JPH01196593A - Fuel assembly for boiling water reactor - Google Patents

Fuel assembly for boiling water reactor

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JPH01196593A
JPH01196593A JP63019586A JP1958688A JPH01196593A JP H01196593 A JPH01196593 A JP H01196593A JP 63019586 A JP63019586 A JP 63019586A JP 1958688 A JP1958688 A JP 1958688A JP H01196593 A JPH01196593 A JP H01196593A
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fuel rods
fuel assembly
water
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Kazutaka Hida
和毅 肥田
Shoichi Watanabe
庄一 渡辺
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Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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Toshiba Corp
Nippon Atomic Industry Group Co Ltd
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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

Abstract

PURPOSE:To enhance the ratio of the number of hydrogen atoms. and the number of fuel atoms. without reducing fuel, by arranging fuel rods in a channel box so as to set an angle of 45 deg. with respect to the surface of said box. CONSTITUTION:In fuel aggregate 1 wherein a large number of fuel rods 3 are surrounded by a channel box 2, the fuel rods 3 are arranged so as to become an angle of 45 deg. with respect to the channel box 2. By this method, since the number of the fuel rods charged per one fuel aggregate can be increased, the part corresponding to the increased number of the fuel rods can be replaced with a water rod 4 and, therefore, the ratio of the number of hydrogen atoms. in water and the number of fuel atoms. can be increased without reducing a fuel wt. Since it is unnecessary to arrange the fuel rod to corner parts, output peaking can be lowered.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、沸騰水型原子炉用燃料集合体、特に高燃焼度
化に適した燃料集合体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water nuclear reactor, and particularly to a fuel assembly suitable for increasing burnup.

(従来の技術) 近年、軽水型原子炉では、その発電量の増加に伴い、発
電経済性の向上が厳しく要求され、燃料集合体に関して
も種々の改良が加えられている。
(Prior Art) In recent years, with the increase in the amount of power generated by light water nuclear reactors, there has been a strict requirement to improve the economic efficiency of power generation, and various improvements have been made to fuel assemblies.

また、経済性の向上には燃料の燃焼度を高めることが効
果的であり、高燃焼度化に伴う炉心運転特性への影響を
軽減するための燃料の改良が要望されている。
In addition, increasing the burn-up of fuel is effective in improving economic efficiency, and there is a demand for improvements in fuel to reduce the effects of higher burn-up on core operating characteristics.

第3図は、沸騰水型原子炉(以下BWRという)で用い
られている従来の燃料集合体の一例を示すもので、燃料
集合体1は、チャンネルボックス2と、このチャンネル
ボックス2内に8行8列の正方格子状に配列された燃料
棒3と、チャンネルボックス2内の水平断面中央部に配
置された2本のウォータロッド6とから構成されている
FIG. 3 shows an example of a conventional fuel assembly used in a boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR). It consists of fuel rods 3 arranged in a square grid of eight rows and columns, and two water rods 6 arranged at the center of the horizontal cross section inside the channel box 2.

BWRの炉心では、隣接するチャンネルボックス2とチ
ャンネルボックス2との間に幅10〜20mm程度の水
ギャップを設け、ここに十字型制御棒5を挿入している
。BWRではチャンネルボックス2内を流れる軽水は運
転時には沸騰し、平均40%程度の体積割合の蒸気を含
む二相流となる。これに対して、チャンネルボックス2
外側の水ギヤツプ領域を流れる軽水は運転時においても
沸騰はしない。この水ギヤツプ領域にある軽水の中性子
減速効果のため、燃料集合体1における水平方向の熱中
性子束分布は、外周部はど大きく、中央部では小さくな
る傾向がある。このため、燃料集合体1では、その中央
付近に内部を非沸騰水が貫流する2本のウォータロッド
6が設けられており、この水の減速効果によって、中央
部での熱中性子束の低下を緩和し、出力ビーキングを小
さくするとともに熱中性子束を冨めることにより熱中性
子利用率を大きくする役割を果たしている。
In the BWR core, a water gap with a width of about 10 to 20 mm is provided between adjacent channel boxes 2, and a cross-shaped control rod 5 is inserted therein. In a BWR, light water flowing through the channel box 2 boils during operation and becomes a two-phase flow containing steam at an average volume ratio of about 40%. On the other hand, Channel Box 2
The light water flowing in the outer water gap region does not boil during operation. Due to the neutron moderating effect of light water in this water gap region, the horizontal thermal neutron flux distribution in the fuel assembly 1 tends to be large at the outer periphery and small at the center. For this reason, the fuel assembly 1 is provided with two water rods 6 near its center through which non-boiling water flows, and the deceleration effect of this water reduces the decrease in thermal neutron flux in the center. It plays the role of increasing the thermal neutron utilization rate by reducing power peaking and increasing thermal neutron flux.

ところで、経済性の向上を目的として高燃焼度化を図る
と、燃料集合体間の出力ミスマツチが大きくなり、最大
線出力密度や最小限界出力比などの熱的な制限が厳しく
なるが、この対策として、燃料棒の本数を増す9行9列
燃料集合体等の使用も検討されている。第4図は9行9
列の燃料集合体の例であり、72本の燃料棒3と9本分
の燃料棒を占める大型の方形ウォータロッド7から構成
されている。
By the way, when increasing burnup for the purpose of improving economic efficiency, the output mismatch between fuel assemblies increases and thermal restrictions such as maximum linear power density and minimum output ratio become stricter. As a result, the use of a 9-by-9 fuel assembly that increases the number of fuel rods is also being considered. Figure 4 is 9 rows 9
This is an example of a row fuel assembly, consisting of 72 fuel rods 3 and a large rectangular water rod 7 occupying 9 fuel rods.

(発明が解決しようとする課題) 高燃焼度化を達成するためには、燃料の初期核分裂性物
質濃度(ウラン235の濃縮度あるいはプルトンラム富
化度)を高めることによって長期間の燃焼を維持しなけ
ればならない。ところが、初期核分裂性物質濃度を高め
ることは中性子スペクトルの硬化を招くことになり、そ
の結果、核分裂性物質の利用率が低下することになる。
(Problem to be solved by the invention) In order to achieve a high burnup, it is necessary to maintain long-term combustion by increasing the initial fissile material concentration (uranium-235 enrichment or pluton ram enrichment) of the fuel. There must be. However, increasing the initial fissile material concentration leads to hardening of the neutron spectrum, resulting in a decrease in the utilization rate of the fissile material.

このため、高燃焼度化燃料では、従来の燃料に比べて、
中性子を減速させる水中の水素原子数と燃料原子数との
比(以下H/U比という)を大きくしなければならない
ことが知られている。
Therefore, compared to conventional fuel, high burnup fuel has
It is known that the ratio between the number of hydrogen atoms in water that slows down neutrons and the number of fuel atoms (hereinafter referred to as H/U ratio) must be increased.

1(/U比を増大させる一つの方法は、燃料棒をウォー
タロッドに置き換えることであるが、このような方法で
は燃料集合体1体あたりの燃料重量が減少してしまい、
運転サイクルごとの燃料取替体数が増加するので燃料コ
ストが割盲になってしまう。また、他の方法として燃料
棒本数は変えず水ギヤツプ領域を拡大することが考えら
れるが、このような燃料は既存のプラントには装荷でき
ない。
One way to increase the 1(/U ratio is to replace fuel rods with water rods, but this method reduces the fuel weight per fuel assembly,
Since the number of fuel replacement units per driving cycle increases, the fuel cost becomes unbalanced. Another method is to expand the water gap area without changing the number of fuel rods, but such fuel cannot be loaded into existing plants.

もしこのような燃料に適合したプラントを新たに建設す
るとなると、従来プラントよりも炉心体積が大きくなる
ので、プラントの建設コストの増大を招く。
If a new plant is constructed that is compatible with such fuels, the core volume will be larger than that of conventional plants, leading to an increase in plant construction costs.

上述したように、高燃焼度化燃料としては、水ギヤツプ
領域を拡大せず、かつ燃料物質の量を減少させることな
く、H/U比を向上させることが重要である。
As mentioned above, it is important for high burnup fuel to improve the H/U ratio without expanding the water gap region and without reducing the amount of fuel material.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、燃料を減少させることなく、H/U比を増大すること
のできる沸騰水型原子炉用燃料集合体を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a fuel assembly for a boiling water reactor that can increase the H/U ratio without reducing fuel consumption.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、円柱形の燃料ペレ
ットを封入した燃料棒を一定の間隔で規則正しく配列し
た束をチャンネルボックスで囲繞してなる燃料集合体に
おいて、その横断面における燃料棒とこの燃料棒に一番
近い位置に隣接する燃料棒の並びが前記チャンネルボッ
クスの面に対して45″の角度をなすように配列されて
いることを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel assembly in which a channel box surrounds a bundle in which fuel rods containing cylindrical fuel pellets are regularly arranged at regular intervals. , characterized in that the fuel rods in the cross section and the row of fuel rods adjacent to the fuel rods at positions closest to the fuel rods are arranged so as to form an angle of 45'' with respect to the plane of the channel box. It is something.

(作 用) このような燃料棒配列により、燃料棒径を一定とした場
合には、燃料集合体1体当りに装荷しうる燃料棒本数を
増すことが可能となり、この増加分をウォータロッドに
置き換えることによって燃料重量を減少させることなく
 H/l]比を増大させることができる。
(Function) With such a fuel rod arrangement, when the fuel rod diameter is kept constant, it is possible to increase the number of fuel rods that can be loaded per fuel assembly, and this increase can be replaced with water rods. This makes it possible to increase the H/l ratio without reducing fuel weight.

また、従来例では、最も減速効果の大きいコーナ一部の
燃料棒に著しい出力ビーキングが生じて設計上の余裕を
小さくしていたが、本発明による燃料集合体ではコーナ
一部には燃料棒が配置されないので出力ビーキングが低
下する。
In addition, in the conventional example, significant power beaking occurred in the fuel rods in a part of the corner where the deceleration effect was greatest, reducing the design margin, but in the fuel assembly according to the present invention, the fuel rod in the corner part had the greatest deceleration effect. Since it is not placed, the output peaking will decrease.

(実施例) 本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例の平面図である。なお、既に
説明した従来例と同一構成部分には同一符号を付してそ
の詳細な説明は省略する。
FIG. 1 is a plan view of one embodiment of the present invention. Note that the same components as those of the conventional example already described are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

図に示すように、本実施例では、中央部に燃料棒12本
分を占める十字型ウォータロッド4が配置されており、
燃料棒9本分に相当する従来例のウォータロッドよりも
非沸騰水が流れる面積が増している。ただ、従来例(第
3図及び第4図の燃料集合体)と比べると燃料棒間隔が
約6%短かくなっているが、安全上必要な燃料棒間隔は
十分に確保されている。その結果、本実施例では従来例
と比べて、同じ重量の燃料を装荷したうえで、H/U比
を約1%増大させることができる。これによって燃料経
済性は0.5〜1%向上する。
As shown in the figure, in this embodiment, a cross-shaped water rod 4 that occupies 12 fuel rods is arranged in the center.
The area through which non-boiling water flows is increased compared to the conventional water rod, which is equivalent to nine fuel rods. However, although the fuel rod spacing is approximately 6% shorter than in the conventional example (fuel assemblies shown in FIGS. 3 and 4), the fuel rod spacing necessary for safety is still sufficiently secured. As a result, in this embodiment, compared to the conventional example, the H/U ratio can be increased by about 1% when the same weight of fuel is loaded. This improves fuel economy by 0.5-1%.

また、出力ビーキングに関しては、全ての燃料棒の初期
核分裂性物質濃度を一定とした場合、ボイド率40%時
の出力ビーキングは、本実施例では従来例に比して約8
%小さくなっている。ただし通常設計する際には、燃料
棒ごとに初期核分裂性物質濃度を分布させることによっ
て出力ビーキングをある許容値以下に抑えている。
Regarding power beaking, if the initial fissile material concentration of all fuel rods is constant, the power beaking at 40% void rate in this example is about 8% compared to the conventional example.
% smaller. However, in normal design, power peaking is kept below a certain allowable value by distributing the initial fissile material concentration for each fuel rod.

第2図は本発明の他の実施例の平面図であり、上記実施
例と同一部分には同一符号を符している。
FIG. 2 is a plan view of another embodiment of the present invention, in which the same parts as in the above embodiment are denoted by the same reference numerals.

本実施例では燃料棒3としては1〜■の3種類(この順
に初期核分裂性物質濃度が高い)が使用されている。一
方、従来においては第5図に示すようにI〜■の4種類
(この順に初期核分裂性物質濃度が高い)の燃料が使用
されている。これに対して本実施例は、上記したように
I〜■の3種類の燃料棒で出力ビーキングを第5図の従
来例と同程度に抑えることができるため、燃料棒集合体
の製造管理が容易になる。
In this embodiment, three types of fuel rods 1 to 3 (in this order have the highest initial fissile material concentration) are used as the fuel rods 3. On the other hand, conventionally, as shown in FIG. 5, four types of fuel have been used: I to II (in this order, the initial concentration of fissile material is highest). On the other hand, in this embodiment, as mentioned above, the output peaking can be suppressed to the same level as the conventional example shown in Fig. 5 using the three types of fuel rods I to ■. becomes easier.

上述したところから明らなように、本発明の基本は燃料
棒の配列をチャンネルボックスに対して45″の角度を
なすようにすることである。
As can be seen from the foregoing, the basis of the invention is to arrange the fuel rods at an angle of 45'' with respect to the channel box.

なお、ウォータロッドの形状や燃料棒の配列数などは、
本実施例にとられれることなく、種々変形がなされても
よいことは勿論である。
In addition, the shape of the water rod and the number of fuel rods arranged, etc.
Of course, various modifications may be made without being limited to this embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、燃料集合体あた
りの燃料重量を減少させることなく H/U比を増大さ
せることができるので、特に高燃焼度化燃料において燃
料経済性が向上する。また、出力ビーキングを許容値に
抑えるために必要な燃料棒の種類を減少させることがで
きるので、燃料集合体の製造、管理が容易になり、製造
コストを低減することができる。
As explained above, according to the present invention, the H/U ratio can be increased without reducing the fuel weight per fuel assembly, so fuel economy is improved, especially in high burnup fuel. Further, since the types of fuel rods required to suppress power peaking to an allowable value can be reduced, manufacturing and management of fuel assemblies can be facilitated, and manufacturing costs can be reduced.

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

第1図は本発明の一実施例の燃料集合体の平面図、第2
図は本発明の他の実施例の燃料集合体の平面図、第3図
および第4図はいずれも従来の燃料集合体の平面図、第
5図は従来の燃料集合体の平面図である。 1・・・燃料集合体   2・・・チャンネルボックス
3・・・燃料棒     4,6.7・・・ウォータロ
ッド5・・・制御棒 (8733)  代理人 弁理士 猪 股 祥 晃(ほ
か1名)第1図 第2図 第3図 第 4 図 第 5 図
FIG. 1 is a plan view of a fuel assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a plan view of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are both plan views of a conventional fuel assembly, and FIG. 5 is a plan view of a conventional fuel assembly. . 1...Fuel assembly 2...Channel box 3...Fuel rod 4,6.7...Water rod 5...Control rod (8733) Agent: Yoshiaki Inomata, patent attorney (and 1 other person) ) Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)円柱形の燃料ペレットを封入した燃料棒を一定の
間隔で規則正しく配列した束をチャンネルボックスで囲
繞してなる燃料集合体において、その横断面における燃
料棒とこの燃料棒に一番近い位置に隣接する燃料棒の並
びが前記チャンネルボックスの面に対して45°の角度
をなすように配列されていることを特徴とする沸騰水型
原子炉用燃料集合体。
(1) In a fuel assembly consisting of a channel box surrounding a bundle in which fuel rods containing cylindrical fuel pellets are regularly arranged at regular intervals, the fuel rod and the position closest to the fuel rod in its cross section. A fuel assembly for a boiling water reactor, characterized in that rows of fuel rods adjacent to each other are arranged at an angle of 45° with respect to the surface of the channel box.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5923288A (en) * 1982-07-12 1984-02-06 アクチ−ボラグ・アセア−アトム Fuel assembly of bwr type reactor
JPS62228193A (en) * 1986-02-17 1987-10-07 株式会社日立製作所 Nuclear reactor fuel body

Patent Citations (2)

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