JPH01176981A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JPH01176981A
JPH01176981A JP63000368A JP36888A JPH01176981A JP H01176981 A JPH01176981 A JP H01176981A JP 63000368 A JP63000368 A JP 63000368A JP 36888 A JP36888 A JP 36888A JP H01176981 A JPH01176981 A JP H01176981A
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淳一 山下
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Abstract

PURPOSE:To largely change the average void rates in a fuel assembly with simple constitution by providing a solid moderator to a water rod in the position upper than the connecting part between a coolant rising flow passage and a coolant descending flow passage. CONSTITUTION:The steam region in the water rod 19A of double pipes is disposed in the position corresponding to fuel pellets 33 of fuel rods 11. A space is made in the upper region of the water rod 19A when the steam region of said rod is positioned in the lower part. Then, the coolant in the peripheral part within the fuel assembly 10 decreases and a thermal allowance decreases. The solid moderator 80 having a high neutron moderating effect, for example, a metal hydride such as ZrHX or CeH2 is installed in said upper space. The height l2 of the water rod 19A from a fuel rod supporting part 14 is set lower than the height l1 of the pellets 35 by taking the extension of the fuel effective part for about 5cm by an irradiation deformation into consideration. The height of the water rod 19A is thereby reduced to change the reactor core flow rate within the range which is not advantageous for the nuclear characteristics of fuel, by which a spectral shift operation is efficiently carried out.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に適
用して核燃料物質の消費を節約するのに好適な燃料集合
体に関す、るものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a fuel assembly, and particularly to a fuel assembly suitable for application to a boiling water nuclear reactor to save consumption of nuclear fuel material. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の沸騰水型原子炉は、特開昭54−121389号
公報に記載されているように、中性子の減速を促進させ
るために冷却水のみが流れる管(以下、水ロッドと称す
る)を有する燃料集合体を炉心内に装荷している。この
ような水ロッドの使用は、従来の沸騰水型原子炉の運転
条件下では、ウラン原子に対する水素原子の数が多いほ
ど反応度が高く、炉心に装荷された核燃料物質を有効に
活用できる。
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-121389, a conventional boiling water reactor uses a fuel tank having pipes (hereinafter referred to as water rods) through which only cooling water flows in order to accelerate the deceleration of neutrons. The assembly is loaded into the reactor core. Under the operating conditions of a conventional boiling water reactor, the more hydrogen atoms there are with respect to uranium atoms, the higher the degree of reactivity, and the use of such water rods makes it possible to effectively utilize the nuclear fuel material loaded in the reactor core.

しかし、さらに核燃料物質の有効活用を図るためには、
核燃料物質の燃焼に伴って炉心内の水素原子数を変えた
ほうがよい。
However, in order to make more effective use of nuclear fuel materials,
It is better to change the number of hydrogen atoms in the reactor core as the nuclear fuel material burns.

特開昭57−125390号公報及び特開昭57−12
5391号公報は、その1つの方法を示している。すな
わち、これらの公報は、低速中性子吸収水押棒及びこの
水押捧よりも反応度価値が大きいステレンス鋼にて構成
される中速中性子吸収水押棒を設け、これらの水押捧の
炉心内への挿入量を制御して炉心内の冷却水量を調節す
ることを述べている。水押捧が、炉心内の水素原子数を
変える手段である。
JP-A-57-125390 and JP-A-57-12
Publication No. 5391 shows one such method. In other words, these publications provide a slow neutron absorbing water rod and a medium speed neutron absorbing water rod made of stainless steel, which has a higher reactivity value than the water rod, and the introduction of these water rods into the reactor core. It states that the amount of cooling water in the core is adjusted by controlling the amount of water inserted. Water depletion is a means of changing the number of hydrogen atoms in the reactor core.

水押捧の炉心内への挿入量を増すと炉心内の冷却水量が
減り、この挿入量を減らすと炉心内の冷却水量が増加す
る。以上述べた方法は種類の異なる水押捧を新たに設け
、駆動手段にて水押捧を操作しなければならなく、構造
、操作上複雑になる。
Increasing the amount of water thrusters inserted into the core will reduce the amount of cooling water in the core, and decreasing this amount will increase the amount of cooling water in the core. In the method described above, it is necessary to newly provide a different type of water pusher and operate the water pusher using a driving means, making the structure and operation complicated.

このような問題を解決するための静的な手段を用いた燃
料集合体が特開昭61−38589号公報に示されてい
る。この公報は、水素原子数を変える手段として燃料集
合体の水ロンド内にウラン235濃度の低い燃料棒を設
置し、この燃料棒のウラン235の消失前後における水
ロンド内のボイド量の変化を利用することを記載してい
る。
A fuel assembly using static means to solve this problem is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-38589. As a means of changing the number of hydrogen atoms, this publication installs fuel rods with a low concentration of uranium-235 in the water ronds of fuel assemblies, and utilizes changes in the amount of voids in the water ronds before and after the disappearance of uranium-235 in these fuel rods. It describes what to do.

また、水押棒のような新たな操作手段を設ける必要のな
い方法として、炉心を流れる冷却水流量を調節する方法
がある。燃料サイクル始めの炉心を流れる冷却水流量を
少なくし、燃料サイクル途中からその冷却水流量を増や
すものである。
Furthermore, as a method that does not require the provision of new operating means such as a water push rod, there is a method of adjusting the flow rate of cooling water flowing through the reactor core. The flow rate of cooling water flowing through the core at the beginning of the fuel cycle is reduced, and the flow rate of cooling water is increased from the middle of the fuel cycle.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

炉心内の水素原子数を核燃料物質の燃焼に伴って変えた
場合の利点を以下に説明する。
The advantages of changing the number of hydrogen atoms in the reactor core as the nuclear fuel material burns will be explained below.

第2図は、沸騰水型原子炉に用いられる代表的な燃料集
合体について横軸に燃焼度、縦軸の反応度の一つの指標
である無限増倍率をとって特性を示したものである。2
本の線はいずれも同一の燃料集合体である。が、破線は
燃料集合体内の冷却材流路における蒸気泡の体積率(ボ
イド率)を一定(ボイド率30%)にして燃焼させた場
合を、実線は最初高ボイド率(ボイド率50%)で運転
して途中でボイド率を下げた(ボイド率30%)場合を
示す。第2図より明らかなように、始めボイド率を高く
して燃焼させて後でボイド率を下げた方が、より高い燃
焼度を得ることができる。
Figure 2 shows the characteristics of typical fuel assemblies used in boiling water reactors, with burnup plotted on the horizontal axis and infinite multiplication factor, which is an index of reactivity, plotted on the vertical axis. . 2
All lines are the same fuel assembly. However, the broken line shows the case where the volume ratio (void ratio) of vapor bubbles in the coolant flow path in the fuel assembly is kept constant (30% void ratio), and the solid line shows the case where the void ratio is initially high (50% void ratio). The figure shows the case where the vehicle was operated at 100% and the void rate was lowered (30% void rate). As is clear from FIG. 2, a higher burnup can be obtained by increasing the void fraction at the beginning of the combustion and lowering the void fraction later.

これは、ボイド率が高く、ウラン原子数に対する水素原
子数の比が小さい、すなわち水素原子数が小さいほうが
、中性子の平均速度が大きく、ウラン238に吸収され
やすいためである。沸騰水型原子炉で用いられる核燃料
物質中には、ウラン235とウラン238とが含まれて
おり、ウラン235が核燃料物質全体の数%で大部分を
ウラン238が占めている。このうち、中性子を吸収し
て核分裂を生じるのは主にウラン235のみであり、ウ
ラン238はほとんど核分裂を生じない。
This is because the higher the void ratio and the smaller the ratio of the number of hydrogen atoms to the number of uranium atoms, that is, the smaller the number of hydrogen atoms, the higher the average velocity of neutrons and the easier it is to be absorbed by uranium-238. Nuclear fuel materials used in boiling water reactors contain uranium-235 and uranium-238, with uranium-235 accounting for several percent of the total nuclear fuel material and uranium-238 accounting for the majority. Among these, only uranium-235 absorbs neutrons and causes nuclear fission, while uranium-238 hardly causes nuclear fission.

したがって、ウラン235が燃焼によって減少すると反
応度は低下する。
Therefore, when uranium-235 is reduced by combustion, the reactivity decreases.

しかし、ウラン238も核分裂によって生じる高エネル
ギの中性子を吸収するとプルトニウム239に変わる。
However, when uranium-238 absorbs high-energy neutrons produced by nuclear fission, it turns into plutonium-239.

プルトニウム239は、ウラン235と同じく、減速さ
れた熱中性子を吸収して核分裂を起こす。ボイド率が高
い程、中性子のエネルギが高くてウラン238からプル
トニウム239に転換される場合いが大きく、ウラン2
35及びプルトニウム239の核分裂が抑制される。
Like uranium-235, plutonium-239 absorbs decelerated thermal neutrons and undergoes nuclear fission. The higher the void fraction, the higher the energy of neutrons and the greater the conversion rate from uranium-238 to plutonium-239.
Nuclear fission of 35 and plutonium 239 is suppressed.

従って、ボイド率が高い程、ウラン235とプルトニウ
ム239の総量の減少が遅い。
Therefore, the higher the void fraction, the slower the total amount of uranium-235 and plutonium-239 decreases.

ただし、ボイド率が高いと、反応度の絶対値は低い。こ
のため、ボイド率が高いままでは、ボイド率が低い場合
に比べて反応度が臨界を維持できる最低レベルに早く達
してしまう。そこで、その時点でボイド率を下げると、
中性子の減速効果が増し、高ボイド率一定で燃焼した場
合に比べてウラン235及びプルトニウム239の核分
裂が増し、反応度はより高くなる。従って、臨界に必要
な最低反応度になるまで、核燃料物質に含まれる核分裂
性物質をより長く燃焼させることができる。
However, when the void ratio is high, the absolute value of the reactivity is low. Therefore, if the void fraction remains high, the reactivity reaches the minimum level at which criticality can be maintained sooner than when the void fraction is low. Therefore, if you lower the void rate at that point,
The effect of moderating neutrons increases, and the fission of uranium-235 and plutonium-239 increases compared to the case of combustion with a constant high void ratio, resulting in higher reactivity. Therefore, the fissile material contained in the nuclear fuel material can be burned for a longer time until the minimum reactivity required for criticality is reached.

以上述べたことが、核分裂性物質の燃焼に伴ってボイド
率を変化させることにより核燃料物質の有効活用を図る
原理であって、スペクトルシフト運転と呼ばれる。
What has been described above is the principle of effectively utilizing nuclear fuel material by changing the void ratio as the fissile material burns, and is called spectral shift operation.

構造の単純な水ロツド内に静的手段を設ける方法及び炉
心を流れる冷却水流量(炉心流量という)を変えること
によって炉心内の水素原子数を変更する方法は、いずれ
も、炉心のボイド率の変化幅があまり大きくとれないと
いう問題があり、実際の原子炉に適用が困難である。
The method of providing static means in a water rod with a simple structure and the method of changing the number of hydrogen atoms in the core by changing the flow rate of cooling water flowing through the core (referred to as core flow rate) both improve the void ratio of the core. The problem is that the variation range cannot be very large, making it difficult to apply to actual nuclear reactors.

第3図は炉心流量に対する炉心平均ボイド率の依存性を
示すものである。炉心流量は、下限を熱的限界によって
制限され、上限を再循環ポンプ能力および流動振動によ
って制限されている。従って、沸騰水型原子炉が定格の
熱出力を出している状態では、定格の100%炉心流量
を中心に、ある狭い範囲でしかボイド率を変化させるこ
とができない。例えば、炉心流量を変化できる幅を80
〜120%までとすると、ボイド率の変化幅は約9%と
なる。
FIG. 3 shows the dependence of core average void fraction on core flow rate. Core flow is limited on the lower end by thermal limits and on the upper end by recirculation pump capacity and flow oscillations. Therefore, when the boiling water reactor is producing the rated thermal output, the void ratio can only be changed within a certain narrow range around the 100% rated core flow rate. For example, the range in which the core flow rate can be changed is 80
When it is up to 120%, the variation width of the void ratio is about 9%.

また特開昭61−38589号公報に示されたように水
ロンド内に燃料に伴って発熱量の低下する発熱体(核燃
料物質)を置いた構造でも、水ロンド内のボイド率は高
々30%程度しか変化しない。水ロツド内の水は冷却に
寄与しないので、水ロッドの燃料集合体内に占める横断
面積はあまり大きくできない。仮りに燃料集合体内の冷
却水流路の3割を水ロンドの横断面積にあてたとしても
、30%のボイド率変化は燃料集合体全体にならすと9
%(30%X0,3)に相当する。また1発熱体として
濃縮度の低い燃料棒を用いているので、構造が複雑であ
り、製造が面倒である。
Furthermore, even with a structure in which a heating element (nuclear fuel material) whose calorific value decreases with the fuel is placed in the water rond as shown in Japanese Patent Application Laid-open No. 61-38589, the void ratio in the water rond is at most 30%. It only changes in degree. Since the water in the water rod does not contribute to cooling, the cross-sectional area of the water rod within the fuel assembly cannot be increased too much. Even if 30% of the cooling water flow path in the fuel assembly is devoted to the cross-sectional area of the water rond, a 30% change in void ratio will result in a change in the overall fuel assembly of 9.
% (30%X0,3). Furthermore, since a fuel rod with a low enrichment degree is used as one heating element, the structure is complicated and manufacturing is troublesome.

より大きなボイド率変化幅を達成するには、水ロツド内
の流量を極端に大きく変化させるか、あるいは水ロンド
内の核燃料物質の発熱量をもっと大幅に変化させるかす
れば良いが、そのような大幅な流量2発熱量の変化を可
動部なしに行うことはできない。可動部をつけた場合、
信頼性に問題が生じ、また機構が複雑となる等の問題が
ある。
In order to achieve a larger range of void fraction changes, it is possible to change the flow rate in the water rod extremely greatly, or to change the calorific value of the nuclear fuel material in the water rod even more dramatically. It is impossible to change the flow rate and calorific value without moving parts. If a moving part is attached,
There are problems such as reliability problems and a complicated mechanism.

本発明の目的は、単純な構造で燃料集合体内平均ボイド
率を大幅に変化させることが可能な燃料集合体を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a fuel assembly that has a simple structure and can significantly change the average void fraction within the fuel assembly.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的は、燃料集合体の下端部に抵抗体を設け、水
ロッドが、抵抗体より下方の領域に開口した冷却材流入
口を有する冷却材上昇流路と、冷却材上昇流路に連絡さ
れて、抵抗体よりも上方の領域に開口した冷却材吐出口
を有し、しかも冷却材上昇流路内における冷却材の流れ
方向とは逆に冷却材を下方に導く冷却材下降流路とを備
え、しかも冷却材上昇流路と冷却材下降流路との連絡部
よりも上方の位置で水ロッドに固体減速材を設けること
によって達成できる。
The above purpose is to provide a resistor at the lower end of the fuel assembly, and to connect the water rod to a coolant ascending flow path having a coolant inlet opening in a region below the resistor and a coolant ascending flow path. and a coolant downward flow path which has a coolant discharge port opened in a region above the resistor and which guides the coolant downward in the opposite direction to the flow direction of the coolant in the coolant upward flow path. This can be achieved by providing a solid moderator in the water rod at a position above the communication portion between the coolant ascending flow path and the coolant descending flow path.

〔作用〕[Effect]

炉心を通過する冷却材の流量が低下すると、水ロンドの
冷却材下降流路内に蒸気が充満され、その冷却材流量が
増加すると冷却材下降流路内の蒸気量が著しく減少する
。従って、燃料サイクル末期での反応度増加が可能とな
る。
When the flow rate of coolant passing through the core decreases, steam fills the coolant downflow path of the water rond, and when the coolant flow rate increases, the amount of steam in the coolant downflow path decreases significantly. Therefore, it is possible to increase the reactivity at the end of the fuel cycle.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の詳細な説明する前に、本発明の詳細な説明する
。第4図は、その構造を示している。
Before giving a detailed explanation of the present invention, a detailed explanation of the present invention will be given. FIG. 4 shows its structure.

基本的には、燃料集合体の下部に設けられた抵抗体(例
えば下部タイプレート)6よりも下方の領域に冷却材流
入口4が開口した冷却材上昇流路2と、この冷却材上昇
流路内を流れる冷却材流を反転させて下方に導き、しか
も冷却材吐出口5が抵抗体6よりも上方の領域に開口し
た冷却材下降流路3とを有する水ロッド1を、燃料集合
体に設けたものである。抵抗体6には、複数の冷却材流
通孔7が設けられている。
Basically, there is a coolant ascending flow path 2 in which a coolant inlet 4 opens in a region below a resistor (for example, a lower tie plate) 6 provided at the bottom of the fuel assembly, and A water rod 1 having a coolant descending passage 3 in which the coolant flow flowing in the passage is reversed and guided downward, and in which a coolant discharge port 5 opens in an area above a resistor 6 is attached to a fuel assembly. It was established in The resistor 6 is provided with a plurality of coolant flow holes 7.

抵抗体6に設けられた冷却材流通孔7を流れる冷却材(
冷却水)の流量が変化すると、抵抗体6より下方の領域
と抵抗体6より上方の領域との間の差圧ΔPが変化する
。縮流抗大による差圧は冷却水流量のほぼ2乗に比例す
るので、たとえば抵抗体6を通過する冷却水流量が80
%から120%に変わったとすると、差圧ΔPは約2.
25倍になる。
The coolant (
When the flow rate of cooling water changes, the differential pressure ΔP between the region below the resistor 6 and the region above the resistor 6 changes. Since the pressure difference due to contractile flow resistance is approximately proportional to the square of the cooling water flow rate, for example, if the cooling water flow rate passing through the resistor 6 is 80.
% to 120%, the differential pressure ΔP is approximately 2.
It becomes 25 times.

一方、水ロツド1内の冷却水量と水ロッド1における出
入口間の差圧(冷却材流入口4と冷却材吐出口5との間
の差圧との関係は第13図に示すようになる。冷却水流
量を雲から増加させると水ロッド1の出入口間の差圧は
極大値に達し、さらに冷却水流量を増加すると水ロッド
1の出入口間の差圧は−たん極小になったのち単調に増
加する。
On the other hand, the relationship between the amount of cooling water in the water rod 1 and the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 (the differential pressure between the coolant inlet 4 and the coolant outlet 5) is shown in FIG. When the cooling water flow rate is increased from the cloud, the pressure difference between the entrance and exit of the water rod 1 reaches the maximum value, and when the cooling water flow rate is further increased, the pressure difference between the entrance and exit of the water rod 1 becomes minimum - and then becomes monotonous. To increase.

これは、第6図に示した現像に起因している。第6図(
a)は第5図の8点での水ロツド1内の状態を示し、第
6図(b)は第5図のT点での、及び第6図(Q)は第
5@のU点での水ロツド1内の状態をそれぞれ示してい
る。
This is due to the development shown in FIG. Figure 6 (
a) shows the state inside the water rod 1 at the 8 points in Fig. 5, Fig. 6 (b) shows the state at the T point in Fig. 5, and Fig. 6 (Q) shows the state at the U point in the 5th @. The conditions inside the water rod 1 are shown respectively.

水ロツド1内の冷却水も、水ロッド1の周囲にある燃料
棒から照射される中性子及びガンマ線によって、0.5
〜2 W/、ffl程度の割合で発熱する。
The cooling water in the water rod 1 is also affected by 0.5
It generates heat at a rate of ~2 W/, ffl.

水ロツド1内を流れる冷却水の流量が非常に少ない場合
(第5図の8点の状態)は、水ロツド1内の冷却水が中
性子等の照射によって発熱するとともに蒸発し、この蒸
気が第6図(a)に示すように冷却材上昇流路2及び冷
却材下降流路3の上部に充満する。冷却材上昇流路2内
には液面L1ができ、水ロッド1の出入口間の差圧はこ
の液面L1と水ロッド1の冷却材吐出口5(冷却材下降
流路3の出口)の液面L2の静水頭差によって発生する
。冷却材上昇流路2内に流入する冷却水流量は、蒸気に
なって冷却材吐出口5から流出する流量とバランスする
When the flow rate of the cooling water flowing through the water rod 1 is very small (state at point 8 in Figure 5), the cooling water inside the water rod 1 generates heat and evaporates due to irradiation with neutrons, etc., and this steam is released into the water rod 1. As shown in FIG. 6(a), the upper portions of the coolant ascending channel 2 and the coolant descending channel 3 are filled with the liquid. A liquid level L1 is formed in the coolant ascending channel 2, and the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 is equal to the difference between this liquid level L1 and the coolant outlet 5 of the water rod 1 (the outlet of the coolant descending channel 3). This occurs due to the difference in hydrostatic head between the liquid levels L2. The flow rate of the cooling water flowing into the coolant ascending flow path 2 is balanced with the flow rate of the coolant flowing out from the coolant discharge port 5 in the form of steam.

冷却水流量を第5図の8点から増加していくと、冷却材
上昇流路2内への冷却水の流入量が冷却水の蒸発量を上
回わる。このような場合(例えば第5図のT点)には第
6図(b)に示すように冷却水が冷却材下降流路3内を
流下する。このとき、冷却水上昇流路2内の静水頭の一
部分が冷却材下降流路3内を流れる冷却水の重量によっ
て打消されるため、水ロッド1の出入口間の差圧は極大
値Soよりも減少する。しかし、さらに冷却水流量を増
加すると、冷却材流入口4から流入した未飽和水は冷却
材上昇流路2及び冷却材下降流路3内で沸騰が抑制され
たまま(ボイド率が著しく低減された状態で)冷却材吐
出口5から流出する(第5図のU点の状態、第6図(C
))。このため冷却材上昇流路2及び冷却材下降流路3
内はほとんど単相流となる。従って、第6図(a)の状
態で冷却材上昇流路2及び冷却材下降流路3内の冷却材
吐出口5のレベルにおける各静水頭は打消し合ってそれ
らの静水頭差が非常に小さくなる。しかし、水ロツド1
内を流れる冷却水流量が大きいため、摩擦や冷却水流れ
の反転による圧力損失が増大し、水ロッド1の出入口間
の差圧は再び上昇する。
When the cooling water flow rate is increased from point 8 in FIG. 5, the amount of cooling water flowing into the coolant ascending flow path 2 exceeds the amount of evaporation of the cooling water. In such a case (for example, point T in FIG. 5), the cooling water flows down in the coolant downward flow path 3 as shown in FIG. 6(b). At this time, a portion of the static water head in the cooling water ascending channel 2 is canceled by the weight of the cooling water flowing in the coolant descending channel 3, so that the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 is lower than the maximum value So. Decrease. However, when the cooling water flow rate is further increased, the unsaturated water that flows in from the coolant inlet 4 is suppressed from boiling in the coolant ascending flow path 2 and the coolant descending flow path 3 (the void ratio is significantly reduced). coolant flows out from the outlet 5 (state at point U in Figure 5, state at point C in Figure 6)
)). For this reason, the coolant ascending flow path 2 and the coolant descending flow path 3
Inside, the flow is almost single-phase. Therefore, in the state shown in FIG. 6(a), the static water heads at the level of the coolant outlet 5 in the coolant ascending flow path 2 and the coolant descending flow path 3 cancel each other out, and the difference between the static water heads becomes very large. becomes smaller. However, water rod 1
Since the flow rate of cooling water flowing therein is large, pressure loss due to friction and reversal of the cooling water flow increases, and the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 rises again.

以上述べた現像によって、水ロッド1の出入口間の差圧
の変化量が少なくても、水ロツドl内の冷却水流量の変
化幅は非常に大きくなり、ボイド率の変化幅も著しく増
大する。
Due to the development described above, even if the amount of change in the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 is small, the range of change in the flow rate of cooling water in the water rod 1 becomes very large, and the range of change in the void ratio also increases significantly.

従って、例えば炉心流量が80%の時における水ロッド
1の出入口間の差圧が第5図の極小値Toに対応する水
ロッド1の出入口間の差圧以下で、炉心流量120%の
時における水ロッド1の出入口間の差圧が第5図の極大
値SOに対応する水ロッド1の出入口間の差圧を越える
ように抵抗体6の抵抗を調節しておけば、燃料集合体内
を流れる冷却水流量(炉心流量)の変化によって大幅な
ボイド率変化を実現することができる。上記の例で炉心
流量80%は極大値Soよりも左側、好ましくは第5図
のQ点(極小値Toと同じ出入口間の差圧)よりも左側
にあり、炉心流量120%は極小値Toよりも右側、好
ましくは第5図のR点(極大値SOと同じ出入口間の差
圧)よりも右側にある。
Therefore, for example, when the pressure difference between the entrance and exit of the water rod 1 when the core flow rate is 80% is less than the pressure difference between the entrance and exit of the water rod 1 corresponding to the minimum value To in FIG. 5, and when the core flow rate is 120%, If the resistance of the resistor 6 is adjusted so that the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 exceeds the differential pressure between the inlet and outlet of the water rod 1 corresponding to the maximum value SO in FIG. 5, the fuel will flow inside the fuel assembly. Significant changes in void ratio can be achieved by changing the cooling water flow rate (core flow rate). In the above example, the core flow rate of 80% is to the left of the maximum value So, preferably to the left of the Q point (differential pressure between the inlet and outlet, which is the same as the minimum value To) in FIG. 5, and the core flow rate of 120% is to the left of the minimum value To 5, preferably to the right of point R in FIG. 5 (the differential pressure between the inlet and the outlet that is the same as the maximum value SO).

以上述べた原理を利用した本発明の好適な一実施例、す
なわち沸騰水型原子炉に適用する燃料集合体を第1図、
第7図、第8図及び第9図に基づいて説明する。
A preferred embodiment of the present invention utilizing the principle described above, that is, a fuel assembly applied to a boiling water reactor is shown in FIG.
This will be explained based on FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9.

第7図に示すように本実施例の燃料集合体10は、燃料
棒11.上部タイプレート12.下部タイプレート13
.燃料スペーサ16.チャンネルボックス17、及び水
ロッド18からなっている。
As shown in FIG. 7, the fuel assembly 10 of this embodiment includes fuel rods 11. Upper tie plate 12. Lower tie plate 13
.. Fuel spacer 16. It consists of a channel box 17 and a water rod 18.

燃料棒11の上下端部は、上部タイプレート12及び下
部タイプレート13にて保持される。水ロッド19も1
両端部が上部タイプレート12及び下部タイプレート1
3に保持される。燃料スペーサ16は、燃料集合体10
の軸方向に幾つか配置され、燃料棒11相互間の間隙を
適切な状態に保持している。燃料スペーサ16は、水ロ
ッド19にて保持される。チャンネルボックス17は、
上部タイプレート12に取付けられ、燃料スペーサ16
で保持された燃料棒11の束の外周を取囲んでいる。下
部タイプレート13は、上端部に燃料棒支持部14を有
し、しかも燃料棒支持部14の下方に空間15を有して
いる。燃料棒支持部14が、燃料棒11及び水ロッド1
9の下端部を支持している。燃料棒11は、第8図に示
すように上部端栓31及び下部端栓32にて両端が密封
された被覆管3o内に多数の燃料ペレット33を装荷し
たものである。ガスプレナム34が、被覆管30内の上
端部に形成される。水ロッド19の直径(後述する外管
21の外径)は燃料棒11の直径よりも大きく、水ロッ
ド19は燃料集合体10の横断面の中央部に配置されて
いる。
The upper and lower ends of the fuel rods 11 are held by an upper tie plate 12 and a lower tie plate 13. Water rod 19 also 1
Both ends are the upper tie plate 12 and the lower tie plate 1
3. The fuel spacer 16 is attached to the fuel assembly 10
Several fuel rods are arranged in the axial direction of the fuel rods 11 to maintain an appropriate gap between the fuel rods 11. The fuel spacer 16 is held by a water rod 19. The channel box 17 is
Attached to the upper tie plate 12, the fuel spacer 16
It surrounds the outer periphery of the bundle of fuel rods 11 held by the fuel rods 11. The lower tie plate 13 has a fuel rod support section 14 at its upper end, and further has a space 15 below the fuel rod support section 14 . The fuel rod support section 14 supports the fuel rods 11 and the water rods 1.
It supports the lower end of 9. As shown in FIG. 8, the fuel rod 11 has a large number of fuel pellets 33 loaded in a cladding tube 3o whose both ends are sealed with an upper end plug 31 and a lower end plug 32. A gas plenum 34 is formed at the upper end within the cladding tube 30. The diameter of the water rod 19 (the outer diameter of the outer tube 21 described later) is larger than the diameter of the fuel rod 11, and the water rod 19 is arranged at the center of the cross section of the fuel assembly 10.

水ロッド19の詳細構造を第4図により説明する。水ロ
ッド19は、内管20.外管21及びスペーサ22から
構成される。外管21と内管20とは同心円状に配置さ
れ、外管21が内管20の外周を取囲んでいる。外管2
1の上端はカバ一部23にて密封されており、カバ一部
23の上部が上部タイプレート12内に挿入されて保持
される。
The detailed structure of the water rod 19 will be explained with reference to FIG. The water rod 19 has an inner tube 20. It is composed of an outer tube 21 and a spacer 22. The outer tube 21 and the inner tube 20 are arranged concentrically, and the outer tube 21 surrounds the outer periphery of the inner tube 20. Outer tube 2
The upper end of the tie plate 1 is sealed with a cover part 23, and the upper part of the cover part 23 is inserted into the upper tie plate 12 and held therein.

カバ一部23は、内管20の上端との間に間隙を形成す
るように内管2oの上端を被っている。内管2oの上端
部は、水ロッド19の軸心から放射状に配置された板状
のスペーサ22を介して外管21の内面に固定される。
The cover portion 23 covers the upper end of the inner tube 2o so as to form a gap with the upper end of the inner tube 20. The upper end of the inner tube 2o is fixed to the inner surface of the outer tube 21 via plate-shaped spacers 22 arranged radially from the axis of the water rod 19.

外管21の下端は封鎖部24にて封鎖される。内管20
の下端部は、封鎖部24を貫通してそれよりも下方に突
出している。内管20の下端部は、下部タイプレート1
3の燃料棒支持部14を貫通している。内管20の下端
に形成された冷却水流入口28は、下部タイプレート1
3の空間15に開口している。内管20の内部が、冷却
水上昇流路25である。内管2oと外管21との間に形
成される環状通路が、冷却水下降流路26である。外管
21の下端部の管壁に、周方向に複数の冷却水吐出口2
9が形成される。これらの冷却水吐出口29は、周方向
に等間隔に設けられている。冷却水吐出口29は、燃料
棒支持部14よりも上方の領域に開口している。本実施
例では、燃料棒支持部14が第4図に示す抵抗体6の機
能を有している。冷却水上昇流路25と冷却水下降流路
26とは、水ロッド19の上端部に形成された反転部2
7によって連絡されている。このように水ロッド19は
、内部に冷却水上昇流路25.冷却水下降流路26及び
反転部27からなる逆U字状の冷却水流路を有している
The lower end of the outer tube 21 is sealed with a sealing part 24. Inner tube 20
The lower end portion of the sealing portion 24 passes through the sealing portion 24 and protrudes below the sealing portion 24 . The lower end of the inner tube 20 is connected to the lower tie plate 1
It penetrates through the fuel rod support part 14 of No. 3. A cooling water inlet 28 formed at the lower end of the inner tube 20 is connected to the lower tie plate 1.
It opens into the space 15 of No. 3. The inside of the inner tube 20 is a cooling water ascending passage 25 . The annular passage formed between the inner tube 2o and the outer tube 21 is the cooling water downward flow path 26. A plurality of cooling water discharge ports 2 are provided in the tube wall at the lower end of the outer tube 21 in the circumferential direction.
9 is formed. These cooling water discharge ports 29 are provided at equal intervals in the circumferential direction. The cooling water discharge port 29 opens in an area above the fuel rod support portion 14 . In this embodiment, the fuel rod support portion 14 has the function of the resistor 6 shown in FIG. The cooling water ascending flow path 25 and the cooling water descending flow path 26 are formed at the inverted portion 2 formed at the upper end of the water rod 19.
Contacted by 7. In this way, the water rod 19 has a cooling water ascending channel 25. It has an inverted U-shaped cooling water flow path consisting of a cooling water downward flow path 26 and an inverted portion 27 .

本実施例の燃料集合体1を沸騰水型原子炉の炉心内に装
荷して(全燃料集合体が燃料集合体1)沸騰水型原子炉
を運転すると、冷却水の大部分は、下部タイプレート1
3の空間15及び燃料棒支持部14に設けられた貫通孔
18(第9図)を通って炉心に装荷された燃料集合体1
oの燃料棒11相互間に直接導入される。下部タイプレ
ート13の空間に流入した冷却水の残りの部分は、冷却
水流入口28から水ロッド19の冷却水上昇流路25内
に流入し、さらに反転部27及び冷却水下降流路26を
介して冷却水吐出口29から燃料棒支持部14より上方
の領域に吐出される。冷却水吐出口29から吐出される
冷却水は、冷却水流入口28から水ロツド19内に流入
する冷却水の流量の多少に応じて前述したように液体ま
たは気体(蒸気)とする。本実施例は、炉心流量100
%(水ロツド19内では第5図の極大値Soでの流量状
態)以下で第6図(a)の状態が水ロツド19内に生じ
、炉心流量110%(水ロツド19内では第5図のR点
での流量状態)で第6図(c)の状態が水ロツド19内
に生じるように、燃料棒支持部14の圧力損失、内管2
0及び外管21の仕様があらかじめ設定されている。
When the fuel assembly 1 of this embodiment is loaded into the core of a boiling water reactor (all fuel assemblies are fuel assemblies 1) and the boiling water reactor is operated, most of the cooling water is in the lower type. rate 1
The fuel assembly 1 is loaded into the reactor core through the space 15 of 3 and the through hole 18 (FIG. 9) provided in the fuel rod support part 14.
o fuel rods 11 are introduced directly between each other. The remaining part of the cooling water that has flowed into the space of the lower tie plate 13 flows into the cooling water ascending passage 25 of the water rod 19 from the cooling water inlet 28 and further passes through the reversing part 27 and the cooling water descending passage 26. The cooling water is discharged from the cooling water discharge port 29 to an area above the fuel rod support portion 14 . The cooling water discharged from the cooling water outlet 29 is either liquid or gas (steam) as described above, depending on the flow rate of the cooling water flowing into the water rod 19 from the cooling water inlet 28. In this example, the core flow rate is 100
% (in the water rod 19, the state of flow at the maximum value So shown in FIG. 5), the state shown in FIG. The pressure loss of the fuel rod support part 14 and the inner pipe 2 are reduced so that the condition shown in FIG. 6(c) occurs in the water rod 19 at
0 and the specifications of the outer tube 21 are set in advance.

スペクトルシフト運転の効果を上げるには、本実施例に
よる二重管の水ロツド内の蒸気領域を第1図に示すよう
に、燃料ペレット33に対応する位置に配置するのが望
ましい。
In order to increase the effect of the spectral shift operation, it is desirable to arrange the steam region in the double pipe water rod according to this embodiment at a position corresponding to the fuel pellets 33, as shown in FIG.

これは、核分裂を起こさないガスプレナム部に蒸気領域
を配置するより、核分裂を起こす燃料ペレット33部に
、蒸気領域を配置する方がスペクトルシフト運転の効果
が高まることによる。その対策としては、二重背水のロ
ンド高さrA4 を高くする方法も考えられるが、Q4
を高くするには炉心流量を増加させる必要が生じ、再循
環系のポンプ駆動能力を高める必要がある。水ロッドの
蒸気領域を下部に位置させると、その上部領域に空間が
でき集合体内の冷却材が水ロツド上部に流れ込み燃料集
合体内の周辺部の冷却材が少なくなり、熱的余裕が少な
くなる。
This is because the effect of spectral shift operation is enhanced by arranging the steam region in the fuel pellet 33 part where nuclear fission occurs than by arranging the steam region in the gas plenum part where nuclear fission does not occur. As a countermeasure, it is possible to increase the double backwater rondo height rA4, but Q4
In order to increase this, it is necessary to increase the core flow rate, and it is necessary to increase the pump driving capacity of the recirculation system. By locating the steam region of the water rod at the bottom, a space is created in the upper region of the water rod, allowing the coolant in the assembly to flow into the upper part of the water rod, reducing the amount of coolant in the periphery of the fuel assembly and reducing the thermal margin.

本実施例の効果を大きくするには、減速効果が大きな固
体減速材を用いるのがよい。中性子減速能力の最も大き
い物質は水素である。したがって、水素含有量の大きな
材料が減速材として好ましい。
In order to increase the effect of this embodiment, it is preferable to use a solid moderator having a large moderating effect. The substance with the greatest neutron moderation ability is hydrogen. Therefore, materials with high hydrogen content are preferred as moderators.

上記の条件を満たすものとしては、例えばジルコニウム
ハイドライド(ZrHx)、セシウムハイドロイド(C
eHz)等の金属水素化物がある。本実施例では、燃料
棒支持部からの水ロッド高さQ2は、燃料ペレット高さ
Qlよりも低くしている。
Examples of materials that meet the above conditions include zirconium hydride (ZrHx) and cesium hydride (C
There are metal hydrides such as eHz). In this embodiment, the water rod height Q2 from the fuel rod support is set lower than the fuel pellet height Ql.

燃料棒11は、照射変形により燃料有効部が5an程度
伸長する。以上述べた点を考慮し水ロッド高さQ2及び
燃料ペレット高さQlが決定される。
The effective fuel portion of the fuel rod 11 is elongated by about 5 ann due to irradiation deformation. The water rod height Q2 and the fuel pellet height Ql are determined in consideration of the above-mentioned points.

前述の実施例では、燃料有効郡全体が、濃縮された燃料
ペレットを充填しているが、燃料経済性を向上させるこ
と及び炉心の停止余裕の増大をはかるため、燃料有効部
の上端部に天然ウランブランケット領域を設置すること
が有効である。
In the above-mentioned embodiment, the entire fuel effective area is filled with concentrated fuel pellets, but in order to improve fuel economy and increase the shutdown margin of the reactor core, natural gas is added at the upper end of the active fuel area. It is effective to install a uranium blanket area.

以下に、燃料有効部の上端が天然ウランブランケット領
域になっている場合の本発明の他の実施例を示す。
Below, another embodiment of the present invention will be shown in which the upper end of the fuel effective portion is a natural uranium blanket region.

第10図は、燃料有効部の上端が天然ウランブランケッ
ト領域になっている場合の、水ロツド上端部の高さ位置
を示した模式図である。本実施例では、燃料有効部は、
濃縮された燃料有効部33とその上方にある天然ウラン
ブランケット領域81より構成されており、プレナム部
34は天然ウランブランケット領域81の上部に位置し
ている。水ロツド19A上端高さ位置は、燃料有効部の
上端ではなく、濃縮された燃料有効部33の上端にすな
わち、天然ウランブランケット領域81の下端にほぼ一
致させている。水ロツド上端を天然ウランブランケット
領域にまで拡張しない理由は、天然ウランブランケット
領域の核的特性を考慮したためである。以下それについ
て説明する。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the height position of the upper end of the water rod when the upper end of the fuel effective portion is in the natural uranium blanket region. In this embodiment, the fuel effective part is
It is composed of an enriched fuel effective part 33 and a natural uranium blanket region 81 above it, and the plenum part 34 is located above the natural uranium blanket region 81. The height position of the upper end of the water rod 19A is not made to coincide with the upper end of the effective fuel part but with the upper end of the enriched effective fuel part 33, that is, the lower end of the natural uranium blanket region 81. The reason why the upper end of the water rod is not extended to the natural uranium blanket region is due to consideration of the nuclear characteristics of the natural uranium blanket region. This will be explained below.

一般に、燃料の無限増倍率は、減速材の量を増加させる
と最大になる値があり、それ以上減速材を増加させると
減少する傾向を持つ。第11図に、減速材に対する無限
増倍率の関係を示す。横軸は、水素対ウラン原子数比(
H/U比)をとっており、減速材である水が増加すると
、H/U比は増加する。
Generally, the infinite multiplication factor of fuel has a value that becomes maximum when the amount of moderator is increased, and tends to decrease when the amount of moderator is increased beyond that value. FIG. 11 shows the relationship between infinite multiplication factor and moderator. The horizontal axis is the hydrogen to uranium atomic ratio (
H/U ratio), and as the moderator water increases, the H/U ratio increases.

無限増倍率が減速材に対して最大値をもつのは、H/U
比が増加すると、中性子の減速が促進され、共鳴吸収か
ら逃れる確率Pが増加する一方、減速材の熱中性子吸収
が増えるので熱中性子利用率fが減少することから、P
とf両者が相殺し合うためである。沸騰水型原子炉の燃
料は、通常の運転領域では、出力反応度係数を負にして
自己制御しやすい状態に保つ意味から、第11図の領域
Aで示す減速不足状態の範囲に入っている。
The maximum value of the infinite multiplication factor for the moderator is H/U.
As the ratio increases, the moderation of neutrons is promoted, and the probability P of escaping from resonance absorption increases, but the thermal neutron absorption of the moderator increases, so the thermal neutron utilization rate f decreases, so P
This is because both and f cancel each other out. In the normal operating range, the fuel for boiling water reactors falls within the range of insufficient deceleration shown in area A in Figure 11, in order to maintain a negative output reactivity coefficient and easy self-control. .

ところが、天然ウランの場合、ウラン235の量が通常
の燃料の1/3〜1/4であるため、ウラン235の熱
中性子吸収断面積が減少し、熱中性子利用率fが低下す
る。また、全体の熱中性子吸収断面積も減少するので、
減速材の熱中性子吸収断面積の割合が相対的に増加する
。したがって、H/U比が変化したとき、熱中性子利用
率fの変化の割合が大きい。そのため、第12図の破線
に示すように、天然ウランは通常燃料と比べ、fは右下
がりで急な傾きをもち、無限増倍率は最大値が左にずれ
る。以上から天然ウランは通常の運転領域で、減速過剰
の状態になり、H/U比が増加すると無限増倍率は減少
する。
However, in the case of natural uranium, since the amount of uranium-235 is 1/3 to 1/4 of that of normal fuel, the thermal neutron absorption cross section of uranium-235 decreases, and the thermal neutron utilization rate f decreases. In addition, the overall thermal neutron absorption cross section also decreases, so
The proportion of the thermal neutron absorption cross section of the moderator increases relatively. Therefore, when the H/U ratio changes, the rate of change in the thermal neutron utilization rate f is large. Therefore, as shown by the broken line in FIG. 12, f in natural uranium has a steep downward slope to the right compared to normal fuel, and the maximum value of the infinite multiplication factor shifts to the left. From the above, natural uranium is in a state of excessive deceleration in the normal operating range, and as the H/U ratio increases, the infinite multiplication factor decreases.

以上のような核特性から、水ロッドを天然ウランブラン
ケット領域まで拡張することは、炉心反応度を若干損失
することになるため、第10図に示すごとく、水ロッド
の上端を定めた。これにより、燃料の核的特性上不利に
ならない範囲で、水ロッド高さを短縮し、炉心流量を変
えることによりスペクトルシフト運転を効率よく行うこ
とができる。
Due to the above nuclear characteristics, extending the water rods to the natural uranium blanket region would result in a slight loss of core reactivity, so the upper ends of the water rods were determined as shown in Figure 10. As a result, spectrum shift operation can be efficiently performed by shortening the water rod height and changing the core flow rate within a range that is not disadvantageous in terms of the nuclear characteristics of the fuel.

第15図には、本発明の他の実施例を示す。FIG. 15 shows another embodiment of the invention.

本実施例の燃料集合体51は、特願昭60−12610
9号の第15図に示された燃料集合体に本発明を適用し
たものである。本実施例が先の燃料集合体57と異なる
点は、燃料集合体57の水ロッド19Aを内管2OAと
外管21Bからなる水ロッド19Hに取替えたものであ
って、他の構成は燃料集合体57と同一である。また水
ロンド19Hは、内管20A及び外管21Bの長さが第
13図の水ロンドより短かいだけであって構造的には水
ロッド19Aと同じである。本実施例では、水ロッド1
9Hが燃料支持部14を貫通していない。
The fuel assembly 51 of this embodiment is disclosed in Japanese Patent Application No. 60-12610.
This invention is applied to the fuel assembly shown in FIG. 15 of No. 9. This embodiment differs from the previous fuel assembly 57 in that the water rod 19A of the fuel assembly 57 is replaced with a water rod 19H consisting of an inner tube 2OA and an outer tube 21B; It is the same as body 57. Further, the water rod 19H is structurally the same as the water rod 19A, except that the lengths of the inner tube 20A and the outer tube 21B are shorter than those of the water rod shown in FIG. In this embodiment, water rod 1
9H does not penetrate through the fuel support portion 14.

そのため、燃料集合体51は、燃料集合体57に比べて
製作が容易でかつ、燃料集合体57と同様の効果を得る
ことができる。
Therefore, the fuel assembly 51 is easier to manufacture than the fuel assembly 57, and can obtain the same effects as the fuel assembly 57.

以上の燃料集合体57.51では、下部タイプレートに
オリフィスS2のように圧力損失を変化させる機能を有
しているが、その効果を期待しないのであれば、−膜内
な1つの丸い孔のあいたオリフィス板を、燃料集合体5
7及び51のオリフィス52の替わりに用いることもで
きる。また、オリフィス52の第18図記載の燃料集合
体10にも適用可能である。
In the above fuel assembly 57.51, the lower tie plate has the function of changing the pressure loss like the orifice S2, but if you do not expect that effect, - Insert the opened orifice plate into fuel assembly 5.
It can also be used in place of the orifice 52 of Nos. 7 and 51. It is also applicable to the fuel assembly 10 of the orifice 52 shown in FIG.

以上述べた水ロンド内の冷却材流れは、内管20から外
管21への流れの水ロンドの実施例であったが、本発明
は、水ロンド内の冷却材流れが逆の場合にも適用可能で
ある。以下その例について説明する。第19図は、その
一実施例を示す。
Although the coolant flow in the water rond described above is an example of a water rond in which the flow is from the inner pipe 20 to the outer pipe 21, the present invention also applies when the coolant flow in the water rond is reversed. Applicable. An example will be explained below. FIG. 19 shows an example thereof.

本実施例では、水ロツド内の冷却材の流れが外管21か
ら内管20へ流れるときの一例を示す6本例のように冷
却材を外管から内管へ流し、冷却材上昇流路25の横断
面積を、冷却材下降流路26の横断面積より小さくする
ことにより、第6図(b)に示した現象の持続時間を短
かくしつつ、前述の実施例と同等の効果を得ることが可
能となる。
In this embodiment, the coolant flows from the outer pipe to the inner pipe as shown in the sixth example, which shows an example when the flow of the coolant in the water rod flows from the outer pipe 21 to the inner pipe 20. By making the cross-sectional area of 25 smaller than the cross-sectional area of coolant descending flow path 26, it is possible to shorten the duration of the phenomenon shown in FIG. becomes possible.

第20図に、本発明による水ロッドと部分長燃料棒を組
合せた他の実施例を示す。本図は、水ロッドを燃料棒1
1と短かい燃料棒11’からなる燃料集合体に適用した
例である。一般に、燃料集合体において、熱的に最も厳
しい燃料棒の最も熱的に厳しくなる上部を除去して短か
くすると、大幅に熱的余裕が増大する。なぜなら、通常
燃料集合体において、出力が異常に高くなって除熱不足
状態が現われるのは、燃料棒の最上部または、2番目の
スペーサ付近であるから、これらの領域部分の燃料棒を
除去すれば、短かい燃料棒自身の熱的問題は無くなくな
る。
FIG. 20 shows another embodiment combining a water rod and a partial length fuel rod according to the present invention. This figure shows the water rod as fuel rod 1.
This is an example in which the present invention is applied to a fuel assembly consisting of a short fuel rod 11'. In general, removing and shortening the most thermally demanding upper part of the most thermally demanding fuel rod in a fuel assembly significantly increases the thermal margin. This is because in a normal fuel assembly, the output becomes abnormally high and insufficient heat removal occurs at the top of the fuel rod or near the second spacer, so it is necessary to remove the fuel rods in these areas. If so, the thermal problems of the short fuel rods themselves would be eliminated.

また、同時に短かい燃料棒に隣接する燃料棒の熱、的余
裕も増大する。これば、燃料棒の上部を除去したことに
より1周囲の燃料棒1本当りの冷却水量が増加するため
である。すなわち、燃料棒の限界出力は、冷却水量の増
加に伴って増加する性質があり、短かい燃料棒に隣接す
る通常の長尺な燃料棒の限界出力は、向上されることと
なる。
At the same time, the heat and margin of the fuel rods adjacent to the shorter fuel rods also increases. This is because removing the upper part of the fuel rod increases the amount of cooling water per surrounding fuel rod. That is, the limit output of a fuel rod tends to increase as the amount of cooling water increases, and the limit output of a normal long fuel rod adjacent to a short fuel rod is improved.

一方、一部の燃料棒を短かく形成すると、燃料集合体内
の核分裂物質部が減少してしまい、残りの長尺な燃料棒
1体当りの出力負担が増大するという難点がある。そこ
で、本実施例においては。
On the other hand, if some of the fuel rods are made short, the amount of fissile material in the fuel assembly decreases, resulting in an increase in the output load per remaining long fuel rod. Therefore, in this embodiment.

短かくする燃料棒の数を少なくし、かつ熱的余裕を均一
にするのに効果的な位置に短かい燃料棒を配置した燃料
棒と本発明による水ロッドを組合せたものである。本実
施例によれば、水平断面内における各所の熱的余裕が均
一化され、全体としての熱的余裕が大きくなり、除熱特
性が優れ、燃料の核特性上不利にならない範囲でのスペ
クトルシフト運転が可能となる。
The water rod according to the present invention is combined with a fuel rod in which short fuel rods are arranged at effective positions to reduce the number of shortened fuel rods and to make the thermal margin uniform. According to this embodiment, the thermal margins at various locations in the horizontal cross section are made uniform, the overall thermal margin is increased, the heat removal characteristics are excellent, and the spectrum shift is achieved within a range that does not become disadvantageous in terms of the nuclear characteristics of the fuel. Driving becomes possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、単純な構造で燃料集合体の平均ボイド
率の変化幅が大幅に増大し、燃料の核的特性上不利にな
らない範囲でのスペクトルシフト運転により、核燃料物
質の有効利用を図ることができる。
According to the present invention, the range of variation in the average void fraction of the fuel assembly is significantly increased with a simple structure, and the effective use of nuclear fuel material is achieved by spectral shift operation within a range that does not disadvantage the nuclear characteristics of the fuel. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1本発明の好敵な一実施例である水ロッド及び
燃料棒の図、第2図はスペクトルシフト運転を実施しな
い場合及びした場合における燃焼度に対する無限増倍率
の変化を示す特性図、第3図は、炉心流量と炉心平均ボ
イド率との関係を示す特性図、第4図は本発明に用いる
水ロッドの源理を示す説明図、第5図は、第4図の水ロ
ッドの出入口間に生じる差圧特性の概念図、第6図(a
)。 (b)、及び(C)は第3図のS、T及びU点での水ロ
ンド内の流動状態を示す説明図、第7図は、本発明を高
燃焼度型炉心に適用した一実施例、第8図は、第1図に
示された燃料棒の部分断面図。 第9図は、第1図の水ロンドの詳細構造を示し、第9図
(a)は水ロンドの局部縦断面図、第9図(b)は、第
9図(a)のI−Iの断面図、第10図は、本発明の水
ロッド高さの位置を示す模式図、第11図、第12図は
無限増倍率などのH/U依存性を示した概念図、第13
図は、第1図の燃料集合体全体図、第14図は、第13
図の断面n−nの横断面図、第15図は、本発明の他の
実施例である燃料集合体の縦断面図、第16図は。 第15図のオリフィスの局所平面図、第17図は、第1
6図のx、−x、断面図、第18図、第19図(a)は
、各々本発明の他の一実施例である燃料集合体の縦断面
図、第19図(b)は、第19図(a)の■−■での横
断面図であり、第20図は、本発明の他の一実施例であ
る燃料集合体の燃料棒と水ロンドの位置関係を示す模式
図である。 to、35,51,57・・・燃料集合体、11・・・
燃料棒、IIA・・・短かい燃料棒、12・・・上部タ
イプレート、13・・・下部タイプレート、14・・・
燃料棒支持部、19,19A〜191・・・水ロッド、
20゜2OA・・・内管、21.21A、21B・・・
外管、25・・・冷却水上昇流路、26・・・冷却水下
降流路、28・・・冷却水流入口、29・・・冷却水吐
出口、52す 1(21 Z+/1・・7)菅 第 2 口 “流゛糟戊 (qwo/7) 早3 区 Kfnc廉i(%) 串 4の Zll、々幻桟f−を凌賂 、3−・−玲却秒p降;を烙 6−je≦、扼イ本 第 5 の 早  し  し0 第ゴロ 嘔60 ≠q口 第(0口 第11  口 橘 IZ凹 ″′l/u 第13の 第(4図 (o−’)gfI−集会体 tq−一一水(コ ・ソ ド 第151     拳160 第1g口 fゲ ・水口1.7ド 第2oQ 会0 8Q11.1n材A′ま材
Fig. 1 is a diagram of a water rod and a fuel rod, which are preferred embodiments of the present invention, and Fig. 2 is a characteristic showing the change in infinite multiplication factor with respect to burnup in the case where spectrum shift operation is not performed and when it is performed. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between core flow rate and core average void fraction, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the origin of the water rod used in the present invention, and FIG. A conceptual diagram of the differential pressure characteristics occurring between the entrance and exit of the rod, Figure 6 (a
). (b) and (C) are explanatory diagrams showing the flow state in the water rond at points S, T, and U in Figure 3, and Figure 7 is an example of an implementation in which the present invention is applied to a high burnup core. For example, FIG. 8 is a partial cross-sectional view of the fuel rod shown in FIG. FIG. 9 shows the detailed structure of the water rondo in FIG. 1, FIG. 9(a) is a local vertical cross-sectional view of the water rondo, and FIG. FIG. 10 is a schematic diagram showing the position of the water rod height of the present invention, FIGS. 11 and 12 are conceptual diagrams showing H/U dependence such as infinite multiplication factor, and FIG.
The figure is an overall view of the fuel assembly in Figure 1, and Figure 14 is the overall view of the fuel assembly in Figure 13.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along section nn in the figure. FIG. 15 is a local plan view of the orifice, and FIG. 17 is a local plan view of the orifice.
6, x and -x cross-sectional views, FIG. 18, and FIG. 19 (a) are longitudinal cross-sectional views of a fuel assembly that is another embodiment of the present invention, and FIG. 19 (b) is FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. be. to, 35, 51, 57... fuel assembly, 11...
Fuel rod, IIA...Short fuel rod, 12...Upper tie plate, 13...Lower tie plate, 14...
Fuel rod support part, 19, 19A to 191... water rod,
20゜2OA...inner pipe, 21.21A, 21B...
Outer pipe, 25...Cooling water ascending channel, 26...Cooling water descending channel, 28...Cooling water inlet, 29...Cooling water outlet, 52 1 (21 Z+/1... 7) Suga No. 2 mouth “Flowing 糟戊 (qwo/7) Early 3rd ward Kfnc Ren i (%) Kushi 4 Zll, bribed the phantom fence f-, 3-・-rei second p surrender;烙6-je≦, 扼い本 5th early shi 0 Goro 60 ≠q 口 (0 口 11 口 Tachibana IZ dent "'l/u 13th fig. 4 (o-') gfI-assembly tq-11 water (Ko Sodo 151st fist 160 1st g mouth f game ・Mizuguchi 1.7 do 2 oQ meeting 0 8Q11.1n material A' material

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、複数の燃料棒と、下端部に設けられた抵抗体と、前
記抵抗体よりも下方で開口して前記抵抗体よりも上方に
伸び前記燃料棒間に配置された冷却材上昇流路及び前記
冷却材上昇流路に連絡されて前記抵抗体よりも上方で開
口し前記冷却材上昇流路にて導かれた冷却材を下方に導
く冷却材下降流路を有する水ロッドとを備え、その上部
に単位体積当りの水素含有量が大きく且つ、熱中性子吸
収断面積の小さい固体減速材物質からなる層を設置した
ことを特徴とする燃料集合体。 2、前記抵抗体が前記下部タイプレートの前記燃料棒の
保持部である特許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。 3、前記抵抗体の上部固体減速材下端が燃料ペレット充
填領域の上端とほぼ等しい又は、それより下方にある特
許請求の範囲第1項記載の燃料集合体。 4、前記燃料棒は、前記燃料有効部の上端部に天然ウラ
ンブランケット領域を有しており、前記水ロッドの上端
を前記天然ウランブランケット領域の下端とほぼ等しい
位置、又は、それより下方に配置した特許請求の範囲第
1項記載の燃料集合体。
[Scope of Claims] 1. A plurality of fuel rods, a resistor provided at the lower end, and a fuel rod that opens below the resistor and extends above the resistor and is disposed between the fuel rods. Water having a coolant ascending channel and a coolant descending channel that is connected to the coolant ascending channel, opens above the resistor, and guides the coolant guided in the coolant ascending channel downward. What is claimed is: 1. A fuel assembly comprising: a rod; on top of the rod a layer made of a solid moderator material having a large hydrogen content per unit volume and a small thermal neutron absorption cross section; 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the resistor is a holding portion of the fuel rod of the lower tie plate. 3. The fuel assembly according to claim 1, wherein the lower end of the upper solid moderator of the resistor is approximately equal to or below the upper end of the fuel pellet filling area. 4. The fuel rod has a natural uranium blanket region at the upper end of the fuel effective portion, and the upper end of the water rod is arranged at a position approximately equal to or below the lower end of the natural uranium blanket region. A fuel assembly according to claim 1.
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