JP3356498B2 - Nuclear fuel spacer - Google Patents
Nuclear fuel spacerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は燃料集合体の内部に位置
する燃料棒まで冷却することができる燃料集合体用核燃
料スペーサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nuclear fuel spacer for a fuel assembly which can cool down a fuel rod located inside the fuel assembly.
【0002】[0002]
【従来の技術】沸騰水型原子炉(BWR)に使用されて
いる燃料集合体の代表的な一例を図7により説明する。
BWR燃料集合体1は複数本の燃料棒2を正方格子状に
配列し、複数個の核燃料スペーサ3により所定の間隔に
保持し、上部タイプレート4および下部タイプレート5
に固定して結束体とし、その結束体を矩形筒体のチャン
ネルボックス6内に挿入したものである。2. Description of the Related Art A typical example of a fuel assembly used in a boiling water reactor (BWR) will be described with reference to FIG.
The BWR fuel assembly 1 has a plurality of fuel rods 2 arranged in a square lattice and is held at a predetermined interval by a plurality of nuclear fuel spacers 3.
To form a binding body, and the binding body is inserted into the rectangular cylindrical channel box 6.
【0003】従来の核燃料スペーサ3は図8に示したよ
うに帯状板7を支持バンド8内に正方格子状に組み立て
た格子型スペーサや、図9に示したように支持バンド8
内に直径が燃料棒2の配列ピッチに等しい金属製管状セ
ル9を正方格子状に配列し、接合したセル状スペーサが
知られている。As shown in FIG. 8, a conventional nuclear fuel spacer 3 is a lattice type spacer in which a band-like plate 7 is assembled in a support lattice 8 in a square lattice, or as shown in FIG.
There is known a cellular spacer in which metal tubular cells 9 having a diameter equal to the arrangement pitch of the fuel rods 2 are arranged in a square lattice and joined.
【0004】ここで、図8(a)は正面図で、(b)は
側面を一部断面で示し、帯状板7の一つおきの交点にラ
ンタン型スプリング10を挿着し、また帯状板7には燃料
棒2の固定支持部材11を設けている。なお、図8中符号
12はチャンネル用スペーサで支持バンド8の外側に突設
したものである。また、図9中符号13はセル9内に設け
た小突起、14はウォータロッド、15はセル9間を結合す
るスプリング拘束体である。FIG. 8A is a front view, and FIG. 8B is a partial cross-sectional side view. A lantern-type spring 10 is inserted at every other intersection of the band-shaped plate 7, and the band-shaped plate is inserted. 7 is provided with a fixed support member 11 for the fuel rod 2. In addition, the code in FIG.
Numeral 12 denotes a channel spacer protruding outside the support band 8. In FIG. 9, reference numeral 13 denotes a small projection provided in the cell 9, reference numeral 14 denotes a water rod, and reference numeral 15 denotes a spring restraining body for connecting the cells 9 together.
【0005】以下、図8に示した核燃料スペーサを格子
型スペーサと称し、図9に示した核燃料スペーサを丸セ
ル型スペーサと呼ぶことにする。Hereinafter, the nuclear fuel spacer shown in FIG. 8 is called a lattice spacer, and the nuclear fuel spacer shown in FIG. 9 is called a round cell spacer.
【0006】燃料スペーサは前述したようにチャンネル
ボックス内に複数個配置された燃料棒を所定の間隔に保
ち、冷却材の流れで励起されて起こる燃料棒の流体振動
を抑制する機能がある。一方、スペーサ部材は冷却材流
路となる燃料棒間隙に位置し、流路を狭める障害物とな
るため、冷却材の流動抵抗となっている。As described above, the fuel spacer has a function of keeping a plurality of fuel rods arranged in the channel box at a predetermined interval and suppressing the fluid vibration of the fuel rods caused by being excited by the flow of the coolant. On the other hand, the spacer member is located in the gap between the fuel rods serving as the coolant flow path, and serves as an obstacle to narrow the flow path, and therefore has a flow resistance of the coolant.
【0007】流体中の流動抵抗は水単相流に比較して、
蒸気と水とが混合し高速で流れる二相流条件下では数10
倍大きくなるため、蒸気、水が混合して流れるBWR燃
料集合体ではスペーサが集合体の流動抵抗に占める割合
が約20%程度と大きい。燃料集合体の圧損低減は冷却材
を炉心に循環させる循環ポンプの小容量化設計に重要で
あるため、スペーサの圧損低減が課題となっている。[0007] The flow resistance in a fluid is smaller than that of a water single-phase flow.
Under the two-phase flow condition where steam and water are mixed and flow at high speed, several tens
In the BWR fuel assembly in which steam and water flow in a mixed manner, the ratio of the spacer to the flow resistance of the assembly is as large as about 20%. Since the pressure loss reduction of the fuel assembly is important for the design of a small-capacity circulating pump that circulates the coolant through the core, reducing the pressure loss of the spacer has been an issue.
【0008】また、スペーサ流動抵抗の増加は自然循環
のような低流量時の冷却材流動の安定性に悪影響を及ぼ
す。さらに燃料集合体の限界出力にも影響する。[0008] The increase in the spacer flow resistance adversely affects the stability of the flow of the coolant at low flow rates such as in natural circulation. It also affects the power limit of the fuel assembly.
【0009】以上のように燃料集合体構成部品のうち燃
料スペーサは燃料集合体内冷却材流動時の圧力損失特性
に影響が大きく、燃料の安定性、冷却特性の面でも重要
な部品である。特に通常の原子炉運転時には集合体に冷
却材を送る循環ポンプの電力低減、すなわち、燃料スペ
ーサの圧損特性を改善させることが、直接、プラントの
発電効率改善につながるため、スペーサ圧損低減に係る
提案が従来よりなされている。As described above, among the fuel assembly components, the fuel spacer has a large effect on the pressure loss characteristics when the coolant in the fuel assembly flows, and is an important component in terms of fuel stability and cooling characteristics. Especially during normal reactor operation, reducing the power of the circulating pump that sends coolant to the assembly, that is, improving the pressure loss characteristics of the fuel spacer directly leads to improvement of the power generation efficiency of the plant. Has been made conventionally.
【0010】図9に示す丸セル型スペーサは、燃料棒ピ
ッチに相当する直径の円管を複数個縦横に配列して外接
したもので、図8の格子型スペーサの部材、特に部材の
交差した部分が各々の燃料棒間の空間中央に位置してい
るのに比べてスペーサ部材が燃料棒に近く、各々の燃料
棒間の空間中央には部材が存在していない。The round cell type spacer shown in FIG. 9 is formed by arranging a plurality of circular tubes having a diameter corresponding to the fuel rod pitch vertically and horizontally and circumscribing them. The spacer member is closer to the fuel rods than the portion is located in the center of the space between the fuel rods, and there is no member in the center of the space between the fuel rods.
【0011】燃料集合体内の冷却材の流れは各々の燃料
棒間を蒸気が高速で流れ、水は燃料棒表面を平均厚さで
0.2mm〜 0.6mm程度の薄い液膜となって流れている。燃
料棒空間の蒸気流速は図10のように燃料棒2の表面で流
速が最も遅く、燃料棒2間の中央で最も速くなるような
分布になっている。The flow of coolant in the fuel assembly is such that steam flows between each fuel rod at a high speed, and water flows over the fuel rod surface at an average thickness.
It flows as a thin liquid film of about 0.2 mm to 0.6 mm. As shown in FIG. 10, the steam flow velocity in the fuel rod space has a distribution such that the flow velocity is the slowest on the surface of the fuel rods 2 and the fastest in the center between the fuel rods 2.
【0012】流路に障害物のない場合を例にとると、壁
面(y=0)で流速が遅くなる。流動抵抗Rは通常、 R=(抵抗係数CD )×(流れに垂直な面に対する投影
面積S)×(流体の密度ρ)×(流体の速度V)2 /2 で表され、流速Vは流動抵抗に二乗で効く。In the case where there is no obstacle in the flow path, for example, the flow velocity becomes slow on the wall surface (y = 0). Flow resistance R is typically expressed as R = (resistance coefficient C D) × (the speed V of the fluid) (projected area S with respect to a plane perpendicular to the flow) × (density of the fluid ρ) × 2/2, the flow velocity V is Works square with flow resistance.
【0013】したがって、蒸気流速が最も速い各々の燃
料棒間の空間中央にスペーサ部材が存在していない丸セ
ル型スペーサでは流速の遅い燃料棒近傍の蒸気がスペー
サ部材と衝突するため燃料棒空間中央にスペーサ部材が
ある格子型スペーサに比較して、流動抵抗が小さくな
る。Therefore, in the round cell type spacer in which the spacer member does not exist in the center of the space between the fuel rods having the highest steam flow velocity, the vapor near the fuel rod having the slow flow velocity collides with the spacer member, so that the center of the fuel rod space. The flow resistance is smaller than that of a lattice spacer having a spacer member.
【0014】ところで、限界出力向上の手段として次の
第1から第3に述べる工夫が従来から提案されている。
第1は燃料棒の冷却に寄与しない非加熱のチャンネルボ
ックス内面の液膜をはぎ取ってチャンネルボックス近傍
の燃料棒の冷却材に活用するものである。これにはフロ
ースクレーパあるいはフロースカートと称する板をスペ
ーサに取り付け、これをチャンネルボックス内面に接触
させ、剥離された液(液膜)をチャンネルボックス表面
から剥離、スペーサ外枠(バンド)の下流端やスペーサ
外枠の下流端に設けられたフロータブと称する爪状突起
から主流中に飛散させ、周囲の燃料棒へ付着させ燃料棒
冷却の向上を期待する方法である。By the way, the following first to third measures have been proposed as means for improving the limit output.
First, the liquid film on the inner surface of the unheated channel box that does not contribute to cooling the fuel rods is stripped off and used as a coolant for the fuel rods near the channel box. To do this, a plate called a flow scraper or a flow skirt is attached to the spacer, this is brought into contact with the inner surface of the channel box, the separated liquid (liquid film) is separated from the surface of the channel box, the downstream end of the spacer outer frame (band) or the like. This is a method in which a claw-shaped protrusion called a flow tab provided at the downstream end of the outer frame of the spacer is scattered into the mainstream and adheres to the surrounding fuel rods, thereby improving fuel rod cooling.
【0015】第2は図11に示したようにスペーサ下端側
の燃料棒で囲まれた流路空間のスペーサバンド8に捩り
板16や羽根を取り付け、蒸気主流に含まれる液滴をこれ
らに捕捉し、捩り板16や羽根で生じる旋回流あるいは板
や羽根表面に張り付いた液17に働く遠心力で燃料棒2の
方向に液17を飛ばして燃料棒2の冷却に活用するもので
ある。Second, as shown in FIG. 11, a torsion plate 16 and blades are attached to a spacer band 8 in a flow path space surrounded by fuel rods at the lower end of the spacer, and droplets contained in the main steam are captured by these. Then, the liquid 17 is directed toward the fuel rod 2 by a swirling flow generated by the torsion plate 16 or the blade or a centrifugal force acting on the liquid 17 attached to the surface of the plate or the blade, and is used for cooling the fuel rod 2.
【0016】第3は燃料棒とチャンネルの間隙が設計ど
おり一定間隔以上に保たれるようにすることである。燃
料棒とチャンネルとの間隙は燃料スペーサ外枠に取り付
けられた突起により、ある間隔以下にならないように工
夫されている。Thirdly, the gap between the fuel rod and the channel is maintained at a predetermined interval or more as designed. The gap between the fuel rod and the channel is devised by a projection attached to the outer frame of the fuel spacer so as not to be less than a certain distance.
【0017】しかし、スペーサ外径とチャンネルボック
ス内径との間には、燃料組み立て上必要なあそびが設け
られている。このため、チャンネルボックス内での燃料
集合体の偏り方次第でチャンネル側に面した燃料棒とチ
ャンネルボックス間の間隔が不揃いとなる可能性があ
る。However, a play required for fuel assembly is provided between the outer diameter of the spacer and the inner diameter of the channel box. For this reason, the interval between the fuel rod facing the channel side and the channel box may become uneven depending on how the fuel assemblies are biased in the channel box.
【0018】したがって流路が狭くなったところでは冷
却材の流れが悪くなり、冷却能力が低下する懸念があ
る。この不揃いを極力低減するためにスペーサとチャン
ネル間にばねを設けたり、熱膨張によりチャンネル〜ス
ペーサ間のあそびを吸収する工夫がなされている。Therefore, when the flow path becomes narrow, the flow of the coolant becomes poor, and there is a concern that the cooling capacity is reduced. In order to reduce the irregularity as much as possible, a spring is provided between the spacer and the channel, or a device for absorbing the play between the channel and the spacer due to thermal expansion has been devised.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】格子型スペーサは流速
の速い燃料棒空間中央の部材を冷却材の流動方向に山型
に突出させることによりスペーサ部材による流路面積の
急激な変化をなくし流動抵抗を緩和、スペーサ圧力損失
を低減させている。The grid type spacer eliminates a sudden change in the flow path area due to the spacer member by protruding a member in the center of the fuel rod space having a high flow velocity into a chevron in the flow direction of the coolant so as to eliminate flow resistance. To reduce the spacer pressure loss.
【0020】その他、スペーサの流動抵抗を低減する方
法としてスペーサ部材の厚みを薄くしたり、部材を部分
的に削除して冷却材流れに垂直な方向のスペーサ部材投
影面積を減少させることによる流動抵抗を低減した例が
ある。Other methods of reducing the flow resistance of the spacer include reducing the thickness of the spacer member, or partially removing the member to reduce the projected area of the spacer member in the direction perpendicular to the coolant flow. Is reduced.
【0021】以上のようにスペーサ圧損低減の工夫がな
されているが、丸セル型スペーサでは燃料棒ピッチに相
当する直径一定の円管状のセルを外接させてスペーサを
形成したものであるため、スペーサ部材を蒸気流速の低
い燃料棒近傍に近付けることができない。Although the spacer pressure loss has been devised as described above, in the case of a round cell type spacer, a spacer is formed by circumscribing a cylindrical cell having a constant diameter corresponding to the fuel rod pitch. The member cannot be brought close to the vicinity of the fuel rod having a low steam flow rate.
【0022】丸セル型スペーサに関しては例えば特開昭
59-65287号公報「燃料集合体用スペーサ」が知られてい
る。すなわち、この公報では隣接したセルの間によごれ
が蓄積するのを防止するために冷却材が停滞し、また、
外接部位置のセル間によごれが溜まらないようにするた
め、フェルールの両端でのみ外接部を突出し、外接部セ
ル間に僅かな隙間を設けるようにしている。さらに、セ
ル両端部のみを僅かに突出させているため、フェルール
本体部の部材と端部の部材とが外接部のスペーサ投影面
積を増加させるような配置になっている。Regarding the round cell type spacer, for example,
JP-A-59-65287 discloses a "fuel assembly spacer". That is, in this publication, the coolant stagnates in order to prevent accumulation of dust between adjacent cells,
In order to prevent dirt from accumulating between the cells at the circumscribed portion, the circumscribed portion is protruded only at both ends of the ferrule, and a slight gap is provided between the circumscribed portion cells. Further, since only the both ends of the cell are slightly protruded, the members of the ferrule main body and the members at the ends are arranged so as to increase the projected area of the spacer of the circumscribed portion.
【0023】突起付き格子スペーサでは突起による流路
面積変化率の緩和により、丸セル、格子型を含めた他の
スペーサと比較しても圧損低減の効果は顕著である。し
かしながら部材が蒸気流速の最も速い燃料棒空間中央に
あるため、低圧損化の余地を残している。以上のように
従来のスペーサ流動抵抗低減の提案では十分な圧力損失
低減効果が得られていないという課題があった。In the grid spacer with projections, the effect of reducing the pressure loss is remarkable as compared with other spacers including a round cell and a grid type due to the reduction of the flow area change rate due to the projections. However, since the member is located in the center of the fuel rod space where the steam flow velocity is the fastest, there is room for low pressure loss. As described above, there has been a problem that the conventional proposal for reducing the flow resistance of the spacer does not provide a sufficient pressure loss reducing effect.
【0024】一方、従来の限界出力向上のための工夫で
は、次のような問題点がある。チャンネルボックス内面
の液膜を剥離する工夫(フロースクレーパ、フロースカ
ート等)ではチャンネルボックス近傍の特にチャンネル
ボックスに面した燃料表面での冷却にしか活用されてお
らず、燃料集合体の内部で燃料棒表面の液膜消失による
温度上昇(ドライアウト)が生じても、剥離された液膜
は集合体内部までは届かないために限界出力向上に全く
効果がなかった。On the other hand, the conventional contrivance for improving the limit output has the following problems. The device for removing the liquid film from the inner surface of the channel box (flow scraper, flow skirt, etc.) is used only for cooling the fuel near the channel box, especially on the fuel surface facing the channel box. Even if the temperature rise (dryout) due to the disappearance of the liquid film on the surface, the peeled liquid film did not reach the inside of the assembly, so that there was no effect in improving the limit output.
【0025】また、燃料集合体組立て上、フロースクレ
ーパ、フロースカートとチャンネルボックスとの間隔を
ゼロにすることはできないため、ある程度のあそびを設
けるが、液膜は薄いために( 0.1mm〜1mm程度)大部分
はあそび(0.数mm)の部分を通過してしまい、チャンネ
ルボックス表面の液を十分に剥離できていない。Further, since the distance between the flow scraper, the flow skirt and the channel box cannot be reduced to zero in assembling the fuel assembly, a certain amount of play is provided. However, since the liquid film is thin, about 0.1 mm to 1 mm is required. Most of the liquid passed through the play area (0.1 mm), and the liquid on the surface of the channel box could not be sufficiently removed.
【0026】同様にチャンネルボックス内面に突起や窪
み等の凹凸を設けて、チャンネルボックス内面を流れる
前記液膜を剥離する工夫もあるが、チャンネルボックス
に面した燃料棒のみに有効であり、同様の課題がある。Similarly, there is a contrivance to provide projections and depressions on the inner surface of the channel box to peel off the liquid film flowing through the inner surface of the channel box. However, this method is effective only for the fuel rod facing the channel box, and is similar to the above. There are issues.
【0027】また、羽根、捩り板等の液滴捕捉、旋回流
発生機構では、一様厚さの板材を使用しているため、そ
の旋回特性に影響する(すなわち、限界出力特性)因子
は羽根長さ、捩りピッチ、角度、羽根先端形状程度であ
る。Further, in the mechanism for trapping liquid droplets such as blades and torsion plates and generating a swirling flow, a plate material having a uniform thickness is used. Length, twist pitch, angle, blade tip shape.
【0028】例えば捩り板を使用したものではどの因子
を変えても羽根の途中から遠心力で飛散する液量はほぼ
一定であり、捕捉した液滴を羽根の途中から多く出した
いとか、先端から多く出したいという設計の柔軟性がな
く、最適な特性に調整する因子の幅が狭かった。For example, in the case of using a torsion plate, the amount of liquid scattered by centrifugal force from the middle of the blade is almost constant no matter what factor is changed. There was no design flexibility to get more, and the range of factors for adjusting to optimal characteristics was narrow.
【0029】また、一様断面の羽根は長さが長くなると
強度面、疲労破壊面で弱くなり、原子炉運転中に羽根が
疲労破壊し冷却材中に混入することにより燃料被覆管や
他の機器に損傷を与えるという懸念があった。Further, the blades having a uniform cross section become weaker in strength and fatigue fracture when the length is increased, and the blades fracture due to fatigue during the operation of the reactor and are mixed into the coolant, so that the fuel cladding tube and other parts are damaged. There was concern that equipment could be damaged.
【0030】さらに、燃料集合体の位置決めの工夫で
は、スペーサにばねを取り付けたり、熱膨張で展開し、
チャンネルボックス〜スペーサ間のあそびを吸収する機
構を位置決め専用に設けるように考えられており、燃料
コスト、製造工程の増加、中性子経済の低下(中性子吸
収)を招く要因となっていた。Further, in the device for positioning the fuel assembly, a spring is attached to the spacer or the fuel assembly is developed by thermal expansion.
It has been considered to provide a mechanism for absorbing the play between the channel box and the spacer exclusively for positioning, and this has been a factor that causes fuel cost, an increase in the number of manufacturing steps, and a decrease in neutron economy (neutron absorption).
【0031】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、流動抵抗を低減し、かつ、限界出力の向上を
図った核燃料スペーサを提供するものである。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a nuclear fuel spacer in which a flow resistance is reduced and a limit output is improved.
【0032】[0032]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
複数の燃料棒をほぼ等間隔に挿通させる燃料棒挿通路を
それぞれ独立に形成する複数のセルがほぼ格子状に配列
されてなる核燃料スペーサにおいて、前記セルは4辺の
平坦面と、この4辺の平坦面間に各々内側に凸に湾曲し
た4辺の傾斜面とを有する横断面がほぼ八角形の短管か
らなり、前記燃料棒挿通路は前記セルを4個1組とし、
一方のセルと他方のセルとの平坦面がそれぞれ各々突き
合わされ、かつ各々前記平坦面を介して前記4辺の傾斜
面の外側で形成される円筒部からなり、前記セルの対向
する平坦面にフロースクレーパの液体案内部材の挿入孔
が段差を有して設けられ、これらの挿入孔に前記液体案
内部材が前記セルの最外周側から上向きに傾斜して挿入
された状態で、前記フロースクレーパが前記セルに挿入
配置されてなることを特徴とする。The invention according to claim 1 is
In a nuclear fuel spacer plurality of cells are arranged in a substantially lattice-like to form the fuel rod insertion passage for inserting a plurality of fuel rods at substantially equal intervals to each independently, it said cell is a flat surface of the four sides, the four sides each cross-section consists of a short tube substantially octagonal with the inclined surface of the four sides curved convexly inward, the fuel rod insertion path is the four pair of the cell between the flat surfaces of,
Flat surface with one cell and the other cells are butted each respectively and Ri Do from the cylindrical portion, each formed by the outer inclined surface of the four sides via the flat surface, opposite of the cell
Insertion hole for liquid guide member of flow scraper on flat surface
Are provided with a step, and the insertion holes are inserted into these insertion holes.
The inner member is inserted inclining upward from the outermost periphery of the cell
The flow scraper is inserted into the cell
It is characterized by being arranged .
【0033】請求項2に係る発明は、前記フロースクレ
ーパは板状本体と、この板状本体に設けられた液体案内
部材とからなることを特徴とする。請求項3に係る発明
は、前記複数のセルを接合する平坦面の対角線の一方に
前記平坦面と直角方向に拘束板を前記平坦面に挿着して
なることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, the flow screen
The plate has a plate-shaped main body and a liquid guide provided on the plate-shaped main body.
And a member . Invention according to claim 3
Is one of the diagonal lines of the flat surface joining the plurality of cells.
Inserting a restraint plate on the flat surface in a direction perpendicular to the flat surface
It is characterized by becoming .
【0034】請求項4に係る発明は、前記拘束板は帯状
平板で、その長手方向と直角方向に複数のスリットが形
成され、その材質は前記セルの熱膨張率よりも小さい熱
膨張率を有することを特徴とする。請求項5に係る発明
は、前記拘束板の流体が流れる下流側に、板厚断面形状
が非一様に形成された捩り板を取り付けてなることを特
徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, the restraining plate has a belt shape.
A flat plate with multiple slits perpendicular to its longitudinal direction
The material of which is smaller than the coefficient of thermal expansion of the cell.
It is characterized by having an expansion coefficient . Invention according to claim 5
Has a plate thickness cross-sectional shape on the downstream side where the fluid of the restraint plate flows.
Is attached with a non-uniformly formed torsion plate.
Sign .
【0035】請求項6に係る発明は、前記捩り板には該
板の両面に長手方向に沿ってV字状の凸部または突起が
形成されていることを特徴とする。請求項7に係る発明
は、前記捩り板には該板の中央または両端に板厚が大き
くなるように一様に形成されていることを特徴とする。The invention according to claim 6 is characterized in that the torsion plate has
V-shaped protrusions or protrusions along the longitudinal direction on both sides of the plate
It is characterized by being formed . Invention according to claim 7
Has a large thickness at the center or at both ends of the torsion plate.
It is characterized by being formed so as to be uniform .
【0036】[0036]
【作用】横断面がほぼ八角形状セルを4個1組として、
一方のセルと他方のセルの平坦面がそれぞれ突き合わさ
れ、かつそれぞれ突き合わされ、かつそれぞれ平坦面を
介してそれぞれ異なるセルの傾斜面が隣り合って4本の
傾斜面の外側で円筒部が形成される。つまり、傾斜面の
曲率が1/4円となっているため、4個合わせれば円と
なるのと同じことである。[Action] cross section a substantially octagonal shape cells as four pair,
The flat surfaces of one cell and the other cell are butted against each other, and the inclined surfaces of the different cells are adjacent to each other through the respective flat surfaces, and a cylindrical portion is formed outside the four inclined surfaces. You. That is, since the curvature of the inclined surface is a quarter circle, it is the same as a circle when four pieces are combined.
【0037】この円筒部を燃料棒挿通路とすることによ
り平坦面の長さを燃料棒に密着するまで近付けることが
でき、蒸気流速の遅い燃料棒近くにセルを位置させるこ
とができる。すなわち、セルに衝突する蒸気速度が遅く
なれば流動抵抗Rと流速Vとの関係からスペーサの流動
抵抗は減少し、スペーサの圧力損失を低減できる。By using the cylindrical portion as the fuel rod insertion passage, the length of the flat surface can be made closer to the fuel rod until it comes into close contact with the fuel rod, and the cell can be located near the fuel rod with a slow steam flow rate. That is, if the velocity of the steam colliding with the cell decreases, the flow resistance of the spacer decreases due to the relationship between the flow resistance R and the flow velocity V, and the pressure loss of the spacer can be reduced.
【0038】また、セルの平坦面にフロースクレーパの
液体案内部材の挿入孔を設け、この挿入孔に液体案内部
材を挿入することによりチャンネルボックス内面を流れ
る液体を燃料束の中央へ運ぶことができる。Further, an insertion hole for the liquid guide member of the flow scraper is provided on the flat surface of the cell, and the liquid flowing through the inner surface of the channel box can be carried to the center of the fuel bundle by inserting the liquid guide member into the insertion hole. .
【0039】さらに、セルの平坦面の対角線の一方に直
角方向に熱膨張位置決め機構を挿着することによりチャ
ンネルボックス方向に温度によって拡大,縮小させ、冷
却時,高温時の燃料棒のピッチ間隙やチャンネルボック
スとの隙間を変化できる。Further, by inserting a thermal expansion positioning mechanism in a direction perpendicular to one of the diagonal lines of the flat surface of the cell, the thermal expansion positioning mechanism is expanded or reduced in the direction of the channel box depending on the temperature. The gap with the channel box can be changed.
【0040】また、板厚を異にした羽根状捩り板を支持
バンドまたは拘束板の下流側を設けることにより、捩り
板表面の液膜流れが板厚の部分でせき止められたり、ま
たは液膜を剥離させたりすることができ、もって液膜の
流れを制御でき、特性を調整できる。Further, by providing a blade-like torsion plate having a different plate thickness on the downstream side of the support band or the restraining plate, the liquid film flow on the surface of the torsion plate is blocked at the plate thickness portion, or the liquid film is reduced. It can be peeled off, whereby the flow of the liquid film can be controlled and the characteristics can be adjusted.
【0041】[0041]
【実施例】図1および図2を参照しながら本発明に係る
核燃料スペーサの第1の実施例を説明する。図1(a)
は本実施例に係る核燃料スペーサに燃料棒が挿入された
状態の要部のみを横断面で示しており、全体の構成とし
ては図9に示した従来の丸セル型スペーサとほぼ同様で
ある。本実施例が図9に示す丸セル型スペーサと異なる
部分はセルの形状が異なっている点であるので、その異
なった要点のみを説明し、重複する部分の説明は省略す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a nuclear fuel spacer according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 (a)
FIG. 3 shows only a cross section of a main part of the nuclear fuel spacer according to the present embodiment with the fuel rods inserted therein. The overall configuration is substantially the same as the conventional round cell type spacer shown in FIG. The present embodiment differs from the round cell type spacer shown in FIG. 9 in that the shape of the cell is different. Therefore, only the different points will be described, and the description of the overlapping portions will be omitted.
【0042】本実施例に使用するセル18は図2(b)に
示す第1のセル18aと、図2(c)に示す第2のセル18
bとからなっている。これらのセル18aと18bの外観は
図2(a)に斜視図で示したように、ほぼ正方立方体の
各辺部を内側に凹ませて各角部を削り取って平面状に形
成した如くのほぼ八角形状立方体構造になっている。The cells 18 used in this embodiment are the first cell 18a shown in FIG. 2B and the second cell 18a shown in FIG.
b. As shown in the perspective view of FIG. 2A, the appearance of these cells 18a and 18b is substantially as if each side of the square cube was recessed inward and each corner was cut off to form a flat surface. It has an octagonal cube structure.
【0043】すなわち、第1および第2のセル18a,18
bともに各角部を削り取った如くの4辺の平坦面19と、
各辺部を内側に凹ませて湾曲させた如くの4辺の傾斜面
20とを有するほぼ八角形状に形成された短管とからなっ
ている。第2のセル18bは図2(c)に示したように傾
斜面20の中央部に外側と内側へ向けた小突起21が上下に
2個ずつ計4個形成されている。That is, the first and second cells 18a, 18
b has a flat surface 19 with four sides as if each corner was cut off,
Inclined surface of four sides as if each side was depressed inward and curved
It consists a short pipe which is formed in a substantially octagonal shape and a 20. As shown in FIG. 2 (c), the second cell 18b has four small protrusions 21 extending outward and inward at the center of the inclined surface 20 in total, two at the top and bottom.
【0044】燃料棒挿通路22は一方のセル18と他方のセ
ル18との平坦面19がそれぞれ突き合わされ、かつそれぞ
れ平坦面19を介して隣り合う4辺の傾斜面20の外側で形
成される円筒部である。なお、セル18の傾斜面20の曲率
は1/4円であり、傾斜面20を4本連続してつなげるこ
とにより真円が形成される。The fuel rods insertion passage 22 is formed outside of one of the cell 18 and the other flat surface 19 of the cell 18 of abutted to each other and the inclined surface 20 of the 4 adjacent sides through the flat surface 19, respectively It is a cylindrical part. The curvature of the inclined surface 20 of the cell 18 is 1/4 circle, and a perfect circle is formed by connecting four inclined surfaces 20 continuously.
【0045】しかして、図1(a)に示したように第1
のセル18aと第2のセル18bとを縦横に配列し平坦面19
を突き合わせ、その突き合わせた交点部分に図1(b)
に示した弾性を有する挟持体23をはめ込んで平坦面19を
挟持して格子状に燃料棒挿通路22を形成し核燃料スペー
サを構成する。挟持体23は上下に平坦面19を挿入する挿
入部23aと中央に弾性を有する山形部23bが形成されて
いる。この燃料棒挿通路22に燃料棒2を挿入し燃料集合
体の燃料束とする。However, as shown in FIG.
Cells 18a and second cells 18b are arranged vertically and horizontally to form a flat surface 19.
And at the intersection point where they match, FIG. 1 (b)
The holding member 23 having elasticity shown in (1) is fitted, and the flat surface 19 is held to form the fuel rod insertion passage 22 in a lattice shape, thereby constituting a nuclear fuel spacer. The holding body 23 is formed with an insertion portion 23a for vertically inserting the flat surface 19 and an elastic chevron 23b at the center. The fuel rods 2 are inserted into the fuel rod insertion passages 22 to form a fuel bundle of a fuel assembly.
【0046】このようにして1/4円の傾斜面20をつな
ぐ平坦面19の部分長を燃料棒2のギャップに近付けるこ
とにより図10に示したようにセル18を燃料棒2に密着す
るまで近付けることが可能となり、蒸気流速の遅い燃料
棒2の近くにセル18を位置させることができる。In this way, by making the partial length of the flat surface 19 connecting the inclined surface 20 of 1/4 circle close to the gap of the fuel rod 2, the cell 18 is brought into close contact with the fuel rod 2 as shown in FIG. As a result, the cell 18 can be located near the fuel rod 2 having a low steam flow rate.
【0047】セル18に衝突する蒸気速度は遅くなれば流
動抵抗Rと流速Vとの関係からスペーサの流動抵抗は減
少し、スペーサの圧力損失を低減できる。また、セル18
の材質を中性子吸収の少ないジルカロイからインコネル
等の材料の強度が大きい材料とし、薄肉化することによ
りセル18の部材の投影面積が削減でき、さらに圧力損失
を低減できる。If the velocity of the steam colliding with the cell 18 decreases, the flow resistance of the spacer decreases due to the relationship between the flow resistance R and the flow velocity V, and the pressure loss of the spacer can be reduced. Also cell 18
Is made of a material having a high strength such as inconel from zircaloy having low neutron absorption, and by reducing the thickness, the projected area of the members of the cell 18 can be reduced, and the pressure loss can be further reduced.
【0048】一方、セルと燃料棒表面間のギャップの減
少により、燃料棒近傍の蒸気や液膜の流れが停滞するこ
とが懸念されるが、表面の液膜は平均厚さで 0.2mm〜
0.6mm程度であるため、従来の丸セル型スペーサよりも
間隙を狭くしても十分通過できる。On the other hand, there is a concern that the flow of the vapor or liquid film near the fuel rod may be stagnated due to the decrease in the gap between the cell and the fuel rod surface, but the liquid film on the surface has an average thickness of 0.2 mm or less.
Since it is about 0.6 mm, it can pass sufficiently even if the gap is narrower than the conventional round cell type spacer.
【0049】図10(a)に示すように流路壁(燃料棒)
と障害物(obstacle)(スペーサ)との間隔を
0.75mm程度にしてもセル〜燃料棒間隙を気相は通過して
おり、セルを燃料棒表面に従来のスペーサよりも近付け
ても冷却材が閉塞し、冷却性能が著しく損なわれないこ
とがわかる。As shown in FIG. 10A, the flow path wall (fuel rod)
And the distance between the obstacle (obstacle) (spacer)
Even if it is about 0.75 mm, the gas phase passes through the gap between the cell and the fuel rod, and it can be seen that even if the cell is brought closer to the fuel rod surface than the conventional spacer, the coolant is blocked and the cooling performance is not significantly impaired. .
【0050】さらに図2(d)に示すようにセル18の冷
却材上流側の外側(燃料棒2に対向した面)にテーパ加
工25を施すことによりセル18と燃料棒2との間隙よりも
厚さの厚い液膜24を燃料棒2側に取り込むことが可能で
ある。Further, as shown in FIG. 2D, a taper processing 25 is applied to the outside of the cell 18 on the upstream side of the coolant (the surface facing the fuel rod 2) so that the gap between the cell 18 and the fuel rod 2 can be reduced. A thick liquid film 24 can be taken into the fuel rod 2 side.
【0051】なお、本実施例では複数のセルを格子状に
配列し、その周囲を支持バンドで包囲した例で説明した
が、各セルを個々に接合し固定した場合には必ずしも支
持バンドを必要とするものではない。In this embodiment, a plurality of cells are arranged in a grid and the periphery is surrounded by a support band. However, when each cell is individually joined and fixed, the support band is not necessarily required. It does not mean that.
【0052】次に図3および図4より本発明に係る核燃
料スペーサの第2の実施例を説明する。この第2の実施
例は第1の実施例に示したセル18の対向する平坦面19,
19に図3(a)に示したように段差を有してそれぞれ挿
通孔26を設け、かつこれらの挿入孔26に図3(c)およ
び図4(b)に示す漏斗状フロースクレーパ27の液体案
内部材28を前記セル18の最外周から上向きに傾斜させて
挿着したものである。Next, a second embodiment of the nuclear fuel spacer according to the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is a flat surface 19 against direction of the cell 18 shown in the first embodiment,
19 respectively provided interpolation <br/> hole 26 has a step as shown in FIG. 3 (a), shown in FIG. 3 (c) and 4 (b) the insertion hole 26 of Katsuko these The liquid guide member 28 of the funnel-shaped flow scraper 27 is inserted so as to be inclined upward from the outermost periphery of the cell 18.
【0053】図3(b)および図4(a)に示すように
フロースクレーパ27はチャンネルボックス6の近傍に配
置されている。挿通孔26は図3(a)に拡大して示した
ように対向する平坦面19によってその位置が異なってい
る。つまり、手前側の挿通孔26は下方に、後方側の挿通
孔26は上方に位置した段差を有している。この挿通孔26
は図3(b)および図4(a)に示したようにフロース
クレーパ27の管状液体案内部材28を挿通するものであ
る。As shown in FIGS. 3B and 4A, the flow scraper 27 is arranged near the channel box 6. The position of the insertion hole 26 differs depending on the opposing flat surface 19 as shown in an enlarged manner in FIG. In other words, the front insertion hole 26 has a step located below, and the rear insertion hole 26 has a step located above. This insertion hole 26
3A and 3B insert the tubular liquid guide member 28 of the flow scraper 27 as shown in FIGS. 3B and 4A.
【0054】フロースクレーパ27は図4(b)に示すよ
うに、板状本体27aに複数本の液体案内部材28がほぼ45
°の角度で折り曲げられるようにして並列配置された形
状になっている。そして、図3(b)に示すように、チ
ャンネルボックス6の内面に板状本体27aが接し液体案
内部材28の先端がセル18の上方の挿通孔26を貫通して開
口するように配置される。なお、板状本体27aにはチャ
ンネルボックス6側近傍に液体流出孔29が形成され、フ
ロースクレーパ27は支持バンド(図示せず)に取り付け
られる。The flow scraper 27 is shown in FIG.
As described above, the plurality of liquid guide members 28 are substantially 45
Shaped in parallel so that it can be bent at an angle of °
It is in shape. Then, as shown in FIG. 3 (b), arranged so that the tip of the plate-like body 27a on the inner surface of the channel box 6 is wetted body guide member 28 is opened through the upper insertion holes 26 of the cell 18 Is done. The liquid outflow hole 29 is formed near the channel box 6 side to the plate-like body 27a, off
The low scraper 27 is attached to a support band (not shown).
【0055】しかして、本実施例によれば図3(b)に
示したようにチャンネルボックス6の内面から剥離した
液膜24を燃料集合体の燃料束の内部にも供給することが
できる。つまり、チャンネルボックス6の内面を上昇す
る液膜24はフロースクレーパ27内に流入し、その一部は
液体流出孔29から液17となって流出するが、他の液膜24
は液17となって液体案内部材28を通り、その開口端から
流出し、燃料束の中央部へと送られる。Thus, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the liquid film 24 peeled off from the inner surface of the channel box 6 can be supplied to the inside of the fuel bundle of the fuel assembly. That is, the liquid film 24 rising on the inner surface of the channel box 6 flows into the flow scraper 27, and a part of the liquid film 24 flows out as the liquid 17 from the liquid outlet hole 29, but the other liquid films 24.
Is converted into a liquid 17, passes through the liquid guide member 28, flows out from the opening end thereof, and is sent to the center of the fuel bundle.
【0056】これにより、従来はチャンネルボックス6
と最外周の燃料棒2との空間にしか供給、活用されてい
なかった液17が燃料束の中央部まで届くため、燃料束内
部でのドライアウト抑制に活用でき、もって限界出力を
向上できる。Thus, the conventional channel box 6
The liquid 17 that has been supplied and used only to the space between the fuel bundle 2 and the outermost fuel rod 2 reaches the center of the fuel bundle, and can be used for suppressing dryout inside the fuel bundle, thereby improving the limit output.
【0057】なお、フロースクレーパ27の液体案内部材
28の先端は全てが燃料棒束の空間に必要ではなく、特に
熱的に厳しい最外周から2列目または3列目に達してい
ればよい。また、フロースクレーパ27の途中に液体流出
孔29を設けることによって先端に至るまで液17の一部を
途中で供給することもできる。The liquid guide member of the flow scraper 27
Not all of the 28 tips are required for the space of the bundle of fuel rods, and need only reach the second or third row from the outermost periphery which is particularly severe in heat. Further, by providing the liquid outflow hole 29 in the middle of the flow scraper 27, a part of the liquid 17 can be supplied halfway to the tip.
【0058】次に図5により本発明に係る核燃料スペー
サの第3の実施例を説明する。この第3の実施例は第1
の実施例における第1および第2のセル18a,18bがそ
れぞれ接合した平坦面19と直角方向に図5(a)で示す
ように縦方向のみに熱膨張位置決め機構として図5
(b)に示す拘束板30を差し込んで第1の実施例に準じ
て核燃料スペーサを構成したものである。Next, a third embodiment of the nuclear fuel spacer according to the present invention will be described with reference to FIG. This third embodiment is similar to the first embodiment.
As shown in FIG. 5 (a), the first and second cells 18a and 18b in the embodiment of FIG.
A nuclear fuel spacer is constructed according to the first embodiment by inserting the restraint plate 30 shown in FIG.
【0059】拘束板30は平坦面19の接合部に挿入される
幅をもった帯状平板の長手方向と直角方向に複数のスリ
ット31が形成されたもので、このスリット31を接合した
平坦面19に差し込むようにして挿入し、拘束板30を各々
のセル18a,18bの平坦面19に挿着固定する。拘束板30
を挿着する方向は図5(a)で示したように縦方向のみ
であって、横方向には挿着しない。The restraining plate 30 is formed by forming a plurality of slits 31 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of a band-shaped flat plate having a width to be inserted into the joint of the flat surface 19. Then, the restraint plate 30 is inserted and fixed to the flat surface 19 of each of the cells 18a and 18b. Restraint plate 30
Is inserted only in the vertical direction as shown in FIG. 5A, and is not inserted in the horizontal direction.
【0060】ただし、拘束板30は横方向のみでもよい
が、この場合には縦方向には挿着せず、何れか一方向の
対角線のみとする。この拘束板30の材質はセル18の材質
よりも熱膨張率の小さいものとし、セル18が例えばイン
コネルの場合には拘束板30は例えばジルカロイとする。However, the restraint plate 30 may be only in the horizontal direction, but in this case, it is not inserted in the vertical direction, and only the diagonal line in any one direction is used. The material of the restraint plate 30 has a smaller coefficient of thermal expansion than the material of the cell 18. When the cell 18 is, for example, Inconel, the restraint plate 30 is, for example, Zircaloy.
【0061】この第3の実施例によれば、室温20℃程度
から原子炉の運転温度約 300℃まで上昇するとき、図5
(c)で示すようにセル18は点線aで示すように熱膨張
により変形し、矢印bに示すように拘束力が働くことに
なる。According to the third embodiment, when the operating temperature of the reactor rises from about 20 ° C. to about 300 ° C. in FIG.
As shown by (c), the cell 18 is deformed by thermal expansion as shown by a dotted line a, and a binding force is exerted as shown by an arrow b.
【0062】しかして、セル18は拘束力と反対方向に膨
張するので、従来例のようにスペーサ位置決め専用にス
ペーサ外枠にばね、熱膨張機構等の位置決め専用の機構
を設ける必要がない。Since the cell 18 expands in the direction opposite to the restraining force, it is not necessary to provide a positioning mechanism such as a spring or a thermal expansion mechanism on the outer frame of the spacer exclusively for positioning the spacer as in the conventional example.
【0063】なお、上記実施例において拘束板30の下流
側に後述する旋回羽根状捩り板を設けることによりスペ
ーサ位置決め機構と限界出力改善の二つの作用を拘束板
30に兼用させることができる。In the above-described embodiment, a rotating blade-like torsion plate, which will be described later, is provided downstream of the restraint plate 30 so that the spacer positioning mechanism and the limit output can be improved.
30 can be shared.
【0064】また、第2の実施例で使用したフロースク
レーパ27を使用することができる。この場合には常温で
行われる燃料集合体を組み立てる場合、フロースクレー
パ27とチャンネルボックス6との間に組立て上必要な隙
間が確保され、実機運転時の高温状態では膨張方向のフ
ロースクレーパ27がチャンネルボックス6に押し付けら
れ、非常に効率よくチャンネルボックス6の内面の液膜
24を剥離する。The flow scraper 27 used in the second embodiment can be used. In this case, when assembling a fuel assembly performed at normal temperature, a clearance required for assembly is secured between the flow scraper 27 and the channel box 6, and the flow scraper 27 in the expansion direction is channeled in a high temperature state during actual operation of the machine. The liquid film on the inner surface of the channel box 6 is pressed against the box 6 very efficiently.
Peel 24.
【0065】さらに拘束板30は一方向に進展するもので
あるが、燃料集合体の軸方向に核燃料スペーサを設置す
る際に、熱膨張の方向を90°ずつずらして設置すれば燃
料束を中央に位置決めでき、かつチャンネルボックス6
の各方向の液膜24を利用することができる。Further, the restraint plate 30 extends in one direction. However, when the nuclear fuel spacers are installed in the axial direction of the fuel assembly, if the directions of the thermal expansion are shifted by 90 °, the fuel bundle can be centered. And can be positioned in the channel box 6
The liquid film 24 in each direction can be used.
【0066】なお、従来の燃料集合体の位置決め機構で
はばねや熱膨張装置のスペーサ支持バンド(スペーサの
外枠)に設け、チャンネルボックス6に向けて突き出す
(押し当てる)手段が使用されている。しかしながら、
フロースクレーパとチャンネルボックスとの隙間はチャ
ンネルボックス内に燃料束を設置した場合と変わらない
ことになる。In the conventional fuel assembly positioning mechanism, a means is provided on a spacer support band (outer frame of the spacer) of a spring or a thermal expansion device, and protrudes (presses) toward the channel box 6. However,
The gap between the flow scraper and the channel box is the same as when the fuel bundle is installed in the channel box.
【0067】また、位置決め装置とフロースクレーパが
緩衝して両者を同時にスペーサ機能を持たせることがで
き難いが、本実施例では両者は干渉しないのでスペーサ
機能を十分持たせることができる。Further, it is difficult for the positioning device and the flow scraper to buffer and provide the spacer function simultaneously at the same time. However, in the present embodiment, since both do not interfere, the spacer function can be sufficiently provided.
【0068】次に図6により従来のスペーサに使用され
ている捩り板と本発明のスペーサで使用する捩り板とを
説明する。図6(a)は従来例の捩り板16aで、図6
(b)から(f)は本発明例の捩り板16b〜16fであ
る。本発明の捩り板16b〜16fは前述した図11に示すよ
うに支持バンド8に取り付けられるか、または拘束板30
に取り付けるものである。なお、各図ともに側面図と、
この側面図を太矢印32方向から見た上面図とを合わせて
示している。Next, the torsion plate used for the conventional spacer and the torsion plate used for the spacer of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows a conventional twisted plate 16a.
(B) to (f) are the torsion plates 16b to 16f of the present invention. The torsion plates 16b to 16f of the present invention are attached to the support band 8 as shown in FIG.
It is to be attached to. In addition, each figure is a side view,
This side view is shown together with the top view seen from the direction of the thick arrow 32.
【0069】図6(a)に示す従来の捩り板16aは長方
形の平板を中心部から 180°の捩りを与えたものであ
る。The conventional torsion plate 16a shown in FIG. 6 (a) is obtained by giving a rectangular flat plate a twist of 180 ° from the center.
【0070】図6(b)に示す本発明の捩り板16bは平
板にV字状の凸部33を上下方向に4段形成して、液膜を
途中で飛散させるようにしたものである。The torsion plate 16b of the present invention shown in FIG. 6 (b) is formed by forming four steps of V-shaped protrusions 33 on a flat plate in the vertical direction so that the liquid film is scattered on the way.
【0071】同じく、図6(c)に示す捩り板16cは平
板の両面の中央にたて長突起34を形成して、強度と疲労
強度を向上させたものである。Similarly, the torsion plate 16c shown in FIG. 6 (c) is formed by forming a long projection 34 at the center of both sides of the flat plate to improve strength and fatigue strength.
【0072】同じく、図6(d)に示す捩り板16dは平
板の両端部に板厚が大きくなるI形状板厚部35を形成し
て、強度と疲労強度を向上させるとともに側面からの液
膜飛散を抑制し、端から多く出すようにしたものであ
る。Similarly, the torsion plate 16d shown in FIG. 6 (d) has an I-shaped thick portion 35 having a large thickness at both ends of the flat plate to improve the strength and the fatigue strength and to improve the liquid film from the side. The scattering is suppressed, and a large amount is emitted from the end.
【0073】同じく、図6(e)に示す捩り板16eは平
板の両端部に板厚が大きくなるしづく形状板厚部36を形
成し、前記(d)と同様のほか飛散抑制効果を緩やかに
したものである。Similarly, the torsion plate 16e shown in FIG. 6 (e) is formed with a thick plate portion 36 whose thickness is gradually increased at both ends of the flat plate. It was made.
【0074】同じく、図6(f)に示す捩り板16fは平
板の両面に板厚が大きくなる2本の突起37を形成して、
強度向上および両側面と終端との飛散割合を制御するよ
うにしたものである。Similarly, the torsion plate 16f shown in FIG. 6 (f) has two projections 37 having a large thickness on both sides of the flat plate.
This is to improve the strength and to control the scattering ratio between both side surfaces and the terminal.
【0075】しかして、本発明に係るスペーサは、肉
厚、断面形状が非一様の平板を捩った捩り板を旋回羽根
として使用しているため、図6(b)〜(f)に矢印の
向き(方向)と矢印の長さ(量)で示すように旋回羽根
表面で捕捉され、表面に張り付いて流れる液の羽根から
の飛散位置と量を捩り板の表面に塑性変形等で設けた凸
または凹の模様により流れ方向をある程度拘束する。However, the spacer according to the present invention uses a torsion plate obtained by twisting a flat plate having a non-uniform thickness and a non-uniform cross section as the swirling blade. As shown by the direction (direction) of the arrow and the length (amount) of the arrow, the position and amount of liquid that is trapped on the surface of the swirling blade and sticks to the surface and flows from the blade is determined by plastic deformation on the surface of the torsion plate. The flow direction is restricted to some extent by the provided convex or concave pattern.
【0076】これにより流れを変えられるため、捕捉し
た液滴を羽根の途中から多く出すとか、先端から多く出
すという設計の柔軟性が増し、最適な羽根の液滴飛散特
性に調整することが可能となる。Since the flow can be changed by this, the flexibility of the design to increase the number of captured droplets from the middle of the blade or from the tip is increased, and it is possible to adjust the droplet scattering characteristics of the blade optimally. Becomes
【0077】例えば図6(b)に示した捩り板16bを例
えば燃料棒4本で形成される空間の中央に配置する。沸
騰水型原子炉では燃料集合体の全長の上側約2/3で
は、沸騰で生じた蒸気が液滴を伴って燃料棒4本で形成
される空間の中央を流れ、水が燃料棒やチャンネルボッ
クス表面に張り付いた環状噴霧流と呼ばれる流れになっ
ている。For example, the torsion plate 16b shown in FIG. 6B is arranged, for example, at the center of a space formed by four fuel rods. In a boiling water reactor, about two-thirds of the total length of the fuel assembly, the steam generated by boiling flows through the center of the space formed by four fuel rods with droplets, and water flows through the fuel rods and channels. It is a flow called an annular spray flow attached to the box surface.
【0078】その空間に前記捩り板16bを設置すると蒸
気流中を飛んでいる液滴が羽根に衝突し、捕捉され、液
膜を形成する。この液膜は上記流に引っ張られて流れる
捩り板であるため、遠心力が生じて捩り板の外側に向か
う流れが生じる。結果として図6(a)の矢印のような
流れとなる。このとき、捩り板に図6(b)のようなV
字状の凸部が形成されていれば、あまり長い距離を移動
しない間に捩り羽根の側面から燃料棒側に飛散すること
になる。When the torsion plate 16b is set in the space, the droplets flying in the vapor flow collide with the blades and are trapped to form a liquid film. Since the liquid film is a torsion plate that flows by being pulled by the flow, a centrifugal force is generated to generate a flow toward the outside of the torsion plate. As a result, the flow is as shown by the arrow in FIG. At this time, V as shown in FIG.
Lever is formed shaped protrusions, so that the scattered twisting from the side of the blade to the fuel rod side while not move too long distances.
【0079】一方、図6(d),(e)のように板の両
端が厚くなっている側面からの飛散が抑制されるので捩
り羽根の下流端に到達する液の量が多くなる。下流端に
おいても遠心力により燃料棒方向に飛散される。On the other hand, as shown in FIGS. 6 (d) and 6 (e), since the scattering from the side surface where both ends of the plate are thickened is suppressed, the amount of liquid reaching the downstream end of the torsion blade increases. Even at the downstream end, the fuel is scattered in the fuel rod direction by the centrifugal force.
【0080】捩り部分では捩り板の体積分だけ流路が狭
まっており蒸気の流速が速くなっているので、捩り板か
ら飛散した液滴が燃料棒に到達する前に蒸気流に持ち去
られる割合が多い。そこで、蒸気流速が落ちる羽根下流
近くまで液滴飛散位置をずらせることにより有効に燃料
棒に液滴を付着することが可能となる。In the torsion portion, the flow path is narrowed by the volume of the torsion plate, and the flow velocity of the steam is high. Therefore, the ratio of the droplets scattered from the torsion plate to the steam flow before reaching the fuel rods is reduced. Many. Therefore, it is possible to effectively attach the droplets to the fuel rods by shifting the droplet scattering position to near the downstream of the blade where the steam flow rate falls.
【0081】また、捩り板の横断面形状を非一様にする
ことにより、捩り板の強度を増やすことができ、捩り板
の長さが長くなることにより強度面、流体振動による疲
労破壊面の性能低下をカバーでき、原子炉運転中に捩り
板が破損し、冷却材中に混入し、燃料被覆管や他の機器
に損傷を与えるという事態を防止できる。Further, by making the cross-sectional shape of the torsion plate non-uniform, the strength of the torsion plate can be increased, and by increasing the length of the torsion plate, the strength surface and the fatigue fracture surface due to fluid vibration can be reduced. The performance degradation can be covered, and the situation where the torsion plate is broken during the operation of the reactor and gets mixed in the coolant and damages the fuel cladding tube and other equipment can be prevented.
【0082】本発明によれば、フロースクレーパにより
チャンネルボックス内の冷却材を燃料棒冷却に有効活用
でき、熱的に厳しい燃料棒冷却に寄与する冷却材が増加
することから、燃料棒冷却が向上し、燃料集合体の限界
出力が増加する。また、スペーサの熱膨張の作用により
フロースクレーパをチャンネルボックス内面に押し付け
確実にチャンネルボックス内面の液膜を剥離することが
できる。According to the present invention, the flow scraper
Effective use of coolant in the channel box for fuel rod cooling
Coolant that contributes to thermally demanding fuel rod cooling
To improve fuel rod cooling and limit the fuel assembly
The output increases . Also, due to the thermal expansion effect of the spacer,
Press the flow scraper against the inside of the channel box
The liquid film on the inner surface of the channel box can be reliably removed.
I can .
【0083】[0083]
【0084】[0084]
【0085】[0085]
【0086】[0086]
【0087】[0087]
【図1】(a)は本発明に係る核燃料スペーサの第1の
実施例の要部を部分的に示す横断面図、(b)は(a)
におけるスプリングを示す斜視図。1A is a cross-sectional view partially showing a main part of a first embodiment of a nuclear fuel spacer according to the present invention, and FIG.
FIG.
【図2】(a)は図1(a)におけるセル素体を拡大し
て示す斜視図、(b)は図1(a)における第1のセル
を示す上面図と側面図、(c)は同じく第2のセルを示
す上面図と側面図、(d)はセルの端面にテーパ加工を
施した場合の同じく作用を説明するための部分断面図。2A is an enlarged perspective view showing a cell body in FIG. 1A, FIG. 2B is a top view and a side view showing a first cell in FIG. 1A, and FIG. Is a top view and a side view similarly showing a second cell, and (d) is a partial cross-sectional view for explaining the same operation when the end face of the cell is tapered.
【図3】(a)は本発明に係る核燃料スペーサの第2の
実施例におけるセルを示す斜視図、(b)は(a)のセ
ルにフロースクレーパを組合せた部分断面図、(c)は
(b)のフロースクレーパを示す斜視図。3 (a) is a perspective view showing a cell in a second embodiment of the nuclear fuel spacer according to the present invention, FIG. 3 (b) is a partial cross-sectional view of the cell of FIG. 3 (a) combined with a flow scraper, and FIG. The perspective view which shows the flow scraper of (b).
【図4】(a)は図3(a)に示したセルと図3
(b),(c)に示したフロースクレーパとの関係を示
す横断面図、(b)は図3(c)に示したフロースクレ
ーパを詳細に示す斜視図。FIG. 4 (a) shows the cell shown in FIG. 3 (a) and FIG.
FIGS. 3B and 3C are cross-sectional views showing the relationship with the flow scraper shown in FIG. 3B, and FIG. 3B is a perspective view showing the flow scraper shown in FIG. 3C in detail.
【図5】(a)は本発明に係る核燃料スペーサの第3の
実施例の要部を部分的に示す横断面図、(b)は(a)
における拘束板を示す斜視図、(c)は(a)における
セルの作用を説明するための概念図。FIG. 5A is a cross-sectional view partially showing a main part of a third embodiment of the nuclear fuel spacer according to the present invention, and FIG.
FIG. 3C is a perspective view showing the restraint plate, and FIG. 3C is a conceptual diagram for explaining the function of the cell in FIG.
【図6】(a)は従来の核燃料スペーサの捩り板を示す
上面図と側面図、(b)から(f)は本発明に係る核燃
料スペーサの捩り板を示す上面図と側面図。6 (a) is a top view and a side view showing a torsion plate of a conventional nuclear fuel spacer, and FIGS. 6 (b) to (f) are a top view and a side view showing a torsion plate of a nuclear fuel spacer according to the present invention.
【図7】従来の核燃料スペーサを説明するための沸騰水
型原子炉用核燃料集合体を一部切欠して示す斜視図。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing a nuclear fuel assembly for a boiling water reactor for explaining a conventional nuclear fuel spacer.
【図8】(a)は従来の核燃料スペーサの第1の例を示
す正面図、(b)は(a)を一部断面で示す側面図。FIG. 8A is a front view showing a first example of a conventional nuclear fuel spacer, and FIG. 8B is a side view showing part of FIG.
【図9】従来の核燃料スペーサの第2の例を示す横断面
図。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a second example of a conventional nuclear fuel spacer.
【図10】従来例と本発明例の核燃料スペーサの蒸気速
度分布を比較して示す概念図。FIG. 10 is a conceptual diagram showing a comparison between vapor velocity distributions of nuclear fuel spacers of a conventional example and an example of the present invention.
【図11】従来の核燃料スペーサにおける捩り板式旋回
羽根を示す側面図。FIG. 11 is a side view showing a torsion plate type swirling blade in a conventional nuclear fuel spacer.
1…燃料集合体、2…燃料棒、3…核燃料スペーサ、4
…上部タイプレート、5…下部タイプレート、6…チャ
ンネルボックス、7…帯状板、8…支持バンド、9…金
属製管状セル、10…ランタン型スプリング、11…固定支
持部材、12…チャンネル用スペーサ、13…小突起、14…
ウォータロッド、15…スプリング拘束体、16,16a〜16
f…捩り板、17…液、18…セル(第1の実施例)、18a
…第1のセル、18b…第2のセル、19…平坦面、20…傾
斜面、21…小突起、22…燃料棒挿通路、23…挟持体、24
…液膜、25…テーパ加工、26…挿通孔、27…フロースク
レーパ、27a…板状本体、28…液体案内部材、29…液体
流出孔、30…拘束板、31…スリット、32…太矢印、33…
V字状の凸部、34…たて長突起、35…I形状板厚部、36
…しづく形状板厚部、37…2本の突起。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel assembly, 2 ... Fuel rod, 3 ... Nuclear fuel spacer, 4
... upper tie plate, 5 ... lower tie plate, 6 ... channel box, 7 ... band-shaped plate, 8 ... support band, 9 ... metal tubular cell, 10 ... lantern type spring, 11 ... fixed support member, 12 ... channel spacer , 13 ... small protrusion, 14 ...
Water rod, 15… Spring restraint, 16, 16a-16
f: twisted plate, 17: liquid, 18: cell (first embodiment), 18a
1st cell, 18b 2nd cell, 19 ... flat surface, 20 ... inclined surface, 21 ... small protrusion, 22 ... fuel rod insertion passage, 23 ... holding body, 24
... liquid film, 25 ... taper processing, 26 ... insertion hole, 27 ... flow scraper, 27a ... plate-shaped main body, 28 ... liquid guide member, 29 ... liquid outflow hole, 30 ... restraint plate, 31 ... slit, 32 ... thick arrow , 33 ...
V-shaped convex part , 34 ... vertical protrusion, 35 ... I-shaped plate thick part, 36
... thick plate thickness part, 37 ... two projections.
Claims (7)
燃料棒挿通路をそれぞれ独立に形成する複数のセルがほ
ぼ格子状に配列されてなる核燃料スペーサにおいて、 前記セルは4辺の平坦面と、この4辺の平坦面間に各々
内側に凸に湾曲した4辺の傾斜面とを有する横断面がほ
ぼ八角形の短管からなり、 前記燃料棒挿通路は前記セルを4個1組とし、一方のセ
ルと他方のセルとの平坦面がそれぞれ各々突き合わさ
れ、かつ各々前記平坦面を介して前記4辺の傾斜面の外
側で形成される円筒部からなり、 前記セルの対向する平坦面にフロースクレーパの液体案
内部材の挿入孔が段差を有して設けられ、これらの挿入
孔に前記液体案内部材が前記セルの最外周側から上向き
に傾斜して挿入された状態で、前記フロースクレーパが
前記セルに挿入配置されてなる ことを特徴とする核燃料
スペーサ。1. A plurality of fuel rods are inserted at substantially equal intervals.
A plurality of cells each independently forming a fuel rod insertion passage
In a nuclear fuel spacer arranged in a lattice pattern, The cell is 4SideWith a flat surfaceEach between these four flat surfaces
on the insideConvexCurved 4SideSlopeWhenThe cross section with
BobOctagonalConsisting of short tubes, In the fuel rod insertion passage, one set of four cells is provided.
And the other cell's flat surfaceEachButted
AndEachThrough the flat surfaceSaid4SideOut of the slope
From the cylindrical part formed on the sideAnd Liquid plan of flow scraper on opposite flat surface of the cell
An insertion hole of the inner member is provided with a step, and
The liquid guide member faces upward from the outermost peripheral side of the cell in the hole
The flow scraper is inserted with the
Being inserted and placed in the cell Nuclear fuel characterized by the following
Spacer.
の板状本体に設けられた液体案内部材とからなることを
特徴とする請求項1記載の核燃料スペーサ。2. The flow scraper comprises a plate-shaped main body,
2. The nuclear fuel spacer according to claim 1, further comprising a liquid guide member provided on said plate-shaped main body .
線の一方に前記平坦面と直角方向に拘束板を前記平坦面
に挿着してなることを特徴とする請求項1記載の核燃料
スペーサ。3. The nuclear fuel spacer according to claim 1, wherein a restraining plate is inserted into one of the diagonal lines of the flat surface joining the plurality of cells in a direction perpendicular to the flat surface. .
と直角方向に複数のスリットが形成され、その材質は前
記セルの熱膨張率よりも小さい熱膨張率を有することを
特徴とする請求項3記載の核燃料スペーサ。Wherein said constraining plate in strip flat, a plurality of slits are formed in the longitudinal direction perpendicular to the direction of its, and Turkey the material is to have a small thermal expansion coefficient than the thermal expansion rate of the cell The nuclear fuel spacer according to claim 3, wherein:
厚断面形状が非一様に形成された捩り板を取り付けてな
ることを特徴とする請求項4記載の核燃料スペーサ。The downstream fluid flow of 5. Before SL constraining plate, the nuclear fuel spacer according to claim 4, characterized by being fitted with a torsion plate thickness sectional shape is non-uniformly formed.
沿ってV字状の凸部または突起が形成されていることを
特徴とする請求項5記載の核燃料スペーサ。6. A nuclear fuel spacer according to claim 5, wherein the torsion of V-shaped projections or projections in the longitudinal direction on both sides of the plate in the plate is formed.
板厚が大きくなるように一様に形成されていることを特
徴とする請求項5記載の核燃料スペーサ。7. A nuclear fuel spacer according to claim 5, characterized in that it is uniformly formed so as the plate thickness increases at the center or both ends of the plate to the torsion plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20057293A JP3356498B2 (en) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Nuclear fuel spacer |
Applications Claiming Priority (1)
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JP20057293A JP3356498B2 (en) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Nuclear fuel spacer |
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JPH0755974A JPH0755974A (en) | 1995-03-03 |
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