JP2656287B2 - 燃料棒スペーサ - Google Patents

燃料棒スペーサ

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JP2656287B2 JP63041861A JP4186188A JP2656287B2 JP 2656287 B2 JP2656287 B2 JP 2656287B2 JP 63041861 A JP63041861 A JP 63041861A JP 4186188 A JP4186188 A JP 4186188A JP 2656287 B2 JP2656287 B2 JP 2656287B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、原子炉用燃料集合体において多数の燃料棒
を離間支持するために使われている燃料棒スペーサに関
し、さらに詳しくは限界出力の向上と冷却材流の圧力損
失低減を目的とした上記燃料棒スペーサに関する。
(従来の技術) 第6図は従来の沸騰水型原子炉の燃料集合体を説明す
る断面図である。この図に示すように、燃料集合体10
は、燃料チャンネル11内に両端部をそれぞれ上部タイプ
レート12および下部タイプレート13に支持された複数本
の燃料棒14(ウォータロッドを含む)を正方格子状に配
列し、燃料棒14の湾曲や振動を防止するために上部タイ
プレート12および下部タイプレート13の間に軸方向に複
数個の燃料棒スペーサ15を設けて燃料棒を離間支持する
構造となっている。
上記燃料棒スペーサの構成を第7図〜第10図に説明す
る。
第7図および第8図はそれぞれある燃料棒スペーサの
平面図および正面図である。このスペーサ20は側枠21内
にほぼ円筒状のシェル22を多数連設したもので、各シェ
ル22内に燃料棒14が挿通され、隣接する4個のシェル22
の側壁で囲まれたほぼ四角筒状の空間には冷却材が流れ
る冷却材通路23が形成されている。各シェル22には弾性
支持具24と固定突起25が設けられており、これらによっ
て燃料棒14がシェル22の側壁から若干離間して弾力的に
支持されている。側枠21の外側には燃料棒スペーサ20を
燃料チャンネル内に支持する台形状のロブ26が固着され
ている。これらスペーサの各構成材料は、弾性支持具24
に弾条性のあるインコネル材を使用している他は、熱中
性子吸収の少ないジルカロイ材である。
第9図および第10図は別の燃料棒スペーサの平面図お
よび一部切除した正面図である。このスペーサ30は、側
枠31内に格子枠32を設けて格子区画空間33を形成し、格
子枠32には固定突起34と弾性支持具35とが具備されて、
これらにより前記格子区画空間33に挿通された燃料棒14
を離間支持する構造である。36はスペーサ30を燃料ネャ
ンネル内に支持するためのロブである。
(発明が解決しようとする課題) ところで今日、原子力プラントの自動制御化や日間負
荷追従運転の導入等、運転融通性を拡大することが望ま
れている。この要望に沿い、例えば沸騰水型原子炉では
炉心の熱水力特性をより改善するため、炉心の安全性の
改善、熱的余裕の拡大、炉心圧力損失の低減等の開発が
進められている。
ここで、炉心圧力損失に着目すると、その内訳は炉心
下方から上方に向けて、オリフィス圧損、下部タイプレ
ート圧損、スペーサ圧損、位置圧損、上部タイプレート
圧損となり、さらに、摩擦圧損および加速圧損が加わ
る。これらの圧損のうち、燃料棒スペーサ部分で生ずる
圧損すなわちスペーサ圧損は約2割に相当する。
したがって、スペーサ圧損を低減することは炉心圧損
を大巾に低減することとなる。
ところが、従来の燃料スペーサでは各シェルあるいは
格子区間空間の軸方向長さが同じであるため、第11図に
示すように燃料集合体軸方向に沿って形成された冷却材
流路の面積Aは、スペーサ端で約20%急減および急増
し、そのため流路の拡大および縮少による圧力損失が発
生する。また、スペーサに設けられた燃料棒支持用の突
起がスペーサ内の冷却材流れを乱すため、圧力損失をさ
らに増加させている。さらに前記格子枠には、弾性支持
具を設置するための隣接する格子空間に連通する開口が
あり、これによりスペーサ内で横方向の流れが生ずるの
でスペーサの圧力損失を増加させている。
一方、沸騰水型原子炉の通常運転では、冷却材は蒸気
−水の二相流状態で集合体内を流れており、軸方向の2/
3〜3/4の距離では燃料棒表面を液が膜状に、また燃料棒
間の空間を蒸気が液滴を伴いながら流れる流動様式であ
る。このため、蒸気−水二相流状態でも燃料棒は安定し
て液で冷却されることになる。しかしながら、第12図
(b)に示すように、流れの障害物となるスペーサ部分
では、蒸気流が格子枠32に衝突した部分で急激に方向を
変えあるいは渦を生ずるために、液膜37を薄膜化させる
作用があり、スペーサの上流側で液膜の消失あるいは剥
離によると考えられる急激な被覆管の温度上昇が発生す
る。なお、第12図(a)は前記第9図に示す格子タイプ
スペーサの部分拡大図であり、第12図(b)はそのA−
A線に沿う縦断面図であって、冷却材流れの状態を示し
ている。
このような被覆管の温度上昇は燃料の健全性に悪影響
を及ぼすので、炉心設計ではこの温度上昇に到る最大出
力を限界出力と呼び、燃料集合体の出力限界値となる。
以上述べたように、燃料スペーサは燃料集合体の圧力
損失および限界出力に大きな影響を与えるので、この点
での改良が望まれる。
本発明は上記問題に対処してなされたもので、冷却材
流の圧力損失を減少させ、かつ燃料集合体の限界出力を
向上させることができる燃料棒スペーサを提供すること
を目的とするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、側枠および格
子枠によって格子区画空間を形成し、前記格子枠に設け
た固定突起および弾性支持具によって前記格子区間空間
に燃料棒を離間支持してなる燃料棒スペーサにおいて、
前記格子枠に冷却材の上流側および下流側に向かって断
面積が滑らかに減少する三角形状の突起を設けたことを
特徴とするものである。
(作 用) 本発明の燃料棒スペーサは格子枠に冷却材の上流側お
よび下流側に向かって断面積が滑らかに減少する三角形
状の突起を設けたので、スペーサ近傍における軸方向流
路断面積変化が緩やかになり、従来のようなスペーサ端
における流路の急増減がなくなる。したがってスペーサ
による圧力損失が従来よりも減少する。また冷却材流れ
がスムースになり渦の発生も減少するので、液膜の剥離
がなくなり限界出力が向上する。
なお、本発明において、格子枠、弾性支持具および突
起を以下の実施例に示すような形状のものとすることに
よって、さらに上記効果を向上させることができる。
(実施例) 本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は実施例の一実施例を説明する燃料棒スペーサ
の斜視図であり、第2図はその平面図、第3図は第2図
のA−A線に沿う縦断面図である。
これらの図に説明するように、本発明の燃料棒スペー
サ1は、従来と同様に側枠2と格子枠3によって燃料棒
を挿通する格子区画空間4を形成しているが、格子枠3
には、その交叉部にスペーサ1の上方および下方に向か
って伸びる三角形状の突起5が設けられている。この三
角形状の突起5は第3図に示すように格子枠3の交叉部
の上下延長線上で頂点を形成し、交叉部と交叉部との間
の中央部分で谷となるような形状をしていて、交叉する
部分では断面形状が十字形になっている。この三角形状
の突起5は先端に向かうにしたがって断面積が漸減して
いる。なお、側枠2はコーナーに丸味のある正方形をし
ており、スペーサをチャンネルボックス内に支持する台
形状のロブ8が設置されている。
このように本実施例のスペーサでは、断面積が上方お
よび下方に向かうにしたがって減少している三角形状の
突起5が格子枠3に設置されているので、スペーサ内軸
方向の冷却材流路断面積の変化は緩やかになり、第4図
に示すような急増減のない流路断面積変化となる。した
がって、従来のスペーサのような流路断面積の急激な増
減による圧力損失が軽減され、また燃料棒表面の液膜の
破断もなくなるので限界出力が向上する。
なお本実施例では、第2図に示すように、格子枠3に
燃料棒を支持する弾性支持具6および固定突起7が格子
枠3の中央位置に設置されている。この弾性支持具6
は、第3図に示すように弾条部6aと脚部6bからなり、二
つの弾性支持具6が格子枠3を挟んで向かい合って脚部
6bの端で格子枠3に摺動可能なように接合している。脚
部6bの先端および格子枠3の先端は流動抵抗を少なくす
るために刃状加工が施されている。一方、固定突起7は
細長い流線形をしており、その軸方向は冷却材の流動方
向に一致している。固定突起7は側枠2にも設けられて
いる。
このように弾性支持具6は格子枠3の上下両端で格子
枠3を挟むようにして接合しているので、従来のように
弾性支持具を取付けるための開口部を格子枠に設ける必
要がなくなり、スペーサ内の横方向の流動の発生による
圧力損失がなくなり、さらに圧力損失が軽減される。ま
た、固定突起7は流線形としたので、固定突起による冷
却材流れの乱れが減少し、圧力損失が減少する。
上記スペーサ内の冷却材の流れは第5図のようにな
る。すなわち、従来のスペーサ内の流れ(第12図(b)
参照)と比べ、スペーサ内の流れはスムースになり、蒸
気流の燃料棒に向う流れが減少する。また、渦の発生が
なくなるので、燃料棒表面の液膜9の薄膜化が緩和さ
れ、液膜の破断が減少する。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明の燃料棒スペーサは格子
枠に上述したような三角形状の突起を設けているので、
スペーサ近傍における流路面積の急激な変化がなくな
り、圧力損失が減少する。また、燃料棒表面における液
膜破断もなくなり燃料集合体の限界出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する燃料棒スペーサの
斜視図、第2図は第1図の燃料棒スペーサの平面図、第
3図は第2図のA−A線に沿う縦断面図、第4図は第1
図〜第3図の燃料棒スペーサ近傍の冷却材流路面積の変
化を示す図、第5図は第1図〜第3図の燃料棒スペーサ
内の冷却材流れの状態を説明する図、第6図は従来の沸
騰水型原子炉の燃料集合体の構造を説明する断面図、第
7図および第8図はそれぞれ従来の燃料棒スペーサの平
面図および正面図、第9図および第10図はそれぞれ従来
の別の燃料棒スペーサの平面図および正面図、第11図は
従来の燃料棒スペーサを使用した場合の軸方向冷却材流
路面積の変化を示す図、第12図は従来の燃料棒スペーサ
の冷却材流れへの影響を説明する図で、(a)は第9図
の部分拡大図、(b)は(a)図のA−A線に沿う断面
の冷却材流れの状態を示す図である。 1……燃料棒スペーサ,2……側枠 3……格子枠,4……格子区画空間 5……三角形状の突起,6……弾性支持具 6a……弾性支持具の弾条部 6b……弾性支持具の脚部 7……固定突起,8……ロブ 14……燃料棒

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】側枠および格子枠によって格子区画空間を
    形成し、前記格子枠に設けた固定突起および弾性支持具
    によって前記格子区間空間に燃料棒を離間支持してなる
    燃料棒スペーサにおいて、前記格子枠に冷却材の上流側
    および下流側に向かって断面積が滑らかに減少する三角
    形状の突起を設けたことを特徴とする燃料棒スペーサ。
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JPS63289485A (ja) * 1987-05-21 1988-11-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 核燃料棒支持格子

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