JPH02103492A - 燃料集合体 - 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】 本発明は、燃料集合体に係り、特に沸騰水型原子炉に用
いるのに好適な燃料集合体に関するものである。

第１図は、沸騰水型原子炉において従来使用されている
燃料集合体の概略構造を示している。１は燃料棒、２は
複数の燃料棒１の水平方向の相互の間隔を所定幅に保持
する燃料スペーサ、３は軸方向に複数配置された燃料ス
ペーサ２の上下方向の間隔を所定幅に保持するスペーサ
支持ロッド、４及び５は各燃料棒１及びスペーサ支持ロ
ッド３の両端部を支持する上部タイプレート及び下部タ
イプレートである。燃料スペーサ２は、スペーサ支持ロ
ッド３に設けられている突起６により支持されている。

燃料スペーサ２の概略構造を、第２図に示す。

燃料スペーサ２は、格子状に組み立てられたデバイダ７
及び８及びバー１９及び２０、バー１９とバー２０との
交点に設けられたランタンボックス９、ランタンボック
ス９に設けられたランタンスプリング１ｏ、デバイダ７
及び８に設けられたＳベンド１１、及び外周部を構成す
るバンド１２からなっている。

燃料スペーサ２は、ランタンボックス９及びＳベンド１
１の存在によって燃料棒軸方向の投影面積がかなり大き
くなり、圧力損失が大きい。更に燃料スペーサ２は、デ
バイダ７とデバイダ８及び１＜−２０との交点及びデバ
イダ８とバー１９との交点によって燃料集合体内を流れ
る冷却材の攪沖が生じるため、制御棒操作による出力変
動の影響を受けやすい燃料集合体周辺部の燃料棒の表面
において膜沸騰が生じる。従って、原子炉運転時におけ
る燃料集合体の出力に対する限界出力の日の最小値（最
小限界出力比、すなわちＭＣＰＲと称する）を改善する
ことができなかった。

改良型の沸騰水型原子炉において、炉心安全性及び熱水
力特性の観点からその改善が望まれている。

本発明の目的は、燃料スペーサの圧力損失を低減でき熱
的余裕の増大も可能な燃料集合体を提供することにある
。

本発明の特徴は、燃料スペーサが、格子状に配置された
複数の円筒部材を備え、円筒部材が、内部に挿入された
燃料棒を支持する複数の突起部を有し、円筒部材内に挿
入された燃料棒を支持する弾性部材が、隣接した２つの
円筒部材を貫通して設けられると共に隣接した各々の円
筒部材内に突出され、前記円筒部材の軸方向における弾
性部材の長さが円筒部材のその長さよりも短く、円筒部
材の軸方向に冷却材を通す通路が突起部及び円筒部材に
より形成され、円筒部材の格子状配置の対角方向に隣合
う複数の円筒部材間に空孔が形成されていることにある
。この特徴によれば、燃料棒を支持する突起部及び弾性
部材を円筒部材に設けしかも円筒部材の軸方向に冷却材
を通す通路が突起部と円筒部材との間に形成されている
ので、軸方向における燃料スペーサの投影面積を減少さ
せて軸方向における燃料スペーサの投影面積の減少させ
ることができ、また燃料棒を支持する弾性部材の円筒部
材の軸方向における濡淵長さが短いので摩擦圧損を減少
できる。このような燃料スペーサの投影面積の減少及び
弾性部材の円筒部材の軸方向における濡れ淵長さの短縮
により、燃料スペーサの圧力損失が著しく低減される。

更に１円筒部材の格子状配置の対角方向に隣合う複数の
円筒部材間に空孔が形成されているので、熱的余裕、す
なわちＭＣＰＲを改善することができる。

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例であ
る燃料集合体を第３図〜第６図により説明する。これら
の図面は５本実施例に用いられる燃料スペーサを示して
いる。本実施例の他の構造は、第１図の構造と同じであ
る。従って、燃料スペーサの構成について説明する。

本実施例に用いられる燃料スペーサ１４は、多数の独立
した円形セル１３を相互に隣接させて格子状に配置した
ものであり、最外周の円形セル１３の外側をバンドが取
り囲んでいる。隣接している円形セル１３は、互いに接
合されている。各円形セル１３は、円周方向の２箇所に
設けられた剛性突起部１５を有している。剛性突起部１
５は、円形セル１３内に突出している。剛性突起部１５
は、円形セル１３の側壁に切り込みを入れその側壁の一
部を内側に押出し成型して構成されたものである。この
ため、第３図及び第４図に示すように、円形セル１３の
側壁と剛性突起部１５との間に、燃料棒軸方向の開口２
６．すなわち冷却水を軸方向に通す通路が形成される。

弾性支持部１６は、円筒形をしている円形弾性体にて構
成され、隣接する２つの円形セル１３を貫通して取付け
られている。すなわち１円形セル１３としては、第５図
及び第６図に示す２種類の円形セル１３ａ及び１３ｂが
用いられる。円形セル１３ａは側壁の軸方向中央部にコ
の字型スリット１６ａを有し、円形セル１３ｂは側壁の
軸方向中央部に長方形型スリット１６ｂを有している。

弾性支持部１６は、第４図に示したように隣接する円形
セル１３ａ及び１３ｂの対向するコの字型スリット１６
ａ及び長方形型スリット１６ｂ内に挿入されて取付けら
れる。

弾性支持部１６は、その一部が円形セル１３ａ内に、他
の一部が円形セル１３ｂ内にそれぞれ突出している。第
４図のように弾性支持部１６を円形セル１３ａ及び１３
ｂのスリット内に組み込んだ状態で１円形セル１３ａ及
び１３ｂの上下端が溶接にて接合される。円形セルの軸
方向における弾性支持部１６の長さは、円形セル１３ａ
及び１３ｂの軸方向の長さよりも短い。

本実施例の燃料集合体は、従来のＳベンド１１に比べて
燃料棒軸方向の投影面積が小さな理性突起部１５（開口
２６を有する構造）を有し、しかも燃料スペーサ２のよ
うにランタンボックス９を有していないので、燃料棒軸
方向の投影面積が従来よりも著しく減少している。円形
セルの軸方向における弾性支持部１６の長さが円形セル
の軸方向の長さよりも短いので９弾性支持部１６の軸方
向における濡れ淵長さが従来のランタンボックス９のそ
れよりも短くなり、弾性支持部１６による摩擦圧損が著
しく減少する。このような投影面積の減少及び軸方向の
濡れ淵長さの短縮により、る燃料スペーサ１４の圧力損
失が、従来の燃料スペーサ２のそれよりも著しく低減す
る。更に２弾性支持部１６が剛性突起部１５と同様に燃
料棒軸方向に開口を有しているので、燃料棒軸方向の投
影面積が減少し燃料スペーサ１４の圧力損失がより低減
できる。

本実施例の燃料集合体は、円形セル１３を用いているの
で、燃料スペーサ２のような格子交点２２（第２図）の
替わりに第３図に示すように空孔２１が対角方向に隣接
する燃料棒間に形成されるので、対角方向に隣接する燃
料棒間において冷却材の攪拌が生じない。従って、燃料
集合体周辺の制御棒挿入部付近の出力変動の大きい部分
における燃料棒表面での膜沸騰の発生が抑制され、燃料
集合体のＭＣＰＲが改善される。このため、本実施例で
は、炉心安定性が向上し熱水力特性が改善される。

剛性突起部１５は、第７図の位置に設けてもよい。すな
わち、円形セル１３ａ及び１３ｂの軸方向中央部に剛性
突起部１５を設ける。第４図の場合と同様に１円形セル
１３ａ（または１３ｂ）及び剛性突起部１５により開口
２６が形成される。

燃料スペーサ１４の他の実施例を以下に説明する。本実
施例の燃料スペーサは、全ての円形セル１３を、第５図
に示したコの字型スリット１６ａを有する円形セル１３
ａとし、この円形セル１３ａを２個それぞれ上下を反対
にして組合せて各スリット内に１つの円形弾性体１６を
取付けてそれらの円形セル１３ａの上下端を溶接にて接
合したものである（第８図）。本実施例の燃料スペーサ
は。

円形セル１６が円形セル１３ａ一種類でよく、前述の燃
料スペーサ１４に比べて製造が容易になる。

本発明の燃料集合体の他の実施例を第９図により説明す
る。本実施例の燃料集合体は、スペーサ支持ロッド１７
及び燃料スペーサ２３を備えている。この燃料スペーサ
２３は、燃料スペーサ１４のように多数の円形セル１３
を格子状に配置したものであり、更に円形状弾性支持部
材１８を有している。円形状弾性支持部材１８は１弾性
支持部１６を構成する円形弾性体と同様に円筒形をして
いる。本実施例の燃料集合体は、２本のスペーサ支持ロ
ッド１７が複数の円形セル１３に取り囲まれて形成され
る空隙内に挿入されている。この空隙は、燃料スペーサ
２３内に形成されている。

円形セル１３を用いた燃料スペーサでは、円形セル１３
内にスペーサ支持ロッドを挿入した状態で、第２図の燃
料スペーサ２と同様な手法、すなわち四角形をした格子
の一つの升目の対角方向にスペーサ支持ロッドの突起６
を向けてその升目内に突起６を挿入し、その後、スペー
サ支持ロッドを４５°回転させて燃料スペーサ２のデバ
イダに突起６を係止させるという手法を用いて、その燃
料スペーサをスペーサ支持ロッドに係止させることがで
きない、これは、スペーサ支持ロッドを円形セル内に挿
入させる関係上、燃料スペーサを支持する突起の半径方
向の長さを長くできないためである。本実施例は、この
問題を解決するために複数の円形セル１３に取り囲まれ
て形成される空隙内にスペーサ支持ロッド１７を挿入す
ると共にこのスペーサ支持ロッド１７に隣接している円
形セル１３間に円形状弾性支持部材１８を配置してこれ
を円形セル１３に取付けている。更に、一方のスペーサ
支持ロッド１７に設けた突起６で円形状弾性支持部材１
８を支持している。前述の１本のスペーサ支持ロッド１
７が挿入される空隙は、１つの円形セル１３が取除かれ
て形成される。この空隙は、円形セル１３が配置可能な
広さを有しているとも言える。各スペーサ支持ロッド１
７に隣接している円形セル１３、例えば円形セル１３Ｃ
は、外側に突出する剛性支持部材１５　ａを有している
。スペーサ支持ロッド１７は、燃料集合体の軸に垂直な
方向において、２つの剛性支持部材１５ａ及び円形状弾
性支持部材１８の３点により支持される。１本のスペー
サ支持ロッド１７の側面にはスペーサ支持ロッド３と同
様に突起６が設けられる。この突起６により燃料スペー
サ２３が軸方向の所定位置に適切に保持される。

スペーサ支持ロッド１７の燃料スペーサ２３の空隙内へ
の挿入に当っては、まず、円形状弾性支持部材１８とこ
れに隣接する円形セル１３との間に形成される凹部に突
起６を位置させ（第９図の６′の位置）でその凹部内に
突起６を挿入し、突起６が円形状弾性支持部材１８の反
対側まで移動した後、スペーサ支持ロッド１７を回転さ
せて突起６を円形状弾性支持部材１８に係止させる。こ
の操作により、スペーサ支持ロッド１７は燃料スペーサ
２３の空隙内に挿入され、突起６が円形状弾性支持部材
１８の下面を支持することになる。

突起６の円形状弾性支持部材１８への係止操作は、以下
のようにしても可能である。すなわち、突起６をスペー
サ支持ロッド１７に隣接し更に互いに隣接している２つ
の円形セル１３間の凹部２７に位置させ、その状態で、
突起６を円形状弾性支持部材１８の反対側まで移動させ
て、突起６が円形状弾性支持部材１８の位置まで来るよ
うにスペーサ支持ロッド１７を回転させる方法である。

本実施例の燃料集合体は、第３図の実施例と同様に燃料
スペーサの圧力損失が低減され燃料集合体のＭＣＰＲが
改善される。このため、本実施例でも、炉心安定性が向
上し熱水力特性が改善される。しかも本実施例の燃料集
合体は、突起６による円形状弾性支持部材１８の支持、
すなわち燃料スペーサ２３の支持をスペーサ支持ロッド
１７の回転により簡単にできるので、燃料スペーサ２３
を簡単にスペーサ支持ロッド１７で支持することができ
る。

スペーサ支持ロッド１７としては、例えば特開昭５２−
１３９８９２号公報、特開昭５５−７２３８８号公報、
特開昭５５−８３８８１号公報、特開昭５５−９４１８
４号公報、特開昭５６−１０６１８３号公報及び特開昭
５６−１２０９７６号公報に示された燃料スペーサの支
持機能を有する水ロッドを用いることが可能である。

第１０図は、燃料スペーサ２３の替わりに燃料スペーサ
２４を用いた本発明の他の実施例である燃料集合体を示
している。本実施例の燃料集合体は、第９図の燃料集合
体と燃料スペーサの構造が違うだけである６本実施例に
用いられる燃料スペーサ２４は、燃料スペーサ２３の円
形状弾性支持部材１８を四角形状弾性支持部材２５に替
えたものである。四角形状弾性支持部材２５は、円形状
弾性支持部材１８と同様に筒状形をしている。スペーサ
支持ロッド１７は、燃料集合体の軸に垂直な方向におい
て、２つの剛性支持部材１５ａと四角形状弾性支持部材
２５の３点で支持されている。

スペーサ支持ロッド１７の突起６を四角形状弾性支持部
材２５に係止させる操作は、以下のようにして行う９す
なわち、突起６をスペーサ支持ロッド１７に隣接し更に
互いに隣接している２つの円形セル１３間の空間部２７
に位置させ、その状態で、突起６を四角形状弾性支持部
材２５の反対側まで移動させて、突起６が四角形状弾性
支持部材１８の位置まで来るようにスペーサ支持ロッド
１７を回転させる このような本実施例は、第９図の実施例と同じ効果を得
ることができる。更に、本実施例は、突起６と四角形状
弾性支持部材２５との係止部分が大きくなるので、燃料
集合体の原子炉使用期間中での突起６による燃料スペー
サ２４の支持がより確実になる。

本発明によれば、軸方向における燃料スペーサの投影面
積の減少と燃料棒を支持する弾性部材の円筒部材の軸方
向における濡れ淵長さの短縮に基づく摩擦圧損の減少と
により、燃料スペーサの圧力損失を低減できる。更に円
筒部材の格子状配置の対角方向に隣合う複数の円筒部材
間に空孔が形成されていることにより熱的余裕、すなわ
ちＭＣＰＲを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉に用いられる従来の燃料集合体
の一部縦断面で示した構造図、第２図は第１図の燃料集
合体に用いられた燃料スペーサの平面図、第３図は本発
明の好適な一実施例である燃料集合体に用いられる燃料
スペーサの平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ断面図
、第５図及び第６図は第４図の円形セル１３ａ及び１３
ｂの側面図、第７図及び第８図は第４図に示す一対の円
形セルの組立て状態の他の実施例の縦断面図、第９同友
び第１０図は本発明の燃料集合体の他の実施例の横断面
図である。 １・・・燃料棒、４・・・上部タイプレート、５・・・
下部タイプレート、１３・・・円形セル、１４．２３．
２４・・・燃料スペーサ、１５・・・剛性突起部、１６
・・・弾性支持部、１７・・・スペーサ支持ロンド、１
８・・・円形状弾性支持部材、２１・・・空孔、２５・
・・四角形筒 ！ 図 第 ｚ 第 図 實４　図 禾　５　図 瀉 胆 ハｌア 、名 図 一〒 第 箭 図 ／７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の燃料棒、及び前記燃料棒の相互の間隔を保持
   する燃料スペーサを備えた燃料集合体において、前記燃
   料スペーサが、格子状に配置された複数の円筒部材を備
   え、前記円筒部材が、内部に挿入された前記燃料棒を支
   持する複数の突起部を有し、前記円筒部材内の前記燃料
   棒を支持する弾性部材が、隣接した２つの前記円筒部材
   を貫通して設けられると共に隣接した各々の前記円筒部
   材内に突出され、前記円筒部材の軸方向における前記弾
   性部材の長さが前記円筒部材のその長さよりも短く、前
   記円筒部材の軸方向に冷却材を通す通路が前記突起部及
   び前記円筒部材により形成され、前記円筒部材の格子状
   配置の対角方向に隣合う複数の前記円筒部材間に空孔が
   形成されていることを特徴とする燃料集合体。 ２、前記突起部は前記円筒部材の一部が内側に突出した
   ものである特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体。 ３、前記弾性支持部が前記円筒部材の軸方向に向いた開
   口を有している特許請求の範囲第１項記載の燃料集合体
   。