JPH07111468B2 - Fuel assembly for nuclear reactor - Google Patents

Fuel assembly for nuclear reactor

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JPH07111468B2
JPH07111468B2 JP62065676A JP6567687A JPH07111468B2 JP H07111468 B2 JPH07111468 B2 JP H07111468B2 JP 62065676 A JP62065676 A JP 62065676A JP 6567687 A JP6567687 A JP 6567687A JP H07111468 B2 JPH07111468 B2 JP H07111468B2
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fuel assembly
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は原子炉に装荷される燃料集合体に関し、特に燃
料経済性を高めながら、燃料集合体の圧損を減少させて
熱水力特性を改善した燃料集合体に関する。
The present invention relates to a fuel assembly to be loaded into a nuclear reactor, and particularly, to improve fuel economy and reduce pressure loss of the fuel assembly. The present invention relates to a fuel assembly having improved thermal hydraulic characteristics.

(従来の技術) 第10図は、従来から知られている沸騰水型原子炉に装荷
される代表的な燃料集合体の構造を示したものであり、
第11図は、前記燃料集合体を構成する燃料棒の構造を示
したものである。
(Prior Art) FIG. 10 shows a structure of a typical fuel assembly loaded in a conventionally known boiling water reactor.
FIG. 11 shows the structure of the fuel rods constituting the fuel assembly.

図中、燃料棒11は濃度ウランの酸化物をセラミックにし
たペレット12を被覆管13の中に充填し、これをスプリン
グ14およびゲッター15で保持し、上部端栓16と下部端栓
17を被覆管13に溶接して密封し、内部にヘリウムを満た
した構造をしている。18で示す空間はヘリウムが充填さ
れており、プレナムと呼ばれている。
In the figure, a fuel rod 11 has a cladding tube 13 filled with pellets 12 made of uranium oxide as a ceramic, held by a spring 14 and a getter 15, and an upper end plug 16 and a lower end plug.
The structure is such that 17 is welded to the cladding tube 13 and sealed, and the inside is filled with helium. The space indicated by 18 is filled with helium and is called a plenum.

燃料集合体は、前記の燃料棒11および水ロッド21を8行
8列の格子状に配置して、上部タイプレート22,下部タ
イプレート23およびスペーサ24で固定し、その外側をチ
ャンネルボックス25で囲んだ構造をしている。
In the fuel assembly, the fuel rods 11 and the water rods 21 are arranged in a grid pattern of 8 rows and 8 columns, fixed by an upper tie plate 22, a lower tie plate 23 and a spacer 24, and the outside thereof is a channel box 25. It has an enclosed structure.

第12図(a)は、第10図のI−I線に沿う断面図を示し
たもので、前述のように、内部にウランを含む燃料棒11
(図中、丸の中に数字および記号Gを記入したものを示
す)と、内部にウランを含まず冷却材が流れるウォータ
ロッド21とが8×8の格子状に規則正しく並べられてい
る。なお、26は原子炉の核反応を制御するための制御棒
を示す。
FIG. 12 (a) is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 10, and as described above, the fuel rod 11 containing uranium inside.
(In the figure, numbers and symbols G are written in circles) and water rods 21 containing no uranium and flowing a coolant are regularly arranged in an 8 × 8 lattice. Reference numeral 26 indicates a control rod for controlling the nuclear reaction of the nuclear reactor.

第12図(b)は第12図(a)に示した各燃料棒のウラン
濃縮度およびガドリニア濃度を説明するもので、各燃料
棒の下の数字は燃料棒番号を示し、e1〜e4はウラン濃縮
度を、gはガドリニア(Gd2O3)濃度を示す。e1>e2>e
3>e4である。
FIG. 12 (b) illustrates the uranium enrichment and gadolinia concentration of each fuel rod shown in FIG. 12 (a). The numbers below each fuel rod indicate the fuel rod number, e 1 to e 1 . 4 indicates the uranium enrichment, and g indicates the gadolinia (Gd 2 O 3 ) concentration. e 1 > e 2 > e
3 > e 4 .

沸騰水型原子炉用の燃料集合体は、濃縮度の異なる数種
類の燃料棒を用いて、濃縮度分布を持たせているのが一
般である。濃縮度の分布の方法は、燃料集合体の設計目
的により異なる。例えば第12図(a)に示すように、濃
縮度の高いペレットを含む番号1の燃料棒(これを単に
燃料棒1と表記する。以下同様)を燃料集合体の中央部
に配置し、チャンネルボックスに近い燃料集合体周辺部
には、濃縮度の低いペレットを含む燃料棒3,4を配置す
る方法が知られている。
A fuel assembly for a boiling water reactor generally uses several types of fuel rods having different enrichments to have an enrichment distribution. The method of distribution of enrichment depends on the design purpose of the fuel assembly. For example, as shown in FIG. 12 (a), a fuel rod of No. 1 containing highly enriched pellets (hereinafter referred to simply as fuel rod 1. The same applies hereinafter) is arranged in the center of the fuel assembly, A method is known in which fuel rods 3 and 4 containing pellets having low enrichment are arranged around the fuel assembly near the box.

また、燃料集合体を構成する燃料棒のいくつかには過剰
な反応度を制御する目的でウラン中にガドリニア(Gd2O
3)が数%含まれているのが普通で、第12図(a)に示
した例ではGがガドリニア入り燃料棒である。
In addition, gadolinia (Gd 2 O
3 ) is usually contained in a few%, and in the example shown in FIG. 12 (a), G is a fuel rod with gadolinia.

原子炉炉心に装荷された燃料集合体のうち、所定量のエ
ネルギーを発生したものは、毎年の定期検査時に新しい
燃料集合体と交替させる。燃料経済性の観点からは、燃
料集合体1体が発生する熱エネルギーをできるだけ多く
すること、すなわち、取出燃料の燃焼度をできるだけ高
くすることが望ましい。取出燃料の燃焼度を高くするた
めには、濃縮度を増す必要がある。
Among the fuel assemblies loaded in the reactor core, those that generate a predetermined amount of energy are replaced with new fuel assemblies at the annual periodic inspection. From the viewpoint of fuel economy, it is desirable to increase the thermal energy generated by one fuel assembly, that is, to increase the burnup of the extracted fuel as much as possible. In order to increase the burnup of the extracted fuel, it is necessary to increase the enrichment.

しかし、燃料の高濃縮度化,高燃焼度化には、いくつか
の技術的問題が伴う。その主なものは、ウラン235の熱
中性子吸収による中性子スペクトルの硬化によっておこ
る、炉停止余裕の減少およびボイド係数絶対値の増加で
ある。
However, there are some technical problems in increasing the fuel enrichment and burnup. The main ones are the decrease of the reactor shutdown margin and the increase of the absolute value of the void coefficient caused by the hardening of the neutron spectrum by the thermal neutron absorption of uranium-235.

すなわち、燃料の高濃縮度化(ウラン235含有量の増
加)により、熱中性子の燃料(ウラン235)への吸収が
増加するために、減速材への熱中性子吸収が相対的に減
少し、中性子のエネルギー分布は、熱領域で相対的に少
なくなり、中性子スペクトルが硬くなる。中性子スペク
トルが硬くなったときには、熱外領域での共鳴吸収が増
加するために、ボイド係数は負の方向に増大して、熱的
特性,炉心安定性や過渡特性の余裕が減少したり、制御
棒価値の低下により炉停止余裕が減少して、原子炉の安
全性への影響がある。この高濃度化による中性子スペク
トル硬化の影響は、特に燃料の上部で著しい。これは、
沸騰水型原子炉では、ボイド発生があるため、燃料上部
では減速材が少なく、もともと中性子スペクトルが硬く
なっているためである。
In other words, due to the higher enrichment of the fuel (increased uranium 235 content), the absorption of thermal neutrons into the fuel (uranium 235) increases, so the thermal neutron absorption into the moderator decreases relatively, Has a relatively small energy distribution in the thermal region, and the neutron spectrum becomes hard. When the neutron spectrum becomes hard, the resonance absorption in the epithermal region increases, so the void coefficient increases in the negative direction, reducing the margin of thermal characteristics, core stability and transient characteristics, and controlling The reduction in rod value will reduce the reactor shutdown margin, which will affect the safety of the reactor. The effect of neutron spectrum hardening due to this high concentration is remarkable especially in the upper part of the fuel. this is,
This is because, in a boiling water reactor, voids are generated, so that the moderator is small in the upper portion of the fuel and the neutron spectrum is originally hard.

このような、中性子スペクトルの硬化を改善するために
は、減速材/燃料比を大きくすることにより、減速材に
よる熱中性子吸収を相対的に増加させ、中性子スペクト
ルを軟化させることが考えられる。減速材/燃料比を大
きくするためには、減速材を増やすかまたは燃料を減ら
すかのいずれかの方法をとればよい。
In order to improve the hardening of the neutron spectrum, it is conceivable to increase the moderator / fuel ratio to relatively increase the thermal neutron absorption by the moderator and soften the neutron spectrum. In order to increase the moderator / fuel ratio, either the moderator is increased or the fuel is decreased.

上記問題に対応した設計として、水ロッド本数又は太さ
を増し、更に、燃料棒本数を増して9行9列配置とした
燃料集合体が提案されている。この場合、上記中性子ス
ペクトルの硬化が抑えられ、それに伴う諸特性の悪化も
抑えられ、平均線出力密度も低下して熱的余裕も増す
が、一方では燃料棒数が増したことによって、燃料集合
体内圧力損失が増大し安定性を悪化させてしまう。
As a design corresponding to the above problem, there has been proposed a fuel assembly in which the number of water rods or the thickness thereof is increased and the number of fuel rods is further increased so as to be arranged in 9 rows and 9 columns. In this case, the hardening of the neutron spectrum is suppressed, deterioration of various characteristics accompanying it is also suppressed, the average linear power density is also reduced and the thermal margin is increased, but on the other hand, the number of fuel rods is increased. Internal pressure loss increases and stability deteriorates.

この改善策として、燃料の一部を短尺型とし、圧力損失
を低下させる方法が考えられており、例えば上方に向か
って拡大する形状の水棒と短尺型燃料棒を燃料集合体下
部に配置したもの(特開昭52−50498号)がある。この
ような設計を採用した場合、上記の目的はある程度は達
成される。しかし、燃料集合体軸方向でみたとき、出力
の高い中央部でも燃料が減っているため、燃焼に伴う核
分裂性物質の減損も大きくその分反応度は低下するの
で、燃焼が進むに従って出力運転時のピーキングは炉心
下部で大きくなってしまう。また、短尺燃料棒の上端で
は燃料棒が欠如するためにこの部分の熱中性子束が高く
なり、隣接する燃料棒の線出力が局所的に上昇し、熱的
余裕を減少させる可能性がある。
As a remedy for this, a method has been considered in which a part of the fuel is made into a short type to reduce the pressure loss. For example, a water rod and a short type fuel rod that are shaped to expand upward are arranged at the bottom of the fuel assembly. There is one (JP-A-52-50498). When such a design is adopted, the above-mentioned object is achieved to some extent. However, when viewed in the axial direction of the fuel assembly, the amount of fuel is reduced even in the central area where the output is high.Therefore, the loss of fissionable material due to combustion is large and the reactivity decreases accordingly. Peaking at the bottom of the core becomes large. In addition, since there is a lack of fuel rods at the upper ends of short fuel rods, the thermal neutron flux in this portion becomes high, and the linear output of adjacent fuel rods locally rises, which may reduce the thermal margin.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、本発明の解
決しようとする問題点は、燃料集合体において、熱的余
裕や炉心の反応度を低下させることなくウランの節約と
炉停止余裕の向上を図り、しかも冷却材の圧損を減らし
て熱水力特性を改善することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made in view of the above circumstances. The problem to be solved by the present invention is to reduce the thermal margin and the reactivity of the core in a fuel assembly. It aims at saving uranium and improving the shutdown margin without reducing the pressure loss of the coolant and improving the thermal-hydraulic characteristics.

[発明の構成] (問題点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なされたもので、す
なわち本発明は長尺型燃料棒と該長尺型燃料棒より軸方
向長さの短い短尺型燃料棒とからなる多数の燃料棒を複
数のスペーサにより束ねてなる原子炉用燃料集合体にお
いて、短尺型燃料棒の上端が最上位のスペーサ位に位置
していることを特徴とする原子炉用燃料集合体に関す
る。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention has been made to achieve the above-mentioned object, that is, the present invention is an elongated fuel rod and an axial length longer than the elongated fuel rod. In a fuel assembly for a reactor in which a large number of short fuel rods and short fuel rods are bundled by a plurality of spacers, the upper end of the short fuel rod is located at the uppermost spacer position. And a fuel assembly for a nuclear reactor.

(作 用) 本発明によると、燃料上部では、核分裂性物質量の減
少,水対ウラン燃料比の増加により炉停止余裕が増大
し、また燃料上部で流路面積が増すので冷却材の圧損が
低下して熱水力特性や安定性が改善される。また短尺型
燃料棒を使用しているが、その燃料有効長が長尺型燃料
のそれに近い(約5/6またはそれより大)ので、トータ
ルの濃縮ウラン重量の減少を最小限に抑えることがで
き、また、短尺型燃料棒の上方で生ずる線出力の上昇を
制限範囲内に抑えることができる。
(Operation) According to the present invention, in the upper part of the fuel, the reactor shutdown margin is increased due to the decrease in the amount of fissile material and the increase in the water-to-uranium fuel ratio, and the flow passage area is increased in the upper part of the fuel. And the hydro-hydraulic characteristics and stability are improved. Also, although short fuel rods are used, their effective fuel length is close to that of long fuel (about 5/6 or more), so the reduction of total enriched uranium weight can be minimized. It is also possible to suppress the increase in the linear output generated above the short fuel rods within the limit range.

さらに、燃料集合体径方向断面でみたとき、上記短尺型
燃料を燃料集合体外周部を除く位置に配置することによ
って、燃料上部での径方向断面での減速材分布をより均
一にすることができ、中性子減速効果を高めることによ
って出力運転時での反応度を増して燃料インベントリの
減少を補い、軸方向出力分布を平坦化することになる。
Further, when viewed in the radial cross section of the fuel assembly, by arranging the short type fuel at a position excluding the outer peripheral portion of the fuel assembly, it is possible to make the moderator distribution in the radial cross section above the fuel more uniform. By increasing the neutron moderating effect, the reactivity during power operation is increased to compensate for the decrease in fuel inventory, and the axial power distribution is flattened.

(実施例) 第1図は本発明の一実施例の長尺型燃料棒および短尺型
燃料棒の軸方向位置関係を模式的に示した断面図であ
る。同図において、燃料棒31は長尺型燃料棒(従来と同
じ規定長さのもの)、燃料棒32および33は短尺型燃料棒
である。図中空白部分34で示したものはガスプレナム、
斜線部分35で示したものは燃料ペレットである。
(Embodiment) FIG. 1 is a sectional view schematically showing the axial positional relationship between a long fuel rod and a short fuel rod according to one embodiment of the present invention. In the figure, the fuel rod 31 is a long fuel rod (having the same prescribed length as the conventional one), and the fuel rods 32 and 33 are short fuel rods. In the figure, the blank part 34 is the gas plenum,
What is indicated by the hatched portion 35 is a fuel pellet.

短尺型燃料棒32,33の燃料ペレット上端位置は、長尺型
燃料棒31のそれよりも低くなっており、同時に燃料集合
体を貫流する冷却材の圧損を減らすために、燃料棒先端
位置も低くなっている。また、短尺型燃料棒32は下部に
もガスプレナム34を設けている。
The upper end position of the fuel pellets of the short fuel rods 32 and 33 is lower than that of the long fuel rod 31, and at the same time, the tip positions of the fuel rods are also reduced in order to reduce the pressure loss of the coolant flowing through the fuel assembly. It's getting low. Further, the short fuel rod 32 is also provided with a gas plenum 34 in the lower part.

燃料棒は複数個のスペーサによって正方格子状に束ねら
れて燃料集合体を構成するが、短尺型燃料棒の上端部36
は最上位のスペーサによって保持される構造となってい
る。
The fuel rods are bundled into a square lattice by a plurality of spacers to form a fuel assembly.
Has a structure held by the uppermost spacer.

第2図は本発明の一実施例である燃料集合体(以下「ケ
ースA」という)を説明するもので、(a)はその燃料
棒配置図、(b)はその長尺型燃料棒と短尺型燃料棒の
軸方向断面を示す模式図である。第2図(a)に示され
るように、本実施例の燃料集合体は太径水ロッド41を中
央に配した9行9列燃料棒配置の燃料集合体であり、記
号Pで示される24本の短尺型燃料棒42と、48本の長尺型
燃料棒43からなり、このうち短尺型燃料棒42は、最外周
から2行目以内の燃料棒位置に配している。
FIG. 2 illustrates a fuel assembly (hereinafter referred to as “case A”) which is an embodiment of the present invention. (A) is a fuel rod layout diagram, and (b) is a long fuel rod. It is a schematic diagram which shows the axial direction cross section of a short type fuel rod. As shown in FIG. 2 (a), the fuel assembly of this embodiment is a fuel assembly having a 9-row by 9-column fuel rod arrangement in which a large diameter water rod 41 is arranged in the center, and is designated by a symbol P 24 It is composed of one short fuel rod 42 and 48 long fuel rods 43. Of these, the short fuel rods 42 are arranged at the fuel rod positions within the second row from the outermost periphery.

燃料棒の軸方向断面は第2図(b)に示すように、長尺
型燃料棒43の燃料ペレットを封入した部分の高さ(燃料
有効長)を24ノード長さとしたとき、短尺型燃料棒の先
端位置を高さ23ノード目、燃料有効部分の最高位置を高
さ21ノードとしている。図中、破線で囲む部分(長尺型
で高さ24ノード目より上、短尺型で22ノードおよび23ノ
ードはガスプレナム34としている。また短尺型燃料棒42
は高さ23ノード目で最上位のスペーサで保持されてい
る。なお、図中斜線で示す上端2ノード,下端1ノード
長さでは天然ウランペレットが封入されていることを表
している。
As shown in FIG. 2 (b), the axial cross section of the fuel rod is such that when the height (fuel active length) of the portion containing the fuel pellets of the long fuel rod 43 is 24 node length, the short fuel is The height of the rod tip is the 23rd node and the highest position of the effective fuel area is the 21st node. In the figure, a part surrounded by a broken line (a long type above the 24th node in height, the short type 22 nodes and 23 nodes are gas plenums 34. Short length fuel rods 42
Is held by the top spacer at the 23rd node height. It should be noted that the length of 2 nodes at the upper end and the length of 1 node at the lower end shown by the diagonal lines in the figure indicate that natural uranium pellets are enclosed.

本実施例ではこのように短尺型燃料棒を使用することに
よって、燃料集合体の冷却材の圧損は低下し、第12図に
示した従来の8×8型のものとほぼ同程度とすることが
できた。
In this embodiment, by using the short type fuel rod in this way, the pressure loss of the coolant of the fuel assembly is reduced, and the pressure loss is almost the same as that of the conventional 8 × 8 type shown in FIG. I was able to.

ところで上記実施例と同程度の圧損値を得るだけなら
ば、短尺型燃料棒の本数を減らしかつその長さを短くす
ることによっても可能である。このような上記実施例と
同程度の圧損値の燃料集合体の例を比較して第8図およ
び第9図に示し、これらと比較することによって本発明
の効果をより詳しく説明する。第8図および第9図のそ
れぞれにおいて(a)は燃料棒配置図、(b)は長尺型
燃料棒と短尺型燃料棒の軸方向断面の模式図である。第
8図(以下「ケースB」という)では12本の短尺型燃料
棒44を使用しているが、その軸方向長さが本発明のそれ
より短く、その上端位置は上から2番目のスペーサの位
置(20ノード目)である。また、第9図の例(以下「ケ
ースC」という)も本発明より短い8本の短尺型燃料棒
45を使用しており、その上端位置は上から3番目のスペ
ーサの位置(16ノード目)である。本発明の実施例であ
るケースAを基準としてこれらケースBおよびCの圧損
を比較すると、第3図のようになる。第3図において、
縦軸はケースAを基準とした各例の圧損値の差である。
この図からわかるように、これら3つのケースには圧損
値において大きな差はない。
By the way, if only a pressure loss value similar to that in the above embodiment is obtained, it is possible to reduce the number of short fuel rods and shorten their length. Examples of fuel assemblies having pressure drop values similar to those of the above-described embodiment are compared and shown in FIGS. 8 and 9, and the effects of the present invention will be described in more detail by comparison with these. In each of FIG. 8 and FIG. 9, (a) is a fuel rod arrangement view, and (b) is a schematic view of an axial cross section of a long fuel rod and a short fuel rod. In FIG. 8 (hereinafter referred to as “case B”), twelve short fuel rods 44 are used, but the axial length thereof is shorter than that of the present invention, and the upper end position is the second spacer from the top. Position (20th node). Further, the example of FIG. 9 (hereinafter referred to as “case C”) also has eight shorter fuel rods shorter than the present invention.
45 is used, and the upper end position is the position of the third spacer from the top (16th node). FIG. 3 is a comparison of the pressure losses of the cases B and C with reference to the case A which is the embodiment of the present invention. In FIG.
The vertical axis represents the difference in pressure loss value of each example with reference to Case A.
As can be seen from this figure, there is no significant difference in pressure loss values between these three cases.

しかしながら、これらの例のうち、ケースAが以下の点
で優れた効果を発揮する。
However, among these examples, Case A exhibits excellent effects in the following points.

(1)短尺型燃料棒を使用することによって燃料集合体
当りのウラン重量が減るが、ケースAのように短尺型燃
料棒の本数を増してその長さを長くした方が、本数を減
らして長さを短くするよりも濃縮ウラン装荷重量の減少
を抑えることができる。第4図は上記ケースA,B,Cにつ
いて、ケースAを基準として天然ウラン部分の重量およ
び濃縮ウラン部分の重量の大小を相対値で表したもので
ある。ケースAでは、天然ウラン部分の重量が減るが、
主要な部分を占める濃縮ウラン部分の重量が大きいこと
が示されている。
(1) Although the weight of uranium per fuel assembly is reduced by using the short fuel rods, it is preferable to increase the number of the short fuel rods and increase the length thereof as in case A to reduce the number of fuel rods. It is possible to suppress a decrease in the loading amount of enriched uranium rather than shortening the length. FIG. 4 shows relative magnitudes of the weight of the natural uranium portion and the weight of the enriched uranium portion of Cases A, B, and C with reference to Case A. In case A, the weight of the natural uranium part is reduced,
It has been shown that the weight of the enriched uranium part, which occupies the major part, is high.

(2)一般に短尺型燃料棒を使用した場合、短尺型燃料
棒の上端より上の部分では燃料棒が欠如しているので、
出力運転時には熱中性子吸収が減ったことによって熱中
性子束が高くなり、隣接する燃料棒の線出力が上昇す
る。ところで線出力上昇の大きさは、炉心中央部に近い
ほど大であるので、ケースAのように短尺型燃料棒の上
端位置が上の方、すなわち炉心の中央部から離れた位置
にあれば、この短尺型燃料棒による線出力上昇はそれほ
ど大きくならずに制限値より十分小さい範囲の値とな
り、むしろこの部分での線出力を高めることによって燃
焼が進むので、燃料経済上好ましいことになる。これに
対してケースBおよびCでは、もともと線出力の高い炉
心中央部に近い位置で燃料棒欠如による線出力の上昇が
起こるので、この部位における線出力上昇はケースAの
それよりも著しくなる。
(2) Generally, when a short fuel rod is used, the fuel rod is lacking in the portion above the upper end of the short fuel rod.
The thermal neutron flux increases due to the decrease in thermal neutron absorption during power operation, and the linear output of adjacent fuel rods increases. By the way, since the magnitude of the linear power increase is larger as it is closer to the central part of the core, if the upper end position of the short fuel rod is in the upper part, that is, in the position away from the central part of the core, as in case A, The linear output increase due to this short type fuel rod is not so large and becomes a value in the range sufficiently smaller than the limit value. Rather, combustion is promoted by increasing the linear output in this portion, which is preferable in terms of fuel economy. On the other hand, in Cases B and C, since the line power increases due to the lack of fuel rods at a position near the central portion of the core where the line power is originally high, the line power increase in this portion is more remarkable than that in Case A.

第5図(a)および(b)はケースAのより詳細な実施
例を示す燃料棒配置図および各燃料棒のウラン濃縮度と
軸方向断面の模式図である。同図に示すように、水ギャ
ップに沿う最外周位置を除く位置に24本の短尺型燃料棒
42が配置され、長尺型燃料棒43は丸の中に番号1,2,3を
付したウラン濃縮度の異なる3種類とGを付したガドリ
ニア入力燃料棒とからなっている。ウラン濃縮度はe1,e
2,e3(e1>e2>e3)の3種類であり、gはガドリニア濃
度である。ガドリニア入り燃料棒は12本となっている。
燃料集合体平均濃縮度は約4%である。
5 (a) and 5 (b) are a fuel rod arrangement diagram showing a more detailed example of case A, and a uranium enrichment of each fuel rod and a schematic diagram of an axial cross section. As shown in the figure, 24 short fuel rods are placed at positions other than the outermost position along the water gap.
42 are arranged, and the long type fuel rod 43 is composed of three types of uranium enrichment having numbers 1, 2, and 3 in circles and gadolinia input fuel rods having G. Uranium enrichment is e 1 , e
2 and e 3 (e 1 > e 2 > e 3 ), and g is the gadolinia concentration. There are 12 fuel rods with gadolinia.
The fuel assembly average enrichment is about 4%.

この実施例では、短尺型燃料棒を使用することによっ
て、長尺型燃料棒のみを使用した従来型のもの(第12
図)よりも所要天然ウラン量を約1%だけ減らし、かつ
サイクル末期出力運転時の炉心反応度を同じとしつつ、
しかも低温時での炉停止余裕は約0.3%Δkだけ改善さ
れるという効果を奏する。また、第6図に示すようにサ
イクル末期での炉心軸方向出力分布(第6図において実
線は本発明例、破線は従来例である)は従来例と殆ど同
じであり、この例からわかるように本発明では出力分布
はむしろ若干平坦化される傾向である。
In this embodiment, by using the short type fuel rods, the conventional type using only the long type fuel rods (No. 12
While reducing the required amount of natural uranium by about 1% from the figure) and making the core reactivity at the end of cycle power operation the same,
Moreover, the effect is that the furnace shutdown margin at low temperatures is improved by about 0.3% Δk. Further, as shown in FIG. 6, the power distribution in the axial direction of the core at the end of the cycle (in FIG. 6, the solid line indicates the example of the present invention, the broken line indicates the example of the prior art) is almost the same as the conventional example, and as can be seen from this example. In the present invention, the output distribution tends to be rather flattened.

第7図(a)および(b)は本発明の他の実施例を示す
燃料棒配置図および各燃料棒のウラン濃縮度と軸方向断
面の模式図である。同図に示されるように、この実施例
では短尺型燃料棒42として下端にもガスプレナムを設け
たものを使用している。これはとくに短尺型燃料棒にお
いて各分裂性ガスの圧力を下げることを目的としたもの
である。
FIGS. 7 (a) and 7 (b) are a fuel rod arrangement diagram showing another embodiment of the present invention, and a schematic diagram of uranium enrichment of each fuel rod and an axial cross section. As shown in the figure, in this embodiment, a short fuel rod 42 having a gas plenum at its lower end is used. This is especially aimed at reducing the pressure of each fissionable gas in a short fuel rod.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明の燃料集合体は所定長さの
短尺型燃料棒を使用することによって、燃料経済性を高
めながら熱水力特性を改善し、さらに濃縮ウラン重量の
減少を最小限に抑え、短尺型燃料棒上端付近での線出力
上昇を小さくすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, the fuel assembly of the present invention uses the short length fuel rod of a predetermined length to improve the fuel economy and improve the thermal-hydraulic characteristics. Can be minimized, and the linear output increase near the upper end of the short fuel rod can be reduced.

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

第1図は本発明の一実施例の長さの異なる燃料棒の高さ
方向位置関係を模式的に示した縦断面図、第2図(a)
および(b)はそれぞれ本発明の一実施例である燃料集
合体の燃料棒配置図およびその長尺型燃料棒および短尺
型燃料棒の軸方向断面を模式的に示した図、第3図は第
2図,第8図および第9図に示す3体の燃料集合体の圧
力損失値を比較した図、第4図は上記3体の燃料集合体
中のウラン重量を比較した図、第5図(a)および
(b)は第2図に示す燃料集合体のより詳細な燃料棒配
置図およびその各燃料棒のウラン濃縮度と軸方向断面を
模式的に示した図、第6図は第5図に示す燃料集合体と
従来の8×8燃料集合体のサイクル末期出力運転時にお
ける炉心軸方向出力分布図、第7図(a)および(b)
は本発明の他の実施例である燃料集合体の燃料棒配置図
およびその各燃料棒のウラン濃縮度と軸方向断面を模式
的に示した図、第8図(a)および第9図(a)は第2
図に示す燃料集合体と同じ圧力損失値の燃料集合体(比
較例)の燃料棒配置図、第8図(b)および第9図
(b)は第8図(a)および第9図(a)の燃料集合体
の燃料棒の軸方向断面を模式的に示した図、第10図は沸
騰水型原子炉に使用される従来型燃料集合体の一部破断
して示した側面図、第11図は第10図の燃料集合体を構成
する燃料棒の側断面図、第12図(a)および(b)は第
10図のI−I線に沿う断面図および燃料集合体中の濃縮
度・ガドリニア分布を表わす図である。 26……制御棒 31,32,33……燃料棒 34……ガスプレナム 35……燃料ペレット 41……水ロッド 42……短尺型燃料棒 43……長尺型燃料棒
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the positional relationship in the height direction of fuel rods having different lengths according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 (a).
FIGS. 3 (b) and 3 (b) are schematic views showing the arrangement of fuel rods in a fuel assembly according to an embodiment of the present invention and axial cross sections of the long fuel rods and the short fuel rods, and FIG. The pressure loss values of the three fuel assemblies shown in FIGS. 2, 8 and 9 are compared, and FIG. 4 is a diagram comparing the uranium weights in the three fuel assemblies. (A) and (b) are more detailed fuel rod arrangement diagrams of the fuel assembly shown in FIG. 2 and diagrams schematically showing the uranium enrichment and axial cross section of each fuel rod, and FIG. 6 is Core-axis axial power distribution diagram of the fuel assembly shown in FIG. 5 and the conventional 8 × 8 fuel assembly during end-cycle power operation, FIGS. 7 (a) and (b)
FIG. 8 (a) and FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b) are views schematically showing a fuel rod arrangement view of a fuel assembly which is another embodiment of the present invention and uranium enrichment and axial cross section of each fuel rod thereof. a) is the second
A fuel rod arrangement diagram of a fuel assembly (comparative example) having the same pressure loss value as that of the fuel assembly shown in FIGS. 8 (b) and 9 (b) is shown in FIGS. 8 (a) and 9 (). a) A diagram schematically showing an axial cross section of a fuel rod of the fuel assembly, FIG. 10 is a side view showing a partially broken view of a conventional fuel assembly used in a boiling water reactor, 11 is a side sectional view of the fuel rods constituting the fuel assembly of FIG. 10, and FIGS. 12 (a) and 12 (b) are
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 10 and a diagram showing the enrichment / gadolinia distribution in the fuel assembly. 26 …… Control rod 31,32,33 …… Fuel rod 34 …… Gas plenum 35 …… Fuel pellet 41 …… Water rod 42 …… Short fuel rod 43 …… Long fuel rod

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−125589(JP,A) 特開 昭61−281993(JP,A) 特開 昭63−127190(JP,A) 特開 昭63−235889(JP,A) 特開 昭63−127190(JP,A) 特開 昭62−276493(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-60-125589 (JP, A) JP-A-61-281993 (JP, A) JP-A-63-127190 (JP, A) JP-A-63- 235889 (JP, A) JP 63-127190 (JP, A) JP 62-276493 (JP, A)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】長尺型燃料棒と該長尺型燃料棒より軸方向
長さの短い短尺型燃料棒とからなる多数の燃料棒を複数
のスペーサにより束ねてなる原子炉用燃料集合体におい
て、短尺型燃料棒の上端が最上位のスペーサ位に位置し
ていることを特徴とする原子炉用燃料集合体。
1. A fuel assembly for a nuclear reactor, comprising a plurality of spacers bundled with a large number of fuel rods each comprising a long fuel rod and a short fuel rod whose axial length is shorter than that of the long fuel rod. A fuel assembly for a nuclear reactor, wherein the upper end of the short type fuel rod is located at the uppermost spacer position.
【請求項2】短尺型燃料棒の燃料有効長が長尺型燃料棒
の燃料有効長の5/6以上である特許請求の範囲第1項記
載の原子炉用燃料集合体。
2. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the active fuel length of the short fuel rod is 5/6 or more of the active fuel length of the long fuel rod.
【請求項3】短尺型燃料棒が燃料集合体の燃料棒配列の
外周部を除く位置に配置されている特許請求の範囲第1
項記載の原子炉用燃料集合体。
3. A short fuel rod is arranged at a position excluding an outer peripheral portion of a fuel rod array of a fuel assembly.
A fuel assembly for a nuclear reactor according to the item.
【請求項4】短尺型燃料棒は上端部のみかあるいは上下
両端部にガスプレナム部が配置されている特許請求の範
囲第1項記載の原子炉用燃料集合体。
4. The fuel assembly for a nuclear reactor according to claim 1, wherein the short fuel rod has a gas plenum portion arranged only at the upper end portion or at both upper and lower end portions.
【請求項5】長尺型燃料棒の上端部には天然ウランペレ
ットが封入され、短尺型燃料棒の上端部には天然ウラン
ペレットが封入されていない特許請求の範囲第1項記載
の原子炉用燃料集合体。
5. The nuclear reactor according to claim 1, wherein natural uranium pellets are encapsulated in the upper ends of the long fuel rods, and natural uranium pellets are not encapsulated in the upper ends of the short fuel rods. Fuel assembly.
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JP2839516B2 (en) * 1988-12-23 1998-12-16 株式会社東芝 Boiling water reactor fuel assembly
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