JPH03210497A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JPH03210497A
JPH03210497A JP2005716A JP571690A JPH03210497A JP H03210497 A JPH03210497 A JP H03210497A JP 2005716 A JP2005716 A JP 2005716A JP 571690 A JP571690 A JP 571690A JP H03210497 A JPH03210497 A JP H03210497A
Authority
JP
Japan
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water
fuel
core
reactor
rod
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005716A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Ueda
精 植田
Takeshi Kiyono
清野 赳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2005716A priority Critical patent/JPH03210497A/en
Publication of JPH03210497A publication Critical patent/JPH03210497A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Spray-Type Burners (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve fuel economy by setting the maximum lateral cross-sectional area of a moderator guide member, along a whole length of an axial effective part of the fuel, and by decreasing volume ratio which removes water by the lateral cross-sectional area, at a certain range specified individually from the upper most part and the lower most part of a reactor core, and by increasing the volume ratio at the other parts. CONSTITUTION:The maximum cross-sectional area of a moderator guide member 22 is set along a whole length of an axial effective part of a fuel. Volume ratio which removes water by the lateral cross-sectional area is decreased at a certain area specified individually from the upper most part and the lower most part of a reactor core, and the volume ratio is increased, throughout an operational cycle, at comparatively upper position of the reactor core where concentration of fissile nuclides grows up relatively higher in fuel burning process. Accordingly, the fuel burning at the position is active at the position during an initial to an intermediate periods of an operational cycle, and an output peak is diminished in a last period of the operational cycle.

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(以下BWRという)等の軽水
炉用の燃料集合体に係り、特にウォータロッド等の減速
材案内部材の流路抵抗を制御することによりスペクトル
シフト運転を行なうことができる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 light water reactor such as a boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR), and particularly relates to a fuel assembly for a moderator such as a water rod. The present invention relates to a fuel assembly capable of performing spectrum shift operation by controlling flow path resistance of a guide member.

(従来の技術) BWRの炉心に装荷される従来の燃料集合体の一例とし
ては第9図に示すように構成されたものがあり、この燃
料集合体1は角筒状のチャンネルボックス2内に燃料バ
ンドル3を収容している。
(Prior Art) An example of a conventional fuel assembly loaded into a BWR core is one constructed as shown in FIG. It houses the fuel bundle 3.

燃料バンドル3は燃料棒4を、例えば8行8列の正方格
子状に多数本配列して、その中央部に燃料棒4より例え
ば太径のウォータロッド5を配置し、これらの軸方向に
多段に配設された偏平角筒状のスペーサ6により束状に
結束している。
The fuel bundle 3 has a large number of fuel rods 4 arranged in a square grid of, for example, 8 rows and 8 columns, and a water rod 5 having a diameter larger than that of the fuel rods 4, for example, is arranged in the center thereof, and is arranged in multiple stages in the axial direction. They are bound together into a bundle by spacers 6 in the shape of flat rectangular cylinders arranged in the spacer 6 .

また各燃料棒4およびウォータロッド5の上端部には上
部端栓7が、下端部には下部端栓8がそれぞれ固着され
、さらに、上部端栓7が上部タイプレート9に、下部端
栓8が下部タイプレート10にそれぞれ支持されている
Further, an upper end plug 7 is fixed to the upper end of each fuel rod 4 and water rod 5, and a lower end plug 8 is fixed to the lower end of each fuel rod 4 and water rod 5. Furthermore, the upper end plug 7 is fixed to the upper tie plate 9, and the lower end plug 8 is fixed to the lower end of each fuel rod 4 and water rod 5. are supported by the lower tie plate 10, respectively.

下部タイプレート10はその開口10aから減速材と冷
却材としての機能を併有する炉水を図中矢印に示すよう
に内部に導入し、各燃料棒4相互間の間隙を下から上方
へ向けて昇流させ、その際に各燃料棒4から放出される
熱を除去する一方で、加熱されて炉心上部へ流れ、気液
二相流となる。
The lower tie plate 10 introduces reactor water, which functions as both a moderator and a coolant, into the interior through its opening 10a as shown by the arrow in the figure, and the gap between each fuel rod 4 is directed upward from below. While the heat released from each fuel rod 4 is removed at this time, the fuel is heated and flows to the upper part of the core, becoming a gas-liquid two-phase flow.

そして、ウォータロッド5はその下端部の取入口5aよ
り炉水を内部へ導入し、軸方向上方へ案内して排605
bより外部へ流出させ、各燃料棒4の上端部に案内する
。ここで、炉水は主として減速材として作用し、緩やか
に炉心下部からその上方へ流れ、炉心上部で上記気液二
相流と合流して混合される。なお、チャンネルボックス
2の外周部およびウォータクロス(図示せず)によって
も、炉水がウォータロッド5と同様に炉心上方へ案内さ
れる。
The water rod 5 introduces reactor water into the interior through the intake port 5a at its lower end, guides it upward in the axial direction, and discharges it to the exhaust 605.
b and guided to the upper end of each fuel rod 4. Here, the reactor water mainly acts as a moderator, flows slowly from the lower part of the core to the upper part, and joins and mixes with the gas-liquid two-phase flow in the upper part of the core. Incidentally, the reactor water is also guided above the reactor core by the outer circumference of the channel box 2 and the water cross (not shown) in the same manner as the water rod 5.

ところで、BWRでは、原子炉出力が冷却材流量(再循
環流量)と図示しない制御棒の炉心への挿脱によって制
御される。制御棒は近年では原子炉出力制御のために使
用される頻度が比較的少なく、主として冷却材流量の制
御によって出力制御が行なわれている。
By the way, in a BWR, the reactor output is controlled by the coolant flow rate (recirculation flow rate) and the insertion and removal of control rods (not shown) into the reactor core. In recent years, control rods have been used relatively infrequently to control reactor power, and power is primarily controlled by controlling the flow rate of coolant.

これは燃料集合体1に対する熱的インパクトを低減し、
燃料棒4の健全性を確保する上でBWR特有の優れた制
御手段であることはよく知られている。
This reduces the thermal impact on the fuel assembly 1,
It is well known that this is an excellent control means unique to BWR in ensuring the integrity of the fuel rods 4.

また、チャンネルボックス2内ではボイド(気泡)が燃
料集合体1上部へ行くほど多くなり、燃料集合体1の発
熱部上端付近ではボイド率が70%を超えることもあり
、燃料集合体1の下端よりやや上方がボイド発生の最下
位量である。
In addition, the voids (bubbles) in the channel box 2 increase as they move toward the upper part of the fuel assembly 1, and the void ratio may exceed 70% near the upper end of the heat generating part of the fuel assembly 1. Slightly above is the lowest amount of void generation.

そして、従来の燃料集合体1は、燃料棒4の健全性を確
保するために、その出力分布を、運転サイクルの初期か
ら末期まで全期間に亘って軸方向になるべく−様な状態
にする必要があった。
In order to ensure the integrity of the fuel rods 4, the conventional fuel assembly 1 needs to have its output distribution as similar as possible in the axial direction throughout the entire period from the beginning to the end of the operation cycle. was there.

しかし、最近では燃料棒4の燃料被覆管内面にバリア層
を設けることにより、燃料棒4の健全性を著しく向上さ
せているので、運転サイクル全期間を通して軸方向出力
分布をなるべく一定かつ平坦に保つ必要性が緩和された
However, recently, by providing a barrier layer on the inner surface of the fuel cladding tube of the fuel rod 4, the integrity of the fuel rod 4 has been significantly improved, so that the axial power distribution is kept as constant and flat as possible throughout the entire operating cycle. The need has eased.

BWRでは本来、炉心の上方へ行くに従ってボイド率が
高(なるので、出力分布は運転サイクル初期(以下BO
Cという)で燃料集合体の上端部が抑えられ、燃料集合
体の下部に歪む。
In a BWR, the void ratio naturally increases as you move upwards in the core, so the power distribution is at the beginning of the operating cycle (hereinafter referred to as BO).
(referred to as C), the upper end of the fuel assembly is held down and distorted to the lower part of the fuel assembly.

一方、運転サイクル末期(以下EOCという)では燃料
集合体の下部の核分裂性核種濃度が燃焼により減耗し、
燃料集合体上部ではボイドにより減耗が遅れると共にボ
イドによるスペクトル硬化のためにプルトニウムがより
多(蓄積され、そのために、炉心下方で出力が低下し、
燃料集合体上部で高くなる挙動を示している。
On the other hand, at the end of the operating cycle (hereinafter referred to as EOC), the concentration of fissile nuclides in the lower part of the fuel assembly is depleted by combustion.
In the upper part of the fuel assembly, depletion is delayed due to voids, and more plutonium is accumulated (accumulated) due to spectral hardening due to voids, which reduces the power output below the core.
It shows the behavior that it becomes higher in the upper part of the fuel assembly.

(発明が解決しようとする課題) 燃料集合体がもつ本来の性質をなるべく利用するのが燃
料の経済性として優れているが、従来は燃料健全性の確
保ないし向上のために、燃料集合体下部に、より多くの
可燃性毒物を配置したり、燃料集合体上部の燃料濃縮度
を高めるなどして対処して来た。これらは中性子経済の
悪化を招き、あるいは燃料の燃え残りによる燃料経済性
の悪化を招いていた。また、燃料経済性の向上のために
、上記のような対処を行なわない場合には、EOCにお
ける出力分布の過変の歪みのため、燃料健全性に支障を
来すおそれが生じ、これを回避するために原子炉出力を
降下させなければならず、結果的に原子力発電所のプラ
ントとしての経済性が低下する問題がある。
(Problem to be solved by the invention) It is good for fuel economy to make use of the inherent properties of fuel assemblies as much as possible, but in the past, in order to ensure or improve fuel integrity, This has been addressed by placing more burnable poison and increasing the fuel enrichment in the upper part of the fuel assembly. These have led to a deterioration in the neutron economy, or a deterioration in the fuel economy due to unburned fuel. Furthermore, if the above-mentioned measures are not taken to improve fuel economy, there is a risk that fuel integrity will be affected due to the distortion of the output distribution at EOC, and it is necessary to avoid this problem. In order to do so, the reactor output must be lowered, and as a result, there is a problem that the economic efficiency of the nuclear power plant as a plant decreases.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、燃料経済性を向上させるとともに、プ
ラントの経済性の低下を防止することのできる燃料集合
体を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a fuel assembly that can improve fuel economy and prevent a decline in the economic efficiency of a plant. .

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 上記した原子炉の自然現象的な性質は再循環流量の調節
により、相当広範囲に調節されるものであり、BOCで
は炉心のより下方でボイドが発生するため、冷却材の圧
力損失が高くなり、その結果、冷却材炉心流量が低下し
やすくなり、一方、EOCでは丁度、これとは逆の挙動
を示す。
(Means for solving the problem) The above-mentioned natural phenomena of the reactor can be adjusted over a fairly wide range by adjusting the recirculation flow rate, and in BOC, voids occur lower in the core. The pressure loss of the coolant becomes high, and as a result, the coolant core flow rate tends to decrease, while EOC exhibits exactly the opposite behavior.

ところで、運転サイクル前半で減速材として機能する水
の密度を低下させ、中性子スペクトルを硬化させ、それ
によってプルトニウム生成を助長して蓄積し、このプル
トニウムをEOCで減速材(水)の密度を上昇させるこ
とにより、核分裂を起させることができれば、核燃料の
有効利用が図れることはよく知られており、これを実施
する手段として、BWRでは冷却材流量制御法がある。
By the way, in the first half of the operation cycle, the density of water, which functions as a moderator, is reduced, hardening the neutron spectrum, thereby promoting the production and accumulation of plutonium, and using this plutonium in EOC to increase the density of the moderator (water). It is well known that if nuclear fission can be caused by this, nuclear fuel can be used effectively, and as a means of implementing this, there is a coolant flow rate control method in BWR.

これはBOCで冷却材炉心流量を下げることにより、燃
料集合体の下部で高出力とする一方、燃料集合体の上部
でボイド割合を高くして、プルトニウムを生成蓄積する
ものである。
This is done by lowering the coolant core flow rate with BOC to achieve high output in the lower part of the fuel assembly, while increasing the void ratio in the upper part of the fuel assembly to generate and accumulate plutonium.

また、EOCでは炉心流量を増大させることにより、燃
料集合体の上部で高出力とし、BOCで蓄積されたプル
トニウムと残存ウランを燃焼させる。このような運転方
法はスペクトルシフト運転法と言われている。
In addition, in EOC, by increasing the core flow rate, high output is achieved in the upper part of the fuel assembly, and the plutonium and residual uranium accumulated in BOC are burned. Such a driving method is called a spectrum shift driving method.

BWRのBOCではウォータロッドをボイド棒として、
すなわちウォータロッドから水を排除するボイド棒とし
、また、EOCではウォータロッドとして利用できれば
スペクトルシフト運転はより効果的となり、燃料の経済
性を大幅に向上させることかできる。このような特性は
加圧水型原子炉(PWR)においても全く同様である。
In the BWR BOC, the water rod is used as a void rod,
That is, if the void rod is used to remove water from the water rod, and if it can be used as a water rod in the EOC, spectral shift operation will be more effective, and fuel economy can be greatly improved. These characteristics are exactly the same in pressurized water reactors (PWRs).

ところが、このような運転をおこうと、炉心軸方向の出
力分布は運転サイクルがBOCからEOCに進むに連れ
て大幅に変化するので、出カビキングは著しく高く、燃
料健全性に支障を来すおそれがあることが定量的な検討
の結果明らかになってきた。また、EOCにおいて炉心
上部の出力が増大することは、炉心の端部に近いことと
、ボイド率が高いために中性子の漏洩確率が高くなるこ
とのために中性子経済性は低下する(すなわち、中性子
増倍率が期待はど増大しない。)そこで本発明は、多数
の燃料棒とこの燃料棒より直径の大きいスペクトルシフ
ト型の減速材案内部材とを規則正しく配列し、上記燃料
棒および上記案内部材の軸と平行方向に減速材兼冷却材
として作用する水を流す燃料集合体において、上記減速
材案内部材の最大横断面積を軸方向燃料有効部の全長に
亘って設定し、この横断面積で水を排除する体積割合を
炉心上端部および下端部からそれぞれに決まる一定範囲
では小さクシ、その他の部分では大きくしたことを特徴
とする。
However, even with this type of operation, the power distribution in the axial direction of the reactor core changes significantly as the operating cycle progresses from BOC to EOC, so the power output is extremely high and there is a risk that fuel integrity may be compromised. As a result of quantitative studies, it has become clear that there is. In addition, the increase in power in the upper part of the core in EOC results in a decrease in neutron economics (i.e., neutron (The multiplication factor does not increase as expected.) Therefore, the present invention regularly arranges a large number of fuel rods and spectrum-shift moderator guide members having a diameter larger than the fuel rods, and the axes of the fuel rods and the guide members are aligned. In a fuel assembly in which water, which acts as a moderator and coolant, flows in a direction parallel to the moderator, the maximum cross-sectional area of the moderator guide member is set to span the entire length of the axial fuel effective part, and water is removed using this cross-sectional area. The volume ratio is small in certain ranges determined from the upper and lower ends of the core, and is larger in other parts.

(作用) 上記の構成を有する本発明においては、減速材案内部材
の最大断面積を軸方向燃料有効部の全長に亘って設定し
、この横断面積で水を排除する体積割合を炉心上端部お
よび下端部からそれぞれに決まる一定範囲では小さくし
、核分裂性核種濃度が燃焼の過程において相対的に高く
なる炉心の比較的上方の部位、したがってEOCにおい
て出力ピークが発生し、原子炉停止時には未臨界度が浅
くなる部位においては運転サイクルを通じて体積割合を
大きくしたので、BOCからMOC(運転サイクル中期
)にかけてはこの部位の燃焼が進み、EOCにおいては
出力ピークが低減され、あるいは炉心のより下方(内部
)ヘシフトする。
(Function) In the present invention having the above configuration, the maximum cross-sectional area of the moderator guide member is set over the entire length of the axial fuel effective section, and the volume ratio at which water is removed by this cross-sectional area is set at the upper end of the core and The output peak occurs at the relatively upper part of the core where the concentration of fissile nuclides becomes relatively high during the combustion process, so the power peak occurs at the EOC, and when the reactor shuts down, it becomes subcritical. As the volume ratio was increased throughout the operating cycle in the area where the pressure becomes shallow, combustion in this area progresses from BOC to MOC (middle of the operating cycle), and at EOC, the power peak is reduced, or lower (inside) the core. shift to

これらの現象により、炉心軸方向の出力分布は運転サイ
クルを通じてより安定化され、出力ビーキングが緩和さ
れ、あるいは冷却能力のより高い炉水て冷却されるため
、燃料の健全性と運転の安定性が向上する。また、原子
炉停止中の未臨界度があまり浅くならず、炉停止余裕が
向上する。そして、原子炉緊急停止時のスクラム特性が
改良される。さらに、運転中の中性子の炉心外への漏洩
率が減少し燃料の経済性が向上する。加えて、上部にお
ける炉水の圧力損失が低減し、プラントの経済性と安定
性が向上する。
As a result of these phenomena, the axial power distribution of the reactor core becomes more stable throughout the operating cycle, power peaking is alleviated, or the reactor water with higher cooling capacity is used for cooling, which improves fuel health and operational stability. improves. In addition, the degree of subcriticality during reactor shutdown does not become too shallow, improving reactor shutdown margin. In addition, the scram characteristics at the time of emergency shutdown of the reactor are improved. Furthermore, the leakage rate of neutrons out of the core during operation is reduced, improving fuel economy. In addition, the pressure loss of the reactor water in the upper part is reduced, improving the economic efficiency and stability of the plant.

(実施例) 以下、本発明を図示する実施例に基づいて説明する。第
1図(A)は本発明の第1実施例による燃料集合体を示
す。同図(A)に示すように、燃料集合体20は燃料棒
21を9行9列の配列とし、その中央部から3×3格子
分の燃料棒9本を取り除き、減速材案内部材と(、ての
太径のウォータロッド22を配置し、外周部には角筒状
のチャンネルボックス25を配置して構成される。ウォ
ータロッド22は燃料棒21と共に燃料スペーサにより
束状に結束され、炉水を減速材として燃料棒21周りに
案内するようになっている。また、ウォータロッド22
は外管23内に内管24を同軸状に収容して2重管構造
に構成している。
(Example) The present invention will be described below based on an illustrative example. FIG. 1(A) shows a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, the fuel assembly 20 has fuel rods 21 arranged in 9 rows and 9 columns, with nine fuel rods corresponding to a 3x3 lattice removed from the center, and a moderator guide member and ( , water rods 22 with large diameters are arranged, and a rectangular cylindrical channel box 25 is arranged on the outer periphery.The water rods 22 are bundled together with fuel rods 21 by fuel spacers, and the Water is used as a moderator to guide around the fuel rods 21. Also, water rods 22
The inner tube 24 is housed coaxially within the outer tube 23 to form a double tube structure.

すなわち、ウォータロッド22は第1図(B)に示すよ
うに燃料有効部下端(B A F : Bottomo
f Active Fuel)から約1/4L (Lは
燃料有効長で約3.7m)において細径化され、2重管
構成のうち外側下端部に流路抵抗体30が配置されると
ともに、燃料有効部上端(TAF :Top ofAc
tive Fuel)から約1/4Lにおいては1重構
成の太径水棒とされ、TAFから一定の範囲(1/12
L程度)では細径水棒とされている。つまり、本実施例
ではウォータロッド22の最大横断面積を軸方向燃料有
効部の全長に亘って設定し、この横断面積で水を排除す
る割合を、炉心上端部例えば30〜90ao程度、およ
び炉心下端部例えば15〜90cm程度の範囲では小さ
くしである。
That is, the water rod 22 has a fuel effective lower end (B A F ) as shown in FIG. 1(B).
The diameter is reduced at approximately 1/4L (L is the effective fuel length of approximately 3.7 m) from f Active Fuel, and a flow path resistor 30 is placed at the outer lower end of the double pipe configuration, and the active fuel TAF: Top of Ac
About 1/4L from tive fuel), it is a large diameter water rod with single layer structure, and from TAF to a certain range (1/12
L) is considered a small diameter water rod. That is, in this embodiment, the maximum cross-sectional area of the water rod 22 is set over the entire length of the axial fuel effective section, and the rate of water removal with this cross-sectional area is set at the upper end of the core, for example, about 30 to 90 AO, and at the lower end of the core. For example, it is small in the range of about 15 to 90 cm.

ウォータロッド22内を流れる炉水はパスが2つに分岐
されて流れる。すなわち、一方は内管24の下方へ延び
た部分の通水孔27から流入し、燃料有効部下端BAF
から3/4L辺りにおいてその流れ横断面積を拡大して
太径水棒を構成し、その後、主として冷却水圧力損失低
減のために細径化され、燃料有効部上端TAF近傍に設
けられた排水孔28より排出される。他方の流れは外管
23と内管24との間で外管23の下端付近に設けられ
た流路抵抗体30を通って、細径化された外管23と内
管24との間隙を流れ、燃料有効部下端BAFより約1
/4したけ上方からは太径化された外管23と内管24
との間隙を流れて行き、3/4L辺りにおいて外嵌23
に設けられた微小孔29から排出される。
Reactor water flowing through the water rod 22 has two paths branched into two paths. That is, one side flows in from the water passage hole 27 in the downwardly extending portion of the inner pipe 24, and the fuel flows into the effective lower end BAF.
The cross-sectional area of the flow is expanded around 3/4L to form a large-diameter water rod, and then the diameter is reduced mainly to reduce cooling water pressure loss, and a drainage hole is provided near the upper end of the fuel effective part TAF. It is discharged from 28. The other flow passes through a flow path resistor 30 provided near the lower end of the outer tube 23 between the outer tube 23 and the inner tube 24, and fills the gap between the outer tube 23 and the inner tube 24, which have a reduced diameter. Flow, approximately 1 from the lower effective fuel end BAF
/4 From above, the outer pipe 23 and inner pipe 24 have a larger diameter.
The outer fitting 23 flows around 3/4L.
It is discharged from the microhole 29 provided in the.

内管24側は運転サイクルを通じて常に非沸騰状態もし
くは低ボイド率に抑えられた炉水が流れ、外管23と内
管24との間隙ではBOCからMOCにおいてはボイド
化し、あるいは高ボイド化した炉水が流れ、EOCにお
いては非沸騰状態もしくは低ボイド率に抑えられた炉水
が流れるように炉水流人孔、排出孔および流路抵抗体3
0が設計される。
On the inner pipe 24 side, reactor water that is kept in a non-boiling state or with a low void ratio always flows throughout the operation cycle, and in the gap between the outer pipe 23 and the inner pipe 24, from BOC to MOC, the reactor water is voided or has a high void content. Reactor water flow holes, discharge holes, and flow path resistors 3 so that water flows, and in EOC, reactor water that is in a non-boiling state or suppressed to a low void ratio flows.
0 is designed.

次に、第2図に基づいて流路抵抗体30を説明する。第
2図(A)に示す外管23と内管24との間に配設され
ている流路抵抗体30は製造性に起因して軸方向に2分
割されており、第2図(B)(C)、  (D)に示す
ように例えば4つの通水孔31が対称に設けられている
。この通水孔31は第2図(A)に示すように雌ねじ状
に加工されている。流路抵抗体30の軸方向長さは通常
15〜30cm長となり、通水孔31を設ける際に若干
の加工上の問題を生じることがある。このため、第2図
では上下に2分割する例を示した。
Next, the flow path resistor 30 will be explained based on FIG. The flow path resistor 30 disposed between the outer tube 23 and the inner tube 24 shown in FIG. 2(A) is divided into two parts in the axial direction due to manufacturability. As shown in )(C) and (D), for example, four water holes 31 are provided symmetrically. This water passage hole 31 is machined into a female thread shape as shown in FIG. 2(A). The axial length of the flow path resistor 30 is usually 15 to 30 cm, which may cause some processing problems when providing the water passage hole 31. For this reason, FIG. 2 shows an example of dividing into upper and lower halves.

各流路抵抗体30は上下端面に第2図(B)に示すよう
なリング状の通水溝32が設けられているとともに、両
端面近傍を除き外周および内周は削り込まれており、外
管23内周面と流路抵抗体30外面との間および流路抵
抗体30内面と内管24外周面との間に、流路抵抗体3
0発熱時にこれを断熱する断熱層33が形成されている
Each flow path resistor 30 is provided with a ring-shaped water passage groove 32 as shown in FIG. 2(B) on the upper and lower end surfaces, and the outer and inner peripheries are carved except for the vicinity of both end surfaces. A flow path resistor 3 is provided between the inner circumferential surface of the outer tube 23 and the outer surface of the flow path resistor 30 and between the inner surface of the flow path resistor 30 and the outer circumferential surface of the inner tube 24.
A heat insulating layer 33 is formed to insulate this when no heat is generated.

上記の構成において、流路抵抗体30周囲の出力が低い
とき、炉水は内管24内と、外管23と内管24との間
の2方向に分岐して流れる(Fl。
In the above configuration, when the power around the flow path resistor 30 is low, the reactor water branches and flows in two directions: inside the inner pipe 24 and between the outer pipe 23 and the inner pipe 24 (Fl).

F2)。また、出力が上昇すると流路抵抗体30はガン
マ線や中性子線を吸収して発熱する。すると、外管23
内面と流路抵抗体30外面との間および流路抵抗体30
内面と内管24の外面との間の水は気化し、水がまたは
蒸気が微小孔29を通して排出されるスチームによる断
熱層が形成される。
F2). Furthermore, when the output increases, the flow path resistor 30 absorbs gamma rays and neutron rays and generates heat. Then, the outer tube 23
Between the inner surface and the outer surface of the flow path resistor 30 and the flow path resistor 30
The water between the inner surface and the outer surface of the inner tube 24 evaporates, forming a steam insulation layer from which the water or steam escapes through the micropores 29.

その結果、流路抵抗体30から発生する熱は効率よく通
水孔31へ伝達されるようになる。この通水孔31を通
っていた炉水は効果的に加熱されボイドが発生する。こ
のボイドの多(は通水孔31の雌ねじの谷部においてト
ラップされ、成長して行き、やがては通水孔31をボイ
ドがほとんど閉塞してしまい、炉水の流れF2はほとん
どなくなるかわずかなものとなってしまう。このため流
路抵抗体30の下流側の炉水はガンマ線や中性子線を吸
収して発熱することとなり、やがて気化(沸騰)し、ボ
イドになってしまうか高いボイド率となる。
As a result, the heat generated from the flow path resistor 30 is efficiently transferred to the water passage hole 31. The reactor water passing through this water passage hole 31 is effectively heated and voids are generated. Many of these voids are trapped in the troughs of the internal threads of the water passage hole 31 and grow, until eventually the water passage hole 31 is almost completely blocked by the voids, and the flow of reactor water F2 is almost eliminated or is reduced to a small amount. Therefore, the reactor water on the downstream side of the flow path resistor 30 absorbs gamma rays and neutron rays and generates heat, and eventually vaporizes (boils) and becomes voids or has a high void ratio. Become.

一方、EOCでは一般に流路抵抗体30周囲の出力が低
下するとともに炉水流量が増大するので、流路抵抗体3
0の発熱が低下し、通水孔31のボイド発生が少なくな
るとともに、発生したボイドも流量増大により押し流さ
れるので、流路抵抗体30の下流側に炉水が供給される
ようになり、外管23と内管24の間は炉水で満たされ
る。このようなプロセスは制御棒挿入によっても流路抵
抗体30の発熱を減少させることによってもいずれても
コントロールすることができる。
On the other hand, in EOC, the output around the flow path resistor 30 generally decreases and the reactor water flow rate increases.
0 heat generation is reduced, the generation of voids in the water passage holes 31 is reduced, and the generated voids are also washed away by the increase in flow rate, so that reactor water is supplied to the downstream side of the flow path resistor 30, and the outside The space between the pipe 23 and the inner pipe 24 is filled with reactor water. Such a process can be controlled either by inserting a control rod or by reducing the heat generated by the flow path resistor 30.

他方、流路抵抗体30は通水孔3]−と放射線吸収発熱
体を内蔵しており、BOCからMOCにかけては出力分
布がボトムピークとなるので、発熱体の発熱率が高まり
、通水孔31の流路抵抗が高まる。その結果、内管24
と外管23との間には炉水の流入がほとんどなくなり、
その空間の炉水は加熱されボイド化し、微小孔29から
のわずかな排出とのバランスでその空間内の水位が低下
し、やがてはその空間は全てボイド化させることができ
る。
On the other hand, the flow path resistor 30 has a built-in water passage hole 3 and a radiation absorbing heating element, and the output distribution reaches a bottom peak from BOC to MOC, so the heat generation rate of the heating element increases and the water passage hole 31 flow path resistance increases. As a result, the inner tube 24
Almost no reactor water flows between the and outer tube 23,
The reactor water in that space is heated and becomes void, and the water level in that space decreases in balance with the slight discharge from the micropores 29, and eventually the entire space can be made void.

ところが、EOCになると炉水の流量が高まり、燃料有
効部上端での残部核分裂性物質濃度の相対的な向上も相
俟って出力分布はトップピーク型となる。その結果、発
熱体の発熱率は低下し、通水孔31の流路抵抗は低下し
、炉水が外管23と内管24との間に流入し易くなる。
However, at EOC, the flow rate of the reactor water increases, and together with the relative increase in the concentration of remaining fissile material at the upper end of the active fuel zone, the power distribution becomes top-peak type. As a result, the heat generation rate of the heating element decreases, the flow path resistance of the water passage hole 31 decreases, and reactor water easily flows between the outer tube 23 and the inner tube 24.

この現象を加速するために引抜かれた制御棒をその挿入
先端部が流路抵抗体30近傍高さまで位置するように挿
入してもよい。このように制御棒を用いると、炉水流量
のみによらず、しかも特定の燃料集合体のみに対して流
路抵抗体30の流路抵抗をコントロルすることができる
。外管23と内管24との間隙が炉水で満たされると、
本実施例のウォータロッド22は一般の全長太径水棒と
ほぼ同じ作用となる。つまり、ウォータロッド22はE
OCにおいて一般の太径水棒とほぼ同じ作用をし、BO
CからMOCにおいては炉心上部のEOCにおいて出力
ピークが生じ、炉停止余裕が小さくなる部位が太径の水
棒で減速材不足を緩和し、その他の部位では減速材を減
らして出力分布の安定化、平坦化等に寄与する。
In order to accelerate this phenomenon, the control rod that has been pulled out may be inserted so that its insertion tip is located at a height near the flow path resistor 30. By using the control rods in this manner, the flow path resistance of the flow path resistor 30 can be controlled not only depending on the reactor water flow rate but also only for a specific fuel assembly. When the gap between the outer tube 23 and the inner tube 24 is filled with reactor water,
The water rod 22 of this embodiment has almost the same effect as a general full-length, large-diameter water rod. In other words, the water rod 22 is E
It has almost the same effect as a general large diameter water rod in OC, and BO
From C to MOC, the power peak occurs at the EOC in the upper part of the core, where the margin for reactor shutdown is small, where the lack of moderator is alleviated by using large diameter water rods, and at other locations, the moderator is reduced to stabilize the power distribution. , contributes to flattening, etc.

流路抵抗体30の代表的なものとして放射線吸収発熱体
があり、この放射線吸収発熱体としては種々のものが考
えられ、ウォータロッド22を構成している材料と同じ
ジルカロイ、ジルカロイに若干のハフニウムを含むもの
、天然ウラン、減損ウラン、中性子吸収材などである。
A typical example of the flow path resistor 30 is a radiation-absorbing heating element. Various types of radiation-absorbing heating element can be considered. natural uranium, depleted uranium, neutron absorbing materials, etc.

次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

ウォータロッド22はBOCからMOCにかけて炉心の
上部(3/4L〜11/12 L辺り)において太径水
棒、他の部分は細径水棒として作用するとともに、1/
4L〜3/4Lでは太径ボイド棒、0〜1/4Lでは細
径ボイド棒として作用する。炉心の上部は一般に燃料集
合体で高ボイド率と燃焼おくれのために核分裂性核種濃
度の炉心軸方向相対分布か高くなり、原子炉停止時に未
臨界度が特に浅くなる部位であるが、本実施例の燃料集
合体20においてはこの部位は他部位と異なり、常に太
径水棒となっているため、ウォータロッド22外部の高
ボイド率によるプルトニウムの生成と、ウォータロッド
22の太径水棒としての作用により生成したプルトニウ
ムの燃焼も相対的に他の部位に比べて進み易いため、原
子炉停止時の未臨界度が特に浅くなる現象が緩和される
The water rod 22 acts as a large-diameter water rod in the upper part of the core (around 3/4L to 11/12L) from BOC to MOC, and acts as a small-diameter water rod in other parts.
4L to 3/4L acts as a large diameter void rod, and 0 to 1/4L acts as a small diameter void rod. The upper part of the reactor core is generally a fuel assembly where the relative distribution of fissile nuclide concentration in the axial direction of the reactor is high due to high void ratio and combustion delay, and the degree of subcriticality becomes particularly shallow during reactor shutdown. In the example fuel assembly 20, unlike other parts, this part is always a large-diameter water rod, so plutonium is generated due to the high void ratio outside the water rod 22, and the water rod 22 is used as a large-diameter water rod. The combustion of plutonium produced by this action is relatively easy compared to other parts, so the phenomenon in which the degree of subcriticality becomes particularly shallow at the time of reactor shutdown is alleviated.

また、上記太径水棒のある高さの部位は通常の燃料集合
体でBOC−MOCにおいて出力が大幅に低下し、EO
Cにおいて大幅に増大したが、本実施例の燃料集合体2
0においては太径水棒としての作用により、BOC−M
OCにおける出力の低下が緩和され、EOCにおいては
その分出力増大が緩和されるので、サイクルを通じた軸
方向出力分布の変化が少なくなり、出力分布が安定化す
るとともに平坦化され、燃料の健全性が向上し、原子炉
運転性が安定する。
In addition, the part at the height of the large-diameter water rod mentioned above is a normal fuel assembly, and in BOC-MOC, the output is significantly reduced, and the EO
Although the fuel assembly 2 of this example increased significantly in C.
At 0, BOC-M acts as a large diameter water rod.
Since the decrease in output at OC is alleviated and the increase in output at EOC is alleviated, changes in the axial power distribution throughout the cycle are reduced, the output distribution is stabilized and flattened, and the health of the fuel is improved. This will improve reactor operability and stabilize reactor operability.

さらに、上記未臨界度が特に浅くなる部分(炉心の上端
〜3/4L付近)の未臨界度の減少が緩和されるという
ことは、炉心のより中央側、すなわち従来より下方側へ
若干ながら未臨界度が浅くなる部位がシフトすることで
ある。第1図(B)に示すように2/4L〜3/4Lに
おいてウォータロッド22はBOC−MOCでボイド率
が高い。
Furthermore, the fact that the decrease in the degree of subcriticality in the part where the degree of subcriticality is particularly shallow (near the upper end of the core to 3/4L) is alleviated means that the degree of subcriticality decreases slightly toward the center of the core, that is, toward the lower side than before. This means that the region where the criticality becomes shallow shifts. As shown in FIG. 1(B), the water rod 22 in 2/4L to 3/4L is BOC-MOC and has a high void ratio.

これとチャンネルボックス25内でウォータロツド22
外側とのボイド率分布(上方はど大きい)との平均値は
2/4L〜3/4Lにおいて大となり、この結果核分裂
性核種濃度の軸方向分布は従来に比べて下方ヘシフトす
る。これが未臨界度の浅くなる部位が下方ヘシフトする
原因である。
Water rod 22 in this and channel box 25
The average value of the void fraction distribution with the outside (larger in the upper part) becomes large in 2/4L to 3/4L, and as a result, the axial distribution of fissile nuclide concentration shifts downward compared to the conventional case. This is the reason why the region where the degree of subcriticality becomes shallow shifts downward.

これらの本実施例の燃料集合体の作用のうち、特にボイ
ド率分布と出力分布について第3図に基づいて説明する
。第3図(A)はボイド率の軸方向分布を示しており、
従来の全長−様型の太径水棒を用いた燃料集合体では点
線のようになる。
Among these functions of the fuel assembly of this embodiment, the void ratio distribution and power distribution will be explained based on FIG. 3 in particular. Figure 3 (A) shows the axial distribution of void fraction,
In a conventional fuel assembly using a large-diameter water rod of full-length type, the result is as shown by the dotted line.

方、本実施例の燃料集合体20ではBOCにおいて実線
のようになり、EOCにおいては破線のようになる。炉
心下端近傍の台形状の小さな盛上りはウォータロッド2
2に設けた流路抵抗体30の炉水排除効果によるもので
ある。この部分と炉心の上端近傍のウォータロッド22
細径化部位(第1図(B))を除き、EOCではボイド
率分布が従来型と本実施例の燃料集合体とでは−とんど
差異がない。一方、BoCでは炉心上部からやや下方(
3/4L〜5/6L)においては太径水棒化のため従来
型と同じであるが、その他の部分では高くなっている。
On the other hand, in the fuel assembly 20 of this embodiment, the BOC is as shown by a solid line, and the EOC is as shown by a broken line. The small trapezoidal bulge near the bottom of the core is water rod 2.
This is due to the reactor water removal effect of the flow path resistor 30 provided in No. 2. This part and the water rod 22 near the upper end of the core
Except for the diameter-reduced portion (FIG. 1(B)), in the EOC, there is almost no difference in void fraction distribution between the conventional type and the fuel assembly of this example. On the other hand, in BoC, the area is slightly below the top of the core (
3/4L to 5/6L) are the same as the conventional type due to the large diameter water rod, but the height is higher in other parts.

第3図(B)は炉心軸方向出力分布(相対値)を示し、
基本的な軸方向出力分布はボイド率分布が主としてウォ
ータロッド22のボイド率で支配されるため、従来型と
大差はないが、ウォータロッド22の作用によりBOC
では実線に示すようになり、EOCではボイド率分布が
ほぼ同じであるにも拘らず、BOC−MOCにおけるプ
ルトニウムの生成と燃焼の特性が変化するために破線の
ようになる。顕著な特徴は3/4L〜5/6Lの太径水
棒の作用と他部位の細径水棒、太径ボイド棒作用により
、相対的に3/4L〜5/6Lにおける出力が相対的に
上昇し、燃料が進み易い点にある。その分EOCにおい
て出力ピークが抑えられ、ピーク部位は炉心上部から下
向きへシフト(。
Figure 3 (B) shows the core axial power distribution (relative value),
The basic axial power distribution is not much different from the conventional type because the void ratio distribution is mainly controlled by the void ratio of the water rod 22, but due to the action of the water rod 22, the BOC
Although the void fraction distribution is almost the same in EOC, it becomes like a broken line because the characteristics of plutonium production and combustion in BOC-MOC change. The remarkable feature is that the output from 3/4L to 5/6L is relatively low due to the action of the large diameter water rod from 3/4L to 5/6L, and the action of the small diameter water rods and large diameter void rods in other parts. It is at a point where it rises and fuel can easily flow. Accordingly, the output peak at EOC is suppressed, and the peak location shifts downward from the top of the core (.

ている。炉心上部より下方(上流)側の方が冷却水の除
熱能力が高いので、燃料の健全性が向上する。また、出
力ピーク位置が炉心内部側ヘシフトするため中性子の炉
心外への漏れ出し減少し、中性子経済が向上するので、
EOCにおけ炉心の反応度が向上し、燃料経済性が向上
する。
ing. Since the heat removal ability of the cooling water is higher on the lower (upstream) side than in the upper part of the core, the integrity of the fuel is improved. In addition, since the power peak position shifts to the inside of the core, neutron leakage outside the core is reduced, improving neutron economy.
In EOC, the reactivity of the core is improved and the fuel economy is improved.

炉心上部(3/4L〜5/6L)におけるBOC−MO
Cでの燃焼の進行は前述のように原子炉停止時の未臨界
度が浅くなる部位が炉心下方ヘシフトすることと浅まる
ことであり、炉停止余裕の向上と、下方から挿入される
原子炉制御棒のスクラム時における制御棒の効きが時間
的に早まる。
BOC-MO in the upper part of the core (3/4L to 5/6L)
As mentioned above, the progress of combustion in C is that the area where the subcriticality becomes shallow at the time of reactor shutdown shifts to the bottom of the core and becomes shallower, which improves the margin for reactor shutdown and increases the The effectiveness of control rods during control rod scram is accelerated in time.

すなわち、スクラム特性が向上する。In other words, the scrum characteristics are improved.

ところで、軽水炉、特にBWRではBOCからMOCに
かけて冷却水の流量をサイクル平均流量よりある程度下
げて運転する。すると、ボイド率分布は比較的下方で立
上り、出力分布は炉心下部で高くなろうとする。本実施
例の燃料集合体20を用いると流量が下がり、その結果
炉心下部で出力が上昇すると、ウォータロッド22の下
部に設けられている流路抵抗体30の抵抗が増大し、ウ
ォータロッド22でこれを通る水の流量が低下する。そ
して、2重管状に設けられたもののうち、流路抵抗体3
0を設けた側ではガンマ線吸収等による発熱でボイドが
発生する。また、流路抵抗体30を設けた側はその横断
面積が炉心の上端部と下端部のそれぞれ一定の範囲は小
さく、その他の部分では大きくなる。
By the way, light water reactors, especially BWRs, are operated with the flow rate of cooling water lowered to some extent from the cycle average flow rate from BOC to MOC. Then, the void fraction distribution rises at a relatively lower part, and the power distribution tends to become higher at the lower part of the core. When the fuel assembly 20 of this embodiment is used, the flow rate decreases, and as a result, when the output increases in the lower part of the core, the resistance of the flow path resistor 30 provided at the lower part of the water rod 22 increases, and the water rod 22 The flow rate of water through this is reduced. Of those provided in a double tubular shape, the flow path resistor 3
On the side where 0 is provided, voids are generated due to heat generation due to absorption of gamma rays, etc. Further, on the side where the flow path resistor 30 is provided, the cross-sectional area is small in a certain range at the upper end and lower end of the core, and becomes large in other parts.

したがって、炉心の軸方向ボイド率分布はBOCからM
OCにかけては全体として上方(下流)側はど高くなる
ものの、炉心上端部および下端部のそれぞれ一定の範囲
を除き高められる。その結果、ボイド率が高められた部
分では中性子スペクトルの硬化によりプルトニウムの蓄
積が促進される。
Therefore, the core axial voidage distribution is from BOC to M
Although the upper (downstream) side becomes higher as a whole toward OC, it is raised except for certain areas at the upper and lower ends of the core. As a result, the hardening of the neutron spectrum promotes the accumulation of plutonium in areas with increased void fraction.

一方、EOCでは冷却水の流量をサイクル平均の流量よ
りある程度多くして運転する。すると、ボイド率分布曲
線はBOCやMOCの場合より上方(下流)側で立上り
、炉心出力分布は炉心下部でなく上部で高くなろうとす
る。本実施例においては炉心の冷却水流量が多くなると
、炉心上部の出力が上昇して下部の出力が低下し、流路
抵抗体30の流路抵抗が減少し、ウォータロッド22で
流路抵抗体30を通る水の流量が増大する。そのため、
2重管状に設けられたもののうち、流路抵抗体30を設
けた側で発生したボイドは押し流され、またボイド発生
量も減少するので、流路抵抗体30を設けた側でもほと
んどボイドを含まない水棒(ウォータロッド)状となる
On the other hand, in EOC, the flow rate of the cooling water is increased to some extent from the cycle average flow rate. Then, the void fraction distribution curve rises higher (downstream) than in the case of BOC or MOC, and the core power distribution tends to be higher at the upper part of the core rather than at the lower part. In this embodiment, when the flow rate of cooling water in the core increases, the power in the upper part of the core increases and the power in the lower part decreases, the flow path resistance of the flow path resistor 30 decreases, and the water rods 22 The flow rate of water through 30 is increased. Therefore,
Among those provided in a double tube shape, the voids generated on the side where the flow path resistor 30 is installed are washed away, and the amount of void generation is reduced, so that the side where the flow path resistor 30 is installed also contains almost no voids. It becomes like a water rod.

つまり、EOCではウォータロッド22が水棒となる。That is, in EOC, the water rod 22 becomes a water rod.

流路抵抗体30は水ではないため局所的に中性子に対し
て実質的にボイドとなるが、その他の部分では炉心上部
および下部からそれぞれ一定の範囲が細径水棒、他の部
分が太径水棒となる。
Since the flow path resistor 30 is not water, it becomes a void for neutrons locally, but in other parts, a certain range from the top and bottom of the core is a small diameter water rod, and the other part is a large diameter water rod. It becomes a water stick.

炉心上部で細径化する理由は幾つかあり、その1つは冷
却材の圧力損失を低減させることであり、また他の1つ
は炉心上部で天然ウランを使う経済性の高い燃料が開発
されているが、その場合太径水棒とすると中性子の退域
性、すなわち水過剰となることである。炉心の下部にお
いても水過剰現象が現われることがあったり、BOCか
らMOCにかけて(太径であれば)ボイド率が上り、下
方への中性子の漏れが増え、中性子ロスを招きがちであ
るため細径化されている。炉心上部で太径から細径のウ
ォータロッド22としたり太径水棒とすると、BOCか
らMOCにかけては比較的ボイド率が低下するため燃焼
が進行する。プルトニウムも生成と燃焼が比較的進む。
There are several reasons for reducing the diameter in the upper part of the core, one of which is to reduce the pressure loss of the coolant, and the other is the development of highly economical fuel that uses natural uranium in the upper part of the core. However, in that case, if a large-diameter water rod is used, neutrons will recede, or there will be an excess of water. Excess water phenomenon may occur in the lower part of the reactor core, and the void ratio increases from the BOC to the MOC (if the diameter is large), increasing the leakage of neutrons downward, which tends to cause neutron loss. has been made into If the water rod 22 is made from a large diameter to a small diameter or is made from a large diameter water rod at the upper part of the reactor core, the void ratio is relatively reduced from the BOC to the MOC, so that combustion progresses. Plutonium is also relatively easy to generate and burn.

したがって、EOCでの核分裂性核種濃度が軸方向相対
分布として特に高くなることはない。これにより、原子
炉停止時の未臨界もあまり浅くならない。すなわち、炉
停止余裕が向上する。
Therefore, the concentration of fissile nuclides at the EOC does not become particularly high as a relative distribution in the axial direction. As a result, subcriticality does not become too shallow when the reactor is shut down. In other words, the reactor shutdown margin is improved.

また、核分裂性核種濃度が上記の位置で特に高くならな
いことは、未臨界度が浅くな部分が炉心の下方側ヘシフ
トすることとも一致し、原子炉緊急時に制御棒による原
子炉への負の反応度印加が早められる。つまり、スクラ
ム特性が改良され、原子炉の安全性向上にも寄与する。
In addition, the fact that the concentration of fissile nuclides does not become particularly high at the above location is consistent with the fact that the shallow subcriticality shifts to the lower part of the reactor core, which means that the negative reaction to the reactor caused by the control rods in the event of a reactor emergency. The application of energy can be accelerated. In other words, the scram characteristics are improved, which also contributes to improving the safety of the nuclear reactor.

第4図は本発明の第2実施例を示しており、前記第1実
施例と同一の部分には同一の符号を付して説明する。本
実施例が第1実施例と主に異なる点は内管24もBOC
−MOCにおいてボイド化すること、外管23における
炉水の流れが下降流となっていること、および3/4L
−L(上端)が細径化されている点である。運転サイク
ルを通じた本実施例のウォータロッド22の中性子への
作用はほぼ第1実施例と同様である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, and the same parts as in the first embodiment will be described with the same reference numerals. The main difference between this embodiment and the first embodiment is that the inner tube 24 is also BOC.
- Voiding occurs in the MOC, the flow of reactor water in the outer tube 23 is downward, and 3/4L
-L (upper end) has a smaller diameter. The action of the water rod 22 on neutrons in this embodiment throughout the operation cycle is substantially the same as in the first embodiment.

本実施例において、炉水は内管24の下側から流入し、
流路抵抗体30を通って上昇し、3/4L付近で外管2
3と内管24との間隙へ流れ込み、1/6L付近から排
出される。BOC−MOCにおいては流路抵抗体30以
降の流れは主としてボイドとなり、EOCにおいては主
として非沸騰水または低ボイド率の炉水となるのは第1
実施例の場合と同じである。太径外管部の下端は第1実
施例の場合より若干下方へ延びている。燃料集合体の炉
心有効長下端より3/4L−L(上端)の部分では外管
のないウォータロッドとなっており、下方の部分とはプ
ラグ40により区画されているため、炉水は別の流れを
構成している。この部分は中性子に対する特性の改良を
目的としたものではなく、ウォータロッド22の炉水流
による浮上を防止するのが主目的となっている。
In this embodiment, reactor water flows in from the lower side of the inner pipe 24,
It passes through the flow path resistor 30 and rises, and the outer tube 2 near 3/4L.
3 and the inner tube 24, and is discharged from around 1/6L. In BOC-MOC, the flow after the flow path resistor 30 is mainly void, and in EOC, the flow is mainly non-boiling water or reactor water with a low void ratio.
This is the same as in the embodiment. The lower end of the large diameter outer tube portion extends slightly downward than in the first embodiment. The part of the fuel assembly 3/4L-L (upper end) from the lower end of the core effective length is a water rod without an outer tube, and is separated from the lower part by a plug 40, so the reactor water is separated from the water rod. It makes up the flow. This part is not intended to improve the characteristics against neutrons, but its main purpose is to prevent the water rod 22 from floating due to the reactor water flow.

なお、3/4L−L部の細径のウォータロッドの内部は
、原子炉運転中には気液混合体が流れ、停止時は炉水が
占める。また、本実施例は炉心上方において細径化され
ているので、冷却材の圧力損失を大幅に低減できる特徴
があるが、第1実施例に比べて炉心上部でやや減速材不
足を招く問題がある。これを回避するため、炉心下方ヘ
ラオータロラド22の大径部を延長している。その他の
構成および作用は前記第1実施例と同一であるのでその
説明を省略する。
Note that a gas-liquid mixture flows inside the small-diameter water rod in the 3/4L-L portion during reactor operation, and reactor water occupies the interior when the reactor is stopped. In addition, this embodiment has a smaller diameter in the upper part of the core, so it has the feature of being able to significantly reduce the pressure loss of the coolant. However, compared to the first embodiment, there is a problem that causes a slight shortage of moderator in the upper part of the core. be. In order to avoid this, the large-diameter portion of the lower core heliotrorad 22 is extended. The other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, so their explanation will be omitted.

ところで、本発明で使用する減速材案内部材としてのウ
ォータロッドを配置できる燃料集合体の構成としては極
めて多くのものが考えられる。例えば、第5図に示す燃
料集合体50は第1実施例に対応するものであるが、2
本のウォータロッド22が配置されている。そして、第
6図に示す燃料集合体60では8本、第7図に示す燃料
集合体70では9本のウォータロッド22がそれぞれ配
置されいる。また、第8図に示す燃料集合体80は燃料
棒81を5×5に配列した4個のサブアセンブリに分割
されており、各サブアセンブリ間には中央のウォータロ
ッド22から平板状に延びる水板82が設けられている
。ここで、ウォータロッド22の構成は前記第1、第2
実施例と同様に構成される。
Incidentally, there are many possible configurations of the fuel assembly in which the water rods serving as the moderator guide members used in the present invention can be arranged. For example, the fuel assembly 50 shown in FIG. 5 corresponds to the first embodiment, but the fuel assembly 50 shown in FIG.
A book water rod 22 is arranged. Eight water rods 22 are arranged in the fuel assembly 60 shown in FIG. 6, and nine water rods 22 are arranged in the fuel assembly 70 shown in FIG. In addition, the fuel assembly 80 shown in FIG. 8 is divided into four subassemblies in which fuel rods 81 are arranged in a 5×5 arrangement, and between each subassembly there is water extending from the central water rod 22 in a flat plate shape. A plate 82 is provided. Here, the configuration of the water rod 22 is the first and second water rods.
The structure is similar to that of the embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の通り本発明によれば、減速材案内部材の最大横断
面積を軸方向燃料有効部の全長に亘って設定し、この横
断面積で水を排除す割合を炉心上端部および下端部から
それぞれに決まる一定範囲では小さくし、その他の部分
では太き(したので、運転サイクルを通じた出力分布の
大幅変化を抑え、安定した出力分布によって原子炉出力
を低下させずに燃料健全性を確保することができる。
As described above, according to the present invention, the maximum cross-sectional area of the moderator guide member is set over the entire length of the axial fuel effective section, and the rate of water removal using this cross-sectional area is determined separately from the upper and lower ends of the core. This makes it possible to suppress large changes in the power distribution throughout the operation cycle and ensure fuel integrity without reducing reactor power through a stable power distribution. can.

また、EOCにおける出力ピーク位置を下方(上流)側
へ移し、中性子経済を向上させることによって、燃料経
済性を向上させるという効果を奏する。
Further, by moving the output peak position in the EOC to the lower (upstream) side and improving the neutron economy, there is an effect of improving the fuel economy.

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

第1図(A)は本発明の第1実施例に係る燃料集合体を
示す平面図、第1図(B)は第1図(A)のウォータロ
ッドを示す横断面図、第2図(A)はウォータロッドに
設けられた流路抵抗体の縦断面図、第2図(B)は第2
図(A)のB−B線における断面図、第2図(C)は第
2図(A)のC−C線における断面図、第2図CD)は
第2図(A)のD−D線における断面図、第3図(A)
9(B)はウォータロッドのボイド率の軸方向分布と、
炉心軸方向出力分布を示すグラフ、第4図は本発明の第
2実施例におけるウォータロッドを示す縦断面図、第5
図、第6図、第7図および第8図はウォータロッドの他
の配置態様を示す平面図、第9図は従来の燃料集合体を
示す縦断面図である。 20・・・燃料集合体、21・・・燃料棒、22・・・
ウォータロッド(減速材案内部材)、2・・・外管、2
4・・・内管、25・・・チャンネルボックス、30・
・・流路抵抗体。 (,4) 第1図 <8) 第1図 第4図 第5図 小′づド竿 (%) (A) 第 出力(1@対徨) (B) 3図
FIG. 1(A) is a plan view showing a fuel assembly according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1(B) is a cross-sectional view showing the water rod of FIG. 1(A), and FIG. A) is a vertical cross-sectional view of the flow path resistor provided in the water rod, and FIG.
2(C) is a sectional view taken along line C-C in FIG. 2(A), and FIG. 2(CD) is a sectional view taken along line BB in FIG. 2(A). Cross-sectional view along line D, Figure 3 (A)
9(B) is the axial distribution of the void fraction of the water rod,
FIG. 4 is a graph showing the power distribution in the core axial direction; FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the water rod in the second embodiment of the present invention;
6, 7, and 8 are plan views showing other arrangements of water rods, and FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a conventional fuel assembly. 20...Fuel assembly, 21...Fuel rod, 22...
Water rod (moderator guide member), 2...Outer tube, 2
4...Inner tube, 25...Channel box, 30.
...Flow path resistor. (,4) Fig. 1<8) Fig. 1 Fig. 4 Fig. 5 Small 'zudo rod (%) (A) 1st output (1 @ vs.) (B) Fig. 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 多数の燃料棒と、この燃料棒より直径の大きいスペクト
ルシフト型の減速材案内部材とを規則正しく配列し、上
記燃料棒および上記案内部材の軸と平行方向に減速材兼
冷却材として作用する水を流す燃料集合体において、上
記減速材案内部材の最大横断面積を軸方向燃料有効部の
全長に亘って設定し、この横断面積で水を排除する体積
割合を炉心上端部および下端部からそれぞれに決まる一
定範囲では小さくし、その他の部分では大きくしたこと
を特徴とする燃料集合体。
A large number of fuel rods and spectrum-shift type moderator guide members having a larger diameter than the fuel rods are regularly arranged, and water, which acts as a moderator and coolant, is arranged in a direction parallel to the axes of the fuel rods and the guide members. In the flowing fuel assembly, the maximum cross-sectional area of the moderator guide member is set over the entire length of the axial fuel effective section, and this cross-sectional area determines the volume ratio from which water is removed from the upper and lower ends of the core, respectively. A fuel assembly characterized by being smaller in a certain range and larger in other parts.
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