JPS6336189A - Fuel aggregate for boiling water type reactor - Google Patents

Fuel aggregate for boiling water type reactor

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Publication number
JPS6336189A
JPS6336189A JP61179449A JP17944986A JPS6336189A JP S6336189 A JPS6336189 A JP S6336189A JP 61179449 A JP61179449 A JP 61179449A JP 17944986 A JP17944986 A JP 17944986A JP S6336189 A JPS6336189 A JP S6336189A
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JP
Japan
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water rod
water
fuel assembly
rod
flow rate
Prior art date
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Pending
Application number
JP61179449A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
増原 康博
修 横溝
富山 明男
内藤 正則
吉本 佑一郎
平川 博将
柏井 進一
良之 片岡
重人 村田
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP61179449A priority Critical patent/JPS6336189A/en
Publication of JPS6336189A publication Critical patent/JPS6336189A/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

Landscapes

  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は、沸騰水源原子炉の燃料集合体に係り、特に、
核熱水力学的安定余裕を十分確保するのに好適な燃料集
合体に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water source nuclear reactor, and in particular, to a fuel assembly for a boiling water source nuclear reactor.
The present invention relates to a fuel assembly suitable for ensuring a sufficient nuclear thermohydraulic stability margin.

〔従来技術〕[Prior art]

第2因Ks違水源原子炉の流徒−出力の運転マツプを示
す。沸1攪水を原子炉では、図の実線の自然循環ライン
、強制循環ラインに沿って、起動する。すなわち、自然
循環運転時には、制副棒を徐徐に引抜き、定格出力の制
御棒パターンとなった時点(図の点Aに対応)で、ポン
プを回転し、強制循環に切り替える。ところが、流量−
出力の運転マツプの高出力、低流故の領域(図の左上)
に不安定領域が存在するため、自然循環ラインから強制
循環ラインに切り替える点Aで、安定余裕が小さくなる
という問題がある。そのため、従来の原子炉では、第3
図に示すように、燃料集合体10人口部にある燃料支持
金具2にオリフィス3が設けられている。このオリフィ
スの効果を示したのが第4図である。図の横軸は流量を
示し、縦軸は、安定の指標である減幅比を示す。この減
幅比γは、第5図に定義するように、振動する量(例え
ば冷却材流量、出力、中性子束など)の隣りあった振幅
の比(図では第一振幅と第三振幅の比)を表わすもので
ある。
The flow-output operation map of the second cause Ks water source reactor is shown. Boiling water is started in the reactor along the natural circulation line and forced circulation line shown in solid lines in the figure. That is, during natural circulation operation, the control rod is gradually withdrawn, and when the control rod pattern of rated output is achieved (corresponding to point A in the figure), the pump is rotated and switched to forced circulation. However, the flow rate -
High output, low flow area of the output operation map (upper left of the diagram)
Since there is an unstable region in , there is a problem that the stability margin becomes small at point A where the natural circulation line is switched to the forced circulation line. Therefore, in conventional nuclear reactors, the third
As shown in the figure, an orifice 3 is provided in a fuel support fitting 2 at the port of the fuel assembly 10. FIG. 4 shows the effect of this orifice. The horizontal axis of the figure shows the flow rate, and the vertical axis shows the reduction ratio, which is an index of stability. As defined in Figure 5, this attenuation ratio γ is the ratio of adjacent amplitudes of oscillating quantities (e.g. coolant flow rate, output, neutron flux, etc.) (in the figure, the ratio of the first amplitude to the third amplitude). ).

X。X.

γ   = □ X。γ = □ X.

すなわち、この減幅比が1以上の時には、振動部幅が時
間の経過に伴い増大するため、不安定となす、減幅比が
1以下の時には振動振幅が減衰するため、安定となる。
That is, when the width reduction ratio is 1 or more, the vibrating part width increases with the passage of time, making it unstable; when the width reduction ratio is 1 or less, the vibration amplitude is attenuated, making it stable.

γ ≧ 1   不安定 γ く 1   安定 ところで、この減幅比とオリフィス3の抵抗係°数(以
下、オリフィス係数と呼ぶ)の関係であるが、第4図に
示すように、オリフィス係数が大きいほど減幅比が下が
り、安定余裕が増える頌同がある。しかし、オリフィス
係数の大きなオリフィスを使うと、自然循環状態では安
定余裕が増えるが、定格点では、この係数が大きいため
、流動抵抗も増え、流量が低下する。そのため、ポンプ
容素の大きいポンプを使用することが必要となり、コス
ト高となる。そのため、現在、原子炉で使用されている
オリフィスは、自然循壌点で減幅比が0.9程度となる
ようなものが使用されている。なお、この種の装置とし
て関連するものKはfi、願昭55−127247があ
るが、これは自然循環時にオリフィス口径を小さくする
可動部を有するので、信頼性が乏しいという欠点がある
γ ≧ 1 Unstable γ Ku 1 Stable By the way, the relationship between this width reduction ratio and the resistance coefficient of the orifice 3 (hereinafter referred to as the orifice coefficient) is as shown in Figure 4. There is a dodge in which the reduction ratio decreases and the stability margin increases. However, if an orifice with a large orifice coefficient is used, the stability margin increases under natural circulation conditions, but at the rated point, since this coefficient is large, flow resistance also increases and the flow rate decreases. Therefore, it is necessary to use a pump with a large pump capacity, which increases the cost. Therefore, orifices currently used in nuclear reactors have a width reduction ratio of about 0.9 at the natural circulation point. A related device of this type is fi, patent application No. 55-127247, but this has a movable part that reduces the orifice diameter during natural circulation, so it has the disadvantage of poor reliability.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記のように、従来技術は、自然循墳点での安定余裕を
十分に確保するためにポンプ容量の大きいものを1吏用
する必要があるためコスト高となるという問題点、又は
可動部を有するための信頼性が低いという問題点があっ
た。
As mentioned above, the conventional technology has problems such as high costs because it is necessary to use one pump with a large capacity in order to ensure sufficient stability margin at the natural circulation mound point, or the need for moving parts. There was a problem in that the reliability of the device was low.

本発明の目的は、原子炉の安定性の余裕を増大させ、し
かも構造簡単で信頼性が高く、コストの低減を計ること
の可能な沸騰水準原子炉の燃料集合体を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a fuel assembly for a boiling level nuclear reactor that increases the stability margin of the reactor, has a simple structure, is highly reliable, and can reduce costs.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、燃料集合体中に在るウォーターロッドに、
該ウォーターロッドを流れる冷却材の流れを横切る断面
円形または楕円形の柱体をウォーターロッドの冷却材入
口の近傍ばて固定し、以って、ウォーターロッド内が、
定格運転時には液相の冷却水で満たされ、自然循環運転
時には二相流で満たされるようにすることばより、達成
される。
The above purpose is to provide water rods in the fuel assembly with
A column having a circular or oval cross section that crosses the flow of the coolant flowing through the water rod is fixed near the coolant inlet of the water rod, so that the inside of the water rod is
This is achieved by filling the cooling water with liquid phase during rated operation and with two-phase flow during natural circulation operation.

〔作用〕[Effect]

沖騰水源原子炉では、燃料の反応度を向上させる観点よ
り、燃料集合体の中央部にウォーターロッドが配置され
、このウォーターロッド内に常に単相(液相)の冷却水
が流れるように設計されている。しかし、ウォーターロ
ッド内が単相の冷却水となる必要があるのは、定格運転
時のみであり、自然循環運転時には二相流状、昨の方が
都合が良いことを本発明者らは見出した。すなわち、ウ
ォーターロッド内の状態が二相流となると、炉心で発生
した高速中性子の熱中性子への変換が械シ、そのため反
応度も減少し、出力が低下する。自然循環運転では、制
御棒を引抜くことにより出力を上昇させるが、同じ制脚
棒位置く対しては、ウォーターロッド内の状、1小が二
相流となった万が出力が低くなる。そのため、自然循環
運転と強制循環、“lj(松との切り替え点においてウ
ォーターロッド内の状)°ルを二相流状態とすると、切
り替え点Aでの出力は下がることが期待でき、強制循環
ラインは第6図に示すように下方に移動する。その結果
、切り替え点Aが不安定領域から遠ざかるので、安定余
裕が増える。
In order to improve the reactivity of the fuel, the Okita water source reactor has a water rod placed in the center of the fuel assembly, and is designed so that single-phase (liquid phase) cooling water always flows through the water rod. has been done. However, the inventors have discovered that the need for single-phase cooling water in the water rod is only during rated operation, and that it is more convenient to have two-phase cooling water during natural circulation operation. Ta. That is, when the state inside the water rod becomes a two-phase flow, the conversion of fast neutrons generated in the reactor core into thermal neutrons is inhibited, and therefore the reactivity also decreases, resulting in a decrease in output. In natural circulation operation, the output is increased by withdrawing the control rod, but for the same position of the restraining rod, the output will be lower if the condition inside the water rod causes a two-phase flow. Therefore, if natural circulation operation and forced circulation are made into a two-phase flow state, the output at switching point A can be expected to decrease, and the forced circulation line moves downward as shown in Fig. 6. As a result, the switching point A moves away from the unstable region, so the stability margin increases.

第7図、第8図に、この出力低下と安定余裕の定量評価
を示す。図より明らかなよう・K、ウォーターロンド内
のボイド率が増加すると、熱中性子の変換が減少するの
で、出力が低下し、また、安定性指標の減幅比も減少し
、安定余裕が増加することが分かる。なお、この解析結
果は、現在運転されている8X8燃料東合体の場合であ
る。燃料棒の形を・Mli < L、本数を増やした9
X9燃料塙合体の場合には、大径のウォーターロッドが
使用される見通しであるが、ウォーターロッドが太くな
ると、これらの効果はさらに増大する。
Figures 7 and 8 show quantitative evaluations of this output drop and stability margin. As is clear from the figure, as the void fraction in the water rond increases, the conversion of thermal neutrons decreases, resulting in a decrease in output, and the reduction ratio of the stability index also decreases, increasing the stability margin. I understand that. Note that this analysis result is for the 8X8 fuel east combination currently in operation. The shape of the fuel rods is changed to Mli < L, and the number is increased to 9.
In the case of X9 bunker combinations, larger diameter water rods are expected to be used, and these effects will be further enhanced as the water rods become thicker.

以上の結果より、自然循環運転においてウォーターロン
ド内の状態が二相流となり、また、定格点おいてウォー
ターロンド内の状態が水車相流となるようKすることが
可能ならば、安定余裕が増えることがわかる。
From the above results, if it is possible to change the condition in the water rond to a two-phase flow during natural circulation operation and to make the condition in the water rond a phase flow at the rated point, the stability margin will increase. I understand that.

本発明はこのことを可能ならしめるものである。The present invention makes this possible.

すなわち、本発明のように、ウォーターロッドに前述の
ような柱体を設けることによって上述の事が可能となる
That is, the above-mentioned thing becomes possible by providing the above-mentioned columnar body in the water rod as in the present invention.

以下、該柱体が円柱である場合について説明する。(但
し、円柱の代りに楕円柱を用いても同様の効果がある。
Hereinafter, a case where the columnar body is a cylinder will be explained. (However, the same effect can be obtained by using an elliptical cylinder instead of a cylinder.

)円柱周りの流れは、第9図、第10図に示すように、
流速により異る。すなわち、低流速では円柱表面上の境
界層は層流境界;―となるため、抵抗係数は大きくなる
が、高流速になると表面上の境界層は乱流境界層に移行
するため、第9図に示すように、抵抗係数は低下する。
) The flow around the cylinder is as shown in Figures 9 and 10.
Depends on flow rate. In other words, at low flow velocities, the boundary layer on the cylinder surface becomes a laminar boundary, and the drag coefficient increases; however, at high flow velocities, the boundary layer on the surface shifts to a turbulent boundary layer, as shown in Figure 9. As shown, the drag coefficient decreases.

本発明は、この特性を利用する。すなわち、流量の多い
定格点では円柱6の表面上の境界層を乱流境界層とさせ
、流量の少ない自然遁壌点では層流境界層に対応させる
。さらに、定格点での円柱群6での抵抗係数を従来のウ
ォーターロンド内での抵抗係数とほぼ同じ値とiるよう
に〔後述する(3)式により〕すると、定格点では、ウ
ォーターaノド内の状;銀は単相水となるため、従来と
ほぼ同じ反応度となり、はぼ同じ特注を示す。一方、低
流量の自然循環時になると、円柱周りの状態は層流境界
層、にi1件し、抵抗係数は大きくなる。そのため、ウ
ォーターロンド内を流れる流量は減少し、燃料からのγ
線加熱により、ボイドが発生し、二相流と虚ろ。ウォー
ターロンド内が二相流状態となると、前述したように、
燃料集合体内の反応度が下がるので、出力が低下し、自
然循環運転から強制(盾壇に切り替える点での出力も低
下する。そのため、安定余裕が増加し、ポンプ容量の大
きい高価なポンプが不要となり、コストが低減する。
The present invention takes advantage of this property. That is, at the rated point where the flow rate is high, the boundary layer on the surface of the cylinder 6 is a turbulent boundary layer, and at the natural discharge point where the flow rate is low, it is made to correspond to a laminar boundary layer. Furthermore, if the resistance coefficient of the cylinder group 6 at the rated point is made to be approximately the same value as the resistance coefficient in the conventional water rond (using equation (3) described later), then at the rated point, the water a nod Inner state: Silver becomes single-phase water, so the reactivity is almost the same as conventional products, and it shows almost the same customization. On the other hand, during natural circulation at a low flow rate, the state around the cylinder becomes a laminar boundary layer, and the drag coefficient increases. Therefore, the flow rate inside the waterrond decreases, and γ from the fuel
Due to wire heating, voids occur, resulting in two-phase flow and hollowness. When the inside of Waterrond becomes a two-phase flow state, as mentioned above,
As the reactivity within the fuel assembly decreases, the output decreases, and the output also decreases when switching from natural circulation operation to forced (shield) operation.As a result, the stability margin increases and expensive pumps with large pump capacity are unnecessary. Therefore, the cost is reduced.

上記した円柱周りの流れの現象は無限体系中の結果であ
るので、ウォーターロッドのようなI?内においても同
じ現象が起こることを確認する必要がある。そこで、第
11図に示すような装置を製作し、実験を行った。測定
項目は、流昨F、温度T、試、換部の圧損ΔPである。
The phenomenon of flow around a cylinder described above is a result of an infinite system, so I? It is necessary to confirm that the same phenomenon occurs within the country as well. Therefore, an apparatus as shown in FIG. 11 was manufactured and an experiment was conducted. The measurement items are flow rate F, temperature T, and pressure drop ΔP in the trial and exchange parts.

試験部の供試体には、第12図(a)、 (b)に示す
ような、−列の円柱のものと、二列の円柱列のものを使
用した。実験は、バルブVのじ;)度を変えることによ
り、流1正を市1j仰しその時の圧損△Pを測定した。
The specimens in the test section used were one with - rows of cylinders and one with two rows of cylinders, as shown in Figs. 12(a) and (b). In the experiment, the pressure drop ΔP at that time was measured by changing the degree of the valve V to obtain a positive flow.

それらの測定値(て基づき、次に示す無次元量を計算し
、整理した。
Based on those measured values, the following dimensionless quantities were calculated and organized.

抗力係数 Cd レイノルズ数 Re ここで、 UOBS  :円柱表面での流速 = F’ / (AFLOW−AOBS )AFLOW
  :円柱の上流側での流路面積AOBS  :円柱の
流れ方向に面する面積の合計 DOBS  :円柱の等価直径の合計 g   :重力加速度 :動粘性係数 である。
Drag coefficient Cd Reynolds number Re where, UOBS: Flow velocity on the cylinder surface = F' / (AFLOW-AOBS) AFLOW
: Flow path area on the upstream side of the cylinder AOBS : Total area of the cylinder facing the flow direction DOBS : Total equivalent diameter of the cylinder g : Gravitational acceleration : Kinematic viscosity coefficient.

なお、試験部の抵抗係数にと抗力係数Cdとの間には、
次の関係が成立する。
In addition, between the resistance coefficient of the test part and the drag coefficient Cd,
The following relationship holds true.

実1倹結果を第13図、第14図に示す。第13図は、
−列の円柱の結束であり、第14図は二列の円柱での結
果である。境界層の遷移により、あるレイノルズ数を超
えると圧損係数は図中Bで示すように急激減少する。二
列の円柱では、その低下幅が大きいことが分る。以上の
実験結果により、管路中にpいても、滑らかな円形また
は楕円形1析面を持つ物体を設置するならば、流速の大
きさKより境界層が遷移し、抵抗係数が変イヒすること
がわかった。したがって、ウォーターロッド内に、この
ような滑らかな表面を持つ物体を設置するならば、定格
点と自然循環点の間で抵抗係数が変化し、自然循環時に
ウォーターロッド内を、自然循環時には二相流状態に、
強制循環時には水単相の状態にすることができる。その
結果、強制循環時にはウォーターロッド内が水単相とな
るので、従来と同じ特性を示し、一方、自然循環時には
ウォーターロッド内が二相流状態になるので、反応間が
下がり、切り替え点Aでの出力が低下するため、安定余
裕が増加する。
The actual results are shown in Figures 13 and 14. Figure 13 shows
- Unity of columns of cylinders, and Figure 14 shows the results for two columns of cylinders. Due to the transition of the boundary layer, when a certain Reynolds number is exceeded, the pressure loss coefficient rapidly decreases as shown by B in the figure. It can be seen that the width of the decrease is large for two rows of cylinders. According to the above experimental results, if an object with a smooth circular or elliptical surface is installed in a pipe, the boundary layer will change due to the flow velocity K, and the drag coefficient will change. I understand. Therefore, if an object with such a smooth surface is installed inside the water rod, the resistance coefficient will change between the rated point and the natural circulation point, and the resistance coefficient will change between the rated point and the natural circulation point. In a state of flow,
During forced circulation, a single phase of water can be created. As a result, during forced circulation, the inside of the water rod becomes a single phase of water, exhibiting the same characteristics as before.On the other hand, during natural circulation, the inside of the water rod becomes a two-phase flow state, reducing the reaction time and reaching switching point A. The stability margin increases because the output of

〔′実施例〕〔'Example〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示すものである。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.

本実施例は、燃料集合体の中央にあるウォーターロッド
4を下部タイブレート5の下側まで突出し、その下端を
開放とし、該下端付近にてウォーターロッド内に互に間
隔をあけた円柱群6を横江配置なしたものである。円柱
群6の流量に対する抵抗係数の!特性は、第9図、第1
3図、第14図で示したように、高流量では小さく、低
流量では大きく浸る。したがって、ウォーターロッド4
内に円柱n6を配置したことKよυ、?M岨の多い定格
運転時には抵抗が減少し、ウォーターロッド4内の流量
が増大する。流量が増大すると、ウォーターロッド4内
では、ボイドの発生がより抑えられ、ウォーターロッド
内は水準相状態となり、従来通りの特性を示す。
In this embodiment, a water rod 4 located at the center of the fuel assembly is projected to the lower side of a lower tie plate 5, its lower end is open, and a group of cylinders 6 spaced apart from each other are arranged inside the water rod near the lower end. It was arranged by Yokoe. The resistance coefficient for the flow rate of the cylinder group 6! The characteristics are shown in Figure 9, 1
As shown in FIGS. 3 and 14, the amount of water immersed is small at high flow rates, and large at low flow rates. Therefore, water rod 4
K υ, that the cylinder n6 was placed inside? During rated operation with a large amount of M, the resistance decreases and the flow rate in the water rod 4 increases. When the flow rate increases, the generation of voids within the water rod 4 is further suppressed, the interior of the water rod enters a level phase state, and exhibits the same characteristics as before.

一方、流量の少ない自然循環時には抵抗が増大するので
、ウォーターロッド内の流量は減少する(第15図参照
)。その結果、ウォーターロッド内では、γ1@の加熱
によりボイドが発生し、管内は二相流状態となる(第1
6固装間)。ウォーターロッド内が二相流状態となると
、反応度が下がり、出力も低下するため、自然循環運転
と強制循環運転との切り替え点Aの出力も下がり、第6
図からもわかるように、安定余裕が増大する。安定余裕
が増大すると、定格時の流量確保のためにポンプ容量の
大きいポンプが不要となるので、コストが低減できる。
On the other hand, during natural circulation with a low flow rate, resistance increases, so the flow rate in the water rod decreases (see Figure 15). As a result, voids are generated in the water rod due to the heating of γ1@, and the inside of the pipe becomes a two-phase flow state (first
between 6 and 6 times). When the inside of the water rod becomes a two-phase flow state, the reactivity decreases and the output also decreases, so the output at the switching point A between natural circulation operation and forced circulation operation also decreases, and the sixth
As can be seen from the figure, the stability margin increases. When the stability margin increases, a pump with a large pump capacity is not required to ensure the flow rate at the rated time, so costs can be reduced.

また、本実施例では、流体の自己制御によυ抵抗係数が
変化するので、可動部がなく、信頼性が高く、メンテナ
ンスフリーという長所もある。
Further, in this embodiment, since the υ resistance coefficient is changed by self-control of the fluid, there are no moving parts, which has the advantage of being highly reliable and maintenance-free.

また、本実施例によれば、上記の安定余裕度の増加分を
スペクトル運転に利用することもできろ。
Further, according to this embodiment, the above-mentioned increase in stability margin can be used for spectrum operation.

すなわち、自然循環運転から強制循環運転に変更する切
り替え点Aでの出力を現行と同じ出力にすると、強制循
環のラインは、第17図に示すようK、上側に平行移動
し、定格出力点も低流f 41111 K移動する。そ
のため、図に示すように定格出力での流量コントロール
の範囲がひろがる。スペクトル運転は、この定格出力で
の流量コントロールの範囲を利用するもので、流量コン
トロールノ範囲がひろくなると、さらに燃焼度を延ばす
効果(第18図でカーブを右の万へ持って来る効果)が
上がることが却られている。すなわち、流量コントロー
ル範囲が1チひろがることにより、約1億円のコストの
低下が可能であるっ 以下、このスペクトル運転について、第18図を用いて
説明する。スペクトル運転は、燃焼度初期K(中性子の
)スペクトルを硬くシ、ウラン238でプルトニウム2
39を合成し、そして、燃焼度末期にスペクトルをやわ
らかくし、燃焼度初期に合成したプルトニウム239を
燃焼することKより燃焼度を高くする方法である。した
がって、燃焼度初期と末期でスペクトルの硬さを変える
必要があるが、そのためには一般には、炉心流量を変え
て運転する。すなわち、燃焼度初期には流量を下げて炉
心のボイド率を上げることによりスペクトルを硬くシ、
一方、燃焼足末期には、逆に流量を増やして炉内のボイ
ド率を下げることによりスペクトルを柔らかくする。し
たがって、定格出力での流量コントロール範囲が大きい
と、スペクトルの硬さの変化も大きくなり、燃焼度をさ
らに、高くできる。本実施例では、自然循環時の抵抗係
数は定格時に比べ2倍程度大きくなるので、自然循環時
のウォーターロッド内のボイド率は約20%程度となり
、出力は80認程関低減する(燃料集合体一体当り)。
In other words, if the output at switching point A, which changes from natural circulation operation to forced circulation operation, is the same as the current output, the forced circulation line will move in parallel upwards at K, as shown in Figure 17, and the rated output point will also change. Low flow f 41111 K move. Therefore, as shown in the figure, the range of flow rate control at rated output is expanded. Spectral operation utilizes the flow rate control range at the rated output, and as the flow rate control range widens, the effect of extending the burnup further (the effect of bringing the curve to the right in Figure 18) increases. It is refused to go up. That is, by widening the flow rate control range by one inch, it is possible to reduce the cost by about 100 million yen.This spectrum operation will be explained below using FIG. 18. Spectral operation is to harden the initial burnup K (neutron) spectrum, and to
This is a method of synthesizing plutonium-239, softening the spectrum at the end of the burnup, and burning the synthesized plutonium-239 at the beginning of the burnup, resulting in a higher burnup than K. Therefore, it is necessary to change the hardness of the spectrum between the early and late stages of burnup, and to do this, the core flow rate is generally changed during operation. In other words, at the early stage of burnup, the flow rate is lowered to increase the void ratio in the core, making the spectrum hard and sharp.
On the other hand, at the end of the combustion phase, the flow rate is increased to lower the void ratio in the furnace, softening the spectrum. Therefore, when the flow rate control range at the rated output is wide, the change in spectral hardness is also large, and the burnup can be further increased. In this example, the resistance coefficient during natural circulation is approximately twice as large as that at the rated value, so the void ratio in the water rod during natural circulation is approximately 20%, and the output is reduced by 80 degrees (fuel assembly (per body).

したがって、この80認の値より、定格出力の流量低減
率を求めると、5%程度となり、金額換算すると約0.
8億円のコスト減になっていることがわかる。
Therefore, if we calculate the flow rate reduction rate of the rated output from this 80% value, it will be about 5%, which is about 0.
It can be seen that the cost was reduced by 800 million yen.

なお、本解析結果は、8×8燃料燃料体の場合であるが
、9×9ja合体の場合には大径ウォーターロッドを使
用する。この大径ウォーターロッドは8×8燃料燃料体
のウォーターロッドの流路面績の3倍程要であるので、
コスト減は約24億円程度となる。
Note that this analysis result is for the case of 8×8 fuel assembly, but in the case of 9×9ja combination, a large diameter water rod is used. This large diameter water rod requires about three times the flow path area of the water rod of the 8x8 fuel assembly, so
The cost reduction will be approximately 2.4 billion yen.

第19図に本発明の別の実施例を示す。本実施例では、
従来、燃料支持金具2に設けられていた入口オリフィス
(第3図参照)をなくし、燃料集合体の下方に網状の入
口オリフィス8を設け、燃料集合体の中央にあるウォー
ターロッド4をこのオリフィス8の下側まで突出させ、
そのウォーターロッド4の下端を開放とし、該下端附近
江でウォーターロッド4内に円柱群6を互に間隔をあけ
て横に配置する。かかる構造にしたことにより、ウォー
ターロッド4両端にかかる圧力差は、入口オリフィスの
圧損を含むので、自然循環時と定格運転時とで大きく変
わる(表1参照)。その結果、ウォーターロッド内を流
れる流量はこの両端にかかる圧力差により決−まるので
、自然循環時の流量は著しく低減するから、ウォーター
ロッド内のボイドの発生量が増え、チャンネル内の反応
度が下がる。そのため、切り替え時の出力も低下し、安
定余裕が著しく増加する。
FIG. 19 shows another embodiment of the present invention. In this example,
The inlet orifice (see Fig. 3) conventionally provided in the fuel support fitting 2 is eliminated, and a net-like inlet orifice 8 is provided below the fuel assembly, and the water rod 4 in the center of the fuel assembly is inserted into the orifice 8. protrude to the bottom of the
The lower end of the water rod 4 is open, and cylinder groups 6 are arranged laterally within the water rod 4 near the lower end at intervals. With this structure, the pressure difference applied to both ends of the water rod 4 includes pressure loss at the inlet orifice, and therefore varies greatly between natural circulation and rated operation (see Table 1). As a result, the flow rate inside the water rod is determined by the pressure difference between the two ends, so the flow rate during natural circulation is significantly reduced, which increases the amount of voids inside the water rod and reduces the reactivity within the channel. Go down. Therefore, the output at the time of switching also decreases, and the stability margin increases significantly.

表1 圧力損失 単位(気圧) なお、本実施例では、網目状の入口オリフィス8を燃料
集合体の下方に設置tするため、燃料集合体内の半径方
向の流量分布は一守となり、熱的余裕度に関して余裕を
増やす方向に動く。また、前記実施例同様、安定余裕度
の増加分をスペクトル運転に利用することもできる。
Table 1 Pressure loss unit (atmospheric pressure) In this example, since the mesh-shaped inlet orifice 8 is installed below the fuel assembly, the flow rate distribution in the radial direction within the fuel assembly is uniform, and there is a thermal margin. Move in the direction of increasing leeway in terms of degrees. Further, as in the embodiment described above, the increase in stability margin can also be used for spectrum operation.

第20図に本発明のさらに別の実施例を示す。FIG. 20 shows yet another embodiment of the present invention.

本実施例では、第1図の実施例と同様、燃料集合体の中
央にあるウォーターロッド4を下部メイグレート5の下
側まで突出し、そのウォーターロッド4の下端の先端に
円錐状に円柱群9を配置しである。かかる構造にしたこ
とにより、@記実施例と同様、自然循環時には円柱周り
の抵抗係数が増加するため、ウォーターロッド4内での
流量は下がり、ボイドが発生する。その結果、反応度が
下がり、切り替え点Aの出力が低下するので、安定余裕
が増大する。さらに、本実施例では、ウォーターロッド
4の下端の先端に円錐状に円柱群9を設けたことにより
、燃料集合体組み立て時にオイてこれが案内の役をする
のでウォーターロッド4の取り付は作業が容易となり、
スペイサ−1下部タイプレート5等の損傷を防止できる
。また、前記実施例と同様、安定余裕度の増加分をスペ
クトル運転に利用することもできる。
In this embodiment, as in the embodiment shown in FIG. It is arranged. With such a structure, as in the embodiment described in @, the resistance coefficient around the cylinder increases during natural circulation, so the flow rate in the water rod 4 decreases and voids occur. As a result, the reactivity decreases and the output at switching point A decreases, so the stability margin increases. Furthermore, in this embodiment, since a conical cylinder group 9 is provided at the tip of the lower end of the water rod 4, this serves as a guide when assembling the fuel assembly, making the installation of the water rod 4 easier. becomes easier,
Damage to the spacer 1 lower tie plate 5, etc. can be prevented. Further, as in the embodiment described above, the increase in the stability margin can also be used for spectrum operation.

第21図に本発明のさらに別の実施例を示す。FIG. 21 shows yet another embodiment of the present invention.

本実施例では、燃料集合体の中央にあるウォーターロッ
ド4の下端は塞ぎ、側面の流入口1oの大きさを十分に
太きくしてそこでの抵抗をなくし、さらば、流入口10
附近にてウォーターロッド4め、ウォーターロッド内で
の流量は下がり、ボイドが発生する。その拮′枯、反応
度が下がり、切り替え時の出力が低下するため、安定余
裕が増大する。さらに、本実施例では、ウォーターロッ
ド4が従来のものと同じ形状で下部タイプレート5に接
続するため、現行のプラントにバックフィツトすること
が容易であるという長所がある。
In this embodiment, the lower end of the water rod 4 in the center of the fuel assembly is closed, and the size of the inlet 1o on the side is made sufficiently large to eliminate resistance there.
In the vicinity of the fourth water rod, the flow rate in the water rod decreases and voids occur. When this is exhausted, the reactivity decreases and the output at the time of switching decreases, so the stability margin increases. Furthermore, in this embodiment, since the water rod 4 has the same shape as the conventional one and connects to the lower tie plate 5, it has the advantage that it can be easily backfitted to an existing plant.

第22図に本発明のさらに別の実施例を示す。FIG. 22 shows yet another embodiment of the present invention.

本実施例では、@1図の実晦例同様、燃料集合体の中央
にあるウォーターロッド4を下部タイグレートの下側ま
で突出し、下端を開放とし、さらKそのウォーターロッ
ドの内部に流速により形状が変化する障害物12を互に
間隔をあけて横に設ける。すなわち、これは、流速の高
いときには図(a)のように流線型形状となり、流速の
低い時には図(b)のように流れの障害となる形状に変
化する。かかる形状の変化により、流量の多い定格点で
は抵抗が小さくなり、一方、流計の少ない自然循環時に
抵抗が大きくなるので、前記実施例と同じ効果がでる。
In this example, as in the example shown in Fig. @1, the water rod 4 in the center of the fuel assembly protrudes to the bottom of the lower tie plate, the lower end is open, and the inside of the water rod is shaped according to the flow velocity. Obstacles 12 whose values change are provided laterally at intervals. That is, when the flow velocity is high, it takes on a streamlined shape as shown in Figure (a), and when the flow velocity is low, it changes to a shape that becomes an obstacle to the flow as shown in Figure (b). Due to this change in shape, the resistance becomes small at the rated point where the flow rate is large, while the resistance becomes large during natural circulation where the flow meter is small, so that the same effect as in the previous embodiment is achieved.

さらに、本実施例では、障害物12の形状を著しく変化
できるので、極端の場合には、自然循環時にウォーター
ロッド内を蒸気のみとすることができ、さらに、本発明
の効果を増大できる。
Furthermore, in this embodiment, since the shape of the obstacle 12 can be changed significantly, in an extreme case, the inside of the water rod can be filled with only steam during natural circulation, and the effects of the present invention can be further increased.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、itの少なくなる自然循環時にウォー
ターロッド内の状態が二相流となり、集合体の反応度が
下がるので、自然循環と強制循環との切り替え時の出力
が低下し、安定余裕が増加する効果がある。っまだ、こ
れによυ、定格時の流量を蒋保するために大きなポンプ
容量のポンプを用いる必要がなく、また、ポンプ容量を
同じにすれば安定余裕間の増加分だけ流量コントロール
範囲が広がってスペクトル運転に利用可能となり、燃焼
度を上げることが可能となるっ
According to the present invention, the state inside the water rod becomes a two-phase flow during natural circulation when it decreases, and the reactivity of the aggregate decreases, so the output when switching between natural circulation and forced circulation decreases, and there is a stability margin. This has the effect of increasing However, with this, there is no need to use a pump with a large pump capacity to maintain the flow rate at the rated time, and if the pump capacity is kept the same, the flow control range can be expanded by the increase in the stability margin. It becomes possible to use it for spectrum operation and increase the burnup.

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

第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は従来例の
沸騰水源原子炉の流量−出力運転マツプを示す図、第3
図(a)、 (b)は燃料集合体入口部近傍の従来例を
示す図、第4図はオリフィス係数と減幅比の関係を示す
図、第5図(a)、 (b)は減幅比の定義を示す図、
第6図は本発明による流通−出力運転マツプを示す図、
第7図はウォーターロッド内のボイド率と燃料集合体一
体当りの出力の関係を示す図、2g8図はウォーターロ
ッド内のボイド率と減幅比との:9・j係を示す図、第
9図はレイノルズ数と抗力係数との関係を示す図、第1
0図(a)、 (b)は円柱周りの境界層遷移を説明す
る図、第11図は実、被装+1を説明する図、第12図
(a)、(b)は試験供試体を示す図、第13図、第1
4図は実験結采を示す図、第15図、第16図はウォー
ターロッド内の抵抗係数と流速、ボイド率との関係を示
す図、第17図は本発明の別の実施例による流量−出力
運転マツプを示す図、第18図はスペクトル運転を説明
する図、第19図は本発明の別の実施例を示す図、第2
0図は本発明のさらに別の実施例を示す図、第21図は
本発明のさらに別の実施例を示す図、第22図(a)、
 (b)は本発明のさらに別の実施例を示す図である。 符号の説明 1・・・燃料東金体    2・・・燃料支持金具3・
・・オリフィス    4・・・ウォーターロッド5・
・・下部タイプレート  6・・・円柱群7・・・燃料
!!8・・・網目状オリフィス9・・・円錐状の円柱群
  10・・・流入口12・・・障害物。 谷 浩太ΩB □ 11.j 4・−ウス−ターロツド     6−−−円卑王群5
−下部%プレト  7−・燃料捧 第2図 流  量  (%) 第4図 流量(%) 第6図 流  量  (%9 第7図 つ大−ターロッドのホイド牽 第11図 (α)(b) 一列イ共試体         二列イ共試体抗力係数
CD 第14図 しイノルズ較 第15図 第16図 砥)冗係数の相対値 第17図 )危量(%〕 第18図 燃焼度 (GWD/l) 第19図 第20図 5−・・下部タイフルート  9−・−円堆状の円斗王
君¥第21図 6−円柱群 第22図 定格)を量的 自然循環圓
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a flow rate-power operation map of a conventional boiling water source reactor, and Fig. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
Figures (a) and (b) are diagrams showing the conventional example near the inlet of the fuel assembly, Figure 4 is a diagram showing the relationship between the orifice coefficient and width reduction ratio, and Figure 5 (a) and (b) are diagrams showing the relationship between the orifice coefficient and width reduction ratio. Diagram showing the definition of width ratio,
FIG. 6 is a diagram showing a distribution-output operation map according to the present invention;
Figure 7 is a diagram showing the relationship between the void ratio in the water rod and the output per fuel assembly, Figure 2g8 is a diagram showing the relationship between the void ratio in the water rod and the width reduction ratio, and Figure 9 Figure 1 shows the relationship between Reynolds number and drag coefficient.
Figures 0 (a) and (b) are diagrams explaining the boundary layer transition around the cylinder, Figure 11 is a diagram explaining the coating +1, and Figure 12 (a) and (b) are diagrams showing the test specimen. Figure 13, 1st
Figure 4 is a diagram showing the experimental conclusion, Figures 15 and 16 are diagrams showing the relationship between the resistance coefficient, flow velocity, and void ratio in the water rod, and Figure 17 is a diagram showing the relationship between the resistance coefficient in the water rod and the flow rate according to another embodiment of the present invention. FIG. 18 is a diagram showing an output operation map, FIG. 18 is a diagram explaining spectrum operation, FIG. 19 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG.
0 is a diagram showing still another embodiment of the present invention, FIG. 21 is a diagram showing still another embodiment of the present invention, FIG. 22(a),
(b) is a diagram showing still another embodiment of the present invention. Explanation of symbols 1...Fuel Togane body 2...Fuel support fittings 3.
・・Orifice 4・Water rod 5・
...Lower tie plate 6...Cylinder group 7...Fuel! ! 8...Mesh-shaped orifice 9...Conical column group 10...Inflow port 12...Obstacle. Kota Tani ΩB □ 11. j 4.-Us-Tarod 6--Enbei-o group 5
-Lower %plate 7-・Fuel supply Fig. 2 Flow rate (%) Fig. 4 Flow rate (%) Fig. 6 Flow rate (%9 ) One row A joint specimen Two row A joint specimen Drag coefficient CD Figure 14 Comparison of Inols Figure 15 Figure 16) Relative value of redundancy coefficient Figure 17) Hazardous quantity (%) Figure 18 Burnup (GWD/l) ) Fig. 19 Fig. 20 Fig. 5--lower tie flute 9---Cylinder-shaped Entoou-kun ¥ Fig. 21-Cylindrical group Fig. 22 Rating) as a quantitative natural circulation circle

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ウォーターロッドを流れる冷却材の流れを横切る断
面円形または楕円形の柱体をウォーターロッドの冷却材
入口の近傍にてウォーターロッドに固定したことを特徴
とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。 2 ウォーターロッドの冷却材入口は、下部タイプレー
トより下方に突出したウォーターロッドの開口下端部で
ある特許請求の範囲第1項記載の沸騰水型原子炉用燃料
集合体。 3 ウォーターロッドの冷却材入口はウォーターロッド
の側面に設けた十分大きい開口であり、ウォーターロッ
ドの下端部は閉鎖されている特許請求の範囲第1項記載
の沸騰水型原子炉用燃料集合体。 4 前記の柱体が上記ウォーターロッドの内部に設けら
れている特許請求の範囲第2項又は第3項記載の沸騰水
型原子炉用燃料集合体。 5 前記の柱体が上記ウォーターロッドの開口下端部に
円錐状配置で設けられている特許請求の範囲第2項記載
の沸騰水型原子炉用燃料集合体。 6 燃料集合体が下部タイプレートの直下に網目状のオ
リフィスを有し、ウォーターロッドの開放下端部が該網
目状のオリフィスの下方まで突出している特許請求の範
囲第2項、第4項、又は第5項記載の沸騰水源原子炉用
燃料集合体。
[Claims] 1. A boiling water type atom characterized in that a columnar body having a circular or elliptical cross section that crosses the flow of coolant flowing through the water rod is fixed to the water rod near the coolant inlet of the water rod. Fuel assembly for reactor. 2. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 1, wherein the coolant inlet of the water rod is an open lower end of the water rod that projects downward from the lower tie plate. 3. The fuel assembly for a boiling water nuclear reactor according to claim 1, wherein the coolant inlet of the water rod is a sufficiently large opening provided on the side surface of the water rod, and the lower end of the water rod is closed. 4. The fuel assembly for a boiling water reactor according to claim 2 or 3, wherein the column is provided inside the water rod. 5. The fuel assembly for a boiling water nuclear reactor according to claim 2, wherein the column is provided in a conical arrangement at the lower end of the opening of the water rod. 6. Claims 2, 4, or 6, wherein the fuel assembly has a mesh-like orifice directly below the lower tie plate, and the open lower end of the water rod protrudes below the mesh-like orifice. The fuel assembly for a boiling water source nuclear reactor according to item 5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0862185A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-02 Siemens Power Corporation Water channel flow control in a nuclear fuel assembly
EP0862186A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-02 Siemens Power Corporation Nuclear fuel assembly with variable central water channel moderation

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