JPH01121793A - 燃料棒スペーサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料集合体を構成する多数の燃料棒を１ＩｌＩ
ＷＪ保持する燃料棒スペーサに係り、特に燃料集合体の
限界出力を向上し得る燃料棒スペーサに関する。

（従来の技術） 一般に、原子炉炉心に装荷される燃料集合体においては
、その長手方向の複数箇所に燃料棒の離間保持用として
スペーサを設け、燃料棒の湾曲変形等を規制することに
より、冷却材の流動による燃料棒の水力振動を低く抑え
るように構成されている。

第５図〜第９図は従来の燃料棒スペーサの配置および構
造を示している。第５図は燃料集合体を示し、燃料チャ
ンネル１内には、両ｆｆａＨをそれぞれ上部タイブレー
ト２および下部プレート３に支持された複数本の燃料棒
４およびウォータ口ッド５が配列挿着されている。各燃
料棒４を整列支持する燃料棒スペーサ６は、燃料棒４の
軸方向に複数個設けられ、冷却材の流路を確保している
。

第６図および第７図は従来の燃料棒スペーサ６の構成を
詳細に示している。この燃料棒スペーサ６は、四角枠状
に形成された側枠７内に略円筒形状の円筒状セル８を多
数連接して配置したもので、縦横に各８列ずつ合計６４
本の燃料棒４を正方格子状に配置するように形成されて
いる。すなわち、全く同一形状に形成した６４個の略円
筒形状の円筒状セル８を８Ｘ８の正方格子状に配置し、
各円筒状セル８の側壁部の一部を連接し、隣接する４個
の円筒状セル８の側壁部によって略四角筒状の冷却材流
通路１１をそれぞれ形成している。

各円筒状セル８には、第９図に示すような微小の帯状板
で形成したスプリング９と、第８図に示すように円筒状
セル側壁上部を内側に凹陥して形成した固定ストッパ１
０とがそれぞれ設けられ、このスプリング９および固定
ストッパ１０によって内部に挿通される燃料棒４を各円
筒状セル８の内側壁から若干離間させて弾力的に支持す
るようにしている。

また側枠７の外面には第６図および第７図に示すように
燃料棒スペーサ６を燃料チャンネル１内壁面から１９ｍ
離して固定する、断面が台形状のロブ１２が固着されて
いる。

また、燃料棒スペーサ６の材料としては、スプリング９
に発条性のあるインコネル材を用いるだけで、他の構成
部分には熱中性子吸収の少ないジルカロイ材を用いてい
る。

上記の燃料棒スペーサ６は、燃料集合体の軸方向に所定
間隔をおいて装着され、各円筒状セル８内に挿通された
多数本の燃料棒４を相互に離間した位置に保持する。

冷却材は隣設される４本の円筒状セル８間に形成される
冷却材流通路１１および各円筒状セル８と燃料棒４との
間の間隙部を通って下方がら上方へ流れ、燃料棒４と熱
交換を行なう。熱水と蒸気との二相流の流動による燃料
棒４の振動および変形は、この燃料棒スペーサ６によっ
て効果的に抑止される。

ところで、今日、原子カプラントの自動制御化や、日間
負荷追従運転の導入等、運転融通性を拡大することが望
まれている。この要望に沿い、例えば、沸°騰水型原子
炉では炉心の熱水力特性をより改善するため、炉心の安
定性の改善、熱的余裕の拡大（限界出力の増大ン、炉心
圧力損失の低減等の研究・実用化が進められている。特
に燃料棒スペーサの構造をより改善し沸ｒａ遷移を防止
することにより、冷却材の熱水力学的安定度を増大せし
めて限界出力を高めることが要請されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら第６図に示す従来の燃料棒スペーサ６を構
成する円筒状セル８は第８図に示すよう゛に、一部にス
プリング９および固定ストッパ１０が設けられているも
のの、円筒状セル本体の内外周面は軸方向に対してほぼ
平坦に形成されている。

この円筒状セル８を装着した燃料棒スペーサ６を使用す
ると、円筒状セル８自体は燃料棒４と異なり、非発熱体
であるため、燃料集合体内を流れる気液二相流は円筒状
セル８の内外周面において液膜を形成し、液膜は平坦に
形成された内外周面に沿りて上部タイブレート２方向に
流れる。

特に円筒状セル８の内周面に沿って流れる液膜は燃料棒
４の外表面を有効に冷却するために利用される割合が少
なく、そのまま上方向に通過している。そのため燃料棒
４の外表面において沸Ｉ！遷移が起こり易く、炉心部に
おける伝熱効率が低くなる上に、限界出力が抑制される
問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、円筒状セル内周面に形成される液膜を燃料棒の冷
却に有効に利用し得る構造とし、燃料棒と冷却材上の熱
交換効率を改善し、原子炉の限界出力を向上することが
できる燃料棒スペーサを提供するこ−とを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る燃料棒スペーサは、四角枠状に形成された
側枠内部に、燃料棒を挿通して所定位置に保持する円筒
状セルを互いに側壁が接するように多数縦横に配列して
一体に接合するとともに、上記円筒状セル内壁を軸方向
に移動する冷却材液膜の流れ方向を燃料棒の外表面方向
に転向させる突起を各円筒状セルの内壁周方向に形成し
たことを特徴とする。

（作用） 上記構成の燃料棒スペーサによれば各円筒状セルの内壁
周方向に突起が形成されているため、円筒状セル内に流
入した冷却材によって形成された内壁側の液膜は、突起
に衝突することによって流れ方向が燃料棒の外表面方向
に転向される。

したがって冷却材が燃料棒と充分接触し、燃料棒外表面
の温度を効果的に降下させることができる。つまり、燃
料棒の除熱性能を向上させることが可能となり、燃料集
合体の限界出力を向上することができる。

したがって、原子炉の熱的余裕が増大し、従来の出力よ
りもさらに上昇させた出力状態で原子炉の運転が可能と
なり、原子炉の運転経済性が大幅に向上する。　− （実施例） 以下本発明の一実施例について添付図面第１図〜第４図
を参照して説明する。

本実施例に係る燃料棒スペーサ６ａは、従来と同様に内
部に燃料棒を挿通して支持する略円筒形状の６４個の円
筒状セル８ａを８×８の正方格子状に配置し、各円筒状
セル８ａの側壁部の一部を連接し、隣接する４ｗＡの円
筒状セル８ａの密着していない側壁部をもって略四角筒
状の冷却材流通路１１をそれぞれ形成している。

円筒状セル８ａは４辺を有する正方形の側枠７の内側に
設けられている。燃料棒４は各円筒状セル８ａの内壁面
に固着したスプリング９と、各円筒状セル８ａの上下端
部を内側に凹陥させたくびれ状の固定ストッパ１０とに
より弾性的に圧接支持されている。

円筒状セル８ａは四角隅部に配置される４個の隅部円筒
状セル１３と、４辺部に配置される２４個の辺部円筒状
セル１４と、内部に配置される３６個の内部円筒状セル
１５とにより形成している。

この各円筒状セル１３．１４．１５は略円形の断面を有
、し、隣設する４本の円筒状セルが互いに接する４ケ所
の側壁面において一体に接合され、密着していない側壁
で囲まれた部分により冷却材流通路１１７￥形成される
。　　゛ 各円筒状セル８ａは第４図（ａ）、（ｂ）に示すように
本体上縁部を内側に凹陥せしめて、２ケ所の固、定スト
ッパ１９が！成される。また円筒状セル８ａの内壁周方
向には突起１アを形成する。

突起１７の、形成位置は、円筒状セル内を流れる冷却材
の流れ方向に対して円筒状セルの二次側の上半分の領域
が好ましい。また突起１７の形状としては、円筒状セル
内壁を軸方向に移動する冷却材液膜の流れ方向を燃料棒
４の外表面方向に転向し得る形状であれば、その断面形
状が三角、円形、半丸状、四角形状といずれを採用して
もよい。

さらに突起１７は内壁周方向に断続的に形成することも
できる。

各円筒状セル８ａはＭ３図に示すように上縁部の２ケ所
に設けた固定ストッパ１０および板状のスプリング９に
よって、内部に挿通された燃料棒４を軸中心位置に弾性
的に保持する。

本実施例の燃料棒スペーサ６ａよれば各円筒状セル８ａ
の内壁周方向に突起１７が形成されているため、円筒状
セル８ａの内壁軸方向に流れる二相流の液膜は、第４図
（ｂ）に矢印で示すように突起１７に衝突することによ
って流れ方向が燃料棒４の外表面方向に転向される。

したがって、冷却材が燃料棒４と充分接触し、燃料棒４
の外表面温度を効果的に降下させることができる。つま
り燃料棒４の除熱性能を向上させることが可能となり沸
ａｍ移を抑止することができるため、燃料集合体の限界
出力を向上することができる。

したがって原子炉の熱的余裕が増大し、従来より高い出
力で運転することが可能となり、原子炉の運転経済性を
大幅に向上することができる。

なお、突起は円筒状セル８ａ内を内れる冷却材の流れ方
向に対して円筒状セル８ａの二次側上半分の領域に形成
すると、上半分の領域において特に発達する液膜の流れ
を燃料棒４方向に、より効果的に転向することが可能で
あり、熱交換効率が優れる。

また突起１７は第４１（ａ）に示すように円筒状セル８
ａの内壁周方向に全周に亘り設ける必要はなく、断続的
かつ部分的に配設してもよい。この場合は第４図（ａ）
の例と比較して、燃料棒４と円筒状セル８ａとの間隙部
を流れる冷却材の圧力損失を低減することができる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る燃料棒スペーサによれば、
冷却材流路を形成している円筒状セルの内壁周方向に突
起が形成されており、この突起が、内壁を軸方向に移動
する冷却材の液膜の流れ方向を燃料棒方向に転向させる
ため、冷却材と燃料棒とが充分に接触する。

したがって液膜が冷却材として有効に利用され、燃料棒
の除熱性能を向上させることが可能となり、沸＠遷移を
抑止することができるため、燃料集合体の限界出力を向
上させることができる。そのため従来より高い出力で原
子炉を運転することが可能となり、原子カプラントの運
転経済性を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料棒スペーサの一実施例を示す
平面図、第２図は第１図に示す燃料棒スペーサの側面図
、第３図は第１因に示す燃料棒スペーサの隅部を拡大し
て示す平面図、第４図（ａ）。 （ｂ）は本発明に係る燃料棒スペーサに用いる円筒状セ
ルのそれぞれ斜視図、断面図、第５図は燃料集合体の構
造を示す断面図、第６図、第７因は従来の燃料棒スペー
サのそれぞれ平面図、側面図、第８図は従来の円筒状セ
ルの構造を示す斜視図、第９図はスプリングの構造を示
す斜視口である。 １・・・燃料チャンネル、２・・・上部タイプレート、
３・・・下部タイブレート、４・・・燃料棒、５・・・
ウォータロッド、６，６ａ・・・燃料棒スペーサ、７・
・・側枠、８．８ａ・・・円筒状セル、９・・・スプリ
ング、１０・・・固定ストッパ、１１・・・冷却材流通
路、１２・・・Ｏブ、１３・・・隅部円筒状セル、１４
・・・辺部円筒状セル、１５・・・内部円筒状セル、１
６・・・接合箇所、１７・・・突起。 代理人弁理士　　則　近　　憲　缶 周　　　　　　　　第　　子　　丸　　　健茅２図 第ｊ′図 第６図 ＄７　図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、四角枠状に形成された側枠内部に、燃料棒を挿通し
   て所定位置に保持する円筒状セルを互いに側壁が接する
   ように多数縦横に配列して一体に接合するとともに、上
   記円筒状セル内壁を軸方向に移動する冷却材液膜の流れ
   方向を燃料棒の外表面方向に転向させる突起を各円筒状
   セルの内壁周方向に形成したことを特徴とする燃料棒ス
   ペーサ。 ２、突起は、円筒状セル内を流れる冷却材の流れ方向に
   対して円筒状セルの二次側上半分の領域に形成した特許
   請求の範囲第１項記載の燃料棒スペーサ。 ３、突起は、円筒状セルの内壁周方向に断続的に形成し
   た特許請求の範囲第１項または第２項記載の燃料棒スペ
   ーサ。