JPS5857718B2 - composite fuel assembly - Google Patents

composite fuel assembly

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JPS5857718B2
JPS5857718B2 JP54011928A JP1192879A JPS5857718B2 JP S5857718 B2 JPS5857718 B2 JP S5857718B2 JP 54011928 A JP54011928 A JP 54011928A JP 1192879 A JP1192879 A JP 1192879A JP S5857718 B2 JPS5857718 B2 JP S5857718B2
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fuel
fuel rod
fuel assembly
composite
fuel rods
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JP54011928A
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JPS54113790A (en
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ウオルター・ジヨン・ダラード
ハリイ・マツクス・フエラーリ
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/326Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements comprising fuel elements of different composition; comprising, in addition to the fuel elements, other pin-, rod-, or tube-shaped elements, e.g. control rods, grid support rods, fertile rods, poison rods or dummy rods
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は燃料棒を装荷した開放格子形の核燃料集合体
、特に異径燃料棒を有する核燃料集合体に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an open lattice nuclear fuel assembly loaded with fuel rods, and particularly to a nuclear fuel assembly having fuel rods of different diameters.

原子炉は、ガス状又は液体の冷却47÷が貫流する容器
内に入った複数の核燃料集合体で構成される炉心を含む
のが代表的である。
A nuclear reactor typically includes a core comprised of a plurality of nuclear fuel assemblies contained within a vessel through which gaseous or liquid cooling 47 flows.

冷却材は燃料集合体の内部及び周囲を流れる際に熱の形
でエネルギを取り去る。
As the coolant flows through and around the fuel assembly, it removes energy in the form of heat.

特に、水のような液体冷却材を循環させる加圧木彫原子
炉では、沸騰状態に到るのは望ましくナク、従って、原
子炉の炉心は、゛核沸騰遷移熱流束”(DNB)と通常
言われている状態を防止するように設計されている。
Particularly in pressurized wood-carved nuclear reactors that circulate liquid coolants such as water, reaching boiling conditions is undesirable, and therefore the reactor core is normally referred to as ``nucleate boiling transition heat flux'' (DNB). It is designed to prevent this from happening.

燃料棒に沿って蒸発気が存在していると、発熱中の燃料
棒は周囲の冷却材への熱伝達を防害されるので、過熱に
よる燃料棒損傷の可能性がある。
The presence of vapors along the fuel rods prevents the heating fuel rods from transferring heat to the surrounding coolant, which can lead to damage to the fuel rods due to overheating.

従って、DNBに関連した安全限界が冷却材最高温度の
上限を定め、従って原子炉総効率を制限する。
Therefore, the safety limit associated with DNB sets an upper limit on the maximum coolant temperature and thus limits the overall reactor efficiency.

これ等の問題は、製造に一層費用が掛かり、しかも一般
に使われているウラン燃料と比較して先天的に中性子吸
収断面積及び減速材温度係数の大きい混合酸化物又はプ
ルトニウム燃料を望んで使用することによって、更に複
雑になる。
These problems have led to the desire to use mixed oxide or plutonium fuels, which are more expensive to produce and which inherently have larger neutron absorption cross sections and moderator temperature coefficients than the commonly used uranium fuels. This makes things even more complicated.

また、冷却材は炉心を上方へ貫流する時に徐々に加温さ
れその密度が次第に変わるので、炉心の上部における減
速は底部と比較して次第により小さくなる。
Also, as the coolant flows upward through the core, it is gradually heated and its density is gradually changed, so that the deceleration at the top of the core becomes progressively smaller compared to the bottom.

その結果、制御上及び設計上の融通性がより悪くなる。As a result, control and design flexibility becomes worse.

主にDNB作用に応じて、これ等の制限を軽減しようと
する解決法には、炉心の水対燃料比を増大することと、
単位長さ当りの発生エネルギの少ない小断面積の炉心全
長にわたる燃料棒を使用することとがある。
Solutions that seek to alleviate these limitations, primarily in response to DNB effects, include increasing the water-to-fuel ratio in the core;
Fuel rods may be used that span the entire length of the core and have small cross-sectional areas that generate less energy per unit length.

しかし、これ等の解決法は、過大な製造コスト及び大形
炉心といつだその他の要因のため複雑である。
However, these solutions are complicated by excessive manufacturing costs, large cores and other factors.

また、冷却材の喪失を生じさせる原子炉冷却材系の破断
が万−起こった場合に応動する冗長安全系を含む原子炉
構造は、炉心領域へ冷却材を注入し、この冷却材が炉心
の底部から頂部へ向かって拡がる。
In addition, reactor structures that include redundant safety systems that respond in the unlikely event of a rupture in the reactor coolant system that results in loss of coolant, inject coolant into the core region, It spreads from the bottom to the top.

この状態に応じる炉心設計とする場合に融通性を増すこ
とは有利である。
It would be advantageous to have more flexibility in designing the core to accommodate this condition.

従って、この発明の主な目的は、温度及び効率の制限を
緩和すると共に混合酸化物燃料の使用に合う核燃料集合
体を提供することである。
Accordingly, a primary objective of this invention is to provide a nuclear fuel assembly that alleviates temperature and efficiency limitations and is compatible with the use of mixed oxide fuels.

上記目的からこの発明は、垂直に配向した複合燃料集合
体の入った炉心を上方へ貫流する液体冷却材を有する熱
中性子炉で使用する複合燃料集合体であって、密封被覆
に入った核分裂可能の核燃料を有すると共に太体規即正
しい格子状に配列された複数の細長い核燃料棒構造と、
個々のセル中で前記燃料棒構造を横方向から支持するた
めに予め選択した種々の高さ位置で前記燃料棒構造の回
りに配置さf′した複数の格子構造とを備える複合燃料
集合体において、前記燃料棒構造は互いから軸方向に所
定距離能れた上部狽吸び下部側燃料棒束を有し、前記下
部側燃料棒束中には前記上部側燃料棒束のものより直径
の大きい少数の燃料棒が存在し、下部側燃料棒束の格子
構造はその周囲が上部側燃料棒束と大体同じ大きさに作
られていることを特徴としている。
For the above purpose, the present invention provides a composite fuel assembly for use in a thermal neutron reactor having a liquid coolant flowing upwardly through the reactor core containing vertically oriented composite fuel assemblies, the composite fuel assembly being capable of nuclear fission in a hermetically sealed jacket. a plurality of elongated nuclear fuel rod structures containing nuclear fuel and arranged in a regular grid pattern;
a plurality of lattice structures arranged around said fuel rod structure at various preselected height positions to laterally support said fuel rod structure in individual cells; , the fuel rod structure has an upper and lower fuel rod bundle extending a predetermined axial distance from each other, the lower fuel rod bundle having a diameter larger than that of the upper fuel rod bundle. A small number of fuel rods are present, and the lattice structure of the lower fuel rod bundle is characterized in that its circumference is approximately the same size as the upper fuel rod bundle.

この複合燃料集合体は、底部側の燃料棒での混合酸化物
燃料の使用、頂部側燃料棒でのウラン燃料の使用に有利
に適応できる。
This composite fuel assembly can be advantageously adapted to use mixed oxide fuel in the bottom fuel rods and uranium fuel in the top fuel rods.

この構造では、上部側及び下部側の燃料棒間にできる好
ましいスペースが尖鋭な出力ピークを軽減するので、プ
ルトニウム及びウラン燃料間の境界で出力ピークが生じ
ない。
In this configuration, power peaks do not occur at the interface between the plutonium and uranium fuels because the favorable spacing between the upper and lower fuel rods reduces sharp power peaks.

冷却材が炉心を上方へ貫流する代表的原子炉においては
、冷却材は、燃料棒の単位長さ当たりの発生エネルギ量
が少ない複合燃料集合体の上部部分における小径燃料棒
に達する時には、すでに高温である。
In a typical nuclear reactor where the coolant flows upward through the core, the coolant is already at a high temperature by the time it reaches the small diameter fuel rods in the upper part of the composite fuel assembly, where the amount of energy generated per unit length of the fuel rod is low. It is.

これは、沸騰の危険やもっと効率的な系の必要無しに炉
心からの冷却材放出温度をより高くする。
This allows higher coolant discharge temperatures from the core without the risk of boiling or the need for more efficient systems.

また、個々の上部側及び下部側燃料棒の相対的横断面寸
法は、冷却材温度の変化に伴なう減速の変化に応じて設
計者の指示通りに変更可能である。
Additionally, the relative cross-sectional dimensions of the individual upper and lower fuel rods can be varied as directed by the designer in response to changes in deceleration with changes in coolant temperature.

更に、大概の燃料棒の上部部分にはプレナムが造られて
いて、原子炉運転中に放出されるガス状の核分裂生成物
を収容するのが典型的である。
Additionally, a plenum is typically constructed in the upper portion of most fuel rods to contain gaseous fission products released during reactor operation.

上部側燃料棒における発生率が低いために、この上部プ
レナムは以前の燃料棒と比較して小さい寸法にすること
ができる。
Due to the lower incidence in the upper fuel rod, this upper plenum can be dimensioned smaller compared to previous fuel rods.

また、もつと活発な下部側燃料棒にもプレナムが用意さ
れているが、このプレナムは炉心の中心における中性子
束ピーキングを減じるために下部側燃料棒の底部に位置
付けられている。
The more active lower fuel rods also have a plenum located at the bottom of the lower fuel rods to reduce neutron flux peaking in the center of the core.

更に、二種の燃料棒整列体間の領域での減速を制限する
ために、中性子吸収物質を下部側燃料棒の頂部と上部側
燃料棒の底部とに置いてもよい。
Additionally, neutron absorbing material may be placed at the top of the lower fuel rods and at the bottom of the upper fuel rods to limit moderation in the region between the two fuel rod arrays.

この発明は添付図面に一例としてたけで示す好適な実施
例に関する以下の説明から一層容易に明らかとなろう。
The invention will become more readily apparent from the following description of a preferred embodiment, shown by way of example in the accompanying drawings.

第1図を参照すると、この発明による複合燃料集合体1
0を用いる加圧水彩原子炉が一例として図示されている
Referring to FIG. 1, a composite fuel assembly 1 according to the present invention
A pressurized watercolor reactor using 0 is illustrated as an example.

この原子炉は、直円筒形状に近くなるよう配列された燃
料集合体10からなる炉心12を有する。
This nuclear reactor has a core 12 made up of fuel assemblies 10 arranged in a nearly right cylindrical shape.

燃料集合体10は容器14内で上部炉心板16と下部炉
心板18との間に支持されており、双方の炉心板は穿孔
されていて伶却材流の貫流を可能にしている。
The fuel assembly 10 is supported within the vessel 14 between an upper core plate 16 and a lower core plate 18, both of which are perforated to allow the flow of waste material therethrough.

水のような液体であるのが好ましい原子炉の冷却材流体
は、入口20から容器14内に入り、環状部22を下方
へ通り抜け、プレナム24で転向して、炉心12を上方
へ通り抜ける。
Reactor coolant fluid, preferably a liquid such as water, enters vessel 14 through inlet 20, passes downwardly through annulus 22, is diverted at plenum 24, and passes upwardly through core 12.

種々の同様の原子炉形状では、冷却材は炉心の下方から
容器14内に入り上方へ通過する。
In various similar reactor configurations, coolant enters vessel 14 from below the core and passes upwardly.

冷却材は燃料集合体10の内部及び周囲を質流する時に
エネルギを吸収し、出口26を通って容器14から排出
され、究極的には例えは発電のための装置(図示しない
)にエネルギを放出する。
The coolant absorbs energy as it flows through and around the fuel assembly 10 and exits the vessel 14 through the outlet 26, ultimately delivering energy to a device (not shown), such as for power generation. discharge.

炉心12内で発生する出力は、冷却材と一緒に流れるホ
ウ素のような中性子吸収材と共に、中性子吸収用制御要
素28を使用するような公知の種々の方法で制御できる
The power generated within the reactor core 12 can be controlled in a variety of known ways, such as using a neutron absorbing control element 28 in conjunction with a neutron absorbing material, such as boron, flowing with the coolant.

この発明によれば制御要素28は頂部に設けられていて
1.駆動装置30により燃料集合体10の内部又は周囲
で往復移動して位置決め可能である。
According to the invention, the control element 28 is provided on the top and includes: 1. It can be reciprocated and positioned within or around the fuel assembly 10 by the drive device 30.

炉心及び燃料集合体の構造は多数あるが、この発明は、
冷却材が大体上向きに貫流する垂直配置の細長い燃料集
合体を有する熱中性子炉において特に有益である。
Although there are many structures for the reactor core and fuel assembly, this invention
It is particularly useful in thermal neutron reactors having vertically arranged elongated fuel assemblies through which the coolant flows generally upwardly.

この発明による好ましい燃料集合体10を第2図に示す
A preferred fuel assembly 10 according to the invention is shown in FIG.

この燃料集合体は、規即正しく好ましくは矩形の列に配
列された複数の上部側燃料棒40と複数の下部側燃料棒
42とを含む。
The fuel assembly includes a plurality of upper fuel rods 40 and a plurality of lower fuel rods 42 arranged in regular, preferably rectangular rows.

燃料棒40.42は円筒形が好ましく、また、上部側燃
料棒40は下部側燃料棒42より小径である。
The fuel rods 40,42 are preferably cylindrical, and the upper fuel rods 40 have a smaller diameter than the lower fuel rods 42.

従って、上部側燃料棒の数は下部側燃料棒の数より多い
Therefore, the number of upper fuel rods is greater than the number of lower fuel rods.

各燃料棒40.42は密閉した金属被覆44を有し、そ
の中に、円筒形ペレット46であることが好ましい核分
裂性燃料が入っている。
Each fuel rod 40.42 has a closed metal cladding 44 containing fissile fuel, preferably in the form of cylindrical pellets 46.

この燃料は、濃縮ウランのように当該技術で周知の種々
のものでよく、そして、一つの実施例では有利な例とし
て、上部側燃料棒40に濃縮ウランが下部側燃料棒42
にプルトニウム燃料が入っている。
This fuel may be of various types known in the art, such as enriched uranium, and in one embodiment advantageously includes enriched uranium in the upper fuel rods 40 and lower fuel rods 42.
contains plutonium fuel.

異なる濃縮度を採用できるが、例えば上部側及び下部側
燃料棒の双方が同じ濃縮度のウランを含む場合、各燃料
棒の単位長さ当たりに発生ずる出力は下部側燃料棒42
の上が上部側燃料棒40より大きい。
Although different enrichments can be employed, for example, if both the upper and lower fuel rods contain the same enrichment of uranium, the power produced per unit length of each fuel rod will be less than that of the lower fuel rod 42.
The upper part is larger than the upper fuel rod 40.

従って、燃料集合体10の内部及び周囲を上向きに流れ
る冷却材は燃料集合体の下部部分で最初に加熱され、更
に上部部分でより高い、温度に加熱される。
Thus, the coolant flowing upwardly within and around the fuel assembly 10 is heated first in the lower portion of the fuel assembly and further heated to a higher temperature in the upper portion.

しかし、核沸騰遷移熱流束(1)NB)の問題は軽減さ
れ、また、例えばKW/ftの単位で測定した上部側燃
料棒の単位長さ当たりのエネルギ出力が低い結果として
炉心から出る冷却材温度を高くすることができる。
However, the problem of nucleate boiling transition heat flux (1) NB) is alleviated and the coolant exiting the core as a result of the lower energy output per unit length of the upper fuel rods, measured for example in KW/ft. The temperature can be increased.

第1表は、長さ約1.83 m (6ft )の上部側
燃料棒40及び同じく長さ約1.83 m (6ft)
の下部側燃料棒42に濃縮ウラン燃料を使うこの発明の
燃料集合体を加圧水湿原子炉の炉心で利用して生じた代
表的な諸パラメータを示す。
Table 1 shows the upper fuel rod 40, which is approximately 1.83 m (6 ft) long, and the upper fuel rod 40, which is also approximately 1.83 m (6 ft) long.
Typical parameters obtained by using the fuel assembly of the present invention, which uses enriched uranium fuel in the lower fuel rod 42 of the reactor, in the core of a pressurized water wet reactor are shown.

比較のための基準は15行X15列の整列体において長
さ3.4m(12ft)の燃料棒を有する燃料集合体の
炉心であり、この炉心を、15行X15列の整列体にお
ける下部側燃料棒42と、20行X20列及び30行X
30列の整列体における上部側燃料棒40とを有する複
合燃料集合体と比較している。
The reference for comparison is a core of a fuel assembly having 3.4 m (12 ft) long fuel rods in an array of 15 rows by 15 columns; Bar 42, 20 rows x 20 columns and 30 rows
The comparison is made with a composite fuel assembly having 30 rows of upper fuel rods 40 in an array.

第1表から分かるように、上部側燃料棒の数が多い場合
、冷却材の温度上昇が増す。
As can be seen from Table 1, when the number of upper fuel rods is large, the temperature rise of the coolant increases.

また、燃料棒の数は、燃料集合体10の組立て及び後述
する案内筒のような付加的構成要素の加入の結果として
、完全整列体のそれよりも少ない。
Also, the number of fuel rods is less than that of a complete array as a result of the assembly of fuel assembly 10 and the addition of additional components such as guide tubes, which will be discussed below.

例えば、15行X15列の完全整列体は225本の燃料
棒を有するが、204本の燃料棒だけが利用されており
、残りの位置は案内筒が占めている。
For example, a complete array of 15 rows by 15 columns has 225 fuel rods, but only 204 fuel rods are utilized, with the remaining positions occupied by guide tubes.

燃料棒40.42の他に、燃料集合体10は案内筒52
に取り付けられた頂部ノズル48及び底部ノズル50を
有しており、負荷伝達骨格ユニットを形成する。
In addition to the fuel rods 40, 42, the fuel assembly 10 includes guide tubes 52.
It has a top nozzle 48 and a bottom nozzle 50 attached to it, forming a load transfer skeletal unit.

案内筒52は単に、燃料集合体の支持か、燃料集合体内
外への制御要素棒54(第1図及び第6図)の案内か、
或は他の炉心構成要素の位置決めのために使用できる。
The guide tube 52 may simply support the fuel assembly or guide the control element rod 54 (FIGS. 1 and 6) into and out of the fuel assembly;
Alternatively, it can be used for positioning other core components.

大体゛卵詰め枠″のように形成した上部及び下部の格子
構造5.6 、57を各選択位置で案内筒52に取り付
ける。
Upper and lower lattice structures 5.6, 57, shaped roughly like an "egg cram", are attached to the guide tube 52 at each selected position.

第3図〜第5図に最もよく示すように、格子構造56,
57は各俸又は案内筒を囲むセル58を形成する。
As best shown in FIGS. 3-5, the lattice structure 56,
57 forms a cell 58 surrounding each bale or guide tube.

燃料棒40.42のセル58は棒の軸方向の膨張を許す
と同時に横方向の支持を行なう。
Cells 58 in fuel rods 40,42 provide lateral support while allowing axial expansion of the rods.

格子構造56.57は、代表的に斥す流れ混合羽根59
及びばね作用の支持体61の他に、棒の整列体の回りに
囲繞境界を形成する外側帯材60と、一緒になって個々
のセル58を形成する内側帯材62とを有する。
The grid structure 56,57 typically includes repelling flow mixing vanes 59.
and a spring-loaded support 61, it has an outer band 60 forming a surrounding boundary around the array of rods and an inner band 62 which together form the individual cells 58.

外側帯材60で定められる上部及び下部格子構造56.
57の外囲寸法は同一である。
Upper and lower lattice structures 56 defined by outer strips 60.
The outer dimensions of 57 are the same.

格子構造56.57は異なる直径の燃料棒40゜42の
支持体となるだけでなく、実施例においては一様で、好
ましくは円形横断面の案内筒52に取り付けることので
きるセル58a、58btmるように配列されていなけ
ればならない。
The lattice structure 56, 57 not only provides support for fuel rods 40, 42 of different diameters, but also cells 58a, 58btm, which in the embodiment can be attached to a guide tube 52 of uniform and preferably circular cross section. must be arranged as follows.

上部及び下部格子構造のセルは寸法が異なるから、案内
筒取付けの対策をしておかなければならない。
Since the cells of the upper and lower lattice structures have different dimensions, provision must be made for installing guide tubes.

従って、下部側燃料棒42は、下部格子構造57のセル
58及び58aが全て同一寸法であるように、同一横断
面を有することが好ましい。
Therefore, the lower fuel rods 42 preferably have the same cross-section so that the cells 58 and 58a of the lower lattice structure 57 are all of the same size.

しかし、上部格子構造56のセル58には、案内筒52
を受容し且つ上部側燃料棒40の支持用セル58と比較
し大きいセル58bが含まれる。
However, the cells 58 of the upper lattice structure 56 have guide tubes 52
The upper fuel rod 40 includes a cell 58b that receives the upper fuel rod and is larger than the support cell 58 of the upper fuel rod 40.

第3図に示すように、例示した複合燃料集合体10の場
合、各セル58bは上部格子構造の燃料棒を受容する四
つのセルの組合せとなっている。
As shown in FIG. 3, in the illustrated composite fuel assembly 10, each cell 58b is a four cell combination that receives a fuel rod in an upper lattice structure.

変形例では、案内筒52も下部側燃料棒42より大きく
できるから、燃料棒42を受は容れるセルより大きいセ
ルを下部格子構造57にも造る。
In a modified example, since the guide tube 52 can also be made larger than the lower fuel rods 42, cells larger than those that accommodate the fuel rods 42 are also formed in the lower lattice structure 57.

また、第3図及び第4図を比較して分かるように、案内
筒を受は容れるセル58bは下部格子構造57のセル5
8より太きい。
Furthermore, as can be seen by comparing FIGS. 3 and 4, the cell 58b that receives the guide tube is the cell 5 of the lower lattice structure 57.
Thicker than 8.

格子構造はセル内の案内筒に取り付けるので、案内筒を
上部及び下部格子構造の双方に取り付ける手段を設けね
ばならない。
Since the lattice structure is attached to a guide tube within the cell, means must be provided for attaching the guide tube to both the upper and lower lattice structures.

かかる取付けのための手段を第6図に示す。Means for such attachment is shown in FIG.

ここで、設けられたスリーブ64は、符号66で示す例
えば四つの位置でろう付け、溶接その他の方法により上
部格子構造56のセル58bの帯材に取り付けられてい
る。
Here, the sleeves 64 provided are attached to the strips of the cells 58b of the upper grid structure 56 by brazing, welding or otherwise, for example at four locations indicated at 66.

案内筒の整列を維持するように、スリーブ64の内径は
下部格子構造のセル58.58aの横断平面寸法と同じ
にすることができる。
To maintain alignment of the guide tubes, the inner diameter of the sleeve 64 may be the same as the cross-planar dimensions of the cells 58.58a of the lower lattice structure.

この場合、案内筒は下部格子構造の帯材にろう付けする
か或はその他の方法で直接に取り付けることができる。
In this case, the guide tubes can be brazed or otherwise attached directly to the strips of the lower lattice structure.

代りに、内側帯材62と案内筒外周との間に太きなろう
付は部66a(第3図)、溶接部、又はその他の取付は
部を造ってスリーブ64の使用を取り止めることができ
る。
Alternatively, thicker brazes 66a (FIG. 3), welds, or other attachment points may be created between the inner strip 62 and the guide tube outer periphery to eliminate the use of the sleeve 64. .

また、案内筒は取付けのためスリーブ64の上方及び下
方で膨出又は拡張することができる。
Additionally, the guide tube can bulge or expand above and below the sleeve 64 for attachment.

或は、セル58bは案内筒を取り付ける突張り68を備
えることができる。
Alternatively, the cell 58b can include a strut 68 for attaching a guide tube.

更に、案内筒52cj下部側燃料棒42、従って下部格
子構造のセルより小さく、且つ上部格子構造の大きなセ
ル58bよりも小さい横断面を有しつる。
Further, the guide tube 52cj has a cross section smaller than the lower fuel rods 42, and therefore the cells of the lower lattice structure, and smaller than the large cells 58b of the upper lattice structure.

この構造の場合、スリーブ64を一つ一つ、上部及び下
部格子構造のセルの双方に嵌入できるが、ここで該スリ
ーブは案内筒受容のため同一の内径を有し、また個々の
スリーブは上部格子構造のセル58b及び下部格子構造
のセル58aのそれぞれの大きさに適合する異なる外径
を有する。
With this construction, the sleeves 64 can be fitted one by one into both the cells of the upper and lower lattice structures, where the sleeves have the same inner diameter for receiving the guide tubes, and where the individual sleeves The cells 58b of the lattice structure and the cells 58a of the lower lattice structure have different outer diameters to match the respective sizes.

更に、第7図に示すように、案内筒52は、その孔53
が制御要素棒54の通過を許容するに足るだけ全長にわ
たって大きい限りにおいて、長さに沿って異なる直径を
有しつる。
Furthermore, as shown in FIG. 7, the guide tube 52 has its hole 53
has a diameter that differs along its length, insofar as the vine is large enough over its entire length to allow control element rod 54 to pass therethrough.

また、孔53は、例えは上部で大きく下部で小さいとい
ったように、大きさが変ってもよく、これにより案内筒
52の下部で制御要素棒54に緩衝効果を付加的にもた
らすことができる。
The holes 53 may also vary in size, for example larger in the upper part and smaller in the lower part, which can provide an additional damping effect for the control element rod 54 in the lower part of the guide tube 52.

大きさが変わる案内筒の外側横断面は、スリーブがあっ
てもなくても格子構造のセル内に最も一致して嵌合する
大きさにすることができる。
The outer cross-section of the guide tube, which varies in size, can be sized to best fit within the cells of the lattice structure, with or without the sleeve.

上部側燃料棒40の底部と下部側燃料棒42の頂部との
間にはスペース70(第2図及び第5図)を設けること
が好ましい。
A space 70 (FIGS. 2 and 5) is preferably provided between the bottom of the upper fuel rod 40 and the top of the lower fuel rod 42.

スペース70は、特に混合酸化物燃料を使用する場合、
このスペースがないと上部側及び下部側燃料棒の境界で
生じるかも知れない出力分布の著しい変化を軽減できる
Space 70 is particularly suitable when using mixed oxide fuels.
The lack of this space reduces the significant changes in power distribution that may occur at the upper and lower fuel rod boundaries.

スペースは上部側及び下部側燃料棒の合計長さの約2%
より長くないことが好ましい。
The space is approximately 2% of the total length of the upper and lower fuel rods.
Preferably no longer.

スペースがあまり太きいと、炉心の中央に減速冷却材の
過剰領域ができ、望ましくない中性子束ピーキングを生
じさせる。
If the spacing is too large, there will be an excess region of moderator coolant in the center of the core, causing undesirable neutron flux peaking.

しかし、この作用は、過剰中性子を吸収する材料及び大
きさの燃料棒封止端栓を境界領域で組み付ける、即ちそ
こに取り付けることで打ち消すことができる。
However, this effect can be counteracted by assembling or attaching a fuel rod sealing end plug in the interface region of a material and size that absorbs excess neutrons.

また、この作用は、核分裂生成物ガスの生成を考慮して
、下部側燃料棒の底部及び上部燃料棒の頂部にプレナム
を置くことによっても打ち消すことができる。
This effect can also be counteracted by placing a plenum at the bottom of the lower fuel rods and at the top of the upper fuel rods to account for the production of fission product gases.

上部燃料棒の燃料ペレットヲ支持するばねその他の支持
手段を使って燃料棒の下方プレナムを維持できる。
Springs or other support means supporting the fuel pellets in the upper fuel rods can be used to maintain the lower plenum of the fuel rods.

同様に、ペレットその他の形の減損燃料を上部側燃料棒
の底部及び下部側燃料棒の頂部に入れてもよく、或は不
活性のセラミックスペーサをこれ等の位置に設けてもよ
い。
Similarly, depleted fuel in the form of pellets or other forms may be placed at the bottom of the upper fuel rods and at the top of the lower fuel rods, or inert ceramic spacers may be provided at these locations.

上記スペーサの両端では、最下方の上部格子構造56を
最上方の下部格子構造57にそれ等の外側帯材60を介
してしつかり取り付けるのが好ましい。
At each end of the spacer, the lowermost upper grid structure 56 is preferably secured to the uppermost lower grid structure 57 via their outer strips 60.

この取付けは、第5国に交互に示したように薄い板72
又は大きい板74を使用するなどの“種々の形で行ない
うる。
This installation is carried out by thin plates 72 as shown alternately in the fifth country.
or using a large plate 74.

板72,74は燃料棒整列体の外側に配置されており、
そして代表的な格子構造に用いられているような流れ混
合羽根59、支持はね61及び流れ開口80等を含む構
造を有しうる。
Plates 72, 74 are located outside the fuel rod array;
The structure may include flow mixing vanes 59, support blades 61, flow openings 80, etc., as used in typical lattice structures.

地震発生の場合に比較的大きな応力及び変形が生じる中
央領域で燃料集合体を強化するために、最下方の上部格
子構造は最上方の下部格子構造にしつかり固定されてい
る。
The lowermost upper lattice structure is clamped to the uppermost lower lattice structure in order to strengthen the fuel assembly in the central region where relatively large stresses and deformations occur in the event of an earthquake.

上部側及び下部側燃料棒の整列体間のスペース70は、
プルトニウム燃料を下部側燃料棒で使用しウランを上部
側燃料棒で使用する場合、二種の燃料を均質混合物以外
で使う時に境界で発生する出力ピークを軽減する点で、
特に有効である。
The space 70 between the upper and lower fuel rod arrays is
When plutonium fuel is used in the lower fuel rod and uranium is used in the upper fuel rod, the power peak that occurs at the boundary when the two fuels are used in anything other than a homogeneous mixture can be reduced.
Particularly effective.

更に、複合燃料集合体10は混合酸化物燃料の使用に向
いている。
Additionally, composite fuel assembly 10 is suitable for use with mixed oxide fuels.

例えばウランとプルトニウム燃料の相対量は上部側燃料
棒40及び下部側燃料棒42の長さを変えることで調整
できる。
For example, the relative amounts of uranium and plutonium fuel can be adjusted by changing the lengths of the upper fuel rod 40 and the lower fuel rod 42.

プルトニウムを有する下部側燃料棒を燃料集合体長さの
1/2〜2/3にわたって配置し、ウランを有する燃料
棒を燃料集合体長さの残りの1/2〜1/3にわたって
配置するのが好ましい。
Preferably, the lower fuel rods containing plutonium are arranged over 1/2 to 2/3 of the length of the fuel assembly, and the fuel rods containing uranium are arranged over the remaining 1/2 to 1/3 of the length of the fuel assembly. .

例えばプルトニウム酸化物の形のプルトニウム燃料は、
遠隔製造ヲ要するプルトニウムの高い毒性のために、例
えば二酸化ウランのようなウランを製造する場合よりも
気になるほど高価につくので、この発明の複合燃料集合
体はプルトニウム使用の点では経済的に有利である。
For example, plutonium fuel in the form of plutonium oxide
The composite fuel assembly of the present invention is economically advantageous in terms of plutonium use, since the high toxicity of plutonium, which requires remote production, makes it significantly more expensive than producing uranium, such as uranium dioxide. It is.

プルトニウムを大径燃料棒に入れれば、一つの燃料集合
体当たりのプルトニウム装荷燃料棒の数が減少し、従っ
てコストが低下する。
Placing plutonium in larger diameter fuel rods reduces the number of plutonium-loaded fuel rods per fuel assembly, thus lowering cost.

また、炉心下方部分へのプルトニウムの配置は核制御特
性の点で有利である。
Also, the placement of plutonium in the lower part of the reactor core is advantageous in terms of nuclear control characteristics.

頂部に設けた制御要素(第1図に示す)の価直が弱めら
れている炉心の底部近くにプルトニウムを位置付けるこ
とによって、プルトニウムの大きな中性子捕獲断面積の
影響が低下する。
By positioning the plutonium near the bottom of the core where the top-mounted control elements (shown in Figure 1) are weakened, the effect of plutonium's large neutron capture cross section is reduced.

更に、冷却材が炉心12に入るプルトニウム領域におい
て全負荷乃至無負荷の冷却材温度変動が少すくするので
、制御要求に関与するプルトニウムの反応度の高減速材
温度係数が減じる。
Additionally, by reducing full-load to no-load coolant temperature fluctuations in the plutonium region where the coolant enters the core 12, the high moderator temperature coefficient of plutonium reactivity that contributes to control requirements is reduced.

また、開示した複合燃料集合体は、炉心の冷却材が一時
的に放出される仮定上の事故状態下で応動する利点があ
る。
The disclosed composite fuel assembly also has the advantage of responding under hypothetical accident conditions in which core coolant is temporarily released.

かかる事故状態の際、複数の冗長系が作動して原子炉容
器を底部から頂部まで再び満たす。
During such an accident condition, multiple redundant systems are activated to refill the reactor vessel from bottom to top.

従って、活性の強い下方の燃料棒が活性の弱い上方の燃
料棒より早く冷却材に冠水し、長さに沿って本体一様な
炉心と比較して安全余裕を増す。
Therefore, the more active lower fuel rods are flooded with coolant earlier than the less active upper fuel rods, increasing the safety margin compared to a core that is uniform along its length.

従って、前述した複合燃料集合体は原子炉冷却材の高温
度化及び原子炉プラントの高総効率化を達成する点で有
用である。
Therefore, the above-described composite fuel assembly is useful in increasing the temperature of the reactor coolant and increasing the overall efficiency of the nuclear reactor plant.

更に、この複合燃料集合体は混合酸化物燃料の使用に有
用であると同時に、全種類の炉心設計の際に融通性を増
すことができる。
Additionally, the composite fuel assembly is useful for the use of mixed oxide fuels while providing increased flexibility in all types of core designs.

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

第1図はこの発明に係る複合燃料集合体を含む原子炉の
立面断面図、第2図はこの発明による複合燃料集合体の
概略立面図、第3図はこの発明の一実施例による燃料集
合体上部格子構造の簡略化した平面図、第4図は第3図
の実施例と共用できる燃料集合体下部格子構造の簡略化
した平面図、第5図はこの発明の実施例による複合燃料
集合体中央部の斜視立面図、第6図はこの発明の実施例
による複合燃料集合体の一つのセルの斜視図、第7図は
この発明による燃料集合体案内筒の一例の斜視図である
。 図中、10は複合燃料集合体、12は炉心、40は上部
側燃料棒、42は下部側燃料棒、44は密封被覆、46
は核燃料、56は上部格子構造、57は下部格子構造、
58,58a及び58bはセル、70はスペース(軸方
向の所定距離)である。
FIG. 1 is an elevational cross-sectional view of a nuclear reactor including a composite fuel assembly according to the present invention, FIG. 2 is a schematic elevational view of a composite fuel assembly according to the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention. 4 is a simplified plan view of the fuel assembly lower lattice structure which can be used in common with the embodiment of FIG. 3; FIG. 5 is a simplified plan view of the fuel assembly lower lattice structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view of one cell of a composite fuel assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of an example of a fuel assembly guide tube according to the present invention. It is. In the figure, 10 is a composite fuel assembly, 12 is a core, 40 is an upper fuel rod, 42 is a lower fuel rod, 44 is a sealing cladding, 46
is the nuclear fuel, 56 is the upper lattice structure, 57 is the lower lattice structure,
58, 58a and 58b are cells, and 70 is a space (predetermined distance in the axial direction).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 垂直に配向した複合燃料集合体の入った炉心を上方
へ貫流する液体冷却材を有する熱中性子炉で使用する複
合燃料集合体であって、密封被覆に入った核分裂可能の
核燃料を有すると共に大体規即正しい格子状に配列され
た複数の細長い核燃料棒構造と、個々のセル中で前記燃
料棒構造を横方向から支持するために予め選択した種々
の高さ位置で前記燃料棒構造の回りに配置された複数の
格子構造とを備乙る複合燃料集合体において、前記燃料
棒構造は互いから軸方向に所定距離離れた上部側及び下
部側燃料棒束を有し、前記下部側燃料棒束中には前記上
部側燃料棒束のものより直径の大きい少数の燃料棒が存
在し、下部側燃料棒束の格子構造はその周囲が上部側燃
料棒束と大体同じ大きさに作られていることを特徴とす
る複合燃料集合体。
1 A composite fuel assembly for use in a thermal neutron reactor having a liquid coolant flowing upwardly through the core containing the vertically oriented composite fuel assembly, comprising fissionable nuclear fuel in a hermetic cladding and generally containing a plurality of elongated nuclear fuel rod structures arranged in a regular grid and surrounding said fuel rod structures at various preselected height positions to provide lateral support for said fuel rod structures in individual cells; In a composite fuel assembly comprising a plurality of lattice structures arranged, the fuel rod structure has upper and lower fuel rod bundles spaced apart from each other by a predetermined distance in the axial direction, and the lower fuel rod bundle There are a small number of fuel rods with a larger diameter than those in the upper fuel rod bundle, and the lattice structure of the lower fuel rod bundle is made to have a circumference approximately the same size as the upper fuel rod bundle. A composite fuel assembly characterized by:
JP54011928A 1978-02-06 1979-02-06 composite fuel assembly Expired JPS5857718B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US87565378A 1978-02-06 1978-02-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS54113790A JPS54113790A (en) 1979-09-05
JPS5857718B2 true JPS5857718B2 (en) 1983-12-21

Family

ID=25366143

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JP54011928A Expired JPS5857718B2 (en) 1978-02-06 1979-02-06 composite fuel assembly

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ES (1) ES477467A1 (en)
FR (1) FR2416529A1 (en)

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Also Published As

Publication number Publication date
JPS54113790A (en) 1979-09-05
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