JP2011242250A - Fuel assembly - Google Patents
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- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
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Abstract
Description
本発明は、燃料集合体に係り、特に、燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有する燃料集合体に関する。 The present invention relates to a fuel assembly, and in particular, when viewed from above in the vertical direction of the fuel assembly, a regular dodecagon fuel rod array in which one fuel rod is arranged at each vertex of the regular dodecagon. It relates to the fuel assembly which has.
一般に、軽水炉用燃料集合体は、燃料被覆管内に酸化ウランなどの燃料ペレットを多数充填した複数の燃料棒、及び、一本ないし数本のウォーターロッドを、スペーサを用いて互いに平行になるように束ね、その外周をチャンネルボックスによって囲って形成している。 In general, a fuel assembly for a light water reactor has a plurality of fuel rods filled with a large number of fuel pellets such as uranium oxide in a fuel cladding tube and one or several water rods so that they are parallel to each other using a spacer. They are bundled and surrounded by a channel box.
従来は、正方格子状に燃料棒を配列した燃料集合体が広く用いられていた。 Conventionally, a fuel assembly in which fuel rods are arranged in a square lattice shape has been widely used.
図１７は、従来の正方格子状の燃料棒配列を有する燃料集合体の平面断面図を示している。 FIG. 17 is a plan sectional view of a fuel assembly having a conventional square lattice fuel rod arrangement.
符号２０は燃料集合体の全体を示し、符号２１は燃料棒、符号２２はチャンネルボックス、符号２３はウォーターロッドをそれぞれ示している。
図１７に示すように、燃料集合体２０は、１１行１１列の燃料棒配列を有し、それらの燃料棒２１は正方格子状に配列された正四角形の頂点上に配置されている。
As shown in FIG. 17, the
ウォーターロッド２３は、図示しない制御棒に最も近いチャンネルボックス２２のコーナーから対角のコーナーまでの対角線上に配置されている。
The
また、従来、上記正方格子をチャンネルボックスの一辺に対して４５°回転させた燃料棒配列を有する燃料集合体も提案されていた。 Conventionally, a fuel assembly having a fuel rod arrangement in which the square lattice is rotated by 45 ° with respect to one side of the channel box has been proposed.
近年、原子炉の高効率化の要求が強まり、これに対しては燃料集合体一体あたりから取り出すエネルギーをより多くすることで燃料経済性を向上させることができるという観点から、一体の燃料集合体により多くの燃料棒を装荷することが一つの技術的課題となっていた。 In recent years, there has been a demand for higher efficiency of nuclear reactors, and in response to this, from the viewpoint that fuel economy can be improved by increasing the amount of energy extracted from around the fuel assembly, an integrated fuel assembly. Loading more fuel rods has become a technical issue.
また、廃棄物量低減の面からも、廃棄物量を低減させるために燃料集合体一体に収まる燃料棒本数はできるだけ多い方が良い。 Further, from the viewpoint of reducing the amount of waste, it is preferable that the number of fuel rods that can be accommodated in the fuel assembly in order to reduce the amount of waste is as large as possible.
このため、従来の沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）用の燃料集合体の設計では、チャンネルボックス内に収納する燃料棒を八行八列、九行九列、十行十列（特開２００９−１４５２０３号公報参照）というように、その本数を増加させる傾向にある。 Therefore, in the design of a conventional fuel assembly for a boiling water reactor (BWR), the fuel rods housed in the channel box are arranged in eight rows, eight columns, nine rows, nine columns, and ten rows and ten columns (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-2009). 145203)), the number tends to increase.
燃料棒の配列に関しては、従来は、燃料棒をチャンネルボックスの辺と平行な行と列からなる正方格子状に配置したもの、又はチャンネルボックスの一辺に対して正方格子を４５°回転させたものを基本配列としていた。 Regarding the arrangement of the fuel rods, conventionally, the fuel rods are arranged in a square lattice shape having rows and columns parallel to the sides of the channel box, or the square lattice is rotated by 45 ° with respect to one side of the channel box. Was the basic array.
上記の燃料棒配列のいずれも正方格子の燃料棒配列であり、従来の実用的なほとんどの燃料棒配列は、正方格子の燃料棒配列であったといって良い。これは、制御棒の挿入位置に対してチャンネルボックスの辺と平行な正方格子状に配置した燃料棒配列、又はチャンネルボックスの一辺に対して正方格子を４５°回転させた燃料棒配列は、制御棒との関係で燃料集合体がチャンネルボックスの制御棒中心に近いコーナーとその対角にあるコーナーを結ぶ対角線（以下明らかな場合は単に「対角線」という。）に関して対称に燃焼するため、好都合だったからである。このようにチャンネルボックスの対角線に関して対称に燃料が配置されていることを、燃料の対角線対称性という。燃料の対角線対称性を満足する場合、燃料集合体内の均等な燃焼度を実現でき、燃料の健全性、経済性を向上させることができる。 All of the above-described fuel rod arrangements are square lattice fuel rod arrangements, and it can be said that most conventional practical fuel rod arrangements were square lattice fuel rod arrangements. This is because the fuel rod arrangement arranged in a square lattice parallel to the side of the channel box with respect to the insertion position of the control rod, or the fuel rod arrangement obtained by rotating the square lattice 45 ° relative to one side of the channel box It is convenient because the fuel assembly burns symmetrically with respect to the diagonal line connecting the corner close to the center of the control rod of the channel box and the diagonal corner (hereinafter simply referred to as “diagonal line”). This is because the. The fact that the fuel is arranged symmetrically with respect to the diagonal line of the channel box in this way is called the diagonal line symmetry of the fuel. When the diagonal symmetry of the fuel is satisfied, an even burnup in the fuel assembly can be realized, and the soundness and economy of the fuel can be improved.
しかし、正方格子状の燃料棒配列では、正方形の隣接する頂点間の燃料棒の距離は健全性のために一定の距離以上には近づけることができず、一方、対角線上にある燃料棒間の距離は隣接する頂点間の燃料棒の距離より必然的に長くなるため、燃料集合体一体あたりに収納できる燃料棒の数に限界があった。 However, in a square lattice fuel rod arrangement, the fuel rod distance between adjacent vertices of the square cannot be closer than a certain distance for soundness, while the fuel rods on the diagonal line are not close to each other. Since the distance is inevitably longer than the distance of the fuel rods between adjacent vertices, there is a limit to the number of fuel rods that can be accommodated per fuel assembly.
一方、特開平４−１４３６９４号公報に開示されているように、もっぱら燃料棒本数を多くするという目的のために、すべての燃料棒を正三角形の頂点に配置する燃料棒配列が提案されている。 On the other hand, as disclosed in JP-A-4-143694, a fuel rod arrangement in which all the fuel rods are arranged at the vertices of an equilateral triangle has been proposed exclusively for the purpose of increasing the number of fuel rods. .
正三角形の格子状に燃料棒を配列する燃料棒配列は、すべての燃料棒間の距離が等しくなり、各燃料棒燃料棒間の距離を極限まで短くすることができるため、最も稠密に燃料棒を配列することができる。 The fuel rod arrangement in which the fuel rods are arranged in an equilateral triangular lattice has the same distance between all the fuel rods, and the distance between the fuel rods can be shortened to the limit. Can be arranged.
しかし、正三角形格子状の燃料棒配列では、特開平４−１４３６９４号公報の図面から分かるように、チャンネルボックスの対角線に関しては対称的な配列にはならない。すなわち、完全な燃料の対角線対称性を実現することができない。 However, in the equilateral triangular lattice fuel rod arrangement, as can be seen from the drawing of JP-A-4-143694, the diagonal line of the channel box is not symmetrical. That is, complete fuel diagonal symmetry cannot be realized.
そこで、本発明が解決しようとする一つの課題は、正方格子状の燃料棒配列に比して燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる燃料集合体を提供することにある。 Therefore, one problem to be solved by the present invention is to increase the number of fuel rods loaded per fuel assembly compared to a square lattice fuel rod arrangement, and to achieve complete fuel diagonal symmetry. The object is to provide a fuel assembly that can be realized.
加えて、燃料棒を拘束するためのスペーサの製造を容易にすることも本発明の課題の一つである。 In addition, it is one of the objects of the present invention to facilitate the manufacture of a spacer for restraining the fuel rod.
また、従来から燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善を目的として、燃料集合体内にウォーターロッドを設けることが行われていた。 Conventionally, a water rod has been provided in the fuel assembly for the purpose of flattening the output distribution of the fuel assembly, improving the reactivity, and improving the void reactivity coefficient.
しかし、従来の正方格子状の燃料棒配列の一部の正方格子の燃料棒をウォーターロッドに置き換えた場合、ウォーターロッドからその周辺の燃料棒までの距離が全部均一にはならない。 However, when some square lattice fuel rods in a conventional square lattice fuel rod arrangement are replaced with water rods, the distance from the water rod to the surrounding fuel rods is not uniform.
このため、ウォーターロッドの効果が燃料棒によって区々となる問題があった。 For this reason, there is a problem that the effect of the water rod varies depending on the fuel rod.
そこで、本発明が解決しようとする一つの課題は、上述したように燃料集合体一体あたりの燃料棒の装荷数を増加させ、かつ、ウォーターロッドからその周辺の燃料棒までの距離が全部均一となるようにウォーターロッドを設けることができる燃料集合体を提供することにある。 Accordingly, one problem to be solved by the present invention is that the number of fuel rods loaded per fuel assembly is increased as described above, and that the distance from the water rod to the surrounding fuel rods is all uniform. An object of the present invention is to provide a fuel assembly in which a water rod can be provided.
本発明による燃料集合体は、
複数本の燃料棒を垂直に支持し、その外周をチャンネルボックスによって囲った燃料集合体において、
前記燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、前記燃料集合体は、一辺の長さａの正十二角形の各頂点にそれぞれ１本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有し、
水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向と仮定すると、複数の前記正十二角形燃料棒配列が前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、前記横方向については、隣り合う２つの前記正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第１の距離ｍａ（ｍ＝０，１，２，・・・）を隔てて平行になるように配置され、前記縦方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第２の距離ｎａ（ｎ＝１，２，３，・・・）を隔てて平行になるように配置されていることを特徴とする。
The fuel assembly according to the present invention comprises:
In a fuel assembly in which a plurality of fuel rods are vertically supported and the outer periphery thereof is surrounded by a channel box,
When viewed from above in the vertical direction of the fuel assembly, the fuel assembly is a regular dodecagon fuel rod in which one fuel rod is disposed at each apex of a regular dodecagon having a side length a. Having an array,
Assuming that one direction in the horizontal plane is the horizontal direction and the direction perpendicular to the horizontal direction is the vertical direction, a plurality of regular dodecagon fuel rod arrays are arranged at equal intervals in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. As for the lateral direction, in the two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other, two opposite sides of the regular dodecagon form a first distance ma (m = 0, 1, 2,...). In the longitudinal direction, the two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other have two opposite sides of the dodecagon of the second distance na (n = 1, 2). , 3,...), And arranged parallel to each other.
前記正十二角形燃料棒配列の横方向または縦方向の列は、前記チャンネルボックスの対角線に配置されているようにすることができる。 The horizontal or vertical rows of the regular dodecagon fuel rod arrangement may be arranged on a diagonal line of the channel box.
前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に配置されているようにすることができる。 The horizontal direction or the vertical direction may be arranged on a diagonal line from a corner of the channel box closest to the control rod to a diagonal corner.
前記横方向または前記縦方向は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーを含む前記チャンネルボックスの一辺から４５°の角度傾斜し、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されているようにすることができる。 The horizontal direction or the vertical direction is inclined at an angle of 45 ° from one side of the channel box including the corner of the channel box closest to the control rod, and the regular dodecagon fuel rod arrangement is the closest to the control rod. It can be arranged symmetrically with respect to the diagonal line from the corner of the channel box to the diagonal corner.
前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置されているようにすることができる。 The horizontal direction or the vertical direction may be arranged parallel to one side of the channel box.
前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、制御棒にもっとも近い前記チャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでの対角線に関して対称に配置されているようにすることができる。 The horizontal direction or the vertical direction is arranged parallel to one side of the channel box, and the regular dodecagon fuel rod arrangement is a diagonal line from the corner of the channel box closest to the control rod to the diagonal corner. With respect to each other.
前記横方向または前記縦方向は、前記チャンネルボックスの一辺に平行に配置され、かつ、前記正十二角形燃料棒配列は、前記チャンネルボックスの各辺の中点を結んだ線に関して対称に配置されているようにすることができる。 The horizontal direction or the vertical direction is arranged parallel to one side of the channel box, and the regular dodecagon fuel rod array is arranged symmetrically with respect to a line connecting midpoints of the sides of the channel box. Can be like that.
前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正六角形燃料棒配列を有し、前記正六角形燃料棒配列の正六角形の各辺は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の辺と長さが同一であり、かつ、平行であるようにすることができる。 The regular dodecagon fuel rod array has a regular hexagon fuel rod array in which one fuel rod is arranged at each apex of the regular hexagon, and each side of the regular hexagon of the regular hexagon fuel rod array. May be the same in length and parallel to the sides of the regular dodecagon of the regular dodecagon fuel rod arrangement.
前記正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有しているようにすることができる。 The regular hexagonal fuel rod arrangement may have fuel rods at the intersection of diagonal lines of the apexes of the regular hexagon.
前記正六角形燃料棒配列のうちの所定の正六角形燃料棒配列は、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有しているようにすることができる。 A predetermined regular hexagonal fuel rod array in the regular hexagonal fuel rod array may have a single water rod at the position of the diagonal line of the apex of the regular hexagon.
前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有し、且つその内部に燃料棒を有していないようにすることができる。 A predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement of the regular dodecagon fuel rod arrangement has a single water rod at the intersection of diagonal lines of the apex of the regular dodecagon, and has a fuel inside thereof. It can be made not to have a stick.
前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列の全体が、一本のウォーターロッドに置き換えられているようにすることができる。 A predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement in the regular dodecagon fuel rod arrangement may be replaced with a single water rod.
前記正十二角形燃料棒配列は、その内部に正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正四角形燃料棒配列を有し、前記正四角形燃料棒配列の正四角形の各頂点は前記正十二角形燃料棒配列の正十二角形の二つおきの辺を底辺とする正三角形の頂点に位置しているようにすることができる。 The regular dodecagonal fuel rod array has a regular square fuel rod array in which one fuel rod is disposed at each vertex of the regular tetragon, and each vertex of the regular tetragon of the regular tetragonal fuel rod array. Can be located at the apex of an equilateral triangle with the base of every other side of the regular dodecagon of the regular dodecagon fuel rod arrangement.
前記正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に燃料棒を有しているようにすることができる。 The regular square fuel rod arrangement may have fuel rods at the intersections of diagonal lines of the apexes of the regular square.
前記正四角形燃料棒配列のうちの所定の正四角形燃料棒配列は、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置に一本のウォーターロッドを有しているようにすることができる。 A predetermined regular square fuel rod arrangement in the regular square fuel rod arrangement may have a single water rod at the intersection of diagonal lines of the apexes of the regular square.
前記正十二角形燃料棒配列のうちの所定の正十二角形燃料棒配列は、正十二角形の各頂点にそれぞれ１本の短尺燃料棒が配置されたものとして構成され、且つその内部にウォーターロッドを有し、
前記ウォーターロッドは、前記短尺燃料棒が存在しない燃料上部において、前記所定の正十二角形燃料棒配列の全体に相当する径を有するようにすることができる。
A predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement of the regular dodecagon fuel rod arrangement is configured such that one short fuel rod is arranged at each apex of the regular dodecagon, and the inside thereof is disposed therein. Have a water rod,
The water rod may have a diameter corresponding to the whole of the predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement at the upper portion of the fuel where the short fuel rod does not exist.
本発明は、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有する。 The present invention has a regular dodecagon fuel rod arrangement in which one fuel rod is disposed at each apex of the regular dodecagon.
上記正十二角形は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒を配置した正六角形燃料棒配列を配置することにより、燃料棒同士が正十二角形の一辺の長さａを一辺とする正三角形と正方形の頂点に配置される燃料棒配列でチャンネルボックスを埋め尽くすことができ、特に正三角形の頂点に配置される燃料棒が多数存在することにより、全体としてチャンネルボックス内に燃料棒を稠密に配置することができる。この正十二角形燃料棒配列は、横方向及び縦方向にそれぞれ等間隔で並んでいる。横方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第１の距離ｍａ（ｍ＝０，１，２，・・・。ａは正十二角形の一辺の長さ。）を隔てて平行になるように、配置される。一方、縦方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第２の距離ｎａ（ｎ＝１，２，３，・・・。ａは正十二角形の一辺の長さ。）を隔てて平行になるように、配置されている。 The regular dodecagon has a regular hexagonal fuel rod array in which one fuel rod is disposed at each apex of the regular hexagon. The channel box can be filled with an equilateral triangle with one side as a side and a fuel rod arrangement arranged at the apex of the square, and in particular, there are many fuel rods arranged at the apex of the equilateral triangle, so that the channel box as a whole The fuel rods can be densely arranged. This regular dodecagon fuel rod array is arranged at equal intervals in the horizontal and vertical directions. In the lateral direction, two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other have a first distance ma (m = 0, 1, 2,... The length of one side of the dodecagon is parallel to each other. On the other hand, in the vertical direction, two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other have a second distance na (n = 1, 2, 3,... A). Is the length of one side of a regular dodecagon.)
正十二角形燃料棒配列の内部に正六角形燃料棒配列あるいは正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒を配置した正四角形燃料棒配列あるいはウォーターロッドを配置することにより、幾何学上チャンネルボックスの制御棒に近いコーナーとその対角にあるコーナーを通る対角線に関して、完全に対称に燃料棒を配置することができる。 By arranging a regular hexagonal fuel rod array inside a regular dodecagon fuel rod array, or a regular square fuel rod array or a water rod with one fuel rod at each apex of a regular square, a geometrical channel box The fuel rods can be arranged in a completely symmetrical manner with respect to a corner close to the control rod and a diagonal passing through the opposite corner.
すなわち、本発明によれば、完全な対角線対称性を満足する燃料集合体を得ることができる。 That is, according to the present invention, a fuel assembly satisfying complete diagonal symmetry can be obtained.
このように、本発明によれば、従来と同一寸法のチャンネルボックス内に、より多くの燃料棒を装荷することができ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。 Thus, according to the present invention, more fuel rods can be loaded in a channel box having the same dimensions as the conventional one, and complete diagonal symmetry of the fuel can be realized.
これによって、燃料の燃焼が対称的に進み、燃料の健全性と経済性を向上させることができる。 Thereby, the combustion of the fuel proceeds symmetrically, and the soundness and economy of the fuel can be improved.
加えて、本発明によれば、燃料集合体内に正十二角形燃料棒配列が独立して配置されるため、モジュール化された正十二角形状の部品を組み合わせることで、チャンネルボックス内の燃料棒を拘束するスペーサを製造することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。 In addition, according to the present invention, since the regular dodecagonal fuel rod array is independently arranged in the fuel assembly, the fuel in the channel box can be obtained by combining modularized dodecagonal parts. Spacers that restrain the rods can be manufactured. As a result, the manufacturability of the spacer can be improved.
また、本発明によれば、正十二角形燃料棒配列の内部にウォーターロッドを設けることにより、ウォーターロッドとその周辺の燃料棒の距離が等しくなり、これによってウォーターロッドの周辺の燃料棒がウォーターロッドによる中性子の減速効果を均等に受けることができ、これによってウォーターロッドによる燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。 Further, according to the present invention, by providing the water rod inside the regular dodecagon fuel rod arrangement, the distance between the water rod and the fuel rod in the vicinity thereof becomes equal. It is possible to uniformly receive the neutron moderating effect by the rod, and thereby it is possible to flatten the output distribution of the fuel assembly by the water rod, improve the reactivity, and improve the void reactivity coefficient.
次に、本発明を実施するための３つの実施形態について以下に説明する。第１の実施形態は、横方向および縦方向にそれぞれ並ぶ正十二角形燃料棒配列を有する燃料集合体の実施形態である。第２の実施形態は、第１の実施形態に係る燃料集合体において所定の燃料棒をウォーターロッドに置き換えた燃料集合体の実施形態である。第３の実施形態は、現行よりも大きい次世代のチャンネルボックスに対して本発明による燃料棒配列を適用した燃料集合体の実施形態である。 Next, three embodiments for carrying out the present invention will be described below. The first embodiment is an embodiment of a fuel assembly having a regular dodecagon fuel rod array arranged in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The second embodiment is an embodiment of a fuel assembly in which predetermined fuel rods are replaced with water rods in the fuel assembly according to the first embodiment. The third embodiment is an embodiment of a fuel assembly in which the fuel rod arrangement according to the present invention is applied to a next-generation channel box larger than the current one.
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態による燃料集合体を、垂直方向上方から俯瞰したときの平面断面図を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional plan view of the fuel assembly according to the first embodiment of the present invention as viewed from above in the vertical direction.
本実施形態による燃料集合体１は、複数本の燃料棒２を垂直に支持しており、その外周をチャンネルボックス３によって囲ってなる。
The
図１に示すように、本実施形態の燃料集合体１は、垂直方向上方から俯瞰したときに、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２が配置された燃料棒配列４（これを本明細書において「正十二角形燃料棒配列」４という。）を有している。図１において、正十二角形燃料棒配列４は補助線による正十二角形によって強調して示す。正十二角形の一辺の長さはａである。
As shown in FIG. 1, the
また、図１では、チャンネルボックス３の一つのコーナーＣ１を、制御棒５にもっとも接近して配置させているが、本燃料集合体はコーナーＣ１とＣ３を通る対角線及びコーナーＣ２とＣ４を通る対角線に対して対角線対称性を満足しているため、制御棒５にもっとも接近して配置させるコーナーはコーナーＣ１に限定されず、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のいずれでもよい。また、図１中の対角線Ｌは、制御棒５にもっとも近いチャンネルボックス３のコーナーＣ１から対角のコーナーＣ３までを結ぶ直線である。
In FIG. 1, one corner C1 of the
水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向と仮定する。図１の場合において、横方向は対角線Ｌと平行な方向であり、縦方向は横方向に対して垂直な方向である。 It is assumed that one direction in the horizontal plane is a horizontal direction and a direction perpendicular to the horizontal direction is a vertical direction. In the case of FIG. 1, the horizontal direction is a direction parallel to the diagonal L, and the vertical direction is a direction perpendicular to the horizontal direction.
図１に示すように、複数の正十二角形燃料棒配列４は、横方向及び縦方向にそれぞれ並んでいる。
As shown in FIG. 1, the plurality of regular dodecagon
複数の前記正十二角形燃料棒配列は前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、横方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第１の距離ｍａ（ｍ＝０，１，２，・・・）を隔てて平行になるように配置され、縦方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第２の距離ｎａ（ｎ＝１，２，３，・・・）を隔てて平行になるように配置されている。 The plurality of regular dodecagon fuel rod arrays are arranged at equal intervals in the lateral direction and the longitudinal direction, respectively. In the lateral direction, two adjacent regular dodecagon fuel rod arrays are opposed to the regular dodecagon. Are arranged so as to be parallel to each other with a first distance ma (m = 0, 1, 2,...), And in the longitudinal direction, two adjacent regular dodecagon fuel rod arrays are The two opposite sides of the regular dodecagon are arranged so as to be parallel to each other with a second distance na (n = 1, 2, 3,...).
本実施形態は、横方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列４は、互いに隣接する部分において正十二角形の一辺を共有するように連結されている。すなわち、横方向の隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列の正十二角形の対向する２辺間の第１の距離ｍａは０（ｍ＝０）である。
In the present embodiment, in the lateral direction, two adjacent regular dodecagon
一方、縦方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列４は、それらの互いに対向する正十二角形の２辺が正十二角形の一辺の長さａと等しい距離を隔てて平行になるように配置されている。すなわち、縦方向の隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列の正十二角形の対向する２辺間の第２の距離ｎａはａ（ｎ＝１）である。
On the other hand, in the vertical direction, two adjacent regular dodecagon
また、図１に示すように、横方向および縦方向に並ぶ正十二角形燃料棒配列４は、全体として、チャンネルボックス３の一辺から４５°回転した配置になっている。
Further, as shown in FIG. 1, the regular dodecagon
図１に示すように、各正十二角形燃料棒配列４の内部には、さらに燃料棒２が配置されている。燃料集合体１内に完全に含まれる正十二角形燃料棒配列４は、その内部に正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正六角形燃料棒配列６を有している。図１において、正六角形燃料棒配列６は補助線による正六角形によって強調して示す。
As shown in FIG. 1,
一方、燃料集合体１内に部分的に含まれる正十二角形燃料棒配列４は、その内部に正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒が配置された正四角形燃料棒配列７を有している。図１において、正四角形燃料棒配列７は補助線による正四角形によって強調して示す。
On the other hand, the regular dodecagon
なお、図１の例では、燃料集合体１の周辺領域における正十二角形燃料棒配列４は、一部がチャンネルボックス３の外になっているため、不完全な正十二角形になっているが、燃料棒配列の考え方（燃料棒の配置位置）としては完全な正十二角形を有する正十二角形燃料棒配列４の場合と全く同様である。
In the example of FIG. 1, the regular dodecagon
また、図１の例では、周辺領域の正十二角形燃料棒配列４のみが正四角形燃料棒配列７を有し、それらの正四角形燃料棒配列７は、一部がチャンネルボックス３の外になっているため、不完全な正四角形になっているが、それらの不完全な正四角形についても燃料棒配列の考え方（燃料棒の配置位置）としては完全な正四角形を有する正四角形燃料棒配列７の場合と全く同様である。しかも、正四角形燃料棒配列７は図１の例のように燃料集合体の周辺領域のみに配置されている場合に限られず、燃料集合体の全体に配置されていてもよい。
Further, in the example of FIG. 1, only the regular dodecagonal
次に、上記の本発明に係る燃料棒配列単位によれば、燃料集合体に要求される燃料棒の装荷数と燃料の対角線対称性とを両立させることができることを説明する。 Next, it will be described that according to the fuel rod arrangement unit according to the present invention, the number of loaded fuel rods required for the fuel assembly and the diagonal symmetry of the fuel can be made compatible.
図２は、正十二角形燃料棒配列４と、その内部に正六角形燃料棒配列６とを有する燃料棒配列単位９Ａ（図２（ａ））と、正方格子状に配列された燃料棒配列（図２（ｂ））と、正三角形格子状に配列された燃料棒配列（図２（ｃ））とを示している。
FIG. 2 shows a fuel
図２（ａ）に示すように、燃料棒を配列する単位となる燃料棒配列単位９Ａは、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２が配置された正十二角形燃料棒配列４と、この正十二角形燃料棒配列４の内部における正六角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２が配置された正六角形燃料棒配列６とを有する。
As shown in FIG. 2A, a fuel
図２（ａ）からわかるように、正六角形燃料棒配列６の正六角形の各辺は、正十二角形燃料棒配列４の正十二角形の辺と長さが同一であり、かつ、平行になっている。すなわち、正十二角形内の正六角形は、正十二角形の辺と平行になっていることにより角度（向き）が決まり、正六角形の各辺が正十二角形の辺と長さが同一になっていることにより半径方向の大きさが決まる。即ち、正十二角形が与えられれば、その内部の正六角形は一意に決まるものである。
As can be seen from FIG. 2A, each side of the regular hexagon of the regular hexagonal
正十二角形燃料棒配列４と正六角形燃料棒配列６の位置関係が上述したように決められることにより、図２（ａ）から分かるように、正六角形燃料棒配列６の各頂点の燃料棒２は、最寄りの正十二角形燃料棒配列４の頂点の燃料棒２と正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒２を配置することができる。
Since the positional relationship between the regular dodecagon
また、図２（ａ）から分かるように、正六角形燃料棒配列６の各頂点の燃料棒２及び正六角形の中心の燃料棒２同士は、正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒２を配置することができる。
Further, as can be seen from FIG. 2A, the
さらに、図２（ａ）から分かるように、燃料棒配列単位９Ａの燃料棒２は全て、対角線Ｌに関して対称に配置されている。また、対角線Ｌを時計回りまたは反時計回りに３０°回転させた直線Ｌ’を対角線とした場合においても、燃料棒配列単位９Ａの燃料棒２は、対角線に関して対称に配置されている。このように、図２（ａ）に示す燃料棒配列単位を用いることにより、完全な対角線対称性を得ることができる。
Further, as can be seen from FIG. 2A, all the
また、対角線Ｌを時計回りまたは反時計回りに１５°回転させた直線Ｌ’’を対角線とした場合は、正六角形燃料棒配列６の燃料棒２は、直線Ｌ’’に関しては対称に配置されないが、正六角形燃料棒配列６の燃料棒の偏りがチャンネルボックスの対角線に関して左右対称となるように、燃料棒配列単位９Ａを配置することにより、燃料棒２は対角線に関して対称に配置される。
Further, when the straight line L ″ obtained by rotating the diagonal line L by 15 ° clockwise or counterclockwise is used as the diagonal line, the
このように、全体として見れば、本発明による正十二角形燃料棒配列４と正六角形燃料棒配列６を有する燃料棒配列単位９Ａは、正三角形の頂点に配置される燃料棒が多く、このため、チャンネルボックス３内に極めて密に燃料棒２を配置することができる。さらに、この燃料棒配列単位９Ａによれば、完全な対角線対称性を得ることもできる。
Thus, as a whole, the fuel
次に、比較のため、従来の正方格子配列および正三角形格子配列について述べる。 Next, a conventional square lattice arrangement and equilateral triangle lattice arrangement will be described for comparison.
図２（ｂ）は、正方格子状に配列された燃料棒配列を示している。この図２（ｂ）からわかるように、正方格子配列の場合、全ての燃料棒が対角線Ｌに関して対称に配置され、対角線対称性を満たす。しかし、この場合、正方格子の対角線上にある燃料棒間の距離は隣接する正四角形頂点間の燃料棒の距離より必然的に長くなるため、燃料棒の配列密度の点で本発明の燃料棒配列に比べて劣る。 FIG. 2B shows a fuel rod arrangement arranged in a square lattice. As can be seen from FIG. 2B, in the case of a square lattice arrangement, all the fuel rods are arranged symmetrically with respect to the diagonal L, and satisfy the diagonal symmetry. However, in this case, the distance between the fuel rods on the diagonal of the square lattice is inevitably longer than the distance between the fuel rods between adjacent square vertices. It is inferior to the arrangement.
図２（ｃ）は、正三角形格子状に配列された燃料棒配列を示している。この図２（ｃ）からわかるように、正三角形格子配列の場合、全ての燃料棒は正三角形の頂点に配置されるため、燃料棒の配列密度は最も大きい。しかし、燃料棒は対角線Ｌに関して対称に配置されず、対角線対称性を満たさない。 FIG. 2 (c) shows a fuel rod arrangement arranged in an equilateral triangular lattice. As can be seen from FIG. 2C, in the case of the equilateral triangle lattice arrangement, all the fuel rods are arranged at the vertices of the equilateral triangle, so the arrangement density of the fuel rods is the largest. However, the fuel rods are not arranged symmetrically with respect to the diagonal L and do not satisfy the diagonal symmetry.
上記の説明から明らかなように、図２（ａ）に示す燃料棒単位配列９Ａは、正方格子配列に比べて燃料棒を稠密に配置することができ、かつ、正三角形格子配列には無い完全な対角線対称性を有する。
As is clear from the above description, the fuel
次に、燃料棒集合体１の周辺領域に配置された、内部に正四角形燃料棒配列７を有する燃料棒配列単位９Ｂについて説明する。
Next, the fuel
図３は、燃料棒配列単位９Ｂの平面断面図を示している。
FIG. 3 shows a cross-sectional plan view of the fuel
図３に示すように、燃料棒配列単位９Ｂは、正十二角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２が配置された正十二角形燃料棒配列４と、正十二角形内部の正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２が配置された正四角形燃料棒配列７とを有する。即ち、正四角形燃料棒配列７は正四角形の各頂点にそれぞれ一本の燃料棒２を有し、正四角形燃料棒配列７の正四角形の各頂点は、正十二角形燃料棒配列４の正十二角形の二つおきの辺を底辺とする正三角形の頂点に位置している。
As shown in FIG. 3, the fuel
この燃料棒配列単位９Ｂの場合も、図３から分かるように、正四角形燃料棒配列７の各頂点の燃料棒２は、最寄りの正十二角形燃料棒配列４の頂点の燃料棒２と正三角形を構成し、それらの関係で最も稠密に燃料棒２を配置することができる。さらに、燃料棒配列単位９Ｂの燃料棒２は全て、対角線Ｌに関して対称に配置されており、対角線対称性が満たされている。また、図示しないが対角線Ｌを時計回りに１５°，３０°，４５°回転させた直線に関しても対角線対称性を満足することができる。
Also in this fuel
このように、図１に示す本実施形態の燃料棒配列は、対角線Ｌに平行な第１の方向について、隣り合う２つの燃料棒配列単位が正十二角形燃料棒配列４の正十二角形の一辺を共有するように連結して配置されている。一方、対角線Ｌと垂直な第２の方向について、隣り合う２つの燃料棒配列単位は、それらの正十二角形の２辺が正十二角形の一辺の長さ分だけ隔てて平行になるように等間隔に配置されている。
As described above, the fuel rod array of the present embodiment shown in FIG. 1 has a regular dodecagonal shape in which two adjacent fuel rod array units are regular dodecagonal
これにより、本実施形態によれば、上述したように正三角形の頂点上に燃料棒２を多く配置できることによって多数の燃料棒２を装荷できるのみならず、次に詳しく説明するように、燃料集合体としての対角線対称性を完全に満足することができる。
Thus, according to the present embodiment, as described above, a large number of
図４を用いて、本実施形態に係る燃料集合体１の燃料の対角線対称性を示す。図４において図１と同一部分には同一の符号を付す。
The diagonal symmetry of the fuel of the
図４において、制御棒５の中心を通りチャンネルボックス３のコーナーＣ１，Ｃ３を通る対角線Ｌを示す。
In FIG. 4, a diagonal line L passing through the center of the
補助線Ａに示すように、燃料集合体１の正十二角形燃料棒配列４の各燃料棒２は、対角線Ｌに関して対称に配置されている。
As indicated by the auxiliary line A, the
また、燃料集合体１の正六角形燃料棒配列６の各燃料棒２は、補助線Ｂに示すように、対角線Ｌに関して対称に配置されている。
Further, the
さらにまた、燃料集合体１の正四角形燃料棒配列７の各燃料棒２は、補助線Ｃに示すように、対角線Ｌに関して対称に配置されている。
Furthermore, the
なお、補助線Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ一対の燃料棒２について示したが、本発明によれば、すべての燃料棒２が対角線Ｌに関して対称に配置される。
Although the auxiliary lines A, B, and C are shown for the pair of
このように、本実施形態の燃料集合体１によれば、制御棒５の中心と燃料集合体１の中心を通る線（対角線Ｌ）に関して、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。
Thus, according to the
これにより、燃料集合体１によれば、燃料の燃焼が対称的に進み、予測精度の向上や運転管理の効率向上、燃料の健全性と経済性を改善することができる。
Thereby, according to the
次に、本実施形態に係る燃料集合体の変形例について説明する。 Next, a modified example of the fuel assembly according to the present embodiment will be described.
図５は、変形例に係る燃料集合体１Ａの平面断面図を示している。この図５に示すように、燃料集合体１Ａは、チャンネルボックス３に一部のみ含まれる正十二角形燃料棒配列４についても、その内部に正六角形燃料棒配列６が配置されている。即ち、燃料集合体１Ａは、燃料棒配列単位９Ａを構成単位としており、正四角形燃料棒配列７を有する燃料棒配列単位９Ｂを含まない。より一般的には、チャンネルボックス３内に完全に含まれるか否かに拘わらず、チャンネルボックス３の任意の位置に燃料棒配列単位９Ａ及び９Ｂを配置することができる。
FIG. 5 shows a cross-sectional plan view of a fuel assembly 1A according to a modification. As shown in FIG. 5, in the
また、図５に示すように、本変形例では、燃料棒配列単位９Ａの正六角形燃料棒配列６は同じ向きに配置されている。より一般的には、燃料棒配列単位９Ａの正六角形燃料棒配列６の向きは、燃料棒配列単位９Ａの対ごとに任意に決めることができる。このようにしても、燃料の対角線対称性を損なわない。
Further, as shown in FIG. 5, in this modification, the regular hexagonal
次に、図６を用いて、本実施形態に係る別の変形例について説明する。 Next, another modification according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図６は、別の変形例に係る燃料集合体１Ｂの平面断面図を示している。図６に示すように、この燃料集合体１Ｂにおいて、燃料棒配列単位９Ａは、対角線Ｌと垂直な方向（縦方向）だけでなく、対角線Ｌと平行な方向（横方向）についても、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列４は正十二角形の１辺の長さだけ隔てて配置されている。
FIG. 6 is a plan sectional view of a
すなわち、本変形例では、正十二角形燃料棒配列は横方向（対角線Ｌと平行な方向）に沿って等間隔で並び、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第１の距離ａ（ｍ＝１）を隔てて平行になるように配置され、縦方向（対角線Ｌと直交する方向）に沿っても正十二角形燃料棒配列が等間隔で並び、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第２の距離ａ（ｎ＝１）を隔てて配置されている。 That is, in this modification, the regular dodecagon fuel rod arrays are arranged at equal intervals along the horizontal direction (direction parallel to the diagonal L), and two adjacent dodecagon fuel rod arrays are arranged in the regular twelve directions. The two opposing sides of the square are arranged so as to be parallel to each other with a first distance a (m = 1), and a regular dodecagon fuel rod array is also formed along the vertical direction (direction perpendicular to the diagonal L). Two adjacent regular dodecagonal fuel rod arrays arranged at equal intervals are arranged such that two opposite sides of the regular dodecagon are separated by a second distance a (n = 1).
本変形例によれば、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂが完全に独立して配置されることになるため、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂごとにスペーサの部品をモジュール化することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。
According to this modification, since the fuel
このようにしても、正方格子配列に比べて燃料棒を稠密に配置することができ、かつ、完全な対角線対称性を有する燃料集合体を得ることができる。 Even in this case, the fuel rods can be densely arranged as compared with the square lattice arrangement, and a fuel assembly having complete diagonal symmetry can be obtained.
次に、複数の燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂが構成する網目構造と、チャンネルボックス３の位置関係に関する変形例について、図７乃至図１０を用いて説明する。図７乃至図１０はいずれも、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂの正十二角形燃料棒配列４の正十二角形のみを示しているが、実際には図１と同様、チャンネルボックス３内の正十二角形の頂点には燃料棒２が配置されており、正十二角形の内部には正六角形燃料棒配列６又は正四角形燃料棒配列７が配置されている。
Next, a modification of the mesh structure formed by the plurality of fuel
図７及び図８に示す変形例は、複数の正十二角形燃料棒配列４が構成する列がチャンネルボックス３の一辺から４５°傾斜しているが、この列とチャンネルボックス３との相対位置が図１に示す燃料集合体１の場合と異なっている。
7 and 8, the row formed by the plurality of regular dodecagon
図７は、正十二角形燃料棒配列４の列が対角線Ｌ１を挟んで対称に配置されている。ここで、対角線Ｌ１は、制御棒（図１と同様、図示せず。）に最も近いチャンネルボックス３のコーナーから対角のコーナーまでを結ぶ直線である。
In FIG. 7, the rows of the regular dodecagon
なお、図１の場合、正十二角形燃料棒配列４の中心が対角線Ｌ上に位置するように、配置されている。
In the case of FIG. 1, the regular dodecagon
つまり、本発明は、対角線Ｌに関して対称に配置されていればよく、図１または図７のような燃料棒配列を含むものである。 That is, the present invention only needs to be arranged symmetrically with respect to the diagonal L, and includes a fuel rod arrangement as shown in FIG. 1 or FIG.
図８は、制御棒に最も近いチャンネルボックスのコーナーから対角のコーナーまでを結ぶ対角線Ｌ１だけでなく、この対角線Ｌ１とチャンネルボックス３の中心で直交する対角線Ｌ２に関しても、正十二角形燃料棒配列４の列は対角線を挟んで対称に配置されている燃料集合体を示している。
FIG. 8 shows a regular dodecagon fuel rod not only for the diagonal line L1 connecting from the corner of the channel box closest to the control rod to the diagonal corner, but also for the diagonal line L2 orthogonal to the diagonal line L1 at the center of the
このように、本発明は、対角線Ｌ１と直交する対角線Ｌ２の両方に関して、正十二角形燃料棒配列４を対称に配置してもよい。
Thus, in the present invention, the regular dodecagon
次に、図９および図１０を用いて、本実施形態のさらに別の変形例を示す。図９及び図１０に示す変形例においては、複数の正十二角形燃料棒配列４が構成する列はチャンネルボックス３の一辺に対して平行に配置されている。
Next, still another modification of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In the modification shown in FIGS. 9 and 10, the rows formed by the plurality of regular dodecagon
図９及び図１０に示すように、本発明では正十二角形燃料棒配列４の列の横方向または縦方向の列が、チャンネルボックス３の一辺に平行に配置してもよい。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the present invention, the horizontal or vertical rows of the regular dodecagon
図９及び図１０に示すように、チャンネルボックス３の制御棒（図１と同様、図示せず。）に最も近いコーナーから対角のコーナーの対角線Ｌ１および対角線Ｌ１に直交するチャンネルボックス３の対角線Ｌ２に関して、正十二角形燃料棒配列４を対称に配置することができる。
As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the diagonal line L1 from the corner closest to the control rod of the channel box 3 (not shown in FIG. 1) and the diagonal line of the
さらに、図９及び図１０に示すように、正十二角形燃料棒配列４は、チャンネルボックス３の各辺の中点を結んだ線Ｌ３，Ｌ４に関して対称に配置されているのが好ましい。
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the regular dodecagon
チャンネルボックス３の各辺の中点を結んだ線に関して対称に配置される方法は、図９のように正十二角形燃料棒配列４の列がチャンネルボックス３の各辺の中点を結んだ線Ｌ３，Ｌ４上に配置される場合と、図１０のように正十二角形燃料棒配列４がチャンネルボックス３の各辺の中点を結んだ線Ｌ３，Ｌ４を挟んで互いに対称に配置される場合とがある。
The method of arranging symmetrically with respect to the line connecting the midpoints of the sides of the
この場合には、燃料の対角線対称性のみならず、チャンネルボックスの各辺の中点を連結した線に関する対称性も得ることができる。 In this case, not only the diagonal symmetry of the fuel but also the symmetry about the line connecting the midpoints of the sides of the channel box can be obtained.
図１乃至図１０を用いて、本実施形態及び変形例に係る燃料棒配列を有する燃料集合体について説明した。これらの図中における正十二角形の一辺の長さは、チャンネルボックス内に燃料棒を１１行１１列に配列させたときの近接燃料棒間距離と同じである。但し、正十二角形の一辺の長さは設計により異なるため、図中の寸法に限定されるものではない。即ち、本実施形態において、正十二角形の１辺の長さ（正十二角形燃料棒配列４の大きさ）は、チャンネルボックス３の寸法に対して設計に応じて任意に変化させることができる。
The fuel assembly having the fuel rod arrangement according to this embodiment and the modification has been described with reference to FIGS. 1 to 10. The length of one side of the regular dodecagon in these figures is the same as the distance between adjacent fuel rods when the fuel rods are arranged in 11 rows and 11 columns in the channel box. However, since the length of one side of the regular dodecagon is different depending on the design, it is not limited to the dimensions in the drawing. That is, in this embodiment, the length of one side of the regular dodecagon (the size of the regular dodecagon fuel rod array 4) can be arbitrarily changed according to the design with respect to the dimensions of the
以上説明したように、本実施形態では、正十二角形燃料棒配列４と、正六角形燃料棒配列６又は正四角形燃料棒配列７を有する燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂを、横方向および縦方向に並べる。これにより、同一寸法のチャンネルボックス３内に、従来に比べて多くの燃料棒２を装荷することができるとともに、制御棒５の中心を通り、最寄りのチャンネルボックスのコーナーとその対角にあるコーナーを通る対角線Ｌに関して、燃料集合体の各燃料棒２が完全に対称に配置されるようにすることができる。
As described above, in the present embodiment, the fuel
すなわち、本実施形態およびその変形例によれば、従来と同一寸法のチャンネルボックス内に、より多くの燃料棒を装荷することができ、かつ、完全な燃料の対角線対称性を実現することができる。 That is, according to this embodiment and its modification, more fuel rods can be loaded in a channel box having the same dimensions as the conventional one, and complete diagonal symmetry of the fuel can be realized. .
これによって、燃料の燃焼が対称的に進み、燃料の健全性と経済性を向上させることができる。 Thereby, the combustion of the fuel proceeds symmetrically, and the soundness and economy of the fuel can be improved.
加えて、本実施形態およびその変形例によれば、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂの少なくとも一部が独立して配置されるため、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂごとにスペーサの部品をモジュール化することができる。その結果、スペーサの製造性を向上させることができる。
In addition, according to the present embodiment and the modification thereof, since at least a part of the fuel
（第２の実施形態）
次に、ウォーターロッドを含むようにした第２の実施形態に係る燃料集合体について以下に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a fuel assembly according to a second embodiment including a water rod will be described below.
本実施形態では、所定の燃料棒をウォーターロッドに置き換えることにより、燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。 In the present embodiment, by replacing a predetermined fuel rod with a water rod, the output distribution of the fuel assembly can be flattened, the reactivity can be improved, and the void reactivity coefficient can be improved.
図１１は、所定の燃料棒配列単位９Ａの正六角形燃料棒配列６が、その正六角形の頂点の対角線の交点の位置（即ち、正六角形の中心）に、一本のウォーターロッド８ａを有している燃料棒配列を示している。
FIG. 11 shows that a regular hexagon
この図１１から明らかなように、ウォーターロッド８ａはその周囲の燃料棒２から等距離の位置にあり、これによって周囲の燃料棒２は均等にウォーターロッド８ａによる中性子減速および除熱の効果を得られる。
As can be seen from FIG. 11, the
なお、所定の燃料棒配列単位９Ｂの正四角形燃料棒配列７が、その正四角形の頂点の対角線の交点の位置（即ち、正四角形の中心）に一本のウォーターロッドを有している燃料棒配列を構成してもよい。この場合も、ウォーターロッドはその周囲の燃料棒から等距離の位置にあり、これによって周囲の燃料棒は均等にウォーターロッドによる中性子減速および除熱の効果を得られる。
The
図１２は、所定の燃料棒配列単位９Ａの正十二角形燃料棒配列４が、その正十二角形の頂点の対角線の交点の位置（即ち、正十二角形の中心）に一本の太径のウォーターロッド８ｂを有し、正十二角形の内部に燃料棒２を有していない燃料棒配列を示している。すなわち、図１２の燃料棒配列は、正十二角形燃料棒配列４の内部の正六角形燃料棒配列６が全体としてウォーターロッド８ｂに置き換えられたものである。
FIG. 12 shows that a regular dodecagon
この燃料棒配列においても、図１２から明らかなように、ウォーターロッド８ｂはその周囲の燃料棒２、すなわち正十二角形燃料棒配列４の各燃料棒２から等距離の位置にあり、これによってウォーターロッド８ｂの周囲の正十二角形燃料棒配列４の燃料棒２は均等にウォーターロッド８ｂによる中性子減速および除熱の効果を得られるのである。
Also in this fuel rod arrangement, as is apparent from FIG. 12, the
なお、図３に示す燃料棒配列単位９Ｂの正四角形燃料棒配列７全体をウォーターロッドで置き換えても良い。
Note that the entire regular square
図１３は、一つの燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂ（正十二角形燃料棒配列４）全体が一本の太径のウォーターロッド８ｃに置き換えられている燃料棒配列を示している。
FIG. 13 shows a fuel rod arrangement in which one whole fuel
この場合には、ウォーターロッド８ｃの周囲の１６本の燃料棒２のうち、８本の燃料棒２ａと、図１３に斜線を付し示した８本の燃料棒２ｂは、それぞれウォーターロッド８ｃから等距離の位置にあり、ウォーターロッド８ｃによる中性子減速および除熱の効果を得られる。図１３に示す太径のウォーターロッド８ｃは、例えば、次世代の大型化した燃料集合体について好適に適用することができる。
In this case, of the 16
ところで、ウォーターロッドは、燃料棒２の軸方向の途中で径の大きさを変えるものとして構成することもできる。燃料の下部においては、中性子は減速材（軽水）によっても減速されるため、ウォーターロッドの径を比較的小さくすることができる。一方、燃料の上部においては、ボイドの影響により下部よりも大きな中性子減速効率が望まれるため、ウォーターロッドの径を大きくする必要がある。ウォーターロッドの径を軸方向に変化させることで、中性子の減速効果と、燃料棒の装荷量とを両立させることができる。図１４を用いて、このようなウォーターロッドの具体例について説明する。
By the way, the water rod can be configured to change the diameter in the middle of the
図１４は、燃料集合体を上方から見たときの平面断面図を示しており、図中のＡは燃料集合体の下部断面、図中のＢは燃料集合体の上部断面を示している。 ここで、図１４の正十二角形の一辺の長さ及び燃料棒の直径は、図１７に示す燃料棒配列、即ち、チャンネルボックス内に燃料棒を１１行１１列に配列させた燃料棒配列における、近接燃料棒間距離及び燃料棒径と同じである
図１４の下部断面Ａに示すように、正十二角形燃料棒配列４は、図６のものと同様に配置されている。但し、チャンネルボックス３の中央に配置され、内部にウォーターロッド８ｄが配置された正十二角形燃料棒配列４は、正十二角形の各頂点にそれぞれ１本の短尺燃料棒１０が配置されたものとして構成されている。
FIG. 14 shows a plan cross-sectional view of the fuel assembly as viewed from above, where A in the drawing shows a lower cross section of the fuel assembly, and B in the drawing shows an upper cross section of the fuel assembly. Here, the length of one side of the regular dodecagon of FIG. 14 and the diameter of the fuel rod are the fuel rod arrangement shown in FIG. 17, that is, the fuel rod arrangement in which 11 fuel cells are arranged in 11 rows and 11 columns in the channel box. As shown in the lower cross section A of FIG. 14, which is the same as the distance between adjacent fuel rods and the diameter of the fuel rods, the regular dodecagon
図１４の下部断面Ａに示すように、４つの燃料棒配列単位９Ａがチャンネルボックス３の四隅にそれぞれ配置されており、各燃料棒配列単位９Ａの内部の正六角形燃料棒配列６の中心には、短尺燃料棒１０がそれぞれ１本ずつ配置されている。また、正十二角形燃料棒配列４間にも、４本の短尺燃料棒１０が配置されている。
As shown in the lower cross section A of FIG. 14, four fuel
これに対して上部断面Ｂの燃料棒配列は、短尺燃料棒１０が配置された箇所において燃料棒が欠如している。燃料集合体の中心には、ウォーターロッド８ｄが配置されているが、その径は燃料下部での径よりも大きい。つまり、ウォーターロッド８ｄは、燃料下部から燃料上部に向かう途中、ウォーターロッド８ｄを取り巻く１２本の短尺燃料棒１０が存在しなくなった燃料上部において太径化している。 On the other hand, the fuel rod arrangement of the upper cross section B lacks fuel rods at the locations where the short fuel rods 10 are arranged. A water rod 8d is disposed at the center of the fuel assembly, but its diameter is larger than the diameter at the bottom of the fuel. That is, the diameter of the water rod 8d is increased in the upper portion of the fuel where the twelve short fuel rods 10 surrounding the water rod 8d do not exist on the way from the lower portion of the fuel toward the upper portion of the fuel.
より詳細には、ウォーターロッド８ｄは、短尺燃料棒１０が存在する燃料下部において、図１２で示したウォーターロッド８ｂと略同一の径を有し、短尺燃料棒１０が存在しない燃料上部において、図１３で示したウォーターロッド８ｃと略同一の径を有するものとして構成されている。即ち、ウォーターロッド８ｄは、短尺燃料棒１０が存在しない燃料上部において、正十二角形燃料棒配列４の全体に相当する径を有する。
More specifically, the water rod 8d has a diameter substantially the same as that of the
ここで、ウォーターロッド８ｄの占める面積を、図１７に示す従来の燃料集合体のウォーターロッド２３と比較する。ウォーターロッド８ｄの占める面積は、下部断面においては燃料棒７本分であり、上部断面においては燃料棒１９本分である。
Here, the area occupied by the water rod 8d is compared with the
よって、ウォーターロッド８ｄの占有面積は、燃料棒９本分の面積を占めるウォーターロッド２３に比べて、燃料下部ではやや小さく、燃料上部では大きい。
Therefore, the area occupied by the water rod 8d is slightly smaller in the lower fuel portion and larger in the upper fuel portion than the
このように、減速材による中性子の減速効率が過多となる燃料下部においてはウォーターロッドの径を小さくし、一方、より大きな中性子減速効率の望まれる燃料上部においてはウォーターロッドの径を大きくする。これにより、核的効率を向上させることができる。 As described above, the diameter of the water rod is reduced in the lower fuel portion where the neutron moderating efficiency by the moderator is excessive, while the diameter of the water rod is increased in the upper fuel portion where higher neutron moderating efficiency is desired. Thereby, nuclear efficiency can be improved.
さらに、図１４の燃料集合体について燃料棒の装荷数をみると、燃料下部では１２０本であり、図１７に示す従来の燃料集合体（１１２本）よりも多い。一方、燃料上部では、短尺燃料棒１０を配置しているため、燃料棒の装荷数は１００本であり比較的少ない。しかしながら、短尺燃料棒１０は（標準長の）燃料棒２の半分以上の長さを有することが多く、従って、燃料集合体全体についてみれば、図１４の燃料集合体に装荷される燃料の量は、図１７の燃料集合体よりも多い。
Furthermore, the number of fuel rods loaded in the fuel assembly of FIG. 14 is 120 in the lower part of the fuel, which is larger than the conventional fuel assembly (112) shown in FIG. On the other hand, since the short fuel rods 10 are arranged in the upper part of the fuel, the number of loaded fuel rods is 100, which is relatively small. However, the short fuel rods 10 often have more than half the length of the (standard length)
なお、正十二角形の一辺の長さおよび燃料棒径は設計により異なるため、図１４中の寸法に限定されるものではない。 Note that the length of one side of the regular dodecagon and the fuel rod diameter differ depending on the design, and are not limited to the dimensions in FIG.
また、上記のように径の変わるウォーターロッドは図１４に示すものに限られない。短尺燃料棒１０が存在する燃料下部におけるウォーターロッドの径よりも、短尺燃料棒１０が存在しない燃料上部におけるウォーターロッドの径が大きいという条件の下で、図１１乃至図１３に示すウォーターロッド８ａ，８ｂ，８ｃを任意に組み合わせることができる。 Further, the water rod whose diameter changes as described above is not limited to that shown in FIG. Under the condition that the diameter of the water rod in the upper part of the fuel where the short fuel rod 10 does not exist is larger than the diameter of the water rod in the lower part of the fuel where the short fuel rod 10 exists, 8b and 8c can be arbitrarily combined.
以上説明したように、本実施形態では、所定の燃料棒配列単位の少なくとも一部を構成する燃料棒をウォーターロッドに置き換える。これにより、ウォーターロッドとその周辺の燃料棒の距離が等しくなり、ウォーターロッドの周辺の燃料棒がウォーターロッドによる中性子の減速効果を均等に受けることができる。その結果、ウォーターロッドによる燃料集合体の出力分布の平坦化、反応度の向上およびボイド反応度係数の改善をはかることができる。 As described above, in this embodiment, the fuel rods constituting at least a part of the predetermined fuel rod arrangement unit are replaced with water rods. As a result, the distance between the water rod and the surrounding fuel rod becomes equal, and the fuel rod around the water rod can receive the neutron moderation effect by the water rod evenly. As a result, the output distribution of the fuel assembly by the water rod can be flattened, the reactivity can be improved, and the void reactivity coefficient can be improved.
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３の実施形態について説明する。本実施形態は、次世代以降のより大きなチャンネルボックスについて、第１及び第２の実施形態で説明した燃料棒配置を適用したものである。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, the fuel rod arrangement described in the first and second embodiments is applied to a larger channel box from the next generation.
図１５及び図１６は、本実施形態に係る、次世代の大型燃料集合体のチャンネルボックスに対する燃料棒配列を示した平面断面図である。この図１５及び図１６は、燃料集合体を上方から見たときの燃料棒配列を、正十二角形燃料棒配列４のみ示している。また、図中の破線による補助線はチャンネルボックスを示している。図１５及び図１６はいずれも、燃料棒配列単位９Ａ，９Ｂの正十二角形燃料棒配列４の正十二角形のみを示しているが、実際には図１等と同様、正十二角形の頂点には燃料棒２が配置されており、正十二角形の内部には正六角形燃料棒配列６又は正四角形燃料棒配列７が配置されている。
15 and 16 are plan sectional views showing fuel rod arrangements for the channel box of the next generation large-sized fuel assembly according to the present embodiment. FIGS. 15 and 16 show only the regular dodecagon
図１５及び図１６の符号１１は、現行の沸騰水型原子炉用の燃料集合体のチャンネルボックスを示している。符号１２は、燃料集合体の大きさが現行の１．５倍になった場合のチャンネルボックスを示し、符号１３は、燃料集合体の大きさが現行の２倍になった場合のチャンネルボックスを示している。
Reference numeral 11 in FIGS. 15 and 16 denotes a channel box of a fuel assembly for an existing boiling water reactor.
図１５及び図１６に示すように、次世代の原子炉を想定した大型燃料集合体のチャンネルボックス１２あるいはチャンネルボックス１３においても、縦方向及び横方向に沿って並ぶ正十二角形燃料棒配列４からなる網目状の構造と、チャンネルボックス３との相対的な位置関係を維持できる。また、ウォーターロッド（図示せず）とそれを囲む燃料棒との相対関係についてもチャンネルボックスの大きさによらず維持できる。このため、チャンネルボックスが大きくなった場合においても第１及び第２の実施形態の場合と同様にして、燃料棒を配置することができる。
As shown in FIGS. 15 and 16, in the
このように、本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様の燃料棒配置を有する大型の燃料集合体を得ることができる。 Thus, according to the present embodiment, a large fuel assembly having the same fuel rod arrangement as in the first and second embodiments can be obtained.
１，１Ａ，１Ｂ 燃料集合体
２，２ａ，２ｂ 燃料棒
３ チャンネルボックス
４ 正十二角形燃料棒配列
５ 制御棒
６ 正六角形燃料棒配列
７ 正四角形燃料棒配列
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ ウォーターロッド
９Ａ，９Ｂ 燃料棒配列単位
１０ 短尺燃料棒
１１ チャンネルボックス
１２ チャンネルボックス
１３ チャンネルボックス
２０ 燃料集合体
２１ 燃料棒
２２ チャンネルボックス
２３ ウォーターロッド
1, 1A,
Claims (16)
前記燃料集合体の垂直方向上方から俯瞰するときに、前記燃料集合体は、一辺の長さａの正十二角形の各頂点にそれぞれ１本の燃料棒が配置された正十二角形燃料棒配列を有し、
水平面内の一つの方向を横方向、前記横方向に垂直な方向を縦方向と仮定すると、複数の前記正十二角形燃料棒配列が前記横方向及び前記縦方向にそれぞれ等間隔で並び、前記横方向については、隣り合う２つの前記正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第１の距離ｍａ（ｍ＝０，１，２，・・・）を隔てて平行になるように配置され、前記縦方向については、隣り合う２つの正十二角形燃料棒配列はそれらの正十二角形の対向する２辺が第２の距離ｎａ（ｎ＝１，２，３，・・・）を隔てて平行になるように配置されていることを特徴とする燃料集合体。 In a fuel assembly in which a plurality of fuel rods are vertically supported and the outer periphery thereof is surrounded by a channel box,
When viewed from above in the vertical direction of the fuel assembly, the fuel assembly is a regular dodecagon fuel rod in which one fuel rod is disposed at each apex of a regular dodecagon having a side length a. Having an array,
Assuming that one direction in the horizontal plane is the horizontal direction and the direction perpendicular to the horizontal direction is the vertical direction, a plurality of regular dodecagon fuel rod arrays are arranged at equal intervals in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. As for the lateral direction, in the two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other, two opposite sides of the regular dodecagon form a first distance ma (m = 0, 1, 2,...). In the longitudinal direction, the two adjacent dodecagonal fuel rod arrays adjacent to each other have two opposite sides of the dodecagon of the second distance na (n = 1, 2). , 3,..., And arranged parallel to each other.
前記ウォーターロッドは、前記短尺燃料棒が存在しない燃料上部において、前記所定の正十二角形燃料棒配列の全体に相当する径を有することを特徴とする請求項１記載の燃料集合体。 A predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement of the regular dodecagon fuel rod arrangement is configured such that one short fuel rod is arranged at each apex of the regular dodecagon, and the inside thereof is disposed therein. Have a water rod,
2. The fuel assembly according to claim 1, wherein the water rod has a diameter corresponding to the whole of the predetermined regular dodecagon fuel rod arrangement in an upper portion of the fuel where the short fuel rod does not exist.
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