JP3044338B2 - Pwr燃料集合体 - Google Patents

Pwr燃料集合体

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JP3044338B2 JP8265369A JP26536996A JP3044338B2 JP 3044338 B2 JP3044338 B2 JP 3044338B2 JP 8265369 A JP8265369 A JP 8265369A JP 26536996 A JP26536996 A JP 26536996A JP 3044338 B2 JP3044338 B2 JP 3044338B2
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    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/3206Means associated with the fuel bundle for filtering the coolant, e.g. nozzles, grids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一次冷却水中に混
入した異物による損傷を防止するために、下部ノズルの
上面にフィルター部材を付設せしめたPWR燃料集合体
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】加圧水型原子炉にて使用される燃料集合
体は、多数の燃料棒を並列し、かつシンブル管等を混入
して複数の支持格子で支持せしめた燃料束部と、それを
固定する上部ノズルと下部ノズルとで構成されている。
そして、上記下部ノズルは、図7に示す如く、燃料集合
体の骨格となる上記シンブル管を固定する複数のシンブ
ルスクリュー穴15と多数の流水孔16とを有する四角
形の下部ノズルプレート17と、該下部ノズルプレート
17のコーナー部から垂下し、下部炉心板Bとの間に所
定の間隔を設けて上記下部ノズルプレート17を支持せ
しめる4本の脚部18とによって構成されている。
【0003】一方、上記加圧水型原子炉においては、冷
却水は図6に示す如き下部炉心板Bに設けられた炉心板
流水孔Hより燃料集合体の下部ノズルに至り、この下部
ノズルに至った冷却水は、図7に示すような下部ノズル
にあけられた前記多数の流水孔16より燃料集合体内へ
流入し、支持格子・燃料棒の間を通って上部ノズルに至
る。そして、上部ノズルの流水孔を通過した冷却水は蒸
気発生器等を経て下部炉心板Bへ至り循環する。
【0004】この冷却水の系統にまぎれ込んだ金属片等
の異物は、下部ノズルの流水孔を通過したのちは、燃料
集合体の燃料棒の間に引掛かることが多く、この引掛か
った異物は、冷却水流によって振動し、燃料棒を傷つけ
ることがある。
【0005】上記異物に対する対策としては、これま
で、異物の燃料集合体内への侵入を防止するという観点
から、下部ノズルの異物トラップ能力の改善、あるいは
最下部支持格子の異物トラップ能力の改善が行われてい
る。
【0006】上記下部ノズルの異物トラップ能力の改善
には、下部ノズルプレート流水孔径の縮小や、フィルタ
ー部材の取付けなどがある。しかし、これらの設計は燃
料集合体の圧力損失を増加させるため、流水孔径やフィ
ルター部材のメッシュ径を小さくすることには限度があ
る。このため、上記流水孔の下部炉心板への投影寸法よ
りも小さな断面を有する異物に対しては、その侵入を阻
止することは難しい。
【0007】一方、最下部支持格子の異物トラップ能力
の改善には、下部ノズル上面と接するまでの位置下げ、
支持格子の燃料棒用のセル内における異物トラップ用デ
ィンプルの追加等が含まれる。最下部支持格子の位置下
げは、支持格子のストラップにより下部ノズル流水孔を
分割して、より小さな断面を有する異物まで、燃料集合
体内への侵入を阻止しようというものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の異物対策では、前述したように流水孔の最大投影
寸法よりも小さな断面を持つ異物には効果が小さい。す
なわち、異物を混入した流水試験を行い燃料集合体下部
ノズルを観察した結果、以上述べてきた異物対策はいず
れも、最小断面の径が4mm以上の異物に対しては有効
であるが、断面が小さいワイヤーのような直径が2mm
以下の線状の異物に対しては殆ど用をなさないことが分
かった。
【0009】本発明は、下部ノズルプレートの上面に新
規な構成のフィルター部材を付設することにより、フィ
ルター流水孔の下部炉心板への投影面積をゼロまたは大
幅に減少せしめ、かつ異物の姿整を制御して、異物阻止
効果を大幅に改善することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的に適
合する本発明のPWR燃料集合体は、下部ノズルのプレ
ートと燃料棒の間に薄板状のフィルター部材を介設する
一方、最下部の支持格子を上記フィルター部材の上面に
当接するよう配設した燃料集合体において、上記フィル
ター部材、各燃料棒の下方で夫々上向きに突出するよ
う形成された中空の多数の上部突起と、上記最下部支持
格子の格子板の各交差部の下方で夫々下向きに突出する
よう形成された中空の多数の下部突起とを備えて形成
し、上記各上部突起に、その上方に位置する燃料棒の鉛
直下方向へのほぼ投影範囲内で流水孔を形成すると共
に、上記各下部突起に、その上方に位置する格子板交差
部の鉛直下方向へのほぼ投影範囲内で流水孔を形成せし
めたことを特徴とする。
【0011】そして、上記本発明の燃料集合体におい
て、上記上部突起を、上方に位置する燃料棒の中心軸を
対称軸とした回転対称形状に形成し、かつこの上部突起
の外径を上記燃料棒とほぼ同径となすことも好適であ
る。
【0012】一方、上記下部ノズルとして、シンブル管
および計装案内管を嵌挿させるボスをリブにて連結した
低圧損型プレートを有する下部ノズルを用い、さらに、
上記下部ノズルのプレートの外枠内面を、その下部が薄
肉となるテーパ状の斜面に形成することも可能である。
【0013】
【作用】上記本発明の燃料集合体では、フィルター部材
の上下部各突起の流水孔における下部炉心板上への投影
面積が、燃料棒あるいは支持格子の格子板が上方に重な
ることによって実質上ゼロに近いものとなり、これによ
り異物の姿整を制御して大きな異物阻止効果を得ること
が可能である。
【0014】また、異物に対して投影面積がゼロに近い
にもかかわらず、フィルター部材の突起を上下に配分
し、この突起に流水孔を形成することから、突起の側壁
等を利用して流水孔を広く形成することができ、その結
果、前記従来の下部ノズルより大きな流路面積を持た
せ、圧力損失の増加を防ぐことが可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】以下さらに添付図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。
【0016】図1は本発明実施形態の燃料集合体の下部
ノズル付近を示す要部拡大断面図、図2は同下部ノズル
のフィルター部材の要部拡大平面図、図3は図2のA−
A線断面図、図4は同実施形態の燃料集合体の全体図で
あり、図1は図2のB−B線断面相当部を示している。
【0017】図4に示す如く、本発明実施形態の燃料集
合体は、多数の燃料棒1を並列し、かつシンブル管2と
計装案内管(図示せず)とを混入して複数の支持格子3
にて支持せしめた燃料束部と、この燃料束部の上下に夫
々固定された上部ノズル4と下部ノズル5とで構成され
ている。そして、図1に示すように、下部ノズル5のプ
レート5aと燃料棒1の間に薄板状のフィルター部材6
を介設すると共に、図4にも示す如く最下部の支持格子
3′を上記フィルター部材6の上面に当接するよう配設
している。
【0018】かかる燃料集合体において、本発明のこの
実施形態では、図1〜図3に示す如く上記フィルター部
材6、各燃料棒1の鉛直下方で夫々上向きに突出して
形成された中空の多数の上部突起7と、上記最下部支持
格子3′の格子板の各交差部3aの鉛直下方で夫々下向
きに突出して形成された中空の多数の下部突起8とを
して形成されている。そして、上記各上部突起7には、
前記図1〜図3に示すように、各上部突起7の上方に位
置する燃料棒1の鉛直下方向へのほぼ投影範囲内で扇形
の4つの流水孔9が夫々形成されている。 また、上記各
下部突起8には、各下部突起8の上方に位置する格子板
交差部3aの鉛直下方向へのほぼ投影範囲内で十文字状
の流水孔10が夫々形成されている。
【0019】上記上部突起7は、上部に位置する燃料棒
1と同軸の円錐形状を呈し、4つの流水孔9の連なる外
径は燃料棒1の外径とほぼ同じである。また、上記下部
突起8は上部突起7よりやや小さめの逆さ円錐形状を呈
し、その頂部が前記支持格子3′の格子板の交点3bの
鉛直下方にくるよう形成されている。このように上部突
起7と下部突起8とを夫々回転対称形状とすることによ
り、冷却水の流れを偏らないようにすることができる。
また、上記下部突起8の頂部は、流水抵抗を考慮して曲
面化されている。
【0020】上記構成において、上部突起7と下部突起
8は連続して存在しており、両突起7,8は上方又は下
方へ移行してゆく部分によって一応の境界は定められる
が、厳密には境界は各突起ごとに存在し、上部突起7と
は流水孔9の内部、即ち、流水孔9を連ねる外径の内側
を指し、下部突起8とは下部突起8のうち流水孔10の
外接円の内側部分を指す。そして、特に上部突起と下部
突起との境界というものは、前記以外に定義されず、あ
くまで上記の如く突起ごとに境界が定められる。
【0021】一方、前記下部ノズル5としては、図5に
示すように、シンブル管を嵌挿させるボス11と計装案
内管を嵌挿させるボス12とをリブ13にて連結した低
圧損型プレート5aを有する下部ノズルが用いられてい
る。この下部ノズルプレート5aの外枠14の内面14
aは、図1に示す如く、その下部が薄肉となるテーパ状
の斜面に形成されており、燃料集合体同士のギャップに
異物が流入しにくいようになっている。また、リブ13
も、流水抵抗を減じるために、図1に示す如く下部が薄
肉で丸みを帯びた流線形に形成されている。
【0022】なお、前記本発明実施形態のフィルター部
材6には、図5に示すように、上記下部ノズルプレート
5aのボス11、12と対応する位置に、シンブル管や
計装案内管を挿通させる孔Sが形成されている。上記フ
ィルター部材6は、この下部ノズルプレート5aの上面
全体を覆うように形成されている。
【0023】ところで、異物対策として流水孔径を小さ
くした従来の下部ノズルの流路面積は、下部ノズルプレ
ート表面積の約3割である。この種の下部ノズルに於い
ては、異物の侵入に大きく影響する流路の下部炉心板上
への投影面積が下部ノズルの総投影面積に占める割合も
同じく約3割である。
【0024】これに対し、上記本発明実施形態のフィル
ター付下部ノズルでは、フィルター部材6の上下部の各
突起7、8の立体的な構造を生かすと共に、近接する燃
料棒1や最下部支持格子3′と流水口9、10との上下
位置を重複させることにより、流水孔9、10の下部炉
心板上への投影面積を実質上ゼロに近いものとし、異物
の姿整を制御することにより、細かい異物に対してもそ
の異物阻止効果を大幅に改善することが可能である。
【0025】すなわち、上記本発明の実施形態では、燃
料集合体の下側からみた場合の流路の投影面積を、下部
ノズルプレート5aの下流に取り付けたフィルター部材
6を用いて極力小さくし、異物の姿整を制御することに
より、これまでの設計では阻止が不可能であった線状の
異物の集合体内への侵入を防ぎ、燃料棒の傷つきを防止
することができる。
【0026】しかも、流水中の異物に対して投影面積が
上記の如くゼロに近いにもかかわらず、フィルター部材
6の突起7、8を上下に配分し、これら上下部各突起
7、8に流水孔9、10を形成することから、各突起
7、8の側壁等を利用して流水孔9、10を広く形成す
ることができ、その結果、上記従来の下部ノズルより大
きな流路面積を持たせ、圧力損失の増加を防ぐことが可
能である。
【0027】なお、上記フィルター部材6を作成する際
には、1枚の格子板をプレス加工することにより作製す
る方法、また精密鋳造、粉末冶金法、ろうづけ溶接等で
作製する方法が考えられるが、フィルター部材6の形状
等に応じて、それに適したものを選択すればよい。ま
た、フィルター部材6には、強度、耐腐食性などを考慮
した金属材料を用いるのがよい。さらに、フィルター部
材6の下部ノズル5への取付けは、溶接等の手段で脚部
に固定する方法、および、フィルター部材6を下部ノズ
ルプレートの外枠14に機械的に結合する方法がある。
後者における機械的結合方法としてはネジによる結合、
リベットによる結合等が考えられる。また、フィルター
を下部ノズルプレートの下流側へ取り付けることによ
り、下部ノズルプレート下面でのシンブル管の固定を阻
害することもない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のPWR燃
料集合体は、燃料棒と下部ノズルプレートとの間に介設
したフィルター部材に、各燃料棒の下方で夫々上向きに
突出するよう形成された中空の多数の上部突起と、最下
部支持格子の格子板の各交差部の下方で夫々下向きに突
出するよう形成された中空の多数の下部突起とを形成
し、上記各上部突起に、その上方に位置する燃料棒の鉛
直下方向へのほぼ投影範囲内で流水孔を形成すると共
に、上記各下部突起に、その上方に位置する格子板交差
部の鉛直下方向へのほぼ投影範囲内で流水孔を形成せし
めたものであり、上記フィルター部材各突起における流
水孔の下部炉心板への投影面積を、燃料棒あるいは支持
格子格子板を上記流水孔の上方に重ねることにより、実
質上ゼロに近いものとして大きな異物阻止効果を実現す
ると共に、異物の姿整を制御することが可能である。こ
れにより従来阻止できなかった線状の異物の燃料集合体
への侵入を防ぎ、燃料棒の傷つきを防止するとの顕著な
効果を奏するものである。
【0029】そしてさらに、流水中の異物に対しての投
影面積がゼロに近いにもかかわらず、フィルター部材の
突起を上下に配分し、この突起に流水孔を形成すること
から、突起の側壁等を利用して流水孔を広く形成するこ
とができ、その結果、従来の異物対策用下部ノズルより
大きな流路面積を持たせ、圧力損失の増加を防ぐことが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施形態の燃料集合体の下部ノズル付近
を示す要部拡大断面図である。
【図2】同下部ノズルのフィルター部材の要部拡大平面
図である。
【図3】図2のA−A線断面図である。
【図4】同実施形態の燃料集合体の全体図である。
【図5】同実施形態の下部ノズルとフィルター部材の概
要を示す斜視図である。
【図6】下部炉心板流水孔と下部ノズルの位置関係を示
す説明図である。
【図7】従来の下部ノズルを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 燃料棒 2 シンブル管 3、3′ 支持格子 3a 格子板の交差部 3b 格子板の交点 4 上部ノズル 5 下部ノズル 5a 下部ノズルプレート 6 フィルター部材 7 上部突起 8 下部突起 9、10 流水孔 11、12 ボス 13 リブ 14 プレート外枠 14a 外枠の内面

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下部ノズルのプレートと燃料棒の間に薄板
    状のフィルター部材を介設する一方、最下部の支持格子
    を上記フィルター部材の上面に当接するよう配設した燃
    料集合体において、上記フィルター部材、各燃料棒の
    下方で夫々上向きに突出するよう形成された中空の多数
    の上部突起と、上記最下部支持格子の格子板の各交差部
    の下方で夫々下向きに突出するよう形成された中空の多
    数の下部突起とを備えて形成し、上記各上部突起に、そ
    の上方に位置する燃料棒の鉛直下方向へのほぼ投影範囲
    内で流水孔を形成すると共に、上記各下部突起に、その
    上方に位置する格子板交差部の鉛直下方向へのほぼ投影
    範囲内で流水孔を形成せしめたことを特徴とするPWR
    燃料集合体。
  2. 【請求項2】上記上部突起を、上方に位置する燃料棒の
    中心軸を対称軸とした回転対称形状に形成し、かつこの
    上部突起の流水孔を連ねる外径を上記燃料棒とほぼ同径
    となした請求項1記載のPWR燃料集合体。
  3. 【請求項3】 上記下部ノズルとして、シンブル管およ
    び計装案内管を嵌挿させるボスをリブにて連結した低圧
    損型プレートを有する下部ノズルを用いた請求項1また
    は2記載のPWR燃料集合体。
  4. 【請求項4】 上記下部ノズルのプレートの外枠内面
    を、その下部が薄肉となるテーパ状の斜面に形成した請
    求項3記載のPWR燃料集合体。
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