JP2002006073A - Fuel assembly - Google Patents

Fuel assembly

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JP2002006073A
JP2002006073A JP2000183018A JP2000183018A JP2002006073A JP 2002006073 A JP2002006073 A JP 2002006073A JP 2000183018 A JP2000183018 A JP 2000183018A JP 2000183018 A JP2000183018 A JP 2000183018A JP 2002006073 A JP2002006073 A JP 2002006073A
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Japan
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flow
spacer
rods
support band
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Application number
JP2000183018A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Yamamoto
泰 山本
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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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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a thermal margin and heat removal performance to a fuel rod. SOLUTION: A plurality of flow tabs 19 projecting from the upper end part of a support band 18 for composing a nearly square frame body are formed in parallel with the support band 18. A cutout 20 is provided at the central tip part of each of the flow tabs 19 for dividing into two, and the tip part of the flow tabs 19 being divided into two is bent toward the fuel rod 3 for projecting a bent part 21. A liquid drip during a bi-phase flow is distributed to the surface of the fuel rod 3 by the tip part of the projected flow tabs 19, thus improving the thermal margin effect and heat removal effect.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は沸騰水型原子炉の燃
料集合体に組み込んで燃料棒を適切な間隔に保持する燃
料スペーサを組み込んだ燃料集合体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel assembly incorporating a fuel spacer incorporated in a fuel assembly of a boiling water reactor to maintain fuel rods at appropriate intervals.

【0002】[0002]

【従来の技術】軽水型原子炉においては、原子力発電プ
ラントの運転コスト低減、長期サイクル運転、これらを
実現するための燃料の経済的燃焼等のため、径方向に非
均質な形状の燃料集合体が導入されている。
2. Description of the Related Art In a light water reactor, a fuel assembly having a non-homogeneous shape in the radial direction is required to reduce the operating cost of a nuclear power plant, to operate the fuel cell for a long period of time, and to economically burn the fuel for realizing these. Has been introduced.

【0003】図11は、このような燃料集合体の一例とし
て、沸騰水型原子炉で使用されている燃料集合体の構成
を示したものである。すなわち、符号1で示す燃料集合
体は略四角形の断面を有する環状流路であるチャンネル
ボックス2内の中心部に、4本の燃料棒3に相当する太
径ウォータロッド4が2本配置されて、その周囲に74本
の燃料棒3が全体として正方格子状に配置されている。
FIG. 11 shows the structure of a fuel assembly used in a boiling water reactor as an example of such a fuel assembly. That is, in the fuel assembly denoted by reference numeral 1, two large-diameter water rods 4 corresponding to four fuel rods 3 are arranged in the center of a channel box 2 which is an annular flow path having a substantially rectangular cross section. 74 fuel rods 3 are arranged in a square lattice shape as a whole.

【0004】ウォータロッド4の上下端部には冷却水流
入孔5aと冷却水噴出孔5bとが形成されている。正方
格子状に配列した燃料棒3、ウォータロッド4及び短尺
燃料棒6の水平方向間隔を一定に保持するため、軸方向
に燃料スペーサ7が複数個配置されている。
[0004] At the upper and lower ends of the water rod 4, a cooling water inflow hole 5a and a cooling water ejection hole 5b are formed. A plurality of fuel spacers 7 are arranged in the axial direction in order to keep the horizontal spacing between the fuel rods 3, water rods 4, and short fuel rods 6 arranged in a square lattice.

【0005】複数の燃料棒3及びウォータロッド4の上
端部は上部タイプレート8で支持され、複数の燃料棒
3,ウォータロッド4及び短尺燃料棒6の下端部は下部
タイプレート9で支持されている。
The upper ends of the plurality of fuel rods 3 and water rods 4 are supported by an upper tie plate 8, and the lower ends of the plurality of fuel rods 3, water rod 4 and short fuel rods 6 are supported by a lower tie plate 9. I have.

【0006】さらに、燃料スペーサ7によって束ねられ
た燃料棒3、ウォータロッド4および短尺燃料棒6の束
つまり、燃料チャンネルをチャンネルボックス2によっ
て取り囲んでいる。チャンネルボックス2は上部タイプ
レート8に取り付けられ、下部タイプレート9の外側面
までを覆っている。なお、図中符号10は上部タイプレー
ト8の下面に接する燃料棒3の上端栓に挿入した外部ス
プリングである。
Further, a bundle of the fuel rods 3, the water rods 4 and the short fuel rods 6 bundled by the fuel spacer 7, that is, the fuel channel is surrounded by the channel box 2. The channel box 2 is attached to the upper tie plate 8 and covers the outer surface of the lower tie plate 9. Reference numeral 10 in the figure denotes an external spring inserted into the upper end plug of the fuel rod 3 which is in contact with the lower surface of the upper tie plate 8.

【0007】図12は図11に示した燃料スペーサ7を拡大
して側面を示したもので、多数本の燃料棒3が燃料スペ
ーサ7内に挿入された状態を示している。燃料スペーサ
7は、多数本の燃料棒3を外周側から支持する四角枠状
の支持バンド11と、この支持バンド11内に連設され燃料
棒3および短尺燃料棒6を通過させる燃料棒挿入通路を
それぞれ独立に形成する燃料保持部として例えば図15で
示す環状フェルール14を有している。
FIG. 12 is an enlarged side view of the fuel spacer 7 shown in FIG. 11, showing a state in which many fuel rods 3 are inserted into the fuel spacer 7. The fuel spacer 7 has a rectangular frame-shaped support band 11 that supports a large number of fuel rods 3 from the outer peripheral side, and a fuel rod insertion passage that is provided in the support band 11 and passes the fuel rods 3 and the short fuel rods 6. For example, an annular ferrule 14 shown in FIG.

【0008】環状フェルール14は燃料棒3および短尺燃
料棒6と同数が格子状に配列して束ねられ、その環状フ
ェルール14の束の外周が前記支持バンド11で取り囲ま
れ、これによって燃料スペーサ7が構成されている。
The same number of the annular ferrules 14 as the fuel rods 3 and the short fuel rods 6 are bound and arranged in a lattice pattern, and the outer periphery of the bundle of annular ferrules 14 is surrounded by the support band 11, whereby the fuel spacer 7 is formed. It is configured.

【0009】また、燃料棒3の束がチャンネルボックス
2の特定方向に著しく片寄ることがないように、支持バ
ンド11の外側面にバスタブと呼ばれる突出部11aが形成
され、さらに支持バンド11の冷却材流れの下流側となる
上端縁部から、フロータブ12が突設されている。
A projection 11a called a bathtub is formed on the outer surface of the support band 11 so that the bundle of the fuel rods 3 does not significantly shift in a specific direction of the channel box 2. A flow tab 12 protrudes from an upper end edge on the downstream side of the flow.

【0010】チャンネルボックス2内を流れる冷却材
は、下部からチャンネルボックス2内を上昇するととも
に燃料棒3により加熱され、沸騰して液相と気相とから
なる気液二相流となって上方に通過する。その際、気相
は主として、燃料棒3間の比較的広い流路中を流れ、液
相は一部が気相に随伴して流れ、その一部は燃料棒3の
表面やチャンネルボックス2内面を液膜流として流れ
る。
The coolant flowing in the channel box 2 rises in the channel box 2 from below and is heated by the fuel rods 3 to boil to form a gas-liquid two-phase flow consisting of a liquid phase and a gaseous phase. Pass through. At this time, the gas phase mainly flows in a relatively wide flow passage between the fuel rods 3, and the liquid phase partially flows along with the gas phase, and a part thereof flows on the surface of the fuel rod 3 and the inner surface of the channel box 2. Flows as a liquid film flow.

【0011】燃料棒3の表面に沿って流れる液相が減少
すると、燃料棒3の表面熱伝達率が低下し(沸騰遷移開
始と言う)、過熱(バーンアウトと言う)が起こる恐れ
がある。燃料集合体1の熱的限界は図13に示すように沸
騰曲線Lで核沸騰領域H1から遷移沸騰領域H2に移行す
る状態であり、その時の表面熱流束を限界熱流束QC HF
と定義する。
When the liquid phase flowing along the surface of the fuel rod 3 decreases, the surface heat transfer coefficient of the fuel rod 3 decreases (referred to as the start of boiling transition), and overheating (referred to as burnout) may occur. The thermal limit of the fuel assembly 1 is a state in which the boiling curve L shifts from the nucleate boiling region H1 to the transition boiling region H2 as shown in FIG. 13, and the surface heat flux at that time is reduced to the critical heat flux Q C HF.
Is defined.

【0012】通常運転中の沸騰モードは核沸騰領域H1
であり、この領域は安定した状態であり、燃料棒表面
(被覆管表面)温度は冷却材の飽和温度より数度高い程
度の温度で一定に保たれる。
The boiling mode during normal operation is the nucleate boiling region H1.
This region is in a stable state, and the temperature of the fuel rod surface (cladding tube surface) is kept constant at a temperature several degrees higher than the saturation temperature of the coolant.

【0013】一方、バーンアウト点Aを超えると、燃料
棒表面(被覆管表面)温度と冷却材飽和温度との差(過
熱度)が次第に大きくなり、熱伝達が不安定な沸騰状態
になる。このバーンアウト点Aは実際に被覆管の熱的破
損に結び付く限界点ではないが、燃料棒としては通常運
転および単一故障の過渡変化中においても許容されない
沸騰領域である。
On the other hand, when the temperature exceeds the burnout point A, the difference (superheat) between the fuel rod surface (cladding tube surface) temperature and the coolant saturation temperature gradually increases, resulting in a boiling state in which heat transfer is unstable. Although this burnout point A is not a critical point that actually leads to thermal damage to the cladding tube, it is a boiling region that is unacceptable for the fuel rod even during normal operation and single failure transients.

【0014】このバーンアウト点Aは圧力、冷却材流
量、燃料集合体形状、軸方向の出力分布、核燃料棒の出
力分布等のパラメータに依存することが実験的に知られ
ている。また、バーンアウトが発生する軸方向位置は、
ボイド率の高い領域に配設した燃料スペーサの下端から
上流側に数cm以内の範囲にあることが知られている。
It is experimentally known that the burnout point A depends on parameters such as pressure, coolant flow rate, fuel assembly shape, axial power distribution, and nuclear fuel rod power distribution. The axial position where burnout occurs is
It is known that the fuel spacer is located within several centimeters upstream from the lower end of the fuel spacer disposed in the region having a high void ratio.

【0015】この原因としては、図11に示すように燃料
棒3間の管群流路を上昇してきた冷却材が、燃料スペー
サ7の流動抵抗にあって燃料棒3側に乱れを生じ、この
乱れにより燃料棒3表面に付着形成されていた液膜流の
一部が剥離し、燃料棒3表面が乾いた(ドライアウト)
状態になり、乾いた部位の熱伝達率が低下するとする説
がある。
As a cause of this, as shown in FIG. 11, the coolant which has risen in the pipe group flow path between the fuel rods 3 causes the flow resistance of the fuel spacer 7 to be disturbed on the fuel rod 3 side. A part of the liquid film flow adhered to the surface of the fuel rod 3 was separated due to the turbulence, and the surface of the fuel rod 3 was dried (dry out).
There is a theory that the heat transfer rate of a dry part decreases when the state becomes a state.

【0016】また、燃料スペーサ7により蒸気中の液滴
が燃料棒に付着する効果によって、燃料スペーサ7の下
流では液膜流量は増加するが、下流にゆくほど蒸発と液
滴発生により液膜流量は減少するので、最も液膜が薄く
なるのは燃料スペーサ7の直上流であり、ある出力を超
えると燃料棒3表面の液膜が乾いた(ドライアウト)状
態になり、乾いた部位の熱伝達率が低下するとする説が
ある。
Further, the liquid film flow rate increases downstream of the fuel spacer 7 due to the effect that the droplets in the vapor adhere to the fuel rods by the fuel spacer 7, but the further downstream, the evaporation and the generation of the droplets cause the liquid film flow rate to increase. The liquid film becomes the thinnest immediately upstream of the fuel spacer 7. When the output exceeds a certain output, the liquid film on the surface of the fuel rod 3 becomes dry (dry-out), and the heat of the dry portion is reduced. There is a theory that the transmission rate decreases.

【0017】炉心の熱的余裕に関する指標としては現在
用いられているものには、次式に示すような最小限界出
力比(MCPR:Minimum Critical Power Ratio)
がある。 MCPR=QCP/QBUNDLE …(1) ここで、QBUNDLE:燃料集合体運転出力,QCP:熱的限
界出力である。
The index currently used as an index relating to the thermal margin of the core includes a minimum critical power ratio (MCPR) as shown in the following equation.
There is. MCPR = Q CP / Q BUNDLE (1) where, Q BUNDLE is a fuel assembly operation output, and Q CP is a thermal limit output.

【0018】最小限界出力は炉心の燃焼とともに、図14
に示すような軌跡をとる。長期サイクル運転に伴って燃
料棒内の核分離核種濃度を高める必要があるため、図14
に示すように、燃料取替え後に炉心の熱的余裕度が低下
する傾向がある。
The minimum power limit is determined by the core combustion, as shown in FIG.
The trajectory is as shown in the figure. Because of the need to increase the concentration of nuclear separated nuclides in the fuel rods due to long-term cycle operation,
As shown in (1), the thermal margin of the core tends to decrease after refueling.

【0019】したがって、原子力発電プラントの運転コ
ストを低減するためには、熱的限界出力の高い燃料集合
体設計が求められており、ハード設計(燃料スペーサ、
燃料棒など)やソフト設計(燃料濃縮度分布、燃焼管理
など)の目的の1つになっている。
Therefore, in order to reduce the operating cost of a nuclear power plant, a fuel assembly design having a high thermal limit output is required, and a hardware design (fuel spacer,
This is one of the objectives of fuel rods and software design (fuel enrichment distribution, combustion management, etc.).

【0020】熱的限界出力の高い燃料集合体設計のため
に、従来、次の観点から限界出力の増加方法が提案され
ている。 (a)冷却材混合による燃料棒表面への液相の供給 (b)燃料棒単位表面あたりの熱流束の低減
In order to design a fuel assembly having a high thermal limit power, a method of increasing the limit power has been conventionally proposed from the following viewpoints. (A) Supply of liquid phase to fuel rod surface by mixing coolant (b) Reduction of heat flux per unit fuel rod surface

【0021】このような知見から、(a)に対応する燃
料集合体1の設計では、燃料棒3の冷却に使われる冷却
材割合を増加して冷却効率を増加させるため、燃料棒の
冷却に寄与していないチャンネルボックス表面を流れる
液相を、燃料棒に振り向けるための手段が提案されてい
る。
Based on these findings, in the design of the fuel assembly 1 corresponding to (a), the cooling efficiency of the fuel rods 3 is increased by increasing the proportion of the coolant used for cooling the fuel rods 3. Means have been proposed for directing the liquid phase flowing over the non-contributing channel box surface to the fuel rods.

【0022】その1つには、チャンネルボックスに溝を
設け段差をつけることにより液膜を剥離させるフロート
リッパ(例えば特開平2−44289号公報)があり、チャ
ンネルボックス表面を流れる液相に横方向の速度を与え
ることにより、燃料棒の冷却に使われる冷却材割合を増
加させる効果がある。但し、チャンネルボックスの段差
は、燃料集合体の圧力損失を増加させ、また、チャンネ
ルボックス近傍の二相流流速を減少させてしまうので、
段差による液滴発生量は少なく、限界出力向上効果は小
さい。
One of them is a flow tripper (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-44289) that separates a liquid film by providing a groove in a channel box and making a step, and a liquid phase flowing in the channel box surface is applied in a horizontal direction. The effect of increasing the speed is to increase the proportion of coolant used for cooling the fuel rods. However, the step in the channel box increases the pressure loss of the fuel assembly and decreases the two-phase flow velocity near the channel box.
The amount of droplet generation due to the step is small, and the effect of improving the limit output is small.

【0023】燃料集合体の冷却材の混合効果(ミキシン
グ効果)には次の2点がある。 (1)平均的な流れによる横方向輸送(冷却材への強制的
横方向流れ) (2)乱流メカニズムによる横方向輸送
The mixing effect of the coolant of the fuel assembly (mixing effect) has the following two points. (1) Lateral transport by average flow (forced lateral flow to coolant) (2) Lateral transport by turbulence mechanism

【0024】上述のフロートリッパは(1)に対応する方
法であるが、(2)の作用について積極的な効果を狙った
ものではない。また、(b)に対応する燃料集合体設計
では、燃料棒の直径を細くして燃料棒の表面積を増加
し、単位表面積あたりの熱流束を低減することが提案さ
れ、8×8格子から9×9格子への燃料棒本数を増加す
る設計が提案されている。
Although the above-mentioned flow tripper is a method corresponding to (1), it does not aim for a positive effect on the operation of (2). Further, in the fuel assembly design corresponding to (b), it is proposed to reduce the diameter of the fuel rod to increase the surface area of the fuel rod and reduce the heat flux per unit surface area. A design to increase the number of fuel rods on a × 9 grid has been proposed.

【0025】一方、燃料集合体の熱的限界出力に影響す
る燃料集合体の構成要素には、前記燃料スペーサ7があ
る。燃料スペーサ7は燃料集合体1の高さ方向に複数設
置されており、燃料棒3,ウォータロッド4相互間のギ
ャップおよびチャンネルボックス2と燃料棒3,ウォー
タロッド4間のギャップを保持し、燃料集合体1の形状
を維持している。
On the other hand, a component of the fuel assembly that affects the thermal limit output of the fuel assembly includes the fuel spacer 7. A plurality of fuel spacers 7 are provided in the height direction of the fuel assembly 1 to maintain a gap between the fuel rods 3 and the water rods 4 and a gap between the channel box 2 and the fuel rods 3 and the water rods 4. The shape of the aggregate 1 is maintained.

【0026】一般的に燃料スペーサ設計で考慮されてい
る点には下記の(1)から(10)のものがある。 (1)燃料集合体の耐震性 (2)燃料棒間隔の保持 (3)燃料棒振動の抑制 (4)燃料棒膨張のゆとり (5)燃料集合体の組立の容易さ (6)燃料棒との接触面積の最小化 (7)熱的限界出力の最大化 (8)燃料集合体の圧力損失の最小化 (9)寄生的中性子吸収の最小化 (10)部品点数の最小化
The following points (1) to (10) are generally considered in designing a fuel spacer. (1) Seismic resistance of fuel assembly (2) Maintaining fuel rod spacing (3) Suppressing fuel rod vibration (4) Relaxing fuel rod expansion (5) Ease of fuel assembly assembly (6) Fuel rod and (7) Maximization of thermal limit power (8) Minimization of fuel assembly pressure drop (9) Minimization of parasitic neutron absorption (10) Minimization of number of parts

【0027】燃料スペーサ7の及ぼすドライアウトへの
影響として、主に考えられている点に、冷却材の混合に
よる燃料棒表面液膜への液滴供給の効果(ミキシング効
果)がある。
The effect of the fuel spacer 7 on the dryout is mainly considered as an effect (mixing effect) of supplying liquid droplets to the fuel rod surface liquid film by mixing the coolant.

【0028】この知見から燃料スペーサ7の設計要素と
しては、燃料スペーサ肉厚増加、あるいは図12に示した
ように、燃料スペーサ7の上部に内向きに設けられた突
起(フロータブ12)を多数設けることなどがある。
From this knowledge, as a design element of the fuel spacer 7, the thickness of the fuel spacer is increased, or as shown in FIG. 12, a number of inwardly provided projections (flow tabs 12) are provided above the fuel spacer 7. There are things.

【0029】この燃料スペーサ7の上部のフロータブ12
は本来、チャンネルボックス2に燃料棒3を挿入する際
の導入部として設けられたものであるが、燃料スペーサ
7のミキシング効果を促進して、二相流中の液滴を効果
的に燃料棒表面に振り向け、熱的限界出力の増加に寄与
することが知られている。
The flow tab 12 above the fuel spacer 7
Is originally provided as an introduction portion when the fuel rod 3 is inserted into the channel box 2. However, the mixing effect of the fuel spacer 7 is promoted, and the droplets in the two-phase flow are effectively reduced. It is known that it is directed to the surface and contributes to an increase in the thermal limit power.

【0030】すなわち、フロータブ12は燃料スペーサ7
の冷却材流れの下流側端縁部に設けられており、燃料ス
ペーサ7の上流側(下部)より流れてくる冷却材を燃料
側に向け、これにより最外周に位置する燃料棒3の熱的
余裕を向上させる役割をも持っている。
That is, the flow tab 12 is connected to the fuel spacer 7.
The coolant flowing from the upstream side (lower part) of the fuel spacer 7 is directed to the fuel side, and thereby the heat of the fuel rods 3 located at the outermost periphery is provided. It also has a role to improve the margin.

【0031】[0031]

【発明が解決しようとする課題】従来のフェルール型燃
料スペーサ7では、図15に示すようにフロータブ12の上
端部が燃料流路部の内側に折り曲げられており、チャン
ネルボックス2側で最外周の燃料棒3と支持バンド11と
の間隙部に流れる冷却材を図16中矢印で示すように燃料
棒3側へ偏流させており、燃料棒3,3間隙部の冷却材
を燃料棒3側へより多く、効果的に偏流させることによ
って燃料の熱的余裕が向上する。
In the conventional ferrule type fuel spacer 7, the upper end of the flow tab 12 is bent inside the fuel flow path as shown in FIG. The coolant flowing in the gap between the fuel rod 3 and the support band 11 is deflected to the fuel rod 3 side as shown by the arrow in FIG. 16, and the coolant in the gap between the fuel rods 3 and 3 is directed to the fuel rod 3 side. More and more effective drift improves the thermal margin of the fuel.

【0032】しかしながら、さらに熱的余裕を確保する
ために、前述の(b)燃料棒単位表面あたりの熱流束の
低減を考えた場合、図15に示すフェルール型のスペーサ
では、燃料棒3の本数の増加とともに部品点数が増加
し、前述の燃料スペーサ設計で考慮されている10点のう
ちの(10)項の部品点数の最小化に逆行する。
However, in order to further secure a thermal margin, in consideration of the aforementioned (b) reduction of the heat flux per unit surface of the fuel rod, in the ferrule type spacer shown in FIG. As the number of parts increases, the number of parts increases, which goes against the minimization of the number of parts in item (10) of the ten points considered in the fuel spacer design.

【0033】部品点数を最小化するためには、フェルー
ル型よりも、短冊状平板を格子状に組み合わせた格子型
スペーサの方が有利である。しかしながら、格子型スペ
ーサの場合、従来と同じように支持バンド11にフロータ
ブ12を設けると、後述する図3(b)に破線で示すよう
に二相流の流れの遅い領域16が格子板13の下流に位置す
る。
In order to minimize the number of parts, a grid-type spacer in which strip-shaped flat plates are combined in a grid-like shape is more advantageous than a ferrule type. However, in the case of the grid type spacer, if the flow tab 12 is provided on the support band 11 as in the conventional case, the region 16 where the two-phase flow is slow as shown by a broken line in FIG. Located downstream.

【0034】そのため、フロータブ12が二相流へ与える
影響は小さく、また、二相流中の液滴を燃料棒3の表面
に振り向ける効果も小さくなり、したがって、フロータ
ブ12による熱的余裕向上効果が小さくなる課題がある。
なお、図3(a)はフロータブを設けていない場合の格
子型燃料スペーサにおける二相流の流れの速い領域15を
示している。
Therefore, the influence of the flow tub 12 on the two-phase flow is small, and the effect of directing the droplets in the two-phase flow to the surface of the fuel rod 3 is also small. There is a problem that becomes smaller.
FIG. 3 (a) shows a region 15 where the two-phase flow is fast in the grid fuel spacer where no flow tab is provided.

【0035】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、気液二相流中の液滴を燃料棒へ振り向けて
除熱効果を高め、除熱性能を向上させることにより、原
子力発電プラントの安全性余裕を向上させ、また長期サ
イクル運転に好適な燃料集合体を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and the droplets in the gas-liquid two-phase flow are directed to the fuel rod to enhance the heat removal effect, thereby improving the heat removal performance. An object of the present invention is to improve the safety margin of a power plant and to provide a fuel assembly suitable for long-term cycle operation.

【0036】[0036]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
複数の燃料棒及びウォータロッドを配列して上端部を上
部タイプレートで支持し、下端部を下部タイプレートで
支持するとともに前記燃料棒及びウォータロッドを間隔
をおいて保持するために冷却材の流れ方向に複数個の燃
料スペーサが設けられた燃料集合体において、前記燃料
スペーサは燃料スペーサ構成部材とそれらを取り囲む支
持バンドとによって構成され、前記支持バンドにはその
上部下流側に前記冷却材の流れ方向に伸びた複数個のフ
ロータブが並列に設けられ、かつ前記フロータブの先端
部が切り込まれて分割され、この分割されたフロータブ
のそれぞれに前記燃料棒方向に折り曲げられた折り曲げ
部を設けてなることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is
A plurality of fuel rods and water rods are arranged and the upper end is supported by an upper tie plate, the lower end is supported by a lower tie plate, and a flow of coolant is provided to hold the fuel rods and the water rods at intervals. In a fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in a direction, the fuel spacers are constituted by fuel spacer constituent members and a support band surrounding them, and the support band has a flow of the coolant upstream and downstream thereof. A plurality of flow tabs extending in the direction are provided in parallel, and the front end of the flow tab is cut and divided, and each of the divided flow tabs is provided with a bent portion bent in the fuel rod direction. It is characterized by the following.

【0037】請求項1の発明によれば、支持バンドと一
体に設けたフロータブの中央先端部に切り込みを入れて
分割し、その分割したフロータブのそれぞれの先端部を
燃料棒方向に折り曲げることにより、格子板で囲まれる
流路に効果的にフロータブを張り出させることができ
る。
According to the first aspect of the present invention, the center end of the flow tab provided integrally with the support band is cut and divided, and each of the divided flow tabs is bent in the fuel rod direction. The flow tab can be effectively extended in the flow path surrounded by the lattice plate.

【0038】流路に張り出したフロータブは気液二相流
に及ぼす影響が大きく、二相流中の液滴を燃料棒表面へ
振り向ける効果が増大するので、熱的余裕向上効果も増
大させることができる。
The flow tab projecting into the flow path has a large effect on the gas-liquid two-phase flow, and the effect of directing the droplets in the two-phase flow to the fuel rod surface is increased, so that the thermal margin improving effect is also increased. Can be.

【0039】請求項2に係る発明は、複数の燃料棒及び
ウォータロッドを配列して上端部を上部タイプレートで
支持し、下端部を下部タイプレートで支持するとともに
前記燃料棒及びウォータロッドを間隔をおいて保持する
ために冷却材の流れ方向に複数個の燃料スペーサが設け
られた燃料集合体において、前記燃料スペーサは前記支
持バンド内に複数の平板を格子状に組み合わせた格子型
構造を備えており、前記平板と前記支持バンドの接合部
の前記バンド下流側方向に伸びかつ先端部が切り込まれ
て分割されたフロータブが形成され、前記分割されたフ
ロータブのそれぞれには最も近い位置にある前記燃料棒
の中心軸方向に折り曲げ部が設けられていることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, a plurality of fuel rods and water rods are arranged, the upper end is supported by an upper tie plate, the lower end is supported by a lower tie plate, and the fuel rods and the water rods are spaced from each other. In a fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in the flow direction of the coolant for holding the fuel cell, the fuel spacer has a lattice structure in which a plurality of flat plates are combined in a lattice in the support band. A divided flow tab is formed by extending in the downstream direction of the band of the joint portion between the flat plate and the support band and cutting the leading end thereof, and is located at a position closest to each of the divided flow tabs. A bent portion is provided in a central axis direction of the fuel rod.

【0040】請求項2の発明によれば、フロータブの先
端部を燃料棒に最も近い位置に折り曲げることにより、
フロータブによる燃料棒への液滴付着促進効果が増大
し、除熱効果をより向上させる。
According to the second aspect of the present invention, the tip of the flow tab is bent to a position closest to the fuel rod,
The effect of promoting adhesion of droplets to the fuel rods by the flow tab is increased, and the heat removal effect is further improved.

【0041】請求項3に係る発明は、複数の燃料棒及び
ウォータロッドを配列して上端部を上部タイプレートで
支持し、下端部を下部タイプレートで支持するとともに
前記燃料棒及びウォータロッドを間隔をおいて保持する
ために冷却材の流れ方向に複数個の燃料スペーサが設け
られた燃料集合体において、前記燃料スペーサは複数の
平板を格子状に組み合わせた格子型構造を備えており、
前記平板とバンドの接合部の前記バンド下流側方向に伸
びる、先端部が分割されたフロータブが形成され、前記
分割されたフロータブのそれぞれは前記燃料棒方向に折
り曲げ部を有し、この折り曲げ部に最も近い位置にある
前記燃料棒の中心軸方向に捻りを形成してなることを特
徴とする。
According to a third aspect of the present invention, a plurality of fuel rods and water rods are arranged, the upper end is supported by an upper tie plate, the lower end is supported by a lower tie plate, and the fuel rods and the water rods are spaced from each other. In a fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in the flow direction of the coolant for holding the fuel spacers, the fuel spacers have a lattice structure in which a plurality of flat plates are combined in a lattice shape,
Extending in the downstream direction of the band at the joining portion of the flat plate and the band, a flow tab having a divided distal end portion is formed, and each of the divided flow tabs has a bent portion in the fuel rod direction. It is characterized in that a twist is formed in the direction of the central axis of the fuel rod at the closest position.

【0042】請求項3の発明によれば、フロータブの先
端部に捻りを形成することにより燃料棒へ液滴を多く付
着させることができ、燃料棒表面の液膜流量を増大で
き、燃料棒表面が乾き難くなり、除熱性能がさらに増大
する。
According to the third aspect of the present invention, a large amount of liquid droplets can be attached to the fuel rod by forming a twist at the tip of the flow tub, the liquid film flow rate on the fuel rod surface can be increased, and the fuel rod surface can be increased. Becomes difficult to dry, and the heat removal performance further increases.

【0043】請求項4に係る発明は、前記燃料スペーサ
は縦横に配列された複数の前記支持バンドがほぼ直角方
向に交差する位置の下流側に、旋回羽根を設けてなるこ
とを特徴とする。請求項4の発明によれば、支持バンド
が交差する位置の下流側に旋回羽根を設けることにより
圧力損失係数を上昇させ、フロータブのある外周部流路
へより冷却材を振り向けることができる。これにより、
外周の燃料棒、内周の燃料棒ともに熱的余裕を向上させ
ることができ、燃料集合体の熱的余裕が向上する。
The invention according to claim 4 is characterized in that the fuel spacer is provided with swirling vanes downstream of a position where the plurality of support bands arranged vertically and horizontally intersect at a substantially right angle. According to the fourth aspect of the present invention, the pressure loss coefficient can be increased by providing the swirling blade downstream of the position where the support bands intersect, and the coolant can be directed to the outer peripheral flow path having the flow tab. This allows
The thermal margin of both the outer fuel rod and the inner fuel rod can be improved, and the thermal margin of the fuel assembly can be improved.

【0044】請求項5に係る発明は、前記燃料スペーサ
は前記支持バンドが交差する位置の下流側に、捻り板を
設けてなることを特徴とする。請求項5の発明によれ
ば、旋回羽根の代りに捻り板を設けることにより請求項
4の発明と同様の作用効果がある。
The invention according to claim 5 is characterized in that the fuel spacer is provided with a torsion plate on the downstream side of the position where the support bands intersect. According to the fifth aspect of the invention, the same operation and effect as the fourth aspect of the invention can be obtained by providing the torsion plate in place of the turning blade.

【0045】請求項6に係る発明は、複数の燃料棒及び
ウォータロッドを配列して上端部を上部タイプレートで
支持し、下端部を下部タイプレートで支持するとともに
前記燃料棒及びウォータロッドを間隔をおいて保持する
ために流れ方向に複数個の燃料スペーサが設けられた燃
料集合体において、前記燃料スペーサは燃料スペーサ構
成部材とそれらを取り囲む支持バンドとによって構成さ
れ、前記支持バンドに冷却材の下流側方向に突出したフ
ロータブが設けられ、このフロータブの先端部が前記燃
料棒方向に曲げられた折り曲げ部を有し、かつ前記支持
バンドの外側に前記フロータブの上流側を避けて流路を
閉塞する機構を設けてなることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of fuel rods and water rods are arranged, the upper end is supported by an upper tie plate, the lower end is supported by a lower tie plate, and the fuel rods and the water rods are spaced from each other. In a fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in the flow direction for holding the fuel spacers, the fuel spacers are constituted by fuel spacer constituent members and a support band surrounding them, and A flow tab protruding in the downstream direction is provided, and the tip of the flow tab has a bent portion bent in the fuel rod direction, and closes the flow path outside the support band, avoiding the upstream side of the flow tab. A mechanism for performing the operation.

【0046】請求項6の発明によれば、支持バンドに設
けたバスタブと呼ばれる突出部の数を増加し、フロータ
ブの上流に液膜を捕集する。これにより、液膜厚さ、液
膜流速が増加すると、液膜の乱れが増し、フロータブの
効果と相俟って液滴発生を促進し、燃料棒表面への液滴
付着を促進し、外周燃料棒の熱的余裕を向上させること
ができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the number of protrusions called bathtubs provided on the support band is increased, and the liquid film is collected upstream of the flow tub. As a result, when the liquid film thickness and the liquid film flow rate increase, the turbulence of the liquid film increases, and together with the effect of the flow tub, the generation of liquid droplets is promoted, the adhesion of the liquid droplets to the fuel rod surface is promoted, The thermal margin of the fuel rod can be improved.

【0047】請求項7に係る発明は、前記燃料棒の有効
発熱部上流から下流側に有効発熱長さに対して2/7か
ら6/7までの軸方向位置の範囲に設けられた複数個の
燃料スペーサのうち、前記請求項1ないし6に記載の燃
料スペーサから選択された少なくとも1個の燃料スペー
サを設けてなることを特徴とする。請求項7の発明によ
れば、請求項1から6に係る燃料スペーサを発熱部の2
/7〜6/7の位置に燃料集合体の除熱性能を向上させ
ることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a fuel rod comprising a plurality of fuel rods provided in an axial position from 2/7 to 6/7 of the effective heat generation length from the upstream to the effective heat generation portion of the fuel rod. Wherein at least one fuel spacer selected from the fuel spacers according to the first to sixth aspects is provided. According to the seventh aspect of the present invention, the fuel spacer according to the first to sixth aspects is replaced with the heat generating portion.
The heat removal performance of the fuel assembly can be improved at positions / 7 to 6/7.

【0048】請求項8に係る発明は、前記燃料棒の有効
発熱部上流から下流向きに有効発熱長さに対して2/7
から6/7までの軸方向位置の範囲に前記請求項1ない
し6に記載の燃料スペーサから選択された燃料スペーサ
間隔を他の発熱部の燃料スペーサ間隔よりも短くして設
けてなることを特徴とする。請求項8の発明によれば、
請求項1から6に係る燃料スペーサの数の間隔を狭める
ことにより、燃料集合体の除熱性能を向上させることが
できる。
The invention according to claim 8 is that the fuel rod has an effective heating length of 2/7 from the upstream to the downstream of the effective heating portion.
The fuel spacers selected from the fuel spacers according to any one of claims 1 to 6 are provided to be shorter than the fuel spacer intervals of the other heat generating portions in the range of the axial position from (6) to (6/7). And According to the invention of claim 8,
The heat removal performance of the fuel assembly can be improved by narrowing the interval of the number of the fuel spacers according to claims 1 to 6.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】図1(a),(b)から図4によ
り本発明に係る燃料集合体の第1の実施の形態を説明す
る。図1(a)は本実施の形態に係る燃料集合体の燃料
棒とウォータロッドを燃料スペーサ17で保持した状態を
示す横断面図で、図1(b)は図1(a)における燃料
スペーサの側面図である。図2は図1(a),(b)に
おける燃料スペーサ17の支持バンド18を示す要部拡大
図、図3(a)〜(c)は本実施の形態の燃料スペーサ
の冷却材の流れ領域を従来例と比較して示す上面図、図
4は本実施の形態と従来例の燃料スペーサにおける液滴
付着効果を比較して示す曲線図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) to FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state in which a fuel rod and a water rod of a fuel assembly according to the present embodiment are held by a fuel spacer 17, and FIG. FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing the support band 18 of the fuel spacer 17 in FIGS. 1A and 1B, and FIGS. 3A to 3C are flow areas of the coolant of the fuel spacer of the present embodiment. FIG. 4 is a top view showing a comparison with the conventional example, and FIG. 4 is a curve diagram showing a comparison of the droplet attachment effect between the present embodiment and the fuel spacer of the conventional example.

【0050】本実施の形態が従来例と異なる点は燃料ス
ペーサを改良したことにあるので、燃料集合体の構成に
ついては図11に示した燃料集合体とほぼ同様である。し
たがって、燃料集合体の構成の説明は省略し、本実施の
形態に係る燃料スペーサの構成とその作用効果について
説明する。なお、燃料棒3やウォータロッド4の本数,
配列,形状等は図11に限定されるものではない。
The present embodiment is different from the conventional example in that the fuel spacer is improved. Therefore, the structure of the fuel assembly is almost the same as that of the fuel assembly shown in FIG. Therefore, the description of the configuration of the fuel assembly is omitted, and the configuration of the fuel spacer according to the present embodiment and the operation and effect thereof will be described. The number of fuel rods 3 and water rods 4
The arrangement, shape, and the like are not limited to those in FIG.

【0051】図1から図3中、図11および図12と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。図1(a),(b)において、本実施の形態におけ
る燃料スペーサ17は角部に若干の曲面を有する正方形状
枠体からなる支持バンド18の下流側に、支持バンド18と
一体に複数のフロータブ19が並列に形成されている。そ
して、図2に拡大して示したように支持バンド18に形成
したフロータブ19の中央部には切り込み20が形成されて
フロータブ19は2分割され、この2分割したフロータブ
19の先端部を燃料棒3方向に折り曲げた折り曲げ部21が
形成されている。支持バンド18の外側にはバスタブと称
する突出部22が形成されている。
In FIGS. 1 to 3, the same parts as those in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping parts will be omitted. In FIGS. 1A and 1B, a plurality of fuel spacers 17 according to the present embodiment are provided integrally with the support band 18 on the downstream side of the support band 18 formed of a square frame having a slightly curved surface at a corner. Flow tabs 19 are formed in parallel. 2, a notch 20 is formed at the center of the flow tab 19 formed on the support band 18, and the flow tab 19 is divided into two parts.
A bent portion 21 is formed by bending the tip of the fuel rod 19 in the direction of the fuel rod 3. On the outside of the support band 18, a protrusion 22 called a bathtub is formed.

【0052】格子板13を支持バンド18内に格子状に組み
合わせた格子型燃料スペーサの場合、従来例の支持バン
ド11に取り付けたフロータブ12は図3(b)に示したよ
うに格子板13の直下流に位置するため、前述したように
フロータブ12による二相流へ及ぼす効果が小さく、二相
流中の液滴を燃料棒3の表面へ振り向ける効果も小さい
ため、熱的余裕向上効果が小さい。
In the case of a grid type fuel spacer in which the grid plate 13 is combined in a grid shape in the support band 18, the flow tab 12 attached to the conventional support band 11 has the shape of the grid plate 13 as shown in FIG. As described above, the effect of the flow tub 12 on the two-phase flow is small as described above, and the effect of directing the droplets in the two-phase flow to the surface of the fuel rod 3 is also small. small.

【0053】これに対して、本実施の形態のようにフロ
ータブ19の中央先端部に切り込み20を入れて2分割し、
2分割したフロータブ19に最も近くの燃料棒3側へ向け
て折り曲げることにより分割したフロータブ19を燃料棒
3と支持バンド18,格子板13で囲まれる流路に効果的に
張り出させることができる。
On the other hand, as in the present embodiment, a cut 20 is made at the center tip of the flow tab 19 to divide it into two.
By folding the flow tab 19 toward the fuel rod 3 closest to the divided flow tab 19, the divided flow tab 19 can be effectively extended to the flow path surrounded by the fuel rod 3, the support band 18, and the lattice plate 13. .

【0054】すなわち、格子型燃料スペーサでは図3
(a)に示したように支持バンド11,格子板13および燃
料棒3で囲まれる部分が流れの速い領域15となり、流速
はスペーサによる流路面積の縮小により加速される。図
3(b)は従来例で、フロータブ12が格子板13の下流に
位置し、流れの遅い領域16に位置しているため、フロー
タブ12が二相流に及ぼす効果が小さい。
That is, FIG.
As shown in (a), the portion surrounded by the support band 11, the grid plate 13 and the fuel rods 3 becomes a region 15 where the flow is fast, and the flow velocity is accelerated by the reduction of the flow path area by the spacer. FIG. 3B shows a conventional example, in which the flow tub 12 has a small effect on the two-phase flow since the flow tub 12 is located downstream of the grid plate 13 and is located in the region 16 where the flow is slow.

【0055】これに対して、本実施の形態では図3
(c)に示すように燃料棒3側の流路に支持バンド18か
ら張り出したフロータブ19は、二相流に及ぼす影響が大
きく、二相流中の液滴を燃料棒3の表面へ振り向ける効
果が増大するので、熱的余裕向上効果も増大させること
ができる。
On the other hand, in the present embodiment, FIG.
As shown in (c), the flow tab 19 that protrudes from the support band 18 to the flow path on the fuel rod 3 side has a large effect on the two-phase flow, and the droplets in the two-phase flow are directed to the surface of the fuel rod 3. Since the effect is increased, the thermal margin improving effect can also be increased.

【0056】図4は本実施の形態のフロータブ19と図13
に示す従来例によるフロータブ12の効果を比較した曲
線図で、本実施の形態(本発明)ではフロータブ19によ
る燃料棒3への液滴付着促進効果(曲線a)は従来例の
フロータブの効果(曲線b)に比較して増大する。燃料
棒3へ液滴を多く付着できれば、燃料棒3表面の液膜流
量を増大できるので、燃料棒3表面が乾き難くなり、除
熱性能を増大することができる。
FIG. 4 shows the flow tab 19 of this embodiment and FIG.
7 is a curve diagram comparing the effect of the flow tab 12 according to the conventional example shown in FIG. 5. In the present embodiment (the present invention), the effect (curve a) of promoting adhesion of the droplet to the fuel rod 3 by the flow tab 19 is the effect of the conventional flow tab ( It increases compared to curve b). If a large amount of liquid droplets can be attached to the fuel rod 3, the flow rate of the liquid film on the surface of the fuel rod 3 can be increased.

【0057】つぎに図5により本発明に係る燃料集合体
の第2の実施の形態を説明する。図5は本実施の形態の
要部のみを拡大して示しており、図5中、図2と同一部
分には同一符号を付して重複する部分の説明は省略す
る。
Next, a second embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows only an essential part of the present embodiment in an enlarged manner. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping parts will be omitted.

【0058】本実施の形態は支持バンド18の上端面から
フロータブ19を直接折り曲げた折り曲げ部21を有する支
持バンド18とフロータブ19とを一体化した燃料スペーサ
にある。すなわち、支持バンド18の上面に形成したフロ
ータブ19に切り込み20を設けて2分割し、この2分割し
たフロータブ19を突出し、この2分割したフロータブ19
を支持バンド18の上端面に沿って直接折り曲げて折り曲
げ部21を形成して一体化形状としたことにある。
This embodiment is a fuel spacer in which a support band 18 having a bent portion 21 formed by directly bending a flow tab 19 from an upper end surface of a support band 18 and the flow tab 19 are integrated. That is, a notch 20 is provided in a flow tab 19 formed on the upper surface of the support band 18, and the flow tab 19 is divided into two.
Is directly bent along the upper end surface of the support band 18 to form a bent portion 21 to form an integrated shape.

【0059】本実施の形態によれば、2分割したフロー
タブ19は二相流により強い力を受けるが、2分割したフ
ロータブ19と支持バンド18を一体化することにより、2
分割したフロータブ19の強度を増加させることができ
る。
According to the present embodiment, the divided flow tab 19 receives a strong force due to the two-phase flow, but by integrating the divided flow tab 19 and the support band 18,
The strength of the divided flow tab 19 can be increased.

【0060】つぎに図6(a),(b)により本発明に
係る燃料集合体の第3の実施の形態を説明する。図6
(a)は本実施の形態における燃料スペーサの支持バン
ド18とフロータブ19の要部を斜視図で示し、図6(b)
は図6(a)の正面図を示し、図2と同一部分には同一
符号をふして重複する部分の説明は省略する。
Next, a third embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG.
FIG. 6A is a perspective view showing a main part of the support band 18 and the flow tab 19 of the fuel spacer in the present embodiment, and FIG.
6A shows a front view of FIG. 6A, and the same parts as those in FIG.

【0061】本実施の形態は支持バンド18の上端に形成
したフロータブ19に切り込み20を設けてフロータブ19を
2分割し、2分割したフロータブ19の先端部分に折り曲
げ部21を形成し、この折り曲げ部21から先端部分までに
捻り部23を形成したことにある。
In this embodiment, a notch 20 is provided in the flow tab 19 formed at the upper end of the support band 18 to divide the flow tab 19 into two, and a bent portion 21 is formed at the tip of the divided flow tab 19. This is because the twisted portion 23 is formed from 21 to the tip.

【0062】本実施の形態によれば、2分割したフロー
タブ19に折り曲げ部21と捻り部23を連続して形成するこ
とにより、第1の実施の形態と同様の効果が得られるほ
か、燃料棒への液滴をさらに多く付着させることがで
き、除熱性能をさらに増大させることができる。
According to the present embodiment, the bent portion 21 and the twisted portion 23 are continuously formed on the flow tab 19 divided into two parts, whereby the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the fuel rods can be obtained. More droplets can be attached to the substrate, and the heat removal performance can be further increased.

【0063】つぎに図7により本発明に係る燃料集合体
の第4の実施の形態を説明する。本実施の形態は第1か
ら第3の実施の形態において、内側の燃料棒の熱的余裕
を向上させるために図7に示したように切り込み20で2
分割したフロータブ19を有する支持バンド18内にたてよ
こに配列された格子板13のクロス(交差)する位置の下
流側に旋回羽根24を設けたことにある。すなわち、格子
板13が交差する近傍の上端部にひねり部25を有する旋回
羽根24を突設したことにある。
Next, a fourth embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first to third embodiments in that notches 20 are formed as shown in FIG. 7 in order to improve the thermal margin of the inner fuel rods.
The swirl vanes 24 are provided on the downstream side of the crossing positions of the lattice plates 13 arranged side by side in the support band 18 having the divided flow tabs 19. That is, the turning blade 24 having the twist portion 25 is protruded at the upper end near the intersection of the lattice plates 13.

【0064】旋回羽根24は燃料集合体中央部熱的余裕を
向上させるという目的に加え、燃料スペーサ17の断面方
向の圧力損失分布を調整する目的がある。格子型燃料ス
ペーサの場合、燃料集合体中央部流路の燃料スペーサの
圧力損失係数は小さいが、外周流路はフロータブ19の影
響で圧力損失係数が大きい。
The swirl vanes 24 have the purpose of improving the thermal margin in the center of the fuel assembly and the purpose of adjusting the pressure loss distribution in the sectional direction of the fuel spacer 17. In the case of the grid type fuel spacer, the pressure loss coefficient of the fuel spacer in the fuel assembly central flow path is small, but the pressure loss coefficient of the outer flow path is large due to the influence of the flow tab 19.

【0065】そこで、本実施の形態のように格子板13が
交差する近傍の上端部に旋回羽根24を設けることによ
り、圧力損失係数を上昇させ、2分割したフロータブ19
の存する外周部流路へさらに冷却材を振り向けることが
できる。これにより、外周の燃料棒、内周の燃料棒とも
に、熱的余裕を向上させることができ、燃料集合体トー
タルとして熱的余裕が向上する。
Therefore, by providing a swirling blade 24 at the upper end near the intersection of the lattice plates 13 as in the present embodiment, the pressure loss coefficient is increased, and the flow tab 19 divided into two parts is provided.
The coolant can be further diverted to the outer peripheral flow path where there is. As a result, the thermal margin of both the outer fuel rod and the inner fuel rod can be improved, and the thermal margin of the fuel assembly as a whole can be improved.

【0066】つぎに図8により本発明に係る燃料集合体
の第5の実施の形態を説明する。本実施の形態は第4の
実施の形態における旋回羽根24の代りに、格子板13がた
てよこに交差する位置の下流側に捻り板26を設けたこと
にある。その他の部分は第4の実施の形態と同様である
ので、図8中、図7と同一部分には同一符号を付して重
複する部分の説明は省略する。本実施の形態の作用効果
は旋回羽根24の場合とほぼ同様であるので、その説明は
省略する。
Next, a fifth embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the fourth embodiment in that a torsion plate 26 is provided on the downstream side of the position where the lattice plate 13 intersects with the vertical bar, instead of the swirling blade 24 in the fourth embodiment. Since the other parts are the same as those of the fourth embodiment, in FIG. 8, the same parts as those of FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping parts will be omitted. The operation and effect of this embodiment are almost the same as those of the swirling blade 24, and therefore, the description thereof is omitted.

【0067】つぎに図9及び図10(a)により本発明に
係る燃料集合体の第6の実施の形態を、図9及び図10
(b)により第7の実施の形態を説明する。図9は従来
の沸騰水型原子炉用燃料集合体の熱的作用を説明するた
めの燃料棒3と燃料スペーサ7の関係を概略的に示した
ものである。図9に示したように従来の燃料集合体は燃
料棒3の発熱部に燃料スペーサ7が軸方向に沿ってほぼ
等間隔に7個設けられている。
Next, referring to FIGS. 9 and 10A, a sixth embodiment of the fuel assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS.
The seventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 schematically shows the relationship between the fuel rod 3 and the fuel spacer 7 for explaining the thermal action of the conventional fuel assembly for a boiling water reactor. As shown in FIG. 9, in the conventional fuel assembly, seven fuel spacers 7 are provided in the heat generating portion of the fuel rod 3 at substantially equal intervals along the axial direction.

【0068】上流の燃料スペーサ7から順番に〜の
番号を付けると、通常、熱的に厳しいのは最下流の第7
番目のスペーサの直上流および第6番目のスペーサ
の直上流である。熱的に余裕が向上してくると、さらに
第5および第4番目のスペーサ,の直上流において
も熱的に厳しくなる。
When numbers are assigned in order from the upstream fuel spacer 7, the thermal stiffness is usually lower than the lowermost seventh fuel spacer 7.
Immediately upstream of the sixth spacer and immediately upstream of the sixth spacer. When the margin is improved thermally, the temperature becomes more severe immediately upstream of the fifth and fourth spacers.

【0069】燃料スペーサ7は二相流中の液滴を燃料棒
3の表面へ振り向け、燃料棒3の表面が乾き、除熱が悪
化することを妨げる効果があるため、第3番目のスペー
サも第4番目のスペーサの直上流位置の熱的余裕を
向上させる効果がある。
The fuel spacer 7 has the effect of directing the droplets in the two-phase flow to the surface of the fuel rod 3 and preventing the surface of the fuel rod 3 from drying and heat removal from deteriorating. This has the effect of improving the thermal margin immediately upstream of the fourth spacer.

【0070】したがって、発熱部を7等分した場合、本
発明に係る第6の実施の形態では、図10(a)に示した
ように発熱部に対して発熱部下端からの相対距離2/7
から6/7までの軸方向位置の範囲に第1から第5の実
施の形態で記載した燃料スペーサから選択された少なく
とも1個の燃料スペーサ17を設ける。
Therefore, when the heat-generating portion is divided into seven equal parts, the sixth embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 7
At least one fuel spacer 17 selected from the fuel spacers described in the first to fifth embodiments is provided in a range of the axial position from to 6/7.

【0071】また、本発明に係る第7の実施の形態では
図10(b)に示したように2/7から6/7までの軸方
向位置の範囲に第1から第5の実施の形態で記載した燃
料スペーサから選択された燃料スペーサを設け、その燃
料スペーサ17の数を増加して各々の燃料スペーサ17の間
隔を狭める。
In the seventh embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 10B, the first to fifth embodiments fall within the range of the axial position from 2/7 to 6/7. The fuel spacers selected from the fuel spacers described in the above are provided, and the number of the fuel spacers 17 is increased to narrow the interval between the fuel spacers 17.

【0072】この第6および第7の実施の形態によれ
ば、燃料集合体の除熱性能を向上させることができ、原
子力発電プラントの安全性余裕を向上させ、また長期サ
イクル運転に好適な燃料集合体を提供することができ
る。
According to the sixth and seventh embodiments, the heat removal performance of the fuel assembly can be improved, the safety margin of the nuclear power plant can be improved, and the fuel suitable for long-term cycle operation can be improved. Aggregates can be provided.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明によれば、燃料棒側に張り出した
フロータブにより気液二相流中の液滴を燃料棒表面へ振
り向け、液膜流量が増大し、除熱効果を大きくできる。
したがって、除熱性能が向上することにより原子力発電
プラントの安全余裕が向上し、また長期サイクル運転に
好適な燃料集合体を提供できる。
According to the present invention, the droplets in the gas-liquid two-phase flow are directed to the fuel rod surface by the flow tab projecting to the fuel rod side, the liquid film flow rate is increased, and the heat removal effect can be increased.
Therefore, the safety margin of the nuclear power plant is improved by improving the heat removal performance, and a fuel assembly suitable for long-term cycle operation can be provided.

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

【図1】(a)は本発明に係る燃料集合体の第1の実施
の形態における燃料棒とウォータロッドを保持した燃料
スペーサ部分を示す横断面図、(b)は(a)における
燃料スペーサを示す側面図。
FIG. 1A is a cross-sectional view showing a fuel spacer portion holding a fuel rod and a water rod in a first embodiment of the fuel assembly according to the present invention, and FIG. 1B is a fuel spacer in FIG. FIG.

【図2】図1における燃料スペーサにおける支持バンド
の要部を拡大して示す斜視図。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a main part of a support band in the fuel spacer in FIG. 1;

【図3】(a)は格子型燃料スペーサ内の流れ領域を示
す上面図、(b)は従来の燃料スペーサ内の流れ領域を
示す上面図、(c)は本発明の実施の形態における燃料
スペーサ内の流れ領域を示す上面図。
3A is a top view showing a flow region in a grid type fuel spacer, FIG. 3B is a top view showing a flow region in a conventional fuel spacer, and FIG. 3C is a fuel in an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a top view showing a flow region in the spacer.

【図4】本発明と従来例の燃料スペーサの液滴付着の効
果を説明するための曲線図。
FIG. 4 is a curve diagram for explaining the effect of droplet adhesion of a fuel spacer according to the present invention and a conventional example.

【図5】本発明に係る第2の実施の形態の要部を拡大し
て示す斜視図。
FIG. 5 is an enlarged perspective view showing a main part of a second embodiment according to the present invention.

【図6】(a)は本発明に係る第3の実施の形態の要部
を拡大して示す斜視図、(b)は(a)の正面図。
FIG. 6A is an enlarged perspective view showing a main part of a third embodiment according to the present invention, and FIG. 6B is a front view of FIG.

【図7】本発明に係る第4の実施の形態の要部を拡大し
て示す斜視図。
FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a main part of a fourth embodiment according to the present invention.

【図8】本発明に係る第5の実施の形態の要部を拡大し
て示す斜視図。
FIG. 8 is an enlarged perspective view showing a main part of a fifth embodiment according to the present invention.

【図9】沸騰水型原子炉用燃料集合体の熱的作用を説明
するための概略的立面図。
FIG. 9 is a schematic elevation view for explaining the thermal action of the fuel assembly for a boiling water reactor.

【図10】(a)は本発明に係る第6の実施の形態を説
明するための概略的立面図、(b)は本発明に係る第7
の実施の形態を説明するための概略的立面図。
FIG. 10A is a schematic elevation view for explaining a sixth embodiment according to the present invention, and FIG. 10B is a seventh elevational view according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic elevation view for explaining the embodiment.

【図11】従来の燃料集合体を一部縦断面で示す立面
図。
FIG. 11 is an elevational view showing a part of a conventional fuel assembly in a longitudinal section.

【図12】図11における燃料スペーサに燃料棒を挿入し
た状態を示す側面図。
FIG. 12 is a side view showing a state where a fuel rod is inserted into the fuel spacer in FIG. 11;

【図13】図11における燃料集合体の熱的限界を説明す
るための曲線図。
FIG. 13 is a curve diagram for explaining the thermal limit of the fuel assembly in FIG. 11;

【図14】同じく燃料の出力比を説明するための比較線
図。
FIG. 14 is a comparison diagram for explaining an output ratio of fuel.

【図15】従来の燃料スペーサの要部を示す斜視図。FIG. 15 is a perspective view showing a main part of a conventional fuel spacer.

【図16】従来の燃料スペーサのフロータブの作用を説
明するための一部断面で概略的に示す側面図。
FIG. 16 is a side view schematically showing a partial cross section for explaining the operation of a flow tab of a conventional fuel spacer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃料集合体、2…チャンネルボックス、3…燃料
棒、4…ウォータロッド、5a…冷却水流入口、5b…
冷却水噴出口、6…短尺燃料棒、7…燃料スペーサ(従
来例)、8…上部タイプレート、9…下部タイプレー
ト、10…外部スプリング、11…支持バンド、11a…突出
部(バスタブ)、12…フロータブ、13…格子板、14…フ
ェルール、15…流れの速い領域、16…流れの遅い領域、
17…燃料スペーサ(本発明)、18…支持バンド、19…フ
ロータブ、20…切り込み、21…折り曲げ部、22…突出
部、23…捻り部、24…旋回羽根、25…ひねり部、26…捻
り板。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel assembly, 2 ... Channel box, 3 ... Fuel rod, 4 ... Water rod, 5a ... Cooling water inlet, 5b ...
Cooling water jet, 6 ... short fuel rod, 7 ... fuel spacer (conventional example), 8 ... upper tie plate, 9 ... lower tie plate, 10 ... external spring, 11 ... support band, 11a ... protrusion (bathtub), 12: Flow tab, 13: Grid plate, 14: Ferrule, 15: Fast flow area, 16: Slow flow area,
17 ... fuel spacer (invention), 18 ... support band, 19 ... flow tab, 20 ... cut, 21 ... bent part, 22 ... projecting part, 23 ... twisted part, 24 ... swirl blade, 25 ... twist part, 26 ... twist Board.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の燃料棒及びウォータロッドを配列
して上端部を上部タイプレートで支持し、下端部を下部
タイプレートで支持するとともに前記燃料棒及びウォー
タロッドを間隔をおいて保持するために冷却材の流れ方
向に複数個の燃料スペーサが設けられた燃料集合体にお
いて、前記燃料スペーサは燃料スペーサ構成部材とそれ
らを取り囲む支持バンドとによって構成され、前記支持
バンドにはその上部下流側に前記冷却材の流れ方向に伸
びた複数個のフロータブが並列に設けられ、かつ前記フ
ロータブの先端部が切り込まれて分割され、この分割さ
れたフロータブのそれぞれに前記燃料棒方向に折り曲げ
られた折り曲げ部を設けてなることを特徴とする燃料集
合体。
1. An arrangement of a plurality of fuel rods and water rods, wherein an upper end is supported by an upper tie plate, and a lower end is supported by a lower tie plate, and the fuel rods and the water rods are held at intervals. In a fuel assembly in which a plurality of fuel spacers are provided in the flow direction of the coolant, the fuel spacer is constituted by fuel spacer constituent members and a support band surrounding them, and the support band is provided on the upper downstream side thereof. A plurality of flow tabs extending in the flow direction of the coolant are provided in parallel, and the front end of the flow tab is cut and divided, and each of the divided flow tabs is bent in the fuel rod direction. A fuel assembly comprising: a fuel cell;
【請求項2】 複数の燃料棒及びウォータロッドを配列
して上端部を上部タイプレートで支持し、下端部を下部
タイプレートで支持するとともに前記燃料棒及びウォー
タロッドを間隔をおいて保持するために冷却材の流れ方
向に複数個の燃料スペーサが設けられた燃料集合体にお
いて、前記燃料スペーサは前記支持バンド内に複数の平
板を格子状に組み合わせた格子型構造を備えており、前
記平板と前記支持バンドの接合部の前記バンド下流側方
向に伸びかつ先端部が切り込まれて分割されたフロータ
ブが形成され、前記分割されたフロータブのそれぞれに
は最も近い位置にある前記燃料棒の中心軸方向に折り曲
げ部が設けられていることを特徴とする燃料集合体。
2. A method for arranging a plurality of fuel rods and water rods, supporting an upper end portion with an upper tie plate, supporting a lower end portion with a lower tie plate, and holding the fuel rods and the water rods at intervals. In a fuel assembly in which a plurality of fuel spacers are provided in the flow direction of the coolant, the fuel spacer has a grid-type structure in which a plurality of flat plates are combined in a grid in the support band, and A split flow tab is formed by extending the joint portion of the support band in the downstream direction of the band and cutting a tip portion thereof, and the central axis of the fuel rod located closest to each of the split flow tabs is formed. A fuel assembly, wherein a bent portion is provided in a direction.
【請求項3】 複数の燃料棒及びウォータロッドを配列
して上端部を上部タイプレートで支持し、下端部を下部
タイプレートで支持するとともに前記燃料棒及びウォー
タロッドを間隔をおいて保持するために冷却材の流れ方
向に複数個の燃料スペーサが設けられた燃料集合体にお
いて、前記燃料スペーサは複数の平板を格子状に組み合
わせた格子型構造を備えており、前記平板とバンドの接
合部の前記バンド下流側方向に伸びる、先端部が分割さ
れたフロータブが形成され、前記分割されたフロータブ
のそれぞれは前記燃料棒方向に折り曲げ部を有し、この
折り曲げ部に最も近い位置にある前記燃料棒の中心軸方
向に捻りを形成してなることを特徴とする燃料集合体。
3. Arrangement of a plurality of fuel rods and water rods, supporting an upper end portion with an upper tie plate, supporting a lower end portion with a lower tie plate, and holding the fuel rods and the water rods at intervals. In a fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in the flow direction of the coolant, the fuel spacer has a lattice structure in which a plurality of flat plates are combined in a grid pattern, and A flow tab extending in the downstream direction of the band and having a divided distal end portion is formed, each of the divided flow tabs has a bent portion in the fuel rod direction, and the fuel rod located closest to the bent portion is provided. A fuel assembly characterized by forming a twist in the direction of the central axis of the fuel assembly.
【請求項4】 前記燃料スペーサは縦横に配列された複
数の前記支持バンドがほぼ直角方向に交差する位置の下
流側に、旋回羽根を設けてなることを特徴とする請求項
1ないし3記載の燃料集合体。
4. The fuel spacer according to claim 1, wherein the fuel spacer is provided with swirling vanes downstream of a position where the plurality of support bands arranged vertically and horizontally intersect at a substantially right angle. Fuel assembly.
【請求項5】 前記燃料スペーサは前記支持バンドが交
差する位置の下流側に、捻り板を設けてなることを特徴
とする請求項1ないし3記載の燃料集合体。
5. The fuel assembly according to claim 1, wherein the fuel spacer is provided with a torsion plate on a downstream side of a position where the support bands intersect.
【請求項6】 複数の燃料棒及びウォータロッドを配列
して上端部を上部タイプレートで支持し、下端部を下部
タイプレートで支持するとともに前記燃料棒及びウォー
タロッドを間隔をおいて保持するために流れ方向に複数
個の燃料スペーサが設けられた燃料集合体において、前
記燃料スペーサは燃料スペーサ構成部材とそれらを取り
囲む支持バンドとによって構成され、前記支持バンドに
冷却材の下流側方向に突出したフロータブが設けられ、
このフロータブの先端部が前記燃料棒方向に曲げられた
折り曲げ部を有し、かつ前記支持バンドの外側に前記フ
ロータブの上流側を避けて流路を閉塞する機構を設けて
なることを特徴とする燃料集合体。
6. An arrangement of a plurality of fuel rods and water rods, wherein the upper end is supported by an upper tie plate, the lower end is supported by a lower tie plate, and the fuel rods and the water rods are held at intervals. In the fuel assembly provided with a plurality of fuel spacers in the flow direction, the fuel spacer is constituted by a fuel spacer constituent member and a support band surrounding them, and protrudes from the support band in a downstream direction of the coolant. A flow tab is provided,
A tip portion of the flow tab has a bent portion bent in the fuel rod direction, and a mechanism is provided outside the support band to close a flow path avoiding an upstream side of the flow tab. Fuel assembly.
【請求項7】 前記燃料棒の有効発熱部上流から下流側
に有効発熱長さに対して2/7から6/7までの軸方向
位置の範囲に設けられた複数個の燃料スペーサのうち、
前記請求項1ないし6に記載の燃料スペーサから選択さ
れた少なくとも1個の燃料スペーサを設けてなることを
特徴とする燃料集合体。
7. A plurality of fuel spacers provided in an axial position from 2/7 to 6/7 of an effective heat generation length from an upstream to an effective heat generation portion of the fuel rod.
A fuel assembly comprising at least one fuel spacer selected from the fuel spacers according to claim 1.
【請求項8】 前記燃料棒の有効発熱部上流から下流向
きに有効発熱長さに対して2/7から6/7までの軸方
向位置の範囲に前記請求項1ないし6に記載の燃料スペ
ーサから選択された燃料スペーサ間隔を他の発熱部の燃
料スペーサ間隔よりも短くして設けてなることを特徴と
する請求項1ないし6記載の燃料集合体。
8. The fuel spacer according to claim 1, wherein the fuel rod has an axial position from 2/7 to 6/7 with respect to the effective heat generation length from the upstream to the effective heat generation portion of the fuel rod. 7. The fuel assembly according to claim 1, wherein a fuel spacer interval selected from the following is provided shorter than a fuel spacer interval of another heat generating portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007040876A (en) * 2005-08-04 2007-02-15 Nuclear Fuel Ind Ltd Fuel assembly spacer for boiling water reactor, and the fuel assembly
CN108010590A (en) * 2017-12-18 2018-05-08 岭澳核电有限公司 Protrusion type bottom nozzle and fuel assembly

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