸気は、更に蒸気乾燥器107で湿分を除去されて主蒸気配管108に導かれる。この蒸気は、蒸気タービン(図示せず)に導かれ、蒸気タービンを回転させる。蒸気タービンに連結された発電機が回転し、電力が発生する。蒸気タービンから排出された蒸気は、復水器(図示せず)で凝縮されて水となる。この凝縮水は、給水として給水配管109によりRPV103内に供給される。気水分離器106および蒸気乾燥器107で分離された水は、落下して冷却水としてダウンカマ104内に達する。
The cooling water discharged from the
図1は、本実施例に係る燃料集合体1の横断面図であり、図3は、燃料集合体1の構成を示す図である。燃料集合体1は、複数の燃料棒2、3、上部タイプレート5、下部タイプレート6、複数の燃料スペーサ8、複数の水ロッドWRおよびチャンネルボックス7を備えている。燃料棒2、3は、複数の燃料ペレット(図示せず)を被覆管(図示せず)内に充填し密封されている。下部タイプレート6は各燃料棒2、3の下端部を支持し、上部タイプレート5は各燃料棒2、3の上端部を保持する。これらの燃料棒2、3は、図1に示すように、燃料集合体1の横断面において10行10列に配置されている。その横断面の中央部には、燃料棒3が4本配置できる領域を占有する横断面積を有する水ロッドWRが2本配置されている。これらの水ロッドWRの下端部は下部タイプレート6に支持され、それらの上端部は上部タイプレート5に保持される。複数の燃料スペーサ8は、燃料集合体1の軸方向において所定の間隔に配置され、燃料棒2、3の相互間、および燃料棒3と水ロッドWRの間に、冷却水が流れる流路を形成するように、燃料棒3および水ロッドWRを保持している。横断面が正方形状をしている四角筒状のチャンネルボックス7は、上部タイプレート5に取り付けられ、下方に向かって伸びている。燃料スペーサ8によって束ねられた各燃料棒2、3は、チャンネルボックス7内に配置されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
なお、チャンネルボックス7の内幅(L)は約13.4cm、チャンネルボックス7に隣接して配置される最外層燃料棒2の外径(R1)は約1.08cm、最外層燃料棒2に隣接し配置される第2層燃料棒3の外径(R2)は約0.9cm、および水ロッドWRの外径は約2.5cmである。なお、本実施例では、第2層燃料棒3に隣接し、燃料集合体1の中央側に配置される第3層、第4層及び第5層燃料棒の外径は第2層燃料棒3の外径と同一とした場合を例に示しており、以下では、燃料集合体1の横断面における占有面積を説明する場合、便宜的に第2層燃料棒3を用いて説明する。
The inner width (L) of the
燃料集合体1内の水ロッドWRは、少なくとも2本の第2層燃料棒3が配置可能な領域を占有する横断面積を有する太径水ロッドである。最外層燃料棒2及び第2層燃料棒3に用いられる標準燃料棒内に充填される核分裂性ウランを含む燃料ペレットの領域の長さ、すなわち燃料有効長は本実施例では3.7mとしている。
The water rod WR in the
図1に示されるように、燃料集合体1は、沸騰水型原子炉の炉心に装荷されたとき、一つのコーナーが炉心に挿入された横断面が十字形をしている制御棒(CR)9と向かい合うように配置される。チャンネルボックス7は、チャンネルファスナ(図示せず)によって上部タイプレート5に取り付けられる。チャンネルファスナは、燃料集合体1が炉心に装荷されたとき、制御棒(CR)9が燃料集合体1の相互間に挿入できるように、燃料集合体1の相互間に必要な幅の間隙を保持する機能を有する。このため、チャンネルファスナは、制御棒(CR)9と向かい合うコーナーに位置するように、上部タイプレート5に取り付けられている。燃料集合体1の制御棒(CR)9に向かい合うコーナー部は、換言すれば、チャンネルファスナが取り付けられたコーナー部である。最外層燃料棒2及び第2層燃料棒3等の各燃料棒内に充填される各燃料ペレットは、核燃料物質である二酸化ウランを用いて製造され、核分裂性物質であるウラン−235を含んでいる。
As shown in FIG. 1, when the
最外層燃料棒2及び第2層燃料棒3は、それぞれ各層において等しい燃料棒ピッチを有する。隣接する2つの最外層燃料棒2の中心間の距離である最外層燃料棒ピッチP1は約1.36cm、隣接する2つの第2層燃料棒3の中心間の距離である第2層燃料棒ピッチP2は約1.3cm。最外層燃料棒ピッチP1に対して、第2層燃料棒ピッチP2は小さい。さらに、チャンネルボックス内幅Lを一列の燃料棒数(本実施例では、10行10列に燃料棒を配置するものであるため、一例の燃料棒数は10本)で等分した距離の0.97倍は1.299cmであり1.3cm未満であるので、この距離よりも最外層燃料棒ピッチP1は大きい。また、横断面における燃料棒径の平均値は約1.0cmであり、最外層燃料棒径R1よりも小さい。
The
なお、最外層燃料棒ピッチP1の上限は、チャンネルボックス内幅Lから最外層燃料棒2の外径R1を減算した距離を、最外層燃料棒2のチャンネルボックス内一列の配列数から1減算した値で除算した距離となる。すなわち、本実施例では、最外層燃料棒2のチャンネルボックス内一列の配列数をNとしたとき、(L−R1)/(N―1)となり、上限は1.369cm、最外層燃料棒ピッチP1は1.36cmであり上限未満となっている。
The upper limit of the outermost fuel rod pitch P1 is obtained by subtracting the distance obtained by subtracting the outer diameter R1 of the
本実施例によれば、最外層燃料棒2と第2層燃料棒3の間隔を増大でき、最外層燃料棒2と第2層燃料棒3との間を通流する冷却水の流量を増加できることにより高出力の最外層燃料棒2に対する除熱性能が向上する。また、最外層燃料棒2の外径R1を他の燃料棒の外径より大きくすることにより核燃料装荷量を増大でき、燃料交換頻度が低減されることにより経済性を向上することができる。
According to the present embodiment, the distance between the
本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉に適用する実施例2の燃料集合体を、図4を用いて詳細に説明する。 A fuel assembly of Example 2 applied to a boiling water reactor which is a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図4は、本発明の実施例2に係る燃料集合体の横断面図である。図1に示した十字形状の制御棒9は省略している。本実施例では、最外層燃料棒2のチャネルボックス7内一例の配列数を10から9にした点が実施例1と異なる。これにより本実施例では、チャンネルボッスス7内配置される最外層燃料棒2は32本とし、最外層燃料棒径R1が約1.2cm、最外層燃料棒ピッチP1を約1.4cmとしている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to
第2層燃料棒ピッチP2は実施例1と同様に約1.3cm、また、第2層燃料棒径R2も実施例1と同様に約0.9cm、水ロッドWRの外径は約2.5cm、チャンネルボックス7の内幅Lは約13.4cmである。第2層燃料棒3のチャンネルボックス内一列の配列数が8であるので、チャンネルボックス内幅Lを第2層燃料棒3の一列の配列数+2で等分した距離の0.97倍は1.299cmであり1.3cm未満であるので、この距離よりも最外層燃料棒ピッチP1は大きい。なお、上記最外層燃料棒ピッチP1の下限は、本実施例では最外層燃料棒2のチャンネルボックス内一列の配列数は9であるものの、10行10列に配置する場合を基準に定めている。また、横断面における燃料棒径の平均値は約1.0cmであり、最外層燃料棒径R1よりも小さい。
The second layer fuel rod pitch P2 is about 1.3 cm as in the first embodiment, the second layer fuel rod diameter R2 is also about 0.9 cm as in the first embodiment, and the outer diameter of the water rod WR is about 2.0. The inner width L of the
なお、最外層燃料棒ピッチP1の上限は、例えば、チャンネルボックス内幅Lから最外層燃料棒2の外径R1を減算した距離を、最外層燃料棒2のチャンネルボックス内一列の配列数から1減算した値で除算した距離となる。すなわち、本実施例では、最外層燃料棒2のチャンネルボックス内一列の配列数をNとしたとき、(L−R1)/(N―1)となり、上限は1.525cm、最外層燃料ピッチP1は1.4cmであり上限未満となっている。
Note that the upper limit of the outermost fuel rod pitch P1 is, for example, a distance obtained by subtracting the outer diameter R1 of the
本実施例によれば、最外層燃料棒2と第2層燃料棒3の間隔を増大でき、最外層燃料棒2と第2層燃料棒3との間を通流する冷却水の流量を増加できることにより高出力の最外層燃料棒2に対する除熱性能が向上する。
According to the present embodiment, the distance between the
また、実施例1と比較し、最外層燃料棒2のチャンネルボックス7内一例の配列数は減少するものの、最外層燃料棒2の外径を増大できることにより、最外層燃料棒2に充填される核燃料装荷量をさらに増大することができる。これにより、燃料交換頻度が低減され更なる経済性の向上が可能となる。
Compared with the first embodiment, the number of arrangements of the
本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉に適用する実施例3の燃料集合体を、図5を用いて詳細に説明する。 A fuel assembly of Example 3 applied to a boiling water reactor which is a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図5は、本発明の実施例3に係る燃料集合体の横断面図であり、部分長燃料棒の上端部の上方で且つ標準燃料棒の燃料有効長範囲内での横断面図である。本実施例は、実施例1における四角筒状体のチャンネルボックス7の四隅(4つのコーナ)に配置する最外層燃料棒2を部分長燃料棒とした点が異なる。ここで部分長燃料棒とは、標準燃料棒内に充填される燃料ペレットの領域の長さである燃料有効長よりも、その燃料有効長が短い燃料棒をいう。その他の構成は実施例1と同様であり、説明を省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the fuel assembly according to
図5に点線で示される四隅に配置される部分長燃料棒の領域は、他の最外層燃料棒2と比較し非加熱壁に隣接する領域が広い。この四隅に他の最外層燃料棒2よりも高さ方向の長さが短い部分長燃料棒を配置することで、燃料集合体の上方つまり冷却水流れの下流側で出力の高い燃料棒が低減し、横断面の出力ピーキングが低減する。これにより熱的余裕が増大する。
Compared with the other
また、出力が高い最外層燃料棒2付近ではボイド率が高くなり、冷却水の上流側で発生したボイドは下流側に向うに従い結合し、最外層燃料棒2及び第2層燃料棒3の間を通流する冷却水の流れを阻害する可能性がある。本実施例では、四隅に部分長燃料棒を配置することで冷却水の下流側に空間が形成され、ボイドが流れやすくなり、燃料集合体の圧力損失を低減することが可能となる。
In addition, the void ratio is high in the vicinity of the
なお、本実施例では、図1に示される燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒2を部分長燃料棒としたが、実施例2において説明した図4に示される燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒2を部分長燃料棒としてもよい。
In this embodiment, the
本実施例によれば、上述の実施例1及び実施例2の効果に加え、更に、燃料集合体の圧力損失を低減することも可能となる。 According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment, it is possible to further reduce the pressure loss of the fuel assembly.
本発明の好適な一実施例である沸騰水型原子炉に適用する実施例3の燃料集合体を、図6を用いて詳細に説明する。 A fuel assembly according to a third embodiment applied to a boiling water reactor which is a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図6は、本発明の実施例4に係る燃料集合体の横断面図であり、第2層燃料棒3として配される部分長燃料棒の上端部より上方且つ標準燃料棒の燃料有効長範囲の横断面図である。実施例3では、燃料集合体の四隅に配される最外層燃料棒2を部分長燃料棒としたことに代え、本実施例では第2層燃料棒3のうち燃料集合体の四隅に配される燃料棒を部分長燃料棒とした点が異なる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a fuel assembly according to
図6に点線で示されるように、燃料集合体内で、第2層燃料棒3のうち四隅に部分長燃料棒を配している。これにより第2層燃料棒3の四隅において、冷却水の下流側に空間を形成でき、出力の高い最外層燃料棒2に対する除熱性能を向上できる。本実施例では、最外層燃料棒2に充填される核燃料装荷量は実施例1と同様に確保できることにより、実施例3に対して最外層の核燃料装荷量を増大しながら、最外層燃料棒2のうち、特に四隅に配される最外層燃料棒2の出力増大に対して、冷却水の下流側での流路を拡大でき、冷却水供給量を増大でき、熱的余裕を向上することができる。
As shown by dotted lines in FIG. 6, partial-length fuel rods are arranged at the four corners of the second
なお、本実施例では、図1に示される燃料集合体の四隅に配される第2層燃料棒3を部分長燃料棒としたが、実施例2において説明した図4に示される燃料集合体の四隅に配される第2層燃料集合体3を部分長燃料棒としてもよい。
In this embodiment, the second-
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace the configurations of other embodiments with respect to a part of the configurations of the embodiments.
1…燃料集合体、2…最外層燃料棒、3…第2層燃料棒、5…上部タイプレート、6…下部タイプレート、7…チャンネルボックス、8…スペーサ、WR…水ロッド、102…炉心シュラウド、103…原子炉圧力容器、104…ダウンカマ、105…炉心、106…気水分離器、107…蒸気乾燥器、108…主蒸気管、109…給水配管、115…インターナルポンプ、122…下部プレナム
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、
前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、当該最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒の等しい配置ピッチより大きく、且つ、チャンネルボックス内幅を最外層燃料棒の一列の配列数で等分した距離の0.97倍より大きいことを特徴とする燃料集合体。 A fuel assembly in which a plurality of fuel rods containing fissile material are arranged and accommodated in a square lattice in a rectangular channel box,
The diameter of the outermost fuel rod arranged facing the channel box is larger than the average diameter of the fuel rod in the horizontal cross section of the fuel assembly,
The same arrangement pitch of the outermost fuel rods is greater than equal arrangement pitch of the second layer fuel rods adjacent to the outermost layer fuel rods, and, aliquoted Ji catcher down channel box width array size of one row of the outermost layer fuel rods A fuel assembly characterized by being greater than 0.97 times the measured distance.
前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、前記チャンネルボックス内幅から前記最外層燃料棒の径を減算した距離を、前記最外層燃料棒の一列の配列数から1減算した配列数で除算した距離よりも小さいことを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to claim 1, wherein
The equal arrangement pitch of the outermost fuel rods is obtained by dividing the distance obtained by subtracting the diameter of the outermost fuel rod from the inner width of the channel box by the number of arrays obtained by subtracting 1 from the number of arrays of the outermost fuel rods. A fuel assembly characterized by being smaller.
前記チャンネルボックスに面して配される最外層燃料棒の径は、燃料集合体の水平断面における燃料棒の平均径より大きく、
前記最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒の前記チャンネルボックス内一列の配列数をNとしたとき、前記最外層燃料棒の一列の配列数をN+1とし、前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、前記第2層燃料棒の等しい配置ピッチより大きく、且つ、チャンネルボックス内幅をN+2で等分した距離の0.97倍より大きいことを特徴とする燃料集合体。 A fuel assembly in which a plurality of fuel rods containing fissile material are arranged and accommodated in a square lattice in a rectangular channel box,
The diameter of the outermost fuel rod arranged facing the channel box is larger than the average diameter of the fuel rod in the horizontal cross section of the fuel assembly,
When the arrangement number of the second layer fuel rods adjacent to the outermost fuel rods in the channel box is N, the arrangement number of the outermost fuel rods in a row is N + 1, and the outermost fuel rods are equally arranged. pitch is greater than equal arrangement pitch of the second layer fuel rods and fuel assembly, characterized in that the switch catcher down channel box width greater than 0.97 times the distance divided equally N + 2.
前記最外層燃料棒の等しい配置ピッチは、前記チャンネルボックス内幅から前記最外層燃料棒の径を減算した距離を、前記最外層燃料棒の一列の配列数から1減算した配列数で除算した距離よりも小さいことを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to claim 3, wherein
The equal arrangement pitch of the outermost fuel rods is obtained by dividing the distance obtained by subtracting the diameter of the outermost fuel rod from the inner width of the channel box by the number of arrays obtained by subtracting 1 from the number of arrays of the outermost fuel rods. A fuel assembly characterized by being smaller.
前記最外層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein:
A fuel assembly, wherein the outermost fuel rods arranged at the four corners in the rectangular cylindrical channel box are partial-length fuel rods among the outermost fuel rods.
前記最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒と対向する位置に配される第2層燃料棒を部分長燃料棒とするすることを特徴とする燃料集合体。 The fuel assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein:
Of the second layer fuel rods adjacent to the outermost layer fuel rods, the second layer fuel rods disposed at positions facing the outermost layer fuel rods disposed at the four corners of the rectangular tube channel box are partially extended. A fuel assembly characterized by being a fuel rod.
前記最外層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする炉心。 The core according to claim 7,
Of the outermost fuel rods, the outermost fuel rods disposed at the four corners of the rectangular tube channel box are partial-length fuel rods.
前記最外層燃料棒に隣接する第2層燃料棒のうち、前記四角筒状のチャンネルボックス内の四隅に配される最外層燃料棒と対向する位置に配される第2層燃料棒を部分長燃料棒とすることを特徴とする炉心。 The core according to claim 7,
Of the second layer fuel rods adjacent to the outermost layer fuel rods, the second layer fuel rods disposed at positions facing the outermost layer fuel rods disposed at the four corners of the rectangular tube channel box are partially extended. A reactor core characterized by fuel rods.
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