JP2928516B2 - 燃料集合体 - Google Patents

燃料集合体

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JP2928516B2
JP2928516B2 JP63035276A JP3527688A JP2928516B2 JP 2928516 B2 JP2928516 B2 JP 2928516B2 JP 63035276 A JP63035276 A JP 63035276A JP 3527688 A JP3527688 A JP 3527688A JP 2928516 B2 JP2928516 B2 JP 2928516B2
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昭三 中村
正 水野
頼英 瀬川
哲郎 安田
博将 平川
能成 川田
義彦 柳
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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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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に
適用するのに好適な燃料集合体に関するものである。
〔従来の技術〕
沸騰水型原子炉に用いられる燃料集合体は、特開昭60
−120282号公報に示されるように、上部及び下部タイプ
レート、これらのタイプレートに上下端部が保持される
多数の燃料棒、燃料棒相互の間隔を所定幅に保持する燃
料スペーサを有している。多数の燃料棒は、燃料スペー
サによつて束ねられている。この燃料棒の束は、タヤン
ネルボツクス内に挿入され、チヤンネルボツクスは上部
タイプレートに取付けられている。下部タイプレート
は、チヤンネルボツクスの下端部内に摺動可能に挿入さ
れている。チヤンネルボツクスと下部タイプレートとの
間にフインガスプリングが配置されている。フインガス
プリングは、チヤンネルボツクス内の冷却水がチヤンネ
ルボツクスと下部タイプレートとの間から外部に漏洩す
ることを抑制している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した従来の燃料集合体のフインガスプリングはチ
ヤンネルボツクスと下部タイプレートとの間の隙間から
燃料集合体内の冷却水が外部へ漏洩することを防止でき
ない。従つて、上記隙間から漏洩する冷却水量を管理で
きない欠点があつた。
本発明の目的は、簡単な構造で下部タイプレートとチ
ャンネルボックスとの間からの冷却材の漏洩を抑制で
き、且つチャンネルボックスの内外圧力差に起因する変
形を抑制できる燃料集合体及び下部タイプレートを提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための第1の発明は、上部タイプ
レートと、下部タイプレートと、前記上記タイプレート
に上端部が保持され、前記下部タイプレートの上端部に
設けられた挿入孔に下端部が保持される複数の燃料棒と
を備えた燃料集合体において、前記下部タイプレート
は、下部タイプレートの内部空間の冷却材を前記下部タ
イプレートよりも上方に導く複数の独立した冷却材供給
通路を有し、該複数の冷却材供給通路の冷却材出口が前
記下部タイプレートの上面に設けられ、最外周に位置す
る前記冷却材供給通路の冷却材出口が、最外周に位置す
る前記挿入孔よりも前記下部タイプレートの外側側面近
くに設けられているように構成する。
上記目的を達成するための第2の発明は、燃料棒の下
端部が挿入される複数の挿入孔及び該挿入孔間に位置す
る冷却材供給通路を有する燃料支持部と、該燃料支持部
に取付けられた下部ノズルとを備えた下部タイプレート
において、前記冷却材供給通路の冷却材入口が前記下部
ノズル内の内部空間に連絡され、前記冷却材供給通路の
冷却材出口が前記下部タイプレートの上面に設けられ、
最外周に位置する前記冷却材供給通路の冷却材出口が、
最外周に位置する前記挿入孔よりも外側に位置するよう
に構成する。
〔作用〕
本発明によれば、下部タイプレートの最外周に位置す
る冷却材供給通路の冷却材出口から噴出された冷却材流
がチャンネルボックス内面に沿って上昇し、この上昇流
(ジェット流)の作用によりチャンネルボックスと下部
タイプレートとの間の間隙の上方に圧力の低い領域(低
圧領域)が形成される。この間隙とその上方の低圧領域
の圧力差は、下部タイプレートとチャンネルボックスと
の間からの冷却材の漏洩を抑制するように作用する。ま
た、チャンネルボックス内部に低圧領域が形成されるこ
とにより、チャンネルボックスの変形の原因であるチャ
ンネルボックスの内外圧力差を低減できる作用も得られ
る。
〔実施例〕
本発明の好適な一実施例である燃料集合体を第1図,
第2図及び第3図に基づいて説明する。
本実施例の燃料集合体1は、多数の燃料棒13を有し、
これらの燃料棒13の両端部を上部タイプレート2及び下
部タイプレート3が保持している。これらの燃料棒13の
うちの何本かは、結合燃料棒であって、上部タイプレー
ト2と下部タイプレート3とを連結している。水ロツド
14が燃料棒13間に配置され、その両端部を上部タイプレ
ート2及び下部タイプレート3に保持される。燃料棒13
の上部端栓に嵌合されたスプリング16が、燃料棒13を下
部タイプレート3の方へ押圧している。燃料スペーサ15
は、燃料集合体1の軸方向に所定間隔で配置されてお
り、燃料棒13相互を所定間隔で保持している。チヤンネ
ルボツクス17は、上部タイプレート2に取付けられ、燃
料棒13の束を内蔵している。下部タイプレート3の上部
が、チヤンネルボツクス17の下端部内に挿入されてい
る。チヤンネルボツクス17と下部タイプレート3とは、
燃料集合体1を装荷した原子炉の運転中における燃料棒
13の熱膨張により上部タイプレート2が上方へ移動して
も、チヤンネルボツクス17の下端が下部タイプレート3
からはずれないように嵌合されている。
下部タイプレート3の構造を第2図及び第3図に基づ
いて詳細に説明する。下部タイプレート3は、燃料支持
部4と、下部ノズル10とを備えている。下部ノズル10
は、筒状体であつて内部に空間11が形成される。燃料支
持部4は、空間11の上方を被い下部ノズル10の上端部に
取付けられている。燃料支持部4は、燃料棒13または水
ロツド14の下部端栓が挿入される孔部7を有する多数の
ボス5及び隣接するボス5を相互に連結するリブ6を有
している。ボス5の外壁とリブ6の側壁とによつて、冷
却水流入口8が形成されている。更に、下部タイプレー
ト3は、4つの側壁近傍にそれぞれ複数の冷却水噴出孔
9を有している。冷却水噴出孔9は、最外周に配列され
ている孔部7と下部タイプレート3の側壁との間にあつ
て第3図に示すように下部タイプレート3の側壁に並行
して配置され、横断面が細長い矩形状の冷却水通路であ
る。各冷却水噴出孔9は、入口が燃料支持部4より下方
の空間11に開口し、出口が下部タイプレート3の上端面
に開口している。燃料集合体1において、冷却水噴出孔
9の出口は、最外周に配列された燃料棒13の外面よりも
下部タイプレート3の側面側に位置している。冷却水噴
出孔9の軸心は、下部タイプレート3の側壁に対して角
度θで傾斜している。すなわち、冷却水噴出孔9の入口
と下部タイプレート3の外側側面との間の幅は、冷却水
噴出孔9の出口と下部タイプレート3の外側側面との間
の幅よりも広くなつている。これは、チヤンネルボツク
ス17を上部タイプレート2に取付けた状態で冷却水噴出
孔9の軸心がチヤンネルボツクス17の内壁に対しても傾
斜していることになる。
燃料集合体1が沸騰水型原子炉の炉心内に装荷された
状態では、冷却水は、下部タイプレート3の下部ノズル
10内の空間11内に流入して冷却水流入口8を通り燃料棒
13間に供給される。空間11内に流入した冷却水の一部
は、第4図に示すように冷却水噴出孔9からチヤンネル
ボツクス17に向うジエツト流18となつて流出する。ジエ
ツト流18は、下部タイプレート3の周辺部で帯状になつ
てチヤンネルボツクス17に向う。チヤンネルボツクス17
の内壁にあたつたジエツト流18は、チヤンネルボツクス
17の内壁に沿つて上方に向つて流れる。冷却水噴出孔9
から噴出するジエツト流18の下方でチヤンネルボツクス
17の内面付近の領域(Aで示す部分)に、ジエツト流18
の作用によつて、低圧領域が形成される。このため、燃
料集合体1の外側にある冷却水が、下部タイプレート3
の側壁とチヤンネルボツクス17との間の間隙を通つてチ
ヤンネルボツクス17内に流入する。従つて、チヤンネル
ボツクス17の冷却水が上記の間隙を通つて漏洩すること
を防止できる。このような作用は、冷却水噴出孔9の出
口が最外周に位置している冷却水流入口8よりも下部タ
イプレート3の外側側面に近い位置に配置されているこ
とによつて生じるのである。好ましくは、冷却水噴出孔
9の出口が、最外周に位置する孔部7よりも外側にある
ことである。角度θは、ジエツト流18がチヤンネルボツ
クス17にあつてもほとんど下向きの流れ成分が生じない
ようにすることが望しい。冷却水噴出孔9の出口部を下
部タイプレート3の側面近傍に配置すれば(例えば、最
外周に配列された孔部7の下部タイプレート3側面に最
も近い点よりも、下部タイプレート3側面側)、冷却水
噴出孔9の軸心がチヤンネルボツクス17の内面と並行で
あつても、前述した機能が発揮される。
噴出されるジエツト流18がチヤンネルボツクス17にあ
たつてもほとんど下向き成分が生じない程度の角度θの
傾斜を有するものであれ、冷却水噴出孔9の出口部を下
部タイプレート3の側面のチヤンネルボツクス17にて被
われている部分に配置しても上記の機能を達成できる。
下部タイプレートの他の実施例を第5図及び第6図に
基づいて説明する。本実施例の下部タイプレート3Aは、
流路断面積が前述の下部タイプレート3の冷却水流入口
7の流路断面積よりも小さな冷却水流入口8Aを設けたも
のである。その点を除いて、下部タイプレート3Aと下部
タイプレート3とは実質的に同じ構造である。特に本実
施例では、冷却水流入口8Aの横断面は円形を有してお
り、その横断面積は、孔部7の横断面積よりも小さい。
従つて、本実施例の燃料支持部4Aの圧力損失は、下部タ
イプレート3のそれより大きくなる。
本実施例の下部タイプレート3Aを、下部タイプレート
3の替りに第1図に燃料集合体1に組込むことによつて
冷却水噴出孔9から冷却水を噴出することができるの
で、第1図の実施例の機能を発揮する。しかしながら、
下部タイプレート3Aは下部タイプレート3よりも燃料支
持部の圧力損失が大きいので、冷却水噴出孔9から流出
するジエツト流18の流速が早くなり下部タイプレート3A
とチヤンネルボツク17との間から流入する冷却水量が前
述の実施例よりも大きくなる。燃料支持部の圧力損失の
増大は、燃料集合体内の流動不安定現象の改善につなが
る。
下部タイプレートの他の実施例を第7図に基づいて説
明する。本実施例の下部タイプレート3Bは、下部タイプ
レート3の燃料支持部4の下端面に抵抗体である流量制
限器20を設けたものである。下部タイプレート3Bの平面
図は、第3図と同じである。流量制限器20は、中央部に
開口21を有している。開口21の流路面積は、燃料支持部
4に設けられた冷却水流入口8の全流路断面積よりも小
さい。すべての冷却水流入口8は、開口21を介して流量
制限器20よりも下方の空間11に連絡されている。冷却水
噴出孔9の入口は、流量制限器20よりも下方の空間11に
連絡されている。下部タイプレートとして下部タイプレ
ート3Bを用いた第1図の燃料集合体は、前述の下部タイ
プレート3Aを用いた第1図の燃料集合体と同じ機能を有
する。しかしながら、前者の燃料集合体は、流量制限器
12を設けているので、後者のそれよりも構造が複雑にな
る。
下部タイプレートの他の実施例を第8図及び第9図に
示す。本実施例の下部タイプレート3Cは、横断面の形状
の一部が燃料棒13の側面と同じ形状を有する冷却水噴出
孔9Aを、最外周に配置された孔部7よりも下部タイプレ
ート3Cの外側の外面近くに位置したものである。
第10図及び第11図は、下部タイプレートの他の実施例
を示している。本実施例の下部タイプレート3Dは四方の
外面に形状記憶合金製のシール部材22を取付けている。
燃料集合体が低温状態にあるときは、シール部材22が第
9図に示す状態になつている。すなわちシール部材22と
チヤンネルボツクス17の内面との間にギヤツプが存在す
るので、チヤンネルボツクス17の取付けが容易にでき
る。第10図は、原子炉を運転したときにおける第9図に
示す燃料集合体の炉心での状態を示している。形状記憶
合金にて作られるシール部材22は、チヤンネルボツクス
17の内面に接触して冷却水の外部への漏洩を防止する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡単な構造で下部タイプレートとチ
ャンネルボックスとの間からの冷却材の漏洩を抑制でき
ると共に、チャンネルボックスの内外圧力差に起因する
変形を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適な一実施例である燃料集合体の縦
断面図、第2図は第1図の下部タイプレートの詳細縦断
面を示すものであつて、第3図のII−II断面図、第3図
は第2図の下部タイプレートの平面図、第4図は第1図
の燃料集合体の下部での冷却水の流動状態を示す説明
図、第5図,第7図,第8図及び第10図は下部タイプレ
ートの他の実施例の縦断面図、第6図は第5図の下部タ
イプレートの平面図、第9図は第8図の下部タイプレー
トの平面図、第11図は第10図の燃料集合体の運転時にお
ける状態を示す説明図である。 1……燃料集合体、2……上部タイプレート、3,3A〜3D
……下部タイプレート、4,4A……燃料支持部、7……孔
部、8,8A……冷却水流入口、9……冷却水噴出孔、13…
…燃料棒、17……チヤンネルボツクス、20……流量制限
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 哲郎 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 平川 博将 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 川田 能成 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 柳 義彦 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭53−122089(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21C 3/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上部タイプレートと、下部タイプレート
    と、前記上記タイプレートに上端部が保持され、前記下
    部タイプレートの上端部に設けられた挿入孔に下端部が
    保持される複数の燃料棒とを備えた燃料集合体におい
    て、 前記下部タイプレートは、下部タイプレートの内部空間
    の冷却材を前記下部タイプレートよりも上方に導く複数
    の独立した冷却材供給通路を有し、 該複数の冷却材供給通路の冷却材出口が前記下部タイプ
    レートの上面に設けられ、 最外周に位置する前記冷却材供給通路の冷却材出口が、
    最外周に位置する前記挿入孔よりも前記下部タイプレー
    トの外側側面近くに設けられている ことを特徴とする燃料集合体。
  2. 【請求項2】前記下部タイプレートの内部空間内に抵抗
    体を設け、前記最外周冷却材供給通路の入口を前記抵抗
    体より下方の前記内部空間に連絡した請求項1の燃料集
    合体。
  3. 【請求項3】前記最外周冷却材供給通路の冷却材出口を
    その冷却材入口よりも外側に設けることにより、前記最
    外周冷却材供給通路を外側に傾けた請求項1の燃料集合
    体。
  4. 【請求項4】燃料棒の下端部が挿入される複数の挿入孔
    及び該挿入孔間に位置する冷却材供給通路を有する燃料
    支持部と、該燃料支持部に取付けられた下部ノズルとを
    備えた下部タイプレートにおいて、 前記冷却材供給通路の冷却材入口が前記下部ノズル内の
    内部空間に連絡され、前記冷却材供給通路の冷却材出口
    が前記下部タイプレートの上面に設けられ、 最外周に位置する前記冷却材供給通路の冷却材出口が、
    最外周に位置する前記挿入孔よりも外側に位置すること
    を特徴とする下部タイプレート。
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