JP3599835B2 - Fuel assemblies for boiling water reactors - Google Patents

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  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷却材のリーク制御機構を備えた沸騰水型原子炉用の燃料集合体にに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉(BWR)に用いられている燃料集合体は、複数本の燃料棒がその軸方向に配置された複数段のスペーサによって正方格子状に束ねられ、吊り下げ用の取っ手を備えた上部タイプレートと炉心下部からの冷却材の流入経路を形成する下部タイプレートとによって保持され、さらに上部タイプレートにチャンネルボックスを固定して燃料集合体全体が覆われた構成となっている。
【0003】
このような燃料集合体では、原子炉運転中において、チャンネルボックスの内部圧力がその外部圧力より高くなる。このチャンネルボックスの内外に生じる相対的圧力差により、チャンネルボックスは外側に拡大変形し、さらに原子炉の高温長時間運転による熱的効果と中性子照射の効果が加わって、この拡大変形は増加傾向となる。
【0004】
上記の如きチャンネルボックスの拡大変形は、原子炉運転時の制御棒の挿入に支障を来すだけでなく、冷却材がチャンネルボックスと下部タイプレートの間隙より必要以上にリークするため、燃料棒に対する十分な冷却効果が得られなくなってしまう。
【0005】
そこで、現在では、チャンネルボックスの内外圧力差に起因する冷却材のチャンネルボックス内からの流出を一定に制御するためのリーク制御具が備えられている。例えば、図4(a)に示したようなリーク制御板13を下部タイプレート12の四側面にそれぞれ設け、チャンネルボックス11と下部タイプレート12との間隔を調節することによってリーク流量のコントロールを行なっている。
【0006】
これらリーク制御板13は、冷却材流通用の複数の窓14と、各窓14間に設けられた複数のスリット15とを備えており、図4(b)の断面図に示すように、下部タイプレート12の下側面に設けられた下ポケット18b内にその下縁部が挿入された後、上ポケット18a内に上縁部が挿入されている。
【0007】
さらにこの上縁部は、止め板16の脚部16aが各窓14に緩く挿入されることによって保持され、止板16はボルト17により固定されている。この時、上ポケット18a内の天井部とリーク制御板13の上端との間の予め定められた間隔(クリアランス)が保たれる。このように取り付けられたリーク制御板13は、下部タイプレート12の上下ポケット(18a,18b)間において上記クリアランスの分だけ自由に動くことができる。
【0008】
実炉において、チャンネルボックス11内外に圧力差(内圧>外圧)が生じてチャンネルボックス11に図4(c)に示すようなバルジ変形が生じ、図4(d)の燃料体平均燃焼度(横軸:GWd/t)に対するチャンネルボックス変形量(縦軸:mm)の関係で示されるように、燃料燃焼度の進行に伴ってこのバルジ変形量がクリープ変形により増大する。ここで、チャンネルボックス変形量(バジル変形量)とは、チャンネルボックス11内側面の対向辺間距離Hの変形量である。
【0009】
このようなクリープ変形によりチャンネルボックス11が膨らんだ場合、そのチャンネルボックス11と下部タイプレート12との間隙よりチャンネルボックス11外へ流出しようとする冷却材リーク流れのうちの主なものが、リーク制御板13の各窓14よりその背面側へ取り入れられてリーク制御板13をチャンネルボックス11の内面側へ付勢する。
【0010】
これにより、リーク制御板13がチャンネルボックス11の変形に追従してチャンネルボックス11内面側へ変形し、押しつけられるため、この下部タイプレート12とチャンネルボックス11間の間隔が徐々に拡がっても、リーク制御板が介在することにより、チャンネルボックス11外への冷却材リーク流量は適切な量に抑えられ、一定に制御される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
現在、沸騰水型燃料集合体の高燃焼度化が検討されており、集合体取り出し平均燃焼度を45GWd/tからさらに増加させることが検討されている。このような燃料集合体の燃焼度のさらなる増加に伴い、チャンネルボックスの変形量も増加し、下部タイプレートとの間隙もさらに拡がって行く。従って、チャンネルボックスと下部タイプレートとの間隙を調節して冷却材リーク流量を制御するためのリーク制御板の変形追従性の向上も求められる。
【0012】
従来はこのようなリーク制御板の変形追従性を向上させることのみに主眼がおかれていたため、単にリーク制御板の冷却材を取り入れるための窓のサイズを大きくすることが考えられていた。これは、冷却材が窓を通過し易くすることにより、窓から取り込まれる冷却材リーク流れによるリーク制御板背面側からの付勢を確実にし、チャンネルボックス内面側への押圧力を保持して、チャンネルボックスのクリープ変形に対するリーク制御板の変形追従性を向上させようとするものである。
【0013】
しかしながら、一方で、リーク制御板を良好に変形追従させるためには、スリット(図4の15)を設けることが必要である。通常、スリットは各窓間に窓と交互に配設されている。従って、窓を大きくしすぎると、スリットが形成される窓間部分(窓枠部)の板幅が細くなり、この部分の強度が低下してしまうという問題が生じる。
【0014】
この窓枠部の強度が低下してしまうと、原子炉運転における長時間の使用で塑性変形が生じ、冷却材リーク流量の制御が良好に行なえなくなってしまうだけでなく、リーク制御板がチャンネルボックス内面側へ変形したままであれば、チャンネルボックス内面と接触状態でチャンネルボックスが着脱されることもあり、着脱作業の妨げとなったり、このチャンネルボックスの着脱時にリーク制御板自体が破損してしまう恐れもある。
【0015】
逆に、スリットが形成される窓枠部の板幅を広くとってこの部分の強度を高めようとすると、窓が小さくなり、冷却材リーク流れを取り込みにくくなり、レーク制御板のチャンネルボックス変形に対する変形追従性が損なわれてしまう。
【0016】
以上のように、従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体では、高燃焼度化に伴い、長期使用に十分耐え得る強度を持ちながらも良好な冷却材リーク流量のコントロールが可能なリーク制御板を備えたものは未だ得られていない。
【0017】
本発明は、上記問題に鑑み、長期使用に耐え得る強度を持ちながらも、高燃焼度化に応じて良好な冷却材リーク流量制御が可能なリーク制御具を備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体を得ることを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明に係る沸騰水型原子炉用燃料集合体では、支持格子によって正方格子状配列に保持された複数本の燃料棒およびウォーターロッドを含む燃料束と、この燃料束の上端部を吊持する上部タイプレートと、前記燃料束の下端部を支持する下部タイプレートと、前記上部タイプレートに吊持されて前記燃料束の周囲を囲むチャンネルボックスと、前記チャンネルボックスの下端部と前記下部タイプレートの外周面とのオーバーラップ部分の間隙からの冷却材のリーク量を制御するように前記下部タイプレートの外周面に設けられたリーク制御具とを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、集合体取り出し平均燃焼度45GWd/t以上の沸騰水型原子炉用燃料集合体であり、前記リーク制御具は、前記下部タイプレートの外周面上の平坦な辺部にほぼ亘る幅寸法で装着されたリーク制御板を有しており、該リーク制御板は、厚さ0.2mmのNi基合金製であり、前記チャンネルボックス内からの冷却材のリーク流れをその背面側に取り入れるための窓と、これら各窓の間に形成されたスリット部とが前記辺部の幅方向に交互に配設され、前記リーク制御板の全幅寸法に対し、前記複数の窓の合計の開口幅が占める割合が0.3〜0.7の範囲内で、且つ窓枠幅が実質的に2mm以上としたものである。
【0019】
【作用】
本発明においては、沸騰水型原子炉用燃料集合体の冷却材リーク制御具において、下部タイプレートの外周面上の平坦な辺部にほぼ亘る幅寸法で装着され、その幅方向に複数の窓と、該窓間に形成されるスリット部とが交互に配設されるリーク制御板を、リーク制御板の全幅寸法に対し、複数の窓の合計の開口幅が占める割合を特定の範囲内としたものである。
【0020】
まず、図2に示すように、リーク制御板の全幅寸法に対して複数の窓の合計の開口幅が占める割合と相対冷却材リーク流量との関係を、図4(d)の関係に基づいて集合体取り出し平均燃焼度45GWd/t以上を想定した高燃焼度条件下で生じるのに相当するチャンネルボックスのバルジ変形の場合、即ち変形量4.5mm(バルジ変形大)と、通常の燃焼度条件下相当のチャンネルボックスのバルジ変形の場合、ここでは変形量3.0mm(バルジ変形小)の場合とで解析してみたところ、窓の割合が0.3以下の場合、チャンネルボックスのバルジ変形が大きい状況下においては、チャンネルボックスの変形に対するリーク制御板の変形追従性が悪く、チャンネルボックス内からのリーク流量の増加が大きくなることが明らかとなった。
【0021】
従って、バルジ変形が大きい燃料の高燃焼度条件下において冷却材リーク流量の良好な制御を行なうには、燃料集合体の下部タイプレートに備えられるリーク制御板は、リーク制御板の全寸法に対して窓の合計開口幅の占める割合が0.3以上とする必要がある。
【0022】
また、原子炉運転中、チャンネルボックスにバルジ変形が生じ、リーク制御板による冷却材リーク流量の制御が行なわれている際、図3(a)に示すように、リーク制御板においては図中矢印で示す方向に曲げ応力が生じるが、バルジ変形大の場合には、この曲げ応力も大きく、特に窓Xの下辺付近の窓枠部分に大きな曲げ応力が集中する。そこで、バルジ変形大の場合とバルジ変形小の場合とで一定の圧力でリーク制御板がチャンネルボックスの内面側へ押しつけられている状態を仮定した解析を行なったところ、窓枠幅dと応力集中部における塑性変形との関係について図3(b)に示す結果が得られた。
【0023】
これは、沸騰水型原子炉用燃料集合体に備えられる一般的な板厚保0.2mmのNi基合金製リーク制御板について、実炉における長期使用相当の条件下で腐食により減肉している状態を想定して解析したものである。図3(b)から明らかなように、チャンネルボックスのバルジ変形大の場合では、窓枠幅dが2mm以下のものに応力集中部で塑性変形が生じていた。
【0024】
従って、チャンネルボックスのバルジ変形大の状況下においてリーク制御板の窓枠部分の強度を確保するには、窓枠幅dが2mm以上であることが必要である。通常、リーク制御板は幅約110mmでスリット本数は少なくとも7本、即ち窓は8個であることから、(110−2×16)/110の式から、窓枠幅dが2mmのとき、リーク制御板の全幅寸法に対する窓の合計の開口幅が占める割合は約0.7である。
【0025】
即ち、燃料の高燃焼度条件下で使用されるリーク制御板において窓枠部分の強度を確保するには、リーク制御板の全幅寸法に対する窓の合計の開口幅が占める割合を0.7以下とすれば良いことになる。本発明においては、リーク制御板の全幅寸法に対する窓の合計の開口幅が占める割合を0.3〜0.7の範囲内としたことにより、チャンネルボックスのバルジ変形が大きい場合も、リーク制御板の強度を確保すると共にリーク制御板がチャンネルボックスの変形に対して高い変形追従性を有し、冷却材リーク流量の制御が良好に行なえ得る。
【0026】
リーク制御板に用いられる材質には、上記のNi基合金としてインコネルX−750、インコネル718などが挙げられるが、いずれにしても、これらリーク制御板に用いられるような材質については、ほぼ図2および図3で示したものと同様の結果が得られ、従っていずれの場合もリーク制御板の全幅寸法に対する窓の合計の開口幅が占める割合は、本発明の範囲内で同様に有効である。
【0027】
また、本発明に用いられるリーク制御板は、図3(a)に示したもののように、全ての窓が均一な大きさを持つ構成に限定されるものではなく、例えば個々の窓幅が互いに異なる構成のものでも、リーク制御板の全幅寸法に対する窓の合計の開口幅が占める割合が0.3〜0.7の範囲内であれば良い。
【0028】
【実施例】
以下に、本発明を実施例を以て詳細に説明する。図1(a)は、本発明の一実施例による沸騰水型原子炉用燃料集合体の下部タイプレート部分の概略構成を示す斜視図である。
【0029】
本実施例の燃料集合体は、従来と同様に、複数本の燃料棒がその軸方向に配置された複数段のスペーサ(不図示)によって正方格子状に束ねられ、吊り下げ用の取っ手を備えた上部タイプレート(不図示)と炉心下部からの冷却材の流入経路を形成する下部タイプレート2とによって保持され、さらに上部タイプレートにチャンネルボックスを1固定して燃料集合体全体が覆われた構成となっている。
【0030】
下部タイプレート2の平坦な辺部(4側面)には、それぞれチャンネルボックス1内から流出する冷却材のリーク流量を制御するためのリーク制御板3が備えられているが、各リーク制御板3は、図4(b)の断面図に示された従来のものと同様に、下部タイプレート2の下側面に設けられた下ポケット(不図示)にその下縁部が挿入された後、上ポケット(不図示)内に上縁部が挿入され、さらにこの上縁部が、止め板6の脚部が窓4に緩く挿入されることによって保持され、止め板6はボルト7により固定されている。
【0031】
この時、下部タイプレート2の上ポケットの天井部とリーク制御板3の上端との間の予め定められた間隔(クリアランス)が保たれる。このように取り付けられたリーク制御板3は、下部タイプレート2の上下ポケット間において上記クリアランスの分だけ自由に動くことができる。
【0032】
リーク制御板3はそれぞれ板厚0.2mm、全幅寸法110mmのNi基合金製であり、図1(b)に示すとおり、幅方向に同一サイズの窓4が9個配置され、各窓4間にスリット5が8本、窓4と交互となるよう配設されたものである。本実施例においては、リーク制御板3全幅寸法に対する全窓(9個)の合計開口幅の占める割合が0.5となるよう設計されたものとした。従って、窓幅Lは(110×0.5)/9=6.1mmであり、窓枠幅Dは3.06mmである。
【0033】
このような下部タイプレート2の外周面上にリーク制御板3を備えた燃料集合体について、チャンネルボックス1のバルジ変形増加に対するリーク制御板3による冷却材リーク流量の制御状態を解析すると、チャンネルボックス1外への冷却材リーク流量の増加傾向は小さく、集合体取り出し平均燃焼度45GWd/t以上を想定した高燃焼度条件下で生じるのに相当する大きいバルジ変形がチャンネルボックス1に生じる場合でも、リーク制御板3の変形追従性もよく、リーク流量も良好に制御される。
【0034】
また、この時、リーク制御板3の応力集中部の塑性変形は僅かである。従って、リーク制御板3の長期使用に当って、チャンネルボックス1が着脱される際に、塑性変形によって外側へ変形した部分がチャンネルボックス1の内面に接触してチャンネルボックス1の着脱を困難にしたり、この接触部分で破損が生じたりする恐れはなくなる。
【0035】
なお、上記実施例においては、均一形状の窓が9個(スリット8本)形成され、全幅寸法に対する窓の合計開口幅の割合が0.5であるリーク制御板を備えた場合について説明したが、本発明はこのような設計に限られるものではなく、全幅寸法に対する窓の合計開口幅の割合が0.3〜0.7の範囲内であれば、例えば個々の窓の開口幅が互いに異なる構成のものであっても良い。
【0036】
【発明の効果】
本発明は以上説明したとおり、高燃焼度下に伴う沸騰水型原子炉用燃料集合体の長期使用において、リーク制御板の強度が確保できると共に、チャンネルボックスのバジル変形の増大に応じてリーク制御板の変形追従性を向上させ、良好な冷却材リーク流量の制御が維持でき、燃料の高燃焼度条件下においてもリーク制御板によるリーク流量制御機能の信頼性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による沸騰水型原子炉用燃料集合体を示す概略構成図であり(a)は下部タイプレート部の斜視図、(b)は(a)で示したリーク制御板3の拡大平面図である。
【図2】本発明の作用を説明するための、リーク制御板全幅寸法に対する窓の合計開口幅の割合(横軸)と相対リーク流量(縦軸)との関係を示す線図である。
【図3】本発明の作用を説明するための説明図であり、(a)はリーク制御板の応力集中の生じる位置を示すための説明図、(b)はリーク制御板の窓枠幅(横軸:mm)に対する応力集中部の塑性変形(縦軸)の状態を示す線図である。
【図4】従来の沸騰水型原子炉用燃料集合体の一例を示す説明図であり、(a)は下部タイプレート部分の概略構成斜視図、(b)は(a)で示されているリーク制御板13の断面図、(c)はチャンネルボックスに生じるバルジ変形を示す模式図、(d)は燃料平均燃焼度(横軸:GWd/t)に対するチャンネルボックス変形量(縦軸:mm)の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
1,11:チャンネルボックス
2,12:下部タイプレート
3,13:リーク制御板
4,14,X:窓
5,15,Y:スリット
6,16:止め板
7,17:ボルト
16a:止め板16の脚部
18a:上ポケット
18b:下ポケット
d,D:窓枠幅
L:窓開口幅
H:(チャンネルボックス内側面の)対向辺間距離
[0001]
[Industrial applications]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel assembly for a boiling water reactor provided with a coolant leak control mechanism.
[0002]
[Prior art]
In general, a fuel assembly used in a boiling water reactor (BWR) has a plurality of fuel rods bundled in a square lattice by a plurality of spacers arranged in the axial direction thereof, and a handle for suspension. The upper tie plate is provided with an upper tie plate and a lower tie plate that forms a coolant inflow path from the lower part of the core, and a channel box is fixed to the upper tie plate to cover the entire fuel assembly. I have.
[0003]
In such a fuel assembly, during operation of the reactor, the internal pressure of the channel box becomes higher than its external pressure. Due to the relative pressure difference between the inside and outside of the channel box, the channel box expands and deforms outward, and the thermal effect and neutron irradiation effect of the high temperature and long-time operation of the reactor are added. Become.
[0004]
The expansion deformation of the channel box as described above not only hinders the insertion of the control rod during the operation of the reactor, but also causes the coolant to leak more than necessary from the gap between the channel box and the lower tie plate. A sufficient cooling effect cannot be obtained.
[0005]
Therefore, at present, a leak control device is provided for controlling the outflow of the coolant from the inside of the channel box due to the pressure difference between the inside and outside of the channel box. For example, a leak control plate 13 as shown in FIG. 4A is provided on each of four side surfaces of the lower tie plate 12, and a leak flow rate is controlled by adjusting an interval between the channel box 11 and the lower tie plate 12. ing.
[0006]
These leak control plates 13 are provided with a plurality of windows 14 for coolant distribution and a plurality of slits 15 provided between the windows 14, and as shown in the cross-sectional view of FIG. After the lower edge is inserted into the lower pocket 18b provided on the lower surface of the tie plate 12, the upper edge is inserted into the upper pocket 18a.
[0007]
Further, the upper edge is held by the legs 16 a of the stopper plate 16 being loosely inserted into the windows 14, and the stopper plate 16 is fixed by bolts 17. At this time, a predetermined interval (clearance) between the ceiling in the upper pocket 18a and the upper end of the leak control plate 13 is maintained. The leak control plate 13 attached in this manner can freely move between the upper and lower pockets (18a, 18b) of the lower tie plate 12 by the clearance.
[0008]
In the actual furnace, a pressure difference (internal pressure> external pressure) occurs between the inside and outside of the channel box 11 and bulge deformation occurs in the channel box 11 as shown in FIG. 4C, and the average burnup (horizontal) of the fuel body shown in FIG. As shown by the relationship of the channel box deformation (vertical axis: mm) with respect to the axis: GWd / t), the bulge deformation increases due to the creep deformation with the progress of the fuel burnup. Here, the channel box deformation (basil deformation) is a deformation of the distance H between the opposing sides of the inner surface of the channel box 11.
[0009]
When the channel box 11 swells due to such creep deformation, the main one of the coolant leak flows which is going to flow out of the channel box 11 from the gap between the channel box 11 and the lower tie plate 12 is leak control. The leak control plate 13 is urged toward the inner surface side of the channel box 11 by being taken in from the respective windows 14 of the plate 13 to the rear side thereof.
[0010]
As a result, the leak control plate 13 is deformed toward the inner surface of the channel box 11 following the deformation of the channel box 11 and is pressed, so that even if the space between the lower tie plate 12 and the channel box 11 gradually increases, the leak control plate 13 does not leak. With the interposition of the control plate, the flow rate of the coolant leaking out of the channel box 11 is suppressed to an appropriate amount and is controlled to be constant.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
At present, studies have been made to increase the burnup of the boiling water fuel assembly, and further study to further increase the average burnout taken out of the assembly from 45 GWd / t. As the burnup of the fuel assembly further increases, the amount of deformation of the channel box also increases, and the gap with the lower tie plate further increases. Therefore, it is also required to improve the deformation followability of the leak control plate for controlling the coolant leak flow rate by adjusting the gap between the channel box and the lower tie plate.
[0012]
In the past, the main focus was only on improving the deformation followability of such a leak control plate, and it was considered to simply increase the size of a window for taking in the coolant of the leak control plate. This makes it easy for the coolant to pass through the window, thereby ensuring the urging from the back side of the leak control plate due to the coolant leak flow taken in from the window, holding the pressing force on the inner side of the channel box, An object of the present invention is to improve the followability of the leak control plate to the creep deformation of the channel box.
[0013]
However, on the other hand, it is necessary to provide a slit (15 in FIG. 4) in order to make the leak control plate follow deformation well. Usually, slits are alternately arranged between the windows. Therefore, if the size of the window is too large, there is a problem that the width of the portion between the windows (window frame portion) where the slit is formed becomes narrow, and the strength of this portion is reduced.
[0014]
If the strength of the window frame decreases, plastic deformation occurs during prolonged use in the operation of the reactor, which not only makes it difficult to control the coolant leak flow rate, but also makes the leak control plate a channel box. If the channel box remains deformed inward, the channel box may be attached or detached in contact with the inner surface of the channel box, hindering the attaching / detaching operation, or the leak control plate itself may be damaged when attaching or detaching the channel box. There is also fear.
[0015]
Conversely, if the width of the window frame portion where the slit is formed is widened to increase the strength of this portion, the window becomes small, it becomes difficult to take in the coolant leak flow, and the rake control plate has Deformation followability is impaired.
[0016]
As described above, in the conventional fuel assembly for a boiling water reactor, with the increase in burnup, the leak control plate that has sufficient strength to withstand long-term use but can control the coolant leak flow rate well. Those with have not yet been obtained.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides a fuel for a boiling water reactor, which has a strength that can withstand long-term use, but has a leak control device capable of controlling a coolant leak flow rate in accordance with high burnup. The purpose is to obtain an aggregate.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a fuel assembly for a boiling water reactor according to the present invention, a fuel bundle including a plurality of fuel rods and water rods held in a square lattice by a support lattice. An upper tie plate that suspends the upper end of the fuel bundle, a lower tie plate that supports the lower end of the fuel bundle, and a channel box that is suspended by the upper tie plate and surrounds the periphery of the fuel bundle. A leak control device provided on the outer peripheral surface of the lower tie plate so as to control the amount of coolant leaking from a gap in an overlap portion between the lower end portion of the channel box and the outer peripheral surface of the lower tie plate. equipped with the boiling water reactor fuel assemblies, an aggregate extraction average burnup 45 GWd / t or more boiling water reactor fuel assembly, the leakage control device The has a leakage control plate mounted with a width dimension substantially across the flat sides on the outer peripheral surface of the lower tie plate, the leakage control plate is located in the Ni-base alloy having a thickness of 0.2mm the a window for taking the leakage coolant flow to the back side from the channel box, and a slit portion formed between the respective windows are arranged alternately in the width direction of the side portions, wherein The ratio of the total opening width of the plurality of windows to the entire width of the leak control plate is in the range of 0.3 to 0.7 , and the window frame width is substantially 2 mm or more .
[0019]
[Action]
According to the present invention, in the coolant leak control device for a fuel assembly for a boiling water reactor, the coolant leak control device is mounted with a width dimension substantially covering a flat side portion on an outer peripheral surface of a lower tie plate, and a plurality of windows are arranged in the width direction. And, the leak control plate in which the slit portions formed between the windows are alternately arranged, the ratio of the total opening width of the plurality of windows to the total width of the leak control plate is within a specific range. It was done.
[0020]
First, as shown in FIG. 2, the relationship between the ratio of the total opening width of the plurality of windows to the entire width of the leak control plate and the relative coolant leak flow rate is shown based on the relationship in FIG. In the case of a bulge deformation of the channel box corresponding to that occurring under a high burnup condition assuming an average burnup of 45 GWd / t or more taken out of the aggregate, that is, a deformation amount of 4.5 mm (bulge deformation is large) and a normal burnup condition In the case of the bulge deformation of the channel box corresponding to the lower part, when the analysis is performed with the deformation amount of 3.0 mm (small bulge deformation), when the ratio of the window is 0.3 or less, the bulge deformation of the channel box is reduced. Under a large situation, it was clarified that the deformation control performance of the leak control plate with respect to the deformation of the channel box was poor, and the increase in the leak flow rate from inside the channel box became large.
[0021]
Therefore, in order to perform good control of the coolant leak flow rate under the high burnup condition of the fuel having a large bulge deformation, the leak control plate provided in the lower tie plate of the fuel assembly needs to have a size corresponding to the entire size of the leak control plate. Therefore, the ratio of the total opening width of the windows must be 0.3 or more.
[0022]
During operation of the reactor, bulge deformation occurs in the channel box, and when the flow rate of the coolant leak is controlled by the leak control plate, as shown in FIG. The bending stress is generated in the direction shown by the arrow, but when the bulge deformation is large, the bending stress is also large, and particularly the large bending stress is concentrated on the window frame near the lower side of the window X. Therefore, analysis was performed assuming that the leak control plate was pressed against the inner surface side of the channel box at a constant pressure in the case of large bulge deformation and the case of small bulge deformation. The result shown in FIG. 3B was obtained with respect to the relationship with the plastic deformation in the portion.
[0023]
This is because the thickness of a 0.2 mm-thick Ni-based alloy leak control plate provided in a boiling water reactor fuel assembly is reduced by corrosion under conditions equivalent to long-term use in a real reactor. The analysis was performed assuming a state. As is clear from FIG. 3B, in the case of large bulge deformation of the channel box, plastic deformation occurred at the stress concentrated portion in the window box width d of 2 mm or less.
[0024]
Therefore, in order to secure the strength of the window frame portion of the leak control plate under the situation of large bulge deformation of the channel box, the window frame width d needs to be 2 mm or more. Normally, since the leak control plate is about 110 mm wide and has at least 7 slits, that is, 8 windows, when the window frame width d is 2 mm from the equation (110−2 × 16) / 110, the leak control plate The ratio occupied by the total opening width of the windows to the entire width of the control plate is about 0.7.
[0025]
That is, in order to secure the strength of the window frame portion in the leak control plate used under the high burnup condition of the fuel, the ratio of the total opening width of the window to the entire width of the leak control plate is set to 0.7 or less. That would be good. In the present invention, the ratio of the total opening width of the windows to the total width of the leak control plate is set in the range of 0.3 to 0.7. And the leak control plate has a high deformation followability to the deformation of the channel box, and the coolant leak flow rate can be controlled well.
[0026]
Examples of the material used for the leak control plate include Inconel X-750 and Inconel 718 as the above-mentioned Ni-based alloys. 3 and the same results as those shown in FIG. 3 are obtained, so that in each case the ratio of the total opening width of the windows to the total width of the leak control plate is equally effective within the scope of the present invention.
[0027]
Further, the leak control plate used in the present invention is not limited to a configuration in which all the windows have a uniform size as shown in FIG. 3A. Even with a different configuration, the ratio of the total opening width of the windows to the entire width of the leak control plate may be in the range of 0.3 to 0.7.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. FIG. 1A is a perspective view showing a schematic configuration of a lower tie plate portion of a fuel assembly for a boiling water reactor according to one embodiment of the present invention.
[0029]
The fuel assembly of the present embodiment has a plurality of fuel rods bundled in a square lattice by a plurality of spacers (not shown) arranged in the axial direction, and has a handle for suspension, as in the prior art. The upper tie plate (not shown) and the lower tie plate 2 that forms a coolant inflow path from the lower part of the core hold the upper tie plate, and further fix the channel box 1 to the upper tie plate to cover the entire fuel assembly. It has a configuration.
[0030]
The flat sides (four side surfaces) of the lower tie plate 2 are provided with leak control plates 3 for controlling the leak flow rate of the coolant flowing out of the channel box 1, respectively. After the lower edge is inserted into a lower pocket (not shown) provided on the lower side surface of the lower tie plate 2 in the same manner as the conventional one shown in the sectional view of FIG. An upper edge is inserted into a pocket (not shown), and the upper edge is held by loosely inserting the legs of the stopper plate 6 into the window 4, and the stopper plate 6 is fixed by bolts 7. I have.
[0031]
At this time, a predetermined interval (clearance) between the ceiling of the upper pocket of the lower tie plate 2 and the upper end of the leak control plate 3 is maintained. The leak control plate 3 attached in this way can freely move between the upper and lower pockets of the lower tie plate 2 by the clearance.
[0032]
Each of the leak control plates 3 is made of a Ni-based alloy having a thickness of 0.2 mm and a total width of 110 mm. As shown in FIG. 1B, nine windows 4 of the same size are arranged in the width direction. And eight slits 5 arranged alternately with the window 4. In this embodiment, the design is such that the ratio of the total opening width of all the windows (9) to the entire width of the leak control plate 3 is 0.5. Therefore, the window width L is (110 × 0.5) /9=6.1 mm, and the window frame width D is 3.06 mm.
[0033]
With respect to the fuel assembly having the leak control plate 3 on the outer peripheral surface of the lower tie plate 2, the control state of the coolant leak flow rate by the leak control plate 3 with respect to the increase in bulge deformation of the channel box 1 is analyzed. 1, the tendency of the increase of the coolant leak flow rate to the outside is small, and even if a large bulge deformation occurs in the channel box 1 corresponding to that occurring under the high burn-up condition assuming the aggregate take-out average burnup of 45 GWd / t or more, The deformation controllability of the leak control plate 3 is good, and the leak flow rate is well controlled.
[0034]
At this time, the plastic deformation of the stress concentration portion of the leak control plate 3 is slight. Therefore, when the channel box 1 is attached or detached in the long-term use of the leak control plate 3, a portion deformed outward by plastic deformation comes into contact with the inner surface of the channel box 1, making it difficult to attach or detach the channel box 1. However, there is no possibility that the contact portion may be damaged.
[0035]
In the above-described embodiment, the case is described in which nine windows (eight slits) of a uniform shape are formed and a leak control plate is provided in which the ratio of the total opening width of the windows to the entire width is 0.5. The present invention is not limited to such a design. For example, if the ratio of the total opening width of the windows to the entire width dimension is in the range of 0.3 to 0.7, for example, the opening widths of the individual windows are different from each other. It may be of a configuration.
[0036]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can ensure the strength of the leak control plate and the leak control in accordance with the increase in the basil deformation of the channel box in the long-term use of the fuel assembly for a boiling water reactor associated with high burnup. There is an effect that the deformation followability of the plate is improved, good control of the coolant leak flow rate can be maintained, and the reliability of the leak flow rate control function of the leak control plate is improved even under high burn-up conditions of the fuel.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel assembly for a boiling water reactor according to one embodiment of the present invention, (a) is a perspective view of a lower tie plate portion, and (b) is a leak shown in (a). FIG. 4 is an enlarged plan view of the control plate 3.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio of the total opening width of the window to the entire width of the leak control plate (horizontal axis) and the relative leak flow rate (vertical axis) for explaining the operation of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams for explaining the operation of the present invention, in which FIG. 3A is a diagram illustrating a position where stress concentration of the leak control plate occurs, and FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a state of plastic deformation (vertical axis) of a stress concentration portion with respect to (horizontal axis: mm).
FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a conventional fuel assembly for a boiling water reactor, where (a) is a schematic perspective view of a lower tie plate portion, and (b) is shown in (a). Sectional view of the leak control plate 13, (c) is a schematic view showing bulge deformation occurring in the channel box, (d) is the amount of channel box deformation (vertical axis: mm) with respect to the average fuel burnup (horizontal axis: GWd / t) It is explanatory drawing which shows the relationship.
[Explanation of symbols]
1, 11: channel box 2, 12: lower tie plate 3, 13: leak control plate 4, 14, X: windows 5, 15, Y: slit 6, 16: stop plate 7, 17: bolt 16a: stop plate 16 Leg 18a: upper pocket 18b: lower pocket d, D: window frame width L: window opening width H: distance between opposing sides (on the inner surface of the channel box)

Claims (1)

支持格子によって正方格子状配列に保持された複数本の燃料棒およびウォーターロッドを含む燃料束と、この燃料束の上端部を吊持する上部タイプレートと、前記燃料束の下端部を支持する下部タイプレートと、前記上部タイプレートに吊持されて前記燃料束の周囲を囲むチャンネルボックスと、前記チャンネルボックスの下端部と前記下部タイプレートの外周面とのオーバーラップ部分の間隙からの冷却材のリーク量を制御するように前記下部タイプレートの外周面に設けられたリーク制御具とを備えた沸騰水型原子炉用燃料集合体において、
集合体取り出し平均燃焼度45GWd/t以上の沸騰水型原子炉用燃料集合体であり、
前記リーク制御具は、前記下部タイプレートの外周面上の平坦な辺部にほぼ亘る幅寸法で装着されたリーク制御板を有しており、
該リーク制御板は、厚さ0.2mmのNi基合金製であり、前記チャンネルボックス内からの冷却材のリーク流れをその背面側に取り入れるための窓と、これら各窓の間に形成されたスリット部とが前記辺部の幅方向に交互に配設され、前記リーク制御板の全幅寸法に対し、前記複数の窓の合計の開口幅が占める割合が0.3〜0.7の範囲内で、且つ窓枠幅が実質的に2mm以上であることを特徴とする沸騰水型原子炉用燃料集合体。
A fuel bundle including a plurality of fuel rods and water rods held in a square lattice array by a support lattice, an upper tie plate for suspending an upper end of the fuel bundle, and a lower portion for supporting a lower end of the fuel bundle A tie plate, a channel box suspended around the upper tie plate and surrounding the fuel bundle, and a coolant from a gap in an overlapping portion between a lower end portion of the channel box and an outer peripheral surface of the lower tie plate. A boiling water reactor fuel assembly comprising: a leak control device provided on an outer peripheral surface of the lower tie plate so as to control a leak amount;
A fuel assembly for a boiling water reactor having an average burnup of 45 GWd / t or more,
The leak control device has a leak control plate mounted with a width dimension substantially covering a flat side portion on an outer peripheral surface of the lower tie plate,
The leak control plate is made of a Ni-based alloy having a thickness of 0.2 mm, and is formed between a window for introducing a leak flow of the coolant from the inside of the channel box to a back side thereof and each of the windows. Slits are alternately arranged in the width direction of the side portion, and the ratio of the total opening width of the plurality of windows to the entire width of the leak control plate is in the range of 0.3 to 0.7. And a window frame width of substantially 2 mm or more .
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