JPS6363989A - Fuel aggregate - Google Patents

Fuel aggregate

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JPS6363989A
JPS6363989A JP61209062A JP20906286A JPS6363989A JP S6363989 A JPS6363989 A JP S6363989A JP 61209062 A JP61209062 A JP 61209062A JP 20906286 A JP20906286 A JP 20906286A JP S6363989 A JPS6363989 A JP S6363989A
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JP
Japan
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fuel
rod
water rod
water
channel box
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Pending
Application number
JP61209062A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩一 梶原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の口約] (産業上の利用分野) 本発明は沸騰水型原子炉(以下BWRという)の燃料集
合体の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Statement of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an improvement of a fuel assembly for a boiling water nuclear reactor (hereinafter referred to as BWR).

(従来の技術) 、 一般にBWRは以下のような構成となっている。原子炉
格納容器内には原子炉圧力容器が設置され、この原子炉
圧力容器内には冷却材及び炉心が収容されている。この
炉心は複数の燃料集合体及び制御棒等から構成されてい
る。上記冷却材は炉心を上方に向って流通し、その際炉
心の核反応熱により昇温しで水と蒸気との二相流状態と
なる。
(Prior Art) Generally, a BWR has the following configuration. A reactor pressure vessel is installed within the reactor containment vessel, and a coolant and a reactor core are accommodated within this reactor pressure vessel. This core is composed of a plurality of fuel assemblies, control rods, etc. The coolant flows upward through the core, and as it does so, its temperature increases due to the heat of nuclear reaction in the core, resulting in a two-phase flow state of water and steam.

この二相流状態となった冷却材は炉心の上方に設置され
た気水分離器内に導入されて気水分離される。分離され
た内蒸気は上記気水分離器の上方に設置された蒸気乾燥
器内に導入されて乾燥され乾燥蒸気となる。この乾燥蒸
気は前記原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管を介し
てタービン系に移送されて発電に供される。タービン系
にて仕事をなした蒸気は復水器内に導入されて凝縮・液
化され復水となる。この復水は復水浄化系にて浄化され
給水系を介して前記原子炉圧力容器内に戻される。
This two-phase coolant is introduced into a steam separator installed above the core, where it is separated into steam and water. The separated internal steam is introduced into a steam dryer installed above the steam separator and dried to become dry steam. This dry steam is transferred to a turbine system via a main steam pipe connected to the reactor pressure vessel and used for power generation. The steam that has done work in the turbine system is introduced into the condenser where it is condensed and liquefied to become condensed water. This condensate is purified in a condensate purification system and returned to the reactor pressure vessel via a water supply system.

一方分離された内の水はダウンカマ部に流下し、上記給
水と混合して炉心の下方に戻される。そして再度炉心を
上方に向って流通する。以下同様のサイクルを繰返す。
On the other hand, the separated water flows down to the downcomer section, mixes with the above-mentioned feed water, and is returned below the core. Then, it flows upward through the core again. The same cycle is repeated thereafter.

次に上記燃料集合体であるが第5図に示すように構成さ
れている。第5図は燃料集合体の断面図であり、図中符
号1は燃料チャンネルボックスである。この燃料チャン
ネルボックス1は角筒状をなしており、内部に複数本の
燃料棒2が格子状(例えば8行×8列)に配置されてい
る。これら燃料棒2は上部タイプレート3及び下部タイ
プレート4により支持されている。また上記燃料チャン
ネルボックス1内には軸方向複数箇所に亘ってスペーサ
5が設置されており、燃料棒2の振動を規制している。
Next, the above fuel assembly is constructed as shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view of the fuel assembly, and reference numeral 1 in the figure indicates a fuel channel box. This fuel channel box 1 has a rectangular tube shape, and a plurality of fuel rods 2 are arranged inside thereof in a grid pattern (for example, 8 rows x 8 columns). These fuel rods 2 are supported by an upper tie plate 3 and a lower tie plate 4. Furthermore, spacers 5 are installed at multiple locations in the axial direction within the fuel channel box 1 to restrict vibrations of the fuel rods 2.

尚図中符号6はハンドルである。Note that the reference numeral 6 in the figure is a handle.

上記燃料棒2は被覆管7内に燃料ペレットを複数積層し
、上下端を上部端栓8及び下部端栓9により閉塞した+
14成となっている。上記り部端栓8にはスプリング1
0が装着されている。
The fuel rod 2 has a plurality of fuel pellets stacked inside a cladding tube 7, and its upper and lower ends are closed with an upper end plug 8 and a lower end plug 9.
It has 14 compositions. Spring 1 is attached to the end plug 8 of the above-mentioned part.
0 is attached.

ところで、燃料集合体内の水平方向の出力分布は一様で
はなく、冷却水による中性子減速効果の大きい周辺部で
は熱中性子束が大であるところから出力が高く、中央部
では逆に中性子減速効果が小さく熱中性子束が小である
ところから出力か低くなる傾向にある。そこで、従来で
は中央部分の燃料棒を1〜2本欠如して、その代わりに
燃料棒2と略同−外径のウォーターウッドを装萄し、こ
のウォーターロッド内を冷却水が流通するように構成し
ている。これによって中央部における冷却水による中性
子減速効果を高めるとともに、周辺部の燃料棒について
は核燃料のl農縮度を低くし、さらに中央部の燃料棒2
については核燃料の濃縮度を高くして、水平方向の出力
分布の均一化を図るようにしている。
By the way, the power distribution in the horizontal direction within a fuel assembly is not uniform; in the periphery where the neutron moderating effect of the cooling water is large, the output is high due to the large thermal neutron flux, whereas in the central area, the neutron moderating effect is conversely high. Since the thermal neutron flux is small, the output tends to be low. Therefore, in the past, one or two fuel rods in the center were missing, and in their place, a water wood with approximately the same outer diameter as fuel rod 2 was installed, so that cooling water could flow inside this water rod. It consists of This increases the neutron moderating effect of the cooling water in the central part, lowers the nuclear fuel reduction degree for the fuel rods in the periphery, and further
For this purpose, the nuclear fuel is enriched to a high degree in order to equalize the horizontal power distribution.

しかしながら従来のウォーターロッドは上述したように
燃料棒2と同一の外径のものであって、この程度の径の
ウォーターロッドでは上記出力分布の均一化が十分に図
れないという問題があった。
However, as described above, the conventional water rod has the same outer diameter as the fuel rod 2, and there is a problem in that the water rod having this diameter cannot sufficiently equalize the power distribution.

また核燃料の濃縮度を周辺部と中央部との間で異ならせ
る作業は極めて繁雑なものであった。
Furthermore, the task of varying the enrichment of nuclear fuel between the peripheral and central areas was extremely complicated.

そこで考えられたのが第5図及び第6図に示す大径のウ
ォーターロッド13である。このウォーターロッド13
はその外径が燃料棒2の約2倍であり、その収容空間が
燃料棒2の略4本分に相当する。このような大径のウォ
ターロッド13を使用することにより、中性子減速効果
をさらに向上させて出力分布の均一化をより効果的に図
るものである。尚上記ウォーターロッド13の構成を第
6図を参照してさらに詳細に説明すると、中空管14の
下側部及び上側部には冷却材流入口15及び冷却材流出
口16が形成されている。また上記中空管X4の上部開
口及び下部開口は上部端栓17及び下部端栓18により
閉塞されている。
Therefore, the large diameter water rod 13 shown in FIGS. 5 and 6 was devised. This water rod 13
Its outer diameter is approximately twice that of the fuel rods 2, and its accommodation space corresponds to approximately four fuel rods 2. By using such a large-diameter water rod 13, the neutron moderating effect is further improved and the output distribution is more effectively made uniform. The structure of the water rod 13 will be explained in more detail with reference to FIG. 6. A coolant inlet 15 and a coolant outlet 16 are formed in the lower and upper parts of the hollow tube 14. . Further, the upper and lower openings of the hollow tube X4 are closed by an upper end plug 17 and a lower end plug 18.

上記構成によると以下のような問題がある。The above configuration has the following problems.

■まず上記大径のウォーターロッド13を使用した燃料
集合体にあっては、下部タイプレート4は強いバネ力を
譬する板ばねを介して燃料チャンネルボックス1と強固
に圧接支持される。その際り2板ばねは中性子照射効果
によりそのばね力か減少する。また燃料チャンネルボッ
クス1は装着時に上記板ばねにより外側に拡開され、そ
の状態を保持した状態で炉内温度の上昇、及び中性子照
射を受ける。その結果クリープ速度が増大して装る時よ
りもさらに外側に変形して下部タイプレート4との間隔
が増大してしまうという現象が発生する。かかる状況下
にあって、例えば水平方向地震が発生して水平方向にあ
る加速度が作用すると、上記下部タイプレート4は燃料
チャンネルボックス1内にである角度だけ傾く。一方前
記ウオーターロッド13は前述したように通常の燃料棒
2と同様に上部端栓17及び下部端栓18を介して−F
部ツタイプレート3び下部タイプレート4に支持されて
いる。それと共にウォーターロッド13の回転によりス
ペーサ5が離脱しないように、下端の角柱状部を嵌入す
ることによりその回り止めがなされている。
(1) First, in the fuel assembly using the large-diameter water rod 13, the lower tie plate 4 is firmly supported by pressure on the fuel channel box 1 via a leaf spring that simulates a strong spring force. In this case, the spring force of the two leaf springs is reduced due to the effect of neutron irradiation. Further, when installed, the fuel channel box 1 is expanded outward by the leaf spring, and while this state is maintained, the fuel channel box 1 is exposed to an increase in the temperature inside the furnace and irradiation with neutrons. As a result, a phenomenon occurs in which the creep speed increases, the deformation is further outward than when it is installed, and the distance from the lower tie plate 4 increases. Under such a situation, if a horizontal earthquake occurs and a certain acceleration is applied in the horizontal direction, the lower tie plate 4 will tilt into the fuel channel box 1 by a certain angle. On the other hand, as described above, the water rod 13 is connected to -F through the upper end plug 17 and the lower end plug 18 like the normal fuel rod 2.
It is supported by a lower tie plate 3 and a lower tie plate 4. At the same time, in order to prevent the spacer 5 from detaching due to the rotation of the water rod 13, rotation of the spacer 5 is prevented by fitting the prismatic portion at the lower end.

このような大径ウォーターロッド13の構成にあって、
前述した下部タイプレート4の傾むき現象を考慮して、
地震時における応力解析を有限要素法より行なってみた
。その結果、燃料棒2に比べてその剛性が高く、外力が
作用した場合の変位工も燃料棒2に比べて極めて小さな
ものであった。
With such a configuration of the large diameter water rod 13,
Considering the tilting phenomenon of the lower tie plate 4 mentioned above,
We performed stress analysis during an earthquake using the finite element method. As a result, the rigidity was higher than that of the fuel rod 2, and the displacement when external force was applied was also extremely small compared to the fuel rod 2.

これはウォーターロッド13の外径が燃料棒2の約2倍
であることに起因する。そのためウォーターロッド13
に支持されるスペーサ(特に最下部に−する第1スペー
サ)5に非常に大きな荷重(反力)が作用することにな
る。それと同時にウォーターロッド13の下部端栓18
にも下部タイプレート4の傾き現象により非常に大きな
曲げ応力が発生する。このように地震発生により水平方
向の荷重が作用した場合には構造物の健全性が損われる
恐れがあった。
This is because the outer diameter of the water rod 13 is approximately twice that of the fuel rod 2. Therefore, water rod 13
A very large load (reaction force) will act on the spacer 5 supported by the spacer 5 (particularly the first spacer located at the bottom). At the same time, the lower end plug 18 of the water rod 13
Also, a very large bending stress is generated due to the tilting phenomenon of the lower tie plate 4. In this way, when a horizontal load is applied due to an earthquake, there is a risk that the integrity of the structure will be impaired.

■又別の問題点としてウォーターロッド13の下部にお
ける大きな擾乱作用の問題がある。すなわちウォーター
ロッド13の外径が燃料棒2の約2倍もあることから、
燃料集合体の下部から流入した冷却材の流れはウォータ
ーロッド13の下部で大きな擾乱作用を受けることにな
る。かかる擾乱により燃料集合体内の冷却材の流れが乱
れるとともに、大きな圧力損失を発生させることになる
(2) Another problem is that there is a large disturbance effect at the lower part of the water rod 13. In other words, since the outer diameter of the water rod 13 is approximately twice that of the fuel rod 2,
The flow of coolant flowing from the lower part of the fuel assembly is subjected to a large disturbance effect at the lower part of the water rod 13. Such disturbance disturbs the flow of coolant within the fuel assembly and causes a large pressure loss.

(発明が解決しようとする問題点) このように従来の燃料集合体にあっては、大径のウォー
ターロッドを使用した場合に、例えば地震発生により構
造健全性が損われたり、あるいはウォーターロッドの下
部における擾乱の問題があり、本発明はこのような点に
基づいてなされたものでその目的とするところは、地震
発生時における構造健全性の維持及びウォーターロッド
の下部における擾乱作用の低減を図ることが可能な燃料
集合体を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in conventional fuel assemblies, when large diameter water rods are used, for example, the structural integrity may be damaged due to an earthquake, or the water rods may be damaged. There is a problem of disturbance at the lower part of the water rod, and the present invention was made based on this point, and its purpose is to maintain structural integrity and reduce disturbance action at the lower part of the water rod in the event of an earthquake. The objective is to provide a fuel assembly that can

[発明の構成] (問題点を解決するための手段) すなわち本発明による燃料集合体は、筒状の燃料チャン
ネルボックスと、この燃料チャンネルボックス内に格子
状に配置され上端及び下端を上部タイプレート及び下部
タイプレートにより支持された複数の燃料棒と、上記燃
料チャンネルボックス内に軸方向に複数配置され上記複
数の燃料棒の振動を防止するスペーサと、上記燃料チャ
ンネルボックス内に配置され上記スペーサの内最下端に
位置するスペーサから下方部分は上記燃料棒と同一の径
であり該スペーサから上方は大径に形成されているウォ
ーターロッドとを具備したことを特徴とするものである
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, the fuel assembly according to the present invention includes a cylindrical fuel channel box, which is arranged in a grid pattern within the fuel channel box, and whose upper and lower ends are connected to an upper tie plate. and a plurality of fuel rods supported by a lower tie plate, a plurality of spacers arranged in the axial direction in the fuel channel box to prevent vibration of the plurality of fuel rods, and a plurality of spacers arranged in the fuel channel box to prevent vibration of the plurality of fuel rods. The water rod is characterized in that the portion below the spacer located at the innermost end has the same diameter as the fuel rod, and the portion above the spacer has a larger diameter.

(作用) つまり最下端位置のスペーサから下方については燃料棒
と同一の径とするとともに、それより上方については大
径とするものであり、それによって大径ウォーターロッ
ドの利点を維持しつつ、地震発生時にける構造健全性の
維持、及び下部における冷却材の擾乱作用を低減させる
ものである。
(Function) In other words, the area below the spacer at the lowest position has the same diameter as the fuel rod, and the area above it has a larger diameter, thereby maintaining the advantages of a large-diameter water rod while also preventing earthquakes. This is to maintain structural integrity at the time of occurrence and to reduce the disturbance effect of the coolant in the lower part.

(実施例) 以下第1図及び第2図を参照して本発明の第1の実施例
を説明する。尚従来と同一部分には同一符号を付して示
しその説明は省略する。図中符号113は燃料集合体の
中央部に配置されたウォーターロッドである。このウォ
ーターロッド113は第2図に示すような構成となって
いる。ウォーターロッド113は中空管121の上部開
口及び下部開口を上部端栓122及び下部端栓123に
より閉塞した構成となっており、上記中空管121は最
下端に位置するスペーサ5位置までは燃料棒2と同一の
外径であって、そこから上方は燃料棒2の約2倍(34
mm)の外径となっている。
(Example) A first example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. It should be noted that the same parts as in the prior art are denoted by the same reference numerals and the explanation thereof will be omitted. Reference numeral 113 in the figure is a water rod arranged at the center of the fuel assembly. This water rod 113 has a configuration as shown in FIG. The water rod 113 has a configuration in which the upper and lower openings of a hollow tube 121 are closed by an upper end plug 122 and a lower end plug 123, and the hollow tube 121 has no fuel up to the spacer 5 position located at the lowest end. It has the same outer diameter as rod 2, and the diameter above it is about twice that of fuel rod 2 (34
The outer diameter is mm).

またこのような径の拡大は図にも示すように滑らかな曲
線状になされている。又中空管121の下端側部には冷
却材流入口124が形成されており、又中空管121の
上端側部には冷却材流出口125が形成されている。
Further, the diameter is expanded in a smooth curved shape as shown in the figure. A coolant inlet 124 is formed at the lower end of the hollow tube 121, and a coolant outlet 125 is formed at the upper end of the hollow tube 121.

以上の構成を基にその作用・効果を説明する。The operation and effect will be explained based on the above configuration.

■まず最下端のスペーサ5位置から下方の中空管121
を燃料棒2の外径と略同−としたことにより、例えば地
震発生により水平方向の荷重が作用した場合にも、中空
管121が適度にたわみ該水平方向荷■を効果的に吸収
することができる。したがって最下端スペーサ5及び下
部端栓123に過大な負荷が作用するようなこともなく
、構造健全性の維持を図ることができる。
■Start with the hollow tube 121 below from the lowest spacer 5 position.
By making the diameter approximately the same as the outer diameter of the fuel rod 2, even when a horizontal load is applied due to an earthquake, for example, the hollow tube 121 is appropriately deflected and effectively absorbs the horizontal load. be able to. Therefore, an excessive load is not applied to the lowermost end spacer 5 and the lower end plug 123, and structural integrity can be maintained.

■また最下端のスペーサ5から下方の中空管121を燃
料棒2の外径と略同−としたことにより、従来懸念され
ていたウォーターロッド下部における冷却材の擾乱作用
が効果的に抑制される。それによって圧力損失を大幅に
低減させることができる。
■Also, by making the hollow tube 121 below the spacer 5 at the lowest end approximately the same diameter as the outer diameter of the fuel rod 2, the disturbance of the coolant at the bottom of the water rod, which was a concern in the past, can be effectively suppressed. Ru. Thereby, pressure loss can be significantly reduced.

■また上述したように中空管121の拡径は滑らかな曲
線状になされているので、下方からの冷却材の流通に支
障を来たすこともなく、圧力損失の増大もない。
(2) Furthermore, as mentioned above, since the diameter of the hollow tube 121 is expanded in a smooth curved shape, there is no problem with the flow of the coolant from below, and there is no increase in pressure loss.

■さらに大径ウォーターロッドの利点、すなわち中央部
におい中性子減速効果を高めることにより出力分布の均
一化を図る作用が上部の大径部によりなされることはも
とよりである。
(2) Furthermore, it goes without saying that the advantage of a large-diameter water rod is that the upper large-diameter portion has the effect of increasing the neutron moderating effect in the central portion and thereby making the output distribution more uniform.

次に第3図及び第4図を参照して第2の実施例を説明す
る。この第2の実施例は冷却材流出口125を上部端栓
123に形成したものであり、その他の構成は前記第1
の実施例と同様である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. In this second embodiment, a coolant outlet 125 is formed in the upper end plug 123, and the other configuration is the same as that in the first embodiment.
This is similar to the embodiment.

したかって地震発生時の構造健全性の推持、及びウォー
ターロッド113の下部における擾乱作用の低減等前記
第1の実施例と同様の効果を奏することかできるととも
に、冷却材流出口125が上部端栓122に冷却材流通
方向(鉛直方向)に沿って形成されているので、冷却材
のより円滑な流通を提供することができる。
Therefore, it is possible to achieve the same effects as in the first embodiment, such as maintaining the structural integrity in the event of an earthquake and reducing the disturbance effect at the lower part of the water rod 113, and the coolant outlet 125 is located at the upper end. Since the plug 122 is formed along the coolant flow direction (vertical direction), smoother flow of the coolant can be provided.

[発明の効果コ 以上詳述したように本発明による燃料集合体によると、
地震発生時における構造健全性の維持を図ることかでき
るとともに、ウォーターロッドの下部における擾乱作用
の低減を図ることができる等その効果は大である。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the fuel assembly according to the present invention,
This has great effects, such as being able to maintain structural integrity in the event of an earthquake and reducing disturbance effects at the bottom of the water rod.

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

第1図及び第2図は本発明の第1の実弛例を示す図で、
第1図は燃料集合体の断面図、第2図はウォーターロッ
ドを一部切欠いて示す正面図、第3図及び第4図は第2
の実施例を示す図で第3図はウォーターロッドを一部切
欠いて示す正面図、第4図は第3図のIV−IV断面図
、第5図及び第6図は従来例の説明に使用した図で、第
5図は燃料集合体の断面図、第6図はウォーターロッド
の断面図である。 1・・・燃料チャンネルボックス、2・・・燃料棒、3
・・・上部端栓、4・・・下部端栓、5・・・スペーサ
、113・・・ウォーターロッド。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第2図
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a first example of actual relaxation of the present invention,
Fig. 1 is a sectional view of the fuel assembly, Fig. 2 is a front view with a part of the water rod cut away, and Figs.
Figure 3 is a front view showing the water rod with a part cut away, Figure 4 is a sectional view taken along line IV-IV in Figure 3, and Figures 5 and 6 are used to explain the conventional example. 5 is a sectional view of the fuel assembly, and FIG. 6 is a sectional view of the water rod. 1...Fuel channel box, 2...Fuel rod, 3
... Upper end plug, 4... Lower end plug, 5... Spacer, 113... Water rod. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 2

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)筒状の燃料チャンネルボックスと、この燃料チャ
ンネルボックス内に格子状に配置され上端及び下端を上
部タイプレート及び下部タイプレートにより支持された
複数の燃料棒と、上記燃料チャンネルボックス内に軸方
向に複数配置され上記複数の燃料棒の振動を防止するス
ペーサと、上記燃料チャンネルボックス内に配置され上
記スペーサの内最下端に位置するスペーサから下方部分
は上記燃料棒と同一の径であり該スペーサから上方は大
径に形成されているウォーターロッドとを具備したこと
を特徴とする燃料集合体。
(1) A cylindrical fuel channel box, a plurality of fuel rods arranged in a lattice pattern inside the fuel channel box and having their upper and lower ends supported by an upper tie plate and a lower tie plate, and a shaft inside the fuel channel box. a plurality of spacers arranged in a plurality of directions to prevent vibration of the plurality of fuel rods, and a lower part of the spacer arranged in the fuel channel box and located at the lowest end of the spacers has the same diameter as the fuel rods, and A fuel assembly characterized by comprising a water rod having a large diameter upward from the spacer.
(2)上記ウォーターロッドは上記最下端位置のスペー
サ部分で曲線的な拡大率で上方に向って拡径されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃料集合
体。
(2) The fuel assembly according to claim 1, wherein the water rod is expanded in diameter upward at a curved expansion rate at the spacer portion at the lowermost end position.
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