JPH01276095A - Fuel assembly - Google Patents
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- JPH01276095A JPH01276095A JP63103948A JP10394888A JPH01276095A JP H01276095 A JPH01276095 A JP H01276095A JP 63103948 A JP63103948 A JP 63103948A JP 10394888 A JP10394888 A JP 10394888A JP H01276095 A JPH01276095 A JP H01276095A
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- Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
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、特に短尺燃料棒を有する
燃料集合体に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fuel assembly, and particularly to a fuel assembly having short fuel rods.
〔従来の技術〕
従来の原子炉用燃料棒は、ジルコニウム合金製の被覆管
内中に燃料ペレットを装填し、上下両端をジルコニウム
系合金製またはステンレス鋼製の端栓で密封したもので
ある。被覆管は燃料棒内にて生成される核分裂生成物（
ＦＰガス）が冷却材中に漏洩するのを防止している。燃
料棒内の圧力が過大に上昇するのを防ぐため、被覆管内
の上端部ガイプレナムを設けている。ガスプレナム内に
は、燃料取扱時に燃料ペレット２が移動しないように、
しかも原子炉で使用されたときに被覆管と燃料ペレット
の軸方向膨張差を吸収できるようにインコネル系合金、
ステンレス鋼もしくは、ピアノ線よりなるコイルスプリ
ングが配置されている。[Prior Art] A conventional fuel rod for a nuclear reactor is one in which fuel pellets are loaded into a zirconium alloy cladding tube, and both upper and lower ends are sealed with end plugs made of a zirconium alloy or stainless steel. The cladding tube protects the fission products (
This prevents FP gas from leaking into the coolant. In order to prevent the pressure within the fuel rods from increasing excessively, a guide plenum is provided at the upper end of the cladding tube. Inside the gas plenum, to prevent the fuel pellets 2 from moving during fuel handling,
Moreover, when used in a nuclear reactor, Inconel alloy is used to absorb the difference in axial expansion between the cladding tube and fuel pellets.
A coil spring made of stainless steel or piano wire is installed.
コイルスプリングは、絶縁体を介して燃料ペレットを下
向きに抑圧保持している。The coil spring presses and holds the fuel pellets downward through an insulator.
一方、高燃焼度の燃料集合体が最近多く提案されている
。その１つの燃料集合体として、熱的余裕の増加及び圧
損低減等を目的とした短尺燃料棒を有する燃料集合体が
ある。これは、最外周から第二列目の燃料棒のうち４本
ないし８本を他の燃料棒よりも短くし、燃料棒の長さが
短くなることにより作られた空間は冷却材の通路にして
いる。On the other hand, many high burnup fuel assemblies have been proposed recently. One such fuel assembly is a fuel assembly having short fuel rods for the purpose of increasing thermal margin and reducing pressure loss. This is done by making four to eight of the fuel rods in the second row from the outermost periphery shorter than the other fuel rods, and the space created by the shortening of the fuel rods is used as a coolant passage. ing.
この燃料集合体は、二相流部で短尺化された燃料棒自身
及びその周囲の燃料棒の熱的余裕の増加と、冷却材流路
面積増加による二相流部の圧力損失低減を図ったもので
ある。This fuel assembly aims to increase the thermal margin of the shortened fuel rod itself and the surrounding fuel rods in the two-phase flow section, and reduce pressure loss in the two-phase flow section by increasing the coolant flow path area. It is something.
このような従来の燃料集合体では、後述するように短尺
燃料棒の上端部で冷却材の流動によって生じる振動が大
きくなり、短尺燃料棒を支持する燃料スペーサのうちで
最上位にある燃料スペーサのフレッティング腐食が大き
くなる可能性があることが新たに判明した。In such conventional fuel assemblies, as will be described later, vibrations caused by the flow of coolant at the upper ends of the short fuel rods become large, causing vibrations of the fuel spacer at the top of the fuel spacers that support the short fuel rods. It has been newly discovered that fretting corrosion can become serious.
本発明の目的は、燃料スペーサのフレッティング腐食を
低減できる燃料集合体を提供することにある。An object of the present invention is to provide a fuel assembly that can reduce fretting corrosion of fuel spacers.
上記目的は、軸方向に配置された燃料スペーサの燃料棒
支持部間の長さをＱＨ及び第２燃料棒を支持する燃料ス
ペーサのうちで最上位に位置する燃料スペーサの燃料棒
支持部と短尺燃料棒の上端との間の長さをΔｌとしたと
き、Δｌ ／ Ｑ Ｍを１７４以下にすることにより達
成できる。The above purpose is to shorten the length between the fuel rod support parts of the fuel spacers arranged in the axial direction to the QH and the fuel rod support part of the fuel spacer located at the top of the fuel spacers that support the second fuel rod. This can be achieved by setting Δl/Q M to 174 or less, where Δl is the length between the fuel rod and the upper end.
Δｌ ／ Ｑ Ｍを１／４以下にすることによって、短
尺燃料棒上端の振動振幅を小さくでき、短尺燃料棒の上
端部を支持する燃料スペーサのフレッティング腐食を軽
減できる。By setting Δl/Q M to 1/4 or less, the vibration amplitude at the upper end of the short fuel rod can be reduced, and fretting corrosion of the fuel spacer supporting the upper end of the short fuel rod can be reduced.
本発明は、短尺燃料棒の流動振動を詳細に検討すること
によってなされたものである。The present invention was made by studying in detail the flow vibration of short fuel rods.
短尺燃料棒を含む燃料集合体内に冷却材を供給した場合
における短尺燃料棒の流動振動を、有限要素法による周
波数応答解析手法にて解析した。The flow vibration of short fuel rods when coolant is supplied into a fuel assembly containing short fuel rods was analyzed using a frequency response analysis method using the finite element method.
この解析結果を第４図に示す。下部タイブレー°ト１５
に下端部が取付けられる短尺燃料棒１０は、第１スペー
サＡ、第２スペーサＢ、第３スペーサＣ，第４スペーサ
Ｄ及び第５スペーサＥの５個の燃料スペーサによって軸
方向が支持されている。The results of this analysis are shown in FIG. Lower tie plate 15
The short fuel rod 10 whose lower end is attached to is supported in the axial direction by five fuel spacers: a first spacer A, a second spacer B, a third spacer C, a fourth spacer D, and a fifth spacer E. .
燃料集合体内には７個の燃料スペーサが設置されている
が、残りの２個の燃料スペーサは短尺燃料棒１０の上端
よりも上方に位置している。このため、第５スペーサＥ
が短尺燃料棒１０の上端部を支持することになる。第５
スペーサＥの燃料棒支持部のレベル（実質的にスペーサ
軸方向高さの真中のレベル）と短尺燃料棒１０の上端の
レベルとの差（短尺燃料棒１０の突出長さ）をΔｌ、隣
接するスペーサの燃料棒支持部間の軸方向長さ（スペー
サスパン）をｌＭ、短尺燃料棒１０の上端での振動振幅
をδＥ及びスペーサ間での短尺燃料棒１０の最大振動振
幅をδにとする。第４図の振動振幅比（６６７６Ｍ）は
、下部タイプレート１５と第５スペーサＥまでの間の各
スパンでの最大振動振幅δＨのうちで最も大きな振幅で
振動振幅δＥを割った値を示している。第４図から明ら
かなように、短尺燃料棒１０の第５スペーサＥからの突
出量Ｒ（＝ΔＡＩΩＭ）が１／４よりも大きくなると振
動振幅比（６６７６Ｍ）が急激に増加する。Seven fuel spacers are installed in the fuel assembly, and the remaining two fuel spacers are located above the upper ends of the short fuel rods 10. Therefore, the fifth spacer E
supports the upper end of the short fuel rod 10. Fifth
The difference between the level of the fuel rod support part of the spacer E (substantially the middle level of the spacer axial height) and the level of the upper end of the short fuel rod 10 (the protruding length of the short fuel rod 10) is Δl, The axial length (spacer span) between the fuel rod supporting parts of the spacer is lM, the vibration amplitude at the upper end of the short fuel rod 10 is δE, and the maximum vibration amplitude of the short fuel rod 10 between the spacers is δ. The vibration amplitude ratio (6676M) in Fig. 4 indicates the value obtained by dividing the vibration amplitude δE by the largest amplitude among the maximum vibration amplitudes δH in each span between the lower tie plate 15 and the fifth spacer E. There is. As is clear from FIG. 4, when the protrusion amount R (=ΔAIΩM) of the short fuel rod 10 from the fifth spacer E becomes larger than 1/4, the vibration amplitude ratio (6676M) increases rapidly.
従って、突出量Ｒは、１７４以下にすることが望しい。Therefore, it is desirable that the protrusion amount R be 174 or less.
前述したような振動振幅比（δＥ／δ叩の急激な増加は
、第５スペーサＥよりも上方の短尺燃料棒１０の部分は
第５スペーサＥにて支持されている片持ばりと等価とな
り、突出量Ｒが大きく影響することによる。短尺燃料棒
１０の振動振幅δＥが最大振動振幅δによりも大きくな
ると、第５スペーサＥの短尺燃料棒１０を支持する部分
でのフレッティング腐食が、第１スペーサＡから第４ス
ペーサＤの各スペーサでのそれよりも大きくなる。この
ため、短尺燃料棒１０の上端部を支持する第５スペーサ
Ｅは、他のスペーサに比べてフレッティング腐食による
損傷の度合が大きくなる。The rapid increase in the vibration amplitude ratio (δE/δ strike) as described above means that the portion of the short fuel rod 10 above the fifth spacer E is equivalent to a cantilever beam supported by the fifth spacer E. This is due to the large influence of the protrusion amount R. When the vibration amplitude δE of the short fuel rod 10 becomes larger than the maximum vibration amplitude δ, fretting corrosion at the portion of the fifth spacer E that supports the short fuel rod 10 occurs in the first It is larger than that of each spacer from spacer A to fourth spacer D. Therefore, the fifth spacer E, which supports the upper end of the short fuel rod 10, has a higher degree of damage due to fretting corrosion than the other spacers. becomes larger.
第５スペーサＥのフレッティング腐食を他のスペーサの
それと同程度にするには振動振幅比（６６７６Ｍ）を１
．０以下にすればよく、突出量Ｒを１／４以下にすれば
この条件も満足する。この突出量Ｒは、燃焼度０ＫＷｄ
／Ｔの炉心に装荷する前の燃料集合体に対するものであ
る。To make the fretting corrosion of the fifth spacer E comparable to that of other spacers, the vibration amplitude ratio (6676M) should be set to 1.
．． This condition may be satisfied if the protrusion amount R is 1/4 or less. This protrusion amount R has a burnup of 0 KWd.
/T for the fuel assembly before loading into the core.
本発明の好適な一実施例である燃料集合体を第１図及び
第２図に基づいて説明する。A fuel assembly which is a preferred embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 1 and 2.
本実施例の燃料集合体９は、上部タイプレート１４及び
下部タイプレート１５を有し、多数の燃料棒１１の上下
端部が上部タイプレート１４及び下部タイプレート１５
に保持され、燃料棒１１よりも軸方向の長さが短い短尺
燃料棒１０が下部タイプレート１５にネジ結合によって
保持されている。燃料集合体９は、第２図に示すように
横断面の中央部に大径の２本の水ロッド１６を配置して
いる。水ロッド１６の直径は燃料棒の配列ピッチよりも
大きい。２本の太径水ロッド１６は、７本の燃料棒１１
が他の領域でのピッチと等しく配置可能な領域を占めて
いる。このように水ロンド１６を２本配置したことによ
って得られる機能は。The fuel assembly 9 of this embodiment has an upper tie plate 14 and a lower tie plate 15, and the upper and lower ends of a large number of fuel rods 11 are connected to the upper tie plate 14 and the lower tie plate 15.
A short fuel rod 10 having a shorter axial length than the fuel rod 11 is held by a lower tie plate 15 by screw connection. As shown in FIG. 2, the fuel assembly 9 has two large-diameter water rods 16 arranged at the center of the cross section. The diameter of the water rod 16 is larger than the arrangement pitch of the fuel rods. The two large diameter water rods 16 are connected to the seven fuel rods 11.
occupies an area that can be placed at a pitch equal to the pitch in other areas. The functions obtained by arranging two water rondos 16 in this way are as follows.
特開昭６２−２１７１８６号公報２頁、下部布１ｉ３行
から３頁、下部右！１１４行に示されている６水ロツド
１６は、下部タイプレート１５に保持される。短尺燃料
棒１０は、第２図に示すように燃料集合体横断面のコー
ナ部付近に配置される。JP-A No. 62-217186, page 2, bottom cloth 1i, page 3 from line 3, bottom right! The six-water rod 16 shown in line 114 is held on the lower tie plate 15. The short fuel rods 10 are arranged near the corners of the cross section of the fuel assembly, as shown in FIG.
短尺燃料棒１０を含む燃料棒１１の束は、燃料スペーサ
１２にて保持され、チャンネルボックス１３によって囲
まれる。第１図に示される燃料スペーサ１２は、短尺燃
料棒１０の上端部を支持するものである。燃料スペーサ
１２は、短尺燃料棒１０を支持している燃料スペーサの
うちで最上位に位置している。燃料集合体９は、燃料ス
ペーサ９を含めて７個の燃料スペーサを軸方向に有して
いる。図示されていないが、４個の燃料スペーサは燃料
スペーサ１２の下方に配置され、２個の燃料スペーサは
短尺燃料棒１０の上方に配置されている。燃料スペーサ
１２の弾性体と短尺燃料棒１０とが接触する位置、すな
わち実質的に燃料スペーサ１２の高さ方向で中央の位置
から上方へ突出している短尺燃料棒１０の突出量Ｒ（＝
Δｌ／ｌＭ）は、１／４である。゛燃料集合体９に設け
られた燃料スペーサ相互の間隔、すなわち最下部の第１
スペーサから最上部の第７スペーサまでの燃料スペーサ
相互の間隔（Ｑｓ ）は等しくなっている。チャンネル
ボックス１３は、上部タイプレート１４に取付けられる
。A bundle of fuel rods 11 including short fuel rods 10 is held by a fuel spacer 12 and surrounded by a channel box 13. The fuel spacer 12 shown in FIG. 1 supports the upper end of the short fuel rod 10. The fuel spacer 12 is located at the top of the fuel spacers supporting the short fuel rods 10. The fuel assembly 9 has seven fuel spacers including the fuel spacer 9 in the axial direction. Although not shown, four fuel spacers are arranged below the fuel spacer 12, and two fuel spacers are arranged above the short fuel rod 10. The protrusion amount R (=
Δl/lM) is 1/4.゛The distance between the fuel spacers provided in the fuel assembly 9, that is, the first
The distances (Qs) between the fuel spacers from the spacer to the seventh spacer at the top are equal. Channel box 13 is attached to upper tie plate 14.
燃料棒は、９行９列に配置されている。燃料控１１は、
ジルコニウム合金（ジルカロイ−２又はジルカロイ−４
が一般的）製の被覆管２１内に燃料ペレット２２を充填
し、被覆管２１の上下端を被覆管２１と同一材料にて作
られた端栓２３゜２４で密封したものである。燃料棒２
１内でその上端部にＦＰガスを捕集するガスプレナム２
５を有している。また、燃料ペレット２２が輸送中に滑
動しない様に、しかも原子炉内で燃焼中に被覆管２１と
燃料ペレット２２の軸方向膨張差を吸収する様に、イン
コネル系合金、ステンレス鋼またはピアノ線にて製作さ
れるコイルスプリング６がガスプレナム２５内に配置さ
れている。ガスプレナム２５の軸方向長さＬｐは、原子
炉運転中でのＦＰガス放出による燃料棒２２の内圧増加
を抑制して被覆管２１の機械的健全性を確保できるよう
に定められている。The fuel rods are arranged in nine rows and nine columns. The fuel reserve 11 is
Zirconium alloy (Zircaloy-2 or Zircaloy-4)
Fuel pellets 22 are filled into a cladding tube 21 made of (commonly made by cladding tube 21), and the upper and lower ends of cladding tube 21 are sealed with end plugs 23 and 24 made of the same material as cladding tube 21. fuel rod 2
Gas plenum 2 that collects FP gas at its upper end within 1
5. Inconel alloy, stainless steel, or piano wire is also used to prevent the fuel pellets 22 from sliding during transportation and to absorb the difference in axial expansion between the cladding tube 21 and the fuel pellets 22 during combustion in the reactor. A coil spring 6 manufactured by the above-mentioned method is arranged in the gas plenum 25. The axial length Lp of the gas plenum 25 is determined so as to suppress an increase in the internal pressure of the fuel rods 22 due to FP gas release during nuclear reactor operation and ensure the mechanical soundness of the cladding tube 21.
次に短尺燃料棒ｌＯの構成を第３図により説明する。短
尺燃料棒１１は、上下端部を端栓３，４にて密封された
被覆管（ジルコニウム合金製）２内に燃料ペレット２２
を充填している。短尺燃料棒１１は、内部で上端部に長
さＬｏのガスプレナム５を、下端部に長さＬｏのガスプ
レナム５Ａを有している。ガスプレナム５の軸方向長さ
は、ガスプレナム２５のそれよりも短かい。短尺燃料棒
１１のガスプレナム５の上端は、燃料棒２１の燃料有効
長（燃料ペレット２２が充填された領域の軸方向長）の
上端よりも下方に位置している。ガスプレナム５内には
、Ｚｒ−Ｎｂ合金、ジルカロイ−２またはジルカロイ−
４等のジルコニウム合金を強挿線加工してなるコイルス
プリング６Ａを配置している。コイルスプリング６Ａは
、コイルスプリング６よりも、微視的中性子吸収断面積
の小さな物質で構成される。コイルスプリング６Ａの軸
方向長さＬｏも中性子吸収を抑制する意味からできるだ
け短くする。すなわち
Ｌｕ≧ΔＬＥ＋ Ｌｓｏ＊＊ａ −（１）
ここで、ΔＬＥは原子炉運転中に生じる被覆管２と燃料
ペレット２２との軸方向膨張差、及びＬｓｏ＊＋−はコ
イルスプリング６Ａの密着高さである。Next, the structure of the short fuel rod IO will be explained with reference to FIG. The short fuel rod 11 has fuel pellets 22 in a cladding tube (made of zirconium alloy) 2 whose upper and lower ends are sealed with end plugs 3 and 4.
is filled with. The short fuel rod 11 has a gas plenum 5 having a length Lo at its upper end and a gas plenum 5A having a length Lo at its lower end. The axial length of the gas plenum 5 is shorter than that of the gas plenum 25. The upper end of the gas plenum 5 of the short fuel rod 11 is located below the upper end of the effective fuel length (the axial length of the region filled with fuel pellets 22) of the fuel rod 21. The gas plenum 5 contains Zr-Nb alloy, Zircaloy-2 or Zircaloy-2.
A coil spring 6A made of a grade 4 zirconium alloy with forced wire processing is arranged. The coil spring 6A is made of a material having a smaller microscopic neutron absorption cross section than the coil spring 6. The axial length Lo of the coil spring 6A is also made as short as possible in order to suppress neutron absorption. That is, Lu≧ΔLE+Lso**a −(1)
Here, ΔLE is the difference in axial expansion between the cladding tube 2 and the fuel pellets 22 that occurs during reactor operation, and Lso*+- is the height of the close contact of the coil spring 6A.
短尺燃料棒１１のガスプレナム５の長さは、原子炉運転
中に燃料ペレット２２が軸方向に膨張したとき、コイル
スプリング６Ａが密着しないだけの初期長さを有してい
る。ＦＰガスの補集に必要なガスプレナム容積は、ガス
プレナム５Ａの容積との合計で確保する。ガスプレナム
５Ａ内にスリーブ７が配置され、スリーブ７は絶縁体８
Ａを介して燃料ペレット２２を支持している。８も絶縁
体である。The length of the gas plenum 5 of the short fuel rod 11 has an initial length such that the coil spring 6A does not come into close contact with the fuel pellet 22 when the fuel pellet 22 expands in the axial direction during reactor operation. The gas plenum volume required for collecting FP gas is secured by the total volume of the gas plenum 5A. A sleeve 7 is disposed within the gas plenum 5A, and the sleeve 7 is connected to an insulator 8.
The fuel pellets 22 are supported via A. 8 is also an insulator.
短尺燃料棒１０に用いるコイルスプリング６Ａは通常の
圧縮コイルスプリングとし、その材料は前述したような
Ｚｒ基合金とする。特に、Ｚｒ−Ｎｂ系合金は燃料棒１
１に用いられるステンレス線材またはインコネル線材製
のコイルスプリング６に比べ、微視的中性子吸収断面積
が約１／２゜となる、しかも、Ｚｒ−Ｎｂ系合金製のコ
イルスプリング６Ａは、Ｎｂの添付量、加工率及び熱処
理条件を適正化することによって高強度のバネ特性を持
たせつる。更に、Ｚｒ−Ｎｂ系合金は、強挿線加工によ
り高強度化をはかりうるので短尺燃料棒１０のコイルス
プリング材として最適である。The coil spring 6A used for the short fuel rod 10 is a normal compression coil spring, and its material is a Zr-based alloy as described above. In particular, Zr-Nb alloys are used for fuel rods 1
Compared to the coil spring 6 made of stainless steel wire or Inconel wire used in No. 1, the microscopic neutron absorption cross section is approximately 1/2 degree, and the coil spring 6A made of Zr-Nb alloy has an Nb attachment. By optimizing the amount, processing rate, and heat treatment conditions, high-strength spring characteristics can be achieved. Further, the Zr-Nb alloy is optimal as a coil spring material for the short fuel rods 10 because it can be made to have high strength through forced wire processing.
またジルカロイ−２及びジルカロイ−４も強仲線加工し
てコイルに成型すれば高強度になるａ Ｚ ｒ−Ｎｂ系
合金としては、Ｎｂを５〜２５重量％を含んでいる。Zircaloy-2 and Zircaloy-4 also contain 5 to 25% by weight of Nb as aZr-Nb alloys that become highly strong when processed into coils and formed into coils.
短尺燃料棒１０の上下のガスプレナム５．５Ａの軸方向
長さの合計量は短長燃料棒１０の長さが燃料棒１１の長
さよりも短くなる分だけ燃料ペレット２２が少なくＦＰ
ガスの全放出量が減少するので、燃料棒１１のガスプレ
ナム２５の軸方向長さよりも短くできる。さらにガスプ
レナム５Ａはガスプレナム５よりも温度が低いため、Ｆ
Ｐガスの捕集という観点からは、ガスプレナム５よりも
有効であるので、短尺燃料棒１０の全プレナム長の短尺
化が図れる。すなわち下部のガスプレナム５Ａの軸方向
長としての必要な長さは、Ｌｏ≧Ｌｐ−ΔＬ１−Ｌｕ
−（２）ＬＰ：燃料棒１１のガスプレナム２５
の長さＬｏ ：短尺燃料棒１０の下部のガスプレナム５
Ａの長さ
ΔＬｌ ：短尺燃料棒１０のために生じる全ガスプレナ
ム長の短縮量
ガスプレナム５Ａを用いることの効果は、スリーブ７を
ガスプレナム５Ａ内に配することによって短尺燃料棒１
０の高燃焼度化が図れる。すなわち上部のみに同一長さ
のガスプレナムを有する燃料棒よりペレット有効長さ部
を熱中性子束の高い軸方向中央部にずらすことができる
ため（第５図参照）、燃料物質の有効燃焼が図れる。The total amount of axial length of the upper and lower gas plenums 5.5A of the short fuel rods 10 is such that the fuel pellets 22 are reduced by the amount of fuel pellets 22 as the length of the short fuel rods 10 is shorter than the length of the fuel rods 11.
Since the total amount of gas discharged is reduced, the axial length of the gas plenum 25 of the fuel rod 11 can be made shorter. Furthermore, since gas plenum 5A has a lower temperature than gas plenum 5, F
Since it is more effective than the gas plenum 5 from the viewpoint of collecting P gas, the total plenum length of the short fuel rods 10 can be shortened. In other words, the required length in the axial direction of the lower gas plenum 5A is Lo≧Lp−ΔL1−Lu
-(2) LP: Gas plenum 25 of fuel rod 11
Length Lo: Gas plenum 5 at the bottom of the short fuel rod 10
Length ΔLl of A: Amount of reduction in the total gas plenum length caused by the short fuel rod 10 The effect of using the gas plenum 5A is that by disposing the sleeve 7 in the gas plenum 5A, the short fuel rod 1
0 burnup can be achieved. That is, compared to a fuel rod having a gas plenum of the same length only in the upper part, the effective length of the pellet can be shifted to the central part in the axial direction where the thermal neutron flux is high (see Fig. 5), so that effective combustion of the fuel material can be achieved.
スリーブ７はコイルスプリング６Ａの材料と同じＺｒ−
Ｎｂ系合金にて構成され、中性子吸収量を減少させてい
る。The sleeve 7 is made of Zr- the same material as the coil spring 6A.
It is made of Nb-based alloy and reduces the amount of neutron absorption.
短尺燃料棒１０の突出長さΔｌは、下記のように求めら
れる。これを第６図により説明する。下部タイプレート
１５の上面から短尺燃料棒１０の上端までの長さをＬＰ
Ｒｌ及び下部タイプレート１５の上面から短尺燃料棒１
０の上端部を支持する燃料スペーサ１２の設置レベルま
での長さをＬＳＰとすると、Δｌは次式によって求めら
れる。The protrusion length Δl of the short fuel rod 10 is determined as follows. This will be explained with reference to FIG. The length from the upper surface of the lower tie plate 15 to the upper end of the short fuel rod 10 is LP
Rl and the short fuel rod 1 from the top surface of the lower tie plate 15
When the length of the fuel spacer 12 supporting the upper end of the fuel spacer 12 up to the installation level is LSP, Δl is determined by the following equation.
Δｎ ＝ ＬＰＲ−Ｌｓｐ −（３）Ｌ
は上部タイプレート１４の下面と下部タイプレート１５
の上面との間の長さである。Δn=LPR−Lsp−(3)L
are the lower surface of the upper tie plate 14 and the lower tie plate 15
This is the length between the top surface and the top surface.
短尺燃料棒１０の燃料有効長ＬＦ１は、長さの長い燃料
棒１１の燃料有効長ＬＦ２の１４／２４〜２１／２４の
範囲に設定することが望ましい。このように短尺燃料棒
１０の燃料有効長ＬＦＩを設定することによって、燃料
集合体９の熱的余裕が改善され、その安全性も向上する
。It is desirable that the effective fuel length LF1 of the short fuel rod 10 is set within a range of 14/24 to 21/24 of the effective fuel length LF2 of the longer fuel rod 11. By setting the effective fuel length LFI of the short fuel rods 10 in this way, the thermal margin of the fuel assembly 9 is improved and its safety is also improved.
前述したように突出量Ｒが１／４であるので、振動振幅
比（６６７６Ｍ）を小さくすることができ、短尺燃料棒
１０の上端部を支持する燃料スペーサ１２のフレッティ
ング腐食を抑制できる。このため、燃料スペーサ１２に
呈じるフレッティング腐食の度合は、他の燃料スペーサ
に生じるその度合とほぼ等しくなる。As described above, since the protrusion amount R is 1/4, the vibration amplitude ratio (6676M) can be reduced, and fretting corrosion of the fuel spacer 12 supporting the upper end of the short fuel rod 10 can be suppressed. Therefore, the degree of fretting corrosion that occurs on fuel spacer 12 is approximately equal to the degree that occurs on other fuel spacers.
以上述べた本実施例は、以下の効果を奏することができ
る。The present embodiment described above can produce the following effects.
（ｉ）短尺燃料棒１０の上端部を支持している燃料スペ
ーサ１２に生じるフレッティング腐食による損傷を著し
く軽減できる。このため、燃料スペーサ１２の寿命を他
の燃料スペーサの寿命と少なくとも同程度まで延ばすこ
とができる。(i) Damage caused by fretting corrosion to the fuel spacer 12 supporting the upper end of the short fuel rod 10 can be significantly reduced. Therefore, the life of the fuel spacer 12 can be extended to at least the same extent as the life of other fuel spacers.
（ｎ）燃料棒１１の燃料有効長上端よりも下方に位置す
る上部のガスプレナム５の長さを（１）式で制限するこ
とにより、コイルスプリング６Ａの体積が減少でき、コ
イルスプリング６Ａにより中性子吸収量が減少する。(n) By limiting the length of the upper gas plenum 5 located below the upper end of the fuel effective length of the fuel rod 11 using equation (1), the volume of the coil spring 6A can be reduced, and the coil spring 6A absorbs neutrons. quantity decreases.
（市）コイルスプリング６Ａ及びスリーブ７にＺｒ−Ｎ
ｂ系合金を用いることで中性子吸収が減少する。(City) Zr-N for coil spring 6A and sleeve 7
Neutron absorption is reduced by using b-based alloys.
（ｉｖ）スリーブ７を用いて燃料ペレットを軸方向中央
部にずらすことで短尺燃料棒１０の有効燃焼がはかれる
。(iv) Effective combustion of the short fuel rods 10 is achieved by using the sleeve 7 to shift the fuel pellets to the center in the axial direction.
第１図の燃料集合体は、従来例で述べた短尺燃料棒を有
する燃料集合体で得られる機能も生じる。The fuel assembly shown in FIG. 1 also produces the functions that can be obtained with a fuel assembly having short fuel rods as described in the conventional example.
すなわち、燃料集合体の高燃焼度化、燃料棒の熱的余裕
の増加及び二相流部の圧力損失の低減が図れる。That is, it is possible to increase the burnup of the fuel assembly, increase the thermal margin of the fuel rods, and reduce pressure loss in the two-phase flow section.
本発明の他の実施例である燃料集合体を第７図に基づい
て説明する。本実施例の燃料集合体は、第１図の燃料集
合体９の短尺燃料棒１０を短尺燃料棒１０Ａに替えたも
のである。短尺燃料棒１０Ａは、短尺燃料棒１０の上部
端栓３の上部に、側面に複数の開口１８を有する中空管
１７の下端部を取付けたものである。中空管１７の外径
は短尺燃料棒１０の外径に等しい。燃料スペーサ１２Ａ
は、第１図の燃料スペーサ１２の１つ上に位置している
スペーサである。この燃料スペーサ１２Ａが、短尺燃料
棒１０Ａの上端部、すなわち中空管１７を支持している
。中空管１７を設けることによって、短尺燃料棒１０Ａ
の軸方向は６個の燃料スペーサにて支持される。中空管
１７の冷却材吐出口１９は、燃料スペーサ１２Ａの上方
にある。燃料スペーサ１２Ａは、それらの燃料スペーサ
のうち最上位にある。このような構成においても、短尺
燃料棒１ｏＡの突出量Ｒ（＝Ａｕ／ｌＭ）は、１７４以
下となっている。すべての開口１８は、燃料スペーサ１
２Ａよりも下方にある。上記の構成にすることによって
、冷却材の一部が開口１８及び中空管１７内を介して燃
料スペーサ１２Ａの上方に達することができ、燃料スペ
ーサ１２Ａでの圧力損失を低減できる。A fuel assembly which is another embodiment of the present invention will be explained based on FIG. The fuel assembly of this embodiment is obtained by replacing the short fuel rods 10 of the fuel assembly 9 of FIG. 1 with short fuel rods 10A. The short fuel rod 10A has a lower end portion of a hollow tube 17 having a plurality of openings 18 on the side surface attached to the upper part of the upper end plug 3 of the short fuel rod 10. The outer diameter of the hollow tube 17 is equal to the outer diameter of the short fuel rod 10. Fuel spacer 12A
is a spacer located one above the fuel spacer 12 in FIG. This fuel spacer 12A supports the upper end of the short fuel rod 10A, that is, the hollow tube 17. By providing the hollow tube 17, the short fuel rod 10A
is supported in the axial direction by six fuel spacers. The coolant discharge port 19 of the hollow tube 17 is located above the fuel spacer 12A. Fuel spacer 12A is at the top of these fuel spacers. Even in such a configuration, the protrusion amount R (=Au/IM) of the short fuel rod 1oA is 174 or less. All openings 18 are located in the fuel spacer 1
It is located below 2A. With the above configuration, a part of the coolant can reach above the fuel spacer 12A through the opening 18 and the inside of the hollow tube 17, and the pressure loss in the fuel spacer 12A can be reduced.
上記の中空管１７は、短尺燃料棒１０の突出量Ｒが１／
４を超える場合に用いると好適である。In the hollow tube 17, the protrusion amount R of the short fuel rods 10 is 1/
It is suitable to use when the number exceeds 4.
第１図に示す短尺燃料棒の上端部の形状の他の実施例を
第８図に示す。第８図（ａ）は、第１図に示す短尺燃料
棒１０の構造である。第８図（ａ）のように短尺燃料棒
１０の上端が平面であると、短尺燃料棒１０の上端付近
に生じる冷却材の渦流により短尺燃料棒１０の上端部に
対する加振力（冷却材流動にて発生）が生じる。このた
め、短尺燃料棒の上端部に、第８図（ｂ）、（ｃ）に示
すように冷却材の流れ方向で横断面積が徐々に減少する
上部端栓３Ａまたは３Ｂを取付けることによって、冷却
材の渦流により短尺燃料棒上端部に加わる加振力を著し
く軽減できる。Another embodiment of the shape of the upper end of the short fuel rod shown in FIG. 1 is shown in FIG. FIG. 8(a) shows the structure of the short fuel rod 10 shown in FIG. When the upper ends of the short fuel rods 10 are flat as shown in FIG. 8(a), the excitation force (coolant flow ) occurs. Therefore, cooling can be achieved by installing an upper end plug 3A or 3B whose cross-sectional area gradually decreases in the flow direction of the coolant, as shown in FIGS. 8(b) and 8(c), at the upper end of the short fuel rod. The vortex flow of the material can significantly reduce the excitation force applied to the upper ends of the short fuel rods.
第１図の短尺燃料棒１０のスリーブ７は、原子炉運転中
に降伏しないようにしかもスリーブ７の体積が最小にな
り、ＦＰガスの通過が容易になるように第９図及び第１
０図に示す構造にするとよい。スリーブ７にて燃料ペレ
ットを軸方向に支持してＦＰガスは通過孔１７を通して
下部のガスプレナム５Ａに捕集する。The sleeve 7 of the short fuel rod 10 shown in FIG.
It is recommended to use the structure shown in Figure 0. The fuel pellets are supported in the axial direction by the sleeve 7, and the FP gas is collected in the lower gas plenum 5A through the passage hole 17.
燃料棒１１の上端部に位置するガスプレナムと短尺燃料
棒１０の上端部に位置するガスプレナムとの高さを等し
くした場合において、短尺燃料棒１０の上記ガスプレナ
ムに配置されたコイルスプリングを、燃料棒１１の上記
ガスプレナム内のコイルスプリング（上記コイルスプリ
ングの長さと等しい）よりも微視的中性子吸収断面積の
小さな材料にて構成してもよい。この例においても、中
性子経済が従来例よりも向上する。しかし、中性子経済
の向上の度合は、第１図の実施例よりも小さい。When the heights of the gas plenum located at the upper end of the fuel rod 11 and the gas plenum located at the upper end of the short fuel rod 10 are made equal, the coil spring disposed in the gas plenum of the short fuel rod 10 is The coil spring in the gas plenum may be made of a material having a microscopic neutron absorption cross section smaller than that of the coil spring (which is equal in length to the coil spring). In this example as well, the neutron economy is improved compared to the conventional example. However, the degree of improvement in neutron economy is smaller than in the embodiment of FIG.
また、燃料棒１１の上端部に位置するガスプレナム内に
配置されるコイルスプリングと短尺燃料棒１０の上端部
に位置するガスプレナム内に配置されるコイルスプリン
グとの材質を同じくした場合において、短尺燃料棒１０
のガスプレナムの高さを燃料棒１１のその高さよりも短
くして短尺燃料棒１０のコイルスプリングの体積を燃料
棒１１のコイルスプリングの体積よりも小さくしても、
従来例よりも中性子経済が向上する。しかし、第１図の
実施例径は、中性子経済が向上しない。Further, when the coil spring disposed in the gas plenum located at the upper end of the fuel rod 11 and the coil spring disposed in the gas plenum located at the upper end of the short fuel rod 10 are made of the same material, the short fuel rod 10
Even if the height of the gas plenum is made shorter than that of the fuel rod 11 and the volume of the coil spring of the short fuel rod 10 is made smaller than the volume of the coil spring of the fuel rod 11,
Neutron economy is improved compared to the conventional example. However, the diameter of the embodiment shown in FIG. 1 does not improve the neutron economy.
本発明によれば、短尺燃料棒の上端部を支持する燃料ス
ペーサのフレッティング腐食を軽減できる。According to the present invention, fretting corrosion of the fuel spacer supporting the upper end portion of the short fuel rod can be reduced.
第１図は本発明の一実施例である燃料集合体の縦断面図
、第２図は第１図のｎ−ｎ断面図、第３図は第１図の短
尺燃料棒の構成図、第４図は短尺燃料棒を支持する燃料
スペーサのうちで最上位にある燃料スペーサを基準とし
た短尺燃料棒の突出量Ｒと振動振幅比との関係を示す特
性図、第５図は軸方向における熱中性子束及びボイド率
分布を示す特性図、第６図は第１図の実施例における各
部の寸法を示す説明図、第７図は本発明の他の実施例で
ある燃料集合体の短尺燃料棒の構成図、第８図は短尺燃
料棒上端部の構造の他の実施例の説明図、第９図及び第
１０図は短尺燃料棒の下部プレナム内のスリーブの他の
構成図である。
２．２１・・・被覆管、５，５Ａ、２５・・・ガスプレ
ナム、６，６Ａ・・・コイルスプリング、７・・・スリ
ーブ。
９・・・燃料集合体、１０・・・短尺燃料棒、１１・・
・燃料棒、１４・・・上部タイプレート、１５・・・下
部タイプレート、２２・・・燃料ペレット。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a fuel assembly that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line nn in FIG. 1, and FIG. Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the protrusion amount R of a short fuel rod and the vibration amplitude ratio based on the fuel spacer at the top of the fuel spacers that support the short fuel rods, and Figure 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the vibration amplitude ratio and the protrusion amount R of the short fuel rods. A characteristic diagram showing the thermal neutron flux and void fraction distribution, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the dimensions of each part in the embodiment of FIG. 1, and FIG. 7 is a short fuel of a fuel assembly according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram of another embodiment of the structure of the upper end of the short fuel rod, and FIGS. 9 and 10 are other diagrams of the sleeve in the lower plenum of the short fuel rod. 2.21...Claying tube, 5,5A, 25...Gas plenum, 6,6A...Coil spring, 7...Sleeve. 9...Fuel assembly, 10...Short fuel rod, 11...
- Fuel rod, 14... Upper tie plate, 15... Lower tie plate, 22... Fuel pellet.
Claims (1)
される複数の第１燃料棒と、前記下部タイプレートに保
持されて前記第１燃料棒よりも軸方向の長さが短い第２
燃料棒と、軸方向に配置されて前記各燃料棒を支持する
複数の燃料スペーサを備えた燃料集合体において、軸方
向に配置された前記燃料スペーサの燃料棒支持部間の長
さをｌ＿Ｍ及び前記第２燃料棒を支持する前記燃料スペ
ーサのうちで最上位に位置する前記燃料スペーサの燃料
棒支持部と前記短尺燃料棒の上端との間の長さをΔｌと
したとき、Δｌ／ｌ＿Ｍが１／４以下であることを特徴
とする燃料集合体。 ２、前記第２燃料棒の上端部の横断面積が上方に向つて
徐々に減少している請求項１の燃料集合体。 ３、前記第２燃料棒内の上端部に位置している第２ガス
プレナムの高さが前記第１燃料棒の上端部に位置してい
る第１のガスプレナムの高さよりも低く、第２ガスプレ
ナム内に配置されたスプリングの体積が第１ガスプレナ
ム内に配置されたスプリングのそれよりも小さい請求項
１の燃料集合体。 ４、前記第２燃料棒の下端部に第３のガスプレナムを有
し、前記第２燃料棒内の燃料ペレットを支持する手段が
前記第３ガスプレナム内に設置されている請求項３の燃
料集合体。５、前記第２燃料棒の上端部に位置している
第２ガスプレナム内に配置されたスプリングが前記第１
燃料棒の上端部に位置している第１ガスプレナム内に配
置されたスプリングよりも中性子吸収断面積の小さな材
料にて構成されている請求項１の燃料集合体。 ６、前記第２ガスプレナム内の前記スプリングがＺｒ−
Ｎｂ合金にて構成されている請求項第５項記載の燃料集
合体。 ７、下部タイプレートと、前記下部タイプレートに保持
される複数の第１燃料棒と、前記下部タイプレートに保
持されて前記第１燃料棒よりも軸方向の長さが短かい第
２燃料棒と、軸方向に配置されて前記各燃料棒を支持す
る複数の燃料スペーサとを備えた燃料集合体において、
前記第２燃料棒が上部端栓上に中空管を設けており、軸
方向に配置された前記燃料スペーサの燃料棒支持部間の
長さをｌ＿Ｍ及び前記第２燃料棒を支持する前記燃料ス
ペーサのうちで最上位に位置する前記燃料スペーサの燃
料棒支持部と前記中空管の上端との間の長さをΔｌとし
たとき、Δｌ／ｌ＿Ｍが１／４以下であることを特徴と
する燃料集合体。 ８、前記中空管が前記燃料スペーサよりも下方で側壁に
開口を有している請求項７の燃料集合体。[Claims] 1. A lower tie plate, a plurality of first fuel rods held by the lower tie plate, and a plurality of first fuel rods held by the lower tie plate having a length in the axial direction that is longer than the first fuel rods. short second
In a fuel assembly including fuel rods and a plurality of fuel spacers arranged in the axial direction and supporting each of the fuel rods, the length between the fuel rod supporting parts of the fuel spacers arranged in the axial direction is defined as l_M and When the length between the fuel rod supporting part of the fuel spacer located at the uppermost position among the fuel spacers supporting the second fuel rod and the upper end of the short fuel rod is Δl, Δl/l_M is A fuel assembly characterized in that the fuel assembly is 1/4 or less. 2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the cross-sectional area of the upper end of the second fuel rod gradually decreases upward. 3. The height of the second gas plenum located at the upper end of the second fuel rod is lower than the height of the first gas plenum located at the upper end of the first fuel rod; 2. The fuel assembly of claim 1, wherein the volume of the spring located in the first gas plenum is less than that of the spring located in the first gas plenum. 4. The fuel assembly according to claim 3, further comprising a third gas plenum at the lower end of the second fuel rod, and means for supporting fuel pellets in the second fuel rod is installed in the third gas plenum. . 5. A spring disposed in a second gas plenum located at the upper end of the second fuel rod is connected to the first fuel rod.
2. The fuel assembly of claim 1, wherein the fuel assembly is constructed of a material having a smaller neutron absorption cross section than the spring disposed in the first gas plenum located at the upper end of the fuel rod. 6. The spring in the second gas plenum is Zr-
6. The fuel assembly according to claim 5, wherein the fuel assembly is made of a Nb alloy. 7. a lower tie plate, a plurality of first fuel rods held by the lower tie plate, and a second fuel rod held by the lower tie plate and having a shorter axial length than the first fuel rods; and a plurality of fuel spacers arranged in the axial direction to support each of the fuel rods,
The second fuel rod is provided with a hollow tube on the upper end plug, the length between the fuel rod supports of the axially disposed fuel spacer is l_M, and the fuel supporting the second fuel rod is When Δl is the length between the fuel rod support part of the fuel spacer located at the uppermost position among the spacers and the upper end of the hollow tube, Δl/l_M is 1/4 or less. fuel assembly. 8. The fuel assembly according to claim 7, wherein said hollow tube has an opening in a side wall below said fuel spacer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63103948A JP2569119B2 (en) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | Fuel assembly |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01276095A true JPH01276095A (en) | 1989-11-06 |
| JP2569119B2 JP2569119B2 (en) | 1997-01-08 |
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ID=14367652
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569119B2 (en) |
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- 1988-04-28 JP JP63103948A patent/JP2569119B2/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP2569119B2 (en) | 1997-01-08 |
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