JPH07209459A - Fuel assembly, nuclear reactor core, and boiling water reactor operation method - Google Patents
Fuel assembly, nuclear reactor core, and boiling water reactor operation methodInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 熱的余裕悪化させず圧損増大を防止し流量低
下時の炉心熱出力低減効果を増大して炉心の安定性増大
機能をさらに向上できる燃料集合体を提供する。
【構成】スペクトルシフトロッド1は、冷却材入口8を
有し冷却材を上方へ流す冷却材上昇流路9と、冷却材出
口4を有し冷却材上昇流路9に連結されて冷却材を下方
へ流す冷却材下降流路10とを備えている。冷却材上昇
流路9の上端3は平均燃料棒12の有効長上端と同じ高
さであり、冷却材出口4の下端は平均燃料棒12の有効
長下端よりも高く第2ノードにある。冷却材上昇流路9
及び冷却材下降流路10は上端3(第24ノード)から
冷却材出口4の下端(第2ノード)の間において水平方
向横断面積が一様である。平均燃料棒12は上端3と冷
却材出口4下端との中点(第13ノード)から第24ノ
ードまでの核分裂性物質濃度eH=4.6重量%で第13
ノードから第2ノードまでの濃度eL=4.4重量%より
も高い。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a fuel assembly capable of preventing an increase in pressure loss without deteriorating a thermal margin, increasing a core heat output reduction effect when a flow rate is reduced, and further improving a core stability increasing function. A spectrum shift rod (1) has a coolant inlet (8) for flowing a coolant upward and a coolant outlet (4) for connecting the coolant upward passage (9). The coolant descending flow path 10 is provided to flow downward. The upper end 3 of the coolant ascending flow path 9 is at the same height as the upper end of the effective length of the average fuel rod 12, and the lower end of the coolant outlet 4 is higher than the lower end of the effective length of the average fuel rod 12 and is at the second node. Coolant rising channel 9
The coolant descending flow passage 10 has a uniform horizontal cross-sectional area from the upper end 3 (24th node) to the lower end (second node) of the coolant outlet 4. The average fuel rod 12 has a fissionable material concentration e H = 4.6% by weight from the midpoint (13th node) between the upper end 3 and the lower end of the coolant outlet 4 to the 24th node, and the 13th node
The concentration from the node to the second node is higher than e L = 4.4% by weight.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子炉の燃料
集合体に係わり、特に、スペクトルシフトロッドを備え
た燃料集合体及び炉心並びに沸騰水型原子炉の運転方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor, and more particularly to a fuel assembly and a core provided with a spectrum shift rod, and a method for operating a boiling water reactor.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、軽水炉では核分裂によって生じ
る高エネルギー中性子を軽水によって減速し、ウラン−
235やプルトニウム−239などの核分裂性物質が反
応しやすいような速度として核分裂連鎖反応を持続する
ことにより、定常的に熱出力を得ている。そのため、冷
却材かつ減速材として働く軽水を適切に分布させること
が重要となり、これを目的とした公知技術として、例え
ば特開昭54-121389号公報記載のように内部に
減速材として軽水を流入させた中空管である水ロッドを
配置して中性子減速効果を高めるものや、あるいは特開
昭63-73187号公報記載のように運転中に水ロッ
ド内の減速材水位を変化させるスペクトルシフトロッド
によって中性子減速効果を調整し原子炉内の核反応を制
御するもの等が提唱されている。2. Description of the Related Art Generally, in a light water reactor, high energy neutrons generated by nuclear fission are decelerated by light water, and
By sustaining the fission chain reaction at a rate such that fissionable substances such as 235 and plutonium-239 easily react, heat output is constantly obtained. Therefore, it is important to appropriately distribute the light water serving as a coolant and a moderator, and as a known technique for this purpose, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 54-121389, light water flows in as a moderator. A water rod which is a hollow tube arranged to enhance the neutron moderating effect, or a spectrum shift rod for changing the moderator water level in the water rod during operation as described in JP-A-63-73187. Has been proposed to control the neutron moderating effect and control the nuclear reaction in the reactor.
【0003】ここで、上記スペクトルシフトロッドを用
いる場合の利点として、上記の核反応制御ができる効果
のほかに、冷却材低流量時における炉心の安定性を向上
させる効果がある。すなわち、例えば何らかの故障・事
故等により炉心における冷却材流量が急激に低下する
と、炉心は核熱水力的に不安定な状態となる。ここにお
いてスペクトルシフトロッド内の水位は一般に定格出力
運転時において上昇流路高さの半分以上になっている
が、故障・事故等によって冷却材流量が低下すればこれ
に応じて直ちに減速材水位が下がるので、中性子増倍率
を減少させ速やかに炉心熱出力を低下させることができ
る。すなわち、かかる故障・事故等が発生しても炉心の
出力を安定的に収束させることができるので、炉心の安
定性に関する余裕(以下適宜、安定性余裕という)を増
大させることができる。Here, as an advantage of using the spectrum shift rod, in addition to the effect of controlling the nuclear reaction described above, there is an effect of improving the stability of the core at a low flow rate of the coolant. That is, for example, if the coolant flow rate in the core is suddenly reduced due to some failure or accident, the core will be in a thermothermally unstable state. Here, the water level in the spectrum shift rod is generally more than half of the ascending flow path height during rated output operation, but if the coolant flow rate decreases due to a failure or accident, the moderator water level will be immediately increased accordingly. As a result, the neutron multiplication factor can be reduced and the core heat output can be promptly reduced. That is, even if such a failure or accident occurs, the output of the core can be stably converged, so that the margin regarding the stability of the core (hereinafter appropriately referred to as stability margin) can be increased.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、スペク
トルシフトロッドは炉心の安定性余裕を増大させる機能
(以下適宜、安定性増大機能という)を有する。しかし
ながら、この安定性増大機能をさらに向上させること、
すなわち、故障・事故等が発生した場合に、より速やか
に、より安全に炉心の出力を収束させるという観点につ
いては、従来のスペクトルシフトロッドは配慮されてい
なかった。As described above, the spectrum shift rod has a function of increasing the stability margin of the core (hereinafter, referred to as a stability increasing function). However, to further improve this stability enhancement function,
That is, the conventional spectrum shift rod has not been considered from the viewpoint of converging the core output more quickly and safely when a failure or accident occurs.
【0005】このような安定性増大機能のさらなる向上
を図る方法の1つとして、冷却材流量低下時におけるス
ペクトルシフトロッド内の減速材減少量を増大させて炉
心熱出力低減効果を増大させることが考えられる。そし
てこのためのスペクトルシフトロッドの構造として、例
えば、特に減速材水位が変化する炉心の上部においてス
ペクトルシフトロッドの水平断面積を増加させることに
より冷却材流量低下時の減速材減少量を増大させる構造
が考えられるが、この場合以下のような問題点が生じ
る。As one of the methods for further improving the stability increasing function, it is possible to increase the reduction amount of the moderator in the spectrum shift rod when the flow rate of the coolant is reduced to increase the core heat output reduction effect. Conceivable. As a structure of the spectrum shift rod for this purpose, for example, a structure for increasing the moderator decrease amount when the coolant flow rate is decreased by increasing the horizontal cross-sectional area of the spectrum shift rod particularly in the upper part of the core where the moderator water level changes. However, in this case, the following problems occur.
【0006】すなわち、第1に、燃料集合体の限られた
体積の中でスペクトルシフトロッドの領域を増すと、他
の構成要素である燃料棒の数の減少を招き、燃料棒あた
りの発熱量を増大させ熱的余裕を悪化させる。また、第
2に、燃料棒を減らさずにスペクトルシフトロッドの領
域を増すとスペクトルシフトロッド以外の冷却材流路面
積が減少するが、炉心上部は圧損係数が大きい水・蒸気
二相流となっていることから、流路面積の減少は圧力損
失の著しい増大を招く。このことは、特開昭63-23
1292号公報に記載のように、燃料集合体内の冷却材
流動の観点からみると安定性余裕をかえって悪化させる
おそれがある。That is, firstly, increasing the region of the spectrum shift rod in the limited volume of the fuel assembly leads to a decrease in the number of fuel rods which are the other constituent elements, and the amount of heat generation per fuel rod. To increase the thermal margin. Secondly, if the region of the spectrum shift rod is increased without reducing the fuel rods, the coolant flow passage area other than the spectrum shift rod is reduced, but the upper core is a water / steam two-phase flow with a large pressure loss coefficient. Therefore, the decrease in the flow passage area causes a significant increase in pressure loss. This is disclosed in JP-A-63-23
As described in Japanese Patent No. 1292, from the viewpoint of the coolant flow in the fuel assembly, the stability margin may be rather deteriorated.
【0007】本発明の目的は、熱的余裕を悪化させるこ
となく、かつ圧力損失の増大を防止しつつ、冷却材流量
低下時の炉心熱出力低減効果を増大して炉心の安定性増
大機能をさらに向上できる燃料集合体及び炉心並びに沸
騰水型原子炉の運転方法を提供することである。An object of the present invention is to increase the core heat output reduction effect when the coolant flow rate is reduced and to improve the stability of the core without deteriorating the thermal margin and preventing the pressure loss from increasing. It is another object of the present invention to provide a fuel assembly, a core, and a method of operating a boiling water reactor which can be further improved.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、燃料集合体の下部に開口した冷却
材入口を有し前記冷却材入口から取り入れた冷却材を上
方へ流す冷却材上昇流路と、前記冷却材入口よりも上方
に開口した冷却材出口を有し前記冷却材上昇流路に連結
されて前記冷却材上昇流路からの冷却材を下方へ流す冷
却材下降流路とを備えた少なくとも1つの水ロッドと、
核分裂性物質を充填した複数の燃料棒とを有する燃料集
合体において、前記冷却材上昇流路及び冷却材下降流路
のそれぞれは、少なくとも流路の両端近傍以外の部分に
おいて水平方向の横断面積が一様であり、かつ、前記冷
却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料棒の有効長
の上端以下の高さであるとともに前記冷却材下降流路の
冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下端以上の高さ
であり、かつ、前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷
却材出口最下端位置との中点から前記冷却材上昇流路最
上端位置までの領域に存在する前記核分裂性物質の燃料
集合体平均の濃度は、前記中点から前記冷却材出口最下
端位置までの領域に存在する前記核分裂性物質の燃料集
合体平均の濃度よりも高くなっていることを特徴とする
燃料集合体が提供される。To achieve the above object, according to the present invention, a coolant inlet opening at the bottom of a fuel assembly is provided, and the coolant introduced from the coolant inlet flows upward. A coolant descending channel that has a coolant ascending passage and a coolant outlet opening above the coolant inlet and is connected to the coolant ascending passage to flow the coolant downward from the coolant ascending passage. At least one water rod with a flow path;
In a fuel assembly having a plurality of fuel rods filled with fissile material, each of the coolant ascending passage and the coolant descending passage has a horizontal cross-sectional area at least in a portion other than near both ends of the passage. The height of the uppermost end of the coolant ascending channel is equal to or lower than the upper end of the effective length of the plurality of fuel rods, and the height of the lowest end of the coolant outlet of the coolant descending channel is uniform. Is a height equal to or higher than the lower end of the effective length, and a region from the midpoint between the coolant rising passage uppermost end position and the coolant outlet lowermost end position to the coolant rising passage uppermost position. The average concentration of the fuel assemblies of the fissile material present in the above is higher than the average concentration of the fuel assemblies of the fissile material present in the region from the midpoint to the lowest end of the coolant outlet. Provided by a fuel assembly characterized by It is.
【0009】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、燃料集合体の下部に開口した冷却材入口を有し
前記冷却材入口から取り入れた冷却材を上方へ流す冷却
材上昇流路と、前記冷却材入口よりも上方に開口した冷
却材出口を有し前記冷却材上昇流路に連結されて前記冷
却材上昇流路からの冷却材を下方へ流す冷却材下降流路
とを備えた1つの水ロッドと、核分裂性物質を充填した
複数の燃料棒とを有する燃料集合体において、前記冷却
材上昇流路及び冷却材下降流路のそれぞれは、少なくと
も流路の両端近傍以外の部分において水平方向の横断面
積が一様であり、かつ、前記冷却材上昇流路最上端の高
さは前記複数の燃料棒の有効長の上端以下の高さである
とともに前記冷却材下降流路の冷却材出口最下端の高さ
は前記有効長の下端以上の高さであり、かつ、前記冷却
材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端位置との
中点から前記冷却材上昇流路最上端位置までの領域に存
在する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃度は、前
記中点から前記冷却材出口最下端位置までの領域に存在
する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃度よりも高
くなっていることを特徴とする燃料集合体が提供され
る。Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, there is a coolant inlet opening at a lower portion of the fuel assembly, and a coolant ascending passage for causing the coolant taken from the coolant inlet to flow upward. And a coolant descending passage that has a coolant outlet opening above the coolant inlet and is connected to the coolant ascending passage to flow the coolant from the coolant ascending passage downward. In a fuel assembly having one water rod and a plurality of fuel rods filled with fissile material, each of the coolant ascending passage and the coolant descending passage is at least a portion other than the vicinity of both ends of the passage. The horizontal cross-sectional area in the horizontal direction is uniform, and the height of the uppermost end of the coolant ascending passage is equal to or lower than the upper end of the effective length of the plurality of fuel rods, and The height of the bottom of the coolant outlet is below the effective length The fissile material having the above-mentioned height and existing in the region from the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet to the uppermost end position of the coolant rising passage. The fuel assembly average concentration of the fuel assembly is higher than the fuel assembly average concentration of the fissile material present in the region from the midpoint to the coolant outlet bottom end position. The body is provided.
【0010】好ましくは、前記燃料集合体において、前
記水ロッドは、前記冷却材入口位置と前記冷却材出口位
置との間の圧力差によって決定される原子炉定格出力運
転時における水位が、前記冷却材上昇流路最上端位置と
前記冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さで
あることを特徴とする燃料集合体が提供される。Preferably, in the fuel assembly, the water rod is such that the water level at the reactor rated output operation determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position is the cooling water. There is provided a fuel assembly having a height which is equal to or higher than a midpoint between the uppermost end position of the material ascending flow path and the lowermost end position of the coolant outlet.
【0011】また好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記水ロッドは、前記冷却材入口位置と前記冷却材
出口位置との間の圧力差によって決定される原子炉定格
出力運転時における水位が、前記冷却材上昇流路最上端
付近の高さであることを特徴とする燃料集合体が提供さ
れる。Further, preferably, in the fuel assembly, the water rod has a water level at the reactor rated output operation determined by a pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. Provided is a fuel assembly having a height near the uppermost end of the coolant rising passage.
【0012】さらに好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長の上端の高さと同じであるとともに前記冷却
材下降流路の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下
端の高さよりも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却
材入口位置と前記冷却材出口位置との間の圧力差によっ
て決定される原子炉定格出力運転時における水位が、前
記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端位
置との中点の高さ以上の高さであることを特徴とする燃
料集合体が提供される。[0012] More preferably, in the fuel assembly, the height of the uppermost end of the coolant ascending passage is the same as the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the cooling of the coolant descending passage is performed. The height of the lowest end of the material outlet is higher than the height of the lower end of the effective length, and the water rod is a reactor rating determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. Provided is a fuel assembly, wherein the water level during output operation is a height that is equal to or higher than a midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
【0013】また好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長の上端の高さよりも低く、前記冷却材下降流
路の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下端の高さ
よりも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却材入口位
置と前記冷却材出口位置との間の圧力差によって決定さ
れる原子炉定格出力運転時における水位が、前記冷却材
上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端位置との中
点の高さ以上の高さであることを特徴とする燃料集合体
が提供される。Further preferably, in the fuel assembly, the height of the uppermost end of the coolant ascending passage is lower than the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the coolant in the coolant descending passage is formed. The height of the bottom end of the outlet is higher than the height of the bottom end of the effective length, and the water rod has a reactor rated output determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. There is provided a fuel assembly characterized in that the water level during operation is at least as high as the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
【0014】さらに好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長上端の高さよりも低く、前記冷却材下降流路
の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下端の高さよ
りも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却材入口位置
と前記冷却材出口位置との間の圧力差によって決定され
る原子炉定格出力運転時における水位が、前記冷却材上
昇流路最上端付近の高さであることを特徴とする燃料集
合体が提供される。More preferably, in the fuel assembly, the height of the uppermost end of the coolant rising passage is lower than the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the coolant outlet of the coolant descending passage. The height of the lowermost end is higher than the height of the lower end of the effective length, and the water rod has a reactor rated output operation determined by a pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. There is provided a fuel assembly, wherein the water level at the time is a height near the uppermost end of the coolant ascending flow path.
【0015】また好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記複数の燃料棒のうちの一部は他の燃料棒よりも
軸方向長さが短い燃料棒であり、それら短い燃料棒の上
端の高さは前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材
出口最下端位置との中点の高さよりも高いことを特徴と
する燃料集合体が提供される。Further, preferably, in the fuel assembly, a part of the plurality of fuel rods is a fuel rod whose axial length is shorter than that of the other fuel rods, and the height of the upper end of these short fuel rods is high. Is higher than the height of the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
【0016】さらに好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記冷却材入口位置と前記冷却材出口位置との間の
圧力差によって決定される原子炉定格出力運転時におけ
る水位が、前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材
出口最下端位置との中点の高さ以上の高さであって互い
に異なる高さである少なくとも2つの水ロッドを有する
ことを特徴とする燃料集合体が提供される。More preferably, in the fuel assembly, the water level during reactor rated output operation, which is determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position, is the coolant rising passage. There is provided a fuel assembly characterized by having at least two water rods having a height which is equal to or higher than a midpoint between the uppermost position and the coolant outlet lowermost position and which are different from each other. .
【0017】また好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記冷却材上昇流路及び冷却材下降流路のそれぞれ
は、前記上昇流路最上端から前記冷却材出口最下端まで
の領域のうち80%以上の部分において水平方向の横断
面積が一様であることを特徴とする燃料集合体が提供さ
れる。Further preferably, in the fuel assembly, each of the coolant ascending passage and the coolant descending passage is 80% or more of a region from an uppermost end of the ascending passage to a lowermost end of the coolant outlet. There is provided a fuel assembly characterized by having a uniform horizontal cross-sectional area in the section.
【0018】さらに好ましくは、前記燃料集合体におい
て、前記核分裂性物質はウラン・プルトニウム混合酸化
物を有することを特徴とする燃料集合体が提供される。Further preferably, in the fuel assembly, there is provided a fuel assembly characterized in that the fissile material comprises a uranium-plutonium mixed oxide.
【0019】また上記目的を達成するために、上記燃料
集合体を装荷した沸騰水型原子炉の炉心が提供される。Further, in order to achieve the above object, a core of a boiling water reactor loaded with the fuel assembly is provided.
【0020】さらに上記目的を達成するために、上記燃
料集合体を最外周以外の列に少なくとも1つ装荷した炉
心を有する沸騰水型原子炉の運転方法において、前記水
ロッドの前記冷却材入口位置と前記冷却材出口位置との
間の圧力差によって決定される原子炉定格出力運転時に
おける水位が、前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷
却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さとなる炉
心流量範囲で定格出力運転することを特徴とする沸騰水
型原子炉の運転方法が提供される。Further, in order to achieve the above object, in a method of operating a boiling water nuclear reactor having a core in which at least one fuel assembly is loaded in a row other than the outermost periphery, in the coolant inlet position of the water rod. And the coolant level during the reactor rated output operation determined by the pressure difference between the coolant outlet position and the height of the middle point between the coolant ascending flow path uppermost end position and the coolant outlet lower end position. There is provided a method of operating a boiling water reactor characterized by performing a rated output operation in a core flow rate range having the above height.
【0021】[0021]
【作用】一般に、原子炉の定格運転時においては、スペ
クトルシフトロッド内の水位は冷却材上昇流路最上端位
置と冷却材出口最下端位置との中点よりも上方に位置し
ている。冷却材の流量低下直後にはこの水位付近の領域
は水で満たされた状態から蒸気ボイドへと変化すること
になるが、このように水から蒸気ボイドになるときの中
性子増倍率の減少の度合いはウラン濃縮度が高いほど
(すなわち核分裂性物質の濃度が高いほど)大きい。本
発明においては、冷却材上昇流路最上端位置と冷却材出
口最下端位置との中点から上半分における核分裂性物質
の平均濃度が下半分よりも高くなっていることにより、
定格運転時における水位は高濃度領域に存在し、冷却材
流量低下直後にはこの高濃度領域から水位が低下するこ
ととなるので、従来の核分裂性物質の平均濃度が一様で
ある場合よりも中性子増倍率が急激に減少し、速やかに
炉心熱出力を低減することができる。すなわち、炉心熱
出力低減効果を増大させることができる。またこのと
き、冷却材上昇流路及び冷却材下降流路が両端近傍を除
いて水平方向の横断面積が一様であることにより、スペ
クトルシフトロッド領域が増加して燃料棒あたりの発熱
量が増加し熱的余裕が悪化することはなく、さらに冷却
材流路面積が減少して圧力損失が増大することもなく、
また冷却材上昇流路の水平方向横断面積を上方へ行くほ
ど大きく冷却材下降流路の水平方向横断面積を上方へ行
くほど小さくした従来技術よりも炉心熱出力低減効果が
大きい。In general, during rated operation of the nuclear reactor, the water level in the spectrum shift rod is located above the midpoint between the uppermost end position of the coolant ascending passage and the lowermost end position of the coolant outlet. Immediately after the flow rate of the coolant decreases, the area near the water level changes from the water-filled state to the steam void, but the degree of decrease in the neutron multiplication factor when the water changes to the steam void in this way. Is higher the higher the uranium enrichment (ie the higher the concentration of fissile material). In the present invention, the average concentration of the fissile material in the upper half from the midpoint of the coolant rising flow path uppermost end position and the coolant outlet lowermost end position is higher than the lower half,
The water level during the rated operation exists in the high concentration region, and immediately after the coolant flow rate decreases, the water level decreases from this high concentration region.Therefore, compared to the conventional case where the average concentration of fissile material is uniform. The neutron multiplication factor sharply decreases, and the core heat output can be rapidly reduced. That is, the core heat output reduction effect can be increased. At this time, since the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending channel and the coolant descending channel is uniform except for the vicinity of both ends, the spectrum shift rod region increases and the heat generation amount per fuel rod increases. The thermal margin does not deteriorate, and the coolant flow passage area does not decrease and pressure loss does not increase.
Further, the core heat output reduction effect is larger than that of the prior art in which the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending passage is increased as it goes upward and the horizontal cross-sectional area of the coolant descending passage becomes smaller as it goes upward.
【0022】また、水ロッドの水位が、冷却材上昇流路
最上端位置と冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上
の高さであるか、若しくは冷却材上昇流路最上端付近の
高さであることにより、冷却材流量低下直後に確実に高
濃度領域から水位を低下させ、中性子増倍率を急激に減
少させて速やかに炉心熱出力を低減することができる。Further, the water level of the water rod is higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet, or near the uppermost end of the coolant rising passage. The height of the core makes it possible to reliably lower the water level from the high-concentration region immediately after the reduction of the coolant flow rate, sharply reduce the neutron multiplication factor, and quickly reduce the core heat output.
【0023】さらに、水ロッドと燃料棒との構成とし
て、例えば、冷却材上昇流路最上端が燃料棒の有効長の
上端と同じ高さで、冷却材出口最下端が有効長の下端よ
りも高く、かつ水ロッドの水位が冷却材上昇流路最上端
位置と冷却材出口最下端位置との中点以上の高さである
構成、若しくは、冷却材上昇流路最上端が燃料棒の有効
長の上端よりも低く、冷却材出口最下端は有効長の下端
よりも高く、かつ水ロッドの水位が、冷却材上昇流路最
上端位置と冷却材出口最下端位置との中点以上の高さで
ある構成、若しくは、冷却材上昇流路最上端が燃料棒の
有効長上端よりも低く、冷却材出口最下端は有効長の下
端よりも高く、かつ水ロッドの水位が冷却材上昇流路最
上端付近の高さである構成がある。これらのうち、冷却
材上昇流路最上端が燃料棒の有効長の上端よりも低い構
成においては、水ロッド全体の軸方向長さが短くなり燃
料集合体上部の冷却材流路面積が広くなるので圧力損失
を小さくでき、また水位が冷却材上昇流路最上端付近の
高さである構成においては、運転サイクル初期等の流量
が低い定格出力運転状態から冷却材流量が低下したとき
でも、水ロッド内における減速材の水位低下量が大き
い。また、複数の燃料棒のうちの一部に短い燃料棒を含
む場合であっても、その短い燃料棒上端が冷却材上昇流
路最上端位置と冷却材出口最下端位置との中点より高い
ことにより、水位が下がり始める領域は短い燃料棒とそ
の他の長い燃料棒との両方が存在し核分裂性物質が多く
存在しているので、速やかに炉心熱出力を低減すること
ができる。Further, as the structure of the water rod and the fuel rod, for example, the uppermost end of the coolant ascending passage is at the same height as the upper end of the effective length of the fuel rod, and the lowermost end of the coolant outlet is lower than the lower end of the effective length. It is high and the water level of the water rod is higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet, or the uppermost end of the coolant rising passage is the effective length of the fuel rod. Is lower than the upper end of the coolant, the lower end of the coolant outlet is higher than the lower end of the effective length, and the water level of the water rod is higher than the midpoint between the uppermost position of the coolant rising passage and the lowermost end of the coolant outlet. Or the uppermost end of the coolant ascending passage is lower than the upper end of the effective length of the fuel rod, the lowermost end of the coolant outlet is higher than the lower end of the effective length, and the water level of the water rod is There is a configuration that is the height near the upper end. Among these, in the configuration in which the uppermost end of the coolant ascending passage is lower than the upper end of the effective length of the fuel rod, the axial length of the entire water rod becomes short, and the coolant passage area above the fuel assembly becomes wide. Therefore, the pressure loss can be reduced, and in the configuration where the water level is near the uppermost end of the coolant ascending flow path, even if the coolant flow rate decreases from the rated output operating state where the flow rate is low at the beginning of the operation cycle, etc. There is a large amount of reduction in the water level of the moderator inside the rod. Further, even when a short fuel rod is included in a part of the plurality of fuel rods, the upper end of the short fuel rod is higher than the midpoint between the coolant upflow passage uppermost end position and the coolant outlet lowermost end position. As a result, both the short fuel rods and the other long fuel rods are present in the region where the water level begins to drop, and a large amount of fissile material is present, so that the core heat output can be promptly reduced.
【0024】さらに、少なくとも2つの水ロッドの水位
が、冷却材上昇流路最上端位置と冷却材出口最下端位置
との中点の高さ以上の高さであり、かつ互いに異なる高
さであることにより、同じ冷却材流量状態においても各
ロッドの水位に差をつけることができる。一般に、スペ
クトルシフトロッドを用いた燃料集合体では水位の上と
下とで発熱密度が大きく異なるが、このように複数のス
ペクトルシフトロッドの水位をずらすことにより、燃料
集合体全体でみて減速材量を下から上へ段階的に少なく
し発熱密度を段階的に変化させることができる。Further, the water levels of at least two water rods are higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant ascending passage and the lowermost end position of the coolant outlet, and are different from each other. As a result, the water level of each rod can be made different even in the same coolant flow rate state. Generally, in a fuel assembly using a spectrum shift rod, the heat generation density is significantly different above and below the water level.However, by shifting the water level of multiple spectrum shift rods in this way, the moderator amount can be reduced in the entire fuel assembly. The heat generation density can be gradually changed by decreasing the heat generation stepwise.
【0025】また、冷却材上昇流路及び冷却材下降流路
の水平方向の横断面積が一様であればスペクトルシフト
ロッド領域が増加して燃料棒あたりの発熱量が増加し熱
的余裕が悪化することはなく、また冷却材流路面積が減
少し圧力損失が増大することが防止されるが、実際上、
製造上の都合や耐震性等の機械的強度の点から、冷却材
上昇流路及び冷却材下降流路のすべての部分につき水平
方向断面を一様にすることは困難である。しかし、上昇
流路最上端から冷却材出口最下端までの領域のうち80
%以上の部分において水平方向断面が一様であることに
より、上記熱的余裕悪化防止・圧力損失増大防止をほぼ
図ることができる。Further, if the horizontal cross-sectional areas of the coolant ascending passage and the coolant descending passage are uniform, the spectrum shift rod region increases, the heat generation amount per fuel rod increases, and the thermal margin deteriorates. And prevent the coolant flow passage area from decreasing and increasing pressure loss, but in practice
From the viewpoint of manufacturing convenience and mechanical strength such as earthquake resistance, it is difficult to make the horizontal section uniform in all parts of the coolant ascending passage and the coolant descending passage. However, 80 out of the region from the top of the ascending flow path to the bottom of the coolant outlet
Since the horizontal cross-section is uniform in the portion of not less than%, it is possible to prevent deterioration of the thermal margin and increase of pressure loss.
【0026】さらに、核分裂性物質はウラン・プルトニ
ウム混合酸化物を有することにより、ウラン燃料のみな
らず、混合酸化物燃料を使用した原子炉においても使用
することができる。Further, since the fissile material has a uranium-plutonium mixed oxide, it can be used not only in uranium fuel but also in a nuclear reactor using mixed oxide fuel.
【0027】また、本発明においては、上記燃料集合体
を装荷した炉心において、水位が冷却材上昇流路最上端
位置と冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さ
となる炉心流量範囲で定格出力運転することにより、冷
却材流量低下直後にはこの高濃度領域から水位が低下す
ることとなるので、従来の核分裂性物質の平均濃度が一
様である場合よりも中性子増倍率が急激に減少し、速や
かに炉心熱出力を低減することができる。すなわち、炉
心熱出力低減効果を増大させることができる。このとき
一般に、炉心の最外周においては冷却材流量が極端に絞
られておりその水位は炉心内側に装荷した燃料集合体中
での水位と異なるが、この最外周以外に配置された燃料
集合体を基準として適正な運転を行い、上記炉心熱出力
低減効果を得ることができる。Further, in the present invention, in the core loaded with the above fuel assembly, the water level is higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet. By operating the rated output in the flow rate range, the water level will drop from this high concentration area immediately after the coolant flow rate decreases, so the neutron multiplication factor will be higher than that in the case where the average concentration of fissile material is uniform. Rapidly decreases, and the core heat output can be promptly reduced. That is, the core heat output reduction effect can be increased. At this time, generally, the coolant flow rate is extremely narrowed at the outermost periphery of the core, and its water level is different from the water level in the fuel assembly loaded inside the core, but the fuel assemblies arranged outside this outermost periphery Based on the above, a proper operation can be performed, and the core heat output reduction effect can be obtained.
【0028】[0028]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図14により
説明する。本発明の第1の実施例を図1〜図7により説
明する。本実施例の燃料集合体の構造を図2に示す。図
2において、燃料集合体11は、核分裂性物質を充填し
た複数本の燃料棒2と、少なくとも1本(この実施例で
は2本)のスペクトルシフトロッド1と、燃料棒2とス
ペクトルシフトロッド1との上下端を支持する上部タイ
プレート16及び下部タイプレート17とを有し、これ
らが角筒状のチャンネルボックス18で覆われた構造で
ある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The structure of the fuel assembly of this example is shown in FIG. In FIG. 2, the fuel assembly 11 includes a plurality of fuel rods 2 filled with fissile material, at least one (two in this embodiment) spectrum shift rod 1, a fuel rod 2, and a spectrum shift rod 1. It has an upper tie plate 16 and a lower tie plate 17 that support the upper and lower ends of and, and these are covered with a rectangular tubular channel box 18.
【0029】燃料集合体11の水平横断面を図3に示
す。図3において、燃料集合体11は、チャンネルボッ
クス18の中央部に2本のスペクトルシフトロッド1が
配列されており、その周囲に74本の燃料棒2が9×9
の正方格子状に配列されている。A horizontal cross section of the fuel assembly 11 is shown in FIG. In FIG. 3, in the fuel assembly 11, two spectrum shift rods 1 are arranged in the center of a channel box 18, and 74 fuel rods 2 are arranged 9 × 9 in the periphery thereof.
Are arranged in a square lattice.
【0030】本実施例の要部であるスペクトルシフトロ
ッド1と燃料棒5との構成概略を図1に示す。図1の右
側は、燃料集合体11に配置されたスペクトルシフトロ
ッド1の構成を表し、図1の左側は、燃料集合体11に
配置された74本の燃料棒2すべての核分裂性物質濃度
分布を合計して算出した燃料集合体平均の核分裂性物質
の濃度分布を、右側のスペクトルシフトロッド1の高さ
位置に対応させて1本の燃料棒として概念的に表したも
の(以下適宜、平均燃料棒という)である。FIG. 1 shows a schematic configuration of the spectrum shift rod 1 and the fuel rods 5, which are the main parts of this embodiment. The right side of FIG. 1 shows the structure of the spectrum shift rod 1 arranged in the fuel assembly 11, and the left side of FIG. 1 shows the distribution of the fissionable substance concentration of all the 74 fuel rods 2 arranged in the fuel assembly 11. The fuel distribution average concentration distribution of the fissile material calculated by summing the above is conceptually expressed as one fuel rod corresponding to the height position of the spectrum shift rod 1 on the right side (hereinafter, appropriately, the average Fuel rod).
【0031】図1において、スペクトルシフトロッド1
は、燃料集合体11の下部に開口した冷却材(すなわち
軽水)の取り入れ口である冷却材入口8を有し冷却材入
口8から取り入れた冷却材を上方へ流す冷却材上昇流路
9と、冷却材入口8よりも上方に開口した冷却材出口4
を有し冷却材上昇流路9に連結されて冷却材上昇流路9
からの冷却材を下方へ流す冷却材下降流路10とを備え
ている。このときの冷却材上昇流路9の水平方向横断面
積と冷却材下降流路10の水平方向横断面積の比は軸方
向に一様に29:1である。スペクトルシフトロッド1
は、冷却材上昇流路9の上端3の高さが平均燃料棒12
の有効長上端の高さと同じであり、冷却材出口4の下端
の高さは平均燃料棒12の有効長下端の高さよりも高
く、燃料有効長下端から燃料有効長の2/24の位置
(以下適宜、燃料有効長下端から燃料有効長のn/24
の位置を第nノードという)にある。また、スペクトル
シフトロッド1の冷却材上昇流路9及び冷却材下降流路
10のそれぞれは、冷却材上昇流路9の上端3(第24
ノード)から冷却材出口4の下端(第2ノード)の間に
おいて、すなわち冷却材上昇流路9の下端近傍(第0ノ
ード〜第2ノード付近)以外の部分において、水平方向
の横断面積が一様である。In FIG. 1, the spectrum shift rod 1
Is a coolant ascending passage 9 which has a coolant inlet 8 which is an inlet for a coolant (that is, light water) opened at the bottom of the fuel assembly 11 and which causes the coolant taken in from the coolant inlet 8 to flow upward. Coolant outlet 4 opened above the coolant inlet 8
Is connected to the coolant rising passage 9 and has a coolant rising passage 9
And a coolant descending flow path 10 for causing the coolant from the above to flow downward. At this time, the ratio of the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending passage 9 to the horizontal cross-sectional area of the coolant descending passage 10 is 29: 1 uniformly in the axial direction. Spectrum shift rod 1
Means that the height of the upper end 3 of the coolant rising flow passage 9 is the average fuel rod 12
The height of the lower end of the coolant outlet 4 is higher than the height of the lower end of the effective length of the average fuel rod 12, and the position of 2/24 of the active fuel length from the lower end of the active fuel length ( From the bottom of the effective fuel length to n / 24 of the effective fuel length
Is called the n-th node). Further, each of the coolant upflow passage 9 and the coolant downflow passage 10 of the spectrum shift rod 1 has an upper end 3 (24th coolant) of the coolant upflow passage 9.
Between the node) and the lower end of the coolant outlet 4 (second node), that is, in the portion other than the lower end of the coolant ascending flow path 9 (near the 0th node to the 2nd node), the horizontal cross-sectional area is equal to one. It is like.
【0032】平均燃料棒12は、冷却材上昇流路9の上
端3の位置(第24ノード)と冷却材出口4の下端の位
置(第2ノード)との中点である第13ノードから第2
4ノードまでの燃料集合体平均の核分裂性物質濃度eH
=4.6重量%であり、第13ノードから第2ノードま
での濃度eL=4.4重量%よりも高くなっている。上記
構成において、スペクトルシフトロッド1の上昇流路9
中の水位5の高さは、冷却材入口8と冷却材出口4との
間の圧力差で定まる。この圧力差は燃料集合体11内で
の冷却材流れの圧力損失によって定まり、例えば冷却材
流量が同じ条件であれば、冷却材入口8と冷却材出口4
との高さの差を大きくすれば圧力差が大きくなって水位
5は上昇する(後述する第3の実施例参照)。またこの
圧力差は、燃料集合体11に流れ込む冷却材流量の2乗
にほぼ比例する。よって、炉内における冷却材流量を調
整することによりスペクトルシフトロッド1内の水位5
を制御することができる。すなわち例えば、再循環ポン
プ速度の調節によって運転サイクル初期の冷却材流量を
低く運転サイクル末期の冷却材流量を高くすると、運転
サイクル初期にはスペクトルシフトロッド1内の水位5
が低いので中性子増倍率は低く押さえられ、運転サイク
ル末期には水位5が高いので中性子増倍率は高められ
る。これによって流量制御だけで大幅な反応度制御が可
能となり、制御棒を用いずに運転サイクル初期の余剰反
応度を抑えられる。またこの場合、運転サイクルの前半
では中性子の減速を押さえているのでウラン−238に
よる中性子捕獲反応が促され、新たな核分裂性物質であ
るプルトニウム−239がより多く生成し燃料経済性が
向上する。The average fuel rods 12 are arranged from the 13th node, which is the midpoint between the position of the upper end 3 of the coolant rising passage 9 (the 24th node) and the position of the lower end of the coolant outlet 4 (the 2nd node). Two
Fuel assembly average fissile material concentration up to 4 nodes e H
= 4.6% by weight, which is higher than the concentration e L = 4.4% by weight from the 13th node to the 2nd node. In the above configuration, the ascending channel 9 of the spectrum shift rod 1
The height of the water level 5 inside is determined by the pressure difference between the coolant inlet 8 and the coolant outlet 4. This pressure difference is determined by the pressure loss of the coolant flow in the fuel assembly 11, and if the coolant flow rate is the same, for example, the coolant inlet 8 and the coolant outlet 4
If the difference in height between the two is increased, the pressure difference is increased and the water level 5 rises (see the third embodiment described later). Further, this pressure difference is substantially proportional to the square of the flow rate of the coolant flowing into the fuel assembly 11. Therefore, by adjusting the flow rate of the coolant in the furnace,
Can be controlled. That is, for example, if the coolant flow rate at the beginning of the operation cycle is made low and the coolant flow rate at the end of the operation cycle is made high by adjusting the recirculation pump speed, the water level in the spectrum shift rod 1 becomes 5 at the beginning of the operation cycle.
, The neutron multiplication factor is kept low, and the neutron multiplication factor is increased because the water level 5 is high at the end of the operation cycle. This makes it possible to significantly control the reactivity only by controlling the flow rate, and suppress the excess reactivity at the beginning of the operation cycle without using control rods. Further, in this case, since the deceleration of neutrons is suppressed in the first half of the operation cycle, the neutron capture reaction by uranium-238 is promoted, and more plutonium-239, which is a new fissile material, is generated, and the fuel economy is improved.
【0033】次に、本実施例の作用を図4〜図7により
説明する。まず本実施例の原理を図4を用いて説明す
る。一般に、スペクトルシフトロッドの冷却材出口の位
置は、運転サイクル中のなくとも一時期において、スペ
クトルシフトロッド内が満水状態となるように定めるの
が普通である。例えば、定格出力運転の炉心流量制御範
囲が定格流量の80%から105%である場合、流量1
05%時にちょうど満水となり流量80%時に水位60
%となるように設計すると、最も大きな反応度制御幅が
得られる。現行のBWRあるいは改良型BWR(ABW
R)における炉心流量制御範囲では、定格出力運転時に
おけるスペクトルシフトロッド内の水位は冷却材上昇流
路の上端と下降流路の冷却材出口高さとの中点よりも上
に位置している。ここで、本実施例の燃料集合体11に
おいても、流量範囲が90%定格流量から111%定格
流量の範囲で定格出力運転される炉心に装荷されること
を想定しており、冷却材入口8と冷却材出口4との間の
圧力差によって決定される原子炉定格運転時における水
位は、90%定格流量で第16ノード付近、111%定
格流量で第24ノード(満水)であり、冷却材上昇流路
9の上端3の位置(第24ノード)と冷却材出口4の下
端の位置(第2ノード)の中点の高さ(第13ノード)
よりも常に高くなっている。ここにおいて、この水位付
近の領域は、冷却材の流量低下直後には水で満たされた
状態から蒸気ボイドへと変化することになり、その領域
で水による減速作用が消失し中性子増倍率が減少する
が、この中性子増倍率の減少の度合いはその領域のウラ
ン濃縮度が高いほど(すなわち核分裂性物質の濃度が高
いほど)大きく、かつ炉心熱出力低減効果が増大する。
これを図4に示す。図4は、スペクトルシフトロッド内
が水で満たされた状態から蒸気ボイドになったときの集
合体断面における中性子無限増倍率の変化を、横軸に燃
焼度をとって表したもので、核分裂性物質平均濃度が約
4重量%付近において高濃度のものと低濃度のものとを
比較して示したものである。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, the principle of this embodiment will be described with reference to FIG. In general, the position of the coolant outlet of the spectrum shift rod is usually determined so that the inside of the spectrum shift rod is filled with water at a time even during the operation cycle. For example, if the core flow rate control range of the rated output operation is 80% to 105% of the rated flow rate, the flow rate is 1
The water level is just full at 05% and the water level is 60 at 80%.
When designed to be%, the maximum reactivity control range is obtained. Current BWR or improved BWR (ABW
In the core flow rate control range in R), the water level in the spectrum shift rod during the rated output operation is located above the midpoint between the upper end of the coolant ascending passage and the coolant outlet height of the descending passage. Here, also in the fuel assembly 11 of the present embodiment, it is assumed that the core is operated at the rated output operation in the flow rate range of 90% rated flow rate to 111% rated flow rate, and the coolant inlet 8 The water level in the reactor rated operation, which is determined by the pressure difference between the cooling medium outlet 4 and the coolant outlet 4, is near the 16th node at 90% rated flow rate and at the 24th node (full water) at 111% rated flow rate. Height of midpoint (13th node) of the position of the upper end 3 of the ascending channel 9 (24th node) and the position of the lower end of the coolant outlet 4 (2nd node)
Is always higher than. Here, the region near this water level will change from a state filled with water to a steam void immediately after the flow rate of the coolant decreases, and the moderating action due to water disappears in that region and the neutron multiplication factor decreases. However, the degree of decrease in the neutron multiplication factor is greater as the uranium enrichment in that region is higher (that is, the concentration of fissile material is higher), and the core heat output reduction effect is increased.
This is shown in FIG. Figure 4 shows the change in infinite neutron multiplication factor in the cross section of the aggregate when the spectrum shift rod is filled with water and becomes a vapor void, with the horizontal axis representing burnup. It is shown by comparing the high concentration and the low concentration when the average concentration of the substance is about 4% by weight.
【0034】図4において、広く燃焼初期〜後期にわた
るほぼ全域で、ウラン濃縮度が高いほど(すなわち核分
裂性物質の濃度が高いほど)中性子無限増倍率がより大
きく減少することがわかる。特に、燃焼期間約1年に相
当する燃焼度10GWd/t以上の領域においてこの傾
向が顕著である。It can be seen from FIG. 4 that the neutron infinite multiplication factor decreases more largely in the almost entire region from the early stage to the latter stage of combustion, as the uranium enrichment is higher (that is, the fissile material concentration is higher). In particular, this tendency is remarkable in the region of burnup of 10 GWd / t or more, which corresponds to a combustion period of about 1 year.
【0035】本実施例は、この中性子無限増倍率の減少
挙動の原理に基づき、スペクトルシフトロッド内の水位
付近の領域における燃料濃度を相対的に高くすることに
より、炉心における中性子実効増倍率をすみやかに減少
させ炉心熱出力低減効果を増大させるものである。以
下、このことを比較例を用いて具体的に説明する。In the present embodiment, based on the principle of the decreasing behavior of the infinite neutron multiplication factor, the fuel concentration in the region near the water level in the spectrum shift rod is relatively increased to promptly increase the effective neutron multiplication factor in the core. To increase the core heat output reduction effect. Hereinafter, this will be specifically described using a comparative example.
【0036】本実施例の第1の比較例の燃料集合体11
1を図5に示す。この比較例は平均燃料棒の構成に関す
る比較例であり、本実施例の燃料集合体11の部品に対
応する部品は100番台の同一番号で示す。図5におい
て、燃料集合体111が本実施例の燃料集合体11と異
なる点は、冷却材出口104の下端位置(第2ノード)
から冷却材上昇流路109の上端103の位置(第24
ノード)までの間において、平均燃料棒112の濃度e
M=4.5重量%であり一様濃度となっていることであ
る。The fuel assembly 11 of the first comparative example of this embodiment
1 is shown in FIG. This comparative example is a comparative example relating to the structure of the average fuel rod, and parts corresponding to parts of the fuel assembly 11 of the present example are indicated by the same numbers in the 100s. 5, the fuel assembly 111 is different from the fuel assembly 11 of the present embodiment in that the lower end position of the coolant outlet 104 (second node)
From the position of the upper end 103 of the coolant ascending flow path 109 (24th
Node), the average fuel rod 112 concentration e
M = 4.5% by weight, which means a uniform concentration.
【0037】ここで、冷却材流量が低下してスペクトル
シフトロッド内水位が低下した場合における炉心単位で
みた中性子実効増倍率の変化を図6に示す。図6は、ス
ペクトルシフトロッド水位が満水の状態から水位が下が
った場合(すなわち冷却材の流量が111%定格流量で
あった状態から低下した場合)の中性子実効増倍率変化
の様子を横軸に冷却材炉心流量をとって表したもので、
本実施例の燃料集合体11を装荷した炉心と上記第1の
比較例の燃料集合体111を装荷した炉心とを比較して
示したものである。FIG. 6 shows a change in effective neutron multiplication factor for each core when the coolant flow rate decreases and the water level in the spectrum shift rod decreases. FIG. 6 shows the changes in the effective neutron multiplication factor along the horizontal axis when the water level of the spectrum shift rod drops from the state of full water (that is, when the flow rate of the coolant decreases from the state of 111% rated flow rate). It represents the coolant core flow rate,
3 shows a comparison between the core loaded with the fuel assembly 11 of the present example and the core loaded with the fuel assembly 111 of the first comparative example.
【0038】図6において、炉心流量が111%定格流
量から低下していくと、ともに実効増倍率が減少してい
くが、本実施例の燃料集合体11を装荷した炉心のほう
が、比較例における一様濃縮度分布の燃料集合体111
の場合に比し実効増倍率が早く減少することがわかる。
すなわち、例えば炉心流量が80%定格流量に低下した
場合(このときの水位はほぼ第13ノードとなる)にお
いて、本実施例の炉心の実効増倍率は、一様濃縮度の炉
心より約0.1%Δk小さくなっている。In FIG. 6, the effective multiplication factor decreases as the core flow rate decreases from the 111% rated flow rate. However, the core loaded with the fuel assembly 11 of the present example is the same as that of the comparative example. Fuel assembly 111 with uniform enrichment distribution
It can be seen that the effective multiplication factor decreases faster than in the case of.
That is, for example, when the core flow rate drops to 80% of the rated flow rate (the water level at this time is almost the 13th node), the effective multiplication factor of the core of the present embodiment is about 0. 1% Δk smaller.
【0039】すなわち、本実施例においては、冷却材上
昇流路9の上端3(第24ノード)と冷却材出口4の下
端(第2ノード)との中点(第13ノード)から上半分
(第13ノード〜第24ノード)における核分裂性物質
の平均濃度が、下半分(第0ノード〜第13ノード)の
平均濃度よりも高くなっており、また前述したようにス
ペクトルシフトロッド1の水位がその中点(第13ノー
ド)以上の高さであることにより、定格運転時における
水位5は常に高濃度領域に存在することとなり、冷却材
流量低下直後には確実にこの高濃度領域から水位5が低
下することとなるので、図4を用いて説明した前記原理
に基づき、平均濃度が一様である上記比較例の場合より
も中性子実効増倍率がより急激に減少し、速やかに炉心
熱出力を低減することができる。よって、炉心熱出力低
減効果を増大させることができる。That is, in this embodiment, from the midpoint (thirteenth node) of the upper end 3 (24th node) of the coolant ascending passage 9 and the lower end (second node) of the coolant outlet 4 to the upper half ( The average concentration of the fissile material in the thirteenth node to the twenty-fourth node is higher than the average concentration of the lower half (the zeroth node to the thirteenth node), and the water level of the spectrum shift rod 1 is as described above. Since the height is higher than the midpoint (13th node), the water level 5 at the time of rated operation always exists in the high concentration area, and immediately after the decrease of the coolant flow rate, the water level 5 is surely released from this high concentration area. Therefore, based on the principle described with reference to FIG. 4, the effective neutron multiplication factor decreases more rapidly than in the case of the above-mentioned comparative example in which the average concentration is uniform, and the core thermal power is rapidly increased. To reduce Door can be. Therefore, the core heat output reduction effect can be increased.
【0040】また、本実施例の第2の比較例の燃料集合
体611を図7に示す。この比較例はスペクトルシフト
ロッドの構成に関する比較例であり、特開昭63-73
187号公報記載の燃料集合体を基礎とするものであ
る。本実施例の燃料集合体11の部品に対応する部品は
600番台の同一番号で示す。図7において、燃料集合
体611が本実施例の燃料集合体11と異なる点は、ス
ペクトルシフト611において、冷却材上昇流路609
の水平方向横断面積を上方へ行くほど大きくしかつ冷却
材下降流路605の水平方向横断面積を上方へ行くほど
小さくし、両者を合わせた水平方向横断面積が軸方向に
一様となっていることである。ここで、この比較例の燃
料集合体611のスペクトルシフトロッド601におい
ては、図1に示した本実施例との比較のために、冷却材
上昇流路609の水平方向横断面積と冷却材下降流路6
10の水平方向横断面積との比が上端部において29:
1であって本実施例のスペクトルシフトロッド1におけ
る比と同一であるが、冷却材出口604の位置の第2ノ
ードでは15:15となっている。冷却材出口604の
高さは本実施例と同じであり、同一流量条件では同一の
水位高さとなる。その他の点は本実施例の燃料集合体1
1とほぼ同様であり、例えば、冷却材上昇流路の水平方
向横断面積と冷却材下降流路の水平方向横断面積とを合
わせた面積は本実施例と同一である。A fuel assembly 611 of the second comparative example of this embodiment is shown in FIG. This comparative example is a comparative example relating to the structure of the spectrum shift rod.
It is based on the fuel assembly described in Japanese Patent No. 187. Parts corresponding to the parts of the fuel assembly 11 of the present embodiment are indicated by the same numbers in the 600s. In FIG. 7, the fuel assembly 611 differs from the fuel assembly 11 of the present embodiment in that in the spectrum shift 611, the coolant ascending flow path 609.
The horizontal cross-sectional area of the cooling medium descending passage 605 is increased and the horizontal cross-sectional area of the coolant descending flow passage 605 is decreased upward, and the horizontal cross-sectional area of the both is uniform in the axial direction. That is. Here, in the spectrum shift rod 601 of the fuel assembly 611 of this comparative example, for comparison with the present embodiment shown in FIG. 1, the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending passage 609 and the coolant descending flow. Road 6
The ratio of 10 to the horizontal cross-sectional area at the upper end is 29:
1, which is the same as the ratio in the spectrum shift rod 1 of the present embodiment, but is 15:15 at the second node at the position of the coolant outlet 604. The height of the coolant outlet 604 is the same as that in this embodiment, and the water level is the same under the same flow rate condition. Other points are the fuel assembly 1 of the present embodiment.
1 is substantially the same as that of Example 1. For example, the total area of the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending passage and the horizontal cross-sectional area of the coolant descending passage is the same as that of the present embodiment.
【0041】上記構成において、もともと上記公知技術
は、スペクトルシフトロッドが満水であるときの減速材
分布に注目し、炉心上部ほど冷却材上昇流路の水平方向
横断面積を増すとともに炉心上部ほど核分裂性物質濃度
を高めて炉心の軸方向出力分布を平坦化させる、すなわ
ち炉心出力の静特性に着目するものであり、本実施例の
ように炉心流量低下時の熱出力低減効果を増大させる、
すなわち動特性に着目したものではない。よって、この
比較例において得られる熱出力低減効果と本実施例にお
いて得られる熱出力低減効果とを比較した場合、冷却材
上昇流路609の水平方向横断面積が上端603におい
ては本実施例と等しいが下方へ行くほど小さくなること
から、水位605が同じ高さだけ低下したときのスペク
トルシフトロッド内の減速材減少量は本実施例の場合よ
りも小さくなる。In the above-mentioned structure, the above-mentioned known technology pays attention to the moderator distribution when the spectrum shift rod is full, and the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending passage is increased toward the upper part of the core and the fissile property is increased toward the upper part of the core. Increasing the material concentration to flatten the axial power distribution of the core, that is, to focus on the static characteristics of the core power, and to increase the heat output reduction effect when the core flow rate decreases as in the present embodiment,
That is, it does not focus on the dynamic characteristics. Therefore, when comparing the heat output reduction effect obtained in this comparative example and the heat output reduction effect obtained in this embodiment, the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending flow path 609 is equal to that of this embodiment at the upper end 603. Is smaller as it goes downward, the moderator reduction amount in the spectrum shift rod when the water level 605 is decreased by the same height is smaller than that in the present embodiment.
【0042】しかしながら、本実施例においては、冷却
材上昇流路9の上端3(第24ノード)から冷却材出口
4の下端(第2ノード)の間において、すなわち冷却材
上昇流路9の下端近傍(第0ノード〜第2ノード付近)
以外の部分において、水平方向の横断面積が一様である
ことにより、例えば、水位5が満水状態(第24ノー
ド)から冷却材出口4(第2ノード)付近まで低下した
場合、第2の比較例の場合の約4/3倍の減速材が減少
する。よってそれだけ第2の比較例よりも中性子無限増
倍率がより大きくに減少し、速やかに炉心熱出力を低減
することができる。よって、炉心熱出力低減効果を増大
させることができる。また上記したように、冷却材上昇
流路9の下端近傍(第0ノード〜第2ノード付近)以外
の部分において、水平方向の横断面積が一様であること
により、スペクトルシフトロッド領域が増加して燃料棒
あたりの発熱量が増加し熱的余裕が悪化することはな
く、また冷却材流路面積が減少して圧力損失が増大する
こともない。However, in this embodiment, between the upper end 3 (24th node) of the coolant rising passage 9 and the lower end (second node) of the coolant outlet 4, that is, the lower end of the coolant rising passage 9. Neighborhood (near 0th node to 2nd node)
If the water level 5 drops from the full state (24th node) to the vicinity of the coolant outlet 4 (2nd node) due to the horizontal cross-sectional area being uniform in other parts, the second comparison The moderator is reduced by about 4/3 times as much as in the example. Therefore, the infinite neutron multiplication factor is reduced to a greater extent than in the second comparative example, and the core heat output can be reduced promptly. Therefore, the core heat output reduction effect can be increased. Further, as described above, in the portion other than the lower end of the coolant rising passage 9 (near the 0th node to the 2nd node), the horizontal cross-sectional area is uniform, so that the spectrum shift rod region increases. As a result, the calorific value per fuel rod does not increase and the thermal margin does not deteriorate, and the coolant passage area does not decrease and pressure loss does not increase.
【0043】以上説明したように、本実施例によれば、
冷却材上昇流路9の上端3(第24ノード)と冷却材出
口4の下端(第2ノード)との中点(第13ノード)か
ら上半分(第13ノード〜第24ノード)における核分
裂性物質の平均濃度が下半分(第0ノード〜第13ノー
ド)よりも高くなっており、またスペクトルシフトロッ
ド1の水位がその中点(第13ノード)以上の高さであ
るので、冷却材流量低下直後には確実に高濃度領域から
水位5が低下することとなり、従来に比し炉心熱出力低
減効果を増大させることができる。またこのとき、冷却
材上昇流路9及び冷却材下降流路4が冷却材上昇流路9
の下端近傍(第0ノード〜第2ノード付近)を除いて水
平方向の横断面積が一様であるので、スペクトルシフト
ロッド領域が増加して燃料棒あたりの発熱量が増加し熱
的余裕が悪化することはなく、また冷却材流路面積が減
少して圧力損失が増大することもなく、さらに冷却材上
昇流路の水平方向横断面積を上方へ行くほど大きく冷却
材下降流路の水平方向横断面積を上方へ行くほど小さく
した従来技術よりも炉心熱出力低減効果を大きくでき
る。なお、上記実施例においては、冷却材上昇流路9の
下端近傍(第0ノード〜第2ノード付近)以外の部分に
おいて、水平方向の横断面積が一様であった。製造上の
都合や耐震性等の機械的強度の点から、冷却材上昇流路
及び冷却材下降流路のすべての部分につき水平方向断面
を一様にすることが困難である場合を考慮すると、この
断面一様性の例外は冷却材上昇流路9の下端近傍のみに
限られず、例えば、冷却材下降流路10の下端近傍・冷
却材上昇流路9の上端3近傍等であってもよく、さらに
冷却材下降流路10の上昇流路9の上端3から冷却材出
口4の下端までの領域のうち80%以上の部分において
水平方向の横断面積が一様であってもよい。この場合も
実質的に上記実施例と同様の、熱的余裕悪化防止・圧力
損失増大防止の効果を得ることができる。As described above, according to this embodiment,
Fissionability from the midpoint (13th node) of the upper end 3 (24th node) of the coolant upflow channel 9 and the lower end (2nd node) of the coolant outlet 4 to the upper half (13th to 24th nodes) Since the average concentration of the substance is higher than the lower half (0th node to 13th node) and the water level of the spectrum shift rod 1 is higher than the midpoint (13th node), the coolant flow rate Immediately after the decrease, the water level 5 surely decreases from the high-concentration region, and the core heat output reduction effect can be increased as compared with the conventional case. At this time, the coolant ascending channel 9 and the coolant descending channel 4 are connected to the coolant ascending channel 9
Since the horizontal cross-sectional area is uniform except for the vicinity of the lower end (near the 0th node to the 2nd node), the spectrum shift rod region increases, the heat generation amount per fuel rod increases, and the thermal margin deteriorates. In addition, the coolant flow passage area does not decrease and the pressure loss does not increase, and the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending flow passage becomes larger as it goes upward. The effect of reducing the core heat output can be increased as compared with the conventional technology in which the area is decreased upward. In addition, in the above-described embodiment, the horizontal cross-sectional area was uniform in the portion other than the vicinity of the lower end (near the 0th node to the 2nd node) of the coolant rising flow passage 9. Considering the case where it is difficult to make the horizontal cross section uniform for all parts of the coolant ascending passage and the coolant descending passage from the viewpoint of manufacturing convenience and mechanical strength such as earthquake resistance, The exception of the cross-sectional uniformity is not limited to the vicinity of the lower end of the coolant rising flow passage 9 and may be, for example, the vicinity of the lower end of the coolant descending flow passage 10 or the upper end 3 of the coolant rising flow passage 9. Further, the horizontal cross-sectional area may be uniform in 80% or more of the region from the upper end 3 of the ascending passage 9 of the coolant descending passage 10 to the lower end of the coolant outlet 4. Also in this case, it is possible to obtain substantially the same effect of preventing the deterioration of the thermal margin and preventing the increase of the pressure loss as in the above embodiment.
【0044】本発明の第2の実施例を図8により説明す
る。本実施例の燃料集合体のスペクトルシフトロッドと
燃料棒との構成概略を図8に示す。図8において、本実
施例の燃料集合体211が第1の実施例の燃料集合体1
1と異なる点は、スペクトルシフトロッド201の軸方
向長さが短くなり、冷却材上昇流路209の上端203
の高さが平均燃料棒212の有効長上端の高さ(第24
ノード)よりもかなり低い第13ノードにあり、また冷
却材下降流路210の冷却材出口204の下端の高さが
平均燃料棒212の有効長下端の高さ(第0ノード)よ
りは高いが第1実施例(第2ノード)より低い第1ノー
ドにあることである。ここで、原子炉定格出力運転時に
おける水位205が冷却材上昇流路209の上端203
と冷却材出口204の下端との中点の高さ以上の高さに
ある点は第1の実施例と同様であるが、上端203と冷
却材出口204の下端との中点は第7ノードであるから
水位205は第7ノード以上に存在することとなる。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a schematic configuration of the spectrum shift rod and the fuel rod of the fuel assembly of this embodiment. In FIG. 8, the fuel assembly 211 of this embodiment is the fuel assembly 1 of the first embodiment.
The difference from No. 1 is that the axial length of the spectrum shift rod 201 is shortened and the upper end 203 of the coolant ascending flow path 209 is reduced.
Is the height of the upper end of the effective length of the average fuel rod 212 (24th
Node 13 which is considerably lower than the node) and the height of the lower end of the coolant outlet 204 of the coolant descending flow path 210 is higher than the height of the effective length lower end of the average fuel rod 212 (node 0). That is, the first node is lower than the first embodiment (second node). Here, the water level 205 during the reactor rated output operation is the upper end 203 of the coolant ascending flow path 209.
It is similar to the first embodiment in that it is at a height higher than the midpoint between the bottom of the coolant outlet 204 and the bottom of the coolant outlet 204, but the middle point between the top 203 and the bottom of the coolant outlet 204 is the seventh node. Therefore, the water level 205 exists in the seventh node and above.
【0045】またこれに対応する形で、平均燃料棒21
2は、中点である第7ノードから第13ノードまでの燃
料集合体平均の核分裂性物質濃度eH=4.6重量%で、
第7ノードから第1ノードまでの濃度eL=4.4重量%
より高くなっている。その他の点については第1の実施
例とほぼ同様である。In a form corresponding to this, the average fuel rod 21
2 is the average fissile material concentration e H = 4.6 wt% of the fuel assembly from the 7th node to the 13th node, which is the midpoint,
Concentration e L = 4.4 wt% from the 7th node to the 1st node
Is higher. The other points are almost the same as in the first embodiment.
【0046】本実施例によれば、第1の実施例において
得られる効果に加え、冷却材上昇流路209の上端20
3(第13ノード)が平均燃料棒212有効長上端(第
24ノード)よりも低くスペクトルシフトロッド211
全体の軸方向長さが短くなるので、燃料集合体211上
部の冷却材流路面積が広くなって圧力損失を小さくする
ことができる。According to this embodiment, in addition to the effect obtained in the first embodiment, the upper end 20 of the coolant ascending passage 209 is increased.
3 (the 13th node) is lower than the average fuel rod 212 effective length upper end (the 24th node) and the spectrum shift rod 211
Since the overall axial length is shortened, the coolant passage area above the fuel assembly 211 is increased, and the pressure loss can be reduced.
【0047】本発明の第3の実施例を図9により説明す
る。本実施例の燃料集合体のスペクトルシフトロッドと
燃料棒との構成概略を図9に示す。図9において、本実
施例の燃料集合体311が第1の実施例の燃料集合体1
1と異なる点は、スペクトルシフトロッド301の冷却
材上昇流路309の上端303の高さが平均燃料棒31
2の有効長上端の高さ(第24ノード)よりも少し低い
第22ノードにあり、また冷却材下降流路310の冷却
材出口304の下端の高さが平均燃料棒312の有効長
下端の高さよりもかなり高い第6ノードにあり、そして
原子炉定格出力運転時における水位305が冷却材上昇
流路309の上端303(第22ノード)付近にあるこ
とである。A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a schematic configuration of the spectrum shift rod and the fuel rod of the fuel assembly of this embodiment. In FIG. 9, the fuel assembly 311 of this embodiment is the fuel assembly 1 of the first embodiment.
1 is that the height of the upper end 303 of the coolant rising passage 309 of the spectrum shift rod 301 is the average fuel rod 31.
The height of the lower end of the coolant outlet 304 of the coolant descending passage 310 is lower than that of the effective length of the average fuel rod 312. It is located at the sixth node, which is considerably higher than the height, and the water level 305 during the reactor rated output operation is near the upper end 303 (22nd node) of the coolant ascending flow path 309.
【0048】ここで、平均燃料棒312が、冷却材上昇
流路309の上端303の位置と冷却材出口304の下
端位置との中点から上半分の燃料集合体平均の核分裂性
物質濃度eHが、中点から下半分の濃度eLより高くなっ
ている点は第1の実施例と同様であるが、冷却材上昇流
路309の上端303と冷却材出口304の下端の位置
が上記のように変わっているので、これに対応する形で
第22ノード(冷却材上昇流路309の上端303の位
置)と第6ノード(冷却材出口304の下端の位置)と
の中点である第14ノードから第22ノードまでの燃料
集合体平均の核分裂性物質濃度eH=4.6重量%、第1
4ノードから第6ノードまでの濃度eL=4.4重量%と
なっている。その他の点については第1の実施例とほぼ
同様である。Here, the average fuel rod 312 is the average fissionable material concentration e H of the upper half of the fuel assembly from the midpoint between the position of the upper end 303 of the coolant rising passage 309 and the lower end position of the coolant outlet 304. However, it is similar to the first embodiment in that it is higher than the concentration e L in the middle half to the lower half, but the positions of the upper end 303 of the coolant ascending flow path 309 and the lower end of the coolant outlet 304 are as described above. Therefore, in a form corresponding to this, it is the midpoint between the 22nd node (the position of the upper end 303 of the coolant rising passage 309) and the 6th node (the position of the lower end of the coolant outlet 304). Average fuel assembly fissile material concentration from node 14 to node 22 e H = 4.6% by weight, 1st
4 node has a density e L = 4.4 wt% up to the sixth node. The other points are almost the same as in the first embodiment.
【0049】本実施例によれば、第1の実施例において
得られる効果に加え、水位305が冷却材上昇流路30
9の上端303付近の高さであるので、冷却材流量低下
直後に確実に高濃度領域から水位を低下させて炉心熱出
力低減効果を増大させることができる。また運転サイク
ル初期等の流量が低い定格出力運転状態から冷却材流量
が低下したときでも、スペクトルシフト内における減速
材の水位低下量が大きい。よって運転サイクル全般にわ
たって炉心熱出力を大きく低減できる。According to the present embodiment, in addition to the effect obtained in the first embodiment, the water level 305 changes the coolant ascending passage 30.
Since the height is near the upper end 303 of No. 9, the water level can be surely lowered from the high-concentration region immediately after the coolant flow rate is reduced, and the core heat output reduction effect can be increased. Further, even when the flow rate of the coolant decreases from the rated output operation state where the flow rate is low at the beginning of the operation cycle or the like, the water level of the moderator within the spectrum shift greatly decreases. Therefore, the core heat output can be greatly reduced over the entire operation cycle.
【0050】本発明の第4の実施例を図10〜図12に
より説明する。本実施例の燃料集合体411の水平横断
面を図10に示す。第1の実施例と共通の部品は共通の
番号で示す。図10において、燃料集合体411は、チ
ャンネルボックス18の中央部に1本のスペクトルシフ
トロッド401が配列されており、その周囲に64本の
通常の燃料棒2と、燃料集合体411上部における圧力
損失を低減するために設けられた燃料棒2よりも軸方向
長さが短い(燃料棒2の15/24=5/8)8本の短
尺燃料棒406とが9×9の正方格子状に配列されてい
る。A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. A horizontal cross section of the fuel assembly 411 of this embodiment is shown in FIG. Parts common to the first embodiment are designated by common numbers. In FIG. 10, in the fuel assembly 411, one spectrum shift rod 401 is arranged in the center of the channel box 18, 64 normal fuel rods 2 are arranged around the spectrum shift rod 401, and the pressure in the upper part of the fuel assembly 411 is increased. Eight short fuel rods 406 having a shorter axial length than the fuel rods 2 provided for reducing the loss (15/24 = 5/8 of the fuel rods 2) and a 9 × 9 square lattice shape. It is arranged.
【0051】本実施例の燃料集合体411のスペクトル
シフトロッドと燃料棒との構成概略を図11に示す。図
11において、本実施例の燃料集合体411が第1の実
施例の燃料集合体11と異なる点は、冷却材上昇流路4
09の上端403の高さが平均燃料棒412の有効長上
端の高さ(第24ノード)よりも少し低い第22ノード
であり、また製造上の都合から上端部の0.5ノード分
と出口部の1ノード分で他の部分よりも冷却材上昇流路
409が狭まっていることである。しかしこのとき、冷
却材上昇流路409の上端403(第22ノード)から
冷却材出口404の下端(第2ノード)までのうちの9
2.5%の領域では断面が一様であり、実質的にほぼ一様
の断面積を有しているといえる。FIG. 11 shows a schematic structure of the spectrum shift rod and the fuel rod of the fuel assembly 411 of this embodiment. 11, the fuel assembly 411 of the present embodiment is different from the fuel assembly 11 of the first embodiment in that the coolant ascending flow path 4 is provided.
The height of the upper end 403 of 09 is the 22nd node, which is slightly lower than the height of the effective length upper end of the average fuel rod 412 (the 24th node), and for the convenience of manufacturing, 0.5 node of the upper end and the outlet. That is, the coolant ascending flow path 409 is narrower than the other portions by one node of the portion. However, at this time, 9 out of the upper end 403 (second node) of the coolant ascending flow path 409 to the lower end (second node) of the coolant outlet 404.
It can be said that the cross-section is uniform in the area of 2.5%, and the cross-sectional area is substantially uniform.
【0052】ここで、原子炉定格出力運転時における水
位405が冷却材上昇流路409の上端403と冷却材
出口404の下端との中点の高さ以上の高さである点は
第1の実施例と同様であるが、上記のように上端403
の高さが変わっていることから上端403(第22ノー
ド)と冷却材出口404の下端(第2ノード)との中点
は第12ノードとなっている。定格出力運転の炉心流量
制御範囲が、定格流量の80%から105%である炉心
に装荷するため、105%定格流量でちょうど満水(水
位第22ノード)となるように設計すると、80%定格
流量での水位は約13ノードとなり、水位は前記中点の
第12ノード以上となっている。The first point is that the water level 405 during the reactor rated output operation is higher than the midpoint between the upper end 403 of the coolant rising passage 409 and the lower end of the coolant outlet 404. Similar to the embodiment, but with the upper end 403 as described above.
Since the height is changed, the midpoint between the upper end 403 (22nd node) and the lower end of the coolant outlet 404 (2nd node) is the 12th node. The core flow rate control range for rated output operation is 80% to 105% of the rated flow rate. Therefore, if the reactor is designed to reach full water (water level 22nd node) at the 105% rated flow rate, the 80% rated flow rate The water level at is about 13 nodes, and the water level is above the 12th node at the midpoint.
【0053】一方、平均燃料棒412は、燃料集合体4
11が8本の短尺燃料棒406を含むことから、図示す
るように、第15ノードより上方(第15ノード〜第2
4ノード)で幅が狭く表される点で第1の実施例の平均
燃料棒12と異なる。そしてこの短尺燃料棒406の上
端(第15ノード)は、スペクトルシフトロッドの上端
(第22ノード)と冷却材出口404の下端(第2ノー
ド)の中点(第12ノード)より高くかつ原子炉定格出
力運転時における水位405よりも高い。また第8ノー
ドから第22ノード(冷却材上昇流路409の上端40
3)までの燃料集合体平均の核分裂性物質濃度eH=4.
7重量%で、第8ノードから第2ノードまでの濃度eL
=4.5重量%より高くなっている。このとき平均燃料
棒412において、冷却材上昇流路409の上端403
の位置(第22ノード)と冷却材出口404の下端の位
置(第2ノード)との中点である第12ノードから第2
2ノードまでの燃料集合体平均の核分裂性物質濃度eH
=4.70重量%となり、第12ノードから第2ノード
までの濃度eL=4.58重量%より高くなっている点は
第1の実施例と同様である。またこれら以外の構成につ
いては第1の実施例とほぼ同様である。On the other hand, the average fuel rod 412 is the fuel assembly 4
Since 11 includes eight short fuel rods 406, as shown in the drawing, above the 15th node (from the 15th node to the 2nd node).
It is different from the average fuel rod 12 of the first embodiment in that the width is represented by 4 nodes). The upper end (15th node) of the short fuel rod 406 is higher than the midpoint (12th node) of the upper end of the spectrum shift rod (22nd node) and the lower end of the coolant outlet 404 (2nd node), and the reactor. It is higher than the water level 405 during rated output operation. In addition, from the 8th node to the 22nd node (the upper end 40 of the coolant rising passage 409)
Fuel assembly average fissile material concentration up to 3) e H = 4.
Concentration e L from the 8th node to the 2nd node at 7% by weight
= Higher than 4.5% by weight. At this time, in the average fuel rod 412, the upper end 403 of the coolant ascending flow path 409.
From the 12th node, which is the midpoint between the position (the 22nd node) and the position of the lower end of the coolant outlet 404 (the 2nd node).
Fuel assembly average fissile material concentration up to 2 nodes e H
= 4.70 wt%, which is higher than the concentration e L = 4.58 wt% from the twelfth node to the second node as in the first embodiment. The configuration other than these is almost the same as that of the first embodiment.
【0054】次に、本実施例の作用を図12により説明
する。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
【0055】本実施例の比較例の燃料集合体を図12に
示す。この比較例は平均燃料棒の構成に関する比較例で
あり、本実施例の燃料集合体411の部品に対応する部
品は、500番を加えた900番台の番号で示す。FIG. 12 shows a fuel assembly of a comparative example of this example. This comparative example is a comparative example relating to the structure of the average fuel rod, and the parts corresponding to the parts of the fuel assembly 411 of the present example are indicated by the numbers in the 900s, including the 500s.
【0056】図12において、燃料集合体911が本実
施例の燃料集合体411と異なる点は、短尺燃料棒の上
端位置が第11ノードにあり、原子炉定格出力運転時に
おける水位より低く、冷却材上昇流路409の上端40
3の位置(第22ノード)と冷却材出口404の下端の
位置(第2ノード)との中点である第12ノードよりも
低いことである。In FIG. 12, the fuel assembly 911 is different from the fuel assembly 411 of the present embodiment in that the upper end position of the short fuel rod is at the 11th node, which is lower than the water level during the reactor rated output operation, and is cooled. Upper end 40 of material ascending flow path 409
It is lower than the 12th node, which is the midpoint between the position 3 (the 22nd node) and the position of the lower end of the coolant outlet 404 (the 2nd node).
【0057】これに対して本実施例の燃料集合体411
では、短尺燃料棒406の上端位置は第15ノードであ
り、原子炉定格出力運転時における水位よりも高い。す
なわち、水位の下限である第12ノードでの燃料棒数を
比較すると、本実施例の燃料集合体411では72本で
あるのに対し、比較例の燃料集合体911では64本と
8本少ない。第12ノードにおけるこれら2つの燃料集
合体断面において、スペクトルシフトロッド内が満水か
らボイドに変化したときの中性子無限増倍率の低下量
は、第1の実施例における図4の示す傾向と類似してい
る。すなわち、水位付近で燃料棒数が多く核分裂性物質
の多い本実施例の燃料集合体411が図4における高濃
度の場合に相当し、水位付近で燃料棒数が少なく核分裂
性物質の少ない比較例の場合が図4における低濃度の場
合に相当する。よって、本実施例の燃料集合体411の
ほうが比較例の燃料集合体911よりも流量低下時の反
応度低下量が大きい。本実施例及び比較例では、スペク
トルシフトロッド401の上下端の一部が狭くなってい
るが、中性子増倍率低減効果への影響はごくわずかであ
るので無視できる。On the other hand, the fuel assembly 411 of this embodiment is used.
Then, the upper end position of the short fuel rod 406 is the 15th node, which is higher than the water level during the reactor rated output operation. That is, comparing the number of fuel rods at the 12th node, which is the lower limit of the water level, the fuel assembly 411 of this embodiment has 72 fuel rods, whereas the fuel assembly 911 of the comparative example has 64 fuel rods and 8 fuel rods less. . In these two fuel assembly cross sections at the twelfth node, the decrease amount of the infinite neutron multiplication factor when the inside of the spectrum shift rod changes from full water to void is similar to the tendency shown in FIG. 4 in the first embodiment. There is. That is, the fuel assembly 411 of this embodiment, which has a large number of fuel rods and a large amount of fissile material near the water level, corresponds to the high concentration shown in FIG. The case of corresponds to the case of low concentration in FIG. Therefore, the fuel assembly 411 of the present embodiment has a larger amount of decrease in reactivity when the flow rate is decreased than the fuel assembly 911 of the comparative example. In the present example and the comparative example, the upper and lower ends of the spectrum shift rod 401 are partially narrowed, but the effect on the neutron multiplication factor reducing effect is negligible and can be ignored.
【0058】以上説明したように、本実施例によれば、
第1の実施例で得られた効果に加え、冷却材上昇流路4
09の上端403(第22ノード)と冷却材出口404
の下端(第2ノード)との中点(第12ノード)よりも
スペクトルシフトロッド401の水位405が高く、さ
らに短尺燃料棒406の上端(第15ノード)はその水
位より高いので、水位が下がり始める領域は短尺燃料棒
とその他の通常の燃料棒との両方が存在し核分裂性物質
が多く存在しており、速やかに炉心熱出力を低減するこ
とができる。As described above, according to this embodiment,
In addition to the effect obtained in the first embodiment, the coolant ascending flow path 4
09 upper end 403 (22nd node) and coolant outlet 404
Since the water level 405 of the spectrum shift rod 401 is higher than the midpoint (12th node) with the lower end (2nd node) of the, and the upper end (15th node) of the short fuel rod 406 is higher than that water level, the water level drops. In the starting region, both short fuel rods and other ordinary fuel rods are present and a large amount of fissile material is present, so that the core heat output can be promptly reduced.
【0059】本発明の第5の実施例を図13及び図14
により説明する。本実施例の燃料集合体511の水平横
断面を図13に示す。図13において、燃料集合体51
1は、チャンネルボックス518の中央部に1本のスペ
クトルシフトロッド551、その周囲に8本のスペクト
ルシフトロッド501が配列されており、それらの周囲
には160本の燃料棒502が14×14の正方格子状
に配列されている。The fifth embodiment of the present invention is shown in FIGS. 13 and 14.
Will be described. A horizontal cross section of the fuel assembly 511 of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 13, the fuel assembly 51
In FIG. 1, one spectrum shift rod 551 is arranged in the center of the channel box 518, and eight spectrum shift rods 501 are arranged around it, and 160 fuel rods 502 of 14 × 14 are arranged around them. They are arranged in a square lattice.
【0060】本実施例の燃料集合体511のスペクトル
シフトロッドと燃料棒との構成概略を図14に示す。図
14において、本実施例の燃料集合体511が第1の実
施例の燃料集合体11と異なる点は、スペクトルシフト
ロッド501とスペクトルシフトロッド551とで配置
される高さ位置が異なり、すなわちスペクトルシフトロ
ッド501においては冷却材上昇流路509の上端50
3が第22ノードで冷却材出口504の下端が第2ノー
ドであり、スペクトルシフトロッド551においては冷
却材上昇流路559の上端553が第24ノードで冷却
材出口554の下端が第5ノードであることである。こ
こで、2つのスペクトルシフトロッド501,551の
冷却材上昇流路503,553の上端509,559のう
ち最も高い最上端は冷却材上昇流路553の上端559
(第24ノード)であり、冷却材出口504,554の
下端のうち最も低い最下端は冷却材出口504の下端
(第2ノード)であり、それらの中点は第13ノードと
なる。スペクトルシフトロッド501とスペクトルシフ
トロッド551の原子炉定格出力運転時における水位5
05,555はこの中点の高さ(第13ノード)以上の
高さにある点では第1の実施例と同様となるが、スペク
トルシフトロッド501とスペクトルシフトロッド55
1との構造上の差異により、スペクトルシフトロッド5
51の水位555はスペクトルシフトロッド501の水
位505よりも常に高いことが第1の実施例と異なる。
またこの中点(第13ノード)から第24ノードまでの
燃料集合体平均の核分裂性物質濃度eH=5.8重量%で
あり、第13ノードから第2ノードまでの濃度eL=5.
5重量%よりも大きい点は第1の実施例と同様である。
またこれら以外の構成については第1の実施例とほぼ同
様である。FIG. 14 shows a schematic structure of the spectrum shift rod and the fuel rod of the fuel assembly 511 of this embodiment. In FIG. 14, the fuel assembly 511 of the present embodiment is different from the fuel assembly 11 of the first embodiment in that the height positions of the spectrum shift rod 501 and the spectrum shift rod 551 are different, that is, the spectrum. In the shift rod 501, the upper end 50 of the coolant rising passage 509 is
3 is the 22nd node and the lower end of the coolant outlet 504 is the second node, and in the spectrum shift rod 551, the upper end 553 of the coolant ascending channel 559 is the 24th node and the lower end of the coolant outlet 554 is the 5th node. There is. Here, among the upper ends 509 and 559 of the coolant ascending channels 503 and 553 of the two spectrum shift rods 501 and 551, the highest uppermost end is the upper end 559 of the coolant ascending channel 553.
(24th node), the lowest bottom of the lower ends of the coolant outlets 504 and 554 is the lower end (second node) of the coolant outlet 504, and the midpoint thereof is the 13th node. Water level 5 of the spectrum shift rod 501 and the spectrum shift rod 551 during the reactor rated output operation
05 and 555 are the same as those in the first embodiment in that they are higher than the height of the midpoint (13th node), but the spectrum shift rod 501 and the spectrum shift rod 55
Due to the difference in structure from 1, the spectrum shift rod 5
It differs from the first embodiment in that the water level 555 of 51 is always higher than the water level 505 of the spectrum shift rod 501.
Further, the average fissile material concentration e H = 5.8 wt% in the fuel assembly from the midpoint (the 13th node) to the 24th node, and the concentration e L = 5. 5 from the 13th node to the 2nd node.
It is similar to the first embodiment in that it is larger than 5% by weight.
The configuration other than these is almost the same as that of the first embodiment.
【0061】本実施例によれば、第1の実施例により得
られる効果に加え、2つのスペクトルシフトロッド50
1,551の水位505,555が、それぞれの冷却材上
昇流路509,559のうちの最上端である上端559
(第24ノード)とそれぞれの冷却材出口504,55
4の下端のうちの最下端である冷却材出口504の下端
(第2ノード)との中点(第13ノード)の高さ以上の
高さであり、かつ互いに異なる高さであるので、特開平
1−195392号に記載の通り、同じ冷却材流量状態
においても各ロッドの水位に差をつけることができる。
一般に、スペクトルシフトロッドを用いた燃料集合体で
は水位の上と下とで発熱密度が大きく異なるが、このよ
うに複数のスペクトルシフトロッドの水位をずらすこと
により、燃料集合体全体でみて減速材量を下から上へ段
階的に少なくし発熱密度を段階的に変化させることがで
きる。よって、水位が低下したときの水位付近の発熱密
度の変化が緩やかになり、燃料棒に対する熱的な負担を
軽減できる。According to this embodiment, in addition to the effect obtained by the first embodiment, two spectrum shift rods 50 are provided.
The water levels 505 and 555 of 1,551 are the uppermost ends of the coolant ascending channels 509 and 559, respectively.
(24th node) and respective coolant outlets 504, 55
4 is lower than the lowest point (second node) of the coolant outlet 504, which is the lowest point among the lower ends of No. 4, and is different from each other. As described in Kaihei 1-195392, the water level of each rod can be made different even in the same coolant flow rate state.
Generally, in a fuel assembly using a spectrum shift rod, the heat generation density is significantly different above and below the water level.However, by shifting the water level of multiple spectrum shift rods in this way, the moderator amount can be reduced in the entire fuel assembly. The heat generation density can be gradually changed by decreasing the heat generation stepwise. Therefore, the change in the heat generation density near the water level becomes gentle when the water level drops, and the thermal load on the fuel rods can be reduced.
【0062】なお、上記第1〜第5の実施例において
は、核燃料物質としてはウランを使用したが、これに限
られず、核燃料物質の全部または一部がウラン・プルト
ニウム混合酸化物でもよく、この場合も同様の効果を得
る。また上記第1〜第3の実施例においてはスペクトル
シフトロッドが複数であったがこれに限られずスペクト
ルシフトロッドは1つでもよく、また第4の実施例にお
いてはスペクトルシフトロッドは1つであったが複数あ
ってもよく、これらの場合も同様の効果を得る。Although uranium was used as the nuclear fuel material in the first to fifth embodiments, the present invention is not limited to this, and all or part of the nuclear fuel material may be a uranium-plutonium mixed oxide. In the case, the same effect is obtained. Further, in the above-mentioned first to third embodiments, the number of spectrum shift rods is plural, but the number of spectrum shift rods is not limited to this, and in the fourth embodiment there is only one spectrum shift rod. However, a plurality of them may be provided, and similar effects are obtained in these cases.
【0063】さらに上記第1〜第5の実施例は、燃料集
合体に関する実施例であったが、これらの燃料集合体を
炉心に装荷した場合にあっても同様の効果を得ることが
できる。Further, although the first to fifth embodiments are examples relating to fuel assemblies, similar effects can be obtained even when these fuel assemblies are loaded in the core.
【0064】[0064]
【発明の効果】本発明によれば、冷却材上昇流路最上端
位置と冷却材出口最下端位置との中点から上半分におけ
る核分裂性物質の平均濃度が下半分よりも高くなってい
るので、冷却材流量低下直後には高濃度領域から水位が
低下することとなり、従来に比し炉心熱出力低減効果を
増大させることができる。またこのとき、冷却材上昇流
路及び冷却材下降流路が両端近傍を除いて水平方向の横
断面積が一様であるので、スペクトルシフトロッド領域
が増加して燃料棒あたりの発熱量が増加し熱的余裕が悪
化することはなく、また冷却材流路面積が減少して圧力
損失が増大することもなく、さらに冷却材上昇流路の水
平方向横断面積を上方へ行くほど大きく冷却材下降流路
の水平方向横断面積を上方へ行くほど小さくした従来技
術よりも炉心熱出力低減効果を大きくできる。According to the present invention, the average concentration of the fissile material in the upper half from the midpoint between the uppermost position of the coolant ascending channel and the lowermost position of the coolant outlet is higher than that in the lower half. Immediately after the coolant flow rate decreases, the water level decreases from the high-concentration region, and the core heat output reduction effect can be increased compared to the conventional case. Further, at this time, since the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending channel and the coolant descending channel is uniform except for the vicinity of both ends, the spectrum shift rod region increases and the calorific value per fuel rod increases. The thermal margin is not deteriorated, the pressure drop is not increased by decreasing the coolant flow passage area, and the coolant descending flow is larger as the horizontal cross-sectional area of the coolant ascending flow passage goes up. The effect of reducing the core heat output can be increased as compared with the prior art in which the horizontal cross-sectional area of the passage is decreased upward.
【0065】また、水ロッドの水位が、冷却材上昇流路
最上端位置と冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上
の高さであり、若しくは、冷却材上昇流路最上端付近の
高さであるので、冷却材流量低下直後に確実に高濃度領
域から水位を低下させて炉心熱出力低減効果を増大させ
ることができる。さらに、冷却材上昇流路最上端が燃料
棒の有効長の上端よりも低くするので、燃料集合体上部
の冷却材流路面積が広くなって圧力損失を小さくでき、
また水位が冷却材上昇流路最上端付近の高さであるの
で、流量が低い定格出力運転状態から冷却材流量が低下
したときでもスペクトルシフト内における減速材の水位
低下量を大きくでき、よって運転サイクル全般にわたっ
て炉心熱出力を大きく低減できる。また、複数の燃料棒
のうちの一部に短い燃料棒を含む場合であっても、その
短い燃料棒上端が冷却材上昇流路最上端位置と冷却材出
口最下端位置との中点より高いので、水位が下がり始め
る領域は核分裂性物質が多く存在しており、速やかに炉
心熱出力を低減することができる。さらに、少なくとも
2つの水ロッドの水位が、冷却材上昇流路最上端位置と
冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さで互い
に異なる高さであるので、同じ冷却材流量状態において
も各ロッドの水位に差をつけることができ、燃料集合体
全体でみて減速材量を下から上へ段階的に少なくし発熱
密度を段階的に変化させることができる。よって、水位
が低下したときの水位付近の発熱密度の変化が緩やかに
なり、燃料棒に対する熱的な負担を軽減できる。また、
上昇流路最上端から冷却材出口最下端までの領域のうち
80%以上の部分において水平方向断面が一様であるの
で、実際上の製造上の都合や耐震性等の機械的強度の点
を考慮しつつ、熱的余裕悪化防止・圧力損失増大防止を
ほぼ図ることができる。さらに、核分裂性物質はウラン
・プルトニウム混合酸化物を有するので、ウラン燃料の
みならず、混合酸化物燃料を使用した原子炉においても
使用することができる。The water level of the water rod is higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet, or near the uppermost end of the coolant rising passage. Therefore, the water level can be surely lowered from the high-concentration region immediately after the coolant flow rate is reduced, and the core heat output reduction effect can be increased. Further, since the uppermost end of the coolant ascending passage is lower than the upper end of the effective length of the fuel rod, the coolant passage area in the upper part of the fuel assembly is widened to reduce the pressure loss,
In addition, since the water level is near the uppermost end of the coolant ascending flow path, even if the coolant flow rate decreases from the rated output operation state where the flow rate is low, it is possible to increase the water level reduction amount of the moderator within the spectrum shift. The core heat output can be greatly reduced over the entire cycle. Further, even when a short fuel rod is included in a part of the plurality of fuel rods, the upper end of the short fuel rod is higher than the midpoint between the coolant upflow passage uppermost end position and the coolant outlet lowermost end position. Therefore, a large amount of fissile material is present in the region where the water level begins to drop, and the core heat output can be promptly reduced. Further, since the water levels of at least two water rods are different from each other at a height higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant ascending passage and the lowermost end position of the coolant outlet, the same coolant flow rate is obtained. Even in the state, the water levels of the rods can be made different, and the amount of moderator can be gradually reduced from the bottom to the top and the heat generation density can be gradually changed in the whole fuel assembly. Therefore, the change in the heat generation density near the water level becomes gentle when the water level drops, and the thermal load on the fuel rods can be reduced. Also,
Since 80% or more of the region from the uppermost end of the ascending flow path to the lowermost end of the coolant outlet has a uniform horizontal cross-section, practical convenience and mechanical strength such as seismic resistance should be taken into consideration. It is possible to prevent deterioration of the thermal margin and increase of pressure loss while taking into consideration. Furthermore, since the fissile material has a uranium-plutonium mixed oxide, it can be used not only in uranium fuel but also in a reactor using mixed oxide fuel.
【0066】さらに、本発明によれば、上記燃料集合体
を装荷した炉心において、水位が冷却材上昇流路最上端
位置と冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さ
となる炉心流量範囲で定格出力運転するので、冷却材流
量低下直後にはこの高濃度領域から水位が低下し速やか
に炉心熱出力を低減することができる。すなわち、炉心
熱出力低減効果を増大させることができる。このとき一
般に、炉心の最外周においては冷却材流量が極端に絞ら
れており水位は他と異なるが、最外周以外に配置された
少なくとも1つの燃料集合体を基準として適正な運転を
行い、上記炉心熱出力低減効果を得ることができる。Further, according to the present invention, in the core loaded with the above fuel assembly, the water level is higher than the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet. Since the rated output operation is performed within the core flow rate range, immediately after the coolant flow rate is reduced, the water level is lowered from this high concentration region, and the core heat output can be promptly reduced. That is, the core heat output reduction effect can be increased. At this time, generally, in the outermost periphery of the core, the coolant flow rate is extremely narrowed and the water level is different from the others, but proper operation is performed with reference to at least one fuel assembly arranged outside the outermost periphery. The core heat output reduction effect can be obtained.
【図1】本発明の第1の実施例のスペクトルシフトロッ
ドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a first embodiment of the present invention.
【図2】燃料集合体の構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a structure of a fuel assembly.
【図3】燃料集合体の水平横断面図である。FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view of a fuel assembly.
【図4】スペクトルシフトロッド内が満水からボイドに
なったときの中性子無限増倍率の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in infinite neutron multiplication factor when the inside of the spectrum shift rod changes from full water to a void.
【図5】第1の実施例の第1の比較例によるスペクトル
シフトロッドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a first comparative example of the first embodiment.
【図6】スペクトルシフトロッド内水位が低下した場合
における炉心単位でみた中性子実効増倍率の変化を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing a change in effective neutron multiplication factor in terms of core when the water level in the spectrum shift rod is lowered.
【図7】第1の実施例の第2の比較例によるスペクトル
シフトロッドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a second comparative example of the first embodiment.
【図8】本発明の第2の実施例のスペクトルシフトロッ
ドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第3の実施例のスペクトルシフトロッ
ドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a third embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第4の実施例の燃料集合体の水平横
断面図である。FIG. 10 is a horizontal cross-sectional view of a fuel assembly according to a fourth embodiment of the present invention.
【図11】スペクトルシフトロッドと燃料棒との構成概
略図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod.
【図12】第4の実施例の比較例によるスペクトルシフ
トロッドと燃料棒との構成概略図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod according to a comparative example of the fourth embodiment.
【図13】本発明の第5の実施例の燃料集合体の水平横
断面図である。FIG. 13 is a horizontal cross-sectional view of a fuel assembly according to a fifth embodiment of the present invention.
【図14】スペクトルシフトロッドと燃料棒との構成概
略図である。FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a spectrum shift rod and a fuel rod.
1 スペクトルシフトロッド 2 燃料棒 3 冷却材上昇流路上端 4 冷却材出口 5 水位 8 冷却材入口 9 冷却材上昇流路 10 冷却材下降流路 11 燃料集合体 12 平均燃料棒 201 スペクトルシフトロッド 203 冷却材上昇流路上端 204 冷却材出口 205 水位 208 冷却材入口 209 冷却材上昇流路 210 冷却材下降流路 211 燃料集合体 212 平均燃料棒 301 スペクトルシフトロッド 303 冷却材上昇流路上端 304 冷却材出口 305 水位 308 冷却材入口 309 冷却材上昇流路 310 冷却材下降流路 311 燃料集合体 312 平均燃料棒 401 スペクトルシフトロッド 403 冷却材上昇流路上端 404 冷却材出口 405 水位 406 短尺燃料棒 408 冷却材入口 409 冷却材上昇流路 410 冷却材下降流路 411 燃料集合体 412 平均燃料棒 501 スペクトルシフトロッド 502 燃料棒 503 冷却材上昇流路上端 504 冷却材出口 505 水位 508 冷却材入口 509 冷却材上昇流路 510 冷却材下降流路 511 燃料集合体 512 平均燃料棒 551 スペクトルシフトロッド 553 冷却材上昇流路上端 554 冷却材出口 555 水位 558 冷却材入口 559 冷却材上昇流路 560 冷却材下降流路 eH 燃料集合体平均の核分裂性物質濃度 eL 燃料集合体平均の核分裂性物質濃度1 Spectral shift rod 2 Fuel rod 3 Coolant ascending channel upper end 4 Coolant outlet 5 Water level 8 Coolant inlet 9 Coolant ascending channel 10 Coolant descending channel 11 Fuel assembly 12 Average fuel rod 201 Spectral shift rod 203 Cooling Material ascending channel upper end 204 Coolant outlet 205 Water level 208 Coolant inlet 209 Coolant ascending channel 210 Coolant descending channel 211 Fuel assembly 212 Average fuel rod 301 Spectrum shift rod 303 Coolant ascending channel upper end 304 Coolant outlet 305 Water level 308 Coolant inlet 309 Coolant upflow channel 310 Coolant downflow channel 311 Fuel assembly 312 Average fuel rod 401 Spectral shift rod 403 Coolant upflow channel upper end 404 Coolant outlet 405 Water level 406 Short fuel rod 408 Coolant Inlet 409 Coolant upflow channel 410 Coolant Downflow channel 411 Fuel assembly 412 Average fuel rod 501 Spectral shift rod 502 Fuel rod 503 Coolant upflow channel upper end 504 Coolant outlet 505 Water level 508 Coolant inlet 509 Coolant upflow channel 510 Coolant downflow channel 511 Fuel assembly Body 512 Average fuel rod 551 Spectral shift rod 553 Coolant ascending channel upper end 554 Coolant outlet 555 Water level 558 Coolant inlet 559 Coolant ascending channel 560 Coolant descending channel e H Fuel assembly average fissile material concentration e L fuel assembly average fissile material concentration
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G21C 5/12 8908−2G G21C 3/32 GDB E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G21C 5/12 8908-2G G21C 3/32 GDB E
Claims (13)
を有し前記冷却材入口から取り入れた冷却材を上方へ流
す冷却材上昇流路と、前記冷却材入口よりも上方に開口
した冷却材出口を有し前記冷却材上昇流路に連結されて
前記冷却材上昇流路からの冷却材を下方へ流す冷却材下
降流路とを備えた少なくとも1つの水ロッドと、核分裂
性物質を充填した複数の燃料棒とを有する燃料集合体に
おいて、 前記冷却材上昇流路及び冷却材下降流路のそれぞれは、
少なくとも流路の両端近傍以外の部分において水平方向
の横断面積が一様であり、かつ、前記冷却材上昇流路最
上端の高さは前記複数の燃料棒の有効長の上端以下の高
さであるとともに前記冷却材下降流路の冷却材出口最下
端の高さは前記有効長の下端以上の高さであり、かつ、
前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端
位置との中点から前記冷却材上昇流路最上端位置までの
領域に存在する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃
度は、前記中点から前記冷却材出口最下端位置までの領
域に存在する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃度
よりも高くなっていることを特徴とする燃料集合体。1. A coolant ascending passage having a coolant inlet opening at a lower portion of a fuel assembly and allowing a coolant taken from the coolant inlet to flow upward, and a cooling opening above the coolant inlet. Filling with fissile material, at least one water rod having a material outlet and provided with a coolant descending channel connected to the coolant ascending channel and causing the coolant from the coolant ascending channel to flow downward In a fuel assembly having a plurality of fuel rods, each of the coolant upflow passage and the coolant downflow passage,
The horizontal cross-sectional area is uniform in at least a portion other than the vicinity of both ends of the flow path, and the height of the uppermost end of the coolant ascending flow path is equal to or lower than the upper end of the effective length of the plurality of fuel rods. There is a height of the coolant outlet lowermost end of the coolant descending flow path is higher than the lower end of the effective length, and,
The concentration of the fuel assembly average of the fissile material existing in the region from the midpoint of the coolant rising passage uppermost position and the coolant outlet lowermost position to the coolant rising passage uppermost position is, A fuel assembly, wherein the concentration is higher than an average concentration of the fuel assembly of the fissile material present in a region from the midpoint to the coolant outlet lowermost position.
を有し前記冷却材入口から取り入れた冷却材を上方へ流
す冷却材上昇流路と、前記冷却材入口よりも上方に開口
した冷却材出口を有し前記冷却材上昇流路に連結されて
前記冷却材上昇流路からの冷却材を下方へ流す冷却材下
降流路とを備えた1つの水ロッドと、核分裂性物質を充
填した複数の燃料棒とを有する燃料集合体において、 前記冷却材上昇流路及び冷却材下降流路のそれぞれは、
少なくとも流路の両端近傍以外の部分において水平方向
の横断面積が一様であり、かつ、前記冷却材上昇流路最
上端の高さは前記複数の燃料棒の有効長の上端以下の高
さであるとともに前記冷却材下降流路の冷却材出口最下
端の高さは前記有効長の下端以上の高さであり、かつ、
前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端
位置との中点から前記冷却材上昇流路最上端位置までの
領域に存在する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃
度は、前記中点から前記冷却材出口最下端位置までの領
域に存在する前記核分裂性物質の燃料集合体平均の濃度
よりも高くなっていることを特徴とする燃料集合体。2. A coolant ascending passage having a coolant inlet opening at a lower portion of the fuel assembly and allowing a coolant taken from the coolant inlet to flow upward, and a cooling opening above the coolant inlet. Filled with a fissionable material, one water rod having a material outlet and provided with a coolant descending channel connected to the coolant ascending channel and causing the coolant from the coolant ascending channel to flow downward In a fuel assembly having a plurality of fuel rods, each of the coolant upflow passage and the coolant downflow passage,
The horizontal cross-sectional area is uniform in at least a portion other than the vicinity of both ends of the flow path, and the height of the uppermost end of the coolant ascending flow path is equal to or lower than the upper end of the effective length of the plurality of fuel rods. There is a height of the coolant outlet lowermost end of the coolant descending flow path is higher than the lower end of the effective length, and,
The concentration of the fuel assembly average of the fissile material existing in the region from the midpoint of the coolant rising passage uppermost position and the coolant outlet lowermost position to the coolant rising passage uppermost position is, A fuel assembly, wherein the concentration is higher than an average concentration of the fuel assembly of the fissile material present in a region from the midpoint to the coolant outlet lowermost position.
て、前記水ロッドは、前記冷却材入口位置と前記冷却材
出口位置との間の圧力差によって決定される原子炉定格
出力運転時における水位が、前記冷却材上昇流路最上端
位置と前記冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の
高さであることを特徴とする燃料集合体。3. The fuel assembly according to claim 1, wherein the water rod is in a reactor rated output operation determined by a pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. The fuel assembly is characterized in that the water level is higher than a midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
て、前記水ロッドは、前記冷却材入口位置と前記冷却材
出口位置との間の圧力差によって決定される原子炉定格
出力運転時における水位が、前記冷却材上昇流路最上端
付近の高さであることを特徴とする燃料集合体。4. The fuel assembly according to claim 1 or 2, wherein the water rod is in a reactor rated output operation determined by a pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. A fuel assembly, wherein a water level is a height near the uppermost end of the coolant ascending channel.
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長の上端の高さと同じであるとともに前記冷却
材下降流路の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下
端の高さよりも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却
材入口位置と前記冷却材出口位置との間の圧力差によっ
て決定される原子炉定格出力運転時における水位が、前
記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端位
置との中点の高さ以上の高さであることを特徴とする燃
料集合体。5. The fuel assembly according to claim 1, wherein the height of the uppermost end of the coolant ascending passage is the same as the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the coolant descends. The height of the coolant outlet lowest end of the flow path is higher than the height of the lower end of the effective length, and the water rod is determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. A fuel assembly in which a water level during a reactor rated output operation is higher than a midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長の上端の高さよりも低く、前記冷却材下降流
路の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下端の高さ
よりも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却材入口位
置と前記冷却材出口位置との間の圧力差によって決定さ
れる原子炉定格出力運転時における水位が、前記冷却材
上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最下端位置との中
点の高さ以上の高さであることを特徴とする燃料集合
体。6. The fuel assembly according to claim 1, wherein the height of the uppermost end of the coolant ascending flow path is lower than the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the coolant descending flow is achieved. The height of the coolant outlet lowest end of the passage is higher than the height of the effective length lower end, and the water rod is determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. A fuel assembly in which a water level during a reactor rated output operation is a height equal to or higher than a midpoint between the uppermost end position of the coolant ascending passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
て、前記冷却材上昇流路最上端の高さは前記複数の燃料
棒の有効長上端の高さよりも低く、前記冷却材下降流路
の冷却材出口最下端の高さは前記有効長の下端の高さよ
りも高く、かつ、前記水ロッドは、前記冷却材入口位置
と前記冷却材出口位置との間の圧力差によって決定され
る原子炉定格出力運転時における水位が、前記冷却材上
昇流路最上端付近の高さであることを特徴とする燃料集
合体。7. The fuel assembly according to claim 1, wherein the height of the uppermost end of the coolant ascending passage is lower than the height of the upper ends of the effective lengths of the plurality of fuel rods, and the coolant descending passage is provided. The height of the coolant outlet lowermost end is higher than the height of the lower end of the effective length, and the water rod is an atom determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position. A fuel assembly, wherein a water level during a reactor rated output operation is a height near the uppermost end of the coolant rising passage.
て、前記複数の燃料棒のうちの一部は他の燃料棒よりも
軸方向長さが短い燃料棒であり、それら短い燃料棒の上
端の高さは前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材
出口最下端位置との中点の高さよりも高いことを特徴と
する燃料集合体。8. The fuel assembly according to claim 1 or 2, wherein a part of the plurality of fuel rods is a fuel rod whose axial length is shorter than that of the other fuel rods. The height of the upper end is higher than the height of the midpoint between the uppermost end position of the coolant rising passage and the lowermost end position of the coolant outlet.
記冷却材入口位置と前記冷却材出口位置との間の圧力差
によって決定される原子炉定格出力運転時における水位
が、前記冷却材上昇流路最上端位置と前記冷却材出口最
下端位置との中点の高さ以上の高さであって互いに異な
る高さである少なくとも2つの水ロッドを有することを
特徴とする燃料集合体。9. The fuel assembly according to claim 1, wherein the water level during reactor rated output operation, which is determined by the pressure difference between the coolant inlet position and the coolant outlet position, is the coolant rise. A fuel assembly comprising: at least two water rods having a height which is equal to or higher than a midpoint between a flow path uppermost position and the coolant outlet lowermost position and which are different from each other.
いて、前記冷却材上昇流路及び冷却材下降流路のそれぞ
れは、前記上昇流路最上端から前記冷却材出口最下端ま
での領域のうち80%以上の部分において水平方向の横
断面積が一様であることを特徴とする燃料集合体。10. The fuel assembly according to claim 1, wherein each of the coolant ascending passage and the coolant descending passage has a region from a top end of the ascending passage to a bottom end of the coolant outlet. A fuel assembly having a uniform horizontal cross-sectional area in 80% or more thereof.
いて、前記核分裂性物質はウラン・プルトニウム混合酸
化物を有することを特徴とする燃料集合体。11. The fuel assembly according to claim 1 or 2, wherein the fissile material comprises a uranium-plutonium mixed oxide.
した沸騰水型原子炉の炉心。12. A core of a boiling water reactor loaded with the fuel assembly according to any one of claims 1 to 4.
周以外の列に少なくとも1つ装荷した炉心を有する沸騰
水型原子炉の運転方法において、 前記水ロッドの前記冷却材入口位置と前記冷却材出口位
置との間の圧力差によって決定される原子炉定格出力運
転時における水位が、前記冷却材上昇流路最上端位置と
前記冷却材出口最下端位置との中点の高さ以上の高さと
なる炉心流量範囲で定格出力運転することを特徴とする
沸騰水型原子炉の運転方法。13. A method of operating a boiling water nuclear reactor having a core in which at least one fuel assembly according to any one of claims 1 to 4 is loaded in a row other than the outermost periphery, the method comprising: The water level during reactor rated output operation, which is determined by the pressure difference between the coolant outlet position, is equal to or higher than the midpoint between the coolant ascending flow path uppermost end position and the coolant outlet lower end position. A method for operating a boiling water nuclear reactor, comprising operating at a rated output in a core flow rate range that is the height of
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6001060A JPH07209459A (en) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | Fuel assembly, nuclear reactor core, and boiling water reactor operation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6001060A JPH07209459A (en) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | Fuel assembly, nuclear reactor core, and boiling water reactor operation method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07209459A true JPH07209459A (en) | 1995-08-11 |
Family
ID=11491001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6001060A Pending JPH07209459A (en) | 1994-01-11 | 1994-01-11 | Fuel assembly, nuclear reactor core, and boiling water reactor operation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07209459A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009244126A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Fuel assembly |
-
1994
- 1994-01-11 JP JP6001060A patent/JPH07209459A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009244126A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Fuel assembly |
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