JP4376264B2 - 燃料集合体用スペーサ - Google Patents

Description

本発明は、例えば欧州特許出願公開第０２３７０６４号明細書で公知の軽水冷却形原子炉の燃料集合体用スペーサに関する。

この公知のスペーサは、多数の格子目を備えた格子を形成する、互いに交差した多数の帯板からなる。該帯板は、互いに溶接された２つの薄い帯状鋼板で形成されている。それら各帯状鋼板に、帯状鋼板で各々境界づけられた格子目の中に突出する突出成形部が設けられる。帯板の形に結合された帯状鋼板の相対向して隣接して位置する成形部は、垂直方向に延びるほぼ管状の副流路を形成している。その副流路は、垂線に対し傾斜し、帯板に対し平行に向けられ且つ帯板の交差点に向けられた冷却液の流れ成分を発生する。その流れ成分は、格子目を貫通する燃料棒の周りに旋回流を発生する。

公知のスペーサの場合、成形部は更に、格子目を貫通する燃料棒に対する支持部としても用いられる。燃料棒支持部は、かかるスペーサを利用した場合に実際上燃料棒被覆管に僅かな摩耗腐食しか認められないので、特に有利であることが分かっている。

本発明の課題は、大きな耐摩耗腐食性を有し、且つ良好な熱力学的特性を持つ、冒頭に述べた形式の燃料集合体用スペーサを提供することにある。

この課題は、本発明に従い、請求項１に記載の特徴を持つスペーサにより解決される。軽水冷却形原子炉の燃料集合体用のかかるスペーサは、互いに交差して格子を形成する多数の帯板からなり、各帯板は、互いに結合した第１と第２の帯状鋼板からなる。各帯状鋼板は、各々相対向して隣接する成形部が副流路を形成すべく成形部を持つ。該成形部は、副流路から流出する冷却水に、帯状鋼板間を延びる垂直な中心平面に対し垂直な流れ成分が生ずるように形成している。この結果冷却水の改善された交差混合が可能となる。

特に、第１成形部で形成した部分流路の開口断面積は、冷却水の流れ方向に減少し、隣接する第２成形部で形成した部分流路の開口断面積は、冷却水の流れ方向に増大する。換言すれば、第１成形部で形成された部分流路の開口断面積は、入口開口において出口開口より大きく、隣接する第２成形部で形成された部分流路の開口断面積は、入口開口において出口開口より小さい。開口断面積の増大ないし減少は、帯板全高さにわたって連続して行われる。しかし、中央領域を一定した開口断面積にすることも可能である。互いに隣接する成形部のこの種々の形成により、帯板平面に対し垂直に向けられた流れ成分が、帯状鋼板の製造技術上に特に簡単な形成によって発生させられる。

本発明の他の有利な実施態様では、第１および第２の帯状鋼板が、各々第１および第２の帯状鋼板の長手方向に互い違いに配置された第１および第２の成形部を備える。第１と第２の帯状鋼板は、各副流路を第１、第２の成形部で形成すべく、帯板の形に結合されている。この帯状鋼板と、これで形成したスペーサは、簡単に製造できる。

本発明の有利な実施態様では、副流路は少なくともその下流側端において垂線に対し斜めに、即ち傾斜して延びている。

本発明の他の有利な実施態様では、２つの帯板の交差点に向けて傾斜した、互いに隣接する２つの副流路から流出する冷却水は、交差点を中心とする旋回流が発生すべく、中心平面に対し垂直でかつ逆向きの流れ成分を有する。その場合、特に帯板に沿って互いに隣接する交差点を中心とした旋回流は逆向きにされる。このため、旋回流で発生され、燃料集合体全体に作用する総モーメントの発生が防止される。

以下図示の実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。

図１と２において、燃料集合体用スペーサは互いに交差する多数の帯板２からなる。これら帯板２は、各々燃料棒５が貫通して導かれる多角形の、この実施例では正方形の多数の格子目４を備えた格子を形成する。各帯板２は、第１と第２の帯状鋼板６、８で構成され、該鋼板６、８は、それらの互いに接触する上部側面と下部側面で相互に溶接される。

第１と第２の帯状鋼板６、８は、各々鋼板６、８で境界づけられた格子目４の内部に突出する成形部１０、１２と１４、１６を備える。成形部１０、１２と１４、１６は、格子目４を貫通する燃料棒５の支持体としても役立つ。かくして、各々帯板２を形成する第１と第２の帯状鋼板６、８の成形部１０、１２と１４、１６の間に、副流路２０が生ずる。該副流路２０内で冷却水が、スペーサを垂直方向に（紙面から）上方に貫流する。

図１と図２から解るように、副流路２０はその全長にわたり帯板平面内で、垂線、即ち紙面に垂直な方向に対し、傾斜して延びている。この傾斜は、流れを、相変わらず帯板平面に対し平行ではあるが、垂線に対し斜めに転向させる。帯板２の互いに隣接する副流路２０は、逆向きの傾斜を持っている。交差点Ｐに隣接する４つの副流路２０は、一方の帯板２に配置された２つの副流路２０が互いに接近するように傾斜し、他方の帯板２における２つの副流路２０が互いに離れるように傾斜すべく、方向づけられている。

各副流路２０は、両帯状鋼板６、８間に存在し、紙面に垂直な中心平面２４に対し非対称な形をしている。このため成形部１０、１６は各々下部膨出部１０１、１６１を有し、交差点Ｐの近くに成形部１０、１６が位置している。その結果、成形部１０と１２に各々対応する成形部１４と１６は、その上部範囲に、上部膨出部１２１と１４１を有する。かくして、帯板２の全高さにわたり副流路２０の開口断面積は略一定している。

成形部１０、１６で形成された各部分流路１１０、１１６は、副流路２０の入口の膨出部１０１、１６１により、成形部１２、１４で形成された各部分流路１１２、１１４より大きな開口断面積を有する。このため、部分流路１１０、１１６に、格子目４で形成された主流路から、部分流路１１２、１１４よりも多量の冷却水が分岐して流入する。流れ方向において部分流路１１０、１１６の開口断面積が狭まり、部分流路１１２、１１４の開口断面積が広がっている故、副流路２０内を流れる冷却水は、部分流路１１２、１１４に向けて移され、かくして帯板平面、即ち中心平面２４に対し垂直な流れ成分が生ずる。

換言すれば、成形部１０、１４と１２、１６との非対称的な形成、即ち膨出部１０１、１２１、１４１、１６１のずれた配置により、冷却水が膨出部１２１、１４１に向けて転向するので、それら成形部１０、１４と１２、１６間を流れる冷却水に、追加的に帯板２の中心平面２４に対し垂直な速度成分が与えられる。

膨出部が中心平面（帯板平面）２４の方向における成形部の増大しか形成していない図１〜３に示す実施例と異なり、図１の右下の格子目に破線で示した膨出部２００から理解できるように、燃料棒５で占められない隅に存在する空間を効果的に活用して、格子目４の内部に奥深く突出する膨出部を設けることもできる。

膨出部１２１、１４１は、副流路２０から流出する冷却水を、長手方向２４に対し垂直な速度成分に基づき、交差点Ｐに直接向かわず、交差点Ｐのそばを斜めに通り過ぎるようにさせ得る。これは、交差点Ｐの周りに旋回流を発生し、該旋回流は、燃料棒と流体の間の熱伝達を向上させる。更に成形部１０、１２、１４、１６は、互いに隣接する交差点Ｐの旋回流の向きが逆になるように配置している。かくして、旋回流により各々与えられるモーメントが、燃料集合体に作用する総モーメントの形で合算されるのを防止できる。

この実施例では、成形部１０、１２、１４、１６は基本的には同一形状である。しかし第１帯状鋼板６と第２帯状鋼板８を、その帯状鋼板平面、即ち中心平面に垂直な軸線を中心として相互にひねって配置している。

副流路２０の形状を、図３に詳細に示す。図３から解るように、主流路から分岐して副流路２０に下から流入する冷却水の大部分は、下部膨出部１０１を有する成形部１０で形成された部分流路１１０で受けられる。中心平面においてその全長にわたって傾斜して延びる副流路２０を通って垂線（ｚ方向）に対し傾斜して上向きに流れる冷却水は、部分流路１１０の開口断面狭窄に基づき隣の成形部１４の部分流路１１４に転向され、かくして、交差点に向けられた帯板平面に対して平行な速度成分Ｖ_xのほかに、それに対して直角の速度成分Ｖ_yが得られる。

個々の主流路間における冷却液の混合を改善する、即ち横向き質量流量を増大すべく、図４に示すように、成形部１０、１４に各々長手スロット２６を設けてもよい。

交差点Ｐに開口窓２８を設けることで、横向き質量流量を一層増大できる。公知のＨＴＰスペーサの場合と同様に、成形部１０、１２、１４、１６は帯板２の中央でスロット２６の両側に、縦に延びる膨出部を設けてもよい。これらの縦に延びる膨出部は、格子目４の内部に向かい、その形状により、燃料棒に対する線接触支持部を形成し、この結果燃料棒は格子目内で、全部で８つの線接触支持部で弾力的に保持される。

これを、図５の実施例に示す。この図では、スロット２６の両側に膨出部３０がある。更に成形部１０、１４で形成した副流路２０は、図３に示す実施例と異なり、全長ｌ（帯板高さ）にわたり垂線ｚに対し傾斜せず、下流側端の部分長ａおよび場合により上流側の部分長ｂでだけ傾斜している。なお、副流路２０はその部分長ａおよび／又は部分長ｂを除く部分で、垂線ｚに対しほぼ平行に延びている。かくして、小さな格子目幅と大きな帯板高さ（副流路２０の長さｌ）で、帯板平面２４に対し平行な非常に大きな速度成分Ｖ_x、即ち交差点Ｐから離れる方向ないし交差点Ｐに向かう方向の速度成分が発生する。

本発明に基づくスペーサの原理的構造の部分平面図。 ２つの帯板の交差点範囲におけるスペーサの部分拡大平面図。 帯板における成形部範囲の部分斜視図。 帯板の部分側面図。 本発明に基づく副流路の異なった実施例の概略斜視図。

符号の説明

２ 帯板、６、８ 帯状鋼板、１０〜１６ 成形部、２０ 副流路、２４ 中心平面、ｘ 長手方向、ｚ 垂線、Ｐ 交差点、Ｖ_x、Ｖ_Y 速度成分、１１２、１１４ 部分流路

Claims (7)

1. 互いに交差し、格子を形成する多数の帯板（２）から構成され、各帯板（２）が、各々成形部（１０、１２、１４、１６）を有し、かつ互いに結合された第１および第２の帯状鋼板（６、８）から成り、その互いに隣接する成形部（１０、１２、１４、１６）が、垂線（ｚ）に対し斜めに延びる副流路（２０）を形成する軽水冷却形原子炉の燃料集合体用スペーサにおいて、
   互いに隣接する成形部（１０、１２および１４、１６）が、副流路（２０）から流出する冷却水に、帯状鋼板（６、８）間を延びる垂直な中心平面（２４）に対して垂直な流れ成分（Ｖ_Y）を与えるべく、前記中心平面（２４）に対して非対称に形成されたことを特徴とするスペーサ。
2. 第１成形部（１０、１６）で形成される部分流路（１１０、１１６）の開口断面積が、冷却水の流れ方向に減少し、隣接する第２成形部（１４、１２）で形成された部分流路（１１４、１１２）の開口断面積が、冷却水の流れ方向に増大することを特徴とする請求項１記載のスペーサ。
3. 第１および第２の帯状鋼板（６、８）が、各々第１および第２の帯状鋼板（６、８）の長手方向（ｘ）に互い違いに配置された第１および第２の成形部（１０、１２および１４、１６）を有し、第１および第２の帯状鋼板（６、８）が、第１および第２の成形部（１０、１２および１４、１６）により各副流路（２０）を形成すべく、帯板（２）の形に結合されたことを特徴とする請求項１又は２記載のスペーサ。
4. 副流路（２０）が少なくともその下流側端で、垂線（ｚ）に対し斜めに延びることを特徴とする請求項１から３の１つに記載のスペーサ。
5. ２つの帯板（２）の交差点（Ｐ）に向けて傾斜した互いに隣接する２つの副流路（２０）から流出する冷却水が、交差点（Ｐ）を中心とする旋回流が発生するように、中心平面（２４）に対し垂直な逆向きの流れ成分（Ｖ_X）を有することを特徴とする請求項４記載のスペーサ。
6. 帯板（２）に沿って互いに隣接する交差点（Ｐ）を中心とした旋回流が、逆向きにされたことを特徴とする請求項５記載のスペーサ。
7. 請求項１から６の１つに記載の少なくとも１つのスペーサを備えることを特徴とする燃料集合体。

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