JPH01169395A

JPH01169395A - 燃料集合体

Info

Publication number: JPH01169395A
Application number: JP62327053A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Bessho; 別所　泰典
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1987-12-25
Publication date: 1989-07-04

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】〔産業上の利用分野〕本発明は沸騰水型原子炉に装荷される燃料集合体に係り
、特に、沸騰遷移に対する熱的余裕の向上に好適な燃料
集合体に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉には、燃料集合体が数多く装荷され、た
とえば、電気出力１１００ＭＷ級の沸騰水型原子炉には
約７６０体の燃料集合体が装荷されている。

このような沸騰水型原子炉の燃料集合体には、近年、特
開昭６１−２８１９９３号公報に記載のように短尺燃料
棒といって通常の燃料棒の上部を切り取ったものの使用
が考えられている。

第２図には燃料集合体の縦断面図を示しており、第３図
には第２図の上部ｍＡ−■Ａ断面図（ａ）と下部ｎ１Ｂ
−Ｉ［ＩＢ断面図を示している。燃料集合体１は、格子
状に規則正しく配置された通常燃料棒２及び短尺燃料棒
２１、水ロッド３、スペーサ４、下部タイプレート５、
上部タイプレート６とそれらを取り囲む集合体壁７とか
らなる。

冷却材であるとともに中性子を減速する軽水８は単相流
状態で入口オリフィス９から流入し、燃料棒２，２１か
ら熱を奪いながら上方に流れ、沸騰を起し、水と蒸気の
混じった二相流状態で流出する。

燃料集合体１の沖に短尺燃料棒２１がある場合には、第
３図（ａ）に示すように燃料集合体上部では通路燃料棒
１のまわりの冷却材流路面積が不均一となる。このため
、燃料集合体中で冷却材の流量や蒸気体積率の分布が均
一でなく歪んだものとなって、沸騰遷移に対する熱的余
裕が小さくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では燃料集合体に通常の燃料棒の上部を切
り取った短尺燃料棒を用いたとき、燃料集合体中の冷却
材の流量や蒸気体積率の分布が歪むことを考慮しておら
ず、沸騰遷移に対する熱的余裕が小さくなるという欠点
があった。

本発明の目的は、沸騰遷移に対する熱的余裕を向上する
のに好適な燃料集合体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明になる沸騰水型原子
炉用の燃料集合体では、短尺燃料棒の上端付近に突起、
または、切り込みをもつように構成する。

〔作用〕

このように燃料集合体を構成する理由は次の通りである
。

第４図（ａ）は燃料集合体内の燃料棒に囲まれた流路で
の蒸気重量率分布を示しており、第５図（ｂ）は冷却材
の流速分布を示している。蒸気は主に流路中央部を高速
で流れやすく、逆に、水は燃料棒表面で液膜を作り、低
速で流れる。

このような流れの中に、短尺燃料棒が位置すると、第５
図のように流路面積が広くなるため、蒸気水とも、流線
１２に示すように、短尺燃料棒２１上部を流れやすくな
り、他の通常燃料棒表面の液膜１１が薄くなったり、剥
離したりする。燃料棒表面から液膜が剥離すると、液膜
による燃料棒からの除熱がなくなるため、被覆管温度が
急上昇して、いわゆる、核沸騰から膜沸騰への沸騰遷移
が起こる。

これに対し、本発明のように、短尺燃料棒先端付近に突
起をつけた場合、第６図に示すように。

短尺燃料棒２１表面に沿って流れる液膜１０１を他の通
常燃料棒２の表面に移動させることができる。一般に、
沸騰遷移は通常燃料棒で起こる。従って１通常燃料棒表
面の液膜１１１を厚くすると沸騰遷移に付する熱的余裕
を増大する。また、短尺燃料棒２１，２１１の上端付近
に突起１３をつけると、流路面積が減少するとともにそ
こでの圧力損失が増すので短尺燃料棒２１より上の流路
を蒸気、水とも流れにくくなるので他の通常燃料棒２の
表面の液膜１１２が剥離することは少なくなり、この効
果によっても沸騰遷移に対する熱的余裕は増大する。

すなわち、短尺燃料棒の上端付近に突起をつけると他の
通常燃料棒表面の液膜１０２が厚くなり、沸騰遷移を起
こりにくくする。

ところで、短尺燃料棒２１，２１１の上端付近に切れこ
み１４を入れることによっても、部分長燃料棒表面を流
れる液膜１０２を他の通常燃料棒の表面に移動させれば
、突起をつけた場合と同様に沸騰遷移に対する熱的余裕
を増大させることができる。

３１は水ロッド、１２２は流線。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の第一の実施例になる燃料集合体を示す
図である。第一の実施例では、直径１２．３ｎｎ＋の燃
料棒が４．０ｍｍのクリアランスで８×８正方格子状に
規則正しく配置され、集合体断面中央部に水ロッド３が
一体配置されている。さらに、燃料棒総数６０本のうち
、通常燃料棒２が５６本で集合体壁７から一層内側に位
置する残りの四本の短尺燃料棒２１の上部には高さ０．
８ｏｍの突起１３がとりつけられている。

燃料棒表面の液膜の厚さは突起１３の高さと同程度であ
って、第６図に示したように、この突起１３によって冷
却材は流線１２１のように流れ、短尺燃料棒に隣りあっ
た通常燃料棒の液膜を厚くする。これによる沸騰遷移に
対する熱的余裕増大効果は、燃料棒の出力発生割合の集
合体断面分布や突起をつける短尺燃料棒の位置により変
化するが、この第一の実施例では約４％である。また、
このように短尺燃料棒上部に突起をつけることにより熱
的余裕は増大するが、他方で流路面積が若干域るので集
合体内での圧力損失が増大する恐れがある。しかし、突
起をつける短尺燃料棒数が四本と少ないこともあり、圧
力損失の増大は〜０　、２　ｐｓｉとつけない場合の約
１％程度の増加に留まるので、許容できる範囲である。

第一の実施例では、燃料集合体内の四本の短縮燃料棒の
全部に突起をとりつけた。しかし、沸騰遷移の起りやす
い燃料棒、つまり、出力発生割合の大きい燃料棒に隣接
した短尺燃料棒にのみ突起をつけても、同様に熱的余裕
増大効果が得られる。

また、第一の実施例では短尺燃料棒上部に突起をつけた
が、沸騰遷移に対する熱的余裕増大効果は、短尺燃料棒
のまわりの冷却材流動方向を変える。特に短尺燃料棒表
面の液膜を適状燃料捧表面に移動させることにより得ら
れる。従って、突起のかわりに切り込みを短尺燃料棒表
面に設けても熱的余裕は増大する。

第７図は本発明の第二の実施例の燃料集合体を示す図で
ある。第二の実施例では、９Ｘ９正方格子状にクリアラ
ンス３．６膣で配置された直径１０．７＋ｎ＋＋＋の燃
料棒７４本中にある八本の短尺燃料棒の一部に０．５ａ
＊切り込み１３を入れている。

第二の実施例が、第一の実施例と異なる点は、切り込み
１３を八本全部の短尺燃料棒に入れるのではなく、集合
体壁コーナに近い四本の短尺燃料棒２１１に入れている
ことである。

このとき、冷却材の流動方向は流線１２２のようになる
。これにより、短尺燃料棒２１１の表面液膜をまわりの
燃料棒表面に移動させることができ、熱的余裕増大効果
は約２％である。また、この切り込みにより圧力損失の
増大はない。

突起や切り込みをつける短尺燃料棒の数、及び場所は、
沸騰遷移の起りやすい燃料棒の位置に応じて任意に設定
できる。また、突起の高さ、及び切り込みの深さは冷却
材の流動状況、つまり、流速や蒸気重量率に応じて任意
に設定できる。一つの目安は、燃料棒表面の液膜厚さと
ほぼ同じとすることであゆ、これより薄いと熱的余裕増
大効果は小さく、他方これより厚いと圧力損失が増大す
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料集合体の熱的余裕を増大すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の燃料集合体の横断面図
（ａ）及びＩ−Ｉ線断面図（ｂ）、第２図は従来の燃料
集合体の縦断面図、第３図は第２図のＩ［［Ａ−ＩｎＡ
（ａ）及びＩ［［Ｂ−ｍＢ　（ｂ）線断面図、第４図は
燃料集合体内の蒸気重量率及び流速の分布を示す図、第
５図は従来の短尺燃料棒近傍の流れの概要を示す図、第
６図は短尺燃料棒に突起をつけたときの流れの概要を示
す図、第７図は本発明の第二の実施例の短尺燃料棒に切
り込みをいれた場合の流れの概要を示す図である。１・・・燃料集合体、２・・・通常燃料棒、２１，２１
１・・・短尺燃料棒、３，３１・・・水ロッド。

Claims

【特許請求の範囲】１、長さの異なる複数種類の燃料棒を配置した原子炉用
の燃料集合体において、前記燃料棒のうち長さの短かい燃料棒の上端付近に突起
、または、切り込みをもつように構成したことを特徴と
する燃料集合体。