JPH02102486A - 燃料集合体及び水ロツド - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉において使用される燃料集合体の構造
に係り、特に、沸騰遷移が発生する限界出力を高めるこ
とのできる燃料集合体の構造に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉では、燃料集合体内の水平断面での熱中
性子束の分布を平担化するために、水対燃料棒積比が相
対的に小さくなる燃料集合体の中央部に水ロッドを配置
した燃料集合体が多い。このような構造の燃料集合体に
は、例えば、特開昭５９−６５７９２号公報が挙げら銭
る。−殻内な水ロッドでは、上端と下端部に小さな貫通
孔が開いており、燃料集合体内に流入した冷却材の一部
が水ロツド内を流れる構造になっている。水ロツド内を
流れる冷却材を利用し、燃料棒の除熱に役立てることが
提案されている。そのほとんどは、沸騰遷移を起こしや
すい高さにおいて、水ロッドに小さな貫通孔を開けると
いうものであり、そのような構造の燃料集合体は１例え
ば、特開昭６２−２５０３９２号公報で開示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記従来技術では、小孔を設ける位置について
、スペーサが燃料棒の冷却、特に、沸騰遷移に関して及
ぼす影響を考慮しておらず、必ずしも、適切な位置とは
なっていない。スペーサが存在する場合、不適切な位置
に小孔を開けると、燃料棒の有効な冷却がほとんど達成
できず、かえって、圧損の増加を招くなど、不都合な影
響がでてくる。

本発明の目的は、沸騰遷移に及ぼすスペーサの影響を考
慮し、水ロッドの適切な位置に小孔を設けた構造の燃料
集合体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の適切な位置とは、水ロッドの、スペーサ構造部材
に面した位置であり、水ロッドのこの部分に小さな貫通
孔を設けることにより、燃料の有効な冷却が実現できる
。

〔作用〕

水ロッド壁のスペーサ構造部材に面した位置に貫通した
小孔を開けた場合には、水ロッドの管内を流れる冷却材
の一部が、効果的に液滴として飛散し、周囲の燃料棒に
冷却材を供給する。このため、燃料集合体の沸騰遷移が
起こりにくくなり、限界出力が向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を用いて
説明する。

第１図は１本発明による水ロッドの構造の正面図である
。水ロッド１は中空の管構造になっており、上端１２及
び下端１１を、それぞれ、上部タイプレートと下部タイ
プレートで支持することができる。水ロッド１の下部に
は水ロッド壁を貫通した小孔１０が、また、水ロッド１
の上部に位置するスペーサ部材３に面した位置にも小孔
６が、それぞれ、設けである。燃料集合体内に流入した
冷却材の一部は、小孔１０を通って水ロッド１の内部に
流入し、小孔６から水ロッド１の管外に流出する。小孔
６の位置について、更に、詳しく説明する。第２図は、
本実施において利用される８ｘ８燃料燃料棒用の丸セル
型スペーサ２０の正面図である。丸セル型スペーサ２０
は、外枠９と複数個のスペーサ部材（丸セル）３から構
成され、このスペーサ２０は、燃料棒間、及び燃料棒と
水ロツド間の間隔を保持するために、一体の燃料集合体
につき軸方向に約５０ａ１１おきに複数個が設置される
。第２図の三個の丸セル（Ａ）を拡大し、燃料集合体と
して組み立てられた状態を示したものが第３図で、（ａ
）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。中央の丸セル
３には水ロッド１、両端には燃料棒２を配置している。

丸セル３には。

固定支持部５と弾性支持用の板ばね４が設けられる０本
実施例では、水ロッド１の壁に、貫通する小孔６を設け
ており、その位置は、スペーサを構成する丸セル３に面
した長さ党の範囲内にあり、丸セル３の上端、すなわち
、流れに対してスペーサの後端近くとする。更に、横断
面でみると、固定支持部５や板ばね４と重ならない位置
とする。

燃料集合体の上方に位置するスペーサに面した位置に、
水ロッドの小孔を設置することは、限界出力を向上させ
る上で効果がある。

以下、その理由を説明する。

第４図（ａ）は、丸セルスペーサを使った燃料集合体内
の一本の水ロッド１と、スペーサを構成する部材である
一個の丸セル３の一部を拡大した、縦断面の流動状態模
式図である。冷却材は下から上へ流れており、水ロッド
１の表面には液膜７が生じている。富山と横溝は、第４
図（ａ）と同様な構造を持つ実験装置で、ロッド表面の
液収厚さの軸方向の変化を測定した。（Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｎｕ−ｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２５．ＰＰ　２０４〜２０６゜
その結果、第一に、スペーサ部Ｑで液膜７の厚さが薄く
なっていることがわかった。これは、スペーサ部の流路
断面積が他の部分と比べて小さく、流速が速いためであ
る。第二に、スペーサ直後の液膜の厚さは、スペーサ直
前の液膜厚さより薄かった。これは、スペーサ後端から
、液膜の一部がはがれて、液滴８となって飛散するため
と考えられる。飛散した液滴８の一部は水ロッド周辺の
燃料棒に接触し、燃料棒表面の液膜に吸収される。

沸騰水型原子炉の沸騰遷移は、燃料棒表面の液膜の、消
失が原因と考えられており、冷却材を液膜に供給する液
滴の存在は冷却能力を向上させる。また、一部の液滴は
、下流のスペーサにトラップされ、同様に液膜に吸収さ
れる。

このように、水ロッドのスペーサ部材に面した部分に小
孔を開けた場合に有利な点が二点挙げられる。

第４図（ｂ）は第４図（ａ）の水ロッド１外壁面及び内
壁面の近傍の静圧分布の模式図である。

沸騰遷移のおこりやすい燃料集合体の上部では、一般に
、水ロツド内の圧力が外側より高い。スペーサ部Ｑでは
、液膜と蒸気の流速が速いので、他の部分より外壁近傍
の外圧が低い。従って、スペーサ部材３に面した部分に
小孔を開けると、他の位置に小孔を開けた時よりも圧力
差が大きく、多量の冷却材を供給することができる。

更に、第二の利点は、この位置が、液滴を発生させ易く
、また、液滴が最も有効に働く位置であることである。

すなわち、スペーサ部材（丸セル３）の後方に発生する
乱れのために、液滴が効果的に飛散する。また、スペー
サの直前に小孔を設けても液滴がすぐスペーサにトラッ
プされてしまうので、発生した液滴を効果的に周囲の燃
料棒に供給するには、スペーサ後端で、多量の液滴を発
生させた方がよい。水ロッドのスペーサ部材に面した部
分に小孔を設けることにより、有効な冷却が達成できる
ことがわかる。なお、本実施例で、小孔の位置をスペー
サ後端の近くに設定したのは、スペーサ部で発生する圧
損の増加を最小限に抑えるためである。

第５図は、本発明の他の適用対象を示したもので、高転
換、バーナ型炉心のバーナ領域用燃料集合体の横断面図
である。六角形のチャンネルボックス１５内に７２本の
燃料棒１６，４８本の水ロッド１７．七本の制御棒案内
管１８が設置されており、燃料棒間隔の保持には丸セル
型スペーサを利用する。このバーナ領域用燃料集合体の
ように、水ロッドの割合が多い場合、水ロッド１７から
飛散した液滴が均一に燃料棒１６に分配される。

なお、本発明は、丸セル型スペーサばかりでなく、グリ
ッド型スペーサを用いた燃料集合体にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水ロツド管内を流れる冷却材の一部が
、効果的に液滴として飛散し、周囲の燃料棒の冷却に寄
与するため、限界出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の水ロッドの正面図、第２図
は本発明の丸セルスペーサの正面図、第３図は本発明の
実施例の小孔の位置を詳細に示す（ａ）横断面図と（ｂ
）縦断面図、第４図は本発明の原理を示すスペーサ近傍
の水ロツド周辺の（ａ）流動状態模式図と（ｂ）圧力分
布図、第５図は本発明の他の適用例を示す高転換バーナ
ー炉のバーナー領域用集合体の横断面図である。 １．１７・・・水ロッド、２，１６・・・燃料棒、３・
・・丸セル、６，１０・・・貫通孔、２０・・・スペー
サ。 恰＋ｒＸ３ 第 Ｚ 図 冷去１機の３先と（ （ｂ） 第３ 冷持巷っ３於ｊ曳 第 団

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃料棒と、単数、あるいは、複数の水ロッド
   とを含み、前記燃料棒の相互間、及び、前記燃料棒と前
   記水ロッドとの間隔を保持する複数個のスペーサを備え
   た燃料集合体において、前記水ロッドに設けられた複数
   個の冷却材流路用貫通孔の一部が、前記スペーサの構造
   部材に面した位置にあることを特徴とする燃料集合体。 ２、水ロッドに設けた複数個の冷却材流路用貫通孔の一
   部が、燃料集合体として組み立てられた時に、スペーサ
   の構造部材に面した位置にあるように構成されたことを
   特徴とする水ロッド。