JPH01126590A

JPH01126590A - 核燃料集合体

Info

Publication number: JPH01126590A
Application number: JP62283006A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Tobimatsu; 敏美飛松; Sunao Narabayashi; 直奈良林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1987-11-11
Publication date: 1989-05-18

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、限界出力特性を改良した沸騰水型原子炉（以
下ＢＷＲという）の核燃料集合体に関する。

（従来の技術）一般に、ＢＷＲの核燃料集合体は第１６図に示す如く、
核燃料ベレットを収納した多数体の燃ｎｆｉｌｏ１をス
ペーサ１０２と上部タイプレート１０３と下部タイプレ
ート１０４により東ねバンドルとし、これをチャンネル
ボックス１０５内に収納した構造となっている。冷却材
である水は下部タイプレート１０４から流入し、チャン
ネルボックス１０５内を沸騰しながら上昇し、上部タイ
プレートから蒸気と水の混合流体である二相流となって
流出する。スペーサ１０２は第１６図に示す如く、複数
個配設され、そして第１７図に示す如く、第１スペーサ
１０２−１から第７スペーサ１０２−７．ｔで７個のス
ペーサがある。７個のスペーサは約５１ｃｍ毎に等間隔
で配設されている。燃料１１１０１内の核燃料ベレット
の核反応が高まると燃料棒の熱出力が増大する。燃料棒
表面の熱流束は第１８図に示す通り、炉心の高さ方向で
中央が高くなったコサイン状の分布となっている。冷却
材は沸騰と共にボイド率が高くなるので、燃料棒の限界
熱流束は炉心上方で低下する。熱流束が限界熱流束を超
えると沸騰遷移（Ｂｏｉｌｉｎａ　Ｔｒａｎｓｉ−ｔｉ
ｏｎ）が起こり、燃料が焼損（Ｂｕｒｎ　ｏｕｔ）する
可能性がある。この限界熱流束と実際の熱流束との比を
限界熱流束比（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｈｅａｔ　Ｆｌｕｘ
　Ｒａｔｉｏ：Ｃ）ＩＦＩＩ）とも言い、ＣＨＦＩＩの
最小値（ＮＣＨＦＲ）は必ず１．０以上になるように設
計されている。

（発明が解決しようとする問題点）限界熱流束比は、炉心高さ２００〜２５０ｃｍで最低と
なるので、核燃料集合体の限界出力性能を向上させるに
は炉心高さ２００〜２５０ｃｎ＋の伝熱特性を第５図に
示した破線のように改良すれば良いことになる。本発明
者らは、数多くの実験を行った結果、伝熱特性を改良す
るには、流路内へ乱流促進部材を挿入し、特に第６スベ
ーサ１０２−６、第７スペーサ１０２−７の手前に挿入
すると効果があることがわかった。これは沸騰遷移（Ｂ
Ｔ）が通常、スペーサの手前で発生しやすく、特に第６
スペーサと第７スペーサで発生しやすいためであり、こ
の点が問題点である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、燃ｆＩ棒に沿って上昇してくる冷却材をかく乱し、こ
れによって各々の燃′Ｆ４ｍの冷却効果を向上させた核
燃料集合体を提供することにある。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明は、垂直に配設された多数本の燃料棒と、これら
の燃ｒ４１！Ｊの上部および下部をそれぞれ結合し、上
下方向の流路を有する上部タイプレートおよび下部タイ
プレートと前記燃料棒全体の側面を覆う筒状のチャンネ
ルボックスと、前記燃料棒の相互間および燃料棒とチャ
ンネルボックスとの間の間隔を保持するための複数の燃
料スペーサの上流に乱流促進部材を配設したことを特徴
とする。

なお、乱流促進部材は冷却材混合フィンを複数段に重ね
てなるものであり、また、羽根状でスペーサ枠内の四個
の丸スペーサで形成される空間の中央に設けられたもの
である。

（作用）核燃料集合体の下部タイプレートから流入した冷却材は
、スペーサの下部に取着された乱流促進部材によりかく
乱されながら、各々の燃料棒の熱を奪い上部タイプレー
トから流出する。この乱流促進部材を通過することによ
って各々の燃料棒の冷却効果を向上させる。

（実施例）本発明に係る核燃ｆＩｆＩ＆合体の第１の実施例を第１
図から第５図を参照しながら説明する。

第１図において、符号１は第１の実施例の核燃料集合体
の要部の一部Ａを切り欠いて示す斜視図で、２は燃料ス
ペーサ、３はチャンネルボックス、４は枠、５は乱流促
進部材としての冷却材混合フィンである。

同図において、要部の−ｍＡは第２図および第３図に拡
大して示されている。すなわち、チャンネルボックス３
と内側に配置された燃料棒６との間には枠４が設けられ
ている。そして、スペーサ２の下方つまりスペーサ２よ
り上流側に枠４の内面側；冷却材混合フィン５が積重ね
られたように数段取着されている。また、第３図から明
らかなように冷却材混合フィン５は各々の燃ｆｌｌ１６
の間にも並列して設けられたものからなっている。第４
図は燃ネ゛１スペーサ２の下方に設けられた冷却材混合
フィン５が枠４に取着された状態を一部断面で示した側
面図である。冷却材混合フィン５は台形状に形成されて
いる。

第５図は上記構成の核燃料集合体の作用効果を説明する
ための特性図である。すなわち、核燃料集合体１が炉心
内で核分裂反応を起こし下部タイブレートから冷却材が
流入し各々の燃料棒６間を通流し、冷却材は加熱されて
上部タイプレートから流出する。その冷却材が通流して
いくなかで、冷却材乱流促進材としての混合フィン５に
よって冷却材はかく乱されて燃料棒６の表面からの熱を
奪い取ることになる。第５図に示した実験データで混合
フィン５とスペーサ２の距農りが近付くにつれて、限界
熱流束は従来の限界熱流束よりも増加し、Ｌ　＝　１０
ｃＩｌｌでは約１３５％も増加していることが認められ
る。

したがって、冷却材混合フィン５の取付は位置は約５ｃ
ｍから２５ｃｍの範囲内に選ぶことが望ましい。

また、冷却材混合フィン５の取付けるスペーサ２は第１
７図に示した第６スペーサ１０２−６と第７スペーサ１
０２−７、つまり最上端のスペーサとその下段のスペー
サとすることが望ましい。

第６図および第７図は上記冷却材混合フィン５を枠４に
取着する場合の各々の変形例を示している。

第６図は枠４に冷却材混合フィン５を複数段平行に取着
した例で、第７図は冷却材混合フィン５を下向きに傾斜
させて枠４に取着した例を示している。また、第８図か
ら第１０図は冷却材混合フィン５の形状を示したもので
、第８図では台形の混合フィン５ａを、第９図では三角
形の混合フィン５ｂを、第１０図では曲率ｒを有する台
形の混合フィン５ｃを示している。

これらの冷却材混合フィンはいずれも前述した実施例と
同様の作用効果を奏するので、その説明を省略する。

第１１図から第１３図は本発明に係る核燃料集合体の第
２の実施例を示している。

第１１図において、符号１１は第２の実施例の核燃料集
合体の要部の一部Ｂを切り欠いて示す斜視図で、１２は
丸セル形の燃料スペーサ、１３はチャンネルボックス、
１４は乱流促進部材としての乱流促進材である。

第１２図は核燃料集合体１１の横断面を示したもので、
図中符号１５は丸セル、１６は乱流促進板１４の下部に
形成された乱流促進羽根である。

第１３図はスペーサ１２に乱流促進板１４を溶接して一
体化した例の側面図で、図中符号１７は溶接個所を示し
、丸スペーサ１２に乱流促進板１４を接続した溶接個所
である。つまり、丸スペーサ１２の下端に乱流促進羽根
１６が形成された乱流促進板１４を接続した例を示して
いる。

上記した如く、第２の実施例における核燃料集合体１１
では、丸セルスペーサ１２の上流側（下側）に乱流促進
板１４を取着したｆｉｌｌ造になっている。

また、乱流促進板１４には４つの丸セルスペーサ１２毎
にできる中央の空間部に位置するように乱流促進羽根１
６が配設される。

乱流促進羽根１６は乱流促進板１４をプレスで打抜き加
工したのち、その突起の先端部をねじることによって形
成される。しかして、上記第２の実施例では第１の実施
例と同様に第５図に示したように乱流促進羽根１６とス
ペーサ１２の距離りが近付くにつれて限界熱流束は従来
の限界熱流束よりも増加し、Ｌ　＝　１０ｃｍで最大（
約１３５％）になる、したがって、乱流促進羽根１６の
取着位置はスペーサの上流（下側）から約１０ｃｍとす
ることが晟も望ましい。また、ワイヤグリッドを取着す
るスペーサは第６スペーサまたは第７スペーサつまり最
上端のスペーサかその下端のスペーサとすることが好ま
しい。

第１４図および第１５図は乱流促進羽根１６を変形した
スペーサ１２の例を示している。すなわち、第１４図の
羽根１６ａは下部が幅広で、かつねじられてスクリュー
状に形成されており、第１５図の羽ｔｌ！１６はＶ字状
で、かつねじりが加わった形状に形成されている。これ
らの作用効果は前述した第１３図の例とほぼ同様である
が、羽根を大きくすれば乱流促進効果と圧力量が増加す
る。

［発明の効県コ本発明による核燃′Ｊ／：Ｉ＠合体によると、従来の核
燃料集合体よりも、限界出力特性が約３５％増加するの
で、プラントの出力を増加することができる。

この結果は発電コストを下げるという経済的に大きなメ
リットとなるとともに、安全性や安定運転性能も向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る核燃ｆＩ９に合体の第１の実施例
におけるスペーサ部を一部切欠して示す斜視図、第２図
は第１図におけるスペーサ部の縦断面図、第３図は第２
図のＡ−Ａ矢視方向を切断して示す横断面図、第４図は
第１図のスペーサ単体を一部切欠して示す側面図、第５
図は本発明と従来例との作用効果を説明するための特性
図、第６図から第１０図までは第１図で使用される冷却
材混合フィンの各側を部分的に示す平面図、第１１図は
本発明に係る核燃料集合体の第２の実施例におけるスペ
ーサ部を一部切欠して示す斜視図、第１２図は第１１図
におけるスペーサの上面図、第１３図は第１２図の側面
図、第１４図から第１５図は第１１図におけるスペーサ
の他のρ１をそれぞれ示す側面図、第１６図は従来の核
燃下１集合体を一部切欠して示す斜視図、第１７図は第
１６図におけるチャンネルボックスを取除いた状態を示
す斜視図、第１８図は従来の核燃料集合体における炉心
高さと熱流束およびボイド率との関係を示す特性図であ
る。１．１１・・・核燃料集合体２．１２・・・燃料スペーサ３．１３・・・チャンネルボックス４・・・・・・・・・・・・枠５・・・・・・・・・・・・冷却材混合フィン１４・・
・・・・・・・・・・乱流促進板１５・・・・・・・・
・・・・丸セル１６・・・・・・・・・・・・乱流促進羽根１７・・・
・・・・・・・・・溶接個所代理人　弁理士　　則　近
　憲　佑同　　　　　第子丸　　健第１図第２図第３図第４１沖六Ｙ硝奮ｊ糺イ芝虞」■乙スベーリｍｌ臣銀Ｌ　（Ｃ
ｍ）第５ｍ第６図　　　第７図第８図　　第９図　　第１０２第１１図第１２図第１３図第１４ワ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）垂直に配設された多数の燃料棒と、これらの燃料
棒の上部および下部をそれぞれ結合し、上下方向の流路
を有する上部タイプレートおよび下部タイプレートと、
前記燃料棒全体の側面を覆う筒状のチャンネルボックス
と、前記燃料棒の相互間および燃料棒とチャンネルボッ
クスとの間の間隔を保持するための複数の燃料スペーサ
とを具備する核燃料集合体において、前記燃料スペーサ
の上流に乱流促進部材を配設したことを特徴とする核燃
料集合体。
（２）前記乱流促進部材は冷却材混合フィンを複数段に
重ねてなるものであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の核燃料集合体。
（３）前記冷却材混合フィンは燃料スペーサから下方に
延長した燃料スペーサとほぼ同一外形形状の枠に固定さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
核燃料集合体。
（４）乱流促進部材は、燃料棒下端から第６番目と第７
番目の燃料スペーサ下方に設けられたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の核燃料集合体。
（５）乱流促進部材は羽根状で、スペーサ枠内の四個の
丸スペーサで形成される空間の中央に設けられたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の核燃料集合体。